WO2017056784A1

WO2017056784A1 - 撮像装置、内視鏡および内視鏡システム

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Publication number: WO2017056784A1
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Abstract

狭帯域光および白色光のいずれかを照射する場合であっても、解像度が高い画像を得ることができる撮像装置、内視鏡および内視鏡システムを提供する。撮像装置は、緑色および青色の各々の波長帯域の透過スペクトルより狭帯域光の波長帯域の透過スペクトルが高い分光特性を有する赤色フィルタと、赤色および青色の各々の波長帯域の透過スペクトルより狭帯域光の波長帯域の透過スペクトルが高い分光特性を有する緑色フィルタと、赤色および緑色の各々の波長帯域の透過スペクトルより狭帯域光の波長帯域の透過スペクトルが高い分光特性を有する青色フィルタと、を含むフィルタユニットを、複数の単位画素２３０に対応させて配置してなるカラーフィルタ２６と、複数の単位画素２３０の各々に光信号電荷を蓄積させる蓄積させる蓄積時間を制御するタイミング生成部２５と、を備える。

Description

撮像装置、内視鏡および内視鏡システム

　本発明は、被写体を撮像して該被写体の画像データを生成する撮像装置、内視鏡および内視鏡システムに関する。

　近年、内視鏡システムにおいて、白色光源が発する光の波長帯域より狭く、青色と緑色の波長帯域にそれぞれ含まれる狭帯域の光（以下、「狭帯域光」という）を被検体の観察部位に照射し、この観察部位で反射した反射光を画像化して粘膜表層の毛細血管および粘膜微細模様を強調表示する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）をそれぞれ透過する３種類のフィルタを所定のパターンで配置したカラーフィルタが受光面上に設けられた撮像素子において、緑色の成分を透過するフィルタ（Ｇフィルタ）の特性として、緑色光に感応する主感度領域に加えて、青色の狭帯域光に感応する副感度領域を設けている。

　特許文献１の技術では、Ｇフィルタを透過した光を受光する画素（Ｇ画素）の画素値、および赤色の成分を透過するフィルタ（Ｒフィルタ）を透過した光を受光する画素（Ｒ画素）の画素値の相関演算を行うことによって、Ｇ画素の画素値から副感度領域の画素値を抽出し、抽出した副感度領域の画素値および副感度領域の成分および青色の成分を透過するフィルタ（Ｂフィルタ）を透過した光を受光する画素（Ｂ画素）の画素値に基づいて、粘膜表層の毛細血管および粘膜微細模様等を強調した強調画像を表示モニタに表示させる。

特開２０１２－１７０６３９号公報

　しかしながら、上述した特許文献１では、Ｒ画素が青色の狭帯域光に対する感度が低いため、Ｒ画素からの画素値も小さくなることによって、解像感が低い画像となるという問題点があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、狭帯域光および白色光のいずれを照射する場合であっても、解像度が高い画像を得ることができる撮像装置、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。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域の各々を有する白色光または該白色光の波長帯域より狭い狭帯域の狭帯域光が照射された被写体を撮像して画像データを生成する撮像装置であって、二次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成する複数の画素と、前記赤色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、前記緑色および前記青色の波長帯域の透過スペクトルより前記狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する赤色フィルタ、前記緑色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、前記赤色および前記青色の波長帯域の透過スペクトルより前記狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する緑色フィルタ、および前記青色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、前記赤色および前記緑色の波長帯域の透過スペクトルより前記狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する青色フィルタの各々を、前記複数の画素に対応させて配置してなるカラーフィルタと、前記複数の画素の各々に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間を個別に制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

　また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記制御部は、当該撮像装置が前記狭帯域光を照射された前記被写体を撮像する場合、前記複数の画素の各々の分光感度比に基づいて、前記複数の画素の各々の前記蓄積時間を個別に制御することを特徴とする。

　また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記制御部は、前記複数の画素のうち前記狭帯域光に対する分光感度が最も高い画素の蓄積時間を、他のフィルタが配置されてなる画素の蓄積時間より短くする制御を行うことを特徴とする。

　また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記狭帯域は、３９０ｎｍ～４４０ｎｍであり、前記制御部は、前記青色フィルタを配置してなる画素の蓄積時間を、前記赤色フィルタおよび前記緑色フィルタを配置してなる画素の蓄積時間より短くする制御を行うことを特徴とする。

　また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記赤色フィルタおよび前記緑色フィルタは、４４０ｎｍより短波長側に向けて透過スペクトルが徐々に高くなる分光特性を有することを特徴とする。

　また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記制御部は、電子シャッタによって前記青色フィルタを配置してなる画素の蓄積時間を制御することを特徴とする。

　また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記複数の画素の各々から前記撮像信号を転送する転送ゲートをさらに備え、前記制御部は、前記青色フィルタを配置してなる画素が光を受光する蓄積期間に、前記青色フィルタを配置してなる画素の転送ゲートへシャッタパルスを出力することによって、前記電子シャッタを行うことを特徴とする。

　また、本発明に係る内視鏡は、上記の撮像装置と、被検体内に挿入可能な挿入部の先端側に備えたことを特徴とする。

　また、本発明に係る内視鏡システムは、上記の内視鏡と、前記狭帯域光を照射する光源部と、前記複数のフィルタのいずれか一つを配置してなる前記複数の画素の各々の感度比に基づいて、前記狭帯域光の強度を制御して前記光源部に前記狭帯域光を照射させる照明制御部と、を備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、狭帯域光および白色光のいずれかを照射する場合であっても、解像度が高い画像を得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの全体構成を模式的に示す概略図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの要部の機能を示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態１に係るカラーフィルタの構成を模式的に示す図である。図４は、図３に示す各フィルタの分光感度特性を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る光源装置の白色光源部が出射する白色光の分光特性を模式的に示す図である。図６は、本発明の実施の形態１に係る光源装置の特殊光源部が出射する互いに異なる２つの狭帯域光の分光特性を模式的に示す図である。図７は、図２に示す第１チップの詳細な構成を示す回路図である。図８は、本発明の実施の形態１に係る第１光源部が狭帯域光を出射した際における狭帯域光の強度と各画素の出力値との関係を示す図である。図９は、本発明の実施の形態１に係る光源装置が特殊光を出射した際における特殊光の強度と各画素の出力値との関係を示す図である。図１０は、本発明の実施の形態１に係る光源装置が白色光を出射する場合に、読み出し部が受光部の各画素単位から信号を読み出すタイミングを模式的に示す図である。図１１は、図１０の領域Ｂ１の拡大部分のタイミングチャートを示す図である。図１２は、本発明の実施の形態１に係る光源装置が特殊光を出射する場合に、読み出し部が受光部の各画素単位から信号を読み出すタイミングを模式的に示す図である。図１３は、図１２の領域Ｂ２の拡大部分のタイミングチャートを示す図である。図１４は、本発明の実施の形態２に係る光源装置が特殊光を出射する場合に、読み出し部が受光部の各画素単位から信号を読み出すタイミングを模式的に示す図である。図１５は、図１４の領域Ｂ３の拡大部分のタイミングチャートを示す図である。図１６は、本発明の実施の形態３に係る内視鏡システムの要部の機能を示すブロック図である。図１７は、光源毎に対する各フィルタの感度比率を模式的に示す図である。図１８は、本発明の実施の形態３に係る蓄積時間メモリが記録する蓄積時間情報の一例を模式的に示す図である。図１９は、図１６に示す第１チップの詳細な構成を示す回路図である。

　以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、被検体内に先端が挿入される内視鏡を備えた内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付して説明する。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。

　〔内視鏡システムの構成〕
　図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの全体構成を模式的に示す概略図である。図１に示す内視鏡システム１は、内視鏡２と、伝送ケーブル３と、コネクタ部５と、プロセッサ６（処理装置）と、表示装置７と、光源装置８と、を備える。

