JPH0763447B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は固体撮像素子の画素間のばらつきとか画素欠陥
等の補正手段を設けた電子内視鏡装置に関する。

［従来の技術］ 近年、像伝送用のイメージガイドを用いることなく、CC
DとかSIT等の固体撮像素子を用いて撮像手段を形成した
電子内視鏡装置が実用化されている。

この固体撮像素子を用いた電子内視鏡装置によれば、画
像の記録とか画像処理等が容易であり、又、今後画素数
の拡大が期待されるため画像の解像度を向上させること
もできる等、種々の利点を有する。

上記固体撮像素子を用いた場合には、固体撮像素子の画
素間のばらつきとか画素欠陥を補正する必要があり、補
正ROMを一体化した固体撮像素子がある。

［発明が解決すべき問題点］ 上記補正ROMを一体化した固体撮像素子ではその外形が
大きくなってしまい、特に内視鏡（スコープ）のように
できるだけ小型のものが要求される用途においては挿入
部先端部の外径が太くなってしまい、挿入の際に患者に
大きな苦痛を強いるという欠点がある。

又、挿入部を備えたスコープ部が装着される手元側本体
部側に感度ばらつき補正用ROMとか画素欠陥補正用ROMを
設けた場合には、別のスコープ部を装着した場合、この
スコープ部に対応した補正装置に交換することが必要に
なり、操作上わずらわしいという欠点があった。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、補正
装置を交換する等のわずらわしい操作を必要としない電
子内視鏡装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決する手段及び作用］ 本発明では手元側本体部に対して装着可能なスコープ部
側に固体撮像素子の感度のばらつきを補正する回路と画
素欠陥を補正する回路と、暗電流のばらつきを補正する
回路との少なくとも１つの回路を設けることによって、
単にスコープ部を装着するのみで補正装置の交換を必要
としないで使用できるようにしてある。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の概略構成を示す構成図、第２図は補正
回路の具体的構成を示すブロック図、第３図は暗電流ば
らつき補正回路の動作説明図、第４図は感度ばらつき補
正回路の動作説明用の特性図、第５図は画素欠陥補正回
路の動作説明図である。

第１図に示すように第１実施例の電子内視鏡装置１は体
腔内等に挿入できるように細長に形成された部分を備え
たスコープ部（内視鏡部）２と、このスコープ部２の後
端側が着脱自在で装着できる本体部３とからなる。

上記本体部３内には、電源４によって点灯される光源ラ
ンプ５の照明光は、本体内のライトガイド６の出射端に
対向する位置に、ライトガイドコネクタ７を介してその
後端が装着されたスコープ部２側のライトガイド８に入
射される。しかして、ライトガイド８の先端面から出射
された照明光はレンズ９で拡散されて被写体11を照明す
る。

上記照明された被写体11は、スコープ部２の挿入部12先
端に設けた対物レンズ13によって固体撮像素子15の光電
変換面に結像される。この固体撮像素子15の光電変換出
力は、電気ケーブル16を介して操作部17内に設けられた
補正回路18に入力される。この補正回路18で固体撮像素
子15の各素子の感度のばらつき、画素欠陥、暗電流のば
らつき等の補正が行われ、電気コネクタ19を介してビデ
オプロセッサ21に入力される。このビデオプロセッサ21
によってNTSC方式の映像信号に変換され、映像信号出力
端22から出力されると共に、本体部３に設けたカラーモ
ニタ23によって被写体像がカラー表示される。

尚、上記操作部17には図示しない湾曲操作ノブが設けて
あり、ノブを回動することによって挿入部12の先端部側
に設けた湾曲部を湾曲できるようにしてある。

上記スコープ部２は、医師等が操作するものであり、小
型、軽量化が要求される。一方、本体部３側はスコープ
部２側程の小型、軽量化が要求されるものではない。と
ころで、体腔内を観察したり処置具で治療処置する場
合、用途に応じた内視鏡を用いることが望ましく、一般
には複数の内視鏡が使用される。この場合スコープ部２
側に比べて本体部３側は高価であり、一般的にはスコー
プ部２側を交換して使用する場合が多い。従って、第１
実施例のように、スコープ部２と本体部３とを着脱自在
にするシステムが広く採用される。

