JP2605425B2 - Electronic endoscope imaging device - Google Patents
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- Endoscopes (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置に関し、特
に電子内視鏡の観察システムとして用いられ、照明光の
照射下において、被写体の撮影を行うための撮像装置に
関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an imaging apparatus using a solid-state imaging device, and more particularly, to an imaging system used as an observation system for an electronic endoscope, which captures an object under irradiation of illumination light. The present invention relates to an imaging device for performing the above.
[従来の技術] 医療用や工業用として用いられる電子内視鏡装置は、
内視鏡本体と、プロセッサと、モニタ装置とを備え、内
視鏡本体における挿入部を体腔等の内部に挿入して、プ
ロセッサに内蔵した照明装置からライトガイドを介して
被写体に向けて照明光を照射し、当該被写体からの反射
像をCCD等の固体撮像素子によって撮影して、電気信号
に変換し、この映像信号をプロセッサに伝送して、該プ
ロセッサにおいて所定の信号処理を行った上でモニタ装
置にカラー表示するものである。[Prior Art] Electronic endoscope devices used for medical and industrial purposes are:
An endoscope body, a processor, and a monitor device are provided. An insertion portion of the endoscope body is inserted into a body cavity or the like, and illumination light is directed from a lighting device incorporated in the processor to a subject via a light guide. Illuminated, a reflected image from the subject is photographed by a solid-state imaging device such as a CCD, converted into an electric signal, and this video signal is transmitted to a processor, and the processor performs predetermined signal processing. A color display is performed on the monitor device.
ここで、内視鏡本体の挿入部の細径化を図るために、
通常は、1枚の固体撮像素子を用いてカラー映像信号を
取得するようにしている。そして、光源からの照明光を
回転カラーフィルタを介してR,G,Bの各色波長光に分解
し、これら各色波長光による照明を順次時系列的に繰り
返して照射して、これに対して固体撮像素子により電荷
の蓄積及び転送を繰り返すことによって、R,G,Bの各色
画像信号をそれぞれフィールド毎に形成し、これら各色
画像信号を同時式信号に変換してカラー映像信号が形成
され、このカラー映像信号に基づいてモニタ装置の画面
上に被写体像をカラー映像として表示するようにしてい
る。Here, in order to reduce the diameter of the insertion portion of the endoscope body,
Normally, a color image signal is obtained using one solid-state imaging device. Then, the illumination light from the light source is decomposed into light of each wavelength of R, G, and B via a rotating color filter, and illumination with each light of each color is sequentially and repeatedly repeated in a time-series manner. By repeating charge accumulation and transfer by the image pickup device, R, G, and B color image signals are formed for each field, and these color image signals are converted into a simultaneous signal to form a color video signal. The subject image is displayed as a color image on the screen of the monitor device based on the color image signal.
このように、固体撮像素子を駆動して被写体の映像を
撮影する際において、鮮明で高画質の映像を得るには、
適正な照明光量で照明しなければならない。然るに、被
写体と照明窓及び観察窓を設けた挿入部の先端との位置
関係等によっては、適正な照明光量は一定ではない。例
えば、被写体が遠い位置にあると、この被写体からの反
射光量が少なく、固体撮像素子の受光量も少なくなり、
モニタ画面が暗くなり、観察すべき患部が見えなくな
る。これに対して、被写体が近い位置にあると、固体撮
像素子の受光量が大き過ぎて該固体撮像素子がすぐに飽
和してしまい、白つぶれ現象が生じて、モニタ画像の白
部分の詳細情報が欠落することになり、やはり画質が悪
化する。As described above, when a solid-state imaging device is driven to capture a video of a subject, in order to obtain a clear and high-quality video,
It must be illuminated with the proper amount of illumination. However, the appropriate amount of illumination light is not constant depending on the positional relationship between the subject and the distal end of the insertion section provided with the illumination window and the observation window. For example, when the subject is at a distant position, the amount of reflected light from the subject is small, and the amount of light received by the solid-state imaging device is also small,
The monitor screen becomes dark and the affected part to be observed cannot be seen. On the other hand, if the subject is in a close position, the amount of light received by the solid-state imaging device is too large, and the solid-state imaging device is immediately saturated, causing a whiteout phenomenon and detailed information on a white portion of the monitor image. Are lost, and the image quality is also deteriorated.
このために、従来技術においては、照明用光源の光量
を調整することによって、被写体からの反射光量の変化
に伴なう固体撮像素子の受光量の変化を調整する構成と
したものが用いられている。この照明光量の調整を行う
機構としては、光源とライトガイドとの間に設けられ、
光源光量を機械的に制御する光量絞り部材と、この光量
絞り部材を制御するために、モータ等の駆動手段を備え
たサーボ機構とからなる光量絞り機構が用いられる。そ
して、固体撮像素子から出力される映像信号を検波して
精度情報を取り出し、この輝度レベルに応じてサーボ機
構に駆動信号を入力し、該サーボ機構によって光量絞り
部材を作動させて、出力映像信号レベルがほぼ一定とな
るように照明光量を増減させるように調整している。For this reason, in the related art, a configuration is used in which a change in the amount of light received by the solid-state imaging device due to a change in the amount of light reflected from the subject is adjusted by adjusting the amount of light of the illumination light source. I have. As a mechanism for adjusting the illumination light amount, provided between the light source and the light guide,
In order to control the light amount stop member, a light amount stop mechanism including a servo mechanism including a driving unit such as a motor is used to control the light amount stop member. Then, a video signal output from the solid-state imaging device is detected to extract accuracy information, a drive signal is input to a servo mechanism in accordance with the luminance level, and the light amount aperture member is operated by the servo mechanism to output an output video signal. Adjustment is made so as to increase or decrease the amount of illumination so that the level becomes almost constant.
