DE69818783T2

DE69818783T2 - Endoskop

Info

Publication number: DE69818783T2
Application number: DE69818783T
Authority: DE
Inventors: Kanichi Hino-shi Matsumoto; Katsuyuki Sagamihara-shi Saito; Makoto Toda-shi Tsunakawa; Akihiko Hino-shi Mochida; Kotaro Nakano-ku Ogasawara; Shinji Fuchu-shi Yamashita; Noboru Hachioji-shi Kusamura; Wataru Sagamihara-shi Ohno; Kuniaki Machida-shi Kami; Hideki Yokokama-shi Tashiro
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: DE69818783D1; US6456317B1; EP0923236B1; EP0923236A2; EP0923236A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Endoskopvorrichtung, die es möglich macht, einen dynamischen Bereich derselben für ein Abbildungssignal effizienter zu erweitern.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zum Beobachten des Inneren einer Körperhöhle werden Endoskope für medizinischen Zweck verwendet. Da das Innere einer Körperhöhle dunkel ist, ist eine Beleuchtungsausrüstung erforderlich. Im Gegensatz dazu tritt in einem elektronischen Endoskop oder einer Endoskopvorrichtung, die eine am Endoskop montierbare Kamera verwendet, wenn die Beleuchtung zu hell ist, eine Lichthofbildung auf. Wenn die Beleuchtung im Gegenteil zu dunkel ist, ist die Beobachtung schwierig durchzuführen. Dies ist dem dynamischen Bereich eines Festkörper-Abbildungsbauelements wie z. B. eines CCD zuzuschreiben.
DE 3436057A zeigt eine Endoskopvorrichtung mit einer Lichtmengen-Steuereinheit, wobei ein dynamischer Bereich durch Verändern der Beleuchtungsintensität und Synthetisieren von Bildern mit verschiedenen Belichtungszeiten erweitert wird.
Im Allgemeinen ist ein effektiver Leuchtdichtebereich, der zur Abbildung durch eine Abbildungsvorrichtung wie z. B. eine TV-Kamera geboten wird, durch die photoelektrische Umwandlungseigenschaft eines Abbildungsbauelements, beispielsweise eines Festkörper-Abbildungsbauelements, eindeutig festgelegt. Mit anderen Worten, die untere Grenze von Spannungspegeln von Ausgangssignalen des Abbildungsbauelements ist durch einen Rauschpegel eingeschränkt. Andererseits ist deren obere Grenze durch einen Sättigungswert eingeschränkt. Ein brauchbarer Betriebsbereich von Spannungspegeln wird so festgelegt. Überdies wird die Steigung einer Kennlinie, die Spannungspegel von Ausgangssignalen des Festkörper-Abbildungsbauelements angibt, auf einem bestimmten Wert gehalten. Der effektive Leuchtdichtebereich, der zur Abbildung durch das Festkörper-Abbildungsbauelement geboten wird, ist daher eindeutig festgelegt.
Die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 57-39673 hat beispielsweise eine Abbildungsvorrichtung vorgeschlagen, die Abbildungssignale synthetisiert, die erzeugt werden, indem ein Objekt auf zwei verschiedene Helligkeitspegel gesetzt wird, um den dynamischen Bereich eines Festkörper-Abbildungsbauelements für ein Abbildungssignal zu erweitern.
Wenn jedoch ein Endoskop zur Abbildung verwendet wird, ist eine Beleuchtung erforderlich, um das Innere einer Körperhöhle zu beobachten. Das Innere einer Körperhöhle ist ein feuchtes Objekt mit zahlreichen Unregelmäßigkeiten. Wenn der dynamische Bereich schmal ist, tritt aus diesem Grund eine Lichthofbildung bei der Abbildung eines Objekts, das sich an einem nahen Punkt befindet, aufgrund einer zu hellen Beleuchtung auf. Überdies kann ein Objekt, das sich an einem fernen Punkt befindet, nicht abgebildet werden. Wie im Stand der Technik offenbart, wird daher eine Vorrichtung zum Synthetisieren von Abbildungssignalen, die erzeugt werden, indem ein Objekt auf zwei verschiedene Helligkeitspegel gesetzt wird, um den dynamischen Bereich eines Festkörper-Abbildungsbauelements für ein Abbildungssignal zu erweitern, verwendet. Selbst wenn diese Vorrichtung in einem elektronischen Endoskop oder einer Endoskopvorrichtung mit einer am Endoskop montierbaren Kamera verwendet wird, zieht die Vorrichtung des Standes der Technik keine Beleuchtungsausrüstung zur Beleuchtung eines Objekts in Betracht. Selbst wenn der dynamische Bereich erweitert werden würde, würde ein Problem entstehen, dass ein Objekt, das sich an einem fernen Punkt befindet, aufgrund einer unzureichenden Menge an Licht nicht abgebildet werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Endoskopvorrichtung, die es möglich macht, ein Endoskopbild zu betrachten, das das Innere einer Körperhöhle darstellt, während das Innere an einem beliebigen von Punkten, die sich von einem nahen Punkt bis zu einem fernen Punkt erstrecken, an welchem auch immer sich die Körperhöhle befindet, auf einem gegebenen Helligkeitspegel gehalten wird, jedoch weder eine Lichthofbildung, wenn sich die Körperhöhle am nahen Punkt befindet, noch eine unzureichende Menge an Licht, wenn sie sich am fernen Punkt befindet, hervorruft.
