(57)【要約】  撮像システムは、被写体を撮像する撮像素子１３を備える内視鏡１０と、内視鏡１０に設けられ、撮像素子１３の種類に対応した光源制御パラメータを格納する記憶部１９と、内視鏡１０が接続され、被写体に対して照明光を供給するＬＥＤ４３を有する光源装置４０と、光源装置４０に設けられ、記憶部１９から光源制御パラメータを読み出し、制御シーケンスで用いる制御パラメータとして、読み出した光源制御パラメータを設定し、所定の制御シーケンスに基づいてＬＥＤ４３からの照明光の出射態様を制御する制御部４１と、を有する。
2016056388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する撮像素子を備える撮像装置と、
前記撮像装置に設けられ、前記撮像素子の種類に対応した光源制御パラメータを格納する記憶部と、
前記撮像装置が接続され、前記被写体に対して照明光を供給する半導体光源を有する光源装置と、
前記光源装置に設けられ、所定の制御シーケンスに基づいて前記半導体光源からの前記照明光の出射態様を制御する光源制御部と、
前記光源装置に設けられ、前記記憶部から前記光源制御パラメータを読み出す読み出し部と、
前記制御シーケンスで用いる制御パラメータとして、前記読み出し部により読み出した前記光源制御パラメータを設定するパラメータ設定部と、
を具備することを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
前記光源制御部は、前記半導体光源に供給する駆動電流のパルス幅を制御するＰＷＭ制御部を備え、
前記記憶部は、前記光源制御パラメータとして、前記撮像装置における１フレームの撮像期間内において前記ＰＷＭ制御部による制御を実施する期間の長さを表すＰＷＭ制御期間長データを記憶することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記光源制御部は、前記半導体光源に供給する駆動電流の振幅を、供給しえる最大値と最小値との間で増減させるように制御する駆動電流制御部をさらに備え、
前記ＰＷＭ制御部は、前記駆動電流制御部により前記駆動電流が前記最小値に設定された後に更に前記半導体光源から出射される光の光量を少なくする必要がある場合に、前記ＰＷＭ制御期間長データで表される期間内において前記駆動電流のパルス幅の制御を実施することを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記光源制御部は、前記ＰＷＭ制御部によって制御されるパルス幅が最小値に達した後に更に前記半導体光源から出射される光の光量を少なくする必要がある場合に、前記ＰＷＭ制御部による制御期間外の光の出射を停止させ、該制御期間外に出射されている光量積分値と等しい光量積分値の光を前記ＰＷＭ制御期間内に出射するように照明光の出射タイミングを変更するものであり、
前記記憶部は、前記光源制御パラメータとして、前記照明光の出射タイミング変更後の前記半導体光源に供給する駆動電流の値と、パルス幅の値とを表すデータを記憶することを特徴とする請求項３に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記撮像装置は、前記半導体光源を複数有し、
前記光源制御部は、前記所定の制御シーケンスに基づいて前記複数の半導体光源の中の1つの半導体光源の発光パターンを制御するとともに、前記複数の半導体光源のうちの他の前記半導体光源の発光パターンを、前記１つの半導体光源に追従させて制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記光源制御部は、前記半導体光源からの前記照明光の立ち上がりのタイミング及び立ち下がりのタイミングを表す発光情報を記憶するメモリを有し、前記発光情報に基づいて、前記半導体光源の消灯開始タイミングを補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項７】
前記撮像素子が電子シャッタ機能を有する際に、電子シャッタを制御する電子シャッタ制御部を有し、
前記光源制御部は、前記発光情報に基づいて、前記電子シャッタの露光タイミングがＰＷＭによる発光が安定している期間に開始されるシャッタタイミングを検出し、
前記電子シャッタ制御部は、前記光源制御部により検出された前記シャッタタイミングに基づいて、前記電子シャッタを制御することを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置では、従来よりＣＣＤ型イメージセンサ（以下、単にＣＣＤという）が広く用いられていたが、近年ではＣＭＯＳ型イメージセンサ（以下、単にＣＭＯＳという）も広く使用されるようになってきている。このＣＭＯＳは、低消費電力で、周辺回路を同一基板上に形成することが可能であるという利点を有しており、内視鏡の分野においても、ＣＭＯＳを使用した内視鏡システムが提案されてきている。【０００３】
ところで、ＣＭＯＳは、一般に、１水平ライン毎に順に画像信号の読み出しが行われるローリングシャッタ方式が採用されている。ローリングシャッタ方式の場合には、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が、このような時点でフラッシュ発光（閃光発光）を行うと、照明光により照明された被写体が露光されるラインと、被写体が照明光により照明されることなく露光されるラインとが発生し、１画面中に明暗縞が生じてしまうことになる。【０００４】
例えば、特許第５３７９９３２号公報には、水平ライン毎に順次露光を行う撮像素子を用いる撮像システムにおいて、画像の明暗縞を抑制しながら、調光のダイナミックレンジを広くすることができる撮像システムが開示されている。【０００５】
しかしながら、このような撮像システムは、撮像装置に搭載された撮像素子の種別、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳにより最適な光量制御パターンは異なる。さらに、ＣＭＯＳは、１フィールド中にＰＷＭ発光できる期間が種別（ライン数、駆動周波数等）によって異なるため、撮像装置にＣＭＯＳが搭載されている場合、ＣＭＯＳの種別に応じて最適な光量制御パターンが異なる。【０００６】
