JP2002014291A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像エリアの配光特性等が変化しても、分割
測光エリアの測光条件の不均一をなくして良好な明るさ
制御を行い、またアイリス制御等の動作範囲も狭めない
ようにする。 【解決手段】 電子内視鏡には、対物光学系、ＣＣＤ、
大きさ及び配光特性を含む撮像エリア情報を格納したメ
モリを設け、この電子内視鏡を接続するプロセッサ装置
では、分割測光エリアを用いて受光状態を測定する測光
部、マイコン等を備え、このマイコンは、電子内視鏡側
の上記撮像エリア情報を読み取り、上記測光部に大きさ
の異なる複数の測光エリアＥ_Ａ〜Ｅ_Ｃを設定すると共
に、これら測光エリアＥ_Ａ〜Ｅ_Ｃの各分割エリアに対し
重み付けＡ〜Ｃを付与する。これにより、対物光学系で
決定される実際の撮像エリアＦ_Ａ〜Ｆ_Ｃの大きさ、配光
特性が変化した場合でも、良好な測光及び明るさ制御が
実現できる。

Description

【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装置、特
に映像の明るさを調節するために、撮像面上において設
定された分割測光エリアで撮像素子の受光状態を測定す
る回路構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子内視鏡装置は、電子内視鏡に設けら
れた固体撮像素子［ＣＣＤ（Charge Coupled Devic
e）］で得られた撮像信号をプロセッサ装置等で信号処
理することにより、被観察体像をモニタに表示する。そ
して、この電子内視鏡装置では、上記ＣＣＤでの受光状
態を測定し、上記モニタに表示される被観察体映像の明
るさを良好にするための制御が行われる。

【０００３】図６（Ａ）には、ＣＣＤの撮像面に設定さ
れる従来の分割測光エリアが示されている。図示される
ように、この四角形の測光エリアＥ_Ａは、撮像面におい
て１乃至７の分割エリアを有しており、この測光エリア
Ｅ_Ａに対し対物光学系の結像面光束範囲である実際の撮
像エリア（円形の斜線部）がＦ_Ａとなる。この測光エリ
アＥ_Ａでは、分割エリア１乃至７のそれぞれの受光量
（輝度値）が検出されるが、例えば中心エリア４は重み
係数２、その左右エリア３及び５は重み係数１．５、上
下エリア１，２，６及び７は重み係数１とされ、それぞ
れの受光量に対し上記重み係数が掛けられることによ
り、測光エリアＥ_Ａの全体の受光状態（明るさ）が判定
される。

【０００４】そして、この測光エリアＥ_Ａの受光データ
によって、電子内視鏡装置では光源装置にてアイリス制
御をしたり、上記ＣＣＤにて電子シャッタ制御を行った
りすることになる。即ち、光源装置のアイリス制御回路
では上記受光データに基づき絞り開口量が制御され、被
観察体へ照射される光の出力調節により、一定の明るさ
の映像が得られる。また、電子シャッタ制御を行う電子
内視鏡では、上記受光データに基づきＣＣＤの電荷蓄積
時間が制御され、被観察体の像光入射量（露光量）の調
節により、良好な明るさの映像が得られることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の分割測光エリアによる明るさ制御においては、撮像
エリアの大きさが異なる電子内視鏡をプロセッサ装置に
接続した場合等では、分割したエリア毎に測光を行うこ
との意味、効果が減殺されるという問題があった。即
ち、電子内視鏡の種類によってはその先端の対物光学系
により設定される実際の撮像エリア（結像面光束範囲）
が異なり、図６（Ｂ）に示されるように、例えばＦ_Ｃの
小さな撮像エリアが設定される場合（狭角スコープ）が
あるが、このような内視鏡を接続した場合であっても、
プロセッサ装置側で設定される測光エリアはＥ_Ａとな
る。この結果、図６（Ｂ）から理解されるように、全体
の測光では、周辺エリア１〜３，５〜７よりも中心エリ
ア４の受光量の寄与が大きくなり、中心部に突起物又は
陥没が存在する場合では、周辺部が暗くなったり又は周
辺部が明るくなり過ぎたりする。

