JPS6182593A - 固体撮像素子使用の内視鏡における二次元帯域補正回路 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は解像度の低下を防止した固体回縁素子使用の内
視鏡における二次元帯域補正回路に関りる。

［発明の技術的前頭とその問題点１ 近年、電荷結合素子（ＣＯＤ）等の固体ｔｌｆｆｉ　ｆ
ｌ＋素子を撮像手段に用いｌ〔内視鏡が種々１１？案さ
れでいる。

上記固体撮像素子を回縁手段に用いると、画象の記録及
び再生等が容易ぐあるし、画像の拡大あるいは縮小等の
信号処理も容易にできるという利点を有する。又、集積
化技術の進展に伴い、今後益々両索教の多い、解像度の
高い画像を実現できる。例えば実開昭５３−３６８８５
号に色面順次方式の照明手段を採用して、固体撮像素子
を撮像手段に用いた内視鏡が開示されている。しかしく
１がらファイババンドルを用いた場合と略同様に、固体
１ｌｉ８像素子を用いた囮１汝手段にＪ３いても、受光
素子（画素）が有限の開口を持つことからｆｉｌ像され
た画像に以下に述べるような原因で７１シ域劣化が生じ
る。

今、話を簡単にするため、−次元で説明する。

図示しない結像光学系によって、固体照像素子の撮像面
に結像された被写体像における受光素子のある配列方向
（例えば横方向に）における輝度分布ｆｔ　　（χ）が
Ｍ５図（ａ）に示すものであるとし、そのフーリエ変換
で表わされる空間周波数成分Ｆ＋　　（ｋ）が第５図（
ｂ）であるとづる。

上記撮像面に配列された各受光素子のピッチがτでその
間口（受光素子面）が無限小である固体照像素子、つま
り第５図（Ｃ）に示すようにデル、　タ関数をくしの歯
状に並べたシャー関数（あるいはコムｐＡ数）、８（χ
）（＝Σδ（ｎ−χ／τ））的な受光特性を有する固体
＠像素子で銀像した場合（このシャー関数名（χ）のフ
ーリエ変換成分Ｓ　（ｋ）は第５図（ｄ）に承りように
、間隔が１／τとなるシャー関数となる）、その（光゛
電変換）輝度分布ｆ２　（χ）は第５図（ｅ）に示すよ
うになる。つまり、この輝度分布ｆ２　（χ）は輝度分
布す１　（χ）とシャー関数、３（χ）の積で与えられ
る。この輝度分布ｆ２　（χ）のフーリエ変換成分Ｆ２
　　（ｋ）は第５図（ｆ）に示すようになる。

つまり被写体像の輝度分布ｆ１　（χ）の空間周波数成
分Ｆ１　（ｋ）が１／τの空間周波数ごとにサイドバン
ドとして現われる。尚、このフーリエ変換成分Ｆ２　　
（ｋ）は周波数畳み込み積分により、以下のようにフー
リエ変換成分の合成積で表わされる： Ｆ２　　（ｋ）−３（ｆ＋　　（χ）×名（χ））＝Ｆ
１　（ｋ）ＸＳ（ｋ） ここで）はフーリエ変換記号を表わす。

このようにピッチがτで間口が無限小の受光素子列を有
する固体囮像素子で撮像した場合の空間周波数成分は第
５図（’ｆ）になるので、同図（［）の破線で示すよう
に１／（２τ）で急峻なカット　　　　Ｃオフ特性を有
するローパスフィルタで第１のサイドバンドのみを取り
出せば、理想的な被写体信号を得ることができる。、（
ただし、サンプリング定理により、被写体像の空間周波
数成分が１／（２τ）のナイキスト限界周波数以下にあ
る時。）しかしながら、上記の場合、開口が無限小であ
るため、第１のサイドバンドのみを取り出しても、その
信号の振幅は無限小となるので、この方法は現実的でな
い。（尚、第５図（ｆ）では振幅を１に規格化して示し
である。） 実際の画素は必要とされる感度を得るために、画素ピッ
チに近い開口を持たせであるし、又、光電変換されて出
力される映像信号は、後段の回路でサンプルホールドさ
れて、ステップ波形の輝度分布となる。この輝度分布は
、次のように表わされる。

