JPH05252451A

JPH05252451A - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JPH05252451A
Application number: JP4048607A
Authority: JP
Inventors: Seiji Matsumoto; 征二松本
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】固体撮像素子のＯＦＤ電極にパルス幅が調整さ
れたＯＦＤパルスを印加し、固体撮像素子での有効電荷
蓄積時間を制御し、これにより固体撮像素子の感度を調
整し、固体撮像素子の出力レベルを一定に保つことがで
きるようにする。【構成】内視鏡先端部から照明光を被写体に照射し、該
被写体からの反射像を内視鏡先端部に配設した固体撮像
素子２０で受光し、該固体撮像素子２０の出力信号を信
号処理してモニタＴＶに出力する電子内視鏡装置であっ
て、前記固体撮像素子２０は所定レベル以上のＯＦＤ電
圧がＯＦＤ電極に印加されると、蓄積電荷をドレイン放
出する電子内視鏡装置において、前記固体撮像素子２０
における全電荷蓄積時間中に、前記所定レベル以上の電
圧を有する、パルス幅が制御されたＯＦＤパルスをＯＦ
Ｄ電極に印加し、固体撮像素子２０での有効電荷蓄積時
間を制御するようにしている。尚、前記ＯＦＤパルスの
パルス幅は、予め設定器２６Ａによって設定可能に、ま
たは固体撮像素子２０の出力信号レベルに応じて自動的
に制御できるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子を用いた電
子内視鏡装置に係り、特に照明光の照射下において被写
体の撮像を行う電子内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療用や工業用として用いられる電子内
視鏡は、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、プロセッサに内蔵もしくは独立した照明装置から
被写体に向けて照明光を照射し、当該被写体からの反射
像をＣＣＤ等の固体撮像素子によって光電変換し、この
光電変換した信号をプロセッサに伝送し、該プロセッサ
において信号処理を行った上でモニタ装置にカラー表示
するようにしている。

【０００３】ここで、内視鏡本体の挿入部の細径化を図
るために、通常は１枚の固体撮像素子を用いてカラー映
像信号を得るようにしている。このカラー映像信号を得
る方式には、所謂同時方式と面順次方式とがある。同時
方式は、固体撮像素子の受光部上に、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）及び青（Ｂ）の各波長光を通過させるカラーフィ
ルタアレイを市松模様に配置し、この固体撮像素子を露
光して受光部の各画素に蓄積されたＲ，Ｇ，Ｂの蓄積電
荷を読み出したのち、信号処理してカラー映像信号を作
成する方式であり、面順次方式は、照明ランプからの照
明光を回転カラーフィルタを介してＲ，Ｇ，Ｂの各色波
長領域光による照明を順次繰り返し行い、一方、固体撮
像素子において各色の照明毎に電荷の蓄積及び転送を繰
り返すことにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色画像信号をそれぞ
れフィールド毎に形成し、これらの各色画像信号をＲ，
Ｇ，Ｂのフィールドメモリを介して同時式信号に変換す
ることによりカラー映像信号を作成する方式である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記同時方
式、面順次方式を問わず、固体撮像素子を駆動して被写
体の映像を撮影する際に、鮮明で高画質の映像を得るに
は、被写体を適切な照明光量で照明しなければならな
い。然るに、照明窓及び観察窓が設けられた内視鏡本体
の挿入部先端と被写体との位置関係や、被写体の反射率
等によっては適正な照明光量は一定ではない。例えば、
被写体が遠い位置にある場合には、この被写体からの反
射光量が少なくなるので、固体撮像素子の受光光量も少
なくなり、モニタ画面が暗くなる。これに対し、被写体
が近い位置にある場合には、固体撮像素子の受光光量が
大き過ぎて固体撮像素子がすぐに飽和してしまい、所謂
白つぶれ現象が生じ、モニタ画像の白部分の詳細情報が
欠落し、やはり画質が悪化する。

【０００５】そこで、従来は、被写体の位置や該被写体
の光の反射率等に応じて照明ランプから照射する照明光
量を調整する機構が設けられており、これにより被写体
からの反射光量の変化に伴う固体撮像素子の受光量の変
化を調整している。この照明光量を調整する機構は、照
明光を機械的に制御する絞りと、この絞りを駆動するた
め絞り駆動機構と、この絞り駆動機構を制御する制御回
路とからなり、制御回路は固体撮像素子の出力信号を検
波してその中の輝度情報を取り出し、この輝度情報が所
定の基準レベルになるように絞り駆動機構を制御し、こ
れにより固体撮像素子の出力レベルがほぼ一定になるよ
うに照明光量を調整している。

