DE3743090A1 - Automatische lichteinstellvorrichtung fuer ein endoskop, bei dem eine aussenseitig angebrachte kamera verwendung findet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Lichteinstellvorrichtung für ein Endoskop, bei dem eine außenseitig angebrachte Kamera Verwendung findet, so daß selbst bei einer Variation des Bildbereiches eine geeignete Lichtmengensteuerfunktion erzielt wird.

In letzter Zeit wird weitgehend Gebrauch von einem Endoskop (Fiberskop) gemacht, mit dessen Hilfe ein in einem Körperhohlraum befindliches, erkranktes Teil oder dergleichen beobachtet oder zu dessen Heilung mit Hilfe eines Behandlungsgerätes behandelt werden kann. Für diese Beobachtung bzw. Behandlung wird ein längliches Einführungsteil des Endoskops in den Körperhohlraum eingesetzt, ohne daß dazu ein chirurgischer Einschnitt vorgenommen werden muß.

Für die Beobachtung bzw. Diagnose mit Hilfe eines derartigen Endoskops, das heißt um feststellen zu können, ob ein Heilungserfolg erzielt wird, oder nicht, ist es erforderlich, das der jeweilige Zustand aufgezeichnet wird. In einem solchen Fall wird häufig außenseitig am Endoskop eine Kamera befestigt, die z.B. ein Festkörper-Abbildungssystem verwendet, bei dem die Abbildungseinheit in Form eines ladungsgekoppelten Schaltelements (CCD-Elements) ausgebildet ist, so daß ein optisches Bild durch ein Fiberskop in ein elektrisches Videosignal zur Aufzeichnung mittels eines Videorecorders oder dergleichen umgewandelt oder dieses mit Hilfe einer am Endoskop befestigten Fotokamera auf ein Foto gebannt werden kann.

Bei einigen Fiberskopen besteht das optische Objektivsystem aus einem optischen Zoomsystem, damit die Brennweite bzw. Vergrößerung variiert werden kann.

Wird bei dem vorstehend erwähnten optischen Zoomsystem die Brennweite bzw. die Vergrößerung variiert, so ändert sich die Lichtmenge auf der zu beobachtenden oder zu fotografierenden Fläche, was sich ungünstig auf die Aufzeichnung und das Fotografieren auswirkt.

Demzufolge wurde in der JP-OS 2 11 113/1982 eine Endoskopvorrichtung vorgeschlagen, bei der die Lichtmenge in betrieblicher Verbindung zur Brennweitenänderung des Zoomsystems so eingestellt wird, daß die auf die zu beobachtende oder zu fotografierende Fläche einfallende Lichtmenge konstant gehalten wird, so daß die fotografische Aufnahme oder dergleichen mit einer geeigneten Belichtung in Folge der einfallenden Lichtmenge vorgenommen werden kann. Hierzu wird ein Mechanismus verwendet, der die Lichtmenge in Beziehung zur Brennweite des Zoomsystems steuert. Dabei ist erforderlich, daß jedes Fiberskop mit diesem Mechanismus ausgestattet wird.

In manchen Fällen ist es jedoch erwünscht, daß eine Kamera nicht nur an ein Fiberskop mit einem Zoomsystem, sondern auch an ein Fiberskop, das kein Zoomsystem aufweist, außenseitig befestigt werden kann, so daß ein auf einem Monitor wiedergegebenes Videobild mit Hilfe eines Videorekorders oder dergleichen aufgezeichnet werden kann.

In einem solchen Fall gibt es entsprechend dem Anwendungszweck verschiedene Fiberskope mit Bildleiterfaserbündeln, die kleine und große Außendurchmesser aufweisen.

So zeigt z.B. Fig. 1A (a) den optischen Bildbereich DA eines Faserbündels innerhalb eines Abbildungsbereichs L für den Fall, daß eine Kamera außenseitig an einem einen Bildleiter mit großem Durchmesser aufweisenden Fiberskop befestigt ist, während Fig. 1A (b) das entsprechende Videosignal wiedergibt.

Liegt jedoch ein Fiberskop mit einem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Bildleiter vor, so ergeben sich die in Fig. 1B gezeigten Verhältnisse.

Wird die vorstehend erwähnte Kamera außenseitig am Fiberskop angebracht, so wird üblicherweise die Beleuchtungslichtmenge so eingestellt, daß diese sich durch einen Mittelwertpegel des Videosignals auf geeignetem Niveau befindet. Wie jedoch aus den obenerwähnten Fig. 1A und 1B ersichtlich ist, ändert sich der optische Bildbereich (Abbildungsbereich der Abbildungsfläche), der auf der Abbildungsfläche der Kamera abgebildet wird, im Hinblick auf den Durchmesser des Bildleiters des Fiberskops, so daß letztlich die Durchschnittswertpegel , der Bildsignale unterschiedlich sind.

D. h., selbst wenn in Fig. 1A das Verhältnis des Bereichs des Videobilds oder Bildteils zum Bereich des effektiven Bildbereichs in Querrichtung groß und die Amplitude des Videosignals selbst klein ist, wird der mittlere Pegel des Videosignals groß sein, während in Fig. 1B der mittlere Pegel des Videosignals klein sein wird, falls die Amplitude des Videosignals selbst nicht groß ist. Das heißt, infolge der Größe des Bildbereichs ergibt sich zwischen den mittleren Pegeln und eine Pegeldifferenz von Δ.

