(57)【要約】【課題】放電管式照明用光源のゆらぎに起因する画像信号の変動を補償する。【解決手段】ランプ２１からライトガイド１４を介して供給される照明光を用いて管腔内の画像を撮像素子１３を用いて撮影する。撮像素子１３からの画像信号をＶＣＡ２９を介してＴＶモニタ４０に出力する。ランプ２１から照射される光束の一部を、その光路上配置されたハーフミラーで分岐して受光センサ３５に導く。受光センサ３５で受光した光量に対応する信号を光量検波回路３７に入力する。光量検波回路３７において、ランプ２１の放射強度のゆらぎに対応する変動成分を検波する。検波された信号をサンプルホールド回路３８でサンプルホールドし、ランプ２１の放射強度のゆらぎに連動してＶＣＡ２９の利得を制御する。これにより、ＴＶモニタ４０上の映像に対する該ゆらぎの影響を補償する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射強度にゆらぎを有する光源から供給される照明光を用いて管腔内の被写体を撮影する電子内視鏡において用いられるゆらぎ補償装置であって、
受光した光の光量を検知するための受光センサと、
前記照明光の一部を前記受光センサに導く光学系と、
前記受光センサにおいて検知される前記照明光の光量変動に応じて前記電子内視鏡の画像信号の利得を制御することにより、前記光源のゆらぎを補償する利得制御手段と
を備えることを特徴とするゆらぎ補償装置。
【請求項２】
前記光学系が前記光源から照射される光束の一部をハーフミラーを用いて分岐し、前記受光センサに導くことを特徴とする請求項１に記載のゆらぎ補償装置。
【請求項３】
前記ハーフミラーが、前記光束の中央領域の光のみを分岐することを特徴とする請求項２に記載のゆらぎ補償装置。
【請求項４】
前記ゆらぎ補償装置が、前記光源の放射強度のゆらぎに対応する帯域の変動を検波する検波手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像信号用ゆらぎ補償装置。
【請求項５】
前記利得の制御範囲が、０．８から１．２の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のゆらぎ補償装置。
【請求項６】
前記利得制御手段が、前記受光センサにおいて検知される前記照明光の光量が減少するときに前記利得を増大させ、前記光量が増大するときに前記利得を減少させることを特徴とする請求項１に記載のゆらぎ補償装置。
【請求項７】
前記光源が放電管形式のランプであることを特徴とする請求項１に記載のゆらぎ補償装置。
【請求項８】
請求項１に記載されたゆらぎ補償装置を備える電子内視鏡用画像信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明用の光源を用いて撮影される画像の信号処理に関し、特に放電管形式の光源を用いて撮影される画像の信号処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡装置は、体内や管内等のように、通常のカメラでは撮影することができない管腔内の観察に用いられる。電子内視鏡装置は、管腔内に挿入される可撓性を有する細長の挿入部を備える電子内視鏡（電子スコープ）と、挿入部先端に設けられた撮像素子からの画像信号を処理するための画像信号処理装置（プロセッサ）と、撮影された画像をモニタするための画像表示装置（ＴＶモニタ）とから主になる。通常管腔内には外光が届かないため、撮影には管腔内の被写体を照明する必要がある。しかし、電子内視鏡の挿入部の先端は小型であることが要求されるため、挿入部先端に直接光源部を設けることは困難である。したがって、光はプロセッサ内等の電子スコープ外部に設けられた外部光源から、電子スコープ内に配設された光ファイババンドル（ライトガイド）を介して挿入部の先端に供給される。このように照明光はライトガイドを介して供給されるため、挿入部先端において十分な照明強度を得るために高輝度のランプが用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高輝度ランプとしては、例えばキセノンランプのような放電管形式の光源が多く用いられる。しかし、電極間の放電を利用した放電管形式の光源では、封入されたガスの対流等の影響により放射強度にゆらぎが発生し、照明光の輝度分布も不安定なものとなる。このようなゆらぎは、特に輝度の高い中心付近において顕著となり、ＴＶモニタ上では映像のチラツキとなって現れる。
【０００４】
本発明は、光源の放射強度のゆらぎによる映像への影響を補償するためのゆらぎ補償装置、及びこのゆらぎ補償装置が搭載された電子内視鏡用の画像信号処理装置を得ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像信号用ゆらぎ補償装置は、放射強度にゆらぎを有する光源から供給される照明光を用いて管腔内の被写体を撮影する電子内視鏡において用いられるゆらぎ補償装置であって、受光した光の光量を検知するための受光センサと、照明光の一部を受光センサに導く光学系と、受光センサにおいて検知される照明光の光量変動に応じて電子内視鏡の画像信号の利得を制御することにより、光源のゆらぎを補償する利得制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００６】
