DE2211702B2

DE2211702B2 - Faseroptische Lichtübertragungsvorrichtung zur Beleuchtung des Sehfeldes einer photoelektrischen Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2211702B2
Application number: DE19722211702
Authority: DE
Inventors: Anton Hubert Elkhart Ind. Clemens (V.St.A.)
Original assignee: Miles Laboratories Inc
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1974-01-10
Also published as: GB1321783A; DE2211702A1

Description

Die Erfindung betrifft eine faseroptische Lichtülvrtragungsvorrichtungzur Beleuchtung des Sehfeldes einer photoclcktrischcn. Abtastvorrichtung mit einem zylindrischen Beobachtungskanal innerhalb eines Tubus, die ein den Beobachtungskanal ringförmig umgebendes etwa achsparalleles Beleuchtungsbündel von Lichtleiterfasern und eine Lichtquelle an dessen einem Ende aufweist.

Faseroptische Geräte, beispielsweise Endoskope, wurden sowohl zur unmittelbaren Beleuchtung als auch zur Weiterleitung reflektierten oder durchstrahlten Lichts verwendet. Sie sind meist so ausgebildet, daß eine flache Endfläche des Lichtleiterfaserbündels senkrecht zur optischen und körperlichen Achse jedes Leiters sisht. Dies führt dazu, daß die aus den Stirnflächen des Ϊ xhtleiterfaserbündels austretenden Lichtstrahlen parallel zur Faserachse austreten. Während sich in vielen Fällen so eine gute Beleuchtung eines Sehfeldes e: zielen läßt, ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, w;'η η man relativ kleine Flächen, die zur körperlichen Achse des Lichtleiterfaserbündels nicht senkrecht stehen, gleichmäßig ausleuchten will. Dies kann der Fall seiü, wenn man zur Beleuchtung eines unmittelbar unter e\iem Mikroskoptubus stehenden Objekltisches ein den Tubus umschließendes LichtfaserheleuchtungsbüiHiel verwendet. Dies kann auch der Fall sein, wenn mit einer photoelektrischen Abtastvorrichtung von eiver unmittelbar unter diesem liegenden Oberfläche remittiertes Licht aufgenommen werden soll, wenn c!i·· Fläche senkrecht zur Bcobachtungsachsc sieht und 'in einen Beobachtungskanal der Abtastvorrichtung ringförmig umgebendes etwa achsparalleles Beleuchtungsbündel aus Lichtleiterfaser!!, das an einem Ende eine Lichtquelle aufweist, zur Beleuchtung der Fläche verwendet wird. Dies gill auch dann, wenn die Beobachtung der Fläche durch ein Linsensystem eifolgt, das das remittierte Licht auf die Abtastvorrichtung oder ein Beobachtuntisbündel von Lichtieiterfasern richtet, ,vie dies beispielsweise in einem bekannten Endoskop geschieht (deutsche Offenlegungsschrift 1964 603).
bs ist bekannt, daß man die optische Achse des

ίο eine Lichtleiterfaser verlassenden Lichtstrahles unter einem Winkel zur körperlichen Längsachse der Faser ablenken kann, wenn man ihre Endfläche anschrägt. Lichtleiterfascrbündel mit derartig angeschrägten Faserenden werden bereits zur Verbesserung der Be-

'5 leuchtung von Objektivtischen in Mikroskopen verwendet. Aufbau und Arbeitsweise solcher Beleuehlungslichtleiterfaserbündel sind jedoch noch nicht voll zufriedenstellend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fa-

*° seroptische Lichtübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß deren meist kleines Sehfeld besonders gleichmäßig ausgeleuchtet wird, so daß es einwandfrei abgetastet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der eingangs genannten Lichtübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Lichtleiterfasern an ihren dem Sehfeld zugewandten Enden auf die Achse des Beobachtungskanals gerichtet und derart angeschrägt sind, daß deren Stirnflächen eine zur Beobaclnungsaehse senkrecht ausgerichiete konzentrische Ringfläche bilden, und daß die Lichtleiterfaserenden so zur Beobachtungsachse hin gerichtet sind, daß die aus den Licht !eiterfasern austretenden Lichtstrahlen einen Winkel von 45° mit der Beobachtungsachse bilden.

