(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の照明光を出射可能な光源部と、
各々が光を受光して光電変換を行うことによって電気信号を生成する複数の画素が二次面上に配置され、前記複数の画素のうち読み出し対象領域として任意に設定された画素が生成した電気信号を画素情報として複数の水平ラインをラインごとに順次読み出し可能なセンサ部と、
前記センサ部の前記読み出し対象領域に属する前記複数の水平ラインのうち、初めに読み出される水平ライン上の複数の前記画素を露光するための露光期間の開始時点から該水平ライン上の各画素が生成した前記画素情報の読み出しが完了するまでを１フレーム期間として、毎フレームで前記読み出し対象領域に属する前記画素から前記画素情報を読み出すように制御する制御部と、
少なくとも２フレーム期間分の長さを有する照明期間ごとに、前記センサ部から最初に読み出される前記水平ラインの前記露光期間の開始に同期して前記複数の照明光を順次出射するように前記光源部を制御する光源制御部と、
前記照明光が切り替わるタイミングを含む期間に前記センサ部が受光した光に基づく画素情報を用いることにより、前記制御部が取得する画像データのうち時間的に前後して取得した２つの画像データを補間する補間画像データを生成する補間画像生成部と、
を備え、
前記制御部は、
前記毎フレームで前記センサ部が読み出す前記画素情報のうち、前記照明期間の最初の１フレーム期間に前記センサ部が読み出した前記画素情報に対応する画像データを所定の処理対象から除外する制御を行う一方、前記照明期間のその他のフレーム期間に前記センサ部が読み出した前記画素情報に対応する画像データを取得し、前記所定の処理を施すことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記照明期間の最初の１フレーム期間に前記センサ部が読み出した前記画素情報に対応する画像データを取得しない制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数の照明光の各々に応じて定まる照明期間の長さは全て２フレーム期間分であり、
前記補間画像生成部は、
前記照明期間の最後のフレーム期間に取得した画像データと、該画像データを取得する前後のフレーム期間に前記センサ部がそれぞれ読み出した２画面分の前記画素情報とを用いることによって補間画像データを生成することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の照明光の各々に応じて定まる照明期間の長さは互いに等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光源部は、
前記照明光として白色光および該白色光と異なる分光特性を有する光を出射可能であり、
前記光源制御部は、
前記光源部に対し、特定の波長帯域の光である特殊光を連続して出射させる途中に前記白色光を間欠的に出射させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像用の複数の画素のうち読み出し対象として任意に指定された画素から光電変換後の電気信号を画素情報として出力可能である撮像素子を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野においては、患者等の被検体の臓器を観察する際に内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、例えば可撓性を有する細長形状をなし、被検体の体腔内に挿入される挿入部と、挿入部の先端に設けられて体内画像を撮像する撮像部と、撮像部が撮像した体内画像を表示可能な表示部とを有する。内視鏡システムを用いて体内画像を取得する際には、被検体の体腔内に挿入部を挿入した後、この挿入部の先端から体腔内の生体組織に白色光等の照明光を照射し、撮像部が体内画像を撮像する。医師等のユーザは、表示部が表示する体内画像に基づいて被検体の臓器の観察を行う。【０００３】
内視鏡システムを用いて観察を行う場合、複数種類の照明を所定のタイミングで切り替える場合がある。このような照明方式として、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色成分の照明光を順次切り替える面順次方式が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）イメージセンサを用いることにより、順次切り替わる照明光の下での画像の撮像を個別に行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８０４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内視鏡システムの撮像部にＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサを適用することも考えられる。ＣＭＯＳイメージセンサは、画素に蓄えられた電荷に基づく画素情報の読み出しの仕方を任意に設定することができるため、全画素を同時に読み出すＣＣＤイメージセンサよりも多様な撮像を行うことができる。しかしながらその反面、フォーカルプレーン方式の電子シャッタを用いているため、水平ラインごとの読み出しタイミングが異なる。【０００６】
ＣＭＯＳイメージセンサを適用した内視鏡システムでは、上述した複数種類の照明を撮像画像のフレームレートに合わせて切り替えると、互いに異なる照明期間に露光期間がまたがってしまうことがある。このような場合、取得した画像には２つの照明光が混ざった画像が得られてしまうという問題があった。