JP6169308B1 - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

撮像装置は、イメージセンサ（１２）と、イメージセンサ（１２）に電力を供給する複数の同極の電源（２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ）と、電源（２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ）とイメージセンサ（１２）との間のそれぞれの電源ラインに流れる正電流及び負電流を検知する電流検知回路（２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ）と、電源ラインにおいて負電流が流れた場合に、短絡故障が生じたと判断する故障判断回路（２２６）とを備える。

Description

本発明は、撮像装置に関する。

近年、内視鏡等の撮像装置に用いられるイメージセンサは、出力電力の異なる複数の電源によって駆動されている。ここで、内視鏡では挿入部の細径化の要求があり、この要求のために、挿入部を通る電源ラインは近接して配置されている。このため、電源ラインの間で短絡等の故障が発生し得る。日本国特許第５２９８２５９号公報において提案されている内視鏡は、それぞれの電源ラインの間に印加される電圧又はそれぞれの電源ラインを流れる電流を閾値と比較することによって短絡等の故障状態を判断し、故障状態であると判断された場合にイメージセンサへの電源の供給を停止するようにしている。

日本国特許第５２９８２５９号公報等の技術で用いられている電流検知回路は、電源からイメージセンサに向かって流れる電流を検知するように構成されている。ここで、電源ライン間の短絡が発生した場合、電流は、高電圧の電源から低電圧の電源に向けて流れることになる。この場合、負電流が流れることになる低電圧の電源に接続されている電流検知回路は、電流を検知できなくなる。一方、高電圧の電源に接続されている電流検知回路は、電流を検知できる。しかしながら、それぞれの電源の出力電圧又は出力電流の差が大きい場合には、短絡の発生時において、高電圧の電源に接続されている電流検知回路で検知される電流の変化は微小になる。このため、短絡の故障が発生しているのか、単なるノイズであるのかは電流の変化からは判断できない。

また、電圧検知回路で故障状態を判断する構成の場合、電源ラインが長くなると、短絡の故障が発生しても電圧の変化は微小になる。この場合も短絡の故障が発生しているのか、単なるノイズであるのかは電圧の変化からは判断できない。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、イメージセンサへの電力供給に出力電力の異なる複数の電源が用いられている場合において、電源ライン間の短絡故障をより確実に検知することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一態様の撮像装置は、イメージセンサと、前記イメージセンサに電力を供給する複数の電源と、前記複数の電源と前記イメージセンサとの間のそれぞれの電源ラインに流れる正電流及び負電流を検知する電流検知回路と、前記電源ラインにおいて負電流が流れた場合に、短絡故障が生じたと判断する故障判断回路とを具備する。

本発明によれば、イメージセンサへの電力供給に出力電力の異なる複数の電源が用いられている場合において、電源ライン間の短絡故障をより確実に検知することが可能な撮像装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置を含む内視鏡システムの概略の構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る画像プロセッサの主要な構成を示すブロック図である。 図３は、定常出力電流の差が小さな電源ライン間の短絡故障の場合の電流検知回路の出力を説明するための図である。 図４Ａは、定常出力電流の差が大きな電源ライン間の短絡故障の場合の電流検知回路の出力を説明するための図である。 図４Ｂは、図４Ａの電流検知回路の等価回路を示す図である。 図５は、故障判断の動作を示すフローチャートである。 図６は、電源ラインＬ１及び電源ラインＬ２の短絡と電源ラインＬ２及び電源ラインＬ３の短絡とが同時に発生した例を示した図である。 図７は、電源ラインＬ１及びＬ２における位置Ａと電源ラインＬ１及びＬ２における位置Ａよりも遠い位置である位置Ｂとで短絡故障が発生した例を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例としての内視鏡システムの概略の構成を示す図である。図１に示す内視鏡システム１は、スコープ１０と、コントローラ２０と、モニタ３０とを有している。スコープ１０は、被検体の体内の映像信号をコントローラ２０の画像プロセッサ２２に伝送する。画像プロセッサ２２は、スコープ１０から伝送された映像信号を処理する。モニタ３０は、コントローラ２０で処理された映像信号に基づいて映像を表示する。

