DE3738598A1 - Lichtquelleneinrichtung fuer endoskope - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelleneinrichtung für Endoskope mit einer Vorrichtung zum Steuern oder Regeln der auf ein abzubildendes Objekt gerichteten Beleuchtungslichtmenge.

Bei endoskopischen Beobachtungen wurde bisher eine separate Lichtquelleneinrichtung dazu verwendet, Beleuchtungslicht auf ein abzubildendes Objekt zu richten, wobei von der separaten Lichtquelleneinrichtung das Beleuchtungslicht in dem Endoskop durch Lichtleiterfasern zur Endoskopspitze übertragen und dort ausgestrahlt wurde. Zur Einstellung der Beleuchtungslichtmenge abhängig von der Helligkeit (Reflexionsfaktor) des abzubildenden Objekts ist zwischen einer Lampe in der Lichtquelleneinrichtung und einem Verbinder zum Endoskop eine Blende angeordnet. Hierbei ist eine Schlitzplatte oder eine wabenförmig ausgebildete Platte um eine Achse drehbar, die unter einem rechten Winkel zum Lichtweg und mit diesem als Mittelpunkt angeordnet ist. Unter elektrischer oder mechanischer Drehung dieser Blende kann das Lichtunterbrechungsverhältnis verändert werden, wodurch eine Einstellung der auf den Lichtleiter auftreffenden Lichtmenge erfolgt. Ein Beispiel einer derartigen wabenförmigen Blende ist in der Japanischen Patentanmeldung 17 38 32/1984 offenbart. Die Lichtquelleneinrichtung gemäß dieser Druckschrift sei unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erläutert. Insbesondere wird dabei auf ein elektronisches Endoskop Bezug genommen, bei dem eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung in der Spitze eines Einfuhrteiles des Endoskops zur Abbildung des Objekts angeordnet ist. Eine Lichtquelleneinrichtung 102 ist mit dem elektronischen Endoskop 100 verbunden. Das elektronische Endoskop 100 besitzt einen Lichtleiter 106 aus einem optischen Faserbündel, das von der Lichtquelleneinrichtung abgestrahltes Beleuchtungslicht zu der Spitze des Einfuhrteiles überträgt, um ein Objekt 104 zu beleuchten, sowie eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) 108 als Festkörperbildaufnahmevorrichtung, die in der Spitze eingebaut ist.

Die Lichtquelleneinrichtung 102 enthält eine Lichtquelle beispielsweise eine Lampe (Xenon-Lampe) 110. Die Lampe 110 wird derart geregelt, daß ein konstanter Strom durch sie fließt, so daß, wenn ein Ausgangssignal einer Impulsgeneratorschaltung 112 an eine Stromregelschaltung 114 angelegt wird, ein Blitz synchronisiert mit dem Signal abgegeben wird. Eine Schaltvorrichtung 116 ist mit der Stromregelschaltung 114 verbunden und bildet mit dieser eine Lichtquellen-Erregungs- oder Zündschaltung 118.

Das von der Lampe 110 ausgestrahlte Licht fällt auf den Lichtleiter 106 des elektronischen Endoskops 100, und zwar durch eine Blende 120, ein optisches Linsensystem 122 und ein Rotationsfilter 124. Die Blende 120 ist mittels einer Antriebsvorrichtung 126 drehbar und besteht aus einer geschlitzten Platte oder einer wabenförmigen Platte, deren Neigung bezüglich des Lichtweges variabel ist. Das Rotationsfilter 124 wird von einem Rotor 128 in Rotation versetzt und färbt das Beleuchtungslicht nacheinander rot (R), grün (G) und blau (B). Zwischen den Durchlaßperioden für die entsprechenden Farbkomponenten liegt eine Lichtunterbrechungsperiode. Ein optischer Sensor 130 stellt die Durchlaßperioden der entsprechenden Farbkomponenten des Rotationsfilters 124 fest. Wenn die Durchlaßperioden der entsprechenden Farbkomponenten enden, wird jeweils vom optischen Sensor 130 ein Impuls abgegeben und einer Farbsignal-Synchronisierschaltung 132 zugeführt. Nach einer vorbestimmten Periode nach diesem Synchronisationsimpuls, die der Lichtunterbrechungsperiode entspricht, legt die Farbsignal- Synchronisierschaltung 132 nur für eine konstante Periode entsprechend der Lichtdurchlaßperiode ein Farbsynchronisiersignal an die Impulsgeneratorschaltung 112, so daß die Lampe 110 mit der Rotation des Rotationsfilters 124 synchronisiert ist und Licht nur während der Lichtdurchlaßperioden der entsprechenden Farben ausstrahlt.

Das Ausgangssignal der CCD-Vorrichtung 108 wird der Lichtquellenvorrichtung 102 über eine Signalleitung mit Verbinder 138 innerhalb des elektronischen Endoskops 100 zugeführt und an eine Signalverarbeitungsschaltung 140 angelegt, in der eine Verstärkung, Begrenzung und verschiedene Korrekturen erfolgen. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung 140 wird an die Videoschaltung 142 angelegt und es wird ein Bild einer nichtgezeigten Anzeigeeinheit zugeführt. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung 140 wird auch an einen Differenzverstärker 144 angelegt. Ein von einer Bezugsspannungsschaltung 146 abgegebenes Bezugssignal wird dem Differenzverstärker zugeführt. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 144 regelt die Blendenantriebsvorrichtung 126.

