JP4024536B2

JP4024536B2 - 電子内視鏡装置および電子内視鏡システムおよびシャッタ機構

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Publication number: JP4024536B2
Application number: JP2001396893A
Authority: JP
Inventors: 兼一入山
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003190090A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子内視鏡装置に関するものであり、特に静止画像の撮像を行う際の露出制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、開腹せずに消化器官等の観察や処置を適切に行う方法として、固体撮像素子例えばＣＣＤを備えた電子内視鏡を用いる手法が普及している。この電子内視鏡観察においては、患部等を撮像してその静止画像に基づいて病変を観察したりまたこの静止画像を記録したりすることがしばしば行われるので、一般に電子内視鏡には静止画像を得るためのフリーズ機能が備わっている。
【０００３】
一般に、電子内視鏡の撮像およびカラー画像再現の方式としてはＮＴＳＣ方式が採用されており、例えばＣＣＤの奇数フィールドに患部の光学像に対応した信号電荷を蓄積してこれを読み出してモニタ画面上に再現した後に偶数フィールドの電荷蓄積および読出しを行ってモニタ画面上に再現する動作が１／３０秒周期で繰り返されることにより、モニタ画面にはリアルタイムの動画像が表示される。
【０００４】
この動画像をフリーズする場合、フレーム単位あるいはフィールド単位でフリーズすることができる。フレーム単位でフリーズした場合、奇数フィールドおよび偶数フィールド間での露光タイミングにフィールド期間（１／６０秒）分の時間的ずれが生じる、即ち１フレームの静止画像を得るときの実質的なシャッタ速度が１／６０秒以上となるため、両フィールド画像を合成して得られる静止画像には像ブレが生じ易い。特に食道等の動きの早い観察部位であればこの像ブレは顕著になる。
【０００５】
一方、フィールド単位でフリーズした場合、静止画像は奇数フィールド画像または偶数フィールド画像の何れか一方に相当する。この場合ＣＣＤの電子シャッタ機能によりシャッタ速度をフィールド期間より短くできるので像ブレを極力抑えることができる。しかし、静止画像が１フィールド分の垂直解像度しか持たないため、フレーム単位でフリーズした場合に比べて垂直解像度が半分に低下する、いわゆる粗い画像になるという問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、解像度が高くかつブレの少ない静止画像を得るための電子内視鏡装置、電子内視鏡システムおよびシャッタ機構を得ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、光源から電子内視鏡の固体撮像素子までの間の光路を横切るように所定速度で回転し、第１中心角を有しかつ所定期間だけ照明光を透過させる第１光透過領域が設けられる第１シャッタ部材と、第１シャッタ部材と平行に設けられ、光路を横切るように所定速度より速くかつ第１シャッタ部材に同期して回転し、第１中心角よりも大きい第２中心角を有し前期照明光を透過する第２光透過領域が設けられる第２シャッタ部材とを備え、第１光透過領域が光を透過する所定期間が、固体撮像素子における第１フィールドの撮像期間うち撮像終了に到るまでの所定の撮像終了期間と、固体撮像素子における第２フィールドの撮像期間のうち撮像開始から所定時間経過するまでの撮像開始期間とを含むことを最も主要な特徴とする。これによりブレが少なく解像度の高い静止画像が得られる。
【０００８】
上記電子内視鏡装置において、例えば第２シャッタ部材の回転速度が第１シャッタ部材の回転速度の２倍であって、第２透過領域の中心角が第１光透過領域の中心角の１／２倍である。また、第１および第２シャッタ部材は１フレームの撮像期間に同期して回転することが好ましい。また、第１および第２シャッタ部材が遮光性部材から形成されてもよく、このとき第１および第２光透過領域がそれぞれ第１および第２シャッタ部材に形成された扇形開口部であってもよい。
【０００９】
