DE102011001200A1

DE102011001200A1 - Steuerung der Beleuchtung eines mittels einer Kamera erfassten medizinischen Objekts

Info

Publication number: DE102011001200A1
Application number: DE102011001200A
Authority: DE
Inventors: Dr. Irion Klaus; Thomas Hinding; Peter Schwarz; Klaus Roth
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Beleuchtens eines Objekts (12), das mittels eines Endoskops (20) oder eines Exoskops und mittels eines lichtempfindlichen Bildsensors (31) erfasst wird, ist mit einer Kamerasteuerung (40) ausführbar, welche die Dauer eines Belichtungsintervalls bestimmt, innerhalb dessen auf den Bildsensor (31) fallende Photonen ein von dem Bildsensor (31) erzeugtes Bildsignal beeinflussen. Ein von der Kamerasteuerung bestimmtes Shuttersignal, das die Dauer des Belichtungsintervalls angibt, wird erfasst. Das Beleuchten des Objektgesteuert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Beleuchtungssteuerung zum Steuern eines Beleuchtens eines medizinischen Objekts, das mittels eines lichtempfindlichen Bildsensors einer Kamera erfasst wird, auf eine Kamerasteuerung und ein Computerprogramm zur Steuerung des genannten Verfahrens.
Erste endoskopische Untersuchungen fanden ohne Kamera statt. Das von einem Endoskop aus einem Hohlraum im menschlichen Körper heraus übertragene Bild wurde unmittelbar vom Auge einer Ärztin oder eines Arztes am Okular erfasst. Um die Fähigkeit des menschlichen Auges zur Adaption an wechselnde Bildhelligkeiten zu unterstützen und nicht zu überfordern, konnten der Abstand der distalen Lichtaustrittsfläche vom betrachteten Objekt und/oder die Lichtabgabe einer proximalen Lichtquelle verändert werden.
Später wurden Kameras in der Endoskopie eingeführt. Zur Einstellung der Helligkeit des von einer Kamera erfassten Bilds wurden zunächst eine mechanische Blende oder ein Graukeil im Beleuchtungsstrahlengang verwendet. Bei deren elektromotorischem Antrieb konnte die Bildhelligkeit durch einen Regelkreis auf einen Sollwert geregelt werden. Aufgrund der Trägheit des elektromotorischen Antriebs konnte die Bildhelligkeit jedoch oft nicht schnell genug geregelt werden.
Eine moderne Kamera bzw. deren Kamerasteuerung verfügt in der Regel über eine Shuttereinrichtung, die von Bild zu Bild und damit extrem schnell gesteuert werden kann, um eine erwünschte Bildhelligkeit einzustellen. Die Shuttereinrichtung bestimmt die Dauer eines Belichtungsintervalls, innerhalb dessen auf den Bildsensor oder die Bildsensoren der Kamera fallende Photonen ein von dem Bildsensor erzeugtes Bildsignal beeinflussen. Außerhalb des Belichtungsintervalls auf den Bildsensor fallende Photonen bzw. die von diesen erzeugten Ladungen werden verworfen. Die Dauer eines Belichtungsintervalls kann von einer im Wesentlichen durch die Bildwiederholfrequenz bestimmten maximalen Dauer bis zu einer minimalen Dauer beliebig eingestellt werden. Die maximale Dauer beträgt beispielsweise bei 50 Bildern pro Sekunde knapp 20 ms, die minimale Dauer beträgt beispielsweise 1/10.000 s = 100 μs oder 1/100.000 s = 10 μs.
Ein Vorteil einer Regelung einer Bildhelligkeit mittels einer Shuttereinrichtung besteht in der minimalen Verzögerungszeit des Regelungskreises. Die Helligkeit eines erfassten Bilds beeinflusst bereits während des unmittelbar danach erfassten Bilds die Shuttereinrichtung und die Helligkeit des Bilds. Auch bei einer sehr schnellen Veränderung des Abstands des distalen Endes eines Endoskops vom betrachteten Gegenstand kann damit eine nahezu konstante Bildhelligkeit am Monitor erzielt werden.
Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass das Objekt in jedem Fall mit einer maximalen Lichtmenge beleuchtet wird. Zwar wird nur Licht innerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereichs an das distale Ende eines Endoskops übertragen. IR- und UV-Anteile der Emission der Lichtquelle werden durch entsprechende Filter weitgehend oder vollständig geblockt. Trotzdem ist die Intensität des am distalen Ende des Endoskops austretenden Lichts so hoch, dass bei einem zu geringen Abstand des distalen Endes von Gewebe oder von anderen Gegenständen Schäden erzeugt werden können. Beispielsweise kann Gewebe thermisch geschädigt werden. Auch von der Entzündung eines Operationstuchs, auf dem ein Endoskop achtlos abgelegt wurde, wurde schon berichtet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Beleuchtungssteuerung zum Steuern eines Beleuchtens eines medizinischen Objekts, das mittels eines lichtempfindlichen Bildsensors erfasst wird, eine verbesserte Kamerasteuerung, ein verbessertes Computer-Programm und ein verbessertes Konfigurationsmuster für eine konfigurierbare Anordnung von Logikgattern zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei einem Verfahren zum Steuern eines Beleuchtens eines Objekts, das mittels eines Endoskops oder eines Exoskops und mittels eines lichtempfindlichen Bildsensors erfasst wird, wobei eine Kamerasteuerung die Dauer eines Belichtungsintervalls bestimmt, innerhalb dessen auf den Bildsensor fallende Photonen ein von dem Bildsensor erzeugtes Bildsignal beeinflussen, werden ein von der Kamerasteuerung bestimmtes Shuttersignal, das die Dauer des Belichtungsintervalls repräsentiert, erfasst und das Beleuchten des Objekts in Abhängigkeit von dem Shuttersignal gesteuert.
Das Objekt ist insbesondere ein medizinisches Objekt, also ein Objekt in oder an einem menschlichen oder tierischen Körper, das mittels des Endoskops bzw. des Exoskops und mittels des lichtempfindlichen Bildsensors beobachtet wird. Alternativ ist das Objekt ein technisches Objekt, beispielsweise ein Bestandteil einer Turbine, die mittels des Endoskops und des lichtempfindlichen Bildsensors optisch inspiziert wird.
Ein Exoskop ist eine zum extrakorporalen Gebrauch vorgesehene und ausgebildete Vorrichtung zur visuellen Inspektion bzw. Betrachtung von Objekten in der Medizin, insbesondere von Objekten an oder nahe äußeren Oberflächen eines menschlichen oder tierischen Körpers. Im Unterschied zu einem Endoskop ist ein Exoskop nicht dazu ausgebildet, um durch eine kleine natürliche oder künstliche Öffnung in einen natürlichen oder künstlichen Hohlraum eingeführt zu werden. Ein Exoskop ist vielmehr für eine Betrachtung eines Objekts ausgebildet, das zumindest während der Betrachtung, insbesondere während einer Operation, von außen sichtbar ist. Entsprechend befindet sich das Exoskop während seines bestimmungsgemäßen Einsatzes vollständig außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers und weist im Unterschied zum Endoskop nicht unbedingt einen langen dünnen Schaft auf.
Ein Exoskop kann ein oder zwei Kameras oder lichtempfindliche Bildsensoren zur zweidimensionalen oder dreidimensionalen Erfassung und Darstellung, beispielsweise auf einem Bildschirm, ausgebildet sein. Alternativ ist ein Exoskop monokular oder binokular für die unmittelbare Betrachtung mit dem menschlichen Auge ausgebildet. Ein Exoskop ist in der Regel für eine Gegenstandsweite im Bereich von einigen oder wenigen Zentimetern oder wenigen Dezimetern ausgebildet oder optimiert. Ein Exoskop kann eine starke Vergrößerung aufweisen, die eine Auflösung ermöglicht, die mit bloßem Auge nicht erreichbar ist, und damit Eigenschaften einer Lupe bzw. Stereolupe oder eines Mikroskops bzw. Stereomikroskops aufweisen. Vom Mikroskop bzw. Stereomikroskop unterscheidet sich das Exoskop in der Regel durch eine größere Gegenstandsweite.
Die Beleuchtung des Objekts erfolgt insbesondere über das Endoskop bzw. das Exoskop. Das zum Beleuchten des medizinischen Objekts verwendete Licht wird von einer oder mehreren Leuchtdioden und/oder einer oder mehreren anderen Lichtquellen, insbesondere halbleiterbasierten Lichtquellen, erzeugt. Die Lichtquelle oder Lichtquellen können am distalen Ende des Endoskops bzw. des Exoskops angeordnet sein. Alternativ können die Lichtquelle oder die Lichtquellen über ein Lichtleitkabel mit dem proximalen Ende des Endoskops bzw. Exoskops gekoppelt oder unmittelbar am proximalen Ende angeordnet sein, wobei das Licht zur Beleuchtung des Objekts beispielsweise mittels eines oder mehrerer Lichtwellenleiter vom proximalen Ende zum distalen Ende des Endoskops bzw. des Exoskops übertragen wird.
Mit Licht wird hier vor allem elektromagnetische Strahlung innerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereichs bezeichnet, darüber hinaus aber auch elektromagnetische Strahlung in den angrenzenden Spektralbereichen, insbesondere im Ultravioletten und im Infraroten.
Das Shuttersignal ist beispielsweise ein von der Kamerasteuerung erzeugtes Signal, das mittelbar oder unmittelbar die Dauer des Belichtungsintervalls, insbesondere dessen Anfang und Ende, steuert. Beispielsweise steuert das Shuttersignal mittelbar oder unmittelbar Schaltungen des lichtempfindlichen Bildsensors, mittels derer bereits vor dem Anfang des Belichtungsintervalls durch Photonen erzeugte Ladungen gelöscht bzw. abgeleitet bzw. verworfen werden, und/oder mittels derer nach Ende des Belichtungsintervalls die Erzeugung weiterer Ladungen unterdrückt oder weitere erzeugte Ladungen verworfen bzw. abgeleitet werden, und/oder mittels derer am Ende des Belichtungsintervalls ein Auslesen des lichtempfindlichen Bildsensors bzw. ein Erzeugen analoger oder digitaler Signale, welche die von Photonen erzeugten und bis dahin gespeicherten Ladungen angeben. Neben zahlreichen weiteren technischen Varianten kann das Shuttersignal einen mechanischen Verschluss, eine Flüssigkristalleinrichtung oder eine andere von dem lichtempfindlichen Bildsensor räumlich getrennte Einrichtung zur schaltbaren Unterbrechung des Lichtflusses auf den lichtempfindlichen Bildsensor steuern. Der lichtempfindliche Bildsensor ist beispielsweise ein CCD-Sensor (CCD = charge-coupled device) oder ein CMOS-Sensor (CMOS = complementary metal oxide semiconductor).
