JP6275357B1 - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

１フレームを開始するタイミングから有効画素の開始タイミングまでのライン数に相当する期間であるプリブランキング期間を設定可能な撮像素子２２と、発光期間および遮光期間を有する光源４４からの照明光を照射可能な照明部２９と、有効画素中における「モニタ表示画素」に対応するプリブランキング期間を設定し、垂直同期信号に応じてプリブランキング期間の開始タイミングを設定する読出タイミング設定部２６と、遮光期間において前記開始タイミングで開始され、かつ、プリブランキング期間に応じて「モニタ表示画素」に係る撮像信号を読み出す信号読出回路２５と、を具備する。

Description

本発明は、内視鏡に関し、特に、撮像光学系の偏心等に起因する画素ずれを補正可能とする内視鏡に関する。

被検体の内部の被写体を撮像する内視鏡、及び、内視鏡により撮像された被写体の観察画像を生成する画像処理装置等を具備する内視鏡システムが、医療分野及び工業分野等において広く用いられている。

このような内視鏡システムにおいては、従来、撮像光学系の偏心に起因する撮像信号の画素ずれ、または、複数の撮像素子を用いた撮像システム（たとえば、３Ｄ撮像システムもしくはプリズムで光学像を分離し２つ以上の撮像素子で受光する３ＣＣＤの如き撮像システム）において各撮像素子間の位置ずれを電気的に補正する技術が知られている。

この種の補正技術としては、たとえば、撮像素子における任意範囲の画素のみを選択的に読み出す「切り出し機能」を用い、上記画素ずれの補正を実現する技術が知られている（日本国特開２００６−２３９０５２号公報）。

しかしながら、近年内視鏡に搭載する撮像素子は益々小型化することが求められている。このため、搭載する機能についても限定する必要が生じてきており、画素ずれを補正する技術として上述した「切り出し機能」を搭載して用いることには困難が伴う状況となっている。

また、上述の如き内視鏡システムが、いわゆる面順次方式の観察方式を採用する場合、光源の発光および遮光タイミングに同期して撮像素子の駆動を行う必要があるが、このような場合に、画素ずれ（位置ずれ）補正を行うためには光源の発光時間を短くする必要があった。

この、補正を行うために従来は光源の発光時間を短くする必要があった理由は以下のとおりである。

すなわち、上述の如き観察方式を採用する内視鏡システムにおいては、撮像素子に係る有効画素のうち、少なくともモニタに表示する有効画素部分については、光源の遮光期間中に読み出す必要がある。

ここで、仮に、上述した如き画素ずれの補正が行わない場合を仮定すると、光源の遮光期間中には、モニタに表示する有効画素部分のみを読み出せばよい。

一方、画素ずれの補正を行う場合、従来は、その補正の仕方（例えば、画面上の上方にシフトするか下方にシフトするか等）によっては、モニタに表示する有効画素部分が撮像素子の有効画素中のどこに位置するかが一義的には定まらないことから、結局のところ有効画素全体を光源の遮光期間中に読み出さなければならなかった。

これは、光源の遮光期間を長くとる、換言すれば、光源の発光期間を短くする必要に迫られ、ひいては、照明の明るさの不足を招く虞があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、撮像素子における任意範囲の画素のみを選択的に読み出す「切り出し機能」を用いることなく、かつ、光源の発光期間を短くすることなく画素ずれの補正処理を実行可能な内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡は、被写体を撮像し所定の撮像信号を生成する撮像素子であって、１フレームを開始するタイミングから当該撮像素子に係る有効画素の開始タイミングまでのライン数に相当する期間であるプリブランキング期間を設定可能な撮像素子と、被写体に照射するための照明光を発光し発光期間および遮光期間を有する光源からの当該照明光を被写体に向けて照射可能な照明部と、前記撮像素子に係る有効画素中における、モニタに表示するモニタ表示画素に対応する所定の前記プリブランキング期間を設定するプリブランキング期間設定部と、所定の垂直同期信号に応じて、前記プリブランキング期間の開始タイミングを設定する開始タイミング設定部と、前記光源の前記遮光期間において、前記開始タイミング設定部で設定された前記開始タイミングで開始され、前記プリブランキング期間設定部で設定された前記プリブランキング期間に応じて前記モニタ表示画素に係る撮像信号を読み出す信号読出回路と、を具備する。

図１は、本発明の第１の実施形態の内視鏡を含む内視鏡システムの構成を示す図である。 図２は、第１の実施形態の内視鏡を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態の内視鏡における、面順次光源動作タイミングに対応する各画素ずれ補正位置ごとのフレーム開始タイミングおよびセンサ読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。 図４は、第１の実施形態の内視鏡における、各画素ずれ補正位置ごとの読み出し画素位置とモニタに表示する画素位置との関係を示した図である。 図５は、本発明の第２の実施形態の内視鏡における、面順次光源動作タイミングに対応する各画素ずれ補正位置ごとのフレーム開始タイミングおよびセンサ読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。 図６は、従来の内視鏡における、面順次光源動作タイミングに対応する各画素ずれ補正位置ごとのフレーム開始タイミングおよびセンサ読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の内視鏡を含む内視鏡システムの構成を示す図であり、図２は、第１の実施形態の内視鏡を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。

図１、図２に示すように、本第１の実施形態の内視鏡を有する内視鏡システム１は、被検体の観察し撮像する内視鏡２と、当該内視鏡２に接続され前記撮像信号を入力し所定の画像処理を施すビデオプロセッサ３と、被検体を照明するための照明光を供給する光源装置４と、撮像信号に応じた観察画像を表示するモニタ装置５と、を有している。

