(57)【要約】【課題】安価な構成で診断に適した明るさの観察画像を得る。【解決手段】電子内視鏡システム２の電子内視鏡１０は、ＣＭＯＳ型のイメージセンサ（ＣＭＯＳセンサ）２３を有する。ＣＭＯＳセンサ２３の垂直列の画素に共通に接続された各列信号線Ｌ３には、撮像信号を増幅するカラムアンプ５２が設けられている。プロセッサ装置１１の輝度値算出回路３８は、予め設定した複数のエリア６０毎に、画像メモリ３７の過去３フレーム分の画像データの輝度値を算出する。ＣＰＵ３０は、輝度値算出回路３８で算出した輝度値と基準輝度値を比較した結果に基づき、今回得られる画像データの輝度値が基準輝度値と略等しくなるよう、エリア６０毎に今回撮像時のカラムアンプ５２の増幅率を決定する。【選択図】図２
2011250925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に挿入される電子内視鏡の挿入部に設けられ、被検体内を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサと、
被検体内に照射する照明光を発する照明手段と、
前記イメージセンサの垂直列の画素に共通に接続された列信号線毎に設けられ、画素からの撮像信号を増幅するカラムアンプと、
撮像信号を元に生成された画像データを記憶するメモリと、
以前の撮像時に得られた前記メモリ内の画像データの輝度値を算出する輝度値算出手段と、
前記輝度値算出手段の算出結果に基づいて、輝度値が基準値になるよう各カラムアンプの増幅率を決定する決定手段と、を備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項２】
前記輝度値算出手段は、画像を分割したエリア毎に輝度値を算出し、
前記決定手段は、エリア毎の各カラムアンプの増幅率を決定することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項３】
前記照明手段は、ＲＧＢの各色の波長帯の光を発することを特徴とする請求項１または２に記載の電子内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＯＳ型のイメージセンサを用いた電子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、電子内視鏡を利用した検査が広く普及している。電子内視鏡は、被検体（患者）の体内に挿入される挿入部の先端に固体撮像素子を有する。電子内視鏡は、コードやコネクタを介してプロセッサ装置、および光源装置に接続される。
【０００３】
プロセッサ装置は、固体撮像素子から出力された撮像信号に対して各種処理を施し、診断に供する観察画像を生成する。観察画像は、プロセッサ装置に接続されたモニタに表示される。光源装置は、キセノンランプ等の白色光源を有し、電子内視鏡に被検体内照明用の照明光を供給する。
【０００４】
電子内視鏡に搭載される固体撮像素子としては、ＣＭＯＳ型のイメージセンサとＣＣＤ型のイメージセンサが挙げられる。ＣＭＯＳ型のイメージセンサは、低消費電力であり、周辺回路を同一の基板上に形成することができるという利点がある。その反面、１水平ライン毎に順に信号電荷の読み出しを行うローリングシャッタ方式を採用していて各ラインの電荷蓄積期間がずれるため、動く被写体を撮像すると像が歪むことがある。
【０００５】
一方、ＣＣＤ型のイメージセンサは、高消費電力であり、スミアやブルーミング等の構造に起因する固有の問題点はあるが、高感度で高画質の画像が得易く、また、全画素の信号電荷の蓄積期間が同じで、一つの画像内での同時性を確保できることから、動く被写体の撮像に向いている。このため、動きがある被検体内を撮像する電子内視鏡では、ＣＣＤ型のイメージセンサが多く採用されている。
【０００６】
しかし、ＣＭＯＳ型のイメージセンサは消費電力が少なく、量産性に優れるので、ＣＣＤ型のイメージセンサに代えてＣＭＯＳ型のイメージセンサを電子内視鏡に用いることが従来提起されてきた。ＣＭＯＳ型のイメージセンサには、画素毎に設けられたアンプの個体差により、比較的ノイズが大きく高画質の画像を得ることが難しいという欠点があったが、近年はＣＭＯＳ型イメージセンサの改良が進み、ＣＣＤ型のイメージセンサと同等か、あるいはＣＣＤ型イメージセンサに画質が勝るＣＭＯＳ型イメージセンサを容易に得られるようになったため、ＣＭＯＳ型イメージセンサを搭載した電子内視鏡の実用化が鋭意検討されている。
【０００７】