[発明が解決しようとする課題] ところで、前述したような光量絞り機構を用いると、
光源部の構成が複雑かつ大型化するだけでなく、応答性
が悪く、また絞り速度の調整上の問題からハンチング現
象が生じて映像の安定が失われる場合もあり、さらに光
量絞り部材の種類によっては色バランスが悪くなるとい
う問題点もある。さらにまた、機械的な作動機構を用い
る関係から、故障の発生のおそれがあるので、照明光の
光量調整機構に十分な信頼性が得られない等の欠点もあ
る。[Problems to be Solved by the Invention] By the way, when the light amount aperture mechanism as described above is used,
Not only is the configuration of the light source section complicated and large, but also the response is poor, the hunting phenomenon may occur due to the problem of adjusting the aperture speed, and the image stability may be lost. Has a problem that the color balance is deteriorated. Furthermore, since there is a possibility that a failure may occur due to the use of a mechanical operating mechanism, there is a drawback that sufficient reliability cannot be obtained in the illumination light amount adjusting mechanism.
しかも、観察対象とする被写体によっては、R,G,Bの
各波長光の反射率が異なる。例えば、人体等の体内に挿
入されて、体内の診断,観察を行うために用いられる医
療用の内視鏡にあっては、赤色波長成分の光の被写体か
らの反射率が極めて高く、緑色及び青色の波長成分は被
写体側で吸収されるので、Rの反射光量が他の波長光の
反射光量に比較して著しく大きくなり、固体撮像素子の
受光量に著しい差異が生じる。また、工業用の内視鏡に
あっても、観察対象となる被写体の表面状態によって
は、R,G,Bの波長光の反射率が大きく変るものもある。
このために、固体撮像素子において形成されるR,G,Bの
各色画像信号のうち、特定の信号レベルが高くなりすぎ
て、飽和電圧までの幅が少なくなるために、ダイナミッ
クレンジが小さくなり、また白つぶれ現象やブレーミン
グ,スミア等が発生するおそれが高くなる。In addition, the reflectance of each of the R, G, and B wavelength lights differs depending on the subject to be observed. For example, in a medical endoscope which is inserted into a human body or the like and is used for diagnosis and observation inside the body, the reflectance of light of a red wavelength component from a subject is extremely high, and green light and green light are reflected. Since the blue wavelength component is absorbed on the subject side, the amount of reflected light of R becomes significantly larger than the amount of reflected light of other wavelengths, resulting in a significant difference in the amount of light received by the solid-state imaging device. Further, even in the case of an industrial endoscope, the reflectance of light of wavelengths of R, G, and B greatly changes depending on the surface condition of a subject to be observed.
For this reason, among the R, G, and B color image signals formed in the solid-state imaging device, the specific signal level becomes too high, and the width up to the saturation voltage is reduced, so that the dynamic range is reduced. Further, the possibility of occurrence of a whiteout phenomenon, bleaming, smear and the like increases.
本発明は叙上の点に鑑みてなされたものであって、機
械的に作動する絞り機構を用いることなく、固体撮像素
子の受光量に応じてその感度を調整することにより出力
映像信号の輝度レベルを一定に保つように調整すること
ができ、高画質の映像を得ることができるようにした電
子内視鏡の撮像装置を提供することをその目的とするも
のである。The present invention has been made in view of the above points, and does not use a mechanically operated diaphragm mechanism, but adjusts the sensitivity according to the amount of light received by a solid-state imaging device to thereby improve the brightness of an output video signal. It is an object of the present invention to provide an imaging apparatus for an electronic endoscope that can be adjusted so as to maintain a constant level and can obtain a high-quality image.
[問題点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、被写体に
向けてR,G,Bの各色波長光による照明を所定の時間毎に
順次時系列的に繰り返して照射する光源と、挿入部先端
位置に配設され、該光源からの照明下で電荷の蓄積及び
転送を繰り返すことによって、当該被写体のR,G,Bの各
色の映像を撮影する固体撮像素子と、該固体撮像素子か
らのR,G,Bの各色の出力映像信号のうち最大出力レベル
の受光量のものを検出して、基準レベルとの偏差を演算
する最大光量検出手段と、該最大光量検出手段からの光
量偏差信号に基づいて、前記固体撮像素子の全電荷蓄積
時間のうちの一部に無効蓄積時間を設定して、有効電荷
蓄積時間を変化させるために、掃き出し用の転送パルス
を送信する電荷蓄積時間調整手段とからなり、被写体か
らの最大反射光量に応じて、R,G,B各色の映像撮影時に
おける前記固体撮像素子の電荷蓄積時間を調整する構成
としたことをその特徴とするものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-described object, the present invention repeatedly illuminates a subject with light of each of R, G, and B wavelengths in a time-sequential manner at predetermined time intervals. A solid-state imaging device disposed at the distal end of the insertion portion and repeatedly accumulating and transferring electric charges under illumination from the light source to capture images of the subject in R, G, and B colors. Maximum light amount detecting means for detecting a light amount of a maximum output level among output video signals of each color of R, G, and B from the solid-state imaging device and calculating a deviation from a reference level; Based on the light amount deviation signal from the light amount detecting unit, an invalid accumulation time is set in a part of the total charge accumulation time of the solid-state imaging device, and a sweep-out transfer pulse is used to change the effective charge accumulation time. The charge accumulation time adjusting means for transmitting the It is characterized in that the charge accumulation time of the solid-state imaging device at the time of capturing an image of each color of R, G, B is adjusted in accordance with the maximum amount of reflected light from the body.
