JPH0738845B2 - 電子内視鏡装置における光源光量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子内視鏡の光源光量を制御するための電子
内視鏡装置における光源光量制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 電子内視鏡装置は、一般に、挿入部の先端にCCD等の固
体撮像素子からなる撮像手段を内蔵させた内視鏡と、こ
の固体撮像素子からの出力信号を処理して映像信号とす
るプロセッサと、該プロセッサから出力される映像信号
に基づいて被写体のカラー映像を表示するモニタ装置と
を備える構成となっている。また、内視鏡は人体の体内
等暗所に挿入される関係から、観察を行う部位に向けて
照明を行わなければならない。このために、光源装置が
設けられ、この光源装置からの照明光はライトガイドを
介して挿入部の先端から出射するようにしている。

前述したように、被写体像をカラー映像として表示する
には、Ｒ（赤）,G（緑）,B（青）の各色の画像信号を取
得しなければならないが、内視鏡のように極めて細い径
の挿入部に内蔵される撮像手段としては、小型化の要請
から、１枚の固体撮像素子で構成される。しかも、この
ように、１枚の固体撮像素子で取得される映像の映像度
を向上させるために、固体撮像素子を面順次駆動する方
式が採用されている。この面順次駆動方式は、素子によ
ってR,G,Bの各色画像をそれぞれフィールド信号として
順次時系列的に形成し、これら３色の画像フィールド信
号を重ね合せることによりカラー映像信号とするもので
ある。

このために、光源装置における光源ランプからの照明光
の光路中には回転色フィルタディスクを介在させ、該色
フィルタディスクにR,G,Bの各波長光を透過させる３つ
のフィルタ域を形成して、該カラーフィルタを回転させ
て、R,G,Bの各フィルタ域を順次照明光路に臨ませるこ
とによりR,G,Bの波長光による順次照明を行うようにし
ている。

前述したR,G,Bの順次式照明を行う場合において、観察
を行う部位に応じて照明光の光量を調整する必要があ
る。即ち、挿入部の先端から遠い位置の観察を行う場合
には、その被写体からの反射光量が少なくなって、モニ
タ画面に表示される映像が暗くなるので、光源光量を大
きくしなければならない。これに対して、挿入部の先端
に近い位置の観察を行う場合には、反射光量が大きくな
るので、固体撮像素子が飽和するのを防止するために、
光源光量をある程度絞る必要がある。そこで、光源ラン
プからライトガイドに至る光路の途中位置に光量絞り部
材を介装させ、観察を行う部位に応じて光源光量を調整
することによって、固体撮像素子の受光量がほぼ一定と
なるように制御している。そして、この光量絞り部材に
よる光源光量を制御するために、自動光量制御回路（AL
C）が設けられる。

このALCは、固体撮像素子からプロセッサに入力される
R,G,Bの各色の映像信号のうちの輝度情報を取り出し
て、この映像信号レベルが所定の基準値より高い場合に
は、光量絞り部材を駆動して、その絞り開口を小さくし
て照明光量を低下させて、固体撮像素子の飽和を防止す
るようになし、また基準値より低い場合には、絞りを開
放して映像が暗くならないように保持することによっ
て、最良の照明条件で撮影を行うことができるようにし
ている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、同じ光量による照明下においても、R,G,Bの
各映像信号における映像レベルは等しくなるわけではな
い。即ち、色フィルタディスクにおけるR,G,Bの各波長
光の透過率が一定でなく、また固体撮像素子における感
度特性に差があること等から、該固体撮像素子からのR,
G,Bの各フィールドにおける映像信号のレベルは一定と
ははらない。特に、Ｂ（青）フィールドの信号レベルは
Ｒ（赤）フィールドの信号レベルの約半分程度である。
従って、これらR,G,Bの各フィールドの映像信号をその
ままの状態でALCに入力したのでは、該ALCの動作が不安
定になると共に、必ずしも最良の照明条件を作り出すこ
とができない。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、白色被写体に対してR,G,Bの各フィール
ドの映像信号をほぼ等しいレベルとなるように調整した
状態で、自動光量制御回路に光量調整用の信号を入力す
ることによって、安定した状態で最良の照明条件を作り
出すことができるように制御することができるようにし
た光源光量制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前述した目的を達成するために、本発明は、固体撮像素
子から出力されるフィールド順次信号のうち、特定フィ
ールドの信号に、この信号を遅延させて得られる信号と
を信号加算手段により加算した上で、その出力信号を光
源装置における光量絞り部材の絞り制御を行う自動光量
制御回路に入力して、この出力信号に基づいて前記ライ
トガイドの入射光量を制御する構成としたことをその特
徴とするものである。

