内視鏡システム
【課題】内視鏡に搭載された撮像素子の種別に応じて、照明光の光量を広いダイナミックレンジで適切に制御することが可能な内視鏡システムを提供する。
【解決手段】光源４３ａからの光を被検体に照射する照明光学系、及び被検体を撮像する撮像素子１１ｂを含む撮像光学系を有する内視鏡１１と、内視鏡１１が着脱自在に接続される制御装置とを備える内視鏡システムであって、光源４３ａの出射光強度を、制御装置１３から入力される光量指示値に応じて制御する光源制御部と、制御装置に接続された内視鏡１１に搭載の撮像素子１１ｂの種別を識別する種別識別手段と、を有する。光源制御部は、光量指示値と光源４３ａへの制御出力値との関係を表す制御パターンを複数種備え、種別識別手段による識別結果に基づいていずれかの制御パターンに切り替え、切り替えた制御パターンに基づいて光源４３ａの出射光強度を制御する。
【解決手段】光源４３ａからの光を被検体に照射する照明光学系、及び被検体を撮像する撮像素子１１ｂを含む撮像光学系を有する内視鏡１１と、内視鏡１１が着脱自在に接続される制御装置とを備える内視鏡システムであって、光源４３ａの出射光強度を、制御装置１３から入力される光量指示値に応じて制御する光源制御部と、制御装置に接続された内視鏡１１に搭載の撮像素子１１ｂの種別を識別する種別識別手段と、を有する。光源制御部は、光量指示値と光源４３ａへの制御出力値との関係を表す制御パターンを複数種備え、種別識別手段による識別結果に基づいていずれかの制御パターンに切り替え、切り替えた制御パターンに基づいて光源４３ａの出射光強度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、体腔内の生体組織を観察するためには内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、体腔内の被観察部に照明光として白色光を照射し、被観察部からの反射光等による光像を、２次元画像を撮影可能な所定の撮像素子を用いて撮影し、得られた２次元画像をモニタ画面上に表示するものである。このような内視鏡システムの照明光の制御に関する技術が、例えば特許文献１〜３に示されている。
【０００３】
特許文献１においては、常に適切な光量及び色度の照明光を得るための技術を開示している。具体的には、光源に与える駆動電流をパルス状に変化させ、このパルスについてパルス数、パルス幅、パルス振幅を制御することを提案している。
【０００４】
特許文献２においては、内視鏡スコープ先端の加熱を抑えつつ患部への照明光を供給するための技術を開示している。具体的には、光源の点灯／消灯をパルス状に制御すると共に、光源の点灯時間及びパルスの振幅（強度）を調節することを提案している。
【０００５】
特許文献３においては、複数の観察モードに対応する内視鏡装置において、接続された内視鏡スコープが対応している観察モードのみ選択可能にするための技術を開示している。ここで、観察モードとは通常光観察、蛍光観察、狭帯域光観察、赤外光観察などの区分である。
【０００６】
ところで、内視鏡システムが２次元画像を撮影するために利用可能な撮像素子としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサが知られている。また、公知のように、ＣＣＤイメージセンサとＣＭＯＳイメージセンサはその構造上の違いにより信号の読み出し方式が異なり、撮影の際のシャッタ制御が異なる。
【０００７】
例えば、インターラインのＣＣＤイメージセンサの場合は、受光部、垂直転送部、水平転送部、アンプ等を備えており、受光部内の全ての画素について電荷を保持可能な垂直転送部を有している。そのため、露光が完了した後、各画素に蓄積された電荷をそれぞれ同一のタイミングで垂直転送部に転送することができる。従って、受光部の各画素位置に電荷の蓄積を開始するタイミング、及び電荷の蓄積を終了するタイミングは、全画素について同時となる。つまり、二次元画像を撮影する場合に、イメージセンサ側の制御だけで二次元画像の１フレーム全体について同時にシャッタを切ることができる。このようなシャッタ制御はグローバルシャッタ方式と呼ばれている。
【０００８】
一方、一般的なＣＭＯＳイメージセンサの場合には、Ｎ行、Ｍ列の二次元配列の受光部の各画素位置から１行ずつ順次に電荷を読み出し、同時に蓄積された電荷を初期化している。従って、受光部の各画素位置に電荷の蓄積を開始するタイミング、及び電荷の蓄積を終了するタイミングは、行毎に僅かにずれることになる。つまり、二次元画像を撮影する場合に、イメージセンサ側の制御だけでは、シャッタを切るタイミングが二次元画像の行毎にずれ、１フレーム全体について同時にシャッタを切ることはできない。このようなシャッタ制御はローリングシャッタ方式と呼ばれている。
【０００９】
従って、一般的なＣＭＯＳイメージセンサを採用した内視鏡システムの場合には、受光部各位置の電荷蓄積期間（実質的にシャッタが開いている時間）のタイミングが走査線毎にずれることになる。そのため、照明の調光のために光源の点灯開始タイミングを調整すると、二次元画像の走査線毎に照明光量の違いが発生し、画像に輝度むらが生じてしまう。
【００１０】
光源に流す電流の振幅（発光強度）だけを制御する場合には、信号読み出し等のタイミングのずれに対して照明光量が影響を受けないので、一般的なＣＭＯＳイメージセンサを採用した内視鏡システムにおいても走査線毎の輝度むらが生じることはない。しかし、内視鏡システムにおいては一般的に１：９０００以上の光量ダイナミックレンジが要求される。このような広い光量ダイナミックレンジを実現するためには、光源に流す電流の振幅制御だけでは対応できない。
【００１１】
一方、ＣＣＤイメージセンサを採用した内視鏡システムの場合には、信号読み出し等のタイミングが走査線毎にずれることはないので、照明の調光のために光源の点灯開始タイミング等を調整することも可能である。また、ＣＣＤイメージセンサを採用した内視鏡システムの場合には、全画素について同時にシャッタが閉じている期間が存在するので、この期間中は不要な照明を消灯することにより発熱の抑制のために役立つ。しかし、一般的なＣＭＯＳイメージセンサを採用した内視鏡システムの場合には、シャッタが閉じている期間が走査線毎にずれるので、特定の期間中に照明を消灯することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−５６２４８号公報
【特許文献２】特開２００７−２２２２５１号公報
【特許文献３】特開２００５−６９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のように、使用する内視鏡に搭載された撮像素子の種別によって、照明光の最適制御は異なるものとなるが、撮像素子の種別に応じて照明光の出射光量を最適制御することは行なわれていない。
【００１４】
そこで本発明は、内視鏡に搭載された撮像素子の種別に応じて、照明光の光量を広いダイナミックレンジで適切に制御することが可能な内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は下記構成からなる。
光源からの光を被検体に照射する照明光学系、及び被検体を撮像する撮像素子を含む撮像光学系を有する内視鏡と、該内視鏡が着脱自在に接続される制御装置と、を備える内視鏡システムであって、
前記光源の出射光強度を、前記制御装置から入力される光量指示値に応じて制御する光源制御手段と、
前記制御装置に接続された内視鏡に搭載の撮像素子の種別を識別する種別識別手段と、
を有し、
前記光源制御手段が、前記光量指示値と前記光源への制御出力値との関係を表す制御パターンを複数種備え、前記種別識別手段による識別結果に基づいて前記いずれかの制御パターンに切り替え、該切り替えた制御パターンに基づいて前記光源の出射光強度を制御する内視鏡システム。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内視鏡システムは、接続された内視鏡に搭載された撮像素子の種別に応じて照明光の制御パターンを切り替えるので、撮像素子の種別に応じて適切な照明の調光制御が行え、広いダイナミックレンジの光量制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の内視鏡システム全体に関する主要部の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した内視鏡システムの外観を示す斜視図である。
【図３】内視鏡先端部の近傍の構造を表す縦断面図である。
【図４】光源ドライバの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図５】グローバルシャッタ方式で制御される場合の制御タイミング例を示すタイムチャートである。
【図６】ローリングシャッタ方式で制御される場合の制御タイミング例を示すタイムチャートである。
【図７】グローバルシャッタ方式で用いる制御パターンの特性例を示すグラフである。
【図８】ローリングシャッタ方式で用いる制御パターンの特性例を示すグラフである。
【図９】照明光に関するスペクトルの具体例を示すグラフである。
【図１０】第１変形例における内視鏡先端部の構成を示す正面図である。
【図１１】第１変形例における光源装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】第２変形例における光源装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】第３変形例における内視鏡先端部の構成を示す正面図である。
【図１４】第３変形例における光源装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の内視鏡システム全体に関する主要部の構成例が図１に示されている。また、図１に示した内視鏡システムの外観が図２に示されている。
【００１９】
図１、図２に示すように、内視鏡システム１００は、内視鏡１１と、この内視鏡１１が接続される外部制御装置である制御装置１３と、制御装置１３に接続され画像情報を表示する表示部１５とを有する。制御装置１３には、入力操作を受け付ける入力部１７が接続されている。
【００２０】
内視鏡１１は、電子内視鏡であり、図１に示すように照明部１１ａ（照明光学系）と、撮像素子１１ｂ（撮像光学系）と、スコープ情報メモリ１１ｃとを備えている。照明部１１ａは、図２に示す内視鏡挿入部１９の先端から照明光を出射する。撮像素子１１ｂは、二次元撮像手段であり、所定の対物レンズユニットを介して生体等の被観察領域を撮像して二次元画像を得ることができる。撮像素子１１ｂの具体例として、二次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサや、二次元ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサが用いられる。
【００２１】
なお、内視鏡システム１００においては通常はカラー画像を再現する必要があるので、実際の撮像素子１１ｂには、複数の色セグメントからなるカラーフィルタ（例えば、ベイヤー配列のＲＧＢ原色カラーフィルタや、ＣＭＹＧ,ＣＭＹの補色カラーフィルタ）を備えた単板カラー撮像方式の撮像素子が用いられる。
【００２２】
スコープ情報メモリ１１ｃは、本内視鏡１１の固有の情報を予め保持している。スコープ情報メモリ１１ｃが保持している情報には、撮像素子１１ｂのシャッタ方式に関する情報も含まれている。
【００２３】
内視鏡１１は、図２に示すように、内視鏡挿入部１９と、操作部２５と、ユニバーサルコード２７と、コネクタ部２９Ａ，２９Ｂとを含んでいる。内視鏡挿入部１９は、細長い形状に形成されており、その先端側が被検体内に挿入される。また、内視鏡挿入部１９は、可撓性を持つ軟性部３１と、湾曲部３３と、先端部（以降、内視鏡先端部とも呼称する）３５から構成される。操作部２５は、内視鏡挿入部１９の基端部に連設されており、内視鏡挿入部１９の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う際に使用される。ユニバーサルコード２７は操作部２５から延設されている。コネクタ部２９Ａ，２９Ｂは、ユニバーサルコード２７の先端に設けられ内視鏡１１を制御装置１３に着脱自在に接続する。
【００２４】
湾曲部３３は、軟性部３１と内視鏡先端部３５との間に設けられ、操作部２５に配置されたアングルノブ４１の回動操作により湾曲自在にされている。この湾曲部３３は、内視鏡１１が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲でき、内視鏡先端部３５の照明の照射口及び撮像素子の観察方向を、所望の観察部位に向けることができる。
【００２５】
内視鏡先端部３５の近傍の構成が図３に示されている。図３に示すように、内視鏡先端部３５には、被観察領域へ照明光を照射するための照明部１１ａと、被観察領域の像を撮影するための撮像素子１１ｂとが設けてある。
【００２６】
照明部１１ａは、マルチモード光ファイバ７１と、蛍光体７２とを備えている。マルチモード光ファイバ７１としては、例えば、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径が直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの細径なものを使用することができる。
【００２７】
マルチモード光ファイバ７１は、光源装置４５内の光源４５ａから出射される青色光を内視鏡先端部３５の蛍光体７２の近傍まで導く。蛍光体７２は、マルチモード光ファイバ７１によって導光された青色光の一部のエネルギーを吸収して励起され、緑色〜黄色の波長帯の可視光を発光する。蛍光体７２は、複数種類の蛍光物質から形成されており、例えば、ＹＡＧ系蛍光体、あるいはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17）等の蛍光物質などを含んで形成される。
【００２８】
図３に示すように、蛍光体７２の外周を覆うように筒状のスリーブ部材７３が設けられている。スリーブ部材７３の内部には、マルチモード光ファイバ７１を中心軸として保持するフェルール７４が挿入されている。更に、フェルール７４の後端側（先端側とは逆側）から延出されるマルチモード光ファイバ７１には、その外皮を覆うフレキシブルスリーブ７５がスリーブ部材７３との間に挿入されている。
【００２９】
励起により蛍光体７２に生じる発光光と、マルチモード光ファイバ７１によって導光され蛍光体７２を透過した青色光の一部とが合成され、白色に近いスペクトルの照明光として照射口３５ａから被観察領域へ向けて出射される。照射口３５ａの近傍には照明光を照射するための照射レンズ７６が設けてある。
【００３０】
図３に示すように、撮像素子１１ｂは内視鏡先端部３５の内部に固定された基板６１上に配置してある。また、撮像素子１１ｂの受光面にはプリズム６２の一端面６２ａが接続されている。また、端面６２ａと９０度向きが異なる別の端面６２ｂに対物レンズユニット６３が接続されている。対物レンズユニット６３は、被観察領域と対向する観察窓３５ｂから被観察領域の像を撮影できるように、その光をプリズム６２を経由して撮像素子１１ｂの受光面に導く。信号ケーブル６４は、基板６１上の撮像素子１１ｂを制御装置１３と電気的に接続する。