[作用] このように、固体撮像素子における電荷蓄積時間を制
御してその感度調整を行うことによって、被写体の位置
や状態等に応じて固体撮像素子の受光量を調整すること
ができ、被写体からの反射光量が変化しても、該固体撮
像素子の映像信号の出力レベルを精度良く揃えることが
できる。一般に、固体撮像素子は、1フィールドにおけ
る全電荷蓄積時間は一定(通常は1/60秒)であるが、こ
の全電荷蓄積時間内に蓄積される電荷をすべて取り出す
のではなく、その一部を無効電荷として掃き出させるよ
うにすることによって、有効電荷蓄積時間を制限して固
体撮像素子の感度を自動的に補正する。[Operation] As described above, by controlling the charge accumulation time in the solid-state imaging device and adjusting its sensitivity, the amount of light received by the solid-state imaging device can be adjusted according to the position and state of the subject. Even if the amount of reflected light changes, the output level of the video signal of the solid-state imaging device can be accurately aligned. In general, a solid-state imaging device has a fixed total charge accumulation time in one field (usually 1/60 second), but does not take out all the charge accumulated during the total charge accumulation time, but partially removes the charge. By sweeping out as invalid charges, the sensitivity of the solid-state imaging device is automatically corrected by limiting the effective charge accumulation time.
ここで、有効電荷蓄積時間を制限するには、全電荷蓄
積時間の途中で蓄積電荷の掃き出しを行う無効掃き出し
パルスを固体撮像素子に印加して、それまでに蓄積され
た電荷を一度掃き出させ、この無効掃き出しパルスが印
加された後に蓄積された電荷を有効電荷として取り出し
て映像信号処理回路に伝送する。そして、この無効掃き
出しパルスの印加タイミングを変えることによって、有
効電荷蓄積時間を変化させることができる。Here, in order to limit the effective charge accumulation time, an invalid sweep pulse for sweeping out the accumulated charge is applied to the solid-state imaging device during the entire charge accumulation time, and the accumulated charge is swept once. The charge accumulated after the application of the invalid sweep pulse is extracted as effective charge and transmitted to the video signal processing circuit. By changing the application timing of the invalid sweep pulse, the effective charge accumulation time can be changed.
而して、この固体撮像素子に対する掃き出しパルスの
印加タイミングは、固体撮像素子からの出力映像信号を
検波して、その映像情報を取り出して、所定の基準レベ
ルと比較することにより決定するが、この固体撮像素子
から出力される映像信号のレベルはR,G,Bの各色の映像
信号すべてが必ずしも同一ではない。そこで、本発明に
おいては、固体撮像素子からの出力映像信号のうち最大
出力レベルのものを検出して、この最大レベルの出力映
像信号の映像レベルを基準レベルと比較するようにして
いる。この結果、固体撮像素子における当該最大出力レ
ベルの映像信号を制御することにより、その蓄積時に飽
和するまでの範囲が大きくなり、白つぶれ現象等を防止
することができ、極めて良好な画質の映像が得られる。The timing of applying the sweep pulse to the solid-state imaging device is determined by detecting an output video signal from the solid-state imaging device, extracting the video information, and comparing the video information with a predetermined reference level. The level of the video signal output from the solid-state imaging device is not always the same for all of the R, G, and B video signals. Therefore, in the present invention, the output video signal having the maximum output level among the output video signals from the solid-state imaging device is detected, and the video level of the output video signal having the maximum level is compared with the reference level. As a result, by controlling the video signal of the maximum output level in the solid-state imaging device, the range until saturation at the time of accumulation is increased, and the overexposure phenomenon and the like can be prevented. can get.
[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。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、第1図に面順次方式で駆動される固体撮像素子
を用いた電子内視鏡の撮像装置の概略構成を示す。First, FIG. 1 shows a schematic configuration of an image pickup device of an electronic endoscope using a solid-state image pickup device driven by a frame sequential method.
図中において、1は照明ランプを示し、該照明ランプ
1は白色発光するものが用いられる。この照明ランプ1
から照射される照明光は、集光レンズ3,回転カラーフィ
ルタ4を介してライトガイド5に入射され、該ライトガ
イド5の出射端から被写体に向けて照明光を照射するこ
とができるようになっている。ここで、回転カラーフィ
ルタ4には、第2図に示したように、R,G,Bの各波長光
のみを透過させるフィルタ域4R,4G,4Bが形成され、また
各フィルタ域4R,4G,4B間には遮光域が形成されている。
そして、これら各フィルタ域4R,4G,4Bの移行部における
遮光域には、インデックス6R,6G,6Bが設けられており、
このインデックス6R,6G,6Bは、フォトセンサ7により検
出されて、R,G,Bの各イネイブル信号を出力されるよう
になっている。In the figure, reference numeral 1 denotes an illumination lamp, and the illumination lamp 1 emits white light. This lighting lamp 1
Illumination light emitted from the light guide 5 enters the light guide 5 through the condenser lens 3 and the rotating color filter 4, so that the illumination light can be emitted toward the subject from the emission end of the light guide 5. ing. Here, as shown in FIG. 2, the rotating color filter 4 is formed with filter regions 4R, 4G, and 4B that transmit only light of each wavelength of R, G, and B, and each of the filter regions 4R and 4G. , 4B, a light shielding area is formed.
And the indexes 6R, 6G, 6B are provided in the light shielding area at the transition part of each of these filter areas 4R, 4G, 4B,
The indexes 6R, 6G, and 6B are detected by the photo sensor 7 and output the respective enable signals of R, G, and B.
このように、R,G,Bの各波長光による照明を行うこと
によって、被写体からの反射光が、内視鏡の挿入部の先
端において、ライトガイド5の出射端と近接した位置に
設けた対物レンズ8を介して固体撮像素子としてのCCD9
に入射され、該CCD9の受光部に結像させて電荷の蓄積を
行い、この蓄積電荷を読み出すことによって、R,G,Bの
各色画像信号が得られるようになっている。In this way, by performing illumination with the R, G, and B wavelength lights, the reflected light from the subject is provided at a position close to the emission end of the light guide 5 at the distal end of the insertion portion of the endoscope. CCD 9 as a solid-state imaging device via objective lens 8
, And form an image on the light receiving portion of the CCD 9 to accumulate the charges. By reading out the accumulated charges, R, G, and B color image signals can be obtained.