また、本発明にかかる電子内視鏡装置は、電子内視鏡の固体撮像素子に照明光を供給する光源と、固体撮像素子における第１フィールドの撮像終了の所定時間前から第２フィールドの撮像開始から所定時間経過するまでの光照射期間に照明光を固体撮像素子に導く第１シャッタ手段と、光照射期間に含まれる光量増加期間および光量減少期間を短縮する第２シャッタ手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また本発明の電子内視鏡システムは、光源から電子内視鏡の固体撮像素子までの間の光路を横切るように所定速度で回転し、第１中心角を有しかつ所定期間だけ照明光を透過させる第１光透過領域が設けられる第１シャッタ部材と、第１シャッタ部材と平行に設けられ、光路を横切るように所定速度より速くかつ第１シャッタ部材に同期して回転し、第１中心角よりも大きい第２中心角を有し前期照明光を透過する第２光透過領域が設けられる第２シャッタ部材とを有し、第１光透過領域が光を透過する所定期間が、固体撮像素子における第１フィールドの撮像期間うち撮像終了に到るまでの所定の撮像終了期間と、固体撮像素子における第２フィールドの撮像期間のうち撮像開始から所定時間経過するまでの撮像開始期間とを含むように構成された電子内視鏡装置、または電子内視鏡の固体撮像素子に照明光を供給する光源と、固体撮像素子における第１フィールドの撮像終了の所定時間前から第２フィールドの撮像開始から所定時間経過するまでの光照射期間に照明光を固体撮像素子に導く第１シャッタ手段と、光照射期間に含まれる光量増加期間および光量減少期間を短縮する第２シャッタ手段とを有する電子内視鏡装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
また本発明によるシャッタ機構は、光源から電子内視鏡の固体撮像素子までの間の光路を横切るように所定速度で回転し、第１中心角を有しかつ所定期間だけ照明光を透過させる第１光透過領域が設けられる第１シャッタ部材と、第１シャッタ部材と平行に設けられ、光路を横切るように所定速度より速くかつ第１シャッタ部材に同期して回転し、第１中心角よりも大きい第２中心角を有し前期照明光を透過する第２光透過領域が設けられる第２シャッタ部材とを備え、第１光透過領域が光を透過する所定期間が、固体撮像素子における第１フィールドの撮像期間うち撮像終了に到るまでの所定の撮像終了期間と、固体撮像素子における第２フィールドの撮像期間のうち撮像開始から所定時間経過するまでの撮像開始期間とを含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明による電子内視鏡装置および電子内視鏡システムの実施形態を示す図であって、電子内視鏡システムの主要構成を概略的に示すブロック図である。
【００１４】
電子内視鏡システムは、電子内視鏡１０、映像信号処理装置１００およびモニタ装置２００を備える。本実施形態では撮像方式として同時方式が採用され、またカラー画像を再現するための信号規格としてＮＴＳＣ規格が採用される。
【００１５】
電子内視鏡１０はコネクタを介して映像信号処理装置１００に接続され、モニタ装置２００はビデオ信号用ケーブルを介して映像信号処理装置１００に接続される。映像信号処理装置１００には、さらに周辺機器として、キーボード等の外部入力装置２１０、ビデオプリンタやＶＣＲ等の記録装置２２０、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと記載する）２３０等が接続される。
【００１６】
電子内視鏡１０は、操作部１２と、この操作部１２から延びた可撓性管部材である挿入部１４とを備え、この挿入部１４の先端部１４ａには固体撮像素子である撮像センサ１６が固設される。本実施形態ではカラー画像を再現するために同時方式が採用され、撮像センサ１６は補色チップフィルタが受光面上に配されたインタライン転送型ＣＣＤを備える。
【００１７】
電子内視鏡１０には光ファイバ束から成る光ガイド部材１８が先端部１４ａにまで挿通しており、光ガイド部材１８の入射端部１８ａ側は映像信号処理装置１００に内蔵された光源１０２へ、電子内視鏡１０の映像信号処理装置１００への装着時に光学的に接続される。光源１０２としては、例えばハロゲンランプ、キセノンランプ、複数のＬＥＤ素子から成るＬＥＤ光源等が挙げられる。光源１０２は光源点灯回路１０４により制御され、映像信号処理装置１００の電源投入時には常に一定光量の白色平行光束を照明光として射出する。
【００１８】
光源１０２と光ガイド部材１８の入射端部１８ａとの間には、集光レンズ１０６、絞り１０８、第１シャッタ部材１１０および第２シャッタ部材１１２が設けられる。
【００１９】
