DE10330177A1 - A medical endoscope has a single bundle of non parallel illumination and imaging fibres with once only calibration imaging fibre input and output positions for a matrix camera - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit faseroptischen Lichtleitern zur Objektfeldbeleuchtung und zur Bildübertragung, das insbesondere in der Medizin für Untersuchungen von Strukturen im Inneren des menschlichen Körpers, wie in der Gastroskopie, Kolposkopie, Laparoskopie und anderen Untersuchungsgebieten Anwendung findet.The The invention relates to an endoscope with fiber optic light guides for object field illumination and for image transmission, in particular in medicine for Investigations of structures inside the human body, such as in gastroscopy, colposcopy, laparoscopy and other study areas Application finds.
Faseroptische Lichtleiter werden wegen ihrer Eigenschaft, divergentes Licht so zu bündeln, dass es praktisch verlustlos über eine größere Distanz von einem Faserende zum anderen transportiert wird, seit langem für die Beleuchtungsoptik derartiger Beobachtungsinstrumente verwendet. Dadurch ist es möglich, die Beleuchtungsquellen vom eigentlichen Endoskop getrennt anzuordnen und somit Lichtquellen mit hoher Strahlungsleistung, wie z. B. Xenon- oder Halogenleuchten einzusetzen. Wegen des großen Aperturwinkels können optische Faserbündel aber auch eine gleichmäßige Ausleuchtung des Objektfeldes in den zumeist nicht unmittelbar zugänglichen Körperbereichen gewährleisten. Das Licht wird in jeder der Einzelfasern nach dem Prinzip der Totalreflexion vielfach reflektiert und gelangt als weitgehend gerichtete Strahlung zum Untersuchungsobjekt. Optische Faserbündel lassen sich zudem anordnungsmäßig günstig und damit platzsparend im Tubus oder der Trokarhülle des Endoskops unterbringen.Fiberoptic Light guides become so because of their feature, divergent light to bundle, that it is virtually lossless about a greater distance transported from one fiber end to the other, for a long time for the Illumination optics used such observation instruments. This makes it possible to arrange the illumination sources separated from the actual endoscope and thus light sources with high radiation power, such. B. xenon or Use halogen lights. Because of the large aperture angle, optical Fiber bundles but also a uniform illumination of the object field in the mostly not immediately accessible body areas guarantee. The light is in each of the individual fibers according to the principle of total reflection reflected many times and passes as largely directed radiation to the examination object. Optical fiber bundles can also be ordered cheap and thus save space in the tube or the trocar sheath of the endoscope.
Der Ordnungsgrad der einzelnen Fasern im Beleuchtungsstrahlengang, der ein Maß für die Einhaltung der Lagebeziehungen der Faserenden untereinander an der Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche des Faserbündels ist, braucht nur gering zu sein, weil hierbei lediglich der Energietransport, nicht aber die Weiterleitung von Bildinformationen von Bedeutung ist.Of the Order of the individual fibers in the illumination beam path, the a measure of compliance the positional relationships of the fiber ends with each other at the light entrance and light exit surface of the fiber bundle is, need only be low, because this is just the energy transport, but not the forwarding of image information is of importance.
Für die Bildübertragung in Endoskopen werden zumeist Linsensysteme, bestehend aus mehreren kleinen Objektiven und zwischengeschalteten Feldlinsen, verwendet. Gebräuchlich sind heute auch Stablinsensysteme oder abbildende faseroptische Systeme mit flexiblen Faserbündeln. In ihren optischen Eigenschaften, wie Apertur und Bildhelligkeit, übertreffen Fasersysteme zur Bildübertragung zumeist die vergleichbaren optischen Linsensysteme, die unter Umständen auch justiert werden müssen.For image transfer In endoscopes are usually lens systems consisting of several small lenses and intermediate field lenses. common today are also rod lens systems or imaging fiber optic systems with flexible fiber bundles. In their optical properties, such as aperture and image brightness, surpass Fiber systems for image transmission usually the comparable optical lens systems, which may also need to be adjusted.
