JP5452776B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像用の複数の画素のうち読み出し対象として任意に指定された画素から光電変換後の電気信号を画素情報として出力可能である撮像素子を備えた撮像装置に関する。

従来、医療分野においては、患者等の被検体の臓器を観察する際に内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、可撓性を有する細長形状をなし、被検体の体腔内に挿入される挿入部と、挿入部の先端に設けられて体内画像を撮像する撮像部と、撮像部が撮像した体内画像を表示可能な表示部とを有する。内視鏡システムを用いて体内画像を取得する際には、被検体の体腔内に挿入部を挿入した後、この挿入部の先端から体腔内の生体組織に白色光を照射し、撮像部が体内画像を撮像する。医師等のユーザは、表示部が表示する体内画像に基づいて被検体の臓器の観察を行う。

特開２００９−１９２３５８号公報

上述した内視鏡システムの場合、照明光による観察部位の照度は、挿入部の先端からの距離によって変化する。例えば、挿入部の先端からの距離が大きいほど照度が暗くなる。このため、臓器の表面に対して斜め方向から観察を行う場合には、遠点にあたる画面上部と近点にあたる画面下部とでは明るさが大きく異なり、画面上部の遠点が暗くなってしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、照明光の強度を上げてダイナミックレンジの拡大を図ることも考えられる。しかしながら、照明光の強度を上げると、強度を上げる前から明るかった箇所が白つぶれを起こしてしまう場合があり、結果的にダイナミックレンジを拡大することができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、画像のダイナミックレンジを拡大して適切な明るさの画像を取得することができる撮像装置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、被写体を照明する照明光として互いに照明強度が異なる第１および第２の照明光を出射可能な光源部と、各々が光を受光して光電変換を行うことによって電気信号を生成する複数の画素が二次面上に配置され、前記複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を画素情報として読み出すセンサ部と、前記センサ部における前記画素情報の読み出しを制御する撮像制御部と、前記センサ部が１画面分の前記画素情報を読み出す期間である１フレーム期間ごとに、前記第１および第２の照明光のいずれか一方を出射するように前記光源部を制御する光源制御部と、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、前記光源制御部は、前記光源部に前記第１および第２の照明光を交互に出射させ、前記撮像制御部は、前記第１および第２の照明光のいずれか一方が出射している期間のみ前記センサ部に前記画素情報の読み出しを行わせ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、前記第１および第２の照明光の調光を行う調光部をさらに備え、前記光源制御部は、前記光源部に前記第１および第２の照明光を前記１フレーム期間を周期として交互に出射させ、前記撮像制御部は、前記第１の照明光を調光する第１調光領域と前記第２の照明光を調光する第２調光領域とを１フレーム中の異なる領域として設定し、前記調光部は、前記第１および第２調光領域における調光を個別に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、前記センサ部が時間的に前後して読み出した２画面分の前記画素情報を画素ごとに合成することによって合成画像を生成する画像合成部をさらに備え、前記光源制御部は、前記光源部に前記第１および第２の照明光を前記１フレーム期間を周期として交互に出射させ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、前記撮像制御部は、前記センサ部に対し、前記複数の画素を構成する互いに平行な複数の一次元のラインをラインごとに露光させるとともに、該露光が終了した前記ラインにおける前記画素情報の読み出しを順次行わせ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、前記一次元のラインは前記フレームの水平ラインであり、前記撮像制御部は、前記センサ部に対し、前記フレームの上部から下部へ、または下部から上部へ向けて前記水平ラインの露光および読み出しを順次行わせ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、前記一次元のラインは前記フレームの水平ラインであり、前記撮像制御部は、前記センサ部に対し、前記フレームの中央部から上下両端部へ向けて前記水平ラインの露光および読み出しを順次行わせることを特徴とする。