集光レンズ１０６は２つのシャッタ部材１１０および１１２を透過した照明光を入射端部１８ａに集光する。絞り１０８は調光回路１１４により駆動されるモータ１１６によってその開度が調整され、これにより光ガイド部材１２に供給する照明光の光量が適宜調節される。
【００２０】
電子内視鏡１０は通常外光の届かない部位に挿入されて使用されるので、光ガイド部材１８を介して先端部１４ａから供給される照明光を用いて撮像が行われる。本実施形態では、従来ＣＣＤが備える高速電子シャッタ機能を使用せず、第１シャッタ部材１１０および第２シャッタ部材１１２によって高速シャッタ機能を実現している。
【００２１】
第１シャッタ部材１１０は、例えば遮光性材料から成る円板部材であり、シャッタ駆動回路１１８により駆動制御されるモータ１２０によって光路を横切るように光路に略平行な中心軸周りに回転させられる。第１シャッタ部材１１０の回転周期はＣＣＤの駆動周期（１／３０Ｈｚ）に一致する。第１シャッタ部材１１０には第１光透過領域が設けられ、照明光がこの第１光透過領域を透過するときにのみ、入射端部１８ａ側へ照明光が供給される。
【００２２】
第２シャッタ部材１１２は第１シャッタ部材１１０と同じ外形を有する遮光性円板部材であり、光源１０２と第１シャッタ部材１１０との間において第１シャッタ部材１１０に対して平行に設けられる。第２シャッタ部材１１２はシャッタ駆動回路１１８により駆動制御されるモータ１２２によって光路を横切るように光路に略平行な中心軸周りに回転させられ、その回転周期はＣＣＤの駆動周期に同期させられる。第２シャッタ部材１１２には第２光透過領域が設けられ、照明光がこの第２光透過領域を透過するときにのみ、第１シャッタ部材１１０（入射端部１８ａ）側へ照明光が供給される。
【００２３】
従って、照明光は第１および第２透過領域の双方を透過した場合にのみ光ガイド部材１８の入射端部１８ａに導かれる。これにより光ガイド部材１８の射出端部１８ｂからは白色照明光が一定時間だけ間欠的に射出され、その前方に位置する観察部位、例えば消化器官の内壁Ｘが白色照明光により照明される。ＣＣＤの各画素では、観察部位の光学像に対応した量の信号電荷が蓄積され、所定の蓄積時間経過後にＣＣＤから電荷が読出される。このように、本実施形態においては円板状の第１および第２シャッタ部材１１０、１１２をＣＣＤ駆動と同期して回転させることにより露光タイミングおよび露光時間を定めており、連続的な高速シャッタ機能を実現している。
【００２４】
先端部１４ａには撮像センサ１６と組み合わされた対物レンズ系２０が設けられており、観察部位からの反射光は対物レンズ系２０によってＣＣＤの受光面に結像される。撮像センサ１６では、１／６０秒周期で観察部位の光学像が１フィールド画像分のアナログ電気信号、即ちアナログ画素信号に光電変換されて、１フィールド毎に、即ち奇数フィールドおよび偶数フィールドが交互に読み出される。このアナログ画素信号はＣＣＤ上の補色チップフィルタによって分離された補色信号である。
【００２５】
撮像センサ１６から読み出されたアナログ画素信号は、映像信号処理装置１００に順次送られ、プリアンプ１３０によって適切な信号レベルに増幅された後、映像信号処理回路１３２に入力される。映像信号処理回路１３２では、アナログ画素信号が原色のＲ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の３色画像信号に変換され、さらに撮像センサ１６の特性や電子内視鏡１０の光学特性等に応じた映像信号処理が施される。
【００２６】
映像信号処理回路１３２から出力されたＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号はビデオプロセス回路１３４に入力され、ここでデジタル変換処理および輝度信号Ｙおよびクロマ信号Ｃへの変換処理が施され、さらにタイミングコントロール回路１３６により生成された複合同期信号Ｃ．ＳＹＮＣが付加されて、ＮＴＳＣコンポジットビデオ信号としてモニタ装置２００および記録装置２２０に出力される。モニタ装置２００ではＮＴＳＣコンポジットビデオ信号に基づいて画面上に観察部位の光学像がカラーで再現され、記録装置２２０では必要に応じて適宜カラー画像が記録される。
【００２７】
ビデオプロセス回路１３４はまた、ＲＧＢの３色デジタル画像信号および複合同期信号Ｃ．ＳＹＮＣから成るコンポーネントビデオ信号を生成してＰＣ２３０に出力し、ＰＣ２３０では必要に応じてファイリング処理、即ちカラー画像に対応するコンポーネントビデオ信号の記録が行われる。
【００２８】
