JP4871153B2 - ヘッド分離型カメラおよびカメラヘッド - Google Patents

Description

本発明は、ヘッド分離型カメラに関し、特に、ブラックバランスを調整する機能を備えたカメラヘッドに関するものである。

従来、ＣＣＤなどの撮像素子を備えたカメラヘッドが、カメラヘッドの動作を制御するカメラコントロールユニットにカメラケーブルを介して着脱可能に接続されたヘッド分離型カメラが知られている。このようなヘッド分離型カメラは、例えば医療用や工業用の内視鏡等として用いられている（例えば特許文献１参照）。

従来のヘッド分離型カメラでは、ブラックバランスの調整を行うときに、カメラヘッドを遮光した状態でＣＣＤから得られる映像信号を、ブラックレベル信号（黒レベル信号ともいう）として、カメラヘッドからカメラコントロールユニットへカメラケーブルを介してアナログ伝送する。あるいは、ＣＣＤのオプティカルブラック部（ＯＢ部）から得られる映像信号を、ブラックレベル信号として、カメラヘッドからカメラコントロールユニットへカメラケーブルを介してアナログ伝送する。そして、カメラコントロールユニットのブラックバランス調整回路において、そのブラックレベル信号を用いてブラックバランスの調整が行われる。
特開平１１−１９７１０３号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、従来のヘッド分離型カメラでは、カメラヘッドには多くの種類があり、ＣＣＤやＣＤＳ回路等の特性もカメラヘッドごとにバラツキがある。また、カメラケーブルにはいろいろなケーブル長があり、減衰率等の特性もカメラケーブルごとにバラツキがある。また、カメラコントロールユニットには様々な機種があり、プロセッサ等の特性もカメラコントロールユニットごとにバラツキがある。したがって、従来のヘッド分離型カメラでは、カメラヘッド、カメラケーブル、カメラコントロールユニットの組合せを替えるたびに、カメラコントロールユニットのブラックバランス調整回路で、ブラックバランスの再調整を行う必要があるという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、カメラヘッド、カメラケーブル、カメラコントロールユニットの組合せを替えたときに、ブラックバランスの再調整を行う必要がないヘッド分離型カメラを提供することを目的とする。

本発明のヘッド分離型カメラは、カメラヘッドからカメラケーブルを介して伝送される映像信号を映像信号処理する映像信号処理手段を有するカメラコントロールユニットに前記カメラヘッドが着脱可能に取り付けられたヘッド分離型カメラにおいて、前記カメラヘッド、前記カメラケーブル、および前記カメラコントロールユニットは、互いに着脱可能であり、前記カメラヘッドは、複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子ごとのブラックバランスの調整値として、前記カメラヘッド別に設定されたブラックバランスの調整値を記憶する調整値記憶手段と、前記ブラックバランスの調整値に基づいて、前記複数の撮像素子の各々から得られた各映像信号の黒レベルが略同じレベルになるように、前記各映像信号のブラックバランスを調整するブラックバランス調整手段と、を備え、前記ブラックバランス調整手段によってブラックバランスの調整のみを行った各映像信号が、前記カメラヘッドから前記カメラケーブルを介して前記カメラコントロールユニットへ伝送され、前記カメラコントロールユニットの映像信号処理手段で映像信号処理される構成を有している。

この構成により、カメラヘッドの調整値記憶手段には、複数の撮像素子ごとのブラックバランスの調整値が記憶される。このブラックバランスの調整値は、カメラヘッド別に設定されている。そして、カメラヘッドのブラックバランス調整手段は、このブラックバランスの調整値を用いて、複数の撮像素子の各々の映像信号のブラックバランスを調整する。この場合、各映像信号の黒レベルが略同じレベルに揃うように、ブラックバランスが調整される。このように、カメラヘッド自体がブラックバランスの調整機能を備えており、ブラックバランスが調整された映像信号がカメラヘッドからカメラコントロールユニットへ伝送される。したがって、カメラヘッドの組合せを替えても、カメラコントロールユニットでブラックバランスの再調整を行う必要がない。

