DE4032836C3

DE4032836C3 - Aufnahmelichtmengensteuerung für Endoskope

Info

Publication number: DE4032836C3
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: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2010-10-17
Also published as: DE4032836C2; US5184170A; DE4032836A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufnahme lichtmengensteuerung für ein Endoskop, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Endoskope dienen im allgemeinen nicht nur zum Be obachten des Inneren eines hohlen Organs im Körper des Patienten sondern auch zum Herstellen einer Auf nahme 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 Zustand ergebende Ausgabewert eines Lichtaufneh mers, welcher das von einem Objekt reflektierte Licht empfängt, integriert; wenn die integrierte Ausgangss pannung den Wert einer Bezugsspannung erreicht, wird ein mechanischer Verschluß geschlossen, welcher inner halb einer Lichterzeugungseinrichtung im Beleuch tungslichtweg angeordnet ist, womit die Belichtungszeit gesteuert wird.

Ein derartiger mechanischer Verschluß braucht je doch eine bestimmte Zeit von dem Augenblick, in wel chem er ein Schließsignal empfängt, bis zu dem Augen blick, in welchem er vollständig geschlossen ist; dement sprechend ergibt sich eine Überbelichtung. Die Belich tungszeit ΔT, die einer Überbelichtung entspricht, ist konstant unabhängig von der Länge der Gesamtbelich tungszeit eines beliebigen Belichtungsvorganges. Wenn demnach die Gesamtbelichtungszeit T relativ kurz ist, beispielsweise, wenn im Fall einer Nahaufnahme das Objekt verhältnismäßig hell ist, dann wird der Anteil ΔT signifikant und es ergibt sich eine starke Überbelich tung.

Um den Grad der Überbelichtung zu reduzieren, be diente man sich bisher eines Verfahrens, bei welchem der Anstieg eines Signals, welches den durch Integration des Ausgangswertes eines Lichtaufnehmers erhaltenen Integralwert repräsentiert differentiell festgestellt wird; wenn der differentielle Ausgangswert größer als ein Be zugswert ist dann wird die Helligkeit einer Lichtquelle bis auf einen für das Betrachten geeigneten Pegel abge senkt und damit die Gesamtbelichtungszeit T verlän gert wodurch der Effekt von ΔT verringert wird.

Allerdings bleiben auch bei derartigen Maßnahmen zur Steuerung der Überbelichtung einige Probleme un gelöst. Nachdem nämlich der Beleuchtungslichtstrom bei der Durchführung einer Aufnahme einmal auf einen Höchstwert eingestellt worden ist, kann eine Korrektur des Beleuchtungslichtstromes nicht mehr wirksam wer den, wenn eine Aufnahme bei extrem kurzer Objektent fernung gemacht wird oder wenn ein hochempfindlicher Film verwendet wird, so daß eine Überbelichtung un vermeidlich ist. Da die Helligkeit des Beleuchtungslich tes nach der Korrektur immer nur auf einen für das Betrachten geeigneten Pegel abgesenkt ist, kann außer dem keine Feinsteuerung durchgeführt werden, so daß die Belichtungszeit extrem lang werden kann, was ein Verwackeln oder andere Probleme zur Folge hat.

Aus der US-A-43 66 529 ist eine Belichtungssteue rung für ein Endoskop bekannt, die mit einer Detektor einrichtung zum Erfassen der Lichtmenge auf der Grundlage eines Integriervorgangs ausgestattet ist. Zur Steuerung der Menge des Beleuchtungslichtes wird ein Belichtungssignal auf der Basis der Information über die Helligkeit des zu untersuchenden Abschnitts erzeugt, der künstlich beleuchtet wird. Die während des Aufnah mebetriebs einzustellende Belichtungszeit wird mittels eines Differentiationsvorgangs ermittelt. Wenn der bei diesem Differentiationsvorgang ermittelte Wert kleiner als ein vorgegebener Wert ist, werden die Beleuch tungswerte eingestellt, bevor das Belichtungssignal durch den vorgenannten Integrationsvorgang bereitge stellt wird. Auf diese Weise soll eine genaue Belich tungssteuerung erreicht werden.

