JP6560968B2 - 内視鏡システム及びその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡システム及びその制御方法に関する。

近年の医療においては、電子内視鏡（以下、内視鏡という）、内視鏡用光源装置（以下、光源装置という）、及びプロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断等が広く行われている。光源装置は、照明光を発生する。内視鏡は、光源装置から照明光が供給され、この照明光を先端部から検体に照射させる。また、内視鏡は、照明光が照射された検体内を、先端部に内蔵された撮像素子により撮像して撮像信号を生成する。プロセッサ装置は、内視鏡が生成した撮像信号を画像処理して、モニタに表示するための観察画像を生成する。

従来の内視鏡システムでは、内視鏡の撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の撮像素子が用いられているが、近年ではＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）型の撮像素子が用いられつつある（特許文献１参照）。一般的に、ＣＭＯＳ型の撮像素子では、撮像部に構成された複数の画素行を、１画素行ずつ順に信号読み出しを行うローリングシャッタ方式が採用されている。

ローリングシャッタ方式では露光タイミングが１画素行ずつ順にずれるため、いわゆる同時性を確保するためには、照明光の点灯及び消灯を制御する必要がある。具体的には、信号読み出し期間に、照明光を消灯させ、その他の期間内に照明光を点灯させることで、同時性が確保される。

また、光源装置には、従来、照明光として白色光を発するキセノンランプやハロゲンランプ等のランプ光源が使用されていたが、最近では、ランプ光源に代えて、特定の色の光を発するレーザダイオード（ＬＤ：Laser diode）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light emitting diode）等の半導体光源が用いられつつある（特許文献２参照）。

しかし、半導体光源は、ランプ光源に比べて輝度が低いため、高輝度化が望まれている。半導体光源では、赤色光、緑色光、及び青色光の少なくとも３色の光を混合して白色光が生成されるが、これらのうち、輝度に最も起因するのは緑色光であるので、緑色光の光量の増加を図ることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３では、青色レーザ光源と緑色蛍光体とを設け、緑色蛍光体を青色レーザ光により励起させることで、緑色光の光量を増加させている。

特開２０１３−１７４９０５号公報 特開２０１３−０４２８５４号公報 特開２０１３−２１５４３５号公報

特許文献１に記載のように、内視鏡の撮像素子としてローリングシャッタ方式のＣＭＯＳ型撮像素子を用いる場合には、同時性確保のために照明光を消灯させる消灯期間を設ける必要があり、この消灯期間の分だけ照明光の発光時間を短くする必要がある。高フレームレートでＣＭＯＳ型撮像素子を駆動する場合には、発光時間をより短く設定する必要がある。

しかしながら、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳ型撮像素子を用いた内視鏡システムにおいて、特許文献２に記載のように半導体光源を用いる場合には、半導体光源の発光強度が小さく、発光時間を短く設定する必要があることにより、十分な光量が得られない。特許文献３に記載のように、緑色光の光量の増加が望まれているが、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳ型撮像素子と半導体光源とを用いた内視鏡システムでは、十分な光量が得られないのが現状である。

また、色の異なる複数の半導体光源を１フレーム期間内に順次点灯（時分割点灯）させる場合には、１つの半導体光源当たりの発光時間をさらに短く設定する必要があるので、光量がさらに不足するという問題がある。

本発明は、１画素行ずつ順に信号読み出しを行うＣＭＯＳ型撮像素子と、半導体光源とを備え、十分な光量を得ることを可能とする内視鏡システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、光源部と、内視鏡と、撮像制御部と、光源制御部とを備える。光源部は、第１の色の光である第１光を発する複数の第１半導体発光素子が設けられた第１光源と、第１光源とは色が異なる第２光を発する第２半導体発光素子が設けられた第２光源とを有する。内視鏡は、複数の画素行が構成され、１画素行ずつ順に信号読み出しを行うＣＭＯＳ型撮像素子を有する。撮像制御部は、ＣＭＯＳ型撮像素子を１フレーム周期ごとに駆動させ、各フレーム周期内で１画素行ずつ順に信号読み出しを行わせる。光源制御部は、ＣＭＯＳ型撮像素子の信号読み出しが行われる信号読み出し期間に複数の第１半導体発光素子を消灯させ、複数の画素行が受光可能である受光可能期間に、複数の第１半導体発光素子のうち少なくとも１つの第１半導体発光素子に、発光強度と駆動電流との関係が非線形である非線形領域の駆動電流を印加することにより点灯させ、駆動電流の印加時間を制御することで、第１光源の射出光量を制御し、その他の少なくとも１つの第１半導体発光素子に線形領域の電流を印加し、第２半導体発光素子に非線形領域の駆動電流を印加する。

複数の第１半導体発光素子に対する駆動電流の設定値が記憶された設定テーブルを有し、光源制御部は、設定テーブルに記憶された設定値に基づいて、複数の第１半導体発光素子に駆動電流を印加することが好ましい。

設定テーブルには、設定値が内視鏡の種類ごとに記憶されていることが好ましい。

内視鏡は、内視鏡の種類を表す識別情報を記憶した識別情報記憶部を有しており、光源制御部は、内視鏡の種類に応じて設定テーブルから選択された設定値に基づいて、複数の第１半導体発光素子に駆動電流を印加することが好ましい。

撮像制御部は、印加時間が所定時間よりも短い場合に、フレーム周期を短くし、フレームレートを上げることが好ましい。

光源部は、第１光源とは色が異なる光を発する第２光源を有し、光源制御部は、第１光源と第２光源とを、１フレーム周期内において時分割点灯させることにより照明光を生成することが好ましい。

撮像制御部は、１フレーム周期内において、照明光の生成開始直前に、ＣＭＯＳ型撮像素子をリセットさせることが好ましい。また、光源部は、第１光源または第２光源とは互いに色が異なる第３光を発する第３半導体発光素子が設けられた第３光源を有し、光源制御部は、第３半導体発光素子に非線形領域の駆動電流を印加することが好ましい。また、第１光源は、緑色光を発し、第２光源は、青色光を発し、第３光源は、赤色光を発することが好ましい。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、第１光を発する複数の第１半導体発光素子が設けられた第１光源を有する光源部と、複数の画素行が構成され、１画素行ずつ順に信号読み出しを行うＣＭＯＳ型撮像素子を有する内視鏡とを備える内視鏡システムの作動方法において、撮像制御部が、ＣＭＯＳ型撮像素子を１フレーム周期ごとに駆動させ、各フレーム周期内で１画素行ずつ順に信号読み出しを行わせるステップ、光源制御部が、ＣＭＯＳ型撮像素子の信号読み出しが行われる信号読み出し期間に複数の第１半導体発光素子を消灯させ、複数の画素行が受光可能である受光可能期間に、複数の第１半導体発光素子のうち少なくとも１つの第１半導体発光素子に、発光強度と駆動電流との関係が非線形となる非線形領域の駆動電流を印加することにより点灯させ、駆動電流の印加時間を制御することで、第１光源の射出光量を制御し、その他の少なくとも１つの第１半導体発光素子に線形領域の電流を印加し、第２半導体発光素子に非線形領域の駆動電流を印加するステップ、を行う。

本発明によれば、光源部が、第１光を発する複数の第１半導体発光素子が設けられた第１光源を有し、光源制御部は、ＣＭＯＳ型撮像素子の信号読み出しが行われる信号読み出し期間に複数の第１半導体発光素子を消灯させ、複数の画素行が受光可能である受光可能期間に、複数の第１半導体発光素子のうち少なくとも１つの第１半導体発光素子に、発光強度と駆動電流との関係が非線形である非線形領域の駆動電流を印加することにより点灯させるので、十分な光量を得ることができる。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡の先端部の正面図である。 ライトガイド及び導光ロッドの構成を示す図である。 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。 ＣＭＯＳ型撮像素子の構成を示す図である。 カラーフィルタアレイの構成を示す図である。 カラーフィルタの光透過率を示すグラフである。 画素の回路構成を示す図である。 光源部の構成を示す図である。 照明光の波長スペクトルを示すグラフである。 第１光源の構成を示す図である。 狭帯域光観察用フィルタの分光波長特性を示すグラフである。 ＬＥＤチップの駆動電流に対する発光強度の特性を示すグラフである。 設定テーブルの一例を示す図である。 第１ＬＥＤチップの配置を示す図である。 ４つの第１ＬＥＤチップに対する駆動電流と総発光強度との関係を示す図である。 狭帯域光観察モードにおける発光及び撮像タイミングを示す図である。 狭帯域光観察モードにおける最大発光時の発光及び撮像タイミングを示す図である。 通常光観察モードにおける発光及び撮像タイミングを示す図である。 発光及び撮像タイミングの変形例を示す図である。 第１光源の発光面の中心を集光光学系の光軸に対してオフセットさせた例を示す図である。 ４つの第１ＬＥＤチップに対する駆動電流と総発光強度との関係の変形例を示す図である。

