JP3519967B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置、更に詳し
くは固体撮像素子の露光制御部分に特徴のある撮像装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、被写体像を光電変換し電気信
号として出力する撮像素子を備えた撮像装置がＴＶカメ
ラ、電子内視鏡等の医療用テレビカメラ装置、工業用テ
レビカメラ装置の分野で広く用いられている。このよう
な撮像装置においては、撮像素子で電荷蓄積、転送を行
うことにより被写体像を光電変換し、撮像を行うように
なっている。 【０００３】前記撮像装置において、被写体像が暗い場
合などに露光期間を変化させて感度を向上させ、良好な
被写体像を得ることができるようにした感度向上手段を
設けた装置が種々提案されており、特に内視鏡に外付け
される医療用テレビカメラ装置、工業用テレビカメラ装
置においては、体内や管腔内を撮像することを目的とし
ているため、光源装置による照明が必要であり、光量不
足という問題を長時間露光という露光方式により改善し
てきている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
長時間露光は、例えば特開平４−５６４８４号公報に示
されるように、単に露光時間を通常の撮像周期である１
／６０秒から１／３０秒に段階的に延ばしたものであ
り、以下のような問題を有している。 【０００５】（１）被写体が全体的に暗い場合には、実
用的な面もあったが、被写体に明暗の差が比較的大きい
部分があった場合には、１／３０秒の露光時間では明る
い部分が飽和してしまい、いわゆる、白飛びの発生した
画像となっていた。 【０００６】（２）また、露光時間を１／６０秒から１
／３０秒に段階的に延ばしたものであるため、その切り
替わり目で、露光量の比が２倍となるため、必ずしも適
正な露光量にはならなかった。 【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、長時間露光であっても、白飛びが発生しにく
く、且つ、１／６０秒から１／３０秒に至る露光量をス
ムーズに変えることにより、適正な露光量を得ることの
できる撮像装置を提供することを目的としている。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、被
写体を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から
の映像信号を１フィールド期間記憶するフィールドメモ
リと、前記フィールドメモリに記憶された１フィールド
期間遅延した出力と前記フィールドメモリを介さない遅
延されない映像信号とを加算する加算器と、前記固体撮
像素子からの信号の明るさを測光する測光手段と、予め
明るさレベルを設定する明るさレベル設定手段と、前記
測光手段からの出力及び前記明るさレベル設定手段の出
力から前記固体撮像素子の露光時間を設定する露光時間
設定手段を有し前記固体撮像素子を駆動制御する固体撮
像素子駆動手段とを備えて構成される。 【０００９】本発明の撮像装置では、前記固体撮像素子
駆動手段が複数の異なる時間に同一または異なる露光時
間で撮像し、前記加算器が前記フィールドメモリに記憶
された１フィールド期間遅延した出力と前記フィールド
メモリを介さない遅延されない映像信号とを加算するこ
とで、長時間露光であっても、白飛びが発生しにくく、
且つ、１／６０秒から１／３０秒に至る露光量をスムー
ズに変えることにより、適正な露光量を得ることを可能
とする。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。 【００１１】図１ないし図３は本発明の一実施の形態に
係わり、図１は撮像装置の構成を示す構成図、図２は図
１の固体撮像素子のダイナミックレンジを説明する説明
図、図３は図１の撮像装置の作用を説明するタイミング
図である。 【００１２】本実施の形態では、以下、撮像手段として
図示しない内視鏡の接眼部に着脱自在に装着される外付
けＴＶカメラを例に説明するが、これに限らず電子内視
鏡を撮像手段としても良い。 【００１３】本実施の形態の撮像装置では、図１に示す
ように、外付けＴＶカメラ内の固体撮像素子１によって
撮像された映像信号はバッファ回路２を介してサンプル
ホールド回路３に供給される。サンプルホールド回路３