そこで、本発明は、撮像装置に搭載された撮像素子の種別に応じて、照明光の光量を広いダイナミックレンジで適切に制御することができる撮像システムを提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の撮像システムは、被写体を撮像する撮像素子を備える撮像装置と、前記撮像装置に設けられ、前記撮像素子の種類に対応した光源制御パラメータを格納する記憶部と、前記撮像装置が接続され、前記被写体に対して照明光を供給する半導体光源を有する光源装置と、前記光源装置に設けられ、所定の制御シーケンスに基づいて前記半導体光源からの前記照明光の出射態様を制御する光源制御部と、前記光源装置に設けられ、前記記憶部から前記光源制御パラメータを読み出す読み出し部と、前記制御シーケンスで用いる制御パラメータとして、前記読み出し部により読み出した前記光源制御パラメータを設定するパラメータ設定部と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。
【図２Ａ】ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド未満の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。
【図２Ｂ】ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド未満の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。
【図３Ａ】ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド以上の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。
【図３Ｂ】ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド以上の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。
【図４Ａ】ＰＷＭ使用期間が０ｍｓの撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。
【図４Ｂ】ＰＷＭ使用期間が０ｍｓの撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。
【図５Ａ】ＰＷＭ使用期間が１フィールドの撮像素子（ＣＣＤ）の発光制御について説明するための図である。
【図５Ｂ】ＰＷＭ使用期間が１フィールドの撮像素子（ＣＣＤ）の発光制御について説明するための図である。
【図６】第２の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。
【図７Ａ】撮像素子がＣＭＯＳの場合の発光タイミングを示す図である。
【図７Ｂ】撮像素子がＣＭＯＳの場合の発光タイミングを示す図である。
【図８】撮像素子がＣＣＤの場合の発光タイミング及びシャッタタイミングを示す図である。
【図９Ａ】ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の例を説明するための図である。
【図９Ｂ】ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の例を説明するための図である。
【図９Ｃ】ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の例を説明するための図である。
【図１０Ａ】ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の他の例を説明するための図である。
【図１０Ｂ】ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の他の例を説明するための図である。
【図１０Ｃ】ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の他の例を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【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。【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。【００１１】
本実施形態は、撮像システムの一例として、内視鏡システム１を挙げたものとなっている。ただし、撮像システムは、内視鏡システム１に限定されるものではなく、撮像機能を備えたシステムに広く適用することが可能である。【００１２】
内視鏡システム１は、内視鏡１０と、ビデオプロセッサ２０と、モニタ３０と、光源装置４０とによって構成される。なお、本実施形態の内視鏡システム１は、ビデオプロセッサ２０と光源装置４０とが別体の構成であるが、ビデオプロセッサ２０と光源装置４０とが一体の構成であってもよい。【００１３】
撮像装置としての内視鏡１０は、先端側に、管腔内等に挿入可能な細長の挿入部１１を有しており、基端側は、コネクタ１２によって光源装置４０に着脱自在に接続されるようになっている。また、内視鏡１０は、ケーブル１７及びコネクタ１８によってビデオプロセッサ２０に着脱自在に接続されるようになっている。このように、光源装置４０及びビデオプロセッサ２０には、異なる種別の内視鏡を装着することができるようになっている。【００１４】
挿入部１１の先端には、管腔内等の被写体の映像を撮像するための撮像素子１３及び光源装置４０からの光を被写体に照射するためのレンズ１４が配設されている。レンズ１４によって、光源装置４０からライトガイド１５を介して伝送された照明光が被写体に照射される。撮像素子１３は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等によって構成されており、被写体からの戻り光が撮像面に入射され、入射した被写体光学像を光電変換し、蓄積した電荷に基づく撮像出力を順次出力する。【００１５】
撮像素子１３は、ビデオプロセッサ２０から同期信号を含む駆動信号が供給されて動作し、撮像出力を信号線１６を介してビデオプロセッサ２０に供給する。【００１６】
