(57)【要約】【課題】撮影動作中に暗電流を簡略な構成で高精度に検出する。【解決手段】ＣＣＤ１５における第１画面の読み出しにおいて、フォトダイオード３０の電荷を垂直ＣＣＤ３１に転送し（図３（ａ））、黒丸で示される上部垂直オプティカルブラック領域の電荷信号を残して垂直転送を停止する（図３（ｃ））。第２画面の撮影を行い、フォトダイオード３０の電荷を垂直ＣＣＤ３１に転送することにより、黒丸で示される下部垂直オプティカルブラック領域の電荷信号を、第１画面の読み出しにおいて残され、斜線が施された丸で示される上部垂直オプティカルブラック領域の電荷信号に加算する（図３（ｄ））。加算された電荷信号からＣＣＤ１５の暗電流を検出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＣＤの１画面の読み出しにおいて、垂直オプティカルブラック領域に対応する水平ラインの１ライン以上を残して垂直転送を停止し、順時次画面の読み出しを行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前画面の読み出しにおいて読み出しが行われず、次画面の読み出しにおいて読み出された水平ラインの電荷信号に基づいて前記ＣＣＤの暗電流の値を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前画面の読み出しにおいて読み出しが行われず、次画面の読み出しにおいて読み出された水平ラインの電荷信号に基づいて前記ＣＣＤの温度を推定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置を搭載した電子内視鏡装置であって、前記温度が所定値よりも高いときにライトガイドに供給される光量を低減することを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項５】
請求項３に記載の撮像装置を搭載した電子内視鏡装置であって、前記温度が所定値よりも高いときに警告を行う警告手段を備えることを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項６】
ＣＣＤの１画面の読み出しにおいて、垂直オプティカルブラック領域に対応する水平ラインの１ライン以上を残して垂直転送を停止し、順時次画面の読み出しを行うことを特徴とする撮像素子駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子に発生する暗電流を計測するための装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡装置において、挿入部先端に設けられたＣＣＤのオプティカルブラック領域の画素信号レベルとダミー領域の画素信号レベルを検出し、これらの差から挿入部先端の温度を推定する構成が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１５１９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、オプティカルブラック領域の信号レベルは極めて低いため暗電流のレベルを高い精度で検出することは困難である。
【０００５】
本発明は、撮影動作中に暗電流を簡略な構成で高精度に検出することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、ＣＣＤの１画面の読み出しにおいて、垂直オプティカルブラック領域に対応する水平ラインの１ライン以上を残して垂直転送を停止し、順時次画面の読み出しを行うことを特徴としている。
【０００７】
また撮像装置は、前画面の読み出しにおいて読み出しが行われず、次画面の読み出しにおいて読み出された水平ラインの電荷信号に基づいてＣＣＤの暗電流の値を検出する。また撮像装置は、前画面の読み出しにおいて読み出しが行われず、次画面の読み出しにおいて読み出された水平ラインの電荷信号に基づいてＣＣＤの温度を推定してもよい。
【０００８】
本発明の電子内視鏡装置は、上記撮像装置を搭載した電子内視鏡装置であって、温度が所定値よりも高いときにライトガイドに供給される光量を低減することを特徴とする。
【０００９】
また、別の本発明の電子内視鏡装置は、上記撮像装置を搭載した電子内視鏡装置であって、温度が所定値よりも高いときに警告を行う警告手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の撮像素子駆動方法は、ＣＣＤの１画面の読み出しにおいて、垂直オプティカルブラック領域に対応する水平ラインの１ライン以上を残して垂直転送を停止し、順時次画面の読み出しを行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮影動作中に暗電流を簡略な構成で高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の撮像装置の電気的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の撮像装置で用いられるＣＣＤの構成を示す平面図である。
