WO2016056388A1 - 撮像システム - Google Patents

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light
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pwm
control
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雄亮 矢部
智也 高橋
哲史 田中
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an imaging system.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • This CMOS has the advantage that the peripheral circuit can be formed on the same substrate with low power consumption, and an endoscope system using the CMOS has been proposed also in the field of endoscope. It is coming.
  • the CMOS generally employs a rolling shutter system in which image signals are sequentially read out for each horizontal line.
  • the rolling shutter system there is a state in which an exposed line and a non-exposed line exist at the same time point.
  • flash emission flash emission
  • illumination light causes A line where the illuminated subject is exposed and a line where the subject is exposed without being illuminated by the illumination light are generated, resulting in light and dark stripes in one screen.
  • Japanese Patent No. 5379932 discloses an imaging system that can widen the dynamic range of dimming while suppressing bright and dark stripes in an image in an imaging system that uses an imaging device that sequentially performs exposure for each horizontal line. Has been.
  • the optimum light amount control pattern differs depending on the type of imaging element mounted on the imaging device, for example, CCD or CMOS. Furthermore, since the period during which PWM light emission can be performed in one field varies depending on the type (number of lines, drive frequency, etc.), when the CMOS is mounted on the imaging device, an optimal light amount control pattern is provided according to the type of CMOS. Different.
  • an object of the present invention is to provide an imaging system capable of appropriately controlling the amount of illumination light in a wide dynamic range in accordance with the type of imaging element mounted on the imaging device.
  • An imaging system of one embodiment of the present invention includes an imaging device including an imaging device that images a subject, a storage unit that is provided in the imaging device and stores light source control parameters corresponding to the type of the imaging device, and the imaging device And a light source device having a semiconductor light source for supplying illumination light to the subject and a light source device provided in the light source device for controlling an emission mode of the illumination light from the semiconductor light source based on a predetermined control sequence
  • a light source control unit a read unit provided in the light source device, for reading the light source control parameter from the storage unit, and a parameter setting for setting the light source control parameter read by the read unit as a control parameter used in the control sequence A portion.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an endoscope system according to a first embodiment.
  • FIG. It is a figure for demonstrating light emission control of the image pick-up element (CMOS) whose PWM use period is less than 1/2 field. It is a figure for demonstrating light emission control of the image pick-up element (CMOS) whose PWM use period is less than 1/2 field. It is a figure for demonstrating light emission control of the image pick-up element (CMOS) whose PWM use period is 1/2 field or more. It is a figure for demonstrating light emission control of the image pick-up element (CMOS) whose PWM use period is 1/2 field or more. It is a figure for demonstrating light emission control of the image pick-up element (CMOS) whose PWM use period is 0 ms.
  • CMOS image pick-up element
  • CCD image pick-up element
  • CCD image pick-up element
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • FIG. 1 is a block diagram showing an endoscope system according to the first embodiment.
  • the endoscope system 1 is cited as an example of the imaging system.
  • the imaging system is not limited to the endoscope system 1 and can be widely applied to systems having an imaging function.
  • the endoscope system 1 includes an endoscope 10, a video processor 20, a monitor 30, and a light source device 40.
  • the video processor 20 and the light source device 40 are configured separately, but the video processor 20 and the light source device 40 may be integrated.
  • An endoscope 10 as an imaging device has a long and thin insertion portion 11 that can be inserted into a lumen or the like on the distal end side, and a proximal end side is detachably connected to the light source device 40 by a connector 12. It has become so. Further, the endoscope 10 is detachably connected to the video processor 20 by a cable 17 and a connector 18. Thus, different types of endoscopes can be attached to the light source device 40 and the video processor 20.
  • an imaging element 13 for capturing an image of a subject such as in a lumen and a lens 14 for irradiating the subject with light from the light source device 40 are disposed.
  • the illumination light transmitted from the light source device 40 via the light guide 15 is irradiated to the subject by the lens 14.
  • the imaging element 13 is configured by a CCD, a CMOS sensor, or the like. Return light from the subject is incident on the imaging surface, photoelectrically converts the incident subject optical image, and sequentially outputs imaging outputs based on the accumulated charges.
  • the image sensor 13 operates when a drive signal including a synchronization signal is supplied from the video processor 20, and supplies an imaging output to the video processor 20 via the signal line 16.
  • the image sensor 13 has a predetermined spectral sensitivity characteristic.
  • the characteristic of the captured image changes for each endoscope mainly due to the influence of the spectral sensitivity characteristic of the image sensor.
  • the endoscope 10 is provided with a storage unit 19 that stores scope information including information on spectral sensitivity characteristics for each endoscope. By connecting the endoscope 10 to the light source device 40 through the connector 12, the scope information in the storage unit 19 can be acquired in the light source device 40.
  • the video processor 20 performs predetermined signal processing on the imaging output to generate a video signal that can be displayed on the monitor 30.
  • a video signal from the video processor 20 is supplied to the monitor 30 via the cable 21. In this way, an endoscopic image based on the imaging output can be displayed on the display screen of the monitor 30.
  • the video processor 20 can control the light source device 40 so that the brightness of the captured image becomes the target brightness.
  • the video processor 20 outputs information on the ratio between the brightness obtained from the captured image and the target brightness to the light source device 40 as brightness control information.
  • the brightness control information is supplied to the control unit 41 of the light source device 40 via the cable 22.
  • the light source device 40 includes an LED (R-LED) 42 that generates red light, an LED (G-LED) 43 that generates green light, an LED (B-LED) 44 that generates blue light, and an LED that generates purple light.
  • (V-LED) 45 is included.
  • the LEDs 42 to 45 constituting the plurality of semiconductor light emitting elements each emit illumination light of different colors for illuminating the subject.
  • an example in which four LEDs 42 to 45 that generate four colors of light are employed will be described.
  • the types of colors and the number of colors are not limited to this embodiment.
  • a configuration using only one LED that generates white light may be used, or a configuration in which an LED that generates amber light is added to FIG.
  • Lenses 42a to 45a are arranged on the optical axes of the emitted light from the LEDs 42 to 45, respectively. Each of the lenses 42a to 45a converts the light emitted from the LEDs 42 to 45 into substantially parallel light and emits the light. Dichroic filters 47 to 49 are arranged on the optical axis of the lens 42 a that emits light from the R-LED 42. Light from the G-LED 43 is also incident on the dichroic filter 47 through the lens 43a. In addition, light from the B-LED 44 is incident on the dichroic filter 48 via the lens 44a, and light from the V-LED 45 is also incident on the dichroic filter 49 via the lens 45a.
  • the dichroic filter 47 reflects the light from the G-LED 43 and transmits the light from the R-LED 42.
  • the dichroic filter 48 reflects the light from the B-LED 44 and transmits the light transmitted through the dichroic filter 47.
  • the dichroic filter 49 reflects the light from the V-LED 45 and transmits the light transmitted through the dichroic filter 48.
  • the light from the LEDs 42 to 45 is synthesized by the dichroic filters 47 to 49.
  • the combined light from the dichroic filter 49 is incident on the light guide 15 via the lens 50.
  • the arrangement order of the LEDs 42 to 45 can be changed by appropriately setting the characteristics of the dichroic filters 47 to 49, the characteristics of the dichroic filter can be improved by arranging the LEDs 42 to 45 in the wavelength band of the emitted light. Is easy to set.
  • a rotary filter 52 that is rotationally driven by a motor 51 is provided between the dichroic filter 49 and the lens 50.
  • the rotary filter 52 includes an aperture used in the normal observation mode, an NBI filter used in the narrow band observation (NBI) mode, and the like.
