JPH0359686B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、固体撮像デバイスを用いて生体内あ
るいは機械装置の空洞内を観察し撮像するにあた
り、前記固体撮像デバイスへの入射光を調光する
撮像用自動調光装置に係り、前記固体撮像デバイ
スに連続して入射している光線による信号電荷が
転送中の電荷に加わつて画像がぼけたり、前記光
線が強すぎることによるブルーミング現象を、固
体撮像デバイスの受光時間を制御することにより
防止するようにした撮像用自動調光装置に関す
る。

〔発明の技術的背景〕

一般に、CCD（電荷結合素子）、BBD（バケツト
ブリゲイデイドデバイス）等の固体撮像デバイス
は、感光部、転送部、出力部とに分かれている。
そして、前記感光部は、光のエネルギーを電気信
号に交換して得られた信号電荷を一時的に蓄積
し、転送部は前記感光部で光電変換・蓄積された
信号電荷を出力部に転送する機能を有し、この出
力部では転送された信号電荷を画像信号に変換す
る役割を果たしている。また、転送部の機能を感
光部で行い、転送部と感光部を共用した固体撮像
デバイスも開発されている。

上記のごとき、固体撮像デバイスを用いて画像
をテレビジヨン画面上に表示する場合、例えばフ
レーム転送形デバイスでは、テレビジヨンの１フ
レーム期間（テレビジヨン受像機において１フレ
ームを形成する期間）毎に、入射光による電荷蓄
積および信号電荷の転送を行うための駆動パルス
を固体撮像デバイスに供給する。この駆動パスル
を第１図に示す。すなわち、第１図において、符
号Ｔはテレビジヨンの１フレーム期間、T₁は蓄
積期間、T₂は転送期間を示す。転送期間T₂は蓄
積期間T₁より極めて短く設定されている。これ
は、転送時の読出信号に光電荷信号が混入（スミ
アリング（smearing））することを防止するため
である。

ところで、この蓄積期間T₁内に固体撮像デバ
イスに入射する光が強すぎると、過剰電荷が固体
撮像デバイスの所定電極からあふれ、像のにじみ
（ブルーミング現象）が起こる。一方、固体撮像
デバイスからの出力信号には暗電流雑音等の雑音
成分が含まれているため、入射光が弱いと信号対
雑音比が低下するという問題があつた。このた
め、良好な画像を得るためには、入射光量を適正
に制御する必要がある。

そこで、例えば固体撮像デバイスを用いたテレ
ビジヨンカメラ等は、絞りを用いて光量調節が行
なわれている。また、光量に応じ１フレーム期間
内の蓄積期間T₁を短縮して制御することが特開
昭50−62518号公報に提案されている。

〔背景技術の問題点〕

一方、内視鏡に固体撮像デバイスを用いた場
合、次のような問題がある。すなわち、内視鏡に
よる観察においては、被検体を内視鏡先端部に設
けた照明手段により照明しているため、被検体の
明るさは、先端部からの距離あるいは、被検体の
表面の体液による反射により大幅に異る。このた
め、光量制御を行なう必要があるが、例えば内視
鏡先端部に絞り装置を設けることは、先端部を大
型化し好ましくない。そこで、光が強すぎるとき
には光源部で照明光の強度を弱め、光が弱すぎる
ときには照明光の強度をさらに増すように手動に
より調整するしかない。しかし、光源容量を増す
ことは、光源装置の容量を増すか、光フアイババ
ンドルを増やさなければならず、前者の方法によ
れば光フアイババンドルのとくに入射端での耐熱
性に問題があり、後者の方法によれば光フアイバ
バンドルの径を大きくしなければならずいずれも
得策ではない。

これらの問題を解決するために、照明光強度を
一定とし、入射光量に応じて固体撮像デバイスの
蓄積期間を変化させることが考えられる。すなわ
ち、第２図に示すように入射光が強い時には蓄積
期間を短く（T₁′）、入射光が弱い時には蓄積期間
を長く（T₁″）するものである。しかし、蓄積期
間T₁を変化させることは、これに応じて１フレ
ーム期間ＴをT₁′あるいはT″に変化させることに
なり、テレビジヨン側の同期信号発生回路を極め
て複雑化し、また、一般のテレビジヨン受像機が
使えなくなる等の欠点を有する。また、内視鏡の
体腔内挿入時、内視鏡の動きが速いときには蓄積
期間を、従つて１フレーム期間をあまり長くしす
ぎると画像のぼけが生じ好ましくない。また、フ
レーム転送形等の固体撮像デバイスは感光部と転
送部とが同一平面上に形成されているため、全体
の面積が感光部の占める面積の略２倍となつて、
医療用および工業用内視鏡の先端部に用いた場
合、先端部の径を大型化するという欠点があつ
た。

