JP6108703B2

JP6108703B2 - 撮像システムおよびセンサユニット

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Publication number: JP6108703B2
Application number: JP2012149339A
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Inventors: 理行重久
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Publication date: 2017-04-05
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Description

本発明は、撮像システムおよびセンサユニットに関する。

各種センサを用いて、地面や建築物に出来た空間や、各種配管、あるいは航空機や自動車のエンジンの燃焼管など密閉された空間内部の状態を検査および測定できるようにすることは有用である。例えば、空洞検査装置のように測距センサとエンコーダの組合せで地面下にできた空洞の形状や容積を測定する機器が開発されている。この装置があれば、構造物を破壊すること無く空洞の状態を検査できるため、より確実に元の状態を維持したまま構造物の健全性などの評価を行うことができる。

また、内視鏡装置に、ガイドチューブの機構を利用して空洞検査装置の機能を持たせる方法が提案されている。例えば、ガイドチューブの先端部に測距センサやその他センサを設け、センサと内視鏡本体部の処理回路とが有線で通信を行い、検査情報を取得する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法であれば、従来の内視鏡装置としての機能を生かしつつ、必要に応じてガイドチューブを活用することで空洞検査を行うことができる。また、測距センサに限らず、例えばガスセンサや、温度センサや、湿度センサなどを検査の事情にあわせて用いることで個別の効果が期待できる。

ところで、内視鏡の挿入部先端に設けたセンサの計測値を本体部に伝送する方法としては、ガイドチューブの機構を利用する方法以外の方法も知られている。例えば、内視鏡に元来備わっている照明用の光ファイバに波長の異なる通信光を重畳してデータを送受信する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法であれば、ガイドチューブ内部に設けられた信号線を削減することが可能となる。

特開２０１１−２２７１３２号公報特開２００３−３１０５４９号公報

しかしながら、ガイドチューブの機構を利用して空洞検査装置の機能を持たせる方法では、長尺内視鏡の場合にはガイドチューブに内視鏡挿入部を装着する作業が困難であるという問題がある。また、ガイドチューブ自身の太さや硬さに起因して、内視鏡を挿入できる箇所が制限されるという問題がある。また、ガイドチューブを使用しないでセンサユニット部を内視鏡の挿入部先端に取り付け、本体部と細線で有線接続することも考えられるが、この場合も内視鏡にセンサユニット部を装着する作業が困難であったり、検査時の挿入作業の操作性が悪くなってしまうという問題がある。また、操作性を良くするためには、予め細線を内視鏡挿入部に組み込んだ専用設計とする必要があるという問題がある。

また、内視鏡に元来備わっている照明用の光ファイバに波長の異なる通信光を重畳してデータを送受信する方法では、本体部側の光ファイバ端部に通信光専用の受光部や、挿入部先端に通信光を重畳する処理部分を予め設けておく必要があるという問題がある。

また、電磁波を利用した無線通信によりセンサ情報を挿入部先端から本体部へ送信する方法も考えられるが、その場合、配管など周囲が金属で覆われた環境では使用できないという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、より容易な構成で、既存の撮像装置を利用してデータを送信することができる撮像システムおよびセンサユニットを提供することを目的とする。

本発明は、撮像部を備えた撮像装置と、前記撮像装置に取り付け可能なセンサユニットと、解析ユニットとを含む撮像システムであって、前記センサユニットは、前記撮像装置に取り付けられた状態で、送信するデータに応じて、被写体に照射された後、前記撮像部に入射される通信光を制御する通信光制御部を備え、前記撮像装置は、受光した光に応じた画像データを生成する前記撮像部と、前記撮像部が生成した前記画像データを前記解析ユニットに対して出力する出力部と、を備え、前記解析ユニットは、前記出力部が出力した前記画像データに含まれる前記通信光の像に基づいて、前記センサユニットから送信される前記データを取得する通信光解析処理部を備えることを特徴とする撮像システムである。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記センサユニットは、スポット光を発光する１つまたは複数の照明部を備え、前記通信光制御部は、前記照明部の点灯および消灯を制御することで、前記通信光を制御することを特徴とする。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記センサユニットは、シャッターを閉じることで前記撮像部に入射される光を遮る１つまたは複数の液晶シャッターを備え、前記通信光制御部は、前記液晶シャッターの開閉を制御することで、前記通信光を制御することを特徴とする。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記センサユニットは、センサ部を備え、前記通信光制御部は前記センサ部が検出したデータに基づいて前記通信光を制御することを特徴とする。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記センサユニットは、スポット光を発光する１つまたは複数の照明部を備え、前記通信光制御部は、前記照明部の点灯および消灯を制御することで、前記通信光を制御し、前記センサ部は、前記照明部が発光するスポット光を用いて距離を計測する測距用のセンサであることを特徴とする。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記通信光制御部は、前記撮像装置が備える前記撮像部の撮像周期に応じて前記通信光を制御することを特徴とする。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記通信光制御部は、前記撮像周期の整数倍の周期で前記通信光を制御することを特徴とする。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記通信光制御部は、前記撮像周期と同一の周期で前記通信光を制御することを特徴とする。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記撮像装置は内視鏡装置であり、前記センサユニットは、前記内視鏡装置が備える挿入部の先端部に取り付け可能であることを特徴とする。

