JP5253120B2 - 撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置および撮像方法に関する。

近年、医学及び生命科学の進歩に伴い、核酸（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ：ＤＮＡ）の解析により個々人に最適な医療を提供するテーラーメード医療が行われている。また、核酸の解析結果を感染症の診断に応用するための研究が行われている。

核酸を解析し、核酸の塩基配列を同定する手段のひとつとして、ターゲット核酸と、ターゲット核酸と相補的な塩基配列を持つプローブ核酸とをハイブリダゼイーションさせる方法が知られている。ターゲット核酸とプローブ核酸とのハイブリダイゼーションの結果を調べるＤＮＡ検査装置として、特許文献１に記載されている、ターゲット核酸に付けられた標識が発する微弱な蛍光を光電子増倍管等の光センサーで光学的に検出する装置が知られている。また、特許文献２に記載されている、電極上でハイブリダイゼーションを行わせ、その際に電極に流れる電流変化を検出するＤＮＡ検査装置も知られている。

しかし、特許文献１に記載のＤＮＡ検査装置では、光センサーとして光電子倍増管等の一次元センサーを使用しているため、被写体全体について蛍光を検出するためには、被写体上を光センサーでスキャンする必要がある。そのため、この装置では、スキャン操作のための精密機構を備えている必要があり、経済的に高価なものになってしまうという欠点がある。また、この装置では、被写体上をメカニカルにスキャンするため、時間的なオーバーヘッドが発生し、検出処理に時間が掛かってしまうという欠点もある。

また、特許文献２に記載の装置では、微弱な電流変化を検出するために電極を含む複雑な構成の電子回路モジュールが必要となり、経済的に高価なものになってしまうという欠点がある。

ＤＮＡ検査装置は専門的な研究用途に採用されているのが現実の姿であるが、今後臨床現場に普及させるために、超高感度の撮像が低ランニングコストで行える安価な装置の開発が求められている。そのためには、上述した特許文献１や特許文献２に記載のＤＮＡ検査装置が有する欠点を解決する必要がある。

これらの欠点を解決する技術として、特許文献３には、電荷蓄積型撮像センサーを用いてターゲット核酸に付けられた標識が発する蛍光を検出するＤＮＡ検査装置が記載されている。なお、電荷蓄積型撮像センサーとしては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサーが使用される。

ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の電荷蓄積型撮像センサーは２次元センサーであるため、特許文献１に記載の装置のように被写体上をスキャンする必要が無い。そのため、この装置では、スキャンのためのオーバーヘッド時間が発生せず、高速で検出処理を行うことができる。また、スキャンのための精密機構が不要のため、経済的に安価に実現することができる。

また、特許文献３に記載のＤＮＡ検査装置は、光学的変化を検出するため、特許文献２に記載のＤＮＡ検査装置のように電気的変化を検出する装置と比べ、複雑な電子回路モジュールが不要であり、経済的に安価に実現できる。また、光学的変化を検出する方法は、電気的変化を検出する方法と比べランニングコストの面でもアドバンテージを持っている。
特開２００１−２４２０８２号公報 特開平１０−１４６１８３号公報 特開平５−７２１７９号公報

しかし、特許文献３に記載の技術のように電荷蓄積型撮像センサーを用いるＤＮＡ検査装置においては、熱的な揺らぎに起因する暗電流や、撮像動作を制御するデジタル制御回路の動作に伴う外乱ノイズが撮像信号に重畳されてしまうという課題がある。

電荷蓄積型撮像センサーを用いるＤＮＡ検査装置、例えばＤＮＡチップにおいては、励起光により発光させるターゲット核酸に付けられた標識の蛍光がきわめて微弱であるため、露光時間を長く取らないと撮像画面の輝度を確保することができない。しかし、露光時間を長くするとその分暗電流や外乱ノイズも蓄積されてしまい、撮像信号とノイズの比率を示す、いわゆるシグナル対ノイズレシオが悪化してしまう。そのため、この様なＤＮＡ検査装置においては、高感度に撮像信号を受信するにはノイズ成分を極限まで低減させる必要がある。

熱的な揺らぎに起因し、温度の上昇に伴って増大する暗電流に対しては、電荷蓄積型撮像センサーデバイスを冷却することでノイズ成分を抑える方法が知られており、一般的に行われている。