一方、ライン転送形では、感光部と転送部とを
共用しているため、全体の面積としてはフレーム
転送形等の撮像デバイスよりも小さくなるため、
特に医療用の内視鏡では有利である。しかしなが
ら、ライン転送形撮像デバイスは、転送期間中
に、連続して入射している照明光による信号電荷
が、もとの転送電荷に混入して電荷を乱し、画像
がぼけるというスミアリング現象を避けることが
困難であつた。このため、照明光の色を順次切り
換えてカラー画像とする色面順次照明方式の内視
鏡等では、各色信号の境で前記スミアリングによ
る混色が避けられなかつた。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもの
で、被検体を照明する光を色面順次照明方式によ
り切り換えて撮像する場合において、固体撮像デ
バイスの受光時間を制御することにより、ブルー
ミング防止、スミアリング防止および各色信号の
境で生ずる混色を防止して色再現性の優れた撮像
用自動調光装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は固体撮像デバイスの転送期間の間に照
明光の切り換り時間を設定し、この転送期間中
は、固体撮像デバイスへ入射光が受光されるのを
遮断するとともに、蓄積期間における固体撮像デ
バイスの受光時間を、固体撮像デバイスで得られ
る画像信号の各色信号再現特性に応じた出力レベ
ルで制御するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を医薬用内視鏡に適用した実施例
について説明する。第３図ないし第５図は本発明
の一実施例に係り、第３図は本発明の一実施例に
用いた固体撮像デバイスの説明図、第４図は本発
明の一実施例に係る自動調光装置を示すブロツク
図であり、第５図は第４図の動作を説明するため
の動作説明図である。

本発明の一実施例に用いる固体撮像デバイスと
しては、第３図に示すように転送部を感光部１で
共用したライン転送形固体撮像デバイス２を用い
る。この固体撮像デバイス２は、前記感光部１の
出力部３とに分かれ、感光部１は例えば１ライン
の受光セル群が縦列されたフレームをなし、垂直
方向に出力部３としてのシフトレジスタが設けら
れた構造である。そして、１ラインごとに転送信
号を切り換えて信号を取り出すものである。この
ような固体撮像デバイス２によれば、転送部を設
ける必要がないので、固体撮像デバイスを小型化
でき、内視鏡に適している。ただし、本発明はこ
のようなライン転送形固体撮像デバイスに限定す
るものではない。

次に、本発明の一実施例は、色面順次方式、す
なわち、３原色（赤色、緑色、青色）の各波長の
光を１フレームごとに被検体に照射し、この被検
体からの各波長の反射光を固体撮像デバイスに順
次照射して赤信号、緑信号、青信号の各色信号を
得、これらをそのまま表示したり、NTSCエンコ
ーダで処理した後表示する方式である。以下第４
図の構成を説明する。内視鏡４は細径の挿入部の
先端側に結像用の対物レンズ５が配設され、該対
物レンズ５の結像位置にその感光面が臨むように
固体撮像デバイス２が配設されている。この固体
撮像デバイス２には端子７を介して駆動回路６ａ
に加えられる蓄積パルス、転送パルス（第１図参
照）等の駆動パルスが印加されている。また、固
体撮像デバイス２と前記対物レンズ５との間に
は、遮光手段８が設けられている。この遮光手段
８は例えば液晶パネルを用いたシヤツタであり、
例えばLowレベルの電圧もしくは電圧を印加し
ないときブラインド状態となるように制御され
る。

次いで、前記固体撮像デバイス２は、３原色の
各波長の光での照明のもとで撮像した各色信号を
プリアンプ６ｂを介してビテオプロセス部９に導
出している。このビテオプロセス部９は、前記プ
リアンプ６ｂからの信号を増幅器１０を介してマ
ルチプレクサ１１_R，１１_G，１１_Bにそれぞれ供
給している。これらマルチプレクサ１１_R，１１
_Ｇ，１１_Bはパルス発生器（撮像用ロジツク回路）
１３からのゲートパルス１３ａによつて駆動され
るようになつている。これらマルチプレクサ１１
_Ｒ，１１_G，１１_Bの１フレーム期間の赤信号、青
信号、緑信号はそれぞれアナログ形フレームメモ
リ１２_R，１２_G，１２_Bに導出されている。これ
らフレームメモリ１２_R，１２_G，１２_Bから各読
み出された信号はカラーテレビジヨン受像機１４
に同時に入力して表示されるようになつている。
なお、各フレームメモリ１２_R，１２_G，１２_Bを
制御するパルスは前記パルス発生器１３からのゲ
ートパルス１３ａを基に形成されている。

