(57)【要約】  撮像システム（１０）において、変調照明での照明光の強度は、非読出期間において照明光を出力する期間である出力期間の増減に伴い可変する積算光量のための強度であるパルスＰ１と、非読出期間において照明光の強度を一定に保つための強度であるパルスＰ２とを組み合わせた波形を有する。照明制御部（１００）は、連続照明と変調照明とを基にした照明光の強度の制御によって、１フレーム期間または１フィールド期間に出力される照明光の光量の増減を制御する。
2017013780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を照明する照明光を出射する照明部と、
受光した光を光電変換することによって電気信号を生成し、２次元状に配列された画素を有する撮像素子と、
前記画素によって生成される前記電気信号を、前記画素のライン毎に順次読み出す読出部と、
前記照明光の強度を制御する照明制御部と、
を具備し、
前記読出部は、１フレーム期間または１フィールド期間のうち前記読出部が前記画素のラインの少なくとも一部を読み出す読出期間を有し、
前記照明制御部は、前記読出期間の少なくとも一部において実施され前記照明光の強度を一定に保つ連続照明と、前記読出期間以外の期間である非読出期間において実施され前記照明光の強度を変調する変調照明とを基に、前記照明光の強度を制御し、
前記変調照明での前記照明光の強度は、前記非読出期間において前記照明光を出力する期間である出力期間の増減に伴い可変する積算光量のための強度である第１パルスと、前記非読出期間において前記照明光の強度を一定に保つための強度である第２パルスとを組み合わせた波形を有し、
前記照明制御部は、前記連続照明と前記変調照明とを基にした前記照明光の強度の制御によって、前記１フレーム期間または前記１フィールド期間に出力される前記照明光の光量の増減を制御する撮像システム。
【請求項２】
前記積算光量は、パルスの強度と、前記出力期間との積であり、
前記第１パルスの強度と前記出力期間の最大値との積である最大積算光量と、前記第１パルスの強度と前記出力期間の最小値との積である最小積算光量とにおいて、
前記照明制御部は、前記出力期間を増減することで前記最大積算光量と前記最小積算光量との間で前記第１パルスにおける前記積算光量を増減し、前記照明光の光量を増減する請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記第１パルスにおける前記積算光量が前記最大積算光量である状態で、前記照明制御部が前記１フレーム期間または前記１フィールド期間において前記照明光の光量をさらに増加する場合、前記照明制御部は、前記第１パルスにおける前記積算光量から移行量分だけ減らし、前記第２パルスにおける積算光量を前記移行量分だけ増やす第１増加移行動作を実施し、
前記照明制御部は、前記第１増加移行動作後において、前記照明光の光量の増加量が前記第１パルスにおける前記積算光量に対応するように、前記第１パルスにおける前記出力期間を調整する請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記第１パルスにおける前記積算光量が前記最小積算光量である状態で、前記照明制御部が前記１フレーム期間または前記１フィールド期間において前記照明光の光量をさらに減少する場合、前記照明制御部は、前記第２パルスにおける前記積算光量から移行量分だけ減らし、前記第１パルスにおける前記積算光量を前記移行量分だけ増やす第１減少移行動作を実施し、
前記照明制御部は、前記第１減少移行動作後において、前記照明光の光量の減少量が前記第１パルスにおける前記積算光量に対応するように、前記第１パルスにおける前記出力期間を調整する請求項２に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記照明制御部は、前記移行量を、前記最大積算光量と前記最小積算光量との差として設定する請求項３または請求項４に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記照明制御部は、前記第１パルスの強度を、前記照明光の最大強度の１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）に制御する請求項５に記載の撮像システム。
【請求項７】
前記第１パルスの強度と前記第２パルスの強度との和が前記照明光の最大強度に略等しく、前記照明制御部が前記照明光の光量をさらに増加する場合、前記照明制御部は、前記第２パルスにおける前記積算光量から前記移行量分だけ減らし、前記連続照明における積算光量を前記移行量分だけ増やす第２増加移行動作を実施し、
前記第１パルスの強度と前記第２パルスの強度との和が前記照明光の最大強度に略等しく、前記照明制御部が前記第１パルスにおける前記積算光量をさらに減少する場合、前記照明制御部は、前記連続照明における積算光量から前記移行量分だけ減らし、前記第２パルスにおける前記積算光量を前記移行量分だけ増やす第２減少移行動作を実施する請求項５に記載の撮像システム。
【請求項８】
前記第２増加移行動作と前記第２減少移行動作との少なくとも一方は、移行開始から複数のフレーム期間または複数のフィールド期間にて実施される請求項７に記載の撮像システム。
【請求項９】
前記照明光の光量が少ない場合、前記照明制御部は、前記第１パルスの強度を、前記照明光の最大強度の１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）よりも小さく制御し、
前記照明光の光量が多い場合、前記照明制御部は、前記第１パルスの強度を、前記照明光の最大強度の１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）よりも多く制御する請求項３または請求項４に記載の撮像システム。
【請求項１０】
前記照明制御部は、前記第２パルスにおける前記積算光量と前記連続照明での前記積算光量との総和が一定となるように、前記第２パルスの強度と前記連続照明での強度とを制御する請求項３または請求項４に記載の撮像システム。
【請求項１１】
前記照明制御部は、前記１フレーム期間または前記１フィールド期間において、前記第１パルスを複数のパルスで構成する請求項１に記載の撮像システム。
【請求項１２】
前記照明制御部は、前記第１パルスにおける前記出力期間を、ＰＷＭ制御とＰＤＭ制御とＰＮＭ制御とのいずれかで増減する請求項１に記載の撮像システム。
【請求項１３】
前記画素から出力された前記電気信号に対する画像処理によって前記被写体の画像を生成する画像処理部をさらに具備し、
前記画像処理部は、前記画像に含まれる前記被写体の輝度値を検出する検出部を有し、
前記照明制御部は、前記検出部が検出した前記輝度値を基に、前記照明光の前記光量の増減を制御する請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項１４】
１次光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された前記１次光を導光する導光部材と、
前記導光部材によって導光された前記１次光を、前記１次光と異なる光学特性を有する２次光に変換する前記照明部の光変換部材と、
を有する照明ユニットを具備する請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の撮像システムを具備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、撮像システム及び内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１は、パルスで点灯する光源を有する内視鏡を開示している。  
また近年の撮像装置は、例えば、ＣＭＯＳ型イメージセンサ（以下、ＣＭＯＳと称する）を用いる。ＣＭＯＳは、一般的に、画素信号を１水平ライン毎に順に読み出すローリングシャッタ方式を採用している。この場合、同一の時点で、露光中のラインと非露光中のラインとが存在する状態が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１１１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されるパルスで点灯する光源と、ローリングシャッタ方式とが組み合わされた場合、１つの画像において、照明光を照明された被写体が露光されるラインと、照明光を照明されず被写体が露光されるラインとが発生する。このため、画像に明暗縞が生じ、画像に露光ムラが生じ、画質が低下する。【０００５】
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、撮像素子が水平ライン毎に順に露光する際に、画像に対する明暗縞の発生を抑制し、調光のダイナミックレンジを広げることができる撮像システム及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】
【０００６】
