JP5616664B2 - 内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡先端部にＣＭＯＳ型固体撮像素子を有する電子内視鏡を備えた内視鏡システムに関する。

医療分野において、内視鏡システムを利用した医療診断が盛んに行われている。内視鏡システムは、体腔内に挿入される挿入部を備えた電子内視鏡（スコープ）と、電子内視鏡が着脱自在に接続され、電子内視鏡に内蔵された固体撮像素子から出力された撮像信号を受信して画像処理を行い、観察画像をモニタに出力するプロセッサ装置と、電子内視鏡内のライトガイドを通して体腔内を照明する光を発生する光源装置と、を備えて構成される。

電子内視鏡に使用される代表的な固体撮像素子としてはＣＣＤ（Charge Coupled Device）型撮像素子がある。しかしながら、消費電力の問題から近年の急速な多画素化と高速読出し化の要求に応えるのが困難になってきている。

その一方で、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型撮像素子は、低電圧駆動が可能であり、多画素化と高速読出し化の要求に対応することが容易である。また、製造工程においてＣＭＯＳプロセスを使用でき、同一チップ内に駆動回路や処理回路などの周辺回路を混載することが可能であり、小型化にも有利である。このことから、近年では、ＣＭＯＳ型撮像素子（以下、ＣＭＯＳセンサともいう）を備えた電子内視鏡が各種提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一般にＣＭＯＳ型固体撮像素子の多くは、受光面（撮像面）に複数の画素がマトリクス状に配置されており、電子シャッタの一種であるローリングシャッタにより露光制御が行われる。即ち、図１１に示すように、画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで、受光面に入射した光を電荷として各画素のフォトセンサに蓄積させる。このような順次露光制御により各画素のフォトセンサに蓄積された電荷は、画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで画素信号として読み出される。なお、図１１に示した例では、フィールド周期（１垂直同期期間）は１／６０秒であり、フィールド周期毎にプログレッシブ走査方式で全画素行の電荷信号が逐次読み出される。つまり、固体撮像素子からは１／６０秒毎に１フレーム分の画像信号（撮像信号）が出力される。

特開２００９−２０１５４０号公報

しかしながら、ローリングシャッタによる露光制御が行われるＣＭＯＳ型固体撮像素子では、図１１に示したように露光期間が画素行毎に異なるため、高速で動く被写体を撮像すると、それにより得られる画像が歪むという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＣＭＯＳ型固体撮像素子を用いたときに生じる撮像画像の歪みを低減した内視鏡システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、第１の本発明に係る内視鏡システムは、マトリクス状に配列された複数の画素を有するＣＭＯＳ型の固体撮像素子及び被検体を照明する照明光を導光するライトガイドを有する電子内視鏡と、前記固体撮像素子の撮像信号から画像データを生成してモニタに出力するプロセッサ装置と、前記ライトガイドを介して前記被検体を照明する照明光を発する光源を有する光源装置と、を備えた内視鏡システムであって、全画素行の露光動作を同時に開始させるべく全画素行にリセット動作を行わせるリセット信号を供給するものであって、静止画撮像時には動画撮像時よりも前記リセット信号を供給するタイミングを遅くして全画素行の露光期間を短くするリセット信号供給手段と、全画素行の露光動作を同時に終了させるべく前記照明光の前記被検体への照射を停止させるものであって、少なくとも各画素行に蓄積された電荷が読み出されている間は前記照明光の前記被検体への照射を停止する照明光制御手段と、全画素行の露光動作が終了した後、各画素行に蓄積された電荷を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで読み出す読み出し手段と、を備える内視鏡システムであって、前記固体撮像素子の動作モードとして、第１フィールド周期毎に前記読み出し手段がプログレッシブ走査方式による読み出しを行う第１の同時露光モード、前記第１フィールド周期の１／ｎ倍（但し、ｎは２以上の自然数）の第２フィールド周期毎に前記読み出し手段がインターレース走査方式による読み出しを行う第２の同時露光モード、及び各画素行の露光動作及び読み出し動作を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで行う順次露光モードからなる複数の動作モードを含み、前記複数の動作モードを切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、リセット信号供給手段及び照明光制御手段によって全画素行の露光期間を一致させることができる。これにより、ＣＭＯＳ型固体撮像素子を用いたときに生じる画像歪みを低減することができる。また、撮像状況に応じて固体撮像素子の動作モードを切り替えることが可能となり、ユーザーの利便性が向上する。

また、本発明では、プログレッシブ走査方式で読み出しが行われる第１の同時露光モードの場合には、高解像な画像が得られるので静止画撮像時に好適である。一方、インターレース走査方式で読み出しが行われる第２の同時露光モードの場合には、フィールド周期（垂直同期期間）を短縮化でき、画像の更新頻度が速くなるので動画撮像時に好適である。

本発明では、前記順次露光モードは、各画素行の露光動作を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで行うとともに、前記第１フィールド周期毎にプログレッシブ走査方式による読み出しを行うことがより好ましい。これによれば、第１及び第２の同時露光モードよりも、各画素行の露光時間を長く確保することが可能となるので、被検体からの反射光（入射光）が十分得られない場合に露出不足を解消することができ、特に電子内視鏡のように暗い環境下で撮像が行われる場合に好適である。

また、前記光源はランプ光源であり、前記照明光制御手段は、前記照明光の前記被検体への照射を可能とする開放位置と前記照明光の前記被検体への照明を遮断する遮断位置との間で移動可能に構成されたシャッタ部材の駆動を制御するシャッタ制御手段であることが好ましい。ランプ光源としては、キセノンランプやハロゲンランプなどが好適である。

