JP3621840B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡装置、特に従来の画素混合読出し方式に加え、全画素を読み出す全画素読出し方式を選択的かつ容易に利用することができる電子内視鏡装置の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子内視鏡装置において使用される固体撮像素子、例えばCCD(Charge Coupled Device)では、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)が得られるようになっている。このようなCCDで、同時式電子内視鏡装置に使用されるものでは、その上面に画素単位でMg(マゼンタ)、Cy(シアン)、G(グリーン)、Ye(イエロー)の色フィルタが配置され、これによってカラー画像が形成される。
【0003】
そして、従来の色差線順次混合読出し(画素混合読出し)方式によれば、CCDから上下水平ラインの画素の蓄積電荷が加算混合されて読み出され、これによって奇数フィールドと偶数フィールドのビデオ信号が例えば1/60秒のタイミングで順次形成される。その後、これら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動画として表示される。
更に、このような電子内視鏡装置では、操作部にフリーズスイッチが配置されており、このフリーズスイッチが押されたときには、そのときの静止画が形成、表示される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の画素混合読出し方式においては、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(2回の露光の間)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(解像度、色ずれ等)が低下するという問題がある。
【0005】
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多く採用されており、これによれば、近距離で明るい場所等において蓄積時間を短くすれば画質の向上を図ることができる。しかし、上記の1/60秒のタイムラグがあるため、静止画等においては、蓄積時間を短くした効果が十分に享受できないという不都合もある。
【0006】
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、従来の画素混合読出し方式に加えて、高画質の画像を得ることができる全画素読出し方式を提案すると共に、これらの方式の選択が容易にできる電子内視鏡装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第1請求項の発明は、撮像素子を設けた電子内視鏡と、この電子内視鏡が接続されるプロセッサ装置とを備えた電子内視鏡装置において、上記電子内視鏡又はプロセッサ装置に配置され、電源投入以外の各種の操作をするための各種操作スイッチと、撮像素子から画素信号を上下水平ライン間で混合して読み出す画素混合読出し方式の回路と、この画素混合読出し方式の回路と共に配置され、所定の遮光期間を利用しながら上記撮像素子から全画素信号を読み出す全画素読出し方式の回路と、上記画素混合読出し方式又は全画素読出し方式のいずれかを選択的に動作させる制御をすると共に、電源投入と同時に、上記各種操作スイッチのうちの予め設定されている所定のスイッチが押されているか否かを判別し、この所定のスイッチが電源投入時に押下されないとき、上記二つの読出し方式のうちの予め決められている一方の方式を実行し、所定のスイッチが電源投入時に押下されたときは、上記の二つの読出し方式のうちの他方の方式を実行する制御回路と、を備えたことを特徴とする。
請求項2に係る発明は、上記所定のスイッチとして、電子内視鏡側の操作スイッチを用いたことを特徴とする。
請求項3に係る発明は、上記画素混合読出し方式又は全画素読出し方式のいずれの方式が動作中であるかを示す表示をモニタ画面上に付したことを特徴とする。
【0008】
