JPH06268898A - 固体撮像素子を用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動きがある場合には、その動きの程度に応じ
た木目細かな制御を行うことにより、解像度の低下を良
好に防止し、高画質の画像を得るようにする。 【構成】 動きのある状態を、異なる検出パルスを用い
て高速、中速、低速というように段階的に検出する動き
検出回路３１を設け、電子シャッタ駆動回路３０は上記
動きの程度に応じてＣＣＤ２０の電荷蓄積時間が短くな
るように制御する。これにより、動きがある場合の解像
度を向上させる。この際には、動きの程度に応じて、光
源電源部１３の電圧を増減するようにし、光量（電荷）
不足によるＳ／Ｎ比の劣化を改善する。

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撮
像装置、特に電子内視鏡、各種カメラ等に適用される撮
像装置の電子シャッタ制御の内容に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、イメージセンサとしての固体
撮像素子、即ちＣＣＤ（Charge Coupled Device ）を用
いた電子内視鏡や狭所観察用テレビカメラ等の各種カメ
ラが周知であり、これらの撮像装置では、ＣＣＤで得ら
れたカラー画像信号を処理してモニタ等に画像表示する
ことが行われる。この撮像処理方法としては、同時式、
点順次式、面順次式があり、同時式の場合は、例えばビ
ームスプリッタ等を用いてＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）の各光を分離し、３個のＣＣＤによってＲＧＢの
画像信号を同時に得るものであり、点順次式の場合は、
例えば所定色がモザイク状に配列された色フィルタがＣ
ＣＤに形成され、このＣＣＤで所定色の画像信号を同時
に得るものである。また、面順次式の場合は、順次照射
されるＲＧＢ光に基づいて、１つのＣＣＤでＲＧＢの画
像信号を順に得るものであり、この面順次式は１個のＣ
ＣＤでコンパクトに収納できることから、挿入先端部の
細径化が必要な電子内視鏡装置等に適している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ＣＣＤを用いた撮像装置では、被写体に動きがあったと
きは、残像効果によって解像度が低下するという問題が
あった。即ち、ＣＣＤでは画素毎に光電変換された電荷
を所定期間だけ蓄積し、この蓄積電荷を画像信号として
取り出すようになっており、被写体に動きがあるときに
は、蓄積期間中に画像信号が変化することがあり、この
場合には解像度が劣化する。特に、上記面順次式の撮像
装置においては、ＲＧＢ画像信号を順次形成することと
なるから、他の撮像方式に比べて動きによる影響が大き
くなる。

【０００４】上記の場合、この解像度の劣化は被写体の
動きが速ければ速い程、大きくなるので、被写体の動き
の大きさに応じて木目細かな制御をすれば、解像度の劣
化を更に良好に解消することが可能となる。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、動きがある場合には、その動きの
程度に応じた木目細かな制御を行うことにより、解像度
の低下を良好に防止し、高画質の画像を得ることができ
る固体撮像素子を用いた撮像装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１請求項記載の発明は、固体撮像素子に蓄積され
る電荷量を制御する電子シャッタ機能が設けられた固体
撮像素子を用いた撮像装置において、上記固体撮像素子
で得られる画像信号に基づいて被写体の動き状態を検出
すると同時に、複数の検出信号により動きの程度を検出
する動き検出回路と、この動き検出回路により動き状態
が検出されたときはその動きの程度に応じて固体撮像素
子の電荷蓄積時間を変えるように駆動する電子シャッタ
駆動回路と、を設けたことを特徴とする。また、第２請
求項記載の発明は、光源装置を有する電子内視鏡装置に
おいては、上記光源装置により、上記動き検出回路の出
力に基づき、動きの程度に応じて光源の出力光量を変化
させるように制御することを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記の構成によれば、動き検出回路では例えば
３つの検出部にＲＧＢ信号中のＧ信号が供給される。こ
の各検出部では、高速、中速、低速の動きを検出する検
出パルスによって所定フィールド間のＧ信号が抽出さ
れ、このＧ信号同士を比較することによって、動き状態
及びその程度が検出される。そして、高速、中速、低速
の動き状態が検出されると、この動き状態の検出信号は
電子シャッタ駆動回路へ供給される。この電子シャッタ
駆動回路では、動きの程度に応じて例えば掃出しパルス
のタイミングが変えられることになり、ＣＣＤでは動き
が高速になる程、電荷の蓄積時間が短くなるように制御
される。即ち、動きがある場合は、動きの程度に応じて
電子シャッタ速度が切り換えられることになり、この結
果動きの影響が低減される。

