(57)【要約】【課題】可能な限りＳ／Ｎのよい画像が得られ、暗い被写体を撮像したときにも十分な明るさの画像が得られ、比較的明るい被写体を撮像したときにはＳ／Ｎのよい画像を得ることができる一方、使用者が画像の明るさの調整を容易に行うことができる撮像装置及び内視鏡装置を提供すること。【解決手段】被写体に照明光を照射する光源装置１と、増幅率可変機構を内蔵し被写体を撮像する撮像素子としてのＣＣＤ18と、該ＣＣＤにより撮像して得られた撮像信号を増幅する増幅率可変な増幅回路24と、前記光源装置1が供給する光の量を調整する光量制御回路9と、前記ＣＣＤ18内部で行う増幅の目標値、前記増幅回路24により行う増幅の目標値および前記光量制御回路9により行う調整の目標値を設定する明るさ設定スイッチ13と、を備え、前記明るさ設定スイッチ13により設定されたそれぞれの目標値を基に、前記増幅回路24より出力される信号を所定の明るさのレベルにする。【選択図】  図１
2005131129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像素子により撮像して撮像信号を得る撮像装置において、
前記撮像信号を増減させることが可能な第１の撮像信号増減手段と、
前記撮像信号を増減させることが可能な第２の撮像信号増減手段と、
前記撮像信号を増減させるか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段の判断結果に応じ、予め想定される前記第１および第２の撮像信号増減手段により発生するノイズの大きさに基づき、この第１および第２の撮像信号増減手段のうちのいずれかの撮像信号増減手段を優先させて前記撮像信号を増減させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の撮像信号増減手段は、前記撮像素子内部に設けられ、前記第２の撮像信号増減手段は、前記撮像素子の外部に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１および第２の撮像信号増減手段のうちの少なくともいずれかは、前記撮像素子が受光する露光量の増減が可能な露光量制御手段である
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記被写体を撮像素子により撮像して得られた撮像信号に基づき、前記撮像素子が受光する露光量の増減が可能な露光量制御手段を更に有し、
前記制御手段は、前記露光量制御手段により前記撮像素子の露光時間が最大になったとき、前記判断手段の判断結果に応じ、予め想定される前記第１および第２の撮像信号増減手段により発生するノイズの大きさに基づき、この第1および第２の撮像信号増減手段のうちのいずれかの撮像信号増減手段を優先させて前記撮像信号を増減させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の撮像信号増減手段および前記第２の撮像信号増減手段により行う前記映像信号の増減のそれそれの目標値を設定する設定手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
通常観察を行う通常観察モードと、特殊光による特殊観察モードとを有し、
前記制御手段は、前記特殊観察モードでの観察が行われている場合に前記判断手段の判断結果に応じた制御を行う
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
被写体を撮像素子により撮像して撮像信号を得る内視鏡装置において、
被写体に照明光を照射する照明光供給手段と、
増幅率可変機構を内蔵し被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子により撮像して得られた撮像信号を増幅する増幅率可変な増幅手段と、
前記照明光供給手段が供給する光の量を調整する光量制御手段と、
前記撮像素子内部で行う増幅の目標値、前記増幅手段により行う増幅の目標値および前記光量制御手段により行う調整の目標値を設定する設定手段と、
を備え、
前記設定手段により設定されたそれぞれの目標値を基に、前記増幅手段より出力される信号を所定の明るさのレベルにする
ことを特徴とする内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、素子内部で増幅率可変な撮像素子を備えた電子内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、体腔内にスコープを挿入することにより、食道、胃、小腸、大腸などの消化管や肺等の気管を観察し、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種の治療処理のできる電子内視鏡が広く利用されている。
【０００３】