上記の構成によれば、装置に画素混合読出し方式の回路と全画素読出し方式の回路が備えられ、例えば全画素読出し方式が優先的に実行されるように設定されている場合では、電子内視鏡の例えばフリーズスイッチ(その他の既存のスイッチでもよい)を押しながら電源を入れると、制御回路がフリーズスイッチの押下信号を検出することにより全画素読出し方式の動作が実行される。
【0009】
この全画素読出し方式は、例えば1/60秒毎の期間(垂直同期期間)内での露光(露光時間は任意)により固体撮像素子に蓄積された電荷につき、次の遮光期間(遮光手段で遮光される)で例えば奇数ラインの信号を読み出し、次の期間(露光期間)で偶数ラインの信号を読み出すことにより、1回の露光で得られた全画素の信号を抽出するものである。これによれば、時間的にずれのないデータで1フィールドの画像が形成されるので、特に静止画において高画質となる。
【0010】
請求項3の発明によれば、例えば全画素読出し方式の動作中は”H”、画素混合読出し方式の動作中は”L”がモニタ画面上に表示され、この文字表示で動作方式が容易に確認できることになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1には、実施形態の第1例である電子内視鏡装置の回路構成が示され、図2には固体撮像素子の色フィルタの構成と画素混合読出し方式及び全画素読出し方式の両処理が示され、図3には装置の全体図が示されている。この図3において、当該電子内視鏡装置は電子スコープ(電子内視鏡)1がコネクタ部2を介して光源装置3に接続され、またコネクタ4を介してプロセッサ装置5に接続される構成となる。そして、上記電子スコープ1にはフリーズスイッチ6A、VTRスイッチ6B、ズームスイッチ6C等が配置され、上記プロセッサ装置5には電源スイッチ7A、輪郭補正スイッチ7B、シャッタスピードスイッチ7C等が配置される。
【0012】
図1において、電子スコープ1の先端部に色フィルタを備えたCCD11が設けられており、このCCD11の色フィルタは、図2(A)に示されるように、画素単位で例えば偶数ラインにMg(マゼンタ)、Cy(シアン)のフィルタ、奇数ラインにG(グリーン)、Ye(イエロー)のフィルタが交互に配置される。そして、カラー画像処理においては、これらの色フィルタを介して得られた信号を混合演算することによりカラー画像信号が形成される。
【0013】
このCCD11には、これを駆動するためのCCD駆動回路12が接続され、この駆動回路12はマイコン14によって制御されることにより、画素混合読出し方式と全画素読出し方式の両方の駆動を行う。例えば、全画素読出し方式の場合は、1回の露光でCCD11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て読み出すための時間がずれた2種類のパルス(P1,P2)を上記CCD駆動回路12から供給し、これにより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。一方、画素混合読出し方式では1種類の読出しパルスを各ラインに与える。また、上記マイコン14は当該電子スコープ1の統括制御を行うと共に、上述したフリーズスイッチ6A等のスイッチ6から入力した操作信号等に基づいて、動作方式を選択する制御を行う。
【0014】
一方、上記CCD11には、アナログ信号をデジタル変換するA/D変換器15が設けられ、このA/D変換器15の後段に、aルートを介して画素混合読出しモードと全画素読出しモードを切り換える方式切換え器16、ビデオ信号に対し所定のカラー画像処理を実行するデジタルシグナルプロセッサ(DVP)17が設けられる。このDVP17は、内部にタイミングジェネレータ(TG)を含み、例えばホワイトバランス、ガンマ補正、輪郭補正、像位置の制御、拡大処理等等の各種の処理を行う。
【0015】
また、プロセッサ装置5において、上記DVP17に接続して、奇数フィールドデータ及び偶数フィールドデータを記憶する第4メモリ18及び第5メモリ19、切替え回路20、D/A変換器21、そしてマイコン22が設けられる。標準の画素混合読出し方式では、上記方式切換え器16がaルートを選択しており、このaルートを介して入力されるビデオ信号に基づき、上記の構成で動画と静止画を形成することになる。なお、上述した電源スイッチ7Aを含む各種のスイッチ7の操作信号は上記マイコン22へ供給される。
