JP4772235B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の特定波長領域の光を順次被写体へ照射することにより被写体から得られる光に基づく画像を得る内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、固体撮像素子を有する内視鏡で内視鏡検査を行う内視鏡装置は、電子内視鏡等の内視鏡と、プロセッサと、光源装置と、モニタとで構成されている。このような内視鏡装置は、内視鏡の挿入部を体腔内に挿入して、光源装置からの照射光を内視鏡に内蔵されたライトガイドを経由して被写体に照射し、照射光が照射された被写体からの反射光を内視鏡先端に配設された固体撮像素子で光電変換して得られる出力信号をプロセッサで信号処理し、この信号をモニタに表示するようになっている。
【０００３】
さらに、近年、生体組織の観察対象部位へ励起光を照射し、この励起光によって生体組織から発生する自家蛍光や生体へ注入しておいた薬剤の蛍光を２次元画像として撮像し、その蛍光画像から生体組織のガン等の疾患状態（例えば、疾患の種類や浸潤範囲）を診断する技術が用いられつつあり、この蛍光観察を行うための蛍光観察装置が開発されている。
【０００４】
自家蛍光においては、生体組織に励起光を照射すると、その励起光より長波長側に蛍光が発生する。生体における蛍光物質としては、例えばコラーゲン、ＮＡＤＨ（ニコチンアミドアデニンジュクレオチド）、ＦＭＮ（フラビンモノヌクレオチド）等がある。最近では、このような蛍光を発生する生体内因性物質と疾患との相互関係が明確になりつつあり、これらの蛍光によりガン等の診断が可能になってきている。
【０００５】
また、薬剤の蛍光においては、生体内へ注入する蛍光物質としては、ＨｐＤ（ヘマトボルフィリン）、Photofrin、ＡＬＡ（δ−amino levulinic acid）等が用いられる。これらの薬剤はガン等への集積性があり、これらを生体内へ注入して蛍光を観察することで疾患部位を診断できる。また、モノクローナル抗体に蛍光物質を付加させ、抗原抗体反応により病変部に蛍光物質を集積させる方法もある。
【０００６】
このような状況に対応して、本件出願人による特願２０００−１４３５４１号には、蛍光単色画像取得を目的として、蛍光画像の画面平均が一定となる、つまり、モニタの明るさが一定となるように内視鏡先端に搭載されたＣＣＤの感度を可変とする蛍光観察装置が一実施の形態として開示されている。
【０００７】
また、特開平１０−３０９２８２号公報には、スコープに外付けされたイメージインテンシファイア及び感度可変ＣＣＤにて蛍光と反射光を撮像し、合成画象として表示することにより、器官の構造が明瞭に観察でき、正確な診断が可能な蛍光観察装置が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特願２０００−１４３５４１号に開示されている蛍光観察装置にて蛍光と反射光を取得することを考えると、ＣＣＤの感度を蛍光画像の画面平均が一定になるように設定すると、蛍光強度は反射光強度に対して微弱であるため反射光は飽和してしまい蛍光画像と反射光画像の適切な合成画像が得られなかった。また、ＣＣＤ感度を反射光画象の画面平均が一定になるように設定すると、反射光強度は蛍光強度に対して非常に大きいため蛍光画像が暗すぎて適切な合成画像が得られなかった。蛍光画像と反射光画像を合成画像として適切に処理及び表示するには、蛍光と反射光画像のそれぞれを飽和することなく、かつ、暗すぎず、適切な明るさの画像を得ることが必要となるが、蛍光と反射光強度が大きく異なる場合には、特願２０００−１４３５４１号に開示されている蛍光観察装置では対応が困難であった。
【０００９】
また、特開平１０−３０９２８２号公報に開示されている蛍光観察装置では、複数の特定波長領域の光となる蛍光と反射光に対応して、大型かつ高価な部品となるイメージインテンシファイアやＣＣＤが複数必要になるため、小型化及び製造コストの低減が困難であった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、１つの固体撮像素子で複数の特定波長領域の光の撮像を行うとともに、強度が大きく異なる複数の特定波長領域の光、例えば自家蛍光と他の反射光を、それぞれ適切な明るさの画像として捉え、これらの合成した画像を適切な状態にすることができる内視鏡装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の一態様による内視鏡装置は、複数の特定波長領域の光を順次生体組織に照射可能な光源装置と、
前記生体組織に順次照射された前記複数の特定波長領域の光に基づく複数の戻り光を受光し、前記複数の戻り光を増倍する電荷増倍率の変更が可能な固体撮像素子と、
前記固体撮像素子からの出力信号を処理する信号処理手段と、
前記固体撮像素子で受光する前記複数の特定波長領域の光に基づく複数の戻り光に対する電荷増倍率の比率を設定する電荷増倍比率設定手段と、を備え、
前記複数の特定波長領域の光として生体組織を励起する励起光と緑狭帯域光と赤狭帯域光とを含んで順次生体組織に照射すると共に、前記複数の戻り光として励起光照射に対する自家蛍光と緑狭帯域光の照射に対する緑狭帯域の反射光と赤狭帯域光の照射に対する赤狭帯域の反射光とを含み、
前記電荷増倍比率設定手段は、前記複数の戻り光のうち前記励起光照射に対する自家蛍光と、緑狭帯域光の照射に対する緑狭帯域の反射光及び赤狭帯域光の照射に対する赤狭帯域の反射光を含む他の戻り光との間の電荷増幅倍率の比率を一定にし、
前記信号処理手段は、前記電荷増倍比率設定手段により設定された前記自家蛍光と前記緑狭帯域光の照射に対する緑狭帯域の反射光及び赤狭帯域光の照射に対する赤狭帯域の反射光を含む他の戻り光との間の電荷増倍の比率に基づいて前記自家蛍光及び前記他の戻り光による画像を合成する。
【００１２】
前記態様の内視鏡装置では、１つの固体撮像素子で複数の特定波長領域の光の撮像を行うとともに、電荷増倍比率設定手段が固体撮像素子で受光する複数の特定波長領域の光に基づく複数の戻り光に対する電荷増倍率の比率を適切な値に設定するので、強度が大きく異なる複数の特定波長領域の光を、それぞれ適切な明るさの画像として捉え、これらの合成した画像を適切な状態にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１ないし図９は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図、図２はＣＣＤ駆動のタイミングチャート、図３はＣＣＤ感度に関する感度制御パルスφＣＭＤのパルス数（ＣＭＤパルス）とＣＭＤ増倍率の関係を示すグラフ、図４はＣＣＤ感度特性における被写体強度と出力信号の出力レベルとの関係を示すグラフ、図５はＣＣＤ感度特性における被写体強度と出力信号のＳ／Ｎとの関係を示すグラフ、図６はＲＧＢ回転フィルタに設けた２つのフィルタセットの構成を示す正面図、図７は蛍光観察における光源装置の分光特生を示すグラフ、図８は蛍光観察における蛍光及び反射光の分光特性を示すグラフ、図９はＣＣＤ感度に関する感度制御パルスφＣＭＤのパルス数とＣＭＤ増倍率の関係を示すグラフである。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、内視鏡装置１は、固体操像素子を内蔵した電子内視鏡（内視鏡と略記）２と、プロセッサ３と、モニタ６とから構成されている。
【００１５】
プロセッサ３は、内視鏡２が着脱自在な状態で接続され、信号処理装置４及び光源装置５を内蔵している。モニタ６は、プロセッサ３に接続され、プロセッサ３で信号処理された映像信号を表示する。
【００１６】
内視鏡２は、患者体腔内に挿入される細長の挿入部１０と、対物レンズ１２と、励起光カットフィルタ１３と、固体操像素子の電荷結合素子（ＣＣＤと略記）１４と、ライトガイド２５と、照明用レンズ２６とを有して構成されている。
【００１７】
信号処理装置４は、タイミングコントローラ１５と、ＣＣＤ駆動手段１６と、ＣＣＤ感度制御手段１７と、ＣＣＤ感度設定手段１８と、画像処理手段１９と、測光手段２０とを有して構成されている。
【００１８】
光源装置５は、ランプ３０と、絞り３１と、絞り制御手段３２と、ＲＧＢ回転フィルタ３３と、モータ３４と、集光レンズ３５と、回転フィルタ切替手段３６と、ＲＧＢ回転フィルタ制御手段３７と、モード切替手段４０とを有して構成されている。光源装置５は、複数の特定波長領域の光を順次被写体に照射可能になっている。
