JP2016107004A - 内視鏡システム及びその作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観察対象に色素が散布された場合に、観察対象の視認性を向上させることができる内視鏡システム及びその作動方法を提供する。【解決手段】注射器を操作することにより、内視鏡の鉗子チャネルに挿通された散布チューブの先端から、観察対象に向けて霧状にピオクタニン色素が散布される。光源部は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢ、及び紫色光ＬＶを発生し、光路結合部、ライトガイド、及び照明レンズを介して、観察対象に照明光が照射される。ピオクタニン色素は、緑色光ＬＧを吸収する吸光特性を有する。内視鏡内の撮像素子は、赤色画素、緑色画素、青色画素を有し、色ごとに露光時間が変更可能に構成されている。撮像制御部は、撮像素子の撮像タイミングを制御して、を制御して、緑色画素の露光時間ＴＥ２を、赤色画素及び青色画素の露光時間ＴＥ１よりも長くする。【選択図】図９

Description

本発明は、内視鏡システム及びその作動方法に関する。

医療分野においては、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が広く行われている。光源装置としては、キセノンランプや白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの広帯域光源の他に、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤなどの単色の半導体光源が組み合わせられて用いられつつある。このように複数の半導体光源を用いる場合には、各半導体光源から発せられる光が合波されて、体内の観察対象を照明するための照明光とされる。

このように複数色の光を組み合せて照明光を生成する場合には、各色の光の光量を独立に調整して、照明光の色調を変更することが可能である。これにより、ホワイトバランスなどのカラーバランス処理を、プロセッサ装置側のみならず、光源装置側でも行うことができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１２２７９４号公報

内視鏡によって、胃や大腸など体内の観察対象を撮像して得られる画像は、全体的に赤味を帯びている。これは、観察対象が、ヘモグロビンの吸光特性に大きく影響を受けており、観察対象を撮像して得られるＲＧＢ画像信号のうち、Ｒ画像信号の信号レベルが、Ｇ画像信号及びＢ画像信号の信号レベルよりも大きくなるためである。

また、診断の目的に応じて、ピオクタニン色素などの色素が内視鏡の先端部から観察対象に散布されることがある。このように色素を散布する場合には、ＲＧＢ画像信号の各信号レベルは、ヘモグロビンの吸光特性だけでなく、色素の吸光特性にも影響を受ける。

例えば、観察対象上のピットパターンを観察する目的で、ピオクタニン色素を観察対象に散布した場合には、照明光のうち緑色成分がピオクタニン色素により吸収される。この場合、Ｇ画像信号の信号レベルは、ヘモグロビンのみが存在する場合よりも低下する。ピットパターンは、ピオクタニン色素の散布により明瞭化するが、Ｇ画像信号の信号レベルの低下により明るさが低下することにより観察対象の視認性が低下する。すなわち、観察対象に色素が散布された場合に、観察対象の視認性を向上させることが求められている。

なお、上記課題に対して特許文献１に記載の技術の適用が考えられるが、特許文献１では、ホワイトバランスを設定した後の各色の光の発光比率は固定である。したがって、体内の観察対象に対して、ピオクタニン色素などの色素が散布されて、特定色の画像信号の信号レベルが低下した場合であっても、特許文献１の方法では、その低下した特定色の画像信号の信号レベルを向上させることはできない。

本発明は、観察対象に色素が散布された場合に、観察対象の視認性を向上させることができる内視鏡システム及びそ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、観察対象に、赤色光、緑色光、及び青色光を含む照明光を照射する照明部と、観察対象に色素を散布する色素散布部と、色素が散布された観察対象を撮像する撮像素子であって、赤色光に感度を有する赤色画素と、緑色光に感度を有する緑色画素と、青色光に感度を有する青色画素とを有し、色ごとに露光時間が変更可能に構成された撮像素子と、撮像素子の撮像タイミングを制御して、赤色画素と、緑色画素と、青色画素との露光時間を設定する撮像制御部とを備える。

撮像制御部は、撮像素子を制御して、赤色画素と、緑色画素と、青色画素とのうちの少なくとも１色の画素の露光時間を、他の２色の画素の露光時間よりも長くすることが好ましい。

撮像制御部は、色素散布部により散布される色素の吸光特性に応じて、赤色画素と、緑色画素と、青色画素との露光時間比を変更することが好ましい。

赤色光、緑色光、青色光の発光タイミング及び発光強度を制御する光源制御部を備え、光源制御部は、赤色光と、緑色光と、青色光とのうちの２色の光の発光を終了させた後、他の１色の光の発光強度を大きくすることが好ましい。

撮像素子は、赤色画素と、緑色画素と、青色画素とを、それぞれ個別に読み出し可能に構成されており、撮像制御部は、赤色光と、緑色光と、青色光との発光が終了する時刻に合わせて、赤色画素と、緑色画素と、青色画素とをそれぞれ読み出させることが好ましい。

