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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Endoskop,
das ein Videoskop und einen Videoprozessor hat, insbesondere bezieht
sie sich auf ein Abdunklungs- oder Abdeckungselement, das beim Anzeigen
oder Aufzeichnen eines Standbildes genutzt wird.
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Bei
einem elektronischen Endoskop wird ein Interline-Transfer-CCD (ITCCD)
genutzt, um ein Filmbild, d.h. ein Laufbild, auf einem Monitor anzuzeigen,
wobei Bildpunktsignale eines ungeraden Teilbildes und Bildpunktsignale
eines geraden Teilbildes abwechselnd während eines Teilbildleseintervalls aus
dem CCD gelesen werden. Beim Anzeigen oder Aufnehmen eines durch
eine einmalige Belichtung erzeugten Standbildes wird ein Abdunklungs-
oder Abdeckungselement angetrieben, um das während eines Teilbildleseintervalls
auf ein Objekt gerichtete Licht abzudunkeln. Dadurch werden die
Bildpunktsignale der ungeraden Linie und die Bildpunktsignale der
geraden Linie aus dem CCD nacheinander während eines Vollbildleseintervalls
ausgelesen, so dass ein qualitativ hochwertiges Stand bild ohne Unschärfe erreicht
wird. Das Abdunklungselement wird durch ein Betätigungselement, wie einen Gleichspannungsmotor,
angetrieben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektronisches Endoskop anzugeben,
das im Stande ist, ein Abdunklungsmittel zum Erzeugen eines Standbildes
effektiv anzutreiben und zu steuern.
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Ein
elektronisches Endoskop gemäß der vorliegenden
Erfindung hat ein Videoskop mit einem Bildsensor, eine Lichtquelle,
einen Signalleseprozessor, ein Abdunklungsmittel, einen Antrieb
und eine Antriebssteuerung. Beispielsweise ist der Bildsensor ein
interline-Transfer-CCD, wobei Bildpunktsignale eines ungeraden Teilbildes
und Bildpunktsignale eines geraden Teilbildes beim Anzeigen eines
Filmbildes abwechselnd aus dem CCD gelesen werden. Die Lichtquelle
strahlt Beleuchtungslicht ab. Der Signalleseprozessor liest abwechselnd
Bildpunktsignale ungerader Linien und Bildpunktsignale gerader Linien
während
eines Vollbildbildleseintervalls beim Erzeugen eines Standbildes
auf der Grundlage von Bildpunktsignalen für ein Vollbild, die bei einer
einmaligen Belichtung erzeugt worden sind. Zum Einstellen einer
Belichtungszeit ist beispielsweise ein Drehverschluss vorgesehen.
Der Drehverschluss hat eine Blendenöffnungs- und eine Abdunklungsposition,
die derart ausgebildet sind, dass sie das Beleuchtungslicht abwechselnd
durchlassen und abdunkeln bzw. blockieren, wobei der Drehverschluss
mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht.
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Das
Abdunklungsmittel blockiert das Beleuchtungslicht. Beispielsweise
ist ein plattenförmiges
bzw. flaches Abdunklungsmittel zwischen der Lichtquelle und einem
Lichtleiter oder ein Faseroptikbündel
vorgesehen. Der Antrieb ordnet wahlweise das Abdunklungsmittel in
einer Nichtabdunklungsposition, in der dem Beleuchtungslicht das
Passieren ermöglicht
wird, und einer Abdunklungsposition, in der das Beleuchtungslicht
blockiert wird, an. Zum Beispiel hat der Antrieb ein Gleichspannungssolenoid,
das das Abdunklungsmittel zwischen der Nichtabdunklungsposition
und der Abdunklungsposition bewegt. Beim Verwenden des Drehverschlusses
ordnet der Antrieb das Abdunklungsmittel in der Abdunklungsposition
an, um die Blendenöffnung
abzudecken.
