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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht such auf ein Sichtuntersuchungsgerät, bei welchem
eine Fernsehkamera mit einem optischen Fibroskop gekoppelt ist.
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Optische Fibroskope werden oft zur Sichtuntersuchung des Inneren
des menschlichen Körpers, beispielsweise des Inneren des Magens oder des Darms,
verwendet. Ebenso wird es für Sichtuntersuchungen des Inneren enger Raume, beispielsweise
des Inneren eines Motors oder des Inneren eines engen Rohres, verwendet.
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hinsichtlich der Sichtuntersuchung und der Verwendung eines optischen
Fibroskops gibt es ein Verfahren, bei welchem das Okular des Fibroskops mit blankem
Auge betrachtet wird, und ein Verfahren, bei welchem eine Fernsehkamera mit dem
Okular gekoppelt ist und das Bild einer Probe auf einem Fernsehmonitor wiedergegeben
wird.
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Zwischen diesen Verfahren der Sichtuntersuchung besteht ein großer
Unterschied hinsichtlich des Helligkeitsbereichs, in welchem die Untersuchung möglich
ist.
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Im Falle der Sichtuntersuchung mit dem blanken Auge ist der Helligkeitsbereich
einer Probe, die noch besichtigt werden kann mehr als 100:1 im Verhältnis zwischen
der Helligkeit des hellsten Teils und der Helligkeit des dunkelsten Teils bzw. im
sogenannten Kontrastverhältnis. Demgegenüber ist bei dem einen Fernsehmonitor verwendenden
Sichtuntersuchungsverfahren der Helligkeitsbereich, der sichtuntersucht werden kann,
ungefähr 16:1 im Kontrastverhältnis.
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Bei Benutzung des Gerätes zur Sichtuntersuchung geschieht die Beleuchtung
durch eine Beleuchtungsvorrichtung, die am Vorderende des optischen Fibroskops angebracht
ist. In dieser Hinsicht ist die Verteilung des beleuchtenden Lichts üblicherweise
gleichförmig, so daß die Helligkeit der beleuchteten Probe ebenfalls gleichförmig
ist. Wenn es sich bei der Probe um das Innere des menschlichen Körpers o.dgl. handelt,
wird das beleuchtete Licht gut gestreut und das reflektierte Beleuchtungslicht be-
leuchtet
auch einen anderen Teil der Probe. Aus solchen Gründen wird eine Ungleichförmigkeit
der Helligkeit, die auf eine Ungleichförmigkeit der Verteilung des Beleuchtungslichts
zurückgeht, bis zu einem gewissen Grade beseitigt.
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Wenn jedoch eine unebene Metalloberfläche o.dgl. besichtigt wird,
wird das Kontrastverhältnis der zu untersuchenden Metalloberfläche aufgrund der
Ungleichfonzigkeit tder Vertelung des Beleuchtungslichts in Verbindung mit der Tatsache,
daß das Ausmaß, mit dem die Metalloberfläche das Beleuchtungslicht streut sehr von
der Streurichtung abhängt, verhältnismäßig groß. Es ist daher unmöglich, ein klares
Bild der Probe mittels einer mit dem Fibroskop gekoppelten Fernsehkamera auf dem
Fernsehschirm wiederzugeben. Dies führt zu dem Problem, daß eine zufriedenstellende
Sichtuntersuchung nicht durchgeführt werden kann.
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Als ein Mittel zur Lösung dieses Problems wird es betrachtet, eine
größere Anzahl von Beleuchtungsquellen am Vorderende des Fibroskops vorzusehen und
die Probe durch diese große Anzahl von Beleuchtungsquellen von verschiedenen Seiten
zu beleuchten, wodurch die Helligkeit der beleuchteten Probe gleichförmig wird.
Da jedoch das Fibroskop die Form eines feinen Rohres hat und der Abstand der Lichtquellen
nicht ausreichend groß gemacht werden kann, ist ein sehr großer Effekt nicht zu
erwarten. Daneben ist eine Präzisionsarbeit erforderlich, was dkonomische Nachteile
usw. mit sich bringt.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber ein Sichtuntersuchungsgerät
vorzusehen, welches in der Lage ist, eine genaue Untersuchung derart durchzuführen,
daß bei Untersuchung der Probe mit einem Sichtuntersuchungsgerät, bei welchem eine
Fernsehkamera auf einem Fibroskop angebracht ist, die Helligkeit des auf einem Fernsehmonitor
wiederzugebenden Bildes der Probe gleichförmig gemacht ist, so daß sich ein klares
Fernsehbild erhalten läßt.