光学系は、例えば光源から照射される光束の一部をハーフミラーを用いて分岐し受光センサに導く。これにより、簡単な構成で光源からの光の一部を受光センサに導くことができる。また、光源の配光分布の強度は、光束の中央に偏在するので、ハーフミラーは、例えば光束の中央領域の光のみを分岐してもよく、これにより配光分布は平滑化される。
【０００７】
ゆらぎ補償装置は、光源のゆらぎに対応する帯域の変動を検波する検波手段を備えることが好ましく、利得の制御範囲は、０．８から１．２の範囲であることが好ましい。また、利得制御手段は、受光センサにおいて検知される照明光の光量が減少するときに利得を増大させ、光量が増大するときに利得を減少させることが好ましい。これらにより、より効果的に照明用光源のゆらぎによる変動成分のみを画像信号から除去または低減することができるとともに、Ｓ／Ｎ比の劣化を防止することができる。また、光源が放電管形式のランプであるときに本発明の効果はより顕著に発揮される。
【０００８】
本発明の電子内視鏡用画像信号処理装置は上記ゆらぎ補償装置を備えたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である電子内視鏡装置の電気的及び光学的な構成の概略を示すブロック図である。
【００１０】
本実施形態の電子内視鏡装置は、例えば電子内視鏡（電子スコープ）１０、画像信号処理装置（以下プロセッサと呼ぶ）２０、ＴＶモニタ４０から構成される。電子スコープ１０は、コネクタ１１を介してプロセッサ２０に着脱自在に接続され、ＴＶモニタ４０はビデオ信号用のケーブルを介してプロセッサ２０のビデオ出力端子に接続される。なお本実施形態では、プロセッサ２０に接続される周辺装置としてＴＶモニタ４０のみが示されているが、例えばＶＣＲ、ビデオプリンタ、コンピュータ等の周辺装置が同時に接続されていてもよい。
【００１１】
電子スコープ１０は、細長で可撓性を有する挿入部１２を備え、その先端にはＣＣＤ等の撮像素子１３が設けられる。また、電子スコープ１０内には、光ファイババンドルからなるライトガイド１４が配設される。ライトガイド１４の一方の端は、コネクタ１１を介してプロセッサ２０内の光源部に接続され、他方の端は、挿入部１２の先端に配置される。挿入部先端に配置されたライトガイド１４の先端からは、照明レンズ１５を介して、プロセッサ２０内の光源部から供給される光が照明光として照射される。すなわち、電子スコープ１０の挿入部１２が管腔内等に挿入されたとき、撮像素子１３は、ライトガイド１４から照射される光を照明として、結像レンズ１６を介して管腔内の被写体を撮像する。
【００１２】
本実施形態の電子内視鏡装置では、例えば面順次方式で撮像が行われ、ライトガイド１４からは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の照明光が時系列に順次断続的に照射される。すなわち、プロセッサ２０の光源部において、ライトガイド１４とランプ２１との間には、集光レンズ２２と回転フィルタ２３とが配置されており、ランプ２１から照射された光は回転フィルタ２３を透過した後、集光レンズ２２を介してライトガイド１４の入射端に集光される。従来周知のように、回転フィルタ２３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルタがそれぞれ貼付された３つの扇形開口が形成された回転円盤である。
【００１３】
回転フィルタ２３はモータ２４により回転され、ＲＧＢの色フィルタが設けられた開口は、ランプ２１とライトガイド１４の間を順次横切り、ライトガイド１４には、ＲＧＢの光が順次時系列に入射される。モータ２４の回転は、ドライバ２５によりその駆動が制御され、ドライバ２５はタイミング回路２６からのパルス信号に基づいて駆動される。ランプ２１は、例えばキセノンランプであり、ランプ２１には電源２７から電力が供給される。
【００１４】
一方、電子スコープ１０の撮像素子１３は、プロセッサ２０内のタイミング回路２６から供給される駆動パルスにより駆動制御され、その駆動はライトガイド１４から照射されるＲＧＢ光の照射タイミングに同期して行われる。これにより、撮像素子１３では、ＲＧＢの画像がそれぞれ時系列に順次撮像される。
【００１５】
撮像素子１３で撮像されたＲＧＢの画像は、アナログの画像信号としてプリアンプ２８に入力され、適度に増幅された後、ＶＣＡ（ｖｏｌｔａｇｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２９等の利得制御素子を介して画像信号処理回路３０に伝送される。ＶＣＡ２９では、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路３８からの電圧信号Ｖｃによってその利得が例えば０．８〜１．２の間で制御される。なお、電圧信号Ｖｃに関しては後述する。
