トップ :: A 生活必需品 :: A61 医学または獣医学;衛生学




【発明の名称】 電子内視鏡光量制御装置
【発明者】 【氏名】樋口 充

【氏名】竹内 信次

【氏名】山中 一浩
【要約】 【課題】全画素読出し方式を実行する際の遮光期間設定のための構成が簡略化され、コストの低減を図ることができるようにする。

【解決手段】絞り制御回路３９により、画像の明るさが所定値となるように絞り３５を制御すると共に、この絞り３５を完全に閉じて遮光期間を設定し、この遮光期間を利用しながら全画素読出し方式により静止画を形成し、一方動画については撮像素子出力時画素混合読出し方式で画像信号を形成する。即ち、静止画では、１／６０秒の期間内の１回の露光でＣＣＤ１２にて得られた全画素につき、上記の絞り３５で設定された遮光期間を利用し、この期間で奇数ラインの信号を読み出し、次の期間で偶数ラインの信号を読み出す。その後、これらのライン信号を混合回路２６で画素混合してフィールド信号とすることにより、高画質の静止画が形成される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 １回の露光で撮像素子に蓄積された全画素の信号を遮光期間を利用して読み出す全画素読出し方式を実行する電子内視鏡の光量制御装置であって、光源からの光量を調節するための絞りと、画像の明るさが所定値となるように上記絞りを可変駆動すると共に、上記遮光期間を得るために当該絞りを閉じて完全な遮光状態とする絞り制御回路と、を備えた電子内視鏡光量制御装置。
【請求項２】 上記撮像素子に蓄積された画素を上下ライン間で混合して出力し、動画を形成する撮像素子出力時画素混合読出し方式と、１回の露光で上記撮像素子に蓄積された全画素の信号を上記遮光期間を利用して読み出し、静止画を形成する全画素読出し方式を備えた電子内視鏡に適用したことを特徴とする上記請求項１記載の電子内視鏡光量制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子内視鏡光量制御装置、特に撮像素子に蓄積される全画素を読み出す全画素読出し方式を実行するために、遮光期間を設定することができる光源部等の光量制御装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子内視鏡装置では、固体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において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）が得られるように構成される。そして、例えば同時式の電子内視鏡光量制御装置では、上記ＣＣＤの上面に、画素単位で色フィルタが配置され、これによってカラー画像が得られる。
【０００３】図５には、上記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、例えば偶数ラインにＭｇ（マゼンタ）、Ｃｙ（シアン）の画素、奇数ラインにＧ（グリーン）、Ｙｅ（イエロー）の画素が配列される。このＣＣＤ１では、これらの色フィルタを介して画素単位の蓄積電荷（画素信号）が得られることになる。
【０００４】そして、従来の色差線順次混合読出し方式によれば、上下ラインの画素の蓄積電荷が加算混合されて読み出される。例えば、１回目の露光時に０ラインと１ラインの混合信号、２ラインと３ラインの混合信号、…というような奇数（Ｏｄｄ）フィールドのビデオ信号が読み出され、２回目の露光時に１ラインと２ラインの混合信号、３ラインと４ラインの混合信号、…というような偶数（Ｅｖｅｎ）フィールドのビデオ信号が読み出される。従って、ＣＣＤ１の２ラインの混合信号がフィールド画像の１ラインの信号となり、１回の露光で奇数又は偶数の１フィールドのデータが得られることになる。
