(57)【要約】  【課題】電圧信号を印加して感度を可変可能な固体撮像素子を有する内視鏡に対し、電源の上限電圧による制限を回避し、より高倍率の感度での観察を可能とする。  【解決手段】ＣＣＤの感度を制御する感度制御パルスφＣＭＤを出力するためのドライバ７４に、電源装置からの正負の電圧を所定の電圧に調整するための電圧レギュレータ７８，７９を介して電源を供給し、ドライバ７４から正負極性のパルスを出力する。そして、このドライバ７４から出力される正負極性のパルスを、クランプ回路９０により、振幅を維持しながら正側にシフトして基準レベルに固定し、感度制御パルスφＣＭＤとしてＣＣＤに出力することで、電源の上限電圧による制限を回避して、より高倍率の感度での観察を可能とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧信号を印加することにより感度を可変可能な固体撮像素子を有する内視鏡と、極性が異なる複数の電圧値を出力する電源とを備えた内視鏡装置において、
固体撮像素子で撮像した画像の測光結果に基づく信号を受け、前記電源から出力される正極性側の電圧と負極性側の電圧とから正負の極性を有する制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記制御信号の振幅を維持しながら高電位側にシフトさせ且つ前記制御信号の基底レベルを基準レベルに固定して前記固体撮像素子の感度を制御する感度制御信号として出力する感度制御信号出力手段とを備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記制御信号生成手段は、前記正極正側の電圧と前記極性側の電圧との少なくとも一方を可変する電圧レギュレータを含むことを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記電圧レギュレータは、前記測光結果に基づく信号によって出力電圧を可変することを特徴とする請求項２記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記感度制御信号出力手段は、ダイオードクランプ回路からなることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
【請求項５】
前記固体撮像素子は、前記電圧信号が印加されて生成された電荷を増幅することにより感度を可変可能な固体撮像素子であることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感度を制御できる固体撮像素子を用いて画像を得る内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子を有する内視鏡装置は、細長の挿入部を体腔内等の被検体内に挿入し、内視鏡に内蔵されたライトガイドを経由して被写体に照射された光源装置からの照射光による反射光を、内視鏡先端に搭載された固体撮像素子で光電変換した後、この光電変換で得られる出力信号を信号処理してモニタ等に表示する装置である。
【０００３】
このような内視鏡装置としては、可視領域の照明光を用いた通常観察を行なう面順次式の内視鏡装置や、生体組織に対して励起光を照射し、これにより生体から発せられる自家蛍光や生体内へ注入しておいた薬剤の蛍光を２次元画像として撮像し、その蛍光画像を観察することにより早期癌等を発見するための蛍光診断用内視鏡装置等が知られている。
【０００４】
蛍光診断用内規鏡装置に用いられる撮像素子は、微弱な蛍光を観察するために高い感度が要求されることから、近年では、例えば特許文献１に開示されているように、電荷増倍機構を有して感度を可変可能な固体撮像素子を搭載した内視鏡が開発されており、微弱な蛍光によっても適正な明るさの観察画像を得ることが可能となった。
【特許文献１】特開２００１−２９３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の感度可変の固体撮像素子を用いた内視鏡では、固体撮像素子の電荷増倍機構に印加するパルス信号のパルス数や電圧値を可変することにより感度を可変することができる。しかしながら、固体撮像素子に印加するパルス信号の電圧を可変して感度を可変し、従来よりも高い感度で微弱な光での観察を行おうとする場合、従来よりも高い信号電圧が必要となり、使用する電源で使用可能な上限電圧によって制限される場合がある。
【０００６】
この場合、従来よりも高電圧・大容量の電源を使用することで対処可能であるが、固体撮像素子の駆動電圧や内視鏡の制御電圧は、発熱に対する対策や省エネルギー等の観点から低電圧化の傾向にあり、高電圧・大容量の電源を新規設計して用いることは、従来の内視鏡用電源との互換性を損ねるばかりでなく、システム全体としての大型化や重量増、コスト上昇を招く。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電圧信号を印加して感度を可変可能な固体撮像素子を有する内視鏡に対し、電源の上限電圧による感度増幅率の制限を回避し、より高倍率の感度での観察を可能とする内視鏡装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明による内視鏡装置は、電圧信号を印加することにより感度を可変可能な固体撮像素子を有する内視鏡と、極性が異なる複数の電圧値を出力する電源とを備えた内視鏡装置において、固体撮像素子で撮像した画像の測光結果に基づく信号を受け、前記電源から出力される正極性側の電圧と負極性側の電圧とから正負の極性を有する制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号の振幅を維持しながら高電位側にシフトさせ且つ前記制御信号の基底レベルを基準レベルに固定して前記固体撮像素子の感度を制御する感度制御信号として出力する感度制御信号出力手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の内視鏡装置は、電圧信号を印加して感度可変の固体撮像素子を有する内視鏡に対し、電源の上限電圧による感度増幅率の制限を回避し、より高倍率の感度での観察が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図１７は本発明の実施の一形態に係り、図１は内視鏡装置の概略構成を示すブロック図、図２は電荷結合素子型固体撮像素子（以下、ＣＣＤと略記）のブロック図、図３は感度制御パルス及び水平転送パルスのタイミングチャート、図４はＣＣＤ感度に関する電荷増幅部印加電圧と感度増幅率との関係を示す説明図、図５はＣＣＤ駆動回路のブロック図、図６はドライバの等価回路図、図７はバイアス回路の説明図、図８は図７の回路における信号レベルの変化を示す説明図、図９はクランプ前後の感度制御パルスの波形図、図１０は電圧可変制御による感度制御パルスの振幅の変化を示す説明図、図１１は特殊光モード時のＣＣＤ駆動のタイミングチャート、図１２は通常光モード時のＣＣＤ駆動のタイミングチャート、図１３はＣＣＤ感度特性（モニタ出力信号）を示すグラフ、図１４はＣＣＤ感度特性（Ｓ／Ｎ特性）を示すグラフ、図１５はＲＧＢ回転フィルタの構成を示す平面図、図１６は蛍光観察における光源装置の分光特性を示すグラフ、図１７は蛍光観察における蛍光及び反射光の分光特性を示すグラフである。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態の内視鏡装置１は、体腔内に挿入され、体腔内を撮像するための電子内視鏡（以下、内視鏡と略記）２、内視鏡２が着脱自在に接続され、内視鏡２で撮像された画像信号に対する信号処理を行う信号処理装置４と内視鏡２に照明光を供給する光源装置５とを内蔵するプロセッサ３、プロセッサ３に接続され、プロセッサ３で画像処理された映像信号を表示するモニタ６、内視鏡２及びプロセッサ３に電源を供給する電源装置７を備えて構成される。尚、光源装置５は、プロセッサ３とは別体に設けても良い。
