DE3432157A1

DE3432157A1 - Bildaufnahmevorrichtung fuer ein endoskop

Info

Publication number: DE3432157A1
Application number: DE19843432157
Authority: DE
Inventors: Hiroyoshi Hachioji Tokio/Tokyo Fujimori; Tatsuo Musashino Tokio/Tokyo Nagasaki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-09-05
Filing date: 1984-08-31
Publication date: 1985-04-04
Also published as: DE3432157C2; JPH0685762B2; US4663657A; JPS6053925A

Description

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1A-58640

Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop

Die Erfindung betrifft eine Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop und bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung, mit der unter Verwendung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung em Beobachtungsobjekt abgebildet wird, welches mit von einer Beleuchtungsoptik des Endoskops kommendem Licht beleuchtet wird.

In neuerer Zeit gelangen elektronische Endoskope zur Verwendung, mit denen das Beobachtungsobjekt unter Verwendung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung abgebildet und auf einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise einer Braunschen Röhre angezeigt wird.

Als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop eignet sich z. B. eine Ladungsübertragungsvorrichtung, beispielsweise eine ladungsgekoppelte Schaltung (CCD), eine Eimerkettenschaltung (BBD) und eine CHD (charge primina device) Sensor, ein Sensor mit Transistor^Viit elektrostatischer Induktion (SIT) oder Metalloxidhalbleitem(MOS).

Ein mit einem Festkörper- Sensor · - -· · · versehenes, elektronisches Endoskop hat den Vorteil, daß ohne weiteres eine Abbildung des Aufnahmeobjekts gemacht werden kann und daß die Vorrichtung außerordentlich klein gestaltet sein kann, wobei die fortschreitende Technik höchster Integration eine weitere Miniaturisierung für die Zukunft ermöglicht. Dies gilt

insbesondere im Vergleich zu einem Endoskop, bei dem mit einem Faserbündel, welches ein optisches Bild leitet, eine Lichtabbildung erzeugt wird. Bei Verwendung der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung muß allerdings ein Farbbild erzeugt werden.

Die allgemein verwendete Beleuchtungslampe mit weißem Licht gibt allerdings im Wellenlängenbereich des Infrarotlichts mehr Energie ab als im Bereich sichtbarer Wellenlängen. Außerdem sind die Spektraleigenschaften der Beleuchtungsoptik und der Bildaufnahmeoptik mit all ihren zugehörigen Komponenten, wie dem Linsensystem, dem Lichtleiter und der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ungleichmäßig, so daß es schwer ist, ein wahrheitsgetreues Farbbild wiederzugeben.

Zusätzlich müssen Unterschiede in den Farbtönen festgestellt werden, um zwischen einem befallenen Teil und einem normalen Teil beispielsweise in einer Bauchhöhle unterscheiden zu können. Es ist bekannt, daß bei einer Untersuchung mit einem Endoskop ein scharfer Kontrast durch Anordnung eines Farbfilters der Blaugruppe im Okular des Endoskops erhalten wird. So kann z. B. ein kleines Krebsgeschwür entdeckt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop zu schaffen, mit der auf gleichförmige Weise durch Korrektur der spektralen Eigenschaften eines eine Beleuchtungsoptik sowie eine Bildaufnahmeoptik umfassenden Lichtweges eine wahrheitsgetreue Farbabbildung wiedergegeben und mit der durch Verwendung eines Beleuchtungslichts von für das Beobachtungsobjekt geeigneten Farbtönen eine klare Abbildung erzeugt werden kann.

Eine diese Aufgabe lösende Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop ist mit ihren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung ist eine Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop mit einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung so

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konstruiert, daß ein Lichtfilter oder mehrere Lichtfilter zur Korrektur der Spektraleigenschaften des gesamten Lichtwegs sowohl in der Beleuchtungsoptik als auch in der Bildaufnahmeoptik oder ein Lichtfilter bzw. mehrere Lichtfilter mit für ein Beobachtungsobjekt geeigneten Farbtönen mindestens längs des Lichtweges entweder der Beleuchtungsoptik oder der Bildaufnahmeoptik angeordnet ist bzw. sind, um auf diese Weise die Wiedergabe einer wahrheitsgetreuen Abbildung zu ermöglichen oder eine klare Abbildung zu erzeugen.

