DE2926925C2 - Optische Lichtübertragungsvorrichtung - Google Patents
Optische LichtübertragungsvorrichtungInfo
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Description
wobei r\ den Radius des ersten Lichtleiters (2)
und /"die Brennweite des optischen Kopplungssystem (7) darstellen.
3. Optische Lichtübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Durchmesser des ersten Lichtleiters (2) größer als derjenige des zweiten Lichtleiters (4) ist
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Lichtübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Eine solche optische Lichtübertragungsvorrichtung mit zwei Lichtleitern wird vorzugsweise
zur Übertragung des Beleuchtungslichts in Endoskope, insbesondere starre Endoskope verwendet.
Die Kopplung von zwei Lichtleitern dient vor allem dem Zweck, eine lange Lichtleitung von einer
Lichtquelle trennen und durch eine andere ersetzen zu können, beispielsweise beim Austausch verschiedener
Endoskoptypen während einer medizinischen Operation. Lichtübertragungsvorrichtungen mit zwei an einer
Kopplungsstelle miteinander gekoppelten Lichtleitern sind beispielsweise aus der JA-OS 68 733/74 und der
JA-GMS 1 45 987/77 bekannt. Ein solches bekanntes System ist schematisch in F i g. 1 gezeigt. Ein auf der
Seite der Lichtquelle 1 angeordneter erster Lichtleiter 2 ist mit einem zweiten Lichtleiter 4 auf der objektnahen
Seite eines Endoskops 3 über eine Kopplungsstelle 5 gekoppelt. Die Kopplung der beiden Lichtleiter 2 und 4
wirft vor allem aufgrund des Lichtverlusts im Kopplungssystem an der Stelle 5 Probleme auf.
Bei der Lichtübertragung mit Hilfe eines Lichtleiters resultiert der Lichtverlust aus dem Umstand, daß nur ein
Teil des auf die Einfallfläche des Lichtleiters fallenden Lichts übertragen werden kann, da die Querschnittsfläche
des lichtübertragenden Kerns (effektive Querschnittsfläche) nur 50 bis 70% des Gesamtquerschnitts
des Lichtleiters ausmacht. Bei Lichtübertragungsvorrichtungen der eingangs genannten Art mit zwei über
ein Kopplungssystem gekoppelten Lichtleitern ist der Lichtverlust größer als bei einem einteiligen Lichtleiter,
und das Licht wird um 25 bis 50% aufgrund des Lichtverlusts im optischen Kopplungssystem gedämpft
Zur Erleichterung der Handhabung eines Endoskops ist der lichtquellennahe Lichtleiter 2 vorzugsweise relativ
lang; hierdurch wird die Winkeiverteilungscharakteris stik, d. h. das Verhältnis der Lichtintensität eines unter
einem Winkel zur optischen Achse einfallenden Lichtstrahlbündels zu derjenigen eines zur optischen
Achse parallelen Lichtstrahlbündels, für das aus dem Lichtleiter austretende Licht ungünstiger. Im Falle des
ίο in Fig. 1 dargestellten Beispiels wird die Winkelverteilungscharakteristik
hauptsächlich durch den lichtquellennahen Lichtleiter 2 beeinflußt .
Zur optischen Kopplung der Lichtleiter von Endoskopen sind die in F i g. 2 dargestellte direkte Kopplung,
eine Kopplung durch einen Faserkonus gemäß F i g. 5 der DE-OS 26 06 255 und das Kopplungssystem gemäß
F i g. 3 bekannt Bei letzterem bildet die Austrittsfläche 2a des lichtquellennahen Lichtleiters 2 eine sekundäre
Lichtquelle, deren Bild mittels des reell abbildenden optischen Kopplungssystems 6 auf der Eintrittsfläche 4a
des objektnahen Lichtleiters 4 entworfen wird. Derartige optische Kopplungssysteme sind beispielsweise aus
der JA-OS 68 733/74 und aus F i g. 4 und 6 der DE-OS 26 06 255 bekannt
Bei Verwendung des auf der Seite der Lichtquelle 1 angeordneten ersten Lichtleiters als sekundäre Lichtquelle
ist die Lichtintensitätsverteilung in der Radialrichtung (r\) an der Austrittsstelle 2a des ersten
Lichtleiters einheitlich entsprechend der Darstellung in
jn Fig.6A. Die an der Austrittsfläche des Lichtleiters 2
experimentell bestimmte Winkelverteilungscharakteristik hat einen quadratischen Verlauf entsprechend der
Kurve b in F i g. 5 bzw. F i g. 6B. .
