JPH0820611B2 - 回転式光フィルタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、医療用，工業用として用いられる電子内視
鏡装置の撮像システムのように、面順次方式で撮像素子
を作動させることによって観察対象部の画像を形成する
場合等において、この観察対象部への照明機構として用
いられる回転式光フィルタ装置に関するものである。

［従来の技術］ 医療用や工業用として用いられる電子内視鏡装置は、
内視鏡本体と、プロセッサと、ディスプレイ装置とを備
え、内視鏡本体における挿入部を人体等の内部に挿入し
て、プロセッサに内蔵した照明装置から観察対象部に向
けて照明光を照射し、当該観察対象部からの反射像をCC
D等の撮像素子によって光電変換することにより画像信
号を形成するようになし、このようにして得た画像信号
を撮像素子から読み出してプロセッサに伝送し、該プロ
セッサおいて信号処理を行った上でディスプレイ装置に
当該観察対象部の像をカラー表示するようにしている。

ここで、内視鏡本体の挿入部の細径化を図るために、
１枚の撮像素子を用い、しかもその解像度を向上させる
ために、赤（Ｒ），緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色の画像
をそれぞれフィールドあるいはフレーム毎に形成し、こ
れらを重ね合せることによって画像を表示する、所謂面
順次方式で撮像素子を駆動するようにしたものが用いら
れる。

このように、面順次方式で撮像するためには、観察対
象部に向けて照射される照明光をR,G,Bの３色に分解し
て、各色の波長光による照明光を時分割的に順次照射す
るようにしなければならない。このために、R,G,Bの各
色の波長領域光を透過させるフィルタ域を形成したカラ
ーホイールを有する回転フィルタ装置を用い、該カラー
ホイールを光源からの照明光の光路に介在させ、それを
回転させることによって、R,G,Bの各波長領域光による
照明光を観察対象部に向けて照射するようにしている。

ここで、このR,G,Bの各波長領域光による照明に基づ
いて、撮像素子によりR,G,Bの各フィールド画像を形成
するに際しては、カラーホイールを一定の回転速度で回
転させるようになし、しかも、該カラーホイールにおけ
るいずれのフィルタ域が光路に臨んでいるのかを検出し
なければならない。このために、回転式光フィルタ装置
には、カラーホイールの回転速度検出機構及びフィルタ
域の検出機構が設けられるようになっている。

そこで、従来技術による回転式光フィルタ装置を第６
図及び第７図に示す。図中において、60はカラーホイー
ルを示し、該カラーホイール60には、R,G,Bの各フィル
タ域60a〜60cが形成されている。

カラーホイール60の回転速度を検出するために、該カ
ラーホイール60におけるフィルタ域60a〜60cの形成部よ
り内側の位置には速度検出領域61が形成されている。こ
の速度検出領域61には、円周方向に一定間隔となるよう
に区画に分ける多数のセクタホール62が形成されてい
る。そして、このセクタホール62を検出するために、セ
クタ検出用光学センサ63が速度検出領域61に対向配設さ
れている。従って、カラーホイール60を回転させたとき
に、セクタ検出用光学センサ63のセクタホール62の検出
信号のパルス間隔により該カラーホイール60の回転角速
度を検出することができる。

また、このセクタホール62の外側に各フィルタ域60a
〜60cの位置を検出するために、２つの位置インデック
ス領域64a,64bが設けられ、該位置インデックス領域64
a,64bにはインデックスホール65a,65b,65cが形成されて
いる。そして、これら各インデックス領域64a,64bに対
向するようにインデックス検出用光学センサ66a,66bが
設けられている。従って、インデックス検出用光学セン
サ66a,66bによりカラーホイール60におけるフィルタ域6
0a〜60cの位置の検出が行われることになる。さらに、
前述した各センサ63,66a,66bに対向するように発光体67
a,67b,67cが配設されている。