【００１２】
内視鏡２は、患者体腔内に挿入される細長の挿入部１１を有している。挿入部１１は、消化管用、気管支用、頭頸部用（咽頭部用）や膀胱用の場合には軟性部により構成され、腹腔、胸腔や子宮用の場合には硬性部により構成される。
【００１３】
挿入部１１内には、光源装置５からの照明光を伝送するライトガイド１２が挿通され、このライトガイド１２の後端側がライトガイドコネクタを介して光源装置５に着脱自在に接続される。光源装置５から供給される照明光は、ライトガイド１２によって伝送され、挿入部１１の先端部１５に配設される照明レンズ１６から照明窓を経て出射され、体腔内の患部等の被写体側を照明する。
【００１４】
また、内視鏡２の先端部１５には、照明窓に隣接して観察窓が設けてあり、この観察窓の内側に、被写体の光学像を結像する対物レンズ１７と、特定の波長帯域のみを透過させる励起光カットフィルタ１８と、対物レンズ１７の結像位置に配設され、被写体の光学像を光電変換する固体撮像素子としてのＣＣＤ１９とが順に配置されている。尚、図１では、ＣＣＤ１９は、直視状に配設されているが、斜視や側視状に配設されるように構成することも可能である。
【００１５】
被写体からの反射光や自家蛍光は、対物レンズ１７及び励起光カットフィルタ１８を介してＣＣＤ１９の受光面に結像される。本実施の形態においては、励起光カットフィルタ１８は、生体組織から生じる自家蛍光（おおむね５００ｎｍ以上の波長）を透過させ、励起光を透過させない分光特性を有している。
【００１６】
本実施の形態においては、ＣＣＤ１９として、例えば、Ｕ．Ｓ．ＰＡＴ．Ｎｏ．５，３３７，３４０号”Charge  Multiplying  Detector（ＣＭＤ）suitable  for  small  pixel  ＣＣＤ  image  sensors”に記載されている衝突電離現象を用いた感度可変なＣＣＤを用いており、複数のＣＣＤ駆動信号線１３を介してプロセッサ３内の信号処理装置４のＣＣＤ駆動回路３１に接続され、ＣＣＤ駆動回路３１から出力される感度制御信号（感度制御パルスφＣＭＤ）により感度が可変される（詳細は後述する）。
【００１７】
対物レンズ１７及び励起光カットフィルタ１８によりＣＣＤ１９の受光面に結像された被写体像は、ＣＣＤ１９の各画素で光電変換後転送されて出力アンプから出力される。このＣＣＤ１９からの出力信号は、複数のＣＣＤ出力信号線１４を介しプロセッサ３内の信号処理装置４のアナログ処理回路３３に供給される。
【００１８】
また、内視鏡２は、基端側に記憶装置２０を搭載している。記憶装置２０は、ＣＰＵ２１とメモリ２２とを含んで構成されている。ＣＰＵ２１は、メモリ２２へのデータ読み出し及び書き込み制御を行うとともに、プロセッサ３とのデータの送受（通信）を制御する。メモリ２２は、例えば不揮発性のＥＥＰＲＯＭ等を用いており、電源ＯＦＦ時にもデータを保持することができる。
【００１９】
メモリ２２には、通常光モード時における、Ｒ，Ｇ，Ｂの３波長の蓄積時間（電子シャッタ速度）、特殊光モード（蛍光観察）時におけるＥｘ１（蛍光）、Ｅｘ２（緑反射光）、Ｅｘ３（赤反射光）の３波長の蓄積時間（電子シャッタ速度）等のデータが格納されている。
【００２０】
尚、メモリ２２には、蓄積時間の代わりに、電荷クリア時間やＲ，Ｇ，ＢやＥｘ１，Ｅｘ２、Ｅｘ３の３波長の蓄積時間比を格納しても良い。また、メモリ２２において、蛍光の波長と反射光の２波長では、蛍光の波長の蓄積時間は反射光の２波長の蓄積時間よりも長く設定されている。
【００２１】
メモリ２２に格納される通常光モードのＲ，Ｇ，Ｂの３波長の蓄積時間は、ＣＣＤ１９のような感度可変ＣＣＤでない一般的なＣＣＤが搭載されている内視鏡よりも短い時間が設定されている。メモリ２２に格納される特殊光モードの３波長の蓄積時間として、複数の内視鏡の種類（気管支用、上部消化管用、下部消化管用、頭頸部用、膀胱用等）によってそれぞれ最適な蓄積時間が設定されている。これは、部位毎に得られる蛍光強度と反射光強度は異なる為であり、それらが同等レベルの強度となるように蓄積時間が部位別に３波長間で設定されている。
【００２２】
更に、メモリ２２には、前述の蓄積時間以外のデータにも、内視鏡に関連する他のデータ等が格納されている。この内視鏡に関連するデータとしては、例えば内視鏡機種（種類）名、内視鏡シリアルナンバー、ホワイトバランス設定値｛通常光用、特殊光用（蛍光観察）｝、内視鏡がプロセッサに接続され電源投入された回数、内視鏡の鉗子チャンネルの情報、内視鏡の先端部外径データ、内視鏡の挿入部外径データ等がある。
【００２３】
尚、通常光モードと特殊光モード（蛍光観察）の蓄積時間データは、プロセッサ３側のメモリに記憶させておくようにしても良く、その分、内視鏡２のメモリ２２の容量を少なくすることができる。
【００２４】
次に、信号処理装置４について説明する。  
本実施の形態における信号処理装置４は、ＣＰＵ３０と、ＣＣＤ駆動回路３１と、ＣＣＤ感度制御回路３２と、アナログ処理回路３３と、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と呼ぶ）３４と、デジタル処理回路３５と、デジタル／アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器と呼ぶ）３６と、測光回路３７とを有している。
【００２５】
内視鏡２がプロセッサ３に接続されると、ＣＰＵ３０は、メモリ２２に格納されている各種データをＣＰＵ２１を介して読み出し制御を行う。この場合、メモリ２２に格納されている各種データはＣＰＵ２１を介してＣＰＵ３０に出力され、ＣＰＵ３０で各種データの読み出しが行われる。
【００２６】
また、ＣＰＵ３０は、メモリ２２から取得した通常光モードと特殊光モード（蛍光観察）時の３波長の蓄積時間データをＣＣＤ駆動回路３１に出力する。さらに、ＣＰＵ３０は、内視鏡機種名、シリアルＮｏ．やホワイトバランス設定値（通常光用、特殊光用）等をデジタル処理回路３５に出力する。
【００２７】
ＣＣＤ駆動回路３１は、ＣＣＤ１９に対し、駆動信号として、垂直転送パルスφＰ１，φＰ２、感度制御パルスφＣＭＤ、水平転送パルスφＳ１，φＳ２、電子シャッタパルスφＯＦＤを出力する。このＣＣＤ駆動回路３１からの駆動信号により、ＣＣＤ１９の電子シャッタ制御、信号電荷の蓄積、感度制御及び読み出しが行われる。
【００２８】
前述したように、本実施の形態のＣＣＤ１９は、衝突電離現象を用いた感度可変なＣＣＤである。このようなＣＣＤにおいては、ＣＣＤ内の水平転送路と出力アンプの間、或いは、画素毎に電荷増幅部が設けられ、この電荷増幅部に高電界のパルスを印加することにより、信号電荷が強電界からエネルギーを得て価電子帯の電子に衝突し、衝突電離により新たに信号電荷（２次電子）が生成される。例えば、アバランシェ効果を利用した場合は、１パルスの印加で２次電子生成が連鎖反応的に生じるが、衝突電離を利用した場合は比較的低電圧な１パルスの印加で１組の電子−正孔ペアが生成されるのみである。
【００２９】
