(57)【要約】酸素飽和度画像の輝度及び解像度を低下させずに、フレームレートの低下を抑えることを可能とする内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動方法を提供する。特殊観察モード時には、第１照明光と、第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを、消灯期間を介して交互に検体に照射させ、ＣＭＯＳ型の撮像素子により撮像を行う。第１照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から第１撮像信号を読み出し、第２照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から第２撮像信号を読み出す。このとき、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くする。撮像素子から読み出された第１及び第２撮像信号に基づいて酸素飽和度画像を生成する。
2015136963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１照明光と、前記第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、
前記照明部により照明された前記検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、
前記照明部から前記第１照明光を照射させた状態で、前記撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、前記照明部から前記第１照明光及び前記第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、前記各消灯期間に、前記撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能とする制御部と、
前記特殊観察モード時に、前記第１照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第１撮像信号と、前記第２照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記制御部は、前記特殊観察モード時に前記撮像素子を制御して、前記第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、前記第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くする
ことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記通常観察モードでは、前記画素を一行ずつ列方向に順に選択して信号読み出し及びリセットを行うローリングシャッタ方式で前記撮像素子を駆動し、特殊観察モード時には、前記各照明光の照射開始に伴って前記画素を一括してリセットし、前記各照明光の照射を停止させた後、前記画素を列方向に順に選択して信号読み出しを行うグローバルシャッタ方式で前記撮像素子を駆動する請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記複数の画素は、分光感度の異なる複数種の画素群に分けられ、
前記制御部は、前記第２撮像信号として、前記異吸光波長光に対して最も感度が高い画素群の信号のみを読み出すことにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記撮像素子に与える制御信号のクロック周波数を高めることにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記撮像素子を列方向に画素加算方式で駆動することにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記撮像素子から信号を読み出す画素領域を縮小することにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記撮像素子は、前記画素の列ごとにアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣが配列されたカラムＡＤＣ回路を有しており、
前記制御部は、前記カラムＡＤＣ回路の参照信号の時間変化率を大きくすることにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記撮像素子のブランキング期間を短くすることにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記特殊観察モード時に、前記第２照明光の照射時間を、前記第１照明光の照射時間より短くする請求項１から８いずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記画像処理部は、前記第１撮像信号及び前記第２撮像信号に基づいて酸素飽和度を算出し、前記第１撮像信号に基づいて通常観察画像を算出し、前記通常観察画像を前記酸素飽和度に基づいて画像処理することにより酸素飽和度画像を生成する請求項１から９いずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
第１照明光と、前記第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、
前記照明部により照明された前記検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムのプロセッサ装置において、
前記照明部から前記第１照明光を照射させた状態で、前記撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、前記照明部から前記第１照明光及び前記第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、前記各消灯期間に、前記撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能とする制御部と、
前記特殊観察モード時に、前記第１照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第１撮像信号と、前記第２照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記制御部は、前記特殊観察モード時に前記撮像素子を制御して、前記第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、前記第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くする
ことを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
【請求項１２】
第１照明光と、前記第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、
前記照明部により照明された前記検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムの作動方法において、
制御部が、前記照明部から前記第１照明光を照射させた状態で、前記撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、前記照明部から前記第１照明光及び前記第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、前記各消灯期間に、前記撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能させるステップと、
画像処理部が、前記特殊観察モード時に、前記第１照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第１撮像信号と、前記第２照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成するステップと、
前記制御部が、前記特殊観察モード時に前記撮像素子を制御して、前記第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、前記第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くするステップと、
を備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内の観察部位を撮像して得られる撮像信号から血中ヘモグロビンの酸素飽和度に関する生体機能情報を求める内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、光源装置、内視鏡、プロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断等が広く行われている。内視鏡システムには、生体内の観察部位に白色の通常光を照射して観察を行う通常観察モードと、観察部位に特殊光を照射して観察を行う特殊観察モードがある。この特殊観察モードとして、観察部位の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を取得可能とするものが知られている（特許文献１参照）。酸素飽和度は、正常組織と癌組織の判別を可能する生体機能情報である。【０００３】