Selbst wenn eine automatische Lichteinstellfunktion, die die Beleuchtungslichtmenge mittels des mittleren Pegels des Videosignals automatisch einstellt, entsprechend dem bekannten Verfahren bei einem Fiberskop verwendet wird, das einen Bildleiter mit anderem Durchmesser aufweist, so ändert sich demzufolge der mittlere Pegel ebenso in Abhängigkeit des Durchmessers, so daß die Beleuchtungslichtmenge nicht auf einen geeigneten Wert eingestellt werden kann. Demzufolge ist der Kontrast des auf der Monitorbildfläche wiedergegebenen Bildes zu hell oder zu dunkel. Wird somit die Diagnose mit Hilfe eines derartigen Monitorbildes gestellt, so bereitet es wahrscheinlich Schwierigkeiten, den betroffenen Teil oder dergleichen gut zu unterscheiden.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine automatische Lichteinstellvorrichtung für ein Endoskop vorzuschlagen, das eine außenseitig angebrachte Kamera verwendet, wobei selbst dann, wenn der effektive Bereich des Bildleiters unterschiedlich ist, das Beleuchtungslicht automatisch auf einen geeigneten Wert eingestellt und ein Bild eines Gegenstands automatisch durch eine Anzeigeeinrichtung mit einer Helligkeit angezeigt werden kann, die eine leichte Beobachtung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich anhand der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Ausgestaltungen hiervon sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.

Gemäß der Erfindung sind eine Einrichtung zum Erfassen des Pegels des Videosignals am Ausgang einer Festkörper-Abbildungseinrichtung und eine Einrichtung zum Erfassen des Bildbereichs des Videosignals vorgesehen. Ferner ist eine der automatischen Lichteinstellung dienende Einrichtung vorgesehen, die die dem optischen Endoskop zugeführte Beleuchtungslichtmenge mit Hilfe des Ausgangssignals der vorstehend erwähnten Erfassungseinrichtungen so gesteuert, daß das Beleuchtungslicht automatisch unabhängig vom effektiven Bereich des Bildleiters eingestellt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erläuternde Ansicht, die aufzeigt, daß der Durchschnittswertpegel eines Videosignals sich mit der Größe des Bildbereichs auf einer Abbildungsfläche ändert,

Fig. 2 bis 11 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 den gesamten Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels anhand eines Diagramms,

Fig. 3 ein Wellenformdiagramm eines Videosignals am Ausgang eines Videoprozessors,

Fig. 4 ein Schaltdiagramm, das den Aufbau eines Pegelsensors wiedergibt,

Fig. 5 eine Ansicht, die den Aufbau eines Lichtmengensteuerteils erläutert,

Fig. 6 Wellenformdiagramme, die Eingangs- und Ausgangssignalwellenformen einer Doppelbegrenzungsschaltung wiedergeben,

Fig. 7 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Bildbereicherfassungsschaltung darstellt,

Fig. 8 ein Schaltdiagramm, das den Aufbau einer Integrationsschaltung zeigt,

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Integrationsschaltung,

Fig. 10 ein Schaltdiagramm, das den Aufbau eines Impulsgenerators wiedergibt,

Fig. 11 Wellenformdiagramme, die die Funktion einer Spitzenwerthalteschaltung und einer Abtast/Halteschaltung erläutert,

Fig. 12 ein Aufbaudiagramm, das den wesentlichen Teil eines zweiten Ausführungsbeispiel wiedergibt,

Fig. 13 ein Aufbaudiagramm, das den wesentlichen Teil eines dritten Ausführungsbeispiels wiedergibt, und

Fig. 14 ein Aufbaudiagramm, das den wesentlichen Teil eines vierten Ausführungsbeispiels aufzeigt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht die Gesamtanordnung 10 aus einem Fiberskop 11 als optisches Endoskop, einer Kamera 25, die an einem Okularteil 13 des Fiberskops 11 befestigt ist, einer Lichtquelleneinrichtung 15, die ein Beleuchtungslicht der eintrittsseitigen Stirnfläche eines Lichtleiters 14 des Fiberskops 11 zuführt, einem Signalverarbeitungsteil 20, das ein Videosignal am Ausgang der Kamera 25 verarbeitet, und einem Monitor 17, der ein Bild des Gegenstands auf Grund eines Bildsignals eines vorbestimmten Systems anzeigt, das vom Signalverarbeitungsteil 20 ausgegeben wird.

Der Signalverarbeitungsteil 20 weist eine Einrichtung zum Erzeugen eines Lichtmengensteuersignals zur Steuerung der Beleuchtungslichtmenge auf, die dem Lichtleiter 14 von Seiten der Lichtquelleneinrichtung 15 zugeführt wird.

Das Fiberskop 11 weist ein längliches Einführungsteil 12, das in einen Körperhohlraum eingesetzt werden kann, sowie das Okularteil 13 auf, das am rückseitigen Ende des Einführungsteils 12 ausgebildet ist. Der Lichtleiter 14 zum Übertragen des Beleuchtungslichts, der in das Einführungsteil 12 eingesetzt ist, ist nahe dem Okularteil 13 herausgeführt und kann an seinem eintrittsseitigen Ende mit der Lichtquelleneinrichtung 15 verbunden werden, so daß das Beleuchtungslicht über diesen Lichtleiter übertragen und somit die Seite des Gegenstands 17 von der vorderen Fläche des Lichtleiters 14 aus über eine Lichtverteilungslinse 16 beleuchtet werden kann.