上記補正回路18で感度のばらつき等が補正される固体撮
像素子15は、原理的には複数個のフォトダイオードが２
次元状に配列されている。これらフォトダイオード上に
結像される光学像に対応した電荷像が形成され、これら
電荷が電圧に変換されて光電変換出力となる。特に内視
鏡用に使用されている撮像素子としては民生テレビ用の
ものに比較して数倍高い感度を有するものが要求され
る。これを実現するために１個単位のフォトダイオード
に電流増幅素子又は電圧増幅素子を一体構造にして感度
を大幅に向上させたものが用いられることがある。この
場合、フォトダイオード自体にも感度のばらつきが有す
るのに加え、増幅素子にも利得のばらつきがあり、感度
は向上するが別の問題が発生する、つまり感度ばらつき
は各素子間の出力電流のばらつきであり、これが固体パ
ターンノイズとして著しく画質を劣化させるため、補正
することが必要となる。第１実施例では、補正回路18を
第２図に示すような回路構成にして、各種のばらつき等
を補正している。

この補正回路18は、暗電流ばらつき補正回路31と、感度
ばらつき補正回路32と、画素欠陥補正回路33とからな
る。

固体撮像素子15の光電変換出力は混合器（加算器）34の
一方の入力端に印加され、この混合器34の出力は次段の
感度ばらつき補正回路32に入力されると共に、スイッチ
35を経て増幅器36に入力される。このスイッチ35がオン
された状態では増幅器36で例えばＧ倍に増幅された信号
はA/Dコンバータ37でディジタル信号に変換され、リー
ド・オンリ・メモリ（ROM）38に書き込まれる。このROM
38に書き込まれたディジタルデータはD/Aコンバータ39
でアナログ信号に変換された後、反転減衰器40で−1/G
に減衰された後スイッチ41を介して混合器34の他方の入
力端に印加される。

上記スイッチ35は暗電流補正データをROM38に書き込む
場合オンされ、一方スイッチ41はオフ状態に保持され
る。一方、暗電流補正データを書き込んだ後の使用時に
はスイッチ35はオフされ、且つスイッチ41はオンされ、
ROM38に書き込まれた補正データが読み出され、混合器3
4に入力され、固体撮像素子15の出力信号と暗電流のば
らつき補正信号とが混合されて暗電流のばらつきが補正
されて次段の感度ばらつき補正回路32に入力される。

上記暗電流のばらつき補正データの設定は次のようにし
て行われる。

光源ランプ５に電力を供給する電源42に対するスイッチ
43はオフ、つまり切換接点ｃはアース側接点ａに切換え
られ、消灯状態に設定される。又、暗電流ばらつき補正
回路31内のスイッチ35はオン、スイッチ41はオフにさ
れ、固体撮像素子15の出力信号はアンプ36でＧ倍に増幅
された後、A/Dコンバータ37でディジタルデータに変換
されてROM38に書き込まれる。この補正データが一画面
について行われると、補正データの書き込みは終了し、
スイッチ35はオフ、スイッチ41はオンされる。この補正
データの書き込み後、例えば光源ランプ５を点灯させな
い状態で使用すると、次のようにして暗電流のばらつき
が補正される。

この場合の固体撮像素子15の出力信号は、例えば第３図
（ａ）に示すように各画素ごとにレベルが異るものとな
る。一方、ROM38から読み出され、D/Aコンバータ39でア
ナログ信号に変換され、さらに反転減衰器40で−1/Gに
減衰された暗電流のばらつき補正データは第３図（ｂ）
に示すように固体撮像素子15の出力信号と零レベルに対
して対称となる値、換言すれば固体撮像素子15の出力を
反転した値となるため、混合器34で混合した出力は同図
（ｃ）に示すように零レベルとなる。つまり暗電流のば
らつきが補正されて次段の感度ばらつき補正回路32に入
力されることになる。