また、本発明は、受光した光に応じた画像データを生成する撮像部を備えた撮像装置に取り付け可能であり、前記撮像装置に取り付けられた状態で、送信するデータに応じて、被写体に照射された後、前記撮像部に入射される通信光を制御する通信光制御部を備えることを特徴とするセンサユニットである。

また、本発明は、スポット光を発光する１つまたは複数の照明部を備え、前記通信光制御部は、前記照明部の点灯および消灯を制御することで、前記通信光を制御することを特徴とするセンサユニットである。

また、本発明は、シャッターを閉じることで前記撮像部に入射される光を遮る１つまたは複数の液晶シャッターを備え、前記通信光制御部は、前記液晶シャッターの開閉を制御することで、前記通信光を制御することを特徴とするセンサユニットである。

また、本発明は、センサ部を備え、前記通信光制御部は前記センサ部が検出したデータに基づいて前記通信光を制御することを特徴とするセンサユニットである。

また、本発明は、スポット光を発光する１つまたは複数の照明部を備え、前記通信光制御部は、前記照明部の点灯および消灯を制御することで、前記通信光を制御し、前記センサ部は、前記照明部が発光するスポット光を用いて距離を計測する測距用のセンサであることを特徴とするセンサユニットである。

また、本発明のセンサユニットにおいて、前記通信光制御部は、前記撮像装置が備える前記撮像部の撮像周期に応じて前記通信光を制御することを特徴とする。

また、本発明のセンサユニットにおいて、前記通信光制御部は、前記撮像周期の整数倍の周期で前記通信光を制御することを特徴とする。

また、本発明のセンサユニットにおいて、前記通信光制御部は、前記撮像周期と同一の周期で前記通信光を制御することを特徴とする。

また、本発明のセンサユニットにおいて、前記撮像装置は内視鏡装置であり、前記センサユニットは、前記内視鏡装置が備える挿入部の先端部に取り付け可能であることを特徴とする。

本発明によれば、センサユニットは、送信するデータに応じて、撮像部に入射される通信光を制御する通信光制御部を備えている。この構成により、撮像装置が生成した画像データには送信するデータに応じた通信光の像が含まれ、通信光の像に基づいて、センサユニットから送信されるデータを取得することができる。従って、より容易な構成で、既存の撮像装置を利用してデータを送信することができる。

本発明の第１の実施形態における内視鏡システムの構成を示したブロック図である。本発明の第１の実施形態におけるセンサユニットの構成を示したブロック図である。本発明の第１の実施形態において、センサユニットから外部解析ユニットへのデータの送信方法の概念を示した概略図である。本発明の第１の実施形態における撮像部の露光タイミングと、照明部の点灯タイミングと、撮像部が光電変換する電荷量と、通信光解析処理部が検出するスポット光の輝度との関係を示したタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態における内視鏡システムの構成を示したブロック図である。本発明の第２の実施形態におけるセンサユニットの構成を示したブロック図である。本発明の第２の実施形態における撮像部の露光タイミングと、照明部の点灯タイミングと、照明部の発光モードと、照明部の点灯タイミングとの関係を示したタイミングチャートである。本発明の第３の実施形態におけるセンサユニットの構成を示したブロック図である。本発明の第３の実施形態におけるセンサユニットを内視鏡装置の先端部に取り付けた場合の断面を示した断面図である。本発明の第３の実施形態における液晶シャッターの形状を示した概略図である。本発明の第３の実施形態において、センサユニットが備える複数の液晶シャッターの例を示した概略図である。本発明の第４の実施形態におけるセンサユニットを内視鏡装置の先端部に取り付けた場合の断面を示した断面図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における内視鏡システム（撮像システム）の構成を示したブロック図である。図示する例では、内視鏡システム１は、内視鏡装置１０と、センサユニット２０と、外部解析ユニット３０（解析ユニット）とを備えている。

内視鏡装置１０は、挿入部１１０と本体部１２０とを備えており、細長い挿入経路の先にある被検物の観察や、被検物の内部観察等に用いられる。挿入部１１０は、レンズ１１２と、撮像部１１３と、照明部１１４とを先端部１１１に備えている。本体部１２０は、ＣＣＵ（ＣａｍｅｒａＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）（出力部）１２１を備えており、撮像部１１３が撮像した画像を外部解析ユニット３０に送信する。