Das Shuttersignal kann ein oder mehrere beliebig codierte elektrische oder optische Einzelsignale umfassen, die über eine oder mehrere elektrische Leitungen übertragen werden. Beispielsweise umfasst das Shuttersignal ein an einer ersten elektrischen Leitung anliegendes Signal mit einer vorbestimmten Flanke, die den Beginn des Belichtungsintervalls angibt, und ein an einer zweiten elektrischen Leitung anliegendes zweites Signal mit einer vorbestimmten Flanke, die das Ende des Belichtungsintervalls angibt. Alternativ umfasst das Shuttersignal beispielsweise ein elektrisches Signal mit einer vorbestimmten steigenden Flanke, die den Beginn des Belichtungsintervalls angibt, und einer vorbestimmten fallenden Flanke, die das Ende des Belichtungsintervalls angibt, oder umgekehrt.
Das Shuttersignal kann von einer Kamerasteuerung erzeugt werden, die unmittelbar und untrennbar mit dem lichtempfindlichen Bildsensor verbunden, insbesondere mit diesem in einem Package oder auf einem Die (insbesondere auf einem Halbleiterkristall) integriert ist. Alternativ wird das Shuttersignal von einer Kamerasteuerung erzeugt, die über ein elektrisches oder optisches Kabel bzw. eine entsprechende Leitung mit dem räumlich beabstandeten lichtempfindlichen Bildsensor gekoppelt ist. Die Kamerasteuerung ist insbesondere ausgebildet, um das vom lichtempfindlichen Bildsensor erzeugte und das erfasste Bild darstellende elektrische oder optische Signal (Rohvideosignal) zu empfangen, eine über das gesamte erfasste Bild oder über einen oder mehrere Bereiche des Bilds gewichtet oder ungewichtet gemittelte Bildhelligkeit zu bestimmen und mit einem Sollwert zu vergleichen, abhängig vom Ergebnis des Vergleichs die Dauer des Belichtungsintervalls für das nächste zu erfassende Bild festzulegen und das Shuttersignal entsprechend zu erzeugen.
Das Shuttersignal kann unmittelbar oder nach einer Aufbereitung bzw. Wandlung in ein Belichtungssignal von der Kamerasteuerung ausgegeben werden. Die Steuerung des Beleuchtens kann unmittelbar durch das Belichtungssignal, insbesondere unmittelbar durch das Shuttersignal, oder mittelbar durch ein aus dem Belichtungssignal durch Wandlung bzw. Aufbereitung erzeugtes Steuersignal erfolgen. In jedem Fall erfolgt die Steuerung des Beleuchtens anhand eines Steuersignals, das durch das Shuttersignal selbst gebildet wird oder durch ein aus dem Shuttersignal bereits von der Kamerasteuerung erzeugtes anderes Belichtungssignal gebildet wird, oder durch ein Steuersignal, das aus dem Belichtungssignal durch (erneute) Wandlung bzw. Aufbereitung hervorgeht.
Ein Vorteil vieler hier beschriebener oder nicht näher beschriebener Varianten des Verfahrens besteht darin, dass es sich einer in der Kamerasteuerung bereits implementierten Regelung bedient. Die Kamerasteuerung und insbesondere die in ihr implementierte Regelung können unter Umständen weitgehend oder vollständig unverändert bleiben. Aufwand und Kosten einer Implementierung des Verfahrens können deshalb gering sein. Überdies ist die von der Kamerasteuerung ausgeführte Regelung der Dauer des Belichtungsintervalls besonders schnell. In der Regel beträgt die Verzögerungszeit bzw. Latenzzeit lediglich den zeitlichen Abstand zwischen der Erfassung zweier aufeinanderfolgender Bilder. Bei 50 Bildern pro Sekunde sind dies lediglich 20 ms. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Beleuchten des Objekts in Abhängigkeit von dem Shuttersignal so gesteuert werden kann, dass keine Rückwirkung auf den Belichtungs-Regelkreis der Kamera und der Kamerasteuerung erfolgt. Beispiele werden nachfolgend angegeben.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, kann das Steuern des Beleuchtens ein Steuern einer Lichtquelleneinrichtung zur Erzeugung von Beleuchtungslicht zur Beleuchtung des Objekts umfassen. Die Lichtquelleneinrichtung ist insbesondere schnell steuerbar. Mit einer schnellen Steuerbarkeit ist eine Modulierbarkeit der erzeugten Strahlungsleistung auf der für die Belichtungssteuerung relevanten Zeitskala gemeint. Insbesondere kann innerhalb eines Belichtungsintervalls mit der maximalen Dauer (beim oben genannten Beispiel: 20 ms) die Lichtquelleneinrichtung ein- und ausgeschaltet oder ihre Strahlungsleistung wesentlich verändert werden, beispielsweise von 50% auf 100% und dann wieder von 100% auf 50% der maximalen Strahlungsleistung.
In der Regel ist es vorteilhaft, wenn die Strahlungsleistung noch wesentlich schneller moduliert (insbesondere ein- und ausgeschaltet) werden kann, beispielsweise innerhalb eines Zehntels oder eine Hundertstels oder eines noch kleineren Bruchteils der maximalen Dauer des Belichtungsintervalls. Wenn die kürzeste Dauer des Belichtungsintervalls, wie eingangs erwähnt, 100 μs oder 10 μs beträgt, kann die Strahlungsleistung der Lichtquelleneinrichtung insbesondere ebenfalls innerhalb von 100 μs bzw. innerhalb von 10 μs ein- und wieder ausgeschaltet werden. Bei der Modulation der Strahlungsleistung bleiben die spektralen Eigenschaften des von der Lichtquelleneinrichtung bereitgestellten Lichts, beispielsweise seine Farbtemperatur, insbesondere unverändert oder im wesentlichen unverändert.
Dabei können die Erzeugung von Licht bzw. die Lichtemission einer Lichtquelle und/oder mittels einer Blende öder einer anderen Einrichtung der von der Lichtquelleneinrichtung bereitgestellte Lichtstrom gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Beleuchten des Objekts durch eine von der Lichtquelleneinrichtung beabstandete Einrichtung im Beleuchtungsstrahlengang gesteuert werden, beispielsweise durch eine Blende. Diese und weitere Varianten greifen auf die bereits von der Kamera und/oder der Kamerasteuerung implementierte Belichtungsregelung zurück. Sie weisen deshalb die bereits genannten Vorteile einer kurzen Verzögerungszeit und der Möglichkeit einer unaufwendigen und kostengünstigen Implementierung auf.
Eine Lichtquelleneinrichtung kann eine vom Endoskop bzw. vom Exoskop räumlich beabstandete und mit diesem über ein Lichtleitkabel gekoppelte separate Einrichtung sein. Alternativ kann die Lichtquelleneinrichtung am proximalen Ende oder am distalen Ende des Endoskops bzw. des Exoskops mit diesem integriert sein. Ferner kann die Lichtquelleneinrichtung aus mehreren Elementen bestehen, die jeweils als separate Einheiten vorgesehen oder am proximalen Ende oder am distalen Ende in das Endoskop bzw. in das Exoskop integriert sein können.
Das Shuttersignal gibt insbesondere einen Beginn und ein Ende des Belichtungsintervalls an. Das Steuern des Beleuchtens umfasst deshalb insbesondere ein Unterbrechen der von der Lichtquelleneinrichtung erzeugten Strahlungsleistung bzw. des von der Lichtquelleneinrichtung erzeugten Lichtstroms zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen. Alternativ wird der von der Lichtquelleneinrichtung bereitgestellte Lichtstrom in der Lichtquelleneinrichtung oder an einem anderen Ort im Beleuchtungsstrahlengang zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen unterbrochen.
Ein Vorteil der Unterbrechung des erzeugten oder bereitgestellten oder auf das Objekt geleiteten Lichtstroms besteht darin, dass die mittlere Leistungsabgabe und damit auch die mittlere Leistungsaufnahme der Lichtquelleneinrichtung und/oder die mittlere durch das Beleuchten auf das Objekt übertragene Leistung reduziert wird. Dabei kann die Strahlungsleistung, die von der Lichtquelleneinrichtung erzeugt und bereitgestellt und über den Beleuchtungsstrahlengang auf das Objekt geleitet wird, innerhalb des Belichtungsintervalls unverändert sein, insbesondere maximal. Damit können auch die Helligkeit des von der Kamera innerhalb des Belichtungsintervalls erfassten Bilds unverändert sein und Rückwirkungen auf den Belichtungs-Regelkreis vermieden werden. Gleichzeitig können die thermische und/oder photochemische Belastung des Objekts durch das Beleuchtungslicht reduziert werden.
Die Lichtquelleneinrichtung wird insbesondere so gesteuert, dass sie nur innerhalb des vom Shuttersignal angegebenen Belichtungsintervalls Beleuchtungslicht bereitstellt. Die Lichtquelleneinrichtung wird insbesondere so gesteuert, dass sie Beleuchtungslicht innerhalb des gesamten Belichtungsintervalls oder innerhalb eines oder mehrerer Zeitintervalle innerhalb des Belichtungsintervalls bereitstellt.
Insbesondere wird eine Lichtquelle der Lichtquelleneinrichtung am Beginn des Belichtungsintervalls eingeschaltet und am Ende des Belichtungsintervalls ausgeschaltet. Alternativ wird die von der Lichtquelleneinrichtung bereitgestellte und/oder die zum Objekt übertragene Strahlungsleistung auf andere Weise am Beginn des Belichtungsintervalls eingeschaltet und am Ende des Belichtungsintervalls ausgeschaltet.
Die beschriebene Synchronisation des Beleuchtens mit dem Belichtungsintervall ermöglicht ein Optimum der bereits erwähnten Vorteile einer unveränderten Bildhelligkeit und Rückwirkungsfreiheit auf den Belichtungs-Regelkreis und einer Minimierung der thermischen und/oder photochemischen Belastung des Objekts.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, kann das Steuern des Beleuchtens ein Steuern von einer oder mehreren anorganischen oder organischen Leuchtdioden oder anderen Halbleiterlichtquellen umfassen, wobei eine Leuchtdiode auch als Diodenlaser, insbesondere als Laserdiode, ausgebildet sein kann. Insbesondere können die Leuchtdiode oder die Leuchtdioden in Abhängigkeit von dem Shuttersignal ein- und ausgeschaltet werden.