また、前記目的を達成するために、第２の本発明に係る内視鏡システムは、マトリクス状に配列された複数の画素を有するＣＭＯＳ型の固体撮像素子及び被検体を照明する照明光を導光するライトガイドを有する電子内視鏡と、前記固体撮像素子の撮像信号から画像データを生成してモニタに出力するプロセッサ装置と、前記ライトガイドを介して前記被検体を照明する照明光を発する光源を有する光源装置と、を備えた内視鏡システムであって、全画素行の露光動作を同時に開始させるとともに同時に終了させるべく前記光源の発光タイミング及び発光強度を制御可能であり、少なくとも各画素行に蓄積された電荷が読み出されている間は前記光源からの発光を停止し、さらに静止画撮像時には動画撮像時よりも前記光源の発光時間を短くして全画素行の露光期間を短くする光源制御手段と、全画素行の露光動作が終了した後、各画素行に蓄積された電荷を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで読み出す読み出し手段と、を備える内視鏡システムであって、前記固体撮像素子の動作モードとして、第３フィールド周期毎に前記読み出し手段がプログレッシブ走査方式による読み出しを行う第３の同時露光モード、前記第３フィールド周期の１／ｎ倍（但し、ｎは２以上の自然数）の第４フィールド周期毎に前記読み出し手段がインターレース走査方式による読み出しを行う第４の同時露光モード、及び各画素行の露光動作及び読み出し動作を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで行う順次露光モードからなる複数の動作モードを含み、前記複数の動作モードを切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、光源制御手段による光源制御によって全画素行の露光期間を一致させることができる。これにより、ＣＭＯＳ型固体撮像素子を用いたときに生じる画像歪みを低減させることができる。また、撮像状況に応じて固体撮像素子の動作モードを切り替えることが可能となり、ユーザーの利便性が向上する。

また、本発明では、プログレッシブ走査方式で読み出しが行われる第３の同時露光モードの場合には、高解像な画像が得られるので静止画撮像時に好適である。一方、インターレース走査方式で読み出しが行われる第３の同時露光モードの場合には、フィールド周期（垂直同期期間）を短縮化でき、画像の更新頻度が速くなるので動画撮像時に好適である。

本発明では、前記順次露光モードは、各画素行の露光動作を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで行うとともに、前記第３フィールド周期毎にプログレッシブ走査方式による読み出しを行うことがより好ましい。これによれば、第３及び第４の同時露光モードよりも、各画素行の露光時間を長く確保することが可能となるので、被検体からの反射光（入射光）が十分得られない場合に露出不足を解消することができ、特に電子内視鏡のように暗い環境下で撮像が行われる場合に好適である。

本発明では、前記光源は半導体光源であることが好ましい。半導体光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザーダイオード）などが好適である。

また、前記目的を達成するために、第３の発明に係る内視鏡システムは、マトリクス状に配列された複数の画素を有するＣＭＯＳ型の固体撮像素子及び被検体を照明する照明光を導光するライトガイドを有する電子内視鏡と、前記固体撮像素子の撮像信号から画像データを生成してモニタに出力するプロセッサ装置と、前記ライトガイドを介して前記被検体を照明する照明光を発する光源を有する光源装置と、を備えた内視鏡システムであって、全画素行の露光動作を同時に開始させるべく全画素行にリセット動作を行わせるリセット信号を供給するものであって、静止画撮像時には動画撮像時よりも前記リセット信号を供給するタイミングを遅くして全画素行の露光期間を短くするリセット信号供給手段と、全画素行の露光動作を同時に終了させるべく前記照明光の前記被検体への照射を停止させるものであって、少なくとも各画素行に蓄積された電荷が読み出されている間は前記照明光の前記被検体への照射を停止する照明光制御手段と、全画素行の露光動作を同時に開始させるとともに同時に終了させるべく前記光源の発光タイミング及び発光強度を制御可能であり、少なくとも各画素行に蓄積された電荷が読み出されている間は前記光源からの発光を停止し、さらに静止画撮像時には動画撮像時よりも前記光源の発光時間を短くして全画素行の露光期間を短くする光源制御手段と、全画素行の露光動作が終了した後、各画素行に蓄積された電荷を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで読み出す読み出し手段と、前記光源の種別を判別する光源判別手段と、を備え、前記固体撮像素子の複数の動作モードとして、前記リセット信号供給手段及び前記照明光制御手段によって露光制御が行われるモードであって、第１フィールド周期毎に前記読み出し手段がプログレッシブ走査方式による読み出しを行う第１の同時露光モードと、前記第１フィールド周期の１／ｎ ₁ 倍（但し、ｎ ₁ は２以上の自然数）の第２フィールド周期毎に前記読み出し手段がインターレース走査方式による読み出しを行う第２の同時露光モードと、を含むとともに、前記光源制御手段によって露光制御が行われるモードであって、第３フィールド周期毎に前記読み出し手段がプログレッシブ走査方式による読み出しを行う第３の同時露光モードと、前記第３フィールド周期の１／ｎ ₂ 倍（但し、ｎ ₂ は２以上の自然数）の第４フィールド周期毎に前記読み出し手段がインターレース走査方式による読み出しを行う第４の同時露光モードと、を含み、前記光源判別手段で判別された前記光源の種別に応じて、前記複数の動作モードの中から任意の動作モードに切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、光源の種別に応じて最適な動作モードに切り替えることができるので、ユーザーの利便性が向上する。

本発明によれば、全画素行の露光期間を一致させることができるので、ＣＭＯＳ型固体撮像素子を用いたときに生じる画像歪みを低減することができる。

内視鏡システムの概略構成を示した全体構成図 電子内視鏡の先端部を示した正面図 電子内視鏡の先端部を示した側面断面図 内視鏡システムの制御系を示したブロック図 固体撮像素子の動作モードの一例を示したタイミングチャート図 固体撮像素子の動作モードの他の例を示したタイミングチャート図 固体撮像素子の動作モードの更に他の例を示したタイミングチャート図 第２の実施形態に係る固体撮像素子の動作モードの一例を示したタイミングチャート図 第２の実施形態に係る固体撮像素子の動作モードの他の例を示したタイミングチャート図 第３の実施形態に係る内視鏡システムの制御系を示したブロック図 従来のＣＭＯＳ型固体撮像素子の動作の一例を示したタイミングチャート図

