DE60021679T2

DE60021679T2 - Endoskop

Info

Publication number: DE60021679T2
Application number: DE60021679T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Hino-shi DOGUCHI; Yasuo Hachioji-shi KOMATSU; Kazunari Zama-shi NAKAMURA; Sakae Sagamihara-shi TAKEHANA; Katsuichi Hino-shi IMAIZUMI; Takayuki Hachioji-shi HANAWA
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2020-05-17
Also published as: DE60021679D1; US6902527B1; EP1099405B1; US20080021272A1; EP1099405A1; US7258663B2; WO2000069324A1; EP1099405A4; US20040143157A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Endoskopsystem zum Visualisieren eines Objekts unter Verwendung eines Halbleiter-Abbildungsbauelements, dessen Empfindlichkeit steuerbar ist.
Stand der Technik
Ein Endoskopsystem mit einem Halbleiter-Abbildungsbauelement besteht hauptsächlich aus einem Endoskop wie z.B. einem elektronischen Endoskop, einem Prozessor, einer Lichtquelleneinheit und einem Monitor. Im Endoskopsystem wird die Einführungseinheit des Endoskops in eine Körperhöhle eingeführt und Beleuchtungslicht, das von der Lichtquelleneinheit ausgeht, wird auf ein Objekt über einen Lichtleiter, der durch das Endoskop hindurchgeführt ist, abgestrahlt. Das Halbleiter-Abbildungsbauelement, das in den distalen Teil des Endoskops eingebaut ist, wandelt das Licht photoelektrisch um, um ein Videosignal zu erzeugen. Der Prozessor verarbeitet das Signal und zeigt ein Bild auf dem Monitor gemäß dem Signal an.
Wenn man über das Endoskopsystem spricht, ist ein Zeitfolge-Endoskopsystem wie dasjenige, das beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 1-221135 offenbart ist, als eine Ausführungsart bekannt, die die Beobachtung unter gewöhnlichem Licht unter Verwendung von Beleuchtungslicht mit Wellenlängen, die in das sichtbare Spektrum fallen, ermöglicht. Bei dem Endoskopsystem, wie in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungs-veröffentlichung Nr. 9-70384 beschrieben, wird häufig ein Endoskop, das zur Fluoreszenzdiagnose ausgelegt ist, verwendet, um ein Karzinom oder dergleichen im frühen Stadium zu entdecken. Insbesondere wird Anregungslicht auf lebendes Gewebe abgestrahlt und Licht, das von Fluoreszenz stammt, die vom lebenden Gewebe dargeboten wird, wird beobachtet, um ein Karzinom oder dergleichen im frühen Stadium zu entdecken.
Ein Abbildungsbauelement, das in einem solchen Fluoreszenzdiagnose-Endoskopsystem enthalten ist, muss eine so hohe Empfindlichkeit bieten, dass die Beobachtung von schwachem Licht, das von Fluoreszenz stammt, ermöglicht wird. Aus diesem Grund wird häufig eine Aufnahmeröhre verwendet. Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 5-252450 hat eine Technologie zum Steuern einer Drainspannung, die aufgrund von Überlauf in einem Halbleiter-Abbildungsbauelement auftritt, gemäß einem Ausgangssignal des Halbleiter-Abbildungsbauelements offenbart. Die Technologie ermöglicht folglich die Visualisierung eines Bereichs, dessen Bild nicht durch Steuern einer Menge an Licht unter Verwendung einer Irisblende korrigiert werden kann.
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Beim vorangehenden Endoskopsystem werden verschiedene Arten von Endoskopen zur Verwendung gemäß einem zu beurteilenden Bereich oder einem Beurteilungsverfahren ausgewechselt. Ein Endoskop, das für die Untersuchung der Bronchien zweckorientiert ist, ist beispielsweise dünner als ein Endoskop, das für die Untersuchung des Dickdarms zweckorientiert ist.
Der Durchmesser eines Endoskops wirkt sich auf die Anzahl von optischen Fasern aus, die einen Lichtleiter bilden, der durch das Endoskop hindurchgeführt ist, und führt einen Unterschied in der Menge an abgestrahltem Licht herbei. Überdies variiert eine Blendenzahl in Abhängigkeit vom Verwendungszweck eines Endoskops. Insbesondere wenn ein Endoskop mit einer dafür festgelegten großen Blendenzahl verwendet wird, um ein Objekt zu beobachten, das sich an einem fernen Punkt befindet, ist die Menge an Licht so gering, dass ein Sichtbild dunkel ist.
Dies verursacht, dass ein Bereich, in dem eine zweckmäßige Menge an Licht, das zum Aufnehmen von Bilddaten erforderlich ist, gesammelt wird, in Abhängigkeit von einer Art eines Endoskops stark variiert. Andererseits ist das Endoskopsystem, wie vorstehend erwähnt, nicht nur zur Beobachtung unter gewöhnlichem Licht, sondern auch zur Beobachtung unter speziellem Licht wie z.B. Licht, das von Fluoreszenz stammt, die zum Beurteilen einer Läsion vorgesehen ist, verwendbar. Für die Beobachtung unter Licht, das von Fluoreszenz stammt, muss sehr schwaches Licht, das von Eigenfluoreszenz stammt, gesammelt werden. Daher muss ein in den distalen Teil eines Endoskops einzubauendes Halbleiter-Abbildungsbauelement eine viel höhere Empfindlichkeit bieten als ein Halbleiter-Abbildungsbauelement, das zur Beobachtung unter gewöhnlichem Licht ausgelegt ist.
Wenn das Endoskopsystem zum Beobachten eines Objekts, das eine schnelle Bewegung durchführt, oder zum Erzeugen eines Standbildes verwendet wird, wird das Halbleiter-Abbildungsbauelement im Allgemeinen unter Verwendung einer elektronischen Verschlussblende angesteuert. In diesem Fall wird die Menge an abgestrahltem Licht erhöht, um einen Belichtungswert zu optimieren. Wenn jedoch eine Irisblende vollständig geöffnet wird, um die Menge an abgestrahltem Licht einzustellen, und wenn die elektronische Verschlussblende aktiviert wird, wird der Belichtungswert unzureichend. Dies führt zu einem dunklen Bild. Eine automatische Verstärkungsregelung (AGC) kann verwendet werden, um den unzureichenden Belichtungswert zu kompensieren. Dies wirft jedoch insofern ein Problem auf, als Rauschen verstärkt wird.
US 5 749 830 , das Olympus Optical Co. erteilt wurde, offenbart ein Fluoreszenz-Endoskopsystem mit einer Lichtquelleneinheit, einem Endoskop und einer Fluoreszenzkamera, die mit dem Endoskop gekoppelt ist. Die Lichtquelleneinheit liefert Licht von einer normalen (weißen) Lichtquelle oder von einer Laserstrahlquelle über ein Faserbündel zum Endoskop. Ein zweites Faserbündel im Endoskop überträgt das Licht, das von einem Objekt reflektiert wird oder fluoresziert, zur Kamera, in der zwei CCD-Abbildungsbauelemente angeordnet sind. Im Lichtweg zu einem der CCDs ist ein Lichtverstärker angeordnet, von dem das CCD das Bild aufnimmt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Endoskopsystems, das in der Lage ist, ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit ungeachtet der Art von Endoskop zu erzeugen. Insbesondere wird die Empfindlichkeit eines Halbleiter-Abbildungsbauelements in Abhängigkeit von der Art des Endoskops, das heißt vom Durchmesser einer Einführungseinheit eines Endoskops, einer für ein Endoskop festgelegten Blendenzahl oder dessen, ob ein Endoskop für Beobachtung unter gewöhnlichem Licht oder Beobachtung unter speziellem Licht wie z.B. Licht, das von Fluoreszenz stammt, ausgelegt ist, gesteuert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Endoskopsystems, das in der Lage ist, durch Steuern der Empfindlichkeit eines Halbleiter-Abbildungsbauelements gemäß der die Lichtquelle betreffenden Bewegungsinformation, ob eine Menge an von einer Lichtquelle geliefertem Licht unzureichend ist oder nicht, einen zweckmäßigen Belichtungswert zu bieten.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Endoskopsystems, das in der Lage ist, ein Sichtbild zu erzeugen, das weniger durch Rauschen beeinflusst ist, indem die Empfindlichkeit eines Halbleiter-Abbildungsbauelements gemäß dem Ansteuerungszustand des Halbleiter-Abbildungsbauelements gesteuert wird.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Spezielle Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat die Aufmerksamkeit auf eine Technologie zum Vervielfachen von Ladung durch Ionisation, um die Empfindlichkeit zu verbessern, gerichtet, wie im US-Patent Nr. 5 337 340 mit dem Titel "Charge Multiplying Detector (CMD) Suitable for Small Pixel CCD Image Sensors" beschrieben. Gemäß der Technologie wird ein elektrisches Feld mit ausreichender Stärke erzeugt und Leitungselektronen läßt man im elektrischen Feld gegen Atome stoßen. Die Elektronen werden somit aus einem Valenzband gelöst und treten von einem Bereich aus, in dem die Leitungselektronen gegen die Atome stoßen. Infolge der Ionisation werden die Ladungsträger vervielfacht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Endoskopsystem bereitgestellt, das hauptsächlich aus einem Endoskop, einer Signalverarbeitungseinheit, einer Lichtquelleneinheit und einem Empfindlichkeitssteuermittel besteht. Das Endoskop weist ein Halbleiter-Abbildungsbauelement auf, dessen Empfindlichkeit durch Anlegen einer Vielzahl von verschiedenen Ansteuerimpulsen verändert werden kann, um eine Elektronenvervielfachungsrate zu ändern. Die Signalverarbeitungseinheit verarbeitet ein aus dem Halbleiter-Abbildungsbauelement ausgegebenes Signal. Die Lichtquelleneinheit strahlt Licht auf ein Objekt ab, so dass ein Objektbild auf das Halbleiter-Abbildungsbauelement projiziert wird. Das Empfindlichkeitssteuermittel verändert einen Empfindlichkeitssteuerimpuls, legt ihn an das Halbleiter-Abbildungsbauelement an und steuert folglich die Elektronenvervielfachungsrate für das Halbleiter-Abbildungsbauelement.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Endoskopsystem bereitgestellt, das hauptsächlich aus einem Endoskop, einer Signalverarbeitungseinheit, einer Lichtquelleneinheit, einem Umschaltmittel und einem Empfindlichkeitssteuermittel besteht. Das Endoskop weist ein Halbleiter-Abbildungsbauelement auf, dessen Empfindlichkeit verändert werden kann, indem eine Vielzahl von verschiedenen Impulsansteuersignalen angelegt wird, um eine Elektronenvervielfachungsrate zu verändern. Die Signalverarbeitungseinheit verarbeitet ein aus dem Halbleiter-Abbildungsbauelement ausgegebenes Signal. Die Lichtquelleneinheit strahlt weißes Licht oder spezielles Licht mit einem festgelegten Wellenlängenband auf ein Objekt ab, wobei die Intensität des Lichts verändert wird. Das Umschaltmittel schaltet zwischen der Beobachtung in einer gewöhnlichen Lichtbetriebsart, in der das weiße Licht abgestrahlt wird, und der Beobachtung in einer speziellen Lichtbetriebsart um. Das Empfindlichkeitssteuermittel verändert einen Empfindlichkeitssteuerimpuls, legt ihn an das Halbleiter-Abbildungsbauelement an und steuert eine Elektronenvervielfachungsrate für das Halbleiter-Abbildungsbauelement.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Empfindlichkeitssteuermittel, das im Endoskopsystem enthalten ist, auf der Basis von mindestens einem eines Festlegungssignals, das aus einem Festlegungsmittel ausgegeben wird, eines Informationssignals, das aus einem angeschlossenen Endoskop ausgegeben wird und ein Merkmal des Endoskops darstellt, eines Bewegungsinformationssignals, das aus der Lichtquelleneinheit ausgegeben wird, eines Signals, das eine Ansteuerbedingung für das Halbleiter-Abbildungsbauelement darstellt, und eines Ausgangssignals der Signalverarbeitungseinheit gesteuert.
Bei dem Endoskopsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Empfindlichkeit durch Einstellen einer Amplitude eines Empfindlichkeitssteuerimpulses (CMD-Gatterimpulses) oder der Anzahl von Anlegungen des Empfindlichkeitssteuerimpulses pro Einheitszeit frei gesteuert werden. Da die Empfindlichkeit gesteuert werden kann, kann ein Halbleiter-Abbildungsbauelement mit hoher Empfindlichkeit ohne Rauschen, das von der Vervielfachung stammt, und ohne Notwendigkeit für Kühlung realisiert werden. Dies ergibt ein Endoskop, das in der Lage ist, eine hohe Bildqualität zu bieten, und sanft eingeführt werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Endoskopsystem ist das Empfindlichkeitssteuermittel in der Signalverarbeitungseinheit enthalten. Die Empfindlichkeit des Halbleiter-Abbildungsbauelements wird auf der Basis der Endoskopart oder einer Eigenschaft von jedem Halbleiter-Abbildungsbauelement festgelegt. Folglich kann ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit ungeachtet der Art von Endoskop oder der Eigenschaft jedes Halbleiter-Abbildungsbauelements erzeugt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 bis 6 betreffen das Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Endoskopsystems zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Signalvorverarbeitungsmittels, das in einem Signalverarbeitungsmittel enthalten ist, zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfigurationen eines Zeitfolge-Synchronisationsmittels und eines Signalnachverarbeitungsmittels zeigt, die im Signalverarbeitungsmittel enthalten sind;
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das verschiedene Arten von Endoskopen zeigt, die im vorliegenden Beispiel verwendet werden;
5 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Verwendungszwecke der Endoskope betrifft;
6 ist ein erläuterndes Diagramm hinsichtlich Handlungen;
7 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Endoskopsystems gemäß dem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Endoskopsystems gemäß dem Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Endoskopsystems gemäß dem Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Videosignal-Verarbeitungsmittels im einzelnen zeigt;
11 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Endoskopsystems gemäß dem Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Signalvorverarbeitungsmittels im einzelnen zeigt;
13 bis 16 betreffen das Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung;
13 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines Endoskopsystems zeigt;
14 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Signalvorverarbeitungsmittels im einzelnen zeigt;
15 zeigt die Struktur eines CCD im einzelnen;
16 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Handlung, die mit gewöhnlicher Empfindlichkeit durchgeführt wird, und eine Handlung, die mit vervielfachten Elektronen durchgeführt wird, angibt;
17 bis 23 betreffen das Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung;
17 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Endoskopsystems schematisch zeigt;
18 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung von zwei Filtersätzen, die ein Drehfilter bilden, zeigt;
19 ist ein Blockdiagramm, das ein Signalvorverarbeitungssignal zeigt, das in einem Signalverarbeitungsmittel enthalten ist;
20 ist ein Blockdiagramm, das ein Zeitfolge-Synchronisationsmittel und ein Signalnachverarbeitungsmittel zeigt, die im Signalverarbeitungsmittel enthalten sind;
21 ist ein Ablaufdiagramm, das die Zeitabläufe von Signalen angibt, die zum Ansteuern eines CCD verwendet werden;
22 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke auf der Abbildungsoberfläche eines CCD und einem Rauschabstand angibt;
23 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke auf der Abbildungsoberfläche des CCD und einem Ausgangsspannungspegel angibt;
24 bis 27 betreffen das Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung;
24 zeigt die Struktur eines Drehfilters;
25 ist ein Ablaufdiagramm, das die Zeitabläufe von Signalen angibt, die zum Ansteuern eines CCD in einer speziellen Lichtbetriebsart verwendet werden;
26 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke auf der Abbildungsoberfläche des CCD und einem Rauschabstand angibt (lange Belichtung);
27 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke auf der Abbildungsoberfläche des CCD und einem Ausgangsspannungspegel angibt (lange Belichtung);
28 und 29 betreffen das Beispiel 9 der vorliegenden Erfindung;
28 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Endoskopsystem zeigt; und
29 ist ein Blockdiagramm, das ein Signalvorverarbeitungsmittel zeigt, das in einem Signalverarbeitungsmittel enthalten ist.
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen nachstehend beschrieben.
BEISPIEL 1
1 bis 6 betreffen das Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Endoskopsystems des Beispiels 1 schematisch zeigt. 2 und 3 zeigen ein Signalvorverarbeitungsmittel, das in einem Signalverarbeitungsmittel enthalten ist. 4 zeigt verschiedene Arten von Endoskopen, die im vorliegenden Beispiel verwendet werden. 5 beschreibt die Verwendungszwecke der Endoskope und anderer. 6 ist ein erläuterndes Diagramm hinsichtlich Handlungen.
Wie in 1 gezeigt, besteht ein Endoskopsystem 1 des Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung hauptsächlich aus einem elektronischen Endoskop (nachstehend der Kürze halber Endoskop) 2, einem Prozessor 3 und einem Monitor 5. Ein Halbleiter-Abbildungsbauelement ist in das Endoskop 2 eingebaut. Das Endoskop 2 ist mit dem Prozessor 3 so verbunden, dass es frei abgetrennt werden kann, und eine Signalverarbeitungseinheit 4 und eine Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 22 sind in den Prozessor 3 integriert. Der Monitor 5 ist mit dem Prozessor 3 verbunden und ein vom Prozessor 3 verarbeitetes Videosignal wird an den Monitor 5 ausgegeben.
Das Endoskop 2 weist eine langgestreckte Einführungseinheit 6 auf, die in eine Körperhöhle eingeführt wird. Ein Objektiv 8, durch das ein Objektbild projiziert wird, ist in den distalen Teil 7 der Einführungseinheit 6 eingebaut. Ein Halbleiter-Abbildungsbauelement, beispielsweise ein ladungsgekoppeltes Bauelement (nachstehend CCD), befindet sich in der Bildebene des Objektivs 8. Das CCD 9 ist mit einem CCD-Ansteuermittel 11 und einem CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12, die in der Signalverarbeitungseinheit 4 enthalten sind, die in den Prozessor 3 integriert ist, über eine Signalleitung verbunden. Die Belichtung und das Lesen werden auf der Basis eines Ansteuersignals und eines Empfindlichkeitssteuersignals, die vom CCD-Ansteuermittel 11 bzw. vom CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 erzeugt werden, gesteuert.
