(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像して映像信号を出力する撮像部と、フィールド毎に前記映像信号を増幅して出力可能な出力部と、前記出力部のゲインとして設定すべき設定ゲインを外部との通信により取得する通信部と、を有する撮像素子と、
前記通信部との通信により、前記フィールド毎の前記設定ゲインを前記撮像素子に送信する撮像制御部と、
前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されているか否かを検出する検出部と、
前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されていないことを示す前記検出部の検出結果によって、前記撮像素子からの前記映像信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路に設定する補正ゲインを求める補正ゲイン取得部とを具備したことを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
前記検出部は、前記出力部が前記映像信号に付与したゲインを実ゲインとして取得し、前記設定ゲインと前記実ゲインとの比較によって前記検出結果を得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】
前記検出部は、前記撮像制御部と前記通信部との間の通信エラーを検出することによって前記検出結果を得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４】
前記補正ゲイン取得部は、前記実ゲインと前記設定ゲインとの差分に基づいて前記補正ゲインを得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５】
前記補正ゲイン取得部は、前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されていないフィールドの情報と当該フィールドの前のフィールドの情報とに基づいて前記補正ゲインを得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】
前記撮像制御部は、前記検出部によって、前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されていないことを示す検出結果が得られた場合には、前記設定ゲインを前記撮像素子に再送信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】
内視鏡と、フィールド毎に異なる波長の照明光を被写体に照射可能な光源装置と、前記内視鏡からの映像信号を画像処理するビデオプロセッサとを有する内視鏡システムにおいて、
前記内視鏡に設けられ、前記被写体を撮像して映像信号を出力する撮像部と、フィールド毎に前記映像信号を増幅して出力可能な出力部と、前記出力部のゲインとして設定すべき設定ゲインを外部との通信により取得する通信部と、を有する撮像素子と、
前記通信部との通信により、前記フィールド毎の前記設定ゲインを前記撮像素子に送信する撮像制御部と、
前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されているか否かを検出する検出部と、
前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されていないことを示す前記検出部の検出結果によって、前記撮像素子からの前記映像信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路に設定する補正ゲインを求める補正ゲイン取得部とを具備したことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項８】
前記内視鏡に設けられ、前記フィールド毎の設定ゲインの情報を記憶するメモリを具備したことを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記撮像制御部は、前記内視鏡に設けられることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記増幅回路は、前記内視鏡から出力されるデジタル映像信号に対してデジタルゲインを付与することを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光観察に好適な撮像システム及び内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、組織から発せられる自家蛍光や、蛍光薬剤を生体の対象部位へ散布または注入した後、該対象部位において発せられる蛍光に基づいて病変部の有無を判別する診断方法が採用されることがある。内視鏡装置において、この技術を利用した蛍光観察による診断が可能である。即ち、光源装置からの励起光を内視鏡の挿入部から被写体に照射し、病変部に集積した蛍光薬剤からの蛍光を内視鏡に設けた撮像素子によって捉えることで病変部の存在診断や悪性度などの質的診断を行うのである。【０００３】
ところで、蛍光観察においては、病変部から蛍光を発生させるための励起光を生体組織に照射すると共に、生体組織の構造や形態を視覚化するための参照光を生体組織に照射する。励起光によって得られた蛍光を基に生成した蛍光画像と、参照光が被写体において反射して得られた背景光を基に生成した背景画像とを合成した合成画像（以下、蛍光観察画像という）によって、病変部等の確認が容易となる。【０００４】
しかし、励起光によって得られる蛍光の強度（光量）は、参照光によって得られる背景光の強度（光量）に比べて小さい。このため、光源装置において参照光の出射光量を励起光の出射光量に比べて減少させるだけでなく、蛍光及び背景光を受光して光電変換する撮像素子において、蛍光画像と背景画像とのレベル（明るさ）が適正なレベルとなるように調整を行っている。【０００５】