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Die
Antriebssteuerung steuert das Abdunklungsmittel derart, um das Abdunklungsmittel
während
eines Abdunklungsintervalls eines Vollbildleseintervalls in der
Abdunklungsposition zu positionieren und um das Abdunklungsmittel
während
des verbleibenden Leseintervalls in der Nichtabdunklungsposition
zu positionieren. Anschließend
steuert die erfindungsgemäße Antriebssteuerung
den Antrieb durch Ausgeben einer Sequenz von Pulssignalen zum Antrieb.
Beispielsweise hat die Antriebssteuerung eine Pulsweitenmodulations-Steuerung (PWM-Steuerung),
wie eine Gegentakt- oder Vollbrücken-PWM-Steuerung,
die den Antrieb vorwärts
und rückwärts bewegt.
Da die Sequenz von Pulssignalen (kein Signal konstanter Höhe) zum
Antrieb beim Positionieren des Abdunklungsmittels ausgegeben wird,
sinkt der Verbrauch an elektrischer Energie und das Erzeugen von übermäßiger Wärme wird
verhindert. Eine Steuerung der Bewegung des Abdunklungsmittels und
des zum Halten des Abdunklungsmittels erforderlichen Moments wird
in Übereinstimmung
mit einer relativen Einschaltdauer der Sequenz von Pulssignalen
eingestellt.
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Zum
Beispiel gibt die Antriebssteuerung eine erste Sequenz von Pulssignalen
und eine zweite Sequenz von Pulssignalen zu dem Antrieb aus. Der
Antrieb bewegt das Abdunklungsmittel von der Abdunklungsposition
zu der Nichtabdunklungsposition und hält das Abdunklungsmittel an
der Abdunklungsposition, basierend auf der ersten Sequenz von Pulssignalen.
Andererseits bewegt der Antrieb das Abdunklungsmittel von der Nichtabdunklungsposition
zu der Abdunklungsposition und hält
das Abdunklungsmittel an der Nichtabdunklungsposition, basierend
auf der zweiten Sequenz von Pulssignalen. Zum raschen und reibungslosen
Positionieren des Abdunklungsmittels sind die erste und zweite Sequenz
von Pulssignalen entsprechend auf einer Sequenz von Pulssignalen
festgesetzt, bei der die relative Einschaltdauer eines Vorpulses,
d.h. des ersten Hauptpulses, größer als
die der anderen Pulssignale ist. Die relative Einschaltdauer ist
so festgelegt, dass das Abdunklungsmittel in die Nichtabdunklungsposition
oder in die Abdunklungsposition, basierend auf einem Signal einer konstanten
Höhe bewegt
wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines elektronischen Endoskops gemäß einer vorliegenden Ausführungsform;
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2 eine
Draufsicht auf den Drehscheibenverschluss;
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3 eine
Draufsicht auf den Zerhacker; und
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4 ein
Zeitdiagramm einer Sequenz von Pulssignalen, die dem Zerhacker zugeführt werden.
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In 1 ist
ein Blockdiagramm eines elektronischen Endoskops gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
gezeigt.
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Das
elektronische Endoskop hat ein Videoskop 50 mit einem CCD 54 und
einem Videoprozessor 10, der eine Lampe 12 hat
und der vom CCD 54 gelesene Bildpunktsignale verarbeitet.
Das Videoskop 50 ist lösbar
mit dem Videoprozessor 10 verbunden. Ein Monitor 52 ist
mit dem Videoprozessor 10 verbunden.
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Nachdem
ein Lampenschaltknopf (nicht dargestellt) eingeschaltet worden ist,
versorgt eine Lampensteuereinheit 11 die Lampe 12 mit
elektrischer Energie, so dass die Lampe 12 Beleuchtungslicht
abstrahlt. Das von der Lampe 12 ausgesendete Licht dringt
in die Lichteinfallsfläche 51A eines
Lichtleiters 51 über
einen Drehscheibenverschluss 15 und eine Sammellinse 16 ein.
