JPH0990240A - 電子内視鏡用光源装置及び電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像素子への入射光を遮断する手段を効率よ
く配置すると共に、画質の向上を図ることができるよう
にする。 【解決手段】 絞り開口Ｆからの出射光量を調整するシ
ャッタ１９、このシャッタ１９を輝度信号等に基づいて
駆動し、画像の明るさを制御するアイリス駆動回路３
０、上記シャッタ１９を駆動し、絞り開口Ｆを完全に閉
状態とするシャッタ駆動回路３１を備え、これらの駆動
回路３０，３１を例えば１／６０秒の期間毎に交互に切
り替える。また、上記アイリス駆動回路３１には上記期
間毎の最終駆動制御値を記憶回路に記憶し、次の期間で
はこの駆動制御値から光量制御をスタートさせる。これ
によれば、ＣＣＤ１４において１／６０秒の期間内の１
回の露光で得られた画像信号につき、絞り開口Ｆを全閉
とした時間を用いながら、全画素の情報を読み出す制御
が可能となり、高画質のビデオ信号が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に全画素を読み
出して１フレームの画像を形成する電子内視鏡装置及び
その光源装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子内視鏡装置において、撮像素子とし
て例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）が用いられ
ており、このＣＣＤでは光電変換素子により画素単位で
蓄積される電荷を読み出すことにより、画像信号（ビデ
オ信号）が得られる。また、このＣＣＤの上面には、画
素単位で色フィルタが配置されており、これによってカ
ラー画像を得ることが可能となっている。

【０００３】図７には、上記ＣＣＤの色フィルタの配列
状態が示されており、図示されるように、ＣＣＤ１の撮
像面には例えばＭｇ（マゼンタ）、Ｇ（グリーン）、Ｃ
ｙ（シアン）、Ｙｅ（イエロー）が画素単位で配列され
ている。従って、これらの色フィルタを透過した光によ
りＣＣＤ１では蓄積電荷が得られることになる。そし
て、上から順番にライン数の番号を付したとすると、従
来の色差線順次混合読出し方式によれば、上下画素の蓄
積電荷が混合されて読み出され、ライン１とライン２の
混合信号、ライン３とライン４の混合信号、…が第１
（奇数）フィールドのビデオ信号、ライン２とライン３
の混合信号、ライン４とライン５の混合信号、…が第２
（偶数）フィールドのビデオ信号として読み出される。

【０００４】即ち、上記のＣＣＤ１では、上記色フィル
タの画素毎に光電変換素子が整列配置され、この光電変
換素子の配列の１列毎に隣接して転送ラインである垂直
ＣＣＤが配置され、この垂直ＣＣＤには水平ＣＣＤが接
続される。これらの構成により、上記のビデオ信号の蓄
積及び読出しは、１／６０秒（垂直同期期間）毎に行わ
れており、この期間毎に、上記の第１フィールド情報と
第２フィールド情報が交互に得られる。そして、モニタ
上には、例えば上記第１フィールド情報と第２フィール
ド情報に基づいてインターレース走査することにより、
被観察体内の画像が表示される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
子内視鏡用光源装置においては、上述したように、垂直
方向で隣接するライン同士の画素信号を加算することか
らモアレ現象が生じやすく、また上記の第１フィールド
情報と第２フィールド情報との間に、１／６０秒の時間
のずれがあり、この間に被観察体等に動きがあると、画
質が低下するという問題がある。

【０００６】一方、従来においては、画素信号を加算し
て読み出すのではなく、１／６０秒の期間内に全画素
を、ライン１、ライン２、ライン３…というように、順
次読み出すことも提案されている。しかし、この場合は
上記垂直ＣＣＤの構造を倍の密度で形成しなければなら
ないため、構成が複雑となり、しかもクロック周波数が
倍となるし、１画素毎に電荷をクリアーにするためのリ
セットパルスのタイミング合せも煩雑となる。また、ク
ロック周波数が倍となるために、ノイズ放射も多くなる
という問題がある。

【０００７】そこで、本出願人は、１回の露光によりＣ
ＣＤで蓄積された電荷の全画素分を、例えば２フィール
ドの期間で読み出し、所定の１フィールド期間において
は、ＣＣＤへの入射光を遮断する方式を提案している
（詳細は後述）。しかし、この入射光を遮断する手段と
しては、種々の方法があり、この入射光遮断手段を別体
として新たに付加してもよいが、従来から光量制御手段
としてアイリス制御手段が存在することから、この手段
と合体させた構成とすれば、効率のよい光量制御が可能
となる。