Bei direkter Kopplung von zwei Lichtleitern gemäß Fig.2 sind die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilungscharakteristik an dem objektnahen Lichtleiter 4 die gleichen wie diejenigen der Sekundärlichtquelle (Austrittsfläche 2a des ersten Lichtleiters 2); sie sind in den Fig. 7A und 7B gezeigt.
Bei direkter Kopplung von zwei Lichtleitern gemäß Fig.2 sind die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilungscharakteristik an dem objektnahen Lichtleiter 4 die gleichen wie diejenigen der Sekundärlichtquelle (Austrittsfläche 2a des ersten Lichtleiters 2); sie sind in den Fig. 7A und 7B gezeigt.
Bei dieser direkten Kopplung kann daher auf der Eintrittsfläche des objektnahen Lichtleiters keine
verbesserte Winkelverteilungscha.-akteristik hergestellt
werden.
Bei dem bekannten optischen Kopplungssystem 6 liegen
die Austrittsfläche 2a des ersten Lichtleiters und die Eintrittsfläche 4a des zweiten Lichtleiters auf den
beiden konjugierten Punkten, d. h. in den Gegenstandsbzw. Bildebenenen des optischen Kopplungssystems.
Die Punkte auf der Austrittsfläche 2a werden also jeweils auf einem zugehörigen Punkte der Eintrittsfläche
4a des zweiten Lichtleiters abgebildet. Das optische Kopplungssystem 6 projiziert einen Strahl, der unter
einem Winkel θ von einem Punkte im Abstand rvon der optischen Achse aus der Austrittsfläche 2a des
Lichtleiters austritt, unter einem Winkel Θ' auf einen Punkt im Abstand r' von der optischen Achse auf die
Eintrittsfläche 4a des objektnahen Lichtleiters 4. Daher ist die folgende Bedingung erfüllt:
(Vergrößerung). Die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilungscharakteristik an der Eintrittsfläche
4a des zweiten Lichtleiters 4 lassen sich über
die Beziehungen r'= ßr bzw. sinS'= -^*—
ausdrük-
ken. Der Bereich der Ebenen-Lichtintensitätsverteilung wird daher mit dem Faktor β multipliziert. Das
Verhältnis zwischen der Ebenen-Lichtintensitätsvertei-
lung an der Eintrittsfläche des objektnahen Lichtleiters zu derjenigen der Sekundärlichtquelle ist
Die Lichtintensität an der Eintrittsfläche zum zweiten
Lichtleiter wird daher mit dem Faktor i/p multipliziert Der Bereich der Winkelverteilungscharakteristik wird
mit dem Faktor Mß multipliziert Ist beispielsweise ß= l(/2~, so werden die Lichtintensität mit dem Faktor 2,
der Bereich der Ebenen-Lichtintensitätsverteilung mit dem Faktor l/j/2"und der Bereich der Winkverteilungscharakteristik
mit dem Faktor j/2~ multipliziert Diese
Beziehungen für die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilungscharakteristik an der Eintrittsfläche
4a des zweiten Lichtleiters 4 bei Verwendung des herkömmlichen optischen Kopplungssystems
6 sind in den F i g. 8A und 8B schematisch dargestellt
Mit dem bekannten optischen Kopplungssystem gemäß F i g. 3 kann daher durch eine geeignete Wahl
des Wertes von β die Winkelverteilungscharakteristik an der Eintrittsfläche des objektnahen Lichtleiters 4 im
Vergleich zur direkten Kopplung etwas verbessert, d. h. verbreitert werden, wie ein Vergleich der Kurven c und
b in Fig. 10 zeigt Grundsätzlich hat jedoch die
Winkelverteilungscharakteristik für die Einfallfläche des Lichtleiters 4 einen Verlauf ähnlich demjenigen der
Winkelverteilungscharakteristik der Austrittsfläche des ersten Lichtleiters 2, und diese Winkelverteilungscharakteristik
wird noch verschlechtert, wenn die Strahlen durch den objektseitigen Lichtleiter 4 übertragen
werden. Die Folge ist daß die Winkelverteilungscharakteristik der vom objektnahen Lichtleiter austretenden
und das zu beobachtende Objekt beleuchtenden Strahlen relativ ungünstig, nämlich entsprechend dem