センサユニット２０は、各種センサを備え、センサが取得したデータを外部解析ユニット３０に送信する。センサユニット２０が外部解析ユニット３０に送信するデータとしては、例えば、センサが取得した測距値や湾曲角度値などである。なお、センサユニット２０は内視鏡装置１０の先端部１１１に着脱することができる。センサユニット２０の構成およびデータの送信方法については後述する。外部解析ユニット３０は、通信光解析処理部３１０と表示部３２０とを備え、内視鏡装置１０が撮像した画像に基づいて、センサユニット２０から送信されるデータを受信する。

レンズ１１２は、先端部１１１に入射された光を撮像部１１３の撮像面に結像する。撮像部１１３はＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）等の撮像機構を備えており、レンズ１１２によって結像された光に基づいた画像データを取得（撮像）することができる。また、撮像部１１３は、取得した画像データを本体部１２０のＣＣＵ１２１に対して送信する。照明部１１４は、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、発光ダイオード）等を備えており、先端部１１１の前方に光を照射する。

ＣＣＵ１２１は、撮像部１１３から送信される画像データを、外部解析ユニット３０の通信光解析処理部３１０に対して送信する。なお、一般的な内視鏡装置１０は、観察画像をビデオ信号として外部に出力する外部出力端子を備えている。この外部出力端子が、例えば本実施形態におけるＣＣＵ１２１に相当する。通信光解析処理部３１０は、ＣＣＵ１２１から送信される画像データを解析し、センサユニット２０から送信されるデータを受信（取得）する。表示部３２０は、液晶ディスプレイ等の表示機構を備え、通信光解析処理部３１０が受信したデータを表示する。

次に、センサユニット２０の構成について説明する。図２は、本実施形態におけるセンサユニット２０の構成を示したブロック図である。センサユニット２０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、中央演算処理装置）２０１と、ドライバ２０２と、照明部２０３と、レンズ２０４，２０５と、ＰＳＤ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ、光位置センサ）２０６と、ジャイロ２０７と、電池２０８とを備えている。

なお、センサユニット２０は、センサユニット２０内に含まれる電池２０８で駆動する構成となっており、既存の内視鏡装置１０の先端部１１１に取り付け外しが可能なようになっている。また、センサユニット２０は、外部への電気的な接続機構は基本的には持たない。

ＣＰＵ２０１は、センサユニット２０が備える各部の制御を行う。また、ＣＰＵ２０１は、計測部として動作し、ドライバ２０２を制御して照明部２０３を発光させ、ＰＳＤ２０６が受光した光に応じて出力する信号に基づいて、センサユニット２０と被写体との距離を計測する。また、ＣＰＵ２０１は、通信光制御部として動作し、ドライバ２０２を制御して、センサユニット２０から外部解析ユニット３０に送信するデータを示す光（パルス光、通信光）を照明部２０３に発光させる。

ドライバ２０２は、ＣＰＵ２０１の制御に基づいて照明部２０３を駆動する。例えば、計測部として動作している際には、ＣＰＵ２０１は、ドライバ２０２を制御して照明部２０３を測距モードで発光させる（ＤＣ発光）。また、通信光制御部として動作している際には、ＣＰＵ２０１は、ドライバ２０２を制御して照明部２０３を通信モードで発光させる（パルス発光）。

照明部２０３はＬＥＤ等を備えており、光を照射する。レンズ２０４は、照明部２０３が照射した光を集光してセンサユニット２０の前方に照射する。レンズ２０５は、センサユニット２０に入射された光をＰＳＤ２０６の受光面に結像する。ＰＳＤ２０６は、照明部２０３が照射した光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する。ジャイロ２０７は、センサユニット２０の傾きを検出し、検出した傾きに応じた信号を出力する。電池２０８は、センサユニット２０が備える各部に電力を供給する。

次に、センサユニット２０から外部解析ユニット３０にデータを送信する方法について説明する。図３は、本実施形態において、センサユニット２０から外部解析ユニット３０へのデータの送信方法の概念を示した概略図である。図３（１）は、センサユニット２０の照明部２０３の発光モードを示している。図３（２）は、内視鏡装置１０の撮像部１１３が撮像する画像データを示している。

本実施形態では、ＣＰＵ２０１が照明部２０３を測距モードで発光させると、照明部２０３はＤＣ発光する。すなわち、照明部２０３は点灯し続ける。そのため、被写体に照明部２０３が発光した光が照射されるため、撮像部１１３が撮像する画像データには、照明部２０３のスポット光の像が含まれる。なお、スポット光の像は、例えばドット状の輝点である。