【０００８】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、撮像素子への入射光を遮断する手
段を効率よく設けることができる電子内視鏡用光源装置
を提供し、またこのような光源装置を用いて、撮像素子
の構造を複雑にすることなく、かつクロック周波数を高
くすることなく、画質の向上を図ることができる電子内
視鏡装置を提供することにある。

【０００９】

【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請求項記載の発明に係る光源装置は、撮像素子
から画像信号を順次読み出す電子内視鏡装置において、
絞り開口からの出射光量を変化させるための一つの光量
可変手段と、この光量可変手段を上記画像信号のレベル
の検出出力に基づいて駆動し、画像の明るさを制御する
第１光量制御回路と、上記光量可変手段を駆動し、上記
絞り開口を完全に閉状態とするための第２光量制御回路
と、上記第１光量制御回路と上記第２光量制御回路を選
択的に切り替え制御する制御回路と、を含んでなること
を特徴とする。また、第２請求項記載の発明は、上記第
１光量制御回路には、所定期間の最終駆動制御値を記憶
する記憶回路が設けられていることを特徴とする。更
に、第３請求項記載の発明は、上記第１請求項記載の電
子内視鏡用光源装置を備えた電子内視鏡装置であって、
１回の露光で上記撮像素子において画素毎に得られた画
像信号につき、最初に奇数又は偶数のいずれかのライン
の画像信号を読み出し、次に残りのラインの画像信号を
読み出すように制御する撮像素子駆動回路と、この撮像
素子駆動回路で得られた画像信につき、所定の画像処理
を施す画像処理回路と、を設け、上記光源装置内の第２
光量制御回路は、上記の撮像素子駆動回路で画像信号を
読み出す際の所定の時間に、撮像素子へ画素信号が蓄積
されないように、上記光源装置内の光量可変手段により
絞り開口を完全に閉状態とすることを特徴とする。

【００１０】作用 上記の第１請求項記載の構成によれば、光量可変手段と
して、例えばモータで回転駆動するシャッタにより絞り
開口量を変える構成を採用することができる。そして、
上記第１光量制御回路により、画像信号に基づいてモニ
タ上の表示画像を最適な明るさにするように、上記シャ
ッタが駆動され、第２光量制御回路により、所定のタイ
ミング信号又は制御信号により上記絞り開口が完全に閉
状態となるように、上記シャッタが駆動される。これに
よれば、光源装置からの出力光を完全に遮断状態とする
動作を従来からの光量（露光）制御と共に、一つの光量
変換手段によって実行することが可能となる。

【００１１】上記第２請求項記載の構成によれば、第１
光量制御回路は所定期間の最終制御値を記憶しているの
で、次の駆動時にはこの最終制御値から制御をスタート
することができ、良好な光量制御が実行できる。

【００１２】上記第３請求項記載の構成によれば、例え
ば１／６０秒の期間（従来の１フィールドのビデオ信号
を得るための期間）内での露光（露光時間は任意）によ
り蓄積された電荷は、まず次の１／６０秒の期間で奇数
ラインが読み出され、更に次の１／６０秒の期間で偶数
ラインが読み出されることになる。ここで、従来では、
上記奇数ラインの蓄積電荷を垂直ＣＣＤへ転送した後、
順次読み出している間に、次の露光による電荷の蓄積が
開始されるが、本発明では、この期間内での露光をなく
すために、上記の第２光量制御回路によって絞り開口を
閉状態としている。即ち、この光源光の遮断時に、上記
偶数ラインの蓄積電荷が読出し可能となり、これによっ
て、撮像素子で設けられている全画素分の信号が読み出
される。

【００１３】そして、上記奇数ライン及び偶数ラインの
ビデオ信号は、混合されて１フレームの画像として形成
され、所定の処理が施された後に、モニタ等へ出力され
る。従って、この１フレームのビデオ信号によれば、１
／６０秒の期間内の１回の露光で得られた情報によって
形成され、また異なる色フィルタの２画素の信号を混合
しないので、画質の向上が図れることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１〜図６には、本発明に係る光
源装置を適用した電子内視鏡装置の説明図が示され、図
１及び図２は回路構成を示し、図３は当該装置の概略構
造を示している。図３において、電子内視鏡装置はスコ
ープとしての電子内視鏡１０、カメラコントロールユニ
ット（ＣＣＵ）１１及び光源装置１２から構成され、上
記電子内視鏡１０の先端部には上記図７と同様の色フィ
ルタを有するＣＣＤ１４が配置される。即ち、このＣＣ
Ｄ１４は、図６に示されるように、画素を構成する光電
変換素子２、この光電変換素子２の列の隣に配置され、
蓄積電荷を転送する垂直ＣＣＤ３、この垂直ＣＣＤ３に
接続された水平ＣＣＤ４、この水平ＣＣＤ４の出力側
に、転送された電荷を電圧に変換するための出力アンプ
５を含んで構成される。

