JP5926980B2 - 撮像装置および撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、撮像用の複数の画素のうち読み出し対象として任意に指定された画素から光電変換後の電気信号を画像情報として出力可能である撮像装置および撮像システムに関する。

従来から、医療分野においては、患者等の被検体の臓器を観察する際に内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、例えば可撓性を有する細長形状をなし、被検体の体腔内に挿入される挿入部と、挿入部の先端に設けられて体内画像を撮像する撮像素子（撮像装置）と、撮像素子が撮像した体内画像を表示可能な表示部とを有する。内視鏡システムを用いて体内画像を取得する際には、被検体の体腔内に挿入部を挿入した後、この挿入部の先端から体腔内の生体組織に白色光等の照明光を照射し、撮像素子が体内画像を撮像する。挿入部は、撮像素子によって撮像された映像信号を、信号処理を行う信号処理部によってＡ／Ｄ変換等を行い、信号処理された映像信号を表示部側に出力する。医師等のユーザは、表示部が表示する体内画像に基づいて被検体の臓器の観察を行う。

ところで、上述した撮像部を有する内視鏡システムにおいて、不具合が生じた場合、故障箇所を特定する必要がある。ここで、表示された画像に異常が生じている場合、上述した挿入部、撮像装置および表示部のうち、いずれの箇所に故障（異常）が生じているかを特定する際は、各部（挿入部、撮像装置および表示部）を別のものに交換する。

また、内視鏡システムに異常が生じた場合、例えば、挿入部において撮像素子が正常に動作し、信号処理部に異常がある場合に、撮像素子の出力に同調している擬似映像信号をもとに表示部に擬似画像を表示させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によって、表示部に連続的に表示されている画像が信号処理部の異常によって表示されなくなることを防止することが可能となり、撮像素子によって得られる画像を途切れることなく表示することができる。

特開２００６−３４６３５７号公報

しかしながら、特許文献１が開示する技術では、撮像素子が動作することを前提とし、撮像素子以外の処理部全体として異常であるかを検知して、擬似映像信号を用いるものであり、撮像素子以外の構成における異常箇所を詳細に特定することはできない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮像装置内における異常箇所を詳細に特定することができる撮像装置および撮像システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる撮像装置は、複数の画素から光電変換後の電気信号を画像情報として出力する撮像部と、該撮像部から出力された画像情報を含む信号の信号処理を行う信号処理部と、該信号処理部が処理した信号を外部に送信する送信部と、を備えた撮像装置において、前記撮像部、前記信号処理部および前記送信部は、自身の動作状態の判別に用いられる判別用信号をそれぞれ生成することを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記判別用信号をもとに、前記撮像部、前記信号処理部および前記送信部における異常の有無を個別に判別可能な異常判別部と、前記異常判別部が異常であると判別した箇所の動作を個別にリセットするリセット制御部と、をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記異常判別部は、前記撮像装置が送信した信号に含まれ、前記複数の画素のうち光が当たらないオプティカルブラック領域、またはブランキング領域に付加された前記判別用信号に応じたデータに基づいて、前記撮像部、前記信号処理部および前記送信部における異常の有無を個別に判別することを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記異常判別部は、前記複数の画素のうち光が当たらないオプティカルブラック領域の画素値に基づいて、前記撮像部、前記信号処理部および前記送信部における異常の有無を個別に判別することを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像システムは、複数の画素から光電変換後の電気信号を画像情報として出力する撮像部と、該撮像部から出力された画像情報を含む信号の信号処理を行う信号処理部と、少なくとも前記信号処理部が処理した信号を外部に送信する第１の送信部と、外部からの信号を受信する第１の受信部と、当該撮像装置の動作を制御する制御部と、を有し、前記撮像部、前記信号処理部および前記第１の送信部が、自身の動作状態の判別に用いられる判別用信号をそれぞれ生成する撮像装置と、前記撮像装置と通信接続され、外部からの信号の受信を行なう第２の受信部と、外部に対して信号の送信を行う第２の送信部と、前記判別用信号に基づいて前記撮像装置における前記撮像部、前記信号処理部および前記第１の送信部の異常判別を行う異常判別部と、前記異常判別部によって異常であると判別された異常箇所の動作をリセットさせるリセット信号を生成するリセット制御部と、を有する外部装置と、を備え、前記制御部は、前記リセット信号をもとに、前記異常箇所の動作をリセットさせることを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像システムは、上記の発明において、前記第１の送信部は、前記判別用信号を前記画像情報に重畳して前記外部装置へ送信することを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像システムは、上記の発明において、前記異常判別部は、前記複数の画素のうち光が当たらないオプティカルブラック領域の画素値に基づいて、前記撮像部、前記信号処理部および前記第１の送信部における異常の有無を個別に判別することを特徴とする。

本発明によれば、撮像部、信号処理部および送信部が、自身の動作状態を判別させる判別用信号をそれぞれ生成し、生成された判別用信号をもとに、撮像部、信号処理部、送信部および受信部における異常の有無を個別に判別するようにしたので、撮像装置内における異常箇所を詳細に特定することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの異常判別処理を説明するための図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの異常判別処理を説明するための図である。 図５は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの異常判別処理を説明するための図である。 図６は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる内視鏡システムの異常判別処理を説明するための図である。 図７は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる内視鏡システムの信号出力の態様を説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態２にかかる内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。 図９は、本発明の実施の形態３にかかる内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。 図１０は、本発明の実施の形態３にかかる内視鏡システムの電気信号の一例を示す模式図である。 図１１は、本発明のその他の実施の形態にかかる断線検知処理を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、患者等の被検体の体腔内の画像を撮像して表示する医療用の内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。なお、以下の説明では、撮像システムの例として内視鏡システムを説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す図である。図２は、内視鏡システム１の要部の機能構成を示すブロック図である。図１に示すように、内視鏡システム１は、被検体の体腔内に先端部を挿入することによって被写体の体内画像を撮像する内視鏡２と、内視鏡２が撮像した体内画像に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御する制御装置３（外部装置）と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する光源装置４と、制御装置３が画像処理を施した体内画像を表示する表示装置５と、を備える。