  • the motor 51 is controlled in accordance with a control signal from the control unit 41 and rotationally drives the rotary filter 52. Thereby, the opening of the rotary filter 52, the NBI filter, or the like is arranged in the optical path of the combined light from the dichroic filter 49, and the observation mode is switched.
  • the LEDs 42 to 45 are driven by the LED drive unit 46 and light up.
  • the LED driving unit 46 constituting the light emitting element driving unit is controlled by the control unit 41 to generate PWM pulses that are driving signals for driving the LEDs 42 to 45.
  • Each of the LEDs 42 to 45 emits light with a light emission amount corresponding to the duty ratio and current amount of the PWM pulse from the LED drive unit 46.
  • the control unit 41 outputs the dimming information for controlling each of the LEDs 42 to 45 to the LED driving unit 46, thereby controlling the duty ratio and the current level of the PWM pulse to control the dimming of each of the LEDs 42 to 45. .
  • optical sensors 42b to 45b are arranged at positions where the emitted light of the LEDs 42 to 45 can be detected.
  • Each of the light sensors 42b to 45b constituting the plurality of light detection units detects the illuminance value of the illumination light of each color of each of the LEDs 42 to 45, and outputs the detection result to the control unit 41.
  • the optical sensors 42b to 45b are arranged at positions other than on the optical path from the LEDs 42 to 45 to the lenses 42a to 45a.
  • the control unit 41 generates dimming information so that the light emission amounts of the LEDs 42 to 45 can maintain a predetermined color balance.
  • the color balance of each LED 42 to 45 needs to be determined by the spectral sensitivity characteristics of the endoscope 10.
  • the control unit 41 Based on the brightness control information from the video processor 20, the control unit 41 maintains each light emitting amount ratio (light amount ratio) of each LED 42 to 45 so as to obtain an optimum color balance. Control the amount of light. For example, the control unit 41 obtains dimming information corresponding to the light amount value of the G-LED 43 to be set according to the brightness control information from the video processor 20, and for the other LEDs 42, 44, 45, the G-LED 43 The dimming information is obtained so as to obtain a predetermined light amount ratio according to the light amount value.
  • control unit 41 performs light emission control (PWM control and current control) on the G-LED 43 based on the brightness control information from the video processor 20.
  • This light emission control is performed by the controller 41 reading out the scope information stored in the storage unit 19 of the endoscope 10.
  • the scope information is information on control parameters and target color balance ratios, and the control unit 41 uses the control parameters (PWM usage period, current after area movement, and PWM width after area movement) to obtain G- The light emission control of the LED 43 is performed.
  • the light emission control of the G-LED 43 will be described later.
  • control part 41 performs light emission control with respect to other LED42,44,45 using the PWM pulse (light emission timing) common to G-LED43.
  • the control unit 41 also stores the other LEDs 42, 44, and 45 based on the detection result of the optical sensor 43b of the G-LED 43 and the detection result of the optical sensor 42b, 44b, or 45b of its own color.
  • the light quantity value is controlled so that the target color balance ratio stored in (1) is obtained (that is, the light quantity ratio with the G-LED 43 becomes the target ratio).
  • the light emission control of the G-LED 43 of the endoscope system 1 configured as described above will be described.
  • the light emission control shown in FIGS. 2A to 5B is performed according to the type of the image sensor 13 on which the endoscope 10 is mounted.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining light emission control of an image sensor (CMOS) having a PWM usage period of less than 1 ⁇ 2 field.
  • CMOS image sensor
  • the imaging device 13 mounted on the endoscope 10 is a CMOS having an imaging timing shown in FIG. 2A, here, a PWM usage period of less than 1 ⁇ 2 field.
  • the control unit 41 as a reading unit reads out the scope information control parameters (PWM usage period, current after area movement, and PWM width after area movement) from the storage unit 19 of the endoscope 10.
  • the control unit 41 serving as a parameter setting unit sets a control parameter read from the storage unit 19 as a control parameter used in a predetermined control sequence.
  • the control part 41 as a light source control part controls the emission mode of the illumination light from G-LED43 based on a predetermined control sequence.
  • control parameters stored in the storage unit 19 are not limited to the PWM usage period, the current after area movement, and the PWM width after area movement, and are used for various signal processing in the video processor 20, for example.
  • a parameter may be included.
  • the video processor 20 reads out the control parameters stored in the storage unit 19 via the cable 17 and the connector 18 instead of the control unit 41 of the light source device 40.
  • the video processor 20 sets the parameters used by the video processor 20 among the control parameters read from the storage unit 19 in a signal processing circuit (not shown) in the video processor 20, and sets the parameters used by the light source device 40 to the cable 22.
  • the output may be made to the control unit 41 of the light source device 30 via the.
  • the control parameters read from the storage unit 19 include at least the PWM usage period, the current after area movement, and the PWM width after area movement.
  • the PWM use period is PWM control period length data representing the length of a period during which the control by the control unit 41 is performed within an imaging period of one frame in the endoscope 10.
  • the current after area movement is data representing the value of the drive current supplied to the G-LED 43 after the illumination light emission timing is changed.
  • the PWM width after area movement is data representing the value of the pulse width supplied to the G-LED 43 after changing the illumination light emission timing.
  • the control parameters stored in the storage unit 19 are that the PWM usage period is t1 ms (less than 1/2 field), the current after area movement is I1A, and the PWM width after area movement is t1 ms.
  • the control unit 41 controls the light amount of the G-LED 43 by executing a predetermined control sequence based on this control parameter as follows. First, as shown in FIG. 2B, the control unit 41 drops the current from the maximum current (ImaxA) to the minimum current (IminA) in all bands (arrow A). Next, the control unit 41 narrows the PWM duty width to the minimum value during the PWM usage period (arrow B). Next, the control unit 41 performs area transfer from the PWM non-use period to the PWM use period based on the information on the current after area movement (I1A) and the PWM width after area movement (t1 ms) (arrow C).
  • control unit 41 drops the current to the minimum current (IminA) during the PWM usage period (arrow D). Finally, the control unit 41 stops the PWM duty width to the minimum value (arrow E) during the PWM usage period, and ends the light emission control of the G-LED 43.
  • the control unit 41 is based on the detection result of the optical sensor 43b of the G-LED 43 and the detection result of the optical sensor 42b, 44b or 45b of its own color.
  • the light quantity value is controlled so that the target color balance ratio stored in the storage unit 19 is obtained. That is, the control unit 41 controls the light emission patterns of the other LEDs 42, 44, and 45 so as to follow one G-LED 43.
  • the control of the light quantity values of the other LEDs 42, 44, and 45 is the same in FIGS. 3A to 5B described later.
  • 3A and 3B are diagrams for explaining light emission control of an image sensor (CMOS) having a PWM usage period of 1 ⁇ 2 field or more.
  • CMOS image sensor
  • the image pickup device 13 mounted on the endoscope 10 is a CMOS having the image pickup timing shown in FIG.
  • the control parameters stored in the storage unit 19 are that the PWM usage period is t2 ms (1/2 field or more), the current after area movement is IminA, and the PWM width after area movement is 1 field-t2 ms.
  • the control unit 41 controls the light amount of the G-LED 43 by executing a predetermined control sequence based on this control parameter as follows. First, as shown in FIG. 3B, the control unit 41 drops the current from the maximum current (ImaxA) to the minimum current (IminA) based on this control parameter (arrow A). Next, the control unit 41 narrows the PWM duty width to the minimum value during the PWM usage period (arrow B). Next, the control unit 41 performs area transfer from the PWM non-use period to the PWM use period based on the information on the current after area movement (IminA) and the PWM width after area movement (1 field ⁇ t2 ms) (arrow C ).