本発明の撮像システムの一態様は、被写体を照明する照明光を出射する照明部と、受光した光を光電変換することによって電気信号を生成し、２次元状に配列された画素を有する撮像素子と、前記画素によって生成される前記電気信号を、前記画素のライン毎に順次読み出す読出部と、前記照明光の強度を制御する照明制御部と、を具備し、前記読出部は、１フレーム期間または１フィールド期間のうち前記読出部が前記画素のラインの少なくとも一部を読み出す読出期間を有し、前記照明制御部は、前記読出期間の少なくとも一部において実施され前記照明光の強度を一定に保つ連続照明と、前記読出期間以外の期間である非読出期間において実施され前記照明光の強度を変調する変調照明とを基に、前記照明光の強度を制御し、前記変調照明での前記照明光の強度は、前記非読出期間において前記照明光を出力する期間である出力期間の増減に伴い可変する積算光量のための強度である第１パルスと、前記非読出期間において前記照明光の強度を一定に保つための強度である第２パルスとを組み合わせた波形を有し、前記照明制御部は、前記連続照明と前記変調照明とを基にした前記照明光の強度の制御によって、前記１フレーム期間または前記１フィールド期間に出力される前記照明光の光量の増減を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撮像素子が水平ライン毎に順に露光する際に、画像に対する明暗縞の発生を抑制し、調光のダイナミックレンジを広げることができる撮像システム及び内視鏡システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、照明光の強度と出力期間との積である積算光量（照明光の光量）を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、外光が侵入しにくい内部空間部に挿入された挿入部を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、光源部の駆動部の構成を示す図である。
【図３】図３は、撮像素子の露光タイミングと、全ライン露光信号と、照明光の強度波形との関係を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１の実施形態における、１フレーム期間当たりの積算光量と、パルスＰ１と、パルスＰ１における積算光量と、パルスＰ２における積算光量と、パルスＰ３における積算光量との関係を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示すポイントＡ１，Ａ２，Ａ３における全ライン露光信号と照明光の強度波形と積算光量との関係を示し、照明光の光量の増加に伴いパルスＰ１における積算光量がパルスＰ２における積算光量に移行することを説明する図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａに示すポイントＢ１，Ｂ２，Ｂ３における全ライン露光信号と照明光の強度波形と積算光量との関係を示し、照明光の光量の増加に伴い、パルスＰ１における積算光量がパルスＰ２における積算光量に移行し、パルスＰ２における積算光量がパルスＰ３における積算光量に移行することを説明する図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ａに示すポイントＣ１，Ｃ２，Ｃ３における全ライン露光信号と照明光の強度波形と積算光量との関係を示し、照明光の光量の増加に伴い、パルスＰ１における積算光量がパルスＰ２における積算光量に移行し、パルスＰ２における積算光量がパルスＰ３における積算光量に移行することを説明する図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、図４Ａに示すポイントＤ３，Ｄ２，Ｄ１における全ライン露光信号と照明光の強度波形と積算光量との関係を示し、照明光の光量の減少に伴い、パルスＰ３における積算光量がパルスＰ２における積算光量に移行し、パルスＰ２における積算光量がパルスＰ１における積算光量に移行することを説明する図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、図４Ａに示すポイントＥ３，Ｅ２，Ｅ１における全ライン露光信号と照明光の強度波形と積算光量との関係を示し、照明光の光量の減少に伴いパルスＰ２における積算光量がパルスＰ１における積算光量に移行することを説明する図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本実施形態におけるパルスＰ１の出力期間の増減を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、パルスＰ１の出力期間の増減の一例を示し、ＰＷＭ制御を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、パルスＰ１の出力期間の増減の一例を示し、ＰＮＭ制御を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、パルスＰ１の出力期間の増減の一例を示し、ＰＤＭ制御を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第１の実施形態の変形例１を示し、図４Ａに示すポイントＣ１において、照明光の光量が増加する場合、パルスＰ１における積算光量がパルスＰ２における積算光量に移行する前に、パルスＰ２における積算光量がパルスＰ３における積算光量に移行し、移行は複数の１フレーム期間にて実施されることを説明する図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第１の実施形態の変形例１を示し、照明光の光量が減少する場合、パルスＰ２における積算光量がパルスＰ１における積算光量に移行する前に、パルスＰ３における積算光量がパルスＰ２における積算光量に移行し、移行は複数の１フレーム期間Ｔｆｌにて実施されることを説明する図である。
【図７】図７は、第１の実施形態の変形例２を示し、１フレーム期間当たりの積算光量と、パルスＰ１と、パルスＰ１における積算光量と、パルスＰ２における積算光量と、パルスＰ３における積算光量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、一部の図面では図示の明瞭化のために部材の一部の図示を省略する。
【００１０】
［第１の実施形態］  
［構成］  
図１と図２Ａと図２Ｂと図２Ｃと図３と図４Ａと図４Ｂと図４Ｃと図４Ｄと図４Ｅと図４Ｆとを参照して第１の実施形態について説明する。なお以下において、図１に示すように、積算光量Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３である照明光ＩＬの強度（以下、光強度）と、照明時間である出力期間との積であると規定する。すなわち、積算光量Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、照明光の光量を示す。
【００１１】
［内視鏡システム１０］  
図２Ａに示すように、内視鏡システム１０は、外光が届きにくく且つ入りにくい暗闇の箇所に存在する被写体２１を観察する観察システムの一例である。暗闇の箇所は、例えば、観察対象物２３の内部空間部２５である。観察対象物２３は、内部空間部２５につながる狭い入口２７を有する。内部空間部２５は、狭い入口２７の奥に存在し、入口２７に比べて広い。内部空間部２５に対して、室内光や太陽光といった外光は届きにくく且つ入りにくい。つまり外光が内部空間部２５に侵入しにくいため、内部空間部２５は外光によって照明しにくい部位である。
【００１２】
図２Ａと図２Ｂとに示すように、内視鏡システム１０は、撮像システム１５を有する。撮像システム１５は、内視鏡３０と、内視鏡３０が着脱自在な光源装置４０とを有する。内視鏡３０は、暗闇の箇所である内部空間部２５に挿入される挿入部３１を有する。挿入部３１は、挿入部３１の先端部に備えられる後述する照明部５５及び撮像素子６１を有する。撮像システム１５は、照明部５５から照明光ＩＬを被写体２１に向かって照明し、被写体２１によって反射された反射光ＲＬを撮像素子６１によって撮像する。挿入部３１は、観察対象物２３の内部空間部２５に挿入されやすい形状を有する。挿入部３１が内部空間部２５に挿入される際、入口２７の大部分は挿入部３１によって塞がれるため、外光は内部空間部２５により一層侵入しにくくなる。すなわち、被写体２１を含む内部空間部２５を照明する照明光の大部分は、照明部５５から出射された照明光ＩＬである。このため本実施形態では、内視鏡システム１０が用いられる状況において、照明部５５から出射された照明光ＩＬに比べて、外光を考慮する必要はほとんどない。
なお内視鏡３０は、光源装置４０とは別体で光源装置４０に着脱自在であるが、これに限定される必要はない。内視鏡３０は、光源装置４０を内蔵してもよい。
【００１３】
図２Ｂに示すように、撮像システム１５は、照明光ＩＬを被写体２１に照明する照明ユニット５０と、照明光ＩＬを照明された被写体２１によって反射された反射光ＲＬを撮像する撮像ユニット６０とを有する。
【００１４】
