(57)【要約】【課題】機械的な部材や、演算回路を追加しないでイメージセンサのダイナミックレンジを拡大できる電子内視鏡を提供する。【解決手段】体内挿入部の先端部にイメージセンサが内蔵された電子内視鏡であって、前記イメージセンサは、受光素子群の前方に所定の配列で原色フィルタが配置されていて、前記原色フィルタの中で、赤色フィルタ３４Ｒの前方に、その透過光量を制限するＮＤフィルタ３５を設けた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体内挿入部の先端部にイメージセンサが内蔵された電子内視鏡であって、
前記イメージセンサは、受光素子群の前方に所定の配列で原色フィルタが配置されていて、
前記原色フィルタの中で、赤色フィルタを透過した光が入射する受光素子の前方に、その入射光量を制限する光量制限部材を設けたこと、を特徴とする電子内視鏡。
【請求項２】
請求項１記載の電子内視鏡において、前記光量制限部材は、前記赤色フィルタの前面または背面に設けられたＮＤフィルタである電子内視鏡。
【請求項３】
請求項１記載の電子内視鏡において、前記ＮＤフィルタは、前記赤色フィルタの前面または背面に一体に形成されている電子内視鏡。
【請求項４】
請求項１記載の電子内視鏡において、前記光量制限部材は、前記波長特性を狭帯域化した赤色フィルタである電子内視鏡。
【請求項５】
請求項１記載の電子内視鏡において、前記イメージセンサは前記原色フィルタの背後に配置された受光素子と受光素子の間の部分を遮光する遮光幕を有し、前記光量制限部材は、前記赤色フィルタの開口面積または該赤色フィルタを透過した赤色光が入射する受光素子の受光面積を減少させるように受光素子を覆った遮光幕である電子内視鏡。
【請求項６】
体内挿入部の先端部にイメージセンサが内蔵された電子内視鏡であって、
赤色フィルタを透過した光が入射する受光素子が、他の原色フィルタを透過した光が入射する受光素子よりも小さいこと、を特徴とする電子内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子内視鏡、より詳細には、映像信号のダイナミックレンジを拡大したイメージセンサを備えた電子内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子内視鏡装置は、外部光源から発せられた照明光をライトガイド介して体内挿入部先端まで導いた照明光か、体内挿入部先端に設けたＬＥＤなどの半導体発光素子が発光した照明光によって体腔内を照明して撮像している。電子内視鏡装置の一般的な使用対象は人体の胃腸などの体腔内であるため、同一の撮影画面内に入る撮像対象の距離の比が非常に大きい。そのため、画像の白飛びや黒つぶれを生じやすかった。撮像素子のダイナミックレンジを拡大すれば、かかる白飛びや黒つぶれを軽減することができるが、これは容易ではなかった。
【０００３】
そこでダイナミックレンジの拡大を図るために、強弱２種類の照明光を切り替えて、明暗２種類のデータを画像補整処理して合成することによりダイナミックレンジを拡大する技術が提案されている（特許文献１）。また、ＣＣＤ撮像面上に１ライン置きにＮＤフィルタを配置して、２種類の撮像部から得られた映像信号を合成することによりダイナミックレンジを拡大する技術も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平１１-１５５８０８号公報
【特許文献２】特開平１１-３３１７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、強弱２種類の照明光を切り替える発明は、照明光を強弱切り替えるための照明光切り替え装置が必要になり、光源装置が大型化してしまうという問題があった。二つの映像信号を合成する発明は、映像信号を合成するための煩雑な演算回路が必要になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたものであって、機械的な部材や、演算回路を追加しないでイメージセンサのダイナミックレンジを拡大できる電子内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電子内視鏡の観察対象である体腔内は赤色成分が多いことに着目してなされたものである。
【０００７】
かかる課題を解決する本発明は、体内挿入部の先端部にイメージセンサが内蔵された電子内視鏡であって、前記イメージセンサは、受光素子群の前方に所定の配列で原色フィルタが配置されていて、前記原色フィルタの中で、赤色フィルタを透過した光が入射する受光素子の前方に、その入射光量を制限する光量制限部材を設けたこと、に特徴を有する。
【０００８】
本発明の電子内視鏡においては、前記光量制限部材を、前記赤色フィルタの前面または背面に設けたＮＤフィルタにより構成できる。ＮＤフィルタは、前記赤色フィルタの前面または背面に一体に形成することが好ましい。
【０００９】
本発明の電子内視鏡において、前記光量制限部材は、前記波長特性を狭帯域化した赤色フィルタによって構成できる。
また本の発明の電子内視鏡は、前記イメージセンサは前記原色フィルタの背後に配置された受光素子と受光素子の間の部分を遮光する遮光幕を有し、前記光量制限部材は、前記赤色フィルタの開口面積または該赤色フィルタを透過した赤色光が入射する受光素子の受光面積を減少させるように受光素子を覆った遮光幕によって形成できる。
【００１０】