Im CCD 9, wie im US-Patent Nr. 5 337 340 mit dem Titel "Charge Multiplying Detector (CMD) suitable for Small Pixel CCD Image Sensors", beschrieben, wird ein elektrisches Feld mit ausreichender Stärke erzeugt und Leitungselektronen läßt man im elektrischen Feld gegen Atome stoßen. Die Elektronen werden von einem Valenzband gelöst und treten von einem Bereich aus, in dem die Leitungselektronen mit den Atomen zusammenstoßen. Infolge der Ionisation werden die Ladungsträger vervielfacht und die Empfindlichkeit des CCD wird verbessert. Überdies ist die Empfindlichkeit des CCD durch Einstellen einer Amplitude eines externen Steuerimpulses (CMD-Gatterimpulses) und der Anzahl von Anlegungen des Steuerimpulses pro Einheitszeit frei steuerbar.
Folglich wird ein CCD mit hoher Empfindlichkeit ohne Rauschen, das von einer Vervielfachung stammt, die zum Verbessern der Empfindlichkeit durchgeführt wird, und ohne die Notwendigkeit für Kühlung realisiert. Das CCD ist daher ideal für die Ausführung eines Endoskops, das eine ausgezeichnete Bildqualität bietet und sanft eingeführt werden kann. Das CCD 9 ist mit einem Signalverarbeitungsmittel 14, das im Prozessor 3 enthalten ist, über einen Puffer 13 verbunden. Ein Objektbild, das auf die Abbildungsoberfläche des CCD 9 über das Objektiv 8 projiziert wird, wird durch das CCD 9 in ein elektrisches Signal umgewandelt und vom CCD 9 gelesen. Das Ausgangssignal des CCD 9 wird dann dem Signalverarbeitungsmittel 14 zugeführt.
Ein Lichtleiter 15, über den Beleuchtungslicht übertragen wird, ist durch das Endoskop 2 hindurchgeführt. Eine Beleuchtungslinse 16 befindet sich vor dem distalen Ende des Lichtleiters 15. Das durch das Endoskop 2 über den Lichtleiter 15 übertragene Beleuchtungslicht wird durch die Beleuchtungslinse 16 hindurch auf ein Objekt abgestrahlt.
Das Signalverarbeitungsmittel 14 besteht aus einem Signalvorverarbeitungsmittel 17, einem Zeitfolge-Signalsynchronisationsmittel 18 und einem Signalnachverarbeitungsmittel 19. Das Signalvorverarbeitungsmittel 17 führt verschiedene Arten von Signalverarbeitung an einem Ausgangssignal des CCD 9 aus. Das Zeitfolge-Signalsynchronisationsmittel 18 synchronisiert Zeitfolge-Signalkomponenten, die aus dem Signalvorverarbeitungsmittel 17 ausgegeben werden. Das Signalnachverarbeitungsmittel 19 führt verschiedene Arten von Signalverarbeitung an einem Ausgangssignal des Zeitfolge-Signalsynchronisationsmittels 18 durch, so dass das Ausgangssignal an den Monitor 5 ausgegeben werden kann. Ein vom CCD 9 gelesenes Ausgangssignal wird in ein Fernsehsignal umgewandelt und das Fernsehsignal wird an den Monitor 5 ausgegeben.
Das CCD-Ansteuermittel 11, das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 und das 5ignalverarbeitungsmittel 14 sind mit einem (ersten) Steuermittel 21 verbunden. Das Steuermittel 21 erweitert die Steuerung.
Das Steuermittel 21 ist mit einem (zweiten) Steuermittel 26 zum Steuern einer Irisblende 23, eines Blendensteuermittels 24 und eines RGB-Drehfilter-Steuermittels 25 verbunden, die in der Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 22 zum Liefern von Zeitfolge-Beleuchtungslichtstrahlen zum Endoskop 2 enthalten sind. Mit dem RGB-Drehfilter-Steuermittel 25 synchronisiert steuert das Steuermittel 21 das CCD-Ansteuermittel 11 und das Signalverarbeitungsmittel 14.
Überdies umfasst die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 22 eine Lampe 27, eine Kondensatorlinse 28 und ein RGB-Drehfilter 29. Die Lampe 27 erzeugt Beleuchtungslicht. Die Kondensatorlinse 28 bündelt das Beleuchtungslicht auf das hintere Ende des Lichtleiters 15. Das RGB-Drehfilter 29 ist zwischen die Lampe 27 und die Kondensatorlinse 28 eingefügt.
Das Drehfilter 29 ist mit der Drehwelle eines Motors 30 gekoppelt, so dass es sich drehen kann. Das Drehfilter 29 wird durch das RGB-Drehfilter-Steuermittel unter der Steuerung des Steuermittels 26 gesteuert, so dass es sich mit einer vorbestimmten Drehzahl dreht. Folglich werden rote, grüne und blaue Zeitfolge-Lichtstrahlen zum hinteren Ende des Lichtleiters 15 geliefert.
Das Signalvorverarbeitungsmittel 17 des Signalverarbeitungsmittels 14 ist, wie beispielsweise in 2 gezeigt, konfiguriert. Zeitfolge-Signalkomponenten, die aus dem Endoskop ausgegeben werden, werden in das Signalvorverarbeitungsmittel 17 eingegeben.
Im Signalvorverarbeitungsmittel 17 läuft das Ausgangssignal des CCD 9 durch eine CDS-Schaltung 31, ein Tiefpassfilter (TPF) 32 und eine Begrenzungsschaltung 33 und wird dann durch einen A/D-Wandler 34 digitalisiert. Das resultierende digitale Signal wird von einer Patientenschaltung isoliert und durch einen Photokoppler 35a zu einer sekundären Schaltung übertragen.
Die sekundäre Schaltung umfasst eine Weißabgleichs-Steuerschaltung 36, eine Tonsteuerschaltung 37 und eine Gammakorrekturschaltung 38. Nach dem Unterziehen einer Weißabgleichssteuerung werden eine Tonsteuerung und Gammakorrektur ausgeführt, eine Erweiterungsschaltung 39 führt ein elektronisches Zoomen durch, um eine Expansion zu erzielen. Ein Ausgangssignal der Erweiterungsschaltung 39 wird in das Zeitfolge-Signalsynchronisationsmittel 18 über eine Konturverstärkungsschaltung 40 eingegeben.
Das Steuermittel 21 gibt ein Steuersignal aus, das zum Steuern der Weißabgleichs-Steuerschaltung 36, der Tonsteuerschaltung 37, der Erweiterungsschaltung 39 und der Konturverstärkungsschaltung 40 verwendet wird, die in der sekundären Schaltung enthalten sind. Überdies gibt das Steuermittel 21 ein Steuersignal, das zum Steuern der Begrenzungsschaltung 33 verwendet wird, die in der Patientenschaltung enthalten ist, über einen Photokoppler 35b aus, der als Isolations/Übertragungsmittel dient.
Rote, grüne und blaue Zeitfolge-Signalkomponenten, die aus dem Signalvorverarbeitungsmittel 17 ausgegeben werden, werden in die Synchronisationsmittel 43a, 43b und 43c über Selektorschalter 41, 42A und 42B, die im Zeitfolge-Signalsynchronisationsmittel 18, das in 3 gezeigt ist, enthalten sind, eingegeben.
Die Synchronisationsmittel 43a, 43b und 43c weisen jeweils einen Speicher auf, in dem Daten für mindestens ein Halbbild gespeichert werden können. Die roten, grünen und blauen Zeitfolge-Signalkomponenten, die in dieser Reihenfolge eingegeben werden, werden in den Speichern gespeichert, die den jeweiligen Farben zugeordnet sind. Die gespeicherten Zeitfolge-Signalkomponenten werden simultan gelesen und als synchrone Signalkomponenten ausgegeben.
Als Beispiel der Synchronisationsmittel 43a, 43b und 43c besteht jedes Synchronisationsmittel 43i (wobei i a, b oder c bedeutet), das in 3 gezeigt ist, aus Bildspeichern 44a und 44b, in jedem von denen Daten für mindestens zwei Halbbilder gespeichert werden können. Hierbei wird das Schreiben und Lesen eines Bildsignals in die und aus den Bildspeichern 44a und 44b für den Zweck der Synchronisation abwechselnd umgeschaltet.
Synchrone Signalkomponenten, die aus den Synchronisationsmitteln 43a, 43b und 43c ausgegeben werden, werden in Standbildspeicher 45a, 45b und 45c eingegeben, in jedem von denen eine Standbild-Signalkomponente gespeichert wird, welche im Signalnachverarbeitungsmittel 19 enthalten sind, und werden auch in einen Selektor 46 eingegeben.
Die aus den Synchronisationsmitteln 43a, 43b und 43c ausgegebenen synchronen Signalkomponenten werden als Bewegtbild-Signalkomponenten über den Selektor 46 und einen Treiber 47 mit 75 Ohm, der als nachfolgende Stufe des Selektors 46 installiert ist, dem Monitor 5 zugeführt. Die Ausgangsanschlüsse der Standbildspeicher 45a, 45b und 45c sind mit den anderen Eingangsanschlüssen des Selektors 46 verbunden.
Das Steuermittel 21 steuert das Schreiben und Lesen einer Bildsignalkomponente in die und aus den Standbildspeichern 45a, 45b und 45c. Als Reaktion auf einen externen Einfrierbefehl steuert das Steuermittel 21 die Standbildspeicher 45a, 45b und 45c so, dass einzufrierende Bildsignalkomponenten in diesen gespeichert werden. Das Steuermittel 21 steuert den Selektor 46 so, dass der Selektor 46 Standbild-Signalkomponenten auswählt und sie über den Treiber 47 mit 75 Ohm in der nachfolgenden Stufe dem Monitor 5 zuführt. Hierbei wählt der Selektor 46 entweder die Bewegtbild-Signalkomponenten, die aus den Synchronisationsmitteln 43a, 43b und 43c ausgegeben werden, oder die Standbild-Signalkomponenten, die aus den Standbildspeichern 45a, 45b und 45c ausgegeben werden, aus.
Ein ROM 48, in dem eine Information, die dem Endoskop 2 innewohnt, gespeichert wird, ist in das Endoskop 2 integriert. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Endoskop 2 mit dem Prozessor 3 verbunden wird, wird die Information zum Steuermittel 21 übertragen, das in der Signalverarbeitungseinheit 4 enthalten ist, die in den Prozessor 3 integriert ist. Die Empfindlichkeit des CCD 9 wird dann gesteuert. Kurz gesagt dient der ROM 48 als Festlegungsmittel zum Festlegen der Empfindlichkeit des CCD 9.
Wie in 4 gezeigt, stehen abgesehen vom Endoskop 2 verschiedene Arten von Endoskopen 2I (wobei I A, B oder C bedeutet) für verschiedene zu beobachtende Bereiche oder verschiedene Verwendungszwecke zur Verfügung. Insbesondere weist das Endoskop 2A eine kleinere Anzahl von optischen Fasern auf, die den Lichtleiter 15 bilden, als das Endoskop 2, so dass es folglich einen kleineren Durchmesser aufweist. Das Endoskop 2B bietet eine größere Blendenzahl als das Endoskop 2, so dass es folglich eine größere Schärfentiefe bietet. Das Endoskop 2C weist ein Filter 49, das nur Licht durchlässt, das von Fluoreszenz stammt, die von einem lebenden Körper dargeboten wird, für den Zweck der Beobachtung unter Licht, das von Fluoreszenz stammt, auf, welches vor dem CCD 9 angeordnet ist. Die verschiedenen Arten von Endoskopen 2I können mit dem Prozessor 3 so verbunden werden, dass sie frei abgetrennt werden können.
5 listet die Merkmale der Endoskope 2 und 2I auf. Informationen über die Merkmale (beispielsweise Informationen, die die Anzahl von Anlegungen eines Empfindlichkeitssteuerimpulses ϕCMD pro Einheitszeit darstellen) werden im Voraus im ROM 48 gespeichert. Die Information, die aus dem ROM 48 gelesen wird, welcher in das Endoskop 2 oder 2I integriert ist, das mit dem Prozessor 3 verbunden wird, wird zum Steuermittel 21 gesandt. Das Steuermittel 21 ermittelt die Empfindlichkeit des CCD 9, das als Halbleiter-Abbildungsbauelement dient, so dass das Endoskop 2, 2A oder 2B, das zur Beobachtung unter gewöhnlichem Licht ausgelegt ist, einen zweckmäßigen Belichtungswert bieten kann.
Hierbei wird ein Empfindlichkeitssteuerwert, mit dem die Empfindlichkeit des CCD 9 gesteuert wird, unter der Annahme berechnet, dass die Menge an Licht, das von der Lichtquelleneinheit 22 zum hinteren Ende des Lichtleiters 15 geliefert wird, konstant bleibt. Der Empfindlichkeitssteuerwert bewirkt, dass der Spannungspegel eines Ausgangssignals des CCD 9 ungeachtet der Anzahl von optischen Fasern, die den Lichtleiter bilden, und der für ein Endoskop festgelegten Blendenzahl intakt bleibt. Wenn die Anzahl von optischen Fasern, die den Lichtleiter bilden, und die Blendenzahl anders sind, wird eine Information, die die andere Anzahl von optischen Fasern und eine andere Blendenzahl darstellt, geliefert.
Wenn beispielsweise die Anzahl von optischen Fasern, die den Lichtleiter bilden, klein ist, wird die Steuerung erweitert, um die Empfindlichkeit des CCD 9 höher zu machen als sie ist, wenn die Anzahl von optischen Fasern groß ist.
Wenn das Endoskop 2C, das zur Beobachtung unter Licht, das von Fluoreszenz stammt, ausgelegt ist, verwendet wird, wird eine Information, die die Tatsache darstellt, dass das Endoskop 2C verwendet wird, im Voraus übertragen. Die Empfindlichkeit wird auf einen vorbestimmten Wert festgelegt. Auf der Basis des festgelegten Werts steuert das Steuermittel 21 das CCD-Ansteuermittel 11 und das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12. 6 zeigt Ansteuersignale und ein Empfindlichkeitssteuersignal, die aus dem CCD-Ansteuermittel 11 bzw. dem CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 ausgegeben werden.
6 gibt einen Belichtungszeitraum und einen Abfangzeitraum (Lesezeitraum) an, die durch das RGB-Drehfilter festgelegt werden. 6 gibt auch die Beziehung zwischen einem Empfindlichkeitssteuerimpuls ϕCMD, einem vertikalen Übertragungsimpuls ϕIAG und einem horizontalen Übertragungsimpuls ϕSR, die an das CCD 9 angelegt werden, und einem Ausgangssignal des CCD an.
Die Empfindlichkeit des CCD 9 kann durch Einstellen entweder der Anzahl von Anlegungen des Impulses ϕCMD pro Einheitszeit oder dessen Amplitude gesteuert werden. Hierbei wird die Anzahl von Anlegungen des Impulses ϕCMD pro Einheitszeit eingestellt, um eine gewünschte Empfindlichkeit zu erreichen. In diesem Fall wird der Empfindlichkeitssteuerimpuls ϕCMD an das CCD 9 während des Abfang- (Lese-) Zeitraums, der dem Belichtungszeitraum folgt, angelegt, um die Empfindlichkeit des CCD 9 zu verbessern. Der vertikale Übertragungsimpuls ϕIAG und der horizontale Übertragungsimpuls ϕSR werden dann an das CCD 9 angelegt, um ein Ausgangssignal des CCD 9 zu erfassen.
Die Anzahl von Anlegungen des Empfindlichkeitssteuerimpulses ϕCMD pro Einheitszeit wird beispielsweise in Abhängigkeit davon verändert, welches der Endoskope 2 und 2I auch immer für den in 5 beschriebenen Verwendungszweck angeschlossen wird. Die Empfindlichkeit mit einem Pegel, der für irgendeines der Endoskope 2 und 22 erforderlich ist, wird folglich leicht erreicht.
Im übrigen sollen der Kürze halber Elektronen bei jeder Anlegung des Impulses ϕCMD, die in 5 aufgelistet ist, um 1 % vervielfacht werden.
Im Endoskop 2C, das zur Beobachtung unter Licht, das von Fluoreszenz stammt, ausgelegt ist, ist das Filter 49 mit einer Eigenschaft, dass es Licht durchlässt, das von Fluoreszenz stammt, die von einem lebenden Körper dargeboten wird und deren Wellenlängen im Bereich von 480 nm bis 600 nm liegen, vor dem CCD 9 angeordnet. Nur schwaches Licht, das von Fluoreszenz stammt, die von einem lebenden Körper dargeboten wird, der mit einem blauen Zeitfolge-Lichtstrahl (dessen Wellenlängen im Bereich von 400 nm bis 500 nm liegen) angeregt wird, wird vom CCD 9, dessen Empfindlichkeit erhöht wurde, in ein Videosignal umgewandelt.
Die Synchronisationsmittel 43a, 43b und 43c, die im Prozessor 3 enthalten sind, speichern Signalkomponenten, die vom blauen Lichtstrahl allein abgeleitet sind, simultan in den Speichern, die den drei Farben zugeordnet sind. Die Synchronisationsmittel 43a, 43b und 43c lesen die gespeicherten Zeitfolge-Signalkomponenten simultan und geben sie als monochrome Bildsignalkomponenten aus.
Die vorangehende Steuerung wird durch das Steuermittel 21 erweitert. Eine Signalverarbeitung, die eine Beobachtung unter gewöhnlichem Licht ermöglichen soll, und eine Signalverarbeitung, die eine Beobachtung unter Licht, das von Fluoreszenz stammt, ermöglichen soll, werden auf der Basis der Information, die vom ROM 48 gelesen wird, der in irgendeines der Endoskope 2 und 2A bis 2C integriert ist, umgeschaltet.
Wie vorstehend erwähnt, wird gemäß dem vorliegenden Beispiel die Empfindlichkeit eines Halbleiter-Abbildungsbauelements auf der Basis der Art des angeschlossenen Endoskops, das heißt, welches auch immer der Endoskope 2 und 2I angeschlossen ist, gesteuert. Folglich kann das Endoskopsystem 1 ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit erzeugen.
Die Information, die aus dem ROM 48 gelesen wird, kann einen Parameter wie z.B. eine Lichtverteilungskurve oder einen Blickwinkel oder einen Korrekturwert, mit dem ein Unterschied in der Helligkeit von einem Halbleiter-Abbildungsbauelement zum anderen, darstellen. Ein festgelegter Wert der Empfindlichkeit des CCD 9 kann natürlich zum Prozessor 3 übertragen werden.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird die Empfindlichkeit des CCD 9, das in das Endoskop 2 oder 2I integriert ist, auf der Basis der im in dieses integrierten ROM 48 gespeicherten Information festgelegt. Im Fall eines Endoskops (beispielsweise des Endoskops 2D), das den ROM 48 nicht aufweist, kann ein Eingabemittel wie z.B. eine Tastatur (oder ein Empfindlichkeitsfestlegungsmittel) mit dem Steuermittel 21 verbunden werden, das in die Signalverarbeitungseinheit 4 integriert ist. In diesem Fall wird das Eingabemittel verwendet, um einen Wert der Empfindlichkeit einzugeben, was dem Endoskop 2D ermöglicht, ein zweckmäßiges Sichtbild zu erzeugen. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 steuert die Empfindlichkeit des in das Endoskop 2D integrierten CCD 9 unter der Steuerung des Steuermittels 21.
