JPH11155808A - 内視鏡撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画質が良く、高ダイナミックレンジを有する
観察画像を得ることができる内視鏡撮像装置を提供す
る。 【解決手段】 観察対象２の光は光路３上の露光量制御
手段５を介して撮像素子６に入射され、露光量制御手段
５は撮像素子６の前に配置した透過光量が異なるフィル
タを設けたフィルタ部材を回転することにより２つのフ
ィールド期間でそれぞれ撮像素子６で撮像される露光量
を制御して光量差のある２つの画像を撮像し、画像処理
部７で合成することにより、高いダイナミックレンジを
有する合成画像を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ等の撮像素
子により観察対象を撮像して観察画像を得る内視鏡撮像
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ等の撮像素子を用いて、観察対象
の光学像を光電変換して画像信号を生成し、モニタ等の
表示装置に観察画像を表示して観察、診断を行うことの
できる電子内視鏡装置が近年広く用いられるようになっ
た。

【０００３】図２８は従来例の内視鏡撮像装置１０１を
示す。観察対象１０２の像は光路１０３を経て撮像素子
１０４の撮像面に結像され、この撮像素子１０４で光電
変換され、画像処理部１０５にて画像形成の処理がされ
た後、画像表示装置１０６で観察対象の画像が表示され
る。

【０００４】このような従来例において、ダイナミック
レンジの拡大を行って撮像する場合、例えば特開昭５７
−３９６７３号公報のように感度の異なる撮像素子を２
つ用いて２つの信号を合成することによりダイナミック
レンジを拡大したり、１つの撮像素子で撮像時間を変え
て撮像した２つの信号からダイナミックレンジを拡大す
るものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】２つの撮像素子を用い
ると、コストが上昇してしまうので、１つで済むものが
望ましい。一方、１つの撮像素子で、撮像時間を変えて
行う場合には、２つの場合よりも低コスト化できるが、
撮像期間に大きな差があるために、例えばノイズに対し
てその影響を受けやすい。

【０００６】例えば、上記公報では撮像時間を変える場
合には、一方に対し、他方の駆動周波数を６４倍に設定
している。このような場合には、この他方の撮像期間は
非常に短いので、例えばノイズの侵入があると、そのノ
イズがその短い撮像期間で撮像した画像が有する特徴と
して長い方の撮像期間で撮像した画像と合成されてしま
う。

【０００７】この場合、ノイズは交流的に変化するため
に長い撮像期間の画像では目立たなくなる場合が多い。

【０００８】これに対し、同じ程度の撮像期間、例えば
通常の１フィールド期間を各撮像期間として各フィール
ド期間でそれぞれ撮像し、しかも両撮像期間で撮像され
た画像に光量差のある画像が得られるようにした場合に
は、上記ノイズ等の影響を受けにくくできる等のメリッ
トがある。

【０００９】また、被写体に動きがある場合には、その
動きは長い撮像期間で撮像した画像を不鮮明にする等の
影響を及ぼし易い。

【００１０】このようなために、各撮像期間を同じにす
ると、撮像期間を変えて撮像した場合よりも、より画質
の良い画像を得るのに適したものとなる。

【００１１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、画質が良く、高ダイナミックレンジを有する観察画
像を得ることができる内視鏡撮像装置を提供することを
目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】観察対象での反射光が入
射されることにより、前記観察対象の像を第１及び第２
の撮像期間で撮像する撮像素子を内視鏡に備えた撮像部
と、前記第１及び第２の撮像期間で撮像された第１及び
第２の画像に対する信号処理を行い第１或いは第２の画
像よりダイナミックレンジを拡大した１枚の合成画像を
を生成する画像処理を行う画像処理部と、前記合成画像
を表示する表示手段とを備えた内視鏡撮像装置におい
て、前記第１及び第２の撮像期間における少なくとも一
方の撮像期間に同期して、少なくとも前記撮像素子に入
射される入射光量を他方の撮像期間とは異なる値となる
ように制御する入射光量制御手段を設けることにより、
大きく異なる撮像期間に設定しなくても、撮像素子に入
射される入射光量を制御することにより、十分に光量差
のある、しかもノイズ等の影響を受けにくい画質のよ
い、ダイナミックレンジの広い観察画像を得ることがで
きるようにしている。

【００１３】

【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。 （第１の実施の形態）図１ないし図８は本発明の第１の
実施の形態に係り、図１は本発明の第１の実施の形態の
内視鏡撮像装置の概略構成を示し、図２は撮像部の具体
的構成を示し、図３はフィルタ部材を正面及び側面から
見た図を示し、図４は２つのフィルタを通して撮像した
場合の特性を示し、図５はフィールド判別信号により撮
像光路中に配置されるフィルタなどの動作説明図を示
し、図６は画像処理部としてのビデオプロセッサの構成
を示し、図７はダイナミックレンジ拡大部の構成を示
し、図８はダイナミックレンジ拡大部の動作説明用タイ
ミングチャートを示す。

【００１４】まず図１に示す本発明の第１の実施の形態
の内視鏡撮像装置の概略構成を用いて説明する。この内
視鏡撮像装置１は、観察対象２で反射された光は光路３
を介して撮像部４に入射され、この撮像部４に設けた露
光量制御手段５により観察対象２からの入射光量を１フ
レーム分の画像を得る場合に、２つのフィールド期間で
異なる露光量となるように制御することで撮像素子６の
撮像面上の露光量を制御する。

【００１５】この露光量制御手段５によって、例えば第
１フィールド期間では、撮像面上の露光量を白飛び（ハ
レーション）気味の状態に設定して撮像し、第２フィー
ルド期間では、撮像面上の露光量を若干黒つぶれ（ブラ
ックアウト）気味の状態に設定して撮像する。

【００１６】画像処理部７には、所定のタイミングで露
光量制御手段５の動作を切り換えるためのタイミング信
号を生成する信号発生器８が設けられ、ここでは映像信
号のフィールドごとに露光量を切り換えるタイミング信
号を露光量制御手段５に送出する。

【００１７】画像処理部７では、撮像素子６で光電変換
され入力された撮像信号をアンプ９により増幅した後、
画像処理回路１０において所定のアルゴリズムに従い前
記撮像した第１フィールドと第２フィールドの信号を組
み合わせて合成することによって映像信号を生成する。

【００１８】この映像信号の合成処理は、前記信号発生
器８からのタイミング信号によって撮像素子６での撮像
タイミングとの同期がとられる。そして、生成された映
像信号を映像出力回路１１を介してＣＲＴモニタ等の画
像表示装置１２に出力し、観察対象２の画像の表示を行
う。

【００１９】この構成により、観察画像中の比較的暗い
部分は、第１フィールドの白飛び気味の撮像信号を基に
して画像表示され、また、観察画像中の比較的明るい部
分は、第２フィールドの若干黒つぶれ気味の撮像信号を
基にして画像表示されるため、光量不足で黒つぶれを起
こしたり、光量過多で白飛びを起こしたりすることな
く、観察する際に高ダイナミックレンジを有する明瞭な
観察画像が得られる。

【００２０】図２は撮像部４の具体例としての内視鏡撮
像部４Ａの構成を示す。この内視鏡撮像部４Ａは光学式
内視鏡１５と、この光学式内視鏡１５に装着されたテレ
ビカメラ或いはカメラヘッド１６とからなる。光学式内
視鏡１５は体腔内等に挿入される挿入部１７を有する。

【００２１】この挿入部１７内には照明光を伝送するラ
イトガイド１８が挿通され、このライトガイド１８の手
元側の端部はライトガイドケーブル１９を介して光源装
置２０に接続することにより、ランプ電源回路２１から
の電源により発光するランプ２２からの照明光がレンズ
で集光されて供給される。この照明光は伝送されてライ
トガイド１８の先端面から出射し、観察対象２としての
被写体２３を照明する。

【００２２】照明光で照明され、被写体２３で反射され
た反射光は挿入部１７の先端部に設けた対物光学系２４
により、イメージガイド２５の先端面に被写体の光学像
を結び、その像はイメージガイド２５によりその後端面
に伝送される。この後端面に伝送された光学像は結像レ
ンズ２７によりその結像位置に配置された撮像素子６と
してのＣＣＤ２８に像を結ぶ。

【００２３】このＣＣＤ２８の撮像面には色分離用のモ
ザイクフィルタ２９が取り付けてある。このＣＣＤ２８
には信号発生器８からＣＣＤ駆動信号が印加されること
により、光電変換した画像信号を出力する。

