(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源としてハロゲンランプを設け、このハロゲンランプからの出力光をライトガイドを介して電子内視鏡先端部へ導くための光源部と、
この光源部による光照射に基づき対物光学系を介して被観察体内像を撮像する撮像素子と、を有する電子内視鏡システムにおいて、
上記撮像素子での露光時間を１／６０秒を最低速度として制御する電子シャッタ機能を備えると共に、同一のフィールド信号を少なくとも二回連続して読み出す撮像素子駆動回路と、
上記撮像素子から読み出されたフィールド信号を所定期間遅延させる遅延回路、及びこの遅延回路から出力されたフィールド信号と上記撮像素子から読み出された同一のフィールド信号を加算する加算器からなる輝度増加回路と、を備え、
上記撮像素子駆動回路における電子シャッタ機能のシャッタ速度を制御すると共に、連続して読み出された同一フィールド信号を上記輝度増加回路にて加算することにより、電子シャッタ機能の最低速度である１／６０秒よりも遅くかつ連続的に変化するシャッタ速度で画像信号を得るスロースキャンモードが実行可能となるようにした電子内視鏡システム。
【請求項２】
上記撮像素子から奇数フィールドライン又は偶数フィールドラインのいずれかの信号のみを読み出して加算し、この加算信号のみで１フレームの画像信号を形成することを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡システム、特にハロゲンランプを光源として用い、全体のシステム構成で所定の明るさを確保することができる電子内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡システムでは、キセノンランプやハロゲンランプ等の光源からライトガイドを介して光を電子内視鏡先端部へ供給し、この先端部から被観察体内へ光を照射することによって被観察体内像が撮像素子、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）で捉えられる。そして、このＣＣＤからは、例えば奇数フィールドデータ、偶数フィールドデータとなる画像信号が順に読み出され、増幅、ホワイトバランス、ガンマ補正等の処理が施された後に、メモリに一旦記憶され、このメモリから読み出すことにより、モニタ等に被観察体内の画像が表示される。
【０００３】
図５には、上記のＣＣＤでのフィールド信号の読出しの状態が示されており、一般に、ＣＣＤでは１／６０秒の垂直同期期間（フィールド期間）毎に、蓄積された電荷（画素対応）を読み出すことになる。例えば、図示されるように、ｎ＋１の期間（１／６０秒）では奇数フィールド信号（データ）、ｎ＋２の期間では偶数フィールド信号、ｎ＋３の期間では奇数フィールド信号、ｎ＋４の期間では偶数フィールド信号というように、奇数フィールド信号と偶数フィールド信号が交互に読み出される。
【０００４】
このようなフィールド信号は、ＣＣＤにおける奇数ラインの電荷を奇数フィールド信号として、偶数ラインの電荷を偶数フィールド信号として読み出すこともできるが、色差線順次混合読出し方式では、上下ラインの蓄積電荷を加算し、例えば、（０＋１）ライン、（２＋３）ライン、…という混合信号を奇数フィールド信号として読み出し、一方（１＋２）ライン、（３＋４）ライン、…という混合信号データを偶数フィールド信号として読み出すことになる。
【０００５】
そして、上記のｎ＋１とｎ＋２の期間のフィールド信号で、ｎ＋１番目のフレーム、ｎ＋３とｎ＋４の期間のフィールド信号で、ｎ＋２番目のフレームが形成されることになり、これらのフィールド信号がインターレース走査されることにより、モニタ上に被観察体内の画像が表示される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の電子内視鏡システムにおいては、光源としてキセノンランプやハロゲンランプが用いられるが、ハロゲンランプはキセノンランプに比べて光量が約１／８と小さく、このハロゲンランプを用いる場合には、電子内視鏡全体の構成等で画像の明るさを所定の基準に維持する工夫が必要となる。
【０００７】
即ち、ハロゲンランプの場合、電子内視鏡の先端部に比較的近い被観察体を観察するときは問題ないが、奥行きのある遠くの部分を観察するときには、光量不足となることが多く、何らかの解決策が求められる。