(57)【要約】  接続されるプロセッサの種別に関わらず、画像に輝度差が生じることを防止することができる内視鏡および内視鏡システムを提供する。内視鏡２は、撮像素子２０２と、外部から入力される第１の垂直同期信号に基づいて、読み出し部２０２ｂが電気信号を読み出すタイミングを制御するための第２の垂直同期信号を生成するタイミング制御部５１１と、第２の垂直同期信号に基づいて、読み出し部２０２ｂに電気信号を順次読み出させる撮像制御部２１と、を備える。
2018043428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を間欠的に出射可能な光源装置からの前記照明光を導光して被写体に向けて照射する照明部と、
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２次元マトリックス状に配置されてなる受光部と、前記複数の画素の各々から水平ライン毎に前記電気信号を順次読み出す読み出し部と、を有する撮像素子と、
外部のプロセッサから入力される第１の垂直同期信号と前記照明光による前記撮像素子に対する露光の基準タイミングとに基づいて、前記読み出し部が前記電気信号を読み出すタイミングを制御するための第２の垂直同期信号を生成する生成部と、
前記第２の垂直同期信号に基づいて、前記読み出し部に前記電気信号を順次読み出させる撮像制御部と、
を備えることを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
前記生成部は、前記第１の垂直同期信号に対して、所定時間遅延させた前記第２の垂直同期信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記生成部は、前記光源装置が出射する前記照明光の終了タイミングと前記読み出し部が前記電気信号の読み出しを開始する開始タイミングとが合うように前記第２の垂直同期信号を生成し、
前記撮像制御部は、前記第２の垂直同期信号に基づいて、前記照明部の消灯期間に前記読み出し部に前記電気信号を順次読み出させることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記生成部は、前記光源装置が出射する前記照明光の開始タイミングと前記読み出し部が前記電気信号の読み出しを終了する終了タイミングとが合うように前記第２の垂直同期信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項５】
前記撮像素子の１フレーム毎に前記電気信号を記録する記録部と、
前記記録部が記録する１フレーム毎の前記電気信号を外部へ送信可能な送信部と、
前記第１の垂直同期信号に同期して前記記録部が記録する１フレーム分の前記電気信号を前記送信部に送信させる送信制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項６】
当該内視鏡が接続される前記プロセッサの種別を検出する検出部をさらに備え、
前記生成部は、前記検出部が検出した前記種別と前記第１の垂直同期信号に基づいて、前記第２の垂直同期信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項７】
請求項１に記載の内視鏡と、
照明光を間欠的に出射可能な光源装置と、
前記内視鏡が生成した前記電気信号に対して、所定の画像処理を施すプロセッサと、
を備え、
前記光源装置は、前記撮像素子の１フレーム毎にＰＷＭ調光を行うことを特徴とする内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内を撮像して該被写体の画像データを生成する内視鏡および内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野において、患者等の被検体内を観察するために内視鏡を備えた内視鏡システムが用いられている。内視鏡は、被検体内に挿入した挿入部の先端から照明光を照射し、この照明光の反射光を撮像素子で受光することによって、体内画像を撮像する。このように内視鏡の撮像部によって撮像された体内画像は、内視鏡が接続されたプロセッサ（処理装置）において所定の画像処理が施される。【０００３】
このような内視鏡システムでは、内視鏡の先端に配置する撮像素子として、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサを用いるとともに、被写体を照射するための光源装置として、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）やレーザーダイオードのような間欠駆動が可能な固体光源を備えた光源装置を用いた技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、プロセッサが垂直同期信号を内視鏡および光源装置へ出力することによって、撮像素子のブランク期間に光源装置に対してＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）調光を実行させることによって、照明光の明るさを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７２４００６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、従来の内視鏡システムでは、複数の種類のプロセッサが存在し、種別毎に異なるタイミングでＰＷＭ制御を行っている。