(57)【要約】【課題】被写体像の明るさが急激に変動する場合においても、迅速かつ適切に明るさ調整を行う。【解決手段】調光回路２３は、微分補償器２３Ａ、ゲイン補償器２３Ｂ、積分補償器２３Ｃとを備えており、絞りを開閉するためにモータドライバ２０へ制御信号を送るとともに、電子シャッタスピードを調整するためにスコープ制御部５６を介してＣＣＤドライバへ制御信号を送る。ゲイン補償器２３Ｂ，積分補償器２３Ｃの処理結果を、絞り１６を開閉させるための制御信号をモータドライバ２０へ出力させる。一方、微分補償器２３Ａの処理結果をＣＣＤドライバ５９に出力させ、被写体像の輝度が急激に変化した場合、電子シャッタスピードを調整する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を照明するための光源と、照明された被写体からの反射光に基づいた画像信号が読み出される撮像素子を有するビデオスコープと、前記画像信号に基づいて被写体像を表示する表示手段とを備えた電子内視鏡装置であって、
前記撮像素子から読み出される画像信号から生成される輝度信号に基づいて、前記表示手段に表示される被写体像の明るさを示す代表輝度を算出する代表輝度算出手段と、
前記代表輝度および基準となる被写体象の明るさを示す参照輝度との差分量に基づいて、表示される被写体像の明るさを調整する明るさ調整手段とを備え、
前記明るさ調整手段が、
被写体への照明光量を調整する光量調整手段と、前記撮像素子に対する電荷蓄積時間を調整する電荷蓄積時間調整手段とを有し、
前記差分量の変化量に従って、電荷蓄積時間調整手段を制御することを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】
前記明るさ調整手段が、前記差分量に比例する制御量と、明るさが適正である時の参照輝度と代表輝度の不一致を解消するための制御量とに従って、前記光量調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
【請求項３】
前記明るさ調整手段が、ＰＩＤ制御を実行するため、微分補償器、積分補償器、ゲイン補償器とを備え、
前記微分補償器において前記差分量の変化量に応じた制御量を算出し、求められた制御量に従って、前記電荷蓄積時間調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
【請求項４】
前記明るさ調整手段が、
前記積分補償器において、明るさが適正である時の参照輝度と代表輝度の不一致を解消するための制御量を算出し、
前記ゲイン補償器において、前記差分量に比例する制御量を算出し、
前記積分補償器および前記ゲイン補償器から出力される制御量に従って、前記光量調整手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡装置。
【請求項５】
光源の光により照明された被写体からの反射光を受光したビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号から生成される輝度信号に基づいて、表示される被写体像の明るさを示す代表輝度を算出する代表輝度算出手段と、
前記代表輝度および基準となる被写体象の明るさを示す参照輝度との差分量に基づいて、表示される被写体像の明るさを調整する明るさ調整手段とを備え、
前記明るさ調整手段が、
被写体への光量を調整する光量調整手段と、前記撮像素子に対する電荷蓄積時間を調整する電荷蓄積時間調整手段とを有し、
前記差分量の変化量に従って、電荷蓄積時間調整手段を制御することを特徴とする内視鏡用明るさ調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子を有するビデオスコープを備えた電子内視鏡装置に関する。特に、表示される被写体像の明るさを検出し、被写体像の明るさを適正に維持する明るさ調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子内視鏡装置では、被写体像に応じた画像信号がビデオスコープ内の撮像素子から読み出されると、被写体像の明るさを示す輝度値（以下、代表輝度値という）が算出される。そして、この輝度値と適正な明るさを示す参照輝度値との差に基づき、例えば、絞りの開閉によって明るさ調整が行われる。また、撮像素子に対する電子シャッタ機能を利用して明るさ調整を行うことも知られており、電子シャッタ機能と、絞り等の光量調整とを両用する電子内視鏡装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。電子シャッタ機能を利用する場合、絞りはほぼ一定の開度で固定される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１１９４６９号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
