JPH02182094A - 固体撮像素子による撮像方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｆ！業上の利用分野】 本発明は、電子内視鏡装置に設けられる固体撮像素子を
面順次方式て駆動することによって、観察対象部の撮像
を行う撮像システム等として用いられる固体撮像素子に
よる撮像方式に関するものである。

［貨来の技術］ 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観察対象部に向けて照明
光を照射し、当該観察対象部からの反射像をＣＣＤ等の
固体撮像素子によって光電変換することにより画像信号
を形成し、このようにして得た画像信号を撮像素子から
読み出してプロセッサに伝送し、該プロセ・ンサおいて
信号処理を行った」二でモニタ装置にカラー表示するよ
うにしている。

ここで、内視鏡本体の挿入部の細径化を図るために、１
枚の撮像素子を用い、しかもその解像度を向上させるた
めに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色の画像を
それぞれフィールド毎に形成して、これらを重ね合せる
ことによって画像を表示する、所謂面順次方式で撮像素
子を駆動するようにしたものか用いられる。

このように、面順次方式で撮像するためには、観察対象
部に向けて照射される照明光を、フィルタを介すること
によって、Ｒ，Ｇ、Ｂの３色に分解し、これら各色の波
艮光による照明光を時分割的に順次照射するようにしな
ければならない。このために、Ｒ，Ｇ、Ｂの各色の波長
領域光を透過させるフィルタ域を備えた回転カラーフィ
ルタを用い、この回転カラーフィルタを光源からの照明
光の光路に介在させるようにしたものか用いられている
。

ここ°Ｃ１例えば白い物体をＲ，Ｇ、Ｂの各照明光゛（
照射してその反射像を固体撮像素子により光電変換した
ときに、Ｒ，Ｇ、Ｂの各フィールドの画像信号の出力レ
ベルか等しくなっておら、それぞれの信号の出力レベル
に差があると５モニータ装置に画像を表示したときに、
その色の再現性か悪くなる。

ところで、一般に固体撮像素子は、赤外及び赤の長波長
領域に対する感度か高く、短波長領域である青色光に対
する感度か小さくなるという傾向がある。また１回転カ
ラーフィルタにおける各色のフィルタ域の光透過率は、
Ｂのフィルタ域は最小で、Ｇ、Ｒのフィルタ域の順に透
過光績か大きくなる。このために、固体撮像素子を用い
て観察対象部の撮像な行うに当って、Ｒフィールドにお
ける画像出力信号とＢフィールドの画像出力信号とを比
較したときに、Ｒフィールドの出力値かＢフィールドの
それよりかなり高くなる。具体的には、Ｒ，Ｇ、Ｂの各
フィールドの画像信号の出力比はほぼ２．５．２：１と
なる。

従って、照明光の光量を大きくすると、Ｒフィールドに
おける信号が固体撮像素子で先に飽和してしまい、所謂
白つぶれの現象が起きて、モニタ画面に表示されるカラ
ー画像の画質の低下を来たすことになり、また、暗部や
中間光部等においては、画像が赤味かかった色となる等
、再生画像の忠実な色再現性を図ることができないとい
う欠点かある。さらに、前述した白つぶわ現象の発生を
防上するためには、先部を必妻以を絞らなければならな
い。一方、光陽を絞りすぎると、ダイナミックレンジの
低下が著しくなり、Ｓ／Ｎの低下を来たすという問題点
もある。

このために、従来技術にあっては、回転カラーフィルタ
におけるＲ、Ｇ、Ｈの各フィルタ域の面積に差を持たせ
るようになし、これら各フィルタ域における照明光の光
量を調整するようにしていいた。