図１において、内視鏡システム１０は、検体として生体内の観察部位を撮像する電子内視鏡（以下、単に内視鏡という）１１と、撮像により得られた撮像信号に基づいて観察部位の表示画像を生成するプロセッサ装置１２と、観察部位を照射する照明光を内視鏡１１に供給する内視鏡用光源装置（以下、単に光源装置という）１３と、表示画像を表示するモニタ１４とを備えている。プロセッサ装置１２には、キーボードやマウス等の操作入力部１５が接続されている。

内視鏡１１は、生体内（消化器官や気管支内）に挿入される挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、内視鏡１１をプロセッサ装置１２及び光源装置１３に接続するためのユニバーサルコード１８とを備えている。挿入部１６は、先端部１９、湾曲部２０、及び可撓管部２１で構成されており、先端側からこの順番に連結されている。

先端部１９の先端面には、図２に示すように、観察部位に照明光を照射する２つの照明窓２２と、観察部位の像を取り込むための観察窓２３と、観察窓２３を洗浄するために送気・送水を行う送気・送水ノズル２４と、鉗子や電気メス等の処置具を突出させて各種処置を行うための鉗子出口２５とが設けられている。観察窓２３の奥には、ＣＭＯＳ型撮像素子３５（図４参照）が内蔵されている。

湾曲部２０は、連結された複数の湾曲駒で構成されており、操作部１７のアングルノブ２６の操作に応じて、上下左右方向に湾曲する。湾曲部２０を湾曲させることにより、先端部１９が所望の方向に向けられる。可撓管部２１は、可撓性を有しており、食道や腸等の曲がりくねった管道に挿入可能である。挿入部１６には、信号ケーブル（図示せず）や、導光ロッド３２及びライトガイド３３（図４参照）が挿通されている。信号ケーブルは、ＣＭＯＳ型撮像素子３５を駆動するための駆動信号や、ＣＭＯＳ型撮像素子３５が出力する撮像信号を伝達する。導光ロッド３２及びライトガイド３３は、光源装置１３から供給される照明光を照明窓２２まで導光する。導光ロッドは、ライトパイプとも称される。

操作部１７には、アングルノブ２６の他、処置具を挿入するための鉗子口２７、送気・送水ノズル２４から送気・送水を行う際に操作される送気・送水ボタン２８、静止画像を撮影するためのフリーズボタン（図示せず）等が設けられている。

ユニバーサルコード１８には、挿入部１６から延設される通信ケーブルや、導光ロッド３２及びライトガイド３３が挿通されており、プロセッサ装置１２及び光源装置１３側の一端には、コネクタ２９が取り付けられている。コネクタ２９は、通信用コネクタ２９ａと光源用コネクタ２９ｂからなる複合タイプのコネクタである。通信用コネクタ２９ａと光源用コネクタ２９ｂとは、プロセッサ装置１２と光源装置１３とにそれぞれ着脱自在に接続される。通信用コネクタ２９ａには通信ケーブルの一端が配置されている。光源用コネクタ２９ｂには導光ロッド３２が配置されている。

図３において、導光ロッド３２は、ライトガイド３３の光源装置１３側に配置されている。導光ロッド３２の入射端面３２ａは、光源装置１３で発せられた照明光が入射する光入射面（以下、光入射面３２ａという）である。導光ロッド３２は、中実な透明材料（ポリカーボネート等の透明樹脂材や、透明ガラス）で形成されている。導光ロッド３２は、円筒状であり、その中心光路Ｌ１に直交する断面形状は円形である。すなわち、光入射面３２ａの形状は円形である。ここで、中心光路Ｌ１とは、導光ロッド３２内を伝搬する光の光路の中心軸（すなわち、導光ロッド３２の中心軸）を指している。

ライトガイド３３は、複数の光ファイバ３４が束ねられたファイババンドルであり、その中心光路Ｌ２に直交する断面形状は円形である。ライトガイド３３には、数百〜数千本の光ファイバ３４が含まれている。導光ロッド３２の射出端面３２ｂとライトガイド３３の入射端面３３ａとは、互いに対向した状態で光学的に接合されている。導光ロッド３２の中心光路Ｌ１とライトガイド３３の中心光路Ｌ２とは、ほぼ一致している。ここで、「光学的に接合」とは、導光ロッド３２とライトガイド３３とが当接された状態で保持されている状態や、導光ロッド３２とライトガイド３３とが透明な接着剤を用いて接合されている状態をいう。ここで、中心光路Ｌ２とは、ライトガイド３３内を伝搬する光の光路の中心軸（すなわち、ライトガイド３３の中心軸）を指している。

導光ロッド３２の径（断面の直径）Ｄ１と、ライトガイド３３の径（断面の直径）Ｄ２とは、Ｄ１≧Ｄ２の関係を満たすように設定されている。すなわち、導光ロッド３２の射出端面３２ｂは、ライトガイド３３の入射端面３３ａを覆っている。これは、導光ロッド３２からライトガイド３３の各光ファイバ３４に均一な光を供給するためである。

ライトガイド３３は、２つの照明窓２２にそれぞれ光を導光させるように、入射端面３３ａとは逆の射出端面側が２本に分岐している。

以上のように構成される内視鏡１１は、その種類に応じて、挿入部１６の外径、導光ロッド３２の径Ｄ１、ライトガイド３３の径Ｄ２等が異なる。光源装置１３には、複数種類の内視鏡１１が接続可能に構成されている。内視鏡１１の種類には、上部消化器官内視鏡、下部消化器官内視鏡、気管支鏡等がある。

図２に示した照明窓２２、観察窓２３、送気・送水ノズル２４、及び鉗子出口２５の配置は、ある内視鏡１１の一例である。照明窓２２、観察窓２３、送気・送水ノズル２４、及び鉗子出口２５の配置や、照明窓２２の数は、内視鏡１１の種類によって異なる。

図４において、プロセッサ装置１２には、内視鏡１１の通信用コネクタ２９ａが着脱自在に接続される内視鏡接続部１２ａが設けられている。光源装置１３には、内視鏡１１の光源用コネクタ２９ｂが着脱自在に接続される内視鏡接続部１３ａが設けられている。

光源装置１３は、光源部３０と、光源制御部３１とを有している。光源部３０は、光源制御部３１の制御に基づき、照明光を生成して出力する。光源部３０から出力された照明光は、内視鏡接続部１３ａに接続された内視鏡１１の光源用コネクタ２９ｂの光入射面３２ａに入射する。

内視鏡１１は、導光ロッド３２と、ライトガイド３３と、ＣＭＯＳ型撮像素子３５と、撮像駆動部３６と、照射レンズ３７と、対物光学系３８と、識別情報記憶部３９とを有している。光源用コネクタ２９ｂが内視鏡接続部１３ａに接続されたときに、光源用コネクタ２９ｂに配置された導光ロッド３２の入射端面（光入射面）３２ａが光源部３０の射出端に対向する。

照射レンズ３７は、各照明窓２２に対応して配置されている。光源装置１３から供給された照明光は、導光ロッド３２及びライトガイド３３を介して、各照射レンズ３７へ導光される。照射レンズ３７は、凹レンズであり、ライトガイド３３から射出される照明光を、照明窓２２を介して、観察部位の広い範囲に照射する。