本発明によれば、被写体を照明する照明光として互いに照明強度が異なる第１および第２の照明光を出射可能な光源部と、各々が光を受光して光電変換を行うことによって電気信号を生成する複数の画素が二次面上に配置され、複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を画素情報として読み出すセンサ部と、センサ部における画素情報の読み出しを制御する撮像制御部と、センサ部が１画面分の画素情報を読み出す期間である１フレーム期間ごとに、第１および第２の照明光のいずれか一方を出射するように光源部を制御する光源制御部と、を備えているため、照明光を適切な状態に調整することができる。したがって、画像のダイナミックレンジを拡大して適切な明るさの画像を取得することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置を備えた内視鏡システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムが備える内視鏡の先端部の内部構成の概略を説明する断面図である。 図３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構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムが実行可能な画像取得方法の概要と該画像取得方法によって取得した画像の明るさの傾向を模式的に示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要と該画像取得方法によって取得した画像の明るさの傾向を模式的に示す図である。 図６は、図５に示すパターンの画像読み出しが有効な場合の例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムが、図６に示す状況下で取得した画像の表示例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を示す図である。 図９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構成を示すブロック図である。 図１０は、本発明の実施の形態３に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態４に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要と該画像取得方法によって取得した画像の明るさの傾向を模式的に示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態４に係る転送期間における読み出し順序の詳細を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、以下の説明で参照する図面は模式的なものであって、同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法や縮尺等が異なる場合もある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置を備えた内視鏡システムの概略構成を示す図である。同図に示す内視鏡システム１は、被検体の体腔内に先端部を挿入することによって被検体の体内画像を撮像する内視鏡２と、内視鏡２が取得した体内画像に処理を施す機能を有するとともに内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御する機能を有する制御装置４と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する光源部である光源装置６と、制御装置４が画像処理を施した体内画像を表示する表示装置８と、を備える。本実施の形態１に係る撮像装置は、内視鏡２および制御装置４によって構成される。

内視鏡２は、可撓性を有する細長形状をなす挿入部２１と、挿入部２１の基端側に接続され、操作信号の入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から挿入部２１が延びる方向とは異なる方向に延び、制御装置４および光源装置６と接続する各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコード２３と、ユニバーサルコード２３の先端部に設けられ、内視鏡２と制御装置４および光源装置６との接続をそれぞれ確立するコネクタ部２４と、を備える。

挿入部２１は、後述する撮像素子を内蔵した先端部２５と、複数の湾曲駒によって構成され湾曲自在な湾曲部２６と、湾曲部２６の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部２７とを備える。

図２は、先端部２５の内部構成の概略を説明する断面図である。図２に示すように、先端部２５は、グラスファイバ等を用いて構成されて光源装置６が発生した光の導光路をなすライトガイド２５１と、ライトガイド２５１の先端に設けられる照明レンズ２５２と、集光用の光学系２５３と、光学系２５３の結像位置に設けられ、光学系２５３が集光した光を受光して電気信号に光電変換して所定の信号処理を施す撮像素子２５４と、内視鏡２用の処置具を通す処置具チャンネル２５５と、を有する。

光学系２５３は、２つのレンズ２５３ａ、２５３ｂからなる。なお、光学系２５３を構成するレンズの種類や数は、図２に示されるものに限られるわけではない。

図３は、内視鏡システム１の要部の機能構成を示すブロック図である。図３を参照して撮像素子２５４の構成を説明する。撮像素子２５４は、光学系２５３からの光を光電変換して電気信号を出力するセンサ部２５４ａと、センサ部２５４ａが出力した電気信号に対してノイズ除去やＡ／Ｄ変換を行うアナログフロントエンド（ＡＦＥ）部２５４ｂと、アナログフロントエンド部２５４ｂが出力したデジタル信号をパラレル／シリアル変換するＰ／Ｓ変換部２５４ｃと、センサ部２５４ａの駆動タイミングパルス、ならびにアナログフロントエンド部２５４ｂおよびＰ／Ｓ変換部２５４ｃにおける各種信号処理用のパルスを発生するタイミングジェネレータ２５４ｄと、撮像素子２５４の動作を制御する撮像制御部２５４ｅと、を有する。撮像素子２５４は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである。

センサ部２５４ａは、基板２５４Ｓを介してＩＣ回路群２５４Ｇと接続される。ＩＣ回路群２５４Ｇは、アナログフロントエンド部２５４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２５４ｃ、タイミングジェネレータ２５４ｄ、および撮像制御部２５４ｅの機能を有する複数のＩＣ回路を有する。

センサ部２５４ａは、光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードおよびフォトダイオードが蓄積した電荷を増幅する増幅器をそれぞれ有する複数の画素が２次元マトリックス状に配設された受光部２５４ｆと、受光部２５４ｆの複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を画素情報として読み出す読み出し部２５４ｇとを有する。受光部２５４ｆには、画素ごとにＲＧＢ個別のカラーフィルタが設けられており、カラー画像の取得を可能にしている。

アナログフロントエンド部２５４ｂは、信号に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減部２５４ｈと、ノイズが低減された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２５４ｉとを有する。ノイズ低減部２５４ｈは、例えば相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling）法を用いてノイズの低減を行う。なお、ノイズ低減部２５４ｈとＡ／Ｄ変換部２５４ｉとの間に、自動的に信号のゲインを調整して常に一定の出力レベルを維持するＡＧＣ（Auto Gain Control）回路を設けてもよい。

撮像制御部２５４ｅは、制御装置４から受信した設定データにしたがって、先端部２５の各種動作を制御する。撮像制御部２５４ｅは、ＣＰＵ（Central Proccessing Unit）を用いて構成される。