Innerhalb der Signalverarbeitungsschaltung ist auch ein Integrator vorgesehen, so daß die abgegebene Beleuchtungslichtmenge festgestellt werden kann. Die Differenz zwischen diesem Lichtmengenwert und dem Bezugssignal wird vom Differenzverstärker 144 festgestellt. Abhängig von dem Ergebnis dieser Differenzbildung wird die Blendenantriebsvorrichtung 126 geregelt. Insbesondere wird die Blende oder Blendenplatte 120 in Lichtunterbrechungsrichtung geneigt, wenn das Beleuchtungslicht zu stark ist, und in Durchlaßrichtung des Lichtweges geneigt, wenn das Beleuchtungslicht zu gering ist. Diese automatische Lichtregelung wird nicht nur bei einem elektronischen Endoskop, sondern auch im Falle eines gewöhnlichen Endoskops mit Glasfaserübertragung angewandt.

Bei einer derartigen Lichtquelleneinrichtung für Endoskope, bei der die Blendenplatte ausschließlich der Lichtregelung dient, ist ein Antriebsmechanismus für die Drehung der Blendenplatte und eine entsprechenden Steuerschaltung eigens erforderlich. Dies bedeutet, daß die Anzahl von Bauelementen ansteigt und die Lichtquelleneinrichtung groß, kompliziert und kostspielig wird.

Soll nun bei einem elektronischen Endoskop, das mit Zeitfolge oder Farbteilbildfolge arbeitet, die Farbwiedergabe für das endoskopische Bild verbessert werden, dann muß der Farbabgleich, das heißt das Farbgleichgewicht bzw. die Weißbalanz von R, G und B im voraus eingestellt werden. Bei der bekannten Anordnung dient dazu beispielsweise das Rotationsfilter 2, das gemäß Fig. 2 mit entsprechenden R-, G- und B-Farbdurchlaßfiltern 1 R, 1 G und 1 B ausgestattet ist und mit einer kontinuierliches Licht abgebenden Lichtquelle zusammenarbeitet, wobei unter Verwendung eines Lichtunterbrechungselements 3 die Durchlaßverhältnisse für die entsprechenden R-, G- und B-Farbdurchlaßfilter 1 R, 1 G und 1 B eingestellt werden. Auch wenn die Durchlaßverhältnisse der entsprechenden R-, G- und B-Farbdurchlaßfilter 1 R, 1 G und 1 B im voraus eingestellt werden, kann abhängig von der Streuung der Abildungs- oder Bildaufnahmevorrichtung oder dergleichen nicht der optimale Zustand jederzeit gewährleistet werden. In einem derartigen Falle wird zur Änderung Öffnungsfläche des Filters ein Lichtunterbrechungselement für eine Vorauseinstellung verwendet.

Auch wenn die Durchlaßverhältnisse der entsprechenden Farbdurchlaßfilter im voraus eingestellt werden, ist es bei der bekannten Einrichtung auf Grund der Streuung der Abbildungs- oder Bildaufnahmevorrichtung oder dergleichen erforderlich, daß die Durchlaßverhältnisse der entsprechenden Farbfilter unter Verwendung eines Lichtunterbrechungselements nochmals justiert werden. Dies bedeutet, daß kein exakter Farbabgleich möglich ist, daß ein Lichtunterbrechungselement erforderlich ist und daß die Neujustierung einige Zeit benötigt.

Wird eine Blitzlichtquelle verwendet, die nachstehend als Strobe- Lampe bezeichnet sei, dann kann die ausgestrahlte Lichtmenge variabel eingestellt werden, wenn die der Strobelampe zugeführte Energie veränderbar gemacht wird. Wird somit eine geeignete Energiemenge der Strobelampe zugeführt, damit diese Licht innerhalb der Durchlaß- oder Öffnungszeit der entsprechenden R-, G- und B-Farbfilter ausstrahlt, wie dies Fig. 3a zeigt, dann kann der R-, G- und B-Farbabgleich wie bei dem vorgenannten Beispiel erfolgen.

Um die zugeführte Energie tatsachlich variabel zu machen, wird ein Verfahren angewendet, bei dem die Anzahl der Strobelichtemissionen während der Durchlaß- und Öffnungszeit der entsprechenden Farbfilter variabel gemacht wird.

Bei einer derartigen Steuerung der Anzahl von Lichtemissionen der Strobelampe während der Öffnungs- oder Durchlaßperioden der entsprechenden Farbfilter ist es notwendig, den Regelbereich durch Erhöhen der Anzahl der Lichtemissionen zu erweitern, was die Lebensdauer der Strobelampe beträchtlich reduziert.

Die Japanische Patentoffenlegungsschrift 2 05 884/1984 oder die US-PS 45 32 918 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Kondensatorkapazität, dargestellt durch die Energieformel E=1/2 CV², und die angelegte Spannung V justiert werden.

Bei der bekannten Einrichtung muß die der Strobelampe zugeführte Energie während der Öffnungs- oder Durchlaßzeit der entsprechenden R-, G- und B-Farbfilter variabel gemacht werden, mit dem Nachteil, daß die Regelschaltung kompliziert und kostspielig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquelleneinrichtung für Endoskope anzugeben, bei der die von einer Blitzabgabelampe ausgestrahlte Lichtmenge auf einfache Weise justiert werden kann. Dabei soll ferner der Farbabgleich auf einfache Weise mit hoher Präzision erfolgen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet eine einen Blitz abgebende Lichtquellenlampe, eine Erregungs- oder Zündschaltung für diese Lichtquellenlampe, eine Farbscheibe mit mehreren Farbfiltern, die das weiße Licht dieser Lichtquellenlampe färben, und eine Vorrichtung zum Feststellen der Positionen der in einen Lichtweg eintretenden Farbfilter, wobei die Lichtausstrahlungszeitgabe der Lichtquellenlampe für die Zeit geregelt wird, wenn sich die Farbfilter in dem Lichtweg befinden, wobei die ausgestrahlten Lichtmengen für die entsprechenden Lichtfarben auf einfache Weise variiert werden können.

