JP2005143899A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 動画像の撮像を並行して行いながら、ブレの少ないフリーズ画像を撮像することが可能な電子内視鏡装置を提供する。
【解決手段】 フィールド蓄積型撮像素子を有するスコープを備える。大きさが異なる第１、第２光透過部と光遮断部で構成されるロータリシャッタを備える。回動により第１、第２光透過部が光源装置から出射される光束上を順次通過することで光量制御する。第１光透過部の光束通過期間は１フィールド期間より短く、第２光透過部のそれは１フレーム期間より短い。回動タイミングは第１光透過部の光束通過期間の半分終了時点で第１フィールドから第２フィールドに切り替わり、第２光透過部通過期間の開始時点に第２フィールドから次のフレームの第１フィールドに切り替わり第２フィールドの終了以後に第２光透過部の光束通過期間が終了する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子内視鏡装置に関し、特に、ブレの少ないフリーズ画像を取り込むことが可能な電子内視鏡装置に関する。

体腔内の観察や検査を行う電子内視鏡装置において、被写体像、すなわち体腔内患部の静止画像（フリーズ画像）を取り込むことは、患部の治癒の状態を定期的に把握するためにも術者にとって必要な機能となっている。但し、フリーズ画像を取り込む際にも、並行して被写体の動画像を撮像している必要がある。また、動きの早い被写体を撮像する場合に、ブレの少ないフリーズ画像を取り込むことは、鮮明な体腔内患部の画像を得るために必要な機能である。

特許文献１は、動きの早い被写体像を撮像する場合に、１フィールドの画像を間引いて読み出すことで、電荷蓄積及び読み出し期間を短縮し、ブレの少ない画像を表示する装置を開示する。
特開２００２−２０９８３８号公報

しかし、この装置は、１フィールドの画像を間引いて読み出しても画質が落ちたと認識しにくい動画像を撮像する場合には適しているが、このような間引きによるブレ防止は、フリーズ画像の取り込み場合は著しく画質低下を招くので適していない。

したがって本発明の目的は、動画像の撮像を並行して行いながら、ブレの少ないフリーズ画像を取り込むことが可能な電子内視鏡装置を提供することである。

本発明に係る、電子内視鏡装置は、電子シャッタと、所定の映像信号を生成するための画像信号を出力するフィールド蓄積型撮像素子とを有するスコープと、大きさが異なる第１、第２光透過部と光遮断部で構成され、回動によって第１、第２光透過部が、光源装置から出射される光束上を順次通過することで光量を制御し、第１光透過部が光束上を通過する第１光透過部通過期間は、映像信号の１フィールド期間よりも短く、第２光透過部が前記光束上を通過する第１光透過部通過期間は、映像信号の１フレーム期間よりも短いロータリシャッタと、第１光透過部通過期間に撮像された被写体の第１輝度と、第２光透過部通過期間に撮像された被写体の第２輝度を検出する輝度検出手段と、第１、第２輝度を同レベルに制御する輝度制御手段とを備え、回動は、第１光透過部通過期間の半分終了時点でフレームの第１フィールドから、第２フィールドに切り替わる第１回動タイミングと、第２光透過部通過期間の開始時点に第２フィールドから次のフレームの第１フィールドに切り替わり、次のフレームの第２フィールドの終了以後に第２光透過部通過期間が終了する第２回動タイミングに従って行う。

好ましくは、第２回動タイミングは、次のフレームの第２フィールドの終了時点に第２光透過部通過期間が終了する。

また、好ましくは、ロータリシャッタは、第１、第２光透過部は連続して構成され、第２回動タイミングは、次のフレームの第２フィールドの終了後でかつ第１光透過部通過期間の開始時点に第２光透過部通過期間が終了し、次のフレームの第２フィールドの終了時点から第１光透過部通過期間の開始時点までの間に蓄積された電荷は電子シャッタによって掃き出され、第１光透過部通過期間の終了時点から第２透過部通過期間の開始時点までは、光遮断部によって、光束が遮断される。

また、好ましくは、輝度制御手段は、第１光透過部通過期間に前記光源装置から出射される光量、及び撮像素子からの出力信号を増幅する増幅度のうち少なくとも１つを制御する。これにより、第１光透過部通過期間に撮像された被写体像の明るさを制御することが可能になる。

また、好ましくは、輝度制御手段は、第２光透過部通過期間に光源装置から出射される光量、撮像素子からの出力信号を増幅する増幅度、及び電子シャッタの調光期間のうち少なくとも１つを制御する。これにより、第２光透過部通過期間に撮像された被写体像の明るさを制御することが可能になる。

また、好ましくは、輝度制御により、第１、第２輝度が同レベルにならない場合は、第１光透過部通過期間に蓄積された電荷を不要電荷として掃き出し、画像信号として画像メモリに書き込むことを中止する書き込み中止手段を備える。これにより、第１、第２光透過部通過期間にそれぞれ撮像された被写体像の明るさの違いから生じる動画像の見辛さを解消することが可能になる。

また、好ましくは、フリーズ画像を取り込む時は、第１光透過部通過期間に蓄積された第１、第２フィールドの電荷に基づく画像信号を読み出し画像メモリに格納するフリーズ画像取り込み手段を備える。これにより、短い露光期間に撮像されたフリーズ画像を撮像することができ、動きの早い被写体像についてブレの少ないフリーズ画像を撮像することができる。

また、好ましくは、輝度制御により、第１、第２輝度が同レベルにならない場合に、フリーズ画像を取り込む時は、第２光透過部通過期間に蓄積された第１フィールドの電荷又は第２フィールドの電荷の一方のみに基づく画像信号を画像メモリに格納するフリーズ画像取り込み手段を備える。

また、好ましくは、ロータリシャッタと、動画像を取り込む際の光源装置からの光量を制御する調光用ブレードのいずれかを切り替えて使用する切替手段を備える。これにより、フリーズ画像を必要としない場合には、さらにロータリシャッタ使用時に比べて明るい動画像を撮像することが可能になる。

また、本発明に係る、所定の映像信号を生成するための画像信号を出力する、電子内視鏡装置は、電子シャッタと、フィールド蓄積型とフレーム蓄積型の切換可能な撮像素子とを有するスコープと、大きさが異なる第１、第２光透過部と光遮断部で構成され、回動によって前記第１、第２光透過部が、光源装置から出射される光束上を順次通過することで光量を制御し、第１光透過部が光束上を通過する第１光透過部通過期間は、映像信号の１フィールド期間よりも短く、第２光透過部が光束上を通過する第２光透過部通過期間は、映像信号の１フレーム期間よりも短いロータリシャッタと、第１光透過部通過期間に撮像された被写体の第１輝度と、第２光透過部通過期間に撮像された被写体の第２輝度を検出する輝度検出手段と、第１、第２輝度を同レベルに制御する輝度制御手段とを備え、第１光透過部通過期間を含むフレームでは、フレーム蓄積型で蓄積された電荷の読み出しを行い、他のフレームではフィールド蓄積型で蓄積された電荷の読み出しを行い、回動は、フレームの第１フィールド終了時点に、第１光透過部通過期間が終了する第３回動タイミングと、第２光透過部通過期間の開始時点に次のフレームの第１フィールドに切り替わり、次のフレームの第２フィールドの終了以後に第２光透過部通過期間が終了する第４回動タイミングに従って行う。これにより、フリーズ画像を撮像する場合に、第１、第２フィールドに電荷蓄積が開始、及び終了されるタイミングが一致させることができ、さらにブレの少ないフリーズ画像を撮像することが可能になる。

好ましくは、第４回動タイミングは、次のフレームの第２フィールドの終了時点に第２光透過部通過期間が終了する。

また、好ましくは、ロータリシャッタは、第１、第２光透過部は連続して構成され、第４回動タイミングは、次のフレームの第２フィールドの終了後でかつ第１光透過部通過期間の開始時点に第２光透過部通過期間が終了し、次のフレームの第２フィールドの終了時点から第１光透過部通過期間の開始時点までの間に蓄積された電荷は電子シャッタによって掃き出され、第１光透過部通過期間の終了時点から第２透過部通過期間の開始時点までは、光遮断部によって、光束が遮断される。

また、好ましくは、輝度制御手段は、第１光透過部通過期間に光源装置から出射される光量、及び撮像素子からの出力信号を増幅する増幅度のうち少なくとも１つを制御する。これにより、第１光透過部通過期間に撮像された被写体像の明るさを制御することが可能になる。

また、好ましくは、輝度制御手段は、第２光透過部通過期間に光源装置から出射される光量、撮像素子からの出力信号を増幅する増幅度、及び電子シャッタの調光期間のうち少なくとも１つを制御する。これにより、第２光透過部通過期間に撮像された被写体像の明るさを制御することが可能になる。