【００１９】
ＣＣＤ１４は、前記被写体に照射された光に基づく光信号を受光し、この光信号を増倍する電荷増倍率の変更が可能な固体撮像素子になっている。
【００２０】
画像処理手段１９は、前記ＣＣＤ１４からの出力信号を処理する信号処理手段になっている。
【００２１】
ＣＣＤ駆動手段１６、ＣＣＤ感度制御手段１７及びＣＣＤ感度設定手段１８は、前記ＣＣＤ１４で受光する前記複数の特定波長領域の光に基づく複数の戻り光に対する電荷増倍率の比率を設定する電荷増倍比率設定手段になっている。
【００２２】
前記ＣＣＤ１４は、電荷増倍機構ＣＭＤ（Charge Multiplying Detector ）を有し、この電荷増倍機構ＣＭＤにパルス状の高電界駆動信号が加えられることにより前記電荷増倍率の変更を行うようになっている。前記電荷増倍比率設定手段は、前記パルス状の高電界駆動信号のパルス数を変更することによりＣＣＤ１４の前記電荷増倍率の比率を設定するようになっている。
【００２３】
次に、内視鏡２について詳細に説明する。
内視鏡２の挿入部１０の先端部１１には、対物レンズ１２と、励起光カットフィルタ１３と、ＣＣＤ１４と、ライトガイド２５の先端側と、照明用レンズ２６とが内蔵されている。
【００２４】
ライトガイド２５は照明光を伝達する光学繊維の束である。ライトガイド２５の先端面側には照明用レンズ２６が設けられている。
【００２５】
光源装置５からの各種分光特性を有する照明光は、ライトガイド２５により内視鏡２内を伝達され、照明用レンズ２６を介して被写体に順次照射される。
【００２６】
対物レンズ１２は、照明用レンズ２６により照明光が照射された生体組織等の被写体の像を結像する。対物レンズ１２の結像位置には、ＣＣＤ１４の受光面が配置されている。ＣＣＤ１４前面には、ある特定の波長領域のみを透過させる励起光カットフィルタ１３が配置されている。励起光カットフィルタ１３は、例えば生体組織から発せられる自家蛍光の波長帯域を透過させて励起光を透過させない分光特性を有している。
【００２７】
ＣＣＤ１４は、駆動信号線２１を介してプロセッサ３内の信号処理装置４に設けられたＣＣＤ駆動手段１６に接続されるとともに、ＣＣＤ出力信号線２３を介しプロセッサ３内に設けられた画像処理手段１９に接続されている。
【００２８】
ＣＣＤ１４は、ＣＣＤ駆動手段１６で生成された駆動信号により受光面の露光、感度制御及び読み出しを行い、読み出した出力信号を画象処理手段１９に供給する。
【００２９】
これにより、 対物レンズ１２及び励起光カットフィルタ１３を介しＣＣＤ１４の受光面に結像された被写体像は、ＣＣＤ１４により電気信号に変換されて読み出され、この出力信号が画象処理手段１９に供給される。
【００３０】
ここで、ＣＣＤ１４は、US.PAT.No.5,337,340“Charge Multiplying Detector（ＣＭＤ） suitable for small pixel ＣＣＤimage sensors”：“小ピクセルのＣＣＤ撮像素子に適合した電荷増倍機構”に記載されているものを用いている。即ち、ＣＣＤ１４には、画素毎あるいは水平レジスタと検出アンプの間に電荷増倍機構ＣＭＤ（ＣＭＤはCharge Multiplying Detector ）が設けてある。
【００３１】
このようなＣＣＤ１４において、電荷増倍機構ＣＭＤにプロセッサから高電界（エネルギーギャップの約１．５倍程度のエネルギー）のパルス状の電圧を印加すると、電荷増倍機構ＣＭＤにより信号電荷が強電界からエネルギーを得て価電子帯の電子に衝突し、衝突電離現象により新たに信号電荷が生成される。そして、電荷増倍機構ＣＭＤは、ある強度（振幅）を持った複数のパルスが順次印加されることにより衝突電離が次々に起きて信号電荷を次々に生成することで、信号電荷数を任意に増倍することが可能になっている。
【００３２】
本実施の形態のＣＣＤ１４においては、電荷増倍機構ＣＭＤを画素毎に搭載したモノクロＣＣＤを用いている。
【００３３】
次に、ＣＣＤ駆動手段１６からＣＣＤ１４に供給される駆動信号について図２を参照して説明する。
【００３４】
図２は特殊光モード時における駆動信号とＣＣＤ出力信号の関係を示すタイミングチャートであり、図２（ａ）は特殊光モード時のＲＧＢ回転フィルタ３３の動作、図２（ｂ）及び図２（ｃ）はそれぞれＣＣＤ１４に供給される垂直転送パルスΦＰ１、ΦＰ２、図２（ｄ）はＣＣＤ１４に供給される感度制御パルスφＣＭＤ、図２（ｅ）及び図２（ｆ）はそれぞれＣＣＤ１４に供給され水平転送パルスΦＳ１、ΦＳ２、図２（ｇ）はＣＣＤ１４の出力信号である。
【００３５】
特殊光モード時において、ＲＧＢ回転フィルタ３３は露光期間（Ｔ１）と遮光期間（Ｔ２＋Ｔ３）で１サイクルの動作になっている。
【００３６】
期間Ｔ１は、ランプ３０からの光を内視鏡２側に透過させる露光期間である。
この期間Ｔ１中にＣＣＤ１４は被写体からその受光面に入射された光を光電変換により信号電荷として蓄積する。
【００３７】
遮光期間（Ｔ２＋Ｔ３）は、ランプ３０からの光を遮光してＣＣＤ１４に読み出しを行わせる遮光期間になっている。
【００３８】
期間Ｔ２中にＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤには、ＣＣＤ駆動手段１６から図２（ｄ）に示す複数のパルスの感度制御パルスφＣＭＤが供給される。これにより、期間Ｔ２中にＣＣＤ１４は期間Ｔ１で蓄積された信号電荷を電荷増倍機構ＣＭＤにて増倍する。
【００３９】
期間Ｔ３中にＣＣＤ１４は、１水平ライン分の信号電荷を、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す垂直転送パルスΦＰ１、ΦＰ２により水平レジスタに転送し、水平レジスタに転送した信号電荷を図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示す水平転送パルスΦＳ１、ΦＳ２によって順次出力アンプ部に転送し、ＣＣＤ１４のアンプ部は転送された電荷を電圧に変換して図２（ｇ）に示すＣＣＤ１４の出力信号として出力する。
【００４０】
これにより、ＣＣＤ１４は、ＣＣＤ駆動手段１６から電荷増倍機構ＣＭＤへの感度制御パルスφＣＭＤのパルス数を変化させることにより、所望の感度（ＣＭＤ増倍率）を得るようになっている。
【００４１】
次に、図３を用いてＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤへ印加するパルス数とＣＭＤ増倍率（ＣＭＤでの信号電荷増倍率）の関係を説明する。
【００４２】
図３に示すように、電荷増倍機構ＣＭＤの増倍率は電荷増倍機構ＣＭＤへ印加するパルス数に比例して指数関数的に増倍する特性を有する。
【００４３】
尚、電荷増倍機構ＣＭＤへ印加するパルス電圧値の大きさにより指数関数の急峻度は変化し、電圧を増加させれば同じＣＭＤ増倍率を得る際に更に少ないパルス数で良く、電圧を小さくすれば同じＣＭＤ増倍率を得るには多くのパルス数が必要となる。
【００４４】
尚、通常光モード時は、Ｔ２期間に感度制御パルスφＣＭＤがＣＣＤ１４に出力されない。
【００４５】
感度制御パルスφＣＭＤのパルス数が０パルス時は、ＣＭＤ増倍率１倍（増倍なし）で、一般のＣＣＤ感度と同一特性となる。尚、通常光モード時は、予め設定された感度制御パルスφＣＭＤのパルス数をＣＣＤ１４に出力しても良い。
【００４６】
タイミングコントローラ１５は、ＣＣＤ駆動手段１６、ＣＣＤ感度制御手段１７、画像処理手段１９、ＲＧＢ回転フィルタ制御手段３７に接続し、同期を取っている。
【００４７】
画像処理手段１９は、モード切替手段４０からのモード切替信号に応じて、通常光／特殊光モードで異なる動作を行うようになっている。
【００４８】
通常光モードでは、画像処理手段１９は、ＣＣＤ１４からの出力信号をテレビジョン信号に変換し、モニタ６等の表示手段や記録手段に出力するとともに、測光手段２０に輝度信号を出力する。
【００４９】
通常光モードでは、画像処理手段１９は、ＣＣＤ１４からの３波長（Ｒ１赤、G１緑、Ｂ１青）に対するホワイトバランス補正を行うため、３波長でホワイトバランス係数が異なる。
【００５０】
特殊光モード（蛍光観察）では、画像処理手段１９は、ＣＣＤ１４からの３波長に対応する出力信号を蛍光観察用に画像演算処理し、モニタ６等の表示手段や記録手段に出力する。画像処理手段１９は、測光手段２０に各波長に対応する単色画像の画面平均値を出力する。
【００５１】