　内視鏡２は、伝送ケーブル３の一部である挿入部１００を被検体の体腔内に挿入することによって被検体の体内を撮像して撮像信号（画像データ）をプロセッサ６へ出力する。また、内視鏡２は、伝送ケーブル３の一端側であり、被検体の体腔内に挿入される挿入部１００の先端１０１側に、体内画像の撮像を行う撮像部２０（撮像装置）が設けられており、挿入部１００の基端１０２側に、内視鏡２に対する各種操作を受け付ける操作部４が設けられている。撮像部２０が撮像した画像の撮像信号は、例えば、数ｍの長さを有する伝送ケーブル３を通り、コネクタ部５に出力される。

　伝送ケーブル３は、内視鏡２とコネクタ部５とを接続するとともに、内視鏡２と光源装置８とを接続する。また、伝送ケーブル３は、撮像部２０が生成した撮像信号をコネクタ部５へ伝搬する。伝送ケーブル３は、ケーブルや光ファイバ等を用いて構成される。

　コネクタ部５は、内視鏡２、プロセッサ６および光源装置８に接続され、接続された内視鏡２が出力する撮像信号に所定の信号処理を施すとともに、アナログの撮像信号をデジタルの撮像信号に変換（Ａ／Ｄ変換）してプロセッサ６へ出力する。

　プロセッサ６は、コネクタ部５から入力される撮像信号に所定の画像処理を施して表示装置７へ出力する。また、プロセッサ６は、内視鏡システム１全体を統括的に接続する。例えば、プロセッサ６は、光源装置８が出射する照明光を切り替えたり、内視鏡２の撮像モードを切り替えたりする制御を行う。

　表示装置７は、プロセッサ６が画像処理を施した撮像信号に対応する画像を表示する。また、表示装置７は、内視鏡システム１に関する各種情報を表示する。表示装置７は、液晶や有機ＥＬ（Electro　Luminescence）等の表示パネル等を用いて構成される。

　光源装置８は、コネクタ部５および伝送ケーブル３を経由して内視鏡２の挿入部１００の先端１０１側から被写体へ向けて照明光を照射する。光源装置８は、白色光を発する白色ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）および白色光の波長帯域より狭い波長帯域を有する狭帯域光の特殊光を発するＬＥＤ等を用いて構成される。光源装置８は、プロセッサ６の制御のもと、内視鏡２を介して白色光または狭帯域光を被写体に向けて照射する。なお、本実施の形態１では、光源装置８は、同時方式の照明方式が採用される。

　図２は、内視鏡システム１の要部の機能を示すブロック図である。図２を参照して、内視鏡システム１の各部構成の詳細および内視鏡システム１内の電気信号の経路について説明する。

　〔内視鏡の構成〕
　まず、内視鏡２の構成について説明する。図２に示す内視鏡２は、撮像部２０と、伝送ケーブル３と、コネクタ部５と、を備える。

　撮像部２０は、第１チップ２１（撮像素子）と、第２チップ２２と、を有する。また、撮像部２０は、伝送ケーブル３を介して後述するコネクタ部５の電源電圧生成部５５によって生成された電源電圧ＶＤＤをグランドＧＮＤとともに受け取る。撮像部２０に供給される電源電圧ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間には、電源安定用のコンデンサＣ１が設けられている。

　第１チップ２１は、二次元マトリックス状に配置されてなり、外部から光を受光し、受光量に応じた画像信号を生成して出力する複数の単位画素２３０が配置されてなる受光部２３と、受光部２３における複数の単位画素２３０の各々で光電変換された撮像信号を読み出す読み出し部２４と、コネクタ部５から入力される基準クロック信号および同期信号に基づきタイミング信号を生成して読み出し部２４に出力するタイミング生成部２５と、複数の単位画素２３０の各々の受光面に配置されてなるカラーフィルタ２６と、を有する。なお、第１チップ２１のより詳細な構成については後述する。

　図３は、カラーフィルタ２６の構成を模式的に示す図である。図３に示すように、カラーフィルタ２６は、赤色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、緑色および青色の波長帯域の透過スペクトルより狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する赤色フィルタ（以下、「Ｒフィルタ」という）と、緑色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、赤色および青色の波長帯域の透過スペクトルより狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する緑色フィルタ（以下、「Ｇフィルタ」という）と、青色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、赤色および緑色の波長帯域の透過スペクトルより狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する青色フィルタ（以下、「Ｂフィルタ」という）で構成されたベイヤー配列のカラーフィルタを用いて実現される。カラーフィルタ２６は、各単位画素２３０にＲフィルタ、Ｇフィルタ、ＢフィルタおよびＧフィルタの各々が配置される。具体的には、カラーフィルタ２６は、受光部２３の偶数ラインにおいて、ＧフィルタおよびＢフィルタの順で交互に配置され、受光部２３の奇数ラインにおいて、ＲフィルタおよびＧフィルタの順で交互に配置される。また、以下においては、Ｒフィルタが受光面に配置されてなる単位画素２３０をＲ画素、Ｇフィルタが配置されてなる単位画素２３０をＧ画素、およびＢフィルタが配置されてなる単位画素２３０をＢ画素として説明する。

　図４は、図３に示す各フィルタの分光透過率特性を示す図である。図４において、横軸が波長（ｎｍ）を示し、縦軸が透過率を示す。また、図４において、曲線Ｌ_ＦＢがＢフィルタの透過特性を示し、曲線Ｌ_ＦＧがＧ画素の透過特性を示し、曲線Ｌ_ＦＲがＲ画素の透過特性を示す。

　図４の曲線Ｌ_ＦＲに示すように、Ｒフィルタは、赤色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、緑色および青色の波長帯域の透過スペクトルより後述する狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する。具体的には、Ｒフィルタは、Ｂフィルタの透過スペクトルの最大値付近に透過スペクトルの極小値を有し、短波長側に向けて透過率が徐々に高くなる分光特性を有する。より具体的には、Ｒフィルタは、４４０ｎｍより短波長側に向けて透過率が徐々に高くなる分光特性を有する。また、図４の曲線Ｌ_ＦＧに示すように、Ｇフィルタは、緑色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、赤色および青色の波長帯域の透過スペクトルより後述する狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する。具体的には、Ｇフィルタは、Ｂフィルタの透過スペクトルの最大値付近に透過スペクトルの極小値を有し、短波長側に向けて透過率が徐々に高くなる分光特性を有する。より具体的には、Ｒフィルタは、４４０ｎｍより短波長側に向けて透過率が徐々に高くなる分光特性を有する。また、図４の曲線Ｌ_ＦＢに示すように、Ｂフィルタは、青色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、赤色および緑色の波長帯域の透過スペクトルより後述する狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する。具体的には、Ｂフィルタは、透過スペクトルの最大値付近から短波長側に向けて徐々に透過率が低くなる分光特性を有する。

　図２に戻り、内視鏡システム１の各部構成について説明する。
　第２チップ２２は、第１チップ２１における複数の単位画素２３０の各々から出力される撮像信号を増幅して伝送ケーブル３へ出力するバッファ２７を有する。なお、第１チップ２１と第２チップ２２に配置される回路の組み合わせは適宜変更可能である。例えば、第１チップ２１に配置されたタイミング生成部２５を第２チップ２２に配置してもよい。

　ライトガイド２８は、光源装置８から出射された照明光を被写体に向けて照射する。ライトガイド２８は、グラスファイバや照明レンズ等を用いて実現される。

　コネクタ部５は、アナログ・フロント・エンド部５１（以下、「ＡＦＥ部５１」という）と、Ａ／Ｄ変換部５２と、撮像信号処理部５３と、駆動パルス生成部５４と、電源電圧生成部５５を有する。

　ＡＦＥ部５１は、撮像部２０から伝搬される撮像信号を受信し、抵抗等の受動素子を用いてインピーダンスマッチングを行った後、コンデンサを用いて交流成分を取り出し、分圧抵抗によって動作点を決定する。その後、ＡＦＥ部５１は、撮像信号（アナログ信号）を補正してＡ／Ｄ変換部５２へ出力する。

　Ａ／Ｄ変換部５２は、ＡＦＥ部５１から入力されたアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号に変換して撮像信号処理部５３へ出力する。

