JPH0591518A

JPH0591518A - カラー撮像装置

Info

Publication number: JPH0591518A
Application number: JP3247619A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Hoashi; 勝利帆足
Original assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Current assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1991-09-26
Publication date: 1993-04-09
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: JP3041732B2

Abstract

(57)【要約】【目的】カラー撮像装置における被写体への照明機構の
改良に関する。【構成】光源１からの白色光は偏光変換素子４により、
透過率を殆ど減少することなく直線偏光光に変換され、
液晶素子５に入射される。セル・シャッター駆動部７か
らの駆動信号により、前記入射光は交互に赤色光，緑色
光，青色光となって光シャッター６，凸レンズ２を通
り、光ファイバ８を介して被写体に照明される。その反
射光は固体撮像素子11に受光されて電荷として蓄積さ
れ、光シャッター６が遮光している期間に転送される。
これにより、色フィルタの回転駆動機構が不要となり、
半永久的に安定した高画質の撮影画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶素子を使用したカ
ラー撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡等に利用されるカラー撮像装置に
おいては、白色光から分離された色成分別の光 (例え
ば、赤，青，緑の３原色光) を順次被写体に照射し、被
写体からの反射光を撮像素子上に結像して蓄積された電
荷を転送して電気信号に変換し、該電気信号に基づいて
カラー表示を行うようになっている。。即ち、各色成分
光の反射光は、被写体の持つ色によって該色成分のレベ
ルを持ったものとなっているから、各色成分レベルの信
号を合成することにより、その被写体の像のカラー表示
を行えるのである。

【０００３】内視鏡に適用された従来のカラー撮像装置
における前記色成分光の発光部の概要構成を図20に基づ
いて説明する。装置本体に内蔵された光源１から発光さ
れた白色光線は凸レンズ２を通過して収束される。モー
タ100 により回転駆動される回転円板フィルタ101 は、
遮光板の前記凸レンズ２からの収束光の光路に当たる周
縁部位置に一定間隔で帯状の透過孔を備え、これら各透
過孔には帯状の赤，緑及び青の３原色の各フィルタ102,
103,104 が回転方向Ｍに対応して設けられている。一
方、回転円板フィルタ101 の各透過孔の間の位置に回転
位置検出用の小孔105,106,107 が設けられ、回転によ
り、フォトランプ光を受光し、各フィルタ102,103,104
のフラッグ (位置) 検出装置によりフォトランプパルス
を検出するようになっている。

【０００４】これにより、各フィルタ102,103,104 を通
過した光線は、順次赤色 (Ｒ) 光，緑色 (Ｇ) 光及び青
色(Ｂ) 光となった後ライトガイドファイバ束３に入光
し、該ライトガイドファイバ束３の先端から胃等の被写
体に向けて照射される。前記被写体から反射された各色
の光は、ライトガイドファイバ束３の先端部に設けられ
た図示しない固体撮像素子に受光されて光量に比例した
電荷として蓄えられる。そして、各フィルタとフィルタ
の間で遮光される期間中に前記電荷を取り出して電気信
号に変換し、該信号に基づいてカラー表示を行ってい
る。尚、透過光の立ち上がり，立ち下がりを最小とする
ように、各フィルタの両端は凹形に形成されている。ま
た、回転円板フィルタ３は遮光領域が機械的に可変な構
造となっており、ロータリーエンコーダを配置して、該
エンコーダによりＲ，Ｇ，Ｂ検出信号を作り、該検出信
号に同期させて前記固体撮像素子から赤，緑，青の蓄積
電荷を読みだし、カラー信号化を行うようになってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のカラー撮像装置にあっては、回転円板フィルタ
や、これを駆動する機構等種々の機構を設ける必要があ
り、また、回転しながらロータリーエンコーダにてＲ，
Ｇ，Ｂのカラー信号化を実行する必要があるが、各種外
部要因により高精度な処理が妨げられていた。さらに、
光源である150 Ｗ〜300 Ｗのランプを使用して回転円板
フィルタに照射するため、熱線吸収フィルタやモーター
ファン等により、熱が回転円板フィルタに伝わらないに
対策すると同時に、モーターや回転機構周辺部にも熱対
策が要求される。

【０００６】この他、主な難点を下記に列挙する。 (1) 前記熱対策のためモーターファンを使用するの
で、粉塵により回転軸グリースが性能悪化しやすく、ま
た、伝達系の歯車やベルトに位相ずれを生じる。 (2) 機械的振動により回転円板フィルタの回転ムラが
発生しやすい。

【０００７】(3) モーターは高耐熱, 長寿命, 極小な
回転ムラ特性が必要で必ず寿命が来るので部品の交換が
必要である。 (4) 機械的に回転円板フィルタを回転してカラー信号
化を実施しているので伝達の遅れが発生しやすく、不安
定である。本発明は、上記従来のカラー撮像装置の問題点を解決す
るためなされたもので、色付の光線を電気的処理によっ
て発生させることにより、シンプルな構造で信頼性が高
く、かつ、安定したカラー信号化処理を行えるようにし
たカラー撮像装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明にかか
る第１のカラー撮像装置は、装置本体内蔵の光源から光
ファイバーを経て被写体に照射され、反射光となって撮
像素子に受光される光路の途中に、自然光を互いに直交
する２つの直線偏光光に分離した後、該分離された一方
の直線偏光光の偏光方向を他方の直線偏光光と同一に変
換し、該他方の直線偏光光と合わせて出力する偏光変換
素子と、印加電圧の制御により直線偏光光を色成分別に
選択的に透過する機能を有した液晶素子と、を同順で介
装すると共に、前記液晶素子の印加電圧を切換制御して
前記各色成分別の光を順次繰り返して発生させ、且つ、
該光の受光によって撮像素子に蓄積された電荷を各光の
発生と発生との間に転送させるように制御する制御手段
と、を備えて構成した。