絞りによる光量調整の場合、モータ等のアクチュエータによって絞りが駆動される。アクチュエータは、急激な変動に対して追従が遅れる動作特性をもっている。そのため、被写体像の明るさ変化が急激に変動した場合、絞りをすばやく開閉させて明るさを瞬時に調整することは難しい。一方、電子シャッタ機能によって明るさ調整を行う場合、光源からの光による器官内壁の火傷を防ぐため、照明光の光量はある程度抑制される。そのため、常に光量不足の状態で明るさ調整が行われる。
【０００５】
そこで本発明では、被写体像の明るさが急激に変動する場合においても、迅速かつ適切に明るさ調整を行うことができる電子内視鏡装置等を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、被写体を照明するための光源と、照明された被写体からの反射光に基づいた画像信号が読み出される撮像素子を有するビデオスコープと、前記画像信号に基づいて被写体像を表示する表示手段とを備えた電子内視鏡装置であって、撮像素子から読み出される画像信号に基づいて輝度信号を生成し、表示手段に表示される被写体像全体の明るさを示す代表輝度を算出する代表輝度算出手段と、代表輝度に基づいて、表示される被写体像の明るさを調整する明るさ調整手段とを備える。このとき、基準の明るさを示す参照輝度との差分量に基づいて明るさ調整を行う。
【０００７】
本発明の明るさ調整手段は、被写体への照明光量を調整する光量調整手段と、撮像素子に対する電荷蓄積時間を調整する電荷蓄積時間調整手段とを有する。光量調整手段は、例えば絞りを有し、絞りの開閉によって被写体への光量を調整する。あるいは、光源から放射される光の強度を調整してもよい。一方、電荷蓄積時間調整手段は、いわゆる電子シャッタスピードを調整可能であり、例えばＣＣＤドライバのクロックパルス信号に基づいて電荷蓄積時間を調整する。そして、明るさ調整手段は、差分量の変化量に従って、電荷蓄積時間調整手段を制御する。例えば、差分量の変化量に従って、電荷蓄積時間を調整すればよい。
【０００８】
モータなどのアクチュエータの動作は速い輝度変動に対して追従するのが難しいが、電子シャッタスピードはアクチュエータに比べ非常に高速で切り替えることが可能である。被写体像の輝度変動に対しては電荷蓄積時間を調整することによって明るさ調整を行うため、急激な輝度変動に対しても迅速に対処することができる。
【０００９】
明るさ調整手段は、代表輝度と明るさ調整の基準となる参照輝度との差分量に比例した制御量と、明るさが適正である時の参照輝度と代表輝度の不一致を解消するための制御量とに従って、光量調整手段を制御するのがよい。
【００１０】
例えば、明るさ調整手段は、ＰＩＤ制御を実行するため、微分補償器、積分補償器、ゲイン補償器とを備える。この場合、微分補償器において求められる被写体像に応じた差分量の変化量に従って、電荷蓄積時間調整手段を制御すればよい。また、積分補償器、ゲイン補償器から出力される制御量に従って、光量調整手段を制御すればよい。
【００１１】
本発明の内視鏡用明るさ調整装置は、光源の光により照明された被写体からの反射光を受光したビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号から生成される輝度信号に基づいて、表示される被写体像の明るさを示す代表輝度を算出する代表輝度算出手段と、代表輝度および基準となる被写体象の明るさを示す参照輝度との差分量に基づいて、表示される被写体像の明るさを調整する明るさ調整手段とを備え、明るさ調整手段は、被写体への光量を調整する光量調整手段と、撮像素子に対する電荷蓄積時間を調整する電荷蓄積時間調整手段とを有し、差分量の変化量に従って、電荷蓄積時間調整手段を制御することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明である実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、第１の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【００１４】
電子内視鏡装置には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）５４を有するビデオスコープ５０と、ＣＣＤ５４から読み出される信号を処理するプロセッサ１０とが備えられており、被写体像を表示するモニタ３２およびキーボード３４がプロセッサ１０に接続される。ビデオスコープ５０はプロセッサ１０に着脱自在に接続される。
【００１５】
ランプ電源スイッチ（図示せず）がＯＮになると、ランプ制御回路１１Ａを含むランプ電源１１からランプ（照明用光源）１２へ電源が供給され、これによりランプ１２から光が放射される。ランプ１２から放射された光は、集光レンズ１４を介してビデオスコープ５０内に設けられたライトガイド５１の入射端５１Ａに入射する。ライトガイド５１は、ランプ１２から放射される光を観察部位Ｓの近傍にあるビデオスコープ５０の先端部６０へ光を伝達する極細の光ファイバーの束であり、ライトガイド５１を通った光は出射端５１Ｂから出射する。これにより、照明用レンズである配光レンズ５２を介して被写体である観察部位Ｓに光が照射されて、観察部位Ｓが照明される。