例えば、撮像素子としてＣＣＤを採用した場合には、電子シャッタ（電荷リセット機能）を用いて背景光受光時において余分な電荷を捨てて背景画像の明るさを減少させることで、見やすい蛍光観察画像を得る。【０００６】
また、撮像素子として、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳセンサが採用されることもある。ローロングシャッタ方式では、ライン毎に異なるタイミングで、リセット、露光及び読み出しが行われ、あるラインの読み出しに時において別のラインでは露光が行われる。一方、蛍光観察においては、励起光と参照光とを生体組織に時分割に照射する方法が採用されることがある。このような照明方法がローリングシャッタ方式のＣＭＯＳセンサの読み出し期間に行われると、混色等の問題が生じる。そこで、蛍光観察において、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳセンサを採用する場合には、露光を読み出し期間以外の期間において行っている。この場合、電子シャッタ（電荷リセット機能）を使うと、ラインごとに電荷がリセットされるタイミングが異なるため、明るさのムラが出てしまう。このため、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳセンサを使用する場合は、電子シャッタではなく、撮像素子内のアンプによって蛍光画像と背景画像のゲインを調整するようになっている。【０００７】
なお、日本国特開２０１４−２３３５３３号公報には、白色光と狭帯域光とを１フレーム単位で交互照射し、フィールド毎にアンプの増幅率を更新設定する技術が開示されている。【０００８】
ところで、一般的には、内視鏡挿入部の細径化を考慮すると、挿入部の先端に撮像素子を配置し、挿入部の基端側に接続される操作部やコネクタ部等に撮像素子を駆動する電子回路を搭載した基板が配置される。基板上に撮像素子の電子シャッタやゲインを調整するための制御回路が搭載され、制御回路から撮像素子まで配線された信号線を介して、制御信号が撮像素子に伝達される。【０００９】
撮像素子としてＣＣＤを採用して上述したように電子シャッタによる制御を行う場合には、制御回路からは高電圧のアナログ信号が制御信号として伝送されることになり、耐ノイズ性に優れている。一方、ＣＭＯＳセンサを採用する場合、ゲイン調整のための情報（ゲイン設定値）は、デジタル通信として制御回路から撮像素子まで伝送される。【００１０】
ところが、内視鏡は通信の外乱が発生する環境下で使用されることがある。例えば、高周波電流が通電される電気メス使用時には、制御回路から撮像素子との間の通信に外乱による悪影響が与えられる可能性がある。このような外乱によって、撮像素子において制御回路からのゲイン設定値が誤検出され、正確なゲイン制御が行われないことがある。【００１１】
デジタル通信において一般的に使用されているチェックサムやパリティ、ＣＲＣ等を用いてエラー検出を行えば、誤ったゲイン設定値によりゲイン設定値が更新されることはない。従って、通常光観察時等で行われる調光（被写体に応じた明るさ制御）のためにゲイン調整を行っている場合には、明るさ制御に若干の遅延が生じるだけである。しかしながら、蛍光観察時には、調光ではなく蛍光画像と背景画像との明るさ比を調整するためにゲイン調整を行っているため、蛍光画像に対して必要な大きさのゲインを付与するためのゲイン設定値の更新が行われずに、背景画像に比べて蛍光画像が著しく暗くなったり、或いは蛍光画像に比べて背景画像が著しく明るくなって、蛍光観察画像の品位が著しく低下することがあるという問題があった。【００１２】
本発明は、通信時の外乱等に拘わらず、各フィールドの映像信号に対して正しいゲインを付与す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。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様による撮像システムは、被写体を撮像して映像信号を出力する撮像部と、フィールド毎に前記映像信号を増幅して出力可能な出力部と、前記出力部のゲインとして設定すべき設定ゲインを外部との通信により取得する通信部と、を有する撮像素子と、前記通信部との通信により、前記フィールド毎の前記設定ゲインを前記撮像素子に送信する撮像制御部と、前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されているか否かを検出する検出部と、前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されていないことを示す前記検出部の検出結果によって、前記撮像素子からの前記映像信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路に設定する補正ゲインを求める補正ゲイン取得部とを具備する。【００１４】
本発明の一態様による内視鏡システムは、内視鏡と、フィールド毎に異なる波長の照明光を被写体に照射可能な光源装置と、前記内視鏡からの映像信号を画像処理するビデオプロセッサとを有する内視鏡システムにおいて、前記内視鏡に設けられ、前記被写体を撮像して映像信号を出力する撮像部と、フィールド毎に前記映像信号を増幅して出力可能な出力部と、前記出力部のゲインとして設定すべき設定ゲインを外部との通信により取得する通信部と、を有する撮像素子と、前記通信部との通信により、前記フィールド毎の前記設定ゲインを前記撮像素子に送信する撮像制御部と、前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されているか否かを検出する検出部と、前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されていないことを示す前記検出部の検出結果によって、前記撮像素子からの前記映像信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路に設定する補正ゲインを求める補正ゲイン取得部とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像システムを含む内視鏡システムを示すブロック図。
