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Die
Erfindung betrifft eine Endoskop-Lichtquelleneinrichtung, die mit
einem einfachen Aufbau im Stande ist, einem einzelnen Lichtleiter
Weißlicht und Anregungslicht zuzuführen, und das
es sowohl einem Standardendoskop und einem Autofluoreszenzendoskop
ermöglicht, ein akzeptables Weißlichtbild zu erzeugen.
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Es
ist Autofluoreszenzendoskop bekannt, das es dem Benutzer ermöglicht,
ein optisches Autofluoreszenzbild von Gewebe zu betrachten, das
mit Anregungslicht, z. B. Ultraviolettlicht, bestrahlt wird. In
einem solchen Autofluoreszenzendoskop ist ein Lichtleiter eingebaut,
der Anregungslicht überträgt, welches dazu dient,
ein Objekt in der der näheren Umgebung eines Einführrohrs
zu beleuchten. Der Lichtleiter dient dazu, Weißlicht zur
Beleuchtung eines Objektes zu übertragen, um schließlich
ein Normal- oder Standardbild zu erzeugen.
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In
einem solchen Endoskop ist ferner ein Spiegel eingebaut, der in
den Strahlengang des Weißlichtes eingesetzt und aus diesem
entfernt werden kann, um dem Lichtleiter entweder das Weißlicht oder
das Anregungslicht zuzuführen.
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Ist
der Spiegel aus dem Strahlengang entfernt, so fällt das
Weißlicht auf den Lichtleiter. Ist dagegen der Spiegel
in den Strahlengang eingesetzt, so wird das Anregungslicht reflektiert
und fällt auf den Lichtleiter. Jedoch ist in diesem Fall
ein Mechanismus zum Bewegen des Spiegels erforderlich, wodurch der
Aufbau der Lichtquelleneinrichtung größer und
komplexer wird.
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In
der
JP 2005-342033 und
der
JP 2005-342034 wird
vorgeschlagen, einen dichroitischen Spiegel, der nur die Anregungslichtkomponente
reflektiert, in dem Strahlengang fest zu installieren. Soll ein
Autofluoreszenzbild erzeugt werden, so fällt bei diesem
Aufbau nur das an dem dichroitischen Spiegel reflektierte Anregungslicht
auf den Lichtleiter. Soll dagegen ein Standardbild erzeugt werden,
so wird Weißlicht, das den dichroitischen Spiegel durchsetzt,
auf den Lichtleiter gerichtet und das Anregungslicht ausgeschaltet.
Bei dieser Ausgestaltung wird also kein Mechanismus zum Bewegen
eines Spiegels benötigt. Der Aufbau der Lichtquelleneinrichtung
wird somit kleiner und einfacher.
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Jedoch
tritt das Problem auf, dass das Weißlicht nicht in der
erwünschten Weise erzeugt werden kann, da diejenigen Komponenten
des Weißlichtes, die im Spektralbereiches des Anregungslichtes
liegen, von dem dichroitischen Spiegel reflektiert werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Endoskop-Lichtquelleneinrichtung und
eine Endoskopeinheit anzugeben, die es ermöglichen, einem
Lichtleiter mit einem einfachen Aufbau Weißlicht und Anregungslicht
zuzuführen, und sowohl einem Standardendoskop als auch
einem Autofluoreszenzendoskop gestatten, ein akzeptables Weißlichtbild
zu erzeugen.
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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 eine
perspektivische Ansicht einer Endoskopeinheit, die eine Endoskop-Lichtquelleneinrichtung
nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist;
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2 ein
Blockdiagramm, das den internen Aufbau einer Lichtquelleneinrichtung
zeigt;
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3 ein
Spektrogramm, welches das Reflektionsvermögen des dichroitischen
Spiegels zeigt;
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4 ein
Spektrogramm, das die spektralen Eigenschaften des Anregungslichtes
zeigt;
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5 ein
Spektrogramm, das die spektralen Eigenschaften des Lichtes zeigt,
das von der Lichtquelle ausgesendet wird, wenn das Weißlicht
und das Anregungslicht gleichzeitig von der Lampe und der Laserquelle
ausgesendet werden;
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6 einen
Graphen, der den Zusammenhang zwischen der Blendenöffnung
und der durch die Blende tretenden Weißlichtmenge angibt;
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7 einen
Graphen, der den Zusammenhang zwischen der Nutzleistung der Laserquelle
und der von der Laserquelle abgegebenen Anregungslichtmenge angibt;
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8 ein
erstes Flussdiagramm, das die von der Systemsteuerung durchgeführte
Initialisierung für den Weißabgleich zeigt;
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9 ein
zweites Flussdiagramm, das die von der Systemsteuerung durchgeführte
Initialisierung für den Weißabgleich zeigt; und
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10 ein
Flussdiagramm, das die von der Systemsteuerung vorgenommene Einstellung
der Lichtmenge bei Anzeige eines mit einem Standardendoskop aufgenommenen
Bildes zeigt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Figuren gezeigten
Ausführungsbeispiels beschrieben.
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In 1 ist
eine Endoskopeinheit 10 gezeigt, die einen Endoskopprozessor 20,
ein elektronisches Endoskop 50 und einen Monitor 11 enthält.
Der Endoskopprozessor 20 ist an das Endoskop 30 und
den Monitor 11 angeschlossen.
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Der
Endoskopprozessor 20 gibt Licht zur Beleuchtung eines Objektes
ab. Das elektronische Endoskop 50 nimmt ein optisches Bild
des beleuchteten Objektes auf und erzeugt dann ein Bildsignal. Das Bildsignal
wird an den Endoskopprozessor 20 gesendet.
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Der
Endoskopprozessor 20 nimmt an dem empfangenen Bildsignal
eine vorbestimmte Signalverarbeitung vor. Das verarbeitete Bildsignal
wird dann an den Monitor 11 gesendet, auf dem ein dem empfangenen
Bildsignal entsprechendes Bild angezeigt wird.
