DE10221343C1 - Einrichtung und Verfahren zur Steuerung von Kameras und Vorschaltgeräten in Operationsleuchten über die Betriebsspannung - Google Patents

Abstract

Das Verfahren dient dazu, in möglichst wirtschaftlicher Weise ein Kamerasystem und elektronische Vorschaltgeräte in eine Operationsleuchte zu integrieren. DOLLAR A Für eine wirtschaftliche Lösung ist es wichtig, die Zahl der Schleifringe in einer Operationsleuchte gering zu halten. Für die Datenübertragung wird daher die Betriebsspannungsleitung benutzt. Um eine preiswerte Übertragung der Daten von zur Kamera zu realisieren, werden Powerline Modem ICs (7) verwendet. Preiswerte Ausführungen sind aber in ihrer Datenübertragungsrate auf 2400 Baud beschränkt. DOLLAR A Um eine Kamera und Vorschaltgeräte mit unterschiedlicher Baudrate mit derselben Anordnung steuern zu können, wird ein Baudratenumsetzer (1) nachgeschalten. DOLLAR A Dabei werden bei meist 5-poligen Schleifringsystemen zwei Schleifringe für die Übertragung von S-VHS Bildsignalen oder beliebiger anderer Übertragungsnormen frei, um die Bildinformation ohne Modulatoren und Demodulatoren übertragen zu können. Dadurch wird die Bildqualität gegenüber Systemen, die das Bildsignal modulieren und demodulieren, wesentlich verbessert. DOLLAR A Die nachfolgende Ausführung ermöglicht eine einfache Steuerung ohne eigenes Netzteil für das Bedienteil außerhalb der Operationsleuchte.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Kameras und Vorschaltgeräten in Operationsleuchten über die Betriebsspannung.

In Operationsleuchten finden zunehmend elektronische Kameras und andere elektronische Geräte wie z. B. Lichtdimmer Verwendung, die von Stellen außerhalb der Leuchte gesteuert werden sollen. Die Leuchte besteht neben dem Leuchtenkörper aus einem Schwenkarm mit mehreren Gelenken.

Bei Operations- und Untersuchungsleuchten wird die Verkabelung über Schleifringe realisiert, um eine große Bewegungsfreiheit der Leuchten ohne Beanspruchung der Kabel zu gewährleisten.

Die Anzahl der Schleifringe wird durch das Design, die Kosten und die Platzverhältnisse beschränkt. Deshalb ist es notwendig die Zahl der Schleifringe zu minimieren.

Zur Zeit werden Verfahren eingesetzt, die das Videosignal zusammen mit der Betriebsspannung und den Steuersignalen über eine einzige 2-Drahtleitung (Koaxialkabel oder symmetrische Doppelader) in einem Kabel über die Schwenkarmanordnung in die Operationsleuchte übertragen. Ziel war es dabei, mit der minimal erforderlichen Anzahl an Schleifringkontakten (3 pro Gelenk) auszukommen, bzw. die Übertragung von Daten auf andere Art und Weise zu lösen.

(Siehe Offenlegungsschriften DE 195 12 689 A1, EP 0736725 B1, DE 196 53 507 A1, sowie DE 199 23 402 A1.)

Verfahren 1 (DE 195 12 689 A1, EP 0736725 B1)

Zur Zusammenführung und Trennung der Bild- und Steuersignale mit der Betriebsspannung der Leuchten werden elektronische Funktionseinheiten (Analogtechnik) wie Multiplexer, Demultiplexer, Modulatoren, Demodulatoren, Frequenzweichen, Durchlass/Sperrfilter oder AD/DA Wandler eingesetzt.

Verfahren 2 (DE 196 53 507 A1)

Ein weiteres Verfahren sieht vor, daß die Signale optisch über die Gelenke übertragen werden, was jedoch elektronische/optische Baugruppen in den Gelenken als auch aufwendige mechanische Justierung der Licht-Sender/Empfänger voraussetzen würde.

Verfahren 3 (DE 199 23 402 A1)

Das Verfahren überträgt die Signale über ein zusätzliches Kabel, wobei die Signale mittels einer speziellen Kondensatorankopplung über die Gelenke übertragen werden.