【００３１】
再び図１に戻り、制御装置１３はビデオプロセッサ４５と光源装置４３とで構成されている。光源装置４３は、内視鏡先端部３５の照射口に供給する照明光を発生する。ビデオプロセッサ４５は、撮像素子１１ｂから出力される画像信号を画像処理したり照明の光量を制御する光源制御手段として機能する。ビデオプロセッサ４５及び光源装置４３は、図２に示すようにコネクタ部２９Ａ，２９Ｂを介して内視鏡１１と接続される。
【００３２】
また、ビデオプロセッサ４５には、前述の表示部１５と入力部１７が接続されている。ビデオプロセッサ４５は、内視鏡１１の操作部２５や入力部１７からの指示に基づいて、内視鏡１１から伝送されてくる撮像信号を画像処理し、表示部１５へ表示用画像を生成して供給する。
【００３３】
次に、内視鏡システムの信号処理について説明する。
図１に示すように、ビデオプロセッサ４５には増幅器（ＡＭＰ）５１、相関二重サンプリング／プログラマブルゲインアンプ（以下、ＣＤＳ／ＰＧＡと略す）５２、Ａ／Ｄ変換器５３、画像処理部５４、光量計測部５５、記憶部５６、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）５７、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５８、及び撮像素子ドライバ５９が備わっている。
【００３４】
増幅器５１の入力には、撮像素子１１ｂの撮影により得られる撮像信号が入力される。この撮像信号はゲインが一定の増幅器５１で増幅された後、ＣＤＳ／ＰＧＡ５２に入力される。ＣＤＳ／ＰＧＡ５２は、増幅器５１で増幅された撮像信号を入力し、撮像素子１１ｂの各光電変換セルの蓄積電荷量に正確に対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）各色のレベルを表すアナログ画像信号として出力する。
【００３５】
ＣＤＳ／ＰＧＡ５２から出力されるアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換器５３に入力されてデジタル画像データに変換される。画像処理部５４は、Ａ／Ｄ変換器５３から出力されるデジタル画像データに対して各種画像処理を施し、表示部１５の画面に表示すべき画像の情報を生成する。従って、内視鏡１１内の撮像素子１１ｂにより撮影された映像、即ち、生体の被観察領域の二次元画像が表示部１５に表示される。
【００３６】
撮像素子１１ｂの撮影や信号読み出しを制御するための制御入力端子には撮像素子ドライバ５９の出力が接続されている。また、撮像素子ドライバ５９の入力にはタイミングジェネレータ５８の出力が接続されている。撮像素子ドライバ５９は、タイミングジェネレータ５８から入力される各種タイミング信号（クロックパルス）を用いて、撮像素子１１ｂの撮影における各種タイミングを制御する。即ち、撮影により各セルの領域に蓄積された信号電荷を読み出すタイミングや、電子シャッタのシャッタ速度などを制御する。タイミングジェネレータ５８は、光源ドライバ４３ｂに与えるタイミング信号も生成する。
【００３７】
本構成例のビデオプロセッサ４５においては、接続された内視鏡１１が、撮像素子１１ｂとしてＣＣＤイメージセンサとＣＭＯＳイメージセンサのいずれを搭載している場合であっても、所望の撮影動作を行うために必要なタイミング信号を出力できるようにタイミングジェネレータ５８が構成されている。ＣＣＤイメージセンサのための制御とＣＭＯＳイメージセンサのための制御との切り替えについては、マイクロコンピュータ５７からタイミングジェネレータ５８に入力される指示によって行なわれる。
【００３８】
グローバルシャッタ方式のＣＣＤイメージセンサの場合には全画素の各セルに対する露光動作を同じタイミングで行うのに対し、一般的なローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサの場合には走査線毎（１行毎）にタイミングをずらして順番に露光及び信号読み出しを行う必要があるので、双方の方式に選択的に対応できるように構成してある。なお、ＣＭＯＳイメージセンサにはグローバルシャッタ方式の素子もあり、その場合には、ＣＣＤイメージセンサのグローバルシャッタ方式と同様に扱うものとする。
【００３９】
光量計測部５５は、Ａ／Ｄ変換器５３から出力されるデジタル画像データに基づいて、光量を計測する。例えば、撮影により得られたデジタル画像データから、全領域の最大輝度や最小輝度や平均輝度などを検出することにより、所望の明るさの画像が撮影できているかどうかを把握できる。
【００４０】
記憶部５６には、調光のために光源ドライバ４３ｂに指示する光量指示値と光源４３ａへの制御出力値との関係を表す制御パターンが各種記録されている。スコープ種、つまり、内視鏡１１の撮像素子１１ｂのシャッタ動作に連動して、即ち、ＣＣＤイメージセンサであるか、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサであるかに応じて、対応する制御パターンが取り出されて光源ドライバ４３ｂに送信される。なお、光源ドライバ４３ｂ側がこの制御パターンを記憶していてもよい。
【００４１】
マイクロコンピュータ５７は、予め用意されたプログラムを実行して内視鏡システム１００の全体の制御を行う。マイクロコンピュータ５７の制御により行なわれる代表的な処理は次の通りである。
【００４２】
１．制御装置１３に接続された内視鏡１１のスコープ情報メモリ１１ｃから、この内視鏡１１の情報を読み取る。この情報には、内視鏡１１の撮像素子１１ｂのシャッタ動作、つまり、電子シャッタ制御方式がグローバルシャッタ方式かローリングシャッタ方式のいずれであるかを表す内容が含まれている。
【００４３】
２．読み取った上記の情報に応じて、グローバルシャッタ方式又はローリングシャッタ方式で撮像素子ドライバ５９が撮像素子１１ｂを駆動するように、タイミングジェネレータ５８に指示を与える。
【００４４】
３．ユーザの操作によって入力部１７から入力されるシャッタ速度などの指示に応じて、指定されたシャッタ速度で撮像素子ドライバ５９が撮像素子１１ｂを駆動するように、タイミングジェネレータ５８に指示を与える。
【００４５】
４．読み取った上記の情報に応じて、記憶部５６に保持されている複数の制御パターンのいずれかを自動的に選択する。これにより、グローバルシャッタ方式の場合とローリングシャッタ方式の場合とで異なる制御パターンが選択される。
【００４６】
５．光量計測部５５が計測した光量や、入力部１７から入力される指定値などによって定まる照明制御用の光量指示値と、予め定めた制御パターンとに従って光源装置４３が光量を制御するように光源装置４３に指示を与える。
【００４７】
図１に示すように、光源装置４３には光源４３ａ、光源ドライバ４３ｂ、集光レンズ４３ｃが備わっている。光源ドライバ４３ｂの制御による通電によって光源４３ａが発光して光が出射される。この光は、集光レンズ４３ｃで集光されて、光ファイバ７１に導入される。そして、光ファイバ７１を伝って、照明部１１ａへと導かれる。
【００４８】
なお、本実施形態では、光源４３ａとして、発振波長が４０５ｎｍあるいは４４５ｎｍの青色ＬＥＤ（発光ダイオード）、又はＤ（レーザダイオード）、例えば、例えばブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードや、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードや、ＧａＮＡｓ系レーザダイオードなどが用いられる。
【００４９】
光源ドライバ４３ｂは、ビデオプロセッサ４５のタイミングジェネレータ５８及びマイクロコンピュータ５７と接続されている。光源ドライバ４３ｂは、マイクロコンピュータ５７から与えられる指示と、タイミングジェネレータ５８から入力される信号のタイミングとに基づき、パルス状の駆動電流を光源４３ａに供給する。光源ドライバ４３ｂの制御の内容は、後述するようにグローバルシャッタ方式の場合とローリングシャッタ方式の場合とで自動的に切り替えられる。
【００５０】
光源ドライバ４３ｂの具体的な構成例が図４に示されている。同図に示す例では、光源ドライバ４３ｂはＬＵＴ（ルックアップテーブル）１０１、タイマ回路１０２、定電流回路１０３を備えている。
【００５１】
この光源ドライバ４３ｂはパルス数変調（ＰＮＭ）制御と、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御と、パルス振幅変調（ＰＡＭ）制御と、パルス密度変調（ＰＤＭ）制御とを必要に応じて組み合わせて、光源４３ａの電流を制御するための光源駆動信号を生成することができる。ＰＡＭ、ＰＷＭ、ＰＤＭ、ＰＮＭの各制御の内容については後で説明する。
【００５２】
ＬＵＴ１０１には、指定された光量に対するＰＡＭ、ＰＷＭ、ＰＤＭ、ＰＮＭの各制御値の組み合わせが制御パターンとして複数登録されている。複数の制御パターンのそれぞれは、光量指示値に対する、パルス数変調（ＰＮＭ）制御分と、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御分と、パルス振幅変調（ＰＡＭ）制御分と、パルス密度変調（ＰＤＭ）制御分のいずれか１つの制御分、又はいずれか２以上の複数の制御分の合計として光源の出射光強度を規定するものである。複数の制御を組み合わせて光源を制御することで、光源の出射光量のダイナミックレンジを拡大できる。
なお、ＬＵＴ１０１は、各制御分をテーブルとして記憶する他、演算式により各制御分を求めるものであってもよい。
【００５３】
タイマ回路１０２は、ＬＵＴ１０１から入力されるＰＷＭ、ＰＤＭ、ＰＮＭの各制御値とタイミングジェネレータ５８から入力される信号のタイミングとに基づき、パルス状の駆動電流を光源４３ａに供給するための点滅信号を定電流回路１０３に与える。
【００５４】
定電流回路１０３は、ＬＵＴ１０１から入力されるＰＡＭの制御値に相当する振幅信号と、タイマ回路１０２から出力される点滅信号とに基づいて、光源４３ａの電流を制御するための光源駆動信号を生成する。
【００５５】
制御装置１３に接続された内視鏡１１の撮像素子１１ｂがＣＣＤ型イメージセンサの場合のように、撮像素子の光電変換部の電荷蓄積期間がグローバルシャッタ方式の電子シャッタにより制御される場合の制御タイミングの例が図５に示されている。
【００５６】
図５においては、撮像素子１１ｂの走査を制御するための垂直走査信号ＶＤと、電子シャッタパルスと、照明用の光源（図１の４３ａ）であるレーザダイオードＬＤの駆動信号ＳＬＤ（図４に示す光源駆動信号に相当する）とが示されている。また、図５に示す垂直走査信号ＶＤにおける１つのパルスと次のパルスとの間が、１画面（１フレーム）の期間を表している。
【００５７】
そして、電子シャッタパルスのＯＮの期間（Ｔａ）の間で、撮像素子１１ｂの光電変換部の各画素に相当するセルの領域に、フォトダイオード等により受光強度と露光時間（Ｔａに相当する）に応じた電荷が生成され蓄積される。この場合はグローバルシャッタ方式なので、全画素について同じタイミングで電荷が蓄積される。つまり、多数の画素のいずれにおいても、図５に示す時刻ｔ１で電荷蓄積を開始し、電子シャッタの期間Ｔａを経過した時刻ｔ２で電荷蓄積を終了する。
【００５８】
この場合の照明については、電子シャッタが開いている時以外は撮影される画像に影響がないので、照明光を制御するための光源駆動信号ＳＬＤについては、撮像素子１１ｂの電荷蓄積のタイミング（ｔ１〜ｔ２）に同期するように、タイミングを合わせて光源を点灯するように制御される。
【００５９】
図５に示す例では、パルス数変調（ＰＮＭ）制御と、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御と、パルス振幅変調（ＰＡＭ）制御とを組み合わせて、照明の光量を調光する場合を想定している。
【００６０】
即ち、図５に示す光源駆動信号ＳＬＤを消灯（低レベル）から点灯（高レベル）に切り替える時刻ｔ１１を、電子シャッタを開く時刻ｔ１の前後に可変することにより、点灯期間Ｔｂの長さを調整し、これにより光量を制御する。光源駆動信号ＳＬＤを点灯から消灯に切り替える時刻ｔ１２については時刻ｔ２と同じタイミングに固定する。点灯期間Ｔｂは、下記ＰＷＭ制御の点灯周期Ｔｃの整数倍として制御する。これがＰＮＭ制御である。なお、点灯期間Ｔｂは、１フレーム当たりの電荷蓄積期間Ｔａに対して所定の比率以上に設定する。例えば所定の比率を１／２に設定すれば、動画再生時の不連続感をなくし、フリッカの発生も防止できる。
【００６１】
また、図５に示す時刻ｔ１１からｔ１２の点灯期間Ｔｂの間であっても、非常に短い一定の点灯周期Ｔｃ（例えばＴｂの１／１００程度）毎に、光源駆動信号ＳＬＤのオンオフを制御して点灯と消灯とを交互に繰り返す。そして、点灯周期Ｔｃの各期間の中で、実際に点灯する時間を表すパルスの幅を調整する。これにより光量（点滅比率）を制御する。これがＰＷＭ制御である。
【００６２】
また、光源駆動信号ＳＬＤのパルス（ｔ１１〜ｔ１２の間）の振幅を可変にすることにより、光源に流す電流の大きさ（瞬時値）を変更し、光源の点灯強度を調整することができる。これがＰＡＭ制御である。
【００６３】
制御装置１３に接続された内視鏡１１の撮像素子１１ｂがＣＭＯＳ型イメージセンサで、撮像素子の光電変換部の電荷蓄積期間がローリングシャッタ方式の電子シャッタにより制御される場合の制御タイミングの例が図６に示されている。
【００６４】
図６においては、撮像素子１１ｂの走査を制御するための垂直走査信号ＶＤと、多数の走査線のそれぞれに印加される電子シャッタパルスと、照明用の光源（図１の４３ａ）であるレーザダイオードＬＤの駆動信号ＳＬＤ（図４に示す光源駆動信号に相当する）とが示されている。図６に示す垂直走査信号ＶＤにおける１つのパルスと次のパルスとの間が、１画面（１フレーム）の期間を表している。
【００６５】
一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの場合には、撮像素子の光電変換部の各画素位置で生成された信号電荷を全画素について同時に保持する要素が存在しないので、行方向及び列方向に多数並んだ画素群の１行毎に、順番に電荷蓄積及び信号電荷の読み出しを行う必要がある。従って、この場合はローリングシャッタ方式の電子シャッタにより制御される。
【００６６】
この場合、図６に示すように、撮像素子１１ｂに印加される電子シャッタパルスのタイミングは、走査線毎（画素群の行毎）に少しずつずれている。例えば、１番目の走査線Ｌ１では電子シャッタパルスは時刻ｔ１１でシャッタ開になり、時刻ｔ２１でシャッタ閉になるのに対し、ｎ番目の走査線Ｌｎでは電子シャッタパルスは時刻ｔ１ｎでシャッタ開になり、時刻ｔ２ｎでシャッタ閉になる。つまり、ｎ番目の走査線Ｌｎのシャッタ開の時刻ｔ１ｎ及びシャッタ開の時刻ｔ２ｎは、１番目の走査線Ｌ１に対してそれぞれ時間Ｔｃ１及び時間Ｔｃ２だけ遅いタイミングになる。電子シャッタが開になってから閉になる間での期間（例えば図６中の「Ｔｃ１＋Ｔｂ」）、即ち、各画素位置の電荷蓄積期間の長さは全ての走査線について同一である。
