JP2594706B2

JP2594706B2 - ビデオカメラの露光制御

Info

Publication number: JP2594706B2
Application number: JP3030706A
Authority: JP
Inventors: シャトネヴァーデヴィッド; ディー．ハリスラルフ; イー．ストークスランダル
Original assignee: メディカルコンセプツ，インコーポレーテッド
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: EP0444417A3; DE69114875D1; JPH0746489A; EP0444417A2; DE69114875T2; US5162913A; EP0444417B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラの画像出力
を制御する方法と装置に係り、特に電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）形のビデオカメラにより形成される画像を調整する
方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明が一般に係るビデオ内視鏡検査法
分野には、内視鏡を利用して、最小の嵌入、外科的処置
によりさもなければアクセス出来ない体腔に侵入し、検
査する医学的な診断および治療方法が知られている。従
来の内視鏡は、一般に、剛性形と柔軟形の２種類に分類
される。例えば、腹腔鏡や膀胱鏡、関節鏡、尿道鏡、気
管支鏡、および結腸鏡が知られている。

【０００３】内視鏡器具の実用性は、かなりの技術的進
歩を与える一方、ビデオディスプレイ処理方法の発展に
より大きく増加してきている。ビデオ情報ディスプレイ
は、医師の視力を、特に反射率の高い媒体を明るい照明
の下で検査する場合に、保護するものである。これは、
反射性の関節組織の強度の高い照明により網膜に損傷を
与える関節鏡外科においてしばしばそう遇する。

【０００４】ビデオカメラを内視鏡プローブに結合させ
ることにより、直接検査とは逆に術者の気持は柔らげら
れ、従って器具の使用効果が高められる。カメラを使用
したときは、医師は、プローブの近位端部近くでの接眼
鏡において自らの位置を連続的に変える必要がなくな
る。この場合、アシスタントは、術中の医師が手術器具
を自由に操作できるようにしながら、内視鏡器具を保持
すると共に位置決めすることができる。従って、医師と
アシスタントは共通モニタで画像を共に監視できるの
で、スコープを迅速、正確に移動させることができる。
このようにして、組織の損傷は最小になされる。

【０００５】ビデオカメラを内視鏡システムに組み込む
ことにより処置手順の記録や実時間伝送が可能になり、
従って離れた場所での実時間診断（および教示）、重要
な書類作成などの利点を含む従来の内視鏡検査法では得
られない多くの可能性を与えることになる。

【０００６】内視鏡的検査により収集されるデータのビ
デオ情報表示の多くの利点は得られた画像の診断品質に
依存することは勿論である。照明レベルは、内視鏡検査
の間にスコープの遠位端部が操作されるとき、光強度と
距離の間の幾何学的関係に起因して著しく変動する。

【０００７】強度的に大きな「振れ」を受けたビデオ画
像を処理しなければならない従来のビデオカメラの露光
量を制御する標準的な方法ではダイヤフラム状アイリス
が使用されている。しかしながら、アイリスは内視鏡カ
メラには不向きである。物理的な拘束のために、内視鏡
を通して得られる画像の直径は比較的小さくなければな
らない（直径が約１〜２ミリメートル）従って、内視鏡
カメラのアイリスは非常に小さな動作範囲にわたって制
御自在でなければならない。このような精密アイリスの
設計と保守は、例え可能であっても、非常に困難な機械
的設計作業になる。更に、アイリスは滅菌液体中の浸漬
を考慮した環境閉鎖容器を必要とし、設計が更に複雑に
なる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の環境問題に従来
のアイリスを適合させることは本来困難であり、このた
め従来の内視鏡カメラは内部自動利得制御（ＡＧＣ）に
よりそのＣＣＤの画像収集センサから出力される信号振
幅の増幅度を変調するようにしていた。このようなＡＧ
Ｃは一般には４：１または時には８：１の範囲にわたっ
て有効に動作することができる。しかしながら、多くの
場合に、これは検査または処置中にそう遇する照明の大
きな差を補償するには不適切である。更に、ＡＧＣは、
光を電子に直線的に変換するフォトサイトの容量が大き
くなるＣＣＤにおいては飽和条件を補償することはでき
ない。従って、ビデオ画像は診断またはその他の重要な
用途の特徴を不明瞭にする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内視鏡
と共に使用するための、または、第１の側面において、
ＣＣＤセンサと、標準のビデオディスプレイを駆動する
ための、所定の好適な利得範囲を特徴とする出力増幅器
を備える形のカメラにより生成された信号を変調する装
置を設けることにより、カメラの露光量制御の問題が解
消される。このような装置には増幅器の出力を測定する
手段が含まれる。この出力をパラメータに変換すると共
にこのようなパラメータと所定の最適値との差を形成す
る手段が設けられる。更に、この差を増幅器の利得の対
応する補償量に変換すると共にこの補正量を好適な範囲
の利得と比較する手段が設けられる。最後に、増幅器の
利得、従ってＣＣＤセンサの電荷蓄積時間を調整する手
段が設けられる。

