JPS6161586A - カラ−撮像装置の照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は例えば電荷結合素子（ＣＯＤ）のような固体撮
像素子を用いて構成されるテレビジョンカメラ、電子カ
メラや内祝＆Ｑ等のカラー撮像装置において被写体へ三
色光を照射する照明手段を、固体撮像素子の分光感度特
性を考慮した理想的な光源とするように１１−１成した
照明装置に関する。

［発明の技術向背（１とその問題点コ 近年、テレビジョンカメラ、Ｔｉ電子カメラや内視鏡等
においてＣＯＤのような固体撮像素子を搬像手段として
用いた装置が実用化されている。

ところで、固体１１ｉＨ（’Ａ素子を用いてカラー′Ｖ
ｒｉｍを行うには、固体ｒａｍ素子の受光面に色モザイ
クフィルタを配し、自己光源にて被写体を照明し、被写
体からの光を色モザイクフィルタを通して固体撮像素子
で受光した後、各色に対応したＩｌｌ（ｇｌｌ信号を取
り出し必要な（３号処理を行ってカラー表示する方法と
、三色光を順次照射する照明手段を構成し、この照明手
段にて被写体を照明し、被写体からの光を直接固体１最
像素子で受光した後、各色ごとにフレーム周期で搬像信
号を読み出し必要な信号処理を行ってカラー表示する方
法等がある。

上記方法の内、優者の方法では、三原色光を順次照射す
る照明手段を構成する場合、固体１最像素子の分光感度
特性を考慮した光照射を行う必要がある。

即ち、固体ｖＩｉ像素子、例えばＣＯＤの分光感度特性
（各波長の光照射強度を同一とした場合の各波長に対す
るＣＯＤの信号出力比）は第５図に示すように中心波長
が０．４５μｍの青色光領域で感度が非常に低く、緑色
、赤色領域方向に感度が増大している。このような青領
域での感度の落ら込みはＣＯＤに限らず、ホトダイオー
ドを用いたＭＯ８形撤像素子についても同様である。従
って、固体撮像素子を撮像手段として用いた場合に、こ
れと組み合わせて使用する照明手段としては第６１　　
　　図に示すような分光強度特性を有する照明光源が理
想的である。即ち、第６図に示すように青色光領域の強
度が最大で、緑色（中心波長５４０ｎｍ）、赤色（中心
波長６００　ｎｍ）の各領域の強度が赤外部側へ減少す
る特性を右り゛ることが必要である。

このような分光強度特性を有した光源を使用すれば、青
、緑及び赤色に相当する各被写体像の搬像信号の出力が
略同レベルで得られることになる。

第６図に示すような分光強度特性を有した照明光源と等
価な光年用を固体撮像素子に与える方法として、特開昭
５５−１２３２７９号公報に記載されているような三色
分解用回転フィルタを用いた装置が提案されている。こ
の回転フィルタ（第７図参照）は被写体を照明する光源
からの光又は被写体からの光を時系列的に三色分解する
ための色分解用フィルタであり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）。

Ｂ（青）の各色フィルタを面積比を変えて円盤状に配列
して成り、これを一定速度で回転させ、面積比の異なっ
た各色フィルタに照射することにより、Ｂ光の透過■を
最大にし、Ｇ光、Ｒ光については少くするようにしてい
る。この場合、照明光源として用いられる例えば３２０
０°にの照明ラン築 ブはその照ｉは時間的に一定とし分光強度がＢ。

Ｇ、Ｒの順に増加する通常の分光特性を右しているもの
とする。

この方法では回転フィルタの各色フィルタの面積比を変
えてＢ光を最大とし、Ｇ光、Ｒ光の順にその透過光Ｍを
小さくすることによって、固１ホｌＩｄ像素子より出力
される各色の電気信号を適正レベルに導くようにしてい
る。従って、搬像表示される被写体画像の白色バランス
を調整することができる。

