(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面に色フィルタを備えた固体撮像素子の電荷蓄積露光時間を可変制御して駆動する駆動手段と、
前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号から、色信号を生成する色信号生成手段と、
前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号の強度を検出する強度検出手段と、
前記固体撮像素子の電荷蓄積露光時間に応じてスライスレベル値を変化させると共に、当該スライスレベル値と前記強度検出手段において検出した出力信号とに基づいて抑圧信号を生成する抑圧信号生成手段と、
前記抑圧信号生成手段において生成された抑圧信号に基づいて前記色信号を制御する色信号制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
受光面に色フィルタを備えた固体撮像素子の電荷蓄積露光時間を可変制御して駆動する駆動手段と、
前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号から、色信号を生成する色信号生成手段と、
前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号の強度を検出する強度検出手段と、
前記固体撮像素子の電荷蓄積露光時間に応じて前記強度検出手段において検出した出力信号の振幅を変化させると共に、当該出力信号と固定したスライスレベル値とに基づいて抑圧信号を生成する抑圧信号生成手段と、
前記抑圧信号生成手段において生成された抑圧信号に基づいて前記色信号を制御する色信号制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受光面に色フィルタを備えた固体撮像素子を用いて撮像する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
受光面に補色フィルタを備えた電荷結合素子（ＣＣＤと略記）等の固体撮像素子を用いた撮像装置では、補色フィルタの違いによって透過光量が異なるため、画素単位では、ダイナミックレンジが一般に異っている。
【０００３】
そのため、ＣＣＤの入射光量を徐々に大きくしていくと、例えば、Ｍｇの補色フィルタの画素よりＣｙの補色フィルタの色の方が先に飽和してしまう現象が起こる。このようになると、色バランスがくずれてしまうため、高輝度入力時は一般に本来の被写体の色とは違う色再現となってしまう。
【０００４】
このような現象を高輝度着色現象等と呼んでおり、この高輝度着色現象を抑さえる手段として特開平１−２６４０８９号公報にその一例が開示されている。
この従来技術は色バランスが崩れると、色を抜いて白色に近づけるようにしているものである。
【０００５】
ところで、近年ではＣＣＤの電子シャッタ技術が一般的となり広く用いられるようになってきている。最近では、電子シャッタの露光時間、いわゆるシャッタ速度をＴＶフォーマットの標準である１／６０秒より遅くする、いわゆるスローシャッタも用いられるようになり、ＣＣＤを高感度化する技術も一般的となってきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このスローシャッタを備えたＣＣＤ撮像装置でも高輝度入力時には高輝度着色現象が発生してしまう。
スローシャッタを備えたＣＣＤ撮像装置にも特開平１−２６４０８９号公報のような高輝度着色防止回路は応用できるが、スローシャッタを用いた場合には色の抑圧が不十分となってしまい、高輝度部が着色してしまう現象が避けられなかった。
【０００７】
スローシャッタ時にはＣＣＤの露光時間が長くなる分、暗電流も増加してしまう。その分、ＣＣＤのダイナミックレンジが低下し、通常露光時間（１／６０秒）時より、早く飽和が始まることになる。
【０００８】
そのため特開平１−２６４０８９号公報のような高輝度着色防止回路では、スローシャッタの時間が長くなればなる程、高輝度時の着色が強まるようになってしまった。
【０００９】
また、スローシャッタ時に合わせて予め色の抑圧レベルを強く設定しておく方法もあるが、そうすると通常シャッタ時間（１／６０秒）などの時に色信号の抑圧が強すぎ、不自然な色抜け現象の画像になってしまう問題があった。
