JPH10286233A

JPH10286233A - 電子内視鏡システム、および電子内視鏡システムのスコープユニット

Info

Publication number: JPH10286233A
Application number: JP9111921A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iriyama; 兼一入山; Hideo Sugimoto; 秀夫杉本; Tsutomu Takizawa; 努滝沢; Shin Takada; 慎高田
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2017-04-14
Also published as: JP3538296B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、正確な自動調光を行うことが
できる電子内視鏡システムおよび、正確な自動調光に適
した信号を出力するよう構成された電子内視鏡システム
のスコープユニットを提供すること。【解決手段】カラー撮像素子（５）と、前記カラー撮
像素子の出力信号に基づき、所定の信号処理が施された
輝度信号および色差信号を出力する信号処理装置（１
０）とを有する電子内視鏡システムのスコープユニット
（７）において、前記信号処理装置は、前記所定の信号
処理が施された輝度信号および色差信号に加えて、前記
所定の処理が施される前の輝度信号（YIRIS）をも出力
するよう構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラー撮像素子と信
号処理装置を備えたスコープユニットおよび、該スコー
プユニットを用いた電子内視鏡システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、挿入部先端にカラー撮像素
子、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）を備えた
スコープユニットの出力映像信号をイメージプロセッサ
ユニットにより処理してビデオ信号を生成し、ビデオ信
号をＣＲＴ等の表示装置に表示するよう構成された電子
内視鏡システムが知られている。

【０００３】この様な電子内視鏡システムには、スコー
プユニットに撮像素子としてカラーＣＣＤを配し、ＣＣ
Ｄからカラー映像信号を取得するものが知られている。

【０００４】一般に、スコープユニットはイメージプロ
セッサユニットに対し脱着可能な構成となっており、用
途に応じて種々のスコープユニットを取り替えて用いる
ことができるようになっている。

【０００５】このように様々な種類のスコープユニット
をイメージプロセッサに取り付けるため、スコープユニ
ットとイメージプロセッサとの間での信号の整合性をと
る必要がある。すなわち、スコープユニットからイメー
ジプロセッサに送られるカラー映像信号は所定の仕様を
満たすような信号として出力される必要がある。このた
め、カラーＣＣＤを採用しているスコープユニットには
信号処理装置が内蔵されており、ＣＣＤからの出力信号
に所定の処理を施して、規格化されたカラー映像信号を
イメージプロセッサに出力するようになっている。ここ
で所定の処理とは、例えば、クリッピング処理、γ補正
処理、同期信号の付加処理等である。一般に、スコープ
ユニットから出力される信号は、輝度信号（Ｙ）と２つ
の色差信号（Ｒ−Ｙ）、（Ｂ−Ｙ）である。ここで、Ｒ
は赤成分の映像信号、Ｂは青成分の映像信号である。

【０００６】通常、イメージプロセッサには観察対象を
照射するための光を射出するための光源装置が設けられ
ており、また、スコープユニットには光源から射出され
た光を伝送するためのライトガイド（光ファイバ束）が
設けられている。

【０００７】光源からライトガイドに入射した光がライ
トガイド内を通って観察対象に照射され、その反射光が
結像光学系を介してＣＣＤの受光面に結像される。ＣＣ
Ｄの出力信号は、上述のように所定の処理が施された、
規格化されたカラー映像信号としてイメージプロセッサ
に入力される。イメージプロセッサは、スコープユニッ
トから受け取ったカラー映像信号をメモリに格納した
後、所定のフォーマットのビデオ信号（例えばNTSCやPA
L準拠のビデオ信号）に変換し、イメージプロセッサに
接続されたモニタ装置に対し出力する。

【０００８】モニタ装置に表示される画面の明るさを調
整するには、光源装置からライトガイドに入射する光の
光量を調整する（調光を行う）。このため、光源装置に
は絞り機構が設けられており、通常は、画面に表示され
る観察対象の明るさがほぼ一定となるように、フィード
バック制御を利用した自動調光が行われる。

