JPWO2015146318A1 - 内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

Abstract

特殊観察モード時に得られる通常観察画像の輝度及びＳ／Ｎを向上させることを可能とする内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動方法を提供する。特殊観察モード時には、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含む第２照明光を照射した後、消灯状態として、複数の画素行のうちの一部を間引き読み出し方式で信号読み出しを行う。そして、通常光である第１照明光を照射した後、消灯状態として、全画素行を列方向に画素加算読み出し方式で信号読み出しを行う。画像処理部は、間引き読み出し方式で読み出された第２撮像信号と、画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号とに基づいて酸素飽和度画像を生成し、第１撮像信号に基づいて通常観察画像を生成する。

Description

本発明は、特殊観察モードを有する内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動方法に関する。

医療分野において、光源装置、内視鏡、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。内視鏡システムには、生体内の観察部位に分光特性が異なる第１照明光と第２照明光を照射して観察を行う特殊観察モードを有するものがある。

特殊観察モードでは、第１照明光と第２照明光とが、光源装置から交互に内視鏡に供給され、内視鏡の先端部から観察部位に照射される。例えば、第１照明光は白色光（通常光）であり、第２照明光は血中ヘモグロビンの吸光係数が高い光を含む特殊光である。第１照明光により照明された観察部位を撮像することにより通常観察画像が生成され、第２照明光により照明された観察部位を撮像することにより特殊観察画像が生成される。

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）。これは、ＣＭＯＳ型の撮像素子は、ＣＣＤ型の撮像素子に比べて低消費電力であることや、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）回路等の周辺回路を撮像部と同一の基板上に形成することが可能であるためである。このＣＭＯＳ型の撮像素子では、基本的に、撮像部に構成された複数の画素行を、一画素行ずつ順にリセットと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。各画素行のリセットから信号読み出しまでの期間が露光期間である。

ローリングシャッタ方式では露光タイミングが一画素行ずつ順にずれるため、ローリングシャッタ方式で撮像素子を駆動しながら、照明光を第１照明光から第２照明光に間断なく切り替えると、いくつかの画素行の露光期間が照明光の切り替えを跨いでしまい、第１照明光と第２照明光とが混じり合った光を撮像してしまう。このため、特許文献１では、照明光を切り替える際に消灯期間を設け、この消灯期間中に信号読み出しを行うことが提案されている。

特開２０１０−６８９９２号公報

上記のように、第１照明光と第２照明光とを切り替える際に単純に消灯期間を設けると、消灯期間を設けた分だけ撮像素子のフレームレートが低下する。このため、特許文献１では、第１及び第２照明光の各照射時間（露光時間）を短くし、かつ、撮像素子から信号読み出しを行う画素数を間引いて読み出し時間を短くすることにより、フレームレートの低下を防止している。

しかしながら、特許文献１に記載の内視鏡システムは、通常観察モードでは、第１照明光を常時照射してローリングシャッタ方式で撮像素子を駆動するが、特殊観察モードでは、フレームレートの低下させないように露光時間を短くするので、特殊観察モード時に得られる通常観察画像は、通常観察モード時に得られる通常観察画像に比べて、輝度及びＳ／Ｎが低下するという問題がある。

本発明は、特殊観察モード時に得られる通常観察画像の輝度及びＳ／Ｎを向上させることを可能とする内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの作動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、分光特性が異なる第１及び第２照明光を検体に照射する照明部と、照明部により照明された検体を、列方向に配列された複数の画素行により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、照明部から第２照明光を照射した後、照明部を消灯して、複数の画素行のうちの一部を間引き読み出し方式で信号読み出しを行い、照明部から第１照明光を照射した後、照明部を消灯して、複数の画素行を列方向に画素加算読み出し方式で信号読み出しを行う第１撮像方式を、照明部及び撮像素子に実行させる制御部と、間引き読み出し方式で読み出された第２撮像信号と、画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号とに基づいて特殊観察画像を生成し、第１撮像信号に基づいて通常観察画像を生成する画像処理部と、を備える。

制御部は、撮像素子を制御して、間引き読み出し方式で信号読み出しを行った画素行のみを、間引き読み出し方式で信号読み出しを行った後にリセットすることが好ましい。

撮像素子は、ベイヤー配列のカラーフィルタを有しており、間引き読み出し方式では、列方向に隣接する２画素行が、２画素行おきに順に読み出され、画素加算読み出し方式では、同色のカラーフィルタが配置された画素が、列方向に２画素ずつ加算して読み出されることが好ましい。

撮像素子は、隣接する一対の画素がフローティングディフュージョン部をそれぞれ選択的に共有しており、間引き読み出し方式では、一対の画素の一方に蓄積された信号電荷のみがフローティングディフュージョン部を介して読み出され、画素加算読み出し方式では、一対の画素に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョン部で加算されて読み出されるものであっても良い。

第１照明光または第２照明光は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含んでおり、画像処理部は、特殊観察画像として、酸素飽和度の情報を含む酸素飽和度画像を生成することが好ましい。

画像処理部は、第１及び第２撮像信号に基づいて酸素飽和度を算出し、通常観察画像を酸素飽和度に基づいて画像処理することにより酸素飽和度画像を生成することが好ましい。

制御部は、照明部から第１照明光を照射した後、照明部を消灯して間引き読み出し方式で信号読み出しを行い、照明部から第２照明光を照射した後、照明部を消灯して間引き読み出し方式で信号読み出しを行う第２撮像方式を、照明部及び撮像素子に実行させることを可能とすることが好ましい。

検体の明るさを検出する明るさ検出部を備え、制御部は、明るさが一定値より小さい場合に第１撮像方式を実行させ、明るさが一定値以上である場合に第２撮像方式を実行させることが好ましい。

本発明の内視鏡システムのプロセッサ装置は、分光特性が異なる第１及び第２照明光を検体に照射する照明部と、照明部により照明された検体を、列方向に配列された複数の画素行により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムのプロセッサ装置において、照明部から第２照明光を照射した後、照明部を消灯して、複数の画素行のうちの一部を間引き読み出し方式で読み出しを行い、照明部から第１照明光を照射した後、照明部を消灯して、複数の画素行を列方向に画素加算読み出し方式で信号読み出しを行う撮像方式を、照明部及び撮像素子に実行させる制御部と、間引き読み出し方式で読み出された第２撮像信号と、画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号とに基づいて特殊観察画像を生成し、第１撮像信号に基づいて通常観察画像を生成する画像処理部と、を備える。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、分光特性が異なる第１及び第２照明光を検体に照射する照明部と、照明部により照明された検体を、列方向に配列された複数の画素行により撮像するＣＭＯＳ型の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、制御部が、照明部から第２照明光を照射した後、照明部を消灯して、複数の画素行のうちの一部を間引き読み出し方式で信号読み出しを行い、照明部から第１照明光を照射した後、照明部を消灯して、複数の画素行を列方向に画素加算読み出し方式で信号読み出しを行う撮像方式を、照明部及び撮像素子に実行させるステップと、画像処理部が、間引き読み出し方式で読み出された第２撮像信号と、画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号とに基づいて特殊観察画像を生成し、第１撮像信号に基づいて通常観察画像を生成するステップと、を備える。