ところで、電子内視鏡は、被検体内という形状が複雑で奥行きのある暗所に照明光を照射して撮像するので、撮像する部分の全体を均一に照明することは難しく、明暗のコントラストが大きく異なることが多い。極端にコントラストの大きい被写体を撮像すると、明るい部分が白く飛んでしまい、これを防ぐために露光量を減らすと、暗い部分が黒くつぶれてしまうことがあり、診断に適した明るさの観察画像を得ることが難しい。
【０００８】
上記の白飛び、黒つぶれの対策として、固体撮像素子のダイナミックレンジを擬似的に拡げる技術が知られている。特許文献１には、露光しながら複数回にわたって撮像信号を読み出して複数の画像を取得し、これらの画像を対数的に圧縮して合成することで、ダイナミックレンジが拡げられた画像を得ることが記載されている。また、特許文献２には、特許文献１と同様に露光しながら複数回にわたって撮像信号を読み出し、これにより得られた画像から適切な露光量を判別したり、最終的に取得する画像の増幅率を変化させたりして、適切な露光量の画像を得る技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１５１０６９号公報
【特許文献２】特開２００５−１４３８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１、２に記載の発明では、１回の露光中に撮像信号を複数回読み出すので、フレームレートの低下を防止するために通常よりも高速に撮像信号を読み出すことが必要であり、そのために動作クロックを上げるといった対処をしなければならない。
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価な構成で診断に適した明るさの観察画像を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の電子内視鏡システムは、被検体内に挿入される電子内視鏡の挿入部に設けられ、被検体内を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサと、被検体内に照射する照明光を発する照明手段と、前記イメージセンサの垂直列の画素に共通に接続された列信号線毎に設けられ、画素からの撮像信号を増幅するカラムアンプと、撮像信号を元に生成された画像データを記憶するメモリと、以前の撮像時に得られた前記メモリ内の画像データの輝度値を算出する輝度値算出手段と、前記輝度値算出手段の算出結果に基づいて、輝度値が基準値になるよう各カラムアンプの増幅率を決定する決定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記輝度値算出手段は、画像を分割したエリア毎に輝度値を算出し、前記決定手段は、エリア毎の各カラムアンプの増幅率を決定する。
【００１４】
前記照明手段は、ＲＧＢの各色の波長帯の光を発する。この場合はモノクロのイメージセンサを用い、ＲＧＢの各色の波長帯の光を照射して得られた３種の撮像信号から１つの観察画像を生成する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＣＭＯＳ型のイメージセンサの垂直列の画素に共通に接続された列信号線毎にカラムアンプを設け、以前の撮像時に得られた画像データの輝度値に基づいて、輝度値が基準値になるよう各カラムアンプの増幅率を決定するので、安価な構成で診断に適した明るさの観察画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電子内視鏡システムの構成を示す外観図である。
【図２】電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図３】ＣＭＯＳ型のイメージセンサの構成を示す図である。
【図４】エリアの例を示す図である。
【図５】波長選択フィルタの構成を示す図である。
【図６】面順次撮像方式を適用した場合の回転フィルタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１において、電子内視鏡システム２は、電子内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置１２からなる。電子内視鏡１０は、周知の如く、被検体（患者）の体内に挿入される可撓性の挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、プロセッサ装置１１および光源装置１２に接続されるコネクタ１５と、操作部１４、コネクタ１５間を繋ぐユニバーサルコード１６とを有する。
【００１８】