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Der
Endoskopprozessor 20 enthält eine Lichtquelleneinheit 30,
eine Bildverarbeitungseinheit 21, einen Treiber 22,
eine Systemsteuerung 23 (Bestimmungsschaltung), einen Eingabeblock 24 (Schalter)
sowie weitere Komponenten.
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Wie
weiter unten beschrieben, sendet die Lichtquelleneinheit 30 Licht
zur Beleuchtung eines Objektes auf das Eintrittsende eines Lichtleiters 51. Wie
ebenfalls weiter unten beschrieben, nimmt die Bildverarbeitungseinheit 21 eine
vorbestimmte Signalverarbeitung an dem Bildsignal vor. Der Treiber 22 steuert
eine Abbildungsvorrichtung 52 (Detektor) so an, dass diese
ein optisches Bild des Objektes aufnimmt. Die Systemsteuerung 21 steuert
den Betrieb sämtlicher Komponenten der Endoskopeinheit 10. Den
Eingaben folgend, welche die Bedienperson an dem Eingabeblock 24 vornimmt,
werden verschiedene Funktionen der Endoskopeinheit 10 durchgeführt.
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Die
Lichtquelleneinheit 30 und der Lichtleiter 51 werden
durch Anschließen des Endoskopprozessors 20 an
das Endoskop 50 optisch miteinander gekoppelt. Durch diesen
Anschluss werden auch elektrische Verbindungen zwischen der Bildverarbeitungseinheit 21 und
der in dem Endoskop 50 montierten Abbildungsvorrichtung 52 sowie
zwischen dem Treiber 22 und der Abbildungsvorrichtung 52 hergestellt.
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Wie
in 2 gezeigt, enthält die Lichtquelleneinheit 30 eine
Lampe 31 (erste Lichtquelle), eine Laserquelle 32 (zweite
Lichtquelle), eine Blende 33, einen drehbaren Verschluss 34,
einen dichroitischen Spiegel 35, eine Kondensorlinse 36,
eine Kollimatorlinse 37, eine Stromversorgungsschaltung 38,
ei nen Blendenmotor 39, einen Verschlussmotor 40,
eine Lichtmengensteuerschaltung 41 (Einstellschaltung), eine
Verschlusssteuerschaltung 42 sowie weitere Komponenten.
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Die
Lampe 31, z. B. eine Xenonlampe oder eine Halogenlampe,
sendet Weißlicht (erstes Licht) aus. Die Blende 33,
der drehbare Verschluss 34, der dichroitische Spiegel 35 und
die Kondensorlinse 36 sind in dem Strahlengang zwischen
der Lampe 31 und dem Eintrittsende des Lichtleiters 51 montiert.
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Die
auf das Eintrittsende fallende Menge an Weißlicht wird
durch Einstellen der Blendenöffnung bzw. des Öffnungsverhältnisses
der Blende 33 gesteuert. Die Blendenöffnung der
Blende 33 wird von dem Motor 39 eingestellt. Die
Lichtmengensteuerschaltung 41 steuert das Drehen des Motors 39,
um die Blende 33 anzutreiben.
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Wie
später beschrieben, wird die von der Abbildungsvorrichtung 52 empfangene
Lichtmenge der Lichtmengensteuerschaltung 41 über
die Systemsteuerung 23 mitgeteilt. Die Lichtmengensteuerschaltung 41 steuert
die Blendenöffnung anhand der mitgeteilten Lichtmenge.
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Der
drehbare Verschluss 34 hat einen Öffnungsbereich
und einen Sperrbereich. Soll das Weißlicht durchgelassen
werden, so wird der Öffnungsbereich in den Strahlengang
des Weißlichtes eingebracht. Soll dagegen das Weißlicht
gesperrt werden, so wird der Sperrbereich in den Strahlengang des
Weißlichtes eingebracht.
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Der
Verschluss 34 wird von dem Verschlussmotor 40 gedreht.
Durch das Antreiben des Verschlussmotors 40 wird das von
der Lichtquelleneinheit 30 abgegebene Weißlicht
abwechselnd durchgelassen und gesperrt. Das Drehen des Verschlussmotors 40 wird
von der Verschlusssteuerschaltung 42 gesteuert. Die Verschlussschaltung 42 wird
von der Systemsteuerung 23 gesteuert.
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Der
dichroitische Spiegel 35 ist so befestigt, dass der Winkel
zwischen seiner Oberfläche und dem Strahlengang des Weißlichtes 45 Grad
betragen. Wie in 3 gezeigt, reflektiert der dichroitische Spiegel 35 Licht
eines Wellenlängenbandes, dessen Wellenlängen
kleiner oder gleich einer ersten Wellenlänge sind. Der
dichroitische Spiegel 35 lässt Licht eines Wellenlängenbandes
durch, dessen Wellenlängen größer als
die erste Wellenlänge sind. Ein erste Lichtkomponente,
die in dem von der Lampe 31 ausgesendeten Weißlicht
enthalten ist und deren Wellenlängen größer
als die erste Wellenlänge sind, geht also durch den dichroitischen
Spiegel 35 hindurch. Eine zweite Lichtkomponente, die in
dem von der Lampe 31 ausgesendeten Weißlicht enthalten
ist und deren Wellenlängen kleiner oder gleich der ersten Wellenlänge
sind, wird an dem dichroitischen Spiegel 35 reflektiert.
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Die
Laserquelle 32 sendet Anregungslicht (zweites Licht) aus,
das Gewebe zur Autofluoreszenz anregt. Das Anregungslicht ist blau,
und sein Wellenlängenband liegt unterhalb der ersten Wellenlänge, wie
in 4 gezeigt ist. Folglich reflektiert der dichroitische
Spiegel 35 das Anregungslicht. Die Laserquelle 32 ist
so befestigt, dass das an dem dichroitischen Spiegel 35 reflektierte
Anregungslicht auf das Eintrittsende des Lichtleiters 51 fällt.