撮像システム１５は、照明ユニット５０と撮像ユニット６０と後述する表示部８０とにそれぞれの動作開始の指示を入力する入力部７０を有する。内視鏡システム１０は、撮像ユニット６０が撮像した反射光ＲＬを画像として表示する表示部８０を有する。入力部７０は、照明光ＩＬの輝度値の目標値または照明光の光量の目標値を入力してもよい。入力部７０は例えば光源装置４０に備えられ、表示部８０は内視鏡３０と光源装置４０とは別体である。
【００１５】
撮像システム１５は、撮像ユニット６０の後述する検出部６５ａから出力された輝度信号を基に、照明光の光量を制御する光量制御信号を出力する光量制御部９０と、光量制御部９０から出力された光量制御信号と撮像ユニット６０の後述する撮像制御部６３から出力された全ライン露光信号とを基に、光源部５１の駆動タイミングと照明光ＩＬの強度とを制御する照明制御部１００とを有する。光量制御部９０と照明制御部１００とは、光源装置４０に備えられる。
【００１６】
［照明ユニット５０］  
図２Ｂに示すように、照明ユニット５０は、１次光を出射する光源部５１と、光源部５１から出射された１次光を導光する導光部材５３と、前記した照明部５５とを有する。光源部５１は光源装置４０に備えられ、導光部材５３は光源装置４０と内視鏡３０とに備えられ、照明部５５は挿入部３１の先端部に備えられる。
【００１７】
光源部５１は、例えば、１次光であるレーザ光を出射するレーザダイオードを有する。図２Ｃに示すように、光源部５１は、回路を有する駆動部５１ａ，５１ｂによって駆動する。駆動部は、例えば、電流加算型となっている。この場合、例えば、駆動部５１ａ，５１ｂは、後述するパルスＰ１，Ｐ２に対応する電流値Ｉ１，Ｉ２を発生する。駆動部５１ａ，５１ｂは、パルスＰ１，Ｐ２に対応する電流値の和であるパルスＰ３に対応する電流値が所望となるように、パルスＰ１，Ｐ２に対応する電流値Ｉ１，Ｉ２を発生する。駆動部は、電流出力型でもよい。
【００１８】
照明部５５は、導光部材５３によって導光された１次光の光学特性を１次光と異なる光学特性を有する２次光に変換する光変換部材を有する。光変換部材は、２次光を被写体２１を照明する照明光ＩＬとして出射する。照明部５５は、例えば、１次光を励起光として蛍光を出射する蛍光体を有してもよい。つまり照明部５５は、１次光の波長を変換する。照明部５５は、１次光がレーザ光である場合、１次光の広がり角度を広げるといった、１次光の配光を調整する機能を有してもよい。照明部５５は、１次光を散乱または拡散してもよい。照明部５５は、１次光がレーザ光である場合、１次光の位相を変換して可干渉性を軽減しスペックルの発生を防止する機能を有してもよい。
【００１９】
［撮像ユニット６０］  
図２Ｂに示すように、撮像ユニット６０は、前記した撮像素子６１と、撮像素子６１を制御する撮像制御部６３と、撮像素子６１の画素から出力された電気信号に対する画像処理によって被写体２１のカラー画像を生成する画像処理部６５とを有する。撮像素子６１は挿入部３１の先端部且つ照明部５５の隣に備えられ、撮像制御部６３と画像処理部６５とは光源装置４０に備えられる。
【００２０】
撮像素子６１は、ＣＭＯＳ型であり、反射光ＲＬを受光し、反射光ＲＬに応じた画像情報を電気信号として画像処理部６５に出力する。具体的には、撮像素子６１は、２次元状に配列された前記画素を有する。画素は、受光した反射光ＲＬを光電変換することによって画像情報を有する電気信号を生成する。撮像素子６１は、画素によって生成される電気信号を、画素の水平ライン毎に順次読み出す読出部６１ｂを有する。読出部６１ｂは、１フレーム期間Ｔｆｌ（図３参照）のうち読出部６１ｂが画素の水平ラインの少なくとも一部を読み出す読出期間を有する。なおＴｆｌは、１フレーム期間としたが、１フィールド期間としてもよい。撮像素子６１は、ＣＭＯＳ型に限定される必要はなく、同様の読出し手法を用いる他の構成を有してもよい。
【００２１】
撮像素子６１が、撮像素子６１の１フレーム期間Ｔｆｌにおける露光を、１水平ライン毎に、順に開始するように、撮像制御部６３は撮像素子６１を制御する。１フレーム期間Ｔｆｌ及び１フィールド期間とは、例えば、１枚の画像を撮像する期間を示す。撮像素子６１の読出部６１ｂが、露光開始から所定の露光期間（Ｔｒ+Ｔａ（図３参照））が経過した水平ラインを、水平ライン毎に読み出すように、撮像制御部６３は撮像素子６１を制御する。つまり、撮像制御部６３は、ローリングシャッタによる露光制御を実施する。撮像制御部６３は、露光期間（Ｔｒ+Ｔａ）が全ての水平ラインを読み出すために必要な読出期間（以下、読出期間Ｔｒと称する（図３参照））よりも長くなるように、露光期間（Ｔｒ+Ｔａ）を設定する。これにより、撮像素子６１の読出部６１ｂは、撮像素子６１が最後の水平ラインに対する露光を開始した後に、最初の水平ラインを読み出す。全ての水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間Ｔａ（図３参照）と、読出期間Ｔｒとが発生するように、撮像制御部６３は撮像素子６１の露光を制御する。
【００２２】
画像処理部６５の画像処理は、撮像素子６１から出力された電気信号（画像情報）に含まれる複数色の単板カラー画像に対するデモザイキング（同時化）と、デモザイキングによるカラー画像の生成と、カラー画像に対するカラーバランス調整とガンマ変換と色変換とを含む。カラー画像は、各画素についてＲＧＢ色の色信号が揃った三板カラー画像を示す。画像処理部６５は画像処理したカラー画像を表示部８０に出力し、表示部８０は、カラー画像を表示する。なお表示部８０は、モノクロ画像を表示してもよい。
【００２３】
画像処理部６５は、カラー画像に含まれる被写体２１の輝度値を検出する検出部６５ａを有する。検出部６５ａは、輝度値を有する輝度信号を光量制御部９０に出力する。
【００２４】
図３を参照して撮像素子６１の露光タイミングと全ライン露光信号と照明光の強度波形との関係について説明する。
【００２５】
撮像素子６１は、各画素を水平ライン毎に順にリセットすることにより露光を開始する。このリセットするタイミングを、図３においてＲＳＴと示す。撮像素子６１の読出部６１ｂは、露光開始から露光期間（Ｔｒ+Ｔａ）が経過した水平ラインから画像情報である電気信号を順に読み出し、撮像素子６１は読み出しによって露光を終了する。読み出すタイミングを図３においてＲＤと示す。露光期間（Ｔｒ+Ｔａ）において、前記したように、Ｔｒは全ての水平ラインを読み出すために必要な読出期間を示し、Ｔａは全ての水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間を示す。全ライン露光期間Ｔａは、読み出しが実施されず、露光が実施される。全ライン露光期間Ｔａは、非読出期間である。
【００２６】
図３に示すように、露光期間（Ｔｒ+Ｔａ）は、撮像素子６１の１フレーム期間Ｔｆｌよりも短い。なお露光期間（Ｔｒ+Ｔａ）は、１フレーム期間Ｔｆｌと等しくてもよい。
【００２７】
前記したように、露光期間（Ｔｒ+Ｔａ）は読出期間Ｔｒよりも長いため、全ライン露光期間Ｔａは正である（Ｔａ＞０）。これにより撮像素子６１は、最初に露光が開始された水平ラインの読み出しを読出部６１ｂが開始する前に、最後の水平ラインの露光を開始することとなる。少なくとも１つの水平ラインが露光されているが、全ライン露光期間Ｔａではない期間である、例えば読出期間Ｔｒは非全ライン露光期間である。
【００２８】
図３に示すように撮像制御部６３は、全ライン露光期間Ｔａにおいて例えばハイレベルとなる信号を全ライン露光信号として生成し、全ライン露光期間Ｔａ以外の期間において例えばローレベルとなる信号を全ライン露光信号として生成する。撮像制御部６３は、全ライン露光信号を照明制御部１００に出力する。
【００２９】
光量制御部９０は、検出部６５ａから出力された輝度信号を基に光量制御信号を生成し、光量制御信号を照明制御部１００に出力する。なお光量制御部９０は、例えば入力部７０から入力された輝度値の目標値に、輝度信号に含まれる輝度値が近似するように、光量制御信号を生成するとよい。光量制御信号は、例えば、照明光の光量が現状を維持する、または照明光の光量が現状に対してどれくらい増減するか、といった情報を有する。
【００３０】
光量制御信号は、差分値を示す信号であってもよい。差分値は、検出部６５ａが検出した輝度値から輝度値の目標値を減算した値である。また光量制御信号は、光量比を示す信号であってもよい。光量比は、例えば検出される輝度値を輝度値の目標値で除算した値である。
【００３１】
なお光量制御信号は、輝度値に基づくものに限定される必要はない。光源部５１から出射される１次光の光量が入力部７０から入力された光量の目標値に近似するように、光量制御部９０が１次光の光量を制御できれば、光量制御信号の生成手法は問われない。
【００３２】
光量制御部９０は、例えば全ライン露光期間Ｔａが開始されてから所定時間経過した時点で、光量制御信号を、照明制御部１００に出力してもよい。
【００３３】
照明制御部１００は、光量制御部９０から出力された光量制御信号と、撮像制御部６３から出力された全ライン露光信号とを基に、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３の照明光の強度（以下、強度）を設定する。そして照明制御部１００は、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３の強度に対応し光源部５１に印加する電流値を設定する。そして照明制御部１００は、この電流値を光源部５１に印加する。電流値の大きさは、照明光ＩＬの強度に影響する。このように照明制御部１００は、例えば検出部６５ａが検出した輝度値を基に生成された光量制御信号を基に、照明光ＩＬの光量の増減を制御する。