近年では、肉眼で見えるのと同様のカラー画像をモニタに表示する通常観察の他に、生体組織の自家蛍光を利用した自家蛍光観察も行われている。自家蛍光観察では、紫外〜青色の励起光を生体組織に当てた時に生体組織から出てくる自家蛍光のスペクトルが正常粘膜と腫瘍で異なることを利用して診断を行う（例えば、特開２００２−３３６１９６号公報参照）。この自家蛍光の画像は、生体組織により反射されて戻ってくる反射光画像と共に、それぞれ異なる色を割り当ててモニタに表示されることにより、病変部を明確に認識できるようになる。
【０００４】
蛍光は微弱であるので、撮像するためには高感度な撮像素子が必要となる。高感度な撮像素子としては、米国特許第５，３３７，３４０号明細書に示されているように、素子外から制御パルスを入力することにより、素子内での増幅率を制御できるＣＣＤが提案されている。そのＣＣＤでは、素子内に配置されたＣＭＤ（Charge Multiplying Deviceの略、電荷増倍素子）においてイオン化を利用した電荷の増倍が可能となっている。ＣＭＤは、画素毎に配置して画素毎に増幅をすることも可能であり、転送チャンネルに配置して転送ライン毎に増幅することも可能である。ＣＭＤの画素毎の増幅率バラツキの影響が出ないという利点から、転送チャンネルにＣＭＤを配置したものが実用化されている。この、転送チャンネルにＣＭＤを配置した撮像素子の増幅率制御は、ＣＭＤに入力する制御パルス（ＣＭＤゲートパルス）の振幅を変えることにより行われる。ＣＭＤを用いたＣＣＤでは、ＣＣＤでの電荷の読み出しが行なわれる前に増幅が行われるので、ＣＣＤ外で増幅を行うよりも読み出しノイズの影響が少なくなり、非常に高いＳ／Ｎ比の画像が得られるというメリットがある。そのため高感度での撮像が可能であり、微弱光の撮像に適している。
【特許文献１】特開２００２−３３６１９６号公報
【特許文献２】米国特許第５，３３７，３４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＭＤを用いたＣＣＤの増幅率を制御パルスの振幅で制御した場合には、高い増幅率を得るためには高い電圧かける必要がある。しかし、そのために、特に医療用のスコープの場合には電気的な安全性を保つための余分なスペースが必要となり、スコープ外径が大きくなる。その結果、スコープの先端に位置するＣＣＤに高い電圧をかけることは難しく、十分な明るさの画像が得られないことがあった。
また、プロセッサ内にあるＣＣＤ駆動回路からスコープ先端のＣＣＤをつなぐケーブルからの不要な電磁波の放出も電圧が高いほど大きくなってしまうので、不要電磁波を抑える意味からもＣＭＤの増幅率を制御するためのパルスの電圧も低目に抑える必要があり、十分な明るさの蛍光画像が得られない場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、可能な限りＳ／Ｎのよい画像が得られ、暗い被写体を撮像したときにも十分な明るさの画像が得られ、比較的明るい被写体を撮像したときにはＳ／Ｎのよい画像を得ることができる一方、使用者が画像の明るさの調整を容易に行うことができる撮像装置及び内視鏡装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による撮像装置は、被写体を撮像素子により撮像して撮像信号を得る撮像装置において、前記撮像信号を増減させることが可能な第１の撮像信号増減手段と、前記撮像信号を増減させることが可能な第２の撮像信号増減手段と、前記撮像信号を増減させるか否かを判断する判断手段と、前記判断手段の判断結果に応じ、予め想定される前記第１および第２の撮像信号増減手段により発生するノイズの大きさに基づき、この第１および第２の撮像信号増減手段のうちのいずれかの撮像信号増減手段を優先させて前記撮像信号を増減させる制御手段と、を備えたものである。
【０００８】
このような構成では、予め想定される第１および第２の撮像信号増減手段により発生するノイズの大きさに基づき、この第１および第２の撮像信号増減手段のうちのいずれかの撮像信号増減手段を優先させて撮像信号を増減させる制御手段を設けたので、例えば暗い画像に対しては、第１および第２の撮像信号増減手段を用いて撮像素子内外で増幅を行なうことにより十分な明るさの画像が得られるようにし、比較的明るい画像に対しては第１および第２の撮像信号増減手段のうちのノイズの少ない方の撮像信号増減手段を用いて撮像素子内のみで増幅を行なうことによりＳ／Ｎのよい画像が得られるようにした。
【０００９】
本発明による内視鏡装置は、被写体を撮像素子により撮像して撮像信号を得る内視鏡装置において、被写体に照明光を照射する照明光供給手段と、増幅率可変機構を内蔵し被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子により撮像して得られた撮像信号を増幅する増幅率可変な増幅手段と、前記照明光供給手段が供給する光の量を調整する光量制御手段と、前記撮像素子内部で行う増幅の目標値、前記増幅手段により行う増幅の目標値および前記光量制御手段により行う調整の目標値を設定する設定手段と、を備え、前記設定手段により設定されたそれぞれの目標値を基に、前記増幅手段より出力される信号を所定の明るさのレベルにすることを特徴とする。
