JP5885617B2 - 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部と、撮像部が撮像した体内画像を表示可能な表示部とを有する。内視鏡システムを用いて体内画像を取得する際には、被検体の体腔内に挿入部を挿入した後、この挿入部の先端から体腔内の生体組織に白色光等の照明光を照射し、撮像部が体内画像を撮像する。医師等のユーザは、表示部が表示する体内画像に基づいて被検体の臓器の観察を行う。撮像部では、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ている。

内視鏡システムを用いて撮像を行う場合、撮像部の各画素における映像信号の読み出しタイミングと、この映像信号に対する画像処理の処理開始タイミングとを合わせるため、このタイミングを同期させる信号として同期信号が用いられる。同期信号は、画面の各行の画素の読み出し開始を示す水平同期信号（ＨＤ）と、１画面の各フィールドの開始を示す垂直同期信号（ＶＤ）とからなる。また、同期をとる方式としては、撮像部において生成された同期信号によって画像処理系の同期をとる内部同期方式と、画像処理系において生成された同期信号によって撮像部から映像信号を出力させる外部同期方式とがある。

上述した同期方式を用いる撮像装置として、内部同期方式にかかる内部同期パルスまたは外部同期方式にかかる外部同期パルスのいずれかの入力によって同期信号（外部同期信号または内部同期信号）の同期方式を自動的に選択するとともに、内部同期パルスおよび外部同期パルスの入力がない場合は、同期信号の同期方式として内部同期方式を選択する撮像装置（自動切換装置）が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、撮像の際は、撮像部に設けられた同期信号発生回路によって発生した同期信号（内部同期信号）によって映像信号を形成し、画像表示を行う際は、ＶＴＲ部に設けられた同期信号分離回路によって取り出された同期信号（外部同期信号）によって画像表示を行う撮像装置（録画再生装置）が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平２−１３１７８号公報 特開昭６２−２０６９７２号公報

ところで、従来の撮像装置では、内部同期信号および外部同期信号による同期方式を選択することが可能であるものの、信号自体の安定度によって選択するものではない。すなわち、装置起動時などの外部から受信する信号が不安定となるおそれのある状態において、内部同期方式および外部同期方式を選択するものにはなっていなかった。これにより、例えば装置起動時に外部同期方式を選択している場合、ノイズなどに起因する外部同期信号の乱れによって、安定した信号伝送が行えなくなるというおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定した信号伝送を行う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、前記撮像部が出力した前記画像情報を外部に送信する送信部と、所定の周期を有する同期信号を発生する同期信号発生部と、外部から送られてくる同期信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した同期信号に基づいて前記送信部が画像情報を送信するスレーブモード、および前記同期信号発生部が発生する同期信号に基づいて前記送信部が画像情報を送信するマスターモードを切り替えるモード切替部と、前記受信部が外部から受信する信号であって、前記送信部による前記画像情報の送信を送信状態または停止状態のいずれかに設定するスタンバイ信号に基づいて前記送信部の送信動作を制御する送信制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる撮像システムは、上記の発明にかかる撮像装置と、前記撮像装置が撮像した画像に所定の画像処理を施す制御装置とを備えた撮像システムであって、前記スレーブモードと前記マスターモードとの間のモード切り替えを前記モード切替部に行わせる切替制御部と、前記撮像装置を駆動するための駆動用のタイミング信号、および前記スタンバイ信号を生成して前記撮像装置へ出力する駆動信号生成部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、制御装置と通信可能に接続された撮像装置において、モード切替部による撮像装置のマスター／スレーブモードの切り替えによって、撮像装置における駆動タイミングを制御するようにしたので、安定した信号伝送を行う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にかかる内視鏡システムにおいて、内視鏡がマスターの場合の信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。 図４は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムにおいて、内視鏡が出力する映像信号の一例を模式的に示す図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムにおいて、制御装置がマスターの場合の信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。 図６は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムにおけるスタンバイ信号の入力による信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。