対物光学系３８は、観察窓２３に対応して配置されている。ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、対物光学系３８に対応して配置されている。照明光が照射された観察部位の光像（反射光）は、観察窓２３を通して対物光学系３８に入射し、対物光学系３８によってＣＭＯＳ型撮像素子３５の撮像面３５ａに結像される。

ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、同時式のカラーセンサであり、照明光が照射された観察対象からの戻り光を受光して画像信号を出力する。このＣＭＯＳ型撮像素子３５は、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の色ごとに受光可能で、かつ色ごとに受光期間が変更可能に構成されている。ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、画像信号として、Ｂ画素信号、Ｇ画素信号、Ｒ画素信号からなるＲＧＢ画像信号を出力する。

識別情報記憶部３９は、内視鏡１１の種類を表す種類情報や、使用可能な検査項目情報等を含む識別情報を記憶している。ここで、種類情報には、導光ロッド３２の径Ｄ１を表す情報が含まれている。識別情報記憶部３９は、内視鏡１１がプロセッサ装置１２に接続された際に、プロセッサ装置１２内のコントローラ４０によって読み取られる。

プロセッサ装置１２は、制御部としてのコントローラ４０と、ＤＳＰ（Digital signal processor）４１と、フレームメモリ４２と、画像処理部４３と、表示制御部４４とを有している。コントローラ４０は、ＣＰＵ（Central processing unit）、制御プログラムや制御に必要な設定データを記憶するＲＯＭ（Read-only memory）や、制御プログラムをロードする作業メモリとしてのＲＡＭ（Random-access memory）等を有し、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより、プロセッサ装置１２の各部と、光源制御部３１と、撮像駆動部３６とを制御する。コントローラ４０は、撮像制御部としても機能する。

コントローラ４０は、ＣＭＯＳ型撮像素子３５を周期的に（１フレーム周期ごとに）駆動させる。ＤＳＰ４１は、通信用コネクタ２９ａを介して、内視鏡１１内のＣＭＯＳ型撮像素子３５から入力される撮像信号に対して、画素補間処理、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の信号処理を施す。画素補間処理は、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の各信号について画素補間処理を行う。ＤＳＰ４１は、信号処理を施した撮像信号を、１フレーム周期ごとに画像データとして、フレームメモリ４２に記憶させる。

また、ＤＳＰ４１は、ＣＭＯＳ型撮像素子３５から入力された撮像信号に基づき、ＣＭＯＳ型撮像素子３５への入射光量を算出する機能を有している。例えば、ＤＳＰ４１は、各画素ごとに、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号に基づいて輝度値を算出し、全ての画素に渡って輝度値を積算した積算値に基づいて入射光量を算出する。

画像処理部４３は、フレームメモリ４２から画像データを読み出して、所定の画像処理を施し、観察画像を生成する。表示制御部４４は、画像処理部４３により生成された画像を、コンポジット信号やコンポーネント信号等のビデオ信号に変換してモニタ１４に出力する。

図５において、ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、画素アレイ部５０と、読み出し走査回路５１と、リセット走査回路５２と、カラムＡＤＣ（Analog-to-digital converter）回路５３と、ラインメモリ５４と、列走査回路５５と、タイミングジェネレータ（ＴＧ：Timing generator）５６とを有する。ＴＧ５６は、プロセッサ装置１２のコントローラ４０から入力される撮像制御信号に基づいてタイミング信号を発生し、各部を制御する。

画素アレイ部５０は、複数の画素５０ａが行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）にマトリクス状に２次元配列されたものであり、撮像面３５ａに設けられている。画素アレイ部５０には、行方向に沿って、行選択線ＬＳ及び行リセット線ＬＲが配されており、列方向に沿って列信号線ＬＶが配されている。

行選択線ＬＳ及び行リセット線ＬＲは、１画素行ごとに設けられている。列信号線ＬＶは、１画素列ごとに設けられている。ここで、画素行とは、行方向に並んだ１行分の画素５０ａを指している。画素列とは、列方向に並んだ１列分の画素５０ａを指している。

画素アレイ部５０の光入射側には、図６に示すように、カラーフィルタアレイ５８が設けられている。カラーフィルタアレイ５８は、緑色（Ｇ）フィルタ５８ａ、青色（Ｂ）フィルタ５８ｂ、及び赤色（Ｒ）フィルタ５８ｃを有している。これらのフィルタのうちいずれか１つが各画素５０ａ上に配置されている。カラーフィルタアレイ５８の色配列は、ベイヤー配列であり、Ｇフィルタ５８ａが市松状に１画素おきに配置され、残りの画素上に、Ｂフィルタ５８ｂとＲフィルタ５８ｃとがそれぞれ正方格子状となるように配置されている。

カラーフィルタアレイ５８は、図７に示す分光特性を有する。Ｇフィルタ５８ａは、約４５０〜６３０ｎｍの波長域に対して高い光透過率を有している。Ｂフィルタ５８ｂは、約３８０〜５６０ｎｍの波長域に対して高い光透過率を有している。Ｒフィルタ５８ｃは、約５８０〜７６０ｎｍの波長域に対して高い光透過率を有している。

以下、Ｇフィルタ５８ａが配置された画素５０ａをＧ画素と称し、Ｂフィルタ５８ｂが配置された画素５０ａをＢ画素と称し、Ｒフィルタ５８ｃが配置された画素５０ａをＲ画素と称する。偶数（０，２，４，・・・，Ｎ−１）の各画素行には、Ｂ画素とＧ画素とが交互に配置されている。奇数（１，３，５，・・・，Ｎ）の各画素行には、Ｇ画素とＲ画素とが交互に配置されている。１画素行内の各画素５０ａは、行選択線ＬＳ及び行リセット線ＬＲに共通に接続されている。

各画素５０ａは、図８に示すように、フォトダイオードＰＤ１と、アンプトランジスタＭ１と、画素選択トランジスタＭ２と、リセットトランジスタＭ３とを有する。フォトダイオードＰＤ１は、入射光を光電変換して入射光量に応じた信号電荷を生成し、これを蓄積する。アンプトランジスタＭ１は、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷を電圧値（画素信号）に変換する。画素選択トランジスタＭ２は、行選択線ＬＳにより制御され、アンプトランジスタＭ１により生成された画素信号を列信号線ＬＶに出力させる。リセットトランジスタＭ３は、行リセット線ＬＲにより制御され、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷を電源線に破棄（リセット）する。

読み出し走査回路５１は、ＴＧ５６から入力されるタイミング信号に基づいて、行選択信号を発生する。読み出し走査回路５１は、信号読み出し動作時に、行選択線ＬＳに行選択信号を与えることにより、行選択信号が与えられた行選択線ＬＳに接続された画素５０ａの画素信号を、列信号線ＬＶに出力させる。

リセット走査回路５２は、ＴＧ５６から入力されるタイミング信号に基づいて、リセット信号を発生する。リセット走査回路５２は、リセット動作時に、行リセット線ＬＲにリセット信号を与えることにより、リセット信号が与えられた行リセット線ＬＲに接続された画素５０ａをリセットする。

カラムＡＤＣ回路５３には、信号読み出し動作時に列信号線ＬＶに出力された画素信号が入力される。カラムＡＤＣ回路５３は、各列信号線ＬＶにＡＤＣが接続されてなり、各列信号線ＬＶから入力される画素信号を、時間とともに階段状に変化する参照信号（ランプ波）と比較することにより、デジタル信号に変換してラインメモリ５４に出力する。

ラインメモリ５４は、カラムＡＤＣ回路５３によりデジタル化された１行分の画素信号を保持する。列走査回路５５は、ＴＧ５６から入力されるタイミング信号に基づいて、ラインメモリ５４を走査することにより、画素信号を出力端子Ｖｏｕｔから順に出力させる。出力端子Ｖｏｕｔから出力される１フレーム分の画素信号が前述のＲＧＢ画像信号である。

ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、信号読み出し方式として、「順次読み出し方式」により信号読み出しが実行される。具体的には、読み出し走査回路５１により、各画素行の行選択線ＬＳが順に選択されながら、選択された行選択線ＬＳに行選択信号が与えられる。これにより、画素アレイ部５０の全画素５０ａについて、先頭画素行「０」から最終画素行「Ｎ」まで、１画素行ずつ順に信号読み出しが行われる。

