DE3432157C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In neuerer Zeit gelangen elektronische Endoskope zur Verwen­ dung, mit denen das Beobachtungsobjekt unter Verwendung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung abgebildet und auf einer An­ zeigevorrichtung, beispielsweise einer Braunschen Röhre ange­ zeigt wird.

Als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop eignet sich z. B. eine Ladungsübertragungsvorrichtung, beispielsweise eine ladungsgekoppelter Sensor (CCD), ein Eimerkettensensor (BBD), ein CPD (charge priming device) Sensor, ein elektrosta­ tischer Induktionstransistor (SIT) oder Metalloxidhalbleitern (MOS).

Ein mit einem Festkörper-Sensor versehenes elektronisches En­ doskop hat den Vorteil, daß trotz außerordentlich kleiner Ge­ staltung ohne weiteres eine brauchbare Abbildung des Aufnahme­ objekts gemacht werden kann, wobei die fortschreitende Technik höchster Integration eine weitere Miniaturisierung für die Zu­ kunft erwarten läßt. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu einem Endoskop, bei dem mit einem Faserbündel, welches ein op­ tisches Bild leitet, eine optische Abbildung erzeugt wird. Bei Verwendung der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung muß aller­ dings ein Farbbild erzeugt werden.

Aus der US-PS 42 61 344 ist eine Bildaufnahmevorrichtung eines Endoskops bekannt, die eine Beleuchtungseinrichtung, die vom proximalen Ende des Endoskops dem Beobachtungsobjekt aus einem Einschubteil am distalen Ende Licht zur Beleuchtung zuführt, eine objektseitige Bildaufnahmeoptik, die in dem Einschubteil dem von der Beleuchtungsoptik beleuchteten Beobachtungsobjekt zugewandt angeordnet ist, und eine Festkörperbildaufnahmevor­ richtung, die aus der optischen Abbildung des Beobachtungsob­ jektes ein Bildsignal erzeugt, aufweist.

Die verwendeten, weißes Licht abstrahlenden Beleuchtungslampen geben allerdings im Wellenlängenbereich des Infrarotlichtes mehr Energie ab als im Bereich sichtbaren Lichts. Außerdem weist die bekannte Bildaufnahmevorrichtung den Nachteil auf, daß die Spektraleigenschaften der Beleuchtungseinrichtung und der Bildaufnahmeoptik mit all ihren zugehörigen Komponenten, wie den Linsen, dem Lichtleiter und der Festkörper-Bildaufnahme­ vorrichtung ungleichmäßig sind, so daß es schwer ist, ein wahr­ heitsgetreues Farbbild wiederzugeben.

Unterschiede in den Farbtönen des Beobachtungsobjektes müssen feststellbar sein, um zwischen einem erkrankten Bereich und einem gesunden Bereich beispielsweise in einer Bauchhöhle, un­ terscheiden zu können. Es ist bekannt, daß bei einer Untersu­ chung mit einem Endoskop ein starker Kontrast durch Anordnung eines Farbfilters der Blaugruppe im Okular des Endoskops er­ halten wird. So kann z. B. ein kleines Krebsgeschwür entdeckt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop zu schaffen, mit der eine wahrheitsgetreue, klare Farbabbildung erzeugt werden kann.

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

Gemäß der Erfindung ist eine Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop mit einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung so kon­ struiert, daß ein optischer Filter oder mehrere optische Filter zur Korrektur der Spektraleigenschaften des Gesamtlichtweges in der Beleuchtungseinrichtung, der objektseitigen Optik und der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung im Lichtweg vorgesehen ist bzw. sind oder ein optischer Filter bzw. mehrere optische Fil­ ter mit für ein Beobachtungsobjekt geeigneten Farbtönen minde­ stens längs des Lichtweges entweder der Beleuchtungseinrichtung oder der Bildaufnahmeoptik angeordnet ist bzw. sind, um auf diese Weise die Wiedergabe einer wahrheitsgetreuen Farbabbil­ dung zu ermöglichen oder eine klare Abbildung zu erzeugen.

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

Fig. 1 ein Schema eines Ausführungsbeispiels einer Bildauf­ nahmevorrichtung 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 objektseitige Optik 3 zur Bilderzeugung, die innerhalb des entfernten Endbe­ reichs 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 zuge­ führten Taktsignals. Die entstehenden Signale werden von einem Vorverstärker 5 mit niedriger Rauschzahl verstärkt und weiter durch Farbverstärker 7 R, 7 G bzw. 7 B verstärkt, die über Signal­ leitungen 6 erreicht werden.

Das der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4 zugeführte Takt­ signal zum Lesen eines jedem einzelnen Bildelement entsprechen­ den Signals wird von einem Signalleser 8 erzeugt, der ein Be­ zugssignal von einem Bezugssignaloszillator 9 erhält.

Das Bezugssignal wird auch an einem Horizontaldeflektor 10 so­ wie 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 7 R, 7 G und 7 B 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 Licht­ leiters 13 ist an der Innenwand am distalen Ende des Einschub­ teils 2 befestigt. Ein Beleuchtungsfenster vor dem distalen Ende des Lichtleiters 13 ist durch eine Lichtverteilerebene 14 bedeckt. Das hintere Ende des Lichtleiters 13 ist mittels eines Lichtleiterkabels, welches sich vom hinteren Ende des Einschub­ teils 2 erstreckt, an einer Lichtquelle 15 lösbar angebracht.

Innerhalb der Lichtquelle 15 ist eine Beleuchtungslampe 16 an­ geordnet, die Licht weißer Farbe abgibt. Das Beleuchtungslicht der Beleuchtungslampe 16 wird von einem konkaven reflektierenden Spiegel 17 zurückgeworfen und bildet einen im wesentlichen pa­ rallelen Lichtstrahl. Dieser Lichtstrahl wird weiter konver­ giert, um die hintere Stirnfläche (die Lichteinfallsfläche) des Lichtleiters 13 zu beleuchten.

