JP4503875B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像方法および装置に関し、より詳しくは蛍光を発生する被写体の蛍光像および微弱な光で照明された被写体の反射光像等を撮像する撮像方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蛍光を発生する被写体の蛍光像や微弱な光で照明された被写体の反射光像等の光像を鮮明な画像として撮像したいという要望があり、高感度な撮像方式が検討されている。
【０００３】
例えば、励起光の照射により生体組織の内在色素から発生する蛍光を画像として撮像し、この撮像された蛍光画像を分析することにより各種疾患に伴う組織性状の変化を識別する装置が研究されており、蛍光内視鏡装置においては、被検物から発せられる蛍光による像をイメージファイバによって伝播してその端面に導き、この端面に導かれた像を等倍より大きく撮像素子上に結像させて撮像している。
【０００４】
生体組織から発生する蛍光は微弱であり、この蛍光を画像として検出するためには高感度な撮像素子が使用され、この撮像素子が受光する蛍光の受光光量が大きいときには撮像素子に備えられた画素数に対応する解像力で蛍光像を撮像するが、撮像素子が受光する蛍光の受光光量が小さいときには、複数の画素の信号電荷を積算して読み出すピクセルビニング処理を施して蛍光像を撮像している。例えば、直径２ｍｍ程度の通常のイメージファイバに使用されるファイバの本数は約１万本なので、このイメージファイバの端面に形成される蛍光による像を構成する画素数を１万画素とすると、この１万画素によって構成される蛍光像を受光する撮像素子の受光領域中の画素数は４倍以上（４万画素以上）の画素数に設定されており、例えば２５万画素あるいは３８万画素等の撮像素子のほぼ全受光領域を用いて上記蛍光像を受光し、蛍光の受光光量が小さいときにはピクセルビニング処理の対象とする画素数、すなわち１つの画素相当とみなして積算する画素数を増やして画像の解像度を下げて１画素相当の受光光量を大きくし、逆に蛍光の受光光量が大きいときにはピクセルビニング処理の対象とする画素数を減らし解像度を高めて撮像している。
【０００５】
より具体的には、生体組織に対して１００ｍｗの照明出力の励起光を１２０度の広がり角度で照射し、撮像素子の全受光領域を用いて１／３０秒の露光時間によって撮像する標準撮像状態において、この励起光の射出点から５０ｍｍ離れた位置のガン組織を表す蛍光像をＳ／Ｎが１以上の画像信号として得たいという要請がある。
【０００６】
そして、上記標準撮像状態において、フロント露光型の撮像素子を用いて撮像したときに、受光領域の１画素に蓄積される上記ガン組織の蛍光像を表す信号電荷は通常約１０電子となるので、上記状態において受光領域の各画素毎に発生する読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和を１０電子以下に抑えることによりガン組織の蛍光像を表す画像信号のＳ／Ｎを１以上とすることができる。また、上記撮像素子として量子効率がフロント露光型の撮像素子の約２倍となる背面露光型の撮像素子を用いる場合には、上記標準撮像状態の設定において得られる１画素に蓄積される上記ガン組織の蛍光像を表す信号電荷は約２０電子となるので、上記状態において受光領域の各画素毎に発生する読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和を２０電子以下に抑えることによりガン組織の蛍光像を表す信号のＳ／Ｎを１以上とすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにピクセルビニング処理を施す方式を用いても、蛍光を受光した複数の画素に蓄積された信号電荷を撮像素子内で積算するときに、蛍光の受光により発生した信号電荷と共にダークノイズにより蓄積された信号電荷も同時に積算されてしまうので、複数画素に蓄積された信号電荷にピクセルビニング処理を施すことにより１まとめにして１画素相当として扱うようにしても、ダークノイズの割合は減少せずＳ／Ｎの向上は望めない。そこで、ダークノイズを減少させることによりＳ／Ｎの向上を図ることができる撮像方式が望まれている。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ダークノイズを減少させることにより被写体の光像をＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる微弱光撮像方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像方法は、励起光が照射された生体組織から発生した蛍光をイメージファイバに入射させると共に該イメージファイバの射出端面に導き、該射出端面に導かれた蛍光により形成された蛍光像を撮像素子の受光領域に結像させ、該結像された蛍光像を前記撮像素子によって撮像する撮像方法において、前記蛍光像を、前記イメージファイバの射出端面に形成された蛍光像を表す画素数Ｎｆと前記受光領域に結像された蛍光像を受光する該受光領域中の画素数Ｎｄとが条件式：Ｎｆ×４＞Ｎｄを満足するように、前記受光領域に結像させることを特徴とする。
【００１０】
前記撮像素子としてフロント露光型の撮像素子を使用する場合には、常温下において前記蛍光像を受光する前記受光領域中の各画素毎に発生する読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和が１０電子以下となるような撮像条件に設定して前記蛍光像を撮像することが好ましい。
【００１１】
前記撮像素子として背面露光型の撮像素子を使用する場合には、常温下において前記蛍光像を受光する前記受光領域中の各画素毎に発生する読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和が２０電子以下となるような撮像条件に設定して前記蛍光像を撮像することが好ましい。
【００１２】
前記蛍光像を受光する前記受光領域中の画素数が４０，０００以下となるように前記蛍光像を結像させて該蛍光像を撮像することが好ましい。
【００１３】
前記蛍光像を受光する前記受光領域に結像させる前記蛍光像の大きさは、前記撮像素子が受光する前記蛍光の光量に応じて変更することができる。
【００１４】
前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出可能なものである場合には、前記受光領域中に前記蛍光像を含みかつ前記受光領域より狭い読出領域を設定し、該読出領域を前記受光領域中の他の領域より先に読み出すことが好ましい。
【００１５】
前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに読み出すものである場合には、前記蛍光像を、前記受光領域中の前記撮像素子の読出ポートに一番近い位置に結像させることが好ましい。
【００１６】
本発明の撮像装置は、励起光が照射された生体組織から発生した蛍光をイメージファイバに入射させると共に該イメージファイバの射出端面に導く光学系と、該射出端面に導かれた蛍光により形成された蛍光像を撮像素子の受光領域に結像させる結像手段と、前記受光領域に結像された蛍光像を前記撮像素子によって撮像する撮像手段とを備え、前記結像手段が、前記イメージファイバの射出端面に形成された蛍光像を表す画素数Ｎｆと前記受光領域に結像された蛍光像を受光する該受光領域中の画素数Ｎｄとが条件式：Ｎｆ×４＞Ｎｄを満足するように、前記蛍光像を前記受光領域に結像させるものであることを特徴とする。
【００１７】
前記撮像手段が前記撮像素子としてフロント露光型の撮像素子を備えたものである場合には、前記撮像手段は常温下において前記蛍光像を受光する前記受光領域中の各画素毎に発生する読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和が１０電子以下となるような撮像条件に設定されたものとすることが好ましい。
【００１８】
前記撮像手段が前記撮像素子として背面露光型の撮像素子を備えたものである場合には、前記撮像手段は常温下において前記蛍光像を受光する前記受光領域中の各画素毎に発生する読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和が２０電子以下となるような撮像条件に設定されたものとすることが好ましい。
【００１９】
前記結像手段は、前記蛍光像を受光する前記受光領域中の画素数が４０，０００以下となるように前記蛍光像を結像させるものであることが好ましい。
【００２０】
前記結像手段は、前記蛍光像を受光する前記受光領域に結像させる前記蛍光像の大きさを前記撮像素子が受光する前記蛍光の光量に応じて変更可能なものとすることができる。
【００２１】
前記結像手段は、変倍光学系を備え、該変倍光学系によって前記受光領域に結像させる前記蛍光像の大きさを変更可能なものとすることができる。
【００２２】
前記撮像装置は、前記変倍光学系の倍率に応じて前記撮像素子の読出周波数を変更するものとしてもよい。
【００２３】
前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出可能なものである場合には、前記撮像手段は、前記受光領域中に該受光領域よりも狭い読出領域を設定し、該読出領域を前記受光領域中の他の領域より先に読み出す読出制御手段を備えているものとすることが好ましい。
【００２４】
前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出可能なものである場合には、前記撮像手段は、前記撮像素子の受光領域中に読出領域を設定し、該読出領域を前記受光領域中の他の領域より先に読み出すと共に、前記読出領域の大きさを変更可能な読出制御手段を備えているものとすることが好ましい。
【００２５】
前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに読み出すものである場合には、前記蛍光像を前記受光領域中の前記撮像素子の読出ポートに一番近い位置に結像させるように構成されているものとすることが好ましい。
【００２６】
前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに読み出すものである場合には、前記受光領域中における前記蛍光像の結像位置を変更可能な結像位置変更手段を備えているものとすることが好ましい。
【００２７】
本発明の撮像方法は、各画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに転送して読み出す撮像素子を用い、被写体の光像を前記撮像素子の受光領域中に結像させ、該結像された光像を前記受光領域中の各受光画素毎に光電変換して該受光画素中に信号電荷として蓄積し、各受光画素中に蓄積された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出す撮像方法において、前記光像を前記受光領域中の全受光画素数以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させ、該読出領域に含まれる受光画素に蓄積され転送された読出対象信号電荷を前記画像信号として読み出すと共に、前記読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積され転送された余剰信号電荷を空読みすることを特徴とする。
【００２８】
前記撮像方法は、読出対象信号電荷を読み出す前に、前記シーケンシャルに転送された読出対象信号電荷に対してビニング処理を施すことができる。
【００２９】
本発明の撮像方法は、各画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに転送して読み出す撮像素子を用い、被写体の光像を前記撮像素子の受光領域中に結像させ、該結像された光像を前記受光領域中の各受光画素毎に光電変換して該受光画素中に信号電荷として蓄積し、各受光画素中に蓄積された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出す撮像方法において、前記光像を前記受光領域中の全受光画素数以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させ、該読出領域に含まれる受光画素に蓄積され転送された読出対象信号電荷を前記画像信号として読み出すと共に、前記読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積され転送された余剰信号電荷をクリヤードレインを介して掃き出すことを特徴とする。
【００３０】
本発明の撮像方法は、各画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出し可能な撮像素子を用い、被写体の光像を前記撮像素子の受光領域中に結像させ、該結像された光像を前記受光領域中の各受光画素毎に光電変換して該受光画素中に信号電荷として蓄積し、各受光画素中に蓄積された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出す撮像方法において、前記光像を前記受光領域中の全受光画素数以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させ、該読出領域に含まれる受光画素に蓄積された読出対象信号電荷を前記画像信号として読み出した後、前記読出領域外の非読出領域に含まれる受光画素に蓄積された余剰信号電荷、または該余剰信号電荷および前記読出対象信号電荷を読み出した後に前記読出領域に含まれる受光画素に蓄積された信号電荷を一括して、ブロック毎に、または１画素づつ空読みすることを特徴とする。
【００３１】
本発明の撮像装置は、撮像素子と、被写体の光像を前記撮像素子の受光領域中に結像させる結像手段とを備えてなり、前記撮像素子が、受光した光を前記受光領域中の各受光画素毎に光電変換して該各受光画素中に信号電荷として蓄積する光電変換部と、各受光画素中に蓄積された信号電荷をシーケンシャルに転送する電荷転送部と、該シーケンシャルに転送された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すシーケンシャル読出部とを有する撮像装置において、前記結像手段が前記光像を前記受光領域中の全受光画素数以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させるものであり、前記読出領域の受光画素に蓄積された読出対象信号電荷を前記シーケンシャル読出部によって画像信号として読み出させると共に、前記読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積された余剰信号電荷を前記シーケンシャル読出部によって空読みさせるように制御するシーケンシャル読出制御手段を備えたことを特徴とする。
