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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Steuern einer Lichtquelle oder
eines Verschlusses mit dem Ziel, die Verzerrung eines bewegten Bildes
eines sich bewegenden Objekts zu verringern, das durch eine Abbildungsvorrichtung
mit XY-Adressierung, wie beispielsweise einer CMOS-Abbildungsvorrichtung
aufgenommen wird, die ein optisches Bild mittels Zeilenbelichtung
aufnimmt.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Bekannt
ist ein elektronisches Endoskop mit einer Abbildungsvorrichtung
am Kopfende eines Einführschlauchs als Gerät zum
Fotografieren und/oder Filmen eines sich bewegenden Objekts. Typischerweise
werden in bekannten elektronischen Endoskopen CCD-Abbildungsvorrichtungen
verwendet. Die ungeprüfte
japanische
Patentveröffentlichung Nr. 2002-58642 schlägt
dagegen vor, eine CMOS-Abbildungsvorrichtung für ein elektronisches
Endoskop zu verwenden, um den Energieverbrauch und die Fertigungskosten
zu senken.
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Da
jedoch eine CMOS-Abbildungsvorrichtung im Allgemeinen ein optisches
Bild durch Zeilenbelichtung aufnimmt, ergibt sich eine störende
Verzerrung von sich schnell bewegenden Objekten, die mit der CMOS-Abbildungsvorrichtung
aufgenommen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Lichtquellensteuersystem
und Verschlusssteuersystem anzugeben, das die Verzerrung reduziert,
die in einem Bild eines sich bewegenden Objekts auftritt, das mit
einer Abbildungsvorrichtung mit XY-Adressierung, wie beispielsweise
einer CMOS-Abbildungsvorrichtung aufgenommen wird, die ein optisches
Bild mittels Zeilenbelichtung aufnimmt.
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Gemäß vorliegender
Erfindung wird ein Lichtquellensteuersystem mit einem Detektor und
einer Steuerung bereitgestellt. Der Detektor erfasst eine Ausgabeperiode,
wenn eine Abbildungsvorrichtung mit XY-Adressierung zum Erzeugen
eines Bildsignals angesteuert wird. Die Abbildungsvorrichtung mit
XY-Adressierung umfasst eine Vielzahl von Pixeln, die in einer ersten
und einer zweiten Richtung angeordnet sind. Das Bildsignal umfasst
eine Vielzahl von Pixelsignalen, die den Pixeln entsprechen. Die
Pixelsignale variieren gemäß Signalladungen. Die
Pixel erzeugen die Signalladungen gemäß der während
einer Speicherperiode empfangenen Lichtmenge. Die Speicherperiode
umfasst eine gemeinsame Periode und eine variable Periode. Die gemeinsame
Periode erfolgt für alle Pixelzeilen gleichzeitig. Die
variable Periode variiert gemäß der jeweiligen
Pixelzeile. Die Pixelzeilen umfassen die Pixel, die in der ersten
Richtung angeordnet sind. Serien von Pixelsignalen, die den in der
gleichen Pixelzeile angeordneten Pixeln entsprechen, werden während
der auf die gemeinsame Periode folgenden Ausgabeperiode in der Reihenfolge
der Pixelzeilen ausgegeben. Die Steuerung steuert eine Lichtquelle
zum Aussetzen der Abgabe von Beleuchtungslicht während
der Ausgabeperiode. Das Beleuchtungslicht wird auf ein Objekt gestrahlt,
von dem ein Bild mittels der Abbildungsvorrichtung mit XY-Adressierung
aufgenommen wird.
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Gemäß vorliegender
Erfindung wird ein Verschlusssteuersystem mit einem Detektor und
einer Steuerung bereitgestellt. Der Detektor erfasst eine Ausgabeperiode,
wenn eine Abbildungsvorrichtung mit XY-Adressierung zum Erzeugen
eines Bildsignals angesteuert wird. Die Abbildungsvorrichtung mit XY-Adressierung
umfasst eine Vielzahl von Pixeln, die in einer ersten und einer
zweiten Richtung angeordnet sind. Das Bildsignal umfasst eine Vielzahl
von Pixelsignalen, die den Pixeln entsprechen. Die Pixelsignale
variieren gemäß Signalladungen. Die Pixel erzeugen
die Signalladungen gemäß der während
einer Speicherperiode empfangenen Lichtmenge. Die Speicherperiode
umfasst eine gemeinsame Periode und eine variable Periode. Die gemeinsame
Periode erfolgt für alle Pixelzeilen gleichzeitig. Die
variable Periode variiert gemäß der jeweiligen
Pixelzeile. Die Pixelzeilen umfassen die Pixel, die in der ersten
Richtung angeordnet sind. Serien von Pixelsignalen, die den in der
gleichen Pixelzeile angeordneten Pixeln entsprechen, werden während
der auf die gemeinsame Periode folgenden Ausgabeperiode in der Reihenfolge
der Pixelzeilen ausgegeben. Die Steuerung steuert einen Verschluss
zum Blockieren von auf die Abbildungsvorrichtung mit XY-Adressierung
gerichtetem Licht während der Ausgabeperiode. Der Verschluss
ist auf einer Lichtempfangsfläche der Abbildungsvorrichtung
mit XY-Adressierung montiert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
deutlicher, in denen zeigen
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1 ein
Blockdiagramm, das die interne Struktur eines Endoskopsystems mit
einem Lichtquellensteuersystem eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 ein
Blockdiagramm, das die interne Struktur einer Lichtquelleneinheit
zeigt,
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3 ein
Blockdiagramm, das die Struktur einer Abbildungsvorrichtung zeigt,
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4 ein
Schaltbild, das die interne Struktur eines Pixels zeigt,
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5 ein
Zeitdiagramm, das die zeitliche Steuerung zum Ansteuern der Abbildungsvorrichtung unter
besonderer Beachtung der Ausgabeoperation von Pixelsignalen zeigt,
aus denen ein Teilbild eines Bildsignals besteht,
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6 ein
Zeitdiagramm, das die zeitliche Steuerung zum Ansteuern der Abbildungsvorrichtung und
der Lichtquelle unter besonderer Beachtung der Ausgabeoperation
von aufeinander folgenden Teilbildern von Bildsignalen bei dem ersten
Ausführungsbeispiel zeigt,
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7 ein
Blockdiagramm, das die interne Struktur eines Endoskopsystems mit
einem Verschlusssteuersystem nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt, und
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8 ein
Zeitdiagramm, das die zeitliche Steuerung zum Ansteuern der Abbildungsvorrichtung und
zum Schalten des Verschlusses unter besonderer Beachtung der Ausgabeoperation
von aufeinander folgenden Teilbildern von Bildsignalen bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
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In 1 umfasst
ein Endoskopsystem 10 einen Endoskopprozessor 20,
ein elektronisches Endoskop 30 und einen Monitor 11.
