CN106031158A - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的摄像装置具有：摄像元件(244)，其具有呈矩阵状设置有分别对接收到的光进行光电转换而生成电信号的多个像素的受光部(244f)、按照每行依次读取像素生成的电信号的读取部(244g)、进行如下摄像控制的摄像控制部(244e)，该摄像控制交替反复进行使读取部(244g)读取多个像素中的至少图像处理对象的像素生成的电信号的读取处理和对受光部进行曝光的曝光处理；以及驱动信息生成部(408a)，其根据电信号设定曝光处理的曝光期间，生成该设定的曝光期间作为驱动信息，摄像控制部(408a)根据驱动信息对曝光处理和读取处理进行控制。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及具备具有多个像素的摄像元件的摄像装置。
背景技术
以往，在医疗领域中，在对患者等被检体的脏器进行观察时使用内窥镜系统。内窥镜系统具有：内窥镜，其例如在前端设置有摄像元件，具有挠性且呈细长形状，具有插入到被检体内的插入部；以及处理装置，其经由缆线而与插入部的基端侧连接，进行与摄像元件生成的摄像信号对应的体内图像的图像处理，使显示部等显示体内图像。
作为内窥镜系统中使用的观察方式，存在同时式和面顺次式。在同时式中，在摄像元件的受光部的前表面设置有例如透射红色、绿色、蓝色这三个颜色成分的光的滤色镜，在白色光的照明光下进行摄像。另一方面，在面顺次式中，例如，依次切换红色、绿色、蓝色这三个颜色成分的照明光。在面顺次式中，在依次切换颜色成分的照明光下，按照每个颜色进行摄像。与同时式相比，面顺次式具有能够维持高画质并使插入部细径化的优点。
在摄像元件中使用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器。CMOS图像传感器通过按照每个水平行错开定时进行读取的卷帘快门方式生成摄像信号。CMOS图像传感器能够任意设定基于像素中蓄积的电荷的像素信息的读取方式，所以，与同时读取全部像素的CCD图像传感器相比，能够进行多种摄像。
在应用了CMOS图像传感器的内窥镜系统中，当按照摄像图像的帧率来切换上述多种照明时，有时曝光期间跨越相互不同的照明期间。这种情况下，存在在所取得的图像中得到混合了不同的2个照明期间的照明光的图像的问题。作为用于解决该问题的技术，公开了如下技术：在至少两个帧的期间内照射相同颜色成分的照明光，将由该照明光曝光并读取的多帧的摄像信号中的最初帧的摄像信号从处理对象中除外(例如参照专利文献1)。根据专利文献1，在使用CMOS图像传感器并切换多个照明光的条件下，能够确保充分的感光度并对与各照明对应的图像进行摄像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5427316号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1公开的技术中，至少连续的2帧期间需要进行基于相同颜色成分的照明光的照明，并且，照明光的颜色刚刚切换之后读取的帧从处理对象中除外(舍弃读取)，所以，帧率降低。当帧率降低时，可能由于被摄体的运动而在各颜色成分的图像间产生像的偏差(颜色偏差)。为了抑制偏差的产生，考虑提高读取的时钟速率来抑制帧率的降低，但是，当提高读取的时钟速率时，摄像元件的发热量增加，由于该发热而引起的热噪声使噪声增大，图像的画质可能降低。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够抑制帧率的降低而不改变读取的时钟速率的摄像装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题并实现目的，本发明的摄像装置的特征在于，所述摄像装置具有：摄像元件，其具有呈矩阵状设置有多个像素的受光部，该多个像素分别对接收到的光进行光电转换而生成电信号、按照每行依次读取所述像素生成的电信号的读取部、进行如下摄像控制的摄像控制部，该摄像控制交替反复进行使所述读取部读取所述多个像素中的至少图像处理对象的像素生成的电信号的读取处理和对所述受光部进行曝光的曝光处理；以及驱动信息生成部，其根据所述电信号设定所述曝光处理的曝光期间，生成该设定的曝光期间作为驱动信息，所述摄像控制部根据所述驱动信息对所述曝光处理和所述读取处理进行控制。
并且，本发明的摄像装置的特征在于，在上述发明中，所述驱动信息生成部根据基于所述电信号生成的图像的明亮度来设定所述曝光期间。
并且，本发明的摄像装置的特征在于，在上述发明中，所述摄像装置还具有：照明部，其以能够切换的方式射出波段不同的多个照明光；以及照明控制部，其按照每个所述曝光处理切换射出所述波段不同的多个照明光。
并且，本发明的摄像装置的特征在于，在上述发明中，所述摄像装置还具有：照明部，其通过脉冲驱动来射出照明光；以及照明控制部，其对基于所述照明部的所述照明光的射出进行控制。
并且，本发明的摄像装置的特征在于，在上述发明中，所述摄像装置还具有调光部，该调光部根据基于所述电信号生成的图像的明亮度，设定所述照明部的所述照明光的照明期间，所述驱动信息生成部生成使所述曝光期间成为与由所述调光部设定的照明期间相同、或比照明期间长的期间的驱动信息，所述照明控制部根据由所述调光部设定的所述照明期间，使所述照明部射出所述照明光。
