DE2118528C3 - Analysiergerät mit einer Abtastvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Analysiergerät mit einer Abtastvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Ein derartiges Analysiergerät, das in der Endoskopie benutzt werden kann, ist im wesentlichen aus der CA-PS 8 20 027 bekannt.

Dabei wird das von der Analysierfaseranordnung, die aus einer Analysierfaser besteht, aufgefangene Licht auf die Photokathode eines Photovervielfachers geworfen, der ein der Lichtintensität proportionales »lektrisches Signal liefert, das nach Verstärkung dem Wehnelt-Zylinder einer Elektronenstrahlröhre zugeführt wird, in dem die Abtastung sich mit der Abtastung der zu analysierenden Oberfläche ändert, so daß das Bild dieser Oberfläche auf dem Bildschirm wiedergegeben wird.

Die so erhaltene Bildschärfe wird einerseits durch den Durchmesser der optischen Fasern und andererseits durch die Maximaldrehgeschwindigkeit der verwendeten Synchronmotoren begrenzt

Es ist schwierig, den Durchmesser der Fasern ohne zu große Änderung der allgemeinen Empfindlichkeit der Vorrichtung zu verringern.

Bei Fasern mit einem Durchmesser von etwa 20μ ist die Bildschärfe maximal 200 Zeilenpaare. Ein solcher ίο Wert kann als ausreichend für die meisten Verwendungszwecke betrachtet werden. Die jetzt zur Verfügung stehenden Mikromotoren erlauben jedoch nicht, dieses Auflösungsvermögen vollständig auszunutzen.

Die Anzahl von Umdrehungen pro Sekunde ist nahezu gleich der Anzahl pro Sekunde abgetasteter Zeilen (die Zeilen haben einen nahezu Sinusverlauf). Im allgemeinen benutzt man ein Kompromiss zwischen der Anzahl von Zeilen pro Sekunde und der Anzahl von Bildern pro Sekunde. Beim Fernsehen benutzt man 50 Bilder pro Sekunde mit einem Zeilensprung von 2, wodurch ein Teilbild 25 Zeilen pro Sekunde aufweist

Die Erfindung bezweckt, Verbesserungen eines

Analysiergerätes und einer Abtastvorrichtung zu schaffen, wodurch die scheinbare Bildschärfe ohne Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Motoren erhöht werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Analysiergerät d-ir eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter Beibehaltung einer geeigneten Teilbildfrequenz \z. B. 25 Bilder pro Sekunde) und ohne Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Motoren das Auflösungsvermögen verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale.

Der Kranz der rings um die optische Achse der Linsenanordnung angeordneten Analysierfasern ermöglicht es, anstelle nur einer Kurve eine ganze Schar von Kurven abzutasten und die im Anspruch angegebene Ausbildung des Ablenksystems in Verbindung mit dem Urschalter bewirkt, daß die zusätzlichen Kurven auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre wiedergegeben werden, wodurch das Auflösungsvermögen bzw. die Bildschärfe ohne Änderung der Motorgeschwindigkeit verbessert wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild des Gerätes mit einer Kamera mit einer Abtastvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 in stark vergrößertem Schnitt die Hohlachse des Motors der Abtastvorrichtung und ein Beispiel einer Verteilung der Emissions- und Analysierfasern,

F i g. 3 eine Aufwicklung eines abzutastenden Zylinderteiles mit Projektionen der Analysierfasern (in diesem Falle drei) zeigen.

Das Prinzip der Abtastung wird nachstehend kurz für eine Vorrichtung mit einer oder mehreren Emissionsfasern und einer einzigen Analysierfaser an Hand der F i g. 1 und 2 beschrieben, worauf der Fall beschrieben wird, in dem die Vorrichtung nach der Erfindung mehrere Analysierfasern enthält.

Die Abtastvorrichtung enthält zwei Mikromotoren 1 und 2, die einander gegenüber angeordnet sind und ''"> deren Statorpolschuhe 3 und 4 durch einen durchsichtigen Mantel 5 (Glas oder Kunststoff) derart miteinander verbunden sind, daß der Abtaststrahl 6 die abzutastende Fläche 7 erreichen kann, die nahezu zylindrisch ist. Die

Statorwicklungen sind mit 8 bzw. 9 und die Rotoren der zwei Mikromotoren sind mit 10 bzw. 11 bezeichnet, die eine gemeinsame Drehachse XX aufweisen.

Die Achse 12 des Rotors 10 ist hohl, so ds8 durch mindestens eine Emissionsfaser 13 das von der Quelle 8 stammende Licht dem Brennpunkt einer konvergierenden Linse 14 in der Achse 12 vor dem ersten Ablenkelement 15 mit geringer Ablenkung zugeleitet werden kann; dieses Element ist z. B. ein Prisma, das am Ende der Achse 12 angebracht ist.