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。

図１は、本発明の実施の形態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、１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）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（同期信号発生部）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（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ（ＣＩＳ）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（同期信号）を受信する。また、制御部２４４ｅは、後述するスレーブモードおよびマスターモードの切り替えを行なうための信号を受信する。なお、制御装置３から送信される各種駆動信号を受信する受信部を別個設けてもよい。

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（アナログ）に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減部２４４ｈと、電気信号の増幅率（ゲイン）を調整して一定の出力レベルを維持するＡＧＣ（Auto Gain Control）部２４４ｉと、ＡＧＣ部２４４ｉ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２４４ｊと、を有する。ノイズ低減部２４４ｈは、たとえば相関二重サンプリング（Correleted Double Sampling）法を用いてノイズの低減を行う。

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、モード切替部として、撮像素子２４４において、タイミングジェネレータ２４４ｄが受信した同期信号に基づいてＰ／Ｓ変換部２４４ｃが画像情報を送信するスレーブモード（制御装置３がマスター）と、タイミングジェネレータ２４４ｄが発生する同期信号に基づいてＰ／Ｓ変換部２４４ｃが画像情報を送信するマスターモードとの切り替え制御を行なう。制御部２４４ｅは、送信制御部２４４ｌを有する。

送信制御部２４４ｌは、制御装置３から受信した設定データに基づいて、制御装置３への画像信号の伝送を制御する。送信制御部２４４ｌは、タイミングジェネレータ２４４ｄまたは制御装置３側で生成された同期信号に基づいてＰ／Ｓ変換部２４４ｃから操作部２２側への信号の送信の制御を行う。また、送信制御部２４４ｌは、後術するスタンバイ信号によって信号の送信の制御を行う。

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、内視鏡２のマスター／スレーブ設定等の設定情報、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が接続され、操作部２２とコネクタ部２７との間には集合ケーブル２２４が接続されている。複数の信号線には、撮像素子２４４が出力した画像信号を制御装置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操作部２２で中継し、差動バッファを配置するようにしてもよい。なお、例えば、ユニバーサルコード２３内の差動の信号伝達にはツイナックス線、挿入部２１内のシングルエンド信号伝送には同軸線を適用するというように、挿入部２１およびユニバーサルコード２３でそれぞれの伝送に適した撮像ケーブルで構成することが好ましい。

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、内視鏡２の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号（例えば、６８ＭＨｚのクロック）を生成する基準クロック生成部２７３と、コンフィグレーションデータを記録する第１ＥＥＰＲＯＭ２７４と、撮像情報を含む内視鏡固有データを記録する第２ＥＥＰＲＯＭ２７５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から受信した画像信号（デジタル信号）をシリアル／パラレル変換する。

画像処理部３０２は、Ｓ／Ｐ変換部３０１から出力されたパラレル形態の画像信号をもとに、表示装置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画像信号を、画素ごとに設けられた３つのメモリ（図示せず）に入力し、読み出し部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３つのメモリの画像信号をＲＧＢ画像信号として同時化する。同時化部３０２ａは、同時化したＲＧＢ画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画像信号を、明るさ検出などの画像解析用としてサンプル用メモリ３０２ｇへ出力する。

ホワイトバランス調整部３０２ｂは、ＲＧＢ画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画像信号に含まれる色温度に基づいて、ＲＧＢ画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画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画像信号の階調補正（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画像信号をアナログ信号に変換する。

フォーマット変更部３０２ｆは、アナログ信号に変換された画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画像信号から、各画素に対応する明るさレベルを検出し、検出した明るさレベルを内部に設けられたメモリに記録するとともに制御部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、ホワイトバランス調整値をホワイトバランス調整部３０２ｂへ、ゲイン調整値をゲイン調整部３０２ｃへ、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、第２ＥＥＰＲＯＭ２７５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。また、駆動信号生成部３０６は、内視鏡２から制御装置３に送信される電気信号の送信制御を行なうためのスタンバイ信号を生成する。ここで、スタンバイ信号は、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃによる電気信号（画像情報）のＦＰＧＡ２７２側への送信を送信状態または停止状態（スタンバイ状態）のいずれかに設定する信号である。