なお、撮像素子１３は、所定の分光感度特性を有する。内視鏡は主に撮像素子の分光感度特性の影響によって、撮像画像の特性が内視鏡毎に変化する。内視鏡１０には、このような内視鏡毎の分光感度特性の情報を含むスコープ情報を記憶した記憶部１９が設けられている。内視鏡１０をコネクタ１２によって光源装置４０に接続することで、光源装置４０において記憶部１９のスコープ情報を取得することができるようになっている。【００１７】
ビデオプロセッサ２０は、撮像出力に対して所定の信号処理を施してモニタ３０に表示可能な映像信号を生成する。ビデオプロセッサ２０からの映像信号は、ケーブル２１を介してモニタ３０に供給される。こうして、モニタ３０の表示画面上において、撮像出力に基づく内視鏡画像が表示可能である。【００１８】
また、ビデオプロセッサ２０は、撮像画像の明るさが目標の明るさとなるように、光源装置４０を制御することができるようになっている。ビデオプロセッサ２０は、撮像画像から得られる明るさと目標明るさとの比率の情報を明るさ制御情報として光源装置４０に出力するようになっている。明るさ制御情報は、ケーブル２２を介して光源装置４０の制御部４１に供給される。【００１９】
光源装置４０は、赤色光を発生するＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ）４２、緑色光を発生するＬＥＤ（Ｇ−ＬＥＤ）４３、青色光を発生するＬＥＤ（Ｂ−ＬＥＤ）４４及び紫色光を発生するＬＥＤ（Ｖ−ＬＥＤ）４５を有している。このように、複数の半導体発光素子を構成するＬＥＤ４２〜４５は、被写体を照明するための異なる色の照明光をそれぞれが出射する。なお、本実施形態においては、４色の光を発生する４つのＬＥＤ４２〜４５を採用する例について説明するが、色の種類及び色数は本実施形態に限定されるものではない。本実施形態では、例えば、白色光を発生する１つのＬＥＤのみを用いる構成であってもよいし、図１に琥珀色（アンバー）光を発生するＬＥＤを追加した構成であってもよい。【００２０】
各ＬＥＤ４２〜４５の出射光の光軸上にはそれぞれレンズ４２ａ〜４５ａが配置されている。各レンズ４２ａ〜４５ａは、それぞれＬＥＤ４２〜４５の出射光を略平行光に変換して出射する。Ｒ−ＬＥＤ４２からの光を出射するレンズ４２ａの光軸上には、ダイクロイックフィルタ４７〜４９が配置されている。ダイクロイックフィルタ４７には、レンズ４３ａを介してＧ−ＬＥＤ４３からの光も入射される。また、ダイクロイックフィルタ４８には、レンズ４４ａを介してＢ−ＬＥＤ４４からの光も入射され、ダイクロイックフィルタ４９には、レンズ４５ａを介してＶ−ＬＥＤ４５からの光も入射される。【００２１】
ダイクロイックフィルタ４７は、Ｇ−ＬＥＤ４３からの光を反射して、Ｒ−ＬＥＤ４２からの光を透過させる。同様に、ダイクロイックフィルタ４８は、Ｂ−ＬＥＤ４４からの光を反射して、ダイクロイックフィルタ４７の透過光を透過させる。同様に、ダイクロイックフィルタ４９は、Ｖ−ＬＥＤ４５からの光を反射して、ダイクロイックフィルタ４８の透過光を透過させる。【００２２】
こうして、ＬＥＤ４２〜４５の光がダイクロイックフィルタ４７〜４９によって合成される。ダイクロイックフィルタ４９からの合成光は、レンズ５０を介してライトガイド１５に入射するようになっている。なお、ダイクロイックフィルタ４７〜４９の特性を適宜設定することによって、ＬＥＤ４２〜４５の配置順を変更することも可能であるが、ＬＥＤ４２〜４５を出射光の波長帯域順に配置した方がダイクロイックフィルタの特性の設定が容易である。【００２３】
また、ダイクロイックフィルタ４９とレンズ５０との間には、モータ５１により回転駆動する回転フィルタ５２が設けられている。回転フィルタ５２は、通常観察モードで使用される開口、及び、狭帯域観察（ＮＢＩ）モードで使用されるＮＢＩフィルタ等を有している。モータ５１は、制御部４１からの制御信号に応じて制御され、回転フィルタ５２を回転駆動する。これにより、回転フィルタ５２の開口、または、ＮＢＩフィルタ等がダイクロイックフィルタ４９からの合成光の光路に配置され、観察モードの切り替えが行われる。【００２４】
各ＬＥＤ４２〜４５は、ＬＥＤ駆動部４６によって駆動されて点灯する。発光素子駆動部を構成するＬＥＤ駆動部４６は、制御部４１に制御されて、各ＬＥＤ４２〜４５を駆動するための駆動信号であるＰＷＭパルスを発生するようになっている。なお、各ＬＥＤ４２〜４５は、ＬＥＤ駆動部４６からのＰＷＭパルスのデューティ比及び電流量に応じた発光量で発光するようになっている。制御部４１は、各ＬＥＤ４２〜４５を制御するための調光情報をＬＥＤ駆動部４６に出力することで、ＰＷＭパルスのデューティ比及び電流レベルを制御して、各ＬＥＤ４２〜４５を調光制御する。【００２５】
また、各ＬＥＤ４２〜４５の出射光を検知可能な位置に光センサ４２ｂ〜４５ｂが配置されている。複数の光検知部を構成する各光センサ４２ｂ〜４５ｂは、それぞれ各ＬＥＤ４２〜４５の各色の照明光の照度値を検知して、検知結果を制御部４１に出力する。なお、各光センサ４２ｂ〜４５ｂは、各ＬＥＤ４２〜４５からレンズ４２ａ〜４５ａに至る光路上以外の位置に配置される。【００２６】
制御部４１は、各ＬＥＤ４２〜４５の発光量が、所定のカラーバランスを維持できるように、調光情報を発生する。各ＬＥＤ４２〜４５のカラーバランスは、内視鏡１０の分光感度特性によって決定する必要がある。【００２７】
制御部４１は、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報に基づいて、最適なカラーバランスが得られるように、各ＬＥＤ４２〜４５の発光量の比（光量比）を維持しながら、各ＬＥＤ４２〜４５の光量を制御する。例えば、制御部４１は、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報に応じて設定すべきＧ−ＬＥＤ４３の光量値に対応する調光情報を求め、他のＬＥＤ４２、４４、４５については、Ｇ−ＬＥＤ４３の光量値に応じて、所定の光量比となるように調光情報を求める。【００２８】
