DE3903150A1 - Bleuchtungssystem fuer ein endoskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für ein Endoskop gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1, insbesondere ein System, bei dem es möglich ist, die in die Eintrittsfläche eines Lichtleiters einfallende Lichtmenge einer Lichtquelle einzustellen.

Bei einem bekannten Beleuchtungssystem werden im allge­ meinen aus dem von einer Lampe einer Lichtquelle ausgesendeten Beleuchtungslicht durch einen reflektie­ renden Spiegel parallele Strahlen erzeugt, die mit Hilfe einer Kondensorlinse so gesammelt werden, daß sie in die Eintrittsfläche eines Beleuchtungslichtleiters einfallen. Eine bewegbare Lichtabschirmplatte, die teilweise das Beleuchtungslicht abdeckt, ist an einer Zwischenposition längs des Beleuchtungsstrahlenganges vorgesehen, der von der Lampe der Lichtquelle bis zur Eintrittsfläche des Lichtleiters verläuft. Die Lichtab­ schirmplatte kann seitlich in den Beleuchtungsstrahlen­ gang hineinbewegt und aus diesem zurückgezogen werden, wobei die Stellung der bewegbaren Lichabschirmplatte zum Einstellen der Lichtmenge automatisch gesteuert wird.

Das bekannte System hat jedoch mehrere Nachteile. Da das Licht durch die bewegbare Lichtabschirmplatte, die zum Verringern der Lichtmenge seitlich in den Beleuchtungsstrahlengang hineinbewegt wird, teilweise abgedeckt wird, wird die Querschnittsfläche des Beleuchtungsstrahlenganges allmählich so eingeengt, daß schließlich nur das Licht in den Lichtleiter eintritt, das den Randabschnitt des Beleuchtungsstrahlenganges passiert. Da das Licht im Randbereich der Linse in einem erheblichen Maß gebrochen wird, weichen die opti­ schen Weglängen der Komponenten des gebrochenen Lichts abhängig von der Wellenlänge einer jeden Licht­ komponente voneinander ab, was zu einer Änderung im Spektralverhalten des in den Lichtleiter einfallenden Lichts führt. Daraus resultiert, daß das auf einem Bildschirm zu beobachtende Bild keine präzise Farbwiedergabe hat. Da ferner das bekannte System mit einer Verzögerung beim Einstellen der verschiebbaren Lichtabschirmplatte behaftet ist, kann die Helligkeit des auf dem Bildschirm beobachteten Bildes nicht auf einem konstanten Pegel gehalten werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Lichter­ zeugungssystem für ein Endoskop anzugeben, das so auf­ gebaut ist, daß eine Änderung der in einen Lichtleiter einfallenden Lichtmenge nur eine geringe Änderung im Spektralverhalten des einfallenden Lichts bewirkt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptan­ spruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung in einem Blockdiagramm,

Fig. 2 eine Draufsicht des Beleuchtungs­ strahlenganges des ersten Ausführungs­ beispiels,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Beleuchtungs­ strahlenganges des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Beleuchtungs­ strahlenganges, wobei die planparal­ lelen Platten gemäß dem ersten Aus­ führungsbeispiel in einer geschwenk­ ten Stellung sind,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Beleuchtungs­ strahlenganges nach der Fig. 4,

Fig. 6 eine Seitenansicht des Beleuchtungs­ strahlenganges eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Beleuchtungs­ strahlenganges, wobei die planparal­ lelen Platten gemäß dem zweiten Aus­ führungsbeispiel in einer gedrehten Stellung sind,

Fig. 8 eine Draufsicht des Beleuchtungs­ stralenganges nach der Fig. 7,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung planparalleler Platten gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Er­ findung,

Fig. 10 eine Seitenansicht der planparallelen Platten gemäß dem dritten Aus­ führungsbeispiel,

Fig. 11 eine Seitenansicht der planparallelen Platten des dritten Ausführungs­ beispiels in einer gedrehten Posi­ tion,