【００３２】
前記撮像装置は、前記電荷転送部と前記シーケンシャル読出部との間に設けられ前記電荷転送部から前記シーケンシャル読出部への信号電荷の通過を制御するゲートと、前記電荷転送部によって転送され前記シーケンシャル読出部により読み出される前の前記読出対象信号電荷に対してビニング処理を施すように前記ゲートを制御するゲート制御手段とを備えることができる。
【００３３】
本発明の撮像装置は、撮像素子と、被写体の光像を前記撮像素子の受光領域中に結像させる結像手段とを備えてなり、前記撮像素子が、受光した光を前記受光領域中の各受光画素毎に光電変換して該各受光画素中に信号電荷として蓄積する光電変換部と、各受光画素中に蓄積された信号電荷をシーケンシャルに転送する電荷転送部と、該シーケンシャルに転送された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すシーケンシャル読出部とを有するものである撮像装置において、前記結像手段が前記光像を前記受光領域中の全受光画素数以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させるものであり、前記電荷転送部によってシーケンシャルに転送された信号電荷を掃き出すクリヤードレインと、前記読出領域の受光画素に蓄積された読出対象信号電荷を前記シーケンシャル読出部によって読み出させると共に、前記読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積された余剰信号電荷を前記クリヤードレインに掃き出させるように制御するシーケンシャル読出制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
前記撮像装置は、前記電荷転送部と前記シーケンシャル読出部との間に設けられ前記電荷転送部から前記シーケンシャル読出部への信号電荷の通過を制御する第１のゲートと、前記電荷転送部と前記クリヤードレインとの間に備えられ前記電荷転送部から前記クリヤードレインへの信号電荷の通過を制御する第２のゲートと、前記電荷転送部によって転送され前記シーケンシャル読出部により読み出される前の前記読出対象信号電荷に対してビニング処理を施すように前記第１のゲートおよび第２のゲートを制御するゲート制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３５】
本発明の撮像装置は、撮像素子と、被写体の光像を前記撮像素子の受光領域中に結像させる結像手段とを備えてなり、前記撮像素子が、受光した光を前記受光領域中の各受光画素毎に光電変換して該各受光画素中に信号電荷として蓄積する光電変換部と、該各受光画素中からランダムに画素を選択可能な画素選択部と、該選択された受光画素の信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すランダム読出部とを有するものである撮像装置において、前記結像手段が前記光像を前記受光領域中の全受光画素数以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させるものであり、該読出領域の受光画素を前記画素選択部によって選択させ、該選択された受光画素に蓄積された読出対象信号電荷を前記ランダム読出部によって読み出させた後、前記読出領域以外の非読出領域に含まれる受光画素、または該非読出領域および前記読出領域に含まれる受光画素を前記画素選択部によって選択させ、前記非読出領域に含まれる受光画素に蓄積された余剰信号電荷、または該余剰信号電荷および前記読み出した後に前記読出領域に含まれる受光画素に蓄積された信号電荷を一括して、ブロック毎に、または１画素づつ前記ランダム読出部から空読みさせるように前記画素選択部および前記ランダム読出部を制御するランダム読出制御手段を備えたことを特徴とする。
【００３６】
前記ランダム読出制御手段は、前記読出領域内の複数の受光画素を前記画素選択部によって同時に選択させ、該選択させた複数の受光画素に蓄積された各読出対象信号電荷を積算した信号電荷を前記ランダム読出部によって電気的な画像信号に変換して読み出させるように制御して前記読出対象信号電荷にビニング処理を施すことができる。
【００３７】
前記撮像装置は、前記結像手段が変倍光学系を備え、該変倍光学系によって前記受光領域中に結像させる前記光像の大きさを変更可能なものとすることができる。
【００３８】
前記撮像装置は、前記変倍光学系の倍率に応じて前記撮像素子の読出周波数を変更するものとしてもよい。
【００３９】
前記撮像装置は、蛍光内視鏡装置に搭載することができる。
【００４０】
上述の撮像方法および装置において、前記撮像素子はインパクトイオナイゼーション（Impact ionization）によって電荷を増幅する電荷増倍型の撮像素子としてもよい。
【００４１】
なお、インパクトイオナイゼーションによって電荷を増幅する電荷増倍型の撮像素子とは、CCDの水平読出シフトレジスタと出力アンプ間に電荷増倍機能付シフトレジスタを有する撮像素子である。この電荷増倍機能付シフトレジスタが電荷を増倍する原理は、信号電荷が、十分な強度で形成された深いポテンシャルに転送されたときに２次電子が生成されるインパクト・イオン化現象（電荷がSiに衝突し、電子―正孔が生成される現象）を利用したものであり、水平読出シフトレジスタから転送されてきた信号電荷をこの電荷増倍機能付シフトレジスタ中の深いポテンシャルをそれぞれ有する多段のシフトレジスタで転送することにより上記２次電子の生成を繰り返し、読出ノイズが重畳されることなく信号電荷を増幅するものである。このインパクトイオナイゼーションによって電荷を増幅する電荷増倍型の撮像素子に関しては、米国特許第5,337,340号明細書（発明の名称：Carge Multiplying Detecter (CMD) suitable for small pixel CCD image sensor）を参照することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の撮像方法および装置によれば、撮像素子の受光領域に結像された蛍光像を撮像するにあたり、イメージファイバの射出端面に形成された蛍光像を表す画素数Ｎｆと前記受光領域に結像された蛍光像を受光する受光領域中の画素数Ｎｄとが条件式：Ｎｆ×４＞Ｎｄを満足するように、蛍光像を受光領域中に結像させるようにしたので、すなわちイメージファイバの射出端面に形成された蛍光像を結像させる撮像素子の受光領域中の画素数を、むやみに多くしないようにしたので、１画素あたりのダークノイズの発生量を変化させずに１画素あたりの蛍光の受光光量を増加させ、相対的にダークノイズの割合を減少させて蛍光像を撮像素子から読み出すことができるので、蛍光像をＳ/Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００４３】
なお、前記撮像素子としてフロント露光型の撮像素子を使用して前記蛍光像を撮像する場合に、常温下において前記蛍光像を受光する受光領域中の各画素毎に発生する読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和が１０電子以下となるような撮像条件に設定して撮像すれば、例えば、前記標準撮像状態においてガン組織の蛍光像をＳ／Ｎ＝１以上で撮像することができる。
【００４４】
また、前記撮像素子として背面露光型の撮像素子を使用して前記蛍光像を撮像する場合に、常温下において前記蛍光像を受光する受光領域中の各画素毎に発生する読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和が２０電子以下となるような撮像条件に設定して撮像すれば、背面露光型の撮像素子の量子効率はフロント露光型の撮像素子の量子効率の約２倍となるので、例えば、前記標準撮像状態において、ガン組織の蛍光像をＳ／Ｎ＝１以上で撮像することができる。
【００４５】
また、前記蛍光像を受光する受光領域中の画素数が４０，０００以下となるように蛍光像を結像させて撮像すれば、例えばイメージファイバの射出端面に形成された蛍光像を表す画素数が十分多い場合においても、この蛍光像を受光する受光領域の画素数を不要に多くせず、撮像された蛍光像を分析することにより各種疾患に伴う組織性状の変化等を識別することができる可能性を持つ画素数である４０，０００画素以下に抑えて蛍光像を受光することにより、１画素あたりの蛍光の受光光量をより増加させて蛍光像を撮像素子から読み出すことができるので、蛍光像をよりＳ/Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００４６】
また、前記撮像素子上に結像させる前記蛍光像の大きさを、前記撮像素子が受光する前記蛍光の光量に応じて、変倍光学系等を用いて変更するようにすれば、例えば前記蛍光の受光光量が小さいときには、撮像素子上に蛍光像を小さく結像させ、少ない画素で蛍光像を撮像することにより解像力を落として１画素あたりの受光光量を増加させ、前記蛍光の受光光量が大きいときには、撮像素子上に蛍光像を大きく結像させ、多くの画素で蛍光像を撮像することにより１画素あたりの受光光量を確保しつつ解像力を高めるように調節することができるので、適正な受光光量と解像力とを同時に満足する画像として蛍光像を撮像することができる。
【００４７】
また、前記撮像素子を、各画素に蓄積される信号電荷がランダムに読出可能なものとし、前記撮像素子の受光領域中に前記蛍光像を含みかつ前記受光領域よりも狭い読出領域を設定し、該読出領域を他の領域より先に読み出すようにすれば、前記読出領域中の各画素が他の領域の画素より先に読み出されダークノイズが蓄積される時間を短かくすることができ、蛍光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００４８】
また、前記撮像素子を、各画素に蓄積される信号電荷がシーケンシャルに読み出されるものとし、前記蛍光像を、前記撮像素子の受光領域中の該撮像素子の読出ポートに一番近くなる位置に結像させれば、そうでない場合に比して前記蛍光像を受光する各画素が早く読み出されダークノイズが蓄積される時間を短かくすることができるので、蛍光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００４９】
また、前記撮像素子を、各画素に蓄積される信号電荷がランダムに読出可能なものとし、前記撮像素子の受光領域中に読出領域を設定し、該読出領域を他の領域より先に読み出すと共に前記読出領域の大きさを変更可能なものとすれば、例えば前記蛍光の受光光量に応じて結像させる蛍光像の大きさを変更する場合、該蛍光像の大きさに応じて過不足のない適切な大きさの読出領域を設定することができ、それによって蛍光像の効率的な早期読出しが可能となり、蛍光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００５０】
また、前記撮像素子を、各画素に蓄積される信号電荷がシーケンシャルに読み出されるものとし、前記撮像素子の受光領域中における前記蛍光像の結像位置を変更可能なものとすれば、例えば、前記蛍光の受光光量に応じて結像される蛍光像の大きさを変更する場合、該蛍光像の大きさの変更に応じて該蛍光像の結像位置を前記読出ポートに近い位置に設定することができ、それによって蛍光像の効率的な早期読出しが可能となり、蛍光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００５１】
本発明の撮像方法および装置によれば、各画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに転送して読み出す撮像素子を用い、各受光画素中に蓄積された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すにあたり、被写体の光像を前記受光領域中の全受光画素数以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させ、この読出領域に含まれる受光画素に蓄積され転送された読出対象信号電荷を画像信号に変換して読み出すと共に、読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積され転送された余剰信号電荷を空読みするようにしたので、１画素あたりのダークノイズの発生量を変化させずに１画素あたりの受光光量を増加させることができ相対的にダークノイズの割合を減少させることができるので、光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００５２】
なお、各受光画素中に蓄積された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すにあたり、被写体の光像を前記受光領域中の全受光画素数の１／２以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させ、この読出領域に含まれる受光画素に蓄積され転送された読出対象信号電荷を画像信号に変換して読み出すと共に、読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積され転送された余剰信号電荷を空読みするようにすれば、１画素あたりのダークノイズの発生量を変化させずに１画素あたりの受光光量を２倍以上に増加させることができ相対的にダークノイズの割合を減少させることができるので、光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００５３】
