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Die
Erfindung betrifft eine bidirektionale Kommunikationseinrichtung,
die in einem System, z. B. einem elektronischen Endoskop, vorgesehen
ist, über einen Kommunikationskanal verschiedene Signale
oder Daten zu übertragen.
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Ein
herkömmliches elektronisches Endoskop ist mit einem Videoskop,
d. h. einer Videobeobachtungseinheit mit einer Abbildungsvorrichtung,
z. B. einem CCD, sowie einem Videoprozessor ausgestattet, der Steuersignale
für die Abbildungsvorrichtung erzeugt und ein von der Abbildungsvorrichtung
erzeugtes Bildsignal verarbeitet.
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Die
JP 2004-321491 offenbart
ein elektronisches Endoskop, in dem Steuersignale in einer in einem
Videoprozessor angebrachten Steuerschaltung erzeugt und durch einen
Kommunikationskanal, z. B. eine Drahtleitung, an die Abbildungsvorrichtung
gesendet werden, die am distalen Ende eines Videoskops angeordnet
ist. Gleichzeitig wird das Bildsignal über einen anderen
Kommunikationskanal an eine Signalverarbeitungsschaltung gesendet,
die in dem Videoprozessor angeordnet ist. In dem in der
JP 2004-32149 offenbarten
elektronischen Endoskop kann zudem die Körpertemperatur
des Objektes mit einem Wärmesensor gemessen werden, der
am distalen Ende des Videoskops angeordnet ist.
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Die
JP 2006-6569 offenbart
ein elektronisches Endoskop mit einer eine Abbildungsvorrichtung
enthaltenden elektronischen Schaltung, die von einer Batterie gespeist
wird, die am distalen Ende des Videoskops angeordnet und durch elektromagnetische
Induktion wiederaufladbar ist.
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In
diesem elektronischen Endoskop, in dem das Videoskop eine Batterie
oder spezielle Funktionen (z. B. eine Temperaturmessung) aufweist,
ist es wünschenswert, dass Informationen, wie z. B. der Betriebszustand
oder Ausgabedaten dieser Funktionen von dem Videoskop an den Videoprozessor
gesendet werden, um von der Bedienperson überwacht zu werden.
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Wird
jedoch ein Kommunikationskanal ausschließlich zum Senden
der Information von dem Videoskop an den Videoprozessor bereitgestellt,
so nimmt dadurch der Außendurchmesser des Einführrohrs
des Videoskops zu, was dem Objekt bzw. dem Patienten Beschwerden
oder Schmerzen verursacht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine bidirektionale Kommunikationseinrichtung
für ein elektronisches Endoskop sowie ein elektronisches
Endoskop anzugeben, die es ermöglichen, die Information
von dem Videoskop an den Videoprozessor zu übertragen,
ohne dass hierzu der Außendurchmesser des Einführrohrs
des Videoskops vergrößert werden muss.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Darin zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines elektronischen Endoskops nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 ein
Blockdiagramm einer ersten Kommunikationsschaltung und einer zweiten
Kommunikationsschaltung nach erstem Ausführungsbeispiel;
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3 ein
Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der ersten Kommunikationsschaltung
und der zweiten Kommunikationsschaltung nach erstem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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4 ein
Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der ersten Kommunikationsschaltung
und der zweiten Kommunikationsschaltung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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5 ein
Blockdiagramm, das eine erste Kommunikationsschaltung und eine zweite
Kommunikationsschaltung nach einem dritten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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6 ein
Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der ersten Kommunikationsschaltung
und der zweiten Kommunikationsschaltung nach drittem Ausführungsbeispiel
zeigt; und
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7 ein
Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der ersten Kommunikationsschaltung
und der zweiten Kommunikationsschaltung nach einem vierten Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren anhand
von Ausführungsbeispielen beschrieben.
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1 zeigt
ein elektronisches Endoskop, das eine bidirektionale Kommunikationseinrichtung nach
einem ersten Ausführungsbeispiel enthält. Das Endoskopsystem
enthält ein Videoskop 20 und einen Videoprozessor 70.
Das Videoskop 20 weist einen nicht gezeigten Einführteil,
der in dem Körper des Objektes bzw. des Patienten eingeführt
wird, sowie ein Universalkabel 20T auf. Ein Videoskopende 20E, welches
das distale Ende des Einführteils bildet, und der Videoprozessor 70 sind über
das Universalkabel 20T elektrisch und optisch miteinander
gekoppelt.
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Der
Videoprozessor 70 hat eine Lichtquelle 72, die
Beleuchtungslicht L ausgibt. Das Beleuchtungslicht L wird über
einen Lichtleiter 24, der in dem Videoskop 20 angeordnet
ist, an das Videoskopende 20E gesendet und dann von einer
Zerstreuungslinse 22 zerstreut. Das nicht gezeigte Objekt
wird mit dem Beleuchtungslicht L beleuchtet. Das an dem Objekt reflektierte
Beleuchtungslicht L fällt dann wieder auf das Videoskopende 20E.
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Das
Videoskopende 20E enthält eine Objektivlinse 26,
eine Abbildungsvorrichtung in Form eines CCDs 28, eine
Videoskopsteuerschaltung 30, eine Sekundärbatterie 32,
eine Stromversorgung 34, einen Wärmesensor 36 und
eine zweite Kommunikationsschaltung 50. Auf dem CCD 28 wird
aus dem an dem Objekt reflektierten Beleuchtungslicht L ein Bild erzeugt.