［作用］ このような構成を採用することによって、固体撮像素子
から出力される複数からなるフィールド順次信号の白色
被写体に対するレベルを揃えることができるようにな
り、この結果、自動光量制御回路の動作を安定化させる
ことができると共に、最良の撮像条件を保持させるため
の照明光量の制御を行うことができることになる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

まず、第１図に電子内視鏡装置の全体構成を示し、第２
図にその照明系及び画像信号処理系の概略構成を示す。

１は内視鏡,2は制御装置,3はモニタ装置をそれぞれ示
し、内視鏡１にはその挿入部1aの先端部分に固体撮像素
子としてのCCD10が設けられている。また、制御装置２
には、CCD10からの映像信号を処理するプロセッサ４及
び体腔内等の観察対象部を照明するための照明系５が内
蔵されている。

CCD10は、照明光を伝送するライトガイド11の出射端11a
に装着したレンズ12と共に内視鏡の挿入部の先端位置に
設けられている。従って、このライトガイド11からの照
明光による照明下において、観察対象部の像をCCD10に
よって撮像することができるようになっている。照明装
置５は光源ランプ13を有し、該光源ランプ13からの照明
光は、光量絞り部材14,集光レンズ15及び色フィルタデ
ィスク16を介してライトガイド11の入射端11bに入射さ
れるようになっている。

プロセッサ４は、CCD10から出力されるR,G,Bの各色のCC
D出力映像信号を処理するビデオ信号処理回路21を有
し、該ビデオ信号処理回路21で処理されたR,G,Bの各色
の映像信号はA/D変換器22によってディジタル信号に変
換されて、フィールドメモリ23に格納されるようになっ
ている。そして、このフィールドメモリ23に１フィール
ド分の映像信号が入力されたときに、R,G,Bのそれぞれ
の信号が同時に読み出されて、D/A変換器24R,24G,24Bを
介してアナログ信号に変換されて、エンコーダ25により
ミキシングしてカラー映像信号が出力されるようになっ
ている。

而して、既に説明したように、体腔内等の撮影を行う際
において、内視鏡の挿入部の先端に近い部位の撮影を行
う場合と、挿入部先端から離れた部位の撮影を行う場合
とでは、光源ランプ13からライトガイド11の入射端11b
に入射される照明光の光量を変化させなければならな
い。このために、光量絞り部材14を可変絞りとなし、CC
D10からの出力映像信号の輝度レベルの変化に追従して
光量絞り部材14による絞り量を変化させるようにしてい
る。

光量絞り部材14を駆動するために、ALC26が設けられて
いる。このALC26は、光量絞り部材14を駆動するための
サーボ機構を備えた絞り駆動機構27を有し、CCD10から
ビデオ信号処理回路21に入力されるR,G,Bの各CCD出力映
像信号に基づいて絞り駆動機構27に対する駆動信号を得
るようになっている。

然るに、照明装置５側、即ち光源ランプ13から出射され
る照明光の光量を一定にした場合において色フィルタデ
ィスク16のR,G,Bの各色の波長領域光の透過率に差があ
り、また光量絞り部材14の構造によっては、R,G,Bの各
波長光の光量が一定とならないものがある。さらに、CC
D10における感度もR,G,Bの各波長光によって均一とはな
らない。

このように、CCD10の出力信号はR,G,Bの各フィールドに
ついてそれぞれ信号振幅レベルに大きな差が生じてい
る。そこで、本発明においては、まずこの各フィールド
信号における振幅レベルの差を補正した上で、この補正
信号に基づいてALC26に対する制御信号を得るようにし
ている。

この信号の補正機構について説明する前に、CCD10の構
造について考える。ここで、CCD10の代表的なものとし
て、フレーム転送CCDを第３図に示す。

このCCDは、アイランド状に形成した多数の受光素子群
からなる受光部Ｐと、該受光部Ｐと同様に配列した素子
群からなる蓄積部Ｓ及び水平転送部Ｈとから構成され、
受講部Ｐを露光することによって各受光素子ｐに信号電
荷を蓄積させて、垂直ブランキング期間の間に蓄積信号
電荷を蓄積部Ｓに転送し、次のフレームの信号電荷の蓄
積期間中に該蓄積部Ｓに蓄積された信号電荷を順次水平
転送部Ｈに転送して、信号電荷の読み出しが行われる。