【０００９】また、かかる第１のカラー撮像装置におい
ては、液晶素子と撮像素子との間に、光の透過と遮光と
を切換自由な光シャッターを介装し、制御手段は各色成
分光の発生の間を光シャッターによって遮光させ、色成
分光の受光によって撮像素子に蓄積された電荷を前記遮
光期間中に転送させるように制御する構成としてもよ
い。

【００１０】また、本発明にかかる第２のカラー撮像装
置は、装置本体内蔵の光源から光ファイバーを経て被写
体に照射され、反射光となって撮像素子に受光される光
路の途中に、白色光から前記各色成分の色成分光を反射
し、残りの成分の光は透過させる機能を有した複数のダ
イクロイックミラーと、高分子マトリクス中に液晶粒子
を分散させた構造を有し印加電圧制御により光の透過，
散乱が切り換えられる機能を有した高分子複合体からな
り、該高分子複合体を各ダイクロイックミラーにより分
離された色成分に色成分された光の光路に夫々介装した
色分離システムと、色成分光を透過させ散乱光は遮光す
る機能を有した絞り機構と、を同順で介装すると共に、
前記高分子複合体を順次に光を透過させる側に切り換え
て各色成分光を交互に透過させ、且つ、色成分光の受光
によって撮像素子に蓄積された電荷を各色成分光の発生
と発生の間に転送させるように制御する制御手段と、を
備えて構成した。

【００１１】また、本発明にかかる第３のカラー撮像装
置は、装置本体内蔵の光源から光ファイバーを経て被写
体に照射され、反射光となって撮像素子に受光される光
路の途中に、所定の色成分を所定の偏光方向で透過させ
る複数のカラー偏光子と、これら複数のカラー偏光子の
間に介在され印加電圧の制御により偏光方向を不変又は
変化させて透過する機能を有した液晶素子と、を介装
し、前記複数の液晶素子の印加電圧を切換制御して前記
各色成分別の光を遮光期間を介して順次繰り返して発生
させ、且つ、該光の受光によって撮像素子に蓄積された
電荷を前記遮光期間中に転送させるように制御する制御
手段と、を備えて構成した。

【００１２】

【作用】第１のカラー撮像装置においては、装置本体に
内蔵された光源から発光された白色光は不定偏光光であ
るが、偏光変換素子により互いに直交する２つの直線偏
光光に分離された後、該分離された一方の偏光光の偏光
方向は他方の偏光光と同一に変換して出力されるので一
方の偏光光と合わせて100 ％に近い透過率の直線偏光光
となって出力される。

【００１３】前記白色の直線偏光光は、制御手段によっ
て印加電圧がＯＮ，ＯＦＦ制御される液晶素子により、
当該液晶素子の機能によって異なる色成分の光が順次発
生する。ここで、液晶素子を被写体への照射前の光路に
介装した場合には、異なる色成分光が順次被写体に照射
され、その反射光が撮像素子に受光され、また、液晶素
子を被写体からの反射光の光路に介装した場合には反射
光が順次異なる色成分の光となってから撮像素子に受光
される。この結果、いずれの場合も被写体の色成分が撮
像素子に蓄積される電荷として検出されることとなる。

【００１４】また、光シャッターを設けて、遮光制御を
行うものでは各色成分光の発生と発生との間は光シャッ
ターにより確実に遮光され、撮像素子に受光されて蓄積
された電荷が該遮光期間中に転送されるのでスミア等の
発生を防止できる。そして、このように光シャッターに
より遮光期間を形成できるため、撮像素子として感光部
と該感光部からの電荷が転送される蓄積部とが離れたフ
レーム転送式のＣＣＤ等を使用することができ、細い光
ファイバ内に設けられる小型の撮像素子でも充分受光効
率を高めることができる。

【００１５】また、第２のカラー撮像装置においては、
光源から発光された白色光から色分離システムのダイク
ロイックミラーにより色成分別の色成分光が分離して取
り出される。そして分離された各色成分光の光路に介装
された高分子複合体の印加電圧を制御手段によりＯＮ，
ＯＦＦ制御することにより各色成分光が交互に取り出さ
れる。一方、各色成分光以外の成分の光はＯＦＦとされ
た高分子複合体により散乱する。

【００１６】次いで、絞り機構により前記散乱光は除去
されて色成分光のみが交互に発生し、各色成分光の発生
と発生との間は、全ての高分子複合体をＯＦＦとするこ
とにより散乱光のみとなるので絞り機構により遮光させ
ることができる。尚、これら色分離システム及び絞り機
構を、被写体への照射前の光路に介装した場合には、異
なる色成分光が順次被写体に照射され、その反射光が撮
像素子に受光され、また、被写体からの反射光の光路に
介装した場合には反射光が順次色成分光となってから撮
像素子に受光されることは、第１のカラー撮像装置の場
合と同様であり、撮像素子に蓄積された電荷が転送され
ている間は遮光されているのでスミア等の発生を防止で
きることも同様である。

【００１７】また、第３のカラー撮像装置においては、
光源から発光された白色光が前記カラー偏光子を通過す
ると色成分別に所定方向に偏光される。それら偏光され
た色成分別の光を、制御手段による複数の液晶素子の印
加電圧制御によって偏光方向を不変で透過させる場合と
変化させて透過させる場合を切り換え、かつ、他のカラ
ー偏光子によって一部又は全ての色成分の光を遮光する
ことにより、各色成分別の光が遮光期間を介して順次繰
り返して発生し、該光の受光によって撮像素子に蓄積さ
れた電荷が前記遮光期間中に転送される。