发明效果
根据本发明，发挥能够抑制帧率的降低而不改变读取的时钟速率的效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的内窥镜系统的概略结构的图。
图2是示出本发明的实施方式的内窥镜系统的概略结构的框图。
图3是说明本发明的实施方式的内窥镜系统的摄像元件的读取定时和照明部的照明定时的图。
图4是示出本发明的实施方式的变形例1的内窥镜系统的概略结构的框图。
图5是示出本发明的实施方式的变形例2的内窥镜系统的概略结构的框图。
图6是说明本发明的实施方式的内窥镜系统的摄像元件的读取定时和照明部的照明定时的图，是说明在垂直消隐期间中包含像素的读取期间的一部分的情况的图。
具体实施方式
下面，对用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)进行说明。在实施方式中，作为包含本发明的摄像装置的系统的一例，说明对患者等被检体内的图像进行摄像并进行显示的医疗用的内窥镜系统。并且，本发明不由该实施方式限定。进而，在附图的记载中，对相同部分标注相同标号进行说明。
(实施方式)
图1是示出本发明的实施方式的内窥镜系统的概略结构的图。图2是示出本实施方式的内窥镜系统的概略结构的框图。
图1和图2所示的内窥镜系统1具有：内窥镜2，其通过将前端部插入到被检体内，对被检体的体内图像进行摄像；光源装置3，其产生从内窥镜2的前端射出的照明光；处理装置4，其对内窥镜2进行摄像而得到的体内图像实施规定图像处理，并且对内窥镜系统1整体的动作进行总括控制；以及显示装置5，其显示处理装置4实施了图像处理后的体内图像。
内窥镜2具有：插入部21，其具有挠性且呈细长形状；操作部22，其与插入部21的基端侧连接，受理各种操作信号的输入；以及通用软线23，其从操作部22向与插入部21延伸的方向不同的方向延伸，内置有与光源装置3和处理装置4连接的各种缆线。
插入部21具有：前端部24，其内置有摄像元件244，该摄像元件244呈二维状排列有通过接收光并进行光电转换而生成信号的像素；弯曲自如的弯曲部25，其由多个弯曲块构成；以及具有挠性的长条状的挠性管部26，其与弯曲部25的基端侧连接。
前端部24具有：光导241，其使用玻璃纤维等构成，成为光源装置3发出的光的导光路；照明透镜242，其设置在光导241的前端；会聚用的光学系统243；以及摄像元件244，其设置在光学系统243的成像位置处，接收光学系统243会聚的光并将其光电转换为电信号，实施规定信号处理。
光学系统243使用一个或多个透镜构成，具有使视场角变化的光学变焦功能和使焦点变化的对焦功能。
摄像元件244具有：传感器部244a，其对来自光学系统243的光进行光电转换并生成电信号(摄像信号)；模拟前端部244b(以下称为“AFE部244b”)，其对传感器部244a输出的摄像信号进行噪声去除和A/D转换；P/S转换部244c，其对AFE部244b输出的摄像信号(数字信号)进行并行/串行转换并将其发送到外部；定时发生器244d，其产生传感器部244a的驱动定时、AFE部244b和P/S转换部244c中的各种信号处理的脉冲；以及摄像控制部244e，其对摄像元件244的动作进行控制。摄像元件244例如使用单色的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器来实现。
传感器部244a具有：受光部244f，其呈矩阵状排列有多个像素，这多个像素分别具有蓄积与光量对应的电荷的光电二极管和将从光电二极管传输的电荷转换为电压电平的电容器等，各像素对来自光学系统243的光进行光电转换并生成电信号；以及读取部244g，其依次读取受光部244f的多个像素中的任意设定为读取对象的像素生成的电信号，作为摄像信号进行输出。读取部244g按照每个水平行依次读取呈矩阵状排列的多个像素生成的电信号。
如上所述，摄像元件244(CMOS图像传感器)通过按照每个水平行错开定时进行读取的卷帘快门方式读取电信号。
AFE部244b具有例如使用相关双采样(Correlated Double Sampling：CDS)法来降低模拟摄像信号中包含的噪声成分的噪声降低电路、调整电信号的放大率(增益)来维持恒定的输出电平的AGC(Automatic Gain Control：自动增益控制)电路、对经由AGC电路输出的作为图像信息的摄像信号进行A/D转换的A/D转换电路。
摄像控制部244e根据从处理装置4接收到的设定数据对前端部24的各种动作进行控制。摄像控制部244e例如对读取部244g输出读取信号，以像素单位对各像素输出的电信号的输出方式进行控制。摄像控制部244e使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)和记录各种程序的寄存器等构成。
操作部22具有：弯曲旋钮221，其使弯曲部25向上下方向和左右方向弯曲；处置器械插入部222，其在被检体内插入活体钳子、电刀和检查探针等处置器械；以及作为操作输入部的多个开关223，其输入处理装置4、光源装置3以及送气单元、送水单元、画面显示控制等的外围设备的操作指示信号。从处置器械插入部222插入的处置器械经由前端部24的处置器械通道(未图示)而从开口部(未图示)露出。
