DE3435114A1

DE3435114A1 - Vorrichtung zum beseitigen von rastermustern fuer ein endoskop

Info

Publication number: DE3435114A1
Application number: DE19843435114
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Musashino Tokio/Tokyo Nagasaki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-10-03
Filing date: 1984-09-25
Publication date: 1985-05-02
Also published as: JPS6076712A; US4760839A; JP2593429B2

Description

OLYMPUS OPTICAL CO., LTD., Tokio, Japan

Vorrichtung zum Beseitigen von Rastermustern für ein Endoskop

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beseitigen von Rastermustern für ein Endoskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei diese Rastermuster, im folgenden auch Bildraster genannt, beobachtet werden, wenn ein Bündel von Glasfasern, die regelmäßig angeordnet sind, als Lichtleiter (als Bildübertragungsvorrichtung) benutzt wird.

Seit kurzem werden Endoskope weitverbreitet benutzt, die es ermöglichen, z.B. einen gefährdeten Teilbereich eines menschlichen Körpers zu beobachten und zu diagnostizieren, ohne daß ein Einschnitt notwendig ist, indem ein langes, schmales und biegsames Einführungsteil durch den Mund in den Körper eingeführt wird oder, um eine medizinische Behandlung auszuführen, mit Benutzung von Pinzette und Skalpell eingeführt wird.

Auch in der Industrie wird ein Endoskop für den industriellen Bereich zur Untersuchung beschädigter Teile der Innenwände von Leitungen einer Anlage oder Fremdkörper, die der Innenfläche anhaften, benutzt.

Das Endoskop mit einem weichen Einführungsteil, das durch einen gekrümmten Einführungsweg eingeschoben werden kann, ist so beschaffen, daß ein Gegenstand, wie z.B. ein gefährdeter Teilbereich, der durch eine Beleuchtungsvorrichtung, die Licht vom Ende des Einführungsteils abstrahlt, beleuchtet wird, als Bild auf einer Endfläche des Lichtleiters durch ein optisches / Bilderzeugungssystem erzeugt wird, wobei der Lichtleiter als eine aus einem Glasfaserbündel hergestellte Bild-

übertragungsvorrichtung dient, durch den Lichtleiter auf die andere Endfläche, die sich im Sichtbereich befindet, geführt wird, vergrößert wird und durch ein Okularlinsensystem betrachtet wird. 5

Da aber in diesem Endoskop ein Bündel regelmäßig angeordneter Glasfasern als Bildübertragungsvorrichtung benutzt wird, bleiben die Zwischenräume zwischen den Glasfasern dunkel, weil sie kein Licht übertragen, und es erscheint ein Bildraster bei der Betrachtung durch das Okularlinsensystem, so daß die Bildbetrachtung erschwert wird und darüber hinaus das Bild durch Hochfrequenz-Komponenten undeutlich wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, die die Rastermuster oder Bildraster, die durch die Anordnung der Glasfasern hervorgerufen werden, beseitigt und dabei einen einfachen Aufbau hat.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beseitigen von Rastermustern kann diese eliminieren, ohne dabei die Auflösung der Lichtfaserbündelübertragung herabzusetzen. Die zu diesem Zweck vorgesehene Anordnung hat einen einfachen Aufbau.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Die Fig. 1 bis 8 betreffen ein Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung. Dabei zeigen:

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F I G . 1 eine verdeutlichende graphische Darstellung eines Endoskops, auf das das Ausführungsbeispiel 1 angewandt ist,

F I G . 2 eine seitliche Ansicht einer benutzten Quarzscheibe, die ein optisches Tiefpaßfilter bildet,

F I G . 3 ein Kennliniendiagramm der Leuchtdichte in Abhängigkeit von der Raumfrequenz bzw. der Wellenzahl, 10

F I G . 4 ein Kennliniendiagramm der Leuchtdichte-Kennlinie bei Benutzung von η Quarzscheiben gemäß FIG. 2,

FIG. 5(a) eine Darstellung einer Glasfaserreihe und der entsprechenden Leuchtdichteverteilung,

FIG. 5(b) eine Darstellung der Wellenzahlverteilung der Wellenzahlen der FIG. 5(a),

FIG. 6(a) eine Darstellung der Leuchtdichteverteilung eines Objektbildes,

F I G . 6(b) eine Darstellung der Verteilung der Wellenzahlen der FIG. 6(a),
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FIG. 6(c) eine Darstellung der Leuchtdichteverteilung eines Objektbildes, das durch die Glasfaserreihe geleitet wurde,

FIG. 6(d) eine Darstellung der Verteilung der Wellenzahlen der FIG. 6(c),

F I G . 7 eine Ansicht von vorn auf eine zweidimendionale, einen Lichtleiter bildende Anordnung von Glasfasern, und

F I G . 8 eine perspektivische seitliche Ansicht eines optischen Tiefpaßfilters, das in dem Ausführungs-

beispiel 1 verwendet wird.