基板２５４Ｓに設けられる電極２５４Ｅには、制御装置４との間で電気信号の送受信を行う複数の信号線が束ねられた集合ケーブル２５６が接続している。複数の信号線には、撮像素子２５４が出力した画像信号を制御装置４へ伝送する信号線や、制御装置４が出力する制御信号を撮像素子２５４へ伝送する信号線などが含まれる。

操作部２２は、湾曲部２６を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ２８と、体腔内に生検鉗子、レーザプローブ等の処置具を挿入する処置具挿入部２９と、制御装置４、光源装置６に加えて、送気手段、送水手段、送ガス手段などの周辺機器の操作を行うための複数のスイッチ３０とを有する。処置具挿入部２９から挿入される処置具は、先端部２５の処置具チャンネル２５５を経由して開口部２５５ａから表出する。

ユニバーサルコード２３は、ライトガイド２５１と、集合ケーブル２５６とを少なくとも内蔵している。

コネクタ部２４は、制御装置４に接続される電気接点部２４１と、光源装置６に着脱自在に接続されるライトガイドコネクタ２４２と、先端部２５のノズルに空気を送るための送気口金２４３とを有する。

次に、制御装置４の構成を説明する。制御装置４は、Ｓ／Ｐ変換部４１、画像処理部４２、明るさ検出部４３、調光部４４、読出アドレス設定部４５、駆動信号生成部４６、入力部４７、記憶部４８、制御部４９および基準クロック生成部５０を有する。

Ｓ／Ｐ変換部４１は、先端部２５から受信した画像信号（デジタル信号）をシリアル／パラレル変換する。

画像処理部４２は、Ｓ／Ｐ変換部４１から出力されたパラレル形態の画像信号をもとに、表示装置８が表示する体内画像を生成する。画像処理部４２は、同時化部４２１、ホワイトバランス（ＷＢ）調整部４２２、ゲイン調整部４２３、γ補正部４２４、Ｄ／Ａ変換部４２５、フォーマット変更部４２６、サンプル用メモリ４２７および静止画像用メモリ４２８を備える。

同時化部４２１は、画素情報として入力された画像信号を、画素ごとに設けられた３つのメモリ（図示せず）に入力し、読み出し部２５４ｇが読み出した受光部２５４ｆの画素のアドレスに対応させて、各メモリの値を順次更新しながら保持するとともに、これら３つのメモリの画像信号をＲＧＢ画像信号として同時化する。同時化部４２１は、同時化したＲＧＢ画像信号をホワイトバランス調整部４２２へ順次出力するとともに、一部のＲＧＢ画像信号を、明るさ検出などの画像解析用としてサンプル用メモリ４２７へ出力する。
ホワイトバランス調整部４２２は、ＲＧＢ画像信号のホワイトバランスを調整する。
ゲイン調整部４２３は、ＲＧＢ画像信号のゲイン調整を行う。ゲイン調整部４２３は、ゲイン調整を行ったＲＧＢ画像信号をγ補正部４２４へ出力するとともに、一部のＲＧＢ信号を、静止画像表示用、拡大画像表示用または強調画像表示用として静止画像用メモリ４２８へ出力する。
γ補正部４２４は、表示装置８に対応させてＲＧＢ画像信号を階調補正（γ補正）する。
Ｄ／Ａ変換部４２５は、γ補正部４２４が出力した諧調補正後のＲＧＢ画像信号をアナログ信号に変換する。
フォーマット変更部４２６は、アナログ信号に変換された画像信号を動画用のファイルフォーマットに変更して表示装置８に出力する。このファイルフォーマットとして、ＡＶＩ形式、ＭＰＥＧ形式などを適用することができる。

明るさ検出部４３は、サンプル用メモリ４２７が保持するＲＧＢ画像信号から、各画素に対応する明るさレベルを検出し、検出した明るさレベルを内部に設けられたメモリに記録するとともに制御部４９へ出力する。また、明るさ検出部４３は、検出した明るさレベルをもとにゲイン調整値および光照射量を算出し、ゲイン調整値をゲイン調整部４２３へ出力する一方、光照射量を調光部４４へ出力する。

調光部４４は、制御部４９の制御のもと、明るさ検出部４３が算出した光照射量をもとに光源装置６が発生する光の種別、光量、発光タイミング等を設定し、この設定した条件を含む光源同期信号を光源装置６へ送信する。

読出アドレス設定部４５は、センサ部２５４ａの受光部における読み出し対象の画素および読み出し順序を設定する機能を有する。すなわち、読出アドレス設定部４５は、アナログフロントエンド部２５４ｂが読出すセンサ部２５４ａの画素のアドレスを設定する機能を有する。また、読出アドレス設定部４５は、設定した読み出し対象の画素のアドレス情報を同時化部４２１へ出力する。

