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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Endoskopsystem zum Betrachten eines Objektes, z. B. eines geschädigten Teils.
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Stand der Technik
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Auf dem Gebiet medizinischer Geräte sind elektronische Endoskope bekannt, die ausgebildet sind, die Diagnose eines geschädigten Teils zu erleichtern, indem gleichzeitig ablaufende Beobachtungen unter Verwendung von Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen Wellenlängenbändern und Eigenschaften durchgeführt werden. Beispielsweise beschreibt die vorläufige
japanische Patentveröffentlichung 2010-068992A (im Folgenden als „Patentdokument 1” bezeichnet) eine konkrete Konfiguration eines derartigen elektronischen Endoskopsystems.
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Das Patentdokument 1 offenbart ein elektronisches Endoskopsystem, in dem ein Objekt abwechselnd mit normalem Weißlicht und Speziallicht mit einem Wellenlängenband beleuchtet, das sich von dem des Normallichtes unterscheidet, und Objektlicht von dem Objekt durch einen CMOS-Bildsensor erfasst wird. In einem CMOS-Bildsensor kommt eine Rolling-Shutter-Konfiguration zur Anwendung, und die Belichtung von Pixeln und das Auslesen von Bildsignalen wird sequenziell für jede Zeile durchgeführt. Wird das Objekt beleuchtet, indem das Beleuchtungslicht alternierend zwischen dem Normallicht und dem Speziallicht umgeschaltet wird, so werden Informationen, die beim Beleuchten des Objektes mit dem Normallicht erhalten werden, und Informationen, die beim Beleuchten des Objektes mit dem Speziallicht erhalten werden, in Pixelsignale gemischt. Um in dem in dem Patentdokument 1 beschriebenen elektronischen Endoskopsystem zu vermeiden, dass die Information über das Objekt, das mit unterschiedlichen Arten von Beleuchtungslicht beleuchtet wird, in Pixelsignale gemischt wird, wird das Beleuchtungslicht in Intervallen eines Einzelbildes ausgeschaltet, und die Pixelsignale werden ausgelesen, während das Beleuchtungslicht ausgeschaltet ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Wird ein Objekt, wie in dem Patentdokument 1 gezeigt, alternierend mit dem Normallicht und dem Speziallicht beleuchtet, so gibt es einen Fall, in dem die Differenz zwischen der Beleuchtungsstärke des mit dem Normallicht beleuchteten Objektes und des mit dem Speziallicht beleuchteten Objektes groß wird. Wird in dem Fall, in dem die Differenz in der Beleuchtungsstärke zwischen zwei Objekten groß ist, die Belichtung korrigiert, um eines der Objektbilder anzupassen, so tritt das Problem auf, dass das andere der Objektbilder überbelichtet oder unterbelichtet wird.
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Die vorliegende Erfindung ist mit Blick auf die oben beschriebenen Umstände zustande gekommen, und es ist die Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Endoskopsystem bereitzustellen, das so ausgebildet ist, dass bei Betrachtung eines Objektes mit Beleuchtungslicht unterschiedlicher Eigenschaften das elektronische Endoskopsystem im Stande ist, das Objekt für jede Art von Beleuchtungslicht geeignet zu belichten.
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Ein elektronisches Endoskopsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst: eine Lichtquelleneinheit, die ausgebildet ist, alternierend die Einstrahlung und nicht Nicht-Einstrahlung von Beleuchtungslicht zu wiederholen, während einzustrahlendes Beleuchtungslicht alternierend zwischen einem ersten Beleuchtungslicht und einem zweiten Beleuchtungslicht umgeschaltet wird, das sich von dem ersten Beleuchtungslicht in einer Lichtmenge und/oder einer spektralen Eigenschaft unterscheidet; eine Bildaufnahmevorrichtung, die ein mit dem Beleuchtungslicht beleuchtetes Objekt aufnimmt; und ein Bildaufnahmevorrichtung-Steuermittel, das während einer Nicht-Einstrahlperiode des Beleuchtungslichtes, die auf eine Einstrahlperiode des Beleuchtungslichtes folgt, Ladungen ausliest, die in der Bildaufnahmevorrichtung während der Einstrahlperiode des Beleuchtungslichtes akkumuliert worden sind. In dieser Konfiguration sind die Einstrahlperiode des ersten Beleuchtungslichtes und die Einstrahlperiode des zweiten Beleuchtungslichtes so eingestellt sind, dass sie abhängig von einer Differenz in der Lichtmenge und/oder einer Differenz in der spektralen Eigenschaft, die zwischen dem ersten Beleuchtungslicht und dem zweiten Beleuchtungslicht auftreten, unterschiedliche Längen aufweisen.
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Indem auf diese Weise die Einstrahlperioden in Abhängigkeit der optischen Eigenschaft des ersten und des zweiten Beleuchtungslichtes differenziert werden, wird es möglich, ein mit dem jeweiligen Beleuchtungslicht beleuchtetes Objektbild mit einer geeigneten Belichtung aufzunehmen.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann beispielsweise die Lichtmenge des ersten Beleuchtungslichtes größer sein als die Lichtmenge des zweiten Beleuchtungslichtes. In diesem Fall kann die Einstrahlperiode des ersten Beleuchtungslichtes kürzer sein als die Einstrahlperiode des zweiten Beleuchtungslichtes.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Einstrahlperiode des ersten Beleuchtungslichtes kürzer sein als die Nicht-Einstrahlperiode des Beleuchtungslichtes.