Nachteile des Standes der Technik

• 1. Das Bildsignal ist anfällig auf Störungen auf der Netzspannung. Zum Schutz sind aufwendige Filter notwendig.
• 2. Das breitbandige Bildsignal wird mit den schmalbandigen Steuersignalen gemischt (Multiplexer, Demultiplexer). Da für die Modulation des Videosignals ohnehin hohe Bandbreiten benötigt werden, werden die Steuersignale zusammen mit den Bildsignalen auf die Betriebsspannung moduliert. Dies bedingt hohe technische Anforderungen an die Modulatoren/Demodulatoren, Multiplexer/Demultiplexer.
• 3. Die Qualität des Videosignals und damit die Bildqualität wird durch die Modulation und Demodulation, sowie durch Störungen auf der Betriebsspannung beeinflußt.
• 4. Bei einigen der bekannten Verfahren existiert kein Rückkanal für die Steuersignale, d. h. die Steuersignale gehen nur vom Bedienteil zur Kamera in der Operationsleuchte.
• 5. Die Modulation mit dem Videosignal ist technisch aufwendig und damit teuer. Die Filteranordnungen sind aufwendig, da die Bildsignale von den Daten und der Netzspannung getrennt werden müssen. Einfachfilter (Filter 1. Ordnung) würden die Bildqualität beeinflußen.

Lösung und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Operationsleuchte mit einfachen technischen Mitteln, neben der Energie auch die Bild- und Steuerdaten zuverlässig zu übertragen. Dabei kann die Steuerung der Kamera direkt über ein Bedienteil oder über einen PC in einer Netzwerkumgebung erfolgen.

Zweck der Erfindung ist es, Kameras oder andere Elektroniken mit einer beliebigen Bitrate über kostengünstige Powerline-Modem IC's [7] mit einer Bitrate von 2400 Baud über die Betriebsspannung anzusteuern. (Fig. Nr. 2, 3, und 4).

Die Powerline-Modem-Übertragung ist derart preiswert, daß eine Verwendung von zusätzlichen Schleifkontakten nicht wirtschaftlich ist.

Für die Steuerung der Objekte wie z. B. der Kamera wird die in jedem Fall sowieso vorhandene Betriebsspannungsleitung verwendet. Dadurch werden bei bidirektionaler Datenübertragung zwei Schleifringe eingespart.

Die Minimierung auf nur 3 Schleifkontakte stellt, wegen des damit verbundenen hohen elektronischen Aufwands, nicht die kostenoptimierte Lösung dar.

Bei der vorgestellten Lösung werden die Bilddaten getrennt von den Steuersignalen übertragen.

Diese Lösung benötigt gegenüber der heutigen Technik einen oder zwei Schleifkontakte (S-VHS) mehr, hat dafür aber entscheidende Vorteile bezüglich dem technischen Aufwand, der Bildqualität und der Störfestigkeit des Bildsignals.

Für die Übertragung der Steuersignale wird eine Bandbreite benötigt, die mit einem handelsüblichen Powerline Modem IC nicht möglich sind. Die meisten Elektroniken wie z. B. Kameras werden mit einer Bitrate angesteuert die über 2400 Baud liegt.

Integrierte Schaltungen für die Datenübertragung auf Betriebsspannungsleitungen (Powerline- Modem IC) sind wegen der Abstrahlung und der dafür erlaubten Frequenzbändern nur mit einer Bitrate von bis zu 2400 Baud preiswert.

Die Daten werden über die Betriebsspannung übertragen. Dabei spielt es keine Rolle, ob ein Netzteil vorgeschaltet ist (Fig. Nr. 2), oder die Daten über die Netzspannung übertragen werden (Fig. Nr. 3). Die Daten können dabei in beide Richtungen übertragen werden.

Nach dem Powerline-Modem stehen die Daten mit einer Baudrate von 2400 Baud zur Verfügung.

Die Kamera wird üblicherweise mit einer Bitrate von 9600 Baud oder höher angesteuert. Dieses Problem wird wie folgt gelöst:
Um die Datenrate anzupassen, wird ein Baudratenumsetzer zwischengeschaltet.

Die Funktionsweise ist in Fig. Nr. 1 dargestellt.

Da die Übertragung der schmalbandigen Steuersignale in bitserieller Form erfolgt, kann die Bitrate an die Erfordernisse für die Übertragung optimiert werden (Baudratenwandlung).