【０００６】また、図６（Ｂ）のように、実際の撮像エ
リアＦ_Ｃが図６（Ａ）のＦ_Ａ場合よりも小さくなると、
光源装置のアイリス制御等ではその絞り部材の動作範囲
を狭めるという不都合がある。即ち、アイリス制御にお
いては中間の明るさの動作位置を絞り部材可動範囲の中
心位置に設定し、この位置から閉じる方向と開く方向に
絞り部材を動かせることが好ましいが、測光における全
体の受光量が少なくなると、この中間の明るさの動作位
置が明るくなる動作方向へシフトし、絞り部材を開く方
向の動作範囲が狭くなって良好な光量制御ができなくな
る。

【０００７】更に、電子内視鏡装置ではライトガイドで
導かれた光を被観察体へ照射し、その反射光を対物光学
系を介して撮像素子撮像面へ入射することになるが、こ
の撮像面（又は撮像エリア）で捉えられる配光特性（配
光分布）が実際に設定される上記撮像エリアの大きさで
異なり、この配光特性の相違によって１乃至７の各分割
エリアで測定される受光量が不均一になるという問題が
ある。

【０００８】図７には、図６（Ａ），（Ｂ）の撮像エリ
アにおける水平方向の配光特性が示されており、図７
（Ａ）は図６（Ａ）の撮像エリアＦ_Ａの配光特性（標準
スコープ）、図７（Ｂ）は図６（Ｂ）の撮像エリアＦ_Ｃ
の配光特性（狭角スコープ）である。図７のＳは水平同
期信号で、この配光特性は水平走査ラインに沿った光強
度分布を示している。標準スコープの場合は、図７
（Ａ）のように比較的なだらかな光強度分布となるが、
狭角スコープの場合は図７（Ｂ）のように中心部の光強
度が高く、急に盛り上がる配光特性となる。このような
配光特性は、撮像エリアＦ_Ａの全方位方向で同様とな
り、この配光特性の相違により中心部４と周辺エリア１
〜３，５〜７の受光量に差が生じてしまう。

【０００９】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、撮像エリアの配光特性等が変化し
た場合でも、分割測光エリアの測光条件を均一にして明
るさ制御を良好に行うことができ、またアイリス制御等
における動作範囲も狭められることのない電子内視鏡装
置を提供することにある。

【００１０】

【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、対物光学系及び撮像素子を
設けた各種の電子内視鏡が本体側に接続自在となるよう
に構成され、上記撮像素子の受光状態から映像の明るさ
を制御する電子内視鏡装置において、上記本体側に、上
記撮像素子撮像面内で設定された複数の分割エリアを有
する測光エリアにより当該撮像素子の受光状態を測定す
る測光回路と、上記撮像素子の撮像エリアの配光特性に
応じて上記測光エリア内分割エリアの測定値に異なる重
み付けを付与し、映像の明るさを判定する判定回路とを
設けたことを特徴とする。

【００１１】請求項２に係る発明は、上記測光回路で
は、大きさの異なる複数の測光エリアを設定可能に構成
し、この測光エリアを上記撮像素子の撮像エリアの大き
さに対応して選択するようにしたことを特徴とする。請
求項３に係る発明は、上記電子内視鏡側に上記配光特性
を含む撮像エリア情報を持たせ、上記本体側ではこの撮
像エリア情報を読み取り、これに対応する上記重み付け
を設定することを特徴とする。

【００１２】上記の構成によれば、本体側の例えばプロ
セッサ装置は電子内視鏡側から撮像エリア情報（大き
さ、配光特性を含む）を読み取り、撮像素子撮像面にお
いて設定されている実際の撮像エリアの配光特性に対応
して測光エリアの各分割エリアに重み付けを付与する。
この重み付けは、配光特性を考慮するだけでなく、大き
さが変わった撮像エリアと測光エリアの面積比率の変化
（各分割エリア毎の変化）を考慮して設定することが好
ましい。これにより、配光特性又は撮像エリアの大きさ
が異なる電子内視鏡をプロセッサ装置に接続したとして
も、測光エリア内の中心エリアと周辺エリアとの測光条
件の不均一が解消され、良好な明るさの映像を形成する
ことができる。