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハロゲンランプを利用した場合でも、キセノンランプを用いたときに匹敵する明るさの画像を得ることができ、また１／６０秒よりも遅いシャッタ速度を実質的に得ることができる電子内視鏡システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、光源としてハロゲンランプを設け、このハロゲンランプからの出力光をライトガイドを介して電子内視鏡先端部へ導くための光源部と、この光源部による光照射に基づき対物光学系を介して被観察体内像を撮像する撮像素子と、を有する電子内視鏡システムにおいて、上記撮像素子での露光時間を１／６０秒を最低速度として制御する電子シャッタ機能を備えると共に、同一のフィールド信号を少なくとも二回連続して読み出す撮像素子駆動回路と、上記撮像素子から読み出されたフィールド信号を所定期間遅延させる遅延回路、及びこの遅延回路から出力されたフィールド信号と上記撮像素子から読み出された同一のフィールド信号を加算する加算器からなる輝度増加回路と、を備え、上記撮像素子駆動回路における電子シャッタ機能のシャッタ速度を制御すると共に、連続して読み出された同一フィールド信号を上記輝度増加回路にて加算することにより、電子シャッタ機能の最低速度である１／６０秒よりも遅くかつ連続的に変化するシャッタ速度で画像信号を得るスロースキャンモードが実行可能となるようにしたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記撮像素子から奇数フィールドライン又は偶数フィールドライン（奇数フィールド又は偶数フィールドに対応して設定されている撮像素子上の水平ライン）のいずれかの信号を読み出して加算し、この加算信号のみで１フレームの画像信号を形成することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、撮像素子から例えば奇数フィールドと偶数フィールドの信号がそれぞれ二回ずつ読み出され、遅延回路と加算器により、この同一フィールド同士（奇数フィールド又は偶数フィールドのそれぞれ）の二つのデータが加算されることになる。この結果、輝度信号の大きさ（明るさ）が２倍となったフィールド信号を得ることができる。
【００１１】
また、電子シャッタ機能で明るさの制御を行っている場合、例えば１／６０秒のシャッタ速度が最低速となるが、この１／６０秒のシャッタ速度で上記の輝度増加処理を実行すると、２倍の輝度信号が得られることから、１／３０秒のシャッタ速度（スロースキャンモード）とした場合と同一の露光量を得ることが可能となる。更に、このスロースキャンモードにおいて、１/１２０秒未満のシャッタ速度を設定して上記輝度増加処理を行うことにより、シャッタ速度を１/６０秒未満、１／３０秒以上の任意の値に設定することができる。
【００１２】
上記請求項２の構成によれば、撮像素子から例えば奇数フィールドラインの信号（データ）のみが読み出されて加算されるが、この加算信号を奇数フィールドの信号として利用すると共に、例えば補間処理により偶数フィールドの信号を形成することにより、１フレームの画像信号が形成される。この場合は、奇数及び偶数のフィールドライン信号の両方を利用する場合に比較して半分の時間で取り出したデータに基づいて１フレームが形成されるので、動きの再現性が良好となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１には、実施形態の第１例としての電子内視鏡システムの構成が示されており、この電子内視鏡システムはスコープ（電子内視鏡）と、光源装置が一体となったプロセッサ装置からなるが、光源装置とプロセッサ装置が別体となったもの等もある。図１において、対物光学系１０はスコープの先端部に配置され、この対物光学系１０に、プリズム１１を介して固体撮像素子であるＣＣＤ１２が接続される。
【００１４】
このＣＣＤ１２には、画像データである蓄積電荷を読出し制御するためのＣＣＤ駆動回路１４が接続され、このＣＣＤ駆動回路１４は電子シャッタ機能を備えており、例えば１／２００００秒〜１／６０秒のシャッタ速度で露光量を制御することができる。そして、このＣＣＤ駆動回路１４では、スロースキャンモードが選択されたとき、１／６０秒のシャッタ速度に固定される。このＣＣＤ駆動回路１４には、タイミングジェネレータ１５からタイミング信号が供給される。また、このシステム全体につき各種の制御をするＣＰＵ１６が設けられる。
【００１５】
一方、上記対物光学系１０の近傍には、照射窓１８が配置され、この照射窓１８にライトガイド１９が取り付けられ、このライトガイド１９には光源部側の集光レンズ２０等を介してハロゲンランプ２１が光学的に接続される。また、このハロゲンランプ２１を点灯駆動するランプ駆動回路２２が配置される。
【００１６】
上記ＣＣＤ１２には、アンプ２４を介して自動利得制御回路（ＡＧＣ）２５が設けられ、このＡＧＣ２５では相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）等を備えることができる。このＡＧＣ２５の後段には、プロセッサ装置側においてＡ／Ｄ変換器２６が配置され、このＡ／Ｄ変換器２６に、スロースキャンモードを実行することができる輝度増加回路２７が接続される。この輝度増加回路２７は、１／６０秒の１フィールド期間（垂直同期期間）だけ画像信号を遅らせるための遅延メモリ２８と、この遅延メモリ２８の出力と上記Ａ／Ｄ変換器２６の出力を加算する加算器（ＡＤＤ）２９からなり、上記ＣＰＵ１６の制御に基づき、異なる期間で得られた二つの奇数フィールド信号及び二つの偶数フィールド信号を加算し、輝度信号を増倍させる。