【０００５】図６には、上記ＣＣＤ１から読み出される信号の動作が示されており、電子内視鏡装置では、図（Ａ）に示されるように、１／６０秒（垂直同期期間）毎のＯ（Ｏｄｄ）／Ｅ（Ｅｖｅｎ）信号（フィールド信号）に基づいて奇数フィールドと偶数フィールドを形成している。このため、図（Ｂ）に示されるように、上記１／６０秒の期間中の電子シャッタの蓄積（露光）時間Ｔにより信号蓄積が行われ、次の１／６０秒の期間で蓄積混合信号の読出しが行われる。この結果、図（Ｃ）に示されるように、奇数（Ｏｄｄ）フィールド信号、偶数（Ｅｖｅｎ）フィールド信号が得られることになり、例えばｎ−１番目の奇数フィールド信号は、図５の左側に示した（０＋１）ライン，（２＋３）ライン，（４＋５）ライン…の混合信号となり、ｎ番目の偶数フィールド信号は、図５の右側に示した（１＋２）ライン，（３＋４）ライン…の混合信号となる。
【０００６】そして、これらの奇数フィールド信号と偶数フィールド信号は、インターレース走査されて１フレームの画像として形成され、この画像がモニタ上に動画として表示される。また、内視鏡装置では、操作部にフリーズスイッチが配置されており、このフリーズスイッチが押されたときには、そのときの静止画が形成、表示される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記同時式の電子内視鏡装置においては、上記図６（Ｃ）で示されるように、１フレーム画像を形成するための奇数フィールド画像と偶数フィールド画像との間に、1/60秒の時間のずれがあり、この間に内視鏡自体のブレや被観察体の動き等があると、特に静止画を表示する場合は画質（解像度、色ずれ等）が低下するという問題があった。
【０００８】そこで、本出願人は遮光期間を設け、この遮光期間を利用して１回の露光で得られた全画素のデータを読み出す全画素読出し方式を採用することとしたが、この遮光期間を設定するためには、光源部に設けた遮光板を所定のタイミングで駆動し、光源部を完全に遮光することが必要となる。しかし、この遮光板及び当該遮光板の駆動機構等は新たな付加部材となるため、構成が複雑になると共に、コストもかかってしまう。
【０００９】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、全画素読出し方式を実行する際の遮光期間設定のための構成が簡略化され、コストの低減を図ることができる電子内視鏡光量制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る電子内視鏡光量制御装置は、１回の露光で撮像素子に蓄積された全画素の信号を遮光期間を利用して読み出す全画素読出し方式を実行する電子内視鏡の光量制御装置であって、光源からの光量を調節するための絞りと、画像の明るさが所定値となるように上記絞りを可変駆動すると共に、上記遮光期間を得るために当該絞りを閉じて完全な遮光状態とする絞り制御（駆動制御）回路と、を備えたことを特徴とする。請求項２に係る発明は、上記撮像素子に蓄積された画素を上下ライン（水平ライン）間で混合して出力し、動画を形成する撮像素子出力時画素混合読出し方式と、１回の露光で上記撮像素子に蓄積された全画素の信号を遮光期間を利用して読み出し、静止画を形成する全画素読出し方式を備えた電子内視鏡に適用したことを特徴とする。
【００１１】次に、上記全画素読出し方式を静止画形成時にのみ実行する場合の上記構成の作用を説明する。即ち、通常時では撮像素子出力時画素混合読出し方式が選択され、従来と同様に撮像素子から画素混合信号を直接読み出すことにより動画が形成されるが、フリーズスイッチが押されたときには、全画素読出し方式に切り替えられて静止画が形成される。