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung planparalleler Platten gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Er­ findung,

Fig. 13 eine Seitenansicht der planparalle­ len Platten des vierten Ausführungs­ beispiels, und

Fig. 14 eine Seitenansicht der planparallelen Platten gemäß dem vierten Aus­ führungsbeispiel in einer gedrehten Position.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Lichter­ zeugungssystems für ein Endoskop nach der Erfindung. In einem Teil eines Einsatzes 1 eines Endoskops ist ein Objektiv 2 am äußeren Ende des Einsatzes 1 angeordnet. Die bildaufnehmende Oberfläche eines Festkörper-Bild­ aufnahmegeräts 3, das beispielsweise ein CCD (Charge Coupled Device) sein kann, ist an der Stelle angeord­ net, an der das Bild eines Prüfobjekts durch das Objek­ tiv 2 entsteht. Zur Beleuchtung des Bereichs des vom Ob­ jektiv 2 erfaßten Sehfeldes dient ein Lichtleiter 4 mit einer Lichtaustrittsfläche 4 a. Eine Lichtvertei­ lungslinse 5 dient zum Vergrößern des Winkels der Lichtverteilung des von der Lichtaustrittsfläche 4 a des Lichtleiters 4 ausgesendeten Lichts. Das Bild eines Prüfobjektes, das mit dem aus dem Lichtleiter 4 aus­ tretenden Licht beleuchtet wird, d.h. das beobachtete Bild, wird im Festkörper-Bildaufnahmegerät 3 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Demgemäß kann ein Helligkeitspegel des beobachteten Bildes in Form eines elektrischen Signals auf einfache Weise gewonnen werden. Ein das Lichterzeugungssystem aufnehmendes Ge­ häuse 100 ist mit einer Fassung 101 versehen, in das der Abschnitt des Beleuchtungslichtleiters 4 mit der Eintrittsfläche 4 b abnehmbar eingebaut ist. Eine Lichtquelle 6 a, die beispielsweise eine Xenon-Lampe oder eine Halogen-Lampe sein kann, ist zusammen mit einem reflektierenden Spiegel 6 b im Gehäuse 100 ange­ ordnet. Die Gesamtanordnung ist derart aufgebaut, daß das von der Lichtquelle 6 a ausgesendete Licht durch den reflektierenden Spiegel 6 b parallele Strahlen bildet, die von einer Kondensorlinse 7 so gesammelt werden, daß das Licht in die Eintrittsfläche 4 b des Beleuchtungs­ lichtleiters 4 eintritt. Zwischen der Lichtquelle 6 a und der Kondensorlinse 7 sind zwei planparallele Plat­ ten 8 angeordnet, die zum Einstellen der die Kondensorlinse 7 erreichenden Lichtmenge dienen. Die planparallelen Platten 8 sind lichtundurchlässige Me­ tallplatten, deren Bewegung durch einen Motor 9 gesteu­ ert wird.

Zusätzlich sind in bekannter Weise Farbkompensations­ filter (nicht dargestellt) für die drei Primärfarben an einer Stelle längs des Beleuchtungsstrahlenganges derart angeordnet, daß die Filter mit einer Geschwindigkeit von ca. 10 bis 30 Perioden pro Sekun­ de abwechselnd in den Beleuchtungsstrahlengang ein­ tauchen. Auf diese Weise wird nach Art einer Zeitver­ schachtelung eine Beleuchtung in den drei Primärfarben erreicht.

