JPH01268536A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は黒レベル補正回路を有する内視鏡装置に関する
。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］近年、細
長の挿入部を体腔内に挿入することにより、体腔内臓器
等を診断したり、検査したりすることのできる内視１！
（スコープまたはファイバスコープ）が広く用いられて
いる。

また、医療用のみならず、工業用においてもボイラ、Ｉ
ａ械、化学プラント等の管内、あるいは機器内等の対象
物を観察、検査したりするのに用いられている。

更に、電荷結合素子（以下、ＣＣＤと記す。）等の固体
撮像素子を撮像手段に用いた電子スコープも用いられて
いる。この電子スコープはファイバスコープに比べ解ｍ
戊が高く、画像の記録および再生等が容易であり、加え
て画像の拡大や２画面の比較等の画像処理が容易である
等の利点を有する。

上記電子スコープであって、特にＣＯＤの結像面にモザ
イク状の色フィルタを固着した、いわゆるモザイクカラ
ーフィルタ方式によるカラー線像方式では、ＣＯＤにお
いて得られる輝度信号に対し、色の搬送波が徂畳された
信号型式で光電変換出力が得られる。この色の搬送波は
ＣＯＤの単位画素と１対１で固着される［ザイクカラー
フィルタで得られる。当然、得られる輝度信号と色搬送
波の大きさはＣＯＤの入射光はに比例し、入射光量が完
全に遮光されると、両者とも無信号となる。

しかしながら色搬送波については遮光しても無信号とな
らず、わずかの色搬送波が残留色搬送波として発生する
。遮光状態では最終的に得られるべきカラー映像信号は
黒であるが、前記残留色搬送波が存在すると完全な黒と
ならず色付き現象が発生する。これを一般的には黒バラ
ンスのずれと呼称される。残留色搬送波が発生する原因
はＣＯＤを駆ａする駆動信号（パルス）がＣＯＤの光電
変換出力に電磁結合等によって発生するのが最も多い。

特に電子スコープでは前記ＣＯＤ駆動回路は本体側に具
備されており、ＣＣＤ駆動信号はスコープ内に構成され
る約３〜５ｍ程度のケーブルを使用して内視鏡先端部に
設けられているＣＯＤに供給される。一方、ＣＣＤ光電
変換出力も同じく３〜５ｍ程度のケーブルを使用して先
端部から本体側に伝送され、また、スコープの外径を操
作性向上の目的で極力細径になるように要求されるため
両ケーブル問に電磁結合が生じ、ＣＣＤ駆動信号がＣＣ
Ｄ光電変換出力に発生ずる。

第９図において、電子スコープ１の挿入部２先端部にＣ
ＣＤ３が設けられている。電子スコープ１に接続された
制御装置４内に設けられたＣＯＤ駆動回路６の出力は挿
入部２内を押通されたケーブル７によってＣＣＤ３に伝
送される。一方、ＣＣＤ３の光電変換出力はケーブル８
によって制御装置４内に設けられた映像信号処理回路９
に伝送され、信号処理きれて映像出力となり、モニタ１
０の画面上に表示される。ケーブル７．８は併設されて
おり、実際にはシールド線が使用されているが完全にシ
ールドすることはシールド線の構造上不可能である。従
って両ケーブル７．８に流れる信号が相互に干渉を起こ
し、特にＣＣＤ駆動信号の光電変換出力への漏れが大き
い。

以上説明したように信号の相互干渉によって得られる映
像信号に次のような現象が生じる。

最も大きな障害としては映像信号の黒バランスが極めて
不安定となることである。一般的にＣＯＤでは受光エリ
アの一部を遮光部材により遮光し、この部分に対応する
信号の領域（以下、ＯＢ領領域略記す。）を黒レベルの
基準レベルとしている。

上記のようにこのＯＢ領領域対しても相互干渉によりＣ
ＣＤ駆動信号が漏洩する結果、黒レベルの不安定要因と
なる。

第５図ないし第８図において、一般的な回路を説明する
。

第５図に示すように内視鏡装置１１は、ａ＠手段が組込
まれた電子スコープ１２と、この電子ス」−１１２に照
明光を供給する光源部１３、電子スコープ１２で搬像さ
れた信号を表示装置に表示できる映像信号に変換する信
号処理部１４を収納する制御装置１６とからなる。

