JP3398551B2 - 全画素読出し式電子内視鏡装置 - Google Patents

全画素読出し式電子内視鏡装置

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JP3398551B2
JP3398551B2 JP26792696A JP26792696A JP3398551B2 JP 3398551 B2 JP3398551 B2 JP 3398551B2 JP 26792696 A JP26792696 A JP 26792696A JP 26792696 A JP26792696 A JP 26792696A JP 3398551 B2 JP3398551 B2 JP 3398551B2
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一浩 山中
充 樋口
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富士写真光機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は全画素読出し式電子
内視鏡装置、特に1回の露光により撮像素子で蓄積され
る画像の全画素を読み出し、高画質の画像を形成する内
視鏡装置のための構成に関する。 【0002】 【従来の技術】電子内視鏡装置では、撮像素子として例
えばCCD(Charge Coupled Device)が用いられてお
り、このCCDにおいては光電変換素子により画素単位
で蓄積される電荷を読み出すことにより、画像信号(ビ
デオ信号)が得られる。そして、同時式の電子内視鏡装
置において、上記CCDの上面に、画素単位で色フィル
タが配置され、これによってカラー画像が得られるよう
になっている。 【0003】図5(A)には、上記色フィルタの配列状
態が示されており、図示されるように、CCD1の撮像
面には例えばMg(マゼンタ)、G(グリーン)、Cy
(シアン)、Ye(イエロー)が画素単位で配列され
る。従って、これらの色フィルタを透過した光により、
CCD1では蓄積電荷が得られることになる。 【0004】図5(B)には、従来の色差線順次混合読
出し方式による読出し状態が示されており、この方式で
は、上下ラインの画素の蓄積電荷が混合されて読み出さ
れる。例えば、1回目の露光時に0ラインと1ラインの
混合信号、2ラインと3ラインの混合信号、…というよ
うな奇数(Odd)フィールドのビデオ信号が読み出さ
れ、2回目の露光時に1ラインと2ラインの混合信号、
3ラインと4ラインの混合信号、…というような偶数
(Even)フィールドのビデオ信号が読み出される。
従って、CCD1の2ラインの混合信号がフィールド画
像の1ラインの信号となる。 【0005】図6には、上記CCD1における信号の読
出し動作が示されており、図(A)のフィールドのO/
E信号で示されるように、1/60秒(垂直同期期間)
毎に奇数フィールドと偶数フィールドが得られる。この
ため、上記の1/60秒の期間において、例えば図
(B)に示される電子シャッタの蓄積(露光)時間tに
より信号蓄積が行われ、次の1/60秒の期間で蓄積混
合信号の読出しが行われる。この結果、図(C)に示さ
れるように、n−1(番号)の奇数(Odd)フィール
ド信号、nの偶数(Even)フィールド信号が得られ
ることになり、このn−1の奇数フィールド信号は、図
5(B)の左側に示した(0+1)ライン,(2+3)
ライン,(4+5)ライン…の混合信号からなり、nの
偶数フィールド信号は、図5(B)の右側に示した(1
+2)ライン,(3+4)ライン…の混合信号から構成
される。 【0006】そして、この奇数フィールド信号と偶数フ
ィールド信号は、インターレース走査されて1フレーム
の画像として形成され、この画像がモニタ上に表示され
る。もちろん、上記処理の途中では、各種の信号処理が
施され、上記の混合信号からは、色差信号と輝度信号が
形成されており、これらの信号に基づいてモニタ上に被
観察体内の画像が表示される。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記同