【００１７】
この輝度増加回路２７の後段には、上記輝度増加回路２７の出力と上記Ａ／Ｄ変換器２６の出力とを切り替える切替え回路３０が配置され、この切替え回路３０では上記ＣＰＵ１６の制御に基づき最低速のシャッタ速度でも明るさが不足すると判断されたとき端子ａから端子ｂへ切り替えられ、上記輝度増加回路２７の出力が選択される。
【００１８】
この切替え回路３０には、ガンマ補正等の各種の処理をする信号処理回路３１、フレームメモリ３２、Ｄ／Ａ変換器３３が接続されており、奇数フィールド及び偶数フィールドのデータはフレームメモリ３２に一旦格納され、後に読み出されてＤ／Ａ変換器３３を介してモニタへ出力される。また、上記信号処理回路３１では輝度信号が形成され、この輝度信号はＣＰＵ１６へ供給されており、このＣＰＵ１６では、輝度信号から画像の明るさを判定してシャッタ制御信号をＣＣＤ駆動回路１４へ出力する。そして、このＣＣＤ駆動回路１４では、上記シャッタ制御信号に基づいてシャッタ速度（露光時間）を設定しており、これにより画像の明るさを一定に制御している。
【００１９】
第１例は以上の構成からなり、その作用を図２を参照しながら説明する。図１のハロゲンランプ２１がランプ駆動回路２２の駆動によって点灯されると、光はライトガイド１９を介して電子内視鏡先端部へ供給され、この先端部の照射窓１８から照射される。この照射光によって照明された被観察体内は、対物レンズ系１０を介してＣＣＤ１２で捉えられ、このＣＣＤ１２では像光に対応した電荷が蓄積される。この蓄積信号は、ＣＣＤ駆動回路１４により画像データとして読み出される。
【００２０】
そして、スロースキャンモードが選択されていないときは、従来と同様に１／６０秒の垂直同期期間毎に、奇数フィールド信号と偶数フィールド信号が交互に読み出され、これらの信号は切替え回路３０のａ端子を介して信号処理回路３１へ供給され、被観察体内画像がモニタへ表示される。また、この場合は、１／２００００秒〜１／６０秒のシャッタ速度でＣＣＤ１２での露光が行われる。
【００２１】
一方、画像の明るさが不足する状態となり、ＣＰＵ１６によりスロースキャンモードが選択されると、上記ＣＣＤ１２からは、１／６０秒の垂直同期期間毎に奇数フィールド信号が連続して二回読み出され、次に偶数フィールド信号が二回連続して読み出されることになり、この読出しが繰り返される。これらのフィールド信号は、自動利得回路２５で利得処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換器２６を介して輝度増加回路２７へ供給され、この輝度増加回路２７で、二つの同一のフィールド信号が加算される。
【００２２】
図２には、上記ＣＣＤ１２から輝度増加回路２７までの回路での処理の概念が示されている。例えば、図５の場合と同様に、ｎ＋１からｎ＋４までの垂直同期期間（１／６０秒）で考えると、ｎ＋１の期間の露光で得られた奇数フィールド信号は、メモリ２８に記憶された後に加算器２９へ供給される。次に、ｎ＋２の期間の露光でも再び奇数フィールド信号が読み出され、これが上記加算器２９へ直接入力される。従って、この加算器２９では、異なる期間に出力された奇数フィールドの信号が重複して加算される。
【００２３】
また、ｎ＋３の期間の露光では、偶数フィールド信号が読み出され、これがメモリ２８に記憶され、次のｎ＋４の期間の露光でも再び偶数フィールド信号が読み出され、これが上記加算器２９へ直接入力される。従って、加算器２９では、同様に異なる期間に得られた偶数フィールドの信号が加算される。この結果、通常の２倍の信号量（振幅）を持つ奇数フィールド信号と偶数フィールド信号がｎ＋１番目のフレーム信号として得られることになり、これらの信号は上記切替え回路３０のｂ端子を介して信号処理回路３１へ供給される。
【００２４】
この信号処理回路３１では、例えば色差信号と輝度信号が形成されるが、この輝度信号として、従来に比べて２倍の振幅の輝度信号が得られることになる。この信号処理回路３１から出力された画像信号は、フレームメモリ３２に一旦記憶された後に、Ｄ／Ａ変換器３３を介してモニタへ出力される。
【００２５】
以上のように、スロースキャンモードでは同一データの重複加算により、２倍の大きさの輝度信号、即ち２倍の明るさが得られ、図３に示されるように、最大１／３０秒のシャッタ速度を実現することができる。即ち、上記シャッタ駆動回路１４における電子シャッタの制御では、例えば１／２００００秒〜１／６０秒の範囲で設定されるが、この最低速の１／６０秒のシャッタ速度のまま輝度増加処理を行うと、（１／６０）×２＝１／３０となり、１／３０秒の最低シャッタ速度で露光を行ったことになる。