上記電子スコープ１２は体腔内に挿入し易いように細長
の挿入部１７が形成され、この挿入部１７の先端面側に
対物レンズ１８とＣＣＤ１９とを配置して撮像手段が組
込まれている。なお、ＣＣＤ１９の撮像面には例えば赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）。

青（Ｂ）の各色光を透過するフィルタがモザイク状に設
けられたカラーモザイクフィルタ２０が貼設されている
。

また、上記挿入部１７内には照明光を伝送するライトガ
イド２１が挿通され、光源部１３から供給された照明光
を伝送して先端面から出射し、この出射された照明光は
配光レンズ２２で拡開されて被写体側を照明する。

前記ライトガイド２１の手元側端面には照明光を供給す
る光源部１３が設けられており、この光源部１３は光源
ランプ２３と、この光源ランプ２３から出射された白色
光を集光する集光レンズ２４とを備えている。

前記照明光で照明された被写体は対物レンズ１８でＣＣ
Ｄ１９の撮像面に結像され、カラーモザイクフィルタ２
０によって色分離される。この被写体像はＣＯＤドライ
ブ回路２６からの転送、読み出しを行うための駆動パル
スの印加によって光電変換された信号が読み出される。

Ｃ０Ｄ１９の出力信号は、信号処理部１４を形成するダ
ブルサンプリング回路２７に入力される。

このダブルサンプリング回路２７はＣＯＤ出力信号に含
まれる１／ｆおよびリセットノイズを除去するためにダ
ブルサンプリングを行い、ノイズ成分を除去してＳ／Ｎ
を改善した信号にする。この信号はオプティカルブラッ
ククランプ回路（以下、ＯＢクランプ回路と略記す。）
２８に入力される。

このＯＢクランプ回路２８では、ＣＣＤ１９の暗電流の
増減による黒レベル変動を防ぐために入力信号のオプテ
ィカルブラック期間（以下ＯＢ期間と略記す、）をクラ
ンプパルス、サンプリングパルス発生回路３２より発生
されるＯ［３１１１間クランプパルスによって直流クラ
ンプするようになっている。このＯＳクランプ回路２８
の出力信号はクリーニング回路２９に入力され、０８ｍ
問とＨブランキングｍｒｉがクリーニングされてクラン
プ回路３１に入力されて、再度直流クランプされる。

第６図において、ＯＢクランプ回路２８とクリーニング
回路２９の動作を説明する。

第６図（ｂ）はダブルサンプリング回路２７の出力波形
であって、映像信号期間１０１とＯＢ　３１間１０２と
Ｈブランキング期間１０３とからなる。

電位１０４はＯＢ期間１０２の電位である。このレベル
がＣＣＤ１９の暗電流で決定されるレベルであり、また
、黒レベルでもある。このＯＢ期間１０２を第６図（ａ
）に示すＯＢクランプパルスによってクランプして黒レ
ベルを安定させる。

前記クリーニング回路２９では、クランプパルス、サン
プリングパルス発生回路３２より発生された第６図（ｄ
）に示されるようなりリーニングパルスによってＯＢ期
間１０２とＣＣＤ１９の構造上、パルス性のノイズ１０
６が重畳されているト１ブランキング朔問１０３とがク
リーニングされる。

前記クリーニング回路２９の具体的な動作はＯＢ期間１
０２がクランプされる電位１０４にＨブランキング期間
１０３をアナログゲート等で切換えることによって行な
われる。０８クランプ回路２８とクリーニング回路２９
の具体例を第７図に示す。

０８クランプ回路２８はクランプ川の結合コンデンサ３
３とアナログスイッチとで構成されている。このＯＢク
ランプ回路２８は０８期間１０２内でアナログスイッチ
がオンとなることによりクランプ電位３４に直流クラン
プされて電位１０４となる。クリーニング回路２９も同
様に、アナログスイッチで構成されており、クリーニン
グパルス期間１０７においてクランプ電位３４側に切換
え、その結果電位は０８クランプ電位１０４と同電位と
なり、更にＯＢクランプ電位１０４にはノイズがないた
めに、Ｈブランキング期間１０３に重畳されたノイズは
第６図（Ｃ）に示すように完全に除去される。

