專利名稱：光源控制系統(tǒng),快門控制系統(tǒng),內(nèi)窺鏡處理器和內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)光源或快門的控制，其目的為降低由通過(guò)線性曝光
獲取光學(xué)圖像的XY坐標(biāo)類型成像器件(例如，CMOS成像器件)獲 取的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)圖像中的失真。
背景技術(shù)：
具有位于插入管首端的成像器件的電子內(nèi)窺鏡是用于對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo) 進(jìn)行拍照和/或錄像的裝置。過(guò)去的電子內(nèi)窺鏡中通常使用CCD成像器 件。另一方面，日本未審查專利公開(kāi)號(hào)2002-58642提出了一種用于電 子內(nèi)窺鏡的CMOS成像器件，用以降低功耗及制造成本。
然而，由于CMOS成像器件一般通過(guò)線性曝光獲取光學(xué)圖像，因 此CMOS成像器件所獲取的快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像存在失真的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種光源控制系統(tǒng)和快門控制系 統(tǒng)，用于降低由通過(guò)線性曝光獲取光學(xué)圖像的XY坐標(biāo)類型成像器件 (例如，CMOS成像器件)獲取的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)圖像中的失真。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種具有探測(cè)器和控制器的光源控制系統(tǒng)。 如果XY坐標(biāo)類型成像器件被驅(qū)動(dòng)生成圖像信號(hào)，則探測(cè)器探測(cè)輸出 周期。XY坐標(biāo)類型成像器件包括在第一和第二方向排列的多個(gè)像素。 圖像信號(hào)包括多個(gè)與所述像素相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)。像素信號(hào)根據(jù)信號(hào) 電荷而變化。像素根據(jù)在存儲(chǔ)周期接收到的光的量生成信號(hào)電荷。存 儲(chǔ)周期包括共同周期和可變周期。共同周期對(duì)于所有的像素行是同步 的。可變周期根據(jù)每個(gè)像素行變化。像素行包括排列在所述第一方向 上的像素。與排列在相同像素行中的像素相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)序列在共 同周期之后的輸出周期按像素行的順序輸出?？刂破骺刂乒庠丛谒?輸出周期中止照明光的發(fā)射。照明光照射在目標(biāo)上，其中該目標(biāo)的圖像被XY型成像器件獲取。
根據(jù)本發(fā)明所述，提出了一種具有探測(cè)器和控制器的快門控制系 統(tǒng)。如果XY坐標(biāo)類型成像器件被驅(qū)動(dòng)生成圖像信號(hào)，則探測(cè)器探測(cè)
輸出周期。XY坐標(biāo)類型成像器件包括排列在第一和第二方向上的多個(gè)
像素。圖像信號(hào)包括相應(yīng)于像素的多個(gè)像素信號(hào)。該像素信號(hào)根據(jù)信 號(hào)電荷而變化。像素根據(jù)存儲(chǔ)周期接收到的光的量生成信號(hào)電荷。存 儲(chǔ)周期包括共同周期和可變周期。共同周期對(duì)所有的像素行是同步的。 可變周期根據(jù)每個(gè)像素行而變化。像素行包括排列在所述第一方向上 的像素。相應(yīng)于排列在相同像素行的像素的像素信號(hào)序列在共同周期 之后的輸出周期按像素行的順序輸出。控制器控制快門，從而在輸出
周期阻擋照向XY坐標(biāo)類型成像器件的光?？扉T安裝在XY坐標(biāo)類型 成像器件的光接收表面上。


根據(jù)以下說(shuō)明并參考附圖，可以更好的理解本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，
其中
圖1是具有本發(fā)明的第一實(shí)施例的光源控制系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2是光源單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3是成像器件的結(jié)構(gòu)框圖4是像素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖5是描述用于驅(qū)動(dòng)成像器件的時(shí)序的時(shí)序圖，具體為構(gòu)成一場(chǎng) 圖像信號(hào)的像素信號(hào)的輸出操作的時(shí)序圖6是描述用于驅(qū)動(dòng)成像器件和光源的時(shí)序的時(shí)序圖，具體為第
一實(shí)施例中的連續(xù)場(chǎng)圖像信號(hào)的輸出操作的時(shí)序圖7是在本發(fā)明的第二實(shí)施例中的具有快門控制系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡系 統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖；以及