この特殊観察モードでは、第１照明光と第２照明光とが、光源装置から交互に内視鏡に供給され、内視鏡の先端部から観察部位に照射される。第１照明光は通常光である。第２照明光は、第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む特殊光である。プロセッサ装置は、第１及び第２照明光で得られた撮像信号に基づいて酸素飽和度を求め、酸素飽和度画像（特殊観察画像）を生成する。また、プロセッサ装置は、第１照明光を照射した観察部位を撮像素子により撮像して得られた撮像信号に基づいて通常観察画像の生成も行う。【０００４】
従来の内視鏡システムでは、内視鏡の撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の撮像素子が用いられているが、近年ではＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）型の撮像素子が用いられつつある（特許文献２、３参照）。これは、ＣＭＯＳ型の撮像素子は、ＣＣＤ型の撮像素子に比べて低消費電力であることや、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）回路等の周辺回路を撮像部と同一の基板上に形成することが可能であるためである。ＣＭＯＳ型の撮像素子では、基本的に、撮像部に構成された複数の画素行を、一画素行ずつ順にリセットと信号読み出しを行うローリングシャッタ方式が採用されている。各画素行のリセットから信号読み出しまでの期間が露光期間である。【０００５】
ローリングシャッタ方式では露光タイミングが一画素行ずつ順にずれるため、ローリングシャッタ方式で撮像素子を駆動しながら、照明光を通常光から特殊光に間断なく切り替えると、いくつかの画素行の露光期間が照明光の切り替えを跨いでしまい、通常光と特殊光とが混じり合った光を撮像してしまう（特許文献３参照）。このため、特許文献３では、通常光と特殊光とを切り替える際に消灯期間を設け、この消灯期間中に信号読み出しを行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２１３５５０号公報
【特許文献２】特許５２４９８８２号公報
【特許文献３】特開２０１０−６８９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、通常光と特殊光とを切り替える際に単純に消灯期間を設けると、消灯期間を設けた分だけ撮像素子のフレームレートが低下する。このため、特許文献３では、通常光と特殊光との各照射時間（露光時間）短くし、かつ、撮像素子から信号読み出しを行う画素数を間引いて読み出し時間を短くすることにより、フレームレートの低下を防止している。【０００８】
このように、特許文献３に記載の特殊観察モードでは、露光時間の短縮及び画素間引きを行うことにより、通常観察画像及び特殊観察画像の両画像の輝度及び解像度が低下する。特許文献３に記載の特殊観察モードは、特殊光として狭帯域光を用い、特定の組織や病変等を強調表示するモードである。特殊観察モードで得られる通常観察画像と特殊観察画像とを比較して診断が行われるので、両画像の輝度及び解像度が低下しても、両画像の輝度及び解像度が同一であれば特に問題はない。【０００９】
しかしながら、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を取得する特殊観察モードでは、特殊観察モード中の第１照明光の照射により得られる通常観察画像を、酸素飽和度に基づいて画像処理することにより生成した酸素飽和度画像（例えば、低酸素部分を青く変色させた画像）を用いて診断が行われる。このように、酸素飽和度画像は、通常観察画像をベースとした画像であるので、通常観察モード時に得られる通常観察画像と比べて輝度及び解像度の低下がなく、見た目が変化しないことが望まれる。【００１０】
本発明は、酸素飽和度画像の輝度及び解像度を低下させずに、フレームレートの低下を抑えることを可能とする内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動方法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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、第１照明光と、第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、照明部により照明された検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、照明部から第１照明光を照射させた状態で、撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、照明部から第１照明光及び第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、各消灯期間に、撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能とする制御部と、特殊観察モード時に、第１照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第１撮像信号と、第２照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成する画像処理部と、を備え、制御部は、特殊観察モード時に撮像素子を制御して、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くする。【００１２】
制御部は、通常観察モードでは、画素を一行ずつ列方向に順に選択して信号読み出し及びリセットを行うローリングシャッタ方式で撮像素子を駆動し、特殊観察モード時には、各照明光の照射開始に伴って画素を一括してリセットし、各照明光の照射を停止させた後、画素を列方向に順に選択して信号読み出しを行うグローバルシャッタ方式で撮像素子を駆動することが好ましい。【００１３】
複数の画素は、分光感度の異なる複数種の画素群に分けられ、制御部は、第２撮像信号として、異吸光波長光に対して最も感度が高い画素群の信号のみを読み出すことにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くすることが好ましい。【００１４】
制御部は、撮像素子に与える制御信号のクロック周波数を高めることにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。【００１５】
制御部は、撮像素子を列方向に画素加算方式で駆動することにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。【００１６】
制御部は、撮像素子から信号を読み出す画素領域を縮小することにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。【００１７】
撮像素子は、画素の列ごとにアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣが配列されたカラムＡＤＣ回路を有しており、制御部は、カラムＡＤＣ回路の参照信号の時間変化率を大きくすることにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。【００１８】
制御部は、撮像素子のブランキング期間を短くすることにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。【００１９】
制御部は、特殊観察モード時に、第２照明光の照射時間を、第１照明光の照射時間より短くしても良い。【００２０】
画像処理部は、第１撮像信号及び第２撮像信号に基づいて酸素飽和度を算出し、第１撮像信号に基づいて通常観察画像を算出し、この通常観察画像を酸素飽和度に基づいて画像処理することにより酸素飽和度画像を生成することが好ましい。【００２１】
本発明の内視鏡システムのプロセッサ装置は、第１照明光と、第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、照明部により照明された検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムのプロセッサ装置において、照明部から第１照明光を照射させた状態で、撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、照明部から第１照明光及び第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、各消灯期間に、撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能とする制御部と、特殊観察モード時に、第１照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第１撮像信号と、第２照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成する画像処理部と、を備え、制御部は、特殊観察モード時に撮像素子を制御して、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くする。【００２２】