【００２６】
そうして、当該例では、上記ライトガイド１８を高い開口率（ＮＡ）とすることによる照明光の改良、また対物光学系１０の光学特性及びＣＣＤ１２の感度特性の向上を図り、上記の輝度増加回路２７の輝度増加（２倍）を加えると、従来のシステムと比べて、８倍の光量増加を得ることができ、キセノンランプを用いた場合に匹敵する光量を得ることが可能となる。
【００２７】
なお、上記の奇数及び偶数フィールド信号としては、上述したようにＣＣＤ１２の奇数ラインの信号及び偶数ラインの信号をそのまま用いてもよいし、色差線順次混合読出し方式のように、異なる位置の上下ラインの画素信号を加算して奇数フィールド信号及び偶数フィールド信号としてもよく、その他の処理による信号であってもよい。
【００２８】
また上記の例では、同一のフィールド信号を２回加算するようにしたが、この加算回数は３回等でもよく、また光源としてハロゲンランプだけではなく、高輝度ＬＥＤ等の応用も考えられる。
【００２９】
図４には、実施形態の第２例で設定されるシャッタ速度が示されており、この第２例はスロースキャンモードにおいてもシャッタ速度を連続的に変え得るようにしたものである。即ち、図１の回路構成において、明るさ不足を判定したＣＰＵ１６がスロースキャンモードに移行したとき、電子シャッタ機能を有するＣＣＤ駆動回路１４により、１／１２０秒よりも小さな値を順に１／６０秒まで設定し、図４に示すように、シャッタ速度を連続的に変化させる。
【００３０】
例えば、１/１００秒、１/９０秒、１/８０秒、１/７０秒というように、シャッタ速度を遅くすると、上記の輝度信号の重複加算処理により、実質的に１／５０秒、１／４５秒、１／４０秒、１/３５秒のシャッタ速度で露光量を制御することが可能となる。このような第２例によれば、実質的なシャッタ速度が１/３０秒に固定される図３の場合と比較して、細かい露光制御ができるという利点がある。
【００３１】
また、当該発明では、撮像素子の奇数又は偶数のフィールドラインのいずれか信号を用いて疑似的な画像を形成することもできる。即ち、図２において、例えば偶数フィールド（ライン）の信号をＣＣＤ１２から読み出さず、ｎ＋１、ｎ＋２の期間の奇数フィールドの読出しの後のｎ＋３、ｎ＋４の期間でも奇数フィールド（ライン）の信号を読み出す。そして、ｎ＋１、ｎ＋２の期間の加算信号を、奇数フィールドの信号とすると共に、この加算信号を上下ライン間で更に加算平均等で補間し、これを偶数フィールドの信号として利用することにより、１フレームの画像信号を形成する。上記のｎ＋３、ｎ＋４の期間の信号も、同様にして１フレームの画像信号となる。
【００３２】
これによれば、図２の例では１/１５秒の期間（ｎ＋１からｎ＋４までの期間）毎に１フレーム信号が形成されるのに対して、１／３０秒（ｎ＋１とｎ＋２の期間）で１フレーム信号が形成されるので、動きの再現性が良好になるという利点がある。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源としてハロゲンランプを用い、撮像素子からは連続した期間で同一フィールドの信号を読み出し、奇数フィールド信号及び偶数フィールド信号のそれぞれにつき、二つの信号を加算し、この加算信号を一つの画像信号として用いるようにしたので、輝度信号の増倍を図ることができ、またその他の構成の工夫も合せることにより、全体としてキセノンランプを用いた場合に匹敵する明るさの画像が得られるという利点がある。
【００３４】
また、電子シャッタの機能と合せて使用するので、通常の最低シャッタ速度である１／６０秒よりも遅くかつ連続的に変化するシャッタ速度のスロースキャンモードを実現できるという利点がある。更に、奇数又は偶数フィールドラインの信号のみを利用して疑似的な画像を形成する場合は、動きの再現性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の第１例に係る電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態例での輝度増加処理を示す説明図である。
【図３】第１例で設定されるシャッタ速度を示すグラフ図である。
【図４】第２例で設定されるシャッタ速度を示すグラフ図である。
【図５】従来の電子内視鏡における画像信号の処理を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  …  対物光学系、
１２  …  ＣＣＤ、
１４  …  ＣＣＤ駆動回路、
１９  …  ライトガイド、
２１  …  ハロゲンランプ、
２７  …  輝度増加回路、
２８  …  遅延メモリ、
２９  …  加算器、
３１  …  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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