Sofern die photoelektrische Abtastvorrichtung das Sehfeld nicht unmittelbar abtasten kann, insbesondere wenn ein größerer Abstand eingehalten sein muß, ist

4" es auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenso wie bei dem erwähnten bekannten Endoskop zweckmäßig, wenn im Beobachtungskanal ein zentrales Bündel von Lichtleiterfasern zur Weiterleitung des im Sehfeld an einer Gegensiandsoberfläche remittierten Lichts zur photoelektrischcn Abtastvorrichtung vorgesehen ist, dessen Stirnfläche parallel zur Ringfläche ausgerichtet ist.

Durch die Erfindung ist eine vergleichsweise unaufwendige Verbesserung der Ausleuchtung des Seh-

so feldes möglich, wobei lediglich der Tubus an seinem Stirnende entsprechend konisch ausgebildet und das Beieuchiungsbündel an seiner Stirnfläche nur wie bisher achsnormal geschliffen und poliert zu werden braucht. Die Stirnfläche des zentralen Beobachtungslichtleiterfaserbündels kann unter Umständen in einem Arbeitsgang mit der des Beleuchtungslichtleiterfaserbündels bearbeitet werden.

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel an Hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert,

^fi° in der /cig!

Fig. 1 einen Längsmiticlschnitt durch eine erfindungsgemäße Lichtühertragungsvorrichlung und

Fig. 2 eine Stirnansicht mit Blickrichtung von der Ebene 2-2 in Fig. 1 aus.

Die erfindungsgemäße Lichtübcriragungsvorrich· Hing 10 hat einen Tubus 12 mit achsnormalen ebenen, zueinander parallelen Stirnflächen 16 und 18 sowie einen abgestuften zylindrischen Beobachtungskanal

2 2! 1

13. Jli■ zwischen einer achsnormalen Schuller 15 ui-.d de! unteren Stirnfläche 16 einen Abschnitt 14 kleiiierei! Durchmessers und zwischen der Schulter 15 und dei oberen Stirnfläche 18einen Abschnitt 17größeren Durchmessers hai. Der Tubus 12 hat eine zylindrische Außenfläche 20. welche in einem siumpfkegelförmigen Vorderteil 22 endet, das bis zur Stirnfläche l't> nach !linen gerichtet ist. Die Neisi'.uig gegenüber der Längsachse 19 des Beobachtungskanals 13 beträgi »eiliger als 45". Die Stiinfläche 16 steht senkrecht ^u" H-.der dem Beobachtungskanal l?und der dem Tubus 12 gemeinsamen Achse 19. Der Tubus 12 ist von einem ihn bzw. den Beobachumgskanal ringförmig umgebenden etwa achsparalielen Beleuehlungsbündel 241 ν:* Liebaieiterfasern an seiner Außenfläche 20 um ';> Si hassen. Das Beleuchtungsbündel 24 endet in einem SUii'.iptkegelformigen Stirnabschnitt 26, der das Tütnis\ordcrteil 22 überdeckt und in welchem die Liehtleiters'aserenden auf die Achse Ii des Beobachtungskanals }3 gerichtet und derart angeschrägt sind, daß -" deren Stirnflächen eine zur Beobachtungsachse l'i» senkrecht ausgerichtete konzentrische Ringfläehe ZH bilden. Dieser ist koplanar zur unteren Stirnfläche J6 des Tubus 12. Die Lichtleiterfaserenden sind so wei' zur iieobaciiHingsachse hingerichtet, daß das aus ih- *5 nc η austretende Liehlstrahlbündel einen Winkel von 45^J mit der Beobachtungskanalachse 19 bildet. Aus dem Zusammenwirken des Nach-lnnen-Richtens der Liclitleiierfaserenden und der Anschragung ergib: sich ,'.n der Ringfläehe 28 die Neigung dei Lichtstrah- 3^ Ieii Ji) gegen die Achse 19 unter einem Winkel 32 von 45".