【図２】設定ゲインを説明するための説明図。
【図３】外乱発生時における実ゲインを説明するための説明図。
【図４】外乱発生時において補正ゲインの付与を行う例を示す説明図。
【図５】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図６】変形例を示すブロック図。
【図７】変形例を示すブロック図。
【図８】本発明の第２の実施の形態において採用されるフローチャート。
【図９】本発明の第３の実施の形態において採用されるフローチャート。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る撮像システムを含む内視鏡システムを示すブロック図である。【００１８】
本実施の形態は、撮像素子が実際に各画素の出力に付与したゲイン（以下、実ゲインという）の情報を取得することで、撮像素子が各画素の出力に付与すべきゲイン（以下、設定ゲインという）との差分を補正ゲインとして求めて、撮像素子出力に補正ゲインを付与することで、各フィールドにおいて適正なレベルの映像信号を得るものである。なお、本実施の形態においては、フィールド毎に励起光又は参照光を照射する内視鏡システムにおける蛍光観察モードの例を説明するが、フィールド毎にゲインを設定可能な撮像システムの各種動作モードに適用することができる。動作モードには、面順次モードや、ＮＢＩ等の特殊観察モード、赤外光（ＩＲ）観察モードを含むが、これに限らない。【００１９】
図１において、内視鏡システム１は、被検体内に挿入されるとともに、当該被検体内における生体組織等の被写体を撮像して映像信号として出力するように構成された内視鏡２と、当該被写体を照明するための照明光を内視鏡２に供給するように構成された光源装置３と、内視鏡２から出力される映像信号に対して信号処理を施すことにより蛍光観察画像等を生成して出力するように構成されたビデオプロセッサ４と、ビデオプロセッサ４から出力される蛍光観察画像等を画面上に表示するように構成されたモニタ５と、を有している。【００２０】
内視鏡２は、被検体の体腔内に挿入される細長の挿入部２ａを有する。挿入部２ａの基端には、図示しない操作部が接続され、操作部から延設された図示しないケーブルの端部にはコネクタ部２ｂが設けられている。このコネクタ部２ｂを介して内視鏡２と光源装置３及びビデオプロセッサ４とが接続されるようになっている。【００２１】
光源装置３は、ＬＥＤ光源３１と光源制御部３２とを有して構成されている。ＬＥＤ光源３１は、通常観察用の図示しない白色ＬＥＤと参照光用の図示しない参照光用ＬＥＤと図示しない励起光用ＬＥＤとによって構成されており、光源制御部３２によって制御されて、通常観察モード又は蛍光観察モードに応じて参照光用ＬＥＤと励起光用ＬＥＤの点灯及び消灯を行うようになっている。ＬＥＤ光源３１の発光量は、光源制御部３２によって制御されるようになっている。光源制御部３２は、制御部４１から出力される照明制御信号に基づいて、ＬＥＤ光源３１からの照明光（出射光）の種類を選択し、発光タイミング及び発光量を制御する。ＬＥＤ光源３１からの照明光は、ライトガイド２１に出射される。【００２２】
なお、ＬＥＤ光源３１においては、白色光を照射するための白色ＬＥＤに代えて、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤを採用することとしてもよいし、ＬＥＤ光源３１に代えて白色光を生成するＸｅ等ランプとカラーフィルタの組み合わせ光源を採用することとしてもよいし、これらを組み合わせても良い。【００２３】
光源制御部３２は、蛍光観察モード時において、ＬＥＤ光源３１を制御して、参照光と励起光とを所定のフィールド毎に時分割で出射させるようになっている。例えば、光源制御部３２は、３フィールドのうち２フィールド期間内で励起光を出射し、残りの１フィールド期間内で参照光を出射するように制御してもよい。【００２４】
内視鏡２の挿入部２ａの内部には、照明光を伝送するためのライトガイド２１が挿通されている。ライトガイド２１の出射端部は、挿入部２ａの先端部に配置されている。ライトガイド２１は、光源装置３からの照明光を挿入部２ａの先端側に導き、挿入部２ａの先端部に設けた図示しない照明レンズを介して被検体に照明光を照射する。【００２５】
挿入部２ａの先端部には、図示しない対物レンズが設けられており、被検体からの戻り光は対物レンズを介して挿入部２ａの先端側に設けられた撮像素子２２の光電変換部（ＰＤ）２２ａに入射するようになっている。撮像部としての光電変換部２２ａは、撮像面に入射した被写体光学像を光電変換により映像信号に変換して出力する。光電変換部２２ａの出力はアンプ２２ｂに供給される。撮像素子２２は、通信部２２ｃを有しており、通信部２２ｃは、信号線２４ａを介して撮像制御部２５の通信部２５ａとの間で通信可能に構成されている。通信部２２ｃは、撮像制御部２５から信号線２４ａを介して供給されるゲイン制御信号を受信し、ゲイン制御信号に含まれるゲインの情報をアンプ２２ｂに供給して設定する。出力部としてのアンプ２２ｂは、光電変換部２２ａからの映像信号を設定されたゲインで増幅して出力する。撮像素子２２からの映像信号は信号線２４ｂを介して映像受信部２６に与えられる。【００２６】
映像受信部２６は、撮像素子２２がアナログ出力の場合、撮像素子２２からのアナログ映像信号に対して相関二重サンプリング処理を施してノイズを除去する。また、映像受信部２６は、ノイズを除去した映像信号をアナログ／デジタル変換処理によってデジタル信号に変換してビデオプロセッサ４の画像処理部４２に出力するようになっている。【００２７】
