DE3530778C3 - Endoskop mit einer festkoerper-bildaufnahmevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskop gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiges Endoskop ist aus der Druckschrift "TOSHIBA REVIEW" No. 37, Juli/August 1986, S. 36 bis 43 bekannt.

In den letzten Jahren sind verschiedene Endoskope bekannt­ geworden, die eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, bei­ spielsweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) ver­ wenden. Bei derartigen Endoskopen ist es bekannt, zur Farbabbildung eine ladungsgekoppelte Vorrichtung zu ver­ wenden, ein Farbfilter getrennt oder einstückig mit der ladungsgekoppelten Vorrichtung anzuordnen und das Licht für die drei Grundfarben nacheinander umzuschalten und es auf die ladungsgekoppelte Vorrichtung zu richten. Einzelheiten derartiger Ausführungen sind beispielsweise aus den Japanischen Patent­ veröffentlichungen 55/54 933 und 51/65 692 bekannt.

CCD-Vorrichtungen besitzen zahlreiche fotoempfindliche Bild­ elemente, die auch "Pixel" genannt werden, wie dies in der Zeitschrift "Scientific American" veröffentlicht im Februar 1974, S. 22-31 beschrieben ist. Die Bildelemente sind senkrecht zu der Weitwinkel-Mittelbreite des Objektlinsensystems angeord­ net, so daß sich insgesamt ein rechteckiges Gittermuster er­ gibt. Wird eine derartige Gittermusterfläche als Lichtem­ pfangsfläche verwendet und Lichtenergie darauf gerichtet, dann werden die Elektronen, die innerhalb jedes Bildelement­ bereichs existieren, gesammelt, so daß sich Ladungsgruppen ergeben. Nach einer gewissen Zeit werden diese Ladungen zu einer jedem Bildelement entsprechenden Elektrode bewegt und ein Ausgangssignal proportional der Größe der Ladungsgruppe kann erhalten werden. Die Gruppe von Ladungen für diejenigen Teile des bestrahlten Bildes mit niedriger Helligkeit ist klein und diejenige Ladungsgruppe für Teile mit hoher Hellig­ keit ist groß.

Wichtig für die Eigenschaften von CCD-Vorrichtungen ist die Empfindlichkeit und der Dynamikbereich. Die Empfindlichkeit der CCD-Vorrichtung ist ihre Fähigkeit, die Signalladungen zu akkumulieren, damit diese der Größe der Lichtmenge ent­ sprechen. Andererseits enthält die CCD-Vorrichtung Störla­ dungen, die durch einen Dunkelstrom oder Unschärfen bewirkt werden. Die Signalladungen für denjenigen Teil des bestrahlten Bildes mit niedriger Helligkeit werden somit von Störladungen überdeckt, was zu einem unklaren Bild führt. Der Dynamik­ bereich der CCD-Vorrichtung wird durch die Menge von Stör­ ladungen bestimmt.

Manche verschwommenen angezeigten Bilder rühren von einer unterschiedlichen spektralen Lichtausbeute her. Wird Licht in den drei Grundfarben verwendet, dann verringert sich die Helligkeit eines mit der gleichen Helligkeit gebildeten, be­ strahlten Bildes in der Reihenfolge der grünen, roten und blauen Farbe auf dem Anzeigeschirm. Bei einem dieses Verfahren verwendeten Endoskops kann somit eine genaue Pegelsteuerung nicht erwartet werden, wenn diese Regelung abhängig ist vom Helligkeitspegel der drei Grundfarbsignale. Es ist somit er­ forderlich, die Regelempfindlichkeit in der Reihenfolge Blau, Rot und Grün zu ändern.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Endoskops, bei dem die vorge­ nannten Probleme von Bedeutung sind. Dieses Endoskop verwen­ det ein Farbfilter für eine Farbabbildung.

In Fig. 1 ist das vollständige Endoskop mit dem Bezugszeichen 1 versehen und in dem vorderen festen Abschnitt des Einsatz­ teiles 2 ist eine Abbildungsvorrichtung vorgesehen.

Insbesondere ist eine Öffnung am Stirnende ausgebildet, in der eine Objektlinse 3 zur Bildformung angeordnet ist. Eine CCD-Vorrichtung 4 ist an einer derartigen Stelle angeordnet, daß ihre Abbildungsfläche (Lichtempfangsfläche) in der Brenn­ ebene der Objektlinse 3 liegt.

Im optischen Weg zwischen der Objektlinse 3 und der CCD-Vor­ richtung 4, beispielsweise an der Pupillen-Position der Objekt­ linse 3, ist in Analysator (Polarisator) 5 angeordnet und das von dem Objekt reflektierte Licht fällt auf die Abbildungs­ fläche durch den Analysator 5. Der Analysator 5 kann inner­ halb eines Winkelbereichs von ungefähr 90 Grad mittels eines Antriebs 6 gedreht werden.

