DD255991A1 - ARRANGEMENT FOR THE CHECKING OF ILLUMINATION GOODS OF OPTICAL, ESPECIALLY ENDOSCOPOPTIC SYSTEMS - Google Patents
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Abstract
Die erfindungsgemaesse Anordnung dient hauptsaechlich zur vergleichenden Beurteilung der Abbildungsguete von Endoskopen im gesamten Objektraum bei einem Objektabstand von etwa 5 bis 150 mm. Die erfinderische Aufgabe bestand darin, eine Anordnung nach der Sterntestmethode vorzuschlagen, wobei ein Objektraum mit grosser Winkelausdehnung vollstaendig oder teilweise mit Objektpunkten besetzt ist, welche bei Beleuchtung eine sternaehnliche Wirkung haben und die Eintrittspupille eines Prueflings von allen Sternpunkten gleich hell bestrahlt wird. Erfindungsgemaess besteht eine Testscheibe aus einer Grundplatte mit darauf angeordneten reflektierenden, konvexen Kugelflaechen, wobei eine Punktlichtquelle vor der Testscheibe angeordnet ist und die Sehachse des zu pruefenden Endoskops rechtwinklig zur Testscheibenebene verlaeuft.The arrangement according to the invention is used primarily for the comparative assessment of the imaging properties of endoscopes in the entire object space with an object distance of approximately 5 to 150 mm. The inventive task was to propose an arrangement according to the star test method, wherein an object space with large angular extent is completely or partially occupied by object points which have a sternaehnliche effect when illuminated and the entrance pupil of a Prueflings is irradiated equally bright from all star points. According to the invention, a test disk consists of a base plate with reflective, convex spherical surfaces arranged thereon, a point light source being arranged in front of the test disk and the visual axis of the endoscope to be tested being perpendicular to the test disk plane.
Description
Es sind eine Vielzahl verschiedener Prüfmethoden bekannt, die vorzugsweise zur Darstellung und/oder Messung bestimmter Parameter einer optischen Abbildung dienen.A variety of different test methods are known, which are preferably used for the representation and / or measurement of certain parameters of an optical image.
Eine der bekanntesten Methoden ist die Messung der Auflösung mittels Gittertestmarken, Schriftvorlagen oder spezieller Testfiguren.One of the most well-known methods is the measurement of the resolution by means of grid test marks, font templates or special test figures.
Eine Testvorlage dieser Art beschreibt die DE-PS 1217104, wobei die Anordnung der Striche und Punkte zueinander einer speziellen Zweckbestimmung zugeordnet ist. Die Testfiguren beanspruchen stets eine gewisse Fläche innerhalb des Objektraumes und müssen in ihrer Größenabstufung dem jeweiligen Abbildungsmaßstab angepaßt sein, was beim Prüfen von Endoskopoptiken hinderlich ist.A test template of this kind is described in DE-PS 1217104, wherein the arrangement of the lines and points each other is assigned to a specific purpose. The test figures always occupy a certain area within the object space and must be adapted in their size graduation to the respective magnification, which hinders the testing of endoscope optics.
Eine verbreitete Prüfmethode ist die Messung der optischen Übertragungsfunktion.A common test method is the measurement of the optical transfer function.
Dabei ist der Informationsgehalt relativ hoch, aber diese Prüfmethode ist mit einem hohen gerätetechnischen Aufwand verbunden und die Meßergebnisse müssen rechentechnisch bearbeitet werden (Fourier-Analyse). Für vergleichende Beurteilung des gesamten Objektraumes von Endoskopen ist dies mit einem hohen Zeitaufwand verbunden.The information content is relatively high, but this test method is associated with a high equipment complexity and the measurement results must be processed by computational (Fourier analysis). For comparative assessment of the entire object space of endoscopes this is associated with a high expenditure of time.
Eine weitere bekannte Prüfmethode ist der sogenannte Sterntest.Another known test method is the so-called star test.
Hierbei wird ein mittels Lochblenden oder feinen kreisförmigen Öffnungen in Metallfolien oder lichtundurchlässigen Schichten künstlich erzeugter Stern durch einen Kollimator in die gewünschte Objektentfernungabgebildet.In this case, a star artificially generated by means of pinholes or fine circular openings in metal foils or opaque layers is imaged by a collimator into the desired object distance.