通常、デジタル制御回路は、ＤＮＡ検査装置の撮像動作を制御するための演算を行うマイクロプロセッサや、メモリ等のその関連デバイスから構成され、マイクロプロプロセッサの演算結果に基づいて動作する。デジタル制御回路を構成するマイクロプロセッサやその関連デバイス中には‘０’と‘１’のデジタルデータを切り替える多数のスイッチが存在し、このスイッチのスイッチング動作に伴うスイッチングノイズが外乱ノイズの一因となっている。

また、マイクロプロセッサやその関連デバイス中の多数のスイッチのスイッチング動作を制御するクロック信号によるクロックノイズも外来ノイズの一因となっている。例えば、マイクロプロセッサにおいては、動作クロックを発生させ、この動作クロックをクロック信号として用いることでスイッチング動作が行われる。また、関連デバイスにおいては、マイクロプロセッサから出力されるクロック信号に基づいてスイッチング動作が行われる。

この様に、ＤＮＡ検査装置においては、デジタル制御回路の中心となるマイクロプロセッサが関連デバイスを制御することで撮像動作の制御が行われている。そのため、撮像中のデジタル制御回路の動作に伴う外乱ノイズを抑制することは難しく、外乱ノイズを抑制する方法が求められている。

本発明の目的は、撮像中の外来ノイズを抑制することができる撮像装置および撮像方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の撮像装置は、
被写体で反射した照明光を受光して該被写体の撮像を行う電荷蓄積型撮像部と、
動作クロックを発生させ、該動作クロックに基づいて演算を行うことで前記電荷蓄積型撮像部の前記撮像の開始及び停止を制御し、該撮像により得られた撮像データを前記電荷蓄積型撮像部から取得する動作モードと、前記動作クロックの発生を停止し、該動作クロックに基づいた演算を停止する低消費電力モードとを備えたマイクロプロセッサと、
前記照明光を受光し、受光した光量の累積値が基準値を上回ったか否かを判定する光量判定手段と、
前記光量判定手段にて前記光量の累積値が基準値を上回ったと判定された場合に、前記マイクロプロセッサに割り込みをかける切り替え手段とを有し、
前記マイクロプロセッサは、前記動作モードにおいて前記撮像の開始を前記電荷蓄積型撮像部に指示してから前記低消費電力モードに移行し、その後、前記割り込みにより前記動作モードに復帰し、前記撮像の停止を前記電荷蓄積型撮像部に指示する。

上記目的を達成するために本発明の第１の撮像方法は、
被写体で反射した照明光を受光して該被写体の撮像を行う電荷蓄積型撮像部と、動作クロックを発生させ、該動作クロックに基づいて演算を行うことで前記電荷蓄積型撮像部の前記撮像の開始および停止を制御し、該撮像により得られた撮像データを前記電荷蓄積型撮像部から取得する動作モードと、前記動作クロックの発生を停止し、前記動作クロックに基づいた演算を停止する低消費電力モードとを備えたマイクロプロセッサとを有する撮像装置が行う撮像方法であって、
前記マイクロプロセッサが、前記動作モードにて前記撮像の開始を前記電荷蓄積型撮像部に指示する撮像開始ステップと、
前記照明光を受光し、受光した光量の累積値が基準値を上回ったか否かを判定する光量判定ステップと、
前記マイクロプロセッサが、前記動作モードから前記低消費電力モードに移行する移行ステップと、
前記光量判定ステップで前記光量の累積値が前記基準値を上回ったと判定された場合、前記マイクロプロセッサに割り込みをかけ前記低消費電力モードから前記動作モードに復帰させる復帰ステップと、
前記マイクロプロセッサが、前記動作モードにて前記撮像の停止を前記電荷蓄積型撮像部に指示する撮像停止ステップとを有する。