Verlauf der Kurve c in Fig. 10 ist. ·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die optische Lichtübertragungsvorrichtung so auszubilden,
daß die Menge des auf den objektnahen Lichtleiters fallenden Lichts im Vergleich zum Stande der Technik
gemäß Fig.3 vergrößert und eine dem Idp^lverlauf
sehr nahe kommende flache Winkelverteilungscharakteristik dieses Lichts erreicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1
vorgesehen. Durch die Verlegung der Austritts- bzw. Eintrittsflächen der beiden Lichtleiter in Richtung des
optischen Kopplungssystems, und zwar etwa in dessen vordere und hintere Brennpunkte, wird die Winkelverteilungscharakteristik
auf der Eintrittsfläche des objektnahen Lichtleiters praktisch über die gesamte Fläche
konstant gemacht. Die das Objekt erreichende, aus dem zweiten Lichtleiter austretende Lichtmenge wird
vergrößert, und die maximalen Abstrahlwinkel an der Austrittsseite des zweiten Lichtleiters und damit der
Beleuchtungskegel zur Beleuchtung des Objekts werden ebenfalls entsprechend vergrößert.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der
Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichunmg des grundsätzlichen Aufbaus eines
Endoskops;
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer direkten Kopplung von zwei Lichtleitern;
F i g. 3 eine schematische Ansicht durch eine herkömmliche optische Lichtübertragungsvorrichtung mit
einem optischen Kopplungssystem; Fig.4 eine Ansicht entsprechend Fig. 3, welche ein
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Lichtübertragungsvorrichtung schematisch veranschaulicht;
F i g. 5 Kurven zur Veranschaulichung der Winkelverteilungscharakteristik
von optischen Lichtübertragungsvorrichtungen herkömmlicher Ausführung;
F i g. 6A die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung an der
Austrittsfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters;
Fig.6B eine die Winkelverteilungscharakteristik ι ο dieser Austrittsfläche veranschaulichende Kurve;
F i g. 7A die Ebenen-Lichtintensitätsveiteilung an der
Eintrittsfläche des objektnahen Lichtleiters bei dem direkten Kopplungssystem gemäß F i g. 2;
F i g. 7B eine die Winkelverteilungscharakteristik auf diese Einfallfläche veranschaulichende Kurve;
F i g. 8A die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung an der Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters in der
herkömmlichen optischen Lichtübertragungsvorrichtung gemäß F i g. 3;
Fig.8B die zugehörige Winkelverteilungscharakteristik
auf dieser Einfallfläche;
F i g. 9A die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung an der Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters bei der
erfindungsgemäßen optischen Lichtübertragungsvorrichtung;
F i g. 9B die zugehörige Winkelverteilungscharakteristik an der Einfallfläche; und
Fig. 10 die Winkelverteilungscharakteristik der von
den objektnahen zweiten Lichtleitern austretenden Strahlen bei den Lichtübertragungsvorrichtungen nach
der Erfindung und denjenigen der herkömmlichen optischen Lichtübertragungsvorrichtungen bei direkter
Kopplung gemäß F i g. 2 und dem optischen Kopplungssystem gemäß F i g. 3.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der neuen optischen Lichtübertragungsvorrichtung ist in Fig.4
gezeigt. Die Austrittsfläche 2a eines lichtquellennahen Leiters ist an oder nahe dem frontseitigen Brennpunkt
eines optischen Kopplungssystems bzw. Linsensystems 7 und eine Eintrittsfläche eines objektnahen Lichtleiters
4 ist an oder nahe dem rückwärtigen Brennpunkt des Linsensystems 7 angeordnet.
