(57)【要約】【課題】光の照射により観察部から反射した反射像を撮像し、上記反射像に基づく反射画像信号を得る内視鏡装置において、簡易な算出方法により内視鏡挿入部１００の先端と観察部１０との距離に応じた適切な電荷増倍型撮像素子１０６の増倍率を算出し、該増倍率に応じた反射画像信号を得る。【解決手段】参照光（赤外光）の観察部１０への照射により、観察部１０における吸収や観察部１０の表面の状態による影響を受けることが少なく、観察部１０と内視鏡挿入部１００の先端との距離を正確に反映する参照像を得、この参照像に基づく参照画像信号に基づいて反射画像信号用の増倍率を算出し、その増倍率で増倍された反射画像信号を得る。【選択図】　　　　　図１
2004073532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を観察部に照射する照射手段と、
前記光の照射により前記観察部から反射した反射像を撮像し、該撮像された反射像に基づく反射画像信号を所定の増倍率で増倍して出力する反射像撮像手段と、
参照光を前記観察部に照射する参照光照射手段と、
前記参照光の照射により前記観察部から反射した参照像を撮像し、該参照像に基づく参照画像信号を出力する参照像撮像手段と、
該参照像撮像手段から出力された参照画像信号に基づいて反射画像信号用の増倍率を算出する増倍率算出手段と、
該増倍率算出手段において算出された前記反射画像信号用の増倍率で増倍された反射画像信号が前記反射像撮像手段から出力されるよう前記反射像撮像手段を制御する増倍率制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
励起光を前記観察部に照射する励起光照射手段と
前記励起光の照射により前記観察部から発せられた蛍光像を撮像し、該撮像された蛍光像に基づく蛍光画像信号を所定の増倍率で増倍して出力する蛍光像撮像手段とを有し、
前記増倍率算出手段が、前記参照画像信号に基づいて蛍光画像信号用の増倍率を算出するものであり、
前記増倍率制御手段が、前記増倍率算出手段において算出された前記蛍光画像信号用の増倍率で増倍された蛍光画像信号が前記蛍光像撮像手段から出力されるよう前記蛍光像撮像手段を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記反射画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムと前記蛍光画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムとが異なっていることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
生体内部に挿入される内視鏡挿入部を有し、該内視鏡挿入部により前記光を照射し、前記反射像を撮像する内視鏡装置の形態であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の撮像装置。
【請求項５】
励起光を観察部に照射する励起光照射手段と、
前記励起光の照射により前記観察部から発せられた蛍光像を撮像し、該撮像された蛍光像に基づく蛍光画像信号を所定の増倍率で増倍して出力する蛍光像撮像手段と、
参照光を前記観察部に照射する参照光照射手段と、
前記参照光の照射により前記観察部から反射した参照像を撮像し、該参照像に基づく参照画像信号を出力する参照像撮像手段と、
該参照像撮像手段から出力された参照画像信号に基づいて蛍光画像信号用の増倍率を算出する増倍率算出手段と、
該増倍率算出手段において算出された前記蛍光画像信号用の増倍率で増倍された蛍光画像信号が前記蛍光像撮像手段から出力されるよう前記蛍光像撮像手段を制御する増倍率制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
生体内部に挿入される内視鏡挿入部を有し、該内視鏡挿入部により前記励起光を照射し、前記蛍光像を撮像する内視鏡装置の形態であることを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の照射により観察部から反射した反射像または励起光の照射により観察部から発せられた蛍光像を撮像し、上記反射像に基づく反射画像信号または上記蛍光像に基づく蛍光画像信号を得る撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤなどの撮像素子を利用して観察対象を撮像する撮像装置が、多くの分野で利用されている。たとえば、医療分野においては、内視鏡装置や、所定の波長帯域の励起光を生体観察部に照射した場合に、正常組織と病変組織とでは発する蛍光強度が異なることを利用し、この蛍光を撮像して蛍光画像を画像診断に供する蛍光内視鏡装置などに用いられている。
【０００３】