Der Endoskopprozessor 20 ist mit dem elektronischen Endoskop 30 und
dem Monitor 11 verbunden.
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Der
Endoskopprozessor 20 gibt Beleuchtungslicht zum Beleuchten
eines gewünschten Objekts ab. Das beleuchtete Objekt wird
von dem elektronischen Endoskop 30 fotografiert und/oder
gefilmt, und dann erzeugt das elektronische Endoskop 30 ein Bildsignal.
Das Bildsignal wird an den Endoskopprozessor 20 gesendet.
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Der
Endoskopprozessor 20 führt eine vorgegebene Signalverarbeitung
an dem empfangenen Bildsignal aus. Das der vorgegebenen Signalverarbeitung
unterzogene Bildsignal wird an den Monitor 11 gesendet,
auf dem ein dem empfangenen Bildsignal entsprechendes Bild angezeigt
wird.
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Der
Endoskopprozessor 20 enthält eine Lichtquelleneinheit 40,
eine Bildsignalverarbeitungsschaltung 21, einen Taktgenerator 22,
eine Systemsteuerung 23 (einen Detektor) sowie andere Komponenten.
Wie unten beschrieben, gibt die Lichtquelleneinheit 40 Beleuchtungslicht
zum Beleuchten eines gewünschten Objekts zu dem Eintrittsende
des Lichtleiters 31 ab. Außerdem führt,
wie unten beschrieben, die Bildsignalverarbeitungsschaltung 21 eine vorgegebene
Signalverarbeitung an dem Bildsignal aus. Außerdem übernimmt
der Taktgenerator 22 die zeitliche Steuerung einiger Operationen
der Komponenten des Endoskopsystems 10. Zudem steuert die Systemsteuerung 23 die
Operationen aller Komponenten des Endoskopsystems 10.
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Durch
Verbinden des Endoskopprozessors 20 mit dem elektronischen
Endoskop 30 werden die Lichtquelleneinheit 40 und
ein in dem elektronischen Endoskop 30 montierter Lichtleiter 31 optisch
verbunden. Zudem werden durch Anschließen des Endoskopprozessors 20 an
das elektronische Endoskop 30 elektrische Verbindungen
zwischen der Bildsignalverarbeitungsschaltung 21 und der
in dem elektronischen Endoskop 30 montierten Abbildungsvorrichtung 32 sowie
zwischen dem Taktgenerator 22 und der Abbildungsvorrichtung 32 hergestellt.
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Wie
in 2 dargestellt, umfasst die Lichtquelleneinheit 40 eine
Lampe 41, einen Umlaufverschluss 42, eine Kondensorlinse 43,
einen Hauptstromkreis 44, einen Motor 45, einen
Verschlusstreiber 46 (Steuerung) sowie andere Komponenten.
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Die
Lampe 41 ist beispielsweise eine Xenonlampe oder eine Halogenlampe
und gibt Weißlicht ab. Der Umlaufverschluss 42 und
die Kondensorlin se 43 sind in einem Strahlengang von Weißlicht
von der Lampe 41 zu dem Eintrittsende des Lichtleiters 31 montiert.
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Der
Umlaufverschluss 42 hat die Form einer kreisförmigen
Scheibe und hat einen Öffnungsbereich und einen Sperrbereich.
Wenn Weißlicht von der Lichtquelleneinheit 40 abzugeben
ist, wird der Öffnungsbereich in den Strahlengang des Weißlichts eingeführt.
Wenn dagegen die Abgabe von Weißlicht auszusetzen ist,
wird der Sperrbereich in den Strahlengang des Weißlichts
eingeführt und blockiert das Weißlicht. Der Umlaufverschluss 42 wird
von dem Motor 45 angetrieben. Der Schaltzyklus zwischen
der Abgabe und dem Aussetzten der Abgabe von Weißlicht
wird durch Steuern der Umlaufgeschwindigkeit des Motors 45 eingestellt.
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Der
Verschlusstreiber 46 steuert den Motor 45 so,
dass der Motor 45 den Umlaufverschluss 42 antreibt.
Der Verschlusstreiber 46 steuert den Motor auf Grundlage
eines Taktsignals und eines Ausgabeperiode-Erfassungssignals, die
von dem Taktgenerator 22 bzw. von der Systemsteuerung 23 abgegeben werden,
wie später ausführlich beschrieben wird.
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Von
der Lampe 41 abgegebenes Weißlicht wird von der
Kondensorlinse 43 gebündelt und auf das Eintrittsende
des Lichtleiters 31 gerichtet. Der Hauptstromkreis 44 versorgt
die Lampe 41 mit Energie. Die Systemsteuerung 23 schaltet
die Energiezufuhr von dem Hauptstromkreis 44 an die Lampe 41 zum
Ein- und Ausschalten der Lampe 41.
