JP6116781B1 - 内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

Abstract

内視鏡システム（１）は、複数系統のデジタル信号を出力するＣＭＯＳ撮像素子（１１）と、複数系統のデジタル信号を光信号にそれぞれ変換するＥ／Ｏ変換器（１８ａ，１８ｂ）と、複数系統の光信号をそれぞれ伝送する光ファイバ（２１ａ，２１ｂ）と、少なくとも１系統のデジタル信号のデータ量を変換する伝送量可変器（１９）と、伝送量可変器（１９）によりデータ量を変換されたデジタル信号を伝送するメタル線（２２ｂ）と、を備える。

Description

本発明は、撮像装置からのデジタル信号を光伝送部材および金属伝送部材で伝送する内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法に関する。

撮像装置としての機能を備える内視鏡は、先端部において光学像を取得する細長の挿入部を備えている。そして、挿入部を被検体内に挿入することにより、外部からは観察できない被検体の内部を、内視鏡像として観察することが可能となっている。

特に、電子内視鏡では、被検体の光学像を撮像素子等を用いて光電変換し、電気的な信号として信号処理装置（プロセッサ）へ伝送し、信号処理装置で処理した後に、モニタ等の表示部に内視鏡画像として表示し、観察するようになっている。

こうした電子内視鏡を用いた内視鏡システムでは、より確実な判断を行うために、より高精細な内視鏡画像が要求されている。

高精細な内視鏡画像の撮像信号はデータ量が大きいために、金属導線を用いて電気信号を伝送するのに代えて、電気的な撮像信号を光信号に変換して光ファイバを用いて伝送し、伝送後に光信号から電気的な撮像信号に変換して信号処理等に供する内視鏡システムが提案されている。

例えば、日本国特開２０１５−１７３号公報には、内視鏡が、第１の映像信号と第２の映像信号とを出力する撮像信号処理部と第１の映像信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換部とが配設された先端部を含む挿入部と、光信号を伝送する光ファイバと、第２の映像信号を伝送する金属導線と、を有し、プロセッサが、光信号が再変換された第１の映像信号又は第２の映像信号のいずれか一方を出力するセレクタと、セレクタが出力する第１の映像信号又は第２の映像信号を処理し、第１の画像信号又は第２の画像信号を出力する映像信号処理部と、を有する内視鏡システムが記載されている。

ここに、光ファイバはガラス製であるために、金属導線を用いて構成された電気信号用の信号ケーブルよりも屈曲や捻りに弱く、観察途中で断線してしまうおそれがある。そこで、該公報に記載の技術では、第１の映像信号から画像を生成する第１モードで動作中に、例えば光ファイバに異常（例えば、破損、劣化、光コネクタの汚れなどによる故障）が生じて画像を適切に表示することができなくなった場合に、第２モードの動作に移行して、光ファイバで伝送される第１の映像信号よりもビットレートが低い第２の映像信号を金属導線で伝送し、第２の映像信号を用いて画像を生成するようになっている。

上記日本国特開２０１５−１７３号公報の構成では、光ファイバが損傷した場合でも、第２の映像信号を用いて生成された画像を観察することができるために、処置や作業を中断することなく継続可能となる。しかし、第２の映像信号はビットレートが低いために、例えばフレームレートが第１の映像信号よりも低くなる、あるいは画素数が第１の映像信号よりも低くなることになり、第１モードから第２モードに移行すると、観察する画像全体の画質が大幅に低下してしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバの一部に異常が生じても、画像全体の画質が大幅に低下することのない画像を構成可能とする内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法を提供することを目的としている。

本発明のある態様による内視鏡システムは、被検体を撮像して複数系統のデジタル信号として出力する撮像装置と、前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号を光信号にそれぞれ変換して出力する電気光変換器と、前記電気光変換器から出力された複数系統の光信号をそれぞれ伝送するように複数設けられた光伝送部材と、前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号の内の、少なくとも１系統のデジタル信号を伝送するように設けられた金属伝送部材と、前記金属伝送部材が伝送する対象となる前記少なくとも１系統のデジタル信号を、前記金属伝送部材が伝送するのに適したデータ量のデジタル信号に変換して、前記金属伝送部材へ出力する伝送量可変器と、を備える。

本発明のある態様による内視鏡システムの作動方法は、撮像装置が、被検体を撮像して複数系統のデジタル信号として出力し、電気光変換器が、前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号を光信号にそれぞれ変換して出力し、複数設けられた光伝送部材が、前記電気光変換器から出力された複数系統の光信号をそれぞれ伝送し、金属伝送部材が、前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号の内の、少なくとも１系統のデジタル信号を伝送し、伝送量可変器が、前記金属伝送部材が伝送する対象となる前記少なくとも１系統のデジタル信号を、前記金属伝送部材が伝送するのに適したデータ量のデジタル信号に変換して、前記金属伝送部材へ出力する。

本発明の実施形態１における内視鏡システムの構成を示すブロック図。 上記実施形態１において、受光部からの出力が２系統である場合の例を示す図。 上記実施形態１において、受光部からの出力が４系統である場合の例を示す図。 上記実施形態１における分岐部の模式的な構成例を示す図。 上記実施形態１における内視鏡システムの作用を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