【００２４】本実施の形態では結像レンズ２７とＣＣＤ
２８との撮像光路上に、露光量制御手段５として円板状
のフィルタ部材３１が配置され、このフィルタ部材３１
はモータ制御回路３３からの駆動信号により回転するモ
ータ３２により、回転駆動される。モータ制御回路３３
には第１フィールド及び第２フィールドで例えばレベル
が異なるフィールド判別信号が入力され、モータ制御回
路３３はフィールド毎にフィルタ部材３１における図３
に示す２つのフィルタ３４ａ，３４ｂが光路上に配置さ
れるように回転制御し、これによってフィールド毎にＣ
ＣＤ２８への撮像光量を制御する。

【００２５】つまり、図３に示すようにフィルタ部材３
１は透過特性の異なる半円板状の２種類のフィルタＦ
ａ，Ｆｂからなるこのフィルタ部材３１の中心より、法
線方向へ軸状部材を取り付け、この軸状部材の他端をモ
ータ３２に取付け、モータ３２の回転と共に、フィルタ
部材３１も回転運動を行うようにする。

【００２６】上記フィルタ部材３１における特性の異な
る２種類のフィルタＦａ，Ｆｂにおける一方のフィルタ
Ｆａの方がフィルタＦｂよりも透過率が高いとして説明
する。

【００２７】この場合、上述したように第１フィールド
を白飛び気味、第２フィールドをブラックアウト気味で
撮影するとするとし、第１フィールド期間にはフィルタ
Ｆａの部分が、そして第２フィールド期間にはフィルタ
Ｆｂの部分が撮像面上に位置するようにモータ３２を駆
動させる。

【００２８】つまり、モータ３２を１フレーム期間で１
回転させることにより、その１／２の第１フィールド期
間ではフィルタＦａの部分が、そして第２フィールド期
間ではフィルタＦｂの部分が撮像面上に位置するように
なる。

【００２９】これら２種類のフィルタＦａ及びＦｂの透
過特性は、適用範囲によっても異なるが、観察対象から
反射される光量が一定とすると、ＣＣＤ２８の第１フィ
ールド分は、ほぼ観察対象から反射される光量の全てを
撮像面に導き、第２フィールド分は、観察対象からの反
射光の例えば数分の１ないし数十分の１程度とすれば、
上述した第１フィールドと第２フィールドにて同じ被写
体２３に対して光量の異なる２つの画像が得られる。

【００３０】本実施の形態では、通常使用されている撮
像条件（例えば１フレームの撮像期間が１／３０秒で、
各１フィールド期間が１／６０秒）で単にフィルタＦａ
とＦｂとの相対的な透過特性を変更するのみで、大きく
異なる露光量でそれぞれ撮像することができる。このた
め、大きく異なる露光量で撮像する場合にも、フィルタ
Ｆａ，Ｆｂの透過特性の設定で対応できる。

【００３１】このように撮像制御すると、撮像光路上に
フィルタＦａが存在すると、フィルタ部材３１の通過光
量（つまり、ＣＣＤ２８への入射光量）は図４の特性Ａ
のようになり、撮像光路上にフィルタＦｂが存在する
と、フィルタ部材３１の通過光量は図４の特性Ｂのよう
になる。

【００３２】このように撮像制御するために、画像処理
部７に内包される信号発生器８から出力されるフィール
ド判別信号（図５（Ａ）参照）はモータ制御回路３３に
入力される。そして、図５（Ｂ）に示すように、第１フ
ィールドではフィルタＦａが撮像光路中にあり、第２フ
ィールドではフィルタＦｂが光路中にあるように制御さ
れる。そして、図５（Ｃ）に示すようにフィルタＦａが
光路中にある場合には入射光量は高く、フィルタＦｂが
撮像光路中にある場合にはフィルタＦａの場合よりは低
い値となる。

【００３３】そして、ＣＣＤ２８の撮像面に、第１フィ
ールド期間と第２フィールド期間とで光量の異なる画像
が得られる。得られた画像を、一般的なＴＶモニタ等の
画像表示装置１２に表示するための信号処理系を説明す
る。

【００３４】このようにして撮像された各フィールドの
画像信号は画像処理部７で信号処理される。図６は画像
処理部７の具体例としてのビデオプロセッサ３７Ａの構
成を示す。

【００３５】タイミングジェネレータ４０からのタイミ
ング信号に同期して動作するＣＣＤドライバ４１は各フ
ィールド毎にＣＣＤ駆動信号をＣＣＤ２８に印加し、各
フィールド期間にＣＣＤ２８の撮像面に結像された光学
像を光電変換してして１フィールド期間蓄積された信号
電荷をＣＣＤ２８から読み出し、その出力信号をアンプ
４２で増幅した後、前処理＆Ａ／Ｄ変換部４３を通して
相関二重サンプリング処理等の前処理して信号成分を抽
出し、さらにＡ／Ｄ変換する。

【００３６】その後、この信号は高ダイナミックレンジ
画像化を行うダイナミックレンジ拡大部（Ｄレンジ拡大
部と略記）４４に入力され、高ダイナミックレンジ処理
がされた後、色分離・ホワイトバランス・ＡＧＣ処理部
４５で色分離、ホワイトバランス、ＡＧＣ処理等の信号
処理がされた後、Ｄ／Ａ変換＆後処理部４６を介して、
外部モニタ等へ出力される。

【００３７】なお、色分離・ホワイトバランス・ＡＧＣ
処理部４５はフレームメモリを有し、このフレームメモ
リから例えばインタレースでフィールド信号が読み出さ
れてその後段側でＤ／Ａ変換され、ＮＴＳＣ方式の複合
映像信号として出力される。インタレースの複合映像信
号として出力することなく、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号として出力
しても良い。

【００３８】図６のＤレンジ拡大部４４の具体例を図７
に示す。また、この図７のＤレンジ拡大部４４の動作説
明のタイミングチャートを図８に示す。なお、図８の
（Ａ）のＶＤは垂直同期信号を示す。図７に示すＤレン
ジ拡大部４４に入力されたデジタル変換された映像信号
は、フレームメモリ４７に入力される（図８では第ｎフ
レームにおける第１及び第２フィールドで撮像された信
号をそれぞれＡｎ，Ｂｎで示している）とともに、第１
及び第２セレクタ４８ａ，４８ｂにも入力される。

【００３９】フレームメモリ４７に入力された映像信号
はＦＩＦＯ（ファーストインファーストアウト）的に、
１フィールド期間分ずれたタイミングで、第１及び第２
セレクタ４８ａ，４８ｂに入力される（図８（Ｃ），
（Ｄ）参照）。つまり、１フィールド期間遅延して出力
されることになり、次のフィールドの信号と同期して出
力される。

【００４０】第１及び第２セレクタ４８ａ，４８ｂに
は、図８（Ｂ）に示すフィールド判別信号が前者には直
接、後者には反転回路４９を介して印加される。そし
て、フィールド判別信号を基準として、各セレクタに入
力される第１及び第２フィールドいづれかの信号が取り
込まれる。

【００４１】第１セレクタ４８ａに取り込まれた信号
は、第１乗算器５０ａに出力されると共に、第１及び第
２のルックアップテーブル（ＬＵＴ）５１ａ，５１ｂに
入力され、適宜の関数で重み付けがなされる。

【００４２】この関数として例えば図８（Ｅ），（Ｆ）
では第１ＬＵＴ５１ａにｃｏｓ（ｐＢ）・ｃｏｓ（ｐ
Ｂ）、第２ＬＵＴ５１ｂにｓｉｎ（ｐＢ）・ｓｉｎ（ｐ
Ｂ）としている。ここで、関数ｃｏｓ或いはｓｉｎ内の
変数ｐＢはスケール変換のパラメータｐにより被写体の
明るさＢ（このＢは少ない入射光量で撮像した場合で撮
像された画素の輝度レベル）を０からπ／４以内に変換
する。なお、入射光量が少ない条件で撮像した場合のも
のを利用したのは、他方の場合には飽和した状態の信号
を含む場合があり、そのような信号の場合を避けるため
である。そして、ｃｏｓ（ｐＢ）は被写体の明るさに対
して単調減少の関数で、ｓｉｎ（ｐＢ）は単調増加の関
数形となる。その２乗も当然、そのような特性を示し、
その場合には両者の和は１となる。

