JP2018000497A - 内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡の撮像画像を動画として表示するとき、画面のちらつき等の品質劣化を抑制する。【解決手段】内視鏡システムは、フィルターターレットを用いてフィルタリングされた出射光を被写体の照射光として順次出力する光源装置と、前記光学フィルタを切り替える度に、前記被写体を、ローリングシャッターを用いて、基準露光条件、及び前記基準露光条件から調整された調整露光条件のいずれか一方で撮像する撮像素子を備え、前記基準露光条件で撮像した計測用撮像画像及び前記調整露光条件で撮像した観察用撮像画像を出力する内視鏡と、前記計測用撮像画像の一部において、露光期間中前記撮像素子の受光面の一部が受光しないことにより形成される暗領域の情報に基づいて、前記調整露光条件による撮像のために、前記露光期間中前記撮像素子の受光面の全てが受光する露光条件を前記調整露光条件として設定するタイミングコントローラを備えるプロセッサと、を備える。【選択図】 図５

Description

本発明は、光源装置、内視鏡、及びプロセッサを備える内視鏡システムに関する。

人体内部の観察や治療に電子内視鏡が使用されている。この電子内視鏡を備えた内視鏡システムは、電子内視鏡の他に、人体内部の部位（被写体）を照射するための光源装置と電子内視鏡で撮像された画像を処理するプロセッサを少なくとも備える。近年、高解像度及び高精細な撮像画像を得るために、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子が好適に用いられるようになった。ＣＭＯＳ撮像素子は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)撮像素子と異なり、電子シャッタ機能としてローリングシャッターが用いられる傾向にある。ローリングシャッターは、１画素列〜数画素列を１つのブロックにして、このブロックごとに映像を取得し、これを組み合わせて１つの画像にする。このとき、ブロック内は同時に露光して画像を取得するが、ブロック間では若干の時間差で露光が行われる。すなわち、ローリングシャッターは、ブロック毎に時間差を設けて露光する電子シャッターである。

一方、人体内部の部位（被写体）を、異なる種類の光で照射して略同時刻の画像を取得することも行われている。例えば、光源装置として、光源と、光学特性の異なる複数種類の光学フィルタを配したフィルターターレット（回転板）とを用いて、光学フィルタを回転させながら、波長スペクトルの異なる照射光を順次切り替えて出力する光源装置が知られている（特許文献１）。

当該光源装置は、光源と、コリメータレンズと、分光フィルタと、フィルタ制御部と、集光レンズとを有して構成されている。分光フィルタは、光源から入射される白色光を所定の波長の光に分光する円盤型のフィルタ（フィルターターレット）であり、回転角度に応じて狭帯域の光を波長選択して出力する。分光フィルタの回転角度は、フィルタ制御部によって制御される。

特開２０１３−２４０４０１号公報

しかし、フィルターターレット（回転板）を備える光源装置と、ローリングシャッターで露光を行う撮像素子とを組み合わせて用いた場合、光学フィルタの回転動作のゆらぎや変化により、光学フィルタが光源からの出射光をフィルタリングして照射光を生成するタイミングとローリングシャッターによる露光のタイミングが合わず、撮像素子の受光面の一部では、被写体の像の受光が行われず、撮像画像に暗領域が形成される場合がある。光学フィルタの回転動作のゆらぎや変化は、現在使用中のフィルターターレットの回転速度の微小な時間変動の他に、光源装置の使用に伴う経年変化に起因するもので、フィルターターレット（回転板）の回転動作の新品初期時からのずれを含む。
このような撮像画像を動画として表示した場合、輝度が時間的に変動することで画面のちらつきが生じているように見えたり、撮像画像の暗領域が定常的に視認される等の不都合が生じる。内視鏡は、人体内部の部位（被写体）を撮像するため、外光は存在せず、照射光が照射されない限りは部位（被写体）の像は得られないので、暗領域は撮像画像に形成され易い。このため、観察者は、上記撮像画像を含んだ動画において画面のちらつきを感じ易く、また撮像画像の暗領域を定常的に視認するといった品質の劣化は顕著になる。特に、部位（被写体）によっては、波長スペクトルの異なる複数種類の照射光を当てながら同時に観察することが望まれるが、フィルターターレット（回転板）を用いて複数種類の照射光を短時間に切り替えながら照射された部位（被写体）の撮像画像を、照射光の種類毎に分けて、ディスプレイに同時に表示する場合、観察者は双方の画面にちらつきを感じるといった画面の品質劣化の不具合が生じる場合もある。１種類の照射光を用いる場合、フィルターターレット（回転板）を用いず、連続的に光を部位（被写体）に照射するので、動画の画面においてちらつきを感じるといった画面の品質劣化の不具合が生じることはない。
また、例えば、上記分光フィルタを用いた狭帯域の光を照射光として撮像された部位（被写体）の分光画像を重ねて１つの画像を動画として表示する場合にも、上記ちらつきによる画面の品質劣化の問題が生じる。