上記目的を達成するために本発明の第２の撮像方法は、
照明光を被写体に照射する照明光源と、該被写体で反射した前記照明光を受光して該被写体の撮像を行う電荷蓄積型撮像部と、動作クロックを発生させ、該動作クロックに基づいて演算を行うことで前記電荷蓄積型撮像部の前記撮像の開始および停止を制御し、該撮像により得られた撮像データを前記電荷蓄積型撮像部から取得する動作モードと、前記動作クロックの発生を停止し、前記動作クロックに基づいた演算を停止する低消費電力モードとを備えたマイクロプロセッサとを有する撮像装置が行う撮像方法であって、
前記マイクロプロセッサが、前記動作モードにて前記撮像の開始を前記電荷蓄積型撮像部に指示するとともに、前記照明光源に前記照明光の照射開始を指示する撮像開始ステップと、
前記照明光源が、前記照明光の照射を開始する照射開始ステップと、
前記照明光を受光し、受光した光量の累積値が基準値を上回ったか否かを判定する光量判定ステップと、
前記マイクロプロセッサが、前記動作モードから前記低消費電力モードに移行する移行ステップと、
前記判定ステップで前記光量の累積値が前記基準値を上回ったと判定された場合、前記マイクロプロセッサに割り込みをかけ前記低消費電力モードから前記動作モードに復帰させるとともに、前記照明光源に前記照明光の照射停止を指示する復帰ステップと、
前記照明光源が前記照明光の照射を停止する照射停止ステップと、
前記マイクロプロセッサが、前記動作モードにて前記撮像の停止を前記電荷蓄積型撮像部に指示する撮像停止ステップとを有する。

本発明の撮像装置によれば、マイクロプロセッサは、電荷蓄積型撮像部に撮像を開始させてから低消費電力モードに移行し、照明光の光量の累積値が基準値を上回ると動作モードに復帰し、電荷蓄積型撮像部に撮像を停止させる。

この様に、電荷蓄積型撮像部が撮像を行っている間、マイクロプロセッサを低消費電力モードに移行させることで、撮像中のデジタル制御回路内のスイッチング動作やクロック信号に起因した外来ノイズを抑制することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の撮像装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の撮像装置は、マイクロプロセッサ１、電荷蓄積型撮像センサー２、照明オン用フリップフロップ４、光量累積回路１３、光量検出センサー１４、アナログコンパレータ１９、アナログ微分回路２０および操作部１８を有している。さらに、この撮像装置は、ＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ−Ａｎａｌｏｇ）コンバータ３、パラメータ設定用レジスタ５およびレーザーニュット１２を有している。また、この撮像装置においては、マイクロプロセッサ１や、照明オン用フリップフロップ４、パラメータ設定用レジスタ５、不図示のメモリ等によりデジタル制御回路が構成されている。

なお、本実施形態においては、本発明の光量判定手段は、光量累積回路１３、光量検出センサー１４、アナログコンパレータ１９およびアナログ微分回路２０から構成され、設定手段は、ＤＡコンバータ３とパラメータ設定用レジスタ５とから構成される。また、本発明の電荷蓄積型撮像部は、電荷蓄積型撮像センサー２に相当し、切り替え手段は、照明オン用フリップフロップ４に相当し、照明光源は、レーザーユニット１２に相当し、通知手段は、アナログ微分回路２０に相当する。

操作部１８は、ユーザからの操作を受け付ける。

マイクロプロセッサ１は、動作クロックを発生させ、この動作クロックをクロック信号として用いることで撮像装置の撮像動作を制御するための演算を行う。また、マイクロプロセッサ１は、この演算結果に基づいて照明オン用フリップフロップ４やパラメータ設定用レジスタ５等のデジタル制御回路の他の構成要素にクロック信号を送信し、これらの制御を行う。動作クロックを発生させクロック信号として用いることで、演算処理や他のデジタル制御回路の構成要素の制御等の動作を行うマイクロプロセッサ１の状態を動作モードと呼ぶ。これに対し、動作クロックの発生を停止し、演算処理や他のデジタル制御回路の構成要素の制御等の動作を停止するマイクロプロセッサ１の状態を低消費電力モードと呼ぶ。低消費電力モードにおいては、マイクロプロセッサ１は、動作モードに復帰するための割り込み信号待ちの処理等の必要最低限の動作のみを行う。また、マイクロプロセッサ１が低消費電力モードに移行している間は、クロック信号を用いたマイクロプロセッサ１による他のデジタル制御回路の構成要素の制御も停止されるため、デジタル制御回路内のほとんどのスイッチング動作が停止される。この様に、デジタル制御回路においては、マイクロプロセッサ１の演算結果に基づいてその動作が制御されるため、マイクロプロセッサ１が低消費電力モードに移行している間は、デジタル制御回路の動作に起因する外乱ノイズが抑制される。