このような構成では、使用者が画像の明るさの調整を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
暗い被写体を撮像したときにも十分な明るさの画像を得ると共に、比較的明るい被写体を撮像したときにはＳ／Ｎのよい画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明に係る撮像装置の実施例として、撮像素子を用いて被写体を撮像する電子内視鏡装置（以下、単に内視鏡装置という）について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１の内視鏡装置の全体構成図、図２は図１における回転フィルタ板の説明図、図３は図１におけるＣＣＤの説明図、図４は通常観察用フィルタの透過特性図、図５は蛍光観察用フィルタの透過特性図、図６は励起光カットフィルタの透過特性図、図７は露光時間レベルと露光量との関係の説明図、図８はＣＭＤゲインレベルとＣＭＤ増幅率の説明図、図９は外部ゲインレベルと増幅回路での増幅率の説明図、図１０は明るさレベルを増加させる時のフローチャート、図１１は明るさレベルを減少させる時のフローチャート、図１２はモニタ表示画面の説明図である。
【００１３】
（構成）
先ず、図１の本発明実施例１に係る内視鏡装置の全体構成図から説明する。  
実施例１に係る内視鏡装置は、図１で示すように観察用の光を発するための照明光供給手段としての光源装置１と、ＣＭＤ（図３参照）を備えた撮像素子としてのＣＣＤ１８を有し、体腔内に挿入するためのスコープ２と、ＣＣＤ１８で得られた画像信号の増幅及び信号処理等を行うプロセッサ３と、画像を表示する表示装置としてのモニタ４により構成される。
【００１４】
光源装置１には、光を放射するキセノンランプなどのランプ５があり、ランプ５の照明光路上には、透過波長を制限する赤外カットフィルタ６と、通過する光の量を動的に制限する照明光絞り７と、円周方向に異なる波長を透過する複数のフィルタが配された回転フィルタ板８が配置されている。
【００１５】
照明光絞り７には通過する光量を制御するための光量制御手段としての光量制御回路９が接続されている。回転フィルタ板８は、回転駆動するためのモーター１０と、回転フィルタ板８を光軸に対して垂直方向に移動するためのモーター１１とに機械的に接続されており、モーター１１はフィルタ切替回路１２によって制御される。
【００１６】
光源装置１の使用者が操作できる位置には、設定手段としての明るさ設定スイッチ１３が配置されており、ＣＰＵ１４は、明るさ設定スイッチ１３、フィルタ切替回路１２、光量制御回路９と電気的に接続されている。
【００１７】
図２は上記回転フィルタ板８の構成を示している。  
回転フィルタ板８は、図２に示すように外周にそれぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長の光を透過するＲフィルタ４０ａ、Ｇフィルタ４０ｂ、Ｂフィルタ４０ｃが配置されている。内周には５４０〜５６０ｎｍの狭帯威光を透過するＧ’フィルタ４１ａ、３９０〜４５０ｎｍの励起光を透過する励起フィルタ４１ｂ、６００〜６２０ｎｍの狭帯威光を透過するＲフィルタ４１ｃが配置されている。なお、回転フィルタ板８の各フィルタが配置されている以外の部分は、光を遮光する部材により構成されている。
【００１８】
外周のフィルタの分光特性は図４に示すようになっており、４６ａがＲフィルタ、４６ｂがＧフィルタ、４６ｃがＢフィルタの特性である。また、内周のフィルタの分光特性は図５に示すようになっており、４７ａがＧ’フィルタ、４７ｂが励起フィルタ、４７ｃがＲ’フィルタの特性である。
【００１９】
スコープ２は、図１に示すように照明光を通過させるライトガイドファイバー１５と、生体内に挿入可能な細長の挿入部を備えており、挿入部の先端には励起光を除去する励起光カットフィルタ１７と、被写体１６からの光を撮像するＣＭＤ付きの撮像素子（ＣＣＤ）１８と、フィルタの切替えを指示するフィルタ切替スイッチ１９と、ＣＰＵ２０と、スコープに関する情報を記憶しているメモリ２１を備えている。ＣＭＤは、第１の撮像信号増減手段として機能する。
【００２０】
スコープ先端部に挿入される励起光カットフィルタ１７は、図６に示す透過特性を持つ。即ち、励起光カットフィルタ１７は、４６０ｎｍ以下の波長の光を遮断して励起光を除去する機能を有している。
【００２１】
図３は上記ＣＣＤ１８の構成を示している。  
ＣＣＤ１８は、図３に示すように図示しない複数の光電変換素子を有した受光エリア４２と、この受光エリアの蓄積電荷を水平ライン毎に水平転送するための水平レジスタで構成される水平転送チャンネル４３と、この水平転送チャンネル４３の後段に接続されていて、前記転送チャンネル４３からの電荷をＣＤＳ部などの電荷検出部４５へ転送するＣＭＤ付き転送チャンネル４４（ＣＭＤ４４ａを含む）とを有して構成されている。電荷の読み出しは、奇数ラインと偶数ラインが別々にＡ，Ｂの２つのチャンネルで読み出される形式になっている。このように、ＣＣＤ１８は、ＣＭＤ４４ａが水平レジスタに配置されており、水平転送ライン毎に増幅可能とされ、外部からの制御パルスにより可変増幅が可能となっている。
