JP6589071B2 - 撮像装置、内視鏡および内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、内視鏡および内視鏡システムに関し、特に、オンチップカラーフィルタを設けた固体撮像素子を備えた撮像装置に関する。

被検体の内部の被写体を撮像する内視鏡、及び、内視鏡により撮像された被写体の観察画像を生成する画像処理装置等を具備する内視鏡システムが、医療分野及び工業分野等において広く用いられている。

また、この種の内視鏡システムにおける内視鏡においては、従来、被写体像を入光し所定の画像信号を出力する固体撮像素子として、例えばＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）を採用する例が知られている。

また、上述の如きＣＭＯＳイメージセンサとしては、近年、日本国特開２００９−１７６７７７号公報に示されるように、いわゆるオンチップカラーフィルタを設けたイメージセンサも広く知られるところにある。

このオンチップカラーフィルタは、撮像素子（例えば、上記ＣＭＯＳイメージセンサ）における各画素のセンサ上部に形成された色選択用フィルタである。通常、例えばＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子におけるセンサ部は、入光した光に対して白黒の明暗情報のみを出力するが、当該センサ部にオンチップカラーフィルタを配することで、当該オンチップカラーフィルタを介してセンサ部における各画素に「色の情報」を持たせることが可能となる。

また、一般的に、オンチップカラーフィルタは、ＲＧＢ各色による原色フィルタにより構成する例が広く知られるが、近年、オンチップカラーフィルタの一部を透明層（いわゆるホワイト画素化）にすることで撮像素子としての感度を向上させる技術が提案されている。さらに、オンチップカラーフィルタとして、シアン、マゼンタ、イエロー等のいわゆる補色フィルタを採用し、感度を向上させる技術も提案されている。

しかしながら、オンチップカラーフィルタを介して感度が高い画素と低い画素とが同一画素アレイ上に混在すると、感度が高い画素が先に飽和するため、ダイナミックレンジが狭くなる問題があった。

この問題を解決するため、日本国特許第５５２６６７３号明細書には、予め感度の異なる２種類の画素（うち１種類はホワイト画素）を配置し、このうち感度が高い画素が飽和した場合は、感度が低い画素の信号を使用する技術が示されている。

一方、日本国特許第５２５６９１７号明細書、日本国特許第４６１８３４２号明細書には、感度が高い画素に用いる光電変換部の飽和電荷数を向上させ、飽和を抑制するように、画素設計自体を変更する例が示されている。

しかしながら、上述した日本国特許第５５２６６７３号明細書に記載された技術においては、感度を意図的に抑制しているため、せっかく入射した光子を有効に信号電荷に変換することができず、低照度領域においては解像感が低下するなどの問題がある。

また、日本国特許第５２５６９１７号明細書，日本国特許第４６１８３４２号明細書に記載された技術は、飽和電荷数を向上させているため、特定の光源には最適化されているが、動的に光源を変えて撮像を行う内視鏡に採用される撮像素子では必ずしも最適な条件下での動作が保証されないという問題がある。さらに、画素設計自体を変える必要があることから、カラーフィルタまたは光源を変更した場合に柔軟性のある対応ができないという問題もある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタの透過率を向上させて、感度を向上させた高感度画素を一部に含むカラーフィルタ配列を有する固体撮像素子を有する撮像装置において、高感度画素信号を有効に使うことができ、光源に応じて飽和するリスクがある画素を選択的に読み出せるため、常に信号電荷を無駄にしない撮像を実現する撮像装置、内視鏡および内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の撮像装置は、カラーフィルタ配列を備え当該カラーフィルタの特性に応じてそれぞれ異なる感度を有する第１画素群と第２画素群とを配置する撮像素子と、前記第１画素群のみを読み出して形成され、被写体に向けて照射するための複数種の照明光を発生可能とする光源に係る当該照明光の種別を選択する光源選択制御信号と同期する制御信号に応じて読み出す前記第１画素群の構成を任意に変更する第１フレームに係る第１の読み出しタイミングと、前記第１画素群および前記第２画素群を含む全画素を読み出して形成される第２フレームに係る第２の読み出しタイミングと、を制御する読出タイミング制御部と、前記読出タイミング制御部の制御に基づいて、前記第１の読み出しタイミングにおいて読み出された前記第１フレームに係る第１フレーム信号と、前記第２の読み出しタイミングにおいて読み出された前記第２フレームに係る第２フレーム信号と、を交互に出力するよう制御する出力制御部と、前記出力制御部により制御され出力された前記第１フレーム信号と前記第２フレーム信号とをフレーム加算処理して１枚の画像信号として出力するフレーム加算回路と、備える。

本発明の一態様の内視鏡は、前記撮像装置である。

本発明の一態様の内視鏡システムは、前記内視鏡を含む。

図１は、本発明の第１の実施形態の撮像装置を含む内視鏡システムの構成を示す外観斜視図である。 図２は、第１の実施形態の撮像装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態の撮像装置における撮像素子の電気的な構成を示す電気回路図である。 図４は、第１の実施形態の撮像装置において、撮像素子における高感度画素および通常画素の時間と共に増加する光電荷数の推移と、間引き読み出しタイミングおよび全画素読み出しタイミングを示した図である。 図５は、第１の実施形態の撮像装置において、全画素読み出しの際の撮像素子に印加する各制御信号の一例を示したタイミングチャートである。 図６は、第１の実施形態の撮像装置において、間引き読み出しの際の撮像素子に印加する各制御信号の一例を示したタイミングチャートである。 図７は、本発明の第２の実施形態の撮像装置において、撮像素子が補色系カラーフィルタを採用する場合において、シアン、マゼンタの他、原色系の青色および緑色の各色の透過率を示した図である。 図８は、第２の実施形態の撮像装置において、撮像素子が補色系カラーフィルタを採用する場合において、光源が白色光を選択した際の、間引き読み出しタイミングおよび全画素読み出しタイミングを示した図である。 図９は、第２の実施形態の撮像装置において、撮像素子が補色系カラーフィルタを採用する場合において、光源がＮＢＩ光を選択した際の、画素読み出しタイミングを示した図である。 図１０は、変形例の撮像装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。 図１１は、変形例の他の撮像装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。 図１２は、変形例の他の撮像装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。 図１３は、変形例の他の撮像装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の撮像装置を含む内視鏡システムの構成を示す外観斜視図であり、図２は、第１の実施形態の撮像装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。

なお、本実施形態においては、撮像装置として、固体撮像素子を有し被検体の内部の被写体を撮像する内視鏡および内視鏡システムを例に挙げて説明する。

図１、図２に示すように、本第１の実施形態の撮像装置（内視鏡）を有する内視鏡システム１は、被検体の観察し撮像する内視鏡２と、当該内視鏡２に接続され前記撮像信号を入力し所定の画像処理を施すビデオプロセッサ３と、被検体を照明するための照明光を供給する光源装置４と、撮像信号に応じた観察画像を表示する表示装置５と、を有している。

内視鏡２は、被検体の体腔内等に挿入される細長の挿入部６と、挿入部６の先端側に設けられた硬質の先端部７と、挿入部６の基端側に配設され術者が把持して操作を行う内視鏡操作部８と、内視鏡操作部８の側部から延出するように一方の端部が設けられたユニバーサルコード９と、を有して構成されている。

前記ユニバーサルコード９の基端側にはコネクタ１０が設けられ、当該コネクタ１０は光源装置４に接続されるようになっている。すなわち、コネクタ１０の先端から突出する流体管路の接続端部となる口金（図示せず）と、照明光の供給端部となるライトガイド口金（図示せず）とは光源装置４に着脱自在で接続されるようになっている。