Überdies besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Endoskopvorrichtung bereitzustellen, die es möglich macht, einen dynamischen Bereich zu erweitern und ein Objektbild, welches das Innere einer Körperhöhle darstellt, an einem beliebigen von Punkten, die sich von einem nahen Punkt bis zu einem fernen Punkt erstrecken, an welchem auch immer sich die Körperhöhle befindet, erfolgreich zu betrachten.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Endoskopvorrichtung, die in der Lage ist, das Auftreten einer unzureichenden Lichtmenge, insbesondere wenn sich ein Objekt an einem fernen Punkt befindet, zu verhindern, während sie es möglich macht, einen dynamischen Bereich zu erweitern und das am fernen Punkt befindliche Objekt erfolgreich zu beobachten.
Die Erfindung ist wie in Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen Ausführungsbeispiele derselben.
Eine Endoskopvorrichtung besteht aus einem Endoskop, einer Lichtquelleneinheit, einer Signalverarbeitungseinheit, einer Lichteinstellsignal-Erzeugungseinheit und einer Lichtmengen-Steuereinheit. Das Endoskop wird in eine Körperhöhle eingeführt und weist ein Abbildungsbauelement auf, das ein Objekt in der Körperhöhle abbildet, in dieses integriert ist oder an diesem montiert ist. Die Lichtquelleneinheit liefert Beleuchtungslicht zum Endoskop. Die Signalverarbeitungseinheit verarbeitet ein vom Abbildungsbauelement des Endoskops gesandtes Abbildungssignal und synthetisiert Bilder, die während verschiedenen Belichtungszeiten projiziert werden, um einen dynamischen Bereich zu erweitern. Die Lichteinstellsignal-Erzeugungseinheit erzeugt ein Lichteinstellsignal. Wenn die Signalverarbeitungseinheit einen dynamischen Bereich erweitert, verursacht das Lichteinstellsignal, dass eine Menge an Licht, das von der Lichtquelleneinheit ausgeht und auf das Abbildungsbauelement fällt, im Vergleich zu einer Menge an Licht, die in einem normalen Zustand verwendet wird, zunimmt. Die Lichtmengen-Steuereinheit steuert eine Menge an Beleuchtungslicht, das von der Lichtquelleneinheit ausgeht, gemäß dem von der Lichteinstellsignal-Erzeugungseinheit gesandten Lichteinstellsignal.
Überdies kann die Endoskopvorrichtung der vorliegenden Erfindung aus einem Endoskop, einer Lichtquelleneinheit und einer Signalverarbeitungseinheit bestehen. Das Endoskop wird in eine Körperhöhle eingeführt und weist ein Abbildungsbauelement, das ein Objekt in der Körperhöhle abbildet, das in dieses integriert oder an diesem montiert ist, auf. Die Lichtquelleneinheit liefert Beleuchtungslicht zum Endoskop und deren Menge an Beleuchtungslicht, das zum Endoskop geliefert werden soll, wird gemäß einem Lichteinstellsignal gesteuert. Die Signalverarbeitungseinheit verarbeitet ein vom Abbildungsbauelement im Endoskop gesandtes Abbildungssignal. Überdies synthetisiert die Signalverarbeitungseinheit Bilder, die während zwei verschiedenen Belichtungszeiten projiziert werden, um somit einen dynamischen Bereich zu erweitern. Die Signalverarbeitungseinheit erzeugt ein Lichteinstellsignal, das bewirkt, dass eine Menge an Licht, das auf das Abbildungsbauelement fällt, im Vergleich zu einer Menge an Licht, das in einem normalen Zustand auf dieses fällt, zunimmt, wenn der dynamische Bereich erweitert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer Endoskopvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer Schaltung zum Erweitern eines roten dynamischen Bereichs, die in 1 gezeigt ist, darstellt;
3 ist ein Diagramm, das eine Abbildung für eine erste Nachschlagetabelle und eine zweite Nachschlagetabelle, die in 2 gezeigt sind, darstellt;
4 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer in 1 gezeigten Lichtquelleneinheit darstellt;
5 ist ein Ablaufplan, der die Zeitsteuerung von jedem Signal, das von der in 2 gezeigten Schaltung zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs erzeugt wird, angibt;
6 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern der Operationen der in 2 gezeigten Schaltung zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs;
7 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer Variante der in 1 gezeigten Endoskopvorrichtung darstellt;
8 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer Endoskopvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer in 8 gezeigten Wellenformerfassungsschaltung darstellt;
10 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern der Operationen der in 8 gezeigten Wellenformerfassungsschaltung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Mit Bezug auf die Zeichnungen werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben.
1 bis 7 betreffen das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer Endoskopvorrichtung zeigt. 2 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer in 1 gezeigten Schaltung zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs darstellt. 3 ist ein Diagramm, das eine Abbildung für eine erste Nachschlagetabelle und eine zweite Nachschlagetabelle, die in 2 gezeigt sind, darstellt. 4 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer in 1 gezeigten Lichtquelleneinheit darstellt. 5 ist ein Ablaufplan, der die Zeitsteuerung jedes Signals anzeigt, das von der in 2 gezeigten Schaltung zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs erzeugt wird. 6 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern der Operationen der in 2 gezeigten Schaltung zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs. 7 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer Variante der in 1 gezeigten Endoskopvorrichtung zeigt.
Wie in 1 gezeigt, besteht die Endoskopvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels aus einem Endoskop 2, einer montierbaren TV-Kamera 4, einer Kamerasteuereinheit (nachstehend CCU) 5 und einer Lichtquelleneinheit 7. Das Endoskop wird in eine Körperhöhle zum Beobachten eines Objekts eingeführt. Die montierbare TV-Kamera 4 ist mit einem CCD 3 versehen, das ein Farbabbildungsbauelement mit einer einzelnen Platte ist. Das CCD 3 ist frei lösbar an der Okulareinheit des Endoskops 2 befestigt und projiziert ein vom Endoskop erzeugtes Objektbild. Die Kamerasteuereinheit (CCU) 5 steuert die Ansteuerung des CCD 3, das in der montierbaren TV-Kamera 4 enthalten ist, und verarbeitet ein vom CCD 3 gesandtes Abbildungssignal, so dass das Objektbild auf einem Monitor angezeigt werden kann, der nicht dargestellt ist. Die Lichtquelleneinheit 7 liefert Beleuchtungslicht über ein Universalkabel 6, das sich vom Endoskop 2 erstreckt und frei lösbar an der Lichtquelleneinheit 7 befestigt ist, zum Endoskop 2.