そこで、本発明は、内視鏡の撮像画像を動画として表示するとき、画面のちらつき等の品質劣化を抑制することができる内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、
複数の光学フィルタを配した回転板を回転させて、光源からの出射光の光路上を通過する光学フィルタを切り替えることにより、前記光学フィルタのそれぞれでフィルタリングされた出射光を被写体の照射光として順次出力する光源装置と、
前記光学フィルタを切り替える度に、前記照射光で照射された前記被写体を、ローリングシャッターを用いて、基準露光時間及び基準露光タイミングを含む基準露光条件、及び前記基準露光条件から調整された、露光時間及び露光タイミングを含む調整露光条件のいずれか一方で撮像する撮像素子を備え、前記基準露光条件で撮像した計測用撮像画像及び前記調整露光条件で撮像した観察用撮像画像を出力する内視鏡と、
前記内視鏡から出力された前記計測用撮像画像の一部において、露光期間中前記撮像素子の受光面の一部が受光しないことにより形成される暗領域の情報に基づいて、前記調整露光条件による撮像のために、前記露光期間中前記撮像素子の受光面全てが受光する露光条件を前記調整露光条件として設定するタイミングコントローラを備えるプロセッサと、
を備えることを特徴とする内視鏡システムである。

前記内視鏡システムの前記タイミングコントローラは、前記撮像素子の受光位置のそれぞれが、受光位置のそれぞれの露光の全期間中、１つの照射光で照射された前記被写体の像を連続して受光するように、前記基準露光時間及び基準露光タイミングの少なくとも一方を調整することにより前記調整露光条件を設定する、ことが好ましい。

前記基準露光時間は、前記調整露光条件における露光時間に比べて短い、予め設定された時間である、ことが好ましい。

前記撮像素子は、前記基準露光条件による撮像を、前記調整露光条件による少なくとも１回以上の撮像の前に行うように制御される、ことが好ましい。

前記撮像素子は、前記基準露光条件による撮像と、前記調整露光条件による少なくとも１回以上の撮像を繰り返し行うことにより、前記内視鏡は、前記計測用撮像画像と前記観察用撮像画像を前記プロセッサに順次送信する、ことが好ましい。

前記プロセッサは、前記計測用撮像画像に形成される暗領域の画素数あるいは画素列の列幅数を、前記暗領域の情報として計数する計測フレーム処理部を備える、ことが好ましい。

前記画素数あるいは前記画素列の列幅数は、前記内視鏡から順次送られる複数の計測用撮像画像の前記暗領域の画素数あるいは画素列の列幅数のうち、最大の画素数あるいは列幅数である、ことが好ましい。

前記プロセッサは、前記観察用撮像画像を信号処理する映像信号処理部を備え、
前記映像信号処理部は、前記観察用撮像画像と前記計測用撮像画像とを識別可能にするためのインデックス情報を、前記観察用撮像画像及び前記計測用撮像画像の少なくともいずれか一方に付加する、ことが好ましい。

さらに、前記観察用撮像画像を表示するディスプレイを備え、
前記プロセッサは、前記インデックス情報に基づいて、前記観察用撮像画像の信号及び前記計測用撮像画像の信号のうち、前記観察用撮像画像の信号だけを前記ディスプレイに送信するディスプレイコントローラを備える、ことが好ましい。

前記回転板は、フィルタ特性が異なる複数種類の光学フィルタを備え、
前記ディスプレイコントローラは、前記光学フィルタの種類別に前記ディスプレイに前記観察用撮像画像を表示するよう、前記信号処理された前記観察用撮像画像を前記光学フィルタの種類別に前記ディスプレイに送信する、ことが好ましい。

上述の内視鏡システムによれば、内視鏡の撮像画像を動画として表示するとき、画面のちらつき等の品質劣化を抑制することができる。

本実施形態の内視鏡システムの外観斜視図である。 本実施形態の内視鏡システムの主な構成を示すブロック構成図である。 ローリングシャッターを説明する図である。 （ａ），（ｂ）は、本実施形態における、ローリングシャッターの動作とターレットを用いた照射光強度の時間変化の例を説明する図である。 （ａ），（ｂ）は、本実施形態で設定される調整露光条件の例を説明する図である。 本実施形態の内視鏡システムの撮像のフローの例を示すフローチャートである。