【０００８】また、上記動き状態を検出した際には、動
きの程度に応じて光源装置では光源ランプの発光量を高
くしたり、絞りを広げたりすることにより、光源出力光
量を変化させることが好ましい。即ち、上記電荷蓄積時
間の短縮によって、画像信号のＳ／Ｎ比が低下すること
になるが、このＳ／Ｎ比の低下は光源出力を高めること
によって改善される。

【０００９】

【実施例】図１には、実施例に係る固体撮像素子を用い
た撮像装置の構成が示されており、この実施例は面順次
式の電子内視鏡装置である。図１において、電子内視鏡
装置では光源装置１０が設けられ、またスコープである
電子内視鏡１１の先端部までライトガイド１２が配設さ
れている。この光源装置１０内には、光源電源部１３、
ランプ１４、絞り１５、絞り駆動回路（ＡＬＣ回路を構
成する）１６が設けられ、更にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）のカラーディスク１７が設けられており、面順次
式の装置ではこのカラーディスク１７を所定速度で回転
させることにより、ＲＧＢの各色光を被観察体内へ順次
供給することができる。

【００１０】一方、電子内視鏡１１の先端部に配置され
たレンズ系１９の後方にＣＣＤ２０が配置され、このＣ
ＣＤ２０には、増幅器２１を介してプロセッサ装置２２
内の信号処理回路２３が接続されており、この信号処理
回路２３によりホワイトバランス、ガンマ補正等の画像
処理が行われる。このプロセッサ装置２２内には、Ａ／
Ｄ変換器２４を介してＧ用メモリ２５Ａ，Ｒ用メモリ２
５Ｂ，Ｂ用メモリ２５Ｃが設けられ、このメモリ２５
Ａ，２５Ｂ，２５ＣにＤ／Ａ変換器２６Ａ〜２６Ｃが接
続されており、このＤ／Ａ変換器２６Ａ〜２６Ｃの出力
がモニタ２８側へ供給される。

【００１１】そして、上記ＣＣＤ２０に対し電子シャッ
タ駆動回路３０が設けられると共に、上記Ａ／Ｄ変換器
２４からの出力を入力するように、動き検出回路３１が
接続されており、この動き検出回路３１の検出信号が電
子シャッタ駆動装置３０へ供給される。この動き検出回
路３１は、実施例では３つの検出パルスにて速い動き
（高速）状態、中程度の動き（中速）状態、遅い動き
（低速）状態を検出する３つの検出部を有している。そ
して、この動き検出は、所定のフィールド間のＧ信号の
レベル（平均値等）を比較することによって行われ、動
き状態である場合にそのことを示す信号が電子シャッタ
駆動回路３０へ供給される。なお、プロセッサ装置２２
内には、同期回路３２が設けられ、この同期信号は動き
検出回路３１へ入力されると共に、図示していないが各
回路にも供給されている。

【００１２】図２には、上記動き検出回路３１及び電子
シャッタ駆動回路３０が具体的に示されており、図示さ
れるように、動き検出回路３１では高速の動きを検出す
る検出部３１Ａ、中速の動きを検出する検出部３１Ｂ、
低速の動きを検出する検出部３１Ｃが設けられる。図３
には、動き検出動作で用いられる検出パルスの一例が示
されており、図３（Ｂ）〜（Ｅ）の検出パルス（サンプ
リングパルス）Ｆ1 〜Ｆ4 等を用いることができるが、
例えば検出パルスＦ1 を高速検出部３１Ａに、検出パル
スＦ2 を中速検出部３１Ｂに、検出パルスＦ3 を低速検
出部３１Ｃに使用することができる。