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Die
Kollimatorlinse 37 ist in dem Strahlengang zwischen der
Laserquelle 32 und dem dichroitischen Spiegel 35 montiert.
Die Kollimatorlinse 37 bündelt das von der Laserquelle 32 ausgesendete Anregungslicht.
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Die
durch den dichroitischen Spiegel 35 tretende Weißlichtkomponente
und/oder das an dem dichroitischen Spiegel 35 reflektierte
Anregungslicht wird von der Kondensorlinse 36 verdichtet
und auf das Eintrittsende des Lichtleiters 31 gerichtet.
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Die
Stromversorgungsschaltung 38 speist die Lampe 31 mit
Strom. Die Systemsteuerung 23 steuert die Stromversorgung
und schaltet die Lampe 31 ein und aus.
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Die
Laserquelle 32 wird von der Lichtmengensteuerschaltung 41 angesteuert.
Die Lichtmengensteuerschaltung 41 steuert die von der Laserquelle 32 abgegebene
Menge an Anregungslicht. Wie weiter unten beschrieben, wird die
Nutzleistung der Laserquelle 32 in Abhängigkeit
der Blendenöffnung der Blende 33 eingestellt und
die ausgesendete Anregungslichtmenge gesteuert. Wie weiter unten beschrieben,
wird die Beziehung zwischen der Nutzleistung und der Blendenöffnung
in einer Initialisierungsoperation für den Weißabgleich
bestimmt.
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Ist
ein Normal- oder Standardendoskop an den Endoskopprozessor 20 angeschlossen,
so kann nur ein Weißlichtbild betrachtet werden. Ist dagegen ein
Autofluoreszenzendoskop an den Endoskopprozessor 20 angeschlossen,
so kann entweder ein Weißlichtbild oder ein Autofluoreszenzbild
betrachtet werden. Außerdem können ein Weißlichtbild
und ein Autofluoreszenzbild gleichzeitig angezeigt werden, oder
es kann ein Falschfarbenbild, das durch Zusammenfügen eines
Weißlichtbildes und eines Autofluoreszenzbildes erzeugt
wird, angezeigt werden.
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Soll
ein Weißlichtbild betrachtet werden, so weist die Verschlusssteuerschaltung 42 den
drehbaren Verschluss 34 an, das Weißlicht durch
Einbringen des Öffnungsbereichs in den Strahlengang durchzulassen,
und die Lichtmengensteuerschaltung 41 weist die Laserquelle 32 an,
Anregungslicht auszusenden.
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Infolgedessen
treffen die erste Lichtkomponente und die Anregungslichtkomponente
auf das Eintrittsende des Lichtleiters 51 (vgl. 5).
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Soll
dagegen ein Autofluoreszenzbild beobachtet werden, so weist die
Verschlusssteuerschaltung 42 den Verschluss 34 an,
das Weißlicht durch Einbringen des Sperrbereichs in den
Strahlengang zu sperren, und die Lichtmengensteuerschaltung weist
die Laserquelle 32 an, das Anregungslicht auszusenden.
Folglich fällt das Anregungslicht auf das Eintrittsende
des Lichtleiters 51 (vgl. 4).
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Im
Folgenden wird der Aufbau des elektronischen Endoskops 50,
das ein Autofluoreszenzendoskop ist, im Einzelnen erläutert.
Wie in 1 gezeigt, enthält das Endoskop 50 den
Lichtleiter 51, die Abbildungsvorrichtung 52,
ein Anregungslichtsperrfilter 53, eine Zerstreuungslinse 54,
eine Objektivlinse 55 sowie weitere Komponenten.
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Das
Eintrittsende des Lichtleiters 51 ist in einem nicht gezeigten
Verbinder montiert, der das Endoskop 50 mit dem Endoskopprozessor 20 verbindet. Das
andere Ende, im Folgenden als Austrittsende bezeichnet, ist an dem
Kopfende des Einführrohrs 56 des Endoskops 50 montiert.
Wie oben beschrieben, treffen die erste Lichtkomponente und/oder
das Anregungslicht, die von der Lichtquelleneinheit 30 ausgesendet
werden, auf das Eintrittsende des. Lichtleiters 51. Das
Licht wird dann zum Austrittsende geleitet. Das an das Austrittsende
geleitete Licht beleuchtet durch die Zerstreuungslinse 54 einen
Bereich in der näheren Umgebung des Kopfendes des Einführrohrs 56.
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Das
Licht, das an dem mit der ersten Lichtkomponente beleuchteten Objekt
reflektiert wird, und/oder die Autofluoreszenzstrahlung des mit
dem Anregungslicht beleuchteten Objektes gelangen durch die Objektivlinse 36 und
das Anregungslichtsperrfilter 53 auf die Lichtempfangsfläche
der Abbildungsvorrichtung 52 und bilden auf dieser ein
optisches Bild.
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Der
Treiber 22 wird von der Systemsteuerung 23 gesteuert
und sendet ein Treibersignal an die Abbildungsvorrichtung 52.
Die Abbildungsvorrichtung 52 fängt auf Grundlage
des empfangenen Treibersignals ein optisches Bild auf der Lichtempfangsfläche
ein und erzeugt ein Bildsignal. Das erzeugte Bildsignal wird an
die Bildverarbeitungseinheit 21 gesendet.
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Wird
das Anregungslicht von der Lichtquelleneinheit 30 ausgesendet,
so wird die an dem Objekt reflektierte Anregungslichtkomponente
von dem Anregungslichtsperrfilter 53 aus dem Licht, welches
auf das Anregungslichtsperrfilter 53 fällt, herausgefiltert. Auf
diese Weise wird von der Abbildungsvorrichtung 52 ein optisches
Bild eingefangen, das allein durch die Autofluoreszenzkomponente
gebildet ist, die von dem zu betrachtenden Gewebe abgegeben wird.