この問題を解決するには、露光の同時性が確保される期間（ブランキング期間）で撮像を行う必要があるが、この場合には露光時間が制約を受けるため、十分な感度を確保することができなかった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＣＭＯＳイメージセンサを用いながらも、複数の照明が切り替わる条件下で各照明に対応した画像を略同時にかつ十分な感度を確保して撮像することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、複数の照明光を出射可能な光源部と、各々が光を受光して光電変換を行うことによって電気信号を生成する複数の画素が二次面上に配置され、前記複数の画素のうち読み出し対象領域として任意に設定された画素が生成した電気信号を画素情報として複数の水平ラインをラインごとに順次読み出し可能なセンサ部と、前記センサ部の前記読み出し対象領域に属する前記複数の水平ラインのうち、初めに読み出される水平ライン上の複数の前記画素を露光するための露光期間の開始時点から該水平ライン上の各画素が生成した前記画素情報の読み出しが完了するまでを１フレーム期間として、少なくとも２フレーム期間分の長さを有する照明期間ごとに、前記センサ部から最初に読み出される前記水平ラインの前記露光期間の開始に同期して前記複数の照明光を順次出射するように前記光源部を制御する光源制御部と、前記照明期間の最後の１フレーム期間に前記センサ部が読み出した前記画素情報に対応する画像データを所定の処理対象から除外する制御を行う一方、前記照明期間のその他のフレーム期間に前記センサ部が読み出した前記画素情報に対応する画像データを取得し、前記所定の処理を施す制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とする。【０００９】
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記制御部は、前記照明期間の最初の１フレーム期間に前記センサ部が読み出した前記画素情報に対応する画像データを取得しない制御を行うことを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記照明光が切り替わるタイミングを含む期間に前記センサ部が受光した光に基づく画素情報を用いることにより、前記制御部が取得する画像データのうち時間的に前後して取得した２つの画像データを補間する補間画像データを生成する補間画像生成部をさらに備えたことを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記複数の照明光の各々に応じて定まる照明期間の長さは全て２フレーム期間分であり、前記補間画像生成部は、前記照明期間の最後のフレーム期間に取得した画像データと、該画像データを取得する前後のフレーム期間に前記センサ部がそれぞれ読み出した２画面分の前記画素情報とを用いることによって補間画像データを生成することを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記複数の照明光の各々に応じて定まる照明期間の長さは互いに等しいことを特徴とする。【００１３】
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記光源部は、前記照明光として赤色光、緑色光および青色光を出射可能であり、前記光源制御部は、前記光源部に対し、前記赤色光、前記緑色光および前記青色光を順次出射させることを特徴とする。【００１４】
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記光源部は、前記照明光として白色光および該白色光と異なる分光特性を有する光を出射可能であり、前記光源制御部は、前記光源部に対し、特定の波長帯域の光である特殊光を連続して出射させる途中に前記白色光を間欠的に出射させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、センサ部の読み出し対象領域に属する複数の水平ラインのうち、初めに読み出される水平ライン上の複数の画素を露光するための露光期間の開始時点から該水平ライン上の各画素が生成した画素情報の読み出しが完了するまでを１フレーム期間として、少なくとも２フレーム期間分の長さを有する照明期間ごとに、センサ部から最初に読み出される水平ラインの露光期間の開始に同期して前記複数の照明光を順次出射し、照明期間の最後の１フレーム期間にセンサ部が読み出した画素情報に対応する画像データを所定の処理対象から除外する制御を行う一方、照明期間のその他のフレーム期間にセンサ部が読み出した画素情報に対応する画像データを取得し、所定の処理を施す制御を行うため、単一照明下で撮像した画像データのみを取得することができる。したがって、ＣＭＯＳ型の撮像素子を用いながらも、周期的に切り替わる複数の照明下での画像を略同時にかつ十分な感度を確保して撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置である内視鏡システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムが備える内視鏡の先端部の内部構成の概略を説明する断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムが実行可能な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１の変形例１−１に係る撮像装置である内視鏡システムの概略構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１の変形例１−１に係る撮像装置である内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２に係る内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２の変形例２−１に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３の変形例３−１に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、以下の説明で参照する図面は模式的なものであって、同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法や縮尺等が異なる場合もある。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置である内視鏡システムの概略構成を示す図である。同図に示す内視鏡システム１は、被検体の体腔内に先端部を挿入することによって被検体の体内画像を撮像する内視鏡２と、内視鏡２が取得した体内画像に処理を施す機能を有するとともに内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御する機能を有する制御装置４と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する光源装置６と、制御装置４が画像処理を施した体内画像を表示する表示装置８と、を備える。
【００１９】