【００１０】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、スローシャッタ時にも高輝度時の着色発生を抑え、色再現性を良好にする高輝度着色防止の機能を有する撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の撮像装置は、受光面に色フィルタを備えた固体撮像素子の電荷蓄積露光時間を可変制御して駆動する駆動手段と、前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号から、色信号を生成する色信号生成手段と、前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号の強度を検出する強度検出手段と、前記固体撮像素子の電荷蓄積露光時間に応じてスライスレベル値を変化させると共に、当該スライスレベル値と前記強度検出手段において検出した出力信号とに基づいて抑圧信号を生成する抑圧信号生成手段と、前記抑圧信号生成手段において生成された抑圧信号に基づいて前記色信号を制御する色信号制御手段と、を有することを特徴とする。
本発明による第２の撮像装置は、受光面に色フィルタを備えた固体撮像素子の電荷蓄積露光時間を可変制御して駆動する駆動手段と、前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号から、色信号を生成する色信号生成手段と、前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号の強度を検出する強度検出手段と、前記固体撮像素子の電荷蓄積露光時間に応じて前記強度検出手段において検出した出力信号の振幅を変化させると共に、当該出力信号と固定したスライスレベル値とに基づいて抑圧信号を生成する抑圧信号生成手段と、前記抑圧信号生成手段において生成された抑圧信号に基づいて前記色信号を制御する色信号制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を具体的に説明する。
（第１の実施の形態）
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は本発明の第１の実施の形態の撮像装置の構成を示し、図２はケーブル長信号を示し、図３はスライスレベル変換回路の入出力信号を示し、図４はスライス回路の動作を示し、図５は第１の実施の形態の撮像装置を備えた内視鏡システムの構成を示す。
【００１３】
図１に示す本発明の第１の実施の形態の撮像装置２２は撮像手段としてＣＣＤ１を有する。このＣＣＤ１の受光面（感光面）には、光学的に色分離する補色フィルタ１Ａなどの色フィルタが設けて、カラー撮像手段を構成している。そして、図示しない結像レンズにより、受光面に被写体の光学像が結像される際に補色フィルタで色分離される。
【００１４】
色分離された光学像はＣＣＤ１で光電変換される。このＣＣＤ１はシャッタ時間設定回路２にて、任意に設定可能なシャッタ時間だけ撮像を行う。そして、このシャッタ時間後に駆動回路３から出力される駆動信号によって駆動される。この駆動信号の印加により、ＣＣＤ１で光電変換された信号が読み出され（出力され）、この出力信号は相関二重サンプリング回路（単にＣＤＳ回路と略記）４によって各画素の信号がリセットノイズを除去して抽出された後、２つの回路系に分岐して入力される。
【００１５】
つまりＣＤＳ回路４の出力は、分岐された一方の回路系を構成する自動的に利得を制御する自動利得制御回路（ＡＧＣ回路と略記）５、γ補正を行うγ回路６を経てローパスフィルタ（ＬＰＦと略記）７に入力され、輝度信号成分が抽出された後、クランプを行うクランプ回路８を通して直流再生が行われ、輝度信号Ｙとして出力される。
【００１６】
ＣＤＳ回路４の出力は、分岐された他方の回路系（より具体的にはＣＣＤ出力信号の強度を検出する回路系）を構成する増幅回路９、クランプ回路１０を経て色信号を抑圧する信号を生成するスライス回路１１に入力される。
【００１７】
このスライス回路１１から出力される抑圧信号２１は抑圧回路１２、１３へ送られ、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを抑圧するために用いられる。このスライス回路１１はＤ／Ａ変換器１９から出力されるスライスレベル信号２０を基準レベルとしてクランプ回路１０を経て入力される信号をスライスして抑圧信号２１として出力する。
【００１８】
上記γ回路６の出力は、輝度信号を生成する輝度回路系を構成する上記ＬＰＦ７に入力されると共に、クロマ信号Ｃを生成するクロマ回路系に入力される。