【0016】
更に、光源装置3では、ランプ24、絞り25が設けられ、このランプ24の出力光がライトガイド26によりスコープ先端まで導かれる。上記ランプ24は、ランプ駆動回路27で点灯駆動され、上記絞り25は絞り制御回路28で制御されており、この絞り制御回路28は輝度信号に基づき画面の明るさが一定となるように絞り25の開口量を可変制御する。そして、当該例では、全画素読出し方式の処理のために、上記絞り25とライトガイド26の入射端との間に、例えば半円状板からなる遮光板30が配置され、この遮光板30は遮光板制御回路31で回転駆動される。この遮光板30と遮光板制御回路31は、全画素読出し方式の実行時に、1/60秒毎のサイクルとなるフィールドO/E信号の期間において交互に光を遮断し、1回の露光で得られた全画素を読み出せるようにする。
【0017】
そうして、当該例では、図示されるように既に全画素読出し方式回路基板33が取り付けられているが、この回路基板33は、着脱自在となるコネクタ等の一般的な接続手段により装置の所定の位置に取付け・接続可能とされ、この取付けは選択的でかつ任意となっている。この全画素読出し方式回路基板33には、例えば奇数ラインの画像データを記憶する第1メモリ34、偶数ラインの画像データを記憶する第2メモリ35、上記第1メモリ34のデータをそのまま記憶し、読出しのタイミングを1/60秒だけ遅らせるための位相調整用の第3メモリ36、混合回路37、メモリ制御回路38を実装する。
【0018】
即ち、CCD11で得られた全画素信号は、奇数ラインのデータと偶数ラインのデータに分けられた状態で、それぞれのメモリ34,35に一旦格納され、第1メモリ34の奇数ラインデータは1/60秒遅れて第2メモリ35の偶数ラインデータと同一位相にされる。その後、次段の混合回路37では、第3メモリ36の奇数ラインの画素データと第2メモリ35の偶数ラインの画素データが加算混合され、上記の画素混合読出し方式と同様の画素混合信号が形成される。
【0019】
このような全画素読出し方式回路基板33は、その取付け状態が上記マイコン14により判別されることになる。例えば、所定端子における非接続時の出力状態をLow、接続時の出力状態をHighとすることにより、全画素読出し方式回路基板33の存在を検出することができる。そして、この回路基板33の存在を確認した場合は、マイコン14は上記方式切換え器16により信号ラインをaルートからbルートに切り換え、CCD駆動回路12や遮光板制御回路31についても全画素読出し方式の処理に切り換える。
【0020】
また、上記マイコン14では、上記プロセッサ装置5の電源スイッチ7Aにより電源が投入された時に、上述した電子スコープ1の操作部に配置された各種スイッチ6のうち、例えば静止画を形成するためのフリーズスイッチ6A(その他のスイッチでもよい)が押下されているか否か(フリーズ信号)を検出し、このフリーズ信号を検出したときは、全画素読出し方式ではなく、画素混合読出し方式を選択して実行する。
【0021】
第1例は以上の構成からなり、まず図2により、上記画素混合読出し方式と全画素読出し方式の処理の相違を説明する。図2(A)に示されるように、画素単位で色フィルタが設けられたCCD11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、画素混合読出し方式では、図2(B)に示されるように、CCD11から直接、0ライン+1ライン,2ライン+3ライン,4ライン+5ライン…の加算信号〔o(奇数ライン)+e(偶数ライン)〕と、1ライン+2ライン,3ライン+4ライン,5ライン+6ライン…の加算信号〔(o+e)’〕が1期間(1/60秒)毎に交互に読み出される(この両信号は異なる露光期間で得られる)。そして、これらの信号は、図2(D)に示されるように、奇数(Odd)フィールドデータ及び偶数(Even)フィールドデータとして第4及び第5メモリ18,19に出力される。
【0022】