【図３】本実施形態のＣＣＤの電荷読み出し動作の原理を説明するための模式図である。
【図４】従来のＣＣＤ電荷読み出し動作と、本実施形態のＣＣＤ電荷読み出し動作における垂直駆動信号とＣＣＤ出力の関係を示すタイミングチャートである。
【図５】従来および本実施形態でのＣＣＤ出力で得られる暗電流と温度の関係を示すグラフである。
【図６】本実施形態のＣＣＤ電荷読み出し動作を電子内視鏡挿入部先端の温度推定に応用した処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００１４】
撮像装置１０は例えば電子内視鏡装置であり、可撓管からなる挿入部１１を備えるスコープ１２と、スコープ１２が着脱自在に接続されるプロセッサ装置１３と、プロセッサ装置１３に着脱自在に接続されるモニタ１４から主に構成される。
【００１５】
挿入部１１の先端にはＣＣＤ１５が設けられ、その駆動は例えばプロセッサ装置１３内に設けられた駆動回路１６によって制御される。また、ＣＣＤ１５で生成されたアナログの画像信号は、アンプを介してプロセッサ装置１３に設けられたアナログ信号処理回路１７へと送られ、所定のアナログ画像処理が施される。その後、画像信号は前段信号処理回路１８においてＡ／Ｄ変換され、所定のデジタル画像処理が施された後、１フレーム毎に画像メモリ１９に一時的に保存される。
【００１６】
画像メモリ１９に保存された画像データは、フレーム毎に所定のタイミングで後段信号処理回路２０に出力され、例えば所定の規格の映像信号に変換されモニタ１４やプリンタ（図示せず）などの外部装置や記録装置に出力される。なお、駆動回路１６、アナログ信号処理回路１７、前段信号処理回路１８、画像メモリ１９、後段信号処理回路２０の駆動タイミングは、タイミングコントローラ２１によって制御される。
【００１７】
また、前段信号処理回路１８は、ＣＣＤ１５のオプティカルブラック（ＯＢ）領域の画像信号を温度処理回路３５に出力する。温度処理回路３５では、入力された画像信号に基づいて撮像素子１５、すなわち挿入部１１の先端の温度が推定され、その結果はシステムコントローラ２２へと送られる。
【００１８】
システムコントローラ２２は、光源電源２３やモータドライバ２４を制御し、モータドライバ２４は、調光絞り２５を動かすモータ２６の駆動を制御する。また、システムコントローラ２２には、各種操作キーや表示部を備えたフロントパネル３６も接続される。
【００１９】
光源電源２３は、光源２７に電力を供給し、光源２７からの光は集光レンズ２８によりスコープ１２に設けられたライトガイド２９の入射端に集光され入射される。光源２７からライトガイド２９の入射端に至る光路上には、調光絞り２５が配置され、その駆動によりライトガイド２９へ入射される光量が制御される。ライトガイド２９へ入射された光は、ライトガイド２９内を伝送され、挿入部１１の先端に配置された出射端から照明光として照射される。
【００２０】
図２は、ＣＣＤ１５の一般的な構成を模式的に示す平面図である。図２において格子状の領域として示される矩形領域１５Ａは、撮像に用いられる有効画素領域であり、その周囲には金属膜等で遮光されるオプティカルブラック（ＯＢ）領域が設けられる。有効画素領域１５Ａの垂直ライン方向上側には、上部垂直オプティカルブラック領域１５Ｂ、下側には下部垂直オプティカルブラック領域１５Ｃが設けられる。また、有効画素領域１５Ａの水平ライン方向右側にはペデスタルレベルの決定に用いられる後段水平オプティカルブラック領域１５Ｄが設けられる。
【００２１】
次に図３を参照して、本実施形態のＣＣＤ読み出し処理の原理について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）には、フォトダイオード３０と、垂直方向に整列されるフォトダイオード３０の各列に隣接して配置される垂直ＣＣＤ３１、および各垂直ＣＣＤ３１の下端部に沿って水平ライン方向に配置される水平ＣＣＤ３２の配置が模式的に示される。
【００２２】
図３（ａ）は、各フォトダイオード３０に蓄積された電荷が垂直ＣＣＤ３１に転送される様子を示すもので、最上段（ｎ行目）のフォトダイオード３０は、上部垂直オプティカルブラック領域１５Ｂの画素を代表し、最下段（１行目）のフォトダイオード３０は、下部垂直オプティカルブラック領域１５Ｃの画素を代表する。また、図中黒丸はオプティカルブラック領域１５Ｂ、１５Ｃに蓄積された電荷、すなわち暗電流に対応する電荷を示し、白丸は有効画素領域１５Ａに蓄積された電荷、すなわち画像データに対応する電荷を示す。