圖8是描述用于驅(qū)動(dòng)成像器件及開(kāi)關(guān)快門的時(shí)序的時(shí)序圖，具體 為第二實(shí)施例中的連續(xù)場(chǎng)圖像信號(hào)的輸出操作的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合圖中所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。
在圖1中，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10包括內(nèi)窺鏡處理器20、電子內(nèi)窺鏡30 和監(jiān)控器11 。該內(nèi)窺鏡處理器20與連接到電子內(nèi)窺鏡30和監(jiān)控器11 。
內(nèi)窺鏡處理器20發(fā)射照明光照射到所需目標(biāo)。被照射的目標(biāo)被電 子內(nèi)窺鏡30拍照和/或錄像，然后電子內(nèi)窺鏡30生成圖像信號(hào)。該圖 像信號(hào)被發(fā)送到內(nèi)窺鏡處理器20。
內(nèi)窺鏡處理器20對(duì)接收到的圖像信號(hào)作預(yù)定的信號(hào)處理。經(jīng)過(guò)預(yù) 定信號(hào)處理的圖像信號(hào)被發(fā)送到監(jiān)控器11，在監(jiān)視器11中顯示與接收 到的圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)的圖像。
內(nèi)窺鏡處理器20包括光源單元40、圖像信號(hào)處理電路21、時(shí)鐘 發(fā)生器22和系統(tǒng)控制器23 (探測(cè)器)，以及其他部件。如下所述，光 源單元40發(fā)射照明光，用于向光導(dǎo)31的入射端發(fā)射照明光，照射特 定目標(biāo)。此外，如下所述，圖像信號(hào)處理電路21對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行預(yù)定 的信號(hào)處理。此外，時(shí)鐘發(fā)生器22對(duì)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10中的部件的某些 操作安排時(shí)序。此外，系統(tǒng)控制器23控制內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10中所有部件 的操作。
通過(guò)將內(nèi)窺鏡處理器20連接到電子內(nèi)窺鏡30，使得光源單元40 和安裝在內(nèi)窺鏡30中的光導(dǎo)31可被光學(xué)連接。此外，通過(guò)將內(nèi)窺鏡 處理器20連接到電子內(nèi)窺鏡30，使得在圖像信號(hào)處理電路21與安裝 在電子內(nèi)窺鏡30中的成像器件32之間，以及時(shí)鐘發(fā)生器22與成像器 件32之間建立了電連接。
如圖2所示，光源單元40包括燈41、轉(zhuǎn)動(dòng)快門42、聚光透鏡43、 電源電路44、馬達(dá)45、快門驅(qū)動(dòng)器46 (控制器)，和其他部件。
燈41是例如氙氣燈或鹵素?zé)?，并發(fā)射白光。轉(zhuǎn)動(dòng)快門42和聚光 透鏡43安裝在從燈41照向光導(dǎo)31的入射端的白光的光路上。
轉(zhuǎn)動(dòng)快門42為圓盤形，并具有孔徑區(qū)和阻擋區(qū)。當(dāng)白光應(yīng)從光源 單元40射出時(shí)，將孔徑區(qū)插入白光的光路。另一方面，當(dāng)白光的發(fā)射 應(yīng)被中止時(shí)，將阻擋區(qū)插入白光的光路，從而阻擋白光。轉(zhuǎn)動(dòng)快門42 由馬達(dá)45驅(qū)動(dòng)。白光的發(fā)射與發(fā)射中止之間的切換周期通過(guò)控制馬達(dá) 45的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)?？扉T驅(qū)動(dòng)器46控制馬達(dá)45，從而使馬達(dá)45驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)快門42?？?門驅(qū)動(dòng)器46根據(jù)分別發(fā)送自時(shí)鐘發(fā)生器22和系統(tǒng)控制器23的時(shí)鐘信 號(hào)和輸出周期探測(cè)信號(hào)來(lái)控制馬達(dá)，見(jiàn)下文中的具體描述。
燈41發(fā)射的白光被聚光透鏡43聚集，并被引導(dǎo)到光導(dǎo)31的入射 端。電源電路44為燈41提供電源。系統(tǒng)控制器23控制由電源電路44 提供給燈41的用來(lái)為燈41供電的電源的通斷。
接下來(lái)，詳細(xì)描述電子內(nèi)窺鏡30的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，電子內(nèi)窺 鏡30包括光導(dǎo)31、成像器件32、擴(kuò)散透鏡33、物鏡34和其他部件。
光導(dǎo)31的入射端安裝在用于將電子內(nèi)窺鏡30連接到內(nèi)窺鏡處理 器20的連接器(未畫出)中。而另一端，以下稱為輸出端，被安裝在 電子內(nèi)窺鏡30的插入管35的首端。如上文所述，光源單元40射出的 白光到達(dá)光導(dǎo)31的入射端。然后光被傳送到輸出端。傳送到輸出端的 光通過(guò)發(fā)散透鏡33照射插入管35的首端附近的外圍區(qū)域。
