JPH11137514A - 内視鏡撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ダイナミックレンジが広い被写体を撮像する際
においても、適正な画像が得られる内視鏡撮像装置を提
供する。 【解決手段】低速シャッタ設定部１１で設定されるシャ
ッタスピードは、検波回路８により得られた信号に基づ
いて設定され、高速シャッタ設定部１０で設定されるシ
ャッタスピードは、上記低速シャッタ設定部１１で設定
されるシャッタスピードより自動的に設定され、これら
複数の露光時間（シャッタスピード）で撮像したそれぞ
れの画像を合成し、ダイナミックレンジを拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内視鏡撮像装置、
詳しくは、複数の露光時間で撮像したそれぞれの画像を
合成し、ダイナミックレンジを拡大することができる内
視鏡撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、テレビカメラ等の撮像装置で
は、その有効撮像輝度域は、撮像手段である例えば固体
撮像素子の光電変換特性により一義的に定まる。

【０００３】つまり、固体撮像素子の出力レベルの下限
はノイズレベルで限定され、上限は飽和レベルで限定さ
れて使用可能な動作レンジが定まると共に、固体撮像素
子の出力レベル特性の傾きが一定の値を有しているの
で、結果として固体撮像素子の有効撮像輝度域は一義的
に定まる。

【０００４】そこで、従来、例えば特開昭５７−３９６
７３号公報では、２種類の異なる輝度での撮像信号を合
成し、固体撮像素子の撮像信号のダイナミックレンジを
拡大する撮像装置が提案されている。

【０００５】この撮像装置においては、単一の被写体を
異なる露光時間、すなわち異なるシャッタスピード（比
較的低速のシャッタスピードと比較的高速のシャッタス
ピード）で撮像し、これら異なる露光時間での撮像によ
り得られた画像を適宜演算合成することで、ダイナミッ
クレンジの広い撮像画像を得ることを特徴とするもので
ある。

【０００６】この技術手段においては、低速のシャッタ
スピードと高速のシャッタスピードを固定、もしくは一
定の比となるように制御している。これにより、容易に
調光制御と連動させることができるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ダ
イナミックレンジの広い撮像画像を得る技術手段におい
ては、上述したように低速のシャッタスピードと高速の
シャッタスピードを固定もしくは一定の比になるように
制御しているため、非常に暗い部分と非常に明るい部分
が混在するようなダイナミックレンジの広い被写体を撮
像する場合、該暗い部分と明るい部分双方を適当な明る
さに設定することが極めて困難であった。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、ダイナミックレンジが広い被写体を撮像する
際においても、適正な画像が得られる内視鏡撮像装置を
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】上記の目的を達成するた
めに本発明の内視鏡撮像装置は、複数の露光時間で撮像
したそれぞれの画像を合成し、ダイナミックレンジを拡
大することができる内視鏡撮像装置であって、上記複数
の露光時間のうち少なくとも一の露光時間は、映像信号
検波手段により得られた信号に基づいて設定されること
を特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１１】図１および図２は本発明の第１の実施形態
に係り、図１は撮像装置の構成を示すブロック図、図２
は各フィールド毎のＣＣＤ出力、検波回路出力、ＣＣＤ
シャッタデータの関係を示したタイミングチャートであ
る。

【００１２】図１に示すように、本第１の実施形態の撮
像装置は、被写体を撮像する単板カラー撮像素子である
ＣＣＤ１と、基準信号を発生する同期信号発生回路（以
下、ＳＳＧと記す）７と、ＳＳＧ７からの基準信号を入
力しＣＣＤ１の駆動信号等を生成するタイミングジェネ
レータ（図中、Ｔ／Ｇと記す）６と、タイミングジェネ
レータ６からの駆動信号によりＣＣＤ１を駆動するＣＣ
Ｄドライバ（図中、ＣＣＤ ＤＲＶと記す）５とを有し
ている。

【００１３】また、ＣＣＤ１からの撮像信号を増幅する
プリアンプ（図中、ＰＲＥＡＭＰと記す）２と、タイミ
ングジェネレータ６からのサンプリングパルスに基づき
相関二重サンプリング（以下ＣＤＳと略記）するＣＤＳ
回路３と、ＣＤＳ回路３の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ
変換器４とを備え、ＣＣＤ１からの出力の画像信号がプ
リアンプ２で増幅された後にＣＤＳ回路３によってベー
スバンド帯域に落とされ、Ａ／Ｄ変換器４によりデジタ
ル信号に変換されるようになっている。