映像受信部２６は、撮像素子２２がデジタル出力の場合、撮像素子２２からのデジタル映像信号を受信し、ビデオプロセッサ４の画像処理部４２に出力するようになっている。【００２８】
なお、映像受信部２６及び後述する撮像制御部２５は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により構成されていてもよく、また、ＣＰＵ等のプロセッサにより構成されて、図示しないメモリに記憶されたプログラムに従って各部を制御するように構成されていてもよい。【００２９】
ビデオプロセッサ４には各部を制御する制御部４１が設けられている。制御部４１は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により構成されていてもよく、また、ＣＰＵ等のプロセッサにより構成されて、図示しないメモリに記憶されたプログラムに従って各部を制御するように構成されていてもよい。【００３０】
画像処理部４２は、増幅回路４２ａを有しており、増幅回路４２ａは、入力された映像信号に対して増幅処理を施す。また、画像処理部４２は、増幅後の映像信号に対して、色信号を生成する色信号処理、ガンマ補正処理、電子ズーム処理、ホワイトバランス（Ｗ／Ｂ）処理等の各種信号処理を施し、モニタ５に適した表示形式に変換してモニタ５に出力する。こうして、モニタ５の表示画面上において、撮像素子２２によって撮像された内視鏡画像（蛍光観察画像等）が表示される。【００３１】
制御部４１は、蛍光観察時には、照明制御信号によって光源制御部３２を制御して、ＬＥＤ光源３１から励起光と参照光とを所定のフィールド周期で出射させると共に、参照光の光量を励起光の光量に比べて十分に低減させるようになっている。【００３２】
また、制御部４１は、撮像素子２２のゲインを設定するためのフィールド情報を撮像制御部２５に供給するようになっている。フィールド情報は、撮像素子２２に励起光に基づく蛍光が入射されるフィールド（以下、蛍光フィールドという）か参照光に基づく背景光が入射されるフィールド（以下、背景光フィールドという）かを示すと共に、各フィールドにおいて、アンプ２２ｂが付与すべきゲイン（設定ゲイン）の情報を含む。メモリ４３には、設定ゲインに関する情報が記憶されており、制御部４１は、メモリ４３の情報を読み出すことで、蛍光フィールドの設定ゲインの情報と背景光フィールドの設定ゲインの情報とを取得して、フィールド情報によって撮像制御部２５に伝達するようになっている。【００３３】
なお、蛍光フィールドの設定ゲインは、背景光フィールドの設定ゲインに比べて十分に大きなゲインに設定されている。【００３４】
撮像制御部２５は、信号線２４ａを介したデジタル通信によって、設定ゲインを指定するゲイン制御信号を通信部２２ｃに出力する。通信部２２ｃは、受信した設定ゲインをアンプ２２ｂに設定する。これにより、アンプ２２ｂは、各フィールドにおいて、設定ゲインに従ったゲインで光電変換部２２ａからの映像信号を増幅して出力する。【００３５】
なお、蛍光観察モード時において、各フィールドに設定するゲインがフィールド毎に異なるだけでなく、通常観察モード時と蛍光観察モード時とでも各フィールドに設定するゲインが異なる。そこで、メモリ４３は、各モード毎に設定ゲインの情報を記憶するようになっている。制御部４１は、モード及びフィールドの種類に応じた設定ゲインをメモリ４３から読み出して、フィールド情報によって通知することになる。【００３６】
この場合において、制御部４１は、フィールド情報をフィールド毎に通知するようになっていてもよい。また、内視鏡２において、フィールド情報の受信及びゲイン設定に遅延が生じる場合は、その遅延分だけ、制御部４１は早めにフィールド情報を送信するようになっていてもよい。或いは、制御部４１は、各フィールドにおいてどの設定ゲインを用いればよいかを纏めて通知してもよい。例えば、制御部４１は、蛍光フィールドと背景光フィールドの各設定ゲインの値を事前に通知し、フィールド毎にいずれのフィールドであるかのみを示すフィールド情報を通知することで、撮像制御部２５において、フィールド毎の設定ゲインをアンプ２２ｂに設定するようになっていてもよい。【００３７】
アンプ２２ｂが各フィールドに設定された設定ゲインを用いて映像信号を増幅して出力することにより、映像受信部２６に供給される蛍光に基づく映像信号（以下、蛍光映像信号）と背景光に基づく映像信号（以下、背景映像信号）のレベルが適正なものとなる。これにより、これらの映像信号に基づく蛍光観察画像は、見やすい画像となる。【００３８】
しかしながら、外乱の発生によって、設定ゲインが伝送されない場合や、誤った設定ゲインが伝送される場合がある。これにより、例えば、設定ゲインとは無関係のゲインがアンプ２２ｂに設定されたり、蛍光フィールドの設定ゲインが背景光フィールドの設定ゲインとしてアンプ２２ｂに設定されたり、逆に、背景光フィールドの設定ゲインが蛍光フィールドの設定ゲインとしてアンプ２２ｂに設定されたり、或いは、設定ゲインが伝送されずに変更されるべき前のフィールドのゲインがそのままアンプ２２ｂに設定されて増幅が行われることもある。【００３９】
そこで、本実施の形態においては、実ゲインの情報を取得することで、設定ゲインが設定されているか否かを判定すると共に、設定ゲインが設定されていない場合には設定ゲインに相当するゲインを付与するための制御を行うことで、設定ゲインが付与された場合と同様のレベルの蛍光映像信号及び背景映像信号を得るようになっている。【００４０】
（実ゲインの取得方法）
例えば、撮像素子２２は、映像信号の垂直ブランキング期間又は水平ブランキング期間に、映像信号に付与されているゲイン値（実ゲイン）の情報を埋め込んで出力することができるようになっている。映像受信部２６は、受信した映像信号からこの実ゲインの情報を取得する。映像受信部２６は、取得した実ゲインの情報をそのままビデオプロセッサ４の制御部４１に送信するようになっていてもよい。例えば、映像受信部２６は、ビデオプロセッサ４の画像処理部４２に送信する映像信号の垂直ブランキング期間又は水平ブランキング期間に、実ゲインの情報を埋め込んだ後、映像信号を送信してもよい。この場合には、画像処理部４２は、映像信号から取得した実ゲインの情報を制御部４１に与えるようになっている。【００４１】