被白光照射的目標(biāo)的反射光的光學(xué)圖像通過(guò)物鏡34到達(dá)成像器件 32的光接收表面。時(shí)鐘信號(hào)和場(chǎng)信號(hào)從時(shí)鐘發(fā)生器22發(fā)射到成像器件 32。基于時(shí)鐘信號(hào)和場(chǎng)信號(hào)，成像器件32生成與到達(dá)光接收表面的光 學(xué)圖像對(duì)應(yīng)的圖像信號(hào)。
成像器件32是CMOS成像器件，即XY坐標(biāo)類型成像器件的一種。 如圖3所示，多個(gè)像素50排列在成像器件32的光接收表面的網(wǎng)格上。 每個(gè)像素50根據(jù)該像素50接收到的光的量生成像素信號(hào)。像素信號(hào) 按順序一個(gè)接一個(gè)地通過(guò)輸出模塊32o輸出。圖像信號(hào)由在單個(gè)場(chǎng)周 期輸出的像素信號(hào)組成，單個(gè)場(chǎng)周期為場(chǎng)信號(hào)的一個(gè)周期的一半。通 過(guò)行選擇電路32r和列選擇電路32c選擇應(yīng)該順序輸出像素信號(hào)的像素 50。
以下通過(guò)圖4描述每個(gè)像素50的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。像素50包括光電二 極管(PD) 51、浮置擴(kuò)散單元(FD) 52、傳輸晶體管53、復(fù)位晶體管 54、放大晶體管55和行選擇晶體管56。
根據(jù)PD 51的光電轉(zhuǎn)換接收和存儲(chǔ)的光的量，生成信號(hào)電荷。當(dāng) 傳輸晶體管53被開(kāi)啟時(shí)，所存儲(chǔ)的信號(hào)電荷被發(fā)送到FD 52。 FD52 是電容器，其上的電位根據(jù)所存儲(chǔ)的信號(hào)電荷變化。
當(dāng)復(fù)位晶體管54被開(kāi)啟時(shí)，F(xiàn)D52被復(fù)位。此后，存儲(chǔ)在FD52
9中的信號(hào)電荷流向電源，以下稱為Vdd。然后，F(xiàn)D52的電位被復(fù)位到 Vdd的電位。
放大晶體管55根據(jù)FD52的電位，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出阻抗，將電壓信 號(hào)輸出到行選擇晶體管56。
垂直輸出線32v沿每列像素50安裝。垂直輸出線32v連接到所有 排列在相同列的像素上。當(dāng)行選擇晶體管56被開(kāi)啟時(shí)，將電壓信號(hào)輸 出到垂直輸出線32v上。通過(guò)分別開(kāi)啟每個(gè)行選擇晶體管56，可分別 從連接到相同垂直輸出線32v的像素50輸出電壓信號(hào)。
垂直輸出線32v分別連接到CDS/SH電路32cds。在復(fù)位FD 52 之后，F(xiàn)D52的電位包含復(fù)位噪聲。與復(fù)位后接收到的信號(hào)電荷對(duì)應(yīng)的 電壓信號(hào)包含復(fù)位噪聲。CDS/SH電路32cds通過(guò)相關(guān)雙采樣，消除 電壓信號(hào)中所包含的復(fù)位噪聲，然后根據(jù)PD 51存儲(chǔ)的信號(hào)電荷輸出 電壓信號(hào)作為像素信號(hào)。
CDS/SH電路32cds通過(guò)列選擇晶體管32cs連接到水平輸出線 32h。通過(guò)按順序一個(gè)接一個(gè)地開(kāi)啟列選擇晶體管32cs，所有列中的 CDS/SH電路32cds生成的像素信號(hào)可通過(guò)水平輸出線32h和輸出模塊 32o分別輸出到圖像信號(hào)處理電路21。
傳輸信號(hào)線(未畫出)沿每行像素50安裝。傳輸信號(hào)線被連接到 給定行中所排列的所有像素中的傳輸晶體管53上。傳輸信號(hào)，以下稱 為cpT，被傳送到所有傳輸信號(hào)線上。cpT具有高狀態(tài)和低狀態(tài)。發(fā)送 到傳輸信號(hào)線的每一行的cpT，對(duì)于每一行在不同時(shí)間被設(shè)置為高狀態(tài)。 當(dāng)cpT被設(shè)置為高狀態(tài)時(shí)，傳輸晶體管53被開(kāi)啟，因此傳輸晶體管53 導(dǎo)通。
復(fù)位信號(hào)線(未畫出)沿每行像素50安裝。復(fù)位信號(hào)線連接到給 定行中所排列的所有像素中的復(fù)位晶體管54上。復(fù)位信號(hào)，以下稱為 cpR，被發(fā)送到所有復(fù)位信號(hào)線。(pR具有高狀態(tài)和低狀態(tài)。被發(fā)送到復(fù) 位信號(hào)線的每一行的cpR，對(duì)于每一行在不同時(shí)間被設(shè)置為高狀態(tài)。當(dāng) cpR被設(shè)置為高狀態(tài)時(shí)，復(fù)位晶體管54被開(kāi)啟，使得復(fù)位晶體管54導(dǎo) 通。
行選擇信號(hào)線(未畫出)沿像素50的每行安裝。行傳輸信號(hào)線被 連接到給定行中所排列的所有像素中的行選擇晶體管56上。行選擇信號(hào)，以下稱為cpSL，被發(fā)送到所有行選擇信號(hào)線。cpSL具有高狀態(tài)和 低狀態(tài)。被發(fā)送到行選擇信號(hào)線的每一行的(pSL，對(duì)于每一行在不同 時(shí)間被設(shè)置為高狀態(tài)。當(dāng)cpSL被設(shè)置為高狀態(tài)時(shí)，行選擇晶體管56被 開(kāi)啟，使得行選擇晶體管56導(dǎo)通。
列選擇信號(hào)，以下稱為cpSC，被分別發(fā)送到列選擇晶體管32cs。 當(dāng)cpSC被設(shè)置為高狀態(tài)時(shí)，列選擇晶體管32cs被開(kāi)啟，使得列選擇晶 體管32cs導(dǎo)通。