【００１４】さらに、本第１の実施形態の撮像装置は、
上記ＣＣＤ１のシャッタスピードを低速のシャッタスピ
ード、たとえば１／６０ｓ程度に設定する低速シャッタ
設定部１１と、該低速シャッタ設定部１１で設定される
露出時間の１／ｎ倍の露出時間となるシャッタスピード
に設定する高速シャッタ設定部１０とを備えている。

【００１５】これら低速シャッタ設定部１１、高速シャ
ッタ設定部１０のシャッタスピードのデータ出力は、上
記ＳＳＧ７からの基準信号に基づいてフィールドにより
切換えられるシャッタスピード切換スイッチ部９により
選択されて上記タイミングジェネレータ６に出力され
る。

【００１６】一方、Ａ／Ｄ変換器４の出力は、図示しな
い映像信号処理部に送出されるとともに、該出力端には
検波回路８が接続されている。この検波回路８は低速シ
ャッタスピードで撮像したＣＣＤ１の撮像信号のみをタ
イミングジェネレータ６からのフィールド判別信号に基
づいて検波し、該検波結果を上記低速シャッタ設定部１
１に出力する。

【００１７】上記低速シャッタ設定部１１は、検波回路
８の検波結果に基づいてＣＣＤ１からの撮像信号レベル
が適正となるようにシャッタスピードを設定する。

【００１８】次に、このように構成された本第１の実施
形態の撮像装置の作用について図２を参照して説明す
る。

【００１９】ＳＳＧ７からの基準信号ＶＤに基づきタイ
ミングジェネレータ６で生成された駆動信号でＣＣＤド
ライバ５がＣＣＤ１を駆動する。このときＣＣＤ１のシ
ャッタスピードは、上記低速シャッタ設定部１１で設定
される低速シャッタスピードと、高速シャッタ設定部１
０で設定される高速シャッタスピードとがフィールド毎
に切換えられるよう制御される。

【００２０】また、検波回路８は上述したように低速シ
ャッタ設定部１１で設定した低速シャッタスピードでの
撮像信号のみを検波し、低速シャッタ設定部１１は該検
波回路８の結果に基づいてＣＣＤ１からの撮像信号レベ
ルが適正となるようにシャッタスピードを設定する。

【００２１】一方、高速シャッタ設定部１０で設定され
る高速シャッタスピードは、低速シャッタ設定部１１で
設定されるシャッタスピードの１／ｎ倍、たとえば１／
４倍に自動的に設定される。

【００２２】そして、ＣＣＤ１で撮像された被写体の光
電変換信号はプリアンプ２で増幅された後にＣＤＳ回路
３によってベースバンド帯域に落とされ、Ａ／Ｄ変換器
４によりデジタル信号に変換され、図示しない映像信号
処理部へ出力される。

【００２３】このように、本第１の実施形態の撮像装置
によると、検波回路８において低速シャッタ設定部１１
で設定した低速シャッタスピードでの撮像信号のみを検
波し、低速シャッタ設定部１１において該検波回路８の
検波結果に基づいてＣＣＤ１の撮像信号レベルが適正に
なるようシャッタスピードを制御するとともに、高速シ
ャッタ設定部１０は低速シャッタ設定部１１によるシャ
ッタスピードより自動的に高速シャッタスピードを設定
するようにしたので、ＣＣＤアイリスを実現できると共
に、比較的簡単な回路構成でダイナミックレンジの広い
撮像が可能となる。

【００２４】なお、本実施形態においては、高速シャッ
タ設定部１０で設定するシャッタスピードは、低速シャ
ッタ設定部１１で設定するシャッタスピードの１／４倍
に自動的に設定したが、該ｎ値はこれに限らないことは
言うまでもない。

【００２５】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図３および図４は本発明の第２の実施形態に係
り、図３は撮像装置の構成を示すブロック図、図４は各
フィールド毎のＣＣＤ出力、検波回路出力、ＣＣＤシャ
ッタデータの関係を示したタイミングチャートである。
なお、上記第１の実施形態と同様の構成要素には同一の
符号を付与し、ここでの詳しい説明は省略する。