【００６７】
例えば、図６に示すように各画素位置の電荷蓄積期間が画像の１フレームの期間（垂直走査信号ＶＤのパルスの間隔）と同等である場合には、いずれのタイミングであっても照明の光源を消灯すれば、その影響が撮像素子１１ｂの各画素位置の電荷蓄積量の変化として現れる。しかも、電荷蓄積期間のタイミングは行毎にずれているので、照明の光源を消灯したタイミングに応じて、撮像素子１１ｂの行毎に異なる影響を及ぼす。
【００６８】
従って、図６に示す例では、実質的に連続的に光源を点灯するように、照明用のレーザダイオードＬＤの駆動信号ＳＬＤを制御している。そのため、図６に示す例では前述のパルス数変調（ＰＮＭ）制御は行っていないが、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御と、パルス振幅変調（ＰＡＭ）制御と、パルス密度変調（ＰＤＭ）制御を行っている。
【００６９】
即ち、光源を点灯している期間（全期間）であっても、非常に短い周期で点灯と消灯とを周期的に繰り返し、光源が点滅するように駆動信号ＳＬＤを制御している。つまり、図６に示す時刻ｔ３１からｔ３２の点灯周期Ｔｄの間で光源駆動信号ＳＬＤのオンオフを制御して点灯と消灯と行い、実際に点灯する時間を表すパルスの幅を調整する。これにより光量（点滅比率）を制御する。これがＰＷＭ制御である。
また、ＰＷＭ制御で用いる点灯周期Ｔｄは一定ではなく、可変になっている。点灯周期Ｔｄを調整する制御がＰＤＭ制御である。即ち、点灯周期Ｔｄにおけるパルス幅（点灯期間Ｔｅ）が一定であっても、点灯周期Ｔｄが長くなれば照明の光量は減少し、点灯周期Ｔｄが短くなれば照明の光量は増大する。また、光源駆動信号ＳＬＤのパルスの振幅を可変にすることにより、光源に流す電流の大きさ（瞬時値）を変更し、光源の点灯強度を調整することができる。これがＰＡＭ制御である。
【００７０】
なお、図６に示す例では、照明用の光源を連続的に点灯するように光源駆動信号ＳＬＤを制御しているが、例えば図６に示す期間Ｔｂのタイミングだけ照明を点灯し、それ以外のタイミングでは消灯するように変更しても良い。つまり、撮像素子１１ｂのローリングシャッタ制御における行の切り替えを行うタイミング（Ｔｃ１、Ｔｃ２の各期間中）を避けてそれ以外のタイミングで光源を点灯する。この場合には、ローリングシャッタ制御であっても各行の実露光時間（電荷蓄積期間）の長さを一致させることができ、前述のパルス数変調（ＰＮＭ）制御を行うことも可能である。つまり、ローリングシャッタ制御における行の切り替えのタイミングを意識することなく、照明の光量制御を行うことができる。
【００７１】
前述のように、図１に示すマイクロコンピュータ５７は、制御装置１３に接続された内視鏡１１のスコープ情報メモリ１１ｃから、この内視鏡１１の情報を読み取り、内視鏡１１の撮像素子１１ｂの電子シャッタ制御方式がグローバルシャッタ方式とローリングシャッタ方式のいずれであるかを区別する種別識別手段として機能する。そして、マイクロコンピュータ５７は照明用の光源４３ａを制御するために用いる調光テーブルを、撮像素子の電子シャッタ動作に連動して、つまり、グローバルシャッタ方式、ローリングシャッタ方式の区別に応じて自動的に切り替える。
【００７２】
調光テーブルは、光源４３ａの光量を制御するための光量指示値と制御出力値との関係を表し、例えば図４に示すＬＵＴ１０１上に配置されている。調光テーブルの制御出力値は、ＰＡＭ制御用の制御値、ＰＮＭ制御用の制御値、ＰＷＭ制御用の制御値、ＰＤＭ制御用の制御値のいずれか１つ又は複数の組み合わせとして構成される。光量指示値と制御出力値との関係を複数種類の制御パターンの中から選択的に切り替え可能にするために、複数の調光テーブルが予め用意されている。マイクロコンピュータ５７は、状況に応じて、つまり、内視鏡１１の撮像素子１１ｂのグローバルシャッタ方式かローリングシャッタ方式かの区別や、その他の撮像条件に応じて、複数の調光テーブルの中から１つの調光テーブルを自動的に選択し使用可能にする。
【００７３】
それぞれ異なる制御パターンの調光テーブルの特性が図７及び図８に示されている。図７に示す制御パターンはグローバルシャッタ方式の制御を行う場合に用いられ、図８に示す制御パターンはローリングシャッタ方式の制御を行う場合に用いられる。
【００７４】
図７を参照すると、この制御パターンは、ＰＮＭ制御の制御特性と、ＰＷＭ制御の制御特性と、ＰＡＭ制御の制御特性との３つの組み合わせで構成されている。図７の制御パターンの場合、光量指令値の０〜１０の範囲では、最小振幅の一定のＰＡＭ制御値が出力され、同時に光量指令値の増大に伴って光量を増大させるように変化するＰＮＭ制御値が出力される。光量指令値が１０を超えると、指令値の増大に伴ってＰＡＭ制御値は増大し、ＰＮＭ制御値は一定値になる。ＰＷＭ制御値については、光量指令値の０〜１０００の全域に渡り、光量指令値の増大に伴って光量を増大させるように変化する。つまり、図７に示す制御パターンを採用した場合には、ＰＮＭ制御と、ＰＷＭ制御と、ＰＡＭ制御の制御出力の組み合わせにより、光源に流れる電流、つまりは光量が決定される。
【００７５】
図８を参照すると、この制御パターンは、ＰＤＭ制御の制御特性と、ＰＷＭ制御の制御特性と、ＰＡＭ制御の制御特性との３つの組み合わせで構成されている。図８の制御パターンの場合、光量指令値の０〜１０の範囲では、最小振幅の一定のＰＡＭ制御値が出力され、同時に光量指令値の増大に伴って光量を増大させるように変化するＰＤＭ制御値が出力される。光量指令値が１０を超えると、指令値の増大に伴ってＰＡＭ制御値は増大し、ＰＤＭ制御値は最大値（一定値）になる。ＰＷＭ制御値については、光量指令値の０〜１０００の全域に渡り、光量指令値の増大に伴って光量を増大させるように変化する。つまり、図８に示す制御パターンを採用した場合には、ＰＤＭ制御と、ＰＷＭ制御と、ＰＡＭ制御の制御出力の組み合わせにより、光源に流れる電流、つまりは光量が決定される。
【００７６】
マイクロコンピュータ５７は、内視鏡１１の撮像素子１１ｂがグローバルシャッタ方式のＣＣＤイメージセンサであると認識した場合には、例えば図７に示したような制御パターンの調光テーブルを自動的に選択する。従って、この場合にはＰＡＭ制御と、ＰＮＭ制御と、ＰＷＭ制御との組み合わせにより光源の光量が制御される。なお、更にＰＤＭ制御を組み合わせることもできるが、グローバルシャッタ方式の場合はシャッタ開期間（図６のＴｂの範囲内に相当）のみに限定したＰＤＭ制御にする必要がある。
【００７７】
マイクロコンピュータ５７は、内視鏡１１の撮像素子１１ｂがローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサであると認識した場合には、例えば図８に示したような制御パターンの調光テーブルを自動的に選択する。従って、この場合にはＰＡＭ制御と、ＰＤＭ制御と、ＰＷＭ制御との組み合わせにより光源の光量が制御される。
【００７８】
内視鏡１１の撮像素子１１ｂがグローバルシャッタ方式である場合には、電子シャッタが開いているタイミングが全画素共通である。また、電子シャッタが閉じている時の照明光は撮影に利用されないだけでなく、内視鏡１１の先端部や被観察部の発熱を増大させることに繋がる。従って、このような状況においては、少なくともＰＮＭ制御を行って、電子シャッタが閉じている時に照明用の光源を消灯するのが望ましく、電子シャッタの開閉のタイミングとは無関係に光源を連続的に点灯するＰＤＭ制御は適さない。
【００７９】
一方、内視鏡１１の撮像素子１１ｂがローリングシャッタ方式である場合には、電子シャッタが開いているタイミングが画素群の行毎に少しずつずれる。従って、この場合は行毎に照明光量が変化しないように、照明用の光源を連続的に発光させる必要がある。つまり、ＰＮＭ制御は適さず、ＰＤＭ制御を用いて光量を調整するのが望ましい。
【００８０】
上述の内視鏡システム１００においては、制御装置１３のマイクロコンピュータ５７が、接続された内視鏡１１の撮像素子１１ｂの種別を検出し、その違いに応じて照明の調光方式を自動的に切り替える。これにより、グローバルシャッタ方式、ローリングシャッタ方式のいずれの方式の撮像素子１１ｂを搭載した内視鏡１１であっても、適切な調光制御を行うことができる。
【００８１】
また、上述の内視鏡システム１００においては、制御装置１３の光源ドライバ４３ｂが、光源４３ａの点灯光量、点灯比率、点灯時間、点灯密度を統合的に制御する。これにより、撮像素子１１ｂの種類や撮像モードに応じて適切な照明モードを提供できる。また、複数の制御を組み合わせることにより、調光のダイナミックレンジを拡大できる。
【００８２】
前述の内視鏡システム１００が照明に用いる光のスペクトルに関する具体例が図９に示されている。図９に示すスペクトルＳ１は、中心波長が４０５ｎｍのレーザ光源を光源４３ａとして採用した場合に内視鏡先端部３５から生体等の被観察部に照射される照明光の波長毎の強度分布を表している。また、スペクトルＳ２は、中心波長が４４５ｎｍのレーザ光源を光源４３ａとして採用した場合に内視鏡先端部３５から生体等の被観察部に照射される照明光の波長毎の強度分布を表している。
【００８３】
例えば、青色光である４４５ｎｍのレーザ光を光源４３ａで発光し、この青色光を内視鏡１１の照明部１１ａに導いて蛍光体７２に照射する。この場合、青色光の一部のエネルギーは蛍光体７２に吸収され、これにより蛍光体７２が励起されて発光する。蛍光体７２の発光光は、緑色〜黄色の波長帯の可視光である。そして、蛍光体７２に吸収されずに透過する青色光の残りのエネルギーの成分と、蛍光体７２の励起による発光光とが加算され、図９に示したスペクトルＳ２のような波長分布の白色の照明光として、内視鏡先端部３５から被観察部に照射される。
【００８４】
同様に、４０５ｎｍのレーザ光を光源４３ａで発光し、このレーザ光を内視鏡１１の照明部１１ａに導いて蛍光体７２に照射した場合には、図９に示したスペクトルＳ１のような波長分布の照明光として、内視鏡先端部３５から被観察部に照射される。
【００８５】
次に、内視鏡システム１００の照明光に関する変形例について説明する。
第１変形例における内視鏡先端部３５の構成で、被観察部側から内視鏡先端部３５の先端側の端面を見た状態が図１０に示されている。また、第１変形例における光源装置４３の構成が図１１に示されている。
【００８６】
図１０に示す例では、内視鏡先端部３５に１つの観察窓２０１と、その両脇に配置された２つの照明窓２０２、２０３とが設けてある。このように、観察窓２０１の両脇に照明窓２０２、２０３を配置し、照明窓２０２、２０３からそれぞれ照明光を出射することで、観察画像に照明むらが生じにくくなり、鉗子孔に処置具を挿入して内視鏡先端から突出させた場合に、観察画像内に処置具の影が生じることを防止でき、広い範囲にわたって十分な光量が得られる。
【００８７】
図１０に示す内視鏡１１を用いる場合には、光源装置４３として例えば図１１に示すような構成の光源装置４３Ａを用いる。図１１に示す光源装置４１Ａは、中心波長４４５ｎｍのレーザ光源ＬＤ１と、中心波長４０５ｎｍのレーザ光源ＬＤ２とを備えている。
【００８８】
２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２は、それぞれ独立した光源ドライバ４３ｂ１、４３ｂ２に接続されており、個別に出射光量が制御される。２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２の出力光は、コンバイナ２１１により合波され、カプラ２１２により複数の光路に分波されて、各光路の光出射端に配置された蛍光体２１３、２１４に照射される。
【００８９】
２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２のうちレーザ光源ＬＤ１のみを点灯すれば、通常観察用の白色照明光が照明光として出射される。即ち、中心波長４４５ｎｍのレーザ光が照射された蛍光体２１３、２１４の励起によって生じる蛍光体２１３、２１４の発光光と、蛍光体２１３、２１４を透過した中心波長４４５ｎｍのレーザ光とが加算されて白色に近いスペクトルの照明光が得られる。
【００９０】
また、２つのレーザ光源ＬＤ１：ＬＤ２を約１：７の光量比で同時に点灯すれば、狭帯域光観察用の照明光で、組織表層の微細血管が強調された観察像が得られる。更に、２つのレーザ光源ＬＤ１：ＬＤ２を約４：１の光量比で同時に点灯すれば、白色光と狭帯域光とのハイブリッド照明光が得られる。これによれば、通常観察像に組織表層の微細血管の情報が重畳された観察像が得られる。
【００９１】
２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２を用いることにより、図９に示したスペクトルＳ１、Ｓ２のような照明光が得られる。また、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光と、中心波長４０５ｎｍの紫色レーザ光を同時に出射して合波する場合には、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光で不足する４６０〜４７０ｎｍ近辺の波長帯域光が、中心波長４０５ｎｍの紫色レーザ光から出射される同帯域の光によって補われ、白色光の色調（演色性）が改善される。
【００９２】
第２変形例における光源装置４３の構成が図１２に示されている。図１０に示したように複数系統の照明窓から照明光を出射できる場合には、例えば図１２に示した光源装置４３Ｂを用いて、複数系統の照明窓から互いにスペクトルの異なる光を出射しても良い。
【００９３】
図１２に示した光源装置４３Ｂにおいては、光源装置４３Ａと同様に、中心波長４４５ｎｍのレーザ光源ＬＤ１と、中心波長４０５ｎｍのレーザ光源ＬＤ２とを備えている。レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２の出力光については、合波や分波は行わず、レーザ光源ＬＤ１の出力光はそのまま蛍光体２１５に照射し、レーザ光源ＬＤ２の出力光は拡散部材２１６を介して照明窓に導く。この場合、中心波長４０５ｎｍのレーザ光の蛍光体を介さずに照射できるので、狭帯域光のまま照明光として利用でき、内視鏡による蛍光観察等を行う際に、ノイズの少ない画像が得られる。
【００９４】
第３変形例における内視鏡先端部３５の構成で、被観察部側から内視鏡先端部３５の先端側の端面を見た状態が図１３に示されている。また、第３変形例における光源装置４３の構成が図１４に示されている。
【００９５】
図１３に示す例では、内視鏡先端部３５に１つの観察窓２３１と、その両脇に配置された２対の照明窓（２３２、２３３、２３４、２３５）とが設けてある。図１３に示す例では、照明窓２３２と照明窓２３５とが対をなし、照明窓２３３と照明窓２３４とが対をなしている。そして、対をなす２つの照明窓から同種の照明光を出射するように構成する。２対の照明窓を用いることにより、それぞれ異なるスペクトルの光を同時に出射することができる。即ち、一方の対の照明窓から第１のスペクトルの照明光を出射し、他方の対の照明窓から第２のスペクトルの照明光を出射する。