Ein Vorteil der Verwendung von Leuchtdioden ist, dass die von ihnen erzeugte Strahlungsleistung nahezu beliebig schnell moduliert, insbesondere an- und ausgeschaltet werden kann. Insbesondere kann die von einer Leuchtdiode erzeugte Strahlungsleistung in der Regel ohne Weiteres innerhalb eines Belichtungsintervalls mit einer Dauer von 100 μs oder von 10 μs ein- und wieder ausgeschaltet werden. Ein weiterer Vorteil vieler Leuchtdioden ist, dass Farbtemperatur und andere spektralen Eigenschaften des erzeugten Lichts auch bei einer Modulation nicht oder nicht wesentlich verändert werden, zumal die Ein- und Ausschaltvorgänge in der Regel extrem schnell stattfinden können.
Die Leuchtdiode oder die Leuchtdioden können dabei mit einem Strom betrieben werden, der größer als ihr Nennstrom ist. Wenn die Leuchtdiode oder die Leuchtdioden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen ausgeschaltet, insbesondere nur innerhalb eines Belichtungsintervalls eingeschaltet werden, können sie bei unveränderter oder nahezu unveränderter thermischer Belastung innerhalb der Belichtungsintervalle mit signifikant erhöhten Strömen betrieben werden. Damit kann die von der Leuchtdiode oder den Leuchtdioden erzeugte Strahlungsleistung innerhalb der Belichtungsintervalle erhöht werden.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, kann das Beleuchten so gesteuert werden, dass das Objekt in aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen mit Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen Spektren beleuchtet wird. Beispielsweise wird bei einer Belichtung von 50 Halbbildern pro Sekunde das Objekt in aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen abwechselnd mit Weißlicht und mit Anregungslicht, dessen Spektrum zur Anregung von Fluoreszenz geeignet ist und mit dem Spektrum des Fluoreszenzlichts einen möglichst geringen Überlapp aufweist, beleuchtet. Anstelle von Halbbildern können auch Vollbilder abwechselnd bei Beleuchtung mit Weißlicht und mit Anregungslicht erfasst werden. Sowohl das Weißlich als auch das Anregungslicht können jeweils mittels Leuchtdioden, Diodenlasern oder anderen Laser oder mittels anderer Lichtquellen erzeugt werden.
Die abwechselnde Erfassung von Bildern in Weißlicht und in Fluoreszenz ermöglicht eine realistische Darstellung des erfassten Objekts und gleichzeitig eine Markierung von Bereichen, in denen eine verminderte oder erhöhte Fluoreszenz vorliegt und beispielsweise auf eine krankhafte Veränderung von Gewebe hinweist.
Insbesondere wird in einem ersten Belichtungsintervall mittels einer oder mehrerer erster Leuchtdioden Beleuchtungslicht mit einem vom menschlichen Auge als weiß empfundenen Spektrum erzeugt, und in einem zweiten Belichtungsintervall wird mittels einer oder mehrerer Leuchtdioden oder Diodenlasern Beleuchtungslicht mit einem Anregungsspektrum zur Anregung von Fluoreszenz erzeugt. Schmalbandiges, insbesondere monochromatisches oder näherungsweise monochromatisches Beleuchtungslicht, das zur Anregung von Fluoreszenz geeignet ist, und gleichzeitig mit dem Spektrum des Fluoreszenzlichts einen möglichst geringen Überlapp aufweist, kann insbesondere von Leuchtdioden erzeugt werden, die ein photonisches Gitter aufweisen oder mit einem photonischen Gitter kombiniert sind.
Die alternierend verwendeten Lichtquellen zur Erzeugung von Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen Spektren können zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtflüsse ausgebildet sein. Außerdem können betrachtete Gegenstände für die unterschiedlichen Spektren sehr unterschiedliche Remissionsgrade (beispielsweise Reflexionsgrade oder Fluoreszenzausbeuten) aufweisen. Ferner können sowohl der Beleuchtungsstrahlengang als auch der Beobachtungsstrahlengang für unterschiedlichen Wellenlängen oder Spektren jeweils unterschiedliche Transparenzen bzw. unterschiedliche Transmissionsgrade aufweisen. Ferner kann der lichtempfindliche Bildsensor für unterschiedlichen Wellenlängen oder Spektren unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen. Aus diesen und anderen Gründen können die bei Beleuchtung mit Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen Spektren erfassten Bilder unerwünscht unterschiedliche Helligkeiten aufweisen.
Es kann deshalb zur Korrektur vorteilhaft sein, zur Erfassung von Bildern bei Beleuchtung eines Gegenstands mit Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen Spektren Belichtungsintervalle unterschiedlicher Dauern zu verwenden. Eine herkömmliche Kamerasteuerung ist jedoch in der Regel nicht für eine Erfassung von Bildern bei alternierenden Beleuchtungssituationen ausgebildet. Eine herkömmliche Kamerasteuerung ist deshalb in der Regel auch nicht dazu ausgebildet, zwei oder mehr verschiedene Belichtungsintervalle abwechselnd und unabhängig voneinander zu steuern. Bei alternierender Beleuchtung des abgebildeten Gegenstands mit unterschiedlichen Intensitäten I₁, I₂ erzeugt eine herkömmliche Kamerasteuerung beispielsweise ein Shuttersignal, das näherungsweise einer mittleren Intensität I_m = (I₁ + I₂)/2 entspricht. Insbesondere um eine herkömmliche Kamerasteuerung verwenden zu können, kann es deshalb vorteilhaft sein, eine von mehreren alternierend betriebenen Lichtquellen mit unterschiedlichen Spektren innerhalb eines kürzeren Zeitintervalls zu betreiben, um bei gleicher Dauer des Belichtungsintervalls gleiche Bildhelligkeiten zu bewirken.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, und bei dem das Objekt in aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen mit Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen Spektren beleuchtet wird, kann Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen Spektren innerhalb von Beleuchtungsintervallen, deren Schnittmengen mit den Belichtungsintervallen unterschiedlich groß sind, auf das Objekt geleitet werden.
Insbesondere liegen die Beleuchtungsintervalle jeweils vollständig innerhalb oder im Wesentlichen vollständig innerhalb der Belichtungsintervalle und sind unterschiedlich lang.
Durch Beleuchten des Objekts mit unterschiedlichen Spektren innerhalb unterschiedlich langer Beleuchtungsintervalle und/oder innerhalb von Beleuchtungsintervallen, die unterschiedlich große Schnittmengen mit den Belichtungsintervallen haben, können trotz unterschiedlicher Strahlungsflüsse bei den unterschiedlichen Spektren (insbesondere bei unterschiedlichen Intensitäten oder Helligkeiten unterschiedlicher Lichtquellen), trotz unterschiedlicher Remissionsgrade (insbesondere Reflexionsgrade und Fluoreszenzausbeuten) des Objekts bei Beleuchtung mit unterschiedlichen Spektren, trotz unterschiedlicher Transmissionsgrade des Beleuchtungsstrahlengangs, trotz unterschiedlicher Transmissionsgrade des Beobachtungsstrahlengangs, trotz unterschiedlicher Empfindlichkeiten des lichtempfindlichen Bildsensors gleiche Bildhelligkeiten oder Bildhelligkeiten mit einem erwünschten Verhältnis erzeugt werden.
Insbesondere werden ein erstes Beleuchtungsintervall für Beleuchtungslicht mit einem ersten Spektrum und ein zweites Beleuchtungsintervall für Beleuchtungslicht mit einem zweiten Spektrum so eingestellt, dass die Schnittmenge des ersten Beleuchtungsintervalls mit dem Belichtungsintervall kleiner ist als die Schnittmenge des zweiten Beleuchtungsintervalls mit dem Belichtungsintervall.
Insbesondere wird das zweite Beleuchtungsintervall so eingestellt, dass es dem Belichtungsintervall entspricht.
Insbesondere werden das erste Beleuchtungsintervall und das zweite Beleuchtungsintervall so eingestellt, dass das Verhältnis der Dauer des ersten Beleuchtungsintervalls zur Dauer des zweiten Beleuchtungsintervalls dem Verhältnis der Intensität des Beleuchtungslichts mit dem zweiten Spektrum zur Intensität des Beleuchtungslichts mit dem ersten Spektrum entspricht. Alternativ werden das erste Beleuchtungsintervall und das zweite Beleuchtungsintervall beispielsweise so eingestellt, dass das Verhältnis der Dauer des ersten Beleuchtungsintervalls zur Dauer des zweiten Beleuchtungsintervalls dem Produkt aus mehreren Verhältnissen bzw. Brüchen entspricht. Insbesondere können einfließen

– das Verhältnis des bei Beleuchtung mit dem zweiten Spektrum in den Beleuchtungsstrahlengang eingekoppelten Strahlungsflusses und des bei Beleuchtung mit dem ersten Spektrum in den Beleuchtungsstrahlengang eingekoppelten Strahlungsflusses;
– das Verhältnis des Transmissionsgrads des Beleuchtungsstrahlengangs für Beleuchtungslicht mit dem zweiten Spektrum und des Transmissionsgrads des Beleuchtungsstrahlengangs für Beleuchtungslicht mit dem ersten Spektrum;
– das Verhältnis des Remissionsgrads des Gegenstands bei Beleuchtung mit dem zweiten Spektrum und des Remissionsgrads des Gegenstands bei Beleuchtung mit dem ersten Spektrum;
– das Verhältnis des Transmissionsgrads des Beobachtungsstrahlengangs für das bei Beleuchtung mit Beleuchtungslicht mit dem zweiten Spektrum remittierte Licht und des Transmissionsgrads des Beobachtungsstrahlengangs für das bei Beleuchtung mit Beleuchtungslicht mit dem ersten Spektrum remittierte Licht;
– das Verhältnis der Empfindlichkeiten, insbesondere der Quantenausbeuten, des lichtempfindlichen Bildsensors für das bei Beleuchtung mit Beleuchtungslicht mit dem zweiten Spektrum vom Bildsensor empfangene Licht und für das bei Beleuchtung mit Beleuchtungslicht mit dem ersten Spektrum vom Bildsensor empfangene Licht.