【００１０】本発明は、他の側面において、ＣＣＤセン
サを有すると共に所定の好適な範囲の利得を特徴とする
出力増幅器を有するカメラにより発生され、標準ビデオ
ディスプレイを駆動するための信号を変調する方法を提
供する。増幅器の出力が測定され、次にビデオ強度を示
すパラメータに変換される。このパラメータと所定の最
適値の間には差が形成される。このような差値は対応す
る増幅器利得に対する補正量に変換され、この補正量は
前記好適な範囲の利得と比較される。これらの増幅器利
得補正量と好適な範囲の利得との相対値に従って増幅器
の利得およびＣＣＤセンサの電荷蓄積時間が調整され
る。

【００１１】本発明の上記の特徴と利点およびその他の
特徴と利点は以下の説明から更に明らかになる。この説
明には１組の図面が使用される。明細書本文のものに対
応する図面の番号は本発明の各種の特徴を示しており、
図面および本文の両者を通して同様の番号は同様の特徴
を表わしている。

【００１２】

【実施例】図１は本発明による自動露光量制御回路を備
えるカメラの概略ブロック図である。本発明のカメラ
は、標準のビデオプロトコルに従って適切にフォーマッ
トされ、ビデオディスプレイ１０に送出する信号を与え
る。ビデオディスプレイ１０は（導体を介して送出され
る）ビデオ信号により作動されて、カメラの「心臓」
部、即ち１次元または２次元のＣＣＤセンサ１４に入射
する光学像を効果的に再形成する。

【００１３】このＣＣＤセンサ１４は１つ以上の行およ
び列のマトリクスをなすように配置された複数の異なる
フォトサイト１６により構成される。よく知られるよう
に、フォトサイトに光が入射すると、電荷が蓄積される
ようになる。センサ１４の幾何学的形状およびセンサの
表面にわたるフォトサイト１６の分布により空間的に分
布する局在化された電荷の蓄積が生じ、これは入射画像
を規定するセンサ１４にわたる光強度の空間分布に対応
するものである。

【００１４】フォトサイトに蓄積された電荷は周期的に
除去され、ビデオディスプレイ１０に印加するための波
形に形成される。勿論、この波形はディスプレイ１０の
プロトコルに従うものでなければならない。標準ビデオ
ディスプレイにおいては、信号（これは、本発明におい
ては導体２０を介してオン・チップ転送レジスタ１８か
ら出力される）は、各々が６３．６マイクロ秒の個々の
「ライン時間」を有する２６２．５本の「ライン」から
なる従来のビデオフレームを発生しなければならない。
従って、「従来の」または「標準的な」ディスプレイ１
０上にビデオの個々のフレームを表示するには全体で１
／６０秒が要求される。各々の１／６０秒期間の最後
で、ディスプレイ１０上の先行フレームの出力の間に蓄
積された電荷に基づく次のフレームの「書込み（writin
g over) 」プロセスが開始される。ビデオ信号の印加に
よりビデオフレームまたはビデオ画像が形成されてＣＲ
Ｔ銃を作動し、このＣＲＴ銃は６３．６マイクロ秒ライ
ン時間で上記２６２．５本のラインを通してディスプレ
イ１０のスクリーンを走査し、ビデオディスプレイ１０
のスクリーンの燐光物質のマトリクスを励起する。

【００１５】上記のように、内視鏡検査下の組織は平面
状ＣＣＤセンサ１４の反射照明された組織への露光によ
り結像されて空間的に変化する電荷分布を発生させ、こ
れらの電荷はパラレル・イン、シリアル・アウト（ＰＩ
ＳＯ）オン・チップ転送レジスタ１８に逐次転送され
る。６０Hz内部システムクロックを内蔵するマイクロプ
ロセッサ２２は電荷のクロック・アウトを制御する。