内視鏡２は、可撓性を有する細長形状をなす挿入部２１と、挿入部２１の基端側に接続され、操作信号の入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から挿入部２１が延びる方向とは異なる方向に延び、制御装置４および光源装置６と接続する各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコード２３と、ユニバーサルコード２３の先端部に設けられ、内視鏡２と制御装置４および光源装置６との接続をそれぞれ確立するコネクタ部２４と、を備える。
【００２０】
挿入部２１は、後述する撮像素子を内蔵した先端部２５と、複数の湾曲駒によって構成され湾曲自在な湾曲部２６と、湾曲部２６の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部２７とを備える。
【００２１】
図２は、先端部２５の内部構成の概略を説明する断面図である。図２に示すように、先端部２５は、グラスファイバ等を用いて構成されて光源装置６が発生した光の導光路をなすライトガイド２５１と、ライトガイド２５１の先端に設けられる照明レンズ２５２と、集光用の光学系２５３と、光学系２５３の結像位置に設けられ、光学系２５３が集光した光を受光して電気信号に光電変換して所定の信号処理を施す撮像素子２５４と、内視鏡２用の処置具を通す処置具チャンネル２５５と、を有する。
【００２２】
光学系２５３は、２つのレンズ２５３ａ、２５３ｂからなる。なお、光学系２５３を構成するレンズの種類や数は、図２に示されるものに限られるわけではない。
【００２３】
図３は、内視鏡システム１の要部の機能構成を示すブロック図である。図３を参照して撮像素子２５４の構成を説明する。撮像素子２５４は、光学系２５３からの光を光電変換して電気信号を出力するセンサ部２５４ａと、センサ部２５４ａが出力した電気信号に対してノイズ除去やＡ／Ｄ変換を行うアナログフロントエンド（ＡＦＥ）部２５４ｂと、アナログフロントエンド部２５４ｂが出力したデジタル信号をパラレル／シリアル変換するＰ／Ｓ変換部２５４ｃと、センサ部２５４ａの駆動タイミングパルス、ならびにアナログフロントエンド部２５４ｂおよびＰ／Ｓ変換部２５４ｃにおける各種信号処理用のパルスを発生するタイミングジェネレータ２５４ｄと、撮像素子２５４の動作を制御する撮像制御部２５４ｅと、を有する。撮像素子２５４は、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサである。
【００２４】
センサ部２５４ａは、基板２５４Ｓを介してＩＣ回路群２５４Ｇと接続される。ＩＣ回路群２５４Ｇは、アナログフロントエンド部２５４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２５４ｃ、タイミングジェネレータ２５４ｄ、および撮像制御部２５４ｅの機能を有する複数のＩＣ回路を有する。
【００２５】
センサ部２５４ａは、光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードおよびフォトダイオードが蓄積した電荷を増幅する増幅器をそれぞれ有する複数の画素が２次元マトリックス状に配設された受光部２５４ｆと、受光部２５４ｆの複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を画素情報として読み出す読み出し部２５４ｇとを有する。受光部２５４ｆには、画素ごとにＲＧＢ個別のカラーフィルタが設けられており、カラー画像の取得を可能にしている。
【００２６】
アナログフロントエンド部２５４ｂは、信号に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減部２５４ｈと、ノイズが低減された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２５４ｉとを有する。ノイズ低減部２５４ｈは、例えば相関二重サンプリング（Correleted  Double  Sampling）法を用いてノイズの低減を行う。なお、ノイズ低減部２５４ｈとＡ／Ｄ変換部２５４ｉとの間に、自動的に信号のゲインを調整して常に一定の出力レベルを維持するＡＧＣ（Auto  Gain  Control）回路を設けてもよい。
【００２７】
撮像制御部２５４ｅは、制御装置４から受信した設定データにしたがって、先端部２５の各種動作を制御する。撮像制御部２５４ｅは、ＣＰＵ（Central  Proccessing  Unit）等を用いて構成される。
【００２８】
基板２５４Ｓに設けられる電極２５４Ｅには、制御装置４との間で電気信号の送受信を行う複数の信号線が束ねられた集合ケーブル２５６が接続している。複数の信号線には、撮像素子２５４が出力した画像信号を制御装置４へ伝送する信号線や、制御装置４が出力する制御信号を撮像素子２５４へ伝送する信号線などが含まれる。
【００２９】
操作部２２は、湾曲部２６を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ２８と、体腔内に生検鉗子、レーザプローブ等の処置具を挿入する処置具挿入部２９と、制御装置４、光源装置６に加えて、送気手段、送水手段、送ガス手段などの周辺機器の操作指示信号を入力する操作入力部である複数のスイッチ３０とを有する。処置具挿入部２９から挿入される処置具は、先端部２５の処置具チャンネル２５５を経由して開口部２５５ａから表出する。
ユニバーサルコード２３は、ライトガイド２５１と、集合ケーブル２５６とを少なくとも内蔵している。
【００３０】
コネクタ部２４は、制御装置４に接続される電気接点部２４１と、光源装置６に着脱自在に接続されるライトガイドコネクタ２４２と、先端部２５のノズルに空気を送るための送気口金２４３とを有する。
【００３１】
次に、制御装置４の構成を説明する。制御装置４は、Ｓ／Ｐ変換部４１、画像処理部４２、明るさ検出部４３、調光部４４、読出アドレス設定部４５、駆動信号生成部４６、入力部４７、記憶部４８、制御部４９および基準クロック生成部５０を有する。
Ｓ／Ｐ変換部４１は、先端部２５から受信した画像信号（デジタル信号）をシリアル／パラレル変換する。
【００３２】
画像処理部４２は、Ｓ／Ｐ変換部４１から出力されたパラレル形態の画像信号をもとに、表示装置８が表示する体内画像を生成する。画像処理部４２は、同時化部４２１、ホワイトバランス（ＷＢ）調整部４２２、ゲイン調整部４２３、γ補正部４２４、Ｄ／Ａ変換部４２５、フォーマット変更部４２６、サンプル用メモリ４２７および静止画像用メモリ４２８を備える。