本発明の撮像方法および装置によれば、各画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに転送して読み出す撮像素子を用い、各受光画素中に蓄積された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すにあたり、被写体の光像を前記受光領域中の全受光画素数以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させ、この読出領域に含まれる受光画素に蓄積され転送された読出対象信号電荷を画像信号に変換して読み出すと共に、読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積され転送された余剰信号電荷をクリヤードレインを介して掃き出すようにしたので、１画素あたりのダークノイズの発生量を変化させずに１画素あたりの受光光量を増加させることにより相対的にダークノイズの割合を減少させることができると共に、読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積され転送された余剰信号電荷を従来のように画像信号に変換して読み出して除去する処理を行うことなく、この余剰信号電荷をクリヤードレインを介して高速度で掃き出すようにしたので、１画面分の信号電荷の処理時間が短縮され、読出領域の信号電荷の読出しを早く完了することができ、時間の経過とともに蓄積されるダークノイズの量をさらに減少させることができるので、光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００５４】
なお、各受光画素中に蓄積された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すにあたり、被写体の光像を前記受光領域中の全受光画素数の１／２以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させ、この読出領域に含まれる受光画素に蓄積され転送された読出対象信号電荷を画像信号に変換して読み出すと共に、読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積され転送された余剰信号電荷をクリヤードレインを介して掃き出すようにすれば、１画素あたりのダークノイズの発生量を変化させずに１画素あたりの受光光量を２倍以上に増加させることにより相対的にダークノイズの割合を減少させることができると共に、読出領域外の非読出領域の受光画素に蓄積され転送された余剰信号電荷を従来のように画像信号に変換して読み出して除去する処理を行うことなく、この余剰信号電荷をクリヤードレインを介して高速度で掃き出すようになるので、１画面分の信号電荷の処理時間が短縮され、読出領域の信号電荷の読出しを早く完了することができ、時間の経過とともに蓄積されるダークノイズの量をさらに減少させることができるので、光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００５５】
本発明の撮像方法および装置によれば、各画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出し可能な撮像素子を用い、受光画素中に蓄積された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すにあたり、被写体の光像を受光領域中の全ての受光画素数以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させ、この読出領域に含まれる受光画素に蓄積された読出対象信号電荷を画像信号として読み出した後、読出領域外の非読出領域に含まれる受光画素に蓄積された余剰信号電荷、またはこの余剰信号電荷および前記読出対象信号電荷を読み出した後に読出領域に含まれる受光画素に蓄積された信号電荷を一括して、ブロック毎に、または１画素づつ空読みするようにしたので、読出領域の受光画素の信号電荷の読み出しをより早く完了させることができ、時間の経過とともに蓄積されるダークノイズの量を減少させることができる。さらに、非読出領域の受光画素に蓄積された余剰信号電荷の除去を行わなかった場合に発生するブルーミング、すなわち非読出領域の受光画素に信号電荷が蓄積されつづけられ、この余剰信号電荷が受光画素からあふれ出して読出領域内の受光画素に進入する現象を防止することができる。
【００５６】
本発明の撮像方法および装置によれば、各画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出し可能な撮像素子を用い、受光画素中に蓄積された信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すにあたり、被写体の光像を受光領域中の全ての受光画素数の１／２以下の数の受光画素からなる読出領域に結像させ、この読出領域に含まれる受光画素に蓄積された読出対象信号電荷を画像信号として読み出した後、読出領域外の非読出領域に含まれる受光画素に蓄積された余剰信号電荷、またはこの余剰信号電荷および前記読出対象信号電荷を読み出した後に読出領域に含まれる受光画素に蓄積された信号電荷を一括して、ブロック毎に、または１画素ずつ空読みするようにすれば、読出領域の受光画素の信号電荷の読み出しをより早く完了させることができ、時間の経過とともに蓄積されるダークノイズの量を減少させることができる。さらに、非読出領域の受光画素に蓄積された余剰信号電荷の除去を行わなかった場合に発生するブルーミング、すなわち非読出領域の受光画素に信号電荷が蓄積されつづけられ、この余剰信号電荷が受光画素からあふれ出して読出領域内の受光画素に進入する現象を防止することができる。
【００５７】
また、前記読出対象信号電荷に対してビニング処理を施せば、複数の受光画素に蓄積された信号電荷を１つにまとめて画像信号に変換することができるので、信号電荷を電気的な画像信号に変換するときに発生する読出ノイズを減少させることができ被写体の光像を担持した信号電荷をさらにＳ／Ｎの高い画像信号として読み出すことができる。
【００５８】
また、前記結像手段に変倍光学系を備え、この変倍光学系によって受光領域中に結像させる光像の大きさを変更可能なものとすれば、光像からの受光光量が不足しＳ／Ｎの低い画像信号が読み出されている場合には、光像を小さく結像させることにより１受光画素あたりの受光光量を増大させＳ／Ｎの高い画像信号として読み出すことができる。また、光像からの受光光量が十分大きくＳ／Ｎの高い画像信号が読み出されている場合には、光像を大きく結像させて光像を受光する受光画素数を増加させることにより、解像力のより高い光像を担持した画像信号として読み出すことができる。
【００５９】
また、前記撮像装置を、変倍光学系の倍率に応じて撮像素子の読出周波数を変更するものとすれば、読み出される画像に混入する読出ノイズの量をより確実に少なくすることができる。すなわち、通常の撮像素子を用いる場合には、読出ノイズの発生量は読出周波数の平方根に比例するので、読出周波数を低くすれば読出ノイズの発生量を少なくすることができ、例えば、変倍光学系の倍率を低くして所望の観察領域を撮像素子上により小さく結像させて、読み出す画素数を減らせば、１フレームとして読み出す画素数が減少した分だけ読出周波数を低くすることができ読出ノイズの発生量を確実に少なくすることができる。
【００６０】
より具体的には、例えば、通常の撮像素子においては、３０フレーム／秒の撮像条件ではダークノイズよりも読出ノイズが支配的であり、読出ノイズを低減することが感度向上（Ｓ／Ｎの向上）の手段となる。読出ノイズの発生量は読出周波数の平方根に比例するので、読出周波数を低くすれば感度（Ｓ／Ｎ）を高くすることが可能である。ここで、変倍光学系により所望の観察領域を撮像素子上により小さく結像させて、読み出す画素数を減らせば、１フレームとして読み出す画素数が減少した分だけ読出周波数を低くすることができる。読出周波数が低くなると読出ノイズの発生量が減少し、感度（Ｓ／Ｎ）を向上させることができる。
【００６１】
本発明の撮像装置を内視鏡装置に搭載すれば、１画素あたりの受光光量を増加させると共に、ダークノイズを減少させることができるので、生体内部において、照明光の照射を受けた生体組織によって反射された反射光による反射光像や、励起光の照射を受けた生体組織から発生した蛍光による蛍光像等の光像を高いＳ／Ｎで観察することができる。
【００６２】
また、前記撮像素子をインパクトイオナイゼーションによって電荷を増幅する電荷増倍型の撮像素子とすれば、読出ノイズが低減され、信号電荷をさらにＳ／Ｎの高い画像信号として読み出すことができる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の撮像方法を実施する撮像装置を蛍光内視鏡装置に適用した第１の実施の形態の概略構成を示す図である。
【００６４】
蛍光内視鏡装置８００は、波長４１０ｎｍの励起光Ｌｅを射出する光源ユニット１００、光源ユニット１００から射出された励起光を照射光ファイバ２１を通して生体組織１に照射し、この励起光Ｌｅの照射を受けた生体組織１から発生した蛍光による生体組織１の蛍光像をイメージファイバ２２の入射端面２２ａから射出端面２２ｂまで伝搬する内視鏡ユニット２００、イメージファイバ２２の射出端面２２ｂに伝搬された蛍光像を撮像し映像信号に変換して出力する蛍光像撮像ユニット３００および蛍光像撮像ユニット３００から出力された映像信号を入力し画像として表示する表示器４００から構成されている。
【００６５】
光源ユニット１００には、白色光Ｌｗを射出する白色光光源１１および励起光Ｌｅを射出する励起光光源１２が配設されており、白色光光源１１から射出される白色光Ｌｗは、４１０ｎｍの波長の光を反射し４１０ｎｍを越える波長領域の光を透過するダイクロイックミラー１３を透過し集光レンズ１４によって集光され照射光ファイバ２１の端面２１ａに入射し、前記白色光Ｌｗとは異なるタイミングで励起光光源１２から射出される励起光Ｌｅは、ダイクロイックミラー１３によって反射され集光レンズ１４により集光されて同じく照射光ファイバ２１の端面２１ａに入射する。
【００６６】
内視鏡ユニット２００は、照射光ファイバ２１によって伝搬された白色光Ｌｗおよび励起光Ｌｅを生体組織１に照射することにより生じた生体組織１の像が入射する先端部２０１、および光源ユニット１００と蛍光像撮像ユニット３００とが接続された操作部２０２とから構成されており、先端部２０１から操作部２０２に亘って照射光ファイバ２１とファイバ本数約１０，０００本からなるイメージファイバ２２とが施設されている。
【００６７】
また、先端部２０１には、照射光ファイバ２１の端面２１ｂから射出される白色光Ｌｗと励起光Ｌｅとを入射し、入射したこれらの光を生体組織１に向けて照射する照射レンズ２３、白色光Ｌｗの照射により生体組織１によって反射された白色光による生体組織１の像（以後通常像Ｚｗと呼ぶ）をプリズム２４を介して通常像撮像素子２５上に結像させる結像レンズ２６、および励起光Ｌｅの照射により生体組織１から発生した蛍光による生体組織１の像（以後蛍光像Ｚｋと呼ぶ）を４１０ｎｍ以下の波長領域の光を遮断する励起光カットフィルタ３１を通してイメージファイバの入射端面２２ａに結像する蛍光像結像レンズ２７が配設されており、イメージファイバの入射端面２２ａに結像された蛍光像Ｚｋはその射出端面２２ｂに伝搬される。他方、通常像撮像素子２５上に結像された通常像Ｚｗは電気的な画像信号に変換されケーブル２８によって蛍光像撮像ユニット３００に伝送される。
【００６８】
蛍光像撮像ユニット３００には、イメージファイバの射出端面２２ｂが接続されており、射出端面２２ｂに伝搬された蛍光像Ｚｋは、射出端面２２ｂに伝搬された像を縮小して結像させる結像レンズ３２を通して、２５万画素のフロント露光型ＣＣＤ撮像素子である蛍光像撮像素子３３の受光領域３３ａ中に結像される。受光領域３３ａ中に結像された蛍光像Ｚｋは蛍光像撮像素子３３によって撮像され電気的な画像信号に変換されて出力される。蛍光像撮像素子３３から出力された画像信号は画像信号抽出回路３５に入力され、予め受光領域３３ａ中に定められた蛍光像Ｚｋの結像領域を含む画像読出領域に含まれる画素から得られる画像信号のみが抽出され出力されて、さらに映像信号処理回路３４ａによって映像信号に変換され出力される。一方、通常像撮像素子２５から出力されケーブル２８によって伝送された画像信号は映像信号処理回路３４ｂに入力され映像信号に変換されて出力される。
【００６９】
表示器４００は、映像信号処理回路３４ａおよび映像信号処理回路３４ｂから出力された２つの映像信号を入力し可視画像として表示する。
【００７０】
次に、上記構成からなる蛍光内視鏡装置８００の作用について説明する。光源ユニット１００から射出された励起光Ｌｅは照射光ファイバ２１の端面２１ａに入射し照射光ファイバ２１内を伝搬して他端の端面２１ｂから射出され照射レンズ２３を通して生体組織１に照射される。この励起光Ｌｅの照射により生体組織１から発生した蛍光像Ｚｋは蛍光像結像レンズ２７、励起光カットフィルタ３１およびイメージファイバ２２内を通してその射出端面２２ｂに伝搬され、射出端面２２ｂに伝搬された蛍光像Ｚｋは結像レンズ３２によって蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中に結像される。そしてこの結像された蛍光像Ｚｋは蛍光像撮像素子３３によって撮像され画像信号として出力されて蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中の画像読出領域に含まれる画素が持つ信号電荷から得られた画像信号のみが画像信号抽出回路３５によって抽出され出力される。抽出された画像信号は映像信号処理回路３４ａによって映像信号に変換され蛍光撮像ユニット３００から出力される。
【００７１】
一方、光源ユニット１００から射出される白色光Ｌｗの照射により生体組織１によって反射された白色光による生体組織１の像は、プリズム２４を介して通常像撮像素子２５上に結像される。この結像された通常像Ｚｗは通常像撮像素子２５によって撮像され画像信号として出力されてケーブル２８を経由して映像信号処理回路３４ｂに入力され映像信号に変換されて蛍光撮像ユニット３００から出力される。
【００７２】
次に、蛍光像撮像ユニット３００によって蛍光像Ｚｋを撮像する場合の詳細について説明する。図２に示すように、イメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋは、蛍光像撮像素子３３から画像信号を読み出す読出ポート３３ｂに一番近くなるように受光領域３３ａ中に結像される。より具体的には、円形の輪郭を持つ蛍光像Ｚｋは蛍光像撮像素子の受光領域３３ａの読出ポート３３ｂを挟む２辺Ｌ１およびＬ２に内接する領域に結像される。この蛍光像Ｚｋが結像された蛍光像結像領域Ｅｓに含まれる画素数Ｎｄ（受光領域３３ａに結像された蛍光像を受光する受光領域３３ａ中の画素数Ｎｄ）は、イメージファイバの射出端面２２ｂに形成された蛍光像を表す画素数Ｎｆ（蛍光像Ｚｋを表すファイバの本数）の４倍未満、つまり、条件式：Ｎｆ×４＞Ｎｄを満足するように設定される。
【００７３】
