DE3219511C2

DE3219511C2 - Optisches Beleuchtungssystem für Endoskope

Info

Publication number: DE3219511C2
Application number: DE3219511A
Authority: DE
Inventors: Susumu Hachiouji Tokyo Takahashi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-05-26
Filing date: 1982-05-25
Publication date: 1984-04-26
Also published as: US4500181A; JPS5810033A; JPH027047B2; US4671630A; DE3219511A1

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der beleuchtenden optischen Systeme für Endoskope, und zwar insbesondere solche mit starker Vergrößerung. Gemäß der Erfindung wird im einzelnen eine Lichtquelle vorgesehen, ferner ein transparenter Körper vor dieser Lichtquelle. Dabei werden der Brechungsindex dieses Körpers sowie ein Medium in der Nähe der Lichtquelle in besonderer Weise ausgebildet.

Description

Aus dem Stand der Technik ist folgendes bekannt: Um gewisse Organe innerhalb eines menschlichen Körpers genau betrachten zu können, ist es notwendig, Endoskope starker Vergrößerung zu verwenden. Zu diesem Zweck hat man bisher Endoskope verwendet, die mit einem optischen Beleuchtungssystem neben einem optischen Betrachtungssystem ausgerüstet sind, das man sehr nahe an das zu betrachtende Objekt heranbringt — siehe Fig. 1. Dort erkennt man einen zu beleuchtenden Bereich A\ auf einer Fläche 3 eines zu betrachtenden Gegenstandes des illuminierenden Lichtes, das aus Lichtführungsfasern 1 austritt, und zwar durch ein optisches Beleuchtungssystem 2. Ferner erkennt man einen Bereich A?., der auf einer Fläche 3 eines Objekts liegt, das mit einem optischen Betrachtungssystem zu betrachten ist, welches seinerseits ein Eckglas 4 umfaßt, ein Objektiv 5 sowie eine Bildführung 6. Der Nachteil eines solchen Aufbaus besteht darin, daß dann, wenn die Fläche 3 des zu betrachtenden Objektes und der vordere Teil 7 des Endoskops einander angenähert werden, der zu beleuchtende Bereich A \ und dei zu betrachtende Bereich A2 nicht miteinander zusammenfallen, und daß zufolge einer Parallaxe eine ungleichförmige Beleuchtung stattfindet. Ist die Vergrößerung des optischen Betrachtungssystems groß, so ist die Brennweite gering; verändert sich sodann der Abstand zwischen der Fläche 3 des zu betrachtenden Objektes und der vorderen Fläche des Endoskops, so wird das Bild mit Wahrscheinlichkeit unscharf. Weicht ferner der vordere Bereich 7 des Endoskops ab, so wird das Bild im Falle des Fotografierens verschwommen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wurden bereits die in den F i g. 2 und 3 veranschaulichten Verbesserungen vorgenommen. Man erkennt in F i g. 2 ein optisches Beleuchtungssystem und ein optisches Betrachtungssystern, die koaxial zueinander angeordnet sind, so daß die Ungleichförmigkeit der Beleuchtung vermieden wird, die ja durch das Nichtzusammenfailen der Bereiche Ai und /.2 verursacht wird. In Objektiv 5 ist ein Halbprisma 8 eingefügt, so daß das aus den Lichtführungsphasen 1 austretende Lichtbündel in die Seitenfläche des Halbprismas 8 eintritt, sodann reflektiert wird und anschließend auf Fläche 3 des zu betrachtenden Objektes aus dem Deckglas 4 des optischen Betrachtungssystems

projiziert wird. Selbst dann, wenn der vordere Teil 7 des Endoskops der Fläche 3 des zu betrachtenden Objektes angenähert wird, vermag der beleuchtete Bereich A\ den betrachteten Bereich Ai sehr wohl zu überdecken. Der Nachteil dieses Systems besteht jedoch darin, daß aufgrund des Flimmens der Fläche des Deckglases 4 kein klares Bild zu erhalten ist. Weiterhin ist in Fig. 3 ein Verfahren dargestellt, wobei wenigstens ein Paar von| Vorsprüngen 9,9, die einander gegenüberliegen, im vorderen Bereich des Endoskops angeordnet sind, um den Abstand zwischen der Fläche 3 des zu betrachtenden Objektes und der vorderen Fläche des Endoskops konstant zu halten; demgemäß sind zum Zeitpunkt der Betrachtung die Vorsprünge 9 in engem Kontakt mit

Verfahren die Vergrößerung des Objektivs 5 mehr als zweifach, so wird die Brennweite sehr flach; verändert sich der Abstand zu der Fläche des zu betrachtenden Objektes, so wird das Bild ebenfalls mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit unscharf. Das Verfahren ist daher ebenfalls ungeeignet.