そして、上記のような内視鏡装置や蛍光内視鏡装置においては、生体内に挿入される内視鏡挿入部の先端と生体観察部との距離が数ｍｍの近点から数１０ｍｍの遠点まで変化し、この距離の変化に応じて撮像素子が受光する光量も大きく変化する。したがって、適当な大きさの画像信号を得るためにはアンプなどを用いて、光量に応じてアンプなどの利得を変化させる必要がある。このような光量に応じた利得変化を実現する方法としては、たとえば、白色光の照射により撮像された画像信号を利用して、その画像信号の大きさに基づいて利得変化させたり、励起光の照射により撮像された蛍光画像信号を利用して、その蛍光画像信号の大きさに基づいて変化させる方法などが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白色光の照射により撮像された画像信号を利用して利得変化させた場合には、白色光の吸収などの要因により上記距離が遠いのに反射率が大きかったり、逆に上記距離が近いのに反射率が小さかったりするので、利得の誤設定を生じる場合がある。これを回避するためには、生体観察部全体の反射光の光量分布を求め、この光量分布から上記距離を正確に反映してない光量を除外してから利得を算出するといった複雑なアルゴリズムによる演算が必要となる。
【０００５】
また、励起光の照射により撮像された蛍光画像信号を利用して利得変化させた場合には、生体観察部から発せられる蛍光の強度はその表面の状態、特に組織性状や粘液の付着などに大きく影響されるので、やはり適切な利得を設定するのは困難である。
【０００６】
また、上記内視鏡装置や蛍光内視鏡装置により食道などの管状部位の撮像を行なう場合には、周辺部分から反射される光量と中心部分から反射される光量が大きく異なり、診断に必要な周辺部の光量は飽和レベルに近い光量を得ることができるため、それほど大きな利得を必要としないが、胃の大弯側について広範囲の面積を撮像する場合には、ほどんどの範囲が遠点であり光量が少ないのでより大きな利得が必要となる。したがって、上記のような利得の誤設定が行なわれてしまった場合、その影響はより大きいものとなる。
【０００７】
さらに、近年、上記撮像素子として、駆動電圧を制御することにより電荷の増倍を行なうことができる電荷増倍型撮像素子が提案されている。この電荷増倍型撮像素子は、図８に示すように、駆動電圧の変化に対して増倍率の変化が敏感である。したがって、このような電荷増倍型撮像素子を利用した場合には、特に、この駆動電圧の設定に誤差を生じると増倍率の誤差はより大きなものとなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡挿入部などの撮像手段と観察部との距離に応じた適切な利得の設定を簡易に行なうことができる撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の撮像装置は、光を観察部に照射する照射手段と、光の照射により観察部から反射した反射像を撮像し、その撮像された反射像に基づく反射画像信号を所定の増倍率で増倍して出力する反射像撮像手段と、参照光を観察部に照射する参照光照射手段と、参照光の照射により観察部から反射した参照像を撮像し、その参照像に基づく参照画像信号を出力する参照像撮像手段と、参照像撮像手段から出力された参照画像信号に基づいて反射画像信号用の増倍率を算出する増倍率算出手段と、増倍率算出手段において算出された反射画像信号用の増倍率で増倍された反射画像信号が反射像撮像手段から出力されるよう反射像撮像手段を制御する増倍率制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、上記「反射画像信号を所定の増倍率で増倍して出力する反射像撮像手段」とは、たとえば、ＣＭＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）−ＣＣＤと呼ばれる電荷増倍部を有する撮像素子を利用したものを意味し、この撮像素子は強度の電界領域の中で導電電子と原子とを衝突させ、このイオン化によって生じる電荷増倍効果により信号電荷を増倍し、撮像素子の感度を向上させるものである。
【００１１】
また、上記「光」とは、たとえば、白色光などをいい、観察部に照射された場合、吸収などの要因によりその反射光（反射像）の強度が反射像撮像手段と観察部との距離を正確に反映しない光を意味する。
【００１２】
また、上記「参照光」とは、たとえば、赤外光をいい、観察部に照射された場合、その反射光（参照像）の強度が参照像撮像手段と観察部との距離を正確に反映する波長帯域の光を意味する。
【００１３】
また、上記「参照画像信号」とは、参照像撮像手段により撮像された参照像の画素信号を意味し、「参照画像信号に基づいて反射画像信号用の増倍率を算出する」とは、たとえば、全ての画素信号の最大値を求め、その最大値に基づいて反射像撮像手段から出力される反射画像信号の大きさが飽和しないような増倍率を算出することをいう。
【００１４】
なお、上記反射像撮像手段と上記観察部との距離と、上記参照像撮像手段と上記観察部との距離とは略同じであるか、または上記反射像撮像手段と上記観察部との距離は上記参照像撮像手段と上記観察部との距離から相対的に決定される距離であるとする。