挿入部１３の先端には、観察窓２０、照明窓２１（ともに図２参照）等が設けられている。観察窓２０の奥には、レンズ群およびプリズムからなる対物光学系２２を介して、被検体内撮影用のＣＭＯＳ型のイメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサと略記する）２３が配されている（いずれも図２参照）。照明窓２１は、ユニバーサルコード１６や挿入部１３に配設されたライトガイド２４、および照明レンズ２５（ともに図２参照）で導光される光源装置１２からの照明光を、被観察部位に照射する。なお、対物光学系２２にプリズムを用い、ＣＭＯＳセンサ２３を挿入部１３の軸方向に対して平行に配置する例を挙げているが、プリズムを用いずにＣＭＯＳセンサ２３を挿入部１３の軸方向に対して垂直に配置した、いわゆる直視型を採用してもよい。
【００１９】
操作部１４には、挿入部１３の先端を上下左右方向に湾曲させるためのアングルノブや、挿入部１３の先端からエアー、水を噴出させるための送気・送水ボタンの他、観察画像を静止画記録するためのレリーズボタン、モニタ１７に表示された観察画像の拡大・縮小を指示するズームボタンといった操作部材が設けられている。
【００２０】
また、操作部１４の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口が設けられている。鉗子口は、挿入部１３内の鉗子チャンネルを通して、挿入部１３の先端に設けられた鉗子出口に連通している。
【００２１】
プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続され、電子内視鏡システム２の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１６や挿入部１３内に挿通された伝送ケーブルを介して、電子内視鏡１０に給電を行い、ＣＭＯＳセンサ２３の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１１は、伝送ケーブルを介して、ＣＭＯＳセンサ２３から出力された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種処理を施して画像データを生成する。プロセッサ装置１１で生成された画像データは、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ１７に観察画像として表示される。
【００２２】
図２において、電子内視鏡１０は、前述の観察窓２０、照明窓２１、対物光学系２２、ＣＭＯＳセンサ２３、および照明レンズ２５が挿入部１３の先端に設けられている。
【００２３】
ＣＭＯＳセンサ２３は、観察窓２０、対物光学系２２を経由した被検体内の被観察部位の像が、撮像領域５０（図３参照）に入射するように配置されている。ＣＭＯＳセンサ２３の撮像領域５０には、複数の色セグメントからなるカラーフィルタ、例えばベイヤー配列の原色（ＲＧＢ）あるいは補色（ＣＭＹまたはＣＭＹＧ）カラーフィルタが形成されている。
【００２４】
ＣＭＯＳセンサ２３から出力された撮像信号は、ユニバーサルコード１６、コネクタ１５を介してプロセッサ装置１１に入力され、デジタル信号処理回路（以下、ＤＳＰと略す）３３の作業用メモリ（図示せず）に一旦格納される。
【００２５】
ＣＭＯＳセンサ２３は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ３０から信号を受け、タイミングジェネレータ部２６（図３参照）で各種駆動信号を発生し、これに応じて撮像動作を行い、デジタル画像信号を出力する。
【００２６】
図３において、ＣＭＯＳセンサ２３は、前述のタイミングジェネレータ部２６、撮像領域５０、垂直走査回路５１、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路付きのカラムアンプ５２、例えば８−１２ｂｉｔの分解能を有するＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）５３、列選択トランジスタ５４、出力バッファ付きのパラレル・シリアル変換回路５５、および水平走査回路５６から構成される。
【００２７】