色素がピオクタニン色素である場合には、撮像制御部は、緑色画素の露光時間を、赤色画素の露光時間及び青色画素の露光時間よりも長くすることが好ましい。

色素がヨード色素である場合には、撮像制御部は、青色画素の露光時間を緑色画素の露光時間より長くし、緑色画素の露光時間を赤色画素の露光時間より長くすることが好ましい。

色素がインジゴカルミン色素である場合には、撮像制御部は、赤色画素の露光時間を、緑色画素の露光時間及び青色画素の露光時間よりも長く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、観察対象に、赤色光、緑色光、及び青色光を含む照明光を照射する照明部と、観察対象に色素を散布する色素散布部と、色素が散布された観察対象を撮像する撮像素子であって、赤色光に感度を有する赤色画素と、緑色光に感度を有する緑色画素と、青色光に感度を有する青色画素とを有し、色ごとに露光時間が変更可能に構成された撮像素子とを備える内視鏡システムの作動方法において、撮像素子を制御して、赤色画素と、緑色画素と、青色画素とのうちの少なくとも１色の画素の露光時間を、他の２色の画素の露光時間よりも長くする。

本発明によれば、赤色光に感度を有する赤色画素と、緑色光に感度を有する緑色画素と、青色光に感度を有する青色画素とを有し、色ごとに露光時間が変更可能に構成された撮像素子を備え、撮像素子の撮像タイミングを制御して、赤色画素と、緑色画素と、青色画素との露光時間を設定するので、観察対象に色素が散布された場合に、観察対象の視認性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。 内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 紫色光、青色光、緑色光、赤色光の発光スペクトルを示すグラフである。 撮像素子の構成を示す図である。 カラーフィルタの色配列を示す図である。 カラーフィルタの分光特性を示す図である。 撮像素子の画素の構成を示す図である。 通常観察モードの発光及び撮像タイミングを示す図である。 特殊観察モードの発光及び撮像タイミングを示す図である。 内視鏡システムの作用を説明するフローチャートである。 グローバルシャッタ方式の通常観察モードの発光及び撮像タイミングを示す図である。 グローバルシャッタ方式の特殊観察モードの発光及び撮像タイミングを示す図である。 紫色光、青色光、赤色光の発光終了後に、緑色光の発光強度を大きくする例を示すタイミング図である。 第２実施形態の撮像素子の構成を示す図である。 第２実施形態の撮像素子の画素の構成を示す図である。 第２実施形態の特殊観察モードの発光及び撮像タイミングを示す図である。 ヨード色素を散布する場合の特殊観察モードの発光及び撮像タイミングを示す図である。 散布される色素の種類と露光時間比とを対応させた対応表を示す図である。

図１において、内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６と、モニタ１８と、コンソール１９とを有している。内視鏡１２は、ユニバーサルコード２５により、光源装置１４と光学的に接続されるとともに、プロセッサ装置１６と電気的に接続される。

内視鏡１２は、被検体内に挿入される挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けられた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けられた湾曲部１２ｃと、湾曲部１２ｃの先端に設けられた先端部１２ｄとを有している。操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより、湾曲部１２ｃが湾曲動作する。この湾曲動作に伴って、先端部１２ｄが所望の方向に向けられる。

また、操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、モード切替ＳＷ１３ａ、ズーム操作部１３ｂが設けられている。モード切替ＳＷ１３ａは、通常観察モードと、特殊観察モードとの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、観察対象にピオクタニン色素が散布されていない場合の通常の観察画像をモニタ１８上に表示するモードである。特殊観察モードは、観察対象にピオクタニン色素が散布されることによりピットパターンが明瞭化した観察画像をモニタ１８上に表示するモードである。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール１９と電気的に接続される。モニタ１８は、画像情報等を出力表示する表示部である。コンソール１９は、機能設定等の入力操作を受け付けるユーザーインターフェースとして機能する。なお、プロセッサ装置１６には、画像情報等を記録する外付けの記録部（図示せず）を接続してもよい。

また、内視鏡１２には、鉗子チャネル２０が設けられている。鉗子チャネル２０には、ピオクタニン色素を観察対象に散布するための散布チューブ２２が挿通される。散布チューブ２２は、操作部１２ｂに設けられた鉗子入口２０ａから鉗子チャネル２０に挿入される。散布チューブ２２の少なくとも先端２２ａは、内視鏡１２の先端部１２ｄに形成された鉗子出口２０ｂから露呈される。

散布チューブ２２の基端側には、ピオクタニン色素剤が充填された注射器２４が接続される。医師等のユーザは、注射器２４を操作することにより、散布チューブ２２の先端２２ａから、観察対象に向けて霧状にピオクタニン色素を散布することができる。このように、ユーザは、ピオクタニン色素を観察対象に散布する場合には、モード切替ＳＷ１３ａにより観察モードとして特殊観察モードを選択する。なお、本発明の「色素散布部」は、散布チューブ２２と注射器２４とを含む構成に対応している。