【００１５】
また、上記第１の撮像装置は、励起光を観察部に照射する励起光照射手段と、励起光の照射により観察部から発せられた蛍光像を撮像し、その撮像された蛍光像に基づく蛍光画像信号を所定の増倍率で増倍して出力する蛍光像撮像手段とを有するものとし、増倍率算出手段を、参照画像信号に基づいて蛍光画像信号用の増倍率を算出するものとし、増倍率制御手段を、増倍率算出手段において算出された蛍光画像信号用の増倍率で増倍された蛍光画像信号が蛍光像撮像手段から出力されるよう蛍光像撮像手段を制御するものとすることができる。
【００１６】
なお、上記蛍光像撮像手段と上記観察部との距離と、上記参照像撮像手段と上記観察部との距離とは略同じであるか、または上記蛍光像撮像手段と上記観察部との距離は上記参照像撮像手段と上記観察部との距離から相対的に決定される距離であるとする。
【００１７】
また、第１の撮像装置は、反射画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムと蛍光画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムとを異なるものとすることができる。
【００１８】
ここで、蛍光内視鏡装置は、一般的に、反射画像信号に基づく反射画像を可視画像として表示し、医者などがこの反射画像を観察しながら病変組織を探索し、病変組織と思わしき組織変化を見つけた場合に、蛍光像の撮像を行なって蛍光画像信号に基づく蛍光画像を表示させるような態様で利用されものと考えられる。したがって、上記「反射画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムと蛍光画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムとを異なるものとする」とは、たとえば、反射画像を表示させる際には、反射像に基づく反射画像信号の全ての画素信号が飽和しないような増倍率を算出し、蛍光画像を表示する際には、蛍光像に基づく蛍光画像信号において部分的な画素信号が飽和したとしても、蛍光像の中心付近の領域の画素信号が必要十分な大きさを持つような増倍率を算出することを意味する。
【００１９】
また、上記第１の撮像装置は、生体内部に挿入される内視鏡挿入部を有し、その内視鏡挿入部により光を照射し、反射像を撮像する内視鏡装置の形態とすることができる。
【００２０】
本発明の第２の撮像装置は、励起光を観察部に照射する励起光照射手段と、励起光の照射により観察部から発せられた蛍光像を撮像し、その撮像された蛍光像に基づく蛍光画像信号を所定の増倍率で増倍して出力する蛍光像撮像手段と、参照光を観察部に照射する参照光照射手段と、参照光の照射により観察部から反射した参照像を撮像し、その参照像に基づく参照画像信号を出力する参照像撮像手段と、参照像撮像手段から出力された参照画像信号に基づいて蛍光画像信号用の増倍率を算出する増倍率算出手段と、増倍率算出手段において算出された蛍光画像信号用の増倍率で増倍された蛍光画像信号が蛍光像撮像手段から出力されるよう蛍光像撮像手段を制御する増倍率制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、上記第２の撮像装置は、生体内部に挿入される内視鏡挿入部を有し、その内視鏡挿入部により励起光を照射し、蛍光像を撮像する内視鏡装置の形態とすることができる。
【００２２】
なお、上記蛍光像撮像手段と上記観察部との距離と、上記参照像撮像手段と上記観察部との距離とは略同じであるか、または上記蛍光像撮像手段と上記観察部との距離は上記参照像撮像手段と上記観察部との距離から相対的に決定される距離であるとする。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の第１の撮像装置によれば、参照光の観察部への照射により、観察部における吸収や観察部の表面の状態による影響を受けることが少なく、観察部と参照像撮像手段との距離を正確に反映する参照像を得、この参照像に基づく参照画像信号に基づいて反射画像信号用の増倍率を算出し、その増倍率で増倍された反射画像信号を得るようにしたので、反射像撮像手段と観察部との距離に応じた適切な利得の設定を簡易に行なうことができ、適切な画質の反射画像を得ることができる。
【００２４】
また、上記第１の撮像装置において、参照画像信号に基づいて蛍光画像信号用の増倍率を算出し、その増倍率で増倍された蛍光画像信号を得るようにした場合には、蛍光像撮像手段と観察部との距離に応じた適切な利得の設定を簡易に行なうことができ、画像診断などに適切な蛍光画像を得ることができる。
【００２５】
また、上記第１の撮像装置において、反射画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムと蛍光画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムとを異なるものとした場合には、それぞれの画像信号についてより適切な増倍率を簡易に設定することができる。