【００３３】
同時化部４２１は、画素情報として入力された画像信号を、画素ごとに設けられた３つのメモリ（図示せず）に入力し、読み出し部２５４ｇが読み出した受光部２５４ｆの画素のアドレスに対応させて、各メモリの値を順次更新しながら保持するとともに、これら３つのメモリの画像信号をＲＧＢ画像信号として同時化する。同時化部４２１は、同時化したＲＧＢ画像信号をホワイトバランス調整部４２２へ順次出力するとともに、一部のＲＧＢ画像信号を、明るさ検出などの画像解析用としてサンプル用メモリ４２７へ出力する。
ホワイトバランス調整部４２２は、ＲＧＢ画像信号のホワイトバランスを調整する。
【００３４】
ゲイン調整部４２３は、ＲＧＢ画像信号のゲイン調整を行う。ゲイン調整部４２３は、ゲイン調整を行ったＲＧＢ信号をγ補正部４２４へ出力するとともに、一部のＲＧＢ信号を、静止画像表示用、拡大画像表示用または強調画像表示用として静止画像用メモリ４２８へ出力する。
γ補正部４２４は、表示装置８に対応させてＲＧＢ画像信号の階調補正（γ補正）を行う。
Ｄ／Ａ変換部４２５は、γ補正部４２４が出力した諧調補正後のＲＧＢ画像信号をアナログ信号に変換する。
【００３５】
フォーマット変更部４２６は、アナログ信号に変換された画像信号を動画用のファイルフォーマットに変更して表示装置８に出力する。このファイルフォーマットとして、ＡＶＩ形式、ＭＰＥＧ形式などを適用することができる。
【００３６】
明るさ検出部４３は、サンプル用メモリ４２７が保持するＲＧＢ画像信号から、各画素に対応する明るさレベルを検出し、検出した明るさレベルを内部に設けられたメモリに記録するとともに制御部４９へ出力する。また、明るさ検出部４３は、検出した明るさレベルをもとにゲイン調整値および光照射量を算出し、ゲイン調整値をゲイン調整部４２３へ出力する一方、光照射量を調光部４４へ出力する。
【００３７】
調光部４４は、制御部４９の制御のもと、明るさ検出部４３が算出した光照射量をもとに光源装置６が発生する光の種別、光量、発光タイミング等を設定し、この設定した条件を含む光源同期信号を光源装置６へ送信する。
【００３８】
読出アドレス設定部４５は、センサ部２５４ａの受光部における読み出し対象の画素および読み出し順序を設定する機能を有する。すなわち、読出アドレス設定部４５は、アナログフロントエンド部２５４ｂが読出すセンサ部２５４ａの画素のアドレスを設定する機能を有する。また、読出アドレス設定部４５は、設定した読み出し対象の画素のアドレス情報を同時化部４２１へ出力する。
【００３９】
駆動信号生成部４６は、撮像素子２５４を駆動するための駆動用のタイミング信号を生成し、集合ケーブル２５６に含まれる所定の信号線を介してタイミングジェネレータ２５４ｄへ送信する。このタイミング信号は、読み出し対象の画素のアドレス情報を含む。
入力部４７は、内視鏡システム１の動作を指示する動作指示信号等の各種信号の入力を受け付ける。
【００４０】
記憶部４８は、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic  Random  Access  Memory）等の半導体メモリを用いて実現される。記憶部４８は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラム、および内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記憶する。
【００４１】
制御部４９は、ＣＰＵ等を用いて構成され、先端部２５および光源装置６を含む各構成部の駆動制御、および各構成部に対する情報の入出力制御などを行う。制御部４９は、撮像制御のための設定データを、集合ケーブル２５６に含まれる所定の信号線を介して撮像制御部２５４ｅへ送信する。ここで、設定データは、撮像素子２５４の撮像速度（フレームレート）、およびセンサ部２５４ａの任意の画素からの画素情報の読み出し速度を指示する指示情報、ならびにアナログフロントエンド部２５４ｂが読み出した画素情報の伝送制御情報などを含む。
【００４２】
基準クロック生成部５０は、内視鏡システム１の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号を生成し、内視鏡システム１の各構成部に対して生成した基準クロック信号を供給する。
【００４３】
次に、光源装置６の構成を説明する。光源装置６は、分光特性が互いに異なる複数種類の照明光を出射可能な装置である。具体的には、光源装置６は、白色光源６１と、特殊光光源６２と、光源制御部６３と、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）ドライバ６４とを有する。白色光源６１および特殊光光源６２は、光源部の一部をなす。
【００４４】
白色光源６１は、白色ＬＥＤからなり、白色照明光を発生する。
特殊光光源６２は、白色照射光とは波長帯域が異なる特定の波長帯域の光であって狭帯域バンドパスフィルタによって狭帯域化したＲ、Ｇ、Ｂいずれかの成分の光を特殊光として発生する。特殊光光源６２が発生する特殊光としては、例えば血液中のヘモグロビンに吸収されやすくなるように狭帯域化された青色光および緑色光の２種の帯域のＮＢＩ（Narrow  Band  Imaging）照明光や、所定の波長を有する蛍光を発生させるための励起光などを挙げることができる。
【００４５】
光源制御部６３は、調光部４４から送信された光源同期信号にしたがって白色光源６１または特殊光光源６２に供給する電流量を制御する。より具体的には、光源制御部６３は、センサ部２５４ａの読み出し対象領域に属する複数の水平ラインのうち、初めに読み出される水平ライン上の複数の画素を露光するための露光期間の開始時点から該水平ライン上の各画素が生成した画素情報の読み出しが完了するまでを１フレーム期間として、少なくとも２フレーム期間分の長さを有する照明期間ごとに、センサ部２５４ａから最初に読み出される水平ラインの露光期間の開始に同期して複数の照明光を順次出射するように光源部を制御する。
【００４６】
ＬＥＤドライバ６４は、白色光源６１あるいは特殊光光源６２に対して光源制御部６３の制御のもとで電流を供給することにより、白色光源６１または特殊光光源６２に光を発生させる。
白色光源６１または特殊光光源６２が発生した光は、ライトガイド２５１を経由して先端部２５の先端から外部へ照射される。
【００４７】
