JPS6076723A - 撮像用自動調光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、固体撮像デバイスを用いて生体内あるいは機
械装置の空洞内を観察し、撮像するＫあたシ、これらの
内部を照明する照明光を調光する撮像用自動調光装置に
係り、前記固体撮像デバイス特有のプルーミング現象が
生ずることを照射時間を制御することによシ防止し、良
好な画像を表示し得るようにした撮像用自動調光装置に
関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、Ｃ０Ｄ（電荷結合素子）、ＢＢＤ（パケットプ
リゲイディドブバイス）等の固体撮像デバイスは、感光
部、転送部、出力部とに分かれている。そして、前記感
光部は光のエネルギーを電気信号に変換して得られた信
号電荷を一時的に蓄積し、転送部は前記感光部で光電変
換・蓄積された信号電荷を出力部に転送する機能を有し
、この出力部では転送された信号電荷を画像信号に変換
する役割を果たしている。また、転送部の機能を感光部
で行い、転送部と感光部とを共用した固体撮像デバイス
も開発されている。

上記のごとき、固体撮像デバイスを用いて画像をテレビ
ジョン画面上に表示する場合、例えばフ”　Ａ　転送形
ｙ’バイヌでけ、テレビジョンの１フレ一ム期間（テレ
ビジョン受像機において１フレームを形成する期間）毎
に、入射光による電荷蓄積および信号電荷の転送を行う
だめの駆動パルスを固体撮像デバイスに供給する。この
駆動パルスを第１図に示す。すなわち、第１図において
、符号Ｔはテレビジョンの１フレ一ム期間、Ｔ’１は舒
積期間、Ｔ２は転送期間を示す。転送期間Ｔ２け蓄積期
間Ｔｌよシ極めて短く設定されている。これは、転送時
の読出信号に光電荷信号が混入（スミアリング（Ｓ口＋
ｅａｒｉｎｇ））することを防止するためである。

ところで、この蓄積期間ＴＩ内に固体撮像デバイスに入
射する光が強すぎると、過剰電荷が固体撮像デバイスの
所定電極からあふれ、像のにじみ（ブルーミンク現象）
が起こる。一方、固体撮像デバイスからの出力信号ＫＦ
ｉ暗電流雑音等の雑音成分が含まれているため、入射光
が弱いと信号対雑音比が低下するという問題があった。

このため、良好に画像を得るためＫは、入射光量を適正
に制御する必要がある。

そこで、例えば固体撮像デバイスを用いたテレビジョン
カメラ等では、絞シを用いて光ｉｉｍ節が行なわれてい
る。また、光量に応じ１フレ一ム期間内の蓄積期間Ｔｌ
を短縮して制御することが特開昭５０−６２５１８号公
報に提案さねている。

〔背景技術の問題点〕

一方、内視鏡に固体撮像デバイスを用いた場合、次のよ
うな問題がある。すなわち、内視鏡による観察において
は、被検体を内視鏡先端部に設けた照明手段によシ照明
しているため、被検体の明るさは、先端部からの距離あ
るいは、被検体の表面の体液による反射により大幅に異
る。このため、光量制御を行なう必要があるが、例えば
内視鏡先端部に絞り装置を設けることは、先端部を大型
化し好ましくない。そこで、光が強すぎるときに＃′ｉ
光源部で照明光の強度を弱め、光か弱すぎるときには照
明光の強度をさらに増すように手動によシ調整するしか
ない。しかし、光源容量を増すことは、光源装置の容量
を増すか、光フアイババンドルを増やさなければならず
、前者の方法によれば光ファイババ°ンドルのとくに入
射端での耐熱性に問題があり、後者の方法によれば光フ
アイババンドルの径を大きくしなければならずいずれも
得策ではない。

