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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Abtastendoskop, das ein optisches
Bild eines Objektes, das um ein Einführrohr des Abtastendoskops
herum angeordnet ist, fotografisch und/oder filmerisch aufnimmt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Das
japanische Patent 3943927 offenbart
ein Abtastendoskop, das ein optisches Bild eines Beobachtungsbereichs
fotografisch und/oder filmerisch aufnimmt, indem es den Beobachtungsbereich
mit Licht abtastet, das auf einen winzigen Punkt in dem Bereich
geleuchtet wird, und sukzessive das an den beleuchteten Punkten
reflektierte Licht einfängt. In einem üblichen
Abtastendoskop wird das Beleuchtungslicht durch eine Lichtleitfaser
von einem ortsfesten Eintrittsende zu einem beweglichen Abstrahlende geleitet
und eine Ab tastung vorgenommen, indem das Abstrahlende der Lichtleitfaser
sukzessive bewegt wird.
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Ein übliches
Abtastendoskop ist so gestaltet, dass ein Gesichtsfeld des Abtastendoskops
vor einem distalen Ende eines Einführrohrs des Abtastendoskops
liegt. Jedoch ist es schwierig, bestimmte Arten von Objekten mittels
eines solchen Abtastendoskops zu beobachten. Dies liegt daran, dass
es schwierig ist, die Position des Einführrohrs in einem dünnen
Hohlraum, z. B. in einer Bronchialverästelung, so einzustellen,
dass das distale Ende des Einführrohrs der Innenfläche
des dünnen Hohlraums zugewandt ist. Folglich wird die Innenfläche
eines dünnen Hohlraums unter einem großen Eintrittswinkel bezüglich
der Innenfläche fotografisch und/oder filmerisch aufgenommen.
Jedoch ist es schwierig, den Zustand der Innenfläche anhand
des Innenflächenbildes der Innenfläche zu erkennen,
das unter einem solch großen Eintrittswinkel fotografisch
und/oder filmerisch aufgenommen worden ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Deshalb
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abtastendoskop
anzugeben, das ein optisches Bild des um ein Einführrohr
herum vorgesehenen Objektes in direkter Frontalansicht fotografisch
und/oder filmerisch aufzunehmen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist ein Abtastendoskop vorgesehen, das
einen ersten Übertrager, einen Antrieb und einen Spiegel
umfasst. Der erste Übertrager sendet einen Lichtstrahl
aus einem Abstrahlende aus. Der Lichtstrahl beleuchtet einen Beobachtungsbereich.
Der Antrieb bewegt das Abstrahlende in eine Richtung senkrecht zu
einer Abstrahlrichtung. Der Lichtstrahl wird aus dem Abstrahlende
des ersten Übertragers in Abstrahlrichtung ausgesendet.
Der Spiegel ist von dem Abstrahlende in Abstrahlrichtung angeordnet,
wenn das Abstrahlende an einem vorbestimmten Standardpunkt angeordnet
ist. Der Spiegel weist eine Reflexionsfläche auf, die um
eine erste gerade Linie herum angeordnet ist. Die erste gerade Linie
liegt parallel zu einer ersten Richtung und enthält den
Standardpunkt. Die erste Richtung ist die Abstrahlrichtung des Abstrahllichtes,
wenn das Abstrahlende an dem Standardpunkt angeordnet ist. Der Abstand
zwischen der ersten Position auf der ersten geraden Linie und einer beliebigen
zweiten Position auf der Reflexionsfläche nimmt zu, wenn
die erste Position in die erste Richtung bewegt wird. Die Reflexionsfläche
reflektiert das von dem ersten Übertrager ausgesendete
Abstrahllicht auf den um die erste gerade Linie herum vorgesehenen
Beobachtungsbereich. Eine Linie, die die erste und die zweite Position
miteinander verbindet, liegt senkrecht zu der ersten geraden Linie.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist ein Abtastendoskopprozessor vorgesehen,
der eine Lichtquelle, einen Lichtempfänger, einen Bildprozessor und
eine erste Steuerung umfasst. Die Lichtquelle liefert dem ersten Übertrager
des Abtastendoskops das Abstrahllicht. Der Lichtempfänger
empfängt und erfasst eine Menge des reflektierten Lichtes
oder der Fluoreszenzstrahlung in dem mit dem Abstrahllicht beleuchteten
Beobachtungsbereich. Der Bildprozessor erzeugt ein dem Beobachtungsbereich
entsprechendes Bild auf Grundlage der Menge des reflektierten Lichtes
oder der Fluoreszenzstrahlung, die von dem Lichtempfänger
erfasst wird. Die erste Steuerung setzt die Erzeugung eines Bildes
in den Bildprozessor aus, wenn sich das Abstrahlende innerhalb des
ersten Bereiches befindet. Die erste Steuerung weist den Bildprozessor
an, das Bild zu erzeugen, wenn sich das Abstrahlende außerhalb
des ersten Bereiches befindet.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist eine Abtastendoskopeinrichtung vorgesehen,
die das Abtastendoskop und den Abtastendoskopprozessor umfasst.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Gegenstände und Vorteile der folgenden Erfindung werden
deutlich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Abtastendoskopeinrichtung ist, die
ein Abtastendoskop und einen Abtastendoskopprozessor nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 ein
Blockdiagramm ist, das den internen Aufbau des Abtastendoskopprozessors
schematisch zeigt;
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3 ein
Blockdiagramm ist, das den internen Aufbau des Abtastendoskops schematisch
zeigt;
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4 eine
Schnittansicht des Abstrahlendes der Beleuchtungsfaser längs