［実施形態１］
図１から図５は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。

内視鏡システム１は、被検体を撮像して信号を生成する内視鏡１０と、内視鏡１０により生成された信号を伝送する接続ケーブル２０と、接続ケーブル２０を介して伝送された信号を処理する信号処理装置３０と、信号処理装置３０により処理を行って生成された映像信号に基づき映像を表示する表示部４０と、を備えている。

内視鏡１０は、ＣＭＯＳ撮像素子１１と、分岐部１７と、電気光変換器（Ｅ／Ｏ変換器）１８ａ，１８ｂと、伝送量可変器１９と、を備えている。

ここに、内視鏡１０は、硬性鏡と軟性鏡の何れであっても構わない。

例えば、内視鏡１０が硬性鏡として構成されている場合には、ＣＭＯＳ撮像素子１１はカメラヘッドに配設されており、硬性鏡の先端で被検体からの反射光を受光してイメージガイドファイババンドルにより被写体光を伝送し、カメラヘッドのＣＭＯＳ撮像素子１１で光電変換を行うことになる。また、分岐部１７、Ｅ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂ、および伝送量可変器１９もカメラヘッドに配設される。

一方、内視鏡１０が軟性鏡として構成されている場合には、ＣＭＯＳ撮像素子１１は細長の挿入部の先端部に配設される。分岐部１７、Ｅ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂ、伝送量可変器１９については、挿入部に配設することも可能であるが、挿入部の細径化を図る観点からは、挿入部を操作する操作部内に配設することが好ましい。

ＣＭＯＳ撮像素子１１は、被検体を撮像して複数系統のデジタル信号として出力する撮像装置であり、受光部１２と、制御回路１３と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１４と、ノイズ除去部１５ａ，１５ｂと、Ａ／Ｄ変換器１６ａ，１６ｂと、を備えている。

受光部１２は、光電変換を行う画素が２次元状に複数配列されており、図示しない撮像光学系により結像された被検体の光学像を光電変換して、アナログの撮像信号（電気信号）を出力するものである。

ここに、図２は受光部１２からの出力が２系統である場合の例を示す図、図３は受光部１２からの出力が４系統である場合の例を示す図である。

本実施形態のＣＭＯＳ撮像素子１１は、被検体を撮像して、複数系統のデジタル信号として出力するように構成されている。具体的に、受光部１２を複数の撮像エリアに分割して、各撮像エリア毎に異なる系統として撮像信号を出力するようになっている。

図２に示す例では、受光部１２が第１の撮像エリアＡ１と第２の撮像エリアＡ２との２つに分割されており、それぞれの撮像エリアＡ１，Ａ２からの撮像信号が、異なる系統として出力される。

また、図３に示す例では、受光部１２が第１〜第４の撮像エリアＡ１〜Ａ４の４つに分割されており、それぞれの撮像エリアＡ１〜Ａ４からの撮像信号が、異なる系統として出力される。

なお、撮像エリアの分割数は２以上の適宜の数で良いし、撮像エリアの分割方法は、図２や図３に示すような局所領域毎に分割する方法に限るものではない。一例を挙げれば、ｎを自然数としたときに、奇数ラインである（２ｎ−１）ラインの全部を第１の撮像エリアに設定し、偶数ラインである２ｎラインの全部を第２の撮像エリアに設定するような分割方法を採用しても構わない。

図１は、図２に示すような２系統の出力を採用した場合の構成例を示しており、以下においても同様に、出力が２系統である場合を例に挙げて説明する。

制御回路１３は、受光部に配列された各画素をリセットしてリセット信号を読み出すことで露光を開始し、所定の露光時間に達した時点で各画素の画素信号を読み出すことで露光を終了する制御を行う。

タイミングジェネレータ（ＴＧ）１４は、信号処理装置３０の後述する駆動信号生成部３２からの駆動信号に基づいてタイミング信号を生成し、ＣＭＯＳ撮像素子１１内の各回路、例えば、制御回路１３、ノイズ除去部１５ａ，１５ｂ、およびＡ／Ｄ変換器１６ａ，１６ｂへ供給する。従って、ＣＭＯＳ撮像素子１１内の各回路は、タイミング信号に基づいて、連動して動作を行う。なお、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１４が生成するタイミング信号を、内視鏡１０内の他の構成要素、例えば分岐部１７、伝送量可変器１９等へも供給して動作を連動させても構わない。

ノイズ除去部１５ａは、例えば図２の撮像エリアＡ１からの撮像信号に対してノイズ除去処理を行い、ノイズ除去部１５ｂは、例えば撮像エリアＡ２からの撮像信号に対してノイズ除去処理を行う。具体的に、ノイズ除去部１５ａ，１５ｂは、露光で得られた画素信号からリセット信号を減算する相関二重サンプリングを各画素信号に対して行うことにより、リセットノイズを除去する。なお、ノイズ除去部１５ａ，１５ｂを、さらにその他のノイズを除去するように構成しても構わないことは勿論である。