【００１３】また、電子シャッタ駆動回路３０内には、
シャッタ速度を変換するための制御パルスである掃出し
パルス、読出しパルスを形成するシャッタ速度変換回路
３４及び切換え器３５が設けられている。このシャッタ
速度変換回路３４は、上記高速検出部３１Ａにて高速の
動きが検出された場合は、シャッタ速度が１／１０００
秒となる制御パルスを出力し、中速検出部３１Ｂにて中
速の動きが検出された場合はシャッタ速度が１／２５０
秒となる制御パルスを出力し、低速検出部３１Ｃにて低
速の動きが検出された場合はシャッタ速度が１／６０秒
となる制御パルスを出力する。そして、切換え器３５は
動き検出回路３１からの検出信号により上記シャッタ速
度を切換えることになるが、複数の検出部３１Ａ〜３１
Ｃで動き状態が検出されることがあるので、高速→中速
→低速の優先順位を設けており、高い速度の方が優先的
に選択される。

【００１４】更に、上記動き検出回路３１の検出信号は
上記光源装置１０内の光源電源部１３へ供給されてお
り、この光源電源部１３では動き状態に応じて光源出力
を変えるようにしている。即ち、動き状態のときは電荷
蓄積時間の短縮によりＳ／Ｎ比が多少悪くなるので、高
速、中速、低速の動き検出信号を光源電源部１３へ供給
し、電子シャッタ制御による画像信号のレベル変化分を
補償するようにランプ１４の電源電圧を変化させて高く
している。なお、上記絞り駆動回路１６は、アンプ２１
からの出力により光量（明るさ）制御（ＡＬＣ）を行っ
ている。

【００１５】実施例は以上の構成からなり、その作用を
図３及び図４を参照しながら説明する。図１の光源装置
１０では、絞り１５によって制御されたランプ１４から
の光に基づき、カラーディスク１７の回転によりＲ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）光がライトガイド１２を介
して被観察体内へ照射される。一方、この被観察体内の
像光はレンズ系１９を介してＣＣＤ２０へ供給され、こ
のＣＣＤ２０では電子シャッタ駆動回路３０の駆動制御
により、同期回路３２から出力された例えば１／６０秒
の周期の垂直同期（ＶＤ）パルス毎に１フィールドの画
像情報が得られる。そして、この画像信号は増幅器２
１、信号処理回路２３で所定の処理が行われた後に、Ａ
／Ｄ変換器２４へ供給されると共に、動き検出回路３１
へ入力される。

【００１６】この動き検出回路３１では、図３（Ａ）の
Ｇ信号が選択され、このＧ信号が各検出部３１Ａ〜３１
Ｃへ供給されて動き状態が検出される。即ち、検出部３
１Ａでは図３（Ｂ）の検出パルスＦ1 、検出部３１Ｂで
は図３（Ｃ）の検出パルスＦ2 、検出部３１Ｃでは図３
（Ｄ）の検出パルスＦ3 によって、上記図３（Ａ）のＧ
信号から所定周期毎のＧ信号が抽出され、このＧ信号間
でレベル（平均値等）が互に比較される。そして、比較
したＧ信号に所定の変化があれば、動き状態と判断さ
れ、この動き状態の信号が電子シャッタ駆動回路３０内
へ供給される。この場合、複数の速さの動き状態が検出
された場合は、速い方の動き状態が選択されることにな
る。上記電子シャッタ駆動回路３０内では、図２に示さ
れるように、例えば高速の動き状態が検出されると、切
換え器３５はシャッタ速度が１／１０００秒となる掃出
しパルス及び読出しパルスを選択することになり、この
掃出しパルス及び読出しパルスがＣＣＤ２０へ供給され
る。

【００１７】図４には、ＣＣＤ２０の制御動作が示され
ており、動きがない状態では図４（Ａ）の垂直同期（Ｖ
Ｄ）パルス毎に、図４（Ｂ）に示される掃出しパルスＰ
a1、読出しパルスＰb がＣＣＤ２０へ供給される。従っ
て、図４（Ｃ）に示されるように、掃出しパルスＰa1に
て一旦蓄積された電荷は掃き出され、その後蓄積された
蓄積電荷Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …が読出しパルスＰb にて画
素信号として読み出される。一方、低速の動き状態と判
定されたときは、図４（Ｄ）に示される掃出しパルスＰ
a2、読出しパルスＰb が出力されることになり、これに
よれば、図４（Ｅ）に示されるように、掃出しパルスＰ
a2で掃き出された後に、蓄積された電荷Ｃ11，Ｃ12，Ｃ
13…が読み出される。