モニタ装置２００ではインタレース走査方式が採用され、奇数フィールドを走査した後その間を埋めるように偶数フィールドを飛び越し走査することにより１フレームの画像を生成するという動作を１／３０秒周期で行う。従って、ＣＣＤからのアナログ画素信号の読出しはフィールド単位即ち１／６０秒周期で実行され、モニタ装置２００の画面に表示されるカラー画像もフィールド（１／６０秒）毎に更新される。
【００２９】
システムコントロール回路１５０は映像信号処理装置１００の全動作を制御するマイクロコンピュータであり、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、種々のルーチンを実行するためのプログラムやパラメータを格納する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、データ等を一時的に格納する書込み／読み出し自在なメモリ（ＲＡＭ）、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）を備える。
【００３０】
外部入力装置２１０から入力された患者名や図示しないタイマ回路から得られる検査日時等の文字情報はシステムコントロール回路１５０により文字パターン信号に変換されてビデオプロセス回路１３４に出力され、ここでビデオ信号に付加される。これにより、モニタ装置２００の画面上には観察部位の再現カラー画像と共に文字情報が表示される。
【００３１】
タイミングコントロール回路１３６では基本クロック発生回路（不図示）から得られる基本クロックパルス及びシステムコントロール回路１５０からの制御信号に基づいて種々の制御クロックパルスが生成され、これら制御クロックパルスにより電子内視鏡１０および映像信号処理装置１００の各回路が同期して駆動させられる。具体的には、ＣＣＤ駆動回路１３８によるＣＣＤの電荷蓄積および撮像センサ１６からのアナログ画素信号の読み出し、プリアンプ１３０の増幅処理、映像信号処理回路１３２の映像信号処理、ビデオプロセス回路１３４によるエンコード処理等が制御される。
【００３２】
操作パネル１５２は映像信号処理装置１００の筐体の外側壁面に取付けられ、ホワイトバランスや光量などを手動で調整するスイッチや、種々のモードを設定するためのスイッチを複数個備えている。また、その側方には電源回路１５４のＯＮ／ＯＦＦを切替える主電源ボタン１５６が設けられる。電源回路１５４は図示しない商用電源に接続され、主電源スイッチ１５６をＯＮに切替えると、映像信号処理装置１００の各回路や光源１０２および電子内視鏡１０へ給電され、映像信号処理装置１００および電子内視鏡１０は作動可能状態となる。
【００３３】
電子内視鏡１０の操作部１２表面には、フリーズ機能のＯＮ／ＯＦＦを切替えるためのフリーズボタン２２、ＰＣ２３０による画像の記録動作を実行するための記録ボタン２４、オートフォーカス機能のＯＮ／ＯＦＦを切替えるためのフォーカスボタン２６等が設けられる。これら各種操作ボタン２２、２４、２６はシステムコントロール回路１５０に電気的に接続され、これら操作ボタン２２、２４および２６の手動操作に従って各機器が操作される。
【００３４】
図２は、映像信号処理回路１３２の構成をさらに詳細に示すブロック図である。映像信号処理回路１３２はプロセス回路１６２と、Ａ／Ｄ変換器１６４と、３つの画像メモリ１６６ｇ、１６６ｂおよび１６６ｒと、２つの増幅器１６８ｂおよび１６８ｒとを備える。
【００３５】
映像信号処理回路１３２に入力されたアナログ画素信号は、プロセス回路１６２において原色のＲＧＢアナログ画像信号に変換され、さらに適当な映像信号処理、例えばクランプ処理やサンプルホールド処理、ホワイトバランス補正処理、ガンマ補正処理、輪郭強調処理および増幅処理等が施される。続いて、Ａ／Ｄ変換器１６４においてＧ、Ｂ、Ｒのデジタル画像信号に変換され、各色に対応した３つの画像メモリ１６６ｇ、１６６ｂおよび１６６ｒに選択的に書き込まれ、一時的に格納される。画像メモリ１６６ｇ、１６６ｂおよび１６６ｒはそれぞれ１フレーム分（１組の奇偶フィールド分）以上の画像信号を格納できる容量を有する。システムコントロール回路１５０により、画像メモリ１６６ｇ、１６６ｂおよび１６６ｒに対するＲ、Ｇ、Ｂ信号の書込みまたは読出しが許可されると、タイミングコントロール回路１３６からの制御クロックパルスに基づいてそれぞれ書込みまたは読出しが実行される。
【００３６】