Ａ／Ｄ変換器１６ａは、ノイズ除去部１５ａから出力されたアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号（電気信号）に変換し、Ａ／Ｄ変換器１６ｂは、ノイズ除去部１５ｂから出力されたアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号（電気信号）に変換する。

分岐部１７は、分岐器であり、信号処理装置３０の後述する異常検知部３４からの制御信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器１６ａから出力されたデジタルの撮像信号と、Ａ／Ｄ変換器１６ｂから出力されたデジタルの撮像信号と、の何れか一方を、必要に応じて伝送量可変器１９へ出力する。

例えば、分岐部１７は、異常検知部３４により異常が検知されない場合には、ＣＭＯＳ撮像素子１１から出力された複数系統のデジタル信号の全てをＥ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂのみへ接続し、異常検知部３４により異常が検知された場合には、ＣＭＯＳ撮像素子１１から出力された複数系統のデジタル信号の内の、異常が検知されていない光ファイバ２１ａまたは２１ｂ（光伝送部材）が伝送する系統のデジタル信号を全て電気光変換器のみへ接続すると共に、異常が検知された光ファイバ２１ｂまたは２１ａ（光伝送部材）が伝送する系統のデジタル信号を全て伝送量可変器１９のみへ（ひいては、後述する金属伝送部材であるメタル線２２ｂのみへ）接続するように切り替える。

なお、ここでは、複数の光ファイバ（図１の例では、光ファイバ２１ａおよび光ファイバ２１ｂ）に異常（例えば、破損、劣化、光コネクタの汚れなどによる故障）が同時に発生する確率は小さいことに着目して、分岐部１７が、撮像エリアＡ１からの撮像信号と、撮像エリアＡ２からの撮像信号と、の何れか一方を伝送量可変器１９へ出力するようにした。

しかし、これに限定されるものではなく、複数の光ファイバに異常が同時に発生した場合にも対応可能なように構成しても良い。例えば、後述する金属伝送部材であるメタル線２２ｂを複数系統に対応可能なように複数本設けて、複数の撮像エリアからの撮像信号を同時に転送することができるように構成しても良い。

あるいは、伝送量可変器１９の後述する間引き率（あるいは圧縮率）を高めることで、メタル線２２ｂが１系統のみであっても、複数の撮像エリアからの撮像信号を転送することが可能となる。この場合には、光ファイバの異常が１系統のみであるか、複数系統同時であるかに応じて、伝送量可変器１９の間引き率（あるいは圧縮率）を適応的に変化させることになる。具体的に、異常が１系統のみであるときの間引き率（あるいは圧縮率）をｘとすると、異常がｎ系統であるときには間引き率（あるいは圧縮率）をｘ／ｎにする等である。

ここで、図４は分岐部１７の模式的な構成例を示す図である。

この図４に示す構成例では、Ａ／Ｄ変換器１６ａから出力されたデジタルの撮像信号は、スイッチ１７ａを介してＥ／Ｏ変換器１８ａへ伝送され、Ａ／Ｄ変換器１６ｂから出力されたデジタルの撮像信号は、スイッチ１７ｂを介してＥ／Ｏ変換器１８ｂへ伝送されるようになっている。

そして、スイッチ１７ａが切り替えられると、Ａ／Ｄ変換器１６ａから出力されたデジタルの撮像信号は、Ｅ／Ｏ変換器１８ａに代えて伝送量可変器１９へ伝送され、スイッチ１７ｂが切り替えられると、Ａ／Ｄ変換器１６ｂから出力されたデジタルの撮像信号は、Ｅ／Ｏ変換器１８ｂに代えて伝送量可変器１９へ伝送される。

なお、図４に示す構成例では、撮像信号が、光ファイバ２１ａ（または、光ファイバ２１ｂ）側とメタル線２２ｂ側との何れか一方のみへ出力されるようになっているが、光ファイバ２１ａ（または、光ファイバ２１ｂ）側とメタル線２２ｂ側との両方に出力されるように（すなわち、光ファイバへは全系統の撮像信号が出力され、メタル線２２ｂへは異常が発生した系統の撮像信号が出力されるように）構成しても構わない（さらにあるいは、メタル線２２ｂを複数系統設ける場合には、メタル線２２ｂにも全系統の撮像信号が出力されるようにしても良い）。

また、図１に示す構成では、分岐部１７をＣＭＯＳ撮像素子１１の外部に設けたが、ノイズ除去部１５ａ，１５ｂやＡ／Ｄ変換器１６ａ，１６ｂと同様に、半導体基板上の回路としてＣＭＯＳ撮像素子１１の内部に設けても構わない。

Ｅ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂは、ＣＭＯＳ撮像素子１１から出力された複数系統のデジタル信号を光信号にそれぞれ変換して出力する電気光変換器である。すなわち、Ｅ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂは、例えば発光素子と発光素子駆動部とを含み、入力された電気信号に応じて発光素子駆動部が発光素子を駆動することにより、光信号を生成して出力する。

ここに、Ｅ／Ｏ変換器１８ａは、分岐部１７を介してＡ／Ｄ変換器１６ａから出力されたデジタルの撮像信号を光信号に変換し、Ｅ／Ｏ変換器１８ｂは、分岐部１７を介してＡ／Ｄ変換器１６ｂから出力されたデジタルの撮像信号を光信号に変換する。

