JPH06209905A - 内視鏡撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】モニタ画面に映し出される被写体像の中心部の
解像度を向上させる一方、被写体像の中心部と中心部周
辺との間の配光むらを解消した内視鏡撮像装置を提供す
る。 【構成】図に示すようにカラーフィルタ１０は、水平解
像度の向上を目指すために、前記カラーフィルタ１０を
撮像領域中心部１８と撮像領域中心部周辺部１９とに分
割すると共に、撮像領域中心部１８のＲ、Ｇ、Ｂの原色
フィルタ配列の比率を Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：３：１ とする一方撮像領域中心部周辺部１９のＲ、Ｇ、Ｂの原
色フィルタ配列の比率を Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１ としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子を有し
て、被写体像を撮像する内視鏡撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡を例えば体腔内に挿入して被写体
像をモニタに映し出して観察する内視鏡装置には赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色信号に対して、固
体撮像素子の例えばＣＣＤの有効画素数から得られる情
報をそのまま処理して出力することによって理論的に
Ｒ，Ｇ，Ｂの解像度を同じにした面順次方式の電子内視
鏡装置やＣＣＤの前面にカラーフィルタを設けた同時方
式の電子内視鏡装置、或は、光学式内視鏡の接眼部にカ
ラーフィルタを設けたＣＣＤを備えた外付けＴＶカメラ
を接続することによって被写体像をモニタに映し出すよ
うにしたものがある。

【０００３】そして、前述のように撮像素子の前面にカ
ラーフィルタを設けてモニタにカラーの被写体像を映し
出すようにした同時式の内視鏡撮像装置や内視鏡用外付
けＴＶカメラの撮像素子の前面に配設するカラーフィル
タは、図８の（ａ）に示すようにＲ、Ｇ、Ｂの原色フィ
ルタを規則的にＣＣＤの画素と同形状で配列して構成し
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらＣＣＤの
撮像領域に、複数のレンズを介して結像された内視鏡像
をモニタ画面に映し出したとき、前記複数のレンズから
構成された結像光学系の特性によって固体撮像素子中心
部の撮像領域に結像した内視鏡像に比較してこの固体撮
像素子中心部周辺の撮像領域に結像した内視鏡像の焦点
がぼけてしまっていた。

【０００５】また、図８の（ｂ）に示すように被写体に
白平面チャートを用いたとき固体撮像素子中心部の撮像
領域に結像した内視鏡像に比較してこの固体撮像素子中
心部周辺の撮像領域に結像した内視鏡像が暗くなってし
まうという問題が発生していた。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、モニタ画面に映し出される被写体像の中心部の解像
度を向上させる一方、被写体像の中心部と中心部周辺と
の間の配光むらを解消した内視鏡撮像装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による内視鏡撮像
装置は、内視鏡の被写体像をカラーフィルタを介して固
体撮像素子の撮像領域に結像させてカラー信号を出力す
る内視鏡撮像装置において、前記固体撮像素子の撮像領
域に対応させて配設したカラーフィルタの撮像領域、も
しくは、固体撮像素子の撮像領域を画素構成の異なる複
数の撮像領域に分割して形成した。

【０００８】

【作用】この構成で、まず、被写体像は、画素構成の異
なる複数の撮像領域に分割された状態で固体撮像素子の
撮像領域に結像する。次いで、前記被写体像のカラー信
号は、各撮像領域の画素構成の特性をもって出力され
る。このため、モニタ画面には中心部にぼけの無い全体
の明暗の差の無い被写体像が映し出される。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１及び図２は本発明の第１実施例に係り、図１
はカラーフィルタの概略構成を示す説明図、図２は内視
鏡撮像装置の構成を示すブロック図である。

【００１０】図２に示すように内視鏡撮像装置１は、撮
像手段が組込まれた電子内視鏡２と、この電子内視鏡２
に照明光を供給する光源部３と、前記電子内視鏡２で撮
像された被写体像を図示しないモニタに表示するための
映像信号に変換する信号処理部４を備えた本体装置６と
から構成されている。

【００１１】前記電子内視鏡２は、体腔内に挿入し易い
ように挿入部７を細長に形成し、この挿入部７の先端側
には対物レンズ８と撮像手段である固体撮像素子として
のＣＣＤ９とが組込まれている。そして、前記ＣＣＤ９
の撮像領域にカラーフィルタ１０を取り付けて、いわゆ
る同時式により被写体像を撮像してカラー信号を出力す
るようになっている。なお、前記カラーフィルタ１０
は、色フィルタをモザイク状に配列した色モザイクフィ
ルタである。

