DE102008060632B4

DE102008060632B4 - Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit, elektronisches Endoskop und Endoskopsystem

Info

Publication number: DE102008060632B4
Application number: DE102008060632.4A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Tani; Noriko IRIYAMA
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2028-12-06
Also published as: JP2009136453A; CN101449959B; JP5137546B2; US8517920B2; US20090149705A1; CN101449959A; DE102008060632A1

Abstract

Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit, die eine in einem Endoskop (30) montierte CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) ansteuert, umfassend:einen Detektor (34), der mit einem Beleuchtungslicht übertragenden Lichtleiter (31) optisch verbunden ist und ein Muster des durch den Lichtleiter (31) übertragenen Beleuchtungslichts erfasst, wobei das Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle (21) abgegeben und auf ein Objekt gestrahlt wird und die CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) angewiesen wird, ein optisches Bild des Objekts aufzunehmen, und eine Belichtungssteuerung (33), die die CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) anweist, eine globale Belichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor (34) erfasste Muster des abgegebenen Beleuchtungslichts ein erstes Muster ist, und die Zeilenbelichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor (34) erfasste Muster des abgegebenen Beleuchtungslichts ein zweites Muster ist,wobei die Lichtquelle (21) in dem ersten Muster gepulstes Licht und in dem zweiten Muster Dauerlicht abgibt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit, die eine Abbildungsvorrichtung gemäß dem Abgabemuster von Beleuchtungslicht ansteuert.
Beschreibung der verwandten Technik
Bekannt ist ein elektronisches Endoskop mit einer Abbildungsvorrichtung am Kopfende eines Einführschlauchs. Durch Übertragen von durch die Lichtquelle abgegebenem Beleuchtungslicht an das Kopfende eines Einführschlauchs durch eine optische Faser kann ein Objekt in einem dunklen Bereich, wie beispielsweise einem Bereich innerhalb des Körpers, oder ein interner Mechanismus fotografiert und/oder gefilmt werden.
Ein Bild mit einem besonderen sichtbaren Effekt kann durch Anwenden einer besonderen Beleuchtungstechnik auf ein Objekt angezeigt werden. Beispielsweise wird bei einem bekannten Verfahren ein Objekt mit durch Pulsabgabe erzeugten Lichtpulsen beleuchtet. Durch Filmen der Stimmbänder, die mit Lichtpulsen mit einer Frequenz beleuchtet werden, die so eingestellt ist, dass sie nahezu die gleiche wie die Schwingung der Stimmbänder ist, kann ein Bild der schnell schwingenden Stimmbänder so erzeugt werden, dass sie langsam zu schwingen scheinen.
Wenn ein Benutzer ein sich schnell bewegendes Objekt betrachten möchte, dann wird der Benutzer gewöhnlich gepulstes Licht wählen. Folglich ist es vorzuziehen, dass alle Pixel Licht gleichzeitig empfangen, um ein optisches Bild des mit gepulstem Licht beleuchteten Objekts aufzunehmen. Will ein Benutzer dagegen ein unbewegtes oder ein sich langsam bewegendes Objekt betrachten, so wird der Benutzer Dauerlicht wählen. Bei der Anwendung von Dauerlicht ist es daher vorzuziehen, ein Bildsignal zu erzeugen, bei dem das Rauschen in dem aufgenommenen Bild reduziert ist.
Zum Filmen eines Objekts mit globaler Belichtung bei gleichzeitiger Rauschminderung hat ein bekanntes Endoskop typischerweise CCD-Abbildungsvorrichtungen eingesetzt. Zu den Problemen dabei zählen jedoch hohe Fertigungskosten der CCD-Abbildungsvorrichtung, hoher Spannungsbedarf zum Betreiben der CCD-Abbildungsvorrichtung und die Notwendigkeit vieler Signalleitungen in einer CCD-Abbildungsvorrichtung.
Zum Lösen derartiger Probleme schlägt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-58642 vor, dass bei einem elektronischen Endoskop eine CMOS-Abbildungsvorrichtung verwendet wird, deren Energieverbrauch und Fertigungskosten geringer sind als bei einer CCD-Abbildungsvorrichtung. Dabei tritt jedoch das Problem eines höheren Signal-Rauschverhältnisses in dem von einer CMOS-Abbildungsvorrichtung erzeugten Bildsignal auf, wenn die globale Belichtung angewendet wird. Wenn also eine CMOS-Abbildungsvorrichtung zum Erzeugen eines Bildsignals bei globaler Belichtung verwendet wird, wird Rauschen in einem angezeigten Bild deutlich sichtbar, wenn ein Objekt mit Dauerlicht beleuchtet wird, im Vergleich zu gepulstem Licht.
Aus der JP 2003-38 428 A ist eine Ansteuerung der Belichtung für eine Abbildungsvorrichtung in einem elektronischen Endoskop bekannt, die synchron zur Lichtabgabe einer Stroboskoplichtquelle erfolgt.
Die JP 2007-19 706 A beschreibt eine Kamera mit einer CMOS-Abbildungsvorrichtung. Die Anweisung an eine Belichtungssteuerung, welche Belichtung auszuführen ist, hängt dabei davon ab, welches Muster durch die CMOS-Abbildungsvorrichtung erfasst wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit anzugeben, die eine CMOS-Abbildungsvorrichtung gemäß dem temporalen Muster von abgegebenem Beleuchtungslicht, wie dem von gepulstem Licht oder kontinuierlich abgegebenem Licht, adäquat ansteuert. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Endoskop und ein Endoskopsystem anzugeben.