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In einem Ausführungsbeispiel kann die Einstrahlperiode des zweiten Beleuchtungslichtes länger sein als die Nicht-Einstrahlperiode des Beleuchtungslichtes.
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In einem Ausführungsbespiel der Erfindung kann die Lichtquelleneinheit umfassen: eine Lichtquelle, die Weißlicht emittiert; eine rotierende Platte mit mindestens einem ersten Filter, der das Weißlicht filtert, um das erste Beleuchtungslicht aus dem Weißlicht zu extrahieren, und einem zweiten Filter, der das Weißlicht filtert, um das zweite Beleuchtungslicht aus dem Weißlicht zu extrahieren, wobei der erste Filter und der zweite Filter in Umfangsrichtung auf der rotierenden Platte so angeordnet sind, dass der erste Filter und der zweite Filter Winkelbereiche längs der Umfangsrichtung aufweisen, die der Einstrahlperiode des ersten Beleuchtungslichtes bzw. der Einstrahlperiode des zweiten Beleuchtungslichtes entsprechen; und eine Rotationsantriebseinheit, die ausgebildet ist, durch Drehen der rotierenden Platte den ersten Filter während der Einstrahlperiode des ersten Beleuchtungslichtes in einen Strahlengang des Weißlichtes einzubringen und den zweiten Filter während der Einstrahlperiode des zweiten Beleuchtungslichtes in den Strahlengang einzubringen.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können auf der rotierenden Platte der erste Filter, ein Lichtabschirmteil, der das Weißlicht blockiert, der zweite Filter und ein Lichtabschirmteil, der das Weißlicht blockiert, in Umfangsrichtung des rotierenden Filters so angeordnet sein, dass der erste Filter, der Lichtabschirmteil, der zweite Filter und der Lichtabschirmteil in der Umfangsrichtung Winkelbereiche aufweisen, die der Einstrahlperiode des ersten Beleuchtungslichtes, der Nicht-Einstrahlperiode, der Einstrahlperiode des zweiten Beleuchtungslichtes bzw. der Nicht-Einstrahlperiode entsprechen. In diesem Fall ist die Rotationsantriebseinheit ausgebildet, jeden der Lichtabschirmteile durch Drehen der rotierenden Platte während der Nicht-Einstrahlperiode in den Strahlengang einzubringen.
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Die Bildaufnahmevorrichtung kann beispielsweise ein CMOS-Bildsensor sein.
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Gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung wird es möglich, ein Objekt mit einer für jede Eigenschaft des Beleuchtungslichtes geeigneten Belichtung aufzunehmen, um das Objekt mit Beleuchtungslicht unterschiedlicher Eigenschaften beleuchtet wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines elektronischen Endoskopsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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2 ist eine Vorderansicht einer rotierenden Filtereinheit, die in einem Prozessor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist.
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3 ist eine Vorderansicht einer rotierenden Filtereinheit, die in einem Prozessor eines herkömmlichen elektronischen Endoskopsystems vorgesehen ist.
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4 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Auslesesteuerung für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bei dem herkömmlichen Endoskopsystem.
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5 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Auslesesteuerung für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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6 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Auslesesteuerung für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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7 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Auslesesteuerung für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einer Abwandlung 1 des Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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8 ist eine Vorderansicht einer rotierenden Filtereinheit, die in einem Prozessor gemäß Abwandlung 1 des Ausführungsbeispiels der Erfindung vorgesehen ist.
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9 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Auslesesteuerung für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß einer Abwandlung 2 des Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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10 ist eine Vorderansicht einer rotierenden Filtereinheit, die in einem Prozessor gemäß Abwandlung 2 des Ausführungsbeispiels der Erfindung vorgesehen ist.
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Ausführungsbeispiele zur Ausführung der Erfindung
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Im Folgenden wird ein elektronisches Endoskopsystem beispielhaft als eine Ausführungsform der Erfindung erläutert.
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines elektronischen Endoskopsystems 1 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, enthält das elektronische Endoskopsystem 1 einen elektronischen Beobachtungsteil 100, einen Prozessor 200 und einen Monitor 300.
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Der Prozessor 200 enthält eine Systemsteuerung 202 und eine Zeitsteuerung 204. Die Systemsteuerung 202 führt verschiedenartige Programme aus, die in einem Speicher 212 gespeichert sind, und steuert insgesamt das elektronische Endoskopsystem 1 in seiner Gesamtheit. Ferner ist die Systemsteuerung 202 mit einem Bedienfeld 214 verbunden. In Übereinstimmung mit Befehlen, die eine Bedienperson über das Bedienfeld 214 eingibt, ändert die Systemsteuerung 202 Operationen sowie Operationsparameter des elektronischen Endoskopsystems 1. Die Zeitsteuerung 204 gibt an jeweilige in dem elektronischen Endoskopsystem 1 vorgesehene Schaltkreise Taktimpulse aus, um die zeitliche Steuerung des Betriebs von jeweiligen Einheiten einzustellen.