Anstatt einen Wert der Empfindlichkeit unter Verwendung des Eingabemittels einzugeben, kann ein Merkmal des Endoskops 2D oder insbesondere die Anzahl von optischen Fasern, die den Lichtleiter bilden, oder eine in 5 aufgelistete Blendenzahl eingegeben werden. Das Steuermittel 21 berechnet dann die erforderliche Anzahl von Anlegungen des Empfindlichkeitssteuerimpulses ϕCMD pro Einheitszeit und befiehlt dem CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12, die Empfindlichkeit des CCD 9 zu steuern.
BEISPIEL 2
7 zeigt die Konfiguration eines Endoskopsystems 51 gemäß dem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Auf die Beschreibung von Komponenten, die zu den in 1 gezeigten identisch sind, wird verzichtet.
Beim Beispiel 1 ist die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 22 in den Prozessor 3 zusammen mit der Signalverarbeitungseinheit 4, die das Signalverarbeitungsmittel 14 umfasst, integriert. Beim Beispiel 2 ist eine Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 52 unabhängig von der Signalverarbeitungseinheit 4 enthalten.
In der Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 52 ist ein Halbspiegel 53 vor der Lampe 27 angeordnet. Der Halbspiegel 53 spaltet das von der Lampe 27 emittierte Licht auf. Licht, das vom Halbspiegel 53 reflektiert wird, wird zu einem Lichtpegelsensor 54 geleitet.
Die Menge an Licht, das von der Lampe 27 emittiert wird, nimmt mit einer Zunahme einer Lampenbeleuchtungszeit ab. Der Lichtpegelsensor 54 wandelt die Abnahme der Lichtmenge in numerische Daten um. Die numerischen Daten werden über das Steuermittel 26 zum Steuermittel 21 gesandt. Das Steuermittel 21 berechnet einen festgelegten Wert der Empfindlichkeit des CCD 9, der die Abnahme der Menge an Licht, das von der Lampe 27 emittiert wird, kompensieren kann, gemäß den numerischen Daten und steuert somit das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12.
Das Blendensteuermittel 24 sendet eine Information über das Steuermittel 26 zum Steuermittel 21. Die Information stellt dar, ob Licht unter Verwendung der Irisblende 23 eingestellt werden kann oder ob die Irisblende 23 vollständig geöffnet oder geschlossen ist.
Wenn die Irisblende 23 vollständig geöffnet ist, steuert das Steuermittel 21 das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 so, dass das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 den festgelegten Wert der Empfindlichkeit des CCD 9 erhöht. Wenn die Irisblende 21 vollständig geschlossen ist, steuert das Steuermittel 21 das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 so, dass das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 den festgelegten Wert der Empfindlichkeit des CCD 9 senkt. Der festgelegte Wert der Empfindlichkeit kann schrittweise oder kontinuierlich verändert werden. Die anderen Komponenten sind zu denjenigen von Beispiel 1 identisch.
Das Beispiel 2 wendet dieselben Operationen wie Beispiel 1 an. Außerdem ist ein Mittel zum Beseitigen des Einflusses einer Änderung der Menge an Licht, das tatsächlich von der Lampe 27 emittiert wird, durch Steuern der Empfindlichkeit des CCD 9 unter Verwendung des CCD-Empfindlichkeitssteuermittels 12 in Anbetracht der Zeitverlaufsänderung der Menge an Licht, das von der Lampe 27 emittiert wird, enthalten.
Selbst wenn die Menge an Licht, das von der Lampe 27 emittiert wird, die in die Lichtquelleneinheit 52 eingebaut ist, abnimmt oder Licht nicht unter Verwendung der Irisblende 23 eingestellt werden kann, kann das Endoskopsystem 51 gemäß dem Beispiel 2 ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit erzeugen. Dies liegt daran, dass die Empfindlichkeit des CCD 9, das als Halbleiter-Abbildungsbauelement dient, auf der Basis einer Information, die von der Lichtquelleneinheit 52 gesandt wird, gesteuert wird.
BEISPIEL 3
8 zeigt die Konfiguration eines Endoskopsystems 51' gemäß dem Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung. Auf die Beschreibung von Komponenten, die zu den in 1 und 7 identisch sind, wird nachstehend verzichtet. Im Beispiel 3 kann die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 52 von Beispiel 2, die in 7 gezeigt ist, gegen eine LED-Lichtquelleneinheit 52', die in 8 gezeigt ist, ausgetauscht werden.
Die in 8 gezeigte LED-Lichtquelleneinheit 52' umfasst eine rote LED 57a, eine grüne LED 57b, eine blaue LED 57c und eine Kondensatorlinse 28. Die rote LED 57a, die grüne LED 57b und die blaue LED 57c sind mit einem LED-Steuermittel 56 verbunden und werden nacheinander beleuchtet. Die Kondensatorlinse 28 bündelt das Beleuchtungslicht auf das hintere Ende des Lichtleiters 15. Somit werden Zeitfolge-Lichtstrahlen in das hintere Ende des Lichtleiters 15 eingespeist.
Die Irisblende 23 ist zwischen die rote LED 57a, die grüne LED 57b und die blaue LED 57c und die Kondensatorlinse 28 eingefügt und wird durch das Blendensteuermittel 24 gesteuert. Das Blendensteuermittel 24 und das LED-Steuermittel 56 sind mit dem Steuermittel 26 verbunden.
Überdies ist das Steuermittel 21, das in die Signalverarbeitungseinheit 4 integriert ist, mit dem Steuermittel 26 verbunden. Das Steuermittel 26 befiehlt dem LED-Steuermittel 56, das Leuchten der roten LED 57a, der grünen LED 57b und der blauen LED 57c, die in die LED-Lichtquelleneinheit 52' integriert sind, zu steuern, um Zeitfolge-Beleuchtungslichtstrahlen zum Endoskop 2 zu liefern. Das Steuermittel 21 steuert das CCD-Ansteuermittel 11 und das Signalverarbeitungsmittel 14, während es mit dem Leuchten der LEDs synchronisiert ist.
Wenn die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 52 mit dem Endoskop verbunden wird, wird eine Information, die angibt, dass eine Xenonlampe verwendet wird, vom Steuermittel 26, das in die Lichtquelleneinheit integriert ist, zum Steuermittel 21 gesandt. Wenn die LED-Lichtquelleneinheit 52' mit dem Endoskop verbunden wird, wird eine Information, die anzeigt, dass LEDs verwendet werden, vom Steuermittel 26, das in die Lichtquelleneinheit integriert ist, zum Steuermittel 21 gesandt. Wenn eine Lichtquelleneinheit, die nicht dargestellt ist und die eine Halogenlampe umfasst, mit dem Endoskop verbunden wird, wird eine Information, die angibt, dass die Halogenlampe verwendet wird, vom Steuermittel 26, das in die Lichtquelleneinheit integriert ist, gesandt. Das Steuermittel 21 steuert das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 gemäß der Information.
Selbst wenn sich ein Absolutwert der Menge an emittiertem Licht zwischen den Lichtquelleneinheiten 52 und 52' unterscheidet, wird gemäß dem Beispiel 3 die Empfindlichkeit eines Halbleiter-Abbildungsbauelements gemäß der von einer angeschlossenen Lichtquelleneinheit gesandten Information gesteuert, um den Unterschied der Menge an emittiertem Licht zu kompensieren. Dies führt zu einem Endoskopsystem, das in der Lage ist, ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit zu erzeugen.
BEISPIEL 4
9 zeigt die Konfiguration eines Endoskopsystems 61 gemäß dem Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung. Das Beispiel 4 ist ein simultanes Endoskopsystem mit einem Farbfilter 65, das an der Vorderseite des CCD 9 angeordnet ist.
Auf die Beschreibung von Komponenten, die zu den in 1 oder 7 gezeigten identisch sind, wird verzichtet. Das Beispiel 4 besteht hauptsächlich aus einem simultanen Endoskop 62, einer Lichtquelleneinheit 63, einer Signalverarbeitungseinheit 64 und einem Monitor 5. Die Lichtquelleneinheit 63 liefert weißes Beleuchtungslicht zum Endoskop 62. Die Signalverarbeitungseinheit 64 (unabhängig von der Lichtquelleneinheit 63) steuert das CCD 9 an und verarbeitet Signale. Ein Bild wird auf dem Monitor 5 gemäß einem Videosignal, das aus der Signalverarbeitungseinheit 64 ausgegeben wird, angezeigt.
Das simultane Endoskop 62 weist das Farbfilter 65 auf, das an der Vorderseite des CCD 9 angeordnet ist, welches in das im Beispiel 1 enthaltene Endoskop 2 integriert ist.
Die Lichtquelleneinheit 63 umfasst nicht das RGB-Drehfilter 29, das im Beleuchtungslichtweg in der in 1 gezeigten Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 22 zwischengeschaltet ist. Weißes Licht, das von der Lampe 27 emittiert wird, wird durch die Kondensatorlinse 28 durch die Irisblende 23 gebündelt und zum hinteren Ende des Lichtleiters 15 geliefert. Daher umfasst die Lichtquelleneinheit 63 weder den in 1 gezeigten Motor 30 noch das in dieser gezeigte RGB-Drehfilter-Steuermittel 25.
Überdies weist die Signalverarbeitungseinheit 64 in Beispiel 4 ein Signalvorverarbeitungsmittel 66 und ein Signalnachverarbeitungsmittel 67 auf, die im Signalverarbeitungsmittel 14 anders als beim in 1 gezeigten Signalverarbeitungsmittel 14 enthalten sind.
Insbesondere besteht das Signalverarbeitungsmittel 14 aus dem Signalvorverarbeitungsmittel 66 zum Durchführen verschiedener Arten von Signalverarbeitung an einem Ausgangssignal, das vom CCD 9 gelesen wird, und dem Signalnachverarbeitungsmittel 67 zum Durchführen verschiedener Arten von Signalverarbeitung an einem Ausgangssignal des Signalvorverarbeitungsmittels 66, um das Ausgangssignal an den Monitor 5 auszugeben. Das vom CCD 9 gelesene Ausgangssignal wird in ein Fernsehsignal umgewandelt und an den Monitor 5 ausgegeben.
Das CCD-Ansteuermittel 11, das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 und das Signalverarbeitungsmittel 14 sind mit dem Steuermittel 21 verbunden und werden durch das Steuermittel 21 gesteuert.
Das Steuermittel 21 ist auch mit dem Steuermittel 26 zum Steuern der Irisblende 23, welche in die Lichtquelleneinheit 63 integriert ist, um weißes Beleuchtungslicht zum Endoskop 62 zu liefern, und des Blendensteuermittels 24 verbunden.
Das Signalverarbeitungsmittel 14, das im Beispiel 4 verwendet wird, weist beispielsweise die in 10 gezeigte Konfiguration auf. Ein aus dem Endoskop 62 ausgegebenes Signal wird dem Signalvorverarbeitungsmittel 66 zugeführt.
Im Signalvorverarbeitungsmittel 66 wird ein Ausgangssignal des CCD 9 mit Farbsignalkomponenten, die aufeinander überlagert sind, durch den A/D-Wandler 34 digitalisiert, nachdem sie durch die CDS-Schaltung 31, das Tiefpassfilter 32 und die Begrenzungsschaltung 33 gelaufen sind. Das digitale Signal wird von einer Patientenschaltung isoliert und durch den Photokoppler zu einer sekundären Schaltung übertragen.
Das durch den Photokoppler 35a laufende Ausgangssignal wird durch eine Leuchtdichte/Farbwert-Signaltrennschaltung 68, die in der sekundären Schaltung enthalten ist, in ein Leuchtdichtesignal Y und Farbwertsignale R-Y und B-Y aufgespalten. Das Leuchtdichtesignal Y und die Farbwertsignale R-Y und B-Y werden durch eine Matrixschaltung 69 in rote, grüne und blaue Signale umgewandelt. Die roten, grünen und blauen Signale werden einer Weißabgleichssteuerung, einer Tonsteuerung und einer Gammakorrektur mittels der Weißabgleichs-Steuerschaltung 36, der Tonsteuerschaltung 37 und der Gammakorrekturschaltung 38 unterzogen. Anschließend werden die roten, grünen und blauen Signale durch die Erweiterungsschaltung 39 elektronischem Zoomen unterzogen. Ein Ausgangssignal der Erweiterungsschaltung 39 wird über die Konturverstärkungsschaltung 40 dem Signalnachverarbeitungsmittel 67 zugeführt.
Ein Ausgangssignal der Konturverstärkungsschaltung 40 wird den Standbildspeichern 45a, 45b und 45c zugeführt, in denen Standbild-Signalkomponenten gespeichert werden und die im Signalnachverarbeitungsmittel 67 enthalten sind. Das Ausgangssignal der Konturverstärkungsschaltung 40 wird auch in den Selektor 46 eingegeben und dann als Bewegtbild-Signalkomponenten über den Treiber 47 mit 75 Ohm in der nachfolgenden Stufe dem Monitor 5 zugeführt.
Die Ausgangsanschlüsse der Standbildspeicher 45a, 45b und 45c sind mit den anderen Eingangsanschlüssen des Selektors 46 verbunden. Das Steuermittel 21 steuert das Schreiben und Lesen von Bildsignalkomponenten in die und aus den Standbildspeichern 45a, 45b und 45c. Als Reaktion auf einen von einer Bedienperson eingegebenen Einfrierbefehl steuert das Steuermittel 21 die Standbildspeicher 45a, 45b und 45c so, dass einzufrierende Bildsignalkomponenten in den Speichern gespeichert werden.
Überdies steuert das Steuermittel 21 das CCD-Ansteuermittel 11 so, dass eine elektronische Verschlussblende als Reaktion auf den Einfrierbefehl aktiviert wird. Das Steuermittel 21 steuert das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 so, dass das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 einen festgelegten Wert der Empfindlichkeit des CCD erhöht. Der festgelegte Wert der Empfindlichkeit wird festgelegt, um eine Verringerung einer Belichtungszeit, die durch die elektronische Verschlussblende festgelegt wird, zu kompensieren. Wenn die elektronische Verschlussblende für 1/120 s geöffnet wird, wird die Empfindlichkeit des CCD 9 auf einen Wert eingestellt, der zweimal so groß ist wie derjenige, der eingestellt wird, wenn die elektronische Verschlussblende für eine normale Belichtungszeit von 1/60 s geöffnet wird.
Wenn die elektronische Verschlussblende verwendet wird, wird, wie vorstehend erwähnt, gemäß dem vorliegenden Beispiel die Empfindlichkeit eines Halbleiter-Abbildungsbauelements auf der Basis des Ansteuerungszustandes des Halbleiter-Abbildungsbauelements gesteuert. Dies führt zu einem Endoskopsystem, das in der Lage ist, ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit zu erzeugen.
VARIANTE VON BEISPIEL 4
Eine Variante des Beispiels 4 der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 9 beschrieben, die das Beispiel 4 zeigt. Die vorliegende Variante ist ein simultanes Endoskopsystem, das sowohl mit einem NTSC- (60 Hz) Monitor als auch einem PAL- (50 Hz) Monitor verbunden werden kann. Die Signalverarbeitungseinheit 64 verwendet einen Schalter, der nicht gezeigt ist, um ein Fernsehsystem auszuwählen. Wenn das NTSC-System ausgewählt wird, steuert das Steuermittel 21 das CCD-Ansteuermittel 11, das Signalvorverarbeitungsmittel 66 und das Signalnachverarbeitungsmittel 67 so, dass ein Bildsignal vom CCD 9 mit einer Rate gelesen wird, die zur Frequenz von 60 Hz äquivalent ist, und in ein NTSC-Fernsehsignal umgewandelt wird.
Wenn das PAL-System ausgewählt wird, steuert das Steuermittel 21 das CCD-Ansteuermittel 11, das Signalvorverarbeitungsmittel 66 und das Signalnachverarbeitungsmittel 67 so, dass ein Bildsignal vom CCD 9 mit einer Rate gelesen wird, die zur Frequenz von 50 Hz äquivalent ist, und in ein PAL-Fernsehsignal umgewandelt wird. Wenn die Leseraten umgeschaltet werden, ändert das Steuermittel 21 zu diesem Zeitpunkt den festgelegten Wert der Empfindlichkeit des CCD 9. Das Steuermittel 21 steuert das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 so, dass ein Videosignal mit demselben Spannungspegel zwischen den Leseraten erzeugt wird, die zu den Frequenzen von 60 Hz und 50 Hz äquivalent sind.
Wenn die Leserate oder Belichtungszeit verändert wird, wird, wie vorstehend erwähnt, gemäß der vorliegenden Variante die Empfindlichkeit eines Halbleiter-Abbildungsbauelements auf der Basis des Ansteuerungszustandes des Halbleiter-Abbildungsbauelements gesteuert. Dies führt zu einem Endoskopsystem, das in der Lage ist, ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit zu erzeugen.
BEISPIEL 5
11 zeigt die Konfiguration eines Endoskopsystems gemäß dem Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung. Auf die Beschreibung von Komponenten, die zu den in 1 oder 9 gezeigten identisch sind, wird verzichtet. Im Beispiel 5 besteht ein Endoskopsystem 61' hauptsächlich aus einem Endoskop 62, einer Lichtquelleneinheit 63', einer Signalverarbeitungseinheit 64' und dem Monitor 5.
Im Beispiel 5 weist die Lichtquelleneinheit 63' im Gegensatz zur Lichtquelleneinheit 63, die in dem in 9 gezeigten Endoskopsystem 61 enthalten ist, keine Irisblende 23, kein Blendensteuermittel 24 und kein Steuermittel 26 auf. Beleuchtungslicht, das von der Lampe 27 emittiert wird, wird durch die Kondensatorlinse 28 gebündelt und zum hinteren Ende des Lichtleiters 15 geliefert.
Insbesondere weist die Lichtquelleneinheit 64' keinen Lichteinengungsmechanismus auf. Bestrahlungslicht mit demselben Ausmaß wird immer dem hinteren Ende des Lichtleiters 15 zugeführt.
