JP2810728B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はフラッシュ発光により照明された被写体を撮
像する電子内視鏡装置に関する。

［従来技術］ 従来、電子内視鏡においてはブレのない鮮明な静止画
像を得るためにシャッタとかフラッシュ発光を用いる事
が行われていた。

シャッタを用いた例として、特開昭62−73877号公報
に開示されているように、機械的なシャッタにより１フ
ィールド期間1/60［sec］よりも短い時間露光する事に
よってブレを防ぐようにしているが、高速の可動機構が
必要になる。このため機械的な可動機構を用いないで、
CCD等の固体撮像素子の光蓄積時間を限定する事によっ
て、同様の効果を得る技術が公知となっている。この技
術を第11図を参照して簡単に説明する。

一般にCCDは第11図（ａ）に示す垂直同期パルスVDの
期間中に、同図（ｂ）に示す読出しパルスが印加される
ことにより、同図（ｃ）に示すようにこのパルスが印加
される前に蓄積された電荷が転送されてCCDから映像信
号として出力される。

これに対し、素子シャッタの使用時には、第11図
（ｄ）に示すように垂直同期パルスVD期間とは異なる期
間中に読出しパルスを発生してCCDに印加し、同図
（ｅ）に示すように前の読出しパルスからこのパルスが
出力されるまでの期間T1に蓄積された電荷C1を捨て、残
りの期間T2に蓄積された電荷C2のみを読出す事によっ
て、短い期間T2で撮像するシャッタ効果を実現してい
る。

即ち、１フィールド期間に対し、約T2/（T1＋T2）の
シャッタスピードを得た事になる。

このように素子シャッタを用いる事によって、ブレの
ない静止画像を得る事が可能になるが、蓄積時間が短い
分、電荷蓄積量は少なくなり、暗い画像となってしま
う。

これを補うために特開平１−106914号公報では、フラ
ッシュ発光を用いこのフラッシュ光の下において、適正
露光を得るためには数フィールドにわたるフラッシュ期
間中に絞りを操作して、適正露光量となった時点で画像
をメモリに取込むようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、より遠点を撮像しようとしたり、ブレの少
ない静止画を得ようとして、この公報の方法を用いてフ
ラッシュ光量を増大して絞りを全開させる操作を行う絞
り操作期間中、大光量フラッシュを持続させなければな
らず、温度上昇、ランプの劣化等を招く虞れがある。

又、適正露光量の静止画を得た後に動画に戻すと、絞
りが全開しているので、適正絞り量に戻るのに時間がか
かり、その間適正な状態での撮像を行えなくなる虞れが
ある。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、絞
りを全開させる操作を必要としないで短いフラッシュ発
光期間により適正露光量の静止画を得ることのできる電
子内視鏡装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決する手段及び作用］ 本発明では固体撮像素子の電荷蓄積時間を短く切換え
る切換手段と、この切換手段の切換に基づき短く切換え
られた電荷蓄積時間中に被写体への照射光量をフラッシ
ュ発光で増大させるフラッシュ光供給手段と、該フラッ
シュ光のピーク値を前記電荷蓄積時間に従って適正な露
光量に制御するフラッシュ光制御手段と、適正な露光量
による映像信号を記憶する記憶手段とを設けることによ
り絞りを開放させることなく短いフラッシュ期間で適正
露光量の静止画を得られる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第
１図は第１実施例の電子内視鏡装置の構成を示すブロッ
ク図、第２図はフラッシュ光供給手段の構成を示す構成
図、第３図及び第４図は素子シャッタモードにおける異
なるシャッタスピードに設定した場合における動作説明
用タイミングチャート図である。

第１図に示すように、第１実施例の電子内視鏡装置１
は、撮像手段を備えた電子内視鏡２と、この電子内視鏡
２に照明光を供給する光源部３及び前記電子内視鏡２の
撮像手段に対する信号処理を行う信号処理部４を内蔵し
たビデオプロセッサ５と、この信号処理部４により信号
処理された標準的な映像信号をカバー表示するカラーモ
ニタ６とから構成される。

上記電子内視鏡２は、細長の挿入部７を有し、この挿
入部７内には照明光を伝送するライトガイド８が挿通さ
れている。このライトガイド８の入射側端面をビデオプ
ロセッサ５に装着することにより、光源部３を構成する
照明光供給手段９から照明光が供給される。この照明光
はライトガイド８の出射端面から被写体側に出射され
る。

