JP2010068992A - 電子内視鏡システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ＣＭＯＳ型のイメージセンサを用いながらも、異なる照明光による観察画像を同時に観察することができる電子内視鏡システムを提供する。
【解決手段】電子内視鏡システムは、被検者の体内に挿入される挿入部にＣＭＯＳ型のイメージセンサ（ＣＭＯＳセンサ）が設けられているとともに、このＣＭＯＳセンサによって被検者の体内を撮像するときに、照明光の波長を、複数の波長帯で自在に切り替えられるようにした照明装置を備える。この電子内視鏡システムは、ＣＭＯＳセンサの全ての画素から信号を読み出すのに要する時間を１フレーム期間とするときに、１フレーム期間ごとに照明光の波長を切り替えながら撮像するとともに、１フレーム期間のうち前半１／２フレーム期間で露光し、後半１／２フレーム期間で、照明を消灯しながら、ＣＭＯＳセンサの撮像領域内の半数の画素から撮像信号を読み出して観察画像を得る。
【選択図】図４

Description

本発明は、被検者の体内を撮像する電子内視鏡システムに関するものであり、さらに詳しくは、ＣＭＯＳ型のイメージセンサによって撮像するとともに、観察部位への照明光の波長を切り替えながら被検者の体内を撮像する電子内視鏡システムに関する。
医療分野においては、微小な撮像装置が先端付近に搭載された細長い挿入部を被検者の体内に挿入して、被検者の体内を直接的に撮像して診断する電子内視鏡システムが広く普及している。また、近年の電子内視鏡システムとしては、観察部位に照射する照明光の波長を、複数の波長帯で自在に変化させながら観察するものが知られている。例えば、白色の可視光（以下、通常光という）による観察では判別し難い組織や構造等を観察する場合には、特定の波長帯の光（以下、波長帯によらず特殊光という）によって特定の組織や構造，病変等が強調して撮像されるようにし、その観察を容易にする電子内視鏡システムが知られている（特許文献１，２）。
ところで、一般的な撮像装置に搭載されるイメージセンサとしては、ＣＭＯＳ型のイメージセンサやＣＣＤ型のイメージセンサが知られている。ＣＭＯＳ型のイメージセンサは低消費電力であり、周辺回路を同一の基板上に形成することができるという利点がある反面、通常は１水平ライン毎に順に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。このため、動く被写体を撮像すると像が歪んでしまう点や、画素毎に設けられたアンプの個体差によりノイズが大きく高画質の画像を得るのが難しいという欠点があることが知られている。一方、ＣＣＤ型のイメージセンサは、高消費電力であり、スミアやブルーミング等の構造に起因する固有の問題点があるものの、高感度で高画質の画像が得易く、また、一つの画像内での同時性を確保できることから動く被写体の撮像に向いているという特徴があることが知られている。こうしたことから、静止させることが難しい被検者の体内を撮像する電子内視鏡システムでは、その撮像装置にＣＣＤ型のイメージセンサが多く採用されている。
近年では、ＣＭＯＳ型イメージセンサの改良が進み、ＣＣＤ型のイメージセンサと同等か、あるいはＣＣＤ型イメージセンサに勝る画質の画像が容易に得られるようになってきた。このため、電子内視鏡システムにおいても、量産性に優れ、消費電力の少ないＣＭＯＳ型のイメージセンサを、撮像装置に搭載することが望まれている。
特開２００７−３２２３４８号公報 特開２００６−２３９０５２号公報
照明光の切り替えを行う電子内視鏡システムにＣＭＯＳ型のイメージセンサを採用すると、イメージセンサがＣＭＯＳ型であるが故に新たな問題が生じる。
ＣＣＤ型のイメージセンサでは、複数フレームを連続して撮像する場合（動画撮影の場合）に、露光中に、前のフレーム期間に蓄積された信号電荷の転送を行うことができるので、単にフレームレートに合わせて照明光を切り替えるだけで、通常光による観察と特殊光による観察を、容易に同時に行うことができる。
しかしながら、ＣＭＯＳ型のイメージセンサは、ローリングシャッタ方式が採用されるので、１水平ライン毎に順に蓄積電荷の読み出しが行われる。このため、撮像領域内で最初に読み出される水平ライン上の画素と、最後に読み出される水平ライン上の画素とでは、露光時間に１フレーム分の差が生じる。また、信号が読み出された画素は蓄積電荷を破棄されるとすぐにリセットが行われ、新たな電荷の蓄積を開始する露光期間に入る。