【００２３】
図３（ｂ）は、垂直ＣＣＤ３１に転送された電荷が、垂直ＣＣＤ３１の垂直転送により順次水平ＣＣＤ３２へと転送され、水平ＣＣＤ３２の水平転送により順次ＣＣＤ１５の外へと出力される様子を示す。図３（ｃ）は、最上段にあった上部垂直オプティカルブラック領域１５Ｂの電荷が、下部垂直オプティカルブラック領域１５Ｃに対応する垂直ＣＣＤ３１の最下段（１行目）まで転送された状態を示す。
【００２４】
従来の各フレームの読み出しでは、全水平ラインの電荷がＣＣＤ１５から出力されるので、図３（ｃ）に示される最下段（１行目目）の電荷も他の電荷とともに出力されていた。しかし、本実施形態では、上部垂直オプティカルブラック領域３１で検出された電荷（最上段の電荷）が、下部垂直オプティカルブラック領域３２の垂直ＣＣＤ３１（最下段）まで転送された状態で、そのフレームの読み出しを終了する。
【００２５】
図３（ｄ）は、次フレームの撮像が終了し、各フォトダイオード３０に蓄積された電荷が垂直ＣＣＤ３１へ転送される様子を示す。このとき、最下段の垂直ＣＣＤ３１には、前フレームの最上段の電荷（上部垂直オプティカルブラック領域１５Ｂの電荷）が残されている。すなわち、図３（ｄ）において斜線でハッチングされた白丸は、前フレームの最上段の電荷である。各フォトダイオード３０の電荷が垂直ＣＣＤ３１に転送されると、下部垂直オプティカルブラック領域１５Ｃに対応する最下段のフォトダイオード３０に蓄積された電荷は、前フレームの上部垂直オプティカルブラック領域１５Ｂで検出された電荷に加算にされ、最下段の垂直ＣＣＤ３１の電荷量は略倍となる。
【００２６】
図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ従来のＣＣＤ読み出し処理と、図３を参照して説明した本実施形態のＣＣＤ読み出し処理における垂直駆動信号とＣＣＤ出力の関係を示すタイミングチャートである。
【００２７】
上下の垂直オプティカルブラック領域１５Ｂ、１５Ｃを含めた水平ラインの数が図３のように例えばｎ行のとき、図４（ａ）の従来のＣＣＤ読み出し処理では、１フレーム（１画面）の画像出力において、駆動回路１６（図１）からＣＣＤ１５(図１)には、ｎ個の垂直駆動信号が出力され、最下段（１行目）の電荷ＯＢ１１から最上段（ｎ行目）の電荷ＯＢ１ｎまでが全て出力される。
【００２８】
一方、本実施形態のＣＣＤ読み出し処理では、例えばｎ行目の垂直駆動信号が出力されない。すなわち、１フレームの画像出力において、駆動回路１６からＣＣＤ１５には、（ｎ−１）個の垂直駆動信号のみが出力される。これにより、１フレーム（１画面）のＣＣＤ出力信号には、最上段（ｎ行目）の画素信号（電荷）が含まれず、図３（ｃ）に示されたように、垂直ＣＣＤ３１の最下段（１行目）に保持されたまま、次フレームの撮像が行われる。
【００２９】
次フレームの電荷蓄積後、各フォトダイオード３０の電荷が垂直ＣＣＤ３１へと転送されると、最下段（１行目）のフォトダイオード３０の電荷ＯＢ２１は、最下段（１行目）の垂直ＣＣＤ３１に保持された電荷ＯＢ１ｎに加算される。そして、次フレーム（次画面）の画像出力のため垂直駆動信号が駆動回路１６からＣＣＤ１５に出力されると、電荷ＯＢ１ｎと電荷ＯＢ２１が加算された電荷が、次フレームの最下段（１行目）の画素信号として出力される。そして、次々フレーム以降も同様に、最下段（１行目）の画素信号は加算されて出力される。なお、加算された電荷信号（電荷ＯＢ１ｎ、ＯＢ２１）は、出力後、ダミー領域の画素信号との差が取られ、そのレベルが決定される。
【００３０】
なお、図４において、オプティカルブラック領域１５Ｂ、１５Ｃのフォトダイオードで蓄積された電荷は黒塗りの矩形領域として示され、有効画素領域１５Ａのフォトダイオードで蓄積された電荷は白抜きの矩形領域として示される。また、前フレーム(前画面)のオプティカルブラック領域のフォトダイオードで蓄積された電荷は、斜線でハッチングされた矩形領域として示される。
【００３１】
前述したように、遮光されたオプティカルブラック領域１５Ｂ、１５Ｃで蓄積される電荷は、ＣＣＤ１５の暗電流に対応するが、露光期間中各フォトダイオードで蓄積される電荷量は極めて小さい。そのため、従来のＣＣＤ読み出し処理を用いた暗電流の検出では十分な精度が得られなかった。
【００３２】
しかし、本実施形態のＣＣＤ読み出し処理によれば、例えば最下段（１行目）の垂直ＣＣＤ３１で加算される電荷をモニタすることにより、従来の略２倍の信号電荷を用いて暗電流をモニタすることが可能となる。これにより撮影動作中にも、暗電流を高い精度で検出できる。
【００３３】