【００１８】

【実施例】以下に本発明を図面に基づいて説明する。図
１は、本発明に係る第１のカラー撮像装置の第１の実施
例の構成, 機能を示し、図２は、該装置の各部の信号状
態を示す。図１において、装置本体Ａには、発光部とし
て前記従来例と同様の光源１と、該光源１から発光され
る光線を収束させる凸レンズ２とが設けられ、収束され
た光線は、装置本体Ａに端部を導入して固定したライト
ガイドファイバ束３の後端面に入射されるが、光源１と
凸レンズ２との間には、光源１側から順に偏光方向変換
素子４, ゲストホストモードの液晶素子５, 光シャッタ
ー６が配設される。尚、液晶素子５と光シャッター６の
配列順序は逆であってもよい（後述する他の実施例でも
同様）。

【００１９】前記偏光方向変換素子４の構成及び原理を
図２に基づいて説明する。偏光方向変換素子４は、偏光
ビームスプリッタ41と複数のプリズム42〜47の結合体で
構成される。光源１から発光された自然光は、不定偏光
光であるが、偏光ビームスプリッタ41に入射すると図示
横方向の偏光方向を持つ直線偏光光 (以下ｐ偏光光とい
う) と、該偏光方向と直交する縦方向の偏光方向を持つ
直線偏光光(以下ｓ偏光光という) とに分離される。

【００２０】偏光ビームスプリッタ41は、２つの直角プ
リズムのうち一方の斜面に誘電体多層膜を蒸着し、斜面
同士を接合したものであり、その斜面を透過する光がｐ
偏光光で、斜面で反射する光がｓ偏光光である。偏光ビ
ームスプリッタ41の斜面を透過したｐ偏光光 (図示
ｐ₁) は、光学反射系の直角プリズム42の斜面に当たる
と、該斜面と偏光方向とは平行であるため、偏光方向を
変えることなく図示上方へ反射して、２番目の直角プリ
ズム43に入射する (図示ｐ₂) 。直角プリズム43の斜面
は偏光方向に対して45°傾斜しているため、該斜面に当
たると偏光方向が90°変換され、縦方向の直線偏光光と
なって出射し (図示ｐ₃) 、偏光方向を変えることなく
合成プリズム44に入射し (図示ｐ₄) 、出射の際に合成
プリズム44の斜面で図示左方向に光路を屈折されて出力
される (図示ｐ₅) 。

【００２１】一方、偏光ビームスプリッタ41の斜面で反
射されたｓ偏光光 (図示ｓ₁) は、直角プリズム45の斜
面に当たって偏光方向を90°変換された後 (図示ｓ₂)
、直角プリズム46の上側の斜面で更に偏光方向を90°
変換されることにより縦方向に戻され (図示ｓ₃) 、合
成プリズム47の斜面で前記ｐ偏光光の合成プリズム43出
射方向と対称に光路を図示右方向に屈折されて出力され
る (図示ｓ₄) 。

【００２２】即ち、偏光ビームスプリッタ41で分離され
た２つの直線偏光光は、同一の偏光方向でかつ線対称な
光路を有して出力されるので所定の位置で重なり合う。
ここで、実際には２つの直線偏光光の合成角度 (図示
θ)は、充分小さく３°以下程度とすることができるた
め、実質的に可なりの幅を以て２つの直線偏光光が重な
り合ったのと略同等な状態を得ることができ、このよう
に２つの直線偏光光を重合させることにより全体として
偏光による透過率の減少を極めて小さく抑えることがで
きる。因に、通常の単純な１回の偏光 (ｐ偏光光又はｓ
偏光光のみを取り出す) では、60％近くも透過率が減少
するのに対し、前記のように直角プリズムを使用した全
反射方式の偏光変換素子の場合、95％以上と100 ％に近
い透過率を確保できることが確かめられている。

【００２３】そこで、前記偏光ビームスプリッタ41によ
り２つの直線偏光光が重なる部分に前記ゲストホストモ
ードの液晶素子５が配置してある。次に、該ゲストホス
トモードの液晶素子５の構成及び原理を説明する。液晶
素子５の構成材料である液晶は、規則的な分子配向を有
するが、固体結晶と異なり分子間力が極めて弱いために
電解や磁界で容易に配向を変化させることができる。一
方、特異な光学的異方性を有するために、配向を変化さ
せると著しい光学的特性の変化が生じる。例えば、液晶
の吸光係数は分子長軸に平行及び垂直な方向で互いに異
なり、いわゆる２色性を示す。ただし、通常の液晶は紫
外や赤外領域では吸収を示すが、可視領域では殆ど吸収
を示さない。そこで液晶と類似した分子構造を有する２
色性色素を液晶に添加すると、これが液晶分子と平行に
配向し、可視領域で２色性を示すようになる。この場合
の分子長軸に平行及び垂直な方向の透過率Ｔ_H及びＴ_V
は、次式で与えられる。

【００２４】Ｔ_H＝exp(−ｋ_Hｃｄ) Ｔ_V＝exp(−ｋ_Vｃｄ) ここで、ｋ_H及びｋ_Vは夫々分子長軸に平行及び垂直な
方向の吸光係数、ｃは色素濃度、ｄはセルの厚さであ
る。一般にｋ_H／ｋ_Vを２色性比と呼び、10〜15程度の
値を示す色素が開発されている。

【００２５】このような色素を用いて図３に示すような
セルを構成すると、電圧のＯＮ，ＯＦＦで透過光を着色
光と無色光とに切り換えることができる。このような機
能をゲストホストモードといい該モードを有した液晶素
子はゲストホストセルと称される。但し、通常のゲスト
ホストセルでは、分子長軸に対して入射方向を規定して
着色光と無色光とを切り換えるため、入射光を直線偏光
光とすることが必要となる。