Am vorderen Teil des Einführungsteils 12 ist ein Objektiv 18 angeordnet. Die vordere Stirnfläche eines aus einem Faserbündel bestehenden Bildleiters 19 ist in der Brennebene des Objektivs 18 angeordnet, so daß das erzeugte Bild über den in das Einführungsteil 12 eingesetzten Bildleiter 19 zu dessen end- bzw. austrittsseitigen Stirnfläche auf der Seite des Okularteils 13 übertragen und mit bloßem Auge an der Rückseite der Okularlinse 21 betrachtet werden kann.

In der Lichtquelleneinrichtung 15 ist eine Lampe 22 enthalten. Das von dieser Lampe 22 abgegebene Beleuchtungslicht wird durch einen Reflektor 23 reflektiert, mittels eines Kondensors 24 konzentriert und auf die rückseitige Stirnfläche des Lichtleiters 14 gestrahlt.

Die Kamera 25 des ersten Ausführungsbeispiel kann lösbar am Okularteil 13 befestigt werden und enthält eine Abbildungslinse 26 und als Festkörper-Aufnahme- bzw. -Abbildungseinrichtung ein CCD- Element 27, das in der Brennebene der Abbildungslinse 26 angeordnet ist. Ein optisches Bild, das zur Okularseite über dem Bildleiter 19 übertragen wird, wird durch die Abbildungslinse 26 auf der Abbildungsfläche des CCD-Elements 27 erzeugt. Das auf der Abbildungsfläche dieses CCD-Elements 27 erzeugte optische Bild wird durch dieses CCD-Element fotoelektrisch umgewandelt, dann über ein Übertragungskabel in einen Videoprozessor 28 eingegeben, dort in ein zusammengesetztes Videosignal bzw. Bildaustast-Synchronsignal VS eines bestimmten Systems, wie z.B eines NTSC-Systems umgewandelt und farbig mit Hilfe eines Monitors 29 angezeigt.

Das obenerwähnte Bildaustast-Synchronsignal VS, das in Fig. 3a gezeigt ist, wird in eine Klemmschaltung 31 eingegeben und mit Hilfe eines in Fig. 3b gezeigten Klemmimpulses CP im Hinblick auf den Gleichstromanteil in einem einem Schwarzwert entsprechenden Schulterbereich im Pegel gehalten. Das heißt, der Klemmimpuls CP stimmt im wesentlichen mit der Mittelposition des hinteren Schwarz-Schulterbereichs BP des Bildaustast-Synchronsignals VS überein. Der Schwarzwertpegel PL wird durch diesen Klemmimpuls CP im Hinblick auf den Gleichstromanteil als Nullpegel wiederhergestellt. Das Bildaustast-Synchronsignal VS, das hinsichtlich des Gleichstroms in diesen Schwarzwertpegel PL wiederhergestellt ist, wird in eine Doppelbegrenzungsschaltung 32 und danach in einen Pegelsensor 33 eingegeben.

Der obenerwähnte Pegelsensor 33 dient der Erfassung des Mittel­ bzw. Spitzenwerts des Bildaustast-Synchronsignals VS und erfaßt in diesem ersten Ausführungsbeispiel den Mittelwert. Fig. 4 zeigt einen konkreten Aufbau dieses Pegelsensors 33.

Das Bildaustast-Synchronsignal VS wird in eine Integrationsschaltung 35 eingegeben, die aus einem Widerstand R 1 und einem Kondensator C 1 besteht. Das mittlere Potential des Bildaustast-Synchronsignals VS, das durch Integration für eine Teilbild- oder Vollbildperiode durch den Kondensator C 1 ermittelt wird, wird in einen Gleichstromverstärker 36 eingegeben, um hinsichtlich des Gleichstromanteils verstärkt zu werden, und ein Signal VS des Bildaustast-Synchronsignals VS wird ausgegeben, das der mittleren Spannung entspricht. Im übrigen wird nach der einen Teilbild- oder Vollbildperiode (nicht dargestellt) die elektrische Ladung des Kondensators C 1 in der vertikalen Synchronsignalperiode oder dergleichen gelöscht. Das Ausgangssignal des Pegelsensors 33 wird über einen Mischer 37 mit Hilfe eines Verstärkers 38 verstärkt und in ein Lichtmengensteuerteil 39 eingegeben, das die Menge des in den Lichtleiter 14 einzuführenden Beleuchtungslichts steuert. Dieses Lichtmengensteuerteil 39 weist ein Lichtmengensteuerelement 41 sowie einen Antriebsmotor 42 auf, der den Drehbetrag dieses Lichtmengensteuerelements 41 steuert.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das obenerwähnte Lichtmengensteuerteil 39.