Überdies weist die im vorliegenden Beispiel verwendete Signalverarbeitungseinheit 64' ein Signalverarbeitungsmittel 14 auf, das ein Signalvorverarbeitungsmittel 66' umfasst, das vom Signalvorverarbeitungsmittel 66, das im Signalverarbeitungsmittel 14 der Signalverarbeitungseinheit 64, die in 9 gezeigt ist, enthalten ist, teilweise verschieden ist. 12 zeigt die Konfiguration des Signalvorverarbeitungsmittels 66'.
Das in 12 gezeigte Signalvorverarbeitungsmittel 66' weist zusätzlich zu denselben Komponenten wie jenen des in 10 gezeigten Signalvorverarbeitungsmittels 66 eine Mittelwerterfassungs-Filterschaltung 70 auf, in die ein Leuchtdichtesignal Y eingegeben wird.
Die Mittelwerterfassungs-Filterschaltung 70 berechnet einen Mittelwert von Spannungspegeln, die vom Leuchtdichtesignal Y angenommen werden, das heißt eine der Komponenten eines Ausgangssignals des CCD 9, die während eines Halbbildes geliefert werden, und sendet den Leuchtdichtemittelwert zum Steuermittel 21. Das Steuermittel 21 berechnet den festgelegten Wert der Empfindlichkeit des CCD 9, was die Erzeugung eines Sichtbildes mit zweckmäßiger Helligkeit ermöglicht, gemäß dem Leuchtdichtemittelwert und steuert das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12.
Wie vorstehend erwähnt, wird die Empfindlichkeit eines Halbleiter-Abbildungsbauelements gemäß dem vorliegenden Beispiel auf der Basis eines Ausgangssignals des Halbleiter-Abbildungsbauelements gesteuert. Folglich kann das Endoskopsystem 61' ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit erzeugen. Überdies kann die Konfiguration der Lichtquelleneinheit 63' vereinfacht werden.
BEISPIEL 6
13 zeigt die Konfiguration eines Endoskopsystems gemäß dem Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung. Auf die Beschreibung von Komponenten, die zu den in 1 gezeigten identisch sind, wird verzichtet.
Ein Endoskopsystem 71 besteht hauptsächlich aus dem Endoskop 2, der Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 22, einem Videoprozessor 73 mit einer eingebauten Signalverarbeitungseinheit 74 und dem Monitor 5.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird eine Information (Daten), die einen Unterschied in einer Elektronenvervielfachungsrate von einer Pixelstelle im CCD 9 zur anderen darstellt, im ROM 48, der in das Endoskop 2 integriert ist, gespeichert.
Die Signalverarbeitungseinheit 74, die im vorliegenden Beispiel verwendet wird, umfasst zusätzlich zu denselben Komponenten wie jenen der in 1 gezeigten Signalverarbeitungseinheit ein Speichermittel 75, einen Schalter 76 und ein arithmetisches Mittel 78. Vom ROM 48 gelesene Daten werden im Speichermittel 75 gespeichert. Der Schalter 76 wird verwendet, um die Empfindlichkeit des CCD 9 frei festzulegen. Das arithmetische Mittel 78 führt arithmetische Operationen durch, um Korrekturdaten zu berechnen, die den obigen Unterschied in der Elektronenvervielfachungsrate kompensieren. Überdies umfasst das Signalverarbeitungsmittel 74 ein Signalvorverarbeitungsmittel 17', dessen Konfiguration von dem in 1 gezeigten Signalvorverarbeitungsmittel 17 teilweise verschieden ist. Die vom arithmetischen Mittel 78 berechneten Korrekturdaten werden zum Signalvorverarbeitungsmittel 17' gesandt. Selbst wenn sich die Empfindlichkeit des CCD 9 von einem CCD zum anderen unterscheidet, kann die Empfindlichkeit auf einen Wert gesetzt werden, der unter Verwendung des Schalters 76 festgelegt wird.
Ähnlich dem Beispiel 1 wird, wenn das Endoskop 2 mit dem Prozessor 73 verbunden wird, die Information im ROM 48 zum Speichermittel 75 gesandt, das in den Prozessor 73 integriert ist, und in diesem gespeichert. Eine Information, die einen festgelegten Wert der Empfindlichkeit darstellt, der unter Verwendung des Schalters 76 festgelegt wird, der beispielsweise am Bedienfeld des Prozessors 73 ausgebildet ist und verwendet wird, um die Empfindlichkeit des CCD 9 frei festzulegen, wird in das Steuermittel 21 eingegeben. Das Steuermittel 21 steuert das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 gemäß der Information.
Im vorliegenden Beispiel wird die Anzahl von Anlegungen eines Impulses ϕCMD pro Einheitszeit eingestellt, um die Empfindlichkeit zu steuern. Das arithmetische Mittel 78 berechnet Korrekturdaten gemäß dem Unterschied der Elektronenvervielfachungsrate von einer Pixelstelle zur anderen, welche im Speichermittel 75 gespeichert werden, und die Anzahl von Anlegungen des Impulses ϕCMD pro Einheitszeit.
Unter der Annahme, dass eine Bezugselekronenvervielfachungsrate X ist, eine Elektronenvervielfachungsrate für eine bestimmte Pixelstelle kX ist und die Anzahl von Anlegungen des Impulses ϕCMD pro Einheitszeit n ist, werden die Korrekturdaten für Daten, die von der Pixelstelle gelesen werden, als 1/(kX)^n ausgedrückt.
Das vom CCD 9 gelesene Ausgangssignal wird mit den Korrekturdaten für jede Pixelstelle mittels eines Multiplizierers 79 multipliziert, der in dem in 14 gezeigten Signalvorverarbeitungsmittel 17' enthalten ist. Somit wird der Unterschied in der Elektronenvervielfachungsrate von einer Pixelstelle zur anderen korrigiert. Das resultierende Signal wird zu der Schaltung in der nachfolgenden Stufe gesandt. Das in 14 gezeigte Signalvorverarbeitungsmittel 17' weist zusätzlich zu denselben Komponenten wie jenen des in 2 gezeigten Signalvorverarbeitungsmittels 17 den Multiplizierer 79 auf, der zwischen den Photokoppler 35a und die Weißabgleichs-Steuerschaltung 36 eingefügt ist.
15 zeigt die Struktur des CCD 9, das im vorliegenden Beispiel verwendet wird. Ein serielles Register 81 und ein FDA 82 zum Umwandeln von Ladung in eine Spannung befinden sich unter einer Lichtempfangsfläche 80. Sechs Leerpixelstellen 83 werden zwischen dem seriellen Register 80 und dem FDA 82 beibehalten.
Auf der Basis eines festgelegten Werts, der unter Verwendung des Schalters 76 festgelegt wird, erweitert das Steuermittel 21 die Steuerung anders zwischen dem, wenn das CCD 9 eine gewöhnliche Empfindlichkeit aufweist, und wenn Elektronen, die im CCD fließen, vervielfacht werden.
Insbesondere wenn die im CCD fließenden Elektronen nicht vervielfacht werden, das heißt, wenn die Empfindlichkeit des CCD nicht erhöht wird, sondern eine gewöhnliche Empfindlichkeit ist, sendet das Steuermittel 21 ein Taktsignal zur Begrenzungsschaltung 33 gemäß dem festgelegten Wert, der unter Verwendung des Schalters 76 festgelegt wird. Auf der Basis des Taktsignals begrenzt die Begrenzungsschaltung 33 ein Ausgangssignal des CCD (Ausgangssignal der CDS-Schaltung), das aus Signalkomponenten besteht, die von OB-Pixelstellen 84 während einer in 16A gezeigten OB-Periode gelesen werden.
Wenn im Gegensatz dazu die im CCD fließenden Elektronen vervielfacht werden, um die Empfindlichkeit des CCD zu erhöhen, wird ein Dunkelstrom, der in den OB-Pixelstellen 84 fließt, vervielfacht, wie in 16B gezeigt. Dies beeinflusst eine zu begrenzende festgelegte Spannung. Um diesen Vorfall zu vermeiden, wird ein Taktsignal, das eine andere Zeitsteuerung der Begrenzung darstellt, zur Begrenzungsschaltung 33 gesandt, so dass die Begrenzungsschaltung ein Ausgangssignal des CCD, das aus Signalkomponenten besteht, die von den Leerpixelstellen 83 während eines Leerzeitraums gelesen werden, begrenzt.
Wie vorstehend erwähnt, wird gemäß dem vorliegenden Beispiel ein Ausgangssignal eines Halbleiter-Abbildungsbauelements auf der Basis eines Unterschiedes in einer Elektronenvervielfachungsrate von einer Pixelstelle im Halbleiter-Abbildungsbauelement zur anderen und eines festgelegten Werts der Empfindlichkeit des Halbleiter-Abbildungsbauelements korrigiert. Dies führt zu einem Endoskop, das in der Lage ist, ein ausgezeichnetes Sichtbild zu erzeugen.
Überdies wird das Ausgangssignal des Halbleiter-Abbildungsbauelements auf der Basis des festgelegten Werts der Empfindlichkeit des Halbleiter-Abbildungsbauelements verarbeitet. Folglich wird ein korrekter schwarzer Pegel einer Graustufung wiedergegeben. Schließlich kann ein ausgezeichnetes Sichtbild erzeugt werden.
Die Beschreibung wurde unter der Annahme durchgeführt, dass das Endoskop ein elektronisches Endoskop mit dem CCD 9, das in den distalen Teil der Einführungseinheit 6 eingebaut ist, ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Art von Endoskop begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann auf ein an einer TV-Kamera montiertes Endoskop mit einer TV-Kamera, in die ein CCD eingebaut ist, welches an einer Okulareinheit eines optischen Endoskops montiert ist, angewendet werden.
In diesem Fall kann, wie in Verbindung mit Beispiel 1 beschrieben, beispielsweise ein Eingabemittel (Festlegungsmittel) verwendet werden, um den Wert der Empfindlichkeit des CCD 9 einzugeben, so dass der Wert dem Steuermittel 21 zugeführt wird. Alternativ kann ein Merkmal einer TV-Kamera zusammen mit einem Merkmal (die Anzahl der optischen Fasern, die einen Lichtleiter bilden) eines optischen Endoskops eingegeben werden. Das Steuermittel 21 kann die Anzahl von Anlegungen eines Empfindlichkeitssteuerimpulses ϕCMD pro Einheitszeit berechnen, der zur Verwendung des optischen Endoskops und der TV-Kamera erforderlich ist, und dem CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 12 befehlen, die Empfindlichkeit des CCD 9 zu steuern.
BEISPIEL 7
17 bis 23 betreffen das Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung. 17 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Endoskopsystems schematisch zeigt. 18 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung von zwei Filtersätzen, die ein Drehfilter bilden, schematisch zeigt. 19 ist ein Blockdiagramm, das ein Signalvorverarbeitungsmittel zeigt, das in einem Signalverarbeitungsmittel enthalten ist. 20 ist ein Blockdiagramm, das ein Zeitfolge-Synchronisationsmittel und ein Signalnachverarbeitungsmittel, die im Signalverarbeitungsmittel enthalten sind, zeigt. 21 ist ein Ablaufplan, der die Zeitabläufe von Signalen zeigt, die zum Ansteuern eines CCD verwendet werden. 22 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke einer Abbildungsoberfläche eines CCD und einem Rauschabstand zeigt. 23 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke der Abbildungsoberfläche des CCD und einem Ausgangsspannungspegel zeigt.
Wie in 17 gezeigt, besteht ein Endoskopsystem 101 des Beispiels 7 hauptsächlich aus einem elektronischen Endoskop (nachstehend Endoskop) 102, einem Prozessor 103 und einem Monitor 105. Das Endoskop 102 weist ein Halbleiter-Abbildungsbauelement auf, das in dieses eingebaut ist. Das Endoskop 102 ist mit dem Prozessor 103 so verbunden, dass es frei abgetrennt werden kann. Eine Signalverarbeitungseinheit 104 und eine Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 122 sind in den Prozessor 103 integriert. Der Monitor 105 ist mit dem Prozessor 103 verbunden. Ein vom Prozessor 103 verarbeitetes Videosignal wird an den Monitor 105 ausgegeben.
Das Endoskop 102 weist eine langgestreckte Einführungseinheit 106 auf, die in eine Körperhöhle eingeführt wird. Ein Objektiv 108, durch das Objektlicht projiziert wird, ist in den distalen Teil 107 der Einführungseinheit 106 eingebaut. Ein ladungsgekoppeltes Bauelement (nachstehend CCD) 109, das ein Halbleiter-Abbildungsbauelement ist, wird beispielsweise als Bildsensor verwendet und befindet sich in der Bildebene des Objektivs 108. Das CCD 109 ist mit einem CCD-Ansteuermittel 111 und einem CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112, die in der Signalverarbeitungseinheit 104 enthalten sind, die in den Prozessor 103 integriert ist, über Signalleitungen verbunden. Die Belichtung, die Vervielfachung von erzeugten Ladungsträgern und das Lesen werden auf der Basis von Ansteuersignalen und eines Empfindlichkeitssteuersignals, die vom CCD-Ansteuermittel 111 bzw. vom CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 erzeugt werden, durchgeführt. Der Bildsensor kann mit einem CMOS-Bildsensor realisiert werden. Ein Filter 110 zum Durchlassen von Licht mit einem bestimmten speziellen Wellenlängenband ist an der Vorderseite des CCD 109 angeordnet. Das Filter 110 weist eine Spektraleigenschaft zum Durchlassen von Licht, das von Fluoreszenz stammt, die von lebendem Gewebe dargeboten wird, aber zum Sperren (nicht Durchlassen) von Anregungslicht auf.
Das CCD 109 wird mit einem CCD realisiert, das im US-Patent Nr. 5 337 340 mit dem Titel "Charge Multiplying Detector (CMD) Suitable for Small Pixel CCD Image Sensors" beschrieben ist. Das CCD ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektronenvervielfachungsmechanismus (das heißt eine Ladungsvervielfachungserfassung (CMD)) an jeder Pixelstelle oder als vorangehende Stufe eines Erfassungsverstärkers (als nachfolgende Stufe eines horizontalen Übertragungsregisters) ausgebildet ist. Wenn ein elektrisches Feld (Energie, deren Pegel innerhalb ein Band fällt, das ungefähr 1,5-mal größer ist als eine Energielücke) im Elektronenvervielfachungsmechanismus (CMD) induziert wird, stoßen Ladungsträger (Elektronen) mit Elektronen im Valenzband des Elektronenvervielfachungsmechanismus zusammen. Der Elektronenvervielfachungsmechanismus wird somit so angeregt, dass er in ein Leitungsband gelangt. Stoßsekundäre) Ionisation führt ein Loch-Elektronen-Paar herbei. Mit anderen Worten, wenn ein Impuls mit einer bestimmten Stärke (Amplitude) nacheinander angelegt wird, führt die Stoßionisation nacheinander ein Loch-Elektronen-Paar herbei. Ladungsträger werden nämlich in einem Ausmaß vervielfacht, das zur Anzahl von Anlegungen des Impulses proportional ist.
Das CCD 109 ist mit einem Signalverarbeitungsmittel 114, das in den Prozessor 103 integriert ist, über einen Puffer 113 über ein CCD-Kabel 120 (Signalleitung) verbunden. Ein Objektbild, das auf die Abbildungsoberfläche des CCD 109 über das Objektiv 108 und das Filter 110 projiziert wird, wird durch das CCD 109 in ein elektrisches Signal umgewandelt und vom CCD 109 gelesen. Dieses Ausgangssignal wird dem Signalverarbeitungsmittel 114 zugeführt.
21 gibt einen Belichtungszeitraum und einen Abfangzeitraum (CCD-Lesezeitraum) an, die mit einem später zu beschreibenden Drehfilter 129 festgelegt werden. 21 gibt auch die Beziehung zwischen einem Empfindlichkeitssteuerimpuls ϕCMD, einem vertikalen Übertragungsimpuls ϕIAG und einem horizontalen Übertragungsimpuls ϕSR, die an das CCD 109 angelegt werden, und einem Ausgangssignal des CCD an. Der Ladungsvervielfachungsdetektor (CMD) kann sich an jeder Pixelstelle im CCD 109 oder als vorangehende Stufe eines Erfassungsverstärkers in diesem befinden. Hierin soll der CMD an jeder Pixelstelle angeordnet sein. Die Empfindlichkeit (CMD-Vervielfachungsrate) des CCD 109 kann durch Einstellen entweder der Anzahl von Anlegungen des Impulses ϕCMD pro Einheitszeit oder der Amplitude (Spannungspegel) von diesem gesteuert werden. Hierbei wird die Anzahl von Anlegungen des Impulses ϕCMD pro Einheitszeit eingestellt, um eine gewünschte Empfindlichkeit (CMD-Vervielfachungsrate) zu erreichen. In diesem Fall wird der Empfindlichkeitssteuerimpuls ϕCMD an das CCD 109 während des Abfangzeitraums (Lesezeitraums) nach dem Belichtungszeitraum angelegt, wodurch die Empfindlichkeit (CMD-Vervielfachungsrate) des CCD 109 erhöht wird. Erzeugte Ladungsträger werden vervielfacht. Danach werden der vertikale Übertragungsimpuls ϕIAG und der horizontale Übertragungsimpuls ϕSR an das CCD 109 angelegt. Ein Ausgangssignal des CCD 109 wird dann erfasst. Die Anzahl von Anlegungen des Empfindlichkeitssteuerimpulses ϕCMD pro Einheitszeit wird nämlich verändert, um zu ermöglichen, dass das CCD 109 eine gewünschte Empfindlichkeit (CMD-Vervielfachungsrate) ausübt.
Das Endoskop 102 weist einen Lichtleiter 115 auf, über den Beleuchtungslicht mit Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum nahen Infrarotspektrum übertragen werden kann. Eine Beleuchtungslinse 116 befindet sich vor dem distalen Ende des Lichtleiters 115. Beleuchtungslicht, das gewöhnliches Licht oder spezielles Licht sein kann, das durch das Endoskop 102 über den Lichtleiter 115 übertragen wird, wird durch die Beleuchtungslinse 116 auf ein Objekt abgestrahlt. Eine SLF-Faser (Produktname) oder eine Quarzfaser kann verwendet werden, um den Lichtleiter 115 auszuführen.