伝送量可変器１９は、金属伝送部材であるメタル線２２ｂが伝送する対象となる少なくとも１系統のデジタル信号を、メタル線２２ｂが伝送するのに適したデータ量のデジタル信号に変換して、メタル線２２ｂへ出力するものである。

具体的に、伝送量可変器１９は、信号処理装置３０の後述する異常検知部３４により異常が検知された光ファイバ２１ａ，２１ｂ（光伝送部材）が伝送する系統のデジタル信号のみを、金属伝送部材であるメタル線２２ｂが伝送するのに適したデータ量のデジタル信号に変換して、メタル線２２ｂへ出力する。

このとき、伝送量可変器１９は、分岐部１７から入力されたデジタルの撮像信号に対して、データの間引き処理（より具体的な例としては、画素間引き処理）を行うことにより、メタル線２２ｂで送信可能なデータ量に変化させるようになっている。

ただし、伝送量可変器１９によるデータ量の変換は、間引き処理により行うに限るものではなく、その他の技術を用いても構わない。一例を挙げれば、処理負荷が増えることが許容できれば、データ圧縮技術（符号化など）を用いても良いし、間引き処理とデータ圧縮とを両方行っても構わない。

次に、接続ケーブル２０は、一端が内視鏡１０に、他端が信号処理装置３０にそれぞれ接続されていて、内視鏡１０と信号処理装置３０との間で信号を伝送するためのものである。この接続ケーブル２０は、光信号を伝送する光ファイバ２１ａ，２１ｂと、電気信号を伝送するメタル線２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、を備えている。

光ファイバ２１ａ，２１ｂは、接続ケーブル２０内に並列に配置されていて、Ｅ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂから出力された複数系統の光信号をそれぞれ伝送するように複数設けられた光伝送部材である。

具体的に、光ファイバ２１ａは、撮像エリアＡ１に係るＥ／Ｏ変換器１８ａからの光信号を伝送し、光ファイバ２１ｂは、撮像エリアＡ２に係るＥ／Ｏ変換器１８ｂからの光信号を伝送する。

メタル線２２ａは、金属伝送部材であり、信号処理装置３０の後述する異常検知部３４からの制御信号（電気信号）を、分岐部１７へ伝送する。

メタル線２２ｂは、ＣＭＯＳ撮像素子１１から出力された複数系統のデジタル信号の内の、少なくとも１系統のデジタル信号を伝送するように設けられた金属伝送部材である。具体的に、メタル線２２ｂは、伝送量可変器１９から出力されるデジタルの撮像信号（電気信号）を、信号処理装置３０の後述する画像処理部３５へ伝送する。

メタル線２２ｃは、金属伝送部材であり、信号処理装置３０の後述する駆動信号生成部３２からの駆動信号（電気信号）を、ＴＧ１４へ伝送する。

なお、接続ケーブル２０に配置される複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂは、例えば石英ガラスで極めて細径（例えば、径０．１２５ｍｍ等）に形成されていて非常に脆弱であるために、各光ファイバ２１ａ，２１ｂを例えば紫外線硬化型樹脂で一次被覆した後に、さらに、例えば保護チューブで覆って保護している。このときには、一次被覆された複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂを１まとめにして保護チューブで被覆しても良いし、一次被覆された複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂのそれぞれを個別に保護チューブで被覆しても構わない。

また、接続ケーブル２０に配置されるメタル線２２ａ，２２ｂ，２２ｃも、例えば、各々を保護チューブで被覆しても良いし、２つ以上を絶縁状態にしてから保護チューブでまとめて保護しても構わない。

そして、接続ケーブル２０内における複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂとメタル線２２ａ，２２ｂ，２２ｃの配置は、適宜でも構わないが、例えばケーブル中心軸に対称になるようにすると良い。ケーブル中心軸に対称な配置を採用すれば、接続ケーブル２０を任意の方向に同一の曲率で曲げることができ、特定方向に曲げ易く他の特定方向に曲げ難いということが生じないために、接続ケーブル２０の取り回しを容易にすることができる。

ケーブル中心軸に対称な配置としては、例えば、１まとめにした複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂを軸中心として周りを取り巻くようにメタル線２２ａ，２２ｂ，２２ｃを対称に配置する、あるいは、１まとめにしたメタル線２２ａ，２２ｂ，２２ｃを軸中心として周りを取り巻くように複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂを対称に配置する、等が挙げられる。何れの配置を採用した場合でも、メタル線２２ａ，２２ｂ，２２ｃが、接続ケーブル２０にかかる張力から光ファイバ２１ａ，２１ｂを守るテンションメンバとしての機能を果たすことができる。

続いて、信号処理装置３０は、基準クロック生成部３１と、駆動信号生成部３２と、光電気変換器（Ｏ／Ｅ変換器）３３ａ，３３ｂと、異常検知部３４と、画像処理部３５と、を備えている。

基準クロック生成部３１は、例えば水晶発振器を含み、基準となる周波数の基準クロックを生成する。

駆動信号生成部３２は、基準クロック生成部３１により生成された基準クロックに基づき、ＣＭＯＳ撮像素子１１を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号生成部３２により生成された駆動信号は、上述したように、メタル線２２ｃを介してＴＧ１４へ伝送される。