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をコネクタ部２７のＦＰＧＡ２７２に送信し、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に送信する。また、制御部３０９は、内視鏡２の同期において制御装置３側から同期信号を撮像素子２４４へ出力するスレーブモードと、内視鏡２の同期において内視鏡２側で同期信号を生成し、制御装置３に出力させるマスターモードとの間のモード切り替えを内視鏡２（制御部２４４ｅ）に行わせるための制御信号を出力する切替制御部３０９ａを有する。

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従って光源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、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の各モード（マスターモードおよびスレーブモード）での信号の入出力態様について説明する。図３は、本実施の形態にかかる内視鏡システム１において、内視鏡２がマスターの場合の信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。図４は、本実施の形態にかかる内視鏡システム１において、内視鏡２が出力する出力信号の一例を模式的に示す図である。本実施の形態では、内視鏡２の制御部２４４ｅ（モード切替部）によって、上述したスレーブモード（制御装置３がマスター）およびマスターモードの２つのモードを選択可能である。

まず、内視鏡システム１において内視鏡２がマスターの場合（マスターモード）、内視鏡２の制御部２４４ｅは、タイミングジェネレータ２４４ｄが発生したパルスに基づき生成される垂直同期信号（ＶＤ）の垂直同期タイミングによってセンサ部２４４ａを駆動し（ＣＩＳ駆動）、この駆動期間においてＰ／Ｓ変換部２４４ｃに信号を出力させる（ＣＩＳ出力）。ここで、垂直同期信号（ＶＤ）は、独立で設けてもよいし、設定データに重畳させてもよい。制御部２４４ｅは、２次元マトリックス状に配設された複数の画素のうち、この垂直同期信号（ＶＤ）によって１方向（１ライン）ごとに読み出し部２４４ｇの読み出し動作の制御を行う。１ラインに対応する映像信号ごとに、タイミングジェネレータ２４４ｄが水平同期信号（ＨＤ）を重畳し、１フレームごとに垂直同期信号（ＶＤ）を重畳する。先端部２４を駆動するクロックは、基準クロック生成部２７３で生成されたクロックでもよいし、基準クロック生成部３１０で生成されたクロックでもよい。

上述したように、内視鏡システム１において内視鏡２がマスターの場合、撮像素子２４４の内部（タイミングジェネレータ２４４ｄ）において垂直同期信号（ＶＤ）が生成され、制御部２４４ｅが、この垂直同期信号によって撮像素子２４４の駆動や電気信号の送信動作を行なう。このとき、コネクタ部２７から制御装置３に対する電気信号の送信期間には、例えば、図４に示すように、１ラインに応じた映像信号に対して水平同期信号（ＨＤ）が重畳された出力信号Ｏｓが所定数（画像数）含まれている。なお、面順次方式の場合、図３においてＣＩＳ駆動期間終了後から次の垂直同期信号が生成されるまでの間には、露光処理が行われる。例えば、出射される光が回転フィルタ４３によって赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の順で制御され、直前に撮像素子２４４（センサ部２４４ａ）から出力された映像信号が、赤色光（Ｒ）によるものである場合、その直後の露光処理は、緑色光（Ｇ）の波長帯によるものとなる。また、この露光期間（映像信号出力期間外）において、撮像素子２４４は、ＥＭＩ対策として、映像データレートよりも周波数が低い低周波クロックを重畳して出力するようにしてもよい。

なお、内視鏡２がマスターの場合、映像信号に重畳した垂直同期信号ＶＤ（Ｒ），ＶＤ（Ｇ），ＶＤ（Ｂ）を基準に制御装置３との同期や、光源装置４の回転フィルタ４３の同期を確立する。垂直同期信号ＶＤ（Ｒ），ＶＤ（Ｇ），ＶＤ（Ｂ）は、重畳するコードをＲＧＢでそれぞれ異なるコードにしてもよいし、垂直同期信号ＶＤのクロックをＲＧＢごとに異なる数にして、制御装置３や光源装置４で判別できるようにしてもよい。