Bei alternierender Beleuchtung mit mehr als zwei unterschiedlichen Spektren können die entsprechenden drei oder mehr unterschiedlichen Beleuchtungsintervalle nach entsprechenden Verhältnissen eingestellt werden. Anstelle einer festen Einstellung des Verhältnisses der Dauern der Schnittmengen der Beleuchtungsintervalle mit den Belichtungsintervallen können dieses Verhältnis oder die Beleuchtungsintervalle, die nicht dem Belichtungsintervall entsprechen, anhand von erfassten Bildhelligkeiten geregelt werden.
Die vorliegende Erfindung ist als Verfahren oder als Computer-Programm mit Programmcode zur Durchführung oder Steuerung von einem der hier beschriebenen Verfahren, wenn das Computer-Programm auf einem Computer oder einem Prozessor abläuft, implementierbar. Ferner ist die Erfindung als Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger (beispielsweise einem ROM-, PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicher, einer CD-ROM, DVD, HD-DVD, Blu-ray Disk, Diskette oder Festplatte) oder in Form von Firmware gespeichertem Programmcode zur Durchführung von einem der genannten Verfahren, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Computer, Rechner oder Prozessor abläuft, implementierbar. Ferner kann die vorliegende Erfindung als digitales Speichermedium (beispielsweise ROM-, PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicher, CD-ROM, DVD, HD-DVD, Blu-ray Disk, Diskette oder Festplatte) mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, die so mit einem programmierbaren Computer- oder Prozessor-System zusammenwirken können, dass eines der beschriebenen Verfahren ausgeführt wird, implementiert werden.
Die vorliegende Erfindung ist ferner als Konfigurationsmuster für eine konfigurierbare Anordnung von Logikgattern implementierbar, wobei das Konfigurationsmuster so ausgebildet ist, dass eine entsprechend dem Konfigurationsmuster konfigurierte Anordnung von Logikgattern zur Durchführung oder Steuerung von einem der hier beschriebenen Verfahren ausgebildet ist. Die konfigurierbare Anordnung von Logikgattern ist oder umfasst insbesondere ein FPGA (Field Programmable Gate Array), ein CPLD (Complex Programmable Logic Device) oder eine andere Anordnung von SPLDs (Simple Programmable Logic Devices).
Eine Beleuchtungssteuerung zum Steuern einer Beleuchtung eines Objekts, das mittels eines Endoskops oder eines Exoskops und mittels eines lichtempfindlichen Bildsensors erfasst wird, wobei eine Kamerasteuerung die Dauer eines Belichtungsintervalls bestimmt, innerhalb dessen auf den Bildsensor fallende Photonen ein von dem Bildsensor erzeugtes Bildsignal beeinflussen, umfasst einen Belichtungssignaleingang zum Empfangen eines Belichtungssignals, das die Dauer des Belichtungsintervalls angibt, und einen Steuersignalausgang zum Bereitstellen eines Steuersignals zum Steuern einer Beleuchtung des Objekts, wobei die Beleuchtungssteuerung ausgebildet ist, um das Steuersignal in Abhängigkeit von dem Belichtungssignal zu erzeugen.
Das Belichtungssignal ist insbesondere ein Shuttersignal zur mittelbaren oder unmittelbaren Steuerung einer Shuttereinrichtung einer Kamera oder ein aus dem Shuttersignal abgeleitetes bzw. durch Signalumwandlung oder Signalaufbereitung erzeugtes Signal.
Die Beleuchtungssteuerung ist insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens oder zur Verwendung bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, ausgebildet.
Der Belichtungssignaleingang kann eine Busschnittstelle zum Koppeln der Beleuchtungssteuerung mit einem Bus umfassen, wobei die Beleuchtungssteuerung ausgebildet ist, um das Belichtungssignal über die Busschnittstelle von einer Kamerasteuerung zu empfangen.
Eine Kamerasteuerung für einen lichtempfindlichen Bildsensor, die zum Regeln einer Dauer eines Belichtungsintervalls, innerhalb dessen auf den Bildsensor fallende Photonen ein von dem Bildsensor erzeugtes Bildsignal beeinflussen, ausgebildet ist, umfasst einen Belichtungssignalausgang zum Bereitstellen eines Belichtungssignals, das die Dauer des Belichtungsintervalls angibt, für eine Beleuchtungssteuerung.
Das Belichtungssignal ist insbesondere ein Shuttersignal zur mittelbaren oder unmittelbaren Steuerung einer Shuttereinrichtung einer Kamera oder ein aus dem Shuttersignal abgeleitetes bzw. durch Signalumwandlung oder Signalaufbereitung erzeugtes Signal.
Die Kamerasteuerung ist insbesondere ausgebildet, um eines der hier beschriebenen Verfahren auszuführen oder zu steuern oder bei einem der hier beschriebenen Verfahren verwendet zu werden.
Der Belichtungssignalausgang kann eine Busschnittstelle zum Koppeln der Kamerasteuerung mit einem Bus sein, wobei die Kamerasteuerung ausgebildet ist, um das Belichtungssignal über die Busschnittstelle an eine Beleuchtungssteuerung zu übertragen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Endoskopiesystem;
2 eine schematische Darstellung eines weiteren Endoskopiesystems;
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Endoskopiesystems;
4 eine schematische Darstellung mehrerer Signale;
5 eine weitere schematische Darstellung mehrerer Signale;
6 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Beleuchtens eines Objekts.
Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Endoskopiesystems 10 zur Betrachtung bzw. optischen Erfassung eines Objekts 12. Das Endoskopiesystem 10 umfasst ein Endoskop 20. Am proximalen Ende 21 des Endoskops 20 sind eine Kupplung 22 für ein Lichtleitkabel und eine Kupplung 23 für eine Kamera angeordnet. Vom proximalen Ende 21 erstreckt sich ein starrer oder flexibler Schaft 24 zu einem distalen Ende 25 des Endoskops 20. Am distalen Ende 25 weist das Endoskop 20 ein Lichtaustrittsfenster 26 und ein Lichteintrittsfenster 27 auf.
Über die Kupplung 23 ist das Endoskop 20 mit einer Kamera 30 gekoppelt. Die Kamera 30 umfasst einen lichtempfindlichen Bildsensor 31 und ein Objektiv 32.
Eine Kamerasteuerung 40 weist einen Shuttersignalausgang 41 auf, der mit der Kamera 30 und insbesondere mit dem lichtempfindlichen Bildsensor 31 der Kamera 30 gekoppelt ist. Ferner weist die Kamerasteuerung 40 einen Belichtungssignalausgang 42 auf.
Eine Beleuchtungssteuerung 50 umfasst einen Belichtungssignaleingang 51 und einen Steuersignalausgang 52. Der Steuersignalausgang 52 der Beleuchtungssteuerung 50 ist mit einer Schalteinrichtung 53 zum Schalten elektrischer Leistung gekoppelt. Die Schalteinrichtung 53 ist mit einer Leuchtdiode 56 in Serie geschaltet. Eine Sammellinse 59 ist angeordnet und ausgebildet, um die Leuchtdiode 56 auf ein Ende eines Lichtleitkabels 70 abzubilden. Die Beleuchtungssteuerung 50, die Schalteinrichtung 53, die Leuchtdiode 56, die Sammellinse 59 und eine elektrische Leistungsversorgung, auf die hier nicht näher eingegangen wird, können in einer Lichtquelleneinrichtung 60 integriert sein.
Die Kamerasteuerung 40 ist über den Belichtungssignalausgang 42 mit einem Bus 80 gekoppelt. Die Beleuchtungssteuerung 50 ist über ihren Belichtungssignaleingang 51 mit dem Bus 80 gekoppelt. Somit sind die Kamerasteuerung 40 und die Beleuchtungssteuerung 50 über den Belichtungssignalausgang 42 der Kamerasteuerung 40, den Bus 80 und den Belichtungssignaleingang 51 der Beleuchtungssteuerung 50 gekoppelt. Anstelle eines Busses 80 kann eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung vorgesehen sein. Der Bus 80 bzw. die Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist für eine Übertragung elektrischer, optischer oder anderer Signale zumindest in der Richtung von der Kamerasteuerung 40 zur Beleuchtungssteuerung 50 oder in beiden Richtungen ausgebildet.
Abweichend von der Darstellung in 1 und alternativ zu dieser können die Komponenten des Endoskopiesystems 10 teilweise oder vollständig integriert sein. Beispielsweise kann die Kamerasteuerung 40 oder zumindest die nachfolgend beschriebene Funktionalität der Kamerasteuerung 40 in die Kamera 30 integriert sein. Die Kamera 30 oder die Kamera 30 und die Kamerasteuerung 40 können in das Endoskop 20 integriert sein, beispielsweise an dessen proximalem Ende 21. Die Beleuchtungssteuerung 50 kann mit der Schalteinrichtung 53, der Leuchtdiode 56, der Sammellinse 59 und einer Leistungsversorgung in einer Lichtquelleneinrichtung 60 integriert sein, wie dies in 1 dargestellt ist. Alternativ können insbesondere die Beleuchtungssteuerung 50 und die Leuchtdiode 56 als separate Einrichtungen ausgebildet sein, die beispielsweise über ein Kabel verbunden werden. Ferner können die Leuchtdiode 56 oder die Leuchtdiode 56, die Schalteinrichtung 53 und die Beleuchtungssteuerung 50 in das Endoskop 20 integriert sein, insbesondere an dessen proximalem Ende.
Zur endoskopischen Erfassung des Objekts 12 mittels des Endoskopiesystems 10 erzeugt die Leuchtdiode 56 Licht, das mittels der Sammellinse 59 in das Lichtleitkabel 70 eingekoppelt und von diesem zum proximalen Ende 21 des Endoskops 20 übertragen wird. Mittels eines in 1 nicht dargestellten Beleuchtungsstrahlengangs, insbesondere mittels eines oder mehrerer Lichtwellenleiter, wird das von der Leuchtdiode 56 erzeugte Beleuchtungslicht vom proximalen Ende 21 des Endoskops 20 zu dessen distalem Ende 25 übertragen. Das Beleuchtungslicht tritt am Lichtaustrittsfenster 26 aus dem Endoskop 20 aus und fällt auf das Objekt 12. Das Beleuchtungslicht kann vom Objekt 12 absorbiert, reflektiert oder gestreut werden. Ferner kann das Beleuchtungslicht abhängig von seinen spektralen Eigenschaften und den Eigenschaften der Oberfläche des Objekts 12 Fluoreszenz hervorrufen.