本発明の内視鏡システムの作動方法は、第１照明光と、第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、照明部により照明された検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムの作動方法において、制御部が、照明部から第１照明光を照射させた状態で、撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、照明部から第１照明光及び第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、各消灯期間に、撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能させるステップと、画像処理部が、特殊観察モード時に、第１照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第１撮像信号と、第２照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成するステップと、制御部が、特殊観察モード時に撮像素子を制御して、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くするステップと、を備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、特殊観察モード時には、第１照明光と、第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを、消灯期間を介して交互に検体に照射させ、第１照明光の照射後の消灯期間に行う第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、第２照明光の照射後の消灯期間に行う第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くするので、第１撮像信号及び第２撮像信号に基づいて生成する酸素飽和度画像の輝度及び解像度を低下させずに、フレームレートの低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】内視鏡システムの外観図である。
【図２】内視鏡の先端部の正面図である。
【図３】内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】第１及び第２照明光の強度スペクトルを示すグラフである。
【図５】撮像素子の電気的構成を示す図である。
【図６】カラムＡＤＣ回路の動作を説明する図である。
【図７】カラーフィルタアレイの構成を示す図である。
【図８】カラーフィルタの分光透過特性を示す図である。
【図９】通常観察モード及び特殊観察モード時の露光及び信号読み出しタイミングを説明する図である。
【図１０】酸素飽和度画像生成部の構成を示すブロック図である。
【図１１】信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１と酸素飽和度の相関関係を示すグラフである。
【図１２】酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。
【図１３】内視鏡システムの作用を示すフローチャートである。
【図１４】第１及び第２画素領域を説明する図である。
【図１５】信号読み出し時間を短くするためのカラムＡＤＣ回路の動作を説明する図である。
【図１６】第２照明光における露光時間を、第１照明光における露光時間より短くした例を説明する図である。
【図１７】カプセル内視鏡の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１において、内視鏡システム１０は、生体内の観察部位（検体）を撮像する内視鏡１１と、撮像により得られた撮像信号に基づいて観察部位の表示画像を生成するプロセッサ装置１２と、観察部位を照射するための照明光を内視鏡１１に供給する光源装置１３と、表示画像を表示するモニタ１４とを備えている。プロセッサ装置１２には、モニタ１４の他、キーボードやマウス等の入力部１５が接続されている。
【００２６】
内視鏡１１は、生体の消化管内に挿入される挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、内視鏡１１をプロセッサ装置１２及び光源装置１３に接続するためのユニバーサルコード１８とを備えている。挿入部１６は、先端部１９、湾曲部２０、可撓管部２１で構成されており、先端側からこの順番に連結されている。
【００２７】
操作部１７には、アングルノブ２２ａ、モード切替スイッチ２２ｂなどが設けられている。アングルノブ２２ａは、湾曲部２０を湾曲させる操作に用いられる。このアングルノブ２２ａの操作により、先端部１９を所望の方向に向けることができる。
【００２８】
モード切替ＳＷ２２ｂは、通常観察モードと、特殊観察モードの２種類の観察モード間の切り替え操作に用いられる。通常観察モードは、白色光により観察対象をフルカラーで撮像して得られる通常観察画像をモニタ１４に表示するモードである。特殊観察モードは、観察対象の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を求め、酸素飽和度に基づいて通常観察画像を画像処理して得られる酸素飽和度画像をモニタ１４に表示するモードである。
【００２９】
図２において、先端部１９の先端面には、観察部位に照明光を照射する照明窓２３と、観察部位の像を取り込むための観察窓２４と、観察窓２４を洗浄するために送気・送水を行う送気・送水ノズル２５と、鉗子や電気メス等の処置具を突出させて各種処置を行うための鉗子出口２６とが設けられている。観察窓２４の奥には、撮像素子３９（図３参照）が内蔵されている。
【００３０】
湾曲部２０は、連結された複数の湾曲駒で構成されており、操作部１７のアングルノブ２２ａの操作に応じて、上下左右方向に湾曲する。湾曲部２０を湾曲させることにより、先端部１９が所望の方向に向けられる。可撓管部２１は、可撓性を有しており、食道や腸等の曲がりくねった管道に挿入可能である。挿入部１６には、撮像素子３９を駆動するための制御信号や、撮像素子３９が出力する撮像信号を伝達する信号ケーブルや、光源装置１３から供給される照明光を照明窓２３に導光するライトガイド３５（図３参照）が挿通されている。
【００３１】
操作部１７には、アングルノブ２２ａ、モード切替スイッチ２２ｂの他に、処置具を挿入するための鉗子口２７、送気・送水ノズル２５から送気・送水を行う際に操作される送気・送水ボタン２８、静止画像を撮影するためのフリーズボタン（図示せず）等が設けられている。
【００３２】
ユニバーサルコード１８には、挿入部１６から延設される通信ケーブルやライトガイド３５が挿通されており、プロセッサ装置１２及び光源装置１３側の一端には、コネクタ２９が取り付けられている。コネクタ２９は、通信用コネクタ２９ａと光源用コネクタ２９ｂからなる複合タイプのコネクタである。通信用コネクタ２９ａと光源用コネクタ２９ｂとはそれぞれ、プロセッサ装置１２と光源装置１３とに着脱自在に接続される。通信用コネクタ２９ａには通信ケーブルの一端が配置されている。光源用コネクタ２９ｂにはライトガイド３５の入射端３５ａ（図３参照）が配置されている。
【００３３】
図３において、光源装置１３は、第１及び第２レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）３０ａ，３０ｂと、光源制御部３１と、第１及び第２光ファイバ３２ａ，３２ｂと、光カプラ３３とを有している。第１ＬＤ３０ａは、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光を発する。第２ＬＤ３０ｂは、中心波長４７３ｎｍの第２青色レーザ光を発する。第１及び第２青色レーザ光の半値幅は、それぞれ±１０ｎｍ程度である。第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂには、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードや、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオード、ＧａＮＡｓ系レーザダイオードなどが用いられる。
【００３４】
光源制御部３１は、第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂの点灯・消灯を個別に制御する。光源制御部３１は、通常観察モードの場合には、第１ＬＤ３０ａを点灯させる。特殊観察モードの場合には、第１ＬＤ３０ａと第２ＬＤ３０ｂとを交互に点灯させる。
【００３５】
第１光ファイバ３２ａには、第１ＬＤ３０ａから発せられた第１青色レーザ光が入射する。第２光ファイバ３２ｂには、第２ＬＤ３０ｂから発せられた第２青色レーザ光が入射する。第１及び第２光ファイバ３２ａ，３２ｂは、光カプラ３３に接続されている。光カプラ３３は、第１及び第２光ファイバ３２ａ，３２ｂの光路を統合し、第１及び第２青色レーザ光をそれぞれ内視鏡１１のライトガイド３５の入射端３５ａに入射させる。
【００３６】
内視鏡１１は、ライトガイド３５と、蛍光体３６と、照明光学系３７と、撮像光学系３８と、撮像素子３９と、信号送信部４０とを有している。ライトガイド３５は、各照明窓
２３に対して１本ずつ設けられている。このライトガイド３５としては、マルチモードファイバを使用することができる。例えば、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径が０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用することができる。
【００３７】
光源用コネクタ２９ｂが光源装置１３に接続されたときに、光源用コネクタ２９ｂに配置された各ライトガイド３５の入射端３５ａが光カプラ３３の出射端に対向する。先端部１９に位置する各ライトガイド３５の出射端に対向して蛍光体３６が配置されている。蛍光体３６には、ライトガイド３５を介して第１青色レーザ光または第２青色レーザ光が入射する。
【００３８】
