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Endoskop mit einem Festkörperaufnahmeelement
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Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit einem Festkörperaufnahmeelement
gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8. Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Endoskop mit einem Festkörperaufnahmeelement, mit dem der dynamische Bereich
erweitert und die Uberstrahlung durch Steuern der Lichtperiode für ein aufzunehmendes
Objekt vermieden werden kann.
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Es sind kürzlich Einrichtungen entwickelt worden, in denen beispielsweise
Ladungsverschiebeelemente (CCD) als Aufnahmeelemente in Fernsehkameras und elektronischen
Kameras verwendet worden sind.
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Bekanntlich speichert das Ladungsverschiebeelement (CCD) die elektrische
Ladung in einem Potentialbrunnen (potential well), der in einem Halbleiter gebildet
ist und der die Ladung -längs der Oberfläche des Halbleiters überträgt, indem die
Position des minimalen Potentials sukzessiv verschoben wird. Es ist somit ein Funktionselement,
welches eine Signalspeicher- und Abtastfunktion hat. Wenn das Ladungsverschiebeelement
(CCD) als Aufnahmeelement benutzt wird, speichert es elektrische Ladungen proportional
zur einfallenden Lichtintensität auf der Empfangsfläche im Potentialbrunnen als
Bildelementsignale.
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Das CCD wird grob in einen Bildübertragungs-, Zeilenübertragungs-
und vertikalen Zwischenzeilentyp unterteilt.
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Im CCD des Bildübertragungstyps beeinflußt das photoempfindliche
Teil die photoelektrische Umwandlung
und speichert die umgewandelten
Signale in einer Halbbildperiode, wobei das Sammelglied die übertragenen Ladungen
parallel innerhalb einer kurzen Periode der vertikalen Austastperiode speichert
und die im blockierten Sammelglied gespeicherten Ladungen nur einen Anteil übertragen,
der jeder Abtastzeile durch die horizontalen Widerstände vom Standardabtastmodus
während der horizontalen Abtastperiode entspricht, um die Signale der Reihe nach
zu lesen.
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Im CCD vom Zeilenübertragungstyp sind die übertragenen Signale pro
Spalte von vertikalen Ausgangswiderständen geschaltet, um die Signale zu lesen.
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Im CCD vom vertikalen Zwischenzeilentyp sind mehrere Sätze von photoempfindlichen
Gliedern und Ubertragungsteilen auf einer vertikalen Zeile ausgerichtet.
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Wenn das CCD vom Zeilenübertragungstyp benutzt wird, kann das CCD
zwar kompakter als andere Typen ausgebildet sein, aber es besteht ein Nachteil dahingehend,
daß das einfallende Licht während der Ubertragung von Ladungen zum Lesen der Signale
empfangen wird, die mit Ladungen von Signalen überlappt sind, welche den verschiedenen
Bildelementen entsprechen und dabei die Signale verschmieren, so daß das Bild an
Qualität verliert.
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Andererseits ist die Beziehung zwischen der einfallenden Lichtintensität
und dem Ausgangspegel gemäß Fig. 1 derartig, daß, wenn die Abszissen logarithmisch
unterteilt sind, der Ausgangspegel linear mit der Eingangsintensität zunimmt und
bis zu einem konstanten Wert bei einer Eingangsintensität gesättigt ist. In dieser
Figur ist der Bereich der Eingangs intensität vom Geräuschpegel N bis zum Sättigungspegel
S des Ausgangspegels durch den dynamischen Bereich D des CCD definiert.
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Der dynamische Bereich D beträgt normalerweise etwa 30 dB.
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Der für die Aufnahmebereiche erforderliche Bereich liegt normalerweise
zwischen 60 und 90 dB, so daß in einer solchen Aufnahmeeinrichtung mit einem üblichen
CCD übermäßige Ladungen überflutet werden und dadurch ein Uberstrahlen verursacht
wird, das heißt, daß sich das Bild ausbreitet oder einen schwachen Kontrast hat
und daher nicht zu unterscheiden ist, wenn nicht die einfallende Lichtintensität
gesteuert wird, so daß die benötigte einfallende Lichtintensität in den Bereich
von 30 dB fällt. Wenn ein derartiges CCD in einem Endoskop benutzt wird, ist es
erforderlich, die Bedingungen der erkrankten Stelle einwandfrei zu untersuchen,
um das Bild so aufzunehmen, daß die Bedingungen der Objektes, wie z.B. eine erkrankte
Stelle, unterschieden werden können.