Die Erfindung löst diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit angegeben, die einen Detektor und eine Belichtungssteuerung umfasst. Die Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit steuert eine in einem Endoskop montierte CMOS-Abbildungsvorrichtung. Der Detektor erfasst das Muster von abgegebenem Beleuchtungslicht. Das Beleuchtungslicht wird von einer Lichtquelle abgegeben. Das Beleuchtungslicht wird auf ein Objekt gestrahlt. Die CMOS-Abbildungsvorrichtung wird angewiesen, ein Bild des Objekts aufzunehmen. Die Belichtungssteuerung weist die Abbildungsvorrichtung an, die globale Belichtung bzw. die Zeilenbelichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor erfasste Muster das erste bzw. das zweite Muster ist.
Ferner gibt die Lichtquelle in dem ersten und dem zweiten Muster gepulstes Licht bzw. Dauerlicht ab.
Figurenliste
Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher, in denen zeigen

1 ein Blockdiagramm, das die interne Struktur eines Endoskopsystems mit einer Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ein Blockdiagramm, das die interne Struktur einer Lichtquelleneinheit zeigt,
3 ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Abbildungsvorrichtung zeigt,
4 ein Schaltbild, das die interne Struktur eines Pixels zeigt,
5 ein Zeitdiagramm, das die zeitliche Steuerung zum Ansteuern der Abbildungsvorrichtung zum Erzeugen eines Bildes mit Zeilenbelichtung zeigt, und
6 ein Zeitdiagramm, das die zeitliche Steuerung zum Ansteuern der Abbildungsvorrichtung zum Erzeugen eines Bildes mit globaler Belichtung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
In 1 umfasst ein Endoskopsystem 10 einen Endoskopprozessor 20, ein elektronisches Endoskop 30 und einen Monitor 11. Der Endoskopprozessor 20 ist mit dem elektronischen Endoskop 30 und dem Monitor 11 verbunden.
Der Endoskopprozessor 20 gibt Beleuchtungslicht zum Beleuchten eines gewünschten Objekts ab. Das beleuchtete Objekt wird von dem elektronischen Endoskop 30 fotografiert und/oder gefilmt, und dann erzeugt das elektronische Endoskop 30 ein Bildsignal. Das Bildsignal wird an den Endoskopprozessor 20 gesendet.
Der Endoskopprozessor 20 führt eine vorgegebene Signalverarbeitung an dem empfangenen Bildsignal aus. Das der vorgegebenen Signalverarbeitung unterzogene Bildsignal wird an den Monitor 11 gesendet, auf dem ein dem empfangenen Bildsignal entsprechendes Bild angezeigt wird.
Der Endoskopprozessor 20 enthält eine Lichtquelleneinheit 21, eine Bildsignalverarbeitungsschaltung 22, eine Systemsteuerung 23 sowie andere Komponenten. Wie unten beschrieben, gibt die Lichtquelleneinheit 21 das Beleuchtungslicht zum Beleuchten eines gewünschten Objekts zu dem Eintrittsende des Lichtleiters 31 ab. Außerdem führt, wie unten beschrieben, die Bildsignalverarbeitungsschaltung 22 eine vorgegebene Signalverarbeitung an dem Bildsignal aus. Zudem steuert die Systemsteuerung 23 die Operationen aller Komponenten des Endoskopsystems 10.
Durch Verbinden des Endoskopprozessors 20 mit dem Anschlussstück 37 des elektronischen Endoskops 30 werden die Lichtquelleneinheit 21 und ein in dem elektronischen Endoskop 30 montierter Lichtleiter 31 optisch verbunden. Zudem werden durch Anschließen des Endoskopprozessors 20 an das Anschlussstück 37 elektrische Verbindungen zwischen der Bildsignalverarbeitungsschaltung 22 und einer in dem elektronischen Endoskop 30 montierten Abbildungsvorrichtung 32 sowie zwischen der Systemsteuerung 23 und einem in dem elektronischen Endoskop 30 montierten Abbildungsvorrichtungstreiber 33 hergestellt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Lichtquelleneinheit 21 eine Lampe 24, einen Umlaufverschluss 25, eine Kondensorlinse 26, einen Hauptstromkreis 27, einen Motor 28, einen Verschlusstreiber 29 sowie andere Komponenten.
Die Lampe 24 ist beispielsweise eine Xenonlampe oder eine Halogenlampe und gibt Weißlicht ab. Der Umlaufverschluss 25 und die Kondensorlinse 26 sind in einem Strahlengang von Weißlicht von der Lampe 25 zu dem Eintrittsende des Lichtleiters 31 montiert.
Der Umlaufverschluss 25 hat die Form einer kreisförmigen Scheibe und hat einen Öffnungsbereich und einen Sperrbereich. Wenn Weißlicht von der Lichtquelleneinheit 21 abzugeben ist, wird der Öffnungsbereich in den Strahlengang des Weißlichts eingeführt. Wenn dagegen die Abgabe von Weißlicht auszusetzen ist, wird der Sperrbereich in den Strahlengang des Weißlichts eingeführt und blockiert das Weißlicht. Der Motor 28 versetzt den Umlaufverschluss 25 in Drehung. Durch Einstellen der Drehung des Umlaufverschlusses 25 wechselt das Beleuchtungslicht zwischen Abgabe und Unterdrücken. Außerdem wird Weißlicht kontinuierlich von der Lichtquelleneinheit 21 abgegeben, indem die Öffnung in dem Strahlengang gehalten wird.