時式の電子内視鏡装置においては、上記図6(C)で示
されるように、1フレーム画像を形成するための奇数フ
ィールド画像と偶数フィールド画像との間に、1/60
秒の時間のずれがあり、この間に内視鏡自体のブレや被
観察体の動き等があると、画質が低下するという問題が
ある。特に、内視鏡では、フリーズスイッチの操作によ
り静止画が表示され、これによって特定の観察部位を詳
細に観察できるようになっている。この静止画でも、上
記の奇数フィールド情報と偶数フィールド情報に基づき
1フレームの画像が表示されており、両者間の情報にず
れ(ブレ、動き)があれば、画質が低下(色ずれを含
む)することになる。 【0008】また、電子内視鏡装置では、信号の蓄積時
間を変える電子シャッタ機能が採用される場合もあり、
これによれば、明るい場所において蓄積時間を短くする
ことにより画質の向上を図ることができる。しかし、図
6(B)で示したように、1フレーム画像を形成するた
めの2回の蓄積(露光)の間には、1/60秒のタイム
ラグがあり、蓄積時間を短くした効果が必ずしも享受で
きないという不都合もある。 【0009】そこで、詳細は後述するが、光遮断手段を
用いながら、1回の露光で得られた撮像素子の全画素デ
ータを読み出す装置を提案しているが、この装置では、
全画素データである奇数ラインと偶数ラインのデータを
順に専用メモリに一旦記憶させることから、その時間
(2フィールド形成時間)だけ画像表示が遅れてしま
う。従って、内視鏡先端部を動かす場合等では、その動
きに追従する表示も少し遅れることになる。 【0010】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、1回の露光により撮像素子で得ら
れた全画素を読み出して画質の向上を図ると共に、メモ
リに格納することによる画像表示の遅れを改善できる全
画素読出し式電子内視鏡装置を提供することにある。 【0011】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る全画素読出し式電子内視鏡装置は、複
数の色フィルタが画素単位で配置された撮像素子と、こ
の撮像素子へ画素信号が蓄積される露光期間と蓄積され
ない遮光期間が交互に繰り返されるように照明光を遮断
する光遮断手段と、この撮像素子で1回の露光により画
素毎に蓄積された画像信号につき、最初に奇数又は偶数
のいずれかのラインの画像信号を読み出し、次に残りの
ラインの画像信号を読み出すように駆動し、この奇数ラ
イン及び偶数ラインの両画像信号の読出しを、上記光遮
断手段で遮光される遮光期間内にメモリ読出し速度の2
倍の速度で実行する倍速読出し制御回路と、上記撮像素
子から得られた上記奇数ラインの画像信号及び上記偶数
ラインの画像信号を倍速で書き込み記憶するメモリと、
このメモリから読み出された上記奇数ラインと上記偶数
ラインの画素信号を混合して画素混合信号を形成する混
合回路と、を含み、上記画素混合信号に基づいてフィー
ルド画像を形成することを特徴とする。 【0012】まず、上記撮像素子からの全画素読出しの
動作を、従来と同様の1/60秒の垂直同期期間毎に行
う(倍速読出しをしない)場合を説明する。上記撮像素
子からは、例えば、1番目の1/60秒の期間(垂直同
期期間)内での露光(露光時間は任意)により蓄積され
た電荷について、2番目の期間(1/60秒)で撮像素
子(CCD)の奇数ラインを読み出し(転送ラインから
読み出す)、3番目(次の露光時)の期間で残りの偶数
ラインを読み出すことになる。この場合、上記の偶数ラ
インを読み出すために、上記2番目の期間の光源光が光
遮断手段により遮蔽される。即ち、上記奇数ラインの蓄
積電荷を順次読み出す2番目の期間に、従来のように次
の露光による電荷が蓄積されると、残りの偶数ラインの
読出しができないからである。 【0013】そして、上記奇数ライン及び偶数ラインの
ビデオ信号は、それぞれがメモリに記憶された後、各ラ
インが同時に読み出され、混合回路により、従来の色差
線順次混合読出し方式と同じ手法で画素混合信号が形成
される。従って、1/60秒の期間内の1回の露光で得
られた全画素の信号に基づいて1フレームの画像が形成