また、本発明のヘッド分離型カメラでは、前記ブラックバランスの調整値は、前記複数の撮像素子の一つである基準撮像素子の映像信号から得られたブラックバランスの基準調整値と、前記複数の撮像素子の各々と前記基準撮像素子との相対的なブラックバランスのずれを補正するための相対補正係数を含み、前記ブラックバランス調整手段は、前記基準調整値と前記相対補正係数に基づいて、前記各映像信号の黒レベルが略同じレベルになるように、前記各映像信号のブラックバランスを調整する構成を有している。

この構成により、カメラヘッドの調整値記憶手段には、ブラックバランスの基準調整値と相対補正係数が記憶される。そして、カメラヘッドのブラックバランス調整手段は、これらの基準調整値と相対補正係数を用いて、複数の撮像素子の各々の映像信号のブラックバランスを調整する。例えば、ＲＧＢの三つの撮像素子を備えている場合には、Ｇ信号用の撮像素子（基準撮像素子）の基準調整値とＲ信号用の撮像素子の相対補正係数を用いて、Ｒ信号用の撮像素子とＧ信号用の撮像素子との相対的なブラックバランスのずれを補正する。また、Ｇ信号用の撮像素子の基準調整値とＢ信号用の撮像素子の相対補正係数を用いて、Ｂ信号用の撮像素子とＧ信号用の撮像素子との相対的なブラックバランスのずれを補正する。このようにして、ＲＧＢの各映像信号の黒レベルが略同じレベルに揃うように、ブラックバランスを調整することができる。

また、本発明のヘッド分離型カメラでは、前記カメラヘッドは、前記映像信号をアナログデジタル変換するアナログデジタル変換手段を備え、前記カメラヘッドから前記カメラコントロールユニットへ前記映像信号がデジタル伝送される構成を有している。

この構成により、カメラヘッドのアナログデジタル変換手段によって、アナログの映像信号がデジタルの映像信号に変換される。そして、デジタルに変換された映像信号が、カメラヘッドからカメラコントロールユニットへデジタル伝送される。これにより、カメラヘッドからカメラコントロールユニットへの映像信号の伝送が容易になる。

本発明のカメラヘッドは、カメラヘッドと、前記カメラヘッドにカメラケーブルを介して接続されるカメラコントロールユニットを備えたヘッド分離型カメラ用のカメラヘッドであって、前記カメラヘッド、前記カメラケーブル、および前記カメラコントロールユニットは、互いに着脱可能であり、前記カメラヘッドは、複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子ごとのブラックバランスの調整値として、前記カメラヘッド別に設定されたブラックバランスの調整値を記憶する調整値記憶手段と、前記ブラックバランスの調整値に基づいて、前記複数の撮像素子の各々から得られた各映像信号の黒レベルが略同じレベルになるように、前記各映像信号のブラックバランスを調整するブラックバランス調整手段と、を備え、前記ブラックバランス調整手段によってブラックバランスの調整のみを行った各映像信号が、映像信号処理手段を有するカメラコントロールユニットへカメラケーブルを介して伝送され、前記映像信号処理手段で映像信号処理される構成を有している。

この構成によって、上記のように、カメラヘッド自体がブラックバランスの調整機能を備えており、ブラックバランスが調整された映像信号がカメラヘッドからカメラコントロールユニットへ伝送される。したがって、カメラヘッド、カメラケーブル、カメラコントロールユニットの組合せを替えても、カメラコントロールユニットでブラックバランスの再調整を行う必要がない。

本発明は、ブラックバランスの調整値記憶手段とブラックバランス調整手段をカメラヘッドに設けることにより、カメラヘッド自体がブラックバランス調整機能を備えるので、カメラヘッド、カメラケーブル、カメラコントロールユニットの組合せを替えたときにブラックバランスの再調整を行う必要がないという効果を有するヘッド分離型カメラを提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態のヘッド分離型カメラについて、図面を用いて説明する。本実施の形態では、例えば医療用や工業用の内視鏡等として用いられるヘッド分離型カメラの場合を例示する。