【００２６】
本発明の第２の撮像装置によれば、参照光の観察部への照射により、観察部における吸収や観察部の表面の状態による影響を受けることの少なく、観察部と参照像撮像手段との距離を正確に反映する参照像を得、この参照像に基づく参照画像信号に基づいて蛍光画像信号用の増倍率を算出し、その増倍率で増倍された蛍光画像信号を得るようにしたので、蛍光画像撮像手段と観察部との距離に応じた適切な利得の設定を簡易に行なうことができ、画像診断などに適切な蛍光画像を得ることができる。
【００２７】
また、上記第１および第２の撮像装置において、生体内部に挿入される内視鏡挿入部を有する内視鏡装置の形態とした場合には、特に内視鏡挿入部の先端部と観察部との距離が変動し易いので、本装置の効果をより顕著に得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、図１〜図３を参照して、本発明の撮像装置の第１の実施の形態を適用した内視鏡装置について説明する。図１は内視鏡装置の概略構成図であり、図２は本内視鏡装置に搭載される電荷増倍型撮像素子の模式図である。
【００２９】
本内視鏡装置は、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部１００、白色光を発する光源を備える照明光ユニット１１０、参照光を発する光源を備える参照光ユニット１２０、後述する電荷増倍型撮像素子の動作を制御するＣＣＤ制御ユニット１３０、撮像された像に基づく画像信号をカラー画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット１４０、撮像した像を画像として表示するモニタ１５０、上記各ユニットおよびモニタ１５０に接続され、それぞれの動作の制御を行うコントローラ１６０から構成されている。
【００３０】
内視鏡挿入部１００は、その内部に先端まで延びるライトガイド１０１およびＣＣＤケーブル１０２を備えている。ライトガイド１０１の先端付近には照明レンズ１０４、ＣＣＤケーブル１０２の先端付近には集光レンズ１０５を備えている。ＣＣＤケーブル１０２の先端には、電荷増倍型撮像素子１０６が接続され、該電荷増倍型撮像素子１０６には、プリズム１０７が取り付けられている。
【００３１】
電荷増倍型撮像素子１０６は、図２に示すようにフレームトランスファー型の電荷増倍型撮像素子であり、撮像した光学像を信号電荷へ変換する受光部２１、信号電荷の一時的蓄積および転送を行う蓄積部２２、信号電荷の水平転送を行う水平転送部２３、入力された増倍率制御信号に基づいて信号電荷を増倍する電荷増倍部２４、信号電荷を信号電圧へ変更し、増幅して出力端子２７から画像処理ユニット１４０へ出力する出力部２５を備えている。
【００３２】
受光部２１は、光電変換と、信号電荷の垂直転送を行うＣＣＤ３１が縦ｎ個、横ｍ個並んで構成されている。説明を簡単にするために、図２においては縦３つ横４つのＣＣＤ３１から構成された受光部２１を記載しているが、実際の電荷増倍型撮像素子１０６は、縦横ともに、数百個のＣＣＤ３１が設けられている。
【００３３】
蓄積部２２は、薄い金属膜等により光遮蔽され、信号電荷の一時的蓄積および垂直転送を行う垂直転送ＣＣＤ３３から構成されている。水平転送部２３は、水平転送ＣＣＤ３５から構成されている。
【００３４】
電荷増倍部２４は、ｍ個の電荷増倍セル３６から構成されている。電荷増倍部２４に入力された信号電荷は、連続したパルス信号である増倍率制御信号に基づいて、増倍されながら順次転送される。この電荷増倍セル３６は、強度の電荷領域中で電子と原子を衝突させ、イオン化によって生じる電荷増倍効果を用いて、入力された電荷を増倍して出力するものであり、その増倍率は、上記増倍率制御信号の信号特性により変化する。なお、図２においては、蓄積部２２、水平転送部２３および電荷増倍部２４も、受光部２１と同様に簡略化されて記載されている。
【００３５】
出力部２５は、信号電荷を信号電圧（出力信号）へ変換する電荷検出部３７および出力信号を増幅する出力アンプ３８を備えている。
【００３６】
ライトガイド１０１は、照明光ユニット１１０および参照光ユニット１２０へ接続されている。ＣＣＤケーブル１０２は、電荷増倍型撮像素子１０６の駆動信号および増倍率制御信号が送信される駆動ライン１０３ａと、電荷増倍型撮像素子１０６から信号電荷を読み出す出力ライン１０３ｂとを備え、駆動ライン１０３ａの一端は、ＣＣＤドライバ１３０に接続され、出力ライン１０３ｂの一端は、画像処理ユニット１４０へ接続されている。
【００３７】
照明光ユニット１１０は、白色光を射出する白色ＬＥＤである白色光源１１１、該白色光源１１１に電気的に接続されている白色光源用電源１１２、白色光源１１１から射出される白色光を集光する白色光用集光レンズ１１３を備えている。なお、白色光用集光レンズ１１３とライトガイド１０１の間に可視光領域の波長帯域の光のみを透過する可視光フィルタを設けるようにしてもよい。