CCD9からの信号の読み出し駆動を行うために、同期信
号発生回路10が設けられており、該同期信号発生回路10
から出力される同期信号はタイミングパルス発生回路11
を介してCCD駆動回路12に入力されて、該CCD駆動回路12
から読み出し駆動信号をCCD9に印加することにより、R,
G,Bのフィールド毎の色の映像信号が読み出されるよう
になっている。そして、R,G,Bの各フィールドの色の映
像信号は映像信号処理回路13を介してA/D変換器14によ
ってA/D変換されて、フィールドメモリ15における各メ
モリ域15R,15G,15BにそれぞれR,G,Bの各色画像信号が順
次格納され、いずれかの色が2フィールド分フィールド
メモリ15に格納されたときに、これら各色画像信号は同
時に読み出されて同時式信号となり、それぞれD/A変換
器16R,16G,16Bによりアナログ変換されて、これらR,G,B
の各色の映像信号をエンコーダ17を介してコンポジット
映像信号が出力されて、モニタ装置に被写体の像をカラ
ー表示することができるようになっている。In order to drive the signal read from the CCD 9, a synchronization signal generation circuit 10 is provided.
The synchronization signal output from the
Is input to the CCD drive circuit 12 via the
By applying a read drive signal to CCD9 from R,
Video signals of colors for each of the G and B fields are read. Then, the video signals of the colors of each field of R, G, B are A / D converted by an A / D converter 14 via a video signal processing circuit 13, and each memory area 15R, 15G, 15B in the field memory 15 is processed. R, G, and B color image signals are sequentially stored, respectively, and when any color is stored in the field memory 15 for two fields, these color image signals are read out simultaneously and become simultaneous signals. The analog signals are converted by the D / A converters 16R, 16G, 16B, and these R, G, B
The composite video signal is output from the video signal of each color via the encoder 17 so that the image of the subject can be displayed in color on the monitor device.
ここで、既に説明したように、観察時において、ライ
トガイド5及びCCD9の出射端と被写体との間の距離や被
写体における光の反射率等の関係から、被写体から反射
してCCD9が受光する光量が変化する。本発明において
は、光源としての照明ランプ1の光量自体は、被写体の
位置や状態等とは無関係に、常に一定となし、またこの
光源部には光量絞り手段を設けることなく、CCD9の電荷
蓄積時間を制御し、全電荷蓄積時間の一部を無効として
掃き出し、映像信号として取り出す有効電荷蓄積時間を
制御することによって、該CCD9を感度調整を行い、もっ
て被写体からの反射光量が変化しても、モニタ装置に表
示される被写体の映像をほぼ一定の明るさの状態で表示
させるようにして、高画質の映像を得るように構成して
いる。しかも、この無効電荷蓄積時間を設定するに当っ
ては、R,G,Bの各広の出力映像信号のうち、最大レベル
のものを基準とすることによって、R,G,Bの各色波長光
による照明を行ったときに、被写体からの反射光量にば
らつきのある場合でも、CCD7の受光量が過大となること
はない。Here, as described above, at the time of observation, the amount of light reflected from the subject and received by the CCD 9 from the relationship between the distance between the light guide 5 and the exit end of the CCD 9 and the subject and the reflectance of light at the subject. Changes. In the present invention, the light amount itself of the illumination lamp 1 as a light source is not always constant irrespective of the position or state of the subject, and the charge accumulation of the CCD 9 is provided without providing a light amount stop means in this light source unit. By controlling the time, sweeping out a part of the total charge accumulation time as invalid, and controlling the effective charge accumulation time taken out as a video signal, the CCD 9 is adjusted in sensitivity so that even if the amount of reflected light from the subject changes. In addition, the image of the subject displayed on the monitor device is displayed with a substantially constant brightness, so that a high-quality image is obtained. Moreover, in setting the invalid charge accumulation time, the R, G, and B wide output video signals are set based on the maximum level of the output video signal, so that the R, G, and B color wavelength light Even when the amount of light reflected from the subject fluctuates when illumination is performed, the amount of light received by the CCD 7 does not become excessive.
そこで、以下にフレームインターライン転送方式のCC
Dを用いた場合における各フィールドの出力レベルの調
整を行う方式について具体的に説明する。Therefore, the CC of the frame interline transfer method is described below.
A method of adjusting the output level of each field when D is used will be specifically described.
CCD9を駆動するには、周知のように、各フィールドに
おける順次照明が行われている間に該CCD9の受光部に受
光させることにより、該受光部に信号電荷の蓄積を行わ
れる。ここで、通常このCCD9による電荷蓄積時間は通常
1/60秒であり、従って1/60秒毎に蓄積電荷の読み出しが
行われることになる。しかしながら、この全電荷蓄積時
間のうち、ある任意の時間が経過したときに、蓄積電荷
を掃き出させるために不要電荷転送パルスをCCDに加え
て、この間に受光部に蓄積された電荷を不要電荷として
ドレーンに掃き出すようにする。そして、この不要電荷
転送パルス印加後に、新たに受光部に蓄積した信号電荷
は垂直ブランキング期間に転送パルスをCCD9に印加する
ことにより映像信号として取り出す。In order to drive the CCD 9, as is well known, signal light is accumulated in the light receiving unit by causing the light receiving unit of the CCD 9 to receive light during sequential illumination in each field. Here, the charge accumulation time by this CCD9 is usually
This is 1/60 second, so that the stored charge is read out every 1/60 second. However, when a certain arbitrary time has elapsed among the total charge storage time, an unnecessary charge transfer pulse is applied to the CCD to sweep out the stored charge, and the charge stored in the light receiving unit during this time is transferred to the unnecessary charge. To drain to the drain. After the application of the unnecessary charge transfer pulse, the signal charge newly accumulated in the light receiving section is extracted as a video signal by applying a transfer pulse to the CCD 9 during the vertical blanking period.