また、本実施形態では、ＣＰＵ２０１が照明部２０３を通信モードで発光させると、照明部２０３はパルス発光する。そのため、照明部２０３が発光している際に撮像部１１３が撮像した画像データには、照明部２０３のスポット光の像（通信光の像）が含まれる。また、照明部２０３が消灯している際に撮像部１１３が撮像した画像データには、照明部２０３のスポット光の像は含まれない。

従って、スポット光の像が含まれない画像データは「０」を示し、スポット光の像が含まれる画像データは「１」を示すと定めると、１種類の画像データで１ビットのデータを送信することができる。すなわち、センサユニット２０のＣＰＵ２０１は、データ「１」を送信する場合には照明部２０３を点灯させ、データ「０」を送信する場合には照明部２０３を消灯させる。また、外部解析ユニット３０の通信光解析処理部３１０は、スポット光の像が含まれる画像データを受信した場合にはセンサユニット２０からデータ「１」が送信されたと解析し、スポット光の像が含まれていない画像データを受信した場合にはセンサユニット２０からデータ「０」が送信されたと解析する。これにより、センサユニット２０から外部解析ユニット３０にデータを送信することができる。

また、本実施形態では、測距モードから通信モードに移行する際には、ＣＰＵ２０１は、照明部２０３を消灯させ、通信モードに移行したことを通信光解析処理部３１０に通知する。通信光解析処理部３１０は、受信した画像データにスポット光の像が含まれていない場合、通信モードに移行したと判定し、以降に受信した画像データを解析することにより、センサユニット２０から送信されるデータを受信する。

なお、図示する例では、ＣＰＵ２０１は撮像部１１３の撮像周期の２倍の周期で照明部２０３の発光を制御している。従って、ＣＰＵ２０１による１回の発光の制御においては、撮像部１１３は２枚の画像データを取得する。そのため、通信光解析処理部３１０は、２枚の画像データから１ビットのデータを受信することができる。また、図示する例では、１回の通信モードでは、８ビットのデータを送信する。従って、通信光解析処理部３１０は、通信モードに移行したことを示す２枚の画像データと、８ビットのデータを示す１６枚の画像データとを解析することにより、センサユニット２０から送信されるデータを受信することができる。なお、一度の通信モードで送信するデータ量は８ビットに限らず、どのようなデータ量でもよい。

次に、撮像部１１３の露光タイミングと、照明部２０３の点灯タイミングと、撮像部１１３が光電変換する電荷量と、通信光解析処理部３１０が検出するスポット光の輝度との関係について説明する。図４は、本実施形態における撮像部１１３の露光タイミングと、照明部２０３の点灯タイミングと、撮像部１１３が光電変換する電荷量と、通信光解析処理部３１０が検出するスポット光の輝度との関係を示したタイミングチャートである。

本実施形態では、撮像部１１３のシャッタータイミングと、センサユニット２０の照明部２０３の発光タイミングとについて、同期を取るための接続手段は無い。この状態でも正常に通信が行えるように、パルス発光タイミングをシャッター周期（６０Ｈｚ）の２倍（２フレーム／３０Ｈｚ）となるように設定し、確実にＬ／Ｈの輝度レベルが確定する状態を設ける。さらに、通信光解析処理部３１０は、画像データにスポット光の像が含まれていないことを検出したこと（Ｌレベルとなったこと）を切欠に、定間隔で画像データの解析を行う。

図４（１）に示した例では、照明部２０３の点灯・消灯の切り替わりが撮像部１１３の露光期間中に発生している。そのため、照明部２０３が消灯した直後に撮像部１１３が撮像した画像データには、輝度が小さい（図示する例では輝度０．５）のスポット光の像が含まれている。しかしながら、次のフレームの画像データには、スポット光の像が含まれていない。従って、通信光解析処理部３１０は、このフレームの画像データにスポット光の像が含まれていないことを検出したことを切欠に、２フレーム間隔で画像データの解析を行う。

図４（２）に示した例では、照明部２０３の点灯・消灯の切り替わりが撮像部１１３の露光期間外に発生している。そのため、照明部２０３が消灯した直後に撮像部１１３が撮像した画像データであってもスポット光の像が含まれていない。従って、通信光解析処理部３１０は、このフレームの画像データにスポット光の像が含まれていないことを検出したことを切欠に、２フレーム間隔で画像データの解析を行う。

通信光解析処理部３１０は、上述したように画像データの解析を行うことにより、照明部２０３の点灯・消灯の切り替わり（通信パルスの切り替わり）が撮像部１１３の露光期間中に発生した場合（図４（１））であっても、露光期間外に発生した場合（図４（２））であっても、データを受信することが可能となる。なお、上述した例では、パルス発光タイミングをシャッター周期（６０Ｈｚ）の２倍（２フレーム／３０Ｈｚ）となるように設定しているが、これに限らない。例えば、パルス発光タイミングをシャッター周期の２倍以上の整数倍となるように設定してもよい。