さらに、前記コネクタ１０の側面に設けた電気接点部には接続ケーブルの一端が接続されるようになっている。そして、この接続ケーブルには、例えば内視鏡２における撮像素子２１（図２参照）からの撮像信号を伝送する信号線が内設され、また、他端のコネクタ部はビデオプロセッサ３に接続されるようになっている。

図２に戻って、内視鏡２は、挿入部６の先端部７に配設された、光源装置４から延設されたライトガイド４１の先端部に配設された照明光学系２９と、被写体像を入光するレンズを含む対物光学系２８と、対物光学系２８における結像面に配設された撮像素子２１と、を備える。

撮像素子２１は、本実施形態においてはＣＭＯＳイメージセンサにより構成される固体撮像素子である。また、撮像素子２１は、いわゆるオンチップカラーフィルタ配列を備え、当該カラーフィルタの特性に応じてそれぞれ異なる感度を有する高感度画素群（第１画素群）と通常感度画素群（第２画素群）とを配置する。

また、撮像素子２１は、図２に示すように、受光部２２を有するほか、タイミング生成回路２３、垂直走査回路２４、水平走査回路２５、カラム回路２６および出力回路２７等を備えるが、これら詳細な構成については後述する。

一方、ビデオプロセッサ３は、ビデオプロセッサ３内の各種回路を制御する制御部３１と、制御部３１の制御下に内視鏡２における前記撮像素子２１を制御するための駆動信号を生成する駆動制御回路３２と、制御部３１の制御下に、前記撮像素子２１において生成され出力される撮像信号を入力し、所定の画像処理を施す画像処理部３３と、当該画像処理部３３に設けられ複数のフレーム信号を加算するフレーム加算回路３５とを有する。なお、当該フレーム加算回路３５については後に詳述する。

光源装置４は、本実施形態においては、被写体へ照射する照明光として白色光を発生する白色光光源と、いわゆるＮＢＩ（Narrow Band Imaging；狭帯域光観察）に供する青色光および緑色光により構成される狭帯域観察光光源とを、備える。

また、光源装置４における前記各光源において発生した前記照明光は、ライトガイド４１を介して内視鏡２より所定の照明光（前記白色光または狭帯域光）として照射されるようになっている。

＜撮像素子２１の詳細な構成＞
次に、本実施形態における撮像素子２１の構成について説明する。

図３は、第１の実施形態の撮像装置における撮像素子の電気的な構成を示す電気回路図である。以下、本実施形態における撮像素子２１を当該図３に加え上述した図２を参照して説明する。

上述したように本実施形態において撮像素子２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）により構成される固体撮像素子である。また、本実施形態において撮像素子２１は、いわゆる４トランジスタ型ＣＭＯＳイメージセンサをベースとして採用するものであるが、本実施形態においては、水平２画素共有画素を配置する例を採用する。

図２、図３に示すように、撮像素子２１は受光部２２を備える。当該受光部２２は二次元マトリックス状に配列された複数の単位画素（単位セル）１０１を有する。ここで、本実施形態においては、この単位画素１０１あたり複数の光電変換素子（フォトダイオード（ＰＤ））および当該光電変換素子に対応する電荷転送トランジスタを有する。

具体的には、上述したように本実施形態は水平２画素共有画素を配置するものであり、単位画素１０１あたり、左右２つの光電変換素子（フォトダイオード）と、これら左右のフォトダイオードにそれぞれ対応する左右の電荷転送トランジスタと、を有する。

すなわち、本実施形態において単位セルである単位画素１０１は、それぞれ複数の単位画素１０１ごとに、互いに異なる「画素出力成分」を出力可能な左右２つの「画素」を備えることとなる。

なお、本実施形態において「複数の単位画素」とは、上述した複数の上記「単位セルである単位画素１０１」を指し、また、単に「複数の画素」と記載するときは、上記複数の単位画素１０１が各々備える左右２つの画素のうちの１つの「画素」を単位とするものとし、後述する「高感度画素群」および「通常感度画素群」は、この１つの「画素」を単位とした集合体を指すものとする。

また、本実施形態においては、上述した単位画素１０１が備える上記「画素」ごとに、それぞれの「画素」に対応してそれぞれ光学特性が異なるカラーフィルタ、いわゆるオンチップカラーフィルタ配列が配設されるようになっている。なお、本実施形態において前記オンチップカラーフィルタは、補色系および原色系のフィルタを採用する。

また、前記受光部２２における「複数の画素」は、前記オンチップカラーフィルタの特性に応じてそれぞれ異なる感度を有する高感度画素群２２ａ（第１画素群）と、通常感度画素群２２ｂ（第２画素群）とに分類することができる。

なお、ここで「高感度画素」とは、光源からの照明光の特性、および、画素毎に配設される上述したオンチップカラーフィルタの特性に鑑みて、相対的に感度が高くなると想定される画素を意味するものであり、それ以外の画素を本実施形態においては「通常画素」と定義するものとする。

上述したように、本実施形態の撮像素子２１は、いわゆる４トランジスタ型ＣＭＯＳイメージセンサをベースとして採用するものであるが、本実施形態においては、水平２画素共有画素を配置する例を採用する。

図３に示すように本実施形態において受光部２２は、複数の単位画素１０１ごとに、左右のフォトダイオード（ＰＤ）；（左フォトダイオード１１１および右フォトダイオード１１２）と、電荷検出用浮遊拡散層（ＦＤ；Floating Diffusion）と称する電荷変換部１１３と、左右の電荷転送トランジスタ；（左電荷転送トランジスタ１１４および右電荷転送トランジスタ１１５）と、電荷リセットトランジスタ１１６と、増幅トランジスタ１１７と、行選択スイッチトランジスタ１１８と、を主に備えて構成される。

また受光部２２は、列ごとの複数の単位画素１０１に、前記増幅トランジスタ１１７の出力端が接続された垂直転送線１１９が列ごとに配設され、後述するカラム回路２６に接続されている。

前記左フォトダイオード（ＰＤ）１１１および右フォトダイオード（ＰＤ）１１２は、単位画素１０１ごとに左右１組として配設された光電変換素子であり、いずれも入射光に応じて光を光電変換して所定の信号電荷を蓄積する光電変換部である。

左電荷転送トランジスタ１１４および右電荷転送トランジスタ１１５は、単位画素１０１ごとに、上記左フォトダイオード１１１、右フォトダイオード１１２にそれぞれ対応して配設された左右１組の転送ゲートトランジスタである。

すなわち、左電荷転送トランジスタ１１４および右電荷転送トランジスタ１１５は、それぞれ左フォトダイオード１１１、右フォトダイオード１１２のカソードに接続され、当該フォトダイオード（ＰＤ）において蓄積された信号電荷を電荷変換部１１３に転送するようになっている。

また、これら左電荷転送トランジスタ１１４および右電荷転送トランジスタ１１５のゲートにはそれぞれ、タイミング生成回路２３からの電荷転送パルスであって、垂直走査回路２４から出力される左画素転送信号φＴＧＬまたは右画素転送信号φＴＧＲに係る信号線が接続される。

そして、左電荷転送トランジスタ１１４および右電荷転送トランジスタ１１５は、それぞれ左画素転送信号φＴＧＬまたは右画素転送信号φＴＧＲによりオンオフが制御され、いずれの転送トランジスタがオンされると、当該オンされた転送トランジスタが、左フォトダイオード１１１または右フォトダイオード１１２において蓄積された信号電荷を電荷変換部１１３に転送するようになっている。

なお、本実施形態において左電荷転送トランジスタ１１４および右電荷転送トランジスタ１１５は、それぞれ左画素転送信号φＴＧＬまたは右画素転送信号φＴＧＲとシフトレジスタ２０５のアドレスポインタΦＳＥＬ（Ｎ）との論理積がとられた信号により駆動される。