すなわち、従来より行われている撮像方式においてはイメージファイバの射出端面２２ｂに伝搬された蛍光像Ｚｋは、このイメージファイバの射出端面２２ｂに蛍光像Ｚｋを形成するファイバ本数Ｎｆからなる画素の画像情報を得るために必要なサンプリング数であるＮｆ×４以上の画素数を持つ受光領域に結像され、例えば、蛍光像結像領域Ｅｓの４倍の大きさ（画素数で１６倍、面積でも約１６倍）の受光領域３３ａのほぼ全受光領域である蛍光像結像領域Ｅｂに結像される（図３参照）。
【００７４】
そして、４×４画素＝１６画素を１画素相当として読み出すピクセルビニング処理を施して蛍光像結像領域Ｅｂに結像された蛍光像Ｚｋを撮像する場合には、蛍光像を構成する画素数は１６画素を１画素相当として扱うので上記と同様のＮｄ画素相当の画像となり、総受光光量も、上記蛍光像Ｚｋが少ない画素に小さく結像された蛍光像結像領域Ｅｓから得られる蛍光の光量と、蛍光像Ｚｋが多くの画素に大きく結像された蛍光像結像領域Ｅｂから得られる蛍光の光量とは等しくなる。
【００７５】
従って、蛍光像Ｚｋをピクセルビニング処理をせずに蛍光像結像領域Ｅｓに小さく結像して撮像する場合と、蛍光像Ｚｋを蛍光像結像領域Ｅｂに大きく結像して４×４画素を１画素相当とするピクセルビニング処理を施して撮像する場合とは総受光光量および分解能の点で共に同等の条件となる。しかし、撮像された画像信号に含まれるノイズの量を比較すると、蛍光像Ｚｋを少ない画素を持つ蛍光像結像領域Ｅｓに結像して撮像した場合の方が蛍光像Ｚｋを多くの画素を持つ蛍光像結像領域Ｅｂに結像して撮像した場合よりも１画素（１画素相当）あたりのノイズの量は少なくなる。
【００７６】
すなわち、図４（ａ）に示すようにイメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋの中の一部分Ｚｇを、４×４画素＝１６個の受光画素からなる領域Ｇ１に結像させて、ピクセルビニング処理を施さずに撮像したときに、この撮像された１６個の受光画素から得られる画像信号Ｐ１に含まれるダークノイズおよびリードノイズの総量ＴＤＲ１は、１画素から発生するダークノイズの量ＤＮおよびリードノイズの量ＲＮの１６倍、すなわち、
ＴＤＲ１＝１６×ＤＮ＋１６×ＲＮ
となる。
【００７７】
また、図４（ｂ）に示すように上記と同様に１６個の受光画素からなる領域Ｇ１に結像された蛍光像Ｚｋの一部分Ｚｇを、領域Ｇ１において４×４画素＝１６画素を１画素相当として読み出すピクセルビニング処理を施して撮像したときに、この撮像された１画素相当から得られる画像信号Ｐ２に含まれるダークノイズおよびリードノイズの総量ＴＤＲ２は、１画素から発生したダークノイズの量ＤＮの１６倍と１画素から発生したリードノイズの量ＲＮの１倍との和に近い値、すなわち、
ＴＤＲ２≒１６×ＤＮ＋１×ＲＮ
となる。
【００７８】
一方、図４（ｃ）に示すように、上記と同じ蛍光像Ｚｋの一部分Ｚｇを１個の受光画素からなる領域Ｇ２に小さく結像させて撮像したときに、この撮像された１個の受光画素から得られる画像信号Ｐ３に含まれるダークノイズおよびリードノイズの総量ＴＤＲ３は、１画素から発生したダークノイズの量ＤＮの１倍と１画素から発生したリードノイズの量ＲＮの１倍との和、すなわち、

となる。
【００７９】
従って、蛍光像Ｚｋを小さく結像させて撮像すると、同じ蛍光像Ｚｋを大きく結像させて撮像する場合に比べて、画素数が少なくなった分だけ蛍光像Ｚｋを表す画像信号に含まれる総ノイズ量を減少させ、かつ総受光光量を同等とすることができ、その結果１画素あたりの受光光量を増加させることができる。
【００８０】
より具体的には、例えば画素数５１２×５１２（約２５万画素）の撮像素子の全受光領域に蛍光像Ｚｋを結像させ、４×４画素＝１６画素のピクセルビニング処理を施して１２８×１２８画素相当（約１６，０００画素相当）として蛍光像Ｚｋを撮像した場合と、同じ蛍光像Ｚｋを光学的に１／４に縮小し１２８×１２８画素（撮像素子の受光領域の１／１６の領域の約１６，０００画素）に結像させて撮像した場合とにおいて、それぞれ取得される蛍光像Ｚｋを表す画像信号に含まれるノイズの量を比較すると、以下のようになる。
【００８１】
すなわち、図５、図６に示すように、Ｘ軸を、撮像素子の読出周波数：ｆ（メガピクセル／ｓｅｃ）、Ｙ軸を、撮像素子の１画素の面積：Ｓ（μｍ^２）、Ｚ軸を、撮像素子から読み取られる１画素あたりの画像信号に含まれるダークノイズとリードノイズとを加算した総ノイズ数：ＤＮ＋ＲＮ（電子数）とすると、撮像素子の露光時間１／３０秒、温度が２０℃の場合、蛍光像を５１２×５１２画素の領域に大きく結像させピクセルビニング処理を施して蛍光像Ｚｋを撮像したときの画像信号に含まれる１画素あたりの読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和を１０電子以下に抑えるには図５（ａ）のＡｒｅａ１に示される領域の設定値となるように撮像素子およびその読出回路を設定する必要があり、読出周波数ｆおよび１画素の面積Ｓの設定範囲は殆ど固定されてしまい自由度はない。一方、同じ蛍光像Ｚｋを光学的に１／４に縮小し１２８×１２８の画素の領域に小さく結像させ撮像したときの画像信号に含まれる１画素あたりの読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和を１０電子以下に抑えるにはには、読出周波数ｆおよび１画素の面積Ｓを図５（ｂ）のＡｒｅａ２に示される領域となるように設定すればよく、読出周波数ｆおよび１画素の面積Ｓの設定可能範囲は広くなり、１画素あたりの読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和（以後１画素あたりのノイズ電子数と呼ぶ）を１０電子よりさらに小さく抑えることのできる設定値を選択することも可能となる。
【００８２】
また、撮像素子の温度が５０℃のときに発生する総ノイズ数を比較すると、図６（ａ）に示すように、蛍光像Ｚｋを大きく結像させピクセルビニング処理を施して撮像したときの画像信号に含まれる１画素あたりのノイズ電子数を１０電子以下に抑える読出周波数ｆおよび１画素の面積Ｓの設定領域は存在しないが、同じ蛍光像Ｚｋを光学的に１／４に縮小し１２８×１２８の画素の領域に小さく結像させて撮像したときに画像信号に含まれる１画素あたりのノイズ電子数を１０電子以下に抑える設定領域は、図６（ｂ）のＡｒｅａ３に示される領域となり、この領域中で読出周波数ｆおよび１画素の面積Ｓを選択することができる。
【００８３】
このように、イメージファイバの射出端面に形成された蛍光像を表す画素数Ｎｆと前記受光領域に結像された蛍光像を受光する該受光領域中の画素数Ｎｄとが条件式：Ｎｆ×４＞Ｎｄを満足するように、蛍光像を前記受光領域中に結像させることにより、イメージファイバの射出端面に形成された蛍光像の画像情報を完全に取得することができるサンプリング数に満たない画素数の範囲内であり、撮像された蛍光像を分析することにより各種疾患に伴う組織性状の変化等を識別することが可能なより少ない画素数の範囲において蛍光像を受光するようにしたので、蛍光の受光光量の総量を減少させずに、蛍光像の分析に支障のない範囲において蛍光像Ｚｋを受光する画素数を減らすことができ、その結果、１画素あたりのダークノイズの発生量を変化させずに１画素あたりの受光光量を増加させることができるので、蛍光像をＳ/Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００８４】
また、蛍光撮像素子３３の１画素から発生するノイズを、上記のように例えば１０電子以下に抑えるように設定した場合には、標準撮像状態において、すなわち、１００ｍｗの照明出力の励起光を１２０度の広がり角度で照射し、撮像素子の全受光領域を用いて１／３０秒の露光時間によって撮像する状態において、ガン組織を表す蛍光像をＳ／Ｎ＝１以上の画像信号として得ることができ、上記のように蛍光像Ｚｋを縮小して撮像素子の受光領域の一部分に結像させるようにすればさらにＳ／Ｎの高い画像信号を得ることができる。
【００８５】
また、例えばイメージファイバのファイバ本数が多く射出端面の蛍光像を表す画素数Ｎｆが例えば３０，０００であり、条件式：Ｎｆ×４＝１２０，０００＞Ｎｄとなって、蛍光像を受光する受光領域中の画素数Ｎｄを例えばＮｄ＝１００，０００と十分に多くすることができる場合において、この射出端面の蛍光像を結像させる蛍光像撮像素子の受光領域の画素数Ｎｄを不要に多くせず、撮像された蛍光像を分析することにより各種疾患に伴う組織性状の変化等を識別することが可能な画素数である４０，０００画素以下に抑えて蛍光像を受光領域に結像させるようにすることにより、１画素あたりの蛍光の受光光量をより増加させて蛍光像を撮像素子から読み出し、蛍光像をよりＳ/Ｎの高い画像信号として得ることもできる。
【００８６】
また、読出ポート３３ｂに一番近い位置に蛍光像Ｚｋを結像させて撮像し画像信号を読み出すことにより、さらに蛍光像をＳ/Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００８７】
すなわち、図７（ａ）に示すように受光領域３３ａに行列状に並ぶ画素の列の読出ポート３３ｂに一番近い行から順に＃１、＃２、＃３…と呼ぶとすると、撮像素子から画像信号が読み出されるときには、図７（ｂ）に示されるように初めに＃１の行の画素に蓄積された信号電荷が読出ポート３３ｂから１行分読み出され、＃１の行の画素の信号電荷の読出しが完了すると、図７（ｃ）に示すように＃２の行の画素に蓄積された信号電荷が１行分読出ポート３３ｂの位置、すなわち、既に読み出された＃１の行の位置に転送される。そして、図７（ｄ）に示すように＃１の行の画素が１行分読み出されたときと同様に＃２の行の画素に蓄積された信号電荷も読出ポート３３ｂから１行分読み出される。そして、このような動作を繰り返して各画素に蓄積された信号電荷を画像信号として読み出すことにより、蛍光像Ｚｋが結像されている蛍光像結像領域Ｅｓが他の領域より早く読み出されるので、時間の経過と共に増加し各画素に蓄積されるダークノイズの量を少なく抑えることができる。
【００８８】
つまり、円形状の蛍光像Ｚｋの結像領域（蛍光像結像領域Ｅｓ）は蛍光像撮像素子の受光領域３３ａの読出ポート３３ｂを挟む２辺Ｌ１およびＬ２に内接するように設定され、＃１、＃２、＃３…の各行には蛍光像結像領域Ｅｓ以外の領域の画素も含まれるが、同じ大きさの蛍光像Ｚｋを上記設定した読出ポート３３ｂに一番近い位置に結像させた場合の方が、他の位置、例えば図７（ｄ）の領域Ｅｘに結像させた場合より蛍光像Ｚｋの結像領域の読み出しを早く完了することができる。
【００８９】
上記のように撮像素子の各画素に蓄積される信号電荷がシーケンシャルに読み出される場合には、前記撮像素子の受光領域中において、蛍光像を読出ポートに一番近くなる位置に結像させることにより、ダークノイズの蓄積時間が短縮されるので、蛍光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【００９０】
このようにして撮像された蛍光像Ｚｋの画像情報を担持する画像信号は、画像信号抽出回路３５に入力され、図２に示される蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中の画像読出領域Ｒに含まれる画素に対応する画像信号のみが抽出され、さらにこの画像信号は映像信号処理回路３４ａに入力され変換されて映像信号として蛍光像撮像ユニット３００から出力される。そして、この蛍光像Ｚｋの画像情報を担持する映像信号は、通常像撮像素子２５によって撮像され映像信号処理回路３４ｂを経由して出力された通常像Ｚｗの画像情報を担持する映像信号と共に表示器４００に入力され合成されて可視画像として１つの画面に同時に表示される。
【００９１】
図８は、本発明の撮像方法を実施する撮像装置を蛍光内視鏡装置に適用した第２の実施の形態の蛍光像撮像ユニットの一部を示す図であり、第１の実施の形態と共通の機能を有する構成については第１の実施の形態と同一の符号を用いて示したものである。図８に示すように第２の実施の形態における蛍光内視鏡装置には、イメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋを蛍光像撮像素子３３上に所定の倍率で結像させる倍率が変更可能な変倍光学系５５、および蛍光像撮像素子３３を保持しその受光面と平行なＸＹ平面上において蛍光像撮像素子３３を移動させ、蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中における蛍光像Ｚｋの結像位置を変更させる図示していない駆動部を持つＸＹテーブル５１が配設され、さらに蛍光像撮像素子３３の読出ポート３３ｂから出力される画像信号を分岐して入力し蛍光像撮像素子３３が受光した蛍光の総受光光量を求めてその受光光量に応じて変倍光学系５５の倍率と、蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中の蛍光像受光区域と、蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中の画像読出領域と、蛍光像撮像素子の読出周波数に関するの４つの設定信号をそれぞれ変倍光学系５５、ＸＹテーブル５１、画像信号抽出回路３５および蛍光像撮像素子３３に出力する撮像条件設定器５２が備えられており、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００９２】
なお、撮像条件設定器５２は、変倍光学系５５の倍率に応じて蛍光像撮像素子３３の読出周波数を変更する機能をも備えたものであり、変倍光学系５５の倍率が低くくなるにしたがって蛍光像撮像素子３３の読出周波数を低く設定する。また、上記蛍光像撮像素子が、インパクトイオナイゼーションによって電荷を増幅する電荷増倍型の撮像素子である場合には、変倍光学系５５の倍率によらず蛍光撮像素子の読出周波数を一定にする。
【００９３】
すなわち、インパクトイオナイゼーションによって電荷を増幅する電荷増倍型ではない撮像素子において、出画速度を３０フレーム／秒とする場合には、ダークノイズよりも読出ノイズの発生量が大きく、この読出ノイズは、発生するノイズ量の大部分を占める。ここで出画速度を一定とし、１フレームとして読み出される画素数を１／４にすれば、読出周波数を１／４にすることが可能である（１画素当たりの読み出し時間を４倍にすることが可能である）。読出ノイズは周波数の平方根に比例して大きくなるので、読出周波数が１／４になると読出ノイズは１／２になる。つまり、変倍光学系５５の倍率を１／２倍にし、所望の観察領域を撮像素子上により小さく結像させて読み出す画素数を１／４にすれば、読出周波数を１／４にすることができ、その結果、読出ノイズが１／４に減少する。したがって、ノイズの発生量が減少し、感度が向上する（取得される画像信号のＳ／Ｎが向上する）。