］発明か解決しようとする問題点１ ところで、固体撮像素子における受光特性は、個々の製
品について多少のばらつきかあるか、前述した従来技術
の方式による調整では、個々の固体撮像素子の受光特性
に対応させて、各フィールドの受光量を微細に調整する
ことはできないという欠点かある。また、各フィルタ域
のうち、狭いフィルタ域、即ちＲのフィルタ域における
透過光の光量の立ちヒワに遅れが生じて、かえって先着
バランスか悪くなり、このＲフィルタ域にコンケープを
設ける必要かあるたけてなく、フィルタ域を形成するた
めに、異なる３枚の異なるサイズの基板を用いる必要か
あり、このために製造が面倒となる等積々の問題点かあ
る。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは、回転カラーフィルタにおけるＲ、
Ｇ、Ｂの各フィルタ域の面積に差を持たせることなく、
観察対象部における画像の画質、特にその色再現性を向
丘させることかできるようにした固体撮像素子による撮
像方式を提供することにある。

［問題点を解決するための手段１ 前述した目的を達成するために、本発明は。

Ｒ，Ｇ、Ｂの各フィールドの少なくとも−・色のフィー
ルドにおける信号電荷の蓄積途中で、前記固体撮像素子
に掃き出しパルスを加えることにより、それまて蓄積し
た電荷を外部に掃き出すと共に、掃き出し転送時点から
任意に設定可能な所定期間感光部に被写体に対応した電
荷を新たに蓄積し、このＭ積電荷を色画像信号として取
り出すようにしたことをその特徴とするものである。

［作用］ 固体撮像素子の受光部に観察対象部からの反射光を受光
させることによって、該各受光部に信号電荷の蓄積を行
わせるか、Ｒ，Ｇ、Ｂの各フィールドうち、−色のフィ
ールドにおける電荷蓄積時間の途中で掃き出しパルスを
印加することにより、蓄積された電荷を掃き出させる。

これによって、受光部における全電荷蓄積時間の一部を
無効Ｎ積時間とすることができるようになり、各フィー
ルドにおける有効電荷蓄積時間に差を持たせることがで
きる。

そこで、固体撮像素子のＲ，Ｇ、Ｂの出力レベルの差に
応じて、最も出力レベルの高いＲフィールドには、その
受光部に蓄積された電荷を不要電荷として掃き出す無効
蓄積時間を最大とし５次いで出力レベルの高いＧフィー
ルドにも不要電荷として掃き出す無効Ｗａ時間を設け、
また出力レベルの低いＢフィールドにおいては、無効蓄
積時間を設けないように３１整する。これによって、回
転カラーフィルタの光減衰率や固体撮像素子の感度特性
等に起因して生じる固体撮像素子の各色画像信号におけ
る色バランスのばらつきを改善して、モニタ画面上に忠
実な色再現性を有する画像の表示を行うことかできるよ
うになる。

また、Ｂフィールドを基準として照明光量を設定するこ
とかできるようになるので、照明光量を大きくすること
かできるようになる。この結果、Ｒフィールドが先に白
つぶれを起すことがなくなり、ダイナミックレンジの向
上を図ることかできて、Ｓ／Ｎか向上する。

［実施例１ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

まず、第１図に面順次方式の撮像システム全体の機略構
成を示す。

図中において、１４．ｔＦｖＡ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、絞り２゜集光レンズ３
９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の出射端から観察対象部に向け
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の各波長領域光のみを透過させるフィル
タ域４Ｒ，４Ｇ、　４Ｂか形成されており、これら各フ
ィルタ域４Ｒ，４Ｇ、　４Ｂは等しい面積を有するもの
である。また、回転フィルタ４のフィルタ域４Ｒ。

４Ｇ、　４Ｂの内側位置には、各フィルタ域４Ｒ，４Ｇ
、　４Ｂの検出を可能ならしめるためのインデックス６
Ｒ。

６Ｇ、　６１１か形成されると共に、これら各インデッ
クス６Ｒ，６Ｇ、　６［１を検出するために、）すトセ
ンサ７がこのインデックス６Ｒ，６Ｇ、　６Ｂに対面す
る位置に配設されている。