通用软线23至少内置有光导241和汇集一个或多个信号线而得到的集合缆线245。集合缆线245包含用于发送接收设定数据的信号线、用于发送接收图像信号的信号线、用于发送接收对摄像元件244进行驱动的驱动用定时信号的信号线、以及用于发送与读取部244g开始读取的定时有关的驱动信息的信号线。
接着，对光源装置3的结构进行说明。光源装置3具有照明部31和照明控制部32。
照明部31在照明控制部32的控制下，针对被摄体(被检体)依次切换射出波段相互不同的多个照明光。照明部31具有光源部31a和光源驱动器31b。
光源部31a使用红色LED光源311、绿色LED光源312和蓝色LED光源313以及一个或多个透镜等构成，在光源驱动器31b的控制下，各LED光源射出各个波段的光(照明光)。光源部31a产生的照明光经由光导241从前端部24的前端朝向被摄体射出。具体而言，光源部31a通过从红色LED光源311、绿色LED光源312和蓝色LED光源313中的任意一方射出光，射出具有红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)中的任意波段(例如红色：600nm～700nm；绿色：500nm～600nm；蓝色：400nm～500nm)的光作为照明光。由此，照明部31能够通过光源部31a向内窥镜2依次射出(面顺次方式)红色光(R照明)、绿色光(G照明)和蓝色光(B照明)中的任意光。
光源驱动器31b在照明控制部32的控制下，通过对光源部31a的红色LED光源311、绿色LED光源312和蓝色LED光源313中的任意一方供给电流，使光源部31a射出照明光。
照明控制部32对光源驱动器31b进行控制，使光源部31a的红色LED光源311、绿色LED光源312和蓝色LED光源313进行接通断开动作，由此，对由照明部31射出的照明光的种类(波段)进行控制。照明控制部32从处理装置4的控制部408接收同步信号，并且从调光部404接收调光信号，根据这些信号对光源驱动器31b向光源部31a(各LED光源)供给的电力量进行控制，并且对光源驱动器31b驱动光源部31a的驱动定时(发光期间)进行控制。在发光期间内可以始终点亮照明光，也可以进行PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制，在照明控制部32的控制下，通过脉冲驱动来射出照明光。
接着，对处理装置4的结构进行说明。处理装置4具有S/P转换部401、图像处理部402、明亮度检测部403、调光部404、同步信号生成部405、输入部406、记录部407、控制部408、基准时钟生成部409。
S/P转换部401对从摄像元件244输入的图像信息(电信号)进行串行/并行转换，将其输出到图像处理部402。
图像处理部402根据从S/P转换部401输入的图像信息，生成显示装置5要显示的体内图像。图像处理部402对图像信息执行规定图像处理，生成包含体内图像的体内图像信息。这里，作为图像处理，是同时化处理、光学黑体减法处理、白平衡调整处理、颜色矩阵运算处理、伽马校正处理、颜色再现处理、边缘强调处理、对多个图像数据进行合成的合成处理和格式转换处理等。并且，图像处理部402将从S/P转换部401输入的图像信息输出到明亮度检测部403。
明亮度检测部403根据从图像处理部402输入的体内图像信息来检测与各像素对应的明亮度水平，将检测到的明亮度水平记录在内部设置的存储器中，并且输出到控制部408。并且，明亮度检测部403根据检测到的明亮度水平来计算增益调整值，将增益调整值输出到图像处理部402。
调光部404根据来自控制部408的控制信号和明亮度检测部403检测到的明亮度水平，设定光源部31a的发光期间(发光开始定时和发光结束定时)等条件，将包含该设定的条件的调光信号输出到光源装置3。并且，调光部404将设定的条件输出到控制部408。
同步信号生成部405根据基准时钟生成部409生成的时钟，生成至少包含垂直同步信号的同步信号，经由集合缆线245中包含的规定信号线发送到定时发生器244d，并且发送到处理装置4内部的各部。
输入部406受理用于指示内窥镜系统1的动作的动作指示信号等各种信号的输入。
记录部407使用闪存或DRAM(Dynamic Random Access Memory：动态随机存取存储器)等半导体存储器实现。记录部407记录用于使内窥镜系统1进行动作的各种程序和包含内窥镜系统1的动作所需要的各种参数等的数据。并且，记录部407记录处理装置4的识别信息。这里，识别信息中包含处理装置4的固有信息(ID)、年型、说明书信息、传送方式和传送率等。
控制部408使用CPU等构成，进行包含摄像元件244和光源装置3的各结构部的驱动控制、以及针对各结构部的信息的输入输出控制等。控制部408经由集合缆线245中包含的规定信号线将记录部407中记录的摄像控制用的设定数据(例如读取对象的像素等)发送到摄像控制部244e。
并且，控制部408具有驱动信息生成部408a，该驱动信息生成部408a根据调光部404设定的发光期间(照明期间)，在受光部244f中设定对来自光学系统243的光进行曝光的曝光期间，生成包含该曝光期间的驱动信息。控制部408将驱动信息生成部408a生成的驱动信息输出到前端部24，并且，与曝光期间同步地将使照明部31进行照明动作的意思的控制信号输出到照明控制部32。控制信号中例如包含与读取部244g的读取开始动作和结束动作对应的照明部31的照明开始定时和照明结束定时等。