【００３４】
図３において、照明制御部１００は、１フレーム期間Ｔｆｌまたは１フィールド期間において、読出期間Ｔｒの少なくとも一部において連続照明を実施し、読出期間以外の期間である全ライン露光期間Ｔａにおいて変調照明を実施する。変調照明は全ライン露光期間Ｔａ内の第１期間Ｔ１において実施され、よって連続照明は第１期間Ｔ１以外の第２期間Ｔ２において実施される。タイミング制御のずれ等に対して余裕を持たせるために、第１期間Ｔ１は、全ライン露光期間Ｔａの全期間に対して全ライン露光期間Ｔａの開始側時点側及び全ライン露光期間Ｔａの終了側時点側において微小に短くなっている。なお、余裕を持たせる必要がない場合、第１期間Ｔ１は、全ライン露光期間Ｔａと一致させるとよい。
【００３５】
連続照明は、照明光ＩＬの強度を一定に保つ。変調照明は、照明光ＩＬの強度を変調する。変調照明での照明光ＩＬの強度は、非読出期間である全ライン露光期間Ｔａにおいて照明光ＩＬを出力する期間である出力期間の増減に伴い可変する積算光量Ｓ１のためのパルスＰ１と、非読出期間である全ライン露光期間Ｔａにおいて照明光ＩＬの強度を一定に保つためのパルスＰ２とを組み合わせた波形を有する。出力期間は、第１期間Ｔ１の０％〜１００％に相当する。変調照明では、パルスＰ１における積算光量Ｓ１とパルスＰ２における積算光量Ｓ２との和によって、照明光の光量が制御される。連続照明での照明光ＩＬの強度は、パルスＰ３となる。連続照明では、パルスＰ３における積算光量Ｓ３によって、照明光の光量が制御される。そして照明制御部１００は、連続照明と変調照明とを基に、１フレーム期間Ｔｆｌまたは１フィールド期間において照明光ＩＬの強度を制御する。照明制御部１００は、連続照明と変調照明とを基にした照明光ＩＬの強度の制御によって、１フレーム期間Ｔｆｌまたは１フィールド期間に出力される照明光の光量の増減を制御する。
パルスＰ１における積算光量Ｓ１は、パルスＰ１の強度と出力期間との積の値となる。パルスＰ２における積算光量Ｓ２は、パルスＰ２の強度と第１期間Ｔ１との積の値となる。パルスＰ３における積算光量Ｓ３は、パルスＰ３の強度と第２期間Ｔ２との積の値となる。
【００３６】
［作用］  
光源部５１は、１次光であるレーザ光を出射する。１次光は、導光部材５３によって照明部５５に導光される。１次光の光学特性は照明部５５によって変換され、１次光は照明光ＩＬとして被写体２１を照明する。
【００３７】
撮像素子６１は、被写体２１によって反射された反射光ＲＬを撮像する。このとき画素は、反射光ＲＬを光電変換することによって電気信号を出力する。読出部６１ｂは電気信号を画素の水平ライン毎に順次読み出す。そして撮像制御部６３は、全ライン露光信号を照明制御部１００に出力する。表示部８０は、電気信号を基に画像を表示する。
【００３８】
検出部６５ａは、画素から出力された電気信号を基に被写体２１ａの輝度値を検出し、輝度信号を光量制御部９０に出力する。光量制御部９０は、輝度信号を基に光量制御信号を生成し、光量制御信号を照明制御部１００に出力する。
【００３９】
照明制御部１００は、光量制御部９０から出力された光量制御信号と撮像制御部６３から出力された全ライン露光信号とを基に、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３の形状、例えば強度及び出力期間を設定する。そして照明制御部１００は、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３の強度に対応し光源部５１に印加する電流値を設定する。照明制御部１００は、この電流値を光源部５１に印加する。照明光の光量は、この電流値によって制御される光源部５１から出射される１次光の総光量を介して制御される。例えば、照明制御部１００は、光量制御信号によって示される光量の増減値に従って、照明光の光量を増加または低減する。
【００４０】
この照明光の光量の制御について、図３と図４Ａと図４Ｂと図４Ｃと図４Ｄと図４Ｅと図４Ｆとを用いて以下に説明する。
【００４１】
図４Ａと図４Ｂと図４Ｃと図４Ｄとを参照して、照明光の光量が制御される際、照明光の光量が現状に対して増加するという情報を光量制御信号が有する場合について以下に説明する。  
パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３における積算光量Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が０の状態において、パルスＰ１のみが設定されるとする。照明制御部１００は、一定値の強度であるパルスＰ１の強度を、照明光の最大強度Ｐｍａｘの１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）に制御する。本実施形態では、Ｍ＝２２＝４としている。なお、照明制御部１００は、１フレーム期間Ｔｆｌまたは１フィールド期間において、パルスＰ１を複数のパルスで構成してもよい。このようにパルスＰ１の強度は一定値であるため、パルスＰ１の出力期間の調整によって、パルスＰ１における積算光量Ｓ１は制御される。調整及び制御は、照明制御部１００によって実施される。出力期間は、第１期間Ｔ１の０％〜１００％に相当する。照明光の光量が現状に対して増加するため、出力期間は増加することとなる。なお出力期間は、第１期間Ｔ１の０％〜１００％としたが、出力期間の最小値は０％ではない値（例えば第１期間Ｔ１の５％)でも良く、出力期間の最大値は１００％ではない値(例えば第１期間Ｔ１の９５％)でも良い。
【００４２】
図４Ａと図４Ｂとに示すポイントＡ１からポイントＡ２において、パルスＰ１が第１期間Ｔ１の０％〜１００％において出力される。例えばポイントＡ１では、パルスＰ１の出力期間は、第１期間Ｔ１の０％以上１００％以下である。例えばポイントＡ２では、パルスＰ１の出力期間は、第１期間Ｔ１の１００％である。この出力期間の増減は、照明制御部１００によって制御される。そして、積算光量Ｓ１は前記したようにパルスＰ１の強度と出力期間との積であり、照明制御部１００によって算出される。よってポイントＡ１〜Ａ２において、最小積算光量はパルスＰ１の強度と出力期間の最小値（本実施形態ではＴ１の０％）との積となり、最大積算光量はパルスＰ１の強度と出力期間の最大値（本実施形態ではＴ１の１００％）との積となる。例えばポイントＡ２において、積算光量Ｓ１は、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１であり、最大積算光量となる。このように照明制御部１００は、出力期間を増減することで最大積算光量と最小積算光量との間でパルスＰ１における積算光量Ｓ１を増減し、積算光量（照明光の光量）を増減する。
【００４３】
次に、図４Ａと図４Ｂとに示すポイントＡ２においてパルスＰ１の出力期間が第１期間Ｔ１の１００％に達した（パルスＰ１における積算光量Ｓ１が最大積算光量に達した）後に、ポイントＡ３のように照明光の光量がさらに増加する場合を説明する。
【００４４】
この場合、図４Ｂに示すように、ポイントＡ２でのパルスＰ１における積算光量Ｓ１は、ポイントＡ３を含むポイントＡ２以後の第１期間Ｔ１においてパルスＰ２における積算光量Ｓ２に移行する。移行とは、移行元であるパルスＰ１における積算光量Ｓ１から所定量が減らされ、さらに移行先であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２に所定量が加わることを示す。この所定量は、例えば、移行量であり、前記した最大積算光量と最小積算光量との差であり、ポイントＡ２でのパルスＰ１における最大積算光量である。所定量を、単位移行積算光量と称する。前記した所定量が減られることと加わることとは同時に実施される。同時とは、１つのフレーム期間Ｔｆｌの間にて行われることを示す。このような移行は、照明制御部１００によって実施される。
【００４５】
この場合、ポイントＡ２でのパルスＰ１における積算光量Ｓ１はＰｍａｘ／４×Ｔ１であり、ポイントＡ２でのパルスＰ２における積算光量Ｓ２は０であり、所定量である最大積算光量と最小積算光量との差はＰｍａｘ／４×Ｔ１である。
【００４６】
図示はしないが、ポイントＡ３を含むポイントＡ２以後において、移行元であるパルスＰ１における積算光量Ｓ１は、一度、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１から所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１を減らされるため、０になる。図４Ａ，４Ｂに示すポイントＡ３を含むポイントＡ２以後において、移行先であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２は、０に所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１が加わるため、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１になる。照明制御部１００は、パルスＰ２における積算光量Ｓ２がＰｍａｘ／４×Ｔ１にとなるように、パルスＰ２の強度をＰｍａｘ／４に設定する。また、照明制御部１００は、パルスＰ２における積算光量Ｓ１を０〜Ｐｍａｘ／４×Ｔ１の範囲で出力期間によって調整できるように、パルスＰ１の強度をＰｍａｘ／４に設定する。