【００１６】本発明においては、表示画像の強度は、対
話形プロセスにより自動的に制御され、このプロセスに
おいては、ＣＣＤセンサ１４内で発生された電荷の大き
さおよびビデオ増幅器２４の利得は、増幅器２４の出力
の有効な変調に関わる各々のこのようなプロセスの有効
性を最大にするアルゴリズムに従って連続的に協同的に
調整される。本発明においては、ビデオ増幅器２４の利
得は、前のビデオフレームの強度に従って連続的に調整
されて最適な６dB増幅器動作範囲内にシステム動作点を
維持する。このプロセスでは、画像強度の測定値に依存
してＣＣＤセンサ１４のシャッタ動作を含んでもよく、
含まなくてもよい。むしろ、センサ１４は、増幅器２４
の利得に対する調整を最適６dB範囲内に維持する手段と
してのみシャッタされる。このようにして、本発明は、
標準ビデオ増幅器の利得制限有効性により元来有効性が
制限される従来システムの動作を改良するものである。

【００１７】（１）増幅器２４の利得を調整するため
に、また（２）ＣＣＤセンサ１４のシャッタ度を変えて
露光時間を「調整」するために、また従って増幅器２４
のビデオ信号出力の振幅を調整するために使用される２
つのプロセスは、（導体２６を介して）増幅器２４にま
た（導体３０を介して）プログラマブルカウンタ２８に
印加される制御信号により実施される。プログラマブル
カウンタ２８に対する入力は、６０Hzシステムクロック
に同期化された１５，７５０Hzパルス列の形で与えられ
る。この高周波信号は乗算器３２（２６２．５倍）によ
り発生される。制御バス３５は本発明の動作に同期す
る。

【００１８】マイクロプロセッサ２２が必要とする情報
を発生する回路が設けられてセンサ１４および、例えば
−６dB〜＋１８dBの全動作範囲を有する増幅器２４を制
御する、増幅器２４により出力された増幅ビデオ信号は
ウインドウ発生器３６に印加されるが、これは、画像の
径とは無関係に、内視鏡画像により占有される全画像の
円形領域のみを検出するものである。ウインドウ発生器
３６は活性画像領域にわたる振幅検出器・プロセッサ３
８が、さもなければ画像径の変動によりもたらされる誤
りを排除することを選択的に可能にする。検出器・プロ
セッサ３８は、センサ１４により検出された画像強度を
示す量を導出する手段を備えている。即ち、適当な重み
付けおよび／または平均化アルゴリズムが検出器・プロ
セッサ３８内に収容されて所定の制御変数（例えば、フ
レームあたりの「平均信号振幅」）を示すパラメータを
出力として与える。この出力は演算増幅器４０に印加さ
れ、これによりこのような値は検査中のパラメータの最
適ビデオフレーム値と比較される。

【００１９】検出値と最適値との差はコンバータ４２に
印加され、このコンバータ４２は増幅器２４の利得に対
してなされなければならない対応する調整量（アナログ
差信号）を計算して、測定パラメータを最適値と一致す
るようにする。この補正値は１対のコンパレータ４４、
４５およびマイクロプロセッサ２２に同時に印加され
る。６dB基準信号はコンパレータ４４に印加され、０dB
基準信号はコンパレータ４５に印加され、これは、増幅
器の出力が好適な０dB〜６dB範囲の値内にあるか否かを
コンパレータ４４、４５が上記の印加を組み合わせて決
定できるようになされる。コンパレータ４４で正の値が
得られる場合は（即ち、６dB以上の補正量が要求され
る）、コンパレータ４４の出力は「ハイ」（値「１」）
になるが、補正量が６dBを越えない場合は、コンパレー
タ４４の出力は「ロー」になる。同様に、コンパレータ
の出力は、上記のコンパレータで正値が得られるときは
ハイになる。コンパレータ４５の正ポートには０dB信号
が印加されるので、これにより０dB以下の補正量（最適
動作範囲の下の値で外側である負値を示す）が決定され
る。