また、ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、リセット方式として、「順次リセット方式」及び「一括リセット方式」が実行可能である。順次リセット方式では、リセット走査回路５２により行リセット線ＬＲが順に選択されながら、選択された行リセット線ＬＲにリセット信号が与えられる。これにより、順次リセット方式では、先頭画素行「０」から最終画素行「Ｎ」まで、１画素行ずつ順にリセットが行われる。

一括リセット方式では、リセット走査回路５２により全ての行リセット線ＬＲが選択され、全ての行リセット線ＬＲに一括してリセット信号が与えられる。これにより、画素アレイ部５０の全画素行が一括して同時にリセットされる。

なお、図５には示していないが、ＣＭＯＳ型撮像素子３５には、相関二重サンプリング（ＣＤＳ；Correlated Double Sampling）回路や、自動利得制御（ＡＧＣ；Automatic Gain Control）回路も適宜設けられる。ＣＤＳ回路は、画素５０ａから各列信号線ＬＶに出力される画素信号に相関二重サンプリング処理を行う。ＡＧＣ回路は、相関二重サンプリング処理が行われた画素信号に対してゲイン調整を行う。

図９において、光源部３０は、半導体光源としての第１光源６０、第２光源６１、及び第３光源６２と、集光光学系６３とを有している。第１光源６０は、４つの矩形状の第１ＬＥＤチップ６０ａと、第１ＬＥＤチップ６０ａが実装された基板６０ｂとにより構成されている。第１光源６０には、高輝度化を図るために複数の第１ＬＥＤチップ６０ａを設けている。

これに対して、第２光源６１は、１つの矩形状の第２ＬＥＤチップ６１ａと、第２ＬＥＤチップ６１ａが実装された基板６１ｂとにより構成されている。同様に、第３光源６２は、１つの矩形状の第３ＬＥＤチップ６２ａと、第３ＬＥＤチップ６２ａが実装された基板６２ｂとにより構成されている。第１〜第３ＬＥＤチップ６０ａ〜６２ａは、半導体発光素子である。

第１光源６０、第２光源６１、及び第３光源６２は、それぞれ光源制御部３１により駆動制御される。第１ＬＥＤチップ６０ａは、図１０に示すように、発光波長帯域が約４７０ｎｍ〜５９０ｎｍであり、ピーク波長が約５４０ｎｍである緑色光（第１光）ＬＧを発する。第２ＬＥＤチップ６１ａは、発光波長帯域が約４３０ｎｍ〜４８０ｎｍであり、ピーク波長が約４５５ｎｍである青色光（第２光）ＬＢを発する。第３ＬＥＤチップ６２ａは、発光波長帯域が約５８０ｎｍ〜６４０ｎｍであり、ピーク波長が約６２０ｎｍである赤色光（第３光）ＬＲを発する。

集光光学系６３は、第１〜第３コリメータレンズ６４〜６６と、集光レンズ６７と、第１及び第２ダイクロイックミラー（ＤＭ）６８，６９とを有している。第１コリメータレンズ６４は、第１光源６０から発せられた緑色光ＬＧを集光し、集光した緑色光ＬＧを平行光として射出する。第２コリメータレンズ６５は、第２光源６１から発せられた青色光ＬＢを集光し、集光した青色光ＬＢを平行光として射出する。第３コリメータレンズ６６は、第３光源６２から発せられた赤色光ＬＲを集光し、集光した赤色光ＬＲを平行光として射出する。なお、第１〜第３コリメータレンズ６４〜６６が平行化する光は、完全に平行光でなくてもよく、実質的に平行とみなせる程度であれば良い。この平行光の平行度は、第１〜第３コリメータレンズ６４〜６６の各レンズ位置から、集光レンズ６７の位置までの距離が長いほど、高いことが好ましい。

第１コリメータレンズ６４から射出された緑色光ＬＧの光路と、第２コリメータレンズ６５から射出された青色光ＬＢの光路とは直交しており、この交点に第１ＤＭ６８が配置されている。第１ＤＭ６８の一方の面に緑色光ＬＧが４５°の角度で入射し、他方の面に青色光ＬＢが４５°の角度で入射する。第１ＤＭ６８は、緑色光ＬＧの波長帯域と青色光ＬＢの波長帯域との間に閾値を有し、緑色光ＬＧを透過させて、青色光ＬＢを反射させる。したがって、第１ＤＭ６８は、青色光ＬＢとの光路を、緑色光ＬＧの光路に統合する。

第１ＤＭ６８により統合された緑色光ＬＧの光路と、第３コリメータレンズ６６から射出された赤色光ＬＲの光路とは直交しており、この交点に第２ＤＭ６９が配置されている。第２ＤＭ６９の一方の面に緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢが４５°の角度で入射し、他方の面に赤色光ＬＲが４５°の角度で入射する。第２ＤＭ６９は、赤色光ＬＲの波長帯域と緑色光ＬＧの波長帯域との間に閾値を有し、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを透過させて、赤色光ＬＲを反射させる。したがって、第２ＤＭ６９は、赤色光ＬＲの光路を、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの光路に統合する。

第２ＤＭ６９から射出された緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、及び赤色光ＬＲは、照明光として集光レンズ６７に入射する。集光レンズ６７は、入射した照明光を、内視鏡接続部１３ａに接続された内視鏡１１の光入射面３２ａを含む領域Ｒ１に集光する。集光光学系６３の光軸Ｌｃは、光入射面３２ａの中心（中心光路Ｌ１）にほぼ一致するように設定されている。したがって、集光光学系６３は、光入射面３２ａの中心に光軸Ｌｃを合わせ、光入射面３２ａを含む領域Ｒ１に照明光を集光する。なお、第１コリメータレンズ６４の中心は、集光光学系６３の光軸Ｌｃと一致している。

領域Ｒ１は、集光光学系６３により、第１光源６０、第２光源６１、及び第３光源６２のそれぞれから射出された光の光像が投影される領域であるので、以下、投影領域Ｒ１と呼ぶ。

投影領域Ｒ１は、内視鏡接続部１３ａに接続可能な内視鏡１１のうち、導光ロッド３２の径Ｄ１が最も大きい内視鏡１１の光入射面３２ａよりも大きい。すなわち、集光光学系６３は、内視鏡接続部１３ａに接続可能な全種類の内視鏡１１の光入射面３２ａを含む投影領域Ｒ１に照明光を入射させる。

図１１において、第１光源６０に含まれる４つの第１ＬＥＤチップ６０ａは、それぞれ同一形状であって、基板６０ｂ上に２次元アレイ状に配列されている。具体的には、第１ＬＥＤチップ６０ａは、集光光学系６３の光軸Ｌｃに直交し、かつ互いに直交する行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）にそれぞれ２個ずつ並べられている。第１光源６０の発光面（第１発光面）６０ｃは、２次元アレイ状に配列された４つの第１ＬＥＤチップ６０ａにより構成されている。発光面６０ｃには、光軸Ｌｃが直交している。

４つの第１ＬＥＤチップ６０ａは、可能な限り敷き詰めて配置されているが、行方向及び列方向に隣接する２つの第１ＬＥＤチップ６０ａの間には、わずかに隙間が存在する。また、隣接する第１ＬＥＤチップ６０ａの隙間を完全になくすように実装したとしても、第１ＬＥＤチップ６０ａの周縁部は不発光であるので、発光面６０ｃ内において、隣接した２つの第１ＬＥＤチップ６０ａの境界には、緑色光ＬＧが発せられない不発光帯Ｂが生じる。本実施形態では、第１ＬＥＤチップ６０ａは、「２×２」の２次元アレイ配列であるので、不発光帯Ｂはクロス状に生じる。なお、不発光帯Ｂとは、緑色光ＬＧが完全にゼロである領域に限られず、周囲より光量が低下した領域も含まれる。