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Wenn die Aufnahme unter Bedingungen, mit Ausnahme von denjenigen
durchgeführt wird, die zur Uberstrahlung wegen eines schmalen dynamischen Bereiches
neigen, verursachen aufgehellte Teile keine Probleme, wobei jedoch der Kontrast
bei den schattigen Abschnitten kompakt ist, so daß die Unterscheidung derartiger
Abschnitte schwierig ist.
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Dementsprechend ist es zum Unterscheiden der schattigen Teile erforderlich,
die Aufnahmebedingungen in der Nähe einer möglichen Uberstrahlung einzuhalten.
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Wenn die Aufnahmebedingungen, z.B. der Abstand zum Objekt, unter solchen
Bedingungen geändert werden, tritt häufig Uberstrahlung auf. Kurz gesagt, sind derartige
Aufnahmebedingungen zwar wünschenswert, aber insoweit unbequem, daß solche Bedingungen
entsprechend der reflektierten
Intensität vom Objekt zur Vermeidung
von Überstrahlung erfaßt werden sollten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop mit
einem Festkörperaufnahmeelement vorzuschlagen, mit dem das Uberstrahlen vermieden
und das zu prüfende Objekt ausreichend unterschieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil der Patentansprüche
1 und 8 gelöst.
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Mit der Erfindung soll ferner ein Endoskop mit einem Festkörperaufnahmeelement
vorgeschlagen werden, mit dem der dynamische Bereich erweitert werden kann.
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Ferner soll mit der Erfindung ein Endoskop mit einem Festkörperaufnahmeelement
vorgeschlagen werden, mit dem die Beleuchtungsintensität bei optimalen Bedingungen
für die Aufnahme aufrechterhalten werden kann.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie
anhand der Zeichnung. Es zeigen: F I G. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Endoskops mit einem Festkörperaufnahmeelement nach der ersten Ausführungsform; F
I G. 2 ein schematisches Diagramm über das Prinzip, wie der dynamische Bereich in
der Einrichtung von Fig. 1 erweitert werden kann; F I G. 3 ein Zeitdiagramm über
die Betätigungen des Festkörperaufnahmeelementes vom Zeilen- oder Bildübertragungsmodus;
F
I G. 4 ein Zeitdiagramm über die Betätigungen des Festkörperaufnahmeelementes vom
Zwischenzeilenübertragungsmodus; F I G. 5 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Endoskops mit einem Festkörperaufnahmeelement nach der zweiten Ausführungsform#;
F I G. 6 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Endoskops mit einem Festkörperaufnahmeelement
nach der dritten Ausführungsform; F I G. 7 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Endoskops mit einem Festkörperaufnahmeelement nach der vierten Ausführungsform;
F I G. 8 eine schematische Darstellung für ein Festkörperaufnahmeelement vom Zeilenübertragungsmodus,
welches in der vierten Ausführungsform benutzt wird, und F I G. 9 ein Zeitdiagramm
für jedes Teil, das die Betätigung der vierten Ausführungsform zeigt.
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Fig. 1 zeigt einen Sondenkopf eines Endoskop-Einsatzteils 1 mit einem
kleinen Durchmesser, der beispielsweise in eine Körperhöhle einsetzbar ist. Der
Sondenkopf des Endoskop-Einsatzteils 1 ist mit einer Objektivlinse 2 und einer Beleuchtungslinse
3 versehen.
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Ein Festkörperaufnahmeelement 4 ist auf der hinteren Fokalebene der
Objektivlinse 2 angeordnet und arbeitet so, daß es ein optisches Bild vom Objekt
empfängt, dieses Bild dann in elektrische Signale umwandelt und Ausgangssignale
durch einen Vorverstärker 5 an eine nachfolgende Schaltung ausgibt. Andererseits
ist eine Lichtführung 6 beispielsweise aus einem optischen Faserbündel an der Rückseite
der Beleuchtungslinse 3 angeordnet. Außerdem sind eine Kondensorlinse 7 und eine
Stroboskoplampe 8 (strobo-lamp) gegenüber der Rückseite der Lichtführung 6 so vorgesehen,
daß das Beleuchtungslicht von der Stroboskoplampe 8 intermittierend auf die Lichtführung
6 fällt.