また、例えば、映像受信部２６は、映像信号の通信ラインと異なる図示しない通信ラインを介して実ゲインの情報をビデオプロセッサ４の制御部４１に供給するようになっていてもよい。【００４２】
また、信号線２４ａによる通信不良によって実ゲインが設定されない場合には、実ゲインが前フィールドの設定ゲインであることがあり、この場合には、映像受信部２６は、実ゲインが設定ゲインに一致しているか否かの情報のみをビデオプロセッサ４に伝送するようになっていてもよい。【００４３】
また、映像受信部２６は、例えば、ビデオプロセッサ４の制御部４１から設定ゲインの情報を受信しておくようになっていてもよい。この場合には、映像受信部２６は、設定ゲインの情報と実ゲインの情報とに基づいて、補正すべきゲインである補正ゲインを求めてもよい。例えば、映像受信部２６は、設定ゲインと実ゲインとの差分を補正ゲインとして求めて、補正ゲインの情報をビデオプロセッサ４に送信するようになっていてもよい。【００４４】
また、映像受信部２６によって実ゲインを求める手法以外にも、撮像制御部２５によって実ゲインを求める手法を採用することもできる。撮像制御部２５は、撮像素子２２の通信部２２ｃとの間の信号線２４ａを介したデジタル通信によって、アンプ２２ｂによって付与されている実ゲインの情報を取得するようになっていてもよい。この場合には、撮像制御部２５は、取得した実ゲインの情報をビデオプロセッサ４の制御部４１に送信する。また、撮像制御部２５においても、実ゲインと設定ゲインとの一致不一致の情報を制御部４１に出力してもよく、また、撮像制御部２５において補正ゲインを求めて、求めた補正ゲインの情報を制御部４１に出力するようになっていてもよい。【００４５】
制御部４１は、メモリ４３から設定ゲインの情報を読み出して、実ゲインと設定ゲインとの差異があるか否かを判定し、差異がある場合には、実ゲインと設定ゲインとの差分を求めて補正ゲインとして画像処理部４２に与える。画像処理部４２は、与えられた補正ゲインを増幅回路４２ａに設定して、映像受信部２６からの映像信号に対して補正ゲインを付与する。【００４６】
即ち、撮像制御部２５、映像受信部２６及び制御部４１は、単独で又は組み合わされて、アンプ２２ｂにおいて映像信号に設定ゲインが付与されたか否かを検出する検出部として機能と共に、補正ゲインを取得する補正ゲイン取得部として機能する。【００４７】
なお、画像処理部４２は、設定ゲインと実ゲインとが一致しない旨の情報を撮像素子２２から受信した場合には、制御部４１に対して補正ゲインの情報を要求してもよい。制御部４１は、画像処理部４２に入力されている映像信号がいずれのフィールドのものであるかに応じた補正ゲインを画像処理部４２に供給する。増幅回路４２ａは、この補正ゲインを用いて入力映像信号を増幅する。【００４８】
また、画像処理部４２は、映像受信部２６から補正ゲインの情報が与えられた場合には、増幅回路４２ａによって、入力された映像信号に対して、受信した補正ゲインを用いた増幅を行う。【００４９】
なお、実ゲインの情報、実ゲインと設定ゲインの一致不一致の情報又は補正ゲインの情報が撮像制御部２５から制御部４１に供給される場合には、制御部４１はこれらの情報に基づいて、画像処理部４２に補正ゲインを設定するようになっている。【００５０】
増幅回路４２ａは、設定ゲイン−実ゲイン＞０の場合には、増幅率が１より大きい補正ゲインを映像信号に付与し、設定ゲイン−実ゲイン＜０の場合には、増幅率が１よりも小さい補正ゲインを映像信号に付与する。補正ゲインは実ゲインと設定ゲインとの差に基づいて求められており、各フィールドの映像信号には、設定ゲインに相当するゲインが付与されることになり、各フィールドの映像信号は適切なレベルまで増幅される。【００５１】
なお、図１の例では内視鏡２からデジタル映像信号が出力されており、画像処理部４２の増幅回路４２ａはデジタル処理によって増幅を行うが、内視鏡２からアナログ映像信号が出力される場合には、アナログ処理によって補正ゲインを付与すればよい。【００５２】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図２から図５を参照して説明する。図２は設定ゲインを説明するための説明図である。図３は外乱発生時における実ゲインを説明するための説明図である。図４は外乱発生時において補正ゲインの付与を行う例を示す説明図である。図５は第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。【００５３】
いま、蛍光観察モードが設定されているものとする。制御部４１は、光源装置３の光源制御部３２に照明制御信号を出力して、蛍光観察に適した照明光の出射を指示する。光源制御部３２は、ＬＥＤ光源３１を制御して、参照光と励起光とを時分割に出射させる。【００５４】
図２はこの場合の光源からの出射光を示しており、１フィールド毎に時分割で、励起光、励起光及び参照光が被検体に照射されることを示している。即ち、図２の例は３フィールドのうち２フィールドの期間内で励起光を被検体に照射し、残りの１フィールドの期間内で被検体に参照光を照射する例を示している。【００５５】
光源装置３の出射光はライトガイド２１を介して挿入部２ａの先端に導かれて図示しない被検体に照射される。被検体からの戻り光は、図示しない対物レンズを介して撮像素子２２の光電変換部２２ａに入射する。光電変換部２２ａは、入射した光学像を光電変換して映像信号を出力する。即ち、図２に示すように、蛍光フィールドにおいては、励起光の照射に応じた被検体からの戻り光である蛍光が光電変換部２２ａに入射され、蛍光に基づく映像信号がアンプ２２ｂに供給される。また、背景光フィールドにおいては、参照光の照射に応じた被検体からの戻り光である背景光が光電変換部２２ａに入射され、背景光に基づく映像信号がアンプ２２ｂに供給される。【００５６】