本発明によれば、特殊観察モード時に、照明部から第２照明光を照射した後、照明部を消灯して、複数の画素行のうちの一部を間引き読み出し方式で信号読み出しを行い、照明部から第１照明光を照射した後、照明部を消灯して、複数の画素行を列方向に画素加算読み出し方式で信号読み出しを行い、間引き読み出し方式で読み出された第２撮像信号と、画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号とに基づいて特殊観察画像を生成し、第１撮像信号に基づいて通常観察画像を生成するので、特殊観察モード時に得られる通常観察画像の輝度及びＳ／Ｎを向上させることができる。

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。 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。 第１及び第２照明光の強度スペクトルを示すグラフである。 撮像素子の電気的構成を示す図である。 画素の構成を示す回路図である。 カラムＡＤＣ回路の動作を説明する図である。 カラーフィルタアレイの構成を示す図である。 カラーフィルタの分光透過特性を示す図である。 通常観察モード時の撮像方式を説明する図である。 特殊観察モード時の撮像方式を説明する図である。 画像処理部の構成を示すブロック図である。 信号比と酸素飽和度の相関関係を示すグラフである。 酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸光係数を示すグラフである。 内視鏡システムの作用を示すフローチャートである。 間引き読み出し時の動作を説明する図である。 画素加算読み出し時の動作を説明する図である。 ＥＸＲ配列方式のＣＭＯＳ型の撮像素子の構成を示す図である。 画素対の構成を示す回路図である。 第２撮像方式による駆動タイミングを説明する図である。 第１及び第２撮像方式の切り替え方法を説明するフローチャートである。 カプセル内視鏡の構成を示す図である。

〔第１実施形態〕
図１において、内視鏡システム１０は、生体内の観察部位（検体）を撮像する内視鏡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ための照明光を内視鏡１１に供給する光源装置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、モニタ１４の他、キーボードやマウス等の入力部１５が接続されている。

内視鏡１１は、生体の消化管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、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。

操作部１７には、アングルノブ２２ａ、モード切替スイッチ２２ｂなどが設けられている。アングルノブ２２ａは、湾曲部２０を湾曲させる操作に用いられる。このアングルノブ２２ａの操作により、先端部１９を所望の方向に向けることができる。

モード切替ＳＷ２２ｂは、通常観察モードと、特殊観察モードの２種類の観察モード間の切り替え操作に用いられる。通常観察モードは、白色光により観察対象をフルカラーで撮像して得られる通常観察画像をモニタ１４に表示するモードである。特殊観察モードは、観察対象の血中ヘモグロビンの酸素飽和度を求め、酸素飽和度に基づいて通常観察画像を画像処理して得られる酸素飽和度画像をモニタ１４に表示するモードである。

図２において、先端部１９の先端面には、観察部位に照明光を照射する照明窓２３と、観察部位の像を取り込むための観察窓２４と、観察窓２４を洗浄するために送気・送水を行う送気・送水ノズル２５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２６とが設けられている。観察窓２４の奥には、撮像素子３９（図３参照）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２２ａ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、撮像素子３９を駆動するための制御信号や、撮像素子３９が出力する撮像信号を伝達する信号ケーブルや、光源装置１３から供給される照明光を照明窓２３に導光するライトガイド３５（図３参照）が挿通されている。

操作部１７には、アングルノブ２２ａ、モード切替スイッチ２２ｂの他に、処置具を挿入するための鉗子口２７、送気・送水ノズル２５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ライトガイド３５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とはそれぞれ、プロセッサ装置１２と光源装置１３とに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にはライトガイド３５の入射端３５ａ（図３参照）が配置されている。

図３において、光源装置１３は、第１及び第２レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）３０ａ，３０ｂと、光源制御部３１と、第１及び第２光ファイバ３２ａ，３２ｂと、光カプラ３３とを有している。第１ＬＤ３０ａは、中心波長４４５ｎｍの第１青色レーザ光を発する。第２ＬＤ３０ｂは、中心波長４７３ｎｍの第２青色レーザ光を発する。第１及び第２青色レーザ光の半値幅は、それぞれ±１０ｎｍ程度である。第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂには、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードや、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオード、ＧａＮＡｓ系レーザダイオードなどが用いられる。

光源制御部３１は、第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂの点灯・消灯を個別に制御する。光源制御部３１は、通常観察モードの場合には、第１ＬＤ３０ａを点灯させる。特殊観察モードの場合には、第１ＬＤ３０ａと第２ＬＤ３０ｂとを順に点灯させる。

第１光ファイバ３２ａには、第１ＬＤ３０ａから発せられた第１青色レーザ光が入射する。第２光ファイバ３２ｂには、第２ＬＤ３０ｂから発せられた第２青色レーザ光が入射する。第１及び第２光ファイバ３２ａ，３２ｂは、光カプラ３３に接続されている。光カプラ３３は、第１及び第２光ファイバ３２ａ，３２ｂの光路を統合し、第１及び第２青色レーザ光をそれぞれ内視鏡１１のライトガイド３５の入射端３５ａに入射させる。

内視鏡１１は、ライトガイド３５と、蛍光体３６と、照明光学系３７と、撮像光学系３８と、撮像素子３９と、信号送信部４０とを有している。ライトガイド３５は、各照明窓２３に対して１本ずつ設けられている。このライトガイド３５としては、マルチモードファイバを使用することができる。例えば、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径が０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用することができる。

光源用コネクタ２９ｂが光源装置１３に接続されたときに、光源用コネクタ２９ｂに配置された各ライトガイド３５の入射端３５ａが光カプラ３３の出射端に対向する。先端部１９に位置する各ライトガイド３５の出射端に対向して蛍光体３６が配置されている。蛍光体３６には、ライトガイド３５を介して第１青色レーザ光または第２青色レーザ光が入射する。

蛍光体３６は、複数種類の蛍光体物質（例えばＹＡＧ系蛍光体、あるいはＢＡＭ（ＢａＭｇＡＬＳ_０Ｏ_１７）等の蛍光体）を、バインダに分散させて直方体状としたものである。蛍光体３６は、ライトガイド３５から入射したレーザ光（第１青色レーザ光または第２青色レーザ光）の一部を吸収して励起され、緑色から赤色の波長帯域を有する蛍光を発する。また、蛍光体３６に入射したレーザ光の一部は、蛍光体３６に吸収されずにそのまま蛍光体３６を通過する。したがって、蛍光体３６からは、蛍光と、レーザ光の一部とが射出される。

具体的には、第１ＬＤ３０ａが点灯し、蛍光体３６に第１青色レーザ光が入射した場合には、蛍光体３６からは、図４に示すスペクトルを有する第１照明光が射出される。この第１照明光は、第１青色レーザ光と、第１青色レーザ光の入射により蛍光体３６から励起発光された第１蛍光とを含んでいる。また、第２ＬＤ３０ｂが点灯し、蛍光体３６に第２青色レーザ光が入射した場合には、蛍光体３６からは、図４に示すスペクトルを有する第２照明光が射出される。この第２照明光は、第２青色レーザ光と、第２青色レーザ光の入射により蛍光体３６から励起発光された第２蛍光とを含んでおり、第１照明光とは分光特性が異なる。第１蛍光と第２蛍光とのスペクトル形状は、ほぼ同一である。すなわち、波長λにおける第１蛍光の強度Ｉ_１（λ）と第２蛍光の強度Ｉ_２（λ）との比は、ほぼ一定である。