前記クリーニング回路２９の出力はクランプ回路３１に
入力され、第６図（ｅ）に示すようなＨブランングクラ
ンプパルスによって再度直流クランプされる。クランプ
回路３１の出力は自動利得制御回路３７に入力され、自
動利得制御回路３７の出力はγ補正回路３８に入力され
る。γ補正回路３８はＣＣＤ１９の出力映像信号のγ特
性γ＝１をγ＝０．４５に変換するものであり、このγ
補正回路３８の出力はローパスフィルタ（ＬＰＦ）３９
に入力されて色搬送波が除去されて輝度信号Ｙが抽出さ
れて混合器４１に入力される。

前記γ補正回路３８の出力は分岐されて、サンプルホー
ルド回路４２．４３に入力される。サンプルホールド回
路４２．４３ではクランプパルス。

サンプリングパルス発生回路３２より発生されたサンプ
リングパルスが各々入力されて色搬送波信号からＲ，Ｂ
色信号が分離抽出される。Ｒ，Ｂ色信号はクランプ回路
４４．４６で、クランプパルス、サンプリングパルス発
生回路３２によって発生されたクランプパルスによって
Ｈブランキング期間が直流クランプされてＬＰＦ４７．
４８を紅て同時化回路４９で同時化される。

第８図において同時化回路４９の動作を説明する。

第８図（ａ）はＬＰＦ４７の出力であるＲ色信号出力の
タイミングであり、同図（ｂ）はＬＰＦ４８の出力であ
るＢ色信号出力のタイミング“Ｃある。このＲ色信号と
Ｂ色信号は１１１毎に抽出され、同時化回路４９に入力
される。同時化回路４９は１Ｈ遅延回路を有しており、
Ｒ，Ｂ色信号を１Ｈ遅延してＲ，Ｂ色信号が欠落づる部
分（図中破線で示される。）を補完し、第８図（Ｃ）お
よび（ｄ＞のように同時化信号を得る。

同時化されたＲ、Ｂ色信号は減算器５１．５２に入力さ
れ、前記ＬＰＦ３９より出力されたｆｆ４！度信＠Ｙに
よって色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙが生成されたカラーエン
コーダ回路５３に入力される。カラーエンコーダ回路５
３では色差信号Ｒ−Ｙ、ｒ３−Ｙよりクロマ信号が生成
されて前記混合器４１に入力される。この混合器４１で
は輝度信号Ｙにクロマ信号が重畳されてコンポジット信
号として図示しないモニタに出力される。

上記のような自動利得制御回路３７の入力側にＯＢクラ
ンプ回路２８とクリーニング回路２９とクランプ回路３
１とを設けただけの回路では前記干渉による黒バランス
のずれが無視できない。その理由は、第７図で説明した
ようにＯ８期間１０２にノイズが残留搬送波が存在する
と第７図の分岐点３０の電圧値が変動してしまいしまい
クランプ電位３４と等しくならない問題が発生する。

一般にＯＢ期間１０２はＣＣＤ１９の画素を遮光して得
るが、この遮光する画素数は必要最小限としており、Ｃ
ＣＤ１９も水平方向画素の内、十数画素がＯＢ検出用画
素として割当てられ、その０８期間の時間は２μｓ程度
である。０　［３クランプパルスはパルス幅１μｓ程度
であり、パルス幅が狭いためにクランプ回路の能動周波
数の高帯域化が必要となるシフリーニングする目的はク
ランプパルスのパルス幅をできるだけ広くし、筒中な回
路で確実なりランプを可能とするためにクランプ期間を
広げ、例えば１μｓ以上のクランプパルスによりクラン
プをを可能としている。しかし前記のようにＯ８期間１
０２にノイズ等が重畳されるような回路では上記のよう
に黒レベルが不安定であるという問題がある。