Für den zweckgerichteten Einsatz von Faseroptiken im Abbildungsstrahlengang von Endoskopen sollten die Fasern jedoch einen Ordnungsgrad aufweisen, der an eine ideale Ordnung mit η = 1 nahe heranreicht. Notwendig sind somit optische Faserbündel, bei denen viele tausend Fasern möglichst streng parallel ausgerichtet sind. Im praktischen Gebrauch sind heute Endoskope mit geordneten Faserbündeln für die Bildübertragung, die aus mehreren zehntausend Einzelfasern mit einem Durchmesser von weniger als 10 μm bestehen. Wegen der Biegsamkeit der Faserbündel findet man diese vorzugsweise in flexiblen Endoskopen, die im Vergleich zu ihren starren Ausführungen noch erweiterte Anwendungsmöglichkeiten zulassen.For the purposeful Use of fiber optics in the imaging beam path of endoscopes However, the fibers should have a degree of order, the to a ideal order with η = 1 comes close. Therefore, optical fiber bundles are necessary many thousands of fibers as strictly as possible are aligned in parallel. In practical use today are endoscopes with ordered fiber bundles for the Image transmission, which consists of several tens of thousands of individual fibers with a diameter of less than 10 μm consist. Because of the flexibility of the fiber bundles, these are preferably found in flexible endoscopes compared to their rigid designs even more advanced applications allow.
Infolge des erheblichen Aufwandes, der mit der Herstellung von Faserbündeln von einem derartig hohem Ordnungsgrad trotz aller Weiterentwicklungen der entsprechenden Technologien noch immer verbunden ist, sind auch die Anschaffungskosten für Endoskope mit abbildender Faseroptik recht beträchtlich.As a result the considerable expense associated with the production of fiber bundles such a high degree of order despite all further developments the corresponding technologies are still connected, too the acquisition costs for endoscopes with imaging fiber optics quite considerable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop mit guten Abbildungsleistungen für medizinische und technische Anwendungsbereiche zu schaffen, das aus optischen Fasernbündeln bestehende Lichtleiter sowohl für die Beleuchtung des zu untersuchenden Objektfeldes als auch für die Bildübertragung verwendet, wobei der für die Anfertigung der Lichtleiter benötigte Fabrikations- und Kostenaufwand möglichst gering gehalten werden soll.Of the Invention is therefore based on the object, an endoscope with good Imaging services for to create medical and technical applications that from optical fiber bundles existing light guides for both the illumination of the object field to be examined as well as for the image transmission used, with the for the preparation of the light guide required fabrication and cost preferably should be kept low.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Endoskop mit faseroptischen Lichtleitern zur Objektfeldbeleuchtung und für die Bildübertragung in eine Bildverarbeitungs- und Bildwiedergabeeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen nach Patentanspruch 1.The solution The task is performed with an endoscope with fiber optic light guides for object field illumination and for the image transfer in an image processing and image reproduction device with the Characteristic features according to claim 1.