蛍光体３６からの射出される第１及び第２照明光は、照明光学系３７により集光され、照明窓２３を介して生体内の観察部位に照射される。この観察部位からの反射光は、観察窓２４を通して撮像光学系３８に入射し、撮像光学系３８によって撮像素子３９の撮像面３９ａに結像される。本実施形態では、光源装置１３、ライトガイド３５、蛍光体３６、及び照明光学系３７が特許請求の範囲に記載の照明部に対応している。

撮像素子３９は、ＣＭＯＳ型であり、プロセッサ装置１２からから供給される撮像制御信号に基づいて、観察部位からの反射光を撮像して撮像信号を出力する。

信号送信部４０は、撮像素子３９により得られる撮像信号を、それぞれ周知の低電圧作動シグナリング伝送方式でプロセッサ装置１２に送信する。また、内視鏡１１に設けられた前述のモード切替スイッチ２２ｂが操作された際に、モード切替スイッチ２２ｂからモード切替操作信号が、プロセッサ装置１２に送信される。

プロセッサ装置１２は、制御部４１と、信号受信部４２と、デジタル信号処理部（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）４３と、画像処理部４４と、表示制御部４５とを有する。制御部４１は、プロセッサ装置１２内の各部の制御と、内視鏡１１の撮像素子３９及び光源装置１３の光源制御部３１の制御を行う。

信号受信部４２は、内視鏡１１の信号送信部４０から送信される撮像信号を受信する。ＤＳＰ４３は、信号受信部４２により受信された撮像信号に対して、欠陥補正処理、ゲイン補正処理、ホワイトバランス処理、ガンマ変換、同時化処理等の周知の信号処理を施す。

画像処理部４４は、通常観察モード時には、第１照明光が照射された観察部位からの反射光を撮像素子３９が撮像することにより得られ、ＤＳＰ４３により信号処理が施された撮像信号に対して、色変換処理、色彩強調処理、構造強調処理等を行うことにより通常観察画像を生成する。

また、画像処理部４４は、特殊観察モード時には、第１及び第２照明光が照射された観察部位からの反射光を撮像素子３９が撮像することにより得られ、ＤＳＰ４３により信号処理が施された撮像信号に基づいて酸素飽和度を算出するとともに通常観察画像を算出し、この通常観察画像を酸素飽和度に基づいて画像処理することにより、酸素飽和度の情報を含む酸素飽和度画像（特殊観察画像）を生成する。

表示制御部４５は、画像処理部４４により生成された画像を、表示用形式の信号に変換してモニタ１４に表示させる。

図５において、撮像素子３９は、画素アレイ部５０と、行走査回路５１と、行方向に複数のＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）が配列されたカラムＡＤＣ回路５２と、ラインメモリ５３と、列走査回路５４と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５５とを有する。ＴＧ５５は、プロセッサ装置１２の制御部４１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、前述の撮像面３９ａ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が配線されており、列方向に沿って第１列信号線ＬＶ１及び第２列信号線ＬＶ２が配線されている。

行選択線ＬＳ及び行リセット線ＬＲは、１画素行毎に設けられている。第１列信号線ＬＶ１及び第２列信号線ＬＶ１は、１画素列毎に設けられている。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。

１画素行内の各画素５０ａは、１組の行選択線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、第１列信号線ＬＶ１または第２列信号線ＬＶ２に接続されている。具体的には、全画素行のうちの０，１，４，５，８，９，・・・，Ｎ−３，Ｎ−２の画素行（以下、第１画素行群という）の各画素５０ａは、第１列信号線ＬＶ１に接続されている。その他の２，３，６，７，１０，１１，・・・，Ｎ−１，Ｎの画素行（以下、第２画素行群という）の各画素５０ａは、第２列信号線ＬＶ２に接続されている。

各画素５０ａは、図６に示すように、フォトダイオードＤ１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Ｄ１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Ｄ１に蓄積された信号電荷を電圧値（画素信号ＰＳ）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ＰＳを、第１列信号線ＬＶ１または第２列信号線ＬＶ２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Ｄ１に蓄積された信号電荷を電源線に破棄（リセット）する。

行走査回路５１は、ＴＧ５５から入力されるタイミング信号に基づいて、行選択信号Ｓ１及びリセット信号Ｓ２を発生する。行走査回路５１は、信号読み出し動作時に、行選択線ＬＳに行選択信号Ｓ１を与えることにより、該行選択線ＬＳに接続された画素５０ａの画素信号ＰＳを第１列信号線ＬＶ１または第２列信号線ＬＶ２に出力させる。また、行走査回路５１は、リセット動作時に、行リセット線ＬＲにリセット信号Ｓ２を与えることにより、該行リセット線ＬＲに接続された画素５０ａをリセットする。

カラムＡＤＣ回路５２は、コンパレータ５２ａと、カウンタ５２ｂと、参照信号生成部５２ｃと、第１〜第３キャパシタＣ１〜Ｃ３と、第１及び第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２とを有している。コンパレータ５２ａの第１入力端子には、第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２が並列に接続されており、第２入力端子には、第３キャパシタＣ３が接続されている。コンパレータ５２ａの出力端子には、カウンタ５２ｂが接続されている。各画素列に設けられた１組の第１及び第２列信号線ＬＶ１，ＬＶ２は、１つのコンパレータ５２ａの第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２に、第１及び第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介してそれぞれ接続されている。

第１及び第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＴＧ５５から入力されるタイミング信号に基づいてオン／オフ制御され、信号読み出し時に一方または両方がオンとなる。具体的には、第１画素行群から画素信号ＰＳの読み出しが行われる場合には、第１スイッチＳＷ１がオンとなり、第１キャパシタＣ１に画素信号ＰＳが入力される。第２画素行群から画素信号ＰＳの読み出しが行われる場合には、第２スイッチＳＷ２がオンとなり、第２キャパシタＣ２に画素信号ＰＳが入力される。また、後述する画素加算読み出しの場合には、第１及び第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２が共にオンとなり、第１及び第２画素行群から読み出された画素信号ＰＳが第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２のそれぞれに入力される。

参照信号生成部５２ｃは、各コンパレータ５２ａの第３キャパシタＣ３に共通に接続されており、第３キャパシタＣ３に参照信号Ｖｒｅｆを入力する。具体的には、参照信号生成部５２ｃは、ＴＧ５５から入力されるクロック信号に基づいて、図７（ａ）に示すように、時間とともにリニアに増加する参照信号Ｖｒｅｆを生成して、第３キャパシタＣ３に入力する。

各コンパレータ５２ａは、第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２に入力された画素信号ＰＳと、参照信号Ｖｒｅｆとを比較し、図７（ｂ）に示すように、両者の電圧値の大小関係を表す信号ＣＳを出力する。具体的には、各コンパレータ５２ａは、第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２の一方に画素信号ＰＳが入力されている場合には、その画素信号ＰＳと参照信号Ｖｒｅｆとを比較し、第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２の両方に画素信号ＰＳが入力されている場合には、両画素信号ＰＳの和と参照信号Ｖｒｅｆとを比較する。