表示装置８は、制御装置４が生成した体内画像を制御装置４から受信して表示する機能を有する。表示装置８は、液晶、有機ＥＬ（Electro  Luminescence）等の表示ディスプレイを有する。
【００４８】
図４は、以上の構成を有する内視鏡システム１が実行可能な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。撮像素子２５４は、上述したようにＣＭＯＳイメージセンサであり、フォーカルプレーン方式の電子シャッタが採用される。このため、複数のフレームを連続的に撮像する場合、蓄積された電荷の読み出しを１つの水平ラインごとに順次行う。その結果、撮像素子２５４で最初に読み出す水平ラインと、最後に読み出す水平ラインとでは時間差が生じる。本実施の形態１では、この時間差が１フレームＴｆ分に略等しいものとする。
【００４９】
図４に示す場合、撮像素子２５４は、画面上部の水平ラインからスタートして順次下方の水平ラインへと画素の読み出しを行う。また、光源装置６は、異なる種類の照明光を、１レーム期間Ｔｆを周期として切り替える。異なる種類の照明光としては、例えば一方の照明を白色照明とし、他方の照明をＮＢＩ照明とすることができる。この場合、センサ部２５４ａにおける１フレーム分の露光期間は、照明強度の切り替えのタイミングをまたぐような期間となる。
【００５０】
図４に示す露光期間Ｐ１は、画面上方の水平ラインでは、第１照明期間Ｌ１において照射される第１照明下での露光が支配的である一方、画面下方の水平ラインでは、第２照明期間Ｌ２において照射される第２照明下での露光が支配的である。したがって、露光期間Ｐ１に受光部２５４ｆが受光して蓄積された電荷の転送期間Ｔ１に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ１０１は、上方と下方で照射していた照明の種類が異なり、２つの照明下で撮像したものが混じった画像データとなる。
【００５１】
これに対し、図４に示す露光期間Ｐ２は、画面上方の水平ラインでは、第２照明下での露光が支配的である一方、画面下方の水平ラインでは、第１照明下での露光が支配的である。したがって、露光期間Ｐ２に受光部２５４ｆが受光して蓄積された電荷の転送期間Ｔ２に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ１０２は、画像データ１０１と同様、２つの照明下で撮像したものが混じった画像データとなる。
【００５２】
本実施の形態１では、ＣＭＯＳ型の撮像素子２５４を用いて複数の照明を切り替えながら撮像を行う場合であっても、異なる２つの照明下で撮像したものが混じらない画像データを生成する。以下、この点について詳細に説明する。
【００５３】
図５は、内視鏡システム１に特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。図５に示す場合、内視鏡システム１の制御装置４は、２フレーム期間ごとに照明を切り替え、２フレーム目の照明のみを画像データとして取得する。より具体的には、制御装置４の制御部４９は、２フレーム期間のうち２フレーム目の期間にセンサ部２５４ａが読み出した画素情報に対応する画像データを取得する一方、２フレーム期間のうち１フレーム目の期間にセンサ部２５４ａが読み出した画素情報に対応する画像データを取得しない制御を行う。なお、制御部４９は、１フレーム目の期間にセンサ部２５４ａが読み出した画素情報に対応する画像データを取得しない制御を行う代わりに、センサ部２５４ａが読み出した全ての画素情報に対応する画像データを取得した上で、１フレーム目の期間の画素情報に対応する画像データを画像処理部４２の処理対象から除外する制御を行ってもよい。
【００５４】
図５において、第１照明期間Ｌ１１に含まれる露光期間Ｐ１１は、第１照明下における露光のみを含む。したがって、制御装置４は受光部２５４ｆが、露光期間Ｐ１１に受光し、その露光期間Ｐ１１で蓄積した電荷の転送期間Ｔ１１に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ２０１を取得する。これに対し、制御装置４は、第１照明期間Ｌ１１と第２照明期間Ｌ１２をまたぐ露光期間Ｐ１２に受光部２５４ｆが受光し、その露光期間Ｐ１２で蓄積した電荷の転送期間Ｔ１２で読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ２０２は取得しない。
【００５５】
続いて、制御装置４は、第２照明期間Ｌ２１に含まれる露光期間Ｐ１３に受光部２５４ｆが受光し、その露光期間Ｐ１３で蓄積した電荷の転送期間Ｔ１３に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ２０３を取得する。これに対し、制御装置４は、第２照明期間Ｌ２１および第１照明期間Ｌ１２をまたぐ露光期間Ｐ１４に受光部２５４ｆが受光し、その露光期間Ｐ１４で蓄積した電荷の転送期間Ｔ１４に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ２０４は取得しない。
【００５６】
この後、制御装置４は、第１照明期間Ｌ１２に含まれる露光期間Ｐ１５に受光部２５４ｆが受光し、その露光期間Ｐ１５で蓄積した電荷の転送期間Ｔ１５に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に対応する画像データ２０５を取得する。
【００５７】
このようにして、制御装置４は、読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報のうち、単一の照明下で露光された画素情報に基づく画像データのみを取得する。これにより、上述したフォーカルプレーン方式の電子シャッタの問題点は解消されることとなる。
【００５８】
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、センサ部が１画面分の前記画素情報を読み出す期間である１フレーム期間と単位として少なくとも２フレーム期間分の長さを有し、複数の照明光の各々に応じて定まる照明期間ごとに各照明光を順次出射し、照明期間の最後の１フレーム期間にセンサ部が読み出した画素情報に対応する画像データを取得する一方、照明期間の最初の１フレーム期間にセンサ部が読み出した画素情報に対応する画像データを取得しないため、単一照明下で撮像した画像データのみを取得することができる。したがって、ＣＭＯＳ型の撮像素子を用いながらも、周期的に切り替わる複数の照明下での画像を略同時にかつ十分な感度を確保して撮像することができる。
