WO2016194408A1 - 内視鏡システム - Google Patents

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WO2016194408A1
WO2016194408A1 PCT/JP2016/054733 JP2016054733W WO2016194408A1 WO 2016194408 A1 WO2016194408 A1 WO 2016194408A1 JP 2016054733 W JP2016054733 W JP 2016054733W WO 2016194408 A1 WO2016194408 A1 WO 2016194408A1
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WO
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unit
drive control
endoscope system
signal
monitoring unit
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PCT/JP2016/054733
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French (fr)
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啓介 筒井
文行 大河
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オリンパス株式会社
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Publication date
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    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
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Definitions

  • the present invention relates to an endoscope system, and more particularly to an endoscope system that detects an abnormality of an imaging signal and initializes an imaging device.
  • an endoscope system including an endoscope for observing a region to be examined and performing various treatments by inserting an elongated endoscope into a body cavity or the like has been widely used.
  • an endoscope system for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-206337 discloses an electronic endoscope provided with a solid-state imaging device and an imaging signal from the solid-state imaging device connected to the electronic endoscope.
  • An endoscope system having a processor device that performs various signal processing and converts it into image data is disclosed. Then, the image data converted by the processor device is displayed on a monitor connected to the processor device by a cable.
  • CMOS type solid-state imaging device includes a register for storing setting values (control data) such as driving and reading operations, and the driving and reading operations are performed based on the control data set in the registers. This control data is transmitted from the processor device to the electronic endoscope, and is set in the register of the CMOS type solid-state imaging device.
  • an endoscopic system may also use a surgical instrument such as an electric knife during endoscopic observation. From the electric knife or the like while transmitting control data or after storing control data in a register Due to the disturbance noise, the control data may be rewritten to an unintended value. As described above, when the control data is rewritten due to disturbance noise or the like, an abnormality may occur in the driving or reading operation of the CMOS solid-state imaging device.
  • control data stored in a register is superimposed on an imaging signal output from a CMOS solid-state imaging device and transmitted to a processor device. Then, the endoscope system compares the control data superimposed on the imaging signal with the control data set in the register in the processor device, and detects whether the control data stored in the register has been rewritten. is doing.
  • the endoscope system When the endoscope system detects that the setting value has been rewritten, the endoscope system retransmits the control data from the processor device to the CMOS type solid-state imaging device of the electronic endoscope. That is, when an abnormality is detected in the control data stored in the register, normal control data is transmitted to the register of the CMOS solid-state image sensor, the control data in the register is reset, and the CMOS solid-state image sensor is driven. And the read operation is returned to normal.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2013-172904 discloses a determination signal generated by each part of the image sensor superimposed on an optical black area or a blanking period (a blanking area between synchronization signals), and a determination signal for each part.
  • An imaging device that discriminates an abnormal part based on a signal to which is added is disclosed. Thereby, in this imaging device, the abnormal part of an image sensor is specified in detail.
  • an abnormality may occur in the readout signal from the CMOS type solid-state imaging device, although an abnormality does not occur in the control data of the register due to disturbance noise or the like generated from a surgical instrument such as an electric knife.
  • the readout signal is an analog signal, an abnormality occurs in the readout signal only at the moment when disturbance noise is applied.
  • the readout signal is a digital signal, there is a possibility that the readout signal may continue to be abnormal even after disturbance noise is applied.
  • the imaging apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-172904 since the determination signal is superimposed on the optical black area and the blanking period, abnormal operation of the imaging signal or the synchronization signal output from the effective pixel area is prevented. It cannot be detected. Further, in the imaging apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-172904, since a determination signal is superimposed on the optical black area and the blanking period, and an operation abnormality is detected based on the determination signal, the sensor unit detects the abnormal operation. When there is an operation abnormality in the read image signal itself, the operation abnormality cannot be detected. That is, the imaging apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-172904 has a problem that it is impossible to reliably detect abnormal operation of the sensor unit.
  • an object of the present invention is to provide an endoscope system that can reliably detect an abnormal operation of a solid-state image sensor and quickly return the abnormal operation of the solid-state image sensor to a normal state.
  • An endoscope system detects an abnormality in an imaging signal from an imaging device that images a subject, a drive control unit that initializes and drives the imaging device, and starts initialization.
  • a monitoring unit that outputs a signal to the drive control unit, and the monitoring unit outputs a synchronization code, an optical black pixel value, and an effective pixel value of the imaging signal from the imaging element in respective normal ranges.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of control of a drive control circuit when there is an abnormality in the image sensor.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an endoscope system according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a detailed circuit configuration of a camera head and a camera control unit of the endoscope system according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the output format of the image sensor
  • FIG. 4 is a diagram showing a detailed circuit configuration of the monitoring unit.
  • an endoscope system 1 includes, for example, an optical endoscope 2, a camera head 4 detachably connected to an eyepiece 3 of the endoscope 2, and a camera head 4.
  • a camera control unit (hereinafter referred to as CCU) 5 that is detachably connected, a light source device 6 that supplies illumination light to the endoscope 2, and a video signal generated by an image processing unit (to be described later) of the CCU 5 are input.
  • a monitor 7 for displaying an observation image.
  • the camera head 4 has a head part 4a connected to the eyepiece part 3, a cable 4b extending from the head part 4a, and a connector part 4c provided at the base end of the cable 4b.
  • the camera head 4 is connected to the CCU 5 via this connector portion 4c.
  • endoscope 2 is described as being connected to the camera head 4, for example, other camera heads having different specifications such as an enlargement ratio can also be connected. Also, an electronic endoscope can be connected to the CCU 5.
  • the head unit 4a is constituted by a CMOS solid-state imaging device, and has an imaging device 10 for imaging a subject.
  • the connector unit 4c includes a control circuit 11 that monitors a read signal from the image sensor 10 and performs initialization of the image sensor 10 again when the read signal from the image sensor 10 is abnormal. It is configured.