一方、制御部４１は、メモリ４３から蛍光フィールド及び背景光フィールドに設定する設定ゲインを読み出し、図５のステップＳ１において、各フィールドが蛍光フィールドであるか背景光フィールドであるかを示すフィールド情報に設定ゲインの情報を含めて、撮像制御部２５に送信する。撮像制御部２５は、デジタル通信により、通信部２２ｃにゲイン制御信号を送信する。【００５７】
これにより、各フィールドに対応する設定ゲインがアンプ２２ｂに設定され、アンプ２２ｂは、設定ゲインを映像信号に付与して出力する。図２はこの状態を示しており、蛍光フィールドにおける設定ゲインがＡであり、背景光フィールドにおける設定ゲインがＢであることを示している。ゲインＡはゲインＢよりも十分に大きな値に設定されており、比較的光量が少ない蛍光に基づく映像信号は十分大きなゲインＡで増幅され、比較的光量が大きい背景光に基づく映像信号は比較的小さいゲインＢで増幅される。これにより、撮像素子２２から出力される各フィールドの映像信号のレベルは適正なものとなる。【００５８】
撮像素子２２からの映像信号は映像受信部２６に供給される。撮像素子２２がアナログ出力の場合、映像受信部２６は、入力された映像信号に対する相関二重サンプリング処理によりノイズを除去し、アナログ／デジタル変換処理によってデジタル信号に変換した後、ビデオプロセッサ４の画像処理部４２に出力する。【００５９】
また、撮像素子２２がデジタル出力の場合、映像受信部２６は、撮像素子２２からのデジタル映像信号を受信し、ビデオプロセッサ４の画像処理部４２に出力する。【００６０】
画像処理部４２は、入力された映像信号に対して、所定の画像信号処理を施した後、モニタ５に適した表示形式に変換してモニタ５に出力する。なお、蛍光に基づく映像信号と背景光に基づく映像信号とは合成され、蛍光画像と背景光画像とが合成された蛍光観察画像がモニタ５の表示画面上に表示される。こうして、撮像素子２２によって撮像された蛍光観察画像を観察することができる。【００６１】
いま、撮像制御部２５とアンプ２２ｂとの間の通信によって伝送されるゲイン制御信号が外乱の影響を受け、設定ゲインが正しくアンプ２２ｂに伝達されなかったものとする。図３はこの場合の一例を示しており、本来ゲインＢを設定すべきであった所定の背景光フィールドにおいて、外乱により、ゲインＡ（斜線部）が設定された例を示している。【００６２】
ゲインＡはゲインＢに比べて十分大きく、光量が大きい背景光に基づく映像信号は、大きなゲインＡによって増幅されることで、この背景光に基づく映像信号のレベルは極めて大きくなる。即ち、この場合には、蛍光画像に比べて背景画像の明るさが明るくなりすぎて、蛍光観察画像が見難くなってしまう。【００６３】
そこで、本実施の形態においては、撮像素子２２は、例えば、ブランキング期間に実ゲインの情報を含む映像信号を出力し、映像受信部２６は、入力された映像信号から実ゲインの情報を取得し（ステップＳ２）、例えば映像信号のブランキング期間に実ゲインの情報を含めた後、画像処理部４２に出力する。画像処理部４２は、映像信号から実ゲインの情報を取得して制御部４１に出力する。制御部４１は、メモリ４３を参照して、設定ゲインを読み出して、画像処理部４２からの実ゲインと比較する（ステップＳ３）。制御部４１は、設定ゲインと実ゲインとが一致しているか否かを検出し（ステップＳ４）、一致している場合には処理を終了し、不一致の場合には、実ゲインと設定ゲインとの差に基づいて補正ゲインを求める（ステップＳ５）。【００６４】
図４はこうして求められる補正ゲインを示している。図４の例は、外乱により斜線部に示すように、背景光フィールドにおいてゲインＡが映像信号に付与され、蛍光フィールドにおいてゲインＢが映像信号に付与された例を示している。この場合には、制御部４１は、ゲインＡが付与された背景光フィールドにおいて、増幅率が１よりも小さい補正ゲインＣを発生し、ゲインＢが付与された蛍光フィールドにおいて、増幅率が１よりも大きい補正ゲインＤを求める。【００６５】
なお、制御部４１が求める補正ゲインは、アンプ２２ｂの実ゲインと設定ゲインとの差に応じたゲインであり、映像信号に補正ゲインを付与することによって、実ゲインに拘わらず、映像信号が設定ゲインによって増幅された場合と同様の増幅を可能にするものである。【００６６】
制御部４１は、求めた補正ゲインを画像処理部４２の増幅回路４２ａに与える。増幅回路４２ａは、入力された映像信号に補正ゲインを付与する（ステップＳ６）。こうして、ゲインＡが付与された背景光フィールドの映像信号は減衰され、ゲインＢが付与された蛍光フィールドの映像信号は増幅されて、撮像素子２２において設定ゲインにより増幅された他のフィールドの映像信号と同様の適切なレベルとなる。【００６７】
即ち、外乱等により撮像素子２２において設定ゲイン以外のゲインが付与された場合でも、画像処理部４２の増幅回路４２ａにおいて補正ゲインを用いて適正なレベルに増幅されるので、蛍光画像と背景光画像の明るさを適正な明るさにすることができる。こうして、外乱等の影響により、撮像素子２２に正しい設定ゲインを設定することができない場合でも、モニタ５に表示される蛍光観察画像を見やすい画像にすることができる。【００６８】
このように本実施の形態においては、撮像素子において各フィールドにおいて付与された実ゲインを検出し、各フィールドにおいて本来設定すべき設定ゲインと実ゲインとの比較により補正ゲインを求めて、撮像素子の後段の回路において実ゲインに応じた補正ゲインを映像信号に付与する。これにより、本実施の形態においては、外乱等により撮像素子に設定すべきゲインが設定されない場合でも、各フィールドに設定すべきゲインと同様のゲインを付与した映像信号を得ることができる。従って、蛍光フィールドと背景光フィールドとで異なるゲインを設定する場合等においても、外乱等の影響に拘わらず、各フィールドに設定すべきゲインと同様のゲインを映像信号に付与することができ、蛍光画像と背景光画像とを適正な明るさにして、見やすい蛍光観察画像を得ることができる。【００６９】
（変形例）