Die CCU 5 umfasst eine Synchronisationssignal-Erzeugungsschaltung (nachstehend SSG) 13, einen Taktgenerator 14 und einen CCD-Treiber 15. Die Synchronisationssignal-Erzeugungsschaltung 13 erzeugt ein Bezugssignal. Der Taktgenerator 14 gibt das Bezugssignal von der SSG 13 ein und erzeugt ein Ansteuersignal, das zum Ansteuern des CCD 3 verwendet wird. Der CCD-Treiber 15 steuert das CCD 3 als Reaktion auf das vom Taktgenerator 14 gesandte Ansteuersignal an.
Überdies umfasst die CCU 5 einen Vorverstärker 16, eine CDS-Schaltung 17 und einen A/D-Wandler 18. Der Vorverstärker 16 verstärkt ein vom CCD 3 gesandtes Abbildungssignal. Die CDS-Schaltung 17 führt eine korrelative Doppelabtastung (nachstehend als CDS abgekürzt) gemäß abgetasteten Impulsen, die vom Taktgenerator 14 gesandt werden, aus. Der A/D-Wandler 18 wandelt ein Ausgangssignal der CDS-Schaltung 17 von einer analogen Form in eine digitale Form um. Nachdem ein aus dem CCD 3 ausgegebenes Abbildungssignal vom Vorverstärker 16 verstärkt wurde, wird die Frequenz des Abbildungssignals durch die CDS-Schaltung 17 abgesenkt, so dass sie innerhalb das Basisband fällt. Das resultierende Signal wird dann durch den A/D-Wandler 18 in ein digitales Signal umgewandelt.
Ferner umfasst die CCU 5 eine Farbtrennschaltung 19, eine Weißausgleichsschaltung 20, eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung (nachstehend AGC-Schaltung) 21, eine Knick- und Gammaschaltung 22, eine Verstärkungsschaltung 26 und einen D/A-Wandler 28. Die Farbtrennschaltung 19 trennt drei Farbsignalkomponenten von rot, grün und blau von einem durch den A/D-Wandler 18 digitalisierten Signal. Die Weißausgleichsschaltung 20 stellt einen Weißausgleich in einem Farbbild ein, das durch jedes der von der Farbtrennschaltung 19 getrennten digitalen Farbsignale dargestellt wird. Die Schaltung 21 zur automatischen Verstärkungsregelung regelt die Verstärkung von jedem der digitalen Farbsignale, die durch die Weißausgleichsschaltung 20 einer Weißausgleichseinstellung unterzogen wurden. Die Knick- und Gammaschaltung 22 verarbeitet den Knick einer Kurve, die gemäß jedem der digitalen Farbsignale aufgetragen wird, deren Verstärkungen durch die AGC-Schaltung 21 geregelt wurden. Die Knick- und Gammaschaltung 22 korrigiert ein Gamma in jedem der durch die digitalen Farbsignale dargestellten Farbbilder. Die Verstärkungsschaltung 26 verstärkt die digitalen Farbsignale von rot, grün und blau, die durch die Knick- und Gammaschaltung 22 der Knickverarbeitung und Gammakorrektur unterzogen wurden und die über einen Schalter 23 gesandt werden. Der D/A-Wandler 28 wandelt die verstärkten digitalen Signale in analoge Signale um und gibt die analogen Signale an einen Monitor, der nicht dargestellt ist, über einen Treiber 27 mit 75 Ω aus.
Überdies umfasst die CCU 5 eine Addier- und Mittelungsschaltung 29, einen Operationsverstärker 33 und eine CPU 35. Die Addier- und Mittelungsschaltung 29 mittelt die roten, grünen und blauen digitalen Signale, die der Knickverarbeitung und Gammakorrektur durch die Knick- und Gammaschaltung 22 unterzogen wurden. Der Operationsverstärker 33 gibt ein Ausgangssignal der Addier- und Mittelungsschaltung 29 über ein Tiefpassfilter (TPF) 30 ein und verstärkt eine Differenzspannung zwischen dem Ausgangssignal und einer über einen Schalter 31 eingegebenen Bezugsspannung Vref. Der Operationsverstärker 33 gibt dann die Differenzspannung als Lichteinstellsignal an die Lichtquelleneinheit 7 zum Liefern von Beleuchtungslicht zum Endoskop 2 aus. Die CPU 35 empfängt ein Eingangssignal von einem Ein/Aus-Schalter 34 zur Erweiterung eines dynamischen Bereichs, der an der Vorderseite der Vorrichtung 1 ausgebildet ist und zum Befehlen der Erweiterung eines dynamischen Bereichs verwendet wird. Die CPU 35 steuert das Schalten durch den Schalter 23 und den Schalter 31 und steuert auch die Zeitsteuerung eines vom Taktgenerator 14 erzeugten Ansteuersignals.