第５図（（ｊ）に示すようにピッチがτの区間でのみ一
定値を有するレフタンブル関数（あるいはゲーティング
関数）ｒｅ（χ）を導入するど、この関数ｒｅ　　（χ
）のフーリエ変換成分Ｒｅ（ｋ）は第５図（ｈ）に示す
ように、なだらかに減少して、ｋ＝１／τでＯになるシ
ンク関数となり、この場合、に＝１／（２τ）のナイキ
スト限界周波ＦＪｔではに＝ｏの値から略４　ｄＢ下が
った瞼となる。

ところで、開口がτの各受光素子を殆んど接するように
配列した場合における固体照像素子を用いた像に対する
輝度分布ｆ３　（χ）は略第５図（ｉ＞に示すようにス
テップ波形となる。このステップ波形の輝度分布ｆ３　
（χ）は ｆ３（χ）＝［ｆ＋（χ）×２（χ）］本ｒｅ　　（χ
） で与えられる。

上記輝度分布ずコ　（χ）のフーリエ変換成分Ｆ３　（
ｋ）は第５図（ｊ）に示すように［Ｆ３　　（ｋ＞＊５
（ｋ）］ＸＲｅ　（ｋ）で与えられ、同図（ｂ）あるい
は（ｆ）に示すものよりも高周波成分側が　゛次第に低
下する。ものとなり、プイキスト限界周波数で約−４ｄ
Ｂ低下したものとなってしまうという帯域の劣化が生じ
る。

上記の説明は横方向等−次元について述べたが、他の方
向である縦方向についても同様に高域側で帯域劣化が生
じ、特に微細な部位に対するｖＡＩ３Ｉ成分の低下が大
きく、解像度が低下する。従って的確な診断を下す際、
非常に不都合なものとなる。

この場合、表示される映像信号を一様に大ぎくしても、
コントラストが変化するのみで解像度を向上させること
を期待できない。

［発明の目的］″゛ 本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、各受
光素子が有限の開口を有することにより生じる解像度の
劣化等を防止し得る固体踊象素子使用の内視鏡における
二次元帯域補正回路を提供することを目的とする。

［発明の概要１ 本発明は受光素子を縦横に二次元的に配列した固体Ｒ像
素子使用の内視鏡において、固体ｔｉ＠素子の信号読出
しと、この信号読出しの際に古き込まれたフレームメモ
リからの信号読出しとを受光素子の二次元的配列方向に
沿った時系列信号となるように読み出すと共に、各読み
出した信号を。

ローパスフィルタで船影皮製カッ）−Ｔろと共に。

帯域補正回路で特性劣化を補償して解像度の高い画像を
得ることができるようにしである。

［発明の実施例］ 以下図面を参照して本発明を具体的に説明りる。

第１図ないし第３図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例を備えた信号処理部の構成を丞し、第２図は
１実施例が設けられた内視鏡の概略を示し、第３図は１
実施例に係る帯域補正回路を示し、第４図は第３図の帯
域補正回路の周波数特性を丞す。

第２図に示すように１実施例を備えた内視鏡１は細長の
挿入部２の先端側に結像用の対物レンズ３を収納し、こ
の対物レンズ３の焦点面には、その８０面が臨むように
して固体照像素子４が配設されている。この固体層＠索
子４は、光電変換償能を有する多数の受光素子が縦横に
規則正しく配列され、ドライブ回路５から印加されるク
ロック信号によって、転送されて、シフトレジスタ６か
ネ ら画素信号が第１図の番号で示す縦方向順序、つまり−
、２，３．４．５・・・１６という具合の時系列で順次
出ノＪされるようになっている。

第１図においては簡単化のため、画素数を４×４（＝１
６＞個として示しである。

上記固体撮像素子４から出力された画素１５号は、プリ
アンプ８で増幅され、挿入部２内を挿通されたケーブル
を経て手元側の信号処理部９に入力されるようになって
いる。