なお、特開昭６２−２３６２７４号公報では無人射光時
のビデオアンプの出力に第３のゲイン時に動作状態とな
る黒レベル修正手段を設（〕た技術が開示されているが
無段階に変化するゲインに対する修正については述べら
れていなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安定
した黒レベルを得ることのできる制御回路を右する内視
鏡装置を提供することを目的と１６゜ ［課題を解決するための手段］ 本発明の内視鏡装置は、信ｊｊ　ｌ理装置に設けられ、
固体撮像素子の出力レベルを調整できる利１９調整手段
と、利得調整手段の後段に設けられ、固体撮像素子の出
力信号に含まれるオプティカルブラック部を直流クラン
プして、オプティカルブラック部の安定化を行う直流ク
ランプ手段とを備えたものである。

［作用］ 本発明では、固体撮像素子からの信号の出力レベルは利
得調整手段によって調整される。この出力レベルの調整
された信号は、直流クランプ手段によって直流クランプ
される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図ないし第４図は本発明の一実施例に係り、第１図
は内視鏡Ｖｔ置の構成を説明するブロック図、第２図は
サンプルホールド回路の動作説明用タイタングチ１ノー
ト部、第３図は０８９５２１回路の回路図、第４図は他
のＯＢクランプ回路図である。

第１図において、ＣＣＤ１９の出力信号は、信号処理部
１４を形成するダブルサンプリング回路２７に入力され
る。このダブルサンプリング回路２７はＣＯＤ出力信号
に含まれる１／ｆおよびリセットノイズを除去づるため
にダブルリ゛ンブリングを行い、ノイズ成分を除去して
Ｓ／Ｎを改善した信号にする。この信号は直流クランプ
手段としてのＯＳクランプ回路２８に入力される。Ｏ［
３クランプ回路２８では、クランプ発生回路５つの発生
づるクランプパルスによってＯ８期間１０２を直流クラ
ンプされ、この信号は利得制御回路３７を経てγ補正回
路３８に入力される。γ補正回路３８の出力はＬＰＦ３
９とＯＢクランプ回路２８ｂ、２８ｃとに分岐されて入
力され、サンプルホールド回路４２．４３に各々入力さ
れる。サンプルホールド回路４２．４３ではザンブリン
グパルスが入力されることにより色搬送波信号からＲ９
Ｂ色信号が分離抽出される。

第２図（ａ）はＣＣＤ　１９（７）出力例であり、Ｒｏ
Ｇ、Ｒ，Ｇ・・・のラインとＢ、Ｇ、Ｂ、Ｇ・・・のラ
インが交互に設けられたカラーモザイクフィルタ２０が
撮像面に貼設されたＣＣＤ１９の場合には、例えばｎ番
目のラインではＲ，Ｇ、Ｒ，Ｇ・・・というふうに交互
に色情報が得られ、この色情報信号を第２図（ｂ）のよ
うなＲ用サンプリングパルスおよび同図（Ｃ）のような
Ｇ用サンプリングパルスにより各々サンプリングホール
ドし、サンプルホールドされた色信号の差動をとること
によってＲ−Ｇ（ｌが得られる。次のｎ十１番目のライ
ンでは同様にＢ−Ｇ信号が得られる。

前記サンプルボールド回路４２の出力にはＲ−Ｇ信号が
、サンプルホールド回路４３の出力にはＢ−Ｇ信号がそ
れぞれ得られる。このリーンプルボールド回路４２．４
３の出力は利得制御アンプ（以下、ＯＣＡと略記す。）
５６．５７により電圧増幅されてＬＰＦ４７．４８を経
てＯＢクランプ回路２８ｄ、２８ｅに入力され、０ＢＩ
ＩＩ間１０２がクランプされる。ＧＣＡ５６．５７は適
正なホワイトバランスを取るために設けられており、被
写体の色温度が変化しても減篩器５１．５２の出力であ
る色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−ＹがＲ−Ｙ＝０およびＢ−Ｙ＝
Ｏとなるように０ＣＡ５６．５７の増幅利得を可変抵抗
器Ｒ１、Ｒ２によって各々最適に可変される。