しかしながら、第７図に示すような面積比を変えた回転
フィルタによって白色バランスをとる方法では、予め各
色フィルタの面積比が固定されるため、例えば内視鏡の
照明手段として使用した場合、これと組み合わされるＲ
像手段の種類によって白色バランスにずれが生じたり、
又照明光を被写体まで導くのに使用されるライトガイド
ファイバ束が経年的に黄変等して光学特性が変ることに
よって同様に白色バランスにずれを生じるという問題が
あった。上記のように白色バランスのずれは、各色フィ
ルタの面積比が固定されているために、補正することは
不可能であった。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかんがみ、導光路としてのライト
ガイドファイバの経年変化や、組み合わされる各種撮像
手段に対しても、白色バランスの調整を行えるカラー服
像装置の照明装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明の！置は、照明光源前方に、三色フィルタが一定
の遮光間隔をｉ１５いて同一面積比で分割配置されて成
る回転フ７ｒルタを、一定速度で回転し、回転フィルタ
近傍に設けた各色検出手段にて各色の種類を検知し、各
色に対応して異なった大きさの信号出力を信号発生手段
にて発生せしめ、この各信号出力に応じて電流制御手段
を駆動し、光源駆動用電流の大きさを各色ごとに変える
ように構成することににす、各色光ことに光量を変化さ
せるＪ：うにするものである。

［発明の実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明に係るカラー１最象装置の照明装置の構
成を示している。この実施例は、−例として内視鏡に応
用した場合について示している。符号１は内視鏡の先端
部で、この先端部１は搬像側Ａと照明側Ｂとに分けられ
ている。撮像側Ａには被写体からの順次照射三色光を尋
く撮像レンズ２とその後方にＲ＠を行うための固体撮像
索子３が配置されている。固体撮像索子３にはプリアン
プ４及びドライバ回路５が接続していて、固体撮像索子
３で被写体の光像を受光し画像信号として蓄積し、この
蓄積信号を、読出し用クロック信号ｆ１が入力されるド
ライバ回路５を用いて読み出しプリアンプ４で増幅して
出力するＪ：うになっている。この信号は更に手元側に
配設されたアンプ６にて増幅した後、スイッチ回路７へ
入力され、この回路でフレーム切換用信号で２を用い各
色光に↑　　　　応じてフレームごとに切り換え、次没
のフレームメモリ８，９．１０に蓄積し、メモリ８，９
．１０より同時に読み出してカラーモニタ１１にてカラ
ー表示するようにしている。一方、内視鏡先端部１の照
明側Ｂには被写体に照明光を照射する照明レンズ１２と
その（貸方に後述の照明装置より光を導くライトガイド
ファイバ１３が配置されている。ライトガイドファイバ
１３は手元側に延設されていて、その端面に照明光が入
射されるようになっている。照明光は、三色分解用回転
フィルタ１４と駆動電流が可変可能にされる光源ランプ
１５等を用いて成る照１す１装置１６より供給される。

この照明装置１６に使用される回転フィルタ１４は第２
図に示ずように構成されている。回転フィルタ１４は円
形の遮光枠体１７に同一面積のＲｌＧ、Ｂ光透過用フィ
ルタ１８．１９．２０を扇状に配置して成る。この場合
、Ｒ，Ｇ、Ｂフィルタ１８．１９．２０は同一面積の遮
光領域１７ａ。

１７ｂ、１７Ｃを介在して配置されている。又、遮光枠
体１７の外周辺縁部にはＲ検出用ホールＨ１、Ｇ検出用
ホールト１２．Ｂ検出用ボールＨ３が設けられている。

これらのホールＨ１〜Ｈ３は夫々遮光領［１７ａ〜１７
ｃに対応した位置で、かつ径方向に略等間隔ずつずらし
て形成されている。

即ち、ホールＨ１、Ｈ２、Ｈａの順で円中心から近い位
置に設けられている。又、遮光枠体１７の遮光領域例え
ば１７ｃには回転フィルタ１４の一回転を検出するため
のスタートパルス検出用ボールＨｓがさらに中心に近づ
いた位置に設置プられている。以上のように構成された
回転フィルタ１４は第１図に示すように駆動モータ２１
にて一定速度で回転されるようになっている。そして、
上記回転フィルタ１４のＲ，Ｇ、Ｂ検出用ボールｌ−１
１゜１−１２　、　Ｈａ及びスタートパルス検出用ホー
ル１−１５は、回転フィルタ１４の外周辺縁部近傍に配
設されたフォトインタラプタ２２によって検出可能とさ
れている。フォトインタラプタ２２は第３図に示すよう
に例えば４対のフォトカブラを用いで構成されている。

即ち、フォトインタラプタ２２は略Ｕ字状に形成された
枠体２３に発光索子列Ｃと受光素子列りが相対向して配
置されて成る４組のフォトカブラ２４，２５．２６．２
７を右している。これらのフォトカブラ２４〜２７の内
、フォトカブラ２４は上記回転フィルタ１４のＲ検出用
ホールＨ１を検出りるためのもので、フォトカブラ２５
はＧ検出用ホールＨ２を検出するためのもので、フォト
カブラ２６はＢ検出用ボールＨ３を検出するためのもの
で、又フォトカブラ２７はスタートパルス検出用ホール
Ｈｓを検出するためのものである。なお、フォトカブラ
２４〜２７は図示しない駆動源にて駆動されるようにな
っている。