内視鏡２は、可撓性を有する細長形状をなす挿入部２１と、挿入部２１の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から挿入部２１が延びる方向と異なる方向に延び、制御装置３および光源装置４と接続する各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコード２３と、を備える。

挿入部２１は、後述する撮像素子を内蔵した先端部２４と、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部２５と、湾曲部２５の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部２６と、を有する。

先端部２４は、グラスファイバ等を用いて構成されて光源装置４が発生した光の導光路をなすライトガイド２４１と、ライトガイド２４１の先端に設けられた照明レンズ２４２と、集光用の光学系２４３と、光学系２４３の結像位置に設けられ、光学系２４３が集光した光を受光して電気信号に光電変換して所定の信号処理を施す撮像装置としての撮像素子２４４と、内視鏡２用の処置具が通る処置具チャンネル（図示せず）と、を有する。光学系２４３は、一つまたは複数のレンズからなる。

図２を参照して、撮像素子２４４の構成を説明する。図２に示すように、撮像素子２４４は、光学系２４３からの光を光電変換して電気信号を画像情報として出力するセンサ部２４４ａ（撮像部）と、センサ部２４４ａが出力した電気信号に対してノイズ除去やＡ／Ｄ変換を行う信号処理部としてのアナログフロントエンド２４４ｂ（以下、「ＡＦＥ部２４４ｂ」という）と、ＡＦＥ部２４４ｂが出力したデジタル信号をパラレル／シリアル変換して外部に送信するＰ／Ｓ変換部２４４ｃ（送信部、第１の送信部）と、センサ部２４４ａの駆動タイミング、ＡＦＥ部２４４ｂおよびＰ／Ｓ変換部２４４ｃにおける各種信号処理のパルスを発生するタイミングジェネレータ２４４ｄと、撮像素子２４４の動作を制御する制御部２４４ｅと、各種設定情報を記憶する記憶部２４４ｋと、を有する。撮像素子２４４は、ＣＭＯＳイメージセンサである。タイミングジェネレータ２４４ｄは、制御装置３から送信される各種駆動信号を受信する。また、制御部２４４ｅは、制御装置３から送信される各種制御信号を受信する。なお、本実施の形態１では、制御部２４４ｅが第１の受信部として機能するものとして説明するが、制御信号や設定データ等を一括して送受信する送受信部（第１の受信部および第１の送信部に対応）を別個に設ける構成であってもよい。

センサ部２４４ａは、光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードおよびフォトダイオードが蓄積した電荷を増幅する増幅器をそれぞれ有する複数の画素が２次元マトリックス状に配設された受光部２４４ｆと、受光部２４４ｆの複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を画像情報として読み出す読み出し部２４４ｇと、を有する。

ＡＦＥ部２４４ｂは、電気信号に含まれるノイズ成分を低減するとともに、電気信号の増幅率を調整して一定の出力レベルを維持するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）部２４４ｈと、ＣＤＳ部２４４ｈを介して出力された電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２４４ｉと、Ａ／Ｄ変換部２４４ｉにおいてデジタル変換された電気信号の補正を行う補正部２４４ｊと、を有する。ＣＤＳ部２４４ｈは、たとえば相関二重サンプリング法を用いてノイズの低減を行う。また、補正部２４４ｊは、画素欠陥に対する画像の補正や、色補正（ＲＧＢ映像信号の階調補正（γ補正））を行う。

制御部２４４ｅは、制御装置３から受信した設定データにしたがって、先端部２４の各種動作を制御する。制御部２４４ｅは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成される。また、制御部２４４ｅは、各部（例えば、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄ）からそれぞれ生成する判別用信号（判別用データ）が付加された信号をもとに、各部の異常の有無を判別する異常判別部２４４ｌと、異常判別部２４４ｌにおいて異常箇所があると判別された場合に、その異常箇所を個別にリセットするリセット制御部２４４ｍと、を有する。

記憶部２４４ｋは、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体メモリを用いて実現され、制御装置３の識別情報および面順次式または同時式の観察方式を示す観察情報、撮像素子２４４の撮像速度（フレームレート）、およびセンサ部２４４ａの任意の画素からの画素情報の読み出し速度やシャッタ制御設定や、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄの設定データ等の設定情報、ならびにＡＦＥ部２４４ｂが読み出した画素情報の伝送制御情報、異常箇所の判別を行うためのリファレンス情報等を記憶する。

操作部２２と先端部２４との間には、制御装置３との間で電気信号の送受信を行う複数の信号線が束ねられた集合ケーブル２４５が接続し、操作部２２とコネクタ部２７との間には集合ケーブル２２４が接続している。複数の信号線には、撮像素子２４４が出力した映像信号を制御装置３へ伝送する信号線および制御装置３が出力する制御信号を撮像素子２４４へ伝送する信号線等が含まれる。また、電気信号の送受信には、２本の信号線（差動信号線）を用いて一つの信号を伝送する方式（差動伝送）が用いられる。差動信号線間の電圧をそれぞれ正（＋）および負（−、位相反転）とすることによって、各線にノイズが混入してもキャンセルできるため、シングルエンド信号に比べてノイズに強く、データの高速伝送が可能となる。なお、上述した差動伝送は、ユニバーサルコード２３や可撓管部２６の長さが長い場合に用いられることが好ましく、この長さが短い場合は、シングルエンド信号を用いるシングルエンド信号伝送であっても適用可能である。