Das Signalverarbeitungsmittel 114 besteht aus einem Signalvorverarbeitungsmittel 117, einem Zeitfolge-Synchronisationsmittel 118 und einem Signalnachverarbeitungsmittel 119. Das Signalvorverarbeitungsmittel 117 führt verschiedene Arten von Verarbeitung an einem vom CCD 109 ausgelesenen Ausgangssignal durch. Das Zeitfolge-Synchronisationsmittel 118 synchronisiert Zeitfolge-Signalkomponenten, die aus dem Signalvorverarbeitungsmittel 117 ausgegeben werden. Das Signalnachverarbeitungsmittel 119 führt verschiedene Arten von Verarbeitung an einem Ausgangssignal des Zeitfolge-Synchronisationsmittels 118 durch und gibt das Signal an den Monitor 105 aus. Kurz gesagt, das vom CCD 109 gelesene Ausgangssignal wird in ein Fernsehsignal umgewandelt und an den Monitor 105 ausgegeben.
Das CCD-Ansteuermittel 111, das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 und das Signalverarbeitungsmittel 114 sind mit einem (ersten) Steuermittel 121 verbunden. Das Steuermittel 121 erweitert die Steuerung. Das Steuermittel 121 ist mit einem (zweiten) Steuermittel 126 zum Steuern einer Irisblende 123, eines Blendensteuermittels 124 und eines RGB-Drehfilter-Steuermittels 125, die in einer Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 122 zum Leiten von Zeitfolge-Beleuchtungslichtstrahlen zum Endoskop 102 enthalten sind, verbunden. Das Steuermittel 121 steuert das CCD-Ansteuermittel 111 und das Signalverarbeitungsmittel 114, während es mit dem RGB-Drehfilter-Steuermittel 125 synchronisiert ist.
Die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 122 umfasst eine Lampe 127, eine Kondensatorlinse 128 und ein RGB-Drehfilter 129. Die Lampe 127 erzeugt Beleuchtungslicht mit Wellenlängen, die in ein breites Band fallen, das vom Ultraviolettspektrum bis zum Infrarotspektrum reicht. Die Kondensatorlinse 128 bündelt das Beleuchtungslicht auf das hintere Ende des Lichtleiters 115. Das RGB-Drehfilter 129 ist zwischen die Lampe 127 und die Kondensatorlinse 128 eingefügt. Eine Xenonlampe, eine Halogenlampe, eine Metallhalogenidlampe, eine LED oder eine Hochdruck-Quecksilberlampe können als Lampe 127 verwendet werden.
Das Drehfilter 129 ist an der Drehwelle eines Motors 130 befestigt, so dass es sich drehen kann. Das Drehfilter 129 wird durch das RGB-Drehfilter-Steuermittel 125 unter der Steuerung des Steuermittels 126 so gesteuert, dass es sich mit einer festgelegten Drehzahl dreht. Zeitfolge-Lichtstrahlen von Rot, Grün und Blau werden zum hinteren Ende des Lichtleiters 115 geleitet.
Das Drehfilter 129 besteht aus zwei Filtersätzen, wie in 18 gezeigt, das heißt einem Paar von Filtersätzen 133 und 134, die als innerer Umfangsteil und äußerer Umfangsteil ausgebildet sind. Der erste Filtersatz 133 des inneren Umfangs besteht aus drei Filtern, die Lichtstrahlen R1, G1 und B1, die für eine gewöhnliche Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) erforderlich sind, durchlassen. Der zweite Filtersatz 134 des äußeren Umfangs besteht aus drei Filtern, die Lichtstrahlen R2, G2 und B2, die für eine spezielle Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) erforderlich sind, durchlassen. Der erste Filtersatz 133 und der zweite Filtersatz 134 weisen jeweils eine Spektraleigenschaft zum Durchlassen von Licht, das für jeden Beobachtungszweck geeignet ist, auf. Der erste Filtersatz 133 weist Filter 133a, 133b und 133c auf, die rote (R1), grüne (G1) und blaue (B1) Lichtstrahlen durchlassen, die für die gewöhnliche Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) erforderlich sind, die wie Sektoren geformt sind und diskret auf dem Umfang angeordnet sind. Die Filter 134a, 134b und 134c, die rote (R2), grüne (G2) und blaue (B2) Lichtstrahlen durchlassen, die für die spezielle Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) erforderlich sind, sind diskret außerhalb der Filter 133a, 133b bzw. 133c angeordnet.
Teile des ersten Filtersatzes 133 unter den Filtern 133a, 133b und 133c, die die roten (R1), grünen (G1) und blauen (B1) Strahlen, die für die gewöhnliche Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) erforderlich sind, durchlassen, sind Abfangbereiche. Die Abfangbereiche legen den Abfangzeitraum (Lesezeitraum) fest, während dessen das CCD 109 gelesen wird. Die Filter 133a, 133b und 133c und die Abfangbereiche sind fast in gleichen Abständen angeordnet. Dasselbe gilt für den zweiten Filtersatz 134.
Das Filter 134b ist mit einem Anregungsfilter ausgeführt, das Licht mit Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum durchlässt und in der speziellen Lichtbetriebsart verwendet wird. Das durch das Filter 134b hindurchtretende Licht bewirkt, dass lebendes Gewebe Fluoreszenz aufzeigt. Die Filter 134a (R2) und 134c (B2) werden im vorliegenden Beispiel gesperrt und kein Licht tritt durch diese Filter hindurch.
Ein Drehfilter-Umschaltmechanismus 131 ist auf der Strahlachse des Beleuchtungslichts angeordnet, welcher die Lampe 127 und den Lichtleiter 115 verbindet, um entweder den Filtersatz 133 des inneren Umfangs oder den Filtersatz 134 des äußeren Umfangs auszuwählen. In der gewöhnlichen Lichtbetriebsart fällt Licht P1, das von der Lampe 127 ausgeht (mit einer durchgezogenen Linie in 18 angegeben) auf den Filtersatz 133 des inneren Umfangs. In der speziellen Lichtbetriebsart schaltet der Drehfiltermechanismus 131 die Filtersätze um, indem er das ganze Drehfilter 129 so bewegt, dass Licht P2 (mit einer Strich-Punkt-Linie in 18 angegeben) auf den Filtersatz 134 des äußeren Umfangs fällt. Der Drehfilter-Umschaltmechanismus 131 bewegt den Motor 130 und das Drehfilter 129 relativ zur Lampe 127. Alternativ kann die Lampe 127 in einer entgegengesetzten Richtung bewegt werden.
Der Prozessor 103 ist mit einem Betriebsartenumschaltmittel 135 verbunden. Wenn ihm befohlen wird, die Beobachtungsbetriebsarten (gewöhnliche Lichtbetriebsart und spezielle Lichtbetriebsart) umzuschalten, wird ein Drehfilter-Umschaltbefehlssignal dem Drehfilter-Umschaltmechanismus 131 und dem Steuermittel 126 zugeführt. Wenn die Filtersätze des Drehfilters 129 umgeschaltet werden und wenn die spezielle Lichtbetriebsart ausgewählt wird, wird die Irisblende 123 automatisch durch das Blendensteuermittel 124 vollständig geschlossen.
Das Drehfilter-Umschaltbefehlssignal wird auch dem Steuermittel 121 zugeführt. Das Steuermittel 121 steuert das Signalverarbeitungsmittel 114, das CCD-Ansteuermittel 111 und das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112, so dass diese Mittel in einer ausgewählten Betriebsart (gewöhnliche Lichtbetriebsart oder spezielle Lichtbetriebsart) wirken.
Das Signalvorverarbeitungsmittel 117 des Signalverarbeitungsmittels 114 ist konfiguriert, wie beispielsweise in 19 gezeigt. Mit Bezug auf 19 wird ein Ausgangssignal des CCD 109 dem Signalvorverarbeitungsmittel 117 zugeführt. Im Signalvorverarbeitungsmittel 117 läuft das Ausgangssignal des CCD 109 durch einen Vorverstärker 140, eine CDS-Schaltung 141, ein Tiefpassfilter 143, eine Begrenzungsschaltung 144, eine Schaltung 145 zur automatischen Verstärkungsregelung (AGC). Ein A/D-Wandler 146 digitalisiert dann das Signal. Das digitale Signal wird von einer Patientenschaltung isoliert und durch einen Photokoppler 147a zu einer sekundären Schaltung übertragen. Die sekundäre Schaltung umfasst eine Weißabgleichs-Steuerschaltung 148, eine Tonsteuerschaltung 149 und eine Gammakorrekturschaltung 150. Nachdem die Weißabgleichssteuerung, die Tonsteuerung und die Gammakorrektur ausgeführt sind, führt eine Erweiterungsschaltung 151 elektronisches Zoomen für den Zweck der Expansion durch.
Ein Ausgangssignal der Erweiterungsschaltung 151 wird über eine Konturverstärkungsschaltung 152 dem Zeitfolge-Synchronisationsmittel 118 zugeführt. Ein Photometriemittel 142 ist als nachfolgende Stufe der CDS-Schaltung 141 angeschlossen. Ein Mittelwert von Spannungspegeln, die vom Ausgangssignal des CCD 109 während eines Halbbildes angenommen werden, wird berechnet und dem Steuermittel 121 zugeführt. Das Steuermittel 121 gibt ein Steuersignal an jede der Weißabgleichs-Steuerschaltung 148, der Tonsteuerschaltung 149, der Erweiterungsschaltung 151 und der Konturverstärkungsschaltung 152 aus, die in der sekundären Schaltung enthalten sind. Überdies gibt das Steuermittel 121 ein Steuersignal, das zum Steuern der Begrenzungsschaltung 144 verwendet wird, die in der Patientenschaltung enthalten ist, über den Photokoppler 147b, der als Isolations-/Übertragungsmittel dient, aus.
Die roten, grünen und blauen Zeitfolge-Signalkomponenten, die aus dem Signalvorverarbeitungsmittel 117 ausgegeben werden, werden Synchronisationsmitteln 163a, 163b und 163c über Selektorschalter 160, 162A und 162B, die im in 20 gezeigten Zeitfolge-Signalsynchronisationsmittel 118 enthalten sind, zugeführt. Die Synchronisationsmittel 163a, 163b und 163c weisen jeweils einen Speicher auf, in dem Daten für mindestens ein Halbbild gespeichert werden können. Die roten, grünen und blauen Zeitfolge-Signalkomponenten, die in dieser Reihenfolge zugeführt werden, werden in den Speichern, die den Farben zugeordnet sind, gespeichert. Die gespeicherten Zeitfolge-Signalkomponenten werden simultan gelesen und als synchronisierte Signalkomponenten ausgegeben.
20 zeigt das Synchronisationsmittel 163I (wobei I a, b oder c bedeutet) als Beispiel der Synchronisationsmittel 163a, 163b und 163c. Das Synchronisationsmittel 163I ist jeweils mit einem Mittel ausgeführt, das aus Bildspeichern 164a und 164b besteht, in denen Daten für mindestens zwei Halbbilder gespeichert werden können. Das Synchronisationsmittel 163a ist einer Videosignalkomponente zugeordnet, die erfasst wird, wenn Licht durch das Filter 133a oder 134a des Drehfilters 129 hindurchtritt. Ebenso ist das Synchronisationsmittel 163b einer Videosignalkomponente zugeordnet, die erfasst wird, wenn Licht durch das Filter 133b oder 134b des Drehfilters 129 hindurchtritt. Das Synchronisationsmittel 163c ist einer Videosignalkomponente zugeordnet, die erfasst wird, wenn Licht durch das Filter 133c oder 134c des Drehfilters 129 hindurchtritt.
Das Schreiben und Lesen einer Bildsignalkomponente in die und aus den Bildspeichern 164a und 164b werden abwechselnd umgeschaltet, wobei Signalkomponenten synchronisiert werden. Synchronisierte Signalkomponenten, die aus den Synchronisationsmitteln 163a, 163b und 163c ausgegeben werden, werden den Standbildspeichern 165a, 165b und 165c zugeführt, in denen Standbild-Signalkomponenten gespeichert werden, welche im Signalnachverarbeitungsmittel 119 enthalten sind, und werden auch einem Selektor 166 zugeführt. Die synchronisierten Signalkomponenten, die aus den Synchronisationsmitteln 163a, 163b und 163c ausgegeben werden, laufen durch den Selektor 166 und werden als Bewegtbild-Signalkomponenten über einen Treiber 167 mit 75 Ohm, der als nachfolgende Stufe des Selektors 166 angeordnet ist, dem Monitor 105 zugeführt. Die anderen Eingangsanschlüsse des Selektors 166 sind mit den Standbildspeichern 165a, 165b und 165c verbunden.
Das Steuermittel 121 steuert das Schreiben und Lesen einer Bildsignalkomponente in die und aus den Standbildspeichern 165a, 165b und 165c. Als Reaktion auf einen externen Einfrierbefehl erweitert das Steuermittel 121 die Steuerung so, dass einzufrierende Bildsignalkomponenten in den Standbildspeichern 165a, 165b bzw. 165c gespeichert werden. Überdies steuert das Steuermittel 121 den Selektor 166 so, dass der Selektor Standbild-Signalkomponenten, die aus den Standbildspeichern 165a, 165b und 165c ausgegeben werden, über den Treiber 167 mit 75 Ohm in der nachfolgenden Stufe des Selektors dem Monitor 105 zuführt. Hierbei wählt der Selektor 166 entweder die Standbild-Signalkomponenten oder die Bewegtbild-Signalkomponenten, die aus den Synchronisationsmitteln 163a, 163b und 163c ausgegeben werden, aus.
Ein ROM 170, in dem eine Information, die dem Endoskop 102 innewohnt, gespeichert wird, ist in das Endoskop 102 integriert. Wenn das Endoskop 102 mit dem Prozessor 103 verbunden wird, wird die Information zum Steuermittel 121 übertragen, das in der Signalverarbeitungseinheit 104 enthalten ist, die in den Prozessor 103 integriert ist. Die Empfindlichkeit (CMD-Vervielfachungsrate) des CCD 109 wird dann gesteuert. Kurz gesagt, der ROM 170 dient als Festlegungsmittel zum Festlegen der Empfindlichkeit des CCD 109.
(Operationen)
In der gewöhnlichen Lichtbetriebsart und der speziellen Lichtbetriebsart anzuwendende Operationen werden nachstehend beschrieben.
Anfänglich soll angenommen werden, dass die gewöhnliche Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) festgelegt wird. In diesem Fall wird der erste Filtersatz 133 des Drehfilters 129 im weg des Beleuchtungslichts angeordnet. Die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 wird auf einen festen Wert gesetzt. Der festgelegte Wert (feste Wert) der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109, der für die gewöhnliche Lichtbetriebsart vordefiniert ist, wird vom ROM 170 zum Prozessor 103 übertragen, wenn das Endoskop 102 mit dem Prozessor 103 verbunden wird.
Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 empfängt den festgelegten (festen) Wert der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109, der vom ROM 170 über das Steuermittel 121 übertragen wird. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 berechnet die Anzahl von Anlegungen eines Impulses pro Einheitszeit, die dem festgelegten (festen) Wert der CMD-Vervielfachungsrate zugeordnet ist, die für die gewöhnliche Lichtbetriebsart vordefiniert ist. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 gibt dann die berechnete Anzahl von Anlegungen des Impulses pro Einheitszeit an das CCD 109 während eines Belichtungszeitraums oder eines Abfang- (Lese-) Zeitraums, während dessen das CCD 109 Licht empfängt oder gelesen wird, aus.
Ein Eingabemittel (oder Festlegungsmittel) wie z.B. eine Tastatur kann mit dem Steuermittel 121, das in der Signalverarbeitungseinheit 104 enthalten ist, verbunden werden. Ein Benutzer kann manuell einen beliebigen Wert als CMD-Vervielfachungsrate am Eingabemittel eingeben. In diesem Fall legt das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 auf den vom Benutzer eingegeben Wert unter der Steuerung des Steuermittels 121 fest. Dasselbe gilt für die spezielle Lichtbetriebsart.
Beleuchtungslicht, das von der Lampe 127 emittiert wird, tritt durch den ersten Filtersatz 133 hindurch. Rote, grüne und blaue Zeitfolge-Beleuchtungslichtstrahlen werden nacheinander auf lebendes Gewebe abgestrahlt. Reflektierte Strahlen der roten, grünen und blauen Strahlen werden auf das CCD 109 projiziert und rote, grüne und blaue Bildsignalkomponenten (Videosignalkomponenten) werden in das Signalverarbeitungsmittel 114 eingegeben. Folglich wird ein mit gewöhnlichem Licht erzeugtes Sichtbild auf dem Monitor 105 angezeigt.
Das Photometriemittel 142 berechnet einen Mittelwert von Spannungspegeln, die von einem Ausgangssignal des CCD 109 während eines Halbbildes angenommen werden, und gibt den Mittelwert an das Steuermittel 121 aus. Das Steuermittel 121 gibt den Mittelwert an das zweite Steuermittel 126 aus. Ein Blendensteuerbefehl wird auf der Basis des Mittelwerts ausgegeben, wodurch die Irisblende 123 geöffnet oder geschlossen wird. Wenn ein Objekt relativ zu einem vordefinierten Bezugshelligkeitspegel zu hell ist, nimmt das Ausgangssignal des CCD 109 einen hohen Spannungspegel an. Folglich wird die Irisblende 123 geschlossen (die Intensität von Licht, das zum hinteren Ende des Lichtleiters geleitet wird, nimmt ab). Wenn das Objekt im Gegenteil dunkel ist, nimmt das Ausgangssignal des CCD 109 einen niedrigen Spannungspegel an. Folglich wird die Irisblende 123 geöffnet (die Intensität von Licht, das zum hinteren Ende des Lichtleiters geleitet wird, nimmt zu). Somit wird die Intensität von Licht, das auf lebendes Gewebe abgestrahlt wird, verändert (automatische Lichteinstellung).
Wenn ein Eingabemittel (oder Festlegungsmittel) wie z.B. eine Tastatur mit dem Steuermittel 121, das in der Signalverarbeitungseinheit 104 enthalten ist, verbunden wird, kann ein Benutzer die Helligkeit (Bezugswert) eines auf dem Monitor 105 angezeigten Bildes am Eingabemittel auf einen beliebigen Pegel einstellen. Die Schaltung 145 zur automatischen Verstärkungsregelung kann das Ausgangssignal des CCD 109 elektrisch verstärken, so dass die Helligkeit eines auf dem Monitor 105 angezeigten Bildes auf den festgelegten Pegel eingestellt wird. Wenn ein Objekt zu dunkel ist, selbst wenn die automatische Lichteinstellung durchgeführt wird, kann die Helligkeit eines auf dem Monitor 105 angezeigten Bildes nicht den festgelegten Pegel erreichen. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des CCD 109 elektrisch verstärkt (automatische Verstärkungsregelung).