Mit einem Endoskop mit Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung kann eine wahrheitsgetreue Farbabbildung eines Aufnahmeobjekts erzeugt werden, da ein Lichtfilter bzw. mehrere Lichtfilter zur Korrektur der spektralen Eigenschaften des Gesamtlichtweges einschließlich der Beleuchtungsoptik und der Bildaufnahmeoptik längs des Lichtweges mindestens der Beleuchtungsoptik oder der Bildaufnahmeoptik angeordnet ist bzw. sind. Die Vorrichtung bietet eine alternative Möglichkeit insofern, als mit ihr eine klare Abbildung erzeugt werden kann, da ein oder mehrere Lichtfilter von für das Beobachtungsobjekt geeigneten Farbtönen vorgesehen ist bzw. sind, um das entsprechende Licht zur Beleuchtung zu erlangen.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Schema eines Ausführungsbeispiels einer Bildaufnahmevorrichtung für Endoskope gemäß der Erfindung; Fig. 2 und 3 Schnittansichten der wesentlichen Teile weiterer Ausführungsbeispiele von Bildaufnahmevorrichtungen für Endoskope gemäß der Erfindung.

Zu dem in Fig. 1 gezeigten Endoskop 1 gehört eine objektivseitige Optik 3 zur Bilderzeugung, die innerhalb des entfernten Endbereichs eines schlanken Einschubteils 2 des Endoskops angeordnet ist, sowie eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4,

die aus einer ladungsgekoppelten Schaltung (CCD) besteht und an der Bilderzeugungsstelle der Optik 3 so angeordnet ist, daß die Bildaufnahmeebene der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4 der Optik 3 zugewandt ist. In der Bildaufnahmeebene der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4 ist ein mosaikartiger Lichtfilter für die drei Primärfarben (nicht gezeigt) angeordnet, der jeweils nur Licht einer Farbwellenlänge durchläßt, so daß ein jedem Bildelement entsprechendes Signal, welches der Filter für die drei Farben rot, grün und blau durchläßt, der Reihe nach an drei Ausgangsanschlüssen der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4 entwickelt wird, z. B. aufgrund eines dieser Vorrichtung zugeführten Taktsignals. Die entstehenden Signale werden von einem

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Vorverstärker 5 mit niedriger Rauschzahl verstärkt und weiter durch Farbverstärker 7R, 7G bzw. 7B verstärkt, die über Signalleitungen 6 erreicht werden.

Das der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4 zugeführte Taktsignal zum Lesen eines jedem einzelnen Bildelement entsprechenden Signals wird von einem Signalleser 8 erzeugt, der ein Bezugssignal von einem Bezugssignaloszillator 9 erhält.

Das Bezugssignal wird auch an einen Horizontaldeflektor 10 sowie einen Vertikaldeflektor 11 angelegt, um für die horizontale bzw. vertikale Ablenkung Signale zu erzeugen, die dem X- bzw. Y-Ablenkanschluß einer Braunschen Farbröhre 12 zugeführt werden.

Die von den Farbverstärkern 7R, 7G und 7B erzeugten Farbsignale R, G bzw. B für die Farben rot, grün und blau werden während der Abtastung auf der Braunschen Farbröhre 12 angezeigt.

In den Einschubteil 2 des Endoskops 1 ist ein Lichtleiter 13 in Form eines Faserbündels für die Übertragung von Licht zur Beleuchtung eingesetzt. Das entfernte (vordere) Ende des Lichtleiters 13 ist an der Innenwand am distalen Ende des Einschubteils 2 befestigt. Ein Beleuchtungsfenster vor dem distalen Ende des Lichtleiters 13 ist durch eine Lichtverteilerlinse 14

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bedeckt. Das hintere Ende des Lichtleiters 13 ist mittels eines Lichtleiterkabels, welches sich vom hinteren Ende des Einschubteils 2 erstreckt, an einer Lichtquelle 15 lösbar angebracht.