行選擇電路32r將cpT、 cpR和cpSL輸出到傳輸信號(hào)線、復(fù)位信號(hào) 線和行選擇信號(hào)線，用來(lái)控制復(fù)位晶體管54和行選擇晶體管56的操 作。此外，行選擇電路32r控制CDS/SH電路32cds的相關(guān)雙采樣操作。 列選擇電路32c將(pSC輸出到列選擇晶體管32cs，用來(lái)控制列選擇晶 體管32cs的開(kāi)關(guān)操作。
行選擇電路32r和列選擇電路32c根據(jù)時(shí)鐘發(fā)生器22發(fā)出的時(shí)鐘 信號(hào)和場(chǎng)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)操作和相關(guān)雙采樣操作。
在場(chǎng)周期輸出的像素信號(hào)序列作為像素信號(hào)發(fā)送到圖像信號(hào)處理 電路21。圖像信號(hào)處理電路21對(duì)接收到的圖像信號(hào)作預(yù)定的信號(hào)處理。
此外，針對(duì)第一行和第m行中的像素50的cpSL，以下稱為cpSLl 和cpSLm，被通過(guò)圖像信號(hào)處理單元21傳送到系統(tǒng)控制器23，其中在 每個(gè)場(chǎng)周期，第一行和第m行像素信號(hào)分別被第一個(gè)和最后一個(gè)輸出。 從cpSLl被置為高狀態(tài)開(kāi)始直到cpSLm被從高狀態(tài)置為低狀態(tài)，系統(tǒng)控 制器23將輸出周期探測(cè)信號(hào)發(fā)送到快門驅(qū)動(dòng)器46。
下面參考圖5，描述成像器件32輸出一場(chǎng)圖像信號(hào)的操作。
在時(shí)刻tl，給第一行中的像素50的cpR，以下稱為cpRl，被設(shè)為 高狀態(tài)，然后，排列在第一行的像素50中的復(fù)位晶體管54被開(kāi)啟。 通過(guò)開(kāi)啟復(fù)位晶體管54， FD52復(fù)位。
在緊隨FD52復(fù)位之后的時(shí)刻t2， cpSLl被設(shè)為高狀態(tài)，然后，第 一行中的像素50可輸出像素信號(hào)。cpSLl保持在高狀態(tài)，直到完成第 一行中的像素50的所有像素信號(hào)的輸出，此時(shí)給第n列的像素50的 cpSC，以下稱為cpSCn，被設(shè)為高狀態(tài)。
在時(shí)刻t3，預(yù)保持信號(hào)，以下稱為(pSHP被設(shè)為高狀態(tài)，然后，
ii第一行中的所有像素50中的復(fù)位FD 52的電位被對(duì)應(yīng)每列的CDS/SH 電路32cds采樣并保持。
在時(shí)刻t4，第一行中的像素50的cpT,以下稱為cpTl，被設(shè)為高 狀態(tài)，然后，由第一行中的像素50中的PD51存貯的信號(hào)電荷被發(fā)送 到FD52。
在時(shí)刻t5，數(shù)據(jù)保持信號(hào)，以下稱為cpSHD被設(shè)為高狀態(tài)，然后， 接收第一行中所有像素50的信號(hào)電荷的FD 52的電位被CDS/SH電路 32cds采樣并保持。CDS/SH電路32cds具有減法電路，該減法電路通 過(guò)從接收信號(hào)電荷的FD 52的電位中減去復(fù)位FD 52的電位，生成像 素信號(hào)。然后能夠從CDS/SH電路32cds輸出所生成的像素信號(hào)。
在時(shí)刻t6，第一列的cpSC，以下稱為cpSCl，被設(shè)為高狀態(tài)。然后， 第一列的列選擇晶體管32cs導(dǎo)通，第一列中的CDS/SH電路32cds所 保持的像素信號(hào)被通過(guò)水平輸出線32h和輸出模塊32o輸出到圖像信 號(hào)處理電路21。
在輸出第一列中的像素信號(hào)之后，第二列的(pSC，以下稱為cpSC2， 被設(shè)為高狀態(tài)。然后，第二列中的CDS/SH電路32cds所保持的像素信 號(hào)被通過(guò)水平輸出線32h和輸出模塊32o輸出到圖像信號(hào)處理電路21 。 接下來(lái)，所有列中的每列的(pSC—個(gè)接一個(gè)地被設(shè)為高狀態(tài)，第一行 中的每一列的像素信號(hào)被一個(gè)接一個(gè)地輸出。
在時(shí)刻t7， cpSCn被設(shè)為高狀態(tài)。然后從第n列，也就是最后一列 的CDS/SH電路32cds輸出像素信號(hào)，完成了第一行中所有像素50的 像素信號(hào)的輸出。此外，同時(shí)，cpSLl被設(shè)為低狀態(tài)。
在輸出第一行像素信號(hào)之后，第二行中的像素50的cpR，以下稱 為cpR2，被設(shè)為高狀態(tài)，然后，開(kāi)始輸出第二行的像素信號(hào)。從第二 行中的像素50輸出像素信號(hào)的操作，與時(shí)刻tl到t7所執(zhí)行的操作相 同(見(jiàn)周期P1)。
據(jù)此，按照與時(shí)刻tl到t6所執(zhí)行的一樣的操作，通過(guò)將每一行的 cpT、 cpR和(pSL設(shè)置為高狀態(tài)，將所有行中的像素信號(hào)輸出。
第m行，即最后一行的像素信號(hào)在周期P2被輸出，此時(shí)cpSLm保 持在高狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝恍械阶詈笠恍兄兴械南袼匦盘?hào)都被輸出時(shí)，就 完成了圖像信號(hào)的一場(chǎng)的輸出。
12下面參考圖6描述成像器件32和光源單元40輸出連續(xù)場(chǎng)圖像信 號(hào)的操作。