　撮像信号処理部５３は、例えばＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）により構成され、Ａ／Ｄ変換部５２から入力されるデジタルの撮像信号に対して、ノイズ除去およびフォーマット変換処理等の処理を行ってプロセッサ６へ出力する。

　駆動パルス生成部５４は、プロセッサ６から供給され、内視鏡２の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号（例えば、２７ＭＨｚのクロック信号）に基づいて、各フレームのスタート位置を表す同期信号を生成して、基準クロック信号とともに、伝送ケーブル３を介して撮像部２０のタイミング生成部２５へ出力する。ここで、駆動パルス生成部５４が生成する同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とを含む。

　電源電圧生成部５５は、プロセッサ６から供給される電源から、第１チップ２１と第２チップ２２を駆動するのに必要な電源電圧を生成して第１チップ２１および第２チップ２２へ出力する。電源電圧生成部５５は、レギュレーターなどを用いて第１チップ２１と第２チップ２２を駆動するのに必要な電源電圧を生成する。

　〔プロセッサの構成〕
　次に、プロセッサ６の構成について説明する。
　プロセッサ６は、内視鏡システム１の全体を統括的に制御する制御装置である。プロセッサ６は、電源部６１と、画像信号処理部６２と、クロック生成部６３と、記録部６４と、入力部６５と、プロセッサ制御部６６と、を備える。

　電源部６１は、電源電圧ＶＤＤを生成し、この生成した電源電圧ＶＤＤをグランド（ＧＮＤ）とともに、コネクタ部５の電源電圧生成部５５へ供給する。

　画像信号処理部６２は、撮像信号処理部５３で信号処理が施されたデジタルの撮像信号に対して、同時化処理、ホワイトバランス（ＷＢ）調整処理、ゲイン調整処理、ガンマ補正処理、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換処理、フォーマット変換処理等の画像処理を行って画像信号に変換し、この画像信号を表示装置７へ出力する。

　クロック生成部６３は、内視鏡システム１の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号を生成し、この基準クロック信号を駆動パルス生成部５４へ出力する。

　記録部６４は、内視鏡システム１に関する各種情報や処理中のデータ等を記録する。記録部６４は、ＦｌａｓｈメモリやＲＡＭ（Random　Access　Memory）の記録媒体を用いて構成される。

　入力部６５は、内視鏡システム１に関する各種操作の入力を受け付ける。例えば、入力部６５は、光源装置８が出射する照明光の種別を切り替える指示信号の入力を受け付ける。入力部６５は、例えば十字スイッチやプッシュボタン等を用いて構成される。

　プロセッサ制御部６６は、内視鏡システム１を構成する各部を統括的に制御する。プロセッサ制御部６６は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）等を用いて構成される。プロセッサ制御部６６は、入力部６５から入力された指示信号に応じて、光源装置８が出射する照明光を切り替える。

　〔光源装置の構成〕
　次に、光源装置８の構成について説明する。光源装置８は、白色光源部８１と、特殊光源部８２と、集光レンズ８３と、照明制御部８４と、を備える。

　白色光源部８１は、照明制御部８４の制御のもと、集光レンズ８３を介してライトガイド２８に向けて白色光を出射する。白色光源部８１は、白色ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）を用いて構成される。なお、本実施の形態１では、白色光源部８１を白色ＬＥＤによって構成しているが、例えばキセノンランプ、または赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを組み合わせて白色光を出射させてもよい。

　特殊光源部８２は、照明制御部８４の制御のもと、集光レンズ８３を介してライトガイド２８に向けて互いに波長帯域が異なる２つの狭帯域光を同時に出射する。特殊光源部８２は、第１光源部８２ａと、第２光源部８２ｂと、を有する。

　第１光源部８２ａは、紫色ＬＥＤを用いて構成される。第１光源部８２ａは、照明制御部８４の制御のもと、青色の波長帯域より狭い狭帯域の狭帯域光を出射する。具体的には、第１光源部８２ａは、照明制御部８４の制御のもと、３９０ｎｍ～４４０ｎｍの波長帯域の狭帯域光を出射する。

　第２光源部８２ｂは、緑色ＬＥＤを用いて構成される。第２光源部８２ｂは、照明制御部８４の制御のもと、緑色の波長帯域より狭い狭帯域の狭帯域光を出射する。具体的には、第２光源部８２ｂは、照明制御部８４の制御のもと、５３０ｎｍ～５５０ｎｍの波長帯域の狭帯域光を出射する。

　図５は、白色光源部８１が出射する白色光の分光特性を模式的に示す図である。図６は、特殊光源部８２が出射する互いに異なる波長帯域を有する２つの狭帯域光の分光特性を模式的に示す図である。図５および図６において、横軸が波長（ｎｍ）を示し、縦軸が光強度を示す。図５において、曲線Ｌ_Ｗが白色光源部８１によって出射される白色光の分光特性を示す。また、図６において、曲線Ｌ_ＮＢが第１光源部８２ａによって出射される狭帯域光の分光特性を示し、曲線Ｌ_ＮＧが第２光源部８２ｂによって出射される狭帯域光の分光特性を示す。

　図５の曲線Ｌ_Ｗに示すように、白色光源部８１は、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域の各々を含む白色光を出射する。また、図６の曲線Ｌ_ＮＢに示すように、第１光源部８２ａは、青色の波長帯域より狭い狭帯域（３９０ｎｍ～４４０ｎｍ）の狭帯域光を出射する。また、図６の曲線Ｌ_ＮＧに示すように、第２光源部８２ｂは、緑色の波長帯域より狭い狭帯域（５３０ｎｍ～５５０ｎｍ）の狭帯域光を出射する。さらに、図６に示すように、照明制御部８４は、内視鏡システム１にＮＢＩ観察モードが設定されている場合、赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタのいずれか一つを配置してなる複数の単位画素２３０の各々の感度比に基づいて、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光の強度を、第２光源部８２ｂが出射する狭帯域光の強度に比して大きくして第１光源部８２ａに狭帯域光を出射させる制御を行う。例えば、照明制御部８４は、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光の強度を、第２光源部８２ｂが出射する狭帯域光の強度の略５倍となるように制御する。

　図２に戻り、光源装置８の構成の説明を続ける。
　集光レンズ８３は、白色光源部８１が出射した白色光または特殊光源部８２が出射した特殊光を集光してライトガイド２８へ出射する。集光レンズ８３は、一または複数のレンズを用いて構成される。

　照明制御部８４は、プロセッサ制御部６６の制御のもと、白色光源部８１および特殊光源部８２を制御する。具体的には、照明制御部８４は、プロセッサ制御部６６の制御のもと、白色光源部８１に白色光または特殊光源部８２に狭帯域光を出射させる。また、照明制御部８４は、白色光源部８１が白色光を出射する出射タイミングまたは特殊光源部８２が狭帯域光を出射する出射タイミングを制御する。本実施の形態１では、照明制御部８４は、ＰＷＭ制御によって白色光源部８１および特殊光源部８２の各々を制御する。また、照明制御部８４は、内視鏡システム１にＮＢＩ観察モードが設定されている場合、第１光源部８２ａおよび第２光源部８２ｂに互いに波長帯域が異なる２つの狭帯域光を同時に出射させる。また、照明制御部８４は、内視鏡システム１にＮＢＩ観察モードが設定されている場合、赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタのいずれか一つを配置してなる複数の単位画素２３０の各々の感度比に基づいて、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光の強度を、第２光源部８２ｂが出射する狭帯域光の強度に比して大きくして第１光源部８２ａに狭帯域光を出射させる制御を行う。

　〔第１チップの詳細な構成〕
　次に、上述した第１チップ２１の詳細な構成について説明する。図７は、第１チップ２１の構成を示す回路図である。

　図７に示す第１チップ２１は、少なくとも、タイミング生成部２５と、出力部３１（アンプ）と、複数の画素２３０と、定電流源２４０と、垂直走査部２４１（行選択回路）と、ＣＤＳ（Correlated　Double　Sampling）部２４２と、水平走査部２４３（列選択回路）と、第１の水平リセットトランジスタ２５７と、第２の水平リセットトランジスタ２５８と、を含む。なお、垂直走査部２４１および水平走査部２４３が読み出し部２４として機能する。