而して、この掃き出しパルスを加えるために、第1図
から明らかなように、電荷蓄積時間制御回路18が設けら
れており、該電荷蓄積時間制御回路18から出力される信
号に基づいて電荷蓄積時間中に加えられる不要電荷読出
パルスの出力タイミングを設定することができるように
なっている。そして、この電荷蓄積時間制御回路18は最
大光量検出手段19に接続されており、この最大光量検出
手段19においては、CCD9における実際の出力映像信号の
レベルのうち最大のものを所定の基準レベルと比較し
て、その偏差を演算するようになっており、この最大光
量検出手段19からの偏差信号を電荷蓄積時間制御回路18
に入力することによって、不要電荷読出パルスの出力タ
イミングを調整するようになっている。As apparent from FIG. 1, a charge accumulation time control circuit 18 is provided to apply the sweeping pulse. The charge accumulation time control circuit 18 is provided based on a signal output from the charge accumulation time control circuit 18. The output timing of the unnecessary charge reading pulse applied during the time can be set. The charge accumulation time control circuit 18 is connected to a maximum light amount detection unit 19, and the maximum light amount detection unit 19 sets the maximum level of the actual output video signal in the CCD 9 to a predetermined reference level. The difference is calculated by comparing the difference signal from the maximum light amount detection means 19 with the charge accumulation time control circuit 18.
, The output timing of the unnecessary charge readout pulse is adjusted.
このために、該最大光量検出手段19は映像信号処理回
路13に接続されている。この映像信号処理回路13は、ロ
ーパスフィルタ13a,ホワイトバランス回路13b,γ補正回
路13cを有し、CCD9から出力されるR,G,Bの各フィールド
の色画像信号が順次処理されるが、最大光量検出手段19
は、このローパスフィルタ13aとホワイトバランス回路1
3bとの間に接続されて、R,G,Bの各色画像信号が取り込
まれる。このようにして取り込まれた色画像信号は、増
幅器19aによって増幅して、回転カラーフィルタ4に設
けたインデックス6R,6G,6Bを読み取るフォトセンサ7か
ら出力されるR,G,Bのイネイブル信号に基づいて作動す
るスイッチング手段19bを介して、R,G,Bの各色画像信号
がそれぞれ分離された状態で最大値検波回路19cに入力
される。そこで、この最大値検波回路19cで検波するこ
とによって、これら各色画像信号のうち最大の輝度レベ
ルを持ったものを取り出して、その輝度レベルを検出す
る。そして、このようにして検出されたCCD9からの画像
出力信号の最大輝度レベルを基準レベル設定器19dによ
り予め設定されている基準レベルと比較器19eにおいて
比較して、そのレベル差に関する偏差信号が電荷蓄積時
間設定回路18に入力されて、この偏差信号に基づいて不
要電荷読出パルスの出力タイミングを決定する。このよ
うにしてタイミング設定された不要電荷読出パルスは、
タイミングパルス発生回路11からCCD駆動回路12に伝送
され、該CCD駆動回路12からCCD9に加えられるCCD駆動信
号に搬送させて、該CCD9に所定のタイミングで印加する
構成となっている。For this purpose, the maximum light amount detecting means 19 is connected to the video signal processing circuit 13. The video signal processing circuit 13 includes a low-pass filter 13a, a white balance circuit 13b, and a γ correction circuit 13c, and sequentially processes color image signals of R, G, and B fields output from the CCD 9, Light intensity detection means 19
Is the low-pass filter 13a and white balance circuit 1.
3b, and R, G, B color image signals are taken in. The color image signal thus captured is amplified by the amplifier 19a and converted into an R, G, B enable signal output from the photo sensor 7 that reads the indexes 6R, 6G, 6B provided on the rotating color filter 4. The R, G, and B color image signals are input to the maximum value detection circuit 19c in a separated state via the switching means 19b that operates based on this. Therefore, by detecting the maximum value detection circuit 19c, a signal having the maximum luminance level is extracted from each of the color image signals, and the luminance level is detected. Then, the maximum luminance level of the image output signal from the CCD 9 detected in this way is compared with a reference level preset by the reference level setting unit 19d in the comparator 19e, and a deviation signal relating to the level difference is charged. It is input to the accumulation time setting circuit 18 and determines the output timing of the unnecessary charge readout pulse based on the deviation signal. The unnecessary charge readout pulse set as described above is
It is configured to be transmitted from the timing pulse generation circuit 11 to the CCD drive circuit 12 to be transferred to the CCD drive signal applied from the CCD drive circuit 12 to the CCD 9 and applied to the CCD 9 at a predetermined timing.
而して、第3図(a)に示したように、照明ランプ1
からの照明光は回転カラーフィルタ4を介することによ
って、R,G,Bのそれぞれの波長光による照明が行われ
て、CCD9が露光されるフィールド期間Fと、各色のフィ
ールド期間F間において遮光状態となった垂直ブランキ
ング期間Bが順次繰り返されることになる。従って、第
3図(b)に示したように、それぞれのフィールド期間
Fの間にCCD9に信号電荷の蓄積が行われ、垂直ブランキ
ング期間B内に、ホトダイオード読出パルスTPを加える
ことにより、該CCD9の受光部に蓄積された信号電荷が蓄
積部に転送される。Thus, as shown in FIG.
Is illuminated by light of each wavelength of R, G, and B by passing through the rotating color filter 4, and the light is shielded between a field period F in which the CCD 9 is exposed and a field period F of each color. , The vertical blanking period B is sequentially repeated. Accordingly, as shown in FIG. 3 (b), signal charges are accumulated in the CCD 9 during each field period F, and the photodiode read pulse TP is applied during the vertical blanking period B, thereby making the CCD readout. The signal charges stored in the light receiving section of the CCD 9 are transferred to the storage section.
然るに、前述したフィールド期間Fにおける全電荷蓄
積時間の全てを蓄積部に転送するのではなく、無効蓄積
時間FDを設けて、CCD9の電荷蓄積途中において、それま
でに蓄積された電荷を不要電荷としてドレインに掃き出
させ、この無効蓄積時間FD以後の有効電荷蓄積時間FE間
に蓄積された信号電荷のみを映像信号として取り出され
ることになる。However, instead of transferring the entire charge accumulation time in the above-described field period F to the accumulation unit, an invalid accumulation time FD is provided, and during the charge accumulation of the CCD 9, charges accumulated up to that point are regarded as unnecessary charges. The drain is drained, and only the signal charges accumulated during the effective charge accumulation time FE after the invalid accumulation time FD are taken out as a video signal.