【００１５】この電子内視鏡１０では、上記ＣＣＤ１４
と操作部等に設けられているフリーズスイッチ１５等が
コネクタ１７を介して上記ＣＣＵ１１へ接続される。ま
た、上記電子内視鏡１０内には、先端部までライトガイ
ド１６が配設されており、このライトガイド１６は上記
コネクタ１７ともう一方のコネクタ１８を介して光源装
置１２へ接続される。そして、この光源装置１２内に
は、シャッタ（羽根）１９、光量制御回路２０、光源ラ
ンプ２１及び光源電源部２２が設けられる。

【００１６】図１において、上記ＣＣＤ１４には上記コ
ネクタ１７内等に配置されたＣＣＤ駆動回路２４が接続
され、このＣＣＤ駆動回路２４により奇数ラインのビデ
オ信号と偶数ラインのビデオ信号が分けて読み出す新方
式の制御（詳細は後述する）が行われる。一方、ＣＣＤ
１４の後段には、必要なビデオ信号を抽出するための相
関二重サンプリング回路や自動利得制御回路等から構成
し、ビデオ信号をデジタル処理する第１信号処理回路２
６が設けられ、この第１信号処理回路２６には、モニタ
上に表示するために必要な信号処理を行う第２信号処理
回路２７が設けられる。

【００１７】即ち、上記第２信号処理回路２７は、奇数
ライン及び偶数ラインのビデオ信号をメモリ内に記憶
し、これらのビデオ信号を混合して１フレームのビデオ
信号とする処理を行い、例えば色差信号（Ｃ信号）と輝
度信号（Ｙ信号）を形成することになる。そして、これ
らの回路を統轄制御するＣＰＵ２８が設けられる。

【００１８】また、上記光源装置１２では上記光量制御
回路２０内に、第１光量制御回路としてのアイリス駆動
回路３０、第２光量制御回路としてのシャッタ駆動回路
３１、これらの回路を切り替える切替え回路３２、出力
アンプ３３が配置される。そして、上述したシャッタ１
９はモータ３４で駆動されることになり、このシャッタ
１９の動作状態によって絞り開口Ｆの開口量を制御する
ことになる。即ち、上記アイリス駆動回路３０は、上記
第１信号処理回路２６から出力されたビデオ信号、例え
ば輝度信号に基づいて出射光量が最適となるように制御
するものであり、上記シャッタ駆動回路３１は、新方式
において、ビデオ信号の読出し中に、次の露光による電
荷の蓄積が行われないように、所定期間（約１／６０
秒）だけ絞り開口Ｆを閉状態とする制御を行う。

【００１９】図２には、上記アイリス駆動回路３０内の
構成が示されており、このアイリス駆動回路３０は、制
御信号発生回路３６、記憶回路３７及び切替え回路３８
から構成される。上記記憶回路３７は、所定期間の最終
制御値を記憶し、後段の切替え回路３８はこの最終制御
値と上記制御信号発生回路３６からの出力値のいずれか
を選択的に出力するようになっている。

【００２０】当該例は以上の構成からなり、その作用を
図４〜図６を参照しながら説明する。まず、撮影時には
光源装置１２の光源ランプ２１からシャッタ１９の開時
に出力された光が、ライトガイド１６を介して電子内視
鏡１０の先端部から被観察体内へ照射される。そうする
と、この被観察体内の像光がＣＣＤ１４に入射され、こ
の像光によってＣＣＤ１４の画素対応の光電変換素子に
電荷が蓄積される。図４には、このＣＣＤ１４での動作
状態が示されており、上記の蓄積電荷は、図４（Ａ）の
ように、従来において１フィールドのビデオ信号を得る
場合と同様に、例えば１／６０秒の期間内で抽出され、
次の１／６０秒の期間では、図４（Ｃ）の１００に示さ
れるように、光遮断状態とされる。このため、光量制御
回路２０内では切替え回路３２によってアイリス駆動回
路３０とシャッタ駆動回路３１が交互に切替え選択され
る。