【００１２】例えば、所定（１番目とする）の1/60秒の期間（垂直同期期間）内での露光（露光時間は任意）により蓄積された電荷は、２番目の期間（1/60秒）で撮像素子（ＣＣＤ）の奇数ラインが読み出されて（転送ラインから読み出す）所定のメモリに記憶され、３番目（次の露光時）の期間で残りの偶数ラインが読み出され、これも所定メモリに記憶される。そうして、この偶数ラインを読み出せるようにするために、上記２番目の期間の光源光を遮光する。
【００１３】即ち、上記奇数ラインの蓄積電荷を順次読み出す２番目の期間に、従来のように次の露光で電荷が蓄積されると、残りの偶数ラインの読み出しができない。そのため、２番目の期間を遮光期間として３番目の期間で偶数ラインの蓄積電荷を読み出し、これにより１回の露光で得られた撮像素子の全画素分の信号が読み出せるようにする。
【００１４】そして、本発明では、上記の遮光期間の設定が明るさ調整のために配置される絞り駆動機構で行われる。即ち、本来なら絞りを完全に閉じることはあり得ないが、絞り全閉パルスを出力して上記の２番目の期間に絞りを全閉することにより、完全な遮光期間が設定される。
【００１５】次に、上記のメモリに最初に記憶された例えば奇数ラインのビデオ信号は、更に位相調整メモリに格納されて、1/60秒だけ遅延され、その後に、混合回路により、奇数ラインと偶数ラインのデータとの間で画素混合処理が行われる。即ち、この画素混合処理は、結果としては撮像素子からの信号出力時に行われる撮像素子出力時画素混合読出し方式と同等の信号を形成するが、１回の露光で得られた情報に基づいて画素混合を行うという点で、撮像素子出力時画素混合読出し方式と区別されるものである。
【００１６】そして、この画素混合信号により奇数フィールドと偶数フィールドのビデオ信号が形成され、これらのビデオ信号に基づいて静止画が表示される。従って、静止画は１回の露光で得られた全画素の信号に基づいて形成されることになり、高画質の画像となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１には、実施形態の一例としての光量制御装置を用いた電子内視鏡装置の構成が示されており、この例の電子内視鏡は静止画につき全画素読出し方式を実行するものである。図１において、当該装置はスコープ（電子内視鏡）１０を、画像処理回路を有するプロセッサ装置や光源を備えた光源装置（又はこれらの装置を一体化した装置）に接続する構成となる。このスコープ１０には、その先端部に図５で説明したものと同様の色フィルタを備えたＣＣＤ１２が設けられると共に、光源１４の光を先端部まで導くためのライトガイド１５が配設される。また、スコープ１０の操作部には、静止画表示のためのフリーズスイッチ１６が設けられる。
【００１８】上記ＣＣＤ１２には、これを駆動するためのＣＣＤ駆動回路１８が接続され、この駆動回路１８にはタイミングジュネレータ１９、マイコン（マイクロコンピュータ）２０が接続され、このマイコン２０には上記フリーズスイッチ１６の動作信号が入力される。上記ＣＣＤ駆動回路１８は、マイコン２０の制御に基づきタイミング信号を入力し、動画のためのＣＣＤ出力時画素混合読出し方式と、静止画のための全画素読出し方式の駆動制御をする。
【００１９】例えば、この全画素読出し方式の場合は、１回の露光でＣＣＤ１２に蓄積された全画素分の蓄積データを、奇数ラインと偶数ラインに分け時間的にもずらして読み出すための２種類のパルスを上記ＣＣＤ駆動回路１８から供給し、これに基づいてＣＣＤ１２から上記奇数ラインの信号と偶数ラインの信号を別々に順次読み出すための制御を行う。なお、ＣＣＤ出力時画素混合読出し方式では１種類の読出しパルスを各ラインに与える。
