JP6006147B2 - 撮像装置、及びこれを備える内視鏡装置 - Google Patents
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Description
(1) パルス駆動により発光する光源と、
上記光源をパルス変調駆動してその光源からの出射光量を制御する光源制御部と、
複数の画素が水平方向及び垂直方向に配列された撮像素子を有し、その撮像素子をローリングシャッタ方式にて駆動して撮像する撮像部と、を備え、
上記光源制御部は、上記撮像素子をローリングシャッタ方式にて駆動する際の露光開始タイミング間隔の1/p(pは1以上の整数)を周期とするタイミングパルス信号に同期したタイミングで上記光源をパルス駆動し、
前記撮像部は、前記画素が水平方向に並ぶ水平画素ラインを、該水平画素ラインの垂直方向一端側から他端側に順次走査駆動し、各水平画素ラインの露光開始タイミングを、1水平画素ラインを走査する期間である水平走査周期分だけずらして駆動し、
更に、前記光源からの出射光量と前記撮像素子の露光時間との組み合わせと、その場合の前記撮像素子が受光すると想定される受光量とを対応付けた受光量制御テーブルを有し、前記光源からの出射光量の目標値と前記撮像素子の露光時間の目標値とを、該受光量制御テーブルを参照して決定し、決定した出射光量の目標値と露光時間の目標値とに基づいて、前記光源制御部及び前記撮像部を制御する受光量制御部と、を備え、
前記光源制御部は、前記撮像素子の全水平画素ラインの数Lをm(mは2以上の整数)で等分したn個(nは2以上の整数)のラインからなるラインブロックが前記垂直方向に配列されるブロックの露光開始タイミング間隔であるブロック周期を1周期とする同一パターンのパルス駆動信号により、前記光源をパルス駆動する撮像装置。
(2) 上記の撮像装置を備える内視鏡装置。
図1は本発明の実施形態を説明するための図で、内視鏡装置の概略構成を示すブロック構成図、図2は内視鏡装置の具体的な一構成例を示す外観図である。
内視鏡装置100は、図1、図2に示すように、内視鏡スコープ(以下、内視鏡と称する)11と、内視鏡11が接続される制御装置13と、制御装置13に接続される液晶モニタ等の表示部15と、制御装置13に情報を入力するキーボードやマウス等の入力部17とを備える。制御装置13は、照明光を生成する光源装置19と、撮像画像の信号処理等を行うプロセッサ21とを有して構成される。
次に、上記構成の内視鏡装置100が撮像素子の受光する目標受光量を設定し、設定された目標受光量となるように光源39と撮像素子37とを制御する手順を説明する。
図1に示すプロセッサ21に設けられた撮像信号処理部43は、プロセッサ21に接続された内視鏡11の撮像素子37が出力するRAWデータを受け取る。撮像信号処理部43は、このRAWデータに応じた最適な受光量(撮像素子が検出する輝度値)が得られるように、光源39の出射光量を制御する制御信号を光源制御部41に、撮像素子37を最適なシャッタ速度に制御する制御信号を撮像制御部51に、それぞれ内視鏡制御部45から出力させる。
図5にローリングシャッタ方式による撮像素子の露光タイミングを示す模式的な説明図を示す。
ローリングシャッタ方式は、ここでは、水平方向H及び垂直方向Vに多数の光電変換素子からなる画素が配列された撮像素子の画素領域において、水平方向Hに並ぶ各水平画素ラインL1,L2,・・・を、上端ラインから下端ラインまで垂直方向Vに順次走査する際、各水平画素ラインL1,L2,・・・の露光開始タイミングを、垂直方向一端側の上端ラインから順次水平走査周期tだけ、遅延させる方向にずらして設定するものとしている。水平走査周期tとは、1水平画素ライン(以下、単にラインと称することもある)の1ラインに対して、リセット、蓄積電荷ライン読み出し等の論理回路上での指令に要する一ライン当たりの所要時間であり、図5に示すラインL1とラインL2の露光開始時間差として表される。
よって、露光タイミングが全画素同時でないローリングシャッタ方式の撮像素子でも、光量制御の破綻を生じさせることなく、広い調光ダイナミックレンジにできる。そして、設定可能な受光量幅の広い受光量制御が行える。更に、内視鏡制御部が、光源のパルス駆動に加えてシャッタ速度の制御を組み合わせて受光量制御を行うため、光源のパルス点灯制御のみで調光する場合よりも調光分解能を高めることができる。