本実施形態においては、マイクロプロセッサ１は、動作モードにおいて操作部１８にてユーザによる操作が受け付けられると、その操作に基づいてＤＡコンバータ３を制御するためのパラメータをパラメータ設定用レジスタ５に設定する。なお、これらのパラメータは撮像時の露光時間を決定するために用いられる。また、マイクロプロセッサ１は、電荷蓄積型撮像センサー２に撮像開始を指示する。また、マイクロプロセッサ１は、レーザーユニット１２に照明光１５となるレーザー光の照射開始を指示するために、照明オン用フリップフロップ４をセットする。照明オン用フリップフロップ４をセット後、マイクロプロセッサ１は、低消費電力モードに移行し、割り込み信号線１０を介した照明オン用フリップフロップ４からの割り込み信号の入力を待つ。また、マイクロプロセッサ１は、照明オン用フリップフロップ４からの割り込み信号の入力により動作モードに復帰する。動作モードに復帰後、マイクロプロセッサ１は、電荷蓄積型撮像センサー２に撮像停止を指示し、電荷蓄積型撮像センサー２に蓄積された電荷情報を撮像データとして取得する。

電荷蓄積型撮像センサー２は、ＣＭＯＳセンサーやＣＣＤなどの２次元センサーであり、センサー面上の光の明暗を電荷の量に光電変換し、蓄積する。電荷蓄積型撮像センサー２は、マイクロプロセッサ１により撮像の開始を指示されると電荷の蓄積を開始し、マイクロプロセッサ１から撮像の停止の指示を受けるまで電荷を蓄積し続ける。

パラメータ設定用レジスタ５は、ＤＡコンバータ３が出力する電圧の大きさをプログラマブルに設定するために用いられる。なお、マイクロプロセッサ１の内部レジスタを直接出力ポートに出力し、ＤＡコンバータ３の入力としてもよいのは勿論である。

ＤＡコンバータ３は、パラメータ設定用レジスタ５に設定されたパラメータをデジタル信号として受け付け、電圧に変換し、基準電圧としてアナログコンパレータ１９の−側端子に出力する。この基準電圧は、マイクロプロセッサ１に割り込みをかけ低消費電力モードから動作モードに復帰させるか否かを判断するための基準値として用いられる。ここで、アナログ・デバイセズ社のＡＤ５３３０をＤＡコンバータ３として用いる場合を例に、パラメータ設定用レジスタ５の設定方法について説明する。ＡＤ５３３０をＤＡコンバータ３として用いる場合、ＤＡコンバータ３は、パラメータ設定用レジスタ５から８ビットのデジタル信号を入力として受け付ける。従って、リファレンス電圧を５Ｖとした場合にコンバートして出力されるアナログ電圧の最大値は５Ｖであり、ＤＡコンバータ３で制御可能な出力電圧の刻みの単位は５Ｖの２５６分の１で１９．５３ｍＶとなる。そのため、１Ｖを出力するためには１０進数で５１、１６進数であれば３３をパラメータとしてパラメータ設定用レジスタ５に設定する必要がある。

照明オン用フリップフロップ４は、レーザーユニット１２の照明のオン・オフ制御用の信号源である。マイクロプロセッサ１により照明オン用フリップフロップ４がセットされると、レーザーユニット１２への出力信号が立上り、照明光１５の照射が開始される。また、アナログ微分回路２０により照明オン用フリップフロップ４がリセットされると、レーザーユニット１２への出力信号が立下り、これが照明光１５の照射停止の指示となり、照明光１５の照射が停止される。なお、照明オン用フリップフロップ４からレーザーユニット１２への出力信号は、割り込み線１０により分岐されマイクロプロセッサ１にも出力されており、この出力信号の立下りエッジがマイクロプロセッサ１への割り込み信号として用いられる。

レーザーユニット１２は、照明オン用フリップフロップ４がセットされている間、被写体１６に向けて照明光１５となるレーザー光を照射する。

光量検出センサー１４は、レーザーユニット１２から照射される照明光１５の一部を受光し、光量に応じた電流に変換して光量累積回路１３に出力する手段であり、フォトダイオード等を用いることができる。

光量累積回路１３は、不図示のアナログ積分回路および電流電圧変換回路により構成される。光量累積回路１３は、光量検出センサー１４から出力された電流を時間経過とともにアナログ積分回路で累積し、累積した電流を電流電圧変換回路で電圧に変換して光量累積回路出力線１７を介してアナログコンパレータ１９の＋側端子に出力する。

アナログコンパレータ１９は、＋側端子に入力された光量累積回路１３の出力電圧と、−側端子に入力された基準電圧とを比較し、出力電圧が基準電圧を上回った場合、ハイレベル信号をアナログ微分回路２０に出力する。一方、基準電圧のほうが出力電圧よりも高い場合、アナログコンパレータ１９は、ローレベル信号をアナログ微分回路２０に出力する。