【０００９】自動調光のフィードバック制御のため、従
来、スコープユニットから出力される輝度信号が用いら
れていた。即ち、輝度信号の強度と、予め設定されてい
る参照値とを比較し、輝度信号が参照値に一致するよう
絞り機構が駆動制御されるようになっていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スコープユニ
ットから出力される輝度信号は、前述の通り、種々の処
理が施された後の信号であるため、ダイナミックレンジ
や特性がＣＣＤから出力されたものとは異なっており、
観察対象（撮像対象）に対する調光状態を正確には示し
ていない。これを調光用の信号として用いるためには、
信号補正回路を設けて輝度信号を補正する必要がある
が、そのような補正回路をイメージプロセッサの回路の
複雑さを招く結果となる。しかも、スコープユニット側
の信号処理装置でダイナミックレンジが変更された信号
は復元することができない。このため、自動調光のフィ
ードバック制御系が非線形となり、電子内視鏡システム
全体の応答を遅くする原因となっていた。

【００１１】上記の事情に鑑み、本発明は、簡単な構成
で、正確な自動調光をおこなうことができる電子内視鏡
システムおよび、正確な自動調光に適した信号を出力す
るよう構成された電子内視鏡システムのスコープユニッ
トを提供することを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
め、本発明にかかる電子内視鏡システムのスコープユニ
ットは、カラー撮像素子と、前記カラー撮像素子の出力
信号に基づき、所定の信号処理が施された輝度信号およ
び色差信号を出力する信号処理装置とを有する電子内視
鏡システムのスコープユニットにおいて、前記信号処理
装置は、前記所定の信号処理が施された輝度信号および
色差信号に加えて、前記所定の処理が施される前の輝度
信号をも出力するよう構成されている（請求項１）。従
って、撮像素子の受光光量により近い信号がスコープユ
ニットから出力されることになる。この信号を用いて自
動調光処理をすることにより、正確でかつ高速に調光を
行うことが可能になる。

【００１３】なお、前記所定の処理は、少なくとも信号
のダイナミックレンジを所定の範囲に制限するクリッピ
ング処理、ガンマ（γ）補正処理、同期信号の付加処理
のいずれか一つを含む（請求項２）。すなわち、信号の
ダイナミックレンジや特性を変化させるような処理を施
す前の信号を、通常の映像処理用の信号とは別に出力す
る構成となっている。

【００１４】また、別の観点からは、本発明の電子内視
鏡システムのスコープユニットは、カラー撮像素子と、
前記カラー撮像素子の出力信号に所定の処理を施して輝
度信号および色差信号を出力する信号処理装置とを有す
る電子内視鏡システムのスコープユニットにおいて、前
記信号処理装置は前記輝度信号および色差信号に加え
て、これらの信号とは別に調光用の信号をも出力するこ
とを特徴としている（請求項３）。すなわち、通常の映
像処理のための信号以外に、撮像素子の受光光量を忠実
に反映した調光用の信号を出力することにより、イメー
ジプロセッサ側の構成を特に変更することなく、調光性
能を向上させることができる。

【００１５】また、本発明の電子内視鏡システムは、ス
コープユニットと光源装置とを有する電子内視鏡システ
ムにおいて、前記スコープユニットは、前記光源装置か
ら射出される照明光を伝送するライトガイドと、カラー
撮像素子と、前記カラー撮像素子の出力信号に基づき、
所定の信号処理が施された輝度信号および色差信号を出
力する信号処理装置とを有し、前記信号処理装置は、前
記所定の信号処理が施された輝度信号および色差信号に
加えて、前記所定の処理が施される前の輝度信号をも出
力するよう構成されており、前記光源装置は、前記ライ
トガイドに入射させる光を射出するランプと、前記所定
の処理が施される前の輝度信号に基づいて前記ランプか
ら射出され前記ライトガイドに入射する光の光量を制御
する制御手段と、を有することを特徴としている（請求
項４）。

【００１６】なお、前記光源装置は、前記所定の信号処
理が施された輝度信号および色差信号に基づいてビデオ
信号を生成し出力する第２の信号処理装置をさらに有す
ることを特徴とする（請求項５）。すなわち、上記光源
装置は独立した光源装置で会っても良いし、映像信号を
処理するイメージプロセッサに光源装置が組み込まれて
いるものでもよい。

【００１７】前記スコープユニットは前記光源装置に対
し着脱可能な構成とすることができる（請求項６）。ス
コープユニットは、規格化された映像信号を出力するた
めに信号処理装置を内蔵している。従って、互換性に優
れている。