上述したように、本実施形態によれば、センサユニット２０のＣＰＵ２０１は、送信するデータに基づいて、照明部２０３の点灯および消灯を制御することにより、内視鏡装置１０の撮像部１１３が撮像する画像データにスポット光の像を含めることができる。また、外部解析ユニット３０の通信光解析処理部３１０は、画像データを解析し、画像データに含まれるスポット光の像の有無に基づいて、センサユニット２０から送信されるデータを受信することができる。

これにより、センサユニット２０と既存の内視鏡装置１０とが電気的に接続することなく、内視鏡装置１０の先端部１１１付近からデータを送信することができる。例えば、センサユニット２０は、測距モードで測距した被検体までの距離や、ジャイロ２０７が検出したセンサユニット２０の傾きなどのデータを送信することができる。従って、より容易な構成で、既存の内視鏡装置１０を利用してデータを送信することができる。

なお、上述した例では、照明部２０３は単色のスポット光を１つのみ発光する例を用いて説明したが、これに限らない。例えば、照明部２０３は複数のスポット光を発光するようにしてもよい。また、照明部２０３は複数色を切り替えて発光することができるＬＥＤとし、複数色のスポット光を発光するようにしてもよい。これにより、１種類の画像データで複数ビットのデータを送信することができ、通信速度を速くすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図５は、本実施形態における内視鏡システムの構成を示したブロック図である。図示する例では、内視鏡システム２は、内視鏡装置４０と、センサユニット５０と、外部解析ユニット６０とを備えている。

内視鏡装置４０は、挿入部１１０と本体部４２０とを備えており、細長い挿入経路の先にある被検物の観察や、被検物の内部観察等に用いられる。挿入部１１０の構成は、第１の実施形態における挿入部１１０の構成と同様である。本体部４２０は、ＣＣＵ１２１と、ＬＥＤ駆動部４２１と、同期信号生成部６３０とを備えている。ＣＣＵ１２１は、第１の実施形態におけるＣＣＵ１２１と同様である。ＬＥＤ駆動部４２１は、照明部１１４の発光および消灯を制御する。同期信号生成部６３０は、内視鏡装置４０が備える撮像部１１３の露光開始タイミングを取得し、露光開始タイミングと同時に照明部１１４を発光させるための信号をＬＥＤ駆動部４２１に対して送信する。

センサユニット５０は、各種センサを備え、センサが取得したデータを外部解析ユニット６０に送信する。センサユニット５０が外部解析ユニット６０に送信するデータは第１の実施形態と同様である。なお、センサユニット５０は内視鏡装置４０の先端部１１１に取り付けられている。センサユニット５０の構成およびデータの送信方法については後述する。

外部解析ユニット６０は、通信光解析処理部３１０と、表示部３２０とを備える。通信光解析処理部３１０と表示部３２０とは第１の実施形態の各部と同様である。

次に、センサユニット５０の構成について説明する。図６は、本実施形態におけるセンサユニット５０の構成を示したブロック図である。センサユニット５０は、ＣＰＵ２０１と、ドライバ２０２と、照明部２０３と、レンズ２０４，２０５と、ＰＳＤ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ、光位置センサ）２０６と、ジャイロ２０７と、電池２０８と、ＰＤ（フォトディテクタ）５０１とを備えている。

なお、センサユニット５０は、センサユニット５０内に含まれる電池２０８で駆動する構成となっており、既存の内視鏡装置４０の先端部１１１に取り付け外しが可能なようになっている。また、センサユニット５０は、外部への電気的な接続機構は基本的には持たない。

ＣＰＵ２０１と、ドライバ２０２と、照明部２０３と、レンズ２０４，２０５と、ＰＳＤ２０６と、ジャイロ２０７と、電池２０８とは、第１の実施形態における各部と同様である。ＰＤ５０１は、内視鏡装置４０の照明部１１４が発光した光を検出し、検出結果を示す信号をＣＰＵ２０１に対して出力する。本実施形態では、内視鏡装置４０の同期信号生成部６３０は、ＣＣＵ１２１から出力されるタイミング信号に基づいて、撮像部１１３の露光開始タイミングと同時に照明部１１４を発光させるための信号をＬＥＤ駆動部４２１に対して送信する。そのため、内視鏡装置４０の照明部１１４は、露光開始タイミングと同時に発光する。従って、ＰＤ５０１が照明部１１４の発光を検出したタイミングは、撮像部１１３の露光開始タイミングである。これにより、センサユニット５０のＣＰＵ２０１は、撮像部１１３の露光開始タイミングを取得することができる。