An das Bildaufnahmegerät 3 ist ein an sich bekannter Bildsignalschaltkreis 10 angeschlossen, der ein Steuer­ signal an das Festkörper-Bildaufnahmegerät 3 abgibt und ein von diesem ausgehendes Signal verarbeitet. An den Ausgang des Bildsignalschaltkreises 10 ist ein Speicher 11 zum Speichern des im Schaltkreis 10 erzeug­ ten Bildsignals angeschlossen. Der Ausgang des Spei­ chers 11 ist mit einem Bildschirm 12 zur Wiedergabe des beobachteten Bildes verbunden. Der Ausgangsanschluß des Luminanzsignals des Bildsignalschaltkreises 10 ist über ein Tiefpaßfilter 13 mit einem Treiberbaustein 14 zum Antreiben des Motors 9 verbunden. Gemäß dieser An­ ordnung wird ein Luminanzsignal, d.h. eine dem Helligkeitspegel des beobachteten Bildes entsprechende Spannung, durch das Tiefpaßfilter 13 geglättet. Der Motor 9 wird mittelbar über das geglättete Luminanzsignal angetrieben , und die Stellung der plan­ parallelen Platten wird so gesteuert, daß die Lichtmen­ ge, die in das Festkörper-Bildaufnahmegerät 3 eintritt auf einem konstanten Pegel gehalten wird. Der Motor wird über das Ausgangssignal des Festkörper-Bildauf­ nahmegeräts 3 so gesteuert , daß die Lichtmenge ein­ stellbar ist, wodurch die Helligkeit des beobachteten Bildes genau auf einen konstanten Pegel gesteuert wer­ den kann. Der Schaltungsaufbau eines für diese Zwecke anzuwendenden Steuersystems ist an sich bekannt. Da er keinen direkten Bezug zur Erfindung hat, wird eine de­ taillierte Beschreibung hierzu unterlassen.