而して、カラーホイール60をモータ70により回転させ
て、該カラーホイール60に向けて照明光を照射すると、
この照明光は順次各フィルタ域60a〜60cを通過すること
により、赤，緑，青の波長光による照明光が順次繰り返
して観察対象部に向けて照射されることになる。そし
て、このカラーホイール60の回転に伴なって、速度検出
領域61に対向配設したセクタ検出用光学センサ63により
該カラーホイール60の回転角速度の検出が行われて、こ
の検出パルスが増幅器71により増幅され、位相引込み回
路72に入力されるようになる。また、インデックス検出
用光学センサ66a,66bによるインデックスホール65a〜65
cの検出信号は、それぞれ増幅器74,75により増幅され
て、デコード回路76に入力されるようになっている。

而して、センサ66a,66bから直接検出されるフィルタ
域の検出信号は、CCD等の撮像素子により画像を形成す
る際において、この撮像素子から出力された画像信号が
R,G,Bのいずれの色画像信号であるかの弁別を行うため
の信号としてデコード回路76から出力されるようになっ
ている。また、このデコード回路76からの出力信号はカ
ラーホイール60の回転時における位相同期信号として、
位相引き込み回路72に入力され、これとセンサ63から該
位相引き込み回路72に入力される信号を速度同期信号と
し、これら両信号に基づいて、予め設定したモータ70の
回転速度に対する実際のモータ回転速度の誤差分の電圧
が出力されて、モータ70が一定の回転速度となるように
制御されることになる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、前述した従来技術にあっては、カラーホイ
ール60の回転素度及び各フィルタ域60a〜60cの位置を検
出するためにセクタホール62を形成した速度検出領域61
とインデックスホール65a〜65cを有する位置インデック
ス領域64a,64bを設けると共に、３個の光学センサ63,66
a,66bを前述の各領域61,64a,64bに対向させて設けるよ
うにしているので、カラーホイール60の回転速度及び各
フィルタ域の検出機構の構成が複雑となるだけでなく、
これら３個の光学センサ63,66a,66b及びセクタホール62
とインデックスホール65a〜65cとの間の位置関係は、カ
ラーホイール60の半径方向に極めて正確にアライメント
が取れた状態となっていなければならず、このために、
各光学センサ63,66a,66b相互間の位置決め及びセクタホ
ール62とインデックスホール65a〜65cとの位置合せを行
うのは極めて困難であるという欠点がある。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは、簡単な構成によって、カラーホ
イールの回転速度と各フィルタ域の位置の検出とを極め
て正確に行うことができるようにした回転式光フィルタ
装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前述した目的を達成するために、本発明は、回転駆動
手段によって回転駆動され、複数のフィルタ域を有し、
また円周方向に一定のピッチ間隔で前記フィルタ域の整
数倍の数のセクタ部に区画形成する被検出体を設け、該
各被検出体のうちの一の被検出体を他の被検出体と異な
らせることによって基準位置表示部としたカラーホイー
ルと、該カラーホイールの半径方向における被検出体の
形成位置に対向配設したセクタ検出手段と、該セクタ検
出手段から出力されるセクタ検出信号に基づいて前記カ
ラーホイールの回転角速度及び前記各フィルタ域の位置
を検出する制御手段とを有し、該制御手段は、前記セク
タ検出手段からのセクタ検出信号の間隔に基づいてカラ
ーホイールの回転速度を検出する回転速度検出機構と、
前記被検出体のうちの前記基準位置表示部を弁別する基
準位置弁別機構と、前記セクタ検出信号の数を計数する
カウンタとからなり、これら基準位置弁別機構とカウン
タからの信号に基づいて、前記カラーホイールにおける
各フィルタ域の位置を検出する構成としたことをその特
徴とするものである。

［作用］ このような構成を採用することによって、カラーホイ
ールの円周方向に設けた単一の被検出体列を１個のセク
タ検出手段で検出することにより、該カラーホイールの
回転速度と各フィルタ域の位置との双方の検出を行うこ
とができるようになる。

即ち、カラーホイールを回転させると、セクタ検出手
段によりセクタ検出信号が出力される。従って、このセ
クタ検出信号のパルス間隔により該カラーホイールの回
転角速度を検出することができる。また、このセクタ検
出信号を基準位置弁別手段に入力し、この基準位置弁別
手段により当該セクタ検出信号のパルス幅またはパルス
間隔を弁別して、他の被検出体と異なる被検出体からな
る基準位置表示部における信号を他の信号から分離して
取り出すことにより、基準位置の検出を行うことができ
るようになる。

