DE2558012A1

DE2558012A1 - Endoskop

Info

Publication number: DE2558012A1
Application number: DE19752558012
Authority: DE
Inventors: Nagashige Takahashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1974-12-26
Filing date: 1975-12-22
Publication date: 1976-08-19
Also published as: US4021663A; JPS5420317Y2; JPS5184433U; DE2558012C3; DE2558012B2

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

D)PU-INCl

H. KINKELDEY

DFl-INQ

2558012 W. STOCKMAlR

DR -ING -

K. SCHUMANN

DR RER .-»r DFLFHYS

P. H. JAKOB

DIPL-ING

G. BEZOLD

Dft HER IW - DIR-CHEM

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR RER OEC 1,MC

MÜNCHEN 22

MAXIMILtANSTRASSS <V3

PH 9955

22. Dez. 1975

LINDAU

Nagasliige Takahsshi

No. 4-1, Kishi-nachi, Kokubunji-shi, Tokyo, Japan

Endoskop

Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit einer Beobachtungslinse zum Beobachten eines Bildes, das von dem Licht gebildet wird, das aus einer Lichtübertragungseinrichtung austritt, und mit einem lichtempfindlichen Element, das Änderungen im Licht des Bildes feststellt,

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine photometrische Einrichtung zur Steuerung der auotmatischen Belichtung für ein Endoskop, das eine Einrichtung aus

609834/0610

ORIGINAL INSPECTED

TELEFON (OBS) 22 28 βΐ TELEX O5-2938O Tg₁EoRAMME MONAPAT

optischen Fasern, beispielsweise optischen Glasfasern, aufweist _f die insbesondere wirkungsvoll die Beleuchtungsintensität der Endoskoplampe ohne eine wesentliche Störung des Lichtes des Bildes steuern kann.

Ein Endoskop ist bekanntlich eine Einrichtung mit einem Rohr, das in einen Hohlraum im menschlichen Körper eingeführt wird, mit einem Objektiv an der Spitze des Rohres, mit einer in einem Gehäuse am gegenüberliegenden Ende des Rohres angeordneten Beleuchtungs- und Beobachtungseinrichtung und mit einer Lichtübertragungseinrichtung aus optischen Fasern zum Leiten des Beleuchtungslichtes vom Gehäuse zu Spitze und des reflektierten Lichtes des Bildes von der Spitze zum Gehäuse zurück, so daß das Bild beispielsweise von einem Arzt beobachtet werden kann. Es ist weiterhin bekannt, bei derartigen Endoskopen spezielle Lichtquellen vorzusehen, um den zu untersuchenden Teil des Körpers photographieren zu können. Wenn das Endoskop keine photometrische Einrichtung zur Regelung der Lichtintensität aufweist, muß zum Photographieren ein Photoapparat mit einer automatischen Belichtungssteuerung verwandt werden. In diesem Fall ist die Wahl der verschiedenen Arten von Photoapparaten beschränkt, da diese Photoapparate mit einem für die genannten Zwecke geeignetem photographischen Objektiv und einer automatischen Belichtungssteuerung ausgerüstet sein müssen. Es ist somit außerordentlich schwierig, eine geeignete phtographische Aufnahme mit der gewünschten Bildvergrößerung aufzunehmen. ·

Es ist auch bekannt, bei Endoskopen der beschriebenen Art eine photometrische Einrichtung vorzusehen, die auf