  • the control unit 41 stops the PWM duty width to the minimum value during the PWM usage period (arrow E), and ends the light emission control of the G-LED 43.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining light emission control of an image sensor (CMOS) whose PWM usage period is 0 ms.
  • CMOS image sensor
  • the imaging device 13 mounted on the endoscope 10 stored in the storage unit 19 is a CMOS in which there is no imaging timing shown in FIG.
  • the control parameters are 0 ms for the PWM usage period, 0 A after the area movement, and 0 ms for the PWM after area movement.
  • the control unit 41 controls the light amount of the G-LED 43 by executing a predetermined control sequence based on this control parameter as follows. First, based on this control parameter, the control unit 41 drops the current from the maximum current (ImaxA) to the minimum current (IminA) in all bands (arrow A) as shown in FIG. 4B, and controls the light emission of the G-LED 43. Exit. In the example of FIGS. 4A and 4B, since the image sensor has no PWM use period, it is not possible to perform the process of narrowing down the PWM duty width after the arrow B in FIG. 2B. Therefore, the current after area movement is 0 A, the PWM after area movement is 0 ms, and only the current is narrowed (arrow A).
  • 5A and 5B are diagrams for explaining light emission control of an image sensor (CCD) having a PWM usage period of one field.
  • the image pickup device 13 mounted on the endoscope 10 stored in the storage unit 19 is a CCD having the image pickup timing shown in FIG.
  • Control parameters are 1 field for PWM usage period, 0A for current after area movement, and 0ms for PWM width after area movement.
  • the control unit 41 controls the light amount of the G-LED 43 by executing a predetermined control sequence based on this control parameter as follows. First, as shown in FIG. 5B, the control unit 41 drops the current from the maximum current (ImaxA) to the minimum current (IminA) based on this control parameter (arrow A). Finally, the control unit 41 stops the PWM duty width to the minimum value during the PWM usage period (arrow B), and ends the light emission control of the G-LED 43.
  • the PWM usage period is one field, so that it is not necessary to perform the area transfer process after the arrow C in FIG. 2B. Therefore, the current after area movement is 0 A, the PWM width after area movement is 0 ms, and current narrowing (arrow A) and PWM duty width narrowing (arrow B) are performed.
  • the control parameters corresponding to the type of the image sensor 13 mounted on the endoscope 10 are stored in the storage unit 19, and the G-LED 43 is controlled according to the control parameters. Light emission control was performed. As a result, the endoscope system 1 can control the amount of light with an optimal dynamic range in accordance with the image sensor 13 mounted on the endoscope 10.
  • the amount of illumination light can be appropriately controlled in a wide dynamic range according to the type of the imaging element mounted on the imaging device.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an endoscope system according to the second embodiment.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the endoscope system 1a is configured by deleting the optical sensors 42b to 45b from the endoscope system 1 of FIG.
  • the control unit 41 includes a memory 41a.
  • the video processor 20 of the endoscope system 1 a includes an electronic shutter control unit 23.
  • the memory 41a stores light emission information which is the rise time / fall time of light emission of each of the LEDs 42 to 45.
  • the control unit 41 controls the PWM duty width of each of the LEDs 42 to 45 based on the light emission information stored in the memory 41a.
  • the electronic shutter control unit 23 controls the electronic shutter under the control of the control unit 41 when the image sensor 13 is a CCD having an electronic shutter function.
  • 7A and 7B are diagrams illustrating light emission timings when the image sensor is a CMOS.
  • control unit 41 corrects the turn-off start timing of the LED based on the fall time t2 of the light emission information stored in the memory 41a. Specifically, as shown in FIG. 7B, the PWM is shortened by the fall time t2 and the process ends.
  • the light source device 40a may be provided with the light sensors 42b to 45b of FIG. 1, and the rise / fall times of the light emission of the LEDs 42 to 45 may be detected based on the detection signals of the light sensors 42b to 45b. .
  • the PWM control can be performed without previously storing the light emission information in the memory 41a.
  • the endoscope system 1a can prevent the occurrence of color unevenness because the LEDs 42 to 45 emit light only in the CMOS PWM usable period.
  • FIG. 8 is a diagram showing the light emission timing and shutter timing when the image sensor is a CCD.
  • the control unit 41 detects the shutter timing that is started when the exposure timing of the electronic shutter is stable during the light emission by PWM based on the rise time t1 of the light emission information, and sets it in the electronic shutter control unit 23.
  • the electronic shutter control unit 23 controls the electronic shutter based on the shutter timing from the control unit 41. As a result, as shown in FIG. 8, the electronic shutter operates with a delay of the rising time t1 from the start of the PWM.
  • the light source device 40a is provided with the photosensors 42b to 45b of FIG. 1, and the rise time / fall time of the light emission of each LED 42 to 45 is determined based on the detection signals of the photosensors 42b to 45b. You may make it detect.
  • the electronic shutter control can be performed without previously storing light emission information in the memory 41a.
  • the endoscope system 1a can interlock the light control by the electric shutter during the period in which the light emission by the PWM is stable, and the light control can be performed while maintaining the color balance.
  • the light source device 40 of FIG. 1 includes a plurality of LEDs 42 to 45, an LED drive unit 46 that generates a drive current for the LEDs 42 to 45, and light sensors 42b to 45b that detect the light emission states of the LEDs 42 to 45.
  • the light amounts of the LEDs 42 to 45 are adjusted by current PWM control, and it is necessary to connect the LEDs 42 to 45 and the LED drive unit 46 with a low resistance in order to ensure the PWM waveform. Therefore, the LED drive unit 46 is disposed in the vicinity of the LEDs 42 to 45.
  • the optical sensors 42b to 45b for detecting the light emission states of the LEDs 42 to 45 are arranged in the vicinity of the LEDs 42 to 45 for detecting the light of the LEDs 42 to 45. For this reason, in general, the optical sensors 42b to 45b and the LED driving unit 46 are arranged close to the same substrate. Therefore, when a large current is supplied to the LEDs 42 to 45, the heat generating elements of the LED drive unit 46 become high temperature, so that the light sensors 42b to 45b that are close to the LED drive unit 46 also become high temperature, and the light detection of the LEDs 42 to 45 is detected. Accuracy may be reduced.
  • a light source device that can maintain an optical sensor at a certain temperature or less and ensure an appropriate light emission state even when an LED is driven with a large current will be described.
  • FIG. 9A, FIG. 9B, and FIG. 9C are diagrams for explaining an example of a substrate having an LED driving unit and an optical sensor.
  • an LED driving unit 101 and an optical sensor 102 are disposed on the substrate 100.
  • the LED drive part 101 and the optical sensor 102 shall be arrange
  • a GND layer 103 formed of, for example, copper foil or the like is provided between the LED driving unit 101 and the optical sensor 102 so as to cross all heat conduction paths. As a result, heat from the LED driving unit 101 is radiated from the GND layer 103 on the surface of the substrate 100 to the atmosphere, and the temperature of the optical sensor 102 is kept below a certain temperature.
  • the shape of the GND layer 103 is not limited to FIG. 9A.
  • an L-shaped GND layer 103a may be provided so as to surround the LED driving unit 101, or as shown in FIG. 9C, a rectangular shape is formed so as to surround the LED driving unit 101.
  • the GND layer 103b may be provided.
  • FIG. 10A, FIG. 10B, and FIG. 10C are diagrams for explaining another example of the substrate having the LED driving unit and the optical sensor.
  • a heat diffusion member 104 formed of a heat sink or the like is provided in contact with the GND layer 103 on the surface of the substrate 100 so that the heat generated by the LED driving unit 101 is radiated to the atmosphere. Good.