Innerhalb der Lichtquelle 15 ist eine Beleuchtungslampe 16 angeordnet, die Licht weißer Farbe abgibt. Das Beleuchtungslicht der Beleuchtungslampe 16 wird von einem konkaven reflektierenden Spiegel 17 zurückgeworfen und bildet einen im wesentlichen parallelen Lichtstrahl. Dieser Lichtstrahl wird weiter konvergiert, um die hintere Stirnfläche (die Lichteinfallsflache) des Lichtleiters 13 zu beleuchten.

Im Lichtweg zwischen der Beleuchtungslampe 16 und einer Kondensorlinse 18 ist ein Lichtfilter 20 zur Korrektur angeordnet. Mit diesem Lichtfilter 20 werden die Spektraleigenschaften des Beleuchtungslichts gewichtet, um die spektralen Bildaufnahmeeigenschaften des gesamten Lichtwegs einschließlich der Beleuchtungsoptik mit der Beleuchtungslampe 16, der Kondensorlinse 18, dem Lichtleitkabel und der Lichtverteilerlinse 14 sowie der Bildaufnahmeoptik mit der objektivseitigen Optik 3 und der Pestkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4 zu korrigieren. Gemäß einer Alternative wird als Lichtfilter 20 ein Farbfilter benutzt, der für das jeweilige Beobachtungsobjekt geeignet ist. So wird-als Filter ein Farbfilter der Blaugruppe benutzt, wenn zwischen einem befallenen Teil und einem normalen Teil in einer Bauchhöhle unterschieden werden soll.

Mit der Bildaufnahmevorrichtung für Endoskope, die den Aufbau gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel hat, kann deshalb eine wahrheitsgetreue Farbabbildung wiedergegeben werden, weil der Lichtfilter 20 zur Korrektur der spektralen Bildaufnahmeeigenschaften des gesamten Lichtwegs einschließlich der Beleuchtungsoptik von der Beleuchtungslampe 16 durch das Beobachtungsobjekt zur Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4 und die Bildaufnahmeoptik zwischen der Beleuchtungslampe 16 und der Kondensorlinse 18 angeordnet ist. Wenn ein Farbfilter für das jeweils in Frage kommende Beobachtungsobjekt benutzt wird, kann

gemäß einer Alternative eine deutliche Abbildung des Beobachtungsobjekts erzielt werden. So kann bei Verwendung eines Farbfilters der Blaugruppe zur Beobachtung der Bauchhöhle ohne weiteres zwischen einem befallenen Teil und einem normalen Teil unterschieden werden.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem eine Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop mit einem Lichtfilter 20 für Korrekturzwecke ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel versehen ist. Dieser Lichtfilter ist zwischen dem distalen (vorderen) Ende eines Lichtleiters 13 im Einschubteil 2 des Endoskops und einer Lichtverteilerlinse 14 angeordnet. Im übrigen entspricht dies Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.

Die so aufgebaute Bildaufnahmevorrichtung arbeitet in der gleichen Weise und hat die gleichen Wirkungen wie das zuerst beschriebene Ausführungsbeispiel.

In Figi 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem die Bildaufnahmevorrichtung statt des im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 vorgesehenen Lichtleiters 13 eine Miniaturlampe 21 aufweist (öder eine Vielzahl von Miniaturlampen, wenn das Licht zur Beleuchtung nicht ausreicht). Die Miniaturlampe 21 ist im Einschubteil 2 vorgesehen und der Lichtverteilerlinse 14 zugewandt. Ein Lichtfilter 20 für Korrekturzwecke ähnlich dem beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Filter ist zwischen der objektivseitigen Optik 3 und der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4 angeordnet. Es sei noch erwähnt, daß anstelle der Miniaturlampe 21 auch eine Licht von großer Helligkeit abgebende Diode benutzt werden kann.