より具体的には、制御部４１は、Ｇ−ＬＥＤ４３に対して、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報に基づいて、発光制御（ＰＷＭ制御及び電流制御）を行う。この発光制御は、制御部４１が内視鏡１０の記憶部１９に格納されたスコープ情報を読み出して行われる。このスコープ情報は、制御パラメータ、及び、目標カラーバランス比率の情報であり、制御部４１は、この制御パラメータ（ＰＷＭ使用期間、面積移動後電流、及び、面積移動後ＰＷＭ幅）を用いてＧ−ＬＥＤ４３の発光制御を行う。なお、Ｇ−ＬＥＤ４３の発光制御については後述する。【００２９】
そして、制御部４１は、他のＬＥＤ４２、４４、４５に対して、Ｇ−ＬＥＤ４３と共通のＰＷＭパルス（発光タイミング）を用いて発光制御を行う。また、制御部４１は、他のＬＥＤ４２、４４、４５について、Ｇ−ＬＥＤ４３の光センサ４３ｂの検知結果と、自身の色の光センサ４２ｂ、４４ｂまたは４５ｂの検知結果とに基づいて、記憶部１９に格納された目標カラーバランス比率となるように（すなわち、Ｇ−ＬＥＤ４３との光量比率が目標比率となるように）、光量値を制御する。【００３０】
ここで、このように構成された内視鏡システム１のＧ−ＬＥＤ４３の発光制御について説明する。本実施形態では、内視鏡１０の搭載される撮像素子１３の種別に応じて図２Ａ〜図５Ｂに示す発光制御を行う。【００３１】
図２Ａ及び図２Ｂは、ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド未満の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。【００３２】
内視鏡１０に搭載されている撮像素子１３は、図２Ａに示す撮像タイミング、ここでは、ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド未満のＣＭＯＳである。【００３３】
読み出し部としての制御部４１は、内視鏡１０の記憶部１９からスコープ情報の制御パラメータ（ＰＷＭ使用期間、面積移動後電流、及び、面積移動後ＰＷＭ幅）を読み出す。また、パラメータ設定部としていの制御部４１は、所定の制御シーケンスで用いる制御パラメータとして、記憶部１９から読み出した制御パラメータを設定する。そして、光源制御部としての制御部４１は、所定の制御シーケンスに基づいてＧ−ＬＥＤ４３からの照明光の出射態様を制御する。【００３４】
なお、記憶部１９に記憶される制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間、面積移動後電流、及び、面積移動後ＰＷＭ幅に限定されることなく、例えば、ビデオプロセッサ２０内での各種信号処理に用いられるパラメータが含まれていてもよい。そして、記憶部１９に記憶されている制御パラメータの読み出しは、光源装置４０の制御部４１に代わり、ビデオプロセッサ２０がケーブル１７及びコネクタ１８を介して行う。この場合、ビデオプロセッサ２０は、記憶部１９から読み出した制御パラメータのうち、ビデオプロセッサ２０で用いるパラメータをビデオプロセッサ２０内の図示しない信号処理回路に設定するとともに、光源装置４０で用いるパラメータをケーブル２２を介して光源装置３０の制御部４１に出力する構成にすればよい。【００３５】
記憶部１９から読み出される制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間、面積移動後電流、及び、面積移動後ＰＷＭ幅を少なくとも含む。ＰＷＭ使用期間は、内視鏡１０における１フレームの撮像期間内において制御部４１による制御を実施する期間の長さを表すＰＷＭ制御期間長データである。また、面積移動後電流は、照明光の出射タイミング変更後のＧ−ＬＥＤ４３に供給する駆動電流の値を表すデータである。さらに、面積移動後ＰＷＭ幅は、照明光の出射タイミング変更後のＧ−ＬＥＤ４３に供給するパルス幅の値を表すデータである。【００３６】
記憶部１９に記憶されている制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間がｔ１ｍｓ（１／２フィールド未満）、面積移動後電流がＩ１Ａ、面積移動後ＰＷＭ幅がｔ１ｍｓである。【００３７】
制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、以下の通り所定の制御シーケンスを実行してＧ−ＬＥＤ４３の光量を制御する。まず、制御部４１は、図２Ｂに示すように、電流を全帯域で最大電流（ＩmaxＡ）から最少電流（ＩminＡ）まで落とす（矢印Ａ）。次に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭのＤｕｔｙ幅を最小値まで絞る（矢印Ｂ）。次に、制御部４１は、面積移動後電流（Ｉ１Ａ）及び面積移動後ＰＷＭ幅（ｔ１ｍｓ）の情報を基づいて、ＰＷＭ不使用期間からＰＷＭ使用期間へ面積移し替えを行う（矢印Ｃ）。【００３８】
次に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中で電流を最少電流（ＩminＡ）まで落とす（矢印Ｄ）。最後に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭ  のＤｕｔｙ幅を最小値まで絞り（矢印Ｅ）、Ｇ−ＬＥＤ４３の発光制御を終了する。【００３９】
他のＬＥＤ４２、４４、４５については、上述したように、制御部４１がＧ−ＬＥＤ４３の光センサ４３ｂの検知結果と、自身の色の光センサ４２ｂ、４４ｂまたは４５ｂの検知結果とに基づいて、記憶部１９に格納された目標カラーバランス比率となるように、光量値を制御する。すなわち、制御部４１は、他のＬＥＤ４２、４４、４５の発光パターンを、１つのＧ−ＬＥＤ４３に追従させて制御する。後述する図３Ａ〜図５Ｂにおいても、他のＬＥＤ４２、４４、４５の光量値の制御は同様である。【００４０】
図３Ａ及び図３Ｂは、ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド以上の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。【００４１】
内視鏡１０に搭載されている撮像素子１３は、図３Ａに示す撮像タイミング、ここでは、ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド以上のＣＭＯＳである。【００４２】