Das auf der vorgenannten Fläche gebildete Objektbild wird in Videosignale umgewandelt, die dem Fernsehsignalwandler 7 zugeführt werden. Insbesondere werden sie in drei Rot-, Grün- und Blaufarbsignale durch den Fernsehsignalwandler 7 umgewandelt und an die Rot-, Grün- und Blauanschlüsse des Farbfernseh­ monitors 8 angelegt und von diesem angezeigt.

Neben der vorstehend genannten Abbildungsvorrichtung besitzt der Einsatzteil 2 einen beleuchtungslichtführenden Lichtleiter 9, der durch ein optisches Faserbündel gebildet wird und dessen rückseitiges Stirnende entfernbar mit einer Lichtquellenvor­ richtung 10 verbunden ist, so daß Beleuchtungslicht von einer Beleuchtungslampe 11 reflektiert durch die konkave Fläche eines Reflexionsspiegels 12 und konzentriert durch einen Kon­ densor 13 ausgestrahlt wird.

Das durch den Kondensor 13 konzentrierte Beleuchtungslicht leuchtet durch den Lichtleiter 9 und von dem vorderen Stirn­ ende des Lichtleiters 9 wird Licht auf eine Lichtverteilungs­ linse 14 gerichtet und von dieser Linse 14 verbreitert. Hierdurch ergibt sich eine Beleuchtungsvorrichtung.

In einer Pupillen-Position der Lichtverteilungslinse 14 ist zwischen dieser und dem vorderen Stirnende des Lichtleiters 9 ein Polarisator 15 angeordnet, der das Beleuchtungslicht vom vorderen Stirnende des Lichtleiters 9 in eine geeignete polarisierte Welle, z. B. eine P-Welle polarisiert.

Eine Anordnung, die den auf der Beleuchtungsseite angeordneten Polarisator 15 und den auf der Abbildungsseite angeordneten Analysator 5 einschließt und die Beleuchtungslichtmenge unter Feststellen des Ausgangssignalpegels entsprechend der Ände­ rung der Beleuchtungslichtmenge feststellt und den Analysator 5 dreht, ist wie folgt ausgebildet:

Das Ausgangsvideosignal von der CCD-Vorrichtung 4 wird an einen Eingang eines Vergleichers 17 angelegt, dessen anderer Ein­ gang mit einem elektrischen Potential belegt wird, das auf einen Bezugswert Vs, etwa den Sättigungspegel eingestellt ist. Ist das Videosignal höher als der Bezugspegel Vs, dann gibt der Vergleicher 17 ein Signal mit einem hohen Pegel ab. Das Ausgangssignal des Vergleichers 17 wird für eine Bild­ periode durch einen Integrator 18 integriert und der inte­ grierte Wert wird mittels eines Verstärkers 19 verstärkt. Von dem integrierten Wert wird ein Wert Vo mittels eines Subtrahierers 20 subtrahiert, wenn der integrierte Wert 0 entspricht, um den Antrieb 6 zu regeln, wodurch sich eine Regressionsschaltung ergibt.

Die Antriebskraft für den Antrieb 6 wird gemäß dem Regel­ signalpegel (Antriebssignalpegel) geändert, wie er von dem Subtrahierer 20 abgegeben wird. Dies erfolgt ähnlich wie bei einem Voltmeter mit beweglicher Wicklung. Wenn der Ein­ gangssignalpegel hoch ist, dann wird die Antriebskraft ent­ gegen einer Spiralfeder als Anfangskraft erhöht und der auf seiner Welle angebrachte Analysator 5, der bei fehlender Drehung so eingestellt ist, daß er nur die P-Wellenkompo­ nente durchläßt, wird um einen Winkel gedreht, der mit dem Pegel des Regelsignals übereinstimmt.