【００９６】
なお、観察窓の両脇に設ける２対の照明窓については、観察窓の中心点を通り、かつ、挿入部先端の先端面を二等分する直線を境界線Ｐとし、一対の各々の照明窓は境界線Ｐを跨ぐように配置され、一対の第１の照明窓（２３２と２３５）は白色光を照射する照明窓であって、一対の第２の照射窓（２３３と２３４）は白色光より狭い狭帯域光を照射する照明窓であるように構成されている。
【００９７】
図１３に示す内視鏡１１を用いる場合には、光源装置４３として例えば図１４に示すような構成の光源装置４３Ｃを用いる。図１４に示す光源装置４３Ｃは、中心波長４４５ｎｍのレーザ光源ＬＤ１と、中心波長４０５ｎｍのレーザ光源ＬＤ２と、中心波長４７２ｎｍのレーザ光源ＬＤ３と、中心波長７８０ｎｍのレーザ光源ＬＤ４を備えている。
【００９８】
４つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４は、それぞれ独立した光源ドライバ４３ｂ１、４３ｂ２、４３ｂ３、４３ｂ４に接続されており、個別に出射光量が制御される。２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２の出力光は、コンバイナ２２１により合波され、カプラ２２２により２つの光路に分波されて、各光路の光出射端に配置された蛍光体２２５、２２６に照射される。また、他の２つのレーザ光源ＬＤ３、ＬＤ４の出力光は、コンバイナ２２３により合波され、カプラ２２４により２つの光路に分波されて、各光路の光出射端に配置された拡散部材２２７、２２８を介して照明窓に導かれる。
【００９９】
図１３、図１４に示した構成の第３変形例においては、中心波長４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、４７２ｎｍのＬＤをそれぞれ順次点灯させて撮像することで、観察画像から酸素飽和度の情報を抽出できる。具体的には、血液中の赤血球に含まれるヘモグロビンの中で、酸化ヘモグロビンＨｂＯ2と、酸素放出後の還元ヘモグロビンＨｂの吸光スペクトルの差を利用して、観察領域の酸素飽和度と血管深さを求めることができる。酸化ヘモグロビンＨｂＯ2と還元ヘモグロビンＨｂは、波長４０５ｎｍ付近では吸光度は略等しく、波長４４５ｎｍ付近では還元ヘモグロビンＨｂが酸化ヘモグロビンＨｂＯ2よりも吸光度が高く、波長４７２ｎｍ付近では酸化ヘモグロビンＨｂＯ2が還元ヘモグロビンＨｂよりも吸光度が高くなっている。また、レーザ光の粘膜組織表層からの深達度は、レーザ光の波長が短い程浅くなる特性を有する。これらの特性を利用して、観察領域の酸素飽和度と、観察領域に映出された血管深さとを求める。
【０１００】
中心波長７８５ｎｍのレーザ光は、粘膜組織深層の血管情報を観察するために好適に用いられ、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を利用した赤外光観察や血管ナビゲーションを行うことができる。このＩＣＧは、血中で蛋白と結合した状態となり、８０５ｎｍを最大吸収波長とする例えば波長７５０〜８５０ｎｍの近赤外光を吸収し、近赤外蛍光を発生する。
【０１０１】
この照明パターンによれば、白色光に加えて近赤外光を照射できるため、特に可視光では得ることの難しい粘膜組織深層の血管情報を抽出できる。例えばこの投光ユニットを気管支周辺の血管の位置情報を得るための内視鏡ナビゲーションシステムに適用する場合には、血管内に注入したＩＣＧに向けて中心波長７８５ｎｍのレーザ光を照射する。すると、血液とＩＣＧが反応した部分でピーク波長８３０ｎｍのブロードな分光特性の蛍光が発生するので、この発生した蛍光を目印にすることで、位置精度を高めて正確な処置が行える。更に複数の投光ユニットを用いるので、各投光ユニットからの光を合わせて高強度の光照射が可能となる。
【０１０２】
更に、レーザ光源ＬＤ３、ＬＤ４として、中心波長が３７５ｎｍ，４０５ｎｍ、４４５ｎｍ等のレーザ光を出射するものを利用しても良い。波長が３７５ｎｍのレーザ光は、蛍光薬剤である「ルシフェラーゼ」を用いて蛍光観察を行う場合の励起光となる。また、波長が４０５ｎｍ、４４５ｎｍのレーザ光は、蛍光体を通さずに照射できるため、狭帯域光のまま照射できる。
【０１０３】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【０１０４】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 光源からの光を被検体に照射する照明光学系、及び被検体を撮像する撮像素子を含む撮像光学系を有する内視鏡と、該内視鏡が着脱自在に接続される制御装置と、を備える内視鏡システムであって、
前記光源の出射光強度を、前記制御装置から入力される光量指示値に応じて制御する光源制御手段と、
前記制御装置に接続された内視鏡に搭載の撮像素子の種別を識別する種別識別手段と、
を有し、
前記光源制御手段が、前記光量指示値と前記光源への制御出力値との関係を表す制御パターンを複数種備え、前記種別識別手段による識別結果に基づいて前記いずれかの制御パターンに切り替え、該切り替えた制御パターンに基づいて前記光源の出射光強度を制御する内視鏡システム。
【０１０５】
この内視鏡システムによれば、制御装置に接続される内視鏡がどのような種類の撮像素子を搭載していても、その撮像素子に対応した制御パターンに切り替えるため、撮像素子に応じた最適な光源制御が行える。これにより、広ダイナミックレンジの光量制御が可能となる。
【０１０６】
（２） （１）の内視鏡システムであって、
前記光源制御手段が、前記撮像素子のシャッタ動作に連動して前記制御パターンを切り替える内視鏡システム。
【０１０７】
この内視鏡システムによれば、撮像素子のシャッタ動作に連動して制御パターンを切り替えることで、シャッタ動作に最適な出射光制御が行える
【０１０８】
（３） （１）又は（２）の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子の種別として、グローバルシャッタ方式で制御される撮像素子か、ローリングシャッタ方式で制御される撮像素子かを識別する内視鏡システム。
【０１０９】
この内視鏡システムによれば、使用する撮像素子のシャッタ方式に応じて制御パターンを変更するので、各撮像素子に対して最適な制御を行うことができる。例えばグローバルシャッタ方式においては、各画素の露光時間が全画素で同時のタイミングに設定され、シャッタ閉時には発熱を避けるために消灯する制御が好ましい。また、ローリングシャッタ方式においては、各画素の露光時間が走査ライン毎で異なるため、光源の連続発光が必要となる。そのため、各ラインの実露光時間が均等になる制御が好ましい。このような撮像素子の種別に応じて最適な制御が行える。
【０１１０】
（４） （３）の内視鏡システムであって、
前記制御パターンが、前記光量指示値に対応する、
前記光源の点灯時間を変更するパルス数変調制御による制御分、
点灯と消灯のデューティ比を変更するパルス幅変調制御による制御分、
点灯強度を変更するパルス振幅変調制御による制御分、
点灯間隔を変更するパルス密度変調制御による制御分
のうち、少なくとも３つの制御分の合計で、前記光源の出射光強度を規定するものである内視鏡システム。
【０１１１】
この内視鏡システムによれば、指定される光量指示値に対応して、パルス数変調制御、パルス幅変調制御、パルス振幅変調制御、パルス密度変調制御の少なくとも３つを含む制御による各制御分を、予め定めた各制御の設定値カーブからそれぞれ求め、これら各制御による制御分を合計して光源の出射光強度を規定することで、各制御方式の組み合わせにより、低出力から高出力までの広いダイナミックレンジの範囲で、高い連続性を維持しつつ出射光強度を設定できる。
【０１１２】
（５） （４）の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子をグローバルシャッタ方式の撮像素子と識別した場合に、
前記光源制御手段が、前記パルス数変調制御と、前記パルス幅変調制御と、前記パルス振幅変調制御との３つを組み合わせた制御パターンで前記光源を制御する内視鏡システム。
【０１１３】
この内視鏡システムによれば、グローバルシャッタ方式の撮像素子である場合に、パルス数変調制御、パルス幅変調制御、パルス振幅変調制御を組み合わせた制御パターンで光源を制御することにより、特にシャッタ閉時において、パルス数変調制御による点灯時間の調整によって光源を消灯させることができ、シャッタ閉時における無駄な発熱を防止できる。
【０１１４】
（６） （４）の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子をローリングシャッタ方式の撮像素子と識別した場合に、
前記光源制御手段が、前記パルス密度変調制御と、前記パルス幅変調制御と、前記パルス振幅変調制御との３つを組み合わせた制御パターンで前記光源を制御する内視鏡システム。
【０１１５】
この内視鏡システムによれば、ローリングシャッタ方式の撮像素子である場合に、パルス密度変調制御、パルス幅変調制御、パルス振幅変調制御を組み合わせた制御パターンで前記光源を制御することにより、特にパルス密度変調制御による点灯周期の変更によって各ラインの実露光時間を均等にした光源制御が行える。
【０１１６】
（７） （１）〜（６）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記内視鏡が、該内視鏡に搭載される撮像素子の種別情報を保存する識別情報記憶部を備え、
前記種別識別手段が、前記制御装置に接続された内視鏡の前記識別情報記憶部から前記撮像素子の種別情報を読み出して前記撮像素子の種別を識別する内視鏡システム。
【０１１７】
この内視鏡システムによれば、識別情報記憶部から、撮像素子の種別情報を読み出すことで、簡単かつ確実に撮像素子の種別を判定できる。
【０１１８】
（８） （１）〜（７）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記照明光学系が、前記光源からの出射光を導光する光ファイバと、該光ファイバの光出射端の光路前方に配置され前記出射光により励起されて発光する蛍光体と、を含んで構成され、前記光源からの出射光と前記蛍光体からの発光光とを混合して照明光を生成する内視鏡システム。
【０１１９】
この内視鏡システムによれば、光源からの出射光と蛍光体からの発光とを混合して、照明光を生成するので、例えば、青色の励起光と、これにより励起発光される蛍光とによって白色光を生成する等、任意の色の照明光が容易に生成できる。
【０１２０】
（９） （１）〜（８）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記照明光学系が、複数の光源からの出射光を照射するものであり、前記光源制御部が、前記複数の光源をそれぞれを個別に駆動する内視鏡システム。
【０１２１】
この内視鏡システムによれば、個別に制御することで、複数種の光を同じ照明光学系から出射させることができ、内視鏡先端部をより小型化に有利な構成にできる。
【０１２２】
（１０） （１）〜（９）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記光源が、半導体発光素子からなる内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、高い応答性で、高効率で照明光を生成できる。
【符号の説明】
【０１２３】
１１ 内視鏡
１１ａ 照明部
１１ｂ 撮像素子
１１ｃ スコープ情報メモリ
１３ 制御装置
１５ 表示部
１７ 入力部
１９ 内視鏡挿入部
３５ 内視鏡先端部
４３ 光源装置
４５ ビデオプロセッサ
６１ 基板
６２ プリズム
６３ 対物レンズユニット
７２ 蛍光体
１００ 内視鏡システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、体腔内の生体組織を観察するためには内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、体腔内の被観察部に照明光として白色光を照射し、被観察部からの反射光等による光像を、２次元画像を撮影可能な所定の撮像素子を用いて撮影し、得られた２次元画像をモニタ画面上に表示するものである。このような内視鏡システムの照明光の制御に関する技術が、例えば特許文献１〜３に示されている。
【０００３】
特許文献１においては、常に適切な光量及び色度の照明光を得るための技術を開示している。具体的には、光源に与える駆動電流をパルス状に変化させ、このパルスについてパルス数、パルス幅、パルス振幅を制御することを提案している。
【０００４】
特許文献２においては、内視鏡スコープ先端の加熱を抑えつつ患部への照明光を供給するための技術を開示している。具体的には、光源の点灯／消灯をパルス状に制御すると共に、光源の点灯時間及びパルスの振幅（強度）を調節することを提案している。
【０００５】
特許文献３においては、複数の観察モードに対応する内視鏡装置において、接続された内視鏡スコープが対応している観察モードのみ選択可能にするための技術を開示している。ここで、観察モードとは通常光観察、蛍光観察、狭帯域光観察、赤外光観察などの区分である。
【０００６】
ところで、内視鏡システムが２次元画像を撮影するために利用可能な撮像素子としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサが知られている。また、公知のように、ＣＣＤイメージセンサとＣＭＯＳイメージセンサはその構造上の違いにより信号の読み出し方式が異なり、撮影の際のシャッタ制御が異なる。
【０００７】
例えば、インターラインのＣＣＤイメージセンサの場合は、受光部、垂直転送部、水平転送部、アンプ等を備えており、受光部内の全ての画素について電荷を保持可能な垂直転送部を有している。そのため、露光が完了した後、各画素に蓄積された電荷をそれぞれ同一のタイミングで垂直転送部に転送することができる。従って、受光部の各画素位置に電荷の蓄積を開始するタイミング、及び電荷の蓄積を終了するタイミングは、全画素について同時となる。つまり、二次元画像を撮影する場合に、イメージセンサ側の制御だけで二次元画像の１フレーム全体について同時にシャッタを切ることができる。このようなシャッタ制御はグローバルシャッタ方式と呼ばれている。
【０００８】
一方、一般的なＣＭＯＳイメージセンサの場合には、Ｎ行、Ｍ列の二次元配列の受光部の各画素位置から１行ずつ順次に電荷を読み出し、同時に蓄積された電荷を初期化している。従って、受光部の各画素位置に電荷の蓄積を開始するタイミング、及び電荷の蓄積を終了するタイミングは、行毎に僅かにずれることになる。つまり、二次元画像を撮影する場合に、イメージセンサ側の制御だけでは、シャッタを切るタイミングが二次元画像の行毎にずれ、１フレーム全体について同時にシャッタを切ることはできない。このようなシャッタ制御はローリングシャッタ方式と呼ばれている。
【０００９】