【００４３】第１及び第２ＬＵＴ５１ａ，５１ｂにより
重み付けされた信号は各々第１及び第２乗算器５０ａ，
５０ｂに出力され、第１及び第２セレクタ４８ａ，４８
ｂから出力された信号と乗算され、その後、第１及び第
２乗算器５０ａ，５０ｂの出力を加算器５２で加算した
ものが、図８（Ｇ）に示すようにＤレンジ拡大部４４よ
り出力される。

【００４４】このようにして、光量差のある、２つのフ
ィールド期間でそれぞれ撮像された１フレーム分の２つ
の画像を合成して１フレーム分の１つの画像に変換する
事により、高ダイナミックレンジを有する信号が形成さ
れ、さらに後段の処理系を介して、外部モニタ等へ出力
される。

【００４５】このようにして同じ撮像期間となる２つの
フィールド期間でそれぞれフィルタＦａ，Ｆｂにより光
量差のある状態でＣＣＤ２８の撮像面に結ばれた２つの
画像に対応する信号は、ビデオプロセッサ３７Ａによる
信号処理系によって、光量差がある画像を重み付けによ
る合成で高ダイナミックレンジを有する１つの画像に変
換され、さらに標準的な映像信号にされて画像表示手段
で表示される。

【００４６】本実施の形態によれば、フィルタ手段を備
えた撮像手段と撮像処理部とを組み合わせる事で、簡単
な構成でしかも画質が良く、高ダイナミックレンジを有
す画像を提供する内視鏡装置を実現できる。

【００４７】つまり、従来例では高ダイナミックレンジ
にする場合には１枚の高ダイナミックレンジを有する合
成画像を得るために２つの撮像期間を大きく異なる状態
に設定しなければならないが、本実施の形態では同じ撮
像期間で済むので、簡単な信号処理系により、ノイズの
影響を受けにくく、また被写体の動きの影響を受けにく
い、つまり画質の良い、しかも高ダイナミックレンジを
有する合成画像を観察画像として提供できる。

【００４８】（第２の実施の形態）上述した第１の実施
の形態では白色照明の下でカラー撮像を行う同時式の照
明及び撮像手段の場合で説明したが、以下に面順次式の
照明及び撮像手段の場合について説明する。この場合に
は図２の光源装置２０の照明光路上にはモータで回転さ
れるＲＧＢ回転フィルタが配置され、ライトガイド１８
にはＲＧＢの照明光が供給され、それを伝送して被写体
２３をＲＧＢの面順次光で照明する。

【００４９】また、この場合には図２のＣＣＤ２８は色
分離用モザイクフィルタ２９を有しないモノクロのＣＣ
Ｄ２８が採用され、かつフィルタ部材３１の代わりに図
９に示すフィルタ部材３５が採用される。

【００５０】つまり、ＣＣＤ２８の前面側に、透過率の
異なる２種類のフィルタをＲＧＢ各色毎に用意した、３
色２種類、計６枚のフィルタＲａ，Ｇａ，Ｂａ，Ｒｂ，
Ｇｂ，Ｂｂから構成されるホイール状のフィルタ部材３
５を具備する事となる。

【００５１】この面順次方式の場合の、ビデオプロセッ
サ３７Ｂの既略の構成を図１０に示す。Ｄレンジ拡大部
４４′までの処理は、図６とほぼ共通である。このＤレ
ンジ拡大部４４′の出力信号はＤ／Ａ変換回路５５Ｒ，
５５Ｇ，５５Ｂを経てＲ，Ｇ，Ｂの色信号として出力さ
れると共に、エンコーダ５６を介してＹ／Ｃ，ＶＢＳと
して出力される。

【００５２】この場合、フィルタの配置は、図９で示し
たように、透過率の高いＲ用フィルタＲａ、透過率の高
いＧ用フィルタＧａ、透過率の高いＢ用フィルタＢａ
と、透過率の低いＲ用フィルタＲｂ、透過率の低いＧ用
フィルタＧｂ、透過率の低いＢ用フィルタＢｂの順に配
置してある。つまり、図９に示すように（Ｒａの透過
率）＞（Ｒｂの透過率），（Ｇａの透過率）＞（Ｇｂの
透過率），（Ｂａの透過率）＞（Ｂｂの透過率）であ
る。

【００５３】この場合の撮像手段の動作説明図を図１１
に示す。この場合、ＲＧＢの面順次光毎に取り込むため
に、図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すＲ，Ｇ，Ｂ用
の判別信号を用いて撮像を行うと共に、図１１（Ｄ）に
示すように面順次フィールド判別信号を用いている。

【００５４】そして、図１１（Ｅ）に示すように面順次
フィールド判別信号が“Ｈ”の第１フィールド期間に撮
像光路中にフィルタＲａ，Ｇａ，Ｂａを順次配置し、面
順次フィールド判別信号が“Ｌ”の第２フィールド期間
に撮像光路中にフィルタＲｂ，Ｇｂ，Ｂｂを順次配置
し、図１１（Ｆ）に示すように第１及び第２フィールド
期間で入射光量が異なるように露光量制御を行ってい
る。例えばＲ信号については、Ｒ用判別用信号が“Ｈ”
かつ、面順次フィールド判別信号（以下、フィールド信
号）が“Ｈ”のときに、フィルタＲａが、又、Ｒ用判別
信号が“Ｈ”かつ、フィールド信号が“Ｌ”の場合に、
フィルタＲｂが、ＣＣＤ２８の前面に位置する事とな
る。そのため、第１フィールド期間は第２フィールド期
間と比較して、ＣＣＤ２８により多くの光量を入射させ
る事ができる。

【００５５】それにより、得られた第１フィールド期間
の画像と第２フィールド期間の画像とを、画像処理部と
してのビデオプロセッサ３７Ｂに入力して、所定の高ダ
イナミックレンジ用の画像処理を行えば、高ダイナミッ
クレンジを有するＲ信号が形成できる。また、フィルタ
ＲａとフィルタＲｂとの透過率の比は適用する使用範囲
により、様々な組み合わせが考えられるが、例えばＲ
ａ：Ｒｂ＝３：１程度の比から数十：１程度が考えられ
る。

【００５６】Ｇ及びＢ信号においても、上記と同じ処理
を実施する事で、各々高ダイナミックレンジを有するＧ
及びＢ信号の形成もでき、上記ＲＧＢ信号を基に、公知
のＲＧＢエンコードを行えば、高ダイナミックレンジを
有する映像信号を得る事もできる。

【００５７】図１１から分かるようにフィルタ部材３５
は１フレーム期間に１回転される。このように、本実施
の形態においても、フィルタ部材３５を用いて撮像を行
うことにより、基本的に撮像期間を変更しなくても露光
量が異なる画像を得ることができるようにしている。

【００５８】本実施の形態では、図１０のＤレンジ拡大
部４４′の構成及び動作はこのＤレンジ拡大部４４′へ
の入力信号がＲ，Ｇ，Ｂ各々に分割されて入力されるた
め、図６の場合とは異なる。このＤレンジ拡大部４４′
の構成を図１２に示す。

【００５９】Ｄレンジ拡大部４４′へ入力されるディジ
タル映像信号は、面順次フィールド判別用信号の１周期
内にＲＧＢ信号各々の第１フィールド分及び第２フィー
ルド分が含まれている。

【００６０】もし、面順次フィールド判別信号が、図８
で示したフィールド判別信号と周期が一致していると、
考えるのであれば、Ｄレンジ拡大部４４′への入力信号
より、直接ＲＧＢ成分、各々に抽出しようとすると１／
３のフィールド期間ずつしか、利用できなくなる。

【００６１】このため、Ｄレンジ拡大部４４′へ入力さ
れたデジタル映像信号は、まずＤレンジ拡大部４４′内
の信号セレクタ＆補間部６１に入力され、各色成分毎に
デコードされ、かつ信号補間を施し、各色信号周期を３
倍に伸張させた形式にて、信号セレクタ＆補間部６１よ
り出力される。

【００６２】この後、各色成分毎に、図７及び図８にて
示した信号処理に沿って、各々Ｒ，Ｇ，Ｂのデジタル信
号を形成する。これを行うためのＤレンジ拡大部４４′
の具体的構成を図１２に、また、信号セレクタ＆補間部
６１の入出力についての既略図を図１３に示す。

【００６３】例えば図１２において、信号セレクタ＆補
間部６１から出力されるＲ信号はＲ用フレームメモリ４
７Ｒに入力されると共に、Ｒ用第１及び第２セレクタ
（図１２ではＲ用第１及び第２ＳＥＬと略記）４８Ｒａ
及び４８Ｒｂに入力される。また、Ｒ用フレームメモリ
４７Ｒの出力もＲ用第１及び第２セレクタ４８Ｒａ及び
４８Ｒｂに入力される。

