(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する撮像部と、
前記複数の画素において、光電変換動作することにより生成される電荷に基づく画素信号レベルを出力させる第一の画素と、光電変換動作することにより生成される電荷をリセットした際のリセットレベルを出力させる第二の画素とを所定の画素単位で設定することで、前記撮像部から所定の表示パターンに対応した電気信号を出力させる制御部と、
前記撮像部が出力した電気信号の信号処理を行う信号処理部と、
前記信号処理部が処理した処理信号を外部に送信する送信部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の画素の配置に対し、前記第一および第二の画素を交互に設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、
前記電気信号に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減部と、
前記電気信号の増幅率を調整して一定の出力レベルを維持する調整部と、
前記調整部を介して出力された前記電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
を有し、
前記制御部は、前記ノイズ低減部、前記調整部、前記Ａ／Ｄ変換部および前記送信部のうち１または複数を選択し、該選択した各部に対して前記所定の表示パターンに対応した電気信号を出力させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記電気信号が入力され、該電気信号の所定の周波数よりも高い周波数成分をカットして前記Ａ／Ｄ変換部へ出力するローパスフィルタをさらに備え、
前記制御部は、前記ローパスフィルタを通過した前記所定の表示パターンに対応する前記電気信号がピーク値を呈する位相に、前記Ａ／Ｄ変換部によって前記Ａ／Ｄ変換を行うためのサンプリングパルスの位相を設定することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
設定された前記サンプリングパルスの位相を記憶する記憶部をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像部は、有効画素領域と、該有効画素領域の周囲に設けられるオプティカルブラック領域とが設けられた受光部を有し、
前記オプティカルブラック領域の一部に受光可能な画素を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記オプティカルブラック領域内の前記受光可能な画素は、所定間隔で複数配置されることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記オプティカルブラック領域内の前記受光可能な画素は、前記受光部を構成する矩形領域の少なくとも一辺の中央部に配置されることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記オプティカルブラック領域内の前記受光可能な画素は、互いに直交する方向に略矩形をなして延びる二つの画素領域を構成することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項１０】
複数の画素を有する撮像部と、前記光を光電変換することにより生成される画素信号レベルと、前記複数の画素において、光電変換動作することにより生成される電荷に基づく画素信号レベルを出力させる第一の画素と、光電変換動作することにより生成される電荷をリセットした際のリセットレベルを出力させる第二の画素とを所定の画素単位で設定することで、前記撮像部から所定の表示パターンに対応した電気信号を出力させる制御部と、前記撮像部が出力した電気信号の信号処理を行う信号処理部と、前記信号処理部が処理した処理信号を外部に送信する送信部と、を有する撮像装置と、
前記撮像装置と電気的に接続し、前記送信部によって送信された前記処理信号に基づいて画像データを生成する処理装置と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
【請求項１１】
前記撮像装置および前記処理装置と電気的にそれぞれ接続し、前記処理信号を中継する中継処理部をさらに備え、
前記処理装置は、前記中継処理部に前記所定の表示パターンに対応した処理信号を出力させることを特徴とする請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項１２】
前記処理装置は、受信した前記処理信号に基づいて、前記信号処理部の異常を検出することを特徴とする請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項１３】
前記処理装置は、前記信号処理部の各部の前記所定の表示パターンに対応した電気信号の処理結果に基づいて、前記各部ごとに異常を検出することを特徴とする請求項１２に記載の撮像システム。
【請求項１４】
前記制御部は、前記複数の画素の配置に対し、前記第一および第二の画素を交互に設定することを特徴とする請求項１０に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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素子（撮像装置）と、撮像素子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、撮像素子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。【０００３】
図１４は、従来の撮像素子 の構成を示す回路図である。なお、以下において、撮像素子が、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサを有する場合を説明する。撮像素子は、光学系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し、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Ｐ１００が２次元マトリックス状に配設された受光部と、受光部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（垂直走査回路ＶＣ１００（行選択回路）および水平走査回路ＨＣ１００（列選択回路））と、を有する。垂直走査回路ＶＣ１００および水平走査回路ＨＣ１００は、各画素Ｐ１００とそれぞれ接続され、読み出し対象の画素を選択するための回路である。【０００４】