Der Motor 25 wird von dem Verschlusstreiber 29 angesteuert. Der Verschlusstreiber 29 wird von der Systemsteuerung 23 gesteuert.
Von der Lichtquelleneinheit 21 abgegebenes Weißlicht wird von der Kondensorlinse 26 gebündelt und auf das Eintrittsende des Lichtleiters 31 gerichtet. Der Hauptstromkreis 27 versorgt die Lampe 24 mit Energie. Die Systemsteuerung 23 schaltet die Energiezufuhr von dem Hauptstromkreis 27 an die Lampe 24 zum Ein- und Ausschalten der Lampe 41.
Als nächstes wird die Struktur des elektronischen Endoskops 30 ausführlich beschrieben. Wie in 1 dargestellt, umfasst das elektronische Endoskop 30 den Lichtleiter 31, die Abbildungsvorrichtung 32, einen Abbildungsvorrichtungstreiber 33, einen Lichtdetektor 34, eine Zerstreuungslinse 35, eine Objektlinse 36 sowie andere Komponenten.
Der Lichtleiter 31 ist ein Bündel aus optischen Fasern und verzweigt sich innerhalb des Anschlussstücks 37. Ein Zweig ist mit dem Lichtdetektor 34 optisch verbunden. Der andere Zweig, im Folgenden als Austrittsende bezeichnet, ist an dem Kopfende des Einführschlauchs 37 des elektronischen Endoskops montiert. Das den beiden Zweigen abgewandte gebündelte Ende steht aus dem Anschlussstück 37 hervor und ist mit der Lichtquelleneinheit 21 optisch verbunden.
Wie oben beschrieben, trifft von der Lichtquelleneinheit 21 abgegebenes Weißlicht auf das Eintrittsende des Lichtleiters 31. Das Licht wird dann zu dem Lichtdetektor und dem Austrittsende übertragen.
Der Lichtdetektor 34 bestimmt ausgehend von dem durch den Lichtleiter 31 übertragenen Licht, ob die Lichtquelleneinheit 21 sich in der in Pulsabgabe oder der kontinuierlichen Abgabe befindet. Bei der Pulsabgabe gibt die Lichtquelleneinheit 21 gepulstes Licht ab, indem sie wiederholt zwischen der Abgabe und dem Aussetzen von Licht wechselt. Bei der kontinuierlichen Abgabe gibt die Lichtquelleneinheit 21 kontinuierlich Weißlicht ab. Die erfasste Abgabeart wird an den Abbildungsvorrichtungstreiber 33 übermittelt. Im Falle der gepulsten Abgabe, sendet der Abbildungsvorrichtungstreiber 33 das Anforderungssignal für globale Belichtung an die Abbildungsvorrichtung 32. Im Falle der kontinuierlichen Abgabe dagegen, sendet der Abbildungsvorrichtungstreiber 33 das Anforderungssignal für Zeilenbelichtung an die Abbildungsvorrichtung 32. Diese Operationen des Abbildungsvorrichtungstreibers 33 werden durch die Systemsteuerung 23 gesteuert.
Das an das Austrittsende geleitete Licht beleuchtet einen Randbereich nahe dem Kopfende eines Einführschlauchs 38 durch eine Zerstreuungslinse 35.
Ein optisches Bild von Reflexionslicht des durch Weißlicht beleuchteten Objekts erreicht eine Lichtempfangsfläche der Abbildungsvorrichtung 32 durch die Objektlinse 35. Der Abbildungsvorrichtungstreiber 33 steuert die Abbildungsvorrichtung 32 so an, dass sie ein Bildsignal erzeugt, das dem die Lichtempfangsfläche erreichenden optischen Bild entspricht.
Die Abbildungsvorrichtung 32 ist eine CMOS-Abbildungsvorrichtung. Wie in 3 gezeigt, sind eine Vielzahl von Pixeln 40 in einem Raster auf der Lichtempfangsfläche der Abbildungsvorrichtung 32 angeordnet. Jeder Pixel 40 erzeugt ein Pixelsignal gemäß der von dem Pixel 40 empfangenen Lichtmenge. Die Pixelsignale werden einzeln der Reihe nach über den Ausgabeblock 32o ausgegeben. Das Bildsignal umfasst eine Vielzahl von Pixelsignalen, die von all den Pixeln 40 auf der gesamten Lichtempfangsfläche erzeugt werden. Von einer Zeilenwahlschaltung 32r und einer Spaltenwahlschaltung 32c wird ein Pixel 40 ausgewählt, das anzuweisen ist, das Pixelsignal auszugeben.
Die interne Struktur jedes Pixels 40 wird unten anhand der 4 beschrieben. Das Pixel 40 enthält eine Photodiode (PD) 41, ein Float-Diffusions-Element (FD) 42, einen Verschlusstransistor 43, einen Rückstelltransistor 44, einen Verstärkungstransistor 45 und einen Zeilenwahltransistor 46.