なお、図１に示す例では、基準クロック生成部３１および駆動信号生成部３２を信号処理装置３０内に配設したが、駆動信号生成部３２のみを、または基準クロック生成部３１と駆動信号生成部３２の両方を、内視鏡１０内に配設するように構成しても構わない。駆動信号生成部３２のみを内視鏡１０内に配設する場合には、メタル線２２ｃは基準クロック生成部３１により生成された基準クロックを駆動信号生成部３２へ伝送することになる。一方、基準クロック生成部３１と駆動信号生成部３２の両方を内視鏡１０内に配設する場合には、メタル線２２ｃは不要となる。

光電気変換器（Ｏ／Ｅ変換器）３３ａ，３３ｂは、複数の光伝送部材である光ファイバ２１ａ，２１ｂにより伝送された光信号を電気信号にそれぞれ変換して出力するものである。例えば、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂは、光信号を電流信号に変換するフォトダイオードと、電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプとを含み、入力された光信号を電気信号に変換して出力する。

ここに、Ｏ／Ｅ変換器３３ａは、光ファイバ２１ａを介して入力された光信号をデジタルの撮像信号に変換し、Ｏ／Ｅ変換器３３ｂは、光ファイバ２１ｂを介して入力された光信号をデジタルの撮像信号に変換する。

なお、図１に示す例では、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂが信号処理装置３０内に配置されているが、接続ケーブル２０内における信号処理装置３０側の端部、例えば信号処理装置３０へ接続するためのコネクタ内に配置しても構わない。

異常検知部３４は、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂから出力された電気信号に基づいて、複数の光伝送部材である光ファイバ２１ａ，２１ｂそれぞれの異常（ひいては、光ファイバ２１ａ，２１ｂで伝送されるそれぞれの信号系統の異常）を検知する異常検知器である。具体的に、異常検知部３４は、Ｏ／Ｅ変換器３３ａから出力されたデジタルの撮像信号に基づき、光ファイバ２１ａに異常が生じたか否かを検知すると共に、Ｏ／Ｅ変換器３３ｂから出力されたデジタルの撮像信号に基づき、光ファイバ２１ｂに異常が生じたか否かを検知するようになっている。

そして、異常検知部３４は、光ファイバ２１ｂまたは２１ａの異常を検知した場合には、後述する異常フラグ（図５参照）をオンする（なお、異常が検知されていない場合には、異常フラグはオフである）と共に、メタル線２２ａを介して制御信号を分岐部１７へ送信し、異常を検知した光ファイバ２１ｂまたは２１ａに接続されるスイッチ１７ｂまたは１７ａを、伝送量可変器１９側へ切り替えるように制御する。これにより、光ファイバに異常が生じた系統の撮像信号は、メタル線２２ｂを介して伝送されることになる。

なお、ここでは異常検知部３４が、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂから出力された電気信号に基づき異常を検知するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、光ファイバ２１ａ，２１ｂを介して伝送される光信号を直接検出して、異常を検知する構成であっても構わない。

画像処理部３５は、異常検知部３４により異常が検知されない場合（異常フラグがオフであると判定した場合）には、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂから出力された複数系統の電気信号に基づいて映像信号を生成し、異常検知部３４により異常が検知された場合（異常フラグがオンであると判定した場合）には、Ｏ／Ｅ変換器３３ａまたは３３ｂから出力された異常が検知されない系統の電気信号と、メタル線２２ｂにより伝送されたデジタル信号と、を組み合わせて映像信号を生成する映像信号生成器である。

具体的に、画像処理部３５は、異常検知部３４により光ファイバ２１ａ，２１ｂの異常が検知されていない場合には、Ｏ／Ｅ変換器３３ａから出力された撮像エリアＡ１に係るデジタルの撮像信号と、Ｏ／Ｅ変換器３３ｂから出力された撮像エリアＡ２に係るデジタルの撮像信号と、を統合して全画面の画像を構成し、例えば、デモザイキング処理、ホワイトバランス処理、ノイズリダクション処理、カラーマトリクス処理、ガンマ変換処理などの一般的な画像処理を行って映像信号を生成し出力する。

一方、画像処理部３５は、補間処理部を備えており、異常検知部３４により光ファイバ２１ｂまたは２１ａの異常が検知された場合には、メタル線２２ｂを介して入力された撮像エリアＡ２またはＡ１の間引きされた撮像信号を、光信号として伝送された撮像信号の画素数に整合するように補間処理する。そして、画像処理部３５は、補間処理した撮像信号と、正常な光ファイバ２１ａまたは２１ｂを介して伝送されＯ／Ｅ変換器３３ａまたは３３ｂで変換された撮像信号と、を統合して全画面の画像を構成し、上述したような一般的な画像処理を行って映像信号を生成し出力する。

なお、伝送量可変器１９がデータ圧縮技術（符号化など）を用いる構成である場合には、画像処理部３５は、データ伸張技術（復号化など）を行う画像伸張部を備えることになる（あるいは、伝送量可変器１９が間引き処理とデータ圧縮とを両方行う構成である場合には、画像処理部３５は、補間処理部と画像伸張部とを両方備えることになる）。