Ein in der FIG. 1 gezeigtes Weichtyp-Endoskop 1 mit einer Vorrichtung zum Beseitigen von Rastermustern oder Bildrastern weist ein hartes Endteil 3 auf, das kontinuierlich aus dem vorderen Ende eines langen, schmalen und biegsamen Einführungsteils 2 hervorgeht, wobei ein Beobachtungsfenster des Endteils 3 mit einem Abdeckglas 4 verschlossen ist und eine Bilderzeugungs-Linse 5 innerhalb des Endteils 3 vorgesehen ist. Ein biegsamer Lichtleiter 7 aus einem Bündel aus Glasfasern 6, die regelmäßig angeordnet sind, ist in dem Teil, in dem seine vordere Endfläche (seine Empfangsflache), in der Brennebene der Bilderzeugungs-Linse 5 liegt, angeordnet.

Der Lichtleiter 7 erstreckt sich als Bildübertragungsvorrichtung durch das Einführungsteil 2 in einen Bedienungsteil 8 an der Bedienungsseite, um das auf der vorderen Empfangsfläche erzeugte Bild auf eine rückwärtige Endfläche (Austrittsfläche) zu leiten. Das Bild auf der Austrittsfläche kann vergrößert und durch eine Okular-Linse 10, die vor einem Abdeckglas 9 angeordnet ist, betrachtet werden, wobei das Abdeckglas ein Okular-Linsenfenster verschließt.

Außerhalb des oben beschriebenen optischen Systems ist eine Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen.

Das Beleuchtungsfenster am Endteil 3 wird von einer Zerstreuungslinse 11 abgedeckt, und vor dieser ist innenliegend in dem Endteil ein weiterer Lichtleiter 12 aus biegsamem Glasfaserbündel vorgesehen. Dieser Lichtleiter 12 ist durch das Einführungsteil 2 geführt,an einer Stelle in der Nähe des Bedienungsteils 8 gebogen, durch ein Lichtleiter-Kabel 13 geführt, das nach außen geführt ist, und kann mit einer (nicht dargestellten) Lichtquellenanordnung durch einen lösbaren Kontakt verbunden werden, ua das Beleuchtungslicht aus der Licht-

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quellenanordnung herauszuführen und ein Objekt oder einen Gegenstand innerhalb des Abbildungsbereichs der Bilderzeugungs-Linse 5 von der vorderen Fläche des Lichtleiters 12 aus durch die Zerstreuungslinse 11 zu beleuchten.

Auf der Empfangsfläche und auf der Austrittsfläche des Lichtleiters 7 sind optische Tiefpaßfilter 14 und 15 als Vorrichtung zum Beseitigen eines Bildrasters, das durch die Anordnung der den Lichtleiter 7 bildenden Glasfasern 6 erzeugt wird, befestigt.

Die optischen Tiefpaßfilter 14 und 15 sind hergestellt, indem transparentes Material wie Kalkspat oder Glimmer in eine Scheibe wie die in der FIG. 2 dargestellte Guarzscheibe 16 zerschnitten wird, die Doppelbrechung zeigt, d.h. das durchgelassene Licht ist aufgeteilt in einen ordentlichen und in einen außerordentlichen Strahl, so daß der Divergenzabstand der Strahlen nach der Transmission einen geeigneten Wert ß aufweist, wie er in der FIG. 2 dargestellt ist.

Die Leuchtdichteänderung aufgrund der Wellenzahl (bzw. der Richtung der Abstandsdivergenz) der Quarzscheibe 16 mit dem Divergenzabstand £ ist so beschaffen, daß die Filterkurve einen O-Durchgang aufweist, wenn die Wellenzahl den Wert 1/(2β) hat (FIG. 3), und die Tiefpaßflanke für das optische Tiefpaßfilter verläuft flach. Daher werden als optische Tiefpaßfilter 14 und 15 η Scheiben der Dicke der in der FIG. 2 gezeigten Quarzscheibe 16 benutzt, die eine steile Filtercharakteristik aufweisen (FIG. 4), und um das Bildraster zweidimensional zu beseitigen, werden zwei Sätze von η Scheiben der Dicke der Scheibe 16 aus FIG. 2 vorgesehen und gemeinsam als optisches Tiefpaßfilter 14 oder 15 benutzt, wobei die Doppeibrechnung mit einer 60°-Divergenz auftritt, wie des in FIG. 8 dargestellt ist.