【００３８】
参照光ユニット１２０は、参照光を射出する赤外ＬＥＤである参照光源１２１、該参照光源１２１に電気的に接続されている参照光源用電源１２２、参照光源１２１から射出される参照光を集光する参照光用集光レンズ１２３を備えている。なお、参照光用集光レンズ１２３とライトガイド１０１の間に赤外領域の波長帯域の光のみを透過する赤外光フィルタを設けるようにしてもよい。
【００３９】
ＣＣＤ制御ユニット１３０は、参照光の照射により撮像された参照像に基づく参照画像信号に応じて電荷増倍型撮像素子１０６における倍率を算出する倍率算出手段１３１、倍率算出手段１３１から出力されたデジタル値である倍率データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路１３２、およびＤ／Ａ変換回路１３２から出力されたアナログ値に基づいて電荷増倍撮像素子１０６の電荷増倍部２４における倍率を制御する増倍率制御信号を出力するとともに、電荷増倍型撮像素子１０６の動作タイミングを制御する動作制御信号を出力するＣＣＤドライバ１３３を備えている。
【００４０】
画像処理ユニット１４０は、電荷増倍型撮像素子１０６で撮像された反射画像信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換回路１４１、デジタル化された反射画像データを保存する画像メモリ１４２、該画像メモリ１４２から出力された反射画像データをビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理回路１４３を備えている。
【００４１】
以下、本内視鏡装置の動作について説明する。撮像に先立ち、観察者は内視鏡挿入部１００を、被験者の体腔内に挿入し、内視鏡挿入部１００先端を観察部１０の近傍に誘導する。
【００４２】
本内視鏡装置は、図３のタイミングチャートに示すように白色光の照射と参照光の照射を時系列に繰り返して観察部１０の反射画像信号および参照画像信号を得、この反射画像信号および参照画像信号に基づいて反射画像をモニタ１５０に表示するものである。
【００４３】
まず、コントローラ１６０からの信号に基づき、白色光源用電源１１２が駆動され、白色光源１１１から白色光が射出される。白色光は、集光レンズ１１３により集光され、ライトガイド１０１に入射される。そして、内視鏡挿入部１００の先端まで導光された後、照明レンズ１０４から観察部１０へ照射される。なお、このとき参照光は消灯されている。
【００４４】
観察部１０で反射された反射像は、集光レンズ１０５により集光され、プリズム１０７に反射して、電荷増倍型撮像素子１０６上に結像される。
【００４５】
電荷増倍型撮像素子１０６では、受光部２１のＣＣＤ３１において、反射像が受光され、光電変換されて、光の強弱に応じた信号電荷がＣＣＤ３１に蓄積される。そして、このとき蓄積部２２の垂直転送ＣＣＤ３３には前のフレームで撮像された参照像に応じた信号電荷が蓄積されており、この参照像に応じた信号電荷が垂直転送され、水平転送部２３の水平転送ＣＣＤ３５に順次送り込まれる。水平転送部２３では、横１ラインの画素の信号電荷が入ると、信号電荷は水平方向に転送され、順次電荷増倍部２４の電荷増倍セル３６へ転送される。電荷増倍セル３６においては、信号電荷は増倍率制御信号に基づいて増倍されながら順次転送され、出力部２５へ出力される。なお、このとき増倍率制御信号により設定される増倍率は予め設定されている一定の値である。出力部２５に入力された信号電荷は、電荷検出部３７で信号電圧へ変換され、出力アンプ３８で増幅されて、出力端子２７から出力信号として出力される。
【００４６】
その後、次の横１ラインの信号電荷が、蓄積部２２から水平転送部２３へ転送される。このような動作を繰り返すことにより、前のフレームにおいて撮像された参照像に基づく参照画像信号が得られる。上記のようにして得られた参照画像信号は、Ａ／Ｄ変換回路１４１においてデジタル化された後、参照画像データとして倍率算出手段１３１に入力される。倍率算出手段１３１は、上記参照画像データを、内視鏡挿入部１００の先端と観察部１０との距離分布データとして得（参照画像信号は、内視鏡挿入部１００の先端と観察部１０との距離の２乗に反比例する大きさを持つ）、この距離分布データに基づいて所定のアルゴリズムにより適切な増倍率を算出する。そして、倍率算出手段１３１において算出された倍率データはＤ／Ａ変換回路１３２に出力され、アナログ信号に変換されてＣＣＤドライバ１３３に入力されることにより増倍率が設定される。ＣＣＤドライバ１３３はこのアナログ信号に基づいて電荷増倍型撮像素子１０６の電荷増倍部２４に振幅可変パルスを出力することにより倍率制御信号を出力する。
【００４７】
一方、上記参照画像信号が蓄積部２２から水平転送部２３へ全て転送され増倍率が算出された後から上記増倍率の設定がされるまでの間に白色光は消灯される。
【００４８】
そして、この間、ＣＣＤ３１に蓄積された反射像に応じた信号電荷が、蓄積部２２の垂直転送ＣＣＤ３３に垂直転送され、順次蓄積される。