出力信号ＣＳは、カウンタ５２ｂに入力される。カウンタ５２ｂは、ＴＧ５５から入力されるクロック信号に基づき、図７（ｃ）に示すように、参照信号Ｖｒｅｆの増加開始とともにカウント動作を開始する。そして、カウンタ５２ｂは、画素信号ＰＳと参照信号Ｖｒｅｆとの電圧値が一致し、出力信号ＣＳがロウレベルからハイレベルに変化した際にカウント動作を停止する。このカウンタ５２ｂがカウント動作を停止した際のカウント値が、画素信号ＰＳに対応する。このカウント値はデジタル信号であり、デジタル化された画素信号ＰＳＤとしてカラムＡＤＣ回路５２からラインメモリ５３に出力される。

ラインメモリ５３は、カラムＡＤＣ回路５２によりデジタル化された１行分の画素信号ＰＳＤを一括して保持する。列走査回路５４は、ＴＧ５５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５３を走査することにより、画素信号ＰＳＤ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ＰＳＤが前述の撮像信号である。

図８において、画素アレイ部５０の光入射側には、カラーフィルタアレイ６０が設けられている。カラーフィルタアレイ６０は、緑色（Ｇ）フィルタ６０ａ、青色（Ｂ）フィルタ６０ｂ、及び赤色（Ｒ）フィルタ６０ｃ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６０の色配列は、ベイヤー配列であり、Ｇフィルタ６０ａ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６０ｂとＲフィルタ６０ｃとがそれぞれ正方格子状となるように配置されている。

図９に示すように、Ｇフィルタ６０ａは、約４５０〜６３０ｎｍの波長域に対して高い透過率を有している。Ｂフィルタ６０ｂは、約３８０〜５６０ｎｍの波長域に対して高い透過率を有している。Ｒフィルタ６０ｃは、約５８０〜７６０ｎｍの波長域に対して高い透過率を有している。以下、Ｇフィルタ６０ａが配置された画素５０ａをＧ画素と称し、Ｂフィルタ６０ｂが配置された画素５０ａをＢ画素と称し、Ｒフィルタ６０ｃが配置された画素５０ａをＲ画素と称する。このうち、後述する異吸光波長光に対して最も感度が高い画素群は、Ｂ画素である。

第１照明光の照射時には、Ｂ画素には第１青色レーザ光と第１蛍光の短波長側成分が入射し、Ｇ画素には第１蛍光の主波長成分が入射し、Ｒ画素には第１蛍光の長波長側成分が入射する。同様に、第２照明光の照射時には、Ｂ画素には第２青色レーザ光と第２蛍光の短波長側成分が入射し、Ｇ画素には第２蛍光の主波長成分が入射し、Ｒ画素には第２蛍光の長波長側成分が入射する。なお、第１青色レーザ光の発光強度は、第１蛍光よりも発光強度が大きく、第２青色レーザ光の発光強度は、第２蛍光よりも発光強度が大きいので、Ｂ画素に入射する光の大部分は第１青色レーザ光または第２青色レーザ光の成分である。

このように撮像素子３９は、単板方式のカラーイメージセンサであるので、撮像信号は、それぞれＧ，Ｂ，Ｒの各画素信号に分けられる。

信号読み出し方式として、「順次読み出し方式」、「間引き読み出し方式」、及び「画素加算読み出し方式」が実行可能である。順次読み出し方式では、行走査回路５１により行選択線ＬＳが順に選択されながら行選択信号Ｓ１が与えられる。これにより、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。この順次読み出しでは、第１画素行群の画素行の信号読み出しを行う際には第１スイッチＳＷ１がオンとされ、第２スイッチＳＷ２はオフとされる。第２画素行群の画素行の信号読み出しを行う際には第２スイッチＳＷ２がオンとされ、第１スイッチＳＷ１はオフとされる。

間引き読み出し方式では、行走査回路５１により、全画素行のうちの一部である第１画素行群の行選択線ＬＳが順に選択されながら行選択信号Ｓ１が与えられる。これにより、第１画素行群のみが、１画素行ずつ順に信号読み出しが行われる。この間引き読み出し時には、第１スイッチＳＷ１がオンとされ、第２スイッチＳＷ２はオフとされる。

画素加算読み出し方式では、行走査回路５１により、列方向に１画素行離れた２つの画素行の行選択線ＬＳが順に選択されながら、２つの行選択線ＬＳに同時に行選択信号Ｓ１が与えられる。これにより、画素行「０」及び「２」、「１」及び「３」、「４」及び「６」、「５」及び「７」、・・・という組み合わせで２つの画素行が順に選択されながら、画素加算読み出しが行われる。すなわち、第１画素行群の画素行と、第２画素行群の画素行との同色のフィルタが配置された画素５０ａ同士が加算読み出しされる。この画素加算読み出し時には、第１及び第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２が共にオンとされ、第１キャパシタＣ１に入力された画素信号ＰＳと、第２キャパシタＣ２に入力された画素信号ＰＳとが加算される。

また、リセット方式として、「順次リセット方式」、「一括リセット方式」、及び「部分リセット方式」が実行可能である。順次リセット方式では、行走査回路５１により行リセット線ＬＲが順に選択されながらリセット信号Ｓ２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、行走査回路５１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Ｓ２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。

部分リセット方式では、行走査回路５１により、全画素行のうちの第１画素行群の画素行の行リセット線ＬＲに一括してリセット信号Ｓ２が与えられる。これにより、画素アレイ部５０の半分の画素行が一括して同時にリセットされる。

次に、観察モードに応じた制御部４１の制御について説明する。図１０に示すように、通常観察モード時には、制御部４１は、光源制御部３１を制御して、第１ＬＤ３０ａを点灯させることにより、内視鏡１１の照明窓２３から第１照明光を射出させる。そして、第１照明光が射出された状態で、撮像素子３９を制御して、ローリングシャッタ方式で駆動させる。

具体的には、制御部４１は、まず、順次リセット方式により、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を行う。この順次リセットの開始から露光時間ＥＴが経過した後、制御部４１は、順次読み出し方式より、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を行う。この結果、撮像素子３９から１フレーム分の撮像信号が出力される。このローリングシャッタ方式の駆動が、通常観察モードの間繰り返し実行され、１フレーム時間ＦＴ（例えば、１／６０秒）毎に１フレーム分の撮像信号が得られる。

制御部４１は、通常観察モード中にモード切替スイッチ２２ｂが操作され、通常観察モードから特殊観察モードへの切り替えを指示するモード切替操作信号を受信すると、光源制御部３１を制御して、第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂを、消灯期間を介して交互に点灯させることにより、図１１に示すように、内視鏡１１の照明窓２３から第１及び第２照明光を、消灯期間を介して交互に射出させる。