基准时钟生成部409生成作为内窥镜系统1的各结构部的动作的基准的时钟信号，对内窥镜系统1的各结构部供给所生成的时钟信号。
接着，对显示装置5进行说明。显示装置5经由影像缆线接收与处理装置4生成的体内图像信息对应的体内图像并进行显示。显示装置5使用液晶或有机EL(ElectroLuminescence)构成。
另外，在本实施方式中，使用摄像元件244、照明部31、照明控制部32、调光部404和驱动信息生成部408a(控制部408)构成摄像装置。
接着，参照图3对内窥镜系统1的摄像元件244的读取定时和照明部31的照明定时进行说明。图3是说明内窥镜系统的拍摄时的摄像元件的读取定时和照明部的照明定时的图，图3(a)是示出在成为最大发光量的期间内进行发光的情况的图，图3(b)是示出在成为最大发光量的大致一半的发光量的期间内进行发光的情况的图，图3(c)是示出在成为远远小于最大发光量的发光量的期间内进行发光的情况的图。
摄像元件244交替反复进行通过读取部244g按照每个水平行错开定时进行第1～第n行(1帧)的电信号的读取处理的读取期间、与读取期间不同的期间即用于进行受光部244f的曝光处理(照明光对摄像对象区域的照明)的期间(曝光期间)即垂直消隐期间，取得包含被检体的体内图像的摄像信号。例如，在图3(a)中，使读取期间R1～R3和垂直消隐期间V11～V13交替反复。并且，在图3(a)中，例如用期间R101表示第1行的读取期间。
首先，参照图3(a)对在所设定的成为最大发光量的照明期间(全部发光期间)内进行照明部31的照明的情况进行说明。在通过调光部404将照明期间设定为全部发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间(曝光期间)设定为与该照明期间相等的期间的驱动信息。
如图3(a)所示，当在时间Tr0通过摄像控制部244e对动作进行复位时，读取部244g开始进行第1～第n行(1帧)的读取。在本实施方式中，摄像控制部244e根据由驱动信息生成部408a生成的驱动信息(曝光期间)，在读取部244g开始进行读取的开始定时(开始下一帧的定时)输出复位信号(垂直同步信号)。由此，摄像控制部244e根据读取部244g的读取开始定时对动作(具体而言为电容器)进行复位，使读取部244g开始进行读取动作。
当在读取期间R1内结束读取部244g的读取动作时，摄像控制部244e转移到垂直消隐期间V11。在垂直消隐期间V11内，与该期间同步地通过照明部31射出照明光，对受光部244f进行曝光。具体而言，在通过调光部404将照明期间Lr1设定为全部发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间V11(曝光期间)设定为与照明期间Lr1相等的期间的驱动信息。在照明期间Lr1内，通过照明控制部32的控制而射出红色光(R照明)。通过与垂直消隐期间V11同步地进行R照明，受光部244f在垂直消隐期间V11内通过由于R照明而从摄像对象反射或散射等的光(观察光)进行曝光。
然后，摄像控制部244e在垂直消隐期间V11结束的定时(时间Tr11)输出复位信号，对动作进行复位，转移到读取期间R2，使读取部244g开始进行读取动作。此时，读取部244g读取的电信号是基于在垂直消隐期间V11(照明期间Lr1)内由受光部244f接收到的红色光的电信号。
当在读取期间R2内结束读取部244g的读取动作时，摄像控制部244e转移到垂直消隐期间V12。在垂直消隐期间V12内，与该期间同步地通过照明部31射出照明光，对受光部244f进行曝光。具体而言，在照明期间Lg1与照明期间Lr1同样设定为全部发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间V12设定为与照明期间Lg1相等的期间的驱动信息。在照明期间Lg1内，通过照明控制部32的控制而射出绿色光(G照明)。通过与垂直消隐期间V12同步地进行G照明，受光部244f在垂直消隐期间V12内通过基于G照明的观察光进行曝光。
然后，摄像控制部244e在垂直消隐期间V12结束的定时(时间Tr12)输出复位信号，对动作进行复位，转移到读取期间R3，使读取部244g开始进行读取动作。此时，读取部244g读取的电信号是基于在垂直消隐期间V12(照明期间Lg1)内由受光部244f接收到的绿色光的电信号。
当在读取期间R3内结束读取部244g的读取动作时，摄像控制部244e转移到垂直消隐期间V13。在垂直消隐期间V13内，与该期间同步地通过照明部31射出照明光，对受光部244f进行曝光。具体而言，在照明期间Lb1与照明期间Lr1同样设定为全部发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间V13设定为与照明期间Lb1相等的期间的驱动信息。在照明期间Lb1内，通过照明控制部32的控制而射出蓝色光(B照明)。通过与垂直消隐期间V13同步地进行B照明，受光部244f在垂直消隐期间V13内通过基于B照明的观察光进行曝光。
然后，与上述处理同样，摄像控制部244e在垂直消隐期间V13结束的定时对动作进行复位，转移到下一个读取期间，使读取部244g开始进行读取动作。此时，读取部244g读取的电信号是基于在垂直消隐期间V13(照明期间Lb1)内由受光部244f接收到的蓝色光的电信号。