Eine Signalladung wird gemäß der empfangenen Lichtmenge erzeugt und durch photoelektrische Wandlung der PD 41 gespeichert. Wenn der Übertragungstransistor eingeschaltet ist, wird die gespeicherte Signalladung an das FD 42 übertragen. Das FD 42 ist ein Kondensator, dessen elektrisches Potential gemäß der gespeicherten Signalladung variiert.
Eine (nicht dargestellte) Verschlusssignalleitung ist entlang jeder Zeile von Pixeln 40 montiert. Die Verschlusssignalleitung ist mit Verschlusstransistoren 43 in allen in einer bestimmten Reihe angeordneten Pixeln 40 verbunden. Das Verschlusssignal, im Folgenden als ΦSH bezeichnet, wird an alle Verschlusssignalleitungen gesendet. Das ΦSH hat einen Hoch-Zustand und einen Tief-Zustand. Die ΦSHs, die an jede Zeile der Verschlusssignalleitung gesendet werden, werden für jede Zeile zu unterschiedlichen Zeiten auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das ΦSH auf den Hoch-Zustand gesetzt ist, ist der Verschlusstransistor 43 eingeschaltet, und folglich wird der Verschlusstransistor 43 leitend.
Wenn der Rückstelltransistor 44 eingeschaltet ist, wird das FD 42 zurückgestellt. Dann wird die in dem FD 42 gespeicherte Signalladung zu einer Energiequelle geleitet, die im Folgenden als Vdd bezeichnet wird. Dann wird das elektrische Potential des FD 42 auf ein elektrisches Potential der Vdd zurückgestellt.
Eine (nicht dargestellte) Rückstellsignalleitung ist entlang jeder Zeile von Pixeln 40 montiert. Die Rückstellsignalleitung ist mit Rückstelltransistoren 44 in all den Pixeln 40 verbunden, die in einer bestimmten Zeile angeordnet sind. Ein Rückstellsignal, im Folgenden als ΦR bezeichnet, wird an alle Rückstellsignalleitungen gesendet. Das ΦR hat einen Hoch-Zustand und einen Tief-Zustand. Die ΦRs, die an jede Zeile der Rückstellsignalleitung gesendet werden, werden für jede Zeile zu unterschiedlichen Zeiten auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das ΦR auf den Hoch-Zustand gesetzt ist, ist der Rückstelltransistor 44 eingeschaltet, was den Rückstelltransistor 44 leitend macht.
Der Verstärkungstransistor 45 gibt ein Pixelsignal gemäß dem elektrischen Potential des FD 42 an die Zeilenwahltransistor 46 ab. Wenn der Zeilenwahltransistor eingeschaltet ist, wird das Pixelsignal an eine vertikale Ausgabeleitung 32v ausgegeben.
Eine vertikale Ausgabeleitung 32v ist entlang jeder Spalte von Pixeln 40 montiert. Alle Pixel, die in einer bestimmten Spalte angeordnet sind, sind mit der gleichen angrenzenden vertikalen Ausgabeleitung 32v verbunden. Durch separates Einschalten jedes der Zeilenwahltransistoren 46, können Pixelsignale von Pixeln 40 separat ausgegeben werden, die mit der gleichen vertikalen Ausgabeleitung 32v verbunden sind.
Eine (nicht dargestellte) Zeilenwahlsignalleitung ist entlang jeder Zeile von Pixeln 40 montiert. Die Zeilenwahlsignalleitung ist mit Zeilenwahltransistoren 46 in all den Pixeln 40 verbunden, die in einer bestimmten Zeile angeordnet sind. Ein Zeilenwahlsignal, im Folgenden als ΦSL bezeichnet, wird an alle Zeilenwahlsignalleitungen gesendet. Das ΦSL hat einen Hoch-Zustand und einen Tief-Zustand. Die ΦSLs, die an jede Zeile der Zeilenwahlsignalleitung gesendet werden, werden für jede Zeile zu unterschiedlichen Zeiten auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das ΦSL auf den Hoch-Zustand gesetzt ist, ist der Zeilenwahltransistor 46 eingeschaltet, was den Zeilenwahltransistor 46 leitend macht.
Die vertikalen Ausgabeleitungen 32v sind über Spaltenwahltransistoren 32cs mit der horizontalen Ausgabeleitung 32h verbunden. Indem die Spaltenwahltransistoren 32cs einzeln der Reihe nach eingeschaltet werden, können die an die vertikalen Ausgabeleitungen 32v aller Spalten ausgegebenen Pixelsignale über die horizontale Ausgabeleitung 32h und den Ausgabeblock 32o separat an die Bildsignalverarbeitungsschaltung 22 ausgegeben werden.
Spaltenwahlsignale, im Folgenden als ΦSC bezeichnet, werden separat an die Spaltenwahltransistoren 32cs gesendet. Wenn das ΦSC auf den Hoch-Zustand gesetzt ist, ist der Spaltenwahltransistor 32cs eingeschaltet, was den Spaltenwahltransistor 32cs leitend macht.
Die Zeilenwahlschaltung 32r gibt die Signale ΦSH, ΦR und ΦSL an die Verschlusssignalleitung, die Rückstellsignalleitung und die Zeilenwahlsignalleitung aus, um die Schaltoperationen des Verschlusstransistors 43, des Rückstelltransistors 44 und des Zeilenwahltransistors 46 jeweils zu steuern. Die Spaltenwahlschaltung 32c gibt das ΦSC an den Spaltenwahltransistor 32cs aus, um die Schaltoperation des Spaltenwahltransistors 32cs zu steuern.