照明された被写体は、対物レンズ11によって、その焦
点面に配設されたCCD12結像され、光電変換され信号電
荷として蓄積される。

このCCD12は、走査回路13からのドライブ信号（読出
し信号）の印加により転送され、プリアンプ14に入力さ
れ、増幅された後、信号処理回路15に入力される。

この信号処理回路15により信号処理されて標準的な映
像信号が生成され、カラーモニター６にて被写体像をカ
ラー表示する。

又、この第１実施例の装置１は、通常の１フィールド
が1/60［sec］で撮像する標準の動画撮像モードの他
に、素子シャッタを用いて短い撮像期間で撮像して静止
画を得る特殊撮像モードを有する。

このため、例えばビデオプロセッサ５のパネル前面等
（電子内視鏡２に設けても良い）には素子シャッタモー
ド切換手段17が設けてあり、この素子シャッタモード切
換手段17の操作によって、操作回路13を制御して標準の
撮像期間（１フィールドが1/60［sec］）とか短い撮像
期間で走査回路13からドライブ信号を出力できるように
してある。

又、素子シャッタモード切換手段17のモード切換に応
じて、静止画記憶用メモリ18に静止画を記憶するタイミ
ングを制御するようにしている。

さらに、上記素子シャッタモード切換手段17のモード
切換により、特殊撮像モードに切換えた場合、フラッシ
ュON信号とフラッシュ電流切換信号をフラッシュ光供給
手段19に供給して、フラッシュ発光による照明光量を増
大できるようにしている。

上記照明光供給手段９及びフラッシュ光供給手段19の
構成を第２に示す。

照明光供給手段９は、照明光用電源21と供給された電
流に応じた光量で発光するショートアークランプ22とか
ら構成される。

このショートアークランプ22には、照明光用光源21か
ら供給される電流で常時発光すると共に、フラッシュ光
供給手段19から供給されるフラッシュ電流によりフラッ
シュ発光するようにしてある。

このフラッシュ光供給手段19は、ショートアークラン
プ22に逆流防止用ダイオード23を介してフラッシュ電流
を供給するフラッシュコンデンサ24と、このフラッシュ
コンデンサ24を充電する充電回路25と、フラッシュ電流
のON/OFFを行うスイッチング素子26と、フラッシュ電流
をコントロールするフラッシュコントロール回路27と、
フラッシュ電流を切換えるフラッシュ電流切換手段28と
から構成される。

上記ショートアークランプ22は、照明光用電源21から
供給されるランプ電流（第３図（ｄ），第４図（ｄ）参
照）により常時発光し、素子シャッタモードが選択され
ると、このランプ電流にさらにフラッシュ光供給手段19
からのフラッシュ電流が加算されてフラッシュ発光す
る。

上記充電回路25の出力端はフラッシュコンデンサ24を
介して接地されると共に、スイッチング素子26を構成す
るトランジスタのコレクタに接続され、このトランジス
タのエミッタはダイオード23を介してショートアークラ
ンプ22に接続されている。このトランジスタのベースは
電流切換手段28を構成する切換スイッチSW及びこのスイ
ッチSWで選択される例えば３つの抵抗R1,R2,R3を介して
フラッシュコントロール27の出力端と接続されている。
このフラッシュコントロール回路27は、素子シャッタモ
ード切換手段17からのフラッシュON信号により、その出
力端が例えば“L"から“H"レベル等の一定レベル又は基
準レベルとなり、スイッチSWでONされた抵抗RI（Ｉは1,
2,3のいずれか）の値に応じてスイッチング素子26を構
成するトランジスタのコレクタ・エミッタ間にフラッシ
ュ電流が流れるようにしてある。

又、上記スイッチSWは、素子シャッタモード切換手段
17により選択された素子シャッタスピードに対応するフ
ラッシュ電流切換信号が出力され、この信号によりスイ
ッチSWの切換を制御する。例えば素子シャッタスピード
を速く選択した場合ほど、スイッチSWは抵抗値の小さい
抵抗RIが選択されるように設定してある。つまりスイッ
チング素子26を構成するトランジスタへのベース電流を
制御することにより、フラッシュ電流値を制御するよう
にしている。

このように構成された第１実施例の作用を第３図及び
第４図を参照して以下に説明する。

上記ショートアークランプ22は、照明光用電源21から
の照明電流（第３図又は第４図の（ｄ）で示す。）I1に
よって、ショートアークランプ21は第３図又は第４図
（ｅ）に示すランプ光量L1で発光し、この光がライトガ
イド８に供給される。