接着，参照图3(b)对在成为最大发光量的大致一半的发光量的照明期间(半发光期间)内进行照明部31的照明的情况进行说明。在通过调光部404将照明期间设定为半发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间(曝光期间)设定为与该照明期间相等的期间的驱动信息。
与上述处理同样，当在时间Tr0通过摄像控制部244e对动作进行复位时，读取部244g开始进行每个水平行的读取。当在读取期间R1内结束读取部244g的读取动作时，摄像控制部244e转移到垂直消隐期间V21。在垂直消隐期间V21内，与该期间同步地通过照明部31射出照明光，对受光部244f进行曝光。具体而言，在通过调光部404将照明期间Lr2设定为半发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间V21(曝光期间)设定为与照明期间Lr2相等的期间的驱动信息。在照明期间Lr2内，通过照明控制部32的控制而成为R照明。通过与垂直消隐期间V21同步地进行R照明，受光部244f在垂直消隐期间V21内通过基于R照明的观察光进行曝光。
然后，摄像控制部244e在垂直消隐期间V21结束的定时(时间Tr21)对动作进行复位，转移到读取期间R2，使读取部244g开始进行读取动作。此时，读取部244g读取的电信号是基于在垂直消隐期间V21(照明期间Lr2)内由受光部244f接收到的红色光的电信号。
当在读取期间R2内结束读取部244g的读取动作时，摄像控制部244e转移到垂直消隐期间V22。在垂直消隐期间V22内，与该期间同步地通过照明部31射出照明光，对受光部244f进行曝光。具体而言，在照明期间Lg2与照明期间Lr2同样设定为半发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间V22设定为与照明期间Lg2相等的期间的驱动信息。在照明期间Lg2内，通过照明控制部32的控制而成为G照明。通过与垂直消隐期间V22同步地进行G照明，受光部244f在垂直消隐期间V22内通过基于G照明的观察光进行曝光。
然后，摄像控制部244e在垂直消隐期间V22结束的定时(时间Tr22)对动作进行复位，转移到读取期间R3，使读取部244g开始进行读取动作。此时，读取部244g读取的电信号是基于在垂直消隐期间V22(照明期间Lg2)内由受光部244f接收到的绿色光的电信号。
当在读取期间R3内结束读取部244g的读取动作时，摄像控制部244e转移到垂直消隐期间V23。在垂直消隐期间V23内，与该期间同步地通过照明部31射出照明光，对受光部244f进行曝光。具体而言，在照明期间Lb2与照明期间Lr2同样设定为半发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间V23设定为与照明期间Lb2相等的期间的驱动信息。在照明期间Lb2内，通过照明控制部32的控制而成为B照明。通过与垂直消隐期间V23同步地进行B照明，受光部244f在垂直消隐期间V23内通过基于B照明的观察光进行曝光。
然后，与上述处理同样，摄像控制部244e在垂直消隐期间V23结束的定时对动作进行复位，转移到下一个读取期间，使读取部244g开始进行读取动作。此时，读取部244g读取的电信号是基于在垂直消隐期间V23(照明期间Lb2)内由受光部244f接收到的蓝色光的电信号。
接着，参照图3(c)对在成为远远小于能够发光的最大发光量的发光量的照明期间(最小量发光期间)内进行照明部31的照明的情况进行说明。在通过调光部404将照明期间设定为最小量发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间(曝光期间)设定为与该照明期间相等的期间的驱动信息。
与上述处理同样，当在时间Tr0通过摄像控制部244e对动作进行复位时，读取部244g开始进行每个水平行的读取。当在读取期间R1内结束读取部244g的读取动作时，摄像控制部244e转移到垂直消隐期间V31。在垂直消隐期间V31内，与该期间同步地通过照明部31射出照明光，对受光部244f进行曝光。具体而言，在通过调光部404将照明期间Lr3设定为最小量发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间V31(曝光期间)设定为与照明期间Lr3相等的期间的驱动信息。在照明期间Lr3内，通过照明控制部32的控制而成为R照明。通过与垂直消隐期间V31同步地进行R照明，受光部244f在垂直消隐期间V31内通过基于R照明的观察光进行曝光。
然后，摄像控制部244e在垂直消隐期间V31结束的定时(时间Tr31)对动作进行复位，转移到读取期间R2，使读取部244g开始进行读取动作。此时，读取部244g读取的电信号是基于在垂直消隐期间V31(照明期间Lr3)内由受光部244f接收到的红色光的电信号。