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Nach der Aktivierung mittels einer Lampenstromzündung 206 emittiert eine Lampe 208 Beleuchtungslicht L. Die Lampe 208 ist beispielsweise eine Hochintensitätslampe wie eine Xenonlampe, eine Halogenlampe, eine Quecksilberlampe und eine Metallhalogenidlampe oder eine Festkörper-Lichtquelle wie eine LED (lichtemittierende Diode) und eine Laserdiode. Das Beleuchtungslicht L ist Licht, das ein Spektrum aufweist, welches von einem Bereich sichtbaren Lichtes bis zu einem Bereich infraroten Lichtes erreicht (oder Weißlicht, das zumindest den Bereich sichtbaren Lichtes beinhaltet).
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Das von der Lampe 208 emittierte Beleuchtungslicht L fällt auf eine rotierende Filtereinheit 260. 2 ist eine Vorderansicht der rotierenden Filtereinheit 260, von einer Kondensorlinse 210 her betrachtet. Die rotierende Filtereinheit 260 umfasst einen rotierenden Revolverkopf 261, einen Gleichstrommotor 262, einen Treiber 263 und einen Lichtunterbrecher 264. In 2 ist das auf den rotierenden Revolverkopf 261 fallende Beleuchtungslicht L mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Wie in 2 gezeigt, sind in dem rotierenden Revolverkopf 261 ein Filter Fn für Normallicht (Weißlicht) und ein Filter Fs für spezielles Licht sequenziell in Umfangsrichtung angeordnet. Jeder Filter hat die Form eines Fächers und ist derart angeordnet, dass er einen Winkelbereich aufweist, der in Bezug auf eine später beschriebene Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 einer Belichtungszeit und einer Ladungsauslesezeit entspricht. Ferner dient ein Bereich P auf dem rotierenden Revolverkopf 261, in dem kein Filter vorgesehen ist, als Lichtabschirmplatte, die das Beleuchtungslicht L blockiert.
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Der Treiber 263 steuert den Gleichstrommotor 263 unter der Kontrolle der Systemsteuerung 202 an. Indem der rotierende Revolverkopf 261 durch den Gleichstrommotor 262 gedreht wird, werden die optischen Filter und die Lichtabschirmplatten P sequenziell in einen Strahlengang des Beleuchtungslichtes L eingebracht. Das Beleuchtungslicht L, das ausgehend von der Lampe 208 auf die rotierende Filtereinheit 260 fällt, wird so durch die jeweiligen optischen Filter gefiltert, und eine der beiden Arten von Beleuchtungslicht (Normallicht Ln und Speziallicht Ls), die unterschiedlichen Spektren aufweisen, wird entsprechend einer mit der Bildaufnahme synchronisierten zeitlichen Steuerung extrahiert. Zwischen einer Periode (Normallicht-Einstrahlperiode), in der das Normallicht Ll extrahiert wird, und einer Periode (Speziallicht-Einstrahlperiode), in der das Speziallicht Ls extrahiert wird, ist eine Lichtabschirmperiode (Nicht-Einstrahlperiode) vorgesehen, in der das Beleuchtungslicht L durch die Lichtabschirmplatte P blockiert wird. Die Phase der Drehung und die Drehposition des rotierenden Revolverkopfs 261 werden gesteuert, indem von dem Lichtunterbrecher 264 eine Öffnung (nicht gezeigt) erfasst wird, die in einem äußeren Umfangsabschnitt des rotierenden Revolverkopfs 261 ausgebildet ist.
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Der Normalfilter Fn ist ein Dimmer-Filter, der das Beleuchtungslicht L dimmt, und kann durch eine Öffnung (die keinen optischen Filter aufweist) oder einen Schlitz (der keinen optischen Filter aufweist) ersetzt werden, die bzw. der auch als Blendenoberteil dient. Der Speziallichtfilter Fs hat beispielsweise eine spektrale Eigenschaft, die geeignet ist, Spektralbilder einer Blutgefäßstruktur nahe einer Oberflächenschicht (oder einer Blutgefäßstruktur in einer tiefen Schicht, eines bestimmten geschädigten Teils, etc.) aufzunehmen.
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Das durch die rotierende Filtereinheit 260 extrahierte Beleuchtungslicht L (Normallicht Ln und Speziallicht Ls) wird durch die Kondensorlinse 110 auf ein LCB (Lichtleiterbündel) 102 gebündelt und tritt in das Innere des LCB 102.
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Das in das Innere des LCB 102 getretene Beleuchtungslicht L (Normallicht Ln und Speziallicht Ls) propagiert durch das Innere des LCB 102 und wird aus einer Austrittsendfläche des LCB 102, die in einem Endabschnitt des elektronischen Beobachtungsteils 100 angeordnet ist, ausgesendet, um ein Objekt durch eine Lichtzerstreuungslinse 104 zu bestrahlen. Im Ergebnis wird so das Objekt alternierend mit dem Normallicht Ln und dem Speziallicht Ls beleuchtet. Das Licht, das von dem mit dem Beleuchtungslicht beleuchteten Objekt zurückkommt, formt durch eine Objektivlinse 106 auf einer Lichtempfangsfläche der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 ein optisches Bild.