Aus der DE 33 27 234 A1 ist ferner eine Belichtungs steuerung bekannt, bei der der Abstandsbereich erwei tert ist, in welchem scharfe Fotoaufnahmen erzielt wer den können. Eine Steuerschaltung steuert den Licht strom einer Fotolampe so, daß beim Erreichen einer für die Belichtung des Films ausreichende Lichtmenge die Lichtemission unterbrochen wird. Dadurch soll eine scharfe Abbildung bei hoher Tiefenschärfe erreicht werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Aufnahmelicht mengensteuerung für ein Endoskop zu schaffen, mit der bei einem Aufnahmevorgang eine Feinsteuerung der Helligkeit des Beleuchtungslichtes in einer Weise mög lich ist, daß sowohl eine Überbelichtung als auch ein Verwackeln vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des neuen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrie ben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Gesamtanordnung eines er sten Ausführungsbeispieles;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines elektrischen Schalt kreises des ersten Ausführungsbeispieles;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm für den Funktionsablauf des ersten Ausführungsbeispieles;

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

Fig. 5 und 6 Flußdiagramme für einen Steuerungsvor gang beim ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 ein Zeitdiagramm für den Funktionsablauf bei einem zweiten Ausführungsbeispiel;

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

Fig. 10 schematisch die Gesamtanordnung eines drit ten Ausführungsbeispieles;

Fig. 11 und 12 jeweils Tabellen mit Beispielen für Ein stellung eines Belichtungskennwertes und eines Hellig keitskennwertes beim dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines elektrischen Schalt kreises für das dritte Ausführungsbeispiel;

Fig. 14 ein Zeitdiagramm für den Funktionsablauf beim dritten Ausführungsbeispiel;

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

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

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

Im Weg des Beleuchtungslichtes zwischen der Licht quelle 40 und dem Lichtleitfaserbündel 12 ist ein Ver schluß 42 (Beleuchtungsgeräteverschluß) vorgesehen, welcher geöffnet und geschlossen werden kann, so daß er den Beleuchtungslichtweg vollkommen freigibt oder unterbricht, sowie eine variable Blende 43, welche die Lichtdurchtrittsfläche für das Beleuchtungslicht verän dern kann.

Das Beleuchtungslicht wird über das Lichtleitfaser bündel 12 geleitet und vom distalen Ende 13 eines Ein führungsteils des Endoskopes 1 auf ein Objekt 100 ge worfen. 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.) geöff net, wenn ein Synchroschalter 21 auf EIN geschaltet wird.

Im Okular 14 ist ein Lichtaufnehmer 15 angeordnet, welcher den Helligkeitspegel des auf der Filmebene 25 auftreffenden Beleuchtungslichtes in ein elektrisches Si gnal umwandelt. Die Ausgangsspannung des Lichtauf nehmers 15 wird in einem Lichtmeßschaltkreis 19 (Inte grationsschaltkreis) integriert und vom Lichtmeßschalt kreis 19 wird ein Integralwert ausgegeben. Der Licht meßschaltkreis 19 kann entweder im Beleuchtungsgerät 4 oder im Endoskop 1 angeordnet sein.

An einer an der Außenseite des Beleuchtungsgerätes 4 befestigten Bedienungstafel 46 ist ein Belichtungs kennwert-Einstellschalter 45 vorgesehen, mit welchem ein Belichtungskennwert eingestellt werden kann, der die Lichtmenge bestimmt, die der Aufnahmeebene 25 der Kamera 2 zugeführt werden soll. Ein Helligkeits- Einstellschalter 47 dient dazu, den Helligkeitspegel des Beleuchtungslichtes einzustellen, welches dem Endo skop 1 zugeführt wird, wenn dieses im Betrachtungsbe trieb 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-Lesespei cher 54 (RAM) sind mit der CPU 51 über einen System bus 52 verbunden. Der CPU 51 wird ein Interrupt-Signal zugeführt, welches vom Synchroschalter 21 ausgegeben wird.