  • the image sensor 10 includes an element unit 12, a transmission unit 13, and a CMOS control unit 14 that controls the element unit 12 and the transmission unit 13.
  • the CMOS control unit 14 includes a register 15 that holds setting values for controlling the element unit 12 and the transmission unit 13.
  • the control circuit 11 includes a receiving unit 16, a monitoring unit 17, a transmitting unit 18, and a drive control circuit 19.
  • the drive control circuit 19 includes a nonvolatile memory 20 that holds a list of setting values (thresholds described later) set in the monitoring unit 17.
  • the CCU 5 includes a receiving unit 21, an image processing unit 22, a communication circuit 23, and an operation unit 24.
  • the CCU 5 can rewrite (change) a set value set in the memory 20 via the operation unit 24.
  • the communication circuit 23 communicates with the drive control circuit 19. Then, the communication circuit 23 transmits the newly set setting value to the drive control circuit 19 and rewrites the setting value in the memory 20.
  • the set value may be rewritten using, for example, a personal computer (not shown) connected to the CCU 5.
  • the illumination light from the light source device 6 is transmitted to the endoscope 2 through a light guide (not shown), and is irradiated onto the subject from the distal end surface of the insertion unit through a light guide (not shown) in the insertion unit.
  • Return light from the subject is imaged by the element portion 12 of the imaging element 10 of the head portion 4a.
  • An imaging signal imaged by the element unit 12 of the imaging element 10 is output to the transmission unit 13.
  • the CMOS control unit 14 superimposes the synchronization code on the imaging signal from the element unit 12 in the transmission unit 13.
  • the transmission unit 13 converts the imaging signal on which the synchronization code is superimposed from serial to parallel, and transmits it to the reception unit 16 of the control circuit 11 as LVDS (low voltage differential signal).
  • the receiving unit 16 converts the received imaging signal from serial to parallel and outputs it to the monitoring unit 17.
  • the monitoring unit 17 outputs the imaging signal from the reception unit 16 to the transmission unit 18 and monitors whether there is an abnormality in the imaging signal.
  • the monitoring unit 17 detects that the imaging signal is abnormal, the monitoring unit 17 outputs an initialization start signal to the drive control circuit 19.
  • the drive control circuit 19 as a drive control unit initializes the image sensor 10 again. Note that detection of abnormality in the imaging signal will be described later.
  • the transmission unit 18 converts the input imaging signal from parallel to serial, and transmits it to the reception unit 21 of the CCU 5 as LVDS.
  • the receiving unit 21 converts the received imaging signal from serial to parallel and outputs the converted image signal to the image processing unit 22.
  • the image processing unit 22 performs predetermined image processing on the input imaging signal to generate a video signal, and outputs the generated video signal to the monitor 7, thereby displaying an observation image on the monitor 7.
  • the imaging device 10 includes an effective pixel unit 30 as an effective pixel region for photoelectrically converting a subject image, and an OB unit 31 as an optical black (hereinafter referred to as OB) region for detecting a black level. And the synchronization code section 32.
  • the OB unit 31 is disposed above the effective pixel unit 30.
  • the OB unit 31 is not limited to this.
  • one of the left and right regions of the effective pixel unit 30 or the effective pixel unit 30 is provided. It may be arranged in both the left and right regions.
  • a synchronization code unit 32 is superimposed with a synchronization code for detecting the start of horizontal synchronization and the start of horizontal blanking before and after the pixels for one line read from the effective pixel unit 30 and the OB unit 31, respectively. Is placed.
  • the synchronization code is superimposed by the transmission unit 13 under the control of the CMOS control unit 14.
  • the monitoring unit 17 includes a synchronization code decoding unit 40, a synchronization code monitoring unit 41, an OB pixel monitoring unit 42, an effective pixel monitoring unit 43, and an abnormality determination unit 44. Has been.
  • the imaging signal input to the monitoring unit 17 is output to the transmission unit 18 as an imaging signal output.
  • the imaging signal input to the monitoring unit 17 is input to the synchronization code decoding unit 40, the OB pixel monitoring unit 42, and the effective pixel monitoring unit 43.
  • the synchronization code decoding unit 40 decodes the synchronization code of the synchronization code unit 32 of the input imaging signal and outputs the decoded code to the synchronization code monitoring unit 41.
  • the synchronization code monitoring unit 41 periodically monitors the number of receptions of the synchronization code within a predetermined time, and outputs the monitoring result to the abnormality determination unit 44. More specifically, the synchronization code monitoring unit 41 indicates that the number of detections of the synchronization code within a predetermined time is out of a threshold indicating the predetermined number of receptions, and the number of detections of the synchronization code out of the threshold indicates a normal range. When a certain threshold width is exceeded, an abnormal signal is output to the abnormality determining unit 44.
  • the fixed time may be configured to be variable in conjunction with the readout period (frame rate) of the imaging signal.
  • the OB pixel monitoring unit 42 monitors the OB pixel value of the OB unit 31 for a value outside the assumed signal, and outputs the monitoring result to the abnormality determination unit 44. More specifically, the OB pixel monitoring unit 42 outputs an abnormal signal when the OB pixel value is out of a predetermined threshold value indicating a normal range and the number of OB pixels out of the predetermined threshold value exceeds a specified number. It outputs to the abnormality determination part 44. The monitoring unit performs abnormality determination within the frame from which the imaging signal is being read.
  • the effective pixel monitoring unit 43 monitors the effective pixel value of the effective pixel unit 30 for a value outside the assumed signal, and outputs the monitoring result to the abnormality determination unit 44. More specifically, the effective pixel monitoring unit 43 outputs an abnormal signal when the effective pixel value is out of a predetermined threshold value indicating a normal range and the number of effective pixels exceeding the predetermined threshold value exceeds a specified number. It outputs to the abnormality determination part 44. The monitoring unit performs abnormality determination within the frame from which the imaging signal is being read.