Im Idealfall gelten für die optische Lichtübertragungsvorrichtung gemäß Fig.4 die folgenden beiden
4r> Beziehungen:
/"sin0' =
wobei die Buchstaben in den vorstehenden Gleichungen so wie folgt definiert sind:
f: Brennweite des Linsensystems 7,
Θ: Winkel zwischen dem aus jeder Faser des
lichtquellennahen Lichtleiters austretenden Strahl und der optischen Achse,
&: Winkel zwischen dem auf den objektnahen
Lichtleiter einfallenden Strahl und der optischen Achse,
rund r'i Abstände von dem Mittelpunkt der Endflächen
der entsprechenden Lichtleiter (opti
sche Achse des Lichtleiters) zu vorgegebenen Punkten auf diesen Endflächen (Austritts-
bzw. Eintrittsflächen).
Die obigen Beziehungen bedeuteten, daß alle unter einem vorgegebenen Winkel θ aus dem lichtquellennahen
Lichtleiter austretenden Strahlen auf der Eintrittsfläche des objektnahen Lichtleiters fokussiert werden.
Die mit Li, Ls und L8 bezeichneten, aus der Austrittsfläche
2a des Lichtleiters parallel zur optischen Achse austretenden Strahlen werden an einem Punkt bei Null
(optische Achse des Lichtleiters) auf der Eintrittsfläche 4a des objektnahen Lichtleiters 4 fokussiert. Entsprechendes
gilt für die an den Austrittsstellen jeweils untereinander parallel verlaufenden, zur optischen
Achse geneigten Strahlen L1, La und Lt bzw. L3, L% und
Lg, die jeweils an einem Punkt r-i bzw. —n auf der
Eintrittsfläche 4a des zweiten Lichtleiters 4 fokussiert werden. Andererseits fallen die von dem gleichen Punkt
an der Austrittsfläche des lichtquellennahen Lichtleiters 2 austretenden Strahlen unter demselben Winkel von 0'
auf die Eintrittsfläche 4a des objektnahen Lichtleiters ein. Die Strahlen Li, Li und L3 fallen also unter einem
Winkel —0', die Strahlen La, L5 und Le unter einen
Winkel von 0ü und die Strahlen L7, L8 und L9 unter einen
Winkel von 0' ein.
Die Winkelverteilungscharakteristik des an der Austrittsfläche 2a des Lichtleiters 2 austretenden Lichts
ist eine quadratische Funktion (Fig.6B) und läßt sich
durch die folgende quadratische Kurve annähern:
/(sin0)=-asin20 + ft.
Da alle aus der Austrittsfläche 2a unter demselben Winkel θ austretenden Lichtstrahlen, so z. B. die
Strahlen L1, La und Lj oder die Strahlen Li, L5 und Lg,
von dem optischen Kopplungssystem 7 auf einen Punkt der Eintrittsfläche 4a des objektnahen Lichtleiters 4
fokussiert werden, muß die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung auf der Eintrittsfläche 4a des objektnahen
Lichtleiters 4 systematisch der Winkelverteilungscharakteristik (Fig.6B) an der Austrittsfläche 2a entsprechen
und daher durch eine entsprechende quadratische Kurve angenähert werden. In dieser ist sin θ durch die
Variable /-'ersetzt: .