従って、一般的なＣＭＯＳイメージセンサを採用した内視鏡システムの場合には、受光部各位置の電荷蓄積期間（実質的にシャッタが開いている時間）のタイミングが走査線毎にずれることになる。そのため、照明の調光のために光源の点灯開始タイミングを調整すると、二次元画像の走査線毎に照明光量の違いが発生し、画像に輝度むらが生じてしまう。
【００１０】
光源に流す電流の振幅（発光強度）だけを制御する場合には、信号読み出し等のタイミングのずれに対して照明光量が影響を受けないので、一般的なＣＭＯＳイメージセンサを採用した内視鏡システムにおいても走査線毎の輝度むらが生じることはない。しかし、内視鏡システムにおいては一般的に１：９０００以上の光量ダイナミックレンジが要求される。このような広い光量ダイナミックレンジを実現するためには、光源に流す電流の振幅制御だけでは対応できない。
【００１１】
一方、ＣＣＤイメージセンサを採用した内視鏡システムの場合には、信号読み出し等のタイミングが走査線毎にずれることはないので、照明の調光のために光源の点灯開始タイミング等を調整することも可能である。また、ＣＣＤイメージセンサを採用した内視鏡システムの場合には、全画素について同時にシャッタが閉じている期間が存在するので、この期間中は不要な照明を消灯することにより発熱の抑制のために役立つ。しかし、一般的なＣＭＯＳイメージセンサを採用した内視鏡システムの場合には、シャッタが閉じている期間が走査線毎にずれるので、特定の期間中に照明を消灯することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−５６２４８号公報
【特許文献２】特開２００７−２２２２５１号公報
【特許文献３】特開２００５−６９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のように、使用する内視鏡に搭載された撮像素子の種別によって、照明光の最適制御は異なるものとなるが、撮像素子の種別に応じて照明光の出射光量を最適制御することは行なわれていない。
【００１４】
そこで本発明は、内視鏡に搭載された撮像素子の種別に応じて、照明光の光量を広いダイナミックレンジで適切に制御することが可能な内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は下記構成からなる。
光源からの光を被検体に照射する照明光学系、及び被検体を撮像する撮像素子を含む撮像光学系を有する内視鏡と、該内視鏡が着脱自在に接続される制御装置と、を備える内視鏡システムであって、
前記光源の出射光強度を、前記制御装置から入力される光量指示値に応じて制御する光源制御手段と、
前記制御装置に接続された内視鏡に搭載の撮像素子の種別を識別する種別識別手段と、
を有し、
前記光源制御手段が、前記光量指示値と前記光源への制御出力値との関係を表す制御パターンを複数種備え、前記種別識別手段による識別結果に基づいて前記いずれかの制御パターンに切り替え、該切り替えた制御パターンに基づいて前記光源の出射光強度を制御する内視鏡システム。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内視鏡システムは、接続された内視鏡に搭載された撮像素子の種別に応じて照明光の制御パターンを切り替えるので、撮像素子の種別に応じて適切な照明の調光制御が行え、広いダイナミックレンジの光量制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の内視鏡システム全体に関する主要部の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した内視鏡システムの外観を示す斜視図である。
【図３】内視鏡先端部の近傍の構造を表す縦断面図である。
【図４】光源ドライバの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図５】グローバルシャッタ方式で制御される場合の制御タイミング例を示すタイムチャートである。
【図６】ローリングシャッタ方式で制御される場合の制御タイミング例を示すタイムチャートである。
【図７】グローバルシャッタ方式で用いる制御パターンの特性例を示すグラフである。
【図８】ローリングシャッタ方式で用いる制御パターンの特性例を示すグラフである。
【図９】照明光に関するスペクトルの具体例を示すグラフである。
【図１０】第１変形例における内視鏡先端部の構成を示す正面図である。
【図１１】第１変形例における光源装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】第２変形例における光源装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】第３変形例における内視鏡先端部の構成を示す正面図である。
【図１４】第３変形例における光源装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の内視鏡システム全体に関する主要部の構成例が図１に示されている。また、図１に示した内視鏡システムの外観が図２に示されている。
【００１９】
図１、図２に示すように、内視鏡システム１００は、内視鏡１１と、この内視鏡１１が接続される外部制御装置である制御装置１３と、制御装置１３に接続され画像情報を表示する表示部１５とを有する。制御装置１３には、入力操作を受け付ける入力部１７が接続されている。
【００２０】
内視鏡１１は、電子内視鏡であり、図１に示すように照明部１１ａ（照明光学系）と、撮像素子１１ｂ（撮像光学系）と、スコープ情報メモリ１１ｃとを備えている。照明部１１ａは、図２に示す内視鏡挿入部１９の先端から照明光を出射する。撮像素子１１ｂは、二次元撮像手段であり、所定の対物レンズユニットを介して生体等の被観察領域を撮像して二次元画像を得ることができる。撮像素子１１ｂの具体例として、二次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサや、二次元ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサが用いられる。
【００２１】
なお、内視鏡システム１００においては通常はカラー画像を再現する必要があるので、実際の撮像素子１１ｂには、複数の色セグメントからなるカラーフィルタ（例えば、ベイヤー配列のＲＧＢ原色カラーフィルタや、ＣＭＹＧ,ＣＭＹの補色カラーフィルタ）を備えた単板カラー撮像方式の撮像素子が用いられる。
【００２２】
スコープ情報メモリ１１ｃは、本内視鏡１１の固有の情報を予め保持している。スコープ情報メモリ１１ｃが保持している情報には、撮像素子１１ｂのシャッタ方式に関する情報も含まれている。
【００２３】
内視鏡１１は、図２に示すように、内視鏡挿入部１９と、操作部２５と、ユニバーサルコード２７と、コネクタ部２９Ａ，２９Ｂとを含んでいる。内視鏡挿入部１９は、細長い形状に形成されており、その先端側が被検体内に挿入される。また、内視鏡挿入部１９は、可撓性を持つ軟性部３１と、湾曲部３３と、先端部（以降、内視鏡先端部とも呼称する）３５から構成される。操作部２５は、内視鏡挿入部１９の基端部に連設されており、内視鏡挿入部１９の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う際に使用される。ユニバーサルコード２７は操作部２５から延設されている。コネクタ部２９Ａ，２９Ｂは、ユニバーサルコード２７の先端に設けられ内視鏡１１を制御装置１３に着脱自在に接続する。
【００２４】
湾曲部３３は、軟性部３１と内視鏡先端部３５との間に設けられ、操作部２５に配置されたアングルノブ４１の回動操作により湾曲自在にされている。この湾曲部３３は、内視鏡１１が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲でき、内視鏡先端部３５の照明の照射口及び撮像素子の観察方向を、所望の観察部位に向けることができる。
【００２５】
内視鏡先端部３５の近傍の構成が図３に示されている。図３に示すように、内視鏡先端部３５には、被観察領域へ照明光を照射するための照明部１１ａと、被観察領域の像を撮影するための撮像素子１１ｂとが設けてある。
【００２６】
照明部１１ａは、マルチモード光ファイバ７１と、蛍光体７２とを備えている。マルチモード光ファイバ７１としては、例えば、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径が直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの細径なものを使用することができる。
【００２７】
マルチモード光ファイバ７１は、光源装置４５内の光源４５ａから出射される青色光を内視鏡先端部３５の蛍光体７２の近傍まで導く。蛍光体７２は、マルチモード光ファイバ７１によって導光された青色光の一部のエネルギーを吸収して励起され、緑色〜黄色の波長帯の可視光を発光する。蛍光体７２は、複数種類の蛍光物質から形成されており、例えば、ＹＡＧ系蛍光体、あるいはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17）等の蛍光物質などを含んで形成される。
【００２８】
図３に示すように、蛍光体７２の外周を覆うように筒状のスリーブ部材７３が設けられている。スリーブ部材７３の内部には、マルチモード光ファイバ７１を中心軸として保持するフェルール７４が挿入されている。更に、フェルール７４の後端側（先端側とは逆側）から延出されるマルチモード光ファイバ７１には、その外皮を覆うフレキシブルスリーブ７５がスリーブ部材７３との間に挿入されている。
【００２９】
励起により蛍光体７２に生じる発光光と、マルチモード光ファイバ７１によって導光され蛍光体７２を透過した青色光の一部とが合成され、白色に近いスペクトルの照明光として照射口３５ａから被観察領域へ向けて出射される。照射口３５ａの近傍には照明光を照射するための照射レンズ７６が設けてある。
【００３０】
図３に示すように、撮像素子１１ｂは内視鏡先端部３５の内部に固定された基板６１上に配置してある。また、撮像素子１１ｂの受光面にはプリズム６２の一端面６２ａが接続されている。また、端面６２ａと９０度向きが異なる別の端面６２ｂに対物レンズユニット６３が接続されている。対物レンズユニット６３は、被観察領域と対向する観察窓３５ｂから被観察領域の像を撮影できるように、その光をプリズム６２を経由して撮像素子１１ｂの受光面に導く。信号ケーブル６４は、基板６１上の撮像素子１１ｂを制御装置１３と電気的に接続する。
【００３１】
再び図１に戻り、制御装置１３はビデオプロセッサ４５と光源装置４３とで構成されている。光源装置４３は、内視鏡先端部３５の照射口に供給する照明光を発生する。ビデオプロセッサ４５は、撮像素子１１ｂから出力される画像信号を画像処理したり照明の光量を制御する光源制御手段として機能する。ビデオプロセッサ４５及び光源装置４３は、図２に示すようにコネクタ部２９Ａ，２９Ｂを介して内視鏡１１と接続される。
【００３２】
また、ビデオプロセッサ４５には、前述の表示部１５と入力部１７が接続されている。ビデオプロセッサ４５は、内視鏡１１の操作部２５や入力部１７からの指示に基づいて、内視鏡１１から伝送されてくる撮像信号を画像処理し、表示部１５へ表示用画像を生成して供給する。
【００３３】
次に、内視鏡システムの信号処理について説明する。
図１に示すように、ビデオプロセッサ４５には増幅器（ＡＭＰ）５１、相関二重サンプリング／プログラマブルゲインアンプ（以下、ＣＤＳ／ＰＧＡと略す）５２、Ａ／Ｄ変換器５３、画像処理部５４、光量計測部５５、記憶部５６、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）５７、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５８、及び撮像素子ドライバ５９が備わっている。
【００３４】
増幅器５１の入力には、撮像素子１１ｂの撮影により得られる撮像信号が入力される。この撮像信号はゲインが一定の増幅器５１で増幅された後、ＣＤＳ／ＰＧＡ５２に入力される。ＣＤＳ／ＰＧＡ５２は、増幅器５１で増幅された撮像信号を入力し、撮像素子１１ｂの各光電変換セルの蓄積電荷量に正確に対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）各色のレベルを表すアナログ画像信号として出力する。
【００３５】
ＣＤＳ／ＰＧＡ５２から出力されるアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換器５３に入力されてデジタル画像データに変換される。画像処理部５４は、Ａ／Ｄ変換器５３から出力されるデジタル画像データに対して各種画像処理を施し、表示部１５の画面に表示すべき画像の情報を生成する。従って、内視鏡１１内の撮像素子１１ｂにより撮影された映像、即ち、生体の被観察領域の二次元画像が表示部１５に表示される。
【００３６】
撮像素子１１ｂの撮影や信号読み出しを制御するための制御入力端子には撮像素子ドライバ５９の出力が接続されている。また、撮像素子ドライバ５９の入力にはタイミングジェネレータ５８の出力が接続されている。撮像素子ドライバ５９は、タイミングジェネレータ５８から入力される各種タイミング信号（クロックパルス）を用いて、撮像素子１１ｂの撮影における各種タイミングを制御する。即ち、撮影により各セルの領域に蓄積された信号電荷を読み出すタイミングや、電子シャッタのシャッタ速度などを制御する。タイミングジェネレータ５８は、光源ドライバ４３ｂに与えるタイミング信号も生成する。
【００３７】
本構成例のビデオプロセッサ４５においては、接続された内視鏡１１が、撮像素子１１ｂとしてＣＣＤイメージセンサとＣＭＯＳイメージセンサのいずれを搭載している場合であっても、所望の撮影動作を行うために必要なタイミング信号を出力できるようにタイミングジェネレータ５８が構成されている。ＣＣＤイメージセンサのための制御とＣＭＯＳイメージセンサのための制御との切り替えについては、マイクロコンピュータ５７からタイミングジェネレータ５８に入力される指示によって行なわれる。
【００３８】
グローバルシャッタ方式のＣＣＤイメージセンサの場合には全画素の各セルに対する露光動作を同じタイミングで行うのに対し、一般的なローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサの場合には走査線毎（１行毎）にタイミングをずらして順番に露光及び信号読み出しを行う必要があるので、双方の方式に選択的に対応できるように構成してある。なお、ＣＭＯＳイメージセンサにはグローバルシャッタ方式の素子もあり、その場合には、ＣＣＤイメージセンサのグローバルシャッタ方式と同様に扱うものとする。
【００３９】
光量計測部５５は、Ａ／Ｄ変換器５３から出力されるデジタル画像データに基づいて、光量を計測する。例えば、撮影により得られたデジタル画像データから、全領域の最大輝度や最小輝度や平均輝度などを検出することにより、所望の明るさの画像が撮影できているかどうかを把握できる。