蛍光体３６は、複数種類の蛍光体物質（例えばＹＡＧ系蛍光体、あるいはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７）等の蛍光体）を、バインダに分散させて直方体状としたものである。蛍光体３６は、ライトガイド３５から入射したレーザ光（第１青色レーザ光または第２青色レーザ光）の一部を吸収して励起され、緑色から赤色の波長帯域を有する蛍光を発する。また、蛍光体３６に入射したレーザ光の一部は、蛍光体３６に吸収されずにそのまま蛍光体３６を通過する。したがって、蛍光体３６からは、蛍光と、レーザ光の一部とが射出される。
【００３９】
具体的には、第１ＬＤ３０ａが点灯し、蛍光体３６に第１青色レーザ光が入射した場合には、蛍光体３６からは、図４に示すスペクトルを有する第１照明光が射出される。この第１照明光は、第１青色レーザ光と、第１青色レーザ光により蛍光体３６から励起発光された第１蛍光とを含んでいる。また、第２ＬＤ３０ｂが点灯し、蛍光体３６に第２青色レーザ光が入射した場合には、蛍光体３６からは、図４に示すスペクトルを有する第２照明光が射出される。この第２照明光は、第２青色レーザ光と、第２青色レーザ光により蛍光体３６から励起発光された第２蛍光とを含んでおり、第１照明光とは分光特性が異なる。第１蛍光と第２蛍光とのスペクトル形状は、ほぼ同一である。すなわち、波長λにおける第１蛍光の強度Ｉ１（λ）と第２蛍光の強度Ｉ２（λ）との比は、ほぼ一定である。
【００４０】
蛍光体３６からの射出される第１及び第２照明光は、照明光学系３７により集光され、照明窓２３を介して生体内の観察部位に照射される。この観察部位からの反射光は、観察窓２４を通して撮像光学系３８に入射し、撮像光学系３８によって撮像素子３９の撮像面３９ａに結像される。本実施形態では、光源装置１３、ライトガイド３５、蛍光体３６、及び照明光学系３７が特許請求の範囲に記載の照明部に対応している。
【００４１】
撮像素子３９は、ＣＭＯＳ型であり、プロセッサ装置１２から供給される撮像制御信号に基づいて、観察部位からの反射光を撮像して撮像信号を出力する。以下、第１照明光により照射された観察部位からの反射光を撮像素子３９が撮像して得られる撮像信号を第１撮像信号と呼び、第２照明光により照射された観察部位からの反射光を撮像素子３９が撮像して得られる撮像信号を第２撮像信号と呼ぶ。
【００４２】
信号送信部４０は、撮像素子３９により得られる第１及び第２撮像信号を、それぞれ周知の低電圧作動シグナリング伝送方式でプロセッサ装置１２に送信する。また、内視鏡１１に設けられた前述のモード切替スイッチ２２ｂが操作された際に、モード切替スイッチ２２ｂからモード切替操作信号が、プロセッサ装置１２に送信される。
【００４３】
プロセッサ装置１２は、制御部４１と、信号受信部４２と、デジタル信号処理部（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）４３と、画像処理部４４と、表示制御部４５とを有する。制御部４１は、プロセッサ装置１２内の各部の制御と、内視鏡１１の撮像素子３９及び光源装置１３の光源制御部３１の制御を行う。
【００４４】
信号受信部４２は、内視鏡１１の信号送信部４０から送信される第１及び第２撮像信号を受信する。ＤＳＰ４３は、信号受信部４２により受信された第１及び第２撮像信号のそれぞれに対して、欠陥補正処理、ゲイン補正処理、ホワイトバランス処理、ガンマ変換、同時化処理等の周知の信号処理を施す。
【００４５】
画像処理部４４は、通常観察モード時には、ＤＳＰ４３により信号処理が施された第１撮像信号に対して、色変換処理、色彩強調処理、構造強調処理等を行うことにより通常観察画像を生成する。また、画像処理部４４は、特殊観察モード時には、ＤＳＰ４３により信号処理が施された第１及び第２撮像信号に基づいて酸素飽和度を算出するとともに、第１撮像信号に基づいて通常観察画像を算出し、この通常観察画像を酸素飽和度に基づいて画像処理することにより酸素飽和度画像を生成する。
【００４６】
表示制御部４５は、画像処理部４４により生成された画像を、表示用形式の信号に変換してモニタ１４に表示させる。
【００４７】
図５において、撮像素子３９は、画素アレイ部５０と、行走査回路５１と、行方向に複数のＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）が配列されたカラムＡＤＣ回路５２と、ラインメモリ５３と、列走査回路５４と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５５とを有する。撮像素子３９には、画素の列ごとにＡＤＣが配列されている。画素アレイ部５０は、複数の画素５０ａが行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）にマトリクス状に２次元配列されたものであり、前述の撮像面３９ａに設けられている。画素アレイ部５０には、行方向に沿って行選択線Ｌ１及び行リセット線Ｌ２が配線されており、列方向に沿って列信号線Ｌ３が配線されている。各画素５０ａは、行選択線Ｌ１、行リセット線Ｌ２、及び列信号線Ｌ３に接続されている。ＴＧ５５は、プロセッサ装置１２の制御部４１から入力される制御信号に基づいて各部を制御する。
【００４８】
画素５０ａは、フォトダイオードＤ１と、アンプトランジスタＭ１と、画素選択トランジスタＭ２と、リセットトランジスタＭ３とを有する。フォトダイオードＤ１は、入射光を光電変換して入射光量に応じた信号電荷を生成し、これを蓄積する。アンプトランジスタＭ１は、フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷を電圧値（画素信号ＰＳ）に変換する。画素選択トランジスタＭ２は、行選択線Ｌ１により制御され、アンプトランジスタＭ１により生成された画素信号ＰＳを、列信号線Ｌ３に出力させる。リセットトランジスタＭ３は、行リセット線Ｌ２により制御され、フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷を電源線に破棄（リセット）する。
【００４９】
行走査回路５１は、ＴＧ５５から入力されるタイミング信号に基づいて、行選択信号Ｓ１及びリセット信号Ｓ２を発生する。行走査回路５１は、信号読み出し動作時に、行選択線Ｌ１に行選択信号Ｓ１を与えることにより、該行選択線Ｌ１に接続された画素５０ａの画素信号ＰＳを列信号線Ｌ３に出力させる。また、行走査回路５１は、リセット動作時に、行リセット線Ｌ２にリセット信号Ｓ２を与えることにより、該行リセット線Ｌ２に接続された画素５０ａをリセットする。
【００５０】
カラムＡＤＣ回路５２は、コンパレータ５２ａと、カウンタ５２ｂと、参照信号生成部５２ｃとを有している。コンパレータ５２ａ及びカウンタ５２ｂは、各列信号線Ｌ３に接続されている。参照信号生成部５２ｃは、ＴＧ５５から入力されるクロック信号に基づいて、図６（ａ）に示すように、時間とともにリニアに増加する参照信号ＶＲＥＦを生成する。各コンパレータ５２ａには、行選択線Ｌ１から画素信号ＰＳが入力され、参照信号生成部５２ｃから参照信号ＶＲＥＦが入力される。
【００５１】
コンパレータ５２ａは、画素信号ＰＳと参照信号ＶＲＥＦとを比較し、図６（ｂ）に示すように、両者の電圧値の大小関係を表す信号ＣＳを出力する。この出力信号ＣＳは、カウンタ５２ｂに入力される。カウンタ５２ｂは、ＴＧ５５から入力されるクロック信号に基づき、図６（ｃ）に示すように、参照信号ＶＲＥＦの増加開始とともにカウント動作を開始する。そして、カウンタ５２ｂは、画素信号ＰＳと参照信号ＶＲＥＦとの電圧値が一致し、出力信号ＣＳがロウレベルからハイレベルに変化した際にカウント動作を停止する。このカウンタ５２ｂがカウント動作を停止した際のカウント値が、画素信号ＰＳに対応する。このカウント値はデジタル信号であり、デジタル化された画素信号ＰＳＤとしてカラムＡＤＣ回路５２からラインメモリ５３に出力される。
【００５２】
ラインメモリ５３は、カラムＡＤＣ回路５２によりデジタル化された一行分の画素信号ＰＳＤを一括して保持する。列走査回路５４は、ＴＧ５５から入力されるタイミング信号に基づいて、ラインメモリ５３を走査することにより、画素信号ＰＳＤを出力端子Ｖｏｕｔから順に出力させる。出力端子Ｖｏｕｔから出力される１フレーム分の画素信号ＰＳＤが前述の第１撮像信号または第２撮像信号である。
【００５３】
ＴＧ５５は、プロセッサ装置１２の制御部４１から入力される撮像制御信号に基づいてタイミング信号を発生する。撮像信号の読み出し方式として、「順次読み出し方式」と「間引読み出し方式」とが実行可能である。順次読み出し方式では、行走査回路５１により行選択線Ｌ１を順に選択しながら行選択信号Ｓ１を与えることにより、一画素行ずつ順に信号読み出しが行われる。一方、間引読み出し方式では、行走査回路５１により行選択線Ｌ１を一画素行おきに順に選択しながら行選択信号Ｓ１を与えるとともに、列走査回路５４によりラインメモリ５３を一画素列おきに走査することにより、列方向の一画素行ずつ間引き、かつ行方向に一画素列ずつ間引いた信号読み出しが行われる。ここで、画素行とは、行方向に並んだ一行分の画素５０ａを指しており、画素列とは列方向に並んだ一列分の画素５０ａを指している。
【００５４】
また、撮像信号のリセット方式として、「順次リセット方式」と「一括リセット方式」とが実行可能である。順次リセット方式では、行走査回路５１により行リセット線Ｌ２を順に選択しながらリセット信号Ｓ２を与えることにより、一画素行ずつ順にリセットが行われる。一方、一括リセット方式では、行走査回路５１により全ての行リセット線Ｌ２を選択し、全ての行リセット線Ｌ２に一括してリセット信号Ｓ２を与えることにより、全画素行が同時にリセットされる。
【００５５】