【００２６】この第２の実施形態の撮像装置は、その基
本的な構成は上記第１の実施形態と同様である。しか
し、第１の実施形態が検波回路８は低速シャッタスピー
ドでの撮像信号のみを検波し、低速シャッタ設定部１１
において該検波回路８の検波結果に基づいてシャッタス
ピードを制御するとともに高速シャッタ設定部１０は低
速シャッタ設定部１１の設定結果に基づいて自動的にシ
ャッタスピードを設定したのに対し、本第２の実施形態
は上記第１の実施形態とは逆に、検波回路８においては
高速シャッタ設定部１０で設定する高速シャッタスピー
ドでの撮像信号のみを検波し、高速シャッタ設定部１０
で該検波回路８の検波結果に基づいてＣＣＤ１の撮像信
号レベルが適正になるようシャッタスピードを制御し、
低速シャッタ設定部１１は高速シャッタ設定部１０にお
ける設定結果に基づいてシャッタスピードを設定するこ
とを特徴とする。したがって、ここでは上記第１の実施
形態との差異のみの言及にとどめ、重複する部分の説明
は省略する。

【００２７】図３に示すように、本第２の実施形態の撮
像装置は、ＣＣＤ１のシャッタスピードを高速のシャッ
タスピード、たとえば１／２４０ｓ程度に設定する高速
シャッタ設定部１０と、該高速シャッタ設定部１０で設
定される露出時間のｎ倍の露出時間となるシャッタスピ
ードに設定する低速シャッタ設定部１１とを備えてい
る。

【００２８】これら低速シャッタ設定部１１、高速シャ
ッタ設定部１０のシャッタスピードのデータ出力は、上
記第１の実施形態と同様、上記ＳＳＧ７からの基準信号
に基づいてフィールドにより切換えられるシャッタスピ
ード切換スイッチ部９により選択されて上記タイミング
ジェネレータ６に出力される。

【００２９】一方、本実施形態における検波回路８は高
速シャッタスピードで撮像したＣＣＤ１の撮像信号のみ
をタイミングジェネレータ６からのフィールド判別信号
に基づいて検波し、該検波結果を上記高速シャッタ設定
部１０に出力する。

【００３０】高速シャッタ設定部１０は検波回路８の検
波結果に基づいてＣＣＤ１からの撮像信号レベルが適正
となるようにシャッタスピードを設定する。

【００３１】次に、このように構成された本第２の実施
形態の撮像装置の作用について図４を参照して説明す
る。

【００３２】ＳＳＧ７からの基準信号ＶＤに基づきタイ
ミングジェネレータ６で生成された駆動信号でＣＣＤド
ライバ５がＣＣＤ１を駆動する。このときＣＣＤ１のシ
ャッタスピードは、上記高速シャッタ設定部１０で設定
される高速シャッタスピードと、低速シャッタ設定部１
１で設定される低速シャッタスピードとがフィールド毎
に切換えられるよう制御される。

【００３３】また、検波回路８は上述したように高速シ
ャッタ設定部１０で設定した高速シャッタスピードでの
撮像信号のみを検波し、高速シャッタ設定部１０は該検
波回路８の結果に基づいてＣＣＤ１からの撮像信号レベ
ルが適正となるようにシャッタスピードを設定する。

【００３４】低速シャッタ設定部１１で設定される低速
シャッタスピードは、高速シャッタ設定部１０で設定さ
れるシャッタスピードのｎ倍、たとえば４倍に自動的に
設定される。

【００３５】そして、ＣＣＤ１で撮像された被写体の光
電変換信号はプリアンプ２で増幅された後にＣＤＳ回路
３によってベースバンド帯域に落とされ、Ａ／Ｄ変換器
４によりデジタル信号に変換され、図示しない映像信号
処理部へ出力される。

【００３６】このように、本第２の実施形態の撮像装置
によっても、上記第１の実施形態と同様に、ＣＣＤアイ
リスを実現できると共に、比較的簡単な回路構成でダイ
ナミックレンジの広い撮像が可能となる。