時(shí)鐘發(fā)生器22以1/30秒為周期生成場(chǎng)信號(hào)，并將其發(fā)送到成像器 件32和光源單元40。如上所述，將場(chǎng)信號(hào)一個(gè)周期的一半，即場(chǎng)信號(hào) 高狀態(tài)或低狀態(tài)期間的周期，定義為場(chǎng)周期。
場(chǎng)周期分為共同周期和輸出周期(見(jiàn)圖6底部)。場(chǎng)信號(hào)在高狀態(tài) 和低狀態(tài)之間切換的點(diǎn)被定義為共同周期的開(kāi)始時(shí)刻。從共同周期結(jié) 束到場(chǎng)信號(hào)下一次在高狀態(tài)和低狀態(tài)之間切換的時(shí)刻之間的周期被定 義為輸出周期。
在輸出周期，所有行的像素信號(hào)按順序一個(gè)接一個(gè)地輸出。第一 行的像素信號(hào)在cpSLl保持在高狀態(tài)的周期內(nèi)輸出，如圖6所示，與圖 5所示相同。在圖5和圖6中cpSLl保持在高狀態(tài)的周期是相等的。此 外，從第二行到第m行的像素信號(hào)也分別在cpSL2-cpSLm保持在高狀 態(tài)的周期輸出，如圖6所示。
如上文所述，通過(guò)使傳輸晶體管53導(dǎo)通，將PD51存儲(chǔ)的信號(hào)電 荷傳輸?shù)紽D 52。當(dāng)傳輸晶體管53的導(dǎo)通狀態(tài)中止時(shí)，PD 51開(kāi)始生 成并存儲(chǔ)信號(hào)電荷。因此，每一行的傳輸晶體管53的導(dǎo)通狀態(tài)保持中 止的周期，就是相應(yīng)行的信號(hào)電荷保持生成并存儲(chǔ)的存儲(chǔ)周期(見(jiàn)存 儲(chǔ)周期)。所有行中信號(hào)電荷傳輸?shù)紽D52的時(shí)刻不同。因此，所有行 的存儲(chǔ)周期不同。在圖6中，cpSL保持在高狀態(tài)的時(shí)刻被視為cpT保持 在高狀態(tài)的時(shí)刻。
在第一場(chǎng)周期中，在完成第一行像素信號(hào)的輸出之后的輸出周期 的一部分周期，被定義為第一行的可變周期(見(jiàn)"P3")。第一行的可變 周期和第一行的可變周期之后的共同周期的組合，是第一行中像素50 的存儲(chǔ)周期。根據(jù)第一行中的像素50在存儲(chǔ)周期收到的光的量，在第 一行所有像素50中生成并存儲(chǔ)信號(hào)電荷。該信號(hào)電荷將作為第二場(chǎng)周 期的第一行的像素信號(hào)輸出。
在第一場(chǎng)周期中，在完成第二行的像素信號(hào)的輸出之后的輸出周 期的一部分周期，被定義為第二行的第一可變周期(見(jiàn)"P4'")。在第二 場(chǎng)周期中，在開(kāi)始輸出第二行的像素信號(hào)之前的輸出周期的一部分周 期，被定義為第二行的第二可變周期(見(jiàn)"P4"")。第二行的第一可變周期，第二行的第一可變周期之后的共同周期以及第二行的第二可變周
期的組合，是第二行中像素50的存儲(chǔ)周期。根據(jù)第二行中像素50在 存儲(chǔ)周期接收到的光的量，在第二行中的所有像素50中生成并存儲(chǔ)信 號(hào)電荷。信號(hào)電荷將作為第二場(chǎng)周期的第二行的像素信號(hào)被輸出。
與第一行和第二行一樣，共同周期與輸出周期在該共同周期之前 和/或之后的部分的組合，被定義為每一行的存儲(chǔ)周期。某行的輸出周 期的部分與其他行的輸出周期的部分不同，并且在與其他行不同的時(shí) 刻開(kāi)始和結(jié)束該行的輸出。
轉(zhuǎn)動(dòng)快門42被驅(qū)動(dòng)從而使光源單元40只在共同周期發(fā)射白光脈 沖(見(jiàn)"光源單元"一欄)。此外，根據(jù)系統(tǒng)控制器23發(fā)送的輸出周期 探測(cè)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)快門42，從而在輸出周期內(nèi)中止光源單元40的發(fā) 射。
因此，由來(lái)自目標(biāo)的反射光所生成的光圖像僅在共同周期被所有 成像器件32中的像素50獲得，其中盡管每行的存儲(chǔ)周期不同，但所 有行的共同周期在給定的場(chǎng)周期中相同。因此，實(shí)際上所有行中的像 素在相同的共同周期中生成并存儲(chǔ)信號(hào)電荷。
在上述第一實(shí)施例中，在除了照明光外沒(méi)有其它光投射到目標(biāo)上 的情況下，例如在典型的利用電子內(nèi)窺鏡觀察的情況下，可使基于照 明光的光實(shí)際被所有像素50接收的周期和時(shí)刻一致。因此，如果應(yīng)由 CMOS成像器件獲得運(yùn)動(dòng)物體的光學(xué)圖像，則運(yùn)動(dòng)物體的圖像中的失 真將被減少。
如果對(duì)白光脈沖照射的目標(biāo)進(jìn)行拍照和/或錄像，而不控制該照明 光照射在目標(biāo)上的周期，與上述第一實(shí)施例相比，白光發(fā)射脈沖的行 數(shù)可能不同。如果照射到每行的脈沖的數(shù)量不同，那么照射到行上的 光的累積量也會(huì)不同。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在上述第一實(shí)施例中，使 用來(lái)照射行的脈沖的數(shù)量一致，這樣，也使得對(duì)于所有行的照明光的 總量一致。因此，可以避免由于顯示圖像中各行的照明光總量不同造 成的各行照射不均勻。