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Das
CCD 28 wird mit einem Taktsignal angesteuert, das eine
Prozessorsteuerschaltung 76 erzeugt, die in dem Videoprozessor 70 angeordnet
ist. Das Taktsignal wird von einer in dem Videoprozessor 70 angeordneten
ersten Kommunikationsschaltung 80 ausgegeben und über
einen Kommunikationskanal 42 und die zweite Kommunikationsschaltung 50 dem
CCD 28 zugeführt. Konkret ist das Taktsignal beispielsweise
aus einem CCD-Horizontalansteuerungssignal (ϕH), einen
Rücksetzimpulssignal (ϕR) oder einem CCD-Vertikalansteuerungssignal
(ϕV) gegeben. Hierbei ist zu beachten, dass das CCD-Horizontalansteuerungssignal
(ϕH), das Rücksetzimpulssignal (ϕR) und
das CCD-Vertikalansteuerungssignal (ϕV) über unabhängige
Leitungen des Kommunikationssignals 42 übertragen
werden. In 1 ist zur Vereinfachung der
Erläuterung jedoch nur das Rücksetzimpulssignal
(ϕR) für das CCD 28 gezeigt.
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Das
CCD 28 erzeugt ein Bildsignal und gibt das Bildsignal über
eine Bildsignalleitung 40 an den Videoprozessor 70 aus.
Das Bildsignal wird mittels einer in dem Videoprozessor 70 angeordneten
Signalverarbeitungsschaltung 74 verarbeitet. Auf Grundlage
des von der Signalverarbeitungsschaltung 74 verarbeiteten
Bildsignals wird ein Objektbild auf einen nicht gezeigten Monitor
erzeugt, der an den Videoprozessor 70 angeschlossen ist.
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Sämtliche
Schaltungen, die das CCD 28, die Videoskopsteuerschaltung 30 und
die zweite Kommunikationsschaltung 50 enthalten, sowie
andere in dem Videoskopende 20E enthaltene Schaltungen werden
mit elektrischer Energie gespeist, welche die Stromversorgung 34,
die die Sekundärbatterie 32 enthält,
liefert. Die Sekundärbatterie 32 wird über elektromagnetische
Kopplung mit einer externen Stromquelle 100 vor Gebrauch
des Videoskop 20 elektrisch geladen. Die Sekundärbatterie 32 fungiert als
eine Batterie, die im Betrieb des Videoskops 20 die Stromversorgung 34 mit
elektrischer Energie speist. Die Stromversorgung 34 überwacht
die Restladung in der Sekundärbatterie 32 und
gibt das Überwachungsergebnis an die Videoskopsteuerschaltung 30 aus.
Die Videoskopsteuerschaltung 30 erzeugt ein Videoskopinformationssignal
SD, in dem sie die Ausgangsspannung der Stromversorgung 34 in
ein Signal mit einer vorbestimmten Verstärkung wandelt, und
gibt das Informationssignal SD über die zweite Kommunikationsschaltung 50,
dem Kommunikationskanal 42 und die erste Kommunikationsschaltung 80 an
die Prozessorsteuerschaltung 76 aus. Die Prozessorsteuerschaltung 76 erfasst
die Stärke der Restladung in der Sekundärbatterie 32 aus
dem Signal SD und zeigt diese auf einem nicht gezeigten Monitor
oder einem ähnlichen Gerät an, das mit dem Videoprozessor 70 verbunden
ist. Die Signalleitung, die zum Übertragen des Signals
SD genutzt wird, wird im Allgemeinen zum Übertragen des
Taktsignals CLK1A genutzt.
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Der
Wärmesensor 36 misst die Temperatur um das Videoskopende 20E,
d. h. die Körpertemperatur des Objektes, und gibt das Messergebnis
an die Videoskopsteuerschaltung 30 aus. Die Videoskopsteuerschaltung 30 erzeugt
das Videoskopinformationssignal SD, indem sie das Ausgabesignal
des Wärmesensors 36 in ein Signal mit einem vorbestimmten
Verstärkungsfaktor wandelt, und sendet das Videoskopinformationssignal
SD über die zweite Kommunika tionsschaltung 50,
den Kommunikationskanal 42 und die erste Kommunikationsschaltung 80 an
die Prozessorsteuerschaltung 76. Die Prozessorsteuerschaltung 76 erfasst
die Körpertemperatur des Objektes anhand des Videoskopinformationssignals SD
und zeigt die Körpertemperatur des Objektes auf einem Monitor
oder einem ähnlichen Gerät an, das mit dem Videoprozessor 70 verbunden
ist. Die Signalleitung, die zum Übertragen des Signals
SD genutzt wird, ist eine andere Leitung, die im Allgemeinen zum Übertragen
des Taktsignals CLK1A genutzt wird und verschieden von der Signalleitung
ist, die zum Übertragen der in der Sekundärbatterie 32 vorhandenen
Restladung eingesetzt wird.
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2 zeigt
den internen Aufbau sowie die Verbindungen der bidirektionalen Kommunikationseinrichtung
nach erstem Ausführungsbeispiel, welche die erste Kommunikationsschaltung 80 und die
zweite Kommunikationsschaltung 50 enthält. 3 zeigt
die Funktionsweise der ersten Kommunikationsschaltung 80 und
der zweiten Kommunikationsschaltung 50. In den 2 und 3 sind
die gleichen Signalleitungen mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
erste Kommunikationsschaltung 80 hat einen Takteingang 81,
einen PNP-Transistor 82, eine Zeitschaltung 84,
eine Abtast- und Halteschaltung 86 und einen Informationsausgang 87.
Die zweite Kommunikationsschaltung 50 hat einen Informationseingang 51,
einen NPN-Transistor 54, einen Emitterwiderstand 56,
einen Pull-Down-Widerstand 58, eine Taktempfangsschaltung 52 und
Taktausgang 59. Die erste Kommunikationsschaltung 80 und
die zweite Kommunikationsschaltung 50 sind über
den Kommunikationskanal 42 miteinander verbunden.