Der Lichtleiter 51 ist aus Glasfaserbündeln hergestellt, das das
Licht zu einem distales Ende des Videoskops 10 hin richtet.
Das Licht tritt aus dem Endbereich 51B des Lichtleiters 51 aus
und beleuchtet ein beobachtetes Objekt über eine Diffusionslinse (nicht
dargestellt).
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An
dem Objekt reflektiertes Licht erreicht das CCD 54 über eine
Objektlinse (nicht dargestellt), so dass ein Objektbild auf dem
fotosensitiven Bereich des CCD 54 gebildet wird. Ein Farbfilter,
der in vier Farbelemente der Farben Gelb (Y), Magenta (M), Cyan
(C) und Grün
(G) unterteilt ist, ist vor dem fotosensitiven Bereich angeordnet,
so dass die vier Farbelemente in dem fotosensitiven Bereich den
Bildpunkten gegenüberliegend
angeordnet sind. Auf der Grundlage des durch jedes Farbelement hindurch gelassenen
Lichtes werden analoge Bildpunktsignale durch den fotoelektrischen
Transformationseffekt erzeugt. Die erzeugten Bildpunktsignale werden
aus dem CCD 54 in regelmäßigen Zeitintervallen gemäß dem von
einem CCD-Treiber 59 ausgegebenen Takt gelesen. Eine Zeitsteuerschaltung 58 stellt
den ausgegebenen und zeitlichen Verlauf des Taktsignals ein.
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Das
CCD 54 ist ein Interline-Transfer-CCD und für das Farbbildverfahren,
das ein Ein-Chip-Farbfilter nutzt, wird ein sequenzielles "Farbzeilendifferenzsystem" verwendet. Dadurch werden
während
dem Anzeigen eines Filmbildes fotoelektrisch erzeugte Ladungen in
zueinander benachbarten Bildpunkten gemischt und Bildpunktsignale
eines ungeraden Teilbildes und Bildpunktsignale eines geraden Teilbildes
werden abwechselnd in einem Teilbildleseintervall aus dem CCD 54 gelesen. Der
NTSC-Standard wird hierin als TV-Standard verwendet, demgemäß werden
die Bildpunktsignale des ungeraden oder geraden Teilbildes vom CCD 54 in einem
1/60 Sekunden-Zeitintervall gelesen und werden dann einem Verstärker 55 zugeführt. Zu
beachten ist, dass anstatt des NTSC-Verfahrens auch ein PAL-Verfahren verwendet
werden kann. In diesem Fall werden die Bildpunktsignale der geraden
oder ungeraden Teilbilder aus dem CCD 54 in einem 1/50 Sekunden-Zeitintervall gelesen.
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Die
Bildpunktsignale werden im Verstärker 55 verstärkt und
werden in einer ersten Signalverarbeitungsschaltung 57 verschiedenen
Prozessen unterzogen, wie einem Verstärkungsprozess, einem Weißabgleichprozess
usw., so dass digitale Bildsignale erzeugt und einer zweiten Signalverarbeitungsschaltung 28 zugeführt werden.
In der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 28 werden Videosignale erzeugt
und zu dem Monitor 52 ausgegeben, so dass das beobachtete
Bild auf dem Monitor 52 angezeigt wird.
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Andererseits
wird ein Vollbildleseprozess zum Lesen eines einzelnen Voilbildes
ausgeführt,
bei dem Bildpunktsignale für
ein Vollbild bei einer einzelnen Belichtung erzeugt werden, wenn
ein Standbild auf dem Monitor 52 durch Drücken einer
Anhaltetaste angezeigt oder aufgezeichnet wird. Wenn elektrische Ladungen
während
einer einzelnen Belichtung angesammelt werden, werden Bildpunktsignale,
die einer ungeraden Zeile des Bildpunktfeldes entsprechen, vom CCD 54 in
einem Teilbildleseintervall gelesen und als Nächstes werden Bildpunktsignale,
die einer geraden Linie des Bildpunktfeldes entsprechen, vom CCD 54 in
einem Teilbildleseintervall gelesen. Bildpunktsignale ungerader
Zeilen für
ein Teilbild und Bildpunktsignale gerader Zeilen für ein Teilbild
werden dem Verstärker 55,
der ersten Signalverarbeitungsschaltung 57 und der zweiten
Signalverarbeitungsschaltung 28 in dieser Reihenfolge zugeführt. Dadurch
wird das Standbild auf dem Monitor 52 angezeigt.