また、好ましくは、輝度制御により、第１、第２輝度が同レベルにならない場合は、第１光透過部通過期間に蓄積された電荷を不要電荷として掃き出し、画像信号として画像メモリに書き込むことを中止する書き込み中止手段を備える。これにより、第１、第２光透過部通過期間にそれぞれ撮像された被写体像の明るさの違いから生じる動画像の見辛さを解消することが可能になる。

また、好ましくは、フリーズ画像を取り込む時は、第１光透過部通過期間に蓄積された第１、第２フィールドの電荷に基づく画像信号を読み出し画像メモリに格納するフリーズ画像取り込み手段を備える。これにより、短い露光期間に撮像されたフリーズ画像を撮像することができ、動きの早い被写体像についてブレの少ないフリーズ画像を撮像することができる。

また、好ましくは、輝度制御により、第１、第２輝度が同レベルにならない場合に、フリーズ画像を取り込む時は、第２光透過部通過期間に蓄積された第１フィールドの電荷又は第２フィールドの電荷の一方のみに基づく画像信号を画像メモリに格納するフリーズ画像取り込み手段を備える。

また、好ましくは、ロータリシャッタと、動画像を取り込む際の光源装置からの光量を制御する調光用ブレードのいずれかを切り替えて使用する切替手段を備える。

以上のように本発明によれば、動画像の撮像を並行して行いながら、ブレの少ないフリーズ画像を撮像することが可能な電子内視鏡装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、まず第１の実施形態を、図１〜１１を参照して説明する。図１は、電子内視鏡装置の全体構成図を示す。本実施形態に係る内視鏡装置は、カラースコープ１０と、カラープロセッサ２０と、カラーモニタ４０とを備える。カラースコープ１０は、カラープロセッサ２０により制御され、被写体を撮像する。撮像により得られた画像信号はカラープロセッサ２０によってカラーモニタ４０で出力が可能な映像信号に変換される。変換された映像信号はアナログ信号でカラーモニタ４０に伝達される。伝達された映像信号は、カラーモニタ４０によって出力（画面表示）される。使用者は、カラーモニタ４０による出力結果により、カラースコープで撮像された被写体映像を観察することができる。

カラースコープ１０は、撮像部１１と、照明部１２と、操作部１３と、コネクタ部１４を有し、照明部１２が被写体に適度な照明光量を与えながら撮像部１１が被写体を撮像する。

撮像部１１は、ＣＣＤなどの撮像素子１１ａ、撮像素子１１ａを駆動するドライバ１１ｃ、及びカラースコープ１０の特性に関するデータがあらかじめ記憶されているＲＯＭ１１ｄを有する。ドライバ１１ｃの制御は、ＲＯＭ１１ｄ、及び後述するタイミング部２５が出力するクロックパルスに従って、システムコントロール部２４が行う。被写体の撮像によって撮像素子１１ａに蓄積された電荷は、電気信号としてＲとＧとＢの画像信号に色分離されて、初段画像信号処理部２１に転送される。

照明部１２は、被写体に後述する光源装置２６からの光を照明光として供給する。操作部１３は、撮像モードを切り替えるスイッチ１３ａ、フリーズ画像を取り込む指令を行うスイッチ１３ｂを有する。カラースコープ１０と、カラープロセッサ２０は、コネクタ部１４で光学的・電気的に接続される。

カラープロセッサ２０は、初段画像信号処理部２１、画像メモリ部２２、後段画像信号処理部２３、システムコントロール部２４、タイミング部２５、光源装置２６、操作スイッチ部２７、及び調光ユニット部３０を有しており、カラースコープ１０で撮像し蓄積電荷に基づいて生成された画像信号を、カラーモニタ４０で出力できる映像信号に変換する。

カラーモニタ４０は、画像信号を取り込んで表示することが可能な市販のカラーモニタであり、カラースコープ１０で撮像され、カラープロセッサ２０で変換された映像信号を、出力（画面表示）する。

図２を参照してカラープロセッサ２０の構成を詳細に説明する。初段画像信号処理部２１は、転送された画像信号をＲＧＢ増幅度設定部２１ａで増幅し、画像メモリ部２２に順次記憶する。また、初段画像信号処理部２１は、転送された画像信号から輝度信号を生成し、輝度を検出する。輝度信号の生成は、ＲＧＢ／Ｙブロック２１ｂで行われる。輝度検出は、第１明るさ検出部２１ｃ、及び第２明るさ検出部２１ｄで行われる。第１明るさ検出部２１ｃは、後述する調光ブレード３１を使用している場合の輝度検出を、第２明るさ検出部２１ｄは、後述するロータリシャッタ３２を使用している場合の輝度検出を行う。第１、第２明るさ検出部２１ｃ、２１ｄで検出された輝度の値は、システムコントロール部２４に転送され、電子シャッタの調光期間、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａの増幅度合い、及びランプ部２６ｂの光量制御に用いられる。

画像メモリ部２２は、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａで増幅された画像信号をＲＧＢごとに、フィールドごとに記憶する。画像メモリ部２２に記憶された画像信号は、後段画像信号処理部２３に転送される。図１、図２は、増幅された画像信号のうち第１フィールドで蓄積されたＲの画像信号はＲ１に、Ｇの画像信号はＧ１に、Ｂの画像信号はＢ１に、第２フィールドで蓄積されたＲの画像信号はＲ２に、Ｇの画像信号はＧ２に、Ｂの画像信号はＢ２に記憶される図を示す。

後段画像信号処理部２３は、転送された画像信号を、コンポジット信号、Ｙ／Ｃ分離信号などの映像信号に変換してカラーモニタ４０などに出力する。

システムコントロール部２４は、図示しないＣＰＵとＲＡＭとを有し、内視鏡装置各部の制御や信号の一時記憶をそれぞれ行う。

タイミング部２５は、システムコントロール部２４の制御により、各部にクロックパルスや同期信号などを出力し、処理タイミングを調整する。

光源装置２６は、ランプ電源部２６ａ、ランプ部２６ｂ、及び集光レンズ２６ｃを有し、調光ユニット部３０、照明部１２を介して被写体に光量を与える。ランプ電源２６ａから供給された電力によってランプ部２６ｂは光を出射し、その光束は集光レンズ２６ｃで集光され、集光された光は、光ファイバーなどの光誘導部材（図示せず）によって照明部１２まで伝送される。

操作スイッチ部２７は、調光ユニット部３０、照明部１２を介して与える光量を使用者の任意の基準値に設定するスイッチを有する。

調光ユニット部３０は、通常の動画像を撮像する場合に光量を調整する調光ブレード３１と、動画像の撮像と並行してフリーズ画像を取り込む場合に光量及び露光期間を調整するロータリシャッタ３２と、を有する。調光ユニット部３０は、調光ブレード３１を駆動する第１モータ３３、ロータリシャッタ３２を駆動する第２モータ３４、及び調光ブレード３１とロータリシャッタ３２とを切り替えるためにこれらを共に移動させる第３モータ３５とを有する。調光ブレード３１とロータリシャッタ３２との切り替えは、カラースコープ１０の操作部１３の撮像モードを切り替えるスイッチ１３ａの押下によって行われる。図２は、第３モータ３５を駆動して、ロータリシャッタ３２が光束上にある場合を、図３は、第３モータ３５を駆動して、調光ブレード３１が光束上にある場合を示す。また、本実施形態では、図２に示すように、ランプ部２６ｂからの光束が平行光である時点で、ロータリシャッタ３２により光束が適時遮断されるが、光束が集光レンズ２６ｃなどにより集光された後の位置にロータリシャッタ３２が配置されてもよい。

図４は、ロータリシャッタ３２をランプ部２６ｂ側から見た斜視図を示す。図５は、ロータリシャッタ３２をランプ部２６ｂと反対側から見た斜視図を示す。図６は、ロータリシャッタ３２をランプ部２６ｂ側からみた平面図を示す。図４〜６に示されるように、ロータリシャッタ３２は、第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂ、及び光遮断部３２ｃで構成され、回動軸３２ｄを中心とした回動によって第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂが光源装置２６から出射される光束上を順次通過する。回動方向は、ランプ部２６ｂ側から見て時計回りである。第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂは、ランプ部２６ｂからの光を遮断することなく透過させる透明な部材または穴である。光遮断部３２ｃは、ランプ部２６ｂからの光を遮断する不透明な部材である。