【００３７】なお、本第２の実施形態においても、低速
シャッタ設定部１１で設定するシャッタスピードは、高
速シャッタ設定部１０で設定するシャッタスピードの４
倍に設定したが、これに限らないことは言うまでもな
い。

【００３８】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。図５および図６は本発明の第３の実施形態に係
り、図５は撮像装置の構成を示すブロック図、図６は各
フィールド毎のＣＣＤ出力、検波回路出力、ＣＣＤシャ
ッタデータの関係を示したタイミングチャートである。
なお、上記第１、第２の実施形態と同様の構成要素には
同一の符号を付与し、ここでの詳しい説明は省略する。

【００３９】上記第１、第２の実施形態の撮像装置は、
低速シャッタスピードでの撮像信号あるいは高速シャッ
タスピードでの撮像信号のいずれか一方を検波し、さら
に、低速、高速のいずれか一方のシャッタスピードを該
検波結果により設定し、他方のシャッタスピードはそれ
ぞれ一定の比に設定した。

【００４０】本第３の実施形態の撮像装置はこれらの実
施形態とは異なり、低速シャッタスピードでの撮像信号
および高速シャッタスピードでの撮像信号をいずれも検
波し、高速シャッタ設定部１０および低速シャッタ設定
部１１はそれぞれにシャッタスピードを設定することを
特徴とする。

【００４１】図５に示すように、本第３の実施形態の撮
像装置は、ＣＣＤ１のシャッタスピードを高速のシャッ
タスピード、たとえば１／２４０ｓ程度に設定する高速
シャッタ設定部１０と、上記ＣＣＤ１のシャッタスピー
ドを低速のシャッタスピード、たとえば１／６０ｓ程度
に設定する低速シャッタ設定部１１と、を備えている。

【００４２】これら低速シャッタ設定部１１、高速シャ
ッタ設定部１０のシャッタスピードのデータ出力は、上
記第１、第２の実施形態と同様、上記ＳＳＧ７からの基
準信号に基づいてフィールドにより切換えられるシャッ
タスピード切換スイッチ部１２により選択されて上記タ
イミングジェネレータ６に出力される。

【００４３】一方、本第３の実施形態における検波回路
８は高速シャッタスピードで撮像したＣＣＤ１の撮像信
号と、低速シャッタスピードで撮像したＣＣＤ１の撮像
信号とを、いずれもタイミングジェネレータ６からのフ
ィールド判別信号に基づいて検波し、該検波結果を、上
記ＳＳＧ７からの基準信号に基づいてフィールドにより
切換えられるシャッタ設定部切換スイッチ部１３により
選択される高速シャッタ設定部１０あるいは低速シャッ
タ設定部１１のいずれかに出力する。

【００４４】高速シャッタ設定部１０あるいは低速シャ
ッタ設定部１１は、上記シャッタ設定部切換スイッチ部
１３により選択された際、検波回路８の検波結果に基づ
いてＣＣＤ１からの撮像信号レベルが適正となるように
シャッタスピードを設定する。

【００４５】次に、このように構成された本第３の実施
形態の撮像装置の作用について図６を参照して説明す
る。

【００４６】ＳＳＧ７からの基準信号ＶＤに基づきタイ
ミングジェネレータ６で生成された駆動信号でＣＣＤド
ライバ５がＣＣＤ１を駆動する。このときＣＣＤ１のシ
ャッタスピードは、上記高速シャッタ設定部１０で設定
される高速シャッタスピードと、低速シャッタ設定部１
１で設定される低速シャッタスピードとがフィールド毎
に切換えられるよう制御される。

【００４７】また、検波回路８は、高速シャッタスピー
ドによる撮像信号と低速シャッタスピードによる撮像信
号とをいずれも検波するが、その検波結果はシャッタ設
定部切換スイッチ部１３により選択される高速シャッタ
設定部１０、低速シャッタ設定部１１のいずれかに出力
される。

【００４８】上記シャッタ設定部切換スイッチ部１３で
選択されたシャッタ設定部は、検波回路８の結果に基づ
いてＣＣＤ１からの撮像信号レベルが適正となるように
シャッタスピードを設定する。

【００４９】そして、ＣＣＤ１で撮像された被写体の光
電変換信号はプリアンプ２で増幅された後にＣＤＳ回路
３によってベースバンド帯域に落とされ、Ａ／Ｄ変換器
４によりデジタル信号に変換され、図示しない映像信号
処理部へ出力される。