Auf der Vorderseite der Abbildungsfläche der CCD-Vorrichtung 4 ist ein Farbfilter für die drei Grundfarben beispiels­ weise in Form einer Mosaikanordnung angeordnet und das von den Lichtempfangselementen der Abbildungsfläche empfangene Licht wird zu demjenigen geleitet, das den Bildelementen des Lichts jeder Wellenlänge der drei Grundfarben entspricht und wird mittels einer Abtast- und Halteschaltung im Fernsehsignal­ wandler 7 aufgetrennt für jedes Farbsignal. Nach Einfügen des horizontalen und vertikalen Synchronisiersignals werden die Signale als R G B-Farbsignale abgegeben.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird der Antrieb 6 durch ein Regelsignal von der Regressionsschaltung angetrie­ ben, um den Drehwinkel des Analysators 5 zu ändern. Gemäß dem Drehwinkel des Analysators 5 kann die auf die Abbildungs­ fläche auffallende Lichtmenge geregelt werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird die auf die CCD-Vorrichtung 4 auffallende Lichtmenge einfach verringert und erhöht gemäß der Änderung des Ausgangssignalpegels und es erfolgt keine Regelung bezüglich eines gleichförmig, klaren Bildes in einem Bereich einer geringen Lichtmenge bis zu einer hohen Lichtmenge, obwohl in einem gewissen Grade verhindert, daß sich der Dynamikbereich verringert.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung besitzt ferner den Nachteil, daß es eine lange Zeit benötigt, bevor bei Auf­ treten einer Änderung des Ausgangssignalpegels der Analy­ sator 5 um den entsprechenden Winkel gedreht ist.

Auch wird bei dem bekannten Endoskop die Lichtmenge durch manuelles Schalten des ND-Filters (Filter neutraler Dichte) eingestellt, das in den Lichtstrahl der Lichtquelle einge­ fügt ist. Es fehlt somit ein rasches Ansprechen und die Licht­ mengeneinstellung kann nur in einigen Stufen erfolgen.

Die ältere deutsche Patentanmeldung DE-OS 34 31 022 beschreibt ein Endoskop, bei dem abhängig vom Ausgangssignal einer Fest­ körper-Bildaufnahmevorrichtung sowohl die Lichtstärke des Beleuchtungslichtes als auch die Verstärkung des Ausgangs­ signals geregelt wird. Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung setzt sich aus einem Mosaikfarbfilter zusammen, das an der Lichtempfangsfläche angeordnet ist und die Farben Rot, Grün und Blau aufweist. Die Empfangs- und Regelschaltungen sind derart aufgebaut, daß Signale der drei Grundfarben getrennt und parallel zueinander verarbeitet werden. Zur Regelung der Lichtstärke bzw. der Verstärkung der Farbsignale wird das Y- Fernsehhelligkeitssignal herangezogen.

Die US-PS 44 23 436 beschreibt ein Endoskop für Schwarz-/ Weiß-Darstellung, bei der abhängig vom elektrischen Ausgangs­ signal der Festkörper-Bildauf­ nahmevorrichtung ein Regelsignal für die Lichtstärke der Beleuchtungsvorrichtung abgeleitet wird.

Die US-PS 40 74 306 offenbart ein Endoskop mit Farbdarstellung unter Verwendung eines Rotationsfilters für die drei Grund­ farben. Bei der Rotation des Rotationsfilters werden Farbum­ schaltsignale abgeleitet, über die der jeweils entsprechende für jede Grundfarbe vorgesehene Verstärker zum Empfang des Ausgangssignals der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung wirksam gemacht wird. Eine Regelung der Lichtstärke oder der Verstärkung der Verstärker ist nicht vorgesehen.

Aus dem Journal "TELEVISION", Band 12, Nr. 8, 1958, S. 372-376 ist eine Einrichtung zur Umwandlung eines foto­ grafischen Films in eine Fernsehdarstellung bekannt, bei der sowohl eine Lichtstärkenregelung als auch eine Regelung der Verstärkung des Videosignals erfolgt. Hierbei wird die Licht­ stärke eines vorhergehenden Bildes mittels einer eigenen, ge­ trennten Fotodiode festgestellt, auf die ein vom Lichtbündel abgetrennter, abgelenkter Strahl durch den Film gerichtet wird. Andererseits erfolgt die Verstärkung des Videosignals unter Zugrundelegung des gerade vom Hauptlichtbündel durchstrahlten Bildes, so daß bei einem plötzlichen Wechsel der Lichtdurchlässigkeit von einem Bild zum anderen eine in­ korrekte Regelung erfolgt. Da ferner die Lichtstärkeregelung über eine getrennte Lichtmeßvorrichtung erfolgt, führt die zwangsläufig vorhandene Streuung in der Lichtmessung zu einer weiteren Regelabweichung. Eine Verwendung für Endoskope, insbesondere für Farbaufnahmen, verbietet sich bereits deshalb, weil die getrennte Lichtmeßvorrichtung nicht in der En­ doskopspitze untergebracht werden könnte. Schließlich ver­ ringert sich die zum Objekt übertragene Gesamtlichtmenge, da ein Teil für die Lichtstärkenmessung abgezweigt werden muß.