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Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 ist ein CMOS-Bildsensor (komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) mit einer Komplementärfarbpixelanordnung nach Art eines Schachbrettmusters. Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 akkumuliert Ladungen, die einer auf jedes Pixel der Lichtempfangsfläche gebündelten Lichtmenge eines optischen Bildes entsprechen, erzeugt und gibt Pixelsignale entsprechend Gelb Ye, Cyan Cy, Grün G und Magenta Mg aus, mischt die Pixelsignale zweier Pixel, die in vertikaler Richtung aneinander angrenzen, durch Addieren der Pixelsignale und gibt das gemischte Signal aus. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 mit einem Primärfarbfilter (Bayer-Filter) versehen sein kann.
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Die zeitliche Steuerung für die Umschaltung zwischen dem Normallicht Ln und dem Speziallicht Fs durch die rotierende Filtereinheit 260 ist in Synchronisation mit der zeitlichen Belichtungssteuerung der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 und der zeitlichen Steuerung des Auslesens von Ladungen, die in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 akkumuliert sind. Im Ergebnis gibt so die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 das Pixelsignal eines Beobachtungsbildes (Normallicht-Beobachtungslicht) des mit dem Normallicht Ln beleuchteten Objektes und das Pixelsignal eines Beobachtungsbildes (Speziallicht-Beobachtungsbild) des mit dem Speziallicht Ls beleuchteten Objektes alternierend aus.
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In einem Anschlussstück des elektronischen Beobachtungsteils 100 ist eine Treibersignal-Verarbeitungsschaltung 110 vorgesehen. Der Treibersignal-Verarbeitungsschaltung 110 werden von der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 alternierend die Pixelsignale des Normallicht-Beobachtungsbildes und des Speziallicht-Beobachtungsbildes zugeführt. Die Treibersignal-Verarbeitungsschaltung 110 nimmt an dem von der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 zugeführten Pixelsignal eine bestimmte Bearbeitung vor und gibt das verarbeitete Signal an eine Signalvorverarbeitungsschaltung 220 des Prozessors 200 aus.
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Die Treibersignalverarbeitungsschaltung greift auf einen Speicher 112 zu, um eine eindeutig bestimmte Information des elektronischen Beobachtungsteils 100 auszulesen. Diese eindeutig bestimmte, in dem Speicher 112 gespeicherte Information beinhaltet beispielsweise die Pixelzahl und die Empfindlichkeit der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108, die aus Bildfrequenzen erhältlich ist, und eine Modellnummer. Die Treibersignal-Verarbeitungsschaltung 100 gibt die aus dem Speicher 112 ausgelesene eindeutig bestimmte Information an die Systemsteuerung 202 aus.
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Die Systemsteuerung 202 führt auf Grundlage der eindeutig bestimmten Information des elektronischen Beobachtungsteils 100 verschiedene Berechnungen aus und erzeugt Steuersignale. Unter Verwendung der erzeugten Steuersignale steuert die Systemsteuerung 202 den Betrieb und die Taktung verschiedener Schaltungen in dem Prozessor 200 so, dass für einen dem Prozessor 200 angeschlossenen elektronischen Beobachtungsteil eine geeignete Verarbeitung durchgeführt wird.
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Entsprechend der von der Systemsteuerung 202 vorgenommenen zeitlichen Steuerung versorgt die Zeitsteuerung 204 die Treibersignal-Verarbeitungsschaltung 110 mit Taktimpulsen. Entsprechend den von der Zeitsteuerung 204 gelieferten Taktimpulsen steuert und kontrolliert die Treibersignal-Verarbeitungsschaltung 110 die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 mit einer zeitlichen Zuordnung, die synchron mit der Bildfrequenz eines seitens des Prozessors 200 verarbeiteten Videos ist.
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Die Signalvorverarbeitungsschaltung 220 nimmt an jedem der Pixelsignale des Normallicht-Beobachtungsbildes und des Speziallicht-Beobachtungsbildes eine vorbestimmte Signalverarbeitung vor, z. B. eine Farbinterpolation, eine Matrixoperation und eine Y/C-Separation, und gibt das verarbeitete Signal an eine Signalnachverarbeitungsschaltung 230 aus.
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Die Signalnachverarbeitungsschaltung 230 verarbeitet das von der Signalvorverarbeitungsschaltung 220 zugeführte Pixelsignal, um Bilddaten für eine Bildschirmdarstellung zu erzeugen, und wandelt die Bilddaten für die Bildschirmdarstellung in ein vorbestimmtes Videoformatsignal. Das gewandelte Videoformatsignal wird an den Monitor 300 ausgegeben. Im Ergebnis wird so das Speziallicht-Beobachtungsbild oder das Normallicht-Beobachtungsbild des Objektes auf einem Bildschirm des Monitors 300 angezeigt.
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Im Folgenden werden eine zeitliche Belichtungssteuerung und eine zeitliche Steuerung des Auslesens von Ladungen (Pixelsignal) für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einem herkömmlichen Endoskopsystem erläutert.