【００２６】そこで、光の３原色である赤，緑，青に夫
々着色光と無色光とが切り換えられるように構成された
赤色光透過用セル51, 緑色光透過用セル52, 青色光透過
用セル53を積層することにより、液晶素子５を構成し、
該液晶素子５に前記偏光変換素子４により得られる透過
率の高い直線偏光光を入射させる構成とする。これによ
り、赤色光透過用セル51, 緑色光透過用セル52, 青色光
透過用セル53のＯＮ，ＯＦＦを切り換えることで、３原
色光を選択的に発生させることが可能となる（図４参
照）。尚、図５（Ａ）は、各セル51〜53の印加電圧ＯＮ
時の光の波長と透過率との関係を示したものであり、夫
々色成分光を選択的に透過させる特性が明らかである。
本実施例では、理解を簡明にするため、光の３原色を透
過させるものを示したが、図５ (Ｂ) に示すように３原
色の補色成分であるシアン（赤の補色），マジェンダ
（緑の補色），イエロー（青の補色）を夫々透過させる
セルを積層した液晶素子で構成してよく、透過光量が倍
増する利点がある。

【００２７】また、全てのセルをＯＦＦとすると無色成
分（白色）の直線偏光光が液晶素子５を透過してしまう
ため前述した遮光期間を作りだす光シャッター６が配設
される。光シャッター６も種々の方式のものがあるが、
例えば、印加電圧のＯＮ，ＯＦＦにより偏光子の偏光方
向が旋回する構造により、ＯＦＦ時は前記液晶素子５を
透過して色成分光となった直線偏光光と同一の偏光方向
として該直線偏光光を透過させるが、ＯＮ時は偏光方向
を直交させて遮光するようなものを使用すればよい。

【００２８】前記液晶素子５の各セル51〜53と光シャッ
ター６は、後述する処理信号に基づいてセル・シャッタ
ー駆動部７からの駆動信号により駆動制御される。前記
ライトガイドファイバ束３を内蔵した光ファイバ８の先
端部には、ライトガイドファイバ束３先端の出射光面か
ら出射された光を拡散させて広範囲に被写体に照射する
ための照明レンズ９が装着されると共に、該被写体に照
射された光の反射光を入光して収束させる対物レンズ10
及び該対物レンズ10を通過した光を受光して光量に比例
した電荷として蓄える固体撮像素子11が装着されてい
る。

【００２９】該固体撮像素子11には、装置本体Ａ内のタ
イミングパルス信号発生部12から後述するように遮光期
間中に発生された電荷取出信号ＣＤ_Pが光ファイバ８内
に配設された信号出力線13を介して入力され、これによ
って固体撮像素子11に蓄えられた各色の電荷が取り出さ
れ、電気映像信号として光ファイバ８内に配設された信
号取出線14を介して装置本体Ａ内の信号処理部に入力さ
れる。

【００３０】前記信号処理部は、後述する各回路で構成
されている。水晶発振器15からのクロックパルスに基づ
いて同期信号発生器16からテレビ画像信号のフィールド
周期に同期したハイレベルのパルス幅を持つフィールド
基準パルスＶ．ＢＬＫ_Pが、前記タイミングパルス信号
発生部12に出力される。タイミングパルス信号発生部12
は、前記パルスＶ・ＢＬＫ_Pに基づいて、セル・シャッ
ター駆動パルスＣＳと、電荷蓄積パルスＣＤ_Pとを形成
し、セル・シャッター駆動パルスＣＳはセル・シャッタ
ー駆動部13に、電荷蓄積パルスＣＤ_Pは固体撮像素子11
に夫々出力される。尚、水晶発振器15，同期信号発生器
16，タイミングパルス信号発生部12，及びセル．シャッ
ター駆動部７が本発明における制御手段を構成する。

【００３１】前記セル・シャッター駆動部７は、前記セ
ル・シャッター駆動パルスＣＳに基づいて図６に示すよ
うに該パルスＶ．ＢＬＫ_Pのハイレベル期間に同期して
交互にハイレベルとなる赤色光透過用パルスＲＳ_P，緑
色光透過用パルスＧＳ_P，青色光透過用パルスＢＳ_Pを
対応する赤色光透過用セル51, 緑色光透過用セル52,青
色光透過用セル53に順次出力すると共に、前記パルス
Ｖ．ＢＬＫ_Pのローレベル期間に同期してハイレベルと
なる遮光パルスＣＳ_Pを、光シャッター６に出力する。

【００３２】これにより、光源１から発光され、偏光変
換素子４により直線偏光光となった白色光は、前記各色
の透過用パルスを入力したセル51，52，53により交互に
赤色，緑色，青色の光となって透過される。また、前記
各透過パルス出力中は光シャッター６は光を透過するよ
うに作用するので前記赤色光，緑色光，青色光が、ライ
トガイドファイバ束３，照明レンズ９を介して被写体に
照明される。そして、該各色の透過パルスと同期してハ
イレベルとなって照明中に固体撮像素子11に出力される
電荷蓄積パルスＣＤ_Pにより、前記各色の照明光の反射
光が対物レンズ10を介して撮像素子11に受光され画像の
画素毎に光量に比例した電荷として蓄積される。

【００３３】また、各透過パルスＲＳ_P，ＧＳ_P，ＢＳ
_P相互間の液晶素子５の全てのセル51〜53への印加電圧
がＯＦＦとなる時は、液晶素子５からは無色成分（白
色）の光が透過されるが、該ＯＦＦ期間は、これに同期
してハイレベルとなる遮光パルスＣＳ_Pが光シャッター
６に入力されるため、該光シャッター６が前記無色成分
光を遮光し、被写体への照明を断つ。