Man nehme nun an, dass der Ein/Aus-Schalter 34 zur Erweiterung des dynamischen Bereichs eingeschaltet wird. Die Schalter, die den Schalter 23 bilden, werden von Kontakten a auf Kontakte b umgestellt. Rote, grüne und blaue digitale Signale, die durch die Knick- und Gammaschaltung 22 der Knickverarbeitung und Gammakorrektur unterzogen wurden, werden in eine Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs, eine Schaltung 25G zum Erweitern des grünen dynamischen Bereichs und eine Schaltung 25B zum Erweitern des blauen dynamischen Bereichs über den Schalter 23 eingegeben. Die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs, die Schaltung 25G zum Erweitern des grünen dynamischen Bereichs und die Schaltung 25B zum Erweitern des blauen dynamischen Bereichs erweitern jeweils den dynamischen Bereich für ein Farbsignal. In diesem Fall verstärkt die Verstärkungsschaltung 26 die roten, grünen und blauen digitalen Signale, die zum Erweitern der dynamischen Bereiche für diese durch die Schaltung 15R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs, die Schaltung 15G zum Erweitern des grünen dynamischen Bereichs bzw. die Schaltung 15B zum Erweitern des blauen dynamischen Bereichs verarbeitet wurden.
Die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs besteht, wie in 2 gezeigt, aus einem Halbbildspeicher 41 und einem ersten Selektor 42 und einem zweiten Selektor 43. Im Halbbildspeicher 41 wird ein rotes digitales Signal, das durch die Knick- und Gammaschaltung 22 der Knickverarbeitung und Gammakorrektur unterzogen wurde und ein Halbbild wiedergibt, gespeichert. Der erste Selektor 42 und der zweite Selektor 43 schalten jeweils ein im Halbbildspeicher 41 gespeichertes rotes Signal und ein rotes Signal, das ein aktuelles Halbbild wiedergibt, gemäß einem Halbbildbeurteilungssignal, das vom Taktgenerator 14 gesandt wird, um. Der zweite Selektor 43 gibt ein rotes Signal, das ein Halbbild wiedergibt, das vom aktuellen Halbbild verschieden ist, welches vom roten Signal, das aus dem ersten Selektor 42 ausgegeben wird, wiedergibt, aufgrund der Anwesenheit einer Inverterschaltung 44 aus.
Überdies umfasst die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs eine erste Nachschlagetabelle (nachstehend erste LUT) 45 und eine zweite Nachschlagetabelle (nachstehend zweite LUT) 46, einen ersten Multiplizierer 47, einen zweiten Multiplizierer 48 und einen Addierer 49. Auf die erste LUT 45 und die zweite LUT 46 wird jeweils Bezug genommen, um einen gegebenen Wert einer Funktion, die später beschrieben wird, in bezug auf einen Spannungspegel einer Komponente eines aus dem zweiten Selektor 43 ausgegebenen roten Signals, das ein Pixel wiedergibt, abzurufen. Der erste Multiplizierer 47 multipliziert eine Komponente eines aus dem ersten Selektor 42 ausgegebenen roten Signals, das ein Pixel wiedergibt, mit einem Ausgangssignal der ersten LUT 45. Der zweite Multiplizierer 48 multipliziert eine Komponente eines aus dem zweiten Selektor 43 ausgegebenen roten Signals, das ein Pixel wiedergibt, mit einem Ausgangssignal der zweiten LUT 45. Der Addierer 49 addiert ein Ausgangssignal des ersten Multiplizierers 47 und ein Ausgangssignal des zweiten Multiplizierers 48 und gibt die Summe an die Verstärkungsschaltung 26 aus.
Die Schaltung 25G zum Erweitern des grünen dynamischen Bereichs und die Schaltung 25B zum Erweitern des blauen dynamischen Bereichs weisen denselben Schaltungsaufbau auf wie die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs. Auf die Beschreibung der Schaltungen zum Erweitern des grünen und des blauen dynamischen Bereichs wird daher verzichtet.
Die vorangehende erste LUT 45 und zweite LUT 46 werden wie in 3 gezeigt abgebildet. Man nehme an, dass der Spannungspegel einer Komponente eines roten Signals, das ein Pixel wiedergibt, x ist. Auf die erste LUT 45 wird Bezug genommen, um cos²(px) abzurufen. Auf die zweite LUT 46 wird Bezug genommen, um sin²(px) abzurufen. p bezeichnet einen Korrekturkoeffizienten, beispielsweise (2π/4 × 4).
Die Lichtquelleneinheit 7 besteht, wie in 4 gezeigt, aus einer Lampe 51, einer Lampenansteuerschaltung 52, einer Linse 55, einem Motor 56 und einer Lichteinstellschaltung 57. Die Lampe 51 erzeugt Beleuchtungslicht. Die Lampenansteuerschaltung 52 steuert die Lampe 51 an. Die Linse 55 bündelt das von der Lampe 51 ausgehende Beleuchtungslicht auf ein Einfallsende eines Lichtleichters 54 über eine Blende 53 (der Lichtleiter 54 verläuft durch das Universalkabel 6 und das Endoskop 2 und überträgt Beleuchtungslicht zum distalen Ende des Endoskops 2). Der Motor 56 treibt die Blende 53 an. Die Lichteinstellschaltung 57 gibt ein Lichteinstellsignal vom Operationsverstärker 33 ein und steuert die Blende 53 durch den Motor 56.
Als nächstes werden die Operationen der Endoskopvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels mit den vorangehenden Komponenten beschrieben.
In der CCU 5 steuert der CCD-Treiber 15 das CCD 3 in der montierbaren TV-Kamera 4 als Reaktion auf ein Ansteuersignal an. Das Ansteuersignal wird vom Taktgenerator 14 gemäß einem von der SSG 13 gesandten Bezugssignal erzeugt. Ein photoelektrisch umgewandeltes Signal, das ein vom CCD 3 abgebildetes Objekt darstellt, wird vom Vorverstärker 16 verstärkt. Anschließend wird die Frequenz des resultierenden Signals durch die CDS-Schaltung 17 abgesenkt, so dass sie in das Basisband fällt. Das Signal wird dann durch den A/D-Wandler 18 in ein digitales Signal umgewandelt.