撮像領域５０には、画素５６がマトリクス状に配列されている。画素５６は、フォトダイオードＤ１、増幅用トランジスタＭ１、画素選択用トランジスタＭ２、およびリセット用トランジスタＭ３を有する。フォトダイオードＤ１は、光電変換によって、入射光量に応じた信号電荷を生成するとともに、これを蓄積する。フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷は、増幅用トランジスタＭ１によって撮像信号として増幅され、画素選択用トランジスタＭ２によって、所定のタイミングで画素５６外に出力される。また、フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷は、所定のタイミングでリセット用トランジスタＭ３を介してドレインに排出される。画素選択用トランジスタＭ２、およびリセット用トランジスタＭ３はＮチャンネルトランジスタであり、ゲートにＨｉｇｈレベル“１”が印加されるとオン、Ｌｏｗレベル“０”が印加されるとオフとなる。
【００２８】
撮像領域５０には、垂直走査回路５１から水平方向（Ｘ方向）に行選択線Ｌ１および行リセット線Ｌ２が配線されているとともに、カラムアンプ５２から垂直方向（Ｙ方向）に列信号線Ｌ３が配線されている。行選択線Ｌ１は、画素選択用トランジスタＭ２のゲートに接続されており、行リセット線Ｌ２は、リセット用トランジスタＭ３のゲートに接続されている。また、列信号線Ｌ３は、画素選択用トランジスタＭ２のソースに接続され、ＣＤＳ付きカラムアンプ５２を介してＡ／Ｄ５３に接続され、さらに列選択トランジスタ５４に接続されている。図３では便宜上、各列でＡ／Ｄ５３の出力線５８を１本、列選択トランジスタ５４を１個だけ図示しているが、実際には出力線５８はＡ／Ｄ５３のビット数に応じて８−１２本の並列線となっており、この並列線それぞれに列選択トランジスタ５４が接続されている。Ａ／Ｄ５３から出力線５８を介して並列出力されたデジタル信号は、列選択トランジスタ５４に入力される。
【００２９】
カラムアンプ５２は、垂直走査回路５１によって選択された行選択線Ｌ１に接続された画素５６の撮像信号を増幅する。カラムアンプ５２による撮像信号の増幅率は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ３０から受けたゲイン調節信号をタイミングジェネレータ部２６で制御信号に変換し、これをカラムアンプ５２に入力することにより設定される。カラムアンプ５２にて相関二重サンプリングされ、設定された増幅率で増幅された撮像信号は、Ａ／Ｄ５３に入力されてデジタル信号に変換される。ＣＤＳは、各画素５６の信号に重畳されているリセットノイズを低減する目的で行われる。水平走査回路５６は、タイミングジェネレータ部２６から入力される駆動信号に基づいて水平走査信号を発生し、列選択トランジスタ５４のオン、オフ制御を行う。列選択トランジスタ５４は、各列のＡ／Ｄ５３とパラレル・シリアル変換回路５５との間に設けられており、水平走査信号に応じて接続を制御される。
【００３０】
図２に戻って、ＣＰＵ３０は、プロセッサ装置１１全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ３０は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続している。ＲＯＭ３１には、プロセッサ装置１１の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ等）が記憶されている。ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３１から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ３２に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ３０は、検査日時、被検体や術者の情報等の文字情報といった検査毎に変わる情報を、後述する操作部３６やＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークより得て、ＲＡＭ３２に記憶する。
【００３１】
ＤＳＰ３３は、ＣＭＯＳセンサ２３からの撮像信号に対して、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種信号処理を施し、画像データを生成する。ＤＳＰ３３で生成された画像データは、デジタル画像処理回路（以下、ＤＩＰと略す）３４の作業用メモリ（図示せず）、および輝度値算出回路３８の画像メモリ３７に入力される。なお、画像メモリ３７に送られる画像データは、ガンマ補正前の画像データである。
【００３２】
ＤＩＰ３４は、ＤＳＰ３３で処理された画像データに対して、電子変倍、あるいは色強調、エッジ強調等の各種画像処理を施す。ＤＩＰ３４で各種画像処理を施された画像データは、表示制御回路３５に入力される。
【００３３】