画像処理手段１９は、特殊光モードの場合、ＣＣＤ１４からの３波長（Ｅｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３）に対するホワイトバランス係数を、蛍光観察用のホワイトバランス係数に切り替える。蛍光観察用のホワイトバランス係数は、任意の係数に設定可能であるが、本実施の形態では１例としてＥｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３のホワイトバランス係数ｋＥｘ１：ｋＥｘ２：ｋＥｘ１を１：１：１とする。
【００５２】
測光手段２０は、画像処理手段１９の後段に接続され、モード切替手段４０からのモード切替信号に応じて、通常光モードと特殊光モードで異なる動作を行う。
【００５３】
通常光モードでは、画像処理手段１９内で画像処理された輝度信号が、画像処理手段１９から測光手段２０に入力する。
【００５４】
測光手段２０は、術者が任意に設定したモニタ明るさ値と輝度信号を比較し、比較結果を絞り制御手段３２に出力する。絞り制御手段３２では、その大小情報に基づき、絞り３１の開閉動作を制御する。
【００５５】
特殊光モードでは、画像処理手段１９は、ＲＧＢ回転フィルタ３３のＥｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３フィルタに対応するＣＣＤ１４からの出力信号を測光手段２０に入力する。測光手段２０は、各波長で得られる単色光画像（蛍光、反射光２波長）の画面平均値をそれぞれ算出し、３波長の中から予め設定した単色光画像の画面平均値をＣＣＤ感度制御手段１７に出力する。
【００５６】
ここで、本実施の形態では、一例として蛍光画像の画面平均値を設定することにする。しかしながら、予め設定する単色光画像は、反射光でも良いし、また、蛍光と反射光の合成画像でも良い。
【００５７】
ＣＣＤ感度制御手段１７は、モード切替手段４０からのモード切替信号に応じて動作しており、特殊光モード（蛍光観察）時のみ動作する。
【００５８】
ＣＣＤ感度制御手段１７の主な機能はＣＭＤ−ＡＧＣ機能とＣＭＤ増倍率比率一定制御機能の２つである。
【００５９】
ＣＭＤ−ＡＧＣ（オートゲインコントロール）機能は、ＣＣＤ１４の受光面に入射する強度の変化に対応し、ＣＣＤ１４からの出力信号レベルが一定となるように、電荷増倍機構ＣＭＤの増倍率を制御する機能である。
【００６０】
ＣＭＤ増倍率比率一定制御機能は、ＲＧＢ回転フィルタ３３のＥｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３フィルタに対応する画像撮像時において、これら３波長撮像時のＣＭＤ増倍率の比率を一定に制御する機能である。
【００６１】
以下、ＣＣＤ感度制御手段１７のＣＭＤ−ＡＧＣ機能について詳細に説明する。
ＣＣＤ感度制御手段１７は、ＣＭＤ−ＡＧＣ機能を発揮する場合、測光手段２０から予め設定された波長の単色光画像（本実施の形態では蛍光画像）の画面平均値が入力され、その画面平均値と術者が任意に設定したモニタ明るさ値を比較する。ＣＣＤ感度制御手段１７は、前記比較結果（大小関係）から、ＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤに出力する感度制御パルスφＣＭＤのパルス数を算出し、そのパルス数をＣＣＤ駆動手段１６に出力する。
【００６２】
この場合のＣＣＤ感度制御手段１７のパルス数の算出法を以下に説明する。
ＣＣＤ１４内の電荷増倍機構ＣＭＤについて、図３に示した感度制御パルスφＣＭＤのパルス数（ＣＭＤパルス）とＣＭＤ増倍率の関係は、下記の式（１）で表される。
【００６３】
Ａ（ｐ）＝Ｃ・Ｅxｐ（αｐ） …（１）
但し、Ａ（ｐ）は感度制御パルスφＣＭＤがパルス数ｐの時のＣＭＤ増倍率、Ｃ、αは定数（デバイス固有の定数）である。
【００６４】
このような特性により、ある強度の被写体を撮像する場合、感度制御パルスφＣＭＤのパルス数の増減により得られるＣＣＤ１４の出力画像の画面平均値は指数関数的に変化する。
【００６５】
一方、ＣＣＤ感度制御手段１７にはアップダウンカウンタ（図示せず）が設けられている。アップダウンカウンタにはメモリが搭載されており、基準となる波長（本実施の形態では蛍光画像）に対する電荷増倍機構ＣＭＤへの感度制御パルスφＣＭＤのパルス数が記憶される。
【００６６】
ＣＣＤ感度制御手段１７は、蛍光画像の画面平均値と術者が設定した所望のモニタ明るさの大小を比較し、蛍光画像が術者設定のモニタ明るさより小さい場合には、電荷増倍機構ＣＭＤの増倍率を増加させるためにアップダウンカウンタにより感度制御パルスφＣＭＤのパルス数ｐを１パルス増加して次の蛍光画像撮像タイミングにＣＣＤ駆動手段１６に（ｐ十１）パルスを出力する。逆に、蛍光画像が術者設定のモニタ明るさよりも大きい場合、ＣＣＤ感度制御手段１７は、感度制御パルスφＣＭＤのパルス数ｐを１パルス減少させて、次の蛍光画像撮像タイミングにＣＣＤ駆動手段１６に（ｐ−１）パルスを出力する。ここで新たに出力された感度制御パルスφＣＭＤのパルス数はアップダウンカウンタ搭載のメモリに上書きされ、記憶される。
【００６７】
このようにＣＣＤ感度制御手段１７は、被写体からの蛍光強度の増減に対し、蛍光画像の画面平均値と術者が設定したモニタ明るさが一致するように、蛍光画像の画面平均値と術者設定のモニタ明るさとの比較結果に基づいて感度制御パルスφＣＭＤのパルス数の増減を行う。
【００６８】
また、ＣＣＤ感度制御手段１７は、感度制御パルスφＣＭＤのパルス数の上限値及び下限値を任意に設定可能で、その範囲内の感度制御パルスφＣＭＤのパルス数をＣＣＤ駆動手段１６に出力する。
【００６９】
以下、ＣＣＤ感度制御手段１７のＣＭＤ増倍率の比率一定制御機能について詳細に説明する。
【００７０】
ＣＣＤ感度制御手段１７は、ＣＭＤ増倍率の比率一定制御機能を発揮する場合、ＣＣＤ感度設定手段１８から、基準となる波長（本実施の形態では蛍光画像）のＣＭＤ増倍率に対して、残り２波長が所望するＣＭＤ増幅率の比率に相当するパルス数（差分）がそれぞれ入力される。
【００７１】
ＣＣＤ感度制御手段１７のアップダウンカウンタに搭載されたメモリには、基準となる波長の電荷増倍機構ＣＭＤへの感度制御パルスφＣＭＤのパルス数が記憶されている。
【００７２】
ＣＣＤ感度制御手段１７には、パルス数演算手段（図示せず）が設けられており、アップダウンカウンタのメモリに記憶された前記基準となる波長の感度制御パルスφＣＭＤのパルス数から、ＣＣＤ感度設定手段１８により入力されたパルス数をプラスあるいはマイナスの演算を行う。
【００７３】
ＣＣＤ感度制御手段１７は、反射光画像（２画像）を撮像するタイミングに合わせて、蛍光画像撮像時にＣＣＤ駆動手段１６に出力する感度制御パルスφＣＭＤのパルス数から、ＣＣＤ感度設定手段１８から入力されたパルス数をそれぞれパルス数演算手段にて減算あるいは加算してＣＣＤ駆動手段１６に出力する。
【００７４】
次に、図４及び図５を用いて、電荷増倍機構ＣＭＤに入力されるパルス数を変化させ、ＣＭＤ増倍率を変化させた場合のプロセッサ３の出力段における被写体強度に対する信号出力のレベル及び信号ノイズ比Ｓ／Ｎについて説明する。
【００７５】
図４に示すように、プロセッサ３の出力段における出力信号のレベルは、ＣＭＤ増倍率が大きくなるに従い被写体強度に対して大きな出力信号となる。
【００７６】
図５に示すように、プロセッサ３の出力段における出力信号の信号対ノイズ比Ｓ／Ｎは、ＣＭＤ増倍率が大きくなるに従い被写体強度に対して大きいＳ／Ｎ比値となる。ＣＭＤ増倍１倍との差は、被写体強度が低下するのに従い大きくなる。
【００７７】
このため、微弱領域（被写体強度が小さい）において、ＣＭＤ増倍１倍（増倍なし）では、モニタ６上には、暗く、ノイズが多くて画質の低い画像が表示されるが、ＣＭＤ増倍率を大きくするに従いモニタ６には明るく、ノイズが少ない高画質の画像が得られる。
【００７８】
次に、ＣＣＤ感度設定手段１８について詳細に説明する。
ＣＣＤ感度設定手段１８は、特殊光モード時（蛍光観察）、図６に示すＲＧＢ回転フィルタ３３の３波長（Ｅｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３）に対応する各画像を取得する際の電荷増倍機構ＣＭＤ増倍率の比率を制御する手段となっている。
【００７９】
ＣＣＤ感度設定手段１８は、ＤＩＰスイッチやロータリＤＩＰスイッチ等からなる設定手段が２組設けてあり、基準となる波長（本実施の形態では蛍光画像）のＣＭＤ増倍率に対して、残り２波長が所望するＣＭＤ増幅率の比率に相当するパルス数（差分）をそれぞれ任意に設定し、ＣＣＤ感度制御手段１７に出力する。