そして、フォトインクラブタ２２はＲ，Ｇ、Ｂ検出用ホ
ールＨ１、ｌ−１２、ｌ−１３を検出するごとに各フォ
トカブラより検出信号を出力し同期信号発生器２８に入
力するようにしている。同期信号発生器２８は例えば異
なった利得を有する三つの増幅器（又は利得の可変調整
が可能に構成された三つの増幅器）にて構成され、各増
幅器に上記各検出信号を入力することにＪ二つてＲ，Ｇ
、Ｂごとに即ち遮光領［１７ａ、１７ｂ、１７ｃに同期
して異なった振幅のパルス出力を発生ずるようにしてい
る。同期信号発生″／＋２８からのパルス出力は電流制
御部２９へ入ツノ８°れる。電流制御部２つでは、上記
パルス出力の入力時点よりその値に対応した制御電圧を
発生し次のパルス出力が入力されるまで発生し続ける。

即ち、電流制御部２９はＲ照明期間、Ｂ照明期間、Ｇ照
明期間に対応した制御電圧を出力し、その電圧を可変電
流源３０の制御端子に加える。可変電流源３０は反射鏡
を備えた光源ランプ１５に駆動電流を供給するものであ
って、上記制御電圧に対応して電流値が制御されるよう
になっている。従って、光源ランプ１５の照射光量は上
記制御電圧の大小によって変えられ、レンズ３１．３２
を通して平行光状態で回転フィルタ１４に照射されるよ
うになっている。つまり、照射光景は回転フィルタ１４
の各色フィルタ１８゜１９．２０に同期して切り換えら
れる。そして、回転フィルタ１４を透過した光はレンズ
３３で集光してライトガイドファイバ１３の端面に入射
するようにしている。なお、フォトインクラブタ２）　
　　　２にて検出されるホールＨ１〜Ｈ３にＪ：るパル
ス信号やホールＨｓによるスタートパルス信号はアンプ
３４にて増幅した後、信号発生部３５に入力され、これ
らのパルス信号によりフレーム切換用信号ｆ２を発生す
るど共に、信号発生部３５内に構成された発振器を用い
て読出し用クロック信号ｆ１を作成するようにしている
。読出し用クロック信号ｆ１は回転フィルタ１４の遮光
期間内に出力されて固体ｒａｍ索子３の信号読出しをそ
のｌ！Ｉ１間内に行えるようにされている。

以上のように構成された照明装置１６の動作を第４図を
用いて説明り゛ると、まず回転フィルタ１４が一定速度
で回転している状態では、フォトインタラプタ２２はＲ
，Ｇ、Ｂ検出用ホールＨ１゜１−１２．Ｈ３を時間的に
同一間隔で検出し同図（ａ）に示すような検出パルス信
号を出力する。このパルス信号は同一レベルで出力され
るものとする。

そして、このＲ，Ｇ、Ｂのホール検出信号は入力対出力
振幅の比がＲ，Ｇ、Ｂごとに設定された同期信号発生器
２８に人ノ↓される。同期信号発生器２８のＲ，Ｇ、Ｂ
ごどの人力対出力振幅の比はＢについて最大で、Ｇ、Ｒ
の順に小さくするように設定することにより、その信号
出力が同図（ｂ）に示すような振幅関係のパルス状信号
となるようにする。この信号は電流制御部２９に入力さ
れてランプ駆動用電流源３０の制御電圧が作成される。

制御電圧は同期信号レベルに対応して変化づ−る階段状
電圧で、これによってランプ駆動Ｔｉ流Ｉは同図（Ｃ）
に示すように階段状に変化する。従って、光源ランプ１
５の照射光量も同図（ｄ）に示ずにうに電流Ｉにほぼ対
応して変化ず゛ることになる。

この結果、同期信号発生器２８の三つの信号出力の値を
、ホールＨ１〜Ｈ３の検出に対応し゛Ｃ適当に設定すれ
ば、固体撮像素子３の分光感度特性を補償するに足る分
光強度を有した照明光を（Ｊることができる。即ち、電
気回路的な調整のみで三色の先位を調節できる。