【００１６】
画像信号処理回路３０では、ガンマ補正、エンハンス処理等の所定の信号処理が行なわれる。各種信号処理が施された画像信号は、その後Ａ／Ｄ変換器３１においてデジタルの画像信号に変換され、ＲＧＢの画像毎にメモリ３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂにそれぞれ一時的に保持される。メモリ３２Ｒ、３２Ｇ、３２ＢにＲＧＢのデジタル画像が一画面分揃うと、ＲＧＢの画像データは同時化されて信号処理回路３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂにそれぞれ出力され１枚のカラー画像とされる。信号処理回路３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂでは所定の信号処理がそれぞれの画像信号に施され、例えばＮＴＳＣやＰＡＬ等のテレビ放送用の規格の映像信号にエンコードされ、ＴＶモニタ４０等に出力される。
【００１７】
なお、図では省略されているが、画像信号処理回路３０、ＲＧＢメモリ３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ、及び信号処理回路３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂは、タイミング回路２６からの同期信号に基づいて駆動される。
【００１８】
また、本実施形態では、ランプ２１と回転フィルタ２３との間に、ランプ２１から射出される光束全体を斜めに横切るようにハーフミラーＭが配置される。ハーフミラーＭは、殆どの光を回転フィルタ２３方向に透過させるが、一部（例えば数パーセント以下）の光は集光レンズ３４の方向に分岐される。集光レンズ３４を介した光はＳＰＤ等の受光センサ３５に集光され、受光センサ３５では、入射された光の光量が検知されその光量に応じた電気信号が検出される。受光センサ３５で検出された電気信号はプリアンプ３６に出力され適度に増幅された後、光量検波回路３７に出力される。
【００１９】
光量検波回路３７は、例えば積分回路からなり、ランプ２１の放射強度のゆらぎに対応する帯域の変動を検波する。光量検波回路３７で検波された信号は、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路３８に出力され、タイミング回路２６からのサンプルホールド信号（Ｓ／Ｈコントロール信号）に基づいて、所定のタイミングでサンプホールドされる。サンプルホールド回路３８は、サンプルホールドされた信号の電圧レベルを所定の基準電圧に対して反転させ、コントロール電圧ＶｃとしてＶＣＡ２９に出力する。
【００２０】
次に図１〜図３を参照して、本実施形態におけるゆらぎ補償処理動作について説明する。
【００２１】
図２は、タイミング回路２６からサンプルホールド回路３８に出力されるＳ／Ｈコントロール信号のタイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【００２２】
図２（Ａ）は、被写体に照射されるＲ、Ｇ、Ｂの照明光の照射タイミングを示しており、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は、順次間欠的に照射される。図２（Ｂ）は撮像素子（ＣＣＤ）１３における撮像動作のタイミングを示す。撮像素子１３では、Ｒ光が照射されている間にＲ画像の撮像（電荷蓄積）が行なわれ（Ｒ撮像期間）、次にＲ光の照射が停止されてからＧ光が照射されるまでの間に、撮像されたＲ画像の信号電荷の転送処理が行なわれる（Ｒ転送期間）。同様に、Ｇ光が照射されている間にＧ画像の撮像が行なわれ（Ｇ撮像期間）、次にＧ光の照射が停止されてからＢ光が照射されるまでの間にＧ画像の転送が行なわれ（Ｇ転送期間）る。また、Ｂ光が照射されている間にＢ画像の撮像が行なわれ（Ｂ撮像期間）、次にＢ光の照射が停止されてからＲ光が照射されるまでの間にＢ画像の転送が行なわれる（Ｂ転送期間）。以下同様の処理動作が繰り返し行なわれる。図２（Ｃ）は、撮像素子１３から出力される画像信号を表わしている。すなわち、Ｒ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の画像信号は、Ｒ転送期間、Ｇ転送期間、Ｂ転送期間に対応して出力される。
【００２３】
図２（Ｄ）は、タイミング回路２６からサンプルホールド回路３８に出力されるサンプルホールド信号（Ｓ／Ｈコントロール信号）の出力タイミングを示す。Ｓ／Ｈコントロール信号は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が照射されている期間、すなわち、Ｒ撮像期間、Ｇ撮像期間、Ｂ撮像期間に出力される。例えば、各Ｓ／Ｈコントロール信号は、Ｒ、Ｇ、Ｂ撮像期間各々の略真中で出力される。
【００２４】