以下、添付図面に従って本発明に係る内視鏡システムの好ましい実施の形態について詳説する。

（第１の実施形態）
まず、本発明に係る内視鏡システムの第１の実施形態について説明する。

〔内視鏡システムの全体構成〕
図１は本実施形態に係る内視鏡システムの概略構成を示した全体構成図である。図１に示すように、本実施形態の内視鏡システム１０は、電子内視鏡１２、プロセッサ装置１４、光源装置１６などから構成される。電子内視鏡１２は、患者（被検体）の体腔内に挿入される可撓性の挿入部２０と、挿入部２０の基端部分に連設された操作部２２と、プロセッサ装置１４及び光源装置１６に接続されるユニバーサルコード２４とを備えている。

挿入部２０の先端には、体腔内撮影用の撮像チップ（撮像装置）５４（図３参照）などが内蔵された先端部２６が連設されている。先端部２６の後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部２８が設けられている。湾曲部２８は、操作部２２に設けられたアングルノブ３０が操作されて、挿入部２０内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部２６が体腔内の所望の方向に向けられる。

ユニバーサルコード２４の基端は、コネクタ３６に連結されている。コネクタ３６は、複合タイプのものであり、コネクタ３６にはプロセッサ装置１４が接続される他、光源装置１６が接続される。

プロセッサ装置１４は、ユニバーサルコード２４内に挿通されたケーブル６８（図３参照）を介して電子内視鏡１２に給電を行い、撮像チップ５４の駆動を制御するとともに、撮像チップ５４からケーブル６８を介して伝送された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種信号処理を施して画像データに変換する。プロセッサ装置１４で変換された画像データは、プロセッサ装置１４にケーブル接続されたモニタ３８に内視鏡画像として表示される。また、プロセッサ装置１４は、コネクタ３６を介して光源装置１６と電気的に接続され、内視鏡システム１０の動作を統括的に制御する。

〔電子内視鏡の先端部の構成〕
図２は電子内視鏡１２の先端部２６を示した正面図である。図２に示すように、先端部２６の先端面２６ａには、観察窓４０、照明窓４２、鉗子出口４４、及び送気・送水用ノズル４６が設けられている。観察窓４０は、先端部２６の片側中央に配置されている。照明窓４２は、観察窓４０に関して対称な位置に２個配され、体腔内の被観察部位に光源装置１６からの照明光を照射する。鉗子出口４４は、挿入部２０内に配設された鉗子チャンネル７０（図３参照）に接続され、操作部２２に設けられた鉗子口３４（図１参照）に連通している。鉗子口３４には、注射針や高周波メスなどが先端に配された各種処置具が挿通され、各種処置具の先端が鉗子出口４４から露呈される。送気・送水用ノズル４６は、操作部２２に設けられた送気・送水ボタン３２（図１参照）の操作に応じて、光源装置１６に内蔵された送気・送水装置から供給される洗浄水や空気を、観察窓４０や体腔内に向けて噴射する。

図３は電子内視鏡１２の先端部２６を示した側面断面図である。図３に示すように、観察窓４０の奥には、体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系５０を保持する鏡筒５２が配設されている。鏡筒５２は、挿入部２０の中心軸に対物光学系５０の光軸が平行となるように取り付けられている。鏡筒５２の後端には、対物光学系５０を経由した被観察部位の像光を、略直角に曲げて撮像チップ５４に向けて導光するプリズム５６が接続されている。

撮像チップ５４は、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子５８と、固体撮像素子５８の駆動及び信号の入出力を行う周辺回路６０とが一体形成されたモノリシック半導体（いわゆるＣＭＯＳセンサチップ）であり、支持基板６２上に実装されている。固体撮像素子５８の撮像面５８ａは、プリズム５６の出射面と対向するように配置されている。撮像面５８ａ上には、矩形枠状のスペーサ６３を介して矩形板状のカバーガラス６４が取り付けられている。撮像チップ５４、スペーサ６３、及びカバーガラス６４は、接着剤を介して組み付けられている。これにより、塵埃などの侵入から撮像面５８ａが保護されている。

挿入部２０の後端に向けて延設された支持基板６２の後端部には、複数の入出力端子６２ａが支持基板６２の幅方向に並べて設けられている。入出力端子６２ａには、ユニバーサルコード２４を介してプロセッサ装置１４との各種信号の遣り取りを媒介するための信号線６６が接合されており、入出力端子６２ａは、支持基板６２に形成された配線やボンディングパッド等（図示せず）を介して撮像チップ５４内の周辺回路６０と電気的に接続されている。信号線６６は、可撓性の管状のケーブル６８内にまとめて挿通されている。ケーブル６８は、挿入部２０、操作部２２、及びユニバーサルコード２４の各内部を挿通し、コネクタ３６に接続されている。

また、図示は省略したが、照明窓４２の奥には、照明部が設けられている。照明部には、光源装置１６からの照明光を導くライトガイドの出射端が配されている。ライトガイドは、ケーブル６８と同様に、挿入部２０、操作部２２、及びユニバーサルコード２４の各内部を挿通し、コネクタ３６に入射端が接続されている。

〔内視鏡システムの制御系の構成〕
図４は内視鏡システム１０の制御系を示したブロック図である。図４に示すように、電子内視鏡１２の先端部２６には、固体撮像素子５８、アナログ信号処理回路（ＡＦＥ）７２、ＴＧ７８、及びＣＰＵ８０が設けられている。