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Die
Prozessorsteuerschaltung 76 ist mit dem Takteingang 81 verbunden,
an dem sie das Taktsignal CLK1 zuführt. Das Taktsignal
CLK1 ist ein Taktsignal konstanter Frequenz, das die Prozessorsteuerschaltung 76 erzeugt
und das zur Ansteuerung des CCDs 28 verwendet wird. Das
Taktsignal CLK1 ist ein Rechteckwellensignal, das im hohen Zustand
auf einer Versorgungsspannung Vss und im tiefen Zustand auf Erdspannung
GND gehalten wird. Das Taktsignal CLK1 wird der Basis des PNP-Transistors 82 über den
Takteingang 81 zugeführt, um den PNP-Transistor 82 ein-
und auszuschalten. Der Emitter des PNP-Transistors 82 ist
an die Versorgungsspannung Vss angeschlossen, die eine positive
Spannung darstellt (Vss > 0).
Der Kollektor des PNP-Transistors 82 ist an den Kommunikationskanal 42 angeschlossen, so
dass das Taktsignal CLK1 mit Ein- und Ausschalten des PNP-Transistors 82 invertiert
und an den Kommunikationskanal 42 ausgegeben wird. Der PNP-Transistor 82 arbeitet
als sogenannter Kollektorausgang.
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Der
Kommunikationskanal 42 ist an ein Ende des Pull-Down-Widerstands 58 angeschlossen,
während das andere Ende des Pull-Down-Wiederstands 58 an
ein Ende des Emitterwiderstandes 56 und den Emitter des
NPN-Transistors 54 angeschlossen ist. Das andere Ende des
Emitterwiderstandes 56 ist an eine Versorgungsspannung
Vdd angeschlossen, die eine negative Spannung (Vdd < 0) darstellt, und
für die zweite Kommunikationsschaltung 50 genutzt wird.
Der Kollektor des NPN-Transistors 54 ist an die Versorgungsspannung
Vss angeschlossen. Die Basis des NPN-Transistors 54 ist über
den Informationseingang 51 mit der Videoskopsteuerschaltung 30 verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel bilden der NPN-Transistor 54 und
der Widerstand 56 eine sogenannte Emitterfolgerschaltung
und fungieren als variable Konstantspannungsversorgung. So ist die Spannung
des Emitters des NPN-Transistors 54 eine Spannung, die
sich dadurch ergibt, dass die Basis-Emitter-Spannung VBE, die gleich
der Potentialdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des NPN-Transistors 54 ist,
von der Spannung des Videoskopinformationssignals SD subtrahiert
wird (Vdd < SD < 0), die eine analoge
Spannung ist, die an dem Informationseingang 51 anliegt.
Die Spannung des Emitters des NPN-Transistors 54 kann also
als Spannung (SD – VBE) ausgedrückt werden. Der
Kommunikationskanal 42 wird durch den Pull-Down-Widerstand 58 auf
eine Spannung (Vdd – (SD – VBE)) herabgezogen.
Dadurch wird das von dem PNP-Transistor 82 ausgegebene
Taktsignal CLK1 im hohen Zustand auf der Versorgungsspannung Vss
und im tiefen Zustand auf der Spannung (Vdd – (SD – VBE)) gehalten.
Die Amplitude des Taktsignals CLK1, die ursprünglich gleich
einer Spannung (Vss – 0) ist, wird demnach in dem Kommunikationskanal 42 auf
eine Spannung (Vss – Vdd – (SD – VBE))
expandiert. Das Taktsignal in dem Kommunikationskanal 42 wird
im Folgenden als verstärktes Taktsignal CLK1A bezeichnet.
Die Basis-Emitter-Spannung VBE ist im Allgemeinen eine konstante
Spannung von etwa 0,6 V, wenn der Transistor 54 aktiv ist,
und sie ist verschwindend klein, wenn das von der Videoskop-Steuerschaltung 30 zugeführte
Videoskopinformationssignal SD genügend größer
als die Basis-Emitter-Spannung VBE ist. Im Folgenden soll deshalb
die Spannung des Emitters des NPN-Transistors 54 (SD – VBE)
gleich der Spannung des Videoskopinformationssignals SD angenommen
werden.
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Die
Taktempfangsschaltung 52 ist mit dem Kommunikationskanal 42 verbunden
und empfangt das verstärkte Taktsignal CLK1A. Die Taktempfangsschaltung 52,
die eine sogenannte Inverterschaltung darstellt, weist eine positive
Schwellenspannung Vth1 auf. Dies bedeutet, dass die Taktempfangsschaltung 52 ein
tiefes Signal (GND) ausgibt, wenn das verstärkte Taktsignal
CLK1A größer als die positive Schwellenspannung
Vth1 ist, und dass die Taktempfangsschaltung 52 ein hohes
Signal (Vss) ausgibt, wenn das verstärkte Taktsignal CLK1A
kleiner als die positive Schwellenspannung Vth1 ist. Das aus der
Taktempfangsschaltung 52 ausgegebene Signal wird so identisch
dem Taktsignal CLK1. Es wird über den Taktausgang 59 an
das CCD 28 ausgegeben. Die dem CCD 28 zugeführten
Taktsignale beinhalten beispielsweise das Horizontalansteuerungssignal ϕH (Horizontalsynchronsignal),
das Rücksetzimpulssignal ϕR (welches die einzelnen
Pixel des CCD 28 entlädt) oder das Vertikalansteuerungssignal ϕV
(Vertikalsynchronsignal).