当在读取期间R2内结束读取部244g的读取动作时，摄像控制部244e转移到垂直消隐期间V32。在垂直消隐期间V32内，与该期间同步地通过照明部31射出照明光，对受光部244f进行曝光。具体而言，在照明期间Lg3与照明期间Lr3同样设定为最小量发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间V32设定为与照明期间Lg3相等的期间的驱动信息。在照明期间Lg3内，通过照明控制部32的控制而成为G照明。通过与垂直消隐期间V32同步地进行G照明，受光部244f在垂直消隐期间V32内通过基于G照明的观察光进行曝光。
然后，摄像控制部244e在垂直消隐期间V32结束的定时(时间Tr32)对动作进行复位，转移到读取期间R3，使读取部244g开始进行读取动作。此时，读取部244g读取的电信号是基于在垂直消隐期间V32(照明期间Lg3)内由受光部244f接收到的绿色光的电信号。
当在读取期间R3内结束读取部244g的读取动作时，摄像控制部244e转移到垂直消隐期间V33。在垂直消隐期间V33内，与该期间同步地通过照明部31射出照明光，对受光部244f进行曝光。具体而言，在照明期间Lb3与照明期间Lr3同样设定为最小量发光期间的情况下，驱动信息生成部408a生成将垂直消隐期间V33设定为与照明期间Lb3相等的期间的驱动信息。在照明期间Lb3内，通过照明控制部32的控制而成为B照明。通过与垂直消隐期间V33同步地进行B照明，受光部244f在垂直消隐期间V33内通过基于B照明的观察光进行曝光。
然后，与上述处理同样，摄像控制部244e在垂直消隐期间V33结束的定时对动作进行复位，转移到下一个读取期间，使读取部244g开始进行读取动作。此时，读取部244g读取的电信号是基于在垂直消隐期间V33(照明期间Lb3)内由受光部244f接收到的蓝色光的电信号。
如上所述，根据照明光的照明期间来设定垂直消隐期间，由此，能够根据照明期间缩短进行复位动作后到进行下一个复位动作之间(从第m(m为自然数)帧的读取开始定时到第m+1帧的读取开始定时之间)的时间。例如，如图3所示，当设时间Tr0～时间Tr11的时间为Td1、时间Tr0～时间Tr21的时间为Td2、时间Tr0～时间Tr31的时间为Td3时，成为Td3<Td2<Td1。具体而言，例如，当设最长的照明期间为16.68毫秒、成为大致一半的发光量的照明期间为12.68毫秒、成为大致最小的发光量的期间为8.68毫秒时，在维持了读取的时钟速率的状态下，关于帧率，每1帧最大能够缩短8.0毫秒。
这样，通过缩短1帧所需要的时间，能够缩短多帧的读取(电信号的取得处理)所需要的时间。由此，例如，能够缩短以红色光、绿色光和蓝色光进行曝光的各帧的取得时间，能够减少对三个颜色成分的图像进行合成的情况下等产生的颜色偏差。一般而言，摄像对象与前端部24(光学系统243)之间的距离越小(近)，则对摄像对象照射充分的光量，即使缩短照明时间，也能够得到充分的明亮度。在本实施方式中，特别是摄像对象与前端部24(光学系统243)之间的距离越小(近)，则能够同时实现颜色偏差的减少和清晰图像的取得双方，所以，能够得到进一步的效果。
另一方面，以往，通过调光部进行发光量和照明期间的控制，但是，不根据该照明期间来设定垂直消隐期间，进行复位动作期间的时间不变。因此，垂直消隐期间设定为大于能够发光的期间的最大期间，或者，在照明期间较短的情况下，该较短的期间成为不进行读取处理和照明处理的消隐期间。
并且，在本实施方式中，仅根据照明期间来设定垂直消隐期间，读取期间恒定而不会根据照明期间而缩短，所以，不需要进行使读取的时钟速率成为高速等的设定。因此，能够维持稳定的读取处理。
根据上述本实施方式，驱动信息生成部408a根据照明期间来设定垂直消隐期间(曝光期间)，例如生成在照明期间缩短的情况下也缩短垂直消隐期间的驱动信息，根据该驱动信息，摄像元件244进行读取处理和曝光处理，与该曝光处理同步地，光源装置3进行照明处理，所以，能够抑制帧率的降低而不改变读取的时钟速率。
并且，根据上述本实施方式，仅在垂直消隐期间内设定照明期间，不包含读取期间，所以，各水平行的曝光期间一致，能够抑制水平行间的明亮度的差异。
(变形例1)
接着，对本发明的实施方式的变形例1进行说明。图4是示出本发明的实施方式的变形例1的内窥镜系统的概略结构的框图。另外，对与上述结构相同的结构标注相同标号进行说明。在上述实施方式中，设光源装置3具有射出不同波段的光的多个光源来进行说明，但是，本变形例1的内窥镜系统1a具有一个光源和能够透射波段相互不同的多个照明光的旋转滤镜。
本变形例1的内窥镜系统1a的光源装置3a具有照明部310和照明控制部32。照明部310在照明控制部32的控制下，针对被摄体(被检体)依次切换射出波段相互不同的多个照明光。照明部310具有上述光源驱动器31b、光源部31c、旋转滤镜31d、驱动部31e、驱动器31f。
光源部31c使用白色LED光源和一个或多个透镜等构成，在光源驱动器31b的控制下，向旋转滤镜31d射出白色光。光源部31c产生的白色光经由旋转滤镜31d和光导241从前端部24的前端朝向被摄体射出。
旋转滤镜31d配置在光源部31c射出的白色光的光路上，通过进行旋转，仅使光源部31c射出的白色光中的规定波段的光透射。具体而言，旋转滤镜31d具备使具有红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)的各个波段的光透射的红色滤镜314、绿色滤镜315和蓝色滤镜316。旋转滤镜31d通过进行旋转，依次使红色、绿色和蓝色的波段(例如，红色：600nm～700nm；绿色：500nm～600nm；蓝色：400nm～500nm)的光透射。由此，照明部310能够向内窥镜2依次射出(面顺次方式)光源部31c射出的白色光(W照明)中的窄带的红色光(R照明)、绿色光(G照明)和蓝色光(B照明)中的任意一种光。