この感度ばらつき補正回路32は、ゲイン制御端を備えた
ゲインコントロールアンプ（GCA）51に入力され、その
出力はスイッチ52を経て反転アンプ53に入力される。こ
のアンプ53の反転増幅出力はA/Dコンバータ54でディジ
タル信号に変換され、ROM55に感度ばらつき補正データ
が書き込まれる。このROM55に書き込まれたデータは使
用時には読み出され、D/Aコンバータ56でアナログ信号
に変換され、スイッチ57を経てゲインコントロールアン
プ51のゲイン制御端に印加される。このゲイン制御端に
ROM55の補正データを印加することによって、ゲインコ
ントロールアンプ51は入力される固体撮像素子15の出力
信号における各画素の感度ばらつきを補正し、感度ばら
つきを制御して出力することになる。

上記感度ばらつきの補正データは次のように設定され
る。

スイッチ43は電源42側にオンされ、光源ランプ５は点灯
される。この光源ランプ５の照明光は符号11′で示す白
色の被写体（例えば反射率が約80％のもの）を一定光量
で照明する。この白色の被写体11′に対する固体撮像素
子15の出力信号はゲインコントロールアンプ51で増幅さ
れ、オンされたスイッチ52を通り、反転アンプ53で増幅
され、A/Dコンバータ54を経てROM55に補正データが書き
込まれる。尚、この場合、スイッチ57はオフ状態に保持
される。

このようにしてROM55には感度ばらつき補正データが書
き込まれる。一方、この補正データは使用時には読み出
され、D/Aコンバータ56でアナログ信号電圧に変換され
てオンされたスイッチ57を経てゲイン制御端に印加さ
れ、ゲインコントロールアンプ51のゲインを各画素の感
度ばらつきに応じて変化させゲインコントロールアンプ
51の出力はばらつきのないあるいはばらつきが制御され
たものとなる。例えばROM55に書き込まれたデータは画
素感度の大きいもの程負極性で大きなものとなり、一方
ROM55から読み出されてゲイン制御端に印加されると、
ゲイン制御端のゲイン制御電圧を下げることになり、こ
の場合ゲインコントロールアンプ51のゲインを下げるこ
とになり、感度のばらつきを補正できる。（このゲイン
制御端には例えば適宜電圧が予め印加されており、スイ
ッチ57がオンされると、この電圧値からスイッチ57を経
て入力される負極性の補正データ信号分だけ減算され
る。この減算される値が大きいとゲインは小さくな
る。） 第４図は被写体光量と固体撮像素子における２つの画素
a,bの光電変換出力との関係を示す。この図の例えばＣ
で示す一定照明光量に対し、２つの画素a,bの出力が異
る場合、その出力がゲインコントロールアンプ51に入力
されると、その際ROM55から読み出されたデータによっ
て、ゲインコントロールアンプ51のゲインはそれぞれ1/
a,1/bに比例した値に設定され、従ってゲインコントロ
ールアンプ51を通した出力では感度のばらつきが補正さ
れたものとなる。

尚、上記固体撮像素子15は暗電流レベルで補正されてい
るが、このレベルは動作点の出力レベルに対して極めて
小さいレベル（1/1000以上）であり、この小さいレベル
で補正しても動作レベルの補正は困難である。従って第
１実施例では暗電流の補正と動作時の補正とを別々に行
うことによって広い範囲に対して感度のばらつきを行い
得るようにしている。