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3 ist eine Vorderansicht einer rotierenden Filtereinheit 1260, die in einem Prozessor eines herkömmlichen elektronischen Endoskopsystems vorgesehen ist. Die rotierende Filtereinheit 1260 enthält einen rotierenden Revolverkopf 1261. In dem rotierenden Revolverkopf 1261 sind ein Normallichtfilter Fn0 und ein Speziallichtfilter Fs0 sequenziell in Umfangsrichtung angeordnet. Jeder optische Filter hat die Form eines Fächers, dessen Mittelpunktswinkel etwa 90 Grad ist, und die optischen Filter sind in bezüglich einer Drehachse rotationssymmetrischen Positionen angeordnet. Ferner dienen Bereiche P0, in denen kein Filter vorhanden ist, in dem rotierenden Revolverkopf 1261 als Lichtabschirmplatten zum Blockieren von Beleuchtungslicht. Durch Drehen des Revolverkopfs 1261 werden Zustände der Normallichteinstrahlung, der Nicht-Einstrahlung, der Speziallichteinstrahlung und der Nicht-Einstrahlung mit einer vorbestimmten Bildfrequenz (1/60 Sekunde in diesem Ausführungsbeispiel) geschaltet.
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4 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Steuerung des Auslesens von Ladungen (Pixelsignal) für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die definiert sind, wenn ein Normallichtbeobachtungsbild und ein Speziallichtbeobachtungsbild in dem herkömmlichen elektronischen Endoskopsystem auf einem einzigen Bildschirm nebeneinander angezeigt werden. Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ist ein CMOS-Bildsensor und wendet eine Rolling-Shutter-Konfiguration zum Auslesen von Pixelsignalen an.
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Auf einer Lichtempfangsfläche der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung sind mehrere Pixel in einer Zeile angeordnet sowie mehrere solcher Zeilen von Pixeln angeordnet. Die Pixelsignale werden kollektiv für jede Zeile ausgelesen. 4 zeigt die zeitliche Belichtungssteuerung und die zeitliche Auslesesteuerung für jede Zeile in einem Fall, in dem die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung X Pixelzeilen einschließlich Zeile 1 bis Zeile X aufweist.
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Die zeitliche Belichtungssteuerung und die zeitliche Steuerung des Auslesens der Pixelsignale sind in Synchronisation mit der Drehung des rotierenden Revolverkopfs 1261. Dabei wird zum Zeitpunkt t1 mit der Einstrahlung des Normallichtes begonnen, und es beginnt die Belichtung sämtlicher Pixel der Bildaufnahmevorrichtung. Die Belichtung aller Pixel wird für 1/60 Sekunden bis zum Zeitpunkt t2 durchgeführt. Zum Zeitpunkt t2 wird das Beleuchtungslicht durch die Lichtabschirmplatte blockiert, und es wird das Auslesen von Ladungen, die in jedem Pixel während einer Zeit ab t1 bis t2 akkumuliert worden sind, sequenziell für jeweilige Zeilen durchgeführt. Insbesondere wird das Auslesen der Pixelsignale in der Reihenfolge zunehmender Zeilenzahl unter Verschiebung der Auslesezeit durchgeführt. Die Zeit, die zum Auslesen der Pixelsignale aller Pixel benötigt wird, ist 1/60 Sekunden. Zum Zeitpunkt t3 wird mit der Einstrahlung des Speziallichtes begonnen, und es wird die Belichtung aller Pixel der Bildaufnahmevorrichtung gestartet. Die Belichtung aller Pixel wird für 1/60 Sekunden bis zum Zeitpunkt t4 durchgeführt.
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Indem so die Einstrahlung des Beleuchtungslichtes während der Zeit, in der die Pixelsignale des mit dem Normallicht oder dem Speziallicht beleuchteten Objektes ausgelesen werden, blockiert wird, werden das Normallicht-Beobachtungsbild und das Speziallicht-Beobachtungsbild auf dem Monitor mit 15 fps (Einzelbild pro Sekunde) angezeigt, während verhindert wird, dass die Information über das mit den jeweils anderen Licht, d. h. dem Normallicht oder dem Speziallicht, beleuchteten Objektes in die Pixelsignale gemischt wird.
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Da sich das Normallicht und das Speziallicht im Hinblick auf die spektrale Eigenschaft und die Lichtmenge voneinander unterscheiden, ist die Beleuchtungsstärke des mit dem Normallicht beleuchteten Objektes verschieden von der Beleuchtungsstärke des mit dem Speziallicht beleuchteten Objektes. Jedoch sind in dem herkömmlichen elektronischen Endoskopsystem die Belichtungszeit der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die bei der Einstrahlung des Normallichtes definiert ist, und die Belichtungszeit der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die bei der Einstrahlung des Speziallichtes definiert ist, gleich. Da ferner das Normallicht und das Speziallicht mit einem Hochgeschwindigkeitszyklus von 1/30 Sekunden geschaltet werden, ist es unmöglich, eine Öffnungsblende oder die Verstärkung des Pixelsignals in einer Bildverarbeitungsschaltung so einzustellen, dass eine Anpassung an die mit hoher Geschwindigkeit variierende Beleuchtungsstärke des Objektes vorgenommen werden kann. Im Ergebnis werden so die in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung akkumulierten Ladungsmengen für die Einstrahlung des Normallichtes und die Einstrahlung des Speziallichtes unterschiedlich. Wird deshalb die Öffnungsblende oder die Verstärkung des Pixelsignals so eingestellt, dass das Objektbild für eine der beiden Lichtarten, nämlich das Normallicht und das Speziallicht, in einer geeigneten Belichtung erhalten wird, so wird das Objektbild für die andere der beiden, durch das Normallicht und das Speziallicht gegebenen Lichtarten überbelichtet oder unterbelichtet.
