JP6158589B2 - Endoscope device - Google Patents
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本発明は、器官内壁などの被写体を撮像する内視鏡装置に関し、特に、撮像素子において生じる画素信号の出力処理に関する。 The present invention relates to an endoscope apparatus that images a subject such as an inner wall of an organ, and more particularly to output processing of pixel signals generated in an image sensor.
電子内視鏡装置では、ビデオスコープの先端部にCMOS、CCDなどの撮像素子(イメージセンサ)を備え、イメージセンサから読み出される画素信号に基づいて画像信号を生成し、被写体像をモニタに表示する。イメージセンサから出力される画素信号は、スコープ先端部に設けられる出力バッファ(出力アンプ)によって低インピーダンスに変換された後、伝送ケーブルを介してスコープコネクタ部もしくはプロセッサ内のアナログ信号処理回路に送られる。 In an electronic endoscope apparatus, an imaging element (image sensor) such as a CMOS or a CCD is provided at the tip of a video scope, an image signal is generated based on a pixel signal read from the image sensor, and a subject image is displayed on a monitor. . The pixel signal output from the image sensor is converted to low impedance by an output buffer (output amplifier) provided at the distal end portion of the scope, and then sent to the scope connector portion or an analog signal processing circuit in the processor via a transmission cable. .
CCDの発熱量が高くなると、暗電流が増加し、画質が低下する。また、内視鏡先端部から射出する照明光による熱がCCD出力信号に影響を与え、画質を低下させる。このような熱による信号劣化を防ぐため、例えば、CCD傍の出力バッファに対する供給電力を制御し、CCD出力信号が読み出されているときだけ電源ONに設定し、それ以外の出力信号が読み出されない期間では供給電力を停止する(特許文献1、2参照)。 As the amount of heat generated by the CCD increases, dark current increases and image quality deteriorates. In addition, heat from illumination light emitted from the endoscope distal end affects the CCD output signal and degrades the image quality. In order to prevent such signal degradation due to heat, for example, the power supplied to the output buffer near the CCD is controlled, the power is turned on only when the CCD output signal is being read, and other output signals are read. The supply power is stopped during the period when the power is not used (see Patent Documents 1 and 2).
CCD側の出力バッファに対して供給電力を制御すると、制御信号の出力および出力バッファのON/OFF動作が頻繁に行われることになり、プロセッサ側へ伝送される画素信号にノイズが生じる恐れがある。特に、内視鏡装置の場合、ビデオスコープ内に配設された信号伝送ケーブルを介して制御信号を送信するため、スイッチング動作によって、画素信号が内視鏡内に設けられた信号ケーブルを伝送する過程でノイズが生じやすい。 When the power supplied to the output buffer on the CCD side is controlled, the output of the control signal and the ON / OFF operation of the output buffer are frequently performed, which may cause noise in the pixel signal transmitted to the processor side. . In particular, in the case of an endoscope apparatus, since a control signal is transmitted through a signal transmission cable provided in a video scope, a pixel signal is transmitted through a signal cable provided in the endoscope by a switching operation. Noise is likely to occur in the process.
したがって、熱による信号劣化を防ぐとともにノイズ発生を抑えながら、画素信号をプロセッサ側へ伝送し、信号処理することが求められる。 Therefore, it is required to transmit the pixel signal to the processor side for signal processing while preventing signal degradation due to heat and suppressing noise generation.
本発明の内視鏡装置は、撮像素子と、前記撮像素子から出力される画素信号を電流増幅する出力バッファとを有し、内視鏡先端側に設けられる撮像部と、信号ケーブルを介して前記撮像部から送られてくるアナログ画素信号を処理するアナログ信号処理回路と、被写体への照明光の光量を調整する明るさ調整部と、前記撮像部に供給される電流を制御することにより、画素信号の出力振幅を調整する画素信号出力調整部とを備える。 An endoscope apparatus according to the present invention includes an imaging device and an output buffer for current-amplifying a pixel signal output from the imaging device, an imaging unit provided on the endoscope distal end side, and a signal cable By controlling the analog signal processing circuit that processes the analog pixel signal sent from the imaging unit, the brightness adjustment unit that adjusts the amount of illumination light to the subject, and the current supplied to the imaging unit, A pixel signal output adjusting unit that adjusts the output amplitude of the pixel signal.