ＴＧ７８は、ＣＰＵ８０の制御に基づき、固体撮像素子５８の駆動パルス（垂直／水平走査パルス、リセットパルス等）とＡＦＥ７２用の同期パルスとを発生する。固体撮像素子５８は、ＴＧ７８から入力される駆動パルスにより駆動され、対物光学系５０を介して結像された光学像を光電変換して撮像信号として出力する。

固体撮像素子５８の撮像面５８ａには、多数の画素がマトリクス状に配置されており、各画素にはそれぞれフォトセンサ（光電変換素子）が設けられている。固体撮像素子５８の撮像面５８ａに入射した光は各画素のフォトセンサに電荷として蓄積される。そして、垂直走査回路及び水平走査回路（いずれも不図示）による垂直方向と水平方向の走査によって、各画素のフォトセンサに蓄積された電荷は画素信号として順次読み出され、所定のフレームレートで撮像信号として出力される。

なお、図示は省略するが、固体撮像素子５８は、複数の色セグメントからなるカラーフィルタ（例えば、ベイヤー配列の原色カラーフィルタ）を備えた単板カラー撮像方式の固体撮像素子である。

また、固体撮像素子５８を構成する各画素の回路構成としては従来周知であり、例えば３トランジスタ構成や４トランジスタ構成などの一般的な構成を適用することが可能であり、ここでは説明を省略する。

ＡＦＥ７２は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、自動ゲイン回路（ＡＧＣ）、及びＡ／Ｄ変換器により構成されている。ＣＤＳ回路は、固体撮像素子５８から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、固体撮像素子５８で生じるリセット雑音及びアンプ雑音の除去を行う。ＡＧＣは、ＣＤＳ回路によりノイズ除去が行われた撮像信号を、ＣＰＵ８０から指定されたゲイン（増幅率）で増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、ＡＧＣにより増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタル信号に変換して出力する。ＡＦＥ７２でデジタル化されて出力された撮像信号（デジタル撮像信号）は、コネクタ３６を介してプロセッサ装置１４に入力される。

プロセッサ装置１４は、ＣＰＵ８２、ＲＯＭ８４、ＲＡＭ８５、画像処理回路（ＤＳＰ）８６、及び表示制御回路８８を備えている。

ＣＰＵ８２、プロセッサ装置１４内の各部を制御するとともに、内視鏡システム１０の全体を統括的に制御する。

ＲＯＭ８４には、プロセッサ装置１４の動作を制御するための各種プログラムや制御用データ（後述する動作モードなど）が記憶される。また、ＲＡＭ８５には、ＣＰＵ８２により実行されるプログラムやデータなどが一時記憶される。

ＤＳＰ８６は、ＣＰＵ８２の制御に基づき、ＡＦＥ７２から入力された撮像信号に対し、色補間、色分離、色バランス調整、ガンマ補正、画像強調処理等を施し、画像データを生成する。ＤＳＰ８６から出力された画像データは表示制御回路８８に入力される。

表示制御回路８８は、ＤＳＰ８６から入力された画像データを、モニタ３８に対応した信号形式に応じた映像信号に変換してモニタ３８に出力する。

操作部９０は、固体撮像素子５８の動作モードを選択又は切り替えるためのボタン（モード切替ボタン）、その他ユーザーが指示を入力するための各種ボタンを含む。

光源装置１６は、光源１００、集光レンズ１０２、メカニカルシャッタ１０４、シャッタ駆動回路１０６、絞り機構１０８、絞り駆動回路１１０、光源駆動回路１１２、及びＣＰＵ１１４を備えている。

ＣＰＵ１１４は、プロセッサ装置１４のＣＰＵ８２と通信し、シャッタ駆動回路１０６、絞り駆動回路１１０、及び光源駆動回路１１２の制御を行う。

光源１００は、キセノンランプやハロゲンランプなどのランプ光源からなり、光源駆動回路１１２によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。ランプ光源として、水銀ランプ、メタルハライドランプなどを適用することも可能である。

絞り機構１０８は、光源１００の光射出側に配置され、集光レンズ１０２に入射される光量を増減させる。なお、絞り機構１０８は、絞り駆動回路１１０により開閉制御される。

集光レンズ１０２は、絞り機構１０８を通過した光を集光して、光源装置１６に接続された電子内視鏡１２のライトガイド１２０の入射端に導く。ライトガイド１２０は、電子内視鏡１２の基端から先端部２６まで挿通され、出射端が前述の各照明窓４２に接続されている。

メカニカルシャッタ１０４は、集光レンズ１０２で集光された光の光路を遮断する位置（遮断位置）と開放する位置（開放位置）との間で移動可能に構成されたシャッタ部材であり、シャッタ駆動回路１０６により駆動制御される。メカニカルシャッタ１０４としては、例えば円板上に開口部と遮光部が形成されたロータリーシャッタなどを適用することができる。なお、ロータリーシャッタについては従来周知の構成であるので説明を省略する。

上記のように構成された内視鏡システム１０で体腔内を観察する際には、電子内視鏡１２、プロセッサ装置１４、光源装置１６、及びモニタ３８の電源をオンにして、電子内視鏡１２の挿入部２０を体腔内に挿入し、光源装置１６からの照明光で体腔内を照明しながら、固体撮像素子５８により撮像される体腔内の画像をモニタ３８で観察する。

固体撮像素子５８から出力された撮像信号は、ＡＦＥ７２で各種処理が施された後、プロセッサ装置１４のＤＳＰ８６に入力される。ＤＳＰ８６では、入力された撮像信号に対して各種信号処理が施され、画像データが生成される。ＤＳＰ８６で生成された画像データは、表示制御回路８８に入力される。表示制御回路８８では、入力された画像データをモニタ３８の表示形式に対応した変換処理が施され、映像信号が生成される。表示制御回路８８で生成された映像信号はモニタ３８へ出力される。これにより、画像データがモニタ３８に内視鏡画像として表示される。