【００６４】Ｒ用第１及び第２セレクタ４８Ｒａ及び４
８Ｒｂはフィールド判別信号が直接及び反転回路４９Ｒ
を介して入力される。Ｒ用第１及び第２セレクタ４８Ｒ
ａ及び４８Ｒｂの出力信号はそれぞれ乗算器５０Ｒａ及
び５０Ｒｂに入力される。

【００６５】また、Ｒ用第１セレクタ４８Ｒａの出力信
号は、第１及び第２ＬＵＴ５１Ｒａ及び５１Ｒｂに入力
され、第１及び第２ＬＵＴ５１Ｒａ及び５１Ｒｂの出力
信号は乗算器５０Ｒａ及び５０Ｒｂにより、Ｒ用第１及
び第２セレクタ４８Ｒａ及び４８Ｒｂの出力信号と乗算
された後、加算器５２Ｒで加算された後、デジタルＲ信
号として後段側に出力される。他の色信号Ｇ、Ｂも色信
号Ｒの場合の符号ＲをＧ、Ｂに変更したのみの同じ構成
となっており、その説明を省略する。

【００６６】このＤレンジ拡大部４４′における信号セ
レクタ＆補間部６１以降の構成は図７のＤレンジ拡大部
４４を各色信号成分毎に設けた構成となっている。

【００６７】また、信号セレクタ＆補間部６１は図１３
（Ａ）〜（Ｉ）に示すように面順次フィールド判別信号
の“Ｈ”及び“Ｌ”の各期間に３分割されて順次入力さ
れる色信号をこの信号セレクタ＆補間部６１で各色信号
に分離し、かつ３倍の周期に伸張してＲ、Ｇ、Ｂの出力
端からそれぞれＲ用、Ｇ用、Ｂ用フレームメモリに出力
する。

【００６８】そして、各色信号成分に対しては図７の場
合の構成と同様に図８に示すようにダイナミックレンジ
の拡大が行われる（このため、この場合には図８におけ
る例えばフレームメモリ入力はＲの色信号の場合にはＲ
用フレームメモリと読み替える）。

【００６９】本実施の形態では、図１１に示すように
Ｒ，Ｇ，Ｂ各信号毎に独立した判別信号を用いたが、
Ｒ，Ｇ，Ｂ及び各々の第１フィールド，第２フィールド
を区別する方法は、３つの信号だけでも、実現できる。
その場合のタイミングチャートを図１４に示す。この場
合は、２種類の色判別信号と面順次フィールド判別信号
と組み合わせで、撮像素子に入射する光量及びＲＧＢ判
別を実施するようにしている。

【００７０】つまり、図１４では、第１及び第２色判別
信号の“Ｈ”，“Ｌ”の組み合わせを（第１色判別信
号，第２色判別信号）＝（Ｃ１，Ｃ２）とし、（Ｃ１，
Ｃ２）＝（Ｈ，Ｌ）をＲ、（Ｃ１，Ｃ２）＝（Ｌ，Ｈ）
をＧ、（Ｃ１，Ｃ２）＝（Ｈ，Ｈ）をＢに対応させ、こ
れと面順次フィールド判別信号を組み合わせ、結果的に
図１１で示した具体例と同じ効果を得るものである。

【００７１】また、この場合には、図１２のＲ用、Ｇ
用、Ｂ用判別信号の代わりに、上述の２つの色判別信号
に置き換えれば、同様に信号セレクタ＆補間部６１によ
る色信号の分離及び伸張を行い、その後段側でダイナミ
ックレンジの拡大処理を行うことができる。

【００７２】尚、この場合、使用するホイール状のフィ
ルタ部材は図９のフィルタ部材３５と同じものである。
また、本実施の形態の第２変形例として、フィルタの配
置をＲａ→Ｇａ→Ｂａ→Ｒｂ→Ｇｂ→Ｂｂでは無く、Ｒ
ａ→Ｒｂ→Ｇａ→Ｇｂ→Ｂａ→Ｂｂとした場合も考えら
れる。この場合について以下に説明する。この場合に使
用するホイール状のフィルタ部材３５′を図１５に示
す。

【００７３】図１６（Ａ）〜（Ｆ）は、この場合の撮像
手段の動作説明用タイミングチャートである。図１５に
示すフィルタの配列により、図１１に示すタイミングチ
ャートと異なり、各色毎に第１フィールドと第２フィー
ルドとが連続して発生し、Ｒ→Ｇ→Ｂの順で、巡った
後、また、Ｒの第１フィールドに戻すというルーチンを
繰り返す。

【００７４】フィルタの配置と、タイミングチャート以
外は、基本的に図１１に示すような撮像制御を行うもの
と共通であるため、詳細な説明は省くが、各色におい
て、第１フィールドで、撮像面への入射光量の多い画像
を、第２フィールドで、入射光量の少ない画像を得るこ
とにより、高ダイナミックレンジを有する画像を得よう
とするものである。

【００７５】また、この第２変形例では図１６（Ｇ）〜
（Ｉ）は図１４で示した３つの判別信号で図１１に示す
効果を得るための例を、図１５に示すフィルタ部材３
５′を使用した場合のタイミングチャートである。

【００７６】このようなフィルタ部材３５′を用いる場
合の信号処理の基本的構成のブロック図は、図１０，図
１２とほぼ共通で、撮像面での画像取得が、単一の色に
て、第１フィールドと第２フィールドとが連続して、発
生する事のみが異なる。この場合の、タイミングチャー
トを図１７に示す。

【００７７】図１７ではＲＧＢ各信号の第１フィールド
（ＯＤＤフィールド）成分、第２フィールド（ＥＶＥＮ
フィールド）成分を各々、Ｒｏｎ，Ｒｅｎ（ここで、
ｏ：ＯＤＤ，ｅ：ＥＶＥＮ，ｎ＝０，１，２，３…）と
いう表現にて表している。

【００７８】この場合のＤレンジ拡大部の構成は図１２
において、信号セレクタ＆補間部６１の代わりに図１８
に示す信号セレクタ＆補間部６１′を用いた構成とな
る。

【００７９】映像信号はバッファ６２を介してデコーダ
６３に入力される。このデコーダ６３の出力信号はＲ
用、Ｇ用、Ｂ用信号伸張回路６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂに
それぞれ入力される。そして、外部から入力される制御
信号を基に、デコーダ・伸張制御回路６５にてデコーダ
６３，各色信号用伸張回路を制御する制御信号を印加す
る。

【００８０】その制御信号より、入力された映像信号を
デコーダ６３でデコードし、デコードした後、ＲＧＢ各
色信号を各々フィールド信号に見合った期間長まで、補
間伸張させ、伸張させた後、各色毎に１度フレームメモ
リ６６Ｒ，６６Ｇ，６６Ｂに読み込ませ、ＦＩＦＯ的に
順次、後段側へ出力させていく。この信号セレクタ＆補
間部６１′を用いて図１２に示すようにＤレンジ拡大を
行う。

【００８１】つまり、信号セレクタ＆補間部６１′に入
力されたディジタル映像信号は、上述のようにＲＧＢ毎
に成分抽出され、その後、図１７に示すように周期長を
３倍に伸張され、Ｒ，Ｇ，Ｂ用フレームメモリ４７Ｒ、
４７Ｇ、４７Ｂへ出力される。

【００８２】各色用フレームメモリから出力される各色
信号は、各色毎に高ダイナミックレンジ処理が施された
後、Ｄ／Ａ処理等を経て外部モニタなどへ出力される。

【００８３】本実施の形態及びその変形例によれば、同
時式の場合とほぼ同様に高速の撮像素子を必要とするこ
となく、低速の撮像素子を用いてダイナミックレンジの
拡大を行うことができる。

【００８４】（第３の実施の形態）次に本発明の第３の
実施の形態を説明する。本実施の形態では露光量制御素
子として液晶素子を使用する。本実施の形態の液晶素子
は、制御信号のＯＮ／ＯＦＦにて不透過／透過を切換え
るシャッタ的な特性を有する素子では無く、例えば、制
御信号がＯＮの際、入射光量を散乱させる事で、撮像素
子に入射する光量を制限させる特性のものを用いる。

【００８５】図１９は撮像部の主要部構成を示す。この
カメラヘッド１６Ｂは図２において、レンズ２７とＣＣ
Ｄ２８との間の撮像光路中に液晶素子（ＬＣＤと略記）
７１を配置し、このＬＣＤ７１を液晶素子駆動部（ＬＣ
Ｄ駆動部と略記）７２で制御するようにしている。