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Als
nächstes wird die Struktur des elektronischen Endoskops 30 ausführlich
beschrieben. Wie in 1 dargestellt, umfasst das elektronische
En doskop 30 den Lichtleiter 31, die Abbildungsvorrichtung 32,
eine Zerstreuungslinse 33, eine Objektlinse 34 sowie
andere Komponenten.
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Das
Eintrittsende des Lichtleiters 31 ist in einem (nicht dargestellten)
Anschlussstück montiert, das das elektronische Endoskop 30 mit
dem Endoskopprozessor 20 verbindet. Das andere Ende, im
Folgenden als Austrittsende bezeichnet, ist am Kopfende eines Einführschlauchs 35 des
elektronischen Endoskops 30 montiert. Wie oben beschrieben,
kommt von der Lichtquelleneinheit 40 abgegebenes Weißlicht
an dem Eintrittsende des Lichtleiters 31 an. Das Licht
wird dann an das Austrittsende geleitet. Das an das Austrittsende
geleitete Licht beleuchtet einen Randbereich nahe dem Kopfende eines
Einführschlauchs 35 durch eine Zerstreuungslinse 33.
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Ein
optisches Bild von Reflexionslicht des durch das Weißlicht
beleuchteten Objekts erreicht eine Lichtempfangsfläche
der Abbildungsvorrichtung 32 durch die Objektlinse 34.
Das Taktsignal und das Teilbildsignal werden von dem Taktgenerator 22 an die
Abbildungsvorrichtung 32 übermittelt. Die Abbildungsvorrichtung 32 erzeugt
auf Grundlage des Taktsignals und des Teilbildsignals ein Bildsignal,
das dem die Lichtempfangsfläche erreichenden optischen
Bild entspricht.
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Die
Abbildungsvorrichtung 32 ist eine CMOS-Abbildungsvorrichtung,
die eine Abbildungsvorrichtung mit XY-Adressierung ist. Wie in 3 gezeigt,
sind eine Vielzahl von Pixeln 50 in einem Raster auf der
Lichtempfangsfläche der Abbildungsvorrichtung 32 angeordnet.
Jeder Pixel 50 erzeugt ein Pixelsignal gemäß der
von dem Pixel 50 empfangenen Lichtmenge. Die Pixelsignale
werden einzeln der Reihe nach über den Ausgabeblock 320 ausgegeben.
Das Bildsignal besteht aus Pixelsignalen, die während einer
einzelnen Teilbildperiode ausgegeben werden, die die Hälfte
eines Zyklus des Teilbildsignals beträgt. Von einer Zeilenwahlschaltung 32r und einer
Spaltenwahlschaltung 32c wird ein Pixel 50 ausgewählt,
das anzuweisen ist, das Pixelsignal auszugeben.
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Die
interne Struktur jedes Pixels 50 wird unten anhand der 4 beschrieben.
Das Pixel 50 enthält eine Photodiode (PD) 51,
ein Float-Diffusions-Element (FD) 52, einen Übertragungstransistor 53,
einen Rückstelltransistor 54, einen Verstärkungstransistor 55 und
einen Zeilenwahltransistor 56.
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Eine
Signalladung wird gemäß der empfangenen Lichtmenge
erzeugt und durch photoelektrische Wandlung der PD 51 gespeichert.
Wenn der Übertragungstransistor 53 eingeschaltet
ist, wird die gespeicherte Signalladung an das FD 52 übertragen. Das
FD 52 ist ein Kondensator, dessen elektrisches Potential
gemäß der gespeicherten Signalladung variiert.
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Wenn
der Rückstelltransistor 54 eingeschaltet ist,
wird das FD 52 zurückgestellt. Dann wird die in
dem FD 52 gespeicherte Signalladung zu einer Energiequelle
geleitet, die im Folgenden als Vdd bezeichnet wird. Dann wird das
elektrische Potential des FD 52 auf ein elektrisches Potential
der Vdd zurückgestellt.
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Durch
Einstellen der Ausgangsimpedanz gibt der Verstärkungstransistor 55 ein
Spannungssignal gemäß dem elektrischen Potential
des FD 52 an den Zeilenwahltransistor ab.
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Eine
vertikale Ausgabeleitung 32v ist entlang jeder Spalte von
Pixeln 50 montiert. Die vertikale Ausgabeleitung 32v ist
mit allen in der gleichen Spalte angeordneten Pixeln 50 verbunden.
Wenn der Zeilenwahltransistor 56 eingeschaltet ist, wird
das Spannungssignal an die vertikale Ausgabeleitung 32v ausgegeben.
Durch separates Einschalten jedes der Zeilenwahltransistoren 56,
können Spannungssignale von Pixeln 50 separat
ausgegeben werden, die mit der gleichen vertikalen Ausgabeleitung 32v verbunden
sind.
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Die
vertikalen Ausgabeleitungen 32v sind separat mit CDS/SH-Schaltungen 32cds verbunden. Ein
elektrisches Potential des FD 52 enthält nach dem
Rückstellen des FD 52 Rückstellrauschen.
Ein Spannungssignal, das einer nach dem Rückstellen empfangenen
Signalladung entspricht, enthält das Rückstellrauschen.
Die CDS/SH-Schaltung 32cds entfernt das in dem Spannungssignal
enthaltene Rückstellrauschen durch Correlated Double-Sampling
(korreliertes Zweifachabtasten, CDS), und dann wird ein Spannungssignal
gemäß der von der PD 51 gespeicherten
Signalladung als Pixelsignal ausgegeben.
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Die
CDS/SH-Schaltungen 32cds sind über Spaltenwahltransistoren 32cs mit
einer horizontalen Ausgabeleitung 32h verbunden. Indem
die Zeilenwahltransistoren 32cs einzeln der Reihe nach
eingeschaltet werden, können Pixelsignale, die durch die CDS/SH-Schaltungen 32cds in
allen Spalten erzeugt werden, über die horizontale Ausgabeleitung 32h und
den Ausgabeblock 32o separat an die Bildsignalverarbeitungsschaltung 21 ausgegeben
werden.