Vom Objekt 12 ausgehendes reflektiertes oder gestreutes Beleuchtungslicht oder Fluoreszenzlicht fällt auf das Lichteintrittsfenster 27 am distalen Ende 25 des Endoskops 20. Dieses Licht wird über einen in 1 nicht dargestellten Beobachtungsstrahlengang vom distalen Ende 25 des Endoskops 20 zu dessen proximalem Ende 21 und weiter zur Kamera 30 übertragen. Der Beobachtungsstrahlengang umfasst beispielsweise eine Stablinsenoptik oder ein geordnetes Bündel von Lichtwellenleitern. Ein Objektiv 32, das zumindest eine Linse, einen gekrümmten Spiegel oder eine andere abbildende Einrichtung umfasst, erzeugt ein reelles Bild am lichtempfindlichen Bildsensor 31 der Kamera 30.
Innerhalb eines von der Kamerasteuerung 40 mittels eines Shuttersignals gesteuerten Belichtungsintervalls auf den lichtempfindlichen Bildsensor 31 fallende Photonen beeinflussen ein vom lichtempfindlichen Bildsensor 31 erzeugtes analoges oder digitales Bildsignal. Der lichtempfindliche Bildsensor 31, das Shuttersignal und eine in 1 nicht dargestellte Shuttereinrichtung am lichtempfindlichen Bildsensor 31 bewirken, dass Photonen, die außerhalb eines Belichtungsintervalls auf den lichtempfindlichen Bildsensor fallen, das von diesem erzeugte Bildsignal nicht beeinflussen.
Die Shuttereinrichtung umfasst beispielsweise elektronische bzw. elektrische Schaltungen, die eine Erzeugung von Ladungen in den lichtempfindlichen Elementen des Bildsensors 31 durch Photonen außerhalb eines Belichtungsintervalls unterdrücken. Alternativ werden beispielsweise außerhalb eines Belichtungsintervalls erzeugte Ladungen abgeleitet bzw. verworfen und nicht – wie innerhalb eines Belichtungsintervalls – gesammelt bzw. aufintegriert. Alternativ steuert das Shuttersignal zu Beginn eines Belichtungsintervalls das Verwerfen bzw. Löschen der bereits vorliegenden Ladungen und am Ende eines Belichtungsintervalls das Auslesen bzw. Wandeln erzeugter und akkumulierter Ladungen in analoge oder digitale Signale. Alternativ umfasst die Shuttereinrichtung beispielsweise eine Flüssigkristalleinrichtung oder einen mechanischen Verschluss zum gesteuerten Unterbrechen des Beobachtungsstrahlengangs.
Das vom lichtempfindlichen Bildsensor 31 erzeugte Bildsignal wird zur Kamerasteuerung 40 übertragen und kann von dieser aufbereitet und beispielsweise an einen Bildschirm weitergeleitet werden. Die Kamerasteuerung 40 ermittelt eine über das gesamte erfasste Bild oder einen oder mehrere Teilbereiche des Bilds gemittelte Helligkeit, wobei die Mittelung gewichtet oder ungewichtet stattfinden kann. Statt eines einzigen Parameters können mehrere Parameter, beispielsweise für verschiedene Bildbereiche und/oder verschiedene Farbkanäle, ermittelt werden.
Die ermittelte Bildhelligkeit wird von der Kamerasteuerung 40 mit einer oder mehreren vorbestimmten Bedingungen verglichen, insbesondere mit Schwellenwerten oder Sollwerten. Abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs oder dieser Vergleiche erzeugt die Kamerasteuerung 40 ein Shuttersignal zur Steuerung des nächsten Belichtungsintervalls, insbesondere seiner Dauer und/oder seines Beginns und seines Endes. Wenn die Bildhelligkeit im zuletzt erfassten Bild zu niedrig ist, wird das nächste Belichtungsintervall entsprechend länger eingestellt. Wenn die Helligkeit des zuletzt erfassten Bilds zu groß war, wird das nächste Belichtungsintervall entsprechend kürzer eingestellt.
Auf die skizzierte Weise regelt die Kamerasteuerung 40 die Helligkeit des erfassten Bilds mittels des von ihr erzeugten Shuttersignals und der Shuttereinrichtung am lichtempfindlichen Bildsensor 31 oder in der Kamera 30. Dabei kann die Helligkeit des gesamten Bilds mittels eines globalen Shuttersignals gesteuert bzw. beeinflusst werden, das die Shuttereinrichtung für den gesamten lichtempfindlichen Bildsensor 31 der Kamera 30 einheitlich steuert. Alternativ kann die Kamerasteuerung 40 für verschiedene Bereiche des Bilds und/oder für verschiedene Farbkanäle jeweils eigene Shuttersignale erzeugen, so dass die verschiedenen Bereiche und/oder die verschiedenen Farbkanäle unterschiedliche Belichtungsintervalle aufweisen. Dadurch kann die Dynamik bzw. die Fähigkeit der Kamera, unter verschiedenen Bedingungen ein optimales Bildsignal zu erzeugen, vergrößert werden.
Die Kamerasteuerung 40 stellt am Belichtungssignalausgang 42 das Shuttersignal oder ein anderes durch Signalaufbereitung oder Signalwandlung aus dem Shuttersignal erzeugtes Belichtungssignal bereit. Dieses Belichtungssignal gibt zumindest die Dauer des Belichtungsintervalls, insbesondere dessen Beginn und Ende an. Wenn die Kamerasteuerung 40 kein globales Shuttersignal, sondern verschiedene Shuttersignale für verschiedene Bildbereiche oder Farbkanäle erzeugt, stellt die Kamerasteuerung 40 am Belichtungssignalausgang 42 beispielsweise ein Belichtungssignal bereit, das die Dauer des längsten Belichtungsintervalls angibt. Insbesondere gibt das Belichtungssignal ein Belichtungsintervall an, das alle Belichtungsintervalle der einzelnen Bildbereiche oder Farbkanäle umfasst.
Das von der Kamerasteuerung 40 am Belichtungssignalausgang 42 bereitgestellte Belichtungssignal wird über den Bus 80 zum Belichtungssignaleingang 51 der Beleuchtungssteuerung 50 übertragen. Die Beleuchtungssteuerung 50 erzeugt anhand des von der Kamerasteuerung 40 empfangenen Belichtungssignals ein Steuersignal 52 für die Schalteinrichtung 53. Das von der Beleuchtungssteuerung 50 erzeugte Steuersignal kann das am Belichtungssignaleingang 51 empfangene Belichtungssignal sein oder aus diesem durch Verstärkung, Invertierung und/oder andere Umformung erzeugt sein. In die Erzeugung des Steuersignals können neben dem Belichtungssignal weitere Parameter eingehen, beispielsweise ein erwünschtes bzw. vorgegebenes Beleuchtungsspektrum und/oder eine vorgegebene minimale oder maximale Strahlungsleistung.
Das von der Beleuchtungssteuerung 50 erzeugte Steuersignal steuert die Schalteinrichtung 53. Die Schalteinrichtung 53 steuert die Leistungsversorgung der Leuchtdiode 56. Insbesondere ist die Schalteinrichtung 53 für einen alternativen Betrieb in einem hochohmigen ausgeschalteten Zustand und einem niederohmigen eingeschalteten Zustand ausgebildet. Die Schalteinrichtung 53 wird durch das von der Belichtungsteuerung 50 erzeugte Steuersignal beispielsweise zu Beginn eines Belichtungsintervalls in den niederohmigen Ein-Zustand und am Ende eines Belichtungsintervalls in den hochohmigen Aus-Zustand versetzt. Die Leuchtdiode 56 wird somit während des Belichtungsintervalls mit elektrischer Leistung versorgt und emittiert Licht, das mittels der Sammellinse 59, des Lichtleitkabels 70 und des bereits erwähnten Beleuchtungsstrahlengangs im Endoskop 20 auf das Objekt 12 geleitet wird. Bei diesem Beispiel wird außerhalb des Belichtungsintervalls die Leuchtdiode 56 nicht mit elektrischer Leistung versorgt und das Objekt 12 nicht beleuchtet. Dies reduziert den mittleren Leistungsbedarf der Leuchtdiode 56 und damit der gesamten Lichtquelleneinrichtung 60, die in der Lichtquelleneinrichtung 60 abzuführende Wärmeleistung und die thermische und photochemische Belastung des Objekts 12.
Auch die innerhalb eines Belichtungsintervalls von der Leuchtdiode 56 aufgenommene mittlere elektrische Leistung und die von der Leuchtdiode 56 im Belichtungsintervall erzeugte mittlere Strahlungsleistung können durch die Schalteinrichtung 53 beeinflusst werden. Dies erfolgt beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation oder durch Einstellung eines entsprechenden Widerstands der Schalteinrichtung 53.
Da die Leuchtdiode 56 nur innerhalb der Belichtungsintervalle betrieben oder zumindest ihre Leistungsversorgung zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen unterbrochen wird, kann die Leuchtdiode 56 in den Zeitintervallen, in denen sie mit elektrischer Leistung versorgt wird, mit einem Strom betrieben werden, der größer als der Nennstrom der Leuchtdiode 56 für Gleichstrom-Dauerbetrieb ist, ohne eine unzulässige und die Lebensdauer der Leuchtdiode 56 verkürzende, überhöhte mittlere thermische Belastung zu erzeugen. Dadurch können die von der Leuchtdiode 56 erzeugte Strahlungsleistung und die das Objekt 12 beleuchtende Strahlungsleistung innerhalb der Belichtungsintervalle erhöht werden. Die Belichtungsintervalle können dadurch verkürzt werden. Dies verringert beispielsweise bei bewegten Objekten die Bewegungsunschärfe im einzelnen erfassten Bild.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Endoskopiesystems 10. Das in 2 gezeigte Endoskopiesystem 10 unterscheidet sich von dem oben anhand der 1 dargestellten unter anderem darin, dass ein lichtempfindlicher Bildsensor 31 und eine Leuchtdiode 56 zur Erzeugung von Beleuchtungslicht am distalen Ende 25 eines Endoskops 20 angeordnet sind.
Im Einzelnen umfasst das Endoskopiesystem 10 ein Endoskop 20 mit einem proximalen Ende 21 und einem Schaft 24, der sich vom proximalen Ende 21 bis zu einem distalen Ende 25 erstreckt. Am distalen Ende 25 des Endoskops 20 sind proximal eines Lichtaustrittsfensters 26 die bereits erwähnte Leuchtdiode 56 und proximal eines Lichteintrittsfensters 27 der bereits erwähnte lichtempfindliche Bildsensor 31 angeordnet. Somit sind die bei dem oben anhand der 1 als separate Einrichtung vorgesehene Kamera und zumindest ein Teil der bei dem Beispiel aus 1 ebenfalls als separate Einrichtung vorgesehenen Lichtquelleneinrichtung bei dem in 2 gezeigten Beispiel in das Endoskop 20 integriert.