本発明の実施の形態のヘッド分離型カメラを図１〜図３を用いて説明する。図１は、ヘッド分離型カメラの構成を示すブロック図である。図２は、ヘッド分離型カメラの斜視図である。

図１および図２に示すように、ヘッド分離型カメラ１は、カメラヘッド２と、カメラヘッド２を制御するカメラコントロールユニット３を備えている。カメラヘッド２は、カメラコントロールユニット３にカメラケーブル４を介して接続されており、カメラケーブル４は、カメラコントロールユニット３に着脱自在に差し込まれている。つまり、カメラヘッド２は、カメラコントロールユニット３に着脱可能に取り付けられているといえる。または、カメラヘッド２が交換可能であるといえる。

図３は、カメラヘッドを交換したヘッド分離型カメラの斜視図である。図３では、図２の小型のカメラヘッド２を取り外して、大型のカメラヘッド２００を取り付けたヘッド分離型カメラ１００が示されている。カメラヘッドは、用途や性能等に応じて様々な種類のものが用意される。そして、図３に示すように、ヘッド分離型カメラ１００の使用状況等に応じて、適切な種類のカメラヘッドに交換される。また、ここでは特に図示しないが、カメラケーブル４もいろいろなケーブル長のものが用意される。そして、ヘッド分離型カメラの使用状況に応じて、適切な長さのカメラケーブルに交換される。

以下、カメラヘッド２とカメラコントロールユニット３の構成について説明する。ここでは、まず、カメラヘッド２の各構成について図１を用いて説明する。

図１に示すように、カメラヘッド２は、三つの撮像素子５を備えている。これらの撮像素子５は、ＣＣＤなどの固体撮像素子であり、三つの撮像素子５はそれぞれＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号に対応している。つまり、三つの撮像素子５は、それぞれＲ信号用、Ｇ信号用、Ｂ信号用の撮像素子５であり、このヘッド分離型カメラ１は、いわゆる３ＣＣＤカメラであるともいえる。

カメラヘッド２は、撮像素子５の後段に、相関二重サンプリング処理を行うＣＤＳ回路６を備えている。また、ＣＤＳ回路６の後段には、アナログデジタル変換処理を行うＡ／Ｄコンバータ７が備えられている。このＡ／Ｄコンバータ７が、本発明のアナログデジタル変換手段に相当する。

カメラヘッド２は、Ａ／Ｄコンバータ７の後段に、オプティカルブラッククランプ回路などで構成されたブラックバランス調整回路８を備えている。このブラックバランス調整回路８は、後述するブラックバランスの調整値を用いて、三つの撮像素子５から得られた各映像信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）の黒レベルが略同じレベルに揃うように、各映像信号のブラックレベルを調整する。ここでは、ブラックバランス調整回路８が、本発明のブラックバランス調整手段に相当する。

また、カメラヘッド２は、ＥＥＰＲＯＭなどのメモリで構成された調整値記憶部９を備えている。この調整値記憶部９には、三つの撮像素子５ごとのブラックバランスの調整値ＯＢＲ、ＯＢＧ、ＯＢＢが記憶されている。ここでは、調整値記憶部９が、本発明の調整値記憶手段に相当する。

ブラックバランスの調整値ＯＢＲ、ＯＢＧ、ＯＢＢの値は、カメラヘッド２毎に異なるものであり、カメラヘッド２固有の値であるといえる。これらのブラックバランスの調整値ＯＢＲ、ＯＢＧ、ＯＢＢの値は、カメラヘッド２の工場出荷時などに予め測定され、カメラヘッド２の調整値記憶部９に記憶されている。つまり、これらのブラックバランスの調整値ＯＢＲ、ＯＢＧ、ＯＢＢは、カメラヘッド２別に設定されているともいえる。

本実施の形態では、Ｇ信号用の撮像素子５から得られたブラックバランスの調整値ＯＢＧと、Ｒ信号用の撮像素子５とＧ信号用との相対的なブラックバランスのずれを補正する相対補正係数ＫＲと、Ｂ信号用の撮像素子５とＧ信号用との相対的なブラックバランスのずれを補正する相対補正係数ＫＢが、調整値記憶部９に記憶されている。ここでは、Ｇ信号に対応する撮像素子５が、本発明の基準撮像素子に相当し、その撮像素子５のブラックバランスの調整値ＯＢＧが、本発明の基準調整値に相当する。