ランプ２１では、例えば０．３〜０．５秒のオーダで放射強度のゆらぎが発生し、光量検波回路３７では、このゆらぎに対応する信号が検波される。ランプ２１の光量がゆらぎにより低下すると、光量検波回路３７で検波される信号の電圧レベルも低下する。例えば、検波される電圧レベルが所定の電圧（基準電圧）レベルよりも低くなり、このときの信号レベルがサンプルホールド回路３８においてサンプルホールドされると、サンプルホールド回路３８からは、所定の電圧（例えば１．０Ｖ。図３参照）よりも高いコントロール電圧ＶｃがＶＣＡ２９に出力される。一方、ランプ２１の光量が上がり、光量検波回路３７で検波される信号レベルが基準電圧を上回り、これがサンプルホールドされると、サンプルホールド回路３８からは、所定の電圧よりも低いコントロール電圧ＶｃがＶＣＡ２９に出力される。すなわちコントロール電圧Ｖｃは、光量検波回路３７において検波される信号の電圧レベルに逆相関する。
【００２５】
図３に、ＶＣＡ２９に入力されるコントロール電圧ＶｃとＶＣＡ２９の利得との関係の一例を示す。図３の例では、コントロール電圧Ｖｃが０．８〜１．２Ｖの範囲にあるとき、利得は０．８〜１．２の範囲で線形的に変化し、入力が０．８Ｖよりも小さいときには、利得は常に０．８であり、入力が１．２よりも大きいときには、利得は常に１．２である。
【００２６】
例えば光量検波回路３７は、その出力が略０．８〜１．２Ｖの範囲となるように調整されており、このとき基準電圧は１．０Ｖである。すなわち、ゆらぎにより、検波された信号の電圧が１．０Ｖよりも大きくなると、ＶＣＡ２９での利得は１．０よりも小さくなるように制御され、検波された信号の電圧が１．０Ｖよりも小さくなると、ＶＣＡ２９の利得は１．０よりも大きくなるように制御される。これにより、撮像素子１３から入力される画像信号のレベルは、光量がゆらぎで大きくなると相対的に低利得で増幅され、光量がゆらぎで小さくなると相対的に高利得で増幅される。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、画像信号の利得が光源の放射強度のゆらぎに応じて補償されるので、光源のゆらぎによるモニタ画面の映像のチラツキを防止できる。また、光源の放射強度のゆらぎに対応する光量の変動を検波し、これに基づいて画像信号の利得を制御しているので、それ以外の要因による光量の変動はそのままに維持することができる。
【００２８】
次に図４に、本実施形態の変形例を示す。ランプの配光分布は、中央にその強度が偏在するという特徴がある。したがって、変形例では、ハーフミラーＭの大きさを小さくし、ランプ２１から照射される光束のうち光量が集中する中央部付近（中央領域）の光のみを受光素子３５に導いている。このような構成によれば、上記実施形態と同様の効果が得られるとともに、ハーフミラーを介することにより低減する照明用の光量をより少なくすることができる。また、中央に偏在する強度を平滑かすることもできる。
【００２９】
なお、本実施形態では、面順次方式による電子内視鏡装置を例に説明を行ったが、単板式の撮像素子により撮影を行う電子内視鏡においても同様にランプのゆらぎによる画像信号への影響を補償することができる。
【００３０】
また、ゆらぎ補償のための利得制御素子が設けられる位置は本実施形態に限定されるものではない。利得制御素子は、撮像素子から画像表示装置までの間の適当な位置に設ければよく、例えば電子スコープ内に設けられていてもよい。本実施形態では、光源からの光は、照射された直後に分岐され受光センサに導かれたが、他の位置で光束を分岐させてもよい。また、ランプから直接導くことも可能である。また更に、本実施形態では、ハーフミラーを用いて光束を分岐したが、プリズム等他の光学素子を用いて光束を分岐してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光源の放射強度のゆらぎによる画像信号への影響を補償するためのゆらぎ補償装置、及びこのゆらぎ補償装置が搭載された電子内視鏡用の画像信号処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である電子内視鏡装置の電気的及び光学的な構成を示すブロック図である。
【図２】ゆらぎ補償処理動作におけるサンプルホールド信号の出力タイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【図３】ＶＣＡのコントロール電圧と利得との関係を示すグラフの一例である。
【図４】本実施形態の変形例の電気的及び光学的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　電子スコープ
１３　撮像素子
２０　プロセッサ
２１　ランプ
２９　ＶＣＡ
３５　受光センサ
３７　光量検波回路
３８　サンプルホールド回路
Ｍ　ハーフミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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