Das Endoskop 20 ist mit einer Kamerasteuerung 40 gekoppelt. Die Kamerasteuerung 40 weist ähnlich wie bei dem oben anhand der 1 dargestellten Beispiel einen Shuttersignalausgang 41 und einen Belichtungssignalausgang 42 auf. Der Shuttersignalausgang 41 ist über eine elektrische oder optische Signalleitung mit dem lichtempfindlichen Bildsensor 31 am distalen Ende 25 des Endoskops 20 gekoppelt.
Das Endoskop 20 ist ferner mit einer Leistungsversorgungseinrichtung 61 gekoppelt, insbesondere über eine elektrische Leitung zur Leistungsversorgung der Leuchtdiode 56 am distalen Ende 25 des Endoskops 20. Die Leistungsversorgungseinrichtung 61 umfasst eine Beleuchtungssteuerung 50 mit einem Belichtungssignaleingang 51 zum Empfangen eines Belichtungssignals und einem Steuersignalausgang 52. Der Steuersignalausgang 52 der Beleuchtungssteuerung 50 ist mit einer Schalteinrichtung 53 gekoppelt. Die Schalteinrichtung 53 weist zumindest einen niederohmigen Ein-Zustand und einen hochohmigen Aus-Zustand auf, um eine Versorgung der Leuchtdiode 56 mit elektrischer Leistung ein- und auszuschalten. Alternativ weist die Schalteinrichtung 53 einen oder mehrere weitere Betriebszustände mit einem diskreten oder kontinuierlichen Spektrum von Widerstandswerten auf.
Der Belichtungssignalausgang 42 der Kamerasteuerung 40 ist über einen Bus 80 oder über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung oder eine beliebige andere Signalstrecke mit dem Belichtungssignaleingang 51 der Beleuchtungssteuerung 50 gekoppelt.
Abweichend von der Darstellung in 2 können die Kamerasteuerung 40 und/oder die Leistungsversorgungseinrichtung 61 in das Endoskop 20, insbesondere in dessen proximales Ende 21, integriert sein. Ferner können abweichend von der Darstellung in 2 die Kamerasteuerung 40 und die Leistungsversorgungseinrichtung 61 in eine gemeinsame, vom Endoskop 20 separate Einrichtung integriert sein.
Das in 2 gezeigte Endoskopiesystem 10 ist ausgebildet, um ähnlich wie das oben anhand der 1 dargestellte Endoskopiesystem betrieben zu werden. Insbesondere erfasst die Kamerasteuerung 40 die Helligkeit des vom lichtempfindlichen Bildsensor 31 erfassten Bilds und steuert in Abhängigkeit von der erfassten Helligkeit die Dauer des Belichtungsintervalls zur nachfolgenden Erfassung eines weiteren Bilds. Das von der Kamerasteuerung 40 zur Steuerung der Shuttereinrichtung am lichtempfindlichen Bildsensor 31 erzeugte Shuttersignal oder ein anderes Belichtungssignal, das durch Aufbereitung oder Wandlung aus dem Shuttersignal erzeugt wird, wird über den Bus 80 an die Beleuchtungssteuerung 50 übertragen. Die Beleuchtungssteuerung 50 erzeugt abhängig von dem Belichtungssignal ein Steuersignal zum Steuern der Schalteinrichtung 53 und somit der Leistungsversorgung der Leuchtdiode 56. Varianten, Funktionalitäten und Vorteile entsprechen dem oben anhand der 1 Dargestellten.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Endoskopiesystems 10 zur Betrachtung eines Objekts 12. Das in 3 gezeigte Endoskopiesystem ähnelt weitgehend dem oben anhand der 1 dargestellten Endoskopiesystem. Unterschiede liegen vor allem im Bereich der Lichtquelleneinrichtung 60. Die Lichtquelleneinrichtung 60 umfasst anders als bei dem oben anhand der 1 dargestellten Beispiel zwei Leuchtdioden 56, 57, deren Leistungsversorgung mittels zweier unabhängiger Shuttereinrichtungen 53, 54 von der Beleuchtungssteuerung 50 unabhängig gesteuert, insbesondere ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Leuchtdioden 56, 57 sind zur Emission von unterschiedlichen Beleuchtungsspektren ausgebildet.
Beispielsweise umfasst die erste Leuchtdiode 56 einen blau leuchtenden pn-Übergang und einen phosphoriszierenden oder fluoreszierenden Farbstoff, um insgesamt ein vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommenes Beleuchtungsspektrum zu erzeugen. Alternativ umfasst die Leuchtdiode 56 drei (z. B. RGB-Leuchtdiode) oder mehr pn-Übergänge, die Licht mit unterschiedlichen Spektren emittieren, um insgesamt ein vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommenes Beleuchtungsspektrum zu erzeugen. Die zweite Leuchtdiode 57 emittiert Licht, das zur Anregung von Fluoreszenz im Objekt 12 geeignet ist, insbesondere blaues oder ultraviolettes Licht.
Die zweite Leuchtdiode 57 kann ein photonisches Gitter umfassen oder mit einem photonischen Gitter kombiniert sein, um ein schmalbandigeres Spektrum zu emittieren. Die zweite Leuchtdiode 57 kann ferner als Diodenlaser ausgebildet sein. Anstelle der zweiten Leuchtdiode 57 kann ein anderer Laser vorgesehen sein.
Die Beleuchtungssteuerung 50 steuert die Schalteinrichtungen 53, 54 so, dass in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen zur Erzeugung je eines Halbbilds oder Vollbilds abwechselnd die erste Leuchtdiode 56 oder die zweite Leuchtdiode 57 Beleuchtungslicht erzeugt, das durch das Lichtaustrittsfenster 26 auf das Objekt 12 fällt. Damit können mittels des Endoskopiesystems 10 abwechselnd Weißlicht-Bilder und Bilder in Fluoreszenzlicht von dem Objekt 12 erzeugt werden. Die Bilder werden aufbereitet. Auf einem in 3 nicht gezeigten Monitor wird dann beispielsweise das jeweils jüngste Weißlicht-Bild des Objekts 12 dargestellt, wobei Bereiche erhöhter Fluoreszenz und/oder Bereiche verringerter Fluoreszenz, die auf krankhafte Veränderungen hinweisen, markiert werden.
Die beiden Leuchtdioden 56, 57 können alternativ zur Erzeugung von Beleuchtungslicht mit beliebigen anderen Beleuchtungsspektren ausgebildet sein. Ferner können mehr als zwei Leuchtdioden vorgesehen sein, deren Leistungsversorgung über eine entsprechende Anzahl, alternativ über eine geringere Anzahl, von Schalteinrichtungen einzeln oder in Gruppen unabhängig gesteuert werden kann.
Auch bei dem anhand der 3 dargestellten Endoskopiesystem 10 können abweichend von der Darstellung in 3 der lichtempfindliche Bildsensor 31 und/oder ein Teil der Leuchtdioden 56, 57 oder alle Leuchtdioden 56, 57 am distalen Ende 25 des Endoskops 20 angeordnet sein. Weitere oben anhand der 1 und 2 dargestellte Varianten, Funktionalitäten und Vorteile sind auch auf das Endoskopiesystem 10 aus 3 übertragbar.
4 zeigt eine schematische Darstellung von Signalen, wie sie in dem oben anhand der 1 bis 3 dargestellten Endoskopiesystem erzeugt und verarbeitet werden können. Der Abszisse ist die Zeit t zugeordnet, der Ordinate jeweils der Signalpegel in beliebigen Einheiten.
Signale S₁ und S₂ stellen zusammen ein Beispiel für ein Shuttersignal dar, das aus zwei Einzelsignalen besteht. Alternativ kann lediglich das Signal S₁ als Shuttersignal im Sinne der vorliegenden Beschreibung angesehen werden. Die Signale S₁, S₂ werden insbesondere mittels separater elektrischer oder optischer Leitungen von der Kamerasteuerung 40 zum lichtempfindlichen Bildsensor 31 und/oder zu einer Shuttereinrichtung übertragen, die mit dem lichtempfindlichen Bildsensor 31 integriert sein kann. Eine fallende Flanke im ersten Signal S₁ definiert einen Beginn eines Belichtungsintervalls E₁, E₂. Eine fallende Flanke im zweiten Signal S₂ definiert ein Ende eines Belichtungsintervalls E₁, E₂. Beispielsweise steuert das erste Signal S₁ ein Löschen bzw. Ableiten bzw. Verwerfen von durch Photonen am lichtempfindlichen Bildsensor erzeugten Ladungen, und das zweite Signal S₂ steuert die Wandlung von bis dahin von Photonen erzeugten und akkumulierten Ladungen in ein analoges oder digitales Signal.
Unter den Signalen S₁, S₂ ist ein alternatives Shuttersignal S dargestellt, das über eine einzige elektrische oder optische Leitung übertragen werden kann. Eine fallende Flanke des Shuttersignals S definiert den Beginn, eine steigende Flanke des Shuttersignals S definiert das Ende eines Belichtungsintervalls.
Unter den Shuttersignalen S₁, S₂, S sind Steuersignale L₁, L₂ dargestellt. Das Beispiel zweier verschiedener Steuersignale L₁, L₂ bezieht sich insbesondere auf das oben anhand der 3 dargestellte Beispiel mit zwei Leuchtdioden 56, 57. Das Steuersignal L₁ ist zur Steuerung der ersten Schalteinrichtung 53 für die erste Leuchtdiode 56 vorgesehen. Das zweite Steuersignal L₂ ist für die Steuerung der zweiten Schalteinrichtung 54 für die zweite Leuchtdiode 57 vorgesehen. Die Steuersignale L₁, L₂ sind ausgebildet, um in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen E₁, E₂ abwechselnd entweder die erste Leuchtdiode 56 oder die zweite Leuchtdiode 57 mit elektrischer Leistung zu versorgen. Dadurch wird das Objekt 12 beispielsweise abwechselnd mit Weißlicht und mit Fluoreszenz-Anregungslicht beleuchtet. Abweichend von der Darstellung in 4 können die Belichtungsintervalle E₁, E₂ unterschiedliche Langen aufweisen. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn die beiden Leuchtdioden unterschiedliche Strahlungsleistungen bereitstellen. Insbesondere wenn die zweite Leuchtdiode (beispielsweise in Form einer Laserdiode) Fluoreszenz-Anregungslicht erzeugt, ist das zweite Belichtungsintervall E₂ in der Regel deutlich länger als das erste Belichtungsintervall E₁. Dies liegt unter anderem daran, dass die Fluoreszenz-Ausbeute in der Regel deutlich geringer ist als der Remissionsgrad bezüglich Weißlicht.