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Die Abstandsdivergenz Z der Quarzscheiben 16, die die optischen Tiefpaßfilter bilden, ist wie im folgenden erklärt wird festgesetzt.

Die horizontale Anordnung der Glasfasern 6, die den Lichtleiter 7 bilden, entspricht der im unteren Teil der FIG. 5(a) dargestellten Anordnung. Wenn der Durchmesser der Glasfaser T beträgt und der Abstand innerhalb der Anordnung jeweils P ist, ergeben sich für die Leuchtdichteänderung eines Bildrasters der Punktion f>| (x) regelmäßig angeordnete Raster von hellen und dunklen Teilen (FIG. 5(a), wenn Licht einheitlicher Leuchtdichte durch die Glasfasern gesehen wird, die horizontal angeordnet sind (Koordinaten in horizontaler Richtung werden mit χ bezeichnet). Für die Wellenzahlen ergeben sich Hell-Linienspektren F₁(x) auf der Grundlage des Bildrasters f-, (x), wie in der FIG. 5(b) dargestellt ist. Ein solches Hell-Linienspektrum erscheint bei einer Wellenzahl, die einer gleichmäßigen Helligkeit k = 0 und auch k = 1/P, k = 2/P ... entspricht (der tatsächliche Unterschied im Abstand zwischen 1/P und 1/f ist beträchtlich kleiner als der dargestellte).

Wenn ein Bild, dessen Leuchtdichteänderung bzw. Leuchtdichteschwankung einer in der FIG. 6(a) gezeigten Funktion f₂(x) entspricht und dessen Wellenzahlkomponente wie in FIG. 6(b) dargestellt, einer Funktion F₂(k) entspricht, durch die Glasfaserreihe betrachtet wird, ergibt sich eine in der FIG. 6(c) gezeigte Leuchtdichteschwankung f^(x), und die Wellenzahlkomponente F-z(k) ist in Übereinstimmung mit dem Frequenz-Faltungstheorem:
F₃(k) _s

= F₁(k)*F₂(k)

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(?" bezeichnet ein Fouriertransformationssymbol und * gibt ein Faltungsintegral an), und wie in der FIG. 6(d) dargestellt ist, erscheint die in der FIG. 6(b) gezeigte Wellenzahlkomponente F,(k) auf beiden Seiten jedes Hell-Linienspektrums. Wie an Hand der FIG. 6(d) eindeutig zu sehen ist, beträgt die Auflösungsgrenze der Glasfaserreihe 1/(2P).

Deshalb sollte zur Beseitigung des Bildrasters, ohne das Auflösungsvermögen zu verringern, ein Material verwendet werden mit einer optischen Tiefpaßfilterkennlinie, die eine Grenzfrequenz von 1/2P aufweist, wie es in einer weiteren punktiert gestrichelten Linie in der FIG. 6(d) angedeutet ist.

Obwohl es unmöglich ist, die in der FIG. 6(d) gezeigte ideale Filtercharakteristik mit einer Quarzseheibe 16 zu realisieren, so kann man doch näherungsweise diese ideale Filtercharakteristik durch Kombination von η Komponenten aus Quarzscheiben 16, wie bereits zuvor beschrieben wurde, erzielen. Wie die durchgezogene Linie der FIG. 4 zeigt, entspricht die Filterkennlinie von η Komponenten aus Quarzscheiben I sinⁿ(k + 1/2 ß )j, und wenn diese Funktion auf einen Wert 0,71 festgesetzt wird, bei dem der steile Abfall der Filterkurve bei einem Wert k = 1/(2P) beginnt, kann ein Abstand i aus 1/(2g) = sin"¹ (ⁿVo,71) - 1/2P) erhalten werden.

Die obigen Erklärungen betreffen eine eindimensionale horizontale Anordnung und tatsächlich sind die Glasfasern des Leichtleiters 7 ebenso regelmäßig unter einem Winkel von 60° gegen die Horizontale angeordnet, wie in der FIG. 7 gezeigt ist. Das Ausführungsbeispiel 1 benutzt solche optische Filter 14 und 15, wie die in der FIG. 8 gezeigten, die die bereits erwähnten Filterkennlinien aufweisen, und diese sind entsprechend

auch in dieser Richtung, d.h. 60° gegenüber der Horizontalen angeordnet.