驱动部31e使用步进马达或DC马达等构成，使旋转滤镜31d进行旋转动作。通过使该驱动部31e的旋转速度可变，能够对红色、绿色和蓝色的波段的光的透射间隔进行变更。
驱动器31f在照明控制部32的控制下，向驱动部31e供给规定电流。
在本变形例1中，照明控制部32对光源驱动器31b进行控制，使光源部31c的白色LED光源点亮，对驱动器31f进行控制，使旋转滤镜31d以指定速度进行旋转动作，由此，对由照明部310射出的照明光的种类(波段)和发光期间进行控制。照明控制部32从处理装置4的控制部408接收同步信号，并且从调光部404接收调光信号，根据这些信号对光源驱动器31b向光源部31c供给的电力量进行控制。另外，光源驱动器31b可以构成为，在始终点亮照明光的垂直消隐期间中，通过旋转滤镜31d遮断照明光，也可以按照垂直消隐期间对驱动光源部31c的驱动定时(发光期间)进行控制，还可以在发光期间中，对驱动光源部31c的驱动定时(发光期间)进行PWM控制，照明部310在照明控制部32的控制下，通过脉冲驱动来射出照明光。
(变形例2)
接着，对本发明的实施方式的变形例2进行说明。图5是示出本发明的实施方式的变形例2的内窥镜系统的概略结构的框图。另外，对与上述结构相同的结构标注相同标号进行说明。在上述实施方式中，设通过设置在处理装置4中的驱动信息生成部408a对读取定时和照明定时进行控制来进行说明，但是，在本变形例2中，在内窥镜2(操作部22)中设置驱动信息生成部224，根据该驱动信息生成部224生成的控制信号对读取定时和照明定时进行控制。
在本变形例2的内窥镜系统1b中，上述内窥镜2的摄像元件244还具有基准时钟生成部244h。在本变形例2中，在摄像元件244中设置基准时钟生成部244h，根据该基准时钟生成部244h生成的时钟对读取开始定时和照明光的照射定时进行控制。换言之，在内窥镜系统1a中，以基准时钟生成部244h生成的时钟为基准对读取部244g的读取定时和照明控制部32的照明定时进行控制。在本变形例中，光源装置3根据基准时钟生成部244h生成的时钟进行动作，基准时钟生成部409生成用于使图像处理部402等处理装置4的内部结构进行动作的时钟。并且，内窥镜系统1b不具有上述驱动信息生成部408a。在本变形例中，使用摄像元件244、照明部31、照明控制部32、调光部404和驱动信息生成部224构成摄像装置。
本变形例2的操作部22具有驱动信息生成部224，该驱动信息生成部224从处置装置4取得调光部404设定的照明期间，生成与该照明期间所对应的垂直消隐期间(曝光期间)和照明部31的照明定时有关的驱动信息。驱动信息生成部224将所生成的驱动信息输出到前端部24和处理装置4。本变形例的驱动信息是包含各帧的读取开始定时(垂直同步信号)以及照明部31的照明开始定时和照明结束定时的信息。可以在驱动信息中重叠基准时钟生成部244h生成的时钟，也可以从处理装置4接收基准时钟或与基准时钟同步的时钟(未图示)。
控制部408从驱动信息生成部224接收到驱动信息后，向照明控制部32输出与照明开始定时和照明结束定时有关的控制信号。与上述实施方式同样，照明控制部32与垂直消隐期间同步地控制照明部31，进行照明控制。另外，照明控制部32根据基准时钟生成部244h生成的时钟进行照明部31的控制。
根据本变形例2，根据内窥镜2中生成的时钟，能够使垂直消隐期间和照明期间同步来进行照明控制。驱动信息生成部224进行的与照明期间对应的垂直消隐期间的设定与上述实施方式的驱动信息生成部408a的设定处理相同。
这里，在上述实施方式中，设调光部404根据明亮度检测部403的检测结果设定照明期间、驱动信息生成部408a根据该设定的照明期间设定垂直消隐期间来进行说明，但是，在本变形例2中，驱动信息生成部224也可以取得调光部404设定的照明期间来设定垂直消隐期间，还可以从AFE部244b等取得亮度信息来设定照明期间和垂直消隐期间，将所设定的照明期间(包含照明定时等)作为驱动信息输出到控制部408。
另外，在本变形例2中，设操作部22具有驱动信息生成部224来进行说明，但是，在摄像元件244中，例如也可以在摄像控制部224e等中设置驱动信息生成部，将该驱动信息生成部生成的驱动信息输出到处理装置4。并且，如上述变形例1那样，也可以通过旋转滤镜31d来选择照明光的波段。
并且，在本实施方式中，第1行的读取开始定时是具有有效像素区域的行的开头的水平行，这在取得有效像素区域的图像的方面是优选的。
在本实施方式中，设根据照明期间来设定垂直消隐期间来进行说明，但是，例如在读取期间R1中存在非读取对象的像素或非图像处理对象的像素(水平行)的情况下，也可以使该非读取对象的像素的读取所需要的期间包含在垂直消隐期间(曝光期间)内。即，在设定了读取对象和图像处理对象以外的像素的情况下，可以将该设定的像素的读取所需要的期间视为垂直消隐期间的一部分。