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Aus diesem Grund ist das elektronische Endoskopsystem 1 gemäß Ausführungsbeispiel in geeigneter Weise so konfiguriert, dass das Auftreten einer Überbelichtung und einer Unterbelichtung des Objektbildes, das in dem herkömmlichen elektronischen Endoskopsystem verursacht wird, vermieden wird.
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5 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Steuerung des Auslesens von Ladungen (Pixelsignal) für die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108, die definiert sind, wenn das Normallicht-Beobachtungsbild und das Speziallicht-Beobachtungsbild in dem elektronischen Endoskopsystem 1 gemäß Ausführungsbeispiel auf einem Bildschirm nebeneinander angezeigt werden.
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Auf der Lichtempfangsfläche der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 sind mehrere Pixel in einer Zeile sowie mehrere solcher Zeilenbereiche angeordnet. Die Pixelsignale werden kollektiv für jede Zeile ausgelesen. 5 zeigt die zeitliche Belichtungssteuerung und die zeitliche Auslesesteuerung für jede Zeile in einem Fall, in dem die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 X Zeilen von Zeile 1 bis Zeile X enthält.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Lichtmenge des Normallichtes Ln größer als die Lichtmenge des Speziallichtes Ls. Deshalb ist die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Normallichtes Ln kürzer eingestellt als die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Speziallichtes Ls. Dabei ist die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Speziallichtes Ls 1/60 Sekunden, was gleich der in der herkömmlichen Technologie definierten Belichtungszeit ist. Andererseits ist die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Normallichtes Ln auf 1/150 Sekunden eingestellt, was um 1/100 Sekunden kürzer ist als die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Speziallichtes Ls. Deshalb beträgt in diesem Ausführungsbeispiel eine Zeit ab einem Zeitpunkt (Zeitpunkt t11), zu dem die Belichtung für die Einstrahlung des Normallichtes Ln gestartet wird, bis zu einem Zeitpunkt (Zeit t15), zu dem die nächste Belichtung für die Einstrahlung des Normallichtes Ln gestartet wird, näherungsweise 57 ms (3/60 Sekunden + 1/150 Sekunden), was kürzer ist als die in der herkömmlichen Technologie definierte Belichtungszeit (4/60 = 67 ms).
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In diesem Ausführungsbeispiel sind die Drehgeschwindigkeit des rotierenden Revolverkopfs 261 und der Mittelpunktswinkel jedes Filters eingestellt, um die Belichtungszeit und die zeitliche Auslesesteuerung der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 anzupassen. Dabei sind die Mittelpunktswinkel des Speziallichtfilters Fs und der beiden Lichtabschirmplatten jeweils auf näherungsweise 106 Grad eingestellt, und der Mittelpunktswinkel des Normallichtfilters Fn ist näherungsweise auf 42 Grad eingestellt. Ferner ist der Rotationszyklus des rotierenden Revolverkopfs 261 auf etwa 57 ms eingestellt, um den Belichtungszyklus der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 anzupassen.
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Während der Zeit ab dem Zeitpunkt t11 bis zum Zeitpunkt t12 wird das Normallicht Ln für 1/150 Sekunden eingestrahlt, und alle Pixel der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 werden belichtet. Die zeitliche Steuerung des Zeitpunkts, zu dem die Belichtung gestartet wird, und die zeitliche Steuerung des Zeitpunkts, zu dem die Belichtung beendet wird, sind unter sämtlichen Zeilen gleich. Während der Zeit ab dem Zeitpunkt t12 bis zu dem Zeitpunkt t13 ist das Beleuchtungslicht L geblockt, und es werden Ladungen, die während der Zeit ab dem Zeitpunkt t11 bis zu dem Zeitpunkt t12 in den jeweiligen Pixeln akkumuliert worden sind, sequenziell für jede Zeile ausgelesen. Wie in 5 gezeigt, werden die Pixelsignale in der Reihenfolge zunehmender Zeilennummer unter Verschiebung der Zeit sequenziell ausgelesen. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Zeit, die zum Auslesen der Pixelsignale aus allen Pixeln benötigt wird, 1/60 Sekunden. Während der Zeit ab dem Zeitpunkt t13 bis zu dem Zeitpunkt t14 wird das Speziallicht für 1/60 Sekunden eingestrahlt, und alle Pixel der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 werden belichtet. Die zeitliche Steuerung des Zeitpunkts, zu dem die Belichtung gestartet wird, und die zeitliche Steuerung des Zeitpunkts, zu dem die Belichtung beendet wird, sind unter den Zeilen gleich. Während der Zeit ab dem Zeitpunkt t14 bis zu dem Zeitpunkt t15 wird das Beleuchtungslicht L geblockt, und es werden Ladungen, die während der Zeit ab dem Zeitpunkt t13 bis zu dem Zeitpunkt t14 in den jeweiligen Pixeln gespeichert worden sind, sequenziell für jede Zeile ausgelesen. Die Pixelsignale werden sequenziell in der Reihenfolge zunehmender Zeilennummer unter Verschiebung der Zeit ausgelesen. Die Zeit, die zum Auslesen der Pixelsignale aus allen Pixeln benötigt wird, beträgt 1/60 Sekunden.