図２において、光源装置１４は、光源部３０と、光源制御部３１と、光路結合部３２とを有している。光源部３０は、半導体光源として、Ｖ−ＬＥＤ（Violet Light Emitting Diode）３０ａと、Ｂ−ＬＥＤ（Blue Light Emitting Diode）３０ｂと、Ｇ−ＬＥＤ（Green Light Emitting Diode）３０ｃと、Ｒ−ＬＥＤ（Red Light Emitting Diode）３０ｄとを有している。光源制御部３１は、光源部３０の発光タイミング及び発光強度を制御する。光路結合部３２は、ダイクロイックミラー等により構成され、光源部３０から発せられる各光の光路を結合する。

光路結合部３２から射出される光は、挿入部１２ａ内に挿通されたライトガイド３３及び照明レンズ３５を介して、被検体内の観察対象に照射される。なお、本発明の「照明部」は、光源部３０、光路結合部３２、ライトガイド３３、及び照明レンズ３５を含む構成に対応している。

図３に示すように、Ｖ−ＬＥＤ３０ａは、中心波長が約４０５ｎｍで、波長範囲が約３８０〜４２０ｎｍの紫色光ＬＶを発生する。Ｂ−ＬＥＤ３０ｂは、中心波長が約４６０ｎｍ、波長範囲が約４２０〜５００ｎｍの青色光ＬＢを発生する。Ｇ−ＬＥＤ３０ｃは、波長範囲が約４８０〜６００ｎｍの緑色光ＬＧを発生する。Ｒ−ＬＥＤ３０ｄは、中心波長が約６２０〜６３０ｎｍで、波長範囲が約６００〜６５０ｎｍの赤色光ＬＲを発生する。

光源制御部３１は、紫色光ＬＶ、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲの各発光強度を、所定の比率（発光比率）として、光源部３０を駆動制御する。光源制御部３１は、紫色光ＬＶ、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲを同時に発光させる。紫色光ＬＶ、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲは、光路結合部３２により合波されて白色の照明光となり、この照明光は、ライトガイド３３に供給される。なお、紫色光ＬＶを発光させず、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲの３色の光を合波して照明光としても良い。

ライトガイド３３は、内視鏡１２及びユニバーサルコード２５内に内蔵されており、光路結合部３２から供給された照明光を内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬させる。なお、ライトガイド３３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。一例として、コア径が約１０５μｍ、クラッド径が約１２５μｍ、外皮（保護層）を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用することができる。

内視鏡１２の先端部１２ｄには、照明光学系３４ａと撮像光学系３４ｂとが設けられている。照明光学系３４ａは、照明レンズ３５を有している。ライトガイド３３から射出された照明光は、照明レンズ３５を介して観察対象に照射される。撮像光学系３４ｂは、対物レンズ３６、ズームレンズ３７、撮像素子３８を有している。照明光の観察対象からの戻り光は、対物レンズ３６及びズームレンズ３７を介して、撮像素子３８に入射する。撮像素子３８には、観察対象の光像が結像される。

ズームレンズ３７は、ズーム操作部１３ｂを操作に応じて、テレ端とワイド端の間を移動する。拡大観察をしない場合（非拡大観察時）には、ズームレンズ３７はワイド端に配置されている。拡大観察を行う場合には、ズームレンズ３７は、ズーム操作部１３ｂの操作に応じてワイド端からテレ端に移動する。

撮像素子３８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。この撮像素子３８は、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の色ごとに受光可能で、かつ色ごとに露光時間が変更可能に構成されている。この撮像素子３８としては、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）型撮像素子が用いられる。撮像素子３８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。

プロセッサ装置１６は、撮像制御部４０と、受信部４１と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）４２と、ノイズ除去部４３と、観察画像生成部４４と、映像信号生成部４５とを備えている。

撮像制御部４０は、撮像素子３８による観察対象の撮像タイミングを制御する。また、撮像制御部４０は、モード切替ＳＷ１３ａにより選択された観察モードに応じて撮像素子３８の撮像タイミングを変更する。

受信部４１は、内視鏡１２の撮像素子３８から出力されたデジタルのＲＧＢ画像信号を受信する。ＤＳＰ４２は、受信したＲＧＢ画像信号に対して、欠陥補正処理、オフセット処理、ゲイン補正処理、リニアマトリクス処理、ガンマ変換処理、及びデモザイク処理等の各種信号処理を施す。

欠陥補正処理では、撮像素子３８の欠陥画素の信号が補正される。オフセット処理では、欠陥補正処理が施されたＲＧＢ画像信号から暗電流成分が除かれ、正確なゼロレベルが設定される。ゲイン補正処理では、オフセット処理後のＲＧＢ画像信号に特定のゲイン値を乗じることにより信号レベルが整えられる。ゲイン補正処理後のＲＧＢ画像信号には、色再現性を高めるためのリニアマトリクス処理が施される。その後、ガンマ変換処理によって明るさや彩度が整えられる。リニアマトリクス処理後のＲＧＢ画像信号には、デモザイク処理（等方化処理、同時化処理とも称される）が施され、各画素についてＲＧＢ各色の信号が生成される。