【００４７】
次に、ポイントＡ３を含むポイントＡ２以後において、パルスＰ１の強度は、Ｐｍａｘ／４となる。その後、図４Ａと図４Ｂとに示すように、ポイントＡ３を含むポイントＡ２以後において、照明光の光量がさらに増加する場合、パルスＰ１の出力期間が第１期間Ｔ１の０％から１００％に増加する。
【００４８】
次に、ポイントＡ３以降も、パルスＰ１の出力期間が再び第１期間Ｔ１の１００％に達する度に、ポイントＡ２，Ａ３における前記動作が繰り替えられる。
【００４９】
このようにポイントＡ２，Ａ３においてパルスＰ１における積算光量Ｓ１が最大積算光量である状態で、照明制御部１００が１フレーム期間Ｔｆｌまたは１フィールド期間において照明光の光量をさらに増加する場合、照明制御部１００は、パルスＰ１における積算光量Ｓ１から移行量分だけ減らし、パルスＰ２における積算光量Ｓ２を移行量分だけ増やす第１増加移行動作を実施する。また、照明制御部１００は、移行後の積算光量Ｓ１，Ｓ２を基に、パルスＰ１の強度及びパルスＰ２の強度を設定する。照明制御部１００は、移行量を、最大積算光量と最小積算光量との差として設定する。第１増加移行動作後であるポイントＡ３において、照明制御部１００は、照明光の光量の増加量がパルスＰ１における積算光量Ｓ１に対応するように、パルスＰ１における出力期間を調整する。
【００５０】
次に、この動作が繰り返されると、図４Ａと図４Ｃとに示すポイントＢ１に示すように、パルスＰ１の強度（Ｐｍａｘ／４）とパルスＰ２の強度（Ｐｍａｘ×３／４）との和が最大強度（Ｐｍａｘ）と等しくなる。そして、図４Ａと図４Ｃとに示すポイントＢ２において、パルスＰ１の出力期間が第１期間Ｔ１の１００％に達する。このとき、パルスＰ１における積算光量Ｓ１はＰｍａｘ／４×Ｔ１である。パルスＰ２における積算光量Ｓ２は、Ｐｍａｘ×３／４×Ｔ１である。パルスＰ１における積算光量Ｓ１とパルスＰ２における積算光量Ｓ２との和は、Ｐｍａｘ×Ｔ１である。
【００５１】
次に、図４Ａと図４Ｃとに示すポイントＢ２においてパルスＰ１の出力期間が第１期間Ｔ１の１００％に達し、パルスＰ１の強度（Ｐｍａｘ／４）とパルスＰ２の強度（Ｐｍａｘ×３／４）との和が最大強度（Ｐｍａｘ）と等しくなった後に、ポイントＢ３にように照明光の光量がさらに増加する場合を説明する。
【００５２】
この場合、図４Ｃに示すように、ポイントＢ２でのパルスＰ１における積算光量Ｓ１は、ポイントＢ３を含むポイントＢ２以後の第１期間Ｔ１においてパルスＰ２における積算光量Ｓ２に移行する。同時に、パルスＰ２における積算光量Ｓ２はパルスＰ３における積算光量Ｓ３に移行する。パルスＰ３は第２期間Ｔ２における光強度であり、第２期間Ｔ２は、第１期間Ｔ１と連続し、第１期間Ｔ１よりも長いまたは短い。また第２期間Ｔ２は、第１期間Ｔ１と等しい場合もある。移行とは、第１に移行元であるパルスＰ１における積算光量Ｓ１から所定量が減らされ、第２に移行先であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２に所定量が加わり、第３に移行元であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２から所定量が減らされ、第４に移行先であるパルスＰ３における積算光量Ｓ３に所定量が加わることを示す。この所定量は、例えば、移行量であり、前記した最大積算光量と最小積算光量との差であり、ポイントＢ２でのパルスＰ１における最大積算光量であり、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１となる。前記した所定量が減られることと加わることとは同時に実施される。同時とは、１つのフレーム期間Ｔｆｌの間にて行われることを示す。このような移行は、照明制御部１００によって実施される。
【００５３】
この場合、ポイントＢ２でのパルスＰ１における積算光量Ｓ１はＰｍａｘ／４×Ｔ１であり、ポイントＢ２でのパルスＰ２における積算光量Ｓ２はＰｍａｘ×３／４×Ｔ１であり、ポイントＢ２でのパルスＰ３における積算光量Ｓ３は０であり、所定量である最大積算光量と最小積算光量との差はＰｍａｘ／４×Ｔ１である。
【００５４】
図示はしないが、ポイントＢ３を含むポイントＢ２以後において、第１に移行元であるパルスＰ１における積算光量Ｓ１は、一度、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１から所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１を減らされるため、０になる。図示はしないが、第２に移行先であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２は、Ｐｍａｘ×３／４×Ｔ１に所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１が加わるため、Ｐｍａｘ×Ｔ１になる。図４Ｃに示すように、第３に移行元であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２は、Ｐｍａｘ×Ｔ１から所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１を減らされるため、Ｐｍａｘ×３／４×Ｔ１になる。図４Ｃに示すように、第４に移行先であるパルスＰ３における積算光量Ｓ３は、０に所定量（移行量）が加わる。なおパルスＰ３における出力期間は第２期間Ｔ２であるため、所定量は、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１となる。つまりパルスＰ３における積算光量Ｓ３は、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１／Ｔ２となる。ここで、第１の動作と第２の動作とにより、パルスＰ２からパルスＰ３への移行動作が実施されるため、パルスＰ２における積算光量Ｓ２とパルスＰ３における積算光量Ｓ３との総和が一定となるように、照明制御部１００は、パルスＰ２の強度と、連続照明であるパルスＰ３の強度とを制御する。
照明制御部１００は、パルスＰ２における積算光量Ｓ２がＰｍａｘ×３／４×Ｔ１にとなるように、パルスＰ２の強度をＰｍａｘ×３／４に設定する。また照明制御部１００は、パルスＰ３における積算光量Ｓ３がＰｍａｘ／４×Ｔ１となるように、パルスＰ３の強度をＰｍａｘ／４×Ｔ１／Ｔ２に設定する。パルスＰ１の強度はＰｍａｘ／４のままである。
【００５５】
次に、ポイントＢ３を含むポイントＢ２以後において、パルスＰ１の強度は、Ｐｍａｘ／４となる。その後、図４Ａと図４Ｃとに示すように、ポイントＢ３を含むポイントＢ２以後において、照明光の光量がさらに増加する場合、パルスＰ１の出力期間が第１期間Ｔ１の０％から１００％に増加する。
【００５６】
次に、ポイントＣ２（図４Ａ及び図４Ｄ参照）に示すように、パルスＰ１の出力期間が再び第１期間Ｔ１の１００％となったとする。ここからさらに照明光の光量が増加する場合、ポイントＢ２，Ｂ３における動作が繰り返される。これにより、パルスＰ３における積算光量Ｓ３は、元の積算光量であるＰｍａｘ／４×Ｔ１に、所定量を加えた量となる。所定量は、ポイントＣ２におけるパルスＰ１における積算光量Ｓ１であり、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１となる。このため、ポイントＣ３において、パルスＰ３における積算光量Ｓ３は、Ｐｍａｘ×２／４×Ｔ１となる。パルスＰ１とパルスＰ２とは、ポイントＢ２，Ｂ３と同様である。
照明制御部１００は、パルスＰ３における積算光量Ｓ３がＰｍａｘ×２／４×Ｔ１にとなるように、パルスＰ３の強度をＰｍａｘ×２／４×Ｔ１／Ｔ２に設定する。パルスＰ１の強度はＰｍａｘ／４のままである。
【００５７】
ポイントＣ３以降も、パルスＰ１の出力期間が再び第１期間Ｔ１の１００％に達する度に、ポイントＣ２，Ｃ３における動作が繰り返される。
【００５８】
このようにパルスＰ１の強度とパルスＰ２の強度との和が照明光の最大強度に略等しく、パルスＰ１の出力期間が最大（すなわちパルスＰ１における積算光量Ｓ１が最大積算光量）の時に、照明制御部１００が照明光の光量（パルスＰ１における積算光量Ｓ１）をさらに増加する場合、照明制御部１００は、変調照明であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２から移行量分だけ減らし、連続照明であるパルスＰ３における積算光量Ｓ３を移行量分だけ増やす第２増加移行動作を実施する。
【００５９】