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Die Stroboskoplampe 8 ist beispielsweise eine Xenon-Stroboskoplampe
und wird von einer Stroboskoplampen-Antriebseinrichtung 9 betätigt. Die Stroboskoplampen-Antriebseinrichtung
9 ist an einer Impulsgeneratoreinrichtung 10 für die Lampenantriebseinrichtung 9
angeschlossen und dient zur Steuerung des Stoppens und Wiederstartens der Beleuchtung
in der Erregerperiode der Stroboskoplampe 8 sowie in der Beleuchtungsperiode. Die
Lampenantriebs-Impulsgeneratoreinrichtung 10 gibt Stroboskoplampen-Antriebsimpulse
P1 aus, wobei das Signal von einem Oszillator 11 benutzt wird, welcher Signale mit
einer vorbestimmten Frequenz an die Stroboskoplampen-Antriebseinrichtung 9 abgibt.
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Die Stroboskoplampe 8 hat durch Betätigen der Stroboskoplampen-Antriebseinrichtung
9 eine vorbestimmte Betätigungszeit, wobei die Lichtintensität bis zu einer maximalen
Intensität bei Beginn der Betätigung steil ansteigt und dann graduell abfällt. Wenn
ein derartiges Beleuchtungslicht auf ein Objekt abgestrahlt wird, nimmt die vom
Objekt reflektierte Lichtintensität bei Beginn der Betätigung den maximalen Wert
an, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist. Durch Steuern der Beleuchtungsdauer der Stroboskoplampe
8 für eine vorbestimmte Betätigungsdauer unter Benutzung des Steuersignals von der
Lampenantriebs-Impulsgeneratoreinrichtung 10 wird daher die auf das Festkörperaufnahmeelement
4 fallende Lichtintensität bis auf die Intensität in der Nähe der maximalen Intensität
innerhalb eines kurzen Intervalls bei Beginn der Betätigung der Stroboskoplampe
8 gemäß Fig. 2(b) gesteuert, wobei die auffallende Lichtintensität gemäß Fig. 2(c)
während einer langen Dauer der Wiederbeleuchtung gesteuert wird. Wenn die maximale
Lichtintensität gemäß Fig. 2(b) mit 30 dB angenommen wird und die maximale Lichtintensität
gemäß Fig. 2(c) 30 dB sein soll, kann das Lichtsignal mit einer Intensität von 60
dB gemäß Fig. 2(a) durch ein
einziges Festkörperaufnahmeelement
empfangen und auf eine Monitoreinrichtung als Bildelementsignal durch Empfangen
von Lichtsignalen ausgegeben werden, wobei jedes Lichtsignal eine Intensität von
30 dB hat, wobei der Reihe nach die Lesedauer, das sukzessive Einspeichern der umgewandelten
Signale in den Speicher und das Addieren der elektrischen Signale zu berücksichtigen
ist. Die Lichtintensität in Fig. 2 ist auf einer logarithmischen Skala dargestellt.
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Wie ausgeführt, wird die Stroboskoplampe 8 dadurch gesteuert, indem
Licht, das den verschiedenen Beleuchtungsperioden in einer vorbestimmten Betätigungszeit
durch die Kondensorlinse 7, die Lichtführung 6 und die Beleuchtungslinse 3 entspricht,
auf das zu untersuchende Objekt abgestrahlt wird, um das reflektierte Licht durch
die Objektivlinse 2 auf dem Festkörperaufnahmeelement zu empfangen, die Lichtintensitäten
für die verschiedenen Beleuchtungsperioden getrennt in elektrische Signale umzuwandeln,
dann die elektrischen Signale durch den Vorverstärker 5 und eine Verstärkereinrichtung
12 zu verstärken, die Analogsignale wieder in Digitalsignale durch einen Analog/Digitalumwandler
13 umzuwandeln und sie in Bildspeichern 14, 15 aufeinanderfolgend zu speichern,
indem die Bildspeicher 14, 15 für die verschiedenen Beleuchtungsperioden geschaltet
werden. Die Bildspeicher 14, 15 sind so ausgebildet, daß sie mit Hilfe von Taktsignalen
CK1, CK2 schaltbar sind, welche durch eine Taktsignalgeneratorschaltung 16 für die
Bildspeicher 14, 15 durch Einschreiben der Signale in jeden Speicher 14, 15 erzeugt
werden. Die Taktsignale CK1, CK2 sind wiederum so vorgesehen, daß sie als Signale
vom Oszillator 11 benutzt werden. Die in den Speichern 14, 15 für die verschiedenen
Beleuchtungsperioden getrennt gespeicherten Signale werden durch einen Addierer
17 addiert und dann wieder in Analogsignale durch einen Digital/Analogumwandler
18 umgewandelt. Die ausgegebenen
Analogsignale werden in eine Fernsehsignal-Umwandlungseinrichtung
19 eingespeist, um hier in Fernsehsignale umgewandelt und dann auf einer Monitoreinrichtung
20 dargestellt zu werden.