画像メモリ１６６ｇから読み出されたＧ信号は、ビデオプロセス回路１３４へ直接送られるが、画像メモリ１６６ｂから読み出されたＢ信号は増幅器１６８ｂによって、また画像メモリ１６６ｒから読み出されたＲ信号は増幅器１６８ｒによってそれぞれゲイン調整されてビデオプロセス回路１３４へ送られる。３色画像信号がビデオプロセス回路１３４へ同時に入力されるように、タイミングコントロール回路１３６によりそれぞれ読出しタイミングが調整される。増幅器１６８ｂおよび１６８ｒの増幅率は、フロントパネル１５２の所定のスイッチを手動操作することにより任意に調整される。これにより、モニタ装置２００の画面上に表示されるカラー画像について青味を強くするあるいは赤味を強くするように、操作者の好みに応じて色調が調整される。
【００３７】
電子内視鏡１０の通常観察時には、画像メモリ１６６ｇ、１６６ｂおよび１６６ｒに対する画像信号の書込みが許可されており、フィールド単位で即ち１／６０秒毎に各画像メモリ１６６ｇ、１６６ｂおよび１６６ｒに格納されたＲＧＢ画像信号は更新される。これに伴って、モニタ装置２００の画面上に表示されるカラー画像も次々に新たに撮像されたものに更新される。従って、モニタ装置２００の画面上には観察部位Ｘの光学像がリアルタイムの動画として表示される。
【００３８】
ここで、電子内視鏡１０のフリーズボタン２２が押下されてフリーズ機能がＯＦＦからＯＮに切替えられると、画像メモリ１６６ｇ、１６６ｂおよび１６６ｒに対する画像信号の書込みが禁止され、これらからはフリーズボタン２２の押下時点で格納されていた１フレーム分、即ち１組の奇偶フィールド分のＲＧＢ画像信号が繰り返し読み出される。これにより、モニタ装置２００の画面上には同じカラー画像が表示され続ける、即ち実質的に静止画が表示されることになる。なお、フリーズボタン２２が再度押下されてフリーズ機能がＯＮからＯＦＦに切替えられると、画像メモリ１６６ｇ、１６６ｂおよび１６６ｒに対する画像信号の書込みが再び許可されて、モニタ画面上では静止画から動画へ切替わる。
【００３９】
図３は第１シャッタ部材１１０を光源１０２側（図１の右方）から見た平面図である。第１シャッタ部材１１０は中心ＣＲ１周りに回転する遮光性の円板部材であり、その一部に扇形の第１開口部１１０２が形成されている。第１開口部１１０２の中心角はθ１で示され、ここではθ１はπ／２である。第１シャッタ部材１１０の外縁には原点検出用穴１１０４が形成され、この原点検出用穴１１０４は第１開口部１１０２の円周方向中心を通る直線、即ち中心角θ１の二等分線ＣＬ１上に位置する。第１シャッタ部材１１０が時計回りに定速回転する時、第１開口部１１０２は一定時間だけ照明光を透過させる。即ち第１開口部１１０２は上述した第１光透過領域に相当する。図３では第１開口部１１０２を透過するときの光束断面をハッチングで示しており、この光束断面が占める中心ＣＲ１周りの角度をθ３で示す。
【００４０】
図４は第２シャッタ部材１１２を光源１０２側（図１の右方）から見た平面図である。第２シャッタ部材１１２は中心ＣＲ２周りに回転する遮光性の円板部材であり、その一部に扇形の第２開口部１１２２が形成されている。中心ＣＲ２から光束までの距離は中心ＣＲ１から光束までの距離に等しい。第２開口部１１２２の中心角θ２は中心角θ１の略２倍であり、ここではθ２はπである。第２シャッタ部材１１２の外縁には原点検出用穴１１２４が形成され、この原点検出用穴１１２４は第２開口部１１２２の円周方向中心を通る直線、即ち中心角θ２の二等分線ＣＬ２上に位置する。第２シャッタ部材１１２は時計回りに第１シャッタ部材１１０の２倍の速度で定速回転し、第２開口部１１２２は一定時間だけ照明光を透過させる。即ち第２開口部１１２２は上述した第２光透過領域に相当する。図４では第２開口部１１２２を透過するときの光束断面をハッチングで示し、この光束断面が占める中心ＣＲ２周りの角度は図３と同様θ３である。
【００４１】
図５は、シャッタ機構の構成を示すブロック図であり、図６はシャッタ機構に使用される複数のパルス信号のタイミングチャートである。
【００４２】
シャッタ駆動回路１１８は、第１シャッタ部材１１０を定速回転させるための第１基準パルスを生成するパルス生成回路１１８０を備える。パルス生成回路１１８０にはタイミングコントロール回路１３６からフィールドパルスが入力される。フィールドパルスは図６（ａ）に示すように、フィールド期間（１／６０秒）毎にハイレベルおよびローレベルが切替わるパルスであり、奇数フィールドを撮像する時にはハイレベル、偶数フィールドを撮像する時にはローレベルとなる。パルス生成回路１１８０はフィールドパルスの立ち下がりによって一定時間だけローレベルに切替わる第１基準パルスを生成し、シャッタ駆動回路１１８の位相比較器１１８２に出力する。即ち、図６（ｂ）に示すように、第１基準パルスは周期１／３０ｓｅｃであって偶数フィールドの撮像開始タイミングに同期してローレベルに切替わるパルスである。