609834/0616

die Lichtintensität anspricht und die Lichtintensität der Beleuchtung durch eine Blitzlichtlampe oder eine Beleuchtungslaiape steuert, so daß das Endoskop beim Photographieren verwandt werden kann. Derartige Endoskope müssen zwar nicht mehr mit Photoapparaten mit automatischer Belichtungssteuerung verwandt werden, haben aber andere Nachteile. Im typischen Fall enthält die photometrische Einrichtung ein den Lichtstrahl aufspaltendes Element, wie beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel, der derart angeordnet ist, daß ein Teil des Lichtes des Bildes durch die Beobachtungslinse und der andere Teil des Lichtes des Bildes in eine Richtung auf das lichtempfindliche Element fällt, das in einer photometrischen Steuerschaltung verwandt wird. Als Folge dieser Ablenkung eines Teiles des Lichtes für das lichtempfindliche Element ist das für das Bild zur Verfügung stehende Restlicht um 20% oder mehr verringert. Es ist zwar -möglich, die Lichtmenge, die zur Bildaufnahme zur Verfügung steht,· dadurch zu erhöhen, daß die gesamte Beleuchtungslichtmenge erhöht wird, eine derartige Verstärkung des Beleuchtungslichtes kann aber zu einer nachteiligen Beeinflußung bestimmter Teile des menschlichen Körpers, beispielsweise von Schleimhäuten, führen, die zu untersuchen und zu photographieren sind. Von dieser Möglichkeit kann daher kein Gebrauch gemacht werden. Darüberhinaus ist -das Problem bei Endoskopen mit kleinem Durchmesser, beispielsweise bei Faserendoskopen zur Untersuchung der Luftwege und der Bronchien, sogar noch größer, da bei diesen Endoskopen gewöhnlich nur eine außerordentlich kleine Lichtmenge übertragen werden kann. Bei derartigen Endoskopen ist eine Verringerung der Lichtmenge, die zum Belichten des Filmes beim Photographieren zur Verfügung steht, um 20% oder mehr unzulässig groß. .
609834/0616

Es ist daher das Ziel der Erfindung, die genannten Nachteile zu überwinden und eine photometrische Einrichtung für ein Endoskop zu liefern, die die zum Photographieren des Objektes zur Verfügung stehende Lichtmenge nur unbedeutend verringert.

Die photometrische Einrichtung soll zur Steuerung der Lichtintensität des Beleuchtungslichtes in einem Endoskop dienen, wobei das lichtempfindliche Element der photoinetrischen Einrichtung derart relativ zur Beobachtungslinse angeordnet ist, daß nur ein kleinerer Teil des Lichtes des Bildes auf das lichtempfindliche Element fällt. .

Dazu ist erfindungsgemäß ein Endoskop der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungslinse einen Einfallswinkel Oc hat, der kleiner als der Öffnungswinkel ß des aus der Übertragungseinrichtung austretenden Lichtes ist, und daß das lichtempfindliche Element derart angeordnet ist, daß es das Licht im Bereich innerhalb des Öffnungswinkel ß, jedoch außerhalb des Einfallswinkels <X. erfaßt.

Das erfindungsgemäße Endoskop weist somit eine photometrische Einrichtung mit einem lichtempfindlichen Element auf, das innerhalb des Kegels des Öffnungswinkels des Lichtes des Bildes, das aus den optischen Fasern austritt, und außerhalb des Kegels des Einfallswinkels, der durch die Beobachtungslinse bestimmt ist, angeordnet ist.

609834/0616

Die lichtempfindliche Einrichtung, die zur Steuerung der Lichtintensität des Beleuchtungslichtes im Endoskop
dient, spricht auf das Licht des Bildes an, das aus
einem Bündel optischer Fasern im Rohr des Endoskopes
austritt. Sie ist derart angeordnet, daß sie das Licht
des Bildes, das aus dem optischen Faserbündel austritt, nur minimal stört. Eine Beobachtungslinse und
das lichtempfindliche Element sind relativ derart zueinander angeordnet, daß der Einfallswinkel der Beobachtungslinse kleiner als der Öffnungswinkel des austretenden
Lichtes ist. Das lichtempfindliche Element ist innerhalb des öffnungswinkels, jedoch außerhalb des Einfallswinkels der Beobachtungslinse angeordnet.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht des Ausführungsbeispiels.

Fig. 2 zeigt die Vorderansicht eines lichtempfindlichen Elementes, das bei dem Ausführungsbeispiel verwandt werden kann.