【００１６】
観察部位Ｓにおいて反射した光は、対物レンズ５３を通ってＣＣＤ５４の受光領域に到達し、これにより観察部位Ｓの光学像がＣＣＤ５４の受光領域に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として同時単板式が適用されており、ＣＣＤの受光面上には、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の色要素が市松状に並べられた補色カラーフィルタ（図示せず）が受光領域の各画素位置に対応するよう配置されている。そして、ＣＣＤ５４では、補色カラーフィルタの各色要素を透過した光の色に応じた複数の画素信号から成る画像信号が光電変換により発生し、所定時間間隔ごとに１フレームもしくは１フィールド分の画像信号が、色差線順次方式に従って順次読み出される。ＣＣＤドライバ５９は、スコープ制御部５６からの制御信号に基づき、画像信号を読み出すためにＣＣＤ５４へ駆動信号を出力する。本実施形態では、カラーテレビジョン方式としてＮＴＳＣ方式が適用されており、１／３０（１／６０）秒間隔ごとに１フレーム（１フィールド）分の画像信号が順次読み出され、初期信号処理回路５５へ送られる。
【００１７】
初期信号処理回路５５には、プリアンプ、サンプルホールド回路、画像メモリ、画像処理回路（いずれも図示せず）などが含まれており、初期信号処理回路５５に入力された画像信号は、各回路における処理の後デジタル画像信号に変換され、画像メモリに一時的に格納される。画像メモリから読み出されたデジタル画像信号は画像処理回路に送られ、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などの処理が施された後、プロセッサ１０のプロセッサ信号処理回路２８へ送られる。また、初期信号処理回路５５に入力された画像信号の輝度成分である輝度信号が生成され、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）においてデジタル信号に変換された後、プロセッサ１０の調光回路２３へ送られる。ここでは、ＮＴＳＣ方式に従って１／３０（１／６０）秒間隔ごとに１フレーム分の輝度信号が順次送られる。
【００１８】
プロセッサ信号処理回路２８では、初期信号処理回路５５から送られてくる画像信号に対して所定の処理が施される。処理された画像信号は、ＮＴＳＣコンポジット信号、Ｙ／Ｃ分離信号（いわゆるＳビデオ信号）、ＲＧＢ分離信号などのビデオ信号（映像信号）としてモニタ３２へ出力され、これにより被写体像がモニタ３２に映し出される。
【００１９】
システムコントロール回路２２には、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５、ＲＡＭ２６が含まれており、ＣＰＵ２４は、プロセッサ１０全体を制御し、調光回路２３、ランプ制御回路１１Ａ、プロセッサ信号処理回路２８などの各回路に制御信号を出力する。タイミングコントロール回路３０では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスがプロセッサ１０内の各回路に出力され、また、ビデオ信号に付随される同期信号がプロセッサ信号処理回路２８に送られる。システムコントロール回路２２内のＲＯＭ２５には、電子内視鏡装置全体を制御するためのプログラムがあらかじめ記憶されている。
【００２０】
ライトガイド５１の入射端５１Ａと集光レンズ１４との間には、被写体Ｓに照射される光の光量を調整する絞り１６が設けられており、モータ１８の駆動によって開閉する。本実施形態では、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成された調光回路２３により、モニタ３２に表示される被写体像の明るさが調整される。調光回路２３は、順次ビデオスコープ５０から送られてくる輝度信号に基づき、絞り１６の開閉用の制御信号、および電子シャッタ機能による明るさ調整用の制御信号を、モータドライバ２０、スコープ制御部５６へそれぞれ送信する。モータドライバ２０は、制御信号に基づいて駆動信号をモータ１８へ送信する。これにより、モータ１８が作動し、絞り１６が所定の開度まで駆動される。一方、ＣＣＤドライバ５９は、スコープ制御部５６へ送信された制御信号に基づき、明るさを調整するため所定のタイミングで駆動信号を出力する。これにより、ＣＣＤ５４における電荷蓄積時間が調整される。
【００２１】
ビデオスコープ５０内には、ビデオスコープ５０全体を制御するスコープ制御部５６と、ビデオスコープ５０に関連したデータがあらかじめ記憶されたＥＥＰＲＯＭ５７とが設けられている。スコープ制御部５６は、初期信号処理回路５５を制御するとともに、ＥＥＰＲＯＭ５７からスコープ関連のデータを読み出す。ビデオスコープ５０がプロセッサ１０に接続されると、スコープ制御部５６とシステムコントロール回路２２との間でデータが送受信され、データがシステムコントロール回路２２へ送られる。
【００２２】