図７に示すように、画素アレイ部５０の光入射側には、カラーフィルタアレイ６０が設けられている。カラーフィルタアレイ６０は、緑色（Ｇ）フィルタ６０ａ、青色（Ｂ）フィルタ６０ｂ、及び赤色（Ｒ）フィルタ６０ｃを有している。これらのフィルタのうちいずれか１つが各画素５０ａ上に配置されている。カラーフィルタアレイ６０の色配列は、ベイヤー配列であり、Ｇフィルタ６０ａが市松状に一画素おきに配置され、残りの画素上に、Ｂフィルタ６０ｂとＲフィルタ６０ｃとがそれぞれ正方格子状となるように配置されている。
【００５６】
図８に示すように、Ｇフィルタ６０ａは、約４５０〜６３０ｎｍの波長域に対して高い透過率を有している。Ｂフィルタ６０ｂは、約３８０〜５６０ｎｍの波長域に対して高い透過率を有している。Ｒフィルタ６０ｃは、約５８０〜７６０ｎｍの波長域に対して高い透過率を有している。以下、Ｇフィルタ６０ａが配置された画素５０ａをＧ画素と称し、Ｂフィルタ６０ｂが配置された画素５０ａをＢ画素と称し、Ｒフィルタ６０ｃが配置された画素５０ａをＲ画素と称する。これらのＧ，Ｂ，Ｒ画素が、特許請求の範囲に記載の「分光感度の異なる複数種の画素群」に対応する。このうち、後述する異吸光波長光に対して最も感度が高い画素群は、Ｂ画素である。
【００５７】
第１照明光の照射時には、Ｂ画素には第１青色レーザ光と第１蛍光の短波長側成分が入射し、Ｇ画素には第１蛍光の主波長成分が入射し、Ｒ画素には第１蛍光の長波長側成分が入射する。同様に、第２照明光の照射時には、Ｂ画素には第２青色レーザ光と第２蛍光の短波長側成分が入射し、Ｇ画素には第２蛍光の主波長成分が入射し、Ｒ画素には第２蛍光の長波長側成分が入射する。なお、第１及び第２青色レーザ光の発光強度は、それぞれ第１及び第２蛍光よりも発光強度が大きいので、Ｂ画素に入射する光の大部分は第１青色レーザ光または第２青色レーザ光の成分である。
【００５８】
このように撮像素子３９は、単板方式のカラーイメージセンサであるので、前述の第１及び第２撮像信号は、それぞれＧ，Ｂ，Ｒの各画素信号に分けられる。以下、第１撮像信号に含まれるＧ，Ｂ，Ｒの各画素信号を、それぞれＧ１画素信号、Ｂ１画素信号、Ｒ１画素信号という。また、第２撮像信号に含まれるＧ，Ｂ，Ｒの各画素信号を、それぞれＧ２画素信号、Ｂ２画素信号、Ｒ２画素信号という。
【００５９】
次に、観察モードに応じた制御部４１の制御について説明する。図９に示すように、通常観察モード時には、制御部４１は、光源制御部３１を制御して、第１ＬＤ３０ａを点灯させることにより、内視鏡１１の照明窓２３から第１照明光を射出させる。そして、第１照明光が射出された状態で、撮像素子３９を制御して、ローリングシャッタ方式で駆動させる。
【００６０】
具体的には、まず、順次リセット方式により、先頭画素行「０」から最終画素行「Ｎ」まで一画素行ずつ順にリセットを行う。この順次リセットの開始から露光時間ＥＴが経過した後、順次読み出し方式より、先頭画素行「０」から最終画素行「Ｎ」まで一画素行ずつ順に信号読み出しを行う。この結果、撮像素子３９から１フレーム分の第１撮像信号が出力される。このローリングシャッタ方式の駆動が、通常観察モードの間繰り返し実行され、１フレーム時間ＦＴ毎に１フレーム分の第１撮像信号が得られる。
【００６１】
制御部４１は、通常観察モード中にモード切替スイッチ２２ｂが操作され、通常観察モードから特殊観察モードへの切り替えを指示するモード切替操作信号を受信すると、光源制御部３１を制御して、第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂを、消灯期間を介して交互に点灯させることにより、内視鏡１１の照明窓２３から第１及び第２照明光を、消灯期間を介して交互に射出させる。そして、第１及び第２照明光を切り替えながら、撮像素子３９を制御して、グローバルシャッタ方式で駆動させる。
【００６２】
具体的には、まず、内視鏡１１の照明窓２３から第１照明光を射出させた状態で、一括リセット方式により、全画素行を同時にリセットする。この一括リセットの実行から露光時間ＥＴが経過した後、第１照明光の射出を停止させて第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂを共に消灯状態とする。そして、この消灯期間中、順次読み出し方式により、先頭画素行「０」から最終画素行「Ｎ」まで一画素行ずつ順に信号読み出しを行う。この結果、１フレーム分の第１撮像信号が得られる。
【００６３】
次いで、第２ＬＤ３０ｂを点灯させて第２照明光を射出させるとともに、一括リセット方式により、全画素行を同時にリセットする。この一括リセットの実行から露光時間ＥＴが経過した後、第１照明光の射出を停止させて第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂを共に消灯状態とする。そして、この消灯期間中に、間引き読み出し方式により、行方向及び列方向に１ラインおきに信号読み出しを行う。この間引き読み出しでは、偶数行でかつ偶数列に存在するＢ２画素信号のみが読み出される。これにより、１フレーム分の第２撮像信号として、Ｂ２画素信号のみが高速に読み出される。
【００６４】
このように、特殊観察モードでは、間引き読み出しを行うことにより、第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間Ｔ２を、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間Ｔ１より短くしている。この第１読み出し時間Ｔ１は、通常観察モード時の第１撮像信号の読み出しに要する時間と同一である。
【００６５】
特殊観察モードでは、グローバルシャッタ方式を用いているため、第１照明光の露光時間ＥＴと第１読み出し時間Ｔ１との和が、通常観察モード時のフレーム時間ＦＴ（例えば、１／６０秒）より長くなる場合がある。しかし、第２読み出し時間Ｔ２を第１読み出し時間Ｔ１より短くしているので、第２照明光の露光時間ＥＴと第２読み出し時間Ｔ２との和については、フレーム時間ＦＴより短くすることが可能である。したがって、特殊観察モードにおける第１及び第２撮像信号の取得に要する時間を、フレーム時間ＦＴの２倍とすることができる。
【００６６】
以上のように撮像素子３９が駆動されることにより、Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号を含む第１撮像信号と、Ｂ２画素信号のみを含み第２撮像信号とがＤＳＰ４３に入力される。ＤＳＰ４３では、同時化処理として色補間処理を行い、１画素につき１組のＢ１，Ｇ１，Ｒ１，Ｂ２画素信号を生成する。
【００６７】
プロセッサ装置１２の画像処理部４４は、図１０に示す酸素飽和度画像生成部７０を有している。この酸素飽和度画像生成部７０は、信号比算出部７１と、相関関係記憶部７２と、酸素飽和度算出部７３と、画像生成部７４とを備えている。
【００６８】
信号比算出部７１には、ＤＳＰ４３から画像処理部４４に入力される第１及び第２撮像信号のうち、Ｂ２画素信号、Ｇ１画素信号、Ｒ１画素信号が入力される。信号比算出部７１は、Ｂ２画素信号とＧ１画素信号との信号比Ｂ２／Ｇ１と、Ｒ１画素信号とＧ１画素信号との信号比Ｒ１／Ｇ１とを、画素毎に算出する。これらの信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１は、酸素飽和度の算出に用いられる。酸素飽和度の算出に必須の信号比はＢ２／Ｇ１である。
【００６９】
相関関係記憶部７２は、信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１と、酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係は、図１１に示すように、二次元空間上に酸素飽和度の等値線を定義した２次元テーブルで記憶されている。信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１に対する等値線の位置及び形状は、光散乱の物理的なシミュレーションによって予め得られ、各等値線の間隔は、血液量（信号比Ｒ１／Ｇ１）に応じて変化する。なお、信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１と、酸素飽和度との相関関係はｌｏｇスケールで記憶されている。
【００７０】
上記相関関係は、図１２に示す酸化ヘモグロビンの吸光特性（一点鎖線７５）及び還元ヘモグロビンの吸光特性（実線７６）に密接に関連している。酸素飽和度は、第２青色レーザ光の中心波長４７３ｎｍのように、酸化ヘモグロビンによる吸光係数と還元ヘモグロビンによる吸光係数との差が大きい波長の光（異吸光波長光）を用いることにより算出可能である。しかし、主として第２青色レーザ光に依存するＢ２画素信号は、酸素飽和度だけでなく、血液量にも大きく依存する。これに対して、Ｒ１画素信号は、主として血液量に依存する。このため、Ｂ２画素信号とＲ１画素信号とを、それぞれリファレンス信号としてのＧ１画素信号で割った値（信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１）を用いることにより、血液量に対する依存性を低減して、酸素飽和度を精度よく求めることができる。
【００７１】
酸素飽和度算出部７３は、相関関係記憶部７２に記憶された相関関係を参照し、信号比算出部７１で算出された信号比Ｂ２／Ｇ１，Ｒ１／Ｇ１に対応する酸素飽和度を画素毎にそれぞれ算出する。酸素飽和度の算出値は、０％を下回ることや、１００％を上回ることは殆どない。もし、算出値が０％を下回った場合には酸素飽和度を０％とし、１００％を上回った場合には酸素飽和度を１００％とすればよい。
【００７２】
