DE4032836A1

DE4032836A1 - Aufnahmelichtmengensteuerung fuer endoskope

Info

Publication number: DE4032836A1
Application number: DE4032836A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Takahashi; Katsuhiko Furuya; Masaaki Nakasima; Takayuki Enomoto
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1991-04-18
Anticipated expiration: 2010-10-17
Also published as: DE4032836C3; US5184170A; DE4032836C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufnahmelicht mengensteuerung für ein Endoskop, welche zur Steuerung der Beleuchtungslichtmenge bei der Herstellung eines Bildes durch das Endoskop hindurch dient.

Endoskope dienen im allgemeinen nicht nur zum Beobach ten des Inneren eines hohlen Organs im Körper des Pati enten sondern auch zum Herstellen einer Aufnahme davon.

Wenn eine Aufnahme durch ein Endoskop hindurch gemacht werden soll, wird die Helligkeit (Lichtstrom) des dem Endoskop zugeführten Beleuchtungslichtes auf einen Höchstbetrag eingestellt und der sich bei diesem Zu stand ergebende Ausgabewert eines Lichtaufnehmers, welcher das von einem Objekt reflektierte Licht emp fängt, integriert; wenn die integrierte Ausgangsspan nung den Wert einer Bezugsspannung erreicht, wird ein mechanischer Verschluß geschlossen, welcher innerhalb einer Lichterzeugungseinrichtung im Beleuchtungslicht weg angeordnet ist, womit die Belichtungszeit gesteuert wird.

Ein derartiger mechanischer Verschluß braucht jedoch eine bestimmte Zeit von dem Augenblick, in welchem er ein Schließsignal empfängt, bis zu dem Augenblick, in welchem er vollständig geschlossen ist; dementsprechend ergibt sich eine Überbelichtung. Die Belichtungszeit ΔT, die einer Überbelichtung enstpricht, ist konstant unabhängig von der Länge der Gesamtbelichtungszeit eines beliebigen Belichtungsvorganges. Wenn demnach die Gesamtbelichtungszeit T relativ kurz ist, beispielswei se, wenn im Fall einer Nahaufnahme das Objekt verhält nismäßig hell ist, dann wird der Anteil ΔT signifikant und es ergibt sich eine starke Überbelichtung.

Um den Grad der Überbelichtung zu reduzieren, bediente man sich bisher eines Verfahrens, bei welchem der An stieg eines Signals, welches den durch Integration des Ausgangswertes eines Lichtaufnehmers erhaltenen Inte gralwert repräsentiert, differentiell festgestellt wird; wenn der differentielle Ausgangswert größer als ein Bezugswert ist, dann wird die Helligkeit einer Lichtquelle bis auf einen für das Betrachten geeigneten pegel abgesenkt und damit die Gesamtbelichtungszeit T verlängert, wodurch der Effekt von ΔT verringert wird.

Allerdings bleiben auch bei derartigen Maßnahmen zur Steuerung der Überbelichtung einige Probleme ungelöst. Nachdem nämlich der Beleuchtungslichtstrom bei der Durchführung einer Aufnahme einmal auf einen Höchstwert eingestellt worden ist, kann eine Korrektur des Be leuchtungslichtstromes nicht mehr wirksam werden, wenn eine Aufnahme bei extrem kurzer Objektentfernung ge macht wird oder wenn ein hochempfindlicher Film verwen det wird, so daß eine Überbelichtung unvermeidlich ist. Da die Helligkeit des Beleuchtungslichtes nach der Kor rektur immer nur auf einen für das Betrachten geeigne ten Pegel abgesenkt ist, kann außerdem keine Feinsteue rung durchgeführt werden, so daß die Belichtungszeit extrem lang werden kann, was ein Verwackeln oder andere Probleme zur Folge hat.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufnahmelichtmengensteuerung für ein Endoskop zu schaf fen, mit der bei einem Aufnahmevorgang eine Feinsteue rung der Helligkeit des Beleuchtungslichtes in einer Weise möglich ist, daß sowohl eine Überbelichtung als auch ein Verwackeln vermieden werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Aufnahme lichtmengensteuerung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art mit einer Lichtquelle zum Zuführen von Licht zum Beleuchten eines Objektes zu dem Endoskop da durch gelöst, daß Mittel zum Erfassen der Beleuchtungs verhältnisse im Betrachtungsbetrieb vor dem Beginn eines Aufnahmevorganges vorgesehen sind sowie Mittel zum Steuern der Helligkeit des während des Aufnahmevor ganges von der Lichtquelle dem Endoskop zugeführten Aufnahmelichtes auf der Basis eines Signals, welches von den Mitteln zum Erfassen der Beleuchtungsverhält nisse im Betrachtungsbetrieb erfaßt wird.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich der Offenbarung aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrie ben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Gesamtanordnung eines ersten Ausführungsbeispieles;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines elektrischen Schaltkreises des ersten Ausführungs beispieles;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm für den Funktionsab lauf des ersten Ausführungsbeispie les;

Fig. 4 eine Tabelle für ein Beispiel der Einstellung einer Bezugsspannung für das erste Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 und 6 Flußdiagramme für einen Steuerungs vorgang beim ersten Ausführungsbei spiel;

Fig. 7 ein Zeitdiagramm für den Funktionsab lauf bei einem zweiten Ausführungs beispiel;

Fig. 8 und 9 Flußdiagramme eines Steuerungsvorgan ges bei dem zweiten Ausführungsbei spiel;

Fig. 10 schematisch die Gesamtanordnung eines dritten Ausführungsbeispieles;

Fig. 11 und 12 jeweils Tabellen mit Beispielen für Einstellung eines Belichtungskennwer tes und eines Helligkeitskennwertes beim dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines elektrischen Schaltkreises für das dritte Ausfüh rungsbeispiel;

Fig. 14 ein Zeitdiagramm für den Funktionsab lauf beim dritten Ausführungsbei spiel;

Fig. 15 und 16 Flußdiagramme für einen Steuerungs vorgang beim dritten Ausführungsbei spiel.