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Hierzu schlägt die Erfindung ein Sichtuntersuchungsgerät vor, welches
eine Lichtquelle, einen Lichtleiter zum Führen des Beleuchtungslichts von der Lichtquelle
zu
einer Probe, eine Abbildungslinse, welche von der Probe gestreutes
und reflektiertes Licht empfängt und ein optisches Bild erzeugt, einen Bildleiter
zum Leiten des optischen Bildes, ein optisches Linsensystem zur Vergrößerung des
über den Bildleiter erhaltenen optischen Bildes, eine kommerzielle Fernsehkamera
zur Aufnahme des durch das Linsensystem vergrößerten optischen Bildes, ein zwischen
dem Linsensystem und der Fernsehkamera liegendes optisches Filter mit einem Transmissionsfaktorprofil,
bei welchem der Transmissionsfaktor für den Mittelteil niedriger als diejenige für
die Randteile ist, aufweist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden in Verbindung
mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.
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Auf dieser zeigt Fig. 1 den Aufbau einer Ausführungsform eines Sichtuntersuchungsgerates
gemäß der Erfindung; Fig. 2 die Situation, bei welcher Beleuchtungslicht durch ein
Metall mit unebener Oberfläche als Probe gestreut und reflektiert wird, Fig. 3 eine
Kurve der Helligkeitsverteilung eines optischen Bildes einer Schweißstelle aus rostfreiem
Stahl, Fig. 4 eine Kurve, die ein Beispiel der Verteilung von Transmissionsfaktoren
eines optischen Filters im erfindungsgemäßen Gerät wiedergibt, Fig. 5 die Situation,
in welcher von einer Adapterlinse kommendes Licht das optische Bild einer Probe
auf eine Fernsehkamera durch ein optisches Filter überträgt, und Fig. 6 eine Kurve
der Helligkeitsverteilung des optischen Bildes einer Schweißfläche aus rostfreiem
Stahl, wie sie auf eine Fernsehkamera übertragen wird.
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Fig. 1 zeigt den konstruktiven Aufbau eines Sichtuntersuchungsgeräts
gemäß der Erfindung.
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Dieses Sichtuntersuchungsgerät funktioniert folgendermaßen. Die Beleuchtung
geschieht derart, daß Beleuchtungslicht einer Beleuchtungsquelle 11 durch einen
Lichtleiter 12 an das Vorderende eines optischen Fibroskops geleitet wird, von wo
aus das Licht auf eine Probe 20 projiziert wird. Das Beleuchtungslicht wird an der
Oberfläche der Probe 20 gestreut und reflektiert, und ein Teil des gestreuten und
reflektierten Lichts fällt auf eine Objektivlinse 13. Die Objektivlinse 13 erzeugt
das optische Bild der Probe an der Endfläche eines Bildleiters 14. Dieses Bild wird
durch eine industrielle Fernsehkamera 18 über den Lichtleiter 14 aufgenommen und
durch einen Fernsehmonitor 19 wiedergegeben.
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Zur Erläuterung des Helligkeitsprofils des durch die Objektivlinse
13 erzeugten optischen Bildes der Probe zeigt Fig. 2 die Situation, bei welcher
das Beleuchtungslicht an der Oberfläche eines unebenen Metallstücks 20 als Probe
gestreut und reflektiert wird.
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Wenn das Beleuchtungslicht senkrecht auf die Probe 1 einfällt, wird
die Verteilung des gestreuten und reflektierten Lichts durch eine Kurve 21 wiedergegeben
und Licht verhältnismäßig hoher Intensität in die Objektivlinse reflektiert.
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Wenn jedoch das Beleuchtungslicht schräg auf die Probe einfällt, nimmt
die Verteilung des gestreuten und reflektierten Lichts die durch Kurve 22 wiedergegebene
Form an, das gestreute und reflektierte Licht breitet sch also so aus, daß die Mitte
die Richtung der regulären Reflexion ist. Daher fällt nur Licht geringer Intensität
in die Objektivlinse. Infolgedessen wird das Helligkeitsprofil des durch die Objektivlinse
gebildeten optischen Bildes der Probe derart, daß das Bild sehr hell im Mittelteil
(nahe der Frontfläche des Mittelteils des Lichtleiters 12) ist, daß aber die Helligkeit
mit zunehmendem Abstand vom Mittelteil abfällt, wodurch das Bild in den Randteilen
merklich dunkel ist. Es liegt auf der Hand, daß das Helligkeitsprofil des durch
die Objektivlinse erzeugten optischen
Bildes der Probe durch die
Ungleichförmigkeit der Verteilung des Beleuchtungslichts weiter verungleichmäßigt
wird.