従って、前述したセクタ検出信号に基づくカラーホイ
ールの角速度信号と、基準位置弁別手段から出力される
基準位置信号を位相検出信号とすることによって、カラ
ーホイールの回転速度を検出することができるようにな
る。また、この基準位置信号を基準として、セクタ検出
信号を所定数カウントすれば、この所定数のカウント毎
に各フィルタ域の位置検出信号を形成することができる
ようになる。

このように、単一の被検出体列と、この被検出体を検
出する単一のセクタ検出手段とを用いることによって、
カラーホイールの回転速度と各フィルタ域の位置とを検
出するようにしているので、これらのカラーホイールの
回転速度検出機構及びフィルタ域の検出機構の構成を著
しく簡略化することができるようになり、しかも各部材
間のアライメントを取るという問題点もなくなるので、
検出手段の組み付け性が著しく良好となる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

まず、第１図は面順次方式の撮像システム全体の概略
構成を示す。

図中において、１は照明ランプを示し、該照明ランプ
１は白色発光するものが用いられる。この照明ランプ１
から照射される照明光は、絞り2,集光レンズ3,カラーホ
イール４を介してライトガイド５に入射され、該ライト
ガイド５の出射端から観察対象部に向けて照明光を照射
することができるようになっている。そして、この観察
対象部からの反射像は対物レンズ６を介して撮像素子と
してのCCD7に入射されて、該CCD7により光電変換される
ようになっている。

このCCD7を駆動するために、制御部８からCCD駆動回
路９にCCD7の駆動信号が入力されて、この駆動信号に基
づいてCCD7にR,G,Bの各フィールド毎の色画像信号の読
み出しが行われるようになっている、そして、この各フ
ィールドの色画像信号はプロセスアンプ11により増幅さ
れて、A/D変換器12によってデジタル化されて、フィー
ルドメモリ13の各メモリ域13R,13G,13BにR,G,Bの各色の
画像信号毎に順次記録されて、１フレーム分の画像信号
が該フィールドメモリ13に格納されたときに、これら各
色画像信号は同時に読み出されて、それぞれD/A変換器1
4R,14G,14Bによりアナログ変換されて、エンコーダ15を
介して、これらR,G,Bの各色画像信号が重ね合わせるこ
とによって、観察対象部の像をカラー表示することがで
きるようになっている。

ここで、この撮像システムにおいては、面順次方式に
よって、R,G,Bの各色の画像をフィールド毎に電気信号
化するようにしており、このために、照明ランプ１から
の照明光の光路に臨むカラーホイール４は、第２図に示
したように、等分な角度をもって３つの扇形のフィルタ
域4a〜4cが形成されている。これら各フィルタ域のう
ち、フィルタ域4aは赤色の波長領域光のみを透過させる
Ｒフィルタ域、フィルタ域4bは緑色の波長領域光のみを
透過させるＧフィルタ域、さらにフィルタ域4cは青色の
波長領域光のみを透過させるＢフィルタ域となってい
る。そして、このカラーホイール４はモータ16によって
回転駆動させることにより、Ｒフィルタ域4a,Gフィルタ
域4b,Bフィルタ域4cが順次繰り返して照明光の光路に臨
むようになる。

このようにR,G,Bの各色の画像を面順次方式で形成す
るには、カラーホイール４を介して行われるR,G,Bの各
色の波長領域光の照明に対応させて、CCD駆動回路９を
駆動して、R,G,Bの各色の画像信号を読み出し、フィー
ルドメモリ13におけるメモリ領域13R,13G,13Bに格納す
るようにしなければならない。このためには、カラーホ
イール４における各フィルタ域4a〜4cの位置を検出する
必要がある。また、円滑に各色の画像信号を形成するに
は、カラーホイール４の回転速度を一定にしなければな
らない。

