DE3511350C2

DE3511350C2 -

Info

Publication number: DE3511350C2
Application number: DE3511350A
Authority: DE
Inventors: Akira Hachiouji Tokio/Tokyo Jp Yokota
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1988-05-05
Also published as: DE3511350A1; JPH0685023B2; US4639837A; JPS60205414A

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches. Ein solches Beleuchtungssystem ist aus GB-PS 12 15 383 bekannt.

Bei diesen bekannten Beleuchtungssystemen zeigt sich immer wieder, daß unerwünschtes Licht die objektseitige Fläche des Deckglases erreicht und reflektiert wird, so dann in das Objektivsystem und damit zum Streulicht wird und die Beobachtung empfindlich stört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Beleuchtungssystem gemäß dem Gattungsbegriff derart zu gestalten, daß kein Streulicht in den Beobachtungsstrahlengang des Endoskops kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnende Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Der Stand der Technik sowie die Erfindung sind in der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt ein optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop gemäß der offengelegten JP-Gbm 14 276/1975. Hierbei fallen die optische Achse des optischen Beleuchtungssystemes und die optische Achse des optischen Beobachtungssystemes zusammen. Im Falle des Beispieles tritt das aus Objektpunkt P austretende Licht im optischen Beobachtungssystem durch das Deckglas 1 die Blende 3, die in einer reflektierenden Platte 2 vorgesehen ist, und die Objektivlinse 4, um am Ende der Bildführung 5 ein Bild abzubilden. Andererseits ist die reflektierende Platte im optischen Beleuchtungssystem um 45 Grad gegen die optische Achse des optischen Beobachtungssystemes geneigt, so daß das aus dem Austrittsende der Lichtführung 6 austretende Licht mit seiner optischen Achse mit der optischen Achse des optischen Beobachtungssystemes zusammenfällt und durch das Deckglas 1 hindurchtritt, um den Objektpunkt P zu beleuchten. Der beleuchtete Bereich A erfaßt sehr gut den beobachteten Bereich B. Bei diesem Beispiel tritt jedoch das Problem auf, daß der Abstand zwischen Austrittsende der Lichtführung 6 und Objektpunkt P derart groß ist, daß das beleuchtende Licht nicht mehr ausreicht; da ferner das auf der Fläche des Deckglases 1 erzeugte Streulicht direkt im Beobachtungssystem erkennbar ist, läßt sich kein klares Bild erhalten.

Fig. 2 zeigt ein optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop gemäß JP-PS 12 107/1968 als weiteres Beispiel dafür, daß die optische Achse des optischen Beleuchtungssystemes und die optische Achse des Beobachtungssystemes miteinander zusammenfallen. Bei diesem Beispiel ist das Okular 7 im optischen Beobachtungssysteme hinter dem rückwärtigen Ende der gekrümmten Bildführung 5 angeordnet, so daß das von Objekt M ausgehende Licht in das vordere Ende der Bildführung 5 durch die Objektivlinse 4 eintritt, durch die Bildführung 5 hindurchtritt und an dessen rückwärtigen Ende austritt, um durch das Okular 7 betrachtet zu werden. Beim optischen Beleuchtungssystem ist andererseits der Adapter 8, der aus demselben Material wie die Glasfasern der Bildführung 5 besteht, im gekrümmten Teil 5 a der Bildführung 5 angeordnet, so daß das von Lichtquelle 9 austretende Licht durch die Kondensorlinse 10 tritt und in den gekrümmten Teil 5 a durch den Adapter 8 gelangt; die optische Achse fällt mit der optischen Achse des Beobachtungssystemes dann zusammen, wenn das Licht aus dem vorderen Ende der Bildführung 5 austritt, und tritt durch die Objektivlinse 4 hindurch, um Objekt M zu beleuchten. Bei diesem Gerät besteht das Problem in folgendem: Da der Abstand zwischen vorderem Ende der Bildführung 5 und Objekt M vergleichsweise geringer ist, und da die Objektivlinse 4 zwischen diesen beiden angeordnet ist, läßt sich die notwendige Lichtmenge dadurch sicherstellen, daß die Lichtquellen 9 justiert wird. Das Streulicht, das auf der Fläche der Objektivlinse auftritt, erscheint jedoch unmittelbar im Betrachtungssystem, so daß wiederum kein klares Bild entsteht. Außerdem hat es sich als nicht praktisch erwiesen, ein solches Beleuchtungssystem im Verlaufe der Bildführung 5 anzuordnen.