すなわち、左電荷転送トランジスタ１１４のゲートには、垂直走査回路２４におけるＡＮＤ回路２０１の出力線が接続され、行選択信号φＳＥＬにより行毎に順次シフトレジスタを移動するアドレスポインタΦＳＥＬ（Ｎ）と左画素転送信号φＴＧＬとの論理積をとった制御信号が入力されるようになっている。

同様に右電荷転送トランジスタ１１５のゲートには、垂直走査回路２４におけるＡＮＤ回路２０２の出力線が接続され、行選択信号φＳＥＬにより行毎に順次シフトレジスタを移動するアドレスポインタΦＳＥＬ（Ｎ）と右画素転送信号φＴＧＲとの論理積をとった制御信号が入力されるようになっている。

電荷変換部（ＦＤ）１１３は、前記電荷転送部である左電荷転送トランジスタ１１４および右電荷転送トランジスタ１１５に接続され、前記左フォトダイオード（ＰＤ）１１１または右フォトダイオード（ＰＤ）１１２において蓄積された前記信号電荷が転送されるようになっている。

また、電荷変換部１１３は、これら左電荷転送トランジスタ１１４または右電荷転送トランジスタ１１５がオンされることにより、左フォトダイオード１１１または右フォトダイオード１１２における信号電荷が転送され電圧に変換するようになっている。

電荷リセットトランジスタ１１６は、前記電荷変換部（ＦＤ）１１３をリセットするためのリセット動作を実行するリセット部であり、一端側は電源電圧ＶＤＤに接続され、他端側は電荷変換部１１３に接続される。また、電荷リセットトランジスタ１１６のゲートは、タイミング生成回路２３において生成され垂直走査回路２４から出力される制御信号である画素リセット信号φＲＳＴに係る信号線に接続される。

この電荷リセットトランジスタ１１６は、当該画素リセット信号φＲＳＴにオンオフ制御され、オンされると電荷変換部１１３に蓄積された左フォトダイオード１１１または右フォトダイオード１１２に係る信号電荷を放出し電荷変換部１１３を所定電位にリセットするようになっている。

また、本実施形態において電荷リセットトランジスタ１１６についても、画素リセット信号φＲＳＴとシフトレジスタ２０５のアドレスポインタΦＳＥＬ（Ｎ）との論理積がとられた信号により駆動されるようになっている。

すなわち、電荷リセットトランジスタ１１６には、垂直走査回路２４におけるＡＮＤ回路２０３の出力線が接続され、行選択信号φＳＥＬにより行毎に順次シフトレジスタを移動するアドレスポインタΦＳＥＬ（Ｎ）と画素リセット信号φＲＳＴとの論理積をとった制御信号が入力されるようになっている。

増幅トランジスタ１１７は、前記電荷変換部（ＦＤ）１１３により電圧に変換された信号電荷を電流増幅するトランジスタであり、一端側は後述する行選択スイッチトランジスタ１１８を介して電源電圧ＶＤＤに接続され、他端側は垂直転送線１１９に接続され、当該垂直転送線１１９に接続された図示しない定電流源と共にソースフォロワを構成するようになっている。

また、増幅トランジスタ１１７のゲートには、電荷変換部（ＦＤ）１１３が接続され、電荷変換部１１３において検出され電圧に変換された左フォトダイオード１１１または右フォトダイオード１１２の信号電荷、または、当該電荷変換部１１３におけるリセット時の電荷が入力されこれを増幅し、垂直転送線１１９に向けて出力するようになっている。

行選択スイッチトランジスタ１１８は、一端側は電源電圧ＶＤＤに接続され、他端側は増幅トランジスタ１１７に接続される。また、行選択スイッチトランジスタ１１８のゲートは、タイミング生成回路２３から出力される画素読み出し信号φＸに係る信号線に接続される。

また、行選択スイッチトランジスタ１１８は、当該画素読み出し信号φＸによりオンオフ制御され、オンすることにより所定の“行”を選択し、接続された当該増幅トランジスタ１１７の出力信号を読み出し、垂直転送線１１９に向けて出力するようになっている。

なお、本実施形態において行選択スイッチトランジスタ１１８についても、上記の各トランジスタ同様に、画素読み出し信号φＸとシフトレジスタ２０５のアドレスポインタΦＳＥＬ（Ｎ）との論理積がとられた信号により駆動されるようになっている。

すなわち、行選択スイッチトランジスタ１１８には、垂直走査回路２４におけるＡＮＤ回路２０４の出力線が接続され、行選択信号φＳＥＬにより行毎に順次シフトレジスタを移動するアドレスポインタΦＳＥＬ（Ｎ）と画素読み出し信号φＸとの論理積をとった制御信号が入力されるようになっている。

そして行選択スイッチトランジスタ１１８は、上述した画素読み出し信号φＸにより、選択された“行”に係る前記増幅トランジスタ１１７の出力信号を読み出す制御を実行するようになっている。

カラム回路２６は前記増幅トランジスタ１１７の出力端に接続された垂直転送線１１９に設けられた定電流源Ｉ_ＢＩＡＳ（図示せず）を有する。なお、上述したように前記増幅トランジスタ１１７と当該定電流源Ｉ_ＢＩＡＳとでソースフォロアを構成し、増幅トランジスタ１１７の出力信号を電圧信号として読み出すようになっている。

このような構成をなす撮像素子２１の作用について概略を説明する。光源装置４において発生した所定照明光（本実施形態においては白色光またはＮＢＩ光）に係る被写体の反射光が対物光学系２８に入光されると、受光部２２において当該被写体光を受光し、左フォトダイオード１１１および右フォトダイオード１１２は所定の光電変換を行い、所定の信号電荷を蓄積する。

ここで撮像素子２１は、タイミング生成回路２３からの制御信号（φＳＥＬ）に基づいて、シフトレジスタ２０５により読み出し行を選択した後、タイミング生成回路２３からの制御信号（画素リセット信号φＲＳＴ）に基づいて、左電荷転送トランジスタ１１４、右電荷転送トランジスタ１１５における転送の直前に電荷リセットトランジスタ１１６をリセット動作させて、電荷検出部（ＦＤ）１１３をリセット電圧に初期化する。

また撮像素子２１は、所定のタイミングにおいて、タイミング生成回路２３からの転送パルス信号（左画素転送信号φＴＧＬ、右画素転送信号φＴＧＲ）に基づいて左電荷転送トランジスタ１１４または右電荷転送トランジスタ１１５がオン制御され、上述した左フォトダイオード（ＰＤ）１１１または右フォトダイオード（ＰＤ）１１２に蓄積された信号電荷が電荷検出部（ＦＤ）１１３に転送される。

一方撮像素子２１は、前記転送パルス信号の前後において、タイミング生成回路２３からの画素読み出し信号φＸにより行選択スイッチトランジスタ１１８を制御し、電荷検出部（ＦＤ）１１３における初期化電圧と信号電荷転送後の電圧とを、増幅トランジスタ１１７および定電流源Ｉ_ＢＩＡＳにより構成されるソースフォロアにおいて電圧信号として読み出すようになっている。

＜タイミング生成回路２３および垂直走査回路２４等＞
本実施形態においてタイミング生成回路２３は、前記ビデオプロセッサ３における駆動制御回路３２からの各種駆動信号（クロック信号、水平垂直同期信号等）を受けて、撮像素子２１内の各部（例えば、垂直走査回路２４、水平走査回路２５、カラム回路２６または出力回路２７等）を駆動するための各種駆動信号を生成する。

すなわちタイミング生成回路２３は、上述した画素リセット信号φＲＳＴ、画素読み出し信号φＸ、左画素転送信号φＴＧＬ、右画素転送信号φＴＧＲに加え、行選択信号φＳＥＬを生成し、これらを垂直走査回路２４に送出する。