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Wie
oben beschrieben, kann der Endoskopprozessor 20 an das
nicht gezeigte Standardendoskop angeschlossen werden. Im Unterschied
zu dem Autofluoreszenzendoskop 50 enthält das
Standardendoskop kein Anregungslichtsperrfilter 53. Ist
das Standardendoskop an den Endoskopprozessor 20 angeschlossen,
so fängt die Abbildungsvorrichtung 52 ein optisches
Bild ein, das aus dem Licht, das an dem mit der ersten Lichtkomponente
beleuchteten Objekt reflektiert wird, und/oder aus der Autofluoreszenzkomponente,
die als Autofluoreszenzstrahlung von dem mit dem Anregungslicht
beleuchteten Objekt abgegeben wird, gebildet ist.
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Im
Folgenden wird der Aufbau der Bildverarbeitungseinheit 21 beschrieben.
Die Bildverarbeitungseinheit 21 enthält eine erste
Signalverarbeitungsschal tung 25 (Empfänger), eine
Bildverarbeitungsschaltung 26 und eine zweite Signalverarbeitungsschaltung 27 (vgl. 1).
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Das
von der Abbildungsvorrichtung 52 gesendete Bildsignal wird
der ersten Signalverarbeitungsschaltung 25 zugeführt.
Die erste Signalverarbeitungsschaltung 25 digitalisiert
das empfangene Bildsignal. Die erste Signalverarbeitungsschaltung 25 nimmt
an den aus dem Bildsignal digitalisierten Bilddaten eine vorbestimmte
Datenverarbeitung vor, z. B. eine A-D-Wandlung, YC-Verarbeitung
sowie eine Farbinterpolation.
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Die
erste Signalverarbeitungsschaltung 25 berechnet einen mittleren
Luminanzwert des von der gesamten Lichtempfangsfläche empfangenen
Lichtes anhand des empfangenen Bildsignals. Dann erzeugt die erste
Signalverarbeitungsschaltung 25 ein dem berechneten mittleren
Luminanzwert entsprechendes Luminanzsignal und sendet dieses an
die Lichtmengensteuerschaltung 41. Wie oben beschrieben,
stellt die Lichtmengensteuerschaltung 41 die Blendenöffnung
der Blende 33 auf Grundlage des empfangenen Luminanzsignals
ein. Ist ein Standardendoskop an den Endoskopprozessor 20 angeschlossen,
so stellt die Lichtmengensteuerschaltung 41 ferner die
Nutzleistung der Laserquelle 32 ein.
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Die
in der ersten Signalverarbeitungsschaltung 25 verarbeiteten
Bilddaten werden an die Bildverarbeitungsschaltung 26 gesendet.
Die Bildverarbeitungsschaltung 26 hat einen nicht gezeigten blockweise
löschbaren Speicher, auch als Flash-Speicher bezeichnet,
der als Arbeitsspeicher zur Signalverarbeitung genutzt wird. Die
Bilddaten werden in dem blockweise löschbaren Speicher
gespeichert.
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Die
Bildverarbeitungsschaltung 26 nimmt an den in dem blockweise
löschbaren Speicher gespeicherten Bilddaten eine Farbtrennung
vor. In dieser Farbtrennung werden die Bilddaten in Rot-, Grün- und
Blau-Datenkomponenten separiert. Nach der Farbtrennung nimmt die
Bildverarbeitungsschaltung 26 an den Rot-, Grün-
und Blau-Datenkomponenten separat eine Datenverarbeitung vor, die
einen Weißabgleich beinhaltet. Bei diesem Weißabgleich
werden die Rot-, Grün- und Blau-Datenkomponenten separat
mit Verstärkungsfaktoren multipliziert, die in der Initialisierung
für den Weißabgleich bestimmt worden sind.
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Die
so verarbeiteten Bilddaten werden an die zweite Signalverarbeitungsschaltung 27 gesendet. Die
zweite Signalverarbeitungsschaltung 27 nimmt an den Bilddaten
eine vorbestimmte Datenverarbeitung vor, die beispielsweise eine
Klammerung und eine Austastung beinhaltet. Die zweite Signalverarbeitungsschaltung 27 wandelt
zudem die Bilddaten in ein analoges Bildsignal. Das Bildsignal wird
an den Monitor 11 gesendet, auf dem ein dem Bildsignal
entsprechendes Bild angezeigt wird.
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Im
Folgenden wird die Steuerung der von der Lichtquelleneinheit 30 abgegebenen
Lichtmenge unter Verwendung eines Standardendoskops beschrieben.
Für ein Autofluoreszenzendoskop wird diese Steuerung weiter
unten beschrieben. Wie oben erwähnt, werden die Blendenöffnung
der Blende 33 und die Nutzleistung des Laserquelle 32 in
Abhängigkeit des mittleren Luminanzwertes eingestellt,
wenn ein Weißlichtbild betrachtet werden soll.
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Zum
Vergleich mit dem mittleren Luminanzwert wird ein Referenzwert vorbestimmt,
und es werden diesem Referenzwert entsprechende Referenzdaten in
einem nicht gezeigten ROM, der mit der Lichtmengensteuerschaltung 41 verbunden
ist, gespeichert und von der Lichtmengensteuerschaltung 41 ausgelesen,
wenn die Lichtmenge gesteuert werden muss.
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Die
Lichtmengensteuerschaltung 41 vergleicht den mittleren
Luminanzwert mit dem Referenzwert. Ist der mittlere Luminanzwert
kleiner als der Referenzwert, so werden der Blendenmotor 39 und die
Laserquelle 32 so angesteuert, dass die Blendenöffnung
der Blende 33 und die abgegebene Anregungslichtmenge zunehmen.