このため、内視鏡が接続されるプロセッサの種別によっては、撮像素子のローリングシャッタによる画素信号の読み出しタイミングとＰＷＭ制御のタイミングとがずれることによって、水平ライン毎の露光量が大きく変動し、画像に輝度差が生じてしまうという問題点があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続されるプロセッサの種別に関わらず、画像に輝度差が生じることを防止することができる内視鏡および内視鏡システム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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内視鏡は、照明光を間欠的に出射可能な光源装置からの前記照明光を導光して被写体に向けて照射する照明部と、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２次元マトリックス状に配置されてなる受光部と、前記複数の画素の各々から水平ライン毎に前記電気信号を順次読み出す読み出し部と、を有する撮像素子と、外部のプロセッサから入力される第１の垂直同期信号と前記照明光による前記撮像素子に対する露光の基準タイミングとに基づいて、前記読み出し部が前記電気信号を読み出すタイミングを制御するための第２の垂直同期信号を生成する生成部と、前記第２の垂直同期信号に基づいて、前記読み出し部に前記電気信号を順次読み出させる撮像制御部と、を備えることを特徴とする。【０００８】
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、前記生成部は、前記第１の垂直同期信号に対して、所定時間遅延させた前記第２の垂直同期信号を生成することを特徴とする。【０００９】
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、前記生成部は、前記光源装置が出射する前記照明光の終了タイミングと前記読み出し部が前記電気信号の読み出しを開始する開始タイミングとが合うように前記第２の垂直同期信号を生成し、前記撮像制御部は、前記第２の垂直同期信号に基づいて、前記照明部の消灯期間に前記読み出し部に前記電気信号を順次読み出させることを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、前記生成部は、前記光源装置が出射する前記照明光の開始タイミングと前記読み出し部が前記電気信号の読み出しを終了する終了タイミングとが合うように前記第２の垂直同期信号を生成することを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、前記撮像素子の１フレーム毎に前記電気信号を記録する記録部と、前記記録部が記録する１フレーム毎の前記電気信号を外部へ送信可能な送信部と、前記第１の垂直同期信号に同期して前記記録部が記録する１フレーム分の前記電気信号を前記送信部に送信させる送信制御部と、を備えることを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、当該内視鏡が接続される前記プロセッサの種別を検出する検出部をさらに備え、前記生成部は、前記検出部が検出した前記種別と前記第１の垂直同期信号に基づいて、前記第２の垂直同期信号を生成することを特徴とする。【００１３】
また、本発明に係る内視鏡システムは、上記発明の内視鏡と、照明光を間欠的に出射可能な光源装置と、前記内視鏡が生成した前記電気信号に対して、所定の画像処理を施すプロセッサと、を備え、前記光源装置は、前記撮像素子の１フレーム毎にＰＷＭ調光を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、接続されるプロセッサの種別に関わらず、画像に輝度差が生じることを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの全体構成を模式的に示す概略図である。
【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の要部の機能を示すブロック図である。
【図３】図３は、従来の内視鏡システムが低輝度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。
【図４】図４は、従来の内視鏡システムが高輝度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。
【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が低輝度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムが高輝度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２に係る内視鏡システムが低輝度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、被検体内に先端が挿入される内視鏡を備えた内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付して説明する。さらにまた、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。
【００１７】
（実施の形態１）
〔内視鏡システムの構成〕
図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの全体構成を模式的に示す概略図である。図１に示す内視鏡システム１は、被検体の体内を撮像して画像データを生成する内視鏡２（スコープ）と、内視鏡２が生成した画像データに対して所定の画像処理を施すプロセッサ６（制御装置）と、プロセッサ６が画像処理を施した画像データに対応する画像を表示する表示装置７と、内視鏡２に照明光を供給する光源装置８と、を備える。
【００１８】
内視鏡２は、伝送ケーブル３と、操作部４と、コネクタ部５と、を備える。内視鏡２は、伝送ケーブル３の一部である挿入部１００を被検体の体腔内に挿入することによって被検体の体内を撮像して画像データ（画像信号）をプロセッサ６へ出力する。また、内視鏡２は、伝送ケーブル３の一端側であり、被検体の体腔内に挿入される挿入部１００の先端部１０１側に、体内を撮像する撮像部２０（撮像装置）が設けられている。また、内視鏡２は、挿入部１００の基端１０２側に、内視鏡２に対する各種操作を受け付ける操作部４が設けられている。撮像部２０が撮像した画像データは、例えば数ｍの長さを有する伝送ケーブル３を通り、コネクタ部５へ出力される。