この場合、基準調整値ＯＢＧや相対補正係数ＫＲ、ＫＢと、各撮像素子５のブラックバランスの調整値との関係は、下記の式によって表される。
ＯＢＲ＝ＯＢＧ×ＫＲ
ＯＢＧ＝ＯＢＧ
ＯＢＢ＝ＯＢＧ×ＫＢ

なお、三つの撮像素子５の相対的なブラックバランスのずれ（ＣＣＤのブラックバランス特性の差異）が許容範囲内であれば、カメラヘッド２に調整値記憶部９を設けず、ブラックバランス調整回路８に既定値を設定しておいてもよい。

つぎに、カメラコントロールユニット３の各構成について図１を用いて説明する。

図１に示すように、カメラコントロールユニット３は、マイコンなどで構成された制御部１０と、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などで構成された映像信号処理部１１を備えている。この映像信号処理部１１では、カメラヘッド２から送られた映像信号に各種の映像信号処理が施される。

カメラケーブル４は、カメラヘッド２からカメラコントロールユニット３へ映像信号をデジタル伝送する。本実施の形態では、低電圧差動伝送（ＬＶＤＳ）等によって、映像信号がカメラヘッド２からカメラコントロールユニット３へデジタル伝送される。この場合、映像信号だけでなく、カメラヘッド２に設けられたスイッチの制御信号やメモリのデータなどが多重化されている。さらに、カメラコントロールユニット３の制御部１０からのクロック信号やシャッター制御信号などを含めて双方向化されている。また、このカメラケーブル４には、デジタル信号振幅の減衰を防ぐためのバッファー回路が設けられている。

以上のように構成されたヘッド分離型カメラ１のブラックバランスの調整動作を説明する。

（ブラックバランスの調整値の設定）
本発明の実施の形態のヘッド分離型カメラ１は、工場出荷時などに予めブラックバランスの調整値ＯＢＲ、ＯＢＧ、ＯＢＢが設定される。例えば、カメラヘッド２を遮光して撮影を行うことによって、三つの撮像素子５からそれぞれ映像信号（ブラックレベル信号）が出力される。

撮像素子５から出力された映像信号（ブラックレベル信号）はＣＤＳ回路６に入力され、相関二重サンプリング処理によってノイズが除去される。その後、ＣＤＳ回路６から出力された映像信号は、Ａ／Ｄコンバータ７へ入力され、アナログデジタル変換が行われる。

アナログデジタル変換された映像信号は、ブラックバランス調整回路８に入力され、ブラックバランスの調整が行われる。このとき測定されたブラックバランスの調整値ＯＢＲ、ＯＢＧ、ＯＢＢが調整値記憶部９に記憶される。このようにして、カメラヘッド２毎にブラックバランスの調整値ＯＢＲ、ＯＢＧ、ＯＢＢが設定される。

（映像撮影時のブラックバランスの調整）
本実施の形態のヘッド分離型カメラ１を用いて映像を撮影すると、三つの撮像素子５からそれぞれ映像信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）が出力される。

撮像素子５から出力された映像信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）はＣＤＳ回路６に入力され、相関二重サンプリング処理によってノイズが除去される。その後、ＣＤＳ回路６から出力された映像信号は、Ａ／Ｄコンバータ７へ入力され、アナログデジタル変換が行われる。

アナログデジタル変換された映像信号は、ブラックバランス調整回路８に入力され、ブラックバランスの調整が行われる。このとき、予め設定されたブラックバランスの調整値ＯＢＲ、ＯＢＧ、ＯＢＢを用いて、各映像信号の黒レベル（ブラックレベル）が略同じレベルに揃うように、ブラックバランスの調整が行われる。