【００４９】
そして、蓄積部２２の垂直転送ＣＣＤ３３に蓄積された反射像に応じた信号電荷は、水平転送部２３の水平転送ＣＣＤ３５に順次送り込まれる。水平転送部２３では、横１ラインの画素の信号電荷が入ると、信号電荷は水平方向に転送され、順次電荷増倍部２４の電荷増倍セル３６へ転送される。電荷増倍セル３６において、信号電荷は増倍率制御信号に基づいて増倍されながら順次転送される。なお、このとき増倍率制御信号により設定される増倍率は、上記のようにして倍率算出手段１３１において算出された値である。最後の電荷増倍セル３６から右端に設けられた出力部２５へ出力された信号電荷は、電荷検出部３７で信号電圧へ変換され、出力アンプ３８で増幅されて、出力端子２７から出力信号として出力される。
【００５０】
その後、次の横１ラインの信号電荷が、蓄積部２２から水平転送部２３へ転送される。このような動作を繰り返すことにより、反射像に基づく反射画像信号が得られる。上記のようにして得られた反射画像信号は、Ａ／Ｄ変換回路１４１においてデジタル化された後、画像メモリ１４２へ出力される。画像メモリ１４２では、入力された反射画像データを記憶する。画像メモリ１４２に記憶された反射画像データは、ビデオ信号処理回路１４３に出力され、ビデオ信号に変換されて、モニタ１５０に出力され、カラー画像である反射画像１１として表示される。
【００５１】
一方、上記のようにして、反射画像信号が電荷増倍型撮像素子１０６から出力されている間、コントローラ１６０からの信号に基づき、参照光源用電源１２２が駆動され、参照光源１２１から参照光が射出される。参照光は、集光レンズ１１３により集光され、ライトガイド１０１に入射される。そして、内視鏡挿入部１００の先端まで導光された後、照明レンズ１０４から観察部１０へ照射される。観察部１０で反射された参照像は、集光レンズ１０５により集光され、プリズム１０７に反射して、電荷増倍型撮像素子１０６上に結像される。電荷増倍型撮像素子１０６では、受光部２１のＣＣＤ３１において、参照像が受光され、光電変換されて、光の強弱に応じた信号電荷がＣＣＤ３１に蓄積される。
【００５２】
そして、上記反射画像信号の出力が終了した後、ＣＣＤ３１に蓄積された参照像に応じた信号電荷が、蓄積部２２の垂直転送ＣＣＤ３３に垂直転送され、順次蓄積される。
【００５３】
そして、再び、白色光の照射が開始され、上記と同様の動作が繰り返し行なわれる。
【００５４】
なお、上記実施の形態においては、反射像の撮像と参照像の撮像とを時分割で交互に１フレーム毎に撮像するようにしたが、これに限らず、参照像は２フレーム毎、３フレーム毎などに撮像するようにしてもよい。
【００５５】
上記第１の実施の形態の撮像装置を適用した内視鏡装置によれば、参照光の照射により観察部から反射した参照像を撮像し、その参照像に基づく参照画像信号に基づいて反射画像信号用の増倍率を算出し、その増倍率で増倍された反射画像信号を得るようにしたので、内視鏡挿入部１００と観察部１０との距離に応じた適切な増倍率の設定を簡易に行なうことができ、適切な画質の反射画像を得ることができる。
【００５６】
次に、本発明の撮像装置の第２の実施の形態を適用した内視鏡装置について説明する。図４は第２の実施の形態の内視鏡装置の概略構成図である。
【００５７】
上記第１の実施の形態においては、１つの電荷増倍型撮像素子１０６により、反射像と参照像の両方を時系列で撮像するようにしたが、第２の実施の形態は、図４に示すように、第１の実施の形態に、もう１つ電荷増倍型撮像素子１１６を設けることにより、反射像の撮像を電荷増倍型撮像素子１０６により撮像し、参照像をもう一つの電荷増倍型撮像素子１１６により撮像するようにしたものである。なお、参照像を撮像する撮像素子は必ずしも電荷増倍型のものでなくてもよい。第２の実施の形態では、上記電荷倍増型撮像素子１０６，１１６を同時に動作させ、反射像と参照像を同時に撮像するため、集光レンズ１１５、反射像用フィルタ１２４、参照像用フィルタ１２５、ＣＣＤケーブル１１８、ＣＣＤドライバ１３４、Ａ／Ｄ変換器１４４を新たに設けている。ＣＣＤケーブル１１８は、電荷増倍型撮像素子１１６の駆動信号および増倍率制御信号が送信される駆動ライン１１９ａと、電荷増倍型撮像素子１１６から信号電荷を読み出す出力ライン１１９ｂとを備え、駆動ライン１１９ａの一端は、ＣＣＤドライバ１３４に接続され、出力ライン１１９ｂの一端は、画像処理ユニット１４０へ接続されている。その他の構成については、第１の実施の形態と同様である。
【００５８】
上記第２の実施の形態の動作のタイミングチャートを図５に示す。図５のタイミングチャートに示すように、第２の実施の形態においては、白色光と参照光をともに連続点灯させる。そして、電荷倍増型撮像素子１０６により反射像を撮像するとともに、電荷増倍撮像素子１１６により参照像を撮像し、反射画像信号と参照画像信号とが同じタイミングで両撮像素子から出力される。このとき参照像を撮像する電荷倍増型撮像素子１１６における増倍率は、上記第１の実施の形態と同様に予め定められた一定の値となっているが、反射像を撮像する電荷増倍型撮像素子１０６における増倍率は、図５に示すように、実際に出力している反射画像信号よりも２フレーム前に出力された参照画像信号に基づいて、１フレーム前のタイミングにおいて倍率算出手段１３１により算出された増倍率とする。その他の動作タイミング以外の動作については、上記第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