図１５は、従来の受光部の単位画素の構成を示す回路図である。図１６は、従来の撮像素子における信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。図１５，１６に示すように、従来の単位画素は、入射光をその光量に応じた信号電荷量に光電変換して蓄電するフォトダイオードＰＤ１００と、フォトダイオードＰＤ１００から転送される信号電荷を電圧レベルに変換するコンデンサＦＤ１００と、オン期間においてフォトダイオードＰＤ１００に対し、蓄電されている信号電荷をコンデンサＦＤ１００に転送する転送トランジスタＴ−ＴＲ１００と、コンデンサＦＤ１００に蓄積された信号電荷を放出してリセットするリセットトランジスタＲＳ−ＴＲ１００と、この単位画素が含まれる水平ラインが読み出し対象のライン（行）として選択される場合に、オン制御される行選択トランジスタＳ−ＴＲ１００と、行選択トランジスタＳ−ＴＲ１００がオン状態のときにコンデンサＦＤ１００に転送された信号電荷による電圧レベルの変化をソースフォロアで所定の信号線に出力する出力トランジスタＳＦ−ＴＲ１００と、を備える。なお、各画素Ｐ１００は、電源Ｖｄｄと接続している。【０００５】
上述した構成の画素Ｐ１００において、リセットパルスφＲＳＰがハイレベルになる（立ち上がる）と、リセットトランジスタＲＳ−ＴＲ１００がオン制御され、コンデンサＦＤ１００がリセットされる。その後、フォトダイオードＰＤ１００に対して入射光量に応じた信号電荷が順次蓄電される。ここで、受光部のうち、読み出し対象の単位画素Ｐ１００において、転送トランジスタＴ−ＴＲ１００がオン制御されると（電荷転送パルスφＴＲが立ち上がると）、フォトダイオードＰＤ１００からコンデンサＦＤ１００への信号電荷の転送が開始される。また、垂直走査回路ＶＣ１００（行選択回路）からの行選択パルスφＳＥにより行選択トランジスタＳ−ＴＲ１００がオン状態に制御されることによって、読み出し順に、各ラインの画素情報（フォトダイオードＰＤ１００の信号電荷）が画素信号として読み出し部に出力される。また、この画素信号の出力に従って、画素出力電圧Ｖｐｏｕｔがリセットレベルから映像レベルに変化する。【０００６】
このように、各画素Ｐ１００からの画像信号は、例えば相関二重サンプリング（Correlated  Double  Sampling）法を用いたノイズの低減等の信号処理が行なわれた後、画像信号が出力電圧Ｖｃｏｕｔとして外部に出力される。このとき、信号処理を行なう信号処理部は、最大（ｍａｘ）及び最小（ｍｉｎ）の間の電圧レベルで映像信号を出力している（図１６参照）。【０００７】
図１７は、従来の受光部における各行の信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。受光部は、垂直走査回路ＶＣ１００（行選択回路）からの行選択パルスφＳＥによって、行（ｍ）が選択され、選択された行の画素を列（ｎ）の番号に従って画素信号を順次出力する。例えば、図１７（ａ）に示すように、行としてｍ＝１が選択され、列（ｎ）の番号順に画素信号を各列の画素に出力させる。その後、図１７（ｂ）に示すように、選択された行（ｍ＝２，・・・，ｍ）について、各列の画素から画素信号を出力させる。【０００８】
ところで、上述したような撮像素子を有する内視鏡システムにおいて、不具合が生じた場合、故障箇所を特定する必要がある。ここで、表示された画像に異常が生じている場合、上述したような挿入部、撮像装置および表示部のうち、いずれの箇所に故障が生じているかを特定するうえで、各部（挿入部、撮像装置および表示部）の間の故障の判定は、それぞれを別のものに取り替えることで、特定することができる。【０００９】
また、撮像装置側が異常であることを特定するものとして、撮像装置から、信号の異常等を検出するための信号であるテストパターン信号を発生させて、このテストパターン信号に基づく画像を表示部が表示することにより、故障箇所を特定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、撮像装置において、デジタル信号データのビット欠けの有無を判別して、撮像装置の異常が、ＣＣＤ不良によるものか、データのアナログ／デジタル変換等を行うＡＦＥ（アナログフロントエンド）の不良によるものであるかを判断する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、テストパターン信号をもとに異常を判定し、異常がある場合、送信されるデータの補正処理を行う技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−２０６１８５号公報
【特許文献２】特開２００９−２２６１６９号公報
【特許文献３】特開２０１１−５５５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１〜３が開示する技術では、テストパターン信号およびデータのビット欠けなどのイメージセンサ不良による異常であるのか、ＡＦＥ不良による異常であるのかを判定できるものの、複数の構成要素を有する撮像装置内の異常箇所をさらに細かく特定できるものではなかった。【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮像装置内における異常箇所を詳細に特定する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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、各々が受光した光を光電変換して該光電変換後の電気信号を生成する複数の画素が設けられた受光部を有し、該受光部が生成した電気信号を画像情報として読み出し可能なセンサ部と、各画素が出力する電気信号の出力態様を画素単位で制御して、所定の表示パターンに対応した電気信号を出力させる制御部と、前記センサ部が出力した電気信号の信号処理を行う信号処理部と、前記信号処理部が処理した処理信号を外部に送信する送信部と、を備えたことを特徴とする。【００１４】
また、本発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記画素の転送する電荷量を制御することを特徴とする。【００１５】
また、本発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記信号処理部は、前記電気信号に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減部と、前記電気信号の増幅率を調整して一定の出力レベルを維持する調整部と、前記調整部を介して出力された前記電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、を有し、前記制御部は、前記ノイズ低減部、前記調整部、前記Ａ／Ｄ変換部および前記送信部のうち１または複数を選択し、該選択した各部に対して前記所定の表示パターンに対応した電気信号を出力させることを特徴とする。【００１６】