画像生成部７４は、酸素飽和度算出部７３により算出された酸素飽和度を用いて、第１撮像信号（Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号）により生成した通常観察画像を画像処理する。具体的には、画像生成部７４は、Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号のそれぞれに対して、酸素飽和度に応じたゲイン補正を施す。例えば、補正酸素飽和度が６０％以上の画素では、Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号のいずれにもゲインを「１」とする。これに対して、補正酸素飽和度が６０％未満の画素では、Ｂ１画素信号に対してゲインを「１」未満とし、Ｇ１，Ｒ１画素信号に対してゲインを「１」以上とする。そして、ゲイン補正後のＢ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号を用いて画像を生成する。この画像が酸素飽和度画像である。この酸素飽和度画像では、高酸素領域（酸素飽和度が６０〜１００％の領域）は、通常観察画像と同一の色となり、低酸素領域（酸素飽和度が０〜６０％の領域）は、青色に変色される。
【００７３】
次に、内視鏡システム１０の作用を図１３のフローチャートに沿って説明する。まず、操作者が生体内に内視鏡１１を挿入し、通常観察モードで観察部位の観察が行われる（ステップＳ１０）。この通常観察モードでは、図９に示すように、観察部位に第１照明光が照射された状態で、ローリングシャッタ方式で撮像素子３９が駆動され、第１撮像信号が読み出される。この第１撮像信号の読み出しは、１フレーム時間毎に行われる。そして、撮像素子３９から読み出された第１撮像信号に基づいて画像処理部４４により通常観察画像が生成され、モニタ１４に表示される（ステップＳ１１）。モニタ１４の表示フレームレートは、撮像素子３９のフレームレートと同一であり、モニタ１４に表示される通常観察画像は、１フレーム時間毎に更新される。
【００７４】
操作者が通常観察モードでの観察により病変の可能性がある部位を発見し、モード切替ＳＷ２２ｂを操作して、観察モードの切り替えが行われると（ステップＳ１２でＹＥＳ）、特殊観察モードに移行する（ステップＳ１３）。特殊観察モードでは、図９に示すように、観察部位に、消灯期間を介して第１及び第２照明光が交互に照射されるとともに、グローバルシャッタ方式で撮像素子３９が駆動される。
【００７５】
ここで、第１照明光の照射後の第１撮像信号の読み出しは、順次読み出し方式で行われ、第２照明光の照射後の第２撮像信号の読み出しは、間引き読み出し方式で行われる。この第１及び第２撮像信号の読み出しは、２フレーム時間の単位で行われる。そして、第１及び第２撮像信号に基づいて、画像処理部４４の酸素飽和度画像生成部７０により酸素飽和度画像が生成され、モニタ１４に表示される（ステップＳ１４）。モニタ１４の表示フレームレートは、撮像素子３９のフレームレートと同一であり、モニタ１４に表示される酸素飽和度画像は、２フレーム時間毎に更新される。
【００７６】
この酸素飽和度画像の生成及び表示は、操作者によりモード切替ＳＷ２２ｂが再度操作されるか、診断を終了する操作が行われるまで繰り返し行われる。モード切替ＳＷ２２ｂが操作されると（ステップＳ１５でＹＥＳ）、通常観察モードに戻り（ステップＳ１０）、同様の動作が実行される。一方、モード切替ＳＷ２２ｂが操作されずに、診断を終了する操作が行われると（ステップＳ１６でＹＥＳ）、内視鏡システム１０の動作が終了する。
【００７７】
以上のように、内視鏡システム１０は、ＣＭＯＳ型の撮像素子３９を用いているので、第１及び第２照明光を交互に切り替える特殊観察モードでは、各画素行の露光期間中における第１照明光と第２照明光との混じり合いを防止するために、第１及び第２照明光を切り替える際に消灯期間を設け、この消灯期間に第１及び第２撮像信号の読み出しを行っているので、単純には消灯期間を設けた分だけフレームレートが低下してしまうが、本実施形態では、間引き読み出しにより第２撮像信号の読み出し時間Ｔ２を短くしているため、フレームレートの低下が防止される。酸素飽和度画像の生成には、第２撮像信号のうちのＢ２画素信号のみが必要であるので、間引き読み出しによる輝度及び解像度の劣化は生じない。
【００７８】
なお、上記実施形態では、間引き読み出しを行うことにより第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間Ｔ２を短くしているが、第２撮像信号の読み出し時に、制御部４１からＴＧ５５に入力する制御信号のクロック周波数を高めることにより、第２読み出し時間Ｔ２を短くしても良い。
【００７９】
また、第２撮像信号の読み出し時に、間引き読み出しに代えて、列方向に２画素ずつ加算（同色の画素信号を加算）することにより、第２読み出し時間Ｔ２を短くしても良い。ＣＭＯＳ型の撮像素子における画素加算の方式は、例えば、特開２０１２−２５３６２４号公報等で知られている。この画素加算には平均加算も含まれる。
【００８０】
上記実施形態では、画素アレイ部５０の全領域から画素信号を読み出しているが、第２撮像信号の読み出し時に、図１４に示すように、画素アレイ部５０に対応する第１画素領域（全領域）５０ｂを、行方向及び列方向に縮小した第２画素領域（縮小領域）５０ｂからのみ画素信号を読み出すことにより、第２読み出し時間Ｔ２を短くしても良い。第２画素領域５０ｂは、行方向及び列方向の一方にのみ縮小しても良い。
【００８１】
また、第２撮像信号の読み出し時に、カラムＡＤＣ回路５２で用いられる参照信号ＶＲＥＦの時間変化率を、第１撮像信号の読み出し時より大きくすることにより、第２読み出し時間Ｔ２を短くすることも可能である。
【００８２】
具体的には、図１５（ａ）に示すように、参照信号生成部５２ｃから第１参照信号ＶＲＥＦ１と第２参照信号ＶＲＥＦ２とを出力可能とする。第１参照信号ＶＲＥＦ１は、第１撮像信号の読み出し時に用いられ、第２参照信号ＶＲＥＦ２は、第２撮像信号の読み出し時に用いられる。第２参照信号ＶＲＥＦ２は、第１参照信号ＶＲＥＦ１よりも時間変化率が大きく設定されている。また、図１５（ｃ）に示すように、第２参照信号ＶＲＥＦ２の時間変化率に応じて、１クロック当たりのカウンタ５２ｂのカウント数も変更される。例えば、第２参照信号ＶＲＥＦ２の時間変化率を、第１参照信号ＶＲＥＦ２の時間変化率の２倍とする。そして、第２参照信号ＶＲＥＦ２使用時の１クロック当たりのカウント数を、第１参照信号ＶＲＥＦ１使用時の２倍とする。このように構成することで、第２読み出し時間Ｔ２が、第１読み出し時間Ｔ１より短くなる。但し、第２参照信号ＶＲＥＦ２により得られるデジタル画素信号ＰＳＤ２は、第１参照信号ＶＲＥＦ１により得られるデジタル画素信号ＰＳＤ１より精度が低下する（Ａ／Ｄ変換の精度が低下する）。
【００８３】
また、第２撮像信号の読み出し時に、ブランキング期間（垂直ブランキング期間及び水平ブランキング期間）を短くすることにより、第２読み出し時間Ｔ２を短くすることも可能である。
【００８４】
以上列挙した第２撮像信号の読み出し時間Ｔ２を短くする方法を２以上組み合わせることにより、読み出し時間Ｔ２を可能な限り短くしても良い。
【００８５】
また、第２撮像信号の読み出し時間Ｔ２を短くしても、第１及び第２撮像信号の取得に要する時間がフレーム時間ＦＴの２倍を超えてしまう場合には、図１６に示すように、第２照明光の照射時間（露光時間）ＥＴ２を、第１照明光の照射時間（露光時間）ＥＴ１より短くすることにより、第１及び第２撮像信号の取得に要する時間をフレーム時間ＦＴの２倍としても良い。この場合には、第２撮像信号の輝度が低下するので、第２撮像信号に対してゲイン補正を施すことが好ましい。このゲイン補正は、ＤＳＰ４３で行う。また、撮像素子３９にカラムアンプを設け、カラムアンプによりゲイン補正を行っても良い。
【００８６】
上記実施形態では、特殊観察モードでは、第１及び第２照明の照射開始時に、一括リセット方式で全画素行が同時にリセットしているが、この一括リセットは、第１及び第２照明光の照射開始と同時であることは必須でなく、照射開始の前または後にずれていても良い。すなわち、一括リセットは、照射開始に伴って行われれば良い。
【００８７】
また、一括リセットを行わずに、消灯期間内に順次リセット方式でリセットを行っても良い。第１撮像信号の順次読み出しを行う消灯期間では、読み出した直後の画素行を順にリセットすれば良い。また、第２撮像信号の間引き読み出しを行う消灯期間では、読み出した直後の画素行と、間引きにより読み飛ばした画素行との２画素行ずつ順にリセットすれば良い。この場合は、第１及び第２照明光の照射開始により露光が開始する。
【００８８】
上記実施形態では、原色型のカラーフィルタアレイ６０を用いているが、これに代えて、補色型のカラーフィルタアレイを用いても良い。
【００８９】
上記実施形態では、第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂから射出される第１及び第２レーザ光を、蛍光体３６に照射することにより第１及び第２照明光を生成しているが、特開２０１３−１６５７７６号公報に開示されているように、キセノンランプ等の白色光源と、波長分離フィルタとにより第１及び第２照明光を生成しても良い。さらに、ＬＥＤ（例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を発する３種のＬＥＤ）と波長選択フィルタとを用いて第１及び第２照明光を生成することも可能である。
【００９０】
上記実施形態では、光源装置とプロセッサ装置とを別体構成としているが、光源装置とプロセッサ装置と１つの装置で構成しても良い。
【００９１】
本発明は、消化管内を通過しながら画像を撮影し、撮影画像を記録装置に転送するカプセル内視鏡に適用可能である。例えば、図１７に示すように、カプセル内視鏡８０は、照明部８１と、レンズ８２と、撮像素子８３と、信号処理部８４と、メモリ８５と、送信部８６と、制御部８７と、電源８８と、これらを収容するカプセルハウジング８９とで構成されている。