操作部２２は、湾曲部２５を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ２２１と、体腔内に生体鉗子、レーザメスおよび検査プローブ等の処理具を挿入する処置具挿入部２２２と、送気手段、送水手段、送ガス手段等の切り替えを行う信号を入力する複数の第１入力スイッチ２２３ａ、および制御装置３、光源装置４の設定を入力する複数の第２入力スイッチ２２３ｂからなるスイッチ２２３と、を有する。処置具挿入部２２２から挿入される処置具は、先端部２４の処置具チャンネルを経由して開口部から表出する（図示せず）。ここで、コネクタ部２７から先端部２４に信号を伝送する場合において、ユニバーサルコード２３で信号を中継して、差動信号をシングルエンド信号に変換する回路を配設する。また、差動信号を先端部２４まで伝送させる場合、この差動信号からシングルエンド信号に変換する変換回路を差動バッファとしてもよいし、先端部２４からコネクタ部２７に伝送する差動信号を一度中継し、差動バッファを配置するようにしてもよい。

ユニバーサルコード２３は、ライトガイド２４１と、集合ケーブル２２４と、を少なくとも内蔵している。ユニバーサルコード２３は、光源装置４に着脱自在なコネクタ部２７（図１を参照）を有する。コネクタ部２７は、コイル状のコイルケーブル２７ａが延設し、コイルケーブル２７ａの延出端に制御装置３と着脱自在な電気コネクタ部２８を有する。コネクタ部２７は、内部に内視鏡２の制御を行う制御部２７１と、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）２７２と、コンフィグレーションデータを記録するＥＥＰＲＯＭ２７３と、を有する。

つぎに、制御装置３の構成について説明する。制御装置３は、Ｓ／Ｐ変換部３０１と、画像処理部３０２と、明るさ検出部３０３と、調光部３０４と、読出アドレス設定部３０５と、駆動信号生成部３０６と、入力部３０７と、記憶部３０８と、制御部３０９と、基準クロック生成部３１０と、を備える。なお、本実施の形態では、制御装置３として面順次の構成を例に説明するが、同時式であっても適用することができる。

Ｓ／Ｐ変換部３０１は、先端部２４から受信した映像信号（電気信号）をシリアル／パラレル変換する。

画像処理部３０２は、Ｓ／Ｐ変換部３０１から出力されたパラレル形態の映像信号をもとに、表示装置５が表示する体内画像を生成する。画像処理部３０２は、同時化部３０２ａと、ホワイトバランス（ＷＢ）調整部３０２ｂと、ゲイン調整部３０２ｃと、γ補正部３０２ｄと、Ｄ／Ａ変換部３０２ｅと、フォーマット変更部３０２ｆと、サンプル用メモリ３０２ｇと、静止画像用メモリ３０２ｈと、を有する。

同時化部３０２ａは、画素情報として入力された映像信号を、画素ごとに設けられた三つのメモリ（図示せず）に入力し、読み出し部２４４ｇが読み出した受光部２４４ｆの画素のアドレスに対応させて、各メモリの値を順次更新しながら保持するとともに、これら三つのメモリの映像信号をＲＧＢ映像信号として同時化する。同時化部３０２ａは、同時化したＲＧＢ映像信号をホワイトバランス調整部３０２ｂへ順次出力するとともに、一部のＲＧＢ映像信号を、明るさ検出などの画像解析用としてサンプル用メモリ３０２ｇへ出力する。

ホワイトバランス調整部３０２ｂは、ＲＧＢ映像信号のホワイトバランスを自動的に調整する。具体的には、ホワイトバランス調整部３０２ｂは、ＲＧＢ映像信号に含まれる色温度に基づいて、ＲＧＢ映像信号のホワイトバランスを自動的に調整する。

ゲイン調整部３０２ｃは、ＲＧＢ映像信号のゲイン調整を行う。ゲイン調整部３０２ｃは、ゲイン調整を行ったＲＧＢ信号をγ補正部３０２ｄへ出力するとともに、一部のＲＧＢ信号を、静止画像表示用、拡大画像表示用または強調画像表示用として静止画像用メモリ３０２ｈへ出力する。

γ補正部３０２ｄは、表示装置５に対応させてＲＧＢ映像信号の階調補正（γ補正）を行う。

Ｄ／Ａ変換部３０２ｅは、γ補正部３０２ｄが出力した階調補正後のＲＧＢ映像信号をアナログ信号に変換する。

フォーマット変更部３０２ｆは、アナログ信号に変換された映像信号をハイビジョン方式等の動画用のファイルフォーマットに変更して表示装置５に出力する。

明るさ検出部３０３は、サンプル用メモリ３０２ｇが保持するＲＧＢ映像信号から、各画素に対応する明るさレベルを検出し、検出した明るさレベルを内部に設けられたメモリに記録するとともに制御部３０９へ出力する。また、明るさ検出部３０３は、検出した明るさレベルをもとにホワイトバランス調整値、ゲイン調整値および光照射量を算出し、ゲイン調整値をゲイン調整部３０２ｃへ出力する。また、ホワイトバランス調整値、ホワイトバランス調整部３０２ｂ、光照射量を調光部３０４へ出力する。