第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂが光束上を通過する期間及びタイミングは、図７〜１０で詳しく説明する。まず、図７〜９で、通常の動画像撮像の際の電荷蓄積などのタイミングを説明する。その後、図１０で、第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂが光束上を通過する期間及びタイミングについて説明する。

図７は、通常フィールド蓄積型の撮像素子で動画像を撮像する場合のタイミングチャートを示す。図８は、フィールド蓄積型の撮像素子において第１フィールドで蓄積された電荷の転送の略図を示す。図９は、フィールド蓄積型の撮像素子において第２フィールドで蓄積された電荷の転送の略図を示す。

図７は、横軸に時間軸ｔをとり、第１、第２フィールドにおいて電荷蓄積されるタイミング、及び画像信号出力すなわち蓄積された電荷を電気信号として出力するタイミングを示す。第１、第２フィールドの時間的長さはそれぞれ１／６０秒で、これらを合わせた１フレームの長さは１／３０秒である。従って、Ｔ₁₀〜Ｔ₂₀、Ｔ₂₀〜Ｔ₃₀、・・・、Ｔ₇₀〜Ｔ₈₀の長さは同じで、それぞれ１／６０秒である。

Ｔ₁₀の時点から、１／６０秒経過したＴ₂₀の時点で、第１フィールドが終了すると、図８に示す水平転送レジスタ１１ｈｒに近い画素から奇数番目の画素（Ｐ₁₁、Ｐ₁₃、Ｐ₂₁、Ｐ₂₃、Ｐ₃₁、Ｐ₃₃）の電荷と、次の偶数番目の画素（Ｐ₁₂、Ｐ₁₄、Ｐ₂₂、Ｐ₂₄、Ｐ₃₂、Ｐ₃₄）の電荷が同時に加算して読み出される。読み出された電荷は、垂直転送レジスタ１１ｖｒ、水平転送レジスタ１１ｈｒを経て、カラープロセッサ２０に画像信号としてＲＧＢに色分離されて出力される。

その間、撮像素子には次の電荷の蓄積が行われており、第１フィールドが終了した時点Ｔ₂₀から１／６０秒経過した時点Ｔ₃₀で、第２フィールドが終了する。終了すると、図９に示すように、加算の組み合わせを変え、水平転送レジスタ１１ｈｒに近い画素から偶数番目の画素（Ｐ₁₂、Ｐ₁₄、Ｐ₂₂、Ｐ₂₄、Ｐ₃₂、Ｐ₃₄）の電荷と、次の奇数番目の画素（Ｐ₁₃、Ｐ₁₅、Ｐ₂₃、Ｐ₂₅、Ｐ₃₃、Ｐ₃₅）の電荷が同時に加算して読み出される。読み出された電荷は、垂直転送レジスタ１１ｖｒ、水平転送レジスタ１１ｈｒを経て、カラープロセッサ２０に画像信号としてＲＧＢに色分離されて出力される。

フリーズ画像は、これら第１、第２フィールドの画像信号を重ね合わせて構成されるので、電荷蓄積の開始時点が第１フィールドはＴ₁₀の時点、第２フィールドはＴ₂₀の時点と同時でないこと、電荷蓄積期間が１／６０秒あることから、動きのある被写体像を撮像するとブレが生じる。しかし、動画像は、これらフィールドごとに電荷蓄積及び電荷読み出しを連続して行っており、人の目には、フリーズ画像に比べるとブレを感じず滑らかに画像が動いているように見える。

図１０は、第１の実施形態におけるフリーズ画像を取り込む場合のタイミングチャートを示す。図１０は、横軸に時間軸ｔをとり、第１、第２フィールドにおいての電荷蓄積タイミング、画像信号出力するタイミング、電子シャッタの解除、調光期間のタイミング、及びランプ部２６ｂの光量を増加させる期間のタイミングを示す。

フィールドごとに蓄積された電荷が読み出され、垂直転送レジスタ１１ｖｒ、水平転送レジスタ１１ｈｒを経て、カラープロセッサ２０に画像信号として出力される流れは、図７〜９で示したものと同様である。第１光透過部３２ａが光束上を通過する期間はＡ期間、すなわちＴ₁₁の時点からＴ₂₁の時点までの間である。第１フィールドが始まった（Ｔ₁₀）後のＴ₁₁の時点から、第１光透過部３２ａが光束上を通過し始め、第１フィールドが終了し同じフレームの第２フィールドが始まる時点（Ｔ₂₀）で、第１光透過部３２ａが光束上を半分通過し、Ｔ₂₁の時点で、第１光透過部３２ａの光束上の通過が終了する。Ｔ₁₁は、Ｔ₁₀の時点からＴ₂₀の時点までの間の時点であり、Ｔ₁₁からＴ₂₀までが短いほど、露光期間は短くなる。本実施形態では、Ｔ₁₁をＴ₁₀とＴ₂₀の間でかつＴ₂₀に近い側の時点として、Ｔ₁₁〜Ｔ₂₁の長さを１フィールド（１／６０秒）よりも短くした。例えば、Ａの期間は１／５００秒である。Ｔ₂₀の時点からＴ₂₁の時点までは、Ｔ₁₁の時点からＴ₂₀の時点までの長さと同じである。すなわち、第１光透過部３２ａが光束上を通過する半分の時点で、第１フィールドと、第２フィールドが切り替わるタイミングで、第１光透過部３２ａは光束上を通過する。図６は、第１光透過部３２ａが光束上を通過する半分の時点（Ｔ₂₀）でのロータリシャッタ３２と光束の位置状態を示している。Ｔ₁₀〜Ｔ₁₁、Ｔ₂₁〜Ｔ₃₀の間は、光遮断部３２ｃが光束上を通過する。

Ｔ₁₀〜Ｔ₂₀、Ｔ₂₀〜Ｔ₃₀の間、電子シャッタは、解除される。電荷蓄積は、通常と同じ１／６０秒ずつ行われるが、ロータリシャッタ３２の光遮断部３２ｃが光束上を通過する間は、光源装置２６からの光が被写体に届かず、露光されない。第１光透過部３２ａが光束上を通過する間だけ、光源装置２６からの光が被写体に届けられ露光される。露光期間（Ｔ₁₁〜Ｔ₂₁）は、１フィールド（１／６０秒）に比べて短いため、光量が十分でない可能性がある。そのため、この期間に限り、ランプ部２６ｂの光量を増加させる、または、増幅度合いをＲＧＢ増幅度設定部２１ａで調整する。光量、増幅の調整については、後述する。

第２光透過部３２ｂが光束上を通過する期間は、Ｂ期間、すなわちＴ₃₀の時点からＴ₅₀の時点までの間である。第１フィールドが始まる時点（Ｔ₃₀）で、第２光透過部３２ｂが光束上を通過開始され、同じフレームの第２フィールドが終了した時点（Ｔ₅₀）で、第２光透過部３２ｂの光束上の通過が終了する。

Ａ期間の光量がＢ期間の光量に比べて少なくなるため、Ｂ期間の中で、フィールドごとに調光される期間を１フィールド（１／６０秒）に比べて短くして露光量を抑え、Ａ期間に撮像された被写体の明るさと、Ｂ期間に撮像された被写体の明るさを同程度に調整する。この調整は、電子シャッタによる調光期間の調整だけでなく、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａの増幅度合い、及びランプ部２６ｂの光量の調整も組み合わせて行われる。図１０は、調光期間の長さの調整によって、Ｔ₃₁〜Ｔ₄₀、Ｔ₄₁〜Ｔ₅₀の調光期間の長さと、次の第２光透過部通過期間における調光期間（Ｔ₇₁〜Ｔ₈₀、Ｔ₈₁〜Ｔ₉₀）の長さは異なる状態を示す。

以上のような、第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂの光束上を通過する期間、タイミングの条件を満たすようにロータリシャッタ３２の形状及び回動周期が設定される。従って、第１の実施形態では、図６のように、第１光透過部３２ａを半円よりも小さい扇形で、第２光透過部３２ｂを半円でそれぞれ構成している。また、回動周期は、第１、第２フィールドが２回ずつ含まれる１／１５秒である。

次に、第１の実施形態における被写体の動画像の撮像及び、フリーズ画像の取り込みについて説明する。

フリーズ画像を必要とせず、通常の動画像を撮像する場合は、カラースコープ１０の操作部１３の撮像モードを切り替えるスイッチ１３ａを押下して、通常撮像モードを選択する。通常撮像モードが選択されると、カラープロセッサ２０の調光ユニット部３０の第３モータ３５が駆動されて、調光ブレード３１が、ランプ部２６ｂから出射される光の光束上の位置に配置される。