  • a heat conductive member 105 is provided in contact with the GND layer 103 on the surface of the substrate 100, and a case exterior 106 made of metal or the like is provided in contact with the heat conductive member 105.
  • the heat generated in the LED drive unit 101 may be radiated to surrounding members.
  • the substrate on which the LED driving unit 101 and the optical sensor 102 are arranged may be a separate substrate. That is, the LED drive unit 101 is disposed on the substrate 100a, the optical sensor 102 is disposed on the substrate 100b, and the heat transfer member 107 serving as a heat path is provided between all the heat conduction paths from the LED drive unit 101 to the optical sensor 102. Provide. Then, heat generated in the LED drive unit 101 may be radiated to the peripheral member 108 by bringing the heat transfer member 107 into contact with the peripheral member 108 made of metal or the like.
  • the temperature of the optical sensor 102 is kept below a certain temperature even when the LED is driven by a large current by thermally shielding the heating element of the LED driving unit 101 disposed in the vicinity of the LED and the optical sensor 102. Can be kept in. Accordingly, the light emission amount of the LED can be accurately detected by the optical sensor 102, and the light emission amount of the LED generated by the PWM control can be maintained in an appropriate light emission state.
  • the PWM usage period may be controlled based on ON / OFF of the electronic shutter.
  • an automatic light control mode for determining ON / OFF of the electronic shutter based on scope information stored in the storage unit 19 of the endoscope 10, and ON / OFF of the electronic shutter by a user operation.
  • Manual mode for controlling OFF may be selectable.
  • the automatic light control mode and the manual mode are selected by a mode selection switch provided in the light source device 40.
  • the video processor 20 determines ON / OFF of the electronic shutter based on the scope information stored in the storage unit 19 in the endoscope 10, and the electronic shutter is turned ON.
  • the control unit 41 of the light source device 40 fixes the PWM usage period to one field, and controls the light amount by changing only the drive current values of various light sources such as LEDs and LDs (laser diodes).
  • the control unit 41 of the light source device 40 controls both the PWM duty and the drive current value of various light sources.
  • the control unit 41 of the light source device 40 fixes the PWM usage period to one field and changes only the drive current values of various light sources to change the light amount. To control.
  • the control unit 41 of the light source device 40 controls both the PWM duty and the drive current values of various light sources.

Abstract

　撮像システムは、被写体を撮像する撮像素子１３を備える内視鏡１０と、内視鏡１０に設けられ、撮像素子１３の種類に対応した光源制御パラメータを格納する記憶部１９と、内視鏡１０が接続され、被写体に対して照明光を供給するＬＥＤ４３を有する光源装置４０と、光源装置４０に設けられ、記憶部１９から光源制御パラメータを読み出し、制御シーケンスで用いる制御パラメータとして、読み出した光源制御パラメータを設定し、所定の制御シーケンスに基づいてＬＥＤ４３からの照明光の出射態様を制御する制御部４１と、を有する。

Description

撮像システム
　本発明は、撮像システムに関する。
　撮像装置では、従来よりＣＣＤ型イメージセンサ（以下、単にＣＣＤという）が広く用いられていたが、近年ではＣＭＯＳ型イメージセンサ（以下、単にＣＭＯＳという）も広く使用されるようになってきている。このＣＭＯＳは、低消費電力で、周辺回路を同一基板上に形成することが可能であるという利点を有しており、内視鏡の分野においても、ＣＭＯＳを使用した内視鏡システムが提案されてきている。
　ところで、ＣＭＯＳは、一般に、１水平ライン毎に順に画像信号の読み出しが行われるローリングシャッタ方式が採用されている。ローリングシャッタ方式の場合には、同一の時点で露光中のラインと非露光中のラインとが存在する状態が発生するが、このような時点でフラッシュ発光（閃光発光）を行うと、照明光により照明された被写体が露光されるラインと、被写体が照明光により照明されることなく露光されるラインとが発生し、１画面中に明暗縞が生じてしまうことになる。
　例えば、特許第５３７９９３２号公報には、水平ライン毎に順次露光を行う撮像素子を用いる撮像システムにおいて、画像の明暗縞を抑制しながら、調光のダイナミックレンジを広くすることができる撮像システムが開示されている。
　しかしながら、このような撮像システムは、撮像装置に搭載された撮像素子の種別、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳにより最適な光量制御パターンは異なる。さらに、ＣＭＯＳは、１フィールド中にＰＷＭ発光できる期間が種別（ライン数、駆動周波数等）によって異なるため、撮像装置にＣＭＯＳが搭載されている場合、ＣＭＯＳの種別に応じて最適な光量制御パターンが異なる。