次に、センサユニット５０から外部解析ユニット６０にデータを送信する方法について説明する。本実施形態において、センサユニット５０から外部解析ユニット６０にデータを送信する方法は、第１の実施形態における送信方法と同様である。但し、本実施形態では、センサユニット５０は、内視鏡装置４０の撮像部１１３の露光開始タイミングを取得することができるため、撮像部１１３の露光タイミングに掛からないように、且つ同期を取りながら照明部１１４の点灯と消灯とを切り替える。

次に、撮像部１１３の露光タイミングと、照明部１１４の点灯タイミングと、照明部２０３の発光モードと、照明部２０３の点灯タイミングとの関係について説明する。図７は、本実施形態における撮像部１１３の露光タイミングと、照明部１１４の点灯タイミングと、照明部２０３の発光モードと、照明部２０３の点灯タイミングとの関係を示したタイミングチャートである。

図示する例では、照明部１１４は、撮像部１１３の露光開始タイミングに合わせて発光（同期発光）している。これにより、センサユニット５０は、上述したように、撮像部１１３の露光開始タイミングを取得することができる。センサユニット５０のＣＰＵ２０１は、測距モードから通信モードに切り替える際には、通信モードに切り替え後に撮像部１１３が露光を開始するタイミングに合わせて照明部２０３を消灯させる。また、センサユニット５０のＣＰＵ２０１は、撮像部１１３が次のフレームの露光を開始するタイミングでデータの送信を開始する。

このようにすることで、撮像部１１３の露光期間中に、確実に所定の通信パルス光を点灯することが可能となり、１フレーム毎に１ビットのデータを送信することが可能となる。すなわち、本実施形態における通信方法は、第１の実施形態と比較して２倍の通信速度となる。また、図には示さないが、別途内視鏡装置４０に設けられた操作ボタンの押下に応じて、内視鏡装置４０の照明部１１４の同期発光を開始できるようにしてもよい。また、同期発光の開始タイミングに応じてセンサユニット５０が、測距処理や通信処理を開始するようにすることで、測距処理や通信処理を行っていない場合にはセンサユニット５０を非動作（照明部２０３を消灯）とすることができ、消費電力を低減することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態における内視鏡システムと第１の実施形態における内視鏡システム１とで異なる点は、センサユニットの構成のみである。本実施形態における内視鏡装置１０と外部解析ユニット２０の構成は第１の実施形態における各装置の構成と同様であるため説明を省略する。

次に、センサユニット８０の構成について説明する。図８は、本実施形態におけるセンサユニット８０の構成を示したブロック図である。センサユニット８０は、ＣＰＵ２０１と、ドライバ２０２と、照明部２０３と、レンズ２０４，２０５と、ＰＳＤ２０６と、ジャイロ２０７と、電池２０８と、液晶駆動部８０１と、液晶シャッター８０２とを備えている。

ＣＰＵ２０１と、ドライバ２０２と、照明部２０３と、レンズ２０４，２０５と、ＰＳＤ２０６と、ジャイロ２０７と、電池２０８とは、第１の実施形態における各部と同様である。液晶駆動部８０１は、液晶シャッター８０２の開閉を制御する。液晶シャッター８０２は、液晶駆動部８０１の制御に応じて、光の透過／非透過を切り替える。

図９は、本実施形態におけるセンサユニット８０を内視鏡装置１０の先端部１１１に取り付けた場合の断面を示した断面図である。図示する例では、センサユニット８０は、内視鏡装置１０の先端部１１１に取り付けられており、先端部１１１の前方に液晶シャッター８０２が配置されている。なお、液晶シャッター８０２は、透明なガラス上に配置されている。また、内視鏡装置１０の撮像部１１３の撮像領域に含まれるように液晶シャッター８０２が配置されている。図１０は、本実施形態における液晶シャッター８０２の形状を示した概略図である。図示する例では、液晶シャッター８０２の形状はドーナツ状である。

上述した液晶シャッター８０２の配置および形状により、液晶シャッター８０２が開いている（光を透過している）場合、撮像部１１３が撮像する画像データには液晶シャッター８０２の像（通信光）が写らない。また、液晶シャッター８０２が閉じている（光を透過していない）場合、撮像部１１３が撮像する画像データには液晶シャッター８０２の像が写る。

従って、液晶シャッター８０２の像が含まれない画像データは「０」を示し、液晶シャッター８０２の像が含まれる画像データは「１」を示すと定めると、１種類の画像データで１ビットのデータを送信することができる。すなわち、センサユニット８０のＣＰＵ２０１は、データ「１」を送信する場合には液晶シャッター８０２を閉じ、データ「０」を送信する場合には液晶シャッター８０２を開ける。また、外部解析ユニット３０の通信光解析処理部３１０は、液晶シャッター８０２の像が含まれる画像データを受信した場合にはセンサユニット８０からデータ「１」が送信されたと解析し、液晶シャッター８０２の像が含まれていない画像データを受信した場合にはセンサユニット８０からデータ「０」が送信されたと解析する。これにより、センサユニット８０から外部解析ユニット３０にデータを送信することができる。