【００８０】
この場合のパルス数（差分）の設定方法について以下に説明する。
ここで、ＣＣＤ１４内の電荷増倍機構ＣＭＤについて、感度制御パルスφＣＭＤのパルス数とＣＭＤ増倍率の関係は、感度制御パルスφＣＭＤのパルス数がｐパルスの場合、前記式（１）で表示される。
【００８１】
感度制御パルスφＣＭＤのパルス数が（ｐ−k）パルスの場合には、式（２）が得られる。
【００８２】
Ａ（ｐ−k）＝Ｃ・Ｅxｐ｛α（ｐ−k）｝ …（２）
式（１）及び式（２）より、パルス数がｐパルスと（ｐ−k）パルスの場合のＣＭＤ増倍率の比率は式（３）で表示される。
【００８３】
Ａ（ｐ−k）／Ａ（ｐ）＝Ｃ・Ｅxｐ｛α（ｐ−k）｝／Ｃ・Ｅxｐ（αｐ）
＝Ｅxｐ（−αk） …（３）
式（３）より、基準となる蛍光画像のＣＭＤ増倍率に対して、反射光のＣＭＤ増倍率をある一定の比率をもって得たい場合には、ＣＣＤ感度設定手段１８は、Ｅxｐ（−αk）に相当するパルス数ｋを蛍光画像時の感度制御パルスφＣＭＤのパルス数から減算すれば良い。ＣＣＤ感度設定手段１８は、パルス数を減算する場合には基準となるＣＭＤ増倍率よりも小さいＣＭＤ増倍率が得られ、逆にパルス数を加算すれば基準となるＣＭＤ増倍率よりも大きなＣＭＤ増倍率が得られる。ＣＣＤ感度設定手段１８は、感度制御パルスφＣＭＤのパルス数の初期値を任意に設定可能である。
【００８４】
モード切替手段４０は、通常光モード（通常光観察）と特殊光モード（蛍光観察）とのどちらかの観察モードを術者が任意に選択可能なスイッチとなっている。
【００８５】
本実施の形態の場合、モード切替手段４０は、プロセッサ３に設けられているが、内視鏡２に設けてもよい。
【００８６】
モード切替手段４０は、回転フィルタ切替手段３６、ＲＧＢ回転フィルタ制御手段３７、絞り制御手段３２、測光手段２０、ＣＣＤ駆動手段１６、ＣＣＤ感度制御手段１７、画像処理手段１９に接続されており、観察モードに対応したモード切替制御信号を接続する各手段に出力する。
【００８７】
モード切替手段４０に接続された各手段は、観察モードに応じた動作を行う。
【００８８】
次に、光源装置５の構成要素であるランプ３０、絞り３１、絞り制御手段３２、ＲＧＢ回転フィルタ３３、モータ３４、集光レンズ３５、回転フィルタ切替手段３６及びＲＧＢ回転フィルタ制御手段３７について説明する。
【００８９】
ランプ３０は照明光を発生する。
集光レンズ３５は、ランプ３０からの照明光の光束をライトガイド２５の後端面に集光する。
【００９０】
ＲＧＢ回転フィルタ３３はランプ３０と集光レンズ３５との間に挿入される。また、ＲＧＢ回転フィルタ３３は、モータ３４の回転軸に回転可能に接続されている。
【００９１】
ＲＧＢ回転フィルタ制御手段３７は、観察モードによりＲＧＢ回転フィルタ３３（及びモータ３４）の回転速度を任意に制御可能である。例えば、ＲＧＢ回転フィルタ制御手段３７は、特殊光モードのモータ３４の回転速度を通常光モードよりも遅くし、ＣＣＤ１４の露光時間を通常光モードよりも延長することも可能である。
【００９２】
ランプ３０とＲＧＢ回転フィルタ３３の間には絞り３１が挿入されている。絞り３１は、絞り制御手段３２により開閉動作が制御され、ライトガイド２５の後端面への光量を制御している。
【００９３】
絞り３１の開閉位置は、特殊光モード時と通常光モード時とで異なる位置に保持される。
【００９４】
ＲＧＢ回転フィルタ３３は、図６に示すように内周部分と外周部分とに２組みのフィルタセット４１、４２を有する２重構造となっている。
【００９５】
内周部分の第１フィルタセット４１は通常光モード用の赤（Ｒ１）、緑（Ｇ１）、青（Ｂ１）の分光特性を有する３枚のフィルタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃより構成されている。
【００９６】
外周部分の第２のフィルタセット４２は特殊光モード（蛍光観察）用の分光特性Ｅｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３を有する３枚のフィルタ４２ａ、４２ｂ、４２ｃより構成されている。
【００９７】
分光特性Ｅｘ１のフィルタ４２ａは、３９０〜４７０ｎｍ領域を透過する励起光用フィルタとなっている。
【００９８】
分光特性Ｅｘ２のフィルタ４２ｂは、中心波長５５０ｎｍ付近、半値幅１０ｎｍ程度の狭帯域でかつ透過率が数%程度の分光特性を有する反射光用フィルタとなっている。
【００９９】
分光特性Ｅｘ３のフィルタ４２ｃは、中心波長６００ｎｍ付近、半値幅１０ｎｍ程度の狭帯域でかつ透過率が数%程度の分光特性を有する反射光用フィルタである。
【０１００】
フィルタ４１ａ、４１ｂ、４１ｃの間は遮光部となっている。この遮光部はＣＣＤ１４の遮光期間（読み出し期間）に対応する。このことは第２フィルタセット４２でも同様である。
【０１０１】
回転フィルタ切替機構３６は、モータ３４を移動可能な状態で搭載しており、ＲＧＢ回転フィルタ３３の全体を移動して照明光軸上に配置している。この場合、回転フィルタ切替機構３６は、ランプ３０とライトガイド２５の後端面とを結ぶ照明光軸上に内周側の第１フィルタセット４１と外周側の第２フィルタセット４２とを選択的に移動させ、第１フィルタセット４１と第２フィルタセット４２の切替を行っている。
【０１０２】
通常光モード時にランプ３０からの光ビームＰ１（図６の実線）は内周側のフィルタセット４１に対向する。
【０１０３】
特殊光モード時にランプ３０からの光ビームＰ２（図６の破線）は外周側のフィルタセット４２に対向する。
【０１０４】
このような構成により特殊光モード時に内視鏡２の照明用レンズ２６から照射される照明光は図７に示すような分光特性を有する。
【０１０５】
（作用）
本実施の形態の通常光モード及び特殊光モード（蛍光観察）の作用を以下に説明する。
【０１０６】
術者は、図１に示す内視鏡２の挿入部１０を患者体腔内（気管支、食道、胃、大腸等）に挿入し、観察を行う。
【０１０７】
通常光モード（通常光観察）の場合には、図６に示す回転フィルタ３３は、第１フィルタセット４１が照明光路上に配置され、ＣＣＤ１４のＣＭＤ増倍率は１倍に設定される。ランプ３０から照射された照明光は、第１フィルタセット４１を通ることにより、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の面順次照明光が生体組織に内視鏡２の照明用レンズ２６から順次照射される。
【０１０８】
生体組織からのＲ、Ｇ、Ｂの面順次照明光に対する反射光は、ＣＣＤ１４に順次入射されて、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する出力信号は画像処理手段１９に入力され、モニタ６には通常光観察画像が表示される。
【０１０９】
測光手段２０では、１画面分の輝度信号と術者が設定したモニタ明るさの基準値が比較され、比較結果が絞り制御手段３２に出力される。絞り制御手段３２は、比較結果に応じて絞り３１の開閉制御を行う。
【０１１０】
測光手段２０の比較において、被写体が設定された基準値よりも明るい場合は、絞り制御手段３２が絞り３１を閉じる方向（ライトガイド後端面への照射強度が小さくなる）に動作させる。
【０１１１】
一方、測光手段２０の比較において、被写体が設定された基準値よりも暗い場合は、絞り制御手段３２が絞り３１を開ける方向（ライトガイド後端面への照射強度が大きくなる）に動作させる。
【０１１２】
このように絞り３１を開閉して、生体組織への照射強度を変化させることによりモニタ６の明るさは術者の設定値が維持される自動調光動作が行われる。
【０１１３】
尚、モニタ６の明るさの基準値設定は、例えば測光手段２０にキーボート等の入力手段を接続して、術者が任意の明るさを設定できる。
【０１１４】
モニタ６に表示される被写体画像の出力信号及びＳ／Ｎの各特性は、図４及び図５の中でＣＭＤ増倍１倍に該当する特性となる。
【０１１５】
特殊光モード（特殊光観察：蛍光観察）の場合には、術者はモード切替手段４０を構成するモード切替スイッチで特殊光モード（蛍光観察）を選択する。それにより、回転フィルタ切替機構３６が動作して図６に示す回転フィルタ３３は、第２フィルタセット４２が照明光路上に配置され、絞り３１は例えば全開の位置に保持され、ライトガイド２５の後端面には強い照明光が入射させる。
【０１１６】