図11は、内視鏡装置200の概略構成を示すブロック構成図である。内視鏡装置200は、光源39をチョッピングパルス信号により連続点灯させるため、光源制御部41に接続され光源39の駆動信号を生成するチョッパ回路65を備える他は、図1に示す内視鏡装置100と同様である。
(1) パルス駆動により発光する光源と、
上記光源をパルス変調駆動してその光源からの出射光量を制御する光源制御部と、
複数の画素が水平方向及び垂直方向に配列された撮像素子を有し、その撮像素子をローリングシャッタ方式にて駆動して撮像する撮像部と、を備え、
上記光源制御部は、上記撮像素子をローリングシャッタ方式にて駆動する際の露光開始タイミング間隔の1/p(pは1以上の整数)を周期とするタイミングパルス信号に同期したタイミングで上記光源をパルス駆動する撮像装置。
(2) (1)記載の撮像装置であって、
上記撮像部は、上記画素が水平方向に並ぶ水平画素ラインを、その水平画素ラインの垂直方向一端側から他端側に順次走査駆動し、各水平画素ラインの露光開始タイミングを、1水平画素ラインを走査する期間である水平走査周期分だけずらして駆動し、
更に、上記光源からの出射光量と上記撮像素子の露光時間との組み合わせと、その場合の上記撮像素子が受光すると想定される受光量とを対応付けた受光量制御テーブルを有し、上記光源からの出射光量の目標値と上記撮像素子の露光時間の目標値とを、その受光量制御テーブルを参照して決定し、決定した出射光量の目標値と露光時間の目標値とに基づいて、上記光源制御部及び上記撮像部を制御する受光量制御部と、を備え、
上記光源制御部は、上記撮像素子の全水平画素ラインの数Lをm(mは2以上の整数)で等分したn個(nは2以上の整数)のラインからなるラインブロックが上記垂直方向に配列されるブロックの露光開始タイミング間隔であるブロック周期を1周期とする同一パターンのパルス駆動信号により、上記光源をパルス駆動する撮像装置。
(3) (2)記載の撮像装置であって、
上記受光量制御テーブルは、少なくとも、
上記撮像素子の露光時間を一定とし、上記光源のパルス駆動信号のパルス幅を増減させた場合の上記受光量を対応付けた第1のパルス幅制御領域と、
上記光源のパルス駆動信号のパルス幅を一定とし、上記撮像素子の露光時間を増減させた場合の上記受光量を対応付けたシャッタ速度制御領域と、
上記撮像素子の露光時間を上記水平走査周期をn倍したブロック周期の整数倍に固定した状態で、上記光源のパルス駆動信号のパルス数を増減させた場合の上記受光量を対応付けた第1のパルス数制御領域と、
上記撮像素子の露光時間を上記ブロック周期の整数倍に固定し、上記光源のパルス駆動信号が間引かれた状態で、上記パルス駆動信号のパルス幅を増減させた場合の上記受光量を対応付けた第2のパルス幅制御領域と、を有する撮像装置。
(4) (3)記載の撮像装置であって、
上記受光量制御テーブルの上記受光量は、
上記第1のパルス幅制御領域、
上記シャッタ速度制御領域、
上記第1のパルス数制御領域、
上記第2のパルス幅制御領域、の順に小さくなっている撮像装置。
(5) (4)記載の撮像装置であって、
上記光源制御部は、上記第1のパルス数制御領域及び上記第2のパルス幅制御領域における上記パルス駆動信号を、上記撮像素子のシャッタ開閉動作期間内に重ならないタイミングで出力する撮像装置。
(6) (5)記載の撮像装置であって、
上記光源制御部は、上記第1のパルス幅制御領域及び上記第2のパルス幅制御領域における上記パルス駆動信号のパルス幅を、少なくともいずれかの上記水平画素ラインの露光終了タイミングを基準とする後ろ詰めで増減させて出力する撮像装置。
(7) (3)〜(6)のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記受光量制御テーブルの上記第1のパルス幅制御領域における上記撮像素子の露光時間は、1フレームの最大露光時間である撮像装置。
(8) (3)〜(7)のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記光源制御部は、上記第1のパルス幅制御領域における上記パルス駆動信号の各パルスの最大幅を上記水平走査周期として出力する撮像装置。
