JP3665399B2 - 電子内視鏡の撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内視鏡観察像を固体撮像素子で撮像するようにした電子内視鏡の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡の固体撮像素子としては、電荷結合素子（ＣＣＤ）が広く用いられているが、電荷結合素子においては、図７に示されるように、露光によって電荷を蓄積するための露光期間と蓄積された電荷を転送するための転送期間とを交互に繰り返して内視鏡観察像が撮像される。
【０００３】
そして、ブルーミングを防止するために固体撮像素子の駆動信号に含まれるアンチブルーミングパルスが、露光期間に同期して固体撮像素子に与えられる。図中のＲ，Ｇ，Ｂは赤、緑、青の三色別に順に変化する照明光の色を意味している。
【０００４】
図８に示される一サイクル分の信号は、固体撮像素子から出力された撮像信号から抽出されたＲＧＢの各一画面ごとの映像信号である。図９は、それを時間軸方向に拡大して示しており、図中の期間Ｔが固体撮像素子上の１Ｈ期間に相当する。
【０００５】
面順次式の電子内視鏡装置においては、映像信号がＲＧＢの色別に時間的にずれて得られるので、次に一時的にメモリに格納して信号出力の時間調整を行うために、アナログデジタル変換器でデジタル信号に変換する必要がある。
【０００６】
映像信号には、図９に示されるように、黒レベルの基準となるオプティカルブラックレベルと呼ばれる信号期間があるが、映像信号をデジタル化する際には、このブラックレベルを所定の直流電圧に固定しておく必要がある。
【０００７】
そのために、映像信号をアナログデジタル変換回路に入力する直前にクランプ回路に通し、映像信号の１Ｈ期間に同期する間隔で与えられるクランクパルスにより指定されたオプティカルブラックレベルに対して、所定の直流電圧を与えるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電子内視鏡の場合、固体撮像素子は内視鏡の挿入部の先端に内蔵されていて、固体撮像素子の駆動回路や撮像信号処理回路などは、電子内視鏡が接続されるビデオプロセッサに内蔵されているので、固体撮像素子と各回路との間には距離があり、その間は挿入部内に挿通された信号ケーブルによって接続されている。
【０００９】
そのため、固体撮像素子からビデオプロセッサに送られる撮像信号には、ビデオプロセッサから固体撮像素子に送られるアンチブルーミングパルスの影響によるノイズが混入し、図８に示されるように、露光期間中の映像信号に著しいノイズが発生する。
【００１０】
したがって、図９に示されるようにオプティカルブラックレベルが１Ｈ期間の映像信号の最後の部分にあると、図１０に示されるように、露光期間の最後の部分でクランプされたノイズレベルによって、露光期間から転送期間に移行した直後の１Ｈ分ないし数Ｈ分の映像信号の電位がＶｅだけずれてしまう。
【００１１】
このように、固体撮像素子から出力される撮像信号よりはるかに高電圧のアンチブルーミングパルスが固体撮像素子に送られている時にブラックレベルのクランプ動作が行われることによって、露光期間が終わって転送期間に移った際の初めの数ラインのクランプレベルが本来の電位と相違して、その部分の画像の明るさに異常が生じることになる。
【００１２】
そこで、露光期間中に限ってクランプパルスを出さないようにすることも考えられるが、そのようにすると、一般にクランプ回路のホールド時定数の影響によってクランプ回路内の電位の変動が発生して、例えば図１１に示されるように、映像信号全体の電位レベルがずれてしまう。
【００１３】
そこで本発明は、映像信号がアンチブルーミングパルスによるノイズの影響を受けず、内視鏡映像を正しく再生することのできる電子内視鏡の撮像装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の電子内視鏡の撮像装置は、露光によって電荷を蓄積するための露光期間と蓄積された電荷を転送するための転送期間とを交互に繰り返して内視鏡観察像を撮像する固体撮像素子と、上記固体撮像素子に入出力される信号を処理するためのビデオプロセッサとが離れて配置され、上記ビデオプロセッサから上記固体撮像素子に対してアンチブルーミングパルスを含む駆動信号が送られ、上記固体撮像素子から出力された撮像信号から得られる映像信号中のブラックレベルを所定の直流電圧に固定するためのクランプ回路が上記ビデオプロセッサに設けられた電子内視鏡の撮像装置において、上記露光期間に、上記アンチブルーミングパルスを所定期間停止すると共に、上記ブラックレベルを所定の直流電圧に固定させるためのクランプパルスを、上記アンチブルーミングパルス停止期間中に上記クランプ回路に与えるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
なお、上記アンチブルーミングパルス停止期間が、数Ｈ期間分または数ライン分であってもよく、上記アンチブルーミングパルス停止期間が、上記転送期間に移る直前の上記露光期間に設けられていてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図４は、電子内視鏡置の全体構成を略示しており、電子内視鏡１の挿入部２の先端には、対物光学系３による被写体の結像位置に、ＣＣＤ（電荷結合素子）からなる固体撮像素子４が配置されており、内視鏡観察像が固体撮像素子４で撮像される。
【００１７】