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Jetzt werden, je nachdem ein Festkörperaufnahmeelement 4 vom Zeilen-
oder Bildübertragungs- und vom Zwischenzeilen-Ubertragungsmodus ist, die Mechanismen
hierzu anhand der Fig. 3 und 4 getrennt beschrieben.
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Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm für das Festkörperaufnahmeelement 4
im Zeilen- oder Bildübertragungsmodus.
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Der Stroboskoplampen-Antriebsimpuls P1, der von der Lampenantriebs-Impulsgeneratoreinrichtung
10 ausgegeben wird, hat eine EIN-Periode (Aktivperiode), wenn die Stroboskoplampe
8 betätigt wird, und eine AUS-Periode (Nichtaktiv-Periode), wenn die Betätigung
der Stroboskoplampe 8 gestoppt wird. Die erste EIN-Periode ist mit etwa 0,3 ms kurz,
während die folgende EIN-Periode nicht mehr als etwa 30 ms beträgt. Das Festkörperaufnahmeelement
4 empfängt und speichert ein optisches Bild mit Hilfe der Lichtintensität, die während
der ersten kurzen Periode der Beleuchtung ausgegeben wird, wobei die gespeicherten
elektrischen Ladungen gelesen und während der AUS-Periode übertragen werden. Das
Festkörperaufnahmeelement 4 speichert elektrische Ladungen mit Hilfe der Lichtintensität,
die während der folgenden längeren EIN-Periode der Beleuchtung ausgegeben wird,
wobei die gespeicherten elektrischen Ladungen während der zweiten AUS-Periode gelesen
und übertragen werden.
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Demgemäß wird das zum Speichern von der Taktsignal-Generatoreinrichtung
16 ausgegebene Taktsignal CK1 in den Bildspeicher 14 während der ersten AUS-Periode
des Antriebs impulses P1 eingegeben, wobei das Taktsignal CK2 zum Speichern der
Signale in den Bildspeicher 15 während
der zweiten AUS-Periode
eingespeist wird. In Fig. 3 bedeuten die Symbole S1, S2 die Beleuchtungs- und R1
R2 die Schreibperioden, während die gesamte Dauer von R1, S2 und R2 eine Bildperiode
(Bildabtastperiode) darstellt.
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Fig. 4 zeigt ein Zeitdiagramm für das Festkörperaufnahmeelement 4
im Zwischenzeilen-Übertragungsmodus. Der Stroboskoplampen-Antriebsimpuls P1, welcher
von der Lampenantriebs-Impulsgeneratoreinrichtung 10 ausgegeben wird, weist eine
EIN-Periode auf, die einer vorbestimmten Betätigungsperiode und einer AUS-Periode
zwischen einer Betätigungsperiode und der folgenden Betätigungsperiode (Abschaltperiode)
entspricht. Die elektrische Ladung, die von der zu Beginn der EIN-Periode abgegebenen
Lichtintensität auf dem Festkörperaufnahmeelement 4 gespeichert und während einer
Periode mit etwa 0,3 ms kurz ist, wird während einer Leseperiode R1 nach Ablauf
von 0,3 ms gelesen und übertragen. Die elektrische Ladung, die von der Lichtintensität
der folgenden Periode mit 30 ms auf dem Festkörperaufnahmeelement 4 gespeichert
ist, wird während einer Periode, die sich von der AUS-Periode bis zum Beginn der
folgenden EIN-Periode erstreckt, gelesen und übertragen. Demgemäß wird das zum Speichern
von der Taktsignal-Generatoreinrichtung 16 ausgegebene Taktsignal CK1 in den Bildspeicher
14 während einer vorbestimmten Periode R1 ~mit Ausnahme der kurzen Anfangsperiode
des Antriebsimpulses P1, eingegeben und das Taktsignal CK2 zum Speichern in den
Bildspeicher 15 während einer vorbestimmten Periode R2 eingespeist, die sich von
der AUS-Periode des Antriebsimpulses P1 bis zum Beginn der folgenden EIN-Periode
erstreckt. In Fig. 4 stellen die Symbole S1, S2 die Beleuchtungs- und die Symbole
R1, R2 die Speicherperioden dar.