Die Intensität von reflektiertem Licht von (roten, grünen und blauen) Zeitfolge-Lichtstrahlen, die auf lebendes Gewebe (Verdauungstrakt oder Bronchien) abgestrahlt werden, fällt in einen Bereich, der in den Kurvenbildern von 22 und 23 größer ist als 1 Lux. Wie aus 22 und 23 zu sehen ist, sind, wenn die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 auf einen größeren Wert gesetzt wird, ein Rauschabstand und ein Ausgangsspannungspegel höher als diejenigen, die erreicht werden, wenn Elektronen, die in jedem CMD im CCD 109 fließen, nicht vervielfacht werden.
Es soll angenommen werden, dass die gewöhnliche Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) festgelegt wird. Selbst wenn die Helligkeit eines Objekts (lebendes Gewebe) oder mit anderen Worten die Intensität von Licht, das von einem Objekt reflektiert wird, variiert, wird in diesem Fall ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit, deren Pegel durch einen Benutzer festgelegt wird, immer auf dem Monitor 105 angezeigt. Dies ist der automatischen Lichteinstellung und der automatischen Verstärkungsregelung zuzuschreiben. Wenn die CMD-Vervielfachungsrate für den CMD 109 erhöht wird, verbessert sich überdies der Rauschabstand. In der gewöhnlichen Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) kann nämlich ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit ohne Beeinträchtigung der Bildqualität infolge der automatischen Lichteinstellung erzeugt werden. Wenn es der automatischen Lichteinstellung misslingt, ausreichend Helligkeit bereitzustellen, wird die automatische Verstärkungsregelung aktiviert.
Im Gegensatz dazu soll angenommen werden, dass die spezielle Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) festgelegt wird. In diesem Fall bedient ein Benutzer beispielsweise einen Betriebsartenauswahlschalter, der im Betriebsartenumschaltmittel 135 enthalten ist. Der Drehfilter-Umschaltmechanismus 131 wird folglich aktiviert, um den zweiten Filtersatz 134 des Drehfilters 129 im Weg des Beleuchtungslichts anzuordnen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Irisblende 123 vollständig geöffnet. Folglich fällt das stärkste Anregungslicht auf das hintere Ende des Lichtleiters 115. Die Empfindlichkeit des CCD 109, das heißt, die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109, wird auf einen festen Wert gesetzt, der für die spezielle Lichtbetriebsart vordefiniert ist. Der festgelegte Wert (fester Wert) der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 ist ein Wert, der vom ROM 170 übertragen wird und größer ist als derjenige, der für die gewöhnliche Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) vordefiniert ist.
Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 empfängt den festgelegten (festen) Wert der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 vom ROM 170 über das Steuermittel 121. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel berechnet dann die Anzahl von Anlegungen eines Impulses, die dem festgelegten (festen) Wert der CMD-Vervielfachungsrate zugeordnet ist, die für die spezielle Lichtbetriebsart vordefiniert ist. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel gibt die berechnete Anzahl von Anlegungen des Impulses an das CCD 109 während eines Belichtungs- oder Abfang- (Lese-) Zeitraums, während dessen das CCD 109 Licht empfängt oder gelesen wird, aus.
Anregungslicht (mit Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum im vorliegenden Beispiel), das von der Lampe 127 emittiert wird, tritt durch den zweiten Filtersatz 134 hindurch. Beim vorliegenden Beispiel wird nur Anregungslicht, das durch das Filter 134b (G2) hindurchtritt, unstetig auf lebendes Gewebe abgestrahlt. Im vorliegenden Beispiel werden die Filter 134a (R2) und 134c (B2) gesperrt. Daher tritt kein Licht durch die Filter 134a (R2) und 134c (B2) hindurch.
Licht, das von lebendem Gewebe reflektiert wird, auf das Anregungslicht abgestrahlt wird, und Licht, das von Fluoreszenz stammt, die von (beispielsweise NADH oder Flavin, das enthalten ist in) dem lebenden Gewebe dargeboten wird, welches mit dem Anregungslicht angeregt wird, fällt auf das Objektiv 108. Das Filter 110 sperrt das reflektierte Licht des Anregungslichts. Das von der Fluoreszenz stammende Licht tritt in das CCD 109 ein. Ein Bildsignal, das vom von Fluoreszenz stammenden Licht vom CCD 109 aufgenommen wird, wird dem Signalverarbeitungsmittel 114 zugeführt. Das Signalverarbeitungsmittel 114 verarbeitet das Bildsignal, das vom Licht gewonnen wird, das durch das Filter 134b (G2) hindurchtritt, und gibt das resultierende Signal an den Monitor 105 aus.
Die Schaltung 145 zur automatischen Verstärkungsregelung verstärkt das Ausgangssignal des CCD 109 elektrisch auf einen festgelegten Spannungspegel. Insbesondere soll angenommen werden, dass ein Objekt so dunkel ist, dass das Ausgangssignal des CCD 109 trotz der Vervielfachung von Elektronen, die in jedem CMD im CCD 109 fließen, immer noch niedriger ist als der festgelegte Spannungspegel. In diesem Fall wird das Ausgangssignal elektrisch verstärkt, um die Amplitude des Ausgangssignals zu erhöhen (automatische Verstärkungsregelung). Folglich kann immer ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit, das mit speziellem Licht erzeugt wird, auf dem Monitor 105 angezeigt werden. Wenn ein Eingabemittel (oder Festlegungsmittel) wie z.B. eine Tastatur mit dem Steuermittel 121 verbunden ist, das in der Signalverarbeitungseinheit 104 enthalten ist, kann ein Benutzer im übrigen die Helligkeit (den vorstehend genannten Bezugspegel) eines auf dem Monitor 105 angezeigten Bildes am Eingabemittel auf einen beliebigen Pegel einstellen.
Nun wird eine Beschreibung eines Rauschabstandes relativ zu einem Signal, das ein Sichtbild (im vorliegenden Beispiel ein Bild, das mit von Fluoreszenz stammendem Licht erzeugt wird) darstellt, welches auf dem Monitor 105 angezeigt wird, und zur Helligkeit des Sichtbildes durchgeführt. Der Rauschabstand und die Helligkeit werden mit der erhöhten CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 erreicht (auf 3 oder 10 gesetzt) (siehe 22 und 23).
Der Rauschabstand spiegelt wider, wie gut ein dunkles Objekt visualisiert werden kann oder mit welcher Bildqualität das dunkle Objekt visualisiert werden kann. Insbesondere wenn ein Bildsignal von schwachem Licht wie z.B. Licht, das von Fluoreszenz stammt, aufgenommen wird, ist der Rauschabstand relativ zum Bildsignal ein sehr wichtiger Parameter. Überdies spiegelt der Ausgangsspannungspegel des Bildsignals die Helligkeit eines auf einem Monitor angezeigten Bildes wider und ist daher auch ein sehr wichtiger Parameter. Wenn ein verwendetes Halbleiter-Abbildungsbauelement ein typisches CCD (ohne Vervielfachungsmechanismus) ist, entsprechen der Rauschabstand relativ zu einem Signal, das ein auf dem Monitor 105 anzuzeigendes Sichtbild darstellt, und die Helligkeit des Sichtbildes im Wesentlichen denjenigen, die erreicht werden, wenn die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 auf 1 gesetzt wird (Elektronen, die in jedem CMD im CCD 109 fließen, werden nicht vervielfacht).
Wenn Licht mit Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum auf lebendes Gewebe (Verdauungstrakt oder Bronchien) abgestrahlt wird, stammt Licht von Fluoreszenz, die von NADH, Flavin oder Collagen, das im lebenden Gewebe enthalten ist, gezeigt wird. Die Intensität des von Fluoreszenz stammenden Lichts ist jedoch sehr niedrig (fällt in einen Bereich, der in den Kurvenbildern von 22 und 23 kleiner ist als 1 Lux). Für ein typisches CCD ist es schwierig, ein Bildsignal von solchem Licht aufzunehmen. Wie aus 22 und 23 zu sehen ist, sind, wenn die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 auf einen höheren Wert gesetzt wird, der Rauschabstand und der Ausgangsspannungspegel viel höher als sie sind, wenn das typische CCD verwendet wird.
Die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke (die die Helligkeit eines Objekts widerspiegelt) einer Abbildungsoberfläche des CCD 109, einem Rauschabstand, der in einer Ausgangsstufe des Prozessors 103 erfasst wird, und einem Ausgangsspannungspegel, der in dieser erfasst wird, wird in Bezug auf die Empfindlichkeit des CCD 109 beschrieben.
Es soll angenommen werden, dass ein betroffenes Endoskopsystem das Endoskop 101 (einschließlich des CCD 109 und des CCD-Kabels 120) und den Prozessor 103 (einschließlich des Signalverarbeitungsmittels 114) umfasst. Der Rauschabstand S/N und der Ausgangsspannungspegel S, die in der Ausgangsstufe (Signalverarbeitungsmittel 114) des Prozessors 103 erfasst werden, werden theoretisch berechnet. S/N = S/{N CCD2 + N CV2}½ (1) = {A·n·K·(1 – β)·G}/{(A2·F2·(n + D) + R2) ·K2·(1 – β)2·G2 + N CV2}½ (1-2) = {n·K·(1 – β)·G}/{(F2·(n + D) + R2/A2) ·K2·(1 – β)2·G2 + N CV2/A2}½ (1-3) S = A·n·K·(1 – β)·G [mV] (2)wobei S den Ausgangsspannungspegel eines Bildsignals (in der Ausgangsstufe des Prozessors 103 erfasst) bedeutet. Hierbei soll der Kürze halber der Grundpegel des Signals sein. Überdies bedeutet N CCD den Spannungspegel eines Rauschens, das im CCD 109 auftritt (in der Ausgangsstufe des Prozessors 103 erfasst). N CV bedeutet den Gesamtspannungspegel eines Rauschens, das entlang des CCD-Kabels 120 auftritt, und eines Rauschens, das im Prozessor 103 auftritt (in der Ausgangsstufe des Prozessors 103 erfasst).
[Parameter]
(1) Mit dem CCD in Zusammenhang stehende Parameter
n [e/Pixel]: die Anzahl von Ladungsträgern pro Pixelstelle (bevor Elektronen, die in jedem CMD fließen, vervielfacht werden) n = Mx (4,1 × 10⁹) × μ² × n × RA × T [e/Pixel/Flamme] , wobei M [Lux] die Beleuchtungsstärke der Abbildungsoberfläche des CCD bedeutet, μ die Größe jeder Pixelstelle bedeutet, η eine Quantenausbeute bedeutet, RA eine Rate einer Lochfläche bedeutet und T eine Belichtungszeit bedeutet.

A: CMD-Vervielfachungsrate
D [e/Pixel/s]: Dunkelstrom, der an jeder Pixelstelle auftritt
R [eRMS] : Rauschen, das vom Lesen stammt (in einem Erfassungsverstärker auftretend)
K [mv/e]: Ladungs-Spannungs-Umwandlungsfaktor, der im Erfassungsverstärker festgelegt wird
A: CMD-Vervielfachungsrate
F²: CMD-Überschussrauschfaktor

(2) Parameter, die für andere Komponenten als das CCD relevant sind

β [×100%]: Dämpfungsfaktor eines Signals, das über das CCD-Kabel 120 übertragen wird
G: Verstärkung, die vom Prozessor erzeugt wird (G = Spannungspegel des Ausgangssignals des Prozessors/Spannungspegel von dessen Eingangssignal)
Ncv [mV]: Gesamtspannungspegel eines Rauschens, das entlang des CCD-Kabels 120 auftritt, und eines Rauschens, das im Prozessor 103 auftritt
(Signal, dem eine Verstärkung verliehen wird)

22 zeigt die Beziehung zwischen einer Beleuchtungsstärke auf der Abbildungsoberfläche eines CCD und einem Rauschabstand, die mit der auf 1, 3 und 10 festgelegten CMD-Vervielfachungsrate hergestellt wird. Die Beleuchtungsstärke und der Rauschabstand werden durch Zuweisen von Parameterwerten zu den Formeln (1-2) und (2) berechnet. 23 zeigt die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke der Abbildungsoberfläche des CCD und einem Ausgangsspannungspegel. In 22 wird der Rauschabstand (Ordinatenachse) als S/N = 20xlog {Formel (1-2)} (Einheit: dB) berechnet.
(Vorteile)
Wenn die spezielle Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) festgelegt wird, kann ein Objekt, von dem schwaches Licht zurückgegeben wird und das nicht durch ein typisches CCD visualisiert werden kann, infolge der Vervielfachung von Elektronen, die in jedem CMD im CCD fließen, und der automatischen Verstärkungsregelung visualisiert werden. Überdies werden der Rauschabstand relativ zu einem Bildsignal und der Ausgangsspannungspegel des Bildsignals verbessert. Dies führt zu einem Sichtbild mit ausgezeichneter Bildqualität (hoher Rauschabstand) und zweckmäßiger Helligkeit.
Eine Information, die vom ROM 170 gelesen wird, kann eine Art von Endoskop oder die Helligkeit eines auf dem Monitor 105 angezeigten Bildes (Ausgangsspannungspegel, der vom Prozessor 103 geliefert wird) anstelle der CMD-Vervielfachungsraten für das CCD 109, die für die gewöhnliche Lichtbetriebsart und die spezielle Lichtbetriebsart vordefiniert sind, darstellen. Ansonsten können Korrekturdaten für einen Unterschied der CCD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 von einer Pixelstelle zur anderen zum Prozessor 103 übertragen werden.
Zwei CCDs können in den distalen Teil eines Endoskops eingebaut sein und das erste CCD der CCDs kann ausschließlich für die gewöhnliche Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) verwendet werden und deren zweites CCD kann ausschließlich für die spezielle Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) verwendet werden. In diesem Fall wird das im vorliegenden Beispiel verwendete CCD 109 als zweites CCD verwendet. Das erste CCD, das für die gewöhnliche Lichtbetriebsart zweckorientiert ist, kann mit dem CCD 109 oder dem typischen CCD realisiert sein.
Das Drehfilter 129 umfasst drei Filter, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind. Die Anzahl von Filtern, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, muss nicht 3 sein, sondern kann zwei oder weniger oder vier oder mehr sein.
Die Filter des Drehfilters 129, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, weisen die Eigenschaft auf, dass sie Licht durchlassen, dessen Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum liegen. Alternativ können die Filter Licht mit Wellenlängen durchlassen, die in das Ultraviolett- oder blaue Spektrum allein fallen. Die Filter können verwendet werden, um eine Eigenfluoreszenzabbildung durchzuführen.
Das Spektrum von Licht, das durch die Filter des Drehfilters 129 durchgelassen wird, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, liegt im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum. Die Filter können Licht mit Wellenlängen durchlassen, die in das sichtbare Spektrum fallen. In diesem Fall kann ein Arzneimittel (wie z.B. HpD, Porphyrine, NPe6, ALA, m-THPC, ATX-S10, BPD-MA, ZnPC, SnET2 usw.) verabreicht werden, um eine Arzneimittelfluoreszenzabbildung für den Zweck der photodynamischen Diagnose durchzuführen.
Das Spektrum von Licht, das durch die Filter des Drehfilters 129 durchgelassen wird, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, liegt im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum. Die Filter können Licht mit Wellenlängen durchlassen, die in das nahe Infrarotspektrum fallen. In diesem Fall kann ein Arzneimittel (beispielsweise Indocyaningrün, das ein Derivatmarkerantikörper ist) verabreicht werden, um eine Arzneimittelfluoreszenzabbildung durchzuführen.
Das Spektrum von Licht, das durch die Filter des Drehfilters 129 durchgelassen wird, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, liegt im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum. Die Filter können Licht mit Wellenlängen durchlassen, die im Bereich vom sichtbaren Spektrum bis zum nahen Infrarotspektrum liegen. Ein Bildsignal kann vom reflektierten Licht des Lichts aufgenommen werden. In diesem Fall muss das Filter 110 nicht enthalten sein.
Das Betriebsartenumschaltmittel 135 ist im Prozessor 103 enthalten, kann jedoch im Endoskop 102 enthalten sein.
In den Prozessor 103 sind die Signalverarbeitungseinheit 104 und die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 122 integriert. Alternativ können die Signalverarbeitungseinheit 104 und die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 122 als eigenständige Vorrichtungen vorgesehen sein.
BEISPIEL 8
Im Beispiel 8 werden die automatische Lichteinstellung und die automatische Verstärkungsregelung zur Beobachtung unter gewöhnlichem Licht ausgeführt. Zur Beobachtung unter speziellem Licht wird die CMD-Vervielfachungsrate manuell auf einen festen wert gesetzt, die automatische Verstärkungsregelung wird auf einen Prozessor erweitert, eine Belichtungszeit wird lang gemacht und Licht wird vollständig emittiert.
Im Beispiel 7 ist die Belichtungszeit zwischen der gewöhnlichen Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) und der speziellen Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) gleich.
Im Beispiel 8 ist die Belichtungszeit in der speziellen Lichtbetriebsart länger als in der gewöhnlichen Lichtbetriebart. Überdies werden ein hoher Rauschabstand und ein hoher Ausgangsspannungspegel erreicht.
(Bestandteilsmerkmale)
24 zeigt den Aufbau eines Drehfilters. 25 ist ein Ablaufplan, der die Zeitabläufe von Signalen zeigt, die zum Ansteuern eines CCD in der speziellen Lichtbetriebsart verwendet werden. 26 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke auf der Abbildungsoberfläche des CCD und einem Rauschabstand (lange Belichtung) angibt. 27 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke auf der Abbildungsoberfläche des CCD und einem Ausgangsspannungspegel (lange Belichtung) angibt.
Auf die Beschreibung eines Drehfilters 129A und anderer Komponenten, die zu jenen von Beispiel 7 identisch sind, wird verzichtet.
Das Drehfilter 129A besteht, wie in 24 gezeigt, aus zwei Filtersätzen, das heißt Filtersätzen 133 und 134A, die als innerer und äußerer Umfangsteil des Drehfilters 129A dienen. Der erste Filtersatz 133 des inneren Umfangs besteht aus drei Filtern 133a, 133b und 133c, die wie in Beispiel 7 für die gewöhnliche Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) verwendet werden. Der zweite Filtersatz 134A des äußeren Umfangs besteht aus zwei Filtern 134aA und 134c, die für die spezielle Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) verwendet werden. Die Spektraldurchlasseigenschaften der Filtersätze 133 und 134A sind auf die jeweiligen Beobachtungszwecke abgeglichen.