表示制御回路３５は、ＤＩＰ３４からの処理済みの画像データを格納するＶＲＡＭを有する。表示制御回路３５は、ＣＰＵ３０からＲＯＭ３１およびＲＡＭ３２のグラフィックデータを受け取る。グラフィックデータには、観察画像の無効画素領域を隠して有効画素領域のみを表示させる表示用マスク、検査日時、あるいは被検体や術者の情報等の文字情報、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）といったものがある。表示制御回路３５は、ＤＩＰ３４からの画像データに対して、表示用マスク、文字情報、ＧＵＩの重畳処理、モニタ１７の表示画面への描画処理といった各種表示制御処理を施す。
【００３４】
表示制御回路３５は、ＶＲＡＭから画像データを読み出し、読み出した画像データをモニタ１７の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換する。これにより、モニタ１７に観察画像が表示される。
【００３５】
操作部３６は、プロセッサ装置１１の筐体に設けられる操作パネル、電子内視鏡１０の操作部１４にあるボタン、あるいは、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスである。ＣＰＵ３０は、操作部３６からの操作信号に応じて、各部を動作させる。
【００３６】
画像メモリ３７は、複数、例えば３フレーム分のガンマ補正前の画像データをＤＳＰ３３から受け取り、これを記憶する。画像メモリ３７は、ＤＳＰ３３から新たに画像データが入力される毎に、最も古いフレームの画像データを消去してＤＳＰ３３から新たに入力された画像データに書き換え、３フレーム分の画像データを順次更新する。
【００３７】
輝度値算出回路３８は、３フレーム分の画像データを画像メモリ３７から読み出し、予め設定した複数のエリア、例えば図４に示す、ＣＭＯＳセンサ２３の撮像領域５０を３×３に区分けした計９個の矩形状のエリア６０毎の代表輝度値を算出する。代表輝度値は、エリア６０内の各画素の輝度値の平均を３フレーム分の画像データ毎に求め、求めた輝度値のさらに３フレーム分の画像データの平均を求めることで得られる。輝度値算出回路３８は、求めた代表輝度値をＣＰＵ３０に出力する。
【００３８】
ＣＰＵ３０は、輝度値算出回路３８によって算出された代表輝度値を基準輝度値と比較する。基準輝度値は、診断に適した画像データの明るさの目安として、観察部位や照明光の波長帯等に応じて予め定められた値であり、ＲＡＭ３２に予め記憶されている。ＣＰＵ３０は、代表輝度値と基準輝度値の比較結果に基づき、今回得られる画像データの輝度値が基準輝度値と略等しくなるよう、エリア６０毎に今回撮像時のカラムアンプ５２の増幅率を決定する。具体的には、代表輝度値が基準輝度値よりも高い場合は増幅率を下げ、代表輝度値が基準輝度値よりも低い場合は増幅率を上げる。また、代表輝度値と基準輝度値の差分が大きい程、増幅率の上下幅を大きくする。
【００３９】
ＣＰＵ３０で決定されたカラムアンプ５２の増幅率（ゲイン調節信号）はＣＭＯＳセンサ２３のタイミングジェネレータ部２６に伝達される。タイミングジェネレータ部２６は、伝達された増幅率に応じた制御信号に変換し、エリア６０の読み出しに対応するタイミングでカラムアンプ５２の増幅率を変更、設定する。画面内のエリア設定においては、垂直方向は垂直走査回路５１の該当タイミングに合わせて変更、設定する。水平方向は、予めエリア６０に対応するカラム毎にカラムアンプ５２の制御を独立して制御可能なよう回路を構成しておくことで実現する。なお、画像メモリ３７に３フレーム分のデータが記憶されていない観察初期の段階では、カラムアンプ５２はデフォルトの増幅率で増幅を行う。
【００４０】
プロセッサ装置１１には、上記の他にも、画像データに所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す圧縮処理回路や、レリーズボタンの操作に連動して、圧縮された画像データをＣＦカード、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＣＤ−Ｒ等のリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ等が設けられている。これらはデータバス等を介してＣＰＵ３０と接続されている。
【００４１】
光源装置１２は、光源４０、波長選択フィルタ４１、およびＣＰＵ４２を有する。光源４０は、赤から青までのブロードな波長の光（例えば、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長帯の光、以下、通常光という）を発生するキセノンランプや白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等であり、光源ドライバ４３によって駆動される。光源４０から発せられた照明光は、集光レンズ４４で集光されてライトガイド２４の入射端に導光される。