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Entsprechend der ersten Ausführungsform hat ein Bild einen dynamischen
Bereich, der größer als die
dynamischen Bereiche des Festkörperaufnahmeelementes
4 ist. Daher kann die Aufnahme über einen größeren dynamischen Bereich des auf der
Aufnahmefläche (d.h. auf dem photoempfindlichen Element) des Festkörperaufnahmeelementes
4 fokussierten Bildobjektes erreicht werden, um die physiologischen Symptome der
erkrankten Seite ausreichend zu unterscheiden und diese genau zu diagnostizieren.
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In der ersten Ausführungsform, in der der dynamische Bereich durch
die Beleuchtungseinrichtung vergrößert ist, kann eine Signalverarbeitungsseite mit
aufgenommenen Signalen ohne Änderung des inneren mechanischen Aufbaus eines Endoskops
weitgehend benutzt werden. Im besonderen besteht ein Vorteil darin, daß dies ohne
Vergrößerung der äußeren Form des Endoskops, z.B. des Einsatzteils zum Einsetzen
in eine Körperhöhle, verwirklicht werden kann.
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Überdies kann gemäß der ersten Ausführungsform der dynamische Bereich
erweitert werden, so daß, wenn die Intensität des Beleuchtungslichtes auf das Objekt
von der optimalen Intensität etwas abgelenkt wird, ein Bild entsteht, bei dem jeder
Abschnitt der erkrankten Seite unterschieden werden kann, wenn nicht eine starke
Intensität des Beleuchtungslichtes benutzt wird. Dementsprechend kann die Aufnahmebedingung
nicht in der Nähe einer möglichen Uberstrahlungsbedingung gehalten werden, so z.B.
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im Aufnehmen innerhalb des dynamischen Bereiches des Festkörperaufnahmeelementes
selbst, so daß eine Uberstrahlung fast vermieden werden kann.
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Fig. 5 und 6 zeigen eine zweite und dritte Ausführungsform der Erfindung.
Diese Ausführungsformen sind so ausgebildet, daß eine Schattenperiode während der
Betätigungsperiode beim Bestrahlen mit Stroboskoplicht von
der
Stroboskoplampe 8 bei einer vorbestimmten Beleuchtungsperiode durch die Lichtführung
6 und Empfangen des reflektierten Lichtes auf dem Festkörperaufnahmeelement 4 vorgesehen
ist. Die Schattenperiode wird dadurch gebildet, indem ein Flüssigkristallfilter
21 zwischen der Objektivlinse 2 und dem Festkqrperaufnahmeelement 4 gemäß Fig. 5
oder zwischen dem Kopfteil der Lichtführung 6 und der Beleuchtungslinse 3 gemäß
Fig. 6 installiert wird. Um die Schattenperiode für den Flüssigkristallfilter 21
zu Anfang der Betätigungsperiode für die Stroboskoplampe 8 einzustellen, ist ein
Flüssigkristall-Antriebsimpulsgenerator 23 vorgesehen, der die Flüssigkristall-Antriebseinrichtung
22 steuert. Wenn der Flüssigkristall-Antriebsimpulsgenerator 23 so ausgebildet ist,
daß der den Flüssigkristall-Antriebsimpuls bei Benutzung der Signale vom Oszillator
11 in Fig. 1 erzeugt, sind die anderen Schaltungen in ähnlicher Weise wie in Fig.
1 aufgebaut, wobei vorausgesetzt ist, daß, da die Schattenperiode innerhalb der
Lampenbetätigungsperiode eingestellt wird, die zweite und dritte Ausführungsform
betätigt werden kann, um die elektrischen Ladungen zu lesen, welche auf dem Festkörperaufnahmeelement
4 innerhalb der Schattenperiode gespeichert worden sind. Aus diesem Grunde sind
diese Ausführungsformen am Festkörperaufnahmeelement 4 vom Zeilen-oder Bildübertragungsmodus
vorgesehen.