本実施形態では、第１光源６０は、発光面６０ｃの中心Ａｃが、集光光学系６３の光軸Ｌｃに一致した状態で配置されている。発光面６０ｃ中の集光領域Ｒ２から集光された緑色光ＬＧの光像は、集光光学系６３によりほぼ等倍または拡大されて、光入射面３２ａに位置する投影領域Ｒ１に投影される。

第２光源６１は、１つの第２ＬＥＤチップ６１ａのみを有するので、図９に示すように、第２光源６１は、その発光面（第２発光面）６１ｃの中心が、集光光学系６３の光軸Ｌｃに一致するように配置されている。同様に、第３光源６２は、その発光面（第３発光面）６２ｃの中心が、集光光学系６３の光軸Ｌｃに一致するように配置されている。

また、集光光学系６３は、第２ＤＭ６９と集光レンズ６７との間に、可動式の狭帯域光観察用フィルタ７０が配置されている。狭帯域光観察用フィルタ７０は、駆動部（図示せず）により、第２ＤＭ６９と集光レンズ６７との間の光路上に挿脱される。狭帯域光観察用フィルタ７０の駆動制御は、光源制御部３１により行われる。

内視鏡システム１０は、通常光観察モードと狭帯域光観察モードとが可能である。狭帯域光観察用フィルタ７０は、通常光観察モード時には光路上から離脱され、狭帯域光観察モード時には光路上に挿入される。通常光観察モードは、照明光として広帯域光を観察部位に照射して撮像を行う通常観察モードである。狭帯域光観察モードとは、照明光として狭帯域光を観察部位に照射して撮像を行う特殊観察モードである。狭帯域光観察モードは、粘膜表層の微細血管等を観察するために用いられる。

図１２に示すように、狭帯域光観察用フィルタ７０は、第１透過帯域部ＴＢ１と第２透過帯域部ＴＢ２とを有している。第１透過帯域部ＴＢ１は、波長が第１波長λ₁以下の波長帯域であり、光透過率がほぼ１００％である。第２透過帯域部ＴＢ２は、波長が第２波長λ₂以上第３波長λ₃以下の波長帯域であり、光透過率がほぼ１００％である。第１透過帯域部ＴＢ１及び第２透過帯域部ＴＢ２以外の波長帯域は、光透過率がほぼ０％である。本実施形態では、λ₁＝４５０ｎｍ、λ₂＝５３０ｎｍ、λ₃＝５５０ｎｍとする。

第１透過帯域部ＴＢ１は、青色光ＬＢから波長４５０ｎｍ以下の青色成分を透過させて青色狭帯域光ＮＬＢを生成する。第２透過帯域部ＴＢ２は、緑色光ＬＧから一部の波長成分（波長５３０〜５５０ｎｍの成分）を透過させて緑色狭帯域光ＮＬＧを生成する。

光源制御部３１は、コントローラ４０の制御に基づき、第１光源６０、第２光源６１、及び第３光源６２のそれぞれの発光強度を制御する。第１〜第３ＬＥＤチップ６０ａ〜６２ａは、それぞれ光源制御部３１により駆動電流が印加されることで発光する。図１３に示すように、第１〜第３ＬＥＤチップ６０ａ〜６２ａの各発光強度の駆動電流に対する特性には、線形領域ＬＲと非線形領域ＮＲとが存在する。線形領域ＬＲは、所定電流Ｉ_TH以下の領域であり、非線形領域ＮＲは、所定駆動電流Ｉ_THより大きい領域である。線形領域ＬＲでは、発光強度と駆動電流との関係が線形である。非線形領域ＮＲでは、発光強度と駆動電流との関係が非線形である。また、非線形領域ＮＲでは、駆動電流の増加量に対する発光強度の増加量が、線形領域ＬＲの場合より小さい。

光源制御部３１は、内視鏡接続部１３ａに接続された内視鏡１１の種類に応じて、第１〜第３ＬＥＤチップ６０ａ〜６２ａに印加する駆動電流を設定する。具体的には、コントローラ４０が、内視鏡１１の識別情報記憶部３９から識別情報を読み取り、読み取った識別情報に基づき、内視鏡１１の種類ごとに適した発光強度が得られる駆動電流を、光源制御部３１により第１〜第３ＬＥＤチップ６０ａ〜６２ａに設定させる。

コントローラ４０は、図１４に示すように、内視鏡１１の種類に対応した駆動電流の設定値が記憶された設定テーブルＳＴを有している。コントローラ４０は、設定テーブルＳＴに基づいて第１〜第３ＬＥＤチップ６０ａ〜６２ａの駆動電流を決定する。また、設定テーブルＳＴには、観察モードごとに、駆動電流の設定値が記憶されている。図１４に示す設定テーブルＳＴは、狭帯域光観察モードで用いられる設定テーブルの例である。

例えば、上部消化器官内視鏡よりも下部消化器官内視鏡のほうが撮像に必要な光量が小さいため、下部消化器官内視鏡に対する駆動電流は、上部消化器官内視鏡の場合よりも低く設定されている。同様に、下部消化器官内視鏡よりも気管支鏡のほうが撮像に必要な光量が小さいため、気管支鏡に対する駆動電流は、下部消化器官内視鏡の場合よりも低く設定されている。

第２光源６１に含まれる第２ＬＥＤチップ６１ａと、第３光源６２に含まれる第３ＬＥＤチップ６２ａとについては、駆動電流として、図１３に示すような非線形領域ＮＲにあるオン電流Ｉ_ONが印加される。このオン電流Ｉ_ONが、内視鏡１１の種類ごとに設定テーブルＳＴに記憶されている。なお、狭帯域光観察モード時には、第３光源６２は消灯状態とされるので、図１４に示す設定テーブルＳＴでは、第３ＬＥＤチップ６２ａの駆動電流の設定値は、０．０Ａ（アンペア）とされている。

第１光源６０には、４つの第１ＬＥＤチップ６０ａが含まれており、これらのうちの少なくとも１つの第１ＬＥＤチップ６０ａに、非線形領域ＮＲにあるオン電流Ｉ_ONが印加される。例えば、図１５に示すように、４つの第１ＬＥＤチップ６０ａを、第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４と区別する。この場合、図１６に示すように、第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４のうちから、非線形領域ＮＲのオン電流Ｉ_ONを印加するものと、駆動電流を「０」とするものとを選択し、その他のものを線形領域ＬＲの駆動電流で駆動する。これにより、第１光源６０の総発光強度の駆動電流に対する関係を、ほぼ線形とすることができる。この場合、オン電流Ｉ_ONは、前述の所定電流Ｉ_THの約２倍であり、「２Ｌ_TH＞Ｌ_ON」の関係を満たすことが好ましい。ここで、「Ｌ_TH」とは、１つの第１ＬＥＤチップ６０ａに所定電流Ｉ_THを印加した場合に得られる発光強度（図１３参照）である。また、「Ｌ_ON」とは、１つの第１ＬＥＤチップ６０ａにオン電流Ｉ_ONを印加した場合に得られる発光強度（図１３参照）である。

具体的には、第１領域Ａでは、第１ＬＥＤチップＧ１，Ｇ２の駆動電流を共に「０」とした状態で、第１ＬＥＤチップＧ３，Ｇ４の駆動電流をそれぞれ線形領域ＬＲで増減させる。第１ＬＥＤチップＧ３，Ｇ４は、それぞれ駆動電流を「０〜Ｉ_TH」の間で変化させることにより、発光強度がそれぞれ「０〜Ｌ_TH」の範囲で線形に変化する。すなわち、第１ＬＥＤチップＧ３，Ｇ４は、両者の組み合わせにより、駆動電流に対して発光強度を、「０〜２Ｌ_TH」の間で線形に変更することが可能である。「２Ｌ_TH＞Ｌ_ON」の関係であるので、線形領域ＬＲにおける第１ＬＥＤチップＧ３，Ｇ４の駆動電流の増減により、総発光強度を、「０〜Ｌ_ON」の範囲で、駆動電流に対して線形に変更することが可能である。