In Fig. 1, die eine Gesamtanordnung eines ersten Aus führungsbeispieles der vorliegenden Erfindung zeigt, ist ein Endoskop 1 dargestellt. Eine Kamera 2 (Aufnahmevorrichtung) ist über einen Aufnahmeadapter 3 lösbar mit einem Okular 14 des Endoskopes 1 verbunden.

Mit einem Beleuchtungsgerät 4 ist ein Anschlußstecker 11 des Endoskopes 1 lösbar verbunden. Von einer Licht quelle 40 (Lampe) ausgehendes Beleuchtungslicht wird durch eine Sammellinse 41 gebündelt und über ein Licht leitfaserbündel 12 dem Endoskop 1 zugeführt.

Im Weg des Beleuchtungslichtes zwischen der Lichtquelle 40 und dem Lichtleitfaserbündel 12 ist ein Verschluß 42 (Beleuchtungsgeräteverschluß) vorgesehen, welcher ge öffnet und geschlossen werden kann, so daß er den Be leuchtungslichtweg vollkommen freigibt oder unter bricht, sowie eine variable Blende 43, welche die Lichtdurchtrittsfläche für das Beleuchtungslicht verän dern kann.

Das Beleuchtungslicht wird über das Lichtleitfaserbün del 12 geleitet und vom distalen Ende 13 eines Einfüh rungsteils des Endoskopes 1 auf ein Objekt 100 gewor fen. Das vom Objekt 100 reflektierte Licht wird durch ein Bildleitfaserbündel 16 geleitet und belichtet eine Filmebene 25 (Aufnahmeebene) in der Kamera 2. Ein in der Kamera 2 angeordneter Verschluß 22 wird für eine vorgegebene Zeit (beispielsweise 0,25 Sek.) geöffnet, wenn ein Synchroschalter 21 auf EIN geschaltet wird.

Im Okular 14 ist ein Lichtaufnehmer 15 angeordnet, wel cher den Helligkeitspegel des auf der Filmebene 25 auf treffenden Beleuchtungslichtes in ein elektrisches Si gnal umwandelt. Die Ausgangsspannung des Lichtaufneh mers 15 wird in einem Lichtmeßschaltkreis 19 (Integrationsschaltkreis) integriert und vom Lichtmeß schaltkreis 19 wird ein Integralwert ausgegeben. Der Lichtmeßschaltkreis 19 kann entweder im Beleuchtungsge rät 4 oder im Endoskop 1 angeordnet sein.

An einer an der Außenseite des Beleuchtungsgerätes 4 befestigten Bedienungstafel 46 ist ein Belichtungskennwert-Einstellschalter 45 vorgesehen, mit welchem ein Belichtungskennwert eingestellt werden kann, der die Lichtmenge bestimmt, die der Aufnahmeebe ne 25 der Kamera 2 zugeführt werden soll. Ein Helligkeits-Einstellschalter 47 dient dazu, den Hellig ekeitspegel des Beleuchtungslichtes einzustellen, wel ches dem Endoskop 1 zugeführt wird, wenn dieses im Be trachtungsbetrieb eingesetzt wird.

Mit 50 ist ein Steuerungsteil bezeichnet, welcher eine zentrale Recheneinheit (CPU) umfaßt.

Fig. 2 stellt ein Blockdiagramm dar und zeigt eine elektrische Anordnung für das erste Ausführungsbei spiel. Der Steuerungsteil 50 umfaßt die CPU 51; ein Nur-Lesespeicher 53 (ROM) und ein Schreib-Lesespeicher 54 (RAM) sind mit der CPU 51 über einen Systembus 52 verbunden. Der CPU 51 wird ein Interrupt-Signal zuge führt, welches vom Synchroschalter 21 ausgegeben wird.

Der Systembus 52 ist außerdem mit drei Ein-/Ausgabe- Toren 56, 57 und 58 verbunden. Der Belichtungskennwert- Einstellschalter 45 und der Helligkeits- Einstellschalter 47 sind mit dem Eingabeanschluß des ersten Ein-/Ausgabe-Tors 56 verbunden.

Das Ausgangssignal des Lichtaufnehmers 15 wird im Lichtmeßschaltkreis 19 (Integrationsschaltkreis) inte griert, so daß man einen Integralwert (integrierte Aus gangsspannung V) erhält, welcher dem zweiten Ein-/Ausgabe-Tor 57 über einen Multiplexer 61 und einen Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt wird.

Der integrierte Ausgangswert des Lichtmeßschaltkreises 19 wird auch einem Tast-/Speicher-Schaltkreis 62 zuge führt, so daß während des Betrachtungseinsatzes der Spitzenwert der integrierten Ausgangsspannung, welcher im Tast-/Speicher-Schaltkreis 62 festgestellt worden ist, im Multiplexer 61 ausgewählt und in das zweite Ein-/Ausgabe-Tor 57 eingegeben wird.

Ein Zeitsignal, welches von einem mit dem Systembus 52 verbundenen Zeitgeber 63 ausgegeben wird, wird in einen Tast-Schaltkreis 64 eingegeben, so daß ein Tast-Impuls synchron mit dem Zeitsignal vom Tast-Schaltkreis 64 an den Lichtmeßschaltkreis 19 abgegeben wird. Wenn während des Betrachtungsbetriebes der Tast-Impuls auf einem niedrigen Pegel ist, führt der Lichtmeßschaltkreis 19 einen Integriervorgang durch. Wenn hingegen der Tast- Impuls auf einem hohen Pegel ist, ist der integrierte Ausgangswert gleich Null (z. B. V = 0). Die Tast-Fre quenz wird beispielsweise auf etwa 500 Hz eingestellt.