調光部３０４は、制御部３０９の制御のもと、明るさ検出部３０３が算出した光照射量をもとに光源装置４が発生する光の種別、光量、発光タイミング等を設定し、この設定した条件を含む光源同期信号を光源装置４へ送信する。

読出アドレス設定部３０５は、センサ部２４４ａの受光面における読み出し対象の画素および読み出し順序を、内視鏡２内の制御部２７１と通信することにより設定する機能を有する。制御部２７１は、ＥＥＰＲＯＭ２７３に格納されているセンサ部２２４ａの種類情報を読み出し、制御装置３へ送信する。読出アドレス設定部３０５は、ＡＦＥ部２４４ｂが読み出すセンサ部２４４ａの画素のアドレスを設定する機能を有する。また、読出アドレス設定部３０５は、設定した読み出し対象の画素のアドレス情報を同時化部３０２ａへ出力する。

駆動信号生成部３０６は、内視鏡２を駆動するための駆動用のタイミング信号（水平同期信号（ＨＤ）および垂直同期信号（ＶＤ））を生成し、ＦＰＧＡ２７２、集合ケーブル２２４，２４５に含まれる所定の信号線を介してタイミングジェネレータ２４４ｄ（撮像素子２４４）へ送信する。このタイミング信号は、読み出し対象の画素のアドレス情報を含む。

入力部３０７は、フロントパネルやキーボードにより設定されるフリーズ、レリーズ、各種画像調整（強調、電子拡大、色調など）等、内視鏡システム１の動作を指示する動作指示信号等の各種信号の入力を受け付ける。

記憶部３０８は、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体メモリを用いて実現される。記憶部３０８は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラム、および内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記憶する。また、記憶部３０８は、制御装置３の識別情報および観察情報を記憶する。ここで、識別情報には、制御装置３の固有情報（ＩＤ）、年式、制御部３０９のスペック情報および伝送レート情報が含まれる。

制御部３０９は、ＣＰＵ等を用いて構成され、内視鏡２および光源装置４を含む各構成部の駆動制御、および各構成部に対する情報の入出力制御などを行う。制御部３０９は、撮像制御のための設定データ等をコネクタ部２７のＦＰＧＡ２７２で受信し、撮像素子２４４に必要な信号およびデータを集合ケーブル２２４，２４５に含まれる所定の信号線を介して制御部２４４ｅへ送信する。なお、先端部２４側へ各種の信号を送信する送信部を別個設けてもよい。

基準クロック生成部３１０は、内視鏡システム１の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号を生成し、内視鏡システム１の各構成部に対して生成した基準クロック信号を供給する。

つぎに、光源装置４の構成について説明する。光源装置４は、光源４１と、光源ドライバ４２と、回転フィルタ４３と、駆動部４４と、駆動ドライバ４５と、光源制御部４６と、を備える。

光源４１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４６の制御のもと、白色光を発生する。光源ドライバ４２は、光源４１に対して光源制御部４６の制御のもとで電流を供給することにより、光源４１に白色光を発生させる。光源４１が発生した光は、回転フィルタ４３および集光レンズ（図示せず）およびライトガイド２４１を経由して先端部２４の先端から照射される。

回転フィルタ４３は、光源４１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４１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４３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４３１、緑色フィルタ４３２および青色フィルタ４３３を有する。回転フィルタ４３は、回転することにより、赤、緑および青の波長帯域（例えば、赤：６００ｎｍ〜７００ｎｍ、緑：５００ｎｍ〜６００ｎｍ、青：４００ｎｍ〜５００ｎｍ）を有する光を順次透過させる。これにより、光源４１が発する白色光は、狭帯域化した赤色光、緑色光および青色光のいずれかの光を内視鏡２に順次出射することができる。

駆動部４４は、ステッピングモータやＤＣモータ等を用いて構成され、制御装置３から送信される同期信号を基準として回転フィルタ４３を回転動作させる。駆動ドライバ４５は、光源制御部４６の制御のもと、駆動部４４に所定の電流を供給する。

光源制御部４６は、調光部３０４から送信された調光信号にしたがって光源４１に供給する電流量を制御する。また、光源制御部４６は、制御部３０９の制御のもと、駆動ドライバ４５を介して駆動部４４を駆動することにより、回転フィルタ４３を回転させる。

表示装置５は、映像ケーブルを介して制御装置３が生成した体内画像を制御装置３から受信して表示する機能を有する。表示装置５は、例えば液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）等を用いて構成される。

以上の構成を有する内視鏡システム１において、内視鏡２（先端部２４）の各部（例えば、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄ）からそれぞれ判別用信号（判別用データ）を生成させ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃから出力される信号であって、各部の判別用信号が付加された信号をもとに異常判別部２４４ｌが異常の有無を判別する。異常判別部２４４ｌが、異常箇所があると判別した場合、リセット制御部２４４ｍは、その異常箇所に対して個別にリセットさせる。

続いて、異常箇所の判別処理について説明する。まず、異常判別部２４４ｌは、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃから出力される信号に基づき、各部（例えば、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄ）の異常の有無を判別する。

図３〜５は、本実施の形態１にかかる内視鏡システム１の異常判別処理を説明するための図である。ここで、受光部２４４ｆの画素が配列される領域を画素配列領域Ｒとし、この画素配列領域Ｒにおいて、実際に撮像する際に用いられる画素（有効画素）が配設される領域を有効画素領域Ｒ_ａ、有効画素領域Ｒ_ａの周囲に設けられ、例えばノイズ補正用の画素であって、遮光された画素の領域をオプティカルブラック（ＯＢ）領域Ｒ_ｂとする。