Die verarbeitende Elektronik, vorzugsweise ein Mikrorechner, stellt die bitseriellen Signale in der Leuchte wieder in der Form zur Verfügung, wie sie von der Kamera oder dem Leuchtenbetriebsmittel benötigt werden.

Durch dieses Konzept ergeben sich folgende Vorteile:

• 1. Die Steuersignale können zusammen mit der Betriebsspannung mit einem Standardverfahren übertragen werden.
• 2. Durch die Baudratenanpassung können kostengünstige Standard IC's verwendet werden.
• 3. Die bitserielle Übertragung ist sehr störsicher und lässt sich fehlertolerant mittels eines Mikrorechners gestalten.
• 4. Die Steuersignale sind nicht an ein bestimmtes Format gebunden.
• 5. Durch die digitale softwaregesteuerte Verarbeitung der Signale können geänderte Anforderungen allein durch Softwareänderungen realisiert werden.

Der Baudratenumsetzer wird als Mikrocontroller ausgeführt und kann mit demselben Hardwareaufwand auch die Codierung zwischen dem Bedienteil und der Kamera umsetzen.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß bei einer Änderung der Kameraansteuerung lediglich die Software im Baudratenumsetzer geändert werden muß.

Dadurch kann ohne Hardwareänderung, mit reiner Softwareanpassung, jede neue Kamera mit beliebigem Datenformat oder Baudrate angepaßt werden.

Elektronische Vorschaltgeräte werden zunehmend digital angesteuert (DSI, DALI-Protokoll oder EIB Komponenten). Diese Daten können mit geringem technischem Aufwand und derselben Hardware neben den Steuerdaten für die Kamera, mit übertragen werden.

Die Bildübertragung wird in dem beschriebenen Verfahren nicht beeinflußt.

Dabei kann die Bildinformation über einen Schleifkontakt oder, bei hochwertigen Kameras als getrenntes Y-C Signal mit höherer Bildqualität, über zwei Schleifkontakte geführt werden.

Ziel der Erfindung ist es, bei der Einsparung des Verdrahtungsaufwandes das Videosignal bzw. Bildsignal nicht durch Modulatoren und Demodulatoren zu beeinflussen.

Dadurch wird die Bildqualität verbessert.

Das Verfahren nimmt zudem keinen Einfluß auf den Übertragungsstandard des Bildsignals.

Die Bilder können dabei in jeglichem Format, wie von der Kamera geliefert, unverarbeitet übertragen werden.

Dies bedeutet, daß die Bildsignale zur Übertragung nicht manipuliert werden müssen.

Die Erfindung reduziert die Zahl der Schleifringe mit wesentlich geringerem technischen Aufwand, als dies heute der Fall ist.

Die Fig. Nr. 2, 3, und 4 zeigen mögliche technische Ausführungen der Erfindung auf Blockschaltbildebene.

Anstatt der üblichen 3 Schleifringsätze wird zur Vereinfachung jeweils nur ein Schleifringsatz schematisch dargestellt.

Ausführung 1 nach Fig. Nr. 2 mit integriertem Bedienteil ohne eigenes Netzteil

Die Realisierung gem. Fig. Nr. 2 bietet folgende Vorteile:

• - Kostengünstige Lösung, da diese IC's für die Datenübertragung Massenware sind.
• - Durch die niedere Baudrate kann die Trägerfrequenz einer FSK- oder AM-Modulation sehr niedrig gewählt werden (< 200 kHz). Dadurch werden keine Abstrahlungsprobleme verursacht.
• - Die Filterung und Auswertung ist sehr einfach. Es genügt ein einfaches LC Filter, da lediglich DC oder 50 Hz von der Trägerfrequenz getrennt werden müssen. Hohe Dämpfungen des Nutzsignals sind durch die Verwendung von Powerline IC's kein Problem, weil die Dämpfung auf üblichen Netzleitungen mit entsprechenden X2-Kondensatoren wesentlich höher ausfällt.
• - Verbesserung der Störfestigkeit durch sehr schmalbandige Übertragung.
• - Der Verkabelungsaufwand im Operationssaal bzw. zur Nachrüstung ist äußerst gering, da das Übertragungsverfahren genutzt werden kann, um das Bedienteil auf einfache Art mit Zwei- Drahttechnik anzuschließen.
• - Störungen auf der Netzleitung beeinflussen nicht die Bildqualität. Dadurch wird der Filteraufwand wesentlich kleiner.
• - Einsparung eines eigenen Netzteiles für das Bedienteil durch Mitversorgung des Bedienteils aus dem Netzteil für das Leuchtmittel.