パルスＰ２をパルスＰ３に移行させる場合、移行後のパルスＰ３における積算光量を実現するために必要なパルスＰ３の強度が最大強度Ｐｍａｘを超えてしまうことが考えられる。この場合、パルスＰ３の強度が最大強度Ｐｍａｘを超えないように、照明制御部１００は移行量を調整すればよい。または、照明制御部１００は、パルスＰ２における積算光量Ｓ２をパルスＰ３における積算光量Ｓ３に移行せず、移行前の積算光量の和を照明光の最大光量であると規定してもよい。
【００６０】
パルスＰ３への移行時における第２期間Ｔ２において、実際には撮像素子６１の露光終了から露光開始までの期間（Ｔｆｌ−Ｔｒ−Ｔａ）が存在する。このため第２期間Ｔ２を、Ｔ２−（Ｔｆｌ−Ｔｒ−Ｔａ）と置き換えることで、実際に撮像素子６１が露光する光量に相当する値で、光量移行等の動作を行うことが可能である。
【００６１】
次に、図４Ａと図４Ｅと図４Ｆとを参照して、照明光の光量が制御される際、照明光の光量が現状に対して減少するという情報を、光量制御信号が有する場合について以下に説明する。  
パルスＰ２，Ｐ３における積算光量Ｓ２，Ｓ３が最大となっている状態で、パルスＰ１の出力期間が設定されるとする。照明制御部１００は、一定値の強度であるパルスＰ１の強度を、照明光の最大強度Ｐｍａｘの１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）に制御する。照明制御部１００は、一定値の強度であるパルスＰ２の強度を、照明光の最大強度Ｐｍａｘの（Ｍ−１）／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）に制御する。本実施形態では、Ｍ＝２２＝４としている。なお、照明制御部１００は、１フレーム期間Ｔｆｌまたは１フィールド期間において、パルスＰ１を複数のパルスで構成してもよい。このようにパルスＰ１が一定値であるため、パルスＰ１の出力期間の調整によって、パルスＰ１における積算光量Ｓ１は制御される。調整及び制御は、照明制御部１００によって実施される。出力期間は、第１期間Ｔ１の０％〜１００％に相当する。照明光の光量が現状に対して減少するため、出力期間は減少することとなる。
【００６２】
図４Ａと図４Ｅとに示すポイントＤ３からポイントＤ２においてパルスＰ１の出力期間が第１期間Ｔ１の０％に達した（パルスＰ１における積算光量Ｓ１が最小積算光量に達した）後に、ポイントＤ１のように照明光の光量がさらに減少する場合を説明する。
【００６３】
この場合、図４Ｅに示すように、ポイントＤ２でのパルスＰ３における積算光量Ｓ３は、ポイントＤ３を含むポイントＤ２以後の第１期間Ｔ１においてパルスＰ２における積算光量Ｓ２に移行する。同時に、パルスＰ２における積算光量Ｓ２はパルスＰ１における積算光量Ｓ１に移行する。ここでの移行とは、第１に移行元であるパルスＰ３における積算光量Ｓ３から所定量が減らされ、第２に移行先であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２に所定量が加わり、第３に移行元であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２から所定量が減らされ、第４に移行先であるパルスＰ１における積算光量Ｓ１に所定量が加わることを示す。この所定量は、例えば、移行量であり、前記した最大積算光量と最小積算光量との差であり、ポイントＤ２でのパルスＰ１における最大積算光量であり、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１となる。前記した所定量が減られることと加わることとは同時に実施される。このような移行は、照明制御部１００によって実施される。
【００６４】
この場合、図４Ｅに示すポイントＤ３において、パルスＰ３における積算光量Ｓ３はＰｍａｘ×Ｔ１であり、パルスＰ２における積算光量Ｓ２はＰｍａｘ×３／４×Ｔ１である。パルスＰ１における積算光量Ｓ１は０ではないが、少ない値である。所定量である最大積算光量と最小積算光量との差は、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１である。
照明制御部１００は、パルスＰ２における積算光量Ｓ２がＰｍａｘ×３／４×Ｔ１にとなるように、パルスＰ２の強度をＰｍａｘ×３／４に設定する。また照明制御部１００は、パルスＰ３における積算光量Ｓ３がＰｍａｘ／４×Ｔ１となるように、パルスＰ３の強度をＰｍａｘ／４×Ｔ１／Ｔ２に設定する。パルスＰ１の強度はＰｍａｘ／４のままである。
【００６５】
ポイントＤ１を含むポイントＤ２以後において、第１に移行元であるパルスＰ３における積算光量Ｓ３は、Ｐｍａｘ×Ｔ１から所定量（移行量）を減らされる。所定量は、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１となる。なおパルスＰ３における出力期間は第２期間Ｔ２であるため、移行の前後でパルスＰ３の強度はＰｍａｘ／４×Ｔ１／Ｔ２だけ減少する。つまりパルスＰ３の強度は、Ｐｍａｘ×３／４×Ｔ１／Ｔ２となる。図示はしないが、第２に移行先であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２は、Ｐｍａｘ×３／４×Ｔ１に所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１が加わるため、Ｐｍａｘ×Ｔ１になる。図４Ｅに示すように、第３に移行元であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２は、Ｐｍａｘ×Ｔ１から所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１を減らされるため、Ｐｍａｘ×３／４×Ｔ１になる。図４Ｅに示すように、第４に移行先であるパルスＰ１における積算光量Ｓ１は、０に所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１が加わるため、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１になる。これによりパルスＰ１の出力期間は第１期間Ｔ１の１００％に戻る。第１の動作から第４の動作は同時に実施されるため、パルスＰ１の強度とパルスＰ２の強度との和が最大強度Ｐｍａｘを超えることは無い。ここで、第１の動作と第２の動作とにより、パルスＰ２からパルスＰ３への移行動作が実施されるため、パルスＰ２における積算光量Ｓ２とパルスＰ３における積算光量Ｓ３との総和が一定となるように、照明制御部１００は、パルスＰ２の強度と、連続照明であるパルスＰ３の強度とを制御する。
なお、このとき、照明制御部１００は、パルスＰ２における積算光量Ｓ２がＰｍａｘ×３／４×Ｔ１にとなるように、パルスＰ２の強度をＰｍａｘ×３／４に設定する。パルスＰ１の強度はＰｍａｘ／４のままである。
【００６６】
次に、図４Ａと図４Ｅとに示すように、ポイントＤ１を含むポイントＤ２以後において、照明光の光量がさらに減少する場合、パルスＰ１の出力期間が第１期間Ｔ１の１００％から０％に減少する。
【００６７】
次に、ポイントＤ１以降も、パルスＰ１の出力期間が再び第１期間Ｔ１の０％に達する度に、ポイントＤ３，Ｄ２における前記動作が繰り返される。
【００６８】
このように、パルスＰ１の強度とパルスＰ２の強度との和が照明光の最大強度に略等しく、照明制御部１００が照明光の光量（パルスＰ１における積算光量Ｓ１）をさらに減少する場合、照明制御部１００は、連続照明であるパルスＰ３における積算光量Ｓ３から移行量分だけ減らし、変調照明であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２を移行量分だけ増やす第２減少移行動作を実施する。
【００６９】
次に、この動作が繰り返されると、図４Ａと図４Ｆとに示すように、パルスＰ３における積算光量Ｓ３が０となる。
【００７０】
次にパルスＰ１の出力期間が第１期間Ｔ１の０％に達した状態で、照明光の光量がさらに減少する場合について説明する。
【００７１】
この場合、図４Ｆに示すように、ポイントＥ３でのパルスＰ２における積算光量Ｓ２は、ポイントＥ３を含むポイントＥ２以後の第１期間Ｔ１においてパルスＰ１における積算光量Ｓ１に移行する。移行とは、移行元であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２から所定量が減らされ、さらに移行先であるパルスＰ１における積算光量Ｓ１に所定量が加わることを示す。この所定量は、例えば、移行量であり、前記した最大積算光量と最小積算光量との差であり、ポイントＥ２でのパルスＰ１における最大積算光量であり、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１となる。前記した所定量が減られることと加わることとは同時に実施される。このような移行は、照明制御部１００によって実施される。
【００７２】
この場合、図４Ｆに示すポイントＥ３において、パルスＰ２における積算光量Ｓ２はＰｍａｘ×３／４×Ｔ１である。図示なしないが、パルスＰ１における積算光量Ｓ１は０である。所定量である最大積算光量と最小積算光量との差は、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１である。