609 8 3 4/0616

In der Zeichnung sind lediglich die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Teile eines Endoskops dargestellt. Die übrigen Teile, aus denen ein Endoskop aufgebaut ist, sind allgemein bekannt. In der Zeichnung ist mit 1 ein Bündel optischer Fasern bezeichnet, das das von einem untersuchten Bereich, beispielsweise einer Schleimhaut, reflektierte Licht durch das flexible Endoskoprohr zum Licht- und Bildausgang 2 leitet· Am Lichtausgang 2 tritt das Licht von den optischen Fasern unter einem Winkel ß aus, der in der Zeichnung durch unterbrochene Linien 7 dargestellt ist. Der im folgenden verwandte Öffnungswinkel des aus dem Lichtübertragungssystem austretenden Lichtes ist als Winkel eines Kegels definiert, der nahezu das gesamte, aus den optischen Fasern austretende Licht einschließt. Im Weg des austretenden Lichtes ist eine Beobachtungslinse 3 vorgesehen, damit das Bild beobachtet oder photographiert werden kann. Obwohl es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, enthält das Endoskop natürlich eine Beleuchtungseinrichtung, um Licht über andere optische Fasern zur Spitze des flexiblen Endoskoprohrs zu senden und den zu untersuchenden Bereich zu beleuchten. Wie bereits erwähnt, ist es bekannt, für ein Endoskop eine photometrische Einrichtung vorzusehen, deren lichtempfindliches Element auf einen Teil des austretenden Lichtes anspricht, um die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungslampe im Endoskop zu steuern.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, hat die Beobachtungslinse einen Einfallswinkel Oc , der durch den Winkel zwischen den Linien 6 bestimmt ist. Der Einfallswinkel

609834/0616

ist als Winkel eines Kegels definiert, der das austretende und durch die Beobachtungslinse gelangende Licht umfaßt. Es war bisher nicht ungewöhnlich, einen Einfallswinkel vorzusehen, der groß genug war, um den Öffnungswinkel zu umfassen. Dadurch ist es ersichtlich möglich, daß das gesamte austretende Licht durch die Beobachtungslinse gelangt. Wenn jedoch, wie bereits erwähnt, eine photometrische Einrichtung verwandt wird, leitet das den Lichtstrahl aufspaltende Element im typischen Fall 20% oder mehr vom Licht des Bildes von der Beobachtungslinse ab.

Erfindungsgemäß hat das Beobachtungslinsensystem einen Einfallswinkel oc» der etwas kleiner als der Öffnungswinkel ß ist, und ist das lichtempfindliche Element 4 einer photometrischan Steuereinrichtung im Kegel des Öffnungswinkels, jedoch außerhalb des Kegels des Einfallswinkels .der Beobachtungslinse angeordnet. Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das lichtempfindliche Element 4 ringförmig mit einer Öffnung 5 ausgebildet. Der lichtempfindliche Ring 4 ist konzentrsich zum öffnungswinkel und zum Einfallswinkel der Beobachtungslinse angeordnet. Der theoretische Kegel mit einem Winkel C^ führt durch die Öffnung 5 des lichtempfindlichen Ringes 4. Der andere Umkreis des Ringes 4, der in der Zeichnung dargestellt ist, entspricht dem Umkreis des Kegels des öffnungswinkels.