ところで、上記挿入部２内には、照明光伝送手段として
、可Ｉｎ性の７フイババンドルで形成されたライトガイ
ド１１が挿通され、このライトガイド１１の後端は光源
装置１２に着脱自在で装着できるようになっている。し
かして、光源装置７ｉ１２内の光源ランプ１３の照明光
が赤、緑、青の３原色の色透過フィルタからなる回転カ
ラーフィルタ１４を経て順次赤、緑、青の各波長の光に
され、集光レンズで集光されてライトガイド１１の後端
（入射端）に照射され、ライトガイド１１の先端から配
光レンズを経て被写体を色面順次で照明するようになっ
ている。尚、回転カラーフィルタ１４は、例えばステッ
ピングモータ１５で回転駆動される。

上記信号処理部９に入力された信弓番よ、色面順次の照
明に同期して切換えられるマルチプレク１ノ１６を経て
各色信号処理回路１７Ｒ，１７Ｇ、１７Ｂに入力される
。各色信号処理回路１７Ｒ，１７Ｇ、１７Ｂは同一のブ
ロック構成であり、入力された信号をサンプルホールド
回路１８Ｒ，１８Ｇ、１８Ｂでそれぞれサンプルホール
ドし、ローパスフィルタ１９Ｒ，１９Ｇ、１９Ｂ’ｒノ
イキスト限界の周波数（１／２τ）で急峻にｈッ卜する
ことによりスムージングを行い、その襖に次段の第１の
帯域補正回路２ＯＲ，２０Ｇ、２０Ｂに人力される。各
帯域補正回路（２０で代表づる。他の番号にも流用する
。）で受光素子の縦方向の間口、サンプルホールド回路
１８．ローパスフィルタ１９のカットオフ特性等で劣化
し／、：１方向の周波数帯域が補正される。しかる後各
Ａ／Ｄ変換器２１Ｒ，２１Ｇ、２１ＢでそれぞれΔ／Ｄ
変換されてそれぞれフレームメモリ２２Ｒ，２２Ｇ、２
２Ｂに第１図に示すように縦に記憶される。しかして、
表示するための各フレームメモリ２２から読み出Ｊ県合
には、Ｔ　Ｖ−’［ニタ等の表示装置にマツチングした
クロック周波数で各フレームメ七り２２が横方向（これ
は上記受光素子の一方向から読み出した方向と異る他方
の方向）に１．５．９゜１３．２６．・・・１６という
順序の時系列信号として読み出される。この場合３個の
フレームメ七り２２Ｒ，２２Ｇ、２２Ｂは同時に読み出
され、各Ｄ／Ａ変換器２３Ｒ，２３Ｇ、２３ＢでＤ／Ａ
変換されて色信号Ｒ，Ｇ、Ｂとなる。各色信号Ｒ１Ｇ、
Ｂは各ローパスフィルタ２４Ｒ，２４Ｇ、２４Ｂで横方
向のナイキスト限界の周波数（この場合には縦方向の場
合と等しい）でカットしてスムージングを行い、次段の
第２の帯域補正回路２５Ｒ，２５Ｇ、２５Ｂに入力され
る。各帯域補正回路２５にて受信信号の横方向の開［１
，ローパスフィルタ２４のカットＡ°）特性等によって
劣化した横方向の周波数帯域を補正し、ＴＶモニタ２６
にてカラー画像として表示されるようになっている。

このような構成及び動作する１実施例によって、間口そ
の他の諸々の信号処理部９で劣化した解像度（空間周波
数特性）を二次元的に補正できる。

次に各配列方向における特性を補正りるための上記帯域
補正回路２０あるいは２５の具体的構成及びその動作を
以下に説明する。

第３図に示すように、帯域補正回路２０又は２５は、入
力信号を遅延させる第１及び第２のディレィライン（Ｄ
Ｉ＞３１．３２と、入力信号とこれら直列接続したディ
レィライン３１．３２の出力信号とを加算して出力する
加篩器３３と、この加粋器３３出力を１／２にして反転
する１／２反転器３４と、この１／２反転器３４の出力
信号と第１のディレィライン３１の出力信号とを加樟す
る加算器３５と、この加算器３５の出力をローパスフィ
ルタ３６及び乗算器３７を介した信号と、前記第１のデ
ィレィライン３１を経た信号とを川口して出力する加篩
器３８とからなる。

