DE10221343C1 - Control device for camera and/or electronic dimmer incorporated in operating theatre lamp using voltage supply line for supplying control signals to and from camera and/or electronic dimmer - Google Patents
Control device for camera and/or electronic dimmer incorporated in operating theatre lamp using voltage supply line for supplying control signals to and from camera and/or electronic dimmerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Kameras und Vorschaltgeräten in Operationsleuchten über die Betriebsspannung.The invention relates to a device and a method for controlling cameras and Ballasts in operating lights via the operating voltage.
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.Electronic cameras and other electronic devices are increasingly found in operating lights such as B. Light dimmer use, which are to be controlled from outside the luminaire. In addition to the lamp body, the lamp consists of a swivel arm with several joints.
Bei Operations- und Untersuchungsleuchten wird die Verkabelung über Schleifringe realisiert, um eine große Bewegungsfreiheit der Leuchten ohne Beanspruchung der Kabel zu gewährleisten.In the case of surgical and examination lights, the cabling is implemented using slip rings in order to to ensure great freedom of movement of the lights without stressing the cables.
Die Anzahl der Schleifringe wird durch das Design, die Kosten und die Platzverhältnisse beschränkt. Deshalb ist es notwendig die Zahl der Schleifringe zu minimieren.The number of slip rings is limited by the design, the cost and the space available. It is therefore necessary to minimize the number of slip rings.
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.At present, methods are used which combine the video signal with the operating voltage and the control signals via a single 2-wire line (coaxial cable or symmetrical twin wire) in a cable over the swivel arm assembly in the operating light. The goal was to get by with the minimum required number of slip ring contacts (3 per joint), or the Resolve data transfer in other ways.
(Siehe Offenlegungsschriften DE 195 12 689 A1, EP 0736725 B1, DE 196 53 507 A1, sowie DE 199 23 402 A1.)(See published documents DE 195 12 689 A1, EP 0736725 B1, DE 196 53 507 A1 and DE 199 23 402 A1.)
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.For merging and separating the image and control signals with the operating voltage of the Luminaires become electronic functional units (analog technology) such as multiplexers, demultiplexers, Modulators, demodulators, crossovers, pass / cut filters or AD / DA converters used.
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.Another method provides that the signals are transmitted optically via the joints, what however, electronic / optical assemblies in the joints as well as complex mechanical ones Adjustment of the light transmitter / receiver would be required.
Das Verfahren überträgt die Signale über ein zusätzliches Kabel, wobei die Signale mittels einer speziellen Kondensatorankopplung über die Gelenke übertragen werden. The method transmits the signals over an additional cable, the signals using a special capacitor coupling via the joints.
- 1. Das Bildsignal ist anfällig auf Störungen auf der Netzspannung. Zum Schutz sind aufwendige Filter notwendig.1. The image signal is susceptible to interference on the mains voltage. Elaborate filters are required for protection.
- 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.2. The broadband image signal is mixed with the narrowband control signals (Multiplexer, demultiplexer). Because for the modulation of the video signal anyway high Bandwidths are required, the control signals along with the image signals the operating voltage is modulated. This places high technical demands on the Modulators / demodulators, multiplexers / demultiplexers.
- 3. Die Qualität des Videosignals und damit die Bildqualität wird durch die Modulation und Demodulation, sowie durch Störungen auf der Betriebsspannung beeinflußt.3. The quality of the video signal and thus the picture quality is determined by the modulation and Demodulation, as well as influenced by disturbances on the operating voltage.
- 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.4. In some of the known methods there is no return channel for the control signals, i. H. the Control signals only go from the control unit to the camera in the operating light.
- 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.5. The modulation with the video signal is technically complex and therefore expensive. The filter arrangements are complex because the image signals from the data and the Mains voltage must be separated. Single filters (1st order filters) would Affect image quality.
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.The invention has for its object in a surgical light with simple technical Means to reliably transmit the image and control data in addition to the energy. The Control of the camera directly via a control panel or via a PC in a network environment respectively.
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).The purpose of the invention is to control cameras or other electronics with an arbitrary bit rate via inexpensive powerline modem ICs [ 7 ] with a bit rate of 2400 baud via the operating voltage. ( Fig. Nos. 2, 3, and 4).
Die Powerline-Modem-Übertragung ist derart preiswert, daß eine Verwendung von zusätzlichen Schleifkontakten nicht wirtschaftlich ist.The powerline modem transmission is so inexpensive that the use of additional Sliding contacts is not economical.
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.For the control of objects such. B. the camera is in any case available anyway Operating voltage line used. This makes two with bidirectional data transmission Saving slip rings.
Die Minimierung auf nur 3 Schleifkontakte stellt, wegen des damit verbundenen hohen elektronischen Aufwands, nicht die kostenoptimierte Lösung dar.The minimization to only 3 sliding contacts, because of the high electronic associated with it Effort, not the cost-optimized solution.