　タイミング生成部２５は、基準クロック信号および同期信号に基づいて、各種の駆動パルスを生成し、後述する垂直走査部２４１、ＣＤＳ部２４２および水平走査部２４３の各々へ出力する。なお、本実施の形態１では、タイミング生成部２５が複数の単位画素２３０の各々に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間を制御する制御部として機能する。

　定電流源２４０は、一端側がグランドＧＮＤに接続され、他端側が垂直転送線２３９に接続され、ゲートには基準電圧Ｖｂｉａｓが入力される信号線が接続される。

　垂直走査部２４１は、タイミング生成部２５から入力される駆動パルス（φＸ、φＲ、φＴ１、φＴ２等）に基づいて、受光部２３の選択された行＜Ｍ＞（Ｍ＝０，１，２…，ｍ－１，ｍ）に、行選択パルスφＸ＜Ｍ＞、φＲ＜Ｍ＞、φＴ１＜Ｍ＞およびφＴ２＜Ｍ＞の各々に印加して、受光部２３の各単位画素２３０を垂直転送線２３９に接続した定電流源２４０で駆動することによって、撮像信号および画素リセット時のノイズ信号を垂直転送線２３９に転送し、ノイズ信号および撮像信号の各々をＣＤＳ部２４２へ出力する。なお、本実施の形態１では、２つの単位画素２３０から撮像信号を共有して読み出す。さらに、本実施の形態１では、垂直転送線２３９が転送線として機能する。

　ＣＤＳ部２４２は、各単位画素２３０における画素リセット時のノイズ信号をサンプリングし、このサンプリングしたノイズ信号を出力部３１へ出力するとともに、各単位画素２３０で光電変換された撮像信号をサンプリングし、このサンプリングしたシグナル信号を出力部３１へ出力する。ＣＤＳ部２４２は、ノイズサンプリング部２４２ａと、シグナルサンプリング部２４２ｂと、を有する。

　ノイズサンプリング部２４２ａは、各単位画素２３０における画素リセット時のノイズ信号をサンプリングし、このサンプリングしたノイズ信号を出力部３１へ出力する。ノイズサンプリング部２４２ａは、第１サンプリングスイッチ２５１と、第１サンプリング部２５２（キャパシタ）と、第１出力スイッチ２５３と、を有する。

　第１サンプリングスイッチ２５１は、一端側が垂直転送線２３９に接続され、他端側が第１出力スイッチ２５３の一端側に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφＮＳが入力される。

　第１サンプリング部２５２は、一端側が第１サンプリングスイッチ２５１と第１出力スイッチ２５３との間に接続され、他端側がグランドＧＮＤに接続される。第１サンプリング部２５２は、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＲ＜Ｍ＞が印加された場合において、第１サンプリングスイッチ２５１のゲートに駆動パルスφＮＳが印加されたとき、単位画素２３０からのノイズ信号をサンプリングする（保持する）。

　第１出力スイッチ２５３は、一端側が第１サンプリングスイッチ２５１に接続され、他端側が第１水平転送線２５９に接続され、ゲートには水平走査部２４３から駆動パルスφＨ＜Ｎ＞が入力される。第１出力スイッチ２５３は、ゲートに駆動パルスφＨ＜Ｎ＞が印加された場合、第１サンプリング部２５２にサンプリングされたノイズ信号を第１水平転送線２５９へ転送する。

　シグナルサンプリング部２４２ｂは、各単位画素２３０で光電変換された撮像信号をサンプリングし、このサンプリングしたシグナル信号を出力部３１へ出力する。シグナルサンプリング部２４２ｂは、第２サンプリングスイッチ２５４と、第２サンプリング部２５５と、第２出力スイッチ２５６と、を有する。

　第２サンプリングスイッチ２５４は、一端側が垂直転送線２３９に接続され、他端側が第２出力スイッチ２５６の一端側に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφＳＳが入力される。

　第２サンプリング部２５５は、一端側が第２サンプリングスイッチ２５４と第２出力スイッチ２５６との間に接続され、他端側がグランドＧＮＤに接続される。第２サンプリング部２５５は、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＴ１＜Ｍ＞または駆動パルスφＴ２＜Ｍ＞が印加された場合において、第２サンプリングスイッチ２５４のゲートに駆動パルスφＳＳが印加されたとき、単位画素２３０からの撮像信号をサンプリングする（保持する）。

　第２出力スイッチ２５６は、一端側が第２サンプリングスイッチ２５４に接続され、他端側が第２水平転送線２６０に接続され、ゲートには水平走査部２４３から駆動パルスφＨ＜Ｎ＞が入力される。第２出力スイッチ２５６は、ゲートに駆動パルスφＨ＜Ｎ＞が印加された場合、第２サンプリング部２５５にサンプリングされた撮像信号を第２水平転送線２６０へ転送する。

　水平走査部２４３は、タイミング生成部２５から供給される駆動パルス（φＨ）に基づいて、受光部２３の選択された列＜Ｎ＞（Ｎ＝０，１，２，３・・・ｎ）に列選択信号φＨ＜Ｎ＞を印可し、各単位画素２３０において画素リセット時における各単位画素２３０からのノイズ信号を、ＣＤＳ部２４２を介して第１水平転送線２５９へ転送して出力する。また、水平走査部２４３は、タイミング生成部２５から供給される駆動パルス（φＨ）に基づいて、受光部２３の選択された列＜Ｎ＞に列選択信号φＨ＜Ｎ＞を印可し、各単位画素２３０によって光電変換された撮像信号を、ＣＤＳ部２４２を介して第２水平転送線２６０へ転送して出力する。なお、本実施の形態１では、垂直走査部２４１および水平走査部２４３が読み出し部２４として機能する。

　第１チップ２１の受光部２３には、多数の単位画素２３０が二次元マトリクス状に配列される。各単位画素２３０は、光電変換素子２３１（フォトダイオード）および光電変換素子２３２と、電荷変換部２３３と、転送トランジスタ２３４（第１の転送部）および転送トランジスタ２３５と、電荷変換部リセット部２３６（トランジスタ）と、画素ソースフォロアトランジスタ２３７と、画素出力スイッチ２３８（信号出力部）と、を含む。なお、本明細書では、１または複数の光電変換素子と、それぞれの光電変換素子から信号電荷を電荷変換部２３３に転送するための転送トランジスタとを単位セルと呼ぶ。すなわち、単位セルには１または複数の光電変換素子と転送トランジスタの組が含まれ、各単位画素２３０には、１つの単位セルが含まれる。また、図７において、Ｒフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタの各々が配置されてなる単位画素２３０をＲ画素、Ｇ画素およびＢ画素として表記する。

　光電変換素子２３１および光電変換素子２３２は、入射光をその光量に応じた信号電荷量に光電変換して蓄積する。光電変換素子２３１および光電変換素子２３２は、カソード側がそれぞれ転送トランジスタ２３４および転送トランジスタ２３５の一端側に接続され、アノード側がグランドＧＮＤに接続される。

　電荷変換部２３３は、浮遊拡散容量（ＦＤ）からなり、光電変換素子２３１および光電変換素子２３２で蓄積された電荷を電圧に変換する。

　転送トランジスタ２３４および転送トランジスタ２３５は、それぞれ光電変換素子２３１および光電変換素子２３２から電荷変換部２３３に電荷を転送する。転送トランジスタ２３４および転送トランジスタ２３５のそれぞれのゲートには、駆動パルス（行選択パルス）φＴ１およびφＴ２が供給される信号線が接続され、他端側に、電荷変換部２３３が接続される。転送トランジスタ２３４および転送トランジスタ２３５は、垂直走査部２４１から信号線を介して駆動パルスφＴ１およびφＴ２が供給されると、オン状態となり、光電変換素子２３１および光電変換素子２３２から電荷変換部２３３に信号電荷を転送する。