【００４２】
波長選択フィルタ４１は、光源４０から発せられた光を特定の狭い波長帯の光（以下、特殊光という）に制限するフィルタである。波長選択フィルタ４１は、図５に示すように円盤の半分が切り欠かれた形状を有し、光源４０と集光レンズ４４の間を横切るようにモータ回転される。また、波長選択フィルタ４１には、その回転位置を検出するセンサが設けられている。波長選択フィルタ４１が光源４０と集光レンズ４４の間を横切っている間は特殊光が照射され、波長選択フィルタ４１の切り欠き部分が光源４０と集光レンズ４４の間を横切っている間は通常光が照射される。特殊光としては、例えば４５０、５００、５５０、６００、７８０ｎｍ近傍の波長の光が挙げられる。
【００４３】
４５０ｎｍ近傍の特殊光による撮影は、表層の血管やピットパターン等の被観察部位表面の微細構造の観察に適している。５００ｎｍ近傍の照明光では、被観察部位の陥凹や隆起等のマクロな凹凸構造を観察することができる。５５０ｎｍ近傍の照明光は、ヘモグロビンによる吸収率が高く、微細血管や発赤の観察に適し、６００ｎｍ近傍の照明光は、肥厚の観察に適している。深層血管の観察には、インドシアニングリーン（ＩＣＧ；Indocyanine green）等の蛍光物質を静脈注射し、７８０ｎｍ近傍の照明光を用いることで明瞭に観察することができる。
【００４４】
なお、ここでは波長選択フィルタ４１を用いるが、波長選択フィルタ４１に代えて、あるいは加えて、光源４０として波長帯が異なる光を発するＬＥＤ、レーザダイオード等を複数備えておき、これらの点灯と消灯を制御することにより、通常光と特殊光を切り替えてもよい。また、青色レーザ光源、および青色レーザ光の照射により緑色〜黄色の励起光を発する蛍光体を用いて通常光を発生させ、さらに波長選択フィルタで特殊光を発生させてもよい。
【００４５】
ＣＰＵ４２は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ３０と通信し、光源ドライバ４３および波長選択フィルタ４１の動作制御を行う。なお、ＣＰＵ４２を設けずに、プロセッサ装置１１のＣＰＵ３０で直接光源ドライバ４３および波長選択フィルタ４１を制御してもよい。
【００４６】
ライトガイド２４は、例えば、複数の石英製光ファイバを巻回テープ等で集束してバンドル化したものである。ライトガイド２４の出射端に導かれた照明光は、照明レンズ２５で拡散され、照明窓２１を介して被検体内の被観察部位に照射される。
【００４７】
電子内視鏡システム２には、通常光のみを使用して観察を行う通常撮影モードと、特殊光のみを使用して観察を行う特殊撮影モードと、通常光と特殊光を組み合わせて照射する同時撮影モードとが用意されている。各モードの切り替えは、操作部３６を操作することにより行われる。
【００４８】
通常撮影モードが選択された場合、ＣＰＵ３０は、ＣＰＵ４２を介して光源ドライバ４３の駆動を制御して、光源４０を点灯させる。また、回転位置検出センサの出力に基づいて波長選択フィルタ４１を動作させ、光源４０と集光レンズ４４の間に波長選択フィルタ４１の切り欠き部分を位置させる。被観察部位に照射される照明光は通常光のみとなる。一方、特殊撮影モードが選択された場合は、光源４０を点灯させるとともに波長選択フィルタ４１を光源４０と集光レンズ４４の間に位置させる。被観察部位に照射される照明光は特殊光のみとなる。
【００４９】
同時撮影モードが選択された場合は、ＣＭＯＳセンサ２３の全水平ラインの信号電荷を同時にドレインに排出する全画素一括リセットを実行し、全水平ラインの電荷蓄積を同時に開始する。そして、全水平ラインの撮像信号が読み出されている間（先頭の行の読み出し開始から最終行の読み出し終了までの間）、光源４０を消灯する。また、ＣＭＯＳセンサ２３の蓄積期間単位で交互に通常光と特殊光が照射されるよう波長選択フィルタ４１が回転される。被観察部位に照射される照明光は、消灯期間を挟んで、ＣＭＯＳセンサ２３の蓄積期間単位で通常光と特殊光とに順次切り替わる。なお、光源４０を消灯する代わりに、波長選択フィルタ４１に通常光および特殊光の遮光領域を設けておき、全水平ラインの撮像信号の読み出し期間と遮光領域とが一致するよう波長選択フィルタ４１を回転させてもよい。
【００５０】