Die Zeilenwahlschaltungen 32r und die Spaltenwahlschaltung 32c steuern die Schaltoperationen auf Grundlage von Signalen, die zum Ansteuern der Abbildungsvorrichtung verwendet werden, wie z.B. ein Taktsignal, das von dem Abbildungsvorrichtungstreiber 33 (Belichtungssteuerung) übertragen wird.
Wenn die Zeilenwahlschaltung 32r und die Spaltenwahlschaltung 32c das Anforderungssignal für globale Belichtung empfangen, führen die Zeilenwahlschaltung 32r und die Spaltenwahlschaltung 32c die Schaltoperationen des Verschlusstransistors 43, des Rückstelltransistors 44, des Zeilenwahltransistors 46 und des Spaltenwahltransistors 32cs so aus, dass die globale Belichtung ausgeführt, wie unten ausführlich beschrieben. Wenn dagegen die Zeilenwahlschaltung 32r und die Spaltenwahlschaltung 32c das Anforderungssignal für Zeilenbelichtung empfangen, führen die Zeilenwahlschaltung 32r und die Spaltenwahlschaltung 32c die Schaltoperationen des Verschlusstransistors 43, des Rückstelltransistors 44, des Zeilenwahltransistors 46 und des Spaltenwahltransistors 32cs so aus, dass die Zeilenbelichtung ausgeführt wird.
Die Operationen der Abbildungsvorrichtung 32 zum Erzeugen eines Bildsignals werden nachfolgend beschrieben.
Ein Vollbildsignal, das zyklisch zwischen dem Hoch-Zustand und dem Tief-Zustand umgeschaltet wird, wird von der Systemsteuerung 22 an den Abbildungsvorrichtungstreiber 33 übertragen. Während das Vollbildsignal in dem Hoch-Zustand oder in dem Tief-Zustand gehalten ist, werden Pixelsignale von allen Pixeln 40 auf der gesamten Lichtempfangsfläche der Abbildungsvorrichtung 32 erzeugt und dann ausgegeben.
Die Operationen der Abbildungsvorrichtung 32 zum Erzeugen eines Bildsignals durch Zeilenbelichtung werden nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Zum Zeitpunkt t1 in der ersten Periode wird das ΦSH für die erste Zeile, im Folgenden als ΦSH1 bezeichnet, auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die von die PDs 41 gespeicherten Signalladungen an die FDs 42 in den Pixeln 40 in der ersten Zeile übertragen. Nach Übertragen der Signalladungen und nachdem das ΦSH1 auf den Tief-Zustand gesetzt ist beginnen die PDs in allen Pixeln 40 in der ersten Zeile mit dem Erzeugen und Speichern von Signalladungen.
Zum Zeitpunkt t2 nach Zeitpunkt t1 in der ersten Vollbildperiode wird das ΦSH für die zweite Zeile, im Folgenden als ΦSH2 bezeichnet, auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die von den PDs 41 gespeicherten Signalladungen an die FDs 42 in den Pixeln 40 der zweiten Reihe übertragen. Nach Übertragen der Signalladungen und nachdem das ΦSH2 auf den Tief-Zustand gesetzt ist, beginnen die PDs 41 in allen Pixeln 40 in der zweiten Zeile mit dem Erzeugen und Speichern von Signalladungen.
Durch die Anweisung, das ΦSH für jede Zeile auf den Tief-Zustand zu setzen, nachdem sie einzeln der Reihe nach auf den Hoch-Zustand gesetzt worden sind, beginnen ab diesem Zeitpunkt die PDs 41 in allen Pixeln 40 in jeder Zeile mit dem Erzeugen und Speichern von Signalladungen.
Nach Ausgeben der Pixelsignale von der letzten Zeile für die erste Vollbildperiode endet die erste Vollbildperiode. Dann beginnt die zweite Vollbildperiode (siehe Zeitpunkt „t3“). Zum Zeitpunkt t4 ist eine Periode abgelaufen, die als ausreichend zum Speichern von genügend Signalladungen in den PDs 41 vorbestimmt wurde (siehe „p“), das ΦR für die erste Zeile, im Folgenden als ΦR1 bezeichnet, wird auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die Rückstelltransistoren 44 in allen Pixeln in der ersten Zeile eingeschaltet. Durch Einschalten der Rückstelltransistoren 44 werden die FDs 42 zurückgestellt, und dann werden die durch die FDs 42 gespeicherten Signalladungen an die Vdd geleitet.
Zum Zeitpunkt t5 nach Zurückstellen der FDs 42 in den Pixeln 40 in der ersten Zeile wird das ΦSL für die erste Zeile, im Folgenden als ΦSL1 bezeichnet, auf den Hoch-Zustand gesetzt, und die Zeilenwahltransistoren 46 in allen Pixeln 40 in der ersten Zeile werden eingeschaltet. Durch Einschalten der Zeilenwahltransistoren 46 in den Pixeln 40 in der ersten Zeile sind die Pixelsignale bereit zur Ausgabe von den Pixeln 40 in der ersten Zeile. Wie unten beschrieben, wird das ΦSL1 auf dem Hoch-Zustand gehalten, bis die Ausgabe der Pixelsignale von allen Pixeln in der ersten Zeile beendet ist.