　そこで、本発明は、撮像装置に搭載された撮像素子の種別に応じて、照明光の光量を広いダイナミックレンジで適切に制御することができる撮像システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様の撮像システムは、被写体を撮像する撮像素子を備える撮像装置と、前記撮像装置に設けられ、前記撮像素子の種類に対応した光源制御パラメータを格納する記憶部と、前記撮像装置が接続され、前記被写体に対して照明光を供給する半導体光源を有する光源装置と、前記光源装置に設けられ、所定の制御シーケンスに基づいて前記半導体光源からの前記照明光の出射態様を制御する光源制御部と、前記光源装置に設けられ、前記記憶部から前記光源制御パラメータを読み出す読み出し部と、前記制御シーケンスで用いる制御パラメータとして、前記読み出し部により読み出した前記光源制御パラメータを設定するパラメータ設定部と、を具備する。
第１の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。 ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド未満の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。 ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド未満の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。 ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド以上の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。 ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド以上の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。 ＰＷＭ使用期間が０ｍｓの撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。 ＰＷＭ使用期間が０ｍｓの撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。 ＰＷＭ使用期間が１フィールドの撮像素子（ＣＣＤ）の発光制御について説明するための図である。 ＰＷＭ使用期間が１フィールドの撮像素子（ＣＣＤ）の発光制御について説明するための図である。 第２の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。 撮像素子がＣＭＯＳの場合の発光タイミングを示す図である。 撮像素子がＣＭＯＳの場合の発光タイミングを示す図である。 撮像素子がＣＣＤの場合の発光タイミング及びシャッタタイミングを示す図である。 ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の例を説明するための図である。 ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の例を説明するための図である。 ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の例を説明するための図である。 ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の他の例を説明するための図である。 ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の他の例を説明するための図である。 ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の他の例を説明するための図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。
　本実施形態は、撮像システムの一例として、内視鏡システム１を挙げたものとなっている。ただし、撮像システムは、内視鏡システム１に限定されるものではなく、撮像機能を備えたシステムに広く適用することが可能である。
　内視鏡システム１は、内視鏡１０と、ビデオプロセッサ２０と、モニタ３０と、光源装置４０とによって構成される。なお、本実施形態の内視鏡システム１は、ビデオプロセッサ２０と光源装置４０とが別体の構成であるが、ビデオプロセッサ２０と光源装置４０とが一体の構成であってもよい。
　撮像装置としての内視鏡１０は、先端側に、管腔内等に挿入可能な細長の挿入部１１を有しており、基端側は、コネクタ１２によって光源装置４０に着脱自在に接続されるようになっている。また、内視鏡１０は、ケーブル１７及びコネクタ１８によってビデオプロセッサ２０に着脱自在に接続されるようになっている。このように、光源装置４０及びビデオプロセッサ２０には、異なる種別の内視鏡を装着することができるようになっている。
　挿入部１１の先端には、管腔内等の被写体の映像を撮像するための撮像素子１３及び光源装置４０からの光を被写体に照射するためのレンズ１４が配設されている。レンズ１４によって、光源装置４０からライトガイド１５を介して伝送された照明光が被写体に照射される。撮像素子１３は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等によって構成されており、被写体からの戻り光が撮像面に入射され、入射した被写体光学像を光電変換し、蓄積した電荷に基づく撮像出力を順次出力する。
　撮像素子１３は、ビデオプロセッサ２０から同期信号を含む駆動信号が供給されて動作し、撮像出力を信号線１６を介してビデオプロセッサ２０に供給する。
　なお、撮像素子１３は、所定の分光感度特性を有する。内視鏡は主に撮像素子の分光感度特性の影響によって、撮像画像の特性が内視鏡毎に変化する。内視鏡１０には、このような内視鏡毎の分光感度特性の情報を含むスコープ情報を記憶した記憶部１９が設けられている。内視鏡１０をコネクタ１２によって光源装置４０に接続することで、光源装置４０において記憶部１９のスコープ情報を取得することができるようになっている。
　ビデオプロセッサ２０は、撮像出力に対して所定の信号処理を施してモニタ３０に表示可能な映像信号を生成する。ビデオプロセッサ２０からの映像信号は、ケーブル２１を介してモニタ３０に供給される。こうして、モニタ３０の表示画面上において、撮像出力に基づく内視鏡画像が表示可能である。
　また、ビデオプロセッサ２０は、撮像画像の明るさが目標の明るさとなるように、光源装置４０を制御することができるようになっている。ビデオプロセッサ２０は、撮像画像から得られる明るさと目標明るさとの比率の情報を明るさ制御情報として光源装置４０に出力するようになっている。明るさ制御情報は、ケーブル２２を介して光源装置４０の制御部４１に供給される。
　光源装置４０は、赤色光を発生するＬＥＤ（Ｒ－ＬＥＤ）４２、緑色光を発生するＬＥＤ（Ｇ－ＬＥＤ）４３、青色光を発生するＬＥＤ（Ｂ－ＬＥＤ）４４及び紫色光を発生するＬＥＤ（Ｖ－ＬＥＤ）４５を有している。このように、複数の半導体発光素子を構成するＬＥＤ４２～４５は、被写体を照明するための異なる色の照明光をそれぞれが出射する。なお、本実施形態においては、４色の光を発生する４つのＬＥＤ４２～４５を採用する例について説明するが、色の種類及び色数は本実施形態に限定されるものではない。本実施形態では、例えば、白色光を発生する１つのＬＥＤのみを用いる構成であってもよいし、図１に琥珀色（アンバー）光を発生するＬＥＤを追加した構成であってもよい。
　各ＬＥＤ４２～４５の出射光の光軸上にはそれぞれレンズ４２ａ～４５ａが配置されている。各レンズ４２ａ～４５ａは、それぞれＬＥＤ４２～４５の出射光を略平行光に変換して出射する。Ｒ－ＬＥＤ４２からの光を出射するレンズ４２ａの光軸上には、ダイクロイックフィルタ４７～４９が配置されている。ダイクロイックフィルタ４７には、レンズ４３ａを介してＧ－ＬＥＤ４３からの光も入射される。また、ダイクロイックフィルタ４８には、レンズ４４ａを介してＢ－ＬＥＤ４４からの光も入射され、ダイクロイックフィルタ４９には、レンズ４５ａを介してＶ－ＬＥＤ４５からの光も入射される。
　ダイクロイックフィルタ４７は、Ｇ－ＬＥＤ４３からの光を反射して、Ｒ－ＬＥＤ４２からの光を透過させる。同様に、ダイクロイックフィルタ４８は、Ｂ－ＬＥＤ４４からの光を反射して、ダイクロイックフィルタ４７の透過光を透過させる。同様に、ダイクロイックフィルタ４９は、Ｖ－ＬＥＤ４５からの光を反射して、ダイクロイックフィルタ４８の透過光を透過させる。
　こうして、ＬＥＤ４２～４５の光がダイクロイックフィルタ４７～４９によって合成される。ダイクロイックフィルタ４９からの合成光は、レンズ５０を介してライトガイド１５に入射するようになっている。なお、ダイクロイックフィルタ４７～４９の特性を適宜設定することによって、ＬＥＤ４２～４５の配置順を変更することも可能であるが、ＬＥＤ４２～４５を出射光の波長帯域順に配置した方がダイクロイックフィルタの特性の設定が容易である。