　電荷変換部リセット部２３６は、電荷変換部２３３を所定電位にリセットする。電荷変換部リセット部２３６は、一端側が電源電圧ＶＤＤに接続され、他端側が電荷変換部２３３に接続され、ゲートには駆動パルスφＲが供給される信号線が接続される。電荷変換部リセット部２３６は、垂直走査部２４１から信号線を介して駆動パルスφＲが供給されると、オン状態となり、電荷変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、電荷変換部２３３を所定電位にリセットする。

　画素ソースフォロアトランジスタ２３７は、一端側が電源電圧ＶＤＤに接続され、他端側が画素出力スイッチ２３８の一端側に接続され、ゲートには電荷変換部２３３で電圧変換された信号（画像信号またはリセット時の信号）が入力される。

　画素出力スイッチ２３８は、電荷変換部２３３で電圧変換された信号を垂直転送線２３９に出力する。画素出力スイッチ２３８は、他端側が垂直転送線２３９に接続され、ゲートには、駆動パルスφＸが供給される信号線が接続される。画素出力スイッチ２３８は、画素出力スイッチ２３８のゲートに垂直走査部２４１から信号線を介して駆動パルスφＸが供給されると、オン状態となり、撮像信号またはリセット時のノイズ信号を垂直転送線２３９に転送する。

　第１の水平リセットトランジスタ２５７は、一端側がグランドＧＮＤに接続され、他端側が第１水平転送線２５９に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφＨＣＬＲが入力される。第１の水平リセットトランジスタ２５７は、タイミング生成部２５から駆動パルスφＨＣＬＲが第１の水平リセットトランジスタ２５７のゲートに入力されると、オン状態となり、第１水平転送線２５９をリセットする。

　第２の水平リセットトランジスタ２５８は、一端側がグランドＧＮＤに接続され、他端側が第２水平転送線２６０に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφＨＣＬＲが入力される。第２の水平リセットトランジスタ２５８は、タイミング生成部２５から駆動パルスφＨＣＬＲが第２の水平リセットトランジスタ２５８のゲートに入力されると、オン状態となり、第２水平転送線２６０をリセットする。

　出力部３１は、差動アンプを用いて構成され、第１水平転送線２５９から転送されたノイズ信号と第２水平転送線２６０から転送された撮像信号の差をとることによって、ノイズを除去した撮像信号を外部へ出力する。

　〔狭帯域光出射時における各画素の感度〕
　次に、第１光源部８２ａが狭帯域光を出射した際に、Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素の各々の感度について説明する。図８は、第１光源部８２ａが狭帯域光を出射した際における狭帯域光の強度と各画素の出力値との関係を示す図である。図８において、横軸が第１光源部８２ａによって出射される狭帯域光の強度を示し、縦軸が各画素の出力値を示す。また、図８において、曲線Ｌ１がＢ画素の出力値（画素値）を示し、直線Ｌ２がＲ画素またはＧ画素の出力値（画素値）を示す。

　図８の直線Ｌ２に示すように、Ｒ画素およびＧ画素の各々は、狭帯域域（Ｂ光）に対する感度が低いため、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光の強度を大きくすることが考えられる。しかしながら、領域Ｇ２における曲線Ｌ１および曲線Ｌ２に示すように、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光の強度を大きくした場合、Ｂ画素の出力値は、飽和してしまう。これに対して、領域Ｇ１における曲線Ｌ１および曲線Ｌ２に示すように、Ｂ画素が飽和しないように、狭帯域光の強度を小さくして第１光源部８１ａに出射させた場合、Ｒ画素およびＧ画素の各々は、出力値のＳ／Ｎ比が不足するため、画像情報として用いることができない。即ち、原色ベイヤー配列における狭帯域光の状況下では、画像の解像度が劣化するという問題点があった。

　そこで、本実施の形態１では、照明制御部８４は、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光の強度を大きくすることによって、Ｒ画素およびＧ画素の各々のＳ／Ｎ比を向上させる。さらに、本実施の形態１では、タイミング生成部２５は、Ｂ画素の信号値が飽和しないようにＢ画素に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間を短縮することによって、光源装置８による狭帯域光の出射時に、Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素の各々の出力値を画像信号として使用できるようにする。具体的には、図９に示すように、タイミング生成部２５は、Ｂ画素の信号値が飽和しないようにＢ画素に光を蓄積させる蓄積時間を短縮することによって、擬似的にＲ画素またはＧ画素と同様の分光特性とすることで（曲線Ｌ１→直線Ｌ１０）、光源装置８による狭帯域光の照射時に、Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素の各々の出力値を画像信号として使用できるようにする。この場合、カラーフィルタ２６は、上述した図４の分光特性を持たせることが望ましい。

　〔白色光による各単位画素の読み出しタイミング〕
　次に、光源装置８が白色光を出射する場合における各単位画素２３０の読み出しタイミングについて説明する。図１０は、光源装置８が白色光を出射する場合に、読み出し部２４が受光部２３の各単位画素２３０から信号を読み出すタイミングを模式的に示す図である。図１１は、図１０の領域Ｂ１の拡大部分のタイミングチャートを示す図である。図１１において、最上段から順に、行選択パルスφＸ＜０＞、駆動パルスφＲ＜０＞、駆動パルスφＴ１＜０＞、駆動パルスφＴ２＜０＞、行選択パルスφＸ＜１＞、駆動パルスφＲ＜１＞、駆動パルスφＴ１＜１＞、駆動パルスφＴ２＜１＞、駆動パルスφＮＳ、駆動パルスφＳＳ、駆動パルスφＨである。

　図１０および図１１に示すように、読み出し部２４は、タイミング生成部２５から入力される各駆動パルスに基づいて、各単位画素２３０を水平ライン毎に各単位画素２３０から撮像信号を読み出して第２チップ２２のバッファ２７へ出力する。

　図１１に示すように、まず、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜０＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。

　続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＲ＜０＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、電荷変換部リセット部２３６は、電荷変換部２３３を所定電位にリセットする。

　その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＲ＜０＞をオフ状態（Ｌｏｗ）とし、駆動パルスφＮＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、垂直転送線２３９を介して電荷変換部２３３のノイズ信号を第１サンプリング部２５２にサンプリングさせる。

　その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＴ１＜０＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、駆動パルスφＳＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、転送トランジスタ２３４は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ１＜０＞が供給されることによって、オン状態となり、光電変換素子２３１から電荷変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、画素出力スイッチ２３８は、電荷変換部２３３で電圧変換された撮像信号を画素ソースフォロアトランジスタ２３７から垂直転送線２３９に出力させる。さらに、第２サンプリング部２５５は、垂直転送線２３９から出力された撮像信号をサンプリングする。

　続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＳをオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜０＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にするとともに、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞を列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第２サンプリング部２５５は、サンプリングしたＧ画素の撮像信号を第２水平転送線２６０へ転送して出力部３１へ出力する。これにより、各Ｇ画素の撮像信号が出力される。

　その後、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜０＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。

　続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＲ＜０＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、電荷変換部リセット部２３６は、タイミング生成部２５からゲートに駆動パルスφＲ＜０＞が入力されることによって、オン状態となり、電荷変換部２３３を所定電位にリセットする。

　その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＴ２＜０＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、駆動パルスφＳＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、転送トランジスタ２３５は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ２＜０＞が供給されることによって、オン状態となり、光電変換素子２３２から電荷変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、画素出力スイッチ２３８は、電荷変換部２３３で電圧変換された撮像信号を画素ソースフォロアトランジスタ２３７から垂直転送線２３９に出力させる。さらに、第２サンプリング部２５５は、垂直転送線２３９から出力された撮像信号をサンプリングする。

　続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＳをオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜０＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にするとともに、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞を列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第２サンプリング部２５５は、サンプリングしたＢ画素の撮像信号を第２水平転送線２６０へ転送して出力部３１へ出力する。これにより、各Ｂ画素の撮像信号が出力される。