【００７３】
ポイントＥ２を含むポイントＥ３以後において、移行元であるパルスＰ２における積算光量Ｓ２は、一度、Ｐｍａｘ×３／４×Ｔ１から所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１を減らされるため、Ｐｍａｘ×２／４×Ｔ１になる。移行先であるパルスＰ１における積算光量Ｓ１は、０に所定量（移行量）であるＰｍａｘ／４×Ｔ１が加わるため、Ｐｍａｘ／４×Ｔ１になる。これによりパルスＰ１の出力期間は第１期間Ｔ１の１００％に戻る。
【００７４】
次に、図４Ａと図４Ｆとに示すように、ポイントＥ２を含むポイントＥ１以後において、照明光の光量がさらに減少する場合、パルスＰ１の出力期間が第１期間Ｔ１の１００％から０％に減少する。
【００７５】
次に、ポイントＥ１以降も、パルスＰ１の出力期間が再び第１期間Ｔ１の０％に達する度に、ポイントＥ２における前記動作が繰り返される。
【００７６】
次に、この動作が繰り返されると、パルスＰ２における積算光量Ｓ２が０となり、やがてパルスＰ１における積算光量Ｓ１も０となる。
【００７７】
このようにポイントＥ３，Ｅ２においてパルスＰ１における積算光量Ｓ１が最小積算光量である状態で、照明制御部１００が１フレーム期間Ｔｆｌまたは１フィールド期間において照明光の光量をさらに減少する場合、照明制御部１００は、パルスＰ２における積算光量Ｓ２から移行量分だけ減らし、パルスＰ１における積算光量Ｓ１を移行量分だけ増やす第１減少移行動作を実施する。照明制御部１００は、移行量を、最大積算光量と最小積算光量との差として設定する。第１減少移行動作後であるポイントＥ１において、照明制御部１００は、照明光の光量の減少量がパルスＰ１における積算光量Ｓ１に対応するように、パルスＰ１における出力期間を調整する。
【００７８】
本実施形態では、図５Ａに示すように、１つの全ライン露光期間Ｔａ（非読出期間）に、パルスＰ１の出力期間（パルス幅）の増減で、積算光量は増減する。しかしながら、図５Ｂに示すように、１つの全ライン露光期間Ｔａに、複数のパルスＰ１が配置され、各パルスＰ１の出力期間が調整されることによって、積算光量Ｓ１が調整されてもよい（ＰＷＭ制御：パルス幅変調制御）。または、図５Ｃに示すように、パルスＰ１の数が増減することによって、積算光量Ｓ１が調整されてもよい（ＰＮＭ制御：パルス数変調制御）。または、図５Ｄに示すように、複数のパルスＰ１の密度（パルスＰ１の間隔）が増減することによって、積算光量Ｓ１が調整されてもよい（ＰＤＭ制御：パルス密度変調制御）。もちろんこれらが適宜組み合わされて、積算光量が調整されてもよい。このように、照明制御部１００は、パルスＰ１における出力期間を、ＰＷＭ制御とＰＤＭ制御とＰＮＭ制御とのいずれかで増減してもよい。この場合、パルスＰ１が出力される期間の総和が出力期間に相当するように、照明制御部１００は出力期間を設定すると良い。また、回路の動作上、パルスＰ１のうち光源部５１に実質的に印加される成分が限られる場合は、実質的に印加される成分の総和に相当する期間が出力期間として照明制御部１００によって設定されると良い。
【００７９】
［効果］  
本実施形態では、全ライン露光期間Ｔａと読出期間Ｔｒとが混在している状態で、連続照明でのパルスＰ３を一定に保ちつつ、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３によって、照明光の光量が制御される。これにより本実施形態では、撮像素子６１が水平ライン毎に順に露光する際に、画像に対する明暗縞の発生を抑制でき、調光のダイナミックレンジを広げることができる。また本実施形態では、パルスＰ３によって、光源部５１の能力を最大限利用できる。
【００８０】
またパルスＰ３における積算光量Ｓ３が急激に変化すると、連続した前後のフレームの露光期間の重なりにより、ライン毎に露光される光量に大きな差異が発生し、差異によって画像に明暗縞が発生してしまう。しかしながら、本実施形態では、パルスＰ３における積算光量Ｓ３の増減のステップ量を照明光の最大強度に対して数分の一に低減することで、連続した前後のフレームの重なりによる画像の明暗縞の発生を抑制できる。
【００８１】
［変形例１］  
以下に、図６Ａと図６Ｂとを参照して、第１の実施形態の変形例１について説明する。第１の実施形態と同じ部位には、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００８２】
第１の実施形態では、照明光の光量が増加し、第２増加移行動作が実施される場合、パルスＰ２における積算光量Ｓ２からパルスＰ３における積算光量Ｓ３に移行するタイミングは、パルスＰ１における積算光量Ｓ１からパルスＰ２における積算光量Ｓ２に移行するタイミングと同時であり、移行は１フレーム期間Ｔｆｌにて実施されている。  
しかしながら、本変形例では、図６Ａに示すように、パルスＰ１における積算光量Ｓ１からパルスＰ２における積算光量Ｓ２に移行する前に、パルスＰ２における積算光量Ｓ２からパルスＰ３における積算光量Ｓ３に移行し、移行は複数の１フレーム期間Ｔｆｌにて実施される。
【００８３】
第１の実施形態では、照明光の光量が減少し、第２減少移行動作が実施される場合、パルスＰ３における積算光量Ｓ３からパルスＰ２における積算光量Ｓ２に移行するタイミングは、パルスＰ２における積算光量Ｓ２からパルスＰ１における積算光量Ｓ１に移行するタイミングと同時であり、移行は１フレーム期間Ｔｆｌにて実施されている。  
しかしながら、本変形例では、図６Ｂに示すように、パルスＰ２における積算光量Ｓ２からパルスＰ１における積算光量Ｓ１に移行する前に、パルスＰ３における積算光量Ｓ３からパルスＰ２における積算光量Ｓ２に移行し、移行は複数の１フレーム期間Ｔｆｌにて実施される。
【００８４】
このように、第２増加移行動作と第２減少移行動作との少なくとも一方は、移行開始から複数のフレーム期間または複数のフィールド期間にて実施される。
【００８５】
パルスＰ３における積算光量Ｓ３からパルスＰ２における積算光量Ｓ２への移行と、パルスＰ２における積算光量Ｓ２からパルスＰ３における積算光量Ｓ３への移行とは、パルスＰ１における積算光量Ｓ１の増減と同時に、実施されてもよい。
【００８６】
本変形例では、連続した前後のフレームの露光期間の重なりにより、ライン毎に露光される光量に大きな差異が発生する。本変形例では、パルスＰ３における積算光量Ｓ３が小刻みに増減することで、この差異を低減でき、画像の明暗縞の発生を抑制できる。
【００８７】
［変形例２］  
以下に、図７を参照して、第１の実施形態の変形例２について説明する。第１の実施形態と同じ部位には、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００８８】
第１の実施形態では、パルスＰ１の強度は、照明光の最大強度Ｐｍａｘの１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）であり、一定値となっている。
【００８９】
しかしながら、本変形例では、パルスＰ１は、照明光の光量に応じて、変化する。
【００９０】
例えば、照明光の光量が少ない場合、照明制御部１００は、パルスＰ１の強度を、照明光の最大強度Ｐｍａｘの１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）よりも小さく制御する。例えば照明光の光量が最大光量の１／４以下の場合、照明制御部１００は、パルスＰ１の強度を、照明光の最大強度Ｐｍａｘの１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）の１／２に制御する。
【００９１】
また本変形例では、照明光の光量が多い場合、照明制御部１００は、パルスＰ１の強度を、照明光の最大強度Ｐｍａｘの１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）よりも多く制御する。例えば照明光の光量が最大光量の１／２以上の場合、照明制御部１００は、パルスＰ１の強度を、照明光の最大強度Ｐｍａｘの１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）の２倍に制御する。
【００９２】
これにより本変形例では、照明光の光量が少ない場合、光量の増減に対する分解能を高めることができ、調光における分解能を高めることができる。
このとき、最大光量（最大積算光量）は、Ｐｍａｘ×Ｔ１×２としてもよいし、Ｐｍａｘ×（Ｔ１＋Ｔ２）としても良い。
【００９３】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【図１】
2017013780.tif 000003
【図２Ａ】
2017013780.tif 000004
【図２Ｂ】
2017013780.tif 000005
【図２Ｃ】
2017013780.tif 000006
【図３】
2017013780.tif 000007
【図４Ａ】
2017013780.tif 000008
【図４Ｂ】
2017013780.tif 000009
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2017013780.tif 000011