接下來(lái)，描述第二實(shí)施例中的快門控制系統(tǒng)。第二實(shí)施例與第--實(shí)施例之間的主要區(qū)別是，在非共同周期內(nèi)阻止光入射到成像器件的 光接收表面的方法。主要根據(jù)不同于第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)對(duì)第二實(shí)施例進(jìn)行描述。這里，采用相同的附圖標(biāo)記代表與第一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)對(duì) 應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
如圖7所述，內(nèi)窺鏡處理器200包括光源單元40、圖像信號(hào)處理 電路21、時(shí)鐘發(fā)生器22、系統(tǒng)控制器23 (控制器)和其他部件，如第 一實(shí)施例中所述。
光源單元40向光導(dǎo)31的入射端發(fā)射白光照射在目標(biāo)上，如第一 實(shí)施例所述。此外，圖像信號(hào)處理電路21對(duì)接收到的圖像信號(hào)進(jìn)行預(yù) 定的信號(hào)處理，如第一實(shí)施例所述。此外，時(shí)鐘發(fā)生器22為內(nèi)窺鏡系 統(tǒng)100的部件的某些操作安排時(shí)序，如第一實(shí)施例所述。此外，系統(tǒng) 控制器23控制內(nèi)窺鏡100中所有部件的操作。
光源單元40的結(jié)構(gòu)和功能與第一實(shí)施例中的相同。然而，與第一 實(shí)施例不同的是，快門驅(qū)動(dòng)器46不接收來(lái)自系統(tǒng)控制器23的輸出周 期探測(cè)信號(hào)。
電子內(nèi)窺鏡300包括光導(dǎo)31、成像器件32、擴(kuò)散透鏡33、物鏡 34、如第一實(shí)施例所述。此外，與第一實(shí)施例不同的是，電子內(nèi)窺鏡 300具有快門36。
快門36是液晶器件，安裝在成像器件32的光接收表面上?？扉T 36可將到達(dá)光接收表面的光在傳送與阻擋之間進(jìn)行切換。系統(tǒng)控制器 23控制快門36的切換操作。
成像器件32如第一實(shí)施例中一樣被驅(qū)動(dòng)，然后，圖像信號(hào)被生成 并傳送到圖像信號(hào)處理電路21。(pSLl和(pSLm通過(guò)圖像信號(hào)處理電路 21被傳送到系統(tǒng)控制器23，如第一實(shí)施例所述。系統(tǒng)控制器23命令 快門36阻擋光，從cpSLl被切換至高狀態(tài)開(kāi)始直至cpSLm被從高狀態(tài) 切換至低狀態(tài)。
下面將參考圖8，描述成像器件32和快門36在輸出連續(xù)場(chǎng)圖像信 號(hào)時(shí)的操作。成像器件32輸出一場(chǎng)圖像信號(hào)的操作與第一實(shí)施例中的 操作相同(見(jiàn)圖5)。
場(chǎng)周期被分為共同周期和輸出周期，如第一實(shí)施例所述。場(chǎng)信號(hào) 在高狀態(tài)與低狀態(tài)之間切換的時(shí)刻被定義為共同周期的開(kāi)始時(shí)刻，如 第一實(shí)施例所述。從共同周期的結(jié)束時(shí)刻到場(chǎng)信號(hào)下一次在高狀態(tài)與 低狀態(tài)之間切換的時(shí)刻之間的周期，被定義為輸出周期，如第一實(shí)施
15例所述。
共同周期與輸出周期在該共同周期之前和/或之后的部分的組合， 被定義為每一行的存儲(chǔ)周期，如第一實(shí)施例所述。根據(jù)相應(yīng)行的像素
50在存儲(chǔ)周期中接收到光的量，在該相應(yīng)行的所有像素50中生成并存 儲(chǔ)信號(hào)電荷。在輸出周期，當(dāng)相應(yīng)行的cpSL被設(shè)為高狀態(tài)時(shí)，由PD51 存儲(chǔ)的信號(hào)電荷被傳輸并最終作為像素信號(hào)輸出。
與第一實(shí)施例不同的是，轉(zhuǎn)動(dòng)快門42被驅(qū)動(dòng)，從而使光源單元40 不僅在共同周期而且也在輸出周期發(fā)射白光脈沖(見(jiàn)"光源單元"行)。
在共同周期，快門36被命令使光學(xué)圖像通過(guò)。另一方面，如上文 所述，在輸出周期，快門36被命令阻擋光學(xué)圖像。因此，目標(biāo)的反射 光的光學(xué)圖像僅在共同周期到達(dá)成像器件32的所有像素50，其中盡管 各行的存儲(chǔ)周期不同，但在給定的場(chǎng)周期中所有行的共同周期相同。 因此，信號(hào)電荷實(shí)際上在相同的共同周期中被所有行的像素生成并存 儲(chǔ)。
在第二實(shí)施例中，當(dāng)XY坐標(biāo)類型成像器件，例如CMOS成像器 件被命令獲取運(yùn)動(dòng)物體的光學(xué)圖像時(shí)，可使光通過(guò)線曝光實(shí)際被所有 像素50接收的周期和時(shí)刻一致。
此外，即使對(duì)被白光脈沖照射的目標(biāo)進(jìn)行拍照和/或錄像，而不對(duì) 照明光照射到物體上的周期進(jìn)行控制，仍可避免由于顯示圖像中的各 行的照明光的總量不同造成的各行照射不均勻，如第一實(shí)施例所述。
在上述第一和第二實(shí)施例中采用了能夠發(fā)射光脈沖的光源單元。 然而，也可以采用任何其他光源。在第一實(shí)施例中，采用能被開(kāi)啟和 關(guān)閉的光源單元，通過(guò)在輸出周期中止光的發(fā)射，也能夠獲得相同的 效果。例如，可采用發(fā)光二極管作為光源。在第二實(shí)施例中，由于快 門36可對(duì)去往光接收表面的光學(xué)圖像在傳送與阻擋之間切換，因此可 采用不止一個(gè)可被開(kāi)啟和關(guān)閉的光源。
光源單元40分別被安裝在上述第一和第二實(shí)施例中的內(nèi)窺鏡處理 器20和200中。然而，光源單元40可以是與內(nèi)窺鏡處理器20和200 分開(kāi)的另一個(gè)裝置。