このために、カラーホイール４には、多数のセクタに
区画形成する被検出体として、セクタホール17をフィル
タ域4a〜4cの内側位置に形成するようにしている。この
セクタホール17は、フィルタ域の数の整数倍、即ち本実
施例においては、３のＮ倍の数のセクタホール17を等ピ
ッチ間隔をもって円周状に設けるようにしている。そし
て、このセクタホール17を検出するために、セクタ検出
用の光学センサ18が該セクタホール17の移動軌跡に向け
て対向配設するようにして配設されると共に、該セクタ
ホール17の配設部に向けて照明光を照射する発光体18a
が設けられている。しかも、このセクタホール17のう
ち、Ｂフィルタ域4cにおけるＲフィルタ域4aへの移行部
に近接する位置のセクタホール17aはその幅が他のセク
タホールより広く、また当該幅広のセクタホール17aの
次のセクタホール17bは幅狭となっている。

前述の光学センサ18は制御部８に接続されており、カ
ラーホイール４を回転させたときには、該光学センサ18
によってカラーホイール４に設けたセクタホール17を、
ランプ18aからの反射光を受光することにより検出し、
この検出パルス信号が制御部８に刻々入力されるように
なっている。そして、制御部８は光学センサ18からのセ
クタ検出信号に基づいて、このセクタ検出信号のパルス
間隔からカラーホイール４の回転速度を検出する回転速
度検出機構と、幅広のセクタホール17aを検出すること
により基準位置を弁別する基準位置弁別機構と、セクタ
信号のパルスを計数するカウンタとを有し、回転速度検
出機構によりカラーホイール４の回転速度を検出して、
モータ制御信号を出力し、また基準位置弁別機構とカウ
ンタとからR,G,Bの各フィルタ域4a〜4cのいずれかのフ
ィルタ域が光路に臨んでいるかの弁別信号を出力するよ
うになっている。

そこで、第３図に制御部８の構成を示す。同図に示し
たように、光学センサ18から出力されるセクタ検出信号
を増幅器20により増幅することによって、第４図（ａ）
に示したパルス波形のセクタ検出信号が形成されること
になる。そして、このセクタ検出信号は、比較器21にお
いて、予め設定した閾値と比較されて、第４図（ｂ）に
示したような波形の整った２値化信号に変換するように
している。

ここで、光学センサ18による出力レベルは温度によっ
て変化することになるので、温度変化によるジッタの発
生を防止するために、閾値を周囲温度の変化に対応して
変化させる必要がある。このために、閾値設定部22で設
定された閾値は直接比較器21に入力されるのではなく、
温度補正手段23により補正した上で、比較器21に入力さ
れるようになっている。この温度補正手段23としては、
例えば増幅器20の出力信号を平均化して、それと設定閾
値との差を取って、振幅制限を行い、再び設定閾値を加
算するようにすればよい。

ここで、比較器21から出力される２値化信号は、その
パルス幅が異なる成分が含まれている。即ち幅広セクタ
ホール17aと、幅狭セクタホール17bの検出信号は、他の
セクタホールの検出信号とはパルス幅が異なっている。
そこで、幅広セクタホール17aから得られる幅広のパル
スをカラーホイールの基準位置の信号として利用するよ
うにしている。このために、この２値化信号をパルス幅
弁別回路24に入力し、該パルス幅弁別回路24においてこ
の２値化信号中におけるパルス幅の広いものを識別し
て、それを他から分離することによって、第４図（ｃ）
に示したような位置インデックス信号が形成される。

また、この２値化信号からカラーホイール４の回転角
速度信号を形成するようにしており、このために、２値
化信号はパルス幅整形回路25に入力されて、この２値化
信号を第４図（ｄ）に示したように、幅狭パルス信号を
基準としてすべて同じパルス幅となるようにパルス波形
の整形を行うようにしている。

前述のように信号処理を行うことによって、カラーホ
イール４の各フィルタ域4a〜4cの位置を検出するための
基準となる位置インデックス信号と、カラーホイール４
の回転角速度信号とが形成されることになる。従って、
この２つの信号に基づいて、カラーホイール４の回転速
度と、該カラーホイール４の各フィルタ域4a〜4cのいず
れが光路に臨んでいるかの検出が行われることになり、
制御部８からモータ16にカラーホイール４の回転速度が
一定となるように制御するモータ制御信号と、CCD7を面
順次方式で駆動するCCD駆動信号とを出力することがで
きるようになる。