衝突電離現象を用いた感度可変なＣＣＤにおいて、電荷増幅部が出力アンプ前段に設けられている場合、印加するパルスの電圧値（振幅）を制御することにより信号電荷数を任意に増幅することが可能である。一方、電荷増幅部が画素毎に設けられている場合には、印加するパルスの電圧値（振幅）またはパルス数を制御することにより信号電荷数を任意に増幅することが可能である。
【００３０】
そして、本実施の形態の場合、ＣＣＤ１９として、図２に示すように、電荷増幅部を水平転送路と出力アンプの間に搭載したＦＦＴ（Full  Frame  Transfer）型のモノクロＣＣＤを用いている。ＣＣＤ１９は、イメージエリア６０、ＯＢ（Optical  Black）部６１、水平転送路６２、ダミー６３、電荷増幅部６４、出力アンプ６５を有しており、電荷増幅部６４は、水平転送路６２のセル数とほぼ同じセル数あるいは約２倍のセル数から構成されている。
【００３１】
イメージエリア６０の各画素で生成された信号電荷は、垂直転送パルスφＰ１，φＰ２により１水平ライン毎に水平転送路６２に転送され、水平転送パルスφＳ１，φＳ２によって水平転送路６２からダミー６３及び電荷増幅部６４に転送される。そして、複数のセルから成る電荷増幅部６４の各セルに感度制御パルスφＣＭＤが印加されることにより、電荷は各セルを転送されながら１段ずつ順次増幅が行われ、順次出力アンプ部６５に転送される。出力アンプ部６５は電荷増幅部６４からの電荷を電圧に変換して出力する。
【００３２】
電荷増幅部６４で得られる感度増幅率は、ＣＣＤ駆動回路３１から電荷増幅部６４に印加する感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）の大きさを変化させることにより可変となる。ＣＣＤ駆動回路３１は、図３に示すように、感度制御パルスφＣＭＤを、水平転送パルスφＳ１，φＳ２との位相関係で出力し、特殊光モード時に、感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）をＣＣＤ感度制御回路３２からの信号に基づいて動的に可変することにより、電荷増幅部６４に印加する感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）を変化させ、所望の感度増幅率が得られるようにＣＣＤ１９を制御する。
【００３３】
尚、本実施の形態においては、感度制御パルスφＣＭＤと水平転送パルスφＳ１，φＳ２の位相は、φＳ１が立ち上がる前にφＣＭＤが立ち上がり、φＳ１が立ち下がる前にφＣＭＤが立ち下がっている。
【００３４】
電荷増幅部６４で得られる感度増幅率は、図４に示すように電荷増幅部６４への印加電圧に対して、ある閾値Ｖｔｈを上回ると電荷増幅が始まり、各セルにて１段ずつ増幅が行われて感度が指数関数的に増幅する特性となっている。本実施の形態のＣＣＤ１９は、閾値Ｖｔｈ＝１０Ｖとして、ピーク値＋２５Ｖの感度制御パルスφＣＭＤを印加したとき、２００倍の感度増幅率を得ることができる。尚、感度制御パルスφＣＭＤが基準レベル（本形態においては、０Ｖとする）〜閾値Ｖｔｈ（本形態においては、１０Ｖとする）では、信号電荷の増幅はされずに電荷増幅部６４で転送されるだけである。
【００３５】
ここで、電荷増幅が始まる閾値や印加電圧に対する感度増幅率の急峻度は、ＣＣＤパラメータに依存するが、感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）による増幅率は、電源装置７の最大電圧出力によって制限される。例えば、２００倍の感度増幅率を得ようとすると、ピーク値＋２５Ｖの感度制御パルスφＣＭＤが必要となり、電源装置７の最大出力が２５Ｖ以下である場合、そのままでは２００倍の感度増幅率を得ることは困難である。
【００３６】
電源装置７は、ＡＣ電源から電力供給を受け、主として、ＰＷＭ制御のスイッチング回路等により複数の極性が異なるＤＣ電源を生成し、ＣＣＤ駆動電源や各種制御用電源として内視鏡２及びプロセッサ３に供給するものであり、比較的感度増幅率が小さいＣＣＤを搭載した内視鏡、更には、感度可変ＣＣＤを搭載していない一般的な内視鏡に使用される電源装置として利用されている。
【００３７】
すなわち、電源装置７としては、例えば、＋５Ｖ，±８Ｖ，＋１９Ｖ，−１５Ｖ，＋１２Ｖの電圧出力を有する電源であり、新規設計による高電圧・大容量の電源を用いることなく、既にＥＭＣノイズ対策や医療用安全規格に適合した既存の電源を用いている。
【００３８】
このため、ＣＣＤ駆動回路３１には、電源装置７の出力電圧である＋５Ｖ，±８Ｖ，＋１９Ｖ，−１５Ｖ，＋１２Ｖから、２００倍の感度増幅率を得ることのできるピーク値＋２５Ｖの感度制御パルスφＣＭＤを出力可能とする回路構成が備えられている。
【００３９】
図５は、ＣＣＤ駆動回路３１の構成を示すものである。ＣＣＤ駆動回路３１は、ＣＣＤ感度制御回路３２からの信号に基づいてＣＣＤ１９を駆動するためのタイミング信号を発生するタイミングジェネレータ７０、タイミングジェネレータから出力されるタイミング信号に基く水平転送パルスφＳ１，φＳ２と感度制御パルスφＣＭＤとの位相差を調整するタイミング調整回路７１、タイミング調整回路７１からの信号を受け、それぞれ、水平転送パルスφＳ１，φＳ２、感度制御パルスφＣＭＤを出力するためのドライバ７２，７３，７４、タイミングジェネレータ７０からのタイミング信号を受けて、それぞれ、垂直転送パルスφＰ１，φＰ２、電子シャッタパルスφＯＦＤを出力するためのドライバ７５，７６，７７を備えている。
【００４０】
各ドライバ７２〜７７は、図６に示すように、結合コンデンサＣ１及びバイアス用ダイオードＤ１を接続したＰＮＰ型トランジスタＱ１と、結合コンデンサＣ２及びバイアス用ダイオードＤ２を接続したＮＰＮ型トランジスタＱ２とを、各コレクタでプッシュプル接続したバッファアンプであり、それぞれの出力端がＣＣＤ駆動信号線１３を介してＣＣＤ１９に接続されている。
【００４１】
これらのドライバ７２〜７７のうち、感度制御パルスφＣＭＤを出力するためのドライバ７４を除く各ドライバには、パルスの電圧値（振幅）及び極性に応じて設定された正負の電源が供給され、固定の出力レベル及び振幅を有するパルスが出力される。一方、感度制御パルスφＣＭＤを出力するドライバ７４には、電源装置７からの正負の電圧を所定の電圧に調整するための電圧レギュレータ７８，７９を介して電源が供給される。
【００４２】
前述したように、２００倍の感度増幅率を所望する場合には、＋２５Ｖの感度制御パルスφＣＭＤが要求される。最大３０Ｖ程度の電圧出力が可能な新規設計の電源を用いる場合には、電圧レギュレータ７８をＣＣＤ感度制御回路３２からの信号によって制御することにより、＋２５Ｖの感度制御パルスφＣＭＤを得ることが可能であるが、本実施の形態のように、＋５Ｖ，±８Ｖ，＋１９Ｖ，−１５Ｖ，＋１２Ｖの既存の電源装置７を用いる場合、単にドライバ７４に供給する電源電圧の調整のみでは、＋２５Ｖの感度制御パルスφＣＭＤを出力することはできない。
【００４３】
従って、本実施の形態においては、電圧レギュレータ７８を、ＣＣＤ感度制御回路３２からの信号により、電源装置７からの＋１９Ｖの電圧を０〜＋１５Ｖに可変する可変レギュレータとし、電圧レギュレータ７９を、電源装置７からの−１５Ｖの電圧を−１０Ｖの電圧に調整して固定する固定レギュレータとすることにより、ドライバ７４から最大２５Ｖの振幅（−１０Ｖ〜＋１５Ｖの電圧差）を有する正負の極性を有するパルスを出力可能とし、この正負の極性のパルスの基底レベルを、振幅座標軸上で基準レベル（０Ｖ）までシフトさせることにより、ピーク値＋２５Ｖの感度制御パルスφＣＭＤを得る。
【００４４】