これらの問題を解決するために、照明光強度を一定とし
、入射光量に応じて固体撮像デバイスの蓄積期間を変化
させることが考えられる。すなわち、第２図に示すよう
に入射光が強い時にＩｒｉ蓄積期間を短＜（Ｔ＋’）、
入射光が弱い時には蓄積期間を長＜（Ｔ１”）するもの
である。しかし、蓄積期間Ｔ＋を変化させることは、こ
れに応じて１フレ一ム期間Ｔを′ｒ１′あるいはＴ１１
に変化させることに々シ、テレビジョン側の同期信号発
生回路を極めて複雑化し、また、一般のテレビジョン受
像機が使えなくなる等の欠点を有する。また、内視鏡の
体腔内挿入時、内視鏡の動きが速いときには蓄積期間を
、従って１フレ一ム期間をあｔｂ長くしすぎると画像の
はけが生じ好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、ブルーミン
ク現象を有効に防止でき、撮像に適した照明強度に自動
的に調光可能とする撮像用自動調光装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、固体撮像デバイスで得られる画像信号の積分
出力の大きさに応じて照明時間を制御したものである。

つまり、固体撮像デバイスが像を蓄積する期間に照明光
を間欠的に被検体に照射し、照明光が明るすぎることに
よるプルーミング現象を抑えたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を内視鏡に適用した実施例について説明す
る。第３図ないし第５図は本発明の一実施例に係ｐ％第
３図は本発明の一実施例に用いた固体撮像デバイスの説
明図、第４図は本発明の一実施例に係る自動調光装置を
示すブロック図であシ、第５図＃ｉ第４図の動作を説明
するための動作説明図である。

本発明の一実施例に用いる固体撮像デバイスと感光部１
は例えばｌラインの受光セル群が縦列されたフレームを
なし、垂直方向に出方部３としてのシフトレジスタが設
けられた構造である。そしば、転送部を設ける必要がな
いので、固体撮像デ定するものではない。

次に、本発明の一実施例は、色フレーム順次方式、すな
わち、３原色（赤色、緑色、青色）の各波長の光を１フ
レームごとに固体撮像デバ・ｆスに順次照射して赤信号
、緑信号、青信号の各信号を得、これらをそのまま表示
したシ、ＮＴＳＣエンコーダで処理した後表示する方式
である。以下第４図の構成を説明する。内視鏡４は細径
の挿入部の先端側に結像用の対物レンズ５が配設され、
該対物レンズ５の結像位置にその撮像面が臨むように固
体撮像デバイス２が配設されている。この固体撮像デバ
イス２には駆動回路６を介して端子７に加えられる駆動
パルスが印加されている。また、固体撮像デバイス２は
、３原色の各波長の光での照明のもとで撮像した各色信
号をプリアンプ８を介してビデオプロセス部９に導出し
ている。このビデオプロセス部９は、前記プリアンプ８
からの信号を増幅器１０を介してマルチプレクサ１１Ｒ
１１１Ｇ　、　ＩＩＢにそれぞれ供給している。これら
マルチプレクサＩＩＲ、ＩＩＱ　、　ＩＩＢはゲートパ
ルス発生器１３からのゲートパルスによって駆動される
ようになっている。これらマルチプレクサ１１Ｒ９１１
Ｑ　、　ＩＩＢの１フレ一ム期間の赤信号、青信号、緑
信号はそれぞれアナログ形フレームメモｌＪ’１２Ｒ。

１２Ｇ　、　１２Ｂに導出されている。これらフレーム
メモリ１２Ｒ、１２Ｑ　、　１２Ｂは１つが荀き込みモ
ードの時、他の２つは読み出しモードにするか、あるい
は、書き込みモード以外のもののうち、１っは出力を停
止し残シの１つを読み出しモードにして１つないし２つ
の色信号を読み出すようになっている。各読み出された
信号はカラーテレビジョン受像機１４に入力して表示す
るようになっている。