表示制御回路３５は、通常撮影モードまたは特殊撮影モードでは、通常画像または特殊画像の動画あるいは静止画のみをモニタ１７に表示させる。同時撮影モードでは、操作部３６への操作入力に応じて、通常画像、特殊画像の一方の動画あるいは静止画を表示、または各画像の動画あるいは静止画を同時にモニタ１７に表示（例えば、通常、特殊画像の並列表示、重畳表示、入れ子表示（ピクチャーインピクチャー、ＰｉｎＰ））させる。
【００５１】
なお、ここで例示した各画像の表示形態は一例であり、種々の変形が可能である。例えば、モニタを複数台用意して、一台目は通常画像の表示用、二台目は特殊画像の表示用というように、マルチモニタ形式を採用してもよい。
【００５２】
次に、上記のように構成された電子内視鏡システム２の作用について説明する。電子内視鏡１０で被検体内を観察する際、術者は、電子内視鏡１０と各装置１１、１２とを繋げ、各装置１１、１２の電源をオンする。そして、操作部３６を操作して、被検体に関する情報等を入力し、検査開始を指示する。
【００５３】
検査開始を指示した後、術者は、挿入部１３を被検体内に挿入し、光源装置１２からの照明光で被検体内を照明しながら、ＣＭＯＳセンサ２３による被検体内の観察画像をモニタ１７で観察する。
【００５４】
ＣＭＯＳセンサ２３から出力された撮像信号は、プロセッサ装置１１のＤＳＰ３３に入力される。ＤＳＰ３３では、入力された撮像信号に対して各種信号処理が施され、画像データが生成される。ＤＳＰ３３で生成された画像データは、ＤＩＰ３４および画像メモリ３７に出力される。
【００５５】
ＤＩＰ３４では、ＣＰＵ３０の制御の下、ＤＳＰ３３からの画像データに各種画像処理が施される。ＤＩＰ３４で処理された画像データは、表示制御回路３５のＶＲＡＭに入力される。表示制御回路３５では、ＣＰＵ３０からのグラフィックデータに応じて、各種表示制御処理が実行される。これにより、画像データがモニタ１７に観察画像として表示される。
【００５６】
画像メモリ３７に記憶された画像データは輝度値算出回路３８に読み出され、輝度値算出回路３８にてエリア６０毎の代表輝度値が算出される。そして、算出された代表輝度値と基準輝度値の比較結果に基づき、ＣＰＵ３０により今回撮像時のカラムアンプ５２の増幅率が決定される。ＣＰＵ３０で決定された増幅率（ゲイン調節信号）は、ＣＭＯＳセンサ２３のタイミングジェネレータ部２６に伝達される。タイミングジェネレータ部２６は、伝達された増幅率に応じた制御信号に変換し、エリア６０の読み出しに対応するタイミングでカラムアンプ５２の増幅率を変更、設定する。画面内のエリア設定においては、垂直方向は垂直走査回路５１の該当タイミングに合わせて変更、設定する。水平方向は、予めエリア６０に対応するカラム毎にカラムアンプ５２の制御を独立して制御可能なよう回路を構成しておくことで実現する。カラムアンプ５２の増幅率を適切に設定することで、今回撮像時は診断に適した輝度値の画像データを常に得ることができる。
【００５７】
以上説明したように、撮像信号を増幅するカラムアンプ５２を列信号線Ｌ３毎に設け、以前に撮像した画像データの輝度値に基づき、診断に適した明るさの観察画像が常に得られるようエリア６０毎に今回撮像時のカラムアンプ５２の増幅率を設定するので、従来のように撮像信号を高速読み出しするための構成を設けることなく、診断に適した観察画像を容易に得ることができる。
【００５８】
上記実施形態では、撮像領域５０を複数のエリアに区分けする例として、図４の３×３の９個のエリア６０を挙げたが、エリアの大きさや個数等は任意に決めることができる。例えば、３×３よりもさらに細分化してもよく、１画素を１エリアとしてもよい。エリアは矩形状に限らず、観察画像の表示用マスクの形状に合わせて扇形状や円環状にしてもよい。また、観察時に主に注目される中央付近ではエリアを細分化してより細かな増幅率の設定を可能とし、外周部分では中央付近よりもエリアの面積を大きくしてもよい。さらに、画像認識により観察画像に映された部位の形状や色、明暗等を識別し、部位の形状や色、明暗に沿ってエリアを設定してもよい。
【００５９】
なお、基準輝度値は、例えば操作部３６を介して、観察対象や照明光の波長帯等の検査状況に応じて術者が自在に設定可能に構成してもよい。術者の嗜好に合った観察画像を提供することができる。また、エリア毎に基準輝度値を変更してもよい。
【００６０】
上記実施形態では、ＣＭＯＳセンサ２３の撮像の都度、カラムアンプ５２の増幅率を変更しているが、一定の間隔（例えば３フレーム間隔）を空けて増幅率を変更してもよい。
【００６１】
上記実施形態では、カラーフィルタを撮像領域５０に配置した一つのＣＭＯＳセンサ２３で撮像する方式を例示して説明したが、ＲＧＢの各色の波長帯の照明光を順次被観察部位に照射し、その像をモノクロのＣＭＯＳセンサにて時分割で撮像する、いわゆる面順次撮像方式を適用してもよい。