また、本発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記受光部は、有効画素の周囲に設けられるオプティカルブラック領域を有し、前記オプティカルブラック領域の一部に受光可能な画素を含むことを特徴とする。【００１７】
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、前記撮像装置と電気的に接続し、前記送信部によって送信された前記処理信号に基づいて画像データを生成する処理装置と、を備えたことを特徴とする。【００１８】
また、本発明にかかる撮像システムは、上記の発明において、前記撮像装置および前記処理装置と電気的にそれぞれ接続し、前記電気信号を中継する中継処理部をさらに備え、前記処理装置は、前記中継処理部に前記所定の表示パターンに対応した電気信号を出力させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、制御部が、各画素が出力する電気信号の出力態様を画素単位で制御して、所定の表示パターンに対応した電気信号（テストパターン信号）を出力させるようにしたので、撮像装置内における異常箇所を詳細に特定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる撮像装置である内視鏡システムの概略構成を示す図である。
【図２】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】図３は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムの撮像部の構成を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムの撮像部の構成を模式的に示す回路図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システムの受光部の単位画素の構成を示す回路図である。
【図６−１】図６−１は、単位画素の制御によってセンサ部から所定のテストパターンを出力させたときの画像を示す図である。
【図６−２】図６−２は、図６−１における領域を拡大した図である。
【図６−３】図６−３は、図６−１に示す画像に応じたテストパターンを出力させたときの出力態様を示すタイミングチャートである。
【図６−４】図６−４は、従来の撮像画像を出力させたときの出力態様を示すタイミングチャートである。
【図７】図７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テストパターン信号に応じた画像の一例を示す模式図である。
【図８】図８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テストパターン信号に応じた画像の一例を示す模式図である。
【図９−１】図９−１は、本発明の実施の形態にかかるテストパターン信号の使用態様の一例を示す説明図である。
【図９−２】図９−２は、本発明の実施の形態にかかるテストパターン信号の使用態様の一例を示す説明図である。
【図９−３】図９−３は、本発明の実施の形態にかかるテストパターン信号の使用態様の一例を示す説明図である。
【図９−４】図９−４は、本発明の実施の形態にかかるテストパターン信号の使用態様の一例を示す説明図である。
【図９−５】図９−５は、本発明の実施の形態にかかるテストパターン信号の使用態様の一例を示す説明図である。
【図１０−１】図１０−１は、本発明の実施の形態にかかる信号伝送の使用態様の一例を説明する図である。
【図１０−２】図１０−２は、本発明の実施の形態にかかる信号伝送の使用態様の一例を説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態の変形例１にかかる受光部を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態の変形例２にかかる受光部を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態の変形例３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１４】図１４は、従来の撮像素子の構成を示す回路図である。
【図１５】図１５は、従来の受光部の単位画素の構成を示す回路図である。
【図１６】図１６は、従来の撮像素子の単位画素における信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。
【図１７】図１７は、従来の受光部における各行の信号伝送を模式的に示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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を撮像システムの一例として説明する。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。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡システム１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（処理装置）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、集合ケーブル２４５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。
【００２６】
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変換を行う信号処理部としての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（処理信号）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イメージセンサである。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を受信する。また、制御部２４４ｅは、読み出しモード（画素加算、切り出し、間引きなど）の設定やテストパターン出力の設定などを行なうための信号を制御装置３から受信する。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。
【００２７】
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出力する複数の画素が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。
【００２８】