Aus der US 23 89 039 ist ein Farbfernsehsystem bekannt, bei dem die Fernsehkameraröhre mit Hilfe eines Rotationsfilters zeitseriell mit Licht der Grundfarben belichtet wird. Diesem Rotationsfilter ist ferner ein Lichtsensor zugeordnet, der jeweils einem Filterelement des Rotationsfilters gegenüber­ liegt, das die gleiche Grundfarbe wie das der Kamera gegen­ überliegende Filterelement aufweist. Das vom Lichtsensor abgegebene Signal wird über einen Verstärker an drei Wider­ stände angelegt, deren andere Enden an Masse gelegt sind. Durch entsprechend der gewünschten Intensität der Grund­ farbe eingestellte Abgriffe an diesen Widerständen können Signale abgenommen werden, die an verschiedenen Sektoren eines mit der Drehung des Rotationsfilters synchronisierten Kommutators gelegt werden, der entsprechend der jeweils abgetasteten Grundfarbe ein Signal einem Videoverstärker zuführt, um damit eine Änderung der Verstärkung dieses Vi­ deoverstärkers für jedes Teilbild zu erzielen. Dieser Viedeover­ stärker stellt jedoch selbst keinen geregelten Verstärker dar.

Aus der JP 4 55 373 A ist ein Endoskop bekannt, bei dem der Bildaufnahmeröhre ein Vorverstärker sowie ein Bildver­ stärker nachgeschaltet sind. Das Ausgangssignal des Bild­ verstärkers wird jeweils einer Grundfarbe zugeordneten Ver­ stärkungsreglern zugeführt, die jeweils eine Korrektur im Hin­ blick auf die betreffende Grundfarbe vornehmen. Die Aus­ gangssignale dieser Verstärkungsregler werden zusammenge­ faßt und einem Bildausgangsverstärker zugeführt. Gleichzeitig werden diese Ausgangssignale der Verstärkungsregler auch über entsprechende Impulsgeneratoren einem Impuls­ verstärker zugeführt, dessen Ausgangssignal einem Elektronenvervielfacher der Bildaufnahmeröhre angelegt wird. Somit kann die Verstärkung der jeweiligen Grundfarbe individuell geregelt werden.

Aus der eingangs erwähnten Druckschrift "TOSHIBA REVIEW" No. 37, Juli/August 1968, S. 37 bis 43 ist ein En­ doskop mit einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, einer Beleuchtungsvorrichtung, die weißes Licht zeitseriell in Licht der Grundfarben aufteilt und eine Lichtstärkenregelvorrichtung einschließt, die die Lichtstärke abhängig von der Größe des elektrischen Ausgangssignals der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung regelt, und einem geregelten Verstärker bekannt, an dem gleichfalls das Ausgangssignal der Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung anliegt. Liegt ein dunkler Gegen­ stand in einer Körperhöhle vor, der mit Hilfe dieses Endo­ skops wahrgenommen werden soll, so wird die zur Lichtstärkeregelung vorgesehene Blende ganz geöffnet und somit das eine Ende des Regelbereichs für die Lichtstärke erreicht. In diesem Zustand kann keine exakte Lichtstärkeregelung mehr vorgenommen werden, so daß sich keine farbechten Bilder erzielen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Endoskop für Farbbilddarstellung anzugeben, mit dem gleichförmig klare Bilder im Bereich einer geringen Lichtmenge bis zu einer hohen Lichtmenge farbecht wiedergegeben werden.

Ferner soll ein rasches Ansprechen und eine rasche Regelung möglich sein. Dabei soll sowohl eine Lichteinstellvorrich­ tung als auch eine elektrische Regelvorrichtung zum Einsatz kommen, wobei die Lichteinstellvorrichtung durch die elek­ trische Regelvorrichtung unterstützt wird und nicht nur eine unabhängige Regelung durch die eine oder andere Vor­ richtung erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Endoskop mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.

Da bei der Regelung der Lichtstärke auch die jeweils aktive Grundfarbe berücksichtigt wird, und eine zusätzliche Regelung der Verstärkung des Ausgangssignals der Festkörper-Bildauf­ nahmevorrichtung unter Berücksichtigung der jeweils aktiven Grundfarbe erfolgt, wird die Darstellung der Farbbilder wesentlich verbessert.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Endoskops sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Endoskops wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Beispiels eines bekannten Endoskops,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Endoskops,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Rotationsfilter, das bei dem Endoskop gemäß Fig. 2 Verwendung findet.

Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Die Einrichtung nach dem Ausführungsbeispiel weist eine Beleuchtungsvorrichtung 21 auf, die ein zu betrachtendes Objekt beleuchtet und deren Lichtaussendung einstellbar ist, sowie eine Verstärkungsfaktorregelvorrichtung 22, die die Amplitude des von einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, etwa einer CCD-Vorrichtung 4′ abgegebenen Signals regelt.