Zusammenfassung der Erfindung

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Beleuchtungssystem für Endoskope zu schaffen, bei welchem selbst bei starker Vergrößerung keine ungleichförmige Beleuchtung oder Ausleuchtung auftritt, sondern ein klares stereoskopisches Bild ohne Flimmern (flare) jederzeit erhallen werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranprüchen angegeben.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

F i g. 1 veranschaulicht einen vorderen Teil eines herkömmlichen Endoskops starker Vergrößerung;

F i g. 2 veranschaulicht einen vorderen Teil eines herkömmlichen Endoskops starker Vergrößerung, womit die Unglcichförmigkeit der Beleuchtung vermieden werden soll;

Fig. 3 veranschaulicht jenen Fall, bei welchem eine Haube auf den vorderen Teil eines herkömmlichen Endoskops starker Vergrößerung aufgebracht ist:

F i g. 4 ist eine Darstellung eines vorderen Teils eines stark vergrößerten Endoskops mit einer Ausbildung des optischen Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung; die

Fig. 5 bis 11 sind Darstellungen zum Erläutern der Arbeitsweise der erfindungsgcinäßen Vorrichtung gemäß Ti g.4.die

Fig. 12 bis 14 erläutern den Aufbau und Arbeitsweise eines vorderen Teils eines Endoskops starker Vergrößerung, das eine weitere Ausführungsform eines optischen Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung umfaßt; die

Fig. 15 bis 18 veranschaulichen den Aufbau eines vorderen Teils eines stark vergrößernden Endoskops. das eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems enthält.

Auf die dem Stand der Technik angehörenden Ausführungsformen gemäß den F i g. 1 bis 3 wurde ja bereits eingegangen. In den Fig.4 bis 10 erkennt man jeweils ein Prisma 10. das als transparenter Körper dient, der vor dem Objektiv 5 angeordnet wird, und zwar innerhalb des vorderen Teils 7 des Endoskops, mit einer reflektierenden Fläche 10a, einer Fläche 106 (im folgenden »objektivseitige Fläche« genannt), die die optische Achse des Objektivs 5 unter einem rechten Winkel schneidet und dem Objektiv 5 zugewandt ist, und schließlich mit einer Fläche 10c (im folgenden »objektseitige Fläche« genannt), die zur objektivseitigen Fläche 106 parallel liegt und die der Frontfläche des vorderen Bereiches 7 des Endoskops zugewandt ist. Es ist ferner eine Reihe von hülsenförmigen transparenten Elementen vorgesehen, deren jede eine Mantelfläche aufweist, auf welcher ein Lichtschirm Ha vorgesehen ist (beispielsweise ein schwarzer Überzug) und die nicht geschliffen ist, eine Stirnfläche, die in engem Kontakt steht oder angesehlossen ist an Lichtführungsfasern 1, und eine andere Endfläche, die in engem Kontakt steht mit oder angesehlossen ist an die objektivseitige Fläche 1Oo des Prismas 10 und die schließlich um Objektiv 5 herum-

IJ lllgl, UtIl OClIlIt L^lt.111 VWII Ulli UlLllllUlll UMgSlUJl.! Il 1 Ul

das Prisma 10 zu leiten. Man erkennt ferner einen Lichtschirm 12, der auf die objektivseitige Fläche 106 aufgebracht ist, ausgenommen in den verbindenden Flächen mit dem transparenten Element und dem wirksamen Durchmesserteil des optischen Betrachtungssystems.

Die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung arbeitet wie folgt: Das durch die Lichtführungsfasern 1 aus einer Lichtquelle (hier nicht dargestellt) übertragene Licht wird dem Prisma 10 durch die transparenten Elemente 11 zugeführt, die man deutlich aus F i g. 6 erkennt. Das auf die Umfangsfläche des transparenten Elementes auftreffende Licht 11 wird durch den Lichtschirm 11.-1 absorbiert, vermag somit nicht, hindurchzutreten. Deshalb läßt sich der Divergenzwinkel Θ des