Fig. 3 zeigt ein optisches Beleuchtungssystem für Endoskope gemäß JP-OS 10 033/1983. Hierbei schneiden sich die optische Achse des optischen Beleuchtungssystemes und diejenige des optischen Beobachtungssystemes miteinander. Bei diesem Gerät hat das Deckglas 1 eine reflektierende Fläche 1 a vor der Lichtführung 6, eine Objektivlinsen-Seitenfläche 1 b, die sich rechtwinklig mit der optischen Achse der Objektivlinse 4 schneidet und der Objektivlinse 4 zugewandt ist sowie eine Objektseitenfläche 1 c, die zur Seitenfläche 1 b parallel verläuft und der Frontfläche des vorderen Teiles des Endoskopes zugewandt ist, so daß das von der Lichtführung 6 austretende Licht an der reflektierenden Fläche 1 a reflektiert wird, sodann durch die Objektivlinsen-Seitenfläche 1 b total reflektiert wird und die optische Achse (des optischen Beobachtungssystemes) der Objektivlinse 4 auf der Objektseitenfläche 1 c schneidet. Ist das in Berührung mit der Objektseitenfläche 1 c des Deckglases 1 stehende Medium Luft, so tritt kein Licht aus. Falls jedoch der vordere Teil des Endoskopes nahe beim Objekt liegt, und falls ferner das mit der Objektseitenfläche 1 c in Berührung stehende Medium Wasser ist, beispielsweise innerhalb eines menschlichen Körpers, so gelangt Licht durch die Objektseitenfläche 1 c. Ein Vorteil dieses Gerätes besteht daher darin, daß das Streulicht, das auf der Fläche der Objektivlinse 4 auftritt, nicht in den beobachteten Bereich gelangt. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß das beleuchtende Licht zwei Mal reflektiert wird, bevor es den Objektpunkt erreicht, daß der Lichtweg länger ist, und daß der Verlust durch die Fresnel- Reflexion mehr oder weniger als 8% beträgt, so daß die Lichtmenge nicht ausreicht.

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines optischen Beleuchtungssystemes für Hochvergrößerungs- Endoskope gemäß der Erfindung.

In Fig. 4 erkennt man eine Lichtführung 11, die ringförmig um ein optisches Beobachtungssystem herum angeordnet ist und sich dabei in der dargestellten Weise verjüngt. Anordnung und Gestaltung sind derart gewählt, daß die optische Achse eines Strahles, der aus der Objektivseitenfläche 1 b eines Deckglases 1 und aus der Austrittsendfläche 11 a der Lichtführung 11 austritt, einen refraktierten Verlauf nimmt, also ungebrochen wird, um die optische Achse eines optischen Beobachtungssystemes an einem Objektpunkt P zu schneiden, im Bereich der Objektseitenfläche 1 c des Deckglases 1, ohne mit dem Beobachtungssystem zu interferrieren. Der Abstand zwischen Austrittsendfläche 11 a und Objektpunkt P, und die effektive Lichtaustrittsfläche der Austrittsendfläche 11 a können dabei jene Werte erreichen, mit denen eine genügend große Lichtmenge sichergestellt wird, im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten. Eine Blende 12 ist auf der Objektivseitenfläche 1 b des Deckglases 1 vorgesehen. Eine Objektivlinse 4 besteht aus einer Frontgruppenlinse 4 a und aus einer rückwärtigen Gruppenlinse 4 b. Eine Beschichtung 4 a′ zum Absorbieren eines reflektierten Streu-Lichtes ist auf der äußeren Umfangsfläche der Frontgruppenlinse 4 a vorgesehen. Weiterhin sieht man einen Tragrahmen 13 zum Tragen der Objektivlinse 4.

Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Das gemäß der Erfindung gestaltete Hochvergrößerungs-Endoskop soll im folgenden beschrieben werden. Beim optischen Beobachtungssystem tritt der von Objektpunkt P ausgehende Strahl durch das Deckglas 1 und die Objektivlinse 4 hindurch, um in das Eintrittsende einer Bildführung 5 zu gelangen. Der aus der Austrittsendfläche 11 a der Lichtführung 11 austretende Strahl gelangt sodann durch den Luftraum, wird durch die Objektivseitenfläche 1 b des Deckglases 1 gebrochen, und gelangt durch Deckglas 1 hindurch, um die optische Achse der Objektivlinse 4 am Objektpunkt P in der Nähe der Objektseitenfläche 1 c zu schneiden. Ein Streulicht 1 a, das dann auftreten könnte, wird durch die Blende 12 geschnitten und gelangt daher nicht in das Beobachtungssystem. Ein Flackerlicht b, das im Bereich der inneren Kante der Blende 12 auftritt, wird durch die Objektivseitenfläche 1 c des Deckglases 1 reflektiert, sodann durch die Beschichtung 4 a′ der Frontgruppenlinse 4 a der Objektivlinse 4 absorbiert und gelangt nicht in das Beobachtungssystem.