またタイミング生成回路２３は、駆動制御回路３２からの信号に応じて、水平走査回路２５および出力回路２７に対しても所定の駆動信号を送出するようになっている。

垂直走査回路２４は、タイミング生成回路２３からの上記各種信号を受けて、左画素転送信号φＴＧＬ、右画素転送信号φＴＧＲ、画素読み出し信号φＸ、画素リセット信号φＲＳＴを、シフトレジスタ２０５が行選択信号φＳＥＬに従って選択した行の各単位画素１０１に向けて出力する。

水平走査回路２５は、駆動制御回路３２の制御下にタイミング生成回路２３から送出された列選択信号φＣＯＬを、列ごとにカラム回路２６に向けて送出するようになっている。また、カラム回路２６は、受光部２２における垂直転送線１１９に転出された各増幅トランジスタ１１７からの出力信号を列ごとに入力し、上述した左画素転送信号φＴＧＬまたは右画素転送信号φＴＧＲのパルス信号の前後における、各増幅トランジスタ１１７の出力信号の差分をとり、水平走査回路２５からの同期信号に応じて、当該差分信号の列ごとに出力回路２７に向けて送出するようになっている。

出力回路２７は、カラム回路２６から出力された列ごとの出力信号を、タイミング生成回路２３からの制御信号に基づいたタイミングで、接続ケーブルを介してビデオプロセッサ３に向けて送出するようになっている。

＜全画素読み出しと間引き読み出しについて＞
次に、本実施形態の内視鏡システム１における画素読み出し作用について、図４〜図６を参照して説明する。

図４は、第１の実施形態の撮像装置において、撮像素子における高感度画素および通常画素の蓄積時間と共に増加するフォトダイオードに蓄積された光電荷数の推移と、間引き読み出しタイミングおよび全画素読み出しタイミングを示した図であり、図５は、第１の実施形態の撮像装置において、全画素読み出しの際の撮像素子に印加する各制御信号の一例を示したタイミングチャート、図６は、第１の実施形態の撮像装置において、間引き読み出しの際の撮像素子に印加する各制御信号の一例を示したタイミングチャートである。

図４に示すように、本実施形態において採用した撮像素子２１においては、「複数の画素」毎に配設されるオンチップカラーフィルタのフィルタ特性、および、光源装置４から照射される照明光の特性により、通常画素より相対的に感度が高くなる「高感度画素」が存在する（図２に示す高感度画素群２２ａ（第１画素群）、および、通常感度画素群２２ｂ（第２画素群）参照）。

ここで、上記高感度画素は、図４に示すように、撮像素子２１の受光部２２における全画素を読み出すタイミングより前の段階で光電荷数が飽和するおそれがある。

本願発明は係る点に着目し、高感度画素が飽和する前の段階で一旦、画素読み出しを実行し（間引き読み出し）、当該間引き読み出しによるフレーム信号と、全画素の読み出しによるフレーム信号とをフレーム加算することで（このフレーム加算は、後述するようにビデオプロセッサ３におけるフレーム加算回路３５において実行する）、受光部２２において受光し生成した信号を有効に利用できるようにしたものである。

＜全画素読み出し工程＞
まずは、本実施形態における「全画素読み出し工程」について図５に示すタイミングチャートを参照して説明する。

本実施形態においては、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２の制御下に、タイミング生成回路２３および垂直走査回路２４から出力される制御信号に基づいて、通常の画素読み出しタイミングと同様に１枚の画（図４中、１フレームと記す）を取得するタイミングにおいて、受光部２２における全画素の出力を読み出すようになっている（図４参照における「全画素読み出し」参照）。

この「全画素読み出し」においては、図５に示すように、まず、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２の制御下に、タイミング生成回路２３からの駆動信号を受けて垂直走査回路２４において、Ｎ行選択信号φＳＥＬ（Ｎ）が“Ｈ”に制御されＮ行が選択されるとともに画素リセット信号φＲＳＴが“Ｈ”に制御され、ＡＮＤ回路２０３からの出力信号が“Ｈ”に制御される。

これにより、受光部２２のＮ行の電荷リセットトランジスタ１１６がオンされることになり、電荷変換部（ＦＤ）１１３がリセット電圧に初期化される。

この電荷リセットトランジスタ１１６における画素リセット期間終了後、タイミング生成回路２３からの画素読み出し信号φＸが“Ｈ”に制御されることにより、ＡＮＤ回路２０４からの信号が“Ｈ”となり、Ｎ行における各行選択スイッチトランジスタ１１８がオンされる。

ここで、タイミング生成回路２３からの左画素転送信号φＴＧＬによるパルスがオンされる前に行選択スイッチトランジスタ１１８がオンされることにより、増幅トランジスタ１１７からの出力信号が一旦、垂直転送線１１９を介してカラム回路２６に向けて送出され、カラム回路２６において一旦、保持される。

次いで、タイミング生成回路２３においてＮ行における左画素転送信号φＴＧＬが“Ｈ”に制御されることにより、垂直走査回路２４におけるＡＮＤ回路２０１からの出力信号が“Ｈ”となり、水平２画素共有画素のうち左電荷転送トランジスタ１１４のゲートがオンされ、左フォトダイオード（ＰＤ）１１１に蓄積された信号電荷が電荷変換部（ＦＤ）１１３に転送される。このとき、電荷変換部（ＦＤ）１１３は、左フォトダイオード（ＰＤ）１１１における信号電荷を検出し電圧に変換することとなる。

ここで、電荷変換部（ＦＤ）１１３において電圧に変換した（蓄積した）電荷は増幅トランジスタ１１７において電流増幅されるが、このとき行選択スイッチトランジスタ１１８はオンされた状態にあるため、当該増幅トランジスタ１１７において増幅された左フォトダイオード（ＰＤ）１１１に基づく電荷が、垂直転送線１１９に送出され、カラム回路２６に入力される。

カラム回路２６においては、上述した左画素転送信号φＴＧＬのパルスの前後における増幅トランジスタ１１７に係る出力信号の差分をとり、上述したように、水平走査回路２５からの同期信号に応じて列ごとに当該差分信号を出力回路２７に向けて送出する。

図５に戻って、上述の如く左画素信号を読み出した後、再び、タイミング生成回路２３において画素リセット信号φＲＳＴが“Ｈ”に制御されてＡＮＤ回路２０３からの出力信号が“Ｈ”となり、Ｎ行の電荷リセットトランジスタ１１６がオンされ、電荷変換部（ＦＤ）１１３がリセット電圧に初期化される。

そして、電荷リセットトランジスタ１１６における画素リセット期間終了後、今度は右画素転送信号φＴＧＲによるパルスがオンされる前に、タイミング生成回路２３において画素読み出し信号φＸが“Ｈ”に制御され、再びＮ行における各行選択スイッチトランジスタ１１８がオンされる。

ここで、上記同様に、右画素転送信号φＴＧＲによるパルスがオンされる前に行選択スイッチトランジスタ１１８がオンされることにより、増幅トランジスタ１１７からの出力信号が一旦、垂直転送線１１９を介してカラム回路２６に向けて送出され、カラム回路２６において一旦、保持される。

この後、タイミング生成回路２３においてＮ行における右画素転送信号φＴＧＲが“Ｈ”に制御されることにより、垂直走査回路２４におけるＡＮＤ回路２０２からの出力信号が“Ｈ”となり、水平２画素共有画素のうち右電荷転送トランジスタ１１５のゲートがオンされ、右フォトダイオード１１２に蓄積された信号電荷が電荷変換部（ＦＤ）１１３に転送される。このとき、電荷変換部（ＦＤ）１１３は、右フォトダイオード（ＰＤ）１１２における信号電荷を検出し電圧に変換することとなる。

また、上記同様に行選択スイッチトランジスタ１１８はオンされた状態にあるため、当該増幅トランジスタ１１７において増幅された右フォトダイオード（ＰＤ）１１２に基づく電荷が、垂直転送線１１９に送出され、カラム回路２６に入力される。