　また、ダイクロイックフィルタ４９とレンズ５０との間には、モータ５１により回転駆動する回転フィルタ５２が設けられている。回転フィルタ５２は、通常観察モードで使用される開口、及び、狭帯域観察（ＮＢＩ）モードで使用されるＮＢＩフィルタ等を有している。モータ５１は、制御部４１からの制御信号に応じて制御され、回転フィルタ５２を回転駆動する。これにより、回転フィルタ５２の開口、または、ＮＢＩフィルタ等がダイクロイックフィルタ４９からの合成光の光路に配置され、観察モードの切り替えが行われる。
　各ＬＥＤ４２～４５は、ＬＥＤ駆動部４６によって駆動されて点灯する。発光素子駆動部を構成するＬＥＤ駆動部４６は、制御部４１に制御されて、各ＬＥＤ４２～４５を駆動するための駆動信号であるＰＷＭパルスを発生するようになっている。なお、各ＬＥＤ４２～４５は、ＬＥＤ駆動部４６からのＰＷＭパルスのデューティ比及び電流量に応じた発光量で発光するようになっている。制御部４１は、各ＬＥＤ４２～４５を制御するための調光情報をＬＥＤ駆動部４６に出力することで、ＰＷＭパルスのデューティ比及び電流レベルを制御して、各ＬＥＤ４２～４５を調光制御する。
　また、各ＬＥＤ４２～４５の出射光を検知可能な位置に光センサ４２ｂ～４５ｂが配置されている。複数の光検知部を構成する各光センサ４２ｂ～４５ｂは、それぞれ各ＬＥＤ４２～４５の各色の照明光の照度値を検知して、検知結果を制御部４１に出力する。なお、各光センサ４２ｂ～４５ｂは、各ＬＥＤ４２～４５からレンズ４２ａ～４５ａに至る光路上以外の位置に配置される。
　制御部４１は、各ＬＥＤ４２～４５の発光量が、所定のカラーバランスを維持できるように、調光情報を発生する。各ＬＥＤ４２～４５のカラーバランスは、内視鏡１０の分光感度特性によって決定する必要がある。
　制御部４１は、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報に基づいて、最適なカラーバランスが得られるように、各ＬＥＤ４２～４５の発光量の比（光量比）を維持しながら、各ＬＥＤ４２～４５の光量を制御する。例えば、制御部４１は、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報に応じて設定すべきＧ－ＬＥＤ４３の光量値に対応する調光情報を求め、他のＬＥＤ４２、４４、４５については、Ｇ－ＬＥＤ４３の光量値に応じて、所定の光量比となるように調光情報を求める。
　より具体的には、制御部４１は、Ｇ－ＬＥＤ４３に対して、ビデオプロセッサ２０からの明るさ制御情報に基づいて、発光制御（ＰＷＭ制御及び電流制御）を行う。この発光制御は、制御部４１が内視鏡１０の記憶部１９に格納されたスコープ情報を読み出して行われる。このスコープ情報は、制御パラメータ、及び、目標カラーバランス比率の情報であり、制御部４１は、この制御パラメータ（ＰＷＭ使用期間、面積移動後電流、及び、面積移動後ＰＷＭ幅）を用いてＧ－ＬＥＤ４３の発光制御を行う。なお、Ｇ－ＬＥＤ４３の発光制御については後述する。
　そして、制御部４１は、他のＬＥＤ４２、４４、４５に対して、Ｇ－ＬＥＤ４３と共通のＰＷＭパルス（発光タイミング）を用いて発光制御を行う。また、制御部４１は、他のＬＥＤ４２、４４、４５について、Ｇ－ＬＥＤ４３の光センサ４３ｂの検知結果と、自身の色の光センサ４２ｂ、４４ｂまたは４５ｂの検知結果とに基づいて、記憶部１９に格納された目標カラーバランス比率となるように（すなわち、Ｇ－ＬＥＤ４３との光量比率が目標比率となるように）、光量値を制御する。
　ここで、このように構成された内視鏡システム１のＧ－ＬＥＤ４３の発光制御について説明する。本実施形態では、内視鏡１０の搭載される撮像素子１３の種別に応じて図２Ａ～図５Ｂに示す発光制御を行う。
　図２Ａ及び図２Ｂは、ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド未満の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。
　内視鏡１０に搭載されている撮像素子１３は、図２Ａに示す撮像タイミング、ここでは、ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド未満のＣＭＯＳである。
　読み出し部としての制御部４１は、内視鏡１０の記憶部１９からスコープ情報の制御パラメータ（ＰＷＭ使用期間、面積移動後電流、及び、面積移動後ＰＷＭ幅）を読み出す。また、パラメータ設定部としていの制御部４１は、所定の制御シーケンスで用いる制御パラメータとして、記憶部１９から読み出した制御パラメータを設定する。そして、光源制御部としての制御部４１は、所定の制御シーケンスに基づいてＧ－ＬＥＤ４３からの照明光の出射態様を制御する。
　なお、記憶部１９に記憶される制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間、面積移動後電流、及び、面積移動後ＰＷＭ幅に限定されることなく、例えば、ビデオプロセッサ２０内での各種信号処理に用いられるパラメータが含まれていてもよい。そして、記憶部１９に記憶されている制御パラメータの読み出しは、光源装置４０の制御部４１に代わり、ビデオプロセッサ２０がケーブル１７及びコネクタ１８を介して行う。この場合、ビデオプロセッサ２０は、記憶部１９から読み出した制御パラメータのうち、ビデオプロセッサ２０で用いるパラメータをビデオプロセッサ２０内の図示しない信号処理回路に設定するとともに、光源装置４０で用いるパラメータをケーブル２２を介して光源装置３０の制御部４１に出力する構成にすればよい。
　記憶部１９から読み出される制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間、面積移動後電流、及び、面積移動後ＰＷＭ幅を少なくとも含む。ＰＷＭ使用期間は、内視鏡１０における１フレームの撮像期間内において制御部４１による制御を実施する期間の長さを表すＰＷＭ制御期間長データである。また、面積移動後電流は、照明光の出射タイミング変更後のＧ－ＬＥＤ４３に供給する駆動電流の値を表すデータである。さらに、面積移動後ＰＷＭ幅は、照明光の出射タイミング変更後のＧ－ＬＥＤ４３に供給するパルス幅の値を表すデータである。
　記憶部１９に記憶されている制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間がｔ１ｍｓ（１／２フィールド未満）、面積移動後電流がＩ１Ａ、面積移動後ＰＷＭ幅がｔ１ｍｓである。
　制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、以下の通り所定の制御シーケンスを実行してＧ－ＬＥＤ４３の光量を制御する。まず、制御部４１は、図２Ｂに示すように、電流を全帯域で最大電流（ＩmaxＡ）から最少電流（ＩminＡ）まで落とす（矢印Ａ）。次に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭのＤｕｔｙ幅を最小値まで絞る（矢印Ｂ）。次に、制御部４１は、面積移動後電流（Ｉ１Ａ）及び面積移動後ＰＷＭ幅（ｔ１ｍｓ）の情報を基づいて、ＰＷＭ不使用期間からＰＷＭ使用期間へ面積移し替えを行う（矢印Ｃ）。
　次に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中で電流を最少電流（ＩminＡ）まで落とす（矢印Ｄ）。最後に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭ　のＤｕｔｙ幅を最小値まで絞り（矢印Ｅ）、Ｇ－ＬＥＤ４３の発光制御を終了する。
　他のＬＥＤ４２、４４、４５については、上述したように、制御部４１がＧ－ＬＥＤ４３の光センサ４３ｂの検知結果と、自身の色の光センサ４２ｂ、４４ｂまたは４５ｂの検知結果とに基づいて、記憶部１９に格納された目標カラーバランス比率となるように、光量値を制御する。すなわち、制御部４１は、他のＬＥＤ４２、４４、４５の発光パターンを、１つのＧ－ＬＥＤ４３に追従させて制御する。後述する図３Ａ～図５Ｂにおいても、他のＬＥＤ４２、４４、４５の光量値の制御は同様である。
　図３Ａ及び図３Ｂは、ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド以上の撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。
　内視鏡１０に搭載されている撮像素子１３は、図３Ａに示す撮像タイミング、ここでは、ＰＷＭ使用期間が１／２フィールド以上のＣＭＯＳである。
　記憶部１９に記憶されている制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間がｔ２ｍｓ（１／２フィールド以上）、面積移動後電流がＩminＡ、面積移動後ＰＷＭ幅が１フィールド－ｔ２ｍｓである。