このとき、撮像素子２４４の各部、例えばセンサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃは、画像データ中、オプティカルブラック領域Ｒ_ｂに応じた領域、またはブランキング領域の異なるタイミングに生成した判別用信号を判別用データとしてそれぞれ付加する。この場所は、例えば、図３〜５に示す領域Ｒ_ｄ１〜Ｒ_ｄ３に相当する。その後、撮像素子２４４の各部は、判別用データを付加した画像データを電気信号として異常判別部２４４ｌに出力する。

なお、各領域Ｒ_ｄ１〜Ｒ_ｄ３は、各部の判別用データを付加することができれば、同じサイズでもよく、異なるサイズでもよい。また、ＡＦＥ部２４４ｂの付加領域には、上述したＣＤＳ部２４４ｈ、Ａ／Ｄ変換部２４４ｉおよび補正部２４４ｊの判別用データがそれぞれ付加される。

異常判別部２４４ｌは、判別用データが付加された電気信号が入力されると、各部の判別用データをそれぞれ抽出して、異常の有無の判別を行う。センサ部２４４ａの異常判別を行う場合、異常判別部２４４ｌは、例えば、オプティカルブラック領域Ｒ_ｂの信号（Signal）とノイズ（Noise）との比であるＳＮ比を、記憶部２４４ｋに予め記憶されているリファレンス（基準ＳＮ比）と比較して、異常であるか否かを判別する。

ＣＤＳ部２４４ｈおよびＡ／Ｄ変換部２４４ｉの異常判別を行う場合、異常判別部２４４ｌは、例えば、判別用データとして所定のテストパターンやクランプしたＯＢ値が用いられ、記憶部２４４ｋに予め記憶されているリファレンス（基準テストパターンや基準ＯＢ値）と比較して、異常であるか否かを判別する。

補正部２４４ｊの異常判別を行う場合、異常判別部２４４ｌは、例えば、補正部２４４ｊが生成した判別用の擬似補正対象を用いて、記憶部２４４ｋに予め記憶されているリファレンス（擬似補正対象の補正効果の期待値）と比較して、異常であるか否かを判別する。具体的には、傷補正の場合、補正部２４４ｊが生成した、判別用の所定レベルの傷データへの補正に対する補正効果を、異常判別部２４４ｌが、その傷データに対する補正効果の期待値と比較して異常判別を行う。また、色補正の場合、補正部２４４ｊが生成した判別用の所定レベルの色データへの補正に対する補正効果を、異常判別部２４４ｌが、その色データに対する補正効果の期待値と比較して異常判別を行う。

Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃの異常判別を行う場合、異常判別部２４４ｌは、例えば、判別用データとして所定のテストパターンが用いられ、記憶部２４４ｋに予め記憶されているリファレンス（基準テストパターン）と比較して、異常であるか否かを判別する。

また、タイミングジェネレータ２４４ｄの異常判別を行う場合、異常判別部２４４ｌは、例えば、タイミングジェネレータ２４４ｄに入力される信号と、タイミングジェネレータ２４４ｄから出力される信号とを取得して、この出力信号が、所定のタイミングでトグルしているか否かを判断することによって、異常であるか否かを判別する。例えば、入力信号のトグルを確認する第１カウンタと、この第１カウンタでリセットされる出力信号のトグルを確認する第２カウンタとの各カウンタ値を比較して、異常の判別を行う。

なお、異常判別部２４４ｌが、タイミングジェネレータ２４４ｄが出力する信号のみを取得し、この出力信号と、予め記憶部２４４ｋに記憶されている基準データとを比較して異常であるか否かを判別するものであってもよい。また、タイミングジェネレータ２４４ｄの出力に対して、ウォッチドッグタイマを用いて異常を判別することも可能である。

上述したような各部に対する異常判別処理が終了し、異常判別部２４４ｌにおいて異常箇所が存在すると判別された場合、リセット制御部２４４ｍが、異常箇所と判別された箇所を個別にリセットする。リセット制御部２４４ｍは、センサ部２４４ａおよびＰ／Ｓ変換部２４４ｃに異常がある場合、受光部２４４ｆの電源を所定時間オフした後、オンして起動させる。タイミングジェネレータ２４４ｄ、ＣＤＳ部２４４ｈ、Ａ／Ｄ変換部２４４ｉに異常がある場合、リセット制御部２４４ｍは、記憶部２４４ｋに記憶されている設定情報を再度読み込ませて、リロードさせる。また、補正部２４４ｊに異常がある場合、リセット制御部２４４ｍは、記憶部２４４ｋに記憶されている各種パラメータを補正部２４４ｊにリロードさせる。

なお、タイミングジェネレータ２４４ｄが異常の場合、カウンタ値をリセットしてもよい。また、タイミングジェネレータ２４４ｄ、ＣＤＳ部２４４ｈ、Ａ／Ｄ変換部２４４ｉにおいて、リロードによっても異常状態が解消されない場合は、電源を所定時間オフした後、オンして起動させる。

以上説明した本実施の形態１によれば、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄに、自身の動作状態を判別させる判別用信号をそれぞれ生成させて、映像信号等の出力信号に付加させ、この信号に基づいて、異常判別部２４４ｌが、各部の異常の有無を個別に判別するようにしたので、内視鏡２内における異常箇所、特に撮像素子２４４の異常箇所を詳細に特定することができる。

また、本実施の形態１によれば、リセット制御部２４４ｍが、異常があった箇所に対して個別にリセットさせるため、異常があった場合でも、その異常状態からの復帰にかかる時間を短縮することが可能となる。