Im vorliegenden Beispiel wird ein Filter zum Durchlassen von Anregungslicht, das verwendet wird, um Eigenfluoreszenz zu bewirken (Licht mit Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum), als Filter 134aA übernommen. Das Filter 134c wird gesperrt. Der zweite Filtersatz 134A des Drehfilters 129A ist in drei Bereiche R2, G2 und B2 unterteilt, wie in 24 gezeigt. Das Filter 134aA belegt den ganzen Bereich R2 und eine Hälfte des Bereichs G2. Das Filter 134c belegt fast eine Hälfte des Bereichs B2 und ist wie ein Sektor geformt. Das Filter 134aA und das Filter 134c sind auf dem Umfang angeordnet. Der Teil des zweiten Filtersatzes 134A, der von den Filtern 134aA und 134c verschieden ist, wird gesperrt und legt eine Abfangzeit (Lesezeit) fest, während der das CCD 109 gelesen wird. Das Steuermittel 121 steuert das CCD-Ansteuermittel 111 als Reaktion auf einen Befehl, der aus dem Betriebsartenumschaltmittel 135 ausgegeben wird, so dass das CCD-Ansteuermittel das CCD im Einklang mit einer ausgewählten Betriebsart (gewöhnliche Lichtbetriebsart oder spezielle Lichtbetriebsart) ansteuert.
25 ist ein Ablaufplan, der die Zeitabläufe von zum Ansteuern des CCD in der speziellen Lichtbetriebsart verwendeten Signalen angibt. 25 gibt einen Belichtungszeitraum und einen Abfangzeitraum (Lesezeitraum) an, die durch den zweiten Filtersatz (äußerer Umfangsteil) des Drehfilters 129A festgelegt werden. Überdies gibt 25 die Beziehung zwischen einem Empfindlichkeitssteuerimpuls ϕCMD, einem vertikalen Übertragungsimpuls ϕIAG und einem horizontalen Übertragungsimpuls ϕSR, die an das CCD 109 angelegt werden, und einem Ausgangssignal des CCD an. Die Beträge der Drehungen R2, G2 und B3, die vom Drehfilter durchgeführt werden, entsprechen den Größen der Bereiche R2, G2 und B2 des Drehfilters 129A. Der Empfindlichkeitsteuerimpuls ϕCMD, der vertikale Übertragungsimpuls ϕIAG und der horizontale Übertragungsimpuls ϕSR werden aus dem CCD-Empfindlichkeitsmittel 112 bzw. dem CCD-Ansteuermittel 111 während des Abfangzeitraums (Lesezeitraums), der dem Belichtungszeitraum folgt, nur dann ausgegeben, wenn ein Gatterimpuls einen Ein-Spannungspegel annimmt. Das CCD 109 liefert das Ausgangssignal während des Abfangzeitraums.
Im Beispiel 8 nimmt der Gatterimpuls den Ein-Spannungspegel nur an, wenn das Drehfilter 129A die Drehungen G2 und B2 durchführt. Wenn das Drehfilter 129A die Drehung R2 durchführt, nimmt der Gatterimpuls einen Aus-Spannungspegel an. Das CCD 109 liefert kein Ausgangssignal. Eine Belichtungszeit ist daher gleich der Summe eines Zeitraums, der mit dem Bereich R2 festgelegt wird, und eines Zeitraums, der mit einem Belichtungsbereich des Bereichs G2 festgelegt wird. Die Belichtungszeit ist daher so lange wie fast das dreifache von demjenigen in Beispiel 7. Ein vom CCD 109 während eines mit einem Abfangbereich des Bereichs G2 festgelegten Zeitraums gelesenes Bildsignal wird den Bildspeichern zugeführt, die in den Synchronisationsmitteln 163a und 163b enthalten sind. Ein vom CCD 109 während eines mit einem Abfangbereich des Bereichs B2 festgelegten Zeitraums gelesenes Bildsignal wird dem im Synchronisationsmittel 163c enthaltenen Bildspeicher zugeführt. Im übrigen nimmt der Gatterimpuls den Ein-Spannungspegel in der gewöhnlichen Lichtbetriebsart an. Nachdem ein Objekt mit Licht, das durch den ersten Filtersatz hindurchtritt, der aus den Filtern 133a, 133b und 133c besteht, belichtet wird, wird das CCD 109 gelesen.
(Operationen)
Operationen, die in der speziellen Lichtbetriebsart angewendet werden, werden nachstehend beschrieben. Operationen, die in der gewöhnlichen Lichtbetriebsart angewendet werden, sind zu denjenigen in Beispiel 7 identisch.
Anregungslicht (mit Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum im vorliegenden Beispiel), das von der Lampe 127 emittiert wird, tritt durch den zweiten Filtersatz 134A hindurch. Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird nur das Anregungslicht, das durch das Filter 134aA hindurchtritt, unstetig auf lebendes Gewebe abgestrahlt. Im vorliegenden Beispiel tritt kein Licht durch das Filter 134c hindurch und wird auf lebendes Gewebe abgestrahlt. Eine Belichtungszeit, während der Licht, das durch das Filter 134aA hindurchtritt, abgestrahlt wird, ist im Allgemeinen dreimal länger als jene in Beispiel 7. Ladungsträger werden im CCD 109 während eines Zeitraums, während dessen Anregungslicht, das durch das Filter 134aA des zweiten Filtersatzes hindurchtritt, auf das lebende Gewebe abgestrahlt wird, empfangen und angesammelt. Die Ladungsträger werden während eines Abfangzeitraums (Lesezeitraums), der mit dem Abfangbereich des Bereichs G2 festgelegt wird, gelesen. Ein aus dem CCD ausgegebenes Bildsignal wird dem Signalverarbeitungsmittel 114 zugeführt. Das Signalverarbeitungsmittel 114 verarbeitet das Signal, das während des Zeitraums gelesen wird, der mit dem Abfangbereich des Bereichs G2 festgelegt wird. Folglich wird ein mit speziellem Licht erzeugtes Sichtbild auf dem Monitor 105 angezeigt.
Nun wird eine Beschreibung eines Rauschabstandes relativ zu einem Signal, das das auf dem Monitor 105 angezeigte Sichtbild (Bild, das mit Licht erzeugt wird, das im vorliegenden Beispiel von Eigenfluoreszenz stammt) darstellt, und der Helligkeit des Sichtbildes durchgeführt. Der Rauschabstand und die Helligkeit werden mit einer verlängerten Belichtungszeit und mit der erhöhten CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 erreicht.
Im Beispiel 8 soll eine Belichtungszeit T' ungefähr dreimal länger sein als die Belichtungszeit T in Beispiel 1. Überdies soll die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 auf 3 und 10 gesetzt werden. 26 und 27 zeigen graphisch die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke auf der Abbildungsoberfläche des CCD und dem Rauschabstand oder dem Ausgangsspannungspegel, die unter den obigen Bedingungen hergestellt wird.
Wie aus 26 und 27 zu sehen ist, werden, wenn lebendes Gewebe für eine längere Belichtungszeit (Bestrahlungszeit) belichtet wird, wobei die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 konstant gehalten wird, der Rauschabstand und der Ausgangsspannungspegel höher. Wenn die CMD-Vervielfachungsrate erhöht wird und die Belichtungszeit verlängert wird, werden der Rauschabstand und der Ausgangsspannungspegel höher.
(Vorteile)
In der speziellen Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) kann, selbst wenn Licht, das von einem Objekt zurückkehrt, zu schwach ist, um das Objekt unter Verwendung eines typischen CCD zu visualisieren, das Objekt infolge der Vervielfachung von Elektronen, die in jedem CMD im CCD fließen, der Verlängerung einer Belichtungszeit und der automatischen Verstärkungsregelung visualisiert werden. Überdies werden ein Rauschabstand und ein Ausgangsspannungspegel erhöht. Folglich kann ein Sichtbild mit ausgezeichneter Bildqualität (hoher Rauschabstand) und zweckmäßiger Helligkeit erzeugt werden.
Eine Information, die vom ROM 170 gelesen wird, kann die Endoskopart oder die Helligkeit eines auf dem Monitor 105 angezeigten Bildes (Ausgangsspannungspegel des Prozessors 103) anstelle der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109, die für die gewöhnliche Lichtbetriebsart oder die spezielle Lichtbetriebsart festgelegt ist, darstellen. Ansonsten können Korrekturdaten für einen Unterschied in der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 von einer Pixelstelle zur anderen zum Prozessor 103 übertragen werden.
Zwei CCDs können in den distalen Teil eines Endoskops integriert sein. Das erste CCD der zwei CCDs kann ausschließlich für die gewöhnliche Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) verwendet werden und deren zweites CCD kann ausschließlich für die spezielle Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) verwendet werden. In diesem Fall wird das im vorliegenden Beispiel verwendete CCD 109 als zweites CCD übernommen. Das erste CCD, das für die gewöhnliche Lichtbetriebsart zweckorientiert ist, kann mit dem CCD 109 oder einem typischen CCD realisiert sein.
Im vorliegenden Beispiel wird das Lesen des CCD während einer vollen Umdrehung des Drehfilters zweimal durchgeführt. Der Gatterimpuls kann nur einmal angelegt werden, während das Drehfilter die Umdrehungen R2, G2 und B2 durchführt. In diesem Fall kann die in Beispiel 1 festgelegte Belichtungszeit auf höchstens fünfmal länger verlängert werden. Zwei Filter, die im Drehfilter 129A enthalten sind, sind der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet. Die Anzahl von Filtern, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, müssen nicht auf zwei eingeschränkt sein, sondern kann auch eins betragen.
Die Filter des Drehfilters 129A, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, weisen die Eigenschaft auf, dass sie Licht durchlassen, dessen Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum liegen. Alternativ können Filter zum Durchlassen von Licht, dessen Wellenlängen in das Ultraviolett- oder blaue Spektrum allein fallen, zur Eigenfluoreszenzabbildung verwendet werden.
Die Filter des Drehfilters 129A, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, weisen die Spektraleigenschaft auf, dass sie Licht durchlassen, dessen Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum liegen. Alternativ können die Filter Licht mit Wellenlängen durchlassen, die in das sichtbare Spektrum fallen. In diesem Fall wird ein Arzneimittel (HpD, Porphyrine, NPe6, ALA, m-THPC, ATX-S10, BPD-MA, ZnPC, SnET2) verabreicht, um eine Arzneimittel-Fluoreszenzabbildung für den Zweck der photodynamischen Diagnose durchzuführen.
Die Filter des Drehfilters 129A, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, weisen die Spektraleigenschaft auf, dass sie Licht durchlassen, dessen Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum liegen. Alternativ können die Filter Licht mit Wellenlängen durchlassen, die in das nahe Infrarotspektrum fallen. In diesem Fall wird ein Arzneimittel (beispielsweise Indocyaningrün, das ein Derivatmarkerantikörper ist) verabreicht, um eine Arzneimittel-Fluoreszenzabbildung durchzuführen.
Die Filter des Drehfilters 129A, die der speziellen Lichtbetriebsart zugeordnet sind, weisen die Spektraleigenschaft auf, dass sie Licht durchlassen, dessen Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum liegen. Alternativ können die Filter Licht mit Wellenlängen durchlassen, die im Bereich vom sichtbaren Spektrum bis zum nahen Infrarotspektrum liegen. Ein Bildsignal kann dann vom reflektierten Licht des Lichts aufgenommen werden. In diesem Fall muss das Filter 110 nicht enthalten sein.
Das Betriebsartenumschaltmittel 135 ist im Prozessor 103 enthalten, kann jedoch im Endoskop 102 enthalten sein.
In den Prozessor 103 sind die Signalverarbeitungseinheit 104 und die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 122 integriert. Die Signalverarbeitungseinheit 104 und die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 122 können als eigenständige Vorrichtungen enthalten sein.
BEISPIEL 9
Das Beispiel 9 ist derart, dass die CMD-Vervielfachungsrate in Abhängigkeit davon, ob eine Beobachtung unter gewöhnlichem Licht oder eine Beobachtung unter speziellem Licht festgelegt wird, automatisch verändert wird.
Beim Beispiel 7 wird die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD auf einen festen Wert gesetzt. Die CMD-Vervielfachungsrate wird manuell eingestellt. Zum Optimieren der Helligkeit eines auf dem Monitor angezeigten Bildes wird das Ausgangssignal des CCD elektrisch verstärkt und somit durch automatische Verstärkungsregelung eingestellt.
(Bestandteilsmerkmale)
28 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines Endoskopsystems zeigt. 29 ist ein Blockdiagramm, das ein Signalvorverarbeitungsmittel zeigt, das in einem Signalverarbeitungsmittel enthalten ist.
Auf die Beschreibung von Komponenten, die zu den in 17 gezeigten identisch sind, wird verzichtet.
Die Schaltung 145 zur automatischen Verstärkungsregelung, die Irisblende 123 und das Blendensteuermittel 124, die im Beispiel 7 enthalten sind, sind im Beispiel 9 ausgeschlossen.
Das Photometriemittel 142 berechnet einen Mittelwert von Spannungspegeln, die vom Ausgangssignal des CCD 109 während eines Halbbildes angenommen werden, und gibt den Mittelwert an das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 über das Steuermittel 121 aus. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 berechnet die Anzahl von Anlegungen eines Impulses pro Einheitszeit, die einer CMD-Vervielfachungsrate zugeordnet ist, die ermöglicht, dass das Ausgangssignal des CCD 109 einen festgelegten Spannungspegel annimmt. Folglich wird der Impuls mit der berechneten Anzahl von Malen während eines Abfangzeitraums (Lesezeitraums), während dessen das CCD 109 gelesen wird, an das CCD 109 angelegt.
(Operationen)
Ein Benutzer bedient beispielsweise einen Betriebsartenauswahlschalter, der im Betriebsartenumschaltmittel 135 enthalten ist, um eine gewünschte Betriebsart (gewöhnliche Lichtbetriebsart oder spezielle Lichtbetriebsart) auszuwählen. In der Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 122A dreht der Drehfilter-Umschaltmechanismus 131 das Drehfilter 129 gemäß der ausgewählten Betriebsart. Beleuchtungslicht, das auf die ausgewählte Betriebsart abgestimmt ist, wird zum hinteren Ende des Lichtleiters 115 über das Drehfilter 129 geleitet und auf lebendes Gewebe abgestrahlt. Da die Zeitfolge-Lichtquelleneinheit 122a keine Blende aufweist, bleibt die Intensität des Beleuchtungslichts, das vom distalen Ende des Endoskops 102 emittiert wird, konstant.
Zeitfolge-Lichtstrahlen (von rot, blau und grün) werden von lebendem Gewebe in der gewöhnlichen Lichtbetriebsart reflektiert, während spezielles Licht von Fluoreszenz stammt, die vom lebenden Gewebe in der speziellen Lichtbetriebsart dargeboten wird. Die reflektierten Lichtstrahlen oder Licht, das von Fluoreszenz stammt, werden auf das CCD 109 projiziert, um ein Bildsignal aufzunehmen. Ein resultierendes Videosignal wird dem Signalverarbeitungsmittel 114A zugeführt. Das Signalverarbeitungsmittel 114A verarbeitet das Ausgangssignal des CCD 109. Folglich wird ein Sichtbild auf dem Monitor 105 angezeigt.
Wenn ein Objekt (lebendes Gewebe), das eine bestimmte Helligkeit aufweist, unter Verwendung des CCD 109 abgebildet wird, variieren ein Rauschabstand (22) und ein Ausgangsspannungspegel (23) in Abhängigkeit von der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109. Das Photometriemittel 142 berechnet einen Mittelwert von Spannungspegeln, die vom Ausgangssignal des CCD 109 während eines Halbbildes angenommen werden, und gibt den Mittelwert an das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 über das Steuermittel 121 aus. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 berechnet die Anzahl von Anlegungen eines Impulses pro Einheitszeit, die einer CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 zugeordnet ist, die ermöglicht, dass das Ausgangssignal des CCD 109 einen Spannungspegel annimmt und ein Bild mit einer Helligkeit mit einem vom Benutzer festgelegten Pegel darstellt, welches auf dem Monitor 105 angezeigt werden soll. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 gibt die Anzahl von Anlegungen des Impulses pro Einheitszeit an das CCD 109 aus. Insbesondere wenn der Spannungspegel eines Signals, das aus dem Prozessor 103A ausgegeben wird, niedriger ist als ein festgelegter Wert, wird die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 automatisch erhöht. Wenn der Spannungspegel eines aus dem Prozessor 103A ausgegebenen Signals höher ist als der festgelegte Wert, wird die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 automatisch verringert. Ein Benutzer kann immer ein Bild mit einer Helligkeit mit einem beliebigen vom Benutzer festgelegten Pegel auf dem Monitor 105 betrachten.
Wenn Licht, das von einem Objekt zurückkehrt, besonders schwach ist, wird überdies die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 automatisch erhöht. Wie beispielsweise aus 22 zu sehen, ist, wenn das CMD-Vervielfachungsverhältnis auf einen großen Wert festgelegt wird, ein Rauschabstand höher als er ist, wenn die CMD-Vervielfachungsrate auf einen kleinen Wert festgelegt wird. Ein ausgezeichnetes Sichtbild kann daher erzeugt werden.
Ein aus der Ausgangsstufe des Prozessors 103A ausgegebenes Signal wird durch Erhöhen des CMD-Vervielfachungsverhältnisses für das CCD 109 verstärkt. Im Vergleich dazu, wenn das aus dem CCD 109 ausgegebene Signal elektrisch verstärkt wird, kann der Einfluss von Rauschen unterdrückt werden. Die ergibt ein Bild, das von einem hohen Rauschabstand profitiert.
(Vorteile)
Das CMD-Vervielfachungsverhältnis für ein CCD wird auf der Basis der Helligkeit eines Objekts automatisch gesteuert. Dies führt zu eine Sichtbild mit ausgezeichneter Bildqualität (hoher Rauschabstand) und zweckmäßiger Helligkeit. Überdies kann der Aufbau der Lichtquelleneinheit vereinfacht werden.
Ein Zusatz und eine Variante des vorliegenden Beispiels sind zu jenen von Beispiel 7 identisch.
Beim vorliegenden Beispiel wird die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 zwischen der gewöhnlichen Lichtbetriebsart und der speziellen Lichtbetriebsart verändert, um die Helligkeit eines auf dem Monitor 105 angezeigten Bildes konstant zu machen. Alternativ kann in der gewöhnlichen Lichtbetriebsart ähnlich der in Beispiel 1 die Irisblende, die in der Lichtquelleneinheit enthalten ist, gesteuert werden, um die Intensität von auf lebendes Gewebe abzustrahlendem Licht zu verändern.