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Eine
(nicht dargestellte) Übertragungssignalleitung ist entlang
jeder Zeile von Pixeln 50 montiert. Die Übertragungssignalleitung
ist mit Übertragungstransistoren 53 in allen Pixeln
verbunden, die in einer bestimmten Zeile angeordnet sind. Ein Übertragungssignal,
im Folgenden als ΦT be zeichnet, wird an alle Übertragungssignalleitungen
gesendet. Das ΦT hat einen Hoch-Zustand und einen Tief-Zustand. Die ΦT,
die an jede Zeile der Transfersignalleitung gesendet werden, werden
für jede Zeile jeweils zu unterschiedlichen Zeiten auf
den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das ΦT auf den Hoch-Zustand
gesetzt ist, ist der Übertragungstransistor 53 eingeschaltet, und
infolgedessen wird der Übertragungstransistor 53 leitend.
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Eine
(nicht dargestellte) Rückstellsignalleitung ist entlang
jeder Zeile von Pixeln 50 montiert. Die Rückstellsignalleitung
ist mit Rückstelltransistoren 54 in all den Pixeln
verbunden, die in einer bestimmten Zeile angeordnet sind. Ein Rückstellsignal, im
Folgenden als ΦR bezeichnet, wird an alle Rückstellsignalleitungen
gesendet. Das ΦR hat einen Hoch-Zustand und einen Tief-Zustand.
Die ΦR, die an jede Zeile der Transfersignalleitung gesendet
werden, werden für jede Zeile jeweils zu unterschiedlichen
Zeiten auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das ΦR auf den
Hoch-Zustand gesetzt ist, ist der Rückstelltransistor 54 eingeschaltet,
was den Rückstelltransistor 54 leitend macht.
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Eine
(nicht dargestellte) Zeilenwahlsignalleitung ist entlang jeder Zeile
von Pixeln 50 montiert. Die Zeilenwahlsignalleitung ist
mit Zeilenwahltransistoren 56 in all den Pixeln verbunden,
die in einer bestimmten Zeile angeordnet sind. Ein Zeilenwahlsignal,
im Folgenden als ΦSL bezeichnet, wird an alle Zeilenwahlsignalleitungen
gesendet. Das ΦSL hat einen Hoch-Zustand und einen Tief-Zustand.
Die ΦSL, die an jede Zeile der Zeilenwahlsignalleitung
gesendet werden, werden für jede Zeile jeweils zu unterschiedlichen
Zeiten auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das ΦSL auf den
Hoch-Zustand gesetzt ist, ist der Zeilenwahltransistor 56 eingeschaltet,
was den Zeilenwahltransistor 56 leitend macht.
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Spaltenwahlsignale,
im Folgenden als ΦSC, werden separat an die Spatenwahltransistoren 32cs übertragen.
Während das ΦSC auf den Hoch-Zustand gesetzt ist,
ist der Spaltenwahltransistor 32cs eingeschaltet, was den
Spaltenwahltransistor 32cs leitend macht.
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Die
Zeilenwahlschaltung 32r gibt die Signale ΦT, ΦR
und ΦSL an die Übertragungssignalleitung, die
Rückstellsignalleitung und die Zeilenwahlsignalleitung
aus, um die Schaltoperationen des Rückstelltransistors 54 und
des Zeilenwahltransistors 56 zu steuern. Außerdem
steuert die Zeilenwahlschaltung 32r die CDS-Operation der
CDS/SH-Schaltungen 32cds. Die Spaltenwahlschaltung 32c gibt
das ΦSC an die Spaltenwahltransistoren 32cs aus,
um die Schaltoperation des Spaltenwahltransistors 32cs zu steuern.
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Die
Zeilenwahlschaltungen und die Spaltenwahlschaltung 32r und 32c steuern
die Schaltoperationen und die CDS-Operation auf Grundlage des Taktsignals
und des Teilbildsignals, die von dem Taktgenerator 22 übertragen
werden.
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Eine
Serie von Pixelsignalen, die während einer Teilbildperiode
ausgeben werden, wird als ein Pixelsignal an die Bildsignalverarbeitungsschaltung 21 übertragen.
Die Bildsignalverarbeitungsschaltung 21 führt
an dem empfangnen Bildsignal eine vorgegebene Signalverarbeitung
durch.
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Außerdem
werden Signale ΦSL für Pixel 50 in der
ersten und in der m-ten Zeile, für die Pixelsignale während
der jeweiligen Teilbildperiode zuerst bzw. zuletzt ausgeben werden,
im Folgenden als ΦSL1 und ΦSLm bezeichnet, über
die Bildsignalverarbeitungseinheit 21 an die Systemsteuerung 23 übertragen.
Die Systemsteuerung 23 sendet das Ausgabeperiode- Erfassungssignal
an den Verschlusstreiber 46 ab dem Zeitpunkt, zu dem das ΦSL1
in den Hoch-Zustand geschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem
das ΦSLm von dem Hoch-Zustand in den Tief-Zustand geschaltet
wird.
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Die
Operation der Abbildungsvorrichtung 32 zum Ausgeben eines
Teilbilds eines Bildsignals wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Zum
Zeitpunkt t1, wird das ΦR für Pixel 50 in der
ersten Zeile, im Folgenden als ΦR1 bezeichnet, auf den
Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die Rückstelltransistoren 54 in
den in der ersten Zeile angeordneten Pixeln 50 eingeschaltet.
Durch Einschalten der Rückstelltransistoren 54 werden
die FDs 52 zurückgestellt.