【００１８】なお、前記制御手段は絞り装置を有し、前
記絞り装置が前記所定の処理が施される前の輝度信号に
基づいて駆動制御されて前記光量を調整する構成とする
ことが可能である（請求項７）。すなわち、所定の信号
処理が施される前の、撮像素子の受光光量を忠実に反映
した輝度信号に基づいて絞り装置を駆動することによ
り、正確で、応答の速い調光が可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形
態としての電子内視鏡システム１００の構成を示すブロ
ック図である。

【００２０】電子内視鏡システム１００は、スコープユ
ニット７、イメージプロセッサ２１、モニタ装置２９を
備えている。スコープユニット７は、可撓性の導管から
なる挿入部４を有し、挿入部４の先端には固体撮像素子
としてのＣＣＤイメージセンサ５（以下、ＣＣＤと略
す）とＣＣＤ５の前方に対物レンズ６が配設されてい
る。なお、ＣＣＤ５はいわゆる単板式カラーＣＣＤで、
受光面にカラーフィルタが設けられている。対物レンズ
６により観察対象（撮像体）の光学像がカラーＣＣＤ５
の受光面上に形成される。スコープユニット７には、ま
た、光ファイバ束からなるライトガイド１が挿通されて
いる。ライトガイド１の一端（光射出端）は挿入部４の
端部（図中左側端部）に配置され、配光レンズ２を介し
て観察対象に対して光を照射する。

【００２１】スコープユニット７は結合部８を介してイ
メージプロセッサ２１と着脱自在に結合される。スコー
プユニット７の結合部８近傍には、ＣＣＤ５からの映像
信号に所定の処理を施す信号処理装置１０が内蔵されて
いる。ライトガイド１の他端は結合部８を介してイメー
ジプロセッサ２１内に達し、端面がコンデンサレンズ１
１に臨んだ位置で固定される。

【００２２】ランプ用電源１６によりランプ１３が駆動
される。ランプ１３から照射された照明光は、絞り機構
１２により光量を調整された状態でコンデンサレンズ１
１によりライトガイド１の端面に入射する。ライトガイ
ド１に入射した光はライトガイド１内を通り、挿入部４
の先端側の端面から射出され、照射レンズ２を介して観
察対象に向けて射出される。

【００２３】観察対象により反射された照明光は、対物
レンズ６によりカラーＣＣＤ５の受光面上に結像され
る。ＣＣＤ５は、受光面に形成された光学像に対応した
カラー映像信号を信号処理装置１０へ伝送する。詳しく
は後述するが、信号処理装置１０は、各種の信号処理を
行い、イメージプロセッサ２１に対して、輝度信号
（Ｙ）、色差信号（Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）と、さらに自動調
光用の信号であるYIRIS信号とを出力する。

【００２４】イメージプロセッサ２１に送られた上記の
信号はプリプロセッサ２２に入力される。プリプロセッ
サ２２に入力された２つの色差信号（Ｒ−Ｙ、Ｂ−
Ｙ）、および輝度信号（Ｙ）はそのままＡ／Ｄ変換器１
８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃにそれぞれ入力される、デジタル
信号に変換された後に、タイミングジェネレータ１７に
より出力される同期信号に同期してフレームメモリ１９
に格納される。メモリ１９に格納されたデータは、フリ
ーズ処理、補間処理などが施された後、Ｄ／Ａ変換器２
０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃでアナログ信号に変換され、信号
処理回路２８により、所定のフォーマットのRGBビデオ
信号としてモニタ装置２９に出力される。モニタ装置２
９は、受信したRGBビデオ信号に基づきカラー画像を表
示する。

【００２５】一方、プリプロセッサ２２に入力されたYI
RIS信号は、積分器２２Ａにより積分された後、差分ア
ンプ２２Ｂにおいてシステムコントローラ２７から出力
される、目標光量に対応した参照値Vrefと比較され、参
照値Vrefに対する積分器２２Ａの出力（すなわち撮像対
象の輝度）のずれ量が絞り駆動回路２２Ｃに入力され、
絞り駆動回路２２Ｃは、入力された積分器２２Ａと参照
器Vrefとの差に基づいて絞り機構１２を駆動制御する。