Der Systembus 52 ist außerdem mit drei Ein-/Ausga be-Toren 56, 57 und 58 verbunden. Der Belichtungs kennwert-Einstellschalter 45 und der Helligkeits-Ein stellschalter 47 sind mit dem Eingabeanschluß des er sten 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 Lichtmeßschalt kreises 19 wird auch einem Tast-/Speicher-Schaltkreis 62 zugeführt, so daß während des Betrachtungseinsat zes der Spitzenwert der integrierten Ausgangsspan nung, welcher im Tast-/Speicher-Schaltkreis 62 festge stellt 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-Schalt kreis 64 an den Lichtmeßschaltkreis 19 abgegeben wird. Wenn während des Betrachtungsbetriebes der Tast-Im puls auf einem niedrigen Pegel ist, führt der Lichtmeß schaltkreis 19 einen Integriervorgang durch. Wenn hin gegen der Tast-Impuls auf einem hohen Pegel ist, ist der integrierte Ausgangswert gleich Null (z. B. V = 0). Die Tast-Frequenz wird beispielsweise auf etwa 500 Hz ein gestellt.

Der Ausgabeanschluß des dritten Ein-/Ausgabe-To res 58 ist mit den Treiberbausteinen 40a, 42a und 43a verbunden, die die Helligkeit des von der Lichtquelle 40 abgegebenen Lichtes, das Öffnen und Schließen des Be leuchtungsgeräteverschlusses 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 (Kameraver schluß) in der Kamera 2 mit einer geringen Verzöge rung geöffnet und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (beispielsweise 0,25 Sek.) geschlossen. Der Beleuch tungsgeräteverschluß 42 im Beleuchtungsgerät 4 wird zu der Zeit, zu welcher der Synchro-Schalter 21 auf EIN geschaltet wird, zeitweilig geschlossen, und nach Ablauf einer vorgegebenen kurzen Zeit (erste Verschluß schließ-Zeit T₁) wird der Lampenverschluß 42 wieder geöffnet. Die erste Verschlußschließ-Zeit T₁ ist bei spielsweise 0,035 Sek. von dem Zeitpunkt an, in wel chem der Synchro-Schalter 21 auf EIN geschaltet wird.

Bevor der Synchro-Schalter 21 der Kamera 2 auf EIN geschaltet wird, d. h. während des Betrachtungsbetrie bes, wird ein Beleuchtungslichtstrom, welcher einem mittels des Helligkeitseinstellschalters 47 eingestellten Helligkeitspegel entspricht, dem Endoskop 1 von dem Beleuchtungsgerät 4 konstant zugeführt. Jedesmal, wenn der Tast-Impuls auf einem niedrigen Pegel ist, wird die Ausgangsspannung des Lichtaufnehmers 15 in tegriert und der Spitzenwert der integrierten Aus gangsspannung, welcher im Tast-/Speicher-Schaltkreis 62 getastet wird, wird im Multiplexer 61 ausgewählt und der CPU 51 zugeführt.

Der Beleuchtungslichtstrom Φ während eines Auf nahmevorganges wird gesteuert, indem entweder ein zeln oder gemeinsam die Helligkeit des von der Licht quelle 40 abgegebenen Lichtes und der Öffnungsgrad der variablen Blende 43 auf der Basis des Spitzenwertes V₀ der integrierten Ausgangsspannung variiert werden, die unmittelbar vor dem Einschalten des Synchroschal ters 21 getastet wurde.

Genauer wird der Aufnahmelichtstrom Φ beispiels weise wie folgt eingestellt:

Φ = Φ₀ . (T₀ . V_r)/(T_i . V₀) (1)

wobei gilt:
V₀: der Spitzenwert der integrierten Ausgangsspan nung, die unmittelbar vor dem Einschalten des Synchro schalters getastet wurde
Φ₀: der Beleuchtungslichtstrom (Helligkeit) während der Tastperiode
T₀: ein Zeitraum zur Durchführung einer Integration, welcher durch den Tast-Impuls bestimmt wird
T_i: eine ideale Belichtungszeit für eine Aufnahme (bei spielsweise 0,01 Sek.)
V_r: eine Bezugsspannung.