上記第２の実施の形態の内視鏡装置によれば、上記第１の実施の形態の内視鏡装置においては、参照像の撮像中は反射像の撮像を行なうことができなかったが、反射像撮像用の撮像素子と参照像撮像用の撮像素子とを別個に設けるようにしたので、反射画像信号の増倍率の設定をリアルタイムで行なうことができる。
【００６０】
次に、本発明の撮像装置の第３の実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。図６は蛍光内視鏡装置の概略構成図である。
【００６１】
第３の実施の形態である蛍光内視鏡装置は、第２の実施の形態の内視鏡装置にさらに励起光を射出する励起光ユニット１７０を備え、この励起光の照射により観察部１０から発せられる蛍光像を反射像が撮像される電荷倍増型撮像素子１０６により撮像するものである。なお、蛍光像の撮像と反射像の撮像とは後述するフットスイッチ１８０により切り換えられる。
【００６２】
励起光ユニット１７０は、蛍光像撮像用の励起光を発するＧａＮ系半導体レーザ１７１、ＧａＮ系半導体レーザ１７１に電気的に接続されている励起光源用電源１７２、ＧａＮ系半導体レーザ１７１から射出される励起光を集光する励起光用集光レンズ１７３を備えている。なお、励起光用集光レンズ１７３とライトガイド１０１の間に励起光の波長帯域のみを透過する励起光フィルタを設けるようにしてもよい。
【００６３】
そして、電荷増倍型撮像素子１０６の先端付近には、第２の実施の形態では反射像用フィルタ１２４が設けられていたが、本実施の形態では、反射像と蛍光像の両方を電荷増倍型撮像素子１０６により撮像するので、反射像用フィルタ１２４ではなく波長４２０ｎｍ以下の波長の光をカットする励起光カットフィルタ１２６が設けている。また、反射像の撮像（白色光の照射）と蛍光像の撮像（励起光の照射）とを切り換えるフットスイッチ１８０が設けられている。その他の構成については、第２の実施の形態と同様である。
【００６４】
上記第３の実施の形態の動作のタイミングチャートを図７に示す。本実施の形態においては、使用者のフットスイッチ１８０による操作により、反射像をモニタ１５０に反射画像として表示する通常観察モードと蛍光像をモニタ１５０に蛍光画像として表示する蛍光観察モードとを切り換えることができる。
【００６５】
図７のタイミングチャートに示すように、第３の実施の形態においては、励起光と白色光の点灯は、フットスイッチ１８０による操作に応じて切り換えられるとともに、参照光は連続点灯させる。そして、電荷増倍撮像素子１１６により参照像を連続して撮像するとともに、電荷増倍撮像素子１０６により反射像および蛍光像を所定のフレーム数ずつ撮像する。このとき参照像を撮像する電荷倍増型撮像素子１１６における増倍率は、上記第１および第２の実施の形態と同様に予め定められた一定の値となっている。そして、反射像を撮像する際における電荷増倍型撮像素子１０６における増倍率は、図７に示すように、実際に出力している反射画像信号よりも２フレーム前に出力された参照画像信号に基づいて、１フレーム前のタイミングで倍率算出手段１３１により算出された増倍率とする。また、蛍光像を撮像する際における電荷増倍型撮像素子１０６における増倍率は、上記反射像を撮像する際と同様に、実際に出力している蛍光画像信号よりも２フレーム前に出力された参照画像信号に基づいて、１フレーム前のタイミングで倍率算出手段１３１により算出された増倍率とする。その他の動作タイミング以外の動作については、第１および第２の実施の形態と同様である。なお、図７に示すフローチャートにおいては、斜線で示すフレームが蛍光画像信号についての、増倍率の算出、設定および出力に関するフレームである。
【００６６】
上記第３の実施の形態の蛍光内視鏡装置によれば、参照光の照射により観察部から反射した参照像を撮像し、その参照像に基づく参照画像信号に基づいて蛍光画像信号用の増倍率を算出し、その増倍率で増倍された蛍光画像信号を得るようにしたので、内視鏡挿入部１００と観察部１０との距離に応じた適切な増倍率の設定を簡易に行なうことができ、画像診断などに適した蛍光画像を得ることができる。
【００６７】
また、上記第３の実施の形態においては、蛍光画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムと反射画像信号用の増倍率を算出するアルゴリズムとを異なるものとしてもよい。たとえば、反射画像信号用の増倍率については、反射像に基づく反射画像信号の全ての画素信号が飽和しないような増倍率を算出し、蛍光画像信号用の増倍率については、蛍光像に基づく蛍光画像信号において部分的な画素信号が飽和したとしても、蛍光像の中心付近の領域の画素信号が必要十分な大きさを持つように増倍率を算出するようにしてもよい。
