JPS6077733A

JPS6077733A - 撮像用自動調光装置

Info

Publication number: JPS6077733A
Application number: JP58184692A
Authority: JP
Inventors: 弘善藤森; 達夫長崎
Original assignee: Olympus Corp; Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1983-10-03
Filing date: 1983-10-03
Publication date: 1985-05-02
Also published as: JPH0359686B2

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
緘装４の空洞内を観察し撮像するにあたり、前記固体撮
像デバイスへの入射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に連続して入射している光
線による信号電荷が転送中の電荷に加わって画像がぼけ
たり、前記光線が強すぎることによるプルーミング現象
を、固体撮像デバイスの受光時間を制御することＫより
防止するようＫ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、ＣＣＤ（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□−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Ｉｊ像をテレ
ビジョン画面上に表示する場合、例えばフレーム転送形
デバイスでは、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た
めの駆動パルスを固体撮像デバイスに供給する。この駆
ｆｊｌＨ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％　’ｆ
’１は蓄積期間、Ｔ２は転送期間を示す。転送期間Ｔ２
は蓄積期間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
（ｓｍｅａｒｉｎｇ　））することを防止するためであ
る。

ところで、この蓄積期間Ｔｌ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（ブルーミング現象）
が起こる。一方、固体撮像デバイスからの出力信号には
暗電流雑音等の雑音成分が含１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、良好な画像を得るためには、入射光量を適正に
！ｆｕ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
カメラ等は、絞シを用いて光量調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ＴＩを短
縮して制御することが特開昭５０−６２５１８号公報に
提案されている。

〔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り照明
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、光蓋、前御を行なう必要があるが、例え
ば内視鏡先端部に絞シ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、光が強すぎるとき姉は光
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ょシ調整するしかな
い。しかし、光源容量を増すことは、光源装置の容量を
増すが、光ファイバーぐ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・ぐンドルのとくに入
射端での耐熱性に問題があり、後者の方法によれば光フ
ァイバ・で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Ｉｌｌ″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は蓄積期間を短り（’ｒ＋’
）、入射光が弱い時には蓄積期間を長＜（ＴＩ“）する
ものである。しかし、蓄８を期間ＴＩを変化させること
は、これに応じて１フレ一ム期間ＴをＴＸ′あるいはＴ
“に変化させることになり、テレビジョン側の同期信号
発生回路を極めて複雑化し、址だ、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。寸だ、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フレ一ム期間をあ一！シ長くしすぎると画
像のほけが生し好ましくない。また、フレーム転送形等
の固体撮像デバイスは感光部と転送部とが同一平面上に
形成されているため、全体の面積が感光部の占める面積
の略２倍となって、医療用および工業用内？Ｊ［の先端
部に用いた場合、先端部の径を大型化するという欠点が
あった。

一方、ライン転送形では、感光部と転送部とを共用して
いるため、全体の面積としてはフレーム転送形等の撮ｆ
！Ｊデバイスよりも小さくアにるため、特に医療用の内
視鏡では有利である。しかしながら、ライン転送形撮像
デバイスは、転送期間中に、連続して入射している照明
光による信号電荷が、もとの転送電荷に混入して電荷を
乱し、画像がぼけるというスミアリング現象を避けるこ
とが困貯であった。このため、照明光の色を順次切シ換
えてカラー画像とする色面順次照明方式の内ａ鏡等では
、各色信号の境で前記ヌミアリングによる混色が避けら
れなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、被検体
を照明する光を色面順次照明方式により切シ換えて撮像
する場合におりて、固体撮像デバイスの受光時間を制御
することにより、ブルーミング防止、スミアリング防止
および各色信号の境で生ずる混色を防止して色再現性の
優れた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の転送期間の間に照明光の切
シ換り時間を設定し、この転送期間中は、固体撮像デバ
イスへ入射光が受光されるのを遮断するとともに、蓄積
期間における固体撮像デバイスの受光時間を、固体撮像
デバイスで得られる画像信号の各色信号再現特性に応じ
た出力レベルで制御するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を医療用内視鏡に適用した実論例について
説明する。第３図ないし第５図は本発明の一実施例に係
勺、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図は第４図の動作を
説明するだ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１ラインの受光セル群が縦列されたフレームを
なし、垂直方向に出力部３としてのンフトレジスタが設
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、色面順次方式、すなわち、
３原色（赤色、緑色、背合）の各波長の光を１フレーム
ごとに被検体に照射し、この被検体からの各波長の反射
光を固体撮像デバイスに順次照射して赤信号、緑信号、
青信号の各色信号を得、これらをそのまま表示したｆｉ
、ＮＴＳ’Ｃエンコーダで処理した後表示する方式であ
る。以下第３Ｍ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の結像位置にその感光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には端子７を介して駆動回路６３に加えられる蓄積パ
ルス、転送パルス（第１図参照）等の駆動パルスが印加
されている。１だ、固体撮像デバイス２と前記対物レン
ズ５との間には、遮光手段８が設けられている。この遮
光手段８け例えば液晶パネルを用いたシャッタであり、
例えばＬｏｗレベルの電圧もしくは霜、圧を印加しない
ときブラインド状態となるように制御される。