ランプ部２６ｂから出射される光は、調光ブレード３１の図示しない光絞り具合によって光量が制御される。制御された光は、集光レンズ２６ｃによって集光され、光誘導部材によってその光は照明部１２まで伝送される。伝送された光は、照明部１２によって被写体を照らす。撮像部１１は、光が照らされた被写体を撮像する。撮像により、撮像素子１１ａに電荷が蓄積され、蓄積された電荷は、画像信号としてフィールドごとにＲＧＢに分けられカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送、すなわち画像信号出力される。初段画像信号処理部２１は、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａでＲＧＢそれぞれの画像信号を増幅し、これを画像メモリ部２２に、ＲＧＢごとに、フィールドごとに記憶する。記憶された画像信号は後段画像信号処理部２３に転送され、後段画像信号処理部２３で映像信号に変換されてカラーモニタ４０などに出力される。この流れがフィールドごとに繰り返し行われることにより、動画像が出力される。

また、初段画像信号処理部２１は、ＲＧＢ／Ｙブロック２１ｂで、ＲＧＢごとの画像信号から輝度信号を生成し、第１明るさ検出部２１ｃで、生成された輝度信号の輝度を検出する。検出された値は、システムコントロール部２４に転送される。システムコントロール部２４は、あらかじめ術者が操作スイッチ部２７で設定した明るさの基準値と一致しているか否かを判断する。一致しておらず、明るさが足りないと判断した場合は、調光ブレード３１の光絞り具合を開放方向、すなわち光源装置２６からの光を遮断しない方向に調整する。逆に明る過ぎると判断した場合は、調光ブレード３１の光絞り具合をさらに絞る方向、すなわち光源装置２６からの光を遮断する方向に調整する。一致していると判断した場合は、調光ブレード３１の絞り具合は変更しない。これにより、あらかじめ術者が操作スイッチ部２７で設定した明るさの基準値を維持しながら、被写体の動画像を撮像し、カラーモニタ４０で観察することが可能になる。

調光ブレード３１は、ロータリシャッタ３２に比べて、光を遮断する割合を少なくすることができる。従って、被写体までの距離が長く、後述するロータリシャッタ３２でフリーズ画像を満足な明るさで撮像できないような場合に、動画像を適度な明るさで撮像するのに有効である。

フリーズ画像を必要とする場合は、カラースコープ１０の操作部１３の撮像モードを切り替えるスイッチ１３ａを押下して、フリーズ画像取り込みモードを選択する。フリーズ画像取り込みモードが選択されると、カラープロセッサ２０の調光ユニット部３０の第３モータ３５が駆動されて、ロータリシャッタ３２が、ランプ部２６ｂから出射される光の光束上の位置に配置される。

ランプ部２６ｂから出射される光は、ロータリシャッタ３２の第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂ、及び光遮断部３２ｃが光束上を通過することによって光量が制御される。制御された光は、集光レンズ２６ｃによって集光され、光誘導部材によってその光は照明部１２まで伝送される。伝送された光は、照明部１２によって被写体を照らす。撮像部１１は、光が照らされた被写体を撮像する。撮像により、撮像素子１１ａに電荷が蓄積され、蓄積された電荷は、画像信号としてフィールドごとにＲＧＢに分かれてカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送される。初段画像信号処理部２１は、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａでＲＧＢそれぞれの画像信号を増幅し、これを画像メモリ部２２に、ＲＧＢの信号ごとに、フィールドごとに記憶する。記憶された信号は後段画像信号処理部２３に転送され、後段画像信号処理部２３で映像信号に変換されてカラーモニタ４０などに出力される。この流れがフィールドごとに繰り返し行われるのは調光ブレード３１の使用時と同様である。

また、初段画像信号処理部２１では、ＲＧＢ／Ｙブロック２１ｂで、ＲＧＢごとの画像信号から輝度信号が生成され、第２明るさ検出部２１ｄで、生成された輝度信号の輝度を検出する。

検出された輝度の値は、システムコントロール部２４に転送される。システムコントロール部２４は、あらかじめ術者が操作スイッチ部２７で設定した明るさの基準値と一致しているか否かを判断する。一致しておらず、明るさが足りないと判断した場合は、Ａ期間のＲＧＢ増幅度設定部２１ａによる増幅度調整、及びランプ部２６ｂの光量調整と、Ｂ期間の電子シャッタによる調光期間の調整、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａによる増幅度調整、及びランプ部２６ｂの光量調整を行う。ＲＧＢ増幅設定部２１ａによる増幅度合いをアップさせること、ランプ２６ｂの光量を増加させること、及び電子シャッタによる調光期間を長くすることは、いずれも撮像された被写体画像の明るさを増加させる効果があるが、いずれかだけを偏って調整するとＳ／Ｎ比を著しく悪くするなど、画質劣化が生じるおそれがあるので、これら３つをバランスよく調整する。

また、システムコントロール部２４は、Ａ期間に撮像された被写体画像の明るさと、Ｂ期間に撮像された被写体画像の明るさを同レベルに維持するための調整を行う。すなわち、Ａ期間はＢ期間に比べて短いため、Ａ期間の露光量が、Ｂ期間の露光量に比べて少なくなるのを解消するために、Ａ期間におけるＲＧＢ増幅度設定部２１ａによる増幅度合い、及びランプ部２６ｂの光量を増加させ、Ｂ期間における電子シャッタの調光期間の短縮、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａによる増幅度合い、及びランプ部２６ｂの光量を減少させる。この調整により、調光ブレード３１を使用している場合に比べると、動画像の明るさは落ちるが、Ａ期間に撮像された被写体と、Ｂ期間に撮像された被写体の明るさは同レベルに維持できる。Ａ期間、Ｂ期間において交互に撮像及び出力が繰り返されるが、快適に動画像を観察することが可能になる。

ロータリシャッタ３２を使用しているフリーズ画像取り込みモードにおいては、動画像を並行して撮像しながら、任意のタイミングで、フリーズ画像を取り込むことができる。カラースコープ１０の操作部１３のフリーズ画像を取り込む指令を行うスイッチ１３ｂを押下すると、押下した直後に第１光透過部３２ａが光束上を通過するＡ期間において第１、第２フィールドで蓄積された電荷をフリーズ画像として取り込み及び出力する。具体的に図１０で時系列に説明する。Ａ期間を含む第１フィールドのＴ₁₀〜Ｔ₁₁時点の間は、光は光遮断部３２ｃによって遮断されているので、電荷蓄積は可能な状態ではあるが電荷は蓄積されていない。第１光透過部３２ａが光束上を通過開始したＴ₁₁時点から露光が開始され、Ｔ₂₀時点で第１フィールドは終了する。蓄積された電荷は画像信号としてカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送され、さらに画像メモリ部２２のＲ１、Ｇ１、Ｂ１に格納される。次に、Ａ期間を含む第２フィールドは、第１光透過部３２ａが光束上を通過する中間時点のＴ₂₀時点から電荷蓄積が開始される。Ｔ₂₀〜Ｔ₂₁の時点の間は、第１光透過部３２ａが光束上を通過しているので、露光もされている。Ｔ₂₁の時点で露光は終了する。Ｔ₂₁〜Ｔ₃₀の間は、第１光透過部３２ａの光束上の通過が終了し光遮断部３２ｃが光束上を通過するので、光は遮断され、電荷蓄積は可能な状態ではあるが、電荷は蓄積されていない。Ｔ₃₀の時点で第２フィールドは終了する。蓄積された電荷は画像信号としてカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送され、さらに画像メモリ部２２のＲ２、Ｇ２、Ｂ２に格納される。これらの画像信号が重ね合わされてフリーズ画像としてカラーモニタ４０に出力される。

第１、第２フィールドの時間的なズレは、１／６０秒であるが、ロータリシャッタ３２の第１光透過部３２ａの光束上の通過によって、露光開始される時間的なズレは、Ｔ₁₁〜Ｔ₂₀の間である。従って、時間的なズレが小さくなることにより、第１、第２フィールドに対する画像信号の重ね合わせのブレの量は少なくなる。また、露光期間も、１／６０秒よりも短いため、動きの早い被写体像を撮像した場合の露光期間の長さによるブレの量も少なくなる。さらに、露光期間の間、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａの増幅度合い、及びランプ部２６ｂの光量が調整されるので、露光量の少なさが補われる。