【００２０】図２はマイクロプロセッサ２２のプロセス
制御の流れ図である。上記のように、マイクロプロセッ
サ２２は、要求される増幅器２４利得に対する調整の大
きさを示す（次の出力の組合わせの形で）コンパレータ
４４、４５からのおよびコンバータ４２からの出力を受
信する。ステップＳ−１においては、コンパレータ４４
の出力が検討されて、コンパレータ４４の出力がハイか
らローか（即ち、「１」または「０」）を決定する。出
力が「ロー」と決定された場合は、マイクロプロセッサ
はステップＳ−２に進み、そこでコンパレータ４５の出
力について同様の質問がなされる。ステップＳ−１また
はＳ−２のいずれも正の質問を与えない場合は、動作は
ステップＳ−３に進み、ここではコンパレータ４２の出
力は、導体２６を介してこのコンパレータ４２に供給さ
れた電流を調整することにより増幅器の利得に対する対
応する調整量に変換される。このプロセスは１／６０秒
フレーム時間の間に行われ、従って増幅器２４の現在の
調整された利得は前回のフレームの間に測定された画像
の値を反映することになる。

【００２１】しかしながら、コンパレータ４４からの出
力が６dB以上の要求された調整量を示す「ハイ」である
と決定された場合は、マイクロプロセッサ２２の内部論
理はステップＳ−４に進む。（既に示したように、ビデ
オ増幅器の有効動作の最適範囲は０dB〜６dBに制限さ
れ、２重のプロセスが実施される。）このようなプロセ
スには、（１）ＣＣＤセンサ１４の露光時間を倍にする
ことと、（２）増幅器２４の利得を６dB減らすことの協
同的なプロセスが含まれる。このような結合作用の正味
の結果として、増幅器の動作点を、これがその０〜＋６
dBの理想的または最適動作範囲内に維持されるように上
記動作点をシフトさせるが、増幅器２４から出力された
信号の振幅には正味の変化は生じない。コンパレータ４
５の出力が、最適範囲の外側での、またその他端での調
整が要求されることを示したとステップＳ−２で決定さ
れた場合は、ステップＳ−５が実施され、ＣＣＤ露光時
間を半分にすると共に増幅器２４の利得を２倍にする。
この場合、０〜＋６dBの理想動作範囲が再度得られるこ
とになる。このようにして、増幅器２４により微細で連
続的な制御が行われ、一方ＣＣＤセンサ１４のシャッタ
システムを利用してＣＣＤからの公称出力が広い範囲の
入射照明値にわたって維持される。

【００２２】図３（ａ）乃至図３（ｄ）は、本発明の完
全な動作を実施するためのＣＣＤセンサ１４のシャッタ
動作（即ち、露光時間の調整）を示す一連の波形を示す
図である。既に示したように、センサ１４の露光時間の
調整は、増幅器２４の最適動作範囲を全体的に維持す
る、増幅器２４の利得に対する調整に関連するものであ
る。このようにして、ＣＣＤセンサをシャッタすること
と増幅器２４の利得を調整することとの結合動作は協同
して連続自動露光調整を提供する。ＣＣＤセンサ１４の
露光時間の調整は本発明に従って行われ、従って増幅器
２４の利得は、自動利得制御に従って増幅器出力を調整
する従来のＣＣＣによるカメラの特徴である過剰雑音を
受けない領域に維持される。更に、ＣＣＤはシャッタさ
れるので、入射光のレベルは、シャッタ無しのＣＣＤに
より得られる強度レベルを数桁越えたものでも処理する
ことができるようになる。

【００２３】本発明の動作はＣＣＤセンサ１４の露光時
間を調整する特定の方式に限定されることはない。図３
（ａ）乃至図３（ｄ）の方式は従来よく知られたもので
あり、この方式においては、電荷の蓄積はビデオ波形の
水平同期時にのみ発生し得るパルス放電信号の印加によ
り制限される。標準的なビデオディスプレイ１０におい
ては、１／６０秒または１６．７ミリ秒のフレーム時間
内に２６２．５本のラインが走査される。従って、上記
のように、フレームの個々のラインを走査する各々の
「ライン時間」は６３．６マイクロ秒になる。このよう
なセンサ１４においては、パルス放電信号は、（従来走
査された）フレームが表示される各１／６０秒期間の間
で電荷蓄積または積分の開始を有効に遅延させるように
作用する。放電パルスの繰返し速度および放電パルス周
期は、使用するシャッタ動作方式に従ってシャッタ動作
を行う水平同期周波数と周期に対応して、それぞれ秒あ
たり１５．７３４パルスおよび６３．６マイクロ秒にな
る。従って、上記方式に従うセンサ１４の積分時間（フ
レームあたり）は次のように定義される。１６．７−
［Ｎ×６３．６×１０^-3］ミリ秒