図６は変形例を示すブロック図である。図６において図１と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本変形例は、増幅回路４２ａを省略した画像処理部４４を有するビデオプロセッサ７を採用すると共に、映像受信部２６に補正ゲインを付与する増幅回路２８ａを搭載した映像受信部２８を内蔵する内視鏡６を採用するものである。【００７０】
本変形例では、制御部４１は、補正ゲインの情報を増幅回路２８ａに供給するようになっている。映像受信部２８は映像受信部２６と同様の機能の他に増幅回路２８ａによる増幅機能を備えている。撮像素子２２からの映像信号は増幅回路２８ａにより必要に応じて補正ゲインを用いて増幅された後、ビデオプロセッサ７の画像処理部４４に供給される。【００７１】
他の構成及び作用効果は図１の実施の形態と同様である。【００７２】
（変形例）
図７は変形例を示すブロック図である。図７において図１と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本変形例は、メモリ２７をコネクタ部２ｂに内蔵する内視鏡８を採用するものである。【００７３】
メモリ２７は図１のメモリ４３と同様の情報を記憶する。制御部４１は内視鏡８がコネクタ部２ｂによりビデオプロセッサ９に接続されると、メモリ２７に記憶されている情報を読み出すようになっている。蛍光フィールドと背景光フィールドに付与すべきゲイン値やゲイン比率は、撮像素子２２の分光感度特性の影響を受ける。そこで、メモリ２７には、撮像素子２２の分光感度特性に対応した設定ゲインの情報を記憶させる。例えば、図１のビデオプロセッサ４内のメモリ４３に記憶されていない新しい種類の撮像素子を搭載した内視鏡を採用する場合でも、メモリ２７にはその新しい種類の撮像素子を考慮した設定ゲインの情報が記憶されており、撮像素子に最適な設定ゲインを設定可能である。【００７４】
また、内視鏡８の光学系及び撮像素子２２の分光感度特性等は、個体差を有する。そこで、内視鏡８に内蔵するメモリ２７には、この個体差のばらつきを吸収するゲイン値を設定ゲインの情報として記憶させることができる。例えば、事前に光学系や撮像素子の特性を検査し、検査結果に応じて、この個体差のばらつきを吸収するゲイン値を設定してもよい。例えば、蛍光波長での感度が低い撮像素子が搭載されている場合には、蛍光に基づく映像信号に付与するゲインを高く設定すればよい。【００７５】
このように、本変形例では、内視鏡８に搭載されたメモリ２７の情報に基づいてゲインを設定することによって、新規の撮像素子が搭載された内視鏡であっても、また、内視鏡毎の固体差に拘わらず、安定した増幅処理が可能となり、常に見やすい蛍光観察画像を得ることができる。【００７６】
なお、図１の例では、ビデオプロセッサ４の制御部４１は、フィールド情報中に設定ゲインの情報を含めて撮像制御部２５に通知する例を示したが、本変形例では設定ゲインの情報がメモリ２７に記憶されていることから、制御部４１はモード及びフィールドの種類を示すフィールド情報のみを撮像制御部２５に通知するようになっていてもよい。この場合には、撮像制御部２５は、フィールド情報に応じてメモリ２７から設定ゲインを読み出して、アンプ２２ｂに設定すればよい。【００７７】
（第２の実施の形態）
図８は本発明の第２の実施の形態において採用されるフローチャートである。本実施の形態のハードウェア構成は第１の実施の形態と同様である。図８において図５と同一の手順には同一符号を付して説明を省略する。【００７８】
第１の実施の形態においては内視鏡２において実ゲインを取得し、実ゲインと設定ゲインとの比較によって、必要ならば補正ゲインを映像信号に付与する例について説明した。実ゲインと設定ゲインとが不一致となるのは、外乱等によって信号線２４ａを介した通信に障害が生じることが理由と考えられる。この通信エラーによって、設定ゲインがアンプ２２ｂに通知されない場合には、アンプ２２ｂは、通知前の前フィールドに付与した設定ゲインを次のフィールドにおいても映像信号に付与するものと考えられる。即ち、通信エラー発生時におけるモード及びフィールドの種類が既知であれば、付与すべきゲインを知ることができる。【００７９】
そこで、本実施の形態においては、通信エラーが発生した場合には、実ゲインを取得することなく、通信エラー発生時におけるモード及びフィールドの種類から補正ゲインを求めるようになっている。【００８０】
撮像制御部２５は、信号線２４ａを介して撮像素子２２の通信部２２ｃとの間で通信を行っており、一般的な各種手法によって、通信エラーの検知が可能である。例えば、撮像制御部２５は、通知する設定ゲインの情報にチェックサムを付加して送信し、通信部２２ｃにおいてこのチェックサムを利用して通信エラーを検知する。【００８１】
また、撮像制御部２５は、通信時にハンドシェイクを実施する通信規格を採用した場合には、ハンドシェイクに失敗したことによって通信エラーを検知することが可能である。例えば、このような通信規格としてＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）バス等があり、ＡＣＫ（ACKnowledgement ）が返ってくるかどうかによって通信エラーを判定することができる。【００８２】
撮像制御部２５は、撮像素子２２との通信によって通信エラーを検出すると、通信エラーの情報を制御部４１に出力する。これにより、制御部４１は、通信エラー発生時のモード及びフィールドの種類に応じた設定ゲインと前フィールドの設定ゲインとに基づいて、補正ゲインを算出する。なお、この補正ゲインは、既知の値であり、メモリ４３に補正ゲインの情報を記憶させておくことで、制御部４１は簡単に補正ゲインを求めることができる。【００８３】