內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中采用了第一實(shí)施例中的光源控制系統(tǒng)和第二實(shí)施例 中的快門控制系統(tǒng)。光源控制系統(tǒng)和快門控制系統(tǒng)也可用于其他圖像獲取裝置。例如，在利用光源單元對(duì)黑暗場(chǎng)景拍照和/錄像的照相機(jī)中 采用光源控制系統(tǒng)可以獲得相同的效果。此外，即便在常規(guī)照相機(jī)中 采用該快門控制單元也能獲得相同的效果。
在上述第一和第二實(shí)施例中，像素50被排列在網(wǎng)格中。然而，像 素50也可以排列在彼此不同的第一和第二方向上，只要與排列在第一
方向上的給定行中的像素50對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)序列按照第一方向上的行
的順序輸出即可。此外，在上述第一和第二實(shí)施例中，與給定行中的 像素對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)序列按行的順序輸出。然而，與給定列中的像素 對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)序列也可按列的順序輸出。
上述第一和第二實(shí)施例中采用了 CMOS成像器件。然而，通過(guò)任 何其他XY坐標(biāo)類型成像器件也可獲得相同的效果。
盡管本文結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但顯而易見(jiàn)的是，本 領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明范圍的基礎(chǔ)上可作很多修正和變化。
權(quán)利要求
1、一種光源控制系統(tǒng)，包括探測(cè)器，如果XY坐標(biāo)類型成像器件被驅(qū)動(dòng)以生成圖像信號(hào)，該探測(cè)器探測(cè)輸出周期，所述XY坐標(biāo)類型成像器件包括排列在第一和第二方向上的多個(gè)像素，所述圖像信號(hào)包括與所述像素對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素信號(hào)，所述像素信號(hào)根據(jù)信號(hào)電荷而變化，所述像素根據(jù)在存儲(chǔ)周期接收到的光的量生成所述信號(hào)電荷，所述存儲(chǔ)周期包括共同周期和可變周期，所述共同周期對(duì)所有的像素行同步，所述可變周期根據(jù)每個(gè)像素行變化，所述像素行包括排列在所述第一方向上的所述像素，與排列在所述相同像素行的所述像素對(duì)應(yīng)的所述像素信號(hào)序列，在所述共同周期之后的所述輸出周期內(nèi)按照所述像素行的順序輸出；以及控制器，用于控制光源在所述輸出周期中止照明光的發(fā)射，所述照明光照射在目標(biāo)上，其中該目標(biāo)的圖像被所述XY類型成像器件獲得。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源控制系統(tǒng)，其中所述控制器命令所 述光源發(fā)射所述照明光的脈沖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源控制系統(tǒng)，其中所述XY坐標(biāo)類型 成像器件安裝在電子內(nèi)窺鏡中。
4、 一種快門控制系統(tǒng)，包括探測(cè)器，如果XY坐標(biāo)類型成像器件被驅(qū)動(dòng)以生成圖像信號(hào)，則 該探測(cè)器探測(cè)輸出周期，所述XY類型成像器件包括排列在第一和第 二方向上的多個(gè)像素，所述圖像信號(hào)包括與所述像素對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素 信號(hào)，所述像素信號(hào)根據(jù)信號(hào)電荷變化，所述像素根據(jù)在存儲(chǔ)周期接 收到的光的量生成所述信號(hào)電荷，所述存儲(chǔ)周期包括共同周期和可變 周期，所述共同周期對(duì)所有像素行同步，所述可變周期根據(jù)每個(gè)所述 像素行變化，所述像素行包括排列在所述第一方向上的所述像素，與 排列在所述相同像素行的所述像素對(duì)應(yīng)的所述像素信號(hào)的序列，在所述共同周期之后的所述輸出周期按所述像素行的順序輸出；以及控制器，該控制器控制快門在所述輸出周期阻擋射向所述XY坐 標(biāo)類型成像器件的光，所述快門安裝在所述XY坐標(biāo)類型成像器件的 光接收表面上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的快門控制系統(tǒng)，其中所述XY類型成像 器件安裝在電子內(nèi)窺鏡中。
6、 一種內(nèi)窺鏡處理器，包括第一控制器，該第一控制器控制XY坐標(biāo)類型成像器件生成圖像 信號(hào)，所述XY類型成像器件包括排列在第一和第二方向上的多個(gè)像 素，所述圖像信號(hào)包括與所述像素對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素信號(hào)，所述像素信 號(hào)根據(jù)信號(hào)電荷變化，所述像素根據(jù)存儲(chǔ)周期接收到的光的量生成所 述信號(hào)電荷，所述存儲(chǔ)周期包括共同周期和可變周期，所述共同周期 對(duì)所有像素行同步，所述可變周期根據(jù)每個(gè)所述像素行變化，所述像 素行包括排列在所述第一方向上的所述像素，與排列在所述相同像素 行的所述像素對(duì)應(yīng)的所述像素信號(hào)的序列，在所述共同周期之后的所 述輸出周期按所述像素行的順序輸出；以及第二控制器，該第二控制器控制光源在所述輸出周期中止照明光 的發(fā)射，所述照明光照在目標(biāo)上，其中目標(biāo)的圖像被所述XY類型成 像器件獲得。