Der Ausgabeanschluß des dritten Ein-/Ausgabe-Tores 58 ist mit den Treiberbausteinen 40a, 42a und 43a verbun den, die die Helligkeit des von der Lichtquelle 40 ab gegebenen Lichtes, das Öffnen und Schließen des Beleuchtungsgeräteverschlusses 42 und den Öffnungsgrad der variablen Blende 43 steuern.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm und zeigt den Betriebsab lauf des ersten Ausführungsbeispieles.

Wenn der Synchro-Schalter 21 an der Kamera 2 auf EIN gestellt wird, wird der Verschluß 22 (Kameraverschluß) in der Kamera 2 mit einer geringen Verzögerung geöffnet und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (beispielsweise 0,25 Sek.) geschlossen. Der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 im Beleuchtungsgerät 4 wird zu der Zeit, zu welcher der Synchro-Schalter 21 auf EIN geschaltet wird, zeit weilig geschlossen, und nach Ablauf einer vorgegebenen kurzen Zeit (erste Verschlußschließ-Zeit T₁) wird der Lampenverschluß 42 wieder geöffnet. Die erste Verschlußschließ-Zeit T₁ ist beispielsweise 0,035 Sek. von dem Zeitpunkt an, in welchem der Synchro- Schalter 21 auf EIN geschaltet wird.

Bevor der Synchro-Schalter 21 der Kamera 2 auf EIN ge schaltet wird, d. h. während des Betrachtungsbetriebes, wird ein Beleuchtungslichtstrom, welcher einem mittels des Helligkeitseinstellschalters 47 eingestellten Hel ligkeitspegel entspricht, dem Endoskop 1 von dem Be leuchtungsgerät 4 konstant zugeführt. Jedesmal, wenn der Tast-Impuls auf einem niedrigen Pegel ist, wird die Ausgangsspannung des Lichtaufnehmers 15 integriert und der Spitzenwert der integrierten Ausgangsspannung, wel cher im Tast-/Speicher-Schaltkreis 62 getastet wird, wird im Multiplexer 61 ausgewählt und der CPU 51 zuge führt.

Der Beleuchtungslichtstrom Φ während eines Aufnahmevor ganges wird gesteuert, indem entweder einzeln oder ge meinsam die Helligkeit des von der Lichtquelle 40 abge gebenen Lichtes und der Öffnungsgrad der variablen Blende 43 auf der Basis des Spitzenwertes V₀ der in tegrierten Ausgangsspannung variiert werden, die unmit telbar vor dem Einschalten des Synchroschalters 21 ge tastet wurde.

Genauer wird der Aufnahmelichtstrom Φ beispielsweise wie folgt eingestellt:

Φ=Φ₀ × (T₀′× V_r)/(T_i × V_o) (1)

wobei gilt:
V₀: der Spitzenwert der integrierten Ausgangs spannung, die unmittelbar vor dem Einschal ten des Synchroschalters getastet wurde
Φ₀: der Beleuchtungslichtstrom (Helligkeit) während der Tastperiode
T₀: ein Zeitraum zur Durchführung einer Inte gration, welcher durch den Tast-Impuls be stimmt wird
T_i: eine ideale Belichtungszeit für eine Auf nahme (beispielsweise 0,01 Sek.)
V_r: eine Bezugsspannung.

Auf diese Weise wird ein Beleuchtungslichtstrom Φ für eine Aufnahme synchron mit dem Schließen des Beleuchtungsgeräteverschlusses 42 berechnet. Wenn der Beleuchtungslichtstrom auf den berechneten Pegel Φ ein gesteuert ist, wird der Integralwert durch den Multi plexer 61 direkt ausgewählt und vom Lichtmeßschaltkreis 19 in die CPU 51 eingegeben, ohne daß er den Tast-/Speicher-Schaltkreis 62 durchläuft.

Es sei bemerkt, daß die Bezugsspannung V_r eine Span nung ist, die proportional zur Belichtungslichtmenge eingestellt wird und die für einen Vergleich mit der integrierten Ausgangsspannung V vom Lichtaufnehmer 15 während eines Aufnahmevorganges verwendet wird. Wenn die integrierte Ausgangsspannung V die Höhe der Bezugs spannung V_r erreicht, wird der Beleuchtungsgerätever schluß 42 geschlossen.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die Einstellung der Be zugsspannung V_r.

Wenn der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 öffnet, beginnt die Belichtung für die Aufnahme; gleichzeitig beginnt die integrierte Ausgangsspannung V kontinuierlich anzu steigen. Wenn die Spannung V den Wert der Bezugsspan nung V_r erreicht, wird der Beleuchtungsgerätever schluß 42 geschlossen, womit die Belichtung für diesen Aufnahmevorgang beendet wird. Gleichzeitig wird der Be leuchtungslichtstrom auf den Pegel Φ₀ für den Be trachtungsbetrieb abgesenkt.

Während des Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 geschlossen wird, bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Abschlußzeit T₂ für den gesamten Vorgang erreicht wird, wird das dem Endo skop 1 zugeführte Beleuchtungslicht durch den Beleuch tungsgeräteverschluß 42 unterbrochen, so daß kein Endo skopiervorgang durchgeführt wird. Wenn die Abschlußzeit T₂ für den Gesamtvorgang erreicht wird, kehren alle Elemente des Systems in den früheren Betrachtungs-Be triebszustand zurück. Es sei bemerkt, daß T₂ bei spielsweise von dem Zeitpunkt, in welchem der Synchro schalter 21 auf EIN geschaltet wird, 0,5 Sek. ist.