（内視鏡システムの構成）
以下、本実施形態の内視鏡システムについて詳細に説明する。図１は、本実施形態の内視鏡システム１の外観斜視図であり、図２は、内視鏡システム１の主な構成を示すブロック構成図である。内視鏡システム１は、プロセッサ２、光源装置３、内視鏡４、ディスプレイ５、を主に備える。光源装置３、内視鏡４、及びディスプレイ５は、それぞれプロセッサ２に接続される。なお、光源装置３とプロセッサ２とは別体で構成されているが、光源装置３がプロセッサ２に設けられて構成されてもよい。

光源装置３は、複数の光学フィルタを配した回転板を回転させて、光源からの出射光の光路上を通過する光学フィルタを切り替えることにより、光学フィルタのそれぞれでフィルタリングされた出射光を被写体の照射光として順次出力する装置である。光源装置３は、ランプ電源ドライバ３０６、光源であるランプ３０８、集光レンズ３１０、回転板であるフィルターターレット（以降、ターレットという）３１２、モータ３１４、モータドライバ３１６、を主に備える。

ランプ３０８は、ランプ電源ドライバ３０６から供給される電力によって点灯し、光を放射する。ランプ３０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプが適している。また、ランプ３０８として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ランプを使用することもできる。ランプ３０８から放射された出射光は、集光レンズ３１０によって集光され、モータドライバ３１６の制御信号によってモータ３１４の回転が制御されることにより回転するターレット（回転板）３１２に設けられた光学フィルタによってフィルタリングされる。フィルタリングされた出射光は、図示されない絞りで光量調整された後、コネクタ部４１４を通してライトガイド４０４（図２参照）に被写体の照射光として入射する。本実施形態の内視鏡システム１では、光源装置３は、光学フィルタによって異なる複数の狭帯域の波長成分の照射光を生成する。このため、内視鏡システム１は、異なる複数の狭帯域の波長成分の照射光で照射された被写体を撮像して映像信号を生成することにより、複数の分光画像を得る。

内視鏡４の先端には、図１に示すように、可撓性を有し、人体内部に挿入するための挿入部４２０が設けられている。挿入部４２０の先端近傍には、挿入部４２０の基端に連結された手元操作部４２２からの遠隔操作に応じて屈曲する屈曲部４２４が設けられている。屈曲部４２４の屈曲機構は、一般的な内視鏡に組み込まれている周知の機構である。屈曲構造は、手元操作部４２２に設けられた湾曲操作ノブの回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって屈曲部４２４を屈曲させるものである。屈曲部４２４の先端には、固体撮像素子（以降、撮像素子という）４１０を備えた先端部４０２が連結している。湾曲操作ノブの回転操作による屈曲部４２４の屈曲動作に応じて先端部４０２の向きが変わることにより、内視鏡４による撮影領域が移動する。

内視鏡４は、コネクタ部４００から先端部４０２にかけての略全長に渡って配置されたライトガイド４０４を備えている。ライトガイド４０４は、光ファイバ束であり、光源装置３から供給された照射光を内視鏡４の先端部４０２まで導光する。
内視鏡４の先端部４０２は、図２に示すように、配光レンズ４０６、対物レンズ４０８、撮像素子４１０及びアンプ４１２を備える。配光レンズ４０６は、ライトガイド４０４の先端面と対向して配置され、ライトガイド４０４の先端面から射出される照射光を発散させて、被写体を照明する。対物レンズ４０８は、被写体からの散乱光あるいは反射光を集光して、撮像素子４１０の受光面上で被写体の像を結像させる。

撮像素子４１０は、例えばＣＭＯＳ(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子が好適に用いられる。撮像素子４１０は、ローリングシャッターで被写体の像が撮像素子４１０の受光面で受光されることにより被写体が撮像される。ローリングシャッターは、上述したように、１画素列〜数画素列を１つのブロックにして、このブロックごとに像を取得し、これを組み合わせて１つの画像にする。このとき、ブロック内は同時に露光して画像を取得するが、ブロック間では若干の時間差で露光が行われる。
撮像素子４１０は、各受光位置から得られた撮像信号はアンプ４１２によって増幅された後、コネクタ部４１４へ順次伝送される。

コネクタ部４１４は、信号処理部４１６及びメモリ４１８を備える。信号処理部４１６は、撮像素子４１０に駆動信号を供給して撮像素子４１０を駆動させるとともに、撮像素子４１０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、プロセッサ２に撮像画像の映像信号として送信する。また、信号処理部４１６は、メモリ４１８にアクセスして内視鏡４の固有情報を読み出し、プロセッサ４に出力する。メモリ４１８に記録される内視鏡４の固有情報には、例えば、撮像素子４１０の画素数や感度、動作可能なフレームレート、型番等を含む。