上記ゲインコントロールアンプ51の出力は次段の画素欠
陥補正回路33に入力される。

この画素欠陥補正回路33は、入力信号を遅延回路61で１
画素分遅延してスイッチ62の一方の接点ａ側に出力する
と共に、入力信号をA/Dコンバータ63でディジタルデー
タに変換してランダム・アクセス・メモリ（RAM）64に
書き込み、このRAM64に書き込まれた画素信号データは
読み出され、D/Aコンバータ65でアナログ信号に変換さ
れた後スイッチ62の他方の接点ｂ側に出力する。

上記スイッチ62は、画素欠陥アドレスが書き込まれたRO
M66の出力で切換えられるようにしてあり、欠陥のある
画素からの光電変換出力時には、ROM66の出力は例えば
ハイレベルとなり、このハイレベルの出力でスイッチ62
の切換接点ｃを接点ｂ側に切換え、欠陥画素の隣りの画
素信号に置換して次段に出力する。

例えば遅延回路61を通ってスイッチ62の接点ａ側に出力
される画素出力信号は第５図（ａ）に示すものとなり、
この場合符号67で示す信号が欠陥画素によるものを表わ
す。一方、遅延回路61を通さないでA/Dコンバータ63、R
AM64、D/Aコンバータ65を経てスイッチ62の接点ｂ側に
出力される信号は第５図（ｂ）で示すものとなる。

ところでスイッチ62の切換接点ｃは通常接点ａ側に切換
えられており、１画素分遅延された信号が次段側に出力
される。しかして、欠陥画素の信号が接点ａに印加され
るタイミングにおいて、第５図（ｃ）に示すようにROM6
6の出力はハイレベルとなり、スイッチ62は接点ｂ側が
オンするように切換えられ、スイッチ62の出力は１画素
分隣りの信号67′で置換され、スイッチ62を経て次段側
に出力される信号は同図（ｄ）に示すように画素欠陥が
補正されたものとなる。

尚、ROM66から欠陥画素置換用にパルスを出力される手
段として例えば次のようにして行う。

固体撮像素子15に読出しパルスを印加する場合、そのパ
ルスをカウンタで計数してその計数出力をROM66に入力
する。一方、このROM内の各メモリセルには正常画素に
対しては“0"、欠陥画素に対しては“1"となる１ビット
データが画素数分のアドレス空間で書き込まれており、
欠陥画素のアドレスが指定されると“1"のデータを出力
するようになり、スイッチ62を切換える。

尚、上記第１実施例では通常、画素欠陥のない状態信号
は遅延回路61で１画素分遅延されるので、ROM66から欠
陥画素置換用パルスが出力されるタイミングは１画素分
遅れて出力されるようにしてある。この場合とは逆に、
正常な画素に対してはRAM64側を通し、欠陥画素に対し
ては遅延回路側を通すようにしても良い。この場合には
ROM66の欠陥画素に対するアドレスを１画素分ずらす必
要がない。

第６図は本発明の第２実施例を示す。

この第２実施例では暗電流ばらつき補正回路31′は、混
合器34の出力を反転アンプ71に入力し、この反転アンプ
71の出力はスイッチ72の接点ａに印加されると共にA/D
コンバータ37に入力される。しかして、ROM38にデータ
を書き込む場合、スイッチ72の切換接点ｃは接点ａとオ
ンする状態に切換えられて行われる。この場合、各画素
から信号が出力される各画素信号期間の前縁部分のタイ
ミングでA/Dコンバータ37でA/D変換してROM38に書き込
む。この場合、反転アンプ71の出力は混合器34にも入力
され、さらに混合器34で混合された信号は再び反転アン
プ71に入力されるという負帰還ループが形成されている
ため、各画素信号はわずかな時間後に暗電流のばらつき
量が1/Gになる。ROM38へのデータの書き込みが終了する
と、スイッチ72の切換接点ｃは接点ｂ側がオンするよう
に切換えられ、ROM38のデータはD/Aコンバータ39でアナ
ログ量に変換され減衰器40′で1/Gに減衰されて混合器3
4に入力される。尚、この場合反転アンプ71は非動作状
態に設定される。