【００２６】図２は、スコープユニット７に内蔵された
信号処理装置１０の構成を示すブロック図である。信号
処理装置１０は、マトリクス回路１０２、信号処理回路
１０３、およびタイミング発生器１０５を有する。

【００２７】タイミング発生器１０５はＣＣＤ駆動用パ
ルスを生成する。ＣＣＤ５は、ＣＣＤ駆動用パルスに同
期して、蓄積した電荷を信号処理装置１０に向けて出力
する。ＣＣＤ５から出力された映像信号はタイミング発
生器１０５により生成されたタイミングパルスに同期し
て、マトリクス回路１０２により、サンプリングされ、
色分離処理されて、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ、および輝
度信号Ｙとして出力される。マトリクス回路１０２によ
り出力される信号の強度とマトリクス回路に入力される
映像信号の強度とは線形の関係がある（比例関係にあ
る）。すなわち、マトリクス回路１０２の出力信号とＣ
ＣＤ５の受光レベルとは比例関係にある。

【００２８】しかし、映像信号としては、ＣＣＤ５の受
光量に対する電圧出力が一定の部分を使用するため、次
段の信号処理回路１０３により、クリッピング処理を行
って、ダイナミックレンジを狭めて使用する。このた
め、例えばＣＣＤ５が高照度で露光されている場合、Ｃ
ＣＤ５自体の出力信号は飽和していないにもかかわら
ず、映像情報は所定のレベルで飽和した状態を示すこと
になる。例えば、図３の様な三角波を信号処理回路１０
のＹ信号入力とした場合、信号処理回路１０のＹ信号出
力は図４の用に所定レベルで飽和した波形となり、輝度
情報が一部失われる。

【００２９】図４のように輝度情報が一部失われた信号
を自動調光用の信号として用いると、信号が飽和状態を
示している部分に対する調光を行う際に、フィードバッ
クがうまく機能せず、結果的に自動調光の絞り動作を極
端に遅くする原因となることが知られている。

【００３０】上記のクリッピングに加えて、画像の用途
に応じてγ補正、輪郭強調など各種の信号処理が施され
る場合がある。たとえば、図３に示す入力波形に対し、
γ補正が施された波形は図５に示すように輝度信号レベ
ルに応じて増幅度の異なる波形となる。図６は、クリッ
ピングとγ補正の双方の処理が施された信号波形の例で
ある。

【００３１】このように、信号処理回路１０３から出力
された輝度信号Ｙを調光用の信号として用いると、自動
調光のフィードバックループのゲインが輝度信号レベル
に応じて変化することになり、理想的な制御ができなく
なる。たとえば、γ補正された信号に応じて自動調光す
ると、自動調光自体がγ特性を持つことになる。

【００３２】また、調光の応答が一定でなくなり、調光
動作の遅い場合、速い場合が動作中に混在する結果とな
り、安定した調光状態を得ることができなくなる。上記
の問題は、イメージプロセッサ２１内部に逆γ補正回路
を追加することにより対処は可能であるが、回路構成が
複雑になり、また回路規模も大きくなるため、装置のコ
ストアップ、大型化に繋がる。

【００３３】なお、信号処理回路１０３をスコープユニ
ット７側に設ける必要があるのは、前述のように、用途
に応じてイメージプロセッサ２１に結合されるスコープ
ユニットを種々のスコープユニットに交換する必要があ
るためである。すなわち、ＣＣＤの種類や撮像方式が異
なるスコープユニットを用いた場合でも、ある規格ある
いは仕様を満たした信号をスコープユニットが出力する
ようにすることにより、種々のスコープユニットとイメ
ージプロセッサの互換性を保つことができる。

【００３４】前述のように、マトリクス回路１０２から
出力されるＹ信号は、ＣＣＤ５の受光光量を忠実に反映
している。このため、本実施の形態のスコープユニット
７においては、マトリクス回路１０２から出力され、信
号処理回路１０３に入力される前の輝度信号Ｙを取り出
して、自動調光用のYIRIS信号として、他の映像信号
（信号処理回路から出力される輝度信号Ｙおよび色差信
号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ）とは別に出力するように構成した。
YIRIS信号はＣＣＤ５の受光光量を忠実に反映している
ため、YIRIS信号に基づいて光量調整することにより、
調光の誤差を大幅に減らすことができる。しかも、YIRI
S信号はクリップ処理が施されていない信号であるた
め、フィードバックループの線形制御可能な範囲を拡大
することができ、従って高速な自動調光を行うことが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の電子内視鏡システムの構
成を示すブロック図である。