【００２１】即ち、図５（Ｅ）に示される切替え信号が
ＣＰＵ２８から切替え回路３２へ供給され、この切替え
信号（Ｅ）のLow 時にアイリス駆動回路３０が選択さ
れ、High時にシャッタ駆動回路３１が選択される。そし
て、上記アイリス駆動回路３０が選択され、第１信号処
理回路２６から図５（Ａ）に示される輝度信号が供給さ
れると、アイリス駆動回路３０内の制御信号発生回路３
６では、モニタ上の画像が最適な明るさとなるように図
５（Ｂ）に示されるアイリス駆動制御信号を出力するこ
とになる。

【００２２】ここで、ＣＰＵ２８からは図５（Ｃ）に示
される制御値記録信号と図５（Ｄ）に示される制御値読
出し信号がアイリス駆動回路３０へ供給されており、ま
ず制御値記録信号（Ｃ）のHigh信号によって図５（Ｂ）
の制御レベル１０１の値が図２の記憶回路３７へ記憶さ
れる。そして、アイリス駆動回路３０が次に選択される
直前には、上記制御値読出し信号（Ｄ）のHigh信号によ
り図２の切替え回路３８がＨ（High）側へ切り替えられ
る（Low 信号のときはＬ側）ので、記憶回路３７に記憶
されている駆動制御値が読み出され、この制御値をスタ
ートとしてアイリス制御が実行される。

【００２３】一方、シャッタ駆動回路３１が選択された
ときは、シャッタ１９を全閉する制御信号を出力するこ
とになり、この結果、シャッタ１９は絞り開口を完全に
遮断する。このような制御によれば、図４で示したよう
に、信号蓄積期間と光遮断期間が交互に設定される場合
でも、一つの光量変換手段によって両者の光量制御が可
能となる。

【００２４】図６には、上記ＣＣＤ１４内での電荷の読
出し状態が示されており、上記の１／６０秒の期間内に
は、上記アイリス駆動回路３０による光量制御に基づ
き、図６（Ａ）に示されるように、画素毎の光電変換素
子２に電荷が蓄積される。そして、次の１／６０秒の期
間では、上記シャッタ駆動回路３１によって絞り開口Ｆ
が閉状態とされ、ＣＣＤ１４への入射光が遮断されるの
で、ＣＣＤ１４の電荷蓄積は行われない。

【００２５】また、この期間では図４（Ｂ）に示される
ように、ＣＣＤ１４の奇数ライン、即ちライン１、ライ
ン３、ライン５…が読み出される。この状態は、図６
（Ｂ）に示されており、この例では、図７で説明したＭ
ｇフィルタを介して得られた蓄積電荷（○）と、Ｇフィ
ルタを介して得られた蓄積電荷（△）が垂直ＣＣＤ３へ
転送されて、水平ＣＣＤ４を介して出力アンプ５から読
み出されることになる。

【００２６】そうして、次の１／６０秒の期間では、Ｃ
ＣＤ１４の偶数ライン、即ちライン２、ライン４、ライ
ン６…が読み出される。この状態は、図６（Ｃ）に示さ
れており、図示のように、図７で説明したＣｙフィルタ
を介して得られた蓄積電荷（□）と、Ｙｅフィルタを介
して得られた蓄積電荷（×）が垂直ＣＣＤ３及び水平Ｃ
ＣＤ４を介して出力アンプ５から読み出される。

【００２７】このようにして読み出されたビデオ信号
は、図１の第１信号処理回路２６でゲイン調整され、か
つガンマ処理等の処理が行われた後に、第２信号処理回
路２７へ供給され、この第２信号処理回路２７で上記の
奇数ラインのビデオ信号と偶数ラインのビデオ信号に基
づき、１フレームのビデオ信号が形成される。このビデ
オ信号は、色差信号（Ｃ信号）と輝度信号（Ｙ信号）等
として処理され、これらの信号に基づいてモニタ上に被
観察体内の画像が表示される。

【００２８】なお、上述した電子内視鏡１０の操作部に
配置されているフリーズスイッチ１５が押されたときに
は、上記のビデオ信号に基づいて静止画処理が施され、
この静止画をモニタ上に表示することができる。また、
この全画素読出しの新しい方式の信号処理を上記フリー
ズスイッチ１５による静止画形成時のみに実行し、一方
の動画形成時には従来の方式により画像処理を実行する
ようにしてもよい。