Anschließend werden drei Farbsignalkomponenten von rot, grün und blau vom digitalisierten Signal durch die Farbtrennschaltung 19 getrennt. Die Farbsignale werden einer Weißausgleichseinstellung, einer Verstärkungsregung und einer Knickverarbeitung und Gammakorrektur durch die Weißausgleichsschaltung 20, die AGC-Schaltung 21 bzw. die Knick- und Gammaschaltung 22 unterzogen. Die resultierenden Farbsignale werden dann durch die Verstärkungsschaltung 26 über den Schalter 23 verstärkt und durch den D/A-Wandler 28 in analoge Signale umgewandelt. Die analogen Signale werden dann an einen Monitor, der nicht dargestellt ist, über den Treiber 27 mit 75 Ω ausgegeben.
Die roten, grünen und blauen digitalen Signale, die durch die Knick- und Gammaschaltung 22 der Knickverarbeitung und Gammakorrektur unterzogen wurden, werden durch die Addier- und Mittelungsschaltung 29 Bemittelt. Ein resultierendes Signal wird in den Operationsverstärker 33 über das TPF 30 eingegeben. Eine Differenzspannung zwischen dem resultierenden Signal und einer Bezugsspannung Vref, die über den Schalter 31 eingegeben wird, wird durch den Operationsverstärker 33 verstärkt. Das resultierende Signal wird als Lichteinstellsignal an die Lichteinstellschaltung 57 in der Lichtquelleneinheit 7 ausgegeben.
Man nehme nun an, dass der Ein/Aus-Schalter 34 zur Erweiterung des dynamischen Bereichs, der an der Vorderseite der Vorrichtung 1 ausgebildet ist und zum Befehlen der Erweiterung eines dynamischen Bereichs verwendet wird, eingeschaltet wird. Der Befehl zur Erweiterung des dynamischen Bereichs wird an die CPU 35 ausgegeben. Als Reaktion auf den Befehl stellt die CPU 35 die Schalter im Schalter 23 von den Kontakten a auf die Kontakte b um. Die roten, grünen und blauen digitalen Signale, die durch die Knick- und Gammaschaltung 22 der Knickverarbeitung und Gammakorrektur unterzogen wurden, werden dann an die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs, die Schaltung 25G zum Erweitern des grünen dynamischen Bereichs bzw. die Schaltung 25B zum Erweitern des blauen dynamischen Bereichs ausgegeben. Der Schalter 31 wird dann von einem Kontakt c auf einen Kontakt d umgestellt.
Wenn der Schalter 31 vom Kontakt c auf den Kontakt d umgestellt wird, wird ein positives Eingangssignal des Operationsverstärkers 33 auf den Erdungspegel gebracht. Ein Lichteinstellsignal, das vom Operationsverstärker 33 ausgegeben wird, weist einen Pegel auf, der bewirkt, dass sich die Blende 53 in der Lichtquelleneinheit 7 öffnet. Das Lichteinstellsignal wird in die Lichteinstellschaltung 57 in der Lichtquelleneinheit 7 eingegeben. Die Lichteinstellschaltung 57 steuert die Ansteuerung des Motors 56 und bringt die Blende 53 in einen offenen Zustand. Folglich wird eine maximale Menge an Beleuchtungslicht, das von der Lampe 51 ausgeht, über die Linse 55 zum Einfallsende des Lichtleiters 54, welcher durch das Endoskop 2 verläuft, geliefert.
Überdies erzeugt der Taktgenerator 14 ein Ansteuersignal unter der Steuerung der CPU 35. Mit dem vom Taktgenerator 14 erzeugten Ansteuersignal steuert der CCD-Treiber 15 das CCD 3 so an, dass das CCD 3 ein Objekt mit hohen Blendengeschwindigkeiten abbildet, die gegenseitig verschiedene Blendengeschwindigkeiten sind, die Halbbildern zugeordnet sind. Eine erste Blendengeschwindigkeit ist beispielsweise 1/60 s und eine zweite Blendengeschwindigkeit ist ein Viertel der ersten Blendengeschwindigkeit (1/240 s). Mit anderen Worten, ein Objektbild, das ein Halbbild A wiedergibt, wird mit der ersten Blendengeschwindigkeit projiziert, während ein Objektbild, das das Halbbild B wiedergibt, mit der zweiten Blendengeschwindigkeit projiziert wird. Wie später beschrieben, verarbeiten die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs, die Schaltung 25G zum Erweitern des grünen dynamischen Bereichs und die Schaltung 25B zum Erweitern des blauen dynamischen Bereichs die Abbildungssignale, die die Objektbilder darstellen, die mit den gegenseitig verschiedenen Blendengeschwindigkeiten projiziert werden. Die dynamischen Bereiche für die roten, grünen und blauen Signale werden somit erweitert.
Als nächstes werden die Einzelheiten der Verarbeitung zur Erweiterung des dynamischen Bereichs, die von der Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs, der Schaltung 25G zum Erweitern des grünen dynamischen Bereichs und der Schaltung 25B zum Erweitern des blauen dynamischen Bereichs durchgeführt wird, mit Bezug auf den Ablaufplan von 5 beschrieben. Hierbei wird beispielsweise die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs herangezogen.
Wenn der Ein/Aus-Schalter 34 zur Erweiterung des dynamischen Bereichs eingeschaltet wird, wird die Blende 53 geöffnet. Eine maximale Menge an Beleuchtungslicht wird dann zum Einfallsende des Lichtleiters 54 geliefert, der durch das Endoskop 2 verläuft. Ein rotes digitales Signal, das durch die Knick- und Gammaschaltung 22 der Knickverarbeitung und Gammakorrektur unterzogen wurde, wird an die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs über den Schalter 23 ausgegeben.
Ein Halbbildbeurteilungssignal (5b) das mit einem Videosignal VD (5a) synchron ist, wird aus dem Taktgenerator 14 an den ersten Selektor 42 in der Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs ausgegeben. Das Videosignal VD wird auch an den zweiten Selektor 43 in dieser über die Inverterschaltung 44 ausgegeben.