そして、前記画素信号出力調整部は、所定量以下の照明光量であるときの電流値を、所定量を超える照明光量であるときの電流値よりも大きくする。別の言い方をすれば、照明光量が所定量以下の場合、電流値を増加させ、そうでない場合には基準となる電流値に設定する。電流量増加によって画素信号の出力振幅が広がる。これによって、信号劣化の少ない画素信号が獲得される。 Then, the pixel signal output adjusting unit makes the current value when the illumination light amount is a predetermined amount or less larger than the current value when the illumination light amount exceeds the predetermined amount. In other words, the current value is increased when the amount of illumination light is equal to or less than the predetermined amount, and is set to a reference current value otherwise. As the amount of current increases, the output amplitude of the pixel signal increases. Thereby, a pixel signal with little signal deterioration is acquired.
画素信号出力調整部は、様々な回路構成で電流値を制御することが可能である。プロセッサ側で電流値を調整することを考慮すれば、アナログ信号処理回路内に定電流回路を設け、アナログ信号処理回路内に設けられた電流抵抗に流れる電流量が変わるように定電流回路を制御することが可能である。 The pixel signal output adjustment unit can control the current value with various circuit configurations. In consideration of adjusting the current value on the processor side, a constant current circuit is provided in the analog signal processing circuit, and the constant current circuit is controlled so that the amount of current flowing through the current resistor provided in the analog signal processing circuit changes. Is possible.
アナログ信号処理回路にゲイン処理回路が設けられている場合、出力振幅が大きいことから、ゲイン値を抑えることができる。画素信号出力調整部は、所定量以下の照明光量であるときのゲイン値を、所定量を超える照明光量であるときのゲイン値よりも小さくすることが可能である。電流値増加に伴ってゲイン値を減少させればよい。 When the gain processing circuit is provided in the analog signal processing circuit, the gain value can be suppressed because the output amplitude is large. The pixel signal output adjustment unit can make the gain value when the illumination light amount is a predetermined amount or less smaller than the gain value when the illumination light amount exceeds the predetermined amount. The gain value may be decreased as the current value increases.
例えば、画素信号出力調整部が、電流値とゲイン値との対応関係を示すテーブルをあらかじめ設定し、そのテーブルに基づいて、電流値およびゲイン値を定めることが可能である。電流量増加に比例してゲイン値を減少させてもよい。 For example, the pixel signal output adjustment unit can set in advance a table indicating the correspondence between the current value and the gain value, and can determine the current value and the gain value based on the table. The gain value may be decreased in proportion to the increase in current amount.
照明光量が少ない観察状況であっても、スコープ先端部が被写体に近接しているとは限らない。観察画像の明るさが十分であることを補償するため、画素信号出力調整部が、所定量以下の照明光量であるとともに、所定値以上の画素信号輝度値であるとき、電流値を大きくするようにしてもよい。 Even in an observation situation where the amount of illumination light is small, the scope tip is not necessarily close to the subject. In order to compensate that the brightness of the observation image is sufficient, the pixel signal output adjustment unit increases the current value when the illumination light amount is not more than a predetermined amount and the pixel signal luminance value is not less than the predetermined value. It may be.
このように本発明によれば、内視鏡装置において、信号劣化およびノイズ発生を抑え、ながら、高画質の画像を得ることができる。 As described above, according to the present invention, a high-quality image can be obtained while suppressing signal deterioration and noise generation in an endoscope apparatus.
以下では、図面を参照して本実施形態である電子内視鏡装置について説明する。 Hereinafter, the electronic endoscope apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。図1を用いて、電子内視鏡装置の動作について説明する。 FIG. 1 is a block diagram of an electronic endoscope apparatus according to this embodiment. The operation of the electronic endoscope apparatus will be described with reference to FIG.