尚、電圧レギュレータ７８，７９は、双方を可変レギュレータとしても良く、また、電圧レギュレータ７９を省略して電源装置７から負の電圧を直接供給するようにしても良い。要は、ドライバ７４から電圧差２５Ｖのパルスが出力されるようにすれば良い。
【００４５】
ここで、ドライバ７４から出力される正負の極性を有するパルスの基底レベルを所定の基準レベル（０Ｖ）にシフトする回路としては、図７に例示するように、直流バイアスを与えるバイアス回路８０が考えられる。このバイアス回路８０は、ドライバ７４からの出力パルス信号をコンデンサＣ３によって交流結合した後、調整回路ＶＲを介して＋１５Ｖの電源から直流バイアスを与え、ドライバ７４の出力パルスの基底レベルを基準レベル（０Ｖ）にシフトさせるものである。
【００４６】
しかしながら、バイアス回路８０によるレベルシフトは、コンデンサＣ３を介した交流成分の積分値の平均をシフトさせるに過ぎないため、ドライバ７４に供給する電圧を可変制御したとき、バイアスも連動させて制御しないと、バイアス回路８０から出力されるパルスの基底レベルが基準レベルに対して変動してしまう。
【００４７】
例えば、図８に示すように、ドライバ７４から出力される−１０Ｖ〜＋１５Ｖ振幅のパルス（ａ’点波形）をシフトさせて０〜＋２５Ｖ振幅のパルス（ｂ’点波形）となるようにバイアスを設定しても、同じバイアスでは、ドライバ７４からの出力パルスが−１０Ｖ〜＋１５Ｖ以下の振幅に可変制御されたとき、バイアス回路８０を経たパルスの基底レベルを基準レベル（０Ｖ）に維持することができず、オフセットδが生じてしまう。このオフセットδは、特に高倍率域での感度増幅率の制御誤差を拡大し、所望の感度増幅率での内視鏡観察を阻害する。このオフセットδを解消するには、ドライバ７４の電圧可変制御にバイアスを連動させねばならず、制御上、困難である。
【００４８】
従って、本実施の形態においては、図５に示すように、ドライバ７４の出力側に、ドライバ７４から出力される正負極性のパルスを、振幅を維持しながら正側にシフトして基準レベルに固定するクランプ回路９０が設けられている。このクランプ回路９０は、高精度にはオペアンプ等のアクティブ素子を用いて構成しても良いが、コスト対効果の面から、ドライバ７４からの出力をコンデンサＣ４に交流結合した後、ダイオードＤ４によってクランプするダイオードクランプ回路が有効である（ここでＲ１は、放電用の抵抗である）。
【００４９】
図５のクランプ回路９０は、ダイオードＤ４を理想ダイオードとしたときの基本構成を示すものであり、入力パルスの基底レベルを基準レベルである０レベルに固定するため、ダイオードＤ４のアノードを接地しており、図９に示すように、例えば、ドライバ７４から−１０Ｖ〜＋１５Ｖ振幅のパルス（ａ点波形）がクランプ回路９０に入力された場合、この入力パルスの負側でダイオードＤ４が導通してコンデンサＣ３を充電し、クランプ回路９０の出力を０レベルに固定する。更に、入力パルスの正側では、入力パルスの電圧（＋１５Ｖ）とコンデンサＣ３の充電電圧（−１０Ｖ）との差がクランプ回路９０の出力となり、＋２５Ｖのピーク値となる（ｂ点波形）。
【００５０】
尚、実際のクランプ回路では、ダイオードＤ４の順方向特性の影響を打ち消す回路構成とすることが望ましい。
【００５１】
その結果、ＣＣＤ感度制御回路３２からの信号により電圧レギュレータ７８を介して電圧可変制御されたドライバ７４の出力パルス、例えば、図１０に示すように、−１０Ｖ〜０Ｖ，…，−１０Ｖ〜＋５Ｖ，…，−１０Ｖ〜＋１５Ｖの振幅を有するパルスが、０〜＋１０Ｖ，…，０〜＋１５Ｖ，…，０〜＋２５Ｖのパルス振幅を有するパルスとして出力され、電源装置７の最大電圧（＋１９Ｖ）を越えたピーク値（＋２５Ｖ）且つ基底レベルが０レベルに固定された感度制御パルスφＣＭＤを得ることができる。
【００５２】
このクランプ回路９０によるドライバ７４の出力パルスのクランプでは、プッシュプル型のドライバ７４に生じる直流オフセット電圧を補正することができると共に、ＣＣＤ１９へ感度制御パルスφＣＭＤを伝送するＣＣＤ駆動信号線１３の周波数特性のばらつきによるバイアス変動を抑制することができ、安定したパルスの供給を可能として画質向上に寄与することができる。
【００５３】
次に、ＣＣＤ１９の電子シャッタ機能について説明する。  
電子シャッタの動作原理は、一般のＣＣＤと同じように、例えばオーバーフロードレイン（Over  Flow  Drain）に印加するパルスの電圧値（振幅）によるオーバーフロー特性の変化を利用した基板排出形である。
【００５４】
オーバーフロードレインに印加する電子シャッタ用のパルスφＯＦＤがＣＣＤ１９に入力（Ｈレベル）されている期間では、ＣＣＤ１９の画素内の信号電荷（含ノイズ電荷）は基板に排出されて、ＣＣＤ１９の画素に信号電荷は蓄積されない。電子シャッタパルスφＯＦＤがＣＣＤ１９に入力されていない期間では、ＣＣＤ１９の画素に信号電荷が蓄積される。
【００５５】
尚、電子シャッタパルスφＯＦＤのパルス幅やパルス数として任意の値が設定可能なため、ＣＣＤ１９の信号電荷の蓄積時間は任意の時間で制御可能である。
【００５６】
次に、ＣＣＤ１９の駆動タイミングについて説明する。  
図１１は、特殊光モード時の３波長の内、１波長分のＣＣＤ１９の駆動信号と出力信号を示すタイミングチャートであり、図１１（ａ）は特殊光モード時のＲＧＢ回転フィルタ４３の動作、図１１（ｂ）は特殊光モード時の垂直転送パルスφＰ１，φＰ２、図１１（ｃ）は特殊光モード時の感度制御パルスφＣＭＤ、図１１（ｄ）は特殊光モード時の水平転送パルスφＳ１，φＳ２、図１１（ｅ）は特殊光モード時の電子シャッタパルスφＯＦＤ、図１１（ｆ）は特殊光モード時のＣＣＤ１９の出力信号をそれぞれ示している。
【００５７】
図１２は、通常光モード時の３波長の内、１波長分のＣＣＤ１９の駆動信号と出力信号のタイミングチャートを示し、図１２（ａ）は通常光モード時のＲＧＢ回転フィルタ４３の動作、図１２（ｂ）は通常光モード時の垂直転送パルスφＰ１，φＰ２、図１２（ｃ）は通常光モード時の感度制御パルスφＣＭＤ、図１２（ｄ）は通常光モード時の水平転送パルスφＳ１，φＳ２、図１２（ｅ）は通常光モード時の電子シャッタパルスφＯＦＤ、図１２（ｆ）は通常光モード時のＣＣＤ１９の出力信号をそれぞれ示している。
【００５８】
ここで、図１１及び図１２において、１サイクルとは、３波長の内１波長分のサイクルを示しており、ＲＧＢ回転フィルタ４３の１／３回転分の動作を示している。
【００５９】
期間ＴＥ（特殊光モード）、ＴＥ’（通常光モード）は、露光期間である。ＣＣＤ１９は、この露光期間中にＣＣＤ１９受光面に被写体から入射された光を光電変換により信号電荷として蓄積可能になっている。
【００６０】
また、期間ＴＤ（特殊光モード）、ＴＤ’（通常光モード）は、イメージエリア６０にそれぞれ期間ＴＥ、ＴＥ’で蓄積された信号電荷を、１水平ライン毎に垂直転送パルスφＰ１，φＰ２により水平転送路６２に転送し、水平転送パルスφＳ１，φＳ２によってダミー６３、電荷増幅部６４、出力アンプ６５に順次転送して、出力アンプ６５で電荷電圧変換して出力する期間である。
【００６１】
特殊光モード時において、ＲＧＢ回転フィルタ４３には、１サイクルにおいて図１１（ａ）に示す露光期間ＴＥと遮光期間ＴＤが設定されている。
【００６２】
図１１（ｅ）に示す電子シャッタパルスφＯＦＤは、図１１（ａ）に示す露光期間ＴＥの初めにＣＣＤ１９の画素の電荷クリアを行うためのハイレベルのパルス期間ＴＣとなり、その後、ローレベルに立ち下がり、ＣＣＤ１９の画素に電荷を蓄積させる電荷蓄積期間ＴＡとなる。
【００６３】