【００４０】
記憶部５６には、調光のために光源ドライバ４３ｂに指示する光量指示値と光源４３ａへの制御出力値との関係を表す制御パターンが各種記録されている。スコープ種、つまり、内視鏡１１の撮像素子１１ｂのシャッタ動作に連動して、即ち、ＣＣＤイメージセンサであるか、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサであるかに応じて、対応する制御パターンが取り出されて光源ドライバ４３ｂに送信される。なお、光源ドライバ４３ｂ側がこの制御パターンを記憶していてもよい。
【００４１】
マイクロコンピュータ５７は、予め用意されたプログラムを実行して内視鏡システム１００の全体の制御を行う。マイクロコンピュータ５７の制御により行なわれる代表的な処理は次の通りである。
【００４２】
１．制御装置１３に接続された内視鏡１１のスコープ情報メモリ１１ｃから、この内視鏡１１の情報を読み取る。この情報には、内視鏡１１の撮像素子１１ｂのシャッタ動作、つまり、電子シャッタ制御方式がグローバルシャッタ方式かローリングシャッタ方式のいずれであるかを表す内容が含まれている。
【００４３】
２．読み取った上記の情報に応じて、グローバルシャッタ方式又はローリングシャッタ方式で撮像素子ドライバ５９が撮像素子１１ｂを駆動するように、タイミングジェネレータ５８に指示を与える。
【００４４】
３．ユーザの操作によって入力部１７から入力されるシャッタ速度などの指示に応じて、指定されたシャッタ速度で撮像素子ドライバ５９が撮像素子１１ｂを駆動するように、タイミングジェネレータ５８に指示を与える。
【００４５】
４．読み取った上記の情報に応じて、記憶部５６に保持されている複数の制御パターンのいずれかを自動的に選択する。これにより、グローバルシャッタ方式の場合とローリングシャッタ方式の場合とで異なる制御パターンが選択される。
【００４６】
５．光量計測部５５が計測した光量や、入力部１７から入力される指定値などによって定まる照明制御用の光量指示値と、予め定めた制御パターンとに従って光源装置４３が光量を制御するように光源装置４３に指示を与える。
【００４７】
図１に示すように、光源装置４３には光源４３ａ、光源ドライバ４３ｂ、集光レンズ４３ｃが備わっている。光源ドライバ４３ｂの制御による通電によって光源４３ａが発光して光が出射される。この光は、集光レンズ４３ｃで集光されて、光ファイバ７１に導入される。そして、光ファイバ７１を伝って、照明部１１ａへと導かれる。
【００４８】
なお、本実施形態では、光源４３ａとして、発振波長が４０５ｎｍあるいは４４５ｎｍの青色ＬＥＤ（発光ダイオード）、又はＤ（レーザダイオード）、例えば、例えばブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードや、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードや、ＧａＮＡｓ系レーザダイオードなどが用いられる。
【００４９】
光源ドライバ４３ｂは、ビデオプロセッサ４５のタイミングジェネレータ５８及びマイクロコンピュータ５７と接続されている。光源ドライバ４３ｂは、マイクロコンピュータ５７から与えられる指示と、タイミングジェネレータ５８から入力される信号のタイミングとに基づき、パルス状の駆動電流を光源４３ａに供給する。光源ドライバ４３ｂの制御の内容は、後述するようにグローバルシャッタ方式の場合とローリングシャッタ方式の場合とで自動的に切り替えられる。
【００５０】
光源ドライバ４３ｂの具体的な構成例が図４に示されている。同図に示す例では、光源ドライバ４３ｂはＬＵＴ（ルックアップテーブル）１０１、タイマ回路１０２、定電流回路１０３を備えている。
【００５１】
この光源ドライバ４３ｂはパルス数変調（ＰＮＭ）制御と、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御と、パルス振幅変調（ＰＡＭ）制御と、パルス密度変調（ＰＤＭ）制御とを必要に応じて組み合わせて、光源４３ａの電流を制御するための光源駆動信号を生成することができる。ＰＡＭ、ＰＷＭ、ＰＤＭ、ＰＮＭの各制御の内容については後で説明する。
【００５２】
ＬＵＴ１０１には、指定された光量に対するＰＡＭ、ＰＷＭ、ＰＤＭ、ＰＮＭの各制御値の組み合わせが制御パターンとして複数登録されている。複数の制御パターンのそれぞれは、光量指示値に対する、パルス数変調（ＰＮＭ）制御分と、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御分と、パルス振幅変調（ＰＡＭ）制御分と、パルス密度変調（ＰＤＭ）制御分のいずれか１つの制御分、又はいずれか２以上の複数の制御分の合計として光源の出射光強度を規定するものである。複数の制御を組み合わせて光源を制御することで、光源の出射光量のダイナミックレンジを拡大できる。
なお、ＬＵＴ１０１は、各制御分をテーブルとして記憶する他、演算式により各制御分を求めるものであってもよい。
【００５３】
タイマ回路１０２は、ＬＵＴ１０１から入力されるＰＷＭ、ＰＤＭ、ＰＮＭの各制御値とタイミングジェネレータ５８から入力される信号のタイミングとに基づき、パルス状の駆動電流を光源４３ａに供給するための点滅信号を定電流回路１０３に与える。
【００５４】
定電流回路１０３は、ＬＵＴ１０１から入力されるＰＡＭの制御値に相当する振幅信号と、タイマ回路１０２から出力される点滅信号とに基づいて、光源４３ａの電流を制御するための光源駆動信号を生成する。
【００５５】
制御装置１３に接続された内視鏡１１の撮像素子１１ｂがＣＣＤ型イメージセンサの場合のように、撮像素子の光電変換部の電荷蓄積期間がグローバルシャッタ方式の電子シャッタにより制御される場合の制御タイミングの例が図５に示されている。
【００５６】
図５においては、撮像素子１１ｂの走査を制御するための垂直走査信号ＶＤと、電子シャッタパルスと、照明用の光源（図１の４３ａ）であるレーザダイオードＬＤの駆動信号ＳＬＤ（図４に示す光源駆動信号に相当する）とが示されている。また、図５に示す垂直走査信号ＶＤにおける１つのパルスと次のパルスとの間が、１画面（１フレーム）の期間を表している。
【００５７】
そして、電子シャッタパルスのＯＮの期間（Ｔａ）の間で、撮像素子１１ｂの光電変換部の各画素に相当するセルの領域に、フォトダイオード等により受光強度と露光時間（Ｔａに相当する）に応じた電荷が生成され蓄積される。この場合はグローバルシャッタ方式なので、全画素について同じタイミングで電荷が蓄積される。つまり、多数の画素のいずれにおいても、図５に示す時刻ｔ１で電荷蓄積を開始し、電子シャッタの期間Ｔａを経過した時刻ｔ２で電荷蓄積を終了する。
【００５８】
この場合の照明については、電子シャッタが開いている時以外は撮影される画像に影響がないので、照明光を制御するための光源駆動信号ＳＬＤについては、撮像素子１１ｂの電荷蓄積のタイミング（ｔ１〜ｔ２）に同期するように、タイミングを合わせて光源を点灯するように制御される。
【００５９】
図５に示す例では、パルス数変調（ＰＮＭ）制御と、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御と、パルス振幅変調（ＰＡＭ）制御とを組み合わせて、照明の光量を調光する場合を想定している。
【００６０】
即ち、図５に示す光源駆動信号ＳＬＤを消灯（低レベル）から点灯（高レベル）に切り替える時刻ｔ１１を、電子シャッタを開く時刻ｔ１の前後に可変することにより、点灯期間Ｔｂの長さを調整し、これにより光量を制御する。光源駆動信号ＳＬＤを点灯から消灯に切り替える時刻ｔ１２については時刻ｔ２と同じタイミングに固定する。点灯期間Ｔｂは、下記ＰＷＭ制御の点灯周期Ｔｃの整数倍として制御する。これがＰＮＭ制御である。なお、点灯期間Ｔｂは、１フレーム当たりの電荷蓄積期間Ｔａに対して所定の比率以上に設定する。例えば所定の比率を１／２に設定すれば、動画再生時の不連続感をなくし、フリッカの発生も防止できる。
【００６１】
また、図５に示す時刻ｔ１１からｔ１２の点灯期間Ｔｂの間であっても、非常に短い一定の点灯周期Ｔｃ（例えばＴｂの１／１００程度）毎に、光源駆動信号ＳＬＤのオンオフを制御して点灯と消灯とを交互に繰り返す。そして、点灯周期Ｔｃの各期間の中で、実際に点灯する時間を表すパルスの幅を調整する。これにより光量（点滅比率）を制御する。これがＰＷＭ制御である。
【００６２】
また、光源駆動信号ＳＬＤのパルス（ｔ１１〜ｔ１２の間）の振幅を可変にすることにより、光源に流す電流の大きさ（瞬時値）を変更し、光源の点灯強度を調整することができる。これがＰＡＭ制御である。
【００６３】
制御装置１３に接続された内視鏡１１の撮像素子１１ｂがＣＭＯＳ型イメージセンサで、撮像素子の光電変換部の電荷蓄積期間がローリングシャッタ方式の電子シャッタにより制御される場合の制御タイミングの例が図６に示されている。
【００６４】
図６においては、撮像素子１１ｂの走査を制御するための垂直走査信号ＶＤと、多数の走査線のそれぞれに印加される電子シャッタパルスと、照明用の光源（図１の４３ａ）であるレーザダイオードＬＤの駆動信号ＳＬＤ（図４に示す光源駆動信号に相当する）とが示されている。図６に示す垂直走査信号ＶＤにおける１つのパルスと次のパルスとの間が、１画面（１フレーム）の期間を表している。
【００６５】
一般的なＣＭＯＳ型イメージセンサの場合には、撮像素子の光電変換部の各画素位置で生成された信号電荷を全画素について同時に保持する要素が存在しないので、行方向及び列方向に多数並んだ画素群の１行毎に、順番に電荷蓄積及び信号電荷の読み出しを行う必要がある。従って、この場合はローリングシャッタ方式の電子シャッタにより制御される。
【００６６】
この場合、図６に示すように、撮像素子１１ｂに印加される電子シャッタパルスのタイミングは、走査線毎（画素群の行毎）に少しずつずれている。例えば、１番目の走査線Ｌ１では電子シャッタパルスは時刻ｔ１１でシャッタ開になり、時刻ｔ２１でシャッタ閉になるのに対し、ｎ番目の走査線Ｌｎでは電子シャッタパルスは時刻ｔ１ｎでシャッタ開になり、時刻ｔ２ｎでシャッタ閉になる。つまり、ｎ番目の走査線Ｌｎのシャッタ開の時刻ｔ１ｎ及びシャッタ開の時刻ｔ２ｎは、１番目の走査線Ｌ１に対してそれぞれ時間Ｔｃ１及び時間Ｔｃ２だけ遅いタイミングになる。電子シャッタが開になってから閉になる間での期間（例えば図６中の「Ｔｃ１＋Ｔｂ」）、即ち、各画素位置の電荷蓄積期間の長さは全ての走査線について同一である。
【００６７】
例えば、図６に示すように各画素位置の電荷蓄積期間が画像の１フレームの期間（垂直走査信号ＶＤのパルスの間隔）と同等である場合には、いずれのタイミングであっても照明の光源を消灯すれば、その影響が撮像素子１１ｂの各画素位置の電荷蓄積量の変化として現れる。しかも、電荷蓄積期間のタイミングは行毎にずれているので、照明の光源を消灯したタイミングに応じて、撮像素子１１ｂの行毎に異なる影響を及ぼす。
【００６８】
従って、図６に示す例では、実質的に連続的に光源を点灯するように、照明用のレーザダイオードＬＤの駆動信号ＳＬＤを制御している。そのため、図６に示す例では前述のパルス数変調（ＰＮＭ）制御は行っていないが、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御と、パルス振幅変調（ＰＡＭ）制御と、パルス密度変調（ＰＤＭ）制御を行っている。
【００６９】
即ち、光源を点灯している期間（全期間）であっても、非常に短い周期で点灯と消灯とを周期的に繰り返し、光源が点滅するように駆動信号ＳＬＤを制御している。つまり、図６に示す時刻ｔ３１からｔ３２の点灯周期Ｔｄの間で光源駆動信号ＳＬＤのオンオフを制御して点灯と消灯と行い、実際に点灯する時間を表すパルスの幅を調整する。これにより光量（点滅比率）を制御する。これがＰＷＭ制御である。
また、ＰＷＭ制御で用いる点灯周期Ｔｄは一定ではなく、可変になっている。点灯周期Ｔｄを調整する制御がＰＤＭ制御である。即ち、点灯周期Ｔｄにおけるパルス幅（点灯期間Ｔｅ）が一定であっても、点灯周期Ｔｄが長くなれば照明の光量は減少し、点灯周期Ｔｄが短くなれば照明の光量は増大する。また、光源駆動信号ＳＬＤのパルスの振幅を可変にすることにより、光源に流す電流の大きさ（瞬時値）を変更し、光源の点灯強度を調整することができる。これがＰＡＭ制御である。
【００７０】
なお、図６に示す例では、照明用の光源を連続的に点灯するように光源駆動信号ＳＬＤを制御しているが、例えば図６に示す期間Ｔｂのタイミングだけ照明を点灯し、それ以外のタイミングでは消灯するように変更しても良い。つまり、撮像素子１１ｂのローリングシャッタ制御における行の切り替えを行うタイミング（Ｔｃ１、Ｔｃ２の各期間中）を避けてそれ以外のタイミングで光源を点灯する。この場合には、ローリングシャッタ制御であっても各行の実露光時間（電荷蓄積期間）の長さを一致させることができ、前述のパルス数変調（ＰＮＭ）制御を行うことも可能である。つまり、ローリングシャッタ制御における行の切り替えのタイミングを意識することなく、照明の光量制御を行うことができる。
【００７１】
前述のように、図１に示すマイクロコンピュータ５７は、制御装置１３に接続された内視鏡１１のスコープ情報メモリ１１ｃから、この内視鏡１１の情報を読み取り、内視鏡１１の撮像素子１１ｂの電子シャッタ制御方式がグローバルシャッタ方式とローリングシャッタ方式のいずれであるかを区別する種別識別手段として機能する。そして、マイクロコンピュータ５７は照明用の光源４３ａを制御するために用いる調光テーブルを、撮像素子の電子シャッタ動作に連動して、つまり、グローバルシャッタ方式、ローリングシャッタ方式の区別に応じて自動的に切り替える。
【００７２】
調光テーブルは、光源４３ａの光量を制御するための光量指示値と制御出力値との関係を表し、例えば図４に示すＬＵＴ１０１上に配置されている。調光テーブルの制御出力値は、ＰＡＭ制御用の制御値、ＰＮＭ制御用の制御値、ＰＷＭ制御用の制御値、ＰＤＭ制御用の制御値のいずれか１つ又は複数の組み合わせとして構成される。光量指示値と制御出力値との関係を複数種類の制御パターンの中から選択的に切り替え可能にするために、複数の調光テーブルが予め用意されている。マイクロコンピュータ５７は、状況に応じて、つまり、内視鏡１１の撮像素子１１ｂのグローバルシャッタ方式かローリングシャッタ方式かの区別や、その他の撮像条件に応じて、複数の調光テーブルの中から１つの調光テーブルを自動的に選択し使用可能にする。
【００７３】
それぞれ異なる制御パターンの調光テーブルの特性が図７及び図８に示されている。図７に示す制御パターンはグローバルシャッタ方式の制御を行う場合に用いられ、図８に示す制御パターンはローリングシャッタ方式の制御を行う場合に用いられる。
【００７４】