【００１８】また、中速の動き状態と判定されたとき
は、図４（Ｆ）に示される掃出しパルスＰa3、読出しパ
ルスＰb が出力され、図４（Ｇ）に示されるように、蓄
積された電荷Ｃ21，Ｃ22，Ｃ23…が読み出される。高速
の動き状態と判定されたときは、図４（Ｈ）に示される
掃出しパルスＰa4、読出しパルスＰb が出力され、図４
（Ｉ）に示されるように、蓄積された電荷Ｃ31，Ｃ32，
Ｃ33…が読み出されることになる。従って、動きのない
ときと比較すると、動きの程度に応じた短い時間で画素
信号電荷が読み出されることになり、動きの影響を程度
に応じて低減することが可能となる。

【００１９】また、上記の動作中においては、動き検出
回路３１から高速、中速、低速の動き状態が光源電源部
１３へ供給されており、この光源電源部１３によって動
きが速くなればなる程、ランプ１４の光量が増加するよ
うに制御される。従って、電子シャッタ制御による画像
信号のレベル変化分が補償され、Ｓ／Ｎ比の劣化を改善
することが可能となる。

【００２０】そうして、上記増幅器２１の出力は画像信
号処理回路２３で所定の処理が実行され、処理が終了し
た画像信号は一旦各メモリ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃへ格
納される。従って、メモリ２５内の画像信号が所定の速
度で読み出されると、被写体の画像（映像）がモニタ２
８に表示される。この際には、上述のように動きの程度
に相応して、蓄積時間を短くするようにしたので、高画
質の画像が得られることになる。

【００２１】上記実施例では、面順次式の撮像装置につ
いて説明したが、３つのＣＣＤを用いた同時式の装置、
一つのＣＣＤを用いた点順次式の装置にも、同様にして
適用することができる。また、上記実施例では、動き検
出回路３１がＧ（緑）信号に基づいて動きの程度を検出
をする例を示したが、これは他の信号でもよく、色差信
号と輝度信号を形成する場合は、輝度信号に基づいて検
出することができる。

【００２２】更に、動き検出回路３１では、３段階の速
度について検出するようにしたが、多くの段階の速度に
ついて検出するようにしてもよく、これは段階に応じた
検出パルス（図３）を用いることによって達成できる。
また、実施例の光源装置では、動きの状態に応じて光源
電源を変化さたが、絞り駆動回路１６により絞り１５を
変化させるようにしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
動きのある状態を高速、中速、低速というように段階的
に検出し、この動きの程度に応じて電子シャッタ駆動回
路により固体撮像素子の電荷蓄積時間が短くなるように
したので、解像度の低下をその動きの程度に応じて木目
細に防止することができ、高画質の画像を得ることが可
能となる。

【００２４】また、動きの程度に応じて、光源出力を増
加させるように制御したので、光量（電荷）不足による
Ｓ／Ｎ比の劣化が改善され、高画質の映像（画像）を映
し出すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る固体撮像素子を用いた撮
像装置の構成を示すブロック図である。

【図２】実施例の動き検出回路及び電子シャッタ駆動回
路の具体的な回路を示すブロック図である。

【図３】実施例の動き検出回路で用いられる検出パルス
を示す波形図である。

【図４】実施例の電子シャッタ動作を示す波形図であ
る。

【符号の説明】

１３ … 光源電源部、 ２０ … ＣＣＤ、 ２３ … 信号処理回路、 ３０ … 電子シャッタ駆動回路、 ３１（Ａ，Ｂ，Ｃ） … 動き検出回路、 ３４ … シャッタ速度変換回路、 ３５ … 切換え器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子に蓄積される電荷量を制御
   する電子シャッタ機能が設けられた固体撮像素子を用い
   た撮像装置において、上記固体撮像素子で得られる画像
   信号に基づいて被写体の動き状態を検出すると同時に、
   複数の検出信号により動きの程度を検出する動き検出回
   路と、この動き検出回路により動き状態が検出されたと
   きはその動きの程度に応じて固体撮像素子の電荷蓄積時
   間を変えるように駆動する電子シャッタ駆動回路と、を
   設けたことを特徴とする固体撮像素子を用いた撮像装
   置。
2. 【請求項２】 光源装置を有する電子内視鏡装置におい
   ては、上記動き検出回路の出力に基づき、動きの程度に
   応じて光源の出力光量を変化させるように制御すること
   を特徴とする上記第１請求項記載の固体撮像素子を用い
   た撮像装置。