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten bekannten Lichtquelleneinrichtung;

Fig. 2 eine Ansicht eines Rotationsfilters, wie es bei einer zweiten bekannten Einrichtung verwendet wird;

Fig. 3a und 3b Impulsdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise einer dritten bekannten Einrichtung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Lichtquelleneinrichtung gemäß dem ersten Ausführungbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild mit den Einzelheiten des ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 6 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines wesentlichen Teiles eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 8 den Aufbau einer elektronischen Endoskopeinrichtung, die eine Einrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel verwendet;

Fig. 9 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 10 eine Darstellung des konkreten Aufbaus der Einrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 11 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel und

Fig. 12 eine Darstellung des Aufbaus eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Zur Erläuterung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf Fig. 4 verwiesen, in der für die gleichen Bauelemente wie bei der bekannten Einrichtung nach Fig. 1 gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Der Unterschied zu der bekannten Einrichtung besteht darin, daß zwischen dem Differenzverstärker 144 und der Impulsgeneratorschaltung 112 eine Verzögerungsschaltung 150 angeordnet und die Blendenplatte und die Blendenantriebsvorrichtung weggelassen sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung wurde die Signalverarbeitungsschaltung 140 und der Differenzverstärker 144 zu einer Lichtregelsignal- Generatorschaltung 152 kombiniert.

Fig. 5 zeigt Einzelheiten der Verzögerungsschaltung 150 und der Lichtregelsignal-Generatorschaltung 152 des ersten Ausführungsbeispiels. Das Ausgangssignal der CCD-Vorrichtung 108 wird an die Signalverarbeitungsschaltung 140 angelegt und das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung 140 wird dem Integrator 154 zugeführt, der aus einem Schalter S 1 einem Widerstand R 1 und einem Kondensator C 1 besteht. Der Schalter 81 wird für ein Öffnen und Schließen von der Steuerschaltung 156 betätigt. Das Ausgangssignal des Integrators 154 wird dem Differenzverstärker 144 zugeführt.

Die Verzögerungsschaltung 150 umfaßt einen spannungsgeregelten Widerstand (VCR) 158 und eine monostabile Kippschaltung 160. Der VCR 158 verändert seinen Widerstandswert mit der angelegten Spannung. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 144 wird an den VCR 158 angelegt. Der VCR 158 nimmt einen Widerstandswert an, der die Zeitkonstante der monostabilen Kippschaltung 160 bestimmt. Das Ausgangssignal der Farbsignalsynchronisierungsschaltung 132 wird an die monostabile Kippstufe 160 angelegt, die ihr Ausgangssignal der Impulsgeneratorschaltung 112 zuführt.

Die Arbeitsweise der Einrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme der Fig. 6a bis 6f erläutert. Bei der Rotation des Rotationsfilters 124 gibt die Farbsignalsynchronisierschaltung 132 ein Farbsynchronisiersignal gemäß Fig. 6a ab. Die Filterung durch das Rotationsfilter 124 ergibt sich aus Fig. 6b. Die Durchlaßperiode wird durch t 1 dargestellt und die Lichtunterbrechungsperiode durch t 2. Dies bedeutet, daß am Ende des Durchlasses der entsprechenden Farben ein Farbsynchronisiersignal abgegeben wird. Das Farbsynchronisiersignal triggert die monostabile Kippstufe 160, deren Zeitkonstante bei diesem Ausführungsbeispiel durch den VCR 158 bestimmt wird, dessen Widerstandswert sich mit dem Ausgangssignal der Lichtregelsignal-Generatorschaltung ändert. Nach dem Triggern der monostabilen Kipppschaltung 160 und dem Ablauf der der Zeitkonstanten entsprechenden Zeit steigt das Ausgangssignal auf einen Ausgangswert eines Impulses mit konstanter Breite. Der Widerstandsert des VCR 158 steigt an, wenn sich das Lichtregelsignal erhöht, und nimmt ab, wenn dieses Signal niedriger wird. Somit verlängert sich die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 150 bei Ansteigen des Lichtregelsignals und umgekehrt.

Es sei angenommen, daß sich die Helligkeit eines abzubildenden Objekts von einer mittleren auf eine geringere Helligkeit ändert und dann von einer geringeren zu einer großen Helligkeit. Das Ausgangsvideosignal der CCD-Vorrichtung 108 ist in Fig. 6c gezeigt. Dieses Videosignal wird durch den Integrator 154 integriert und der integrierte Wert wird pro Bild im Kondensator C 1 gespeichert. Dieses integrierte Ausgangssignal hat dann die Form gemäß Fig. 6d und wird dem einen Eingang des Differenzverstärkers 144 zugeführt. Das Bezugssignal am anderen Eingang des Differenzverstärkers 144 ist in Fig. 6d als gestrichelte Linie angedeutet. Die Differenz zwischen dem Bezugssignal und dem integrierten Signal wird als Lichtregelsignal dem VCR 158 als Regelspannung zugeführt. Je größer die Helligkeit eines abzubildenden Objekts, umso größer wird somit die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 150.

Das abhängig von der Helligkeit des Objekts gemäß dem Farbsynchronisiersignal in Fig. 6a um T verzögerte Signal wird an die Impulsgeneratorschaltung 112 von der monostabilen Kippstufe 160 angelegt. Das verzögerte Signal ist in Fig. 6e dargestellt. Während der Periode t 3, während der dieses verzögerte Signal erzeugt wird, aktiviert die Impulsgeneratorschaltung 112 die Lampe 110 für einen Blitz über die Lichtquellen-Erregungs- oder Zündschaltung 118.

Wenn somit die Helligkeit des Objekts einen mittleren oder großen Wert besitzt, dann beginnt die Lichtunterbrechungsperiode t 2 des Rotationsfilters bevor die Lichtblitzperiode t 3 endet, so daß der spätere Teil des ausgesandten Lichtes gemäß Fig. 6f unterbrochen wird. Somit reduziert sich die auf den Lichtleiter 106 auffallende von der Lampe 110 abgegebene Lichtmenge und wird geringer als wenn die Helligkeit des Objekts gering ist. Somit kann auch ohne Verwendung einer Blende das Licht automatisch geregelt werden.