  • the abnormality determination unit 44 outputs an initialization start signal to the drive control circuit 19 when any of the synchronization code monitoring unit 41, the OB pixel monitoring unit 42, and the effective pixel monitoring unit 43 outputs an abnormality signal.
  • the drive control circuit 19 executes the initialization process of the image sensor 10 when the initialization start signal is input from the monitoring unit 17. Further, the drive control circuit 19 outputs a detection enable / disable signal to the monitoring unit 17 during a period when the initialization start signal is input and the initialization of the image sensor 10 is executed, so that abnormality detection is not performed. There is a possibility that a signal different from a normal imaging signal is output from the image sensor 10 during the period in which the initialization is performed. For this reason, if abnormality determination is performed even during the initialization period, an initialization start signal is always output from the abnormality determination unit 44 to the drive control circuit 19, and the drive control circuit 19 continues to initialize the image sensor 10. This is because there is a possibility of executing automatically.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of abnormality detection of a synchronization code
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of abnormality detection of an OB pixel value
  • FIG. 7 is an abnormality of an effective pixel value
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of detection
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of control of the drive control circuit when there is an abnormality in the image sensor 10.
  • the synchronization code monitoring unit 41 detects whether or not the number of detections of the synchronization code falls within a specified number of times within a predetermined time. That is, the number of times that the number of times of receiving the synchronization signal is equal to or smaller than the threshold th1 and the number of times equal to or larger than the threshold th2 are counted. Specifically, it is considered that the synchronization code has been detected when decoding continuous data across 4 pixels of xFFF, xFFF, x000, x800 (hexadecimal notation when the imaging signal is 12 bits) from the data sequence of the imaging signal. Count the number of detections within one field period.
  • the synchronization code monitoring unit 41 determines that the image sensor 10 is abnormal when the number of receptions of the synchronization code that enters the abnormal value is equal to or greater than the specified number, and outputs an abnormal signal to the abnormality determination unit 44. Note that the synchronization code monitoring unit 41 determines that the imaging device 10 is abnormal when the number of receptions of the synchronization code that enters the abnormal value is equal to or greater than or equal to the specified number of times. When the number of times reaches the predetermined time, it may be determined that the image sensor 10 is abnormal and an abnormal signal may be output.
  • the counted number is larger than 560 times or smaller than 540 times with respect to the prescribed number of times of 550 at the end of the field, it is determined that an abnormal state has occurred in the image sensor 10 and an abnormality is determined. If the number exceeds 560 before the end of the field, it is determined as abnormal at that time. The count number is cleared in the next field, and counting is restarted from the initial value.
  • the OB pixel monitoring unit 42 counts the number of pixels that fall within the abnormal value range for a predetermined time. That is, the OB pixel monitoring unit 42 counts the number of pixels whose OB pixel value is equal to or less than the threshold th3 and the number of pixels whose OB pixel value is equal to or greater than the threshold th4. Specifically, the number of times that the value corresponding to the value of one pixel of the imaging signal is less than the threshold value x0F0 is input, and the value of the data corresponding to the value of one pixel of the imaging signal is greater than x110. Count the number of times entered.
  • the OB pixel monitoring unit 42 determines that the image sensor 10 is abnormal when the number of pixels falling within the abnormal value range is equal to or greater than the specified number, and outputs an abnormal signal to the abnormality determination unit 44. The count number is cleared in the next field, and the count is restarted from the initial value.
  • the effective pixel monitoring unit 43 counts the number of pixels that fall within the abnormal value range for a predetermined time. In the effective pixel region, there is no threshold on the high luminance side, and the effective pixel monitoring unit 43 counts the number of pixels equal to or lower than the threshold th5 below the dark reference value. Specifically, the number of times that the value corresponding to the value of one pixel of the imaging signal is less than the threshold value x0F0 is input is counted.
  • the effective pixel monitoring unit 43 determines that the image sensor 10 is abnormal when the number of pixels falling within the abnormal value range is equal to or greater than the specified number, and outputs an abnormal signal to the abnormality determination unit 44.
  • the count number is cleared in the next field and counted from the initial value.
  • the abnormality determination unit 44 outputs an initialization start signal to the drive control circuit 19 when any of the synchronization code monitoring unit 41, the OB pixel monitoring unit 42, and the effective pixel monitoring unit 43 outputs an abnormality detection signal.
  • the drive control circuit 19 When the initialization start signal is input, the drive control circuit 19 initializes the image sensor 10 again. Then, as shown in FIG. 8, the drive control circuit 19 changes the initialization period of the image sensor 10 and the detection availability signal from enabled (H level) to disabled (L level) and outputs the signal to the monitoring unit 17.
  • the drive control circuit 19 includes a timer (not shown), for example, and counts the undetectable time with this timer. When the detection availability signal is not possible, the monitoring unit 17 does not perform abnormality determination of the image sensor 10.
  • the endoscope system 1 detects an abnormality regarding the synchronization code of the imaging signal, the OB pixel value, and the effective pixel value, respectively, and initializes the imaging element 10 when any abnormality is detected. I tried to do it again. For example, by simply resetting the control data of the register 15 of the image sensor 10, if an abnormality occurs in the imaging signal due to the abnormality of the control data in the register 15, the abnormality of the imaging signal cannot be corrected immediately. On the other hand, the endoscope system 1 reinitializes the imaging device 10 when detecting an abnormality in the synchronization code, OB pixel value, and effective pixel value of the imaging signal. Can correct any abnormalities immediately.
  • the endoscope system 1 is configured to detect abnormalities in the synchronization code, the OB pixel value, and the effective pixel value of the imaging signal, it is possible to reliably detect the abnormality in the imaging signal.
  • the endoscope system of the present embodiment it is possible to reliably detect an abnormal operation of the solid-state image sensor and quickly return the abnormal operation of the solid-state image sensor to a normal state.