Auf der in normaler und umgekehrter Richtung drehbaren Drehwelle des Motors 42 ist das Lichtmengensteuerelement 41 als Blende befestigt, so daß, falls der Motor 42 in normaler Richtung gedreht wird, das Lichtmengensteuerelement 41, das in der durch die volle Linie angezeigten Stellung angeordnet ist, das heißt, sich in einer vom Lichtweg, der die Stirnfläche des Lichtleiters 14 gegenüberliegt, zurückgezogenen Stellung befindet, zu einer durch die gestrichelte Linie dargestellten Stellung gedreht wird, bei der diese einen Teil der auf den Lichtleiter 14 aufzustrahlenden Lichtmenge abfängt, so daß dieses Lichtmengensteuerelement 41, die in den Lichtleiter 14 eintretende Lichtmenge variabel steuern kann.

Das erste Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Doppelbegrenzungsschaltung 32, die den Teil eines Potentials etwas höher als das Klemmpotential des Bildaustast-Synchronsignals VS abschneidet, das in dem Gleichstromanteil die Ausgangsgröße der Klemmschaltung 31 hält, eine Bildbereichserfassungsschaltung 44, die den Bildbereich aus dem Ausgangssignal der Doppelbegrenzungsschaltung 32 erfaßt, und ein Mischer 37, der das Ausgangssignal der Bildbereichserfassungsschaltung 44 mit dem Ausgangssignal VS des Pegelsensors 33 mischt, vorgesehen sind, die eine Einrichtung zum Kompensieren der Abhängigkeit des Lichtmengensteuersignals vom Bildbereich bilden.

Die vorstehend erwähnte Doppelbegrenzungsschaltung 32 funktioniert in der Fig. 6 gezeigten Art und Weise.

Wie aus Fig. 6a ersichtlich, wird das in die Doppelbegrenzungsschaltung 32 eingegebene Bildaustast- Synchronsignal VS durch ein Gleichstrompotential ER auf seinem Schwarzwertpegel PL gehalten. Der Schwellenwertpegel (Schwellenpotential) E _S , der in der Doppelbegrenzungsschaltung 32 die Begrenzung vornimmt, ist auf ein etwas höheres Potential festgelegt. Dieser Schwellenpegel E _S wird z.B. auf ein Potential von etwa 1/10 des Sättigungspotentials E _P des Bildaustast- Synchronsignals VS gesetzt. Durchläuft das in Fig. 6a gezeigte Bildaustast-Synchronsignal VS die Doppelbegrenzungsschaltung 32, die auf diesen Begrenzungspegel gesetzt ist, so ergibt sich danach die in Fig. 6b gezeigte Wellenform. Das heißt, überschreitet der Pegel des am Eingang anliegenden Bildaustast-Synchronsignals VS den Schwellenwert ES, so wird das zwei Werte annehmende Signal, das vom Pegel "0" auf den Pegel "1" geschaltet wird, das Ausgangssignal der Doppelbegrenzungsschaltung 32.

Wie in Fig. 1 erläutert, ändert sich abhängig vom Außendurchmesser des Faserbündels und dem Zoomgrad des zu verwendenden Fiberskops der Bereich des Videosignals, wie dies in den Fig. 9a und 9b gezeigt ist. Die Aufgabe dieser Doppelbegrenzungsschaltung 32 besteht in der Erfassung dieses Videosignalbereichs (oder Bildbereichs). Das Ausgangssignal dieser Doppelbegrenzungsschaltung 32 wird anschließend in die Bildbereichserfassungsschaltung 44 eingegeben und der Bildbereich des tatsächlich erhaltenen Videosignals wird erfaßt. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Bildbereichserfassungsschaltung 44.

Das Ausgangssignal der Doppelbegrenzungsschaltung 32 wird in eine Integrationsschaltung 51 eingegeben und bezüglich des Pegels "1" des Ausgangssignals der Doppelbegrenzungsschaltung 32 integriert. Das Ausgangssignal dieser Integrationsschaltung 51 wird in eine Spitzenwerthalteschaltung 52 eingegeben und der Spitzenwert des Ausgangssignals der Integrationsschaltung 51 erfaßt. Der erfaßte Spitzenwert wird in eine Abtasthalteschaltung 53 eingegeben, mit Hilfe eines Abtastimpulses S _P einer Abtastimpulserzeugungsschaltung 54 abgetastet und gehalten und schließlich zu einem Ausgangssignal der Bildbereichserfassungsschaltung 44. Im übrigen wird das vertikale Synchronsignal V in die Abtastimpulserzeugungsschaltung 54 eingegeben, um einen Abtastimpuls S _P zu erzeugen. Ferner wird dieses Signal V auch über eine Verzögerungsschaltung 55 in einen Impulsgenerator 56 eingegeben, um einen Rücksetzimpuls R _P zu erzeugen, der durch das verzögerte vertikale Synchronsignal die Spitzenwerthalteschaltung 52 zurücksetzt. Dieser Rücksetzimpuls R _P soll die Spitzenwerthalteschaltung 52 rücksetzen, und zwar unmittelbar nachdem der mittels der Spitzenwerthalteschaltung 52 gehaltene Wert mit Hilfe des Abtastimpulses S _P abgetastet und gehalten wird.