内視鏡２は、被検体の体腔内等に挿入される細長の挿入部６と、挿入部６の基端側に配設され術者が把持して操作を行う内視鏡操作部１０と、内視鏡操作部１０の側部から延出するように一方の端部が設けられたユニバーサルコード１１と、を有して構成されている。

挿入部６は、先端側に設けられた硬質の先端部７と、先端部７の後端に設けられた湾曲自在の湾曲部８と、湾曲部８の後端に設けられた長尺かつ可撓性を有する可撓管部９と、を有して構成されている。

前記ユニバーサルコード１１の基端側にはコネクタ１２が設けられ、当該コネクタ１２は光源装置４に接続されるようになっている。すなわち、コネクタ１２の先端から突出する流体管路の接続端部となる口金（図示せず）と、照明光の供給端部となるライトガイド用の口金（図示せず）とは光源装置４に着脱自在で接続されるようになっている。

さらに、前記コネクタ１２の側面に設けた電気接点部には接続ケーブル１３の一端が接続されるようになっている。そして、この接続ケーブル１３には、例えば内視鏡２における撮像素子２２（図２参照）からの撮像信号を伝送する信号線が内設され、また、他端のコネクタ部はビデオプロセッサ３に接続されるようになっている。

なお、前記コネクタ１２には、後述するＦＰＧＡ２３が配設されると共に、当該内視鏡２における内視鏡固別情報（例えば、撮像素子の画素ずれ値等に係る情報または当該画素ずれ値に応じたプリブランキング期間の数値等の情報）を記憶したＩＤメモリ２７等が配設されている（これら各構成要素については、後に詳述する）。

図２に示すように、内視鏡２は、挿入部６の先端部７に配設された、被写体に対して複数種類の照明光を照射可能とする照明部２９と、被写体像を入光するレンズを含む対物光学系２１と、対物光学系２１における結像面に配設された撮像素子２２と、を備える。

前記照明部２９は、光源装置４から内視鏡２内部にかけて延設されるライトガイドの先端部に配設される。そして照明部２９は、当該光源装置４において発生される、発光期間および遮光期間が制御された照明光を照射するようになっている。

前記対物光学系２１は、前記照明部２９により被検体に対して照射された所定の照明光（面順次光）に応じた当該被写体に係る反射光を入光する。

前記撮像素子２２は、本実施形態においてはＣＭＯＳイメージセンサにより構成される。なお、本実施形態の内視鏡システム１は面順次式の観察方式を採用するものとする。

撮像素子２２における受光部は、入射光に応じて光を光電変換して信号電荷を生成する複数の光電変換部であるフォトダイオード（ＰＤ）２２ａを有し、当該光電変換部において生成した信号電荷に基づいて撮像信号を生成し出力するための複数の画素を備える。

そして撮像素子２２は、被写体からの光学像が撮像面に結像されると、各画素に入射した光を光電変換部において光電変換して所定の撮像信号を出力するようになっている。

また、撮像素子２２は、１フレームを開始するタイミングから当該撮像素子２２に係る有効画素の開始タイミングまでのライン数に相当する期間であるプリブランキング期間を設定可能となっている。

なお、この「１フレームを開始するタイミング」については、「開始タイミング設定部」により、また、前記「プリブランキング期間」については「プリブランキング期間設定部」によりそれぞれ設定されるが、詳細については後述する。

撮像素子２２はまた、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）２２ｂを備える。このＡＦＥ２２ｂは、前記撮像信号に対して所定の処理を行う回路であり、公知のＣＤＳ（Correlation Double Sampling）回路およびアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）等を備え、当該撮像信号をデジタル撮像信号として出力する。

撮像素子２２はさらに、フォトダイオード（ＰＤ）２２ａおよびＡＦＥ２２ｂに対して所定のタイミングを与えるタイミングジェネレータ（ＴＧ）２２ｃを備える。

内視鏡２は、上述したコネクタ１２にＦＰＧＡ２３を備える。このＦＰＧＡ２３は、いわゆるＦＰＧＡ（field-programmable gate array）により構成され、前記ＡＦＥ２２ｂから出力されるデジタル画像信号に対して各種のデジタル信号処理を施すようになっている。

また前記ＦＰＧＡ２３は、読出タイミング設定部２６および信号読出部２５を備える。前記読出タイミング設定部２６は、本実施形態においては、「プリブランキング期間設定部」および「開始タイミング設定部」としての役目を果たす。また、前記信号読出部２５は、前記光源装置４に係る遮光期間において、前記プリブランキング期間に応じて前記モニタ表示画素に係る撮像信号を読み出す「信号読出部」としての役目を果たす。なお、これら読出タイミング設定部２６および信号読出部２５については、後に詳述する。

さらに、内視鏡２は、前記コネクタ１２において、当該内視鏡２における内視鏡固別情報（例えば、後述する、撮像素子の画素ずれ値等に係る情報または当該画素ずれ値に応じたプリブランキング期間の数値等の情報）を記憶したＩＤメモリ２７を配設され、前記読出タイミング設定部２６に接続されている。

＜撮像信号の画素ずれについて＞
次に、本実施形態における「画素ずれの検出」および「画素ずれに係る情報の記憶」について説明する。

上述したように、撮像光学系の偏心等に起因して撮像信号の「画素ずれ」が生じることがある。この「画素ずれ」が生じたとき、何等対策を講じずそのまま画像信号を読み出す処理等を行うと、当然ながら、モニタに表示される画像は「画素ずれ」の度合いに応じてずれてしまうこととなり、正確な画像を表示することができない虞がある。