次いで、前記固体撮像デバイス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６ｂ
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６ｂからの信号を増
幅器１０を介してマルチプレクサＩＩＲ、ＩＩＧ　、　
ｌ１ｌ（にそれぞれ供給している。これらマルチプレク
サＩＩＲ、ＩＩＧ　、　ＩＩＢ　ｌｄパルス発生器（撮
像用ロジック回路）１３からのゲートパルス１３ａ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ＩＩＲ、ＩＩＧ　、　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
リ１２Ｒ、１２Ｇ　、　１２Ｂに導出されている。これ
らフレームメモリ１２Ｒ１１２Ｑ　、　１２Ｂは１つが
書き込みモードの時、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つ
は出力を停止し残りの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
して表示されるようになっている。なお、各フレームメ
モリ１２Ｒ、１２ｃ　、　１２Ｂを読み出しおよび書き
込みモードにするモード制御パルスは前記パルス発生器
１３からのゲートパルス１３ａを基に形成されている。

また、書き込み中の色信号は画面上表示されていないが
、人間の目の積分作用によシ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、１２Ｇ　、　１２Ｂから読
み出された各色信号は検出手段１５を構成する第１の加
賀器１６に入力されている。この第１の加算器１６は各
色信号を加算した輝度出力を積分器１７に供給し、この
積分器１７の出力Ｙはさらに第２の加算器１８の一方の
入力端に供給されている。

述する照明手段の照射する各波長の照明光によって得ら
れる各色信号が適正な色相で表示きれるように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１８の出力１８ａは受光制御手
段２０を構成するノくルス幅変調器２１に入力されてい
る。このパルス幅変調器２１には固体撮像デバイス２の
蓄積期間に発生する蓄積ノ（ルス２１ａが端子７′を、
’１６１．て印加されており、前記第２の加算器１８の
出力１８ａに応じて前記蓄ｆｉｔ）’シス２１ａをその
立上り時間を変えることなく所定のパルプ幅に変調し、
制御パルヌＣＰとして次段に導出するようになっている
。この蓄積ノクルス２１ａが変調された制御パルスＣＰ
は、透遮駆動部２２に入力されている。との透遮駆動部
２２は前記：ｌｉ制御パルヌＣＰを増幅し透遮駆動信号
２２ａとして前記遮光手段８に印加されている−０一方
、内視鏡４の先端部には、前記固体撮像デバイス２に臨
設してライトガイドファイノく束２３が設けられている
。このライトガイドファイノ（束２３の出射端面には配
光レンズ２４が接するごとを用いたストロボ装置からの
照明光が反射鏡２６で反射され、かつ、この反射光がコ
ンデンサレンズ２７および回転フィルタ２８を通って入
射されるようになっている。この回転フィルタ２８は、
例えば円形板に赤色、緑色、青色の波長の光を通すフィ
ルタが等間隔に分割して設けられており、前記コンデン
サレンズ２７からの照明光をそれぞれ赤色光、緑色光、
青色光に順次切シ換えるようになっている。また、この
回転フィルタ２８はモータ２９および伝達機構３０を介
して回転駆動され、その回転は固体撮像デバイス２の１
フレ一ム期間に対応するように、例えば前記マルチプレ
クサ１１　Ｒｒ　１１　Ｇ　＋　１１　Ｂの切り換え駆
動に用いたゲートパルス１３ａでモータ２９を間欠駆動
することにより行なわれている。さらに、回転フィルタ
２８は各色の切り換９時間が第５図に示すように固体撮
像デバイス２の転送期間の間になるように（本実姉例で
は転送期間Ｔｒの開始時に一致させである）設定されて
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。ここに、第５図は第４図の各部動作波形
を示し、ｌフレーム期間工は第１図に対応している。こ
の１フレ一ム期間Ｔに対応して回転フィルタ２８が回転
することにより、各界、緑、青の光線が被検体を照射し
、この被検体で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。これによシ、固体撮像デバイス２の
積期間の蓄積パルス２１ａによって信号電荷として蓄積
し、転送パルス（転送期間ＴＲの信号）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画像信号となる。この
画像信号は、プリアンプ６ｂおよび増幅器１０を介して
各マルチプレクサＩＩＲ、ＩＩＧ　、　ＩＩＢ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　ノ時分割的スイッチング動作によ
り、それぞれフレームメモリ１２Ｒ、１２Ｇ　、１２１
　Ｋ入力される。これらフレームメモリ１２．い１２Ｇ
　、　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１６に
入力される。この第１の加算器１６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１７に導出する。