【００１２】ここで、本実施例に係る固体撮像素子につ
いて説明する。前記固体撮像素子は、図示しない撮像領
域に、図示しない多数の画素としてのフォトダイオード
が水平走査方向Ｘと垂直走査方向Ｙについてマトリクス
状に配置されている。これら画素を構成するフォトダイ
オードは、水平走査方向Ｘに約１０５０個、垂直走査方
向Ｙに約１３００個配列されている。

【００１３】そして、この固体撮像素子は、ＮＴＳＣ方
式の走査線数５２５本、またはＰＡＬ方式の走査線数６
２５本に対して、約２倍の走査線数を有しており、この
撮像素子からの出力信号を用いて、ＮＴＳＣまたはＰＡ
Ｌ方式のＴＶモニタに表示するには、例えば、垂直走査
方向Ｙの２行を同時に並列に読み出すことによって１ラ
インを得る様に構成すればＮＴＳＣ方式に等しい本数の
走査線となる。

【００１４】図１に示すように固体撮像素子の撮像領域
に配置されるカラーフィルタ１０は、撮像領域中央部の
解像度の向上を目指すために、前記カラーフィルタ１０
を撮像領域中心部１８と撮像領域中心部周辺部１９とに
分割すると共に、撮像領域中心部１８のＲ、Ｇ、Ｂの原
色フィルタ配列の比率を Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：３：１ とする一方、撮像領域中心部周辺部１９のＲ、Ｇ、Ｂの
原色フィルタ配列の比率を Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：
１：１ としている。

【００１５】また、前記図２に示すように挿入部内に
は、照明光を伝送するライトガイド１１が挿通され、光
源部３から供給された照明光をライトガイド先端面から
出射し、この出射された照明光を配光レンズ１２で拡開
して被写体１３を照明している。そして、前記ライトガ
イド１１の手元側端面に照明光を供給する光源部３は、
光源ランプ１４とこの光源ランプ１４の照明光をライト
ガイド１１の端面に集光照射するレンズ１５とから構成
されている。なお、前記光源ランプ１４は、キセノンラ
ンプなどの白色光源であり、調光回路１６により照明光
量が制御されるようになっている。

【００１６】前記白色光で照明された被写体１３は、対
物レンズ８、カラーフィルタ１０を介してＣＣＤ９の撮
像領域に結像される。そして、ＣＣＤドライバ２１によ
る転送して読出しを行うための駆動パルスを印加するこ
とによって、光電変換された信号が読出されるようにな
っている。

【００１７】前記ＣＣＤ９からの出力信号は、相関二重
サンプリング回路（以下ＣＤＳと略記する）２２にてダ
ブルサンプリングが行なわれる。このＣＤＳ２２は、Ｃ
ＣＤ出力信号に含まれる１／ｆノイズ及びリセットノイ
ズを除去して、Ｓ／Ｎ比を改善した信号を出力するもの
である。前記ＣＤＳ２２から出力された信号は、ＯＢ
（オプィカル・ブラック）クランプ回路２３にて黒レベ
ルがクランプされ、さらにクリーニング回路２４にてク
リーニング処理が行われる。前記ＯＢ（オプィカル・ブ
ラック）クランプ回路２３及びクリーニング回路２４の
処理は、クランプパルス・サンプリングパルス発生回路
２５にて生成されたパルスのタイミングで行われる。

【００１８】前記クリーニング回路２４を経た出力信号
は、γ補正回路２６に入力されγ補正される。このγ補
正回路２６では、表示装置で表示する場合の電気・光変
換系の非直線性（通常γ＝ ２．２）補正が行われるよ
うになっている。そして、前記γ補正回路２６でγ補正
された信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２７に入力
されると共にクランプ回路２８，２９に入力されるよう
になっている。前記γ補正回路２６から出力されてロー
パスフィルタ（ＬＰＦ）２７を経た信号は、ＣＣＤキャ
リアなどの不要高調波が除去された信号となる。