Eine Anordnung des lichtempfindlichen Elementes in der dargestellten Weise führt dazu, daß nur ein kleiner Teil der Gesamtlichtintensität zum Steuern der photometrischen Einrichtung verwandt wird, während der größte Teil der Lichtintensität durch die Linse 3 gelangen kann. An dem in

609834/0616

Fig. 1 dargestellten speziellen Ausfuhrungsbeispiel können verschiedene Änderungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine größere Beobachtungslinse 3 vorgesehen se.in, so daß ohne den Ring 4 der Einfallswinkel Ot genauso groß wie oder größer als der Öffnungswinkel ß ist. In diesem Fall blendet der Ring 4 das auftreffende Licht gegenüber der Beobachtungslinse aus, wobei jedoch die gleiche Wirkung erzielt wird, wie es bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Fall ist, da bei der in Fig. dargestellten Anordnung das auf den lichtempfindlichen Ring auftreffende Licht sowieso nicht auf die kleinere Beobachtungslinse fallen würde. Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt somit darin, daß ein lichtempfindliches Element, das nur einen kleinen Teil, beispielsweise ^O%tάes austretenden Lichtes ausblendet,und eine Beobachtungslinse gewählt werden, die den Rest des austretenden Lichtes sammelt.

Die Elektrode des lichtempfindlichen Elementes 4 kann in Form einer Kombination aus einem reflektierenden Überzug und einer transparenten Elektrode oder einer kammförmigen, gezahnten Elektrode oder einer geriffelten Elektrode ausgebildet sein, um möglichst wirksam zu sein. Das lichtempfindliche Element muß nicht unbedingt ringförmig sein, sondern es können bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch mehrere kleine Elemente verwandt werden.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der das Bild bildende Lichtstrahl, der aus der Lichtaustrittsfläche 2 der optischen Fasern 1 austritt, einen Öffnungswinkel ß von beispielsweise 60° und begrenzt die Öffnung 5 zusammen mit dem Okkular, d.h. der Linse 3» einen Beobachtungswinkel OL von beispielsweise 40 bis 50°.

609834/0616

Es ist "bekannt, daß entsprechend der Charakteristik der Lichtintensität des Lichtes des Bildes eine Verringerung des Beobachtungswinkels von 60° auf 40° oder 50° zu einer Herabsetzung der Lichtintensität durch die Linse um nicht mehr als 10% führt. Somit gelangt unter den angegebenen Bedingungen wenigstens etwa 9O?6 des Lichtes durch die Beobachtungslinse. Somit kann selbst bei einem Endoskop mit kleinem Durchmesser, beispielsweise einem Faserendoskop zur Untersuchung der Luftröhren und Bronchien ein Endoskopbild erhalten werden, das zur praktischen Verwendung beobachtet werden kann.

Die herkömmlichen Einrichtungen sind kostspielig, da sie trotz der Tatsache, daß ein außerordentlich kleines Element zum Aufspalten des Lichtstrahles, beispielsweise ein Prisma oder ein Spiegel, verwandt wird, mit großer Genauigkeit angefertigt werden müssen. Demgegenüber kann die erfindungsgemäße Vorrichtung unter geringen Kosten ohne die Verwendung eines den Lichtstrahl aufspaltenden Elementes hergestellt werden. Durch das Fehlen eines den Lichtstrahl aufspaltenden Elementes ist darüberhinaus die optische Leistungsfähigkeit verbessert, da ein derartiges Element oft eine Verzerrung des Bildes hervorruft. Wenn darüberhinaus bei einer herkömmlichen Einrichtung versucht wurde, ein Okkular mit einer mehr als 20-fachen Vergrößerung zu verwenden, war infolge des Platzbedarfes für das den Lichtstrahl aufspaltende Element und die Linse ein spezieller komplizierter Aufbau erforderlich, wohingegen bei dem erfindungsgemäßen Endoskop nur ein Platzbedarf erforderlich ist, der ausreicht, um ein dünnes ,lichtempfindliches, plattenförmiges Element anzuordnen. Es ist daher bei Verwendung eines herkömmlichen Okkulars genug Platz vorhanden, um ein derartiges Element einzusetzen.

609834/0616

Da. bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein den Lichtstrahl aufspaltendes Element fehlt, kann das zu untersuchende Objekt mit Hilfe einer Kamera mit einer automatischen Belichtungseinrichtung photographiert werden, ohne daß Lichtverluste infolge der zweifachen Photometrie im Endoskop und in der Kamera hervorgerufen werden, wie es bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist.