ノイズ除去部４３は、ＤＳＰ４２でデモザイク処理等が施されたＲＧＢ画像信号に対してノイズ除去処理（移動平均法やメディアンフィルタ法等による処理）を施すことによってノイズを除去する。ノイズが除去されたＲＧＢ画像信号は、観察画像生成部４４に入力される。

観察画像生成部４４は、ノイズ除去部４３から入力されたＲＧＢ画像信号に対して、色変換処理、色彩強調処理、及び構造強調処理を行うことにより、観察画像を生成する。色変換処理では、ＲＧＢ画像信号に対して３×３のマトリックス処理、階調変換処理、及び３次元ＬＵＴ（ルックアップテーブル）処理などにより色変換処理を行う。色彩強調処理は、色変換処理済みのＲＧＢ画像信号に対して行われる。構造強調処理は、表層血管やピットパターン等の観察対象の構造を強調する処理であり、色彩強調処理後のＲＧＢ画像信号に対して行われる。

観察画像生成部４４が生成する観察画像は、映像信号生成部４５に入力される。映像信号生成部４５は、観察画像をモニタ１８に表示するための映像信号に変換する。モニタ１８は、映像信号生成部４５から入力される映像信号に基づいて画像表示を行う。

図４において、撮像素子３８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１６の撮像制御部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、撮像素子３８の撮像面に設けられている。画素アレイ部５０には、行方向に沿って、第１行選択線ＬＳ１、第２行選択線ＬＳ２、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。

第１行選択線ＬＳ１、第２行選択線ＬＳ２、及び行リセット線ＬＲは、１画素行毎に設けられている。列信号線ＬＶ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。

画素アレイ部５０の光入射側には、図５に示すように、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。

カラーフィルタアレイ６０は、図６に示す分光特性を有する。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。Ｇ画素は、緑色光ＬＧに対して感度を有する。Ｒ画素は、赤色光ＬＲに対して感度を有する。Ｂ画素は、青色光ＬＢ及び紫色光ＬＶに対して感度を有する。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、行リセット線ＬＲに共通に接続されている。また、１画素行内の画素５０ａのうち、Ｇ画素は第１行選択線ＬＳ１に共通に接続されており、Ｂ画素及びＲ画素はそれぞれ第２行選択線ＬＳ２に共通に接続されている。

各画素５０ａは、図７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）に変換する。画素選択トランジスタＭ２は、第１行選択線ＬＳ１または第２行選択線ＬＳ２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Ｄ１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、第１行選択線ＬＳ１または第２行選択線ＬＳ２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第１行選択線ＬＳ１または第２行選択線ＬＳ２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。

撮像素子３８は、信号読み出し方式として、「順次読み出し方式」と「部分読み出し方式」が実行可能である。順次読み出し方式では、読み出し走査回路５１により、各画素行の１組の第１及び第２行選択線ＬＳ１，ＬＳ２が順に選択されながら、選択された第１及び第２行選択線ＬＳ１，ＬＳ２に同時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。

部分読み出し方式では、画素アレイ部５０から特定の１色の画素を選択的に読み出すことを可能とする。例えば、画素アレイ部５０からＧ画素のみを読み出す場合には、読み出し走査回路５１により、奇数（１，３，５，・・・，Ｎ）及び偶数（０，２，４，・・・，Ｎ−１）の各画素行の第１行選択線ＬＳ１のみが順に選択されながら、選択された第１行選択線ＬＳ１に行選択信号が与えられる。これにより、全画素５０ａのうちのＧ画素のみについて、１画素行ずつ順に信号読み出しが行われる。

この場合、ラインメモリ５４には、Ｇ画素から読み出された画素信号（Ｇ画素信号）のみが記憶される。列走査回路５５は、ラインメモリ５４に１画素行分の画素信号（Ｇ画素信号）が記憶されるたびに、ラインメモリ５４の走査を行う。

また、画素アレイ部５０からＲ画素のみを読み出す場合には、読み出し走査回路５１により、奇数（１，３，５，・・・，Ｎ）の各画素行の第２行選択線ＬＳ２のみが順に選択されながら、選択された第２行選択線ＬＳ２に行選択信号が与えられる。これにより、全画素５０ａのうちのＲ画素のみについて、１画素行ずつ順に信号読み出しが行われる。

この場合、ラインメモリ５４には、Ｒ画素から読み出された画素信号（Ｒ画素信号）のみが記憶される。列走査回路５５は、ラインメモリ５４に奇数行から１画素行分の画素信号（Ｒ画素信号）が記憶されるたびに、ラインメモリ５４の走査を行う。

また、部分読み出し方式では、画素アレイ部５０から特定の２色の画素を選択的に読み出すことを可能とする。例えば、画素アレイ部５０からＢ画素及びＲ画素を読み出す場合には、読み出し走査回路５１により、奇数（１，３，５，・・・，Ｎ）及び偶数（０，２，４，・・・，Ｎ−１）の各画素行の第２行選択線ＬＳ２のみが順に選択されながら、選択された第２行選択線ＬＳ２に行選択信号が与えられる。これにより、全画素５０ａのうちのＢ画素及びＲ画素について、１画素行ずつ順に信号読み出しが行われる。