なお、測距モードから通信モードに移行する方法や、センサユニット８０がデータを送信する方法や、外部解析ユニット３０による画像データの解析方法などについては第２の実施形態と同様の方法である。

上述したように、本実施形態によれば、センサユニット８０のＣＰＵ２０１は、送信するデータに基づいて、液晶シャッター８０２の開閉を制御することにより、内視鏡装置１０の撮像部１１３が撮像する画像データに液晶シャッター８０２の像を含めることができる。また、外部解析ユニット３０の通信光解析処理部３１０は、画像データを解析し、画像データに含まれる液晶シャッター８０２の像の有無に基づいて、センサユニット８０から送信されるデータを受信することができる。

これにより、センサユニット８０と既存の内視鏡装置１０とが電気的に接続することなく、内視鏡装置１０の先端部１１１付近からデータを送信することができる。従って、より容易な構成で、既存の内視鏡装置１０を利用してデータを送信することができる。

さらに、第１の実施形態のように、照明部２０３の発光によるスポット光を用いて通信を行う場合には、被検体との位置関係によってスポット光の強度が増減するため、通信が出来なくなる可能も考えられる。しかしながら、本実施形態では、液晶シャッター８０２の像の有無によってデータの送受信を行うため、通信が出来なくなる可能性を下げることができる。

なお、上述した例では、センサユニット８０が１つの液晶シャッター８０２を備える例を用いて説明したが、これに限らない。例えば、センサユニット８０は、複数の液晶シャッター８０２を備えるようにしてもよい。図１１は、本実施形態において、センサユニット８０が備える複数の液晶シャッターの例を示した概略図である。図示する例では、センサユニット８０は、８個の液晶シャッター８０２１〜８０２８を備えている。

この場合、センサユニット８０は、８個の液晶シャッター８０２１〜８０２８を備えているため、液晶シャッター８０２１〜８０２８毎に光の透過／非透過を切り替えることができる。そのため、センサユニット８０は、１種類の画像データで８ビットのデータを送信することができる。具体的には、液晶シャッター８０２１が１ビット目のデータ、液晶シャッター８０２２が２ビット目のデータ、・・・、液晶シャッター８０２８が８ビット目のデータを示すとする。

この構成により、センサユニット８０のＣＰＵ２０１は、データ「１」を送信する場合には液晶シャッター８０２１〜８０２８を閉じ、データ「０」を送信する場合には液晶シャッター８０２１〜８０２８を開ける。また、外部解析ユニット３０の通信光解析処理部３１０は、画像データを解析する際には、液晶シャッター８０２１〜８０２８が含まれる場合、データ「１」が送信されたと解析し、液晶シャッター８０２１〜８０２８が含まれない場合には、データ「０」が送信されたと解析する。これにより、１種類の画像データで、センサユニット８０から外部解析ユニット３０に８ビットのデータを送信することができる。すなわち、１種類の画像データで複数ビットのデータを送信することができ、通信速度を速くすることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態と第３の実施形態とで異なる点は、センサユニットの構成のみである。その他の構成および通信方法は第３の実施形態と同様である。

図１２は、本実施形態におけるセンサユニット１００を内視鏡装置１０の先端部１１１に取り付けた場合の断面を示した断面図である。図示するセンサユニット１００と第３の実施形態におけるセンサユニット８０とで異なる点は、センサユニット１００は、液晶シャッター８０２にバックライト機構を備えている点である。

図示する例では、バックライト機構として、バックライト用ＬＥＤ１１０１と導光部材１１０２とを備えている点である。また、バックライト用ＬＥＤ１１０１の光が導光部材１１０２に照射されるように、バックライト用ＬＥＤ１１０１と導光部材１１０２とが配置されている。また、導光部材１１０２は、液晶シャッター８０２よりも先端部１１１の前方に配置されている。この構成により、液晶シャッター８０２を挟んで内視鏡装置１０の撮像部１１３側に向かって光を照射することができるため、より確実に撮像部１１３は液晶シャッター８０２の像を撮像することができる。

従って、本実施形態よれは、センサユニット１００と既存の内視鏡装置１０とが電気的に接続することなく、内視鏡装置１０の先端部１１１付近からデータを送信することができる。従って、より容易な構成で、既存の内視鏡装置１０を利用してデータを送信することができる。さらに、より確実に撮像部１１３は液晶シャッター８０２の像を撮像することができるため、より確実に通信を行うことができる。

以上、この発明の第１の実施形態から第４の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述した実施形態では、内視鏡装置を用いて説明したが、これに限らず、どのような撮像装置にセンサユニットを取り付けて通信を行っても良い。例えば、監視カメラなどの留置型の撮像装置にセンサユニットを取り付けて通信を行っても良い。また、上述した実施形態では、内視鏡装置と外部解析ユニットとは異なる装置である例を用いて説明したが、これに限らず、例えば、内視鏡装置が外部解析ユニットを備えていてもよい。