尚、第２図では、Ｒ，Ｇ、Ｂ検出用ホール１−１１゜８
２、Ｈ３を遮光枠体１７に形成してＲ，Ｇ、Ｂごとの検
出を行うように構成しているが、ボールに代え遮光枠体
１７の外周辺縁部を切り欠いてスリットを形成するよう
にしてもよい。この場合、フォトインタラプタ２２は第
３図と同様の・ｂのであるとすると、スリットの切込み
の深さく中心方向の奥行）はＲ，Ｇ、Ｂごとの検出を可
能とするためＲ，Ｇ、Ｂの順に大きく形成する。但し、
このように形成されたスリットを第３図に示すようなフ
ォトインタラプタ２２で検出する場合には、Ｒ，Ｇ、Ｂ
各検出用スリットの深さが、違うのでＲ検出用スリット
はフォトカブラ２４のみで検出し、Ｇ検出用スリットは
二つのフォトカブラ２４．２５で検出し、Ｂ検出用スリ
ットは三つのフォトカブラ２４．２５．２６で検出する
ことになり、このためＲ，Ｇ、Ｂの各検出ごとにフォト
カブラの合停出力を得るように構成すると、インタラプ
タ２２出力がＲ，Ｇ、Ｂごとに第４図（ｂ）に示す同期
信号出力のように異なったレベルの検出信号となる。従
って、スリット形状による場合、インクラブタ２２出力
を増幅、整形等してそのまま同期信号として使用し、こ
れを電流制御部２９に入力して階段状制御電圧を作成す
るように構成することもできる。

又、第２図ではＲ，Ｇ、Ｂの各色フィルタ１８゜１９．
２０を扇状に配しているが、必ずしもバー形である必要
はない。即ち、ライトガイドファイバ１３端面に対向す
る部分の各色フイルタ面積（有効面積）が同一であれば
、例えば円環状に配されていてもよい。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、同一の遮光領域を介
在して周一面積で三色フィルタを配置して成る回転フィ
ルタへ、光源電流が可変可能な光源より照明光を照射す
るようにし、光源電流を各色フイルタ領域ごとに任意に
制御し得るようにゼ４成したので、電気回路的な調整で
三色光の強弱を調節することかでき、例えばカラー撮像
手段どして用いられる固体撮像素子の分光感度特性を補
償し得る三色光を得ること、ができる。従って、上記の
ような照明装置を例えば内視鏡の撮像手段と組み合わせ
て使用する場合、ライトガイドファイバ竿 の光学的な経年変化や、組み合わされる搬倣手段の種類
や状態に応じて、撮像手段より取り出される出力のレベ
ルを各色間で調整することが容易どなり、三色のバラン
ス所謂白色バランスの調整が容易にしかも正確に行い１
ｎるにうになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るカラー撮像装置の照明装置の一実
施例を承り（１１１成図、第２図は回転フィルタの構成
を示す正面図、第３図はフォトインタラプタの構成を示
す断面図、第４図は第１図の装置の動作を説明する：Ｊ
２　＋９１図、第５図はＣＯＤの分光感度特性を示すグ
ラフ、第６図はＣＯＤに対応した理想的光源の分光強度
特性を示すグラフ、第７図は従来の照明装置に用いられ
る回転フィルタの構成を示す正面図である。 ３・・・固体撮像素子 １３・・・ライトガイドファイバ １４・・・回転フィルタ　　　１５・・・光源ランプ１
７ａ、１７ｂ、１７ｃ・Ｎ光領域 １８・・・Ｒフィルタ　　　　　１つ・・・Ｇフィルタ
２０・・・Ｂフィルタ　　　　２１・・・モータ２２・
・・フォトインタラプタ ２８・・・同期信号発生器　　２９・・・電流制御部３
０・・・可変電流源 第５図 第６図 ；良長（ｎｍ） 第７図 り　　　　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 同一の遮光間隔をおいて同一面積比で三色の各透過フィ
   ルタが分割配置されていて、一定速度で回転することに
   より、照明光を時系列的に三色分解する回転フィルタと
   、 この回転フィルタに照明光を照射するための照明光源及
   びその駆動源と、 この照明光源の駆動電流を制御するための電流制御手段
   と、 前記回転フィルタに配置された各色フィルタに対応して
   、三色の種類を検出するための検出手段と、 この検出手段からの三色の検出信号に対応して各色ごと
   に異なったレベルの信号出力を発生し、前記電流制御手
   段に供給する信号発生手段とを具備し、各色光ごとに光
   量を変化させるようにしたことを特徴とするカラー撮像
   装置の照明装置。