図４は、第１の実施形態の内視鏡における、各画素ずれ補正位置ごとの読み出し画素位置とモニタに表示する画素位置との関係を示した図であるが、この図４を参照して、「画素ずれ」に起因する問題点について簡単に説明する。

図４に示すように、当該内視鏡２が、例えば「画素ずれ」が生じていない通常タイプの内視鏡を“タイプＡ”とし、撮像素子２２における画素群６０Ａのうち、モニタ５に表示したい画素群を符号６１で示すとする。なお、図４中、“ＯＢ”で示される画素領域は、いわゆるオプティカルブラック領域である。

この場合、内視鏡２は「画素ずれ」が生じていないため、画素ずれの補正をすること無しにそのままの状態で上記画素群６１をモニタ５における表示画像５１として表示することができる。

一方、内視鏡２が「画素ずれ」が生じている場合であって、いま当該内視鏡を“タイプＢ”および“タイプＣ”とする。

上記タイプＢの内視鏡２においては、例えばモニタ５に表示したい画素群が、上述したタイプＡに比して、画素群６１の位置から図４中、“タイプＢ”で示す画素群６０Ｂにおける画素群６１ｂで示す位置のように上方にシフトしているとし、上記タイプＣの内視鏡２においては、例えばモニタ５に表示したい画素群が、上述したタイプＡに比して、画素群６１の位置から図４中、“タイプＣ”で示す画素群６０Ｃにおける画素群６１ｃで示す位置のように上方にシフトしているとする。

これらタイプＢまたはタイプＣの内視鏡２の場合、何等対策を講じずそのまま画像信号を読み出す処理等を行うと、すなわち通常の画素６１の位置で読み出すと、当然ながらモニタ５に表示される画像は「画素ずれ」の度合いに応じてずれてしまう。

このように、撮像光学系の偏心等に起因して撮像信号の「画素ずれ」が生じた場合、または「画素ずれ」が生じた内視鏡の場合、正確な画像を表示することができない虞があるが、この問題に対しては、例えば、「画素ずれ」が生じた際、当該ずれた画素の座標位置を特定し、その座標位置に対応した画素のみを選択的に読み出す「切り出し機能」を用いて補正する技術を採用すれば、当該「画素ずれ」の問題に対処することができるが、本発明は当該「切り出し機能」を用いずに画素ずれを補正可能とするものである。

＜画素ずれ検出および画素ずれ情報の記憶＞
本実施形態においては、画素ずれ補正の前提として、例えば内視鏡の製造時等において、撮像光学系の偏心等に起因する撮像信号の「画素ずれ」を検出した際、当該「画素ずれ」に係る情報をＩＤメモリ２７に記憶するようになっている。

なお、この「画素ずれ」に係る情報としては、例えば、実際の撮像素子の画素ずれ値等に係る情報または当該画素ずれ値に応じたプリブランキング期間の数値等の情報が挙げられる。

このように、本実施形態に係る内視鏡は、画素ずれの度合いを検出し、その画素ずれの度合いに応じた情報を各内視鏡個別の情報として内視鏡自身が記憶するようになっている。

なお、本実施形態においては、撮像光学系の偏心等に起因する撮像信号の「画素ずれ」に係る情報を内視鏡内部の記憶部に記憶するものとしたがこれに限らず、外部のサーバー等に記憶するようしてもよい。

＜画素ずれ補正とプリブランキング期間＞
ここで、本実施形態に係る画素ずれ補正の仕方と、プリブランキング期間並びに当該プリブランキング期間の設定部および開始タイミング設定部について詳しく説明する。

上述したように、前記ＦＰＧＡ２３における読出タイミング設定部２６は、本実施形態においては、「プリブランキング期間設定部」および「開始タイミング設定部」としての役目を果たす。

前記読出タイミング設定部２６は、まず、前記撮像素子２２に係る有効画素中における「モニタ表示画素」、すなわち、実際にモニタに表示する画素の位置に対応する「プリブランキング期間」を設定する「プリブランキング期間設定部」としての役目を果たす。

なお、本実施形態において「プリブランキング期間」とは、撮像素子２２において１フレームを開始するタイミングから当該撮像素子２２に係る有効画素の開始タイミングまでのライン数に相当する期間とする。

また、前記「モニタ表示画素」は、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて有効画素中における位置も変わるため、当該位置に対応する「プリブランキング期間」もまた各内視鏡ごとに設定されることとなる。

ところで、本実施形態の内視鏡２は、光源の遮光期間中には、撮像素子２２の有効画素全体のうちモニタに表示する有効画素部分（「モニタ表示画素」）のみが読み出せばよいことに着目し、撮像素子２２の「画素ずれ」の有無に拘わらず、「モニタ表示画素」の読み出しタイミングと光源の遮光期間とを略一致させるようにしている。

すなわち本実施形態の内視鏡２は、撮像素子２２の有効画素全体の読み出しタイミングは、撮像素子２２の「画素ずれ」の有無を問わず、有効画素全体の画素が必ずしも光源の遮光期間中になされるものではなく、前記「モニタ表示画素」以外の有効画素の一部の読出しは、光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容することを特徴とする。

そして、上述したように前記「モニタ表示画素」は、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて有効画素中における位置も変わるが、当該「モニタ表示画素」の読み出しタイミングが、光源の遮光期間（電荷読出期間）と略一致するタイミングとなるように、本実施形態の内視鏡２は、有効画素の読出し開始タイミングを調整し、さらに、この有効画素の読出し開始タイミングの調整具合に応じるように、「プリブランキング期間」の長さを設定することを特徴とする。