したがって、ＣＭＯＳ型のイメージセンサで撮像する場合に、フレームレートに合わせて照明光を切り替えると、１フレーム分の露光期間は、照明光の切り替えをまたいでしまうために、通常光と特殊光が混じり合ってしまう。このため、照明光の切り替えを行う電子内視鏡システムに、ＣＭＯＳ型のイメージセンサを用いる場合には、ＣＣＤ型のイメージセンサを用いる電子内視鏡システムの場合のように、単にフレームレートに合わせて照明光を切り替えるだけでは、異なる照明光の画像を得ることができない。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、ＣＭＯＳ型のイメージセンサを用いながらも、異なる照明光による観察画像を同時に観察することができるようにした電子内視鏡システムを提供することを目的とする。
本発明の電子内視鏡システムは、被写体内に挿入される挿入部に設けられ、前記被検者の体内を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサと、前記被写体内に照射する照明光の点灯と消灯を間欠に繰り返すとともに、前記照明光の波長を、前記照明光の点灯毎に前記照明光の波長帯を切り替える照明手段と、前記照明光の消灯期間に前記イメージセンサから撮像信号の読み出しを行う撮像信号読出手段と、を備えることを特徴とする。
また、前記イメージセンサの全ての画素から信号を読み出すのに要する時間を１フレーム期間とするときに、前記１フレーム期間毎に前記照明光の波長を切り替えるとともに、前記１フレーム期間のうち、前半の１／２フレーム期間で露光し、後半の１／２フレーム期間で前記イメージセンサの撮像領域の半数の画素から信号を読み出して観察部位の画像を得る第１撮像モードを備えることを特徴とする。
また、前記第１撮像モード下で撮像する場合に、前記撮像信号読出手段は、１水平ライン置きに前記イメージセンサから撮像信号の読み出しを行うことを特徴とする。
また、前記イメージセンサの全ての画素から信号を読み出すのに要する時間を１フレーム期間とするときに、２フレーム期間毎に前記照明光の波長を切り替えるとともに、前記２フレーム期間のうち、前半の１フレーム期間で露光し、後半の１フレーム期間で前記イメージセンサの撮像領域の全ての画素から信号を読み出して観察部位の画像を得る第２撮像モードを備えることを特徴とする。
また、前記イメージセンサの全ての画素から信号を読み出すのに要する時間を１フレーム期間とするときに、前記１フレーム期間毎に前記照明光の波長を切り替えるとともに、前記１フレーム期間のうち、前半の１／２フレーム期間で露光し、後半の１／２フレーム期間で前記イメージセンサの撮像領域の半数の画素から信号を読み出して観察部位の画像を得る第１撮像モードと、２フレーム期間毎に前記照明光の波長を切り替えるとともに、前記２フレーム期間のうち、前半の１フレーム期間で露光し、後半の１フレーム期間で前記イメージセンサの撮像領域の全ての画素から信号を読み出して観察部位の画像を得る第２撮像モードとが、切り替え自在に設けられていることを特徴とする。
また、前記イメージセンサから撮像信号が読み出された後、前記照明光の消灯期間内に、前記イメージセンサの各画素に蓄積された信号電荷を破棄して、前記イメージセンサをリセットするリセット手段を備えることを特徴とする。
また、前記リセット手段は、水平ライン毎に信号電荷を破棄することを特徴とする。
また、前記リセット手段は、全ての水平ラインで同時に信号電荷を破棄することを特徴とする。
本発明によれば、ＣＭＯＳ型のイメージセンサを用いながらも、異なる照明光による観察画像を同時に観察することができるようにした電子内視鏡システムを提供することができる。
図１に示すように、電子内視鏡システム１１は、電子内視鏡１２、プロセッサ装置１３、光源装置１４（照明手段）等から構成される。また、電子内視鏡１２は、挿入部１６、手元操作部１７、ユニバーサルコード１８等から構成される。
挿入部１６は、被検者の体内に挿入されるため、被検者の体内の形状に応じて自在に湾曲するように設けられている。また、挿入部１６の先端部分１６ａには、ＣＭＯＳ型のイメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサという）を内蔵した撮像装置が内蔵されている。さらに、先端部分１６ａの端面には、前方に照明光を照射する照明窓や、被検者の体内からの光をＣＭＯＳセンサに導く観察窓、各種処置具が露出される鉗子出口、洗浄水や空気等が噴射される送気送水ノズル等が設けられている。
また、先端部分１６ａの後方には、湾曲部１９が設けられている。この湾曲部１９は、複数の湾曲駒を連結されたものであり、挿入部１６に挿通されたワイヤによって、手元操作部１７に設けられたアングルノブ２１と連結されている。したがって、湾曲部１９は、手元操作部１７に設けられたアングルノブ２１の回動操作によって挿入部１６に挿通されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右の所望の方向に自在に湾曲する。
手元操作部１７は、前述のように湾曲部１９を操作するアングルノブ２１の他に、鉗子口２２や、送気送水ボタン２３等の各種操作ボタンが設けられている。鉗子口２２には、注射針や高周波メスなどがワイヤの先端に設けられた処置具が挿通される。また、送気送水ボタン２３は、図示しない送気送水装置から供給される空気や洗浄水の送気，送水を制御する。