deren Achsrichtung ist;
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5 eine
Schnittansicht des Faserantriebs längs der Achsrichtung
der Beleuchtungsfaser ist, wobei diese Schnittansicht dazu dient,
den Aufbau des Faserantriebs zu veranschaulichen;
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6 eine
Vorderansicht des Faserantriebs vom Abstrahlende der Beleuchtungsfaser
her gesehen ist;
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7 eine
perspektivische Ansicht des Faserantriebs ist;
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8 ein
Graph ist, der die Positionsänderung des Abstrahlendes
gegenüber dem Standardpunkt längs der ersten und
der zweiten Biegerichtung zeigt;
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9 eine
spiralförmige Bahn zeigt, längs der das Abstrahlende
der Beleuchtungsfaser durch den Faserantrieb bewegt wird;
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10 eine
perspektivische Ansicht der Bildfasern und des Hohlrohrs ist, wobei
diese perspektivische Ansicht dazu dient, die Anordnung der Bildfasern
auf dem Hohlrohr zu veranschaulichen;
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11 eine
perspektivische Ansicht der Bildfasern, des Hohlrohrs und der Ringlinse
ist, wobei diese perspektivische Ansicht dazu dient, die Anordnung
der Bildfasern und der Ringlinse auf dem Hohlrohr zu veranschaulichen;
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12 eine
perspektivische Ansicht der Bildfasern, des Hohlrohrs, der Ringlinse
und des röhrenförmigen Glases ist, wobei diese
perspektivische Ansicht dazu dient, die Anordnung der Bildfasern,
der Ringlinse und des röhrenförmigen Glases auf
dem Hohlrohr zu veranschaulichen;
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13 eine
perspektivische Ansicht des distalen Endes des Einführrohrs
ist;
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14 eine
perspektivische Ansicht des Spiegels ist;
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15 den
Punkt auf dem Spiegel veranschaulicht, der mit dem Weißlaserstrahl
beleuchtet wird, wenn das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser längs
des ersten Kreisumfangs bewegt wird;
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16 eine
Stelle zeigt, die zum Abtasten mit dem Weißlaserstrahl
beleuchtet wird;
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17 eine
Ortskurve der Punkte des Beobachtungsbereichs zeigt, der mit dem
von dem bewegten Abstrahlende der Beleuchtungsfaser ausgesendeten
weißen Laserstrahl beleuchtet wird;
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18 den
Zusammenhang zwischen der Form des mit dem weißen Laserstrahl
abgetasteten Beobachtungsbereichs und der auf dem Monitor angezeigten
abgewickelten Darstellung zeigt; und
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19 ein
Graph ist, der den Zusammenhang zwischen der Signalintensität
des Pixelsignals und der abgelaufenen Zeit zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen
gezeigten Ausführungsbeispiels beschrieben.
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Die
in 1 gezeigte Abtastendoskopeinrichtung 10 umfasst
einen Abtastendoskopprozessor 20, ein Abtastendoskop 50 und
einen Monitor 11. Der Abtastendoskopprozessor 20 ist
an das Abtastendoskop 50 und den Monitor 11 angeschlossen.
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Im
Folgenden sind mit einem Abstrahlende einer Beleuchtungsfaser (in 1 nicht
gezeigt) und mit Eintrittsenden von Bildfasern (in 1 nicht
gezeigt) Enden gemeint, die in dem distalen Ende des Einführrohrs 51 des
Abtastendoskops 50 montiert sind. Zudem sind mit einem
Eintrittsende der Beleuchtungsfaser und mit Abstrahlenden der Bildfasern
Enden gemeint, die in einem Anschlussstück 52 montiert
sind, das an den Abtastendoskopprozessor 20 angeschlossen
ist.
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Der
Abtastendoskopprozessor 20 liefert Licht, das einen Beobachtungsbereich
(vgl. ”OA” in 1) beleuchtet.
Das von dem Abtastendoskopprozessor 20 ausgesendete Licht
wird durch die Beleuchtungsfaser (erster Übertrager) zu
dem distalen Ende des Einführrohrs 51 übertragen
und beleuchtet einen Punkt in dem Beobachtungsbereich. Das von dem
beleuchteten Punkt reflektierte Licht wird von dem distalen Ende
des Einführrohrs 51 zu dem Abtastendoskopprozessor 20 geleitet.
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Die
Ausrichtung des Abstrahlendes der Beleuchtungsfaser wird durch einen
Faserantrieb (in 1 nicht gezeigt) verändert.
Indem die Ausrichtung verändert wird, wird der Beobachtungsbereich mit
dem aus der Beleuchtungsfaser ausgesendeten Licht abgetastet. Der
Faserantrieb wird von dem Abtastendoskopprozessor 20 gesteuert.
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Der
Abtastendoskopprozessor 20 empfängt reflektiertes
Licht, das an dem beleuchteten Punkt gestreut wird, und erzeugt
ein der empfangenen Lichtmenge entsprechendes Pixelsignal. Ein Bildsignal
entsprechend einem einzelnen Vollbild wird erzeugt, indem Pixelsignale
entsprechend den insgesamt in dem Beobachtungsbereich verteilten
beleuchteten Punkten erzeugt werden. Das erzeugte Bildsignal wird
an den Monitor 11 gesendet, auf dem ein dem empfangenen
Bildsignal entsprechendes Bild angezeigt wird.