【０００６】ところで、キセノンランプ等の照明ランプ
は、経時的に光量が低下していくことが知られており、
光量が低下したときには、前記絞りを開放しても暗い画
面となってしまう。そのため、高価なランプを少しでも
長く使用し、患部も鮮明に観察したいという潜在的要求
があったが、２００時間程度毎にランプ交換をしなくて
はならなかった。

【０００７】また、観察対象とする被写体によっては、
Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長光の反射率が異なる。例えば、人体
等の体内に挿入されて体内の診断、観察を行うために用
いられる医療用の内視鏡にあっては、赤色波長成分の光
の被写体からの反射率が極めて高く、緑色及び青色の波
長成分は被写体側で吸収されるので、赤色の反射光量が
他の波長光の反射光量に比較して著しく大きくなり、固
体撮像素子の受光量に著しい差異が生じる。また、工業
用の内視鏡にあっても、観察対象となる被写体の表面状
態等によってはＲ，Ｇ，Ｂの波長光の反射率が大きく変
わるものもある。

【０００８】このため、固体撮像素子において形成され
るＲ，Ｇ，Ｂの各色画像信号のうち、特定の信号レベル
が高くなり過ぎて飽和電圧までの幅が少なくなるため
に、ダイナミックレンジが小さくなり、また白つぶれ現
象やブルーミング、スミア等が発生するおそれが高くな
る。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、
固体撮像素子の感度を調整することができ、固体撮像素
子の出力信号の輝度レベルを一定に保つことができる電
子内視鏡装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、内視鏡先端部から照明光を被写体に照射
し、該被写体からの反射像を内視鏡先端部に配設した固
体撮像素子で受光し、該固体撮像素子の出力信号を信号
処理してモニタＴＶに出力する電子内視鏡装置であっ
て、前記固体撮像素子は所定レベル以上のＯＦＤ電圧が
ＯＦＤ電極に印加されると、蓄積電荷をドレイン放出す
る電子内視鏡装置において、前記固体撮像素子の感度を
マニュアル設定するための設定手段と、前記設定手段で
設定した感度に対応するパルス幅を有するとともに前記
所定レベル以上の電圧を有するＯＦＤパルスを発生する
手段と、前記ＯＦＤパルスを垂直同期信号に同期して前
記固体撮像素子のＯＦＤ電極に出力する手段と、を備え
たことを特徴としている。

【００１０】また、前記マニュアル設定手段の代わり
に、前記固体撮像素子の出力信号レベルを検出する検出
手段を設け、前記ＯＦＤパルスのパルス幅をこの検出手
段で検出された出力信号レベルに対応して制御すること
を特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明は、固体撮像素子のオーバーフロー・ド
レイン（以下、ＯＦＤという）電極に印加するＯＦＤ電
圧が所定レベル以上になると、蓄積電荷をドレイン放出
して、殆ど電荷蓄積されない固体撮像素子があることに
着目し、この固体撮像素子における全電荷蓄積時間中
に、前記所定レベル以上の電圧を有する、パルス幅が制
御されたＯＦＤパルスをＯＦＤ電極に印加し、固体撮像
素子での有効電荷蓄積時間を変化させるようにしてい
る。前記ＯＦＤパルスのパルス幅は、予め設定可能に、
または固体撮像素子の出力信号レベルに応じて自動的に
制御できるようになっている。これにより、固体撮像素
子の感度を調整することができる。

【００１２】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る電子内視
鏡装置の好ましい実施例を詳述する。先ず、本発明を原
理的に説明する。一般に、固体撮像素子は電荷蓄積時間
内に受光部に入射する光を電荷蓄積するが、固体撮像素
子にはＯＦＤ電極を持っているものがあり、このＯＦＤ
電極に印加する電圧を或る規定以上にすると、蓄積電荷
をドレインに放出し、殆ど出力が出なくなる固体撮像素
子がある。

【００１３】図２はこのような固体撮像素子のＯＦＤ電
圧−感度特性の一例を示すグラフであり、ＯＦＤ電圧が
上がるにつれて或る電圧から急傾斜で感度が低下し、電
圧Ｖ _t以上では殆ど０近くまで低下していることを示し
ている。このような固体撮像素子を使用してそのＯＦＤ
電極に、所定レベルＶ_t以上の電圧を有する、パルス幅
が制御されたＯＦＤパルスを印加し、固体撮像素子での
有効電荷蓄積時間を変化させることにより、被写体の状
態に応じた固体撮像素子の感度制御を行い、被写体の暗
い所では感度を上げ、明るい所では感度を下げて使うこ
とにより、画像の暗さを軽減して体腔内患部のより鮮明
な観察を可能にしている。