この場合、ラインメモリ５４には、偶数の画素行の読み出し時には、Ｂ画素から読み出された画素信号（Ｂ画素信号）が記憶され、奇数の画素行の読み出し時には、Ｒ画素から読み出された画素信号（Ｒ画素信号）のみが記憶される。列走査回路５５は、ラインメモリ５４に偶数行または奇数行から１画素行分の画素信号が記憶されるたびに、ラインメモリ５４の走査を行う。

また、撮像素子３８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４には示していないが、撮像素子３８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。

光源制御部３１と撮像制御部４０とは互いに電気的に接続されている。撮像制御部４０は、光源制御部３１により制御される光源装置１４の照明光の発光タイミングに合わせて撮像素子３８の撮像タイミングを制御する。

次に、光源制御部３１及び撮像制御部４０により制御される発光タイミング及び撮像タイミングについて説明する。図８は、通常観察モードの発光タイミング及び撮像タイミングである。光源制御部３１は、光源部３０に、紫色光ＬＶ、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲの発光を開始させる。このとき、光源制御部３１は、紫色光ＬＶの発光強度Ｉ_Ｖ、青色光ＬＢの発光強度Ｉ_Ｂ、緑色光ＬＧの発光強度Ｉ_Ｇ、赤色光ＬＲの発光強度Ｉ_Ｒを、所定の比率とする。

光源部３０から発せられた各光は、光路結合部３２で合波され、白色の照明光としてライトガイド３３に供給される。この照明光は、内視鏡１２の先端部１２ｄから射出されて観察対象を照明する。

観察対象が照明光により照明された状態で、撮像制御部４０は、撮像素子３８を制御し、時刻ｔ０から順次リセット方式によりリセット動作を行わせる。これにより、全画素行が１画素行ずつ順にリセットされる。各画素行は、リセットにより画素５０ａの不要電荷が破棄されることにより、順に電荷蓄積状態（露光状態）となる。

そして、撮像制御部４０は、時刻ｔ０から露光時間Ｔ_Ｅが経過した後、撮像素子３８を制御して、順次読み出し方式により、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素のすべての読み出し動作を行わせる。これにより、撮像素子３８からは、デジタル化されたＢ画素信号、Ｇ画素信号、及びＲ画素信号が出力される。この通常観察モードでは、紫色光ＬＶ、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲを常時発光させたまま、撮像素子３８による撮像動作を繰り返す。

次に、図９は、観察対象にピオクタニン色素を散布して行われる特殊観察モードの発光タイミング及び撮像タイミングである。光源制御部３１は、光源部３０に、時刻ｔ０から、紫色光ＬＶ、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲの発光を同時に開始させる。このとき、光源制御部３１は、通常観察モード時と同様に、各光の発光強度を、所定の比率とする。

通常観察モード時と同様に、光源部３０から発せられた各光は、光路結合部３２で合波され、白色の照明光としてライトガイド３３に供給される。この照明光は、内視鏡１２の先端部１２ｄから射出されて観察対象を照明する。

撮像制御部４０は、撮像素子３８を制御して、時刻ｔ０から順次リセット方式によりリセット動作を行わせる。これにより、全画素行が１画素行ずつ順にリセットされる。各画素行は、リセットにより画素５０ａの不要電荷が破棄されることにより、順に電荷蓄積状態（露光状態）となる。そして、撮像制御部４０は、時刻ｔ０から第１の露光時間Ｔ_Ｅ１が経過した後、撮像素子３８を制御して、部分読み出し方式により、Ｂ画素及びＲ画素のみの読み出し動作を行わせる。これにより、撮像素子３８からは、デジタル化されたＢ画素信号及びＲ画素信号が出力される。

この後、撮像制御部４０は、時刻ｔ０から第２の露光時間Ｔ_Ｅ２が経過した後、撮像素子３８を制御して、部分読み出し方式により、Ｇ画素のみの読み出し動作を行わせる。これにより、撮像素子３８からは、デジタル化されたＧ画素信号が出力される。この特殊観察モードにおいても、紫色光ＬＶ、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲを常時発光させたまま、撮像素子３８による撮像動作を繰り返す。

次に、本実施形態における一連の流れを、図１０に示すフローチャートに沿って説明する。まず、医師等のユーザにより、通常観察モードを用いて、胃や食道など体内を観察対象として、遠景状態でスクリーニングが行われる。この通常観察モードでは、図８に示す発光タイミング及び撮像タイミングに従って、内視鏡システム１０が駆動され、観察画像生成部４４により生成された観察画像がモニタ１８に表示される。この観察画像は、赤味を帯びている。これは、観察対象中のヘモグロビンが短波光を吸収することによる。

ユーザは、スクリーニング時に、ブラウニッシュエリアや発赤など病変の可能性がある部位（病変可能性部位）を検出したときには、ズーム操作部１３ｂを操作して、その病変可能性部位を含む観察対象を拡大表示する拡大観察を行う。また、ユーザは、モード切替ＳＷ１３ａを操作して、特殊観察モードに切り替える。さらに、ユーザは、観察画像中において、散布チューブ２２の先端２２ａを確認したうえで、ピオクタニン色素剤が充填された注射器２４を操作することにより、ピオクタニン色素を観察対象に対して散布する。