  • control circuit 11 is provided in the connector 4c of the camera head.
  • the present invention is not limited to this.
  • the control circuit 11 may be provided in the head 4a or the CCU 5. Good.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a detailed circuit configuration of the camera head and the camera control unit of the endoscope system according to the second embodiment.
  • the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the endoscope system 1a is configured by providing an image sensor 10a and a control circuit 11a in a head portion 4a of a camera head 4.
  • the imaging element 10a is configured by deleting the transmission unit 13 from the imaging element 10 of FIG.
  • the control circuit 11a is configured by removing the receiving unit 16 from the control circuit 11 of FIG.
  • An imaging signal from the element unit 12 is overlaid with a synchronization code under the control of the CMOS control unit 14 and input to the monitoring unit 17.
  • the configuration of the monitoring unit 17 is the same as the configuration of FIG. 4 of the first embodiment. That is, the monitoring unit 17 outputs the input imaging signal to the transmission unit 18, determines whether the imaging signal is abnormal, and outputs an initialization start signal to the drive control circuit 19 when there is an abnormality. .
  • the drive control circuit 19 initializes the image sensor 10.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the endoscope system according to the present embodiment reliably detects an abnormal operation of the solid-state image sensor and makes the abnormal operation of the solid-state image sensor normal in the same manner as in the first embodiment. It can be quickly returned.
  • FIG. 10 is a diagram showing a detailed circuit configuration of the camera head and camera control unit of the endoscope system according to the third embodiment.
  • the same components as those in FIG. 10 are identical to FIG. 10 in FIG. 10, the same components as those in FIG. 10.
  • the endoscope system 1b is configured by providing a control circuit 11b in the CCU 5.
  • the control circuit 11b is configured by deleting the receiving unit 16 and the transmitting unit 18 from the control circuit 11 of FIG.
  • the transmission unit 13 converts the imaging signal on which the synchronization code is superimposed from serial to parallel, and transmits the converted signal to the reception unit 21 of the CCU 5 as LVDS.
  • the receiving unit 21 converts the received imaging signal from serial to parallel and outputs the converted signal to the monitoring unit 17.
  • the configuration of the monitoring unit 17 is the same as the configuration of FIG. 4 of the first embodiment. That is, the monitoring unit 17 outputs the input imaging signal to the image processing unit 22, determines whether the imaging signal is abnormal, and outputs an initialization start signal to the drive control circuit 19 when there is an abnormality. To do. When an initial start signal is input from the monitoring unit 17, the drive control circuit 19 initializes the image sensor 10. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the endoscope system according to the present embodiment reliably detects an abnormal operation of the solid-state image sensor and makes the abnormal operation of the solid-state image sensor normal in the same manner as in the first embodiment. It can be quickly returned.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can also be applied to an electronic endoscope. Furthermore, various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

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Abstract

内視鏡システム１は、被写体を撮像する撮像素子１０と、撮像素子１０を初期化および駆動する駆動制御回路１９と、撮像素子１０からの撮像信号の異常を検知し、初期化開始信号を駆動制御回路１９に出力する監視部１７とを有する。監視部１７は、撮像素子１０からの撮像信号の同期コード、オプティカルブラック画素値、及び、有効画素値をそれぞれの正常範囲を示す閾値及び規定回数もしくは規定個数と比較し、同期コード、オプティカルブラック画素値、及び、有効画素値のいずれかの異常を検知した場合、初期化開始信号を駆動制御回路１９に出力し、駆動制御回路１９は、監視部１７から初期化開始信号が入力された場合、撮像素子１０の初期化を再度行う。

Description

内視鏡システム
　本発明は、内視鏡システムに関し、特に、撮像信号の異常を検知して撮像素子の初期化を行う内視鏡システムに関するものである。
　従来、体腔内等へ細長の内視鏡を挿入して被検部位の観察や各種処置を行う内視鏡を備えた内視鏡システムが広く用いられている。このような内視鏡システムとして、例えば、日本国特開２０１１－２０６３３７号公報には、固体撮像素子を備える電子内視鏡と、電子内視鏡に接続され、固体撮像素子からの撮像信号に各種信号処理を施して画像データに変換するプロセッサ装置と、を有する内視鏡システムが開示されている。そして、プロセッサ装置により変換された画像データは、プロセッサ装置にケーブル接続されたモニタに表示される。
　このような電子内視鏡に搭載される固体撮像素子としては、従来、ＣＣＤ型固体撮像素子が一般的に用いられているが、近年、ＣＭＯＳ型固体撮像素子も用いられるようになってきている。ＣＭＯＳ型固体撮像素子は、駆動や読み出し動作等の設定値（制御データ）を格納するためのレジスタを備え、このレジスタに設定された制御データに基づいて、駆動や読み出し動作が行われる。この制御データは、プロセッサ装置から電子内視鏡に伝送され、ＣＭＯＳ型固体撮像素子のレジスタに設定される。
　ところで、内視鏡システムは、内視鏡観察中に電気メス等の手術用器具も使用することがあり、制御データを伝送中、あるいは、レジスタに制御データが格納された後に、電気メス等からの外乱ノイズにより、制御データが意図しない値に書き換えられることがある。このように、外乱ノイズ等により制御データの書き換えが発生した場合、ＣＭＯＳ型固体撮像素子の駆動や読み出し動作に異常が生じることがある。
　そのため、日本国特開２０１１－２０６３３７号公報の内視鏡システムでは、ＣＭＯＳ型固体撮像素子から出力される撮像信号にレジスタに格納された制御データを重畳してプロセッサ装置に送信する。そして、内視鏡システムは、プロセッサ装置において、撮像信号に重畳された制御データとレジスタに設定した制御データとを比較し、レジスタに格納されている制御データの書き換えが発生していないかを検出している。
　内視鏡システムは、設定値の書き換えが発生したことを検出した場合、プロセッサ装置から電子内視鏡のＣＭＯＳ型固体撮像素子に制御データを再送信する。すなわち、レジスタに格納されている制御データの異常を検知した場合、ＣＭＯＳ固体撮像素子のレジスタに正常な制御データを送信して、レジスタの制御データの再設定を行い、ＣＭＯＳ型固体撮像素子の駆動や読み出し動作を正常に戻すようにしている。
　このように、外乱ノイズ等の影響により、ＣＭＯＳ型固体撮像素子のレジスタに設定された制御データが異常な値に書き換えられた場合、レジスタに正常な制御データを設定し直すことで、ＣＭＯＳ型固体撮像素子の駆動や読み出し動作を正常に戻すことができる。
　また、日本国特開２０１３－１７２９０４号公報には、撮像素子の各部が生成した判別用信号をオプティカルブラック領域あるいはブランキング期間（同期信号間のブランキング領域）に重畳し、各部の判定用信号が付加された信号をもとに異常個所を判別する撮像装置が開示されている。これにより、この撮像装置では、撮像素子の異常個所を詳細に特定するようになっている。
　しかしながら、電気メス等の手術用器具から発生する外乱ノイズ等により、レジスタの制御データに異常が発生しないが、ＣＭＯＳ型固体撮像素子からの読み出し信号に異常が発生することがある。
　ＣＣＤ型固体撮像素子の場合、読み出し信号がアナログ信号であるため、外乱ノイズが印加された瞬間だけ、読み出し信号に異常が発生する。これに対し、ＣＭＯＳ型固体撮像素子の場合、読み出し信号がデジタル信号であるため、外乱ノイズが印加された後も、継続して読み出し信号に異常が発生する可能性がある。
　このように、レジスタの制御データに異常が発生していないが、ＣＭＯＳ型固体撮像素子からの読み出し信号自体に異常が発生した場合、日本国特開２０１１－２０６３３７号公報の内視鏡システムのように、レジスタに正常な制御データを設定し直すだけではＣＭＯＳ型固体撮像素子の異常を回避することができないため、ＣＭＯＳ型固体撮像素子の動作異常を素早く回避することができなかった。
　また、日本国特開２０１３－１７２９０４号公報の撮像装置では、オプティカルブラック領域やブランキング期間に判定用信号を重畳しているため、有効画素領域から出力される撮像信号あるいは同期信号の動作異常を検出することができない。さらに日本国特開２０１３－１７２９０４号公報の撮像装置では、オプティカルブラック領域やブランキング期間に判定用信号を重畳し、その判定用信号をもとに動作異常を検出しているため、センサ部から読み出される撮像信号自体に動作異常があった場合、その動作異常を検出することができない。すなわち、日本国特開２０１３－１７２９０４号公報の撮像装置では、センサ部の動作異常を確実に検出することができないという問題があった。