そして、この観察対象部からの反射像は対物レンズ８を
介して固体撮像素子としてのＣＣＤ９に入射されて、該
ＣＣＤ９により光電変換されるようになっている。

このＣＣＤ９を駆動するために、同期信号発生回路ｌＯ
か設けられており、該同期信号発生回路１０にはフォト
センサ７からのＲ，Ｇ、Ｂの各イネイブル信号か入力さ
れるようになっている。そして、この同期信号発生回路
１０から出力される同期信号及びＲ，Ｇ、Ｂの各イネイ
ブル信号はタイミンクパルス発生回路１１を介してＣＣ
Ｄ！！ＩＣＣＤ駆動回路１２て、このＣＣＤ駆動回路１
２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の各フィールド毎の色画像信号が読み出
されるようになっている。そして、この各フィールドの
色画像伝号はプロセスアンプ１３により増幅されて、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ににおける各メモリ域＋５Ｒ，１５Ｇ、　１
５ＢにそれぞれＲ，Ｇ、Ｂの各色の画像信号が順次格納
され、ｌフィールド分の画像信号が該フィールドメモリ
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、それぞれＤ／Ａ変換器１６Ｒ，１６Ｇ、
　１６Ｂによりアナロク変換されて、エンコータ１７を
介して、これらＲ，Ｇ、Ｂの各色画像信号か重ね合わせ
ることによりコンポジット映像信号か形成され、この信
号に基づいてモニタ装置に観察対象部の像をカラー表示
することかできるようになっている。

ここで、Ｒ，Ｇ、Ｂの各フィルタ城４Ｒ，４Ｇ、　４Ｂ
の透過光による照明により得られるＣＣＤ９のＲ，Ｇ、
Ｂにおける各フィールドの出力信号レベルは、第３図に
曲線で示したようになり、Ｒフィールドの出力レベルか
最大で、Ｇフィールド、Ｂフィールドの順に出力レベル
か低ドする。

従って、各フィールドにおける出力レベルの調整を行う
必要がある。

本発明におい“Ｃは、所謂電子シャッタと同様の機能を
発揮させるようにして、Ｒ，Ｇ、Ｂの各フィールドにお
ける撮像時の電荷蓄積時間に差を持たせることにより、
ＣＣＤ９の信号出力レベルの調整を図るようにしている
。

そこて、以下にフレーム転送方式のＣＣＤ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。

而して、フレーム転送方式でＣＣＤ９の駆動を行うには
、周知のように、Ｒ，Ｇ、Ｂの各色の波長光による順次
照明か行われている間に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せ、この″＃、荷蓄
積時間のうちのある時間経過したときに、掃き出しパル
スとして、逆転送パルスを受光部に加えて、この間に受
光部に蓄積された電荷を不要電荷として外部に掃き出す
ようにする。

次に、新たに受光部に蓄積した信号電荷は垂直ブランキ
ング期間に正転送パルスをＣＣＤ９に印加することによ
り画像信号として取り出す。また、逆転送パルスを加え
るために、第１図から明らかなように、電荷蓄積時間設
定器１８か設けられており、該電荷蓄積時間設定器１８
によりＲ，Ｇ。

Ｂの各フィールドのうち、ＲフィールドとＧフィールド
における電荷蓄積時に加えられる逆転送パルスの出力タ
イミンクを設定することができるようになっている。そ
して、この電荷蓄積時間設定器１８を電荷蓄積時間制御
信号発生器１９に接続し、この電荷蓄積時間制御信号発
生器１９には同期信号発生回路ＨＪからＲ，Ｇ、Ｂのイ
ネイブル信号か入力されるようにしている。従って、Ｒ
，Ｇ。

Ｂの各イネイブル信号かこの電荷蓄積時間制御信号発生
器１９に入力されたときに、電荷蓄積時間設定器１８で
設定された逆転送パルスのタイミンクに関する情報を読
み出して、この信号をタイミングパルス発生回路１１か
ら出力されるＣＣＤ９の駆動信号に合成させてＣＣＤ９
に入力する構成としている。