この特殊観察モードでは、図９に示す発光タイミング及び撮像タイミングに従って、内視鏡システム１０が駆動され、観察画像生成部４４により生成された観察画像がモニタ１８に表示される。観察対象に散布されたピオクタニン色素により、観察対象上のピットパターンが明瞭化するが、照明光のうちの緑色光ＬＧの成分がピオクタニン色素により吸収されることにより明るさが低下する。本実施形態では、特殊観察モードにおいて、撮像素子３８のＧ画素の露光時間である第２の露光時間Ｔ_Ｅ２を、Ｂ画素及びＲ画素の露光時間である第１の露光時間Ｔ_Ｅ１よりも長くしているので、Ｇ画像信号のレベルの低下（明るさの低下）が防止され、観察対象の視認性が向上する。

なお、上記実施形態では、図８及び図９に示すように、リセット方式として順次リセット方式を用い、いわゆるローリングシャッタ式により撮像素子３８を駆動しているが、これに代えて、リセット方式として一括リセット方式を用い、いわゆるグローバルシャッタ方式により撮像素子３８を駆動しても良い。この場合には、読み出し動作は、読み出す画素信号に対応する色の光を消灯したうえで行う。

この場合、通常観察モードでは、図１１に示すように、観察対象が照明光により照明された状態で、撮像制御部４０は、撮像素子３８を制御し、時刻ｔ０から一括リセット方式により撮像素子３８の全画素行をリセットさせる。光源制御部３１は、時刻ｔ０から露光時間Ｔ_Ｅが経過した時刻ｔ１に光源部３０の発光動作を停止させる。そして、撮像制御部４０は、照明光が消灯された暗状態で、撮像素子３８を制御して、順次読み出し方式により、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素のすべての読み出し動作を行わせる。

また、特殊観察モードでは、図１２に示すように、観察対象が照明光により照明された状態で、撮像制御部４０は、撮像素子３８を制御し、時刻ｔ０から一括リセット方式により撮像素子３８の全画素行をリセットさせる。光源制御部３１は、時刻ｔ０から第１の露光時間Ｔ_Ｅ１が経過した時刻ｔ１に、Ｖ−ＬＥＤ３０ａ、Ｂ−ＬＥＤ３０ｂ、Ｒ−ＬＥＤ３０ｄの発光動作を停止させ、紫色光ＬＶ、青色光ＬＢ、赤色光ＬＲの発光を終了させる。そして、撮像制御部４０は、撮像素子３８を制御して、部分読み出し方式により、Ｂ画素及びＲ画素のみの読み出し動作を行わせる。

この後、光源制御部３１は、時刻ｔ０から第２の露光時間Ｔ_Ｅ２が経過した時刻ｔ２に、Ｇ−ＬＥＤ３０ｃの発光動作を停止させ、緑色光ＬＧの発光を終了させる。そして、撮像制御部４０は、撮像素子３８を制御して、部分読み出し方式により、Ｇ画素のみの読み出し動作を行わせる。

このように、グローバルシャッタ方式を用いることにより、全画素行の色ごとの受光期間が同一となる（いわゆる同時性が得られる）。また、グローバルシャッタ方式は、ローリングシャッタ方式に比べて、露光時間が長くなり、露光量が増加するという利点がある。

さらに、特殊観察モードでは、図１３に示すように、紫色光ＬＶ、青色光ＬＢ、赤色光ＬＲの発光を終了した時刻ｔ１の後、緑色光ＬＧの発光強度Ｉ_Ｇを大きくしても良い。なお、時刻ｔ１の後、緑色光ＬＧの発光強度Ｉ_Ｇを大きくするとは、時刻ｔ１に緑色光ＬＧの発光強度Ｉ_Ｇを大きくすることも含む。この場合には、緑色光ＬＧの所望とする光量が短い時間で得られるので、図１２に示すように緑色光ＬＧの発光強度Ｉ_Ｇを変化させない場合と比べて、第２の露光時間Ｔ_Ｅ２を短くすることができる。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、撮像素子３８を色ごとに部分読み出しを行うことを可能に構成することにより、撮像制御部４０による色ごとの露光時間の設定を可能としているが、これに代えて、第２実施形態では、撮像素子を色ごとに部分リセットを行うことを可能に構成することにより、撮像制御部４０による色ごとの露光時間の設定を可能とする。

第２実施形態では、第１実施形態の撮像素子３８に代えて、図１４及び図１５に示す撮像素子７０を用いる。撮像素子７０は、単一の行選択線ＬＳを有し、１画素行内の各画素５０ａは、行選択線ＬＳに共通に接続されている。また、撮像素子７０は、第１行リセット線ＬＲ１及び第２行リセット線ＬＲ２を有し、Ｇ画素は第１行リセット線ＬＲ１に共通に接続されており、Ｂ画素及びＲ画素はそれぞれ第２行リセット線ＬＲ２に共通に接続されている。