駆動信号生成部４６は、撮像素子２５４を駆動するための駆動用のタイミング信号を生成し、集合ケーブル２５６に含まれる所定の信号線を介してタイミングジェネレータ２５４ｄへ送信する。なお、このタイミング信号は、読み出し対象の画素のアドレス情報を含む。

入力部４７は、内視鏡システム１の動作を指示する動作指示信号等の各種信号の入力を受け付ける。

記憶部４８は、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体メモリを用いて実現される。記憶部４８は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラム、および内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記憶する。

制御部４９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成され、先端部２５および光源装置６を含む各構成部の駆動制御、および各構成部に対する情報の入出力制御などを行う。制御部４９は、撮像制御のための設定データを、集合ケーブル２５６に含まれる所定の信号線を介して撮像制御部２５４ｅへ送信する。ここで、設定データは、撮像素子２５４の撮像速度（フレームレート）、およびセンサ部２５４ａの任意の画素からの画素情報の読み出し速度を指示する指示情報、ならびにアナログフロントエンド部２５４ｂが読み出した画素情報の伝送制御情報などを含む。

基準クロック生成部５０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、内視鏡システム１の各構成部に対して生成した基準クロック信号を供給する。

次に、光源装置６の構成を説明する。光源装置６は、白色光源６１と、特殊光光源６２と、光源制御部６３と、ＬＥＤドライバ６４とを有する。

白色光源６１は、ＬＥＤなどによって構成される白色照明光を発生する。
特殊光光源６２は、白色照射光とは波長帯域が異なる光であって狭帯域バンドパスフィルタによって狭帯域化したＲ、Ｇ、Ｂいずれかの成分の光を特殊光として発生する。特殊光光源６２が発生する特殊光としては、血液中のヘモグロビンに吸収されやすくなるように狭帯域化された青色光および緑色光の２種の帯域のＮＢＩ（Narrow Band Imaging）照明光がある。
光源制御部６３は、調光部４４から送信された光源同期信号にしたがって白色光源６１または特殊光光源６２に供給する電流量を制御する。
ＬＥＤドライバ６４は、白色光源６１あるいは特殊光光源６２に対して光源制御部６３の制御のもとで電流を供給することにより、白色光源６１または特殊光光源６２に光を発生させる。

白色光源６１または特殊光光源６２が発生した光は、ライトガイド２５１を経由して先端部２５の先端から外部へ照射される。

表示装置８は、制御装置４が生成した体内画像を制御装置４から受信して表示する機能を有する。表示装置８は、液晶、有機ＥＬ等の表示ディスプレイを有する。

図４は、以上の構成を有する内視鏡システム１が実行可能な画像取得方法の概要と該画像取得方法によって取得した画像の明るさの傾向を模式的に示す図である。撮像素子２５４は、フォーカルプレーン方式の電子シャッタが採用されるため、複数のフレームを連続的に撮像する場合、蓄積された電荷の読み出しを１つの水平ラインごとに順次行う。このため、最初に読み出す水平ラインと、最後に読み出す水平ラインとでは時間差が生じる。本実施の形態１では、この時間差が１フレームＴｆ分に略等しいものとする。

図４に示す場合、画面上部の水平ラインからスタートして順次下方の水平ラインへと画素の読み出しを行う。本実施の形態１において、光源装置６は、同種類の照明光（例えば白色光）の照明強度を強（Ｈｉｇｈ）と弱（Ｌｏｗ）との間で１フレーム期間Ｔｆを周期として切り替える。この場合、センサ部２５４ａにおける１フレーム分の露光期間は、照明強度の切り替えのタイミングをまたぐような期間となる。

例えば、図４に示す露光期間Ｐ１１は、画面上方の水平ラインでは、照明強度が強である期間が支配的であるが、画面下方の水平ラインでは、照明強度が弱である期間が支配的である。したがって、センサ部２５４ａが露光期間Ｐ１１に露光することによって蓄積された電荷の転送期間Ｐ１２に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像は、図４の画像１０１に示すように、画面上方が明るく、画面下方へ行くにしたがって徐々に暗くなっていく傾向にある。

一方、図４に示す露光期間Ｐ２１は、画面上方の水平ラインでは、照明強度が弱である期間が支配的であるが、画面下方の水平ラインでは、照明強度が強である期間が支配的である。したがって、センサ部２５４ａが露光期間Ｐ２１に露光することによって蓄積された電荷の転送期間Ｐ２２に読み出し部２５４ｇが読み出した画素情報に基づく画像は、図４の画像１０２に示すように、画面上方が暗く、画面下方へ行くにしたがって徐々に明るくなっていく傾向にある。