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Zum
Zeitpunkt t2, kurz nachdem die FDs 52 zurückgestellt
sind, wird das ΦSL1 in den Hoch-Zustand gesetzt, und dann
können die Pixelsignale von den Pixeln 50 in der
ersten Zeile ausgegeben werden. Das ΦSL1 wird in dem Hoch-Zustand
gehalten, bis die Ausgabe aller Pixelsignale der Pixel 50 in
der ersten Zeile endet, wenn das ΦSC für Pixel 50 in
der n-ten Spalte, im Folgenden als ΦSCn, in den Hoch-Zustand
gesetzt wird.
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Zum
Zeitpunkt t3 wird ein im Folgenden als ΦSHP bezeichnetes
Vor-Haltesignal auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die
elektrischen Potentiale der zurückgestellten FDs 52 aller Pixel 50 in
der ersten Zeile entsprechend jeder Spalte von den CDS/SH-Schaltungen 32cds abgetastet
und gehalten.
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Zum
Zeitpunkt t4 wird das ΦT für Pixel 50 in der
ersten Zeile, im Folgenden als ΦT1 bezeichnet, auf den
Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die Signalladungen, die von
den PDs 51 in den Pixeln 50 der ersten Zeile gespeichert
sind, an die FDs 52 übertragen.
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Zum
Zeitpunkt t5 wird ein im Folgenden als ΦSHD bezeichnetes
Datenhaltesignal auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die
elektrischen Potentiale der FDs 52, die die Signalladungen aller
Pixel 50 in der ersten Zeile empfangen, von den CDS/SH-Schaltungen 32cds abgetastet
und gehalten. Die CDS/SH-Schaltungen 32cds haben eine Subtraktionsschaltung,
die ein Pixelsignal erzeugt, indem sie das elektrische Potential
der zurückgestellten FDs 52s von dem elektrischen
Potential der die Signalladungen empfangenden FDs 52 subtrahieren. Das
erzeugte Pixelsignal kann dann von den CDS/SH-Schaltungen 32cds ausgegeben
werden.
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Zum
Zeitpunkt t6 wird das ΦSC für die erste Spalte,
im Folgenden als ΦSC1 bezeichnet, auf den Hoch-Zustand
gesetzt. Dann wird der Spaltenwahltransistor 32cs der ersten
Spalte leitend, und das von den CDS/SH-Schaltungen 32cs in
der ersten Spalte gehaltene Pixelsignal wird über die horizontale
Ausgabeleitung 32h und den Ausgabeblock 32o an
die Bildsignalverarbeitungsschaltung 21 ausgegeben.
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Nach
Ausgeben der Pixelsignale in der ersten Spalte wird das ΦSC
für die zweite Spalte, im Folgenden als ΦSC2 bezeichnet,
auf den Hoch-Zustand gesetzt. Dann wird das von den CDS/SH-Schaltungen 32cds in
der zweiten Spalte gehaltene Pixelsignal über die horizontale
Ausgabeleitung 32h und den Ausgabeblock 32o an
die Bildsignalverarbeitungsschaltung 21 ausgegeben. Als
nächstes wird das ΦSC für jede der Spalten
eines nach dem anderen auf den Hoch-Zustand gesetzt, und die Pixelsignale in
jeder Spalte in der ersten Zeile werden nacheinander ausgegeben.
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Zum
Zeitpunkt t7 wird das ΦSCn auf den Hoch-Zustand gesetzt.
Dann wird das Pixelsignal von der CDS/SH-Schaltung 32cds der
n-ten Spalte ausgegeben, welche die letzte Spalte ist, und die Ausgabe
der Pixelsignale von allen Pixeln 50 in der ersten Zeile
endet. Außerdem wird zum gleichen Zeitpunkt das ΦSL1
in den Tief-Zustand gesetzt.
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Nach
dem Ausgeben der Pixelsignale in der ersten Zeile, wird das ΦR
für die Pixel 50 in der zweiten Zeile, nachfolgend
als ΦR2 bezeichnet, in den Hoch-Zustand gesetzt, und dann
beginnt die Ausgabe der Pixelsignale der zweiten Zeile. Die Pixelsignale
werden von den Pixeln 50 in der zweiten Zeile gemäß den
gleichen Operationen ausgegeben, die zu den Zeitpunkten t1 – 7t
ausgeführt werden (siehe Periode p1).
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Von
diesem Zeitpunkt an, werden die Pixelsignale aller Zeilen ausgegeben,
indem die Signale ΦT, ΦR und ΦSL jeder
Zeile in den Hoch-Zustand gesetzt werden, wie bei den gleichen Operationen,
die zu den Zeitpunkten t1 – t6 ausgeführt werden.
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Die
Pixelsignale der m-ten Zeile, welches die letzte Zeile ist, werden
während der Periode p2 ausgegeben, wenn das ΦSLm
auf dem Hoch-Zustand gehalten ist. Wenn alle Pixelsignale von der
bis zur letzten Zeile ausgegeben sind, ist die Ausgabe eines Teilbilds
eines Bildsignals abgeschlossen.
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Die
Operation der Abbildungsvorrichtung 32 und der Lichtquelleneinheit 40 zum
Ausgeben aufeinander folgender Teilbilder von Bildsignalen wird nachstehend
unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Der
Taktgenerator 22 erzeugt ein Teilbildsignal mit einem Zyklus
von 1/30 Sekunde und sendet es an die Abbildungsvorrichtung 32 und
die Lichtquelleneinheit 40. Wie oben beschrieben, wird
eine Hälfte einer Periode des Teilbildsignals, die eine
Periode während des Hoch-Zustands oder des Tief-Zustands
des Teilbildsignals ist, als Teilbildperiode definiert.
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Die
Teilbildperiode ist in eine gemeinsame Periode und eine Ausgabeperiode
unterteilt (siehe 6 unten). Ein Zeitpunkt, zu
dem das Teilbildsignal zwischen dem Hoch-Zustand und dem Tief-Zustand
umgeschaltet wird, wird als Startzeitpunkt der gemeinsamen Periode
definiert. Die Periode vom Ende der gemeinsamen Periode bis zum
Zeitpunkt des nächsten Umschaltens des Teilbildsignals
zwischen dem Hoch-Zustand und dem Tief-Zustand wird als Ausgabeperiode
definiert.