ユニバーサルコード１８は、その基端部分に設けられたコネクタ２４を介して、電子内視鏡１２をプロセッサ装置１３に電気的に接続するとともに、電子内視鏡１２を光源装置１４に光学的に接続する。
プロセッサ装置１３は、電子内視鏡１２，光源装置１４，モニタ２６等に接続されており、電子内視鏡システム１１の動作を統括的に制御する。また、光源装置１４は、ユニバーサルコード１８や挿入部１６に挿通されたライトガイド（図３参照）を通じて、観察部位に向けて照明光を照射する。
前述のように、電子内視鏡システム１１には、イメージセンサとしてＣＭＯＳセンサ３１が用いられている。ＣＭＯＳセンサ３１は、図２に示すように、撮像領域３２、垂直走査回路３３、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路３４、列選択トランジスタ３６、出力回路３７、水平走査回路３８等から構成される。
撮像領域３２は、画素４１がマトリクス状に配列されたものであり、図示しない結像光学系により観察部位の像が結像される。画素４１は、フォトダイオードＤ１、増幅用トランジスタＭ１、画素選択用トランジスタＭ２、リセット用トランジスタＭ３等から構成される。フォトダイオードＤ１は、光電変換によって、入射光量に応じた信号電荷を生成するとともに、これを蓄積する。フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷は、増幅用トランジスタＭ１によって撮像信号として増幅され、画素選択用トランジスタＭ２によって、所定のタイミングで画素４１外に出力される。また、フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷は、所定のタイミングでリセット用トランジスタＭ３によって破棄される。
また、撮像領域３２には、垂直走査回路３３から水平方向（Ｘ方向）に行選択線Ｌ１及び行リセット線Ｌ２が配線されているとともに、ＣＤＳ回路３４から垂直方向（Ｙ方向）に列信号線Ｌ３が配線されている。
行選択線Ｌ１は、画素選択用トランジスタＭ２のゲートに接続されており、行リセット線Ｌ２は、リセット用トランジスタＭ３のゲートに接続されている。また、列信号線Ｌ３は、画素選択用トランジスタＭ２のソースに接続されているとともに、ＣＤＳ回路３４を介して、対応する列の列選択トランジスタ３６に接続されている。
垂直走査回路３３は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）４２から入力されるタイミング信号に基づいて、垂直走査信号を発生し、行選択線Ｌ１を１行ずつ選択して、撮像信号を列信号線Ｌ３に出力させる画素４１の行（以下、水平ラインという）を変更する。また、垂直走査回路３３は、水平ラインの行リセット線Ｌ２を１行ずつ選択して、信号電荷の破棄を行う水平ラインを変更する。さらに、垂直走査回路３３は、行選択線Ｌ１及び行リセット線Ｌ２の選択行が撮像領域３２の端に位置する水平ラインに達した場合には、先頭の水平ラインを再び選択し、上述の動作を繰り返す。
ＣＤＳ回路３４は、垂直走査回路３３によって選択された行選択線Ｌ１に接続された画素４１の撮像信号を、ＴＧ４２から入力されるタイミング信号に基づいて保持し、ノイズ除去を行う。
水平走査回路３８は、ＴＧ４２から入力されるタイミング信号に基づいて水平走査信号を発生し、列選択トランジスタ３６のオン，オフ制御を行う。
列選択トランジスタ３６は、出力回路３７に接続された出力バスライン４３とＣＤＳ回路との間に設けられており、水平走査信号に応じて、出力バスライン４３に撮像信号を転送させる画素を選択する。出力回路３７は、ＣＤＳ回路３４から出力バスライン４３に順に転送される撮像信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換して出力する。出力回路３７による撮像信号の増幅率は、出力回路３７にゲイン調節信号を入力することにより調節される。
図３に示すように、電子内視鏡１２には、上述のＣＭＯＳセンサ３１と、対物レンズ５１、ＣＰＵ５２（撮像信号読出手段，リセット手段）、タイミングジェネレータ（ＴＧ）４２、ライトガイド５３等が設けられている。
ＣＭＯＳセンサ３１は、前述のように挿入部１６の先端部分１６ａに設けられており、その前方には対物レンズ５１が配置されている。挿入部１６の先端部分１６ａの端面には観察窓５４が設けられており、この観察窓５４から入射する被写体からの光は、対物レンズ５１によってＣＭＯＳセンサ３１の撮像領域３２に結像される。ＣＭＯＳセンサ３１は、撮像領域３２に結像された被写体像を画素４１毎に光電変換し、各画素４１に露光量に応じた信号電荷を蓄積させ、所定のタイミングで撮像信号として出力する。ＣＭＯＳセンサ３１の駆動タイミングは、ＴＧ４２から入力されるタイミング信号によって制御される。