【００４３】
第１シャッタ部材１１０の近傍には原点位置検出センサ１１８４が設けられており、この原点位置検出センサ１１８４は第１シャッタ部材１１０の原点検出用穴１１０４を検出したときに所定時間だけローレベルとなる第１検出パルスを位相比較器１１８２に出力する。
【００４４】
位相比較器１１８２には、パルス生成回路１１８０から出力された第１基準パルスと原点位置検出センサ１１８４から出力された第１検出パルスとが入力され、両者の位相差が検出され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１８６はこの位相差に対応した出力電圧を発生する。モータドライバ１１８８は両者の位相差がなくなるようにモータ１２０をフィードバック制御する。例えば、図６（ｃ）に示すように第１検出パルスが第１基準パルスより遅れてローレベルとなった場合には、ＬＰＦ１１８６は正電圧を発生し、モータ１２０は早く駆動される。これにより第１検出パルスのローレベル出現タイミングが早くなる。第１検出パルスが第１基準パルスより早くローレベルとなった場合には、上記動作と反対の動作が行われる。
【００４５】
以上の構成により、第１シャッタ部材１１０は第１基準パルスに同期して即ち回転周期１／３０Ｈｚで回転させられ、奇数フィールドの撮像期間から偶数フィールドの撮像期間へ移行する時点で、常に照明光が第１開口部１１０２の円周方向中心を透過する。従って、第１シャッタ部材１１０は、奇数フィールドの撮像期間のうち撮像終了までの所定期間即ち撮像終了期間から、偶数フィールドの撮像期間のうち撮像開始から所定時間経過するまでの撮像開始期間に至るまで照明光を透過することができる。
【００４６】
第２シャッタ部材１１２についても同様に、シャッタ駆動回路１１８は、第２基準パルスを生成するパルス生成回路１１８１、第２シャッタ部材１１２の原点検出用穴１１２４を検出して第２検出パルスを出力する原点位置検出センサ１１８５、第２基準パルスおよび第２検出パルスの位相を比較する位相比較器１１８３、位相差に応じた電圧値を出力するＬＰＦ１１８７、位相差がなくなるようにモータ１２２を駆動制御するモータドライバ１１８９とを備える。
【００４７】
パルス生成回路１１８１はフィールドパルスの立ち下がりおよび立ち上がりによって一定時間だけローレベルに切替わる第２基準パルスを生成する。即ち、図６（ｄ）に示すように、第２基準パルスは周期１／６０ｓｅｃであって奇数および偶数フィールドの撮像開始タイミングに同期してローレベルに切替わるパルスである。図６（ｅ）は第２基準パルスに同期して第２シャッタ部材１１２が回転しているときの第２検出パルスを示す。
【００４８】
第２シャッタ部材１１２は第２基準パルスに同期して即ち回転周期１／６０Ｈｚで回転させられ、奇数フィールドの撮像期間から偶数フィールドの撮像期間へ移行する時点および偶数フィールドの撮像期間から奇数フィールドの撮像期間へ移行する時点で、常に照明光が第２開口部１１２２の円周方向中心を透過する。従って、第２シャッタ部材１１２は、奇数フィールドの撮像終了期間から偶数フィールドの撮像開始期間までを含む期間および偶数フィールドの撮像終了期間から奇数フィールドの撮像開始期間までを含む期間において、照明光を透過することができる。
【００４９】
次に図７のタイミングチャートを参照して、電子内視鏡システムの動作を説明する。図７（ａ）に示すようにＣＣＤの露光タイミングは１／６０秒周期で行われており、まず奇数フィールドがフィールド期間（１／６０秒）の終了時期に露光され、次のフィールド期間において、その開始時期に偶数フィールドが露光されるとともに直前に蓄積された奇数フィールドの信号電荷が読み出される。
【００５０】
図７（ｂ）は第２シャッタ部材１１２を設けず第１シャッタ部材１１０のみを光路上に設けたときのシャッタタイミングを示し、その縦軸に光量をとる。図７（ｃ）は第２シャッタ部材１１２と第１シャッタ部材１１０との間（図５の矢印Ｂで示す位置）における照明光の透過タイミングを示し、図７（ｄ）は第１シャッタ部材１１０よりも光ガイド部材１８側の位置（図５の矢印Ｃで示す位置）における照明光の透過タイミングを示す。
【００５１】