ブラックバランスを調整した映像信号は、カメラケーブル４を介して、カメラヘッド２からカメラコントロールユニット３へデジタル伝送される。そして、カメラコントロールユニット３の映像信号処理部１１で、各種の映像信号処理が施され、映像出力信号として出力される。

このような発明の実施の形態のヘッド分離型カメラ１によれば、ブラックバランスの調整値記憶部９とブラックバランス調整回路８をカメラヘッド２に設けることにより、カメラヘッド２自体がブラックバランス調整機能を備えるので、カメラヘッド２、カメラケーブル４、カメラコントロールユニット３の組合せを替えたときにブラックバランスの再調整を行う必要がない。

すなわち、本実施の形態では、カメラヘッド２の調整値記憶部９には、三つの撮像素子５ごとのブラックバランスの調整値が記憶される。このブラックバランスの調整値は、カメラヘッド２別に設定されている。そして、カメラヘッド２のブラックバランス調整回路８は、このブラックバランスの調整値を用いて、三つの撮像素子５の各々の映像信号のブラックバランスを調整する。この場合、各映像信号の黒レベルが略同じレベルに揃うように、ブラックバランスが調整される。このように、カメラヘッド２自体がブラックバランスの調整機能を備えており、ブラックバランスが調整された映像信号がカメラヘッド２からカメラコントロールユニット３へ伝送される。つまり、アナログ的なバラツキをカメラヘッド２内で完結することができる。したがって、カメラヘッド２、カメラケーブル４、カメラコントロールユニット３の組合せを替えても、カメラコントロールユニット３でブラックバランスの再調整を行う必要がない。

また、本実施の形態では、カメラヘッド２の調整値記憶部９には、ブラックバランスの基準調整値と相対補正係数が記憶される。そして、カメラヘッド２のブラックバランス調整回路８は、これらの基準調整値と相対補正係数を用いて、三つの撮像素子５の各々の映像信号のブラックバランスを調整する。例えば、ＲＧＢの三つの撮像素子５を備えている場合には、Ｇ信号用の撮像素子５（基準撮像素子）の基準調整値とＲ信号用の撮像素子５の相対補正係数を用いて、Ｒ信号用の撮像素子５とＧ信号用の撮像素子５との相対的なブラックバランスのずれを補正する。また、Ｇ信号用の撮像素子５の基準調整値とＢ信号用の撮像素子５の相対補正係数を用いて、Ｂ信号用の撮像素子５とＧ信号用の撮像素子５との相対的なブラックバランスのずれを補正する。このようにして、ＲＧＢの各映像信号の黒レベルが略同じレベルに揃うように、ブラックバランスを調整することができる。

また、本実施の形態では、カメラヘッド２のＡ／Ｄコンバータ７によって、アナログの映像信号がデジタルの映像信号に変換される。そして、デジタルに変換された映像信号が、カメラヘッド２からカメラコントロールユニット３へデジタル伝送される。そのため、共通のデジタルインターフェースを用いることにより、カメラヘッド２、カメラケーブル４、カメラコントロールユニット３の組合せを替えても容易に互換性を確保することができる。

また、本実施の形態では、低電圧差動伝送（ＬＶＤＳ）等のデジタル伝送によって、映像信号だけでなく、カメラヘッド２に設けられたスイッチの制御信号やメモリのデータなどを多重化することができる。また、カメラコントロールユニット３の制御部１０からのクロック信号やシャッター制御信号などを含めて双方向化することができる。

また、本実施の形態では、カメラケーブル４にバッファー回路を設けることによって、長尺ケーブルによるデジタル信号振幅の減衰を防ぐことができ、カメラケーブル４の無劣化延長が可能になる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

以上の説明では、図１に示すように、Ａ／Ｄコンバータの後段にブラックバランス調整回路を設け、ブラックバランス調整回路の出力をＡ／Ｄコンバータへ再入力する例について説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、Ａ／Ｄコンバータの前段にブラックバランス調整回路を設けてもよい。また、図５に示すように、ブラックバランス調整回路の出力をＡ／Ｄコンバータへ再入力しない構成であってもよい。