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

Es sei bemerkt, daß die Bezugsspannung V_r eine Spannung ist, die proportional zur Belichtungslichtmen ge 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 Bezugsspannung V_r erreicht wird der Beleuch tungsgeräteverschluß 42 geschlossen.

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

Wenn der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 öffnet, be ginnt die Belichtung für die Aufnahme; gleichzeitig be ginnt die integrierte Ausgangsspannung V kontinuier lich anzusteigen. Wenn die Spannung V den Wert der Bezugsspannung V_r erreicht, wird der Beleuchtungsge räteverschluß 42 geschlossen, womit die Belichtung für diesen Aufnahmevorgang beendet wird. Gleichzeitig wird der Beleuchtungslichtstrom auf den Pegel Φ₀ für den Betrachtungsbetrieb 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 Endoskop 1 zugeführte Beleuchtungslicht durch den Be leuchtungsgeräteverschluß 42 unterbrochen, so daß kein Endoskopiervorgang durchgeführt wird. Wenn die Abschlußzeit T₂ für den Gesamtvorgang erreicht wird, kehren alle Elemente des Systems in den früheren Be trachtungs-Betriebszustand zurück. Es sei bemerkt, daß T₂ beispielsweise von dem Zeitpunkt, in welchem der Synchroschalter 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 beschriebenen Ausführungsbeispiel ablaufende Opera tion ausgeführt wird. In den Figuren ist mit S jeweils ein Prozeßschritt bezeichnet.

Das Programm wird durch ein Interrupt-Signal ge startet, welches ausgegeben wird wenn der Synchro- Schalter 21 der Kamera 2 während des Betrachtungsbe triebes auf EIN geschaltet wird. Zuerst wird im Schritt S1 der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 geschlossen und im Schritt S2 des Wert V₀ (eine integrierte Aus gangsspitzenspannung während des Betrachtungsbe triebes) unmittelbar vor dem Schalten des Synchro- Schalters 21 auf EIN eingegeben. Dann wird im Schritt S3 ein Beleuchtungslichtstrom Φ für die Aufnahme ent sprechend 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 gesteuert, daß der Be leuchtungslichtstrom mit dem berechneten Pegel Φ zu sammenfällt.

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 integrierte 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 Beleuchtungsge räteverschluß 42 geschlossen und der Beleuchtungs lichtstrom wird im Schritt S11 auf den früheren Pegel Φ₀ für den Betrachtungsbetrieb zurückgeführt; dann geht das Programm zum Schritt S12 weiter. Wenn t den Wert T₂ erreicht, wird im Schritt S13 der Beleuchtungsgeräte verschluß 42 geöffnet und das System kehrt dann zum früheren Betrachtungsbetrieb zurück.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Helligkeitspegel des Beleuchtungslichtes für eine Auf nahme aus einem auf der Betrachtungslichtstärke basie renden Integralwert berechnet, welcher unmittelbar vor dem Beginn des Aufnahmevorganges getastet wird, und die Helligkeit des Beleuchtungslichtes wird auf den be rechneten Pegel eingeregelt. Infolgedessen kann die Helligkeit des Beleuchtungslichtes während des Auf nahmevorganges extrem genau auf den für die Aufnah me bestgeeigneten Pegel eingeregelt werden, so daß es möglich ist die Belichtungszeit auf einen idealen Wert einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl eine Überbelichtung als auch ein Verwackeln zu vermeiden, so daß man klare Bilder hoher Qualität bekommt.

Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm und zeigt die Betriebswei se eines zweiten Ausführungsbeispieles der vorliegen den Erfindung, wobei eine Belichtungssteuerung durch eine Software erfolgt, die von der im oben beschriebe nen ersten Ausführungsbeispiel verschieden ist. Im vor liegenden zweiten Ausführungsbeispiel kann die gleiche Hardware wie beim ersten Ausführungsbeispiel Ver wendung 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 Beleuch tungslichtstrom konstant zugeführt, welcher dem Hel ligkeitspegel entspricht der mittels des Helligkeitsein stellschalters 47 eingestellt wurde. Jedesmal, wenn der Tast-Impuls auf einem niedrigen Pegel ist, wird die Aus gangsspannung des Lichtaufnehmers 15 integriert; der Spitzenwert der integrierten Ausgangsspannung, wel cher im Tast-/Speicher-Schaltkreis 62 getastet wurde, wird im Multiplexer 61 ausgewählt und in die CPU 51 eingegeben.

Zusätzlich wird beim Betrachtungsbetrieb die Ände rung der integrierten Ausgangsspannung V in der Zeit einheit d. h. dV/dt, unmittelbar vor einem Aufnahme vorgang auf der Basis des letzten Spitzenwertes der integrierten Ausgangsspannung berechnet und es wird eine Belichtungszeit T auf der Basis dieses berechneten Wertes bestimmt; der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 wird geschlossen, wenn die Zeit T abgelaufen ist.

Es sei unterstellt, daß die auf der Länge eines Tast-Im pulses basierende Zeit für die Durchführung der Inte gration gleich T_s ist, daß die integrierte Ausgangsspan nung gleich V_s ist und daß der Blendenwert der varia blen 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 Belich tungskennwert-Einstellschalters 45 eingestellte Bezugs spannung gleich V_r ist, daß ferner eine ideale Belich tungszeit gleich T_i ist (z. B. T_i = 0,01 Sek) und daß die Belichtungszeit gleich T ist (wenn die Blende 43 voll ständig 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 bestimmt.
2. Wenn demgegenüber T < T_i ist, wird der Blen denwert auf f_s = T/T_i eingestellt. Als Folge der Än derung 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 geschlossen, wenn diese Zeit abgelaufen ist.

Die Fig. 8 und 9 sind Flußdiagramme und zeigen ein Programm, welches im Steuerungsteil 50 für den Be triebsablauf des zweiten Ausführungsbeispieles ausge führt wird. In diesen Figuren ist mit S jeweils ein Pro grammschritt bezeichnet.

Dieses Programm wird durch ein Interrupt-Signal ge startet, welches ausgegeben wird, wenn der Synchro- Schalter 21 der Kamera 2 während des Betrachtungsbe triebes auf EIN geschaltet wird. Zuerst wird der Be leuchtungsgeräteverschluß 42 im Schritt S21 geschlos sen; im Schritt S22 wird die integrierte Ausgangsspan nung V_s, die als Folge eines Tast-Impulses unmittelbar vor dem Aufnahmevorgang getastet wurde, eingegeben und sodann wird eine Änderung der integrierten Aus gangsspannung 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 Blende 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 Beleuchtungsgeräteverschluß 42 begonnen hat, sich zu öffnen, die Belichtungszeit T abgelaufen ist, dann wird der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 im Schritt S31 ge schlossen. Gleichzeitig wird im Schritt S32 die variable Blende 43 wieder auf den Blendenwert für den Betrach tungsbetrieb zurückgestellt, d. h. f = f_s.

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

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Helligkeitspegel des Beleuchtungslichtes für die Auf nahme aus einem Integralwert berechnet, welcher auf dem Licht für den Betrachtungsbetrieb basiert und der unmittelbar vor Beginn des Aufnahmevorganges geta stet wird; die Helligkeit des Beleuchtungslichtes wird auf den berechneten Pegel eingeregelt. Demnach kann die Helligkeit des Beleuchtungslichtes während des Auf nahmevorganges äußerst genau auf den für die Aufnah me bestgeeigneten Pegel eingeregelt werden. Da die Belichtungszeit bereits vor dem Aufnahmevorgang be rechnet wurde, kann zusätzlich die Belichtungszeit un abhängig von der Länge dieser Belichtungszeit auf ei nen Idealwert innerhalb eines weiten Bereiches eingere gelt werden. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl eine Oberbelichtung als auch ein Verwackeln zu verhindern, so daß man klare Bilder hoher Qualität bekommt.