一方、全画素読出し方式では、図2(C)に示されるように、1回の露光で得られた全画素信号につき、1,3,5…の奇数ラインの信号(遮光期間)と、0,2,4…の偶数ラインの信号(次の期間)が読み出される。その後、混合回路37により、これらの奇数ラインと偶数ラインの信号同士が図示の実線〔o+e〕と点線〔(o+e)’〕のように加算され、最終的には、図2(D)の奇数フィールドデータと偶数フィールドデータとなって第4及び第5メモリ18,19に出力される。
【0023】
図4には、上記マイコン14での方式切換え動作が示されており、プロセッサ装置5の電源スイッチ7Aが押下され電源がオンすると、図示されるように、ステップ101では全画素読出し方式回路基板33が存在するか否かの判定が行われ、”NO”のときはステップ103にて画素混合読出し方式の動作を実行し、”YES”のときはステップ102へ移行する。このステップ102では、所定のスイッチ、当該例ではフリーズスイッチ6Aが同時に押されているか否かが判定され、”NO”のときはステップ104にて全画素読出し方式の動作を実行する。しかし、”YES”のときはステップ103に移行して画素混合読出し方式の動作を実行することになる。
【0024】
即ち、画素混合読出し方式を標準とし、使用者等の選択で、全画素読出し方式回路33を取り付けた場合は、全画素読出し方式が自動的に選択されるようになるが、電源投入時に同時にフリーズスイッチ6Aが押された場合は、画素混合読出し方式に戻せるようにする。なお、この第1例では、全画素読出し方式回路33を後に取付け可能としたが、この回路33が標準で装着されていてもよいことになり、この場合は、上記図4においてステップ101の判定を省略してもよい。
【0025】
次に、各方式での信号処理の動作を説明する。図5及び図6には、画素混合読出し方式(A方式)の画像処理タイミングが示されており、上述したように、電源投入時にフリーズスイッチ6が押されたとき(又は全画素読出し方式回路基板33の存在が検出されないとき)は、画素混合読出し方式が実行される。図5は、動画形成時の処理タイミングであり、図5(A)に示されるように、画像処理では例えば1/60秒毎のフィールドO(Odd)/E(Even)信号が用いられる。また、図5(B)のように、光源光はライトガイド26を介して常に与えられ、図5(C),(D)のように、読出しパルスは同一のものとなる。
【0026】
そして、CCD11からは図2(B)で説明した画素混合信号がaルートを介して出力され、図5(E)のように、第4メモリ18には、O1のフィールド期間で蓄積された(o+e)1、O2の期間で蓄積された(o+e)2、O3の期間で蓄積された(o+e)3 … の混合信号が書き込まれ、第5メモリ19には、E1のフィールド期間で蓄積された(o+e)1’、E2の期間で蓄積された(o+e)2’、E3の期間で蓄積された(o+e)3’ … の混合信号(組合せラインが異なるもの)が書き込まれる。その後、これらのビデオ信号は、図(G),(H)に示されるように、1期間遅れて読み出され、これがモニタに出力されることによりモニタ上に動画が表示される。
【0027】
図6は、フリーズスイッチ6Aの操作(フリーズ信号)に基づいて形成される静止画のタイミングであり、例えば図6(B)に示されるタイミングでフリーズトリガーを出力したとすると、図(C)のように、O1期間(図A)の露光で蓄積された(o+e)1の混合信号が第4メモリ18に書き込まれ、また、図(D)のように、次のE1期間の露光で蓄積された(o+e)1’の混合信号が第5メモリ19に書き込まれ、その後のこれらのメモリ18,19への書込みが禁止される。そして、これらのビデオ信号は図(E),(F)に示されるように繰り返し読み出されることにより、モニタ上に静止画が表示される。
【0028】
図7乃至9には、全画素読出し方式(B方式)の画像処理タイミングが示されており、電源投入時に上記全画素読出し方式回路基板33の存在が検出され、かつフリーズスイッチ6Aが押されなかった場合に、この全画素読出し方式が上記マイコン14により実行される。図7及び図8は、動画形成時の処理タイミングであり、この場合は、図7(A)のフィールドO/E信号に相応して図1の遮光板30が回転駆動されることにより、図7(B)のように、例えば奇数フィールド期間(1/60秒)毎に光が出力される。また、図7(C)のような1/30秒毎の読出しパルスP1とこのパルスP1と1期間ずれた、図7(D)の読出しパルスP2がCCD11に与えられる。