【００９４】
一方、インパクトイオナイゼーションによって電荷を増幅する電荷増倍型の撮像素子において出画速度を３０フレーム／秒とする場合には、ダークノイズが、発生するノイズ量の大部分を占める（読出ノイズは通常の撮像素子と比較して１／１０以下になっている）。その反面、このダークノイズはインパクトイオナイゼーションによる電荷増倍効果によって減少させることはできない。したがって、変倍光学系５５の倍率を１／２にし、所望の観察領域を撮像素子上により小さく結像させて読み出す画素数を１／４にすることにより、読出周波数を１／４にしてもダークノイズは減少しない。このような場合には、むしろ、読出周波数を変倍光学系５５の倍率によらず一定とし、変倍光学系５５の倍率を低くしたときに読み出される画素数が少なくなり、１フレームの読出時間が短縮されてダークノイズが低減される効果を利用すればよい。
【００９５】
なお、変倍光学系５５の倍率を低くした場合には、所望の画像を撮像素子のより小さな領域（少ない画素上）に結像させ、この少ない画素が１フレームの画像として取得されるように撮像条件設定器５２によって制御される。
【００９６】
次に、上記第２の実施の形態における作用について説明する。図８に示すように、変倍光学系５５の倍率およびＸＹテーブル５１の位置が任意に設定された初期状態において、イメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋは、蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中の任意の位置に任意の大きさで、円形の輪郭を持つ像として蛍光像結像領域Ｅに結像され撮像されて画像信号Ｓｇ１として読出ポート３３ｂから出力される。そして、読出ポート３３ｂから出力された画像信号Ｓｇ１は２つに分岐され、一方の伝達経路に伝送された画像信号Ｓｇ１は画像信号抽出回路３５に入力され、他方の伝達経路に伝送された画像信号Ｓｇ１は撮像条件設定器５２に入力される。なお、２つに分岐された画像信号は分岐される前の画像信号と同一の信号値を持つので、上記３つの画像信号をすべて画像信号Ｓｇ１として表している。
【００９７】
次に、画像信号Ｓｇ１を入力した撮像条件設定器５２から出力される設定信号に基づいて行われる変倍光学系５５、ＸＹテーブル５１および画像信号抽出回路３５の設定について説明する。画像信号Ｓｇ１を入力した撮像条件設定器５２は、蛍光像撮像素子３３が受光した蛍光の総受光光量Ｔｐ１、すなわち蛍光像Ｚｋを受光することにより得られた全光量を求め、さらにこの総受光光量Ｔｐ１の値を、撮像条件設定器５２に予め入力され記憶されている１画素あたりの基準受光光量Ｏｐの値で除算することにより、上記蛍光像Ｚｋを受光する適切な画素数Ｔｐ１／Ｏｐ＝Ｇｎ１が求められる。つまり、蛍光像Ｚｋを蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中のＧｎ１（個）の画素に結像させれば、この蛍光像Ｚｋの受光領域内における１画素あたりの平均受光光量を、上記撮像条件設定器５２に予め入力され記憶されている１画素あたりの基準受光光量Ｏｐの値と一致させることができる。
【００９８】
なお、上記基準受光光量Ｏｐの値は、蛍光像を正確に観察するために最低必要な１画素あたりの受光光量として設定されており、１つの画素が受光する光量がこの値より少なくなるにつれ蛍光の受光によって蓄積された信号電荷がノイズにより蓄積された信号電荷に埋もれてしまい蛍光像が正確に観察し難くなる。
【００９９】
そして、この画素数Ｇｎ１は前記Ｎｆ×４の値と比較されＮｆ×４＞Ｇｎ１の場合には蛍光像Ｚｋを受光する画素数はＧｎ１とされ、Ｎｆ×４＜Ｇｎ１の場合には蛍光像Ｚｋを受光する画素数は、新たにＮｆ×４＞Ｇｎ１´の条件を満足する画素数Ｇｎ１´とされる。すなわち、たとえ生体組織から発生する蛍光の光量が非常に大きくても必要以上に多くの画素数に蛍光像Ｚｋを結像させずに１画素あたりの受光光量を増加させるよう蛍光像Ｚｋを受光する画素数が定められる。このようにして定められた蛍光像Ｚｋを受光する画素数に基づき蛍光像Ｚｋを結像させる受光領域中の面積である蛍光像結像面積Ｐ１が求められる。
【０１００】
次に、上記蛍光像結像面積Ｐ１に基づき撮像条件設定器５２により求められる設定信号について説明する。まず、イメージファイバの射出端面２２ｂの面積に対する上記蛍光像結像面積Ｐ１の比率を求めることにより、蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中に結像される蛍光像Ｚｋの面積が蛍光像結像面積Ｐ１に等しくなるように変倍光学系５５の所定の倍率Ｍを定める設定信号Ｓａ１が求められる。次に、第１の実施の形態と同様に図９に示されるように、蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中に、読出ポート３３ｂを挟む２辺Ｌ１およびＬ２に内接する円形状の領域となるように面積Ｐ１の蛍光像受光区域Ｑ１が決定され、さらにこの蛍光像受光区域Ｑ１の中心j１の位置に基づき蛍光像撮像素子３３のＸ、Ｙ方向の位置を定める設定信号Ｓｂ１が求められる。そして、蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中の蛍光像受光区域Ｑ１を含む任意の領域を画像読出領域Ｒ１として定めることにより、画像読出領域Ｒ１に含まれる画素に対応する特定の画像信号を抽出するための設定信号Ｓｃ１が求められる。
【０１０１】
つづいて、撮像条件設定器５２から変倍光学系５５、ＸＹテーブル５１および画像信号抽出回路３５に対して設定信号Ｓａ１、Ｓｂ１およびＳｃ１が出力さる。設定信号Ｓａ１が変倍光学系５５に入力されると、変倍光学系５５の倍率が設定され図１０に示すように、蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中の蛍光像結像領域Ｅ１に蛍光像結像面積Ｐ１を持つ蛍光像Ｚｋが結像される。
【０１０２】
そして図１１に示すように、設定信号Ｓｂ１がＸＹテーブル５１に入力されると、この受光領域３３ａ中の蛍光像受光区域Ｑ１の中心j１が、蛍光像Ｚｋを結像させる光学系の光軸Ｚと蛍光像撮像素子の受光領域３３ａが交わる位置、すなわち蛍光像結像領域Ｅ１の中心Ｖと一致するようにＸＹテーブル５１によって蛍光像撮像素子３３が矢印ｈの方向に移動される。すなわち、蛍光像Ｚｋが結像されている蛍光像結像領域Ｅ１の中心Ｖに向かって蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中の蛍光像受光区域Ｑ１の中心j１が蛍光像撮像素子３３と共に移動され、蛍光像Ｚｋの結像領域と蛍光像撮像素子３３との相対位置が変更されて上記蛍光像結像領域Ｅ１と蛍光像受光区域Ｑ１とが一致する位置でＸＹテーブル５１は停止される。
【０１０３】
そして、上記設定において蛍光像Ｚｋが撮像され、蛍光像撮像素子３３の読出ポート３３ｂから読み出された画像信号Ｓｇ１´は画像信号抽出回路３５に入力され、受光領域３３ａ中に設定された画像読出領域Ｒ１の範囲に含まれる画素から得られた画像信号のみが抽出および出力され、この抽出され出力された画像信号は映像信号処理回路３４ａによって映像信号に変換され出力される。
【０１０４】
映像信号処理回路３４ａから出力された蛍光像Ｚｋの画像情報を担持する映像信号は、第１の実施の形態と同様に通常像撮像素子２５によって撮像され映像信号処理回路３４ｂを経由して出力された通常像Ｚｗの画像情報を担持する映像信号と共に表示器４００に入力され合成されて可視画像として１つの画面に同時に表示される（図１参照）。
【０１０５】
次に、上記のようにして蛍光像Ｚｋが可視画像として表示されている状態において、生体組織１から発生する蛍光の発光光量が減少し、蛍光像撮像素子３３が受光する蛍光の受光光量が減少した場合について説明する。図１２に示すように、蛍光像撮像素子３３が受光する蛍光の光量が減少したときの画像信号Ｓｇ２が入力された撮像条件設定器５２は、前記と同様に蛍光像撮像素子３３が受光した蛍光の総受光光量Ｔｐ２を求め、さらにこの総受光光量Ｔｐ２の値を、前記基準受光光量Ｏｐの値で除算することにより、上記画素数より少ない画素数Ｇｎ２＝Ｔｐ２／Ｏｐが求められる。つまり、蛍光像Ｚｋを蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中のＧｎ２（個）の画素に結像させれば、この結像領域内において画素が受光する１画素あたりの平均受光光量を、基準受光光量Ｏｐの値と一致させることができる。
【０１０６】
そして、上記と同様にこの画素数Ｇｎ２は前記Ｎｆ×４の値と比較されＮｆ×４＞Ｇｎ２の場合には蛍光像Ｚｋを受光する画素数はＧｎ２とされ、Ｎｆ×４＜Ｇｎ２の場合には蛍光像Ｚｋを受光する画素数は、新たにＮｆ×４＞Ｇｎ２´の条件を満足するように求められた画素数Ｇｎ２´とされる。このようにして定められた蛍光像Ｚｋを受光する画素数に基づき蛍光像Ｚｋを結像させる受光領域中の面積である蛍光像結像面積Ｐ２が求められる。
【０１０７】
つづいて、上記蛍光像結像面積Ｐ２に基づき撮像条件設定器５２によって前記と同様の手法によって求められた設定信号Ｓａ２、Ｓｂ２およびＳｃ２が変倍光学系５５、ＸＹテーブル５１および画像信号抽出回路３５に対して出力される。変倍光学系５５に設定信号Ｓａ２が入力されると、蛍光像Ｚｋを蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中に結像させるときの面積が蛍光像結像面積Ｐ２となるように変倍光学系５５の倍率が設定される。次に、ＸＹテーブル５１に設定信号Ｓｂ２が入力されると、蛍光像撮像素子の読出ポート３３ｂに一番近い位置に、かつ前記蛍光像結像面積Ｐ２と同じ面積を持つように受光領域３３ａ中に蛍光像受光区域Ｑ２が設定され、この蛍光像受光区域Ｑ２の中心ｊ２が、蛍光像Ｚｋを結像させる光学系の光軸Ｚすなわち蛍光像結像領域Ｅ２の中心Ｖと一致するようにＸＹテーブル５１によって蛍光像撮像素子３３が移動される。すなわち、蛍光像Ｚｋが結像されている蛍光像結像領域Ｅ２に蛍光像受光区域Ｑ２が蛍光像撮像素子３３と共に移動され２つの領域が一致する位置でＸＹテーブル５１は停止される。
【０１０８】
そして、上記画像の分解能を下げて１画素あたりの受光光量を増加させＳ／Ｎを向上させる設定において、この蛍光像Ｚｋが撮像され読出ポート３３ｂから読み出された画像信号Ｓｇ２´は、画像信号抽出回路３５に入力され、上記設定信号Ｓｃ２に基づき受光領域３３ａ中に設定された蛍光像受光区域Ｑ２を含む蛍光像読出領域Ｒ２の範囲の画素から得られた画像信号のみが抽出および出力され、この抽出され出力された画像信号は映像信号処理回路３４ａによって映像信号に変換され出力される。
【０１０９】
映像信号処理回路３４ａから出力された蛍光像Ｚｋの画像情報を担持する映像信号は、前記と同様に通常像撮像素子２５によって撮像され映像信号処理回路３４ｂを経由して出力された通常像Ｚｗの画像情報を担持する映像信号と共に表示器４００に入力され合成されて可視画像として１つの画面に同時に表示される。
【０１１０】
このように、本発明の第２の実施の形態によれば、撮像素子が受光する蛍光の光量に応じてこの蛍光像撮像素子の受光領域３３ａに結像させる蛍光像の大きさを変更することにより、１画素あたりの受光光量を確保しつつ解像力を高めるように調節することができるので、適正な受光光量と解像力とを同時に満足する画像として蛍光像を撮像することができる。
【０１１１】
なお、上記第１および第２の実施の形態において、読出ポートの一番近くに蛍光像Ｚｋを結像させるように設定を行ったが、必ずしも読出ポートの一番近くに蛍光像Ｚｋを結像させなくても、１画素あたりの基準受光光量を確保することができれば、１画素あたりのＳ／Ｎを向上させる効果は得られ、さらに、読出ポートの一番近くに蛍光像Ｚｋを結像させるように設定を行えば、この蛍光像結像領域の各画素に蓄積される蛍光像Ｚｋを表す信号電荷の早期読出しが可能となり、この領域に含まれる各画素に蓄積されるダークノイズの蓄積時間が短縮されるので、蛍光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【０１１２】
また、上記第１および第２の実施の形態においては、撮像素子としてフロント露光型ＣＣＤ撮像素子を用いる例を示したが、シーケンシャルに各画素の信号電荷を読み出す撮像素子であれば必ずしもフロント露光型ＣＣＤ撮像素子に限定されるものではなく、背面露光型ＣＣＤ撮像素子等の他のタイプの撮像素子を用いてもよい。
【０１１３】
なお、背面露光型ＣＣＤ撮像素子を用いる場合には、背面露光型の撮像素子の量子効率はフロント露光型の撮像素子の量子効率の約２倍となるので、前記標準撮像状態において、ガン組織の蛍光像をＳ／Ｎ＝１以上の画像信号として撮像する場合には、常温下において前記蛍光像を受光する前記受光領域中の各画素毎に発生する読出しノイズの電子数とダークノイズの電子数との和が２０電子以下となるような撮像条件に設定してイメージファイバの射出端面の蛍光像を撮像すればよく、蛍光像Ｚｋを受光する受光領域中の画素数を少なくすればさらにＳ／Ｎを向上させることができる。
【０１１４】
図１３は、本発明の撮像方法を実施する撮像装置を蛍光内視鏡装置に適用した第３の実施の形態の蛍光像撮像ユニットの一部を示す図であり、第１の実施の形態と共通の機能を有する構成については第１の実施の形態と同一の符号を用いて示したものである。図１３に示すように第３の実施の形態における蛍光内視鏡装置の構成は、撮像素子として各画素に蓄積された信号電荷をランダムに読み出すことが可能なＭＯＳ型撮像素子６１を用い、イメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋを結像レンズ３２によってＭＯＳ型撮像素子６１の受光領域６１ａ中に設定された読出領域Ｆｓ内の蛍光像結像領域Ｅｓに結像し撮像するように設定し、第１の実施の形態で用いられた画像抽出回路３５を除いたものである。
【０１１５】
また、第１の実施の形態と同様に、この蛍光像Ｚｋが結像された蛍光像結像領域Ｅｓに含まれる画素数Ｎｄ（受光領域６１ａに結像された蛍光像Ｚｋを受光する受光領域６１ａ中の画素数Ｎｄ）は、イメージファイバの射出端面２２ｂに形成された蛍光像Ｚｋを表す画素数（蛍光像Ｚｋを表すファイバの本数）Ｎｆの４倍未満、つまり、条件式：Ｎｆ×４＞Ｎｄを満足するように設定される。
【０１１６】