図７（ｂ）を参照して、第２シャッタ部材１１２を設けず第１シャッタ部材１１０のみを光路上に設けた場合のシャッタタイミングについて述べる。照明光は１／３０秒毎に一定期間（照射期間Ｔ１）だけ第１シャッタ部材１１０へ導かれる。第１シャッタ部材１１０は光路を横断するように回転するために全光束を一瞬に遮断・解放できず、厳密には、照射期間Ｔ１は、第１開口部１１０２が光路に差し掛かって透過光量が徐々に増加する光量増加期間Ｔ２と、照明光が完全に透過する開放期間Ｔ３と、第１開口部１１０２が光路から外れて透過光量が徐々に減少する光量減少期間Ｔ４とに分けられる。本実施形態においては、光量増加期間Ｔ２と光量減少期間Ｔ４とは実質的に等しく、Ｔ１、Ｔ２およびＴ４は以下の（１）式により定義される。
【００５２】
【数１】

【００５３】
第１シャッタ部材１１０は照明光を光路断面の一方の端から徐々に透過した後他方の端から徐々に遮るため、光量増加期間Ｔ２および光量減少期間Ｔ４において、光ガイド部材１８の入射端面に供給される照明光には断面上における光量の偏りが生じる。特に、本実施形態のように光量増加期間Ｔ２のときには奇数フィールドが撮像され、光量減少期間Ｔ４のときには偶数フィールドが撮像される場合には、一組のフィールド画像において光量の偏りが正反対になる可能性が高く、動画像においてはちらつきが目立ち、フリーズ時の静止画像においても観察に耐え得る程度の画質が得られない。
【００５４】
第１開口部１１０２が光路を横切る速度を速めることにより光量増加期間Ｔ２および光量減少期間Ｔ４の長さを短くすればこれらの問題は解消される。しかし、１／３０秒毎に露光を行うために第１シャッタ部材１１０の回転速度は変えられないので、第１シャッタ部材１１０の外径を非現実的な大きな値に設定しなければならず、実用的ではない。そこで、本実施形態では第１シャッタ部材１１０の外径を変えることなく光量増加期間Ｔ２および光量減少期間Ｔ４を短くするために第２シャッタ部材１１２を設けている。
【００５５】
第２シャッタ部材１１２は、その回転周期が１／６０Ｈｚである、即ち第１シャッタ部材１１０の回転速度の２倍の速度で回転し、また第１シャッタ部材１１０と同様、奇数フィールドの撮像終了から偶数フィールドの撮像開始に至る期間に照明光を透過するので、第１および第２シャッタ部材１１０、１１２を透過した照明光量は図７（ｄ）に示すものとなる。特に、第２シャッタ部材１１２の照射時間Ｔ６、光量増加期間Ｔ７および光量減少期間Ｔ９が第１シャッタ部材１１０の照射時間Ｔ１、光量増加期間Ｔ２および光量減少期間Ｔ４よりそれぞれ短いので、第１および第２シャッタ部材１１０、１１２を透過した照明光の光量増加期間Ｔ１０および光量減少期間Ｔ１１を光量増加期間Ｔ２および光量減少期間Ｔ４よりそれぞれ短くできる。
【００５６】
一例として、第１シャッタ部材１１０の開度が５０％以上の期間を露光時間Ｔ５に定め、第２シャッタ部材１１２の開度が５０％以上の期間が露光時間Ｔ５に一致するように、第２開口部１１２２の中心角θ２を定める。このとき、図７（ｄ）に示すように、両シャッタ部材１１０、１１２を透過した照明光は、光量が５０％に至るまでの時間が短縮されるので、露光ムラの少ない画質の良好な動画像および静止画像が得られる。
【００５７】
【数２】

【００５８】
上記条件の時には（２）式の関係が成り立つことから、θ２＝２・θ１−θ３となる。ここでθ３＝π／４［ｒａｄ］、Ｔ５＝１／１２０［ｓｅｃ］と設定すると、θ１＝３／４π［ｒａｄ］、θ２＝５／４π［ｒａｄ］となる。
【００５９】
このように、フリーズ機能がＯＮのときに１組の奇数フィールド画像と偶数フィールド画像から構成される１フレームの静止画像は、露光期間Ｔ５のシャッタ速度で撮像された静止画像に相当する。本実施形態においては第１シャッタ部材１１０によってフィールド期間（１／６０秒）よりシャッタ速度（Ｔ５）を短く設定でき、高速シャッタ機能を実現できる。さらに、第１シャッタ部材１１０より高速で回転する第２シャッタ部材１１２を設けることによって光量増加期間Ｔ１０および光量減少期間Ｔ１１を短くすることにより、シャッタ開放・遮蔽に要する時間が短縮され、露光ムラが防止される。これによりフリーズ時に解像度が高く像ブレの少ない静止画像を得ることができる。
【００６０】
なお、図７においては、第１シャッタ部材１１０の開放期間Ｔ３は第２シャッタ部材１１２の開放期間Ｔ８より短く示されているが、Ｔ３＝Ｔ５となるように、第１開口部１１０２の中心角θ１をさらに大きく設定してもよい。
【００６１】