【００９２】
照明部８１は、ＬＥＤ及び波長選択フィルタを有し、前述の第１及び第２照明光を検体に照射する。撮像素子８３は、ＣＭＯＳ型の撮像素子であり、第１及び第２照明光で照明された検体からの反射光を、レンズ８２を介して撮像し、前述の第１及び第２撮像信号を出力する。信号処理部８４は、第１及び第２撮像信号に対して、上記実施形態のＤＳＰ４３及び画像処理部４４が行う信号処理を行い、通常観察画像及び酸素飽和度画像を生成する。メモリ８５は、各画像を記憶する。送信部８６は、メモリ８５に記憶された各画像を、外部の記録装置（図示せず）に無線送信する。制御部８７は、各部を制御する。
【００９３】
なお、送信部８６から第１及び第２撮像信号を外部装置（図示せず）に送信し、この外部装置で通常観察画像及び酸素飽和度画像の生成を行っても良い。
【００９４】
また、本発明は、照明光の観察部位の反射光をイメージガイドで導光するファイバスコープや、撮像素子と超音波トランスデューサが先端部に内蔵された超音波内視鏡を用いた内視鏡システムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１０  内視鏡システム
１１  内視鏡
１２  プロセッサ装置
１３  光源装置
３０ａ  第１レーザダイオード
３０ｂ  第２レーザダイオード
３５  ライトガイド
３６  蛍光体
３９  撮像素子
４１  制御部
５０  画素アレイ部
５０ａ  画素
５２  カラムＡＤＣ回路
【図１】
2015136963.tif 000003
【図２】
2015136963.tif 000004
【図３】
2015136963.tif 000005
【図４】
2015136963.tif 000006
【図５】
2015136963.tif 000007
【図６】
2015136963.tif 000008
【図７】
2015136963.tif 000009
【図８】
2015136963.tif 000010
【図１０】
2015136963.tif 000011
【図１１】
2015136963.tif 000012
【図１２】
2015136963.tif 000013
【図１３】
2015136963.tif 000014
【図１４】
2015136963.tif 000015
【図１５】
2015136963.tif 000016
【図１７】
2015136963.tif 000017
【図９】
2015136963.tif 000018
【図１６】
2015136963.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月15日(2015.12.15)
【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】
第１照明光と、前記第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、
前記照明部により照明された前記検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、
前記照明部から前記第１照明光を照射させた状態で、前記撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、前記照明部から前記第１照明光及び前記第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、前記各消灯期間に、前記撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能とする制御部と、
前記特殊観察モード時に、前記第１照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第１撮像信号と、前記第２照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記制御部は、前記特殊観察モード時に前記撮像素子を制御して、前記第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、前記第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くし、
前記第１撮像信号の読み出しに要する前記第１読み出し時間の逆数より前記第２撮像信号の読み出しに要する前記第２読み出し時間の逆数を大きくする
ことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記通常観察モードでは、前記画素を一行ずつ列方向に順に選択して信号読み出し及びリセットを行うローリングシャッタ方式で前記撮像素子を駆動し、特殊観察モード時には、前記各照明光の照射開始に伴って前記画素を一括してリセットし、前記各照明光の照射を停止させた後、前記画素を列方向に順に選択して信号読み出しを行うグローバルシャッタ方式で前記撮像素子を駆動する請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記複数の画素は、分光感度の異なる複数種の画素群に分けられ、
前記制御部は、前記第２撮像信号として、前記異吸光波長光に対して最も感度が高い画素群の信号のみを読み出すことにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記撮像素子に与える制御信号のクロック周波数を高めることにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記撮像素子を列方向に画素加算方式で駆動することにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記撮像素子から信号を読み出す画素領域を縮小することにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記撮像素子は、前記画素の列ごとにアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣが配列されたカラムＡＤＣ回路を有しており、
前記制御部は、前記カラムＡＤＣ回路の参照信号の時間変化率を大きくすることにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記撮像素子のブランキング期間を短くすることにより、前記第２読み出し時間を前記第１読み出し時間より短くする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記特殊観察モード時に、前記第２照明光の照射時間を、前記第１照明光の照射時間より短くする請求項１から８いずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記画像処理部は、前記第１撮像信号及び前記第２撮像信号に基づいて酸素飽和度を算出し、前記第１撮像信号に基づいて通常観察画像を算出し、前記通常観察画像を前記酸素飽和度に基づいて画像処理することにより酸素飽和度画像を生成する請求項１から９いずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
第１照明光と、前記第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、
前記照明部により照明された前記検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムのプロセッサ装置において、
前記照明部から前記第１照明光を照射させた状態で、前記撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、前記照明部から前記第１照明光及び前記第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、前記各消灯期間に、前記撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能とする制御部と、
前記特殊観察モード時に、前記第１照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第１撮像信号と、前記第２照明光の照射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記制御部は、前記特殊観察モード時に前記撮像素子を制御して、前記第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、前記第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くし、
前記第１撮像信号の読み出しに要する前記第１読み出し時間の逆数より前記第２撮像信号の読み出しに要する前記第２読み出し時間の逆数を大きくする
ことを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
【請求項１２】
第１照明光と、前記第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、
前記照明部により照明された前記検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムの作動方法において、
制御部が、前記照明部から前記第１照明光を出射させた状態で、前記撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、前記照明部から前記第１照明光及び前記第２照明光を、消灯期間を介して交互に出射させ、前記各消灯期間に、前記撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能にさせるステップと、