Die folgenden Beziehungen zwischen der Blitzperiode t 3 der Durchlaßperiode t 1 und der Lichtunterbrechungsperiode t 2 gelten:

t 3 < t 2 (1)

t 1 + t 2 < T + t 3 (2)

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann somit eine Lichtquelleneinrichtung für ein Endoskop realisiert werden, bei der unter Verzögerung der Blitzbeginnzeitgabe der Lampe gegenüber der Durchlaßbeginnzeitgabe des Rotationsfilters unter Ansprechen auf das Lichtregelsignal auf einfache Weise das Licht automatisch geregelt werden kann, ohne daß eine Blende Verwendung findet.

Es sei bemerkt, daß das Licht unter Variieren der Spannung des Bezugssignals für eine beliebige Helligkeit geregelt werden kann, da das Lichtregelsignal auf der Basis der Differenz zwischen dem integrierten Ausgangssignal und dem Bezugssignal bestimmt wird.

Das zweite Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 7 beschrieben, die ein Blockschaltbild eines wesentlichen Teiles zeigt. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur durch die andere Ausbildung der Verzögerungsschaltung 150. Insbesondere ist der Ausgang des Differenzverstärkers 144 an den Eingang eines A/D-Wandlers 170 angeschlossen. Der A/D-Wandler 170 nimmt eine Analog-/Digitalwandlung unter Verwendung eines Abtastimpulses von der Steuerschaltung 156 vor und aktiviert nur einen der Ausgänge 1 bis n, so daß nur ein entsprechender Analogschalter in der Analogschaltervorrichtung 172 wirksam wird. Hierdurch wird einer der externen Widerstände Rx 1 ... Rxn ausgewahlt und in die Zeitkonstantenschaltung der monostabilen Kippstufe 160 eingeschaltet, so daß die Zeitkonstante bestimmt wird durch Rx und Cx. Auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Blitzbeginn der Lampe 110 verzögert und das Licht automatisch geregelt, da die Verzögerungsschaltung 150 ein bezüglich des Farbsynchronisiersignals verzögertes Signal der Impulsgeneratorschaltung unter Ansprechen auf das Lichtregelsignal zuführt.

Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern in verschiedener Weise modifiziert werden kann. So kann die Lampe 110 irgendeine impulsmäßig oder blitzartig betriebene Lampe sein, wie eine Gleichstromlichtbogenentladungslampe oder eine Strobelampe. Dieses Blitzen bedeutet, daß die Lichtmenge durch Erhöhen oder Verringern des Lampenstromes vergrößert bzw. verkleinert werden kann. Das Licht braucht auch nicht während der ganzen Lichtunterbrechungsperiode ausgelöscht zu werden. Außerdem kann die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 115 auch manuell und nicht durch Lichtregelsignale eingestellt werden und das Licht kann damit manuell und nicht automatisch justiert werden. Die Lichtquelleneinrichtung wurde im Zusammenhang mit elektronischen Endoskopen beschrieben; sie ist jedoch auch als Lichtquelleneinrichtung für mit Glasfasern arbeitende Endoskope verwendbar, bei denen eine Fernsehkamera auf das Okular aufgesetzt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels ergibt sich, daß eine Lichtquelleneinrichtung für Endoskope mit sehr einfachem Aufbau vorgeschlagen wird, wobei weder eine mechanische Blende, noch eine Blendenantriebsvorrichtung erforderlich sind. Die Anzahl der Bauelemente wird reduziert und die Einrichtung kann kompakt und kostengünstig hergestellt werden.

Fig. 8 zeigt eine elektronische Endoskopanordnung 11, die eine erfindungsgemäße Einrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel verwendet. Ein elektronisches Endoskop 13 besitzt ein Einfuhrteil 12 mit länglicher Ausführung, so daß es in eine Körperhöhle oder dergleichen eingeführt werden kann, einen Videoprozessor 14, dem das durch elektronische Endoskop 13 aufgenommene Bildsignal zugeführt wird, und einen Farbmonitor 15 für eine Farbdarstellung des durch diesen Videoprozessor 14 verarbeiteten Videosignals.

Eine (Video-) Verarbeitungsschaltung 16 zur Verarbeitung des Signals, eine Lichtquelleneinrichtung 17 zur Abgabe von Beleuchtungslicht und eine Farbabgleicheinstellschaltung 18 sind Teile des Videoprozessors 14.

Ein Lichtleiter 21, der das Beleuchtungslicht durch das Einführteil 12 des elektronischen Endoskops überträgt, führt Beleuchtungslicht von der Lichtquelleneinrichtung 17 von seiner Eingangsstirnseite zu der Ausgangsstirnseite und ein abzubildendes Objekt 23 kann mittels des Beleuchtungslichts durch eine Lichtverteilungslinse 22 beleuchtet werden.

Das beleuchtete Objekt 23 wird auf der Abbildungsfläche einer CCD- Vorrichtung 25 mittels einer Objektivlinse 24 abgebildet. Wenn ein Ausgangstreibersignal von einem Treiber 26 angelegt wird, dann gibt die CCD-Vorrichtung 25 ein fotoelektrisch umgewandeltes Signal ab. Dieses Signal wird mittels eines Verstärkers 27 verstärkt und dann der Verarbeitungsschaltung 16 in dem Videoprozessor 14 über ein Signalkabel 28 zugeführt. Das von der Verarbeitungsschaltung 16 verarbeitete Signal dient dazu, ein zusammengesetztes NTSC-Videosignal zu erzeugen, das mittels des Farbmonitors 15 in Farbe dargestellt wird.