第２領域Ｂでは、第１ＬＥＤチップＧ１にオン電流Ｉ_ONを印加し、第１ＬＥＤチップＧ２の駆動電流を「０」とした状態で、第１ＬＥＤチップＧ３，Ｇ４の駆動電流をそれぞれ線形領域ＬＲで増減させる。上記と同様の理由により、線形領域ＬＲにおける第１ＬＥＤチップＧ３，Ｇ４の駆動電流の増減により、総発光強度を、「Ｌ_ON〜２Ｌ_ON」の範囲で、駆動電流に対して線形に変更することが可能である。

第３領域Ｃでは、第１ＬＥＤチップＧ１，Ｇ２に共にオン電流Ｉ_ONを印加した状態で、第１ＬＥＤチップＧ３，Ｇ４の駆動電流をそれぞれ線形領域ＬＲで増減させる。上記と同様の理由により、線形領域ＬＲにおける第１ＬＥＤチップＧ３，Ｇ４の駆動電流の増減により、総発光強度を、「２Ｌ_ON〜３Ｌ_ON」の範囲で、駆動電流に対して線形に変更することが可能である。

そして、第４領域Ｄでは、第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ３に共にオン電流Ｉ_ONを印加した状態で、第１ＬＥＤチップＧ４の駆動電流をそれぞれ線形領域ＬＲで増減させる。線形領域ＬＲにおける第１ＬＥＤチップＧ４の駆動電流の増減により、総発光強度を、「３Ｌ_ON〜３Ｌ_ON＋Ｌ_TH」の範囲で、駆動電流に対して線形に変更することが可能である。

前述の設定テーブルＳＴには、内視鏡１１の種類ごとに、第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４のそれぞれについて駆動電流が記憶されている。第１光源６０の総発光強度は、図１６に示す総発光強度と駆動電流との関係に基づいて決定されている。

また、光源制御部３１は、コントローラ４０の制御に基づき、第１光源６０、第２光源６１、及び第３光源６２のそれぞれの発光タイミング及び発光時間を制御する。光源制御部３１は、第１〜第３ＬＥＤチップ６０ａ〜６２ａに印加する駆動電流を一定とし、駆動電流の印加時間を制御することで、第１〜第３光源６０〜６２の各射出光量を制御する。

例えば、狭帯域光観察モードでは、光源制御部３１は、駆動電流の印加時間を制御して、第１光源６０と第２光源６１とを順次に時分割点灯させる。コントローラ４０は、ＣＭＯＳ型撮像素子３５の撮像動作に同期させて、光源制御部３１に第１光源６０及び第２光源６１の点灯及び消灯の制御を行わせる。

具体的には、図１７に示すように、ＣＭＯＳ型撮像素子３５の１フレーム周期Ｔ_C内に、それぞれ第１光源６０と第２光源６１とが時分割点灯されて、緑色狭帯域光ＮＬＧと青色狭帯域光ＮＬＢとが生成される。なお、第１光源６０と第２光源６１との点灯順序は、この順番に限られず、逆であっても良い。

本実施形態では、ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、「順次リセット方式」によりリセット動作を行い、「順次読み出し方式」により信号読み出し動作を行うとする。あるフレーム周期Ｔ_Cで信号読み出しが終了した時刻を、続くフレーム周期Ｔ_Cの開始時刻ｔ０とする。

第１光源６０は、開始時刻ｔ０から所定時間経過後の時刻ｔ１に点灯が開始される。このときの第１光源６０の発光強度（４つの第１ＬＥＤチップ６０ａの総発光強度）Ｉ_Gは、前述の設定テーブルＳＴに基づいて各第１ＬＥＤチップ６０ａに設定された駆動電流に対応する。そして、第１光源６０は、時刻ｔ１から所定の緑色発光時間Ｔ_Gが経過した時刻ｔ２に消灯される。

本実施形態では、ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、時刻ｔ１に最終画素行「Ｎ」のリセットが終了するように、順次リセット方式によりリセット動作を行う。すなわち、リセット動作は、照明光の生成開始直前に行われる。

第２光源６１は、時刻ｔ２に点灯が開始される。このときの第２光源６１の発光強度（１つの第２ＬＥＤチップ６１ａの発光強度）Ｉ_Bは、前述の設定テーブルＳＴに基づいて第２ＬＥＤチップ６１ａに設定された駆動電流に対応する。そして、第２光源６１は、時刻ｔ２から所定の青色発光時間Ｔ_Bが経過した時刻ｔ３に消灯される。ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、時刻ｔ３から「順次読み出し方式」により信号読み出しを行う。すなわち、ＣＭＯＳ型撮像素子３５の信号読み出しが行われる信号読み出し期間に、第１光源６０及び第２光源６１が消灯される。

以上の点灯及び消灯制御が、１フレーム周期Ｔ_Cごとに繰り返し行われる。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間が発光期間Ｔ_ONであり、その他の期間（ｔ０〜ｔ１、及びｔ３〜ｔ０）が消灯期間Ｔ_OFFである。したがって、撮像動作中には、発光期間Ｔ_ONと消灯期間Ｔ_OFFとが繰り返される。このように、信号読み出し動作及びリセット動作は、消灯期間Ｔ_OFF中に行われる。

ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、順次読み出し方式により信号読み出しを行うので、ローリングシャッタ方式であるが、全ての画素行が受光可能である受光可能期間（ｔ１〜ｔ３）内に第１光源６０及び第２光源６１の発光が行われるので、実際に照明光の露光が行われる露光期間は、全画素行で同一である。したがって、上記の点灯及び消灯制御により、いわゆる同時性が確保される。

また、光源制御部３１は、コントローラ４０の制御に基づき、ＤＳＰ４１により算出されるＣＭＯＳ型撮像素子３５への入射光量に応じて、緑色発光時間Ｔ_G及び青色発光時間Ｔ_Bを変更する。例えば、あるフレーム周期Ｔ_Cにおける入射光量が所定値より小さい場合には、続くフレーム周期Ｔ_Cでは、緑色発光時間Ｔ_G及び青色発光時間Ｔ_Bを共に長くする。緑色発光時間Ｔ_G及び青色発光時間Ｔ_Bを変更する際には、緑色発光時間Ｔ_Gと青色発光時間Ｔ_Bとの比率を同一に保ったまま変更することが好ましい。なお、図１７では、Ｔ_G／Ｔ_B＝１としているが、比率Ｔ_G／Ｔ_Bは、「１」に限定されない。

また、緑色発光時間Ｔ_G及び青色発光時間Ｔ_Bを変更する際には、開始時刻ｔ０に対する時刻ｔ３は変更せずに、開始時刻ｔ０に対して時刻ｔ１及び時刻ｔ２を変更する。また、第１光源６０及び第２光源６１を最大発光量とする場合には、図１８に示すように、順次リセット動作を、信号読み出し動作とほぼ並行して行い、開始時刻ｔ０の直後に第１光源６０の点灯を開始させる。この場合、ある画素行「Ｍ」の信号読み出しと同時に、１行前の画素行「Ｍ−１」のリセットが行われる。

一方、通常光観察モードでは、光源制御部３１は、第１光源６０と、第２光源６１と、第３光源６２とを順次に時分割点灯させる。具体的には、通常光観察モードでは、図１９に示すように、ＣＭＯＳ型撮像素子３５の１フレーム周期Ｔ_C内に、第３光源６２、第１光源６０、及び第２光源６１が、この順に時分割点灯され、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＬＢが生成される。

これらの赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＬＢは、ＣＭＯＳ型撮像素子３５の露光期間内に、観察部位に照射されて、観察部位からの戻り光がＣＭＯＳ型撮像素子３５に入射するので、ＣＭＯＳ型撮像素子３５にとっては、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、及び青色光ＬＢが混合された白色光が照射されたことと同等である。通常光観察モード時の点灯及び消灯制御は、第３光源６２が点灯されること以外は、狭帯域光観察モード時の点灯及び消灯制御と同様であるので、詳しい説明は省略する。

次に、内視鏡システム１０の作用を説明する。医師等のユーザは、内視鏡診断を行う場合に、複数種の内視鏡１１から診断に応じたものを選択し、選択した内視鏡１１をプロセッサ装置１２及び光源装置１３に接続する。プロセッサ装置１２及び光源装置１３の電源が投入されると、内視鏡システム１０が起動する。