ＣＰＵ５２は、プロセッサ装置１３のＣＰＵ６１と通信を行い、電子内視鏡１２の各部を統括的に制御する。例えば、ＣＰＵ５２は、プロセッサ装置１３のＣＰＵ６１からの信号に基づき、ＴＧ４２に所定のタイミング信号を生じさせることによって、ＣＭＯＳセンサ３１の動作を制御し、ＣＭＯＳセンサ３１からの撮像信号を読み出したり、各画素４１の信号電荷を破棄させ、ＣＭＯＳセンサ３１をリセットしたりする。このＣＰＵ５２によるＣＭＯＳセンサ３１のリセットは、ＣＭＯＳセンサ３１から撮像信号が読み出された後、照明光の消灯期間内に行われる。また、ＣＰＵ５２は、出力回路３７にゲイン調節信号を入力することにより、ＣＭＯＳセンサ３１から増幅率を調節して撮像信号を出力させる。
ライトガイド５３は、ユニバーサルコード１８や挿入部１６の内部に挿通されており、一端が挿入部１６の先端部分１６ａの端面に設けられた照明窓５６に接続され、他端は光源装置１４に接続されている。光源装置１４からの照明光は、ライトガイド５３を通じて、照明窓５６から観察部位へと照射される。
また、図３に示すように、プロセッサ装置１３は、ＣＰＵ６１、ＤＳＰ６２、Ｄ／Ａ変換回路６３、ＲＡＭ６４等から構成される。
ＣＰＵ６１は、プロセッサ装置１３の各部の動作を制御するとともに、電子内視鏡１２のＣＰＵ５２や光源装置１４のＣＰＵ７１と通信して、電子内視鏡１２や光源装置１４の動作を制御することにより、電子内視鏡システム１１を統括的に制御する。
ＤＳＰ６２は、ＣＭＯＳセンサ３１から出力された撮像信号に対して、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種信号処理を施す。ＣＭＯＳセンサ３１から出力された撮像信号は、ＤＳＰ６２によって各種画像処理が施されると、画像データとしてＲＡＭ６４に保持される。ＤＳＰ６２による各種画像処理は、ＣＭＯＳセンサ３１から出力される全ての撮像信号について施されるので、後述するように、ＣＭＯＳセンサ３１からは通常光露光による撮像信号や特殊光露光による撮像信号が出力されるが、それぞれに各種画像処理が施され、通常光画像、特殊光画像として各々ＲＡＭ６４に保持される。また、ＤＳＰ６２は、ＲＡＭ６４から必要な画像データを読み出して、ＮＴＳＣ信号等の映像信号に変換し、Ｄ／Ａ変換回路６３によってＤ／Ａ変換することにより、画像データをモニタ２６上に表示させる。
また、図３に示すように、光源装置１４は、ＣＰＵ７１、光源７２、波長選択フィルタ７３等から構成される。ＣＰＵ７１は、プロセッサ装置１３のＣＰＵ６１と通信し、ＣＭＯＳセンサ３１の駆動タイミング等に応じて、光源７２や波長選択フィルタ７３を駆動することにより、光源装置１４を制御する。
光源７２は、キセノンランプやハロゲンランプ等の広い波長帯にわたって高輝度の光を発する高輝度光源であり、ＣＰＵ７１によって点灯消灯の切り替えが制御される。これにより、光源７２は照明光の点灯と消灯を交互に繰り返され、光源装置１４は、ＣＭＯＳセンサ３１の露光，読み出しのタイミングに応じて間欠に照明光の照射を繰り返す。また、光源７２から発せられた光は、集光レンズ７４によってライトガイド５３に効率良く導かれる。
波長選択フィルタ７３は、光源７２から発せられた光を、特定の波長帯の光に制限するフィルタであり、ＣＰＵ７１からの指示に基づいて、光源７２と集光レンズ７４の間に挿入，または退避される。これにより、光源装置１４は、設定や医師の操作等、必要に応じて照明光の波長帯を自在に切り替えられるようになっている。例えば、光源装置１４は、単に白色の可視光を出力するだけでなく、赤外光等の可視光以外の光や、可視光のＲＧＢ成分の比率を調節した特殊光を出力することができるようになっている。なお、ここでは波長選択フィルタ７３を用いるが、波長選択フィルタ７３の替わりに光源７２としてＬＥＤ，レーザダイオード等を複数備えておき、これらの点灯と消灯を制御することにより、通常光と特殊光を切り替えるようにしても良い。
上述のように、イメージセンサとしてＣＭＯＳセンサ３１を備える電子内視鏡システム１１には、通常光や特殊光といった１種類の所定波長帯の照明光を照射しながら観察画像を得る通常の通常光撮像モードの他に、通常光による観察画像（以下、通常光画像という）とともに特殊光による観察画像（以下、特殊光画像という）を同時に取得する特殊光同時撮像モードを備えている。
電子内視鏡システム１１が備える特殊光同時撮像モードには、第１の特殊光同時撮像モード（以下、単に第１撮像モードという）８１と第２の特殊光同時撮像モード（以下、単に第２撮像モードという）８２の２種の特殊光同時撮像モードがあり、これらは切り替え可能である。
第１撮像モード８１は、通常光画像及び特殊光画像の画素数を低減することによって画質を落としながらも、一定の波長帯の照明光を照射しながら１種類の観察画像を得る通常の撮像モードにおけるフレームレートと同じフレームレートで観察画像を取得する特殊光同時撮像モードである。