カラム回路２６においては、上述した左画素信号読み出し期間と同じく、右画素転送信号φＴＧＲのパルスの前後における増幅トランジスタ１１７に係る出力信号の差分をとり、上述したように、水平走査回路２５からの同期信号に応じて列ごとに当該差分信号を出力回路２７に向けて送出する。

次に、タイミング生成回路２３の制御信号を受けて垂直走査回路２４は、Ｎ行選択信号φＳＥＬ（Ｎ）に代わって、Ｎ＋１行選択信号φＳＥＬ（Ｎ＋１）が“Ｈ”に制御されることによりＮ＋１行を選択する。この後、上述したＮ行選択信号φＳＥＬ（Ｎ）と同様に、左画素転送信号φＴＧＬまたは右画素転送信号φＴＧＲによってＮ＋１行における左電荷転送トランジスタ１１４、右電荷転送トランジスタ１１５のオンオフを制御することにより、水平２画素共有画素における左フォトダイオード（ＰＤ）１１１および右フォトダイオード（ＰＤ）１１２に係る左右の画素信号を読み出すこととなる。

本実施形態において「全画素読み出し工程」においては、上述の如きＮ行とＮ＋１行とにおける左右の画素（水平２画素共有画素）の読み出しを全画素に対して行い、全画素を読み出した出力を一旦フレームメモリ（図示せず）に記憶するようになっている。

＜間引き読み出し工程＞
次に、本実施形態における「間引き読み出し工程」について図６に示すタイミングチャートを参照して説明する。

本実施形態においては、１枚の画（１フレーム）を生成する際に、上述した「全画素読み出し」のタイミングとは別のタイミングにおいて、高感度画素群２２ａのみを読み出して（「間引き読み出し」）、この「間引き読み出し工程」によって読み出した高感度画素群２２ａに係る画素信号を一旦フレームメモリ（図示せず）に記憶する。

また本実施形態においては、「全画素読み出し工程」と「間引き読み出し工程」とを交互に実行し、さらに、間引き読み出しに係るフレーム信号と上述した全画素読み出しによるフレーム信号とを加算して一枚の画（１フレーム）を作成することを特徴とする。

本実施形態においては、この「間引き読み出し工程」の一例として、いま、受光部２２における偶数行の左画素が「高感度画素」である例を挙げて説明する。すなわち、本実施形態においては、偶数行左画素を「高感度画素」であるとしたがこれに限らず、以下に説明する例は、たとえば偶数行の右画素が「高感度画素」である例、または奇数行の右画素もしくは左画素が「高感度画素」である例についても適用することができる。

図６に示すように、本実施形態における「間引き読み出し」においても前記「全画素読み出し工程」と同様に、まず、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２の制御下にタイミング生成回路２３からの制御信号を受けた垂直走査回路２４において、Ｎを奇数とした場合、Ｎ行選択信号φＳＥＬ（Ｎ）が“Ｈ”に制御され奇数行であるＮ行が選択されると共に、画素リセット信号φＲＳＴが“Ｈ”に制御されてＡＮＤ回路２０３からの出力信号が“Ｈ”に制御される。

これにより、上記同様に、受光部２２の全単位画素１０１における奇数行の１つであるＮ行の電荷リセットトランジスタ１１６がオンされることになり、電荷変換部（ＦＤ）１１３がリセット電圧に初期化されることとなる。

この後、本実施形態のおける「間引き読み出し工程」においても、この電荷リセットトランジスタ１１６における画素リセット期間終了後、タイミング生成回路２３において画素読み出し信号φＸが“Ｈ”に制御されることにより、奇数行であるＮ行の行選択スイッチトランジスタ１１８がオンされる。

このように、奇数行が選択された状態においては「間引き読み出し」においても、前記「全画素読み出し工程」と同様に、電荷リセットトランジスタ１１６および行選択スイッチトランジスタ１１８がオンすることになる。

一方、「間引き読み出し工程」においては、奇数行が選択されている状態においては、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２の制御下に、タイミング生成回路２３において左右の左画素転送信号φＴＧＬ、右画素転送信号φＴＧＲを“Ｈ”にしないように制御される。

すなわち本実施形態における「間引き読み出し工程」において奇数行が選択されている状態においては、垂直走査回路２４におけるＡＮＤ回路２０１、ＡＮＤ回路２０２の出力信号は“Ｌ”のままであり、したがって、左右の左電荷転送トランジスタ１１４、右電荷転送トランジスタ１１５がオンすることはなく、蓄積は継続される。

ここでは、ケーブル先端部に配置された撮像素子２１の消費電力の変動を抑制し、ケーブル（図示せず）を介して供給される電源電圧を安定化させるため、奇数行選択時に電荷変換部（ＦＤ）１１３がリセット電圧に初期化され、行選択スイッチトランジスタ１１８がオンするとしたが、これらの動作により信号出力がされるわけではないため、省略してもよい。

この後、奇数行の選択期間が終了すると同時に、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２の制御下にタイミング生成回路２３の行選択信号φＳＥＬを受けてシフトレジスタ２０５は、Ｎ行選択信号φＳＥＬ（Ｎ）に代わって、Ｎ＋１行選択信号φＳＥＬ（Ｎ＋１）を“Ｈ”にし偶数行の１つであるＮ＋１行を選択する。

さらにタイミング生成回路２３において、画素リセット信号φＲＳＴが“Ｈ”に制御され、ＡＮＤ回路２０３からの出力信号が“Ｈ”に制御される。

これにより、受光部２２の全単位画素１０１における偶数行の１つであるＮ＋１行の電荷リセットトランジスタ１１６がオンされることになり、電荷変換部（ＦＤ）１１３がリセット電圧に初期化される。

その後、上記同様に、電荷リセットトランジスタ１１６における画素リセット期間終了後、タイミング生成回路２３からの画素読み出し信号φＸが“Ｈ”に制御されることにより、ＡＮＤ回路２０４からの信号が“Ｈ”となり、偶数行であるＮ＋１行における行選択スイッチトランジスタ１１８がオンされる。

そして、上記同様に、タイミング生成回路２３からの左画素転送信号φＴＧＬによるパルスがオンされる前に行選択スイッチトランジスタ１１８がオンされることにより、増幅トランジスタ１１７からの出力信号が一旦、垂直転送線１１９を介してカラム回路２６に向けて送出され、カラム回路２６において一旦、保持される。

次いで、タイミング生成回路２３においてＮ＋１行における左画素転送信号φＴＧＬが“Ｈ”に制御されることにより、垂直走査回路２４におけるＡＮＤ回路２０１からの出力信号が“Ｈ”となり、水平２画素共有画素のうち「偶数行」であるＮ＋１行の左電荷転送トランジスタ１１４のゲートがオンされ、「間引き読み出し工程」においては、「偶数行」の左フォトダイオード（ＰＤ）１１１に蓄積された信号電荷が電荷変換部（ＦＤ）１１３に転送される。また、電荷変換部（ＦＤ）１１３は、左フォトダイオード（ＰＤ）１１１における信号電荷を検出し電圧に変換することとなる。

ここで、電荷変換部（ＦＤ）１１３において電圧に変換した電荷は増幅トランジスタ１１７において電流増幅されるが、このとき行選択スイッチトランジスタ１１８はオンされた状態にあるため、上記同様に、当該増幅トランジスタ１１７において増幅された左フォトダイオード（ＰＤ）１１１に基づく電荷が、垂直転送線１１９に送出され、カラム回路２６に入力される。

カラム回路２６においては、上述した左画素転送信号φＴＧＬのパルスの前後における増幅トランジスタ１１７に係る出力信号の差分をとり、上述したように、水平走査回路２５からの同期信号に応じて列ごとに当該差分信号を出力回路２７に向けて送出する。