【００１３】また、請求項２の発明によれば、上記測光
回路において、撮像エリアの大きさに対応して略同じ大
きさの測光エリアが設定されるので、測光条件の不均一
が更に解消されると共に、光源アイリス制御等において
絞り部材の動作範囲が狭められることもない。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１には、実施形態の第１例に係
る電子内視鏡装置の回路構成が示されており、当該装置
では、各種の電子内視鏡（スコープ）１０が本体側のプ
ロセッサ装置１２に着脱自在に取り付けられる。図１に
おいて、電子内視鏡１０では、先端部に対物光学系１３
を介して撮像素子であるＣＣＤ１４が配置され、コネク
タ部等に撮像エリアの大きさの情報を格納したメモリ
（ＥＥＰＲＯＭ）１５が設けられる。

【００１５】一方、プロセッサ装置１２では、ＣＣＤ１
４の出力信号を入力し、相関二重サンプリング及び自動
利得制御を行うＣＤＳ（Correlated Double Sampling）
／ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路１８が設けら
れ、このＣＤＳ／ＡＧＣ回路１８の後段に、Ａ／Ｄ変換
器１９、ビデオ信号に対し各種の映像処理を施すＤＳＰ
（Digital Signal Processor）２０が接続される。この
ＤＳＰ２０内に、分割測光エリアに基づいて受光状態
（映像の明るさ、輝度）を加算レジスタ等を用いて測定
する測光部（輝度情報検出部）２１が設けられる。ま
た、この測光部２１の制御を含む各種の制御を行うため
にマイコン２３、測光エリアパターンデータ、重み付け
データを含む各種制御のための情報を格納するメモリ２
４等が配置される。

【００１６】そして、当該例では、上記マイコン２３の
制御により、図２に示される複数のパターンの測光エリ
アＥ_Ａ〜Ｅ_Ｃ及び重み付けＡ〜Ｃが設定できると共に、
このマイコン２３内には、上記ＣＣＤ１４の撮像エリア
の配光特性に応じて分割エリアの測定値に異なる重み付
けを付与し映像の明るさを判定する判定回路を有してい
る。即ち、図２（Ａ）は従来から存在する標準のパター
ン１であり、このパターン１ではＣＣＤ１４の撮像面に
対物光学系によって位置決めされた結像位置の円形の撮
像エリア（斜線部）Ｆ_Ａに対し、その円周の左右が接す
る四角形の測光エリアＥ_Ａ（１〜７の分割エリアを持
つ）が設定される。そして、この標準のパターン１は図
７（Ａ）の配光特性（分布）を有しており、この配光特
性等を考慮し測光エリアＥ_Ａ内の分割エリアの重み付け
Ａとして、エリア１，２，６，７に重み係数１、エリア
３，５に重み係数１．５、中心エリア４に重み係数２が
付与される。

【００１７】図２（Ｂ）は、縮小のパターン２であり、
このパターン２では同一のＣＣＤ１４の撮像面に位置決
めされた図２（Ａ）よりも小さい円形の撮像エリアＦ_Ｂ
に対し、その円周の左右が接するように横幅を短くした
四角形の測光エリアＥ_Ｂが設定される。この測光エリア
Ｅ_Ｂでは、中心エリア４を含む全ての分割エリア１〜７
の横幅が縮小される。また、この撮像エリアＦ_Ｂの配光
特性に対応し測光エリアＥ_Ｂの分割エリアの重み付けＢ
として、エリア１，２，６，７に重み係数０．８、エリ
ア３，５に重み係数１．５、中心エリア４に重み係数
１．６が付与される。

【００１８】図２（Ｃ）は、縮小のパターン３であり、
このパターン３では同一のＣＣＤ１４の撮像面に位置決
めされた図２（Ｂ）よりも更に小さい円形の撮像エリア
Ｆ_Ｃに対し、その円周の上下、左右が接するように全体
的に縮小した四角形の測光エリアＥ_Ｃが設定されてお
り、この場合は分割エリア１〜７の全ての大きさが同一
比率で小さくなる。そして、この縮小のパターン３は図
７（Ｂ）の配光特性を有しており、この配光特性に対応
し測光エリアＥ_Ｃの分割エリアの重み付けＣとして、エ
リア１，２，６，７に重み係数０．７、エリア３，５に
重み係数１．５、中心エリア４に重み係数１．２が付与
される。