ランプ部２６ｂが劣化するなど、Ａ期間に撮像された被写体画像の明るさと、Ｂ期間に撮像された被写体画像の明るさを同レベルに維持するための調整が十分に出来ない場合は、システムコントロール部２４は、Ａ期間を含む第１、第２フィールドの間に蓄積された電荷を不要電荷として掃き出し、画像信号として画像メモリ部２２に格納しない。また、この場合に、フリーズ画像を取り込む指令を行うスイッチ１３ｂが押下された時は、押下された直後の第２光透過部３２ｂを通過するＢ期間を含む第１フィールドの間に蓄積された電荷又は第２フィールドの間に蓄積された電荷の一方のみに基づく画像信号をフリーズ画像として取り込み及び出力する。

具体的に図１１で時系列に説明する。Ｂ期間を含む第１フィールドのＴ₃₀〜Ｔ₃₁時点の間は、電荷蓄積は行われているがＴ₃₁の時点でそれまでに蓄積された電荷が不要電荷として掃き出される。掃き出された不要電荷は、画像信号として読み出されず画像メモリ部２２に格納されない。Ｔ₃₁の時点から電子シャッタによる調光が開始され、新たに電荷蓄積及び露光が開始される。Ｔ₄₀時点で第１フィールドは終了する。蓄積された電荷は画像信号としてカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送される。第２フィールドのＴ₄₀〜Ｔ₄₁の間は、電荷蓄積は行われているがＴ₄₁の時点でそれまでに蓄積された電荷が不要電荷として掃き出される。掃き出された不要電荷は画像信号として読み出されず画像メモリ２２に格納されない。Ｔ₄₁の時点から、電子シャッタにより調光が開始され、新たに電荷蓄積及び露光が開始される。Ｔ₅₀の時点で第２フィールドは終了する。Ｔ₄₁〜Ｔ₅₀の間に蓄積された電荷は画像信号としてカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送される。Ｂ期間を含む第１フィールドで蓄積された電荷に基づく画像信号又は同期間第２フィールドで蓄積された電荷に基づく画像信号の一方が、画像メモリ部２２のＲ１、Ｇ１、Ｂ１に格納される。さらに画像メモリ部２２のＲ２、Ｇ２、Ｂ２には、画像メモリ部２２のＲ１、Ｇ１、Ｂ１に格納された画像データを補間等の処理を施すことにより生成された画像データが格納される。これらの画像信号が重ね合わされ、フリーズ画像としてカラーモニタ４０に出力される。

上述の通り、第１の実施形態のロータリシャッタ３２の使用によって、快適に観察可能な動画像の撮像を行いながら、並行してフリーズ画像を、短い露光期間で取り込むことが可能になる。また、ロータリシャッタ３２の使用では、光量が十分に確保できない被写体の場合は、第３モータ３５により光学ユニット３０を移動し、調光ブレード３１によって、快適に観察可能な動画像の撮像が可能になる。

次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、ロータリシャッタ３２の形状は第１の実施形態と異なる。また、ロータリシャッタ３２の形状の変更に伴い、電子シャッタの解除期間が異なる。これら異なる点を中心に説明する。

電子内視鏡装置のロータリシャッタ３２及び電子シャッタ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。ロータリシャッタ３２の形状は、第１の実施形態と異なり、図１２に示す。第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂは連続した透過部材であり、第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂの境界線３２ｅを点線で記す。第１の実施形態では、第２光透過部３２ｂから第１光透過部３２ａに切り替わる間は光遮断部３２ｃが光を遮断するが、第２の実施形態では、その間、第２光透過部３２ｂが光束上を通過しているため、露光される。但し、次に第１光透過部３２ａの通過に切り替わる時点でそれまでに蓄積された電荷は不要電荷として電子シャッタによって掃き出される。これを、図１３のタイミングチャートで説明する。図１３は、横軸に時間軸ｔをとり、第１、第２フィールドにおいての電荷蓄積タイミング、蓄積された電荷を電気信号として出力するタイミング、電子シャッタの調光期間のタイミング、及びランプ部２６ｂの光量を増加させる期間のタイミングを示す。

第１光透過部３２ａが光束上を通過する期間は、第１の実施形態と同じである。すなわちＡ期間である、Ｔ₁₁の時点からＴ₂₁の時点までの間である。図１２は、第１光透過部３２ａが光束上を通過する半分の時点（Ｔ₂₀）での、ロータリシャッタ３２と光束の位置状態を示す。

電子シャッタの解除期間は、第１の実施形態と異なり、Ｔ₁₁〜Ｔ₂₀、Ｔ₂₀〜Ｔ₃₀の間である。従って、Ｔ₁₀の時点からＴ₁₁の時点までは、電荷蓄積及び露光はされるが、Ｔ₁₁の時点で蓄積電荷は不要電荷として掃き出される。掃き出された不要電荷は画像信号として画像メモリ部２２に格納されない。Ｔ₂₁〜Ｔ₃₀の間は、光は光遮断部３２ｃによって遮断されているので、電荷蓄積は可能な状態であるが電荷は蓄積されない。ランプ部２６ｂの光量が増加される期間は、第１の実施形態と同様である。また、ランプ部２６ｂの光量の増加の他に、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａで行われる増幅度調整も同様である。これにより、第１フィールドでは、Ｔ₁₁〜Ｔ₂₀の間に蓄積された電荷だけが、画像信号として画像メモリ部２２に格納される。第２フィールドについては、第１の実施形態と同様である。

第２光透過部３２ｂが光束上を通過する期間は、Ｂ期間より長く、Ｔ₃₀の時点からＴ₅₁の時点の間である。すなわち、第１の実施形態と異なり、第２光透過部３２ｂは、第１光透過部３２ａの境界線３２ｅまで広げられているため、第２光透過部３２ｂの光束上の通過終了時点が異なる。

Ｂ期間の、電子シャッタによる調光期間は第１の実施形態と同様である。ランプ部２６ｂの光量調整、及びＲＧＢ増幅設定部２１ａにおける増幅度調整についても同様である。

以上のような、第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂの光束上を通過する期間、タイミングの条件を満たすようにロータリシャッタ３２の形状及び回動周期、回動方向が設定される。従って、第２の実施形態では、図１２のように、第１光透過部３２ａを半円よりも小さい扇形で、第２光透過部３２ｂを第１光透過部３２ａの扇形に連続する半円よりも大きい扇形でそれぞれ構成している。また、回動周期、及び回動方向は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態における被写体の動画像の撮像及び、フリーズ画像の取り込みについては、第１の実施形態における被写体の動画像の撮像及び、フリーズ画像の取り込みと同様である。従って、その効果も同様である。

次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、撮像素子の電荷蓄積方式を、一定期間、フィールド蓄積型からフレーム蓄積型にする点で第１の実施形態と異なる。これに伴い、第１光透過部３２ａの位置、及び光束上の通過タイミングが異なる。これら第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

図１４、図１５は、フレーム蓄積型の撮像素子の電荷蓄積方法を示す。フレーム蓄積型の撮像素子電荷蓄積方法では、被写体のフリーズ画像を撮像する場合、第１フィールドにおいては水平転送レジスタ１１ｈｒに近い画素から奇数番目の画素（Ｐ₁₁、Ｐ₁₃、Ｐ₂₁、Ｐ₂₃、Ｐ₃₁、Ｐ₃₃）の電荷が読み出される。読み出された電荷は垂直転送レジスタ１１ｖｒ、水平転送レジスタ１１ｈｒを経て、カラープロセッサ２０に画像信号としてＲＧＢに色分離されて出力される（図１４参照）。次に第２フィールドにおいては読み出す画素を変え、 水平転送レジスタ１１ｈｒに近い画素から偶数番目の画素（Ｐ₁₂、Ｐ₁₄、Ｐ₂₂、Ｐ₂₄、Ｐ₃₂、Ｐ₃₄）の電荷が読み出される。読み出された電荷は垂直転送レジスタ１１ｖｒ、水平転送レジスタ１１ｈｒを経て、カラープロセッサ２０に画像信号としてＲＧＢに色分離されて出力される（図１５参照）。第１、第２フィールドで読み出した画像信号を重ね合わせて１つのフリーズ画像とする。

電子内視鏡装置の構成は、第１の実施形態と同様である。但し、撮像素子１１ａの電荷蓄積方法は、フィールド蓄積型に加えてフレーム蓄積型にも切換可能である。ロータリシャッタ３２の形状は、図１６に示す。第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂの位置関係が第１の実施形態と異なる。この位置関係について、図１７のタイミングチャートで説明する。図１７は、横軸に時間軸ｔをとり、第１、第２フィールドにおいての電荷蓄積タイミング、蓄積された電荷を画像信号として出力するタイミング、電子シャッタによる解除、及び調光期間のタイミング、及びランプ部２６ｂの光量を増加させる期間のタイミングを示す。