　このように、読み出し部２４は、各単位画素２３０を水平ライン毎に各単位画素２３０から撮像信号を読み出して第２チップ２２のバッファ２７へ出力する。

　〔狭帯域光による各単位画素の読み出しタイミング〕
　次に、光源装置８が狭帯域光を出射する場合における各単位画素２３０の読み出しタイミングについて説明する。図１２は、光源装置８が狭帯域光を出射する場合に、読み出し部２４が受光部２３の各単位画素２３０から信号を読み出すタイミングを模式的に示す図である。図１３は、図１２の領域Ｂ２の拡大部分のタイミングチャートを示す図である。

　図１２および図１３に示すように、タイミング生成部２５は、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光（Ｂ光）に対する感度に応じて、各駆動パルスを出力するタイミングを制御することによって、Ｇ画素およびＲ画素の各々の蓄積時間と、Ｂ画素の蓄積時間と、を調整する。具体的には、タイミング生成部２５は、Ｇ画素およびＲ画素の各々の蓄積時間の略１／５となるようにＢ画素の蓄積時間を電子シャッタによって制御する。

　図１３に示すように、まず、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＲ＜０＞および駆動パルスφＴ２＜０＞の各々をオン状態とする。これにより、Ｂ画素に対応する光電変換素子２３２に蓄積された信号電荷は、電源電圧ＶＤＤに放出される。この結果、Ｂ画素に対応する光電変換素子２３１に蓄積された信号電荷は、リセットされる。このように、タイミング生成部２５は、Ｇ画素およびＲ画素の各々の蓄積時間の略１／５となるようにＢ画素の蓄積時間を電子シャッタによって制御する。

　続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＲ＜０＞および駆動パルスφＴ２＜０＞の各々をオフ状態とし、Ｂ画素の信号電荷蓄積を行う。

　Ｂ画素の信号電荷を蓄積した後、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜０＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、駆動パルスφＲをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、電荷変換部リセット部２３６は、オン状態となり、電荷変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、電荷変換部２３３を所定電位にリセットする。続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＮＳをオン状態とし、垂直転送線２３９を介して電荷変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２にサンプリングさせる。

　続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＮＳをオフ状態（Ｌｏｗ）とする。これにより、第１サンプリング部２５２は、ノイズ信号のサンプリングが完了する。

　続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＳをオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜０＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にするとともに、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞を列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第２サンプリング部２５５は、サンプリングしたＧ画素の撮像信号を第２水平転送線２６０へ転送して出力部３１へ出力し、各第１サンプリング部２５２は、サンプリングしたノイズ信号を第１水平転送線２５９へ転送して出力部３１へ出力する。出力部３１は、各Ｇ画素の撮像信号とノイズ信号の差分を出力し、これにより、ノイズ除去された各Ｇ画素の撮像信号が出力される。

　その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＲ＜０＞をオフ状態（Ｌｏｗ）とし、駆動パルスφＮＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、第１サンプリングスイッチ２５１は、オン状態となり、垂直転送線２３９を介して電荷変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２にサンプリングさせる。

　続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＳをオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜０＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にするとともに、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞を列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第２サンプリング部２５５は、サンプリングしたＢ画素の撮像信号を第２水平転送線２６０へ転送して出力部３１へ出力する。これにより、蓄積時間がＧ画素およびＲ画素の各々の蓄積時間の略１／５となる各Ｂ画素の撮像信号が出力される。

　このように、タイミング生成部２５は、電子シャッタを行うことによって、Ｇ画素およびＲ画素の各々の蓄積時間の略１／５となるようにＢ画素の蓄積時間を調整することで、Ｂ画素が飽和しないように蓄積時間を制御する。

　以上説明した本発明の実施の形態１によれば、Ｒフィルタが赤色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、緑色および青色の波長帯域の透過スペクトルより狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有し、Ｇフィルタが緑色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、赤色および青色の波長帯域の透過スペクトルより狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有し、Ｂフィルタが青色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、赤色および緑色の波長帯域の透過スペクトルより狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有し、タイミング生成部２５が各単位画素２３０に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間を個別に制御するので、狭帯域光および白色光のいずれを照射する場合であっても、解像度が高い画像を得ることができる。

　また、本発明の実施の形態１によれば、タイミング生成部２５が赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタのいずれか一つを配置してなる複数の単位画素２３０のうち第１光源部８２ａが出射する狭帯域光に対する分光感度が最も高いＢ画素の蓄積時間を、ＲフィルタまたはＧフィルタが配置されてなる単位画素２３０の蓄積時間より短くする制御を行うので、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光の強度を第２光源部８２ｂが出射する狭帯域光の強度より大きくした場合であっても、Ｂ画素が飽和することを防止することができる。

　また、本発明の実施の形態１によれば、赤色フィルタが４４０ｎｍより短波長側に向けて透過スペクトルが徐々に高くなる分光特性を有し、緑色フィルタが４４０ｎｍより短波長側に向けて透過スペクトルが徐々に高くなる分光特性を有するので、白色光を被写体に照射した場合であっても、色再現性がよいうえ、色ノイズが発生することを防止することができる。

　また、本発明の実施の形態１によれば、照明制御部８４がＲ画素、Ｇ画素およびＢ画素の各々の感度比に基づいて、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光の強度を制御するので、内視鏡システム１がＮＢＩ観察モードを行う場合、解像度が高い画像を得ることができる。

（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る内視鏡システムは、上述した実施の形態１と同一の構成を有し、タイミング生成部による読み出し部の読み出しタイミングが異なる。具体的には、上述した実施の形態１に係るタイミング生成部２５は、各行における電子シャッタ動作を行うことによって、Ｂ画素が飽和しないように蓄積時間を制御していたが、本実施の形態２に係るタイミング生成部は、全行同時にシャッタ動作（グローバルシャッタ）を行うことによって、Ｂ画素が飽和しないように蓄積時間を制御する。以下においては、本実施の形態２に係るタイミング生成部による各画素単位の読み出しタイミングについて説明する。なお、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

　〔狭帯域光による各単位画素の読み出しタイミング〕
　図１４は、本発明の実施の形態２に係る光源装置８が狭帯域光を出射する場合に、読み出し部２４が受光部２３の各単位画素２３０から信号を読み出すタイミングを模式的に示す図である。図１５は、図１４の領域Ｂ３の拡大部分のタイミングチャートを示す図である。

　図１４に示すように、タイミング生成部２５は、第１光源部８２ａが出射する狭帯域光（Ｂ光）に対する感度に応じて、各駆動パルスを出力するタイミングを制御することによって、Ｇ画素およびＲ画素の各々の蓄積時間と、Ｂ画素の蓄積時間と、を調整する。具体的には、タイミング生成部２５は、Ｇ画素およびＲ画素の各々の蓄積時間の略１／５となるようにＢ画素の蓄積時間をグローバルシャッタによって制御する。さらに、照明制御部８４は、ＰＷＭ制御を行うことによって、読み出し部２４が受光部２３から撮像信号を読み出す行読み出し期間以外に、狭帯域光を出射する（狭帯域光発光期間）。

　図１５に示すように、まず、タイミング生成部２５は、偶数ラインの駆動パルスφＲ＜０、２、４、・・・、ｍ＞および偶数ラインの各駆動パルスφＴ２＜０、２、４、・・・ｍ－２、ｍ＞の各々を同時にオン状態とする。これにより、Ｂ画素に対応する光電変換素子２３１に蓄積された信号電荷は、電源電圧ＶＤＤに放出される。この結果、Ｂ画素に対応する光電変換素子２３１に蓄積された信号電荷は、リセットされる。このように、タイミング生成部２５は、Ｇ画素およびＲ画素の各々の蓄積時間の略１／５となるようにＢ画素の蓄積時間をグローバルシャッタ（電子シャッタ）によって制御する。