水平転送部Ｈから信号の読み出しを行うために、水平転
送用の駆動パルスφH₁,φH₂とリセットパルスφＨとが
水平転送部Ｈに印加される。即ち、第４図（ａ）及び
（ｂ）に示したように、70nsのH,Lのパルス幅を持った
駆動パルスφH₁（またはφH₂）と、10〜40nsのパルス幅
のリセットパルスφＨとを水平転送部Ｈに印加すると、
第４図（ｃ）に示したようなCCD出力信号波形が得られ
る。このCCD出力信号波形は、数画素（通常は８画素程
度）分のダーク信号DSが存在し、この後にCCDを構成す
る各画素における画像信号、即ちピクセル信号が出力さ
れる。

ここで、ピクセル信号の出力波形を見ると、まずリセッ
トパルスφＨに対応する波形が発生し、次いでＡ−Ｂの
期間は信号の出力が欠落するフィールドスルー期間とな
り、Ｂの時点に至ると、信号出力が開始されて、Ｂ−Ｃ
間の立ち上り期間を経て、次のリセットパルスφＨが入
力されるまでのＣ−Ｄ期間は出力信号レベルがほぼ一定
となる。従って、リセットパルスφＨが印加される毎
に、１画素分のピクセル信号が出力されることになる
が、このピクセル信号はフィールドスルー期間と信号出
力期間とからなる。

従って、駆動信号パルスφH₁,φH₂,φＨを繰り返し水平
転送部Ｈに印加することによって、該水平転送部Ｈから
信号の転送が行われる。そして、水平転送部Ｈからのピ
クセル信号がプロセッサに伝送されると、この信号は増
幅された上で、ローパスフィルタを通して、第４図
（ｄ）に示したような、高周波成分を除去した信号が得
られる。

そこで、本発明においては、CCD10の感度特性等から、
信号振幅レベルの低いＢフィールドのピクセル信号を、
１つ前ピクセル信号を加算することによって、R,G,Bの
各フィールド信号をほぼ同じレベルとなるように調整し
た上で、ALC26に入力するようになし、もってALC26によ
る光量調整を安定した状態で、最良の撮像条件が得られ
る照明光量となるように制御する。

そこで、第５図に基づいてCCD出力信号レベルの調整機
構について説明する。

同図において、10aは固体撮像素子による面順次映像信
号のCCD出力端子、30はエミッタホロワ回路、31はロー
パスフィルタ、32はクランプ回路、33はγ補正回路をそ
れぞれ示す。CCD出力端子10aから出力される各フィール
ド信号は、エミッタホロワ回路30を経てローパスフィル
タ31によって高周波成分が除去されて、クランプ回路32
を介してγ補正回路33によって所定の信号処理が行われ
るようになっている。

ここで、固体撮像素子からの出力信号のうち、最も感度
の低いＢフィールドの信号については、信号加算手段34
によって遅延信号を加算してローパスフィルタ31に入力
するようにしている。この信号加算手段は、ゲートパル
ス回路35と、ピクセル遅延回路36及び加算回路37とから
構成される。従って、固体撮像素子からＢフィールドの
信号が出力されると、そのイネイブル信号がＢイネイブ
ル信号入力端子38からゲートパルス回路35に入力される
ことによりゲートが開かれて、該Ｂフィールドの各ピク
セル信号がピクセル遅延回路36に送り込まれる。そし
て、このピクセル遅延回路36においては、入力信号をほ
ぼ半ピクセル分遅延させて出力するようになっている。
このようにして遅延させた信号は、加算回路37において
遅延しない信号に加算されて、この加算信号をローパス
フィルタ31に入力するようにしている。