Fig. 5 und 6 sind Flußdiagramme und zeigen ein Pro gramm, welches im Steuerungsteil 50 für die im oben be schriebenen Ausführungsbeispiel ablaufende Operation ausgeführt wird. In den Figuren ist mit S jeweils ein Prozeßschritt bezeichnet.

Das Programm wird durch ein Interrupt-Signal gestartet, welches ausgegeben wird, wenn der Synchro-Schalter 21 der Kamera 2 während des Betrachtungsbetriebes auf EIN geschaltet wird. Zuerst wird im Schritt S1 der Beleuch tungsgeräteverschluß 42 geschlossen und im Schritt S2 des Wert V₀ (eine integrierte Ausgangsspitzenspannung während ded Betrachtungsbetriebes) unmittelbar vor dem Schalten des Synchro-Schalters 21 auf EIN eingegeben. Dann wird im Schritt S3 ein Beleuchtungslichtstrom Φ für die Aufnahme entsprechend der Gleichung 1 berechnet und im Schritt S4 werden einzeln oder gemeinsam die Helligkeit des von der Lichtquelle 40 ausgegebenen Lichtes und der Öffnungsgrad der Blende 43 so gesteu ert, daß der Beleuchtungslichtstrom mit dem berechneten Pegel Φ zusammenfällt.

Als nächstes wird, wenn im Schritt S5 die seit dem Einschalten des Synchro-Schalters 21 abgelaufene Zeit t den Wert T₁ erreicht, der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 im Schritt S6 geöffnet und das Programm geht zum Schritt S7. Da zum Beginn t<T₂ ist, wird die inte grierte Ausgangsspannung V im Schritt S8 eingegeben. Die Eingabe der integrierten Ausgangsspannung V wird wiederholt, bis V im Schritt S9 die Bezugsspannung V_r erreicht. Wenn allerdings t den Wert T₂ erreicht, bevor V gleich V_r ist, geht das Programm vom Schritt S7 aus zum früheren Betrachtungszustand zurück.

Wenn V die Bezugsspannung V_r erreicht, bevor t gleich T₂ wird, wird im Schritt S10 der Beleuchtungsgeräte verschluß 42 geschlossen und der Beleuchtungslichtstrom wird im Schritt S11 auf den früheren Pegel Φ₀ für den Betrachtungsbetrieb zurückgeführt; dann geht das Pro gramm zum Schritt S12 weiter. Wenn t den Wert T₂ er reicht, wird im Schritt S13 der Beleuchtungsgerätever schluß 42 geöffnet und das System kehrt dann zum frühe ren Betrachtungsbetrieb zurück.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Hel ligkeitspegel des Beleuchtungslichtes für eine Aufnahme aus einem auf der Betrachtungslichtstärke basierenden Integralwert berechnet, welcher unmittelbar vor dem Be ginn des Aufnahmevorganges getastet wird, und die Hel ligkeit des Beleuchtungslichtes wird auf den berechne ten Pegel eingeregelt. Infolgedessen kann die Hellig keit des Beleuchtungslichtes während des Aufnahmevor ganges extrem genau auf den für die Aufnahme bestgeeig neten Pegel eingeregelt werden, so daß es möglich ist, die Belichtungszeit auf einen idealen Wert einzustel len. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl eine Über belichtung als auch ein Verwackeln zu vermeiden, so daß man klare Bilder hoher Qualität bekommt.

Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm und zeigt die Betriebsweise eines zweiten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung, wobei eine Belichtungssteuerung durch eine Software erfolgt, die von der im oben beschriebenen er sten Ausführungsbeispiel verschieden ist. Im vorliegen den zweiten Ausführungsbeispiel kann die gleiche Hard ware wie beim ersten Ausführungsbeispiel Verwendung finden.

Auch im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel wird vor dem Einschalten des Synchroschalters 21 der Kamera 2, d. h. während des Betrachtungsbetriebes, dem Endoskop 1 vom Beleuchtungsgerät 4 ein Beleuchtungslichtstrom konstant zugeführt, welcher dem Helligkeitspegel ent spricht, der mittels des Helligkeitseinstellschalters 47 eingestellt wurde. Jedesmal, wenn der Tast-Impuls auf einem niedrigen Pegel ist, wird die Ausgangsspan nung des Lichtaufnehmers 15 integriert; der Spitzenwert der integrierten Ausgangsspannung, welcher im Tast-/Speicher-Schaltkreis 62 getastet wurde, wird im Multiplexer 61 ausgewählt und in die CPU 51 eingegeben.

Zusätzlich wird beim Betrachtungsbetrieb die Änderung der integrierten Ausgangsspannung V in der Zeiteinheit, d. h. dV/dt, unmittelbar vor einem Aufnahmevorgang auf der Basis des letzten Spitzenwertes der integrierten Ausgangsspannung berechnet und es wird eine Belich tungszeit T auf der Basis dieses berechneten Wertes be stimmt; der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 wird ge schlossen, wenn die Zeit T abgelaufen ist.

Es sei unterstellt, daß die auf der Länge eines Tast- Impulses basierende Zeit für die Durchführung der Inte gration gleich T_s ist, daß die integrierte Ausgangs spannung gleich V_s ist und daß der Blendenwert der variablen Blende 43 zu dieser Zeit gleich f_s ist. In diesem Fall ist f_s größer als 0 und nicht größer als 1; wenn die variable Blende 43 vollständig offen ist, dann ist f_s = 1. Es sei weiter angenommen, daß eine mittels des Belichtungskennwert-Einstellschalters 45 eingestellte Bezugsspannung gleich V_r ist, daß ferner eine ideale Belichtungszeit gleich T_i ist (z. B. T_i=0,01 Sek) und daß die Belichtungszeit gleich T ist (wenn die Blende 43 vollständig offen ist), und daß ferner gilt

dV/dt=V_s/T_s

T=f_s × V_r/(dV/dt).