【００２９】また、上記実施形態例では、光量可変手段
として１枚のシャッタ羽根を用いたものを使用したが、
これに限らず、２つのシャッタ部材を組合せたもの、３
枚以上の羽根を組合せ、連続的に絞り開口を変化させる
ように構成したもの等を光量可変手段として採用するこ
とができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、第１請求項記載の
発明によれば、絞り開口からの出射光量を変化させるた
めの一つの光量可変手段と、この光量可変手段を画像信
号のレベルの検出出力に基づいて駆動し画像の明るさを
制御する第１光量制御回路と、上記光量可変手段を駆動
し上記絞り開口を完全に閉状態とするための第２光量制
御回路とを設け、この第１光量制御回路と上記第２光量
制御回路を選択的に切り替え制御するようにしたので、
撮像素子への入射光を遮断する手段を効率よく配置で
き、この入射光遮断と従来のアイリス制御とを一つの光
量可変手段で実行できるという利点がある。

【００３１】第２請求項記載の発明によれば、上記第１
光量制御回路には、所定期間の最終駆動制御値を記憶す
る手段が設けられているので、第２光量制御から第１光
量制御への切替わり時の第１光量制御が良好に行える。

【００３２】第３請求項記載の発明によれば、上記光源
装置を用いて、全画素読出しの新方式を良好に実行する
ことができ、この新方式によれば、全画素を順番に読み
出す従来の方式のように撮像素子の構造を複雑にするこ
となく、画質の向上を図ることが可能となる。また、ク
ロック周波数を高くすることなく、画質の向上を図るこ
とが可能となるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光源装置を電子内視鏡装置に適用
した実施形態における回路構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１のアイリス駆動回路（第１光量制御回路）
の構成を示すブロック図である。

【図３】実施形態例の電子内視鏡装置の全体の概略構造
を示す図である。

【図４】実施形態例におけるＣＣＤでの動作を示す説明
図である。

【図５】実施形態例のアイリス駆動制御とシャッタ駆動
制御の動作を示す波形図である。

【図６】実施形態例のＣＣＤの構造及び読出し状態を示
す説明図である。

【図７】ＣＣＤに配置される色フィルタの構成を示す図
である。

【符号の説明】

１，１４ … ＣＣＤ、 ２ … 光電変換素子、 ３ … 垂直ＣＣＤ、 ４ … 水平ＣＣＤ、 １９ … シャッタ、 ２０ … 光量制御回路、 ２４ … ＣＣＤ駆動回路、 ２８ … ＣＰＵ、 ３０ … アイリス駆動回路（第１光量制御回路）、 ３１ … シャッタ駆動回路（第２光量制御回路）、 ３２，３８ … 切替え回路、 ３７ … 記憶回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子から画像信号を順次読み出す電
   子内視鏡装置において、 絞り開口からの出射光量を変化させるための一つの光量
   可変手段と、 この光量可変手段を上記画像信号のレベルの検出出力に
   基づいて駆動し、画像の明るさを制御する第１光量制御
   回路と、 上記光量可変手段を駆動し、上記絞り開口を完全に閉状
   態とするための第２光量制御回路と、 上記第１光量制御回路と上記第２光量制御回路を選択的
   に切り替え制御する制御回路と、を含んでなる電子内視
   鏡用光源装置。
2. 【請求項２】 上記第１光量制御回路には、所定期間の
   最終駆動制御値を記憶する記憶回路が設けられているこ
   とを特徴とする上記第１請求項記載の電子内視鏡用光源
   装置。
3. 【請求項３】 上記第１又は第２請求項記載の電子内視
   鏡用光源装置を備えた電子内視鏡装置であって、 １回の露光で上記撮像素子において画素毎に得られた画
   像信号につき、最初に奇数又は偶数のいずれかのライン
   の画像信号を読み出し、次に残りのラインの画像信号を
   読み出すように制御する撮像素子駆動回路と、 この撮像素子駆動回路で得られた画像信につき、所定の
   画像処理を施す画像処理回路と、を設け、 上記光源装置内の第２光量制御回路は、上記の撮像素子
   駆動回路で画像信号を読み出す際の所定の時間に、撮像
   素子へ画素信号が蓄積されないように、上記光源装置内
   の光量可変手段により絞り開口を完全に閉状態とするこ
   とを特徴とする電子内視鏡装置。