図４に示すように、第１撮像モード８１では、ＣＭＯＳセンサ３１の全ての画素４１から撮像信号を読み出すのに要する時間を１フレーム期間８６（例えば１／３０秒間）とするときに、１フレーム期間８６毎に観察部位に照射する照明光の波長帯を、通常光と特殊光とで交互に切り替える。また、第１撮像モード８１では、１フレーム期間８６のうち、前半の１／２フレーム期間８７ａ（例えば、１／６０秒間）で露光し、後半の１／２フレーム期間８７ｂで、撮像信号の読み出しが行われる。
また、第１撮像モード８１での撮像信号の読み出しは、各種照明を消灯して（消灯期間）、通常光や特殊光を照射しない状態で撮像信号の読み出しが行われる。さらに、第１撮像モード８１では、撮像領域３２内の全ての画素４１から撮像信号が読み出されるのではなく、半数の画素４１からのみ撮像信号が読み出され、１枚の観察画像が取得される。このため、第１撮像モード８１では、取得される観察画像の画質がＣＭＯＳセンサ３１の全ての画素４１から撮像信号を読み出して取得したものに劣るものの、１フレーム期間８６で１枚の観察画像が取得される。
また、前述のように、第１撮像モード８１では、１フレーム期間８６毎に照明光が通常光と特殊光とで交互に切り替えられるので、１フレーム期間８６毎に通常光画像と特殊光画像とが交互に取得される。このため、第１撮像モード８１で取得される観察画像のうち、通常光画像の取得数だけに着目すれば、２フレーム期間に付き１枚の通常光画像が取得される。このことは、特殊光画像の取得数についても同様である。
なお、第１撮像モード８１で撮像信号を読み出すときには、ＣＭＯＳセンサ３１の駆動は、次のように制御される。まず、１フレーム期間８６のうち前半の１／２フレーム期間で、撮像領域３２内の全ての画素４１が同じ時間（１／２フレーム期間）だけ露光され、各画素４１は露光量に応じた電荷を蓄積する。そして、１／２フレーム期間分の露光が完了すると、プロセッサ装置１３は第１撮像モード８１用のタイミング信号をタイミングジェネレータによって発生させる。
この第１撮像モード８１用のタイミング信号は、垂直走査回路３３に、１行おきに行選択線Ｌ１を選択させるタイミング信号となっている。これにより、垂直走査回路３３は、１行おきに水平ラインを選択して、選択した水平ライン上の画素４１から撮像信号を出力させる。
同時に、第１撮像モード８１用のタイミング信号は、撮像信号の読み出しが完了した水平ラインの行リセット線Ｌ２と、読み飛ばされた水平ラインの行リセット線Ｌ２の２行の行リセット線を垂直走査回路３３に選択させるタイミング信号となっている。これにより、垂直走査回路３３は、撮像信号の読み出しが完了した水平ライン上の各画素４１に蓄積された電荷を破棄するとともに、撮像信号の読み出しの行われなかった水平ライン上の各画素４１に蓄積された電荷を破棄する。
こうして第１撮像モード８１では、第１撮像モード８１用のタイミング信号に基づいて、１行おきに撮像信号が読み出されて、画素数の少ない観察画像が取得されると同時に、撮像信号の読み出しが完了した水平ライン上の各画素４１や撮像信号の読み出しの行われずに読み飛ばされた水平ライン上の各画素４１の蓄積電荷が順に破棄される。
第２撮像モード８２は、一定の波長帯の照明光を照射しながら１種類の観察画像を得る通常の撮像モードと比較して、１フレーム期間８６当たりの観察画像の取得数を減少させながらも、通常の撮像モードと同等の高画質な観察画像を取得する特殊光同時撮像モードである。
図５に示すように、第２撮像モード８２では、ＣＭＯＳセンサ３１の全ての画素４１からの撮像信号を読み出すのに要する時間を１フレーム期間８６とするときに、２フレーム期間８８毎に観察部位に照射する照明光の波長帯を、通常光と特殊光とで交互に切り替える。また、第２撮像モード８２では、２フレーム期間のうち、前半の１フレーム期間８６で露光し、後半の１フレーム期間で撮像信号の読み出しが行われる。
また、第２撮像モード８２では、２フレーム期間を単位として照明光が交互に切り替えられるが、照明光が観察部位に照射される期間は、２フレーム期間のうち前半の１フレーム期間８６であり、後半の１フレーム期間８６では消灯される。このため、第２撮像モード８２での撮像信号の読み出しは、各種照明を消灯し、通常光や特殊光を照射しない状態（消灯期間）で撮像信号の読み出しが行われる。したがって、第２撮像モード８２での照明及び撮像の様態を１フレーム期間８６毎に区切ってみれば、通常光照射による露光、消灯状態での通常光画像の読み出し、特殊光照射による露光、消灯状態での特殊光画像の読み出しの４つの様態が順に繰り返される。
さらに、第２撮像モード８２では、ＣＭＯＳセンサ３１の全ての画素４１から撮像信号が読み出されて１枚の観察画像が取得される。このため、第２撮像モード８２では、１種類の照明光を照射しながら撮像する通常の撮像モードと同等の高画質の観察画像が取得される。