　制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、以下の通り所定の制御シーケンスを実行してＧ－ＬＥＤ４３の光量を制御する。まず、制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、図３Ｂに示すように、電流を全帯域で最大電流（ＩmaxＡ）から最少電流（ＩminＡ）まで落とす（矢印Ａ）。次に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭのＤｕｔｙ幅を最小値まで絞る（矢印Ｂ）。次に、制御部４１は、面積移動後電流（ＩminＡ）及び面積移動後ＰＷＭ幅（１フィールド－ｔ２ｍｓ）の情報を基づいて、ＰＷＭ不使用期間からＰＷＭ使用期間へ面積移し替えを行う（矢印Ｃ）。
　図３Ａ及び図３Ｂの例では、ＰＷＭ不使用期間に比べＰＷＭ使用期間が長くなっているため、面積移し替え後の電流が最少電流（ＩminＡ）のままである。そのため、図２Ｂの矢印Ｄの処理は省略される。最後に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭのＤｕｔｙ幅を最小値まで絞り（矢印Ｅ）、Ｇ－ＬＥＤ４３の発光制御を終了する。
　図４Ａ及び図４Ｂは、ＰＷＭ使用期間が０ｍｓの撮像素子（ＣＭＯＳ）の発光制御について説明するための図である。
　記憶部１９に記憶されている内視鏡１０に搭載されている撮像素子１３は、図４Ａに示す撮像タイミング、ここでは、ＰＷＭ使用期間が存在しないＣＭＯＳである。
　制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間が０ｍｓ、面積移動後電流が０Ａ、面積移動後ＰＷＭが０ｍｓである。
　制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、以下の通り所定の制御シーケンスを実行してＧ－ＬＥＤ４３の光量を制御する。まず、制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、図４Ｂに示すように、電流を全帯域で最大電流（ＩmaxＡ）から最少電流（ＩminＡ）まで落とし（矢印Ａ）、Ｇ－ＬＥＤ４３の発光制御を終了する。図４Ａ及び図４Ｂの例では、ＰＷＭ使用期間がない撮像素子のため、図２Ｂの矢印Ｂ以降のＰＷＭのＤｕｔｙ幅の絞り込みの処理を行うことができない。そのため、面積移動後電流が０Ａ、面積移動後ＰＷＭが０ｍｓとなっており、電流の絞り込み（矢印Ａ）だけが行われる。
　図５Ａ及び図５Ｂは、ＰＷＭ使用期間が１フィールドの撮像素子（ＣＣＤ）の発光制御について説明するための図である。
　記憶部１９に記憶されている内視鏡１０に搭載されている撮像素子１３は、図５Ａに示す撮像タイミング、ここでは、ＰＷＭ使用期間が１フィールドのＣＣＤである。
　制御パラメータは、ＰＷＭ使用期間が１フィールド、面積移動後電流が０Ａ、面積移動後ＰＷＭ幅が０ｍｓである。
　制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、以下の通り所定の制御シーケンスを実行してＧ－ＬＥＤ４３の光量を制御する。まず、制御部４１は、この制御パラメータに基づいて、図５Ｂに示すように、電流を全帯域で最大電流（ＩmaxＡ）から最少電流（ＩminＡ）まで落とす（矢印Ａ）。最後に、制御部４１は、ＰＷＭ使用期間の中でＰＷＭのＤｕｔｙ幅を最小値まで絞り（矢印Ｂ）、Ｇ－ＬＥＤ４３の発光制御を終了する。
　撮像素子１３がＣＣＤの場合、ＰＷＭ使用期間が１フィールドとなるため、図２Ｂの矢印Ｃ以降の面積移し替えの処理を行う必要がない。そのため、面積移動後電流が０Ａ、面積移動後ＰＷＭ幅が０ｍｓとなっており、電流の絞り込み（矢印Ａ）と、ＰＷＭのＤｕｔｙ幅の絞り込み（矢印Ｂ）とが行われる。
　以上のように、内視鏡システム１は、内視鏡１０に搭載された撮像素子１３の種別に応じた制御パラメータが記憶部１９に記憶されており、この制御パラメータに応じてＧ－ＬＥＤ４３の発光制御を行うようにした。この結果、内視鏡システム１は、内視鏡１０に搭載された撮像素子１３に応じて、最適なダイナミックレンジで光量制御が可能となる。
　よって、本実施形態の撮像システムである内視鏡システム１によれば、撮像装置に搭載された撮像素子の種別に応じて、照明光の光量を広いダイナミックレンジで適切に制御することができる。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について説明する。
　図６は、第２の実施形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。なお、図６において、図１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
　図６に示すように、内視鏡システム１ａは、図１の内視鏡システム１に対して光センサ４２ｂ～４５ｂが削除されて構成されている。また、制御部４１は、メモリ４１ａを有して構成されている。さらに、内視鏡システム１ａのビデオプロセッサ２０は、電子シャッタ制御部２３を有して構成されている。
　メモリ４１ａには、各ＬＥＤ４２～４５の発光の立ち上がり時間／立ち下がり時間である発光情報が記憶されている。制御部４１は、メモリ４１ａに記憶されている発光情報に基づいて、各ＬＥＤ４２～４５のＰＷＭのＤｕｔｙ幅を制御する。
　電子シャッタ制御部２３は、撮像素子１３が電子シャッタ機能を有するＣＣＤの場合、制御部４１からの制御により、電子シャッタを制御する。
　まず、撮像素子１３がＣＭＯＳの場合について説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、撮像素子がＣＭＯＳの場合の発光タイミングを示す図である。
　図７Ａに示すように、ＰＷＭ使用可能期間にＰＷＭを行うと、ＬＥＤ電流は立ち下がり時間ｔ２によってＰＷＭ使用可能期間外でもＬＥＤ電流が流れてしまい、色ムラが発生する。
　そこで、制御部４１は、メモリ４１ａに記憶されている発光情報の立ち下がり時間ｔ２に基づいて、ＬＥＤの消灯開始タイミングを補正する。具体的には、図７Ｂに示すように、ＰＷＭを立ち下がり時間ｔ２だけ短縮して終了する。
　なお、光源装置４０ａに図１の光センサ４２ｂ～４５ｂを設け、光センサ４２ｂ～４５ｂの検知信号に基づいて、各ＬＥＤ４２～４５の発光の立ち上がり時間／立ち下がり時間を検出するようにしてもよい。この場合、メモリ４１ａに発光情報を予め記憶しなくても、上記ＰＷＭ制御を行うようことができる。
　これにより、内視鏡システム１ａは、ＣＭＯＳのＰＷＭ使用可能期間のみで各ＬＥＤ４２～４５が発光するため、色ムラの発生を防ぐことができる。
　次に、撮像素子１３が電子シャッタ機能を有するＣＣＤの場合について説明する。図８は、撮像素子がＣＣＤの場合の発光タイミング及びシャッタタイミングを示す図である。
　制御部４１は、発光情報の立ち上がり時間ｔ１に基づいて、電子シャッタの露光タイミングがＰＷＭによる発光が安定している期間に開始されるシャッタタイミングを検出し、電子シャッタ制御部２３に設定する。
　電子シャッタ制御部２３は、制御部４１からのシャッタタイミングに基づいて、電子シャッタを制御する。これにより、図８に示すように、ＰＷＭの開始から立ち上がり時間ｔ１だけ遅れて電子シャッタが作動する。
　なお、上述したＣＭＯＳと同様に、光源装置４０ａに図１の光センサ４２ｂ～４５ｂを設け、光センサ４２ｂ～４５ｂの検知信号に基づいて、各ＬＥＤ４２～４５の発光の立ち上がり時間／立ち下がり時間を検出するようにしてもよい。この場合、メモリ４１ａに発光情報を予め記憶しなくても、上記電子シャッタ制御を行うようことができる。
　これにより、内視鏡システム１ａは、ＰＷＭによる発光が安定している期間に電シャッタによる調光を連動させることができ、カラーバランスを維持した状態で調光可能となる。
（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態について説明する。
　図１の光源装置４０では、複数のＬＥＤ４２～４５と、ＬＥＤ４２～４５の駆動電流を生成するＬＥＤ駆動部４６と、各ＬＥＤ４２～４５の発光状態を検知する光センサ４２ｂ～４５ｂを備え、各ＬＥＤ４２～４５に流す電流量を適切に調整することで、照明光として必要な光量及びカラーバランスを確保している。ＬＥＤ４２～４５の光量は、電流のＰＷＭ制御により調整されており、ＰＷＭの波形確保のためにはＬＥＤ４２～４５とＬＥＤ駆動部４６とは低抵抗で接続する必要がある。そのため、ＬＥＤ駆動部４６はＬＥＤ４２～４５の近傍に配置される。
　また、ＬＥＤ４２～４５の発光状態を検知する光センサ４２ｂ～４５ｂは、ＬＥＤ４２～４５の光検知のためにＬＥＤ４２～４５の近傍に配置される。このため、一般的に、光センサ４２ｂ～４５ｂとＬＥＤ駆動部４６とは、同じ基板に近接して配置されることになる。そのため、ＬＥＤ４２～４５に大電流を投入する場合、ＬＥＤ駆動部４６の発熱素子が高温になるため、ＬＥＤ駆動部４６に近接し合う光センサ４２ｂ～４５ｂも高温になり、ＬＥＤ４２～４５の光検知の精度が低下することがある。