Diese Prüfmethode ist für vergleichende Prüfung optischer Systeme besonders vorteilhaft, weil am Punktbild die bekannten Abbildungsfehler, wie Koma, Astigmatismus, Öffnungsfehler und Farbfehler unmittelbar visuell erkennbar sind.This test method is particularly advantageous for comparative testing of optical systems because the known aberrations, such as coma, astigmatism, aperture aberrations and chromatic aberrations, are immediately visually recognizable at the point image.
Bei Anwendung dieser Prüfmethode für Endoskopoptiken sind unhandliche Schwenkvorrichtungen für den Kollimator notwendig, weil der gesamte Blickbereich der unterschiedlichen Endoskope erfaßt werden muß. Will man den gesamten Objektraum in Form einer Testplatte mit Sternöffnungen besetzen, müßte man eine solche Testplatte mittels eines Kondensors derart durchleuchten, daß die Lichtstrahlen aus allen Sternöffnungen in der Eintrittspupille des Endoskops zusammentreffen, anderenfalls würden die Punktbilder abhängig vom Sehfeldwinkel sehr unterschiedliche Helligkeit aufweisen, was eine genaue Beurteilung und fotografische Dokumentation in Frage stellt.When using this test method for endoscope optics bulky swiveling devices for the collimator are necessary because the entire field of view of the different endoscopes must be detected. If one wants to occupy the entire object space in the form of a test plate with star openings, one would have to examine such a test plate by means of a condenser so that the light rays from all star openings in the entrance pupil of the endoscope coincide, otherwise the dot images would have very different brightness depending on the field of view, which an accurate assessment and photographic documentation in question.
Eine derart erforderliche Ausleuchtung ist schwierig realisierbar, wenn Endoskope mit Weitwinkelobjektiven geprüft werden sollen bzw. die Objektentfernung variiert wird.Such a required illumination is difficult to realize when endoscopes with wide-angle lenses to be tested or the object distance is varied.
Es ist Ziel der Erfindung, eine Anordnung zum Prüfen und/oder vergleichendem Beurteilen der Abbiidungsgüte optischer, insbesondere endoskopoptischer Systeme vorzuschlagen, welche mit erforderlicher Präzision aber geringem technischem Aufwand herstellbar sindIt is an object of the invention to provide an arrangement for testing and / or comparative assessment of the Abbiidungsgüte optical, in particular endoscope optical systems, which can be produced with the required precision but little technical effort
Die Anordnung soll eine Auswertung nach dem Sterntestverfahren im gesamten Objektraum eines Endoskopes ermöglichen. The arrangement should enable an evaluation according to the star test method in the entire object space of an endoscope.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Prüfen der Abbildungsgüte von optischen, insbesondere von endoskopoptischen Systemen nach der Sterntestmethode vorzuschlagen, wobei ein Objektraum mit großer Winkelausdehnung vollständig oder teilweise mit Objektpunkten besetzt ist, welche bei Beleuchtung eine sternähnliche Wirkung haben. Die Beleuchtung ist dabei so zu führen, daß die Eintrittspupille eines optischen Prüflings von allen Sternpunkten gleich hell bestrahltThe object of the invention is to propose an arrangement for testing the imaging quality of optical, in particular endoscope optical systems according to the star test method, wherein an object space with large angular extent is completely or partially occupied by object points which have a star-like effect when illuminated. The illumination is to be performed in such a way that the entrance pupil of an optical specimen irradiates the same brightly from all star points
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einer Grundplatte eine Vielzahl reflektierender, konvexer Kugelflächen in beliebiger, genau zueinander positionierter Anordnung befestigt sind, welche von einer punktförmigen Lichtquelle mit weitwinkliger Abstrahlcharakteristik beleuchtet werden.According to the invention the object is achieved in that a plurality of reflective, convex spherical surfaces are mounted in any, exactly mutually positioned arrangement on a base plate, which are illuminated by a point light source with wide-angle radiation characteristic.
Die punktförmige Lichtquelle wird in bekannter Weise durch stark verkleinerte Abbildung einer Lampe mit punktähnlichem Wendelkörper oder einer Austrittsfläche eines Lichtleiters realisiert.The punctiform light source is realized in a known manner by greatly reduced image of a lamp with point-like helical body or an exit surface of a light guide.