アナログ微分回路２０は、アナログコンパレータ１９からハイレベル信号が出力された場合に、光量累積回路１３の出力電圧が基準電圧を上回った旨を通知するためにリセット線２１を介して照明オン用フリップフロップ４をリセットする。

以下に、本実施形態の撮像装置の動作について説明する。

図２は、図１に示したマイクロプロセッサ１の動作を説明するためのフローチャートであり、図３は、図１に示した撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、図３（ａ）は、マイクロプロセッサ１がパラメータ設定用レジスタ５に出力するクロック信号の時間変化を示している。また、図３（ｂ）は、マイクロプロセッサ１から電荷蓄積型撮像センサー２に出力されるセンサー蓄積制御信号の時間変化を示している。また、図３（ｃ）は、マイクロプロセッサ１から照明オン用フリップフロップに出力されるセット信号の時間変化を示している。また、図３（ｄ）は、照明オン用フリップフロップ４から出力される出力信号の時間変化を示している。また、図３（ｅ）は、光量累積回路１３から出力される出力電圧の時間変化を示している。また、図３（ｆ）は、アナログコンパレータ１９から出力される出力信号の時間変化を示している。また、図３（ｇ）は、アナログ微分回路２０から出力されるリセット信号の時間変化を示している。また、図３（ｈ）は、マイクロプロセッサ１が発生させる動作クロックの時間変化を示している。

まず、図１に示した撮像装置において、操作部１８にてユーザによる露光時間を決定するためのパラメータを入力する操作が受け付けられる。これを受け、マイクロプロセッサ１は、その操作に基づいたパラメータをデータ信号線６とクロック信号線７を介してパラメータ設定用レジスタ５に設定する（ステップ１）。このとき、マイクロプロセッサ１は、クロック信号をクロック信号線７を介してパラメータ設定用レジスタ５に出力する（図３（ａ）参照）。また、マイクロプロセッサ１は、パラメータ設定用レジスタ５に設定するパラメータのデータをデータ信号６に保持している。例えば、撮像装置が、最適な露光時間が６０秒となるようなレーザーユニット１２を有しており、光量検出センサー１４で受光した照明光１５を光量累積回路１３にて６０秒間累積した際の光量累積回路１３の出力が４Ｖとなる場合を考える。この場合、ユーザは、ＤＡコンバータ３の出力が４Ｖとなるように、操作部１８およびマイクロプロセッサ１を介して、１０進数で２０５、１６進数であればＣＤをパラメータとしてパラメータ設定用レジスタ５に設定すればよい。

次に、マイクロプロセッサ１は、電荷蓄積型撮像センサー２に撮像を開始させるためにセンサー制御線９にアサインされている出力ポートをオンする。これによりマイクロプロセッサ１からセンサー制御線９を介して電荷蓄積型撮像センサー２に出力されるセンサー蓄積制御信号がハイレベルになる（図３（ｂ）参照、ステップ２）。これを受け、電荷蓄積型撮像センサー２は、被写体１６で反射した照明光１５の光強度に応じた電荷の蓄積を開始し、マイクロプロセッサ１から出力されるセンサー蓄積制御信号がハイレベルの間、電荷を蓄積し続ける。なお、図１においては図示されていないが、電荷蓄積型撮像センサー２のセンサー面に対向してレンズ群など光学系が設けられていることは当然である。

ステップ２の処理とほぼ同時に、マイクロプロセッサ１は、セット線８にアサインされた出力ポートからワンパルスのクロック信号をセット信号として照明オン用フリップフロップ４に出力する（図３（ｃ）参照、ステップ３）。これにより、照明オン用フリップフロップ４がセットされ、照明オン用フリップフロップ４からレーザーユニット１２への出力信号が立上る（図３（ｄ）参照）。

次に、照明オン用フリップフロップ４からの出力信号が立上ったことで、レーザーユニット１２から照明光１５が照射され、被写体１６からの照明光１５の反射光に基づいた被写体１６の撮像が電荷蓄積型撮像センサー２への電荷の蓄積という形で開始される。