Der durch das drehende Prisma 15 refraktierte Lichtstrahl wird von einem Spiegel 16 oder einem Totalreflexionsprisma auf den zu analysierenden Flächenteil zurückgestrahlt, wobei der Spiegel 16 durch die Drehung des Rotors 11 mitgeführt wird.

Nach Reflexion am Spiegel 16 und nach Brechung im Prisma 15 wird das durch die Fläche 7 diffundierte Licht mittels der Linse 14 konvergiert und auf die Emissionsfaser(n) und ebenfalls auf die Analysierfasern 17, 18 und 19 fokussiert, wobei die Faserenden etwas außerhalb des Mittelpunktes liegen, so daß ein Fleck kleiner Abmessungen an Stelle eines Punktes zur Verfügung steht

Nach der Erfindung wird die einzige Analysierfaser durch mehrere Analysierfasern ersetzt, die nahezu in Form eines Kranzes rings um den optischen Mittelpunkt der einzigen Analysierfaser angeordnet sind.

Die Abtastvorrichtung nach F i g. 1 enthält drei Analysierfasern 17, 18 und 19, die in Fig.2 einzeln dargestellt sind. F i g. 2 zeigt weiterhin mehrere Emissionsfasern 13a, 136, 13c; 13c/, die eine bessere Beleuchtung der zu analysierenden Oberfläche ergeben, wodurch die Erfindung jedoch nicht geändert wird.

Bei dieser Anordnung tastet jede der Analysierfasern die Fläche 7 längs einer nahezu sinusförmigen Kurve ab (siehe Fig.3: die Aufwicklung einer Reihe von drei Kurven mit Projektionen der Fasern in drei verschiedenen Lagen a, b, c entEprechend den Bezeichnungen der betreffenden Fasern). Auf diese Weise wird die Anzahl abgetasteter Kurven erhöht, wodurch die Bildschärfe verbessert wird. Zur Wiedergabe dieser Reihe zusätzlicher Kurven auf dem Schirm des Oszilloskops 2 mittels eines einzigen Elektronenstrahls schafft die Erfindung verschiedene Mittel zum Durchführen der nachfolgenden Vorgänge: Außer den unterschiedlichen Bewegungen, weiche der Elektronenstrahl zum Abtasten eines endoskopischen Bildes vollführt, vollführt er unter der Wirkung von zwei orthogonalen Modulationen eine Wubblung d. h. einen Kreislauf, dessen Mittelpunkt sich längs der von der nicht wubbelnden Strahl abgetasteten Hauptzeile verschiebt. Um bei der Drehung die von jeder der Analysierfasern stammende Information Augenblick zu verteilen, wird eine Kreisumschaltung der jeder Analysierfasern entsprechenden Bahnen durchgeführt, so daß jede Bahn freigegeoen wird, wenn die betreffende Analysierfaser im betreffenden Augenblick der Lage des Lichtflecks entspricht. Wird die Umdrehungsfrequenz des Motors mit /Ί, und die Frequenz der Wubblung des Elektronenstrahls mit (P bezeichnet werden, soll zum Erzielen dieser Koinzidenz t>o die Frequenz der Umschaltung der den Fasern entsprechenden Bahnen f\ ± Ψ je nach dem Drehsinn der Motoren betragen.

Bei jeder Umdrehung eines Spiegels (durch den schnelleren Motor) drehen sich die Projektionen der hi drei Analysierfasern über 360° um den Mittelpunkt eines Kreises, der durch diese drei Punkte geht In einem Zyklus -V- Motors muß für die Umschaltung auf die Bahnen uer drei Fasern dieses Vorteilen (oder Nachteilen) infolge der 360° Drehung der Projektionen der drei Fasern berücksichtigt werden.

Nachstehend wird die Wirkung und die Abtastung der Elektronenstrahlröhre 20 und eine Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Mittel an Hand der F i g. 1 erläutert

Zum Abtasten der Röhre 20 stehen die nachfolgenden Schaltungen zur Verfügung: zwei Frequenzgeneratoren 21 und 22 erzeugen Signale mit den Frequenzen /Ί bzw. /"2, die den Motoren 1 bzw. 2 zugeführt werden. Die Differenzfrequenz /Ί—/2 ist konstant und die Frequenzsubstraktionsschaltung 23 liefert ein Ausgangssignal konstanter Frequenz, konstanter Amplitude und regelbarer Phase. Einer der zwei Generatoren, in diesem Falle 22, dient weiterhin zum Anregen, mit einer geeigneten Phase, eines Sägezahngenrators 24. Ein Amplitudenaddierer 25 ermöglicht, das Ausgangssignal der Subtraktionsschaltung 23 mit regelbarer Amplitude und Phase dem Sägezahnsignal des Generators 24 zuzusetzen. Die Abtastung der Elektronenstrahlröhre 20 erfolgt dadurch, daß den Ablenkspulen 26 und 27: — horizontal: ein Signal des Addierers 25 als Resultat der Addition einer bei jeder Umdrehung des Motors 1 oder 2 erzeugten Sägezahnspannung und einer sinusförmigen Spannung mit einer größeren oder geringeren Amplitude und der Frequenz f/i —/2), vertikal: eine sinusförmige Spannung mit geeigneter Amplitude und Phase und der Frequenz (f\—f£) zugeführt werden.