図１１（ａ）に示す遮光期間ＴＤ、即ちＣＣＤ１９の読み出し期間ＴＤにおいて、ＣＣＤ駆動回路３１は、図１１（ｂ）に示す垂直転送パルスφＰ１，φＰ２、図１１（ｃ）に示す感度制御パルスφＣＭＤ、図１１（ｄ）に示す水平転送パルスφＳ１，φＳ２を出力し、これによりＣＣＤ１９の読み出しが行われ図１１（ｆ）に示すＣＣＤ１９の出力信号が得られる。
【００６４】
ここで、ＣＣＤ駆動回路３１は、図１１（ｃ）に示す感度制御パルスφＣＭＤに対し、ＣＣＤ感度制御回路３２から供給されるデータに基づいて電圧値（振幅）を可変している。ＣＣＤ駆動回路３１は、図１１（ｃ）に示す感度制御パルスφＣＭＤを、図１１（ｄ）に示す水平転送パルスφＳ１，φＳ２との位相関係でＣＣＤ１９に出力する。
【００６５】
これにより特殊光モード時に、ＣＣＤ駆動回路３１は、電荷増幅部６４に印加する感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）を変化させ、所望の感度増幅率が得られるようにＣＣＤ１９を制御する。
【００６６】
一方、通常光モード時においては、ＲＧＢ回転フィルタ４３は、１サイクルにおいて図１２（ａ）に示す露光期間ＴＥ’と遮光期間ＴＤ’が設定されている。
【００６７】
図１２（ｅ）に示す電子シャッタパルスφＯＦＤは、図１２（ａ）に示す露光期間ＴＥ’初めにＣＣＤ１９の画素の電荷クリアを行うためのハイレベルのパルス期間ＴＣ’となり、その後、ローレベルに立ち下がり、ＣＣＤ１９の画素に電荷を蓄積させる電荷蓄積期間ＴＡ’となる。
【００６８】
図１２（ａ）に示す遮光期間ＴＤ’、即ちＣＣＤ１９の読み出し期間ＴＤ’において、ＣＣＤ駆動回路３１は、図１２（ｂ）に示す垂直転送パルスφＰ１，φＰ２、図１２（ｄ）に示す水平転送パルスφＳ１，φＳ２を出力し、これによりＣＣＤ１９の読み出しが行われ図１２（ｆ）に示すＣＣＤ１９の出力信号が出力される。
【００６９】
ここで、ＣＣＤ駆動回路３１は、通常光モード時には、図１２（ｃ）に示すように、電圧値Ｖｔｈ以下の感度制御パルスφＣＭＤを出力する。これにより通常光モード時には、電荷増幅部６４では電荷増幅は行われず、感度増幅率は１倍となる。
【００７０】
尚、ＣＣＤ１９に用いたような感度可変ＣＣＤを搭載していない一般的な内視鏡がプロセッサ３に接続された場合は、ＣＣＤ駆動回路３１は、図１２に示した通常光モード時の動作を行う。
【００７１】
図１１（ｅ）及び図１２（ｅ）に示す電子シャッタパルスφＯＦＤは、各画素で蓄積された電荷を基板に排出させるパルスであり、露光期間開始から期間時間終了（遮光期間開始）まで任意のパルス幅または複数のパルス数で出力される。
【００７２】
図１１及び図１２に示す期間ＴＥ，ＴＥ’はＣＣＤ１９のイメージエリア６０で被写体像の蓄積が可能な期間であるが、図１１（ｅ）及び図１２（ｅ）に示す電子シャッタパルスφＯＦＤが出力されている期間ＴＣ，ＴＣ’は信号電荷は蓄積されない。そして、図１１（ｅ）及び図１２（ｅ）に示す電子シャッタパルスφＯＦＤが出力されなくなるとＣＣＤ１９の各画素に信号電荷が蓄積開始される。蓄積開始から遮光期間が始まるまでの期間ＴＡ（＝期間ＴＥ−期間ＴＣ）（特殊光モード）、ＴＡ’（＝期間ＴＥ’−期間ＴＣ’）（通常光モード）が実質的な蓄積時間となる。
【００７３】
各波長の電子シャッタパルスφＯＦＤは、ＣＰＵ３０からの各波長の蓄積時間に基づいたパルス幅またはパルス数がＣＣＤ１９に出力される。
【００７４】
例えば、特殊光モード時の３波長Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３とすると、メモリ２２に格納の特殊光モード時の３波長間の蓄積時間がＴＡ（Ｅｘ１）＝ＴＥ、ＴＡ（Ｅｘ２）＝０．２＊ＴＥ、ＴＡ（Ｅｘ３）＝０．１＊ＴＥの場合は、これらのデータがＣＰＵ３０を介してＣＣＤ駆動回路３１に供給され、ＣＣＤ駆動回路３１からＣＣＤ１９に出力される電荷クリアの電子シャッタパルスφＯＦＤのパルス幅は、ＯＦＤ（Ｅｘ１）＝０＊ＴＥ、ＯＦＤ（Ｅｘ２）＝０．８＊ＴＥ、ＯＦＤ（Ｅｘ３）＝０．９＊ＴＥとなる。
【００７５】
また、メモリ２２に格納の通常光モード時の３波長間の蓄積時間が例えばＴＡ’（Ｒ）＝０．７＊ＴＥ’、ＴＡ’（Ｇ）＝０．７＊ＴＥ’、ＴＡ’（Ｂ）＝０．７＊ＴＥ’の場合は、これらのデータがＣＰＵ３０を介してＣＣＤ駆動回路３１に供給され、これらのデータに基づいてＣＣＤ駆動回路３１からＣＣＤ１９に電子シャッタパルスφＯＦＤが出力される。電荷クリアを行う電子シャッタパルスφＯＦＤのパルス幅は、ＯＦＤ（Ｒ）＝ＯＦＤ（Ｇ）＝ＯＦＤ（Ｂ）＝０．３＊ＴＥ’となる。
【００７６】
次に、ＣＣＤ１９からの出力信号の処理系について説明する。  
アナログ処理回路３３には、ＣＣＤ１９からのＣＣＤ出力信号を増幅するためのプリアンプ及びＣＣＤノイズを低減する為に相関２重サンプリングを行うＣＤＳ回路が設けられている。アナログ処理回路３３でＣＤＳ処理された信号はＡ／Ｄ変換器３４に出力され、デジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器３４の出力はデジタル処理回路３５に出力される。
【００７７】
デジタル処理回路３５は、Ａ／Ｄ変換器３４から入力された映像信号に対して、クランプ処理、ホワイトバランス処理、色変換処理、電子ズーム処理、ガンマ変換処理及び画像強調処理等の信号処理を施した後、３波長の同時化処理を施して、Ｄ／Ａ変換器３６に出力する。Ｄ／Ａ変換器３６では、デジタル処理回路３５からのデジタルの映像信号をアナログ信号に変換して出力する。
【００７８】
Ｄ／Ａ変換器３６から出力されたアナログの映像信号は、モニタ６に出力されて各種画像が表示される。また、Ｄ／Ａ変換器３６から出力された映像信号は、図示しない周辺機器である表示装置や記録装置にも出力される。
【００７９】
ここで、デジタル処理回路３５におけるホワイトバランス処理や色変換処理は、通常光モードと特殊光モード（蛍光観察）のそれぞれの観察モードで異なり、デジタル処理回路３５は、モード切替回路５０からのモード切替信号に応じて異なる処理を施している。モード切替回路５０からのモード切替信号は、回転フィルタ切替機構４６，ＲＧＢ回転フィルタ制御回路４７、測光回路３７、ＣＣＤ駆動回路３１、ＣＣＤ感度制御回路３２、デジタル処理回路３５に出力される。
【００８０】
モード切替回路５０は、例えば、通常光モードと特殊光モード（蛍光観察）のどちらかの観察モードを術者が任意に選択可能なスイッチであり、図１においては、光源装置５に設けられているが、プロセッサ３或いは内視鏡２に設けても良く、更には、これら全てに設けられても良い。
【００８１】
特殊光モード（蛍光観察）における色変換処理において、蛍光の波長と反射光の２波長に対して一定のマトリックス係数が乗算され、蛍光の波長と反射光の２波長の合成画像が構築される。また、ホワイトバランス処理において、メモリ２２に格納されている設定値がＣＰＵ３０経由でデジタル処理回路３５に入力されることで、通常光モードと特殊光モード（蛍光観察）で異なるホワイトバランスが設定される。
【００８２】
測光回路３７には、アナログ処理回路３３からの映像信号が入力され、通常光モードと特殊光モード（蛍光観察）における３波長の明るさの画面平均値を算出する。
【００８３】
ここで、測光回路３７は、モード切替回路５０からのモード切替信号に応じて、画面平均値の算出法が通常光モードと特殊光モード（蛍光観察）で異なる動作を行う。
【００８４】