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Während
der Ausgabe-Periode werden Pixelsignale aller Zeilen einzeln der
Reihe nach ausgegeben. Die Pixelsignale der ersten Ziele werden
während der Periode ausgegeben, während der das ΦSL1
auf dem in 6 gezeigten Hoch-Zustand gehalten
wird, ebenso wie in 5. Die Perioden während
der das ΦSL1 in 5 und 6 auf dem Hoch-Zustand
gehalten werden, sind äquivalent. Außerdem werden
auch die Pixelsignale der zweiten bis m-ten Zeile jeweils während
der Periode ausgegeben, während der das jeweilige Signal ΦSL2
bis ΦSLm in 6 auf dem Hoch-Zustand gehalten wird.
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Wie
oben beschrieben, werden von den PDs 51 gespeicherte Signalladungen
an die FDs 52 übertragen, indem die Übertragungstransistoren 53 leitend
gemacht werden. Wenn der leitfähige Zustand der Übertragungstran sistoren 53 ausgesetzt
ist, beginnen die PDs 51 Signalladungen zu erzeugen und zu
speichern. Folglich ist die Periode, während der der leitfähige
Zustand der Übertragungstransistoren 53 jeder
Zeile ausgesetzt gehalten wird, eine Speicherperiode, während
der Signalladungen der entsprechenden Zeile weiterhin erzeugt und
gespeichert werden (siehe Speicherperiode). Die Zeiten, zu denen
Signalladungen an die FDs 52 übertragen werden,
sind unter allen Zeilen unterschiedlich. Folglich ist auch die Speicherperiode
unter allen Zeilen unterschiedlich. In 6 wird die
Zeit, zu der das ΦSL auf dem Hoch-Zustand gehalten wird,
als die Zeit betrachtet, zu der das ΦT auf dem Hoch-Zustand
gehalten wird.
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Eine
Periode, die ein Teil der Ausgabeperiode nach Abschluss der Ausgabe
der Pixelsignale der ersten Zeile während der ersten Teilbildperiode
ist, wird als variable Periode für die erste Zeile definiert (siehe „P3").
Die Kombination der variablen Periode für die erste Zeile
und der auf die variable Periode folgenden gemeinsamen Periode für
die erste Zeile ist die Speicherperiode für die Pixel 50 in
der ersten Zeile. In allen Pixeln 50 in der ersten Zeile
werden Signalladungen gemäß der Menge an Licht
erzeugt und gespeichert, die während der Speicherperiode
für die Pixel 50 in der ersten Zeile empfangen
wurde. Die Signalladungen werden als Pixelsignale der ersten Zeile
der zweiten Teilbildperiode ausgegeben werden.
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Eine
Periode, die ein Teil der Ausgabeperiode nach Abschluss der Ausgabe
der Pixelsignale der zweiten Zeile während der ersten Teilbildperiode
ist, wird als erste variable Periode für die zweite Zeile
definiert (siehe „P4"). Die Periode, die ein Teil der Ausgabeperiode
vor Beginn der Ausgabe der Pixelsignale der zweiten Zeile während
der zweiten Teilbildperiode ist, wird als zweite variable Periode
für die zweite Zeile bezeichnet (siehe „4"). Die
Kombination der ersten variablen Periode für die zweite Zeile,
der auf die erste variable Periode für die zweite Zeile
folgenden gemeinsamen Periode und der zweiten variablen Periode
für die zweite Zeile ist die Speicherperiode für
die Pixel 50 in der zweiten Zeile. In allen Pixeln 50 in
der zweiten Zeile werden Signalladungen gemäß der
Menge an Licht erzeugt und gespeichert, die während der
Speicherperiode für die Pixel 50 in der zweiten
Zeile empfangen wurde. Und die Signalladungen werden als Pixelsignale
der zweiten Zeile der zweiten Teilbildperiode ausgegeben werden.
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Wie
bei der ersten und der zweiten Zeile, wird die Kombination einer
gemeinsamen Periode und Teilen von Ausgabeperioden vor und/oder
nach der gemeinsamen Periode als Speicherperiode für jede
Zeile definiert. Die Teile der Ausgabeperioden für eine
Zeile unterscheiden sich von denen für die anderen Zeilen
und beginnen und beenden ihre Ausgabe jeweils zu einem Zeitpunkt,
der sich von den Zeitpunkten der anderen Zeilen unterscheidet.
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Der
Umlaufverschluss 42 wird so angesteuert, dass die Lichtquelleneinheit 40 einen
Puls von Weißlicht nur während der gemeinsamen
Periode ausgibt (siehe Spalte „Lichtquelleneinheit"). Außerdem
wird der Umlaufverschluss 42 auf Grundlage des von der
Systemsteuerung 23 übertragenen Ausgabeperiode-Erfassungssignals
so angesteuert, dass die Abgabe der Lichtquelleneinheit 40 während der
Ausgabeperiode ausgesetzt ist.
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Folglich
wird ein durch das von einem Objekt reflektierte Licht erzeugtes
optisches Bild von allen Pixeln 50 in der Abbildungsvorrichtung 32 nur
während der gemeinsamen Periode aufgenommen, die während
einer bestimmten Teilbildperiode für alle Zeilen die gleiche
ist, auch wenn die Speicherperioden zeilenweise unterschiedlich
sind. Also werden Signalla dungen von den Pixeln in allen Zeilen
tatsächlich während der gleichen gemeinsamen Periode
erzeugt und gespeichert.
