JPWO2017013780A1 - 撮像システム及び内視鏡システム - Google Patents
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Abstract
Description
また近年の撮像装置は、例えば、CMOS型イメージセンサ(以下、CMOSと称する)を用いる。CMOSは、一般的に、画素信号を1水平ライン毎に順に読み出すローリングシャッタ方式を採用している。この場合、同一の時点で、露光中のラインと非露光中のラインとが存在する状態が発生する。
[構成]
図1と図2Aと図2Bと図2Cと図3と図4Aと図4Bと図4Cと図4Dと図4Eと図4Fとを参照して第1の実施形態について説明する。なお以下において、図1に示すように、積算光量S1,S2,S3は、パルスP1,P2,P3である照明光ILの強度(以下、光強度)と、照明時間である出力期間との積であると規定する。すなわち、積算光量S1,S2,S3は、照明光の光量を示す。
図2Aに示すように、内視鏡システム10は、外光が届きにくく且つ入りにくい暗闇の箇所に存在する被写体21を観察する観察システムの一例である。暗闇の箇所は、例えば、観察対象物23の内部空間部25である。観察対象物23は、内部空間部25につながる狭い入口27を有する。内部空間部25は、狭い入口27の奥に存在し、入口27に比べて広い。内部空間部25に対して、室内光や太陽光といった外光は届きにくく且つ入りにくい。つまり外光が内部空間部25に侵入しにくいため、内部空間部25は外光によって照明しにくい部位である。
なお内視鏡30は、光源装置40とは別体で光源装置40に着脱自在であるが、これに限定される必要はない。内視鏡30は、光源装置40を内蔵してもよい。
図2Bに示すように、照明ユニット50は、1次光を出射する光源部51と、光源部51から出射された1次光を導光する導光部材53と、前記した照明部55とを有する。光源部51は光源装置40に備えられ、導光部材53は光源装置40と内視鏡30とに備えられ、照明部55は挿入部31の先端部に備えられる。
図2Bに示すように、撮像ユニット60は、前記した撮像素子61と、撮像素子61を制御する撮像制御部63と、撮像素子61の画素から出力された電気信号に対する画像処理によって被写体21のカラー画像を生成する画像処理部65とを有する。撮像素子61は挿入部31の先端部且つ照明部55の隣に備えられ、撮像制御部63と画像処理部65とは光源装置40に備えられる。
パルスP1における積算光量S1は、パルスP1の強度と出力期間との積の値となる。パルスP2における積算光量S2は、パルスP2の強度と第1期間T1との積の値となる。パルスP3における積算光量S3は、パルスP3の強度と第2期間T2との積の値となる。
光源部51は、1次光であるレーザ光を出射する。1次光は、導光部材53によって照明部55に導光される。1次光の光学特性は照明部55によって変換され、1次光は照明光ILとして被写体21を照明する。
パルスP1,P2,P3における積算光量S1,S2,S3が0の状態において、パルスP1のみが設定されるとする。照明制御部100は、一定値の強度であるパルスP1の強度を、照明光の最大強度Pmaxの1/M(M=2以上の整数)に制御する。本実施形態では、M=22=4としている。なお、照明制御部100は、1フレーム期間Tflまたは1フィールド期間において、パルスP1を複数のパルスで構成してもよい。このようにパルスP1の強度は一定値であるため、パルスP1の出力期間の調整によって、パルスP1における積算光量S1は制御される。調整及び制御は、照明制御部100によって実施される。出力期間は、第1期間T1の0%〜100%に相当する。照明光の光量が現状に対して増加するため、出力期間は増加することとなる。なお出力期間は、第1期間T1の0%〜100%としたが、出力期間の最小値は0%ではない値(例えば第1期間T1の5%)でも良く、出力期間の最大値は100%ではない値(例えば第1期間T1の95%)でも良い。
照明制御部100は、パルスP2における積算光量S2がPmax×3/4×T1にとなるように、パルスP2の強度をPmax×3/4に設定する。また照明制御部100は、パルスP3における積算光量S3がPmax/4×T1となるように、パルスP3の強度をPmax/4×T1/T2に設定する。パルスP1の強度はPmax/4のままである。
照明制御部100は、パルスP3における積算光量S3がPmax×2/4×T1にとなるように、パルスP3の強度をPmax×2/4×T1/T2に設定する。パルスP1の強度はPmax/4のままである。