Im folgenden soll veranschaulicht werden, in welcher Weise sich die Erfindung vorteilhaft von herkömmlichen Geräten unterscheidet.

Die Beleuchtung S auf der Bildfläche ist im Falle von Endoskopen durch die folgende Gleichung definiert:

Hierbei bedeutet τ eine Permeabilität der Bildführung, L₀ veranschaulicht die Helligkeit des Objektes, sin ψ gibt eine Anzahl von Blendenwerten des Objektivsystemes wieder, β veranschaulicht eine fotografische Vergrößerung des Okulars und F bedeutet eine F-Zahl. Für die Helligkeit L₀ des Objektes gilt weiterhin eine relative Formel

wobei I die Intensität des Lichtführungslichtes bedeutet, und D einen Abstand zwischen Objektpunkt und Lichtführung. Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich

Sind Intensität I und Vergrößerung β bei dem herkömmlichen Beispiel und der Ausführungsform gemäß der Erfindung miteinander gleich, so sind die verbleibenden Faktoren der Abstand D, die F-Zahl F und die Größe des Verlustes durch die Fresnel-Reflexion. Beim herkömmlichen Beispiel gemäß der Fig. 3 ist D3,8 (luftumgewandelte Licht-Wegstrecke); F 20, und Verlust durch Fresnel-Reflexion 16%, während im Ausführungsbeispiel D 1,6, F 27, und Verlust durch die Fresnel-Reflexion 4% beträgt. Wird Gleichung (3) unter Zugrundelegen dieser Werte berechnet, so stellt man fest, daß beim Ausführungsbeispiel die Lichtmenge mehr als das Dreifache als beim herkömmlichen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist, und daß das Objekt demgemäß bestens beleuchtet wird. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Austrittsendfläche 11 a, der Lichtführung 11 in dichter Berührung mit der Objektseitenfläche 1 b steht. In diesem Falle ist ein weiteres Deckglas 14 auf die Objektseitenfläche 1 c des Deckglases 1 aufzementiert und eine Blende 15 auf der Objektseitenfläche 1 c vorgesehen, so daß ein Streulicht c, das aus der Austrittsendfläche 11 a austreten würde, zu einem Strahl wird, der von der optischen Achse der Objektivlinse abweicht und nicht in das Betrachtungssystem gelangt.

Claims

1. Optisches Beleuchtungssystem für ein Endoskop starker Vergrößerung, mit einem optischen Beobachtungssystem (4, 5) auf dessen Lichteinfallseite ein Deckglas (1) angeordnet ist, mit einer das Beobachtungssystem ringförmig umgebenden Beleuchtungslichtführung (11), die sich zum Deckglas (1) hin verjüngt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem lichtemittierenden Ende (11 a) der Lichtführung (11) und der objektseitigen Fläche des Deckglases (1) eine Streulichtblende (12, 15) angeordnet ist, deren Durchmesser derart bemessen ist, daß das vom inneren Ende der Lichtführung (11) emittierte, durch den Umfang dieser Blende hindurchtretende Licht aus dem Beobachtungssystem herausgeleitet wird, nachdem es an der objektseitigen Fläche des Deckglases (1) reflektiert wurde.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Ende (11 a) der Lichtführung (11) in einem Abstand zum Deckglas (1) und im wesentlichen parallel zu diesem angeordnet ist.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Ende (11 a) der Lichtführung (11) eine Fläche des Deckglases (1) berührt, und daß die Blende innerhalb des Deckglases (1) angeordnet ist.

4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Lichtsperre (13) von der Objektivlinse (4) zum Deckglas (1) hin erstreckt.

5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungssystem eine Objektivlinse umfaßt, die eine Frontlinsengruppe (4 a) und eine rückwärtige Linsengruppe (4 b) umfaßt, und daß eine Beschichtung (4 a′) zum Absorbieren eines reflektierten Streulicht-Strahles auf der Umfangsfläche der Frontlinsengruppe (4 a) vorgesehen ist.