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Die
Videoskopsteuerschaltung 30 wandelt die Messergebnisse
der Sekundärbatterie 32 und/oder des Wärmesensors 36 in
das Videoskopinformationssignal SD. Was die Sekundärbatterie 32 betrifft,
so gibt die Videoskopsteuerschaltung 30 das Signal SD als
Spannung Vdd aus, wenn die Sekundärbatterie 32 vollständig
geladen ist, während sie die Spannung 0V (GND) ausgibt,
wenn die Sekundärbatterie vollständig entladen
ist. Schließlich gibt die Videoskopsteuerschaltung 30 eine
Zwischenspannung aus, die proportional zur Restladung der Sekundärbatterie 32 zwischen
der Spannung 0V (GND) und der Spannung Vdd variiert, wenn die Sekundärbatterie 32 weder
vollständig geladen noch vollständig entladen
ist. Was den Wärmesensor 36 betrifft, gibt die
Videoskopsteuerschaltung 30 das Signal SD als Spannung
Vdd aus, wenn das Messergebnis des Wärmesensors 36 höchstens
30 Grad Celsius beträgt, während sie die Spannung
0V (GND) ausgibt, wenn das Messergebnis des Wärmesensors 36 mindestens
40 Grad Celsius beträgt, und sie eine Zwischenspannung
ausgibt, die proportional zum Messergebnis des Wärmesensors 36 zwischen
der Spannung 0V (GND) und der Spannung Vdd variiert, wenn das Messergebnis
im Bereich zwischen 30 und 40 Grad Celsius liegt. Da das verstärkte
Taktsignal CLK1A, wie oben beschrieben, im tiefen Zustand auf der
Spannung (Vdd – SD) gehalten wird, variiert das verstärkte
Taktsignal CLK1A entsprechend der in 3 gezeigten
durchgezogenen Linie und folgt so dem Übergang des durch
die Videoskopsteuerschaltung 30 veränderten Videoskopinformationssignals SD.
Das verstärkte Taktsignal CLK1A wird so zu einem Signal,
das dadurch zustande kommt, dass das Signal SD dem verstärkten
Taktsignal CLK1A überlagert wird. Die Krümmungen
der durchgezogenen und der gestrichelten Linien, die das Signal
SD darstellen, sind um die Erläuterungen zu vereinfachen, übertrieben
dargestellt. Außerdem ist darauf hinzuweisen, dass sich
die tatsächliche Restladung der Sekundärbatterie 32 mit
der Zeit allmählich verringert und dass das Videoskopinformationssignal
SD der Restladung der Sekundärbatterie 32 folgt.
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Der
Kommunikationskanal 42 ist mit der Abtast- und Halteschaltung 86 verbunden.
Das verstärkte Taktsignal CLK1A, dem das Signal SD überlagert
ist, wird der Abtast- und Halteschaltung 86 zugeführt.
Die Abtast- und Halteschaltung 86 führt an dem
verstärkten Taktsignal CLK1A auf Grundlage eines Abtast-
und Haltesignals S/H, das von der Zeitschaltung 84 zugeführt
wird, eine Abtast- und Halteoperation durch.
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Die
Zeitschaltung 84, dem das Taktsignal CLK1 zugeführt
wird, erzeugt auf Grundlage des Taktsignals CLK1 ein vorbestimmtes
Abtast- und Haltesignal S/H. In diesem Ausführungsbeispiel
erzeugt die Zeitschaltung 84 das Abtast- und Haltesignal
S/H, dessen Phase gegenüber der Phase des Taktsignals CLK1
um 90 Grad versetzt ist, und die Abtast- und Halteschaltung 86 führt
an dem verstärkten Taktsignal CLK1A zu Zeitpunkten, die
durch die führende Flanke des Abtast- und Haltesignals
S/H (t2, t5) festgelegt sind, eine Abtast- und Halteoperation durch, wie
in 3 gezeigt ist. So wird ein Videoskopinformationsausgangssignal
AOUT, welches das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 86 darstellt,
durch Abtasten der Spannung des verstärkten Taktsignals
CLK1A erzeugt, wenn sich das verstärkte Taktsignal CLK1A
im tiefen Zustand befindet. Das Videoskopinformationsausgangssignal
AOUT wird so auf Grundlage von GND zu einem stufenähnlichen Signal,
wie in 3 gezeigt ist, da das Signal AOUT dadurch erzeugt
wird, dass die Spannung des Signals SD über eine Zyklusperiode
des verstärkten Taktsignals CLK1A abgetastet wird. Das
Videoskopinformationsausgangssignal AOUT wird über den Ausgangsanschluss 87 an
die Prozessorsteuerschaltung 76 ausgegeben.
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Die
Prozessorsteuerschaltung 76 berechnet die Restladung der
Sekundärbatterie 32 und/oder das Messergebnis
des Wärmesensors 36 anhand des Videoskopinformationsausgangssignals
AOUT, das von der Abtast- und Halteschaltung 86 zugeführt wird.
Der Videoprozessor 70 erhält so die Information über
die Restladung der Sekundärbatterie 32 und/oder
das Messergebnis des Wärmesensors, d. h. die Information über
diejenigen Komponenten, die in dem Videoskopende 20E montiert
sind.
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Wie
oben beschrieben, kann in dem ersten Ausführungsbeispiel
der für das elektronische Endoskop bestimmten bidirektionalen
Kommunikationseinrichtung der Kommunikationskanal 42, der dazu
genutzt wird, das Taktsignal CLK1 zur Ansteuerung des CCDs 28 an
die zweite Kommunikationsschaltung 50 zu senden, zum Übertragen
des Videoskopinformationssignals SD genutzt werden. So können
verschiedene in dem Videoskop 20 erzeugte Informationseinheiten
ohne zusätzliche Leitungen an den Videoprozessor 70 übertragen
werden, da die Signalleitungen, die zur Ansteuerung des CCDs 28 benötigt
werden, als bidirektionale Kommunikationskanäle genutzt
werden. Während der Videoprozessor 70 mehr Information
aus dem Videoskop 20 erhalten kann, wird dabei der Außendurchmesser
des Einführrohrs des Videoskops 20 vergleichsweise
klein. Beispielsweise kann die Bedienperson einen schwachen Batterieladezustand
erkennen, wenn das Videoskopinformationssignal SD die Stärke
der Restladung der Sekundärbatterie 32 überträgt.
Außerdem kann die Bedienperson das Endoskop bedienen, während
sie die körperliche Verfassung des Objektes bzw. des Patienten
beobachtet, wenn das Videoskopinformationssignal das Messergebnis
des Wärmesensors 36 überträgt.