されることになり、高画質の画像が得られる。 【0014】しかし、このような全画素読出しでは、上
記メモリに一旦記憶させることから、従来と同様の画素
混合信号を得るまでに、従来と比較すると、2フィール
ド分の形成時間に相当する1/30秒の時間、信号処理
が遅れることになる。そこで、本発明では、上記撮像素
子からの読出しを倍速とし、これによって遅れ時間を1
フィールド分の形成時間である1/60秒に短縮するこ
ととしたものである。 【0015】 【発明の実施の形態】図1には、実施形態の一例として
の全画素読出し式電子内視鏡装置の回路構成が示されて
おり、図示されるように、電子内視鏡装置はスコープと
しての電子内視鏡10、この電子内視鏡10のコネクタ
部回路(電子内視鏡内回路)11、プロセッサ装置12
及び光源装置13から構成される。上記電子内視鏡10
には、その先端部に図5で説明したものと同様の色フィ
ルタを備えたCCD15が設けられると共に、光源装置
13の光を先端部まで導くためのライトガイド16が配
設される。また、電子内視鏡10の操作部には、静止画
表示のためのフリーズスイッチ17が設けられる。 【0016】上記コネクタ部回路11内には、上記CC
D15を駆動するCCD駆動回路18及び全画素倍速読
出しパルス発生回路19が倍速読出し制御回路として設
けられ、更にはタイミングジュネレータ20が設けられ
る。この全画素倍速読出しパルス発生回路19は、タイ
ミングジェネレータ20の信号に基づき、1回の露光で
CCD15に蓄積された全画素分の蓄積データを奇数ラ
インと偶数ラインに分け、それぞれを1/120秒で読
み出すためのパルスを発生し、CCD駆動回路18へ供
給する。このCCD駆動回路18は、上記読出しパルス
に基づいてCCD15から上記奇数ラインの信号と偶数
ラインの信号を別々に順次読み出すための制御を行うこ
とになる。 【0017】また、上記CCD15の出力信号を入力す
るA/D変換器21、例えば上記奇数ラインの画像デー
タを記憶する第1メモリ22、偶数ラインの画像データ
を記憶する第2メモリ23、混合回路24、メモリコン
トロール回路25が設けられる。即ち、CCD15から
出力されたビデオ信号は、従来のように2ライン混合で
出力されるのではなく、メモリコントロール回路25の
制御に基づき、奇数ラインのビデオ信号と偶数ラインの
ビデオ信号に分けられた状態で、それぞれのメモリ2
2,23に書き込まれる。このメモリ22,23へのそ
れぞれの書込みは、1/120秒の期間で行われるが、
その後の読み出しは、垂直同期期間である1/60秒で
実行される。そして、上記の混合回路24は、奇数ライ
ンのデータと偶数ラインのデータを加算混合し、従来の
色差線順次混合読出し方式と同等の信号を形成する。 【0018】図2には、上述したCCD15から混合回
路24までの回路で形成される画像データの内容が示さ
れている。図(A)に示されるように、CCD15で
は、走査線数に対応して、0ラインからNラインまで水
平ラインが設けられ、この水平ラインの画素データを転
送ラインに転送して読み出すように構成される。そし
て、上記CCD15の奇数ライン(1,3,5…ライ
ン)のデータが図(B)の第1メモリ22に格納され、
偶数ライン(2,4,6…ライン)のデータが図(C)
の第2メモリ23に格納される。 【0019】これらメモリ22,23のデータは、上記
混合回路24により、図(B)と図(C)のライン同士
で画素混合が行われ、図(D)に示されるように、0ラ
イン+1ライン,2ライン+3ライン,4ライン+5ラ
イン … の加算演算データが奇数(Odd)フィール
ドデータとして出力される。また、図(C)の読出しラ
インを下側に1ラインずらした状態で(図示C1 の位置
から読み出す)、図(B)とライン同士で画素混合が行
われ、図(E)に示されるように、1ライン+2ライ
ン,3ライン+4ライン,5ライン+6ライン … の
加算演算データが偶数(Even)フィールドデータと
して出力される。なお、CCD15のラインの奇数をO
DD、偶数をEVEN、インターレース走査の対象とな
るフィールドの奇数をOdd、偶数をEvenとして区
別する。 【0020】更に、図1において、上記混合回路24の
後段に第1DVP(デジタルビデオプロセッサ)26が