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Bei
obigem erstem Ausführungsbeispiels können die
Perioden und Zeiten, während der auf dem Beleuchtungslicht
basierendes Licht tatsächlich von allen Pixeln 50 empfangen
wird, unter der Bedingung in Übereinstimmung gebracht werden,
dass mit Ausnahme des Beleuchtungslichts kein Licht auf ein Objekt
fällt, wie beispielsweise der typische Betrachtungsfall
bei Verwendung eines elektrischen Endoskops. Wenn ein optisches
Bild eines sich bewegenden Objekts von einer CMOS-Abbildungsvorrichtung aufzunehmen
ist, so wird also die Verzerrung reduziert, die in einem Bild eines
sich bewegenden Objekts auftritt.
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Wenn,
anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel, ein mit
einem Puls von Weißlicht beleuchtetes Objekts fotografiert
und/oder gefilmt wird, ohne dass die Periode gesteuert wird, in
der das Beleuchtungslicht auf das Objekt gestrahlt wird, können die
Anzahlen der Zeilen für den Weißlichtabgabepuls differieren.
Wenn die Anzahl der zum Beleuchten jeder Zeile verwendeten Impulse
variiert, variiert auch die Gesamtmenge des Lichts, das auf die
Zeilen gestrahlt wird. Um dieses Problem zu lösen, wird
bei obigem erstem Ausführungsbeispiel die Zahl der zum Beleuchten
der Zeilen verwendeten Impulse in Übereinstimmung gebracht,
und dann werden auch die Gesamtmengen von Beleuchtungslicht für
alle Zeilen in Übereinstimmung gebracht. Folglich kann
ungleichmäßige Luminanz für Zeilen, die
durch die Differenz der Gesamtmengen von Beleuchtungslicht für Zeilen
verursacht wird, in einem angezeigten Bild verhindert werden.
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Als
nächstes wird ein Verschlusssteuersystem des zweiten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Der Hauptunterschied zwischen dem zweiten Aus führungsbeispiel
und dem ersten Ausführungsbeispiel liegt in dem Verfahren
zum Sperren von Licht, das während einer von den gemeinsamen
Perioden abweichenden Periode auf die Lichtempfangsfläche der
Abbildungsvorrichtung trifft. Das zweite Ausführungsbeispiel
wird hauptsächlich unter Bezugnahme auf die Strukturen
beschrieben, die sich von denen des ersten Ausführungsbeispiels
unterscheiden. Für die Strukturen, die denen des ersten
Ausführungsbeispiels entsprechen, werden hier die gleichen
Bezugszeichen verwendet.
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Wie
in 7 gezeigt, enthält ein Endoskopprozessor 200 eine
Lichtquelleneinheit 40, eine Bildsignalverarbeitungsschaltung 21,
einen Taktgenerator 22, eine Systemsteuerung 23 (Steuerung)
sowie andere Komponenten, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Die
Lichtquelleneinheit 40 gibt Weißlicht ab, das
in Richtung des Eintrittsendes 31 auf ein Objekt gestrahlt
wird, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Außerdem
führt die Signalverarbeitungsschaltung 21, wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel, eine vorgegebene Signalverarbeitung
an einem empfangenen Bildsignal aus. Außerdem übernimmt
der Taktgenerator 22 die zeitliche Steuerung einiger Operationen
des Endoskopsystems 100, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Zudem steuert die Systemsteuerung 23 die Operationen aller
Komponenten des Endoskopsystems 100.
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Aufbau
und Funktion der Lichtquelleneinheit 40 sind die gleichen
wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Im Gegensatz zu
dem ersten Ausführungsbeispiel empfängt jedoch
der Verschlusstreiber 46 kein Ausgabeperiode-Erfassungssignal
von der Systemsteuerung 23.
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Das
elektronische Endoskop 300 umfasst den Lichtleiter 31,
eine Abbildungsvorrichtung 32, eine Zerstreuungslinse 33 und
eine Objektlinse 34, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Außerdem umfasst das elektronische Endoskop 300 einen
Verschluss 36, im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Der
Verschluss 36 ist eine Flüssigkristallvorrichtung
und ist auf der Lichtempfangsfläche der Abbildungsvorrichtung 32 montiert.
Der Verschluss 36 kann zwischen Durchlassen und Sperren
des sich der Lichtempfangsfläche nähernden Lichts
geschaltet werden. Die Systemsteuerung 23 steuert die Schaltoperation
des Verschlusses 36.
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Die
Abbildungsvorrichtung 32 wird wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
angesteuert, und dann wird ein Bildsignal erzeugt und an die Bildsignalverarbeitungsschaltung 21 übertragen.
Die Signale ΦSL1 und ΦSLm werden über
die Bildsignalverarbeitungsschaltung 21 an die Systemsteuerung 23 übertragen,
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Systemsteuerung 23 weist
den Verschluss 36 an, ab dem Zeitpunkt, zu dem das ΦSL1
in den Hoch-Zustand geschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das ΦSLm
von dem Hoch-Zustand in den Tief-Zustand geschaltet wird, Licht
zu blockieren.
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Die
Operation der Abbildungsvorrichtung 32 und des Verschlusses 36 beim
Ausgeben aufeinander folgender Teilbilder von Bildsignalen wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Die Operation der Abbildungsvorrichtung 32 zum Ausgeben
eines Teilbildes eines Bildsignals ist die gleiche wie die des ersten
Ausführungsbeispiels (siehe 5).
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Die
Teilbildperiode ist in eine gemeinsame Periode und eine Ausgabeperiode
unterteilt, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Der
Zeitpunkt zum Umschalten des Teilbildsignals zwischen dem Hoch-Zustand
und dem Tief-Zustand wird als Startzeitpunkt der gemeinsamen Periode
definiert, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die
Periode vom Abschlusszeitpunkt der gemeinsamen Periode bis zu dem
Zeitpunkt des nächsten Umschaltens des Teilbildsignals
zwischen dem Hoch-Zustand und dem Tief-Zustand wird als Ausgabeperiode
definiert, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Die
Kombination einer gemeinsamen Periode und Teilen der Ausgabeperioden
vor und/oder nach der gemeinsamen Periode wird als Speicherperiode
für jede Zeile definiert, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
In allen Pixel 50 in der entsprechenden Zeile werden Signalladungen
gemäß der Menge an Licht erzeugt und gespeichert,
die während der Speicherperiode für die Pixel 50 in
der entsprechenden Zeile empfangen wurde.