Außerdem wird kurz nach Zeitpunkt t5 das ΦSH1 auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann wird die Signalladung, die von den PDs 41 zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t5 (siehe „S“ in der Zeile „Pixelsignale in der ersten Zeile“) erzeugt und gespeichert wird, an die FDs 42 übertragen.
Wenn das Übertragen der Signalladung an die FDs 42 endet, werden die ΦSCs für die erste bis n-te Spalte, im Folgenden als ΦSC1 bis ΦSCn bezeichnet, einzeln der Reihe nach auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die Spaltenwahltransistoren 32cs in der ersten bis n-ten Spalte einzeln der Reihe nach eingeschaltet. Im Übrigen ist n eine positive ganze Zahl. Folglich werden all Pixelsignale zwischen der ersten und der n-ten Spalte in der ersten Zeile der Reihe nach von der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben.
Zum Zeitpunkt t6, nach Ausgeben des von dem Pixel in der n-ten Spalte in der erste Zeile erzeugten Pixelsignals, wird das ΦSL 1 auf den Tief-Zustand gesetzt. Danach wird das ΦR für die zweite Zeile, im Folgenden als ΦR2 bezeichnet, auf den Hoch-Zustand gesetzt. Dann werden die FDs 42 in den Pixeln 40 in der zweiten Zeile zurückgestellt, wie in der ersten Zeile. Nach Zurückstellen der FDs 42 wird das ΦSL für die zweite Zeile, im Folgenden als ΦSL2 bezeichnet, auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann sind die Pixelsignale bereit zum Ausgeben von den Pixeln 40 in der zweiten Zeile.
Zum Zeitpunkt t7, kurz nachdem das ΦSL2 auf den Hoch-Zustand gesetzt worden ist, wird das ΦSH2 auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann wird die von den PDs 41 zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t7 erzeugte und gespeicherte Signalladung (siehe „S“ in der Zeile „Pixelsignal in der zweiten Zeile) an die FDs 42 übertragen, wie in der ersten Zeile. Außerdem werden alle Pixelsignale in der ersten Zeile von der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben, wie in der ersten Zeile.
Ab diesem Zeitpunkt werden die Pixelsignale in der dritten bis m-ten Zeile, welches die letzte Zeile ist, der Reihe nach ausgegeben, wie bei der ersten und der zweiten Zeile. Zum Zeitpunkt t8, nach Beenden der Ausgabe der Pixelsignale in der m-ten Zeile, wird das Vollbildsignal auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das Vollbildsignal zwischen dem Hoch-Zustand und dem Tief-Zustand umgeschaltet wird, ist das Erzeugen eines einem Vollbild entsprechenden Bildsignals, das einem aufgenommenen optischen Bild entspricht, beendet, und dann beginnt das Erzeugen des folgenden Vollbilds.
Nachfolgend werden die Operationen der Abbildungsvorrichtung 32 zum Erzeugen eines Bildsignals unter Anwendung von globaler Belichtung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Zum Zeitpunkt t1 in der ersten Periode wird das ΦSH für die erste bis m-te Zeile, im Folgenden als ΦSH1 bis ΦSHm bezeichnet, gleichzeitig auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die von den PDs 41 gespeicherten Signalladungen an die FDs 42 in den Pixeln 40 in allen Zeilen übertragen. Nach Übertragen der Signalladungen und nachdem die Signale ΦSH1 bis ΦSHm auf den Tief-Zustand gesetzt sind, beginnen die PDs in allen Pixeln 40 in allen Zeilen mit dem Erzeugen und Speichern von Signalladungen.
Zum Zeitpunkt t2, nach Ausgeben der Pixelsignale in der m-ten Zeile in der ersten Vollbildperiode, endet die erste Vollbildperiode und die zweite Vollbildperiode beginnt. Zum Zeitpunkt t3, nachdem eine Periode abgelaufen ist, die als ausreichend zum Speichern von genügend Signalladungen in den PDs 41 vorbestimmte wurde (siehe „p1“), werden die ΦR für die erste bis m-te Zeile (siehe ΦR1 bis ΦRm) auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die von den FDs 42 gespeicherten Signalladungen zu der Vdd geleitet, wie bei dem Zeilenbelichtungsverfahren.
Zum Zeitpunkt t4, nach Zurückstellen der FDs 42 in allen Pixeln 40, wird das ΦSL1 auf den Hoch-Zustand gesetzt, und die Zeilenwahltransistoren 46 in allen Pixeln 40 in der ersten Zeile werden eingeschaltet. Durch Einschalten der Zeilenwahltransistoren 46 in den Pixeln 40 in der ersten Zeile sind die Pixelsignale bereit zum Ausgeben von den Pixeln 40 in der ersten Zeile. Wie unten beschrieben, wird das ΦSL1 auf dem Hoch-Zustand gehalten, bis von allen Pixeln in der ersten Zeile Pixelsignale ausgegeben worden sind.
Außerdem werden zum Zeitpunkt t4 die Signale ΦSH1 bis ΦSHm in den Hoch-Zustand gesetzt, und dann wird die Signalladung, die von den PDs 41 zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t4 (siehe „S“ in der Zeile „Pixelsignal in der ersten bis m-ten Zeile“) erzeugt wird, zu den FDs 42 übertragen.