Die zwei planparallelen Platten 8 sind rechteckförmig und haben die gleiche Größe. Die Platten 8 sind durch eine Verbindungsplatte 8 a so miteinander verbunden, daß sie insgesamt eine U-Form bilden. Gemäß dieser Anord­ nung wird das Licht durch die planparallelen Platten 8 bisymmetrisch und gleichmäßig teilweise abgedeckt. Eine Drehwelle 8 b ist am Mittelpunkt der Unterseite der Ver­ bindungsplatte 8 a starr in der Weise befestigt, daß sie senkrecht zur optischen Achse des Lichts und parallel zu den planparallelen Platten 8 verläuft. Das andere Ende der Drehwelle 8 b ist mit dem Motor 9 verbunden. Wenn sich der Motor 9 dreht, schwenken somit die plan­ parallelen Platten 8 um die Drehwelle 8 b.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand der planparallelen Platten 8 so eingestellt, daß er größer als die Breite des Beleuchtungsstrahlenganges A ist. Wenn die planparallelen Platten 8 so eingestellt wer­ den, daß sie parallel zum Beleuchtungsstrahlengang A sind, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt wird, so erreicht das Licht ohne Unterbrechung die Kondensorlinse 7, so daß das gesamte Licht in die Eintrittsfläche 4 b des Lichtleiters 4 eintritt. Wenn die planparallelen Plat­ ten 8 durch den Motor 9 gedreht werden, so wie dies in den Fig. 4 und 5 gezeigt wird, dann werden zwei seitli­ che Abschnitte des Beleuchtungsstrahlenganges A gleich­ mäßig durch die planparallelen Platten 8 unterbrochen. Da die planparallelen Platten 8 aus lichtundurchlässi­ gem Material sind, kann nur das Licht, das die Fläche zwischen den Platten 8 passiert, in die Kondensorlinse 7 gelangen. Dementsprechend gelangt Licht in die Kondensorlinse 7, das gleichermaßen Lichtstrahlen, die durch zentrale und äußere Abschnitte des Beleuchtungs­ strahlengangs A hindurchtreten, umfaßt, und zwar auch dann, wenn die Lichtmenge durch Einengen der Querschnittsfläche des Beleuchtungsstrahlengangs A verringert wird. Dadurch ist die Änderung im Spektralverhalten geringer als beim vorbekannten Sy­ stem. Hierbei sei angemerkt, daß das Licht zwischen der Lichtquelle 6 a und der Kondensorlinse 7 in Form paral­ leler Strahlen vorliegt, so daß das Licht an einer be­ liebigen Position zwischen der Lichtquelle 6 a und der Kondensorlinse 7 unterbrochen werden kann, um den glei­ chen Grad an Änderung der Lichtmenge zu erlangen. Da­ durch wird die Einstellung der Lichtmenge durch Anord­ nen der planparallelen Platten an einer Stelle zwischen der Lichtquelle 6 a und der Kondensorlinse 7 erleich­ tert.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen zusammengenommen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Abstand zwischen den planparallelen Platten 28 so eingestellt ist, daß er kleiner als die Breite des Beleuchtungsstrahlenganges A ist. Bei dieser Anordnung geht ein von der Gesamtsumme der Dicke der planparal­ lelen Platten 28 abhängender Betrag an Beleuchtungs­ licht verloren, wenn die planparallelen Platten 28 in die Stellung gebracht werden, bei der man die maximale Lichtmenge erhält, wie aus der Fig. 6 zu sehen ist. Wenn jedoch die Lichtmenge durch Einengen der Quer­ schnittsfläche des Beleuchtungsstrahlenganges A verrin­ gert wird, so gelangt Licht in die Kondensorlinse 7, welches durch den zentralen Abschnitt B und zwei seit­ liche Abschnitte C des Beleuchtungsstrahlenganges A hindurchtretende Lichtstrahlen umfaßt, wie aus den Fig. 7 und 8 zu sehen ist. Dieses zweite Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß die Änderung im Spektralverhalten noch kleiner ist als beim ersten Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen zusammengenommen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der jede plan­ parallele Platte 38 mit Schlitzen 38 a versehen ist, die parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlen­ ganges A verlaufen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in jede planparallele Platte 38 drei Schlitze 38 a derart eingelassen, daß die in den zwei Platten 38 vorgesehenen zwei Gruppen von Schlitzen 38 a einander gegenüberstehen und in einander entgegengesetze Richtung zeigen. Wenn die planparallelen Platten 38 geschwenkt werden, tritt das Beleuchtungslicht durch eine Querschnittsfläche hindurch, die durch die zwischen den planparallelen Platten 38 und den Schlitzen 38 a gebildete Fläche bestimmt ist, wie in Fig. 11 gezeigt wird. Dadurch wird erreicht, daß auch dann, wenn die Lichtmenge durch Einengen der Querschnittsfläche des Beleuchtungsstrahlengangs A verringert wird, Licht in die Kondensorlinse 7 gelangt, das durch zentrale und periphere Abschnitte des Beleuchtungsstrahlengangs A hindurchtretende Licht­ strahlen umfaßt, so daß die Änderung im Spektralverhal­ ten noch weiter reduziert wird.

Die Fig. 12 bis 14 zeigen zusammengenommen ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem vier plan­ parallele Platten 48 vorgesehen sind. In diesem Bei­ spiel gelangt Licht in die Kondensorlinse 7, das Licht­ strahlen umfaßt, die durch zentrale, äußere und dazwi­ schenliegende Abschnitte des Beleuchtungsstrahlengangs A hindurchtreten, wenn die planparallelen Platten 48 geschwenkt werden, wie in Fig. 14 gezeigt wird. Dement­ sprechend ist die Änderung des Spektralverhaltens er­ heblich kleiner als beim ersten Ausführungsbeispiel.