第１光透過部３２ａが光束上を通過する期間は、第１の実施形態と異なるＡ’期間、すなわちＴ_11'の時点からＴ₂₀の時点までの間である。この間を含むフレームでは、撮像素子１１ａの電荷蓄積方法はフィールド蓄積型からフレーム蓄積型に切り換えられる。この間に撮像素子１１ａに蓄積された電荷のうち、第１フィールドにおいては、水平転送レジスタ１１ｈｒに近い画素から奇数番目の画素の電荷が読み出され、第２フィールドにおいては、水平転送レジスタ１１ｈｒに近い画素から偶数番目の画素の電荷が読み出される。これにより読み出し、すなわち蓄積された電荷が画像信号として出力が開始されるタイミングは、１／６０秒ずれるが、露光されて電荷蓄積されているのは同じ期間である。従って、フィールド間で露光される時間的なズレのないフリーズ画像を取り込むことが可能になる。図１６は、第１光透過部３２ａが光束上を通過終了する時点（Ｔ₂₀）でのロータリシャッタ３２と光束の位置状態を示す。

第１光透過部３２ａが光束上を通過する期間、及びタイミングがＡ’期間に変わることに伴い、ランプ部２６ｂの光量増加期間も変わる。すなわち、第１の実施形態のＡ期間から、Ａ’期間に合わされる。電子シャッタの解除期間は、第１の実施形態と同様である。

第２光透過部３２ｂが光束上を通過する期間、及びタイミングは第１の実施形態と同様である。Ｂ期間の、電子シャッタによる不要電荷掃き出し及び調光期間は第１の実施形態と同様である。ランプ部２６ｂの光量調整、及びＲＧＢ増幅設定部２１ａにおける増幅度調整についても同様である。

第３の実施形態では、以上のような、第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂの光束上を通過する期間、タイミングの条件を満たすようにロータリシャッタ３２の形状及び回動周期が設定される。図１６のように、第１光透過部３２ａを半円よりも小さい扇形で、第２光透過部３２ｂを第１光透過部３２ａの扇形に連続する半円よりも大きい扇形でそれぞれ構成している点で、形状は同じであるが、第１光透過部３２ａの光束上通過タイミングに合わせて、位置が異なる。また、回動周期、及び回動方向は、第１の実施形態と同様である。

これらの構成から、第３の実施形態における被写体の動画像の撮像及び、フリーズ画像の取り込みについて、説明する。フリーズ画像を必要とせず、通常の動画像を撮像する場合は、第１の実施形態と同様である。従って、スイッチ１３ａの押下で通常撮像モード選択、調光ブレード３１の光絞り具合による光量制御、撮像素子１１ａで撮像されて、カラーモニタ４０に動画像が出力されるまでの流れは、第１の実施形態と同様である。

フリーズ画像を必要とする場合は、カラースコープ１０の操作部１３の撮像モードを切り替えるスイッチ１３ａを押下して、フリーズ画像取り込みモードを選択する。フリーズ画像取り込みモードが選択されると、カラープロセッサ２０の調光ユニット部３０の第３モータ３５が駆動されて、ロータリシャッタ３２が、光源装置２６から出射される光の光束上に配置される。この点は、第１の実施形態と変わらない。しかし、フリーズ画像取り込みモードが選択されると、撮像素子１１ａの電荷蓄積方法は、一定期間、フィールド蓄積型からフレーム蓄積型に切り替えられる。

ロータリシャッタ３２の形状は、第１の実施形態と異なるが、ランプ部２６ｂから出射される光が、ロータリシャッタ３２の第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂ、及び光遮断部３２ｃが光束上を通過することによって光量が制御される点は、第１の実施形態と同様である。制御された光が、照明部１２に転送され、照明部１２がこれを被写体に照射する流れは、第１の実施形態と同様である。撮像部１１が被写体を撮像し、撮像により得られた画像信号をカラープロセッサ２０で映像信号に変換し、カラーモニタ４０で画像を出力する流れも、第１の実施形態と同様である。但し、撮像部１１の撮像素子１１ａに蓄積された電荷が初段画像信号処理部２１に転送される流れが第１の実施形態と異なる。これについては、電子シャッタ解除期間、ランプ部２６ｂの光量増加、及びロータリシャッタ３２の第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂの光束上通過のタイミングと合わせて後述する。

初段画像信号処理部２１のＲＧＢ／Ｙブロック２１ｂで、画像信号から輝度信号に生成され、第２明るさ検出部２１ｄで生成された輝度信号の輝度を検出される点は第１の実施形態と同様である。

検出された値は、システムコントロール部２４に転送される。システムコントロール部２４は、あらかじめ術者が操作スイッチ部２７で設定した明るさの基準値と一致しているか否かを判断する。一致しておらず、明るさが足りないと判断した場合は、Ａ’期間のＲＧＢ増幅度設定部２１ａによる増幅度調整、及びランプ部２６ｂの光量の調整と、Ｂ期間の電子シャッタによる調光期間の調整、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａによる増幅度調整、及びランプ部２６ｂの光量の調整を行う。ＲＧＢ増幅設定部２１ａによる増幅度合いをアップさせること、ランプ２６ｂの光量を増加させること、及び電子シャッタによる調光期間を長くすることは、いずれも撮像された被写体画像の明るさを増加させる効果があるが、いずれかだけを偏って調整するとＳ／Ｎ比を著しく悪くするなど、画質劣化が生じるおそれがあるので、これら３つをバランスよく調整する。

また、システムコントロール部２４は、Ａ’期間に撮像された被写体画像の明るさと、Ｂ期間に撮像された被写体画像の明るさを同レベルに維持するための調整を行う。すなわち、Ａ’期間はＢ期間に比べて短いため、Ａ’期間の露光量が、Ｂ期間の露光量に比べて少なくなるのを解消するために、Ａ’期間におけるＲＧＢ増幅度設定部２１ａによる増幅度合い、及びランプ部２６ｂの光量を増加させ、Ｂ期間における電子シャッタによる調光期間の短縮、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａによる増幅度合い、及びランプ部２６ｂの光量を減少させる。この調整により、調光ブレード３１を使用している場合に比べると、被写体の明るさは落ちるが、Ａ’期間に撮像された被写体と、Ｂ期間に撮像された被写体の明るさは同レベルに維持できる。Ａ’期間、Ｂ期間において交互に撮像及び出力が繰り返されるが、快適に動画像を観察することが可能になる。

ロータリシャッタ３２を使用しているフリーズ画像取り込みモードにおいては、動画像を並行して撮像しながら、任意のタイミングで、フリーズ画像を取り込むことができる。カラースコープ１０の操作部１３のフリーズ画像を取り込む指令を行うスイッチ１３ｂを押下すると、押下した直後に第１光透過部３２ａが光束上を通過するＡ’期間において第１、第２フィールドで蓄積された電荷をフリーズ画像として取り込み及び出力する。

具体的に図１７で時系列に説明する。Ａ’期間を含むフレーム期間は、フレーム蓄積型で撮像素子１１ａの電荷蓄積が行われる。Ａ’期間を含むフレームのＴ₁₀〜Ｔ_11'及びＴ₂₀〜Ｔ₃₀時点の間は、光は光遮断部３２ｃによって遮断されているので、電荷蓄積は可能な状態ではあるが電荷は蓄積されていない。第１光透過部３２ａが光束上を通過し始めたＴ_11'時点から露光が開始され、Ｔ₂₀時点で電荷蓄積すなわち第１、第２フィールドは終了する。第１フィールドでは、水平転送レジスタ１１ｈｒに近い画素から奇数番目の画素の電荷が、Ｔ₂₀からＴ₃₀の間に、読み出しされる。読み出しされた電荷は画像信号としてＲＧＢごとにカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送される。このＲＧＢごとの画像信号は、初段画像信号処理部２１に転送後、画像メモリ部２２のＲ１、Ｇ１、Ｂ１に格納される。第２フィールドでは、同じＴ_11'〜Ｔ₂₀の間に撮像素子１１ａに蓄積された電荷のうち、水平転送レジスタ１１ｈｒに近い画素から偶数番目の画素の電荷が、Ｔ₃₀からＴ₄₀の間に、読み出しされる。読み出しされた電荷は画像信号としてＲＧＢごとにカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送される。このＲＧＢごとの画像信号は、初段画像信号処理部２１に転送後、画像メモリ部２２のＲ２、Ｇ２、Ｂ２に格納される。これらの画像信号が重ね合わされてフリーズ画像としてカラーモニタ４０に出力される。