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Wie
in 2 gezeigt, enthält der Abtastendoskopprozessor 20 eine
Lichtquelleneinheit 30, eine Lichtaufnahmeeinheit 21,
einen Abtasttreiber 22, eine Bildverarbeitungsschaltung 23,
eine Zeitsteuerung 24, eine Systemsteuerung 25 (erste
bis dritte Steuerung) sowie weitere Komponenten.
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Die
Lichtquelleneinheit 30 enthält einen roten, einen
grünen und einen blauen Laser (nicht gezeigt), die einen
roten, einen grünen bzw. einen blauen Laserstrahl aussenden.
Der rote, der grüne und der blaue Laserstrahl werden zu
einem weißen Laserstrahl gemischt, der von der Lichtquelleneinheit 30 ausgesendet
wird.
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Die
Lichtquelleneinheit 30 speist die Beleuchtungsfaser 53 mit
einem weißen Laserstrahl, der von der Lichtquelleneinheit 30 ausgesendet
wird. Der Abtasttreiber 22 steuert den Faserantrieb 54 so, dass
das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 längs
einer vorbestimmten Bahn bewegt wird. Wie oben beschrieben, wird
das zu dem Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 geleitete
Licht in Achsrichtung der Beleuchtungsfaser 53 an deren
Abstrahlende ausgesendet.
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Das
von dem Beobachtungsbereich reflektierte Licht wird von den Bildfasern 55 (zweiter Übertrager),
die das Abtastendoskop 50 bilden, an den Abtastendoskopprozessor 20 übertragen.
Das übertragene Licht fällt auf die Lichtaufnahmeeinheit 21.
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Die
Lichtaufnahmeeinheit 21 erzeugt ein Pixelsignal entsprechend
der reflektierten Lichtmenge. Das Pixelsignal wird zu der Bildverarbeitungsschaltung 23 geleitet,
die das empfangene Pixelsignal in dem Bildspeicher 26 speichert.
Sind einmal die Pixelsignale, die den beleuchteten, über
den Beobachtungsbereich verteilten Punkten entsprechen, gespeichert,
so führt die Bildverarbeitungsschaltung 23 eine
vorbestimmte Bildverarbeitung an den Pixelsignalen durch; anschließend
wird das Bildsignal, das einem einzelnen Vollbild entspricht, über
den Codierer 27 an den Monitor 11 gesendet.
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Indem
das Abtastendoskop 50 an den Abtastendoskopprozessor 20 angeschlossen
wird, sind die optischen Kopplungen zwischen der Lichtquelleneinheit 30 und
der in dem Abtastendoskop 50 montierten Beleuchtungsfaser 53 sowie
zwischen der Lichtaufnahmeeinheit 21 und den Bildfasern 55 hergestellt. Indem
zudem das Abtastendoskop 50 an den Abtastendoskopprozessor 20 angeschlossen
wird, ist der in dem Abtastendoskop 50 montierte Faserantrieb 54 elektrisch
mit dem Abtasttreiber 22 verbunden.
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Die
zeitliche Abstimmung für die Operationen, die von der Lichtquelleneinheit 30,
der Lichtaufnahmeeinheit 21, der Bildverarbeitungsschaltung 23, dem
Abtasttreiber 22 und dem Codierer 27 durchzuführen
sind, werden von der Zeitsteuerung 24 gesteuert. Außerdem
werden die Zeitsteuerung 24 sowie weitere Komponenten der
Endoskopeinrichtung 10 von der Systemsteuerung 25 gesteuert.
Ein Benutzer kann Befehle in den Eingabeblock 28 eingeben,
der ein Bedienfeld (nicht gezeigt) sowie weitere Mechanismen umfasst.
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Als
nächstes wird der Aufbau des Abtastendoskops 50 beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, enthält das Abtastendoskop 50 die
Beleuchtungsfaser 53, den Faserantrieb 54, die
Bildfasern 55, einen Spiegel 61 sowie weitere
Komponenten.
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Die
Beleuchtungsfaser 53 und die Bildfasern 55 sind
ausgehend von dem Anschlussstück 52 bis zum distalen
Ende des Einführrohrs 51 innerhalb des Abtastendoskops 50 angeordnet.
Wie oben beschrieben, fällt der von der Lichtquelleneinheit 30 ausgesendete
weiße Laserstrahl auf das Eintrittsende der Beleuchtungsfaser 53.
Der einfallende weiße Laserstrahl wird zum Abstrahlende
der Beleuchtungsfaser 53 geleitet.
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Wie
in 4 gezeigt, ist an dem distalen Ende des Einführrohrs 51 ein
festes Hohlrohr 57 montiert. Das Hohlrohr 57 ist
so angeordnet, dass die Achsrichtung des distalen Endes des Einführrohrs 51 parallel
zu einer ersten Richtung liegt, die die Achsrichtung des Hohlrohrs 57 ist.