換言すれば、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて「プリブランキング期間」の長さを可変的に設定することで、「画素ずれ」の度合いに拘わらず、当該「モニタ表示画素」の読み出しタイミングは、常に、光源の遮光期間（電荷読出期間）と略一致することとなり、これにより光源の遮光期間を短く、すなわち発光時間を長く設定することが可能となる。

また前記読出タイミング設定部２６は、ビデオプロセッサ３における駆動信号生成部３５からの垂直同期信号ＶＳＹＮＣに応じて、前記プリブランキング期間の開始タイミングを設定する「開始タイミング設定部」としての役目を果たす。

なお、本第１の実施形態においては、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」が互いに異なる内視鏡であっても、そのプリブランキング期間の開始タイミングは同一に設定されるものとする。

上述したように、ＩＤメモリ２７に内視鏡個別の情報としての「画素ずれに係る情報」が記憶されている状態で内視鏡２が稼働すると、「プリブランキング期間設定部」としての読出タイミング設定部２６は、前記ＩＤメモリ２７に記憶された当該内視鏡２の各種固有情報のうち、撮像素子の画素ずれに係る情報を読み出し当該内視鏡ごとに定まる「プリブランキング期間」を設定するようになっている。

以上説明したように、前記プリブランキング期間は、前記読出タイミング設定部２６における前記「開始タイミング設定部」において設定された前記開始タイミングで開始され、また、前記プリブランキング期間は、読出タイミング設定部２６における前記「プリブランキング期間設定部」において前記「モニタ表示画素」の位置に応じて、換言すれば、内視鏡ごとに個別の情報として記憶される「画素ずれ」に係る情報に応じて、その期間が設定される。

一方、上述したように、信号読出部２５は、前記光源装置４に係る遮光期間において、前記プリブランキング期間に応じて前記モニタ表示画素に係る撮像信号を読み出す「信号読出部」としての役目を果たす。

そして前記信号読出部２５は、本第１の実施形態においては、当該プリブランキング期間が終了した後に、有効画素を読み出す。光源装置４に係る遮光期間において有効画素における前記「モニタ表示画素」、すなわち撮像素子２２の有効画素中における実際にモニタに表示される画素に係る撮像信号を読み出すようになっている。

一方、ビデオプロセッサ３は、当該ビデオプロセッサ３の他、接続された内視鏡２および光源装置４における各種回路を制御する制御部３１と、内視鏡２からの画像信号を入力し、所定の画像処理を施す画像処理部３２と、当該画像処理部３において処理された画像信号を入力しモニタ装置５において表示するための映像信号を生成する映像出力部３３と、所定の垂直同期信号ＶＳＹＮＣ等の駆動信号を生成する駆動信号生成部３５と、を備える。

光源装置４は、光源４４と、光源ドライバ４２と、回転フィルタ４６と、駆動部４５と、駆動ドライバ４３と、光源制御部４１と、を備える。

光源４４は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）またはキセノンランプ等を用いて構成され、光源制御部４１の制御のもと、白色光を発生する。

光源ドライバ４２は、光源４４に対して光源制御部４１の制御のもとで電流を供給することにより、光源４４に白色光を発生させる。光源４４が発生した光は、回転フィルタ４６および集光レンズ（図示せず）および前記ライトガイドを経由して内視鏡２の照明部２９から照射される。

回転フィルタ４６は、光源４４が発した白色光の光路上に配置され、回転することにより光源４４が発する白色光を所定の波長帯域を有する光のみを透過させる。具体的には、回転フィルタ４６は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）のそれぞれの波長帯域を有する光を透過させる赤色フィルタ４６Ｒ、緑色フィルタ４６Ｇおよび青色フィルタ４６Ｂを有する。

駆動部４５は、ビデオプロセッサ３から送信される同期信号を基準として回転フィルタ４６を回転動作させる。駆動ドライバ４３は、光源制御部４１の制御のもと、駆動部４５に所定の電流を供給する。

光源制御部４１は、ビデオプロセッサ３における制御部３１から送信された調光信号に従って光源４４に供給する電流量を制御する。なお、本実施形態において、光源制御部４１による光源の動作タイミングは、後述する「画素ずれ」の度合いによらず、すなわち、画素ずれの補正の有無によらず固定とする。

そして、後述するように、光源制御部４１の制御による光源の遮光期間は、「画素ずれ補正時」であっても、画素ずれ補正無し時と同様に、「モニタ表示画素」に対応するライン数分の読み出しが行える時間として設定することができる。

また、当該内視鏡２が接続されるビデオプロセッサ３においても、画像処理部３２は、「画素ずれ補正時」と「画素ずれ補正無し時」とで差異を設けることなく画像処理動作を実行することができるようになっている。

また、光源制御部４１は、駆動ドライバ４３を介して駆動部４５を駆動することにより、回転フィルタ４６を回転させる。

表示装置５は、映像ケーブルを介してビデオプロセッサ３が生成した体内画像をビデオプロセッサ３から受信して表示する機能を有する。

＜第１実施形態の作用＞
次に、本発明の第１実施形態の作用について図３および図４を参照して説明する。

図３は、第１の実施形態の内視鏡における、面順次光源動作タイミングに対応する各画素ずれ補正位置ごとのフレーム開始タイミングおよびセンサ読み出しタイミングを示したタイミングチャートであり、図４は、第１の実施形態の内視鏡における、各画素ずれ補正位置ごとの読み出し画素位置とモニタに表示する画素位置との関係を示した図である。また、図９は、従来の内視鏡における、面順次光源動作タイミングに対応する各画素ずれ補正位置ごとのフレーム開始タイミングおよびセンサ読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。