〔固体撮像素子の動作モード〕
本実施形態では、固体撮像素子５８の動作モード（撮像モード）として、全画素行の露光期間を一致させる露光制御が行われるモードを備えている。以下、本実施形態における固体撮像素子５８の動作モードについて説明する。

＜第１の同時露光モード＞
図５は固体撮像素子５８の動作モードの一例を示したタイミングチャート図である。

図５に示した動作モード（第１の同時露光モード）では、全画素行にグローバルリセット信号が供給される。グローバルリセット信号は、垂直同期信号がＯＮになった後、所定の時間が経過したタイミングでＯＮになる。グローバルリセット信号がＯＮになると、各画素のフォトセンサに蓄積された電荷はリセットされ、電荷蓄積を可能な状態となる。

一方、光源装置１６は一定周期で被検体への照明光の照射／非照射を繰り返すように制御される。図５に示すように、シャッタ駆動回路１０６からメカニカルシャッタ１０４に供給されるシャッタ駆動信号は所定周期でＯＮ（ハイレベル）とＯＦＦ（ローレベル）を繰り返す。シャッタ駆動信号がＯＮになると、メカニカルシャッタ１０４は遮断位置に移動して、光源装置１６は照明光を照明不能な非照射状態となる。一方、シャッタ駆動信号がＯＦＦになると、メカニカルシャッタ１０４は開放位置に移動して、光源装置１６は照明光を照射可能な照射状態となる。

シャッタ駆動信号は、グローバルリセット信号がＯＮになるタイミングよりも前にＯＮからＯＦＦに切り替わり、メカニカルシャッタ１０４を開放位置に移動させ、光源装置１６を照射状態にする。したがって、グローバルリセット信号がＯＮになると、光源装置１６から照明される照明光によって全画素行の露光動作が同時に開始される。

その後、露光時間に応じた所定のタイミングで、シャッタ駆動信号はＯＦＦからＯＮに切り替わり、メカニカルシャッタ１０４を遮断位置に移動させる。これにより、光源装置１６は非照射状態となり、全画素行の露光動作が同時に終了する。

以上の動作により、全画素行の露光動作の開始と終了は同時に行われ、全画素行の露光期間は一致するようになる。

シャッタ駆動信号がＯＦＦからＯＮに切り替わった後（即ち、全画素行の露光動作が終了した後）、垂直同期信号がＯＮになったタイミングで全画素行の蓄積電荷（画素信号）が順次読み出される。

図５に示した例では、フィールド周期（垂直同期期間）は１／３０秒であり、フィールド周期毎に全画素行の画素信号（蓄積電荷）がプログレッシブ走査方式により逐次読み出される。したがって、固体撮像素子５８からは１／３０秒毎に１フレーム（＝１フィールド）分の撮像信号が出力される。つまり、第１の同時露光モードでは、フレームレートは３０ｆｐｓである。

こうして全画素行の読出しが終了した後、シャッタ駆動信号はＯＮからＯＦＦに切り替わり、メカニカルシャッタ１０４は開放位置に移動し、光源装置１６は照射状態となる。その後、グローバルリセット信号がＯＮになり、同様の動作が繰り返される。

第１の同時露光モードによれば、全画素行の露光期間が一致するように露光制御が行われるので、高速で動く被写体を撮像しても、ローリングシャッタによる露光制御が行われたときのような画像歪みは生じない。

また、本モードによれば、グローバルリセット信号がＯＮになるタイミングを可変させることにより、動画や静止画などの撮像状況に応じて露光期間（即ち、シャッタ速度）を適宜変化させることができる。

特に、本モードでは、静止画撮像時と動画撮像時とでグローバルリセット信号がＯＮなるタイミングを変化させる態様が好ましい。高速で移動する被写体を静止画撮像する場合、露光期間が長く（即ち、シャッタ速度が遅く）設定されていると、動画撮像時に比べて被写体のブレが顕著に現れてしまう。このため、静止画撮像時には、動画撮像時に比べてグローバルリセット信号がＯＮになるタイミングを遅くして露光期間を短く（即ち、シャッタ速度を速く）するとともに、光源装置１６の絞り機構１０８を開いて光量を増加させる。これにより、高速で動く被写体を静止画で撮像する場合でも、高速シャッタによりブレのない撮像が可能となる。

＜第２の同時露光モード＞
上述した第１の同時露光モードでは、フィールド周期毎にプログレッシブ走査方式により全画素行の読み出しが逐次行われるため、画像の解像度は高く、静止画撮像には適しているものの、全画素行の読み出しに時間がかかってしまい、動画撮像に適さないことも想定される。そこで、本実施形態では、第１の同時露光モードよりも動画撮像に適した動作モードとして、第２の同時露光モードが用意されている。

図６は固体撮像素子５８の動作モードの他の例を示したタイミングチャート図である。

図６に示した動作モード（第２の同時露光モード）では、グローバルリセット信号による全画素行同時のリセット動作と光源装置１６に設けられたメカニカルシャッタ１０４の駆動制御との組み合わせにより、全画素行の露光期間が一致するように露光制御が行われる点は図５に示した動作モード（第１の同時露光モード）と同様である。

第２の同時露光モードでは、第１の同時露光モードのフィールド周期の１／２周期（１／６０秒）でインターレース（間引き）走査による読み出し動作が行われる。図６に示した例では、１、２、５、６、９、１０行の画素行と、３、４、７、８、１１、１２行の画素行との２つのグループに分割され、各画素行の読み出し動作がフィールド周期毎に交互に行われている。もちろん、各画素行の読み出し動作が１行おきに行われ、フィールド周期毎に奇数行と偶数行で交互に行われてもよい。なお、第２の同時露光モードのフィールド周期は、第１の同時露光モードのフィールド周期の１／ｎ（但し、ｎは２以上の自然数）でもよい。