1. Wenn T≧T_i ist, dann ist die variable Blende 43 vollständig geöffnet und die Belichtungszeit T wird mittels der oben stehenden Gleichung be stimmt.
2. Wenn demgegenüber T<T_i ist, wird der Blendenwert auf f_s=T/T_i eingestellt. Als Folge der Ände rung des Öffnungsgrades der variablen Blende 43 wird T gleich dem Wert T_i.

In jedem Fall wird der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 während der Belichtungszeit T geöffnet und wieder ge schlossen, wenn diese Zeit abgelaufen ist.

Die Fig. 8 und 9 sind Flußdiagramme und zeigen ein Pro gramm, welches im Steuerungsteil 50 für den Betriebsab lauf des zweiten Ausführungsbeispieles ausgeführt wird. In diesen Figuren ist mit S jeweils ein Programmschritt bezeichnet.

Dieses Programm wird durch ein Interrupt-Signal gestar tet, welches ausgegeben wird, wenn der Synchro-Schalter 21 der Kamera 2 während des Betrachtungsbetriebes auf EIN geschaltet wird. Zuerst wird der Beleuchtungsgerä teverschluß 42 im Schritt S21 geschlossen; im Schritt S22 wird die integrierte Ausgangsspannung V_s, die als Folge eines Tast-Impulses unmittelbar vor dem Aufnahme vorgang getastet wurde, eingegeben und sodann wird eine Änderung der integrierten Ausgangsspannung V in der Zeiteinheit, d. h. dV/dt, und eine Belichtungszeit T im Schritt S23 berechnet.

Wenn im Schritt S24 die Belichtungszeit T gleich oder länger als die ideale Belichtungszeit T_i ist, dann wird im Schritt S25 die variable Blende 43 vollständig geöffnet, so daß f=1 ist; dann geht das Programm weiter nach S26. Wenn im Schritt S24 die Belichtungszeit T kürzer als die ideale Belichtungszeit T_i ist, dann wird im Schritt S27 der Blendenwert der variablen Blen de 43 auf f=T/T_i eingestellt und im Schritt S28 T_i an die Stelle der Belichtungszeit T gesetzt. Dann geht das Programm weiter nach S26.

Wenn die erste Verschlußschließ-Zeit T₁ im Schritt S26 abgelaufen ist, wird im Schritt S29 der Beleuch tungsgeräteverschluß 42 geöffnet. Wenn, nachdem der Be leuchtungsgeräteverschluß 42 begonnen hat, sich zu öff nen, die Belichtungszeit T abgelaufen ist, dann wird der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 im Schritt S31 ge schlossen. Gleichzeitig wird im Schritt S32 die variab le Blende 43 wieder auf den Blendenwert für den Be trachtungsbetrieb zurückgestellt, d. h. f=f_s.

Wenn sodann im Schritt S33 der Zeitpunkt T₂ zur Been digung des gesamten Vorganges erreicht wird, wird im Schritt S34 der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 geöffnet und der Vorgang abgeschlossen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Hel ligkeitspegel des Beleuchtungslichtes für die Aufnahme aus einem Integralwert berechnet, welcher auf dem Licht für den Betrachtungsbetrieb basiert und der unmittelbar vor Beginn des Aufnahmevorganges getastet wird; die Helligkeit des Beleuchtungslichtes wird auf den berech neten Pegel eingeregelt. Demnach kann die Helligkeit des Beleuchtungslichtes während des Aufnahmevorganges äußerst genau auf den für die Aufnahme bestgeeigneten Pegel eingeregelt werden. Da die Belichtungszeit be reits vor dem Aufnahmevorgang berechnet wurde, kann zu sätzlich die Belichtungszeit unabhängig von der Länge dieser Belichtungszeit auf einen Idealwert innerhalb eines weiten Bereiches eingeregelt werden. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl eine Überbelichtung als auch ein Verwackeln zu verhindern, so daß man klare Bilder hoher Qualität bekommt.

Fig. 10 zeigt die Gesamtanordnung eines dritten Ausfüh rungsbeispieles. Die Anordnung ist der in Fig. 1 ge zeigten Anordnung gleich mit der Ausnahme, daß ein Helligkeitskennwert-Einstellschalter 147 anstelle des Helligkeits-Einstellschalters 47 vorgesehen ist.

Mit 45 ist ein Belichtungskennwert-Einstellschalter be zeichnet, welcher auf einer an der Außenseite des Be leuchtungsgerätes 4 befestigten Bedienungstafel 46 an geordnet ist und dazu dient, einen Belichtungskennwert EI einzustellen, welcher die Lichtmenge bestimmt, die der Aufnahmeebene 25 in der Kamera 2 zugeführt werden soll. Der Belichtungskennwert-Einstellschalter 45 ist so ausgelegt, daß die Belichtung in Schritten von 0,5 auf der EV-Skala einstellbar ist, wie beispielhaft in Fig. 11 gezeigt ist.

Der Helligkeitskennwert-Einstellschalter 147 dient dazu, die Helligkeit des Beleuchtungslichtes einzustel len, die dem Endoskop 1 beim Betrachtungsbetrieb in Ab hängigkeit von der Entfernung zwischen dem distalen Ende 13 des Einführteils zum Objekt 100 oder von ande ren Bedingungen zugeführt wird. Die Helligkeit des Be leuchtungslichtes (d. h. der Beleuchtungslichtstrom, welcher dem Endoskop 1 zugeführt wird) während des Be trachtungsbetriebes kann durch einen Helligkeitskenn wert BI in Schritten von 0,5 auf der EV-Skala einge stellt werden, wie beispielhaft in Fig. 12 gezeigt ist.