　そこで、第３の実施形態では、ＬＥＤを大電流で駆動する場合でも、光センサを一定温度以下に保ち、適切な光源の発光状態を確保することができる光源装置について説明する。
　図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の例を説明するための図である。
　図９Ａに示すように、基板１００には、ＬＥＤ駆動部１０１と光センサ１０２とが配置されている。なお、ＬＥＤ駆動部１０１及び光センサ１０２は、基板１００の上面と下面に配置されているものとするが、これに限定されることなく、同一の面に配置されていてもよい。
　基板１００の表面には、ＬＥＤ駆動部１０１と光センサ１０２との間に、あらゆる熱伝導経路上を横切るように、例えば銅箔等により形成されるＧＮＤ層１０３が設けられている。これにより、ＬＥＤ駆動部１０１からの熱が基板１００の表面のＧＮＤ層１０３から大気へ放熱され、光センサ１０２の温度を一定の温度以下に保つようにする。
　なお、ＧＮＤ層１０３の形状は、図９Ａに限定されるものではない。例えば、図９Ｂに示すように、ＬＥＤ駆動部１０１を囲うようにＬ字型のＧＮＤ層１０３ａを設けてもよいし、図９Ｃに示すように、ＬＥＤ駆動部１０１を囲うようにロの字型のＧＮＤ層１０３ｂを設けてもよい。
　図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、ＬＥＤ駆動部及び光センサを有する基板の他の例を説明するための図である。
　図１０Ａに示すように、基板１００の表面のＧＮＤ層１０３に、ヒートシンク等で形成される熱拡散部材１０４を接触させて設け、ＬＥＤ駆動部１０１で発生した熱を大気へ放熱するようにしてもよい。
　また、図１０Ｂに示すように、基板１００の表面のＧＮＤ層１０３に熱伝導部材１０５を接触させて設け、この熱伝導部材１０５に金属等により形成されている筐体外装１０６を接触させて設け、ＬＥＤ駆動部１０１で発生した熱を周囲の部材へ放熱するようにしてもよい。
　また、図１０Ｃに示すように、ＬＥＤ駆動部１０１と光センサ１０２とが配置される基板を別基板としてもよい。すなわち、基板１００ａにＬＥＤ駆動部１０１が配置され、基板１００ｂに光センサ１０２が配置され、ＬＥＤ駆動部１０１から光センサ１０２までのあらゆる熱伝導経路の間で、熱経路となる伝熱部材１０７を設ける。そして、伝熱部材１０７を金属等により形成されている周辺部材１０８に接触させることで、ＬＥＤ駆動部１０１で発生した熱を周辺部材１０８へ放熱するようにしてもよい。
　以上のように、ＬＥＤの近傍に配置するＬＥＤ駆動部１０１の発熱素子と、光センサ１０２とを熱的に遮蔽し、ＬＥＤを大電流で駆動する場合でも光センサ１０２の温度を一定の温度以下に保つことができる。これにより、ＬＥＤの発光量が光センサ１０２により正確に検知することができ、ＰＷＭ制御で生成するＬＥＤの発光量を適切な発光状態に保つことができる。
　なお、上記の各実施形態の他に、電子シャッタのON/OFFに基づいてＰＷＭ使用期間を制御してもよい。
　具体的には、ビデオプロセッサ２０において、内視鏡１０の記憶部１９に格納されたスコープ情報に基づき電子シャッタのON/OFFを決定する自動調光モードと、ユーザの操作により電子シャッタのON/OFFを制御するマニュアルモードとを選択可能であってもよい。
　例えば、自動調光モードとマニュアルモードとの選択は、光源装置４０に設けられたモード選択スイッチにより行われる。
　自動調光モードが選択された際には、ビデオプロセッサ２０が内視鏡１０内の記憶部１９に格納されたスコープ情報に基づき電子シャッタのON/OFFを決定し、電子シャッタがONにされた場合は、光源装置４０の制御部４１がＰＷＭ使用期間を１フィールドに固定し、ＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）等の各種光源の駆動電流値のみを変更して光量を制御する。一方、ビデオプロセッサ２０により電子シャッタがOFFにされた場合は、光源装置４０の制御部４１が各種光源のＰＷＭデューティと駆動電流値の両方を制御する。
　一方、マニュアルモードとして、ユーザの操作により電子シャッタがONにされた場合は、光源装置４０の制御部４１がＰＷＭ使用期間を１フィールドに固定し、各種光源の駆動電流値のみを変更して光量を制御する。一方、ユーザの操作により電子シャッタがOFFにされた場合は、光源装置４０の制御部４１がＰＷＭデューティと各種光源の駆動電流値の両方を制御する。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
　本出願は、２０１４年１０月１０日に日本国に出願された特願２０１４－２０９２２８号公報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、図面に引用されたものとする。

Claims (7)

  1. 　被写体を撮像する撮像素子を備える撮像装置と、
    　前記撮像装置に設けられ、前記撮像素子の種類に対応した光源制御パラメータを格納する記憶部と、
    　前記撮像装置が接続され、前記被写体に対して照明光を供給する半導体光源を有する光源装置と、
    　前記光源装置に設けられ、所定の制御シーケンスに基づいて前記半導体光源からの前記照明光の出射態様を制御する光源制御部と、
    　前記光源装置に設けられ、前記記憶部から前記光源制御パラメータを読み出す読み出し部と、
    　前記制御シーケンスで用いる制御パラメータとして、前記読み出し部により読み出した前記光源制御パラメータを設定するパラメータ設定部と、
    　を具備することを特徴とする撮像システム。
  2. 　前記光源制御部は、前記半導体光源に供給する駆動電流のパルス幅を制御するＰＷＭ制御部を備え、
    　前記記憶部は、前記光源制御パラメータとして、前記撮像装置における１フレームの撮像期間内において前記ＰＷＭ制御部による制御を実施する期間の長さを表すＰＷＭ制御期間長データを記憶することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
  3. 　前記光源制御部は、前記半導体光源に供給する駆動電流の振幅を、供給しえる最大値と最小値との間で増減させるように制御する駆動電流制御部をさらに備え、
    　前記ＰＷＭ制御部は、前記駆動電流制御部により前記駆動電流が前記最小値に設定された後に更に前記半導体光源から出射される光の光量を少なくする必要がある場合に、前記ＰＷＭ制御期間長データで表される期間内において前記駆動電流のパルス幅の制御を実施することを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
  4. 　前記光源制御部は、前記ＰＷＭ制御部によって制御されるパルス幅が最小値に達した後に更に前記半導体光源から出射される光の光量を少なくする必要がある場合に、前記ＰＷＭ制御部による制御期間外の光の出射を停止させ、該制御期間外に出射されている光量積分値と等しい光量積分値の光を前記ＰＷＭ制御期間内に出射するように照明光の出射タイミングを変更するものであり、
    　前記記憶部は、前記光源制御パラメータとして、前記照明光の出射タイミング変更後の前記半導体光源に供給する駆動電流の値と、パルス幅の値とを表すデータを記憶することを特徴とする請求項３に記載の撮像システム。
  5. 　前記撮像装置は、前記半導体光源を複数有し、
    　前記光源制御部は、前記所定の制御シーケンスに基づいて前記複数の半導体光源の中の1つの半導体光源の発光パターンを制御するとともに、前記複数の半導体光源のうちの他の前記半導体光源の発光パターンを、前記１つの半導体光源に追従させて制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
  6. 　前記光源制御部は、前記半導体光源からの前記照明光の立ち上がりのタイミング及び立ち下がりのタイミングを表す発光情報を記憶するメモリを有し、前記発光情報に基づいて、前記半導体光源の消灯開始タイミングを補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
  7. 　前記撮像素子が電子シャッタ機能を有する際に、電子シャッタを制御する電子シャッタ制御部を有し、
    　前記光源制御部は、前記発光情報に基づいて、前記電子シャッタの露光タイミングがＰＷＭによる発光が安定している期間に開始されるシャッタタイミングを検出し、
    　前記電子シャッタ制御部は、前記光源制御部により検出された前記シャッタタイミングに基づいて、前記電子シャッタを制御することを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。
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