ここで、ＧＣＡ５６．５７の各々の利得はＣＣＤ１９の
分光特性あるい番ま被写体への光源色温度によっては両
者の利得は２倍以上異なる。例えば、第１図の０８クラ
ンプ回路２８ｂ、２８Ｇにおいて、ＯＢ期間１０２にノ
イズまたは残留色搬送韓が重畳されクランプ電位３４に
誤差が生じるとこの誤差電圧が０ＣＡ５６．５７によっ
てそのまま増幅されてしまう。この誤差電圧が黒バラン
スの不安定要因となるために、前記０８９５２７回路２
８ｄ、２８ｅでＯＢ　１ｆＪ間１０２をクランプする。

前記０８９５２７回路２８ｄ、２８ｅは、例えば第３図
のようにオペアンプ５８の反転入力端子にＯＢクロック
パルスによってオン、オフするアナログスイッチ６０を
介して４Ｃ号を入力し、非反転入力にＯＢクランプ電位
３４を入力するようにしたフィードバッククランプとし
てもよいし、第４図のようにＬＣの発振回路を構成して
共振周波数を残留キャリアの繰返し周波数にするように
してもよい。

前記０８９５２７回路２８ｄ、２８ｅの出ノＪはクリー
ニング回路２９ａ、２９ｂに入力される。

このクリーニング回路２９８．２９１）はカラ−エンコ
ーダ５３内部で色差信号をト１ブランキング期間１０３
で再度直流クランプする場合、Ｈブランキング期間１０
３をクランプ７るためのクランプパルス位相とＯＢ期間
１０２のタイミングが一致していないためにクリーニン
グ回路２９ａ、２９ｂでクランプ期間を作るために設け
られている。

前記γ補正回路３８の出力はＬＰＦ３９にも出力され、
このＬＰＦ３９で色搬送波が除去されて輝度信号Ｙが抽
出され、０８クランプ回路２８ａで直流クランプされ、
更にクリーニング回路２９でクリーニングされて混合器
４１に入力される。

この混合器４１には前記カラーエンコーダ５３で生成さ
れたクロマ信号が入力され、輝度信号Ｙにクロマ信号が
重畳されてコンポジット信号が出力される。また、カラ
ーエンコーダ５３からはＲｌＧ、Ｂの３原色信丹も出力
される。

本実茄例において、ＯＢクランプ回路２８ｄ。

２８ｅを利得制御アンプ５６．５７の後段に設けること
によって利得制御アンプ５６．５７によって生じる誤差
電圧を吸収することができ黒バランスを安定化させるこ
とができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、０８９５２７回路を
信号処理回路の最終段に設けたために信号処理の際に発
生する不安定要因を吸収づることができ、安定した黒レ
ベルを（ｑることのできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例に係り、第１図
は内視鏡装置の構成を説明するブロック図、第２図はサ
ンプルホールド回路の動作説明用タイミングチャート部
、第３図は０３９９２１回路のは内視ｔ１１装置の構成
を説明づるブ［１ツク図、第６図はオプティカルブラッ
ククランプ回路とクリーニング回路の動作説明用タイミ
ングヂャート図、第７図はクリーニング回路を示すブロ
ック図、第８図は同時化回路の動作説明図、第９図は内
？ｆＡ鏡の概略の構成図である。 １１・・・内視鏡装置　　　１２・・・電子スコープ２
８ｄ、２８ｅ・・・オプチカルブラッククランプ回路 第２図 第３図 第６図 １ｉ （ｅ）需ｒ　　　　　　　　　　　・ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固体撮像素子を備えた内視鏡と、前記内視鏡が接続され
   、前記固体撮像素子によつて得られた画像信号を信号処
   理する信号処理装置と、前記信号処理装置が出力する映
   像信号を入力し、画像を表示するモニタとを備える内視
   鏡装置において、前記信号処理装置に設けられ、前記固
   体撮像素子の出力レベルを調整できる利得調整手段と、
   前記利得調整手段の後段に設けられ、固体撮像素子の出
   力信号に含まれるオプティカルブラック部を直流クラン
   プして、オプティカルブラック部の安定化を行う直流ク
   ランプ手段と、 を具備することを特徴とする内視鏡装置。