Dabei ist es vorteilhaft, ein kurzbrennweitiges, sammelndes Linsensystem wie z. B. ein Endoskopobjektiv, eine Kugellinse oder eine reflektierende konvexe Kugelfläche zu verwenden. Die Größe der in der Objektebene des Prüflings erscheinenden künstlichen Sterne läßt sich nach folgender Gleichung berechnen:It is advantageous, a kurzbrennweitiges, collecting lens system such. As an endoscope lens, a ball lens or a reflective convex spherical surface to use. The size of the artificial stars appearing in the object plane of the specimen can be calculated according to the following equation:
s 0oE«LdL 4 L s 0oE « L d L 4 L
z aL 4z aL za L 4z a L
darin bedeuten:in it mean:
ds = Sternbild-0d s = constellation-0
0OE = Abbildungsmaßstab der Kugelflächen in der Objektebene0OE = magnification of the spherical surfaces in the object plane
/3'k = Abbildungsmaßstab des Kondensors/ 3'k = magnification of the condenser
dL = Durchmesser der Lichtquelled L = diameter of the light source
f'oE = Brennweite der Kugelflächen in der Objektebenef'oE = focal length of the spherical surfaces in the object plane
ί'κ = Brennweite des Kondensorsί'κ = focal length of the condenser
ζ = Abstand des Kondensors von der Objektebeneζ = distance of the condenser from the object plane
aL = Abstand der Lichtquelle vom Kondensora L = distance of the light source from the condenser
doE = Kugel-0 in der ObjektebenedoE = sphere-0 in the object plane
Da man die Abbildungsmaßstäbe /3'oe und ß\ stets kleiner als 0,1 abs. wählt, sind die Differenzen zwischen Bildort und Brennweite vernachlässigt worden. Für eine konkrete Prüf-Aufgabe liegen meist die Größen aL und dLfest, mit den verbleibenden drei Variablen doE. ί'κ und aL stehen genügend Möglichkeiten zur Verfügung, um alle praktischen Fälle zu erfassen.Since the magnifications / 3'oe and ß \ are always less than 0.1 abs. selects, the differences between image location and focal length have been neglected. For a concrete test task sizes aL and d L are mostly solid, with the remaining three variables DOE. ί'κ and a L are enough possibilities to cover all practical cases.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer für die Prüfung von Endoskopen angelegten Ausführungsvariante erläutert. Der übliche Arbeitsbereich von Endoskopen bewegt sich im Bereich von 5 bis 150 mm Objektabstand. Innerhalb dieses Arbeitsbereiches ist die visuelle Vergrößerung sehr variabel. Für eine Prüfung der Abbildungsgüte ist das Nahfeld bei 5 mm Objektabstand besonders kritisch, weil die „Teststerne" besonders klein sein müssen, um in der Bildebene des Prüflings die mögliche Auflösungsgrenze nicht zu überschreiten.The invention will be explained below with reference to a variant applied for the examination of endoscopes. The usual working range of endoscopes ranges from 5 to 150 mm object distance. Within this workspace, the visual magnification is very variable. For an examination of the image quality, the near field at 5 mm object distance is particularly critical because the "test stars" must be particularly small in order not to exceed the possible resolution limit in the image plane of the test object.