Ein Ausführungsbeispiel der obenerwähnten Integrationsschaltung 51 ist in Fig. 8 gezeigt. Das Ausgangssignal der Doppelbegrenzungsschaltung 32 wird dem einen Ende eines Kondensators C 2 über eine in Sperrichtung gepolte Diode D 1 zugeführt. Das andere Ende des Kondensators C 2 ist geerdet. An dem einen Ende des Kondensators C 2 ist ferner über einen Widerstand R 2 der positive Pol +E einer Stromquelle eingeschlossen.

Die Funktionsweise dieser Integrationsschaltung ergibt sich aus Fig. 9.

Fig. 9A zeigt z.B. den Fall einer weitwinkligen Einstellung oder eines Bildleiters mit großem Durchmesser, während Fig. 9B eine Schmalwinkeleinstellung oder einen Bildleiter mit kleinem Durchmesser wiedergibt. Für die beiden Fig. 9A und 9B ist jeweils in (a) das auf der Bildfläche des Monitors 29 wiedergegebene Videobild, in (b), das dem Videobild entsprechende Videosignal, in (c) die Ausgangswellenform der Doppelbegrenzungsschaltung 32 und in (d) die Ausgangsgröße der Integrationsschaltung 51 dargestellt.

Die Breite (Signalperiode) des obenerwähnten Videosignals ist von der Größe des Bildbereichs abhängig. Demzufolge variiert der Ausgangsimpuls der Doppelbegrenzungsschaltung 32 gleichfalls, wie dies aus den Fig. 9A (c) und 9B (c) ersichtlich ist. Der in Fig. 9A (c) bzw. Fig. 9B (c) gezeigte Impuls wird mittels der Integrationsschaltung 51 während dieser Periode integriert, so daß eine sägezahnförmige Wellenform entsprechend Fig. 9A (d) bzw. 9 B (d) hervorgerufen wird.

Hat bei der Integrationsschaltung 51 der in Fig. 9A (c) bzw. 9B (c) gezeigte Impuls den Pegel "0", so wird infolge der Diode D 1 die in dem Kondensator D 2 angesammelte elektrische Ladung entladen und das Potential des Kondensators C 2 zurückgesetzt. Andererseits wird bei einem Pegel von "1" die Diode gesperrt, wodurch die Klemmenspannung des Kondensators C 2 mit dem Widerstandswert des Widerstands R 2 und der Kapaziät des Kondensators C 2 als Zeitkonstanten auf eine Spannung +E ansteigen wird. Demzufolge wird eine sägezahnförmige integrierte Welle mit der aus den Fig. 9A (d) bzw. 9B (d) gezeigten Wellenform erzeugt. Dieses sägezahnförmige integrierte Signal ist der Impulsbreite gemäß Fig. 9A (c) bzw. 9B (c) proportional, d.h. mit anderen Worten, der Größe des Bildbereichs proportional.

Das Ausgangssignal der obenerwähnten Integrationsschaltung 51 wird in die Spitzenwerthalteschaltung 52 eingegeben, um den Spitzenwert des integrierten Signals zu erfassen.

Ein Beispiel für diese Spitzenwerthalteschaltung 52 ist in Fig. 10 dargestellt. Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 51 wird über eine Diode D 2 einem Ende eines Kondensators C 3 angelegt, dessen anderes Ende geerdet ist, um den Kondensator C 3 zu laden und das maximale Potential (das anhand Va und Vb in Fig. 9A (d) bzw. 9B (d) wiedergegeben ist) des mit Hilfe der Integrationsschaltung 51 integrierten Signals zu erhalten, das in der Fig. 9A (d) bzw. 9B (d) gezeigt ist. Das maximale Potential, das durch diesen Kondensator C 3 gehalten wird, wird anschließend in die Abtasthalteschaltung 53 eingegeben und dort abgetastet und gehalten.

Da der Pegel des Videosignals mit dem abgebildeten Gegenstand schwankt, wird die zu einem Zeitpunkt hinsichtlich des Spitzenwertes gehaltene Spannung nicht immer die maximale Spannung nach diesem Zeitpunkt bleiben. Demzufolge wird bei diesem ersten Ausführungsbeispiel eine Spannung, die durch den Kondensator C 3 bei jedem Teilbild aufgeladen und gehalten wird, zurückgesetzt. Das heißt, das vertikale Synchronsignal V wird über die Verzögerungsschaltung 55 in den Impulsgenerator 56 eingegeben, um unmittelbar nach einem Abtastimpuls S _P einen Rücksetzimpuls zu erzeugen. Dieser Rücksetzimpuls R _P wird über einen Widerstand R 3 der Basis eines Transistors Q 1 zugeführt, wodurch der Kollektor und Emitter des Transistors Q 1 zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet werden, um den Kondensator C 3, der mit dem Kollektor des Transistors Q 1 verbunden ist, zu entladen und rückzusetzen.

Fig. 11 zeigt die Betriebswellenformen der Spitzenwerthalteschaltung 32 und der Abtasthalteschaltung 53.

Fig. 11a zeigt ein Videobild im Maßstab einer vertikalen Periode T _V und Fig. 11b zeigt das vertikale Synchronsignal V.