また、レーザーユニット１２からの照明光１５の照射開始に伴い、光量検出センサー１４で受光された照明光１５の光量が光量累積回路１３にて電流として累積される。光量累積回路１３にて累積された電流は電圧に変換され、光量累積回路出力線１７を介して、アナログコンパレータ１９の＋側端子に出力される（図３（ｅ）参照）。図３（ｅ）では、レーザーユニット１２から照射される照明光１５の光強度が常に一定の場合の出力電圧の変化を示しており、照明光１５の光強度が一定のため、時間経過とともに一定の傾きで出力電圧が大きくなっている。なお、照明光１５の光強度が時間とともに変化する場合、光強度が強くなれば出力電圧の傾きが急になり、光強度が弱くなれば出力電圧の傾きが緩くなる。照明光１５の光強度の変化の度合いに出力電圧の変化の度合い、つまり、図３（ｅ）の傾きの度合いが追従するように光量累積回路１３の回路パラメータを調整するのは言うまでもない。

次に、マイクロプロセッサ１は、低消費電力モードに移行するインストラクションを実行することで、動作クロックの発信を停止し、演算処理やデジタル制御回路の他の構成要素の制御等の動作を停止する低消費電力モードに移行する（ステップ４）。マイクロプロセッサ１は、低消費電力モードに移行したことで、割り込み信号の入力待ちとなり（ステップ５）、割り込み信号が入力されるまで低消費電力モードを維持する（図３（ｈ）参照）。マイクロプロセッサ１が低消費電力モードに移行したことで、デジタル制御回路内のほとんどのスイッチング動作が停止するため、撮像中のスイッチング動作やクロック信号に伴う外来ノイズを抑制することができる。なお、図３に時間間隔ｔ１として示すように、ステップ２で電荷蓄積型撮像センサー２が電荷の蓄積を開始してからステップ４でマイクロプロセッサ１が低消費電力モードに移行するまでの間、動作モードで電荷蓄積型撮像センサー２が電荷の蓄積を行う瞬間がある。しかし、時間間隔ｔ１は露光時間全体に対してはほんの一瞬であり、この期間の外乱ノイズの影響は軽微といえる。この様に、本実施形態の撮像装置では、マイクロプロセッサ１を低消費電力モードに移行させ外来ノイズを抑制した状態において、被写体１６で反射した照明光１５を電荷蓄積型撮像センサー２が電荷に変換して蓄積する。これにより、本実施形態の撮像装置は、被写体１６を高感度で撮像することができる。

次に、アナログコンパレータ１９は、ＤＡコンバータ３の出力電圧を基準電圧として用い、＋側端子に入力された光量累積回路１３の出力電圧が基準電圧を上回ったか否かを判定する。アナログコンパレータ１９は、この電圧判定の結果、光量累積回路１３の出力電圧が基準電圧を上回ると、アナログ微分回路２０に出力する出力信号をローレベル信号からハイレベル信号に切り替える（図３（ｆ）参照）。これを受け、アナログ微分回路２０は、その旨を照明オン用フリップフロップ４に通知するためにパルス信号をリセット線２１を介して照明オン用フリップフロップ４に出力する（図３（ｇ）参照）。このパルス信号が、照明オン用フリップフロップ４のリセット信号となり、照明オン用フリップフロップ４がリセットされる。

次に、照明オン用フリップフロップ４がリセットされたことで、照明オン用フリップフロップ４からレーザーユニット１２に出力される出力信号が立下り（図３（ｄ）参照）、これを受け、レーザーユニット１２は、照明光１５の照射を停止する。また、照明オン用フリップフロップ４の出力信号は、割り込み線１０により分岐されマイクロプロセッサ１にも出力される。そして、照明オン用フリップフロップ４からの出力信号の立下りエッジがマイクロプロセッサ１の割り込み信号となり、マイクロプロセッサ１が低消費電力モードから動作モードに復帰する（図３（ｈ）参照、ステップ６）。

次に、マイクロプロセッサ１は、動作モードに復帰すると直ちにセンサー制御線９にアサインされている出力ポートをオフにし、電荷蓄積型撮像センサー２に出力するセンサー蓄積制御信号をローレベルにする。これを受け、電荷蓄積型撮像センサー２は、電荷の蓄積、つまり撮像を停止する。図３に時間間隔ｔ２として示すように、ステップ６でマイクロプロセッサ１が動作モードに復帰してから電荷蓄積型撮像センサー２が電荷の蓄積を停止するまでの間、動作モードで電荷蓄積型撮像センサー２が電荷の蓄積を行う瞬間がある。しかし、時間間隔ｔ１のときと同様に、時間間隔ｔ２は露光時間全体に対してはほんの一瞬であり、この期間の外乱ノイズの影響は軽微といえる。