【００５９】
また、本実施の形態１によれば、光源装置の照明光の切り替えに応じて、制御装置が画像を取得するか否かを選択するだけでよいため、内視鏡先端部における画素情報の読み出し方ならびに制御装置における画像受信設定および動作クロック信号の出力タイミング等の基本的な動作を変更する必要がない。したがって、照明光を切り替える場合であってもシームレスな動作を実現することができる。
【００６０】
（変形例１−１）
図６は、本実施の形態１の変形例１−１に係る内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。同図に示す内視鏡システム１１は、内視鏡２−２と、制御装置４と、光源装置７と、表示装置８とを備える。
【００６１】
内視鏡２−２は、撮像素子２５４−２の受光部２５４−２ｆにカラーフィルタが設けられていない。この点を除く内視鏡２−２の構成は、上述した内視鏡２の構成と同様である。
【００６２】
光源装置７は、赤色ＬＥＤからなる赤色光源７１Ｒと、緑色ＬＥＤからなる緑色光源７１Ｇと、青色ＬＥＤからなる青色光源７１Ｂと、特殊光光源７２と、光源制御部６３と、ＬＥＤドライバ６４と、を有する。光源装置７は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の照明光を用いた面順次方式の照明光を照射する機能を有する。ここで、赤色光はおよそ６１０〜７８０ｎｍの波長帯域の光であり、緑色光はおよそ５００〜５７０ｎｍの波長帯域の光であり、青色光はおよそ４００〜５００ｎｍの波長帯域の光である。光源装置７が白色光を照射する場合には、赤色光源７１Ｒ、緑色光源７１Ｇおよび青色光源７１Ｂを全て点灯して白色光を形成する。なお、面順次方式の光源装置を、光源装置７の白色光源の前方にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタを設けた円盤状の回転フィルタを回転させることによって照明光を切り替える構成とすることも可能である。
【００６３】
図７は、内視鏡システム１１に特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。図７に示す場合、光源装置７は、赤（第１照明）、緑（第２照明）、青（第３照明）の順に２フレーム期間ずつ照射する。制御装置４は、各照明期間における２フレーム目の画素情報に基づく画像データを取得する。具体的には、制御装置４は、第１照明期間Ｌ３１の１フレーム目から２フレーム目にかけての露光期間Ｐ２１に受光部２５４−２ｆが受光し、転送期間Ｔ２１で読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ３０１を取得する。また、制御装置４は、第２照明期間Ｌ３２の１フレームから２フレームにかけての露光期間Ｐ２３に受光部２５４−２ｆが受光し、その露光期間Ｐ２３で蓄積した電荷の転送期間Ｔ２３に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ３０３を取得する。さらに、制御装置４は、第３照明期間Ｌ３３の１フレーム目から２フレーム目にかけての露光期間Ｐ２５に受光部２５４−２ｆが受光し、その露光期間Ｐ２５で蓄積した電荷の転送期間Ｔ２５に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ３０５を取得する。
【００６４】
これに対し、制御装置４は、異なる照明期間（第１照明期間Ｌ３１および第２照明期間Ｌ３２）をまたぐ露光期間Ｐ２２に受光部２５４−２ｆが受光し、その露光期間Ｐ２２で蓄積した電荷の転送期間Ｔ２２に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ３０２は取得しない。また、制御装置４は、異なる照明期間（第２照明期間Ｌ３２および第３照明期間Ｌ３３）をまたぐ露光期間Ｐ２４に受光部２５４−２ｆが受光し、その露光期間Ｐ２４で蓄積した電荷の転送期間Ｔ２４に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ３０４も取得しない。
【００６５】
以上説明した本実施の形態１の変形例によれば、面順次方式の照明光にも対応可能であり、実施の形態１と同様の効果を奏する内視鏡システムを提供することができる。
【００６６】
このように、本実施の形態１は、複数種類の照明光を２フレームごとに切り替える場合にも適用することが可能である。
【００６７】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置である内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。同図に示す内視鏡システム１２は、内視鏡２と、制御装置１３と、光源装置６と、表示装置８と、を備える。
【００６８】
制御装置１３は、上述した内視鏡システム１の制御装置４と画像処理部の構成が異なる。制御装置１３が有する画像処理部１３１は、制御装置４の画像処理部４２の構成に加えて、それぞれ単一照明下で撮像された２つの画像データであって時間的に前後して制御装置１３が取得する２つの画像データの間を補間する補間画像データを生成する補間画像生成部１３２を有する。
【００６９】
図９は、内視鏡システム１２に特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。図９において、照明期間と露光期間および伝送期間との関係は、図５と同様である。本実施の形態２では、制御装置１３が、単一照明下で撮像された画像データ２０１、２０３を取得するとともに、画像データ２０１、２０３の間を補間する補間画像データ２１１を補間画像生成部１３２によって生成している。また、補間画像生成部１３２は、画像データ２０３を生成した後に、その後に取得する画像データ２０５との間を補間する補間画像データ２１２を生成している。この結果、制御装置１３は、内視鏡２から取得した画像データ２０１、２０３、２０５・・・と、補間画像生成部１３２が生成した補間画像データ２１１、２１２、・・・とを交互に表示装置８へ出力する。
【００７０】
