DE4335148C1 - Lichtquelle für ein Videoendoskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle für ein elektronisches Video­ endoskop mit einer von einem Netzgerät betriebenen und in einem Lichtprojektor befindlichen Lampe, deren Licht farbsequentiell über ein Lichtleitkabel in das mit einem CCD-Bildwandler ausgestattete Videoendoskop eingespeist wird, wobei Teilfarben des betrachteten Objektes entsprechende Ladungen des CCD-Bildwandlers jeweils während von Belichtungsphasen unterbrochenen Auslesephasen ausge­ lesen und nach jeder Vollbildphase zu einem auf einem Monitor darzustellenden Vollbild zusammengestellt werden und wobei der Lampenstrom der auf eine Nennleistung ausgelegten Lampe und somit der von der Lampe abgegebene Lichtstrom mit dem Netzteil variabel einstellbar sind.

Um eine optimale Bildqualität zu erreichen, muß der zur Betrachtung und Aufnahme eines Objektes erforderliche Lichtstrom bzw. die Beleuchtungsstärke auf dem Objekt vor allem dann groß sein, wenn es sich beim Objekt um eine Körperhöhle mit relativ großer räumli­ cher Ausdehnung handelt. Dabei soll einerseits zwar die volle Nenn­ leistung der Lampe genutzt werden, andererseits muß aber gewähr­ leistet sein, daß ein Überschreiten der Nennleistung vermieden wird, da sonst die Lebensdauer der Lampe reduziert wird und auch eine Beschädigung des Projektors auftreten kann.

Bei bekannten Lichtquellen bzw. Projektoren für Videoendoskope (DE 39 08 366 A, EP 0 018 125, EP 0 027 608 B, US 4,951,133) wird die Lampe sowohl während der Belichtungs­ phasen als auch während der Auslesephasen des Bildwandlers mit gleicher Leistung betrieben, obwohl bei den Auslesephasen aufgrund einer mechanischen Abdunkelung und Sperrung des Lichtweges kein Licht auf die Aufnahmefläche des Bildwandlers gelangen kann und der hierbei erzeugte Lichtstrom ungenutzt verlorengeht, so daß nicht der insgesamt verfügbare Lichtstrom genutzt wird.

Je nach Nennleistung der Lampe kann es also zu einer nicht aus­ reichenden Beleuchtung des Objektes während der Belichtungsphasen kommen. Dieser Nachteil sollte aus vorerwähnten Gründen auch nicht dadurch beseitigt werden, daß die Lampe mit einer über ihre Nenn­ leistung hinausgehenden Leistung betrieben wird. In der Praxis ist dies meist auch schon deshalb nicht möglich, weil beim Weißabgleich durch Verstellen der Farbregler gleichzeitig mit dem Lichtstrom auch die Lampenleistung reduziert wird. Die Abhängigkeit der Lampenlei­ stung bzw. des Lichtstromes von einer Farbkorrektur ist in der praktischen Anwendung jedoch störend und daher grundsätzlich unerwünscht.

Diese Nachteile sollen durch die Erfindung beseitigt werden. Ins­ besondere soll eine Lichtquelle vorgeschlagen werden, deren Lampe pro Vollbildphase mit der Nennleistung und während der Belichtungs­ phasen mit einer ihre Nennleistung überschreitenden Leistung betrie­ ben werden kann, um zu einer verbesserten Ausleuchtung des Objek­ tes zu kommen, ohne daß die Lampe hierbei Schaden nehmen kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Lichtquelle der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß so gelöst, daß die der Lampe zu­ geführte elektrische Leistung während der Auslesephasen reduzierbar und während der Belichtungsphasen über die Nennleistung der Lampe hinaus erhöhbar ist, derart, daß der Mittelwert der Lampenleistung pro Vollbildphase nicht den Wert der Nennleistung überschreitet.