7、 一種內(nèi)窺鏡處理器，包括第一控制器，該第一控制器控制XY坐標(biāo)類型成像器件生成圖像 信號(hào)，所述XY類型成像器件包括排列在第一和第二方向上的多個(gè)像 素，所述圖像信號(hào)包括與所述像素對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素信號(hào)，所述像素信 號(hào)根據(jù)信號(hào)電荷變化，所述像素根據(jù)存儲(chǔ)周期接收到的光的量生成所 述信號(hào)電荷，所述存儲(chǔ)周期包括共同周期和可變周期，所述共同周期 對(duì)所有像素行同步，所述可變周期根據(jù)每個(gè)所述像素行變化，所述像 素行包括排列在所述第一方向上的所述像素，與排列在所述相同像素 行的所述像素對(duì)應(yīng)的所述像素信號(hào)的序列，在所述共同周期之后的所述輸出周期按所述像素行的順序輸出；以及第二控制器，該第二控制器控制快門在所述輸出周期阻擋射向所述XY坐標(biāo)類型成像器件的光，所述快門安裝在所述XY坐標(biāo)類型成 像器件的光接收表面上。
8、 一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括電子內(nèi)窺鏡，其中包括XY坐標(biāo)類型成像器件，所述XY坐標(biāo)類 型成像器件包括多個(gè)排列在第一和第二方向上的像素；第一控制器，該第一控制器控制所述XY坐標(biāo)類型成像器件生成 圖像信號(hào)，所述圖像信號(hào)包括與所述像素對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素信號(hào)，所述 像素信號(hào)根據(jù)信號(hào)電荷變化，所述像素根據(jù)存儲(chǔ)周期接收到的光的量 生成所述信號(hào)電荷，所述存儲(chǔ)周期包括共同周期和可變周期，所述共 同周期對(duì)所有像素行同步，所述可變周期根據(jù)每個(gè)所述像素行變化， 所述像素行包括排列在所述第一方向上的所述像素，與排列在所述相 同像素行的所述像素對(duì)應(yīng)的所述像素信號(hào)的序列，在所述共同周期之 后的所述輸出周期按所述像素行的順序輸出；光源，該光源發(fā)射照明光照射在目標(biāo)上，該目標(biāo)的圖像被所述XY 類型成像器件獲得，所述光源能夠在開(kāi)啟和關(guān)閉之間切換；以及第二控制器，該控制器控制光源在所述輸出周期中止照明光的發(fā)射。
9、 一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括電子內(nèi)窺鏡，其中包括XY坐標(biāo)類型成像器件，所述XY坐標(biāo)類 型成像器件包括多個(gè)排列在第一和第二方向上的像素；第一控制器，該第一控制器控制所述XY坐標(biāo)類型成像器件生成 圖像信號(hào)，所述圖像信號(hào)包括與所述像素對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素信號(hào)，所述 像素信號(hào)根據(jù)信號(hào)電荷變化，所述像素根據(jù)存儲(chǔ)周期接收到的光的量 生成所述信號(hào)電荷，所述存儲(chǔ)周期包括共同周期和可變周期，所述共 同周期對(duì)所有像素行同步，所述可變周期根據(jù)每個(gè)所述像素行變化， 所述像素行包括排列在所述第一方向上的所述像素，與排列在所述相 同像素行的所述像素對(duì)應(yīng)的所述像素信號(hào)的序列，在所述共同周期之后的所述輸出周期按所述像素行的順序輸出；快門，該快門安裝在所述XY成像器件的光接收表面上，所述快 門能夠在阻擋與不阻擋射向所述XY坐標(biāo)類型成像器件的光之間切換; 以及第二控制器，該第二控制器控制所述快門在所述輸出周期阻擋射 向所述XY坐標(biāo)類型成像器件的光。
全文摘要
本發(fā)明提供了光源控制系統(tǒng)、快門控制系統(tǒng)、內(nèi)窺鏡處理器和內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。提出了一種具有探測(cè)器和控制器的光源控制系統(tǒng)。該探測(cè)器探測(cè)輸出周期。XY坐標(biāo)類型成像器件生成包含多個(gè)像素信號(hào)的圖像信號(hào)。像素信號(hào)根據(jù)信號(hào)電荷變化。像素根據(jù)存儲(chǔ)周期中接收到的光的量生成信號(hào)電荷。存儲(chǔ)周期包括共同周期和可變周期。共同周期對(duì)所有像素行同步?？勺冎芷趯?duì)于排列在第一方向的每個(gè)像素行不同。與排列在相同像素行的像素相應(yīng)的像素信號(hào)，在輸出周期按照像素行的順序輸出?？刂破骺刂乒庠丛谳敵鲋芷谥兄拐彰鞴獾陌l(fā)射。
文檔編號(hào)H04N5/238GK101452113SQ20081018279
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
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