In den Zeitintervallen C zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen E₁, E₂ werden beide Leuchtdioden 56, 57 nicht mit elektrischer Leistung versorgt. Dies reduziert den Leistungsbedarf, die von den Leuchtdioden 56, 57 erzeugte Abwärme und die thermische und photochemische Belastung des Objekts 12.
5 zeigt eine weitere schematische Darstellung von Signalen, wie sie in dem oben anhand der 1 bis 3 dargestellten Endoskopiesystem erzeugt und verarbeitet werden können. Wie bei 4 ist der Abszisse die Zeit t zugeordnet, der Ordinate jeweils der Signalpegel in beliebigen Einheiten.
Die in 5 dargestellten Signale beziehen sich auf eine Situation, bei der bei gleichen Beleuchtungs- und Belichtungszeiten für Beleuchtung des Objekts 12 mit Licht der ersten Leuchtdiode 56 und für Beleuchtung des Objekts 12 mit Licht der zweiten Leuchtdiode 57 deutlich unterschiedlich helle Bilder erfasst werden. Beispielsweise ist der Lichtfluss, der von der ersten Leuchtdiode 56 erzeugt und in den Beleuchtungsstrahlengang des Endoskops 20 eingekoppelt wird, größer oder wesentlich größer als der Lichtfluss, der von der zweiten Leuchtdiode 57 erzeugt und in den Beleuchtungsstrahlengang des Endoskops 20 eingekoppelt wird. Weitere Gründe können sein, dass der Transmissionsgrad des Beleuchtungsstrahlengangs für Licht der ersten Leuchtdiode 56 größer ist als der Transmissionsgrad des Beleuchtungsstrahlengangs für Licht der zweiten Leuchtdiode 57; dass der Remissionsgrad des Objekts 12 bei Beleuchtung mit Licht der ersten Leuchtdiode 56 größer ist als bei Beleuchtung mit Licht der zweiten Leuchtdiode 57; dass der Transmissionsgrad des Beobachtungsstrahlengangs für das bei Beleuchtung mit Licht der ersten Leuchtdiode 56 vom Objekt 12 remittierte Licht größer ist als der Transmissionsgrad des Beobachtungsstrahlengangs für das bei Beleuchtung mit Licht der zweiten Leuchtdiode 57 vom Objekt 12 remittierte Licht; dass die Empfindlichkeit, insbesondere die Quantenausbeute, des lichtempfindlichen Bildsensors 31 für das bei Beleuchtung des Objekts 12 mit Licht der ersten Leuchtdiode 56 vom Bildsensor empfangene Licht größer ist als die Empfindlichkeit des Bildsensors 31 für das bei Beleuchtung des Objekts 12 mit Licht der zweiten Leuchtdiode 57 vom Bildsensor 31 empfangene Licht.
Beispielsweise emittieren die erste Leuchtdiode 56 Weißlicht bzw. Licht mit einem vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommenen Spektrum und die zweite Leuchtdiode 57 Licht, das zur Anregung von Fluoreszenz im oder am Objekt 12 geeignet ist, beispielsweise blaues oder ultraviolettes Licht. In der Regel ist die Fluoreszenzausbeute geringer oder deutlich geringer als der Remissionsgrad des Objekts 12 bei Beleuchtung mit Weißlicht.
Viele einfache herkömmliche Kamerasteuerungen 40 sind nicht ausgebildet, um zum Erfassen aufeinanderfolgender Bilder alternierend zwei unterschiedliche Belichtungsdauern E₁, E₂ für zwei unterschiedliche Beleuchtungssituationen zu steuern. Vielmehr sind viele herkömmliche Kamerasteuerungen ausgebildet, dass sie bei alternierenden Beleuchtungssituationen ein Shuttersignal erzeugen, das näherungsweise einer mittleren Intensität I_m = (I₁ + I₂)/2 entspricht. Bei dem oben anhand der 4 dargestellten Beispiel hat dies zur Folge, dass beide Leuchtdioden 56, 57 näherungsweise gleich lang leuchten. Die Erfassung aufeinanderfolgender Bilder bei gleich langen Belichtungs- und Beleuchtungsintervallen E₁, E₂, aber unterschiedlichen Lichtquellen und Spektren hat dann in den oben genannten Fällen zur Folge, dass abwechselnd über- und unterbelichtete Bilder erfasst werden. Beispielsweise werden abwechselnd ein überbelichtetes Weißlichtbild und ein unterbelichtetes Fluoreszenzbild erfasst.
Bei dem in 5 dargestellten Beispiel werden Beleuchtungsintervalle B₁, B₂ gesteuert, die von den Belichtungsintervallen E₁, E₂ zumindest teilweise verschieden sind. Die von der Kamerasteuerung 40 gesteuerten Belichtungsintervalle E₁, E₂ sind gleich lang. Das zweite Beleuchtungsintervall B₂, innerhalb dessen die zweite Leuchtdiode 57 Licht zur Anregung von Fluoreszenz emittiert, entspricht dem zweiten Belichtungsintervall E₂. Das erste Beleuchtungsintervall B₁ wird um einen Faktor F kürzer gesteuert als das zweite Beleuchtungsintervall B₂ (F = |B₁|/|B₂|), das erste Belichtungsintervall E₁ und das zweite Belichtungsintervall E₂, der zumindest näherungsweise dem umgekehrten Verhältnis der Bildhelligkeiten bei der oben anhand der 4 dargestellten Steuerung mit gleich langen Beleuchtungsdauern entspricht. Dabei sind |B₁| die Dauer des ersten Beleuchtungsintervalls und |B₂| die Dauer des zweiten Beleuchtungsintervalls.
Der Faktor F wird beispielsweise in einer Regelschleife durch Erfassung und Vergleich der Bildhelligkeiten so gesteuert, dass die Bildhelligkeiten für beide alternierende Beleuchtungssituationen gleich sind. Alternativ wird der Faktor F beispielsweise als Produkt F = J·K·L·M·N berechnet. Dabei sind
J das Verhältnis des von der zweiten Leuchtdiode 57 erzeugten und in den Beleuchtungsstrahlengang eingekoppelten Strahlungsflusses und des von der ersten Leuchtdiode 56 erzeugten und in den Beleuchtungsstrahlengang eingekoppelten Strahlungsflusses;
K das Verhältnis des Transmissionsgrads des Beleuchtungsstrahlengangs für Licht der zweiten Leuchtdiode 57 und des Transmissionsgrads des Beleuchtungsstrahlengangs für Licht der ersten Leuchtdiode 56;
L das Verhältnis des Remissionsgrads des Objekts 12 bei Beleuchtung mit Licht der zweiten Leuchtdiode 57 und des Remissionsgrads des Objekts 12 bei Beleuchtung mit Licht der ersten Leuchtdiode 56;
M das Verhältnis des Transmissionsgrads des Beobachtungsstrahlengangs für das bei Beleuchtung mit Licht der zweiten Leuchtdiode 57 vom Objekt 12 remittierte Licht und des Transmissionsgrads des Beobachtungsstrahlengangs für das bei Beleuchtung mit Licht der ersten Leuchtdiode 56 vom Objekt 12 remittierte Licht;
N das Verhältnis der Empfindlichkeiten, insbesondere der Quantenausbeuten, des lichtempfindlichen Bildsensors 31 für das bei Beleuchtung des Objekts 12 mit Licht der zweiten Leuchtdiode 57 vom Bildsensor empfangene Licht und für das bei Beleuchtung des Objekts 12 mit Licht der ersten Leuchtdiode 56 vom Bildsensor empfangene Licht.
Eine Erweiterung auf alternierende Beleuchtung mit dem Licht dreier oder mehr verschiedener Leuchtdioden oder anderer Lichtquellen, beispielsweise auf alternierende Beleuchtung mit rotem, blauem, grünem und ultravioletten Licht ist möglich.
6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Beleuchtens eines medizinischen Objekts, das mittels eines lichtempfindlichen Bildsensors einer Kamera erfasst wird. Das Verfahren ist anwendbar bei einer Kamerasteuerung, welche die Dauer eines Belichtungsintervalls regelt, innerhalb dessen auf den Bildsensor fallende Photonen ein von dem Bildsensor erzeugtes Bildsignal beeinflussen. Obwohl das Verfahren auch zusammen mit Systemen, Vorrichtungen und Einrichtungen anwendbar ist, die von den oben anhand der 1 bis 4 dargestellten abweichen, werden nachfolgend beispielhaft Bezugszeichen aus den 1 bis 4 verwendet, um das Verständnis zu vereinfachen. Das Verfahren ist insbesondere auch auf medizinische und nicht-medizinische Endoskopie- und Exoskopiesysteme anwendbar.
Bei einem ersten Schritt 101 wird ein Shuttersignal S₁, S₂, S erfasst, das von der Kamerasteuerung 40 erzeugt wird und die Dauer des Belichtungsintervalls E₁, E₂ angibt. Das Shuttersignal kann mehrere Einzelsignale S₁, S₂ umfassen, die über verschiedene physikalische oder logische Übertragungskanäle an den lichtempfindlichen Bildsensor und/oder an eine Shuttereinrichtung übertragen werden können.
Bei einem zweiten Schritt 102 wird das Shuttersignal aufbereitet, insbesondere verstärkt, invertiert oder auf andere Weise gewandelt, insbesondere in ein Belichtungssignal. Bei einem dritten Schritt 103 wird das aufbereitete Signal, insbesondere das Belichtungssignal, von der Kamerasteuerung 40 zu einer Beleuchtungssteuerung 50 übertragen. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Busses 80. Bei einem vierten Schritt 104 wird ein Steuersignal L₁, L₂ aus dem aufbereiteten und übertragenen Signal erzeugt, insbesondere aus dem Belichtungssignal. Das Steuersignal L₁, L₂ wird insbesondere von der Beleuchtungssteuerung erzeugt und kann mehrere Einzelsignale L₁, L₂ umfassen.