設けられ、この第1DVP26では、画素混合読出し
(色差線順次混合読出し方式)のカラー信号処理が施さ
れ、例えば色差信号や輝度信号が形成される。なお、図
示していないが、その他にも自動利得制御やガンマ処理
回路等が適当な位置に配置される。 【0021】上記電子内視鏡10が接続されるプロセッ
サ装置12内には、上記第1DVP26に接続した第2
DVP28が設けられ、この第2DVP28では、像位
置の制御、拡大処理、ミラーイメージ処理等が行われ
る。この第2DVP28の後段には、奇数フィールドデ
ータを記憶する第3メモリ29、偶数フィールドデータ
を記憶する第4メモリ30、切替え回路31、メモリコ
ントロール回路32及びD/A変換器33が設けられ
る。即ち、上記の第3メモリ29には、図2(D)のデ
ータが色差信号等に変換された奇数フィールドデータが
記憶され、第4メモリ30には、図2(E)のデータが
色差信号等に変換された偶数フィールドデータが記憶さ
れる。 【0022】また、電子内視鏡10に配設されたライト
ガイド16を接続する光源装置13には、光源35が設
けられ、この光源35とライトガイド16の入射端との
間に、光チョッパ36及び絞り37が配置される。この
光チョッパ36は、例えば半円状板を回転させる構成と
され、この光チョッパ36を1/30秒で1回転させる
ために、駆動回路38及びサーボ回路39が接続されて
いる。従って、この光チョッパ36によれば、1/60
秒毎のサイクルのフィールドO/E信号において、1/
60秒間だけ光を出力し、次の1/60秒間では光を遮
断することができる。 【0023】一方、上記絞り37には、駆動回路40及
びアイリス制御回路41が接続されており、この駆動回
路40及びアイリス制御回路41は上記第1DVP26
で得られる輝度信号に基づいて絞り37を駆動し、光源
35の出力光量を調整することができる。 【0024】当該例は以上の構成からなり、その作用を
図3及び図4を参照しながら説明する。図3(A)に示
されるように、フィールドO(Odd)/E(Eve
n)信号として、従来装置と同様に、1/60秒で1フ
ィールドを形成するタイミング信号が用いられる。また
これに対応して、上記の光チョッパ36を1/30秒で
1回転させることにより、図3(B)のPn-1 ,Pn ,
Pn+1 に示されるように、1/60秒の光遮断状態を挟
みながら1/60秒の期間で光が繰り返し出力される。
この光は、ライトガイド16を介して先端部から被観察
体内へ照射される。 【0025】この光照射により、先端部のCCD15で
は被観察体内の像が捉えられ、CCD15には、像に対
応した電荷が蓄積される。この蓄積電荷の読出しは、C
CD駆動回路18からの制御パルスで行われるが、電子
シャッタ機能を用いる場合は、蓄積或いは読出しのタイ
ミングを制御パルスで変えればよく、これによって電荷
蓄積時間を変化させ、露光量を調整することができる。 【0026】そうして、実施形態例では、全画素倍速読
出しパルス発生回路19の制御により、1回の露光で得
られたCCD15の全画素の蓄積データが倍速で読み出
される。即ち、図3(C)に示されるように、図3
(B)の光出力Pn-1 の露光に基づき、次の1/60秒
の遮光期間に、CCD15からはn−1の奇数(OD
D)ラインデータと偶数(EVEN)ラインデータが1
/120秒毎に順に読み出され、この奇数ラインデータ
は図3(E)の1/120秒の書込み(ライトイネーブ
ル)信号によって第1メモリ22へ格納され、偶数ライ
ンデータは図3(F)の書込み信号によって第2メモリ
23へ格納される。同様に、光出力Pn ,Pn+1 …の順
にそれぞれの奇数及び偶数ラインのデータが読み出され
て各メモリ22,23へ格納される。 【0027】次に、このメモリ22,23内のデータ
は、混合回路24により画素混合され、図3(G)に示
されるように、例えばn−1(番目)同士の奇数ライン
データと偶数ラインデータの組合せで混合処理した奇数
(Odd)フィールド信号(S)、n−1の偶数ライン
データとnの奇数ラインデータの組合せで混合処理した
偶数(Even)フィールド信号、n同士の奇数ライン
データと偶数ラインデータの組合せで混合処理した奇数