具体的には、制御部４１は、まず、内視鏡１１の照明窓２３から第２照明光を射出させるとともに、一括リセット方式により、全画素行を同時にリセットする。この一括リセットの実行から、前述の露光時間ＥＴの半分の時間（ＥＴ／２）が経過した後、制御部４１は、第２照明光の射出を停止させて消灯状態とする。この消灯期間中に、前述の間引き読み出し方式により第１画素行群の各画素行が順に信号読み出しされる。

この後、制御部４１は、部分リセット方式により第１画素行群のみをリセットするとともに、第１照明光を射出させる。そして、第１照明光の射出開始から露光時間ＥＴの半分の時間（ＥＴ／２）が経過した後、制御部４１は、第１照明光の射出を停止して消灯状態とする。この消灯期間中に、前述の画素加算読み出し方式により第１画素行群と第２画素行群とが画素加算されて読み出される。

この結果、１フレーム分の撮像信号が得られる。このうち、第１照明光の照射後に画素加算読み出し方式で読み出された撮像信号（以下、第１撮像信号という）は、第１照明光でのみ露光された第１画素行群からの信号と、第１及び第２照明光で露光された第２画素行群からの信号との加算信号である。この第１撮像信号に含まれるＧ，Ｂ，Ｒの各画素信号をそれぞれ、Ｇ１画素信号、Ｂ１画素信号、Ｒ１画素信号という。

第２照明光の照射後に間引き読み出し方式で読み出された撮像信号（以下、第２撮像信号という）は、第２照明光でのみ露光された第１画素行群からの信号である。この第２撮像信号に含まれるＧ，Ｂ，Ｒの各画素信号をそれぞれ、Ｇ２画素信号、Ｂ２画素信号、Ｒ２画素信号という。

このように、本実施形態の特殊観察モードでは、間引き読み出し方式及び画素加算読み出し方式で信号読み出しを行うので、読み出し時間は、従来のように各照明光の照射後に間引き読み出しを行う場合と同等である。このため、本実施形態の特殊観察モードは、通常観察モードからフレームレートを低下させずに実行することができる。

以上のように特殊観察モードでは、第１及び第２撮像信号がＤＳＰ４３に入力される。ＤＳＰ４３では、同時化処理及び補間処理を行い、１画素につき１組のＢ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号と１組のＢ２，Ｇ２，Ｒ２画素信号とを生成する。

図１２において、プロセッサ装置１２の画像処理部４４は、信号比算出部７１と、相関関係記憶部７２と、酸素飽和度算出部７３と、通常観察画像生成部７４と、ゲイン補正部７５とを有している。

信号比算出部７１には、ＤＳＰ４３から画像処理部４４に入力される第１及び第２撮像信号のうち、Ｇ１画素信号、Ｒ１画素信号、Ｂ２画素信号、Ｇ２画素信号、Ｒ２画素信号が入力される。信号比算出部７１は、まず、画素毎に、緑色基準信号Ｓｇと赤色基準信号Ｓｒとを、Ｓｇ＝（Ｇ１−Ｇ２）／２、Ｓｒ＝（Ｒ１−Ｒ２）／２の各演算式に基づいて算出する。この緑色基準信号Ｓｇ及び赤色基準信号Ｓｒは、第１照明光のみを照射した場合のＧ画素信号値及びＲ画素信号値に相当する。そして、信号比算出部７１は、Ｂ２画素信号と緑色基準信号Ｓｇとの信号比Ｂ２／Ｓｇと、赤色基準信号Ｓｒと緑色基準信号Ｓｇとの信号比Ｓｒ／Ｓｇとを算出する。

相関関係記憶部７２は、信号比Ｂ２／Ｓｇ及び信号比Ｓｒ／Ｓｇと、酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係は、図１３に示すように、二次元空間上に酸素飽和度の等値線を定義した２次元テーブルで記憶されている。信号比Ｂ２／Ｓｇ及び信号比Ｓｒ／Ｓｇに対する等値線の位置及び形状は、光散乱の物理的なシミュレーションによって予め得られ、各等値線の間隔は、血液量（信号比Ｓｒ／Ｓｇ）に応じて変化する。なお、信号比Ｂ２／Ｓｇ及び信号比Ｓｒ／Ｓｇと、酸素飽和度との相関関係はｌｏｇスケールで記憶されている。

上記相関関係は、図１４に示す酸化ヘモグロビンの吸光特性（一点鎖線７６）及び還元ヘモグロビンの吸光特性（実線７７）に密接に関連している。酸素飽和度は、第２青色レーザ光の中心波長４７３ｎｍのように、酸化ヘモグロビンによる吸光係数と還元ヘモグロビンによる吸光係数との差が大きい波長の光（異吸光波長光）を用いることにより算出可能である。しかし、主として第２青色レーザ光に依存するＢ２画素信号は、酸素飽和度だけでなく、血液量にも大きく依存する。これに対して、第１照明光のみを照射した場合のＲ画素信号値に相当する赤色基準信号Ｓｒは、主として血液量に依存する。

このため、Ｂ２画素信号と赤色基準信号Ｓｒとを、それぞれ緑色基準信号Ｓｇをリファレンスとして割った値（信号比Ｂ２／Ｓｇ及び信号比Ｓｒ／Ｓｇ）を用いることにより、血液量に対する依存性を低減して、酸素飽和度を精度よく算出することができる。なお、酸素飽和度の算出に必須の信号は、Ｂ２画素信号であるので、Ｂ２画素信号のみから酸素飽和度を算出しても良い。

酸素飽和度算出部７３は、相関関係記憶部７２に記憶された相関関係を参照し、信号比算出部７１で算出された信号比Ｂ２／Ｓｇ及び信号比Ｓｒ／Ｓｇに対応する酸素飽和度を画素毎にそれぞれ算出する。酸素飽和度の算出値は、０％を下回ることや、１００％を上回ることは殆どない。もし、算出値が０％を下回った場合には酸素飽和度を０％とし、１００％を上回った場合には酸素飽和度を１００％とすればよい。

通常観察画像生成部７４は、第１撮像信号に含まれるＢ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号を用いて通常観察画像を生成する。第１撮像信号は、第１照明光でのみ露光された第１画素行群の信号と、第１及び第２照明光で露光された第２画素行群の信号との加算信号であるので、通常観察画像生成部７４により、高輝度で、かつＳ／Ｎのよい通常観察画像が得られる。

ゲイン補正部７５は、通常観察画像の各画素を構成するＢ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号のそれぞれに対して、酸素飽和度に応じたゲイン補正を施す。例えば、補正酸素飽和度が６０％以上の画素では、Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号のいずれにもゲインを「１」とする。これに対して、補正酸素飽和度が６０％未満の画素では、Ｂ１画素信号に対してゲインを「１」未満とし、Ｇ１，Ｒ１画素信号に対してゲインを「１」以上とする。そして、ゲイン補正後のＢ１，Ｇ１，Ｒ１画素信号を用いて画像を生成する。このようにゲイン補正を行った通常観察画像が、酸素飽和度画像である。この酸素飽和度画像では、高酸素領域（酸素飽和度が６０〜１００％の領域）は、通常観察画像と同一の色であるが、低酸素領域（酸素飽和度が０〜６０％の領域）は、青色に変色される。