Überdies wird ein rotes Signal, das aus der Knick- und Gammaschaltung 42 ausgegeben wird, in den Halbbildspeicher 41 (5c) in der Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs eingegeben. Das rote Signal wird auch an einen Eingangsanschluss des ersten Selektors 42 und des zweiten Selektors 43 in dieser angelegt. Ein Ausgangssignal des Halbbildspeichers 41 (5d) wird an die anderen Eingangsanschlüsse des ersten Selektors 42 und des zweiten Selektors 43 angelegt.
Auf der Basis des Halbbildbeurteilungssignals wird ein digitales Signal, das ein Bild des Halbbildes A darstellt, das mit der ersten Blendengeschwindigkeit (1/60 s) projiziert wird, aus dem zweiten Selektor 42 ausgegeben. Ein digitales Signal, das ein Bild des Halbbildes B darstellt, welches mit der zweiten Blendengeschwindigkeit (1/240 s) projiziert wird, wird aus dem zweiten Selektor 43 ausgegeben.
Das digitale Signal, das das Bild des Halbbildes A darstellt, wird aus dem ersten Selektor 42 an den Addierer 49 über den ersten Multiplizierer 47 ausgegeben. Andererseits wird das digitale Signal, das das Bild des Halbbildes B darstellt, aus dem zweiten Selektor 43 an die erste LUT 45 (5e), die zweite LUT 46 (5f) und den zweiten Multiplizierer 48 ausgegeben.
Zu diesem Zeitpunkt wird cos²(px) aus der ersten LUT 45 in bezug auf den Spannungspegel x einer Komponente des digitalen Signals, das das Bild des Halbbildes A darstellt, welches ein Pixel wiedergibt, abgerufen und an den ersten Multiplizierer 47 ausgegeben. Die Komponente des digitalen Signals, das das Bild des Halbbildes A darstellt, welches ein Pixel wiedergibt, wird durch den ersten Multiplizierer 47 (5g) mit dem Wert von cos²(px) multipliziert. Überdies wird sin²(px) aus der zweiten LUT 46 in bezug auf den Spannungspegel x einer Komponente des digitalen Signals, das ein Bild des Halbbildes A darstellt, welches ein Pixel wiedergibt, abgerufen. Die Komponente des digitalen Signals, die das Bild des Halbbildes B darstellt, welches ein Pixel wiedergibt, wird durch den zweiten Multiplizierer 48 (5h) mit dem Wert von sin²(px) multipliziert. Der Addierer 49 addiert das Ausgangssignal des ersten Multiplizierers 47 und das Ausgangssignal des zweiten Multiplizierers 48 (5i).
In 5 sind der Kürze halber Ausgangssignale, die Pixel von Halbbildern An wiedergeben, mit An bezeichnet und Ausgangssignale, die Pixel von Halbbildern Bn wiedergeben, sind mit Bn bezeichnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird bei der Verarbeitung der Erweiterung des dynamischen Bereichs, wie vorstehend erwähnt, ein Signal in Einheiten von einer Komponente desselben, die ein Pixel wiedergibt, verarbeitet. Nun soll der Spannungspegel einer Komponente eines digitalen Signals, das ein Pixel eines Bildes des Halbbildes A wiedergibt, x sein und der Spannungspegel einer Komponente eines digitalen Signals, das ein Pixel eines Bildes des Halbbildes B wiedergibt, soll u sein. In diesem Fall liefert der Addierer 49 ein Ausgangssignal, das folgendermaßen ausgedrückt wird: M = xcos2 (px) + usin2 (px)
Die Schaltung 25G zum Erweitern des grünen dynamischen Bereichs und die Schaltung 25B zum Erweitern des blauen dynamischen Bereichs verarbeiten ein Signal in derselben Weise wie die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs. Auf die Beschreibung der Schaltungen zum Erweitern des grünen und des blauen dynamischen Bereichs wird daher verzichtet.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird zum Verschieben der normalen Beobachtung eines in einer Körperhöhle zu beobachtenden Bereichs zu einer detaillierten Beobachtung der Ein/Aus-Schalter 34 zur Erweiterung des dynamischen Bereichs eingeschaltet. Dies bewirkt, dass sich die Blende 53 öffnet. Eine maximale Menge an Licht wird zum Einfallsende des Lichtleiters 54, der durch das Endoskop 2 verläuft, geliefert. Ein rotes digitales Signal, das durch die Knick- und Gammaschaltung 22 der Knickverarbeitung und Gammakorrektur unterzogen wurde, wird über den Schalter 23 an die Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs ausgegeben. Nun soll ein digitales Signal, das ein Bild des Halbbildes A darstellt, welches mit einer ersten Blendengeschwindigkeit (1/60 s) projiziert wird, y1 sein. Ein digitales Signal, das ein Bild des Halbbildes B darstellt, welches mit einer zweiten Blendengeschwindigkeit (1/240 s) projiziert wird, soll y2 sein. Wie in 6 gezeigt, wird eine Komponente des Ausgangssignals M der Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs mit niedriger Leuchtdichte durch das digitale Signal dominiert, welches das Bild des Halbbildes A darstellt, das mit der ersten Blendengeschwindigkeit (1/60 s) projiziert wird, aufgrund der Gewichtung mit cos²(px). Wenn im Gegenteil eine Komponente von deren Ausgangssignal M mit hoher Leuchtdichte durch das digitale Signal dominiert wird, das das Bild des Halbbildes B darstellt, welches mit der zweiten Blendengeschwindigkeit (1/240 s) projiziert wird, aufgrund der Gewichtung mit sin²(px). Folglich kann der dynamische Bereich für das rote Signal ohne Verschlechterung des Rauschabstands der Komponente mit niedriger Leuchtdichte erweitert werden. Folglich wird eine maximale Menge an Beleuchtungslicht geliefert und der dynamische Bereich für ein Abbildungssignal wird erweitert. Folglich kann ein Endoskopbild des Inneren einer Körperhöhle betrachtet werden, wenn die Körperhöhle auf einen gewünschten Helligkeitspegel gesetzt wird, ohne eine Lichthofbildung an einem beliebigen von Punkten, die mit einem fernen Punkt enden, an welchem auch immer sich die Körperhöhle befindet.