第１、第２フィールドで電荷蓄積される期間は、いずれもＴ_11'〜Ｔ₂₀と同じであり、露光される時間的なズレは生じない。従って、露光される時間的なズレによる、第１、第２フィールドに対する画像信号の重ね合わせのブレは解消される。また、露光期間も、１／６０秒よりも短くなるため、動きの早い被写体像を撮像した場合の露光期間の長さによるブレの量も少なくなる。

ランプ部２６ｂが劣化するなど、Ａ’期間に撮像された被写体画像の明るさと、Ｂ期間に撮像された被写体画像の明るさを同レベルに維持するための調整が十分に出来ない場合は、システムコントロール部２４は、Ａ’期間を含む第１、第２フィールドの蓄積された電荷を不要電荷として掃き出し、画像信号として画像メモリ部２２に格納しない。また、この場合に、フリーズ画像を取り込む指令を行うスイッチ１３ｂが押下された時は、押下された直後の第２光透過部３２ｂを通過するＢ期間を含む第１フィールドの間に蓄積された電荷又は第２フィールドの間に蓄積された電荷の一方のみに基づく画像信号をフリーズ画像として取り込み及び出力する。このときの撮像素子１１ａの電荷蓄積方法は、従来通りのフィールド蓄積型である。

具体的に図１８で時系列に説明する。Ｂ期間を含む第１フィールドのＴ₃₀〜Ｔ₃₁時点の間は、電荷蓄積は行われているがＴ₃₁の時点でそれまでに蓄積された電荷が不要電荷として掃き出される。掃き出された不要電荷は画像信号として読み出されず画像メモリ部２２に格納されない。Ｔ₃₁の時点から電子シャッタによる調光が開始され、新たに電荷蓄積及び露光が開始される。Ｔ₄₀時点で第１フィールドは終了する。Ｔ₃₁〜Ｔ₄₀で蓄積された電荷は画像信号としてカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送される。第２フィールドのＴ₄₀〜Ｔ₄₁の間は、電荷蓄積は行われているがＴ₄₁の時点でそれまでに蓄積された電荷が不要電荷として掃き出される。掃き出された不要電荷は画像信号として読み出されず画像メモリ部２２に格納されない。Ｔ₄₁の時点から電子シャッタによる調光が開始され、新たに電荷蓄積及び露光が開始される。Ｔ₅₀の時点で第２フィールドは終了する。Ｔ₄₁〜Ｔ₅₀の間に蓄積された電荷は画像信号としてカラープロセッサ２０の初段画像信号処理部２１に転送される。Ｂ期間を含む第１フィールドで蓄積された電荷に基づく画像信号又は同期間第２フィールドで蓄積された電荷に基づく画像信号の一方が、画像メモリ部２２のＲ１、Ｇ１、Ｂ１に格納される。さらに画像メモリ部２２のＲ２、Ｇ２、Ｂ２には、画像メモリ部２２のＲ１、Ｇ１、Ｂ１に格納された画像データを補間等の処理を施すことにより生成された画像データが格納される。これらの画像信号が重ね合わされ、フリーズ画像としてカラーモニタ４０に出力される。

上述の通り、第３の実施形態のロータリシャッタ３２の使用によって、快適に観察可能な動画像の撮像を行いながら、並行して、フリーズ画像を、短い露光期間で取り込むことが可能になる。また、ロータリシャッタ３２の使用では、光量が十分に確保できない被写体の場合は、第３モータ３５により光学ユニット３０を移動し、調光ブレード３１によって、快適に観察可能な動画像の撮像が可能になる。

次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、ロータリシャッタ３２の形状は第３の実施形態と異なる。また、ロータリシャッタ３２の形状の変更に伴い、電子シャッタの解除期間が異なる。これら第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。

電子内視鏡装置の発明に関わる点以外の構成は、第３の実施形態と同様である。ロータリシャッタ３２の形状は、図１９に示す。第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂは連続した透過部材であり、第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂの境界線３２ｅを、点線で記す。第３の実施形態では、第２光透過部３２ｂから第１光透過部３２ａに切り替わる間はの光遮断部３２ｃが光を遮断するが、第４の実施形態では、その間、第２光透過部３２ｂが光束上を通過しているため露光される。但し、次に第１光透過部３２ａの通過に切り替わる時点でそれまでに蓄積された不要電荷は電子シャッタによって掃き出される。これを、図２０のタイミングチャートで説明する。図２０は、横軸に時間軸ｔをとり、第１、第２フィールドにおいての電荷蓄積タイミング、蓄積された電荷を画像信号として出力するタイミング、電子シャッタの解除及び調光期間のタイミング、及びランプ部２６ｂの光量を増加させる期間のタイミングを示す。

第１光透過部３２ａが光束上を通過する期間は、第３の実施形態と同様である。すなわちＴ_11'の時点からＴ₂₀の時点までの間である。図１９は、第１透過部３２ａが光束上を通過終了する時点（Ｔ₂₀）でのロータリシャッタ３２と光束の位置関係を示す。

電子シャッタの解除期間は、第３の実施形態と異なり、Ｔ_11'〜Ｔ₂₀、Ｔ₂₀〜Ｔ₃₀の間である。Ｔ₁₀の時点からＴ_11'の時点までは、電荷蓄積及び露光はされるが、Ｔ_11'の時点でそれまでに蓄積された不要電荷は電子シャッタにより掃き出される。掃き出された不要電荷は画像信号として画像メモリ部２２に格納されない。Ｔ₂₀〜Ｔ₃₀の間は、光は光遮断部３２ｃによって遮断されているので、電荷蓄積は可能な状態ではあるが電荷は蓄積されない。ランプ部２６ｂの光量が増加される期間は、第３の実施形態と同様である（Ｔ_11'〜Ｔ₂₀）。また、ランプ部２６ｂの光量の増加の他に、ＲＧＢ増幅度設定部２１ａで行われる増幅度調整も同様である。これにより、第１、第２フィールド共に、Ｔ_11'〜Ｔ₂₀の間に蓄積された電荷だけが画像信号としてカラープロセッサ２０に転送される。

第２光透過部３２ｂが光束上を通過する期間は、Ｂ期間より長く、Ｔ₃₀の時点からＴ_51'の時点の間である。すなわち、第３の実施形態と異なり、第２光透過部３２ｂは、第１光透過部３２ａの境界線３２ｅまで広げられているため、第２光透過部３２ｂの光束上の通過終了時点が異なる。

Ｂ期間の、電子シャッタによる調光期間は第１の実施形態と同様である。ランプ部２６ｂの光量調整、及びＲＧＢ増幅設定部２１ａにおける増幅度調整についても同様である。

以上のような、第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂの光束上を通過する期間、タイミングの条件を満たすようにロータリシャッタ３２の形状及び回動周期が設定される。第４の実施形態では、図１９のように、第１光透過部３２ａを半円よりも小さい扇形で、第２光透過部３２ｂを第１光透過部３２ａの扇形に連続する半円よりも大きい扇形でそれぞれ構成している。また、回動周期、及び回動方向は、第３の実施形態と同様である。

第４の実施形態における被写体の動画像の撮像及び、フリーズ画像の取り込みについては、第３の実施形態における被写体の動画像の撮像及び、フリーズ画像の取り込みと同様である。従って、その効果も同様である。

なお、いずれの実施形態においても、ロータリシャッタ３２の第１、第２光透過部３２ａ、３２ｂの形状は扇形には限定されない。図１０などのタイミングチャートの要件を満たすような形状であれば、同様の効果が得られるからである。ロータリシャッタ３２の回動周期が１／１５秒に限定されないのも同様の理由である。

また、第１、第３の実施形態において、第２光透過部３２ｂの光束通過終了時点を、Ｂ期間の終了時点（Ｔ₅₀）と同一として説明したが、それよりも後であってもよい。すなわち、Ｂ期間の終了時点（Ｔ₅₀）から次のＡ期間（又はＡ’期間）の開始時点（Ｔ₅₁（又はＴ_51'））までの間でもよい。この場合、Ｂ期間の終了時点（Ｔ₅₀）から、第２光透過部３２ｂの光束通過終了時点までの間は、ロータリシャッタ３２によって光を遮断されることはないが、電子シャッタによって不要電荷の掃き出しや解除のタイミングを変えることで同様の効果が得られるからである。