【0029】
そうすると、CCD11からは図2(C)で説明した奇数ラインと偶数ラインの信号がbルートを介して入力され、図7(E)のように、第1メモリ34には、O1のフィールド期間で蓄積されたo1、O2の期間で蓄積されたo2、O3の期間で蓄積されたo3 … の奇数ライン信号が書き込まれ、第2メモリ35には、E1のフィールド期間で蓄積されたe1、E2の期間で蓄積されたe2、E3の期間で蓄積されたe3 … の偶数ラインの信号が書き込まれる。
【0030】
そして、これらの奇数及び偶数ライン信号は、図8(G),(H)のように2回ずつ読み出されるが、この図8(G)の点線の丸で示した読出し信号については、第3メモリ36へ書き込まれ、図8(I)のように、この第3メモリ36のビデオ信号も2回ずつ読み出される。次に、この図8(H),(I)の信号は、混合回路37で図2(C)のように画素混合され、図8(J)のように、第4メモリ18には、o1+e1、o2+e2、o3+e3 … の信号が書き込まれ、第5メモリ19には、(o1+e1)’、(o2+e2)’、(o3+e3)’ … の信号が書き込まれる。その後、これらのビデオ信号は、図8(L),(M)に示されるように、1期間遅れて読み出され、これがモニタに出力されることによりモニタ上に動画が表示される。
【0031】
図9は、フリーズ信号に基づいて形成される静止画のタイミングであり、例えば図9(B)に示されるタイミング(実線位置でも点線位置でもよい)でフリーズトリガーを出力したとすると、図9(C)のように、O1期間の露光で蓄積されたo1の信号が第1メモリ34に書き込まれ、その後の例えば3期間が書込み禁止とされ、また、図9(D)のように、上記のO1期間の露光で蓄積されたe1の信号が第2メモリ35に書き込まれ、その後の例えば3期間が書込み禁止とされる。
【0032】
そして、これらの信号は、図9(E),(F),(G)のように、繰り返し読み出され、混合回路37で加算混合される。次に、図9(H),(I)のように、第4メモリ18には、o1+e1の信号が書き込まれ、第5メモリ19には、(o1+e1)’の信号が書き込まれ、その後は書込み禁止とされる。次に、これらのビデオ信号は、図(J),(K)に示されるように、1期間遅れて繰り返し読み出されることにより、モニタ上に静止画が表示される。
【0033】
このような実施形態例の全画素読出し方式では、1回の露光で得られた画素信号によって1枚の画像を形成できるので、高画質となり、特に静止画での観察において有用となる。
【0034】
上記第1例では、電源投入時に画素混合読出し方式を選択するスイッチとして、電子スコープ1側の操作スイッチを用いたが、この代わりに、プロセッサ装置5に設けられた輪郭補正スイッチ7B、シャッタスピードスイッチ7C等のスイッチを用いてもよい。この場合は、プロセッサ装置5のマイコン22から電源投入時に上記のスイッチ7B,7C等の操作信号が入力されたことを、電子スコープ1のマイコン14に伝送することにより実行できる。
【0035】
図10及び11には、現在動作中の処理方式をモニタ上に表示する第2例の構成が示されている。この第2例は、上記第1例と同様の構成において図10に示されるように、DVP17と第4及び第5メモリ18,19の間に、キャラクタジェネレータを含む文字混合回路40を設けており、この文字混合回路40によって、文字画像を映像信号に付加することができる。これによれば、図11に示されるように、モニタ41の画面右上等に方式を示す文字等が表示され、当該例では、例えば画素混合読出し方式がN、全画素読出し方式がHで表される。なお、この表示は図柄等でもよい。
【0036】