Dies bedeutet, daß das von der CCD-Vorrichtung 4′ an dem vorderen Ende des Einsatzteiles 2 des Endoskops abgegebene Signal über einen Vorverstärker 23 und einen Videoverstärker 24, der dazu in Reihe geschaltet ist, an einem ersten Signalfeststellpunkt 25 für eine automatische Lichtein­ stellung mittels der Beleuchtungsvorrichtung 21 angelegt wird und gleichzeitig der Verstärkungsfaktorregelvorrichtung 22 zugeführt wird, die nach dem ersten Feststellpunkt 25 liegt.

Die Beleuchtungsvorrichtung 21 weist einen Schaltungsteil 21a und einen optischen Teil 21b auf, wobei der Schaltungs­ teil 21a das auf der Basis des Signals am er­ sten Feststell­ punkt 25 gebildete Lichtregelsignal S 1 dazu verwendet, das Galvanometer 26 des optischen Teils 21b anzutreiben. Die Ausgangswelle des Galvanometers 26 ist mit einer Blende 27 verbunden, die Beleuchtungslicht von dem Lichtquellenteil 12′ einstellt und auf das Kondensorsystem 28 richtet. Das durch das Kondensorsystem 28 laufende Licht wird an der Position eines Schlitzes 29 konzentriert und fällt auf ein hinter dem Schlitz 29 angeordnetes Eingangsübertragungslinsensystem 30, so daß das Beleuchtungslicht einen vorgegebenen Querschnitt bekommt. Das Beleuchtungslicht gelangt zu einem Ausgangs­ übertragungslinsensystem 33 durch ein Drei-Farben-Rotations­ filter 32, das mittels eines Synchronmotors 31 gedreht wird. Das Ausgangsübertragungslinsensystem 33 verlassende Licht wird am Eingang des Lichtleiters 9 eingeführt. Der Synchronmotor 31 besitzt eine Servoschaltung 34 und dreht das Rotationsfilter mit einer konstanten Drehzahl in einer vorgegebenen Richtung. Ein Rotationsdetektor 35 stellt den Startimpuls fest für die Rotationsstartposition und Licht­ abschirmbereiche zum Abtasten der Rot-, Grün- und Blau-Filter­ bereiche des Rotationsfilters 32, sowie den Abtastimpuls zur Anzeige der Abtaststartposition von der CCD-Vorrichtung. Die vom Detektor 35 festgestellten Signale werden einem Zeit­ gabegenerator 36 zu dessen Regelung zugeführt.

Andererseits legt der Schaltungsteil 21a der Beleuchtungs­ vorrichtung 21 die Signale am Feststellpunkt 25 an das eine Ende einer Reihenschaltung aus drei Widerständen R 1, R 2 und R 3, deren anderes Ende geerdet ist. Das eine Ende P_G sowie die Zwischenpunkte P_R, P_B sind an einen Analogschalter 37 mit drei Eingängen angelegt. Der Signalpegel an den Punkten P_G, P_R und P_B, der an den Analogschalter 37 angelegt wird, wird derart eingestellt, daß er der spektralen Intensität für grünes Licht, rotes Licht und blaues Licht in der an­ gegebenen Reihenfolge entspricht, so daß eine unabhängige Lichteinstellung während jeder Farbsignalperiode durchge­ führt werden kann. Insbesondere erzeugt der Zeitgabegenerator 36, der den von dem Rotationsdetektor 35 festgestellten Im­ puls empfängt, den Schaltimpuls S 2 für Rot, Grün und Blau im Einklang mit dem vorgenannten Startimpuls und Abtast­ impuls, und der Schaltimpuls stellt die Position des Analog­ schalters 37 ein.

Das Ausgangssignal des so für jede Farbsignalperiode ge­ schalteten Analogschalters 37 wird an einen ersten Eingang eines ersten Vergleicherverstärkers 39 über ein Tiefpaß­ filter 38 angelegt. Am zweiten Eingang des ersten Vergleicher­ verstärkers 39 ist eine Bezugsspannungsquelle angeschlossen, um eine Spannung Vr 1 entsprechend dem Mittelwert des mini­ malen Grenzwertes anzulegen, der den Dynamikbereich der CCD- Ausgangssignale ermöglicht. Wenn der Mittelwert (Helligkeits­ signal) des Signals von dem Analogschalter 37 geringer als Vr 1 während einer Farbsignalperiode wird, dann kann der erste Vergleicherverstärker 39 das Lichtregelsignal S 1 an das Galvanometer 26 anlegen.