Das dem Wehneltzylinder 28 der Elektronenstrahlröhre zugeführte Signal ergibt sich durch die nachfolgenden Transformationen: das von jeder Analysierfaser 17,18,19 aufgefangene Licht wird auf die Photokathode eines Photovervielfachers 171, 181 bzw. 191 geworfen, der ein elektrisches Signal liefert, das der empfangenen Lichtintensität proportional ist. Nach Verstärkung (Verstärker 172, 182, 192) werden die drei Signale drei Schaltern 173,183,193 zugeführt, die erfindungsgemäß derart betätigt werden, daß eine Kreisumschaltung der drei Bahnen erhalten wird.

Zum Steuern der Kreisumschaltung der Bahnen steht ein Generator 30 zur Verfügung, der einer Phasenverschiebungschaltung 31 mit drei Lagen ein Signal mit der Frequenz f\ gleich der Frequenz des Motors 1 in Form einer Rechteckspannung mit einer Breite gleich 3/4 Zyklus oder mehr zuführt.

Die den Schaltern entstammenden Signale werden in einem Addierer 29 addiert und dann dem Wehnelt-Zylinder 28 zugeführt. Zum Erzielen der Wubblung des Elektronenstrahls nach der Erfindung werden z. B. den Ablenkspulen 26 und 27 zwei zusätzliche Signale mit der Frequenz Φ zugeführt, die durch ein gleiches Signal erhalten werden, das einer 90° Phasenverschiebungsschaltung 32 zugeführt wird.

Die Wubblung könnte selbstverständlich auch durch Hilfsspulen erhalten werden.

Die Verbesserungen nach der Erfindung sind besonders interessant, da es dadurch möglich ist, eine gute Bildschärfe mit den Geschwindigkeiten der jetzt zur Verfügung stehenden Mikromotoren besonders in der medi7inischen Endoskopie zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Analysiergerät mit einer Abtastvorrichtung, die zwei Ablenkelemente (15,16) für einen Abtaststrahl enthält, die an dem Ende der Hohlachse (12) des Rotors (10) eines ersten Motors (1) und an dem gegenüberliegenden Ende der Rotorachse eines zweiten Motors (2) in koaxialer Anordnung zum ersteren angebracht sind, wobei die Hohlachse mindestens eine optische Analysierfaseranordnung (17,18,19) enthält, deren eines Ende in der Nähe der Brennpunktebene einer zwischen der Faseranordnung und dem Ablenkelement (15) angeordneten Linsenanordnung liegt, wobei Mittel (171,181, 191) zur Umwandlung des von der Analysierfaseranordnung gelieferten optischen Signals in ein elektrisches Signal vorgesehen sind, das dem Wehnelt-Zylinder (28) einer Elektronenstrahlröhre zugeführt wird, deren Elektronenstrahl von ihrem Ablenksystem in Obereinstimmung mit der Ablenkung des Abtaststrahls abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysierfaseranordnung mehrere Analysierfasern (17, 18, 19) enthält, die annähernd in Form eines Kranzes rings um die optische Achse der Linsenanordnung (14) angeordnet sind, daß das Ablenksystem (25, 32) so ausgebildet ist, daß der Elektronenstrahl kreisförmig um einen Mittelpunkt abgelenkt wird, der sich synchron zum Abtaststrahl auf einer der Bahn des Abtaststrahls entsprechenden Bahn verschiebt und daß ein mit der kreisförmigen Ablenkung synchronisierter Umschalter (30, 31, 173... 193) vorgesehen ist, der die von den Analysierfasern (17, 18, 19) stammenden elektrischen Signale zyklisch derart umschaltet, daß jede Analysierfaser in einer mit der kreisförmigen Ablenkung synchronen Reihenfolge den Elektronenstrahl moduliert

2. Analysiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Ablenkung des Elektronenstrahls dadurch erhalten wi^rd, daß jeder der Ablenkspulen der Elektronenstrahlröhre ein zusätzliches Signal zugeführt wird.

3. Analysiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz, mit der der Umschalter (30, 31, 173... 193) die von den Analysierfasern (17, 18, 19) stammenden elektrischen Signale umschaltet, gleich f\ — iP ist, wobei Ψ die Frequenz der kreisförmigen Ablenkung des Elektronenstrahls und Λ die Drehfrequenz des ersten Motors (1) darstellt.