別の観点からなる本発明は、イメージセンサの撮像面上に所定の配列で配置された原色フィルタ中、赤色フィルタの波長特性を狭帯域化したこと、に特徴を有する。
【００１１】
別の観点からなる本発明は、多数の受光素子の前方に原色フィルタが配置されたイメージセンサであって、赤色フィルタを透過した光が入射する受光素子が、他の原色フィルタを透過した光が入射する受光素子よりも小さいことに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電子内視鏡によれば、体腔内のような赤色成分が多い被写体の撮影において赤色成分がイメージセンサの受光素子に入射する量を制限するので、実質的にダイナミックレンジの拡大が可能になる。しかも、機械的な機構、駆動部が不要なので、構成が容易であり、画像合成処理も不要なので画像演算、処理回路が複雑化することもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、ビデオプロセッサ１００と共に使用される、本発明を適用した電子内視鏡１０の全体構成を示し、図２は、本発明を適用した電子内視鏡１０の撮像系及びビデオプロセッサ１００の主要回路の主要部を示している。電子内視鏡１０は、可撓性の体内挿入部１１の先端部１２には、イメージセンサとしてＣＣＤ撮像素子３０が内蔵され、体内挿入部１１の基端に連結された操作部１３から延出するユニバーサルケーブル１４の先端に、ビデオプロセッサ１００のコネクタ部に接続されるコネクタ部１５が取り付けられている。
【００１４】
電子内視鏡１０には、先端部１２内から体内挿入部１１、操作部１３、ユニバーサルケーブル１４を経てコネクタ部１５のライトガイドスリーブ１７内まで延びるライトガイド１６が内蔵されている。コネクタ部１５から突出したライトガイドスリーブ１７の端面は、ライトガイド１６の照明光入射端面１６ａと一致していて、コネクタ部１５がビデオプロセッサ１００のコネクタ部に接続された際に照明光入射端面１６ａは、内視鏡光源と光学的に接続される。この実施形態では、ビデオプロセッサ１００に内蔵された内視鏡光源であるランプ１２２から発せられた照明光が、集光レンズ１２３によって収束され、照明光入射端面１６ａから入射する。照明光入射端面１６ａから入射した照明光はライトガイド１６内を導かれ、先端部１２の端面近傍に位置する照明光射出端面１６ｂから射出され、先端部１２の端面に設けられた配光レンズ１８によって所定の配光で外方に射出される。
【００１５】
さらに先端部１２の端面には対物レンズ１９が設けられていて、その奥にＣＣＤ撮像素子３０が配置されている。ライトガイド１６から射出された照明光により照明された被写体からの反射光が対物レンズ１９によって被写体像として投影され、投影された被写体像が対物レンズ１９によって投影され、投影された被写体像をＣＣＤ撮像素子３０が撮像して電気的な映像信号に変換して出力する。この映像信号は、ＡＦＥ回路２１で増幅及びＡ／Ｄ変換され、コネクタ部１５の電気コネクタ２２を介して、ビデオプロセッサ１００の映像信号処理回路１０１に出力される。
【００１６】
映像信号処理回路１０１に入力された映像信号は、ホワイトバランス調整回路１０１ａでホワイトバランス補正が施され、輪郭強調回路１０１ｂで輪郭強調補正が施され、ガンマ補正回路１０１ｃでガンマ補正が施される。さらにこれらの補正が施された映像信号がエンコーダ１０３によって所定の映像フォーマットにエンコードされて、ＴＶモニタ１１０により視覚化される。
【００１７】
このビデオプロセッサ１００は、システム全体を制御する制御回路１０５を備えている。ランプスイッチＳＷＬがオンされると、ランプ用電源１２１を起動してランプ１２２を点灯させる。電源スイッチＳＷＭがオンされると、映像信号処理回路１０１及びエンコーダ１０３に定電圧を供給し、さらにＡＦＥ回路２１に定電圧を供給してＡＦＥ回路２１を起動し、ＣＣＤ撮像素子３０による撮像を開始させる。ＣＣＤ撮像素子３０により撮像された動画映像が、ＴＶモニタ１１０に映し出される。
【００１８】
以上は、電子内視鏡１０及びビデオプロセッサ１００の一般的な機能である。次に、本発明の特徴について、図３乃至図６を参照して説明する。このＣＣＤ撮像素子３０は、いわゆるＣＣＤイメージセンサである。
【００１９】
図３は、本発明を適用したＣＣＤ撮像素子３０の第一実施形態の正面図である。ＣＣＤ撮像素子３０は、撮像面３２上に、原色フィルタ３４、この実施形態では赤、緑、青のＲＧＢ原色フィルタ３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂが配置されている。この実施形態のＲＧＢ原色フィルタ３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂの配列は、ベイヤ配列である。これらの各ＲＧＢ原色フィルタ３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂの下に、各ＲＧＢ原色フィルタ３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂを透過して入射した光を信号電荷に変換するホトダイオード（ＰＤ）３３が設けられている（図５参照）。
【００２０】