Die erfindungsgemäße Lösung verwendet also nicht nur – wie bisher üblich – eine Glasfaseroptik mit ungeordnetem Faserbündel im Beleuchtungsstrahlengang für den Lichttransport in den Objektraum, sondern auch im Abbildungsstahlengang für die Übertragung der Bildinformationen zum Beobachter. Hierfür wird das auf die Lichteintrittsfläche des abbildenden Faserbündels projizierte Bild des Untersuchungobjektes durch die Einzelfasern in ein Rasterbild umgewandelt, das am lichtaustrittsseitigen Ende eine Matrixkamera mit Bildsensoren erfaßt und hinsichtlich der Lichtintensitäten und Ortskoordinaten der einzelnen Bildelemente ausgewertet wird. In bekannter Weise werden nach der in der Bildverarbeitungseinheit erfolgten elektronischen Verarbeitung die elektrischen Signalwerte wieder zu einem Gesamtbild zusammengefügt, das an einem Monitor dem Betrachter als Bild des Untersuchungsobjektes erscheint.The The solution according to the invention thus uses not only - like hitherto common - a fiber optic with a disordered fiber bundle in the illumination beam path for the light transport into the object space, but also in the picture steel path for the transmission the picture information to the observer. For this is the on the light entrance surface of the imaging fiber bundle projected image of the object to be examined by the individual fibers converted into a raster image at the light exit end a matrix camera with image sensors detected and with respect to the light intensities and Location coordinates of each pixel is evaluated. In Known manner, according to the in the image processing unit electronic processing performed the electrical signal values put together again to a total picture, which on a monitor the Viewer appears as an image of the examination object.
In einer für den Gesamtaufbau der Faseroptik des erfindungsmäßen Endoskopes vorteilhaften Anordnung wird das zur Beleuchtung benutzte Faserbündel röhrenförmig wie ein Mantel um den abbildenden faseroptischen Lichtleiter herumgelegt und somit eine günstige Ausnutzung des für die Faseroptik zur Verfügung stehenden Gesamtquerschnitts erreicht. Diese vorteilhafte geometrische Anordnung der beiden Faserbündel bringt zudem einen erheblichen Gewinn an Bildhelligkeit im Vergleich zu anderen optischen Systemen mit gleichem freien Durchmesser des Optikhüllrohres. Eine Verbesserung der gleichmäßigen Ausleuchtung des Objektfeldes erreicht man aber auch, indem die Fasern des lichtleitenden und des bildleitenden Faserbündels so miteinander vermischt werden, dass die Einzelfasern beider Bündel in regelmäßiger Verteilung nebeneinander liegen.In an advantageous for the overall structure of the fiber optic of erfindungsmäßen endoscope Arrangement, the fiber bundle used for lighting is tubular like a sheath wrapped around the imaging fiber optic light guide, thus achieving a favorable utilization of the total available for the fiber optics total cross section. This advantageous geometric arrangement of the two fiber bundles also brings a significant gain in image brightness compared to other optical systems with the same free diameter of the optical cladding tube. However, an improvement in the uniform illumination of the object field can also be achieved by mixing the fibers of the photoconductive and image-guiding fiber bundles so that the individual fibers of both bundles lie in a regular distribution next to each other.
Andere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind der Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments The invention is the subject of further subclaims.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen und unter Verwendung von schematischen Zeichnungen erläutert werden.The Invention is based on embodiments and using schematic drawings.
Es zeigen:It demonstrate:
die
die
die
die
und
die
Die
An Stelle der Beleuchtungsfasern sind auch Quarzglasstäbe zur Lichtübertragung möglich, jedoch wird mit Faserbündeln eine günstigere Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes im Hüllrohr erreicht. Damit verbunden ist in vielen Anwendungsfällen auch eine wesentliche Erleichterung für den Patienten.At Place of the illumination fibers are also quartz glass rods for light transmission possible, however, with fiber bundles a cheaper one Exploitation of the available standing place in the duct reached. This is associated with many applications as well a substantial relief for the Patients.
Ein
Endoskop gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt schematisch die
Im
Ausführungsbeispiel
nach
Ein
anderes Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt die
Hier
wird zur Aperturvergrößerung zwischen dem
Objektfeld
Claims (6)
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DE10330177A DE10330177A1 (en) | 2003-07-01 | 2003-07-01 | A medical endoscope has a single bundle of non parallel illumination and imaging fibres with once only calibration imaging fibre input and output positions for a matrix camera |
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DE10330177A Withdrawn DE10330177A1 (en) | 2003-07-01 | 2003-07-01 | A medical endoscope has a single bundle of non parallel illumination and imaging fibres with once only calibration imaging fibre input and output positions for a matrix camera |
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