【００１９】ここで、前記ＣＣＤ９の画素数（水平走査
方向，約１０５０、垂直走査方向，約１３００）に対し
て、１フレームで読み出すには、約５０MHz の水平駆動
周波数を要する。前記ＬＰＦ２７では、輝度信号を通過
させるため、約２５MHz のカットオフ周波数を必要とす
る。なお、輝度信号とＧ信号とはほぼ同じであり、実際
にはＧ信号を通過させていることになる。

【００２０】次に、ＬＰＦ２７の出力信号を入力するＡ
／Ｄ変換器３０にて、Ｇラインの信号のみがＡ／Ｄ変換
される。Ａ／Ｄ変換されたデジタルＧ信号はＧメモリ３
７に格納される。なお、前記Ａ／Ｄ変換の処理は、前記
クランプパルス・サンプリングパルス発生回路２５が発
生するパルスのタイミングで行なっている。

【００２１】一方、前記γ補正された信号は、前記クラ
ンプ回路２８，２９にて画素単位で直流再生され、それ
ぞれＳ／Ｈ（サンプル・ホールド）３２，３３へ入力さ
れる。前記Ｓ／Ｈ回路３２では、クランプ回路２８の出
力信号を、５０MHz／３つまり約１６．６MHzのＳ／Ｈク
ロックにて、Ｒの画素の信号のみサンプルホールドする
と共にＬＰＦ３４へ出力される。なお、ＬＰＦ３４は約
８MHz のカットオフ周波数に設定されている。

【００２２】また、前記Ｓ／Ｈ回路３３では、前記Ｒ用
のＳ／Ｈクロックと位相が１２０°及び２４０°進んだ
１６．６MHz のＳ／Ｈクロックにてサンプルホールド
し、このホールドされた信号がＬＰＦ３５へ出力され
る。なお、ＬＰＦ３５は約１３MHz 〜２５MHz のカット
オフ周波数に設定されている。

【００２３】すなわち、Ｇ，Ｂ，Ｒ用のＬＰＦは、それ
ぞれ ＬＰＦ２７＞ＬＰＦ３５＞ＬＰＦ３４ の順に周波数帯域が設定されるようになっている。

【００２４】そして、ＬＰＦ３４，３５から出力された
信号、つまりＢ，Ｒ画素のみの信号がＡ／Ｄ変換器３６
にて、それぞれＡ／Ｄ変換される。前記Ａ／Ｄ変換器３
６にてＡ／Ｄ変換されたデジタルＲ信号はＲ用メモリ３
７に格納され、同様に、Ａ／Ｄ変換されたデジタルＢ信
号はＢ用メモリ３８に格納される。

【００２５】次いで、Ｇ，Ｒ，Ｂの各データが同時に読
み出されて、つまりＧ，Ｒ，Ｂメモリ３７，３８，３９
により同時化される。前記メモリ３７〜３９の書き込み
及び読み出しは、メモリ制御回路５１により制御されて
いる。このメモリ制御回路５１は、フリーズＳＷがＯＮ
されると、メモリ３７〜３９へのデータ書き込みを停止
して静止画像を出力するように制御されている。

【００２６】前記Ｇメモリ３７から読み出されたＧデー
タは、Ｄ／Ａ変換器４０によりアナログＧ信号に変換さ
れる。同様に、Ｒメモリ３８から読み出されたＲデータ
はＤ／Ａ変換器４１によりアナログＲ信号に変換され、
Ｂメモリ３９から読み出されたＢデータはＤ／Ａ変換器
４２によりアナログＢ信号に変換される。

【００２７】なお、前記アナログＧ信号は、ＬＰＦ４８
に入力すると共に、加算器４３により同期信号（ｓｙｎ
ｃ）が付加されてＬＰＦ４６及び５２に入力するように
なっている。

【００２８】この時、Ｄ／Ａ変換器４０のＤ／Ａ用クロ
ックは、ＮＴＳＣ用ＴＶモニタの水平有効表示期間を約
５２μｓとすると、約１０００画素読み出すためには１
９．２MHzとなる。従って、前記ＬＰＦ４６及び４８の
カットオフ周波数は、約１０MHzで設定されている。