【００１９】
伝送ケーブル３は、内視鏡２とコネクタ部５とを接続するとともに、内視鏡２と光源装置８とを接続する。また、伝送ケーブル３は、撮像部２０が生成した画像データをコネクタ部５へ伝搬する。伝送ケーブル３は、ケーブルや光ファイバ等を用いて構成される。
【００２０】
コネクタ部５は、内視鏡２、プロセッサ６および光源装置８に接続され、接続された内視鏡２が出力する画像データに所定の信号処理を施すとともに、アナログの画像データをデジタルの画像データに変換（Ａ／Ｄ変換）してプロセッサ６へ出力する。
【００２１】
プロセッサ６は、コネクタ部５から入力される画像データに所定の画像処理を施して表示装置７へ出力する。また、プロセッサ６は、内視鏡システム１全体を統括的に制御する。
【００２２】
表示装置７は、プロセッサ６が画像処理を施した画像データに対応する画像を表示する。また、表示装置７は、内視鏡システム１に関する各種情報を表示する。表示装置７は、液晶や有機ＥＬ（Electro  Luminescence）等の表示パネル等を用いて構成される。
【００２３】
光源装置８は、コネクタ部５および伝送ケーブル３を経由して内視鏡２の挿入部１００の先端部１０１側から被検体へ向けて照明光を間欠的に照射する。
【００２４】
図２は、内視鏡システム１の要部の機能を示すブロック図である。図２を参照して、内視鏡システム１の各部構成の詳細および内視鏡システム１内の電気信号の経路について説明する。
【００２５】
〔内視鏡の構成〕
まず、内視鏡２の構成について説明する。図２に示す内視鏡２は、撮像部２０と、撮像制御部２１と、照明部２２と、伝送ケーブル３と、コネクタ部５と、を備える。
【００２６】
撮像部２０は、被検体内を撮像して画像データを生成する。撮像部２０は、光学系２０１と、撮像素子２０２と、を有する。
【００２７】
光学系２０１は、一または複数のレンズおよびプリズム等を用いて構成される。光学系２０１は、撮像素子２０２の受光面に被写体像を結像する。
【００２８】
撮像素子２０２は、光学系２０１が結像した被写体像を受光して光電変換を行うことによって画像データを生成し、この画像データを、伝送ケーブル３を介してコネクタ部５へ出力する。撮像素子２０２は、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）等のイメージセンサを用いて構成される。撮像素子２０２は、光を受光して光電変換を行うことによって電気信号（画像データ）を生成する複数の画素が２次元マトリックス状に配置されてなる受光部２０２ａと、複数の画素の各々から水平ライン毎に電気信号を順次読み出す読み出し部２０２ｂと、を有する。撮像素子２０２は、撮像制御部２１の制御のもと、伝送ケーブル３を介して画像データをコネクタ部５へ出力する。
【００２９】
撮像制御部２１は、伝送ケーブル３を介して後述するコネクタ部５から入力されるクロック信号および第２の垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）に基づいて、照明部２２の遮光期間（消灯期間）に、読み出し部２０２ｂに受光部２０２ａの水平ライン毎に画像データを順次読み出させて出力させる。
【００３０】
照明部２２は、光源装置８から出射された照明光を導光して被検体に向けて照射する。照明部２２は、グラスファイバ等によって構成されたライトガイド２２１および照明レンズ等を用いて実現される。
【００３１】
コネクタ部５は、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）部５１と、撮像素子駆動部５２と、受信部５３と、信号処理部５４と、を有する。
【００３２】
ＦＰＧＡ部５１は、タイミング制御部５１１と、送信制御部５１２と、画像データ記録部５１３と、送信部５１４と、プロセッサ検出部５１５と、を有する。
【００３３】
タイミング制御部５１１は、後述するプロセッサ６から入力されたクロック信号、第１の垂直同期信号および光源装置８が出射する照明光による撮像素子２０２に対する露光の基準タイミングに基づいて、読み出し部２０２ｂが受光部２０２ａから電気信号を読み出すタイミングを制御するための第２の垂直同期信号を生成する。具体的には、タイミング制御部５１１は、後述するプロセッサ６から入力されたクロック信号、第１の垂直同期信号および光源装置８が出射する照明光による撮像素子２０２に対する露光の基準タイミングに基づいて、光源装置８が出射する照明光の終了タイミングと読み出し部２０２ｂが受光部２０２ａの画素から電気信号（画像データ）を読み出すタイミングとが合うように第２の垂直同期信号、および撮像素子２０２を駆動するためのクロック信号を生成して撮像素子駆動部５２へ出力する。より具体的には、タイミング制御部５１１は、プロセッサ６から入力されたクロック信号および第１の垂直同期信号に対して、所定時間遅延させた第２の垂直同期信号を生成する。さらに、タイミング制御部５１１は、後述するプロセッサ検出部５１５の検出結果および第１の垂直同期信号に基づいて、第２の垂直同期信号を生成する。また、タイミング制御部５１１は、後述するプロセッサ６から入力されたクロック信号および第１の垂直同期信号を送信制御部５１２へ出力する。なお、本実施の形態では、タイミング制御部５１１が生成部として機能する。
【００３４】
送信制御部５１２は、受信部５３および信号処理部５４を介して入力された画像データを画像データ記録部５１３に出力して一時的に記録させるとともに、タイミング制御部５１１から入力されるクロック信号および第１の垂直同期信号に基づいて、プロセッサ６から入力される第１の垂直同期信号に同期したタイミングで、送信部５１４に画像データ記録部５１３が一時的に記録する画像データをプロセッサ６へ送信させる。
【００３５】