Hiermit wird erreicht, daß während der Belichtungsphasen ein ver­ gleichsweise hoher Lichtstrom zur Verfügung gestellt wird, da die elektrische Leistung, die sonst zum Betrieb der Lampe während der Dunkel- bzw. Auslesephasen aufgewendet wurde, zum einen Teil zusätzlich während der Belichtungsphasen zur Wirkung gebracht werden kann und zum anderen Teil nur für die Aufrechterhaltung des Lampenbetriebes bei reduzierter Leistung während der Auslesephasen aufzuwenden ist, um etwa den Lichtbogen einer Xenon-Bogenlampe nicht abreißen zu lassen.

Der Mittelwert der Lampenleistung pro Vollbildphase wird meßtech­ nisch erfaßt und mit einem durch die Nennleistung vorgegebenen Sollwert verglichen, und das Netzteil regelt bei Differenzen zwischen dem Mittelwert und dem Sollwert den Lampenstrom für die folgenden Vollbildphasen so, daß die Lampe im wesentlichen wieder mit der Nennleistung betrieben wird.

Zweckmäßigerweise wird während der Vollbildphasen aus dem von der Lampe aufgenommenen und gemessenen Strom ein Mittelwert gebildet und dieser als Meßsignalspannung einem Eingang eines ersten Vergleichskreises zugeführt, während einem anderen Eingang dieses Vergleichskreises eine dem mittleren Sollwert des Lampen­ stromes entsprechende erste Sollwert-Spannung zugeführt wird. Der Vergleichskreis bildet aus der Meßspannung und der Sollwert-Span­ nung ein Differenzsignal und führt dieses einem Regelkreis zu, der aus dem Differenzsignal, den Ausgangssignalen von Farbreglern und den von einem Controller kommenden Steuersignalen ein dem jeweili­ gen Sollwert des Lampenstromes entsprechendes Regelsignal entwickelt. Dieses Regelsignal wird einem Eingang und das erwähnte Meß­ signal einem anderen Eingang eines zweiten Vergleichskreises zu­ geführt, der dann bei Abweichung des Meßsignals vom Regelsignal ein Steuersignal für das Netzteil entwickelt, um die Lampe auf den Sollwert des momentanen Lampenstromes einzustellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Videoendoskopsystems,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des Lampenstromes wäh­ rend der Belichtungs- und Auslesephasen bei bekannten Lichtquellen,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Lampenstromes wäh­ rend der Belichtungs- und Auslesephasen bei der erfindungsgemäßen Lichtquelle,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Lichtquelle,

Fig. 5 und 6 den durch die Verstellung eines einer Farbe zu­ geordneten Farbreglers gegebenen Einfluß auf die den beiden anderen Farben zugeordneten Lampen­ ströme und

Fig. 7 einen Teil des Schaltbildes gemäß Fig. 4 mit weiteren Einzelheiten.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten System kann an den Videoskop-Prozes­ sor 1 ein übliches elektronisches Videoendoskop 2 mit distalem CCD- Bildwandler oder ein Fiberskop 3 mit proximaler Kamera 4 und integriertem CCD-Bildwandler angeschlossen werden. Die sequentiell Licht in den drei Primär- bzw. Komplementärfarben abgebende Lichtquelle 5 wird vom Prozessor 1 synchronisiert und speist das Videoendoskop 2 bzw. das Fiberskop 3 über Lichtleitkabel 5a, 5b mit farbsequentiellem Licht. Die Videosignale werden schließlich über Kabel dem Prozessor 1 zugeführt, der die Signale zum Aufbau eines Videobildes verarbeitet, welches auf dem Monitor 6 dargestellt wird.

Bei bekannten Systemen dieser Art wird die Lampe der Lichtquelle gemäß Fig. 2 über die Zeit t nicht nur während der Belichtungs­ phasen x, sondern auch während der Dunkel- bzw. Auslesephasen y weiter mit dem gleichen Lampenstrom I betrieben, den die Lampe während der Belichtungsphasen x für die Farben b, g und r auf­ nimmt, wobei die gesamte während einer Vollbildphase T aufgenom­ mene Lampenleistung nicht die Nennleistung der Lampe überschreiten darf. Die mit einer solchen Betriebsweise verbundenen Nachteile wurden bereits erwähnt.