Überdies sollte der Korrekturkoeffizient p nur zweckmäßig in bezug auf den Spannungspegel x einer ein Pixel wiedergebenden Signalkomponente festgelegt werden. In dieser Weise wird das Ausgangssignal M zu einer Funktion eines Helligkeitspegels. Die Funktion nimmt kontinuierlich und monoton innerhalb eines Bereichs von Helligkeitspegeln bis zu einem Helligkeitspegel zu, der verursacht, dass ein mit der zweiten Blendengeschwindigkeit erzeugtes Signal einen Sättigungswert aufweist. Ein projiziertes Bild erscheint daher gleichmäßig und gibt keine Inkongruenzwahrnehmung.
Hierbei wird der Korrekturkoeffizient p auf (2π/4 × 4) gesetzt. Der Korrekturkoeffizient p ist nicht auf diesen Wert begrenzt. Alternativ kann der Korrekturkoeffizient p gemäß den Eigenschaften eines CCD festgelegt werden, so dass das Ausgangssignal M eine Funktion des Spannungspegels x einer ein Pixel wiedergebenden Signalkomponente ist, die monoton zunimmt. Überdies ist das Ausgangssignal M nicht auf die obige Funktion begrenzt, das heißt xcos2 (px) + usin2 (px)
Alternativ kann das Ausgangssignal M eine beliebige andere Funktion eines Helligkeitspegels sein. Die Komponente mit niedriger Leuchtdichte des Ausgangssignals sollte jedoch durch ein Signal dominiert werden, das mit einer niedrigen Blendengeschwindigkeit erzeugt wird, und eine Komponente mit hoher Leuchtdichte desselben sollte durch ein Signal dominiert werden, das mit einer hohen Blendengeschwindigkeit erzeugt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die dynamischen Bereiche für rote, grüne und blaue Signale, die durch die Farbtrennschaltung 9 getrennt werden, unter Verwendung der Schaltung 25R zum Erweitern des roten dynamischen Bereichs, der Schaltung 25G zum Erweitern des grünen dynamischen Bereichs bzw. der Schaltung 25B zum Erweitern des blauen dynamischen Bereichs erweitert. Alternativ kann die Farbtrennschaltung verwendet werden, um ein Leuchtdichtesignal und ein Farbwertsignal zu trennen. Der dynamische Bereich für das Leuchtdichtesignal oder Farbwertsignal oder die dynamischen Bereiche für beide von ihnen können erweitert werden.
Wie in 7 gezeigt, kann eine montierbare TV-Kamera 4a eine Irisblende 61 zum Steuern einer Menge an einfallendem Licht aufweisen, die in der vorherigen Stufe des CCD 3 installiert ist. Wenn der Ein/Aus-Schalter 34 zur Erweiterung des dynamischen Bereichs eingeschaltet wird, gibt die CPU 35 bei dieser Struktur die Steuerung zum Öffnen der Irisblende 61. Folglich können dieselben Operationen und Vorteile wie jene des vorstehend genannten Ausführungsbeispiels ausgeübt werden.
Überdies wurde dieses Ausführungsbeispiel beschrieben, indem ein Beispiel der Abbildung eines Objekts unter Verwendung der montierbaren TV-Kamera 4, die frei lösbar an der Okulareinheit des Endoskops 2 befestigt ist, herangezogen wurde. Dieses Ausführungsbeispiel ist nicht auf diese Betriebsart begrenzt. Alternativ kann dieses Ausführungsbeispiel natürlich für eine Betriebsart gelten, in der ein elektronisches Endoskop mit einem CCD, das im distalen Teil einer Einführungseinheit desselben integriert ist, zum Abbilden eines Objekts verwendet wird.
8 bis 10 betreffen das zweite Ausführungsbeispiel. 8 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer Endoskopvorrichtung zeigt. 9 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer in 8 gezeigten Wellenformerfassungsschaltung zeigt. 10 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern der Operationen der in 9 gezeigten Wellenformerfassungsschaltung.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist zum ersten Ausführungsbeispiel fast identisch. Nur ein Unterschied wird beschrieben. Dieselben Bezugsziffern werden Komponenten zugewiesen, die zu jenen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind. Auf die Beschreibung der Komponenten wird verzichtet.
Wie in 8 gezeigt, wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Ausgangssignal der Addier- und Mittelungsschaltung 29 in eine Wellenformerfassungsschaltung 80 eingegeben. In der Wellenformerfassungsschaltung 80, wie in 9 gezeigt, wandelt ein D/A-Wandler 81 das Ausgangssignal der Addier- und Mittelungsschaltung 29 von einer digitalen Form in eine analoge Form um. Das analoge Signal wird über einen Schalter 82, der durch die CPU 35 gesteuert wird, zu einer Entzerrungsschaltung 83 gesandt. Das analoge Signal wird durch die Entzerrungsschaltung 83 entzerrt. Eine Differenzspannung zwischen dem analogen Signal und einer Bezugsspannung Vref wird durch einen Operationsverstärker 84 verstärkt und als Lichteinstellsignal an die Lichteinstellschaltung 57 in der Lichtquelleneinheit 7 ausgegeben.
Die anderen Komponenten sind zu jenen des ersten Ausführungsbeispiels identisch.