图6是说明本发明的实施方式的内窥镜系统的摄像元件的读取定时和照明部的照明定时的图，是说明在垂直消隐期间中包含像素的读取期间的一部分的情况的图。如图6所示，可以设读取期间R1a、R2a是图像处理对象的像素的读取所需要的期间，垂直消隐期间V11a是图像处理对象的像素的读取期间以外的期间。该情况下的照明期间的设定可以与垂直消隐期间V11a相同，也可以与原本设定的垂直消隐期间V11相同。在设为垂直消隐期间V11的情况下，曝光期间比照明期间长。
并且，在本实施方式中，设调光部404根据明亮度检测部403的检测结果设定照明期间来进行说明，但是，在通过用户进行的增益调整等变更了照明期间的情况下，也可以根据该变更后的照明期间对垂直消隐期间进行变更。并且，在从设置在内窥镜2中的送水单元排出水等液体的情况下、在可能由于观察部位的液体量等而产生图像的失真或颜色偏差的情况下，也可以进行控制以缩短照明期间和垂直消隐期间。该情况下，例如根据送水开关的按下来进行控制。
并且，在本实施方式中，设调光部404根据明亮度检测部403的检测结果设定照明期间来进行说明，但是，也可以按照每帧取得明亮度检测部403的检测结果来进行该照明期间的设定，还可以按照几帧取得检测结果来进行设定，还可以在以所设定的波段的照明光(例如绿色光)进行照明的情况下取得检测结果来进行设定。
并且，在本实施方式中，设调光部404根据明亮度检测部403的检测结果设定照明部31的照明期间来进行说明，但是，在不具有照明部31的结构的情况下，也可以是摄像元件244的电子快门的开放期间等。在上述实施方式的装置结构的情况下，摄像装置使用摄像元件244、调光部404和驱动信息生成部408a构成。并且，在上述变形例的装置结构的情况下，摄像装置使用摄像元件244、驱动信息生成部224和调光部404构成。另外，也可以使用摄像元件244、驱动信息生成部224构成摄像装置，驱动信息生成部224从AFE部244b或P/S转换部244c取得电信号，根据该电信号(像的明亮度)生成包含曝光期间和照明期间的驱动信息。
并且，在本实施方式中，设控制装置4的控制部408根据所取得的驱动信息对光源装置3的驱动进行控制来进行说明，但是，光源装置3也可以具有控制部，该控制部取得驱动信息并根据该驱动信息进行驱动。
并且，在本实施方式中，设使用红色LED光源311、绿色LED光源312和蓝色LED光源313作为光源部31a、使用白色LED光源作为光源部31c来进行说明，但是，也可以使用激光二极管作为光源。并且，在本实施方式中，设照明部31和照明部310射出红色、绿色和蓝色中的任意波段的光来进行说明，但是，也可以射出与这些波段不同的波段的光。
产业上的可利用性
如上所述，在抑制帧率的降低而不改变读取的时钟速率的方面，本发明的摄像装置是有用的。
标号说明
1、1a、1b：内窥镜系统；2：内窥镜；3、3a：光源装置；4：处理装置；31、310：照明部；31a、31c：光源部；31b：光源驱动器；31d：旋转滤镜；31e：驱动部；31f：驱动器；32：照明控制部；224、408a：驱动信息生成部；244：摄像元件；244a：传感器部；244b：AFE部；244c：P/S转换部；244d：定时发生器；244e：摄像控制部；244f：受光部；244g：读取部；244h、409：基准时钟生成部；245：集合缆线；401：S/P转换部；402：图像处理部；403：明亮度检测部；404：调光部；405：同步信号生成部；408：控制部。

Claims (5)

1.一种摄像装置，其特征在于，所述摄像装置具有：
摄像元件，其具有呈矩阵状设置有多个像素的受光部，该多个像素分别对接收到的光进行光电转换而生成电信号、按照每行依次读取所述像素生成的电信号的读取部、进行如下摄像控制的摄像控制部，该摄像控制交替反复进行使所述读取部读取所述多个像素中的至少图像处理对象的像素生成的电信号的读取处理和对所述受光部进行曝光的曝光处理；以及
驱动信息生成部，其根据所述电信号设定所述曝光处理的曝光期间，生成该设定的曝光期间作为驱动信息，
所述摄像控制部根据所述驱动信息对所述曝光处理和所述读取处理进行控制。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述驱动信息生成部根据基于所述电信号生成的图像的明亮度来设定所述曝光期间。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述摄像装置还具有：
照明部，其以能够切换的方式射出波段不同的多个照明光；以及
照明控制部，其按照每个所述曝光处理切换射出所述波段不同的多个照明光。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述摄像装置还具有：
照明部，其通过脉冲驱动来射出照明光；以及
照明控制部，其对基于所述照明部的所述照明光的射出进行控制。
5.根据权利要求3或4所述的摄像装置，其特征在于，
所述摄像装置还具有调光部，该调光部根据基于所述电信号生成的图像的明亮度，设定所述照明部的所述照明光的照明期间，
所述驱动信息生成部生成使所述曝光期间成为与由所述调光部设定的照明期间相同、或比照明期间长的期间的驱动信息，
所述照明控制部根据由所述调光部设定的所述照明期间，使所述照明部射出所述照明光。
CN201580008963.9A 2014-07-07 2015-06-30 摄像装置 Pending CN106031158A (zh)

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