【００１９】即ち、撮像面で捉えられる配光特性（図
７）では、撮像エリアＦ_Ａ〜Ｆ_Ｃの直径が小さくなる
程、中心部の光強度が高くなるので、各測光エリアＥ_Ａ
〜Ｅ_Ｃで設定される中心エリア４の重み付けを、周辺エ
リア１〜３，５〜７に比べて小さくする。そして、上記
各測光エリアＥ_Ｂ，Ｅ_Ｃの重み付けＢ，Ｃは、各分割エ
リア１〜７とその中の撮像エリア（Ｆ_Ａ〜Ｆ_Ｃ）の面積
比率の変化をも考慮して決めることになる。なお、これ
ら測光エリアＥ_Ａ〜Ｅ_Ｃの分割パターン（１〜７）は、
この例に限らず、種々のパターンが適用可能である。

【００２０】上述した測光エリアＥ_Ａ〜Ｅ_Ｃのエリア構
成データ及び重み付けデータは、メモリ２４等に記憶さ
れており、このメモリ２４からマイコン２３が上記エリ
ア構成データを読み出し、ＣＣＤ１４の画素単位のアド
レスを指定することにより測光部２１に選択された測光
エリアが設定される。これにより、測光部２１は、指定
された領域の画素単位の受光量を分割エリア（１〜７）
毎に、例えば加法平均によって演算する。また、マイコ
ン２３は上記重み付けデータを読み出して上記演算値に
重み係数を掛け、これににより全体の受光状態を判定す
る。

【００２１】第１例は以上のように構成され、その作用
を図３及び図４を参照しながら説明する。図３におい
て、アイリス設定ルーチンでは、まずStep１０１にて測
光以外の初期設定を行い、次のStep１０２では、電子内
視鏡１０側のメモリ１５から撮像エリア情報（例えばパ
ターン情報）を読み込む。次のStep１０３では、この撮
像エリア情報が標準のパターン１であるか否かを判定し
ており、ＹＥＳのときはStep１０４にて測光エリアＥ_Ａ
が設定され、次のStep１０５にて重み付けＡが付与され
る［図２（Ａ）］。

【００２２】一方、Step１０３にてＮＯのときは、Step
１０６で撮像エリア情報が縮小のパターン２であるか否
かを判定しており、ＹＥＳのときはStep１０７にて測光
エリアＥ_Ｂが設定され、次のStep１０８で重み付けＢが
付与される［図２（Ｂ）］。また、上記Step１０６にて
ＮＯのときは、Step１０９で撮像エリア情報が縮小のパ
ターン３であるか否かを判定しており、ＹＥＳのときは
Step１１０にて測光エリアＥ_Ｃが設定され、次のStep１
１１で重み付けＣが付与される。

【００２３】そして、図１の測光部２１では、図２
（Ａ）〜（Ｃ）に示した撮像エリアＦ_Ａ〜Ｆ_Ｃの大きさ
に対応した測光エリアＥ_Ａ〜Ｅ_Ｃにより測光が行われ
る。図４には、上記測光エリアＥ_Ｂの分割エリア２が示
されており、この測光エリアＥ_Ｂの測光は、長さＤ_１の
水平ラインの画素単位の受光量を上側から下側まで順に
加算レジスタ等により加算し、解答レジスタ等で加法平
均を演算することにより行われる。一方従来では、撮像
エリアＦ_Ｂに対し測光エリアＥ_Ａが設定されるので、長
さＤ_２の水平ラインの受光量が上側から下側まで上記と
同様にして加法平均演算される。従って、当該例の測光
エリアＥ_Ｂは、従来（Ｅ_Ａ）と比較すると、撮像エリア
Ｆ_Ｂの大きさに近くなり、中心エリアと周辺エリアの測
光値のバランスが上記標準パターン１の場合と同様とな
り、分割エリア測光の結果が略均一となる。

【００２４】その後、上記測光エリアＥ_Ａ〜Ｅ_Ｃで測光
された各分割エリア１〜７の測定値にはマイコン２３に
より上記重み付けＡ〜Ｃの各係数が掛けられ、全体の受
光状態、即ち映像の明るさが判定されることになり、こ
の明るさの判定出力によりアイリス制御或いは電子シャ
ッタ制御が行われる。