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Eine
Systemsteuerschaltung 22 enthält eine CPU, die jede Schaltung
steuert und weiterhin Steuersignale zur Lampensteuereinheit 11,
der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 28 usw. ausgibt.
Eine im Videoprozessor 10 vorgesehene Zeitsteuerschaltung
(nicht dargestellt) gibt Taktsignale zu jeder Schaltung im Videoprozessor 10 aus,
um einen Prozesstakt einzustellen.
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Eine
Bereichssteuerung 56, die im Videoskop 50 vorgesehen
ist, steuert die erste Signalverarbeitungsschaltung 55 und
die Zeitsteuerschaltung 58. Die Zeitsteuerschaltung 58 gibt
Treibersignale in Übereinstimmung
mit den Steuersignalen zum CCD-Treiber 59 aus, die von
der Bereichssteuereinheit 56 ausgegeben werden.
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Der
Drehverschluss 15 ist mit einem Motor, nicht dargestellt,
verbunden, und dreht mit einer konstanten Geschwindigkeit auf der
Grundlage der Antriebssignale, die vom Motortreiber 23 zugeführt werden.
Ein Zerhacker 17, der das auf den Endbereich des Videoskops 50 gerichtete
Licht abschirmt oder blockiert, ist zwischen dem Drehverschluss 15 und der
Sammellinse 16 vorgesehen und hat ein Gleichspannungssolenoid
(nicht dargestellt). Der Zerhacker 17 wird in Übereinstimmung
mit einer Reihe von Pulssignalen bewegt, die von einer Pulsweitenmodulations-Antriebs-Schaltung 24 zugeführt werden.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf den Drehverschluss 15. 3 zeigt
eine Draufsicht auf den Zerhacker 17.
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Der
Drehverschluss 15 ist mit einer Blendenöffnung 15A, die das
Licht von der Lampe 32 passieren lässt, und mit einem Abdunklungsbereich 15B ausgebildet,
die das Licht abdunkelt oder abschirmt. Die Blendenöffnung 15A ist
derart gebildet, dass ein Paar winkelförmiger Öffnungen einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Der Drehverschluss 15 dreht sich um eine
Umdrehung während
eines Vollbildleseintervalls (hierin 1/30 Sekunde). Somit stimmt der
Halbzyklus 15P des Drehverschlusses 15 mit einem
Teilbildleseintervall (hierin 1/60 Sekunde) überein. Während der Drehverschluss 15 eine
halbe Umdrehung dreht, passieren die Blendenöffnung 15A und der
Abdunkelbereich 15B den Lichtdurchlass des von der Lampe
ausgesendeten Lichtes abwechselnd. Dadurch tritt in einem Teilbildleseintervall
ein Belichtungsintervall und ein Abdunklungsintervall auf, wobei
dies wie bei einem elektronischen Zerhacker funktioniert.
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Beim
Anzeigen und Aufzeichnen des Standbildes werden Bildpunktsignale
für ein
Vollbild von dem durch eine Blendenöffnung 15A hindurchtretenden
Licht erhalten, und zwar durch Drehen des Drehverschlusses 15 während einer
halben Drehung. Dann werden die erhaltenen Bildpunktsignale für das Vollbild
aus dem CCD 54 während
des Vollbildleseintervalls (= 1/30 Sekunde) gelesen. Nachdem die
andere Blendenöffnung 15A den
Lichtpfad passiert hat, bewegt sich der Zerhacker während des
verbleibenden Intervalls, von nämlich
einer 1/60 Sekunde, um das Beleuchtungslicht zu blockieren, bis
die andere Blendenöffnung 15A den
Lichtpfad passiert.