【００３４】一方、前記遮光パルスＣＳ_Pは、固体撮像
素子11にも電荷転送パルスとして出力され、これによ
り、前記照明の断たれた遮光期間中に、その直前の色成
分光の受光により蓄積された電荷が固体撮像素子11内部
の蓄積部に転送される。ここで固体撮像素子11の構成を
説明する。本実施例では、固体撮像素子としてフレーム
転送ＣＣＤが使用される。ＣＣＤでは信号電荷の蓄積と
転送の２つの状態が交互に繰り返されていく。そこで、
光を直接受ける感光部に蓄積された１フィールド分の電
荷を、垂直ブランキング期間の一部で瞬時に蓄積部に転
送する。蓄積部に転送された１フィールド分の電荷は、
水平ブランキング期間の一部に１走査線に相当する部分
ずつライン転送部へ転送され、ライン転送部に入った信
号電荷は直ちに標準速度で順次出力端子まで転送され、
出力端子から標準のテレビ信号を得るようになってい
る。ところでカラー撮像装置の場合、細い光ファイバの
先端部にＣＣＤが装着されるためＣＣＤの受光面積が小
さく、受光効率を高めるためには、前記感光部と蓄積部
とを完全に切り離された構造のフレーム方式が有利であ
る。しかし、フレーム方式とした場合は、感光部と蓄積
部とが離れているため、高速で転送しても、該転送中に
光が照射されていると光の被りは免れない。転送の際に
光が混入すると、正しい信号が得られなくなりスミア等
を発生してしまう。そこで、該蓄積部への電荷の転送中
にはＣＣＤに確実に光が照射されないように、前記遮光
期間を設けるのである。

【００３５】尚、感光部と蓄積部とが水平方向に交互に
配設したインターライン方式のＣＣＤでは、転送時にＣ
ＣＤに光が照射されていても殆ど光の被りの影響を受け
ないため転送時に遮光する必要は殆ど無くなり、光シャ
ッターは不要となるが、受光効率がフレーム方式の半減
以下まで減少するため解像度で劣ることになる。図１に
戻って、前記固体撮像素子11の蓄積部に転送された電荷
は電気映像信号に変換され、信号取出線14を介してバッ
ファアンプ17に出力され、該アンプ17によりノイズ分が
除去される。そして、前記タイミングパルス信号発生部
12から、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各映像
信号に対応したパルスＲＧ_P，ＧＧ_P，ＢＧ_Pがフィー
ルド毎に、アナログスイッチ18に出力される。該アナロ
グスイッチ18は、これらパルスＲＧ_P，ＧＧ_P，ＢＧ_P
に順次対応して各色の映像信号を赤色用プロセス回路1
9，緑色用プロセス回路20，青色用プロセス回路21に出
力するように切換作動する。この結果、各色のアナログ
映像信号は夫々一旦Ａ／Ｄ変換器22，23，24によりデジ
タル映像信号に変換されて、赤色用フィールドメモリ2
5，緑色用フィールドメモリ26，青色用フィールドメモ
リ27に記憶される。

【００３６】そして、前記各色用フィールドメモリ25，
26，27に記憶された各色のデジタル映像信号が、各色用
のＤ／Ａ変換器28，29，30により、再度アナログ映像信
号に変換され、マトリクス回路31を介してカラーテレビ
ジョンモニタ32にカラー表示される（図６参照）。この
ようにゲストホストモードの液晶素子５と光シャッター
６とを用いた電子制御によって色成分別の色成分光を交
互に発生させることができるため、色フィルターの回転
駆動機構が不要となり、該駆動機構の耐久性，部品交換
の問題を回避できると共に小型化を図れ、駆動機構の振
動や回転むらの問題も回避できるので、半永久的に安定
した被写体の撮影画像を得られる。また、偏光変換素子
により、偏光を用いることによる透過率の減少を殆ど無
くすことができ、明るい鮮明画像を得ることができ、診
断精度向上にも繋がる。

【００３７】尚、例えば、受光面に３原色の透過用フィ
ルタをストライプ状若しくは千鳥状等に均等分布して貼
り付け、その背面に各色に対応して夫々光シャッター素
子を設けて各色毎に光シャッター素子を交互にＯＮ，Ｏ
ＦＦ切換するような構成としても３原色を交互に発生す
る機能は得られるが、このものでは、多数分布された各
光シャッターの印加電圧切換回路の配線が複雑となり、
信頼性にも欠け、また、１つの受光面における各色の受
光面積が全面積の１／３未満となり且つ各面の光軸に対
する垂直性を維持することが難しい等の要因により、前
記本発明方式に比較して受光効率が大幅に劣るものであ
る。

【００３８】尚、本実施例では、セル・シャッター駆動
部７から液晶素子５の各セル51〜53及び光シャッター６
に、対応する各パルスＲＳ_P，ＧＳ_P，ＢＳ_P及びＣＳ
_Pを独立して出力したが、セル・シャッター駆動部７か
らは、これらパルスを直列に合成した駆動パルスを一本
の出力ラインから出力し、固体撮像素子11に近接した部
分に前記直列駆動パルスを入力すると共に、各パルスを
順次対応する液晶素子の各セル及び光シャッターに振り
分けて出力する分配回路（ワンチップ素子で形成でき
る）を介装して構成してもよい。この構成は、後述する
各実施例でも同様に適用できる。

【００３９】図７は、前記液晶素子５及び光シャッター
６を、光ファイバ８の中間部（一般には、光ファイバ８
の挿入を駆動操作する操作部）に設け、その前段に集光
レンズ群41を設けたものである。その他の部分の構成及
び機能，効果については前記実施例と同様であるが、操
作部内に小型のセル及びシャッターをコンパクトに収め
ることができる。尚、偏光変換素子４についても小型化
できれば液晶素子５の前段に近接して配設してもよい
（以下の実施例でも同様）また、液晶素子５及び光シャ
ッター６を、図８に示すようにライトガイドファイバ束
３の先端と照明レンズ９との間に配設して構成してもよ
く、更には、図９に示すように照明レンズ９の外側（被
写体との間）に配設して構成してもよい。