前記フレームメモリ１２_R，１２_G，１２_Bから
読み出された各色信号は検出手段１５を構成する
第１の加算器１６に入力されている。この第１の
加算器１６は各色信号を加算した輝度出力を積分
器１７に供給し、この積分器１７の出力Ｙはさら
に第２の加算器１８の一方の入力端に供給されて
いる。この第２の加算器１８の他方の入力端には
色補正回路１９からの色補正電圧V_RGBが印加され
ている。この色補正回路１９は例えば後述する照
明手段の照射する各波長の照明光によつて得られ
る各色信号が適正な色相で表示されるように１フ
レーム期間ごとに各色信号に対応した色補正電圧
V_RGBを発生するものである。

この色補正電圧V_RGBと前記輝度出力Ｙとの加算
出力、すなわち第２の加算器１８の出力１８ａは
受光制御手段２０を構成するパルス幅変調器２１
に入力されている。このパルス幅変調器２１には
固体撮像デバイス２の蓄積期間に発生する蓄積パ
ルス２１ａが端子７′を通して印加されており、
前記第２の加算器１８の出力１８ａに応じて前記
蓄積パルス２１ａをその立上り時間を変えること
なく所定のパルス幅に変調し、制御パルスCPと
して次段に導出するようになつている。この蓄積
パルス２１ａが変調された制御パルスCPは、透
遮駆動部２２に入力されている。この透遮駆動部
２２は前記制御パルスCPを増幅し透遮駆動部２
２ａとして前記遮光手段８に印加されている。

一方、内視鏡４の先端部には、前記固体撮像デ
バイス２に臨設してライトガイドフアイバ束２３
が設けられている。このライトガイドフアイバ束
２３の出射端面には配向レンズ２４が接するごと
く設けられている。また、ライトガイドフアイバ
束２３の入射端面には例えば光源駆動部２５ａに
よつて駆動されるキセノンランプ２５を用いたス
トロボ装置からの照明光が反射鏡２６で反射さ
れ、かつ、この反射光がコンデンサレンズ２７お
よび回転フイルタ２８を通つて入射されるように
なつている。この回転フイルタ２８は、例えば円
形板に赤色、緑色、青色の波長の光を通すフイル
タが等間隔に分割して設けられており、前記コン
デンサレンズ２７からの照明光をそれぞれ赤色
光、緑色光、青色光に順次切り換えるようになつ
ている。また、この回転フイルタ２８はモータ２
９および伝達機構３０を介して回転駆動され、そ
の回転は固体撮像デバイス２の１フレーム期間に
対応するように、例えば前記マルチプレクサ１１
_Ｒ，１１_G，１１_Bの切り換え駆動に用いたゲート
パルス１３ａでモータ２９を間欠駆動することに
より行なわれている。さらに、回転フイルタ２８
は各色の切り換り時間が第５図に示すように固体
撮像デバイス２の転送期間の間になるように（本
実施例では転送期間Trの開始時に一致させてあ
る）設定されている。

以上の構成から成る自動調光装置の動作を第５
図を参照して説明する。ここに、第５図は第４図
の各部動作波形を示し、１フレーム期間Ｔは第１
図に対応している。この１フレーム期間Ｔに対応
して回転フイルタ２８が回転することにより、各
赤、緑、青の光線が被検体を照射し、この被検体
で反射された各光線が固体撮像デバイス２の感光
部１に当る。これにより、固体撮像デバイス２の
感光部１は各光線による内視鏡を第１図と等価な
蓄積期間の蓄積パルス２１ａによつて信号電荷と
して蓄積し、転送パルス（転送期間T_Rの信号）
によつて蓄積した前記信号電荷を転送し、出力部
３から直列データとして出力する。この出力は１
フレーム期間Ｔごとに赤信号、緑信号、青信号と
して変化する画像信号となる。この画像信号は、
プリアンプ６ｂおよび増幅器１０を介して各マル
チプレクサ１１_R，１１_G，１１_Bに入力され、フ
レーム期間に同期した同マルチプレクサ１１_R，
１１_G，１１_Bの時分割的スイツチング動作によ
り、それぞれフレームメモリ１２_R，１２_G，１２
_Ｂに入力される。これらフレームメモリ１２_R，１
２_G，１２_Bから読み出された各色信号はテレビジ
ヨン受像機１４で表示されるとともに、第１の加
算器１６に入力される。この第１の加算器１６
は、赤信号、緑信号、青信号入力を加算して積分
器１７に導出する。