Ist dagegen der mittlere Luminanzwert größer als
der Referenzwert, so werden der Blendenmotor 39 und die
Laserquelle 32 so angesteuert, dass die Blendenöffnung
und die abgegebene Anregungslichtmenge abnehmen.
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Werden
die Blendenöffnung und die abgegebene Anregungslichtmenge
ohne Bezugnahme aufeinander eingestellt, so variiert die Farbtemperatur des
von dem Austrittsende des Lichtleiters 51 ausgesendeten
Lichtes. Um die Farbtemperatur konstant zu halten, sollte das Verhältnis
der Anregungslichtmenge zur Lichtmenge der ersten Lichtkomponente, die
vom Austrittsende ausgesendet werden, konstant gehalten werden.
Dieses Verhältnis wird im Folgenden als erstes Verhältnis
(zweite Beziehung) bezeichnet.
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Die
optischen Spezifikationen des für ein Standardendoskop
bestimmten Lichtleiters können sich beträchtlich
von denen eines für ein Autofluoreszenzendoskop vorgesehenen
Lichtleiters unterscheiden. Um das oben genannte erste Verhältnis
konstant zu halten, sollte das im Folgenden als zweite Verhältnis
bezeichnete Verhältnis der Anregungslichtmenge zur Lichtmenge
der ersten Lichtkomponente, die auf das Eintrittsende fallen, dem
Verhältnis angepasst sein, das in Abhängigkeit
des an den Endoskopprozessor 20 angeschlossenen Endoskoptyps
bestimmt ist (erste Beziehung).
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Die
Lichtmengen der ersten Lichtkomponente und des Anregungslichtes
werden, wie oben beschrieben, durch Ändern der Blendenöffnung
und der Nutzleistung der Laserquelle 32 eingestellt. Wie
in 6 gezeigt, variiert die Lichtmenge der ersten Lichtkomponente
nicht-linear mit der Blendenöffnung. Dagegen variiert die
Menge an Anregungslicht linear mit der Nutzleistung der Laserquelle 32.
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Um
das erste Verhältnis konstant zu halten, sollten deshalb
die Blendenöffnung und die Nutzleistung so eingestellt
werden, dass die Blendenöffnung und die Nutzleistung eine
spezifische Korrespondenz zueinander aufweisen. Diese spezifische
Korrespondenz wird in der für den Weißabgleich
vorgesehenen Initialisierung berechnet, wie weiter unten beschrieben
wird. Die Lichtquelleneinheit 30 enthält einen nicht
gezeigten ersten RAM. Die vorstehend genannte spezifische Korrespondenz
wird in dem ersten RAM gespeichert. Sol ein Weißlichtbild
betrachtet werden, so wird die Nutzleistung der Laserquelle 32 in
Abhängigkeit der Blendenöffnung bestimmt und die
Laserquelle 32 mit der so festgelegten Nutzleistung betrieben.
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Ist
ein Autofluoreszenzendoskop an den Endoskopprozessor 20 angeschlossen,
so wird nur die Blendenöffnung eingestellt, da sich die
Lichtmenge nicht ändert, selbst wenn die Nutzleistung eingestellt wird.
Wie oben beschrieben, hat das Autofluoreszenzendoskop das Anregungslichtsperrfilter 53,
welche die Anregungslichtkomponente beseitigt. Da die Anregungslichtkomponente
die Abbildungsvorrichtung 52 nicht erreicht, muss die von
der Laserquelle 32 abgegebene Anregungslichtmenge nicht
geregelt werden.
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Im
Folgenden wird die Initialisierung für den Weißabgleich,
die von der Systemsteuerung 23 durchgeführt wird,
unter Bezugnahme auf die 8 und 9 erläutert.
In dieser Initialisierung werden die Verstärkungsfaktoren
zur Mul tiplikation der Rot- und Blau-Datenkomponenten sowie die
spezifische Korrespondenz zwischen der Blendenöffnung und der
Nutzleistung bestimmt.
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Dabei
wird der Benutzer angewiesen, das Kopfende des Einführrohrs 56 während
der Initialisierung mit einer Weißabgleichsabdeckung zu
bedecken. Die Weißabgleichsabdeckung hat eine weiße Innenfläche.
Die Initialisierung wird unter der Voraussetzung durchgeführt,
dass das Kopfende mit der Weißabgleichsabdeckung bedeckt
ist. Gibt der Benutzer einen Befehl zum Aufruf der Initialisierung
in den Eingabeblock 24 ein, so beginnt die Systemsteuerung 23 mit
der Initialisierung.
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In
Schritt S100 weist die Systemsteuerung 23 die Lichtmengensteuerschaltung 41 an,
die Nutzleistung der Laserquelle 32 auf die bei der Fertigung vorbestimmte
Initialisierungsnutzleistung festzulegen.
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In
dem auf Schritt S100 folgenden Schritt S101 weist die Systemsteuerung 23 die
Laserquelle 32 über die Lichtmengensteuerschaltung 41 an,
das Anregungslicht mit der festgelegten Nutzleistung auszusenden.
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In
dem auf Schritt 101 folgenden Schritt S102 weist die Systemsteuerung 23 die
Abbildungsvorrichtung 52 über den Treiber 22 an,
ein Bild der mit dem Anregungslicht beleuchteten Innenfläche
der Weißabgleichsabdeckung aufzunehmen.
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Zudem
weist die Systemsteuerung 23 die Bildverarbeitungsschaltung 26 an,
die Blau-Datenkomponenten aus dem Bildsignal zu extrahieren. Daraufhin
werden die Blau-Datenkomponenten extrahiert, und der Prozess fährt
mit Schritt S103 fort.