Die Lichtquelleneinrichtung 17 in dem Videoprozessor 14 arbeitet nach dem Teilbild- oder Zeitfolgesystem. Das weiße Licht einer Lichtquellenlampe 31 wird mittels einer Kollimationslinse 32 zu einem parallelen Bündel geformt. Ein Rotationsfilter 34 wird von einem Motor 33 angetrieben und ist in dem Lichtweg dieses parallelen Bündels angeordnet. Das durch dieses Rotationsfilter 34 laufende Licht wird mittels einer Kondensorlinse 35 kondensiert und auf die eingangsseitige Stirnfläche des Lichtleiters 21 gerichtet.

Wie Fig. 10 zeigt, sind bei dem Rotationsfilter 34 in einem scheibenförmigen Rahmen drei Sektoröffnungen ausgebildet, in die Farbdurchlaßfilter 34 R, 34 G und 34 B zum Durchlassen von rotem, grünem bzw. blauem Licht eingesetzt sind. Bei der Rotation des Rotationsfilters 34 gelangen diese Farbdurchlaßfilter 34 R, 34 G und 34 B nacheinander in den Lichtweg und verlassen diesen wieder. Die Zeit, für die die entsprechenden Farbfilter 34 R, 34 G und 34 B im Lichtweg liegen, sei als die Öffnungs- oder Durchlaßzeit des Filters bezeichnet.

Wenn die Farbfilter 34 R, 34 G und 34 B nacheinander in dem Lichtweg liegen, wird Licht mit roter, grüner bzw. blauer Farbe nacheinander an die Eingangsstirnfläche des Lichtleiters 21 angelegt. Somit wird das Objekt 23 nacheinander durch Licht mit den Wellenlängen für Rot, Grün bzw. Blau beleuchtet. Die durch diese Zeitfolge- bzw. Farbteilbildfolgeverfahren erzeugten Signale werden der Verarbeitungsschaltung 16 zugeführt.

Der Motor 33, der diese Farbteilbildfolgebeleuchtung hervorruft, wird durch ein Rotationsregelausgangssignal von einer Motorregelschaltung 36 erregt, so daß die Drehzahl konstant gehalten werden kann. Eine Bezugssignalgeneratorschaltung 37 gibt ein Bezugstaktsignal CLK an diese Motorregelschaltung 36 ab, wodurch ein Rotationssteuersignal synchron mit dem Bezugstaktsignal CLK erzeugt wird. Da der Motor 33 mit dem Bezugstaktsignal CLK synchronisiert und auf eine konstante Drehzahl geregelt wird, wie dies Fig. 9b zeigt, sind auch die Öffnungs- und Durchlaßzeiten für den Durchlauf der entsprechenden Farbfilter 34 R, 34 G und 34 B durch den Lichtweg mit dem Bezugstaktsignal CLK in Fig. 9a synchronisiert. Die genannte Bezugssignalgeneratorschaltung 37 gibt das Bezugstaktsignal CLK auch an eine Zeitgabesteuerschaltung 38 ab. Diese Zeitgabesteuerschaltung 38 gibt ein Lichtsendezeitgabesignal gemäß Fig. 9c an eine Lichterregungs- oder Zündvorrichtung 39, die die Lichtquellenlampe 31 derart erregt, daß die Lichtsendezeit der Lichtquellenlampe 31 geregelt wird.

Mittels des Lichtsendezeitgabesignals wird die Lichtabgabezeit der Lichtquellenlampe 31 geregelt und durch die Beziehung zwischen dieser Lichtabgabezeit und der Filterdurchlaßzeit wird die tatsächliche dem Lichtleiter 21 zugeführte Lichtmenge variabel geregelt und der Farbabgleich bzw. das Farbgleichgewicht wird justiert.

Wird somit das Lichtsendezeitgabesignal derart gewählt, daß es mit der Durchlaßzeit des bzw. der Filter zusammenfällt, dann fällt die Zeitdauer, zu der die Farbfilter 34 R, 34 G und 34 B im Lichtweg sind, und die Zeitdauer, wenn die Lichtquellenlampe 31 Licht aussendet, zusammen, so daß die an den Lichtleiter 21 abgegebene Lichtmenge groß wird. Ist andererseits das Lichtsendezeitgabesignal gemäß Fig. 9c gegenüber der Filterdurchlaßzeit gemäß Fig. 9d versetzt, dann ergibt sich auch eine Versetzung der Lichtsendezeit und des Lichtabgabesignals. Nur für diejenige Zeit der Lichtsendeperiode, die mit der Durchlaßzeit zusammenfällt, wird Licht tatsächlich zu dem Lichtleiter 21 übertragen. Diese Ausgangslichtperiode ist in Fig. 9c gezeigt.

Die Zeitgabe für das Lichtsendezeitgabesignal wird somit geregelt und die an den Lichtleiter abgegebene Lichtmenge wird zur Einstellung des Farbgleichgewichts bzw. des Farbabgleichs geregelt.

Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 9 näher erläutert:

Gemäß Fig. 9a gibt die Bezugssignalgeneratorschaltung 37 das Bezugstaktsignal CLK ab, das der Motorregelschaltung 36 und der Zeitgaberegelschaltung 38 zugeführt wird. Das an dem Motor 33 angebrachte Rotationsfilter 34 rotiert mit einer konstanten Drehzahl, da die Motorregelschaltung 36 ein mit dem Bezugstaktsignal synchronisiertes Signal an den Motor anlegt. Somit können, wie in Fig. 9b gezeigt, die Durchlaßzeiten und die Zeitgaben der entsprechenden Farbfilter, die mit dem Bezugstaktsignal synchronisiert sind, bestimmt werden. T 1 stellt die Durchlaßzeit von R (Rot), T 2 die Durchlaßzeit G (Grün) und T 3 für die Durchlaßzeit für B (Blau) dar. Gemäß Fig. 9c wird ein mit dem Bezugstaktsignal synchronisiertes Lichtsendezeitgabesignal von der Zeitgaberegelschaltung 38 abgegeben, wobei das Bezugstaktsignal das gleiche ist wie für die Durchlaßzeit. Wie gezeigt, werden Signale abgegeben, die um die Zeit t 1 für den Beginn der Durchlaßzeit von R, um t 2 für den Beginn der Durchlaßzeit von G und um t 3 für den Beginn der Durchlaßzeit für B verzögert sind. Das in Fig. 9c gezeigte Signal wird der Lichterregungs- oder Zündschaltung 39 zum Erregen und Steuern der Lichtquellenlampe 31 zugeführt. Die Lichtquellenlampe 31 gibt Licht ab, das mit dem vorgenannten Lichtsendezeitgabesignal synchronisiert ist. Die Fig. 9d und 9e sind Beispiele einer Regelung des Stromes, der durch eine derart kontinuierlich erregte Lampe wie eine Gleichstromlichtbogenentladungslampe fließt. Das Lichtausgangssignal mit niedrigem Pegel stellt das Restlicht dar. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Strom der Lampe synchronisiert mit Lichtsendezeitgabesignal zur Regelung des ausgesandten oder abgegebenen Lichts geregelt.

Fig. 9 zeigt, daß die Lichtausstrahlung bis zur Lichtunterbrechungsperiode des Rotationsfilters 34 fortgesetzt wird, da die Lichtquelle Licht unter Anstieg der Lichtmenge verzögert um die Zeit t 1 (oder t 2 oder t 3) für die Zeitgabe der Filterdurchlaßzeit t 1 (oder t 2 oder t 3) abgibt. Im einzelnen bedeutet dies, daß bei gleichzeitigem Auftreten der Filterdurchlaßzeit und der Lichtsendezeitgabe, das heißt, wenn keine Verzögerung auftritt, das gesamte ausgestrahlte Licht während der Periode tR (oder tG oder tB) also die gesamte Lichtmenge zu 100% abgegeben wird. Tritt jedoch eine Verzögerung um die Zeit t 1 (t2 oder t3) auf, dann wird das abgegebene Licht um die Zeit t 1 (oder t 2 oder t 3) verzögert und die Lichtmenge wird um das in der Zeit t 1 (oder t 2 oder t 3) abgegebene Licht geringer als beim 100%-Zustand. Bei der vorliegenden Anmeldung wird der Farbabgleich bzw. das Farbgleichgewicht unter Verwendung dieses Gesichtspunktes eingestellt. Werden die vorgenannten Zeiten t 1, t 2 und t 3 unabhängig voneinander und frei geregelt, dann kann die Menge des in den entsprechenden Farben gefärbten abgegebenen Lichts variiert werden und der Farbabgleich bzw. das Farbgleichgewicht können sehr einfach und exakt eingestellt werden. Sind beispielsweise die Zeiten t 1, t 2 und t 3 optimal eingestellt und werden die Zeiten t 1, t 2 und t 3 in gleichem Verhältnis variiert, damit sie dem Helligkeitspegel des Videosignals folgen, dann kann auch das Licht entsprechend geregelt werden.

Die Fig. 9f und 9g zeigen Beispiele der Verwendung einer Strobelampe. In diesem Falle ist die Differenz diejenige des Lichtabgabesystems der Lichtquellenlampe 31.

Die vorstehend genannte Gleichstromlichtbogenentladungslampe hat die Eigenschaft, daß sie unmittelbar nach Verlöschen nicht gezündet werden kann. Deshalb wird der Lampenstrom erhöht oder verringert, damit Licht synchronisiert mit der Lichtsendezeitgabe abgegeben wird. In einem derartigen Falle wird ein Restlicht gemäß Fig. 9e erzeugt. Im Falle einer Strobelampe jedoch ergeben sich Vorteile dahingehend, daß das Licht exakt ein- und ausgeschaltet werden kann, so daß ein kontinuierlicher Betrieb auch in kurzer Zeit möglich ist. Die Zündzeit ist ebenfalls kurz, so daß die Aufnahmezeit kurz sein kann und sich ein schärferes Bild ergibt.

Fig. 10 zeigt die konkrete Ausbildung des dritten Ausführungsbeispiels.

Die Bezugssignalgeneratorschaltung 37 gibt ein Bezugssignal an die Motorregelschaltung 36 und die Zeitgaberegelschaltung 38 ab. Die Motorregelschaltung 36 legt ein Treibersignal an den Motor 33, damit dieser das Rotationsfilter 34 mit konstanter Drehzahl synchronisiert mit dem Bezugstaktsignal antreibt. Die Zeitgaberegelschaltung 38, der das Bezugstaktsignal zugeführt wird, umfaßt einen Zähler 41 zum Zählen der Bezugstaktsignale von der Bezugssignalgeneratorschaltung 37, eine R- Verzögerungsschaltung 42 R, eine G-Verzögerungsschaltung 42 G und eine B-Verzögerungsschaltung 42 B zum Empfangen eines Ausgangssignals mit konstanter Zeitgabe von dem Zähler 41 und zum Erzeugen eines Lichtsendezeitgabesignals mit irgendeiner Verzögerungszeit, und eine Dreieingangs-Torschaltung 43 der die Ausgangssignale der Verzögerungsschaltungen 42 R, 42 G und 42 B entsprechend zugeführt werden. Das Ausgangssignal der Torschaltung 43 wird einer Zündschaltung 45 über eine Schaltung 44 zur Veränderung der abgegebenen Lichtmenge zugeführt, die die Erregungs- oder Zündschaltung 39 darstellt und das Zünden oder Erregen der Lichtquellenlampe 31 steuert.