【００２０】また、上記ＣＣＤ１２の出力信号を入力するＡ／Ｄ変換器２２が設けられ、このＡ／Ｄ変換器２２の後段には、全画素読出しのために、上記奇数ラインの画像データを記憶する第１メモリ２３、偶数ラインの画像データを記憶する第２メモリ２４、上記第１メモリ２３のデータをそのまま記憶し、読出しのタイミングを1/60秒だけ遅らせるための位相調整用の第３メモリ２５、静止画用混合回路２６が設けられる。即ち、ＣＣＤ１２で得られた全画素信号は、奇数ラインのデータ（ビデオ信号）と偶数ラインのデータに分けられた状態で、それぞれのメモリ２３，２４に一旦格納されるが、第１メモリ２３の奇数ラインデータは1/60秒遅らせることにより、第２メモリ２４に格納された偶数ラインデータと同一位相とする。
【００２１】これにより、両方の画像データが同時に読み出せることになり、次段の混合回路２６では、第３メモリ２５の奇数ラインの画素データと第２メモリ２４の偶数ラインの画素データを加算混合（静止画用画素混合処理）することができる。従って、静止画の場合は、この混合回路２６で従来の色差線順次混合読出し方式と同等の画素混合信号が形成される。
【００２２】図２には、上述したＣＣＤ１２から混合回路２６までの回路で形成される静止画データの内容が示されている。図（Ａ）に示されるように、ＣＣＤ１２では、走査線数に対応して、０ラインからＮラインまで水平ラインが設けられ、この水平ラインの画素データを転送ラインに転送して読み出すように構成される。そして、上記ＣＣＤ１２の奇数ライン（１，３，５…ライン）のデータが図（Ｂ）の第１メモリ２３（及び第３メモリ２５）に格納され、偶数ライン（２，４，６…ライン）のデータが図（Ｃ）の第２メモリ２４に格納される。
【００２３】これらメモリ２５，２４のデータは、上述したように混合回路２６によって、図（Ｂ）と図（Ｃ）のライン同士で画素混合が行われ、図（Ｄ）に示されるように、０ライン＋１ライン，２ライン＋３ライン，４ライン＋５ライン…の加算演算データが奇数（Ｏｄｄ）フィールドデータとして出力される。また、図（Ｃ）の読出しラインを下側に１ラインずらした状態で（図示Ｃ1 の位置から読み出す）、図（Ｂ）とライン同士で画素混合が行われ、図（Ｅ）に示されるように、１ライン＋２ライン，３ライン＋４ライン，５ライン＋６ライン…の加算演算データが偶数（Ｅｖｅｎ）フィールドデータとして出力される。なお、当該例ではＣＣＤ１２のラインの奇数をＯＤＤ、偶数をＥＶＥＮ、インターレース走査の対象となるフィールドの奇数をＯｄｄ、偶数をＥｖｅｎとして区別する。
【００２４】図１において、上記混合回路２６の後段には、動画と静止画を切替える画像切替え回路２８が設けられ、この画像切替え回路２８は、上記フリーズスイッチ１６が押された時、マイコン２０の制御によりａ端子からｂ端子へ切り替える。この画像切替え回路２８には、ＤＶＰ（デジタルビデオプロセッサ）２９が接続されており、このＤＶＰ２９では、従来と同様の画素混合読出し方式でのカラー信号処理が施され、例えば色差信号や輝度信号が形成され、像位置の制御、拡大処理等も行われる。
【００２５】このＤＶＰ２９の後段には、奇数フィールドデータを記憶する第４メモリ３０、偶数フィールドデータを記憶する第５メモリ３１、切替え回路３２及びＤ／Ａ変換器３３が設けられる。即ち、上記の第４メモリ３０には、図２（Ｄ）のデータが色差信号等に変換された奇数（Ｏｄｄ）フィールドデータが記憶され、第５メモリ３１には、図２（Ｅ）のデータが色差信号等に変換された偶数（Ｅｖｅｎ）フィールドデータが記憶される。
【００２６】一方、上記スコープ１０に配設されたライトガイド１５に光を供給する光源部（又は光源装置）には、上記ハロゲンランプ等からなる光源１４とライトガイド１５の入射端との間に、絞り３５が配置される。また、この絞り３５には絞り制御（駆動制御）回路３９、ランプ１４にはランプ駆動回路４０が接続されており、この絞り制御回路３９は上記ＤＶＰ２９で得られる輝度信号に基づいて絞り３５を駆動し、光源１４の出力光量を調整する。また、この絞り制御回路３９は、上記フリーズスイッチ１６が押されたとき、所定の1/60秒間だけ絞り３５を完全な遮光状態にする。