【００８６】このＬＣＤ駆動部７２にはフィールド判別
信号が入力され、例えば図２０（Ａ）に示すようにフィ
ールド判別信号が“Ｈ”の第１フィールド期間（ＯＤＤ
フィールド期間）には図２０（Ｂ）に示すようにＬＣＤ
駆動信号を“Ｌ”にし、フィールド判別信号が“Ｌ”の
第２フィールド期間（ＥＶＥＮフィールド期間）にはＬ
ＣＤ駆動信号を“Ｈ”にする。

【００８７】そして、ＬＣＤ駆動信号を“Ｈ”にした場
合には図２０（Ｃ）に示すように透過率を低くして、入
射光をＣＣＤ２８側に導き、露光量が低い状態で撮像
し、ＬＣＤ駆動信号を“Ｌ”にした場合には透過率を高
くして、入射光をＣＣＤ２８側に導き、露光量が高い状
態で撮像する。

【００８８】このＬＣＤ駆動部７２は、図１９ではカメ
ラヘッド１６Ｂ内に設けているが、撮像部としてのカメ
ラヘッド１６Ｂの小型化のため、画像処理部７内に設け
るようにしても構わない。何れの場合においても、ＬＣ
Ｄ７１の動作を制御する機能をＬＣＤ駆動部７２は有す
る。

【００８９】このＬＣＤ駆動部７２は入力されたフィー
ルド判別信号を基に、ＬＣＤ７１内の液晶を駆動させる
適宜の電圧のＬＣＤ駆動信号を発生させ、この信号の印
加により液晶分子の配列角度を制御してＬＣＤ７１を透
過する光量を制御する。

【００９０】具体的には、白飛び気味の画像を撮像する
ためには、液晶が入射光の進行方向と並行となるように
ＬＣＤ７１に低い電圧を印可し、ブラックアウト気味の
画像を撮像するためには、液晶が入射光の進行方向と直
行するようにＬＣＤ７１に高い電圧を印可する事であ
る。この場合の信号処理系は第１の実施の形態と同様の
ものを用いることができる。

【００９１】このようにする事で、白飛び気味とブラッ
クアウト気味双方の画像が得られるため、画像処理部７
のアルゴリズムとの併用により画質が良く、高ダイナミ
ックレンジを有す画像を実現できる。従って、本実施の
形態によれば、第１の実施の形態において、メカニカル
な可動機構を必要としないで、ほぼ同様の作用効果を得
ることができる。

【００９２】又、液晶素子（ＬＣＤ）としては、入力さ
れる制御信号のＯＮ／ＯＦＦに従い、ほぼ完全なシャッ
タとして機能する特性を有する素子も存在する。

【００９３】上述した、シャッタとして機能するＬＣＤ
を使用した変形例について説明する。この場合の撮像部
はＬＣＤ７１等の配置概略が図１９と共通である。

【００９４】この場合、図２０に示すタイミングチャー
トのようにすると、ＥＶＥＮフィールド期間は、ＣＣＤ
２８に入射光量が全く無いため、完全なブラックアウト
した画像しか得られない。

【００９５】そのため、ＥＶＥＮフィールド期間のう
ち、適宜の期間のみ、ＬＣＤ７１を閉じさせて、それ以
外の期間、ＬＣＤ７１を開く事とする。このようにする
と、例えば、上述のＥＶＥＮフィールド期間はＯＤＤフ
ィールド期間と比べ、ＣＣＤ２８の撮像面上に入射する
光量が制限されるので、結果的に図１９及びその動作を
示す図２０と同様の効果が得られるようにできる。

【００９６】図２１はこの場合のタイミングチャートを
示す。この変形例では、ＥＶＥＮフィールド期間にてＣ
ＣＤ２８に入射する光量をＯＤＤフィールド期間の半分
にする事を想定したため、不透過（＝シャッタを閉じて
いる）期間を、ＥＶＥＮフィールド期間ｔｂの半分ｔａ
の場合で示しているが、適用する範囲及び使用目的に応
じて、例えば数分の１ないし数１００分の１など、任意
に変更してもかまわない。

【００９７】なお、この変形例の場合にも、ＣＣＤ２８
を駆動するＣＣＤ駆動信号は第１の実施の形態と同様に
各フィールド期間にそれぞれ１回、つまりフレーム期間
に２回行えば良い。

【００９８】この変形例の効果としては、第２の実施の
形態とほぼ同様のものとなるが、例えばＥＶＥＮフィー
ルドにおけるＬＣＤ駆動信号を単に“Ｈ”にする期間を
可変することにより、ＣＣＤ駆動信号は変更しないでも
一方の露光量に対し、他方の露光量の割合を殆ど任意に
変更した撮像画像を得ることができる。

【００９９】従って、例えば被写体の明るさ（輝度）を
検出して、その輝度レベルが高い場合には、ＥＶＥＮフ
ィールドにおけるＬＣＤ駆動信号を“Ｈ”にする期間を
短くして、露光量の少なくした撮像画像を得るようにす
ることもできる。

【０１００】そして、この露光量の少なくした撮像画像
と他方の撮像画像とから合成してダイナミックレンジの
拡大を行った画像を形成することにより、高い輝度レベ
ルのある被写体の場合にも、高輝度部分が飽和しないよ
うな観察画像を得られるようにしても良い。

【０１０１】（第４の実施の形態）次に本発明の第４の
実施の形態の内視鏡撮像装置を説明する。第１ないし第
３の実施の形態にて示したように、高ダイナミックレン
ジを有す画像を得るために、撮像素子６側への入射光量
を制御することにより、例えば２つの撮像フィールド毎
に白飛び気味の画像とブラックアウト気味の画像双方を
撮像するようにしている。

【０１０２】一般に外部自然光が十分に得られない場
合、例えば、内視鏡用途等においては、光源装置を別途
用意して必要な光量を確保する事がある。その場合は、
観察対象から得られる光量は光源装置から外部に発光さ
れる光量によって規定される。そのため、光源装置から
の出射光量を制御する事ができれば、第１の実施の形態
ないし第３の実施の形態とは異なる手法によって、露光
量制御（入射光量制御）を行い、適宜のタイミング制御
によって白飛び気味の画像及びブラックアウト気味の画
像双方を得る事ができる。本実施の形態はこのような場
合に相当する。

【０１０３】換言すると、第１の実施の形態ないし第３
の実施の形態は光源装置を用いない場合にも適用でき
る。つまり、第１ないし第３の実施の形態はビデオカメ
ラ等の必ずしも光源装置を必要としない撮像装置に適用
できる。

【０１０４】図２２は第４の実施の形態の内視鏡撮像装
置７４の概略の構成を示す。この内視鏡撮像装置７４は
図１において、撮像部４に露光量制御手段５を設けない
撮像部４′とし、その代わりに発光手段７５を内蔵した
光源装置７６に出射光量制御手段７７を設け、ライトガ
イド７８により光路３を介して観察対象２を照明する出
射光量を制御するようにしている。

【０１０５】また、図１の画像処理部７において、画像
処理回路１０と信号発生器８との間に調光＆発光信号補
正回路７９を設けた画像処理部７′とし、撮像素子６か
ら出力される画像信号に対して画像処理する画像処理回
路１０からの信号を調光回路７９に入力し、発光手段７
５を制御する制御信号を生成するようにしている。ま
た、信号発生器８からのフィールド判別信号は、本実施
の形態では出射光量制御手段７７に印加するようにして
いる。

【０１０６】図２３（Ａ）は光源装置７６の構成を示
す。ランプ８１は電源部８２及び発光制御回路８３と接
続され、所定の発光量で発光するように制御される。こ
のランプ８１の前方の照明光路上に円板状のフィルタ部
材８４が配置され、このフィルタ部材８４はその中心に
取り付けた軸部材がモータ駆動制御回路８５からのモー
タ駆動信号により回転するモータ８６の回転軸に取り付
けられ、モータ８６の回転と共に回転駆動される。

【０１０７】このモータ駆動制御回路８５は電源部８２
から電源が供給されると共に、画像処理部７′からのフ
ィールド判別信号が印加され、この信号に同期してモー
タ８６を回転駆動させる。また、電源部８２は外部商用
電源或いは外部電源と接続される。また、発光制御回路
８３には画像処理部７′の調光回路７９からの制御信号
が印加される。