この積分器１７の輝度出力Ｙを第５図に示す。

輝度出力Ｙはある基準レベレｖＬよシ低下しない直流電
圧であって、第５図に示すように３フレ一ム期間ごとに
電圧レベルＹｓ　、　Ｙ２　、　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２１に入力してもよいが、本実施例では第２の
加算器１８で色補正回路１９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５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ｖＨ、ＶＧ　、　ＶＢを呈するもので、これに
より画像信号をテレビ画面上で最適な赤色、緑色、青色
の合成された画像入力する。

さて、このパルス幅変調器２１には蓄積期間に同期した
蓄積パルス２１ａが印加されているので、前記第２の加
算器１８の出力１８ａは、この蓄積パルス２１ａ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２１ａは制御バルブＣＰ
として第５図に示すように形成される。すなわち、制御
パルスＣＰは、第５図に示すように、例えば加算出力Ｙ
ｌ　＋　ＶＲでパルス幅Ｌｗ１のパルスを呈し、加算出
力Ｙ、＋ＶＧでパルス幅ＬＷ２のパルスを呈するという
ような信号である。これらのパルスの立上シ時刻は、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ＴＲはフレー
ム転送形固体撮像デバイスの転送期間Ｔ２　（第１図参
照）に相当するもので、一般にＴ２よシ長くなるもので
ある。なお、回転フィルタ２８は、この転送期間ＴＲの
開始時にストロボランプ２５からの照明光を切シ換えて
いる。そして、この期間ＴＲの後に、立上ったパルス幅
ＬＷＩ　＋　ＬＷ２　、　Ｌｗ３＝−等のＨｉ制御パル
スＣＰは透遮駆動部２１で増幅され、透遮駆動信号２２
ａとして遮光手段８の液晶シャッタに印加される。この
液晶シャッタは制御パルスＣＰがＨ４ｇｈレベルの期間
、すなわち、輝度出力Ｙと色補正電圧ＶＲＧＢ　との加
算レベルに応じた蓄積パルス２１ａのパルス幅Ｌｗｔ　
、ＬＷ２１ＬＷ３・・・期間に透明となり、被検体から
の反射光を固体撮像デバイス２に照射する。そして、パ
ルス幅Ｌｗ１　。

ＬＷ２　、　Ｌｗａ・・・等の期間の後、制御パルスＣ
Ｐすなわち透遮駆動信号２２ａはＬｏｗレベルとなシ、
液晶シャッタをブラインド状態にする。このブラインド
状態は、１フレームの終了時まで続き、固体撮像デバイ
ス２への入射光を遮断することができる。

つまり、固体撮像デバイス２への入射光が強すぎる場合
には、該固体撮像デバイス２で得られる画像信号ｄ出力
レベルが大きくなるので、積分器１７はその輝度出力Ｙ
を大きくし、第２の加算器１８の加算出力１８ａとして
はレベル大となる。このレベルが大きいとき制御パルス
ＣＰのパルス幅Ｌｗｌ　。

ＬＷ２　＋　Ｌｗ３−等は小さＣ］、逆に固体；；、７
．像デバイス２の非受光期間ＴＢＩ　、ＴＢ２　、ＴＢ
３・・・等は太きくなる。しだがって、プルーミング現
象が生ずる前に受光を停止することができ、色のにじみ
が防止され良好な画像を得ることができる。

甘た、固体掃作デバイス２が転送を開始する時間は照明
光の色を切り換える時間に一致させてあり、かつ、転送
期間ＴＲと本来の遮光期間（ブラインド状態）とを一致
させであるため、本実施例のように、照明光の切シ換り
と同時に前期間に蓄積した信号電荷を、次の転送期間Ｔ
Ｒに転送して読み出す（出力）ことができ、転送終了後
は、所定のパルス幅Ｌｗ１　、　Ｌｗ２　、　Ｌｗ３・
・・に基づいて遮光手段８を透明にし、被検体からの反
射光を固体撮像デバイス２に入射させ蓄積動作を行なわ
せることができる。したがって、照明光の切り換り時に
、転送中の信号電荷に隣接フレームの色信号が混入した
り、スミアリングを起こしたりすることがない。