そこで、前述した如く、最大光量検出手段19によって
R,G,Bの各色の出力映像信号の最大輝度レベルを検出し
て得た偏差信号が電荷蓄積時間制御回路18に入力され
て、この偏差信号に基づいて電荷蓄積時間制御回路18に
よって不要電荷読出パルスRPの印加タイミングが割り出
される。このようにして割り出された不要電荷読出パル
スRPが、水平ブランキング期間にタイミング回路11及び
CCD駆動回路12を順次介して電荷の蓄積途中にあるCCD9
に入力されると、それまでに蓄積された不要電荷が垂直
転送部に読み出されることになる。そして、このように
一度転送が行われた後に、再び受光部に電荷の蓄積が行
われる。このようにして蓄積された電荷は垂直ブランキ
ング期間Bになったときに有効電荷を読み出すホトダイ
オード読出パルスTPが加えられて、ホトダイオードから
転送部に有効電荷が読み出されるが、このホトダイオー
ド読出パルスTPが印加される前に、蓄積部に蓄積されて
いる不要電荷をドレンに排出するために、不要電荷掃き
出し転送パルスDPが印加されて、蓄積部を空の状態にし
ておく。前述のようにして蓄積部に転送された有効電荷
は、転送パルスHPを印加することによって蓄積部に転送
され、順次読み出されて、A/D変換器14に出力されて、
フィールドメモリ15の各メモリ域15R,15G,15Bに書き込
まれて、これらR,G,Bの各色の映像信号が記録される
と、それらが同時に読み出されて、エンコーダ17により
合成されたコンポジット映像信号が形成される。Therefore, as described above, the maximum light amount detecting means 19
A deviation signal obtained by detecting the maximum luminance level of the output video signal of each color of R, G, B is input to the charge accumulation time control circuit 18, and based on the deviation signal, the unnecessary charge is calculated by the charge accumulation time control circuit 18. The application timing of the read pulse RP is determined. The unnecessary charge readout pulse RP determined in this manner is supplied to the timing circuit 11 and the timing circuit 11 during the horizontal blanking period.
CCD 9 which is in the process of accumulating charge via CCD drive circuit 12 sequentially
Is input to the vertical transfer unit. Then, after the transfer is once performed, the charge is again stored in the light receiving unit. The charges thus accumulated are applied with a photodiode read pulse TP for reading out effective charges when the vertical blanking period B is reached, and the effective charges are read out from the photodiodes to the transfer section. Before the application, the unnecessary charge sweeping transfer pulse DP is applied to discharge unnecessary charges accumulated in the accumulation unit to the drain, and the accumulation unit is emptied. The effective charges transferred to the storage unit as described above are transferred to the storage unit by applying a transfer pulse HP, sequentially read, and output to the A / D converter 14,
When the video signals of the respective colors of R, G, and B are recorded in the respective memory areas 15R, 15G, and 15B of the field memory 15, they are simultaneously read out, and the composite video synthesized by the encoder 17 is read out. A signal is formed.
この結果、第3図(c)に示したように、光源光量を
調整しなくとも、被写体からの反射光の強弱を補正し
て、R,G,Bの各色画像信号が一定となる。従って、掃き
出し用転動パルスRPの印加タイミングを被写体からの反
射光の光量に基づいて変化させるようにすることによっ
て、被写体が近くにある場合には、反射光量が多くなっ
て、点線で示したように、出力レベルが高くなりすぎた
り、被写体が遠いときには、反射光量が少なく、一点鎖
線で示したように、出力レベルが低くなり過ぎたりする
ことがなく、モニタ画面上では、ほぼ同じ明るさで被写
体を映し出すことができる。なお、このように、CCD9の
全電荷蓄積時間中に無効蓄積時間を設けることによっ
て、出力映像信号のレベルの調整を行うものであるか
ら、照明ランプ1から照射される照明光の光量は、遠い
位置で、反射光量が少ない場合でも十分な映像信号レベ
ルが得られる程度に保持しておく必要があることはいう
までもない。As a result, as shown in FIG. 3 (c), the intensity of the reflected light from the subject is corrected without adjusting the light source light amount, and the R, G, and B color image signals become constant. Therefore, by changing the application timing of the sweeping rolling pulse RP based on the amount of reflected light from the subject, when the subject is near, the amount of reflected light increases and is indicated by a dotted line. When the output level is too high or the subject is far away, the amount of reflected light is small, and the output level does not become too low as indicated by the dashed line, and the brightness is almost the same on the monitor screen. Can be used to project the subject. Since the level of the output video signal is adjusted by providing the invalid accumulation time in the total charge accumulation time of the CCD 9 as described above, the amount of illumination light emitted from the illumination lamp 1 is far. It is needless to say that it is necessary to keep the position at such a level that a sufficient video signal level can be obtained even when the amount of reflected light is small.
このように、CCD9の有効電荷蓄積時間を制御すること
によって、その感度を自動的に補正して出力映像信号の
レベル調整を行うように制御しているから、光源光量を
機械的に制御する従来技術のものと比較して、光源部の
構成を小型化,コンパクト化することができ、コスト的
に有利であるだけでなく、機械的絞り機構に特有なハン
チング現象や色ずれ現象の発生が抑止され、また機械的
な駆動部材を用いないので、作動が安定し、信頼性が高
くなる。As described above, by controlling the effective charge accumulation time of the CCD 9, the sensitivity is automatically corrected and the level of the output video signal is adjusted, so that the light source light amount is mechanically controlled. Compared to technology, the light source can be made smaller and more compact, which is advantageous not only in terms of cost, but also suppresses hunting and color shift phenomena peculiar to mechanical diaphragm mechanisms. In addition, since no mechanical driving member is used, the operation is stable and the reliability is improved.