また、以上の説明では、カメラヘッドからカメラコントロールユニットへの映像信号の伝送を有線（カメラケーブル）で行う例について説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。カメラヘッドからカメラコントロールユニットへの映像信号の伝送は無線で行ってもよい。

以上のように、本発明にかかるヘッド分離型カメラは、カメラヘッド、カメラケーブル、カメラコントロールユニットの組合せを替えてもブラックバランスの再調整を行う必要がないという効果を有し、医療用や工業用の内視鏡として用いられ、有用である。

本発明の実施の形態におけるヘッド分離型カメラのブロック図 本実施の形態のヘッド分離型カメラの斜視図 他のカメラヘッドに交換したヘッド分離型カメラの斜視図 他の実施の形態におけるヘッド分離型カメラのブロック図 さらに他の実施の形態におけるヘッド分離型カメラのブロック図

符号の説明

１ ヘッド分離型カメラ
２ カメラヘッド
３ カメラコントロールユニット
４ カメラケーブル
５ 撮像素子
７ Ａ／Ｄコンバータ
８ ブラックバランス調整回路
９ 調整値記憶部

Claims (4)

1. カメラヘッドからカメラケーブルを介して伝送される映像信号を映像信号処理する映像信号処理手段を有するカメラコントロールユニットに前記カメラヘッドが着脱可能に取り付けられたヘッド分離型カメラにおいて、
   前記カメラヘッド、前記カメラケーブル、および前記カメラコントロールユニットは、互いに着脱可能であり、
   前記カメラヘッドは、
   複数の撮像素子と、
   前記複数の撮像素子ごとのブラックバランスの調整値として、前記カメラヘッド別に設定されたブラックバランスの調整値を記憶する調整値記憶手段と、
   前記ブラックバランスの調整値に基づいて、前記複数の撮像素子の各々から得られた各映像信号の黒レベルが略同じレベルになるように、前記各映像信号のブラックバランスを調整するブラックバランス調整手段と、
   を備え、
   前記ブラックバランス調整手段によってブラックバランスの調整のみを行った各映像信号が、前記カメラヘッドから前記カメラケーブルを介して前記カメラコントロールユニットへ伝送され、前記カメラコントロールユニットの映像信号処理手段で映像信号処理されることを特徴とするヘッド分離型カメラ。
2. 前記ブラックバランスの調整値は、
   前記複数の撮像素子の一つである基準撮像素子の映像信号から得られたブラックバランスの基準調整値と、前記複数の撮像素子の各々と前記基準撮像素子との相対的なブラックバランスのずれを補正するための相対補正係数を含み、
   前記ブラックバランス調整手段は、
   前記基準調整値と前記相対補正係数に基づいて、前記各映像信号の黒レベルが略同じレベルになるように、前記各映像信号のブラックバランスを調整することを特徴とする請求項１に記載のヘッド分離型カメラ。
3. 前記カメラヘッドは、
   前記映像信号をアナログデジタル変換するアナログデジタル変換手段を備え、
   前記カメラヘッドから前記カメラコントロールユニットへ前記映像信号がデジタル伝送されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッド分離型カメラ。
4. カメラヘッドと、前記カメラヘッドにカメラケーブルを介して接続されるカメラコントロールユニットを備えたヘッド分離型カメラ用のカメラヘッドであって、
   前記カメラヘッド、前記カメラケーブル、および前記カメラコントロールユニットは、互いに着脱可能であり、
   前記カメラヘッドは、
   複数の撮像素子と、
   前記複数の撮像素子ごとのブラックバランスの調整値として、前記カメラヘッド別に設定されたブラックバランスの調整値を記憶する調整値記憶手段と、
   前記ブラックバランスの調整値に基づいて、前記複数の撮像素子の各々から得られた各映像信号の黒レベルが略同じレベルになるように、前記各映像信号のブラックバランスを調整するブラックバランス調整手段と、
   を備え、
   前記ブラックバランス調整手段によってブラックバランスの調整のみを行った各映像信号が、映像信号処理手段を有するカメラコントロールユニットへカメラケーブルを介して伝送され、前記映像信号処理手段で映像信号処理されることを特徴とするカメラヘッド。

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