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In 3 ist
die Nichtabdunklungsposition des Zerhackers 17, die dem
Licht ermöglicht,
durch die winkelförmige Öffnung der
Blende 15A hindurchzutreten, durch eine Volllinie dargestellt,
wohingegen die Abdunklungsposition des Zerhackers 17, die
das Licht blockiert, wenn die andere winkelförmige Öffnung der Blende 15A den
Lichtpfad passiert, durch eine Strichlinie dargestellt ist. Der
Zerhacken 17 ist ein mit einem Drehzapfen versehenes Solenoid
und hat ein Gleichspannungssolenoid 17A und ein flaches
Bauteil 17B, das sich um eine Mittelachse 17C dreht.
Wenn sich der Zerhacker 17 bewegt, um das Beleuchtungslicht
abzudunkeln, bedeckt ein Endbereich 17D des flachen Bauteils 17B den
Lichtpfad oder die Blendenöffnung 15A des
Drehverschlusses 15. Die PWM-Antriebs-Schaltung 24 ist eine PWM-Steuerung,
die eine Folge von Pulssignalen an das Solenoid 17A ausgibt.
Die PWM-Antriebs-Schaltung 24 ist ein Vollbrücken-PWM-Antriebs, der
es dem flachen Bauteil 17B ermöglicht, in Abhängigkeit mit
zwei Folgen von Pulssignalen zwischen der Nichtabdunklungsposition
und der Abdunklungsposition periodisch bewegt oder hin und her bewegt
zu werden, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Nachfolgend werden
die zwei Pulssignale jeweils als A-Signale und B-Signale bezeichnet.
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4 zeigt
ein Zeitdiagramm einer Sequenz von Pulssignalen, die dem Zerhacker 17 zugeführt werden.
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Das
flache Bauteil 17B wird nicht durch irgendein Bauteil,
wie ein elastisches Bauteil, gehalten, beeinflusst oder gestützt, wodurch
das flache Bauteil 17B, wenn es nicht durch das Solenoid 17A bewegt
wird, unstabil ist und nicht an einer vorgegebenen Position verbleiben
kann. Wie in 4 gezeigt, wird während des
Anzeigens des Filmbildes eine Sequenz von Pulssignalen, die eine
vorgegebene relative Einschaltdauer hat, von der PWM-Antriebs-Schaltung 24 zum
Solenoid 17A als A-Signale ausgegeben. Die A-Signale der
Sequenz von Pulssignalen dreht das flache Bauteil 17B aus
der Abdunklungsposition in die Nichtabdunklungsposition, wobei das
flache Bauteil 17B in der Nichtabdunklungsposition sicher
gehalten oder positioniert wird. Andererseits werden Signale mit
einem niedrigen Schaltzustand durch die PWM-Antriebs-Schaltung 24 zum Solenoid 17A als
B-Signale ausgegeben.
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Beim
Anzeigen und Aufzeichnen des Standbildes durch einen Anhalte- bzw.
Einfriervorgang wird eine Folge von Pulssignalen zu dem Solenoid
als B-Signale ausgegeben, wohingegen Signale mit einem niedrigen
Schaltzustand zu dem Solenoid als A-Signale ausgegeben werden. Die
B-Signale (Folge von Pulssignalen) drehen das flache Bauteil 17B von der
Nichtabdunklungsposition in die Ab dunklungsposition und halten oder
positionieren das flache Bauteil 17B in der Abdunklungsposition.
Wie in 4 gezeigt, ist eine Pulsweite, d.h. die Pulsbreite,
T eines Hauptpulses, d.h. eines ersten Pulses, größer als
die Pulsweite, T0 des anderen Pulses, wodurch ist die relative Einschaltdauer
der Hauptpulse größer als
die der anderen Pulse ist. Die Pulsweite T ist in Abhängigkeit
der Zeit definiert, in der das flache Bauteil 17B von der
Nichtabdunklungsposition in die Abdunklungsposition bewegt wird.