Wie aus Fig. 11c ersichtlich, wird der Abtastimpuls S _P mit Hilfe der Abtastimpulserzeugungsschaltung 54 erzeugt, die z.B. durch die Vorderkante, das heißt die Anstiegsflanke des vertikalen Synchronsignals V angesteuert wird. Demzufolge wird mit einem Impuls geringer Breite, der den Wert "1" für eine kurze Zeitdauer ab dem Anstieg des vertikalen Synchronsignals V annimmt, die Impulsperiode dieses Abtastimpulses S _P zu einer Abtastperiode, wobei das Ausgangssignal der Spitzenwerthalteschaltung 52 abgetastet sowie gehalten und anschließend sofort durch den durch die Verzögerungsschaltung 55 geringfügig verzögerten Rücksetzimpuls R _P zurückgesetzt wird. In diesem Fall kann der Rücksetzimpuls R _P des Impulsgenerators 56 z.B. als vertikales, durch die Verzögerungsschaltung 55 verzögertes Sychronsignal erzeugt werden. Das Symbol T _R in Fig. 11d stellt eine Rücksetzperiode dar. Nach dem Rücksetzen durch diesen Rücksetzimpuls R _P wird die Periode der Rücksetzspannung T′ _R sein, bis ein Videosignal erzeugt wird. Es ist eine Funktion der Abtasthalteschaltung 53, den Bereich dieser Periode T′ _R mit der hinsichtlich des Spitzenwerts gehaltenen Spannung zu ersetzen. Es kann im wesentlichen eine Gleichspannung V _D durch Abtasten und Halten der auf Spitzenwert gehaltenen Spannung, unmittelbar bevor diese zurückgesetzt wird, ideal erzielt werden. Diese Spannung VD stellt ein Gleichstromsignal dar, das der Größe des Bildbereichs entspricht und ein Potential aufweist, das proportional der Größe des Bildbereichs bei diesem Ausführungsbeispiel ist.

Das Ausgangssignal der obenerwähnten Abtasthalteschaltung 53 wird mittels eines Inverters bzw. Negationsgliedes 45 invertiert, dann mit dem Ausgangssignal des Pegelsensor 33 mit Hilfe des Mischers 37 gemischt und anschließend über einen Verstärker 38 als Lichtmengensteuersignal dem Motor 42 geführt; das heißt, eine Offset-Spannung wird durch den Pegelsensor 33 dem Lichtmengensteuersignal hinzugefügt, um ein endgültiges Lichtmengensteuersignal zu erhalten. Bei einem Steuer- bzw. Regelsystem, bei dem die mittlere Spannung eines Videosignals einfach mit Hilfe eines Pegelsensors 33 erfaßt und die Lichtmenge mit diesem erfaßten Signal eingestellt und gesteuert wird, um die Lichtmenge auf einem konstanten Niveau zu halten, wird selbst, wenn der mittlere Pegel des Videosignals innerhalb des Bildbereichs sich nicht ändert, sondern lediglich der Bildbereich kleiner wird, die Spannung, die den Mittelwertpegel des Videosignals bestimmt, klein sein, und demzufolge wird eine unvorteilhafte Lichtmengensteuerung vorgenommen, bei der die durch die Lichtquelle auf den Lichtleiter gestrahlte Lichtmenge zunehmen und der Pegel des Videosignals auf einen hohen Wert gebracht wird. Falls im Gegensatz dazu der Bildbereich größer ist, so wird der Videosignalpegel verringert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch ein Lichtmengensteuersignal erzeugt, das die Änderung des Videosignalpegels in Erwiderung auf eine Bildbereichsänderung eliminiert, und durch den Mischer 37 gemischt, so daß dieses durch eine Bildbereichsänderung nicht beeinflußt wird.

Das heißt, ändert sich der Bildbereich bezüglich einem Bezugsbildbereich und ändert sich der Ausgangspegel des Pegelsensors 33, so wird der Änderungsbetrag durch eine Bildbereichsänderungskompensationssignal- (bzw. Lichtmengensteuersignal-) Erzeugungseinrichtung erzeugt, durch das Negationsglied 45 invertiert und gemischt, so daß der Pegel des Lichtmengensteuersignals nicht allein durch eine Komponente der Bildbereichsänderung geändert werden kann.

Demzufolge kann bei diesem ersten Ausführungsbeispiel für den Fall, daß eine Kamera 25 außenseitig am Fiberskop angebracht ist und das Videobild des abgebildeten Objekts 17 mit Hilfe des Monitors 29 angezeigt wird, selbst wenn der Außendurchmesser des Bildleiters 19 und demzufolge auch der Bereich des auf der Bildfläche des Monitors 29 angezeigten Bildes unterschiedlich ist, die Beleuchtungslichtmenge automatisch und stets leicht wahrnehmbar eingestellt werden, da die Einrichtung zur Beseitigung der Abhängigkeit des Lichtmengensteuersignals vom Bildbereich vorgesehen ist.

Für den Fall, daß die Abbildungslinse 26 der außenseitig am Fiberskop 11 angebrachten Kamera 25 oder das Objektiv 18 des Fiberskops 11 aus einem Zoom- bzw. Variosystem besteht, so wird selbst dann, wenn das Zoomsystem zur Änderung des Bildbereichs eingestellt wird, die Lichtmengensteuerfunktion in Abhängigkeit von der Bildbereichsänderung nicht falsch ausgeführt, d.h. das Licht kann automatisch so eingestellt werden, daß stets ein Zustand mit bevorzugter Beleuchtungslichtmenge vorliegt.