【図２】スコープユニットに内蔵される信号処理装置の
構成を示すブロック図である。

【図３】スコープユニット内蔵の信号処理装置おいて、
信号処理回路に入力される波形の例である。

【図４】スコープユニット内蔵の信号処理装置おいて、
図３の波形が信号処理回路に入力された場合の同回路の
出力波形の例である。

【図５】スコープユニット内蔵の信号処理装置おいて、
図３の波形が信号処理回路に入力された場合の同回路の
出力波形の例である。

【図６】スコープユニット内蔵の信号処理装置おいて、
図３の波形が信号処理回路に入力された場合の同回路の
出力波形の例である。

【符号の説明】

１００電子内視鏡システム１ライトガイド２配光レンズ４挿入部５カラーＣＣＤ６対物レンズ７スコープユニット８結合部１０信号処理装置１１コンデンサレンズ１２絞り機構１３ランプ１６ランプ用電源１７タイミング発生器１８Ａ、１８Ｂ、１８ＣＡ／Ｄ変換器１９メモリ２０Ａ、２０Ｂ、２０ＣＤ／Ａ変換器２２プリプロセッサ２２Ａ積分器２２Ｂ差分アンプ２２Ｃ絞り駆動回路２７システムコントローラ２８信号処理回路２９モニタ装置１０２マトリクス回路１０３信号処理回路１０５タイミング発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田慎東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラー撮像素子と、前記カラー撮像素子
の出力信号に基づき、所定の信号処理が施された輝度信
号および色差信号を出力する信号処理装置とを有する電
子内視鏡システムのスコープユニットにおいて、前記信号処理装置は、前記所定の信号処理が施された輝
度信号および色差信号に加えて、前記所定の処理が施さ
れる前の輝度信号をも出力するよう構成されていること
を特徴とする電子内視鏡システムのスコープユニット。
【請求項２】前記所定の処理は、少なくとも信号のダ
イナミックレンジを所定の範囲に制限するクリッピング
処理、ガンマ（γ）補正処理、同期信号の付加処理のい
ずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の電
子内視鏡システムのスコープユニット。
【請求項３】カラー撮像素子と、前記カラー撮像素子
の出力信号に所定の処理を施して輝度信号および色差信
号を出力する信号処理装置とを有する電子内視鏡システ
ムのスコープユニットにおいて、前記信号処理装置は前記輝度信号および色差信号に加え
て、これらの信号とは別に調光用の信号をも出力するこ
とを特徴とする電子内視鏡システムのスコープユニッ
ト。
【請求項４】スコープユニットと光源装置とを有する
電子内視鏡システムにおいて、前記スコープユニットは、前記光源装置から射出される照明光を伝送するライトガ
イドと、カラー撮像素子と、前記カラーＣＣＤの出力信号に基づき、所定の信号処理
が施された輝度信号および色差信号を出力する信号処理
装置と、を有し、前記信号処理装置は、前記所定の信号処理が施された輝
度信号および色差信号に加えて、前記所定の処理が施さ
れる前の輝度信号をも出力するよう構成されており、前記光源装置は、前記ライトガイドに入射させる光を射出するランプと、前記所定の処理が施される前の輝度信号に基づいて前記
ランプから射出され前記ライトガイドに入射する光の光
量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする電
子内視鏡システム。
【請求項５】前記光源装置は、前記所定の信号処理が
施された輝度信号および色差信号に基づいてビデオ信号
を生成し出力する第２の信号処理装置をさらに有するこ
とを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡システム。
【請求項６】前記スコープユニットは前記光源装置に
対し着脱可能であることを特徴とする請求項４または５
に記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】前記制御手段は絞り装置を有し、前記絞
り装置が前記所定の処理が施される前の輝度信号に基づ
いて駆動制御されて前記光量を調整することを特徴とす
る請求項４から６のいずれかに記載の電子内視鏡システ
ム。