Nachdem das flache Bauteil 17B die Abdunklungsposition
erreicht, wird eine Sequenz von Pulssignalen, die dieselbe Pulsweite T0
haben, dem Solenoid 17A zugeführt.
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Beim
wiederholten Anzeigen des Filmbildes werden die A-Signale der Sequenz
von Pulssignalen zu dem Solenoid 17A ausgegeben, um das
flache Bauteil 17B von der Abdunklungsposition zu der Nichtabdunklungsposition
zu verschieben, wobei B-Signale mit niedrigem Schaltzustand zu dem
Solenoid 17A ausgegeben werden. Zu dieser Zeit ist die Pulsweite
T' des Hauptpulses
der A-Signale größer als
die andere Pulsweite T0. Die relative Einschaltdauer des Hauptpulses
ist nämlich
größer als
die der anderen Pulse. Die Pulsweite T ist hierin gleich mit der
Pulsweite T (gezeigt in der obigen Erläuterung) und ist in Abhängigkeit
von der Zeit festgelegt, die das flache Bauteil 17B zum
Bewegen von der Abdunklungsposition zu der Nichtabdunklungsposition benötigt.
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Auf
diese Art wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Zerhacker 17 mit
dem Solenoid 17A und dem flachen Bauteil 17B durch
die PWM-Antriebs-Schaltung 24 gesteuert, die den Zerhacker 17 durch
die Ausgabe der zwei Sequenzen von Pulssignalen, A- und B-Signale,
steuert. Beim Anzeigen des Filmbildes werden zum Halten des flachen
Bauteils 17B in der Nichtabdunklungsposition die A-Signale als eine
Folge von Pulssignalen zum Solenoid 17A ausgegeben, wobei
B-Signale, die dann
Signale eines niedrigen Schaltzustandes sind, auch zu dem Solenoid 17A ausgegeben
werden. Beim Anzeigen oder Aufnehmen des Standbildes werden die
B-Signale zu dem Solenoid 17A als eine Sequenz von Pulssignalen
ausgegeben, wobei die A-Signale, die dann Signale eines niedrigen
Signalzustands sind, auch zum Solenoid 17A ausgegeben werden.
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Wenn
das flache Bauteil 17B durch die Folge von Pulssignalen
in einer Position gehalten wird, wird eine Spannung einer konstanten
Höhe nämlich nicht die
gesamte Zeit angelegt, wodurch der Verbrauch an elektrischer Energie
verglichen mit einem Signal konstanter Höhe geringer ist und die Erzeugung
von Wärme
in dem Solenoid 17A verringert und/oder verhindert ist.
Ferner kann das erforderliche Moment zum Halten des flachen Bauteils 17B und
das Steuern einer Bewegungsgeschwindigkeit des flachen Bauteils 17B durch Ändern der
relativen Einschaltdauer der Sequenz von Pulssignalen eingestellt
werden. Durch das Aufrechterhalten einer konstant hohen Spannung
während
des Bewegens des flachen Bauteils 17B von der Nichtabdunklungsposition
(Abdunklungsposition) zu der Abdunklungsposition (Nichtabdunklungsposition)
mittels Vergrößern der relativen
Einschaltdauer des Hauptpulses wird das flache Bauteil 17B während diesem
Bewegen sanft und rasch bewegt werden.
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Anstatt
des Gleichspannungssolenoids kann ein anderes Solenoid verwendet
werden. Ferner kann eine andere PWM-Steuerung anstatt der Vollbrücken-PWM-Steuerung verwendet
werden.
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Für den Fachmann
ist klar, dass es sich bei der vorhergehenden Beschreibung um bevorzugte Ausführungsformen
des Gerätes
handelt und dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen mit dem Fachwissen des zuständigen Fachmanns möglich sind.
Der Schutzbereich ist nicht durch das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
ist durch die Patentansprüche
festgelegt.