次に、内視鏡システム１０の作用を図１５のフローチャートに沿って説明する。まず、操作者が生体内に内視鏡１１を挿入し、通常観察モードで観察部位の観察が行われる（ステップＳ１０）。この通常観察モードでは、観察部位に第１照明光が照射された状態で、ローリングシャッタ方式で撮像素子３９が駆動され、１フレーム時間毎に撮像素子３９から撮像信号が読み出される。この撮像信号に基づいて画像処理部４４により通常観察画像が生成され、モニタ１４に表示される（ステップＳ１１）。モニタ１４の表示フレームレートは、撮像素子３９のフレームレートと同一であり、モニタ１４に表示される通常観察画像は、１フレーム時間毎に更新される。

操作者が通常観察モードでの観察により病変の可能性がある部位を発見し、モード切替ＳＷ２２ｂを操作して、観察モードの切り替えが行われると（ステップＳ１２でＹＥＳ）、特殊観察モードに移行する（ステップＳ１３）。

この特殊観察モードでは、観察部位に、第２照明光の照射が開始されるとともに、撮像素子３９が一括リセットされ、第２照明光の照射が停止された後、消灯状態のまま、図１６に示すように、間引き読み出し方式により、列方向に隣接する２画素行が、２画素行おきに順に読み出される。すなわち、第１画素行群から信号読み出しが行われ、第２撮像信号が得られる。

そして、第１照明光の照射が開始されるとともに、部分リセットにより第１画素行群のみがリセットされ、第１照明光の照射が停止された後、消灯状態のまま、図１７に示すように、画素加算読み出し方式により、同色のカラーフィルタが配置された画素が、列方向に２画素ずつ加算して読み出される。すなわち、第１画素行群と第２画素行群とが画素加算して読み出され、第１撮像信号が得られる。

以上の撮像方式により、特殊観察モードでは、第１及び第２撮像信号が１フレーム時間毎に取得される。第１及び第２撮像信号が得られるたびに、画像処理部４４により、第１撮像信号に基づいて通常観察画像が生成されてモニタ１４に表示され（ステップＳ１４）、第１及び第２撮像信号に基づいて酸素飽和度画像が生成されてモニタ１４に表示される（ステップＳ１５）。通常観察画像及び酸素飽和度画像は、例えば、モニタ１４の画面上に並べて同時に表示される。

この通常観察画像及び酸素飽和度画像の生成及び表示は、操作者によりモード切替ＳＷ２２ｂが再度操作されるか、診断を終了する操作が行われるまで繰り返し行われる。モード切替ＳＷ２２ｂが操作されると（ステップＳ１６でＹＥＳ）、通常観察モードに戻り（ステップＳ１０）、同様の動作が実行される。一方、モード切替ＳＷ２２ｂが操作されずに、診断を終了する操作が行われると（ステップＳ１７でＹＥＳ）、内視鏡システム１０の動作が終了する。

〔第２実施形態〕
上記第１実施形態では、第１照明光を、第１青色レーザ光を有する光とし、第２照明光を、第２青色レーザ光（異吸光波長光）を有する光としているが、これに代えて、第２実施形態では、第１照明光を、第２青色レーザ光（異吸光波長光）を有する光とし、第２照明光を、第１青色レーザ光を有する光とする。

本実施形態では、第２照明光の照射後に間引き読み出し方式で読み出された第２撮像信号（Ｇ２画素信号、Ｂ２画素信号、Ｒ２画素信号）と、第１照明光の照射後に画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号（Ｇ１画素信号、Ｂ１画素信号、Ｒ１画素信号）とに基づき、異吸光波長光を有する第１照明光のみを照射した場合のＢ画素信号は、（Ｂ１−Ｂ２）／２の演算を行うことにより得られる。また、第２照明光のみを照射した場合のＧ画素信号及びＲ画素信号は、Ｇ２画素信号及びＲ２画素信号として得られる。

したがって、本実施形態では、信号比算出部７１は、信号比（Ｂ１−Ｂ２）／（２×Ｇ２）の値と、信号比Ｒ２／Ｇ２の値を算出する。酸素飽和度算出部７３は、信号比（Ｂ１−Ｂ２）／（２×Ｇ２）と、信号比Ｒ２／Ｇ２との値に基づいて酸素飽和度を算出する。また、通常観察画像生成部７４は、第１撮像信号に基づいて通常観察画像を生成する。

本実施形態においても高輝度で、かつＳ／Ｎのよい通常観察画像が得られる。また、本実施形態では、異吸光波長光を有する光のみを照射した場合のＢ画素信号に相当する信号は、画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号に基づいて得られるので、Ｓ／Ｎが向上する。本実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同一である。

なお、上記各実施形態では、酸素飽和度に基づいて通常観察画像を画像処理することにより酸素飽和度画像を生成しているが、酸素飽和度の情報を画像化して酸素飽和度画像を生成しても良い。

また、上記各実施形態では、図１１に示すように、第２照明光の照射開始時に一括リセットを行っているが、この一括リセットを行わずに、第２照明光の照射開始前の消灯期間内に順次リセット方式でリセットを行っても良い。

また、上記各実施形態では、図１１に示すように、第１照明光の照射開始時に、第１画素行群のみをリセットする部分リセットを行っているが、この部分リセットは行わなくても良い。撮像素子３９は、ＣＭＯＳ型であるので、各画素５０ａは信号読み出しが行われた後も、リセットが行われるまでは信号電荷を保持している。このため、部分リセットを行わない場合は、第１撮像信号は、第１及び第２照明光で露光された第１画素行群と、第１及び第２照明光で露光された第２画素行群とが画素加算された信号となり、通常観察画像の輝度がさらに向上する。

また、上記各実施形態では、画素加算読み出し方式として、画素信号の加算をカラムＡＤＣ内のキャパシタで行う容量加算方式を用いているが、カラムＡＤＣ内のカウンタで加算を行うカウンタ加算方式や、フローティングディフュージョン部で加算を行うＦＤ加算方式等を用いても良い。

ＦＤ加算方式を可能とする撮像素子として、図１８に示すＥＸＲ配列方式のＣＭＯＳ型の撮像素子８０がある。この撮像素子８０は、偶数行に配置された複数の第１画素８１と、奇数行に配置された複数の第２画素８２とを有している。第１画素８１は、正方格子状に配列されており、第１画素行群を構成している。第２画素８２は、正方格子状に配列されており、第２画素行群を構成している。第１及び第２画素８１，８２は、それぞれ行方向に１画素おきに、互いに１画素だけずれた位置に配置されている。

第１及び第２画素行群は、それぞれベイヤー配列の原色型カラーフィルタアレイを有している。隣接する一対の第１及び第２画素８１，８２は、画素対８３を構成しており、同色のカラーフィルタが配置されている。

図１９に示すように、画素対８３は、第１フォトダイオードＤ１と、第１転送トランジスタＴ１と、第２フォトダイオードＤ２と、第２転送トランジスタＴ２と、フローティングディフュージョン部ＦＤ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とにより構成されている。

第１フォトダイオードＤ１及び第１転送トランジスタＴ１は、第１画素８１に設けられている。第２フォトダイオードＤ２及び第２転送トランジスタＴ２は、第２画素８２に設けられている。フローティングディフュージョン部ＦＤ、アンプトランジスタＭ１、画素選択トランジスタＭ２、リセットトランジスタＭ３は、第１画素８１と第２画素８２とで共用されている。