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Die
Beleuchtungsfaser 53 ist innerhalb des Hohlrohrs 57 an
dem Faserantrieb 54 gehalten. Die Beleuchtungsfaser 53 ist
in dem Hohlrohr 57 so angeordnet, dass die Achsrichtung
des Hohlrohrs 57 parallel zur Achsrichtung des Einführrohrs 51 liegt, das
von dem Faserantrieb 54 nicht bewegt wird.
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Wie
in 5 gezeigt, enthält der Faserantrieb 54 einen
Halteblock 54s und einen Biegeblock 54b. Der Biegeblock 54b ist
zylindrisch geformt. Die Beleuchtungsfaser 53 ist durch
den zylindrischen Biegeblock 54b eingesetzt. Die Beleuchtungsfaser 53 ist
durch den Halteblock 54s am vorderen Ende des Biegeblocks 54b,
welches am nächsten zu dem distalen Ende des Einführrohrs 51 hin
angeordnet ist, gehalten.
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Wie
in 6 gezeigt, sind an dem Biegeblock 54b ein
erstes und ein zweites Biegeelement 54b1 und 54b2 befestigt.
Das erste und das zweite Biegeelement 54b1 und 54b2 sind
jeweils aus Paaren von zwei piezoelektrischen Elementen gebildet. Zudem
expandieren und kontrahieren das erste und das zweite Biegeelement 54b1 und 54b2 längs
der Achsrichtung des zylindrischen Biegeblocks 54b auf Grundlage
eines Faserantriebssignals, das von dem Abtasttreiber 22 gesendet
wird.
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Zwei
piezoelektrische Elemente, die die ersten Biegelemente 54b1 bilden,
sind so an der Außenfläche des zylindrischen Biegeblocks 54b befestigt, dass
die Achse des zylindrischen Biegeblocks 54b zwischen den
piezoelektrischen Elementen liegt. Außerdem sind zwei piezoelektrische
Elemente, die die zwei ten Biegeelemente 54b2 bilden, an
der Außenfläche des zylindrischen Biegeblocks 54b an
einer Stelle befestigt, die in Umfangsrichtung um 90° um die
Achse des zylindrischen Biegeblocks 54b gegenüber
dem ersten Biegeelement 54b1 versetzt ist.
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Wie
in 7 gezeigt, biegt sich der Biegeblock 54b in
eine erste Biegerichtung, indem eines der piezoelektrischen Elemente,
die das erste Biegeelement 54b1 bilden, expandiert und
gleichzeitig das andere kontrahiert. Die piezoelektrischen Elemente, die
das erste Biegelement 54b1 bilden, sind längs der
ersten Biegerichtung angeordnet.
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Zudem
biegt sich der Biegeblock 54b in einer zweiten Biegerichtung,
indem eines der piezoelektrischen Elemente, die das zweite Biegeelement 54b2 bilden,
expandiert und gleichzeitig das andere kontrahiert. Die piezoelektrischen
Elemente, die das zweite Biegeelement 54b2 bilden, sind
längs der zweiten Biegerichtung angeordnet.
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Die
Seitenfläche der Beleuchtungsfaser 53 wird von
dem Biegeblock 54b über den Halteblock 54s in
die erste und/oder die zweite Biegerichtung gedrückt, und
die Beleuchtungsfaser 53 biegt sich in die erste und/oder
die zweite Biegerichtung, die senkrecht zur Achsrichtung der Beleuchtungsfaser 53 liegen.
Indem die Beleuchtungsfaser 53 gebogen wird, wird das Abstrahlende
der Beleuchtungsfaser 53 senkrecht zu deren Achsrichtung
bewegt.
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Wie
in 8 gezeigt, wird das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 so
bewegt, dass das Abstrahlende in der ersten und der zweiten Biegerichtung
mit Amplituden schwingt, die wiederholt zunehmen und abnehmen. Die
Frequenzen der Schwingung in der ersten und der zweiten Biegerichtung werden
so eingestellt, dass sie gleich sind. Außerdem werden die
Perioden für das An steigen und das Abfallen der Amplituden
der Schwingung in der ersten und der zweiten Biegerichtung synchronisiert.
Die Phasen der Schwingung in der ersten und der zweiten Biegerichtung
sind ferner um 90 Grad verschoben.
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Indem
das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 in oben beschriebener
Weise in der ersten und der zweiten Biegerichtung schwingt, folgt
das Abstrahlende der in 9 gezeigten spiralförmigen Bahn,
und der Beobachtungsbereich wird mit dem weißen Laserstrahl
abgetastet.
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Die
Position des Abstrahlendes der Beleuchtungsfaser 53 bei
nicht gebogener Beleuchtungsfaser 53 ist als Standardpunkt
definiert. Während das Abstrahlende mit zunehmender Amplitude
ausgehend von dem Standardpunkt schwingt (vgl. ”Abtastperiode” in 8),
erfolgen die Beleuchtung des Beobachtungsbereichs mit dem weißen
Laserstrahl und die Erzeugung der Pixelsignale, wie später
beschrieben wird.
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Erreicht
die Amplitude innerhalb des vorbestimmten Bereiches ein Maximum,
so endet eine einzelne Abtastoperation zur Erzeugung eines einzelnen
Bildes. Nach Beendigung einer Abtastoperation kehrt das Abstrahlende
der Beleuchtungsfaser 53 zu dem Standardpunkt zurück,
indem das Abstrahlende in der ersten und der zweiten Biegerichtung
während einer Pausenperiode mit abnehmender Amplitude schwingt,
wie in 8 gezeigt ist. Ist das Abstrahlende in den Standardpunkt
bewegt, so legt dies den Beginn einer Abtastoperation zur Erzeugung
eines weiteren Bildes fest.