第２撮像モード８２では、２フレーム期間８８毎に照明光を切り替えて、２フレーム期間８８につき１枚の観察画像を取得するから、１フレーム期間８６につき１枚の観察画像が取得される第１撮像モード８１や通常の撮像モードと比較すれば、実質的なフレームレートは減少する。さらに、第２撮像モード８２で取得される観察画像のうち、通常光画像の取得するだけに着目すれば、４フレーム期間に付き１枚の通常光画像が取得される。このことは、第２撮像モード８２での特殊光画像の取得数についても同様である。
なお、第２撮像モード８２で撮像信号を読み出すときには、ＣＭＯＳセンサ３１の駆動は、次のように制御される。まず、１枚の観察画像が取得される単位である２フレーム期間のうち、前半の１フレーム期間８６で、撮像領域３２内の全ての画素４１が同じ時間（１フレーム期間）だけ露光され、各画素４１は露光量に応じた電荷を蓄積する。そして、１フレーム期間分の露光が完了すると、プロセッサ装置１３は、第２撮像モード８２用のタイミング信号をタイミングジェネレータによって発生させる。
この第２撮像モード８２用のタイミング信号は、垂直走査回路３３に、行選択線Ｌ１を１行ずつ順に選択させるタイミング信号となっている。これにより、垂直走査回路３３は、第１撮像モード８１と異なり何れの水平ラインを読み飛ばすことなく、水平ライン毎に各画素４１から撮像信号を出力させる。
同時に、第２撮像モード８２用のタイミング信号は、撮像信号の読み出しが完了した水平ラインの行リセット線Ｌ２を垂直走査回路３３に選択させるタイミング信号となっている。これにより、垂直走査回路３３は、撮像信号の読み出しが完了した水平ライン上の各画素４１に蓄積された電荷を破棄する。
上述のように構成される電子内視鏡システム１１で診断を行うときには、観察しようとする部位が粘膜であるのか、粘膜下の血管であるのかといったように観察しようとする対象や、観察しようとする病変の種別等に応じて、観察部位に照射する照明光の波長帯が選択される。ここで選択される照明光の波長帯は、観察の途中で、観察画像を見ながら、診断の行い易いものに適宜変更される。
以下では、第１撮像モード８１または第２撮像モード８２の何れかの特殊光同時撮像モードが選択された場合の電子内視鏡システム１１の作用を説明する。第１撮像モード８１が選択されると、図６（Ａ）に示すように、モニタ２６の表示画面はメイン画面９１とサブ画面９２の２つの領域が確保され、メイン画面９１には通常光画像９３が表示され、同時に、サブ画面９２には特殊光画像９４が表示される。
第１撮像モード８１下では、メイン画面９１の通常光画像９３とサブ画面９２の特殊光画像９４を同時に観察しながら、病変の疑いのある観察部位等、詳細な観察の必要な位置に先端が達するまで挿入部１６が被検者の体内に挿入される。このとき、特殊光画像９４による観察画像を大きなサイズで見たい場合には、必要に応じて、図６（Ｂ）に示すように、メイン画面９１に表示させる観察画像と、サブ画面９２に表示させる観察画像とが入れ替えられ、メイン画面９１に特殊光画像９４を表示させながら、サブ画面９２には通常光画像９３が表示され、さらに詳細な観察が必要か否か判断される。
こうして第１撮像モード８１下で、詳細な観察が必要な位置まで挿入部１６が挿入されると、撮像モードが第２撮像モード８２に切り替えられる。第２撮像モード８２では、各観察画像のフレームレートが低下するが、通常光画像９３と特殊光画像９４は、第１撮像モード８１下で表示される通常光画像９３や特殊光画像９４よりも画素数が多く、高画質の画像となっているから、病変等、観察部位の状態がより詳細に観察される。そして、必要に応じて、通常光画像９３または特殊光画像９４が選択されて、何れかの静止画像が取得される。また、観察部位に処置が必要な場合には、電子内視鏡１２の先端から各種処置具を突出させて、病変部位の切除や投薬等の必要な処置が施される。なお、処置の様態によっては、再び第１撮像モード８１に切り替えられた後に、必要な処置が施される。
上述のように、電子内視鏡システム１１は、ＣＭＯＳセンサ３１の１フレーム期間を基準とした動作に応じて、通常光と特殊光とを切り替えながら各種観察画像を取得するので、ＣＭＯＳセンサ３１を用いながらも、通常光画像と特殊光画像を同時に観察することができる。
また、上述のように、電子内視鏡システム１１は、特殊光同時撮像モードとして第１撮像モード８１を備えているが、この第１撮像モード８１は、１フレーム期間８６のうち前半１／２フレーム期間で露光し、後半１／２フレーム期間で半数の画素４１から撮像信号の読み出しを行う。これにより、画質は低下するものの、フレームレートを落とさずに通常光画像と特殊光画像を同時に観察することができる。