補間画像生成部１３２における補間画像データの生成方法をより詳細に説明する。補間画像生成部１３２は、読み出し部２５４ｇが連続して読み出した３つの画像データ２００、２０１、２０２を用いて補間画像データを生成する。この際、連続する３つの画像データのうち中間フレームの画像データ２０１は、単一照明（第１照明）下で受光して読み出された画素情報に対応する画像データである。補間画像生成部１３２は、サンプル用メモリ４２７から画像データ２００、２０１を読み出すとともに、同時化部４２１から画像データ２０２を読み出し、互いに対応する画素の画素値を以下の式（１）にしたがって演算することにより、補間画像データ２１１を生成する。
（補間画像データ２１１）
＝（画像データ２００）＋（画像データ２０２）−（画像データ２０１）・・・（１）
【００７１】
続いて、補間画像生成部１３２は、サンプル用メモリ４２７から画像データ２０２、２０３を読み出すとともに、同時化部４２１から画像データ２０４を読み出し、互いに対応する画素の画素値を以下の式（２）にしたがって演算することにより、補間画像データ２１２を生成する。
（補間画像データ２１２）
＝（画像データ２０２）＋（画像データ２０４）−（画像データ２０３）・・・（２）
ここでも、３つの画像データの中間フレームの画像データ２０３は、単一照明（第２照明）下で受光して読み出された画素情報に対応している。
【００７２】
以後、補間画像生成部１３２は、上記同様の処理を繰り返すことにより、補間画像を順次生成する。
【００７３】
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施の形態２によれば、複数照明が混じったフレームの画像データを用いて補間画像データを生成するため、撮像した全フレームを利用することで、明るさや動画の連続性を確保することができ、よりスムーズな画像を得ることができる。
【００７４】
（変形例２−１）
図１０は、本実施の形態２の変形例２−１に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。本変形例２−１では、交互に照明する２種類の照明光の一方を長時間照射した状態で受光部２５４ｆが露光することにより、取得する画像のフレームレートを不均一にすることが可能である。このような状況は、例えば動画撮影中に静止画を撮影する場合や、複数のスイッチ３０のいずれかからの入力により照射時間を変更する場合に起こりうる。
【００７５】
図１０に示す場合、補間画像生成部１３２は、第１照明期間Ｌ４１における単一照明下での露光期間Ｐ３１に受光部２５４ｆが受光し、その露光期間Ｐ３１で蓄積した電荷の転送期間Ｔ３１に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ４０２と、第１照明期間Ｌ４３における単一照明下での露光期間Ｐ３４に受光部２５４ｆが受光し、その露光期間Ｐ３４で蓄積した電荷の転送期間Ｔ３４に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ４０５との間に２つの補間画像データを生成する。
【００７６】
補間画像生成部１３２が生成する２つの補間画像データのうち、画像データ４０２の後に生成する補間画像データ４１１の各画素の画素値は、画像データ４０２の前後の画像データ４０１、４０３を用いることにより、次式（３）によって求められる。
（補間画像データ４１１）
＝（画像データ４０１）＋（画像データ４０３）−（画像データ４０２）・・・（３）
【００７７】
これに対し、補間画像生成部１３２が補間画像データ４１１の後に生成する補間画像データ４１２は、第２照明期間Ｌ４２の唯一の転送期間Ｔ３２で読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ４０３と、その後の第１照明期間Ｌ４３の最初の転送期間Ｔ３３（長時間の露光期間Ｐ３３に対応）で読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ４０４および次の転送期間Ｔ３４（単一照明下の露光期間Ｐ３４に対応）で読み出した画素情報に基づく画像データ４０５を用いることにより、次式（４）で求められる。
（補間画像データ４１２）
＝（画像データ４０３）＋（画像データ４０４）−（画像データ４０５）・・・（４）
【００７８】
なお、図１０において、表示装置８へ出力される画像データ４０２、補間画像データ４１１、４１２、画像データ４０５は、各照明期間および読み出しのタイミングとは無関係に配置されている。すなわち、補間画像データ４１２および画像データ４０５は、転送期間Ｔ３４で画素情報を読み出した後に生成されることはいうまでもない。
【００７９】
以上説明した本実施の形態２の変形例２−１によれば、一方の照明下で長時間露光してフレームレートを不均一にした場合であっても補間画像を生成することで、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
本変形例２−１は、たとえば通常の動画を撮影している間に静止画を取得し、この静止画の露光時間が変わるような場合などに有効である。
【００８１】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、照明を切り替えることによって互いの感度が異なる撮像を行う場合に対応可能な画像取得方法を与えるものである。本実施の形態３に係る内視鏡システムの構成は、実施の形態１で説明した内視鏡システム１の構成と同様である。
【００８２】
図１１は、本実施の形態３に係る内視鏡システム１に特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。図１１に示す場合、第１照明が特殊光である一方、第２照明が白色光照明である。この場合、第１照明の方が高感度での撮像が必要である。図１１では、第１照明期間Ｌ５１、Ｌ５３の間に２フレーム分だけ第２照明期間Ｌ５２に切り替えられている。このように、特殊光撮影を行っている期間の途中で間欠的に白色光撮影に切り替える状況は、白色光撮影によって観察部位の構造情報を取得し、病変部の場所を特定する場合などに行われる。
【００８３】
照明光の切り替えでは、撮像時のゲイン設定や動作モードの設定を変更するため、切り替えに少なくとも１フレーム期間を有する。そこで、本実施の形態３では、照明を切り替えた後の１フレームを切り替え用の期間とし、その後に続くフレームで読み出した画素情報を制御装置４が取得するようにする。
【００８４】