Fig. 10 zeigt die Gesamtanordnung eines dritten Aus führungsbeispieles. 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 bezeichnet, welcher auf einer an der Außenseite des Beleuchtungsgerätes 4 befestigten Bedienungstafel 46 angeordnet ist und dazu dient, einen Belichtungskenn wert 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 Abhängigkeit von der Entfernung zwischen dem dista len Ende 13 des Einführteils zum Objekt 100 oder von anderen Bedingungen zugeführt wird. Die Helligkeit des Beleuchtungslichtes (d. h. der Beleuchtungslichts trom, welcher dem Endoskop 1 zugeführt wird) wäh rend des Betrachtungsbetriebes kann durch einen Hel ligkeitskennwert BI in Schritten von 0,5 auf der EV-Ska la eingestellt 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 elektri sche 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 Synchro schalter 21 ausgegeben wird.

Der Systembus 52 ist darüber hinaus mit drei Ein- /Ausgabe-Toren 56, 57 und 58 verbunden. Der Belich tungskennwert-Einstellschalter 45 und der Helligkeits kennwert-Einstellschalter 147 sind mit dem Eingangsan schluß des ersten Ein-/Ausgabe-Tors 56 verbunden. Ob wohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Hellig keitsindex BI manuell in Abhängigkeit von der Entfer nung zum Objekt 100 eingestellt wird, kann auch eine Anordnung vorgesehen sein, mit der der Helligkeits kennwert BI automatisch eingestellt wird.

Der Ausgangswert des Lichtaufnehmers 15 wird im Lichtmeßschaltkreis 19 (Integrationsschaltkreis) inte griert, so daß man einen Integralwert (integrierte Aus gangsspannung V) erhält, der in den Eingangsanschluß des zweiten Ein-/Ausgabe-Tors 57 über einen Analog/ Digitalwandler 17 eingegeben wird. Der Ausgangsan schluß des dritten Ein-/Ausgabe-Tors 58 ist mit Treiber bausteinen 40a, 42a und 43a verbunden, welche die Hel ligkeit des von der Lichtquelle 40 abgegebenen Lichtes, den Öffnungs- und Schließvorgang des Beleuchtungsge räteverschlusses 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 ei ne vorgegebene kurze Zeit T₁ infolge des Einschaltens des Synchro-Schalters 21 erzeugt; es hat außerdem ei nen Signalgenerator, welcher ein Signal für die Gesamt betriebszeit erzeugt, welches die gesamte Betriebszeit 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 Betriebs ablauf des dritten Ausführungsbeispiels.

Wenn der Synchro-Schalter 21 an der Kamera 2 auf EIN geschaltet wird, wird der Verschluß 22 (Kamera verschluß) in der Kamera 2 mit einer leichten Verzöge rung geöffnet und nach Ablauf der vorgegebenen Zeit (z. B. 0,25 Sek) wieder geschlossen. Der Beleuchtungs geräteverschluß 42 im Beleuchtungsgerät 4 wird infolge eines ersten Verschlußschließ-Signals zeitweise ge schlossen, welches zur gleichen Zeit ausgegeben wird, zu der der Synchro-Schalter 21 auf EIN geschaltet wird. Zusätzlich wird ein Signal für die gesamte 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 Beleuchtungsgerätever schluß 42 geschlossen ist, der Beleuchtungslichtstrom Φ für die Aufnahme eingeregelt, indem entweder einzeln oder zusammen die Helligkeit des von der Lichtquelle 40 abgegebenen Lichtes und der Öffnungsgrad der va riablen Blende 43 variiert werden.