Fig. 12 zeigt ein wesentliches Teil des zweiten Ausführungsbeispiels.

Wie in Fig. 12 dargestellt, wird das Ausgangsignal der in Fig. 2 gezeigten Klemmschaltung 31 einer Integrationsschaltung 61 zugeführt und integriert. Anschließend wird der Spitzenwert des integrierten Werts mit Hilfe einer Abtasthalteschaltung 62 gehalten. Dieser Abtasthaltewert wird durch das Ausgangssignal der Bildbereichserfassungsschaltung 44 mittels eines Teilers 63 diviviert, und das Videosignal wird durch die Bildbereichsperiode T dividiert, um den mittleren Pegel des Videosignals in der Bildbereichsperiode T zu erfassen, und dieses Signal wird zum Lichtmengensteuersignal gemacht. Das heißt, der mittlere Pegel des Videosignals wird durch die Größe des Bildbereichs reguliert, um ein Lichtmengensteuersignal zu erzeugen, das vom Bildbereich unabhängig ist.

Im übrigen kann wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Drehung des Motors 42 durch dieses Lichtmengensteuersignal gesteuert werden, um die Lichtmenge, die das Lichtmengensteuerelement 41 durchläßt, zu steuern. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Lichtmengensteuersignal einer Leistungssteuerklemme einer Stromquelle 64 zugeführt, die eine entsprechende elektrische Leistung an die Lampe 22 abgibt, um direkt die ausgesandte Beleuchtungslichtmenge zu steuern.

Fig. 13 zeigt ein Teil eines Ausführungsbeispiels, bei dem ein starres Endoskop 71 anstelle des Fiberskops 11 beim ersten Ausführungsbeispiel Verwendung findet.

Bei diesem starren Endoskop 71 ist anstelle des Bildleiters 19 des in Fig. 1 gezeigten Fiberskops 11 ein optisches Relais- bzw. Übertragungssystem 73 angeordnet, das in einem Rohr 72 angeordnet ist, und ein Einführungsteil 12′ besteht aus einem starren Element.

Im übrigen steht der in das Einführungsteil 12′ eingesetzte Lichtleiter 14 mit einem Lichtleiterkabel 74 nahe dem Okularteil 13 in Verbindung, so daß über dieses Lichtleiterkabel 74 das Beleuchtungslicht dem Lichtleiter 14 zugeführt werden kann. Der übrige Aufbau entspricht dem des Fiberskops 11. Dieses Ausführungsbeispiel hat die gleiche Funktion wie das erste Ausführungsbeispiel.

Fig. 14 zeigt ein wesentliches Teil des vierten Ausführungsbeispiels.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal der Doppelbegrenzungsschaltung 32 in eine den Bildbereich erfassende Integrationsschaltung 81 eingegeben und das durch diese Integrationsschaltung 81 integrierte Signal mittels eines A/D- Wandlers 82 in ein digitales Signal umgewandelt. Das Ausgangssignal dieses A/D-Wandlers 82 wird einer Adresse eines Festspeichers 83 zugeführt, Daten, die vorher schon eingeschrieben wurden, werden ausgelesen und in ein analoges Signal durch einen D/A-Wandler 84 umgewandelt. Dieses analoge Signal wird mit dem Ausgangssignal eines Pegelsensors 61, das über die Abtasthalteschaltung 62 zugeführt wird, multipliziert um somit ein Lichtmengensteuersignal zu erzeugen.

Die obenerwähnte Integrationsschaltung 81 besteht aus einem Widerstand R und einem Kondensator C. Die am Kondensator C angesammelte elektrische Ladung wird z.B. durch Anlegen eines vertikalen Synchronsignals nach einer Teilbild- oder Vollbildperiode über eine Verzögerungsleitung 86 an die Basis eines Schalttransistors 87 zurückgesetzt bzw. gelöscht. Im übrigen wird dieses vertikale Synchronsignal dem A/D-Wandler 82 als ein A/D-umgewandeltes Taktsignal unmittelbar bevor die elektrische Ladung des Kondensators C entladen wird, angelegt. Die Spannung mit maximalem Wert, die sich am Kondensator C ausgebildet hat, wird A/D-umgewandelt und die Speicherdaten des Festspeichers 83 werden mit dem maximalen Wert ausgelesen. Wird im übrigen ein A/D- Wandler 82 eines Typs benutzt, der den A/D-umgewandelten Wert auf den Pegel "L" hält, so wird die A/D-umgewandelte Ausgangsgröße für eine Teilbild-/Vollbildperiode gehalten.

Je größer bei dem obenerwähnten Festspeicher 83 der Adressenwert ist, desto geringer sind die Ausgangsdaten. Demzufolge kann ein Lichtmengensteuersignal, das vom Bildbereich unabhängig ist, erzeugt werden, falls dieses mit Hilfe des Multiplizierers 85 multipliziert wird.

Bei dem obenerwähnten vierten Ausführungsbeispiel können der A/D- Wandler 82 und der D/A-Wandler 84 eine vergleichsweise niedrige Geschwindigkeit aufweisen. Im übrigen kann eine Schaltung, die das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 81 abtastet und hält, zwischengesetzt werden.