ここで、本実施形態の作用を説明するに先立って、本発明に対する従来の例ついて、簡単に説明する。

上述したように、撮像光学系の偏心等に起因して撮像信号の「画素ずれ」に対しては、上述したように、当該ずれた画素の座標位置を特定し、その座標位置に対応した画素のみを選択的に読み出す「切り出し機能」を用いて補正する技術が、従来知られている。

また、この「画素ずれ」に対しては、例えば、「画素ずれ」が生じた際、前記撮像素子２２に係る有効画素中において実際にモニタに表示するべき画素（すなわち、実際に読み出すべき画素）の位置を、「画素ずれ」の度合いに応じて有効画素中においてシフトすることで対応する技術についても、従来知られるところにある。

また、図９は、面順次方式の観察方式を採用する従来の内視鏡であって、実際にモニタに表示するべき画素の位置を、「画素ずれ」の度合いに応じて有効画素中においてシフトする例を示したものであり、面順次光源動作タイミングに対応する各画素ずれ補正位置ごとのフレーム開始タイミングおよびセンサ読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。

図９に示すように、従来の例においても、撮像素子に係る有効画素のうち、少なくともモニタに表示する有効画素部分については、光源の遮光期間中に読み出す必要がある。

ここで、図４に示す例と同様に、当該内視鏡が、例えば「画素ずれ」が生じていない通常タイプの内視鏡を“タイプＡ”とし、「画素ずれ」が生じている内視鏡を“タイプＢ（上方シフトするタイプ）”および“タイプＣ（下方シフトするタイプ）”とする。

このとき、内視鏡が「画素ずれ」が生じておらず、画素ずれの補正が行わないタイプＡの場合、光源の遮光期間中（電荷読出期間中）には、モニタに表示する有効画素部分のみを読み出せばよい。

しかしながら、内視鏡が「画素ずれ」を生じているタイプＢまたはタイプＣの場合、モニタに表示する有効画素部分が撮像素子の有効画素中のどこに位置するかが一義的には定まらない。

これにより従来の例では、これらタイプＢまたはタイプＣの内視鏡にも対応するように、結局のところ有効画素全体を光源の遮光期間中（電荷読出期間中）に読み出さなければならなかった。

これは、光源の遮光期間を長くとる、換言すれば、光源の発光期間（各Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の照明時間）を短くする必要に迫られ、ひいては、照明の明るさの不足を招く虞があった。

すなわち、従来の例においては、図９に示すように、有効画素を読み出す期間中には、面順次発光動作を行う光源の発光（各Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の照明）を行うことができず、当該発光時間を短くすることが余儀なくされていた。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、撮像素子における任意範囲の画素のみを選択的に読み出す「切り出し機能」を用いることなく、かつ、光源の発光期間を短くすることなく画素ずれの補正処理を実行可能な内視鏡を提供するものである。

以下、図３を参照して、本第１の実施形態に係る画素ずれ補正の仕方と、プリブランキング期間の設定および開始タイミングの設定について説明する。

ここで、上述した例と同様に、撮像信号の「画素ずれ」が生じていない通常タイプの内視鏡を“タイプＡ”とし、「画素ずれ」が生じている内視鏡を“タイプＢ（上方シフトするタイプ）”および“タイプＣ（下方シフトするタイプ）”とする。

まず、内視鏡２は、当該内視鏡の製造時等において、撮像光学系の偏心等に起因する撮像信号の「画素ずれ」を検出し、当該「画素ずれ」に係る情報をＩＤメモリ２７に記憶する。

この「画素ずれ」に係る情報は、上述したように、例えば、実際の撮像素子の画素ずれ値等に係る情報または当該画素ずれ値に応じたプリブランキング期間の数値等の情報である。

そして、ＩＤメモリ２７に内視鏡個別の情報としての「画素ずれに係る情報」が記憶されている状態で内視鏡２が稼働すると、「プリブランキング期間設定部」としての読出タイミング設定部２６は、前記ＩＤメモリ２７に記憶された当該内視鏡２の各種固有情報のうち、撮像素子の画素ずれに係る情報を読み出す。

その後、読出タイミング設定部２６は、当該読み出した情報に応じて内視鏡ごとに定まる「プリブランキング期間」および「１フレームを開始するタイミング」を設定する。

なお、本実施形態において「プリブランキング期間」とは、上述したように、撮像素子２２において１フレームを開始するタイミングから当該撮像素子２２に係る有効画素の開始タイミングまでのライン数に相当する期間とする。

また、前記「モニタ表示画素」は、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて有効画素中における位置も変わるため、当該位置に対応する「プリブランキング期間」も内視鏡ごとに設定される。

なお、本第１の実施形態においては、「１フレームを開始するタイミング」は「画素ずれ」の度合いに拠らず、一定のタイミングに設定されることとなる。

また、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて「プリブランキング期間」の長さを可変的に設定することで、「画素ずれ」の度合いに拘わらず、当該「モニタ表示画素」の読み出しタイミングは、常に、光源の遮光期間（電荷読出期間）と略一致することとなる。

より具体的に、本第１の実施形態においては、図３に示すように、内視鏡２が撮像信号の「画素ずれ」が生じていないタイプＡの内視鏡の場合、読出タイミング設定部２６は、当該タイプＡの内視鏡２におけるＩＤメモリ２７から、「画素ずれ」に係る情報を取得し、「プリブランキング期間」の長さおよび「１フレームを開始するタイミング」を設定する。