【００２４】上記の式で、Ｎは整数を表わしている。露
光時間が長い場合（Ｎは小さな数）、Ｎの「１」だけの
増減は大きな変化を与えない。例えば、Ｎ＝１とのとき
は、露光時間は１６．７−（１）６３．６×１０^-3＝１
６．６４ミリ秒である。Ｎが「２」に増分すると、露光
時間は１６．７−（２）６３．６×１０^-3＝１６．５７
ミリ秒になる。このようにして、１から２へのＮの増加
は露光時間を約０．４パーセント減少させる。露光時間
が非常に短い（例えば、Ｎ＞２００）ときは、Ｎの単一
のカウント変化は、従来例とは異なりかなりの不連続的
感度変化を与える。例えば、Ｎが２５０から２５１に変
化するとき、露光時間は約８パーセントだけ変化する。
このような条件の下での分解能はフィードバックループ
の連続制御に使用するには粗過ぎるものになる。従っ
て、「シャッタのみ」の露光量制御方式では許容できな
い非線形性を受けることになる。本発明においては、図
２により示したように、ＣＣＤセンサ１４の積分時間は
因子「２」だけ増分または減分される。即ち、センサ１
４の露光量の設定は、コンパレータ４４の出力が「ハ
イ」になったとき前のフレームの露光時間の２倍または
半分のいずれかである。同図により示したように、感度
のこの著しい変化は「シャッタ」効果とは正確に逆の増
幅器２４の利得の同時的調整により補償される。従っ
て、露光量の変化（またはフレームの積分時間）が正確
に補償され、信号振幅の正味の変化は生じないことにな
る。

【００２５】図３（ａ）乃至図３（ｄ）の波形に戻る
と、マイクロプロセッサ２２の内部クロックにより与え
られる６０Hzパルスが図３（ａ）に示される。このパル
ス列はＣＣＤセンサ１４（そしてオン・チップ転送レジ
スタ１８）、プログラマブルカウンタ２８、および乗算
器３２に同時に印加され、これによりこれらの装置は同
期化される。

【００２６】図３（ｂ）はＡＮＤゲート３４を介しての
プログラマブルカウンタ２８の出力を示すタイミング図
である。既に示したように、乗算器３２はマイクロプロ
セッサ２２からのパルスの周波数に、ビデオフレームか
らなるラインの本数２６２．５を乗じるものである。従
って、乗算器３２は６０Hzシステムクロックに同期する
秒あたり１５，７３４個のパルス列（６３．６マイクロ
秒周期のパルス）を与える。これらの値はディスプレイ
１０の水平同期周波数および水平同期周期または「ライ
ン時間」として認識されることになる。ＣＣＤセンサ１
４をシャッタ動作する方式は、ビデオ波形の水平同期期
間内にのみパルス放出信号が生じることを要求するの
で、増幅器３２の出力は、センサ１４から電荷を連続的
に放出するために、またこれにより電荷の蓄積または積
分時間が超過するのを防止するために適切に同期化され
るパルス列からなる。

【００２７】乗算器３２の出力はプログラマブルカウン
タ２８に印加される。カウンタ２８はマイクロプロセッ
サ２２内で発生され、導体３０を介してカウンタ２８に
送出される信号により制御される。この信号はカウンタ
２８の出力を「ロー」に駆動する前にトリガされなけれ
ばならないカウンタ２８の段数を制御する。このような
Ｎ段が「設定」されてしまうまで、秒あたり１５，７３
４パルスの入力パルス列がＡＮＤゲート３４を通してＣ
ＣＤセンサ１４に印加される。得られた波形は図３
（ｂ）に示されるが、これは、１／６０秒ビデオディス
プレイのフレーム毎に、１６．７−［（Ｎ）６３．６×
１０^-3］ミリ秒の「ロー」出力を伴う６３．６マイクロ
秒の周期または分離を有するＮパルスのパルス列からな
るものである。