シャッタ駆動信号は所定周期でＯＮ／ＯＦＦが繰り返され、少なくとも各画素行の読出し動作が行われる期間はＯＮ（即ち、メカニカルシャッタ１０４は遮断位置）であり、且つ、グローバルリセット信号がＯＮとなるタイミングよりも前にＯＦＦ（即ち、メカニカルシャッタ１０４は開放位置）となっている。これにより、各画素行の電荷蓄積はグローバルリセット信号がＯＮとなるタイミングで開始され、シャッタ駆動信号がＯＮとなるタイミングで終了され、各画素行の露光期間は一致するようになっている。

第２の同時露光モードによれば、インターレース走査方式による読み出し動作が行われるため、第１の同時露光モードに比べて解像度は劣るものの、フィールド周期が短くなるので画像の更新が速く行われる。したがって、本モードは、動画撮像時に好適な動作モードである。

また、静止画撮像時には、動画撮像時に比べてグローバルリセット信号がＯＮになるタイミングを遅らせて露光開始時間を遅くして露光期間を短くするとともに、光源装置１６の絞り機構１０８を開いて光量を増加させることが好ましい。これにより、高速で動く被写体を静止画で撮像する場合でも、高速シャッタによりブレのない撮像が可能となる。

本実施形態では、操作部９０（図４参照）の操作に基づき、固体撮像素子５８の複数の動作モードが切り替えられる態様が好ましい。例えば、内視鏡システム１０が起動された時点では、デフォルトの動作モードとして、動画撮像に適した第２の同時露光モードで動作するようにしておき、操作部９０に設けられたモード切替スイッチ（不図示）をユーザーが押す度に、第１の同時露光モードと第２の同時露光モードが交互に切り替えられるようにする。切替スイッチの代わりに、動作モードの数に応じた選択ボタン（不図示）を用意しておき、動作モードを直接的に選択できるようにしてもよい。動作モードを切り替えるためのスイッチやボタンなどが配置される位置は特に限定されず、例えば、電子内視鏡１２の操作部２２、プロセッサ装置１４に接続されるフットスイッチやキーボード（いずれも不図示）などに配置されていてもよい。なお、操作部９０の操作はプロセッサ装置１４のＣＰＵ８２（又はＣＰＵ８０）によって検出され、ＣＰＵ８２（又はＣＰＵ８０）によって固体撮像素子５８の動作モードの切替制御が行われる。

本実施形態では、第１及び第２の同時露光モードの他に、図１１に示した動作モード、即ち、ローリングシャッタ方式による露光制御が行われる動作モード（ローリングシャッタモード）を備えていてもよい。この場合、３つの動作モード（第１の同時露光モード、第２の同時露光モード、及びローリングシャッタモード）を交互に切り替えられるようにしてもよいし、直接的に切り替えられるようにしてもよい。

また、複数の動作モードを切り替えられる態様において、ローリングシャッタモードに代えて、或いは、ローリングシャッタモードとともに、図７に示した動作モードを備え、上記のように複数の動作モードを切り替えられるようにしてもよい。

図７は固体撮像素子５８の動作モードの更に他の例を示したタイミングチャート図である。図７に示した動作モード（暗時モード）は、本発明における順次露光モードに相当し、基本的な動作はローリングシャッタモードと同様であり、光源装置１６から被検体に照明光が常に照明された状態で、ローリングシャッタ方式により画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで露光動作及び読み出し動作が行われる。

暗時モードでは、第１の同時露光モードと同じフィールド周期（１／３０秒）でプログレッシブ走査方式による読み出しが行われる。したがって、固体撮像素子５８からは３０秒毎に１フレーム分の撮像信号が出力され、フレームレートは３０ｆｐｓとなっている。

暗時モードによれば、ローリングシャッタモードや第１及び第２の同時露光モードよりも、各画素行の露光期間を長く確保することが可能となるので、被検体からの反射光（入射光）が十分得られない場合に露出不足を解消することができ、特に電子内視鏡のように暗い環境下で撮像が行われる場合に好適な動作モードである。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

第２の実施形態では、固体撮像素子５８の動作モードとして、第１の実施形態のようなグローバルリセット信号を用いることなく、光源１００の発光タイミングや発光強度を制御することによって、全画素行の露光期間を一致させる露光制御が行われる。なお、本実施形態では、光源１００として、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザーダイオード）などの半導体光源が用いられる。以下、本実施形態における固体撮像素子５８の動作モードについて説明する。

＜第３の同時露光モード＞
図８は第２の実施形態に係る固体撮像素子５８の動作モードの一例を示したタイミングチャート図である。

図８に示した動作モード（第３の同時露光モード）では、図５に示した動作モード（第１の同時露光モード）と同様に、全画素行の露光動作が同時に行われ、画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで各画素行の画素信号が読み出される。

光源駆動回路１１２から光源１００に供給される光源駆動信号は、少なくとも各画素行の画素信号の読み出し動作が行われている間はローレベルとなっており、光源１００からの発光は停止される。

光源駆動信号がハイレベルのときは、振幅（電流値）に応じた強度で光源１００から光が発光される。電子内視鏡１２では周囲を暗くした状態で用いられるため、光源１００が発光しているときに限って各画素行の露光動作が行われる。したがって、光源１００の発光期間が各画素行の露光期間となり、全画素行の露光期間は一致するようになる。