電子内視鏡装置の構成図を示す。 電子内視鏡装置の構成図で、カラープロセッサの詳細を示す。 調光ユニット部において、調光ブレードが光源装置からの光束上に配置された状態を示す。 ロータリシャッタをランプ部側から見た斜視図を示す。 ロータリシャッタをランプ部と反対側から見た斜視図を示す。 第１の実施形態のロータリシャッタをランプ部側から見た平面図を示す。 撮像素子の電荷転送、すなわち画像信号出力されるタイミングチャートを示す。 フィールド蓄積型撮像素子の第１フィールドの電荷転送を示す。 フィールド蓄積型撮像素子の第２フィールドの電荷転送を示す。 第１の実施形態の第１光透過部によるフリーズ画像取り込み時のタイミングチャートを示す。 第１の実施形態の第２光透過部によるフリーズ画像取り込み時のタイミングチャートを示す。 第２の実施形態のロータリシャッタをランプ部側から見た平面図を示す。 第２の実施形態の第１光透過部によるフリーズ画像取り込み時のタイミングチャートを示す。 フレーム蓄積型撮像素子の第１フィールドの電荷転送を示す。 フレーム蓄積型撮像素子の第２フィールドの電荷転送を示す。 第３の実施形態のロータリシャッタをランプ部側から見た平面図を示す。 第３の実施形態の第１光透過部によるフリーズ画像取り込み時のタイミングチャートを示す。 第３の実施形態の第２光透過部によるフリーズ画像取り込み時のタイミングチャートを示す。 第４の実施形態のロータリシャッタをランプ部側から見た平面図を示す。 第４の実施形態の第１光透過部によるフリーズ画像取り込み時のタイミングチャートを示す。

符号の説明

１０ カラースコープ
１１ 撮像部
１２ 照明部
２０ カラープロセッサ
２１ 初段画像信号処理部
２２ 画像メモリ部
２３ 後段画像信号処理部
２４ システムコントロール部
２５ タイミング部
２６ 光源装置
２７ 操作スイッチ部
３０ 調光ユニット部
３１ 調光ブレード
３２ ロータリシャッタ
３２ａ 第１光透過部
３２ｂ 第２光透過部
３２ｃ 光遮断部
４０ カラーモニタ

Claims (18)

1. 電子シャッタと、所定の映像信号を生成するための画像信号を出力するフィールド蓄積型撮像素子とを有するスコープと、
   大きさが異なる第１、第２光透過部と光遮断部で構成され、回動によって前記第１、第２光透過部が、光源装置から出射される光束上を順次通過することで光量を制御し、前記第１光透過部が前記光束上を通過する第１光透過部通過期間は、前記映像信号の１フィールド期間よりも短く、前記第２光透過部が前記光束上を通過する第１光透過部通過期間は、前記映像信号の１フレーム期間よりも短いロータリシャッタと、
   前記第１光透過部通過期間に撮像された被写体の第１輝度と、前記第２光透過部通過期間に撮像された被写体の第２輝度を検出する輝度検出手段と、
   前記第１、第２輝度を同レベルに制御する輝度制御手段とを備え、
   前記回動は、前記第１光透過部通過期間の半分終了時点でフレームの第１フィールドから、第２フィールドに切り替わる第１回動タイミングと、前記第２光透過部通過期間の開始時点に前記第２フィールドから次のフレームの第１フィールドに切り替わり、前記次のフレームの第２フィールドの終了以後に前記第２光透過部通過期間が終了する第２回動タイミングに従って行うことを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記第２回動タイミングは、前記次のフレームの第２フィールドの終了時点に前記第２光透過部通過期間が終了することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
3. 前記ロータリシャッタは、前記第１、第２光透過部は連続して構成され、前記第２回動タイミングは、前記次のフレームの第２フィールドの終了後でかつ前記第１光透過部通過期間の開始時点に前記第２光透過部通過期間が終了し、前記次のフレームの第２フィールドの終了時点から前記第１光透過部通過期間の開始時点までの間に蓄積された電荷は前記電子シャッタによって掃き出され、前記第１光透過部通過期間の終了時点から前記第２透過部通過期間の開始時点までは、前記光遮断部によって、前記光束が遮断されることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
4. 前記輝度制御手段は、前記第１光透過部通過期間に前記光源装置から出射される光量、及び前記撮像素子からの出力信号を増幅する増幅度のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
5. 前記輝度制御手段は、前記第２光透過部通過期間に前記光源装置から出射される光量、前記撮像素子からの出力信号を増幅する増幅度、及び前記電子シャッタの調光期間のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
6. 前記輝度制御により、前記第１、第２輝度が同レベルにならない場合は、前記第１光透過部通過期間に蓄積された電荷を不要電荷として掃き出し、画像信号として画像メモリに書き込むことを中止する書き込み中止手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
7. フリーズ画像を取り込む時は、前記第１光透過部通過期間に蓄積された前記第１、第２フィールドの電荷に基づく画像信号を読み出し画像メモリに格納するフリーズ画像取り込み手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
8. 前記輝度制御により、前記第１、第２輝度が同レベルにならない場合に、フリーズ画像を取り込む時は、前記第２光透過部通過期間に蓄積された前記第１フィールドの電荷又は第２フィールドの一方のみに基づく画像信号を画像メモリに格納するフリーズ画像取り込み手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
9. 前記ロータリシャッタと、動画像を取り込む際の前記光源装置からの光量を制御する調光用ブレードのいずれかを切り替えて使用する切替手段を備えることが可能な請求項１に記載の電子内視鏡装置。
10. 電子シャッタと、所定の映像信号を生成するための画像信号を出力する、フィールド蓄積型とフレーム蓄積型の切換可能な撮像素子とを有するスコープと、
    大きさが異なる第１、第２光透過部と光遮断部で構成され、回動によって前記第１、第２光透過部が、光源装置から出射される光束上を順次通過することで光量を制御し、前記第１光透過部が前記光束上を通過する第１光透過部通過期間は、前記映像信号の１フィールド期間よりも短く、前記第２光透過部が前記光束上を通過する第２光透過部通過期間は、前記映像信号の１フレーム期間よりも短いロータリシャッタと、
    前記第１光透過部通過期間に撮像された被写体の第１輝度と、前記第２光透過部通過期間に撮像された被写体の第２輝度を検出する輝度検出手段と、
    前記第１、第２輝度を同レベルに制御する輝度制御手段とを備え
    前記第１光透過部通過期間を含むフレーム期間では、フレーム蓄積型で蓄積された電荷の読み出しを行い、他のフレームではフィールド蓄積型で蓄積された電荷の読み出しを行い、
    前記回動は、前記フレームの第１フィールド終了時点に、前記第１光透過部通過期間が終了する第３回動タイミングと、前記第２光透過部通過期間の開始時点に次のフレームの第１フィールドに切り替わり、前記次のフレームの第２フィールドの終了以後に前記第２光透過部通過期間が終了する第４回動タイミングに従って行うことを特徴とする電子内視鏡装置。
11. 前記第４回動タイミングは、前記次のフレームの第２フィールドの終了時点に前記第２光透過部通過期間が終了することを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置。
12. 前記ロータリシャッタは、前記第１、第２光透過部は連続して構成され、前記第４回動タイミングは、前記次のフレームの第２フィールドの終了後でかつ前記第１光透過部通過期間の開始時点に前記第２光透過部通過期間が終了し、前記次のフレームの第２フィールドの終了時点から前記第１光透過部通過期間の開始時点までの間に蓄積された電荷は前記電子シャッタによって掃き出され、前記第１光透過部通過期間の終了時点から前記第２透過部通過期間の開始時点までは、前記光遮断部によって、前記光束が遮断されることを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置。
13. 前記輝度制御手段は、前記第１光透過部通過期間に前記光源装置から出射される光量、及び前記撮像素子からの出力信号を増幅する増幅度のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置。
14. 前記輝度制御手段は、前記第２光透過部通過期間に前記光源装置から出射される光量、前記撮像素子からの出力信号を増幅する増幅度、及び前記電子シャッタの調光期間のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置。
15. 前記輝度制御により、前記第１、第２輝度が同レベルにならない場合は、前記第１光透過部通過期間に蓄積された電荷を不要電荷として掃き出し、画像信号として画像メモリに書き込むことを中止する書き込み中止手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置。
16. フリーズ画像を取り込む時は、前記第１光透過部通過期間に蓄積された前記第１、第２フィールドの電荷に基づく画像信号を読み出し画像メモリに格納するフリーズ画像取り込み手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置。
17. 前記輝度制御により、前記第１、第２輝度が同レベルにならない場合に、フリーズ画像を取り込む時は、前記第２光透過部通過期間に蓄積された前記第１フィールドの電荷又は第２フィールドの電荷の一方のみに基づく画像信号を読み出し画像メモリに格納するフリーズ画像取り込み手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置。
18. 前記ロータリシャッタと、動画像を取り込む際の前記光源装置からの光量を制御する調光用ブレードのいずれかを切り替えて使用する切替手段を備えることが可能な請求項１０に記載の電子内視鏡装置。
    

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