電子内視鏡装置は、その挿入部分が体内へ挿入されるビデオスコープ10と、プロセッサ20とを備え、ビデオスコープ10はプロセッサ20に着脱自在に接続される。プロセッサ20には、モニタ60が接続されている。
The electronic endoscope apparatus includes a
プロセッサ20は、白色光を放射する光源46を備え、光源46から放射された光は、集光レンズ44を介してビデオスコープ10内に設けられたライトガイド11に入射する。ライトガイド11に入射した光は、配光レンズ13を介してビデオスコープ10の先端部から射出し、被写体(観察部位)に照射される。
The
被写体で反射した光は、ビデオスコープ10の先端部に設けられた対物レンズ14によって結像し、被写体像がイメージセンサ12の受光面に形成される。ここでは、イメージセンサ12としてCCDが用いられる。イメージセンサ12の受光面上には、Cy、Ye、G、Mgから成る色フィルタ要素をモザイク状に配列させた補色フィルタ(図示せず)が配設されている。
The light reflected by the subject is imaged by an
イメージセンサ12では、CCD駆動回路32から送られてくる駆動信号に従い、1フィールド/フレーム分の画像信号が所定の時間間隔で読み出される。例えば、NTSC方式の場合、1/60秒間隔で読み出され、PAL方式の場合、1/50秒間隔で読み出される。読み出された画素信号は、出力バッファ15において電流増幅処理された後、プロセッサ20へ送られる。
In the
プロセッサ20のアナログ信号処理回路22では、アナログ画素信号に対して増幅処理およびゲイン処理が行われる。そして、前段信号処理回路24では、アナログ画素信号に対し、デジタル化処理、さらには、ホワイトバランス処理(ゲイン処理)、ガンマ補正処理などの様々な信号処理が施される。これにより、カラー画像信号が生成される。カラー画像信号は、メモリ26、後段信号処理回路28を経てモニタ60に出力され、カラー画像がモニタ60に表示される。
The analog
CPU、ROM等を含むシステムコントローラ30は、タイミングコントローラ34、光源電源48、フロントパネルスイッチ36などへ制御信号を出力し、プロセッサ20全体の動作を制御する。絞り42は、ライトガイド11の入射端と集光レンズ44との間に配置されており、モータ40による開閉動作によって照明光量を増減させる。システムコントローラ30は、自動調光処理を実行し、輝度信号に基づいてモータドライバ38へ制御信号を送る。モータドライバ38は、制御信号に基づいてモータ40を駆動する。
A
図2は、アナログ画素信号の出力経路およびアナログ信号処理回路を示したブロック図である。図2を用いて、電流値の調整について説明する。 FIG. 2 is a block diagram showing an analog pixel signal output path and an analog signal processing circuit. The adjustment of the current value will be described with reference to FIG.
イメージセンサ12から出力される画素信号は、スコープ先端側の出力バッファ15からプロセッサ側のアナログ信号処理回路22までの信号処理範囲APにおいてアナログ信号処理される。出力バッファ15は、エミッタフォロア接続のトランジスタ16から構成されており、イメージセンサ12から出力される画素信号を電流増幅し、低インピーダンスに変換する。電流増幅された画素信号は、同軸ケーブルである伝送ケーブルCBを介してアナログ信号処理回路22へ送られる。
The pixel signal output from the
アナログ信号処理回路22は、定電流回路53、抵抗52、54、コンデンサ56、増幅回路57、ゲイン処理回路58を備えている。入力した画素信号は、抵抗52、コンデンサ56、抵抗54を介して増幅回路57へ送られる。抵抗52には、出力バッファ15を線形動作させるために直流バイアス電流が流れる。
The analog
増幅回路57を経てゲイン処理回路58に入力した画素信号に対し、ゲイン処理が施される。ゲイン値は、システムコントロール回路30からの制御信号に基づいて定められる。順次ゲイン処理された1フィールド/フレーム分の画素信号は、アナログ信号処理回路22から出力される。
Gain processing is performed on the pixel signal input to the
イメージセンサ出力端と出力バッファ15には、定められた電源電圧がプロセッサ20の電源回路(図示せず)から供給されている。一方、イメージセンサ12から出力される画素信号の出力振幅は、電流抵抗52側へ流れる電流量に依存する。この電流量は、イメージセンサ12、出力バッファ15へ供給される電流量に対応していることから、抵抗52側へ流れる電流量を増減させると、それに応じてイメージセンサ12へ供給される電流も増減する。
A predetermined power supply voltage is supplied to the image sensor output terminal and the
信号ケーブルCBと抵抗52との間に設けられた定電流回路53は、信号処理範囲APにおいて流れる定電値を設定、変更可能であり、イメージセンサ12へ供給される電流値、すなわち抵抗52側へ流れる電流の電流値を大きくすることによって、イメージセンサ12から出力される画素信号の振幅値(出力波形)を大きくすることができる。
The constant
画素信号の振幅値を大きくすることにより、ゲイン処理回路58におけるゲイン値をその分比較的小さく設定することができる。これは、出力された画素信号に含まれる情報をなるべくそのまま利用して観察画像信号を生成することとなり、高画質の観察画像を得ることができる。
By increasing the amplitude value of the pixel signal, the gain value in the
しかしながら、絞りの開度が比較的大きく、照明光量が多くなることでイメージセンサ12が温度上昇しやすい観察作業状況では、電流量増加によって発生する熱との相互作用に伴い、あらかじめ規格されたスコープ先端部の許容温度を超え、画素信号が劣化する恐れがある。
However, in an observation work situation where the temperature of the
そこで本実施形態では、熱の影響が少ない観察状況になると、電流値を増加させて画素信号出力振幅を大きくし、それ以外の観察状況では、熱発生による影響が生じないように電流値を抑える。 Therefore, in this embodiment, when the observation situation is less affected by heat, the current value is increased to increase the pixel signal output amplitude, and in other observation situations, the current value is suppressed so as not to be affected by heat generation. .