ところで、感度ばらつき補正回路32においてもゲインコ
ントロールアンプ51の出力は反転アンプ53′に入力さ
れ、この反転アンプ53′の出力はスイッチ73の接点ａに
印加される。この感度ばらつき補正回路32においても、
感度ばらつき補正データをROM55に書き込む場合、暗電
流ばらつき補正回路31′のように負帰還ループが形成さ
れているので各画素信号の前縁部分で高速度に行われ
る。尚、この反転アンプ53′は、その反転ゲイン−Ａ
が、暗電流側のアンプ36のゲイン値よりは小さくして、
この反転アンプ53′の出力が飽和してしまわないように
してある。（第１実施例でも同様。）尚、ゲインＡを１
にしても良い。

その他は上記第１実施例と同様である。

第７図は本発明の第３実施例における画素欠陥補正回路
81を示す。

この補正回路81では入力信号は直接アナログスイッチ82
の一方の端子ａに印加されると共に、１画素期間遅延す
る遅延素子83を経てアナログスイッチ82の他方の端子ｂ
に印加される。このアナログスイッチ82の切換端子ｃは
ROM84の出力データで切換えられるようにしてある。こ
のROM84には欠陥画素のアドレスに対してそのメモリ内
容が“1"で、他の正常な画素アドレスに対しては“0"が
格納されている。しかして、欠陥画素の信号出力時に、
ROM84の出力でアナログスイッチ82はその画素期間切換
えられて端子ｂが切換端子ｃとオンし、この回路81の出
力端から１画素分前の画素信号で置換された信号が出力
される。

尚、上記各実施例において画素欠陥の補正を行う場合、
欠陥画素の前後の画素出力の平均値で置換させる等して
も良い。

尚、画素欠陥補正を回路を感度ばらつき補正回路の前段
側に設けるようにしても良い。

尚、本発明における補正回路18の収納場所としては操作
部17内に限らず操作部17に設けたコネクタ部分に収納し
ても良いし、スコープ部２における他の場所でも良い。

又、本発明における補正回路18としては、暗電流ばらつ
き、感度ばらつき、画素欠陥の補正回路全てを有するも
のに限らず、いずれかのみを有するものでも良い。

尚、暗電流ばらつき補正回路等に用いられるROMへのデ
ータの書込みは製造側で設定しても良いし、経年変化等
に対応できるように使用者側でも設定できるようなROM
（例えばEPROM）を用いても良い。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、本体部側に対して着
脱自在となるスコープ部側に補正回路を設けてあるの
で、スコープ部を装着することによってそのスコープに
適した補正状態で使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の概略構成を示す構成図、第２図は補正
回路の具体的構成を示すブロック図、第３図は暗電流ば
らつき補正回路の動作説明図、第４図は感度ばらつき補
正回路の動作説明用の特性図、第５図は画素欠陥補正回
路の動作説明図、第６図は本発明の第２実施例における
補正回路を示すブロック図、第７図は本発明の第３実施
例における画素欠陥補正回路の構成を示すブロック図で
ある。 １……電子内視鏡装置、２……スコープ部 ３……本体部、８……ライトガイド 15……固体撮像素子、18……補正回路 31……暗電流ばらつき補正回路 32……感度ばらつき補正回路 33……画素欠陥補正回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細長の挿入部の先端側に固体撮像素子を設
   けたスコープ部が、該固体撮像素子からの出力信号を所
   定の映像信号に変換する処理回路を有する手元側本体部
   と着脱自在な構造の電子内視鏡装置において、 前記固体撮像素子からの出力信号に対し、前記固体撮像
   素子の感度のばらつきを補正する回路と、画素欠陥を補
   正する回路と、暗電流のばらつきを補正する回路のうち
   少なくとも１つの回路を前記スコープ部側に設けたこと
   を特徴とする電子内視鏡装置。