このとき、読出タイミング設定部２６によって設定される「プリブランキング期間の長さ」および「１フレームを開始するタイミング」は、信号読出部２５による「モニタ表示画素」の読み出しタイミングを光源の遮光期間（電荷読出期間）内に行うと共に、前記「モニタ表示画素」前後の有効画素の一部の読出しが、光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容する「長さ」であり、「タイミング」である。

また、図４に示すように、当該内視鏡２がタイプＡの場合、撮像素子２２における画素群６０Ａのうちモニタ５に表示したい画素群６１は、画素ずれの補正をすること無しにそのままの状態でモニタ５における表示画像５１として表示することができる。

一方、内視鏡２が撮像信号の「画素ずれ」が生じているタイプＢまたはタイプＣの内視鏡の場合、読出タイミング設定部２６は、上記同様に、当該タイプＢまたはタイプＣの内視鏡２におけるＩＤメモリ２７から、「画素ずれ」に係る情報を取得し、「プリブランキング期間」の長さおよび「１フレームを開始するタイミング」を設定する。

そしてこの場合も、読出タイミング設定部２６によって設定される「プリブランキング期間の長さ」および「１フレームを開始するタイミング」は、信号読出部２５による「モニタ表示画素」の読み出しタイミングを光源の遮光期間（電荷読出期間）内に行うと共に、前記「モニタ表示画素」の後ろ側（タイプＢ参照）または前側（タイプＣ参照）の有効画素の一部の読出しが、光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容する「長さ」であり、「タイミング」である。

また、図４に示すように、当該内視鏡２が“タイプＢ”または“タイプＣ”の場合、撮像素子２２における画素群６０Ｂまたは画素群６０Ｃのうちモニタ５に表示したい画素群６１ｂまたは画素群６１ｃに対しても、読み出しタイミングが適正に調整されているので、モニタ５においては、画素ずれ補正無しの場合と同様に、モニタ画面上の適正な位置に表示画像５１として表示することができる。

以上説明したように、本第１の実施形態によると、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて「プリブランキング期間」の長さを可変的に設定し、「画素ずれ」の度合いに拘わらず、前記「モニタ表示画素」の読み出しタイミングを光源の遮光期間（電荷読出期間）と略一致させると共に、当該「モニタ表示画素」以外の有効画素の一部の読出しを光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容することで、モニタに表示される画像の混色を防ぎ、かつ、光源の遮光期間を短く、すなわち発光時間を長く設定することが可能となる。

また、本第１の実施形態によると、撮像素子における任意範囲の画素のみを選択的に読み出す「切り出し機能」を用いることなく、かつ、光源の発光期間を短くすることなく画素ずれの補正処理を実行可能な内視鏡を提供することができる。

さらに、第１の実施形態の内視鏡によると、内視鏡に接続されるビデオプロセッサおよび光源装置の動作を変更せずに上述した補正処理をすることができるため、従来のビデオプロセッサおよび光源装置等を有する内視鏡システムに対しても支障なく組み合わせることができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態の内視鏡における、面順次光源動作タイミングに対応する各画素ずれ補正位置ごとのフレーム開始タイミングおよびセンサ読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。

上述した第１の実施形態の内視鏡２においては、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて「プリブランキング期間」の長さを可変的に設定することで、「画素ずれ」の度合いに拘わらず、前記「モニタ表示画素」の読み出しタイミングを光源の遮光期間（電荷読出期間）と略一致させると共に、当該「モニタ表示画素」以外の有効画素の一部の読出しを光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容するようにしたが、第２の実施形態の内視鏡は、「プリブランキング期間」の長さを一定とする一方で、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて「１フレームを開始するタイミング＝プリブランキング期間の開始タイミング」を可変的に設定することで、「画素ずれ」の度合いに拘わらず、前記「モニタ表示画素」の読み出しタイミングを光源の遮光期間（電荷読出期間）と略一致させると共に、当該「モニタ表示画素」以外の有効画素の一部の読出しを光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容することを特徴とする。

したがって、本第２の実施形態の内視鏡は、基本的な構成については第１の実施形態と同様であるので、ここでは第１の実施形態との差異のみの説明にとどめ、共通する部分の説明については省略する。

本第２の実施形態の内視鏡２を有する内視鏡システム１も、第１の実施形態と同様に、被検体の観察し撮像する内視鏡２と、当該内視鏡２に接続され前記撮像信号を入力し所定の画像処理を施すビデオプロセッサ３と、被検体を照明するための照明光を供給する光源装置４と、撮像信号に応じた観察画像を表示するモニタ装置５と、を有している。

また、内視鏡２におけるコネクタ１２には、第１の実施形態と同様にＦＰＧＡ２３が配設されると共に、当該内視鏡２における内視鏡固別情報を記憶したＩＤメモリ２７等が配設されるが、第２の実施形態においては、ＩＤメモリ２７に内視鏡固別情報として例えば、撮像素子の画素ずれ値等に係る情報または当該画素ずれ値に応じた「１フレームを開始するタイミング＝プリブランキング期間の開始タイミング」の数値等の情報が記憶されるようになっている。

また、本第２の実施形態においても、撮像素子２２は、１フレームを開始するタイミングから当該撮像素子２２に係る有効画素の開始タイミングまでのライン数に相当する期間であるプリブランキング期間を設定可能となっている。

第２の実施形態においても、前記ＦＰＧＡ２３は、読出タイミング設定部２６および信号読出部２５を備え、読出タイミング設定部２６は、「プリブランキング期間設定部」および「開始タイミング設定部」としての役目を果たし、また、信号読出部２５は、前記光源装置４に係る遮光期間において、前記プリブランキング期間に応じて前記モニタ表示画素に係る撮像信号を読み出す「信号読出部」としての役目を果たす。