図3は、システムコントローラ30によって実行される電流制御処理を示したフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a current control process executed by the
システムコントローラ30は、所定時間間隔(ここでは1/60秒)で自動調光処理を実行しており、それに合わせて電流制御処理がサブルーチンとして所定時間間隔(例えば、同じ時間間隔)で実行されている。
The
ステップS101では、絞り42の開度(絞り値)Aがあらかじめ定められた許容最大開度T0以下であるか否かが判断される。絞り値AがT0以下の場合、ステップS102へ進み、画素信号の輝度値Yが許容最少輝度値Y0以上であるか否かが判断される。
In step S101, it is determined whether or not the opening (aperture value) A of the
許容最大開度T0は、照明光量の熱がイメージセンサ12の温度上昇に影響しない値を表す。また、許容最少輝度値Y0は、被写体像を観察するのに適切な明るさの最少輝度値を表す。開度A、輝度値Yが上記条件を満たす場合、被写体がスコープ先端部と近接し、僅かな照明光量によっても適切な明るさの被写体像を表示できる観察状況であると判断する。
The allowable maximum opening T0 represents a value at which the heat of the illumination light quantity does not affect the temperature rise of the
開度Aが許容最大開度T0以下であり、画素信号の輝度レベルYが許容最少輝度値Y0以上である場合、定電流回路53を制御することによって電流値を増加させ(S103)、増加電流値に応じてゲイン値を補正する(S104)。 When the opening A is equal to or less than the allowable maximum opening T0 and the luminance level Y of the pixel signal is equal to or higher than the allowable minimum luminance value Y0, the current value is increased by controlling the constant current circuit 53 (S103), The gain value is corrected according to the value (S104).
電流値とゲイン値との対応関係は、あらかじめルックアップテーブル(LUT)として設定されており、増加した電流値の増加分(増加割合)に応じてゲイン値の減少分(減少割合)が定められる。ここでは、電流増加量に比例してゲイン値が減少する。 The correspondence relationship between the current value and the gain value is set in advance as a look-up table (LUT), and a decrease amount (decrease rate) of the gain value is determined according to an increase amount (increase rate) of the increased current value. . Here, the gain value decreases in proportion to the current increase amount.
一方、開度Aが許容最大値T0より大きく、あるいは、画素信号の輝度値Yが許容最少輝度値Y0より小さい場合、照明光量が比較的多く、熱の影響によって画質が劣化する可能性が高く、電流値を増加可能な観察状況ではないと判断し、電流値、ゲイン値を基準値に設定する(S105、S106)。基準値は、あらかじめ製造時、使用開始時などに定められている。 On the other hand, when the opening A is larger than the allowable maximum value T0 or the luminance value Y of the pixel signal is smaller than the allowable minimum luminance value Y0, the amount of illumination light is relatively large, and there is a high possibility that the image quality deteriorates due to the influence of heat. Therefore, it is determined that the current state cannot be increased and the current value and the gain value are set as reference values (S105, S106). The reference value is determined in advance at the time of manufacture, start of use, and the like.