Im übrigen kann die Erfindung bei einem optischen Endoskop mit einem Zoom-System Anwendung finden und ebenfalls Gebrauch von einer Kamera mit einem Zoom-System machen.

Claims (7)

1. Automatische Lichteinstellvorrichtung für ein Endoskop, das eine an seiner Außenseite befestigte Kamera verwendet, mit

• - einem optischen Endoskop, das ein optisches, zur Abbildung eines Gegenstands (17) dienendes Objektivsystem (18), welches an der vorderen Seite eines länglichen Einführungsteils (12) angeordnet ist, einen Bildleiter (19), der durch das Einführungsteil (12) hindurchgeführt ist und zur austrittsseitigen Stirnfläche ein optisches Bild überträgt, das an der eintrittsseitigen Stirnfläche mit Hilfe des Objektivsystems (18) erzeugt wurde, und einen Lichtleiter (14), der durch das Einführungsteil (12) hindurchgeführt ist und ein Beleuchtungslicht überträgt, das von der ausgangsseitigen Stirnfläche abgestrahlt wird, umfaßt,
• - einer Kamera (25), die außenseitig an ein Okularteil (13) des Endoskops angebracht werden kann, das das austrittsseitige Ende des Bildleiters (19) und eine Abbildungseinrichtung enthält, die ein optisches Abbildungssystem (26) und eine Festkörper- Abbildungseinrichtung (27) aufweist, deren Abbildungsfläche in der Brennebene des optischen Abbildungssystems (26) angeordnet ist,
• - einer Lichtquelleneinrichtung (15), die der eintrittsseitigen Stirnfläche des Lichtleiters (14) des optischen Endoskops ein Beleuchtungslicht zuführt,
• - einer Videosignalverarbeitungseinrichtung (28), die ein Videoausgangssignal der Festkörperabbildungseinrichtung (27) aufnimmt und ein vorbestimmtes Videosignal erzeugt,
• - einer Anzeigeeinrichtung (29), die auf einer Wiedergabebildfläche das vorbestimmte Videoausgangssignal der Videosignalverarbeitungseinrichtung (28) anzeigt, gekennzeichnet durch
• - eine Videosignalpegel-Erfassungseinrichtung (31, 35), die den Videosignalpegel auf der Basis des Videoausgangssignals der Festkörper-Abbildungseinrichtung (27) erfaßt,
• - eine Bildbereich-Erfassungseinrichtung (32, 44), die das Videosignal der Festkörper-Abbildungseinrichtung (27) aufnimmt und ein dem Bildbereich entsprechendes Signal ausgibt, das dem auf der Abbildungsfläche der Festkörper-Abbildungseinrichtung (27) erzeugten Bildbereich entspricht, und
• - eine Lichtmengen-Steuereinrichtung (39, 41, 42), die die Beleuchtungslichtmenge steuert, die von der Lichtquelleneinrichtung (15) dem Lichtleiter (14) zugeführt wird, wobei das Lichtmengensteuersignal durch Mischen des Videosignalpegels mit dem dem Bildbereich entsprechenden Signal erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignalpegel-Erfassungsschaltung aus einer einen Gleichstrom wiederherstellenden Schaltung (31), die den Schwarzwert eines zusammengesetzten Videosignals bzw. Bildaustast-Synchronsignals am Ausgang der Videosignalverarbeitungseinrichtung (28) extrahiert, sowie einer Integrationsschaltung (35) besteht, die für eine Teilbild-/Vollbildperiode ein Ausgangssignal der einen Gleichstrom wiederherstellenden Schaltung integriert, die diesen Schwarzwert auf dem Pegel "o" aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildbereichs-Erfassungseinrichtung eine
Doppelbegrenzungsschaltung (32), die das vorbestimmte Videosignal am Ausgang der Videosignalverarbeitungseinrichtung (28) im Hinblick auf den Bezugspegel begrenzt,
eine Integrationsschaltung (51), die das Ausgangssignal der Doppelbegrenzungsschaltung (32) für eine Teilbild/Vollbildperiode integriert,
eine Abtasthalteschaltung (53), die das Ausgangssignal der Integrationsschaltung (51) nach einer Teilbild-/Vollbildperiode abtastet und hält, und
eine Rücksetzschaltung (55, 56) zum Rücksetzen des Ausgangssignals der Integrationsschaltung (51) nach dem Abtast­ und Haltevorgang aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmengen-Steuereinrichtung aus einer Blende (41), die die passierende Lichtmenge einer Lampe (22) variiert, die dem Lichtleiter (14) entsprechend dem Drehwinkel der Blende zugeführt wird, und einem Motor (42) besteht, an dessen Drehwelle die Blende (41) befestigt ist, wobei der Drehwinkel mit Hilfe des Lichtmengensteuersignals gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmengen-Steuereinrichtung das Lichtmengensteuersignal einer Klemme anliegt, die die elektrische Ausgangsleistung einer elektrischen Stromquellenschaltung (64) steuert, die eine elektrische Leistung einer Lampe (22) zuführt, die ein Beleuchtungslicht dem Lichtleiter (14) zuführt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Endoskop ein Fiberskop (11) ist, wobei der Bildleiter (19) aus einem flexiblen Faserbündel besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Endoskop ein starres Endoskop (71) ist, wobei der Bildleiter (73) aus einem optischen Relaissystem besteht.