なお、ここで説明している画面の明暗は、照明光の照度差のみによる画面の明るさの傾向を述べたものであり、被写体を撮像した場合の被写体像の明暗とは無関係である。すなわち、実際の被写体を撮像した場合の明るさの傾向が、画像１０１、１０２に示す明暗の傾向と全く同じであるとは限らない。

このように、画像１フレームごとに照明強度の強弱を切り替える場合、画像における照明の影響がフレームごとに異なる。そこで、撮像制御部２５４ｅは、明るさの傾向が互いに異なる２種類の画像のうち一方の画像のみを読み出し部２５４ｇに読み出させて１フレームおきに画像を取得するようにしている。

図５は、内視鏡システム１に特徴的な画像取得方法の概要と該画像取得方法によって取得した画像の明るさの傾向を模式的に示す図である。読み出し部２５４ｇは、撮像制御部２５４ｅの制御のもとで、例えば画面の明るさの傾向が同じである画像１０１のみを読み出し、画面の明るさの傾向が画像１０１と異なる画像１０２の読み出しを行わない。

本実施の形態１では、図５に示すように、センサ部２５４ａは、照明強度の切り替えパターンが互いに同じである露光期間の画像を順次取得するため、画像のコントラストのパターンが常に一定である画像を取得することができる。

図６は、図５に示すパターンの画像読み出しが有効な場合の例を示す図である。図６において、先端部２５は被写体３０１に対して斜め上方から撮像している。この場合に時間的に均一な照明光によって撮像される画像５０１は、先端部２５に近いほど明るく、遠いほど暗くなる。

このような画像５０１の明るさをより均一にした画像を撮像する場合には、図５に示す画像１０１のように、画面上部が明るく、画面下部が暗くなるような露光期間Ｐ１１にセンサ部２５４ａが露光した画像を取得するようにすればよい。図７は、図６に示す状況下で内視鏡システム１が、露光期間Ｐ１１にセンサ部２５４ａが露光して取得した画像の表示例を示す図である。図７に示す画像５０２は、画面の明るさがほぼ一様である画像を模式的に示している。

本実施の形態１においては、画像フレームの１周期おきに画像取得を行うことにより、照明の近景と遠景との照度差を補正している。したがって、内視鏡２を用いて被写体の表面を斜めから見るような場合であってもダイナミックレンジを拡大することができる。具体的には、例えば図６に示す状況下では、画面上部の遠景を高感度に設定することで、近点から遠点まで、理想的な明るさを有し、ダイナミックレンジが広い画像を得ることができる。

なお、図４に示す場合と逆の読み出し期間の画像１０２のみを取得するようにしてもよい。このような画像取得方法は、例えば撮像視野の手前が明るく、奥が暗い画像を撮像するような場合に好適である。

また、本実施の形態１においては、光源装置６が発生する照明のフレーム毎の強弱の比率を変化させることにより、画面の近景と遠景との感度バランスを調整することも可能である。

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、フォーカルプレーンシャッタ式のシャッタ動作をする撮像素子を使用し、１フレームごとに明るさを変えた照明を行うことにより、画面上部と画面下部で露光時間が異なる画像を取得することができる。これにより、画面の上部と下部で感度を傾斜させることができ、ダイナミックレンジが広く、理想的な明るさを有する画像を得ることが可能となる。

なお、本実施の形態１において、読み出し部２５４ｇは表示対象とするフレームのみを１周期おきに読み出していたが、読み出し部２５４ｇが全フレームを読み出して、この中から表示対象とするフレームを制御装置４が選択するようにしてもよい。また、読み出し部２５４ｇが全フレームを読み出した後、撮像制御部２５４ｅが表示対象として制御装置４へ送信するフレームを抽出するようにしてもよい。

また、本実施の形態１において、読み出し部２５４ｇは、画面の下部から上部へ向けて水平ラインごとに読み出しを行ってもよい。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要を示す図である。なお、本実施の形態２に係る内視鏡システムの構成は、上述した内視鏡システム１の構成と同じである。

本実施の形態２において、光源装置６は、発生する照明光の強度として、異なる２つの強度を一定の周期Ｔｆで交互に発生させている。以下、光源装置６が２つの異なる強度で照明する期間を、それぞれ第１照明期間、第２照明期間という。

以下の説明において、第１照明期間（例えばＬ１１。以下、この段落において括弧内が相互に対応付けられる）から第２照明期間（Ｌ２１）に切り替わる時点をまたぐ露光期間（Ｐ３１）にセンサ部２５４ａが露光し、続く転送期間（Ｐ３２）にセンサ部２５４ａが露光に応じた量の電荷を転送することによって得られる画像７０１の上半分の領域を第１調光領域７０２とし、その画像７０１の下半分の領域を第２調光領域７０３とする。調光部４４は、第１調光領域７０２を第１照明期間の調光対象領域として調光を行う一方、第２調光領域７０３を第２照明期間の調光対象領域として調光を行う。