即ち、パルス波形整形回路25からの回転角速度信号が
速度同期信号として、またパルス幅弁別回路24から出力
される位置インデックス信号が位相同期信号として、そ
れぞれ位相引込み回路26に入力されて、予め設定したモ
ータ16の回転速度に対する実際のモータ回転速度の誤差
分の電圧が出力されて、モータ16が一定の回転速度とな
るように制御されることになる。

一方、CCD7の駆動を制御するために、Ｎ進カウンタ27
と３進カウンタデコーダ28が設けられており、２値化信
号がＮ進カウンタ27に刻々入力されて、この２値化信号
の立上りを計数するようにしている。また、これらＮ進
カウンタ27及び３進カウンタデコーダ28には位置インデ
ックス信号がリセット信号として入力されるようになっ
ており、これによって、まず位置インデックス信号がＮ
進カウンタ27及び３進カウンタデコーダ28に入力された
ときに、それらの計数値がクリアされると共に、３進カ
ウンタデコーダ28からCCD7にＲフィールドの駆動信号が
出力される。

そして、Ｎ進カウンタ27において、カラーホイール４
における各フィルタ域4a〜4cのそれぞれの角度域に設け
たセクタホール17の数をカウントしたときに、Ｎ進カウ
ンタ27から３進カウンタデコーダ28にカウント更新信号
が入力されて、この信号に基づいて該３進カウンタデコ
ーダ28からはCCD7にＧフィールドの駆動信号,Bフィール
ドの駆動信号が順次繰り返して出力されるようになり、
このようにしてR,G,Bの各フィルタ域4a〜4cが光路に臨
む毎に、これに対応してCCD7からＲフィールド,Gフィー
ルド,Bフィールドの画像信号の読み出しが行われること
になる。また、この３進カウンタデコーダ28からの出力
信号はプロセスアンプ11にも入力されて、CCD7のR,G,B
の各波長特性に応じたプロセスアンプ11のゲイン量のコ
ントロールが行われると共に、フィールドメモリ13へも
入力されて、各メモリ領域13R,13G,13Bにおける格納領
域の指定が行われるようにしている。

なお、第１図において、19は自動光量制御回路を示
し、この自動光量制御回路19からの信号によって絞り２
の絞り量を調整することにより、照明光の全体光量を変
化させることができるようになっている。

本実施例は前述のように構成されるもので、照明ラン
プ１を点灯すると共に、モータ16を作動させて、カラー
ホイール４を回転させることによって、観察対象部に対
してR,G,Bの各波長領域光による照明を順次時分割的に
照射し、制御部８からの信号に基づいてCCD7を駆動する
ことによって、R,G,Bの各色の画像信号をフィールドメ
モリ13における各メモリ領域13R,13G,13Bに順次格納さ
れて、１フレーム分の画像信号が記録される。このよう
に１フレーム分の画像信号の記録が完了すると、エンコ
ーダ15により各色画像信号の読み出しが行われ、この信
号はD/A変換器14R,14G,14Bを介することにより、アナロ
グ変換されて、ディスプレイ装置に伝送されて、このデ
ィスプレイ装置において、観察対象部のカラー画像が表
示されることになる。

ところで、前述した観察対象部のカラー画像を忠実に
再生するためには、カラーホイール４の回転速度を一定
にし、しかも照明光の光路に各フィルタ域が臨むのと同
期するようにCCD7の駆動を行わせる必要があるが、この
カラーホイール４の回転速度の制御及びCCD7の駆動のタ
イミング制御は、既に説明したように、該カラーホイー
ル４に形成したセクタホール17を光学センサ18で検出し
て、この光学センサ18の検出信号を制御部９に入力し、
このセクタ検出信号を２値化してパルス幅弁別回路24に
より基準位置信号を取り出すことにより行うことができ
る。

而して、カラーホイール４には単一のセクタホール列
を設け、しかもこのセクタホール列を単一の光学センサ
18により検出するように構成しているので、カラーホイ
ール４の回転速度検出機構及びフィルタ域4a〜4cの検出
機構の構成を著しく簡略化することができ、かつその組
み立ても容易となる。