Bei der vorgestellten Lösung werden die Bilddaten getrennt von den Steuersignalen übertragen.In the solution presented, the image data are transmitted separately from the control signals.
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.Compared to today's technology, this solution requires one or two sliding contacts (S-VHS) more, but has decisive advantages in terms of technical effort, image quality and the immunity of the image signal.
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.A bandwidth is required for the transmission of the control signals, which is available with a commercially available one Powerline Modem IC are not possible. Most electronics such as B. Cameras are with a Bit rate driven which is over 2400 baud.
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.Integrated circuits for data transmission on operating voltage lines (Powerline Modem IC) are only one because of the radiation and the frequency bands allowed for it Bit rate of up to 2400 baud inexpensive.
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.The data are transmitted via the operating voltage. It does not matter whether a power supply is connected upstream ( Fig. No. 2) or the data is being transmitted via the mains voltage ( Fig. No. 3). The data can be transmitted in both directions.
Nach dem Powerline-Modem stehen die Daten mit einer Baudrate von 2400 Baud zur Verfügung.After the Powerline modem, the data is available at a baud rate of 2400 baud.
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.The camera is usually controlled with a bit rate of 9600 baud or higher. This problem is solved as follows:
In order to adapt the data rate, a baud rate converter is interposed.
Die Funktionsweise ist in Fig. Nr. 1 dargestellt.The mode of operation is shown in Fig . 1.
Da die Übertragung der schmalbandigen Steuersignale in bitserieller Form erfolgt, kann die Bitrate an die Erfordernisse für die Übertragung optimiert werden (Baudratenwandlung).Since the transmission of the narrowband control signals takes place in bit serial form, the bit rate can be increased the requirements for the transmission are optimized (baud rate conversion).
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.The processing electronics, preferably a microcomputer, provides the bit serial signals in the Luminaire is again available in the form as it is from the camera or the luminaire equipment are needed.
Durch dieses Konzept ergeben sich folgende Vorteile:
This concept has the following advantages:
- 1. Die Steuersignale können zusammen mit der Betriebsspannung mit einem Standardverfahren übertragen werden.1. The control signals can be used together with the operating voltage using a standard procedure be transmitted.
- 2. Durch die Baudratenanpassung können kostengünstige Standard IC's verwendet werden.2. Due to the baud rate adjustment, inexpensive standard ICs can be used.
- 3. Die bitserielle Übertragung ist sehr störsicher und lässt sich fehlertolerant mittels eines Mikrorechners gestalten.3. The bit serial transmission is very interference-free and can be fault-tolerated using a Design microcomputers.
- 4. Die Steuersignale sind nicht an ein bestimmtes Format gebunden.4. The control signals are not tied to a specific format.
- 5. Durch die digitale softwaregesteuerte Verarbeitung der Signale können geänderte Anforderungen allein durch Softwareänderungen realisiert werden.5. The digital software-controlled processing of the signals can change requirements can only be realized through software changes.
Der Baudratenumsetzer wird als Mikrocontroller ausgeführt und kann mit demselben Hardwareaufwand auch die Codierung zwischen dem Bedienteil und der Kamera umsetzen.The baud rate converter is designed as a microcontroller and can be used with the same Hardware expenditure also implement the coding between the control panel and the camera.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß bei einer Änderung der Kameraansteuerung lediglich die Software im Baudratenumsetzer geändert werden muß.This method has the advantage that when changing the camera control only the Software in the baud rate converter must be changed.
Dadurch kann ohne Hardwareänderung, mit reiner Softwareanpassung, jede neue Kamera mit beliebigem Datenformat oder Baudrate angepaßt werden.As a result, every new camera can be used without hardware changes, with software adjustments only can be adapted to any data format or baud rate.
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.Electronic ballasts are increasingly controlled digitally (DSI, DALI protocol or EIB Components). This data can be done with little technical effort and the same hardware in addition to the control data for the camera.
Die Bildübertragung wird in dem beschriebenen Verfahren nicht beeinflußt.The image transmission is not influenced in the described method.
Dabei kann die Bildinformation über einen Schleifkontakt oder, bei hochwertigen Kameras als getrenntes Y-C Signal mit höherer Bildqualität, über zwei Schleifkontakte geführt werden.The image information can be a sliding contact or, for high-quality cameras separate Y-C signal with higher image quality, can be routed via two sliding contacts.
Ziel der Erfindung ist es, bei der Einsparung des Verdrahtungsaufwandes das Videosignal bzw. Bildsignal nicht durch Modulatoren und Demodulatoren zu beeinflussen.The aim of the invention is to save the wiring effort, the video signal or image signal not influenced by modulators and demodulators.
Dadurch wird die Bildqualität verbessert.This improves the picture quality.
Das Verfahren nimmt zudem keinen Einfluß auf den Übertragungsstandard des Bildsignals.The method also has no influence on the transmission standard of the image signal.
Die Bilder können dabei in jeglichem Format, wie von der Kamera geliefert, unverarbeitet übertragen werden.The images can be transmitted unprocessed in any format as supplied by the camera become.