【００１４】図１は本発明に係る電子内視鏡装置の第１
実施例を示すブロック図であり、同時方式に関して示し
ている。同図において、１０は白色発光する照明ランプ
（例えば、キセノンランプ）、１４はライトガイドを示
している。この照明ランプ１０から発せられた照明光
は、集光レンズ１１、絞り１２を介してライトガイド１
４の入射端１４Ａに入射し、ライトガイド１４により伝
送されて、その出射端１４Ｂから照明用レンズ１６を介
して被写体に向けて照射される。

【００１５】このようにして照明された被写体からの反
射像は、対物レンズ１８を介して固体撮像素子（以下、
ＣＣＤという）２０の受光面に結像される。ＣＣＤ２０
は、前述した図２のグラフに示すようなＯＦＤ電圧−感
度特性を有するもので、ＣＣＤ駆動信号を出力するＣＣ
Ｄ駆動回路２２により駆動され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色画像信
号を映像信号処理回路２４に出力するとともに、ＣＣＤ
感度制御回路２６からＣＣＤ駆動回路２２を介してＯＦ
Ｄ電極に印加されるＯＦＤパルスによって感度が制御さ
れる。尚、タイミングパルス発生器２８は同期信号発生
器３０から加えれる同期信号に同期して前記ＣＣＤ駆動
回路２２にタイミングパルスを加えるとともに、ＣＣＤ
感度制御回路２６に同期信号を加える。尚、ＣＣＤ感度
制御回路２６の詳細については後述する。

【００１６】ＣＣＤ２０から出力される各色画像信号は
映像信号処理回路２４によって信号処理されたのち、エ
ンコーダ２５を介して演算合成され、カラー映像信号と
して図示しないモニタ装置に出力される。また、映像信
号処理回路２４は信号処理した映像信号を自動絞り制御
回路３２に出力する。自動絞り制御回路３２は、映像信
号処理回路２４から入力する映像信号を検波してその中
の輝度情報を取り出し、この輝度情報が予め設定された
所定の基準レベルになるように絞り１２を制御する。

【００１７】次に、ＣＣＤ感度制御回路２６について説
明する。このＣＣＤ感度制御回路２６は、設定器２６
Ａ、パルス幅変換回路２６Ｂ及び増幅回路２６Ｃから構
成されている。設定器２６Ａは例えば電圧設定ボリュー
ムであり、ＣＣＤ２０の感度が所望の感度になるように
予めマニュアル操作に応じた電圧信号をパルス幅変換回
路２６Ｂに出力する。

【００１８】パルス幅変換回路２６Ｂは前記設定器２６
Ａから入力する電圧信号に対応したパルス幅を有するパ
ルス信号を垂直同期信号に同期して出力するもので、例
えば図３に示すように同期信号発生器３０から入力する
同期信号に同期した比較信号Ａと、入力する電圧信号Ｂ
とを比較することにより、その入力信号レベルに対応し
たパルス幅のパルス信号Ｃを増幅回路２６Ｃに出力す
る。

【００１９】増幅回路２６Ｃはパルス幅変換回路２６Ｂ
から入力するパルス信号を、図２に示すように基準電圧
Ｖ_Bが１０Ｖ、ピーク電圧Ｖ_tが１５Ｖになるように増
幅し、これをＯＦＤパルスとしてＣＣＤ駆動回路２２を
介してＣＣＤ２０のＯＦＤ電極に印加する。これによ
り、ＣＣＤ２０での有効電荷蓄積時間がＯＦＤパルスの
パルス幅に応じて制御され、ＣＣＤ２０の感度が設定さ
れる。

【００２０】即ち、図４に示すように照明がオンの期間
中をＣＣＤ２０が蓄積可能な全電荷蓄積時間（ｔ_s＋ｔ
_d）とすると、ＯＦＤパルスのパルス幅ｔ_sが電荷放出
時間（無効電荷蓄積時間）となり、残りの時間ｔ_dが有
効電荷蓄積時間となる。従って、上述したようにＯＦＤ
パルスのパルス幅ｔ_sを可変にすることにより、１フィ
ールド内の有効電荷蓄積時間ｔ_dを任意に制御すること
ができ、その結果、ＣＣＤ２０の感度を任意に設定する
ことができる。