電子内視鏡１には、光源装置を兼用するビデオプロセッサ２０に対して着脱自在に接続されるコネクタ部５が設けられていて、ビデオプロセッサ２０から固体撮像素子４に送られる駆動信号と固体撮像素子４からビデオプロセッサ２０に送られる撮像信号等が、挿入部２内に挿通されて端部がコネクタ５に接続された信号ケーブル６内の電線によって伝送される。
【００１８】
ビデオプロセッサ２０に内蔵された光源ランプ２１から放射される照明光は、収束レンズ２２によって収束されて電子内視鏡１の照明用ライトガイドファイババンドル７に入射し、そのライトガイドファイババンドル７の射出端部から被写体に照射される。２３は、照明光の明るさを調整するための絞りである。
【００１９】
収束レンズ２２とライトガイドファイババンドル７の入射端部との間の照明光路には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフィルタが同一の円周上に配置された三色回転フィルタ２４が配置されていて、モータ２５によって一定速度で回転駆動される。したがって、ライトガイドファイババンドル７から被写体に射出される照明光の色が、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色に順に変化する。
【００２０】
ビデオプロセッサ２０内に配置された固体撮像素子駆動回路（ドライバ）２７は、タイミングジェネレータ２８から入力されるクロック信号にしたがって、信号ケーブル６を介して、固体撮像素子４に対して駆動信号を出力する。その駆動信号中には、アンチブルーミングパルスが含まれている。
【００２１】
固体撮像素子４は、送られてくる駆動パルスに応じた読み出しタイミングで駆動されて、ＲＧＢの各色毎に被写体の明るさに応じた電荷を蓄積したあと、駆動パルスにより撮像信号を転送、出力する。
【００２２】
固体撮像素子４から出力された撮像信号は、ＲＧＢの各色信号毎に、信号ケーブル６によってビデオプロセッサ２０側に伝送されて、撮像信号処理回路３０に入力される。
【００２３】
撮像信号処理回路３０においては、撮像信号から映像信号が抽出され、その映像信号がアナログデジタル変換器３１でデジタル信号に変換されてから、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の映像信号別にメモリ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂに格納される。
【００２４】
そして、三色の映像信号は、三つのメモリ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂから同時に読み出され、デジタルアナログ変換器３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂでアナログ信号に変換される。
【００２５】
次いで、ビデオ処理回路３５において、映像信号が例えばＮＴＳＣ方式のビデオ信号に変換されてテレビモニタ４０に送られ、そのモニタ画面に内視鏡観察画像が表示される。
【００２６】
なお、撮像信号処理回路３０から絞り２３の駆動回路に分岐出力される信号によって絞り２３の開度が制御されて、テレビモニタ４０に表示される内視鏡観察画像の明るさが常に最適状態に維持される。
【００２７】
図５は撮像信号処理回路３０の構成を例示しており、固体撮像素子４から入力された撮像信号は、増幅器３０１で適当なレベルに増幅されてから、ローパスフィルタ３０２で高周波ノイズ成分がカットされる。
【００２８】
そして、サンプルホールド回路３０３において、撮像信号から本来の映像信号が抽出され、増幅器３０４で適度に増幅されてから、クランプ回路３０５に入力される。
【００２９】
クランプ回路３０５においては、映像信号中に含まれるブラックレベルが所定の直流電圧に固定され、その信号が、次のアナログデジタル変換器３１に出力される。
【００３０】
アナログデジタル変換器３１は、一般に、素子によってアナログ電圧の入力範囲が例えば３Ｖ〜５Ｖのように決まっており、入力する信号をそれに適合させる必要がある。そこでクランプ回路３０５によって直流電圧を再生して、アナログデジタル変換器３１の入力に適合する電圧にブラックレベルを固定している。
【００３１】
クランプ回路３０５から分岐出力された信号は、積分回路３０６において積分されて画像の明るさが検波され、検波されたレベルと明るさの目標となる参照電圧Ｖｒが次の加算器で加算（減算）されて、増幅器３０８で所定の増幅をしてから絞り２３の駆動回路に送られる。
【００３２】
図６は、クランプ回路３０５の構成を例示しており、出力インピーダンスを低めるために信号入力端と信号出力端とに配置された第１と第２のバッファ３０５ａ，３０５ｂの間に、オプティカルブラックレベルを固定するための電圧のＶを出力する直流電源３０５ｃが、タイミングジェネレータから与えられるクランクパルスによって開閉されるスイッチ３０５ｄを介して接続されている。そして、その中間接続点Ａと第１のバッファ３０５ａの出力端との間にカップリングコンデンサ３０５ｅが介挿接続されている。
【００３３】
クランプ回路３０５に入力される映像信号を直流電圧的にみると、映像信号の振幅の大きさによって、オプティカルブラックレベルは絶えず変動している。そこで、オプティカルブラック期間つまりクランクパルスによりスイッチ３０５ｄを閉じて、中間接続点Ａの電位を強制的に所定電圧Ｖにしている。
【００３４】