スコープ１０は、挿入部１１と、操作部１４と、ケーブル１５と、コネクタ１６と、コネクタ１７とを有している。

挿入部１１は、被検体の体内に挿入される部分である。挿入部１１の先端の内部には、イメージセンサ１２が設けられている。イメージセンサ１２は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等であり、被検体の体内を撮像して被検体に係るデジタル信号である映像信号を生成する。ここで、イメージセンサ１２は、出力電力の異なる複数の電源によって駆動される。また、挿入部１１は、先端から照明光を射出可能に構成されている。

また、挿入部１１は、医師等の操作者による操作部１４の操作ノブの操作を受けて湾曲するように構成された部分と、操作部１４の操作によらずに外力によって受動的に湾曲するような部分とを有するように構成されている。

操作部１４は、挿入部１１とケーブル１５とを接続している。操作部１４は、挿入部１１を右左方向に湾曲させる操作を行うためのＲＬノブと、挿入部１１を上下方向に湾曲させる操作を行うためのＵＤノブとを操作ノブとして有している。また、操作部１４は、各種のスイッチを有している。

挿入部１１、操作部１４及びケーブル１５の内部には、ライトガイドが形成されている。このライトガイドは、ケーブル１５の基端に設けられたコネクタ１６を介してコントローラ２０の光源装置２１に接続されている。また、挿入部１１、操作部１４及びケーブル１５の内部には、電源ライン等の各種の信号ラインが形成されている。この信号ラインは、コネクタ１６に接続されるコネクタ１７を介してコントローラ２０の画像プロセッサ２２に接続されている。

光源装置２１は、白色ＬＥＤ等の光源を有しており、照明光を射出する。光源装置２１から射出された照明光は、ライトガイドを介して挿入部１１の先端まで伝達され、挿入部１１の先端から射出される。これにより、被検体内は照明される。

画像プロセッサ２２は、挿入部１１のイメージセンサ１２で得られた映像信号を処理する。この処理は、階調補正処理等の映像信号をモニタ３０で表示可能な形式に変換する処理を含む。

なお、図１では、コントローラ２０に画像プロセッサ２２と光源装置２１がそれぞれ独立して存在するものとして説明したが、１つの筐体として構成されていてもよい。

モニタ３０は、例えば液晶モニタである。モニタ３０は、画像プロセッサ２２で処理された映像信号に基づく映像や各種の情報を表示する。

図２は、本実施形態に係る画像プロセッサ２２の主要な構成を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る画像プロセッサ２２は、複数（図では３つ）の電源としてのレギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃを有している。レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃは、イメージセンサ１２を駆動するための電力を生成する。なお、本実施形態の例では、電源はレギュレータであるとしている。しかしながら、電源は、必ずしもレギュレータでなくてよい。

ここで、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃは、互いに異なる大きさの同極の定常電力を出力する。このために、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃの間では、イメージセンサ１２への出力電圧値又は出力電流値が異なっている。ただし、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃの電流を流す方向は同一である。

レギュレータ２２２ａは、例えば、イメージセンサ１２による撮像で生成されるアナログの映像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータの駆動電源として用いられる。また、レギュレータ２２２ｂは、例えば、イメージセンサ１２から出力される映像信号の通信のための電源として用いられる。また、レギュレータ２２２ｃは、例えば、イメージセンサ１２のコア電源として用いられる。勿論、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃの用途は、ここで説明したものに限定されるものではない。

また、画像プロセッサ２２は、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃを有している。電流検知回路２２４ａは、レギュレータ２２２ａとイメージセンサ１２との間に接続されており、レギュレータ２２２ａとイメージセンサ１２との間の電源ラインＬ１に流れる電流を検知する。電流検知回路２２４ｂは、レギュレータ２２２ｂとイメージセンサ１２との間に接続されており、レギュレータ２２２ｂとイメージセンサ１２との間の電源ラインＬ２に流れる電流を検知する。電流検知回路２２４ｃは、レギュレータ２２２ｃとイメージセンサ１２との間に接続されており、レギュレータ２２２ｃとイメージセンサ１２との間の電源ラインＬ３に流れる電流を検知する。