このような構成において、イメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋを結像レンズ３２によって受光領域６１ａ中の蛍光像結像領域Ｅｓに結像しＭＯＳ型撮像素子６１によって撮像する場合においても、蛍光像Ｚｋを撮像素子のほぼ全受光領域となる蛍光像結像領域Ｅｂに結像させ場合（図１４参照）に比べ、蛍光像Ｚｋを条件式：Ｎｆ×４＞Ｎｄを満足するよう受光領域６１ａ中の小さな蛍光像結像領域Ｅｓに結像させ撮像する場合の方が、第１の実施の形態と同様の理由により、画像のＳ／Ｎを向上させることができる。
【０１１７】
例えば、撮像素子６１の蛍光像結像領域Ｅｂに大きく結像される蛍光像Ｚｋと撮像素子６１の蛍光像結像領域Ｅｓに前記蛍光像結像領域Ｅｂの１／１６の大きさに結像される蛍光像Ｚｋと比較すると、１画素あたりの受光光量は蛍光像Ｚｋを１／１６の領域に小さく結像させた場合の方が蛍光像Ｚｋを全受光領域に大きく結像させた場合に比べて１６倍大きくなり、一方１画素あたりに発生するノイズの量はほぼ等しくなる。その結果、１画素にノイズとして蓄積される信号電荷に対して蛍光の受光によって蓄積される信号電荷の割合が大きくなるので、蛍光像をＳ/Ｎの高い画像として撮像することができる。
【０１１８】
また、ＭＯＳ型撮像素子はランダムに各画素の信号電荷を読み出すことができるので、撮像素子の各画素が並ぶ方向による制限を受けず、例えば図１５に示すようにＭＯＳ型撮像素子の受光領域６１ａの画素の並びをＰ（５００，５００）によって表わされる５００×５００の行列とすると、画素Ｐ１＝Ｐ（２００、２００）、Ｐ２＝Ｐ（２００、３００）、Ｐ３＝Ｐ（３００、２００）、Ｐ４＝Ｐ（３００、３００）の４点で囲まれる読出領域Ｆ中の画素を他の領域の画素より先に読み出すように設定することができるので、前記読出領域Ｆｓを他の領域より早期に読み出すようにすればこの読出領域Ｆｓの各画素に蓄積されるダークノイズの蓄積時間が短縮され、蛍光像ＺｋをよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【０１１９】
このような設定において、ＭＯＳ型撮像素子６１によって撮像され出力された画像信号Ｓｇ１は、映像信号処理回路３４ａに入力されて映像信号に変換され蛍光像撮像ユニット３００から出力される。
【０１２０】
映像信号処理回路３４ａから出力された蛍光像Ｚｋの画像情報を担持する映像信号は、第１の実施の形態と同様に通常像撮像素子２５によって撮像され映像信号処理回路３４ｂを経由して出力された通常像Ｚｗの画像情報を担持する映像信号と共に表示器４００に入力され合成されて可視画像として１つの画面に同時に表示される。
【０１２１】
図１６は、本発明の撮像方法を実施する撮像装置を蛍光内視鏡装置に適用した第４の実施の形態の蛍光像撮像ユニット一部を示す図であり、第３の実施の形態と共通の機能を有する構成については第３の実施の形態と同一の符号を用いて示したものである。なお、第３の実施の形態は第１の実施の形態を参照しているので以下の説明の一部では図１を参照する。
【０１２２】
図１６に示すように第４の実施の形態における蛍光内視鏡装置は、イメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像ＺｋをＭＯＳ型撮像素子６１の受光領域６１ａに所定の倍率で結像させる倍率が変更可能な変倍光学系７１と、ＭＯＳ型撮像素子６１から出力される画像信号を分岐して入力し、ＭＯＳ型撮像素子６１が受光した蛍光の総受光光量を求めてその受光光量に応じた変倍光学系７１の倍率の設定値および受光領域６１ａ中の読出領域の設定値を求め、変倍光学系７１およびＭＯＳ型撮像素子６１に対してそれぞれ設定信号を出力する読出制御器７３とが備えられ、その他の構成は第３の実施の形態と同様である。
【０１２３】
次に、上記第４の実施の形態における作用について説明する。変倍光学系７１の倍率およびＭＯＳ型撮像素子６１の受光領域６１ａ中の読出領域が任意に設定された初期状態において、イメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋは、ＭＯＳ型撮像素子６１の受光領域６１ａ中の任意の位置に任意の大きさで、円形の輪郭を持つ像として結像され撮像されて画像信号Ｓｇ１として出力される。そして、ＭＯＳ型撮像素子６１から出力された画像信号Ｓｇ１は２つに分岐され、一方の伝達経路に伝送された画像信号Ｓｇ１は映像信号処理回路３４ａに入力され、他方の伝達経路に伝送された画像信号Ｓｇ１は読出制御器７３に入力される。なお、２つに分岐された画像信号は分岐される前の画像信号と同一の信号値を持つので、３つの画像信号をすべて画像信号Ｓｇ１として表している。
【０１２４】
次に、画像信号Ｓｇ１を入力した読出制御器７３から出力される設定信号に基づいて行われる変倍光学系７１の倍率の設定および受光領域６１ａ中の読出領域の設定について説明する。
【０１２５】
画像信号Ｓｇ１を入力した読出制御器７３は、ＭＯＳ型撮像素子６１が受光した蛍光の総受光光量、すなわち蛍光像Ｚｋを受光することにより得られた全光量を求め、さらにこの総受光光量Ｔｐ１の値を、読出制御器７３に予め入力され記憶されている１画素あたりの基準受光光量Ｏｐの値で除算することにより、上記蛍光像Ｚｋを受光する適切な画素数Ｔｐ１／Ｏｐ＝Ｇｎ１が求められる。つまり、蛍光像Ｚｋを蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中のＧｎ１（個）の画素に結像させれば、この蛍光像Ｚｋの受光領域内における１画素あたりの平均受光光量を、上記読出制御器７３に予め入力され記憶されている１画素あたりの基準受光光量Ｏｐの値と一致させることができる。
【０１２６】
なお、上記基準受光光量Ｏｐの値は、蛍光像を正確に観察するために最低必要な１画素あたりの受光光量として設定されており、１つの画素が受光する光量がこの値より少なくなるにつれ蛍光の受光によって蓄積された信号電荷がノイズにより蓄積された信号電荷に埋もれてしまい蛍光像が正確に観察し難くなる。
【０１２７】
そして、この画素数Ｇｎ１は前記Ｎｆ×４の値と比較されＮｆ×４＞Ｇｎ１の場合には蛍光像Ｚｋを受光する画素数はＧｎ１とされ、Ｎｆ×４＜Ｇｎ１の場合には蛍光像Ｚｋを受光する画素数は、新たにＮｆ×４＞Ｇｎ１´の条件を満足する画素数Ｇｎ１´とされる。すなわち、たとえ生体組織から発生する蛍光の光量が非常に大きくても必要以上に多くの画素数に蛍光像Ｚｋを結像させずに１画素あたりの受光光量を増加させるよう蛍光像Ｚｋを受光する画素数が定められる。このようにして定められた蛍光像Ｚｋを受光する画素数に基づき蛍光像Ｚｋを結像させる受光領域中の面積である蛍光像結像面積Ｐ１が求められる。
【０１２８】
つづいて、上記蛍光像結像面積Ｐ１に基づき読出制御器７３によって求められる設定信号について説明する。まず、イメージファイバの射出端面２２ｂの面積に対する上記蛍光像結像面積Ｐ１の比率を求めることにより、ＭＯＳ型撮像素子６１の受光領域３３ａ中に結像される蛍光像Ｚｋの面積が蛍光像結像面積Ｐ１に等しくなるように変倍光学系７１の所定の倍率を定める設定信号Ｓａ１が求められる。次に、上記受光領域３３ａ中の蛍光像Ｚｋが結像される面積Ｐ１を持つ円形状の蛍光像結像領域Ｅ１に外接し、かつその中心ｃ１（対角線の交点）が、蛍光像を結像させる光学系の光軸Ｚ、すなわち蛍光像結像領域Ｅ１の中心と一致するような正方形状の読出領域Ｆ１を定める設定信号Ｓｂ１が求められる。そして、設定信号Ｓａ１が変倍光学系７１に入力されると、この変倍光学系７１の倍率が設定され、蛍光像結像面積Ｐ１を持つ蛍光像ＺｋがＭＯＳ型撮像素子６１の受光領域３３ａ中に結像される。そして、設定信号Ｓｂ１がＭＯＳ型撮像素子６１に入力されると、ＭＯＳ型撮像素子６１の受光領域３３ａ中に上記読出領域Ｆ１が設定される。
【０１２９】
上記設定において、蛍光像Ｚｋが撮像されると読出領域Ｆ１に含まれる画素の信号電荷が画像信号Ｓｇ１´としてＭＯＳ型撮像素子６１から出力され映像信号処理回路３４ａに入力されて映像信号に変換され蛍光像撮像ユニット３００から出力される。
【０１３０】
映像信号処理回路３４ａから出力された蛍光像Ｚｋの画像情報を担持する映像信号は、第３の実施の形態と同様に通常像撮像素子２５によって撮像され映像信号処理回路３４ｂを経由して出力された通常像Ｚｗの画像情報を担持する映像信号と共に表示器４００に入力され合成されて可視画像として１つの画面に同時に表示される（図１参照）。
【０１３１】
次に、上記のようにして蛍光像Ｚｋを含む読出領域Ｆ１の範囲が可視画像として表示されている状態において、生体組織１から発生する蛍光の光量が減少し、ＭＯＳ型撮像素子６１が受光する蛍光の受光光量が減少した場合について図１７を参照して説明する。
【０１３２】
ＭＯＳ型撮像素子６１が受光する蛍光の光量が減少したときの画像信号Ｓｇ２を入力した読出制御器７３は、上記と同様にＭＯＳ型撮像素子６１が受光した蛍光の総受光光量を求め、さらにこの総受光光量Ｔｐ２の値を、前記基準受光光量Ｏｐの値で除算することにより、上記画素数より少ない画素数Ｇｎ２＝Ｔｐ２／Ｏｐが求められる。つまり、蛍光像Ｚｋを蛍光像撮像素子の受光領域３３ａ中のＧｎ２（個）の画素に結像させれば、この結像領域内において画素が受光する１画素あたりの平均受光光量を、基準受光光量Ｏｐの値と一致させることができる。
【０１３３】
そして、上記と同様にこの画素数Ｇｎ２は前記Ｎｆ×４の値と比較されＮｆ×４＞Ｇｎ２の場合には蛍光像Ｚｋを受光する画素数はＧｎ２とされ、Ｎｆ×４＜Ｇｎ２の場合には蛍光像Ｚｋを受光する画素数は、新たにＮｆ×４＞Ｇｎ２´の条件を満足するように求められた画素数Ｇｎ２´とされる。このようにして定められた蛍光像Ｚｋを受光する画素数に基づき蛍光像Ｚｋを結像させる受光領域中の面積である蛍光像結像面積Ｐ２が求められる。
【０１３４】
つづいて、上記蛍光像結像面積Ｐ２に基づき読出制御器７３によって求められる設定信号について説明する。まず、イメージファイバの射出端面２２ｂの面積に対する上記蛍光像結像面積Ｐ２の比率を求めることにより、変倍光学系７１の倍率を定める設定信号Ｓａ２が求められる。次に、上記受光領域３３ａ中の蛍光像Ｚｋが結像される面積Ｐ２を持つ円形状の蛍光像結像領域Ｅ２に外接し、かつその中心ｃ２（対角線の交点）が、蛍光像を結像させる光学系の光軸Ｚ、すなわち蛍光像結像領域Ｅ２の中心と一致するような正方形状の読出領域Ｆ２を定める設定信号Ｓｂ１が求められる。
【０１３５】
そして、設定信号Ｓａ２が変倍光学系７１に入力されると、この変倍光学系７１の倍率が上記所定の倍率に設定され、蛍光像結像面積Ｐ２を持つ小さな蛍光像ＺｋがＭＯＳ型撮像素子６１の受光領域３３ａ中に結像される。そして、設定信号Ｓｂ２がＭＯＳ型撮像素子６１に入力されると、ＭＯＳ型撮像素子６１の受光領域３３ａ中に上記小さく結像された蛍光像Ｚｋを含む読出領域Ｆ２が設定される。
【０１３６】
上記画像の分解能を下げて１画素あたりの受光光量を増加させＳ／Ｎを向上させる設定において、読出領域Ｆ２に含まれる画素の信号電荷が画像信号Ｓｇ２´としてＭＯＳ型撮像素子６１から出力され映像信号処理回路３４ａに入力されて映像信号に変換され蛍光像撮像ユニット３００から出力される。
【０１３７】
映像信号処理回路３４ａから出力された蛍光像Ｚｋの画像情報を担持する映像信号は、第３の実施の形態と同様に通常像撮像素子２５によって撮像され映像信号処理回路３４ｂを経由して出力された通常像Ｚｗの画像情報を担持する映像信号と共に表示器４００に入力され合成されて可視画像として１つの画面に同時に表示される（図１参照）。
【０１３８】
このように、本発明の第４の実施の形態によれば、ＭＯＳ型撮像素子が受光した蛍光の光量に応じてこの撮像素子の受光領域に結像させる蛍光像の大きさを変更することにより、１画素あたりの受光光量を確保しつつ解像力を高めるように調節することができるので、適正な受光光量と解像力とを同時に満足する画像として蛍光像を撮像することができると共に、蛍光像の大きさに応じて過不足のない適切な大きさの読出領域を設定することができ、それによって蛍光像の効率的な早期読出しが可能となり蛍光像をよりＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【０１３９】
なお、上記第４の実施の形態において、読出領域を蛍光像の結像領域に外接する正方形として設定し、この領域の画素に蓄積された信号電荷を読み出すように設定した例を示したが、１画素あたりのノイズの発生を抑え受光光量を増加させ、１画素あたりのＳ／Ｎを向上させる効果は、蛍光像Ｚｋを小さく結像させることによって得られるので、必ずしも上記のような設定は必要ない。しかしながら、蛍光像の結像領域に外接する読出領域を設定しその領域を早期に読み出せば、さらに大きく設定された読出領域から読み出す場合に比して、蛍光像を受光した各画素におけるダークノイズの蓄積時間が短縮されるので、撮像される蛍光像のＳ／Ｎをさらに向上させる効果が得られる。
【０１４０】
また、上記第３および第４の実施の形態においては、撮像素子としてＭＯＳ型撮像素子を用いる例を示したが、ランダムに各画素の信号電荷を読み出すことができる撮像素子であれば必ずしもＭＯＳ型撮像素子に限定されるものではない。
【０１４１】
図１８は、本発明の撮像方法を実施する撮像装置を蛍光内視鏡装置に適用した第５の実施の形態示す図であり、前記第１の実施の形態と共通の構成については第１の実施の形態と同一の符号を用いて示したものである。第５の実施の形態の蛍光内視鏡装置に用いられる撮像装置は各受光画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに転送して読み出すフレームトランスファー型ＣＣＤにクリヤドレインを備えてなるものである。
【０１４２】
第５の実施の形態における蛍光内視鏡装置の蛍光像撮像ユニット３００´は図１８および図１９に示すように、イメージファイバ２２、各受光画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに転送して読み出す撮像素子８０、撮像素子８０によって受光された光を画像信号として読み出すための制御を行うシーケンシャル読出制御手段８１およびゲート制御手段８２、およびイメージファイバ２２によって伝播された射出端面２２ｂの蛍光像Ｚｋを撮像素子８０上に結像させる（被写体の光像として結像させる）倍率が変更可能な結像手段である変倍光学系５５を備えており、さらに変倍光学系５５の倍率の設定と、読出領域の設定と、後述するビニング処理の条件の設定とを行う読出条件設定器８３とを備えてなり、第１の実施の形態における画像信号を抽出する画像信号抽出回路が除かれたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。なお、撮像素子８０の受光領域８０ａにはｎ×ｍ個のマトリクス状の受光画素が配置されている。