プロセッサ２は、内視鏡４の撮像素子４１０が被写体を撮像することで得られる被写体の撮像画像の映像信号をさらに信号処理してディスプレイ５に供給する装置である。
プロセッサ２には、内視鏡４と接続するためのコネクタ部２００（図１参照）が設けられている。また、内視鏡４の基端にはプロセッサ４のコネクタ部２００と接続するためのコネクタ部４１４が設けられている。コネクタ部４１４とコネクタ部２００が機械的に接続されることにより、内視鏡４とプロセッサ２とが電気的に接続され、光源装置３と内視鏡４が光学的に接続される。

プロセッサ２は、メモリ２０１、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４、操作パネル２１８、映像信号処理部２２０、及び計測フレーム処理部２２１
を主に備える。システムコントローラ２０２は、メモリ２０１に記憶された各種プログラムを読み出して実行することにより、内視鏡システム１全体の動作を制御する。また、システムコントローラ２０２は、操作パネル２１８に入力され操作者（観察者）による指示に応じて電子内視鏡システム１の各種動作を定め、あるいは予め定めた各種動作のデフォルト設定を変更する。タイミングコントローラ２０４は、後述する露光条件の調整を行う他、システムコントローラ２０２による制御に従って、信号処理部４１６及び映像信号処理部２２０にクロック信号を供給する。映像信号処理部２２０は、内視鏡４から供給される撮像画像の映像信号を信号処理して、ディスプレイ５に供給されるビデオフォーマット信号を生成する。

計測フレーム処理部２２１は、映像信号処理部２２０の前段に設けられ、信号処理部４１６より１フレーム周期で入力される映像信号のうち計測用撮像画像の映像信号を用いて、後述する計測用撮像画像に形成される暗領域の画素数あるいは画素列の列幅数を計数する部分である。計測フレーム処理部２２１は、計数結果を、タイミングコントローラ２０４に送る。この計数結果は、撮像素子４１０の露光条件の調整に用いられる。この点は、後述する。計測フレーム処理部２２１は、信号処理部４１６より入力される映像信号のうち後述する観察用撮像画像については、上記計数をすることなく映像信号処理部２２０に送る。

映像信号処理部２２０は、プレ映像信号処理部２２２、分光処理部２２４、ポスト映像信号処理部２２６、及びフレームメモリ部２２８、を主に備える。
プレ映像信号処理部２２２は、計測フレーム処理部２２１で計数の対象とされなかった観察用撮像画像の映像信号に対して色補正、マトリックス演算、Ｙ／Ｃ分離等の所定の信号処理を施す部分である。信号処理された映像信号は、１画素毎に撮像画像としてフレームメモリ部２２８に送られ記憶される。プレ映像信号処理部２２２は、計測用撮像画像の映像信号については、タイミングコントローラ２０４からの計測用撮像画像であることの通知に応じて、信号処理を行わない。
上述したように、被写体を照明する照射光は、光学フィルタによって、異なる複数の狭帯域の波長成分の照射光が生成されるので、撮像画像としてフレームメモリ部２２８に記憶される各撮像画像は、狭帯域の波長成分の照射光で照射された被写体の像の分光画像である。したがって、フレームメモリ部２２８は、ターレット３１２に用いた光学フィルタの数に応じた数のフレームメモリを備える。
したがって、分光処理部２２４は、複数の分光画像を１つの画像に纏めるために、フレームメモリ部２２８から各分光画像が読み出され、複数の分光画像を１つの画像にまとめて、広帯域の波長成分を有する合成画像を生成する処理を行う。なお、分光処理部２２４は、観察用撮像画像に対してのみ合成画像の生成を行い、計測用撮像画像については、タイミングコントローラ２０４からの計測用撮像画像であることの通知に応じて、合成画像の生成を行わない。
ポスト映像信号処理部２２６は、分光処理部２２４で生成された合成画像の映像信号を信号処理（γ補正等）してモニタ表示用の画面データを生成し、生成されたモニタ表示用の画面データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、ディスプレイ５に出力される。これにより、被写体の観察用撮像画像がディスプレイ５の表示画面に動画として表示される。

なお、本実施形態では、光学フィルタで狭帯域の波長成分の照射光を用いて複数の分光画像を作成するが、内視鏡システム１は、光学フィルタで、スペクトル波長分布が異なる広帯域の波長を持つ照射光を用いて、照射光の種類毎に複数の撮像画像を作成する構成にすることもできる。この場合、映像信号処理部２２０は分光処理部２２４を備えない。
また、観察用撮像画像については、プレ映像信号処理部２２２において廃棄し、プレ映像信号処理部２２２以降の後段の処理部に送信しないように構成することもできる。
内視鏡システム１は以上のように構成される。

（撮像素子による露光条件の調整）
本実施形態では、光源装置３のターレット３１２の回転による照射光の生成（出力）のタイミングと撮像素子４１０の露光のタイミングは同期するように、システムコントローラ２０２及びタイミングコントローラ２０４で制御されているが、ターレット３１２は、モータ３１４によって回転するので、モータ３１４の回転の揺らぎや経年劣化に伴って、照射光の出力のタイミングと撮像素子４１０の露光（被写体の像の受光）のタイミングがずれる場合がある。