送信部５１４は、送信制御部５１２から入力された画像データをプロセッサ６へ出力する。具体的には、送信部５１４は、送信制御部５１２の制御のもと、画像データ記録部５１３が一時的に記録する画像データをプロセッサ６へ送信する。
【００３６】
プロセッサ検出部５１５は、内視鏡２が接続されるプロセッサ６の種別を検出し、この検出結果をタイミング制御部５１１へ出力する。具体的には、後述するプロセッサ６のプロセッサＩＤ記録部６６１が記録するプロセッサ６を識別するプロセッサＩＤ情報を取得し、この取得したプロセッサＩＤ情報に基づいて、プロセッサ６の種別を検出する。ここで、プロセッサＩＤ情報には、プロセッサＩＤの形式、光源方式（例えばＰＷＭ調光等）、照明方式（例えば面順次方式や同時方式）、第１の垂直同期信号のタイミングおよびクロック信号のタイミングが含まれる。
【００３７】
撮像素子駆動部５２は、伝送ケーブル３を介してＦＰＧＡ部５１のタイミング制御部５１１から入力されたクロック信号および第２の垂直同期信号を撮像部２０へ出力することによって、撮像部２０を駆動する。
【００３８】
受信部５３は、撮像素子２０２から出力された画像データを受信して信号処理部５４へ出力する。
【００３９】
信号処理部５４は、受信部５３から入力された画像データに対して、信号振幅増幅等のアナログの信号処理を行ってＦＰＧＡ部５１へ出力する。
【００４０】
〔プロセッサの構成〕
次に、プロセッサ６の構成について説明する。プロセッサ６は、タイミング生成部６１と、画像処理部６２と、明るさ検出部６３と、入力部６４と、プロセッサ制御部６５と、記録部６６と、を備える。
【００４１】
タイミング生成部６１は、内視鏡２の各構成部の動作の基準となるクロック信号（例えば、２７ＭＨｚのクロック信号）および画像データの各フレームのスタートタイミングを表す第１の垂直同期信号を生成してタイミング制御部５１１、画像処理部６２、プロセッサ制御部６５および後述する光源装置８へ出力する。
【００４２】
画像処理部６２は、送信部５１４から入力される画像データに対して、同時化処理、ホワイトバランス（ＷＢ）調整処理、ゲイン調整処理、ガンマ補正処理、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換処理、フォーマット変換処理等の画像処理を行って明るさ検出部６３および表示装置７それぞれへ出力する。
【００４３】
明るさ検出部６３は、画像処理部６２から入力された画像データに基づいて、光源装置８が出射する光量を検出し、この検出結果を光源装置８へ出力する。具体的には、明るさ検出部６３は、画像処理部６２から入力された画像データに基づいて、被写体が高輝度であるか、低輝度であるか否かを判定し、この判定結果に応じた光量を算出後、この算出結果を光源装置８へ出力する。より具体的には、明るさ検出部６３は、画像処理部６２から入力された画像データに対応する画像の輝度値（例えば輝度値の平均値や標準偏差等）が予め設定された閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上である場合、被写体が高輝度であると判定する一方、閾値未満である場合、被写体が低輝度であると判定し、この判定結果に応じた光量を算出後、この算出結果を光源装置８へ出力する。
【００４４】
入力部６４は、内視鏡システム１に関する各種操作の入力を受け付ける。入力部６４は、例えば十字スイッチやプッシュボタン等を用いて構成される。
【００４５】
プロセッサ制御部６５は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を用いて構成され、内視鏡システム１の各部を統括的に制御する。
【００４６】
記録部６６は、揮発性メモリや不揮発性メモリ等を用いて構成され、プロセッサ６の各種情報を記録する。また、記録部６６は、プロセッサ６を識別するプロセッサＩＤ情報を記録するプロセッサＩＤ記録部６６１を有する。
【００４７】
〔光源装置の構成〕
次に、光源装置８の構成について説明する。光源装置８は、光源８１と、光源ドライバ８２と、集光レンズ８３と、照明制御部８４と、を備える。
【００４８】
光源８１は、白色光を出射する。光源８１が出射した白色光は、集光レンズ８３およびライトガイド２２１を介して内視鏡２の先端部１０１から外部に照射される。光源８１は、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）を用いて構成される。
【００４９】
光源ドライバ８２は、照明制御部８４の制御のもと、所定の間隔で光源８１に電力を供給することによって、光源８１をＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）調光する。
【００５０】
集光レンズ８３は、光源８１が出射した白色光を集光してライトガイド２２１へ出射する。集光レンズ８３は、一または複数のレンズを用いて構成される。
【００５１】
照明制御部８４は、ＣＰＵ等を用いて構成され、タイミング生成部６１から入力されるクロック信号および第１の垂直同期信号に基づいて、光源ドライバ８２を制御することによって、光源８１のＰＷＭ調光の光量を制御する。具体的には、照明制御部８４は、明るさ検出部６３から入力された算出結果に応じて光源ドライバ８２を制御する。より具体的には、照明制御部８４は、明るさ検出部６３から入力された光量に関する情報に基づいて、光源ドライバ８２を制御することによって、光源８１によるＰＷＭ調光の光量を制御する。
【００５２】
〔内視鏡の動作〕