調光部４４による調光結果は、光源制御部６３に送信される。調光部４４の調光結果を受信した光源制御部６３は、その調光結果を、次の第１および第２照明期間に発生する照明強度に反映する。

図８に示す画像取得方法をより具体的に説明する。図８において、調光部４４は、第１照明期間Ｌ１１に対応する露光期間Ｐ３１の露光量に基づいて第１調光領域７０２の調光を行う（調光１１）。光源制御部６３は、その調光結果を、次の第１照明期間Ｌ１２における照明強度に反映させる（破線Ａ１を参照）。
一方、調光部４４は、第２照明期間Ｌ２１に対応する露光期間Ｐ３１の露光量に基づいて第２調光領域７０３の調光を行う（調光２１）。光源制御部６３は、その調光結果を次の第２照明期間Ｌ２２における照明強度に反映させる（破線Ｂ１を参照）。

この後、調光部４４は、第１照明期間Ｌ１１の後に続く第２照明期間Ｌ２１に対応した露光期間Ｐ４１の露光量（転送期間Ｐ４２にセンサ部２５４が転送する電荷量に対応）を用いることなく、第２照明期間Ｌ２１の後に続く第１照明期間Ｌ１２に対応する露光期間Ｐ３３の露光量（転送期間Ｐ３４にセンサ部２５４が転送する電荷量に対応）に基づいて、第１調光領域７０２の調光を行う（調光１２）。光源制御部６３は、その調光結果を、次の第１照明期間Ｌ１３における照明強度に反映させる（破線Ａ２を参照）。
一方、調光部４４は、第２照明期間Ｌ２２に対応する露光期間Ｐ３３の露光量に基づいて第２調光領域７０３の調光を行う（調光２２）。光源制御部６３は、その調光結果を次の第２照明期間Ｌ２３における照明強度に反映させる（破線Ｂ２を参照）。

以後、調光部４４は、上記同様に、第１照明期間の調光を第１調光領域７０２で行う一方、第２照明期間の調光を第２調光領域７０３で行う。

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、ダイナミックレンジが広く、理想的な明るさを有する画像を得ることができる。

また、本実施の形態２によれば、照明期間ごとに異なる調光領域を設定して独立に調光することにより、よりキメ細かな明るさの設定を行うことが可能となる。

なお、本実施の形態２において、第１照明期間と第２照明期間を同じ明るさとすれば、通常の照明方式と同等となることはいうまでもない。

また、本実施の形態２において、表示装置８では、読み込んだ各フレームの画像をそのまま表示する以外に、照明期間が異なる領域ごとにそれぞれ重み付けしたものを合成して表示するようにしてもよい。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、実施の形態２と同様に２つの異なる照明期間を周期的に交互に変更し、隣接する２つのフレームを合成した画像を生成することを特徴とする。

図９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構成を示すブロック図である。同図に示す内視鏡システム１１は、実施の形態１で説明した内視鏡システム１と、制御装置が有する画像処理部の構成が異なる。

内視鏡システム１１の制御装置１２が有する画像処理部１２１は、同時化部４２１、ホワイトバランス調整部４２２、ゲイン調整部４２３、γ補正部４２４、Ｄ／Ａ変換部４２５、フォーマット変更部４２６、サンプル用メモリ４２７に加えて、フレームメモリ１２２および画像合成部１２３を有する。

フレームメモリ１２２は、ゲイン調整部４２３がゲイン調整を行った画像を一時的に記憶する。
画像合成部１２３は、ゲイン調整部４２３がゲイン調整を行った最新の画像とその１つ前のフレームの画像とを画素ごとに加算することによって合成画像を生成する。

図１０は、内視鏡システム１１に特徴的な画像取得方法の概要を示す図である。光源装置６は、実施の形態２と同様に、異なる２つの強度を一定の周期Ｔｆで交互に発生させている。以下、光源装置６が２つの異なる強度で照明する期間を、それぞれ第１照明期間、第２照明期間という。