Der Aufnahmelichtstrom Φ wird auf der Basis des oben beschriebenen Belichtungskennwertes EI und des Helligkeitskennwertes BI berechnet. Die Berechnung des Aufnahmelichtstromes Φ wird weiter unten anhand eines speziellen Beispieles erläutert.

Wie beispielhaft in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, wird der Belichtungskennwert EI im Beleuchtungsgerät 4 in nerhalb eines Bereiches von 0 bis 9 eingestellt; in ähnli cher Weise wird der Helligkeitskennwert BI innerhalb eines Bereiches von 0 bis 9 eingestellt. Es sei angenom men, daß sich eine ideale, eine korrekte Belichtung ge währleistende Verschlußzeit (z. B. 0,01 Sek) des Be leuchtungsgeräteverschlusses 42 unter der Bedingung ergibt, daß ein Standard-Belichtungskennwert EI und ein Standard-Helligkeitskennwert BI jeweils 5 sind, das Objekt 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 Beleuch tungslichtstrom einen Standard-Helligkeitspegel von Φ_s hat. Unter diesen Bedingungen wird ein Beleuchtungs lichtstrom Φ für die Aufnahme in folgender Weise ein gestellt:

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 Beleuch tungslichtstrom wird auf den berechneten Wert einge regelt. 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 er zielt wird) oder wenn der Helligkeitskennwert BI klei ner als der des Standard-Zustandes ist (d. h., wenn der Beleuchtungslichtstrom während der Betrachtungsbe triebes infolge einer verhältnismäßig kleinen Objektent fernung reduziert ist), dann nimmt Φ ab, so daß die Belichtungszeit nicht abgekürzt wird und demzufolge keine Überbelichtung erfolgt.

Wenn umgekehrt der Belichtungskennwert EI kleiner als der des Standard-Zustandes ist (d. h., wenn eine grö ßere Lichtmenge für eine korrekte Aufnahmebelichtung erforderlich ist) oder wenn der Helligkeitskennwert BI größer als der des Standard-Zustandes ist (d. h. wenn der Beleuchtungslichtstrom während des Betrachtungs betriebes infolge einer verhältnismäßig großen Objekt entfernung vergrößert wird), dann nimmt Φ zu, so daß die Belichtungszeit nicht verlängert wird und kein Ver wackeln auftritt.

Im folgenden wird erläutert, warum der Wert k in der Gleichung 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 Belichtungszeit 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 Belichtungs zeit 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 ei nes Beleuchtungslichtstromes Φ für die Aufnahme zu verringern.

Der Wert für k kann beispielsweise mit einem foto grafischen Experiment bestimmt werden. Fig. 12 zeigt Tb-Zahlen für einen Fall, bei dem für k beispielsweise 2 eingesetzt 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 Ausführungsbei spiels dient. In den Figuren ist mit S jeweils ein Pro grammschritt bezeichnet.

Das Programm wird gestartet, wenn der Synchro- Schalter 21 an der Kamera gedreht wird. Zuerst wird im Schritt S41 der Beleuchtungsgeräteverschluß 42 ge schlossen. Sodann wird Φ berechnet und entweder allein oder zusammen die Helligkeit des von der Lichtquelle 40 abgegebenen Lichtes und der Öffnungsgrad der va riablen Blende 43 im Schritt S42 so gesteuert, daß man den berechneten Wert als tatsächlichen Beleuchtungs lichtstrom 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 gesam ten 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 wie derholen; wenn hingegen das Signal im Schritt S52 auf dem niedrigen Pegel ist, geht das Programm nach S53 weiter.

Schließlich wird im Schritt S53 der Beleuchtungsgerä teverschluß 42 geöffnet und der Beleuchtungslichtstrom wird im Schritt S54 auf den Pegel zurückgeführt, den er vor dem Aufnahmevorgang hatte, womit der Vorgang vollendet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Hellig keitspegel des Beleuchtungslichtes für eine Aufnahme aus dem Belichtungskennwert und der Helligkeit des Beleuchtungslichtes während des Betrachtungsbetrie bes berechnet und die Helligkeit des Beleuchtungslich tes wird auf diesen berechneten Pegel eingeregelt, wenn eine Aufnahme 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 mög lich, eine Überbelichtung oder ein Verwackeln zu ver meiden, so daß man klare Bilder hoher Qualität be kommt.