光源１００の発光タイミングや発光強度は適宜変更可能であり、光源装置１６のＣＰＵ１１４によって制御される。なお、発光タイミングや発光強度を変化させる場合には、１回の露光動作あたりの露光量（積分光量）が一定となるように制御することが好ましい。例えば、発光時間を短くする場合には、一定の露光量が得られるように発光強度を上げる。なお、本例では、光源１００の発光時間は０〜１／６０秒の間で変更することができる。

＜第４の同時露光モード＞
図９は第２の実施形態に係る固体撮像素子５８の動作モードの他の例を示したタイミングチャート図である。

図９に示した動作モード（第４の同時露光モード）は、グローバルリセット信号を用いることなく、光源１００の発光タイミングや発光強度を制御することにより、全画素行の露光期間を一致させる露光制御が行われる点は、図８に示した動作モード（第３の同時露光モード）と同様である。

第４の同時露光モードでは、第３の同時露光モードのフィールド周期の１／２周期（１／６０秒）でインターレース走査方式による読み出し動作が行われる。なお、第３の同時露光モードのフィールド周期は、第１の同時露光モードのフィールド周期の１／ｍ（但し、ｍは２以上の自然数）でもよい。

第２の実施形態における各動作モード（第３及び第４の同時露光しモード）によれば、光源１００としてＬＥＤ、ＬＤなどの半導体光源が用いられる場合に好適なモードであり、グローバルリセット信号を用いることなく、光源制御のみで全画素行の露光期間を一致させることができる。これにより、ローリングシャッタによる露光制御が行われたときのような画像歪みは発生しない。

また、固体撮像素子５８の制御がシンプルとなるので、固体撮像素子５８を有する撮像チップ５４を簡易な構成で小型化することができ、それによって電子内視鏡１２の挿入部の小型化を図ることが可能となる。

また、静止画撮像時と動画撮像時とで露光時間（即ち、光源１００の発光時間）を変化させる態様が好ましい。具体的には、静止画撮像時には、動画撮像時に比べて光源１００の発光時間を短くするとともに発光強度を上げる。これにより、高速で動く被写体を静止画で撮像する場合でも、高速シャッタによりブレのない撮像が可能となる。

また、第３の同時露光モードは、プログレッシブ走査方式による読み出し動作が行われるため静止画撮像に好適な動作モードである。一方、第４の同時露光モードは、インターレース走査方式による読み出し動作が行われるため、第３の同時露光モードに比べて解像度は劣るものの、画像の更新が速く行われるので、動画撮像時に好適な動作モードである。

第２の実施形態では、光源１００として、ＬＥＤやＬＤなどの半導体光源が好ましく用いられる。例えば、青色ＬＥＤから発せられた青色レーザ光を光ファイバーにより内視鏡挿入部先端側に導き、光ファイバー先端に配置された蛍光体をその青色レーザ光により励起発光させて、白色照明光を照射する光源装置が好ましい。なお、このような光源装置については、特開２００９−２９１３４７号公報、特開２００９−２９７３１１号公報、特開２００９−５６１０７号公報に詳述されている。

また、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、操作部９０（図４参照）の操作に基づき、第３の同時露光モードと第４の同時露光モードを交互に切り替えられる態様が好ましい。また、これらの動作モードの他に、図１１に示した動作モード（ローリングシャッタモード）や図７に示した動作モード（暗時モード）なども含めて切り替えられるようにしてもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下、第１及び第２の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

図１０は第３の実施形態に係る内視鏡システム１０の制御系を示したブロック図である。図１０に示すように、光源装置１６にはＥＥＰＲＯＭ１１６が設けられている。ＥＥＰＲＯＭ１１６には、光源１００の種別情報（光源識別情報）のその他各部の制御に必要なパラメータ情報が記憶されており、ＣＰＵ１１４により読み出されるようになっている。

本実施形態では、プロセッサ装置１４と光源装置１６の電源がオンにされると、これらの間の接続確認が行われ、その後、プロセッサ装置１４のＣＰＵ８２は、光源装置１６のＣＰＵ１１４からＥＥＰＲＯＭ１１６に設定されている光源識別情報を取得する。

そして、ＣＰＵ８２は、光源識別情報に基づき、固体撮像素子５８の動作モードを切り替える。光源装置１６に搭載される光源１００がランプ光源である場合には、第１の実施形態における各動作モードのいずれかに切り替え、光源１００が半導体光源である場合には、第２の実施形態における各動作モードのいずれかに切り替える。

例えば、ランプ光源が用いられる場合には、まず始めに動画撮像に適した第２の同時露光モードに切り替え、その後は、ユーザーによる操作部９０の操作に基づき、静止画撮像に適した第１の同時露光モードと交互に切り替えられるようにする。半導体光源が用いられる場合についても同様である。

また、図１１に示した動作モード（ローリングシャッタモード）や図７に示した動作モード（暗時モード）に切り替えられるようにしてもよい。

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、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…内視鏡システム、１２…電子内視鏡、１４…プロセッサ装置、１６…光源装置、２０…挿入部、２２…操作部、２６…先端部、５４…撮像チップ、５８…固体撮像素子、８２…ＣＰＵ、９０…操作部、１００…光源、１０４…メカニカルシャッタ、１０６…シャッタ駆動回路、１１２…光源駆動回路、１１４…ＣＰＵ

Claims (7)