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
2017013780.tif 000013
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2017013780.tif 000015
【図５Ｃ】
2017013780.tif 000016
【図５Ｄ】
2017013780.tif 000017
【図６Ａ】
2017013780.tif 000018
【図６Ｂ】
2017013780.tif 000019
【図７】
2017013780.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月16日(2018.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を照明する照明光を出射する照明部と、
受光した光を光電変換することによって電気信号を生成し、２次元状に配列された画素を有する撮像素子と、
１フレーム期間または１フィールド期間のうち前記画素のラインの一部を読み出す読出期間を有し、前記画素によって生成される前記電気信号を、前記画素のライン毎に順次読み出す読出部と、
前記読出期間以外の期間である非読出期間において前記照明光の強度を変調する変調照明を基に、前記照明光の強度を制御する照明制御部と、
を具備し、
前記変調照明は、可変する第１パルスの強度と前記照明光の出力期間との積である第１積算光量と一定に保たれた第２パルスの強度と前記出力期間との積である第２積算光量とを前記非読出期間において有し、
前記照明制御部は、前記非読出期間において、前記第１積算光量と前記第２積算光量との間で、前記第１積算光量の最大値以下であり、且つ前記第２積算光量の最小値以上の所定の光量を移行させる撮像システム。
【請求項２】
前記照明制御部は、前記変調照明と、前記読出期間の一部において実施され前記照明光の強度を一定に保つ連続照明とを基に、前記照明光の強度を制御し、
前記照明制御部は、前記第１積算光量と前記第２積算光量との間で前記所定の光量を移行させた後に、さらに、前記第１積算光量と前記連続照明に含まれる第３パルスにおける第３積算光量との間で、前記第１積算光量の最大値以下であり、且つ前記第３積算光量の最小値以上の所定の光量を移行させる請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記第１パルスの強度と前記出力期間の最大値との積であり前記第１積算光量の最大値である最大積算光量と、前記第１パルスの強度と前記出力期間の最小値との積である最小積算光量とにおいて、
前記照明制御部は、前記出力期間を増減することで前記最大積算光量と前記最小積算光量との間で前記第１積算光量を増減し、前記照明光の光量を増減する請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記第１積算光量が前記最大積算光量である状態で、前記照明制御部が前記１フレーム期間または前記１フィールド期間において前記照明光の光量をさらに増加する場合、前記照明制御部は、前記第１積算光量から所定の移行量分だけ減らし、前記第２積算光量を前記移行量分だけ増やす第１増加移行動作を実施し、
前記照明制御部は、前記第１増加移行動作の後において、前記照明光の光量の増加量が前記第１積算光量に対応するように、前記第１パルスにおける前記出力期間を調整する請求項３に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記第１積算光量が前記最小積算光量である状態で、前記照明制御部が前記１フレーム期間または前記１フィールド期間において前記照明光の光量をさらに減少する場合、前記照明制御部は、前記第２積算光量から所定の移行量分だけ減らし、前記第１積算光量を前記移行量分だけ増やす第１減少移行動作を実施し、
前記照明制御部は、前記第１減少移行動作の後において、前記照明光の光量の減少量が前記第１積算光量に対応するように、前記第１パルスにおける前記出力期間を調整する請求項３に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記照明制御部は、前記移行量を、前記最大積算光量と前記最小積算光量との差として設定する請求項４または請求項５に記載の撮像システム。
【請求項７】
前記照明制御部は、前記第１パルスの強度を、前記照明光の最大強度の１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）に制御する請求項６に記載の撮像システム。
【請求項８】
前記第１パルスの強度と前記第２パルスの強度との和が前記照明光の最大強度に略等しく、前記照明制御部が前記照明光の光量をさらに増加する場合、前記照明制御部は、前記第２積算光量から前記移行量分だけ減らし、前記連続照明における積算光量を前記移行量分だけ増やす第２増加移行動作を実施し、
前記第１パルスの強度と前記第２パルスの強度との和が前記照明光の最大強度に略等しく、前記照明制御部が前記第１積算光量をさらに減少する場合、前記照明制御部は、前記連続照明における積算光量から前記移行量分だけ減らし、前記第２積算光量を前記移行量分だけ増やす第２減少移行動作を実施する請求項６に記載の撮像システム。
【請求項９】
前記第２増加移行動作と前記第２減少移行動作との少なくとも一方は、移行開始から複数のフレーム期間または複数のフィールド期間にて実施される請求項８に記載の撮像システム。
【請求項１０】
前記照明光の光量が少ない場合、前記照明制御部は、前記第１パルスの強度を、前記照明光の最大強度の１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）よりも小さく制御し、
前記照明光の光量が多い場合、前記照明制御部は、前記第１パルスの強度を、前記照明光の最大強度の１／Ｍ（Ｍ＝２以上の整数）よりも多く制御する請求項４または請求項５に記載の撮像システム。
【請求項１１】
前記照明制御部は、前記第２積算光量と前記連続照明での積算光量との総和が一定となるように、前記第２パルスの強度と前記連続照明での強度とを制御する請求項４または請求項５に記載の撮像システム。
【請求項１２】
前記照明制御部は、前記１フレーム期間または前記１フィールド期間において、前記第１パルスを複数のパルスで構成する請求項１に記載の撮像システム。
【請求項１３】
前記照明制御部は、前記第１パルスにおける前記出力期間を、ＰＷＭ制御とＰＤＭ制御とＰＮＭ制御とのいずれかで増減する請求項１に記載の撮像システム。
【請求項１４】
前記画素から出力された前記電気信号に対する画像処理によって前記被写体の画像を生成する画像処理部をさらに具備し、
前記画像処理部は、前記画像に含まれる前記被写体の輝度値を検出する検出部を有し、
前記照明制御部は、前記検出部が検出した前記輝度値を基に、前記照明光の前記光量の増減を制御する請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項１５】
１次光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された前記１次光を導光する導光部材と、
前記導光部材によって導光された前記１次光を、前記１次光と異なる光学特性を有する２次光に変換する前記照明部の光変換部材と、
を有する照明ユニットを具備する請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項１６】
内視鏡と前記内視鏡が着脱自在な光源装置とを有する請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の撮像システムを具備する内視鏡システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の撮像システムの一態様は、被写体を照明する照明光を出射する照明部と、受光した光を光電変換することによって電気信号を生成し、２次元状に配列された画素を有する撮像素子と、１フレーム期間または１フィールド期間のうち前記画素のラインの一部を読み出す読出期間を有し、前記画素によって生成される前記電気信号を、前記画素のライン毎に順次読み出す読出部と、前記読出期間以外の期間である非読出期間において前記照明光の強度を変調する変調照明を基に、前記照明光の強度を制御する照明制御部と、を具備し、前記変調照明は、可変する第１パルスの強度と前記照明光の出力期間との積である第１積算光量と一定に保たれた第２パルスの強度と前記出力期間との積である第２積算光量とを前記非読出期間において有し、前記照明制御部は、前記非読出期間において、前記第１積算光量と前記第２積算光量との間で、前記第１積算光量の最大値以下であり、且つ前記第２積算光量の最小値以上の所定の光量を移行させる。
本発明の内視鏡システムの一態様は、内視鏡と前記内視鏡が着脱自在な光源装置とを有する上記の撮像システムを具備する。
【国際調査報告】
2017013780.tif 000021
2017013780.tif 000022
2017013780.tif 000023
2017013780.tif 000024