図６に戻って、上述の如く「偶数行左画素信号」を読み出した後、「間引き読み出し工程」においても再び、タイミング生成回路２３において画素リセット信号φＲＳＴが“Ｈ”に制御されてＡＮＤ回路２０３からの出力信号が“Ｈ”となり、偶数行の電荷リセットトランジスタ１１６がオンされ、電荷変換部（ＦＤ）１１３がリセット電圧に初期化される。

しかしながら、「間引き読み出し工程」においては、電荷リセットトランジスタ１１６における画素リセット期間終了後、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２の制御下にタイミング生成回路２３は、右画素転送信号φＴＧＲを“Ｈ”にすることなく、すなわち、垂直走査回路２４におけるＡＮＤ回路２０２からの出力信号は“Ｌ”のままとなり、水平２画素共有画素のうち右電荷転送トランジスタ１１５のゲートがオンされることはなく、蓄積は継続される。

このように本実施形態における「間引き読み出し工程」においては、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２の制御下にタイミング生成回路２３は、左画素転送信号φＴＧＬのみを“Ｈ”に制御し、左電荷転送トランジスタ１１４のみをオンすることにより、偶数行の水平２画素共有画素における左フォトダイオード（ＰＤ）１１１のみの画素信号を読み出すようになっている。

すなわち、本実施形態において「間引き読み出し工程」においてはこの後、増幅トランジスタ１１７からは、偶数行の水平２画素共有画素における左フォトダイオード（ＰＤ）１１１に係る画素信号（上述したように、本実施形態においては係る「偶数行左側画素」を「高感度画素」と設定する）のみが垂直転送線１１９を介してカラム回路２６に向けて送出されることとなる。

＜フレーム加算＞
本実施形態では上述した「間引き読み出し工程」において、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２によりタイミング生成回路２３および垂直走査回路２４等を制御し、所定のタイミング（第１の読み出しタイミング）において、受光部２２における「高感度画素群（第１の画素群）」に相当する偶数行の水平２画素共有画素における左側画素を読み出し、この「偶数行左側画素」を読み出した出力を第１フレーム信号として、一旦フレームメモリ（図示せず）に記憶する。

一方、本実施形態では上述した「全画素読み出し工程」においては、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２によりタイミング生成回路２３および垂直走査回路２４等を制御し、所定のタイミング（第２の読み出しタイミング）において、受光部２２における上記「高感度画素群（第１の画素群）」および受光部２２における「通常感度画素群２２ｂ（第２の画素群）」を含む全画素（すなわち、奇数行と偶数行とにおける左右の画素（水平２画素共有画素）をすべて含む全画素）を読み出し、ビデオプロセッサ３におけるフレーム加算回路３５においてこの「全画素」を読み出した第２フレーム信号と前記フレームメモリに記憶させた第１フレーム信号とを加算した後、ビデオプロセッサ３における画像処理部３３において表示装置５に合わせた画像処理を施して表示装置５に出力する。

なお、前記フレームメモリは、内視鏡２における例えば、コネクタ１０に設けてもよく、または、内視鏡２における他の部（例えば、内視鏡操作部８あるいは撮像素子２１の近傍、さらには、ビデオプロセッサ３における画像処理部３３等に設けても良い。

ここで、上述した制御部３１、駆動制御回路３２、タイミング生成回路２３、垂直走査回路２４は、第２の読み出しタイミングを制御する読出タイミング制御部としての機能を果たす。

また本実施形態では、ビデオプロセッサ３における制御部３１、駆動制御回路３２によりタイミング生成回路２３および垂直走査回路２４等を制御し、上述した「全画素読み出し工程」と「間引き読み出し工程」とを交互に実行する（図４参照）。すなわち、前記第１の読み出しタイミングにおいて読み出された前記第１フレームに係る第１フレーム信号と、前記第２の読み出しタイミングにおいて読み出された前記第２フレームに係る第２フレーム信号と、を交互に出力するよう制御する。

ここで、上述した制御部３１、駆動制御回路３２、タイミング生成回路２３、垂直走査回路２４は、これら第１フレーム信号と第２フレーム信号とを交互に出力するよう制御する出力制御部としての役目を果たす。

さらに本実施形態では、ビデオプロセッサ３におけるフレーム加算回路３５において、前記第１フレーム信号と、前記第２のフレーム信号とを加算処理して１枚の画（１フレーム）に係る画像信号を作成する。具体的には、前記フレームにメモリに記憶した、前記「間引き読み出し工程」において読み出した「高感度画素群：偶数行左側画素」に係る第１フレーム信号と、前記「全画素読み出し工程」において読み出した「全画素」に係る第２フレーム信号とを加算処理する。

以上説明したように本第１の実施形態によると、カラーフィルタの透過率を向上させて、感度を向上させた高感度画素を一部に含むカラーフィルタ配列を有する固体撮像素子を有する撮像装置（内視鏡）において、高感度画素信号を有効に使うことができ、常に信号電荷を無駄にしない撮像を実現する撮像装置（内視鏡）を提供することができる。

なお、本第１の実施形態においては、上述したように「間引き読み出し工程」において、受光部２２における偶数行左画素を「高感度画素」であるとしたがこれに限らず、たとえば偶数行右画素、または奇数行右画素もしくは奇数行左画素を「高感度画素」としてもよい。

また、高感度画素を任意に変更し、または選択するようにしてもよい。さらに、高感度画素を動的に変更するようにしても良い（第２の実施形態参照）。

＜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。

本第２の実施形態の撮像装置（内視鏡）を有する内視鏡システムは、その基本的な構成は第１の実施形態と同様であり、「間引き読み出し工程」において間引き読み出しを実行する対象となる画素を動的に変更することを可能とする点を異にするものである。

したがって、ここでは第１の実施形態との差異のみの説明にとどめ、共通する部分の説明については省略する。

図７は、本発明の第２の実施形態の撮像装置において、撮像素子が補色系カラーフィルタであるシアン、マゼンタの他、原色系の青色および緑色の各色を採用した場合のオンチップカラーフィルタ透過率を示した図である。また、図８は、第２の実施形態の撮像装置において、撮像素子が補色系カラーフィルタと原色系カラーフィルタの両方を受光部に配設する場合において、光源が白色光を選択した際の、間引き読み出しタイミングおよび全画素読み出しタイミングを示した図であり、図９は、第２の実施形態の撮像装置において、撮像素子が補色系カラーフィルタと原色系カラーフィルタの両方を受光部に配設する場合において、光源がＮＢＩ光を選択した際の、画素読み出しタイミングを示した図である。

本第２の実施形態においては、オンチップカラーフィルタとして、いわゆる原色系カラーフィルタと補色系カラーフィルタとを組み合わせたオンチップカラーフィルタを採用して高感度化を図ることを特徴とする。

本第２の実施形態は上述したように、原色系カラーフィルタと補色系カラーフィルタとを組み合わせたオンチップカラーフィルタを採用することから、光源装置４からの照明光の種類によって、受光部２２における各画素ごとに感度が異なる現象がおこることとなる。

すなわち、光源装置４において発生する照明光が通常観察光である「白色光」であるとき、図７の「各フィルタ色の透過率」を示した図を参照すると、受光部２２におけるシアン画素（オンチップカラーフィルタとして「シアン」色のフィルタが配設される画素）は、おおむね「緑色光」と「青色光」に反応し、マゼンタ画素（オンチップカラーフィルタとして「マゼンタ」色のフィルタが配設される画素）は、おおむね「青色光」と「赤色光」とに反応することがわかる。

このように本実施形態において補色系カラーフィルタに対応する画素は、青色画素（オンチップカラーフィルタとして「青」色のフィルタが配設される画素）または緑色画素（オンチップカラーフィルタとして「緑」色のフィルタが配設される画素）よりも約２倍の感度を有することとなる。