【００２８】図３（ｃ）は、図３（ｂ）の波形の印加に
応じてＣＣＤセンサ１４の通常のフォトサイトまたはピ
クセル内で生じる電荷蓄積または積分プロセスを表わす
波形を示す図である。図からわかるように、通常のフォ
トサイト内の電荷蓄積量ｑはＣＲＴ銃付勢ビデオディス
プレイ波形の水平同期パルスと一致する引き続く放出パ
ルス（ＡＮＤゲート３４を介してプログラマブルカウン
タ２８からの）の印加により連続的に「ゼロ」に駆動さ
れる。ｉ番目のビデオフレーム期間内でのＮｉ個のこの
ような放出パルスの後、センサ１４に印加される波形は
ローになり、これは通常のフォトサイト内でτｉミリ秒
の間で電荷の蓄積が許容される。従って、蓄積された電
荷はマイクロプロセッサ２２からの次の６０Hzクロック
パルスが到達するまで「ラム」アップすることが見出さ
れ、これは前回の蓄積期間に生じたセンサ１４内での電
荷蓄積から生じるビデオフレームの表示の完了を示すも
のである。

【００２９】図３（ｄ）の波形は、図２のアルゴリズム
に従ってマイクロプロセッサにより決定されたＮｉの値
から得られるセンサ１４の電荷蓄積量を示したものであ
る。この波形は、勿論、増幅器２４への印加のためオン
・チップ転送レジスタ１８により出力されたビデオ波形
と同じではない。しかしながら、これは、期間ｉ＋１の
間にディスプレイ１０の作動のため２番目の収集期間の
間に「通常の」フォトサイトで収集される電荷蓄積量に
基づくものである。この波形は、勿論、これがＮの新し
い値（２倍または半分の）の入力に応じるセンサの露光
時間に応じて生じるオン・チップレジスタ１８のビデオ
信号出力の振幅の表示周期にわたる変動の効果を示す限
りは例示的である。実際のビデオ波形においては、セン
サ１４のフォトサイトの全ては１／６０秒内のセンサ１
４のフォトサイトの各々に蓄積される電荷を「ダンプ
（投棄）」するのに十分な高さの周波数でクロックアウ
トされなければならない。このようにして、図３（ｄ）
の波形は、各々がマイクロプロセッサ２２により与えら
れるＮの値の変動に一層比例して与えられる多くの不連
続振幅値からなる信号の「平均の」全体にわたる振幅ま
たは強度を表わすものと考えられる。

【００３０】動作時には、マイクロプロセッサ２２が増
幅器２４に送出しなければならない電流が＋６dB以上の
増加（ＣＣＤの感度が低いことを示す）を発生すること
が決定されたとき、マイクロプロセッサ２２は露光時間
を２倍にする（次のフィールド時間の間に振幅の２倍の
ＣＣＤ出力をもたらす。）。更に、マイクロプロセッサ
２２は増幅器２４の利得を６dB減少させ、これによりＣ
ＣＤからの増加した信号出力を正確に補償する。これ
は、増幅器が０〜＋６dBの最適動作範囲（増幅器２４の
制御範囲は、既に示したように、通常は−６dB〜＋１８
dBである。）で動作するように増幅器の動作点を６dBだ
け小さい値にシフトさせる。このようにして、図２のア
ルゴリズムは０dBと＋６dBの間に増幅器２４の動作点を
維持し、また信号強度の微細で連続する制御は増幅器２
４により実施され、一方センサ１４のシャッタシステム
は広い範囲の入射照明にわたって公称出力を維持する。

【００３１】本発明の装置は１／３０、１／６０、１／
１２５、１／２５０、１／５００、１／１０００、１／
２０００、１／４０００、１／１０，０００秒の露光時
間で使用される。更に、増幅器２４は−６dB〜＋１８dB
で動作するので、センサが動作する入射照明範囲は約１
０，０００：１または８０dBが適している。本発明によ
らない場合の比較としての露光量は約８：１または１８
dBである。

【００３２】このようにして、本発明はビデオカメラの
画像出力を制御する改良された方法と装置を提供する。
本発明の教えによりさもなければ従来のＣＣＤ形の内視
鏡カメラが、入射照明の強度の大きな変化を特徴とする
手順の実施中でもその内容をかなり犠牲にすることなし
に利用することができる。

【００３３】以上、本発明は好適な実施例により説明さ
れたが、これに限定されるものではない。例えば、本発
明の教えは、ビデオ内視鏡分野において使用効果が大き
いが、アイリスアパーチャを変えることなしに（そし
て、従って、視野深度を変化させることなしに）露光量
を制御することが望まれるその他の多くのビデオ分野に
適用してもよい。本発明は、既に示したクレームにより
規定されるものにのみ制限され、またそれらの全ての等
価なものを含むことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動露光量制御回路の概略ブロッ
ク図である。