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Wie
in den 4 und 10 gezeigt, ist die Vielzahl
an Bildfasern 55 so um das Hohlrohr 57 herum befestigt,
dass die Bildfasern 55 das Hohlrohr 57 umgeben.
Außerdem sind die Bildfasern 55 so befestigt,
dass die Achsrichtungen der Bildfasern 55 am Eintrittsende
und das Hohlrohr 57 parallel liegen.
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Wie
in den 4 und 11 gezeigt, ist das Hohlrohr 57 in
eine Ringlinse 58 eingesetzt. Die Ringlinse 58 ist
auf die Eintrittsenden der Bildfasern 55 geklebt.
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Wie
ferner in den 4 und 12 gezeigt, ist
ein Kopfende des Hohlrohrs 57 durch Einsetzen in das rohrförmige
Glas 59 angebracht. Das Hohlrohr 57 ist befestigt,
ohne dass es durch das röhrförmige Glas 59 geführt
ist. Das rohrförmige Glas 59 ist farblos und durchsichtig.
An einem unbedeckten Abschnitt (vgl. ”US” in 4),
der nicht an dem Hohlrohr 57 angebracht ist, tritt Licht
aus dem Inneren des rohrförmigen Glases 59.
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Wie
in 13 gezeigt, sind die Bildfasern 55, das
Hohlrohr 57, die Ringlinse 58 und das rohrförmige
Glas 59 so angeordnet, dass das rohrförmige Glas 59 und
die Ringlinse 58 von dem distalen Ende des Einführrohrs 51 hervorstehen.
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Wie
in 4 gezeigt, ist eine Spiegelbefestigungsplatte 60 an
einem Ende des rohrförmigen Glases 59 befestigt,
das dem Ende, das an dem Hohlrohr 57 angebracht ist, entgegengesetzt
ist. An der Spiegelbefestigungsplatte 60 ist innerhalb
des rohrförmigen Glases 59 ein Spiegel 61 montiert.
Wie in 14 gezeigt, hat der Spiegel 61 die
Form eines Kegels. An der Außenfläche des Spiegels 61 befindet sich
eine Reflexionsfläche 61r, die den von der Lichtquelleneinheit 30 ausgesendeten
weißen Laserstrahl reflektiert. Zudem ist nahe der Spitze
des Kegels an der Außenfläche des Spiegels 61 eine
Abschwächungsfläche 61a angeordnet, die
den weißen Laserstrahl abschwächt.
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Der
an der Spiegelbefestigungsplatte 60 vorgesehene Spiegel 61 ist
so angeordnet, dass die Kegelachse des Spiegels 61 an einer
ersten geraden Linie (vgl. ”L1” in 4)
ausgerichtet ist, die durch den Standardpunkt verläuft
und parallel zur Achsrichtung des Hohlrohrs 57 liegt. Außerdem
ist der Spiegel 61 so geformt, dass der weiße
Laserstrahl, der von dem durch Biegen bewegten Abstrahlende ausgesendet und
an der Reflexionsfläche 61r reflektiert wird,
den unbedeckten Abschnitt (vgl. ”US”) erreicht,
ohne in das Hohlrohr 57 zu gelangen.
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Das
an dem Hohlrohr 57 angebrachte Ende des rohrförmigen
Glases 59 ist gänzlich von einem Abschirmfilm 59f (Abschirmung)
bedeckt. Der Abschirmfilm 59f hindert Streulicht, das aus
dem weißen Laserstrahl entweicht, bevor es den Beobachtungsbereich
erreichen kann, daran, sich längs des rohrförmigen
Glases 59 auszubreiten und über die Ringlinse 58 in
die Eintrittsenden der Bildfasern 55 zu gelangen.
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Es
ist schwierig, das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 stabil
innerhalb eines kreisförmigen Bereiches, der einen bestimmten
Radius aufweist und den Standardpunkt als Mittelpunkt hat, zirkulieren
zu lassen oder spiralförmig zu bewegen. Es wird ein minimaler
Radius, der es dem Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 ermöglicht,
stabil zu zirkulieren, gemessen und als erster Radius (erste Länge) festgelegt.
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Wie
in 15 gezeigt, erreicht der weiße Laserstrahl,
der von dem Abstrahlende, das längs eines ersten Kreisumfangs
(vgl. ”c1”) eines Kreismusters mit dem Standardpunkt
(vgl. ”sp”) als dessen Mittelpunkt und dem ersten
Radius (vgl. ”r1”) als dessen Radius bewegt wird,
ausgesendet wird, einen zweiten Kreisumfang (vgl. ”c2”)
auf dem Spiegel 61. Der zweite Kreisumfang bildet eine
Ortskurve, die dadurch definiert ist, dass sich ein Punkt auf der
Kegelfläche des Spiegels 61 so bewegt, dass der
Abstand von diesem bewegten Punkt zur Spitze konstant bleibt.
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Die
Abschwächungsfläche 61a (vgl. den schraffierten
Bereich) ist auf der Kegelfläche ausgebildet, die durch
die Spitze und den zweiten Kreisumfang begrenzt ist. Außerdem
ist die Reflexionsfläche 61r auf der Teilkegelfläche
ausgebildet, die durch den zweiten Kreisumfang und einen an der
Basis des kegelförmigen Spiegels 61 liegenden
Kreisumfang begrenzt ist.