So kann die Operation mit hoher Zuverlässigkeit durchgeführt
werden.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel der für das elektronische
Endoskop bestimmten bidirektionalen Kommunikationseinrichtung wird
das Videoskopinformationsausgangssignal AOUT zuverlässig
in einer Zyklusperiode des Taktsignals CLK1 erhalten, da die Abtast-
und Halteschaltung 86 an dem Videoskopinformationssignal
SD mit dem Abtast- und Haltesignal S/H, dessen Phase gegenüber
der Phase des Taktsignals CLK1 um 90 Grad versetzt ist, eine Abtast-
und Halteoperation durchführt. In dem ersten Ausführungsbeispiel
ist das Videoskopinformationsausgangssignal AOUT ein stufenähnliches
Signal mit diskreten Werten, das durch periodisches Abtasten des
Signals SD erzeugt wird. Dies stellt jedoch kein Problem dar, da
sich die Information über die Stärke der Restladung
der Sekundärbatterie 32 oder über das
Messergebnis des Wärmesensors 36 über
eine Zeit verändert, die verglichen mit einer Zyklusperiode des
Taktsignals CLK1 lang ist. Die Phasendifferenz zwischen dem Abtast-
und Haltesignal S/H und dem Taktsignal CLK1 ist nicht auf 90 Grad
beschränkt. Die oben beschriebene vorteilhafte technische
Wirkung wird solange erzielt, als zwischen diesen Signalen ein Phasenversatz
vorhanden ist.
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Auch
ist die Spannung des Videoskopinformationssignals SD nicht auf einen
bestimmten Spannungsbereich (Vdd < SD < 0) beschränkt.
Die Spannung des Signals SD sollte kleiner als die positive Schwellenspannung
Vth1 sein (Vdd < SD < Vth1), so dass
die Taktempfangsschaltung 52 das Taktsignal CLK1 aus dem
verstärkten Taktsignal CLK1A extrahieren oder gewinnen
kann. Das Videoskopinformationssignal ist nicht auf ein Signal beschränkt,
dessen Spannung linear variiert, da das Signal SD durch die Prozessorsteuerschaltung 76 in
eine Information über die Restladung der Sekundärbatterie 32 und/oder
das Messergebnis des Wärmesensors 36 umgesetzt
wird. Mit anderen Worten ist die Linearität des Signals
SD nicht essenziell. Die gleiche vorteilhafte technische Wirkung
ist zu erwarten, solange die Beziehung zwischen dem Signal SD und
die Information über die Restladung der Sekundärbatterie 32 und/oder
das Messergebnis des Wärmesensors 36 vorbereitend
bzw. vorläufig bestimmt wird, so dass die Prozesssteuerschaltung 76 sie
umsetzen kann.
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In
Folgendem wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. 4 ist
ein Zeitdiagramm, dass die Funktionsweise der ersten Kommunikationsschaltung
und der zweiten Kommunikationsschaltung nach zweitem Ausführungsbeispiel
zeigt. Signalleitungen, die in dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel
gleich oder äquivalent sind, tragen die gleichen Bezugszeichen.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten
Ausführungsbeispiel in folgenden Punkten: Die Zeitschaltung 84 erzeugt
das Abtast- und Haltesignal S/H' mit einer Phase, die identisch
der des Taktsignals CLK1 ist; die Abtast- und Halteschaltung 86 tastet
das verstärkte Taktsignal CLK1A ab, wenn das Abtast- und
Haltesignal S/H' sich im hohen Zustand befindet (t1–t3,
t4–t6); und die Abtast- und Halteschaltung 86 hält
das verstärkte Taktsignal CLK1A, wenn sich das Abtast-
und Haltesignal S/H' im tiefen Zustand befindet (t3–t4).
Das Videoskopinformationssignal SD wird deshalb als Videoskopinformationsausgangssignal
AOUT' ausgegeben, wenn sich das Abtast- und Haltesignal S/H' im hohen
Zustand befindet (t-3, t4–t6), und die Spannung des Videoskopinformationsausgangssignal AOUT'
wird aufrecht erhalten, wenn sich das Abtast- und Haltesignal S/H'
im tiefen Zustand befindet (t3–t4).
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Durch
die Ausgestaltung nach zweitem Ausführungsbeispiel empfangt
die Taktempfangsschaltung 52 zuverlässig das Taktsignal
CLK1, wenn sich das Abtast- und Haltesignal S/H' im tiefen Zustand befindet,
und die Abtast- und Halteschaltung 86 empfangt das kontinuierlich
variierende Videoskopinformationssignal SD und gibt das Videoskopinformationsausgangssignal
AOUT' aus, wenn sich das Abtast- und Haltesignal S/H' im hohen Zustand
befindet.
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Befindet
sich das Abtast- und Haltesignal S/H' im hohen Zustand, so kann
das Videoskopinformationssignal SD ungeachtet der Zyklusperiode
des Taktsignals CLK1 auch dann übertragen werden, wenn
es mit einer kurzen Periode kontinuierlich variiert. So ist es beispielsweise
möglich, das CCD-Horizontalansteuerungssignal (ϕH)
des CCD 28 von der ersten Kommunikationsschaltung 80 über
den Kommunikationskanal 42 als Taktsignal CLK1 an die zweite
Kommunikationsschaltung 50 zu senden und das Bildsignal
des CCD 28 von der zweiten Kommunikationsschaltung 50 über
den Kommunikationskanal 42 an die erste Kommunikationsschaltung 80 zu senden.
Dies bedeutet, dass die Bildsignalleitung 40 in dem Kommunikationskanal 42 integriert
werden kann. Der Außendurchmesser des Einführrohrs
des Videoskops 20 kann so klein gehalten werden.