In der Verstärkungsregelschaltung 22 empfängt ein Multipli­ zierer 40 das Signal am ersten Feststellpunkt 25, wobei das Ausgangssignal des Multiplizierers an einen zweiten Feststell­ punkt 41 angelegt wird. Das Signal am zweiten Feststellpunkt wird dem Farbmonitor 8 über den Fernsehsignalwandler 7 zu­ geführt und angezeigt sowie an den einen Eingang einer Reihen­ schaltung angelegt, die aus Widerständen R 4, R 5 und R 6 be­ steht. Das andere Ende dieser Reihenschaltung ist mit Erde verbunden und die Signale an dem einen Endpunkt Q_G und den Verbindungspunkten Q_R und Q_B werden an einen Analogschalter 42 angelegt. Dieser Analogschalter 42 empfängt ebenfalls den gleichen Schaltimpuls S 2 wie der Analogschalter 37 der Be­ leuchtungsvorrichtung 21 und das durch den Analogschalter 42 ausgewählte Signal wird an den ersten Eingang eines zweiten Vergleicherverstärkers 44 angelegt, an dessen zweiten Eingang eine Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist, die eine Spannung Vr 2 an den zweiten Vergleicherverstärker 44 anlegt. Die Spannung Vr 2 wird auf einen Wert eingestellt, der dem Helligkeitssignal­ pegel des minimalen Grenzwertes entspricht, der noch den Dynamikbereich des durch den Multiplizierer 40 laufenden Signals, d. h. des geregelten Signals ermöglicht. Fällt der Wert des Signals des zwischen den Analogschalter 42 und den zweiten Vergleicherverstärker 44 geschalteten Tiefpaßfilters 43 unter den Spannungswert Vr 2, dann kann die Verstärkung des Multiplizierers 40 geregelt werden.

Fig. 3 zeigt das vorgenannte Rotationsfilter 32 mit Filter­ bereichen 32B, 32G und 32R, die den blauen, grünen bzw. roten Lichtanteil des von dem Lichtquellenteil 12′ abgegebenen weißen Lichts durchlassen. Zwischen den Filterbereichen sind Lichtabschirmbereiche 32C_B, 32C_G und 32C_R vorgesehen, die je­ weils eine Lichtabschirmperiode zwischen denjenigen Perioden erzeugen, während denen das Grundfarbenlicht auf ein Objekt gerichtet wird, was während einer Umdrehung des Filters während aufeinanderfolgender Feldperioden stattfindet. Die Öffnung 45 stellt den Startimpuls des Rotationsfilters 32 fest, während die Öffnungen 46R, 46G und 46B zur Feststellung der Abtast­ impulse für die R-, G- und B-Videosignalabtastung dienen. Der Startimpuls tritt bei Beginn jeder Feldperiode auf.

Bei einem derartig ausgebildeten Endoskop fällt Beleuchtungs­ licht, für das die Abschirmperioden und die Perioden für das Licht der drei Grundfarben mittels des Rotationsfilters 32 eingestellt werden, durch das Ausgangsübertragungslinsen­ system 33, den Lichtleiter 9 und die Lichtverteilungslinse 14 und beleuchtet ein Objekt. Das Licht fällt dann auf die Licht­ empfangsfläche der CCD-Vorrichtung 4′, die Bildlichtenergie entsprechend den Wiederholungen jeder Periode abgibt. Die von der CCD-Vorrichtung 4′ abgetasteten Videosignale werden an den ersten Feststellpunkt 25 über den Vorverstärker 23 und den Videoverstärker 24 angelegt und ein Teil derselben wird dem Multiplizierer 40 zugeführt, während ein anderer Teil an die Reihenwiderstände R 1, R 2 und R 3 der Beleuchtungs­ vorrichtung 21 zugeführt wird.

Während der Rotsignalperiode legt beispielsweise der Analog­ schalter 37 das Rotsignal des aufgeteilten Pegels am Ver­ bindungspunkt P_R der Widerstände R 1 und R 2 an das nachfol­ gende Tiefpaßfilter 38, das den Mittelwert der Signale an den ersten Eingang des ersten Vergleicherverstärkers 39 an­ legt. Wenn der Mittelwert geringer ist als die Bezugsspannung Vr 1, dann gibt der erste Vergleicherverstärker 39 ein Licht­ regelsignal S 1 ab, so daß das Galvanometer 26 die Öffnung der Blende 27 aufweitet. Hierdurch wird die Beleuchtungslicht­ menge von dem Lichtquellenteil 12′ und die auf die CCD-Vor­ richtung 4′ gelangende Lichtenergie sowie der Helligkeitspegel des Videosignals erhöht. Somit erhöht sich die Amplitude des Rotsignals und der Dynamikbereich kann vergrößert werden. Der erste Vergleicherverstärker 39 kann auch die Blende 27 in analoger Weise durch Abgabe des Lichtregelsignals pro­ portional zu der Pegeldifferenz zwischen der Spannung Vr 1 und dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 38 regeln.

Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Lichtregelung in der Beleuchtungsvorrichtung 21 mittels eines unabhängigen Signalpegels für jedes Grundfarbensignal. Dies bedeutet, daß der Signalpegel am Punkt P_R während der Rotsignalperiode, am Punkt P_G während der Grünsignalperiode und am Punkt P_G während der Blausignalperiode als das Signal verwendet wird, das durch den ersten Vergleicherverstärker 39 mit der Bezugs­ spannung verglichen wird. Somit kann das Blausignal mit der geringsten spektralen Intensität auf der Basis des Signals mit dem kleinsten Pegel am Punkt P_B geregelt werden und seine Lichtregelfähigkeit ist größer als dasjenige während der Rotsignalperiode und der Grünsignalperiode. Während der Grünsignalperiode mit der größten spektralen Intensität erfolgt die Lichtregelung mit einer erhöhten Verringerung des Helligkeitspegels verglichen mit dem Rotsignal und dem Blausignal.

Bei der vorliegenden Erfindung können die Signale, für die die oben beschriebene Lichtregelung durchgeführt wird, ferner mit hoher Geschwindigkeit elektrisch bezügl. der Verstärkung geregelt werden. In der Beleuchtungsvorrichtung 21 wird eine merkliche Zeit benötigt, bis die Blende 27 aufgeweitet wird, auch wenn das Lichtregelsignal S 1 durch den ersten Ver­ gleicherverstärker 39 abgegeben wird, wenn der Signalpegel am ersten Feststellpunkt 25 geringer wird. In der Zwischen­ zeit tastet die CCD-Vorrichtung 4′ die Signale mittels des Beleuchtungslichts mit einer ungenügenden Helligkeit ab und führt diese Signale dem Multiplizierer 40 zu. Deshalb werden gemäß der vorliegenden Erfindung die vom Multiplizierer 40 kommenden, am zweiten Feststellpunkt 41 auftretenden Signale an den Punkten Q_G, Q_R und Q_B mit vorgegebenen aufgeteilten Pegeln versehen und dem Analogschalter 42 entsprechend der jeweiligen Signalperiode zugeführt. Der Analogschalter 42 wird durch den Schaltimpuls S 2 synchron mit dem Analogschalter 37 der Beleuchtungsvorrichtung 21 betätigt und legt ausge­ wählte Signale an das Tiefpaßfilter 43. Der zweite Ver­ gleicherverstärker 44 gibt das Verstärkungsregelsignal S 3 zur unmittelbaren Regelung des Multiplizierers 40 ab, das proportional zu der Pegeldifferenz zwischen dem Mittelwert der durch das Tiefpaßfilter 43 geformten Signale und der Spannung Vr 2 ist. Diese Regelgeschwindigkeit ist wesentlich höher als die Betätigungsgeschwindigkeit des Galvanometers 26 und der Blende 27 in der Beleuchtungsvorrichtung 21, so daß der Videosignalpegel bereits vor der Lichtregelung er­ höht werden kann.

Da die vorliegende Erfindung eine Verstärkungsregelungsvor­ richtung 22 zur Regelung des Videosignals verwendet, nach­ dem die Lichtregelung durchgeführt ist, ermöglicht die Ver­ stärkungsregelungsvorrichtung 22 eine weitere Regelung, wenn der Dynamikbereich eng ist, da der Signalpegel nicht mehr ausreichend durch die Lichtregelung allein erhöht werden kann. Grundsätzlich ist die Regelung der Schaltungsverstär­ kung bezügl. des Signal-/Stör-Verhältnisses der Beleuchtungs­ lichteinstellung überlegen, so daß dieses mehr verbessert wird als wenn eine Lichtregelung und eine Verstärkungs­ regelung parallel zueinander durchgeführt werden. Dies be­ deutet, daß der Verstärkungsregelung Priorität vor der Licht­ regelung gegeben wird.

Die vorliegende Erfindung bringt somit ein Abbildungssystem mit einem weiten Dynamikbereich und einer gleichförmigen spektralen Intensität.