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Die
Reflexionsfläche 61r hat eine Anfangsmarkierung 61m,
die eine Linie längs der Erzeugenden des konischen Spiegels 61 ist.
Die Anfangsmarkierung ist beispielsweise eine schwarze gerade Linie
und absorbiert reflektionsfrei den auf die Anfangsmarkierung 61m fallenden
weißen Laserstrahl.
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Wie
in 16 gezeigt, wird der von der Beleuchtungsfaser 53 ausgesendete
weiße Laserstrahl an dem Spiegel 61 reflektiert,
tritt durch den unbedeckten Abschnitt (vgl. ”US”)
des rohrförmigen Glases 59 und beleuchtet den
Beobachtungsbereich um das rohrförmige Glas 59 herum.
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Wie
in 17 gezeigt, bewegt sich der von dem weißen
Laserstrahl beleuchtete Punkt des Beobachtungsbereichs längs
einer spiralförmigen Bahn. Der Beobachtungsbereich wird
mit dem weißen Laserstrahl abgetastet, indem der beleuchtete
Punkt längs dieser spiralförmigen Bahn bewegt
wird. Der Punkt des Beobachtungsbereichs, der mit dem weißen
Laserstrahl beleuchtet wird, wenn der weiße Laserstrahl
von dem Abstrahlende ausgesendet wird und den Schnittpunkt zwischen
dem zweiten Kreisumfang und der Anfangsmarkierung 61m erreicht, wird
als Abtaststartpunkt definiert. Der Punkt des Beobachtungsbereichs,
der mit dem weißen Laserstrahl beleuchtet wird, wenn sich
das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 an dem von dem
Mittelpunkt der spiralförmigen Bahn entferntesten Punkt
befindet, wird als Abtastendpunkt definiert.
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Das
reflektierte Licht wird an dem Punkt auf dem Beobachtungsbereich
gestreut, der mit dem weißen Laserstrahl beleuchtet wird.
Das reflektierte Licht wird von der Ringlinse 58 eingesammelt
und fällt auf die Eintrittsenden der Bildfasern 55.
Das auf die Bildfasern 55 fallende reflektierte Licht wird
zu den Abstrahlenden der Bildfasern 55 geleitet. Wie oben
beschrieben, sind die Abstrahlenden der Bildfasern 55 optisch
mit der Lichtaufnahmeeinheit 51 gekoppelt. Das reflektierte
Licht, das zu den Abstrahlenden geleitet wird, fällt auf
die Lichtaufnahmeeinheit 21.
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Die
Lichtaufnahmeeinheit 21 erfasst die Menge der roten, der
grünen und der blauen Lichtkomponente in dem reflektierten
Licht und erzeugt Pixelsignale entsprechend den Mengen dieser Lichtkomponenten.
Die Pixelsignale werden an die Bildverarbeitungsschaltung 23 gesendet.
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Die
Bildverarbeitungsschaltung 23 schätzt auf Grundlange
von Signalen, die zum Steuern des Abtasttreibers 22 genutzt
werden, die Punkte ab, die mit dem weißen Laserstrahl beleuchtet
werden. Außerdem speichert die Bildverarbeitungsschaltung 23 die
empfangenen Pixelsignale unter den Adressen des Bildspeichers 26 ab,
die diesen abgeschätzten Punkten entsprechen.
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Wie
oben beschrieben, wird der Beobachtungsbereich mit dem weißen
Laserstrahl abgetastet, ferner werden Pixelsignale auf Grundlage
des Lichtes, das an den jeweiligen mit dem weißen Laserstrahl
beleuchteten Punkten reflektiert wird, erzeugt und die erzeugten
Pixelsignale unter den Adressen des Speichers 26 gespeichert,
die diesen Punkten entsprechen. Das Bildsignal, das dem Beobachtungsbereich
entspricht, enthält die Pixelsignale, die den Punkten ausgehend
von dem Abtaststartpunkt bis zu dem Abtastendpunkt entsprechen.
Wie oben beschrieben, nimmt die Bildverarbeitungsschaltung 23 eine
vorbestimm te Bildverarbeitung an dem Bildsignal vor. Nachdem das
Bildsignal dieser vorbestimmten Bildverarbeitung unterzogen worden
ist, wird es an den Monitor 11 gesendet.
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Auf
dem Monitor 11 wird die abgewickelte Darstellung (vgl. ”DE” in 18)
des Beobachtungsbereichs (vgl. ”OA”) angezeigt,
der längs der spiralförmigen Bahn mit dem weißen
Laserstrahl abgetastet worden ist. Die abgewickelte Darstellung
ist eine Darstellung, die längs der der Anfangsmarkierung 61m entsprechenden
Erzeugenden des zylindrischen Bildes des Beobachtungsbereichs geöffnet
ist.
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Zusätzlich
zu den Punkten, die mit dem weißen Laserstrahl beleuchtet
worden sind, wird von der Bildverarbeitungsschaltung 23 auf
Grundlange von Signalen, die zum Steuern des Abtasttreibers 22 genutzt
werden, auch die Position des Abstrahlendes der Beleuchtungsfaser 53 abgeschätzt.