上記各ディレィライン３１．３２は、例えばすイキスト
限界周波数近くの入力信号に対し、その遅延位相量が略
πとなる遅延けを与えるものである。

上記構成の帯域補正回路２０又は２５の動作を以下に説
明する。

今、映像入力信号の時間に依存する部分がεｊ（ｕ＋ｊ
＋ｅ）であるとし、一方ディレイライン３１゜３２の角
周波数ωに対するｄ通量（６γ相のｄれ）をθとすれば
、ディレィライン３１の出力はεＩ’Ｕ′　となり、デ
ィレィライン３２の出力はεバｗｔ−ｅ）となる。

したがって１１１１算器３３を経た１／２反転器３４の
出力は εｊ“ｔ　−εｊ“ｔ−ｃｏｓＯ −よｊｗｔ 、　　　（１−ｃｏｓＯ） となる。この賄に乗口器３７で適当なＩｉＧ　Ｋを１１
トりでディレィライン３１の出力との和を加口器３８で
行うと、 ｔ εｊ　　・　［１＋Ｋ　（１−ｃｏｓＯ）］どなる。こ
の式をグラフにｋわりと第４図の様になり、ＣＯＳθ−
一１となる周波数において振幅はΩ人どなる。ぞの賄は
εｊ　（′１　ｆ　　・（１＋　２　Ｋ　）となり、ｋ
のＩ＋＋°Ｉを調節りることにより、ン山ｉ［呈が決よ
り、遅延量θによって最大となる周波数が決められる。

従って、上記ディレィライン３１．３２の遅延位相量を
、ナイキスト限界周波数近傍の信号周波数に対して最大
の振幅を与えるθ−πにすると共に、Ｋを適宜圃に設定
すれば、開口による劣化を補正して解像度の優れた信号
出力（画像）を１ｑることができる。上記遅延量及びＫ
を適宜値に設定りることによって、開口による劣化及び
フィルタ特性等の補正を有効に行うことができる。又、
帯域補正を強くか４Ｊれば二次元の輪郭強調もできる。

尚、第１図又は第２図に４３いて、（１ンプルホ一ルド
回路１８等を共用しても良い。つまり、プリアンプ８の
出力信号を共通のサンプルボールド回路１８でサンプル
ホールドし、この値を共通のローパスフィルタ１９でカ
ットオフを行い、そのｔ！２共通の帯域補正回路２０を
通し、さらにこの信号を共通のＡ／Ｄ変換器２１でＡ／
Ｄ変換した後、マルチルクナ１６で切換えられたフレー
ムス［りにＩ）き込むようにする構成Ｃも良い。

尚、上記実施例では、受光素子が縦横共に等しい配列に
しであるが、本発明はこれに限定されるものでないし、
受光素子の縦横の配列ピッチが異なる場合にも適用でき
る。

又、縦横等しいあるいは等しくない受光素子数’Ｃ−Ｖ
Ａ＠シたものを、いずれかの方向で補間りる手段を有す
る信号処理手段に対しても適用できる。

尚、上記実施例では各帯域補正回路２０．２５は、ロー
パスフィルタ１９．２４の後段側に設けであるが、本発
明はこれに限定されるものでなく、逆の場合も含むもの
である。又、帯域補正回路２０又は２５が、第３図に示
すものに限定されるものでなく、公知の回路構成を用い
ることもできる。