通常光モードでは、測光回路３７は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３波長に対する画面平均値から輝度信号を算出し、光源装置５の絞り制御回路４２に出力する。また、特殊光モード（蛍光観察）では、測光回路３７は、Ｅｘ１，Ｅｘ２、Ｅｘ３の３波長に対する画面平均値を算出し、蛍光の波長と反射光の２波長からなる合成画像の画面平均値を生成し、ＣＣＤ感度制御回路３２及び絞り制御回路４２に出力する。
【００８５】
ＣＣＤ感度制御回路３２は、特殊光モード時に、ＣＣＤ１９に設けられる電荷増幅部６４をＣＣＤ駆動回路３１を介して制御し、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。ＣＣＤ感度制御回路３２は、ＣＣＤ１９の受光面に入射する被写体の強度変化に対応し、ＣＣＤ１９からの出力信号レベルの平均が所望の値となるようにＣＣＤ１９の電荷増幅部６４の感度増幅率の制御を行う。
【００８６】
ＣＣＤ感度制御回路３２には、測光回路３７から蛍光画像と反射光の合成画像の画面平均値が入力され、その画面平均値と術者が任意に設定したモニタ明るさ値を比較する。尚、術者は光源装置５または信号処理装置４に設けられた図示しない明るさ設定スイッチ等からモニタ画面の任意の明るさの目標値を設定可能である。
【００８７】
ＣＣＤ感度制御回路３２は、前記画面平均値と明るさ設定値（目標値）を比較し、比較結果（大小関係）に基づき、ＣＣＤ駆動回路３１からＣＣＤ１９の電荷増幅部６４に出力する感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）を算出してＣＣＤ駆動回路３１に出力する。
【００８８】
ＣＣＤ感度制御回路３２のＡＧＣ制御法について以下に説明する。  
図４に示した電荷増幅部６４の感度制御パルスφＣＭＤの電圧値と感度増幅率の関係は、下記式で近似される。  
Ｍ（Ｖ）＝Ｃ・Ｅｘｐ｛α（Ｖ−Ｖｔｈ）｝…（１）
但し、Ｍ（Ｖ）は感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）がＶ（ｖ）の時の感度増幅率、Ｖｔｈは電荷増幅が開始される閾値電圧、Ｃ、α、Ｖｔｈは設計的に可変なデバイス固有の定数である。
【００８９】
ある強度の被写体をＣＣＤで撮像する場合、感度制御パルスφＣＭＤの電圧値の増減により画像の画面平均値が指数関数的に変化することを利用し、ＣＣＤ感度制御回路３２は、被写体からの蛍光と反射光強度の変化に対し、合成された蛍光画像の画面平均値と術者が設定したモニタ明るさと目標値が一致するように感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）の大きさを変化（増減）させる。また、ＣＣＤ感度制御回路３２は、感度制御パルスφＣＭＤの電圧値が閾値以下の場合に印加電圧が１０（Ｖ）となるように、ＣＣＤ駆動回路３１を制御する。
【００９０】
図１３及び図１４は、電荷増幅部６４に入力される感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）を変化させることにより、感度増幅率を変化させた場合のモニタ６に表示される被写体強度に対する信号出力及びＳ／Ｎ特性を示している。
【００９１】
これらの図に示すように、微弱光領域（被写体強度が小さい）において、感度増幅率１倍（増幅なし）では、モニタ上での明るさは暗く、画質（Ｓ／Ｎ）は低いが、感度増幅率を大きくするに従いモニタは明るく、かつ、高画質となる特性を有する。
【００９２】
次に、光源装置５について説明する。  
光源装置５は、ランプ４０と、絞り４１と、絞り制御回路４２と、ＲＧＢ回転フィルタ４３と、モータ４４と、集光レンズ４５と、回転フィルタ切替機構４６と、ＲＧＢ回転フィルタ制御回路４７と、モード切替回路５０とを含んで構成されている。
【００９３】
ランプ４０は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、ＬＤ（半導体レーザー）等からなる照明光を発生する。集光レンズ４５は、ランプ４０から絞り４１とＲＧＢ回転フィルタ４３を介して導かれる照明光の光束をライトガイド１２の後端面に集光する。
【００９４】
絞り４１とＲＧＢ回転フィルタ４３は、ランプ４０と集光レンズ４５との間に挿入される。ＲＧＢ回転フィルタ４３は、モータ４４の回転軸に回転可能に接続されており、ＲＧＢ回転フィルタ制御回路４７により所定の速度で回転制御される。
【００９５】
ＲＧＢ回転フィルタ制御回路４７は、モード切替回路５０からのモード切替信号によりＲＧＢ回転フィルタ４３（モータ４４）の回転速度を所定の回転速度に制御可能になっている。ＲＧＢ回転フィルタ制御回路４７は特殊光モード時の回転速度を通常光モードよりも遅くして露光時間を延長することも可能である。
【００９６】
絞り制御回路４２には、測光回路３７から画面平均値が入力され、その画面平均値と術者が任意に設定したモニタ明るさ目標値を比較する。絞り制御回路４２は、前記比較結果（大小関係）から、ランプ４０とＲＧＢ回転フィルタ４３の間に配置されている絞り４１の開閉動作を制御することにより、ライトガイド１２の後端面への光量を制御する。
【００９７】
ＲＧＢ回転フィルタ４３は、図１５に示すように内周部分と外周部分に２組のフィルタセット４８、４９を有する２重構造となっている。
【００９８】
図１に示すように回転フィルタ切替機構４６は、ランプ４０とライトガイド１２の後端面とを結ぶ照明光の光軸上に図１５に示すＲＧＢ回転フィルタ４３の内周側の第１フィルタセット４８と外周側の第２フィルタセット４９とのいずれかを選択的に移動させ、ＲＧＢ回転フィルタ４３全体を移動して照明光路上に配置させる。
【００９９】
通常光モード時に回転フィルタ切替機構４６は、ランプ４０からの照明光路上に内周側のフィルタセット４８を配置する（ランプ４０からの光ビームＰ１（図１５の実線）を内周側のフィルタセット４８に入射させる）。
【０１００】
特殊光モード時に回転フィルタ切替機構４６は、ランプ４０からの照明光路上に外周側のフィルタセット４９を配置する（ランプ４０からの光ビームＰ２（図１５の破線）を外周側のフィルタセット４９に入射させる）。
【０１０１】
図１５に示すように、ＲＧＢ回転フィルタ４３の内周部分の第１フィルタセット４８は、通常光モード用のＲ，Ｇ，Ｂの３枚のフィルタであり、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長帯域を透過する分光特性を有するフィルタ４８Ｒ，４８Ｇ，４８Ｂを有する。
【０１０２】
外周部分の第２のフィルタセット４９には、特殊光モード（蛍光観察）用の分光特性を有するＥｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３の３枚のフィルタ５１，５２，５３が設けられている。例えば、本実施の形態では、Ｅｘ１のフィルタ５１は３９０〜４７０ｎｍ領域を透過する励起光用フィルタである。Ｅｘ２のフィルタ５２は中心波長５５０ｎｍ付近、半値幅１０ｎｍ程度の狭帯域でかつ透過率数％程度の分光特性を有する反射光用フィルタである。また、Ｅｘ３のフィルタ５３は中心波長６００ｎｍ付近、半値幅１０ｎｍ程度の狭帯域でかつ透過率数％程度の分光特性を有する反射光用フィルタである。
【０１０３】
特殊光モードにおいて、内視鏡２の照明レンズ１６から照射される照明光は例えば図１６に示すような分光特性を有している。
【０１０４】
フィルタ４８Ｒ、４８Ｇ、４８ＢはＣＣＤ１９の露光期間に対応し、各フィルタ４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂの間５４に設けられる遮光部は、ＣＣＤ１９の遮光期間（読み出し期間）に対応する。これは第２フィルタセット４９も同様である。特殊光観察用の第２フィルタセット４９のそれぞれの大きさは、通常光観察用の第１フィルタセット４８よりも大きくしてある。これは、特殊光観察時には通常光観察時よりも露光時間を長くするためである。