(Odd)フィールド信号…というように、フィールド
信号が順次形成される。そして、これらのフィールド信
号はカラー画像処理が施されて、第3メモリ29及び第
4メモリ30に一旦格納されており、これらメモリ2
9,30の出力が切替え回路31で交互にモニタへ出力
され、インターレース走査により画像表示される。 【0028】従って、当該例では、動画については、次
の露光時に得られた画像データの一部が混入した状態で
画像表示されることになるが、このデータ量は全体の1
/2であり、1/60秒間にブレ、動きがあったとして
も、その影響は小さくなる。 【0029】一方、静止画については、同一露光時のデ
ータのみを用いて画像表示しており、図1のメモリコン
トロール回路25により、静止画のための書込み禁止動
作が行われる。即ち、このための制御動作は、図3
(A)に示されるO/E信号の立下がり時に実行するよ
うに設定されており、例えば、図3(D)に示されるQ
の時点で、フリーズスイッチ17によりフリーズ動作が
オンされたとすると、このとき、フィールドO/E信号
は立下がり時(A1 )となるから、次の立下がり時(A
2 )に第1メモリ22と第2メモリ23の書込み(ライ
トイネーブル)が禁止される[図3(E),(F)]。 【0030】従って、第1メモリ22には光出力Pn で
得られたnの奇数ラインデータが書き込まれ、他方の第
2メモリ23にもnの偶数ラインデータが書き込まれた
状態で、次のデータの書込みは行われない。この結果、
図3(G)に示されるように、n同士の奇数及び偶数ラ
インデータからなる奇数(Odd)フィールド信号、偶
数(Even)フィールド信号のみが順に読み出され、
これらのフィールド信号がインターレース走査により静
止画として表示される。 【0031】図4には、倍速ではなく、従来と同様の速
度(1/60秒)でCCD15から読み出した場合の信
号出力が示されており、この場合は、図4(C)に示さ
れるように、例えばn−1の奇数(ODD)ラインデー
タと偶数(EVEN)ラインデータが1/60秒毎に順
に読み出され、これらの奇数及び偶数ラインデータは1
/60秒の書込み信号によって各メモリ(22,23)
へ格納される。そして、混合回路24からは、上記図3
と同様のフィールド信号(画素混合信号)が出力される
[図4(D)]。 【0032】この図4と上記図3を比較すると、例えば
図4(D)のn−1同士のラインデータを混合した、記
号Sで示されるOddフィールド信号は、フィールドO
/E信号の上記A1 の位置で形成されるが、図3(G)
では、このn−1同士のラインデータを混合したOdd
フィールド信号Sが、上記フィールドO/E信号のA1
の位置よりも1/60秒早い位置で形成されることが分
かる。従って、当該例では、全画素読み出し方式におい
てメモリ22,23に格納することによる遅れを、1/
60秒だけ短くすることが可能となる。 【0033】上記実施形態例では、上述したように、被
観察体内の明るさに応じて電子シャッタ機能を用いるこ
とが可能であるが、本発明によれば、この電子シャッタ
機能の効果を更に高めるという利点もある。即ち、患部
に先端部が近づく場合等には、画面が明るくなるので、
電子シャッタ機能によりCCD15における蓄積時間を
短くして画質の向上を図ることができるが、従来の方式
では、2回の露光で得られたビデオ信号に基づいて画像
が形成されるので、2回の露光間で動き、ブレがある
と、それが画質に影響する。しかし、本発明では、1回
の露光で得られたビデオ信号に基づいて静止画を形成す
るので、この1回の露光時間、即ち信号蓄積時間を短く
した効果が直接的に現れ、露光時間を短くすることによ
る画質向上が顕著に現れるという利点がある。 【0034】また、内視鏡では、患部の火傷等を考慮す
ると、内視鏡先端部から強い照明光を長時間、患部に与
えることは好ましくなく、照明光の強度もある程度、制
限を受けることになる。しかし、本発明では、光の出力
が従来に比べると半分となるので、照明光強度も高くす
ることが可能となり、更に見やすい画像が形成できると
いう利点がある。 【0035】上記実施形態例では、静止画において同一
露光時の全画素データのみに基づいて画像形成するよう