ランプ３０から照射された照明光は、回転するＲＧＢ回転フィルタ３３の第２フィルタセット４２を通ることにより、順次、分光特性Ｅｘ１に対応する青領域の励起光、分光特性Ｅｘ２に対応する緑狭帯域光、分光特性Ｅｘ３に対応する赤狭帯域光となり、集光レンズ３５を介してライトガイド２５の後端面に入射される。これにより、内視鏡２の先端部に設けられた照明用レンズ２６から生体組織には、図７に示すような分光特性の照明光が順次（間欠的）照射される。
【０１１７】
生体組織へ分光特性Ｅｘ１による励起光が照射された場合、対物レンズ１２には、励起光自身の反射光及び励起光により生体組織から発せられた自家蛍光（例えば、ＮＡＤＨ、フラビン等に起因）が入射する。対物レンズ１２を通過した光の内、励起光自身の反射光は励起光カットフィルタ１３によりカットされ、ＣＣＤ１４の受光部には自家蛍光が入射する。また、生体組織へ分光特性Ｅｘ２，Ｅｘ３による緑狭帯域及び赤狭帯域が照射された場合、生体組織から緑狭帯域及び赤狭帯域の反射光が対物レンズ１２に入射し、対物レンズ１２を通過した光は励起光カットフィルタ１３を介してＣＣＤ１４の受光面に入射する。
【０１１８】
これにより、生体組織からの蛍光、緑反射光（緑狭帯域）、赤反射光（赤狭帯域）は、ＣＣＤ１４に順次入射される。
【０１１９】
ＣＣＤ１４の各波長に対応する出力信号は、画像処理手段１９に入力され、蛍光観察用の画像演算処理が行われ、モニタ６に蛍光観察画像が表示される。
【０１２０】
画像処理手段１９では、蛍光、緑反射光、赤反射光の３波長を撮像する場合のホワイトバランス係数は、特殊光モード（蛍光観察）用に、例えば蛍光：緑反射光：赤反射光＝１：１：１に設定される。
【０１２１】
分光特性Ｅｘ１による自家蛍光強度は、反射光強度に対して非常に弱い特性を有しているため、図７に示すような分光特性Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３による照射光を正常な生体組織に照射すると、ＣＣＤ１４の受光面にはおおよそ図８に示すような自家蛍光と反射光（緑狭帯域、赤狭帯域）のスペクトルが得られる。ここで、各スペクトルの強度比はおおよそ蛍光：緑反射光（緑狭帯域）：赤反射光（赤狭帯域）＝１：５：１０となる。
【０１２２】
自家蛍光と反射光（緑狭帯域、赤狭帯域）に対するＣＭＤ増倍率の比率の設定について以下に詳細に説明する。
【０１２３】
図９には、ＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤのＣＭＤへのパルス数とＣＭＤ増倍率の関係が示されている。
【０１２４】
ここで、例えば、図８の照明光を正常組織に照射することで正常組織から得られる蛍光、緑反射光、赤反射光をＣＣＤ１４が順次受光した場合に、蛍光、緑反射光、赤反射光にそれぞれ対応したＣＣＤ１４からの出力信号レベルが同一になるよう、ＣＣＤ感度設定手段１８は、各波長のＣＭＤ増倍率の比率を求め、その比率に相当するパルス数を算出する。
【０１２５】
図８から各波長のスペクトル強度比は蛍光：緑反射光：赤反射＝１：５：１０となる。このため、各波長のＣＭＤ増倍率の比率は蛍光：緑反射光：赤反射光＝１０：２：１となる。
【０１２６】
被写体（生体組織）を撮像する場合、各波長のＣＭＤ増倍率を上記で求めた比率を維持して撮像すれば、ＣＣＤ１４の出力信号はほぼ同一レベルが得られる。
【０１２７】
例えば、ＣＭＤ増倍率６０倍を基準として考えると、ＣＭＤ増倍率６０倍を得るにはＣＭＤ入力パルス数が１２７パルスとなる。各波長のＣＭＤ増倍率の比率は蛍光：緑反射光：赤反射光＝１０：２：１であるから、蛍光のＣＭＤ増倍率を６０倍とすると、各ＣＭＤ増倍率はそれぞれ蛍光：緑反射光：赤反射光＝６０：１２：６となる。
【０１２８】
これより、緑反射光及び赤反射光のＣＭＤ増倍率がそれぞれ１２倍及び６倍となるＣＭＤ入力パルス数はそれぞれ７７パルス及び５５パルスとなる。
【０１２９】
従って、蛍光撮像時に必要なＣＭＤ増倍率を得るパルス数を基準にすると、緑反射光及び赤反射光撮像時のＣＭＤ入力パルス数はパルス数演算手段にて蛍光撮像時のＣＭＤ入力パルス数から５０パルス（＝１２７−７７）及び７２パルス（＝１２７−５５）を減算すれば良い。この場合、ＣＣＤ感度設定手段１８には、基準となる波長（本実施の形態では蛍光画像）のＣＭＤ増倍率に対して、緑反射光及び赤反射光が所望するＣＭＤ増幅率の比率に相当するパルス数（差分）をそれぞれ５０パルス及び７２パルスに入力設定する。
【０１３０】
ＣＭＤ−ＡＧＣ動作について以下に説明する。
測光手段２０では、基準となる蛍光画像１画面分のＣＣＤ１４出力信号の平均値が算出され、ＣＣＤ感度制御手段１７に出力される。
【０１３１】
ＣＣＤ感度制御手段１７では、蛍光画像の画面平均値と術者が設定した所望のモニタ明るさを比較する。尚、モニタ６の蛍光画像の明るさ設定値は、例えばＣＣＤ感度制御手段１７にキーボードやスイッチ等の入力手段を接続して、術者が任意に明るさも設定できる。ＣＣＤ感度制御手段１７の比較において蛍光画像が術者設定値よりも小さい場合、ＣＣＤ感度制御手段１７は、電荷増倍機構ＣＭＤの増倍率を増加させるためにＣＭＤ入力パルス数を現状よりも１パルス増加して次の蛍光画像撮像タイミングにＣＣＤ駆動手段１６を介してＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤに出力する。逆に、ＣＣＤ感度制御手段１７の比較において蛍光画像が術者設定値よりも大きい場合、ＣＣＤ感度制御手段１７は、ＣＭＤ入力パルス数を１パルス減少させて、次の蛍光画像撮像タイミングにＣＣＤ駆動手段１６を介してＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤに出力する。
【０１３２】
これにより、プロセッサ３の出力信号値が術者の設定値よりも小さい場合は、ＣＣＤ１４のＣＭＤ増倍率は大きくなり、逆に、プロセッサ３の出力信号値が設定値よりも大きい場合は、ＣＣＤ１４のＣＭＤ増倍率が小さくなるようにオートゲインコントロールされる。
【０１３３】
ＣＭＤ増倍率の比率一定制御動作の具体的な例について以下に説明する。
【０１３４】
ＣＣＤ感度制御手段１７は、緑反射光及び赤反射光の撮像タイミングに合わせて、蛍光画像撮像時にＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤへの入力パルス数から、ＣＣＤ感度設定手段１８に入力（設定）された５０パルス及び７２パルスをそれぞれマイナスして、駆動手段１６を介してＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤに出力する。
【０１３５】
例として、術者が患者体腔内を特殊光モード（蛍光観察）している状況を想定する。
【０１３６】
この場合には、内視鏡２が被写体である生体組織から遠点距離で観察する状況を考え、オートゲインコントロールにより蛍光単色画像を得るために必要なＣＭＤ増倍率を６０倍（ＣＭＤ入力パルス数は１２７パルス）にしたとする。
【０１３７】
ＣＣＤ１４が蛍光画像をＣＭＤ増倍率６０倍の条件で撮像すると、モニタ６に表示される蛍光画像と反射光画像の蛍光観察用に処理された合成画像は、術者が設定した所望の明るさとなる。この時、縁反射光及び赤反射光撮像時のＣＭＤ増倍率は、前に述べたように、基準となる蛍光画像のＣＭＤ増倍率に対して１／５及び１／１０が必要となる。このため、縁反射光及び赤反射光撮像時のＣＭＤ入力パルス数は、ＣＣＤ感度設定手段１８からの設定値に基づいて、それぞれ７７パルス（１２７パルス−５０パルス）及び５５パルス（１２７パルス−７２パルス）となる。
【０１３８】
ここで、内視鏡２が生体組織に近づき近接からの観察状況に変わり、オートゲインコントロールにより、蛍光単色画像を得るために必要なＣＭＤ増倍率が４０倍（ＣＭＤ入力パルス数は１１５パルス）になったとする。この時、緑反射光及び赤反射光の撮像タイミング時のＣＭＤ入力パルス数は６５パルス（＝１１５パルス−５０パルス）及び４５パルス（＝１１５パルス−７２パルス）となる。
【０１３９】
尚、ＣＭＤに６５パルス及び４５パルスが入力されるとＣＭＤ増倍率は８倍及び４倍（図９参照）となり、各波長のＣＭＤ増倍率の比率は、蛍光：緑反射光：赤反射光＝４０：８：４＝１０：２：１となり、最初に設定した値が維持されていることが分かる。
【０１４０】