【００２７】図３には、上記絞り３５の構成が示されており、この絞り３５は例えば光源１４の光束（又はアパーチャ）３５Ａを遮るように絞り羽根３５Ｂが３５Ｃを中心として回動するようになっている。そして、図（Ａ）に示されるように、通常の画像の明るさを制御するアイリス制御においては、例えば最小開口位置Ａ1 から全開位置Ａｎまで２０段階の開口量制御ができる。また、図（Ｂ）に示されるように、全画素読出し方式の選択時では、光束３５Ａを完全に遮断する位置ＡO まで絞り羽根３５Ｂを駆動させる。
【００２８】当該例は以上の構成からなり、その作用を図４を参照しながら説明する。図４（Ｂ）に示されるように、フィールドＯ（Ｏｄｄ）／Ｅ（Ｅｖｅｎ）信号として、従来と同様に、1/60秒で１フィールド画像を形成するタイミング信号が用いられる。まず、通常状態では動画処理、即ちＣＣＤ出力時画素混合読出し方式を実行するように設定されており、光源１４からの光はライトガイド１５を介して先端部から被観察体内へ照射される。
【００２９】この光照射により、先端部のＣＣＤ１２では被観察体内の像が捉えられ、ＣＣＤ１２には、像光に対応した電荷が蓄積される。この蓄積電荷は、ＣＣＤ駆動回路１８からの駆動パルスにより水平ライン間の画素が加算されて読み出され、図５で説明した画素混合信号が出力される。そして、このＣＣＤ１２の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２２からスルーラインＬを介して画像切替え回路２８へ供給される。このとき、画像切替え回路２８はマイコン２０により端子ａ側へ切り替えられており、ＣＣＤ出力信号はＤＶＰ２９へ供給される。
【００３０】このＤＶＰ２９では、色差信号と輝度信号が形成され、この輝度信号はマイコン２０へ供給され、このマイコン２０から輝度調整の制御信号が絞り制御回路３９へ供給される。この絞り制御回路３９ではこの輝度制御信号に基づいて絞り３５の開口量を可変し、これによって画像の明るさが所定値に維持される。また、このＤＶＰ２９で処理されたビデオ信号は、第４及び第５メモリ３０，３１へ供給され、第４メモリ３０に格納された奇数フィールド信号と第５メモリ３１に格納された偶数フィールド信号に基づいて動画がモニタに表示される。
【００３１】一方、スコープ１０のフリーズスイッチ１６が押し操作されたときは、マイコン２０により、上記画素混合読出し方式から静止画のための全画素読出し方式に切り替えられる。例えば、図４（Ａ）に示されるように、フリーズスイッチ１６によるトリガーＴr1（又はＴr2）が与えられたとすると、図４（Ｃ）に示されるように、次のＯ／Ｅ信号の立上がり時ｔ1 からｔ2 までの1/60秒間だけ絞り全閉のパルスＰｃを形成する絞り駆動パルスが出力されることになる。この結果、図３（Ｂ）に示されるように、絞り羽根３５Ｂが光束３５Ａを完全に塞ぎ、上記の期間（ｔ1 〜ｔ2 ）が遮光状態となる［図４（Ｄ）］。
【００３２】そして、全画素が読み出される画像データは、図４（Ｄ）に示されるように、遮光された期間より一つ前の1/60秒の期間の光出力ＬｔでＣＣＤ１２により蓄積された電荷となる。この電荷は、図４（Ｇ）の電子シャッタの露光ｇ1 で得られたものであり、この全画素の電荷（データ）がＣＣＤ駆動回路１８によって読み出される。
【００３３】即ち、図４（Ｅ）が図２（Ｂ）で示した奇数ラインの読出しパルスＰ1 、図４（Ｆ）が図２（Ｃ）で示した偶数ラインの読出しパルスＰ2 であり、図示のようにｔ2 時のパルスをなくした読出しパルスＰ1 及びｔ1 時のパルスをなくした読出しパルスＰ2 により、ＣＣＤ１２から奇数（ＯＤＤ）ラインデータと偶数（ＥＶＥＮ）ラインデータが順に読み出される。従って、奇数ラインの読出しは、上記の遮光期間（ｔ1 〜ｔ2 ）に行われ、偶数ラインの読出しは次の期間（ｔ2 〜ｔ3 ）の間に行われる。なお、図４（Ｇ）に示される電子シャッタ動作では、上記ｔ1 からｔ2 の間に電荷の掃出しパルス（期間）が存在しない。