以上のように、本実施形態の電子内視鏡装置および電子内視鏡システムによると、フリーズボタン２２の押下によりフリーズ機能がＯＮに切替えられると、奇数フィールドの撮像の終了期間と、それに続く偶数フィールドの撮像の開始期間に第１および第２シャッタ部材１１０、１１２が照明光を透過し、撮像センサ１６から読み出された１組の奇数フィールド画像と偶数フィールド画像から構成される１フレームの静止画像がモニタ装置２００の画面上に表示される。これによりシャッタ速度をフィールド期間（１／６０秒）よりも短くして高速シャッタ機能を実現することができ、解像度が高く像ブレの少ない静止画像を得ることができる。さらに、もう１枚のシャッタ部材（１１２）を設けて光量増加期間Ｔ１０および光現象期間Ｔ１１を短縮する、即ち光量を急激に増減することによって、１枚のシャッタ部材（１１０）の使用時に生じる露光ムラを著しく低減できる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電子内視鏡装置は、シャッタ部材により高速シャッタ機能を実現しており、解像度が高くかつブレの少ない静止画像を得ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である電子内視鏡システムの回路構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す映像信号処理回路の構成を詳細に示すブロック図である。
【図３】図１に示す第１シャッタ部材を光源側から見た平面図である。
【図４】図１に示す第２シャッタ部材を光源側から見た平面図である。
【図５】図１に示す電子内視鏡システムに設けられたシャッタ機構を示すブロック図である。
【図６】シャッタ機構の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】電子内視鏡システムの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０電子内視鏡
１６撮像センサ
１００映像信号処理装置
１０２光源
１１０第１シャッタ部材
１１２第２シャッタ部材
１１０２第１開口部
１１２２第２開口部

Claims

光源から電子内視鏡の固体撮像素子までの間の光路を横切るように所定速度で回転し、第１中心角を有しかつ第１の期間だけ照明光を透過させる第１光透過領域が設けられる第１シャッタ部材と、
前記第１シャッタ部材と平行に設けられ、前記光路を横切るように前記所定速度より速くかつ前記第１シャッタ部材に同期して回転し、前記第１中心角よりも大きい第２中心角を有しかつ第２の期間だけ前記照明光を透過する第２光透過領域が設けられる第２シャッタ部材とを備え、
前記第１の期間と前記第２の期間とが重複する期間が、前記固体撮像素子における第１フィールドの撮像期間うち撮像終了に到るまでの所定の撮像終了期間と、前記固体撮像素子における第２フィールドの撮像期間のうち撮像開始から所定時間経過するまでの撮像開始期間とを含むことを特徴とする電子内視鏡装置。
前記第２シャッタ部材の回転速度が前記第１シャッタ部材の回転速度の２倍であって、前記第２透過領域の中心角が前記第１光透過領域の中心角の１／２倍であることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
前記第１および第２シャッタ部材が、１フレームの撮像期間に同期して回転することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
前記第１および第２シャッタ部材が遮光性部材から形成され、前記第１および第２光透過領域がそれぞれ前記第１および第２シャッタ部材に形成された扇形開口部であることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
請求項１または請求項４に記載の電子内視鏡装置を備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
光源から電子内視鏡の固体撮像素子までの間の光路を横切るように所定速度で回転し、第１中心角を有しかつ第１の期間だけ照明光を透過させる第１光透過領域が設けられる第１シャッタ部材と、
前記第１シャッタ部材と平行に設けられ、前記光路を横切るように前記所定速度より速くかつ前記第１シャッタ部材に同期して回転し、前記第１中心角よりも大きい第２中心角を有しかつ第２の期間だけ前記照明光を透過する第２光透過領域が設けられる第２シャッタ部材とを備え、
前記第１の期間と前記第２の期間とが重複する期間が、前記固体撮像素子における第１フィールドの撮像期間うち撮像終了に到るまでの所定の撮像終了期間と、前記固体撮像素子における第２フィールドの撮像期間のうち撮像開始から所定時間経過するまでの撮像開始期間とを含むことを特徴とするシャッタ機構。