この場合には、第３図又は第４図（ａ）に示す垂直同
期パルスVDに同期して、同図（ｂ）に示すように読出し
パルスが出力される。

しかして、素子シャッタモード切換手段17が操作され
て素子シャッタモードに切換えられると、その選択され
た素子シャッタスピードに応じたフラッシュ電流切換信
号が出力され、対応する抵抗RI（第２図ではR2）がONす
る。

又、第３図（又は第４図）（ｂ）に示すように、素子
シャッタモード切換手段から素子回路13に読出しパルス
P1（又はP1′）が出力され、このパルスP1より以前の読
出しパルス以降、このパルスP1までの時間T1（又はT
1′）までに蓄積された第３図又は第４図（ｆ）に示す
電荷量C1又はC1′は全て排出される。

この電荷量C1（又はC1′）の掃き出しのための読出し
パルスP1（又はP1′）が出力された後、素子シャッタモ
ード切換手段17は、フラッシュ光供給手段19のフラッシ
ュコントロール回路27に第３図（又は第４図）（ｃ）に
示すフラッシュON信号を出力する。このフラッシュON信
号は、次の読出しパルスが出力されるまでの短い時間T2
（又はT2′）のみアクティブとなる。

このフラッシュON信号よって、フラッシュコントロー
ル回路27は、スイッチング素子26をONさせ、フラッシュ
コンデンサ24に充電された電荷がダイオード23を介して
ショートアークランプ22へと供給される。

この時のランプ電流を第３図（又は第４図）（ｄ）に
示す。この図（ｄ）から分るように、時間T2以外では、
ショートアークランプ２には、照明光用電源21から照明
電流I1が常時供給されており、時間T2では照明電流I1に
フラッシュ電流I2（又はI2′）を加えたものが供給され
る。

今、素子シャッタモードに入る前に図示しない絞り等
により、適正露光に設定されていたとする。この時、素
子シャッタモードに切換わると、露光量は（第３図の場
合）T2/（T1＋T2）倍になる。従って、この時間T2中に
光量を（T1＋T2）/T2倍とすれば、適正露光量が得られ
る。

すなわち、第３図（又は第４図）（ｆ）に示すよう
に、ショートアークランプ22に照明電流I1が供給されて
いる時の光量L1に対して、L1×（T1＋T2）/T2となる光
量L2が得られるフラッシュ電流I2を照明電流I1に加えれ
ば良い。

このような関係となるように素子シャッタのスピード
に対し抵抗RIの値が設定してある。

従って、この期間T2後の読出しパルスによってCCD12
から読出される第３図（又は第４図）（ｆ）に示す電荷
量C2（又はC2′）は適正電荷量となる。（CCD12に期間T
2内に適正電荷量を蓄えることができる。） 尚、電流I1,I1＋I2とL1,L2の関係は必ずしも線形にな
らないが、前もってランプ22の種類による調査を行うこ
とによって１対１の関係を得ることができる。

第３図及び第４図における期間T2及びT2′の比較から
分るように、シャッタスピードをより速く、つまり期間
T2よりT2′を短くすると、フラッシュ電流I2′はI2より
大きく、いずれの期間T2,T2′後での読出しパルスによ
り読出される電荷量C2又はC2′を適正電荷量とすること
ができる。

上記フラッシュ発光のもとでの適正露光量の映像信号
は、メモリ18に一時記憶され、このメモリ18から繰返し
読出してカラーモニタ６に静止画を表示する。

尚、素子シャッタモードでのシャッタスピードが複数
選択できる時でも、上述のようにフラッシュ電流切換手
段28により、スイッチング素子26を構成するトランジス
タのベース電流を切換えることにより対処できる。

この第１実施例によれば、簡単な構成のフラッシュコ
ントロール手段を用いることにより、素子シャッタのシ
ャッタスピードに応じたフラッシュ発光するようにして
いるので、絞りが開放するまでフラッシュ発光しつづけ
ることを必要としないのでランプの寿命の低下を改善で
きる。

又、フラッシュ発光後に標準モードに戻した場合に
も、絞りが開放あるいはこれに近い値に駆動されないの
で、図示しない絞りを用いた調光手段を備えている場
合、標準モードでの適正状態に速やかに移行できる。

第５図は本発明の第２実施例におけるフラッシュ光供
給手段31の構成を示す。

この第２実施例ではスイッチング素子26を第２のスイ
ッチング素子32で制御し、この第２のスイッチング素子
32はフラッシュON信号により起動するタイマ33により制
御される。このタイマ33が動作する時定数は、フラッシ
ュ電流切換信号により制御される時定数切換手段34によ
って切換えられる。