BEISPIEL 10
Das vorliegende Beispiel ist derart, dass das CMD-Vervielfachungsverhältnis automatisch in Abhängigkeit davon, ob eine Beobachtung unter gewöhnlichem Licht oder eine Beobachtung unter speziellem Licht festgelegt ist, verändert wird. Für die Beobachtung unter speziellem Licht wird ein Objekt für einen langen Zeitraum mit Licht belichtet.
Im Beispiel 9 ist eine Belichtungszeit zwischen der gewöhnlichen Lichtbetriebsart (Beobachtung unter gewöhnlichem Licht) und der speziellen Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) gleich.
Im Gegensatz dazu ist im Beispiel 10 eine Belichtungszeit für die spezielle Lichtbetriebsart länger als jene für die gewöhnliche Lichtbetriebsart. Somit versucht das vorliegende Beispiel, einen höheren Rauschabstand zu erreichen als den im Beispiel 9 erreichten.
Ein Drehfilter (zweiter Filtersatz) ist wie in 24 gezeigt strukturiert. Die Zeitabläufe von Signalen, die angelegt werden, um das CCD in der speziellen Lichtbetriebsart anzusteuern, sind wie in 25 gezeigt definiert.
(Bestandteilsmerkmale)
Auf die Beschreibung von Komponenten, die zu denjenigen von Beispiel 9 identisch sind, wird verzichtet.
Unterschiede von Beispiel 10 zu Beispiel 9 liegen in der Struktur eines Drehfilters 129A und den Zeitabläufen von Signalen, die zum Ansteuern eines CCD in der speziellen Lichtbetriebsart angelegt werden.
(Operationen)
In der speziellen Lichtbetriebsart anzuwendende Operationen werden nachstehend beschrieben. Die in der gewöhnlichen Lichtbetriebsart anzuwendenden Operationen sind zu denjenigen in Beispiel 9 identisch.
Anregungslicht, das von der Lampe 127 emittiert wird (Licht mit Wellenlängen im Bereich vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum), tritt durch den zweiten Filtersatz 134A hindurch. Im vorliegenden Beispiel wird das durch das Filter 134aA durchtretende Anregungslicht unstetig auf lebendes Gewebe abgestrahlt. Eine Bestrahlungs(Belichtungs-) Zeit ist ungefähr dreimal länger als jene im Beispiel 9. Im vorliegenden Beispiel tritt kein Licht durch das Filter 134c hindurch und wird abgestrahlt. Das CCD 109 empfängt Licht, das von Fluoreszenz stammt, die vom lebenden Gewebe gezeigt wird, auf das das Anregungslicht abgestrahlt wird. Angesammelte Ladungsträger werden vom CCD 109 während eines Abfangzeitraums (Lesezeitraums) gelesen, der mit dem Abfangbereich des Bereichs G2 festgelegt wird. Ein erfasstes Bildsignal wird dem Signalverarbeitungsmittel 114A zugeführt. Das Signalverarbeitungsmittel 114A verarbeitet das Signal. Folglich wird ein mit speziellem Licht erzeugtes Sichtbild auf dem Monitor 105 angezeigt.
Nun wird eine Beschreibung eines Rauschabstandes relativ zu einem Signal, das ein auf dem Monitor 105 angezeigtes Sichtbild (im vorliegenden Beispiel ein mit Eigenfluoreszenz erzeugtes Bild) darstellt, und der Helligkeit des Sichtbildes durchgeführt. Der Rauschabstand und die Helligkeit werden mit einer verlängerten Belichtungszeit und mit dem erhöhten CMD-Vervielfachungsverhältnis für das CCD 109 erreicht.
Im Beispiel 10 ist eine Belichtungszeit T' ungefähr dreimal länger als die Belichtungszeit T im Beispiel 9. Überdies ist die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 auf 3 und 10 gesetzt. 26 und 27 zeigen graphisch die Beziehung zwischen der Beleuchtungsstärke auf der Abbildungsoberfläche des CCD und einem Rauschabstand oder einem Ausgangsspannungspegel, die unter den obigen Bedingungen hergestellt wird.
Es soll angenommen werden, dass ein Objekt (lebendes Gewebe) mit bestimmter Helligkeit unter Verwendung des CCD 109 abgebildet wird, wobei eine Belichtungszeit verlängert ist. Ein Rauschabstand (26) und ein Ausgangsspannungspegel (27) variieren in Abhängigkeit von der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109. Wenn die CMD-Vervielfachungsrate unverändert gehalten wird, gilt, je länger die Belichtungszeit ist, desto höher sind der Rauschabstand und der Ausgangsspannungspegel. Der Rauschabstand und der Ausgangsspannungspegel, die im vorliegenden Beispiel erreicht werden, sind nämlich höher als die in Beispiel 9 erreichten. Das Photometriemittel 142 berechnet einen Mittelwert von Spannungspegeln, die von einem Ausgangssignal des CCD 109 während eine Halbbildes angenommen werden, und gibt den Mittelwert an das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 über das Steuermittel 121 aus. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 berechnet die Anzahl von Anlegungen eines Impulses pro Einheitszeit, die der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 zugeordnet ist, die ermöglicht, dass das Ausgangssignal ein Bild mit einer Helligkeit mit einem bestimmten vom Benutzer festgelegten Pegel darstellt. Das CCD-Empfindlichkeitssteuermittel 112 gibt die Anzahl von Anlegungen des Impulses pro Einheitszeit an das CCD 109 aus. Insbesondere wenn der Ausgangsspannungspegel, der vom Prozessor 103A geliefert wird, niedriger ist als ein festgelegter Wert, wird die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 automatisch erhöht. Wenn der Ausgangsspannungspegel höher ist als der festgelegte Wert, wird die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 automatisch verringert. Folglich kann immer ein Sichtbild mit einer Helligkeit mit dem vom Benutzer festgelegten Pegel auf dem Monitor betrachtet werden.
Wenn Licht, das von einem Objekt zurückkehrt, schwach ist, wird die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 überdies automatisch angehoben. Wie aus 26 zu sehen ist, ist, wenn die CMD-Vervielfachungsrate auf einen größeren Wert gesetzt wird und wenn eine Belichtungszeit verlängert wird, ein Rauschabstand viel höher als wenn die CMD-Vervielfachungsrate auf einen kleinen Wert gesetzt wird.
Ein aus der Ausgangsstufe des Prozessors 103A ausgegebenes Signal wird durch Erhöhen der CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 verstärkt. Im Vergleich dazu, wenn das Ausgangssignal des CCD 109 elektrisch verstärkt wird, ist der Einfluss von Rauschen begrenzt. Dies führt zu einem Bild, das von einem hohen Rauschabstand profitiert.
(Vorteile)
Wenn die spezielle Lichtbetriebsart (Beobachtung unter speziellem Licht) festgelegt wird, wird die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD automatisch auf der Basis der Intensität des schwachen Lichts gesteuert. Folglich kann ein Sichtbild mit ausgezeichneter Bildqualität (hoher Rauschabstand) und zweckmäßiger Helligkeit erzeugt werden.
Wenn eine Belichtungszeit verlängert wird, profitiert überdies ein Sichtbild von einem höheren Rauschabstand. Überdies kann der Aufbau der Lichtquelleneinheit vereinfacht werden.
Ein Zusatz und eine Variante des vorliegenden Beispiels sind zu jenen von Beispiel 8 identisch.
Im vorliegenden Beispiel wird die CMD-Vervielfachungsrate für das CCD 109 gesteuert, um die Helligkeit eines Bildes auf dem Monitor 105 konstant zu machen, in Abhängigkeit davon, ob die gewöhnliche Lichtbetriebsart oder die spezielle Lichtbetriebsart festgelegt wird. Wenn die gewöhnliche Lichtbetriebsart festgelegt wird, kann ähnlich zu Beispiel 1 die Irisblende, die in der Lichtquelleneinheit enthalten ist, gesteuert werden, um die Intensität von auf lebendes Gewebe abzustrahlendem Licht zu verändern.
Beispiele, die aus Teilen der Bestandteilsmerkmale der vorstehend genannten Beispiele bestehen, gehören auch zur vorliegenden Erfindung.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie bisher beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit ungeachtet der Art von Endoskop erzeugt werden. Überdies kann ein Mittel zum Steuern der Empfindlichkeit eines Halbleiter-Abbildungsbauelements die Empfindlichkeit frei steuern, indem es die Amplitude eines Empfindlichkeitssteuerimpulses und die Anzahl von dessen Anlegungen pro Einheitszeit einstellt. Infolge der Empfindlichkeitssteuerung kann ein Halbleiter-Abbildungsbauelement mit hoher Empfindlichkeit ohne Rauschen, das von der Vervielfachung von Elektronen stammt, und ohne die Notwendigkeit für Kühlung realisiert werden.
Folglich kann ein Endoskop, das eine ausgezeichnete Bildqualität bietet und in der Lage ist, sanft eingeführt zu werden, realisiert werden. Überdies kann das Empfindlichkeitssteuermittel die Empfindlichkeit des Halbleiter-Abbildungsbauelements gemäß der Endoskopart oder der Eigenschaft jedes Halbleiter-Abbildungsbauelements einstellen. Schließlich kann ein Sichtbild mit zweckmäßiger Helligkeit ungeachtet der Art von Endoskop oder der Eigenschaft von jedem Halbleiter-Abbildungsbauelement erzeugt werden.

Claims

Endoskopsystem (1) mit: einem Endoskop (2, 102) mit einem Halbleiter-Abbildungsbauelement (9, 109); einer Signalverarbeitungseinheit (4, 104), die dazu ausgelegt ist, ein vom Halbleiter-Abbildungsbauelement (9, 109) ausgegebenes Signal zu verarbeiten; einer Lichtquelleneinheit (22, 52, 63, 73, 103), die dazu ausgelegt ist, Licht auf ein Objekt abzustrahlen, so dass ein Objektbild auf das Halbleiter-Abbildungsbauelement (9, 109) projiziert wird, wobei die Lichtquelle verschiedene Betriebsarten von Lichtbestrahlung aufweist; und einem Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112); dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsarten der Lichtbestrahlung der Lichtquelleneinheit (22, 52, 63, 73, 103) eine gewöhnliche Lichtbetriebsart und eine spezielle Lichtbetriebsart umfassen; das Halbleiter-Abbildungsbauelement (9, 109) eine variable Empfindlichkeit aufweist, die durch Anlegen einer Vielzahl von Empfindlichkeitssteuerimpulsen verändert wird, wobei die Empfindlichkeitssteuerimpulse die Elektronenvervielfachungsrate des Halbleiter-Abbildungsbauelements (9, 109) steuern; und das Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112) dazu ausgelegt ist, die Empfindlichkeitssteuerimpulse, die an das Halbleiter-Abbildungsbauelement (9, 109) angelegt werden, einzustellen; wobei das Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112) ferner dazu ausgelegt ist, die Empfindlichkeitssteuerimpulse in Abhängigkeit davon, ob die Lichtquelleneinheit (22, 52, 63, 73, 103) in der gewöhnlichen Lichtbetriebsart oder in der speziellen Lichtbetriebsart bestrahlt, einzustellen.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 mit: einer Basiseinheit (4, 22), umfassend die Signalverarbeitungseinheit (4, 104), die Lichtquelleneinheit (22, 52, 63, 73, 103) und das Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112), wobei verschiedene Endoskoparten (2A, 2B, 2C) frei an der Basiseinheit angebracht werden können, wobei jede der Endoskoparten ein Halbleiter-Abbildungsbauelement (9, 109) mit einer variablen Empfindlichkeit umfasst, die durch Anlegen der Vielzahl von Empfindlichkeitssteuerimpulsen vom Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112) verändert wird; und wobei das Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112) ferner dazu ausgelegt ist, die Empfindlichkeitsimpulse in Abhängigkeit von der Endoskopart, insbesondere in Abhängigkeit von der Eigenschaft des jeweiligen Halbleiter-Abbildungsbauelements (9, 109), einzustellen.
Endoskopsystem nach Anspruch 1, wobei: die Lichtquelleneinheit (52, 73, 103) dazu ausgelegt ist, weißes Licht oder Licht mit einem festgelegten Wellenlängenband auf das Objekt abzustrahlen; und wobei das Endoskopsystem ferner ein Mittel (23, 24; 25, 29) umfasst, das dazu ausgelegt ist, die Beobachtung unter dem weißen Licht oder die Beobachtung in einer gewöhnlichen Lichtbetriebsart und die Beobachtung unter dem Licht mit dem festgelegten Wellenlängenband oder die Beobachtung in einer speziellen Lichtbetriebsart umzuschalten.
Endoskopsystem nach Anspruch 1, wobei: die Lichtquelleneinheit eine Zeitfolge-Lichtquelleneinheit (73, 122) ist, die dazu ausgelegt ist, nacheinander Licht auf ein Objekt abzustrahlen, so dass ein Objektbild auf das Halbleiter-Abbildungsbauelement (9, 109) projiziert wird; und die Signalverarbeitungseinheit (4, 104) umfasst: ein Signalvorverarbeitungsmittel (17), das dazu ausgelegt ist, ein vom Halbleiter-Abbildungsbauelement abgegebenes Signal zu verarbeiten; ein Zeitfolge-Signalsynchronisationsmittel (18), das dazu ausgelegt ist, Zeitfolge-Signalkomponenten, die aus dem Signalvorverarbeitungsmittel (17) ausgegeben werden, zu synchronisieren, und ein Signalnachverarbeitungsmittel (19), das dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal des Synchronisationsmittels (18) zu verarbeiten, um ein Fernsehsignal zu erzeugen.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112) auf der Basis von irgendeinem eines Festlegungssignals, das aus einem Festlegungsmittel (135) ausgegeben wird, eines Informationssignals, das von einem angeschlossenen Endoskop (2, 2A, 2B, 2C, 102) eingespeist wird und ein Merkmal des Endoskops darstellt, eines Bewegungsinformationssignals, das aus der Lichtquelleneinheit (22, 52, 63, 73, 103) ausgegeben wird, eines Signals, das eine Ansteuerbedingung für das Halbleiter-Abbildungsbauelement darstellt, und eines Ausgangssignals der Signalverarbeitungseinheit (4, 104) gesteuert wird.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Wellenform der Empfindlichkeitssteuerimpulse für das Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112) festgelegt wird.
Endoskopsystem nach Anspruch 5, wobei die Information, die ein Merkmal eines angeschlossenen Endoskops (2, 2A, 2B, 2C, 102) darstellt, mindestens eine von einer Blendenzahl für das Endoskop und der Anzahl von optischen Fasern, die einen Lichtleiter (15) bilden, der durch das Endoskop verläuft, ist.
Endoskopsystem nach Anspruch 5, wobei die Bewegungsinformation, die die Lichtquelleneinheit (22, 52, 63, 73, 103) betrifft, mindestens eine von einer Information auf der Basis einer Menge an Licht, das von einer Lampe (27) emittiert wird, und einer Information auf der Basis einer Irisblende (23) ist.
Endoskopsystem nach Anspruch 5, wobei die Ansteuerbedingung für das Halbleiter-Abbildungsbauelement (9, 109) zumindest in Abhängigkeit vom Zustand einer elektronischen Verschlussblende oder einer Bildsignal-Leserate ausgelegt ist.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei ein Merkmal einer angeschlossenen Endoskopart (2, 2A, 2B, 2C, 102) an einem Eingabemittel eingegeben wird, um die Empfindlichkeit des Halbleiter-Abbildungsbauelements (9, 109) durch das Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112) einzustellen.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Signalverarbeitungseinheit (4, 104) ein Mittel umfasst, das, wenn ein Ausgangssignal des Halbleiter-Abbildungsbauelements (9, 109) niedriger ist als ein festgelegter Spannungspegel, die Verstärkung des Ausgangssignals vergrößert.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Empfindlichkeitssteuermittel (12, 112) in der Signalverarbeitungseinheit (4, 104) enthalten ist und die Empfindlichkeit des Halbleiter-Abbildungsbauelements (9, 109) auf der Basis einer Art eines Endoskops (2, 2A, 2B, 2C, 102) oder einer Eigenschaft des Halbleiter-Abbildungsbauelements festgelegt wird.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Lichtquelleneinheit (22, 52, 63, 73, 103) einen Lichtpegel-Einstellmechanismus umfasst, der mit einer Irisblende (23) realisiert ist.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Lichtquelleneinheit (22, 52, 63, 73, 103) Licht in Zeitfolge auf ein Objekt abstrahlt und eine Belichtungszeit zur Beobachtung in der speziellen Lichtbetriebsart länger gemacht ist als jene für die Beobachtung in der gewöhnlichen Lichtbetriebsart.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei die spezielle Lichtbetriebsart für mindestens eine von Eigenfluoreszenzerfassung, Arzneimittelfluoreszenzerfassung, Erfassung von durch Infrarot induzierter Fluoreszenz und Reflexionserfassung bei festgelegten Wellenlängen festgelegt wird.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Lichtquelleneinheit (22, 52, 63, 73, 103) Licht emittiert mit Wellenlängen für die Erfassung in der speziellen Lichtbetriebsart, die vom Ultraviolettspektrum bis zum blauen Spektrum reichen, im Ultraviolettspektrum, im blauen Spektrum, mit festgelegten Wellenlängenbändern im sichtbaren Spektrum für eine photodynamische Arzneimitteldiagnose, mit festgelegten Wellenlängenbändern, die vom sichtbaren Spektrum bis zum nahen Infrarotspektrum reichen, oder mit Wellenlängenbändern im nahen Infrarotspektrum zur Fluoreszenzerfassung.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Endoskop (2, 102) vom Zeitfolgetyp ist.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Endoskop zwei Halbleiter-Abbildungsbauelemente aufweist, die in dessen distalen Teil eingebaut sind, wobei eines der zwei Halbleiter-Abbildungsbauelemente ein Halbleiter-Abbildungsbauelement ist, das keine Elektronenvervielfachungsfunktion aufweist, sondern ein Bildsignal von gewöhnlichem Licht aufnimmt, und das andere von diesen ein Halbleiter-Abbildungsbauelement (9, 109) mit der Elektronenvervielfachungsfunktion ist und ein Bildsignal von speziellem Licht aufnimmt.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Endoskop zwei Halbleiter-Abbildungsbauelemente aufweist, die in dessen distalen Teil eingebaut sind, wobei eines der zwei Halbleiter-Abbildungsbauelemente ein Halbleiter-Abbildungsbauelement zum Aufnehmen eines Bildsignals von gewöhnlichem Licht ist und das andere von diesen ein Halbleiter-Abbildungsbauelement zum Aufnehmen eines Bildsignals von speziellem Licht ist.