１，２・・・内視鏡システム、１０，４０・・・内視鏡装置、２０、５０，８０，１００・・・センサユニット、３０、６０・・・外部解析ユニット、１１０・・・挿入部、１１１・・・先端部、１１２，２０４，２０５・・・レンズ、１１３・・・撮像部、１１４，２０３・・・照明部、１２０，４２０・・・本体部、１２１・・・ＣＣＵ、２０１・・・ＣＰＵ、２０２・・・ドライバ、２０６・・・ＰＳＤ、２０７・・・ジャイロ、２０８・・・電池、３１０・・・通信光解析処理部、３２０・・・表示部、４２１・・・ＬＥＤ駆動部、５０１・・・ＰＤ、６３０・・・同期信号生成部、８０１・・・液晶駆動部、８０２，８０２１〜８０２８・・・液晶シャッター、１１０２・・・導光部材

Claims

撮像部を備えた撮像装置と、前記撮像装置に取り付け可能なセンサユニットと、解析ユニットとを含む撮像システムであって、
前記センサユニットは、
前記撮像装置に取り付けられた状態で、送信するデータに応じて、被写体に照射された後、前記撮像部に入射される通信光を制御する通信光制御部
を備え、
前記撮像装置は、
受光した光に応じた画像データを生成する前記撮像部と、
前記撮像部が生成した前記画像データを前記解析ユニットに対して出力する出力部と、
を備え、
前記解析ユニットは、
前記出力部が出力した前記画像データに含まれる前記通信光の像に基づいて、前記センサユニットから送信される前記データを取得する通信光解析処理部
を備えることを特徴とする撮像システム。
前記センサユニットは、
スポット光を発光する１つまたは複数の照明部
を備え、
前記通信光制御部は、前記照明部の点灯および消灯を制御することで、前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
前記センサユニットは、
シャッターを閉じることで前記撮像部に入射される光を遮る１つまたは複数の液晶シャッター
を備え、
前記通信光制御部は、前記液晶シャッターの開閉を制御することで、前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
前記センサユニットは、
センサ部を備え、
前記通信光制御部は前記センサ部が検出したデータに基づいて前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
前記センサユニットは、
スポット光を発光する１つまたは複数の照明部
を備え、
前記通信光制御部は、前記照明部の点灯および消灯を制御することで、前記通信光を制御し、
前記センサ部は、前記照明部が発光するスポット光を用いて距離を計測する測距用のセンサである
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像システム。
前記通信光制御部は、前記撮像装置が備える前記撮像部の撮像周期に応じて前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
前記通信光制御部は、前記撮像周期の整数倍の周期で前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。
前記通信光制御部は、前記撮像周期と同一の周期で前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。
前記撮像装置は内視鏡装置であり、
前記センサユニットは、前記内視鏡装置が備える挿入部の先端部に取り付け可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
受光した光に応じた画像データを生成する撮像部を備えた撮像装置に取り付け可能であり、
前記撮像装置に取り付けられた状態で、送信するデータに応じて、被写体に照射された後、前記撮像部に入射される通信光を制御する通信光制御部
を備えることを特徴とするセンサユニット。
スポット光を発光する１つまたは複数の照明部
を備え、
前記通信光制御部は、前記照明部の点灯および消灯を制御することで、前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１０に記載のセンサユニット。
シャッターを閉じることで前記撮像部に入射される光を遮る１つまたは複数の液晶シャッター
を備え、
前記通信光制御部は、前記液晶シャッターの開閉を制御することで、前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１０に記載のセンサユニット。
センサ部を備え、
前記通信光制御部は前記センサ部が検出したデータに基づいて前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１０に記載のセンサユニット。
スポット光を発光する１つまたは複数の照明部
を備え、
前記通信光制御部は、前記照明部の点灯および消灯を制御することで、前記通信光を制御し、
前記センサ部は、前記照明部が発光するスポット光を用いて距離を計測する測距用のセンサである
ことを特徴とする請求項１３に記載のセンサユニット。
前記通信光制御部は、前記撮像装置が備える前記撮像部の撮像周期に応じて前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１０に記載のセンサユニット。
前記通信光制御部は、前記撮像周期の整数倍の周期で前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１５に記載のセンサユニット。
前記通信光制御部は、前記撮像周期と同一の周期で前記通信光を制御する
ことを特徴とする請求項１５に記載のセンサユニット。
前記撮像装置は内視鏡装置であり、
前記センサユニットは、前記内視鏡装置が備える挿入部の先端部に取り付け可能である
ことを特徴とする請求項１０に記載のセンサユニット。