jo austretenden Lichtbündels, geradlinig oder scramble reflected, aus dem transparenten Element 11 verhältnismäßig klein halten. Wird ein derartiges transparentes Element 11 verwendet, so wie in F i g. 7 veranschaulicht. so läßt sich eine Lichtquelle 13. wie beispielsweise eine elektrische Glühbirne oder ein Strobo-Licht. unmittelbar vor der Stirnfläche des transparent.cn Elementes 11 anordnen. Wie aus der Beschreibung klar erkennbar, hat eine derartige Metallhülse eine diffus machende Innenfläche. So läßt sich beispielsweise anstelle des transpareuten Elementes 11 ein Rohr mit Innengewinde verwenden. Das durch ein solches transparentes Element 11 hindurchiretende Lichtbiindcl tritt in die objektivseitige Fläche 1Oo des Prismas 10 ein und wird an der reflektierenden Fläche 10.7 reflektiert. Da Winkel Ö(siehe F i g. 8) der Neigung der reflektierten Fläche 10.7 zur objektivsciiigen Fläche 10o derart bemessen ist. daß das beim Eintritt in die objektivseitige Fläche reflektierte Licht durch die reflektierende Fläche 10.7 total reflektiert wird, wird das durch die reflektierende Fläche 10.·; reflektierte Licht durch die objektivseitige Fläche 10o total rcflckiiCTi und wird dünn durch uic oujCrvtscitigc Fläche 10c total reflektiert, um schließlich wieder durch die objeklivseitige Fläche 106 total reflektiert zu werden. In einem solchen Fall wird der Eintrittswinkel des Lichtes zwischen der objekiivseitigen Fläche 106 und der objektseitigcn Fläche 1Or konstant gehalten. Das Licht, das auf diese Weise die reflektierende Fläche 10a auf jener Seite erreicht hat. die der Seite gegenüberliegt, an welcher es eingetreten ist. wird von der ob jektivseiti-

bO gen Fläche 106 unter dem gleichen Winkel projiziert, wie der Eintrittswinkel in das Prisma 10; es wird jedoch nicht in das Gesichtsfeld des Objektivs 5 projiziert, und es wird auch nicht aus dem Teil des Lichtschirmes 12 der objektivseitigen Fläche 10c projiziert, sondern hier absorbierl. In diesem Zustand tritt kein »flare« in das Objektiv 5 ein. aber das Objekt kann nicht beleuchtet werden. Endoskope starker Vergrößerung werden jedoch meistens mit dem vorderen Teil verwendet, der gegen

das Objekt angedrückt wird, so dall das DiId bei der lieirachlung nicht unscharf wird. Hei Anwendung eines solchen Verfahrens IaIIl sich das mittels Totalreflexion durch das Prisma IO in oben beschriebener Weise l'ortschreiteiidel.iclil auf die Objektscile projizieren. Wird der vordere Teil des Endoskops. so wie in I' i g. 9 veranschaulicht, gegen Hache 3 des /u betrachtenden Objektes angedrückt, so wird im menschlichen Körper enthaltene Flüssigkeit /wischen der objektseitigen Fläche 1Of des Prismas 10 und dem Objekt eingeschlossen; da jedoch Wasser einen höheren Index als Luft hat. so wird das durch Prisma 10 hinduidiiretende Licht auf die Objektseite projiziert, ohne durch die objektseitige Fläche lOc" total reflektiert zu werden, und wird daher zum beleuchtenden Licht, mit welchem die Objektfläche beleuchte! wird. In einen.¹, solchen Falle wird ein auf der objektseitigen Fläche 1Of erzeugtes flennel-reflektiertes Licht auf der objektivseitigen Fläche 106 total reflektiert. Deswegen wird kein Licht aus der objektivseitigen Fläche 106 herausprojiziert, weshalb auch kein »flare« in das Objektiv 5 eintritt. Das somit aus der objektivseitigen Fläche lOcherausprojizierte Licht wird dann total reflektiert, falls auf der Objektseite Luft anwesend ist. und wird auf die Objektseitc unter einem großen Projektionswinkel projiziert. Dies bedeutet, daß die Objektfläehc diagonal beleuchtet wird. Der Schatten des zu betrachtenden Objektes wird daher übertrieben, und demzufolge läßt sich ein stereoskopisches Bild erhalten. Dieser merkwürdige Effekt läßt sich nicht in jenem Fall erzielen, in dem die Objektfläche in im wesentlichen vertikaler Richtung beleuchtet wird, so wie dies bei herkömmlichen Endoskop-Beleuchtungssystemen der Fall ist. Es wurde oben jener Fall erläutert, daß als Medium auf der Objcktseite Wasser und auf der Objektivseite Luft vorliegt. Um das Flimmern (flare) auf der objektivseitigen Fläche 106 des Prismas 10 jedoch total zu reflektieren, muß die Gleichung erfüllt sein, daß der Brechungsindex ri; des das Prisma bildenden Materials größer als der Brechungsindex nj des Mediums auf der objektivseitigen Fläche ist. es muß also n;>nj sein. Um ferner das beleuchtende Licht aus der objektseitigen Fläche 10czum Prisma 10 zu projizieren, muß die Beziehung gelten, daß der Brechungsindex n\ des Mediums auf der Objektseite größer als der Brechungsindex rii des Mediums auf der Objektivscite ist. d. h.. es muß Πι > πι sein. Dies soll mehr im einzelnen anhand der Fig. 10 erläutert werden. Der Eintrittswinkel des Lichtes ii in die objektivseitige Fläche 106 ist hierbei mit λ gekennzeichnet, der Eingangswinkel des Lichtes 6 auf dieselbe Fläche mit jJ, der Eintrittswinkel des Lichtes c auf dieselbe Fläche mit ;·. und der kritische Winkel auf eiercb'ektivseiti^en Fläche !Q'¹ i^ct mi* ^· ^Λ *" ^* = ^ip -' (PiZn₂) bezeichnet. Das Licht a ist somit durch die objektivseitige Fläche 106 gebrochen und gelangt zur Seite des Objektivs 5. Der kritische Winkel auf der objektseitigen Fläche 1Of ist mit 02 bezeichnet. Genügt der Eintrittswinkel β der Beziehung 0₂>ß>0\, so wird das Licht b auf der objektivseitigen Fläche 10c total reflektiert und auf der objektseitigen Fläche 10c gebrochen. Ein Teil hiervon tritt als Licht b\ in das Wasser ein, das zwischen der Fläche 3 des zu betrachtenden Objekts und der objektivseitigen Fläche 10cdes Prismas vorhanden ist, und der andere Teil wird flennel-refkktiert auf der objektseitigen Fläche 10c, wird zum Licht O₂ und tritt wiederum in die objektivseitige Fläche 106 ein. Genügt ferner der Eintrittswinkel γ der Beziehung, daß y> 02 ist, so pflanzt sich Licht c fort, während es auf der objektivseitigen Fläche 106 und der objektseitigen Fläehe I Of total reflektiert wird: wie oben erläutert, wird es schließlich an der reflektierenden (-"lache 10.; auf der gegenüberliegenden Seite reflektiert und gelangt zur Seile des Objektivs 5. Im folgenden soll die Rolle der ■-. Lichtstrahlen .;. 6 und f untersucht weiden. Zunächst tritt Licht ;i zur Seile des Objektivs 5 durch die objeklivscitige I lache 106 und flimmert. Dies ist nicht wünschenswert. Deshalb muß der Winkel fVder Neigung des Prismas IO und der Winkel der öffnung des aus dem