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Als Beispiel sei das Helligkeitsprofil des optischen Bildes einer
Probe für den Fall betrachtet, daß eine Oberfläche aus geschweißtem rostfreiem Stahl
als Probe 20 sichtuntersucht wird. In Fig. 2 ist angenommen, daß der Durchmesser
des Lichtleiters 12 2 mm ist, daß der Abstand zwischen dem Lichtleiter 12 und der
Objektivlinse 13 5 mm beträgt, daß die Brennweite der ObJektivlinse 13 2 mm ist,
daß die Größe der Endfläche des Bildleiters 14 2 mm x 2 mm ist und daß der Abstand
zwischen der Objektivlinse 13 und der die Probe bildenden Oberfläche aus rostfreiem
Stahl 10 mm beträgt. Das Helligkeitsprofil des optischen Bildes hinsichtlich des
Falles, daß das optische Bild der durch das Beleuchtungslicht des Lichtleiters 12
beleuchteten Oberfläche aus rostfreiem Stahl auf der Endfläche des Bildleiters 14
durch die Objektivlinse 13 erzeugt wird, ist in Fig. 3 gezeigt.
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Obwohl sich das Maximum der Helligkeit etwas nach der Lichtleiterseite
(+ Seite) legt, ist das Bild hell ungefähr im Mittelteil und dunkel in den Randteilen.
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Auf diese Weise erscheint die Ungleichförmigkeit der Helligkeit des
optischen Bildes der Probe in der Regel als die unzureichende Helligkeit der Randteile
des Bildes. Gemäß der Erfindung wird daher das optische Bild durch den Bildleiter
14 zu einer Okularlinse 15 übertragen, durch ein die Okularlinse 15 und eine Adapterlinse
16 enthaltendes optisches Linsensystem vergrößert und zu einer Bildaufnahmevorrichtung
(beispielsweise einer Fernsehkamera) 18 über ein optisches Filter 17 übertragen.
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Das Transmissionsfaktorprofil des im Rahmen der beschriebenen Ausführungsform
verwendeten optischen Filteis 17 ist in Fig. 7 gezeigt. Wie dort zu sehen, ist das
optische Filter ein Filter mit einer solchen Verteilung, daß der Transmissionsfaktor
im Mittelteil niedrig und in
den Randteilen hoch ist. Wie vorher
ausgeführt, hat das durch die Okularlinse 15 und die Adapterlinse 16 vergrößerte
Bild das in Fig. 3 gezeigte Helligkeitsprofil. Gemäß der Erfindung wird jedoch die
Helligkeitsverteilung des optischen Bildes durch das optische Filter 17 korrigiert.
Wie in Fig. 5 dargestellt, durchläuft nämlich ein Lichtbündel 51, welches den hellen
Mittelteil abbildet, den Mittelteil des optischen Filters, wo der Transmissionsfaktor
niedrig ist, so daß die Helligkeit abnimmt.
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Im Gegensatz dazu durchlaufen Lichtbündel 52 und 53, welche die Randteile
des optischen Bildes abbilden, die Randteile des optischen Filters, wo die Transmissionsfaktoren
hoch sind, so daß die Helligkeit kaum abnimmt.
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In Fig. 5 ist als Beispiel die Brennweite der Adapterlinse 16 gleich
55 mm der Abstand zwischen der Adapterlinse 16 und der Fernsehkamera 18 beträgt
55 mm und der Abstand zwischen der Fernsehkamera 18 und dem optische Filter 17 6
mm. Damit ändert sich, wenn das optische Bild mit dem in Fig. 3 gezeigten Helligkeitsprofil
das optische Filter 17 mit dem in Fig. 4 gezeigten Transmissionsfaktorprofil durchlaufen
hat, das Helligkeitsprofil in dem in der in Fig. 6 gezeigten Verlauf. Auf diese
Weise ist die Helligkeit des optischen Bildes der Probe, das zur Fernsehkamera übertragen
werden soll, unter der Wirkung des optischen Filters 17 vergleichmäßigt. Damit erhält
man ein klares Bild der Oberfläche aus rostfreiem Stahl auf dem Monitor.