フロントパネル４６には、自動調光において基準となる参照輝度値Ｙｒのレベル設定をするための設定スイッチ４６Ａが設けらており、オペレータがスイッチを操作すると、操作に応じた信号がシステムコントロール回路２２へ送られる。基準輝度値Ｙｒのデータは、ＲＡＭ２６へ一時的に格納されるとともに、必要に応じてシステムコントロール回路２２から調光回路２３へ送られる。
【００２３】
図２は、調光回路２３のブロック図である。
【００２４】
調光回路２３は、微分補償器２３Ａ、ゲイン補償器２３Ｂ、積分補償器２３Ｃとを備える。被写体像全体の明るさを示す輝度信号（代表輝度）Ｙのレベルは、参照輝度値Ｙｒのレベルと比較され、その差分量が微分補償器２３Ａ、ゲイン補償器２３Ｂ、積分補償器２３Ｃへそれぞれ送られる。ここでは、輝度レベルは２５６段階に分類され、０〜２５５のいずれかの値に定められる。
【００２５】
ゲイン補償器２３Ｂは、モータ１８を位置制御するための補償器であり、入力される差分量に対して所定のゲイン値（ｋｐ）が乗じられ、モータ１８の操作量を定める制御信号が出力される。輝度信号Ｙのレベルが参照輝度値Ｙｒのレベルより大きい場合、光量を抑えるように制御信号が出力され、輝度信号Ｙのレベルが参照輝度値Ｙｒのレベルより小さい場合、光量を増加させるように制御信号が出力される。一方、積分補償器２３Ｂは、被写体像の明るさが適正で輝度変化がない場合に輝度信号Ｙのレベルと参照輝度値Ｙｒのレベルとの誤差を解消させる補償器であり、係数ｋｌｓが乗じられるとともに積分された差分量は積分補償器２３Ｃから出力される。ゲイン補償器２３Ｂの出力と積分補償器２３Ｃの出力は加算されて、モータドライバ２０へ送られる。
【００２６】
微分補償器２３Ａは、差分量、すなわち輝度信号Ｙの変化に追従する補償器であり、入力された差分量は微分され、係数ｋＤだけ乗じられる。微分補償器２３Ａから出力される信号は、スコープ制御部５６へ送られる。微分補償器２３Ａから出力された制御信号に基づきスコープ制御部５６から出力されるＣＣＤ５４における電荷蓄積時間を調整する制御信号によって、ＣＣＤドライバ５９は輝度変化に対応した所定のシャッタスピードで電荷蓄積が行われるように、所定の周波数をもつクロックパルス信号を出力する。被写体像の輝度が明るく変化した場合、電子シャッタスピードが短くなるようにクロックパルス信号が出力される一方、被写体像の輝度が暗く変化した場合、電子シャッタスピードが長くなるようにクロックパルス信号が出力される。
【００２７】
このように本実施形態によれば、調光回路２３は、微分補償器２３Ａ、ゲイン補償器２３Ｂ、積分補償器２３Ｃとを備えており、ゲイン補償器２３Ｂ、積分補償器２３Ｃの処理結果に基づいて絞り１６を開閉するためにモータドライバ２０へ制御信号を送るとともにと、微分補償器２３Ａの処理結果に基づいて電子シャッタスピードを調整するためにスコープ制御部５６を介してＣＣＤドライバ５９へ制御信号を送る。ゲイン補償器２３Ｂ，積分補償器２３Ｃは加算器を介してモータドライバ２０に接続されており、絞り１６を開閉させるための制御信号がモータドライバ２０へ出力される。一方、微分補償器２３Ａはスコープ制御部５６と電気的に接続されており、被写体像の輝度が急激に変化すると、絞り１６が開閉する代わりに、電子シャッタスピードが調整される。言い換えると、調光回路２３は、輝度信号Ｙのレベルと参照輝度値Ｙｒのレベルとの差分量に対して、ＰＩＤ制御に基づく処理を行っており、該差分量が大きい時には、微分補償器２３Ａによる制御が支配的になり、輝度信号Ｙのレベルが参照輝度値Ｙｒのレベルに近づいていく過程においてその差分量が減少するにつれて、ゲイン補償器２３Ｂによる制御が支配的になり、輝度信号Ｙのレベルが参照輝度値Ｙｒのレベルに一致した時点で積分補償器２３Ｃによる制御が支配的となり、輝度信号Ｙのレベルが参照輝度値Ｙｒのレベルに維持される。
【００２８】
電子シャッタスピードは、フィールド周波数程度の非常に高速な時間間隔で切り替えることができる。そのため、輝度信号Ｙのレベルと参照輝度値Ｙｒのレベルとの差分量が大きい時に、ＣＣＤ５４における電荷蓄積量が瞬時に変更され、急激に輝度変動した被写体像の明るさを適正な明るさへすぐに戻すことができる。また、被写体像の輝度が明るく変化する場合、スコープ先端部６０が観察部へ接近している場合が多い。電子シャッタスピードが高速スピードに移行することから、表示される被写体像のブレが軽減される。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被写体像の明るさが急激に変動する場合においても、迅速かつ適切に明るさ調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】調光回路のブロック図である。
【符号の説明】
１０  プロセッサ
１２  ランプ（光源）
１６  絞り
２３  調光回路
２３Ａ  微分補償器
２３Ｂ  ゲイン補償器
２３Ｃ  積分補償器
５０  ビデオスコープ
５４  ＣＣＤ（撮像素子）
【図１】
2005021445.tif 000003
【図２】
2005021445.tif 000004