その後、マイクロプロセッサ１は、撮像データ線１１を介して電荷蓄積型撮像センサー２に蓄積された電荷情報を撮像信号として読み込むことで、外来ノイズを抑制した状態で被写体１６を撮像した撮像データを取得する。

上述したように、本実施形態の撮像装置においては、マイクロプロセッサ１は、電荷蓄積型撮像センサー２に撮像を開始させてから低消費電力モードに移行する。その後、マイクロプロセッサ１は、照明光の光量の累積値が基準値を上回ると動作モードに復帰し、電荷蓄積型撮像センサー２に撮像を停止させる。

この様に、本実施形態においては、電荷蓄積型撮像センサー２が撮像を行っている間、マイクロプロセッサ１を低消費電力モードに移行させる。これにより、撮像中のデジタル制御回路内のスイッチング動作やクロック信号に起因した外来ノイズを抑制することができる。

また、光量検出センサー１４にて照明光を受光し、受光した光量を電流に変換し、光量累積回路１３にてアナログ積分回路で累積し、累積した電流を電圧に変換し、アナログコンパレータ１９にてその電圧が基準電圧を上回ったか否かを判定する。

このように、本実施形態においては、マイクロプロセッサ１からのクロック信号による制御を必要としないアナログ回路を用いて照明光を累積し、その累積値が基準値を上回ったか否かを判定する。そのため、撮像中マイクロプロセッサ１が低消費電力モードに移行していても、ユーザの所望の露光時間が経過したか否かを判定することができる。

また、ユーザが基準電圧を操作部１８から設定できるため、ユーザの所望の条件に応じて露光時間を変更することができる。

本発明の撮像装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示したマイクロプロセッサの動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示した撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１ マイクロプロセッサ
２ 電荷蓄積型撮像センサー
３ ＤＡコンバータ
４ 照明オン用フリップフロップ
５ パラメータ設定用レジスタ
６ データ信号線
７ クロック信号線
８ セット線
９ センサー制御線
１０ 割り込み線
１１ 撮像データ線
１２ レーザーユニット
１３ 光量累積回路
１４ 光量検出センサー
１５ 照明光
１６ 被写体
１７ 光量累積回路出力線
１８ 操作部
１９ アナログコンパレータ
２０ アナログ微分回路
２１ リセット線

Claims (9)