Die das Beleuchiungsbündel 24 bildenden Lichtle· · terl'asern s<;ul in der Nähe der oberen Stirnfläche Hl des I'tibus 12 zu einem diclugepackien Bündel 34 zusammengefaßt, in welchem die an der Außenfläche 20 und dem Tubusvorderteil 22 gleichmäßig angeordneten Lichtleiterfasern ebenfalls in gleichmäßiger Anordnung über die üuersehnittsfläehe des Bündels verteilt sind. Das Beleuchtungsbündel 34 ist, wie in 4» Fi g. 1 gezeigt, aus dem Tubus 12 und dem ringförmigen Beleuchtungsbundei 27 einseitig herausgefühlt Es endet in einer flachen Endfläche 36 und steht gewöhnlich senkrecht zur körperlichen und optischen Achse der es bildenden Lichtleiterfasern. Nahe der +5 Endfläche 36 ist eine Lichtquelle 38 so angeordnet, daß sie das obere Ende des Beleuchtungsbündels gleichmäßig anleuchtet. Hierdurch und durch die gleichmäßige Verteilung der Lichtleiterfasern im Bündel 34 und im Beleuchtungsbundei 24 ist gewähr- 5« leistet, daß das von der Lichtquelle 38 ausgehende Licht gleichmäßig aus der Ringfläehe 28 austritt.

Koaxial zum Beobachtungskanal 13 des Tubus Ϊ2 ist im oberen Kanalabschnitt 17 ein durchscheinender oder undurchsichtiger Rohrkörper 40 mit einem Mittcldurchlaß 42 eingesetzt, der sicn mit seiner unteren Stirnseite ander Schulter 15 abstützt. Dieser Rohrkörper nimmt ein zentrales Bündel 44 von Lichtfasern auf, die sich im Rohrkörpcr 40 axial erstrecken und in einer gemeinsamen Stirnfläche 46 parallel zur ^h" Ringfläehe 28 enden. Arn anderen Ende bilden die Lichtleiterfaseln des Bündels 44 eine gemeinsame Endfläche 48, die ebenfalls eben ausgebildet ist und senkrecht zur körperlichen optischen Achse der Fasern und des Rohrkorpe.s 40 steht. Vor dieser Endfläche 48 ist eine photoelekirische Abiastvorrichtung 50, beispielsweise ein Photoleiier, so angeordnet, daß er die an der Stirnfläche 46 eintretenden Lichtstrahlen aufnimmt. Die piezoelektrische Abtastvorrichtung 50 kann innerhalb des Beobachtungskanals 13 angeordnet sein, so daß auf das Bündel 44 \erzichtet werden kann. Die beiden Bündel 24 und 44 sind außen von einer durchscheinenden Schutzschicht 58 bedeckt.