κι transparenten Element 11 projizieren Lichtes derart gewählt werden, dall kein Licht ;i auftritt. Der öffnungswinkel des aus dem transparenten Element 11 projizierten Lichtes läßt sich leicht dadurch kontrollieren, dall die Länge und die Breite (Dicke) des Iransparenten EIe-

t^r> menies 11 variiert wird. Sodann wird das Licht 6 in zwei Strahlen h, und 6.· durch die ohjektseitige Fläche 1Or zerlegt. Das Licht 6| vermag ein stereoskopisches Bild durch diagonales Beleuchten der Fläche 3 des zu betrachtenden Objektes zu erzeugen. Licht 62 flimmert nicht und ist daher unproblematisch. Weiterhin tritt Licht f nicht aus der Objektseile heraus; deshalb läßt es sich nicht als beleuchtendes Licht verwenden, flimmert aber ebenfalls nicht. Wie aus dieser Erläuterung klar hervorgeht, besieht die Erfindung darin. Licht 6 auszu-

_>^r> nutzen. Deswegen werden die Gestalt des Prismas (des transparenten Körpers) 10, die Länge und Breite (Dikke) des transparenten Elementes 11 und der Winkel e des Einfügens des transparenten Elementes 11 in das Prisma derart ausgewählt, daß der Eingangswinkel r) des

jo von der Lichtquelle (eingeschlossen die Austrittsstirnseite der Lichtführungsfasern 1. der Glühbirne 13 und des Strobo-Lichtes) zur objektivseitigen Fläche 10 zu θ\<<ϊ<θ; wird. Hierbei bedarf es keiner Erwähnung, daß die objektivseiligc Fläche von Prisma 10 nicht im-

js mcr so gestaltet sein muß. wie oben beschrieben; sie kann beispielsweise auch Bestandteil einer Kugelfläche sein.

Im folgenden sollen unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 die konkreten Abmessungen der Komponentenelemenie des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems dargelegt werden.

/71 = 1.33
/7j= 1,80
/ii = 1.00

6>, = 33,7"
0, = 47,6"

Die Abmessungen des transparenten Elementes sind die folgenden:

,ii = 0.3 mm

<i> — 2,1 mm

Brechungsindex: 1,52

Der Winkel ε des Einfügens des transparenten Elementes 11 in das Prisma betrage 0°.

Der Winkel Φ der Divergenz des Lichtbündels, das aus dem transparenten Element 11 in Luft eintritt, betrage 24,8°.