　そこで、本発明は、固体撮像素子の動作異常を確実に検出し、かつ、固体撮像素子の動作異常を正常な状態に素早く戻すことができる内視鏡システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様の内視鏡システムは、被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を初期化および駆動する駆動制御部と、前記撮像素子からの撮像信号の異常を検知し、初期化開始信号を前記駆動制御部に出力する監視部と、を有し、前記監視部は、前記撮像素子からの前記撮像信号の同期コード、オプティカルブラック画素値、及び、有効画素値をそれぞれの正常範囲を示す閾値及び規定回数、もしくは規定個数と比較し、同期コード、オプティカルブラック画素値、及び、有効画素値のいずれかの異常を検知した場合、前記初期化開始信号を前記駆動制御部に出力し、前記駆動制御部は、前記監視部から前記初期化開始信号が入力された場合、前記撮像素子の初期化を再度行う。
第１の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示す図である。 第１の実施形態に係る内視鏡システムのカメラヘッド及びカメラコントロールユニットの詳細な回路構成を示す図である。 撮像素子の出力フォーマットの例を説明するための図である。 監視部の詳細な回路構成を示す図である。 同期コードの異常検出の一例を説明するための図である。 ＯＢ画素値の異常検出の一例を説明するための図である。 有効画素値の異常検出の一例を説明するための図である。 撮像素子１０に異常があった際の駆動制御回路の制御の一例を説明するための図である。 第２の実施形態に係る内視鏡システムのカメラヘッド及びカメラコントロールユニットの詳細な回路構成を示す図である。 第３の実施形態に係る内視鏡システムのカメラヘッド及びカメラコントロールユニットの詳細な回路構成を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る内視鏡システムの構成を示す図であり、図２は、第１の実施形態に係る内視鏡システムのカメラヘッド及びカメラコントロールユニットの詳細な回路構成を示す図であり、図３は、撮像素子の出力フォーマットの例を説明するための図であり、図４は、監視部の詳細な回路構成を示す図である。
　図１に示すように、内視鏡システム１は、例えば光学式の内視鏡２と、この内視鏡２の接眼部３に着脱自在に接続されるカメラヘッド４と、カメラヘッド４が着脱自在に接続されるカメラコントロールユニット（以下、ＣＣＵという）５と、内視鏡２に照明光を供給する光源装置６と、ＣＣＵ５の後述する画像処理部で生成された映像信号が入力されて観察画像を表示するモニタ７とを有して構成されている。
　カメラヘッド４は、接眼部３に接続されるヘッド部４ａと、ヘッド部４ａから延出するケーブル４ｂと、ケーブル４ｂの基端部に設けられたコネクタ部４ｃとを有する。カメラヘッド４は、このコネクタ部４ｃを介してＣＣＵ５に接続される。
　なお、内視鏡２には、カメラヘッド４が接続されるものとして説明するが、例えば、拡大率等の仕様が異なる他のカメラヘッドも接続することができる。また、ＣＣＵ５には、電子内視鏡も接続することができる。
　図２に示すように、ヘッド部４ａは、ＣＭＯＳ型固体撮像素子により構成され、被写体を撮像する撮像素子１０を有して構成されている。また、コネクタ部４ｃは、撮像素子１０からの読み出し信号を監視するとともに、撮像素子１０からの読み出し信号に異常があった際に、撮像素子１０の初期化を再度行う制御回路１１を有して構成されている。
　撮像素子１０は、素子部１２と、送信部１３と、素子部１２及び送信部１３を制御するＣＭＯＳ制御部１４とを有して構成されている。ＣＭＯＳ制御部１４は、素子部１２及び送信部１３の制御を行うための設定値を保持するレジスタ１５を備えている。
　また、制御回路１１は、受信部１６と、監視部１７と、送信部１８と、駆動制御回路１９とを有して構成されている。駆動制御回路１９は、監視部１７に設定する設定値（後述する閾値）の一覧を保持する不揮発性のメモリ２０を備えている。
　また、ＣＣＵ５は、受信部２１と、画像処理部２２と、通信回路２３と、操作部２４とを有して構成されている。ＣＣＵ５は、操作部２４を介してメモリ２０に設定される設定値を書き換え（変更）可能となっている。
　ユーザは、操作部２４を操作して設定値の書き換えを指示すると、通信回路２３が駆動制御回路１９と通信を行う。そして、通信回路２３は、新たに設定された設定値を駆動制御回路１９に送信し、メモリ２０の設定値を書き換える。なお、設定値の書き換えは、例えばＣＣＵ５に接続された図示しないパーソナルコンピュータ等を用いて行うようにしてもよい。
　光源装置６からの照明光は、図示しないライトガイドを介して内視鏡２に伝送され、挿入部内の図示しないライトガイドを介して、挿入部の先端面から被写体に照射される。被写体からの戻り光は、ヘッド部４ａの撮像素子１０の素子部１２により撮像される。撮像素子１０の素子部１２により撮像された撮像信号は、送信部１３に出力される。
　ＣＭＯＳ制御部１４は、送信部１３において、素子部１２からの撮像信号に同期コードを重畳する。送信部１３は、同期コードが重畳された撮像信号をパラレルからシリアルに変換し、ＬＶＤＳ（低電圧差動信号）として制御回路１１の受信部１６に送信する。
　受信部１６は、受信した撮像信号をシリアルからパラレルに変換し、監視部１７に出力する。監視部１７は、受信部１６からの撮像信号を送信部１８に出力するとともに、撮像信号に異常がないかを監視する。また、監視部１７は、撮像信号に異常があったことを検出した場合、初期化開始信号を駆動制御回路１９に出力する。駆動制御部としての駆動制御回路１９は、監視部１７から初期化開始信号が入力されると、撮像素子１０の初期化を再度行う。なお、撮像信号の異常検出については後述する。
　送信部１８は、入力された撮像信号をパラレルからシリアルに変換し、ＬＶＤＳとしてＣＣＵ５の受信部２１に送信する。受信部２１は、受信した撮像信号をシリアルからパラレルに変換し、画像処理部２２に出力する。
　画像処理部２２は、入力された撮像信号に所定の画像処理を施して映像信号を生成し、生成した映像信号をモニタ７に出力することで、モニタ７に観察画像を表示する。
　撮像素子１０は、図３に示すように、被写体像を光電変換する有効画素領域としての有効画素部３０と、黒レベルを検出するためのオプティカルブラック（以下、ＯＢという）領域としてのＯＢ部３１と、同期コード部３２とより構成されている。なお、ＯＢ部３１は、有効画素部３０の上部に配置されているが、これに限定されることなく、例えば、有効画素部３０の左右の領域のいずれか一方、あるいは、有効画素部３０の左右の領域の両方に配置されていてもよい。
　有効画素部３０及びＯＢ部３１から読み出された１ライン分の画素の前後には、それぞれ水平同期の始まりと水平ブランキングの始まりとを検出するための同期コードが重畳される同期コード部３２が配置される。この同期コードの重畳は、ＣＭＯＳ制御部１４の制御により送信部１３で行われる。
　図４に示すように、監視部１７は、同期コードデコード部４０と、同期コード監視部４１と、ＯＢ画素監視部４２と、有効画素監視部４３と、異常判定部４４とを有して構成されている。
　監視部１７に入力された撮像信号は、撮像信号出力として送信部１８に出力される。また、監視部１７に入力された撮像信号は、同期コードデコード部４０、ＯＢ画素監視部４２、及び、有効画素監視部４３に入力される。