【００２２】
プロセッサ３は、図１に示すようにＣＤＳ（相関二重サンプリング）等の処理を行なうプリプロセス回路２２、ディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換回路２３、増幅率可変な増幅手段或いは第２の撮像信号増減手段としての増幅回路２４、映像信号処理回路２５、アナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換回路２６の順に画像信号が流れるように構成されており、さらにＡ／Ｄ変換後の信号が入力される測光回路２７、マイクロプロセッサからなるゲイン制御手段としてのゲインレベル算出回路２８、ルックアップテーブル（以下、ＬＵＴという）２９，３０，３１、露光量制御手段，露光時間制御手段，及びＣＭＤ制御手段として機能するＣＣＤ駆動回路３２、ＣＣＤ駆動回路３２、カラーバランス補正スイッチ３３、カラーバランス調整スイッチ３４、判断手段としてのＣＰＵ３５を備えている。主な電気的接続は図１に示す通りである。カラーバランス補正スイッチ３３、カラーバランス調整スイッチ３４は、使用者が操作しやすい位置に配置されている。
【００２３】
（作用）
以下、蛍光観察時の動作を中心にして説明する。  
光源装置１のランプ５からは、被写体１６を照明するための光が放射される。ランプ５から放射された光は、赤外カットフィルタ６、照明光絞り７、回転フィルタ板８を通過してスコープ２のライトガイドファイバー１５に入射される。赤外カットフィルタ６は、赤外光をカットし、回転フィルタ板８上の各フィルタに照射される不要な熱や光を遮断する。照明光絞り７は、光量制御回路９によって、モニタ４に所定の明るさの映像信号が出力されるように制御される。その目標となる明るさは、明るさ設定スイッチ１３を使用者が操作することにより数段階に変えることが可能である。明るさ設定スイッチ１３で設定される明るさの目標レベルは、光量制御回路９だけでなく、ゲインレベル算出回路２８でも共通して用いられる。 このように、１つの明るさ設定スイッチ１３で、光量制御手段とゲイン制御手段の双方の目標レベルを設定できるので、使用者が表示装置であるモニタ４に表示される画像の明るさの調整を容易に行うことが可能である。
【００２４】
蛍光観察時には、フィルタ切替スイッチ１９の操作に基づいたフィルタ切替回路１２からの信号に応じてモーター１１によりモーター１０に取り付けられたラックに螺合するピニオン（図示せず）を回転駆動することによってモーター１１と共に回転フィルタ板８は光軸と垂直方向に移動されることにより、内周のフィルタ４１が光路上に挿入される。内周のフィルタ４１挿入時には５４０〜５６０ｎｍ、３９０〜４５０ｎｍ、６００〜６２０ｎｍ の波長の光が順次光源装置１から出射される。ここで、３９０〜４５０ｎｍの光は生体組織からの自家蛍光を励起するための励起光である。このようにフィルタ切替スイッチ１９を蛍光観察モード側に操作すると、光源装置１はライトガイドファイバー１５に蛍光観察モードの照明光、即ちフィルタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ（図２参照）の透過光を順次供給する状態となり、プロセッサ３も蛍光観察モードに対応した信号処理を行なう状態になる。なお、通常観察時には、フィルタ切替スイッチ１９の操作に基づい外周のフィルタ４０が光軸上に挿入され、モーター１０により所定の速度で回転駆動されることにより順次Ｒフィルタ４０ａ、Ｇフィルタ４０ｂ、Ｂフィルタ４０ｃが光路上に挿入され、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光が透過される。すなわち、フィルタ切替スイッチ１９を通常観察モード側に操作すると、光源装置１はライトガイドファイバー１５に通常観察モードの照明光、即ちフィルタ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ（図２参照）の透過光Ｒ，Ｇ，Ｂを順次供給する状態となり、プロセッサ３も通常観察モードに対応した信号処理を行なう状態になる。
【００２５】
ＣＰＵ１４では、明るさ設定スイッチ１３で設定された明るさの目標レベルを、光量制御回路９、及びプロセッサ３のＣＰＵ３５経由でゲインレベル算出回路２８に送る。
【００２６】
光量制御回路９では、明るさ設定スイッチ１３で設定された明るさの目標レベルと、プロセッサ３の測光回路２７で算出されてプロセッサ３のＣＰＵ３５，光源装置１のＣＰＵ１４経由で送られてくる調光用測光値とを比較して制御電圧を生成し、映像信号の明るさが目標レベルに近づくように照明光絞り７を制御する。また、光量制御回路９からは、絞り７を制御している制御電圧がＣＰＵ１４を介してＣＰＵ３５に送られる。光量制御回路９から出力される制御電圧は、絞りの開放度合いに対応した値であり、照明光量の大小を知る手ががりとなる。
【００２７】