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Im
Folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung
vornehmlich im Hinblick auf die Unterschiede gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. 5 zeigt
den internen Aufbau und die Verbindungen der bidirektionalen Kommunikationseinrichtung
nach drittem Ausführungsbeispiel, welche die erst Kommunikationsschaltung 80' und
die zweite Kommunikationsschaltung 50' aufweist. 6 zeigt
die Funktionsweise der ersten Kommunikationsschaltung 80' und
der zweiten Kommunikationsschaltung 50'. Komponenten, die
in dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel gleich oder äquivalent
sind, tragen die gleichen Bezugszeichen.
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Das
dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten
Ausführungsbeispiel in folgenden Punkten: in dem dritten
Ausführungsbeispiel ist die in der ersten Kommunikationsschaltung 80' vorgesehene
Abtast- und Halteschaltung 86' ein D-Flipflop; der in der
zweiten Kommunikationsschaltung 50' vorgesehene Pull-Down-Widerstand 58 ist über
einen Schalterstromkreis 55 an die negative Versorgungsspannung
Vdd oder GND (0V) angeschlossen; und das Videoskopinformationssignal
SD' ist ein mit dem Taktsignal CLK1 synchronisiertes digitales Signal.
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Der
Kommunikationskanal 42 ist mit einem Ende des Pull-Down-Widerstands 58 verbunden, während
das andere Ende des Pull-Down-Widerstands 58 mit einem
Massepol (gemeinsamer Anschluss) des Schalterstromkreises 55 verbunden
ist, der einen einpoligen Umschalter bildet. Ein Anschluss des Schalterstromkreises 55 ist
mit der für die zweite Kommunikationsschaltung 50' genutzten negativen
Versorgungsspannung Vdd verbunden. Der andere Anschluss des Schalterstromkreises 55 ist
mit GND (0V) verbunden. Der Schalterstromkreis 55 hat einen
Steuersignaleingang, der über den Videoskopinformationseingang 51 mit
der Videoskopsteuerschaltung 30' verbunden ist. Gelangt
das von der Videoskopsteuerschaltung 30' ausgegebene digitale
Videoskopinformationssignal SD' in den Steuersignaleingang des Schalterstromkreises 55,
so nimmt dieser entsprechend dem Signal SD' eine Umschaltung vor.
Dabei verbindet der Schalterstromkreis 55 den Massepol
(gemeinsamer Anschluss) mit der Versorgungsspannung Vdd, wenn sich
das Signal SD' im tiefen Zustand befindet, und verbindet den Massepol
(gemeinsamer Anschluss) mit GND (0V), wenn sich das Signal SD' im
hohen Zustand befindet. Der Kommunikationskanal 42 wird
so auf die negative Versorgungsspannung Vdd oder GND (0V) herabgezogen,
und das von dem PNP-Transistor 82 ausgegebene Taktsignal
CLK1 wird im hohen Zustand auf der Versorgungsspannung Vss und im
tiefen Zustand auf der negativen Versorgungsspannung Vdd gehalten.
Die Amplitude des Taktsignals CLK1, die ursprünglich gleich
einer Spannung (Vss – 0) ist, wird so auf dem Kommunikationskanal 42 auf
eine Spannung (Vss – Vdd) expandiert. Das Taktsignal auf
dem Kommunikationskanal 42 wird im Folgenden als verstärktes
Taktsignal CLK1D bezeichnet.
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Die
Videoskopsteuerschaltung 30' wandelt die auf die Sekundärbatterie 32 und/oder
dem Wärmesensor 36 bezogenen Messergebnisse in
das Videoskopinformationssignal SD'. Im Hinblick auf die Sekundärbatterie 32 gibt
dabei die Videoskopsteuerschaltung 30' in Form von 4 Bits
vorliegende digitale Daten in [0000] als Signal SD aus, wenn die
Sekundärbatterie 32 vollständig geladen
ist. Dagegen gibt sie die 4 Bits in [1111] aus, wenn die Sekundärbatterie 32 vollständig
entladen ist. Ist die Sekundärbatterie 32 weder
vollständig geladen noch vollständig entladen,
so gibt die Videoskopsteuerschaltung 30' einen Zwischenwert
in Form von 4 Bits aus, der entsprechend der Restladung der Sekundärbatterie 32 proportional
zwischen [0000] und [1111] variiert. Die Videoskopsteuerschaltung 30' ist
mit dem Taktausgang 59 verbunden. Die Videoskopsteuerschaltung 30' empfängt
das von dem Taktausgang 59 ausgegebene Taktsignal CLK1
und gibt das Videoskopinformationssignal SD' synchronisiert mit
dem Taktsignal CLK1 aus. Dabei wird das Signal SD' als serielles
Datensignal ausgegeben, wobei 1 Bit dieses Signals einer Zyklusperiode
des Taktsignals CLK1 entspricht. Das Signal SD', das aus 4 Bits
besteht, wird mit 4 Zyklusperioden des Taktsignals CLK1 an die erste
Kommunikationsschaltung 80' gesendet. Werden beispielsweise
die 4 Bits [0110] als Videoskopinformationssignal SD' gesendet,
so werden 4 Zyklusperioden des Taktsignals genutzt, was der Periode
t1–t13 in 6 entspricht.
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Die
Videoskopsteuerschaltung 30' wandelt auch die Messergebnisse
des Wärmesensors 36 in das Videoskopinformationssignal
SD', wie dies für die Sekundärbatterie 32 der
Fall ist. Dies wird jedoch im Folgenden nicht im Einzelnen beschrieben,
da die Funktionsweise der Videoskopsteuerschaltung 30' diesbezüglich
die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist,
abgesehen davon, dass das Signal SD' in Form von digitalen Daten
mit 4 Bits vorliegt.