記憶部１９に記憶されている制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間がｔ２ｍｓ（１／２フィールド以上）、面積移動後電流がＩminＡ、面積移動後ＰＷＭ幅が１フィールド−ｔ２ｍｓである。【００４３】
制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、以下の通り所定の制御シーケンスを実行してＧ−ＬＥＤ４３の光量を制御する。まず、制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、図３Ｂに示すように、電流を全帯域で最大電流（ＩmaxＡ）から最少電流（ＩminＡ）まで落とす（矢印Ａ）。次に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭのＤｕｔｙ幅を最小値まで絞る（矢印Ｂ）。次に、制御部４１は、面積移動後電流（ＩminＡ）及び面積移動後ＰＷＭ幅（１フィールド−ｔ２ｍｓ）の情報を基づいて、ＰＷＭ不使用期間からＰＷＭ使用期間へ面積移し替えを行う（矢印Ｃ）。【００４４】
図３Ａ及び図３Ｂの例では、ＰＷＭ不使用期間に比べＰＷＭ使用期間が長くなっているため、面積移し替え後の電流が最少電流（ＩminＡ）のままである。そのため、図２Ｂの矢印Ｄの処理は省略される。最後に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭのＤｕｔｙ幅を最小値まで絞り（矢印Ｅ）、Ｇ−ＬＥＤ４３の発光制御を終了する。【００４５】
図４Ａ及び図４Ｂは、ＰＷＭ使用期間が０ｍｓの撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。【００４６】
記憶部１９に記憶されている内視鏡１０に搭載されている撮像素子１３は、図４Ａに示す撮像タイミング、ここでは、ＰＷＭ使用期間が存在しないＣＭＯＳである。【００４７】
制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間が０ｍｓ、面積移動後電流が０Ａ、面積移動後ＰＷＭが０ｍｓである。【００４８】
制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、以下の通り所定の制御シーケンスを実行してＧ−ＬＥＤ４３の光量を制御する。まず、制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、図４Ｂに示すように、電流を全帯域で最大電流（ＩmaxＡ）から最少電流（ＩminＡ）まで落とし（矢印Ａ）、Ｇ−ＬＥＤ４３の発光制御を終了する。図４Ａ及び図４Ｂの例では、ＰＷＭ使用期間がない撮像素子のため、図２Ｂの矢印Ｂ以降のＰＷＭのＤｕｔｙ幅の絞り込みの処理を行うことができない。そのため、面積移動後電流が０Ａ、面積移動後ＰＷＭが０ｍｓとなっており、電流の絞り込み（矢印Ａ）だけが行われる。【００４９】
図５Ａ及び図５Ｂは、ＰＷＭ使用期間が１フィールドの撮像素子（ＣＣＤ）の発光制御について説明するための図である。【００５０】
記憶部１９に記憶されている内視鏡１０に搭載されている撮像素子１３は、図５Ａに示す撮像タイミング、ここでは、ＰＷＭ使用期間が１フィールドのＣＣＤである。【００５１】
制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間が１フィールド、面積移動後電流が０Ａ、面積移動後ＰＷＭ幅が０ｍｓである。【００５２】
制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、以下の通り所定の制御シーケンスを実行してＧ−ＬＥＤ４３の光量を制御する。まず、制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、図５Ｂに示すように、電流を全帯域で最大電流（ＩmaxＡ）から最少電流（ＩminＡ）まで落とす（矢印Ａ）。最後に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭのＤｕｔｙ幅を最小値まで絞り（矢印Ｂ）、Ｇ−ＬＥＤ４３の発光制御を終了する。【００５３】
撮像素子１３がＣＣＤの場合、ＰＷＭ使用期間が１フィールドとなるため、図２Ｂの矢印Ｃ以降の面積移し替えの処理を行う必要がない。そのため、面積移動後電流が０Ａ、面積移動後ＰＷＭ幅が０ｍｓとなっており、電流の絞り込み（矢印Ａ）と、ＰＷＭのＤｕｔｙ幅の絞り込み（矢印Ｂ）とが行われる。【００５４】
以上のように、内視鏡システム１は、内視鏡１０に搭載された撮像素子１３の種別に応じた制御パラメータが記憶部１９に記憶されており、この制御パラメータに応じてＧ−ＬＥＤ４３の発光制御を行うようにした。この結果、内視鏡システム１は、内視鏡１０に搭載された撮像素子１３に応じて、最適なダイナミックレンジで光量制御が可能となる。【００５５】
よって、本実施形態の撮像システムである内視鏡システム１によれば、撮像装置に搭載された撮像素子の種別に応じて、照明光の光量を広いダイナミックレンジで適切に制御することができる。【００５６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。【００５７】
図６は、第２の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。なお、図６において、図１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。【００５８】
図６に示すように、内視鏡システム１ａは、図１の内視鏡システム１に対して光センサ４２ｂ〜４５ｂが削除されて構成されている。また、制御部４１は、メモリ４１ａを有して構成されている。さらに、内視鏡システム１ａのビデオプロセッサ２０は、電子シャッタ制御部２３を有して構成されている。【００５９】
メモリ４１ａには、各ＬＥＤ４２〜４５の発光の立ち上がり時間／立ち下がり時間である発光情報が記憶されている。制御部４１は、メモリ４１ａに記憶されている発光情報に基づいて、各ＬＥＤ４２〜４５のＰＷＭのＤｕｔｙ幅を制御する。【００６０】
電子シャッタ制御部２３は、撮像素子１３が電子シャッタ機能を有するＣＣＤの場合、制御部４１からの制御により、電子シャッタを制御する。【００６１】