Im Lichtweg zwischen der Beleuchtungslampe 16 und einer Konden­ sorlinse 18 ist ein optischer Filter 20 zur Korrektur angeordnet. Mit diesem optischen Filter 20 werden die Spektraleigenschaften des Beleuchtungslichts gewichtet, um die spektralen Bildaufnahme­ eigenschaften des gesamten Lichtwegs einschließlich der Beleuch­ tungseinrichtung mit der Beleuchtungslampe 16, der Kondensorlinse 18, dem Lichtleitkabel und der Lichtverteilerlinse 14 sowie der Bildaufnahmeoptik mit der objektseitigen Optik 3 und der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 4 zu korrigieren. Gemäß einer Alternative wird als optischer Filter 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 Bauch­ höhle 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 optische Filter 20 zur Korrektur der spektralen Bildaufnahmeeigenschaften des Gesamtlichtweges einschließlich der Beleuchtungseinrichtung 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 Beobach­ tungsobjekts erzielt werden. So kann bei Verwendung eines Farb­ filters der Blaugruppe zur Beobachtung der Bauchhöhle ohne wei­ teres zwischen einem befallenen Teil und einem normalen Teil unterschieden werden.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ge­ zeigt, bei dem eine Bildaufnahmevorrichtung für ein Endoskop mit einem optischen Filter 20 für Korrekturzwecke ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel versehen ist. Dieser optische Filter ist zwi­ schen 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 glei­ chen Weise und hat die gleichen Wirkungen wie das zuerst be­ schriebene Ausführungsbeispiel.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ge­ zeigt, bei dem die Bildaufnahmevorrichtung statt des im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 vorgesehenen Lichtleiters 13 eine Miniaturlampe 21 aufweist (oder eine Vielzahl von Miniatur­ lampen, wenn das Licht zur Beleuchtung nicht ausreicht). Die Miniaturlampe 21 ist im Einschubteil 2 vorgesehen und der Licht­ verteilerlinse 14 zugewandt. Ein optischer Filter 20 für Korrektur­ zwecke ähnlich dem beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Filter ist zwischen der objektseitigen 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 eben­ so 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 Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen verwendet werden kann, die dann jeweils auf die drei Farbabbildungen der Primärfarben rot, grün und blau ansprechen, in die die Abbildung des Beobachtungs­ objekts zerfällt. Gleichfalls möglich ist eine Anordnung, mit der nacheinander von einer einzigen Festkörper-Bildaufnahmevor­ richtung Abbildungen der drei primären Farbkomponenten ent­ wickelt werden. Hierzu können z. B. drei Farbfilter für die Farben rot, grün und blau mit vorher bestimmter Umdrehungsge­ schwindigkeit auf Seiten der Lichtquelle in Umdrehung versetzt werden. Insbesondere wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe erreicht, wenn zur Korrektur ein Lichtfilter an belie­ biger Stelle längs des Lichtweges von einer Lichtquelle durch ein Aufnahmeobjekt zu einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung angeordnet ist. Der optische Filter kann gewichtete spektrale Ei­ genschaften 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 optischen Filtern an ver­ schiedenen Stellen vorzusehen. Bei den hier beschriebenen Aus­ führungsbeispielen sind die Beleuchtungseinrichtung und die Bildauf­ nahmeoptik einheitlich gestaltet, sie können aber auch beide getrennt ausgebildet sein.

Claims (7)

1. Bildaufnahmevorrichtung eines Endoskops mit einer Beleuch­ tungseinrichtung, die vom proximalen Ende des Endoskops dem Be­ obachtungsobjekt aus einem Einschubteil am distalen Ende Licht zur Beleuchtung zuführt, einer objektseitigen Optik, die in dem Einschubteil dem von der Beleuchtungsoptik beleuchteten Beob­ achtungsobjekt zugewandt angeordnet ist, und einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung, die aus der optischen Abbildung des Beobachtungsobjekts eine Bildsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Filter (20) oder optische Filter zur Korrek­ tur der Spektraleigenschaften des Gesamtlichtweges in der Be­ leuchtungseinrichtung (13 bis 18; 21), der objektseitigen Optik (3) und der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (4) im Lichtweg vorgesehen ist bzw. sind.

2. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Filter (20) im Lichtweg zwischen einer Beleuch­ tungslampe (16) und einer Kondensorlinie (18) angeordnet ist, die beide innerhalb einer dem Endoskop zugeordneten Lichtquelle untergebracht sind.

3. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Filter (20) im Lichtweg zwischen der Lichtaus­ gangsstirnebene eines Lichtleiters (13) und einer Lichtvertei­ lerlinse (14) angeordnet ist, die beide im Einschubteil (2) des Endoskops (1) aufgenommen sind.

4. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Filter (20) im Lichtweg zwischen der objekt­ seitigen Optik (3) und der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (4) angeordnet ist, die beide innerhalb des Einschubteils (2) des Endoskops (1) vorgesehen sind.

5. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Filter (20) ein Filter ist, der die Spektral­ eigenschaften des Beleuchtungslichts so gewichtet, daß eine wahrheitsgetreue Farbabbildung reproduzierbar ist.

6. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Filter (20) austauschbar und ein für das je­ weilige Beobachtungsobjekt geeigneter Farbfilter ist.

7. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Filter (20) aus der Blaugruppe gewählt ist, um zwischen einem befallenen und einem nicht befallenen Teil in einer Bauchhöhle unterscheiden zu können.