次に、内視鏡２の動作について説明する。以下においては、従来の内視鏡システムの動作を説明後、本実施の一形態に係る内視鏡システム１の動作について説明する。図３は、従来の内視鏡システムが低輝度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。図４は、従来の内視鏡システムが高輝度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。図３および図４において、上段から（ａ）がクロック信号を示し、（ｂ）が垂直同期信号のタイミング（ＶＤ）を示し、（ｃ）が画像処理部の動作、（ｄ）が光源の調光タイミング、（ｅ）が垂直同期信号、（ｆ）が画像データ（画像信号）の読み出しタイミング、（ｇ）が画素の露光量、（ｈ）が画素の水平ラインの読み出しタイミング、（ｉ）が画像データのフレームのタイミング、（ｊ）が画像データのイメージを示す。なお、図３および図４において、水平方向のライン数を模式的に１１ラインとして説明する。
【００５３】
〔従来の動作タイミング〕
まず、従来の内視鏡システムの低輝度における動作について説明する。図３に示すように、従来の内視鏡システムは、低照度時に、光源がＰＷＭ調光を行っている場合において、撮像素子にＣＭＯＳイメージャを用いてローリングシャッタ方式によって被写体の撮像を行っているとき、調光タイミングと映像信号の読み出しタイミングとがずれることによって、撮像素子によって生成された画像データに対応する画像内に大きな輝度差が発生する。
【００５４】
具体的には、図３に示すように、従来の内視鏡システムは、２フレーム目データにおいて、１フレーム目データで１ライン目の画像データを読み出した後の露光期間に、前フレームでの１ライン目の露光量（領域Ｐ１を参照）が「６」となり、現フレームでの１ライン目の露光量（領域Ｐ２を参照）が「０」となり、蓄積された露光量Ｄ１が「６」となる。これに対して、従来の内視鏡システムは、２フレーム目データにおいて、１フレーム目データで１１ライン目の画像データを読み出した後の露光期間に、前フレームでの１１ライン目の露光量が「０」となり、現フレームでの１１ライン目の露光量が「２」となり、蓄積された露光量Ｄ２が「２」となる。この結果、画像Ｆ１には、大きな輝度差（例えば輝度変動率６７％）が生じる。
【００５５】
続いて、従来の内視鏡システムは、３フレーム目データにおいて、２フレーム目データで１ライン目の画像データを読み出した後の露光期間に、前フレームでの１ライン目の露光量が「２」となり、現フレームでの１ライン目の露光量が「２」となり、蓄積された露光量Ｄ３が「４」となる。これに対して、従来の内視鏡システムは、３フレーム目データにおいて、２フレーム目データで１ライン目の画像データを読み出した後の露光期間に、前フレームでの１１ライン目の露光量が「０」となり、現フレームでの１１ライン目の露光量が「８」となり、蓄積された露光量Ｄ４が「８」となる。この結果、画像Ｆ２には、大きな輝度差が生じる。
【００５６】
次に、従来の内視鏡システムの高輝度時における動作について説明する。図４に示すように、従来の内視鏡システムは、２フレーム目データにおいて、１フレーム目データで１ライン目の画像データを読み出した後の露光期間に、前フレームでの１ライン目の露光量が「１３」となり、現フレームでの１ライン目の露光量が「８」となり、蓄積された露光量Ｄ１が「２１」となる。これに対して、従来の内視鏡システムは、２フレーム目データにおいて、１フレーム目データで１１ライン目の画像データを読み出した後の露光期間に、前フレームでの１１ライン目の露光量が「４」となり、現フレームでの１１ライン目の露光量が「１４」となり、蓄積された露光量Ｄ２が「１８」となる。この結果、画像Ｆ１１（例えば輝度変動率１４％）となり、ユーザが認識できないレベルとなる。
【００５７】
続いて、従来の内視鏡システムは、３フレーム目データにおいて、２フレーム目データで１ライン目の画像データを読み出した後の露光期間に、前フレームでの１ライン目の露光量が「６」となり、現フレームでの１ライン目の露光量が「９」となり、蓄積された露光量Ｄ３が「１５」となる。これに対して、従来の内視鏡システムは、３フレーム目データにおいて、２フレーム目データで１ライン目の画像データを読み出した後の露光期間に、前フレームでの１１ライン目の露光量が「０」となり、現フレームでの１１ライン目の露光量が「１５」となり、蓄積された露光量Ｄ４が「１５」となる。この結果、画像Ｆ１２となる（例えば輝度変動率０％）。
【００５８】
〔内視鏡システムの動作タイミング〕
次に、本実施の形態１に係る内視鏡システム１の動作タイミングについて説明する。図５は、内視鏡システム１が低輝度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。図６は、内視鏡システム１が高輝度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。図５および図６において、上段から（ａ）がクロック信号を示し、（ｂ）が第１の垂直同期信号のタイミング（第１ＶＤ）を示し、（ｃ）が画像処理部の動作、（ｄ）が光源の調光タイミング、（ｅ）が第２の垂直同期信号（第２ＶＤ）、（ｆ）が画像信号の読み出しタイミング、（ｇ）が画素の露光量、（ｈ）が画素の水平ラインの読み出しタイミング、（ｉ）が画像データのフレームのタイミング、（ｊ）が画像データのイメージを示す。なお、図５および図６において、水平方向のライン数を模式的に１１ラインとして説明する。また、以下において、低輝度時とは、被写体が高輝度の状態（表示装置７の画像が明るい状態）であって、読み出し期間において一定時間だけＰＷＭ調光による点灯を行わない消灯期間を有する状態である。さらに、高輝度時とは、被写体が低輝度の状態（表示装置７の画像が非常に暗い状態）であって、読み出し期間であってもＰＷＭ調光による点灯（連続照明）を行う状態である。即ち、光源装置８が出射する照明光の開始タイミングとは、光源装置８がＰＷＭ調光による照明光の点灯を一定期間だけ行う際の照明光の点灯を開始する時刻である。さらに、光源装置８が出射する照明光の終了タイミングとは、光源装置８がＰＷＭ調光による照明光の点灯を一定期間行った後に照明光を消灯する時刻である。
【００５９】