素子シャッタモード切換手段17のフラッシュ電流切換
信号は、時定数切換手段34を構成する切換スイッチを制
御して、任意の接点を選択できるようにしてある。

この切換スイッチ34の各接点はタイマ33内の図示しな
い例えば抵抗とそれぞれ接続され、選択された抵抗に応
じてタイマ33のタイマ出力期間が決定される。

このタイマ33の出力端は抵抗r1を介して第２のスイッ
チング素子32を構成するトランジスタのベースに接続さ
れ、このトランジスタのコレクタは電源端Vccに、その
エミッタは抵抗r2を介して（第１の）スイッチング素子
26を構成するトランジスタのベースに接続されている。

その他の構成は第１実施例と同様である。

次に第２実施例の動作を第６図及び第７図のタイミン
グチャートを参照して以下に説明する。

尚、第６図及び第７図は異なるシャッタスピードが選
択された場合を示している。

又、標準モードでの動作は第１実施例と同様であるの
で、その説明を省略し、素子シャッタモードが選択され
た場合の動作に説明する。

第６図（又は第７図）（ｃ）に示すようにフラッシュ
ON信号がタイマ33に出力されると、このフラッシュON信
号の立上がりにより、タイマ33はトリガされてフラッシ
ュ電流切換信号によって切換えられた時定数に従った時
間t2（又はt2′）だけ、タイマ出力は“H"だけ（第６図
又は第７図（ｄ）参照）。このタイマ出力により、第２
のスイッチング素子32がONされ、このスイッチング素子
のONによってさらに（第１の）スイッチング素子26をON
させ、フラッシュコンデンサ24に充電された電荷をピー
ク値の制御を行うことなく、第６図（又は第７図）
（ｅ）に示すように一定の電流I2でショートアークラン
プ22へと供給する。

この時の時定数は、ランプ電流I1が期間T2（又はT
2′）中、ショートアークランプ22へ流れる事によって
得られる光量と、適正光量との間の不足分をこの期間t2
中でのランプ電流I2による光量で充足させるのに足りる
時間とるように予め設定される。

従って、第６図より速い素子シャッタスピードに対応
する第７図では、第６図の場合よりも長い時定数に選択
されて、この時定数の後、次の読出しパルスが出力され
る時刻には、CCD12の電荷量C2′は（第６図の場合と同
様に）第７図（ｆ）に示すように適正電荷量となる。従
って、第１実施例と同様に異なるシャッタスピードを選
択しても、常に適正電荷量で撮像することができる。

この第２実施例によれば、タイマ33とタイマ33の時定
数を素子シャッタのシャッタスピードに応じて切換える
手段との簡単な構成で、適正露光量での静止画を得られ
る。

その効果は第１実施例とほぼ同様である。

第８図は本発明の第３実施例の電子内視鏡装置41を示
す。

この第３実施例は、第１図に示す第１実施例におい
て、電子内視鏡２にはCCD12に隣接して受光素子42が設
けてあり、測光レンズ43を介して被写体により反射され
た光を受光するようにしてある。

この受光素子42の出力は、第８図に示すようにフラッ
シュ光供給手段44に入力され、受光素子42で検知された
受光量に対応した信号が適正量に達するとフラッシュ発
光を停止させるようにしている。

このフラッシュ光供給手段44の構成を第９図を参照し
て以下に説明する。

受光素子42の出力はスイッチ回路45を経て積分回路46
に入力される。この積分回路46は、抵抗Ｒ及びコンデン
サＣで構成され、この積分回路46の出力はコンパレータ
47の反転入力端に入力され、このコンパレータ47の非反
転入力端にはフラッシュ電流切換信号によって、基準電
圧レベルが切換えられる基準電圧切換手段48からの基準
電圧が入力される。

このコンパレータ47の出力は、フラッシュON信号と共
に、AND回路49に入力され、このAND回路49の出力によっ
て第２のスイッチング素子32をON/OFFするようにしてあ
る。

又、フラッシュON信号は、スイッチ回路45を構成する
２つのスイッチSW1,SW2のON/OFFを制御する。

次にこの第３実施例による素子シャッタモードでの動
作を第10図のタイミングチャートを参照して以下に説明
する。

第10図（ｃ）に示すようにフラッシュON信号がスイッ
チ回路45に入力されると、この回路45のスイッチSW1はO
FFからON、スイッチSW2はONからOFFに切換えられ、受光
素子42の出力は積分回路46に入力され積分される。