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Wenn
das ΦSL der entsprechenden Zeile während der Ausgabeperiode
auf den Hoch-Zustand gesetzt wird, werden die von den PDs 51 gespeicherten
Signalladungen übertragen und schließlich als
Pixelsignale ausgegeben.
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Im
Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Umlaufverschluss 42 so
angetrieben, dass die Lichtquelleneinheit 40 einen Puls
von Weißlicht nicht nur während der gemeinsamen
Periode, sondern auch während der Ausgabeperiode abgibt
(siehe die Zeile „Lichtquelleneinheit").
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Der
Verschluss 36 wird angewiesen, während der gemeinsamen
Periode ein optisches Bild durchzulassen. Wie oben beschrieben,
wird der Verschluss 36 dagegen angewiesen, das optische
Bild während der Ausgabe- Periode zu blockieren. Folglich
erreicht ein optisches Bild des reflektierten Lichts von einem Objekt
alle Pixel 50 in der Abbildungsvorrichtung 32 nur
während der gemeinsamen Periode, die für alle
Zeilen während einer bestimmten Teilbildperiode die gleiche
ist, obwohl die Speicherperioden zeilenweise abweichen. Folglich
werden Signalladungen von den Pixeln in allen Zeilen tatsächlich während
der gleichen gemeinsamen Periode erzeugt und gespeichert.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel können, wenn eine
Abbildungsvorrichtung mit XY-Adressierung, wie eine CMOS-Abbildungsvorrichtung
angewiesen wird, ein optisches Bild eines sich bewegendes Objekts
aufzunehmen, die Perioden und Zeiten, während der Licht
tatsächlich von allen Pixeln 50 durch die Zeilenbelichtung
empfangen wird, in Übereinstimmung gebracht werden.
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Selbst
wenn ein durch einen Puls von Weißlicht beleuchtetes Objekt
ohne Steuern der Periode, in der das Beleuchtungslicht auf das Objekt
geleuchtet wird, fotografiert und/oder gefilmt wird, kann unregelmäßige
Luminanz für Zeilen, die durch den Unterschied der Gesamtmengen
von Beleuchtungslicht für Zeilen verursacht wird, in einem
angezeigten Bild verhindert werden, wie es bei dem ersten Ausführungsbeispiel
der Fall ist.
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Bei
dem obigen ersten und dem obigen zweiten Ausführungsbeispiel
wird eine Lichtquelleneinheit verwendet, die einen Lichtpuls abgeben
kann. Es kann jedoch jede beliebige andere Lichtquelle verwendet
werden. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann der gleiche
Effekt erzielt werden, indem die Abgabe von Licht während
der Ausgabeperiode durch Verwendung einer ein- und ausschaltbaren
Lichtquelleneinheit ausgesetzt wird. Beispielsweise kann als Lichtquelle
eine Leuchtdiode verwendet werden. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
kann, da der Verschluss 36 zwischen Durchlassen und Blockieren eines
optischen Bildes in Richtung der Lichtempfangsfläche geschaltet
wird, eine andere Lichtquelle als die ein- und ausschaltbare eingesetzt
werden.
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Bei
dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die
Lichtquelleneinheit 40 in dem Endoskopprozessor 20 bzw.
200 montiert. Die Lichtquelleneinheit 40 kann jedoch ein
anderes Gerät, getrennt von dem Endoskopprozessor 20 bzw.
200 sein.
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Das
Lichtquellensteuersystem bei dem ersten Ausführungsbeispiel
und das Verschlusssteuersystem bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
werden bei dem Endoskopsystem eingesetzt. Das Lichtquellensteuersystem
und das Verschlusssteuersystem können bei einem anderen
Bildaufnahmegerät eingesetzt werden. Beispielsweise kann
der gleiche Effekt erzielt werden, indem das Lichtquellensteuersystem bei
der Kamera zum Fotografieren und/oder Filmen eines dunklen Motivs
mit der Lichtquelleneinheit eingesetzt wird. Außerdem kann
der gleiche Effekt erzielt werden, auch wenn das Verschlusssteuersystem
bei einer normalen Kamera eingesetzt wird.
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Bei
den beiden obigen Ausführungsbeispielen sind die Pixel 50 in
einem Raster angeordnet. Jedoch können die Pixel 50 in
einer ersten und einer zweiten Richtung angeordnet sein, die sich
voneinander unterschieden, so lange eine Serie von Pixelsignalen,
die in einer bestimmten Zeile in der ersten Richtung angeordneten
Pixeln 50 entsprechen, in der Reihenfolge der Zeilen in
der ersten Richtung ausgeben wird. Außerdem wird bei den
beiden obigen Ausführungsbeispielen eine Serie von Pixelsignalen,
die Pixel in einer bestimmten Zeile entsprechen, in der Zeilen-Reihenfolge
ausgegeben. Jedoch kann eine Serie von Pixelsignalen, die Pixeln
in einer bestimmten Spalte entsprechen, in einer Spalten-Reihenfolge ausgegeben
werden.
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Bei
den beiden obigen Ausführungsbeispielen wird eine CMOS-Abbildungsvorrichtung
verwendet. Jedoch kann der gleiche Effekt auch mit beliebigen anderen
Abbildungsvorrichtungen mit XY-Adressierung erzielt werden.
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Zwar
wurden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben,
doch kann der Fachmann auf diesem Gebiet selbstverständlich
zahlreiche Modifikationen und Änderungen vornehmen, ohne
vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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