Durch Teilung der obigen Gleichung (1) durch die Gleichung (2) ergibt sich die folgende Beziehung:
Aus Gleichung 3 ergibt sich der Bereich der Ebenen-Lichtintensitätsverteilung auf der Eintrittsfläche
des objektnahen Lichtleiters 4 zu: r'=ß'r.
Setzt man r'=ß'n in die obengenannte quadratische
Kurve der Ebenen-Lichtintensitätsverteilung an der Eintrittsfläche 4a ein, so ergibt sich:
I (r')= — aß'2n2 + b=0 (4)
Wenn ferner die Lichtmenge pro Flächeneinheit mit 1 angenommen wird, so ist die gesamte Lichtmenge an
der Äustrittsfiäche des iichtqueiiennahen Lichtleiters 2
gleich Sr1 2. Daher gilt für die Gesamtlichtmenge an der
Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters 4: des objektnahen Lichtleiters beschreibende Gleichung
ergibt sich:
] ~ ß'4 ■ r? ' r +β·>-
Wenn beispielsweise ß' gleich l/\f2 gewählt wird, so
ist die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung:
r' I(r')ar' =
(5)
Aus den Gleichungen (4) und (5) gewinnt man: 2 1,2
Durch Einsetzen dieser Werte für die Konstanten α und b in die die Ebenen-Lichtintensität an der Einfallfläche
Da alle unter einem bestimmten Winkel θ aus der Äustrittsfiäche 2a austretenden Strahlen unabhängig
von ihrer Austrittsstelle die gleiche Lichtintensität haben und an der gleichen Stelle der Eintrittsfläche 4a
des objektnahen Lichtleiters 4 (unter unterschiedlichen Einfallwinkeln Θ') einfallen, ergibt sich auf dieser
Eintrittsfläche 4a eine konstante Winkelverteilungscharakteristik. Der Bereich dieser Winkelverteilungscharakteristik
läßt sich gemäß der Gleichung (3) wie folgt ausdrücken:
sin0'=l/jS'sin0.
Für den obengenannten Wert von ß' ist der Bereich der Winkelverteilungscharakteristik daher
i/ß' sin ©^sindO.
Für die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung und die Winkelverteilungscharakteristik an der Eintrittsfläche
4a des objektnahen Lichtleiters gelten daher die in Fig. 9A bzw. 9B dargestellten Kurven. Diese Kurven
gemäß Fig. 9A und 9B zeigen im Vergleich zu den Kurven gemäß F i g. 6A und 6B der Austrittsfläche 2a
des lichtquellennahen Lichtleiters 2, daß das optische Kopplungssystem 7 bei der Anordnung der Lichtleiterflächen
2a und 4a etwa in den Brennpunktebenen des optischen Kopplungssystems 7 sowohl die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung
als auch die Winkelverteilungscharakteristik an der Einfallfläche des objektnahen
Lichtleiters wesentlich verbessert. Wenn der Radius der Eintrittsfläche 4a des objektnahen Lichtleiters 4 als 1
angenommen wird, so ist das tatsächlich auf den objektnahen Lichtleiter fallende Licht auf die in den
F i g. 7A, 8A und 9A zwischen gestrichelten Linien dargestellten Bereiche begrenzt. Für diese Lichtmengen
ergeben sich Werte von— nn2,—π η2 bzw. — πη2; die
4 4 4
Lichtmengen stehen also in einem Verhältnis von 1 :2:3. Wenn der Durchmesser des objektnahen
Lichtleiters kleiner als derjenige des lichtquellennahen Lichtleiters gemacht wird, so bleibt bei den herkömmlichen
Ausführungsbeispielen die einfallende Lichtmenge üngcanucrt. Wie ΪΠ u£n i; i g. / r\ Uhu o^v gcZcigt iSt,
während die Lichtmenge des auf die Eintrittsfläche 4a einfallenden Lichts bei der neuen optischen Lichtübertragungsvorrichtung