Der Grund für den Einsatz eines optischen Tiefpaßfilters 14 derselben Filterkennline sowohl auf der Empfangs- als auch auf der Autrittsfläche des Lichtleiters besteht darin, eine Prequenzkomponente im voraus herauszufiltern, wenn eine Komponente außerhalb der Auflösungsgrenze 1/(2P) des Lichtleiters 7 in der WeI-lenzahlkomponente eines auf der Empfangsfläche gebildeten Bildes auftritt, um so zu verhindern, daß das Bild aufgrund von Interferenzerscheinungen undeutlich wird. (In der FIG. 6(b) ist die Frequenzkomponente F₂(k) kleiner als 1/(2P), um die Erklärungen 2m vereinfachen, und die Erklärung ist für eine bereits durch ein solches Filter V; gefilterte Komponente durchgeführt).

Da das optische Tiefpaßfilter 14, wie oben beschrieben, auf der Empfangsfläche des Lichtleiters 7 ein Bild mit einer Frequenzkomponente, die kleiner als die Auflösungsgrenze 1/(2P) des Lichtleiters 7 ist, erzeugt, und das optische Tiefpaßfilter 15, das an der Austrittsfläche vorgesehen ist, die Frequenzkomponente herausfiltert, die das Bildraster der Glasfaseranordnung hervorruft und die das Bild undeutlich werden läßt, kann so das Bildraster beseitigt werden, ohne die Auflösung zu verringern.

Wie aus der obigen Erklärung hervorgeht, kann diese Erfindung vielfach angewandt werden, z.B. auch für andersartige Glasfaseranordnungen, die eine Lichtleitung oder einen Lichtleiter bilden, solange die Fasern regelmäßig angeordnet sind, indem die Grenzfrequenz auf einen geeigneten, mit dieser Anordnung übereinstimmenden Wert festgesetzt wird.

In dem obigen Ausführungsbeispiel sind das optische Tiefpaßfilter 14 und das optische Tiefpaßfilter 15 auf der Empfangsfläche bzw. auf der Austrittsfläche des Lichtleiters 7 befestigt, aber wenn man die Brennweiten der Bilderzeugungs-Linse 5 und der Okularlinse mit in Betracht zieht, können sie auch an anderen Stellen als an diesen Flächen vorgesehen werden.

Wie aus den obigen Beschreibungen hervorgeht, kann mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem an den Endflächen des Lichtleiters, der aus einem Bündel regelmäßig angeordneter Glasfasern besteht, optische Tiefpaßfilter angebracht sind, die nur Frequenzkomponenten hindurchlassen, die kleiner als die bestimmte Wellenzahl sind, die der Auflösungsgrenze des Lichtleiters entspricht, mit einem einfachen Aufbau das der Glasfaseranordnung zuzuordnende Bildraster ohne Verringerung der Auflösung beseitigt werden.

Aus dieser Erfindung geht eindeutig hervor, daß eine große Anzahl von weiteren Ausführungsbeispielen auf der oben beschriebenen Grundlage denkbar sind, ohne von der Erfindungsidee abzuweichen oder den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

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- Leerseite -

Claims

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1. Vorrichtung zum Beseitigen von Rastermustern für ein Endoskop, das ein langes und schmales Einführungsteil aufweist, eine an der Vorderseite dieses Einführungsteils vorgesehene bilderzeugende optische Anordnung, einen Lichtleiter aus einem Bündel von regelmäßig angeordneten Glasfasern, der das auf einer vorderen Endfläche des Lichtleiters durch die bilderzeugende ' optische Anordnung erzeugte Bild eines Gegenstandes durch das Einführungsteil hindurch auf eine hintere Endfläche leitet, ein optisches Okularlinsensystem, das zur Betrachtung das optische Bild an einer Austrittsfläche des Lichtleiters vergrößern kann und eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten des Gegenstandes durch Aussenden von Beleuchtungslicht von der Endseite des Einführungsteils,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Beseitigen der Rastermuster an den Endflächen des Lichtleiters (7) optische Tiefpaßfilter (14, 15) vorsieht, die nur eine Wellenzahlkomponente, die kleiner als eine Wellenzahl ist, die annähernd einer Auflösungsgrenze des Lichtleiters (7) entspri cht, hindurchlassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Tiefpaßfilter (14, 15) aus transparenten Scheiben hergestellt sind, die Doppelbrechung erzeugen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Scheiben zur Doppelbrechung aus zahlreichen Komponenten bestehen, zur Erzeugung einer steilen Filterkennlinie.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Scheiben zur Erzeugung von Doppelbrechung aus zwei Sätzen von zahlreichen Komponenten bestehen, die eine Tiefpaßfilterkennlinie in jeder Anordnungsrichtung in Übereinstimmung mit einer zweidimensional en Anordnung der Glasfasern aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Scheiben zur Erzeugung von Doppelbrechung aus Quarzscheiben aufgebaut sind.