まず、撮像素子１３がＣＭＯＳの場合について説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、撮像素子がＣＭＯＳの場合の発光タイミングを示す図である。【００６２】
図７Ａに示すように、ＰＷＭ使用可能期間にＰＷＭを行うと、ＬＥＤ電流は立ち下がり時間ｔ２によってＰＷＭ使用可能期間外でもＬＥＤ電流が流れてしまい、色ムラが発生する。【００６３】
そこで、制御部４１は、メモリ４１ａに記憶されている発光情報の立ち下がり時間ｔ２に基づいて、ＬＥＤの消灯開始タイミングを補正する。具体的には、図７Ｂに示すように、ＰＷＭを立ち下がり時間ｔ２だけ短縮して終了する。【００６４】
なお、光源装置４０ａに図１の光センサ４２ｂ〜４５ｂを設け、光センサ４２ｂ〜４５ｂの検知信号に基づいて、各ＬＥＤ４２〜４５の発光の立ち上がり時間／立ち下がり時間を検出するようにしてもよい。この場合、メモリ４１ａに発光情報を予め記憶しなくても、上記ＰＷＭ制御を行うようことができる。【００６５】
これにより、内視鏡システム１ａは、ＣＭＯＳのＰＷＭ使用可能期間のみで各ＬＥＤ４２〜４５が発光するため、色ムラの発生を防ぐことができる。【００６６】
次に、撮像素子１３が電子シャッタ機能を有するＣＣＤの場合について説明する。図８は、撮像素子がＣＣＤの場合の発光タイミング及びシャッタタイミングを示す図である。【００６７】
制御部４１は、発光情報の立ち上がり時間ｔ１に基づいて、電子シャッタの露光タイミングがＰＷＭによる発光が安定している期間に開始されるシャッタタイミングを検出し、電子シャッタ制御部２３に設定する。【００６８】
電子シャッタ制御部２３は、制御部４１からのシャッタタイミングに基づいて、電子シャッタを制御する。これにより、図８に示すように、ＰＷＭの開始から立ち上がり時間ｔ１だけ遅れて電子シャッタが作動する。【００６９】
なお、上述したＣＭＯＳと同様に、光源装置４０ａに図１の光センサ４２ｂ〜４５ｂを設け、光センサ４２ｂ〜４５ｂの検知信号に基づいて、各ＬＥＤ４２〜４５の発光の立ち上がり時間／立ち下がり時間を検出するようにしてもよい。この場合、メモリ４１ａに発光情報を予め記憶しなくても、上記電子シャッタ制御を行うようことができる。【００７０】
これにより、内視鏡システム１ａは、ＰＷＭによる発光が安定している期間に電シャッタによる調光を連動させることができ、カラーバランスを維持した状態で調光可能となる。【００７１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。【００７２】
図１の光源装置４０では、複数のＬＥＤ４２〜４５と、ＬＥＤ４２〜４５の駆動電流を生成するＬＥＤ駆動部４６と、各ＬＥＤ４２〜４５の発光状態を検知する光センサ４２ｂ〜４５ｂを備え、各ＬＥＤ４２〜４５に流す電流量を適切に調整することで、照明光として必要な光量及びカラーバランスを確保している。ＬＥＤ４２〜４５の光量は、電流のＰＷＭ制御により調整されており、ＰＷＭの波形確保のためにはＬＥＤ４２〜４５とＬＥＤ駆動部４６とは低抵抗で接続する必要がある。そのため、ＬＥＤ駆動部４６はＬＥＤ４２〜４５の近傍に配置される。【００７３】
また、ＬＥＤ４２〜４５の発光状態を検知する光センサ４２ｂ〜４５ｂは、ＬＥＤ４２〜４５の光検知のためにＬＥＤ４２〜４５の近傍に配置される。このため、一般的に、光センサ４２ｂ〜４５ｂとＬＥＤ駆動部４６とは、同じ基板に近接して配置されることになる。そのため、ＬＥＤ４２〜４５に大電流を投入する場合、ＬＥＤ駆動部４６の発熱素子が高温になるため、ＬＥＤ駆動部４６に近接し合う光センサ４２ｂ〜４５ｂも高温になり、ＬＥＤ４２〜４５の光検知の精度が低下することがある。【００７４】
そこで、第３の実施形態では、ＬＥＤを大電流で駆動する場合でも、光センサを一定温度以下に保ち、適切な光源の発光状態を確保することができる光源装置について説明する。【００７５】
図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の例を説明するための図である。【００７６】
図９Ａに示すように、基板１００には、ＬＥＤ駆動部１０１と光センサ１０２とが配置されている。なお、ＬＥＤ駆動部１０１及び光センサ１０２は、基板１００の上面と下面に配置されているものとするが、これに限定されることなく、同一の面に配置されていてもよい。【００７７】
基板１００の表面には、ＬＥＤ駆動部１０１と光センサ１０２との間に、あらゆる熱伝導経路上を横切るように、例えば銅箔等により形成されるＧＮＤ層１０３が設けられている。これにより、ＬＥＤ駆動部１０１からの熱が基板１００の表面のＧＮＤ層１０３から大気へ放熱され、光センサ１０２の温度を一定の温度以下に保つようにする。【００７８】
なお、ＧＮＤ層１０３の形状は、図９Ａに限定されるものではない。例えば、図９Ｂに示すように、ＬＥＤ駆動部１０１を囲うようにＬ字型のＧＮＤ層１０３ａを設けてもよいし、図９Ｃに示すように、ＬＥＤ駆動部１０１を囲うようにロの字型のＧＮＤ層１０３ｂを設けてもよい。【００７９】
図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の他の例を説明するための図である。【００８０】
図１０Ａに示すように、基板１００の表面のＧＮＤ層１０３に、ヒートシンク等で形成される熱拡散部材１０４を接触させて設け、ＬＥＤ駆動部１０１で発生した熱を大気へ放熱するようにしてもよい。【００８１】
また、図１０Ｂに示すように、基板１００の表面のＧＮＤ層１０３に熱伝導部材１０５を接触させて設け、この熱伝導部材１０５に金属等により形成されている筐体外装１０６を接触させて設け、ＬＥＤ駆動部１０１で発生した熱を周囲の部材へ放熱するようにしてもよい。【００８２】
また、図１０Ｃに示すように、ＬＥＤ駆動部１０１と光センサ１０２とが配置される基板を別基板としてもよい。すなわち、基板１００ａにＬＥＤ駆動部１０１が配置され、基板１００ｂに光センサ１０２が配置され、ＬＥＤ駆動部１０１から光センサ１０２までのあらゆる熱伝導経路の間で、熱経路となる伝熱部材１０７を設ける。そして、伝熱部材１０７を金属等により形成されている周辺部材１０８に接触させることで、ＬＥＤ駆動部１０１で発生した熱を周辺部材１０８へ放熱するようにしてもよい。【００８３】