Im Gegensatz hierzu wird bei der erfindungsgemäßen Lösung der Lampenstrom I und damit die von der Lampe aufgenommene Leistung während der Auslesephasen entsprechend Fig. 3 reduziert, wodurch der Lampenstrom bei den Belichtungsphasen über den Wert der Lampenleistung hinaus so erhöht werden kann, daß während einer Vollbildphase T die von der Lampe insgesamt aufgenommene Lei­ stung die Nennleistung nicht übersteigt.

Zu der in Fig. 4 gezeigten Lichtquelle, deren Teile in einem Projek­ torgehäuse untergebracht sind, gehört ein Netzteil 7, das die Be­ triebsspannung für eine Lampe 8 bereitstellt, die eine Xenon-Kurz­ bogenlampe sein kann, deren Licht in bekannter Weise (DE 36 31 925 A) von einer rotierenden Filterscheibe 9 sequentiell in drei jeweils von einer Dunkelphase unterbrochene Teilfarben zerlegt wird.

Zur Einstellung und Regelung der Lampenbetriebsspannung wird mit einer Meßeinrichtung 10 der Ist-Wert des Lampenstromes 11 gemes­ sen und als proportionale Spannung U1 auf einen Mittelwertbildner 11 gegeben, der anhand dieser Spannung den arithmetischen Mittel­ wert des Lampenstromes I1 über eine Vollbildphase T bildet und hieraus eine Meßspannung U2 entwickelt, die einem Eingang eines ersten Vergleichskreises 12 zugeführt wird. An einen anderen Ein­ gang dieses Vergleichskreises wird eine einstellbare und dem Mittel­ wert des Lampenstromes entsprechende Sollwert-Spannung U3 ge­ legt. Der beispielsweise als Differenzverstärker ausgelegte Ver­ gleichskreis 12 bildet aus den beiden Spannungen U2 und U3 ein Differenzsignal, das als Spannung U4 zu einem Regelkreis 13 ge­ langt.

Dieser Regelkreis erhält an einem weiteren Eingang die üblichen von einem Controller kommende Zeit- und Steuersignale R, B und G für die Belichtungsphasen im Zusammenhang mit den Teilfarben Rot, Blau und Grün und weitere Steuersignale a und b für die zeitliche Steuerung der Auslesephasen. Außerdem werden dem Regelkreis 13 von Farbreglern 14, 15 entwickelte Spannungssignale U5 und U6 zugeführt, die hier beispielsweise zum Einstellen der Intensität der Farben Blau und Rot dienen sollen.

Aus diesen Signalen erzeugt der Regelkreis 13 ein Regelsignal, das als Sollwert-Spannung U7 dem zeitlichen Verlauf des Sollwertes des Lampenstromes entspricht und einem zweiten Vergleichskreis 16 zugeführt wird. Dieser erhält auch von der Meßeinrichtung 10 die Spannung U1 und bildet aus beiden Spannungen U1 und U7 ein Differenzspannungssignal als Steuersignal U8, mit dem das Netzteil 7 angesteuert wird, welches den momentanen Lampenstrom I1 so lange ändert, bis die momentane Sollwert-Spannung U7 der Istwert- Spannung U1 entspricht.

Wird nun zum Beispiel mit dem Farbregler 14 der Blauwert verän­ dert (Fig. 5), so hat dies eine Änderung der Spannungen U5 und U 7 sowie des Lampenstromes I1 zur Folge mit der Wirkung, daß die Lampenströme während der Grün- und Rot-Belichtungsphasen höher oder niedriger werden, wenn der Lampenstrom während der Blau- Belichtungsphase niedriger oder höher eingestellt wurde. Diese Vor­ gänge sind in der Fig. 5 durch Pfeile deutlich gemacht. Im übrigen enden die Regelvorgänge, sobald die beiden Spannungswerte U3 und U2 wieder übereinstimmen. In der Fig. 6 ist dargestellt, was sich bei Betätigung des Farbreglers 15 zur Änderung des Rotwertes er­ gibt, nämlich entgegengesetzte Änderungen der Blau- und Grünwerte.