以下、図１１を参照して、内視鏡システム１の処理をより具体的に説明する。光源装置６が特殊光光源６２による照射から白色光源６１による照射への切り替えを行った場合、制御装置４は、その最初の転送期間Ｔ４２（第１照明期間Ｌ５１と第２照明期間Ｌ５２とをまたぐ露光期間Ｐ４２に対応）に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ５０３を取得しない。同様に、光源装置６が白色光源６１による照射から特殊光光源６２による照射への切り替えを行った場合、制御装置４は、その最初の転送期間Ｔ４４（第２照明期間Ｌ５２と第１照明期間Ｌ５３とをまたぐ露光期間Ｐ４４に対応）に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ５０５を取得しない。
【００８５】
以上説明した本発明の実施の形態３によれば、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
なお、本実施の形態３において、切り替え処理期間に対応するフレームを直前の画像データ（図１１の画像データ５０２、５０４）によって補間するようにしてもよい。これにより、表示装置８が表示する際に表示画面に生じるフリッカを低減することが可能となる。
【００８７】
（変形例３−１）
本実施の形態３の変形例３−１は、内視鏡２の複数のスイッチ３０の１つとして設けられるフリーズスイッチによって画像をフリーズさせるフリーズ信号が入力された場合に、照明光の切り替え動作を実行し、スイッチ入力前後の特殊光と白色光の取得画像を保存することを特徴とする。
【００８８】
図１２は、本変形例３−１に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を模式的に示す図である。図１２において、画像取得方法自体は上記実施の形態３と同じである。本変形例３−１では、フリーズスイッチがオンされると、その時点（図１１の（スイッチオン）の時点）で露光を行っている受光部２５４ｆの水平ラインのいずれかが露光を終了した時点で光源装置６が光源を切り替えて第２照明期間Ｌ５２へ移行する。
【００８９】
第２照明期間Ｌ５２へ移行してから所定期間（図１１の場合には２フレーム期間）経過した後、光源装置６は再び照射光源を切り替えて第１照明期間Ｌ５３へ移行する。制御装置４は、最初の照明切り替え直前の転送期間Ｔ４１に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ５０２と、第２照明期間Ｌ５２に含まれる単一照明下の露光期間Ｐ４３に対応する転送期間Ｔ４３に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像データ５０４とを一括して記憶部４８に記録し、保存する。
【００９０】
以上説明した変形例３−１によれば、フリーズ処理を行った場合でも、撮像タイミングを変更することなく、２つの照明下でそれぞれ撮像した２つの画像データを略同時に取得して保存することが可能となる。
【００９１】
（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は、上記実施の形態１〜３によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本発明は、異なる種類の照明を切り替える場合のみならず、同じ種類の照明の強度を切り替える場合にも適用することが可能である。
【００９３】
また、本発明において、読み出し部が画素情報を読み出す際の読み出し順序は、画面上方の水平ラインから開始する場合に限られるわけではなく、適宜変更してもよい。
【００９４】
また、本発明において、同一の照明光を照射し続ける場合には、制御装置が、センサ部によって読み出された全ての画素情報に基づく画像データを取得するようにしてもよい。
【００９５】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態を含みうるものであり、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で種々の設計変更等を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１、１１、１２  内視鏡システム
２、２−２  内視鏡
４、１３  制御装置
６、７  光源装置
８  表示装置
２１  挿入部
２２  操作部
２５、２５−２  先端部
２６  湾曲部
２７  可撓管部
３０  スイッチ
４１  Ｓ／Ｐ変換部
４２、１３１  画像処理部
４３  明るさ検出部
４４  調光部
４５  読出アドレス設定部
４６  駆動信号生成部
４７  入力部
４８  記憶部
４９  制御部
５０  基準クロック生成部
６１  白色光源
６２、７２  特殊光光源
６３  光源制御部
６４  ＬＥＤドライバ
７１Ｂ  青色光源
７１Ｇ  緑色光源
７１Ｒ  赤色光源
１０１〜１０３、２０１〜２０５、３０１〜３０５、４０１〜４０５、５０１〜５０６  画像データ
２１１、２１２、４１１、４１２  補間画像データ
２５１  ライトガイド
２５２  照明レンズ
２５３  光学系
２５４、２５４−２  撮像素子
２５４ａ  センサ部
２５４ｂ  アナログフロントエンド部
２５４ｃ  Ｐ／Ｓ変換部
２５４ｅ  撮像制御部
２５４ｆ、２５４−２ｆ  受光部
２５４ｇ  読み出し部
２５６  集合ケーブル
Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ３１、Ｌ４１、Ｌ４３、Ｌ５１、Ｌ５３  第１照明期間
Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ３２、Ｌ４２、Ｌ５２  第２照明期間
Ｐ１〜Ｐ３、Ｐ１０〜Ｐ１５、Ｐ２１〜Ｐ２５、Ｐ３１〜Ｐ３４、Ｐ４１〜Ｐ４５  露光期間
Ｔ１〜Ｔ３、Ｔ１０〜Ｔ１５、Ｔ２１〜Ｔ２５、Ｔ３１〜Ｔ３４、Ｔ４１〜Ｔ４５  転送期間
【図１】
0005427316.tif 000002
【図２】
0005427316.tif 000003
【図３】
0005427316.tif 000004
【図４】
0005427316.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005427316.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005427316.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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