では、固体撮像素子１の信号をベースバンドに変換し、
Ａ／Ｄコンバータ４に入力される。 【００１４】Ａ／Ｄコンバータ４の出力はフィールドメ
モリ５と加算器６の一方の端子に供給され、加算器６の
他方の端子にフィールドメモリ５で１フィールド遅延さ
れた映像信号が供給される。加算器６でこれらの信号が
加算され、後段の画像処理プロセス回路１０に供給さ
れ、所望の画像処理（色分離、ホワイトバランス、ＡＧ
Ｃ、エンハンス等）が施され、Ｄ／Ａコンバータ１１に
出力され、図示していないバッファを介してモニタに出
力される。 【００１５】また、加算器６の出力は、測光回路７に供
給され、測光回路７では固体撮像素子１の撮像信号レベ
ルを検波し、その検波情報を固体撮像素子駆動回路８に
供給する。 【００１６】固体撮像素子駆動回路８では、明るさレベ
ル設定回路９によって設定された明るさと、測光回路７
の出力が等しくなるように所望の固体撮像素子１の露光
時間を増減させるように働く。この時、例えば１／３０
秒の長時間露光と同等の露光量を得るためには、Ａフィ
ールド、Ｂフィールドで共に１／６０秒の露光量で撮像
し、これらの画像が加算器６によって加算されること
で、１／３０秒での露光量と同等となる。 【００１７】なお、測光回路７は、加算器６の出力より
固体撮像素子１の撮像信号レベルを検波するとしたが、
これに限らず、Ａ／Ｄコンバータ４の出力またはフィー
ルドメモリ５の出力より固体撮像素子１の撮像信号レベ
ルを検波するようにしてもよい。 【００１８】次に、上記構成により固体撮像素子１のダ
イナミックレンジが拡大されることを図２を用いて説明
する。図２は、横軸に被写体の明るさレベルを縦軸に固
体撮像素子１の出力レベルをとり、グラフに示したもの
である。 【００１９】一般に、固体撮像素子１を用いて被写体を
撮像した場合、（ａ）の線で示されるような飽和レベル
Ｖｓａｔがあり、これ以上の出力を得ることはできな
い。このため、例えば、１／３０秒で被写体を撮像した
場合、被写体の明るさレベルに対して固体撮像素子１の
出力は（ｂ）の線で示されるような折れ線となり、同一
の露光時間では飽和レベル以下の信号しか再生できな
い。 【００２０】これに対し、１／６０秒で同一の被写体を
撮像した場合は、（ｃ）の線で示されるような折れ線と
なり、１／３０秒での撮像に対し、出力レベルは半分と
なるが、広いダイナミックレンジを有することができ
る。 【００２１】従って、異なる時刻で撮像された１／６０
秒の露光時間による映像信号を加算することにより、図
中の破線で示すように、１／３０秒で撮像した映像信号
と同等の出力レベルが得られ、且つ、広いダイナミック
レンジを有する画像を得ることができる。 【００２２】次に、図３を用いて映像信号が加算される
様子を説明する。 【００２３】Ａ／Ｄコンバータ４からは、図３（ａ）に
示されるように、Ａフィールド、Ｂフィールドが交互に
出力される。また、フィールドメモリ５にはこの出力が
入力され、１フィールド遅延され、図３（ｂ）に示され
るような出力が得られる。 【００２４】従って、加算器６からは、図３（ｃ）に示
されるように、（Ａ１＋Ｂ１）、（Ａ２＋Ｂ１）、（Ａ
２＋Ｂ２）…として順次出力される。この時、露光時間
がそれぞれ１／６０秒であれば、加算器６からの出力は
１／３０秒の露光時間で撮像した信号と同等の明るさが
得られ、露光時間がそれぞれ１／８０秒であれば、加算
器６からの出力は１／４０秒の露光時間で撮像した信号
と同等の明るさが得られる。 【００２５】具体的には、明るさレベル設定回路９で設
定した明るさが、撮像中の画像においては例えば１／４
０秒の露光時間での明るさに相当するとすると、Ａフィ
ールド、Ｂフィールドでの露光時間が１／８０秒とな
り、加算器６からの出力が明るさレベル設定回路９で設
定した明るさとなる。 【００２６】なお、明るさレベル設定回路９から固体撮
像素子駆動回路８に設定される明るさ設定値は通常露光
モード１／６０秒における明るさの１／２である。 【００２７】このように撮像することで、１／６０秒と
１／３０秒の露光時間の間の露光時間で撮像された映像
信号を、１／１２０秒から１／６０秒の露光時間で撮像
した映像信号を加算することによって等価的に得ること
ができ、連続した調光を行うことができる。 【００２８】上記フィールドメモリ及び加算器から成る
映像信号を加算処理する回路は上記構成で説明した位置
に限るものではなく、例えば、画像処理プロセス回路１