(9) (3)〜(8)のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記光源制御部は、上記水平画素ラインの露光時間内における上記パルス駆動信号のパルス数を、いずれの上記水平画素ラインに対しても同一のパルス数として出力する撮像装置。
(10) (3)〜(9)のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記受光量制御部は、上記シャッタ速度制御領域における上記露光時間を上記水平走査周期単位で増減させる撮像装置。
(11) (4)〜(10)のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記受光量制御テーブルは、更に、上記撮像素子の露光時間を上記第1のパルス幅制御領域における露光時間と同じ露光時間に固定し、上記光源のパルス駆動信号のパルス幅を一定とした状態で、上記光源のパルス駆動信号のパルス数を増減させた場合の上記受光量を対応付けた第2のパルス数制御領域を有し、その第2のパルス数制御領域における上記受光量は、上記第1のパルス幅制御領域における上記受光量と上記シャッタ速度制御領域における受光量との間であり、
上記受光量制御部は、上記シャッタ速度制御領域における上記露光時間を上記ブロック周期単位で増減させる撮像装置。
(12) (3)〜(11)のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記受光量制御部は、各制御領域の変化点における受光量の値が互いに異なる複数の受光量制御テーブルを有し、上記撮像素子の受光量の変化方向に応じて異なる受光量制御テーブル参照し、上記光源からの出射光量の目標値と上記撮像素子の露光時間の目標値とを決定する撮像装置。
(13) (1)記載の撮像装置であって、
上記光源制御部は、上記タイミングパルス信号の全てのタイミングにおいて、上記光源を駆動して発光させる撮像装置。
(14) (1)〜(13)のいずれか一項記載の撮像装置であって、
上記光源が半導体発光素子である撮像装置。
(15) (1)〜(14)のいずれか一項記載の撮像装置を備える内視鏡装置。
13 制御装置
19 光源装置
21 プロセッサ
37 撮像素子
39 光源
41 光源制御部
43 撮像信号処理部
45 内視鏡制御部
47 画像処理部
49 メモリ
51 撮像制御部
55 ヒストグラム作成部
57 測光値算出部
59 目標光量算出部
61 パルス
100 内視鏡装置
Claims (14)
- パルス駆動により発光する光源と、
前記光源をパルス変調駆動して該光源からの出射光量を制御する光源制御部と、
複数の画素が水平方向及び垂直方向に配列された撮像素子を有し、該撮像素子をローリングシャッタ方式にて駆動して撮像する撮像部と、を備え、
前記光源制御部は、前記撮像素子をローリングシャッタ方式にて駆動する際の露光開始タイミング間隔の1/p(pは1以上の整数)を周期とするタイミングパルス信号に同期したタイミングで前記光源をパルス駆動し、
前記撮像部は、前記画素が水平方向に並ぶ水平画素ラインを、該水平画素ラインの垂直方向一端側から他端側に順次走査駆動し、各水平画素ラインの露光開始タイミングを、1水平画素ラインを走査する期間である水平走査周期分だけずらして駆動し、
更に、前記光源からの出射光量と前記撮像素子の露光時間との組み合わせと、その場合の前記撮像素子が受光すると想定される受光量とを対応付けた受光量制御テーブルを有し、前記光源からの出射光量の目標値と前記撮像素子の露光時間の目標値とを、該受光量制御テーブルを参照して決定し、決定した出射光量の目標値と露光時間の目標値とに基づいて、前記光源制御部及び前記撮像部を制御する受光量制御部と、を備え、
前記光源制御部は、前記撮像素子の全水平画素ラインの数Lをm(mは2以上の整数)で等分したn個(nは2以上の整数)のラインからなるラインブロックが前記垂直方向に配列されるブロックの露光開始タイミング間隔であるブロック周期を1周期とする同一パターンのパルス駆動信号により、前記光源をパルス駆動する撮像装置。 - 請求項1記載の撮像装置であって、
前記受光量制御テーブルは、少なくとも、
前記撮像素子の露光時間を一定とし、前記光源のパルス駆動信号のパルス幅を増減させた場合の前記受光量を対応付けた第1のパルス幅制御領域と、