図３は、ローリングシャッターを説明する図である。横軸は時間軸を表し、縦軸は撮像素子４１０の受光面の画素位置を示す軸を表している。撮像素子４１０は、受光面の各画素位置における電荷を捨てた時点（画素電荷捨て）から画素読み出しの時点までの間が露光期間として表される。図３では、画素電荷捨てを表す斜め線Ｘ１と画素読み出しを表す斜め線Ｙ１との間の斜線領域及び斜め線Ｘ２と斜め線Ｙ２との間の斜線領域が露光期間を表している。このような露光が、繰り返し行われる。撮像素子４１０はローリングシャッターを用いるので、図３は、画素位置に応じて露光のタイミングが時間差を持ってずれていることを示している。

図４（ａ），（ｂ）は、ローリングシャッターの動作とターレット３１２を用いた照射光強度の時間変化の例を説明する図である。図４（ａ）では、斜め線Ｘ１と斜め線Ｙ１で挟まれた斜線領域の露光期間において、画素位置の一部が、照射光による被写体の像を少なくともある時間において受光していない部分Ｗが存在する。この場合、撮像画像では、画素列に沿って連続した黒い帯状ラインが形成される。この部分Ｗが撮像画像において周りに比べて黒い暗領域、すなわち非露光領域となる。
一方、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す場合に対して、ターレット３１２の回転が揺らいで照射光の立ち上がり時間が長くなる（照射光強度の台形形状の分布のうち、台形形状の脚部の傾斜が緩くなる）場合、斜め線Ｘ１と斜め線Ｙ１との間の斜線領域の露光期間中、照射光による被写体の像を少なくともある時間において受光していない部分Ｗが、図４（ａ）に示す場合に比べて大きくなる。このような撮像画像における暗領域に該当する部分Ｗの大きさが変動することにより、観察者は、画面のちらつきを感じ易い。

このため、本実施形態では、図５（ａ），（ｂ）に示すように、画素電荷捨てのタイミングを示す斜め線Ｘ１と画素読み出しのタイミングを示す斜め線Ｙ１を斜め線Ｘ１’及び斜め線Ｙ１’に移動させる。図５（ａ），（ｂ）は、本実施形態で設定される調整露光条件の例を説明する図である。すなわち、撮像素子４１０の受光位置のそれぞれが、受光位置のそれぞれの露光の全期間中、１つの照射光で照射された被写体の像を連続して受光するように、斜め線Ｘ１，Ｙ１を斜め線Ｘ１’，Ｙ１’に移動させることにより（露光開始と終了のタイミングを変更することにより）撮像素子４１０の露光条件は設定される。このような露光条件の設定は、本実施形態では、予め定めた基準露光条件の撮像画像の暗領域の大きさに基づいて行われる。特に、撮像素子４１０の受光位置のそれぞれが、受光位置のそれぞれの露光の全期間中、照射光が一定の強度で照射した被写体の像を受光することが好ましい。

具体的には、本実施形態の内視鏡４の撮像素子４１０は、システムコントローラ２０２及びタイミングコントローラ２０４の制御により、ターレット３１２の光学フィルタを切り替える度に、照射光で照射された被写体を、ローリングシャッターを用いて撮像するが、撮像の時、基準露光時間及び基準露光タイミングを含む基準露光条件で撮像することと、基準露光条件から調整された、露光時間及び露光タイミングを含む調整露光条件で撮像することを行う。基準露光条件で撮像して得られる画像は、計測用撮像画像といい、調整露光条件で撮像して得られる画像は、観察用撮像画像という。観察用撮像画像は、ディスプレイ５に表示される画像であり、計測用撮像画像は、計測用撮像画像中の暗領域の情報を得て露光条件を調整するために用いる画像であり、ディスプレイ５に表示されない。内視鏡４は、この計測用撮像画像と観察用撮像画像の映像信号をプロセッサ２に出力する。 プロセッサ２のタイミングコントローラ２０４は、計測用撮像画像の一部において、露光期間中撮像素子４１０の受光面の一部が受光しないことにより形成される暗領域の情報に基づいて、調整露光条件による撮像のために、暗領域が形成されない調整露光条件、すなわち、露光期間中撮像素子４１０の受光面の全てが受光する（被写体の像を受光する）露光条件を調整露光条件として設定する。露光条件は、露光タイミング（露光開始のタイミング）と露光時間を含む。
このとき、タイミングコントローラ２０４は、撮像素子４１０の受光位置のそれぞれが、受光位置のそれぞれの露光の全期間中、１つの照射光で、好ましくは一定の光強度の１つの照射光で、照射された被写体の像を連続して受光するように、基準露光時間及び基準露光タイミングの少なくとも一方を調整することにより調整露光条件を設定することが好ましい。