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に順に行選択信号を与え、１画素行ずつ順に画素信号を読み出す「順次読み出し」を行わせる。リセット走査回路５２は、リセット動作時に、第１行リセット線ＬＲ１または第２行リセット線ＬＲ２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第１行リセット線ＬＲ１または第２行リセット線ＬＲ２に接続された画素５０ａをリセットする。撮像素子７０のその他の構成は、第１実施形態の撮像素子３８と同一である。

撮像素子７０は、全ての第１行リセット線ＬＲ１に同時にリセット信号を与えることにより、Ｇ画素のみを一括してリセットすることを可能とする。また、撮像素子７０は、全ての第２行リセット線ＬＲ２に同時にリセット信号を与えることにより、Ｂ画素及びＲ画素を一括してリセットすることを可能とする。

また、撮像素子７０は、偶数の画素行の第２行リセット線ＬＲ２に同時にリセット信号を与えることにより、Ｂ画素のみを一括してリセットすることを可能とし、奇数の画素行の第２行リセット線ＬＲ２に同時にリセット信号を与えることにより、Ｒ画素のみを一括してリセットすることを可能とする。さらに、撮像素子７０は、全ての第１行リセット線ＬＲ１及び第２行リセット線ＬＲ２に同時にリセット信号を与えることにより、全画素行を一括して同時にリセットすることを可能とする。

第２実施形態の特殊観察モードでは、図１６に示すように、観察対象が照明光により照明された状態で、撮像制御部４０は、撮像素子７０を制御し、時刻ｔ０から一括リセット方式により撮像素子７０の全画素行をリセットさせる。そして、所定時間経過後の時刻ｔ１に、全ての第２行リセット線ＬＲ２に同時にリセット信号を与えることにより、Ｂ画素及びＲ画素のみを一括して同時にリセット（部分リセット）させる。

そして、光源制御部３１は、時刻ｔ１から第１の露光時間Ｔ_Ｅ１が経過した時刻ｔ２に、光源部３０の発光動作を停止させる。そして、撮像制御部４０は、照明光が消灯された暗状態で、撮像素子７０を制御して、順次読み出し方式により、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素のすべての読み出し動作を行わせる。本実施形態では、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの時間が、緑色光ＬＧに対する第２の露光時間Ｔ_Ｅ２となる。

また、第１実施形態では、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を個別に色ごとに読み出すことを可能とするように構成された撮像素子３８を用い、第２実施形態では、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を個別に色ごとにリセットすることを可能とするように構成された撮像素子７０を用いているが、これらの撮像素子３８，７０に代えて、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を個別に色ごとに読み出し及びリセットを行うことを可能とするように構成された撮像素子を用いても良い。この場合には、露光期間の開始及び終了タイミングを、色ごとに自由に設定することができる。

なお、上記各実施形態では、特殊観察モードにおいて、Ｂ画素及びＲ画素の露光時間を同一とし、Ｇ画素の露光時間を、Ｂ画素及びＲ画素の露光時間より長くしているが、これは、観察対象に散布する色素として、照明光のうちのほぼ緑色光ＬＧのみを吸収する吸光特性を有するピオクタニン色素を用いていることによる。

本発明は、色素散布部により観察対象に散布する色素として、ピオクタニン色素に限られず、その他の色素を用いることも可能である。例えば、色素として、ヨード色素を用いる場合、ヨード色素は、照明光うちの青色光ＬＢを吸収し、かつ緑色光ＬＧもやや吸収するので、特殊観察モードでは、図１７に示すように、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素をそれぞれ部分読み出しし、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の各露光時間をそれぞれ異ならせれば良い。

具体的には、図１７では、Ｒ画素の露光時間をＲ露光時間Ｔ_ＥＲ、Ｇ画素の露光時間をＧ露光時間Ｔ_ＥＧ、Ｂ画素の露光時間をＢ露光時間Ｔ_ＥＢとした場合に、「Ｔ_ＥＲ＜Ｔ_ＥＧ＜Ｔ_ＥＢ」の関係とする。図１７は、撮像素子３８をローリングシャッタ方式で駆動する例であるが、これ代えて、グローバルシャッタ方式を用いることや、撮像素子７０を用いることも可能であることは言うまでもない。

また、色素として、インジゴカルミン色素を用いる場合、インジゴカルミン色素は、照明光うちの赤色光ＬＲ及び緑色光ＬＧを吸収するので、特殊観察モードでは、Ｒ露光時間Ｔ_ＥＲ及びＧ露光時間Ｔ_ＥＧをＢ露光時間Ｔ_ＥＢより長くし、Ｒ露光時間Ｔ_ＥＲとＧ露光時間Ｔ_ＥＧとは同一とすれば良い。