しかも、被写体の性質によっては、R,G,Bの各色波長
光による照明を行った場合における反射率は等しくはな
い。例えば、人体等の体内に挿入される医療用の内視鏡
の場合においては、赤色波長光の反射率は他の波長光の
反射率より極めて高くなる。そこで、前述した不要電荷
読出パルスRPの印加タイミングを設定するために用いら
れる信号を最大光量検出手段19における最大値検波回路
19cによりR,G,Bの各色画像信号のうち、最大のものを検
出するようにしている。この結果、反射率の最も高い波
長光で照明されている状態でも、CCD9の露光時に飽和す
るのが防止され、所謂白つぶれ現象やブルーミング,ス
ミア等が発生しないようにして、高画質の映像が得られ
る。In addition, depending on the nature of the subject, the reflectance in the case of performing illumination with light of each wavelength of R, G, and B is not equal. For example, in the case of a medical endoscope inserted into a human body or the like, the reflectance of red wavelength light is much higher than the reflectance of other wavelength light. Therefore, the signal used for setting the application timing of the unnecessary charge readout pulse RP described above is converted into a maximum value detection circuit in the maximum light amount detection means 19.
By 19c, the maximum one of the R, G, and B color image signals is detected. As a result, even in the state of being illuminated with the light having the highest reflectance, saturation is prevented at the time of exposure of the CCD 9, and so-called whiteout phenomenon, blooming, smear, etc. do not occur, and a high-quality image can be obtained. can get.
而して、前述したように、医療用の内視鏡にあって
は、常に赤色波長光の反射率が最大となるので、第4図
に示したように、フォトセンサ7からRイネイブル信号
が出力されたときにのみ閉成するスイッチング手段19
b′を配設し、該スイッチング手段19b′の出力側に検波
回路19c′を設ける構成とすれば、必ずしも最大値検波
を行わなくとも、各色画像信号のうちの最大輝度レベル
のものを取り出して、比較器19eにおいて基準レベル設
定器19dから出力される基準レベルと比較することがで
きるようになる。なお、最大光量検出手段19に取り出す
信号は、ホワイトバランス回路13bとγ補正回路13cとの
間から取るようにしてもよい。As described above, in the medical endoscope, the reflectance of the red wavelength light always becomes the maximum, and therefore, as shown in FIG. Switching means 19 that closes only when output is made
b ', and a detection circuit 19c' is provided on the output side of the switching means 19b '. If the maximum value detection is not necessarily performed, the image signal of the maximum luminance level is extracted from each color image signal. , The comparator 19e can compare with the reference level output from the reference level setting unit 19d. Note that the signal taken out by the maximum light amount detecting means 19 may be taken from between the white balance circuit 13b and the γ correction circuit 13c.
さらに、内視鏡としては、例えば胃鏡,十二指腸鏡,
大腸鏡等のように各種のものがあるが、この内視鏡の種
類によっては、CCDの結像サイズが異なり、このために
光源側の光量を同じにしても、このCCDから出力される
映像信号のレベルが変化する。そこで、基準レベル設定
器19cで設定される基準レベルを適宜変更することがで
きるように構成すれば、このCCDの結像サイズに応じた
最適な出力レベルの映像信号を得るように調整すること
ができるようになる。Further, as an endoscope, for example, a gastroscope, a duodenoscope,
There are various types such as colonoscopes, but depending on the type of endoscope, the imaging size of the CCD is different, so even if the light amount on the light source side is the same, the image output from this CCD The signal level changes. Therefore, if the configuration is such that the reference level set by the reference level setting unit 19c can be appropriately changed, it is possible to adjust so as to obtain a video signal of an optimal output level according to the imaging size of the CCD. become able to.
なお、前述した実施例においては、フレームインタラ
イン転送方式のCCDについて説明したが、インタライン
転送方式のCCD,MOS形CCDにおいても、前述と同様の信号
電荷蓄積時間の制御が可能となる。例えば、VOFD式のイ
ンタライン転送CCDを用い、受光部に水平走査期間毎に
不要電荷の掃き出しを行うパルスを印加すれば、この不
要電荷を水平ブランキング期間中に基板に掃き出すよう
になし、この掃き出しのパルスを印加する時間を制御す
ることによってもR,G,Bの信号電荷蓄積時間の制御を行
うことができるようになる。さらに、回転カラーフィル
タやCCDの色に対する感度特性等によって、R,G,Bの各色
画像信号相互の間でも出力信号のばらつきがあるが、R,
G,B各フィールド毎に無効蓄積時間を変化させるように
すれば、R,G,B各フィールド毎の出力映像信号の色バラ
ンスをも改善することができ、画像の再現性が極めて良
好となる。In the above-described embodiment, the CCD of the frame interline transfer method has been described. However, the same control of the signal charge accumulation time as described above can be performed in the CCD and the MOS CCD of the interline transfer method. For example, by using a VOFD type interline transfer CCD and applying a pulse for sweeping out unnecessary charges to the light receiving unit every horizontal scanning period, the unnecessary charges are swept to the substrate during the horizontal blanking period. It is also possible to control the signal charge accumulation time of R, G, and B by controlling the time for applying the sweep pulse. Further, there is a variation in output signals among the R, G, and B color image signals due to a rotation color filter, a sensitivity characteristic to a color of the CCD, and the like.
If the invalid accumulation time is changed for each of the G and B fields, the color balance of the output video signal for each of the R, G and B fields can also be improved, and the reproducibility of the image becomes extremely good. .