にしたが、動画においても、同一露光時のデータだけで
画像表示を行うことができる。これは、例えば図1の第
1メモリ22の後段に、遅延用メモリを配置し、同一露
光時の奇数及び偶数のラインデータを同じタイミングで
メモリに記憶することにより実行でき、これによって高
画質の動画を得ることが可能である。 【0036】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1回の露光で撮像素子に蓄積された画像信号につき、例
えば奇数ラインの画像信号を読み出し、次に偶数ライン
の画像信号を読み出す装置で、この奇数ライン及び偶数
ラインの両画像信号を、光遮断手段で遮光される遮光期
間内に、メモリ読出し速度の2倍の速度で読み出すよう
にしたので、1回の露光により撮像素子で得られた全画
素を読み出して画質の向上が図られると共に、メモリに
格納することによる画像表示の遅れを、1/60秒改善
できる。従って、先端部操作と画像表示との間の時間差
が縮まり、内視鏡先端部の動きに対する表示の遅れも小
さくなるという利点がある。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施形態例に係る全画素読出し式電子
内視鏡装置の回路構成を示すブロック図である。 【図2】図1のCCDから混合回路までの間で読み出さ
れる画像データを示す図である。 【図3】実施形態例の主要な動作を示す説明図である。 【図4】図1の装置で倍速読出しをしない場合の動作を
示す説明図である。 【図5】従来のCCDの構成を示し、図(A)は色フィ
ルタの構成図、図(B)はCCDからの混合読出しの説
明図である。 【図6】従来のCCDでの動作を示す説明図である。 【符号の説明】 1,15 … CCD(撮像素子)、 10 … 電子内視鏡、 11 … コネクタ部回路、 12 … プロセッサ装置、 13 … 光源装置、 17 … フリーズスイッチ、 18 … CCD駆動回路、 19 … 全画素倍速読出しパルス発生回路、 22,23,29,30 … メモリ、 24 … 混合回路、 25,32 … メモリコントロール回路、 35 … 光源、 36 … 光チョッパ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−259833(JP,A) 特開 平6−125871(JP,A) 特開 昭63−98286(JP,A) 特許3115216(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 1/00 - 1/32 G02B 23/24 - 23/26 H04N 7/18

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 複数の色フィルタが画素単位で配置され
    た撮像素子と、 この撮像素子へ画素信号が蓄積される露光期間と蓄積さ
    れない遮光期間が交互に繰り返されるように照明光を遮
    断する光遮断手段と、 この撮像素子で1回の露光により画素毎に蓄積された画
    像信号につき、最初に奇数又は偶数のいずれかのライン
    の画像信号を読み出し、次に残りのラインの画像信号を
    読み出すように駆動し、この奇数ライン及び偶数ライン
    の両画像信号の読出しを、上記光遮断手段で遮光される
    遮光期間内にメモリ読出し速度の2倍の速度で実行する
    倍速読出し制御回路と、 上記撮像素子から得られた上記奇数ラインの画像信号及
    び上記偶数ラインの画像信号を倍速で書き込み記憶する
    メモリと、 このメモリから読み出された上記奇数ラインと上記偶数
    ラインの画素信号を混合して画素混合信号を形成する混
    合回路と、を含み、 上記画素混合信号に基づいてフィールド画像を形成する
    ようにした全画素読出し式電子内視鏡装置。
JP26792696A 1996-09-12 1996-09-17 全画素読出し式電子内視鏡装置 Expired - Fee Related JP3398551B2 (ja)

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