＜画素ずれ補正とプリブランキング期間＞
ここで、本第２の実施形態に係る画素ずれ補正の仕方と、プリブランキング期間並びに当該プリブランキング期間の設定部および開始タイミング設定部について説明する。

本第２の実施形態において前記読出タイミング設定部２６は、ビデオプロセッサ３における駆動信号生成部３５からの垂直同期信号ＶＳＹＮＣに応じて、前記プリブランキング期間の開始タイミングを設定する「開始タイミング設定部」としての役目を果たす。

具体的に、有効画素全体における前記「モニタ表示画素」の位置に対応する「１フレームを開始するタイミング＝プリブランキング期間の開始タイミング」が各内視鏡ごとに設定されるようになっている。

また、本実施形態においても、撮像素子２２の「画素ずれ」の有無に拘わらず、「モニタ表示画素」の読み出しタイミングと光源の遮光期間（電荷読出期間）とを略一致させるようにしている。

さらに本第２の実施形態においても、撮像素子２２の有効画素全体の読み出しタイミングは、撮像素子２２の「画素ずれ」の有無を問わず、有効画素全体の画素が必ずしも光源の遮光期間中になされるものではなく、前記「モニタ表示画素」以外の有効画素の一部の読出しは、光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容する。

そして、上述したように前記「モニタ表示画素」は、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて有効画素中における位置も変わるが、当該「モニタ表示画素」の読み出しタイミングが、光源の遮光期間（電荷読出期間）と略一致するタイミングとなるように、本第２の実施形態の内視鏡２は、有効画素の読出し開始タイミングを調整し、さらに、この有効画素の読出し開始タイミングの調整具合に応じるように、「１フレームを開始するタイミング＝プリブランキング期間の開始タイミング」を設定することを特徴とする。

換言すれば、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて「１フレームを開始するタイミング＝プリブランキング期間の開始タイミング」を可変的に設定することで、第１の実施形態と同様に、「画素ずれ」の度合いに拘わらず、当該「モニタ表示画素」の読み出しタイミングは、常に、光源の遮光期間（電荷読出期間）と略一致することとなり、これにより光源の遮光期間を短く、すなわち発光時間を長く設定することが可能となる。

なお、本第２の実施形態においては、第１の実施形態と異なり、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」が互いに異なる内視鏡であっても、そのプリブランキング期間の長さは同一に設定されるものとする。

上述したように、ＩＤメモリ２７に内視鏡個別の情報としての「画素ずれに係る情報」が記憶されている状態で内視鏡２が稼働すると、「開始タイミング設定部」としての読出タイミング設定部２６は、前記ＩＤメモリ２７に記憶された当該内視鏡２の各種固有情報のうち、撮像素子の画素ずれに係る情報を読み出し当該内視鏡ごとに定まる「１フレームを開始するタイミング＝プリブランキング期間の開始タイミング」を設定するようになっている。

すなわち、本第２の実施形態の内視鏡２において前記プリブランキング期間は、内視鏡ごとに個別の情報として記憶される「画素ずれ」に係る情報に応じて前記読出タイミング設定部２６における前記「開始タイミング設定部」において設定された前記開始タイミングで開始される。

そして本第２の実施形態においても信号読出部２５は、当該プリブランキング期間が終了した後に、光源装置４に係る遮光期間において前記「モニタ表示画素」、すなわち撮像素子２２の有効画素中における実際にモニタに表示される画素に係る撮像信号を読み出すようになっている。

また、本第２の実施形態において光源制御部４１による光源の動作タイミングは、「画素ずれ」の度合いによらず固定とする。

＜第２実施形態の作用＞
次に、本発明の第２実施形態の作用について図５を参照して説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態の内視鏡における、面順次光源動作タイミングに対応する各画素ずれ補正位置ごとのフレーム開始タイミングおよびセンサ読み出しタイミングを示したタイミングチャートである。

図５においても、上述した例と同様に、撮像信号の「画素ずれ」が生じていない通常タイプの内視鏡を“タイプＡ”とし、「画素ずれ」が生じている内視鏡を“タイプＢ（上方シフトするタイプ）”および“タイプＣ（下方シフトするタイプ）”とする。

まず、内視鏡２は、当該内視鏡の製造時等において、撮像光学系の偏心等に起因する撮像信号の「画素ずれ」を検出し、当該「画素ずれ」に係る情報をＩＤメモリ２７に記憶する。

この「画素ずれ」に係る情報は、例えば、実際の撮像素子の画素ずれ値等に係る情報または当該画素ずれ値に応じた「１フレームを開始するタイミング=プリブランキング期間の開始タイミング」等の情報である。

そして、ＩＤメモリ２７に内視鏡個別の情報としての「画素ずれに係る情報」が記憶されている状態で内視鏡２が稼働すると、「プリブランキング期間設定部」としての読出タイミング設定部２６は、前記ＩＤメモリ２７に記憶された当該内視鏡２の各種固有情報のうち、撮像素子の画素ずれに係る情報を読み出す。

その後、読出タイミング設定部２６は、当該読み出した情報に応じて内視鏡ごとに定まる「プリブランキング期間」および「１フレームを開始するタイミング=プリブランキング期間の開始タイミング」を設定する。

また、前記「モニタ表示画素」は、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて有効画素中における位置も変わるため、当該位置に対応する「１フレームを開始するタイミング=プリブランキング期間の開始タイミング」も内視鏡ごとに設定される。