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Im Festkörperaufnahmeelement, bei dem das Festkörperaufnahmeelement
4 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen benutzt wird, ist das Endoskop
so ausgebildet, daß eine Stroboskoplichtquelle als Beleuchtungslichtquelle benutzt
wird, um eine Steuereinrichtung der Stroboskoplichtquelle zum Abstrahlen von Licht
bei variierten Intensitäten sukzessiv auf ein zu prüfendes Objekt während variierter
Betätigungsperioden innerhalb einer vorbestimmten Periode der Lichtquelle zu bilden,
um
ferner das reflektierte Licht mit variierten Intensitäten vom Objekt während der
variierten Beleuchtungsperiode der Reihe nach auf dem Festkörperaufnahmeelement
4 zu empfangen, zu speichern und die Signalladungen nacheinander zu speichern, und
um schließlich die Signalladungen für jede Beleuchtungsperiode in die Speicher 14,
15 einzugeben und die Signalladungen zu addieren, so daß der dynamische Bereich
der in Bildelementsignale umzuwandelnden Lichtsignale erweitert werden kann. Außerdem
kann ein derartiger Mechanismus für ein Festkörperaufnahmeelement aus irgendeinem
Ubertragungsmodus gebildet sein.
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Bei der Aufnahmeeinrichtung mit einem Festkörperaufnahmeelement in
diesen Ausführungsformen kann ein ausreichend deutliches Bild durch En eitern des
dynamischen Bereiches erhalten werden, ohne dabei das Aufnahmeelement in eine kritische
Bedingung zu versetzen, bei der ein Überstrahlen wahrscheinlich ist. Die vierte
Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist mit einer automatischen Einrichtung zum Steuern
der Lichtintensität vorgesehen, indem die Beleuchtungsperiode zur Vermeidung von
Über strahlung automatisch eingestellt und die Aufnahme unter optimalen Bedingungen
aufrechterhalten wird.
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Das Endoskop der vierten Ausführungsform arbeitet nach einem sequentiellen
Farbbildmodus, nach dem ein zu prüfendes Objekt mit Licht, das jeweils eine Wellenlänge
von drei Primärfarben (rot, grün und blau) hat, sukzessiv für jedes Einheitsbild
bestrahlt wird, um Farbsignale von rot, grün und blau zu erhalten, die als solche
oder nach Verarbeiten durch einen NTSC-Kodierer dargestellt werden.
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Durch das vorne am Einsatzteil 1 installierte Festkörperaufnahmeelement
4 wird das vom Tatksignal gelesene Signal einer Antriebsschaltung 31 zugeführt,
dann
vom Vorverstärker 5 verstärkt und in eine Videoverarbeitungseinrichtung 32 eingegeben.
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Das der Videoverarbeitungseinrichtung 32 zugeführte Signal wird von
einem Verstärker 33 verstärkt und über Multiplexer (oder Schalter) 34R, 34G, 34B
in entsprechende Bildspeicher 35R, 35G, 35B eingegeben. Die Multiplexer 34R, 34G,
34B werden durch einen Gatterimpuls geschaltet, welcher von einem Steuerimpulsgenerator
16 ausgegeben wird.
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Die aufgenommenen Signale werden im betätigten Bildspeicher gespeichert.
(Wenn die Bildspeicher 35R, 35G, 35B vom Digitalmodus sind, werden die Signale durch
einen Analog/ Digitalumsetzer in Digitalsignale umgewandelt und dann gespeichert).
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Die in den Bildspeichern 35R, 35G, 35B gespeicherten Bildsignale
werden jeweils laufend gelesen, in R-, G- und B-Farbsignale umgewandelt und auf
einem Farbfernseher 37 dargestellt.
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Für das Festkörperaufnahmeelement 4 wird das Zeilenübertragungssystem
benutzt, in welchem sich eine photoempfindliche Einrichtung 39 auch als Übertragungseinrichtung
(Speichereinrichtung) gemäß Fig. 8 betätigt, um Bildelementsignale zu lesen, die
durch jedes Empfangselement von einem Ausgangsteil 40, das sich aus aufeinanderfolgenden
Verschiebaregistern aufbaut, photoelektrisch umgewandelt sind.
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Andererseits wird, um das zu prüfende Objekt in der Folge von Farbbildern
zu beleuchten, das von der Stroboskoplampe 8 durch einen Spiegel 41 reflektierte
Licht zu einem im wesentlichen parallelen Lichtstrom zusammengefaßt und auf der
Rückseite der Lichtführung 6 durch die Kondensorlinse 7 gesammelt. Ein Drehfilter
42
ist etwa in der Mitte zwischen der Kondensorlinse 7 und der
Rückseite der Lichtführung 6 angeordnet.