Der Winkel ö\ der Divergenz des Lichtbündels, das aus dem transparenten Element 11 innerhalb des Prismas 10 austritt, betrage 13,6°.

Für den Winkel, der dann entsteht, wenn das von der reflektierenden Fläche 10a des Prismas 10 reflektierte Licht in die objektivseitige Fläche 106 eintritt, gilt folgendes:

(h = 37.2° (minimum) bis 50,8" (maximum).

Wird auf der objektivseitigen Fläche 106 des Prismas 10 Licht in Wasser projiziert, so gilt für den Winkel die folgende Gleichung:

<h = 43,7° (minimum) bis 90° (maximum).
Die Abmessungen des Prismas 10 sind die folgenden:

/ι = 3,0 mm
h = 0,6 mm
/ι = 0,8 mm
θ = 22°

Für die Position des Einfügens des transparenten Elementes 11 des Prismas gilt:

Λ = 1,2 mm (Diese Abmessung wird am besten derart gewählt, daß die Position, in welcher das Licht durch die objektivseitige Fläche 10c reflektiert wird, in der Nähe der optischen Achse des Objektivs 5 reflektiert werden.)

Obenstehend wurde die Erfindung im einzelnen auf der Basis einer typischen Ausführungsform beschrieben; im folgenden sollen weitere Ausführungsformen erläutert werden. Zunächst ist in Fig. 12 eine Ausführungsform dargestellt, wobei ein rechtwinkliger, parallel-cpipcdisehcr transparenter Körper (ein Prisma) 14 vor dem Objektiv 5 angeordnet ist; transparente Elemente 11 sind an die Vorderseiten der Lichtleitfasern 1 angeschlossen und in engem Kontakt mit den Seitenflächen des Prismas 14 verbracht. Wie man aus den F'ig. 13 und 14 erkennt, sind die Seitenflächen des Prismas 14 in reflektierende Flächen 15, ausgenommen an den Steilen des Anschlusses des transparenten Eiemcntcs II. wird auf der objektseiligen Fläche 14.·/ Wasser abgelagert, so wird Licht auf die Objektseite projiziert. Das auf der objckiseitigen Fläche 14.7 flcnncl-reflcklicr-Ic Licht wird an den reflektierenden !"lachen 15 reflektiert; es wird auf der objeklivsciligcn Fläche 146 total reflektiert und wieder aus der objeklseiligen Flüche 14,7 hinausprojizierl. Der Prozeß wiederholt sich unendlich häufig, wobei sich die Lichtintensität abschwächt. Eine solche Ausführungsform ergibt ein System hohen Wirkungsgrades des Ausnutzens des beleuchtenden Lichtes.

In Fig. 15 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher Lichtbündel, die aus den Lichtfuhrungsfasern I austreten, gemäß dem Divergenzwinkel durch die transparenten Elemente Il zusammengefaßt und durch den transparcnlen Körper (das Prisma) 16 gebrochen werden, um in Prisma 14 einzutreten. Mittels dieser Ausführungsform läßt sich das Lichtbündel leichter als bei der Ausführungsform gemäß Fig. i2 in das Prisma i4 einführen: gemäß \· i g. 12 werden die Lichtbündel aus den transparenten Elementen Il direkt aus den Seitenflächen des Prismas 14 eingeführt.

Bei der in Fig. 16 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind Gestalt von Prisma 17, Länge und Breite des transparenten Elementes 11 und der Winkel des Einfügens des transparenten Elementes 11 in das Prisma derart gewählt, daß die aus den transparenten Elementen 11 in den transparenten Körper (das Prisma) 17 eingeführten Lichtbündel im Falle des Vorliegcns von Luft auf der Objektseite auf der Objektseitenfläche total reflektiert und von dem Lichtschirm 12 absorbiert werden. Liegt bei dieser Ausführungsform Wasser auf der Objektseite vor. so werden die aus den transparenten Elementen 11 in das Prisma 17 eingeleiteten Lichtstrahlen auf der Objektscitc von der Objekiseitcnfläche projiziert. Das in diesem Fall erzeugte flennel-reflektierte Licht wird durch den Lichtschirm 12 absorbiert, so daß kein Flimmern auftritt. Die Ausführungsform stellt somit ein System dar. wobei das beleuchtende Licht direkt aus der Objektseitenfläche projiziert wird, während bei den Ausführungsformen gemäß der F i g. 4 bis 11 das beleuchtende Licht durch die reflektierende Fläche 10;f reflektiert wird, einmal durch die objektivseitige Fläche 106 reflektiert wird und sodann aus der objektseitigen Fläche 10cprojiziert wird.