Wenn die Übertragung der Signalladung zu den FDs 42 abgeschlossen ist, werden die Signale ΦSC1 bis ΦSCn einzeln der Reihe nach in den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die Spaltenwahltransistoren 32cs in der ersten bis n-ten Spalte einzeln der Reihe nach eingeschaltet. Folglich werden alle Pixelsignale von der ersten bis n-ten Spalte in der ersten Zeile der Reihe nach von der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben.
Zum Zeitpunkt t5, nach Ausgeben des von dem Pixel in der n-ten Spalte der ersten Zeile erzeugten Pixelsignals, wird das ΦSL1 auf den Tief-Zustand gesetzt. Zum Zeitpunkt t6 wird das ΦSL2 auf den Hoch-Zustand gesetzt.
Das ΦSH2 wird auf dem Hoch-Zustand gehalten, während das ΦSL2 auf dem Hoch-Zustand gehalten wird, anders als bei der ersten Zeile. Folglich werden die zu dem Zeitpunkt t4 übertragenen Signalladungen auch nach dem Zeitpunkt t6 von den FDs 42 gespeichert.
Während das ΦSL2 auf dem Hoch-Zustand gehalten wird, werden die ΦSCs für alle Spalten einzeln nacheinander von der ersten bis zur n-ten Spalte in den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die Spaltenwahltransistoren 32cs in der ersten bis n-ten Spalte einzeln der Reihe nach eingeschaltet, wie bei der ersten Zeile. Folglich werden alle Pixelsignale zwischen der ersten und der n-ten Spalte in der zweiten Zeile der Reihe nach von der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben.
Danach wird das ΦSL für die dritte bis m-te Zeile, im Folgenden als ΦSL3 bis ΦSLm bezeichnet, der Reihe nach auf den Hoch-Zustand gesetzt. Während die ΦSL3 bis ΦSLm der Reihe nach auf den Hoch-Zustand gesetzt werden, wird das ΦSC1 bis ΦSCn der Reihe nach auf den Hoch-Zustand gesetzt, ohne dass die Signalladungen an die FDs übertragen werden, wie in der zweiten Zeile. Folglich werden alle Pixelsignale zwischen der ersten und der n-ten Spalte in der dritten bis m-ten Zeile der Reihe nach von der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel kann eine CMOS-Abbildungsvorrichtung angewiesen werden, gemäß dem Muster des zum Aufnehmen eines Objekts abgegebenen Beleuchtungslichts die globale Belichtung oder die Zeilenbelichtung auszuführen.
Wie oben beschrieben, ist es vorzuziehen, eine gesamte Lichtempfangsfläche anzuweisen, bei Verwendung von gepulstem Weißlicht gleichzeitig ein optisches Bild eines Objekts aufzunehmen, da ein Benutzer gewöhnlich ein sich schnell bewegendes Objekt fotografieren möchte. Bei obigem Ausführungsbeispiel wird die CMOS-Abbildungsvorrichtung angewiesen, die globale Belichtung auszuführen, wenn die Abgabe von gepulstem Weißlicht erfasst wird. Folglich kann die Verzerrung, die in einem aufgenommenen Bild eines sich bewegenden Objekts auftritt, reduziert werden.
Wenn dagegen, wie oben beschrieben, Dauerlicht verwendet wird, ist es vorzuziehen, den Einfluss von Rauschen in dem aufgenommenen Bild zu reduzieren. Wenn eine CMOS-Abbildungsvorrichtung die globale Belichtung ausführt, kann eine feststehende Störstruktur (Fixed Pattern Noise), wie beispielsweise Dunkelstrom , ansteigen, das es lange dauert, das Auslesen von Pixelsignalen in einigen Zeilen zu starten, nachdem die Signalladungen an die FDs 42 übertragen worden sind. Bei obigem Ausführungsbeispiel jedoch wird die CMOS-Abbildungsvorrichtung angewiesen, die Zeilenbelichtung auszuführen, wenn die Abgabe von kontinuierlichem Weißlicht erfasst worden ist. Folglich kann die feststehende Störstruktur in einem Bild reduziert werden.
Bei obigem Ausführungsbeispiel wird eine CMOS-Abbildungsvorrichtung angewiesen, entweder die globale Belichtung oder die Zeilenbelichtung auszuführen, je nachdem ob gepulstes Licht oder Dauerlicht erfasst wurde. Ein Vorteil kann jedoch auch erzielt werden, wenn auf Basis anderer möglicher Muster von abgegebenem Beleuchtungslicht zwischen globaler Belichtung und Dauerbelichtung gewählt wird. Wenn Verzerrung in einem Bild eines sich bewegenden Objekts zu reduzieren ist, sollte die globale Belichtung ausgeführt werden. Wenn dagegen Rauschen in einem Bild zu reduzieren ist, sollte die Zeilenbelichtung ausgeführt werden.