画像処理部が、前記特殊観察モード時に、前記第１照明光の出射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第１撮像信号と、前記第２照明光の出射後の前記消灯期間に前記撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成するステップと、
前記制御部が、前記特殊観察モード時に前記撮像素子を制御して、前記第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、前記第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くし、前記第１撮像信号の読み出しに要する前記第１読み出し時間の逆数より前記第２撮像信号の読み出しに要する前記第２読み出し時間の逆数を大きくするステップと、
を備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置の作動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
に、第１照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第１撮像信号と、第２照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成する画像処理部と、を備え、制御部は、特殊観察モード時に撮像素子を制御して、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くし、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間の逆数より第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間の逆数を大きくする。
［００１２］
制御部は、通常観察モードでは、画素を一行ずつ列方向に順に選択して信号読み出し及びリセットを行うローリングシャッタ方式で撮像素子を駆動し、特殊観察モード時には、各照明光の照射開始に伴って画素を一括してリセットし、各照明光の照射を停止させた後、画素を列方向に順に選択して信号読み出しを行うグローバルシャッタ方式で撮像素子を駆動することが好ましい。
［００１３］
複数の画素は、分光感度の異なる複数種の画素群に分けられ、制御部は、第２撮像信号として、異吸光波長光に対して最も感度が高い画素群の信号のみを読み出すことにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くすることが好ましい。
［００１４］
制御部は、撮像素子に与える制御信号のクロック周波数を高めることにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。
［００１５］
制御部は、撮像素子を列方向に画素加算方式で駆動することにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。
［００１６］
制御部は、撮像素子から信号を読み出す画素領域を縮小することにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。
［００１７］
撮像素子は、画素の列ごとにアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣが配列されたカラムＡＤＣ回路を有しており、制御部は、カラムＡＤＣ回路の参照信号の時間変化率を大きくすることにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。
［００１８］
制御部は、撮像素子のブランキング期間を短くすることにより、第２読み出し時間を第１読み出し時間より短くしても良い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
［００１９］
制御部は、特殊観察モード時に、第２照明光の照射時間を、第１照明光の照射時間より短くしても良い。
［００２０］
画像処理部は、第１撮像信号及び第２撮像信号に基づいて酸素飽和度を算出し、第１撮像信号に基づいて通常観察画像を算出し、この通常観察画像を酸素飽和度に基づいて画像処理することにより酸素飽和度画像を生成することが好ましい。
［００２１］
本発明の内視鏡システムのプロセッサ装置は、第１照明光と、第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、照明部により照明された検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムのプロセッサ装置において、照明部から第１照明光を照射させた状態で、撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、照明部から第１照明光及び第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、各消灯期間に、撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能とする制御部と、特殊観察モード時に、第１照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第１撮像信号と、第２照明光の照射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成する画像処理部と、を備え、制御部は、特殊観察モード時に撮像素子を制御して、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くし、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間の逆数より第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間の逆数を大きくする。
［００２２］
本発明の内視鏡システムの作動方法は、第１照明光と、第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを検体に照射する照明部と、照明部により照明された検体を、行方向及び列方向に２次元配列された複数の画素により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムの作動方法において、制御部が、照明部から第１照明光を出射させた状態で、撮像素子から信号読み出しを行う通常観察モードと、照明部から
【手続補正４】
【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】
第１照明光及び第２照明光を、消灯期間を介して交互に出射させ、各消灯期間に、撮像素子から信号読み出しを行う特殊観察モードと、を選択的に実行可能にさせるステップと、画像処理部が、特殊観察モード時に、第１照明光の出射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第１撮像信号と、第２照明光の出射後の消灯期間に撮像素子から読み出された第２撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成するステップと、制御部が、特殊観察モード時に撮像素子を制御して、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くし、第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間の逆数より第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間の逆数を大きくするステップと、を備える。
発明の効果
［００２３］
本発明によれば、特殊観察モード時には、第１照明光と、第１照明光とは分光特性が異なり、かつ、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光とを、消灯期間を介して交互に検体に照射させ、第１照明光の照射後の消灯期間に行う第１撮像信号の読み出しに要する第１読み出し時間より、第２照明光の照射後の消灯期間に行う第２撮像信号の読み出しに要する第２読み出し時間を短くするので、第１撮像信号及び第２撮像信号に基づいて生成する酸素飽和度画像の輝度及び解像度を低下させずに、フレームレートの低下を抑えることができる。
図面の簡単な説明
［００２４］
［図１］内視鏡システムの外観図である。
［図２］内視鏡の先端部の正面図である。
［図３］内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
［図４］第１及び第２照明光の強度スペクトルを示すグラフである。
［図５］撮像素子の電気的構成を示す図である。
［図６］カラムＡＤＣ回路の動作を説明する図である。
［図７］カラーフィルタアレイの構成を示す図である。
［図８］カラーフィルタの分光透過特性を示す図である。
［図９］通常観察モード及び特殊観察モード時の露光及び信号読み出しタイミン
【国際調査報告】
2015136963.tif 000020
2015136963.tif 000021
2015136963.tif 000022
2015136963.tif 000023
2015136963.tif 000024
2015136963.tif 000025
2015136963.tif 000026
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