すなわち、本実施形態において光源装置４からの照明光が「白色光」である場合は、「間引き読み出し工程」において「シアン画素」と「マゼンタ画素」を「高感度画素」として間引き読出し処理を行うこととなる（図８参照）。

一方、光源装置４において発生する照明光が狭帯域観察光であるＮＢＩ光（本実施形態の光源装置４においては、青色狭帯域光と緑色狭帯域光とを照射するものとする）であるとき、照明光として「赤色光」が無いため、この場合補色系フィルタのマゼンタ画素は原色系フィルタの青色画素とほぼ同じ感度になる。

すなわち、本実施形態において光源装置４からの照明光が「ＮＢＩ光」である場合は、「間引き読み出し工程」において「シアン画素」のみを「高感度画素」として間引き読出し処理を行い、「マゼンタ画素」に対しては「通常画素」として取り扱うこととなる（図９参照）。

具体的に本第２の実施形態においては、ビデオプロセッサ３における制御部３１において光源装置４の照明光の変更、すなわち、白色光とＮＢＩ光との種別の変更を光源選択制御信号にて行うようになっている。

また、前記制御部３１は、前記照明光の変更と合わせて前記駆動制御回路３２から間引き読み出しを実行する対象となる画素の動的な変更を行うために、光源選択制御信号を内視鏡２におけるタイミング生成回路２３に送出するようになっている。

そして、本実施形態においてタイミング生成回路２３は、駆動制御回路３２から光源選択制御信号を受けると、この信号に基づいて、「間引き読み出し工程」において「高感度画素」として読み出す対象となる「画素」を上述の如き変更するよう処理する。

すなわち、タイミング生成回路２３は、駆動制御回路３２からの光源選択制御信号により光源装置４からの照明光が「白色光」であると認識した場合は、「間引き読み出し工程」において「シアン画素」と「マゼンタ画素」を「高感度画素」として間引き読出し処理を行い、一方、光源装置４からの照明光が「ＮＢＩ光」であると認識した場合は、「間引き読み出し工程」において「シアン画素」のみを「高感度画素」として間引き読出し処理を行うと共に、「マゼンタ画素」は「通常画素」として全画素読み出しのタイミングでのみ読み出し処理を行うように処理する。

以上説明したように本第２の実施形態によると、第１の実施形態と同様に、高感度画素を一部に含むカラーフィルタ配列を有する固体撮像素子を有する撮像装置（内視鏡）において、高感度画素信号を有効に使うことができると共に、光源に応じて飽和するリスクがある画素を選択的に読み出せるため、常に信号電荷を無駄にしない撮像を実現する撮像装置（内視鏡）を提供することができる。

＜変形例＞
上述した各実施形態の内視鏡システム１は、狭帯域観察光であるＮＢＩ光と通常観察光である白色光を発生する光源装置４を備えている。通常の白色光でカラー画像を得るために、撮像素子２１にはオンチップカラーフィルタが配置されている。このオンチップカラーフィルタが狭帯域観察光を吸収するタイプのフィルタの場合、狭帯域観察光による観察時の画像が暗くなる、あるいは、所望の解像感が得られない等の問題が発生する。

一方、近年、画素の微細化が進み、画素の微細化に伴う画素ピッチに対応してレンズの解像度（解像感）を向上させた場合、Ｆ値（絞り値）を小さくする必要があり、被写界深度が浅くなってしまう。所望の被写界深度を得るためには、解像感を犠牲にする等の問題が発生する。

そこで、本変形例では、画素の微細化に伴って生じる被写界深度と解像感のトレードオフを解消し、狭帯域観察光と通常観察光の両方で観察することができる撮像装置について説明する。

図１０は、変形例の撮像装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。なお、図１０において、図２と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、撮像素子２１ａが備えるオンチップカラーフィルタは、主に緑色光の波長帯域を透過するＧフィルタ３０１と、主に赤色光の波長帯域を透過するＲフィルタ３０２と、主に青色光の波長帯域を透過するＢフィルタ３０３と、主に緑色光及び青色光の波長帯域を透過するＣｙフィルタ３０４とを有して構成されている。

Ｇフィルタ３０１、Ｒフィルタ３０２、Ｂフィルタ３０３及びＣｙフィルタ３０４は、受光部２２の各画素毎に配置される。具体的には、図１０に示すように、受光部２２における左上の画素にＧフィルタ３０１が配置され、Ｇフィルタ３０１が配置された画素の下側の画素にＲフィルタ３０２が配置され、Ｇフィルタ３０１が配置された画素の右側の画素にＢフィルタ３０３が配置され、Ｒフィルタ３０２が配置された画素の右側の画素にＣｙフィルタ３０４が配置されている。

そして、Ｇフィルタ３０１は、上下左右方向にそれぞれ２画素ピッチ離れて配置される。同様に、Ｒフィルタ３０２は、上下左右方向にそれぞれ２画素ピッチ離れて配置される。同様に、Ｂフィルタ３０３は、上下左右方向にそれぞれ２画素ピッチ離れて配置される。同様に、Ｃｙフィルタ３０４は、上下左右方向にそれぞれ２画素ピッチ離れて配置される。この結果、撮像素子２１ａが備えるオンチップカラーフィルタでは、Ｇフィルタ３０１、Ｒフィルタ３０２、Ｂフィルタ３０３及びＣｙフィルタ３０４が同じ数だけ配置される。

ビデオプロセッサ３の画像処理部３３は、青色光及び緑色光を用いた狭帯域観察光による観察時には、Ｇフィルタ３０１に対応する画素、Ｂフィルタ３０３に対応する画素、及び、Ｃｙフィルタ３０４に対応する画素から色分離を行って画像信号を生成する。一方、ビデオプロセッサ３の画像処理部３３は、白色光を用いた通常観察光による観察時には、Ｇフィルタ３０１に対応する画素、Ｒフィルタ３０２に対応する画素、Ｂフィルタ３０３に対応する画素、及び、Ｃｙフィルタ３０４に対応する画素から色分離を行って画像信号を生成する。

一般的な撮像素子は、Ｇフィルタ、Ｒフィルタ、Ｂフィルタがベイヤー配列のパターンで配置されたオンチップカラーフィルタを備えている。ベイヤー配列では、輝度信号を生成するＧフィルタが市松状に配置されているため、撮像素子の解像度を有効活用するために、対物光学系のレンズは画素ピッチの√２倍のレンズ解像度が要求される。

これに対し、本変形例の撮像素子２１ａは、Ｇフィルタ３０１、Ｒフィルタ３０２及びＢフィルタ３０３に加え、輝度信号を生成するＣｙフィルタ３０４が格子状に配列されたオンチップカラーフィルタを備えている。そのため、撮像素子２１ａの解像を有効活用するために、対物光学系２８のレンズは画素ピッチの２倍のレンズ解像度を有していればよい。

さらに、Ｃｙフィルタ３０４は、狭帯域観察光で主に使用される青色光と緑色光の両方に感度を有するため、狭帯域観察光による観察時の解像度劣化を抑制することができる。

この結果、本変形例の撮像素子２１ａを備えた撮像装置（内視鏡２）は、画素の微細化に伴って生じる被写界深度と解像感のトレードオフを解消し、狭帯域観察光と通常観察光の両方で観察することができる。

なお、撮像素子２１ａが備えるオンチップカラーフィルタのＧフィルタ３０１、Ｒフィルタ３０２、Ｂフィルタ３０３及びＣｙフィルタ３０４の配置は、図１０の配置に限定されるものではない。

図１１、図１２及び図１３は、変形例の他の撮像装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。なお、図１１−図１３において、図１０と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、撮像素子２１ｂが備えるオンチップカラーフィルタは、図１０の撮像素子２１ａと同様に、Ｇフィルタ３０１と、Ｒフィルタ３０２と、Ｂフィルタ３０３と、Ｃｙフィルタ３０４とを有して構成されている。図１１に示す撮像素子２１ｂは、図１０の撮像素子２１ａに対してＢフィルタ３０３とＣｙフィルタ３０４の配置が変更されている。