そうしてこの実施形態では、赤色（Ｒ原色）フィルタ３４Ｒに重ねて、光量制限部材としてのＮＤフィルタ３５を設けてある。このＮＤフィルタ３５により、赤色フィルタ３４Ｒを透過してホトダイオード３３に入射する赤色光成分が制限される。このＣＣＤ撮像素子３０から得られる映像信号は、赤成分が、ＮＤフィルタ３５が無い通常のイメージセンサであれば得られる量よりも少なくなっている。この実施例では、透過光量を１／２にするＮＤフィルタ３５が設けられていて、赤色の光量が約１／２に制限されている。
ＮＤフィルタ３５は、赤色フィルタ３４Ｒの前面または背面側のいずれに設けてもよく、赤色フィルタ３４Ｒの前面または背面に一体に形成してもよい。
【００２１】
本発明のイメージセンサの第二実施形態では、詳細は図示しないが、Ｒ原色フィルタの波長特性のみ狭帯域化した。このように形成したＲ原色フィルタ及び通常のＧＢ原色フィルの分光特性をグラフ化して図４に示した。このグラフから明らかなように、赤色の分光感度が低くなっている。この特性は、赤色フィルタ３４ＲにのみＮＤフィルタ３５を設けた第一実施形態のＲＧＢ原色フィルタ３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂと実質的に同等である。
【００２２】
図５は、本発明の第三実施形態であるＣＣＤ撮像素子３０２を縦断して示す断面図である。ＲＧＢ原色フィルタ３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂの配列は、図３に示した第一実施形態と同様である。ＣＣＤ撮像素子３０２には、ＲＧＢ原色フィルタ３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂと基板３１との間に、ホトダイオード３３とホトダイオード３３の間の部分（電荷転送部等）を遮光する遮光幕３６が設けられている。第三実施形態では、この遮光幕３５を、赤色フィルタ３４Ｒ下まで延設して、赤色フィルタ３４Ｒの開口を小さく制限し、赤色光を受光するホトダイオード３３の受光面積を小さく制限した。この第二実施形態では、赤色フィルタ３４Ｒの開口面積を通常の略１／２に制限して、図４に示した分光特性と実質的に同様の分光特性を得た。
【００２３】
第一、第二実施形態は、ＣＣＤタイプのイメージセンサに限られず、原色フィルタを使用するイメージセンサであればよく、ＣＭＯＳタイプのイメージセンサにも適用可能である。また、第三実施形態は、ホトダイオードとホトダイオードの間に遮光幕を設けるイメージセンサであれば、容易に適用できる。
【００２４】
図７は、イメージセンサにより体腔内を撮像した場合の各色信号の出力レベルと被写体との明るさの関係をグラフ化して示す図であって、（Ａ）は従来のイメージセンサにより撮像した場合、（Ｂ）は本発明の第一乃至第三実施形態のＣＣＤ撮像素子３０、３０２により撮像した場合を示している。従来のイメージセンサの映像は、被写体の明るさの変化に対する信号レベルの変化率が赤色信号レベルだけ大きいので、被写体の明るさが増すと、緑色及び青色信号レベルがしきい値の遙か下の段階で赤色信号レベルだけがしきい値に達していた。つまり、被写体の明るさに比して赤色信号レベルが高く、飽和してしまうため、実質的なダイナミックレンジが狭小化している。
【００２５】
これに対して本願発明の実施形態であるＣＣＤ撮像素子３０、３０２により撮像した場合は、被写体の明るさの変化に対する、赤色、緑色及び青色信号レベルの変化率が近似しているので、被写体の明るさが増しても、赤色、緑色及び青色信号レベルがほぼ均等に上昇し、ほぼ同じ明るさでしきい値に達する。つまり、実質的なダイナミックレンジが拡大していることが分かる。
【００２６】
以上の通り本発明の電子内視鏡によれば、赤色成分が多い体腔内の撮影において、イメージセンサに入射する赤色の光成分を制限し、または受光量を減少させているので、赤色成分が飽和する輝度が高く、ダイナミックレンジが拡大されている。しかも、光源を切り替えるなどの機械的な装置や、画像を合成するなどの画像処理が不要である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用した電子内視鏡の全体構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した電子内視鏡の撮像系及びビデオプロセッサの主要回路の主要部を示す図である。
【図３】本発明を適用した電子内視鏡のイメージセンサの第一実施形態の正面図である。
【図４】本発明を適用した電子内視鏡のイメージセンサの第二実施形態の分光感度をグラフ化して示す図である。
【図５】本発明を適用した電子内視鏡のイメージセンサの第三実施形態を縦断して示す断面図である。
【図６】電子内視鏡のイメージセンサの各色信号レベルと被写体の明るさとの関係をグラフ化して説明する図であって、（Ａ）は従来の場合を、（Ｂ）は本発明の場合を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  電子内視鏡
１１  体内挿入部
１２  先端部
１３  操作部
１４  ユニバーサルケーブル
１５  コネクタ部
１６  ライトガイド
１８  配光レンズ
１９  対物レンズ
３０  ３０２  ＣＣＤ撮像素子
３１  基板
３２  撮像面
３３  ホトダイオード
３４Ｒ  ３４Ｇ  ３４Ｂ  ＲＧＢ原色フィルタ
３５  ＮＤフィルタ
３６  遮光幕
１００  ビデオプロセッサ
１０１  映像信号処理回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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