1. マトリクス状に配列された複数の画素を有するＣＭＯＳ型の固体撮像素子及び被検体を照明する照明光を導光するライトガイドを有する電子内視鏡と、
   前記固体撮像素子の撮像信号から画像データを生成してモニタに出力するプロセッサ装置と、
   前記ライトガイドを介して前記被検体を照明する照明光を発する光源を有する光源装置と、を備えた内視鏡システムであって、
   全画素行の露光動作を同時に開始させるべく全画素行にリセット動作を行わせるリセット信号を供給するものであって、静止画撮像時には動画撮像時よりも前記リセット信号を供給するタイミングを遅くして全画素行の露光期間を短くするリセット信号供給手段と、
   全画素行の露光動作を同時に終了させるべく前記照明光の前記被検体への照射を停止させるものであって、少なくとも各画素行に蓄積された電荷が読み出されている間は前記照明光の前記被検体への照射を停止する照明光制御手段と、
   全画素行の露光動作が終了した後、各画素行に蓄積された電荷を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで読み出す読み出し手段と、を備える内視鏡システムであって、
   前記固体撮像素子の動作モードとして、第１フィールド周期毎に前記読み出し手段がプログレッシブ走査方式による読み出しを行う第１の同時露光モード、前記第１フィールド周期の１／ｎ倍（但し、ｎは２以上の自然数）の第２フィールド周期毎に前記読み出し手段がインターレース走査方式による読み出しを行う第２の同時露光モード、及び各画素行の露光動作及び読み出し動作を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで行う順次露光モードからなる複数の動作モードを含み、
   前記複数の動作モードを切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記順次露光モードは、各画素行の露光動作を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで行うとともに、前記第１フィールド周期毎にプログレッシブ走査方式による読み出しを行うことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記光源はランプ光源であり、
   前記照明光制御手段は、前記照明光の前記被検体への照射を可能とする開放位置と前記照明光の前記被検体への照明を遮断する遮断位置との間で移動可能に構成されたシャッタ部材の駆動を制御するシャッタ制御手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内視鏡システム。
4. マトリクス状に配列された複数の画素を有するＣＭＯＳ型の固体撮像素子及び被検体を照明する照明光を導光するライトガイドを有する電子内視鏡と、
   前記固体撮像素子の撮像信号から画像データを生成してモニタに出力するプロセッサ装置と、
   前記ライトガイドを介して前記被検体を照明する照明光を発する光源を有する光源装置と、を備えた内視鏡システムであって、
   全画素行の露光動作を同時に開始させるとともに同時に終了させるべく前記光源の発光タイミング及び発光強度を制御可能であり、少なくとも各画素行に蓄積された電荷が読み出されている間は前記光源からの発光を停止し、さらに静止画撮像時には動画撮像時よりも前記光源の発光時間を短くして全画素行の露光期間を短くする光源制御手段と、
   全画素行の露光動作が終了した後、各画素行に蓄積された電荷を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで読み出す読み出し手段と、を備える内視鏡システムであって、
   前記固体撮像素子の動作モードとして、第３フィールド周期毎に前記読み出し手段がプログレッシブ走査方式による読み出しを行う第３の同時露光モード、前記第３フィールド周期の１／ｎ倍（但し、ｎは２以上の自然数）の第４フィールド周期毎に前記読み出し手段がインターレース走査方式による読み出しを行う第４の同時露光モード、及び各画素行の露光動作及び読み出し動作を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで行う順次露光モードからなる複数の動作モードを含み、
   前記複数の動作モードを切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
5. 前記順次露光モードは、各画素行の露光動作を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで行うとともに、前記第３フィールド周期毎にプログレッシブ走査方式による読み出しを行うことを特徴とする請求項４に記載の内視鏡システム。
6. 前記光源は半導体光源であることを特徴とする請求項４又は５に記載の内視鏡システム。
7. マトリクス状に配列された複数の画素を有するＣＭＯＳ型の固体撮像素子及び被検体を照明する照明光を導光するライトガイドを有する電子内視鏡と、
   前記固体撮像素子の撮像信号から画像データを生成してモニタに出力するプロセッサ装置と、
   前記ライトガイドを介して前記被検体を照明する照明光を発する光源を有する光源装置と、を備えた内視鏡システムであって、
   全画素行の露光動作を同時に開始させるべく全画素行にリセット動作を行わせるリセット信号を供給するものであって、静止画撮像時には動画撮像時よりも前記リセット信号を供給するタイミングを遅くして全画素行の露光期間を短くするリセット信号供給手段と、
   全画素行の露光動作を同時に終了させるべく前記照明光の前記被検体への照射を停止させるものであって、少なくとも各画素行に蓄積された電荷が読み出されている間は前記照明光の前記被検体への照射を停止する照明光制御手段と、
   全画素行の露光動作を同時に開始させるとともに同時に終了させるべく前記光源の発光タイミング及び発光強度を制御可能であり、少なくとも各画素行に蓄積された電荷が読み出されている間は前記光源からの発光を停止し、さらに静止画撮像時には動画撮像時よりも前記光源の発光時間を短くして全画素行の露光期間を短くする光源制御手段と、
   全画素行の露光動作が終了した後、各画素行に蓄積された電荷を画素行毎に時間軸方向に順次ずれたタイミングで読み出す読み出し手段と、
   前記光源の種別を判別する光源判別手段と、を備え、
   前記固体撮像素子の複数の動作モードとして、
   前記リセット信号供給手段及び前記照明光制御手段によって露光制御が行われるモードであって、第１フィールド周期毎に前記読み出し手段がプログレッシブ走査方式による読み出しを行う第１の同時露光モードと、前記第１フィールド周期の１／ｎ₁倍（但し、ｎ₁は２以上の自然数）の第２フィールド周期毎に前記読み出し手段がインターレース走査方式による読み出しを行う第２の同時露光モードと、を含むとともに、
   前記光源制御手段によって露光制御が行われるモードであって、第３フィールド周期毎に前記読み出し手段がプログレッシブ走査方式による読み出しを行う第３の同時露光モードと、前記第３フィールド周期の１／ｎ₂倍（但し、ｎ₂は２以上の自然数）の第４フィールド周期毎に前記読み出し手段がインターレース走査方式による読み出しを行う第４の同時露光モードと、を含み、
   前記光源判別手段で判別された前記光源の種別に応じて、前記複数の動作モードの中から任意の動作モードに切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする内視鏡システム。

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