而して、第４図（ａ）に示したように、照明ランプ１か
らの照明光を回転カラーフィルタ４を介し゛Ｃ観察対象
部に照射することにより、Ｒ，Ｇ。

Ｂの各波長領域光による照明と、このＲ，Ｇ、Ｂの各波
長光による照明期間相互の間の遮光期間Ｓが順次繰り返
されることになる。従っ゛Ｃ１第４図（ｂ）に示したよ
うに、このＲ，Ｇ、Ｂの各波長光の照射時には、受光部
にＲ，Ｇ、Ｂの各フィールドｌ（Ｆ、　ＧＦ、　ＢＦに
おける信号電荷の蓄積が行われ、遮光期間中の垂直ブラ
ンキング期間ＶＢ内に、転送パルスＴＰを加えることに
より、受光部に蓄積された信号電荷が蓄積部に転送され
る。

ここで、各フィールドＲＦ、　ＧＦ、　ＢＦのうち、Ｒ
フィールドＲＦ及びＧフィールドＧＦにおいては無効蓄
積時間ｎｏ、　ｃｏか設けられて、有効電荷Ｍ積時間ｒ
ｌＥ、　ＧＥを制限するようにしている。一方、Ｂフィ
ールドＢＦには無効蓄積時間は設けず、その全体が有効
電荷蓄積時間ＢＥとなっている。しかも、このＲフィー
ルドｌ（Ｆの無効蓄積時間ＲＤの方かＧフィールドＧＦ
の無効蓄積時間より短くなっている。

無効蓄積時間ＲＤ、　ＧＤは、ＲフィールドＲＦ及びＧ
フィールドＧＦの信号電荷が蓄積されている途中におい
て、それまでに蓄積された電荷を不要電荷としてトレイ
ンに掃き出させることにより設定される。即ち、Ｒ，Ｇ
、Ｂの各イネイブル信号か電荷蓄積時間制御信号発生器
１９に入力されると、電荷蓄積時間設定器１８から逆転
送パルスＲＰの印加タイミングに関する情報か読み出さ
れて、タイミングパルス発生回路１１に入力される。そ
こて、該タイミングパルス発生回路１１からＣＣＤ駆動
回路１２を介してＣＣＤ９に入力されるＣＣＤｙ７Ａ動
信号に逆転送パルスＲＰの印加タイミングに関する信号
を搬送させて、この逆転送パルスＲＰをＣＣＤ９に入力
して、それまてに蓄積された電荷をトレインに掃き出さ
せる。そして、この不要電荷の掃き出しが行われた後に
、再び受光部において電荷の蓄積が行われて、垂直ブラ
ンキング期間ＶＢになると、転送パルスＴＰが加えられ
て、受光部に蓄積された信号電荷を蓄積部に転送する。

このようにして蓄積部に転送された電荷は、第４図（Ｃ
）に示したように、次のフィールドにおける信号蓄積中
に順次読み出されて、プロセスアンプ１３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の各色画像信
号か記録されると、それらか同時に読み出されて、エン
コータ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。

そこで、白パターンの撮影時において、ＣＣＤ９におけ
るけるＲ、Ｇ、Ｂの各フィールドＲＦ。

ＧＦ、　ｌ（Ｆの出力信号のレベルか一致するようにＲ
フィールドメモリ及びＧフィールドＧＦにおける逆転送
パルスＲＰの印加タイミングを予め測定して、このデー
タを電荷蓄積時間設定器１８に記録させておく。これに
より、回転カラーフィルタ４を構成するＲ、Ｇ、Ｂの各
フィルタ域４Ｒ，４Ｇ、　４Ｂを透過する際における波
長光の減衰率の差やＣ０Ｄ９のＲ，Ｇ、Ｂの各波長領域
光の分光感度特性の差等に応じてＣＣＤ９におけるＲ、
Ｇ、Ｂの各画像信号の出力レベルのバランスを容易に、
しかも微細に調整することかできる。さらに、ＣＣＤ９
の個性に応じて、このＲ，Ｇ、Ｂの出力レベルのバラン
スを個別的に調整することかできる。従って、再生画像
の色再現性か著しく良好となり、白つぶれが改善でき、
暗所や中間光部等で画像か変色したりすることもない。