Die Verzögerungsschaltungen 42 R, 42 G und 42 B werden beispielsweise durch entsprechende monostabile Kippschaltungen (MSM) gebildet, die entsprechende Widerstände Ri und Kondensatoren Ci (i= 1, 2 und 3) zur entsprechenden Bestimmung der Verzögerungszeiten t 1, t 2 und t 3 aufweisen. Wird beispielsweise ein Element 74LS221 in einer Transistor-Transistor-Logik (TTL) verwendet, dann kann die Verzögerungszeit eingestellt werden auf ti=0,7Ri.Ci.

Bei Verwendung dieser TTL-Logik gibt der Zähler 41 Impulssignale ab, die im wesentlichen mit der gleichen Zeitgabe den hohen Wert H annehmen, wie die Zeitgabe, gemäß der das Farbfilter 34 R den Eingang B zu MSM 42 R (Fig. 11c) öffnet. Die MSM 42 R gibt für die Zeit t 1 einen Impuls mit dem niedrigen Wert L von dem invertierten Ausgang gemäß Fig. 11 f bei Triggerung der MSM 42 R ab, der dann auf den hohen Wert H zurückgeht.

In der gleichen Weise legt der Zähler 41 an die monostabile Kippstufe MSM 42 G ein Impulssignal an, das bei im wesentlichen der gleichen Zeitgabe den hohen Wert H annimmt, wie die Zeitgabe, bei der das Farbfilter 34 G (Fig. 11g) den Lichtweg öffnet, und die monostabile Kippstufe MSM 42 G gibt mit der Anstiegskante, zu der der Ausgang des Zählers 41 den hohen Wert H annimmt, einen Impuls ab, der für die Zeit t 2 den niedrigen Wert L annimmt und dann auf den hohen Wert H zurückkehrt. In gleicher Weise gibt die monostabile Kippschaltung 42 B zum Zeitpunkt der Anstiegsflanke, zu der der Ausgang des Zählers 41 den hohen Wert H annimmt, einen Impuls für die Zeit t 3 an dem invertierten Ausgang Q mit dem niedrigen Wert L ab, wobei der Impuls dann auf den hohen Wert H zurückkehrt (Fig. 11h). Somit gibt die Torschaltung 43 eine Lichtsendezeitgabesignal (Fig. 11i) gemäß der UND-Funktion des Tores ab. Dieses Zeitgabesignal unterscheidet sich etwas von dem Zeitgabesignal gemäß Fig. 9, aber es ist insoweit gleich, als das an den Lichtleiter 21 abgegebene Licht durch das Rotationsfilter 34 läuft. Dies bedeutet, daß das Lichtsendezeitgabesignal als Ausgangssignal der Torschaltung 43 der Erregungs- oder Zündschaltung 39 über die Schaltung 44 zur Variation der abgegebenen Lichtmenge in der Erregungs- oder Zündschaltung 39 und der Lichtquellenlampe 31 über die Erregungs- oder Zündschaltung 45 zugeführt wird, damit Licht für eine Periode abgegeben wird, für die das Lichtsendezeitgabesignal H ist.

Das durch das Rotationsfilter 34 gelaufene Licht ist aus den Fig. 9e und 9g ersichtlich.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die zum Lichtleiter 21 über die entsprechenden Farbfilter gesandte Lichtmenge durch Einstellen der Werte Ri und Ci als Konstante zur Bestimmung der Verzögerungszeiten t 1, t 2 und t 3 für die Verzögerungsschaltungen 42 R, 42 G bzw. 42 B eingestellt werden, und somit ist es möglich, das elektronische Endoskop mit hoher Genauigkeit und auf einfache Weise in einen Zustand mit optimalem Farbgleichgewicht bzw. optimaler Farbabgleichung einzustellen.

Fig. 12 zeigt eine Lichtquelleneinrichtung mit einer Farbabgleich- bzw. Farbgleichgewichtseinstellvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Dieses Ausführungsbeispiel entspricht demjenigen der Fig. 10 mit Ausnahme eines Sensors 51 zum Abtasten der Drehzahl des Rotationsfilters 34 und einer Signalformschaltung 52 zum Formen der Signalform eines Ausgangssignals dieses Sensors 51 und zum Eingeben dieses Signals in den Zähler 41. Diese Einheiten kommen neu hinzu, während die Bezugssignalgeneratorschaltung 37 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 10 wegfällt.

Der Sensor 51 besitzt eine lichtemittierende Vorrichtung und eine Lichtempfangsvorrichtung 51 a, die in einem Filterrahmen beispielsweise des Rotationsfilters 37 angeordnet sind, so daß ein Lichtimpuls fotoelektrisch umgewandelt und der Signalformschaltung 52 zugeführt wird, wenn die Lichtempfangsvorrichtung 51 a Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung durch in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Filterrahmens vorgesehene Öffnungen 34 a fällt.

Der Motor 33 dreht das Rotationsfilter 34 mit konstanter Drehzahl unter Erregung durch die Motorregelschaltung 36. Der Sensor 51 tastet die Drehzahl des Rotationsfilters 34 ab und ist in einer geeigneten Position am Umfang des Rotationsfilters 34 derart angeordnet, daß das vom Sensor 51 abgegebene Signal in der Signalformschaltung 52 geformt werden kann. Dieses Signal dient als Bezugstaktsignal gemäß den Fig. 9a oder 11d.

Die Funktion der Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist wie folgt:

Ein von der Signalformschaltung 52 abgegebenes Bezugstaktsignal wird vom Zähler 41 gezählt, mit der Durchlaßzeit des Filters synchronisiert und den entsprechenden Verzögerungsschaltungen 42 R, 42 G und 42 B zugeführt. Somit wird ein Lichtsendezeitgabesignal mit den Verzögerungsszeiten t 1, t 2 und t 3 auf Grund der konstanten Ri und Ci der entsprechenden Verzögerungsschaltungen der Erregungs­ oder Zündschaltung 39 zugeführt (vgl. Fig. 9c oder 11i). Wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel kann somit die durch die entsprechenden Farbfilter laufende Abgabelichtmenge frei eingestellt und der Farbabgleich bzw. das Farbgleichgewicht sehr einfach justiert werden.