Für die erfindungsgemäße Lichnibertragungsvcrriehtung eignen sich alle herkömmliehen optische!! Lichtleiterfaser!!, beispielsweise Glasfasern, deren Kern eine hohe und deren Randbereich eine niedrige Brechzahl haben. Andere Lichtleiterfasern, beispielsweise aus Kunststuft', sind ebenso geeignet. Bei der Herstellung des Beobachtungslichileiterfaserbündels geht man /wcckmiißigerweise so voi, daß man Kunststoff- od, ι Glasfaden hoher Brechzahl in einen Füllstoff mit niedriger Brechzahl, beispielsweise ein wärmehäribares Harz, einbettet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 wird nahe an einen zu beobachtenden Gegenstand S2 mit ebener Oberfläche 54 herangebracht. Dieser ruht zweckrrjttßigerweise auf einem Objektträger 56 auf. Die Lage de; Vorrichtung 10 wird so eingestellt, daß die untere Stirnfläche 16 und die koplanare Ringfläche 28 zur zu beobachtenden Fläche 54 parallel ausgerichtet sind und die Beobachtungsachse 19 des Beobachtungskanals Ϊ3 senkrecht auf der Fläche 54 steht. Die Beleuchtungslichtstrahlen werden von der Lichtquelle 38 zur Fläche 54 zunächst im oberen Bündel 34 und danach im ringförmigen Beleuchtungsbündel 24 übertragen und treten an der Ringfläche 28 als Lichtstrahlen 30 aus, treffen auf die Oberfläche 54 und werden dort remittiert. Ein Teil dieser Lichtstrahlen gelangt über den Beobachtungskanal 13 und das zentrale Bündel 44 zur photoelektrischen Abtastvorrichtung 50. Es ist von Vorteil, wenn die Achsen der aus den Beleuehtungslichtleiterfaserenden austretenden Lichtstrahlen 30 an der Oberfläche 54 die Beobachtungsachse 19 schneiden.

Es ist bekannt, daß zur Feststellung der spektralen Reflexion (Streuung), anders als bei direkter Reflexion, die Lichtstrahlen senkrecht auf die Oberfläche des Objekts bzw. des Gegenstandes gerichtet sein sollen, dessen spektrale Reflexion zu messen ist. Die Messung de» spektralen Reflexion erfolgt dann unter einem Winkel von 45° zur Oberfläche. Diese Anordnungist jedoch auch umkehrbar. Durch die Erfindung ist für die Lichtstrahlen ein Auftreffwinkel von 45° an der Gegenstandsoberfläche vorgesehen, so daß die spektrale Reflexion flächennormal zu dieser Oberfläche gemessen wird. Dadurch ist größte Genauigkeit erreichbar, da hierbei für die Feststellung der spektralen Reflexion das Sehfeld genau begrenzt ist. Die spektral reflektierten Lichtstrahlen treten in den Beobachtungskanal 13 ein und werden in diesem mittels des Beobachtungsbündels 44 der photoelektrischen Abtastvorrichtung zugeleitet.

Die Licht übertragungsvorrichtung erlaubt eine minimale GesamtahniesNiing der zum Beleuchten und Abtasten erforderliehen Querschnittsfläche, was die Untersuchung verhältnismäßig kleiner Flächen, beispielsweise durch spektrale Reflexion, erlaubt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2 21 I 702 Patentansprüche:

1. Faseroptische Lichtübertragungsvorrichuir.g zur Beleuchtung des Sehfeldes einer photoelektrischen Abtastvorrichtung mit einem zylindrischen Beobachtungskanal innerhalb eines Tubus, die em den Beobachtungskanal ringförmig umgebendes etwa achsparalleles Beleuchtungsbündel von Lichtleiterfasern und eine Lichtquelle an dessen einem Ende aufweist, dadurca gekennzeichnet, daß die Lichtleiterfasern an ihren dem Sehfeld (54) zugewandten Enden auf die Achse (19) des Beobachtungskaiiuls (13) gerichtet und derart angeschrägt sind, daß deren Stirnflachen eine zur Beobachtungsachse (19] senkrecht ausgerichtete konzentrische Ringfläche (28) bilden, und daß die Lichtleiterfaserenden so zur Beohachtungsachsc hin gerichtet sind, daß die aus den Lichtleiterfasern austretenden Lichtstrahlen (30) einen Winkel von 45° mit der Beobachtungsachse (19) bilden.

2. Lichtübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß im Beobachtungskanal (13) ein zentrales Bündel (44) von Lichtieiterfasern zur Weiterleitung des im Sehfeld an einer Gegenstandsoberfläehe (54) remittierten Lichts zur photoelektnsehen Abtastvorrichtung (50) vorgesehen ist, dessen Stirnfläche (46) parallel zur Riiigflächc (28) ausgerichtet ist.