【０１０８】上記フィルタ部材８４は図２３（Ｂ）に示
すように透過率が異なるフィルタＦａとＦｂで構成され
る。例えばフィルタＦｂの透過率はフィルタＦａの透過
率の１／３に設定されている。その他は第１の実施の形
態とほぼ同様の構成である。

【０１０９】本実施の形態では図２４（Ａ）に示すよう
にフィールド判別信号に同期して、モータ８６が回転
し、図２４（Ｂ）に示すようにランプ８１の前の照明光
路中にフィルタＦａとフィルタＦｂが各フィールド期
間、交互に介挿される。

【０１１０】そして、図２４（Ｃ）に示すように光路中
にフィルタＦａが配置された時には光源装置７６から出
射されるランプ８１の光量は大きくなり（出射光量が
大）、光路中にフィルタＦｂが配置された時には光源装
置７６から出射されるランプ８１の光量は小さきくなる
（出射光量が小）。

【０１１１】このように出射光量を２つのフィールド期
間で異なる値となるように設定することにより、観察対
象２は２つのフィールド期間で異なる照明光量で照明さ
れ、従って観察対象２で反射されて撮像素子６に入射さ
れる光の入射光量も各フィールド期間で異なる。つま
り、本実施の形態では照明光量を制御することにより、
撮像素子６で撮像される入射光量を制御するようにして
いる。

【０１１２】また、本実施の形態では、調光回路７９は
画像処理部１０からの輝度信号を例えば１フレーム期間
積分して、平均の輝度レベルを検出し、この輝度レベル
を標準の輝度レベルと比較した場合の標準の輝度レベル
からの誤差信号を調光する制御信号として発光制御回路
８３に出力し、この発光制御回路８３を介して例えばラ
ンプ８１の発光量を制御する。

【０１１３】例えば、１フレーム期間積分した平均の輝
度レベルが標準の輝度レベルよりも低いと、その標準の
輝度レベルからずれた誤差量に相当する制御信号が発光
制御回路８３に入力され、この発光制御回路８３からラ
ンプ８１に出力される発光電流を大きくするように制御
する。

【０１１４】このように制御することにより、平均の輝
度レベルは標準値に近い値となるように制御される。そ
して、観察に適した観察画像が得られるようにしてい
る。また、調光回路７９は画像処理回路１０のＡＧＣ回
路のゲインを制御する。例えば、ＡＧＣ回路のゲイン制
御により、過渡的に（高速に）観察に適した輝度レベル
にとりあえず設定し、その後により低速の発光制御によ
り、観察に適した光量に設定され、これに応じてＡＧＣ
回路によるゲインは定常値に戻る。

【０１１５】図２５は変形例の光源装置７６′の構成を
示す。この光源装置７６′では図２３において、ランプ
８１の前に液晶素子（ＬＣＤと略記）８８を配置し、こ
のＬＣＤ８８をＬＣＤ駆動部８９で制御するようにして
いる。その他は図２３と同様の構成である。このＬＣＤ
８８は図２０或いは図２１のように駆動される。また、
その作用及び効果も第４の実施の形態とほぼ同様であ
る。

【０１１６】（第５の実施の形態）次に本発明の第５の
実施の形態を説明する。第４の実施の形態では、光源装
置７６の発光手段の前面に出射光量制御手段７７を設け
ていたが、出射光量を制御する方法として、発光手段か
らの発光量自体を制御して出射光量を制御する方法もあ
る。

【０１１７】この方法の場合は、任意のタイミングに応
じて発光部からの発光量を制御して、白飛び気味の画像
を得る際はフル発光状態で撮像し、ブラックアウト気味
の画像を得る際は最小発光状態で撮像し、この発光量切
り替えのタイミングを画像表示のフィールド切り替えの
タイミングに同期させれば、フィールド毎に白飛び気味
の画像とブラックアウト気味の画像を得る事ができるの
で、画像処理部のアルゴリズムと併せて高ダイナミック
レンジを有す画像を提供できるようになる。

【０１１８】また、画像観察は常時動画が必要という訳
では無い。例えば、写真撮影等を行う場合には静止画が
必要とされる場合がある。静止画の場合は、高ダイナミ
ックレンジを有す画像で無くとも十分である場合が多
く、撮影したい部位を撮影に適した明るさに調整すれ
ば、他の部位が見にくくなっても問題無い事が多い。

【０１１９】そのような場合は、むしろ高ダイナミック
レンジを有す画像で無くても構わない。そのような場合
には、高ダイナミックレンジで無く、別のモード（現状
の通常画面レベル）で表示する様に、モードを切り替え
るように設定しておけば、動画表示及び静止画表示のい
ずれでも観察に適した画像を観察者に提供する事ができ
る。

【０１２０】本実施の形態は第４の実施の形態におい
て、光源装置７６の発光手段７５をパルス点灯させるこ
とによりフィールド毎に光量を可変させるようにして、
その状態で撮像を行うものであり、図２６は第５の実施
の形態の内視鏡装置９０の構成を示す。

【０１２１】観察光学系９１を備えた光学式内視鏡９２
に撮像部としてのカメラヘッド９３が装着され、このカ
メラヘッド９３内の撮像素子６の出力信号は画像処理部
７″に入力される。この画像処理部７″は図２２の画像
処理部７′において、調光回路７９の代わりに、調光＆
発光信号補正回路７９′にしている。この調光＆発光信
号補正回路７９′は調光回路７９の機能の他に、後述す
る発光信号補正の機能を行う。

【０１２２】光学式内視鏡９２のライトガイド９４はラ
イトガイドケーブル７８を介して光源装置９５に接続さ
れる。この光源装置９５内の発光手段としてのランプ９
６は発光駆動部９７により、発光するように駆動され、
この発光駆動部９７はさらに発光制御回路９８を介して
制御される。

【０１２３】この発光制御回路９８は信号発生器８から
のフィールド判別信号及び発光タイミング制御信号によ
り、発光駆動部９７を介してランプ９６の発光を制御す
る。その他は図２２と同様の構成であり、その説明を省
略する。

【０１２４】次に本実施の形態の動作を図２７のタイミ
ングチャートを参照して説明する。本実施の形態でのラ
ンプ発光手段は一種のパルス点灯に相当する。本実施の
形態の具体例として、フィールド期間内にランプ９６を
点灯させる回数を可変させる場合で説明する。

【０１２５】画像処理部７′内の信号発生器８は図２７
（Ａ）のフィールド判別信号を基に、さらに図２７
（Ｂ）に示すパルス状の発光タイミング制御信号を形成
する。この信号発生器８より、出力される発光タイミン
グ制御信号は光源装置９５の発光制御回路９８に出力さ
れる。

【０１２６】光源装置９８内の発光制御回路９８は、上
述の発光タイミング制御信号の立ち上がりにて、光源の
ランプを瞬間、点灯させるような、発光部制御信号を出
力し、この発光部制御信号により発光駆動部９７を介し
てランプ９６を発光駆動する。

【０１２７】例えば、図２７（Ｃ）に示す具体例では、
第１フィールド（＝ＯＤＤ）に、３発の発光タイミング
制御信号のパルスが、第２フィールドでは、１発の発光
タイミング制御信号のパルスが発生している。

【０１２８】ランプ９６の発光特性を利用すれば、図２
７（Ｃ）に示すような発光量となり、これを各フィール
ド毎の平均発光量で表すと図２７（Ｄ）に示すようにな
る。このようにして観察対象への照明光量はフィールド
毎の平均光量に差が生じ、この状態で各フィールド期間
に撮像素子で撮像することにより、第１フィールドに
て、白飛び気味の画像、第２フィールドで、ややブラッ
クアウト気味の画像を得る事が出来る。

【０１２９】このようにして得た、２つの画像を図７の
Ｄレンジ拡大部４４で合成することにより、高ダイナミ
ックレンジの画像が得られる。また、ランプの特性とし
て、点灯する信号を発光制御回路側から出力しても、フ
ル発光状態になるまで、時間差が生じる場合がある。こ
の場合、ランプがフル発光状態になるまでの時間分、観
察対象に適正な光量が照射されなくなる。

【０１３０】そのような場合は、例えば、上記具体例に
従うと、第１フィールド分の水平走査信号の走査を開始
して、しばらくの間、具体的な例として、３１〜７１Ｈ
程度、一般的なＴＶモニタの表示領域の１／４上半分よ
り上部に当たる部分、適正な光量を観察対象に照射でき
なくなるため、適正な光量が照射できない部分は、高ダ
イナミックレンジの画像が得られなくなる。