Wie vorstehend beschrieben, ist es nach der Erfindung möglich, eine beliebige Zahl planparalleler Platten vorzusehen, vorausgesetzt, die Plattenzahl ist zwei oder größer. Die Form der planparallelen Platten bei der Erfindung muß dabei nicht auf die vorher be­ schriebene rechteckige Gestalt beschränkt sein, sondern kann jede gewünschte Gestalt haben. Hierzu sei ange­ merkt, daß die Anordnung der Bauteile mit Ausnahme der planparallelen Platten beim zweiten bis vierten Ausfüh­ rungsbeispiel die gleiche ist wie beim ersten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Gemäß der Erfindung gelangt Licht in die Kondensorlinse, das gleichermaßen Lichtstrahlen ent­ hält, die zentrale und periphere Abschnitte des Be­ leuchtungsstrahlengangs passieren, und zwar auch dann, wenn die Lichtmenge durch Einengen der Querschnittsflä­ che des Beleuchtungsstrahlenganges verringert wird. Da­ durch ergibt sich eine verringerte Schwankung im Spektralverhalten zwischen Zeiten mit maximaler bzw. verringerter Lichtmenge. Demgemäß ist es möglich, ein Bild zu erhalten, das jederzeit einen stabilen Farbton hat. Zusätzlich enstehen auch beim Ansprechen der Einstellung der Lichtmenge keine Schwankungen, so daß man ein hervorragendes Bild erhält, dessen Helligkeit jederzeit stabil ist.

Ferner ermöglicht die Erfindung, daß das gesamte Licht in den Beleuchtungslichtleiter einfällt, so daß keine Lichtverluste entstehen, wenn die maximale Lichtmenge benötigt wird. Schließlich ist zu erwähnen, daß die An­ ordnung des Systems sehr einfach aufgebaut ist.

Claims (11)

1. Beleuchtungssystem für ein Endoskop zur Versorgung eines Beleuchtungslichtleiters mit Beleuchtungs­ licht, mit einer lichtaussendenden Lichtquelle und mit einer das Licht auf die Eintrittsfläche des Beleuchtungslichtleiters sammelnden Kondensorlinse dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (6 a) und der Kondensorlinse (7) auf beiden Seiten der optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenganges (A) jeweils mindestens ein Lichtunterbrechungselement (8, 28, 38, 48) angeordnet ist, und daß die Lichtunterbre­ chungselemente (8, 28, 38, 48) durch eine Drehvor­ richtung (8 b, 9) schwenkbar sind, so daß das Licht auf beiden Seiten der optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenganges (A) unterbrechbar ist, wobei die Lichtunterbrechungselemente (8, 28, 38, 48) beim Schwenken den Beleuchtungsstrahlengang (A) teilweise unterbrechen, wodurch die in den Be­ leuchtungslichtleiter (4) eintretende Lichtmenge einstellbar ist.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Beleuchtungslicht parallele Strahlen zwischen der Lichtquelle (6 a) und der Kondensorlinse (7) bildet.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Endoskop mit einem Bildaufnahmegerät (3) ausgestattet ist, das ein durch ein Objektiv (2) erzeugtes Bild in ein elektrisches Signal umwandelt.

4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Betrieb der Dreh­ vorrichtung (8 b, 9) durch ein Signal des Bildauf­ nahmegerätes (3) gesteuert wird.

5. Beleuchtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtunterbrechungselemente planparallele Platten (8, 28, 38, 48) sind, die im Beleuchtungs­ strahlengang (A) zwischen der Lichtquelle (6 a) und der Kondensorlinse (7) derart angeordnet sind, daß die Platten (8, 28, 38, 48) zueinander und bezüg­ lich der optischen Achse des Beleuchtungsstrahlen­ ganges (A) symmetrisch angeordnet sind, und daß die Drehvorrichtung (8 b, 9) die Platten (8, 28, 38, 48) um eine Drehachse (8 b) schwenkt, die senkrecht zur optischen Achse und parallel zu den Platten (8, 28, 38, 48) verläuft.

6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Platten (8, 28, 38, 48) aus lichtundurchlässigem Material sind.

7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (8, 28, 38, 48) rechteckförmig sind.

8. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand zwischen den Platten (8, 38) größer als die Breite des Beleuchtungsstrahlenganges (A) ist.

9. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand zwischen den Platten (28, 48) kleiner oder gleich der Breite des Beleuchtungsstrahlenganges (A) ist.

10. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (38) mit Schlitzen versehen sind.

11. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7 und 9 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Vielzahl von planparallelen Plat­ tenpaaren (48) vorgesehen ist.