表示部４０は、モニタ等を有して構成されており、画像処理部３５により生成された映像信号を観察可能に表示する。

次に、図５は、内視鏡システム１の作用を示すフローチャートである。

内視鏡システム１の電源がオンされて図示しないメイン処理が開始され、メイン処理において撮影開始が指示されると、この図５に示す撮影処理に入る。

すると、制御回路１３の制御により受光部１２が撮像を行って、受光部１２を例えば図２に示したように撮像エリアＡ１と撮像エリアＡ２とに分割した２系統の撮像信号が出力される（ステップＳ１）。

続いて、異常検知部３４は、異常フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ２）。

ここで、異常フラグがオフであると判定された場合には、異常検知部３４は、分岐部１７のスイッチ１７ａ，１７ｂがＥ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂ側へ接続されるように制御する。これにより、各系統の撮像信号がＥ／Ｏ変換されて光信号となり、光ファイバ２１ａ，２１ｂを介して信号処理装置３０へ伝送される（ステップＳ３）。

光ファイバ２１ａ，２１ｂを介して伝送された光信号は、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂによりそれぞれＯ／Ｅ変換されて電気信号となる（ステップＳ４）。

異常検知部３４は、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂによりＯ／Ｅ変換された電気信号に基づき、上述したように異常検知処理を行い、異常が検知された場合には異常フラグをオンにする（ステップＳ５）。

さらに、画像処理部３５が、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂによりＯ／Ｅ変換された電気信号に基づき、上述したように画像処理を行って映像信号を生成する（ステップＳ６）。ここで生成された映像信号は、表示部４０に表示される。

その後、撮影を終了するか否かを判定し（ステップＳ７）、終了しないと判定された場合には、上述したステップＳ１の処理に戻る。

一方、ステップＳ２において、異常フラグがオンであると判定された場合には、異常検知部３４は、分岐部１７のスイッチ１７ｂまたは１７ａの内の、異常が生じた光ファイバ２１ｂまたは２１ａに係る系統のスイッチを、伝送量可変器１９側へ切り替えるように制御する。ただし、異常が生じていない系統のスイッチは、光ファイバ２１ａまたは２１ｂ側に接続されたままである。

これにより、正常な系統の撮像信号は、Ｅ／Ｏ変換器１８ａまたは１８ｂによりＥ／Ｏ変換されて光信号となり、光ファイバ２１ａまたは２１ｂを介して信号処理装置３０へ伝送される（ステップＳ８）。

また、光ファイバに異常が検知された系統の撮像信号は、分岐部１７を介して伝送量可変器１９へ伝送され、例えば間引き処理されてメタル線２２ｂを介して画像処理部３５へ伝送される（ステップＳ９）。

正常な光ファイバ２１ａまたは２１ｂを介して伝送された光信号は、Ｏ／Ｅ変換器３３ａまたは３３ｂによりＯ／Ｅ変換されて電気信号となる（ステップＳ１０）。

メタル線２２ｂを介して伝送された、間引き処理された撮像信号は、画像処理部３５に入力されると、上述したように補間処理される（ステップＳ１１）。

そして、画像処理部３５は、光信号からＯ／Ｅ変換された撮像信号と、補間された撮像信号と、を統合して全画面の画像を構成し、上述したように画像処理を行って映像信号を生成する（ステップＳ１２）。ここで生成された映像信号も、ステップＳ６と同様に、表示部４０に表示される。

ステップＳ１２の処理を行ったら、上述したステップＳ７へ行く。

こうして、ステップＳ７において、撮影を終了すると判定された場合には、この撮影処理から図示しないメイン処理へリターンする。

なお、図５に示した処理では、ステップＳ５で検知した異常フラグの判定をステップＳ７のループを戻ったステップＳ２において行うために、ステップＳ５において異常が検知された場合でも、１フレームだけは、光ファイバ２１ａおよび２１ｂを介して伝送された、異常が発生した領域の撮像信号と正常な領域の撮像信号とを用いて、映像信号が生成されることになる。しかし、これに限るものではなく、例えばフレームバッファを設けて、１フレーム前の異常が発生する映像信号を再度表示するようにしても良いし、１フレーム前の異常が発生していない領域の撮像信号と、現フレームの正常な領域の撮像信号とを用いて、映像信号を生成して表示するようにしても構わない。

また、図５に示した処理では、光ファイバ２１ｂまたは２１ａの何れかの異常が一旦検知されたら、その後は、光ファイバに異常が検知された系統の撮像信号をメタル線２２ｂを介して伝送しステップＳ８〜Ｓ１２の処理を行うようにしていた。しかし、これに限るものではなく、適宜の時間間隔で異常検知部３４の処理を繰り返して行い、一旦異常が検知された光ファイバ２１ｂまたは２１ａが正常に戻ったと判定された場合に、ステップＳ８〜Ｓ１２の処理から再びステップＳ３〜Ｓ６の処理に移行するようにしても構わない。