このように、本実施の形態では、被写体の強度変化に対応して蛍光単色画像は常に一定のＣＣＤ１４出力信号レベルが得られるようにＣＭＤ増倍率がオートゲインコントロールされ、緑反射光及び赤反射光を撮像時のＣＭＤ増倍率は基準となる蛍光画像撮像時のＣＭＤ増倍率と一定の比率を維持しながらオートゲインコントロールされる。また、モニタ６には、図４及び図５に示すような被写体画像の出力信号及びＳ／Ｎの各特性が得られる。特に微弱光領域において、ＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤへの入力パルス数を大きくすることにより、出力信号及びＳ／Ｎは大幅に向上し、モニタ６には適切な明るさかつ高画質の蛍光観察画像が表示される。
【０１４１】
（効果）
以上説明したように図１乃至図９に示した第１の実施の形態によれば、１つの固体撮像素子で複数の特定波長領域の光の撮像を行うとともに、特殊光モード（蛍光観察）時、強度の大きく異なる蛍光や反射光を撮像する際に、これら複数の光波長に対するＣＣＤ１４の電荷増倍機構ＣＭＤの増倍率の比率が一定に維持されるため、蛍光や反射光の単色画像を適切な明るさで撮像でき、それらの合成画像の蛍光観察画像として適切な明るさで、かつ、高画質な画像が得られる。
【０１４２】
（第２の実施の形態）
図１０ないし図１４は本発明の第２の実施の形態に係り、図１０は内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図、図１１はＣＣＤのブロック図、図１２は特殊光モード時におけるＣＣＤ駆動信号とＣＣＤ出力信号のタイミングチャート、図１３は図１２の感度制御パルスφＣＭＤ、ΦＳ１、ΦＳ２のタイミングチャート、図１４はＣＣＤ感度に関するＣＭＤ電圧とＣＭＤ増倍率の関係を示すグラフである。図１０において、図１の実施の形態と同様の構成要素には同じ符号を付して説明を省略している。
【０１４３】
（構成）
図１０において、内視鏡装置１０１は、ＣＣＤ１１４を内蔵した内視鏡１０２と、プロセッサ１０３と、モニタ６とから構成されている。
【０１４４】
プロセッサ３は、信号処理装置１０４及び光源装置５を内蔵している。
ＣＣＤ駆動手段１１６、ＣＣＤ感度制御手段１１７及びＣＣＤ感度設定手段１１８は、前記ＣＣＤ１４で受光する前記複数の特定波長領域の光の間の電荷増倍率の比率を設定する電荷増倍比率設定手段になっている。
【０１４５】
前記固体撮像素子のＣＣＤ１１４は、電荷増倍機構ＣＭＤを有し、この電荷増倍機構ＣＭＤにパルス状の高電界駆動信号が加えられることにより電荷増倍率の変更を行う。
【０１４６】
前記電荷増倍比率設定手段は、前記パルス状の高電界駆動信号のパルス電圧（ＣＭＤ電圧）を変更することにより前記電荷増倍率の比率を設定する。
【０１４７】
図１１に示すように、ＣＣＤ１１４は、イメージエリア２０１、ＯＢ（Optical Black）部２０２、水平レジスタ２０３、ダミー２０４、電荷増倍機構(ＣＭＤ部)２０５及び検出アンプ２０６により主に構成されている。
【０１４８】
電荷増倍機構(ＣＭＤ部)２０５は、水平レジスタの段数と同数の段数を有する複数の電荷増倍機構ＣＭＤから構成されている。
【０１４９】
ＣＣＤ駆動手段１１６はＣＣＤ１１４に駆動信号を出力する。
図１２及び図１３は特殊光モード時における駆動信号とＣＣＤ出力信号の関係を示すタイミングチャートであり、図１２（ａ）は特殊光モード時のＲＧＢ回転フィルタ３３の動作、図１２（ｂ）はＣＣＤ駆動手段１１６からＣＣＤ１１４に供給される垂直転送パルスΦＰ１、ΦＰ２、図１２（ｃ）はＣＣＤ１１４に供給される感度制御パルスφＣＭＤ、図１２（ｄ）はＣＣＤ駆動手段１１６からＣＣＤ１１４に供給され水平転送パルスΦＳ１、ΦＳ２、図１２（ｅ ）はＣＣＤ１１４の出力信号である。図１３（ａ）は図１２（ｃ）に示す感度制御パルスφＣＭＤの時間軸を拡大して示し、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）は図１２（ｄ）に示す水平転送パルスΦＳ１、ΦＳ２の時間軸を拡大して示している。
【０１５０】
感度制御パルスφＣＭＤ、垂直転送パルスΦＰ１、ΦＰ２、水平転送パルスΦＳ１、ΦＳ２は、ＣＣＤ駆動手段１１６からＣＣＤ１１４に出力される駆動信号である。
【０１５１】
また、図１２（ｃ）及び図１３（ａ）に示す感度制御パルスφＣＭＤは、ＣＣＤ感度制御手段１１７から入力される電圧可変のパルスである。
【０１５２】
図１２（ａ）に示すように、特殊光モード時において、ＲＧＢ回転フィルタ３３は露光期間Ｔ１１と遮光期間Ｔ１２で１サイクルの動作になっている。
【０１５３】
期間Ｔ１１は、ランプ３０からの光を内視鏡１０２へ透過させる露光期間であり、この期間Ｔ１１中にＣＣＤ１１４は被写体からその受光面に入射された光を光電変換により信号電荷としてイメージエリア２０１に蓄積する。
【０１５４】
遮光期間Ｔ１２は、ランプ３０からの光を遮光してＣＣＤ１１４に読み出しを行わせる遮光期間になっている。
【０１５５】
期間Ｔ１２中にＣＣＤ１１４の電荷増倍機構ＣＭＤには、図１２（ｃ）に示す感度制御パルスφＣＭＤが供給される。この状態で、ＣＣＤ１１４は、 期間Ｔ１１でイメージエリア２０１に蓄積された１水平ライン分の信号電荷を、垂直転送パルスΦＰ１、ΦＰ２により水平レジスタ２０３に転送し、水平転送パルスΦＳ１、ΦＳ２によって水平レジスタ２０３及び電荷増倍機構ＣＭＤ部２０５に転送し、複数の電荷増倍機構ＣＭＤで１段ずつ増倍及び転送が繰返されて、順次出力アンプ部２０６に送られる。ＣＣＤ１１４の出力アンプ部２０６は転送された電荷を電圧に変換して図１２（ｅ）に示すＣＣＤ１１４の出力信号として出力する。
【０１５６】
電荷増倍機構ＣＭＤ部２０５において、１画素の信号電荷数に注目すると、複数のＣＭＤを１段通るごとに少しづつ増倍されて、最終的には大きな増倍が得られる。即ち、本実施の形態では、ＣＣＤ駆動手段１１６から電荷増倍機構ＣＭＤへの感度制御パルスφＣＭＤのパルス電圧を変化させることにより、所望のＣＣＤ１１４の感度（ＣＭＤ増倍率）を得る。
【０１５７】
次に、図１４を用いてＣＣＤ１１４の電荷増倍機構ＣＭＤへ印加する電圧とＣＭＤ増倍率（ＣＭＤでの信号電荷増倍率）の関係の一例を説明する。
【０１５８】
図１４において、ＣＣＤ１１４は、電荷増倍機構ＣＭＤに印加する電圧があるしきい値（本実施の形態では１５Ｖ）を上回るとＣＭＤ増倍が始まり、電圧値の増加に比例して指数関数的に増倍する特性を有する。
【０１５９】
ここで、図１４のグラフは、複数あるＣＭＤの１段の特性を示すものではなく、複数ＣＭＤのトータルの増倍特性である。
【０１６０】
また、通常光モード時は、Ｔ１２期間に感度制御パルスφＣＭＤがＣＣＤ駆動手段１６に出力されない。
【０１６１】
感度制御パルスφＣＭＤが無い場合、または、印加電圧値がしきい値以下の場合には、ＣＣＤ１１４は、一般のＣＣＤ感度と同一特性となる。
【０１６２】
ＣＣＤ感度制御手段１１７の主な機能はＣＭＤ−ＡＧＣ機能とＣＭＤ増倍率比率一定制御機能の２つである。
【０１６３】
ＣＭＤ−ＡＧＣ（オートゲインコントロール）機能は、ＣＣＤ１１４受光面に入射する強度の変化に対応し、ＣＣＤ１１４からの出力信号レベルが一定となるように、電荷増倍機構ＣＭＤの増倍率を制御する機能である。
【０１６４】
ＣＭＤ増倍率比率一定制御機能は、ＲＧＢ回転フィルタ３３のＥｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３フィルタに対応する画像撮像時において、これら３波長撮像時のＣＭＤ増倍率の比率を一定に制御する機能である。
【０１６５】
以下、ＣＣＤ感度制御手段１１７のＣＭＤ−ＡＧＣ機能について詳細に説明する。
【０１６６】
ＣＣＤ感度制御手段１１７は、ＣＭＤ−ＡＧＣ機能を発揮する場合、測光手段２０から予め設定された波長の単色光画像（本実施の形態では蛍光画像）の画面平均値が入力され、その画面平均値と術者が任意に設定したモニタ明るさ値を比較する。ＣＣＤ感度制御手段１１７は、前記比較結果（大小関係）から、ＣＣＤ駆動手段１１６からＣＣＤ１１４の電荷増倍機構ＣＭＤに出力する感度制御パルスφＣＭＤの電圧値を算出し、その電圧を有するパルスをＣＣＤ駆動手段１１６に出力する。
【０１６７】
ＣＣＤ感度制御手段１１７の感度制御パルスφＣＭＤの電圧値の算出法を以下に説明する。
【０１６８】
ＣＣＤ１１４内の電荷増倍機構ＣＭＤについて、図１４に示した感度制御パルスφＣＭＤの電圧値とＣＭＤ増倍率の関係は、下記の式（４）で表される。
【０１６９】
Ｍ（Ｖ）＝Ｄ・Ｅｘｐ（β（Ｖ−Ｖtｈ）） …（４）
但し、Ｍ（Ｖ）は感度制御パルスφＣＭＤ電圧値がＶの時のＣＭＤ増倍率、ＶtｈはＣＭＤ増倍が開始されるしきい値電圧、Ｄ、βはデバイス固有の定数である。
【０１７０】
このような特性により、ある強度の被写体を撮像する場合、感度制御パルスφＣＭＤの電圧値の増減により画像の画面平均値は指数関数的に変化する。