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Der Drehfilter 42 wird mit dem Drehmoment eines Motors 43 durch eine
rotierbar angetriebene Übertragungseinrichtung 44 übertragen, wobei Beleuchtungslicht
von roter, grüner und blauer Farbe auf der Drehscheibe sukzessiv durch den Übertragungsfilter
mit drei Primärfarben von rot, grün und blau auf der Rückseite der Lichtführung
6 abgestrahlt und durch diese übertragen wird, um das zu prüfende Objekt nacheinander
zu bestrahlen.
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Die Stroboskoplampe 8 wird durch die von der Stroboskoplampen-Antriebseinrichtung
9 gelieferte Antriebskraft während der Abgabe eines Beleuchtungslicht-Steuerimpulses
CP von einem Impulsdauermodulator 46 betätigt, welcher eine Lichtquellensteuereinrichtung
45 aufweist.
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In der vierten Ausführungsform der Erfindung sind Einrichtungen zur
Bildung eines Lichtsteuersignals 48 zum Empfangen der vom Farbfernsehempfänger 37
abgegebenen Signale und zum Steuern des Lichtes bis zu einer geeigneten Intensität
für die Aufnahme (Beleuchtungslichtintensität) vorgesehen, wobei die Lichtintensität
von der Stroboskoplampe 8 gesteuert und dabei immer bei optimalem Wert aufrechterhalten
wird, der auf den Ausgangssignalen der Lichtsteuersignaleinrichtung 48 beruht.
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So werden nämlich die von den Bildspeichern 35R, 35G, 35B laufend
gelesenen Farbsignale durch einen Addierer 49 addiert und in Helligkeitssignale
umgewandelt, wobei die Helligkeitssignale durch einen Integrator 50 mit einer etwa
der Periode von einem Bild entsprechenden Zeitkonstanten (drei Bildperioden für
Farbbilder) geführt werden, um
die Durchschnittshelligkeit Y für
das Bild eines Farbbildes festzustellen. Der Ausgang vom Integrator 50 wird mit
der Farbkalibrierspannung VRGB von einer Farbkalibrierschaltung 51 durch einen Addierer
52 addiert und einem Impulsdauermodulador 46 als ein Impulsdauer-Steuersignal PS
zum Beleuchtungssteuerimpuls CP vom Impulsdauermodulador 46 zum Steuern der Intensität
des Beleuchtungslichtes von der Stroboskoplampe 8 zugeführt. Überdies gibt die Farbkalibrierschaltung
51 die Farbkalibrierspannung VRGB zum Kalibrieren der Übertragungscharakteristik
ab, wenn die Spektralverteilung des Beleuchtungslichtes von der Stroboskoplampe
8 von der normalen Spektralverteilung des weißen Lichtes abgelenkt wird oder von
der Wellenlänge durch die Lichtführung 6 abhängt.
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Der Impulsdauermodulator 46 gibt einen Beleuchtungssteuerimpuls CP
mit einer Impulsdauer ab, welche dem Pegel des Impulsdauer-Steuersignals PS, beispielsweise
einer Impulsdauer entspricht, die dadurch berechnet wird, indem das einem Anschluß
46a jeweils für eine vorbestimmte Zeitsteuerung zum Beleuchten der Stroboskoplampe
8 (d.h. für die Zeitsteuerung zum Starten, um das Licht auf dem Festkörperaufnahmeelement
4 zu empfangen) zugeführte Signal durch das Impulsdauersteuersignal PS unterteilt
wird.
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Die Stroboskoplampe 8 wird gesteuert, um während der Impulsdauer
des Beleuchtungssteuerimpulses CP betätigt zu werden. So wird die Betätigungsperiode
der Stroboskoplampe 8 je nach Helligkeitspegel der aufgenommenen Signale gesteuert,
um die Intensität des Beleuchtungslichtes immer bei einem Optimum für die Aufnahme
automatisch zu steuern.
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Im folgenden wird der Mechanismus eines Endoskops beschrieben, das
mit einer automatischen Lichtsteuereinrichtung ausgestattet ist.