【００６２】
この場合、例えば、図６に示す円盤状の回転フィルタ８０を用いる。回転フィルタ８０は、ＲＧＢ各色の波長帯の光を照射するためのＲ光照射領域８１、Ｇ光照射領域８２、Ｂ光照射領域８３、および特殊光を照射するための特殊光照射領域８４を有する。各領域８１〜８４は、回転フィルタ８０を六等分した区画にそれぞれ設けられている。特殊光照射領域８４は、Ｒ光照射領域８１、Ｇ光照射領域８２、Ｂ光照射領域８３のそれぞれの間に計３個配されている。この回転フィルタ８０を光源４０と集光レンズ４４の間に配置し、ＲＧＢの各色の波長帯の照明光および特殊光が順次発せられるよう回転フィルタ８０を回転させる。そして、上記実施形態の同時撮影モードの場合と同じようにＣＭＯＳセンサと光源４０を動作させる。
【００６３】
通常画像は、ＲＧＢの各色の波長帯の照明光が照射された各像の撮像信号を元に生成する。具体的には、ＲＧＢＲＧＢ・・・と続く撮像信号の出力のうち、ＲＧＢ、ＧＢＲ、ＢＲＧと連続する各組からそれぞれ通常画像を生成する。このため、被観察部位に照射される照明光はＲ光、特殊光、Ｇ光、特殊光、Ｂ光、特殊光、・・・と推移する。表示画像は、通常画像と特殊画像が交互に出力される。あるいは、通常画像と特殊画像の表示を任意のフレーム比率で切り替えることも可能である。通常画像と特殊画像を２画面表示する場合は、各画像を可能な限り早いフレームレートで更新することもできる。
【００６４】
特殊画像のみを取得する場合は、回転フィルタ８０の特殊光照射領域８４を光源４０と集光レンズ４４の間に位置させる。通常画像のみを取得する場合は、回転フィルタ８０とは別に、Ｒ光照射領域８１、Ｇ光照射領域８２、Ｂ光照射領域８３を三等分した区画に配置した、特殊光照射領域８４がない回転フィルタを用意し、この回転フィルタを回転フィルタ８０の代わりに光源４０と集光レンズ４４の間に挿入して回転させる。
【００６５】
上記実施形態では、被観察部位に照射する照明光として、通常光と特殊光を用いる例を説明したが、ここで用いる通常光、特殊光は、相互に波長帯の異なる２種類の照明光であればよい。
【００６６】
また、白色の可視光とは異なる特定の波長帯の照明光を特殊光として説明したが、特殊光には、血管を強調表示する赤外光や、正常組織と病変組織の自家蛍光の強さを強調して表示するために、白色光のうち単色あるいは数色に波長帯を制限した光等が該当する。これらの様々な特殊光は、観察する部位や病変等に応じて、自在に選択できる構成とすることが好ましく、観察中にモニタを見ながら自在にその波長帯や混合する波長帯の成分を変化させることができる構成とすることが特に好ましい。
【００６７】
なお、図３に示したＣＭＯＳセンサ２３の構成は一例であり、本発明を限定するものではない。例えば１画素５６を三個のトランジスタＭ１〜Ｍ３で構成しているが、１画素を四個のトランジスタで構成してもよい。また、画素選択用トランジスタＭ２を複数の画素５６で共有するもの、またフォトダイオードＤ１の信号をトランジスタでフローティング・ディフュージョン部に転送した後段にトランジスタＭ１、Ｍ２をもつもの、複数の画素５６のフォトダイオードＤ１から転送されるフローティング・ディフュージョン部を共通にするもの等の構成もあるが、本発明はそのいずれの構成に対しても適用することが可能である。
【００６８】
図２および図３では、ＣＭＯＳセンサ２３の入出力を単純な接続線で描いているが、ＣＭＯＳセンサによっては、消費電力の低減を目的として、入出力端子のセンサ素子内で信号レベルの変換をするものがある。本発明はこのようなＣＭＯＳセンサを用いた場合も有効である。
【００６９】
図示は省略しているが、ＣＭＯＳセンサ２３は、電源、接地、基準クロック入力端子を備えている。また、ＣＭＯＳセンサ２３の動作を確実なものとするために、リセット端子を設けているものもある。このリセット入力端子等、直接撮像動作に関わらない部分については説明を省略してある。
【符号の説明】
【００７０】
２  電子内視鏡システム
１０  電子内視鏡
１１  プロセッサ装置
１２  光源装置
２３  ＣＭＯＳ型のイメージセンサ（ＣＭＯＳセンサ）
２６  タイミングジェネレータ部
３０、４２  ＣＰＵ
３７  画像メモリ
３８  輝度値算出回路
４０  光源
４１  波長選択フィルタ
５２  ＣＤＳ付きカラムアンプ
５６  画素
６０  エリア
８０  回転フィルタ
【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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