【０１４３】
変倍光学系５５はイメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋを受光領域８０ａの全受光画素数の１／２以下の数の受光画素からなる読出領域８０ｙに結像させるものである。
【０１４４】
図２０に示すように撮像素子８０は、受光された光を各受光画素毎に光電変換して各受光画素中に信号電荷として蓄積する機能とこの受光画素中に蓄積された全ての信号電荷を一括して垂直転送する機能とを兼ね備えたｎ×ｍ個のマトリクス状に配置された受光画素からなる光電変換部８４、光電変換部８４から一括して垂直転送され各受光画素中に蓄積された信号電荷をシーケンシャルに転送する電荷転送部８５、電荷転送部８５によってシーケンシャルに転送された読出領域８０ｙの信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すシーケンシャル読出部８６、上記読出領域８０ｙ外の非読出領域８０ｈに含まれる信号電荷を電荷転送部８５外に掃き出すクリヤードレイン８７、電荷転送部８５とシーケンシャル読出部８６との間に配設され電荷転送部８５によって転送された信号電荷のシーケンシャル読出部８６への通過を制御する（すなわちゲートの開閉を行い信号電荷を通す／通さないを制御する）第１のゲート８８ａ、および前記電荷転送部８５と前記クリヤードレイン８７との間に配設され電荷転送部８５によって転送された信号電荷のクリヤードレイン８７への通過を制御する第２のゲート８８ｂを備えている。
【０１４５】
電荷転送部８５は、信号電荷を蓄積するｎ×ｍ個のマトリクス状に配置された画素からなる電荷転送蓄積部８５ａとｍ個の直線状に並んだ画素からなる水平転送部８５ｂとを備えており、電荷転送蓄積部８５ａは光電変換部８４から一括して垂直転送された信号電荷を蓄積すると共にこの蓄積された信号電荷を水平転送部８５ｂに水平１ラインづつ転送する。水平転送部８５ｂは電荷転送蓄積部８５ａから水平１ラインづつ転送された信号電荷をさらに垂直方向に転送することにより一括してクリヤードレイン７８に掃き出す機能と、この水平１ラインの信号電荷を水平方向にシーケンシャル読出部８６に転送する機能とを有する。
【０１４６】
シーケンシャル読出制御手段８１は、読出条件設定器８３から出力される設定信号を入力し、この信号に基づき電荷転送蓄積部８５ａと、水平転送部８５ｂと、シーケンシャル読出部８６とを制御するものであり、垂直転送命令および水平転送命令等を出力する。
【０１４７】
シーケンシャル読出制御手段８１から垂直転送命令が出力された場合には、この命令を入力した電荷転送蓄積部８５ａと水平転送部８５ｂとは上記水平１ラインの信号電荷を垂直方向に転送する。すなわち、これらの信号電荷は水平１ラインづつ電荷転送蓄積部８５ａから水平転送部８５ｂに転送され、さらにクリヤードレイン８７に転送されて掃き捨てられる。
【０１４８】
シーケンシャル読出制御手段８１から水平転送命令が出力された場合には、この命令を入力した電荷転送蓄積部８５ａと水平転送部８５ｂとは上記垂直転送を停止し水平転送部８５ｂに転送された水平１ラインの信号電荷をシーケンシャル読出部８６に向けて水平方向に転送する。そして、これらの信号電荷はシーケンシャル読出部８６によって電気的な画像信号に変換されて読み出される。
【０１４９】
ゲート制御手段８２は、読出条件設定器８３からビニング処理の条件を設定する信号を入力し、この入力したビニング条件に従って第１のゲート８８ａおよび第２のゲート８８ｂのゲートの開閉制御を行う信号を第１のゲート８８ａおよび第２のゲート８８ｂに対して出力する。
【０１５０】
すなわち、信号電荷に対して垂直方向のビニング処理を施す場合には、シーケンシャル読出制御手段８１から垂直転送命令が出力されているときに第２のゲート８８ｂを閉じることにより、電荷転送蓄積部８５ａから水平転送部８５ｂに転送され、さらにクリヤードレイン８７に向かって垂直転送される１ライン分の信号電荷が第２のゲート８８ｂを通過できずに水平転送部８５ｂに留まり順次積算されて蓄積される。
【０１５１】
一方、信号電荷に対して水平方向のビニング処理を施す場合には、シーケンシャル読出制御手段８１から水平転送命令が出力されているときに第１のゲート８８ａを閉じることにより、シーケンシャル読出部８６に向けて水平方向に転送される水平１ラインの信号電荷が第１のゲート８８ａを通過できずに水平転送部８５ｂに留まり順次積算されて蓄積される。
【０１５２】
次に第５の実施の形態における作用について説明する。
【０１５３】
読出条件設定器８３は、読出条件を設定する信号を変倍光学系５５、シーケンシャル読出制御手段８１およびゲート制御手段８２に対して出力する。この読出条件により図２１に示すように、受光領域８０ａの全受光画素数の１／２以下の受光画素数からなる読出領域８０ｙが設定されてこの読出領域８０ｙ内に円形状の蛍光像Ｚｋが結像され、垂直２画素×水平２画素のビニング処理が施されるようにビニング処理条件が設定される。
【０１５４】
より具体的には、読出条件設定器８３から読出領域８０ｙを設定する設定信号を入力したシーケンシャル読出制御手段８１はこの読出領域８０ｙに含まれる全受光画素の位置を認識し記憶する。読出条件設定器８３から倍率を設定する設定信号を入力した変倍光学系５５は、イメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋを受光領域８０ａ内に円形状の蛍光像Ｚｋとして結像するように倍率が設定される。読出条件設定器８３からビニング処理の設定信号を入力したゲート制御手段８２およびシーケンシャル読出制御手段８１は、電荷転送部８５によって転送される信号電荷に対して垂直２画素×水平２画素のピクセルビニング処理を施すことを認識し記憶する。
【０１５５】
なお、読出領域８０ｙは、図２１に示すように、行Ｒ１〜行Ｒｎ、列Ｃ１〜Ｃｍによって構成されるｎ×ｍ個の受光画素からなる受光領域８０ａ中の行Ｒｉ〜Ｒｊおよび列Ｃｐ〜Ｃｑを含む受光画素によって構成されるように設定される。
【０１５６】
以後、各信号電荷を呼ぶときは、上記受光領域８０ａのマトリクス状の受光画素の位置を基準として、例えば行Ｒｙの信号電荷、あるいは列Ｃｘの信号電荷等、上記各受光画素の位置に対応させて呼ぶこととする。
【０１５７】
上記のように読出条件設定器８３からの設定信号によって各読出条件が設定さると信号電荷を読み出す処理が開始される。なお、上記読出しを開始する初期状態においては第１のゲート８８ａおよび第２のゲート８８ｂは開かれ信号電荷が通過できる状態となっている。
【０１５８】
信号電荷の読み出しが開始されると、まず始めに受光領域８０ａの受光画素に蓄積されたｎ×ｍ個の受光画素からなる受光領域８０ａに蓄積された１画面分（１フレーム分）の信号電荷はそのままｎ×ｍ個の信号電荷を蓄積することができる電荷転送蓄積部８５ａに一斉に転送（フレ−ムトランスファ）される（図２２参照）。
【０１５９】
電荷転送蓄積部８５ａに一斉に転送され蓄積された１画面分の信号電荷ははシーケンシャル読出制御手段８１からの垂直転送命令により水平１ラインづつ垂直転送される。
【０１６０】
この水平１ラインの信号電荷中に、読出領域８０ｙ内の受光画素に蓄積されていた信号電荷が含まれているか否かはシーケンシャル読出制御手段８１によって記憶されており、始めの水平１ラインの行Ｒ１の非読出領域８０ｈの信号電荷には読出領域８０ｙ内で受光された信号電荷が含まれていないので、この水平１ラインの信号電荷は水平転送部８５ｂからさらにクリヤードレイン８７に垂直転送され掃き捨てられる。
【０１６１】
さらに、非読出領域８０ｈの行Ｒ１〜行Ｒｉ−１の各水平１ラインの信号電荷には読出領域８０ｙ内で受光され光電変換された信号電荷が含まれていないので、これらの信号電荷は上記と同様に各水平１ライン毎にクリヤードレイン８７に転送され掃き捨てられる。
【０１６２】
そして、水平転送部８５ｂに転送された行Ｒｉ−１の水平１ラインの信号電荷がクリヤードレイン８７に転送され掃き捨てられると、水平転送部８５ｂに行Ｒｉの水平１ラインの信号電荷が転送される。（図２３参照）この水平１ラインの信号電荷には読出領域８０ｙ内の受光画素によって光電変換された読出対象信号電荷が含まれているので、垂直転送方向のビニングの処理が施される。
【０１６３】
すなわち、ゲート制御手段８２から制御信号が出力されて第２のゲート８８ｂが閉じられ、水平転送部８５ｂに転送された行Ｒｉの水平１ラインの信号電荷が水平転送部８５ｂに留められたまま、次の行Ｒｉ＋１の水平１ラインの信号電荷が垂直転送され積算されて蓄積される（図２４参照）。
【０１６４】
次に、シーケンシャル読出制御手段８１からの水平転送命令によりこの水平転送部８５ｂ中の２つの水平１ラインの信号電荷が積算された信号電荷は、水平方向にシーケンシャル読出部８６に向かって転送されるが、このときゲート制御手段８２によって第１のゲート８８ａが閉じられ、水平転送部８５ｂ中の列Ｃ１とＣ２の信号電荷が積算され蓄積される（図２５参照）。信号電荷の積算がが終了すると第１のゲート８８ａが開かれ、上記行Ｒｉ、Ｒｉ＋１を含み、かつ列Ｃ１、Ｃ２を含む２×２のビニングが施された信号電荷がシーケンシャル読出部８６に出力される。
【０１６５】
ビニングが施された、行Ｒｉ、Ｒｉ＋１を含み、かつ列Ｃ１、Ｃ２を含む信号電荷には読出領域８０ｙ内の受光画素によって光電変換された読出対象信号電荷が含まれていないので（非読出領域８０ｈの信号電荷なので）、これらの余剰信号電荷はシーケンシャル読出部８６によって空読みされ以後の処理は行われない。
【０１６６】
その後、第１のゲート８８ａは再び閉じられ、続いて転送される水平転送部８５ｂ中の列Ｃ３とＣ４の信号電荷が積算され上記と同様のビニング処理が施される。
【０１６７】
このように、水平転送部８５ｂ内に蓄積されているＣ１〜Ｃｑまでの信号電荷は水平転送方向に２つづつビニング処理が施されるが、これらの中のＣ１〜Ｃｐ−１までの信号電荷は非読出領域８０ｈの信号電荷なので、シーケンシャル読出部８６によって空読みされ以後の処理は行われず、Ｃｐ〜Ｃｑの信号電荷がシーケンシャル読出部８６から読出対象画像信号として読み出され、その後、映像信号処理回路３４ａに出力され表示信号に変換されて表示器４００に表示される。
【０１６８】
このように、水平転送部８５ｂの列Ｃ１〜Ｃｑに蓄積された信号電荷の読出しが完了すると、残りの列Ｃｑ＋１〜Ｃｍまでの信号電荷は非読出領域８０ｈの信号電荷なので、第２のゲート８８ｂが開かれ、シーケンシャル読出制御手段８１から垂直転送命令が出力され水平転送部８５ｂの水平１ライン分に残った信号電荷は図２６に示すように一括してクリヤードレイン８７に転送されて掃き捨てられ、水平転送部８５ｂはクリヤされる。
【０１６９】
このようにして、読出領域８０ｙの行Ｒｉ〜行Ｒｊまでの信号電荷の読出しが完了すると、次の行Ｒｊ＋１から最後の行Ｒｎまでの信号電荷は非読出領域８０ｈの信号電荷なので、行Ｒ１〜Ｒｉ−１まで行った処理と同様にクリヤードレイン８７に掃き捨てられる。
【０１７０】
その結果、図２７に示すように受光領域８０ａ内の領域Ｇ１およびＧ２からなる非読出領域８０ｈにおいては、領域Ｇ１の受光画素に蓄積された信号電荷はクリヤードレイン８７に掃き捨てられて高速に処理され、領域Ｇ２の受光画素に蓄積された信号電荷はシーケンシャル読出部８６によって空読みされ以後の処理は行われない。一方、読出領域８０ｙに一致する領域Ｇ３内の読出対象信号電荷はシーケンシャル読出部８６によって画像信号に変換されて読み出され、この読み出された画像信号は撮像素子８０から出力され、映像信号処理回路３４ａによって映像信号に変換されて可視画像として表示器に表示される。
【０１７１】
上記のように、クリヤードレインを用いて不要な信号電荷を一括して掃き出し、読出領域の信号電荷をより早く読み出すことにより、時間の経過と共に蓄積されるダークノイズを減少させることができ被写体の蛍光像をＳ／Ｎの高い画像として撮像することができる。
【０１７２】
また、上記ビニング処理は、垂直２画素×水平２画素のビニング処理に限らずどのような組み合わせのビニング処理を施しても読出ノイズをさらに減少させる効果が得られる。
【０１７３】
また、１画面分の信号電荷の読出し時間を、例えば１／６０秒とし常に一定とすれば、上記クリヤードレインを用いることにより読出し時間を早めた分、読出領域８０ｙの読出対象信号電荷を画像信号として読み出すときの読出周波数を低く設定してゆっくり読み出すようにすることができ、読出ノイズをさらに減少させることができる。
【０１７４】
また、撮像素子の読出ポートの近くに蛍光像Ｚｋを結像させて読出領域を設定すれば、この読出領域に蓄積された信号電荷をより早く読み出すことができるので、さらにダークノイズを減少させることができる。
【０１７５】
また、非読出領域の受光画素に蓄積された信号電荷をシーケンシャル読出部８６によって空読みさせるときに、電荷転送の動作のタイミングを制御する基準クロック周波数を速めて高速読出を行えば、１画面分の読出時間をさらに短くすることができるので、読出領域８０ｙの受光画素に蓄積された読出対象信号電荷に混入するダークノイズをさらに減少させる効果が得られる。
【０１７６】
また、図２８に示すように、撮像素子からクリヤードレインおよび第２のゲートを除き、図２７に示される領域Ｇ１およびＧ２からなる非読出領域８０ｈ内の受光画素に蓄積された信号電荷をシーケンシャル読出部８６によって空読みさせるようにしても良い。なお、第２のゲートを除いた場合においても、電荷転送蓄積部８５ａから垂直に転送された信号電荷を水平転送部８５ｂに積算して蓄積することができるので、水平方向のビニング処理を第１のゲートによって制御することにより上記と同様に水平方向および垂直方向のビニング処理を施すことができる。
【０１７７】
また、読出領域の受光画素の読出しは、必ずしもビニング処理を施して読み出す必要はなく、１受光画素の信号電荷を１画素分の画像信号として読み出す通常の読出しを行ってもよい。
【０１７８】
また、非読出領域の受光画素に蓄積された信号電荷のシーケンシャル読出部８６による空読みは、信号電荷を読出対象信号電荷として扱わないようにすればどのような方式で空読みしてもかまわない。
【０１７９】
図２９は、本発明の撮像方法を実施する撮像装置を蛍光内視鏡装置に適用した第６の実施の形態の蛍光像撮像ユニットの一部分を示す図であり、上記第５の実施の形態と共通の構成については第５の実施の形態と同一の符号を用いて示したものである。第６の実施の形態に用いられる撮像装置は各受光画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出し可能なＭＯＳ型撮像素子を備えてなるものである。