【図２】本発明のマイクロプロセッサのプロセス制御機
能を示す流れ図である。

【図３】本発明によるカメラのＣＣＤセンサにより電荷
蓄積を調整する電子シャッタ制御の動作を示す１組の波
形を示す図である。

【符号の説明】

１０ビデオディスプレイ１２導体１４ＣＣＤセンサ１６フォトサイト１８転送レジスタ２０、２６、３０導体２２マイクロプロセッサ２４増幅器２５プログラマブルカウンタ３２乗算器３５制御バス３６ウインドウ発生器３８振幅検出器・プロセッサ４０演算増幅器４２コンバータ４４、４５コンパレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ラルフディー．ハリスアメリカ合衆国．93103 カリフォルニア，サンタバーバラ，ナンバー２，イーストヴィクトリアストリート 718 (72)発明者ランダルイー．ストークスアメリカ合衆国．93117 カリフォルニア，ゴレタ，エルムハーストプレイス 7397−エー (56)参考文献特開平３−82283（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＣＤセンサと、所定の好適な範囲の利
得を特徴とする出力増幅器とを有するタイプのカメラに
より生成された信号を変調し、標準のビデオディスプレ
イを駆動する装置であって、ａ）前記増幅器の出力を測定する手段と、ｂ）前記出力をパラメータに変換する手段と、ｃ）前記パラメータと所定の最適値との差を形成する手
段と、ｄ）前記差を前記増幅器の利得に対応する補正値に変換
する手段と、ｅ）この変換する手段の出力に従って前記増幅器の利得
と前記ＣＣＤセンサの電荷蓄積時間とを調整する手段と
からなり、前記増幅器の利得と前記センサの電荷蓄積時間を調整す
る手段は、更に、 i）前記増幅器の利得に対する前記補正値を前記好適な
範囲と比較する手段と、 ii）前記補正値が正となり前記範囲を越えるとき前記蓄
積時間を２倍にすると共に、前記補正値が負となり前記
範囲以下のとき前記電荷蓄積時間を１／２だけ低減させ
る手段と、 iii）前記補正値が正となり前記好適な範囲を越えると
き前記増幅器の利得を前記好適な範囲の量だけ低減させ
ると共に、前記補正値が負となり前記好適な範囲以下の
とき前記増幅器の利得を前記好適な範囲だけ増加させる
手段とを有する装置。
【請求項２】前記センサの電荷蓄積時間を２倍にし、
かつ１／２だけ低減させる前記手段は、更に、ａ）ビデオフレーム電荷蓄積期間を規定する手段と、ｂ）前記センサを少なくとも１電荷蓄積期間の間画像に
露出する手段と、ｃ）各々の電荷蓄積期間を放出期間と電荷積分期間に分
割する手段とを有することを特徴とする請求項１の装
置。
【請求項３】前記各々の電荷蓄積期間を分割する手段
は、ａ）τを放出パルス期間とし、Ｎｉを放出パルスの個数
として１−Ｎｉτに等しい電荷蓄積時間を決定する手段
と、ｂ）前記センサに周波数１／τでＮｉ個の放出パルスを
印加する手段とを有することを特徴とする請求項２の装
置。
【請求項４】前記分割手段はプログラマブルカウンタ
を有することを特徴とする請求項３の装置。
【請求項５】ＣＣＤセンサと、所定の好適な範囲の利
得を特徴とする出力増幅器とを有するカメラにより生成
される信号を変調し、標準のビデオディスプレイを駆動
するための方法であって、ａ）前記増幅器の出力を測定し、次に、ｂ）この出力をビデオ強度を示すパラメータに変換し、
次に、ｃ）前記パラメータと所定の最適値との差を形成し、次
にｄ）この差を増幅器利得に対応する補正値に変換し、次
に、ｅ）この補正値を前記好適な範囲の利得と比較し、更にｆ）前記増幅器の利得の補正値と前記好適な範囲との相
対値に従って前記増幅器の利得と前記ＣＣＤセンサの電
荷蓄積時間とを調整するステップからなり、前記増幅器
の利得と前記センサの電荷蓄積時間とを調整するステッ
プは、更に、 i）前記補正値が正となり前記好適な範囲を越えたとき
前記センサの前記電荷蓄積時間を２倍にすると共に前記