また、上述のように、電子内視鏡システム１１は、特殊光同時撮像モードとして第２撮像モード８２を備えているが、この第２撮像モード８２は、２フレーム期間につき１枚の観察画像を取得するので、１フレーム期間８６で１枚の観察画像を得る第１撮像モード８１等と比較すれば、フレームレートが落ちるものの、第１撮像モード８１と比較して２倍の画素数の高画質な観察画像を得る。このため、第２撮像モード８２では、細部をより詳細に観察することができる。
さらに、電子内視鏡システム１１は、特殊光同時撮像モードとして、第１撮像モード８１と第２撮像モード８２とが切り替え自在に設けられていることによって、上述の実施形態で説明したように、観察や処置の様態に応じてより適切な観察画像に切り替えることができ、第１撮像モード８１や第２撮像モード８２が単独で設けられている場合よりも利便性が向上する。
上述のように、電子内視鏡システム１１は、第１撮像モード８１及び第２撮像モード８２という特殊光同時撮像モードを備えていることによって、ＣＭＯＳセンサ３１を用いながらも、通常光画像による観察と、特殊光画像による観察を同時に行うことができる。
また、電子内視鏡システム１１では、電子内視鏡１２が被検者の体内という暗所で用いられることを活かして、メカニカルなシャッタ機構を設けず、ＣＭＯＳセンサ３１から撮像信号を読み出すときには、照明を消灯しておく。このため、電子内視鏡１２の撮像装置を簡素にかつ安価に構成しながらも、撮像領域３２内の全ての画素４１で露光時間を統一することができ、ＣＭＯＳセンサ３１からの撮像信号読み出しの時間差によって生じる像の歪みを抑えることができる。
なお、上述の実施形態では、観察部位に照射する照明光として、通常光と特殊光を用いる例を説明したが、ここで用いる通常光及び特殊光は、相互に波長帯の異なる２種類の照明光であれば良い。
また、上述の実施形態では、白色の可視光とは異なる特定の波長帯の照明光を特殊光として説明したが、特殊光には、血管を強調表示する赤外光や、正常組織と病変組織の自家蛍光の強さを強調して表示するために、白色光のうち単色あるいは数色に波長帯を制限した光等が該当する。これらの様々な特殊光は、電子内視鏡システム１１によって観察する部位や病変等に応じて、自在に選択できるように設けられていることが好ましく、観察中にモニタ２６を見ながら自在にその波長帯や混合する波長帯の成分を変化させることができるように設けてあることが特に好ましい。
なお、上述の実施形態では、第１撮像モード８１で、水平ラインを１行おきに選択して、画素数が全画素数の半数となる観察画像を取得するが、これに限らず、全ての水平ラインを読み飛ばさずに走査する替わりに、水平走査回路３８に入力させるタイミング信号を調節して、１つおきに列選択トランジスタをオンにして、１列おきに撮像信号を取得するようにしても良い。また、垂直走査回路３３や水平走査回路３８に入力するタイミング信号を調節して、撮像信号を出力させる画素４１を、いわゆる市松模様状にしても良い。
さらに、上述の実施形態では、第１撮像モード８１で、水平ラインを１行おきに選択して、画素数が全画素数の半数となる観察画像を取得するときに、撮像信号の出力が完了した水平ライン上の画素４１と、読み飛ばされた水平ラインの各画素４１で、同時に信号電荷が破棄される例を説明したが、これに限らず、水平ラインを１行おきに選択しながら画素数がＣＭＯＳセンサ３１の全画素数の半数となる観察画像を取得した後に、水平ライン毎に順に（または一括して同時に）信号電荷を破棄してリセットするようにしても良い。同様に、撮像信号を出力させた水平ライン上の各画素４１は、撮像信号を出力させた後、すぐに電荷を破棄し、読み飛ばされて撮像信号の読み出しが行われなかった水平ラインに対しては、観察画像の取得後に順に（または一括して同時に）信号電荷を破棄させるようにしても良い。
なお、上述の実施形態では、第１撮像モード８１で、１枚の観察画像を取得する１フレーム期間８６を前後１／２フレームずつに分割し、それぞれ露光と画像信号の読み取りにあてるが、これに限らず、露光時間と画像信号の読み取りに当てる時間の比率は１／２フレーム期間ずつに限らない。例えば、露光量が不十分となる波長帯の照明光を用いる場合には、露光時間を長くし、残りの時間を画像信号の読み取りにあてる時間としても良い。このとき、露光時間が２／３フレーム期間とするときには、画像信号の読み取りにあてる時間は１／３フレーム期間となる。そして、１／３フレーム期間で読み出しを終えることができるように、ＣＭＯＳセンサ３１の１／３の画素４１から撮像信号を読み出して観察画像を得る。これとは逆に、少ない時間で十分な露光量が得られる場合には、１フレーム期間のうち、露光にあてる時間を短くして、より多くの画素から撮像信号を得て、画質の良い観察画像を得られるようにしても良い。