Auch wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Drehzahl des Rotationsfilters 34 instabil ist, ergibt sich eine äußerst genaue Justierung des Farbgleichgewichts, da die Drehzahl laufend abgetastet und abhängig davon das Lichtsendezeitgabesignal abgegeben wird.

Es sei bemerkt, daß Detektorvorrichtungen zum Feststellen der Positionen der entsprechenden durch den Lichtweg laufenden Farbfilter vorgesehen sein können und daß das Licht mit Ausnahme der Durchlaßzeiten ausgeschaltet sein kann.

Die vorstehenden Ausführungsbeispiele haben das Merkmal, daß die Farben unabhängig von der Art der Lichtquellenlampe abgeglichen werden können. Es sei bemerkt, daß die abgegebene Lichtmenge auch durch Abgeben von Lichtmengen von R-, G- und B-Lampen in Form von Impulsen geregelt werden kann.

Da bei den Einrichtungen des dritten und vierten Ausführungsbeispiels die Zündung bzw. Erregung der Lichtquellenlampe durch Verzögerungsvorrichtungen geregelt wird, die mit der Zeit synchronisiert sind, zu der die entsprechenden Farbfilter des Rotationsfilters durch Lichtweg laufen, läßt sich ein Farbabgleich mit hoher Genauigkeit auf einfache Weise einstellen.

Claims (7)

1. Lichtquelleneinrichtung für Endoskope zum Zuführen von Beleuchtungslicht zu einem Endoskop mit einer Lampe mit Aufleucht- und Aufblitzmölichkeit, einer Erregungs- oder Zündschaltung zum Zuführen von eine Lichtaussendung bewirkender elektrischer Energie zu der Lampe, einem Rotationsfilter, das im Weg eine Farbe entwickelnden Lichts der Lampe angeordnet und mit entsprechenden unterschiedlichen Farbdurchlaßfiltern in mehreren Öffnungsfenstern einer Lichtunterbrechungsplatte ausgestattet ist, einer Rotationsantriebsvorrichtung für das Rotationsfilter und einer Farbfilterpositions- Feststellvorrichtung zum Feststellen der Position der Farbdurchlaßfilter in dem Lichtweg, gekennzeichnet durch Lichtaussendezeitgabe-Verzögerungsvorrichtungen (38; 152), die unter Verwendung des Feststellsignals der Farbfilterpositios- Feststellvorrichtungen (34 a, 51; 130, 132) verzögerte Triggersignale an die Erregungs- oder Zündschaltung (39; 118) anlegen.

2. Lichtquelleneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsendezeitgabe- Verzögerungsvorrichtungen (34 a, 51; 130, 132) für die entsprechenden Farbdurchlaßfilter (34 B, 34 G, 34 R) auf unterschiedliche Verzögerungswerte einstellbar sind.

3. Lichtquelleneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsendezeitgabe- Verzögerungsvorrichtungen durch eine monostabile Kippstufe (42 B, 42 G, 42 R; 160) gebildet werden, die abhängig von den Farbdurchlaßfiltern (34 B, 34 G, 34 R) auf unterschiedliche Verzögerungswerte einstellbar ist.

4. Lichtquelleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsantriebsvorrichtung einen Motor (33; 128) zum Rotieren des Rotationsfilters und eine Motorregelvorrichtung (36) aufweist, die die Motordrehzahl konstant hält.

5. Lichtquelleneinrichtung für Endoskope zum Zuführen von Beleuchtungslicht zu einem Endoskop mit einer Lampe mit Aufleucht- und Aufblitzmölichkeit, einer Erregungs- oder Zündschaltung zum Zuführen von eine Lichtaussendung bewirkender elektrischer Energie zu der Lampe, einem Rotationsfilter, das im Weg eine Farbe entwickelnden Lichts der Lampe angeordnet und mit entsprechenden unterschiedlichen Farbdurchlaßfiltern in mehreren Öffnungsfenstern einer Lichtunterbrechungsplatte ausgestattet ist, einer Rotationsantriebsvorrichtung für das Rotationsfilter und einer Farbfilterpositios- Feststellvorrichtung zum Feststellen der Position der Farbdurchlaßfilter in dem Lichtweg und zum Abgeben eines Feststellsignals, gekennzeichnet durch Lichtaussendezeitgabe- Verzögerungsvorrichtungen (42 B, 42 G, 42 R), die der Erregungs- bzw. Zündschaltung (39) ein verzögertes Triggersignal zuführen, das von einem Videosignal einer das Endoskop bildenden Abbildungsvorrichtung und dem Positionsfeststellsignal der Farbfilterpositions-Feststellvorrichtung abgeleitet ist.

6. Lichtquelleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaussendezeitgabe- Verzögerungsvorrichtungen (42 B, 42 G, 42 R) ein Triggersignal mit einem Verzögerungswert abgeben, der bezüglich der Lichtsendezeitgabe abhängig von Zeitfolgefarbsignalen unterschiedlich ist, die ein Videosignal bilden.

7. Lichtquelleneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgabeverzögerungsvorrichtungen (42 B, 42 G, 42 R) eine Integratorschaltung (42 B, 42 G, 42 R; 152) zum Integrieren des Farbsignals, um einen Mittelwert für ein Bild zu erzeugen, einen Differenzverstärker (144) zum Vergleichen des Mittelwertpegels der Integratorschaltung mit einem Bezugsspannungspegel und Ausgeben eines Differenzsignals und eine veränderbare Verzögerungsschaltung aufweisen, die ein Triggersignal abgibt, das von der Zeitgabe des Positionsfeststellsignals der Farbfilterpositions- Feststellvorrichtung im Verzögerungswert um den Ausgangssignalwert des Differenzverstärkers verschieden ist.