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß während jeder Vollbildphase die von der Lampe aufgenommene Leistung konstant bleibt und nicht von der Verstellung der Farbregler 14, 15 abhängt. Im übrigen genügt es, nur zwei Farbregler einzusetzen, da sich bei Verstellung eines Farbreglers in einer Richtung das Licht der beiden anderen Farben hinsichtlich seiner Intensität automatisch in entgegengesetzter Richtung ändert.

Gemäß Fig. 7 wird der zum Regelkreis 13 gehörende Multiplexer 17 von den Zeitsignalen R, B, G, a und b angesteuert, wobei eine der vier weiteren Eingangsspannungen jeweils an den Ausgang des Multi­ plexers durchgeschaltet wird. Mit Hilfe der Farbregler 14, 15 kann die Spannung am zugehörigen einen oder anderen Eingang des Multi­ plexers 17 verändert werden, was eine Änderung des Lampenstromes während der Rot- bzw. Blau-Belichtungsphase zur Folge hat.

Die dem Lampenstrom während der Grün-Belichtungsphase entspre­ chende Spannung ist über den Spannungsteiler 18, 19 fest eingestellt. Wenn nun einer der beiden Farbregler 14, 15 verstellt wird, so ändert sich der Mittelwert des Lampenstromes und somit die am Vergleichskreis 12 stehende Spannung U2. Dieser Vergleichskreis verändert daraufhin die Differenzspannung U4, bis ihr Mittelwert den durch den Spannungsteiler 20, 21 bestimmten Sollwert U3 erreicht hat.

Wie auch schon im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 beschrieben wurde, haben diese Regelvorgänge zur Folge, daß das Anheben des Lampenstromes für eine Farbe automatisch das Absenken der Lam­ penströme für die beiden anderen Farben bewirkt. Wenn das Steuer­ signal a bzw. b von "high" auf "low" wechselt, so wird die durch den Spannungsteiler 22, 23 (Fig. 7) bestimmte Spannung auf den Ausgang des Multiplexers 17 geschaltet, was die Absenkung des Lampenstromes während der Auslesephasen auf einen minimal mögli­ chen Wert bewirkt, der nicht durch eine Veränderung der Differenz­ spannung U4 beeinflußt wird, das heißt, daß der Lampenstrom während der durch das Steuersignal b bestimmten Dunkelphasen bzw. Auslesephasen immer den gleichen niedrigen Wert hat.

Um die Ausleuchtung der Körperhöhle zu optimieren wird mittels der Videoregelung 24 (Fig. 4) der vom Videoskop-Controller als Span­ nung U9 kommende FBAS-Signalpegel ausgewertet, der Aufschluß darüber gibt, ob das Videobild über- oder unterbelichtet ist. Die Videoregelung 24 erzeugt in solchen Fällen eine Regelspannung U 10, mit der die Öffnung einer Blende 25 eingestellt werden kann. Wenn die erforderliche Blendeneinstellung und die notwendige Licht­ intensität erreicht ist, dann entspricht die Spannung U9 dem von der Videoregelung 24 einzustellenden Wert.

Zum Schutz von Patient, Arzt und Bedienungspersonal für den Fall, daß sich etwa in der Anschlußbuchse der Lichtquelle bzw. des Pro­ jektors kein Stecker eines zum Videoendoskop führenden Lichtleitka­ bels befinden sollte, kann eine Überwachungseinrichtung 26 vor­ gesehen werden, die der Videoregelung 24 signalisiert, ob ein Licht­ leitkabel angeschlossen ist oder nicht, wobei die Videoregelung die Blende 25 im einen Fall öffnen und im anderen Fall schließen wird.