電子内視鏡システムの構成を示す説明図である。 ＣＭＯＳセンサの構成を示す説明図である。 電子内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。 第１撮像モードの照明と撮像の様態を示すタイミングチャートである。 第２撮像モードの照明と撮像の様態を示すタイミングチャートである。 通常光画像と特殊光画像を同時に表示する様子を示す説明図である。
符号の説明
１１ 電子内視鏡システム
１２ 電子内視鏡
１３ プロセッサ装置
１４ 光源装置
１６ 挿入部
１７ 手元操作部
１８ ユニバーサルコード
１９ 湾曲部
２１ アングルノブ
２２ 鉗子口
２３ 送気送水ボタン
２４ コネクタ
２６ モニタ
３１ ＣＭＯＳセンサ
３２ 撮像領域
３３ 垂直走査回路
３４ ＣＤＳ回路
３６ 列選択トランジスタ
３７ 出力回路
３８ 水平走査回路
４１ 画素
４２ タイミングジェネレータ
４３ 出力バスライン
５１ 対物レンズ
５２ ＣＰＵ
５３ ライトガイド
５４ 観察窓
５６ 照明窓
６１ ＣＰＵ
６２ ＤＳＰ
６３ Ｄ／Ａ変換回路
６４ ＲＡＭ
７１ ＣＰＵ
７２ 光源
７３ 波長選択フィルタ
７４ 集光レンズ
８１ 第１撮像モード
８２ 第２撮像モード
８６ １フレーム期間
８７ａ，８７ｂ １／２フレーム期間
８８ ２フレーム期間
９１ メイン画面
９２ サブ画面
９３ 通常光画像
９４ 特殊光画像

Claims (8)

  1. 被写体内に挿入される挿入部に設けられ、前記被検者の体内を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサと、
    前記被写体内に照射する照明光の点灯と消灯を間欠に繰り返すとともに、前記照明光の波長を、前記照明光の点灯毎に前記照明光の波長帯を切り替える照明手段と、
    前記照明光の消灯期間に前記イメージセンサから撮像信号の読み出しを行う撮像信号読出手段と、
    を備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
  2. 前記イメージセンサの全ての画素から信号を読み出すのに要する時間を１フレーム期間とするときに、
    前記１フレーム期間毎に前記照明光の波長を切り替えるとともに、
    前記１フレーム期間のうち、前半の１／２フレーム期間で露光し、後半の１／２フレーム期間で前記イメージセンサの撮像領域の半数の画素から信号を読み出して観察部位の画像を得る第１撮像モードを備えることを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡システム。
  3. 前記第１撮像モード下で撮像する場合に、前記撮像信号読出手段は、１水平ライン置きに前記イメージセンサから撮像信号の読み出しを行うことを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
  4. 前記イメージセンサの全ての画素から信号を読み出すのに要する時間を１フレーム期間とするときに、
    ２フレーム期間毎に前記照明光の波長を切り替えるとともに、
    前記２フレーム期間のうち、前半の１フレーム期間で露光し、後半の１フレーム期間で前記イメージセンサの撮像領域の全ての画素から信号を読み出して観察部位の画像を得る第２撮像モードを備えることを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡システム。
  5. 前記イメージセンサの全ての画素から信号を読み出すのに要する時間を１フレーム期間とするときに、
    前記１フレーム期間毎に前記照明光の波長を切り替えるとともに、前記１フレーム期間のうち、前半の１／２フレーム期間で露光し、後半の１／２フレーム期間で前記イメージセンサの撮像領域の半数の画素から信号を読み出して観察部位の画像を得る第１撮像モードと、２フレーム期間毎に前記照明光の波長を切り替えるとともに、前記２フレーム期間のうち、前半の１フレーム期間で露光し、後半の１フレーム期間で前記イメージセンサの撮像領域の全ての画素から信号を読み出して観察部位の画像を得る第２撮像モードとが、切り替え自在に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡システム。
  6. 前記イメージセンサから撮像信号が読み出された後、前記照明光の消灯期間内に、前記イメージセンサの各画素に蓄積された信号電荷を破棄して、前記イメージセンサをリセットするリセット手段を備えることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の電子内視鏡システム。
  7. 前記リセット手段は、水平ライン毎に信号電荷を破棄することを特徴とする請求項６記載の電子内視鏡システム。
  8. 前記リセット手段は、全ての水平ラインで同時に信号電荷を破棄することを特徴とする請求項６記載の電子内視鏡システム。
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