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Wie
oben beschrieben, wird die Spannung des verstärkten Taktsignals
CLK1D im tiefen Zustand auf der negativen Versorgungsspannung Vdd
oder auf GND (0V) gehalten. Das verstärkte Taktsignal CLK1D
variiert deshalb entsprechend der in 6 gezeigten
durchgezogenen Linie und folgt so dem Übergang des Videoskopinformationssignals
SD', das durch die Videoskopsteuerschaltung 30' verändert
wird. Das verstärkte Taktsignal CLK1D wird so zu einem
Signal, das dadurch entsteht, dass das Signal SD' dem verstärkten
Taktsignal CLK1D überlagert wird. Um die Erläuterung
zu erleichtern, ist in 6 die Variation der Daten (0110
1001), die das Signal SD' zeigen, übertrieben dargestellt.
Außerdem vermindert sich mit der Zeit allmählich
die tatsächliche Restladung der Sekundärbatterie 32,
und das Signal SD' folgt der Restladung der Sekundärbatterie 32.
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Der
Kommunikationskanal 42 ist mit D-Flipflopschaltung 86' verbunden.
Das verstärkte Taktsignal CLK1D, dem das Signal SD' überlagert
ist, wird einem D-Anschluss der D-Flipflopschaltung 86' zugeführt.
Ein CLK-Anschluss der D-Flipflopschaltung 86' ist mit der
Zeitschaltung 84 verbunden. Die D-Flipflopschaltung 86' führt
an dem verstärkten Taktsignal CLK1D auf Grundlage eines
Abtast- und Haltesignals S/H, das aus der Zeitschaltung 84 zugeführt
wird, eine Abtast- und Halteoperation durch.
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Die
Zeitschaltung 84, der das Taktsignal CLK1 zugeführt
wird, erzeugt auf Grundlage des Taktsignals CLK1 ein vorbestimmtes
Abtast- und Haltesignal S/H. In diesem Ausführungsbeispiel
erzeugt die Zeitschaltung 84 das Abtastund Haltesignal
S/H, dessen Phase wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
gegenüber der Phase des Taktsignals CLK1 um 90 Grad versetzt
ist, und die D-Flipflopschaltung 86' führt an
dem verstärkten Taktsignal CLK1D zu Zeitpunkten, die durch
die führende Flanke des Antast-Haltesignals S/H gegeben
sind (t2, t5, t8, t11), eine Abtast- und Halteoperation durch. Dabei
weist der D-Anschluss der D-Flipflopschaltung 86' eine Schwellenspannung
Vth2 (zweite Schwellenspannung) auf, die eine negative Spannung
ist. Die D-Flipflopschaltung 86' vergleicht die Spannung
des verstärkten Taktsignals CLK1D zu den Zeitpunkten, die durch
die führende Flanke des Abtast- Haltesignals S/H gegeben
sind, mit der Schwellenspannung Vth2. Als Ergebnis dieses Vergleichs
gibt die D-Flipflopschaltung 86' ein Tief-Signal (GND)
aus, wenn die Spannung des verstärkten Taktsignals CLK1D
kleiner als die Schwellenspannung Vth2 ist, während sie ein
Hoch-Signal (Vss) ausgibt, wenn die Spannung des verstärkten
Taktsignals CLK1D größer als die Schwellenspannung
Vth2 ist. Die D-Flipflopschaltung 86' führt an
der Spannung des Tief-Zustands des verstärkten Taktsignals
CLK1D, welches das Videoskopinformationssignal SD' ist, eine Abtast-
und Halteoperation mit einer (1) Zyklusperiode durch, und das Signal
SD', dessen Phase gegenüber der Phase des Taktsignals CLK1
um 90 Grad versetzt ist, wird über den Ausgangsanschluss 87 als
Videoskopinformationsausgangssignal DOUT an die Prozessorsteuerschaltung 76 ausgegeben.
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Durch
die oben beschriebene Ausgestaltung nach drittem Ausführungsbeispiel
kann der Kommunikationskanal 42, der dazu genutzt wird,
das Taktsignal CLK1 zur Ansteuerung des CCDs 28 von der ersten
Kommunikationsschaltung 80' zu der zweiten Kommunikationsschaltung 50' zu
senden, zum Übertragen des Videoskopinformationssignals
SD' genutzt werden. Die verschiedenen in dem Videoskop 20 erzeugten
Informationseinheiten können so ohne zusätzliche
Leitungen an den Videoprozessor 70 gesendet werden, da
diejenigen Signalleitungen, die zur Ansteuerung des CCD 28 benötigt
werden, als bidirektionale Kommunikationskanäle genutzt
werden. Der Außendurchmesser des Einführrohrs
des Videoskops 20 kann so klein gehalten werden, während der
Videoprozessor 70 wie in dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel
mehr Information aus dem Videoskop 20 erhalten kann.
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Da
in dem dritten Ausführungsbeispiel das Videoskopinformationssignal
SD' in Form von digitalen Daten übertragen wird, ist das
Signal SD' unempfindlicher gegenüber in dem System erzeugtem
Rauschen, als dies in dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Fall ist. Das dritte Ausführungsbeispiel ist deshalb
geeignet, noch präzisere Information über das
Videoskop 20 in Form des Videoskopinformationssignals SD'
zu übertragen.
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Da
die D-Flipflopschaltung 86' an dem Signal SD' mit dem Abtast-
und Haltesignal S/H, dessen Phase gegenüber der Phase des
Taktsignals CLK1 um 90 Grad versetzt ist, eine Abtast- und Halteoperation
durchführt, wird das Videoskopinformationsausgangssignal
DOUT zuverlässig in einer Zyklusperiode des Taktsignals
CLK1 erhalten. Die Phasendifferenz zwischen dem Abtast- und Haltesignal
S/H und dem Taktsignal CLK1 ist nicht auf 90 Grad beschränkt.
Es kann die gleiche vorteilhafte Wirkung erwartet werden, sofern
ein Phasenversatz zwischen diesen Signalen vorhanden ist.
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Das
Videoskopinformationssignal SD' ist nicht auf in 4 Bits vorliegende
Daten beschränkt. So kann es auch zusätzliche
Datenbits nutzen, wenn das System eine entsprechend hohe Genauigkeit
im Hinblick auf das Signal SD' erfordert. Außerdem ist das
Signal SD' nicht auf linear variierende Daten beschränkt.