entsprechend Fig. 9A zunimmt. Da ferner die Winkelverteilungscharakteristik entsprechend
F i g. 9B flach, d. h. konstant ist, ist die Winkelverteilungscharakteristik der aus dem objektnahen
Lichtleiter austretenden Strahlen, die der Beleuchtung des Objekts dienen, in geringerem Maße
verschlechtert. Daher kann mit der neuen optischen Lichtübertragungsvorrichtung ein zu beobachtendes
Objekt unter einem ausreichend weiten Winkel ausgeleuchtet werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung und den F i g. 9A und 9B ist zu erkennen, daß durch die optische
Lichtübertragungsvorrichtung gemäß F i g. 4 die Menge
des auf den objektnahen Lichtleiter 4 fallenden Lichts vergrößert und eine ideal flache Winkelverteilungscharakteristik
der auf den objektnahen Lichtleiter 4 fallenden Strahlen erreicht wird. Die Winkelverteilung
an der Austrittsfläche des lichtquellenseitigen Lichtleiters 2 hat einen Winkel von 30° bei 1Ai der
Spitzenintensität. Es ist daher unmöglich, einen größeren Winkel als 30° bei direkter Kopplung von
zwei Lichtleitern gemäß Fig. 2 zu erhalten. Bei einem
Endoskop mit weitem Winkel muß jedoch der Einfallwinkel auf den objektnahen Lichtleiter größer als
30° sein. Daher wird in der oben angegebenen Gleichung (2) der Winkel Θ größer als 30° gewählt, und
zwar nach der Beziehung:
2n/f>
wobei π der Radius des lichtquellenseitigen Lichtleiters
2 ist.
Nachfolgend werden die numerischen Daten eines Ausführungsbeispiels der optischen Lichtübertragungsvorrichtung
gemäß F i g. 4 angegeben.
= -1,581 | Z), | = 0,667 | ΛΊ = | 1,8061 | |
R2 | |||||
= 1,581 | D2 | = 0,076 | |||
«3 | |||||
= OO | D3 | = 0,667 | /V2 = | 1,8061 | |
R4 | |||||
K1 = 40,9
V1 = 40,9
/== 1 S1 =0,591 S2 =0,294
/f=/fl = 0,592 2r,//= 1,368
0,38 sin0/sinö' = 0,55
/f=/fl = 0,592 2r,//= 1,368
0,38 sin0/sinö' = 0,55
wobei R\ bis Λ» die Krümmungsradien der Oberflächen
der entsprechenden Linsenkomponenten, D\ bis Lh die
Dickenabmessungen er zugehörigen Linsenkomponenten und den Luftspalt zwischen diesen, V] und Vi die
Abbeschen Zahlen, / die Gesamtbrennweite des Linsensystems als Ganzes, S\ den Abstand zwischen
dem lichtquellennahen Lichtleiter und dem Linsensystem, S-2 den Abstand zwischen dem Linsensystem und
dem objektnahen Lichtleiter und fr und fe die vorderen
und hinteren Brennpunkte des Linsensystems bezeichnen und wobei λ und κ bzw. θ und θ' die aus F i g. 4
ersichtlichen Größen darstellen.
Meßwerte der Winkelverteilungscharakteristik des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels sind durch
die Kurve a in Fig. 10 veranschaulicht. Aus dieser
Kurve ergibt sich, daß die Intensität eines Lichtstrahls unter einem Winkel von etwa 40° auf der Austrittsfläche
des objektnahen Lichtleiters etwa 1A der Spitzen-Lichtintensität
hat. Die beschriebene optische Lichübertragungsvorrichtung verbessert also sowohl die Winkelverteilungscharakteristik
als auch die Ebenen-Lichtintensitätsverteilung. Dies zeigt ein Vergleich der Kurve a
mit den entsprechenden Kurven b und c in Fig. 10, wobei letztere den in den F i g. 3 und 2 veranschaulichten
nCTivomiTiiiCiiSri l-vGppiungssyStürncn zugcGFunci
sind.