なお、転送期間ＴＲは各フレームの終りの期間に設定す
るようにしてもよい。また、本発明の第２実施例として
第４図の２点鎖腺にて示すように、端子３１に垂直同期
パルスを入力し、この垂直同期パルスを透遮駆動信号形
成回路３２に入力して蓄積バルク２１ａと等価な信号を
作成し、との４３号を前記第２の加算器１８からの加算
出力１８ａでパルス幅変調するように構成してもよい。

この場合には、パルス幅変調器２１を省略し、第２の加
算器１８の加算出力１８ａを直接前記透遮駆動信号形成
回路３２に入力する。

次に、本発明の第２実施例を第６図に示す。なお、第４
図の要素と同一要素には同一符号を用いる。第６図は内
視鏡４の先端部を示し、ライトガイドファイバ束２３の
出射端面前方に例えば液晶シャッタ等の遮光手段８を設
けたものである。この遮光手段８も同様に第４図で説明
した受光制御手段２０を構成する透遮駆動部２２からの
透遮駆動信号２２ａで遮光および透過されるようになっ
ている。

このような実施例によれば、固体撮像デバイス２の転送
期間ＴｐＫライトガイドファイバ束２３の照明光を遮断
し、遮光駆動信号２２ａのパルス幅によって透光期間を
制御できるので、ブルーミングを回避し、かつ転送期間
ＴＲ中の信号電荷に被検体からの反射光による偽信号が
蓄積されるということがない。

こうして、本発明は固体撮像デバイス２の受光時間を制
御することができる。なお、遮光手段８の位１タハ、ラ
イトガイドファイバ束２３の入射端側に設けるようにし
てもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、照明光の切り換え
時間を転送期間に対応して設定し、この転送期間中は受
光を停止するとともに、蓄積期間中の受光時間を固体撮
像デバイスで得られる画像信号の出力レベルに応じて制
御できるので、照明光の切シ換り時の混色およびスミア
リングを防止でき、ブルーミング現象が起きないという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、駆動パルスを示す波形図、第２図は従来の入
射光Ｂ［に応じて蓄積期間および１フレ一ム期間を変化
させた場合の駆動パルスを示す波形図、第３図はライン
転送形固体撮像デバイスを示す説明図、第４図は本発明
の第１実施例に係る撮像用自動調光装置を示す構成図、
第５図は第４図の動作を説明するだめの動作波形図、第
６図は本発明の第２実施例に係る撮像用自動調光装置の
先端部を示す構成図である。２・・・固体撮像デバイス、４・・・内視鏡、８・・遮
光手段、　１５・・・検出手段、１６．１８・・・加算
器、　１７・・・積分器、１９・・・色補正回路、　２
ｏ・・・受光制御手段、２１・・・パルス幅変調回路、
２２・・・遮光駆動部、２３・・・ライトガイドファイ
バ束、２５・・・ストロボランプ、２８・・・回転フィルタ、
３２・・・透遮駆動信号形成回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）生体内または機械装置の空洞内を撮像する固体撮
像デバイスと、この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駆動手段と、光
源からの照明光を各３原色の波長の光に順次切り換える
時間が前記固体撮像デバイスの転送期間に対応して設定
され、この３原色光で被検体を顕次照明するよ・うＫし
た照明手段と、前記照明光を前記固体撮像デバイスの感
光面に対して遮光する遮光手段と、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遮光手段の遮光お
よび透光期間を制御するとともに少なくとも前記転元Ｊ
す創；ｊ中は前記遮光手段を遮光状態とする受光制御手
段とを具備したことを特徴とする撮像用自動調光装置。
（２）　前記検出手段は、前記画像信号の３原色に対応
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受光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。
（３）前記遮光手段は液晶シャッタを用いたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項および第２項のうちいずれ
か１項に記載の撮像用自動調光装置。
（４）前記遮光手段はライトガイドファイバ東の出射端
側または入射端側あるいは前記固体撮像デバイスの前方
に配設したことを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
し第３項のいずれかに記載の撮像用自動調光装置。
（５）前記受光制御手段は、固体撮像デバイスに蓄積を
行なわせる蓄積パルスを前記検出手段からの出力でパル
ス幅変調し、この変調されたパルスで前記遮光手段を制
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
項ないし第４項のいずれかに記載の撮像用自動調光装置
。
（６）前記受光制御手段は、垂直同期パルスから前記遮
光手段を制御するパルスを形成するようにしたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
に記載の撮像用自動調光装置。