このように、特殊観察モードでは、散布される色素の吸光特性に応じて、撮像素子３８，７０の色ごとの露光時間を変更可能に構成することが好ましい。このためには、例えば、撮像制御部４０に、図１８に示すように、散布される色素の種類（吸光特性）と、各露光時間Ｔ_ＥＲ，Ｔ_ＥＧ，Ｔ_ＥＢの比（露光時間比）とを対応させた対応表８０を記憶しておき、選択された色素の種類に基づいて対応表８０から露光時間比を選択し、撮像素子３８，７０を制御すれば良い。散布する色素の種類は、内視鏡１２操作部１２ｂやコンソール１９等から選択可能とすれば良い。また、コンソール１９の操作により、色素の種類毎の露光時間比の変更や、新たな色素の種類の追加等、対応表８０の編集を可能とすることも好ましい。

ユーザは、対応表８０から選択した色素に対応する色素剤が充填された注射器２４を散布チューブ２２に接続して、散布チューブ２２の先端２２ａから観察対象に散布すれば良い。

また、上記各実施形態では、Ｖ−ＬＥＤ３０ａ、Ｂ−ＬＥＤ３０ｂ、Ｇ−ＬＥＤ３０ｃ、Ｒ−ＬＥＤ３０ｄからなる光源部３０を用いているが、Ｖ−ＬＥＤ３０ａは必須ではないので、光源部３０に代えて、Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｒ−ＬＥＤからなる光源部を用いても良い。また、なお、光源部を構成する半導体光源として、ＬＥＤに代えて、ＬＤ（Laser Diode）等の他の半導体光源を用いることも可能である。

上記各実施形態では、光源装置１４とプロセッサ装置１６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を１つの装置で構成しても良い。

１０ 内視鏡システム
１２ 内視鏡
１４ 光源装置
１６ プロセッサ装置
２０ 鉗子チャネル
２２ 散布チューブ
２２ａ 先端
２４ 注射器
３０ 光源部
５０ 画素アレイ部
５０ａ 画素
７０ 撮像素子

Claims (9)

1. 観察対象に、赤色光、緑色光、及び青色光を含む照明光を照射する照明部と、
   前記観察対象に色素を散布する色素散布部と、
   前記色素が散布された前記観察対象を撮像する撮像素子であって、前記赤色光に感度を有する赤色画素と、前記緑色光に感度を有する緑色画素と、前記青色光に感度を有する青色画素とを有し、色ごとに露光時間が変更可能に構成された撮像素子と、
   前記撮像素子の撮像タイミングを制御して、前記赤色画素と、前記緑色画素と、前記青色画素との露光時間を設定する撮像制御部と、
   を備える内視鏡システム。
2. 前記撮像制御部は、前記撮像素子を制御して、前記赤色画素と、前記緑色画素と、前記青色画素とのうちの少なくとも１色の画素の露光時間を、他の２色の画素の露光時間よりも長くする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記撮像制御部は、前記色素散布部により散布される色素の吸光特性に応じて、前記赤色画素と、前記緑色画素と、前記青色画素との露光時間比を変更する請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 前記赤色光と、前記緑色光と、前記青色光との発光タイミング及び発光強度を制御する光源制御部を備え、
   前記光源制御部は、前記赤色光と、前記緑色光と、前記青色光とのうちの２色の光の発光を終了させた後、他の１色の光の発光強度を大きくする請求項２または３に記載の内視鏡システム。
5. 前記撮像素子は、前記赤色画素と、前記緑色画素と、前記青色画素とを、それぞれ個別に読み出し可能に構成されており、
   前記撮像制御部は、前記赤色光と、前記緑色光と、前記青色光との発光が終了する時刻に合わせて、前記赤色画素と、前記緑色画素と、前記青色画素とをそれぞれ読み出させる請求項４に記載の内視鏡システム。
6. 前記色素は、ピオクタニン色素であり、前記撮像制御部は、前記緑色画素の露光時間を、前記赤色画素の露光時間及び前記青色画素の露光時間よりも長くする請求項１から５いずれか１項に記載の内視鏡システム。
7. 前記色素は、ヨード色素であり、前記撮像制御部は、前記青色画素の露光時間を前記緑色画素の露光時間より長くし、前記緑色画素の露光時間を前記赤色画素の露光時間より長くする請求項１から５いずれか１項に記載の内視鏡システム。
8. 前記色素は、インジゴカルミン色素であり、前記撮像制御部は、前記赤色画素の露光時間を、前記緑色画素の露光時間及び前記青色画素の露光時間よりも長くする請求項１から５いずれか１項に記載の内視鏡システム。
9. 観察対象に、赤色光、緑色光、及び青色光を含む照明光を照射する照明部と、前記観察対象に色素を散布する色素散布部と、前記色素が散布された前記観察対象を撮像する撮像素子であって、前記赤色光に感度を有する赤色画素と、前記緑色光に感度を有する緑色画素と、前記青色光に感度を有する青色画素とを有し、色ごとに露光時間が変更可能に構成された撮像素子とを備える内視鏡システムの作動方法において、
   前記撮像素子を制御して、前記赤色画素と、前記緑色画素と、前記青色画素とのうちの少なくとも１色の画素の露光時間を、他の２色の画素の露光時間よりも長くする内視鏡システムの作動方法。

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