【００２５】図５には、実施形態の第２例の構成が示さ
れており、この第２例は、測光エリアの大きさを変化さ
せないようにしたものである。この第２例では、上記の
ように撮像エリアの大きさがＦ_Ａ〜Ｆ_Ｃのように変化し
たとしても、常に標準のパターン１と同じ測光エリアＥ
_Ａが設定され、また重み付けについては、配光特性と、
分割エリアとその中で大きさが変化する撮像エリア（Ｆ
_Ａ〜Ｆ_Ｃ）との比率を考慮して設定される。

【００２６】図５の場合は、撮像エリアＦ_Ｃのときの重
み付けＤが示されており、例えばエリア１，２，６，７
に重み係数１、エリア３，５に重み係数１．６、中心エ
リア４に重み係数１．２が付与される。これによって、
縮小された撮像エリアＦ_Ｃであっても、中心エリア４と
周辺エリア１〜３，５〜７との測光条件が他の撮像エリ
アＦ_Ａ，Ｆ_Ｂと同様となり、良好な測光結果が得られ
る。

【００２７】なお、当該例において電子内視鏡１０側に
付与される撮像エリア情報（大きさ、配光特性）の情報
伝達手段は、コネクタ接続の際に判定できる構造的なも
のでもよいし、プロセッサ装置１２に入力した映像デー
タからその撮像エリアの大きさを直接的に判定するよう
にしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、装置本体側に、複数の分割エリアを有する測光
エリアにより撮像素子の受光状態を測定する測光回路
と、撮像素子撮像エリアの配光特性に応じて測光エリア
内の分割エリア測定値に異なる重み付けを付与し、映像
の明るさを判定する判定回路とを設けたので、実際の撮
像エリアが変わり配光特性が変化した場合でも、分割測
光エリアの測光条件を均一にして明るさ制御を良好に行
うことができる。

【００２９】また、請求項２の発明によれば、上記測光
回路において、大きさの異なる複数の測光エリアを撮像
エリアの大きさに対応して選択・設定できるようにした
ので、分割エリア測光の測光条件を更に均一にすること
ができ、またアイリス制御時の絞り部材の動作範囲が狭
められることもなく、良好な明るさの映像を形成するこ
とが可能となる。

【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装
置の構成を示す回路図である。

【図２】第１例の装置で設定される撮像エリアと測光エ
リアの各種パターンを示す説明図である。

【図３】第１例の装置におけるアイリス設定動作を示す
フローチャートである。

【図４】第１例で設定される縮小のパターン（２）と従
来とにおける測光エリア（分割エリア２）の比較を示す
説明図である。

【図５】実施形態の第２例で設定される撮像エリアと測
光エリアを示す説明図である。

【図６】従来装置で設定される撮像エリアと測光エリア
の関係を示す説明図である。

【図７】撮像素子撮像面に対する入射光の配光特性を示
す説明図である。

【符号の説明】

１０ … 電子内視鏡、 １２ … プロセッサ装置、 １４ … ＣＣＤ、 １５，２４ … メモリ、 ２０ … ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、 ２１ … 測光部、 ２３ … マイコン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物光学系及び撮像素子を設けた各種の
   電子内視鏡が本体側に接続自在となるように構成され、
   上記撮像素子の受光状態から映像の明るさを制御する電
   子内視鏡装置において、 上記本体側に、上記撮像素子撮像面内で設定された複数
   の分割エリアを有する測光エリアにより当該撮像素子の
   受光状態を測定する測光回路と、上記撮像素子の撮像エ
   リアの配光特性に応じて上記測光エリア内分割エリアの
   測定値に異なる重み付けを付与し、映像の明るさを判定
   する判定回路とを設けたことを特徴とする電子内視鏡装
   置。
2. 【請求項２】 上記測光回路では、大きさの異なる複数
   の測光エリアを設定可能に構成し、この測光エリアを上
   記撮像素子の撮像エリアの大きさに対応して選択するよ
   うにしたことを特徴とする上記請求項１記載の電子内視
   鏡装置。
3. 【請求項３】 上記電子内視鏡側に上記配光特性を含む
   撮像エリア情報を持たせ、上記本体側ではこの撮像エリ
   ア情報を読み取り、これに対応する上記重み付けを設定
   することを特徴とする上記請求項１又は２記載の電子内
   視鏡装置。