【００２９】前記ＬＰＦ４６の出力は輝度信号Ｙとして
外部へ出力され、前記ＬＰＦ４８の出力はＧ信号として
外部へ出力される。また、前記ＬＰＦ５２は、ＮＴＳＣ
帯域制限用のＬＰＦであり、このＬＰＦ５２からの出力
信号はカラーエンコーダ５０に入力するようになってい
る。さらに、前記Ｇメモリ３７から読み出されたアナロ
グＧ信号は、減算器４４にて前記アナログＲ信号が減算
され、この減算器４４から色差信号Ｇ−Ｒが算出され
る。同様に、前記Ｇメモリ３７から読み出されたアナロ
グＧ信号は、減算器４５にて前記アナログＢ信号が減算
され、この減算器４５から色差信号Ｇ−Ｂが算出され
る。

【００３０】なお、カラーエンコーダ５０は、前記色差
信号Ｇ−Ｒ，Ｇ−Ｂと、前記ＬＰＦ５２からの輝度信号
とを合成して、搬送色信号Ｃを出力するようになってい
る。

【００３１】また、Ｄ／Ａ変換器４１，４２のＤ／Ａ変
換用のクロックは、それぞれ６．７MHz，１３．５MHzで
あり、ＬＰＦ４７，４９のカットオフ周波数は、それぞ
れ約３．５MHz，約７MHzに設定されている。前記ＬＰＦ
４７，４９の出力は、Ｒ，Ｂ信号として外部へ出力され
る。

【００３２】さらに、前記各ＬＰＦカットオフ周波数
は、ＬＰＦ４６＝ＬＰＦ４８＞ＬＰＦ４９＞ＬＰＦ４７
の関係で、周波数帯域が設定されている。

【００３３】このように、本発明の内視鏡撮像装置１
は、ＣＣＤ９の撮像領域に結像する被写体像をＲ、Ｇ、
Ｂの原色フィルタの配列比率を撮像領域中心部１８で
Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：３：１とした撮像領域と撮像領域中心
部周辺部１９でＲ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１とした２つの撮
像領域で形成したカラーフィルタ１０を介して結像させ
て、信号処理することによって輝度Ｙ及びＧ信号と色差
信号Ｇ−Ｒ及びＧ−Ｂ信号とすることによって撮像領域
中心部１８の解像度を向上させることができる。

【００３４】なお、図示例では、撮像手段である固体撮
像素子が電子内視鏡２の挿入部先端に設けられたものを
示しているがこれに限定されるものではなく、例えば、
光学式ファイバー内視鏡や硬性内視鏡の接眼部に取り付
けてモニタ上に被写体像を映し出すようにする内視鏡用
外付けＴＶカメラであっても良い。

【００３５】また、前記第１実施例におけるフィルタ配
列においてＧフィルタを全光を透過するフィルタ（Ｗ）
にしても良い。

【００３６】さらに、図３に示すようにカラーフィルタ
１０を撮像領域Ａ、撮像領域Ｂ、撮像領域Ｃの３つに分
割すると共に、各領域の画素構成のＲ、Ｇ、Ｂの配列比
率を 撮像領域Ａで Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：３：１ 撮像領域Ｂで Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：２：１ 撮像領域Ｃで Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１ のように撮像領域中心部にいくに従ってＧフィルタ（Ｗ
フィルタ）を徐々に多くする配列にしても前記実施例と
同様の効果を得ることができる。

【００３７】以上、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタについ
て述べたが、色フィルタは三原色に限定されることなく
補色カラーフィルタで構成しても良く、以下に、その一
例を説明する。

【００３８】図４に本発明の第１実施例の第２変形例に
係るカラーフィルタ１０の構成を示す。図に示すように
本実施例のカラーフィルタを図１に示したカラーフィル
タの配列に対してＢフィルタをＣy （シアン）フィルタ
に代え、ＲフィルタをＹe （イエロー）フィルタに代え
ている。その他の構成及び作用・効果は上記第１実施例
と同様である。

【００３９】図５は本発明の第２実施例に係るカラーフ
ィルタの概略構成を示す説明図である。図に示すように
カラーフィルタ１０は、配光むらの改善を目指すため
に、前記カラーフィルタ１０を撮像領域中心部１８と撮
像領域中心部周辺部１９とに分割すると共に、撮像領域
中心部周辺部１９のＲ、Ｇ、Ｂの原色フィルタ配列を撮
像領域中心部１８のＲ、Ｇ、Ｂの原色フィルタと同様の
配列にする代わりにフィルタの配列をＲ、Ｗ、Ｂとして
構成している。その他の構成は前記図１の実施例と同様
である。