なお、読み出しおよび書き込みモードの制御パルスは前
記ゲートパルス１３がらのパルスを基に形成されている
。−１だ、書き込み中の色信号は両面上表示されていな
いが、人間の目の積分作用にょシ３原色の合成されたカ
ラー画像として視覚される。

前記フレームメモリ１２Ｒ、１２Ｑ　、　１２Ｂから読
み出された各色信号は検出手段Ａを構成する第１の加算
器１５　に入力されている。この第１の加算器１５は各
色信号を加算した輝度出力を積分器１６１；供給し、こ
の積分器１６の出力Ｙはさらに第２の加算器１７の一方
の入力端に供給されている。

する照明手段の照射する光の特性に対して各色信号が適
正な色相で表示されるように１フレ一ム期間ごとに各色
信号に対応した色補正電圧ＶＲＧＢを発生するものであ
る。

この色補正電圧ＶＲＧＢと前記輝度出力Ｙとの加算出力
、すなわち第２の加算器１７の出力１７ａは光源制御手
段Ｂを構成するパルス幅変調器１９　に入力されている
。このパルス幅変調器１９に−は固体撮像デバイス２の
蓄積期間’ＴＩ（第１図参照）に発生する蓄積パルス１
９ａが端子７′を辿して印加されておシ、前記第２の加
算器１７の出力１７ａに応じて前記蓄積パルス１９ａを
所定のパルス幅に変調し、照明光制御パルプＣＰとして
次段に導出するようになっている。

この蓄積パルス１９ａの照明光制御パルスＣＰは、光源
駆動部２０に入力されている。この光源駆動部２０は対
接地点との間に例えばキセノンを用いたストロボ２１が
接続されている。このストロボ２１の出射面は反射板２
２が設けられており、この反射板２２で反射された光は
コンデンサレンズ２３を介して回転フィルタ２４に照射
されるようになっている。この回転フィルタ２４は１フ
レ一ム期間ごとに前記ストロボ２１からの光を赤、宵、
緑の３色の光に変換してライトガイドファイバ束２５０
入射端に照射されるようになっている。なお、前記回転
フィル゛り２４はモータ２６および伝達機構２７を介し
て回転駆動されるようになっている。次いで、ライトガ
イドファイバ束２５は内視鏡４の先端に導びかれ、その
出射端からの赤、青、緑の各光線を配光レンズ２８を介
して被検体に照射するようにしている。

以上の構成から成る自動調光装置の動作を第５図を参照
して説明する。ことに％第５図は第４図の各部動作波形
を示し、１フレ一ム期間ＴはＭ１図に対応している。こ
のｌフレーム期間Ｔに対応して回転フィルタ２４が回転
することにょシ、各赤、緑、青の光線が被検体１；照射
され、その反射された各光線が固体撮像デバイス２の感
光部１に当る。これにより、固体撮像デバイス２の感光
部１ １は各光線による内祝像を第１図ヒ算（へ蓄積期間Ｔｗ
の蓄積パルス（１９ａ）によって信号電荷として蓄積し
、転送パルス（転送期間Ｔ８Ｄ信号）によって蓄積した
前記信号電荷を転送し、出力部３から直列データとして
出力する。この出力は１フレ一ム期間Ｔごとに赤信号、
緑信号、青信号として変化する内祝画像信号となる。こ
の画像信号は、プリアンプ８および増幅器１０を介して
各マルチプレクサＩＩＲ、ｌｌｃ　、　ｌｌｎ’に入力
され、フレーム期間に同期した同マルチプレクサＩＩＲ
、ＩＩＧ　、　ＩＩＢの時分割的スイッチング動作によ
シ、それぞれフレームメモリ１２　Ｂ　−１２Ｇ＋　１
２　Ｂに入力される。これらフレームメモリ１２Ｒ、１
２Ｇ　、　１２Ｂから読み出された各色信号はテレビジ
ョン受像機１４で表示されるとともに、第１の加算器１
５に入力される。