Dadurch, kann die Lichtstärke der Beleuchtungslichtquelle erhöht oder verringert werden. Die Verschlußzeit der Kamera kann auf der Basis der Lichtinformation gesteuert werden, die durch das lichtempfindliche Element 4 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten wird. Ungeachtet der Tatsache, daß die auf das lichtempfindliche Element 4 fallende Lichtmenge relativ klein ist, d.h. etwa 10?δ oder weniger des Lichtes des Bildes ausmacht, kann vom am Umfang angeordneten lichtempfindlichen Element 4 eine größere Lichtempf-angsflache eingenommen werden. Aus diesem Grunde wird ein relativ großer Änderungsbereich des Photostromes erhalten, obwohl eine kleinere Lichtmenge empfangen wird, so daß die oben genannte Steuerung mit sehr großer Genauigkeit erfolgen kann.

Aus den vorhergehenden Ausführungen' ergibt sich, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung verschiedene Mangel der bekannten photometrischen Einrichtung für ein Endoskop beseitigt wurden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die zum Betrieb einer automatischen Belichtungssteuerung oder einer ähnlichen Einrichtung mit hoher Genauigkeit erforderliche Lichtumwandlungsinformation erhalten v/erden, ohne daß die auf das Okkular auf treffende Lichtmenge wesentlich abnimmt, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft insbesondere bei einem Faserendoskop für Untersuchungen der Luftwege und der Bronchien oder bei ähnlichen Endoskopen mit einem sehr kleinen Durchmesser verwandt werden kann.

609834/06Ί6

Claims

Patentansprüche

1. Endoskop mit einer Beobachtungslinse zum Beobachten eines Bildes, das von dem Licht gebildet wird, das aus einer Lichtübertragungseinrichtung austritt, und mit einem lichtempfindlichen Element, das Änderungen im Licht des Bildes feststellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungslinse (3) einen Einfallswinkel (&) hat, der kleiner als der Öffnungswinkel (ß) des aus der Übertragungseinrichtung (1) austretenden Lichtes ist, und daß das lichtempfindliche Element (4) derart angeordnet ist, daß es das Licht im Bereich innerhalb des Öffnungswinkels (ß), jedoch außerhalb des Einfallswinkels (°c) erfaßt.

2. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chnet, daß die Linse (3) derart relativ zum Öffnungswinkel (ß) angeordnet ist, daß der Kegel des Einfallwinkels (Of.) innerhalb des Kegels des Öffnungs-. winkeis (ß) nahezu zentriert ist, und daß das lichtempfindliche Element (4) wenigstens einen Teil des Kegels des Einfallswinkels (oC) umgibt.

3. Endoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element (4) ringförmig ist und den Kegel des Einfallswinkels (ί\ ) umgibt.

4. Endoskop nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Beobachtungslinse (3)

609834/0616

eine derartige Größe aufweist und derart angeordnet ist, daß wenigstens 9C$ des Lichtes des Bildes im Einfallswinkel (OC) liegt.

5. Endoskop nach Anspruch 1,2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel ( 0( ) 40 bis 50° beträgt, und daß der Öffnungswinkel (ß) etwa 60° beträgt.

6. Endoskop nach Anspruch 1, dad urch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element (4) ringförmig mit einer Öffnung (5) ausgebildet und im Weg des an der Objektseite der Beobachtungslinse (3) austretenden Lichtes derart angeordnet ist, daß es das Licht im äußeren Randbereich des Kegels des austretenden Lichtes auffängt, und daß die Öffnung (5) im ringförmigen Element (4) den Einfallswinkel (^) bestimmt.

7. Endoskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem lichtempfindlichen Element (4) aufgefangene Lichtmenge die Gesamtlichtintensität, die zur Beobachtung zur Verfügung steht, um etwa 10% oder weniger verringert.

609834/0616