以上のように、ＬＥＤの近傍に配置するＬＥＤ駆動部１０１の発熱素子と、光センサ１０２とを熱的に遮蔽し、ＬＥＤを大電流で駆動する場合でも光センサ１０２の温度を一定の温度以下に保つことができる。これにより、ＬＥＤの発光量が光センサ１０２により正確に検知することができ、ＰＷＭ制御で生成するＬＥＤの発光量を適切な発光状態に保つことができる。【００８４】
なお、上記の各実施形態の他に、電子シャッタのON/OFFに基づいてＰＷＭ使用期間を制御してもよい。【００８５】
具体的には、ビデオプロセッサ２０において、内視鏡１０の記憶部１９に格納されたスコープ情報に基づき電子シャッタのON/OFFを決定する自動調光モードと、ユーザの操作により電子シャッタのON/OFFを制御するマニュアルモードとを選択可能であってもよい。【００８６】
例えば、自動調光モードとマニュアルモードとの選択は、光源装置４０に設けられたモード選択スイッチにより行われる。【００８７】
自動調光モードが選択された際には、ビデオプロセッサ２０が内視鏡１０内の記憶部１９に格納されたスコープ情報に基づき電子シャッタのON/OFFを決定し、電子シャッタがONにされた場合は、光源装置４０の制御部４１がＰＷＭ使用期間を１フィールドに固定し、ＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）等の各種光源の駆動電流値のみを変更して光量を制御する。一方、ビデオプロセッサ２０により電子シャッタがOFFにされた場合は、光源装置４０の制御部４１が各種光源のＰＷＭデューティと駆動電流値の両方を制御する。【００８８】
一方、マニュアルモードとして、ユーザの操作により電子シャッタがONにされた場合は、光源装置４０の制御部４１がＰＷＭ使用期間を１フィールドに固定し、各種光源の駆動電流値のみを変更して光量を制御する。一方、ユーザの操作により電子シャッタがOFFにされた場合は、光源装置４０の制御部４１がＰＷＭデューティと各種光源の駆動電流値の両方を制御する。【００８９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。【００９０】
本出願は、２０１４年１０月１０日に日本国に出願された特願２０１４−２０９２２８号公報を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
【図１】
2016056388.tif 000003
【図２Ａ】
2016056388.tif 000004
【図２Ｂ】
2016056388.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2016056388.tif 000011
【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
2016056388.tif 000016
【図９Ｂ】
2016056388.tif 000017
【図９Ｃ】
2016056388.tif 000018
【図１０Ａ】
2016056388.tif 000019
【図１０Ｂ】
2016056388.tif 000020
【図１０Ｃ】
2016056388.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月4日(2016.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の一態様の撮像システムは、被写体に対して照明光を供給し、任意のデューティ幅でＰＷＭ可能な光源と、前記被写体を撮像する撮像素子を有し、前記撮像素子の１フレームの撮像期間内のうち、前記照明光のパルスの幅を変えるＰＷＭによる光量制御を行う期間に対応するパラメータが格納された撮像装置と、前記撮像装置から前記パラメータを読み出す読出し部と、前記撮像素子が生成する撮像画像の明るさが目標の明るさとなるように、前記読出し部において読み出された前記パラメータに応じて前記ＰＷＭによる光量制御を行う期間中のデューティ幅を設定する第１の制御を行い、前記第１の制御後にさらに前記照明光の光量を制限する必要がある場合に前記第１の制御とは異なる前記照明光の光量制御である第２の制御を行う光源制御部と、を具備する。
【手続補正２】
【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】
被写体に対して照明光を供給し、任意のデューティ幅でＰＷＭ可能な光源と、
前記被写体を撮像する撮像素子を有し、前記撮像素子の１フレームの撮像期間内のうち、前記照明光のパルスの幅を変えるＰＷＭによる光量制御を行う期間に対応するパラメータが格納された撮像装置と、
前記撮像装置から前記パラメータを読み出す読出し部と、
前記撮像素子が生成する撮像画像の明るさが目標の明るさとなるように、前記読出し部において読み出された前記パラメータに応じて前記ＰＷＭによる光量制御を行う期間中のデューティ幅を設定する第１の制御を行い、前記第１の制御後にさらに前記照明光の光量を制限する必要がある場合に前記第１の制御とは異なる前記照明光の光量制御である第２の制御を行う光源制御部と、
を具備することを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
前記光源制御部において、前記第２の制御として、前記ＰＷＭによる光量制御を行う期間以外に前記被写体に対する前記照明光を供給せず、前記ＰＷＭによる光量制御を行う期間に前記被写体に対する前記照明光を供給する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記光源制御部は、前記光源に供給する駆動電流の振幅を、供給しえる最大値と最小値との間で増減させるように制御する第３の制御を行い、前記第３の制御後にさらに前記照明光の光量を制限する必要がある場合に前記第１の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記光源制御部は、前記第２の制御として、前記ＰＷＭによる光量制御を行う期間以外に前記被写体に対する前記照明光を供給せず、前記期間以外に供給されている光量積分値と等しい光量積分値の光を前記ＰＷＭによる光量制御を行う期間内に供給するように前記照明光の供給タイミングを変更する制御を行い、