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In
Schritt S103 bestimmt die Systemsteuerung 23, ob die Blau-Datenkomponenten
gesättigt sind oder nicht. Mit anderen Worten bestimmt
die Systemsteuerung 23, ob die Blau-Datenkomponenten den
maximalen Datenpegel, der durch die Bildverarbeitungsschaltung 26 darstellbar
ist, erreicht haben. Sind die Blau-Datenkomponenten gesättigt,
so fährt der Prozess mit Schritt S104 fort. In Schritt
S104 weist die Systemsteuerung 23 die Lichtmengensteuerschaltung 41 an,
die Nutzleistung der Laserquelle 32 zu verringern. Nach
der Verringerung der Nutzleistung fährt der Prozess mit
Schritt S101 fort. Die Schritte S101 bis S104 werden so lange wiederholt, bis
die Blau-Datenkomponenten nicht gesättigt sind.
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Wird
in Schritt S103 festgestellt, dass die Blau-Datenkomponenten nicht
gesättigt sind, so fährt der Prozess mit Schritt
S105 fort. In Schritt S105 weist die Systemsteuerung 23 die
Lichtmengensteuerschaltung 41 an, die zuletzt bestimmte
Nutzleistung als maximal einstellbare Nutzleistung in dem ersten
RAM zu speichern, der mit der Lichtmengensteuerschaltung 41 verbunden
ist.
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In
dem auf Schritt S105 folgenden Schritt S106 weist die Systemsteuerung 23 die
Lichtmengensteuerschaltung 41 an, den Blendenmotor 39 so anzutreiben,
dass die Blendenöffnung auf 75% eingestellt wird. Ferner
weist die Systemsteuerung 23 die Lichtmengensteuerschaltung 41 an,
die Nutzleistung auf die in Schritt S105 gespeicherte, maximal einstellbare
Nutzleistung festzulegen. Nach Einstellung der Blendenöffnung
und der Nutzleistung führt der Prozess mit Schritt S107
fort.
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In
Schritt S107 weist die Systemsteuerung 23 die Lampe 31 über
die Stromversorgungsschaltung 38 an, das Weißlicht
auszusenden. Ferner weist die Systemsteuerung 23 die Laserquelle 32 über
die Lichtmengensteuerschaltung 41 an, das Anregungslicht
mit der festgelegten Nutzleistung auszusenden.
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In
dem auf Schritt S107 folgenden Schritt S108 weist die Systemsteuerung 23 die
Abbildungsvorrichtung 42 über den Treiber 22 an,
ein Bild des mit der ersten Lichtkomponente und dem Anregungslicht
beleuchteten Inneren der Weißabgleichsabdeckung aufzunehmen.
Zudem berechnet die Systemsteuerung 23 einen Rot-Verstärkungsfaktor
und einen Blau-Verstärkungsfaktor, um die Rot- und die Blau-Datenkomponenten
auf Grundlage des aufgenommenen Bildsignals mit diesen Faktoren
zu multiplizieren. Nach Berechnung der Verstärkungsfaktoren
fährt der Prozess mit Schritt S109 fort.
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In
Schritt S109 bestimmt die Systemsteuerung 23, ob der Blau-Verstärkungsfaktor
innerhalb eines bei der Fertigung vorbestimmten zulässigen
Bereichs liegt oder nicht. Liegt der Blau-Verstärkungsfaktor
außerhalb des zulässigen Bereichs, so fährt der
Prozess mit Schritt S110 fort. In Schritt S110 weist die Systemsteuerung 23 die
Lichtmengensteuerschaltung 41 an, die gerade bestimmte
Nutzleistung der Laserquelle zu verringern. Nach Verringern der
Nutzleistung kehrt der Prozess zu Schritt S107 zurück.
Die Schritte S107 und S110 werden solange wiederholt, bis der Blau-Verstärkungsfaktor
in dem zulässigen Bereich liegt.
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Es
wird nur der Blau-Verstärkungsfaktor mit dem zulässigen
Bereich verglichen, da die Laserquelle 32 lediglich die
Blau-Lichtkomponente auf ein Objekt abgibt, wie im Folgenden beschrieben
wird. Wird die Blau-Lichtkomponente von der Lampe 31 bereitgestellt,
so wird der berechnete Blau-Verstärkungsfaktor einen geeigneten
Wert haben. Jedoch kann in dem Endoskopprozessor 20 die
Lichtmenge der Blau-Lichtkomponente, die in dem auf das Objekt abgegebenen
Weißlicht enthalten ist, beträchtlich von den
Lichtmengen abweichen, mit denen die Rot- und die Grün-Lichtkomponente
in dem Weißlicht vorhanden sind. Der berechnete Blau-Verstärkungsfaktor
kann so deutlich verschieden von demjenigen Blau-Verstärkungsfaktor
sein, der auf Grundlage des Weißlichtes berechnet wird,
das nur von der Lampe 31 auf das Objekt abgegeben wird.
Wird der Weißabgleich mit einem weit abliegenden Blau-Verstärkungsfaktor
durchgeführt, so tritt verstärkt ein Blau-Farbrauschen
in dem erzeugten Bild auf. Folglich wird der Bereich für
den Blau-Verstärkungsfaktor, der zur Vermeidung eines Blau-Farbrauschens
in dem erzeugten Bild erforderlich ist, als zulässiger
Bereich vorgegeben.
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Wird
in Schritt S109 festgestellt, dass der Blau-Verstärkungsfaktor
innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, so fährt
der Prozess mit Schritt S111 fort. In Schritt S111 weist die Systemsteuerung 23 einen
nicht gezeigten, mit der Bildverarbeitungsschaltung 26 verbundenen
zweiten RAM an, den Rot- und den Blau-Verstärkungsfaktor,
die in Schritt S108 berechnet worden sind, zu speichern. Nach der
Speicherung fährt der Prozess mit Schritt S112 fort.
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In
Schritt S112 weist die Systemsteuerung 23 den ersten RAM
an, die vorliegende Nutzleistung und die vorliegende Blendenöffnung,
die einander entsprechen, zu speichern. Nach der Speicherung fährt
der Prozess mit Schritt S113 fort.