このような実施形態１によれば、ＣＭＯＳ撮像素子１１が複数系統のデジタル信号を出力して、Ｅ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂにより光信号にそれぞれ変換し、複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂがそれぞれの光信号を伝送するようにしたために（すなわち、複数の光信号をパラレルに伝送するようにしたために）、伝送速度を向上することができる。

さらに、ＣＭＯＳ撮像素子１１から出力されたデジタル信号を少なくとも１系統伝送するメタル線２２ｂを設けたために、複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂの何れかに異常が生じた場合でも、光ファイバに異常が生じた系統のデジタル信号がメタル線２２ｂにより伝送され、画像を構成することが可能となる。

そして、光ファイバの一部（光ファイバ２１ｂまたは２１ａ）に異常が生じた場合でも、異常が生じた系統のデジタル信号はメタル線２２ｂにより伝送されるが、異常が生じていない光ファイバ２１ａまたは２１ｂは光信号を伝送するために、画像全体の画質が大幅に低下することのない画像を構成して観察することが可能となる。

また、伝送量可変器１９が、少なくとも１系統のデジタル信号をメタル線２２ｂが伝送するのに適したデータ量のデジタル信号に変換するために、伝送エラーによるデータ落ちを生じることなく、メタル線２２ｂによってデジタル信号を伝送することが可能となる。

さらに、異常検知部３４が、複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂにより伝送された光信号をＯ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂでそれぞれ変換した電気信号に基づいて、各光ファイバ２１ａ，２１ｂの異常を検知するようにしたために、光ファイバ２１ａ，２１ｂに対して別途の検出用光を照射する等の構成が不要となり、簡単な構成で異常を検知することができる。

そして、伝送量可変器１９が、光ファイバに異常が検知された系統のデジタル信号のみをメタル線２２ｂへ出力するようにしたために、他の信号にデータ量を割り当てる必要がなく、メタル線２２ｂが伝送可能な範囲内で最も高画質のデジタル信号を送信することが可能となる。

加えて、画像処理部３５が、異常検知部３４により異常が検知されない場合には、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂから出力された複数系統の電気信号に基づいて映像信号を生成し、異常検知部３４により異常が検知された場合には、Ｏ／Ｅ変換器３３ａ，３３ｂから出力された異常が検知されない系統の電気信号と、メタル線２２ｂにより伝送されたデジタル信号と、を組み合わせて映像信号を生成するために、正常時には高画質の画像を観察することが可能であり、異常発生時にも高画質の領域と画質が低下した領域とで構成される、画像全体の画質が大幅に低下することのない画像を観察することが可能となる。

また、ＣＭＯＳ撮像素子１１から出力するデジタル信号の系統を、受光エリアを分割した複数の撮像エリア毎としたために、エリア毎に高画質の画像と画質が低下した画像とを得ることができる。

例えば、図２に示したような撮像エリアＡ１，Ａ２の構成において、撮像エリアＡ１が高画質、撮像エリアＡ２が低下した画質であるとすると、ユーザは、高画質で観察したい被検体部分を撮像エリアＡ１に入れるように構図調整することで、光ファイバ２１ａ，２１ｂの何れかに異常が発生しても、狙いの被検体部分を高画質で観察することが可能となる。

また例えば、撮像エリアを偶数ラインと奇数ラインに分割した場合に、一方のラインが高画質、他方のラインが低下した画質となったときにも、画像全体の画質を、高画質と低下した画質の中間の画質とすることができ、視野全体の大幅な画質低下を抑制して、比較的良好な画質に保つことができる。

さらに、伝送量可変器１９が間引き処理を行ってデジタル信号のデータ量を減少し、画像処理部３５がメタル線２２ｂにより伝送されたデジタル信号に補間処理を行うことで、正常な光ファイバ２１ａまたは２１ｂにより光信号として伝送された画像の解像度に合わせた映像信号を生成することができる。

そして、異常が検知された光ファイバ２１ａ，２１ｂの数に応じて、伝送量可変器１９が間引き処理の間引き率（あるいはデータ圧縮処理の圧縮率）を変化させ、画像処理部３５が補間処理（あるいは圧縮率に対応したデータ伸張処理）を変化させることで、複数の系統に異常が発生した場合にも画像を構成することが可能となる。

加えて、分岐器である分岐部１７が、正常時には、複数系統のデジタル信号の全てをＥ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂのみへ接続し、異常時には、正常な系統のデジタル信号を全てＥ／Ｏ変換器１８ａ，１８ｂのみへ接続すると共に、異常な系統のデジタル信号を全てメタル線２２ｂのみへ接続するように切り替えるために、画像の構成に用いられない信号の伝送（例えば、異常が生じた光ファイバによる光信号の伝送、あるいは正常な光ファイバにより伝送されるのと同一系統のデジタル信号のメタル線２２ｂによる重複した伝送）が行われないようにすることができ、不要な処理を削減して、消費電力を低減することができる。

また、光伝送部材として、並列に配置された複数の光ファイバ２１ａ，２１ｂを用いているために、許容範囲内の曲率であれば接続ケーブル２０を曲げる等の形状変化も可能となり、取り扱いが容易となる。