なお、上述した本実施の形態１において、各部で生成された判別用信号は、センサ部２４４ａで得られた映像信号に付加するものであってもよいし、異常判別モードとして、判別用信号を映像信号とは別に出力するものであってもよい。

また、上述した本実施の形態１において、光源装置４が、回転フィルタ４３を有する面順次式であるものとして説明したが、撮像素子２４４側でカラーフィルターを有するものであれば、回転フィルタ４３を有さない同時式であるものであってもよい。

図６は、本実施の形態１の変形例１にかかる内視鏡システムの異常判別処理を説明するための図である。上述した実施の形態１では、複数の画素からなり、１つの画像に対応する１フレームに応じた画素配列領域Ｒにおいて、各部の判別用データを付加するものとして説明したが、１フレームに対して一つの判別用データを付加するものであってもよい。例えば、図６に示すように、あるフレームに応じた画素配列領域Ｒの領域Ｄ_ｄ４に対して上述したいずれかの箇所の判別用データを付加し、異なるフレームに対しては、このフレームに応じた画素配列領域Ｒの領域Ｒ_ｄ４に対して、異なる箇所の判別用データを付加する。

また、２次元マトリックス状に配設された画素に対して、奇数ラインと偶数ラインとで、出力信号に付加する判別用データが異なるようにしてもよい。また、時間的に付加する判別用データが異なるようにしてもよい。

ここで、上述した実施の形態１および変形例１のほか、異常判別部は、ＯＢ領域の画素値（Ｓ／Ｎ比やＯＢ値の平均値）を用いることによって各部の異常の判別を行ってもよい。例えば、Ｓ／Ｎ比が所定の数値より高い場合は、センサ部２２４ａにおいて、温度上昇による熱雑音が増大していると判断することができる。また、平均値が、設定値と異なる場合は、ＣＤＳ部２４４ｈ、Ａ／Ｄ変換部２４４ｉにおいて、クランプ異常が発生していると判断することができる。ここで、ＯＢ値が所定の範囲内で一定であるものと仮定した場合、Ｐ／Ｓ変換部２２４ｃが判別用信号を付加することで、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂに加えて、Ｐ／Ｓ変換部２２４ｃの異常判別を行うことが可能である。

図７は、本実施の形態１の変形例２にかかる内視鏡システムの信号出力の態様を説明する図である。上述した実施の形態１では、センサ部２４４ａから出力される映像信号に対して、各部が判別用データ（判別用信号）を付加した後、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃが異常判別部２４４ｌに判別用の信号を出力するものとして説明したが、図７に示すように、各部が個別に、異常判別部２４４ｌに判別用のアナログ／デジタル信号をそれぞれ出力するものであってよい。

このとき、各部が連続して判別用の信号をそれぞれ出力するものであってもよいし、奇数ライン及び偶数ラインに応じて、設定されたラインにおいて判別用の信号を出力するものであってよいし、時間的に設定された所定の間隔で各部が判別用の信号を生成して出力するものであってもよい。

なお、上述した実施の形態１および変形例１，２にかかる異常判別において、少なくともタイミングジェネレータ２４４ｄに異常があると判別された場合、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ（ＣＤＳ部２４４ｈ、Ａ／Ｄ変換部２４４ｉおよび補正部２４４ｊ）およびＰ／Ｓ変換部２４４ｃが、タイミングジェネレータ２４４ｄに依存するため、リセット制御部２４４ｍは、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂおよびＰ／Ｓ変換部２４４ｃをマスクして、タイミングジェネレータ２４４ｄに対して優先的にリセット処理を行うことが好ましい。

（実施の形態２）
図８は、本実施の形態２にかかる内視鏡システム１ａの要部の機能構成を示すブロック図である。なお、上述した内視鏡システム１にかかる構成と同一の箇所には、同一の符号が付してある。上述した実施の形態１では、先端部２４において、異常判別およびリセット制御を行うものとして説明したが、異常判別およびリセット制御を、制御装置３（外部装置）側で行うものであってもよい。

内視鏡システム１ａは、上述した内視鏡システム１の制御部２４４に設けられる異常判別部２４４ｌおよびリセット制御部２４４ｍに代えて、図８に示すように、制御装置３ａの制御部３０９が、異常判別部３０９ａおよびリセット制御部３０９ｂを有する。また、記憶部３０８は、上述した各種情報のほか、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄの設定データ等の設定情報や、異常箇所の判別を行うためのリファレンス情報等を記憶する。

異常判別部３０９ａは、先端部２４ａから判別用信号（制御信号）として、映像信号とは別に制御部３０９が受信した各部（例えば、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄ）の判別用データをもとに、異常の有無を判別する。各部に対する判別処理は、上述した実施の形態１などと同様である。

リセット制御部３０９ｂは、異常判別部３０９ａにおいて異常箇所が存在すると判別された場合、異常箇所と判別された箇所を個別にリセットするためのリセット信号を生成して制御部３０９に出力する。制御部３０９は、生成されたリセット信号を先端部２４ａの制御部２４４ｅに出力する。なお、制御部２４４ｅがリセット信号に基づき行うリセット処理は、上述した実施の形態１（リセット制御部２４４ｍが行うリセット処理）と同様である。なお、本実施の形態２では、制御部３０９が第２の受信部および第２の送信部として機能するものとして説明するが、通信インターフェイスとして、制御信号や設定データ等を一括して送受信する送受信部（第２の受信部および第２の送信部に対応）を別個に設ける構成であってもよい。

以上説明した本実施の形態２によれば、上述した実施の形態１と同様に、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄに、自身の動作状態を判別させる判別用信号をそれぞれ生成させ、この判別用信号に基づいて、異常判別部３０９ａが、各部の異常の有無を個別に判別するようにしたので、内視鏡２内における異常箇所、特に撮像素子２４４の異常箇所を詳細に特定することができる。