Die zuletzt beschriebene Bildaufnahmevorrichtung arbeitet ebenso und hat die gleichen Wirkungen wie das zuerst beschriebene Ausführungsbeispiel.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein mosaikartiger Farbfilter für die drei Primärfarben in einer einzigen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vorgesehen. Es sei darauf hingewiesen, daß auch eine Anordnung mit drei getrennten Fe£t-körr>er-Eildaufnahmcvorrichtungen verwendet vorder: kann, dii. dann jeweils auf die drei Farbabbildungen der Pr Haarfärben rot, grün und blau ansprechen, in die die Abbildung des Beobachtungsobjekts zerfällt. Gleichfalls möglich ist eine Anordnung, mit der nacheinander von einer einzigen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung Abbildungen der drei primären Farbkomponenten entwickelt werden. Hierzu können z. B. drei Farbfilter für die Farben rot, grün und blau mit vorher bestimmter Umdrehungsgeschwindigkeit auf Seiten der Lichtquelle in Umdrehung versetzt werden. Insbesondere wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe erreicht, wenn zur Korrektur ein Lichtfilter an beliebiger Stelle längs des Lichtweges von einer Lichtquelle durch ein Aufnahmeobjekt zu einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung angeordnet ist. Der Lichtfilter kann gewichtete spektrale Eigenschaften für rot, grün und blau aufweisen oder von solcher Art sein, daß die spektralen Eigenschaften hinsichtlich einer der drei Farben rot, grün und blau oder einer Kombination von zwei oder mehr dieser Farben korrigierbar sind. Als Alternative ist es auch möglich, eine Vielzahl von Lichtfiltern an verschiedenen Stellen vorzusehen. Bei den hier beschriebenen Ausführung sbeispielen sind die Beleuchtungsoptik und die Bildaufnahmeoptik einheitlich gestaltet, sie können aber auch beide getrennt ausgebildet sein.

AO

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Claims

Patentansprüche

Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop mit einer Beleuchtungsoptik, die dem Beobachtungsobjekt von einem Einschubteil des Endoskops Licht zur Beleuchtung zuführt, einer objektivseitigen Optik, die in dem Einschubteil dem von der Beleuchtungsoptik beleuchteten Beobachtungsobjekt gegenüber angeordnet ist, und einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die auf der Basis einer optischen Abbildung des Beobachtungsobjekts, welche mittels der objektivseitigen Optik geschaffen wird, ein Bildsignal erzeugt,

dadurch gekennzeichnet , daß ein optischer Filter (20) oder optische Filter zur Korrektur der Spektraleigenschaften des Gesamtlichtweges in dem gesamten Lichtweg einschließlich der Beleuchtungsoptik (13 bis 18; 21), der objektivseitigen Optik (3) und der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (4) angeordnet ist bzw. sind.
2. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtfilter (20) im Lichtweg zwischen einer Beleuchtungslampe (16) und einer Kondensorlinse (18) angeordnet ist, die beide innerhalb einer dem Endoskop zugeordneten'Lichtquelle untergebracht sind.,
3. Bildaufnähmevorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtfilter (20) im Lichtweg zwischen der Lichtausgangsstirnebene eines Lichtleiters (13) und einer Lichtverteilerlinse (14) angeordnet ist,

die beide im Einschubteil (2) des Endoskops (1) aufgenommen sind.
4. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtfilter im Lichtweg zwischen der objektivseitigen Optik (3) und der Festkörper-Bildauf nahmevorrichtung (4) angeordnet ist, die beide innerhalb des Einschubteils (2) des Endoskops (1) vorgesehen sind.
5. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtfilter (20) ein Filter ist, der die Spektraleigenschaften des Beleuchtungslichts so gewichtet, daß eine wahrheitsgetreue Farbabbildung reproduzierbar ist.
6. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtfilter (20) austauschbar und ein für das jeweilige Beobachtungsobjekt geeigneter Farbfilter ist.
7. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet , daß der Farbfilter (20) aus der Blaugruppe gewählt ist, wenn zwischen einem befallenen und einem nicht befallenen Teil in einer Bauchhöhle unterschieden werden soll.