Bei dem numerischen Ausführungsbeispiel der Erfindung fallen die Austrittsfläche des lichtquellennahen
Lichtleiters und die Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters nicht mit den vorderen bzw. hinteren
Brennpunkten des Linsensystems zusammen. Genauer gesagt, weicht η/τ\ von sin θ/sin Θ' ab. Durch diese
Abweichung werden Aberrationen berücksichtigt Die Austrittsfläche des lichtquellennahen Lichtleiters und
die Eintrittsfläche des objektnahen Lichtleiters können bei Bedarf ohne Beeinträchtigung der vorstehend
beschriebenen Vorteile der Erfindung näher zum Linsensystem 7 liegen als die zugehörigen Brennpunkte
des Linsensystems. Wenn auch die Abflachung der Winkelverteilungscharakteristik bei großen Winkeln
(beispielsweise den durch die Bezugszeichen P in Fig.9B angegebenen Winkeln) schlechter wird, stellt
diese Verschlechterung in der Praxis kein Problem dar. Selbst wenn die Austrittsfläche des lichtquellennahen
Lichtleiters und die Einfallfläche des objektnahen Lichtleiters etwas weiter entfernt von dem Linsensystern
7 als die zugehörigen Brennpunkte liegen, treten in der Praxis kaum Probleme auf, obwohl die Winkelverteilungscharakteristik
des Beleuchtungslichts etwas verschlechtert wird. Es muß jedoch ein Abstand der beiden
Flächen 2a und 4a gegenüber den zueinander konjugierten Punkten des optischen Kopplungssystems eingehalten
werden, um die zuvor beschriebenen Vorteile gegenüber der in Fig.3 dargestellten optischen
Lichtübertragungsvorrichtung herkömmlicher Ausführung zu erhalten.
Die beschriebene optische Lichtübertragungsvorrichtung läßt sich nicht nur für Beleuchtungssysteme in
Endoskopen, sondern mit den gleichen Vorteilen auch für andere Arten von Bclcuchtungssystcrncn verwenden,
bei denen Lichtleiter zu koppeln sind. Zusätzlich zu der Verwendung als optisches Kopplungssystem für
Lichtleiter kann die Erfindung auch zur Übertragung von Strahlen von einer Primärlichtquelle (z. B. einer
Xenonlampe) mit einer Ebenen-Lichtintensitätsverteilgung und einer Winkelverteilungscharakteristik ähnlich
denjenigen einer Sekundärlichtquelle auf der Austrittsfläche des lichtquellennahen Lichtleiters zu einem
anderen Lichtleiter verwendet werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Optische Lichtübertragungsvorrichtung, bei der ein Licht von einer Lichtquelle aufnehmender und
durch eine Austrittsfläche abgebender erster Lichtleiter, ein Licht aus dieser Austrittsfläche aufnehmendes,
reell abbildendes optisches Kopplungssystem und ein das Licht aus dem optischen Kopplungssystem durch eine Eintrittsfläche aufnehmender
zweiter Lichtleiter im Lichtstrahlengang hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsfläche (2a) des ersten Lichtleiters (2) an oder nahe dem frontseitigen
Brennpunkt des optischen Kopplungssystems (7) und die Eintrittsfläche (4a) des zweiten
Lichtleiters (4) an oder nahe dem rückseitigen Brennpunkt des optischen Kopplungssystems liegen.