なお、上述した各部は、回路として構成されていても良い。そして、任意の回路は、同一の機能を果たすことができれば、単一の回路として実装されていても良いし、複数の回路を組み合わせたものとして実装されていても構わない。さらに、任意の回路は、目的とする機能を果たすための専用回路として構成されるに限るものではなく、汎用回路に処理プログラムを実行させることで目的とする機能を果たす構成であっても構わない。

また、上述では主として内視鏡システムについて説明したが、内視鏡システムを上述したように作動させる作動方法であっても良いし、コンピュータに内視鏡システムと同様の処理を行わせるための処理プログラム、該処理プログラムを記録するコンピュータにより読み取り可能な一時的でない記録媒体、等であっても構わない。

さらに、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明の態様を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

本出願は、２０１６年２月２５日に日本国に出願された特願２０１６−０３４６８８号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (11)

1. 被検体を撮像して複数系統のデジタル信号として出力する撮像装置と、
   前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号を光信号にそれぞれ変換して出力する電気光変換器と、
   前記電気光変換器から出力された複数系統の光信号をそれぞれ伝送するように複数設けられた光伝送部材と、
   前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号の内の、少なくとも１系統のデジタル信号を伝送するように設けられた金属伝送部材と、
   前記金属伝送部材が伝送する対象となる前記少なくとも１系統のデジタル信号を、前記金属伝送部材が伝送するのに適したデータ量のデジタル信号に変換して、前記金属伝送部材へ出力する伝送量可変器と、
   を備えることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記複数の光伝送部材により伝送された光信号を電気信号にそれぞれ変換して出力する光電気変換器と、
   前記光電気変換器から出力された前記電気信号に基づいて、前記複数の光伝送部材それぞれの異常を検知する異常検知器と、
   をさらに備え、
   前記伝送量可変器は、前記異常検知器により異常が検知された光伝送部材が伝送する系統のデジタル信号のみを、前記金属伝送部材が伝送するのに適したデータ量のデジタル信号に変換して、前記金属伝送部材へ出力することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記異常検知器により異常が検知されない場合には、前記光電気変換器から出力された複数系統の前記電気信号に基づいて映像信号を生成し、前記異常検知器により異常が検知された場合には、前記光電気変換器から出力された異常が検知されない系統の前記電気信号と、前記金属伝送部材により伝送されたデジタル信号と、を組み合わせて映像信号を生成する映像信号生成器をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 前記撮像装置は、被検体を撮像する受光エリアを複数の撮像エリアに分割して、１つの撮像エリアから得られるデジタル信号を１つの系統として前記複数系統のデジタル信号を出力するものであることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
5. 前記伝送量可変器は、前記デジタル信号に間引き処理を行って前記デジタル信号のデータ量を減少することで、前記データ量の変換を行い、
   前記映像信号生成器は、前記異常検知器により異常が検知された場合には、前記金属伝送部材により伝送されたデジタル信号に補間処理を行ってから、前記光電気変換器から出力された異常が検知されない系統の前記電気信号と組み合わせて前記映像信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
6. 前記伝送量可変器は、前記異常検知器により異常が検知された光伝送部材の数に応じて、前記間引き処理の間引き率を変化させ、
   前記映像信号生成器は、前記間引き率に応じて前記補間処理を変化させることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡システム。
7. 前記伝送量可変器は、前記デジタル信号にデータ圧縮処理を行って前記デジタル信号のデータ量を減少することで、前記データ量の変換を行い、
   前記映像信号生成器は、前記異常検知器により異常が検知された場合には、前記金属伝送部材により伝送されたデジタル信号にデータ伸張処理を行ってから、前記光電気変換器から出力された異常が検知されない系統の前記電気信号と組み合わせて前記映像信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
8. 前記伝送量可変器は、前記異常検知器により異常が検知された光伝送部材の数に応じて、前記データ圧縮処理の圧縮率を変化させ、
   前記映像信号生成器は、前記圧縮率に応じて前記データ伸張処理を変化させることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
9. 前記異常検知器により異常が検知されない場合には、前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号の全てを前記電気光変換器のみへ接続し、前記異常検知器により異常が検知された場合には、前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号の内の、異常が検知されていない光伝送部材が伝送する系統のデジタル信号を全て前記電気光変換器のみへ接続すると共に、異常が検知された光伝送部材が伝送する系統のデジタル信号を全て前記金属伝送部材のみへ接続するように切り替える分岐器をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
10. 前記複数の光伝送部材は、並列に配置された複数の光ファイバを含むことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
11. 撮像装置が、被検体を撮像して複数系統のデジタル信号として出力し、
    電気光変換器が、前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号を光信号にそれぞれ変換して出力し、
    複数設けられた光伝送部材が、前記電気光変換器から出力された複数系統の光信号をそれぞれ伝送し、
    金属伝送部材が、前記撮像装置から出力された前記複数系統のデジタル信号の内の、少なくとも１系統のデジタル信号を伝送し、
    伝送量可変器が、前記金属伝送部材が伝送する対象となる前記少なくとも１系統のデジタル信号を、前記金属伝送部材が伝送するのに適したデータ量のデジタル信号に変換して、前記金属伝送部材へ出力することを特徴とする内視鏡システムの作動方法。

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