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In
Schritt S113 bestimmt die Systemsteuerung 23, ob die drei
Kombinationen von Nutzleistung und Blendenöffnung, die
jeweils einander entsprechen, in dem ersten RAM gespeichert worden
sind.
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Sind
diese drei Kombinationen nicht gespeichert worden, so fährt
der Prozess mit Schritt S114 fort. In Schritt S114 weist die Systemsteuerung 23 die Lichtmengensteuerschaltung 41 an,
den Blendenmotor 39 so anzutreiben, dass die Blendenöffnung
um 25% verringert wird. Ist demnach die vorliegende Blendenöffnung
75%, so wird sie auf 50% verringert. Ist sie 50%, so wird sie 25% verringert.
Nach der Einstellung der Blendenöffnung fährt
der Prozess mit Schritt S107 fort. Die Schritte S107 und S114 werden solange
wiederholt, bis die drei genannten Kombinationen gespeichert worden
sind.
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Wird
in Schritt S113 dagegen festgestellt, dass die drei Kombinationen
gespeichert worden sind, so fährt der Prozess mit Schritt
S115 fort. In Schritt S115 erzeugt die Systemsteuerung 23 auf Grund
der drei verschiedenen Nutzleistungen entsprechend den Blendenöffnungen
von 75, 50 und 25% Korrespondenztabellendaten, die der spezifischen
Korrespondenz zwischen der Blendenöffnung und der Nutzleistung
entsprechen. Nach der Erzeugung dieser Korrespondenztabellendaten
fährt der Prozess mit Schritt S116 fort.
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In
Schritt S116 speichert die Systemsteuerung 23 die Korrespondenztabellendaten
in dem ersten RAM. Sind die Korrespondenztabellendaten gespeichert,
so endet die Initialisierung für den Weißabgleich.
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Die
oben beschriebene Initialisierung wird durchgeführt, wenn
ein Standardendoskop an den Endoskopprozessor 20 angeschlossen
ist. Ist dagegen ein Autofluoreszenzendoskop an den Endoskopprozessor 20 angeschlossen,
so ist eine Einstellung des von der Laserquelle 32 ausgesendeten
Anregungslichtes nicht erforderlich, da das Anregungslichtsperrfilter 53 vorhanden
ist. Ist also ein Autofluoreszenzendoskop an den Endoskopprozessor 20 angeschlossen,
so wird die oben beschriebene Initialisierung unter Weglassung der
Schritte S102, S103, S104, S109, S110, S112, S113, S114, S115 und
S116 durchgeführt.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm nach 10 die
Steuerung der Lichtmenge beschrieben, welche die Systemsteuerung 23 vornimmt,
wenn das aufgenommene Bild unter Verwendung eines Standardendoskops
angezeigt wird.
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In
Schritt S200 weist die Systemsteuerung 23 die Lampe 31 und
die Laserquelle 32 über die Lichtmengensteuerschaltung 41 an,
das Weißlicht bzw. das Anregungslicht auszusenden.
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In
dem auf Schritt S200 folgenden Schritt S201 weist die Systemsteuerung 23 die
Abbildungsvorrichtung 52 über den Treiber 22 an,
ein mit der ersten Lichtkomponente und dem Anregungslicht beleuchtetes
Objekt zur Erzeugung eines Bildsignals aufzunehmen. Ferner weist
die Systemsteuerung 23 die erste Verarbeitungsschaltung
an, den mittleren Luminanzwert auf Grundlage des erzeugten Bildsignals
zu berechnen. Nach der Berechnung des mittleren Luminanzwertes fährt
der Prozess mit Schritt S202 fort.
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In
Schritt S202 weist die Systemsteuerung 23 die Lichtmengensteuerschaltung 41 an,
die Differenz zwischen dem mittleren Luminanzwert und dem Referenzwert
zu berechnen.
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In
dem auf Schritt S202 folgenden Schritt S203 weist die Systemsteuerung 23 die
Lichtmengensteuerschaltung 41 an, zu bestimmen, ob der
Absolutwert der berechneten Differenz kleiner als ein Schwellwert
ist oder nicht. Ist die Differenz kleiner als der Schwellwert, so
endet der Prozess zum Steuern der Lichtmenge. Ist dagegen die Differenz
größer oder gleich dem Schwellwert, so fährt
der Prozess mit Schritt S204 fort.
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In
Schritt S204 weist die Systemsteuerung 23 die Lichtmengensteuerschaltung 41 an,
die Blendenöffnung der Blende 33 entsprechend
der in Schritt S202 berechneten Differenz zu bestimmen. Nach dieser
Bestimmung fährt der Prozess mit Schritt S205 fort.
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In
Schritt S205 weist die Systemsteuerung 23 die Lichtmengensteuerschaltung 41 an,
die Nutzleistung der Laserquelle 32 entsprechend der Blendenöffnung
festzulegen, die in Schritt S204 auf Grundlage der in der Initialisierung
für den Weißabgleich erzeugten Korrespondenztabellendaten
bestimmt worden sind.
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In
dem auf Schritt S205 folgenden Schritt S206 weist die Systemsteuerung 23 die
Lichtmengensteuerschaltung 41 an, den Blendenmotor 39 so anzutreiben,
dass die Blendenöffnung der Blende 33 mit der
in Schritt S204 bestimmten Blendenöffnung übereinstimmt,
und die Laserquelle 32 mit der in Schritt S205 festgelegten
Nutzleistung zu betreiben.
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In
obigem Ausführungsbeispiel kann ein akzeptables Weißbild
bei Anschluss eines Standardendoskops an den Endoskopprozessor 20 erzeugt
werden, indem die Nutzleistung der Laserquelle 32 entsprechend
der Blendenöffnung der Blende eingestellt wird.