この積分回路46の積分出力は、コンパレータ47に入力
され、素子シャッタのシャッタスピードに応じて切換え
られる基準電圧レベルと比較される。

上記積分回路46の出力は、第10図（ｃ）に示すフラッ
シュON信号が出力された時刻から同図（ｄ）に示すよう
に積分時定数に応じて上昇し、基準電圧レベルに達する
時まではコンパレータ47の出力は“H"になる。

従って、フラッシュON信号とコンパレータ47の出力と
の論理積をとるAND回路を49の出力は、積分出力が基準
電圧レベルを越えるまでは“H"となる。このAND出力に
より第２のスイッチング素子32及び第１のスイッチング
素子26がONし、ショートアークランプ22は大きなランプ
電流I1＋I2でフラッシュ発光状態となる。

上記フラッシュ発光状態になると、CCD12の電荷量及
び受光素子42の出力は時間と共に、急激に増大し、受光
素子42の出力を積分する積分回路46の出力も急激に増大
する。しかして、第10図（ｄ）に示すように積分回路46
の出力が基準電圧レベルを越えると、同図（ｅ）に示す
ようにコンパレータ47の出力は“H"から“L"に反転す
る。

上述のようにAND回路49は、フラッシュON信号とコン
パレータ47の論理積をとっているので、このAND回路49
の出力も第10図（ｆ）に示すように“H"から“L"に遷移
し、スイッチング素子32,26はOFFとなり、ショートアー
クランプ21はフラッシュ発光状態から標準の常時発光状
態になる。

しかして、選択された期間T2の後の読出しパルスによ
って、CCD12に蓄積された電荷量が読出されることにな
る。

この実施例では、素子シャッタのシャッタスピードに
応じてフラッシュ発光による照明のもとでの露光量を受
光素子42を用いてリアルタイムでモニタして、適正な露
光量ないしはこれに近い露光量になった時、フラッシュ
発光を停止するようにしているので、高精度の露光量の
静止画像を得ることができる。

尚、本発明はファイバスコープの接眼部に、固体撮像
素子を内蔵したテレビカメラを装着したテレビカメラ外
付けスコープでも同様に使用できる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば素子シャッタモード
の場合にはフラッシュ発光すると共に、シャッタスピー
ドに応じてフラッシュ発光の光量を適正な光量となるよ
うに制御又は設定しているので、絞りを移動する場合よ
りも短いフラッシュ発光期間で済み、フラッシュ発光す
るランプの寿命の低下等を改善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の電子内視鏡装置の構成を示すブロック
図、第２図はフラッシュ光供給手段の構成を示す構成
図、第３図及び第４図は素子シャッタモードにおける異
るシャッタスピードに設定した場合における動作説明用
タイミングチャート図、第５図は本発明の第２実施例に
おけるフラッシュ光供給手段の構成図、第６図及び第７
図は異なるシャッタスピードに設定した場合におけるタ
イミングチャート図、第８図は本発明の第３実施例の構
成図、第９図は第３実施例におけるフラッシュ光供給手
段の構成図、第10図は第３実施例におけるタイミングチ
ャート図、第11図は素子シャッタモードの動作説明図で
ある。 １……電子内視鏡装置、２……電子内視鏡 ３……光源部、４……信号処理部 ５……ビデオプロセッサ、６……カラーモニタ ９……照明光供給手段、12……CCD 17……素子シャッタモード切換手段 18……メモリ 19……フラッシュ光供給手段 22……ショートアークランプ 24……フラッシュコンデンサ 26……スイッチング素子 27……フラッシュコントロール回路 28……フラッシュ電流切換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 1/04 G02B 23/24 H04N 7/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体撮像素子を撮像手段に用いた電子内視
   鏡装置において、 前記固体撮像素子の電荷蓄積時間を短く切換える切換手
   段と、該切換手段の切換に基づき短く切換えられた電荷
   蓄積時間中に、被写体への照射光量をフラッシュ発光で
   増大させるフラッシュ光供給手段と、該フラッシュ発光
   の光量を前記電荷蓄積時間に応じて前記固体撮像素子で
   受光される光量が適正な露光量となるように光量制御を
   行うフラッシュ光制御手段と、適正な露光量に対応する
   映像信号を記憶する記憶手段と、 を設けたことを特徴とする電子内視鏡装置。