図１は、上記の装置の動作を示すタイムチャートであり、固体撮像素子４に駆動回路２７から送られる駆動信号によって、露光によって電荷を蓄積するための露光期間と蓄積された電荷を転送するための転送期間とが交互に繰り返されて内視鏡観察像が撮像される。
【００３５】
駆動信号に含まれるアンチブルーミングパルスが固体撮像素子４に送られる期間は、始まりは露光期間の始まりと一致しているが、終わりは露光期間の終わりよりやや早くて、転送期間に移る直前の露光期間中に、アンチブルーミングパルスが少なくとも数Ｈ期間分または数ライン分停止される。パルスの停止期間をそのような単位にすると、例えば従来の駆動パルス生成回路から駆動タイミングを容易に変えることができる。
【００３６】
そして、その期間に、クランプ回路３０５のスイッチ３０５ｄに対してクランプパルスが与えられ、転送期間の全期間にわたって、アナログデジタル変換器３１に入力される映像信号中のブラックレベルが所定の直流電圧に固定される。
【００３７】
このようにして、転送期間に移る直前の露光期間中に、アンチブルーミングパルスが少なくとも数Ｈ期間分または数ライン分停止され、その期間にクランプパルスが与えられるが、その制御はタイミングジェネレータ２８によって行われる。
【００３８】
図２は、そのようにアンチブルーミングパルスが停止されてクランクパルスが与えられる露光期間の最後の部分と次の転送期間の初めの部分を示しており、アンチブルーミングパルスによるノイズが発生しないときにクランプパルスによるブラックレベルの固定が行われるので、ブラックレベルが適正な電位に固定され、明るさに狂いのない適正な内視鏡観察画像が再生される。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、上述のように転送期間に移る直前の露光期間中に、アンチブルーミングパルスが少なくとも数Ｈ期間分または数ライン分停止されて、その期間にクランプパルスがクランプ回路３０５に与えられればよいから、例えば図３に示されるように、露光期間の全期間又は一部の期間、クランプ回路３０５にクランプパルスを一定のタイミングで与えてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、露光期間にアンチブルーミングパルスを所定期間停止させて、その期間中に、ブラックレベルを所定の直流電圧に固定させるためのクランプパルスをクランプ回路に与えるようにしたことにより、映像信号のブラックレベルがアンチブルーミングパルスによるノイズの影響を受けることなく正確に所定の電位に固定されるので、明るさむら等のない正確な内視鏡映像を再生することができる。しかも、これを実行するには単に駆動タイミングだけを変えればよいので、何ら特別な回路を付加する必要がなく、容易かつ低コストで実施することができる。
【００４１】
また、アンチブルーミングパルス停止期間が、数Ｈ期間分または数ライン分であると、駆動回路を簡単に構成することができる。さらに、アンチブルーミングパルス停止期間（クランプパルスをクランプ回路に与える期間）が、転送期間に移る直前の露光期間に設けられると、ノイズの影響を更に受けることなくより正確に所定の電位に固定され、内視鏡映像の明るさむらを更に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の動作を示すタイムチャート図である。
【図２】本発明の実施の形態の映像信号のタイムチャート図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の動作を示すタイムチャート図である。
【図４】本発明の実施の形態の電子内視鏡の全体的構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態の撮像信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態のクランプ回路の構成を示す回路図である。
【図７】従来の電子内視鏡の撮像装置の動作を示すタイムチャート図である。
【図８】従来の電子内視鏡の撮像装置の映像信号のタイムチャート図である。
【図９】従来の電子内視鏡の撮像装置の映像信号のタイムチャート図である。
【図１０】従来の電子内視鏡の撮像装置の映像信号のタイムチャート図である。
【図１１】従来の電子内視鏡の撮像装置の映像信号のタイムチャート図である。
【符号の説明】
４ 固体撮像素子
２７ 駆動回路
２８ タイミングジェネレータ
３０ 撮像信号処理回路
３１ アナログデジタル変換器
３０５ クランプ回路

Claims (1)

1. 露光によって電荷を蓄積するための露光期間と蓄積された電荷を転送するための転送期間とを交互に繰り返して内視鏡観察像を撮像する固体撮像素子と、上記固体撮像素子に入出力される信号を処理するためのビデオプロセッサとが離れて配置され、上記ビデオプロセッサから上記固体撮像素子に対してアンチブルーミングパルスを含む駆動信号が上記露光期間中に送られ、上記固体撮像素子から出力された撮像信号から得られる映像信号中のブラックレベルを所定の直流電圧に固定するためのクランプ回路が上記ビデオプロセッサに設けられた電子内視鏡の撮像装置において、
   上記露光期間中であって上記転送期間に移る直前の数Ｈ期間分または数ライン期間分は上記アンチブルーミングパルスを停止すると共に、上記ブラックレベルを所定の直流電圧に固定させるためのクランプパルスを、上記アンチブルーミングパルス停止期間中に上記クランプ回路に与えるようにしたことを特徴とする電子内視鏡の撮像装置。

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