　同期コードデコード部４０は、入力された撮像信号の同期コード部３２の同期コードをデコードし、同期コード監視部４１に出力する。同期コード監視部４１は、一定時間内の同期コードの受信回数を周期的に監視し、監視結果を異常判定部４４に出力する。より具体的には、同期コード監視部４１は、一定時間内の同期コードの検出回数が所定の受信回数を示す閾値を外れ、かつ、前記閾値を外れた同期コードの検出回数が正常範囲を示すある閾値幅を超えている場合、異常信号を異常判定部４４に出力する。上記一定時間は、撮像信号の読み出し周期（フレームレート）に連動して可変できる構成にしてもよい。
　ＯＢ画素監視部４２は、ＯＢ部３１のＯＢ画素値に想定信号外の値がないか監視し、監視結果を異常判定部４４に出力する。より具体的には、ＯＢ画素監視部４２は、ＯＢ画素値が正常範囲を示す所定の閾値を外れ、かつ、所定の閾値を外れたＯＢ画素数が規定個数を超えている場合、異常信号を異常判定部４４に出力する。上記監視部は、撮像信号の読み出しを行っているフレーム内で異常判定を行う。
　有効画素監視部４３は、有効画素部３０の有効画素値に想定信号外の値がないか監視し、監視結果を異常判定部４４に出力する。より具体的には、有効画素監視部４３は、有効画素値が正常範囲を示す所定の閾値を外れ、かつ、所定の閾値を外れた有効画素数が規定個数を超えている場合、異常信号を異常判定部４４に出力する。上記監視部は、撮像信号の読み出しを行っているフレーム内で異常判定を行う。
　異常判定部４４は、同期コード監視部４１、ＯＢ画素監視部４２、及び、有効画素監視部４３のいずれかが異常信号を出力した場合、初期化開始信号を駆動制御回路１９に出力する。
　駆動制御回路１９は、監視部１７から初期化開始信号が入力されると、撮像素子１０の初期化処理を実行する。また、駆動制御回路１９は、初期化開始信号が入力されて、撮像素子１０の初期化を実行している期間に検出可否信号を監視部１７に出力し、異常検出を行わないようにする。初期化を実行している期間は、撮像素子１０から通常の撮像信号とは異なる信号が出力される可能性がある。そのため、初期化を実行している期間にも異常判定を行うと、異常判定部４４から初期化開始信号が駆動制御回路１９に常に出力され、駆動制御回路１９が撮像素子１０の初期化を継続的に実行する虞があるためである。
　ここで、このように構成された内視鏡システム１の撮像素子１０の異常判定処理について説明する。
　図５は、同期コードの異常検出の一例を説明するための図であり、図６は、ＯＢ画素値の異常検出の一例を説明するための図であり、図７は、有効画素値の異常検出の一例を説明するための図であり、図８は、撮像素子１０に異常があった際の駆動制御回路の制御の一例を説明するための図である。
　同期コード監視部４１は、所定の時間内で同期コードの検出回数が規定回数に入るか否かを検出する。すなわち、同期信号の受信回数が閾値ｔｈ１以下の回数となった回数、及び、閾値ｔｈ２以上の回数をカウントする。具体的には撮像信号のデータ並びから、xFFF,xFFF,x000,x800（撮像信号が１２ビットの場合で１６進表記）という４画素にまたがって連続するデータをデコードしたら同期コードを検出したとみなし、１フィールドの期間内に検出した回数をカウントする。
　そして、同期コード監視部４１は、異常値に入る同期コードの受信回数が規定回数以上の場合、撮像素子１０の異常と判定し、異常信号を異常判定部４４に出力する。なお、同期コード監視部４１は、異常値に入る同期コードの受信回数が規定回数以上、もしくは以下の場合、撮像素子１０の異常と判定しているが、例えば、異常値に入る同期コードの受信回数が所定の時間に達するまでに満たした場合、撮像素子１０の異常と判定して異常信号を出力してもよい。例を上げると、カウントした回数がフィールドの最後に規定回数である550回に対して、560回より大きい、もしくは540回より小さい場合、撮像素子１０に異常状態が発生したとして異常と判定するが、フィールドの最後の前に560回を上回った場合は、その時点で異常と判定する。カウント数は次のフィールドでクリアされて、初期値から再度カウントを開始する。
　ＯＢ画素監視部４２は、所定の時間、異常値の範囲に入る画素数をカウントする。すなわち、ＯＢ画素監視部４２は、ＯＢ画素値が閾値ｔｈ３以下の画素数、及び、ＯＢ画素値が閾値ｔｈ４以上の画素数をカウントする。具体的には撮像信号の1画素の値に相当するデータがx0F0という閾値に対して下回った値が入力された回数と、撮像信号の1画素の値に相当するデータがx110を上回った値が入力された回数をカウントする。
　そして、ＯＢ画素監視部４２は、異常値の範囲に入る画素数が規定個数以上の場合、撮像素子１０の異常と判定し、異常信号を異常判定部４４に出力する。なお、カウント数は次のフィールドでクリアされて、初期値から再度カウントを開始する。
　有効画素監視部４３は、所定の時間、異常値の範囲に入る画素数をカウントする。有効画素領域では、高輝度側の閾値は存在せず、有効画素監視部４３は、ダーク基準値より下側の閾値ｔｈ５以下の画素数をカウントする。具体的には撮像信号の1画素の値に相当するデータがx0F0という閾値に対して下回った値が入力された回数をカウントする。
　そして、有効画素監視部４３は、異常値の範囲に入る画素数が規定個数以上の場合、撮像素子１０の異常と判定し、異常信号を異常判定部４４に出力する。なお、カウント数は次のフィールドでクリアされて、初期値からカウントする。
　異常判定部４４は、同期コード監視部４１、ＯＢ画素監視部４２、及び、有効画素監視部４３のいずれかが異常検出信号を出力すると、初期化開始信号を駆動制御回路１９に出力する。
　駆動制御回路１９は、初期化開始信号が入力されると、撮像素子１０の初期化を再度行う。そして、駆動制御回路１９は、図８に示すように、撮像素子１０の初期化期間、検出可否信号を可能（Ｈレベル）から不可（Ｌレベル）にして監視部１７に出力する。駆動制御回路１９は、例えば、図示しないタイマを備えており、このタイマにより検出不可時間をカウントする。監視部１７は、検出可否信号が不可の場合、撮像素子１０の異常判定を行わないようにする。
　このように、内視鏡システム１は、撮像信号の同期コード、ＯＢ画素値、及び、有効画素値についての異常をそれぞれ検出し、いずれかに異常があった場合、撮像素子１０の初期化を再度行うようにした。例えば、撮像素子１０のレジスタ１５の制御データを再設定するだけでは、レジスタ１５の制御データの異常により撮像信号に異常が発生している場合、直ちに撮像信号の異常を直すことができない。これに対し、内視鏡システム１は、撮像信号の同期コード、ＯＢ画素値、及び、有効画素値の異常を検出した際に撮像素子１０の初期化を再度行うようにしているため、撮像信号の異常を直ちに直すことができる。
　また、内視鏡システム１は、撮像信号の同期コード、ＯＢ画素値、及び、有効画素値についての異常をそれぞれ検出するようにしているため、撮像信号の異常を確実に検出することができる。
　よって、本実施形態の内視鏡システムによれば、固体撮像素子の動作異常を確実に検出し、かつ、固体撮像素子の動作異常を正常な状態に素早く戻すことができる。