さらに、ＢフィールドＢＦの信号形成時にＣＣＤ９か飽
和しない範囲内において、照明ランプｌによる照明光の
光りを増大させることかできるようになるので、絞り２
を最小限に抑制することができ、ＣＣＤ９からの出力信
号レベルを大きくすることがてき、ダイナミックレンジ
か向トして、Ｓ／Ｎが良好となり、再生画像の画質の向
上を図ることができる。

なお、前述した実施例においては、フレーム転進方式の
ＣＣＤについて説明したが、インタライン転送方式のＣ
ＯＤ、ＭＯＳ形ＣＣＤにおいても、前述と同様の信号電
荷蓄積時間の制御か可能となる。例えば、ＶＯＦＤ式の
インタライン転送ＣＯＤを用い、受光部に水平走査期間
毎に掃き出しパルスを印加することによって、不要電荷
の掃き出しを行わせ、この不要電荷を水平ブランキング
期間中に基板に掃き捨てるようになし、この掃き出し・
パルスの印加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かできるようにな
る。

Ｉ発明の効果］ 以上説＋ｆｉ　Ｌ、たように１本発明によれば、Ｒ２Ｏ
，Ｂの各フィールドのうちの少なくとも一部のフィール
ドにおける電荷蓄積時間に無効蓄積時間を設け、この無
効蓄積時間にＭ積された不要電荷を掃き出しパルスによ
り取り出して、外部に掃き出すようにしたのて、固体撮
像素子のＲ，Ｇ、Ｂの各出力信号のバランスか良好とな
り、画像の色バランスを改善することができ、忠実な再
生画像を得ることかできるようになり、また所謂白つふ
れが発生することかなく、さらに最も感度の低いＢフィ
ールドを基準として固体撮像素子の出力レベルを調整す
ることにより、タイナミックレンシを大きくすることが
できるようになって１画像の画質を著しく向Ｅさせるこ
とかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る面順次方式の撮像シスデム全体の
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図は各フィールドの色画像の撮像時における
ＣＣＤの感度特性を示す線図、第４図（ａ）は照明光の
照射サイクルを、同図（ｂ）は転送及び逆転送パルスの
印加タイミングを、同図（ｃ）はＣＣＤの画像信号の出
力タイミングをそれぞれ示す説明図である。 ｌ　：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
、９　　二ＣＣＤ、　１０：同期信号発生回路、１１：
タイミンクパルス発生回路、１２：ＣＣＤ駆動回路、１
３：プロセスアンプ、１４　：　Ａ／Ｄ変換器、１５：
フィールトメモリ、１５Ｒ，１５Ｇ、　１５Ｂ　：メモ
リ域、１６Ｒ，１６Ｇ、　１６Ｂ　：　Ｄ／Ａ変換器、
１７：エンコーダ、１８：を荷蓄積時間設定器、１９：
ｆｌｉ荷蓄請詩間制御信号発生器。 第２図 ｐ 第３図 ４ｃ λ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　光源からの照明光の光路に回転カラーフィルタを配設
   して、該回転カラーフィルタを回転させることによりＲ
   ，Ｇ，Ｂの各波長光による照明光を順次観察対象部に向
   けて照射し、固体撮像素子によりＲ，Ｇ，Ｂの各色画像
   信号を形成するものにおいて、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィール
   ドの少なくとも一色のフィールドにおける信号電荷の蓄
   積途中で、前記固体撮像素子に掃き出しパルスを加える
   ことにより、それまで蓄積した電荷を外部に掃き出すと
   共に、掃き出し転送時点から任意に設定可能な所定期間
   感光部に被写体に対応した電荷を新たに蓄積し、この蓄
   積電荷を色画像信号として取り出すようにしたことを特
   徴とする固体撮像素子による撮像方式。