Zusätzlich zu der Lichtregelvorrichtung bestehend aus dem Galvanometer 26 und der Blende 27 kann die Beleuchtungs­ lichtmenge auch unter Verwendung des Polarisationsfilters gemäß Fig. 1 oder einer Kombination eines Polarisationsfilters und einer Flüssigkristallvorrichtung geregelt werden. Da sich die vorliegende Erfindung dadurch auszeichnet, daß die Licht­ regelvorrichtung und die Verstärkungsregelvorrichtung in Reihe kombiniert sind, kann sie auch auf ein Endoskop ange­ wendet werden, das ein Farbmosaikfilter gemäß Fig. 1 ver­ wendet.

Da, wie zuvor beschrieben, die vorliegende Erfindung eine elektrische Verstärkungsregelung zusätzlich zu einer Be­ leuchtungslichtregelung als Regelung der Ausgangssignale der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet, kann das langsame Ansprechen des mechanischen Antriebs der Licht­ regelvorrichtung ausgeglichen werden durch die Verstärkungs­ regelungsvorrichtung; falls mit der Lichtregelvorrichtung allein kein ausreichender Dynamikbereich erzielt werden kann, dann wird dies durch die Verstärkungsregelungsvor­ richtung erreicht, so daß Videosignale mit einem hohen Signal/ Stör-Verhältnis erzielt werden können.

Claims (6)

1. Endoskop zur Aufnahme eines Objektbildes unter Verwendung

• - einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (4′),
• - einer zum Beleuchten des Objekts vorgesehenen Beleuchtungsvorrichtung (21), die weißes Licht zeitseriell in Licht der Grundfarben aufteilt und eine Lichtstärkenregelvorrichtung einschließt, die die Lichtstärke abhängig von der Größe des elektrischen Ausgangssignals der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (4′) regelt, und
• - eines geregelten Verstärkers (22), dessen Verstärkung abhängig von der Größe seines Ausgangssignals geregelt wird und an dem das Ausgangssignal der Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung (4′) gleichfalls anliegt,

gekennzeichnet durch, die Kombination folgender Merkmale:

• - der geregelte Verstärker (22) ist in Reihe der Lichtstärkenregelvorrichtung nachgeschaltet,
• - die Regelung der Verstärkung des geregelten Verstärkers (22) sowie die Regelung der Lichtstärke mittels der Lichtstärkenregelvorrichtung erfolgt entsprechend der spektralen Intensität der jeweils aktiven Grundfarbe,
• - der Ausgang des geregelten Verstärkers (22) ist mit einem aus drei Widerständen (R4, R5, R6) bestehenden Spannungsteiler verbunden, dessen einer Anschluß an Masse gelegt ist, während die Anschlüsse der Widerstände (R4, R5, R6) an die Eingänge eines Schalters (42) angeschlossen sind, der mit der Umschaltung der drei Grundfarben geschaltet wird, und
• - das Ausgangssignal des Schalters (42) ist über ein Tiefpaßfilter (43) an einen Vergleicher (44) angelegt, an dem eine Bezugsspannung (Vr2) anliegt, die auf einen Wert eingestellt ist, die dem Helligkeitssignal des minimalen Grenzwerts entspricht, der noch den Dynamikbereich des durch einen im Verstärker (22) vorgesehenen Multiplizierer (40) laufenden Signals ermöglicht, wobei das Ausgangssignal des Vergleichers (44) dann dem Multiplizierer (40) als Verstärkungsregelsignal (S3) angelegt ist, wenn der Wert der Bezugsspannung (Vr2) unterschritten ist.

2. Endoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung einem in der Beleuchtungsvorrichtung (21) vorgesehenen Spannungsteiler aus drei Widerständen (R1, R2, R3) zugeführt wird, dessen einer Anschluß auf Masse gelegt ist, während die Anschlüsse der drei Widerstände (R1, R2, R3) an drei Eingänge eines weiteren Schalters (37) gelegt sind, der mit der Umschaltung zwischen den drei Grundfarben geschaltet wird und dessen Ausgangssignale zur Regelung der Lichtstärke der Beleuchtungsvorrichtung herangezogen wird.

3. Endoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des weiteren Schalters (37) über ein Tiefpaßfilter (38) an einen weiteren Vergleicher (39) angelegt wird, an dem eine Bezugsspannung (Vr1) anliegt.

4. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstärkenregelung mittels einer Blende (27) bzw. eines Polarisationsfilters erfolgt, die bzw. das in dem optischen Weg des Beleuchtungslichtes angeordnet ist, sowie einem Antrieb (26) zum Betätigen und Steuern der Blende (27) bzw. des Polarisationsfilters abhängig von der Größe des elektrischen Ausgangssignals der Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung.

5. Endoskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitserielle Aufteilung des weißen Lichts mittels eines Rotationsfilters (32) erfolgt, das einer Lichtquelle (12′) für weißes Licht vorgeschaltet ist.