【００４０】また、以上の実施例では被写体への照明光
を色成分光としたが、照明は白色光で行い、反射光を順
次色成分光として透過させても同様の効果が得られる。
以下にかかる方式の実施例を示す。図10は、液晶素子５
及び光シャッター６を、対物レンズ10と固体撮像素子11
との間に配設したものである。

【００４１】また、図11は、液晶素子５及び光シャッタ
ー６を、対物レンズ10の外側（被写体との間）に配設し
たものである。更に、被写体への照明光と反射光との双
方で色成分を重ねて行ってもよく、以下にその実施例を
示す。図12は、液晶素子５及び光シャッター６を、照明
レンズ９と対物レンズ10とに跨がる大きさに形成し、固
体撮像素子11との間に配設したものであり、図13は、同
上の大きさに形成した液晶素子５及び光シャッター６
を、照明レンズ９と対物レンズ10の外側（被写体との
間）に配設したものである。

【００４２】次に、前記ゲストホストモードの液晶素子
及び光シャッターに代えて偏光を利用することなく高輝
度の照明を行えるようにしたカラー撮像装置の実施例に
ついて説明する。図14は、ダイクロイックミラーと高分
子複合体(液晶素子の一種) からなる色分離システム70
の構成，原理を示す。図において、光源１にからの光線
の光軸方向に間隔を置いて配設された第１のダイクロイ
ックミラー群は、夫々分光特性により赤色光を分離して
反射し、他の色成分は透過させる赤色用ダイクロイック
ミラー71と、同じく緑色光を分離して反射し、他の色成
分は透過させる緑色用ダイクロイックミラー72と、同じ
く青色光を分離して反射し、他の色成分は透過させる青
色用ダイクロイックミラー73とで構成され、共に光軸に
対し同一方向に45°傾斜して配設される。

【００４３】また、前記第１のダイクロイックミラー群
と同一に構成された第２のダイクロイックミラー群74，
75，76を、第１のダイクロイックミラー群に対し、光源
からの光軸と直角方向に平行移動して配設される。そし
て、第２のダイクロイックミラー群の赤色用ダイクロイ
ックミラー74と、緑色用ダイクロイックミラー75との
間、第１のダイクロイックミラー群の緑色ダイクロイッ
クミラー72と第２のダイクロイックミラー群の緑色ダイ
クロイックミラー75との間、第１のダイクロイックミラ
ー君の緑色用ダイクロイックミラー72と青色用ダイクロ
イックミラー73との間に、夫々高分子複合体77，78，79
が配設される。

【００４４】前記高分子複合体は、図15に示すように高
分子マトリクス中にミクロンサイズの液晶粒子を分散し
た調光材料であり、印加電圧のＯＮ，ＯＦＦによって透
明状態と白濁状態とが切り換えられ、もって高分子複合
体に入射した光の透過，散乱が切り換えられるようにな
っている。原理を説明すると、液晶が正の誘電率異方性
をもつ場合、電圧を印加すると液晶の常光屈折率と高分
子（厳密には液晶で膨潤した高分子）の屈折率は一致す
る。このとき屈折率を厳密に一致させれば、光の透過率
は80％以上にすることができる。また、電圧を印加しな
い状態では液晶の屈折率が高分子の屈折率より大きくな
る。この結果、屈折率が不一致となり入射した光は主に
前方に散乱する。

【００４５】そこで、図14の色分離システムにおいて、
いま高分子複合体77への印加電圧をＯＮ，高分子複合体
78，79をＯＦＦとすると、光源１から発光された白色光
は第１のダイクロイックミラー群の赤色用ダイクロイッ
クミラー71により、赤色成分の光のみ反射し、他の色成
分の光は透過する。反射した赤色光は第２のダイクロイ
ックミラー群の赤色用ダイクロイックミラー74で反射さ
れた後、高分子複合体77を透過し、更に緑色用ダイクロ
イックミラー75，青色用ダイクロイックミラー76も透過
する。一方、赤色用ダイクロイックミラー71を透過した
赤色以外の色成分をもつ光は緑色用ダイクロイックミラ
ー72により、緑色光と青色光とに分離され、緑色光は反
射され青色光は透過するが、緑色光は高分子複合体78に
入射すると散乱し、青色光は高分子複合体79に入射する
と散乱する。散乱した光はそのままではダイクロイック
ミラーを反射して一部が赤色光に混入するが、後述する
絞り機構により散乱光を効果的に遮光できる。このよう
にして白色光は赤色光となって取り出される。同様にし
て高分子複合体78のみをＯＮとすると緑色光が分離して
取り出され、高分子複合体79のみをＯＮとすると青色光
のみが分離して取り出される。

【００４６】次に前記した散乱光を遮光する絞り機構を
図16に基づいて説明する。該絞り機構80は、前記色分離
システム70の後段に配設された凸レンズ81と光軸部分に
小孔82ａを形成した絞り82とで構成される。即ち、色分
離システム70を透過した色成分光は平行光であるため、
凸レンズ81により収束されると小孔82ａを通過するが、
散乱光は方向性がないため凸レンズ81を通過して小孔82
ａをするのは極めて僅かとなり実質的に遮光される。

【００４７】また、前記色分離システム70において全て
の高分子複合体77，78，79をＯＦＦとすると散乱光のみ
となるため、遮光状態が得られ、前記光シャッターと同
様の機能も得られる。図17は、前記色分離システム70と
絞り機構80とを用いた本発明に係るカラー撮像装置の実
施例を示し、光源１と凸レンズ２との間に、前記色分離
システム70と絞り機構80とが同順で介装されている。