Claims

1. Aufnahmelichtmengensteuerung zum Steuern der Menge des Be leuchtungslichtes bei der Anfertigung einer Aufnahme mit einer Kamera (2) durch ein Endoskop (1) hindurch, das zwi schen einem Aufnahmebetrieb und einem Betrachtungsbetrieb mittels einer Schalteinrichtung (21) umschaltbar ist,
mit einer Lichtquelle (40) deren Licht sowohl im Betrach tungsbetrieb als auch im Aufnahmebetrieb zur Beleuchtung eines Objekts (100) dem Endoskop (1) zugeführt wird,
mit einer Detektoreinrichtung (15), welche die Objekthel ligkeit (Vs) während des Betrachtungsbetriebs des Endoskops (1) erfaßt,
mit einer Speichereinrichtung (62), in welcher die Detek toreinrichtung (15) die erfaßte Objekthelligkeit (Vs) spei chert,
und mit einer Steuereinrichtung (50) zum Steuern des Licht stroms des während des Aufnahmebetriebs von der Lichtquelle (40) dem Endoskop zugeführten Aufnahmelichtes auf einen für eine Aufnahme geeigneten Wert (Φ) abhängig von der vor Be ginn des Aufnahmebetriebs gespeicherten Objekthelligkeit (Vs) auf ein Signal der Schalteinrichtung (21) hin,
wobei der geeignete Wert (Φ) von der Steuereinrichtung (50) so festgelegt wird, daß der Aufnahmebetrieb mit einer vor gegebenen Belichtungszeit (Ti) erfolgen kann,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (50) aus der gespeicherten Objekthelligkeit (Vs) eine der Objekthelligkeit entsprechende Änderung der integrierten Ausgangsspannung (dV/dt) pro Zeiteinheit ermittelt,
daß die Steuereinrichtung (50) die Änderung der Ausgangsspannung (dV/dt) zum Festlegen des geeigneten Werts (Φ) des Lichtstroms verwendet,
daß beim Festlegen des geeigneten Werts (Φ) die folgenden Formeln verwendet werden,
dV/dt = V_s/T_s
und
T = f_s . V_r/(dV/dt),
wobei die Symbole folgende Bedeutung haben:
dV/dt: Änderung der integrierten Ausgangsspannung,
T_s: Zeitraum für die Integration der Objekthelligkeit in der Detektoreinrichtung (15) im Betrachtungsbetrieb,
V_s: integrierte Ausgangsspannung nach der Integration über den Zeitraum T_s an der Detektoreinrichtung (15),
T: eine berechnete Belichtungszeit,
f_s: ein Blendenwert für eine Blende (43) zum Abblenden des von der Lichtquelle (40) kommenden Lichts im Betrachtungsbetrieb,
Vr: eine mittels eines Belichtungskennwert-Einstellschal ters eingestellte Bezugsspannung,
daß die Blende (42) während des Aufnahmebe triebs einen Blendenwert f hat, der sich gemäß der folgenden Formel berechnet:
f = T/T_i,
wobei T_i die ideale Belichtungszeit ist, und
daß für den Fall T < = Ti, die Blende (43) im Aufnahmebetrieb vollständig geöffnet ist und daß der Auf nahmebetrieb nach der berechneten Belichtungszeit T beendet wird,
und für den Fall T < Ti, für den Aufnahmebetrieb der Blenden wert f eingestellt wird.

2. Aufnahmelichtmengensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrich tung (15) eine Einrichtung (19) umfaßt, die vor dem Beginn eines Aufnahmevorganges eine in kurzen Zeitabständen wie derholte Integration des Signals einer fotoelektrischen Wandlereinrichtung während des Betrachtungsbetriebs und eine Ausgabe des resultierenden Integralwertes als Signal (Vs) veranlaßt.