内視鏡システム１０が起動すると、プロセッサ装置１２内のコントローラ４０が、内視鏡１１の識別情報記憶部３９から識別情報を読み取る。コントローラ４０は、読み取った識別情報に基づき、内視鏡１１の種類の種類に適した制御方式で、光源部３０の発光動作、ＣＭＯＳ型撮像素子３５の撮像動作、画像処理部４３の画像処理動作等を制御する。

例えば、狭帯域光観察モードの場合には、コントローラ４０の制御に基づき、第１光源６０及び第２光源６１が駆動される。このとき、第１〜第３ＬＥＤチップ６０ａ〜６２ａには、識別情報に応じて設定テーブルＳＴから選択された設定値に基づく駆動電流がそれぞれ印加される。なお、第１光源６０には、４つの第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４が含まれ、各第１ＬＥＤチップ６０ａの駆動電流は、設定テーブルＳＴに基づいてそれぞれ個別に設定される。このとき、少なくとも１つの第１ＬＥＤチップ６０ａには、非線形領域ＮＲにあるオン電流Ｉ_ON（例えば、９．０Ａ）設定される。

第１光源６０及び第２光源６１は、図１７に示すように、ＣＭＯＳ型撮像素子３５のフレーム周期Ｔ_Cに同期して駆動される。具体的には、ＣＭＯＳ型撮像素子３５の順次リセット動作が終了する時刻ｔ１から信号読み出し動作が開始する時刻ｔ３までの期間に、第１ＬＥＤチップ６０ａ及び第２ＬＥＤチップ６１ａが、それぞれ上記駆動電流が所定時間だけ印加されて、時分割点灯する。

狭帯域光観察モードでは、狭帯域光観察用フィルタ７０が光路上に挿入される。これにより、第１光源６０の点灯時には、緑色狭帯域光ＮＬＧが光源部３０から出力され、第２光源６１の点灯時には青色狭帯域光ＮＬＢが光源部３０から出力される。緑色狭帯域光ＮＬＧ及び青色狭帯域光ＮＬＢは、照明光として、内視鏡１１の光入射面３２ａを含む投影領域Ｒ１に集光される。投影領域Ｒ１に集光された照明光のうち、光入射面３２ａに対応する部分の光は、光入射面３２ａから導光ロッド３２内に入射する。

内視鏡１１では、照明光が導光ロッド３２及びライトガイド３３を介して照明窓２２に導光され、照明窓２２から観察部位に照射される。照明光が照射された観察部位の光像（反射光）は、観察窓２３から対物光学系３８を介してＣＭＯＳ型撮像素子３５に入射する。ＣＭＯＳ型撮像素子３５は、１フレーム周期Ｔ_Cごとに入射光を光電変換して撮像信号を生成する。この撮像信号は、プロセッサ装置１２のＤＳＰ４１に入力される。

ＤＳＰ４１は、内視鏡１１から入力されたデジタルの撮像信号に対して、フレーム単位で、画素補間処理、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の信号処理を施して画像データとし、この画像データをフレームメモリ４２に記憶させる。画像処理部４３は、フレームメモリ４２に記憶された画像データに対して所定の画像処理を施して観察画像を生成する。この観察画像は、表示制御部４４を介してモニタ１４に表示される。モニタ１４に表示される観察画像は、１フレーム周期Ｔ_Cごとに更新される。

以上のように、撮像素子として、順次読み出し方式の信号読み出し動作を行うＣＭＯＳ型撮像素子３５では、同時性確保のために、信号読み出しを行う期間を消灯期間Ｔ_OFFとする必要があり、この分だけ１フレーム周期Ｔ_C中の発光期間Ｔ_ONの割合が低下し、光量が不足する。特に、緑色光は、明るさに関係するため光量の増加が望まれているが、本実施形態では、第１光源６０に４つの第１ＬＥＤチップ６０ａを設け、このうち少なくとも１つは、発光強度の大きい非線形領域ＮＲの駆動電流で駆動されるため、十分な光量が得られる。これにより、照明光の高輝度化が図られ、観察画像の明るさが向上する。

なお、上記実施形態では、ＣＭＯＳ型撮像素子３５のリセット動作を、順次リセット方式により行っているが、これに代えて、一括リセット方式により行っても良い。この場合、図２０に示すように、発光期間Ｔ_ONの開始時刻ｔ１に（すなわち、照明光の生成開始直前に）一括リセットを行うことが好ましい。

上記実施形態では、第１光源６０を、発光面６０ｃの中心Ａｃが、集光光学系６３の光軸Ｌｃに一致した状態で配置しているが、これに代えて、図２１に示すように、発光面６０ｃの中心Ａｃが、集光光学系６３の光軸Ｌｃに対して、行方向及び列方向にオフセットされた状態で配置されていても良い。この場合は、集光領域Ｒ２中に占める４つの第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４の面積がそれぞれ異なる。

集光領域Ｒ２中の第１ＬＥＤチップＧ１の面積をＡ_G1、集光領域Ｒ２中の第１ＬＥＤチップＧ２の面積をＡ_G2、集光領域Ｒ２中の第１ＬＥＤチップＧ３の面積をＡ_G3、集光領域Ｒ２中の第１ＬＥＤチップＧ４の面積をＡ_G4とすると、図２１に示す例では、Ａ_G2＞Ａ_G3＞Ａ_G4＞Ａ_G1の関係である。この場合、集光領域Ｒ２中に占める面積が最も大きい第１ＬＥＤチップＧ２に対する駆動電流を非線形領域ＮＲとし、その他の第１ＬＥＤチップＧ１，Ｇ３，Ｇ４に対する駆動電流を線形領域ＬＲとすることが好ましい。

設定テーブルＳＴ中の駆動電流の設定値は、集光領域Ｒ２中に占める４つの第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４の面積比を考慮して決定されていることが好ましい。さらに、設定テーブルＳＴ中の駆動電流の設定値は、集光領域Ｒ２のうちの導光ロッド３２の光入射面３２ａに投影される領域中に占める４つの第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４の面積比を考慮して決定されていることも好ましい。この面積比は、光入射面３２ａの大きさによって変化する。導光ロッド３２の光入射面３２ａの大きさは、内視鏡１１の種類によって異なるので、内視鏡１１の種類ごとに、光入射面３２ａに投影される領域中に占める４つの第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４の面積比が考慮されて、上記設定値が決定されていることが好ましい。

また、上記実施形態では、設定テーブルＳＴは、コントローラ４０内に設けられているが、これに代えて、光源制御部３１内に設けられていても良い。この場合、光源制御部３１は、内視鏡１１の種類を表す識別情報をコントローラ４０から受け取り、受け取った識別情報に対応する駆動電流の設定値を設定テーブルＳＴから抽出して、第１〜第３ＬＥＤチップ６０ａ〜６２ａを駆動する。

また、上記実施形態では、第１光源６０の総発光強度を、図１６に示す総発光強度と駆動電流との関係に基づいて決定しているが、これに代えて、図２２に示す総発光強度と駆動電流との関係に基づいて決定してもよい。

具体的には、上記実施形態では、第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４のうちから、非線形領域ＮＲのオン電流Ｉ_ONを印加するものと、駆動電流を「０」とするものとを選択し、その他のものを線形領域ＬＲの駆動電流で駆動しているが、これに代えて、第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４のそれぞれの駆動電流を、オン電流Ｉ_ONまたは「０」とする。すなわち、第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４のいずれにも線形領域ＬＲの駆動電流を印加しない。

図２２は、第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４の各駆動電流を、オン電流Ｉ_ONまたは「０」とする組み合わせパターンを示している。これにより、第１光源６０の総発光強度Ｉ_Gを、１Ｌ_ON、２Ｌ_ON、３Ｌ_ON、及び４Ｌ_ONの４段階に変更することができる。

この場合、第１光源６０の総発光強度Ｉ_Gは、１Ｌ_ON、２Ｌ_ON、３Ｌ_ON、及び４Ｌ_ONのうちのいずれかに設定される。１フレーム周期Ｔ_C内の第１光源６０の光量は、緑色発光時間Ｔ_Gを変更することにより設定される。なお、フレームレートが高い（短時間露光）の場合には、発光強度Ｉ_Gを３Ｌ_ONまたは４Ｌ_ONとし、これに合わせて緑色発光時間Ｔ_Gを短くすることが好ましい。