パルスP2,P3における積算光量S2,S3が最大となっている状態で、パルスP1の出力期間が設定されるとする。照明制御部100は、一定値の強度であるパルスP1の強度を、照明光の最大強度Pmaxの1/M(M=2以上の整数)に制御する。照明制御部100は、一定値の強度であるパルスP2の強度を、照明光の最大強度Pmaxの(M−1)/M(M=2以上の整数)に制御する。本実施形態では、M=22=4としている。なお、照明制御部100は、1フレーム期間Tflまたは1フィールド期間において、パルスP1を複数のパルスで構成してもよい。このようにパルスP1が一定値であるため、パルスP1の出力期間の調整によって、パルスP1における積算光量S1は制御される。調整及び制御は、照明制御部100によって実施される。出力期間は、第1期間T1の0%〜100%に相当する。照明光の光量が現状に対して減少するため、出力期間は減少することとなる。
照明制御部100は、パルスP2における積算光量S2がPmax×3/4×T1にとなるように、パルスP2の強度をPmax×3/4に設定する。また照明制御部100は、パルスP3における積算光量S3がPmax/4×T1となるように、パルスP3の強度をPmax/4×T1/T2に設定する。パルスP1の強度はPmax/4のままである。
なお、このとき、照明制御部100は、パルスP2における積算光量S2がPmax×3/4×T1にとなるように、パルスP2の強度をPmax×3/4に設定する。パルスP1の強度はPmax/4のままである。
本実施形態では、全ライン露光期間Taと読出期間Trとが混在している状態で、連続照明でのパルスP3を一定に保ちつつ、パルスP1,P2,P3によって、照明光の光量が制御される。これにより本実施形態では、撮像素子61が水平ライン毎に順に露光する際に、画像に対する明暗縞の発生を抑制でき、調光のダイナミックレンジを広げることができる。また本実施形態では、パルスP3によって、光源部51の能力を最大限利用できる。
以下に、図6Aと図6Bとを参照して、第1の実施形態の変形例1について説明する。第1の実施形態と同じ部位には、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
しかしながら、本変形例では、図6Aに示すように、パルスP1における積算光量S1からパルスP2における積算光量S2に移行する前に、パルスP2における積算光量S2からパルスP3における積算光量S3に移行し、移行は複数の1フレーム期間Tflにて実施される。
しかしながら、本変形例では、図6Bに示すように、パルスP2における積算光量S2からパルスP1における積算光量S1に移行する前に、パルスP3における積算光量S3からパルスP2における積算光量S2に移行し、移行は複数の1フレーム期間Tflにて実施される。
以下に、図7を参照して、第1の実施形態の変形例2について説明する。第1の実施形態と同じ部位には、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
このとき、最大光量(最大積算光量)は、Pmax×T1×2としてもよいし、Pmax×(T1+T2)としても良い。
本発明の内視鏡システムの一態様は、内視鏡と前記内視鏡が着脱自在な光源装置とを有する上記の撮像システムを具備する。
Claims (15)
- 被写体を照明する照明光を出射する照明部と、
受光した光を光電変換することによって電気信号を生成し、2次元状に配列された画素を有する撮像素子と、
前記画素によって生成される前記電気信号を、前記画素のライン毎に順次読み出す読出部と、
前記照明光の強度を制御する照明制御部と、
を具備し、
前記読出部は、1フレーム期間または1フィールド期間のうち前記読出部が前記画素のラインの少なくとも一部を読み出す読出期間を有し、
前記照明制御部は、前記読出期間の少なくとも一部において実施され前記照明光の強度を一定に保つ連続照明と、前記読出期間以外の期間である非読出期間において実施され前記照明光の強度を変調する変調照明とを基に、前記照明光の強度を制御し、
前記変調照明での前記照明光の強度は、前記非読出期間において前記照明光を出力する期間である出力期間の増減に伴い可変する積算光量のための強度である第1パルスと、前記非読出期間において前記照明光の強度を一定に保つための強度である第2パルスとを組み合わせた波形を有し、
前記照明制御部は、前記連続照明と前記変調照明とを基にした前記照明光の強度の制御によって、前記1フレーム期間または前記1フィールド期間に出力される前記照明光の光量の増減を制御する撮像システム。 - 前記積算光量は、パルスの強度と、前記出力期間との積であり、
前記第1パルスの強度と前記出力期間の最大値との積である最大積算光量と、前記第1パルスの強度と前記出力期間の最小値との積である最小積算光量とにおいて、