スコープ２のライトガイドファイバー１５に入射された光は、スコープ先端部から消化管等の被写体１６に照射される。被写体１６で散乱、反射、放射された光はスコープ先端のＣＣＤ１８上で結像し撮像される。ＣＣＤ１８の前面には励起光カットフィルタ１７が挿入されており、３９０〜４５０ｎｍの励起光を遮断（カット）して蛍光を抽出する作用を持つ。
【００２８】
ＣＣＤ１８は回転フィルタ板８の回転に同期してプロセッサ３のＣＣＤ駆動回路３２により駆動され、Ｇ’フィルタ４１ａ、励起フィルタ４１ｂ、Ｒ’フィルタ４１ｃ等の回転フィルタ板８内周のそれぞれのフィルタを透過した照射光に対応する信号が順次プロセッサ３に出力される。ＣＣＤ１８では、必要に応じてＣＣＤ駆動回路３２からのＣＭＤゲートパルスがＣＭＤ４４ａに入力されることにより、インパクト・イオン化による二次電子が発生して信号電荷が増幅される。ここでの増幅率は、ＣＭＤゲートパルスの振幅により制御される。また、必要に応じてＣＣＤ駆動回路３２から電荷掃き出しパルスが入力され、露光時間の調整が行われる。
【００２９】
本実施例では、スコープ２のＣＭＤ４４ａによる増幅と外部増幅回路２４による増幅を制御するゲインレベル算出回路２８を含むゲイン制御手段を設けて、Ｓ／Ｎの劣化が少ないＣＭＤ４４ａを優先的に用いて増幅を行なうようにし、暗い被写体を撮像したときにはＣＣＤ１８内外で増幅を行い、十分な明るさの画像を得ると共に、比較的明るい被写体を撮像したときにはＣＣＤ１８のみで増幅を行い、Ｓ／Ｎのよい画像を得ることができるようにしている。
【００３０】
プロセッサ３に入力された画像信号は、まずプリプロセス回路２２に入力される。プリプロセス回路２２ではＣＤＳ（相関二重サンプリング）等の処理により画像信号が取り出される。プリプロセス回路２２から出力された信号はＡ／Ｄ変換回路２３によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換回路２３から出力された信号は、増幅回路２４に入力される。増幅回路２４では、各照射波長毎にＬＵＴ２９から指示される増幅率で信号が増幅される。映像信号処理回路２５では、画像の色や輪郭の強調、ガンマ特性の補正等が行われ、Ｄ／Ａ変換回路２６によりアナログ信号に変換され、モニタ４に表示される。蛍光観察時には、モニタ４のＲＧＢにそれぞれ、狭帯域の緑の反射光（Ｇ’信号）、蛍光（Ｆ信号）、狭帯域の赤の反射光（Ｒ’信号）が表示される。なお、通常観察時には、モニタ４のＲＧＢにそれぞれ赤の反射光、緑の反射光、青の反射光成分が表示される。
【００３１】
測光回路２７では、蛍光観察時には蛍光成分に基づいて、通常観察時には輝度信号に基づいて映像信号の明るさの画面平均値（測光値）を算出すると共に、カラーバランス補正スイッチ３３が押されたときには、各照射波長毎の画像信号の画面平均値（測光値）を算出する。すなわち、この測光回路２７はカラーバランス補正用のサンプリング回路としての機能を兼ねる。また、測光回路２７から出力されてプロセッサ３のＣＰＵ３５、光源装置１のＣＰＵ１４を経て光量制御回路９に送られる調光用測光値は、明るさの画面平均値を画像取得時のＣＭＤ増幅率で除算した値、すなわち仮にＣＭＤ４４ａによる増幅が無かった場合に得られるはずの画面平均値である。ここで、除算した値を出力することにより、ＣＭＤ４４ａによる増幅が無かったときの画面平均値が出力されるので、照明光量を適切に保つことができる。このように、測光回路２７から光量制御回路９への調光用測光値は、ＣＭＤ４４ａによる増幅が無かった場合に得られるはずの各照射波長毎の画像信号の画面平均値であるので、例えばＣＭＤ４４ａによる増幅率が高いときに近接方向にスコープ２が動いて画面が明るくなった場合などに、ＣＭＤ４４ａ等の増幅率を下げることで明るさの調整可能な範囲であるにもかかわらず照明光絞り７で光を絞って照明光量が減ってしまうような事態を防いでいる。このとき照明光絞り７で照明光量を落としてもＣＭＤ４４ａ等の増幅率の調整により、画像の明るさを適切に保つことができるが、照明光絞り７を開放して足りない明るさをＣＭＤ４４ａ等による増幅で補う方が、ノイズの少ない画像が得られる。このように、照明光絞り７は、スコープ２と被写体１６が非常に近接してＣＭＤ４４ａや増幅回路２４での増幅率が１倍でも明るすぎるときのみ働くことになる。
【００３２】
使用者は、スコープ２や光源装置１の個体差による色バラツキを補正するときには、色の基準となる被写体１６を撮像した状態でカラーバランス補正スイッチ３３を押すと、ＣＰＵ３５からゲインレベル算出回路２８経由で、露光時間は全照射波長共に最大、ＣＭＤゲインは全照射波長共に１倍に設定され、その状態での測光回路２７で算出された各照射波長での画像の明るさから、例えば蛍光観察時にはＦ信号に対するＧ’信号、Ｒ’信号のゲインを計算し、ゲインレベル算出回路２８に送る。ここで、露光時間が最大というのは、ＣＣＤ１８において電荷の掃き出しを行わないときと同じ露光量になるように露光時間レベルを設定するということを意味する。図５に示される各フィルタの特性は、この時個体バラツキを考慮した上で必ずＧ’信号、Ｒ’信号のゲインが１以下になるように設計されている。
【００３３】