Solange der Ein/Aus-Schalter 34 zur Erweiterung des dynamischen Bereichs ausgeschaltet ist, bleibt der Schalter 82 in diesem Ausführungsbeispiel unter der Steuerung der CPU 35 eingeschaltet. Wenn der Ein/Aus-Schalter 34 zur Erweiterung des dynamischen Bereichs eingeschaltet wird, entzerrt die Entzerrungsschaltung 83 nur ein Bildsignal (10d), das das Halbbild B wiedergibt (10c), gemäß einem Halbbildbeurteilungssignal (10b). Hierbei wurde das Bildsignal, das das Halbbild B wiedergibt, mit der zweiten Blendengeschwindigkeit (1/240 s) erzeugt und das Halbbildbeurteilungssignal ist mit einem Videosignal VD (10a) synchron und wird aus dem Taktgenerator 14 ausgegeben. Dies führt zu einem Lichteinstellsignal (10e). Die CPU schaltet den Schalter 82 synchron mit dem Halbbildbeurteilungssignal ein und aus.
Die anderen Operationen sind zu jenen des ersten Ausführungsbeispiels identisch.
Wie vorstehend erwähnt, sieht das zweite Ausführungsbeispiel dieselben Vorteile wie jene des ersten Ausführungsbeispiels vor. Wenn der Ein/Aus-Schalter 34 zur Erweiterung des dynamischen Bereichs eingeschaltet wird, wird außerdem ein Bildsignal, das das Halbbild B wiedergibt und mit einer hohen Blendengeschwindigkeit, beispielsweise der zweiten Blendengeschwindigkeit (1/240 s), erzeugt wurde, entzerrt. Das entzerrte Signal wird verwendet, um ein Lichteinstellsignal zu erzeugen, das in die Lichteinstellschaltung 57 in der Lichtquelleneinheit 7 eingegeben werden soll. Ein Bildsignal, das mit einer niedrigen Blendengeschwindigkeit, beispielsweise der ersten Blendengeschwindigkeit (1/60 s), erzeugt wird, bei welcher das Bildsignal einen Sättigungswert aufweisen kann, wird nicht verwendet, um das Licht einzustellen. Folglich kann ein Endoskopbild des Inneren einer Körperhöhle ohne Lichthofbildung an einem beliebigen von Punkten, die mit einem fernen Punkt enden, an welchem auch immer sich die Körperhöhle befindet, projiziert werden, da das Licht sehr genau eingestellt werden kann.
In der vorliegenden Erfindung ist ersichtlich, dass ein breiter Bereich von verschiedenen Ausführungsbeispielen auf der Basis der Erfindung ohne Abweichung vom Schutzbereich der Erfindung konstruiert werden kann. Die vorliegende Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche begrenzt, aber nicht durch die speziellen Ausführungsbeispiele eingeschränkt.

Claims

Endoskopvorrichtung (1) mit: einem Endoskop (2, 4), das in eine Körperhöhle eingeführt wird und eine Abbildungsvorrichtung (3) aufweist, die ein Objekt in der Körperhöhle abbildet, in dieses integriert oder an diesem montiert ist; einer Lichtquelleneinheit (7) zum Liefern von Beleuchtungslicht zum Endoskop; einer Signalverarbeitungseinheit (16–26) zum Verarbeiten eines Abbildungssignals, das von der Abbildungsvorrichtung in dem Endoskop gesandt wird; mit einer ersten und einer zweiten Gewichtungsschaltung zum Empfangen eines ersten Abbildungssignals, das durch Abbilden des Objekts während einer ersten Belichtungszeit erzeugt wird, und eines zweiten Abbildungssignals, das durch Abbilden des Objekts während einer zweiten Belichtungszeit, die kürzer ist als die erste Belichtungszeit, erzeugt wird, und das einen Sättigungswert relativ zu einem höheren Lichtpegel als das erste Abbildungssignal aufweist, und zum Anwenden einer ersten Gewichtung, die mit einer Zunahme des Lichtpegels bis zu einem Lichtpegel, der bewirkt, dass das erste und das zweite Abbildungssignal den Sättigungswert aufweisen, monoton abnimmt, und einer zweiten Gewichtung, die monoton zunimmt, auf das erste und das zweite Abbildungssignal unter der Bedingung, dass die Summe der ersten und der zweiten Gewichtung etwa 1 ist, und einer Addierschaltung (29) zum Summieren eines ersten und eines zweiten Bildsignals, die durch Anwenden der ersten und der zweiten Gewichtung auf das erste und das zweite Abbildungssignal mittels der ersten und der zweiten Gewichtungsschaltung erzeugt werden; und Summieren des ersten und des zweiten Bildsignals, um somit einen dynamischen Bereich zu erweitern; und einer Lichteinstellsignal-Erzeugungseinheit (33, 31), um, wenn die Signalverarbeitungseinheit einen dynamischen Bereich erweitert, ein Lichteinstellsignal zu erzeugen, das verwendet wird, um eine Menge an Licht, das von der Lichtquelleneinheit ausgeht und auf die Abbildungsvorrichtung fällt, im Vergleich zu einer Menge an Licht, die in einem normalen Zustand verwendet wird, zu erhöhen; und einer Lichtmengen-Steuereinheit zum Steuern einer Menge an Beleuchtungslicht, das von der Lichtquelleneinheit ausgeht, gemäß dem Lichteinstellsignal, das von der Lichteinstellsignal-Erzeugungseinheit gesandt wird.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Summe der ersten und der zweiten Gewichtung 1 ist.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtmengen-Steuereinheit eine Blende ist.
Endoskopvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn ein dynamischer Bereich erweitert wird, die Lichteinstellsignal-Erzeugungseinheit das Lichteinstellsignal gemäß dem zweiten Abbildungssignal erzeugt.