増幅器の利得を前記範囲だけ低減させるステップと、 ii）前記補正値が負となり前記好適な範囲以下のとき前
記電荷蓄積時間を１／２に低減させると共に前記増幅器
の利得を前記範囲だけ増加させるステップとを有する方
法。
【請求項６】前記増幅器の電荷蓄積時間を調整するス
テップは、ａ）ビデオフレーム電荷蓄積期間を規定するステップ
と、ｂ）少なくとも１電荷蓄積期間の間前記センサを画像に
露出するステップと、次に、ｃ）各々の電荷蓄積期間を放出期間と電荷積分期間に分
割するステップとを含むことを特徴とする請求項５の方
法。
【請求項７】ａ）各々の電荷積分期間の間に前記セン
サの各々のフォトサイトに蓄積された電荷量を記憶する
ステップと、次に、ｂ）前記電荷蓄積量を逐次信号に形成するステップと、
次に、ｃ）この信号を前記増幅器に印加するステップとを更に
含むことを特徴とする請求項６の方法。
【請求項８】各々の電荷蓄積期間を分割するステップ
は、更に、期間ｉあたり所定数の放出パルスＮｉを印加
するステップを含むことを特徴とする請求項７の方法。
【請求項９】ａ）前記電荷蓄積時間はＮｉを１／２だ
け減らすことにより２倍にされ、ｂ）前記電荷蓄積時間はＮｉを２倍にすることにより半
分に低減されることを更に特徴とする請求項８の方法。
【請求項１０】ａ）前記増幅器の出力をビデオディス
プレイに印加するステップを更に含み、ｂ）前記ビデオディスプレイは所定のビデオ信号プロト
コルに従ってビデオ画像を発生するように形成されるス
テップと、ｃ）前記電荷蓄積期間に等しいフレーム速度で前記増幅
器の出力に応じて前記ビデオディスプレイによりビデオ
フレームが生成されるステップとを更に含むことを特徴
とする請求項６の方法。
【請求項１１】オプティカル画像を入力しこれを電気
信号に変換するためのＣＣＤセンサと、該電気信号を入
力しこれを増幅してビデオ出力を提供するための、所定
の好適な範囲の利得を特徴とする出力増幅器とを有する
タイプのカメラにより生成された信号を調節し、標準の
ビデオディスプレイを駆動する装置であって、ａ）前記ビデオ出力を測定する手段と、ｂ）前記出力をパラメータに変換する手段と、ｃ）前記パラメータと所定の最適値との差を形成する手
段と、ｄ）前記差を前記増幅器の利得の対応する調整値に変換
する手段と、ｅ）前記増幅器の利得の調整値を前記好適な範囲と比較
する手段と、ｆ）前記調整値が前記好適な範囲を外されているとき、
第一のファクタによって増幅器の利得を調整しかつ第二
のファクタによって前記ＣＣＤセンサの電荷蓄積時間を
調整して、前記増幅器を前記好適な範囲内で調整可能状
態にする調整手段と、ｇ）前記利得の調整と前記ＣＣＤの電荷蓄積時間の調整
とを、前記第一のファクタと第二のファクタの積が単一
値となるように調整し、カメラの画像が利得調整に関係
する光学的フリッカをほとんど受けないようにする手段
とを有する装置。
【請求項１２】オプティカル画像を入力しこれを電気
信号に変換するためのＣＣＤセンサと、該電気信号を入
力しこれを増幅してビデオ出力を提供するための、所定
の好適な範囲の利得を特徴とする出力増幅器とを有する
タイプのカメラにより生成された信号を調節し、標準の
ビデオディスプレイを駆動する方法であって、ａ）前記ビデオ出力を測定し、ｂ）前記出力をパラメータに変換し、次に、ｃ）前記パラメータと所定の最適値との差を形成し、次
に、ｄ）前記差を前記増幅器の利得の調整値に変換し、次
に、ｅ）前記増幅器の利得の調整値を前記好適な範囲と比較
し、次に、ｆ）前記調整値が前記好適な範囲を外されているとき、
第一のファクタによって増幅器の利得を調整しかつ第二
のファクタによって前記ＣＣＤセンサの電荷蓄積時間を
調整して、前記増幅器を前記好適な範囲内で調整可能状
態にし、ｇ）前記利得の調整と前記ＣＣＤの電荷蓄積時間の調整
とを、前記第一のファクタと第二のファクタの積が単一
値となるように調整し、カメラの画像が利得調整に関係
する光学的フリッカをほとんど受けないようにする方
法。