Für diesen Anwendungsfall liegt die Auflösungsgrenze des Auges zugrunde, bei einem Abbildungsmaß von r' = 4. Daraus folgt, daß der Teststerndurchmesser ds < 30/xm sein muß. Als Lichtquelle wurde ein Lichtleitkabel mit einer Austrittsfläche von dL = 3,5mm Durchmesser gewählt, als Kondensor dient eine Kugellinse mitf|< = 1,6mm und zwischen Kondensor und Lichtquelle wurde ein Abstand aL = 40 mm gewählt. Als reflektierende Kugelflächen in der Objektebene wurden nichtrostende Stahlkugeln mit d0E = 2 mm gewählt. Diese Kugeln lassen sie beispielsweise auf einer ebenen Metallplatte, welche mit Zentrierbohrungen von ca. 0,7 · d0E für die Kugeln versehen ist, mittels Metallklebers befestigen. Eine günstige Anordnung der Kugeln zueinander ist dann gegeben, wenn beispielsweise die Kugeln in Eckpunkten und Seitenmitten von Quadraten derart befestigt werden, daß die Diagonale eines inneren Quadrates der Seitenlänge eines äußeren Quadrates entspricht; dann stehen Objektpunkte zur Verfügung, die sowohl auf Quadraten als auch auf Kreisen angeordnet sind. Die Abstrahlcharakteristik des Kugellinsen-Kondensors ist so groß, daß ein Kugelsegment von mindestens 120° ausgeleuchtet wird. Das vom Kugellinsen-Kondensor erzeugte Lichtquellenbild muß möglichst nahe der Eintrittspupille des Prüflings liegen, dann ist die gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten mit Kugeln bestückten Objektfeldes gewährleistet, weil jede Kugel das Licht in Richtung zur Eintrittspupille reflektiert. Im Ausführungsbeispiel wurde mittels eines halbdurchlässigen Spiegels unmittelbar vor der Eintrittspupille des Prüflings das vom Kugellinsen-Kondensor kommende Licht entlang der Sehrichtung des Prüflings in die Objektebene eingespiegelt, dann ist die scheinbare Lage der Objektpunkte durch die Kugelmittelpunkte definiert, und man kann durch Messungen in der Bildebene neben der Beurteilung der Abbildungsfehler auch die Verzeichnung bestimmen.For this application, the resolution limit of the eye is based on an imaging dimension of r '= 4. It follows that the test star diameter ds must be <30 / xm. The light source used was a fiber-optic cable with an exit area of d L = 3.5 mm diameter, a ball lens mitf <<1.6 mm was used as the condenser, and a distance a L = 40 mm was chosen between the condenser and the light source. Stainless steel balls with d 0 E = 2 mm were chosen as reflecting spherical surfaces in the object plane. For example, these balls can be attached using metal adhesive to a flat metal plate provided with centering holes of approx. 0.7 · d 0 E for the balls. A favorable arrangement of the balls to each other is given, for example, if the balls are fixed in corners and side centers of squares such that the diagonal of an inner square of the side length of an outer square corresponds; then object points are available that are arranged on both squares and circles. The radiation characteristic of the ball lens condenser is so large that a spherical segment is illuminated by at least 120 °. The light source image generated by the ball lens condenser must be as close as possible to the entrance pupil of the specimen, then the uniform illumination of the entire equipped with spheres object field is guaranteed because each ball reflects the light toward the entrance pupil. In the exemplary embodiment, by means of a semitransparent mirror immediately before the entrance pupil of the specimen, the light coming from the ball lens condenser is reflected along the direction of the specimen in the object plane, then the apparent position of the object points is defined by the ball centers, and it can be measured in the image plane in addition to the assessment of aberrations also determine the distortion.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD29836586A DD255991A1 (en) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | ARRANGEMENT FOR THE CHECKING OF ILLUMINATION GOODS OF OPTICAL, ESPECIALLY ENDOSCOPOPTIC SYSTEMS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD29836586A DD255991A1 (en) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | ARRANGEMENT FOR THE CHECKING OF ILLUMINATION GOODS OF OPTICAL, ESPECIALLY ENDOSCOPOPTIC SYSTEMS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD255991A1 true DD255991A1 (en) | 1988-04-20 |
Family
ID=5585596
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DD29836586A DD255991A1 (en) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | ARRANGEMENT FOR THE CHECKING OF ILLUMINATION GOODS OF OPTICAL, ESPECIALLY ENDOSCOPOPTIC SYSTEMS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD255991A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0975946A1 (en) * | 1997-03-20 | 2000-02-02 | Hartford Hospital | Automated method and apparatus for evaluating the performance characteristics of endoscopes |
-
1986
- 1986-12-23 DD DD29836586A patent/DD255991A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0975946A1 (en) * | 1997-03-20 | 2000-02-02 | Hartford Hospital | Automated method and apparatus for evaluating the performance characteristics of endoscopes |
| EP0975946A4 (en) * | 1997-03-20 | 2001-01-31 | Hartford Hospital | Automated method and apparatus for evaluating the performance characteristics of endoscopes |
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