図７を参照すると、この制御パターンは、ＰＮＭ制御の制御特性と、ＰＷＭ制御の制御特性と、ＰＡＭ制御の制御特性との３つの組み合わせで構成されている。図７の制御パターンの場合、光量指令値の０〜１０の範囲では、最小振幅の一定のＰＡＭ制御値が出力され、同時に光量指令値の増大に伴って光量を増大させるように変化するＰＮＭ制御値が出力される。光量指令値が１０を超えると、指令値の増大に伴ってＰＡＭ制御値は増大し、ＰＮＭ制御値は一定値になる。ＰＷＭ制御値については、光量指令値の０〜１０００の全域に渡り、光量指令値の増大に伴って光量を増大させるように変化する。つまり、図７に示す制御パターンを採用した場合には、ＰＮＭ制御と、ＰＷＭ制御と、ＰＡＭ制御の制御出力の組み合わせにより、光源に流れる電流、つまりは光量が決定される。
【００７５】
図８を参照すると、この制御パターンは、ＰＤＭ制御の制御特性と、ＰＷＭ制御の制御特性と、ＰＡＭ制御の制御特性との３つの組み合わせで構成されている。図８の制御パターンの場合、光量指令値の０〜１０の範囲では、最小振幅の一定のＰＡＭ制御値が出力され、同時に光量指令値の増大に伴って光量を増大させるように変化するＰＤＭ制御値が出力される。光量指令値が１０を超えると、指令値の増大に伴ってＰＡＭ制御値は増大し、ＰＤＭ制御値は最大値（一定値）になる。ＰＷＭ制御値については、光量指令値の０〜１０００の全域に渡り、光量指令値の増大に伴って光量を増大させるように変化する。つまり、図８に示す制御パターンを採用した場合には、ＰＤＭ制御と、ＰＷＭ制御と、ＰＡＭ制御の制御出力の組み合わせにより、光源に流れる電流、つまりは光量が決定される。
【００７６】
マイクロコンピュータ５７は、内視鏡１１の撮像素子１１ｂがグローバルシャッタ方式のＣＣＤイメージセンサであると認識した場合には、例えば図７に示したような制御パターンの調光テーブルを自動的に選択する。従って、この場合にはＰＡＭ制御と、ＰＮＭ制御と、ＰＷＭ制御との組み合わせにより光源の光量が制御される。なお、更にＰＤＭ制御を組み合わせることもできるが、グローバルシャッタ方式の場合はシャッタ開期間（図６のＴｂの範囲内に相当）のみに限定したＰＤＭ制御にする必要がある。
【００７７】
マイクロコンピュータ５７は、内視鏡１１の撮像素子１１ｂがローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサであると認識した場合には、例えば図８に示したような制御パターンの調光テーブルを自動的に選択する。従って、この場合にはＰＡＭ制御と、ＰＤＭ制御と、ＰＷＭ制御との組み合わせにより光源の光量が制御される。
【００７８】
内視鏡１１の撮像素子１１ｂがグローバルシャッタ方式である場合には、電子シャッタが開いているタイミングが全画素共通である。また、電子シャッタが閉じている時の照明光は撮影に利用されないだけでなく、内視鏡１１の先端部や被観察部の発熱を増大させることに繋がる。従って、このような状況においては、少なくともＰＮＭ制御を行って、電子シャッタが閉じている時に照明用の光源を消灯するのが望ましく、電子シャッタの開閉のタイミングとは無関係に光源を連続的に点灯するＰＤＭ制御は適さない。
【００７９】
一方、内視鏡１１の撮像素子１１ｂがローリングシャッタ方式である場合には、電子シャッタが開いているタイミングが画素群の行毎に少しずつずれる。従って、この場合は行毎に照明光量が変化しないように、照明用の光源を連続的に発光させる必要がある。つまり、ＰＮＭ制御は適さず、ＰＤＭ制御を用いて光量を調整するのが望ましい。
【００８０】
上述の内視鏡システム１００においては、制御装置１３のマイクロコンピュータ５７が、接続された内視鏡１１の撮像素子１１ｂの種別を検出し、その違いに応じて照明の調光方式を自動的に切り替える。これにより、グローバルシャッタ方式、ローリングシャッタ方式のいずれの方式の撮像素子１１ｂを搭載した内視鏡１１であっても、適切な調光制御を行うことができる。
【００８１】
また、上述の内視鏡システム１００においては、制御装置１３の光源ドライバ４３ｂが、光源４３ａの点灯光量、点灯比率、点灯時間、点灯密度を統合的に制御する。これにより、撮像素子１１ｂの種類や撮像モードに応じて適切な照明モードを提供できる。また、複数の制御を組み合わせることにより、調光のダイナミックレンジを拡大できる。
【００８２】
前述の内視鏡システム１００が照明に用いる光のスペクトルに関する具体例が図９に示されている。図９に示すスペクトルＳ１は、中心波長が４０５ｎｍのレーザ光源を光源４３ａとして採用した場合に内視鏡先端部３５から生体等の被観察部に照射される照明光の波長毎の強度分布を表している。また、スペクトルＳ２は、中心波長が４４５ｎｍのレーザ光源を光源４３ａとして採用した場合に内視鏡先端部３５から生体等の被観察部に照射される照明光の波長毎の強度分布を表している。
【００８３】
例えば、青色光である４４５ｎｍのレーザ光を光源４３ａで発光し、この青色光を内視鏡１１の照明部１１ａに導いて蛍光体７２に照射する。この場合、青色光の一部のエネルギーは蛍光体７２に吸収され、これにより蛍光体７２が励起されて発光する。蛍光体７２の発光光は、緑色〜黄色の波長帯の可視光である。そして、蛍光体７２に吸収されずに透過する青色光の残りのエネルギーの成分と、蛍光体７２の励起による発光光とが加算され、図９に示したスペクトルＳ２のような波長分布の白色の照明光として、内視鏡先端部３５から被観察部に照射される。
【００８４】
同様に、４０５ｎｍのレーザ光を光源４３ａで発光し、このレーザ光を内視鏡１１の照明部１１ａに導いて蛍光体７２に照射した場合には、図９に示したスペクトルＳ１のような波長分布の照明光として、内視鏡先端部３５から被観察部に照射される。
【００８５】
次に、内視鏡システム１００の照明光に関する変形例について説明する。
第１変形例における内視鏡先端部３５の構成で、被観察部側から内視鏡先端部３５の先端側の端面を見た状態が図１０に示されている。また、第１変形例における光源装置４３の構成が図１１に示されている。
【００８６】
図１０に示す例では、内視鏡先端部３５に１つの観察窓２０１と、その両脇に配置された２つの照明窓２０２、２０３とが設けてある。このように、観察窓２０１の両脇に照明窓２０２、２０３を配置し、照明窓２０２、２０３からそれぞれ照明光を出射することで、観察画像に照明むらが生じにくくなり、鉗子孔に処置具を挿入して内視鏡先端から突出させた場合に、観察画像内に処置具の影が生じることを防止でき、広い範囲にわたって十分な光量が得られる。
【００８７】
図１０に示す内視鏡１１を用いる場合には、光源装置４３として例えば図１１に示すような構成の光源装置４３Ａを用いる。図１１に示す光源装置４１Ａは、中心波長４４５ｎｍのレーザ光源ＬＤ１と、中心波長４０５ｎｍのレーザ光源ＬＤ２とを備えている。
【００８８】
２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２は、それぞれ独立した光源ドライバ４３ｂ１、４３ｂ２に接続されており、個別に出射光量が制御される。２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２の出力光は、コンバイナ２１１により合波され、カプラ２１２により複数の光路に分波されて、各光路の光出射端に配置された蛍光体２１３、２１４に照射される。
【００８９】
２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２のうちレーザ光源ＬＤ１のみを点灯すれば、通常観察用の白色照明光が照明光として出射される。即ち、中心波長４４５ｎｍのレーザ光が照射された蛍光体２１３、２１４の励起によって生じる蛍光体２１３、２１４の発光光と、蛍光体２１３、２１４を透過した中心波長４４５ｎｍのレーザ光とが加算されて白色に近いスペクトルの照明光が得られる。
【００９０】
また、２つのレーザ光源ＬＤ１：ＬＤ２を約１：７の光量比で同時に点灯すれば、狭帯域光観察用の照明光で、組織表層の微細血管が強調された観察像が得られる。更に、２つのレーザ光源ＬＤ１：ＬＤ２を約４：１の光量比で同時に点灯すれば、白色光と狭帯域光とのハイブリッド照明光が得られる。これによれば、通常観察像に組織表層の微細血管の情報が重畳された観察像が得られる。
【００９１】
２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２を用いることにより、図９に示したスペクトルＳ１、Ｓ２のような照明光が得られる。また、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光と、中心波長４０５ｎｍの紫色レーザ光を同時に出射して合波する場合には、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光で不足する４６０〜４７０ｎｍ近辺の波長帯域光が、中心波長４０５ｎｍの紫色レーザ光から出射される同帯域の光によって補われ、白色光の色調（演色性）が改善される。
【００９２】
第２変形例における光源装置４３の構成が図１２に示されている。図１０に示したように複数系統の照明窓から照明光を出射できる場合には、例えば図１２に示した光源装置４３Ｂを用いて、複数系統の照明窓から互いにスペクトルの異なる光を出射しても良い。
【００９３】
図１２に示した光源装置４３Ｂにおいては、光源装置４３Ａと同様に、中心波長４４５ｎｍのレーザ光源ＬＤ１と、中心波長４０５ｎｍのレーザ光源ＬＤ２とを備えている。レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２の出力光については、合波や分波は行わず、レーザ光源ＬＤ１の出力光はそのまま蛍光体２１５に照射し、レーザ光源ＬＤ２の出力光は拡散部材２１６を介して照明窓に導く。この場合、中心波長４０５ｎｍのレーザ光の蛍光体を介さずに照射できるので、狭帯域光のまま照明光として利用でき、内視鏡による蛍光観察等を行う際に、ノイズの少ない画像が得られる。
【００９４】
第３変形例における内視鏡先端部３５の構成で、被観察部側から内視鏡先端部３５の先端側の端面を見た状態が図１３に示されている。また、第３変形例における光源装置４３の構成が図１４に示されている。
【００９５】
図１３に示す例では、内視鏡先端部３５に１つの観察窓２３１と、その両脇に配置された２対の照明窓（２３２、２３３、２３４、２３５）とが設けてある。図１３に示す例では、照明窓２３２と照明窓２３５とが対をなし、照明窓２３３と照明窓２３４とが対をなしている。そして、対をなす２つの照明窓から同種の照明光を出射するように構成する。２対の照明窓を用いることにより、それぞれ異なるスペクトルの光を同時に出射することができる。即ち、一方の対の照明窓から第１のスペクトルの照明光を出射し、他方の対の照明窓から第２のスペクトルの照明光を出射する。
【００９６】
なお、観察窓の両脇に設ける２対の照明窓については、観察窓の中心点を通り、かつ、挿入部先端の先端面を二等分する直線を境界線Ｐとし、一対の各々の照明窓は境界線Ｐを跨ぐように配置され、一対の第１の照明窓（２３２と２３５）は白色光を照射する照明窓であって、一対の第２の照射窓（２３３と２３４）は白色光より狭い狭帯域光を照射する照明窓であるように構成されている。
【００９７】
図１３に示す内視鏡１１を用いる場合には、光源装置４３として例えば図１４に示すような構成の光源装置４３Ｃを用いる。図１４に示す光源装置４３Ｃは、中心波長４４５ｎｍのレーザ光源ＬＤ１と、中心波長４０５ｎｍのレーザ光源ＬＤ２と、中心波長４７２ｎｍのレーザ光源ＬＤ３と、中心波長７８０ｎｍのレーザ光源ＬＤ４を備えている。
【００９８】
４つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４は、それぞれ独立した光源ドライバ４３ｂ１、４３ｂ２、４３ｂ３、４３ｂ４に接続されており、個別に出射光量が制御される。２つのレーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２の出力光は、コンバイナ２２１により合波され、カプラ２２２により２つの光路に分波されて、各光路の光出射端に配置された蛍光体２２５、２２６に照射される。また、他の２つのレーザ光源ＬＤ３、ＬＤ４の出力光は、コンバイナ２２３により合波され、カプラ２２４により２つの光路に分波されて、各光路の光出射端に配置された拡散部材２２７、２２８を介して照明窓に導かれる。
【００９９】
図１３、図１４に示した構成の第３変形例においては、中心波長４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、４７２ｎｍのＬＤをそれぞれ順次点灯させて撮像することで、観察画像から酸素飽和度の情報を抽出できる。具体的には、血液中の赤血球に含まれるヘモグロビンの中で、酸化ヘモグロビンＨｂＯ2と、酸素放出後の還元ヘモグロビンＨｂの吸光スペクトルの差を利用して、観察領域の酸素飽和度と血管深さを求めることができる。酸化ヘモグロビンＨｂＯ2と還元ヘモグロビンＨｂは、波長４０５ｎｍ付近では吸光度は略等しく、波長４４５ｎｍ付近では還元ヘモグロビンＨｂが酸化ヘモグロビンＨｂＯ2よりも吸光度が高く、波長４７２ｎｍ付近では酸化ヘモグロビンＨｂＯ2が還元ヘモグロビンＨｂよりも吸光度が高くなっている。また、レーザ光の粘膜組織表層からの深達度は、レーザ光の波長が短い程浅くなる特性を有する。これらの特性を利用して、観察領域の酸素飽和度と、観察領域に映出された血管深さとを求める。
【０１００】
中心波長７８５ｎｍのレーザ光は、粘膜組織深層の血管情報を観察するために好適に用いられ、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を利用した赤外光観察や血管ナビゲーションを行うことができる。このＩＣＧは、血中で蛋白と結合した状態となり、８０５ｎｍを最大吸収波長とする例えば波長７５０〜８５０ｎｍの近赤外光を吸収し、近赤外蛍光を発生する。
【０１０１】
この照明パターンによれば、白色光に加えて近赤外光を照射できるため、特に可視光では得ることの難しい粘膜組織深層の血管情報を抽出できる。例えばこの投光ユニットを気管支周辺の血管の位置情報を得るための内視鏡ナビゲーションシステムに適用する場合には、血管内に注入したＩＣＧに向けて中心波長７８５ｎｍのレーザ光を照射する。すると、血液とＩＣＧが反応した部分でピーク波長８３０ｎｍのブロードな分光特性の蛍光が発生するので、この発生した蛍光を目印にすることで、位置精度を高めて正確な処置が行える。更に複数の投光ユニットを用いるので、各投光ユニットからの光を合わせて高強度の光照射が可能となる。
【０１０２】
更に、レーザ光源ＬＤ３、ＬＤ４として、中心波長が３７５ｎｍ，４０５ｎｍ、４４５ｎｍ等のレーザ光を出射するものを利用しても良い。波長が３７５ｎｍのレーザ光は、蛍光薬剤である「ルシフェラーゼ」を用いて蛍光観察を行う場合の励起光となる。また、波長が４０５ｎｍ、４４５ｎｍのレーザ光は、蛍光体を通さずに照射できるため、狭帯域光のまま照射できる。
【０１０３】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【０１０４】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 光源からの光を被検体に照射する照明光学系、及び被検体を撮像する撮像素子を含む撮像光学系を有する内視鏡と、該内視鏡が着脱自在に接続される制御装置と、を備える内視鏡システムであって、
前記光源の出射光強度を、前記制御装置から入力される光量指示値に応じて制御する光源制御手段と、