このように構成された実施の形態においては、図８のステップＳ１１において、撮像制御部２５は通信エラーを検出する。撮像制御部２５は、通信エラーが発生したことを検出した場合には、その情報を制御部４１に送信する。制御部４１はステップＳ１２において、通信エラーが検出されたか否かを判定する。制御部４１は、通信エラーが検出されない場合には処理を終了し、検出された場合には、ステップＳ５において、エラー発生時のモード及びフィールドの種類に応じた設定ゲインと前フィールドの設定ゲインとに基づいて補正ゲインを算出する。【００８４】
他の作用は第１の実施の形態と同様である。【００８５】
このように本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態においては、実ゲインと設定ゲインとの比較に基づいて補正ゲインを算出する必要は無く、簡単に補正ゲインを求めることができる場合があり、処理を簡単化できる。【００８６】
（第３の実施の形態）
図９は本発明の第３の実施の形態において採用されるフローチャートである。本実施の形態のハードウェア構成は第１の実施の形態と同様である。図９において図８と同一の手順には同一符号を付して説明を省略する。【００８７】
第１の実施の形態においては、補正ゲインとして、デジタルゲインを付加した。しかしながら、実ゲイン＜設定ゲインにより正のデジタルゲインを付与すると、蛍光画像と背景光画像の明るさを適切な明るさにすることができる反面、Ａ／Ｄ変換時のビット数に応じた階調数が、ゲイン分だけ少なくなり、分解能が低下して画質が劣化する。また、実ゲイン＞設定ゲインにより、映像信号がＡ／Ｄ変換の入力レンジを超えるレベルまで増幅された場合には、負のデジタルゲインを付与したとしても入力レンジを超えた部分の情報を復元することはできないので、画質改善効果は比較的小さい。なお、この場合でも、負のデジタルゲインを付与することで、当該フィールドが明るすぎることによって他のフィールドの画像が見難くなることを防止する効果はある。【００８８】
このように、補正ゲインとしてデジタルゲインを付与した場合には、画質劣化等の問題が生じる。そこで、本実施の形態においては、通信エラーが発生した場合には、設定ゲインを指定するゲイン制御信号を再送信することによって、アンプ２２ｂに設定ゲインを設定すると共に、再送信によっても通信エラーを回避することができない場合に、第１及び第２の実施の形態の補正ゲインの付与を行うものである。【００８９】
図９の例はステップＳ１２において通信エラー有りと判定された場合に、ステップＳ２１を経由してステップＳ５に移行する点が図８のフローと異なる。撮像制御部２５は、ステップＳ１２において通信エラーが発生していると判定した場合には、ステップＳ２１において、設定ゲインの送信回数が規定回数に到達したか否かを判定する。規定回数に到達していない場合には、撮像制御部２５は、処理をステップＳ１に戻して、設定ゲインの情報をゲイン制御信号によって通信部２２ｃに再送信する。この再送信によって、設定ゲインが正しくアンプ２２ｂに設定されると、撮像制御部２５は、ステップＳ１２においてエラー無しと判定して処理を終了する。【００９０】
再送信によっても通信エラーが発生すると、撮像制御部２５は、ステップＳ２１において設定ゲインの送信回数が規定回数に到達したか否かを判定する。送信回数が規定回数に到達すると、撮像制御部２５は、ステップＳ５に処理を移行して、補正ゲインの算出を行う。【００９１】
他の作用は第１及び第２の実施の形態と同様である。【００９２】
このように本実施の形態においては、通信エラーが発生した場合には、設定ゲインの情報を再送信することで、正しい設定ゲインを撮像素子に設定し、再送信によっても正しく設定ゲインを撮像素子に設定することができない場合に初めて、補正ゲインを付与するようになっている。再送信によって正しい設定ゲインを設定することができれば、画質劣化を伴うことなく、各フィールドの画像の明るさを最適な明るさにすることができる。【００９３】
なお、図９では通信エラーの発生時に設定ゲインを指定するゲイン制御信号を再送信する例について示したが、実ゲインを検出し実ゲインと設定ゲインとが不一致の場合に、設定ゲインを指定するゲイン制御信号を再送信するようにしてもよい。【００９４】
また、画像処理部４２は、補正ゲインを付与するだけでなく、補正ゲインに併せて、ノイズリダクション等の画像処理のパラメータも変更し、画質の劣化度合いをさらに軽減させても良い。【００９５】
本発明は、上記実施形態にそのまま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ている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。【００９６】
本出願は、２０１７年６月２９日に日本国に出願された特願２０１７−１２７３２４号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、請求の範囲に引用されるものとする。
【要約】
撮像システムは、被写体を撮像して映像信号を出力する撮像部と、フィールド毎に前記映像信号を増幅して出力可能な出力部と、前記出力部のゲインとして設定すべき設定ゲインを外部との通信により取得する通信部と、を有する撮像素子と、前記通信部との通信により、前記フィールド毎の前記設定ゲインを前記撮像素子に送信する撮像制御部と、前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されているか否かを検出する検出部と、前記出力部において前記映像信号が前記設定ゲインで増幅されていないことを示す前記検出部の検出結果によって、前記撮像素子からの前記映像信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路に設定する補正ゲインを求める補正ゲイン取得部とを具備する。【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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【図９】
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