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In dem Ausführungsbeispiel ist also die Belichtungszeit für die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108, die bei Einstrahlung des Normallichtes Ln definiert ist, kürzer eingestellt als die Belichtungszeit, die bei Einstrahlung des Speziallichtes Ls definiert ist. Deshalb können sowohl für den Fall, dass das Normallicht Ln eingestrahlt wird, als auch für den Fall, dass das Speziallicht Ls eingestrahlt wird, Objektbilder erhalten werden, die mit einer geeigneten Belichtung aufgenommen sind.
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Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Normallichtes Ln kürzer eingestellt als die in der herkömmlichen Technologie definierte Belichtungszeit. Deshalb wird es möglich, die Bildfrequenz für Objektbilder, die bei Einstrahlung des Normallichtes Ln und des Speziallichtes Ls erhalten werden, von näherungsweise 67 ms (näherungsweise 15 fps) auf näherungsweise 57 ms (näherungsweise 18 fps) zu erhöhen.
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Ein Verhältnis zwischen der Einstrahlperiode des Normallichtes L und der Einstrahlperiode des Speziallichtes Ls wird entsprechend einem Verhältnis zwischen der Lichtmenge des Normallichtes Ln und der Lichtmenge des Speziallichtes Ls eingestellt. Deshalb sind der Mittelpunktswinkel jedes Filters und die Einstrahlperiode jedes Beleuchtungslichts nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. Ist beispielsweise die Lichtmenge des Speziallichts Ls größer als die Lichtmenge des Normallichts Ln, so wird die Einstrahlperiode des Speziallichts Ls kürzer eingestellt als die Einstrahlperiode des Normallichts Ln.
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Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel die Lichtabschirmperiode (Nicht-Einstrahlperiode) des Beleuchtungslichtes L auf 1/60 Sekunden eingestellt; jedoch sind Ausführungsformen nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Die Lichtabschirmperiode ist entsprechend einer Zeit eingestellt, die benötigt wird, die Pixelsignale der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 auszulesen. Die Zeit, die zum Auslesen der Pixelsignale der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 benötigt wird, variiert in Abhängigkeit der Spezifikationen und Betriebsmodi der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108. Deshalb wird die Bildabschirmperiode des Beleuchtungslichtes L in geeigneter Weise entsprechend der Zeit eingestellt, die benötigt wird, die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 auszulesen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass in diesem Ausführungsbeispiel auch nur ein Normallicht-Beobachtungsbild oder nur ein Speziallicht-Beobachtungsbild aufgenommen und angezeigt werden kann. 6 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Steuerung des Auslesens von Pixelsignalen, wenn nur ein Normallicht-Beobachtungsbild auf dem Monitor 300 angezeigt wird.
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Ist nur ein Normallicht-Beobachtungsbild aufzunehmen, werden die Information über das Objekt, die man erhält, wenn das Objekt mit dem Normallicht Ln beleuchtet wird, und die Information über das Objekt, die man erhält, wenn das Objekt mit dem Speziallicht Ls beleuchtet wird, im Gegensatz zu dem Fall, in dem ein Normallicht-Beobachtungsbild und ein Speziallicht-Beobachtungsbild gleichzeitig aufgenommen werden, nicht gemischt. Wenn nur das Normallicht-Beobachtungsbild aufgenommen wird, ist es deshalb nicht erforderlich, das Beleuchtungslicht entsprechend der Belichtungszeit jedes Pixels zu blockieren, wodurch das Normallicht kontinuierlich eingestrahlt wird. In einem Zustand, in dem das Normallicht Ln eingestrahlt wird, belichtet die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 Zeilen in der Reihenfolge zunehmender Zeilennummer unter Verschiebung der Zeit. Was ein Pixel jeder Zeile betrifft, so erfolgt das Auslesen eines Pixelsignals, nachdem eine Belichtung für eine vorbestimmte Zeit (1/150 Sekunden in dem Beispiel nach 6) durchgeführt worden ist. Die Zeit, die zum Auslesen von Pixeln für ein Einzelbild benötigt wird, beträgt 1/60 Sekunden. Wird nur das Normallicht-Beobachtungsbild oder nur das Speziallicht-Beobachtungsbild angezeigt, so beträgt deshalb die Bildfrequenz für das Objektbild näherungsweise 17 ms (60 fps).
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Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung in unterschiedlicher Weise variiert werden. Beispielsweise beinhalten Ausführungsbeispiele der Erfindung eine Kombination von Ausführungsbeispielen, die in dieser Beschreibung explizit erläutert sind, sowie Ausführungsbeispiele, die in einfacher Weise auf Basis des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels realisiert werden können.
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(Abwandlung 1)
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In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Normallichtes auf 1/150 Sekunden eingestellt, was um 1/100 Sekunde kürzer ist als 1/60 Sekunden; jedoch ist die Erfindung nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. So kann die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Normallichtes Ln beispielsweise kürzer eingestellt werden, und die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Speziallichtes Ls kann länger eingestellt werden. 7 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Steuerung des Auslesens von Pixelsignalen der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 für den Fall, dass das Speziallicht-Beobachtungsbild und das Normallicht-Beobachtungsbild in der Abwandlung 1 auf einem einzigen Bildschirm nebeneinander angezeigt werden.