０の途中あるいは後段に配設されても良い。 【００２９】以上説明したように、本実施の形態では、
明るさレベル設定回路９で設定した明るさに相当する露
光時間の半分の露光時間でＡフィールド、Ｂフィールド
の撮像を行い、加算器６からの出力を明るさレベル設定
回路９で設定した明るさとしているので、明るさレベル
設定回路９で設定する明るさを、連続的に可変に実現で
きる。 【００３０】また、長時間露光モード（１／３０秒）に
おいては、通常露光モードの露光時間（１／６０秒）で
撮像した撮像信号を加算し固体撮像素子のダイナミック
レンジを拡大しているので、特に内視鏡分野における画
像の特徴である明暗の激しい画像でも、白飛び等の発生
を確実に防止できる。 【００３１】［付記］ （付記項１） 被写体を撮像する固体撮像素子と、前記
固体撮像素子からの映像信号を１フィールド期間記憶す
るフィールドメモリと、前記フィールドメモリに記憶さ
れた１フィールド期間遅延した出力と前記フィールドメ
モリを介さない遅延されない映像信号とを加算する加算
器と、前記固体撮像素子からの信号の明るさを測光する
測光手段と、予め明るさレベルを設定する明るさレベル
設定手段と、前記測光手段からの出力及び前記明るさレ
ベル設定手段の出力から前記固体撮像素子の露光時間を
設定する露光時間設定手段を有し前記固体撮像素子を駆
動制御する固体撮像素子駆動手段とから成り、前記固体
撮像素子駆動手段は、複数の異なる時間に同一または異
なる露光時間で撮像することを特徴とする撮像装置。 【００３２】（付記項２） 前記測光手段は、前記加算
器の出力から前記固体撮像素子からの信号の明るさを測
光することを特徴とする付記項１に記載の撮像装置。 【００３３】（付記項３） 前記測光手段に入力する前
記固体撮像素子の信号は、前記加算器に入力される複数
の信号の内の１つであることを特徴とする付記項１に記
載の撮像装置。 【００３４】（付記項４） 前記明るさレベル設定手段
で設定される設定量は、前記加算器から出力される信号
を用いて測光した明るさレベルの１／２であることを特
徴とする付記項２に記載の撮像装置。 【００３５】（付記項５） 長時間露光の露光時間は１
／３０秒であることを特徴とする付記項１に記載の撮像
装置。 【００３６】（付記項６） １／３０秒から１／６０秒
に至る露光量を、前記固体撮像素子駆動手段及び前記加
算器により、１／Ｎ（６０≦Ｎ≦１２０の実数）秒なる
露光時間で撮像された映像信号を加算することにより得
ることを特徴とする付記項１に記載の撮像装置。 【００３７】 【発明の効果】以上説明したように本発明の撮像装置に
よれば、固体撮像素子駆動手段が複数の異なる時間に同
一または異なる露光時間で撮像し、加算器がフィールド
メモリに記憶された１フィールド期間遅延した出力とフ
ィールドメモリを介さない遅延されない映像信号とを加
算するので、長時間露光であっても、白飛びが発生しに
くく、且つ、１／６０秒から１／３０秒に至る露光量を
スムーズに変えることにより、適正な露光量を得ること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像装置の構成を
示す構成図 【図２】図１の固体撮像素子のダイナミックレンジを説
明する説明図 【図３】図１の撮像装置の作用を説明するタイミング図 【符号の説明】 １…固体撮像素子 ２…バッファ回路 ３…サンプルホールド回路 ４…Ａ／Ｄコンバータ ５…フィールドメモリ ６…加算器 ７…測光回路 ８…固体撮像素子駆動回路 ９…明るさレベル設定回路 １０…画像処理プロセス回路 １１…Ｄ／Ａコンバータ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 被写体を撮像する固体撮像素子と、 前記固体撮像素子からの映像信号を１フィールド期間記
   憶するフィールドメモリと、 前記フィールドメモリに記憶された１フィールド期間遅
   延した出力と前記フィールドメモリを介さない遅延され
   ない映像信号とを加算する加算器と、 前記固体撮像素子からの信号の明るさを測光する測光手
   段と、 予め明るさレベルを設定する明るさレベル設定手段と、 前記測光手段からの出力及び前記明るさレベル設定手段
   の出力から前記固体撮像素子の露光時間を設定する露光
   時間設定手段を有し前記固体撮像素子を駆動制御する固
   体撮像素子駆動手段とから成り、 前記固体撮像素子駆動手段は、複数の異なる時間に同一
   または異なる露光時間で撮像することを特徴とする撮像
   装置。