図５は、温度と暗電流(電圧レベル)の関係を示すグラフである。また、図５には、本実施形態のＣＣＤ読み出し処理を用いた場合と、従来のＣＣＤ読み出し処理を用いた場合の温度と暗電流(電圧)の関係が対比されている。図示されるように、暗電流（電圧）レベルは、ＣＣＤ１５の温度の上昇とともに増大し、本実施形態では、暗電流に起因する画素信号のレベルが従来の略２倍となるので、高い精度で温度を推定することができる。
【００３４】
図６のフローチャートは、本実施形態のＣＣＤ読み出し処理を電子内鏡挿入部先端の温度推定に応用するときの一例である。本処理は例えば電子内視鏡装置１０において内視鏡観察のための撮影を行っている最中に実行される。以下図１、図６を参照して本処理について説明する。
【００３５】
ステップＳ１００では、本実施形態のＣＣＤ読み出し処理が駆動回路１６により実行され、前段信号処理回路１８へＣＣＤ１５からの出力が入力される。またこのとき、最下段（１行目）の画素信号が温度処理回路３５へと出力される。なお、温度処理回路３５へ出力される信号は、例えば最下段（１行目）の画素信号の平均値などである。
【００３６】
ステップＳ１０２では、温度処理回路３５において例えば図５の関係を利用して温度推定処理が実行され、現在の暗電流レベルに対応する温度が求められる。そしてこの温度情報は、システムコントローラ２２へと送られる。
【００３７】
ステップＳ１０４では、推定された温度が所定値よりも高いか否か判定される。高くないと判定されると処理はステップＳ１００に戻り同様の処理が繰り返される。一方、推定温度が所定値よりも高いと判断されると、ステップＳ１０６において照明光の減光処理が実行される。すなわち、システムコントローラ２２はモータドライバ２４を通して調光絞り２５の駆動を制御し、ライトガイド２９に入射される光量を例えば所定値まで低減する。
【００３８】
また、ステップＳ１０８では、挿入部１１の先端の温度が高いことをユーザに告知する警告処理が実行される。警告処理は、例えばモニタ１４あるいはフロントパネル３６の表示部に警告メッセージを表示してもよいし、警告ランプの点灯、あるいは警告音を発生させるなどしてもよい。警告処理が実行されると、処理はステップＳ１００に戻り、同様の処理、すなわち次のフレームの読み出し処理が開始される。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、新たな構成を加えることなく撮影動作中に暗電流を高精度に検出することができる。また、これにより撮影動作中のＣＣＤの温度、すなわち内視鏡などの挿入部先端の温度を高い精度で推定することができる。
【００４０】
更に、本実施形態の電子内視鏡装置によれば、推定温度が所定値よりも高いときに、ライトガイドに供給される光量を制限し、挿入部先端の温度上昇を抑えることができ、かつ挿入部先端での温度上昇を警告することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、垂直オプティカルブラック領域の１水平ラインの電荷を加算する場合を例に説明したが、例えば垂直オプティカルブラック領域の複数の水平ライン（例えば１〜５ライン分）を残して読み出しを停止することで複数の水平ラインに対して２フレーム分の電荷を加算し、これに基づき暗電流の検出、温度の推定を行ってもよい。
【００４２】
例えば、上下垂直オプティカルブラック領域にそれぞれｎ水平ライン含まれる場合、第１のフレームの読み出しにおいてｎ行分の水平ラインの読み出しを行わないことによりｎ行分の電荷を２倍にし、これらの平均値を暗電流の検出、温度の推定に用いることができる。すなわち、上下垂直オプティカルブラック領域のうち水平ラインの数が少ない方のライン数まで本実施形態の電荷加算を適用することができる。
【００４３】
なお、本実施形態ではフレーム毎の読み出しを例に説明を行ったが、フィールド毎の読み出しにこれを応用することもできる。また、本実施形態では、温度処理回路を独立した回路として説明したが、温度の算出はシステムコントローラ内で行ってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  撮像装置
１１  挿入部
１２  スコープ
１５  ＣＣＤ
１５Ａ  有効画素領域
１５Ｂ  上部垂直オプティカルブラック領域
１５Ｃ  下部垂直オプティカルブラック領域
１６  駆動回路
１８  前段信号処理回路
２２  システムコントローラ
２４  モータドライバ  ２４
２５  調光絞り
２６  モータ
２７  光源
２９  ライトガイド
３５  温度処理回路
【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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