2. Optische Lichtübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie der
folgenden Beziehung genügt:
Applications Claiming Priority (1)
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ID=13813456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JPS58105202A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-23 | Olympus Optical Co Ltd | 光学繊維束を用いた照明装置 |
GB8312650D0 (en) * | 1983-05-07 | 1983-06-08 | Plessey Co Plc | Optical connectors |
FR2564982B1 (fr) * | 1984-05-25 | 1987-12-31 | Cibie Projecteurs | Embout de couplage d'un guide de lumiere a une source lumineuse, notamment pour un eclairage de ville integre a un ensemble projecteur pour automobile |
JPS60262119A (ja) * | 1984-06-08 | 1985-12-25 | Olympus Optical Co Ltd | 内視鏡用照明光学系 |
US4627068A (en) * | 1984-06-13 | 1986-12-02 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Fiber optics interface for a dye laser oscillator and method |
EP0173110A3 (de) * | 1984-08-23 | 1986-10-29 | Westinghouse Electric Corporation | Fiberoptischer Lichtleiter |
FR2571504B1 (fr) * | 1984-10-05 | 1987-01-23 | Labo Electronique Physique | Dispositif de couplage d'une source lumineuse et d'un guide d'onde lumineuse |
JPS62273506A (ja) * | 1986-05-21 | 1987-11-27 | Tsuji Opt Kenkyusho:Kk | リレ−レンズ |
JPH02114226A (ja) * | 1988-10-25 | 1990-04-26 | Olympus Optical Co Ltd | 内視鏡の照明光学系 |
US4953937A (en) * | 1988-05-17 | 1990-09-04 | Olympus Optical Co., Ltd. | Illumination optical system |
GB2230348A (en) * | 1989-04-08 | 1990-10-17 | Plessey Co Plc | Optical coupling through an image surface. |
JPH03207918A (ja) * | 1990-01-11 | 1991-09-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 輻射型暖房器及び輻射体 |
US5797836A (en) * | 1995-06-07 | 1998-08-25 | Smith & Nephew, Inc. | Endoscope with relative rotation and axial motion between an optical element and an imaging device |
US5621830A (en) * | 1995-06-07 | 1997-04-15 | Smith & Nephew Dyonics Inc. | Rotatable fiber optic joint |
US5754719A (en) * | 1996-11-22 | 1998-05-19 | Cogent Light Technologies, Inc. | Method for coupling light from single fiberoptic to a multi-fiber bundle with enhanced field uniformity and better coupling efficiency |
US5924415A (en) * | 1998-03-02 | 1999-07-20 | Esteverena; Carlos A. | Solar grill |
JP5389884B2 (ja) * | 2011-09-30 | 2014-01-15 | 富士フイルム株式会社 | 内視鏡用照明光学系及び照明装置 |
US20170160491A1 (en) * | 2015-07-20 | 2017-06-08 | Samtec, Inc. | Eye-safe interface for optical connector |
WO2017056889A1 (ja) | 2015-09-30 | 2017-04-06 | ソニー株式会社 | 光通信コネクタ、光通信ケーブル及び電子機器 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1017354A (en) * | 1963-04-27 | 1966-01-19 | Contina Bureauxi Und Rechenmas | Improvements relating to optical coupling systems |
JPS5323086B2 (de) * | 1972-11-01 | 1978-07-12 | ||
GB1429843A (en) * | 1973-06-02 | 1976-03-31 | Plessey Co Ltd | Endwise coupling of light guides |
US3912364A (en) * | 1974-04-08 | 1975-10-14 | Corning Glass Works | Mixer for optical waveguide bundle |
DE2544519C3 (de) * | 1974-10-08 | 1981-03-12 | Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo | Beleuchtungsvorrichtung für Endoskope |
GB1537477A (en) * | 1975-11-14 | 1978-12-29 | Post Office | Dielectric optical waveguide couplings |
US4183618A (en) * | 1976-08-06 | 1980-01-15 | Smiths Industries Limited | Couplings and terminals for optical waveguides |
-
1978
- 1978-07-10 JP JP8382578A patent/JPS5511216A/ja active Granted
-
1979
- 1979-07-04 DE DE2926925A patent/DE2926925C2/de not_active Expired
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JPS5511216A (en) | 1980-01-26 |
JPS6115401B2 (de) | 1986-04-24 |
DE2926925A1 (de) | 1980-01-24 |
US4294511A (en) | 1981-10-13 |
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