【０１８０】
図２９に示すように第６の実施の形態における蛍光内視鏡装置は、イメージファイバ２２、各受光画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出し可能な撮像素子９０、およびイメージファイバ２２の射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋを撮像素子９０上に結像させる（被写体の光像として結像させる）倍率が変更可能な結像手段である変倍光学系５５を備えてなるものであり、さらに変倍光学系５５の倍率の設定と読出領域の設定とを行う読出条件設定器９３、およびこの読出条件設定器９３から出力される読出領域を表す設定信号を入力し読出領域内の受光画素の信号電荷を読み出す制御を行うと共に、読出領域外の非読出領域に含まれる受光画素の信号電荷を読み出す制御を行うランダム読出制御手段９１を備え、第５の実施の形態におけるシーケンシャル読出制御手段およびゲート制御手段等が除かれたものである。その他の構成は第５の実施の形態と同様である。
【０１８１】
変倍光学系５５はイメージファイバの射出端面２２ｂに伝播された蛍光像Ｚｋを受光領域９０ａの全受光画素数の１／２以下の数の受光画素からなる読出領域９０ｙに蛍光像Ｚｋとして結像させるものである。
【０１８２】
撮像素子９０は図３０に示すように、受光領域９０ａ内の各受光画素が受光した光を各受光画素毎に光電変換して各受光画素中に信号電荷として蓄積する光電変換部９４と、各受光画素中からランダムに画素を選択するロウデコーダ９５ａとカラムデコーダ９５ｂとからなる画素選択部９５と、ランダムに選択された受光画素の信号電荷を電気的な画像信号に変換して読み出すランダム読出部９６とを備えてなる。
【０１８３】
次に、上記第６の実施の形態における作用について説明する。
【０１８４】
読出条件設定器９３から出力された読出条件を設定する設定信号を入力した変倍光学系５５およびランダム読出制御手段９１は、この読出条件に従って読出領域９０ｙを設定し、蛍光像Ｚｋをこの読出領域９０ｙに結像させると共に、垂直２画素×水平２画素のビニング処理が施されるようにビニング処理条件が設定される。
【０１８５】
より具体的には、読出条件設定器９３から読出領域を設定する設定信号を入力したランダム読出制御手段９１は、図３１に示すように、受光領域９０ａの全受光画素数の１／２以下の受光画素数からなる読出領域９０ｙを受光領域９０ａ内に設定する。一方、倍率を設定する設定信号を入力した変倍光学系５５は、上記設定された読出領域９０ｙ内に読出し対象とする蛍光像Ｚｋの部位が収まるようにその倍率が設定され、イメージファイバ２２の射出端面２２ｂの蛍光像Ｚｋを読出領域９０ｙに結像する。このとき、読出し対象となる画像が蛍光像Ｚｋの一部分である場合には、蛍光像Ｚｋが読出領域９０ｙからはみ出るように結像させてもかまわない。
【０１８６】
次に、ランダム読出制御手段９１は、上記設定された読出領域９０ｙ内から垂直２画素×水平２画素の受光画素のアドレスを指定するように画素選択部９５に対して制御信号を出力すると共に、ランダム読出部９６対して信号電荷を読み出させる制御信号を出力する。上記制御信号を入力した画素選択部９５は読出領域９０ｙ内の指定されたアドレスの垂直２画素×水平２画素の受光画素に蓄積されている読出対象信号電荷を読出可能な状態に設定する。
【０１８７】
このとき、図３２に示すようにロウデコーダ９５ａおよびカラムデコーダ９５ｂは垂直２画素×水平２画素の４つの受光画素の信号電荷を読出可能な状態に設定するために、指定するアドレスの最下位（ＬＳＢ）に常に１が立つ状態に設定され、上位のアドレスによって垂直２画素×水平２画素毎の受光画素が指定される。
【０１８８】
ランダム読出部９６はこの読出可能な状態に設定された４つの受光画素の読出対象信号電荷を積算して（すなわちビニング処理を施して）１画素を表す画像信号に変換して読み出す。
【０１８９】
このように、ランダム読出制御手段９１によって次々に読出領域９０ｙ内の垂直２画素×水平２画素毎の受光画素を選択し、各垂直２画素×水平２画素毎に１つの分の画素を表す画像信号に変換して読み出すことにより、読出領域９０ｙ内の受光画素の信号電荷の読出しを完了する。
【０１９０】
上記のようにして読み出された画像信号は撮像素子９０から出力され、映像信号処理回路３４ａによって映像信号に変換されて可視画像として表示器に表示される。
【０１９１】
撮像素子９０から次の１画面分の画像を読み出す場合には、読み出されなかった非読出領域９０ｈ（図３３参照）の受光画素に蓄積された余剰信号電荷および読出対象信号電荷を読み出した後に読出領域の受光画素に蓄積された信号電荷を、一括してランダム読出部９６から読み出して除去した（クリヤした）後に、上記と同様に読出領域内の読出対象信号電荷の読出しを開始する。
【０１９２】
すなわち、ランダム読出制御手段９１から一括読出しの制御信号が出力され、この制御信号が画素選択部９５に入力されると、受光領域９０ａ内の受光画素に蓄積された信号電荷が全て読出可能な状態に設定される。このとき、全ての受光画素の信号電荷を読出可能な状態に設定するために、図３４に示すようにロウデコーダ９５ａおよびカラムデコーダ９５ｂのアドレスは最上位（ＭＳＢ）から最下位（ＬＳＢ）まで全て１が立つ状態に設定される。
【０１９３】
ランダム読出部９６は、この読出可能な状態に設定された受光領域８０ａの全ての受光画素の信号電荷を一括して読み出し、受光領域８０ａの全ての受光画素の信号電荷は除去（クリヤ）される。
【０１９４】
このように、１画面分の信号電荷の処理時間が短縮され読出領域の受光画素の信号電荷の読み出しを早く完了させることができるので、時間の経過とともに蓄積されるダークノイズの量を減少させることができ、それに加えて、非読出領域の受光画素に蓄積された余剰信号電荷を一括除去することにより、受光画素に信号電荷が蓄積されつづけることにより発生するブルーミングの発生を防止することができる。
【０１９５】
なお、上記ビニング処理は、垂直２画素×水平２画素のビニング処理に限らずどのような組み合わせのビニング処理を施しても読出ノイズをさらに減少させる効果が得られる。また上記読出しを行なうときには必ずしもビニング処理を施さなくてもよい。
【０１９６】
なお、上記信号電荷の一括読出しを行う対象となる受光画素は、受光領域８０ａの全ての受光画素とは限らず非読出領域に含まれる受光画素を一括読出しの対象としたり、読出領域と非読出領域とを含む領域の受光画素を一括読出しの対象としても良い。
【０１９７】
また、上記余剰信号電荷および読出対象信号電荷を読み出した後に読出領域の受光画素に蓄積された信号電荷は、必ずしも一括して読み出す必要はなく、読出し時間は長くなるが、図３５に示すように、複数の受光画素をまとめたブロックＡ１、Ａ２、Ａ３、…Ｃ２、Ｃ３毎に読み出してもよいし、あるいは１画素分づつ読み出してもよい。
【０１９８】
また、上記第５および第６の実施の形態においては、イメージファイバの射出端面に形成された蛍光像を撮像の対象としたが、イメージファイバを介さず撮像素子に被写体の像を直接結像させる電子内視鏡によって蛍光像を撮像する場合にも適応可能である。さらに、撮像する対象は蛍光によって形成された像に限らず、通常光によって照明された被写体の反射光像を撮像の対象としても良く、例えば暗所において微弱な光で照明された物体の光像をＳ／Ｎの高い画像として撮像する暗視カメラ等にも応用可能である。また、蛍光像を結像させる光学系は必ずしも変倍光学系でなくてもよく、倍率が固定された光学系で蛍光像を結像させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成を示す図
【図２】蛍光像Ｚｋを撮像素子の全受光領域より小さな領域に結像させる様子を示す図
【図３】蛍光像Ｚｋを撮像素子の全受光領域の大きさに結像させる様子を示す図
【図４】ダークノイズおよびリードノイズの発生量と撮像方式との関係を示す図
【図５】撮像素子の温度が２０℃のときのノイズの発生量を示す図
【図６】撮像素子の温度が５０℃のときのノイズの発生量を示す図
【図７】撮像素子上に設定された蛍光像結像領域Ｅｓから画像信号を読み出す様子を示す図
【図８】本発明の第２の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図を示す図
【図９】蛍光像撮像素子の受光領域中に設定される蛍光像受光区域を示す図
【図１０】蛍光像Ｚｋが受光領域中に結像される蛍光像結像領域を示す図
【図１１】蛍光像受光区域と蛍光像結像領域とを一致させる様子を示す図
【図１２】蛍光像Ｚｋが蛍光像撮像素子の全受光領域の大きさよりも小さく結像させる様子を示す図
【図１３】本発明の第３の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図を示す図
【図１４】蛍光像Ｚｋを全受光領域の大きさで蛍光像撮像素子上に結像させる様子を示す図
【図１５】ＭＯＳ型撮像素子の読出領域に含まれる画素から信号電荷を読取る様子を示す図
【図１６】本発明の第４の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図を示す図
【図１７】蛍光像Ｚｋが蛍光像撮像素子の受光領域中に小さく結像させる様子を示す図
【図１８】本発明の第５の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成を示す図
【図１９】蛍光像撮像ユニットの一部の概略構成を示す図
【図２０】撮像素子内の概略構成を示す図
【図２１】撮像素子内の受光領域内に設定された読出領域の範囲を示す図
【図２２】信号電荷が受光領域から電荷転送蓄積部に転送された状態を示す図
【図２３】信号電荷が電荷転送蓄積部からクリヤードレインに掃き出される様子を示す図
【図２４】信号電荷が垂直転送方向にビニング処理が施される様子を示す図
【図２５】信号電荷が水平転送方向にビニング処理が施される様子を示す図
【図２６】水平１ラインの信号電荷の読出し途中で余った信号電荷をクリヤードレインに掃き出す様子を示す図
【図２７】信号電荷として読み出された領域と読出領域との比較を示す図
【図２８】クリヤードレインを除いた場合の撮像素子の概略構成を示す図
【図２９】本発明の第６の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成を示す図
【図３０】撮像素子の概略構成を示す図
【図３１】読出領域と蛍光像が結像された領域とを示す図
【図３２】信号電荷をビニング処理を施して読み出すときの画素選択部の設定を示す図
【図３３】非読出領域の範囲を示す図
【図３４】余剰信号電荷を一括して読み出すときの画素選択部の設定を示す図
【図３５】余剰信号電荷をブロック毎に読み出すときの各ブロックの設定例を示す図
【符号の説明】
１ 生体組織
１１ 白色光光源
１２ 励起光光源
１３ ダイクロイックミラー
１４ 集光レンズ
２１ 照射光ファイバ
２２ イメージファイバ
２２ａ イメージファイバの端面
２２ｂ イメージファイバの端面
２３ 照射レンズ
２４ プリズム
２５ 通常像撮像素子
２６ 結像レンズ
２８ ケーブル
３１ 励起光カットフィルタ
３２ 結像レンズ
３３ 蛍光像撮像素子
３３ａ 受光領域
３３ｂ 読出ポート
３４ａ 映像信号処理回路
３４ｂ 映像信号処理回路
３５ 画像信号抽出回路
１００ 光源ユニット
２００ 内視鏡ユニット
２０１ 先端部
２０２ 操作部
３００ 蛍光像撮像ユニット
４００ 表示器
８００ 蛍光内視鏡装置
Ｌｅ 励起光
Ｌｗ 白色光
Ｚｋ 蛍光像
Ｚｗ 通常像

Claims (8)

1. 励起光が照射された生体組織から発生した蛍光をイメージファイバに入射させると共に該イメージファイバの射出端面に導く光学系と、該射出端面に導かれた蛍光により形成された蛍光像を撮像素子の受光領域に結像させる結像手段と、前記受光領域に結像された蛍光像を前記撮像素子によって撮像する撮像手段とを備えた撮像装置において、
   前記結像手段が、前記イメージファイバの射出端面に形成された蛍光像を表す画素数Ｎｆと前記受光領域に結像された蛍光像を受光する該受光領域中の画素数Ｎｄとが条件式：Ｎｆ×４＞Ｎｄを満足するように、前記蛍光像を前記受光領域に結像させるものであり、かつ、前記受光領域に結像させる前記蛍光像の大きさを前記撮像素子が受光する前記蛍光の光量に応じて変更可能なものであることを特徴とする撮像装置。
2. 前記結像手段が変倍光学系を備え、該変倍光学系によって前記受光領域に結像させる前記蛍光像の大きさを変更可能なものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記変倍光学系の倍率に応じて前記撮像素子の読出周波数を変更するものであることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出可能なものであり、前記撮像手段が、前記受光領域中に該受光領域よりも狭い読出領域を設定し、該読出領域を前記受光領域中の他の領域より先に読み出す読出制御手段を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像装置。
5. 前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をランダムに読出可能なものであり、前記撮像手段が、前記撮像素子の受光領域中に読出領域を設定し、該読出領域を前記受光領域中の他の領域より先に読み出すと共に、前記読出領域の大きさを変更可能な読出制御手段を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに読み出すものであり、前記蛍光像を前記受光領域中の前記撮像素子の読出ポートに一番近い位置に結像させるように構成されているものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像装置。
7. 前記撮像素子が各画素に蓄積される信号電荷をシーケンシャルに読み出すものであり、前記受光領域中における前記蛍光像の結像位置を変更可能な結像位置変更手段を備えているものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像装置。
8. 前記撮像素子がインパクトイオナイゼーションによって電荷を増幅する電荷増倍型の撮像素子であることを特徴とする請求項１、２、４、５、６、または７に記載の撮像装置。

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