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In der Abwandlung 1 beträgt die Lichtabschirmperiode wie im Falle des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels 1/60 Sekunden. Die Belichtungszeit, die für die Einstrahlung des Normallichtes Ln definiert ist, beträgt 1/150 Sekunden, was um 1/100 Sekunden kürzer ist als 1/60 Sekunden. Die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Speziallichtes Ls beträgt 1/37,5 Sekunden, was um 1/100 Sekunden länger ist als 1/60 Sekunden. Deshalb beträgt in der Abwandlung 1 die Zeit, die ab einem Zeitpunkt, zu dem die Belichtung durch Einstrahlung des Normallichtes Ln gestartet wird (Zeitpunkt t31), bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die nächste Belichtung durch Einstrahlung des Normallichtes Ln gestartet wird (Zeitpunkt t35), verstrichen ist, näherungsweise 76 ms, und die Bildwiederholrate jedes Beobachtungsbildes beträgt 15 fps, was gleich derjenigen der herkömmlichen Technologie ist.
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8 ist eine Vorderansicht des rotierenden Revolverkopfs 261 gemäß Abwandlung 1. Ein Mittelpunktswinkel jedes Filters, der in dem rotierenden Revolverkopf 261 gemäß Abwandlung 1 vorgesehen ist, ist so eingestellt, dass er an die zeitliche Auslesesteuerung der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 angepasst ist. Dabei beträgt der Mittelpunktswinkel jedes der beiden Bildabschirmbereiche 90 Grad, ein Mittelpunktswinkel des Normallichtfilters 36 Grad und ein Mittelpunktswinkel des Speziallichtfilters 144 Grad.
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In dieser Abwandlung 1 ist somit die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Normallichtes Ln kürzer eingestellt, und die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Speziallichtes Ls ist länger eingestellt. Selbst wenn die Lichtmengendifferenz (Lichtmengenverhältnis) zwischen dem Normallicht Ln und dem Speziallicht Ls groß ist, können demnach sowohl für den Fall, dass das Normallicht Ln eingestrahlt wird, als auch für den Fall, dass das Speziallicht Ls eingestrahlt wird, Objektbilder mit geeigneter Belichtung erhalten werden.
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(Abwandlung 2)
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In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein CMOS-Bildsensor als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 verwendet; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. So kann beispielsweise ein CDD-Bildsensor (ladungsgekoppelte Vorrichtung) als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 verwendet werden. In einem CDD-Bildsensor kommt eine Global-Shutter-Konfiguration zur Anwendung, in der Pixelsignale für alle Pixel gleichzeitig ausgelesen werden. 9 ist eine Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Belichtungssteuerung und der zeitlichen Steuerung des Auslesens von Pixelsignalen der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 für den Fall, dass das Speziallicht-Beobachtungsbild und das Normallicht-Beobachtungsbild auf einem einzigen Bildschirm nebeneinander angezeigt werden, wobei ein CDD-Bildsensor als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 verwendet wird.
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Wie in 9 gezeigt, beträgt in der Abwandlung 2 die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Normallichtes Ln 1/150 Sekunden und die Belichtungszeit für die Einstrahlung des Speziallichtes Ls 1/60 Sekunden. Wenn ein CDD-Bildsensor als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 verwendet wird, werden Pixelsignale gleichzeitig aus allen Pixeln ausgelesen. Deshalb ist die Zeit, die zum Auslesen der Pixelsignale aus allen Pixeln benötigt wird, kürzer als diejenige Zeit, die benötigt wird, wenn ein CMOS-Bildsensor verwendet wird. Demnach ist die Bildabschirmzeit für das Beleuchtungslicht L ausreichend kleiner als die Einstrahlzeit des Normallichtes Ln und die Einstrahlzeit des Speziallichtes Ls.
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10 ist eine Vorderansicht des rotierenden Revolverkopfs 261 gemäß Abwandlung 2. Ein Mittelpunktswinkel jedes Filters, der in dem rotierenden Revolverkopf 261 gemäß Abwandlung 2 vorgesehen ist, ist so eingestellt, dass er der zeitlichen Auslesesteuerung der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 angepasst ist. Dabei ist der Mittelpunktswinkel eines optischen Normallichtfilters näherungsweise 103 Grad, der Mittelpunktswinkel eines optischen Speziallichtfilters näherungsweise 257 Grad. Ferner ist eine Lichtabschirmplatte P innerhalb eines kleinen Winkelbereichs in einem Grenzbereich zwischen dem optischen Normallichtfilter Fn und dem optischen Speziallichtfilter Fs vorgesehen. Die Größe jeder Lichtabschirmplatte P ist so eingestellt, dass sie größer ist als die Größe des Beleuchtungslichtes L, das auf den rotierenden Revolverkopf 261 fällt und mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Mit dieser Konfiguration kann verhindert werden, dass das Normallicht In und das Speziallicht Ls gleichzeitig eingestrahlt werden.
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Wird ein CDD-Bildsensor als Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 108 verwendet, so kann die Bildfrequenz für ein Objekt bis zu einem Grad erhöht werden, dass in dieser Abwandlung die Zeit, die zum Auslesen der Pixelsignale für alle Pixel benötigt wird, herabgesetzt ist.