この第１の加算器１５は、赤信号、緑信号、青信号のう
ちいずれか１つ、あるいは２つが入力され。

この入力を加算して積分器１６に導出する。

この積分器１６の輝度出力Ｙを第５図に示す。

輝度出力Ｙはある基準レベルＶＩ、よシ低下しない直流
電圧で、第５図に示すように３フレ一ム期間ごとに電圧
レベルＹｒ　、　Ｙｓ　、　Ｙｓ・・・というようにレ
ベルを更新している。この輝度出力Ｙを直接パルス幅変
調器１９に入力してもよいが、本実施例で雌用２の加算
器１７で色補正回路１８からの色補正電圧ＶＲＧＢと加
算されている。この色補正電圧ＶＲＧＢは、第６図に示
すように赤、緑、青の光線の照射期間に対応して電圧レ
ベルＶＲ、ＶＧ　、　ＶＢを呈するもので、これによシ
画像信号をテレビ画面上で最適な赤色、緑色、青色の合
成された画像として再現することができる。したがって
、第２の加算器１７の出力１７ａ　ｆＪ例えばレベルＹ
里の輝度出力ＹとレベルＶＲの色補正電圧ＶＲＧＢとが
加算されたｌ’１　＋　ＶＢの直流電圧をパルス幅変Ｍ
ｖ４器１９に入力する。

さて、このパルス幅変調器工９には蓄積期間Ｔｗに対応
した蓄積パルス１９ａが印加されているので、前記第２
の加算器１７の出力１７ａは、この蓄積パルス１９ａの
パルス幅をその加算出力レベルに応じて可変することが
できる。この可変された蓄積パルス１９ａは照明光制御
パルスＣＰとして第５図に示すように形成される。すな
わち、照明光制御パルスＣＰは、第５図に示すように、
例えば加算出力Ｙｓ　＋　ＶＲでパルス幅Ｌｗｔのパル
スを呈し、加算出力Ｙ１＋ｖＧでパルス幅ＬＷ２のパル
スを呈する。

これらのパルスの立上夛時刻は、１フレ一ム期間Ｔの最
初を基準として常に一定期間ＴＲ後に立上るようになっ
ている。この一定期間ＴＲＦｉ固体撮像デバイス２の転
送期間ち中に相当するもので、本来照明光は不要な期間
である。そして、仁の期間ＴＲの後に立上ったパルス幅
ＬＷ　１　＃　Ｌｗ　２　＋　ＬＷ　３・・・等の照明
光制御パルスＣＰは光源駆動部２０でストロボ２１を制
御可能な電力に変換され、これらのパルス幅Ｌｗｌ　ｅ
　ＬＷ２　、　Ｌｗａ・・・に対応した期間中ストロボ
２１を発光させる。したがって、固体撮像デバイス２は
、照明光が必要な蓄積期間Ｔｗの全期間に亘って照明光
が照射されるのではなく、パルス幅ＬＷＩ　＋　ＬＷ２
　＊　Ｌｗａ・・・に対応した所定の期間に内祝像の受
光および蓄積を行う。このため、例えば、被検体と内視
鏡４先端との距離が近くなって、照明光が明るくなシ過
ぎた場合、固体撮像デバイス２の出力信号に基く第１の
加算器１５の輝度出力Ｙのレベルに応じて照射時間が短
（（Ｌｗａ。

することを回避可能となる。加えて、色補正電圧ＶＲＧ
Ｂ　も、この照射時間に関与しているので、適正な色を
再生するのに照明光量が不足するといった問題も発生し
ない。なお、照明光が照射されない期間ＴＢＩ　、　Ｔ
ｎ２　、　ＴＢ３・・・では、被検体内は暗室となシ、
固体撮像デバイス２は被検体像を蓄積することはない。