ゲインレベル算出回路２８では、ＣＰＵ３５から送られてきたＧ’信号、Ｒ’信号のゲインから、Ｆ信号、Ｇ’信号、Ｒ’信号が等しくなるような露光時間レベルを算出し、ＬＵＴ３１に出力する。ＬＵＴ３１では露光時間レベルが１つ上がる毎に露光量が1.03倍に増えるようになる露光時間を出力する。
【００３４】
図７にＬＵＴ３１に入力される露光時間レベルと露光量との関係を示す。入力レベルが０のときが露光時間最大で、最大露光量１となる。ここで、必要とされるゲインをα1とすると、露光時間レベルはlog（α1）／log（1.03）で表される。なお、回転フィルタ板８を横切る光束は面積を持つため、露光時間と露光量は完全には比例しないが、ＬＵＴ３１にはその非線形要素も考慮した値が記憶されている。
【００３５】
観察時には、ゲインレベル算出回路２８では回転フィルタ板８の１回転毎に、測光回路２７で算出された画像の明るさに増幅回路２４での増幅率を乗算した値を、明るさ設定スイッチ１３で設定された明るさ目標レベルと比較し、外部ゲインレベル、ＣＭＤゲインレベル、露光時間レベルを決定する。目標レベルよりも暗い場合には、Ｆ信号、Ｇ’信号、Ｒ’信号それぞれの明るさレベルを１レベル増加させ、明るい場合には、逆に明るさレベルをそれぞれ１レベル減少させる。ゲインレベル算出回路２８では、その内部のメモリにＦ信号、Ｇ’信号、Ｒ’信号それぞれに対する、露光時間レベル、ＣＭＤゲインレベル、外部ゲインレベルを観察モード毎に記憶している。
【００３６】
図１０にＲ’信号の明るさレベルを１増加させるときのフローチャートを示す。まず、現在のＧ’信号の露光時間レベルが最大値か確認し（ステップＳ1）、最大でなければ露光時間レベルを１レベル増加させ（ステップＳ2）終了する。露光時間レベルが最大のときには、現在のＦ信号のＣＭＤゲインレベルが最大値か確認し（ステップＳ3）、最大でなければＣＭＤゲインレベルを１レベル増加させ（ステップＳ4）終了する。ＣＭＤゲインレベルが最大のときには、現在のＧ信号の外部ゲインレベルを１レベル増加させる（ステップＳ5）。Ｆ信号、Ｇ’信号についても、同様の動作で明るさレベルを増加させる。
【００３７】
このように、電気的な増幅に優先してＳ／Ｎの劣化が無い露光量の増加を行っているので、特にＳ／Ｎのよい画像を得ることができる。また、ＣＭＤ増幅のゲインに上限値（最大値）が設けられているので、ＣＭＤに高い電圧をかける必要が無いため、スコープの電気的な安全性を守り易く、不要な電磁波の放出も抑えることができる。
【００３８】
図１１に明るさレベルを１レベル減少させるときのフローチャートを示す。このときは、ステップＳ11〜Ｓ15に示すように、増加させるときとは逆に、外部ゲインレベル、ＣＭＤゲインレベル、露光時間レベルの順に下げられるものを探して下げるという順序となる。
【００３９】
即ち、まず、現在のＧ’信号の外部ゲインレベルが最小値か確認し（ステップＳ11）、最小でなければ外部ゲインレベルを１レベル減少させ（ステップＳ12）終了する。外部ゲインレベルが最小のときには、現在のＦ信号のＣＭＤゲインレベルが最小値か確認し（ステップＳ13）、最小でなければＣＭＤゲインレベルを１レベル減少させ（ステップＳ14）終了する。ＣＭＤゲインレベルが最小のときには、現在のＧ信号の露光時間レベルを１レベル減少させる（ステップＳ15）。Ｆ信号、Ｇ’信号についても、同様の動作で明るさレベルを減少させる。
【００４０】
なお、Ｆ信号の外部ゲインレベルとＣＭＤゲインレベルが０のときには、映像信号が目標レベルよりも明るくても明るさレベル（Ｆ信号、Ｇ’信号、Ｒ’信号のゲインレベル）はそれ以上低くしない。しかし、このような場合には光量制御回路９が働くので適切な明るさに調整される。また、Ｆ信号、Ｇ’信号、Ｒ’信号のいずれかの外部ゲインレベルが最大のときは、映像信号が目標レベルより暗くても、明るさレベルは増加させずに画像の色調がくずれないように保つ。
【００４１】
ＬＵＴ２９では、入力ざれる外部ゲインレベルに対して図９に示す増幅率を出力する。すなわち、外部ゲインレベルが０のときに１倍で、レベルが１増加する毎に１．０３倍ずつ増幅回路２４での増幅率が増していく。
【００４２】
ＬＵＴ３０でも、入力されるＣＭＤゲインレベルに対して図８に示すようなＣＭＤ増幅率になるようなＣＭＤ電圧を出力する。すなわち、ＣＭＤゲインレベルが０のときに１倍で、レベルが１増加する毎に１．０３倍ずつＣＭＤ４４ａの増幅率が増していく。
【００４３】
ＬＵＴ２９、ＬＵＴ３０、ＬＵＴ３１のいずれでも、入力レベルの１の変化が、信号の1.03倍の変化に対応するので、Ｆ信号、Ｇ’信号、Ｒ’信号を個別に制御するときにでも、色調を保つことが容易である。また、本実施例のようにＦ信号、Ｇ’信号、Ｒ’信号を個別に、ノイズの増加が無い露光時間、ノイズの増加が比較的少ないＣＭＤ増幅、ノイズの影響を受けやすい外部増幅、の順に増加させるので、どの信号にとっても最もノイズが少なくなる条件での画像の取得が可能となっている。
【００４４】