前記制御装置に接続された内視鏡に搭載の撮像素子の種別を識別する種別識別手段と、
を有し、
前記光源制御手段が、前記光量指示値と前記光源への制御出力値との関係を表す制御パターンを複数種備え、前記種別識別手段による識別結果に基づいて前記いずれかの制御パターンに切り替え、該切り替えた制御パターンに基づいて前記光源の出射光強度を制御する内視鏡システム。
【０１０５】
この内視鏡システムによれば、制御装置に接続される内視鏡がどのような種類の撮像素子を搭載していても、その撮像素子に対応した制御パターンに切り替えるため、撮像素子に応じた最適な光源制御が行える。これにより、広ダイナミックレンジの光量制御が可能となる。
【０１０６】
（２） （１）の内視鏡システムであって、
前記光源制御手段が、前記撮像素子のシャッタ動作に連動して前記制御パターンを切り替える内視鏡システム。
【０１０７】
この内視鏡システムによれば、撮像素子のシャッタ動作に連動して制御パターンを切り替えることで、シャッタ動作に最適な出射光制御が行える
【０１０８】
（３） （１）又は（２）の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子の種別として、グローバルシャッタ方式で制御される撮像素子か、ローリングシャッタ方式で制御される撮像素子かを識別する内視鏡システム。
【０１０９】
この内視鏡システムによれば、使用する撮像素子のシャッタ方式に応じて制御パターンを変更するので、各撮像素子に対して最適な制御を行うことができる。例えばグローバルシャッタ方式においては、各画素の露光時間が全画素で同時のタイミングに設定され、シャッタ閉時には発熱を避けるために消灯する制御が好ましい。また、ローリングシャッタ方式においては、各画素の露光時間が走査ライン毎で異なるため、光源の連続発光が必要となる。そのため、各ラインの実露光時間が均等になる制御が好ましい。このような撮像素子の種別に応じて最適な制御が行える。
【０１１０】
（４） （３）の内視鏡システムであって、
前記制御パターンが、前記光量指示値に対応する、
前記光源の点灯時間を変更するパルス数変調制御による制御分、
点灯と消灯のデューティ比を変更するパルス幅変調制御による制御分、
点灯強度を変更するパルス振幅変調制御による制御分、
点灯間隔を変更するパルス密度変調制御による制御分
のうち、少なくとも３つの制御分の合計で、前記光源の出射光強度を規定するものである内視鏡システム。
【０１１１】
この内視鏡システムによれば、指定される光量指示値に対応して、パルス数変調制御、パルス幅変調制御、パルス振幅変調制御、パルス密度変調制御の少なくとも３つを含む制御による各制御分を、予め定めた各制御の設定値カーブからそれぞれ求め、これら各制御による制御分を合計して光源の出射光強度を規定することで、各制御方式の組み合わせにより、低出力から高出力までの広いダイナミックレンジの範囲で、高い連続性を維持しつつ出射光強度を設定できる。
【０１１２】
（５） （４）の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子をグローバルシャッタ方式の撮像素子と識別した場合に、
前記光源制御手段が、前記パルス数変調制御と、前記パルス幅変調制御と、前記パルス振幅変調制御との３つを組み合わせた制御パターンで前記光源を制御する内視鏡システム。
【０１１３】
この内視鏡システムによれば、グローバルシャッタ方式の撮像素子である場合に、パルス数変調制御、パルス幅変調制御、パルス振幅変調制御を組み合わせた制御パターンで光源を制御することにより、特にシャッタ閉時において、パルス数変調制御による点灯時間の調整によって光源を消灯させることができ、シャッタ閉時における無駄な発熱を防止できる。
【０１１４】
（６） （４）の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子をローリングシャッタ方式の撮像素子と識別した場合に、
前記光源制御手段が、前記パルス密度変調制御と、前記パルス幅変調制御と、前記パルス振幅変調制御との３つを組み合わせた制御パターンで前記光源を制御する内視鏡システム。
【０１１５】
この内視鏡システムによれば、ローリングシャッタ方式の撮像素子である場合に、パルス密度変調制御、パルス幅変調制御、パルス振幅変調制御を組み合わせた制御パターンで前記光源を制御することにより、特にパルス密度変調制御による点灯周期の変更によって各ラインの実露光時間を均等にした光源制御が行える。
【０１１６】
（７） （１）〜（６）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記内視鏡が、該内視鏡に搭載される撮像素子の種別情報を保存する識別情報記憶部を備え、
前記種別識別手段が、前記制御装置に接続された内視鏡の前記識別情報記憶部から前記撮像素子の種別情報を読み出して前記撮像素子の種別を識別する内視鏡システム。
【０１１７】
この内視鏡システムによれば、識別情報記憶部から、撮像素子の種別情報を読み出すことで、簡単かつ確実に撮像素子の種別を判定できる。
【０１１８】
（８） （１）〜（７）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記照明光学系が、前記光源からの出射光を導光する光ファイバと、該光ファイバの光出射端の光路前方に配置され前記出射光により励起されて発光する蛍光体と、を含んで構成され、前記光源からの出射光と前記蛍光体からの発光光とを混合して照明光を生成する内視鏡システム。
【０１１９】
この内視鏡システムによれば、光源からの出射光と蛍光体からの発光とを混合して、照明光を生成するので、例えば、青色の励起光と、これにより励起発光される蛍光とによって白色光を生成する等、任意の色の照明光が容易に生成できる。
【０１２０】
（９） （１）〜（８）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記照明光学系が、複数の光源からの出射光を照射するものであり、前記光源制御部が、前記複数の光源をそれぞれを個別に駆動する内視鏡システム。
【０１２１】
この内視鏡システムによれば、個別に制御することで、複数種の光を同じ照明光学系から出射させることができ、内視鏡先端部をより小型化に有利な構成にできる。
【０１２２】
（１０） （１）〜（９）のいずれか１つの内視鏡システムであって、
前記光源が、半導体発光素子からなる内視鏡システム。
この内視鏡システムによれば、高い応答性で、高効率で照明光を生成できる。
【符号の説明】
【０１２３】
１１ 内視鏡
１１ａ 照明部
１１ｂ 撮像素子
１１ｃ スコープ情報メモリ
１３ 制御装置
１５ 表示部
１７ 入力部
１９ 内視鏡挿入部
３５ 内視鏡先端部
４３ 光源装置
４５ ビデオプロセッサ
６１ 基板
６２ プリズム
６３ 対物レンズユニット
７２ 蛍光体
１００ 内視鏡システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を被検体に照射する照明光学系、及び被検体を撮像する撮像素子を含む撮像光学系を有する内視鏡と、該内視鏡が着脱自在に接続される制御装置と、を備える内視鏡システムであって、
前記光源の出射光強度を、前記制御装置から入力される光量指示値に応じて制御する光源制御手段と、
前記制御装置に接続された内視鏡に搭載の撮像素子の種別を識別する種別識別手段と、
を有し、
前記光源制御手段が、前記光量指示値と前記光源への制御出力値との関係を表す制御パターンを複数種備え、前記種別識別手段による識別結果に基づいて前記いずれかの制御パターンに切り替え、該切り替えた制御パターンに基づいて前記光源の出射光強度を制御する内視鏡システム。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡システムであって、
前記光源制御手段が、前記撮像素子のシャッタ動作に連動して前記制御パターンを切り替える内視鏡システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子の種別として、グローバルシャッタ方式で制御される撮像素子か、ローリングシャッタ方式で制御される撮像素子かを識別する内視鏡システム。
【請求項４】
請求項３記載の内視鏡システムであって、
前記制御パターンが、前記光量指示値に対応する、
前記光源の点灯時間を変更するパルス数変調制御による制御分、
点灯と消灯のデューティ比を変更するパルス幅変調制御による制御分、
点灯強度を変更するパルス振幅変調制御による制御分、
点灯間隔を変更するパルス密度変調制御による制御分
のうち、少なくとも３つの制御分の合計で、前記光源の出射光強度を規定するものである内視鏡システム。
【請求項５】
請求項４記載の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子をグローバルシャッタ方式の撮像素子と識別した場合に、
前記光源制御手段が、前記パルス数変調制御と、前記パルス幅変調制御と、前記パルス振幅変調制御との３つを組み合わせた制御パターンで前記光源を制御する内視鏡システム。
【請求項６】
請求項４記載の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子をローリングシャッタ方式の撮像素子と識別した場合に、
前記光源制御手段が、前記パルス密度変調制御と、前記パルス幅変調制御と、前記パルス振幅変調制御との３つを組み合わせた制御パターンで前記光源を制御する内視鏡システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
前記内視鏡が、該内視鏡に搭載される撮像素子の種別情報を保存する識別情報記憶部を備え、
前記種別識別手段が、前記制御装置に接続された内視鏡の前記識別情報記憶部から前記撮像素子の種別情報を読み出して前記撮像素子の種別を識別する内視鏡システム。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
前記照明光学系が、前記光源からの出射光を導光する光ファイバと、該光ファイバの光出射端の光路前方に配置され前記出射光により励起されて発光する蛍光体と、を含んで構成され、前記光源からの出射光と前記蛍光体からの発光光とを混合して照明光を生成する内視鏡システム。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
前記照明光学系が、複数の光源からの出射光を照射するものであり、前記光源制御手段が、前記複数の光源をそれぞれを個別に駆動する内視鏡システム。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
前記光源が、半導体発光素子からなる内視鏡システム。
【請求項１】
光源からの光を被検体に照射する照明光学系、及び被検体を撮像する撮像素子を含む撮像光学系を有する内視鏡と、該内視鏡が着脱自在に接続される制御装置と、を備える内視鏡システムであって、
前記光源の出射光強度を、前記制御装置から入力される光量指示値に応じて制御する光源制御手段と、
前記制御装置に接続された内視鏡に搭載の撮像素子の種別を識別する種別識別手段と、
を有し、
前記光源制御手段が、前記光量指示値と前記光源への制御出力値との関係を表す制御パターンを複数種備え、前記種別識別手段による識別結果に基づいて前記いずれかの制御パターンに切り替え、該切り替えた制御パターンに基づいて前記光源の出射光強度を制御する内視鏡システム。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡システムであって、
前記光源制御手段が、前記撮像素子のシャッタ動作に連動して前記制御パターンを切り替える内視鏡システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子の種別として、グローバルシャッタ方式で制御される撮像素子か、ローリングシャッタ方式で制御される撮像素子かを識別する内視鏡システム。
【請求項４】
請求項３記載の内視鏡システムであって、
前記制御パターンが、前記光量指示値に対応する、
前記光源の点灯時間を変更するパルス数変調制御による制御分、
点灯と消灯のデューティ比を変更するパルス幅変調制御による制御分、
点灯強度を変更するパルス振幅変調制御による制御分、
点灯間隔を変更するパルス密度変調制御による制御分
のうち、少なくとも３つの制御分の合計で、前記光源の出射光強度を規定するものである内視鏡システム。
【請求項５】
請求項４記載の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子をグローバルシャッタ方式の撮像素子と識別した場合に、
前記光源制御手段が、前記パルス数変調制御と、前記パルス幅変調制御と、前記パルス振幅変調制御との３つを組み合わせた制御パターンで前記光源を制御する内視鏡システム。
【請求項６】
請求項４記載の内視鏡システムであって、
前記種別識別手段が、前記撮像素子をローリングシャッタ方式の撮像素子と識別した場合に、
前記光源制御手段が、前記パルス密度変調制御と、前記パルス幅変調制御と、前記パルス振幅変調制御との３つを組み合わせた制御パターンで前記光源を制御する内視鏡システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
前記内視鏡が、該内視鏡に搭載される撮像素子の種別情報を保存する識別情報記憶部を備え、
前記種別識別手段が、前記制御装置に接続された内視鏡の前記識別情報記憶部から前記撮像素子の種別情報を読み出して前記撮像素子の種別を識別する内視鏡システム。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
前記照明光学系が、前記光源からの出射光を導光する光ファイバと、該光ファイバの光出射端の光路前方に配置され前記出射光により励起されて発光する蛍光体と、を含んで構成され、前記光源からの出射光と前記蛍光体からの発光光とを混合して照明光を生成する内視鏡システム。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
前記照明光学系が、複数の光源からの出射光を照射するものであり、前記光源制御手段が、前記複数の光源をそれぞれを個別に駆動する内視鏡システム。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の内視鏡システムであって、
前記光源が、半導体発光素子からなる内視鏡システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１９９８２（Ｐ２０１２−１９９８２Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６０６８１（Ｐ２０１０−１６０６８１）
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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