この積分器１７の輝度出力Ｙを第５図に示す。
輝度出力Ｙはある基準レベルV_Lより低下しない
直流電圧であつて、第５図に示すように３フレー
ム期間ごとに電圧レベルY₁，Y₂，Y₃…というよ
うにレベルを更新している。この輝度出力Ｙを直
接パルス幅変調器２１に入力してもよいが、本実
施例では第２の加算器１８で色補正回路１９から
の色補正電圧V_RGBと加算されている。この色補正
電圧V_RGBは、第５図に示すように、赤、緑、青の
光線の照射期間に対応して電圧レベルV_R，V_G，
V_Bを呈するもので、これにより画像信号をテレ
ビ画面上で最適な赤色、緑色、青色の合成された
画像として再現することができる。したがつて、
第２の加算器１８の出力１８ａとしては例えばレ
ベルY₁の輝度出力ＹとレベルV_Rの色補正電圧
V_RGBとが加算されたY₁＋V_Rの直流電圧となり、
この電圧はパルス幅変調器２１に入力する。

さて、このパルス幅変調器２１には蓄積期間に
同期した蓄積パルス２１ａが印加されているの
で、前記第２の加算器１８の出力１８ａは、この
蓄積パルス２１ａのパルス幅をその加算出力レベ
ルに応じて可変することができる。この可変され
た蓄積パルス２１ａは制御パルスCPとして第５
図に示すように形成される。すなわち、制御パル
スCPは、第５図に示すように、例えば加算出力
Y₁＋V_Rでパルス幅L_W1のパルスを呈し、加算出
力Y₁＋V_Gでパルス幅L_W2のパルスを呈するとい
うような信号である。これらのパルスの立上り時
刻は、１フレーム期間Ｔの最初を基準として常に
一定期間T_R後に立上るようになつている。この
一定期間T_Rはフレーム転送形固体撮像デバイス
の転送期間T₂（第１図参照）に相当するのもの
で、一般にT₂より長くなるものである。なお、
回転フイルタ２８は、この転送期間T_Rの開始時
にストロボランプ２５からの照明光を切り換えて
いる。そして、この期間T_Rの後に、立上つたパ
ルス幅L_W1，L_W2，L_W3…等の制御パルスCPは透
遮駆動部２１で増幅され、透遮駆動信号２２ａと
して遮光手段８の液晶シヤツタに印加される。こ
の液晶シヤツタは制御パルスCPがHighレベルの
期間、すなわち、輝度出力Ｙと色補正電圧V_RGBと
の加算レベルに応じた蓄積パルス２１ａのパルス
幅L_W1，L_W2，L_W3…期間に透明となり、被検体か
らの反射光を固体撮像デバイス２に照射する。そ
して、パルス幅L_W1，L_W2，L_W3…等の期間の後、
制御パルスCPすなわち透遮駆動信号２２ａは
Lowレベルとなり、液晶シヤツタをブラインド
状態にする。このブラインド状態は、１フレーム
の終了時まで続き、固体撮像デバイス２への入射
光を遮断することができる。つまり、固体撮像デ
バイス２への入射光が強すぎる場合には、該固体
撮像デバイス２で得られる画像信号の出力レベル
が大きくなるので、積分器１７はその輝度出力Ｙ
を大きくし、第２の加算器１８の加算出力１８ａ
としてはレベル大となる。このレベルが大きいと
き制御パルスCPのパルス幅L_W1，L_W2，L_W3…等
は小さくなり、逆に固体撮像デバイス２の非受光
期間T_B1，T_B2，T_B3…等は大きくなる。したがつ
て、ブルーミング現象が生ずる前に受光を停止す
ることができ、色のにじみが防止され良好な画像
を得ることができる。

また、固体撮像デバイス２が転送を開始する時
間は照明光の色を切り換える時間に一致させてあ
り、かつ、転送期間T_Rと本来の遮光期間（ブラ
インド状態）とを一致させてあるため、本実施例
のように、照明光の切り換りと同時に前期間に蓄
積した信号電荷を、次の転送期間T_Rに転送して
読み出す（出力）ことができ、転送終了後は、所
定のパルス幅L_W1，L_W2，L_W3…に基づいて遮光手
段８を透明にし、被検体からの反射光を固体撮像
デバイス２に入射させ蓄積動作を行なわせること
ができる。したがつて、照明光の切り換り時に、
転送中の信号電荷に隣接フレームの色信号が混入
したり、スミアリングを起こしたりすることがな
い。