つまり、γ回路６の出力は、色分離回路１４に入力され、この色分離回路１４にて、２つの色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙに分離されて出力される。
【００１９】
この２つの色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは、それぞれクランプ回路１５、１６で直流再生が行われた後、抑圧回路１２，１３を通って、２つの色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙが同時に抑圧された後、変調回路１７で直角２相変調され、クロマ信号Ｃとして輝度信号Ｙと共にカラーモニタのＹ／Ｃ入力端に入力される。
【００２０】
カラーモニタでは入力される輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃとから、ＣＣＤ１で撮像された画像を表示面にカラー画像で表示する。
上記スライス回路１１へ入力されるスライスレベル信号２０は以下のようにして、シャッタ時間とＣＣＤ１とＣＤＳ回路４との間の信号伝送ケーブルの長さ（以下、ケーブル長と記す）とに応じて作成される。
【００２１】
つまり、シャッタ時間がＣＣＤ１の受光面で受光されて電荷が蓄積される電荷蓄積の露光時間が決定され、このシャッタ時間或いは露光時間が長くなると、短い場合よりも電荷蓄積量が多くなり、より高輝度着色が発生し易くなる。このため、本実施の形態ではシャッタ時間の長短に応じて、スライスレベル信号２０のレベルを可変設定する構成にして、シャッタ時間の長短に対応して高輝度着色の発生を防止するようにする。
【００２２】
また、ケーブル長の長短に応じてＣＣＤ１からＣＤＳ回路４に入力される信号のレベル（或いは強度）が変化するので、ケーブル長を考慮することにより、そのケーブルでの減衰分を補正してＣＣＤ１から出力される信号の強度を得る補償を行うようにする。
【００２３】
これを実現するために、スライスレベル変換回路１８には、シャッタ時間設定回路２から出力されるシャッタ時間に対応するシャッタスピード信号が入力されると共に、ケーブル長に対応したケーブル長信号が入力される。そして、このスライスレベル変換回路１８はこれらの入力信号からスライス回路１１でスライスするための最適レベルの値をデジタルデータで出力する。
【００２４】
ケーブル長信号は図２に示すように１，２，３，５，…，２２ｍのケーブル長に対応した３ビットのデジタルの信号ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３からなる。また、シャッタ時間設定回路２から出力されるシャッタスピード信号も例えば３ビットのデジタル信号である。
【００２５】
これら３ビットづつの６ビットのデジタル信号は図３に示すようにプログラム可能な論理素子であるプログマラブルロジックデバイス（ＰＬＤと略記）等で形成されたスライスレベル変換回路１８の入力端に印加され、スライスレベル変換回路１８はケーブル長信号とシャッタスピード信号との組み合わせに応じて予め設定された出力値（この出力値はケーブル長信号とシャッタスピード信号の各組み合わせの場合にそれぞれ最適なスライスレベルとなるように設定される）をスライスレベルとして出力する。
【００２６】
スライスレベル変換回路１８から出力される例えば８ビットのデジタルデータは、Ｄ／Ａ変換器１９でＤ／Ａ変換されてアナログのスライスレベル信号２０にされ、スライス回路１１へ送られる。
【００２７】
スライス回路１１では図４（Ａ）に示すようにスライスレベル信号２０のスライスレベルをスライスするレベルに設定し、スライス回路１１に入力される入力信号のスライスレベルを越える部分をスライスして抽出し、このスライスで抽出した信号を図４（Ｂ）に示すように抑圧信号２１として抑圧回路１２、１３に出力する。
【００２８】
図４（Ａのスライスレベルは例えばシャッタ時間が長くなる程、低くして大きな抑圧信号２１を出力し、高輝度時の抑圧をより大きくする。また、ケーブル長が長くなる程、実際に検出される信号のレベルの減衰が大きくなっているので、スライスレベルをより低くして大きな抑圧信号２１を出力する。
【００２９】
抑圧回路１２、１３では、この抑圧信号２１によりこの信号レベルが高い程、同じタイミングでの色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙのレベルを抑圧して高輝度着色を防止し、この抑圧された色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは変調器１７に入力される。