前記光源のパルス駆動信号のパルス幅を一定とし、前記撮像素子の露光時間を増減させた場合の前記受光量を対応付けたシャッタ速度制御領域と、
前記撮像素子の露光時間を前記水平走査周期をn倍したブロック周期の整数倍に固定した状態で、前記光源のパルス駆動信号のパルス数を増減させた場合の前記受光量を対応付けた第1のパルス数制御領域と、
前記撮像素子の露光時間を前記ブロック周期の整数倍に固定し、前記光源のパルス駆動信号が間引かれた状態で、前記パルス駆動信号のパルス幅を増減させた場合の前記受光量を対応付けた第2のパルス幅制御領域と、を有する撮像装置。 - 請求項2記載の撮像装置であって、
前記受光量制御テーブルの前記受光量は、
前記第1のパルス幅制御領域、
前記シャッタ速度制御領域、
前記第1のパルス数制御領域、
前記第2のパルス幅制御領域、の順に小さくなっている撮像装置。 - 請求項3記載の撮像装置であって、
前記光源制御部は、前記第1のパルス数制御領域及び前記第2のパルス幅制御領域における前記パルス駆動信号を、前記撮像素子のシャッタ開閉動作期間内に重ならないタイミングで出力する撮像装置。 - 請求項4記載の撮像装置であって、
前記光源制御部は、前記第1のパルス幅制御領域及び前記第2のパルス幅制御領域における前記パルス駆動信号のパルス幅を、少なくともいずれかの前記水平画素ラインの露光終了タイミングを基準とする後ろ詰めで増減させて出力する撮像装置。 - 請求項2〜請求項5のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記受光量制御テーブルの前記第1のパルス幅制御領域における前記撮像素子の露光時間は、1フレームの最大露光時間である撮像装置。 - 請求項2〜請求項6のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記光源制御部は、前記第1のパルス幅制御領域における前記パルス駆動信号の各パルスの最大幅を前記水平走査周期として出力する撮像装置。 - 請求項2〜請求項7のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記光源制御部は、前記水平画素ラインの露光時間内における前記パルス駆動信号のパルス数を、いずれの前記水平画素ラインに対しても同一のパルス数として出力する撮像装置。 - 請求項2〜請求項8のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記受光量制御部は、前記シャッタ速度制御領域における前記露光時間を前記水平走査周期単位で増減させる撮像装置。 - 請求項3〜請求項9のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記受光量制御テーブルは、更に、前記撮像素子の露光時間を前記第1のパルス幅制御領域における露光時間と同じ露光時間に固定し、前記光源のパルス駆動信号のパルス幅を一定とした状態で、前記光源のパルス駆動信号のパルス数を増減させた場合の前記受光量を対応付けた第2のパルス数制御領域を有し、該第2のパルス数制御領域における前記受光量は、前記第1のパルス幅制御領域における前記受光量と前記シャッタ速度制御領域における受光量との間であり、
前記受光量制御部は、前記シャッタ速度制御領域における前記露光時間を前記ブロック周期単位で増減させる撮像装置。 - 請求項2〜請求項10のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記受光量制御部は、各制御領域の変化点における受光量の値が互いに異なる複数の受光量制御テーブルを有し、前記撮像素子の受光量の変化方向に応じて異なる受光量制御テーブル参照し、前記光源からの出射光量の目標値と前記撮像素子の露光時間の目標値とを決定する撮像装置。 - 請求項1記載の撮像装置であって、
前記光源制御部は、前記タイミングパルス信号の全てのタイミングにおいて、前記光源を駆動して発光させる撮像装置。 - 請求項1〜請求項12のいずれか一項記載の撮像装置であって、
前記光源が半導体発光素子である撮像装置。 - 請求項1〜請求項13のいずれか一項記載の撮像装置を備える内視鏡装置。
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