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Jeder durch den Drehfilter 42 vorgesehene Farbfilter tritt sukzessiv
in die optische Bahn für jede Bildperiode T ein. Beispielsweise wird, wenn der rote
Übertragungsfilter in die optische Bahn eintritt, die Stroboskoplampe 8 für die
Impulsdauer Lw1 jedes Beleuchtungssteuerimpulses CF innerhalb ihrer Periode betätigt,
um das Objekt zu beleuchten, so daß das gegen das Objekt reflektierte Licht auf
die Empfangselemente 39 des Festkörperaufnahmeelementes 4 durch die Objektivlinse
2 fällt. Das von den Empfangselementen 39 empfangene Bild wird durch jedes Empfangselement
in Bildelemente aufgespalten und als Signalladungen gespeichert. Die gespeicherten
Signalladungen werden von dem während einer vorbestimmten Übertragungsperiode TR
vor der folgenden Betätigung der Stroboskoplampe 8 abgegebenen Übertragungsimpuls
übertragen und von einer Ausgangseinrichtung 40 als eine Datenserie geliefert. Die
Ausgänge werden im Bildspeicher 35R gespeichert. In ähnlicher Weise werden die bei
Beleuchtung aufgenommenen Signale durch das grüne und das blaue Übertragungsfilter
jeweils in die Bildspeicher 35G und 35B eingespeist. Die in den Bildspeichern 35R,
35G, 35B gespeicherten Farbsignaldaten werden laufend gelesen, durch einen Addierer
49 addiert und durch einen Integrator 50 integriert, um einem zweiten Addierer 52
als Helligkeitsausgang Y2 zugeführt zu werden. In Fig. 9 kennzeichnet Y1 den Helligkeitsausgangspegel
vor der Einheitsbildperiode T und den durch Addieren des Helligkeitsausgangs Y1
berechneten Ausgang, wobei die Farbkalibrierspannung VRGB von der Farbkalibrierschaltung
51 ein Impulsdauersteuersignal PS aufweist, das dem Impulsdauermodulator 46 zuzuführen
ist. Durch das Impulsdauersteuersignal PS wird die Betätigungsperiode der Stroboskoplampe
8 für die nachfolgende Bildperiode T der Stroboskoplampe 8 automatisch und der Reihe
nach gesteuert. Wenn nämlich der Helligkeitspegel der aufgenommenen Bilddaten wesentlich
höher ist, wird die Betätigungsperiode der Stroboskoplampe 8 auto-
matisch
gesteuert, so daß der optimale Helligkeitspegel in der folgenden Bildperiode vorgesehen
ist.
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Wenn die Durchschnittshelligkeit Y beispielsweise auf dem im wesentlichen
in der Nähe von Null positionierten Pegel VL gemäß Fig. 9 liegt, wird der Beleuchtungssteuerimpuls
CP auf die folgende Übertragungsperiode TR ausgedehnt, wobei die Stroboskoplampe
8 die maximale Beleuchtungsperiode (oder die maximale Betätigungsperiode der Stroboskoplampe
8) erhält. Bei Normalbedingung ist der Beleuchtungsimpuls CP entsprechend der Durchschnittshelligkeit
Y vorgesehen, der sich die Übertragungsperiode TR mit einer schmaleren Impulsdauer
als die nachfolgende Ubertragungsperiode TR durch eine mit einem Codein TBi gekennzeichneten
Periode anschließt, die schmaler als die maximale Beleuchtungsperiode ist. (Die
impulsdauer des Beleuchtungsimpuls-Steuerimpulses CP wird mit zunehmendem Pegel
der Durchschnittshelligkeit Y reduziert).
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Dementsprechend wird, wenn der Abstand zum Objekt oder die Intensität
des reflektierten Lichtes beispielsweise durch Verschieben des Endoskops geändert
wird, die Intensität des Beleuchtungslichtes immer schnell auf die optimale Intensität
für die Aufnahme eingestellt. Daher kann das Auftreten von Über strahlung vermieden
werden und das Beleuchtungslicht auf die optimale Intensität für die Aufnahme ohne
Einstellen der Intensität des Beleuchtungslichtes eingestellt werden, was von den
Bedingungen des Objektes abhängt, so daß ein leicht zu untersuchendes Bild erhalten
werden kann.
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Überdies kann anstelle der Lichtführung 6 eine Leuchtdiode vorne
im Einsatzteil vorgesehen sein, so daß die Beleuchtungsperiode der Leuchtdiode gesteuert
werden
kann. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin,
daß die Beleuchtungsperiode durch den vom Festkörperaufnahmeelement 4 empfangenen
Helligkeitssignalpegel gesteuert werden kann.