　続いて、タイミング生成部２５は、各駆動パルスφＲ＜０、２、４、・・・、ｍ＞および各駆動パルスφＴ２＜０、２、４、・・・、ｍ＞の各々をオフ状態とし、Ｂ画素の信号電荷蓄積を行う。

　その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＲ＜０＞をオフ状態（Ｌｏｗ）とし、駆動パルスφＮＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、電荷変換部リセット部２３６は、オン状態となり、電荷変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、電荷変換部２３３を所定電位にリセットする。さらに、第１サンプリングスイッチ２５１は、オン状態となり、垂直転送線２３９を介して電荷変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２にサンプリングさせる。

　続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＮＳをオフ状態（Ｌｏｗ）とする。これにより、ノイズ信号のサンプリングが完了する。

　このように、タイミング生成部２５は、グローバルシャッタ動作を行うことによって、Ｇ画素およびＲ画素の各々の蓄積時間の略１／５となるようにＢ画素に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間を調整することで、Ｂ画素が飽和しないように蓄積時間（露光時間）を制御する。

　以上説明した本発明の実施の形態２によれば、上述した実施の形態１と同様の効果を有し、狭帯域光および白色光のいずれを照射する場合であっても、解像度が高い画像を得ることができる。

　また、本発明の実施の形態２によれば、タイミング生成部２５がグローバルシャッタによってＢ画素の蓄積時間を、Ｒ画素およびＧ画素の各々の蓄積時間よりも短くする制御を行うので、画像の歪み（ローリングシャッタ現象）を確実に防止することができる。

（実施の形態３）
　次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３に係る内視鏡システムは、上述した実施の形態１と構成が異なるうえ、各画素に設けられた各フィルタの感度比に応じて蓄積時間を制御する。以下においては、本実施の形態３に係る内視鏡システムの構成を説明後、本実施の形態３に係る内視鏡システムの各画素単位の読み出しタイミングについて説明する。なお、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

　〔内視鏡システムの構成〕
　図１６は、本実施の形態３に係る内視鏡システムの要部の機能を示すブロック図である。図１６に示す内視鏡システム１ａは、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１の内視鏡２に換えて、内視鏡２ａを備える。内視鏡２ａは、撮像部２０ａと、伝送ケーブル３と、コネクタ部５ａと、を備える。

　コネクタ部５ａは、ＡＦＥ部５１と、Ａ／Ｄ変換部５２と、撮像信号処理部５３と、電源パルス生成部５４ａと、電源電圧生成部５５と、蓄積時間メモリ５６と、を有する。

　電源パルス生成部５４ａは、プロセッサ６から供給され、内視鏡２ａの各構成部の動作の基準となる基準クロック信号に基づいて、各フレームのスタート位置を表す同期信号を生成して、基準クロック信号とともに、伝送ケーブル３を介して撮像部２０のタイミング生成部２５へ出力する。さらに、電源パルス生成部５４ａは、プロセッサ６から入力される光源装置８の光源の種別を示す種別情報（光源情報）に基づいて、撮像部２０ａにおける第１チップ２１ａ（撮像素子）に駆動タイミングの変更を指示する駆動タイミング変更信号を第１チップ２１ａのタイミング生成部２５へ出力する。ここで、駆動パルス生成部５４が生成する同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とを含む。

　蓄積時間メモリ５６は、複数の単位画素２３０の各々の受光面に配置されてなるカラーフィルタ２６におけるＲフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタの各々に感度比率（透過率）に応じた光源毎の蓄積時間を記録する。例えば、図１７に示す光源毎に対する各フィルタの感度比率を示すテーブルＴ１に示すように、特殊光源に対するＲフィルタおよびＧフィルタの感度は、Ｂフィルタの感度に比べて低く、白色光源に対するＲフィルタおよびＧフィルタの感度は、ほぼ同じとなる。このため、特殊光源と白色光源では、単位画素２３０上に配置されてなる各色フィルタを透過する光量比が異なり、蓄積時間を全単位画素２３０で同じとした場合、フィルタにより信号電荷数（＝感度）が異なる。単位画素２３０の飽和電荷数は、限られているため、できるだけ信号電荷数が同じ程度であることが望ましい。そこで、図１８に示すように、蓄積時間メモリ５６は、光源毎に対する各フィルタの感度比の逆数によって設定された蓄積時間に関する蓄積時間情報を示すテーブルＴ２を記録する。これにより、光源毎に対する各フィルタの感度比率に応じた光源毎の蓄積時間を記録することで、全画素が飽和することなく、適切な信号レベルで出力することができる。

　撮像部２０ａは、第１チップ２１ａと、第２チップ２２と、を有する。第１チップ２１ａは、受光部２３と、読み出し部２４ａと、タイミング生成部２５と、カラーフィルタ２６と、を有する。なお、第１チップ２１ａの詳細な構成については後述する。

　次に、上述した第１チップ２１ａの詳細な構成について説明する。図１９は、第１チップ２１ａの構成を示す回路図である。

　図１９に示す第１チップ２１ａは、少なくとも、タイミング生成部２５と、出力部３１（アンプ）と、複数の画素２３０と、定電流源２４０と、垂直走査部２４１（行選択回路）と、ＣＤＳ部２４２と、水平走査部２４３（列選択回路）と、電子シャッタ走査部２４４と、第１の水平リセットトランジスタ２５７と、第２の水平リセットトランジスタ２５８と、を含む。なお、垂直走査部２４１、水平走査部２４３および電子シャッタ走査部２４４が読み出し部２４として機能する。

　タイミング生成部２５ａは、基準クロック信号、同期信号および駆動タイミング変更信号に基づいて、各種の駆動パルスを生成し、垂直走査部２４１、電子シャッタ走査部２４４、ＣＤＳ部２４２および水平走査部２４３の各々へ出力する。なお、本実施の形態３では、タイミング生成部２５ａが複数の単位画素２３０の各々に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間を、各フィルタの感度に応じて制御する制御部として機能する。

　垂直走査部２４１および電子シャッタ走査部２４４は、タイミング生成部２５から入力される駆動パルス（φＸ、φＲ、φＴ１、φＴ２等）に基づいて、互いに異なる行の単位画素２３０を駆動する。電子シャッタ走査部２４４は、各単位画素２３０の蓄積時間を短縮して飽和を抑制したいカラーフィルタを搭載した単位画素２３０に選択的にφＲと、φＴ１＜Ｍ＞またはφＴ２＜Ｍ＞の各々に印加して、信号電荷（撮像信号）を電源電圧ＶＤＤに排出させる。なお、電子シャッタ走査部２４４は、同時に複数の行を選択することにより、全カラーフィルタに対応する単位画素２３０の蓄積時間を任意に設定することができる。

　このように構成された第１チップ２１ａは、垂直走査部２４１および電子シャッタ走査部２４４がタイミング生成部２５から入力される駆動パルス（φＸ、φＲ、φＴ１、φＴ２等）に基づいて、互いに異なる行の単位画素２３０を駆動し、電子シャッタ走査部２４４が各単位画素２３０の蓄積時間を短縮して飽和を抑制したいカラーフィルタを搭載した単位画素２３０に選択的にφＲと、φＴ１＜Ｍ＞またはφＴ２＜Ｍ＞の各々に印加して、信号電荷（撮像信号）を電源電圧ＶＤＤに排出させる。これにより、電子シャッタ走査部２４４が選択した行の単位画素２３０のうち、同一カラーフィルタが配置された単位画素２３０を選択し、垂直走査部２４１と同一の画素リセット信号（φＲ）を印加することによって、単位画素２３０に蓄積される光信号電荷の蓄積時間を制御する。

　以上説明した本発明の実施の形態３によれば、上述した実施の形態１と同様の効果を有し、狭帯域光および白色光のいずれを照射する場合であっても、解像度が高い画像を得ることができる。

　また、本発明の実施の形態３によれば、タイミング生成部２５が電子シャッタ走査部２４４および垂直走査部２４１を制御することによって、各フィルタの感度比率に応じた光源毎の蓄積時間によって単位画素２３０の蓄積時間を制御するので、全ての単位画素２３０が飽和することなく、適切な信号レベルで出力することができる。