Ausführung 2 nach Fig. Nr. 3 mit geringem Verdrahtungsaufwand bei ausgelagertem Bedienteil

Die Realisierung nach Fig. Nr. 3 bietet folgenden Vorteil:

• - Das Übertragungsverfahren bietet die Möglichkeit einer einfachen Auslagerung des Bedienteils über eine bereits vorhandene Netzleitung. Dadurch kann das Bedienteil ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand von der Operationsleuchte räumlich getrennt werden. Die Verdrahtung entfällt komplett, da die Netzleitung ohne technischen Mehraufwand benutzt werden kann.

Ausführung 3 nach Fig. Nr. 4 Operationsleuchte mit Ethernetanschluß

Die Realisierung nach Fig. 4 bietet folgende Vorteile:

• - Neu an dieser Ausführung ist die zusätzliche Verteilung der Bilder über das in den meisten Krankenhäusern vorhandene Ethernet. Dabei ist die Baudrate des Ethernets nicht entscheidend.
• - Die Steuerung der Kamera kann in diesem Fall von jedem beliebigen PC am Netzwerk erfolgen. Dabei können Passwörter für die Steuerung der Kamera und die Betrachtung der Bilder getrennt vergeben werden.
• - Gesteuert werden üblicherweise alle Funktionen einer Kamera wie Focus, Zoom, Weißabgleich, Farbsättigung und Helligkeit. Es kann einem Benutzer das Passwort für die Kamerasteuerung alleine vergehen werden, während mehrere Benutzer das Bild betrachten können, ohne die Bilder beeinflussen zu können. Somit ist die Zahl der Betrachter der Bilder nicht eingeschränkt.
• - Gleichzeitig wird die technische Voraussetzung geschaffen, die Bilder in Echtzeit über das Internet zu übertragen, um z. B. fachlichen Rat eines entfernten Betrachters einzuholen bzw. die Operation durch diesen überwachen zu lassen.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Steuerung einer Kamera und/oder elektronischen Vorschaltgeräten in einer Operationsleuchte, welche von Stellen außerhalb der Operationsleuchte gesteuert werden,
wobei die Steuersignalübertragung von und zur Kamera und/oder den elektronischen Vorschaltgeräten über die Betriebsspannung und über Schleifkontakte mittels Powerline Modem [7] (Fig. Nr. 2, 3, und 4) übertragen werden,
wobei die Baudrate der übertragenen Steuersignale maximal 2400 Baud beträgt und wobei mindestens ein Baudratenumsetzer [1] vorgesehen ist, der die übertragenen Steuersignale an höhere oder niedere Baudraten für die Kamera und/oder an die elektronischen Vorschaltgeräte anpasst
und das Bildsignal der Kamera nicht über die Betriebsspannungsleitung übertragen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung von Daten Powerline-Modem IC's verwendet werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Zweidrahtanschluss zum Bedienteil [8] führt (Fig. Nr. 2 und 3).

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienteil [8] kein eigenes Netzteil hat.

5. Verfahren zur Steuerung einer Kamera und/oder elektronischen Vorschaltgeräten in einer Operationsleuchte, welche von Stellen außerhalb der Operationsleuchte gesteuert werden,
wobei die Steuersignalübertragung von und zur Kamera und/oder den elektronischen Vorschaltgeräten über die Betriebsspannung und über Schleifkontakte mittels Powerline Modem [7] (Fig. Nr. 2, 3, und 4) übertragen werden,
wobei die Baudrate der übertragenen Steuersignale maximal 2400 Baud beträgt und wobei mindestens ein Baudratenumsetzer [1] vorgesehen ist, der die übertragenen Steuersignale an höhere oder niedere Baudraten für die Kamera und/oder an die elektronischen Vorschaltgeräte anpasst
und das Bildsignal der Kamera nicht über die Betriebsspannungsleitung übertragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung von Daten Powerline-Modem IC's verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Zweidrahtanschluss zum Bedienteil [8] führt (Fig. Nr. 2 und 3).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienteil [8] kein eigenes Netzteil hat.