【０１７１】
ＣＣＤ感度制御手段１１７にはアップダウンカウンタが設けられている。
ＣＣＤ感度制御手段１１７は、蛍光画像の画面平均値と術者が設定した所望のモニタ明るさの大小を比較し、蛍光画像が術者設定のモニタ明るさより小さい場合は、電荷増倍機構ＣＭＤの増倍率を増加させるためにアップダウンカウンタにより感度制御パルスφＣＭＤ電圧を△Ｖ増加して次の蛍光画像撮像タイミングにＣＣＤ駆動手段１１６に電圧値（Ｖ十△Ｖ）を出力する。逆に、蛍光画像が術者設定のモニタ明るさよりも大きい場合は、感度制御パルスφＣＭＤ電圧値を△Ｖ減少させて、次の蛍光画像抽象タイミングにＣＣＤ駆動手段１１６に電圧値（Ｖ−△Ｖ）を出力する。
【０１７２】
これにより、ＣＣＤ感度制御手段１１７は、被写体の蛍光強度の変化に対し、蛍光画像の画面平均値と術者が設定したモニタ明るさが一致するように蛍光画像の画面平均値と術者設定のモニタ明るさの比較及び電圧値の増減を行う。
【０１７３】
ＣＣＤ感度制御手段１１７が出力する感度制御パルスφＣＭＤの電圧値には上限値、下限値が任意に設定可能で、その範囲内の感度制御パルスφＣＭＤの電圧値がＣＣＤ駆動手段１１６に出力される。
【０１７４】
以下、ＣＣＤ感度制御手段１７のＣＭＤ増倍率の比率一定制御機能について詳細に説明する。
【０１７５】
ＣＣＤ感度制御手段１７は、ＣＭＤ増倍率の比率一定制御機能を発揮する場合、ＣＣＤ感度設定手段１１８から、基準となる波長（本実施の形態では蛍光画像）のＣＭＤ増倍率に対して、残り２波長が所望するＣＭＤ増倍率の比率に相当する電圧値（差分）がそれぞれ入力（設定）される。
【０１７６】
ＣＣＤ感度制御手段１１７は、反射光画像（２画像）を撮像するタイミングに合わせて、蛍光画像撮像時にＣＣＤ駆動手段１１６に出力する感度制御パルスφＣＭＤの電圧値から、ＣＣＤ感度設定手段１１８から入力された電圧値をそれぞれ減算（あるいは加算）してＣＣＤ駆動手段１１６に出力する。
【０１７７】
ＣＣＤ感度設定手段１１８は、特殊光モード時（蛍光観察）、ＲＧＢ回転フィルタ３３の３波長（Ｅｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３）に対応する各画像を取得する際の電荷増倍機構ＣＭＤ増倍率の比率を設定する手段である。
【０１７８】
ＣＣＤ感度設定手段１１８は、ＤＩＰスイッチやロータリＤＩＰスイッチ等からなる設定手段を２組有しており、基準となる波長（本実施の形態では蛍光画像）のＣＭＤ増倍率に対して、残り２波長が所望するＣＭＤ増倍率の比率に相当する電圧値（差分）をそれぞれ任意に設定し、ＣＣＤ感度制御手段１１７に出力する。
【０１７９】
この場合の感度制御パルスφＣＭＤ電圧値（差分）の設定方法について以下に説明する。
【０１８０】
ここで、ＣＣＤ１４内の電荷増倍機構ＣＭＤについて、感度制御パルスφＣＭＤ電圧値とＣＭＤ増倍率の関係は、感度制御パルスφＣＭＤ電圧値がＶの場合、前記式（４）で表示される。
【０１８１】
感度制御パルスφＣＭＤの電圧値が（Ｖ−ΔＶ）の場合には、式（５）が得られる。
【０１８２】
Ｍ（Ｖ−ΔＶ）＝Ｄ・Ｅｘｐ（β（Ｖ−Ｖtｈ−ΔＶ）） …（５）
式（４）及び式（５）より、感度制御パルスφＣＭＤ電圧値がＶと電圧値が（Ｖ−ΔＶ）とのＣＭＤ増倍率の比率は式（６）で表示される。
【０１８３】
Ｍ（Ｖ−ΔＶ）／Ｍ（Ｖ）
＝Ｄ・Ｅｘｐ（β（Ｖ−Ｖtｈ−ΔＶ））／Ｄ・Ｅｘｐ（β（Ｖtｈ−Ｖ））
＝Ｅxｐ（−βΔＶ） …（６）
式（６）より、基準となる蛍光画像のＣＭＤ増倍率に対して、反射光のＣＭＤ増倍率をある一定の比率を得たい場合には、Ｅｘｐ（−β△Ｖ）に相当する電圧値△Ｖを蛍光画像時における感度制御パルスφＣＭＤの電圧値から減算すれば良い。電圧値を減算する場合は基準となるＣＭＤ増倍率よりも小さいＣＭＤ増倍率が得られ、逆に電圧値を加算すれば基準となるＣＭＤ増倍率よりも大きなＣＭＤ増倍率が得られる。
【０１８４】
（作用）
図１０ないし図１４に示した第２の実施の形態の作用で図１乃至図９に示した第１の実施の形態と異なるのは、第１の実施の形態ではＣＭＤ増倍率制御をパルス数で行っていたものを第２の実施の形態ではＣＭＤ増倍率制御を電圧値で行うようにしたことである。これ以外の第２の実施の形態の作用は、基本的に第１の実施の形態と同じである。
【０１８５】
（効果）
このような第２の実施の形態によれば、図１乃至図９に示した第１の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、ＣＣＤ１１４の全部画素の信号電荷は、同じ電荷増倍機構ＣＭＤにより増倍されるため、ＣＭＤ増倍率のバラツキがなく、第１の実施の形態よりも高画質な画像が得られる。
【０１８６】
尚、図１乃至図１４に示した実施の形態では、内視最先端に１つのＣＣＤを搭載した例を示したが、内視鏡先端に２つのＣＣＤを配設し、第１のＣＣＤを通常光モード用、第２のＣＣＤを特殊光モード用にしても良い。その場合は、例えば内視鏡２内にリレー等からなるＣＣＤ駆動切替手段を設けて、プロセッサからの観察モード切り替え信号に応じて各観察モードに対応するＣＣＤを駆動させれば良い。
【０１８７】
また、図１乃至図１４に示した実施の形態では、ＣＣＤを内視鏡の先端部に搭載したが、ＣＣＤを内視鏡外部に搭載して、内視鏡内に設けられたイメージファイバを介して画像を得る構成にしても良い。その場合、ＣＣＤはイメージファイバを有する内視鏡に着脱自在、あるいは、内視鏡一体型としても良い。
【０１８８】
ここで、図１乃至図１４に示した実施の形態では、強度の大きく異なる蛍光と反射光を同一の露光時間（蓄積時間）で撮像しているため、ＣＣＤで生成される信号電荷数は蛍光と反射光で大きく異なる。そのため、波長間の電荷増倍機構ＣＭＤの増倍率の比率も大きくなってしまい、ＣＣＤのダイナミックレンジは小さくなる。このことに対応して、ＣＣＤに電子シャッター機構を設けても良い。ＣＣＤに電子シャッターを用い、強度の大きい反射光よりも強度の小さい蛍光の露光時間（蓄積時間）を長くすることにより、ＣＣＤで生成される蛍光と反射光の信号電荷数の比率を小さくでき、波長間のＣＭＤ増倍率の比率を小さくすることができる。これにより、ＣＣＤのダイナミックレンジをより大きくすることができる。
【０１８９】
さらに、図１乃至図１４に示した実施の形態では、特殊光モードの３波長を蛍光、緑反射光、赤反射光としたが、蛍光用の励起光の波長数、励起光の波長帯域、反射光の波長数、中心波長、半値幅、透過率等の選択や組み合わせは、各種適用可能である。
【０１９０】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【０１９１】
（付記項１） 電荷増倍率を変え感度可変可能な固体撮像素子を有する内視鏡と、
前記固体撮像素子からの出力信号を処理する信号処理手段と、
複数の特定波長領域の特殊光を被写体に照射する光源装置と、
前記特殊光の波長間に対して前記固体撮像素子の電荷増倍率の比率を一定に設定する感度設定手段と、
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【０１９２】
（付記項２） 複数のパルス状の駆動信号を供給することにより電荷増倍率を変え感度可変可能な固体撮像素子を有する内視鏡と、
前記固体撮像素子からの出力信号を処理する信号処理手段と、
複数の特定波長領域の特殊光を被写体に照射する光源装置と、
感度制御パルス数を可変して前記特殊光の波長間に対して前記固体撮像素子の電荷増倍率の比率を一定に設定する感度設定手段と、
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【０１９３】
（請求項３） パルス状の駆動信号の電圧を供給することにより電荷増倍率を変え感度可変可能な固体裸像素子を有する内視鏡と、前記固体撮像素子からの出力信号を処理する信号処理手段と、複数の特定波長領域の特殊光を被写体に照射する光源装置と、感度制御パルスの電圧値を可変して前記特殊光の波長間に対して前記固体撮像素子の電荷増倍率の比率を一定に設定する感度設定手段と、を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【０１９４】
（付記項４） 前記複数の特定波長領域の特殊光は、蛍光用の励起光と反射光用の照明光であることを特徴とする付記項１乃至３のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０１９５】