まず、内視鏡システム１の低輝度時における動作について説明する。タイミング制御部５１１は、タイミング生成部６１から入力される第１の垂直同期信号に基づいて、受光部２０２ａの露光期間において撮像素子２０２の１フレームの露光タイミングのスタートタイミングを表す第２の垂直同期信号を生成する。具体的には、図５に示すように、タイミング制御部５１１は、第１の垂直同期信号に対して、所定時間Ｔ１遅延させた時点であって、照明部２２が消灯を開始する時点から、受光部２０２ａから読み出し部２０２ｂによる画像データの読み出しが開始されるように第２の垂直同期信号を生成する。これにより、１フレーム目データにおいて、撮像制御部２１は、タイミング制御部５１１から入力された第２の垂直同期信号およびクロック信号に従って、照明部２２の消灯期間に、読み出し部２０２ｂに受光部２０２ａから画像データを順次読み出させる。具体的には、撮像制御部２１は、照明部２２が照明光の出射を終了した時点から読み出し部２０２ｂに受光部２０２ａから画像データを順次読み出させる。この結果、受光部２０２ａの各水平ラインの露光量（露光量が「８」）が同じとなり、映像読み出し期間に、照明部２２による照明光が照射されないため、輝度がない画像Ｆ２１を生成することができる。また、送信制御部５１２は、次フレームの第１の垂直同期信号Ｔ２に同期して、画像データ記録部５１３に記録された画像Ｆ２１の画像データを送信部５１４に送信させる。これにより、内視鏡２とプロセッサ６との垂直同期信号が異なっていても、プロセッサ６の第１の垂直同期信号に応じたタイミングで送信部５１４が画像データを送信するので、プロセッサ６内において適切な画像処理を行うことができる。
【００６０】
続いて、図５に示すように、２フレーム目データにおいて、撮像制御部２１は、タイミング制御部５１１から入力された第２の垂直同期信号およびクロック信号に従って、照明部２２の消灯期間に、読み出し部２０２ｂに受光部２０２ａから画像データを順次読み出させる。具体的には、撮像制御部２１は、照明部２２が照明光の出射を終了した時点から読み出し部２０２ｂに受光部２０２ａから画像データを順次読み出させる。この結果、受光部２０２ａの各水平ラインの露光量（露光量が「２」）が同じとなり、映像読み出し期間に、照明部２２による照明光が照射されないため、輝度がない画像Ｆ２２を生成することができる。さらに、図５に示す画像Ｆ２１、画像Ｆ２２および画像Ｆ２３に示すように、画像データのフレーム毎に、光源装置８によるＰＷＭ調光の光量が変化した場合であっても、輝度差が生じない。このように、低輝度時において輝度差がない画像を生成する。
【００６１】
また、図５において、送信制御部５１２は、読み出し部２０２ｂから水平ライン毎に読み出された画像データを画像データ記録部５１３に一時的に記録させ、タイミング制御部５１１を介してタイミング生成部６１から入力される第１の垂直同期信号に基づいて、送信部５１４に画像データ記録部５１３に一時的に記録された画像データを送信させる。これにより、プロセッサ６の第１の垂直同期信号と内視鏡２の第２の垂直同期信号とのタイミングが異なっていても、プロセッサ６に応じたタイミングで画像データを送信することができるので、プロセッサ６と内視鏡２との間に互換性を持たせることができる。
【００６２】
次に、内視鏡システム１の高輝度時における動作について説明する。図６に示すように、タイミング制御部５１１は、タイミング生成部６１から入力される第１の垂直同期信号に基づいて、受光部２０２ａの露光期間において撮像素子２０２の１フレームの露光タイミングのスタートタイミングを表す第２の垂直同期信号を生成する。具体的には、図６に示すように、タイミング制御部５１１は、第１の垂直同期信号から所定時間遅延させた時点であって、照明部２２が照射を終了する時点から、受光部２０２ａから読み出し部２０２ｂによる画像データの読み出しが開始されるように第２の垂直同期信号を生成する。これにより、１フレーム目データにおいて、撮像制御部２１は、タイミング制御部５１１から入力された第２の垂直同期信号およびクロック信号に従って、読み出し部２０２ｂに受光部２０２ａから画像データを順次読み出させる。この結果、読み出し期間において、フレーム毎に露光量が変動することによって、画像Ｆ３１、画像Ｆ３２および画像Ｆ３３に輝度差が生じたとしても、フレーム間の調光変動量に対してフレーム間の平均の露光量が大きいため、各画像内の輝度差を低く抑えることができる。
【００６３】
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、タイミング制御部５１１がプロセッサ６から入力される第１の垂直同期信号と照明光による撮像素子２０２に対する露光の基準タイミングとに基づいて、読み出し部２０２ａが電気信号を読み出すタイミングを制御するための第２の垂直同期信号を生成し、撮像制御部２１が第２の垂直同期信号に基づいて、照明部２２の消灯期間に読み出し部２０２ｂに電気信号を順次読み出させるので、接続されるプロセッサ６の種別に関わらず、低輝度時に画像に輝度差が生じることを防止することができる。
【００６４】
また、本発明の実施の形態１によれば、タイミング制御部５１１がプロセッサ６から入力される第１の垂直同期信号に対して、所定時間遅延させた第２の垂直同期信号を生成するので、接続されるプロセッサ６の種別に関わらず、画像に輝度差が生じることを防止することができる。
【００６５】
また、本発明の実施の形態１によれば、送信制御部５１２が第１の垂直同期信号に同期して画像データ記録部５１３が記録する１フレーム分の電気信号（画像データ）を送信部５１４に送信させるので、接続されるプロセッサ６の種別に応じた画像データを送信することができる。
【００６６】
なお、本発明の実施の形態１では、第１の垂直同期信号の立ち上がりに応じて、撮像素子２０２の１フレーム期間においてブランキング期間（全画素露光期間）の後に、画像読み出し期間を設けた種類のイメージセンサを用いていたが、第１の垂直同期信号の立ち上がりに応じて、１フレーム期間において画像読み出し期間の後にブランキング期間（全画素露光期間）を設けた種類のイメージセンサを用いてもよい。
【００６７】