1. 照明光を被写体に照射する照明光源と、
   前記被写体で反射した照明光を受光して該被写体の撮像を行う電荷蓄積型撮像部と、
   動作クロックを発生させ、該動作クロックに基づいて演算を行うことで前記電荷蓄積型撮像部の前記撮像の開始及び停止を制御し、該撮像により得られた撮像データを前記電荷蓄積型撮像部から取得する動作モードと、前記動作クロックの発生を停止し、該動作クロックに基づいた演算を停止する低消費電力モードとを備えたマイクロプロセッサと、
   前記照明光を受光し、受光した光量の累積値が基準値を上回ったか否かを判定する光量判定手段と、
   前記光量判定手段にて前記光量の累積値が基準値を上回ったと判定された場合に、前記マイクロプロセッサに割り込みをかける切り替え手段とを有し、
   前記マイクロプロセッサは、前記動作モードにおいて前記撮像の開始を前記電荷蓄積型撮像部に指示してから前記低消費電力モードに移行し、その後、前記割り込みにより前記動作モードに復帰し、前記撮像の停止を前記電荷蓄積型撮像部に指示し、
   前記切り替え手段は、前記マイクロプロセッサに前記割り込みをかける際に、前記照明光の照射停止を前記照明光源に指示し、
   前記照明光源は、前記切り替え手段からの指示に従い前記照明光の照射を停止する、撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   ユーザからの操作を受け付ける操作部と、
   前記光量判定手段に前記基準値を出力する設定手段とをさらに有し、
   前記マイクロプロセッサは、前記操作に基づいたパラメータを前記設定手段に設定し、
   前記設定手段は、前記パラメータを前記基準値に変換して前記光量判定手段に出力する、撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
   前記マイクロプロセッサは、前記電荷蓄積型撮像部に前記撮像の開始を指示するとともに、前記切り替え手段を介して前記照明光の照射開始を前記照明光源に指示してから前記低消費電力モードに移行し、
   前記照明光源は、前記切り替え手段を介した前記マイクロプロセッサからの指示に基づいて前記照明光の照射を開始する、撮像装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置において、
   前記基準値は、基準電圧であるものとし、
   前記光量判定手段は、
   前記照明光を受光し、受光した光量を電流に変換する光量検出センサーと、
   前記光量検出センサーで変換された電流をアナログ積分回路で累積し、累積した電流を電圧に変換する光量累積回路と、
   前記光量累積回路で変換された電圧が、前記基準電圧を上回ったか否かを判定するアナログコンパレータと、
   前記アナログコンパレータにて前記光量累積回路で変換された電圧が前記基準電圧を上回ったと判定された場合に、その旨を前記切り替え手段に通知する通知手段とを有し、
   前記切り替え手段は、前記通知手段からの前記通知に基づいて前記マイクロプロセッサに割り込みをかける、撮像装置。
5. 照明光を被写体に照射する照明光源と、該被写体で反射した照明光を受光して該被写体の撮像を行う電荷蓄積型撮像部と、動作クロックを発生させ、該動作クロックに基づいて演算を行うことで前記電荷蓄積型撮像部の前記撮像の開始および停止を制御し、該撮像により得られた撮像データを前記電荷蓄積型撮像部から取得する動作モードと、前記動作クロックの発生を停止し、前記動作クロックに基づいた演算を停止する低消費電力モードとを備えたマイクロプロセッサとを有する撮像装置が行う撮像方法であって、
   前記マイクロプロセッサが、前記動作モードにて前記撮像の開始を前記電荷蓄積型撮像部に指示するとともに、前記照明光源に前記照明光の照射開始を指示する撮像開始ステップと、
   前記照明光源が、前記照明光の照射を開始する照射開始ステップと、
   前記照明光を受光し、受光した光量の累積値が基準値を上回ったか否かを判定する光量判定ステップと、
   前記光量判定ステップで前記光量の累積値が前記基準値を上回ったと判定された場合、前記マイクロプロセッサに割り込みをかけるとともに、前記照明光源に前記照明光の照射停止を指示する復帰ステップと、
   前記マイクロプロセッサが、前記動作モードにて前記撮像の開始を前記電荷蓄積型撮像部に指示してから前記低消費電力モードに移行し、その後、前記割り込みにより前記動作モードに復帰し、前記撮像の停止を前記電荷蓄積型撮像部に指示するステップと、
   前記照明光源が、前記照射停止の指示に従い前記照明光の照射を停止する照射停止ステップと、を有する撮像方法。
6. 請求項５に記載の撮像方法において、
   ユーザからの操作を受け付ける受け付けステップと、
   前記操作に基づいたパラメータを前記基準値に変換する変換ステップとをさらに有する撮像方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の撮像方法において、
   前記基準値は、基準電圧であるものとし、
   前記光量判定ステップは、
   前記照明光を受光し、受光した光量を電流に変換する光電変換ステップと、
   前記光電変換ステップで変換された電流をアナログ積分回路で累積し、累積した電流を電圧に変換する光量累積ステップと、
   前記光量累積ステップで変換された電圧が前記基準電圧を上回ったか否かを判定する電圧判定ステップとを有し、
   前記復帰ステップでは、前記電圧判定ステップで、前記光量累積ステップで変換された電圧が前記基準電圧を上回ったと判定された場合に、前記マイクロプロセッサに割り込みをかけるとともに、前記照明光源に前記照明光の照射停止を指示する、撮像方法。
8. 請求項７に記載の撮像方法において、
   ユーザからの操作を受け付ける受け付けステップと、
   前記操作に基づいたパラメータを前記基準値に変換する変換ステップとをさらに有する撮像方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の撮像方法において、
   前記基準値は、基準電圧であるものとし、
   前記光量判定ステップは、
   前記照明光を受光し、受光した光量を電流に変換する光電変換ステップと、
   前記光電変換ステップで変換された電流をアナログ積分回路で累積し、累積した電流を電圧に変換する光量累積ステップと、
   前記光量累積ステップで変換された電圧が前記基準電圧を上回ったか否かを判定する電圧判定ステップとを有し、
   前記復帰ステップでは、前記電圧判定ステップで、前記光量累積ステップで変換された電圧が前記基準電圧を上回ったと判定された場合に、前記マイクロプロセッサに割り込みをかけ、前記照明光源に前記照明の照射停止を指示する、撮像方法。
   

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