So können nichtlineare Daten oder ein Bereich innerhalb
von [0000] und [1111] als Videoskopinformationssignal SD' genutzt
werden, da die Prozessorsteuerschaltung 76 das Signal SD'
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel in eine Information über die
Restladung der Sekundärbatterie 32 und/oder über
das Messergebnis des Wärmesensors 36 umsetzt.
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Die
von dem Schalterstromkreis 55 umgeschalteten Spannungen
sind nicht auf die negative Versorgungsspannung Vdd und auf GND
(0V) beschränkt. Es können auch andere Spannungen
verwendet werden, solange die Taktempfangsschaltung 52 das
Taktsignal CLK1 aus dem verstärkten Taktsignal CLK1D gewinnen
kann und die D-Flipflopschaltung 86' das Videoskopinformationssignal
SD' aus dem verstärkten Taktsignal CLK1D gewinnen kann. Es
kann also mit der gleichen vorteilhaften technischen Wirkung gerechnet
werden, solange eine der von dem Schalterstromkreis 55 umgeschalteten Spannungen
größer als die Schwellenspannung Vth2 und kleiner
als die Schwellenspannung Vth1 ist, während die andere
Spannung kleiner als die Schwellenspannung Vth2 ist.
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Im
Folgenden wird ein viertes Ausführungsbeispiel vornehmlich
im Hinblick auf die Unterschiede gegenüber dem dritten
Ausführungsbeispiel beschrieben. 7 zeigt
die Funktionsweise der ersten Kommunikationsschaltung 80' und
der zweiten Kommunikationsschaltung 50' nach viertem Ausführungsbeispiel.
Signalleitungen, die in dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel
gleich oder äquivalent sind, tragen die gleichen Bezugszeichen.
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Das
vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dritten
Ausführungsbeispiel in folgenden Punkten: 1 Datenbit des
Videoskopinformationssignals SD'' entspricht 1/4 der Zyklusperiode
des Taktsignals CLK1, und 2 Datenbits des Signals SD'' werden übertragen,
während sich das Taktsignal CLK1 im hohen Zustand befindet.
Die Zeitschaltung 84 erzeugt einen Abtast-/Halteimpuls
S/H'', der aus einem ersten positiven Impuls, der von 1/8 bis 2/8
der Zyklusperiode des Taktsignals CLK1 auf hohem Pegel gehalten
wird, während sich das Taktsignal CLK1 auf hohem Pegel
befindet, und aus einem zweiten positiven Impuls besteht, der von
3/8 bis 4/8 der Zyklusperiode des Taktsignals CLK1 auf hohem Pegel gehalten
wird, während sich das Taktsignal CLK1 auf hohem Pegel
befindet. Schließlich führt die D-Flipflopschaltung 86' eine
Abtast- und Halteoperation an dem Signal SD'' mit der führenden Flanke
des Abtast-/Halteimpulses durch (t2', t3', t6', t7', t10', t11'). Dadurch
wird das Videoskopinformationssignal SD'', das um 1/8 der Zyklusperiode
des Taktsignals CLK1 verzögert wird, von dem Videoskopinformations-Ausgangsanschluss 87 als
Videoskopinformationsausgangssignal DOUT'' an die Prozessorsteuerschaltung 76 ausgegeben.
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Da
in dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel die
2 Bits des Videoskopinformationssignals SD'' während einer
Zyklusperiode des Taktsignals CLK1 übertragen werden, wird
die Übertragungskapazität im Hinblick auf die
Daten des Videoskopinformationssignals SD'' gegenüber dem
dritten Ausführungsbeispiel verdoppelt. Die Zahl an Bits, die
während einer Zyklusperiode des Taktsignals CLK1 übertragen
werden können, ist nicht auf 2 beschränkt, da
3 oder mehr Bits übertragen werden können, wenn
die Zahl der mit der Zeitschaltung 84 erzeugten Abtast-/Halteimpulse
S/H'' vergrößert wird.
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Die
Komponenten, welche die bidirektionale Kommunikationseinrichtung
bilden, sind nicht auf die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
angegebenen Komponenten beschränkt. Beispielsweise kann
der PNP-Transistor 82 der ersten Kommunikationsschaltung 80 (80')
durch einen NPN-Transistor ersetzt werden, dessen Emitter an einen
negative Versorgungsspannung Vdd angeschlossen ist. Auch kann der
Pull-Down-Widerstand 58 der zweiten Kommunikationsschaltung 50 (50') durch
einen Pull-Down-Widerstand ersetzt werden, dessen eines Ende an
eine positive Spannung angeschlossen ist. Die Polaritäten
der Schwellenspannungen Vth1 und Vth2 müssten umgekehrt
werden. Auch müssten die Polaritäten der in den
Zeitdiagrammen gezeigten Signale umgekehrt werden. So würde
das Videoskopinformationssignal SD (SD', SD'') der positiven Spannung
des verstärkten Takt signal CLK1A (CLK1D) überlagert
werden, wenn sich das verstärkte Taktsignal CLK1A (CLK1D)
im hohen Zustand befindet.
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Der
in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen angegebene
Pull-Down-Widerstand 58 kann beispielsweise auch durch
einen Feldeffekttransistor, kurz FET, ersetzt werden.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die erste
Kommunikationsschaltung 80 (80') dem Videoprozessor 70 zugeordnet.
Sie kann jedoch auch dem Videoskop 20 zugeordnet sein.
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Die
erfindungsgemäße bidirektionale Kommunikationseinrichtung
ist nicht nur auf ein elektronisches Endoskop anwendbar. Sie kann
auch auf andere Systeme, z. B. Videosysteme, angewandt werden, die
eine bidirektionale Kommunikation erfordern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-321491 [0003]
- - JP 2004-32149 [0003]
- - JP 2006-6569 [0004]