図５は、本実施の形態にかかる内視鏡システム１において、制御装置３がマスターの場合の信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。切替制御部３０９ａの切り替え動作によって、制御装置３がマスターとなった場合（内視鏡２がスレーブとなった場合：スレーブモード）、内視鏡２の制御部２４４ｅは、記憶部２４４ｋのマスター／スレーブ設定情報を参照して内視鏡２をスレーブモードに設定する。制御部２４４ｅは、スレーブモード基準においては、基準クロック生成部３１０が生成した基準クロック信号および駆動信号生成部３０６が生成した水平同期信号（ＨＤ）や垂直同期信号（ＶＤ）の入力（ＣＩＳ入力（ＶＤ）のパルスの立ち上がり）により、この水平同期タイミングでセンサ部２４４ａを駆動し（ＣＩＳ駆動）、この駆動期間においてＰ／Ｓ変換部２４４ｃに信号を出力させる（ＣＩＳ出力）。

制御部２４４ｅは、２次元マトリックス状に配設された複数の画素のうち、この垂直同期信号（ＶＤ）によって１方向（１ライン）ごとに読み出し部２４４ｇの読み出し動作の制御を行う。また、制御部２４４ｅは、１ラインに対応する映像信号ごとに、タイミングジェネレータ２４４ｄが発生したパルスにより決定される水平同期信号（ＨＤ）を重畳し、この重畳した信号を出力信号（図４参照）としてＰ／Ｓ変換部２４４ｃに出力させる。

上述したように、内視鏡システム１において制御装置３がマスターの場合（内視鏡２がスレーブの場合）、制御装置３において生成された垂直同期信号（ＶＤ）を用いて制御部２４４ｅが撮像素子２４４の駆動や電気信号の送信動作を行なう。なお、コネクタ部２７から制御装置３に対する電気信号の送信期間には、例えば、図４に示すように、１つの画像を構成する１ラインに応じた映像信号に対して水平同期信号（ＨＤ）が重畳された出力信号Ｏｓが所定数（画像数）含まれている。なお、図５，６においてＣＩＳ駆動期間終了後から次の垂直同期信号が生成されるまでの間には、露光処理が行われる。例えば、出射される光が回転フィルタ４３によって赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の順で制御され、直前に撮像素子２４４（センサ部２４４ａ）から出力された映像信号が、赤色光（Ｒ）によるものである場合、その直後の露光処理は、緑色光（Ｇ）の波長帯によるものとなる。

ここで、ＦＰＧＡ２７２は、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃによる電気信号（画像情報）のＦＰＧＡ２７２側への送信を送信状態または停止状態のいずれかに設定するスタンバイ信号を生成し、ＦＰＧＡ２７２から設定データとして制御部２４４ｅに出力する。制御部２４４ｅは、入力されたスタンバイ信号の入力レベルに応じて、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃからＦＰＧＡ２７２への電気信号の送信を送信状態または停止状態（スタンバイ状態）のいずれかに設定する。なお、以降、電気信号の送信が停止される状態をスタンバイ状態という。また、ＦＰＧＡ２７２から先端部２４へクロック供給する時点でＦＰＧＡ２７２の受信が可能なシステムの場合は、先端部２４の制御部２４４ｅでスタンバイ信号を生成し、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃへ供給するような構成にしてもよい。

図６は、本実施の形態にかかる内視鏡システム１におけるスタンバイ信号の入力による信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。ここで、撮像素子２４４では、垂直同期信号（ＶＤ）にしたがってセンサ部２４４ａから電気信号が出力されている（センサ部出力）。このとき、スタンバイ信号がタイミングジェネレータ２４４ｄにロー（Ｌ）レベルで入力されている状態（スタンバイ状態）では、送信制御部２４４ｌは、センサ部２４４ａからの電気信号の出力に関わらず、ＦＰＧＡ２７２側への電気信号の送信は行わないよう制御する（ＣＩＳ出力）。

このスタンバイ状態において、先端部２４が安定した出力を出せる準備が整った後、タイミングジェネレータ２４４ｄまたは制御部２４４ｅからＰ／Ｓ変換部２４４ｃにＨレベルのスタンバイ信号が出力される。