ＣＣＤ駆動回路３２では、照射波長毎にＬＵＴ３０から指示されるＣＭＤ電圧のＣＭＤゲートパルスをＣＣＤ１８に送り、ＣＭＤ４４の増幅機構を働かせる。また、照射波長毎にＬＵＴ３１から指示される露光時間になるように電荷掃き捨てパルスをＣＣＤ１８に送ることにより露光量を制御する。このように、ＣＭＤ電圧や電荷掃き捨てタイミングは、照射波長毎に調整される。
【００４５】
使用者が好みの色で観察を行いたいときにはカラーバランス調整スイッチ３４で、Ｇ’信号又はＲ’信号のゲインの増加、減少を指示する。カラーバランス調整スイッチ３４からはＣＰＵ３５を介してゲインレベル算出回路２８に指示信号が伝えられ、ゲインレベル算出回路２８において、Ｇ’信号やＲ’信号の明るさレベルの増加や減少が、図１０や図１１と同様の手順で行なわれる。
【００４６】
使用者がモニタ４に向けて出力される画像の明るさを調整するときには、光源装置１の明るさ設定スイッチ１３を押す。明るさ設定スイッチ１３により新たな明るさ目標レベルが、光量制御回路９とゲインレベル算出回路２８に送られ、前述したように各回路で制御が行われる。これによって、モニタ４上では、使用者の好みの明るさの画像での観察が可能になる。
【００４７】
フィルタ切替スイッチ１９が操作者により押されると、ＣＰＵ２０が認識し、プロセッサ３のＣＰＵ３５、光源装置１のＣＰＵ１４、フィルタ切替回路１２を経てモーター１１が駆動されて回転フィルタ板８の外周のフィルタと内周のフィルタが切替えられ、観察モード（通常観察、蛍光観察）が切り替えられる。そのとき同時に、各ゲインレベル等のプロセッサ３内の各種設定が通常観察用と蛍光観察用との間で切り替えられる。
【００４８】
モニタ４上には、図１２に示すように観察画面５０、患者ＩＤ５２や患者名（Name）５３の他にも、観察モード５１、ＣＭＤゲインレベル（CMD Gain）５４、外部ゲインレベル（Processor Gain）５５、露光時間レベル（Electronic Shutter）５６、光源の絞り電圧（Diaphragm）５７、スコープの機種名（Scope Type）５８、スコープの製造番号（Ser）５９、ランプの使用時間（Lamp）６０等が図示しないスーパーインポーズ回路により重畳され表示される。ＣＭＤゲインレベル、外部ゲインレベル、露光時間レベルについては、照射波長毎の値を表すために値が３つ示されている。これらの値の表示は、機器の動作状態を把握可能にすると共に、記録された画像を後から評価するときや画像処理を行うときのバラメータ設定などに有用な情報となる。
【００４９】
以上のように、本実施例では、画像の明るさが足りないときには、(1)照明光量の増加、(2)露光時間の増加、(3)ＣＭＤ増幅率の増加、(4)増幅回路２４の増幅率の増加、というＳ／Ｎに与える影響が少ない手段から先に使用することが好ましく、このようにすれば、常に最善のＳ／Ｎで画像を観察することができる。逆に画像の明るさが明る過ぎるときには、(1)増幅回路の増幅率の減少、(2)ＣＭＤ増幅率の減少、(3)露光時間の減少、(4)照明光量の減少、というＳ／Ｎに与える影響の多い手段から先に使用することが好ましい。
【００５０】
本実施例では、可視領域の蛍光を観察可能な内視鏡装置に応用したが、特開2002-95635号公報で開示されているような狭帯域の３波長を用いた反射光観察や、赤外の反射光・蛍光観察等に応用することも有用である。
【００５１】
また、ゲインレベル算出回路２８は、マイクロプロセッサを用いるものに限らず、ルックアップテーブルを利用して構成してもよいし、ＣＰＵ３５内に持たせて、外部ゲインレベル、ＣＭＤゲインレベル、露光時間レベルをＣＰＵバスを利用してＬＵＴ２９〜３１に入力するようにしてもよい。
【００５２】
また、明るさレベルの増減は回転フィルタ板８の１回転毎に数レベルずつ行うようにして、早く適切な明るさに収束するようにしてもよいし、目標レベルと実際の信号の明るさレベルの差に応じて適応的に行っても良い。
【００５３】
また、ＣＭＤ４４ａによる増幅率と外部増幅回路２４による増幅率を独立した別々のゲイン制御手段で制御した場合にも、明るさ設定スイッチ１３により設定される明るさ目標レベルを共通して用いれば、明るさの調整を容易に行うために有用である。
【００５４】
また、プロセッサ３での増幅はデジタルで行うものに限らず、Ａ／Ｄ変換を行う前に増幅してデジタル増幅に伴なう演算誤差を防ぐようにしてもよい。
【００５５】
また、本実施例ではＣＭＤを持つスコープ２について説明したが、ＣＭＤが付いているか否かをスコープ２のメモリーに記憶しておき、ＣＭＤが付いていないスコープが接続された場合にはＣＭＤゲインレベルだけ０に固定することにより、ＣＭＤ無しスコープに対応可能としてもよい。
【００５６】
また、露光時間を制御できないスコープについても、露光時間を制御できるか否かをスコープ２のメモリーに記憶しておき、露光時間を制御できないスコープが接続された場合には露光時間レベルだけ０に固定し、他は本実施例と同様に制御することにより、露光時間を制御できないスコープに対応可能としてもよい。
【００５７】
通常画像の観察時には高い増幅率は必要ないので、通常観察時には外部ゲインレベルとＣＭＤゲインレベルを０に固定するようにしてもよい。
【００５８】