Bei der in Fig. 17 dargestellten Ausführungsform sind die objektseitige Fläche I8.7 und die objektivseitige Fläche 186 des transparenten Körpers (Prismas) 18 nicht parallel zueinander angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind der Winkel der Divergenz des aus dem transparenten Element i i heraus projizierten Lichibündels. der Winkel des transparenten Elementes 11 der objektivseitigen Fläche 186 und der Winkel A der objektscitigen Fläche I8.1 mit der objektivseitigen Fläche 186 derart gewählt, daß das aus den Lichtführungsfascrn 1 austretende Strahlenbündel durch das transparente Element 11 zusammengedrückt, in Prisma 18 projiziert, durch die objektseitige Fläche 18.) total reflektiert oder flennel-reflektiert und stets durch die objek-

2S tivseitige Fläche 186 total reflektiert wird. Eine Licht absorbierende Fläche 19 ist auf Prisma 18 gebildet, so daß das durch die objektivseitige Fläche 186 total reflektierte Licht dwell diese absorbierende Fläche 19 absorbiert wird. Wird bei dieser Ausführungsform auf der

κι objektseitigcn Fläche I8.7 Wasser abgelagert, so läßt sich das Licht aus der objeklscitigcn Fläche I8.7 projizieren. Liegt bei dieser Ausfiihrungsform der Einfallswinkel ödes im Prisma 18 aus dem transparenten Element It in objektseitige Fläche I8.7 projizierten Lichtes

i^r> innerhalb des Bereiches des kritischen Winkels fVin Luft zum Winkel, der um den Winkel Λ kleiner als derselbe kritische Winkel θ\ ist. so läßt sich das Licht als beleuchtendes Licht ausnutzen, und zwar sogar in Luft, und das flennel-refleklierte Licht wird auf der objektivseitigen Fläche 186 total reflektiert, und es tritt kein Flimmern auf. Gilt mit anderen Worten in Luft B> θ\. so wird kein Licht aus der objektseiligen Fläche 18.7 heraus projiziert. Gilt in Luft sowie in Wasser θ\> Β>θχ— A, so wird zwar Licht herausprojiziert. jedoch findet in beiden

4.¹J Fällen kein Flimmern statt.

Wie oben beschrieben, läßt sich das Endoskop gemäß der Erfindung derart benutzen, daß sein vorderer Teil in enge Berührung mit dem zu betrachtenden Objekt gebracht werden kann, obwohl die Vergrößerung siark ist:

w das Bild ist dabei scharf, da das beleuchtende Licht diagonal auf die Fläche des zu betrachtenden Objektes projiziert wird. Es kann nicht nur das Objektbüd stereoskopisch betrachtet werden, sondern das beleuchtende Licht fällt auch nicht fliinmcnd auf die Objektivseite.

τ, Weiterhin ist die Menge des die Außenseite des Gesichtsfeldes beleuchtenden Lichtes derart gering, daß ein helles und klares Bild stets erhallen werden kann: beim Fotografieren erzielt man ein sehr leicht erkennbares Foto. Da ferner das gesamte Deckglas für das Beleuchtungssystem und das Betrachtungssystcni verwendet werden kann, laßt sich nicht nur das gesamte Gesichtsfeld einheitlich und gleichförmig beleuchten, sondern es kann auch der vordere Bereich des Endoskops klein gehalten werden.

Bei der in Fi g. 18 verwendeten Ausführungsform eines optischen Beleuchtungssystems ist dieses die Erfindung verkörpernde System an einer anderen Stelle als optisches Betrachtungssystem angeordnet. Gemäß die-

Il 12

scr Aiislüliiuiigsfonii isl das rechtwinklige. parallel epi kligcn. parallel-epipedisehcn IYisnias 20 eingefiihrl wer-

pedischc Prisma 20 parallel /.inn betrachtenden opii- den können. Im l'risnia 20 wird tins durch die objektiv-

stheii Sysiciii angeordnet, ilas seinerseils Deckglas 4 seilige l'liiehe 20.7 Iota! reflcklierlc I .ichl durch die I. ichl

und Objektiv 5 uinfaUl. so dall das ans der Lichtquelle absorbierende Hache 21 absorbiert. Der Vorteil dieser austretende l.ichllnindel durch die bereits beschriebe- ^r< Ausftihrungsfonn besteht darin. dal.t d.is /u belrachlen-

nen l.ielilfiihrimgsfasern I und das hülseiiförniige trans- de Objekl tliagonal beleuchtet werden kann und dal.!

parente l-leinenl 11 aus einer Seilenfläche des leclilwin- sich ein stereoskopisches Objektbild erzielen liißl.