このように、図２２に示す総発光強度と駆動電流との関係に基づいて第１ＬＥＤチップＧ１〜Ｇ４の各駆動電流を設定する場合には、各駆動電流として、オン電流Ｉ_ONまたは「０」のいずれかを選択すればよいので、光源制御部３１により設定制御が単純化される。

上記実施形態では、フレーム周期Ｔ_Cを一定としているが、コントローラ４０は、光源制御部３１により設定される発光期間Ｔ_ON（すなわち、駆動電流の印加時間）が所定時間よりも短い場合に、フレーム周期Ｔ_Cを短くし、フレームレートを上げても良い。これにより、発光期間Ｔ_ONが短くなることにより、フレーム周期Ｔ_Cに占める消灯期間Ｔ_OFFの割合が増加することが防止され、観察画像の画質が向上する。

上記実施形態では、第１光源６０に４つの第１ＬＥＤチップ６０ａを設けているが、第１ＬＥＤチップ６０ａの数は「４」に限られず、２以上であれば良い。また、上記実施形態では、第１光源６０、第２光源６１、及び第３光源６２のうち、第１光源６０のみをマルチチップ化しているが、第２光源６１と第３光源６２とのうちの一方または両方をマルチチップ化しても良い。

上記実施形態では、第１ＤＭ６８は、緑色光ＬＧを透過させて、青色光ＬＢを反射させる光学特性を有しているが、第１ＤＭ６８の透過と反射との関係を逆として集光光学系６３を構成しても良い。また、上記実施形態では、第２ＤＭ６９は、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを透過させて、赤色光ＬＲを反射させる光学特性を有しているが、第２ＤＭ６９の透過と反射との関係を逆として集光光学系６３を構成しても良い。すなわち、第１ＤＭ６８は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとのうち一方を透過させ、他方を反射させるものであれば良い。第２ＤＭ６９は、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢと、赤色光ＬＲとのうち一方を透過させ、他方を反射させるものであれば良い。

上記実施形態では、集光光学系６３において、緑色光ＬＧの光路に、青色光ＬＢの光路と赤色光ＬＲの光路とをこの順番に統合しているが、この順番を逆とするように、第２光源６１、第３光源６２、第１ＤＭ６８、及び第２ＤＭ６９の配置を変更しても良い。

上記実施形態では、ＣＭＯＳ型撮像素子３５に、原色型のカラーフィルタアレイ５８を設けているが、これに代えて、補色型のカラーフィルタアレイを設けても良い。

上記実施形態では、第１光源６０、第２光源６１、及び第３光源６２を時分割点灯させているが、これらの一部または全てを同時に点灯させても良い。

上記実施形態では、光源部３０内に第１光源６０、第２光源６１、及び第３光源６２を設けているが、光源の種類はこれらに限られず、例えば、さらに紫色光源等を設けても良い。

上記実施形態では、光源装置とプロセッサ装置とを別体構成としているが、光源装置とプロセッサ装置と１つの装置で構成しても良い。

１０ 内視鏡システム
１１ 内視鏡
１２ プロセッサ装置
１３ 光源装置
３０ 光源部
３２ 導光ロッド
３３ ライトガイド
３４ 光ファイバ
３５ ＣＭＯＳ型撮像素子
６０ 第１光源
６０ａ 第１ＬＥＤチップ（第１半導体発光素子）
６１ 第２光源
６１ａ 第２ＬＥＤチップ（第２半導体発光素子）
６２ 第３光源
６２ａ 第３ＬＥＤチップ（第３半導体発光素子）
７０ 狭帯域光観察用フィルタ

Claims (10)

1. 第１の色の光である第１光を発する複数の第１半導体発光素子が設けられた第１光源と、前記第１光源とは色が異なる第２光を発する第２半導体発光素子が設けられた第２光源とを有する光源部と、
   複数の画素行が構成され、１画素行ずつ順に信号読み出しを行うＣＭＯＳ型撮像素子を有する内視鏡と、
   前記ＣＭＯＳ型撮像素子を１フレーム周期ごとに駆動させ、各フレーム周期内で１画素行ずつ順に信号読み出しを行わせる撮像制御部と、
   前記ＣＭＯＳ型撮像素子の信号読み出しが行われる信号読み出し期間に前記複数の第１半導体発光素子を消灯させ、前記複数の画素行が受光可能である受光可能期間に、前記複数の第１半導体発光素子のうち少なくとも１つの前記第１半導体発光素子に、発光強度と駆動電流との関係が非線形である非線形領域の駆動電流を印加することにより点灯させ、前記駆動電流の印加時間を制御することで、前記第１光源の射出光量を制御し、その他の少なくとも１つの前記第１半導体発光素子に線形領域の駆動電流を印加し、前記第２半導体発光素子に前記非線形領域の駆動電流を印加する光源制御部と、
   を備える内視鏡システム。
2. 前記複数の第１半導体発光素子に対する駆動電流の設定値が記憶された設定テーブルを有し、前記光源制御部は、前記設定テーブルに記憶された前記設定値に基づいて、前記複数の第１半導体発光素子に前記駆動電流を印加する請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記設定テーブルには、前記設定値が前記内視鏡の種類ごとに記憶されている請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 前記内視鏡は、前記内視鏡の種類を表す識別情報を記憶した識別情報記憶部を有しており、前記光源制御部は、前記内視鏡の種類に応じて前記設定テーブルから選択された前記設定値に基づいて、前記複数の第１半導体発光素子に前記駆動電流を印加する請求項３に記載の内視鏡システム。
5. 前記撮像制御部は、前記印加時間が所定時間よりも短い場合に、前記フレーム周期を短くし、フレームレートを上げる請求項４に記載の内視鏡システム。
6. 前記光源制御部は、前記第１光源と前記第２光源とを、前記１フレーム周期内において時分割点灯させることにより照明光を生成する請求項１から５いずれか１項に記載の内視鏡システム。
7. 前記撮像制御部は、前記１フレーム周期内において、前記照明光の生成開始直前に、前記ＣＭＯＳ型撮像素子をリセットさせる請求項６に記載の内視鏡システム。
8. 前記光源部は、前記第１光源または前記第２光源とは互いに色が異なる第３光を発する第３半導体発光素子が設けられた第３光源を有し、
   前記光源制御部は、前記第３半導体発光素子に前記非線形領域の駆動電流を印加する請求項１から７いずれか１項に記載の内視鏡システム。
9. 前記第１光源は、緑色光を発し、前記第２光源は、青色光を発し、前記第３光源は、赤色光を発する請求項１から８いずれか１項に記載の内視鏡システム。
10. 第１の色の光である第１光を発する複数の第１半導体発光素子が設けられた第１光源と、前記第１光源とは色が異なる第２光を発する第２半導体発光素子が設けられた第２光源とを有する光源部と、複数の画素行が構成され、１画素行ずつ順に信号読み出しを行うＣＭＯＳ型撮像素子を有する内視鏡とを備える内視鏡システムの作動方法において、
    撮像制御部が、前記ＣＭＯＳ型撮像素子を１フレーム周期ごとに駆動させ、各フレーム周期内で１画素行ずつ順に信号読み出しを行わせるステップ、
    光源制御部が、前記ＣＭＯＳ型撮像素子の信号読み出しが行われる信号読み出し期間に前記複数の第１半導体発光素子を消灯させ、前記複数の画素行が受光可能である受光可能期間に、前記複数の第１半導体発光素子のうち少なくとも１つの前記第１半導体発光素子に、発光強度と駆動電流との関係が非線形となる非線形領域の駆動電流を印加することにより点灯させ、前記駆動電流の印加時間を制御することで、前記第１光源の射出光量を制御し、その他の少なくとも１つの前記第１半導体発光素子に線形領域の駆動電流を印加し、前記第２半導体発光素子に前記非線形領域の駆動電流を印加するステップ、
    を行う内視鏡システムの作動方法。

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