前記照明制御部は、前記出力期間を増減することで前記最大積算光量と前記最小積算光量との間で前記第1パルスにおける前記積算光量を増減し、前記照明光の光量を増減する請求項1に記載の撮像システム。 - 前記第1パルスにおける前記積算光量が前記最大積算光量である状態で、前記照明制御部が前記1フレーム期間または前記1フィールド期間において前記照明光の光量をさらに増加する場合、前記照明制御部は、前記第1パルスにおける前記積算光量から移行量分だけ減らし、前記第2パルスにおける積算光量を前記移行量分だけ増やす第1増加移行動作を実施し、
前記照明制御部は、前記第1増加移行動作後において、前記照明光の光量の増加量が前記第1パルスにおける前記積算光量に対応するように、前記第1パルスにおける前記出力期間を調整する請求項2に記載の撮像システム。 - 前記第1パルスにおける前記積算光量が前記最小積算光量である状態で、前記照明制御部が前記1フレーム期間または前記1フィールド期間において前記照明光の光量をさらに減少する場合、前記照明制御部は、前記第2パルスにおける前記積算光量から移行量分だけ減らし、前記第1パルスにおける前記積算光量を前記移行量分だけ増やす第1減少移行動作を実施し、
前記照明制御部は、前記第1減少移行動作後において、前記照明光の光量の減少量が前記第1パルスにおける前記積算光量に対応するように、前記第1パルスにおける前記出力期間を調整する請求項2に記載の撮像システム。 - 前記照明制御部は、前記移行量を、前記最大積算光量と前記最小積算光量との差として設定する請求項3または請求項4に記載の撮像システム。
- 前記照明制御部は、前記第1パルスの強度を、前記照明光の最大強度の1/M(M=2以上の整数)に制御する請求項5に記載の撮像システム。
- 前記第1パルスの強度と前記第2パルスの強度との和が前記照明光の最大強度に略等しく、前記照明制御部が前記照明光の光量をさらに増加する場合、前記照明制御部は、前記第2パルスにおける前記積算光量から前記移行量分だけ減らし、前記連続照明における積算光量を前記移行量分だけ増やす第2増加移行動作を実施し、
前記第1パルスの強度と前記第2パルスの強度との和が前記照明光の最大強度に略等しく、前記照明制御部が前記第1パルスにおける前記積算光量をさらに減少する場合、前記照明制御部は、前記連続照明における積算光量から前記移行量分だけ減らし、前記第2パルスにおける前記積算光量を前記移行量分だけ増やす第2減少移行動作を実施する請求項5に記載の撮像システム。 - 前記第2増加移行動作と前記第2減少移行動作との少なくとも一方は、移行開始から複数のフレーム期間または複数のフィールド期間にて実施される請求項7に記載の撮像システム。
- 前記照明光の光量が少ない場合、前記照明制御部は、前記第1パルスの強度を、前記照明光の最大強度の1/M(M=2以上の整数)よりも小さく制御し、
前記照明光の光量が多い場合、前記照明制御部は、前記第1パルスの強度を、前記照明光の最大強度の1/M(M=2以上の整数)よりも多く制御する請求項3または請求項4に記載の撮像システム。 - 前記照明制御部は、前記第2パルスにおける前記積算光量と前記連続照明での前記積算光量との総和が一定となるように、前記第2パルスの強度と前記連続照明での強度とを制御する請求項3または請求項4に記載の撮像システム。
- 前記照明制御部は、前記1フレーム期間または前記1フィールド期間において、前記第1パルスを複数のパルスで構成する請求項1に記載の撮像システム。
- 前記照明制御部は、前記第1パルスにおける前記出力期間を、PWM制御とPDM制御とPNM制御とのいずれかで増減する請求項1に記載の撮像システム。
- 前記画素から出力された前記電気信号に対する画像処理によって前記被写体の画像を生成する画像処理部をさらに具備し、
前記画像処理部は、前記画像に含まれる前記被写体の輝度値を検出する検出部を有し、
前記照明制御部は、前記検出部が検出した前記輝度値を基に、前記照明光の前記光量の増減を制御する請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の撮像システム。 - 1次光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された前記1次光を導光する導光部材と、
前記導光部材によって導光された前記1次光を、前記1次光と異なる光学特性を有する2次光に変換する前記照明部の光変換部材と、
を有する照明ユニットを具備する請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の撮像システム。 - 請求項1乃至請求項14のいずれかに記載の撮像システムを具備する内視鏡システム。
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