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Der Idealfall dabei wäre, daß die Helligkeit des optischen Bildes
vollkommen gleichmäßig ist, daß also die Helligkeiten des Mittelteils und der Randteile
einander gleich sind.
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Selbst wenn jedoch die Helligkeit, wie in Fig. 6 gezeigt, nicht vollkommen
gleichförmig ist, erhält man ein klares Bild der Probe auf dem Fernsehmonitor, wenn
das Verhältnis der Helligkeiten des Mittelteils und der Randteile innerhalb ungefähr
von 3:1 liegt.
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Gemäß der Erfindung liegt die Bildaufnahmevorrichtung 18 üblicherweise
an einer Stelle, wo das optische Bild über das optische Linsensystem mit der Okularlinse
15
und der Adapterlinse 16 erzeugt wird. Die Lage beschränkt sich
nicht wie bei der Ausführungsform auf diejenige der Brennweite der Adapterlinse
16. Das optische Filter 17 liegt üblicherweise an einer Stelle, die zwischen der
Adapterlinse 16 und der Stelle der Erzeugung des optischen Bildes und so nahe wie
möglich bei der Bilderzeugungstelle liegt. Die Lage beschränkt sich nicht wie bei
der Ausführungsform auf diejenige zwischen der Adapterlinse 16 und der Bildaufnahmevorrichtung
18. Ferner wurde bei der beschriebenen Ausführungsform ein optisches Linsensystem
verwendet, welches die Okularlinse und die Adapterlinse enthält. Die Erfindung beschränkt
sich jedoch nicht auf ein optisches Linsensystem eines solchen Aufbaus, sondern
ist auch auf eine Konstruktion anwendbar, bei welcher eine Sichtuntersuchung mit
dem blanken Auge nicht beabsichtigt, vielmehr die Sichtuntersuchung mit einer Bildaufnahmevorrichtung
von vornherein beabsichtigt ist (beispielsweise einen Fall, wo die Okularlinse 15
nicht vorgesehen ist). Das optische Filter der Erfindung kann in der unten beschriebenen
Weise hergestellt sein. Als Beispiel wird ein Herstellungsverfahren, das die Photographie
ausnutzt, erläutert.
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Eine große Anzahl weißer Punkte, die einen Durchmesser von ungefähr
1 mm haben, wird auf ein Blatt schwarz# Papiers einer Größe von beispielsweise 200
mm x 200 mm gemalt. Dabei wird die Verteilung der weißen Punkte pro Einheitsfläche
bzw. das Dichteprofil der weißen Punken ähnlich dem Helligkeitsprofil der Probe,
wie es in Fig. 3 gezeigt ist, gehalten. Nachfolgend wird das mit den weißen Punkten
bemalte schwarze Papier mit einem Schwarzweißfilm abphotographiert. Bei der Aufnahme
ist das Kameraobjektiv so weit defokussiert, daß die Bilder der einzelnen weißen
Punkte auf dem entwickelten Negativfilm nicht voneinander zu trennen sind. Dies
dient zur Ausmittelung von Unterschieden der optischen Dichte innerhalb einer kleinen
Fläche des Negativfilms und gleichzeitig zur Gewinnung eines optischen Dichteprofils
auf
dem Negativfilm, das das Dichteprofil der weißen Punkte wiedergibt. Der so belichtete
Schwarzweißfilm wird entwickelt und dieser Negativfilm als optisches Filter verwendet.
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Wie oben ausgeführt, besteht die Erfindung in einem Gerät für Sichtuntersuchungen,
bei welchem eine Fernsehkamera mit einem optischen Fibroskop gekoppelt ist und welches
dadurch gekennzeichnet ist, daß ein optisches Filter vor der Fernsehkamera angeordnet
ist und daß die Helligkeit des auf die Fernsehkamera zu übertragenden optischen
Bildes der Probe durch das optische Filter vergleichförmigt ist. Infolgedessen wird
das auf dem Fernsehmonitor wiedergegebene Bild der Probe klar. Fehlerhaftes Erkennen
und Übersehen auf dem Bild sind verhindert und gleichzeitig ist die Exaktheit der
Untersuchung erhöht. Aus diesen Gründen ist die Zuverlässigkeit des Ergebnisses
einer Sichtuntersuchung erhöht.
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