また、本発明の実施の形態１では、タイミング制御部５１１が光源装置８によって出射される照明光の終了タイミングと読み出し部２０２ａが電気信号の読み出しを開始する開始タイミングとが合うように第２の垂直同期信号を生成していたが、例えば、光源装置８によって出射される照明光の終了タイミングと読み出し部２０２ｂが受光部２０２ａからの電気信号の読み出しを開始する開始タイミングとが重なりあうように第２の垂直同期信号を生成してもよいし、一定時間（例えば所定パルス）だけ間隔が空くように第２の垂直同期信号を生成してもよい。もちろん、タイミング制御部５１１は、光源装置８によって出射される照明光の点灯期間に、読み出し部２０２ｂが受光部２０２ａからの電気信号の読み出しを開始する開始タイミングがあるように第２の垂直同期信号を生成してもよい。
【００６８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と同一の構成を有し、低照度時における動作が異なる。具体的には、上述した実施の形態１では、光源装置８が出射する照明光の終了タイミングと読み出し部２０２ｂが受光部２０２ａから電気信号を読み出すタイミング（露光期間終了タイミング）とが合うようにタイミング制御部５１１が第２の垂直同期信号を生成して撮像制御部２１へ送信していたが、本実施の形態２では、光源装置が出射する照明光の開始タイミングと読み出し部が受光部から電気信号の読み出しを終了する終了タイミング（露光期間開始タイミング）とが合うようにタイミング制御部が第２の垂直同期信号を生成して撮像制御部へ送信する。このため、以下においては、本実施の形態２に係る内視鏡システムが実効する低照度時における動作について説明する。なお、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
〔内視鏡システムの動作タイミング〕
本実施の形態２に係る内視鏡システム１の動作タイミングについて説明する。図７は、内視鏡システムが低照度時における動作を模式的に示すタイミングチャートを示す図である。図７において、上段から（ａ）がクロック信号を示し、（ｂ）が第１の垂直同期信号のタイミング（第１ＶＤ）を示し、（ｃ）が画像処理部の動作、（ｄ）が光源の調光タイミング、（ｅ）が第２の垂直同期信号（第２ＶＤ）、（ｆ）が画像信号の読み出しタイミング、（ｇ）が画素の露光量、（ｈ）が画素の水平ラインの読み出しタイミング、（ｉ）が画像データのフレームのタイミング、（ｊ）が画像データのイメージを示す。なお、図７において、水平方向のライン数を模式的に１１ラインとして説明する。
【００７０】
図７に示すように、タイミング制御部５１１は、タイミング生成部６１から入力される第１の垂直同期信号クロック信号および光源装置８が出射する照明光による露光の基準タイミングに基づいて、読み出し部２０２ｂが受光部２０２ａから電気信号を読み出すタイミングを制御するための第２の垂直同期信号を生成する。具体的には、図７に示すように、タイミング制御部５１１は、第１の垂直同期信号に対して、所定時間Ｔ１０遅延させた時点であって、照明部２２が点灯を開始する時点（開始タイミング）で、読み出し部２０２ｂによる受光部２０２ａから電気信号の読み出しが終了するように第２の垂直同期信号を生成する。より具体的には、タイミング制御部５１１は、第１の垂直同期信号に基づいて、照明部２２による照明光の開始タイミングと読み出し部２０２ｂによる受光部２０２ａから電気信号の読み出しを終了する終了タイミング（露光の開始タイミング）とが合うように第２の垂直同期信号を生成する。即ち、タイミング制御部５１１は、光源装置８が低光量出射時に撮像素子２０２の全画素露光期間で露光できるように第１の垂直同期信号を時間Ｔ１０遅延させた第２の垂直同期信号を生成する。
【００７１】
これにより、１フレーム目データにおいて、撮像制御部２１は、タイミング制御部５１１から入力された第２の垂直同期信号およびクロック信号に従って、照明部２２の消灯期間に、読み出し部２０２ｂに受光部２０２ａから画像データを順次読み出させる。具体的には、撮像制御部２１は、照明部２２が照明光の出射を開始する前に、読み出し部２０２ｂに受光部２０２ａから画像データの読み出しを終了させる。この結果、受光部２０２ａの各水平ラインの露光量（露光量が「８」）が同じとなり、映像読み出し期間に、照明部２２による照明光が照射されないため、輝度がない画像Ｆ４１を生成することができる。また、送信制御部５１２は、次フレームの第１の垂直同期信号Ｔ２に同期して、画像データ記録部５１３に記録された画像Ｆ４１の画像データを送信部５１４に送信させる。これにより、内視鏡２とプロセッサ６との垂直同期信号が異なっていても、プロセッサ６の第１の垂直同期信号に応じたタイミングで送信部５１４が画像データを送信するので、プロセッサ６内において適切な画像処理を行うことができる。
【００７２】
続いて、図７に示すように、２フレーム目データにおいて、タイミング生成部６１から入力される第１の垂直同期信号、クロック信号および光源装置８が出射する照明光による露光の基準タイミングに基づいて、照明部２２が点灯を開始する時点（開始タイミング）で、読み出し部２０２ｂによる受光部２０２ａから電気信号の読み出しが終了するように第２の垂直同期信号を生成する。具体的には、撮像制御部２１は、照明部２２が照明光の出射を開始する前に、読み出し部２０２ｂに受光部２０２ａから画像データの読み出しを終了させる。この結果、受光部２０２ａの各水平ラインの露光量（露光量が「２」）が同じとなり、映像読み出し期間に、照明部２２による照明光が照射されないため、輝度がない画像Ｆ４２を生成することができる。さらに、図７に示す画像Ｆ４１、画像Ｆ４２および画像Ｆ４３に示すように、画像データのフレーム毎に、光源装置８によるＰＷＭ調光の光量（期間）が変化した場合であっても、輝度差が生じない。このように、低輝度時において輝度差がない画像を生成する。
【００７３】