本実施形態に係る電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃは、レギュレータからイメージセンサに向けて流れる正電流だけでなく、イメージセンサからレギュレータに向けて流れる負電流も検知可能に構成されている。負電流を検知可能とするための構成としては、例えばイメージセンサ１２をバイアス電源によって駆動する構成としておけばよい。この場合、バイアス電源によって流れる電流の値を基準として基準値よりも大きな電流は正電流として、基準値よりも小さな電流は負電流として検知され得る。勿論、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃの構成は、正方向及び負方向の電流を検知することができる構成であれば、ここで説明した構成に限定されるものではない。

また、画像プロセッサ２２は、故障判断回路２２６を有している。故障判断回路２２６は、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等で構成されている。この故障判断回路２２６は、フィルタ回路２２６ａと、メモリ２２６ｂとを有し、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃで検知される電流の大きさ及び電流の方向から、電源ラインに短絡故障等の故障が生じているか否かを判断する。フィルタ回路２２６ａは、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれで検知される電流の所定期間の平均値を出力するフィルタである。メモリ２２６ｂは、例えばフラッシュメモリであり、電流のピーク値を記憶する。

以下、本実施形態に係る内視鏡装置の動作を説明する。まず、本実施形態における故障判断の概念を説明する。なお、以下の説明においては、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃの定常出力電圧は、それぞれ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３（Ｖ１＞Ｖ３＞＞Ｖ２）であるとする。また、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃの定常出力電流は、それぞれ、１００ｍＡ、１ｍＡ、５０ｍＡであるとする。

複数の電源ラインの間で短絡故障が生じた際、瞬間的には、より高い定常出力電圧のレギュレータからより低い定常出力電圧のレギュレータに向けて電流が流れる。ここで、電流検知回路が正電流（イメージセンサからレギュレータに向けて流れる電流）しか検知できないものであるとすると、電流の向きが逆方向になる側の電流検知回路では電流を検知することはできず、電流の向きが順方向になる電流検知回路でのみ電流を検知することができる。このときに検知される電流は、それぞれの電源ラインを流れていた定常電流を合わせた電流になる。

例えば、図３に示すように、定常出力電流の差が小さな電源ラインＬ１及び電源ラインＬ３が短絡した場合には、電流の向きが逆方向になる電流検知回路２２４ｃは電流を検知せず、電流の向きが順方向になる電流検知回路２２４ａは、電源ラインＬ１を流れていた定常電流と電源ラインＬ３を流れていた定常電流とを合わせた電流を検知する。前述の例では、レギュレータ２２２ａの定常出力電流値は１００ｍＡであり、レギュレータ２２２ｃの定常電流値は５０ｍＡであるので、電流検知回路２２４ａで検知される電流は、１００ｍＡから１５０ｍＡに変化する。このように、定常出力電流の差が小さな電源ライン間の短絡故障であれば、電流検知回路で検知される電流は大きく変化する。この正電流を検知することで、短絡故障を判断することが可能である。

一方、図４Ａに示すように、定常出力電流の差が大きな電源ラインＬ１及び電源ラインＬ２が短絡した場合には、電流検知回路２２４ｂは電流を検知せず、電流検知回路２２４ａは、電源ラインＬ１を流れていた定常電流と電源ラインＬ２を流れていた定常電流とを合わせた電流を検知する。前述の例では、レギュレータ２２２ａの定常出力電流値は１００ｍＡであり、レギュレータ２２２ｂの定常出力値は１ｍＡであるので、電流検知回路２２４ａで検知される電流は、１００ｍＡから１０１ｍＡに変化することになる。このように、定常出力電流の差が大きな電源ライン間の短絡故障では、電流検知回路で検知される電流は殆ど変化しない。このような小さな電流変化については、短絡故障によって生じたものであるのか、もともとの定常電流に重畳されるノイズ等であるのかを区別することは困難である。