【００４８】また、セル・シャッター駆動部７の代わり
に高分子複合体駆動部90が設けられ、前記同様にして形
成された赤色光透過用パルスＲＳ_P，緑色光透過用パル
スＧＳ_P，青色光透過用パルスＢＳ_Pが、各色光透過用
に対応する高分子複合体77，78，79に交互に出力され、
これによって赤色光，緑色光，青色光が交互に発生す
る。また、全ての高分子複合体77，78，79への印加電圧
をＯＦＦとすることで前記したように遮光期間が得られ
るため、光シャッターを用いる場合のような遮光パルス
の形成が不要となる。

【００４９】かかる構成とすることにより、ゲストホス
トモードの液晶素子を用いた場合と同様の機能が得ら
れ、特に、本方式は偏光を利用しなくて済む構成である
ため、高輝度で、且つ高コントラスト比の画像を得るこ
とができる。前記図17に示した実施例は、図１に示した
実施例における液晶素子位置に対応して色分離システム
70を配置した実施例を示したものであるが、図７〜図13
の各実施例における液晶素子位置に色分離システム70を
配置する構成としてもよいことは勿論である。

【００５０】図18は、前記ゲストホストモードとは異な
るＴＮ (twisted-nematic)モードの液晶素子を使用した
カラー撮像装置の実施例を示す。ＴＮモードの液晶素子
の基本的な構造のものは、液晶分子を該液晶素子への入
射光軸方向に対して方向を捩じらせて配分し、その入射
面と出射面とを透明電極で挟んだ構成を有しており、そ
の外側をカラー偏光子で挟んだ構造を有する。

【００５１】該ＴＮモード液晶素子の動作を図19に基づ
いて簡単に説明する。このものでは入射側と出射側の偏
光子の偏光方向が互いに直交するように装着されてい
る。いま、前記電極間に電圧を印加しないＯＦＦ状態で
前記所定成分の光が入射側の偏光子を通って入射する
と、該光は液晶分子の捩じれによって90°偏光方向を変
換され、出射側の偏光子の偏光方向と一致するので、そ
のまま透過する。また、電極間に電圧を印加したＯＮ状
態では、液晶分子の捩じれが戻されるので光は入射時の
偏光方向のまま進み、出射側偏光子の偏光方向と直交す
るため遮光される。

【００５２】かかる原理を有したＴＮモードの液晶素子
が図18に示す実施例では２個使用される。即ち、入射側
(図示左側) から順に、垂直方向の青色光と緑色光とを
透過させるＢＧダイクロイック偏光フィルター201 、水
平方向の赤色光を透過させるＲダイクロイック偏光フィ
ルター202 、ＴＮモードの液晶素子203 、水平方向の青
色光を透過させるＢダイクロイック偏光フィルター204
、垂直方向の赤色光と緑色光とを透過させるＲＧダイ
クロイック偏光フィルター205 、ＴＮモードの液晶素子
206 、水平方向の赤色光と緑色光と青色光を透過させる
ＲＧＢダイクロイック偏光フィルター207 とを備え、２
つのＴＮモードの液晶素子203,206 をセル駆動部208 で
ＯＮ, ＯＦＦ制御することにより、前記各実施例と同様
に３原色光を順次遮光期間を介して発生させるものであ
る。

【００５３】図の最上部には、２つのＴＮモードの液晶
素子203,206 が共にＯＦＦの状態を示す。この場合、白
色光がＢＧダイクロイック偏光フィルター201 の通過に
より青色光と緑色光は垂直方向に偏光して透過し、ま
た、赤色Ｒダイクロイック偏光フィルター202 の通過に
より赤色光は水平方向に偏光して透過する。次いで、Ｏ
ＦＦ状態の液晶素子203 を通過すると、各色の光は偏光
方向を90°変換され、赤色光は垂直方向，青色光，緑色
光は水平方向に偏光する。次いで、Ｂダイクロイック偏
光フィルター204 及びＲＧダイクロイック偏光フィルタ
ー205 を通過する間に、赤色光及び青色光については各
偏光フィルターと偏光方向が一致するためそのまま透過
するが緑色光は偏光方向が直交するため遮光される。次
に、ＯＦＦ状態の液晶素子206 によって赤色光は水平方
向、青色光は垂直方向に偏光方向が変換されて透過す
る。最後のＲＧＢダイクロイック偏光フィルター207を
通過すると、赤色光はそのまま透過するが、青色光は偏
光方向が直交するので遮光される。このようにして赤色
光のみが出力される。

【００５４】同様にして図の中央部に示すように、液晶
素子203 はＯＦＦ, 液晶素子206 はＯＮに制御すると、
図示のごとく青色光のみが出力され、図の最下部に示す
ように、液晶素子203 はＯＮ, 液晶素子206 はＯＦＦに
制御すると、緑色光のみが出力される。また、図示しな
いが、液晶素子203,206 共にＯＮに制御することで、全
ての色の光が遮光される。したがって、これらカラー偏
光子とＴＮモードの液晶素子とを前記ゲストモードの液
晶素子と光シャッターに変えて配設し、セル駆動部208
で前記４通りの切換制御を行うことにより、前記各実施
例と同様に赤色光, 緑色光, 緑色光を遮光期間を介して
順次繰り返して発生させることができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば偏光変換素子とゲストホストモードの液晶素子の組み
合わせシステム或いはダイクロイックミラーと絞り機構
からなる色分離システム又はカラー偏光子とＴＮモード
の液晶素子の組み合わせシステムにより、色成分毎に色
成分された光を交互に発生させて撮像素子に受光する構
成としたため、高輝度, 高コントラスト比の撮影画像が
得られ、且つ、色フィルターの回転駆動機構が不要とな
り、耐久性，部品交換の問題を回避できると共に小型化
を図れ、駆動機構の振動や回転むらの問題も回避できる
ので、半永久的に安定した撮影画像を得られるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１のカラー撮像装置における
第１の実施例の全体構成図