Es sei bemerkt, daß die Te-Zahlen und Tb-Zahlen, die in den Fig. 11 und 12 dargestellt sind, ganze Zahlen sind, die für dieses Ausführungsbeispiel gewählt wurden im Hinblick auf eine Vereinfachung der Berechnung.

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm und zeigt die elektrische Anordnung für das dritte Ausführungsbeispiel. Der Steuerungsteil 50 umfaßt eine zentrale Recheneinheit 51 (CPU), ferner einen Nur-Lesespeicher 53 (ROM) und einen Schreib-Lesespeicher 54 (RAM), die mit der CPU 51 über einen Systembus 52 verbunden sind. Die CPU 51 erhält ein Interrupt-Signal, welches vom Synchroschalter 21 ausgegeben wird.

Der Systembus 52 ist darüber hinaus mit drei Ein-/Ausgabe-Toren 56, 57 und 58 verbunden. Der Belichtungskennwert-Einstellschalter 45 und der Helligkeitskennwert-Einstellschalter 147 sind mit dem Eingangsanschluß des ersten Ein-/Ausgabe-Tors 56 verbunden. Obwohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Helligkeitsindex BI manuell in Abhängigkeit von der Entfernung zum Objekt 100 eingestellt wird, kann auch eine Anordnung vorgesehen sein, mit der der Hellig keitskennwert BI automatisch eingestellt wird.

Der Ausgangswert des Lichtaufnehmers 15 wird im Licht meßschaltkreis 19 (Integrationsschaltkreis) integriert, so daß man einen Integralwert (integrierte Ausgangs spannung V) erhält, der in den Eingangsanschluß des zweiten Ein-/Ausgabe-Tors 57 über einen Ana log/Digitalwandler 17 eingegeben wird. Der Ausgangsan schluß des dritten Ein-/Ausgabe-Tors 58 ist mit Trei berbausteinen 40a, 42a und 43a verbunden, welche die Helligkeit des von der Lichtquelle 40 abgegebenen Lich tes, den Öffnungs- und Schließvorgang des Beleuchtungsgeräteverschlusses 42 und den Öffnungsgrad der variablen Blende 43 steuern.

Das System hat außerdem einen Signalgenerator für die erste Verschlußschließung, welcher ein Signal zum Schließen des Beleuchtungsgeräteverschlusses 42 für eine vorgegebene kurze Zeit T₁ infolge des Einschal tens des Synchro-Schalters 21 erzeugt; es hat außerdem einen Signalgenerator, welcher ein Signal für die Ge samtbetriebszeit erzeugt, welches die gesamte Betriebs zeit T2 des Systems nach dem Einschalten des Synchro- Schalters 21 bestimmt. Die Ausgangssignale dieser Si gnalgenerator werden dem Steuerungsteil 50 zugeführt. Auf eine Darstellung dieser Signalerzeuger wurde ver zichtet.

Fig. 14 ist ein Zeitdiagramm und zeigt den Betriebsab lauf des dritten Ausführungsbeispiels.

Wenn der Synchro-Schalter 21 an der Kamera 2 auf EIN geschaltet wird, wird der Verschluß 22 (Kameraverschluß) in der Kamera 2 mit einer leichten Verzögerung geöffnet und nach Ablauf der vorgegebenen Zeit (z. B. 0,25 Sek) wieder geschlossen. Der Be leuchtungsgeräteverschluß 42 im Beleuchtungsgerät 4 wird infolge eines ersten Verschlußschließ-Signals zeitweise geschlossen, welches zur gleichen Zeit ausge geben wird, zu der der Synchro-Schalter 21 auf EIN ge schaltet wird. Zusätzlich wird ein Signal für die ge samte Betriebszeit eingeschaltet.

Nach der verhältnismäßig kurzen Zeit T₁ fällt das erste Verschlußschließ-Signal ab und gleichzeitig be ginnt der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 sich zu öff nen.

Zuvor wird, solange der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 geschlossen ist, der Beleuchtungslichtstrom O für die Aufnahme eingeregelt, indem entweder einzeln oder zu sammen die Helligkeit des von der Lichtquelle 40 abge gebenen Lichtes und der Öffnungsgrad der variablen Blende 43 variiert werden.

Der Aufnahmelichtstrom Φ wird auf der Basis des oben beschriebenen Belichtungskennwertes EI und des Hellig keitskennwertes BI berechnet. Die Berechnung des Auf nahmelichtstromes Φ wird weiter unten anhand eines spe ziellen Beispieles erläutert.

Wie beispielhaft in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, wird der Belichtungskennwert EI im Beleuchtungsgerät 4 innerhalb eines Bereiches von 0 bis 9 eingestellt; in ähnlicher Weise wird der Helligkeitskennwert BI inner halb eines Bereiches von 0 bis 9 eingstellt. Es sei an genommen, daß sich eine ideale, eine korrekte Belich tung gewährleistende Verschlußzeit (z. B. 0,01 Sek) des Beleuchtungsgeräteverschlusses 42 unter der Bedingung ergibt, daß ein Standard-Belichtungskennwert EI und ein Standard-Helligkeitskennwert BI jeweils 5 sind, das Ob jekt 100 eine Standard-Entfernung hat (z. B. 20 mm vom distalen Ende 13 des Einführungsteils) und daß der dem Endoskop 1 bei der Aufnahme zugeführte Beleuchtungs lichtstrom einen Standard-Helligkeitspegel von Φ_s hat. Unter diesen Bedingungen wird ein Beleuchtungs lichtstrom Φ für die Aufnahme in folgender Weise einge stellt:

Φ=Φ_s · 2^(5-EI)/2 · 2^(BI-5)/2k

wobei k eine Konstante ist (k<1).