送信状態において、送信制御部２４４ｌは、撮像素子２４４から出力される電気信号を、垂直同期信号による同期タイミングにしたがってＰ／Ｓ変換部２４４ｃに送信する。ここで、送信される電気信号には、上述した１ラインごとに水平同期信号（ＨＤ）が重畳された出力信号や、マスター／スレーブモードの設定情報等の各種設定情報が含まれる。なお、このときにＰ／Ｓ変換部２４４ｃが電気信号を送信するための同期タイミングは、センサ部２４４ａにおける垂直同期信号の同期タイミングと一致していることが好ましい。

上述したようなスタンバイ信号によって内視鏡２内部の通信状態を制御することにより、内視鏡２と制御装置３との間の通信状態を制御することができる。これにより、例えば制御装置３を再起動等による立ち上げ動作時やＦＰＧＡ２７２の初期化動作時、この動作時において撮像素子２４４から映像信号等の電気信号を送信することを防止するとともに、安定状態となった後に撮像素子２４４から電気信号を送信することによって、安定した送受信状態を維持することが可能となる。

以上説明した本実施の形態によれば、切替制御部３０９ａによる内視鏡２のマスター／スレーブモードの切り替えを行うシステムにおいて、スタンバイ信号によって撮像素子から出力された電気信号の送信を制御するようにしたので、モード切り替えによる制御に加え、安定した状態の駆動タイミングにおける信号伝送を行なうことによって、内視鏡２の内部、および内視鏡２と制御装置３との間で安定した信号伝送を行うことができる。また、内視鏡システム１起動時に内視鏡２側で生成するクロックが不安定となる場合は、内視鏡システム１起動時は内視鏡２（撮像素子２４４）がスレーブモードとなるように予め設定しておくことによって、起動時は、制御装置３からのより安定したクロック（駆動信号）を用いて撮像素子２４４の各部の駆動タイミングを決定するようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態では、制御部２４４ｅ（モード切替部）によって、内視鏡２に対してマスターモードからスレーブモードに移行するものとして説明したが、スレーブモードからマスターモードに移行する場合も同様に、制御部２４４ｅの制御のもとで同期信号の取得元が切り替えられる。

また、切替制御部が、制御装置３に設けられるものとして説明したが、コネクタ部２７に設けられるものであってもよいし、撮像素子２４４に設けられるものであってもよい。

なお、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を透明にした同時式や回転フィルタ４３自体有さない同時式であるものであってもよい。

１ 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 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
２２３ａ 第１入力スイッチ
２２３ｂ 第２入力スイッチ
２２４，２４５ 集合ケーブル
２４１ ライトガイド
２４２ 照明レンズ
２４３ 光学系
２４４ 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 ノイズ低減部
２４４ｉ ＡＧＣ部
２４４ｊ Ａ／Ｄ部
２４４ｋ，３０８ 記憶部
２４４ｌ 送信制御部
２７２ ＦＰＧＡ
２７３，３１０ 基準クロック生成部
２７４ 第１ＥＥＰＲＯＭ
２７５ 第２ＥＥＰＲＯＭ
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
３０９ａ 切替制御部

Claims (1)

1. 被写体の画像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置が撮像した画像に所定の画像処理を施す制御装置とを備えた撮像システムであって、
   前記撮像装置は、
   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、
   前記撮像部が出力した前記画像情報を外部に送信する送信部と、
   所定の周期を有する同期信号を発生する同期信号発生部と、
   外部から送られてくる同期信号を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した同期信号に基づいて前記送信部が画像情報を送信するスレーブモード、および前記同期信号発生部が発生する同期信号に基づいて前記送信部が画像情報を送信するマスターモードを切り替えるモード切替部と、
   前記受信部が外部から受信する信号であって、前記送信部による前記画像情報の送信を送信状態または停止状態のいずれかに設定するスタンバイ信号に基づいて前記送信部の送信動作を制御する送信制御部と、
   を備え、
   前記スレーブモードと前記マスターモードとの間のモード切り替えを前記モード切替部に行わせる切替制御部と、
   前記撮像装置を駆動するための駆動用のタイミング信号、および前記スタンバイ信号を生成して前記撮像装置へ出力する駆動信号生成部と、
   を備えたことを特徴とする撮像システム。

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