Abschließend wird noch darauf hingewiesen, daß man die Lampe normalerweise im Bereich ihrer Nennleistung betreiben wird, wenn es um die Ausleuchtung relativ großer Körperhöhlen geht. Dies schließt allerdings nicht aus, daß man auch eine unterhalb der Nennleistung liegende Lampenleistung als Richtwert vorgeben kann, der während der Vollbildphasen nicht überschritten werden soll. Diese Möglichkeit wird insbesondere dann in Betracht kommen, wenn etwa zur Aus­ leuchtung kleiner Körperhöhlen ein entsprechend geringer Lichtstrom genügen wird.

Claims (3)

1. Lichtquelle für ein elektronisches Videoendoskop (2, 3) mit einer von einem Netzteil (7) betriebenen und in einem Lichtprojektor befindlichen Lampe (8), deren Licht farbsequentiell über ein Licht­ leitkabel (5a, 5b) in das mit einem CCD-Bildwandler ausgestattete Videoendoskop eingespeist wird, wobei Teilfarben des betrachteten Objektes entsprechende Ladungen des CCD-Bildwandlers jeweils während von Belichtungsphasen (x) unterbrochenen Auslesephasen (y) ausgelesen und nach jeder Vollbildphase (T) zu einem auf einem Monitor (6) darzustellenden Vollbild zusammengestellt werden und wobei der Lampenstrom der auf eine Nennleistung ausgelegten Lampe (8) und somit der von der Lampe abgegebene Lichtstrom mit dem Netzteil (7) variabel einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lampe (8) zugeführte elektrische Leistung während der Auslesephasen (y) reduzierbar und während der Belichtungsphasen (x) über die genannte Nennleistung hinaus erhöhbar ist, derart, daß der Mittelwert der Lampenleistung pro Vollbildphase (T) nicht den Wert der Nennleistung überschreitet.

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der Lampenleistung pro Vollbildphase (T) meßtechnisch erfaßt und mit einem durch die Nennleistung vorgegebenen Sollwert (U3) verglichen wird und daß das Netzteil (7) bei Differenzen zwischen dem Mittelwert und dem Sollwert den Lampenstrom für die folgenden Vollbildphasen so regelt, daß die Lampe (8) im wesentli­ chen mit der Nennleistung betrieben wird.

3. Lichtquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Vollbildphasen (T) aus dem von der Lampe (8) aufge­ nommenen und gemessenen Strom der Mittelwert gebildet und dieser als Meßspannung (U2) einem Eingang eines ersten Vergleichskreises (12) zugeführt wird, während einem anderen Eingang dieses Ver­ gleichskreises eine dem mittleren Sollwert des Lampenstromes ent­ sprechende erste Sollwert-Spannung (U3) zugeführt wird, daß der genannte Vergleichskreis (12) aus der Meßspannung (U2) und der Sollwert-Spannung (U3) ein Differenzsignal (U4) bildet und dieses einem Regelkreis (13) zuführt, der aus dem Differenzsignal (U4), den Ausgangssignalen (U5, U6) von Farbreglern (14, 15) und den von einem Controller kommenden Steuersignalen (R, G, B, a, b) ein dem jeweiligen Sollwert des Lampenstromes entsprechendes Regelsi­ gnal (U7) entwickelt, und daß dieses Regelsignal (U7) einem Ein­ gang und eine dem Ist-Wert des Lampenstromes entsprechende Spannung (U1) einem anderen Eingang eines zweiten Vergleichskreises (16) zugeführt wird, der bei Ab­ weichung der Meßspannung (U2) vom Regelsignal (U7) ein Steuer­ signal (U8) für das Netzteil (7) entwickelt, welches die Lampe (8) auf den momentanen Lampenstrom (I1) einstellt.