【図２】偏光変換素子の構成及び原理を示す斜視図

【図３】ゲストホストモードの液晶素子の構成及び原理
を示す斜視図

【図４】同上実施例で使用される液晶素子の斜視図

【図５】同種の液晶素子の分光特性図

【図６】同上実施例の各部の信号状態を示すタイムチャ
ート

【図７】第１のカラー撮像装置における第２の実施例の
要部構成図

【図８】第１のカラー撮像装置における第３の実施例の
要部構成図

【図９】第１のカラー撮像装置における第４の実施例の
要部構成図

【図10】第１のカラー撮像装置における第５の実施例の
要部構成図

【図11】第１のカラー撮像装置における第６の実施例の
要部構成図

【図12】第１のカラー撮像装置における第７の実施例の
要部構成図

【図13】第１のカラー撮像装置における第８の実施例の
要部構成図

【図14】ダイクロイックミラーと高分子複合体からなる
色分離システムの構成図

【図15】高分子複合体の構成，原理を示す図

【図16】絞り機構の構成原理を示す図

【図17】同上の色分離システムを使用した本発明にかか
る第２のカラー撮像装置の実施例を示す全体構成図

【図18】本発明に係る第３のカラー撮像装置の実施例を
示す全体構成図

【図19】ＴＮモードの液晶素子の動作を示す斜視図

【図20】従来例の構成を示す図で、 (ａ) と要部側面
図、(ｂ) は正面図

【符号の説明】

１光源４偏光変換素子５液晶素子６光シャッター７セル・シャッター駆動部８光ファイバ 11 固体撮像素子 12 タイミングパルス信号発生部 15 水晶発振器 16 同期信号発生器 70 色分離システム 80 絞り機構 90 高分子複合体駆動部 201 ＢＧダイクロイック偏光フィルター 202 赤色Ｒダイクロイック偏光フィルター 203 液晶素子 204 Ｂダイクロイック偏光フィルター 205 ＲＧダイクロイック偏光フィルター 206 液晶素子 207 ＲＧＢダイクロイック偏光フィルター 208 セル駆動部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｆ 1/1347 7348−2ＫＨ０４Ｎ 7/18 Ｍ 8626−5Ｃ 9/04 Ｚ 8943−5Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体に照射された光の色成分別の反射光
を撮像素子に受光して蓄積された電荷を転送して電気信
号に変換し、該色成分別の電気信号に基づいてカラー表
示を行うカラー撮像装置において、装置本体内蔵の光源
から光ファイバーを経て被写体に照射され、反射光とな
って撮像素子に受光される光路の途中に、自然光を互い
に直交する２つの直線偏光光に分離した後、該分離され
た一方の直線偏光光の偏光方向を他方の直線偏光光と同
一に変換し、該他方の直線偏光光と合わせて出力する偏
光変換素子と、印加電圧の制御により直線偏光光を色成
分別に選択的に透過する機能を有した液晶素子と、を同
順で介装すると共に、前記液晶素子の印加電圧を切換制
御して前記各色成分別の光を順次繰り返して発生させ、
且つ、該光の受光によって撮像素子に蓄積された電荷を
各光の発生と発生との間に転送させるように制御する制
御手段と、を備えて構成したことを特徴とするカラー撮
像装置。
【請求項２】液晶素子と撮像素子との間に、光の透過と
遮光とを切換自由な光シャッターを介装し、制御手段は
各光の発生と発生の間を光シャッターによって遮光さ
せ、各光の受光によって撮像素子に蓄積された電荷を前
記遮光期間中に転送させるように制御してなる請求項１
に記載のカラー撮像装置。
【請求項３】被写体に照射された光の色成分別の反射光
を撮像素子に受光して蓄積された電荷を転送して電気信
号に変換し、該色成分別の電気信号に基づいてカラー表
示を行うカラー撮像装置において、装置本体内蔵の光源
から光ファイバーを経て被写体に照射され、反射光とな
って撮像素子に受光される光路の途中に、白色光から前
記各色成分の光を反射し、残りの成分の光は透過させる
機能を有した複数のダイクロイックミラーと、高分子マ
トリクス中に液晶粒子を分散させた構造を有し印加電圧
制御により光の透過，散乱が切り換えられる機能を有し
た高分子複合体からなり、該高分子複合体を各ダイクロ
イックミラーにより分離された色成分の光の光路に夫々
介装した色分離システムと、色成分光を透過させ散乱光
は遮光する機能を有した絞り機構と、を同順で介装する
と共に、前記高分子複合体を順次に光を透過させる側に
切り換えて各色成分光を交互に透過させ、且つ、各色成
分光の受光によって撮像素子に蓄積された電荷を各色成
分光の発生と発生の間に転送させるように制御する制御
手段と、を備えて構成したことを特徴とするカラー撮像
装置。
【請求項４】被写体に照射された光の色成分別の反射光
を撮像素子に受光して蓄積された電荷を転送して電気信
号に変換し、該色成分別の電気信号に基づいてカラー表
示を行うカラー撮像装置において、装置本体内蔵の光源
から光ファイバーを経て被写体に照射され、反射光とな
って撮像素子に受光される光路の途中に、所定の色成分
を所定の偏光方向で透過させる複数のカラー偏光子と、
これら複数のカラー偏光子の間に介在され印加電圧の制
御により偏光方向を不変又は変化させて透過する機能を
有した液晶素子と、を介装し、前記複数の液晶素子の印
加電圧を切換制御して前記各色成分別の光を遮光期間を
介して順次繰り返して発生させ、且つ、該光の受光によ
って撮像素子に蓄積された電荷を前記遮光期間中に転送
させるように制御する制御手段と、を備えて構成したこ
とを特徴とするカラー撮像装置。