　なお、第１の実施形態では、カメラヘッドのコネクタ部４ｃに制御回路１１が設けられて構成されているが、これに限定されることなく、例えば、ヘッド部４ａあるいはＣＣＵ５に設けられていてもよい。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、カメラヘッド４のヘッド部４ａに制御回路が設けられている内視鏡システムについて説明する。
　図９は、第２の実施形態に係る内視鏡システムのカメラヘッド及びカメラコントロールユニットの詳細な回路構成を示す図である。なお、図９において、図２と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
　図９に示すように、内視鏡システム１ａは、カメラヘッド４のヘッド部４ａに撮像素子１０ａ及び制御回路１１ａが設けられて構成されている。撮像素子１０ａは、図２の撮像素子１０から送信部１３が削除されて構成されている。また、制御回路１１ａは、図２の制御回路１１から受信部１６が削除されて構成されている。
　素子部１２からの撮像信号は、ＣＭＯＳ制御部１４の制御により同期コードが重畳され、監視部１７に入力される。監視部１７の構成は、第１の実施形態の図４の構成と同様である。すなわち、監視部１７は、入力された撮像信号を送信部１８に出力するとともに、撮像信号に異常がないかを判定し、異常があった場合、初期化開始信号を駆動制御回路１９に出力する。駆動制御回路１９は、監視部１７から初期開始信号が入力されると、撮像素子１０の初期化を行う。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
　このような構成により、本実施形態の内視鏡システムは、第１の実施形態と同様に、固体撮像素子の動作異常を確実に検出し、かつ、固体撮像素子の動作異常を正常な状態に素早く戻すことができる。
（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、ＣＣＵ５に制御回路が設けられている内視鏡システムについて説明する。
　図１０は、第３の実施形態に係る内視鏡システムのカメラヘッド及びカメラコントロールユニットの詳細な回路構成を示す図である。なお、図１０において、図２と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
　図１０に示すように、内視鏡システム１ｂは、ＣＣＵ５に制御回路１１ｂが設けられて構成されている。制御回路１１ｂは、図２の制御回路１１から受信部１６及び送信部１８が削除されて構成されている。
　送信部１３は、同期コードが重畳された撮像信号をパラレルからシリアルに変換し、ＬＶＤＳとしてＣＣＵ５の受信部２１に送信する。受信部２１は、受信した撮像信号をシリアルからパラレルに変換し、監視部１７に出力する。
　監視部１７の構成は、第１の実施形態の図４の構成と同様である。すなわち、監視部１７は、入力された撮像信号を画像処理部２２に出力するとともに、撮像信号に異常がないかを判定し、異常があった場合、初期化開始信号を駆動制御回路１９に出力する。駆動制御回路１９は、監視部１７から初期開始信号が入力されると、撮像素子１０の初期化を行う。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
　このような構成により、本実施形態の内視鏡システムは、第１の実施形態と同様に、固体撮像素子の動作異常を確実に検出し、かつ、固体撮像素子の動作異常を正常な状態に素早く戻すことができる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、電子内視鏡にも適用することができる。さらに本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
　本出願は、２０１５年５月２９日に日本国に出願された特願２０１５－１１０３２１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、請求の範囲に引用されるものとする。

Claims (8)

  1. 　被写体を撮像する撮像素子と、
    　前記撮像素子を初期化および駆動する駆動制御部と、
    　前記撮像素子からの撮像信号の異常を検知し、初期化開始信号を前記駆動制御部に出力する監視部と、を有し、
    　前記監視部は、前記撮像素子からの前記撮像信号の同期コード、オプティカルブラック画素値、及び、有効画素値をそれぞれの正常範囲を示す閾値及び規定回数、もしくは規定個数と比較し、同期コード、オプティカルブラック画素値、及び、有効画素値のいずれかの異常を検知した場合、前記初期化開始信号を前記駆動制御部に出力し、
    　前記駆動制御部は、前記監視部から前記初期化開始信号が入力された場合、前記撮像素子の初期化を再度行うことを特徴とする内視鏡システム。
  2. 　前記監視部は、一定時間内の前記同期コードの検出回数が正常範囲を示す所定の閾値を外れ、かつ、所定の閾値を外れた同期コードの検出回数が前記規定回数個数の範囲を超えている場合、前記初期化開始信号を前記駆動制御部に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. 　前記監視部は、前記オプティカルブラック画素値が正常範囲を示す所定の閾値を外れ、かつ、所定の閾値を外れたオプティカルブラック画素数が前記規定個数を超えている場合、前記初期化開始信号を前記駆動制御部に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。
  4. 　前記監視部は、前記有効画素値が正常範囲を示す所定の閾値を外れ、かつ、所定の閾値を外れた有効画素数が前記規定個数を超えている場合、前記初期化開始信号を前記駆動制御部に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。
  5. 　前記内視鏡システムは、ヘッド部と、前記ヘッド部とケーブルを介して一体的に接続されたコネクタ部とを有するカメラヘッドを有し、
    　前記監視部及び前記駆動制御部は、前記コネクタ部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
  6. 　前記内視鏡システムは、ヘッド部と、前記ヘッド部とケーブルを介して一体的に接続されたコネクタ部とを有するカメラヘッドを有し、
    　前記監視部及び前記駆動制御部は、前記ヘッド部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
  7. 　前記駆動制御部と通信可能な通信回路を備える信号処理装置と、
    　前記それぞれの閾値及び規定個数を格納する不揮発性メモリと、を更に有し、
    　前記不揮発性メモリに格納された前記それぞれの閾値及び規定回数もしくは規定個数は、前記通信回路を介して変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
  8. 　前記監視部及び前記駆動制御部は、前記信号処理装置に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。
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