なお、転送期間T_Rは各フレームの終りの期間
に設定するようにしてもよい。また、本発明の第
２実施例として第４図の２点鎖線にて示すよう
に、端子３１に垂直同期パルスを入力し、その垂
直同期パルスを透遮駆動信号形成回路３２に入力
して蓄積パルス２１ａと等価な信号を作成し、こ
の信号を前記第２の加算器１８からの加算出力１
８ａでパルス幅変調するように構成してもよい。
この場合には、パルス幅変調器２１を省略し、第
２の加算器１８の加算出力１８ａを直接前記透遮
駆動信号形成回路３２に入力する。

次に、本発明の第２実施例を第６図に示す。な
お、第４図の要素と同一要素には同一符号を用い
る。第６図は内視鏡４の先端部を示し、ライトガ
イドフアイバ束２３の出射端面前方に例えば液晶
シヤツタ等の遮光手段８を設けたものである。こ
の遮光手段８も同様に第４図で説明した受光制御
手段２０を構成する透遮駆動部２２からの透遮駆
動部２２ａで遮光および透過されるようになつて
いる。

このような実施例によれば、固体撮像デバイス
２の転送期間T_Rにライトガイドフアイバ束２３
の照明光を遮断し、遮光駆動信号２２ａのパルス
幅によつて透光期間を制御できるので、ブルーミ
ングを回避し、かつ転送期間T_R中の信号電荷に
被検体からの反射光による偽信号が蓄積されると
いうことがない。

こうして、本発明は固体撮像デバイス２の受光
時間を制御することができる。なお、遮光手段８
の位置は、ライトガイドフアイバ束２３の入射端
側に設けるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、照明光の
切り換え時間を転送期間に対応して設定し、この
転送期間中は受光を停止するとともに、蓄積期間
中の受光時間を固体撮像デバイスで得られる画像
信号の出力レベルに応じて制御できるので、照明
光の切り換り時の混色およびスミアリングを防止
でき、ブルーミング現象が起きないという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は駆動パルスを示す波形図、第２図は従
来の入射光量に応じて蓄積期間および１フレーム
期間を変化させた場合の駆動パルスを示す波形
図、第３図はライン転送形固体撮像デバイスを示
す説明図、第４図は本発明の第１実施例に係る撮
像用自動調光装置を示す構成図、第５図は第４図
の動作を説明するための動作波形図、第６図は本
発明の第２実施例に係る撮像用自動調光装置の先
端部を示す構成図である。 ２……固体撮像デバイス、４……内視鏡、８…
…遮光手段、１５……検出手段、１６，１８……
加算器、１７……積分器、１９……色補正回路、
２０……受光制御手段、２１……パルス幅変調回
路、２２……遮光駆動部、２３……ライトガイド
フアイバ束、２５……ストロボランプ、２８……
回転フイルタ、３２……透遮駆動信号形成回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生体内または機械装置の空洞内を撮像する固
   体撮像デバイスと、この固体撮像デバイスに電荷
   蓄積および転送を行なわせる駆動パルスを供給す
   る駆動手段と、光源からの照明光を各３原色の波
   長の光に順次切り換える時間が前記固体撮像デバ
   イスの転送期間に対応して設定され、この３原色
   光で被検体を順次照明するようにした照明手段
   と、前記照明光を前記固体撮像デバイスの感光面
   に対して遮光する遮光手段と、前記固体撮像デバ
   イスで得られる画像信号の出力レベルを検出する
   検出手段と、この検出手段の出力に応じて前記遮
   光手段の遮光および透光期間を制御するとともに
   少なくとも前記転送期間中は前記遮光手段を遮光
   状態とする受光制御手段とを具備したことを特徴
   とする撮像用自動調光装置。 ２ 前記検出手段は、前記画像信号の３原色に対
   応して色補正する色補正電圧と、該画像信号の出
   力レベルとの加算出力で前記受光制御手段を制御
   するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の撮像用自動調光装置。 ３ 前記遮光手段は液晶シヤツタを用いたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項および第２項の
   うちいずれか１項に記載の撮像用自動調光装置。 ４ 前記遮光手段はライトガイドフアイバ束の出
   射端側または入射端側あるいは前記固体撮像デバ
   イスの前方に配設したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の撮
   像用自動調光装置。 ５ 前記受光制御手段は、固体撮像デバイスに蓄
   積を行なわせる蓄積パルスを前記検出手段からの
   出力でパルス幅変調し、この変調されたパルスで
   前記遮光手段を制御するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   かに記載の撮像用自動調光装置。 ６ 前記受光制御手段は、垂直同期パルスから前
   記遮光手段を制御するパルスを形成するようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第４項のいずれかに記載の撮像用自動調光装置。