（その他の実施の形態）
　また、本実施の形態では、タイミング生成部がＢ画素に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間のみを制御していたが、例えばタイミング生成部は、狭帯域光に対するＲ画素に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間をＧ画素に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間よりも短くしてもよい。例えば、タイミング生成部は、狭帯域光に対するＲ画素およびＧ画素の感度比に基づいて、Ｒ画素の蓄積時間をＧ画素の蓄積時間より短くしてもよい。もちろん、タイミング生成部は、狭帯域光に対するＢ画素、Ｒ画素およびＧ画素の各々の感度に基づいて、Ｂ画素の蓄積時間をＲ画素の蓄積時間よりも短くするとともに、Ｒ画素の蓄積時間をＢ画素の蓄積時間よりも短くしてもよい（Ｂ画素の蓄積時間＜Ｒ画素の蓄積時間＜Ｇ画素の蓄積時間）。

　また、本実施の形態では、特殊光源部が青色の波長帯域に含まれる狭帯域光を出射していたが、例えば特殊光源部が赤外や近赤外の波長帯域に含まれる狭帯域光を出射してもよい。

　また、本実施の形態では、カラーフィルタをＲフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタを用いたベイヤー配列のカラーフィルタを用いていたが、例えばシアン（Cyan）、マゼンタ（Magenta）およびイエロー（Yellow）を用いた補色フィルタによって構成されたカラーフィルタを用いてもよい。

　また、本実施の形態では、被検体に挿入される内視鏡であったが、例えばカプセル型の内視鏡または被検体を撮像する撮像装置であっても適用することができる。

　なお、本明細書におけるフローチャートの説明では、「まず」、「その後」、「続いて」等の表現を用いてステップ間の処理の前後関係を明示していたが、本発明を実施するために必要な処理の順序は、それらの表現によって一意的に定められるわけではない。即ち、本明細書で記載したフローチャートにおける処理の順序は、矛盾のない範囲で変更することができる。

　このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態を含みうるものであり、特許請求の範囲によって特定される技術的思想の範囲内で種々の設計変更等を行うことが可能である。

１，１ａ　内視鏡システム
２，２ａ　内視鏡
３　伝送ケーブル
４　操作部
５，５ａ　コネクタ部
６　プロセッサ
７　表示装置
８　光源装置
２０　撮像部
２１，２１ａ　第１チップ
２２　第２チップ
２３，２３ａ　受光部
２４，２４ａ　読み出し部
２５，２５ａ　タイミング生成部
２６　カラーフィルタ
２７　バッファ
２８　ライトガイド
３１　出力部
５１　ＡＦＥ部
５２　Ａ／Ｄ変換部
５３　撮像信号処理部
５４，５４ａ　駆動パルス生成部
５５　電源電圧生成部
５６　蓄積時間メモリ
６１　電源部
６２　画像信号処理部
６３　クロック生成部
６４　記録部
６５　入力部
６６　プロセッサ制御部
８１　白色光源部
８２　特殊光源部
８３　集光レンズ
８４　照明制御部
１００　挿入部
１０１　先端
１０２　基端
２３０　単位画素
２３１，２３２　光電変換素子
２３３　電荷変換部
２３４，２３５　転送トランジスタ
２３６　電荷変換部リセット部
２３７　画素ソースフォロアトランジスタ
２３８　画素出力スイッチ
２３９　垂直転送線
２４０　定電流源
２４１　垂直走査部
２４２　ＣＤＳ部
２４２ａ　ノイズサンプリング部
２４２ｂ　シグナルサンプリング部
２４３　水平走査部
２４４　電子シャッタ走査部
２５１　第１サンプリングスイッチ
２５２　第１サンプリング部
２５３　第１出力スイッチ
２５４　第２サンプリングスイッチ
２５５　第２サンプリング部
２５６　第２出力スイッチ
２５７　第１の水平リセットトランジスタ
２５８　第２の水平リセットトランジスタ
２５９　第１水平転送線
２６０　第２水平転送線

Claims

　赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域の各々を有する白色光または該白色光の波長帯域より狭い狭帯域の狭帯域光が照射された被写体を撮像して画像データを生成する撮像装置であって、
　二次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成する複数の画素と、
　前記赤色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、前記緑色および前記青色の波長帯域の透過スペクトルより前記狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する赤色フィルタ、前記緑色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、前記赤色および前記青色の波長帯域の透過スペクトルより前記狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する緑色フィルタ、および前記青色の波長帯域に透過スペクトルの最大値を有し、前記赤色および前記緑色の波長帯域の透過スペクトルより前記狭帯域光の波長帯域の透過率が高い分光特性を有する青色フィルタの各々を、前記複数の画素に対応させて配置してなるカラーフィルタと、
　前記複数の画素の各々に光信号電荷を蓄積させる蓄積時間を個別に制御する制御部と、
　を備えたことを特徴とする撮像装置。
　前記制御部は、当該撮像装置が前記狭帯域光を照射された前記被写体を撮像する場合、前記複数の画素の各々の分光感度比に基づいて、前記複数の画素の各々の前記蓄積時間を個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
　前記制御部は、前記複数の画素のうち前記狭帯域光に対する分光感度が最も高い画素の蓄積時間を、他のフィルタが配置されてなる画素の蓄積時間より短くする制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
　前記狭帯域は、３９０ｎｍ～４４０ｎｍであり、
　前記制御部は、前記青色フィルタを配置してなる画素の蓄積時間を、前記赤色フィルタおよび前記緑色フィルタを配置してなる画素の蓄積時間より短くする制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
　前記赤色フィルタおよび前記緑色フィルタは、４４０ｎｍより短波長側に向けて透過スペクトルが徐々に高くなる分光特性を有することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
　前記制御部は、電子シャッタによって前記青色フィルタを配置してなる画素の蓄積時間を制御することを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
　前記複数の画素の各々から前記撮像信号を転送する転送ゲートをさらに備え、
　前記制御部は、前記青色フィルタを配置してなる画素が光を受光する蓄積期間に、前記青色フィルタを配置してなる画素の転送ゲートへシャッタパルスを出力することによって、前記電子シャッタを行うことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
　前記複数の画素に対して、行選択を行う垂直走査部と、
　前記複数の画素に対して、行選択を行って前記光信号電荷を排出させる電子シャッタ走査部と、
　を備え、
　前記制御部は、
　前記垂直走査部および前記電子シャッタ走査部に対して、互いに異なる行を選択させ、かつ、前記電子シャッタ走査部に対して選択させた行の画素のうち、同色のフィルタを配置してなる画素を選択させた後、前記垂直走査部と同一の画素リセット信号を前記電子シャッタ走査部へ出力させることによって、前記複数の画素の各々の前記蓄積時間を個別に制御することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
　請求項１～８のいずれか一つに記載の撮像装置を、被検体内に挿入可能な挿入部の先端側に備えたことを特徴とする内視鏡。
　前記光信号電荷に応じた画像データに対して、画像処理を施すプロセッサに接続可能なコネクタ部と、
　前記コネクタ部に設けられ、前記白色光または狭帯域光に対して、前記赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタのいずれかが配置してなる前記複数の画素の各々の前記蓄積時間を示す蓄積時間情報を記録する記録部と、
　を備え、
　前記制御部は、前記記録部が記録する前記蓄積時間情報に基づいて、前記複数の画素の各々の前記蓄積時間を個別に制御することを特徴とする請求項９に記載の内視鏡。
　前記制御部は、前記プロセッサから入力される照明光の種別を示す種別情報と前記蓄積時間情報と基づいて、前記複数の画素の各々の前記蓄積時間を個別に制御することを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡。
　請求項９に記載の内視鏡と、
　前記狭帯域光を照射する光源部と、
　前記複数のフィルタのいずれか一つを配置してなる前記複数の画素の各々の感度比に基づいて、前記狭帯域光の強度を制御して前記光源部に前記狭帯域光を照射させる照明制御部と、
　を備えたことを特徴とする内視鏡システム。