Auf diese Weise wird Φ berechnet und der Beleuchtungs lichtstrom wird auf den berechneten Wert eingeregelt. Bei dem oben beschriebenen Standard-Zustand ist Φ=Φ_s und der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 wird demnach nach dem Ablauf von 0,01 Sek. geschlossen.

Wenn der Belichtungskennwert EI größer als der des Standard-Zustandes ist (d. h., wenn eine korrekte Auf nahmebelichtung mit einer geringeren Lichtmenge erzielt wird) oder wenn der Helligkeitskennwert BI kleiner als der des Standard-Zustandes ist (d. h., wenn der Beleuch tungslichtstrom während der Betrachtungsbetriebes in folge einer verhältnismäßig kleinen Objektentfernung reduziert ist), dann nimmt Φ ab, so daß die Belich tungszeit nicht abgekürzt wird und demzufolge keine Überbelichtung erfolgt.

Wenn umgekehrt der Belichtungskennwert EI kleiner als der des Standard-Zustandes ist (d. h., wenn eine größere Lichtmenge für eine korrekte Aufnahmebelichtung erfor derlich ist) oder wenn der Helligkeitskennwert BI grö ßer als der des Standard-Zustandes ist (d. h., wenn der Beleuchtungslichtstrom während des Betrachtungsbe triebes infolge einer verhältnismäßig großen Objektent fernung vergrößert wird), dann nimmt Φ zu, so daß die Belichtungszeit nicht verlängert wird und kein Verwac keln auftritt.

Im folgenden wird erläutert, warum der Wert k in der Gleichtung zur Berechnung von Φ eine Konstante ist, die nicht kleiner als 1 wird: Was den Belichtungswert EI angeht, so ist dessen numerischer Wert exakt in der Be lichtungszeit wiedergegeben, so daß für einen Unter schied von jeweils 1 zwischen benachbarten Zahlen die Belichtungszeit genau um das 2^1/2-fache oder das 2^-1/2-fache erhöht werden muß. Der Helligkeitskenn wert BI ist jedoch nicht immer genau in der Belich tungszeit wiedergegeben. Im allgemeinen ist die Wirkung von BI kleiner als die von EI. Aus diesem Grund wird die Konstante k≧1 verwendet, um die Wirkung von BI im Vergleich zur Wirkung von EI bei der Bestimmung eines Beleuchtungslichtstromes Φ für die Aufnahme zu verrin gern.

Der Wert für k kann beispielsweise mit einem fotografi schen Experiment bestimmt werden. Fig. 12 zeigt Tb-Zah len für einen Fall, bei dem für k beispielsweise 2 ein gesetzt wird. In diesem Fall ist Φ durch die folgende Gleichung gegeben:

Φ=Φ_s · 2^{(Te + Tb-16)/4}.

Die Fig. 15 und 16 sind Flußdiagramme und zeigen ein Programm, welches im Steuerungsteil 50 ausgeführt wird und für den Betrieb des dritten Ausführungsbeispiels dient. In den Figuren ist mit S jeweils ein Programm schritt bezeichnet.

Das Programm wird gestartet, wenn der Synchro-Schalter 21 an der Kamera gedreht wird. Zuerst wird im Schritt S41 der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 geschlossen. So dann wird Φ berechnet und entweder allein oder zusammen die Helligkeit des von der Lichtquelle 40 abgegebenen Lichtes und der Öffnungsgrad der variablen Blende 43 im Schritt S42 so gesteuert, daß man den berechneten Wert als tatsächlichen Beleuchtungslichtstrom erhält.

Dann wird im Schritt S43 das erste Verschlußschließ- Signal eingegeben. Wenn das Signal im Schritt S44 nicht auf dem niedrigen Pegel ist, kehrt das Programm zu Schritt S43 zurück und wiederholt die Sequenz von der Eingabe des ersten Verschlußschließ-Signals an. Wenn das Signal im Schritt S44 auf einen niedrigen Pegel sinkt, wird der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 im Schritt S45 geöffnet.

Danach wird im Schritt S46 das Signal für den gesamten Vorgang eingegeben; wenn das Signal im Schritt S47 nicht auf dem hohen Pegel ist, geht das Programm zum Schritt S53; wenn hingegen das Signal auf dem hohen Pegel ist, wird im Schritt S48 die integrierte Aus gangsspannung eingegeben und es wird im Schritt S49 festgestellt, ob V den Wert der Bezugsspannung V_r er reicht hat oder nicht.

Wenn im Schritt S49 V niedriger als V_r ist, wird die Sequenz von S46 an wiederholt. Wenn V≧V_r ist, wird im Schritt S50 der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 ge schlossen. Dann wird das Signal für den Gesamtvorgang im Schritt S51 eingegeben. Wenn das Signal im Schritt S52 nicht auf dem niedrigen Pegel ist, geht das Pro gramm zu Schritt S51 zurück, um die Sequenz von der Eingabe des Signals für den gesamten Vorgang zu wieder holen; wenn hingegen das Signal im Schritt S52 auf dem niedrigen Pegel ist, geht das Programm nach S53 weiter.

Schließlich wird im Schritt S53 der Beleuchtungsgeräte verschluß 42 geöffnet und der Beleuchtungslichtstrom wird im Schritt S54 auf den Pegel zurückgeführt, den er vor dem Aufnahmevorgang hatte, womit der Vorgang voll endet wird.

Gemäß der vorligenden Erfindung wird ein Helligkeitspe gel des Beleuchtungslichtes für eine Aufnahme aus dem Belichtungskennwert und der Helligkeit des Beleuch tungslichtes während des Betrachtungsbetriebes berech net und die Helligkeit des Beleuchtungslichtes wird auf diesen berechneten Pegel eingeregelt, wenn eine Aufnah me gemacht wird. Infolgedessen kann die Belichtungszeit auf einen Idealwert eingeregelt werden, indem man die Helligkeit des Beleuchtungslichtes für die Aufnahme fein einstellt. Auf diese Weise ist es möglich, eine Überbelichtung oder ein Verwackeln zu vermeiden, so daß man klare Bilder hoher Qualität bekommt.