図１０において、画像合成部１２３は、第１照明期間Ｌ３１から第２照明期間Ｌ４１に切り替わる時点をまたぐ露光期間Ｐ５１にセンサ部２５４ａが露光し、続く転送期間Ｐ５２にセンサ部２５４ａが露光に応じた電荷を転送することによって得られる画像８０１と、第２照明期間Ｌ４１から第１照明期間Ｌ３２に切り替わる時点をまたぐ露光期間Ｐ６１にセンサ部２５４ａが露光し、続く転送期間Ｐ６２にセンサ部２５４ａが露光に応じた電荷を転送することによって得られる画像８０２とを用いて合成画像９０１を生成する。この合成画像９０１は、画像８０１と画像８０２で対応する画素の画素値を加算することによって生成される。なお、画像合成部１２３は、２つの画像８０１、８０２のうち先に取得した画像８０１をフレームメモリ１２２から読み出す。

続いて、画像合成部１２３は、フレームメモリ１２２に格納された画像８０２と、第１照明期間Ｌ３２から第２照明期間Ｌ４２に切り替わる時点をまたぐ露光期間Ｐ５３にセンサ部２５４ａが露光し、続く転送期間Ｐ５４にセンサ部２５４ａが転送することによって得られる画像８０３とを上記同様に合成することによって合成画像９０２を生成する。

その後、画像合成部１２３は、フレームメモリ１２２に格納された画像８０３と、第２照明期間Ｌ４２から第１照明期間Ｌ３３に切り替わる時点をまたぐ露光期間Ｐ６３にセンサ部２５４ａが露光し、続く転送期間Ｐ６４にセンサ部２５４ａが転送することによって得られる画像８０４とを上記同様に合成することによって合成画像９０３を生成する。

続いて、画像合成部１２３は、フレームメモリ１２２に格納された画像８０４と、第１照明期間Ｌ３３から第２照明期間Ｌ４３に切り替わる時点をまたぐ露光期間Ｐ５５にセンサ部２５４ａが露光し、続く転送期間Ｐ５６にセンサ部２５４ａが転送することによって得られる画像８０５とを上記同様に合成することによって合成画像９０４を生成する。

以後、画像合成部１２３は、以上説明した処理と同様の処理を繰り返し行うことによって合成画像を順次生成する。

以上説明した本発明の実施の形態３によれば、画像合成部が、隣接する２つのフレームの画像を合成した合成画像を生成することにより、明るさが異なる２つの照明を合成することにより、画像全域に対してダイナミックレンジを拡大することができる。

なお、本実施の形態３において、調光部４４は、合成したフレームにおける明るさに基づいて調光を行ってもよいし、実施の形態２と同様の方法で調光を行ってもよい。

（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係る内視鏡システムに特徴的な画像取得方法の概要と該画像取得方法によって取得した画像の明るさの傾向を模式的に示す図である。本実施の形態４に係る内視鏡システムの構成は、上述した内視鏡システム１の構成と同じである。

本実施の形態４は、転送期間における画像の読み出し順序が上述した実施の形態１、２と異なっている。すなわち、本実施の形態４において、撮像素子２５４は、画面の中心に位置する水平ラインから読み出しを開始した後、画面上下方向の両端へ向けて交互に読み出し対象の水平ラインを変化させていく。

図１２は、転送期間における読み出し順序の詳細を模式的に示す図である。図１２に示す転送期間Ｐ７２では、読み出し対象の水平ラインが、第ｎ水平ライン→第（ｎ＋１）水平ライン→第（ｎ−１）水平ライン→第（ｎ＋２）水平ライン→第（ｎ−２）水平ライン→・・・の順に上下に交互に変化している。ここで、自然数ｎは、センサ部２５４ａが備える水平ライン数の略半分の値を有する。

なお、本実施の形態４において、光源装置６は、実施の形態１と同様、発生する照明光を一定の強度で強（Ｈｉｇｈ）と弱（Ｌｏｗ）との間で切り替えている。このため、照明強度が弱から強へ切り替わる露光期間Ｐ７１で露光し、転送期間Ｐ７２で読み出された画像１００１は、画面の上方と下方が相対的に明るく、画面の上下方向中央部へ向けて徐々に暗くなっている画像である。一方、照明強度が強から弱へ切り替わる露光期間Ｐ８１で露光し、転送期間Ｐ８２で読み出された画像１００２は、画面の上下方向中央部が相対的に明るく、画面の上端部と下端部へ向けて徐々に暗くなっている画像となる。

本実施の形態４では、画像１００１および１００２のいずれか一方のみを読み出して表示画像を生成する。例えば、画面上下方向の中央部が明るい撮像視野の場合には、読み出し部２５４ｇが画像１００１のみを読み出すようにすればよい。また、画面上下方向の中央部が暗い撮像視野の場合には、読み出し部２５４ｇが画像１００２のみを適用すればよい。これにより、上述した実施の形態１と同様に、均一な明るさを有する画像を生成することが可能となる。