また、図７において、送信制御部５１２は、読み出し部２０２ｂから水平ライン毎に読み出された画像データを画像データ記録部５１３に一時的に記録させ、タイミング制御部５１１を介してタイミング生成部６１から入力される第１の垂直同期信号に基づいて、送信部５１４に画像データ記録部５１３に一時的に記録された画像データを送信させる。これにより、プロセッサ６の第１の垂直同期信号と内視鏡２の第２の垂直同期信号とのタイミングが異なっていても、プロセッサ６に応じたタイミングで画像データを送信することができるので、プロセッサ６と内視鏡２との間に互換性を持たせることができる。
【００７４】
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、タイミング制御部５１１がタイミング生成部６１から入力される第１の垂直同期信号、クロック信号および光源装置８が出射する照明光による露光の基準タイミングに基づいて、読み出し部２０２ｂが受光部２０２ａから電気信号を読み出すタイミングを制御するための第２の垂直同期信号を生成するので、接続されるプロセッサ６の種別に関わらず、低輝度時に画像に輝度差が生じることを防止することができる。
【００７５】
また、本発明の実施の形態２によれば、タイミング制御部５１１が第１の垂直同期信号に基づいて、照明部２２が点灯を開始する開始タイミングと、読み出し部２０２ｂによる受光部２０２ａから電気信号の読み出しを終了する終了タイミングとが合うように第２の垂直同期信号を生成するので、接続されるプロセッサ６の種別に関わらず、低輝度時に画像に輝度差が生じることを防止することができる。
【００７６】
なお、本発明の実施の形態２では、タイミング制御部５１１が光源装置８によって出射される照明光の点灯を開始する開始タイミングと読み出し部２０２ｂが受光部２０２ａから電気信号の読み出しを終了する終了タイミングとが合うように第２の垂直同期信号を生成していたが、例えば、光源装置８によって出射される照明光の開始タイミングと読み出し部２０２ｂが電気信号の読み出しを終了する終了タイミングとが重なりあうように第２の垂直同期信号を生成してもよいし、一定時間（例えば所定パルス）だけ間隔が空くように第２の垂直同期信号を生成してもよい。もちろん、タイミング制御部５１１は、光源装置８によって出射される照明光の点灯期間に、読み出し部２０２ｂが受光部２０２ａからの電気信号の読み出しを終了する終了タイミングがあるように第２の垂直同期信号を生成してもよい。
【００７７】
（その他の実施の形態）
また、本発明の実施の形態では、光源装置がプロセッサの制御のもと、ＰＷＭ調光を行っていたが、ＰＮＭ（Pulse  Number  Modulation）調光であっても適用することができる。
【００７８】
また、本発明の実施の形態では、１フレーム期間の途中に光源を発光させてＰＷＭ調光を行っていたが、プロセッサの第１の垂直同期信号に同期してＰＷＭ調光を行ってもよい。
【００７９】
また、本発明の実施の形態では、１フレーム期間における終了タイミングを基準にＰＷＭ調光（調光幅の拡大または縮小）を行ってもよい。
【００８０】
また、本発明の実施の形態では、ＰＷＭ調光における１パルスの発光量が一定であったが、これに限定されることなく、発光量を変更してもよい。
【００８１】
また、本発明の実施の形態によれば、接続されるプロセッサ６の種別に関わらず、画像データをプロセッサ６の垂直同期信号に応じて送信することができるので、プロセッサ６は、画像処理を行って表示装置７へ画像データを送信することができる。
【００８２】
また、本発明の実施の形態では、伝送ケーブルを介して画像データをプロセッサ（制御装置）へ送信していたが、例えば有線である必要はなく、無線であってもよい。この場合、所定の無線通信規格（例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））に従って、画像データ等を制御装置へ送信するようにすればよい。もちろん、他の無線通信規格に従って無線通信を行ってもよい。
【００８３】
また、本発明の実施の形態では、プロセッサ（制御装置）と光源装置とが別体であったが、これに限定されることなく、例えば制御装置と光源装置とを一体的に形成してもよい。
【００８４】
また、本発明の実施の形態では、同時式の内視鏡を例に説明したが、面順次式の内視鏡であっても適用することができる。
【００８５】
また、本発明の実施の形態では、被検体に挿入される内視鏡であったが、例えばカプセル型の内視鏡または被検体を撮像する撮像装置であっても適用することができる。
【００８６】
また、本発明の実施の形態では、軟性内視鏡（上下内視鏡スコープ）以外にも、硬性内視鏡、副鼻腔内視鏡および電気メスや検査プローブ等の電磁両立性（Electromagnetic  Compatibility：EMC）対策が必要な医療装置であっても適用することができる。
【００８７】
以上、本願の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１  内視鏡システム
２  内視鏡
３  伝送ケーブル
４  操作部
５  コネクタ部
６  プロセッサ
７  表示装置
８  光源装置
２０  撮像部
２１  撮像制御部
２２  照明部
２５  ライトガイド
５１  ＦＰＧＡ部
５２  撮像素子駆動部
５３  受信部
５４  信号処理部
６１  タイミング生成部
６２  画像処理部
６３  明るさ検出部
６４  入力部
６５  プロセッサ制御部
６６  記録部
８１  光源
８２  光源ドライバ
８３  集光レンズ
８４  照明制御部
１００  挿入部
１０１  先端部
１０２  基端
２０１  光学系
２０２  撮像素子
２０２ａ  受光部
２０２ｂ  読み出し部
５１１  タイミング制御部
５１２  送信制御部
５１３  画像データ記録部
５１４  送信部
５１５  プロセッサ検出部
６６１  プロセッサＩＤ記録部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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