本実施形態の電流検知回路は、正電流だけでなく負電流も検知できるものである。したがって、図４Ａのような短絡故障が発生した場合に、電流検知回路２２４ｂも電流を検知することができる。ここで、電源ラインＬ１の故障位置までの線抵抗をＲ１とし、電源ラインＬ２の故障位置までの線抵抗をＲ２とした場合、図４Ａの等価回路は、図４Ｂのようになる。したがって、電流検知回路２２４ｂで検知される負電流Ｉ２は、以下の（式１）で表される。
Ｉ２＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｒ１＋Ｒ２） （式１）
電源ラインの故障位置にもよるが、線抵抗Ｒ１、Ｒ２は何れも数オーム程度であり、電源ラインＬ１と電源ラインＬ２とでそれほどの差はない。このため、負電流Ｉ２は、実質的には、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の差によって決まる。図４Ａの例のように電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が大きく、電流検知回路２２４ａにおいて微小な正電流しか検知できないような場合には、電流検知回路２２４ｂにおいて大きな負電流が検知される。この負電流を検出することで、短絡故障を判断することが可能である。

図５は、故障判断の動作を示すフローチャートである。図５の処理は、故障判断回路２２６によって行われる。

ステップＳ１において、故障判断回路２２６は、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃに対し、イメージセンサ１２への電力供給の開始を指示する。この指示を受けて、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃは、予め設定された出力電力でイメージセンサ１２への電力供給を開始する。これにより、イメージセンサ１２は、動作を開始する。

ステップＳ２において、故障判断回路２２６は、所定周期毎に、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃから個別に又は順次に電流値を取得する。

ステップＳ３において、故障判断回路２２６は、フィルタ回路２２６ａによって、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流値をフィルタリングすることによって、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから所定期間（例えば１秒）分だけ取得した電流値の平均値を取得する。電流値の平均値を取得するようにしているのは、瞬間的な電流値の変化だけで内視鏡システム１の動作が停止してしまうのを防止するためである。必ずしも平均値を取得する構成となっていなくてもよい。

ステップＳ４において、故障判断回路２２６は、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流値の中で負電流となっているものがあるか否かを判定する。短絡故障が発生していない場合には、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流は正電流になる。この他、前述の（式１）で示したように、例えば、レギュレータ間の出力電圧の差が小さい場合には、短絡故障が生じたとしても電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流は微小な値になる。これらの場合には、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流値の中で負電流となっているものがないと判定される。ステップＳ４において電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流値の中で負電流となっているものがないと判定された場合には、処理はステップＳ５に移行する。一方、ステップＳ４において電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流値の中で負電流となっているものがあると判定された場合には、処理はステップＳ６に移行する。

ステップＳ５において、故障判断回路２２６は、電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流値の中で閾値以上のものがあるか否かを判定する。前述したように、レギュレータ間の出力電圧又は出力電流の差が小さい場合には、短絡故障が生じていないときには定常の正電流が流れ、短絡故障が生じたときには過大な正電流が流れる。ステップＳ５において電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流値の中で閾値以上のものがないと判定された場合には、処理はステップＳ２に戻る。この場合には、短絡故障が生じていないとして内視鏡システム１の動作は継続される。一方、ステップＳ５において電流検知回路２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃのそれぞれから取得した電流値の中で閾値以上のものがあると判定された場合には、処理はステップＳ６に移行する。

ステップＳ６において、故障判断回路２２６は、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃに対し、イメージセンサ１２への電力供給の停止を指示する。この指示を受けて、レギュレータ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃは、イメージセンサ１２への電力供給を停止する。これにより、イメージセンサ１２は、動作を停止する。

ステップＳ７において、故障判断回路２２６は、所定期間のうちのピーク電流値をメモリ２２６ｂに記憶させる。その後、図５の処理は終了される。このピーク電流値は、短絡故障が発生した位置を判断するために用いられる。詳細については後で説明する。