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、光源からR,G,
Bの各色波長光による照明を所定の時間毎に順次時系列
的に繰り返して照射し、この照明下で電荷の蓄積及び転
送を繰り返すことによって、当該被写体のR,G,Bの各色
の映像を撮影する固体撮像素子を挿入部先端位置に配設
して、被写体の映像を撮影するに当って、被写体からの
反射光に基づいて固体撮像素子から出力されるR,G,Bそ
れぞれの色の映像信号レベルのうち、最大のレベルのも
のを最大光量検出手段で検出して、その出力信号のレベ
ルを基準レベルと比較して、その偏差信号に基づいて、
固体撮像素子の全電荷蓄積時間の一部を無効蓄積時間と
し、有効電荷蓄積時間を制限するようになし、電荷蓄積
時間調整手段による掃き出し用の転送パルスの送信タイ
ミングに基づいて、無効蓄積時間を変化させて、固体撮
像素子の有効電荷蓄積時間を制御するように構成したの
で、固体撮像素子における受光時間や、光源光量等を変
化させることなく、映像信号の出力レベルをほぼ一定に
保つことができるようになり、被写体におけるR,G,Bに
よる各色波長光の光反射率にばらつき等があったとして
も、固体撮像素子の感度を最大のレベルのものに合せて
調整することができるので、ダイナミックレンジが大き
くなり、かつ白つぶれ現象やブルーミング,スミア等が
発生しないようにして、高画質の映像が得られる等の効
果を奏する。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, R, G,
By irradiating the illumination with each color wavelength light of B sequentially and chronologically repeatedly at predetermined time intervals, and repeating the accumulation and transfer of electric charges under this illumination, the image of each color of R, G, B of the subject can be obtained. The solid-state imaging device to be photographed is disposed at the distal end position of the insertion section, and when photographing the image of the subject, the R, G, and B colors output from the solid-state imaging device based on the reflected light from the subject. Among the video signal levels, the maximum level is detected by the maximum light amount detection means, the level of the output signal is compared with the reference level, and based on the deviation signal,
A part of the total charge accumulation time of the solid-state imaging device is regarded as an invalid accumulation time, the effective charge accumulation time is limited, and the invalid accumulation time is set based on the transmission timing of the sweep-out transfer pulse by the charge accumulation time adjusting means. Since the effective charge storage time of the solid-state imaging device is controlled by changing the output voltage, the output level of the video signal can be kept substantially constant without changing the light-receiving time in the solid-state imaging device or the light source light amount. It is possible to adjust the sensitivity of the solid-state image sensor to the maximum level even if there is a variation in the light reflectance of each color wavelength light due to R, G, B in the subject, etc. This has the effect of increasing the dynamic range and preventing the occurrence of overexposure phenomena, blooming, smear, and the like, and obtaining a high-quality image.
第1図は本発明に係る内視鏡の撮像装置の撮像システム
全体の概略構成説明図、第2図は回転カラーフィルタの
構成説明図、第3図(a)は照明光の照射サイクルを、
同図(b)は転送及び掃き出しパルスの印加タイミング
を、同図(c)はCCDの映像信号の出力レベルをそれぞ
れ示す説明図、第4図は本発明の第2の実施例を示す撮
像システムの要部構成説明図である。 1:照明ランプ、4:回転カラーフィルタ、4R:Rフィルタ
域、4G:Gフィルタ域、4B:Bフィルタ域、7:CCD、10:同期
信号発生回路、11:タイミングパルス発生回路、12:CCD
駆動回路、18:電荷蓄積時間制御回路、19:最大光量検出
手段。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of the entire imaging system of an endoscope imaging device according to the present invention, FIG. 2 is a structural explanatory diagram of a rotating color filter, and FIG.
FIG. 2B is an explanatory diagram showing the transfer and sweep pulse application timing, FIG. 2C is an explanatory diagram showing the output level of the CCD video signal, and FIG. 4 is an imaging system showing a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram of a main part configuration of FIG. 1: illumination lamp, 4: rotating color filter, 4R: R filter area, 4G: G filter area, 4B: B filter area, 7: CCD, 10: synchronization signal generation circuit, 11: timing pulse generation circuit, 12: CCD
Drive circuit, 18: charge accumulation time control circuit, 19: maximum light amount detection means.
Claims (1)
照明を所定の時間毎に順次時系列的に繰り返して照射す
る光源と、挿入部先端位置に配設され、該光源からの照
明下で電荷の蓄積及び転送を繰り返すことによって、当
該被写体のR,G,Bの各色の映像を撮影する固体撮像素子
と、該固体撮像素子からのR,G,Bの各色の出力映像信号
のうち最大出力レベルの受光量のものを検出して、基準
レベルとの偏差を演算する最大光量検出手段と、該最大
光量検出手段からの光量偏差信号に基づいて、前記固体
撮像素子の全電荷蓄積時間のうちの一部に無効蓄積時間
を設定して、有効電荷蓄積時間を変化させるために、掃
き出し用の転送パルスを送信する電荷蓄積時間調整手段
とからなり、被写体からの最大反射光量に応じて、R,G,
B各色の映像撮影時における前記固体撮像素子の電荷蓄
積時間を調整する構成としたことを特徴とする電視内視
鏡の撮像装置。1. A light source for irradiating a subject with illumination of each of R, G, and B color wavelength lights in a time-sequential manner repeatedly at predetermined time intervals, and a light source disposed at a distal end position of an insertion portion. A solid-state image sensor that captures an image of each color of R, G, B of the subject by repeating charge accumulation and transfer under illumination, and an output image of each color of R, G, B from the solid-state image sensor. A maximum light amount detecting means for detecting a signal having a maximum light output level among the signals and calculating a deviation from the reference level; and a light amount deviation signal from the maximum light amount detecting means. A charge accumulation time adjusting means for transmitting a sweep-out transfer pulse in order to change an effective charge accumulation time by setting an invalid accumulation time as a part of the charge accumulation time; and Depending on R, G,
B. An imaging apparatus for an endoscope, wherein the charge accumulation time of the solid-state imaging device at the time of capturing an image of each color is adjusted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1270226A JP2605425B2 (en) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | Electronic endoscope imaging device |
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---|---|---|---|
JP1270226A JP2605425B2 (en) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | Electronic endoscope imaging device |
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