【０１３１】その場合は、フィールド判別信号だけでな
く、画像信号も画像処理部７″の調光回＆発光信号補正
回路７９′に入力し、Ｈライン毎に比較をし、もしその
硬度レベルに極端に差があるようであれば、フィールド
判別信号より若干、先行した発光タイミング制御信号を
発生して、ランプ特性の立ち上がり分を吸収するよう
に、制御すれば良い。

【０１３２】また、フィールド判別信号に従って、光源
装置９５の出射光量制御手段を駆動させるだけでは、観
察対象全域に適正な光量を照射できない場合や、発光手
段の特性によって、発光手段、例えばランプ等の立ち上
がりから、フル発光状態になるまで時間が掛かる場合、
観察するのに十分かつ適正な光量を確保できない場合も
考えられる。

【０１３３】そのため、光源装置９５から出射される光
量が、観察に十分かつ適正になるよう、画像処理部７″
内に撮像素子６から出力された画像情報を基に、画像処
理部７″から光源装置９５へ出力される制御信号を補正
する発光信号補正回路を設け、常に撮像素子６の撮像タ
イミングと、光源装置９５からの出射光量とが整合した
画像撮像を行う事をできるようにする。

【０１３４】ＴＶモニタ等に出力する画像信号の形成法
は第１の実施の形態に準拠する。また、本実施の形態で
は図示しないフリーズスイッチを操作することにより、
例えば図６の色分離・Ｗ／Ｂ・ＡＧＣ回路４５内のフレ
ームメモリに書込禁止の信号を送り、その直前に書き込
まれた画像を繰り返し出力し、ＴＶモニタなどの画像表
示手段で表示できるようにしている。

【０１３５】また、本実施の形態では発光制御回路９８
は信号発生器８からの発光タイミング制御信号で発光さ
せると説明したが、この他に発光パルス数をマニュアル
で設定することもできるようにしている。この場合に
は、発光パルス数を２つの各フィールド期間に対して行
うことができるようにすると良い。また、その場合の特
殊な例として、２つのフィールド期間で同じ発光パルス
数、つまり同じ発光量に設定してこの場合にはダイナミ
ックレンジの拡大を行わない特性のモードにできるよう
にしても良い。

【０１３６】例えば、複数のスイッチ素子からなるディ
ップスイッチなどにより、複数のデジタル信号を発光パ
ルス指示信号として信号発生器８に入力することによ
り、信号発生器８は指示された発光パルス指示信号のパ
ルス数に応じたタイミングで発光タイミング制御信号を
発光制御回路９８に出力する。

【０１３７】このようにすることにより、例えば静止画
で注目する部分を観察し易い適度の明るさに設定するこ
とが必要な場合に、高ダイナミックレンジでも観察でき
るが、その場合には却って注目する部分での輝度レベル
の変化が少なくなるような場合には観察者がマニュアル
操作で観察に適した発光量に設定して、観察画像を得る
ことができる。

【０１３８】また、このように発光パルス数をマニュア
ルで指示する他に、マニュアル操作で現在の発光パルス
数からその発光パルス数を増減させる指示信号を信号発
生器８に印加して、その指示信号に沿った発光タイミン
グ制御信号を発光制御回路９８に出力するようにしても
良い。

【０１３９】本実施の形態によれば、第４の実施の形態
と同様の効果が得られると共に、さらに、動画／静止画
各々の場合に応じて、適した露光量の画像を観察者に提
供する事ができるようになる。

【０１４０】なお、本実施の形態における撮像方式の場
合も、上記の第２の実施の形態と同様、撮像素子前面に
ホイール状（円板状）のカラーフィルタを具備した場合
が考えられる。

【０１４１】上記ホイール状のカラーフィルタに配され
る３原色各々のフィルタの透過率を各原色毎、又はある
特定の色の透過率を他の２色の透過率と異ならせる等の
手法を用い露光量制御を行う事で、高ダイナミックレン
ジを有す画像を提供する事ができるようになる。

【０１４２】また、上記具体例ではフィルタ上に配され
るカラーフィルタは３つとしたが、それ以外にも、例え
ば、３原色各々のカラーフィルタ１色毎に、透過率の異
なる２種類のカラーフィルタを用意して、上記ホイール
状部材上に透過率の高い赤、緑、青のカラーフィルタ、
透過率の低い赤、緑、青のカラーフィルタを等間隔に配
す事で、３原色各々に白飛び気味の画像、及びブラック
アウト気味の画像の双方を撮像素子にて撮像して、以下
上述の手順で各色毎に高ダイナミックレンジを有す画像
を提供できるようになる。

【０１４３】上述の構成により、高ダイナミックレンジ
を有す画像を使用者に提供でき、高ダイナミックレンジ
の画像により画面全体に渡り、観察し易い画像を提供す
る事で処置等も的確に実施する事ができるようになる。

【０１４４】また、画像表示装置に表示する画像に応じ
て、撮像モードを変更させて観察者に観察し易い画像を
提供することもできる。

【０１４５】［付記］ １．観察対象での反射光が入射されることにより、前記
観察対象の像を第１及び第２の撮像期間で撮像する撮像
素子を内視鏡に備えた撮像部と、前記第１及び第２の撮
像期間で撮像された第１及び第２の画像に対する信号処
理を行い第１或いは第２の画像よりダイナミックレンジ
を拡大した１枚の合成画像をを生成する画像処理を行う
画像処理部と、前記合成画像を表示する表示手段とを備
えた内視鏡撮像装置において、前記第１及び第２の撮像
期間における少なくとも一方の撮像期間に同期して、少
なくとも前記撮像素子に入射される入射光量を他方の撮
像期間とは異なる値となるように制御する入射光量制御
手段を設けたことを特徴とする内視鏡撮像装置。

【０１４６】２．付記１において、前記第１及び第２の
撮像期間は同じ撮像期間である。 ３．付記１において、前記第１及び第２の撮像期間は標
準的な映像信号における１フレーム期間の半分の撮像期
間である。

【０１４７】４．付記１において、前記入射光量制御手
段は前記観察対象と撮像素子との間の光路上に配置さ
れ、透過光量を減少させるフィルタを有する。 ５．付記１において、前記入射光量制御手段は前記観察
対象に照明光を出射する照明光出射手段からの照明光出
射光量を制御する照明光出射光量制御手段で形成され、
前記照明光出射光量制御手段は前記一方の撮像期間に同
期して撮像素子に入射される入射光量を他方の撮像期間
とは異なる値となるように制御する。

【０１４８】６．第１の明るさの被写体を撮像すると飽
和する第１の露光レベルで撮像された第１の撮像信号
と、前記第１の明るさより明るい第２の明るさの被写体
を撮像すると飽和する前記第１の露光レベルより少ない
第２の露光レベルで撮像された第２の撮像信号とを所定
のタイミング毎に交互に出力する撮像手段と、前記第１
及び第２の露光レベルを得るために前記撮像手段におけ
る受光光量を制御する光量制御手段と、前記撮像手段に
入射される光量レベルに応じて、前記第１の撮像信号と
前記第２の撮像信号の割合を変更して、前記第１の撮像
信号に基づく第１の画像信号と前記第２の撮像信号に基
づく第２の画像信号とを合成する画像信号合成手段と、
前記画像信号合成手段により合成された画像信号に基づ
き、表示手段に表示可能な映像信号を生成する信号処理
手段と、を備えたことを特徴とする内視鏡撮像装置。

【０１４９】７．前記光量制御手段は、前記撮像手段の
受光面に入射する光量を制御する入射光量制御手段であ
ることを特徴とする付記６に記載の内視鏡撮像装置。 ８．前記光量制御手段は、前記撮像手段で撮像する観察
対象への照明光の光量を制御する照明光量制御手段であ
ることを特徴とする付記６に記載の内視鏡撮像装置。

【０１５０】９．内視鏡を用いて、撮像素子等の結像面
に観察対象の画像を結像させ、その結像面に結像させた
観察対象の画像情報を、任意の手法により画像表示機器
等に投影して、観察対象の観察、操作、画像評価及び観
察対象に処置等を加える際に、使用する画像撮影装置／
画像処理装置及び画像表示装置及びそれらを含むシステ
ムにおいて、観察対象に照射／露光する光量を可変させ
る事を特徴とする。