上記実施形態例では、全画素読出し方式回路基板33の取付けを選択的にしたが、この回路33を最初から標準で設けるように構成してもよいし、上記の画素混合読出し方式と全画素読出し方式の関係を逆に構成してもよく、両方式の回路部が存在する場合に、画素混合読出し方式を優先的に動作させ、電源投入時に同時にフリーズスイッチ6A等が押されたとき、全画素読出し方式を動作させるようにしてもよい。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画素混合読出し方式又は全画素読出し方式のいずれかを選択的に動作できるようにすると共に、電源投入時に、電源スイッチ以外の所定のスイッチが押されているか否かを判別して、上記の二つの方式のいずれかを実行するようにしたので、例えば、全画素読出し方式で動作するように設定されている場合でも、必要に応じて画素混合読出し方式に容易に切り換えることができ、高画質の静止画を得ることができる全画素読出し方式と従来の画素混合読出し方式の両方の利用を促進することが可能となる。
【0038】
また、請求項2の発明によれば、上記所定のスイッチとして電子内視鏡側の既存の操作スイッチを用いることにより、プロセッサ装置に関係なく電子スコープ側で方式の切換えができ、方式切換えのための回路構成が簡単になるという利点がある。
【0039】
更に、請求項3の発明によれば、現在の表示画像が画素混合読出し方式又は全画素読出し方式のいずれの方式で得られたものであるかをモニタ画面上で容易に確認できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の第1例に係る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】実施形態例におけるCCDの色フィルタ構造と画素混合読出し方式及び全画素読出し方式の両処理を示す説明図である。
【図3】実施形態例の電子内視鏡装置の全体構成を示す斜視図である。
【図4】実施形態例のマイコンでの動作を示す図である。
【図5】実施形態例の画素混合読出し方式(A方式)における動画形成時の動作を示す波形図である。
【図6】上記画素混合読出し方式(A方式)における静止画形成時の動作を示す波形図である。
【図7】実施形態例の全画素読出し方式(B方式)おける動画形成時の動作を示す波形図である。
【図8】上記全画素読出し方式(B方式)の動画形成時における図7の続きの動作を示す波形図である。
【図9】上記全画素読出し方式(B方式)における静止画形成時の動作を示す波形図である。
【図10】実施形態の第2例の回路構成を示すブロック図である。
【図11】第2例におけるモニタ上の表示状態を示す図である。
【符号の説明】
1 … 電子スコープ(電子内視鏡)、
5 … プロセッサ装置、
6(A,B,C),7(A,B,C) … スイッチ、
11 … CCD、 12 … CCD駆動回路、
14,22 … マイコン、
16 … 方式切換え回路、
18,19,34,35,36 … メモリ、
30 … 遮光板、 31 … 遮光板制御回路、
33 … 全画素読出し方式回路基板。
Claims (3)
- 撮像素子を設けた電子内視鏡と、この電子内視鏡が接続されるプロセッサ装置とを備えた電子内視鏡装置において、
上記電子内視鏡又はプロセッサ装置に配置され、電源投入以外の各種の操作をするための各種操作スイッチと、
撮像素子から画素信号を上下水平ライン間で混合して読み出す画素混合読出し方式の回路と、
この画素混合読出し方式の回路と共に配置され、所定の遮光期間を利用しながら上記撮像素子から全画素信号を読み出す全画素読出し方式の回路と、
上記画素混合読出し方式又は全画素読出し方式のいずれかを選択的に動作させる制御をすると共に、電源投入と同時に、上記各種操作スイッチのうちの予め設定されている所定のスイッチが押されているか否かを判別し、この所定のスイッチが電源投入時に押下されないとき、上記二つの読出し方式のうちの予め決められている一方の方式を実行し、所定のスイッチが電源投入時に押下されたときは、上記の二つの読出し方式のうちの他方の方式を実行する制御回路と、を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。 - 上記所定のスイッチとして、電子内視鏡側の操作スイッチを用いたことを特徴とする上記請求項1記載の電子内視鏡装置。
- 上記画素混合読出し方式又は全画素読出し方式のいずれの方式が動作中であるかを示す表示をモニタ画面上に付したことを特徴とする上記請求項1記載の電子内視鏡装置。
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