なお、前述した実施例においては、セクタホール17に
おける基準位置表示部として、幅広のセクタホール17a
を形成するようにしたものを示したが、この基準位置表
示部としては、例えば当該基準位置のセクタホールを欠
落させるようになし、基準位置弁別手段としては、セク
タ検出信号のパルス間隔を検出するパルス間隔検出回路
とする構成等としてもよい。また、制御部の回路構成に
おけるR,G,Bの各駆動信号を出力するための機構とし
て、第５図に示したように、多桁カウンタ30と、ROM,PL
D等の素子を用いたプログラマブルデコーダ31とをＮ進
カウンタ27,3進カウンタデコーダ28に代えて用いるよう
にしてもよい。このように多桁カウンタ30とプログラマ
ブルデコーダ31を用いれば、R,G,Bの各駆動信号を任意
のタイミングで出力することができるようになり、例え
ばCCDの波長に対する感度特性等に応じてR,G,Bの各フィ
ルタ域の円弧角度がＢフィルタ域が最大で、Ｒフィルタ
域が最小となるようにしたカラーホイールを用いた場合
におけるR,G,Bの各駆動信号のタイミングを調整したり
することができると共に、R,G,B以外の画像データの形
成をも行うことができるようになる等、多様な画像処理
を可能ならしめることができるようになる。さらに、セ
クタ部に区画形成する被検出体として、インデックスホ
ールを用い、このインデックスホールを光学センサによ
り検出するように構成したものを示したが、このセクタ
部及びこれを検出するための手段は前述した光学的手段
のもののほか、近接スイッチ、磁気的な検出手段等を用
いることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、カラーホイー
ルに円周状の被検出体列を設け、しかもこの被検出体列
を単一の光学センサにより検出するように構成したの
で、カラーホイールの回転速度検出機構及び各フィルタ
域の検出機構の構成を著しく簡略化することができ、そ
の組み立ても極めて容易となる等の諸効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転式光フィルタ装置を組み込ん
だ面順次方式の撮像システム全体の概略構成説明図、第
２図はカラーホイールの構成説明図、第３図は制御部の
回路構成図、第４図は信号の波形を示す線図、第５図は
本発明の他の実施例を示す制御部の回路構成図、第６図
及び第７図は従来技術を示すもので、第６図はカラーホ
イールの構成説明図、第７図は制御部の回路構成図であ
る。 1:照明ランプ、4:カラーホイール、4a:Rフィルタ域、4
b:Gフィルタ域、4c:Bフィルタ域、7:CCD、8:制御部、9:
CCD、16:モータ、17:インデックスホール、17a:幅広イ
ンデックスホール、17b:幅狭インデックスホール、18:
光学センサ、20:増幅器、21:閾値設定部、22:比較器、2
3:温度補正手段、24:パルス幅弁別回路、25:パルス波形
整形回路、26:位相引込み回路、27:N進カウンタ、28:3
進カウンタデコーダ、30:多桁カウンタ、31:プログラマ
ブルデコーダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転駆動手段によって回転駆動され、複数
   のフィルタ域を有し、また円周方向に一定のピッチ間隔
   で前記フィルタ域の整数倍の数のセクタ部に区画形成す
   る被検出体を設け、該各被検出体のうちの一の被検出体
   を他の被検出体と異ならせることによって基準位置表示
   部としたカラーホイールと、該カラーホイールの半径方
   向における被検出体の形成位置に対向配設したセクタ検
   出手段と、該セクタ検出手段から出力されるセクタ検出
   信号に基づいて前記カラーホイールの回転角速度及び前
   記各フィルタ域の位置を検出する制御手段とを有し、該
   制御手段は、前記セクタ検出手段からのセクタ検出信号
   の間隔に基づいてカラーホイールの回転速度を検出する
   回転速度検出機構と、前記被検出体のうちの前記基準位
   置表示部を弁別する基準位置弁別機構と、前記セクタ検
   出信号の数を計数するカウンタとからなり、これら基準
   位置弁別機構とカウンタからの信号に基づいて、前記カ
   ラーホイールにおける各フィルタ域の位置を検出する構
   成としたことを特徴とする回転式光フィルタ装置。