Während das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 längs
des ersten Kreisumfangs bewegt wird, werden die Abgabe des weißen
Laserstrahls aus der Lichtquelleneinheit 30, die Erzeugung
der Pixelsignale in der Lichtaufnahmeeinheit 21 sowie die
Erzeugung eines Bildes in der Bildverarbeitungsschaltung 23 ausgesetzt.
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Im
Einzelnen steuert die Systemsteuerung 25, wenn das Abstrahlende
der Beleuchtungsfaser 53 innerhalb des ersten Kreisumfangs
bewegt wird, die Lichtquelleneinheit 30 so an, dass die
Abgabe des weißen Laserstrahls ausgesetzt wird. Wird dagegen
das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 außerhalb
des ersten Kreisumfangs bewegt, so weist die Systemsteuerung 25 die
Lichtquelleneinheit 30 an, den weißen Laserstrahl
auszusenden.
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Bewegt
sich das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 innerhalb
des ersten Kreisumfangs, so steuert zudem die Systemsteuerung 25 die
Lichtaufnahme einheit 21 an, die Erzeugung der Pixelsignale auszusetzen.
Bewegt sich dagegen das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 außerhalb
des ersten Kreisumfangs, so weist die Systemsteuerung 25 die Lichtaufnahmeeinheit 21 an,
Pixelsignale zu erzeugen.
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Bewegt
sich das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 innerhalb
des ersten Kreisumfangs, so steuert die Systemsteuerung 25 zudem
die Bildverarbeitungsschaltung 23 an, die Erzeugung eines
Bildes auszusetzen. Bewegt sich dagegen das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 außerhalb
des ersten Kreisumfangs, so weist die Systemsteuerung 25 die Bildverarbeitungsschaltung 23 an,
ein Bild zu erzeugen.
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Fällt
der von dem Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 ausgesendete
weiße Laserstrahl auf die Anfangsmarkierung 61m,
so wird der weiße Laserstrahl nicht von dem Spiegle 61 reflektiert
und der Beobachtungsbereich nicht von dem weißen Laserstrahl
beleuchtet. Wie in 19 gezeigt, wird demnach der
Zeitpunkt, zu dem die Signalintensität des Pixelsignals
auf die Signalintensität abnimmt, die schwarz entspricht,
als derjenige Zeitpunkt festgelegt, zu dem der Punkt auf dem Spiegel 61,
auf den der von dem Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 ausgesendete
weiße Laserstrahl fällt, auf der Anfangsmarkierung 61m liegt.
Auf Grundlage der Signalintensität der Pixelsignale bestimmt
die Bildverarbeitungsschaltung 23 den Zeitpunkt, zu dem
der Punkt, auf den der von dem Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 ausgesendete
weiße Laserstrahl fällt, auf der Anfangsmarkierung 61m liegt.
Der Zeitpunkt, zu dem der Punkt, auf den der weiße Laserstrahl
fällt, auf der Anfangsmarkierung 61m liegt, wird genutzt,
um die Position des Abstrahlendes der Beleuchtungsfaser 53 abzuschätzen.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Objekt
in seiner Gesamtheit um das Einführrohr 51 herum
beobachtbar. Somit ist eine Innenwand eines dünnen Hohlraums
in einer Frontalansicht zu beobachten.
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Der
Spiegel 61 hat in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Form eines Kegels. Die Form des Spiegels 61 ist jedoch
nicht auf einen Kegel beschränkt. So kann beispielsweise
ein Kreiskegelstumpf, der auf einer Seite die Reflexionsfläche
aufweist, als Spiegel verwendet werden. Auch kann die Form einer
Schale oder einer Glocke genutzt werden. Es können andere
Formen zur Anwendung kommen, sofern der Abstand von der ersten Position
auf der ersten geraden Linie zu einer beliebigen zweiten Position
auf der Reflexionsfläche mit dem Abstand zwischen der ersten
Position und der Beleuchtungsfaser 53 zunimmt. Die Linie,
die die erste und die zweite Position miteinander verbindet, liegt
senkrecht zu der ersten geraden Linie. Mit anderen Worten kann auch eine
andere Form zur Anwendung kommen, sofern der Abstand von der ersten
Position zu einer beliebigen zweiten Position zunimmt, wenn die
erste Position in die erste Richtung bewegt wird.
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Der
Spiegel 61 weist in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Anfangsmarkierung 61m auf. Es ist jedoch nicht notwendig,
dass der Spiegel 61 die Anfangsmarkierung 61m aufweist.
So ist es möglich, die abgewickelte Darstellung ohne Verwendung
der Anfangsmarkierung 61m zu erzeugen, indem eine Öffnung
längs der Erzeugenden des eingefangenen Bildes des rohrförmigen
Beobachtungsbereichs hergestellt wird, welche eine Ortskurve der
Punkte darstellt, die mit dem von der in eine bestimmte Richtung
geneigten Beleuchtungsfaser 53 ausgesendeten weißen
Laserstrahl beleuchtet werden.