【００３０】
このように本実施の形態ではクロマ信号Ｃの抑圧レベルをシャッタスピード（或いはシャッタ時間）に応じて可変して、高輝度着色の発生を防止するようになっている。
【００３１】
即ち、スライス回路１１によって、高輝度部分を取り出し、高輝度部分を抑圧回路１２，１３で抑圧するようにしているが、この高輝度部分の取り出しレベルはスライスレベル信号２０の信号レベルに相当している。
【００３２】
スライスレベル信号２０は、スライスレベル設定回路１８により、シャッタ時間とケーブル長信号をもとに、最適に設定されるため、シャッタ時間が変更されても、高輝度の場合には十分にクロマ信号Ｃを抑圧して高輝度着色を防止して出力する事が出来る。
【００３３】
本実施の形態によれば、シャッタ時間を変更しても十分にクロマ信号Ｃを十分抑圧できるため、スローシャッタに設定しても、高輝度時の着色発生を十分抑えられ、良好な色再現を可能にする。
【００３４】
また、シャッタ時間に応じて、クロマ信号Ｃの抑圧レベルを最適に設定できるため、通常シャッタ時間（１／６０秒）時のクロマ信号のダイナミックレンジを無駄にすることなく高輝度着色防止の機能を有する回路を実現できる。
【００３５】
図５は、第１の実施の形態の撮像装置２２を備えた内視鏡システム３１を示す。この内視鏡システム３１は、細長の挿入部の先端部に上記ＣＣＤ１を内蔵したビデオスコープ３２と、このビデオスコープ３２に挿通され、照明光を伝送するライトガイドに照明光を供給する光源装置３３と、ビデオスコープ３２に内蔵されたＣＣＤ１に対する信号処理を行うビデオプロセッサ或いはカメラコントロールユニット（ＣＣＵと略記）３４と、このＣＣＵ３４から出力される映像信号が入力され、被写体の画像を表示するモニタ３５とから構成される。
【００３６】
ビデオスコープ３２のように、パイプ内などの暗い被写体観察が多く、スローシャッタを多用するシステム３１に本実施の形態の撮像装置２２を適用した場合には非常に有効である。
特に、モニタ３５は、その表示部をモニタ本体に対して観察者にとって好適な角度に調整し得る図示しない角度調整機構を有する。
【００３７】
本実施の形態によれば、露光時間、即ち、ＣＣＤ１のシャッタ時間を可変した際、高輝度時の色の抑圧特性を最適になるように可変設定しているので、通常露光時間（１／６０秒）よりも遅い露光時間、いわゆるスローシャッタ時でも高輝度時の着色発生を抑え、色再現性を良好にすることができる。
【００３８】
なお、図１において、ＣＣＤ１の出力信号の強度を検出する回路系における増幅回路９とクランプ回路１０との間に輝度成分を抽出するＬＰＦを配置して、クランプ回路１０を通した輝度信号に対してスライスレベル信号２０でスライスして抑圧信号を生成するようにしても良い。
【００３９】
なお、図１において、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを抑圧する場合、抑圧信号２１でクランプ回路８から出力される輝度信号Ｙも同時に抑圧するようにしても良い。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態の撮像装置２６の構成を示す。この撮像装置２６は図１の第１の実施の形態の撮像装置２２において、スライス回路１１のスライスレベルは、スライスレベル設定器２３の可変抵抗器により設定されるスライスレベル値に固定して設定されるようになっている。
【００４１】
また、第１の実施の形態におけるスライスレベル変換回路１８が第２の実施の形態では、ゲイン決定回路２４が採用されている。このゲイン決定回路２４には第１の実施の形態と同様にシャッタ時間設定回路２の出力信号とケーブル長信号とが入力され、これらの入力信号の組み合わせに対して増幅回路９のゲインを制御するデータを出力する。このデータも入力信号の組み合わせに対して予め適切なゲインに設定できるようにしている（この設定はスライスレベル設定器２３のスライスレベル設定用の可変抵抗器を例えば中央の標準スライスレベル値に設定した場合に、適切なゲインに設定できるとしている）。
【００４２】
そして、このゲイン決定回路２４から出力されるデータはＤ／Ａ変換器１９でＤ／Ａ変換された後、ゲイン信号２５となって増幅器９のゲインを制御するゲイン制御端に印加されるようになっている。
【００４３】
次に本実施の形態の作用を説明する。