而して、固体撮像素子の水平転送部から読み出された信
号は、第６図に示したようになる。この信号は第４図
（ｃ）の信号と同じである。ここで、リセットパルスφ
Ｈの立ち上りから信号出力が欠落しているフィールドス
ルー期間までの期間間隔t₁は、信号出力期間の時間間隔
t₂とほぼ等しくなっている。そこで、このCCD出力端子1
0aからの信号をピクセル遅延回路36によって時間t₁（≒
t₂）分だけ遅延させる。これによって、ピクセル遅延回
路36からは、第２図（ｂ）で示した波形信号を出力す
る。この遅延信号（ｂ）をピクセル遅延回路36を介さな
い信号（ａ）と加算回路37において加算する。これによ
って、同図（ｃ）で示したように、フィールド信号を構
成する各ピクセル信号において、その信号出力が欠落し
ているフィールドスルー期間に１つ手前のピクセル信号
によって補間されることになる。この信号（ｃ）をロー
パスフィルタ31に入力し、この信号を平滑化すると、同
時（ｄ）で示した信号が得られる。従って、この信号
（ｄ）の振幅のレベルI₂は、加算処理を行わない第４図
（ｄ）の信号の振幅レベルI₁と比較すると、ほぼ２倍と
なる。

このように、固体撮像素子から出力される信号のうち、
Ｒフィールドに対して約1/2というように、最も感度の
低いＢフィールドの信号のみを加算処理することにより
このＢフィールドの信号の振幅レベルを大きくすること
ができる。一方、これ以外のＲフィールド及びＧフィー
ルドの信号が伝送されている間は、ゲートパルス回路35
におけるゲートが閉じられた状態となっているので、前
述した加算処理を行わずにそのままローパスフィルタ31
に送られる。これによって、R,G,Bの３つのフィールド
における信号レベルのバランスが良好となる。

従って、このようにＢフィールドの信号を加算した上
で、信号を加算しないR,Gの各画像フィールド信号と共
にクランプ回路32の出力段からALC26に光量制御信号と
して入力することによって、この光量制御信号のレベル
の一定化が図られて、該ALC26から信号に基づく絞り駆
動機構27の動作が安定すると共に、最も良好でしかも安
定した映像信号が得られるように、照明光量の調整を行
うことができるようになる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子に
おける各色画像フィールドの感度特性等により生じる出
力信号レベルを有効に補正して自動光量制御装置に光量
制御信号を入力させることができるようになるので、こ
の自動光量制御装置による光量の制御動作を安定させ
て、モニタ装置に表示される映像を安定させると共に、
最良の撮影条件を発揮することができるように照明光量
のコントロールを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は電子内
視鏡装置の全体構成図、第２図はその照明系及び画像信
号処理系の概略構成を示す説明図、第３図は固体撮像素
子の概略構成図、第４図は加算処理をしない場合におけ
る映像信号説明図であって、同図（ａ）は水平転送用の
駆動パルスの波形線図、同図（ｂ）はリセットパルスの
波形線図、同図（ｃ）は固体撮像素子の出力波形線図、
同図（ｄ）はローパスフィルタの出力信号線図、第５図
は信号加算手段を含めたビデオ信号処理回路の要部構成
説明図、第６図は加算処理をする場合における映像信号
説明図であって、同図（ａ）は固体撮像素子の出力信号
波形線図、同図（ｂ）は遅延回路の出力波形線図、同図
（ｃ）は加算信号の波形図、同図（ｄ）はローパスフィ
ルタの出力信号波形図である。 1:内視鏡、2:制御装置、4:プロセッサ、5:照明装置、1
0:CCD、10a:CCD出力端子、11:ライトガイド、13:光源ラ
ンプ、14:光量絞り部材、16:色フィルタディスク、21:
ビデオ信号処理回路、26:ALC、27:絞り駆動機構、30:エ
ミッタフォロワ回路、31:ローパスフィルタ、32:クラン
プ回路、34:信号加算手段、35:ゲートパルス回路、36:
ピクセル遅延回路、37い：加算回路、38:Bイネイブル信
号入力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体撮像素子を挿入部の先端に内蔵した内
   視鏡と、該内視鏡に設けたライトガイドを介して被写体
   に向けて照明光を照射する光源装置と、前記内視鏡の固
   体撮像素子からの出力信号を処理して映像信号とするプ
   ロセッサとを有する内視鏡装置において、前記固体撮像
   素子から出力されるフィールド順次信号のうち特定フィ
   ールドの信号に、この信号を遅延させて得られる信号を
   信号加算手段により加算した上で、その出力信号を前記
   光源装置における光量絞り部材の絞り制御を行う自動光
   量制御回路に入力して、この出力信号に基づいて前記ラ
   イトガイドの入射光量を制御する構成としたことを特徴
   とする電子内視鏡装置における光源光量制御装置。