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Außerdem
ist es auch möglich, die Position des Abstrahlendes der
Beleuchtungsfaser 53 ohne die Pixelsignale, die der Anfangsmarkierung 61m entspre chen,
abzuschätzen. Indem jedoch die Position des Abstrahlendes
sowohl unter Verwendung der Signale, die zum Steuern des Abtasttreibers
genutzt werden, als auch des Zeitpunktes, zu dem der Punkt, auf
den der weiße Laserstrahl fällt, auf der Anfangsmarkierung 61m liegt,
in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Abschätzung
der Position des Abstrahlendes genutzt werden, kann die Genauigkeit
dieser Abschätzung verbessert werden.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Ende
des rohrförmigen Glases 59 in seiner Gesamtheit
von einem Abschirmfilm 59f bedeckt. Das Ende des rohrförmigen
Glases 59 muss jedoch nicht von dem Abschirmfilm 59f bedeckt
sein. Es ist möglich, nur das an dem Beobachtungsbereich reflektierte
Licht ohne den Abschirmfilm 59f einzufangen. Um jedoch
ein noch genaueres Bild zu erzeugen, ist es von Vorteil, zu verhindern,
dass der an dem Spiegel 61 reflektierte weiße
Laserstrahl in das Eintrittsende der Bildfasern 55 gelangt.
Demzufolge ist es von Vorteil, das Ende des rohrförmigen
Glases 59 wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
mit dem Abschirmfilm 59f zu bedecken.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel hat der Spiegel 61 die
Abschwächungsfläche 61a. Jedoch muss
der Spiegel 61 nicht die Abschwächungsfläche 61a aufweisen.
Sofern der Spiegel 61 die Abschwächungsfläche 61a nicht
aufweist, wird der Beobachtungsbereich mit dem von dem Abstrahlende
ausgesendeten weißen Laserstrahl abgetastet, der sich instabil
längs des ersten Kreisumfangs bewegt.
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Jedoch
ist es immer noch möglich, ein genaues Bild zu erzeugen,
da die Erzeugung des Bildes ausgesetzt wird, während sich
das Abstrahlende längs des ersten Kreisumfangs bewegt.
Wegen der in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
vorgesehenen Abschwächungsfläche 61a wird
der weiße Laser strahl, der nicht für die Beleuchtung
benötigt wird, daran gehindert, den Beobachtungsbereich
zu beleuchten.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Abstrahlende
der Beleuchtungsfaser 53 bewegt, indem die Beleuchtungsfaser 53 geneigt
wird. Das Abstrahlende kann jedoch auch nach einem anderen Verfahren
bewegt werden. So kann der gleiche Effekt wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
erzielt werden, indem ein anderes Mittel verwendet wird, um das
Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 so zu bewegen, dass
der Punkt auf dem Spiegel 61 mit dem weißen Laserstrahl
beleuchtet wird. Mit anderen Worten kann der gleiche Effekt wie
in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch erzielt
werden, dass das Abstrahlende senkrecht zur Abstrahlrichtung des weißen
Laserstrahls oder in eine beliebig andere Richtung bewegt wird,
welche die Richtung senkrecht zur Abstrahlrichtung des aus dem Abstrahlende ausgesendeten
weiße Laserstrahls beinhaltet.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Abstrahlende
der Beleuchtungsfaser 53 längs der spiralförmigen
Bahn bewegt. Das Abstrahlende kann jedoch auch längs einer
anderen Bahn bewegt werden.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Abgabe
des weißen Laserstrahls aus der Lichtquelleneinheit 30 ausgesetzt,
wenn das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 längs
des ersten Kreisumfangs bewegt wird. Die Ausgabe muss jedoch nicht
ausgesetzt werden. Wie oben beschrieben, ist es möglich,
ein genaues Bild selbst dann zu erzeugen, wenn die Ausgabe nicht
ausgesetzt wird, da die Erzeugung des Bildes ausgesetzt wird, während
das Abstrahlende längs des ersten Kreisumfangs bewegt wird.
In Folge der in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
vorgesehenen Aussetzung der Lichtabgabe kann der Energieverbrauch
verringert werden.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Erzeugung
der Pixelsignale durch die Lichtaufnahmeeinheit 21 ausgesetzt,
wenn das Abstrahlende der Beleuchtungsfaser 53 längs
der ersten Umfanglinie bewegt wird. Selbst wenn die Pixelsignale
erzeugt werden, wenn das Abstrahlende längs des ersten
Kreisumfangs bewegt wird, werden, wie oben beschrieben, die Pixelsignale
nicht zur Erzeugung des Bildsignals genutzt, da die Erzeugung des
Bildes ausgesetzt wird, während das Abstrahlende längs
des ersten Kreisumfangs bewegt wird. Somit ist es möglich,
ein genaues Bild selbst dann zu erzeugen, wenn die Erzeugung nicht
ausgesetzt wird. Durch die in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
vorgesehene Aussetzung der Erzeugung der Pixelsignale kann der Energieverbrauch
verringert werden.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der weiße
Laserstrahl von der Lichtquelleneinheit 30 ausgesendet.
Die Lichtquelleneinheit 30 kann jedoch auch andere Arten
von Licht aussenden, z. B. Anregungslicht, das ein Organ zur Fluoreszenz
anregt. In diesem Fall kann die Autofluoreszenzstrahlung, die auf
das Eintrittsende der Bildfasern 55 fällt, zu
der Lichtaufnahmeeinheit 21 geleitet und das Bild auf Grundlage
der Autofluoreszenzstrahlung erzeugt werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung hier anhand der Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
worden ist, versteht sich von selbst, dass dem Fachmann vielerlei
Abwandlungen und Änderungen möglich sind, ohne
den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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