【００６８】
また、蛍光内視鏡装置においては、蛍光の強度が非常に微弱であるため蛍光画像信号を参照画像信号で割ることにより規格化した値を得、この規格化された値に基づいて病変かどうかを判断する場合がある。このような場合において、蛍光画像信号用の増倍率を算出する際、上記規格化された値が病変であると判断された領域のＳ／Ｎが最適またはコントラストが最適になるように増倍率を算出するようにしてもよい。
【００６９】
また、上記第３の実施の形態においては、参照像とともに反射像および蛍光像を撮像するようにしたが、反射像を撮像せずに蛍光像だけを撮像する形態としてもよい。
【００７０】
また、上記第１から第３の実施形態では、撮像手段としてインターライン型の電荷増倍型撮像素子を用いたが、第２および第３の実施の形態においては、これに限定されず、例えば蓄積部を備えていないフレームトランスファー型の電荷増倍型撮像素子等を用いることもできる。
【００７１】
また、上記第１から第３の実施の形態においては、電荷増倍型撮像素子を内視鏡挿入部１００の先端に設けるようにしたが、イメージファイバを利用して、筐体２００内まで導光し、筐体２００内部に設けられた電荷増倍型撮像素子により撮像するようにしてもよい。
【００７２】
また、上記第１から第３の実施の形態においては、ライトガイド１０１は、白色光と参照光とで、または白色光と参照光と励起光とで、共通になるようにしたが、それぞれの光に対して別個に設けるようにしてもよい。
【００７３】
また、上記第１から第３の実施の形態においては、白色光源として白色ＬＥＤを用いるようにしたが、複数色のＬＥＤを同時または順次切換えて点灯させて白色光を得るようにしてもよい。さらに、第３の実施の形態においては、フットスイッチ１８０により白色光の照射と励起光の照射の切換えを行なうようにしたが、上記のように複数色のＬＥＤを順次切換えて白色光を得る場合には、その個々のＬＥＤの発光の間で励起光源を発光させて、蛍光画像信号および反射画像信号を取得しておき、フットスイッチ１８０により蛍光画像と反射画像の表示のみを切り換えるようにしてもよい。
【００７４】
また、上記第３の実施の形態においては、励起光源は、波長として４００ｎｍから４２０ｎｍ程度のいずれのものを選んでもよい。
【００７５】
また、上記第３の実施の形態においては、励起光源と白色光源を別個のものとしたが、適当な切換フィルタを利用することにより光源を共通化してもよい。
【００７６】
また、上記第３の実施の形態においては、反射画像と蛍光画像とを１台のモニタ１５０によりフットスイッチ１８０により切り換えて表示するようにしたが、２台のモニタを設け、それぞれのモニタに反射画像と蛍光画像とを表示させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の第１の実施の形態を適用した内視鏡装置の概略構成図
【図２】図１に示す内視鏡装置において用いられた電荷増倍型撮像素子の概略構成図
【図３】図１に示す内視鏡装置の動作タイミングを示すフローチャート
【図４】本発明の撮像装置の第２の実施の形態を適用した内視鏡装置の概略構成図
【図５】図４に示す内視鏡装置に動作タイミングを示すフローチャート
【図６】本発明の撮像装置の第３の実施の形態を適用した蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図７】図６に示す蛍光内視鏡装置の動作タイミングを示すフローチャート
【図８】電荷増倍型撮像素子における駆動電圧変化と増倍率変化との関係を示す図
【符号の説明】
１０　　観察部
１００　　内視鏡挿入部
１０１　　ライトガイド
１０２，１１８　　ＣＣＤケーブル
１０３ａ，１１９ａ　　駆動ライン
１０３ｂ，１１９ｂ　　出力ライン
１０４　　照明レンズ
１０５，１１５　　集光レンズ
１０６，１１６　　電荷増倍型撮像素子
１０７　　プリズム
１１０　　照明光ユニット
１１１　　白色光源
１１２　　白色光源用電源
１１３　　白色光用集光レンズ
１２１　　参照光源
１２２　　参照光源用電源
１２３　　参照光用集光レンズ
１２４　　反射像用フィルタ
１２５　　参照像用フィルタ
１２６　　励起光カットフィルタ
１３１　　倍率算出手段
１３２　　Ｄ／Ａ変換器
１３３　　ＣＣＤドライバ
１４０　　画像処理ユニット
１４１，１４４　　Ａ／Ｄ変換回路
１４２　　画像メモリ
１４３　　ビデオ信号処理回路
１５０　　モニタ
１６０　　コントローラ
１７０　　励起光ユニット
１７１　　ＧａＮ系半導体レーザ
１７２　　励起光源用電源
１７３　　励起光用集光レンズ
１８０　　フットスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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