Bei einem fünften Schritt 105 wird eine erste Leuchtdiode 56 eingeschaltet bzw. mit einer Leistungsversorgung verbunden. Bei einem sechsten Schritt 106 wird die erste Leuchtdiode 56 ausgeschaltet bzw. von der Leistungsversorgung getrennt. Der fünfte Schritt 105 und der sechste Schritt 106 werden insbesondere mittels einer ersten Schalteinrichtung 53 ausgeführt, die von der Beleuchtungssteuerung 50 mittels des Steuersignals L₁ gesteuert wird.
Bei einem siebten Schritt 107 wird eine zweite Leuchtdiode 57 eingeschaltet bzw. mit einer Leistungsversorgung verbunden. Bei einem achten Schritt 108 wird die zweite Leuchtdiode 57 ausgeschaltet bzw. von der Leistungsversorgung getrennt. Der siebte Schritt 107 und der achte Schritt 108 werden insbesondere mittels einer Schalteinrichtung 54 gesteuert, die von der Beleuchtungssteuerung 50 mittels des Steuersignals L₂ gesteuert wird.
Der fünfte Schritt 105 und der siebte Schritt 107 werden insbesondere zu Beginn eines Belichtungsintervalls E₁, E₂ ausgeführt. Der sechste Schritt 106 und der achte Schritt 108 werden insbesondere am Ende eines Belichtungsintervalls E₁, E₂ ausgeführt. Der fünfte Schritt 105 und der sechste Schritt 106 werden zu Beginn und am Ende desselben Belichtungsintervalls ausgeführt. Der siebte Schritt 107 und der achte Schritt 108 werden zu Beginn und am Ende desselben Belichtungsintervalls ausgeführt. Der fünfte Schritt 105 und der sechste Schritt 106 einerseits und der siebte Schritt 107 und der achte Schritt 108 andererseits können zu Beginn bzw. am Ende zweier verschiedener Belichtungsintervalle, insbesondere zweier unmittelbar aufeinanderfolgender Belichtungsintervalle, ausgeführt werden. Alternativ können der fünfte Schritt 105 und der sechste Schritt 106 einerseits und der siebte Schritt 107 und der achte Schritt 108 andererseits zu Beginn bzw. am Ende desselben Belichtungsintervalls ausgeführt werden.
Der fünfte Schritt 105 und der siebte Schritt 107 können alternativ vor oder nach dem Beginn des jeweiligen Belichtungsintervalls ausgeführt werden. Der sechste Schritt 106 und der achte Schritt 108 können alternativ vor oder nach dem Ende des jeweiligen Belichtungsintervalls ausgeführt werden. Zwischen dem fünften Schritt 105 und dem sechsten Schritt 106 bzw. zwischen dem siebten Schritt 107 und dem achten Schritt 108 kann die Leistung der ersten Leuchtdiode 56 bzw. der zweiten Leuchtdiode 57 mittels eines einstellbaren Vorwiderstands oder mittels Pulsweitenmodulation eingestellt werden.
Die in 6 dargestellten Schritte vom ersten Schritt 101 bis zum und einschließend den achten Schritt 108 können für jedes von der Kamerasteuerung gesteuertes Belichtungsintervall wiederholt werden. Dabei verändert die Kamerasteuerung 40 das Shuttersignal nach jedem Belichtungsintervall so, dass Abweichungen der Helligkeit des zuletzt erfassten Bilds von einem Sollwert oder komplexeren Vorgaben im nachfolgend erfassten Bild möglichst korrigiert werden. Wenn in einer Reihe aufeinanderfolgender Belichtungsintervalle E₁, E₂ mittels zweier oder mehrerer Leuchtdioden zwei oder mehr verschiedene Beleuchtungsspektren erzeugt werden, ist es vorteilhaft, wenn die Kamerasteuerung zwischen den verschiedenen Belichtungsintervallen unterscheidet und die Dauer der Belichtungsintervalle für die verschiedenen Beleuchtungsspektren und die verschiedenen Leuchtdioden unabhängig voneinander einstellt.
Bezugszeichenliste

10: Endoskopiesystem
12: Objekt
20: Endoskop
21: proximales Ende des Endoskops 20
22: Kupplung für Lichtleitkabel 60
23: Kupplung für Kamera 30
24: Schaft des Endoskops 20
25: distales Ende des Endoskops 20
26: Lichtaustrittsfenster am distalen Ende 25 des Endoskops 20
27: Lichteintrittsfenster am distalen Ende 25 des Endoskops 20
30: Kamera
31: lichtempfindlicher Bildsensor der Kamera 30
32: Objektiv der Kamera 30
40: Kamerasteuerung
41: Shuttersignalausgang der Kamerasteuerung 40
42: Belichtungssignalausgang der Kamerasteuerung 40
50: Beleuchtungssteuerung
51: Belichtungssignaleingang der Beleuchtungssteuerung 50
52: Steuersignalausgang der Beleuchtungssteuerung 50
53: Schalteinrichtung
54: Schalteinrichtung
56: Leuchtdiode
57: Leuchtdiode
59: Sammellinse
60: Lichtquelleneinrichtung
61: Leistungsversorgungseinrichtung
70: Lichtleitkabel
80: Bus
101: erster Schritt
102: zweiter Schritt
103: dritter Schritt
104: vierter Schritt
105: fünfter Schritt
106: sechster Schritt
107: siebter Schritt
108: achter Schritt
S₁, S₂: Shuttersignal
S: Shuttersignal
L₁, L₂: Steuersignal
E₁, E₂: Belichtungsintervall
B₁, B₂: Beleuchtungsintervall
C: Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen E₁, E₂

Claims

Verfahren zum Steuern eines Beleuchtens eines Objekts (12), das mittels eines Endoskops (20) oder eines Exoskops und mittels eines lichtempfindlichen Bildsensors (31) erfasst wird, wobei eine Kamerasteuerung (40) die Dauer eines Belichtungsintervalls (E₁, E₂) bestimmt, innerhalb dessen auf den Bildsensor (31) fallende Photonen ein von dem Bildsensor (31) erzeugtes Bildsignal beeinflussen, mit folgenden Schritten: Erfassen (101) eines von der Kamerasteuerung bestimmten Shuttersignals, das die Dauer des Belichtungsintervalls (E₁, E₂) angibt; Steuern (104, 105, 106, 107, 108) des Beleuchtens des Objekts (12) in Abhängigkeit von dem Shuttersignal (S₁, S₂; S).
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem das Steuern des Beleuchtens ein Steuern (105, 106, 107, 108) einer Lichtquelleneinrichtung (56, 57; 60) zur Erzeugung von Beleuchtungslicht zur Beleuchtung des Objekts (12) umfasst.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem das Shuttersignal (S₁, S₂, S) einen Beginn und ein Ende des Belichtungsintervalls (E₁, E₂) angibt, und bei dem das Steuern des Beleuchtens ein Unterbrechen (106, 108) einer von der Lichtquelleneinrichtung (56, 57; 60) erzeugten Strahlungsleistung zwischen zwei aufeinander folgenden Belichtungsintervallen (E₁, E₂) umfasst.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Lichtquelleneinrichtung (56, 57; 60) so gesteuert wird, dass sie nur innerhalb des Belichtungsintervalls (E₁, E₂) Beleuchtungslicht bereitstellt.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem das Steuern des Beleuchtens ein Einschalten (105, 107) einer Lichtquelle (56, 57) der Lichtquelleneinrichtung am Beginn des Belichtungsintervalls (E₁, E₂) und ein Ausschalten (106, 108) der Lichtquelle (56, 57) am Ende des Belichtungsintervalls (E₁, E₂) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Steuern des Beleuchtens (104, 105, 106, 107, 108) ein Steuern von einer oder mehreren anorganischen oder organischen Leuchtdioden (56, 57) oder anderen Halbleiterlichtquellen umfasst.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Leuchtdiode (56, 57) mit einem Strom betrieben wird, der größer als der Nennstrom der Leuchtdiode (56, 57) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Beleuchten so gesteuert wird, dass das Objekt (12) in aufeinanderfolgenden Belichtungsintervallen (E₁, E₂) mit Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen Spektren beleuchtet wird.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem in einem ersten Belichtungsintervall (E₁) mittels einer oder mehrerer erster Leuchtdioden (56) Beleuchtungslicht mit einem vom menschlichen Auge als weiß empfundenen Spektrum erzeugt wird, und bei dem in einem zweiten Belichtungsintervall (E₂) mittels einer oder mehrerer Leuchtdioden (57) oder Diodenlasern Beleuchtungslicht mit einem Anregungsspektrum zur Anregung von Fluoreszenz erzeugt wird.
Beleuchtungssteuerung (50) zum Steuern einer Beleuchtung eines Objekts (12), das mittels eines Endoskops (20) oder eines Exoskops und mittels eines lichtempfindlichen Bildsensors (31) erfasst wird, wobei eine Kamerasteuerung (40) die Dauer eines Belichtungsintervalls (E₁, E₂) bestimmt, innerhalb dessen auf den Bildsensor (31) fallende Photonen ein von dem Bildsensor (31) erzeugtes Bildsignal beeinflussen, mit: einem Belichtungssignaleingang (51) zum Empfangen eines Belichtungssignals (S₁, S₂, S), das die Dauer des Belichtungsintervalls (E₁, E₂) angibt; einem Steuersignalausgang (52) zum Bereitstellen eines Steuersignals (L₁, L₂) zum Steuern einer Beleuchtung des Objekts (12), wobei die Beleuchtungssteuerung (50) ausgebildet ist, um das Steuersignal (L₁, L₂) in Abhängig von dem Belichtungssignal (S₁, S₂, S) zu erzeugen.
Kamerasteuerung (40) für einen lichtempfindlichen Bildsensor (31), zum Regeln einer Dauer eines Belichtungsintervalls (E₁, E₂), innerhalb dessen auf den Bildsensor (31) fallende Photonen ein von dem Bildsensor (31) erzeugtes Bildsignal beeinflussen, mit: einem Belichtungssignalausgang (42) zum Bereitstellen eines Belichtungssignals (S₁, S₂, S), das die Dauer des Belichtungsintervalls (E₁, E₂) angibt, für eine Beleuchtungssteuerung (50).
Computer-Programm mit Programmcode zur Durchführung oder Steuerung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Computer-Programm auf einem Computer oder einem Prozessor abläuft.
Konfigurationsmuster für eine konfigurierbare Anordnung von Logikgattern, wobei das Konfigurationsmuster so ausgebildet ist, dass eine entsprechend dem Konfigurationsmuster konfigurierte Anordnung von Logikgattern zur Durchführung oder Steuerung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.