また、スコープ２のメモリーにＣＭＤの増幅率に関する個体バラツキの情報を入れておき、ＣＭＤ電圧の制御時に補正データとして利用し、正確な色再現を行うようにしてもよい。
【００５９】
（効果）
ＣＭＤによる増幅と外部増幅回路による増幅を制御するゲイン制御手段を設けて、Ｓ／Ｎの劣化が少ないＣＭＤを優先的に用いて増幅を行ったので、暗い被写体を撮像したときにも十分な明るさの画像を得ると共に、比較的明るい被写体を撮像したときにはＳ／Ｎのよい画像を得ることができる。
【００６０】
また、電気的な増幅に優先してＳ／Ｎの劣化が無い露光量の増加を行っているので、特にＳ／Ｎのよい画像を得ることができる。
【００６１】
また、１つの明るさ設定スイッチで、光量制御回路とゲイン制御手段の双方の目標レベルを設定できるので、使用者が表示装置に表示される画像の明るさの調整を容易に行うことができる。
【００６２】
また、ＣＭＤ増幅のゲインに上限値が設けられているので、ＣＭＤに高い電圧をかける必要が無い。そのため、スコープの電気的な安全性を守り易く、不要な電磁波の放出も抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は上記の実施例１で述べたように、撮像素子にて被写体を撮像する内視鏡装置においてＳ／Ｎの改善に用いることができる一方、ビデオカメラなどの撮像装置においてＳ／Ｎの改善に用いることが可能である。
【００６４】
以下の付記に述べている内容は本発明の範囲である。
【００６５】
［付記］
［付記項１］
被写体に照射するために光を供給する照明光供給手段と、
被写体を撮像する素子内部で増幅率可変な撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された信号を前記撮像素子外部で増幅する増幅率可変な増幅回路と、
前記撮像素子内での増幅を前記増幅回路での増幅に優先させて行い前記増幅回路より出力される画像信号が所定の明るさになるように前記撮像素子の内部での増幅率と前記増幅回路の増幅率を制御するゲイン制御手段と
を有することを特徴とする電子内視鏡装置。
【００６６】
［付記項２］
前記撮像素子の露光時間を前記撮像素子により撮像された信号に基づいて制御する露光時間制御手段を有し、
前記ゲイン制御手段は前記撮像素子の露光時間が最大になったときにのみ増幅を行うように制御すること
を特徴とする電子内視鏡装置。
【００６７】
［付記項３］
被写体に照射するために光を供給する照明光供給手段と、
被写体を撮像する素子内部で増幅率可変な撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された信号を前記撮像素子外部で増幅する増幅率可変な増幅回路と、
前記照明光供給手段より供給される光の量を調整して前記増幅回路より出力される画像信号が所定の明るさになるように制御する光量制御手段と、
前記撮像素子の素子内部での増幅の目標値、前記増幅回路での増幅の目標値、及び前記光量制御手段で調整する目標値を設定する共通の設定手段とを有することを特徴とする電子内視鏡装置。
【００６８】
［付記項４］
前記ゲイン制御手段は照明光の波長毎に異なる増幅率で制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子内視鏡装置。
【００６９】
［付記項５］
前記露光時間制御手段は照明光の波長毎に異なる露光時間で制御することを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例１に係る内視鏡装置の全体構成図。
【図２】図１における回転フィルタ板の説明図。
【図３】図１におけるＣＣＤの説明図。
【図４】通常観察用フィルタの透過特性図。
【図５】蛍光観察用フィルタの透過特性図。
【図６】励起光カットフィルタの透過特性図。
【図７】露光時間レベルと露光量との関係の説明図。
【図８】ＣＭＤゲインレベルとＣＭＤ増幅率の説明図。
【図９】外部ゲインレベルと増幅回路での増幅率の説明図。
【図１０】明るさレベルを増加させる時のフローチャート。
【図１１】明るさレベルを減少させる時のフローチャート。
【図１２】モニタ表示画面の説明図。
【符号の説明】
【００７１】
１…光源装置（照明光供給手段）
４…モニタ（表示装置）
９…光量制御回路（光量制御手段）
１３…明るさ設定スイッチ（設定手段）
１６…被写体
１８…ＣＣＤ（撮像素子、ＣＭＤ４４ａ即ち第１の撮像信号増減手段を含む）
２４…増幅回路（増幅手段、第２の撮像信号増減手段）
２８…ゲインレベル算出回路（ゲイン制御手段、或いは制御手段）
３２…ＣＣＤ駆動回路（露光量制御手段、露光時間制御手段、ＣＭＤ制御手段）
３５…ＣＰＵ（判断手段）
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】
2005131129.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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