【０１０５】
尚、図１５では通常光用のフィルタ４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂを内周に、特殊光用のフィルタ５１，５２，５３を外周に設けたが、逆の配置でも良い。
【０１０６】
次に、以上の内視鏡装置１の使用方法について説明する。
【０１０７】
内視鏡検査を開始するに当たり、術者は複数種類の内視鏡の中から観察部位に対応した種類の内視鏡２をプロセッサ３に接続する。これにより、プロセッサ３のＣＰＵ３０は内視鏡２の記憶装置２０のＣＰＵ２１を介してメモリ２２に格納されている内視鏡２に関する各種データの読み出しを行う。そして、各種データの一つである内視鏡の種類に応じた通常光モードと特殊光モード（蛍光観察）のそれぞれの３波長のＣＣＤ１９における電荷蓄積時間もメモリ２２からＣＰＵ３０に読み出される。この電荷蓄積時間データは観察モードに応じてＣＣＤ駆動回路３１に出力される。
【０１０８】
次に、通常光モード及び特殊光モード（蛍光観察）の作用を説明する。
【０１０９】
術者は、内視鏡２の挿入部１１を患者体腔内（気管支、食道、胃、大腸、腹腔、胸腔、膀胱、子宮等）に挿入し、観察を行う。
【０１１０】
通常光観察（通常光モード）を行う場合には、回転フィルタ４３は第１フィルタセット４８が照明光路上に配置され、ＣＣＤ１９の感度増幅率は１倍（感度増幅なし）に設定される。ランプ４０から照射される照明光は、第１フィルタセット４８を透過することにより、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の面順次照明光が生体組織に内視鏡２のライトガイド１２を介して照明レンズ１６から時系列的に照射される。
【０１１１】
ＣＣＤ駆動回路３１は、ＣＰＵ３０から入力される通常光モード時のＲ，Ｇ，Ｂの蓄積時間データに基づき、ＣＣＤ１９に、Ｒ，Ｇ，Ｂの反射光の各露光時間に電子シャッタパルスφＯＦＤを出力し、電荷クリアされるパルス期間を制御して所望の蓄積時間制御を行う。
【０１１２】
ＣＣＤ１９における画素の電荷の蓄積時間は、感度可変ＣＣＤを搭載していない一般的な内視鏡よりも短い。自家蛍光は微弱なため、ＣＣＤ１９の受光面への入射光量を大きくする必要があり、例えばライトガイド１２は一般的な内視鏡よりも本数を多くしたり、対物レンズ１７は一般的な内視鏡よりも明るいレンズが搭載された設計となっている。そのため、通常光観察を行うと、一般的な内視鏡に比べてＣＣＤ１９の受光面への入射強度は大きくなるため、蓄積時間を短くすることにより入射量を調整するように、内視鏡の種類に応じて蓄積時間が設定されている。
【０１１３】
測光回路３７はモニタ画面に表示される輝度信号を算出し、絞り制御回路４２に出力する。絞り制御回路４２は、輝度信号と術者が設定したモニタ明るさの基準値（目標値）との比較を行い、比較結果（大小）に応じて絞り４１の開閉制御を行う。
【０１１４】
この絞り制御回路４２は、モニタ画面（輝度信号）が基準値よりも明るい場合は絞り４１を閉じる方向（ライトガイド１２の後端面への照射強度が小さくなる）に動作させる。一方、モニタ画面が基準値よりも暗い場合は絞り４１を開ける方向（ライトガイド１２の後端面への照射強度が大きくなる）に動作させる。
【０１１５】
以上のように、内視鏡装置１は、生体組織への照射強度を変化させることで、モニタ６の明るさが術者の設定値で維持されるように、絞り４１の制御による自動調光動作（光源装置の絞り開閉制御による調光）を行う。
【０１１６】
生体組織からのＲ，Ｇ，Ｂの反射光は、ＣＣＤ１９に順次入射される。ＣＣＤ１９からのＲ，Ｇ，Ｂの反射光に対応するＣＣＤ出力信号は信号処理装置４に入力され、アナログ処理回路３３、デジタル処理回路３５で各種信号処理が施され、モニタ６や記憶装置等の周辺機器に出力される。これにより、モニタ６や周辺機器に通常光画像の表示や記録が行われる。モニタ６には、図１３及び図１４に示すような感度増幅率１倍に対応する出力信号及びＳ／Ｎ特性が得られる。
【０１１７】
蛍光観察（特殊光モード）を行う場合には、術者はモード切替回路５０を構成する内視鏡２やプロセッサ３に設けられているモード切替スイッチ等で特殊光モード（蛍光観察）を選択する。この選択指示に伴い、回転フィルタ切替機構４６は、ＲＧＢ回転フィルタ４３の第２フィルタセット４９を照明光路上に配置する。また、絞り制御回路４２は、ＣＣＤ１９への入射光強度が小さいために絞り４１をほぼ全開の位置に保持する。
【０１１８】
内視鏡２が生体組織に近接〜拡大した場合は、ＣＣＤ１９への蛍光の入射強度が大きくなり、電荷増幅部６４の感度増幅率が１倍（増幅なし）でもモニタ画面が飽和となる場合がある。その場合は、絞り制御回路４２は、絞り４１を閉じる方向に制御し、これにより被写体への照射光量を調整する制御が行われる。
【０１１９】
光源装置５のランプ４０から照射された照明光はＲＧＢ回転フィルタ４３の第２のフィルタセット４９を透過することにより発生する、フィルタＥｘ１の励起光である青色帯域、フィルタＥｘ２の緑狭帯域光、フィルタＥｘ３の赤狭帯域光が、それぞれ集光レンズ４５を介してライトガイド１２の後端面に入射され、内視鏡２の先端部１５に搭載されている照明レンズ１６から生体組織に例えば図１６に示すような分光特性（スペクトル、強度）を有する照明光として順次に照射される。
【０１２０】
ＣＣＤ駆動回路３１は、ＣＰＵ３０から入力される特殊光モード（蛍光観察）時の蛍光、緑反射光、赤反射光のそれぞれの蓄積時間データに基づき、ＣＣＤ１９に蛍光の波長と反射光の２波長の撮像時に電子シャッタパルスφＯＦＤの電荷クリアするパルス幅（期間）を制御し、所望の蓄積時間となるように制御する。蛍光の波長と反射光の２波長の蓄積時間は、反射光の２波長よりも蛍光の方が長いため、電子シャッタパルスφＯＦＤのパルス幅は蛍光よりも反射光の２波長の方が長くなる。
【０１２１】
自家蛍光強度は反射光強度に対して非常に微弱であり、また、蛍光の波長と反射光の２波長の強度比は部位毎に異なる。このため、例えば図１６に示すような照射光を正常な生体組織に照射すると、ＣＣＤ１９の受光面にある部位（複数の内視鏡の種類の一種類）では、例えば図１７に示すような自家蛍光の波長と反射光の２波長のスペクトルが得られる。
【０１２２】
ここで、各波長の強度比は、例えば、おおよそ蛍光：緑反射光（緑狭帯域）：赤反射光（赤狭帯域）＝１：５：１０と仮定する。
【０１２３】
特殊光モード時の各波長の蓄積時間ＴＡは、例えば蛍光＝ＴＥ、緑反射光は０．２＊ＴＥ、赤反射光は０．１＊ＴＥがメモリ２２に格納されており、蛍光の波長と反射光の２波長をこの蓄積時間で撮像すると各波長では同等レベルの画面平均値となる。このように、蛍光は反射光の２波長よりも長い蓄積時間で撮像される。また、他の部位で蛍光と反射光の強度比が大きく異なればＣＰＵ３０は、その強度比を考慮して蛍光の波長と反射光の２波長の蓄積時間を算出する。メモリ２２には内視鏡の種類毎に最適な蓄積時間データが格納されている。
【０１２４】
測光回路３７は、モニタ画面の明るさに関連する蛍光と反射光の合成画像の画面平均値を算出し、この結果を、ＣＣＤ感度制御回路３２と絞り制御回路４２に出力する。
【０１２５】
ＣＣＤ感度制御回路３２は、画面平均値と術者が設定したモニタ明るさの基準値（目標値）とを比較し、比較結果（大小）に応じてＣＣＤ１９の電荷増幅部６４の感度増幅率の制御を行うために、ＣＣＤ駆動回路３１からＣＣＤ１９に出力される感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）を可変制御する。