また、ストロボ２１の光は間欠的に制御されるため、ラ
イトガイドファイバ束２５の入射端面が焦損して伝達特
性が劣化するといった欠点も起こらない。

こうして、本発明は適当な色相に調整された内視画像を
テレビジョン表示することができるものである。

なお、第１の加算器１５に入力する信号は、各マルチプ
レクサ１１Ｒ，ＩＩＧ　、　ｌｌｎの出力端から取シ出
すようにしてもよい。まだ、固体撮像デバイス２はフレ
ーム転送形を用いてもよい。さらに、照明手段の変形、
例えば発光ターイオードをライトガイドケーブルの変わ
シに用いたものに適用してもよく、要は照明時間を固体
撮像デバイス２で得られた信号の大きさに応じて制御し
たものは全て本発明に含まれる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、照明期間を固体撮
像デバイスで得られる信号の積分出力に応じて制御でき
るようにしたので、固体撮像デバイスに蓄積される信号
電荷を必要以上に蓄積することなく、プルーミング現象
を防止でき良好な画像を表示できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は転送および蓄積パルスを示す波形図、第２図は
従来のフレーム期間を制御する場合の波形図、第３図は
本発明の一実施例に用いる固体撮像デノくイスを示す説
明図、第４図は本発明の一実施例に係る撮像用自動調光
装置を示すブロック図、第５図は第４図の動作を説明す
るだめの各部動作波形図である。 ２・・・固体＃ＩｔＬ＠デバイス、　１５．１７・・・
加算器、１６・・・積分器、　１８・・・色補正回路。 １９・・・パルス幅変調回路、２０・・・光源駆動部、
２１・・・ストロボ、　２４・・・回転フィルタ、２５
・・・ライトガイドファイバ束。 手　続　補　正　古　く自発） 昭和５９年７月２６日 １１（１和５８イ［特ｒＦ願第１８４６８９号２、発明
の名称 １１υ像用〔１動調光装置ｉｑ ３、ｒｔｌｉ正をり−る老 １１’ｌ　トノ関係’Ｍ＊Ｉ出願人 代表者　下　山　敏　部 ５、補正命令の日イ」　自　発 １、明細ｙ１の第８ページの第１９行目に「・・・１２
Ｂは・・・」とあるのを［・・・１２ｅから・・・」に
訂ＩＣＥ　する。 ２、明細書の第８ページの第１９行目ないし第９ページ
の第４行目にある［１つが占き込み・・・ようになって
いる。」を削除刃る。 ３、明細書の第９ページの第５行目に「・・・１／′Ｉ
に入力して・・・」とあるのを［・・・１４に同時に入
力して・・・」に訂正覆る。 ４、明細書の第９ページの第６行［］に「・・・読み出
し及び書き込み七〜ドの・・・」とあるのを「・・・各
フレームメ七り１２Ｒ、１２Ｇ　、１２ｏの・・・」に
訂正Ｊる。 ５、明細書の第９ページの第８行目’Ｊいし第１１行目
にある［・・・また、古き込み・・・視覚される。］を
削除する。 ６、明細書の第１２ページの第１０行目及び第１７行目
にある［のうちいずれか１つ・・・入力され、この］を
削除する。 以」二

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体内又は機械装置の空洞内を撮像する固体撮像
   デバイスと、前記固体撮像デバイスに電荷蓄積および転
   送を行なわせる駆動パルスを供給する撮像駆動手段と、
   光源からの光を被検体に照射する照明手段と、前記固体
   撮像デバイスで得られる画像信号の出力レベルを検出す
   る検出手段と、この検出手段の出力に応じて前記撮像駆
   動手段からの蓄積用駆動パルスをパルス幅変調し、この
   変調されたパルスで前記光源を制御し、被検体を照（２
   ）前記検出手段は、前記画像信号の３原色出力レベルに
   対応して色補正する色補正電圧と、該画像信号の出力レ
   ベルとの加算出力で前記光源制御手段を制御するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の撮
   像用自動調光装置。