また、本実施の形態２によれば、リセット制御部３０９ｂが、リセット信号を生成して異常があった箇所に対して個別にリセットさせるため、異常があった場合でも、その異常状態からの復帰にかかる時間を短縮することが可能となる。

また、本実施の形態２によれば、異常判別やリセット信号の生成を制御装置３ａ側で行うため、異常があった場合や、そのリセット信号が生成された場合に表示装置５に表示させることによって、内視鏡２の状態を観察者に確認させることが可能となる。

（実施の形態３）
図９は、本実施の形態３にかかる内視鏡システム１ｂの要部の機能構成を示すブロック図である。なお、上述した内視鏡システム１，１ａにかかる構成と同一の箇所には、同一の符号が付してある。上述した実施の形態１では、先端部２４において、異常判別およびリセット制御を行うものとして説明したが、異常判別およびリセット制御を、制御装置３（外部装置）側で行うものであってもよい。また、上述した実施の形態２では、映像信号とは別に判別用信号として送信される判別用データを用いるものとして説明したが、本実施の形態３のように、映像信号に判別用信号を重畳するものであってもよい。

内視鏡システム１ｂは、上述した内視鏡システム１の制御部２４４に設けられる異常判別部２４４ｌおよびリセット制御部２４４ｍに代えて、図９に示すように、制御装置３ａの制御部３０９が、異常判別部３０９ａおよびリセット制御部３０９ｂを有する。また、記憶部３０８は、上述した各種情報のほか、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄの設定データ等の設定情報や、異常箇所の判別を行うためのリファレンス情報等を記憶する。

先端部２４ｂは、撮像素子２４４ｎのＡＦＥ部２４４ｂとＰ／Ｓ変換部２４４ｃとの間に設けられ、センサ部２４４ａおよびＡＦＥ部２４４ｂ（ＣＤＳ部２４４ｈ、Ａ／Ｄ変換部２４４ｉ、補正部２４４ｊ）が生成した判別用信号を映像信号に重畳する重畳部２４４ｏを有する。

図１０は、本実施の形態３にかかる内視鏡システムの電気信号の一例を示す模式図である。重畳部２４４ｏは、１フレームに相当する画像データＤ_ｐのブランキング期間（同期信号Ｓ_ｓ間のブランキング領域）に、判別用データＤ_１〜Ｄ_４を重畳する。判別用データＤ_１〜Ｄ_４には、例えば、センサ部２４４ａ、ＣＤＳ部２４４ｈ、Ａ／Ｄ変換部２４４ｉおよび補正部２４４ｊの各判別用データがそれぞれ含まれる。また、重畳部２４４ｏの自身の判別用データや、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄの判別用データを重畳することにより、各部の異常の判別が可能である。

異常判別部３０９ａは、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃからＳ／Ｐ変換部３０１に出力される映像信号に重畳された各部（例えば、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄ）の判別用信号をもとに、異常の有無を判別する。各部に対する判別処理は、上述した実施の形態１などと同様である。

リセット制御部３０９ｂは、異常判別部３０９ａにおいて異常箇所が存在すると判別された場合、異常箇所と判別された箇所を個別にリセットするためのリセット信号を生成して制御部３０９に出力する。制御部３０９は、生成されたリセット信号を先端部２４ｂの制御部２４４ｅに出力する。なお、制御部２４４ｅがリセット信号に基づき行うリセット処理は、上述した実施の形態１（リセット制御部２４４ｍが行うリセット処理）と同様である。なお、本実施の形態３では、Ｓ／Ｐ変換部３０１が第２の受信部、制御部３０９が第２の送信部として機能するものとして説明するが、通信インターフェイスとして、制御信号や設定データ等を一括して送受信する送受信部（第２の受信部および第２の送信部に対応）を別個に設ける構成であってもよい。

以上説明した本実施の形態３によれば、上述した実施の形態１と同様に、センサ部２４４ａ、ＡＦＥ部２４４ｂ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃおよびタイミングジェネレータ２４４ｄに、自身の動作状態を判別させる判別用信号をそれぞれ生成させ、この判別用信号に基づいて、異常判別部３０９ａが、各部の異常の有無を個別に判別するようにしたので、内視鏡２内における異常箇所、特に撮像素子２４４ｎの異常箇所を詳細に特定することができる。

また、本実施の形態３によれば、リセット制御部３０９ｂが、リセット信号を生成して異常があった箇所に対して個別にリセットさせるため、異常があった場合でも、その異常状態からの復帰にかかる時間を短縮することが可能となる。

（その他の実施の形態）
図１１は、本発明のその他の実施の形態にかかる異常検知処理を示すフローチャートである。上述した実施の形態のように、判別用信号（判別用データ）を用いて、各部の異常を判別するもののほか、映像信号と検知信号とを用いて、各構成要素の異常を検知することも可能である。また、本実施の形態では、上述した実施の形態１の構成に対してコネクタ部２７の制御部２７１が異常検知を行うものとして説明する。

まず、制御部２７１は、起動後、先端部２４との信号伝送を開始する（ステップＳ１０１）。ここで、制御部２７１は、ＦＰＧＡ２７２を介して所定の検知用信号を先端部２４に送信する。このとき、先端部２４の制御部２４４ｅは、所定の検知用信号を受信したか否かを検知し、レジスタ通信によってコネクタ部２７側にフィードバックする。