さらに帯域補正回路２０又は２５の周波数特性がナイキ
スト限界周波数より上部側でｒＪ峻に低モするものであ
れば、ローパスフィルタ１９又は２４を実質的に必要と
しない場合もあり得る。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、固体撮像素子の信号
読み出しと、この信号読み出しにより書ぎ込まれたフレ
ームメモリからの信号読み出しにおける映像信号の時系
列信号を固体層像素子にＪ３ける受光素子の縦横の二次
元的配列方向に沿うに行うと共に、その際それぞれロー
パスフィルタでスムーズインクを行い、さらに各受光素
子の受光面積、フィルタの特性等の補償を行う帯域補正
回路を設けであるので、解像度の高い画質を１ｑること
ができる。又、簡単な描成且つ低コストで実現できると
いう利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例を備えた信号処理部を示すブロック図、第２
図は１実施例を備えた内視鏡を示ツ構成図、第３図は１
実施例に係る帯域補正回路を示すブロック図、第４図は
第３図の帯１４？Ｉｌｉ正回路の周波数に対する利得（
撮幅）を示す特性図、第５図は従来の撮像手段における
帯域の劣化が生じることを示す説明図である。 １・・・内視鏡　　　　　２・・・挿入部４・・・固体
県会素子　　６・・・シフトレジスタ９・・・信号処理
部　　１２・・・光源装置１７Ｒ，１７Ｇ、１７１３川
色イ言号処叩回路１８Ｒ，１８Ｇ、１８Ｂ・・・サンプ
ルホールド回路 １９Ｒ，１９Ｇ、１９８．２／ＩＲ，２４Ｇ、２４Ｂ・
・・ローパスフィルタ ２０Ｒ，２０Ｇ、２０Ｂ、２５Ｒ，２５Ｇ、２５Ｂ・・
・帯域補正回路 ２２Ｒ，２２Ｇ、２２Ｂ・・・フレームメモリ２６・・
・ＴＶモニタ ３１．３２・・・ディレィライン ３３．３５．３８・・・加算器 ３６・・・ローパスフィルタ ３７・・・乗算器 第３図 第４図 ”（ｃｏｓｅｇ−Ｉ） 第５図 手続有１１正出（自発） 昭和６０４１１０月２４１１ ３、補正をする者 事イ′１との関係　　　特ｒ［出願人 代表者　　下　　山　　敏　　部 ４、代理人 明１ｍす１の発明の詳細な説明の１１１１、特許請求の
範囲を次のＪ、うに訂１しま１゜［光電変換機能を有す
る受光素子を二次元的に規則正しく配列して形成された
固体撮像メ・ミ子と、この固体撮像素子から受光素子の
二次元的配列の一方向に沿って信号を時系列的に読み出
づ手段と、この時系列で読み出された信号を記憶するフ
レームメモリと、このフレームメモリから前記受光素子
の二次元的配列にお【）る他方の方向に沿って信号を時
系列的に読み出づ手段と、前記受光素子の配列ピッチで
略規定されるナイキスト限界周波数でカッ１−オフづる
特性のローパスフィルタと、該ナイキスト限界周波数近
傍等で生じる帯域劣化の補償を行う帯域補正回路とを有
し、前記固体海象素子からの時系列読み出し信号と、前
記フレームメモリからの時系列読み出し信号の人々に前
記［１−バスフィルタ及び帯域補正回路を用いて信号処
理を加えることを特徴とする固体撮像素子使用の内視鏡
における二次元的帯域補正回路。」２、明ａｍ中の第１
３ページの第１０行目及び第１１行目に 「の出力は ε　ｊ　（１）　ｔ　　　　　ｊ　（′　し　・　ｃｏ
ｓ　　θ　　　、１〜　ε とあるのを ［の　出　ツノ　ＬＬ 、ｊω１．　　　ｊθ　　−”　）　／’　２（ε　　
　　　　　＋　ε 一一εＪ″）１・ｃｏｓθとなり、加算器３５の出力は εｊ　ｏｏ　ｔ　　　ｊ　ｃｎ　ｔ・ＣＯ３θ　」−ε に＝ｒｘしよ？１．。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光電変換機能を有する受光素子を二次元的に規則正しく
   配列して形成された固体撮像素子と、この固体撮像素子
   から受光素子の二次元的配列の一方向に沿って信号を時
   系列的に読み出す手段と、この時系列で読み出された信
   号を記憶するフレームメモリと、このフレームメモリか
   ら前記受光素子の二次元的配列における他方の方向に沿
   って信号を時系列的に読み出す手段と、前記受光素子の
   配列ピッチで略規定されるナイキスト限界周波数でカッ
   トオフする特性のローパルフィルタと、該ナイキスト限
   界周波数近傍等で生じる帯域劣化の補償を行う帯域補正
   回路とを有し、前記固体撮像素子からの時系列読み出し
   信号と、前記フレームメモリからの時系列読み出し信号
   の夫々に前記ローパスフィルタ及び帯域補正回路を用い
   て信号処理を加えることを特徴とする固体撮像素子使用
   の内視鏡における二次元帯域補正回路。