前記撮像装置は、さらに、前記照明光の供給タイミング変更後の前記光源に供給する駆動電流の値と、パルス幅の値とを表すデータが格納されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記光源は、複数の半導体光源からなり、
前記光源制御部は、前記複数の半導体光源の中の1つの半導体光源の発光パターンを制御するとともに、前記複数の半導体光源のうちの他の前記半導体光源の発光パターンを、前記１つの半導体光源に追従させて制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記光源制御部は、前記光源からの前記照明光の立ち上がりのタイミング及び立ち下がりのタイミングを表す発光情報を記憶するメモリを有し、前記発光情報に基づいて、前記光源の消灯開始タイミングを補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項７】
前記撮像素子が電子シャッタ機能を有する際に、電子シャッタを制御する電子シャッタ制御部を有し、
前記光源制御部は、前記発光情報に基づいて、前記電子シャッタの露光タイミングがＰＷＭによる発光が安定している期間に開始されるシャッタタイミングを検出し、
前記電子シャッタ制御部は、前記光源制御部により検出された前記シャッタタイミングに基づいて、前記電子シャッタを制御することを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月5日(2016.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の一態様の撮像システムは、被写体に対して照明光を供給し、任意のデューティ幅でＰＷＭ可能な光源と、前記ＰＷＭによる光量制御を許可する期間を示す数値のデータが入力可能であり、前記データの前記数値を最大のデューティ幅とし、該最大のデューティ幅から最小のデューティ幅の間でデューティ幅を設定する第１の制御を前記光源に行う光源制御部と、を有する光源装置と、前記光源装置と別体に設けられ、前記ＰＷＭによる光量制御を許可する期間を示す数値のデータが格納された撮像装置と、前記撮像装置に格納された前記データを読み出し、前記データの数値を前記光源制御部における前記最大のデューティ幅に設定する読み出し部と、を具備する。
【手続補正２】
【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】
被写体に対して照明光を供給し、任意のデューティ幅でＰＷＭ可能な光源と、
前記ＰＷＭによる光量制御を許可する期間を示す数値のデータが入力可能であり、前記データの前記数値を最大のデューティ幅とし、該最大のデューティ幅から最小のデューティ幅の間でデューティ幅を設定する第１の制御を前記光源に行う光源制御部と、
を有する光源装置と、
前記光源装置と別体に設けられ、前記ＰＷＭによる光量制御を許可する期間を示す数値のデータが格納された撮像装置と、
前記撮像装置に格納された前記データを読み出し、前記データの数値を前記光源制御部における前記最大のデューティ幅に設定する読み出し部と、
を具備することを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
前記光源制御部は、更に、前記第１の制御により前記最小のデューティ幅になった後にさらに前記ＰＷＭによる光量制御を許可する期間以外における発光を制御する第２の制御を前記光源に行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記光源制御部において、前記第２の制御として、前記ＰＷＭによる光量制御を許可する期間以外に前記被写体に対する前記照明光を供給せず、前記ＰＷＭによる光量制御を許可する期間に前記被写体に対する前記照明光を供給する制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記光源制御部は、前記光源に供給する駆動電流の振幅を、供給しえる最大値と最小値との間で増減させるように制御する第３の制御を行い、前記第３の制御後にさらに前記照明光の光量を制限する必要がある場合に前記第１の制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記光源制御部は、前記第２の制御として、前記ＰＷＭによる光量制御を許可する期間以外に前記被写体に対する前記照明光を供給せず、前記期間以外に供給されている光量積分値と等しい光量積分値の光を前記ＰＷＭによる光量制御を許可する期間内に供給するように前記照明光の供給タイミングを変更する制御を行い、
前記撮像装置は、さらに、前記照明光の供給タイミング変更後の前記光源に供給する駆動電流の値と、パルス幅の値とを表すデータが格納されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記光源は、複数の半導体光源からなり、
前記光源制御部は、前記複数の半導体光源の中の１つの半導体光源の発光パターンを制御するとともに、前記複数の半導体光源のうちの他の前記半導体光源の発光パターンを、前記１つの半導体光源に追従させて制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項７】
前記光源制御部は、前記光源からの前記照明光の立ち上がりのタイミング及び立ち下がりのタイミングを表す発光情報を記憶するメモリを有し、前記発光情報に基づいて、前記光源の消灯開始タイミングを補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項８】
前記撮像装置は、前記被写体を撮像する撮像素子を有し、
前記撮像素子が電子シャッタ機能を有する際に、電子シャッタを制御する電子シャッタ制御部を有し、
前記光源制御部は、前記発光情報に基づいて、前記電子シャッタの露光タイミングがＰＷＭによる発光が安定している期間に開始されるシャッタタイミングを検出し、
前記電子シャッタ制御部は、前記光源制御部により検出された前記シャッタタイミングに基づいて、前記電子シャッタを制御することを特徴とする請求項７に記載の撮像システム。
【国際調査報告】
2016056388.tif 000022
2016056388.tif 000023
2016056388.tif 000024
2016056388.tif 000025