【００２１】なお、面順次式の場合には、図１における
設定器２６Ａ内を各色、すなわちＲ、Ｇ、Ｂ色毎の設定
器に分け、それぞれのＲ、Ｇ、Ｂ色毎に切換えることに
よって、Ｒ、Ｇ、Ｂ色毎の有効電荷蓄積時間を個別に設
定することができるものである。図５は本発明に係る電
子内視鏡装置の第２実施例を示すブロック図である。
尚、図１に示した第１実施例と共通する部分には同一の
符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００２２】同図に示すように、この電子内視鏡装置
は、ＯＦＤパルスのパルス幅を映像信号のレベルに対応
して自動的に制御できるように構成されている。即ち、
ＣＣＤ感度制御回路３４には第１実施例の設定器２６Ａ
の代わりに検波回路３４Ａが設けられている。この検波
回路３４Ａには映像信号処理回路２４から映像信号が加
えられており、検波回路３４Ａは入力する映像信号を積
分して直流レベルに変換し、これをパルス幅変換回路２
６Ｂに出力する。パルス幅変換回路２６Ｂは図３に示し
たように入力信号レベルが低い程、パルス幅が小さく、
入力信号レベルが高い程、パルス幅が大きいパルス信号
に変換する。

【００２３】これにより、ＣＣＤ２０から出力される映
像レベルが小さい程、ＣＣＤ２０での有効電荷蓄積時間
は長くなり、映像レベルが大きい程、ＣＣＤ２０での有
効電荷蓄積時間は短くなる。尚、第２実施例の場合に
は、電荷蓄積時間を制御する電子シャッターと同様な動
作をさせることができるため、絞り１２、自動絞り制御
回路３２を省略することができる。また、本実施例では
同時方式に関して説明したが、本発明は面順次方式の電
子内視鏡装置にも適用できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電子内
視鏡装置によれば、所定レベル以上の電圧を有する、パ
ルス幅が制御されたＯＦＤパルスをＯＦＤ電極に印加す
ることにより、固体撮像素子での有効電荷蓄積時間を任
意に制御することができ、固体撮像素子の感度を任意に
調整することができる。また、ＯＦＤパルスのパルス幅
を固体撮像素子の出力信号レベルに応じて制御すること
により、被写体の照明状態にかかわらず固体撮像素子の
出力信号の輝度レベルを一定に保つことができ、機械的
な絞り制御機構を省略することができる。更に、ＯＦＤ
パルスの基準電圧を比較的低い値に設定し、固体撮像素
子を高感度で使用しても白つぶれ現象等の画質劣化を防
止することができ、これにより体腔内をより鮮明に観察
できるようになり、また経時的に照度が低下する照明ラ
ンプを従来よりも長く使用することができるという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る電子内視鏡装置の第１実施
例を示すブロック図である。

【図２】図２は本発明に適用するＣＣＤのＯＦＤ電圧−
感度特性の一例を示すグラフである。

【図３】図３は図１に示したパルス幅変換回路を説明す
るために用いた信号波形図である。

【図４】図４はＯＦＤパルスと有効電荷蓄積時間との関
係を説明するために用いたタイミングチャートである。

【図５】図５は本発明に係る電子内視鏡装置の第２実施
例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０…照明ランプ２０…固体撮像素子（ＣＣＤ）２２…ＣＣＤ駆動回路２４…映像信号処理回路２６、３４…ＣＣＤ感度制御回路２６Ａ…設定器２６Ｂ…パルス幅変換回路２６Ｃ…増幅回路２８…タイミングパルス発生器３４Ａ…検波回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内視鏡先端部から照明光を被写体に照射
し、該被写体からの反射像を内視鏡先端部に配設した固
体撮像素子で受光し、該固体撮像素子の出力信号を信号
処理してモニタＴＶに出力する電子内視鏡装置であっ
て、前記固体撮像素子は所定レベル以上のＯＦＤ電圧が
ＯＦＤ電極に印加されると、蓄積電荷をドレイン放出す
る電子内視鏡装置において、前記固体撮像素子の感度をマニュアル設定するための設
定手段と、前記設定手段で設定した感度に対応するパルス幅を有す
るとともに前記所定レベル以上の電圧を有するＯＦＤパ
ルスを発生する手段と、前記ＯＦＤパルスを垂直同期信号に同期して前記固体撮
像素子のＯＦＤ電極に出力する手段と、を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】内視鏡先端部から照明光を被写体に照射
し、該被写体からの反射像を内視鏡先端部に配設した固
体撮像素子で受光し、該固体撮像素子の出力信号を信号
処理してモニタＴＶに出力する電子内視鏡装置であっ
て、前記固体撮像素子は所定レベル以上のＯＦＤ電圧が
ＯＦＤ電極に印加されると、蓄積電荷をドレイン放出す
る電子内視鏡装置において、前記固体撮像素子の出力信号レベルを検出する検出手段
と、前記検出手段で検出された出力信号レベルに対応するパ
ルス幅を有するとともに前記所定レベル以上の電圧を有
するＯＦＤパルスを発生する手段と、前記ＯＦＤパルスを垂直同期信号に同期して前記固体撮
像素子のＯＦＤ電極に出力する手段と、を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。