Zwar wurden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, doch kann der Fachmann auf diesem Gebiet selbstverständlich zahlreiche Modifikationen und Änderungen vornehmen, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit, die eine in einem Endoskop (30) montierte CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) ansteuert, umfassend: einen Detektor (34), der mit einem Beleuchtungslicht übertragenden Lichtleiter (31) optisch verbunden ist und ein Muster des durch den Lichtleiter (31) übertragenen Beleuchtungslichts erfasst, wobei das Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle (21) abgegeben und auf ein Objekt gestrahlt wird und die CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) angewiesen wird, ein optisches Bild des Objekts aufzunehmen, und eine Belichtungssteuerung (33), die die CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) anweist, eine globale Belichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor (34) erfasste Muster des abgegebenen Beleuchtungslichts ein erstes Muster ist, und die Zeilenbelichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor (34) erfasste Muster des abgegebenen Beleuchtungslichts ein zweites Muster ist, wobei die Lichtquelle (21) in dem ersten Muster gepulstes Licht und in dem zweiten Muster Dauerlicht abgibt.
Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle (21) Weißlicht abgibt und einen Umlaufverschluss (25) mit einem Öffnungsbereich und einem Sperrbereich aufweist, wobei die Lichtquelle (21) in dem ersten Muster das gepulste Licht abgibt, indem der Umlaufverschluss (25) in dem Strahlengang des Weißlichts gedreht wird, um zwischen Abgabe und Unterdrücken des Weißlichts zu wechseln.
Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle (21) Weißlicht abgibt und einen Umlaufverschluss (25) mit einem Öffnungsbereich und einem Sperrbereich aufweist, wobei die Lichtquelle (21) in dem zweiten Muster das Dauerlicht abgibt, indem der Öffnungsbereich des Umlaufverschlusses (25) in den Strahlengang des Weißlichts eingeführt wird.
Elektronisches Endoskop (30), umfassend: eine CMOS-Abbildungsvorrichtung (32), einen Detektor (34), der mit einem Beleuchtungslicht übertragenden Lichtleiter (31) optisch verbunden ist und ein Muster des durch den Lichtleiter (31) übertragenen Beleuchtungslichts erfasst, wobei das Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle (21) abgegeben und auf ein Objekt gestrahlt wird und die CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) angewiesen wird, ein optisches Bild des Objekts aufzunehmen, und eine Belichtungssteuerung (33), die die CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) anweist, eine globale Belichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor (34) erfasste Muster des abgegebenen Beleuchtungslichts ein erstes Muster ist, und die Zeilenbelichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor (34) erfasste Muster des abgegebenen Beleuchtungslichts ein zweites Muster ist, wobei die Lichtquelle (21) in dem ersten Muster gepulstes Licht und in dem zweiten Muster Dauerlicht abgibt.
Elektronisches Endoskop (30) nach Anspruch 4, bei dem die Lichtquelle (21) Weißlicht abgibt und einen Umlaufverschluss (25) mit einem Öffnungsbereich und einem Sperrbereich aufweist, wobei die Lichtquelle (21) in dem ersten Muster das gepulste Licht abgibt, indem der Umlaufverschluss (25) in dem Strahlengang des Weißlichts gedreht wird, um zwischen Abgabe und Unterdrücken des Weißlichts zu wechseln.
Elektronisches Endoskop (30) nach Anspruch 4, bei dem die Lichtquelle (21) Weißlicht abgibt und einen Umlaufverschluss (25) mit einem Öffnungsbereich und einem Sperrbereich aufweist, wobei die Lichtquelle (21) in dem zweiten Muster das Dauerlicht abgibt, indem der Öffnungsbereich des Umlaufverschlusses (25) in den Strahlengang des Weißlichts eingeführt wird.
Endoskopsystem (10), umfassend: ein Endoskop (30) mit einer CMOS-Abbildungsvorrichtung (32), einen Detektor (34), der mit einem Beleuchtungslicht übertragenden Lichtleiter (31) optisch verbunden ist und ein Muster des durch den Lichtleiter (31) übertragenen Beleuchtungslichts erfasst, wobei das Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle (21) abgegeben und auf ein Objekt gestrahlt wird und die CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) angewiesen wird, ein optisches Bild des Objekts aufzunehmen, und eine Belichtungssteuerung (33), die die CMOS-Abbildungsvorrichtung (32) anweist, eine globale Belichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor (34) erfasste Muster des abgegebenen Beleuchtungslichts ein erstes Muster ist, und die Zeilenbelichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor (34) erfasste Muster des abgegebenen Beleuchtungslichts ein zweites Muster ist, wobei die Lichtquelle (21) in dem ersten Muster gepulstes Licht und in dem zweiten Muster Dauerlicht abgibt.
Endoskopsystem (10) nach Anspruch 7, bei dem die Lichtquelle (21) Weißlicht abgibt und einen Umlaufverschluss (25) mit einem Öffnungsbereich und einem Sperrbereich aufweist, wobei die Lichtquelle (21) in dem ersten Muster das gepulste Licht abgibt, indem der Umlaufverschluss (25) in dem Strahlengang des Weißlichts gedreht wird, um zwischen Abgabe und Unterdrücken des Weißlichts zu wechseln.
Endoskopsystem (10) nach Anspruch 7, bei dem die Lichtquelle (21) Weißlicht abgibt und einen Umlaufverschluss (25) mit einem Öffnungsbereich und einem Sperrbereich aufweist, wobei die Lichtquelle (21) in dem zweiten Muster das Dauerlicht abgibt, indem der Öffnungsbereich des Umlaufverschlusses (25) in den Strahlengang des Weißlichts eingeführt wird.