Dies bedeutet, daß die Bildsignale zur Übertragung nicht manipuliert werden müssen.This means that the image signals do not have to be manipulated for transmission.
Die Erfindung reduziert die Zahl der Schleifringe mit wesentlich geringerem technischen Aufwand, als dies heute der Fall ist.The invention reduces the number of slip rings with much less technical effort than this is the case today.
Die Fig. Nr. 2, 3, und 4 zeigen mögliche technische Ausführungen der Erfindung auf Blockschaltbildebene. Fig. Nos. 2, 3, and 4 show possible technical embodiments of the invention on block diagram level.
Anstatt der üblichen 3 Schleifringsätze wird zur Vereinfachung jeweils nur ein Schleifringsatz schematisch dargestellt. Instead of the usual 3 slip ring sets, only one slip ring set is used for simplification shown schematically.
Die Realisierung gem. Fig. Nr. 2 bietet folgende Vorteile:
The realization acc. Fig. 2 offers the following advantages:
- - Kostengünstige Lösung, da diese IC's für die Datenübertragung Massenware sind.- Inexpensive solution, since these IC's for data transmission are mass-produced.
- - Durch die niedere Baudrate kann die Trägerfrequenz einer FSK- oder AM-Modulation sehr niedrig gewählt werden (< 200 kHz). Dadurch werden keine Abstrahlungsprobleme verursacht.- Due to the low baud rate, the carrier frequency of an FSK or AM modulation can be very low can be selected (<200 kHz). This does not cause any radiation problems.
- - 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.- The filtering and evaluation is very simple. A simple LC filter is sufficient, since only DC or 50 Hz have to be separated from the carrier frequency. High attenuation of the useful signal is no problem due to the use of Powerline ICs, because the attenuation on common power lines with appropriate X2 capacitors is essential turns out higher.
- - Verbesserung der Störfestigkeit durch sehr schmalbandige Übertragung.- Improvement of interference immunity through very narrow-band transmission.
- - 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.- The wiring effort in the operating room or for retrofitting is extremely low, because that Transmission method can be used to easily control the control panel with two Connect wire technology.
- - Störungen auf der Netzleitung beeinflussen nicht die Bildqualität. Dadurch wird der Filteraufwand wesentlich kleiner.- Interference on the power line does not affect the picture quality. This significantly reduces the filter effort.
- - Einsparung eines eigenen Netzteiles für das Bedienteil durch Mitversorgung des Bedienteils aus dem Netzteil für das Leuchtmittel.- Saving of a separate power supply for the control panel by supplying the control panel the power supply for the illuminant.
Die Realisierung nach Fig. Nr. 3 bietet folgenden Vorteil:
The implementation according to Fig . 3 offers the following advantage:
- - 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.- The transfer procedure offers the option of simply outsourcing the control panel via an existing power line. This allows the control panel to be used without additional Wiring expenses are spatially separated from the surgical light. The wiring omitted completely, since the power cord can be used without additional technical effort.
Die Realisierung nach Fig. 4 bietet folgende Vorteile:
. The realization of Figure 4 provides the following benefits:
- - 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.- What is new about this version is the additional distribution of the images over that in most Hospitals existing ethernet. The baud rate of the Ethernet is not critical.
- - 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.- In this case, the camera can be controlled from any PC on the network. Passwords for controlling the camera and viewing the images can be separated be awarded.
- - 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.- Usually all functions of a camera are controlled, such as focus, zoom, white balance, Saturation and brightness. It can give a user the password for camera control alone will pass while multiple users can view the image without the images to be able to influence. Thus, the number of viewers of the pictures is not restricted.
- - 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.- At the same time, the technical prerequisite is created, the images in real time via the Internet to transfer z. B. Obtain professional advice from a distant viewer or the operation to have this monitored.
Claims (8)
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.1. Device for controlling a camera and / or electronic ballasts in an operating light, which are controlled from locations outside the operating light,
the control signal transmission from and to the camera and / or the electronic ballasts via the operating voltage and via sliding contacts using the Powerline Modem [ 7 ] ( Fig. Nos. 2, 3, and 4),
the baud rate of the transmitted control signals is a maximum of 2400 baud and at least one baud rate converter [ 1 ] is provided, which adapts the transmitted control signals to higher or lower baud rates for the camera and / or the electronic ballasts
and the image signal of the camera is not transmitted via the operating voltage line.
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.5. Method for controlling a camera and / or electronic ballasts in an operating light, which are controlled from locations outside the operating light,
the control signal transmission from and to the camera and / or the electronic ballasts via the operating voltage and via sliding contacts using the Powerline Modem [ 7 ] ( Fig. Nos. 2, 3, and 4),
the baud rate of the transmitted control signals is a maximum of 2400 baud and at least one baud rate converter [ 1 ] is provided, which adapts the transmitted control signals to higher or lower baud rates for the camera and / or the electronic ballasts
and the image signal of the camera is not transmitted via the operating voltage line.
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