なお、本第２の実施形態においては、「プリブランキング期間」は「画素ずれ」の度合いに拠らず、一定の長さに設定されることとなる。

より具体的に、本第２の実施形態においては、内視鏡２が「画素ずれ」が生じていないタイプＡの内視鏡の場合、読出タイミング設定部２６は、当該タイプＡの内視鏡２におけるＩＤメモリ２７から、「画素ずれ」に係る情報を取得し、「プリブランキング期間」の長さおよび「「１フレームを開始するタイミング=プリブランキング期間の開始タイミング」を設定する。

このとき、読出タイミング設定部２６によって設定される「プリブランキング期間の長さ」および「１フレームを開始するタイミング」は、信号読出部２５による「モニタ表示画素」の読み出しタイミングを光源の遮光期間（電荷読出期間）内に行うと共に、前記「モニタ表示画素」前後の有効画素の一部の読出しが、光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容する「長さ」であり、「タイミング」である。

一方、内視鏡２が撮像信号の「画素ずれ」が生じているタイプＢまたはタイプＣの内視鏡の場合、読出タイミング設定部２６は、上記同様に、当該タイプＢまたはタイプＣの内視鏡２におけるＩＤメモリ２７から、「画素ずれ」に係る情報を取得し、「プリブランキング期間」の長さおよび「１フレームを開始するタイミング=プリブランキング期間の開始タイミング」を設定する。

そしてこの場合も、読出タイミング設定部２６によって設定される「プリブランキング期間の長さ」および「１フレームを開始するタイミング」は、信号読出部２５による「モニタ表示画素」の読み出しタイミングを光源の遮光期間（電荷読出期間）内に行うと共に、前記「モニタ表示画素」の後ろ側（タイプＢ参照）または前側（タイプＣ参照）の有効画素の一部の読出しが、光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容する「長さ」であり、「タイミング」である。

以上説明したように、本第２の実施形態によると、各内視鏡ごとに定まる「画素ずれ」の度合いに応じて「１フレームを開始するタイミング=プリブランキング期間の開始タイミング」を可変的に設定し、「画素ずれ」の度合いに拘わらず、前記「モニタ表示画素」の読み出しタイミングを光源の遮光期間（電荷読出期間）と略一致させると共に、当該「モニタ表示画素」以外の有効画素の一部の読出しを光源の遮光期間外、すなわち光源の発光期間内になされることを許容することで、モニタに表示される画像の混色を防ぎ、かつ、光源の遮光期間を短く、すなわち発光時間を長く設定することが可能となる。

また、本第２の実施形態によると、撮像素子における任意範囲の画素のみを選択的に読み出す「切り出し機能」を用いることなく、かつ、光源の発光期間を短くすることなく画素ずれの補正処理を実行可能な内視鏡を提供することができる。

さらに、第２の実施形態の内視鏡によると、第１の実施形態と同様に、内視鏡に接続されるビデオプロセッサおよび光源装置の動作を変更せずに上述した補正処理をすることができるため、従来のビデオプロセッサおよび光源装置等を有する内視鏡システムに対しても支障なく組み合わせることができる。

なお、上述した各実施形態では、前記信号読出部２５および読出タイミング設定部２６は、内視鏡２におけるＦＰＧＡ２３に形成するものとしたが、これに限らず、内視鏡２の他の箇所、例えば、操作部等に配設してもよく、また、ビデオプロセッサ３に配設し、当該ビデオプロセッサ３から撮像素子２２を制御するようにしてもよい。

なお、上記各実施形態においては、面順次光源による観察方式を採用するものとしたが、これに限らず、ＬＥＤ光源等によるＰＷＭ制御を行う例、または特殊光観察としての狭帯域光観察（NBI：Narrow Band Imaging）、赤外光観察（IRI：InfraRed Imaging）もしくは蛍光観察（AFI：Auto Fluorescence Imaging）を採用する例にも適用できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本出願は、２０１６年３月３０日に日本国に出願された特願２０１６−６８６６８号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (4)

1. 被写体を撮像し所定の撮像信号を生成する撮像素子であって、１フレームを開始するタイミングから当該撮像素子に係る有効画素の開始タイミングまでのライン数に相当する期間であるプリブランキング期間を設定可能な撮像素子と、
   被写体に照射するための照明光を発光し発光期間および遮光期間を有する光源からの当該照明光を被写体に向けて照射可能な照明部と、
   前記撮像素子に係る有効画素中における、モニタに表示するモニタ表示画素に対応する所定の前記プリブランキング期間を設定するプリブランキング期間設定部と、
   所定の垂直同期信号に応じて、前記プリブランキング期間の開始タイミングを設定する開始タイミング設定部と、
   前記光源の前記遮光期間において、前記開始タイミング設定部で設定された前記開始タイミングで開始され、前記プリブランキング期間設定部で設定された前記プリブランキング期間に応じて前記モニタ表示画素に係る撮像信号を読み出す信号読出回路と、
   を具備することを特徴とする内視鏡。
2. 前記プリブランキング期間設定部は、前記撮像素子に係る画素ずれに対応して変化する、前記撮像素子に係る有効画素中における前記モニタ表示画素の位置に応じて、前記プリブランキング期間を設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
3. 前記開始タイミング設定部は、前記撮像素子に係る画素ずれに対応して変化する、前記撮像素子に係る有効画素中における前記モニタ表示画素の位置に応じて、前記プリブランキング期間の開始タイミングを設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
4. 前記プリブランキング期間設定部は、前記撮像素子に係る画素ずれに対応して変化する、前記撮像素子に係る有効画素中における前記モニタ表示画素の位置に拘わらず、前記プリブランキング期間を一定値に設定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡。

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