制御部２４４ｅによるフィードバック後、制御部２７１は、先端部２４側から映像信号および検知信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、制御部２７１は、先端部２４側から映像信号および検知信号を受信したと判断すると（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、受信した検知信号に、故障情報が含まれているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。制御部２７１は、検知信号に故障情報が含まれていないと判断すると（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、異常検知処理を終了する。

また、制御部２７１は、検知信号に故障情報が含まれていると判断すると（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に移行して、その故障情報を制御装置３の制御部３０９に出力し、先端部２４に故障がある旨を報知する。このとき、制御部３０９は、受信した故障情報をもとに、表示装置５等に故障の旨を表示させる。

一方、制御部２７１は、先端部２４側から映像信号および検知信号を受信していないと判断すると（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、未受信の信号が映像信号と検知信号との両方であるのか、いずれか一方であるのかを判断する（ステップＳ１０５）。制御部２７１は、未受信の信号が映像信号と検知信号との両方であると判断した場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、先端部２４が起動していないと判断し（ステップＳ１０６）、先端部２４に対する電源故障である旨を制御装置３の制御部３０９に報知する（ステップＳ１０７）。

また、制御部２７１は、未受信の信号が映像信号と検知信号とのいずれか一方であると判断した場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、未受信の信号が映像信号であるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。ここで、制御部２７１は、未受信の信号が映像信号であると判断すると（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、映像信号の出力に異常があると判断し、映像信号出力に異常がある旨を制御装置３の制御部３０９に報知する（ステップＳ１０９）。

一方、制御部２７１は、未受信の信号が検知信号であると判断すると（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、検知信号の出力に異常があると判断し、検知信号出力に異常がある旨を制御装置３の制御部３０９に報知する（ステップＳ１１０）。

上述した異常検知処理によって、先端部２４に異常があるか、いずれの出力部分に異常があるかを検知することが可能となる。また、この異常検知処理を行って、先端部２４に異常があると判断された場合に、上述した実施の形態１〜３の各部の異常判別を行うことによって、異常判別処理を一段と効率的に行うことが可能である。

１，１ａ，１ｂ 内視鏡システム
２ 内視鏡
３ 制御装置
４ 光源装置
５ 表示装置
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
２４，２４ａ，２４ｂ 先端部
２５ 湾曲部
２６ 可撓管部
２７ コネクタ部
２８ 電気コネクタ部
４１ 光源
４２ 光源ドライバ
４３ 回転フィルタ
４４ 駆動部
４５ 駆動ドライバ
４６ 光源制御部
２２１ 湾曲ノブ
２２２ 処置具挿入部
２２３ スイッチ
２４１ ライトガイド
２４２ 照明レンズ
２４３ 光学系
２４４，２４４ｎ 撮像素子
２４４ａ センサ部
２４４ｂ アナログフロントエンド
２４４ｃ Ｐ／Ｓ変換部
２４４ｄ タイミングジェネレータ
２４４ｅ，２７１，３０９ 制御部
２４４ｆ 受光部
２４４ｇ 読み出し部
２４４ｈ ＣＤＳ部
２４４ｉ Ａ／Ｄ変換部
２４４ｊ 補正部
２４４ｋ，３０８ 記憶部
２４４ｌ，３０９ａ 異常判別部
２４４ｍ，３０９ｂ リセット制御部
２４５ 集合ケーブル
２７２ ＦＰＧＡ
３０２ 画像処理部
３０３ 明るさ検出部
３０４ 調光部
３０５ 読出アドレス設定部
３０６ 駆動信号生成部
３０７ 入力部
３１０ 基準クロック生成部

Claims (3)

1. 複数の画素から光電変換後の電気信号を画像情報として出力する撮像部と、該撮像部から出力された画像情報を含む信号の信号処理を行う信号処理部と、該信号処理部が処理した信号を外部に送信する送信部と、を備えたＣＭＯＳ撮像素子である撮像装置において、
   前記撮像部、前記信号処理部および前記送信部は、自身の動作状態の判別に用いられる判別用信号をそれぞれ生成し、
   前記信号において前記複数の画素のうち光が当たらないオプティカルブラック領域、またはブランキング領域に前記判別用信号を付加する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記判別用信号をもとに、前記撮像部、前記信号処理部および前記送信部における異常の有無を個別に判別可能な異常判別部と、
   前記異常判別部が異常であると判別した箇所の動作を個別にリセットするリセット制御部と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 複数の画素から光電変換後の電気信号を画像情報として出力する撮像部と、該撮像部から出力された画像情報を含む信号の信号処理を行う信号処理部と、少なくとも前記信号処理部が処理した信号を外部に送信する第１の送信部と、外部からの信号を受信する第１の受信部と、自身の動作を制御する制御部と、を有し、前記撮像部、前記信号処理部および前記第１の送信部が、自身の動作状態の判別に用いられる判別用信号をそれぞれ生成するＣＭＯＳ撮像素子である撮像装置と、
   前記撮像装置と通信接続され、外部からの信号の受信を行なう第２の受信部と、外部に対して信号の送信を行う第２の送信部と、前記判別用信号に基づいて前記撮像装置における前記撮像部、前記信号処理部および前記第１の送信部の異常判別を行う異常判別部と、前記異常判別部によって異常であると判別された異常箇所の動作をリセットさせるリセット信号を生成するリセット制御部と、を有する外部装置と、
   を備え、
   前記撮像装置は、前記複数の画素のうち光が当たらないオプティカルブラック領域、またはブランキング領域に前記判別用信号を付加した前記信号を外部に送信し、
   前記制御部は、前記リセット信号をもとに、前記異常箇所の動作をリセットさせることを特徴とする撮像システム。

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