Claims

1. Aufnahmelichtmengensteuerung für ein Endoskop, welche zum Steuern der Menge des Beleuchtungslich tes bei der Anfertigung einer Aufnahme durch das Endskops hindurch verwendet wird, gekennzeichnet durch,

- eine Lichtquelle (40) zum Zuführen von Licht für die Beleuchtung eines Objektes (100) zu dem En doskop (1);
- Mittel (15) zum Erfassen der Beleuchtungsver hältnisse im Betrachtungsbetrieb vor dem Beginn eines Aufnahmevorganges; und
- Mittel (50) zum Steuern der Helligkeit des wäh rend des Aufnahmevorganges von der Lichtquelle (40) dem Endoskop (1) zugeführten Aufnahmelich tes auf der Basis eines Signals, welches von den Mitteln (15) zum Erfassen der Beleuchtungsver hältnisse im Betrachtungsbetrieb aufgenommen wird.

2. Aufnahmelichtmengensteuerung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrich tung (50) die Helligkeit des von der Lichtquelle (40) abgegebenen Lichts steuert.

3. Aufnahmelichtmengensteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsein richtung (50) eine variable Blende (43) hat, die in den Strahl des von der Lichtquelle (40) dem En doskop (1) zugeführten Beleuchtungslichtes ein greift.

4. Aufnahmelichtmengensteuerung nach einem der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (15) zum Erfassen der Beleuchtungsverhält nisse im Betrachtungsbetrieb vor dem Beginn eines Aufnahmevorganges eine fotoelektrische Wandlerein richtung (15) zum Umwandeln des Helligkeitspegels des Belichtungslichtes, welches nach seiner Refle xion vom Objekt (100) der Aufnahmeebene (25) einer Aufnahmevorrichtung (2) zugeht, in ein elektri sches Signal umfaßt.

5. Aufnahmelichtmengensteuerung nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß die Mittel (15) zum Er fassen der Beleuchtungsverhältnisse im Betrach tungsbetrieb vor dem Beginn eines Aufnahmevorgan ges eine Einrichtung (19) für eine in kurzen Zeit abständen wiederholte Integration eines Signals der fotoelektrischen Wandlereinrichtung (15) wäh rend des Betrachtungsbetriebes und Ausgabe des re sultierenden Integralwertes umfaßt.

6. Aufnahmelichtmengensteuerung nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrich tung (50) einen Helligkeitspegel des Beleuchtungs lichtes für einen Aufnahmevorgang aus einem Inte gralwert berechnet, welcher von den Integrations einrichtung (19) unmittelbar vor Beginn des Auf nahmevorganges ausgegeben wird, und daß sie die Helligkeit des dem Endoskop (1) während des Auf nahmevorganges zugeführten Belichtungslichtes auf den berechneten Helligkeitspegel einregelt.

7. Aufnahmelichtmengensteuerung nach einem der An sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (47) zum Einstellen eines Helligkeitspegels für das Beleuchtungslicht vorgesehen sind, welches dem Endoskop (1) bei einem Betrachtungsbetrieb zu geführt wird, wobei die Steuerungseinrichtung (50) einen Helligkeitspegel für das Beleuchtungslicht für einen Aufnahmevorgang aus einem Helligkeitspe gel des Beleuchtungslichtes beim Betrach tungsbetrieb berechnet, welcher über die Mittel (47) zum Einstellen der Helligkeit des Betrach tungslichtes eingestellt wird, und die Helligkeit des dem Endoskop (1) während des Aufnahmevorganges zugeführten Beleuchtungslichtes auf der Basis des berechneten Helligkeitspegels steuert.

8. Aufnahmelichtmengensteuerung nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß sie Mittel (45) zum Ein stellen eines Belichtungskennwertes aufweist, wel cher eine Belichtungslichtmenge bestimmt, die der Aufnahmeebene (25) einer Aufnahmeeinrichtung (2) nach der Reflexion von dem Objekt (100) zugeführt wird, wobei die Steuerungseinrichtung (50) einen Helligkeitspegel für das Beleuchtungslicht für einen Aufnahmevorgang aus einem Belichtungskenn wert berechnet, welcher über die Mittel (45) zum Einstellen eines Belichtungskennwertes eingestellt wird, sowie einen Helligkeitspegel für das Be leuchtungslicht beim Betrachtungsbetrieb, welcher durch die Mittel (47) zum Einstellen der Hellig keit des Betrachtungslichtes eingestellt wird, und sodann die Helligkeit des dem Endoskop (1) beim Aufnahmevorgang zugeführten Lichtes auf der Basis des berechneten Helligkeitspegels steuert.

9. Aufnahmelichtmengensteuerung nach einem der An sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (50) sowohl die Helligkeit des von der Lichtquelle (40) dem Endoskop (1) wäh rend des Aufnahmevorganges zugeführten Beleuch tungslichtes als auch die Belichtungszeit auf der Basis eines Signals steuert, welches durch die Mittel (15) zum Erfassen der Beleuchtungsverhält nisse beim Betrachtungsbetrieb erfaßt wird.

10. Aufnahmelichtmengensteuerung nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrich tung (50) den Helligkeitspegel für das Beleuchtungslicht für einen Aufnahmevorgang sowie eine Belichtungszeit aus einem Integralwert berechnet, welcher von der Integrationseinrichtung (19) unmittelbar vor Beginn des Aufnahmevorganges von der Lichtquelle (40) zugeführten Beleuchtungslichtes und die Belichtungszeit während des Aufnahmevorganges auf der Basis der berechneten Werte steuert.