具体的には、受光部２２における左上の画素にＧフィルタ３０１が配置され、Ｇフィルタ３０１が配置された画素の下側の画素にＲフィルタ３０２が配置され、Ｇフィルタ３０１が配置された画素の右側の画素にＣｙフィルタ３０４が配置され、Ｒフィルタ３０２が配置された画素の右側の画素にＢフィルタ３０３が配置されている。そして、Ｇフィルタ３０１、Ｒフィルタ３０２、Ｂフィルタ３０３及びＣｙフィルタ３０４は、上下左右方向にそれぞれ２画素ピッチ離れて配置される。その他の構成は、図１０の撮像素子２１ａと同様である。

また、図１２に示す撮像素子２１ｃは、図１０の撮像素子２１ａに対して、Ｒフィルタ３０２とＢフィルタ３０３の配置が変更されている。

具体的には、受光部２２における左上の画素にＧフィルタ３０１が配置され、Ｇフィルタ３０１が配置された画素の下側の画素にＢフィルタ３０３が配置され、Ｇフィルタ３０１が配置された画素の右側の画素にＲフィルタ３０２が配置され、Ｂフィルタ３０３が配置された画素の右側の画素にＣｙフィルタ３０４が配置されている。そして、Ｇフィルタ３０１、Ｒフィルタ３０２、Ｂフィルタ３０３及びＣｙフィルタ３０４は、上下左右方向にそれぞれ２画素ピッチ離れて配置される。その他の構成は、図１０の撮像素子２１ａと同様である。

また、図１３に示す撮像素子２１ｄは、図１０の撮像素子２１ａに対して、Ｒフィルタ３０２とＢフィルタ３０３とＣｙフィルタ３０４の配置が変更されている。

具体的には、受光部２２における左上の画素にＧフィルタ３０１が配置され、Ｇフィルタ３０１が配置された画素の下側の画素にＣｙフィルタ３０４が配置され、Ｇフィルタ３０１が配置された画素の右側の画素にＲフィルタ３０２が配置され、Ｃｙフィルタ３０４が配置された画素の右側の画素にＢフィルタ３０３が配置されている。そして、Ｇフィルタ３０１、Ｒフィルタ３０２、Ｂフィルタ３０３及びＣｙフィルタ３０４は、上下左右方向にそれぞれ２画素ピッチ離れて配置される。その他の構成は、図１０の撮像素子２１ａと同様である。

これらの撮像素子２１ｂ、２１ｃ及び２１ｄを備えた撮像装置（内視鏡２）によれば、撮像素子２１ａを備えた撮像装置と同様に、画素の微細化に伴って生じる被写界深度と解像感のトレードオフを解消し、狭帯域観察光と通常観察光の両方で観察することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本出願は、２０１６年１２月２８日に日本国に出願された特願２０１６−２５６９１６号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (12)

1. カラーフィルタ配列を備え当該カラーフィルタの特性に応じてそれぞれ異なる感度を有する第１画素群と第２画素群とを配置する撮像素子と、
   前記第１画素群のみを読み出して形成され、被写体に向けて照射するための複数種の照明光を発生可能とする光源に係る当該照明光の種別を選択する光源選択制御信号と同期する制御信号に応じて読み出す前記第１画素群の構成を任意に変更する第１フレームに係る第１の読み出しタイミングと、前記第１画素群および前記第２画素群を含む全画素を読み出して形成される第２フレームに係る第２の読み出しタイミングと、を制御する読出タイミング制御部と、
   前記読出タイミング制御部の制御に基づいて、前記第１の読み出しタイミングにおいて読み出された前記第１フレームに係る第１フレーム信号と、前記第２の読み出しタイミングにおいて読み出された前記第２フレームに係る第２フレーム信号と、を交互に出力するよう制御する出力制御部と、
   前記出力制御部により制御され出力された前記第１フレーム信号と前記第２フレーム信号とをフレーム加算処理して１枚の画像信号として出力するフレーム加算回路と、
   備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記カラーフィルタ配列は少なくとも補色系カラーフィルタ配列を含み、かつ、前記光源が前記照明光として白色光照明光、または、１つもしくは複数の単色光により構成される狭帯域観察光照明光のいずれかを発生可能である場合において、前記光源選択制御信号に同期する前記所定の制御信号に応じて、前記読出タイミング制御部は、前記照明光として前記白色光照明光が選択された場合と前記狭帯域観察光照明光が選択された場合とで、前記第１フレームで読み出す前記第１画素群の対象画素を変更可能に選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記読出タイミング制御部は、前記照明光として前記白色光照明光が選択された場合は、前記第１フレームで読み出す前記第１画素群の対象画素としてシアン画素およびマゼンタ画素を選択し、前記照明光として前記狭帯域観察光照明光が選択された場合は、前記第１フレームで読み出す前記第１画素群の対象画素としてシアン画素のみを選択する
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子は水平２画素共有画素を配置することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記読出タイミング制御部は、被写体に向けて照射するための複数種の照明光を発生可能とする光源から照射される当該照明光に係る波長に応じて前記撮像素子の読みだしタイミングを制御し、前記光源からの前記照明光に応じて感度が高くなる画素を前記第１画素群として選択することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子が備えるカラーフィルタは、緑色光の波長帯域を透過するＧフィルタと、赤色光の波長帯域を透過するＲフィルタと、青色光の波長帯域を透過するＢフィルタと、緑色光及び青色光の波長帯域を透過するＣｙフィルタとを有し、
   前記Ｇフィルタ、前記Ｒフィルタ、前記Ｂフィルタ及び前記Ｃｙフィルタは、上下左右方向にそれぞれ２画素ピッチ離れて配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記Ｇフィルタが前記撮像素子の受光部における所定の画素に配置され、
   前記Ｒフィルタは、前記Ｇフィルタが配置された前記所定の画素の下側の画素に配置され、
   前記Ｂフィルタは、前記Ｇフィルタが配置された前記所定の画素の右側の画素に配置され、
   前記Ｃｙフィルタは、前記Ｒフィルタが配置された画素の右側の画素に配置される
   ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記Ｇフィルタが前記撮像素子の受光部における所定の画素に配置され、
   前記Ｒフィルタは、前記Ｇフィルタが配置された前記所定の画素の下側の画素に配置され、
   前記Ｃｙフィルタは、前記Ｇフィルタが配置された画素の右側の画素に配置され、
   前記Ｂフィルタは、前記Ｒフィルタが配置された前記所定の画素の右側の画素に配置される
   ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
9. 前記Ｇフィルタが前記撮像素子の受光部における所定の画素に配置され、
   前記Ｂフィルタは、前記Ｇフィルタが配置された前記所定の画素の下側の画素に配置され、
   前記Ｒフィルタは、前記Ｇフィルタが配置された前記所定の画素の右側の画素に配置され、
   前記Ｃｙフィルタは、前記Ｂフィルタが配置された画素の右側の画素に配置される
   ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
10. 前記Ｇフィルタが前記撮像素子の受光部における所定の画素に配置され、
    前記Ｃｙフィルタは、前記Ｇフィルタが配置された前記所定の画素の下側の画素に配置され、
    前記Ｒフィルタは、前記Ｇフィルタが配置された前記所定の画素の右側の画素に配置され、
    前記Ｂフィルタは、前記Ｃｙフィルタが配置された画素の右側の画素に配置される
    ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
11. 請求項１に記載の撮像装置は、内視鏡である
    ことを特徴とする内視鏡。
12. 請求項１１に記載の内視鏡を含む
    ことを特徴とする内視鏡システム。

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