I lier/.ii ίϊ iilall /cichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches Beleuchtungssystem für Endoskope mit einer Lichtquelle (1,13) und einem transparenten Körper (10,14,17,18, 20), der vor einer Lichtquelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungsindizes des transparenten Körpers (10,14,17,18,20) und eines Mediums, das nahe der Lichtquelle seitlich des transparenten Körpers derart ausgewählt ist, daß die Beziehung Π2 > /73 erfüllt ist, wobei der Brechungsindex des transparenten Körpers durch Π2 und der Brechungsindex des Mediums durch Π3 wiedergegeben ist, und daß die Gestalt des transparenten Körpers derart gewählt ist, daß der Eintrittswinkel di,s Lichtes, das in diejenige Fläche des transparenten Körpers einfällt, die der Seite der Lichtquelle zugewandt ist, von den in den transparenten Körper von der Lichtquelle eintretenden Lichtstrahlen größer als ein kritischer Winkel θ

10

15

20

am Eintrittspunkt des Lichtes ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Körper ein Prisma ist, mit einer ersten Fläche (lOty, die unter rechtem Winkel die optische Achse eines Objektives (5) schneidet, das hinter dem transparenten Körper im Bereich des transparenten Körpers angeordnet und dem Objektiv zugewandt ist, einer reflektierenden Fläche (XQa), die einen Winkel θ mit der ersten Fläche bildet, und einer zweiten Fläche (10c/ die vor der ersten Fläche und parallel zu dieser angeordnet ist, und daß das optische Beleuchtungssystem ferner wenigstens ein hülsenförmiges transparentes Element (11) umfaßt, das mit seiner einen Stirnfläche der Lichtquelle benachbart ist und mit seiner anderen Stirnfläche an der ersten Fläche anliegt, so daß das Licht aus der Lichtquelle zur reflektierenden Fläche des Prismas dem Prisma zugeleitet wird.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtschirm (12) der ersten Fläche zugeordnet ist, ausgenommen in dem wirksamen Durchmesserbereich des Objektivs und den mit den hülsenförmigen transparenten Elementen eine Verbindung herstellenden Teilen.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl hülsenförmiger transparenter Elemente um das Objektiv herum angeordnet ist.

5. System nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des hülsenförmigen transparenten Elementes mit einem Lichtschirm ausgerüstet ist und daß die innere Mantelfläche dieses Elementes derart gestaltet ist, daß sie das in das Inner», eingetretene Licht gestreut reflektieren kann.

6. System nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenförmige transparente Element eine Metallhülse mit Innengewinde ist.

7. System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel θ derart bemessen ist, daß das an der refleklierenden Fläche reflektierte Licht auf der ersten Fläche total reflektiert wird.

8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Körper ein rechteckiges, parallel-epipedisches Prisma mit einer ersten Fläche ist, die unter rechten Winkeln die optische Achse eines Objektivs schneidet, das seiner seits hinter dem transparenten Körper in dessen Nähe angeordnet und dem Objektiv zugewandt ist, ferner mit einer zweiten Fläche, die vor der ersten Fläche und parallel zu dieser angeordnet ist sowie mit vier Seitenflächen, die parallel zur optischen Achse liegen, und daß das optische System wenigstens ein hülsenförmiges transparentes Element (11) umfaßt, dessen eine Stirnseite der Lichtquelle zugewandt ist und dessen andere Stirnseite die Seitenfläche berührt, um Licht von der Lichtquelle in das Prisma einzuleiten.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Fläche ein Lichtschirm (12) vorgesehen ist, ausgenommen im wirksamen Durchmesserbereich des Objektivs, und daß die Seitenflächen reflektierende Flächen sind, ausgenommen in den eine Verbindung mit den hülsenförmigen transparenten Elementen herstellenden Teilen.

10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl hülsenförmiger transparenter Elemente um das Objektiv herum angeordnet ist.

11. System nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des hülsenförmigen transparenten Elementes mit einem Lichtschirm (Wa) ausgerüstet ist und daß die innere Mantelfläche das in das Innere eingeleitete Licht streuend zu reflektieren vermag.

12. System nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenförmige transparente Element eine Metallhülse mit Innengewinde ist.

13. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Körper ein rechtwinkliges, parallel-epipedisches Prisma (16) ist, das eine ercte Fläche hat, die die optische Achse eines Objektivs (5) unter rechten Winkeln schneidet, das seinerseits hinter dem transparenten Körper und in dessen Nähe angeordnet und dem Objektiv (5) zugeordnet ist, daß das Prisma ferner eine zweite Fläche aufweist, die vor der ersten Fläche und parallel zu dieser angeordnet ist, sowie vier zur optischen Achse parallele Seitenflächen, und daß das System ferner wenigstens ein hülsenförmiges transparentes Element (11) umfaßt, das mit einer Stirnfläche der Lichtquelle benachbart ist und mit seiner zweiten Stirnfläche ein dreieckförmiges Prisma (16) berührt, und daß eine zweite Fläche unter rechten Winkeln die erste Fläche schneidet und mit der Seitenfläche des rechtwinkligen, parallel-epipedischen Prismas in Berührung steht, um Licht dem rechteckigen, parallel-epipedischen Prisma zuzuführen.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Fläche ein Lichtschirm (12) vorgesehen ist, ausgenommen im wirksamen Durchmesserbereich des Objektivs, und daß die Seitenflächen reflektierende Flächen sind, ausgenommen in den die Verbindung mit dem dreieckigen Prisma herstellenden Teilen.

15. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Sätzen hülsenförmiger transparenter Elemente und dreieckiger Prismen um das Objektiv herum angeordnet sind.

16. System nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des

hülsenförmigen transparenten Elementes mit einem Lichtschirm [Wa) ausgerüstet ist, und daß die innere Mantelfläche das in das Innere gelangende Licht gestreut zu reflektieren vermag.

17. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenförniige transparente Element eine Metallhülse mit Innengewinde ist.

18. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Körper ein Prisma

(17) mit einer ersten Fläche ist, die unter rechten Winkeln die optische Achse eines Objektivs (5) schneidet, das hinter dem transparenten Körper und benachbart zu diesem angeordnet und diesem zugewandt ist, daß eine zweite Fläche vor der ersten Fläche vor und parallel zu dieser angeordnet ist und daß eine dritte Fläche vorgesehen ist, die die erste Fläche unter einem Winkel berührt, und daß das System weiterhin wenigstens ein hülsenförmiges, transparentes Element (11) aufweist, ^essen eine Stirnfläche sich im Bereich der Lichtquelle befindet und dessen andere Stirnfläche die dritte Fläche berührt, um Licht aus der Lichtquelle dem Prisma zuzuleiten.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der dritten Fläche ein Lichtschirm (12) zugeordnet ist, ausgenommen im wirksamen Durchmesserbereich des Objektivs und in dem eine Verbindung mit dem hülsenförmigen transparenten Element herstellenden Teil.

20. System nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl hülsenförmiger transparenter Elemente um das Objektiv herum angebracht ist.

21. System nach Anspruch 18 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der äußeren Mantelfläche des hülsenförmigen transparenten Elementes ein Lichtschirm (!^zugeordnet ist, und daß die innere Mantelfläche das in das Innere eingetretene Licht gestreut zu reflektieren vermag.

22. System nach Anspruch 18 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß hülsenförmige transparente Elemente eine Metallhülse mit Innengewinde ist.

23. System nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Θ derart gewählt ist, daß das dem Prisma zugeführte Licht im Falle des Vorliegens von Luft auf der zweiten Fläche dort total reflektiert wird.

24. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Körper ein Prisma

(18) ist, der eine erste Fläche (\%b) aufweist, die mit der optischen Achse eines Objektivs (5) einen vorbestimmten Winkel fA + 90") bildet, daß das Objektiv (5) hinter dein transparenten Körper diesen benachbart angeordnet und diesem zugewandt ist, daß eine zweite Fläche (18a,) vor der ersten Fläche angeordnet ist, die sich unter rechten Winkeln mit der optischen Achse schneidet, daß eine dritte Fläche vorgesehen ist, die die erste Fläche unter einem Winkel θ berührt, und daß das System ferner ein hülsenförmiges transparentes Element (11) aufweist, dessen eine Stirnseite der Lichtquelle benachbart ist und dessen andere Stirnseite mit der dritten Fläche in Berührung steht, um Licht von der Lichtquelle in das Prisma einzuleiten.

25. System nach Anspruch 24. dadurch gekennzeichnet, daß der dritten Fläche ein Lichtschirm (12) zugeordnet ist, ausgenommen im wirksamen Durchmesserbereich des Objektivs und in dem eine Ver-

bindung mit dem hülsenförmigen transparenten Element herstellenden Teil, und daß die äußere Mantelfläche des Prismas als Licht absorbierende Fläche ausgebildet ist

26. System nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der äußeren Mantelfläche des hülsenförmigen transparenten Elementes ein Lichtschirm (llajzugeordnet ist, und daß die innere Mantelfläche das in das Innere eintretende Licht gestreut zu reflektieren vermag.

27. System nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenförmige transparente Element eine Metallhülse mit Innengewinde ist

28. System nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel A und θ derart bemessen sind, daß das dem Prisma zugeführte Licht auf der zweiten Fläche tota! reflektiert und daß das total reflektierte und auf der dritten Fläche flennel-reflektierte Licht auf der ersten Fläche total reflektiert werden.