スライス回路１１でのスライスレベルは、固定となったが、抑圧信号２１の基になるＣＣＤ１の出力信号のゲインを、シャッタ時間等に応じて増幅器９にて可変設定するようにしている。
【００４４】
つまり、このゲインの設定はシャッタ時間によってゲイン決定回路２２が最適に設定するので、スライス回路１１でのスライスレベルを固定にしてあってもスライス回路１１では、シャッタ時間を変更すると見かけ上スライスレベルを可変するのと同じような働きとなり、抑圧レベルをコントロールできる。
本実施の形態は、スライスレベル設定器２３によるスライスレベルの値を標準スライスレベル値に設定した場合には第１の実施の形態とほぼ同じ効果を有する。さらに、本実施の形態では術者の好みなどにより、スライスレベル設定器２３で設定されるスライスレベルを変更することにより、より高輝度着色の機能を高めたり、緩めたりすることもできる。
上述した実施の形態などを部分的などで組み合わせるようにしても良い。
【００４５】
［付記］
１．受光面に色フィルタを備えた固体撮像素子の電荷蓄積露光時間を可変制御して駆動する駆動手段と、
前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号から、色信号を生成する色信号生成手段と、
前記駆動手段により駆動された前記固体撮像素子の出力信号の強度を検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段の検出する前記固体撮像素子の出力信号の強度および前記電荷蓄積露光時間により、前記色信号生成手段が生成する色信号を制御する制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
２．前記制御手段は、前記固体撮像素子の出力信号の強度の直流レベルを変化させる直流レベル設定手段を有することを特徴とする付記１記載の撮像装置。
３．前記直流レベル設定手段は、前記電荷蓄積露光時間により前記直流レベルを変化させることを特徴とする付記２記載の撮像装置。
【００４６】
４．前記制御手段は、前記固体撮像素子の出力信号の強度の振幅を変化させる振幅設定手段を有することを特徴とする付記１記載の撮像装置。
５．前記振幅設定手段は、前記電荷蓄積露光時間により前記振幅を変化させることを特徴とする付記４記載の撮像装置。
【００４７】
６．被写体を撮像する色フィルタを備えた固体撮像素子の電荷蓄積露光時間（以下露光時間と称す）を可変制御して駆動する手段と、
前記露光時間を可変可能に設定をする露光時間切換手段と、
前記固体撮像素子の出力から色信号を生成する手段と、
輝度信号のレベルに応じて前記色信号を抑圧する抑圧手段と、
前記露光時間を可変した時、前記抑圧手段の抑圧特性を可変する手段と、
とを備えた撮像装置。
【００４８】
７．前記抑圧特性の可変には、輝度信号のレベルの抑圧ポイントを可変することにより行うようにした付記６記載の撮像装置。
８．抑圧特性の可変には前記抑圧手段に用いる輝度信号の利得を可変にすることにより行うようにした付記６記載の撮像装置。
【００４９】
以上説明したように本発明によれば、電荷蓄積露光時間が短い場合はもとより、長い場合に対しても高輝度着色を抑え、色再現性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】ケーブル長に対応する３ビットのケーブル長信号を示す図。
【図３】スライスレベル変換回路の入出力信号を示す図。
【図４】スライス回路の動作を示す説明図。
【図５】第１の実施の形態の撮像装置を備えた内視鏡システムを示す斜視図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の撮像装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１…ＣＣＤ
１Ａ…補色フィルタ
２…シャッタ時間設定回路
３…駆動回路
４…ＣＤＳ回路
６…γ回路
９…増幅回路
１１…スライス回路
１２、１３…抑圧回路
１４…色分離回路
１５、１６…クランプ回路
１７…変調回路
１８…スライスレベル変換回路
１９…Ｄ／Ａ変換回路
２０…スライスレベル信号
２１…抑圧信号
２２…撮像装置
【図１】
0003780020.tif 000002
【図２】
0003780020.tif 000003
【図３】
0003780020.tif 000004
【図４】
0003780020.tif 000005
【図５】
0003780020.tif 000006
【図６】
0003780020.tif 000007