以上説明したように本実施形態では、レギュレータとイメージセンサとの間の電源ラインの電流を検知する電流検知回路は、正電流だけでなく負電流も検知可能に構成されている。このため、イメージセンサへの電力供給に出力電力の異なる複数の電源が用いられている場合において、レギュレータ間の出力電流や出力電圧に差があるか否かによらずに電源ライン間の短絡故障を検知することが可能である。また、電源ラインが長くなったとしても短絡故障を検知することが可能である。

ここで、前述した例では、２つの電源ライン間の短絡故障の検知について説明されている。これに対し、本実施形態の技術は、３つ以上の電源ライン間の短絡故障の検知についても適用可能である。例えば、図６は、電源ラインＬ１及び電源ラインＬ２の短絡と電源ラインＬ２及び電源ラインＬ３の短絡とが同時に発生した例を示している。この場合も、最も定常出力電圧の高いレギュレータ２２２ａからレギュレータ２２２ｂ及びレギュレータ２２２ｃに向けて負電流が流れる。したがって、電流検知回路２２４ｂ及び２２４ｃにおいて検知される負電流から短絡故障の発生を検知することが可能である。

また、短絡故障発生時において流れる電流の大きさは、レギュレータの出力電圧と電源ラインの線抵抗の大きさ、すなわち短絡故障が発生した位置とで決まる。したがって、それぞれの電源ラインの単位長さ当たりの抵抗とレギュレータの出力電圧値とが既知であれば、電流検知回路で検知される電流の大きさから短絡故障の生じた電源ラインにおける故障位置をおおまかに特定することが可能である。

例えば、図７に示す電源ラインＬ１及びＬ２における位置Ａで短絡故障が発生した場合と電源ラインＬ１及びＬ２における位置Ａよりも遠い位置である位置Ｂで短絡故障が発生した場合とで線抵抗の大きさを比較すると、位置Ａで短絡故障が発生した場合の線抵抗のほうが位置Ｂで短絡故障が発生した場合の線抵抗よりも小さくなる。したがって、位置Ａで短絡故障が発生した場合に電流検知回路２２４ｂで検知される電流の大きさは、位置Ｂで短絡故障が発生した場合よりも大きくなる。このように、レギュレータにより近い側で短絡故障が発生するほど、電源ラインに流れる電流は大きくなる。短絡故障が発生した際に電流のピーク値をメモリ２２６ｂに記憶しておくことにより、メモリ２２６ｂに記憶されているピーク電流の値と、レギュレータの出力電圧値と、単位長さ当たりの抵抗値とから、（式１）より、短絡故障が生じた電源ラインにおける故障位置をおおまかに特定することが可能である。なお、（式１）は負電流の場合の式であるが、正電流の場合も同様の考え方に従って故障位置を特定することが可能である。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、前述した実施形態では、レギュレータ及び電流検知回路は、画像プロセッサ２２に設けられている。しかしながら、レギュレータ及び電流検知回路は、必ずしも画像プロセッサ２２に設けられていなくてもよい。例えば、レギュレータ及び電流検知回路は、コネクタ１７に設けられていてもよい。また、レギュレータは画像プロセッサ２２に設けられており、電流検知回路のみがコネクタ１７に設けられていてもよい。

Claims (4)

1. イメージセンサと、
   前記イメージセンサに電力を供給する複数の電源と、
   前記複数の電源と前記イメージセンサとの間のそれぞれの電源ラインに流れる正電流及び負電流を検知する電流検知回路と、
   前記電源ラインにおいて負電流が流れた場合に、短絡故障が生じたと判断する故障判断回路と、
   を具備する撮像装置。
2. 前記故障判断回路は、さらに、前記電源ラインにおいて閾値以上の正電流が流れた場合に、短絡故障が生じたと判断する請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記複数の電源の前記イメージセンサに対する出力電力の大きさは互いに異なっている請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記故障判断回路は、さらに、前記電源ラインに流れた負電流の大きさに基づいて、前記短絡故障が生じた電源ライン及び前記短絡故障が生じた位置を判断する請求項１に記載の撮像装置。

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