（内視鏡システムの動作フロー）
図６は、本実施形態の内視鏡システム１の撮像のフローの例を示すフローチャートである。

まず、内視鏡システム１を立ち上げると、内視鏡システム１は通常観察モードに設定される（ステップＳ１１）。通常観察モードは、光源装置３からの照射光として、ランプ３０８の出射光を用いて、あるいは、ターレット３１２を回転させること無く特定の光学フィルタに固定してフィルタリングされた出射光を用いて、連続して被写体を照明し撮像することにより、被写体の撮像画像をディスプレイ５に表示するモードである。

次に、操作者（観察者）の操作パネル２１８からの入力によりターレット３１２を用いた撮像モードの指示があったか否かを、システムコントローラ２０２は判定する（ステップＳ１２）。ターレット３１２を用いた撮像モードの指示があった場合、システムコントローラ２０２は、ターレット３１２を、モータ３１４を介して回転するように制御する。
システムコントローラ２０２あるいはタイミングコントローラ２０４は、クロック信号を生成し、ターレット３１２の回転による照射光の生成のタイミングと撮像素子４１０による露光のタイミングが同期するように制御する。しかし、ターレット３１２の回転のゆらぎや使用に伴う経年劣化によって、回転速度がゆらぎあるいは変化して、撮像素子４１０の受光位置で受光しないことにより形成される暗領域が撮像画像に形成され易い。このため、以下のように、予め設定された基準露光条件で撮像し、この撮像結果に応じて露光条件を調整して観察用撮像画像を作成する。
すなわち、システムコントローラ２０２は、撮像素子４１０が基準露光条件で被写体を撮像するように制御する（ステップＳ１３）。基準露光条件は、予め設定された基準露光タイミング及び基準露光時間を含む。この撮像により、内視鏡４は、計測用撮像画像の映像信号を作成する（ステップＳ１４）。

次に、計測フレーム処理部２２１は、計測用撮像画像の映像信号を用いて、露光期間中被写体の像を受光しないことにより形成される暗領域（非露光領域）の大きさの情報、例えば暗領域の画素数あるいは画素列の列幅数を計数する（ステップＳ１８）。計数結果は、タイミングコントローラ２０４に送られる。
タイミングコントローラ２０４は、計数結果に基づいて、図５（ａ），（ｂ）に示すように、撮像素子４１０の受光位置のそれぞれ（受光面の全て）が、撮像素子４１０の露光期間中被写体の像を受光する（暗領域を撮像画像に形成しない）露光条件を調整露光条件として設定する（ステップＳ２２）。特に、タイミングコントローラ２０４は、撮像素子４１０の受光位置のそれぞれが、受光位置のそれぞれの露光の全期間中、１つの照射光で照射された被写体の像を連続して受光するように、基準露光時間及び基準露光タイミングの少なくとも一方を調整することにより調整露光条件を設定することが好ましい。タイミングコントローラ２０４は、設定された調整露光条件を撮像素子４１０に送る。

計測用撮像画像が取得された時点で、システムコントローラ２０１あるいはタイミングコントローラ２０４は、基準露光条件を用いた撮像が行われたことを知っているので、計測用撮像画像が生成されたことを、映像信号処理部２２０に通知する（ステップＳ１６）。これにより、計測用撮像画像の映像信号は映像信号処理部２２０において信号処理の対象とされない。したがって、ポスト映像信号処理部２２６は、計測用撮像画像（映像信号）を廃棄する。計測用撮像画像（映像信号）を廃棄する部分は、ポスト映像信号処理部２２６に限られず、プレ信号処理部２２２、分光処理部２２４であってもよい。

次に、システムコントローラ２０２は、撮像素子４１０が調整露光条件で被写体を撮像するように制御する（ステップＳ２４）。この撮像により、内視鏡４は、観察用撮像画像の映像信号を作成する（ステップＳ２６）。具体的には、タイミングコントローラ２０４が設定した調整露光条件を撮像素子４１０に送るように、システムコントローラ２０２は制御し、撮像素子４１０に撮像させる。映像信号処理部２２０は、内視鏡４から送信される観察用撮像画像の映像信号を信号処理して、ディスプレイ５に送る。これにより、ディスプレイ５は、観察用撮像画像を動画として表示する（ステップＳ２８）。
ステップＳ１２〜２８のフローは、観察終了の指示が有るまで繰り返される（ステップＳ３０）。