【００３４】そして、上記奇数ラインデータはマイコン２０の制御に基づき、図４（Ｈ）のように第１メモリ２３へ書き込まれ、偶数ラインデータは図４（Ｉ）のように第２メモリ２４へ書き込まれる。次に、図４（Ｊ），（Ｋ）に示されるように、第１メモリ２３の奇数ラインデータ及び第２メモリ２４の偶数ラインデータが２回ずつ読み出され、奇数ラインデータについては、1/60秒の位相調整をするために第３メモリ２５へ格納される。従って、図４の（Ｋ）と（Ｌ）から理解されるように、奇数ラインと偶数ラインのデータは同一位相（タイミング）に揃うことになる。
【００３５】このようにして上記メモリ２５，２４から読み出された各データは、混合回路２６により画素混合されるが、当該例ではこれを可能とするために、図４（Ｍ）のように、第１メモリ２３と第２メモリ２４を書込み禁止とする。そして、これと同一期間に画素混合変換が行われ［図４（Ｎ）］、まず図２（Ｄ）に示した、０ライン＋１ライン，２ライン＋３ライン，４ライン＋５ライン…の加算データが出力され、これが奇数（Ｏｄｄ）フィールドデータとして第４メモリ３０に記憶される［図４（Ｏ）］。次に、図２（Ｅ）に示した、１ライン＋２ライン，３ライン＋４ライン，５ライン＋６ライン…の加算データが出力され、これが偶数（Ｅｖｅｎ）フィールドデータとして第５メモリ３１に記憶される［図４（Ｐ）］。
【００３６】そうして、これらの奇数フィールドデータと偶数フィールドデータは上記第４及び第５メモリ３０，３１から切替え回路３２を介して交互に読み出され、これらフィールドデータは、Ｄ／Ａ変換器３３を介してモニタへ出力され、このモニタにインターレース走査により画像表示される。この結果、静止画については、同一露光時に得られた全画素データに基づいて画像表示されることになり、高画質の画像が得られることになる。従って、1/60秒間に内視鏡自体のブレ、或いは被観察体に動きがあったとしても、その影響が小さい鮮明な静止画の観察が可能となる。
【００３７】また、当該例では、動画につきＣＣＤ１における混合読み出し方式を採用することにより、逆に被写体の動き等を忠実に再現できるという利点がある。もちろん、動画においてもブレのない鮮明な画像を追及する場合は、動画についても、上記の絞り３５及び絞り制御回路３９を用いた全画素読出し方式を採用することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、１回の露光で得られた全画素の信号を遮光期間を利用して読み出す全画素読出し方式を実行する電子内視鏡装置で、絞り及び絞り制御回路を用い、画像の明るさが所定値となるように絞りを可変駆動すると共に、上記遮光期間を得るために当該絞りを閉じて完全な遮光状態とするので、全画素読出し方式を実行する際の遮光期間設定のための構成が簡略化され、コストの低減を図ることができるという利点がある。
【００３９】また、請求項２に係る発明によれば、絞りを利用した遮光期間の設定により、静止画についてはブレのない高画質の画像が得られ、一方動画については動きを忠実に再現した滑らかな画像が形成できることになる。
【出願人】 【識別番号】０００００５４３０
【氏名又は名称】富士写真光機株式会社
【出願日】 平成１０年（１９９８）３月５日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 保人
【公開番号】 特開平１１−２４４２３２
【公開日】 平成１１年（１９９９）９月１４日
【出願番号】 特願平１０−７１３２４