（付記項５） 前記複数の特定波長領域の特殊光は、蛍光用の青色励起光と反射光用の緑領域及び赤領域の狭帯域光であることを特徴とする付記項１乃至３のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０１９６】
（付記項６） 前記信号処理手段は、前記複数の特定波長領域の特殊光に対してホワイトバランス係数を設定することを特徴とする付記項１乃至５のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０１９７】
（付記項７） 観察モードとして、通常光により観察を行う通常光モードと、前記複数の特定波長領域の特殊光により観察を行う特殊光モードとを切り替えるモード切替手段を設けたことを特徴とする付記項１乃至６のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０１９８】
（付記項８） 前記特殊光モードは、蛍光観察であることを特徴とする付記項７記載の内視鏡装置。
【０１９９】
（付記項９） 前記特殊光モードは、蛍光と反射光の合成画像からなる蛍光観察であることを特徴とする付記項７記載の内視鏡装置。
【０２００】
（付記項１０） 前記信号処理手段は、観察モード毎にホワイトバランス係数を切り替える切替手段を有することを特徴とする付記項７乃至９のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０２０１】
（付記項１１） 前記複数の特定波長領域の特殊光の内一つの特定波長領域の特殊光に対して前記固体撮像素子の出力信号レベルが一定となるように前記電荷増倍率を制御する感度制御手段を設けたことを特徴とする付記項１乃至１０のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０２０２】
（付記項１２） 前記複数の特定波長領域の特殊光の内一つの特定波長領域の特殊光に対して前記固体撮像素子の出力信号レベルが一定となるように感度制御パルスのパルス数を可変して前記電荷増倍率を制御する感度制御手段を設けたことを特徴とする付記項１乃至１１のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０２０３】
（付記項１３） 前記複数の特定波長領域の特殊光の内一つの特定波長領域の特殊光に対して前記固体撮像素子の出力信号レベルが一定となるように感度制御パルスの電圧値を可変して前記電荷増倍率を制御する感度制御手段を設けたことを特徴とする付記項１乃至１１のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０２０４】
（付記項１４） 前記感度設定手段が前記特殊光の波長間に対して前記固体撮像素子の電荷増倍率の比率を一定に設定する場合に基準となる波長は、蛍光画像の波長であることを特徴とする付記項１乃至１３のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０２０５】
（付記項１５） 前記感度設定手段が前記特殊光の波長間に対して前記固体撮像素子の電荷増倍率の比率を一定に設定する場合に基準となる波長は、反射光画像の波長であることを特徴とする付記項１乃至１３のいずれか一に記載の内視鏡装置。
【０２０６】
【発明の効果】
以上述べた様に本発明によれば、１つの固体撮像素子で複数の特定波長領域の光の撮像を行うとともに、強度が大きく異なる複数の特定波長領域の光、例えば自家蛍光と他の反射光を、それぞれ適切な明るさの画像として捉え、これらの合成した画像を適切な状態にすることができるので、この場合の画像を適切な明るさで、かつ、高画質の画像にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図。
【図２】図１の第１の実施の形態のＣＣＤ駆動のタイミングチャート。
【図３】図１の第１の実施の形態のＣＣＤ感度に関する感度制御パルスφＣＭＤのパルス数とＣＭＤ増倍率の関係を示すグラフ。
【図４】図１の第１の実施の形態のＣＣＤ感度に関するＣＣＤ感度特性における被写体強度と出力信号の出力レベルとの関係を示すグラフ。
【図５】図１の第１の実施の形態のＣＣＤ感度に関するＣＣＤ感度特性における被写体強度と出力信号のＳ／Ｎとの関係を示すグラフ。
【図６】図１の第１の実施の形態のＲＧＢ回転フィルタに設けた２つのフィルタセットの構成を示す正面図。
【図７】図１の第１の実施の形態の蛍光観察における光源装置の分光特生を示すグラフ。
【図８】図１の第１の実施の形態の蛍光観察における蛍光及び反射光の分光特性を示すグラフ。
【図９】図１の第１の実施の形態のＣＣＤ感度に関する感度制御パルスφＣＭＤのパルス数とＣＭＤ増倍率の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図。
【図１１】図１０の第２の実施の形態のＣＣＤのブロック図。
【図１２】図１０の第２の実施の形態の特殊光モード時におけるＣＣＤ駆動信号とＣＣＤ出力信号のタイミングチャート。
【図１３】図１２の感度制御パルスφＣＭＤ、ΦＳ１、ΦＳ２のタイミングチャート。
【図１４】図１０の第２の実施の形態のＣＣＤ感度に関するＣＭＤ電圧とＣＭＤ増倍率の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１ …内視鏡装置
２ …内視鏡
３ …プロセッサ
４ …信号処理装置
５ …光源装置
６ …モニタ
１０ …挿入部
１２ …対物レンズ
１３ …励起光カットフィルタ
１４ …ＣＣＤ
１５ …タイミングコントローラ
１６ …ＣＣＤ駆動手段
１７ …ＣＣＤ感度制御手段
１８ …ＣＣＤ感度設定手段
１９ …画像処理手段
２０ …測光手段
２５ …ライトガイド
２６ …照明用レンズ
３０ …ランプ
３１ …絞り
３２ …絞り制御手段
３３ …ＲＧＢ回転フィルタ
３４ …モータ
３５ …集光レンズ
３６ …回転フィルタ切替手段
３７ …ＲＧＢ回転フィルタ制御手段
４０ …モード切替手段

Claims (3)

1. 複数の特定波長領域の光を順次生体組織に照射可能な光源装置と、
   前記生体組織に順次照射された前記複数の特定波長領域の光に基づく複数の戻り光を受光し、前記複数の戻り光を増倍する電荷増倍率の変更が可能な固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子からの出力信号を処理する信号処理手段と、
   前記固体撮像素子で受光する前記複数の特定波長領域の光に基づく複数の戻り光に対する電荷増倍率の比率を設定する電荷増倍比率設定手段と、を備え、
   前記複数の特定波長領域の光として生体組織を励起する励起光と緑狭帯域光と赤狭帯域光とを含んで順次生体組織に照射すると共に、前記複数の戻り光として励起光照射に対する自家蛍光と緑狭帯域光の照射に対する緑狭帯域の反射光と赤狭帯域光の照射に対する赤狭帯域の反射光とを含み、
   前記電荷増倍比率設定手段は、前記複数の戻り光のうち前記励起光照射に対する自家蛍光と、緑狭帯域光の照射に対する緑狭帯域の反射光及び赤狭帯域光の照射に対する赤狭帯域の反射光を含む他の戻り光との間の電荷増幅倍率の比率を一定にし、
   前記信号処理手段は、前記電荷増倍比率設定手段により設定された前記自家蛍光と前記緑狭帯域光の照射に対する緑狭帯域の反射光及び赤狭帯域光の照射に対する赤狭帯域の反射光を含む他の戻り光との間の電荷増倍の比率に基づいて前記自家蛍光及び前記他の戻り光による画像を合成することを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記固体撮像素子は、電荷増倍機構を有し、この電荷増倍機構にパルス状の高電界駆動信号が加えられることにより前記電荷増倍率の変更を行い、前記電荷増倍比率設定手段は、前記パルス状の高電界駆動信号のパルス数を変更することにより前記電荷増倍率の比率を設定することを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
3. 前記固体撮像素子は、電荷増倍機構を有し、この電荷増倍機構にパルス状の高電界駆動信号が加えられることにより前記電荷増倍率の変更を行い、前記電荷増倍比率設定手段は、前記パルス状の高電界駆動信号のパルス電圧を変更することにより前記電荷増倍率の比率を設定することを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。

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