【００５０】このように、本第３の実施形態の撮像装置
によると、被写体のダイナミックレンジに応じて、最適
なダイナミックレンジによる撮像が可能となるため、非
常に明るい部分と非常に暗い部分とが同一画面に混在す
るような被写体であっても、白とび、黒つぶれ等の不具
合を発生させることなく撮像を行い得る。

【００５１】なお、上記第１ないし第３の実施形態は、
いずれも低速シャッタスピードでの撮像と高速シャッタ
スピードでの撮像とをタイミングジェネレータ６により
設定されるフィールド毎に切換えておこなったが、これ
に限らず、図７に示す如く、低速シャッタスピードでの
撮像を複数フィールドにわたり行ってもよい。

【００５２】このように、低速シャッタスピードによる
撮像を長時間露光モードで行うことで、非常に暗い被写
体からのダイナミックレンジの確保が可能となる。な
お、この例によると、上記検波回路８を省略することも
可能である。

【００５３】[付記]以上詳述した如き本発明の実施形態
によれば、以下の如き構成を得ることができる。即ち、 （１） 複数の露光時間で撮像したそれぞれの画像を合
成し、ダイナミックレンジを拡大することができる内視
鏡撮像装置であって、上記複数の露光時間のうち少なく
とも一の露光時間は、映像信号検波手段により得られた
信号に基づいて設定されることを特徴とする。

【００５４】（２） 複数の露光時間で撮像したそれぞ
れの画像を合成し、ダイナミックレンジを拡大すること
ができる内視鏡撮像装置であって、上記複数の露光時間
のうち少なくとも一の露光時間は映像信号検波手段によ
り得られた信号に基づいて設定され、他の露光時間は、
該一の露光時間に基づいて設定されることを特徴とする
上記（１）に記載の内視鏡撮像装置。

【００５５】（３） 複数の露光時間で撮像したそれぞ
れの画像を合成し、ダイナミックレンジを拡大すること
ができる内視鏡撮像装置であって、上記複数の露光時間
のうち少なくとも一の露光時間は、複数フィールドにわ
たる露光時間であることを特徴とする上記（１）に記載
の内視鏡撮像装置。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ダ
イナミックレンジが広い被写体を撮像する際において
も、適正な画像が得られる内視鏡撮像装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の撮像装置の構成を示
すブロック図である。

【図２】上記第１の実施形態の撮像装置において、各フ
ィールド毎のＣＣＤ出力、検波回路出力、ＣＣＤシャッ
タデータの関係を示したタイミングチャートである。

【図３】本発明の第２の実施形態の撮像装置の構成を示
すブロック図である。

【図４】上記第２の実施形態の撮像装置において、各フ
ィールド毎のＣＣＤ出力、検波回路出力、ＣＣＤシャッ
タデータの関係を示したタイミングチャートである。

【図５】本発明の第３の実施形態の撮像装置の構成を示
すブロック図である。

【図６】上記第３の実施形態の撮像装置において、各フ
ィールド毎のＣＣＤ出力、検波回路出力、ＣＣＤシャッ
タデータの関係を示したタイミングチャートである。

【図７】上記各実施形態の変形例である撮像装置におい
て、各フィールド毎のＣＣＤ出力を示したタイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

１…ＣＣＤ ２…プリアンプ ３…ＣＤＳ ４…Ａ／Ｄ変換器 ５…ＣＣＤドライバ ６…タイミングジェネレータ ７…ＳＳＧ ８…検波回路 ９…シャッタスピード切換スイッチ部 １０…高速シャッタ設定部 １１…低速シャッタ設定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/238 Ｈ０４Ｎ 5/238 Ｚ 5/30 5/30 (72)発明者 小笠原 弘太郎 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 斉藤 克行 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 草村 登 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 山下 真司 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 上 邦彰 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 大野 渉 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の露光時間で撮像したそれぞれの画
   像を合成し、ダイナミックレンジを拡大することができ
   る内視鏡撮像装置において、 上記複数の露光時間のうち少なくとも一の露光時間は、
   映像信号検波手段により得られた信号に基づいて設定さ
   れることを特徴とする内視鏡撮像装置。