【０１５１】１０．付記９において、観察対象に照射／
露光する光量を変化させる事は、撮像装置にて規定され
る任意のタイミングによって、可変される事を特徴とす
る。 １１．付記９において、上述された画像撮影／画像処理
装置は、上述撮像素子の結像面上に結像された、観察対
象への照射／露光光量の異なる画像情報を各々、個別に
記録／保持する事のできる複数の記録領域を内包した事
を特徴とする。

【０１５２】１２．付記９において、上述画像撮影／画
像処理装置は、上述画像表示装置に伝送する表示用映像
信号を形成する機能を有し、且つ付記１０に示した画像
撮影／画像処理装置内に具備する複数の記録領域に記録
された画像情報を任意に取り出し、適当な演算手法によ
り、各記録領域より取りだした照射／露光光量の異なる
画像情報を組み合わせて、広範囲のダイナミックレンジ
を有する画像情報を形成し、上述画像表示装置に広範囲
のダイナミックレンジを有する表示用映像信号を伝送さ
せ得る機能をも有している事を特徴とする。

【０１５３】１３．付記９において、上述画像撮影／画
像処理装置は、必要に応じて上述装置内に具備する複数
の上述記録領域を介す事無く、リアルタイムの画像表示
ができる機能を併せ持つ事を特徴とする。 １４．付記９において、上述した画像撮影／画像処理装
置は、必要に応じて、装置内に具備する複数の記録領域
を、上述画像表示装置以外の外部機器へ、画像情報を出
力するための画像バッファとして転用させ得る事を特徴
とする。

【０１５４】１５．付記８の照射／露光光量を可変させ
る手段として、観察対象と上述撮像素子結像面とを結ぶ
光路上に光量調節手段を具備する事を特徴とする。 １６．付記１５において、光量調節手段として、観察対
象と撮像素子の結像面とを結ぶ光路上に、液晶板を配置
した事を特徴とする。

【０１５５】１７．付記１５の光量調節手段として、観
察対象と撮像素子の結像面とを結ぶ光路上にて、その光
路と直行する位置に配され、透過特性の異なる複数の材
料より構成された板状の部材を任意のタイミングで回転
させる機構を設けた事を特徴とする。 １８．付記８において、照射／露光光量を可変させる手
段として、照射／露光光の源である、光源装置の出射端
に光量調節手段を具備する事を特徴とする。

【０１５６】１９．付記１８において、光量調節手段と
して、光源装置の出射光路と垂直に、液晶板を配置した
事を特徴とする。 ２０．付記１８において、光量調節手段として、光源装
置の出射光路と垂直に、透過特性の異なる複数の材料よ
り構成された板状の部材を任意のタイミングで回転させ
る機構を設けた事を特徴とする。

【０１５７】２１．付記１８において、光量調節手段と
して、光源装置の出射光量を外部からの任意のタイミン
グに応じて増減させる事により光量調節を行う事を特徴
とする。 ２２．付記１０において、上述の任意のタイミング形成
は、撮像時間により形成する事を特徴とする。

【０１５８】２３．付記９において、上述のシステムに
おいて、使用者の意志により、通常画像表示を行うの
か、高ダイナミックレンジモードにて画像表示行うのか
を指定するため機能を設けた事を特徴する。 ２４．付記２３において、上述画像処理装置において、
複数の画像情報出力端を設け、通常画像表示用の画像情
報と、高ダイナミックレンジモードでの画像表示用の画
像情報とを同時に外部へ出力できるようにすると共に、
場合に応じ、共通の画像モードの画像信号を複数、外部
へ出力できるようにした事を特徴とする事を特徴とす
る。

【０１５９】２５．付記２４において、通常画像モード
と高ダイナミックレンジモードとを同時に外部へ出力す
る場合において、使用者の意志により、表示装置に転送
する画像モードと、表示装置以外の外部記録装置へ転送
する画像モードと別モードにできるための手段を有す事
を特徴とする。 ２６．付記２５において、現在の画像出力モードがどの
状態にあるかを使用者に容易に判別させるための手段を
設けた事を特徴とする。

【０１６０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
観察対象での反射光が入射されることにより、前記観察
対象の像を第１及び第２の撮像期間で撮像する撮像素子
を内視鏡に備えた撮像部と、前記第１及び第２の撮像期
間で撮像された第１及び第２の画像に対する信号処理を
行い第１或いは第２の画像よりダイナミックレンジを拡
大した１枚の合成画像をを生成する画像処理を行う画像
処理部と、前記合成画像を表示する表示手段とを備えた
内視鏡撮像装置において、前記第１及び第２の撮像期間
における少なくとも一方の撮像期間に同期して、少なく
とも前記撮像素子に入射される入射光量を他方の撮像期
間とは異なる値となるように制御する入射光量制御手段
を設けているので、大きく異なる撮像期間に設定しなく
ても、撮像素子に入射される入射光量を制御することに
より、十分に光量差のある、しかもノイズ等の影響を受
けにくい画質のよい、ダイナミックレンジの広い観察画
像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の内視鏡撮像装置の
概略構成を示す図。

【図２】撮像部の具体的構成を示す図。

【図３】フィルタ部材を示す図。

【図４】２つのフィルタを通して撮像した場合の特性を
示す図。

【図５】フィールド判別信号により光路中に配置される
フィルタなどの動作説明図。

【図６】画像処理部としてのビデオプロセッサの構成を
示すブロック図。

【図７】ダイナミックレンジ拡大部の構成を示すブロッ
ク図。

【図８】ダイナミックレンジ拡大部の動作説明用タイミ
ングチャート図。

【図９】本発明の第２の実施の形態におけるフィルタ部
材を示す図。

【図１０】画像処理部としてのビデオプロセッサの構成
を示すブロック図。

【図１１】撮像部の動作説明図。

【図１２】ダイナミックレンジ拡大部の構成を示すブロ
ック図。

【図１３】信号セレクタ＆補間部の動作説明図。

【図１４】第１変形例における撮像部の動作説明図。

【図１５】第２変形例におけるフィルタ部材を示す図。

【図１６】撮像部の動作説明図。

【図１７】信号セレクタ＆補間部の動作説明図。

【図１８】信号セレクタ＆補間部の構成の概略を示すブ
ロック図。

【図１９】本発明の第３の実施の形態における撮像部の
構成を示す図。

【図２０】撮像部の動作説明図。

【図２１】第３の実施の形態の変形例における撮像部の
動作説明図。

【図２２】本発明の第４の実施の形態の内視鏡撮像装置
の概略構成を示す図。

【図２３】光源装置の構成とフィルタ部材を示す図。

【図２４】出射光量制御の動作説明図。

【図２５】第４の実施の形態の変形例における光源装置
の構成を示す図。

【図２６】本発明の第５の実施の形態の内視鏡撮像装置
の概略構成を示す図。

【図２７】発光量制御の動作説明図。

【図２８】従来例の内視鏡撮像装置の概略の構成を示す
ブロック図。

【符号の説明】 １…内視鏡撮像装置 ２…観察対象 ３…光路 ４…撮像部 ４Ａ…内視鏡撮像部 ５…露光量制御手段 ６…撮像素子 ７…画像処理部 ８…信号発生器 ９…アンプ １０…画像処理回路 １１…映像出力回路 １２…画像表示装置 １５…光学式内視鏡 １６…カメラヘッド １７…挿入部 １８…ライトガイド ２０…光源装置 ２２…ランプ ２３…被写体 ２４…対物光学系 ２８…ＣＣＤ ３１…フィルタ部材 ３２…モータ ４４…Ｄレンジ拡大部 ４７…フレームメモリ ４８ａ，４８ｂ…セレクタ ５０ａ、５０ｂ…乗算器 ５１ａ，５１ｂ…ＬＵＴ ５２…加算器 Ｆａ，Ｆｂ…フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望田 明彦 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 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 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】 観察対象での反射光が入射されることに
   より、前記観察対象の像を第１及び第２の撮像期間で撮
   像する撮像素子を内視鏡に備えた撮像部と、前記第１及
   び第２の撮像期間で撮像された第１及び第２の画像に対
   する信号処理を行い第１或いは第２の画像よりダイナミ
   ックレンジを拡大した１枚の合成画像をを生成する画像
   処理を行う画像処理部と、前記合成画像を表示する表示
   手段とを備えた内視鏡撮像装置において、 前記第１及び第２の撮像期間における少なくとも一方の
   撮像期間に同期して、少なくとも前記撮像素子に入射さ
   れる入射光量を他方の撮像期間とは異なる値となるよう
   に制御する入射光量制御手段を設けたことを特徴とする
   内視鏡撮像装置。