第１転送トランジスタＴ１は、第１フォトダイオードＤ１とフローティングディフュージョン部ＦＤとの間に設けられており、第１転送制御線ＬＴ１によりオン／オフ制御が行われる。第１転送トランジスタＴ１がオンとされると、第１フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョン部ＦＤに転送される。

第２転送トランジスタＴ２は、第２フォトダイオードＤ２とフローティングディフュージョン部ＦＤとの間に設けられており、第２転送制御線ＬＴ２によりオン／オフ制御が行われる。第２転送トランジスタＴ２がオンとされると、第２フォトダイオードＤ２に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョン部ＦＤに転送される。

アンプトランジスタＭ１は、フローティングディフュージョン部ＦＤ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、フローティングディフュージョン部ＦＤに蓄積された信号電荷を破棄（リセット）する。

第１転送制御線ＬＴ１、第２転送制御線ＬＴ２、行選択線ＬＳ、及び行リセット線ＬＲは、行方向に並ぶ各画素対８３に共通に接続されており、行走査回路（図示せず）により制御信号が供給される。列信号線ＬＶは、列方向に並ぶ各画素対８３に共通に接続されており、カラムＡＤＣ回路（図示せず）に画素信号を出力する。その他、撮像素子８０は、第１実施形態の撮像素子３９と同様に、ラインメモリ、列走査回路、タイミングジェネレータ（いずれも図示せず）を有している。

撮像素子８０では、第１画素行群と第２画素行群との画素加算読み出しは、第１及び第２転送トランジスタＴ１，Ｔ２を共にオンとし、第１及び第２フォトダイオードＤ１，Ｄ２に蓄積された信号電荷を共にフローティングディフュージョン部ＦＤに転送して、信号電荷を加算して画素信号として読み出すことより行われる。

第１画素行群のみから信号読み出しを行う間引き読み出しは、第１転送トランジスタＴ１のみをオンとし、第１フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷のみをフローティングディフュージョン部ＦＤに転送して画素信号として読み出すことにより行われる。

順次読み出しは、第１及び第２転送トランジスタＴ１，Ｔ２を交互にオンとし、第１及び第２フォトダイオードＤ１，Ｄ２に蓄積された信号電荷を交互にフローティングディフュージョン部ＦＤに転送して画素信号として読み出すことにより行われる。

また、一括リセットは、第１及び第２転送トランジスタＴ１，Ｔ２を共にオンとして、第１及び第２フォトダイオードＤ１，Ｄ２に蓄積された信号電荷を共にフローティングディフュージョン部ＦＤに転送して電源線に破棄することにより行われる。

第１画素行群のみをリセットする部分リセットは、第１転送トランジスタＴ１のみをオンとして、第１フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷のみをフローティングディフュージョン部ＦＤに転送して電源線に破棄することにより行われる。

順次リセットは、第１及び第２転送トランジスタＴ１，Ｔ２を交互にオンとして、第１及び第２転送トランジスタＴ１，Ｔ２を交互にオンとし、第１及び第２フォトダイオードＤ１，Ｄ２に蓄積された信号電荷を交互にフローティングディフュージョン部ＦＤに転送して電源線に破棄することにより行われる。撮像素子８０のその他の動作は、第１実施形態の撮像素子３９と同様である。

また、上記各実施形態特殊観察モード時には、図１１に示す撮像方式（以下、第１撮像方式という）により光源装置１３及び撮像素子３９を駆動しているが、これとは別に、図２０に示す従来の撮像方式（以下、第２撮像方式という）により光源装置１３及び撮像素子３９を駆動可能としても良い。

この第２撮像方式では、第１及び第２照明光を、消灯期間を介して交互に照射させ、各消灯期間に間引き読み出し方式で信号読み出しが行われる。また、各照明光の照射開始時に一括リセット方式により全画素行が一括して同時にリセットされる。信号読み出しは、例えば、画素アレイ部５０から前述の第１画素行群のみを読み出すことにより画素間引きが行われる。第２撮像方式のフレームレートは、第１撮像方式と同一である。

第２撮像方式では、通常観察画像は、第１照明光の照射後に読み出された撮像信号に基づいて生成される。酸素飽和度画像は、第１照明光の照射後に読み出された撮像信号と、第２照明光の照射後に読み出された撮像信号とに基づいて生成される。酸素飽和度画像は、第２照明光の照射後に読み出された撮像信号のみで生成することも可能である。この第２撮像方式では、通常観察画像は、通常観察モード時の通常観察画像と同様に第１照明光により得られた撮像信号に基づいて生成されるので、ＤＳＰ４３で行われるホワイトバランス処理等を通常観察モード時と同一とすることができる。

また、第１撮像方式では通常観察画像の明るさ及びＳ／Ｎが向上する反面、第２撮像方式に比べて露光時間が長く、被写体ブレや手ブレ等が生じやすい。このため、検体の明るさに応じて第１撮像方式と第２撮像方式とを切り替えても良い。

具体的には、図２１に示すように、通常観察モードから特殊観察モードに切り替えられた後、検体の明るさを検出する。この検体の明るさは、撮像信号に基づいてＤＳＰ４３により算出される。例えば、１フレーム分の撮像信号から平均輝度値を算出することにより、検体の明るさが求められる。すなわち、ＤＳＰ４３が、明るさ検出部に相当する。この明るさ検出は、第１撮像方式による撮像信号、第２撮像方式による撮像信号のいずれを用いても良い。

検体の明るさが検出された後、明るさが一定値以上の場合には、第２撮像方式を選択し、明るさが一定値より小さい場合には第１撮像方式を選択する。なお、検体の明るさは、通常観察モード時に算出しておき、特殊観察モードに切り替えられた際に、通常観察モード時に算出された明るさに基づいて撮像方式を選択しても良い。

また、検体の明るさに代えて、撮像信号のＳ／Ｎが低く、ＤＳＰ４３等で一定以上のゲインが必要であるか否かを判断し、一定以上のゲインが必要となる場合に第１撮像方式を選択し、一定以上のゲインが必要でない場合に第２撮像方式を選択するようにしても良い。

また、第２撮像方式においても、各照明光の照射開始時に一括リセットを行わずに、消灯期間内に順次リセット方式でリセットを行っても良い。

上記各実施形態では、原色型のカラーフィルタアレイを用いているが、これに代えて、補色型のカラーフィルタアレイを用いても良い。

上記各実施形態では、第１及び第２ＬＤ３０ａ，３０ｂから射出される第１及び第２レーザ光を、蛍光体３６に照射することにより第１及び第２照明光を生成しているが、特開２０１３−１６５７７６号公報に開示されているように、キセノンランプ等の白色光源と、波長分離フィルタとにより第１及び第２照明光を生成しても良い。さらに、ＬＥＤ（例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を発する３種のＬＥＤ）と波長選択フィルタとを用いて第１及び第２照明光を生成することも可能である。