このように、本実施形態の内視鏡システム１は、ターレット３１２の光学フィルタを切り替える度に、照射光で照射された被写体を、ローリングシャッターを用いて撮像する。このとき、基準露光条件による撮像と調整露光条件による撮像を行う。調整露光条件は、
計測用撮像画像の一部形成される暗領域（非露光領域）の情報に基づいて、調整露光条件による撮像のために、暗領域（非露光領域）が形成されない露光条件、いいかえると撮像素子１０の受光面の全てが受光する露光条件が調整露光条件として設定される。このため、内視鏡４の撮像画像を動画としてディスプレイ５に表示するとき、画面のちらつき等の品質劣化を抑制することができる。

なお、基準露光条件は、撮像素子４１０で得られる撮像画像において被写体の像と暗領域の識別が可能な範囲で露光時間を最小にし、最小の露光時間から調整露光条件の露光時間と露光タイミングを設定することが好ましい。最小の露光時間を用いることで、計測用撮像画像に可能な限り大きな暗領域を形成させることができるので、調整露光条件を用いた観察用撮像画像において暗領域の形成を確実に防止することができる。すなわち、基準露光時間は、調整露光条件における露光時間に比べて短い、予め設定された時間であることが好ましい。

また、撮像素子４１０は、基準露光条件による撮像を、調整露光条件による少なくとも１回以上の撮像の前に行うように制御されることが好ましい。光源装置３のターレット３１２の回転による照射光の出力のタイミングは時間的に揺らぐため、過去の計測用撮像画像を用いて調整露光条件を設定することが好ましい。 計測フレーム処理部２２１は、暗領域の情報として、例えば計測用撮像画像に形成される暗領域の画素数あるいは画素列の列幅数を計数することが、計数を短時間で行う点から好ましい。暗領域（非露光領域）について、信号処理部４１６から送られるデジタル化された映像信号の信号値（明るくなるほど値が高くなる階調値）において、全く受光しない場合の階調値は本来０であるが、全く受光しない場合に存在する映像信号中のノイズ成分を考慮して設定されたオフセット値以下の階調値を持つ画素領域であることが好ましい。

タイミングコントローラ２０４は、現在から一定期間過去に遡って内視鏡４から順次送られて来た複数の計測用撮像画像における暗領域の平均の画素数あるいは平均の画素列の列幅数の情報を用いて調整露光条件を設定してもよいが、現在から一定期間過去に遡って内視鏡４から順次送られて来た複数の計測用撮像画像の暗領域の画素数あるいは画素列の列幅数のうち、最大の画素数あるいは列幅数を用いて調整露光条件を設定することが、観察用撮像画像に暗領域を確実に形成させない点から好ましい。

撮像素子４１０は、基準露光条件による撮像と、調整露光条件による少なくとも１回以上の撮像を繰り返し行うことにより、内視鏡４は、計測用撮像画像と観察用撮像画像をプロセッサ２に順次送信することが、常時計測用撮像画像を用いて調整露光条件を調整することができる点から好ましい。例えば、基準露光条件による１回の撮像と、調整露光条件による１回の撮像を繰り返し行ってもよい。基準露光条件から調整された調整露光条件は、基準露光条件による撮像直後の調整露光条件による撮像に必ずしも反映される必要はなく、それ以降の調整露光条件に反映されてもよい。

プロセッサ２の映像信号処理部２２０は、観察用撮像画像の映像信号と計測用撮像画像の映像信号とを識別可能にするためのインデックス情報を、観察用撮像画像及び計測用撮像画像の少なくともいずれか一方の映像信号に付加することが、映像信号処理部２２０で計測用撮像画像の映像信号に不必要に信号処理を行うことを防ぐ点から好ましい。
さらに、プロセッサ２のポスト映像信号処理部２２６は、上記インデックス情報に基づいて、観察用撮像画像のビデオフィーマット信号と計測用撮像画像のビデオフィーマット信号のうち、観察用撮像画像のビデオフィーマット信号だけをディスプレイ５に送信するディスプレイコントローラとして機能させることが好ましい。すなわち、プロセッサ２のポスト映像信号処理部２２６は、計測用撮像画像のビデオフィーマット信号をディスプレイ５に送信しない。この場合、ポスト映像信号処理部２２６は、計測用撮像画像の映像信号のビデオフォーマット信号を廃棄する。計測用撮像画像は、暗領域が形成されているので、ディスプレイ５に表示させることは画面のちらつきを観察者に感じさせる点で好ましくない。

フィルターターレット３１２は、フィルタ特性が異なる複数種類の光学フィルタを備え、ディスプレイコントローラとして動作するポスト映像信号処理部２２６は、光学フィルタの種類別にディスプレイに観察用撮像画像を表示するよう、信号処理された観察用撮像画像を光学フィルタの種類別にディスプレイ５に送信することが好ましい。ディスプレイ５に光学フィルタの種類別に観察用撮像画像を同時に表示することで、観察者は、照射光の種類によって他の部位と見え方が異なる人体内の特定の部位を、他の部位と区別してより正確に観察することができる。