このように本実施形態によれば、イメージセンサ12から出力されるアナログ画素信号を出力バッファ15において電流増幅し、伝送ケーブルCBを通じてプロセッサ20のアナログ信号処理回路22へ送信する。そして、絞り42の開度が比較的小さく、かつ、画素信号の輝度値が比較的大きい場合、照明光量の熱による影響が少ないと判断し、画素信号の出力振幅を大きくするため、定電流回路53を制御してイメージセンサ12へ供給する電流量を増加させる。そして、電流量増加に伴い、ゲイン処理回路58におけるゲイン値を小さくする。
As described above, according to the present embodiment, the analog pixel signal output from the
電流量増加の判断に関しては、絞り開度だけで観察状況を判断してもよい。また、定電流回路以外の回路を設けて電流値を制御してもよい。イメージセンサとしては、CMOSセンサなどCCD以外の構成にしてもよい。照明光量調整では、絞り以外の構成を採用してもよい。 Regarding the determination of the increase in the amount of current, the observation state may be determined only by the aperture opening. Further, a circuit other than the constant current circuit may be provided to control the current value. The image sensor may have a configuration other than a CCD such as a CMOS sensor. In the illumination light quantity adjustment, a configuration other than the diaphragm may be adopted.
10 ビデオスコープ
12 イメージセンサ(撮像素子)
15 出力バッファ
22 アナログ信号処理回路
30 システムコントローラ(画素信号出力調整部)
42 絞り
53 定電流回路(画素信号出力調整部)
CB 伝送ケーブル(信号ケーブル)
10
15
42
CB transmission cable (signal cable)
Claims (5)
信号ケーブルを介して前記撮像部から送られてくるアナログ画素信号を処理するアナログ信号処理回路と、
被写体への照明光の光量を調整する明るさ調整部と、
前記撮像部に供給される電流を制御することにより、画素信号の出力振幅を調整する画素信号出力調整部とを備え、
前記画素信号出力調整部が、所定量以下の照明光量であるときの電流値を、所定量を超える照明光量であるときの電流値よりも大きくし、
前記アナログ信号処理回路が、ゲイン処理回路を有し、
前記画素信号出力調整部が、所定量以下の照明光量であるときのゲイン値を、所定量を超える照明光量であるときのゲイン値よりも小さくすることを特徴とする内視鏡装置。 An imaging device having an imaging device and an output buffer for current-amplifying a pixel signal output from the imaging device;
An analog signal processing circuit for processing an analog pixel signal sent from the imaging unit via a signal cable;
A brightness adjustment unit that adjusts the amount of illumination light to the subject;
A pixel signal output adjustment unit that adjusts the output amplitude of the pixel signal by controlling the current supplied to the imaging unit;
The pixel signal output adjustment unit has a current value when the illumination light amount is less than or equal to a predetermined amount larger than a current value when the illumination light amount exceeds a predetermined amount ,
The analog signal processing circuit has a gain processing circuit,
An endoscope apparatus, wherein the pixel signal output adjustment unit makes a gain value when the illumination light amount is a predetermined amount or less smaller than a gain value when the illumination light amount exceeds a predetermined amount .
信号ケーブルを介して前記撮像部から送られてくるアナログ画素信号を処理するアナログ信号処理回路と、
被写体への照明光の光量を調整する明るさ調整部と、
前記撮像部に供給される電流を制御することにより、画素信号の出力振幅を調整する画素信号出力調整部とを備え、
前記画素信号出力調整部が、所定量以下の照明光量であるときの電流値を、所定量を超える照明光量であるときの電流値よりも大きくし、
前記画素信号出力調整部が、所定量以下の照明光量であるとともに、所定値以上の画素信号輝度値であるとき、電流値を大きくすることを特徴とする内視鏡装置。
An imaging device having an imaging device and an output buffer for current-amplifying a pixel signal output from the imaging device;
An analog signal processing circuit for processing an analog pixel signal sent from the imaging unit via a signal cable;
A brightness adjustment unit that adjusts the amount of illumination light to the subject;
A pixel signal output adjustment unit that adjusts the output amplitude of the pixel signal by controlling the current supplied to the imaging unit;
The pixel signal output adjustment unit has a current value when the illumination light amount is less than or equal to a predetermined amount larger than a current value when the illumination light amount exceeds a predetermined amount ,
The pixel signal output adjusting unit, with a predetermined amount or less of the illumination light amount, when a pixel signal intensity values above a predetermined value, the endoscope apparatus you characterized in that to increase the current value.
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