上記各実施形態では、第１照明光として白色光を用い、第２照明光として血中ヘモグロビンの吸光係数が高い光を含む特殊光を用いることにより、特殊観察画像として酸素飽和度画像を生成しているが、第２照明光として血中ヘモグロビンの吸光係数が高い狭帯域光（例えば、中心波長４０５ｎｍの紫色狭帯域光）を用いることにより、特殊観察画像として生体組織表層の血管が強調された血管強調観察画像を生成しても良い。

上記各実施形態では、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。

本発明は、消化管内を通過しながら画像を撮影し、撮影画像を記録装置に転送するカプセル内視鏡に適用可能である。例えば、図２２に示すように、カプセル内視鏡８０は、照明部８１と、レンズ８２と、撮像素子８３と、信号処理部８４と、メモリ８５と、送信部８６と、制御部８７と、電源８８と、これらを収容するカプセルハウジング８９とで構成されている。

照明部８１は、ＬＥＤ及び波長選択フィルタを有し、前述の第１及び第２照明光を検体に照射する。撮像素子８３は、ＣＭＯＳ型であり、第１及び第２照明光で照明された検体からの反射光を、レンズ８２を介して撮像し、前述の第１及び第２撮像信号を出力する。信号処理部８４は、第１及び第２撮像信号に対して、上記実施形態のＤＳＰ４３及び画像処理部４４が行う信号処理を行い、通常観察画像及び酸素飽和度画像を生成する。メモリ８５は、各画像を記憶する。送信部８６は、メモリ８５に記憶された各画像を、外部の記録装置（図示せず）に無線送信する。制御部８７は、各部を制御する。

なお、送信部８６から第１及び第２撮像信号を外部装置（図示せず）に送信し、この外部装置で通常観察画像及び酸素飽和度画像の生成を行っても良い。

また、本発明は、照明光の観察部位の反射光をイメージガイドで導光するファイバスコープや、撮像素子と超音波トランスデューサが先端部に内蔵された超音波内視鏡を用いた内視鏡システムにも適用可能である。

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
３０ａ 第１レーザダイオード
３０ｂ 第２レーザダイオード
３５ ライトガイド
３６ 蛍光体
３９ 撮像素子
４１ 制御部
５０ 画素アレイ部
５０ａ 画素
８０ 撮像素子
８１ 第１画素
８２ 第２画素
８３ 画素対

Claims (10)

1. 分光特性が異なる第１及び第２照明光を検体に照射する照明部と、
   前記照明部により照明された前記検体を、列方向に配列された複数の画素行により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、
   前記照明部から前記第２照明光を照射した後、前記照明部を消灯して、前記複数の画素行のうちの一部を間引き読み出し方式で信号読み出しを行い、前記照明部から前記第１照明光を照射した後、前記照明部を消灯して、前記複数の画素行を前記列方向に画素加算読み出し方式で信号読み出しを行う第１撮像方式を、前記照明部及び前記撮像素子に実行させる制御部と、
   前記間引き読み出し方式で読み出された第２撮像信号と、前記画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号とに基づいて特殊観察画像を生成し、前記第１撮像信号に基づいて通常観察画像を生成する画像処理部と、
   を備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記制御部は、前記撮像素子を制御して、前記間引き読み出し方式で信号読み出しを行った前記画素行のみを、前記間引き読み出し方式で信号読み出しを行った後にリセットする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記撮像素子は、ベイヤー配列のカラーフィルタを有しており、
   前記間引き読み出し方式では、前記列方向に隣接する２画素行が、２画素行おきに順に読み出され、
   前記画素加算読み出し方式では、同色のカラーフィルタが配置された画素が、前記列方向に２画素ずつ加算して読み出される
   請求項１または２に記載の内視鏡システム。
4. 前記撮像素子は、隣接する一対の画素がフローティングディフュージョン部をそれぞれ選択的に共有しており、
   前記間引き読み出し方式では、前記一対の画素の一方に蓄積された信号電荷のみが前記フローティングディフュージョン部を介して読み出され、
   前記画素加算読み出し方式では、前記一対の画素に蓄積された信号電荷が前記フローティングディフュージョン部で加算されて読み出される
   請求項１または２に記載の内視鏡システム。
5. 前記第１照明光または前記第２照明光は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光係数が異なる異吸光波長光を含んでおり、
   前記画像処理部は、前記特殊観察画像として、酸素飽和度の情報を含む酸素飽和度画像を生成する請求項１から４のうちいずれか１項に記載の内視鏡システム。
6. 前記画像処理部は、前記第１及び第２撮像信号に基づいて前記酸素飽和度を算出し、前記通常観察画像を前記酸素飽和度に基づいて画像処理することにより前記酸素飽和度画像を生成する請求項５に記載の内視鏡システム。
7. 前記制御部は、前記照明部から前記第１照明光を照射した後、前記照明部を消灯して前記間引き読み出し方式で信号読み出しを行い、前記照明部から前記第２照明光を照射した後、前記照明部を消灯して前記間引き読み出し方式で信号読み出しを行う第２撮像方式を、前記照明部及び前記撮像素子に実行させることを可能とする請求項１から６のうちいずれか１項に記載の内視鏡システム。
8. 前記検体の明るさを検出する明るさ検出部を備え、
   前記制御部は、前記明るさが一定値より小さい場合に前記第１撮像方式を実行させ、前記明るさが前記一定値以上である場合に前記第２撮像方式を実行させる請求項７に記載の内視鏡システム。
9. 分光特性が異なる第１及び第２照明光を検体に照射する照明部と、
   前記照明部により照明された前記検体を、列方向に配列された複数の画素行により撮像するＣＭＯＳ型の撮像素子を有する内視鏡と、を備える内視鏡システムのプロセッサ装置において、
   前記照明部から前記第２照明光を照射した後、前記照明部を消灯して、前記複数の画素行のうちの一部を間引き読み出し方式で信号読み出しを行い、前記照明部から前記第１照明光を照射した後、前記照明部を消灯して、前記複数の画素行を前記列方向に画素加算読み出し方式で信号読み出しを行う撮像方式を、前記照明部及び前記撮像素子に実行させる制御部と、
   前記間引き読み出し方式で読み出された第２撮像信号と、前記画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号とに基づいて特殊観察画像を生成し、前記第１撮像信号に基づいて通常観察画像を生成する画像処理部と、
   を備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
10. 分光特性が異なる第１及び第２照明光を検体に照射する照明部と、
    前記照明部により照明された前記検体を、列方向に配列された複数の画素行により撮像するＣＭＯＳ型の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、
    制御部が、前記照明部から前記第２照明光を照射した後、前記照明部を消灯して、前記複数の画素行のうちの一部を間引き読み出し方式で信号読み出しを行い、前記照明部から前記第１照明光を照射した後、前記照明部を消灯して、前記複数の画素行を前記列方向に画素加算読み出し方式で信号読み出しを行う撮像方式を、前記照明部及び前記撮像素子に実行させるステップと、
    画像処理部が、前記間引き読み出し方式で読み出された第２撮像信号と、前記画素加算読み出し方式で読み出された第１撮像信号とに基づいて特殊観察画像を生成し、前記第１撮像信号に基づいて通常観察画像を生成するステップと、
    を備えることを特徴とする内視鏡システムの作動方法。

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