以上、本発明の内視鏡システムについて詳細に説明したが、本発明の内視鏡システムは上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１ 内視鏡システム
２ プロセッサ
３ 光源装置
４ 内視鏡
５ ディスプレイ
２００，４００ コネクタ部
２０１ メモリ
２０２ システムコントローラ
２０４ タイミングコントローラ
２１８操作パネル
２２０ 映像信号処理部
２２１ 計測フレーム処理部
２２２ プレ映像信号処理部
２２４ 分光処理部
２２６ ポスト映像信号処理部
２２８ フレームメモリ部
３０６ ランプ電源ドライバ
３０８ ランプ
３１０ 集光レンズ
３１２ フィルターターレット
３１４ モータ
３１６ モータドライバ
４０２ 先端部
４０４ ライトガイド
４０６ 配光レンズ
４０８ 対物レンズ
４１０ 撮像素子
４１２ アンプ
４１４ コネクタ部
４１６ 信号処理部
４１８ メモリ
４２０ 挿入部
４２２ 手元操作部
４２４ 屈曲部

Claims (10)

1. 複数の光学フィルタを配した回転板を回転させて、光源からの出射光の光路上を通過する光学フィルタを切り替えることにより、前記光学フィルタのそれぞれでフィルタリングされた出射光を被写体の照射光として順次出力する光源装置と、
   前記光学フィルタを切り替える度に、前記照射光で照射された前記被写体を、ローリングシャッターを用いて、基準露光時間及び基準露光タイミングを含む基準露光条件、及び前記基準露光条件から調整された、露光時間及び露光タイミングを含む調整露光条件のいずれか一方で撮像する撮像素子を備え、前記基準露光条件で撮像した計測用撮像画像及び前記調整露光条件で撮像した観察用撮像画像を出力する内視鏡と、
   前記内視鏡から出力された前記計測用撮像画像の一部において、露光期間中前記撮像素子の受光面の一部が受光しないことにより形成される暗領域の情報に基づいて、前記調整露光条件による撮像のために、前記露光期間中前記撮像素子の受光面の全てが受光する露光条件を前記調整露光条件として設定するタイミングコントローラを備えるプロセッサと、
   を備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記タイミングコントローラは、前記撮像素子の受光位置のそれぞれが、受光位置のそれぞれの露光の全期間中、１つの照射光で照射された前記被写体の像を連続して受光するように、前記基準露光時間及び基準露光タイミングの少なくとも一方を調整することにより前記調整露光条件を設定する、請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記基準露光時間は、前記調整露光条件における露光時間に比べて短い、予め設定された時間である、請求項１または２に記載の内視鏡システム。
4. 前記撮像素子は、前記基準露光条件による撮像を、前記調整露光条件による少なくとも１回以上の撮像の前に行うように制御される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
5. 前記撮像素子は、前記基準露光条件による撮像と、前記調整露光条件による少なくとも１回以上の撮像を繰り返し行うことにより、前記内視鏡は、前記計測用撮像画像と前記観察用撮像画像を前記プロセッサに順次送信する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
6. 前記プロセッサは、前記計測用撮像画像に形成される暗領域の画素数あるいは画素列の列幅数を、前記暗領域の情報として計数する計測フレーム処理部を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
7. 前記画素数あるいは前記画素列の列幅数は、前記内視鏡から順次送られる複数の計測用撮像画像の前記暗領域の画素数あるいは画素列の列幅数のうち、最大の画素数あるいは列幅数である、請求項６に記載の内視鏡システム。
8. 前記プロセッサは、前記観察用撮像画像を信号処理する映像信号処理部を備え、
   前記映像信号処理部は、前記観察用撮像画像と前記計測用撮像画像とを識別可能にするためのインデックス情報を、前記観察用撮像画像及び前記計測用撮像画像の少なくともいずれか一方に付加する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
9. さらに、前記観察用撮像画像を表示するディスプレイを備え、
   前記プロセッサは、前記インデックス情報に基づいて、前記観察用撮像画像の信号及び前記計測用撮像画像の信号のうち、前記観察用撮像画像の信号だけを前記ディスプレイに送信するディスプレイコントローラを備える、請求項８に記載の内視鏡システム。
10. 前記回転板は、フィルタ特性が異なる複数種類の光学フィルタを備え、
    前記ディスプレイコントローラは、前記光学フィルタの種類別に前記ディスプレイに前記観察用撮像画像を表示するよう、前記信号処理された前記観察用撮像画像を前記光学フィルタの種類別に前記ディスプレイに送信する、請求項９に記載の内視鏡システム。