【００４０】上述のように撮像領域中心部周辺部１９の
フィルタ配列をＧフィルタの代わりに全光を透過するＷ
フィルタにしてＲ、Ｗ、Ｂとして構成することによって
Ｗフィルタが全光を透過することによって周辺部を明る
くすることができる。すなわち、同図の（ｂ）に示すよ
うに被写体に白平面チャートを用いたとき固体撮像素子
中心部の撮像領域に結像した内視鏡像とこの固体撮像素
子中心部周辺の撮像領域に結像した内視鏡像の明るさと
がほぼ同じになる。このことによって被写体像の配光む
らを解消することができる。

【００４１】また、図６を参照して前記第２実施例の変
形例を説明する。同図の（ａ）に示すようにカラーフィ
ルタ全体の色フィルタ配列をＲ、Ｗ（Ｇ）、Ｂとして構
成すると共に、この輝度成分を検出するＷ（Ｇ）フィル
タに同図の（ｂ）に示すような透過特性を有するＮＤフ
ィルタを同図の（ｃ）のように３つに分割した中心部側
の撮像領域ａから順にＮＤ1 フィルタ、撮像領域ｂにＮ
Ｄ2 フィルタ、撮像領域ｃにＮＤ3 フィルタと配設する
ことによって前記第２実施例と同様の作用・効果を得ら
れる。

【００４２】図７は本発明の第３実施例に係る固体撮像
素子の画素の配列を示す説明図である。図に示すように
本実施例においては、固体撮像素子の撮像領域を撮像領
域α、撮像領域β、撮像領域γの３つに分割すると共
に、各撮像領域の画素の大きさを撮像領域中央にいくに
従って面積が小さくなるように構成し、この固体撮像素
子の撮像領域には前記図８に示すカラーフィルタを配設
している。その他の構成は前記第１実施例と同様であ
る。

【００４３】なお、前記画素面積の比を例えば撮像領域
α、撮像領域β、撮像領域γで α：β：γ＝１：１．５：４ とすることによって撮像領域α、撮像領域β、撮像領域
γにおける解像度の比は α：β：γ＝２：１．３：１ となり、撮像領域α、撮像領域β、撮像領域γにおける
明るさの比は α：β：γ＝１：１．５：４ となる。

【００４４】このように、固体撮像素子の撮像領域を構
成する画素の面積を変えた撮像領域を形成することによ
って中心部の解像度を向上させることができると共に、
配光むらを改善することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、モ
ニタ画面に映し出される被写体像の中心部の解像度を向
上させる一方、被写体像の中心部と中心部周辺との間の
配光むらを解消した内視鏡撮像装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１及び図２は本発明の第１実施例に係り、図
１はカラーフィルタの概略構成を示す説明図

【図２】内視鏡撮像装置の構成を示すブロック図

【図３】前記第１実施例の第１変形例に係るカラーフィ
ルタの撮像領域の分割状態を示す説明図

【図４】前記第１実施例の第２変形例に係るカラーフィ
ルタの概略構成を示す説明図

【図５】本発明の第２実施例に係り、 （ａ）カラーフィルタの概略構成を示す説明図 （ｂ）被写体に白平面チャートを用いたときの配光状態
を示す説明図

【図６】前記第２実施例の変形例に係り、 （ａ）カラーフィルタの概略構成を示す説明図 （ｂ）ＮＤフィルタの種類と透過率との関係を示す図 （ｃ）カラーフィルタの撮像領域の分割状態を示す説明
図

【図７】本発明の第３実施例に係る固体撮像素子の撮像
領域の分割状態及び画素の配列を示す説明図

【図８】本発明の従来例に係り、 （ａ）カラーフィルタの概略構成を示す説明図 （ｂ）被写体に白平面チャートを用いたときの配光状態
を示す説明図

【符号の説明】

１…内視鏡撮像装置 ９…固体撮像素子（ＣＣＤ） １０…カラーフィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内視鏡の被写体像をカラーフィルタを介
   して固体撮像素子の撮像領域に結像させてカラー信号を
   出力する内視鏡撮像装置において、 前記固体撮像素子の撮像領域に対応させて配設したカラ
   ーフィルタの撮像領域、もしくは、固体撮像素子の撮像
   領域を画素構成の異なる複数の撮像領域に分割して形成
   したことを特徴とする内視鏡撮像装置。