以上説明した本発明の実施の形態４によれば、上述した実施の形態１と同様、ダイナミックレンジが広く、理想的な明るさを有する画像を得ることができる。

また、本実施の形態４によれば、画像の読み出しを、画像の中央のフレームより上下方向両端部へ向けて交互に行うことにより、画像の上下方向に感度傾斜をつけた画像を取得することができる。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は、上記実施の形態１〜４によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本発明において、センサ部の読み出し部が画素上方を読み出す際の読み出し順序は、上述したものに限られるわけではない。

また、本発明を、鏡視下手術などで使用される腹腔鏡に適用することも可能である。鏡視下手術では、臓器内部を様々な方向から観察するため、上述した実施の形態と同様に画面内の遠点と近点との明るさが大きく異なってしまう場合がある。したがって、本発明を適用することによって撮像視野の明るさを適宜調整することが可能となる。

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、特許請求の範囲に記載した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、１１ 内視鏡システム
２ 内視鏡
４、１２ 制御装置
６ 光源装置
８ 表示装置
２１ 挿入部
２２ 操作部
２５ 先端部
２６ 湾曲部
２７ 可撓管部
３０ スイッチ
４１ Ｓ／Ｐ変換部
４２、１２１ 画像処理部
４３ 明るさ検出部
４４ 調光部
４５ 読出アドレス設定部
４６ 駆動信号生成部
４７ 入力部
４８ 記憶部
４９ 制御部
５０ 基準クロック生成部
６１ 白色光源
６２ 特殊光光源
６３ 光源制御部
６４ ＬＥＤドライバ
１２２ フレームメモリ
１２３ 画像合成部
２４２ ライトガイドコネクタ
２５１ ライトガイド
２５２ 照明レンズ
２５３ 光学系
２５４ 撮像素子
２５４ａ センサ部
２５４ｂ アナログフロントエンド部
２５４ｃ Ｐ／Ｓ変換部
２５４ｅ 撮像制御部
２５４ｆ 受光部
２５４ｇ 読み出し部
２５６ 集合ケーブル
３０１ 被写体
７０２ 第１調光領域
７０３ 第２調光領域
Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１、Ｐ５１、Ｐ６１ 露光期間
Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２、Ｐ５２、Ｐ６２ 転送期間

Claims (5)

1. 被写体を照明する照明光として互いに照明強度が異なる第１および第２の照明光を出射可能な光源部と、
   各々が光を受光して光電変換を行うことによって電気信号を生成する複数の画素が二次面上に配置され、前記複数の画素のうち読み出し対象として設定された画素が生成した電気信号を、画素情報として読み出すセンサ部と、
   前記センサ部に対し、前記読み出し対象として設定された画素が構成する互いに平行な複数の一次元のラインをラインごとに露光させるとともに、該露光が終了した前記ラインにおける前記画素情報の読み出しを順次行わせるように制御する撮像制御部と、
   前記センサ部が前記読み出し対象として設定された画素から前記電気信号を読み出す際の、最初の前記ラインの読み出しから最後の前記ラインの読み出しまでに要する期間である１フレーム期間ごとに、前記第１および第２の照明光のいずれか一方を交互に出射するように前記光源部を制御する光源制御部と、
   を備え、前記撮像制御部は、
   前記第１の照明光の照射が開始されたタイミングから前記第１の照明光の照射が終了するタイミングまでの間に前記センサ部が読み出す前記画素情報に基づく第１の画像、および前記第２の照明光の照射が開始されたタイミングから前記第２の照明光の照射が終了するタイミングまでの間に前記センサ部が読み出す前記画素情報に基づく第２の画像のいずれか一方を選択的に取得することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１および第２の照明光の調光を行う調光部をさらに備え、
   前記光源制御部は、
   前記光源部に前記第１および第２の照明光を前記１フレーム期間を周期として交互に出射させ、
   前記撮像制御部は、
   前記第１の照明光を調光する第１調光領域と前記第２の照明光を調光する第２調光領域とを１フレーム中の異なる領域として設定し、
   前記調光部は、
   前記第１および第２調光領域における調光を個別に行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記センサ部が時間的に前後して読み出した２画面分の前記画素情報を画素ごとに合成することによって合成画像を生成する画像合成部をさらに備え、
   前記光源制御部は、
   前記光源部に前記第１および第２の照明光を前記１フレーム期間を周期として交互に出射させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記一次元のラインは前記フレームの水平ラインであり、
   前記撮像制御部は、
   前記センサ部に対し、前記フレームの上部から下部、または下部から上部へ向けて前記水平ラインの露光および読み出しを順次行わせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記一次元のラインは前記フレームの水平ラインであり、
   前記撮像制御部は、
   前記センサ部に対し、前記フレームの中央部から上下両端部へ向けて前記水平ラインの露光および読み出しを順次行わせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。