【０１２６】
モニタ画面が基準値よりも明るい場合、ＣＣＤ感度制御回路３２は感度制御パルスφＣＭＤの電圧値をより小さくすることにより感度増幅率を小さくする。一方、モニタ画面が基準値よりも暗い場合には、ＣＣＤ感度制御回路３２は感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）をより大きくすることにより感度増幅率を大きくする。
【０１２７】
これらの動作により、明るさが変化する被写体に対して、モニタ６の明るさを術者の設定値（目標値）に維持できるようにＣＣＤ１９の電荷増幅部６４の感度増幅率を変化させて自動調光動作（電荷増幅部６４の感度増幅率制御によるＡＧＣ）が行われる。また、ＣＣＤの温度変化により感度増幅率が変化しても、モニタ６の明るさを術者の設定値（目標値）に維持できるようにＣＣＤ１９の電荷増幅部６４の感度増幅率を変化させる自動調光制御が行われる。
【０１２８】
対物レンズ１７には、生体組織への励起光照射による励起光自身の反射光及び励起光により生体組織から発せられた概ね５２０ｎｍ付近にピークを有する自家蛍光が入射されるが、励起光カットフィルタ１８により励起光自体はカットされ、ＣＣＤ１９の受光面には自家蛍光のみが入射する。また、緑狭帯域及び赤狭帯域の照明光に対する反射光は、対物レンズ１７に入射し、励起光カットフィルタ１８を透過してＣＣＤ１９の受光面に入射する。
【０１２９】
生体組織からの蛍光、緑反射光、赤反射光は、ＣＣＤ１９に順次入射される。ＣＣＤ１９からの各波長に対応するＣＣＤ出力信号は信号処理装置４に入力され、アナログ処理回路３３、デジタル処理回路３５で各種所定の信号処理が施され、モニタ６やパーソナルコンピュータ等の周辺機器において蛍光画像の表示や記憶が行われる。
【０１３０】
また、デジタル処理回路３５では、蛍光、緑反射光、赤反射光の撮像時にホワイトバランス係数は、メモリ２２に格納されている通常光モードとは異なる特殊光モード（蛍光観察）の設定値に切り換えられる。また、色変換処理では、例えば各波長の出力は、蛍光はＧチャンネル、赤反射光はＢチャンネル、緑反射光はＲチャンネルに出力されるように色変換が施される。
【０１３１】
これにより、モニタ６には、図１３及び図１４に示すような任意の感度増幅率に対応する出力信号及びＳ／Ｎ特性が得られる。特に微弱光領域において、ＣＣＤ１９の電荷増幅部６４への感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）を変え、感度増幅率を大きくすることにより、モニタ６には、感度増幅率に相当する出力信号及びＳ／Ｎ特性が得られる。
【０１３２】
この場合、ＣＣＤ１９の感度増幅率は、３倍、１０倍のみならず、感度制御パルスφＣＭＤの電圧値（振幅）を制御することにより任意の値に増幅可能であり、本実施の形態においては、比較的低電圧の電源装置７を用いながら、この電源装置７の最大出力電圧（＋１９Ｖ）を越えた高電圧（＋２５Ｖ）の感度制御パルスφＣＭＤを生成することができ、２００倍といった高感度増幅率での観察を有効に行うことができる。
【０１３３】
蛍光観察は、例えば青色領域の励起光を粘膜に照射すると５２０ｎｍ付近にピークを有する自家蛍光が得られ、この自家蛍光の強度比は正常部位に対して病変部位は小さい特性を利用したものである。
【０１３４】
また、血液の影響、すなわちヘモグロビン吸収帯を鋭敏に捉えられる緑反射光、及び、参照光（血液の影響がない波長帯域）として赤反射光を用いることにより、観察対象部位を撮像して得られる合成画像は、炎症（血液）の影響を除外した病変の有無が鋭敏に検出可能な画像となる。例えば、蛍光観察により、炎症や過形成は正常組織と同じ色に表示され、腺腫やガンの部位は正常組織とは異なる色で表示される。これらにより、通常観察に比べて腫瘍性病変の拾い上げが容易となる。
【０１３５】
以上のように、本実施の形態によれば、ＣＣＤを高感度で駆動する際に、電源で使用可能な上限電圧による制限を回避して、電源の上限電圧を越えた高電圧の感度制御パルスで駆動することができ、より微弱な光で適切な明るさの観察画像を良好な画質で得られるようになる。従って、高電圧・大容量の新たな電源を用いることによるシステム全体としての大型化や重量増、コスト上昇を招くことなく、より高倍率の感度での内視鏡観察が可能となる。
【０１３６】
尚、本実施の形態においては、感度を可変可能な固体撮像素子として、水平転送路と出力アンプの間に電荷増幅部を搭載したＣＣＤを例に取って説明したが、電荷増幅部を画素毎に搭載したＣＣＤでも良い。その場合、電荷増幅はプロセッサからＣＣＤの電荷増幅部に感度制御パルスの印加により可能となり、感度増幅率は感度制御パルスの電圧値（振幅）またはパルス数の制御により可能となる。
【０１３７】
また、本実施の形態では、内視鏡先端に１つの固体撮像素子であるＣＣＤを搭載した例を示したが、内視鏡先端に２つのＣＣＤを搭載し、第１のＣＣＤを通常光モード用、第２のＣＣＤを特殊光モード用にしても良い。その場合、内視鏡の内部または内視鏡とプロセッサを接続するケーブルの内部にリレー等からなるＣＣＤ駆動信号や読み出し信号のＣＣＤ切替スイッチ等を設けて、モード切替回路からのモード切替信号に応じて各観察モードに対応するＣＣＤの駆動及び読み出しを行えば良い。また、プロセッサ内に２つのＣＣＤに対応したＣＣＤ駆動及び読み出し回路を設けても良い。
【０１３８】
更に、本実施の形態ではＣＣＤを内視鏡先端部に搭載したが、内視鏡内に画像を伝送するイメージファイバが設けられたファイバースコープの外部（挿入部以外の場所）にＣＣＤを搭載し、一体型としたハイブリッド型の構成にしても良いし、一体型でなくて着脱自在型の構成にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】内視鏡装置の概略構成を示すブロック図
【図２】電荷結合素子型固体撮像素子のブロック図
【図３】感度制御パルス及び水平転送パルスのタイミングチャート
【図４】ＣＣＤ感度に関する電荷増幅部印加電圧と感度増幅率との関係を示す説明図
【図５】ＣＣＤ駆動回路のブロック図
【図６】ドライバの等価回路図
【図７】バイアス回路の説明図
【図８】図７の回路における信号レベルの変化を示す説明図
【図９】クランプ前後の感度制御パルスの波形図
【図１０】電圧可変制御による感度制御パルスの振幅の変化を示す説明図
【図１１】特殊光モード時のＣＣＤ駆動のタイミングチャート
【図１２】通常光モード時のＣＣＤ駆動のタイミングチャート
【図１３】ＣＣＤ感度特性（モニタ出力信号）を示すグラフ
【図１４】ＣＣＤ感度特性（Ｓ／Ｎ特性）を示すグラフ
【図１５】ＲＧＢ回転フィルタの構成を示す平面図
【図１６】蛍光観察における光源装置の分光特性を示すグラフ
【図１７】蛍光観察における蛍光及び反射光の分光特性を示すグラフ
【符号の説明】
【０１４０】
１…内視鏡装置
２…内視鏡
３…プロセッサ
４…信号処理装置
５…光源装置
７…電源装置
１９…ＣＣＤ
３１…ＣＣＤ駆動回路
３２…感度制御回路
７４…ドライバ
７８，７９…電圧レギュレータ
９０…クランプ回路
φＣＭＤ…感度制御パルス
代理人      弁理士      伊    藤      進
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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