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In
obigem Ausführungsbeispiel ist ein Mechanismus zum Bewegen
des dichroitischen Spiegels 35 nicht erforderlich. Der
dichroitische Spiegel 35 kann also fest montiert sein.
So ist es möglich, Ausfälle der Laserquelleeinheit 30 zu
vermeiden, die Verzögerungszeiten beim Schalten der Lichtquellen zu
verkürzen, die Zahl an Teilen für die Lichtquelleneinheit 30 zu
verringern und die Fertigungskosten zu senken.
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In
obigem Ausführungsbeispiel kann zudem das Blau-Farbrauschen
verringert werden, da die Lichtmenge der ersten Lichtkomponente
und die des Anregungslichtes, die von der Lichtquelleneinheit 30 ausgesendet
werden, getrennt voneinander eingestellt werden können.
Im Allgemeinen ist die Empfindlichkeit einer Abbildungsvorrichtung
gegenüber der Blau-Lichtkomponente kleiner als für
die Grün- und Rot-Lichtkomponente. Wird ein Objekt mit
Weißlicht beleuchtet, das aus praktisch den gleichen Mengen
an Blau-, Grün- und Rot-Lichtkomponente besteht, so wird
ein relativ großer Blau-Verstärkungsfaktor angewandt.
Dementsprechend nimmt das Blau-Farbrauschen zu und wird so deutlich
bemerkbar. Dagegen wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
das Blau-Farbrauschen verringert, indem die Menge an Anregungslicht,
das die Lichtquelleneinheit 30 aussendet, relativ vergrößert
wird.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die spezifische
Korrespondenz zwischen der Blendenöffnung der Blende 33 und
der Nutzleistung der Laserquelle 32 durch die Systemsteuerung 23 in der
Initialisierung für den Weißabgleich festgelegt. Die
spezifische Korrespondenz kann jedoch auch nach anderen Verfahren
festgelegt werden. So ist die gleiche technische Wirkung erzielbar,
sofern die Nutzleistung in Abhängigkeit der Blendenöffnung
so eingestellt wird, dass die eingestellte Nutzleistung und die
gerade vorliegende Blendenöffnung der spezifischen Korrespondenz
genügen. So kann die spezifische Korrespondenz beispielsweise
für jedes einzelne elektronische Endoskop während
der Fertigung festgelegt und in einem Endoskopspeicher gespeichert
werden, der in dem Endoskop eingebaut ist. Wird dann das Endoskop
an den Endoskopprozessor 20 angeschlossen, so liest die
Lichtmengensteuerschaltung 41 die spezifische Korrespondenz aus
und nutzt sie zur Einstellung der Nutzleistung.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Lichtmenge
der ersten Lichtkomponente und die des Anregungslichtes, die auf
das Objekt abgegeben werden, durch Ändern der Blendenöffnung
der Blende 33 bzw. der Nutzleistung der Laserquelle 32 eingestellt.
Die Lichtmengen können jedoch auch unter Verwendung anderer
Vorrichtungen zur Lichtsteuerung eingestellt werden. Sofern die Lichtmengen
so gesteuert werden, dass das zweite Verhältnis einem für
jedes einzelne Endoskop festgelegten Verhältnis angeglichen
ist, wird die gleiche technische Wirkung erzielt.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden das Weißlicht
und das Anregungslicht gleichzeitig von der Lichtquelleneinheit 30 ausgesendet,
und es werden die Lichtmengen der Farbkomponenten des empfangenen
Lichtes in der Initialisierung für den Weißabgleich
gleichzeitig erfasst, um die spezifische Korrespondenz zu bestimmen.
Es ist jedoch ebenso möglich, das Weißlicht und
das Anregungslicht getrennt voneinander auszusenden und die Lichtmengen
der Farbkomponenten des empfangenen Lichtes getrennt voneinander
zu erfassen.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Nutzleistung
für die Laserquelle 32 in Abhängigkeit
der Blendenöffnung der Blende 33 zur Betrachtung
eines Weißlichtbildes eingestellt. Die gleiche technische
Wirkung wird jedoch auch dann erzielt, wenn die Blendenöffnung
in Abhängigkeit der Nutzleistung eingestellt wird. Jedoch
ist die Einstellung der Nutzleistung in Abhängigkeit der
Blendenöffnung schneller möglich als eine Einstellung
der Blendenöffnung in Abhängigkeit der Nutzleistung.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden drei
Kombinationen von Blendenöffnung und Nutzleistung in der
Initialisierung für den Weißabgleich erfasst.
Jedoch ist die Zahl an Kombinationen nicht auf drei beschränkt.
Werden in der Initialisierung die geeigneten Nutzleistungen für
einen bestimmten Blau-Verstärkungsfaktor für mehr
als drei verschiedene Blendenöffnungen bestimmt und diese
Kombinationen aus Blendenöffnung und Nutzleistung zur Festlegung
der spezifischen Korrespondenz genutzt, so kann die auf ein Objekt
abgegebene Menge an Anregungslicht noch besser gesteuert werden.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Nutzleistung
der Laserquelle eingestellt, wenn die Blendenöffnung in
der Initialisierung für den Weißabgleich auf 75,
50 und 25% eingestellt ist. Jedoch ist die Blendenöffnung
nicht auf diese Einstellwerte von 75, 50 und 25% beschränkt.
Die Nutzleistung kann auch eingestellt werden, wenn die Menge des
auf den Lichtleiter 51 fallenden ersten Lichtes konstant
gehalten und ein Bild der Innenfläche der Weißabgleichsabdeckung
aufgenommen wird.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Lichtquelleneinheit 30 die
erste Lichtkomponente und das Blau-Anregungslicht gleichzeitig oder
separat aussenden. Die Lichtquelleneinheit 30 sendet jedoch
vorzugsweise mindestens zwei verschiedene Lichtarten aus, die wenigstens
eine der Lichtkomponenten für rot, grün und blau enthalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-342033 [0005]
- - JP 2005-342034 [0005]