ＡＦＥ部２４４ｂは、電気信号に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減部２４４ｈと、電気信号の増幅率を調整して一定の出力レベルを維持する調整部としての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法を用いてノイズの低減を行う。
【００２９】
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、例えば後述する読出アドレス設定部３０５が設定した読み出し対象の画素のアドレス情報をもとに、受光部２４４ｆの各画素が出力する電気信号の出力態様を画素単位で制御して、所定の表示パターン（テストパターン）に対応した電気信号を読み出し部２４４ｇに出力させる制御を行う。
【００３０】
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、異常箇所の特定を行うためのテストパターン信号（所定の表示パターンに応じた電気信号）のパターン情報等を記憶する。なお、テストパターン信号には、擬似的な映像信号に応じた電気信号を含む。
【００３１】
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が接続し、操作部２２とコネクタ部２７との間には集合ケーブル２２４が接続している。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、放射ノイズを抑えた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。
【００３２】
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、制御装置３、光源装置４に加えて、送気手段、送水手段、送ガス手段等の周辺機器の操作指示信号を入力する操作入力部である複数のスイッチ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）。
【００３３】
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。
【００３４】
また、内視鏡２は、ユニバーサルコード２３の操作部２２に連なる側と異なる側の端部に設けられ、制御装置３および光源装置４にそれぞれ着脱自在なコネクタ部２７を備えている。コネクタ部２７では、制御装置３および光源装置４にそれぞれ着脱自在なコネクタ部分が、コイル状のコイルケーブルによって電気的に接続されている。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、ＦＰＧＡ２７２の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格納する第２ＥＥＰＲＯＭ２７５と、を有する。なお、コネクタ部２７は、先端部２４（撮像素子２４４）および制御装置３と電気的にそれぞれ接続し、電気信号を中継する中継処理部として機能する。また、電気的に接続可能であれば、コネクタ部２７における制御装置３および光源装置４にそれぞれ着脱自在なコネクタ部分間の接続はコイルケーブルに限らない。
【００３５】
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。
【００３６】
Ｓ／Ｐ変換部３０１は、先端部２４から操作部２２およびコネクタ部２７を介して受信した画像信号（電気信号）をシリアル／パラレル変換する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。また、センサ部２４４ａが多線読み出しの場合は、多線間のゲインのバラつきを調整する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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へ出力する一方、光照射量を調光部３０４へ出力する。
【００４５】
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。
【００４６】
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１ＥＥＰＲＯＭ２７４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。すなわち、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。
【００４７】
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み、設定データに重畳させて制御部２４４ｅ（タイミングジェネレータ２４４ｄ）に伝送してもよい。
【００４８】
入力部３０７は、制御装置３の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等の各種信号の入力を受け付ける。
【００４９】
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や、異常箇所の特定を行うためのテストパターン信号（所定の表示パターンに応じた電気信号）のパターン情報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。
【００５０】
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や、異常判定の際のテストパターン信号の設定情報等を、コネクタ部２７のＦＰＧＡ２７２を介し、さらに撮像素子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へ送信する。なお、テストパターンの設定情報には、撮像素子２４４のうち、複数のテストパターンがある場合はいずれのテストパターン信号を用いるか、またいずれの部位でそのテストパターン信号を出力させるかなどの情報が含まれる。
【００５１】
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。なお、先端部２４におけるクロックは、基準クロック生成部３１０および基準クロック生成部２７３が生成するクロックのいずれを用いるものであってもよい。
【００５２】
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。
【００５３】
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が発した白色光は、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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、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。
【００５６】
光源制御部４６は、調光部３０４から送信された光源同期信号にしたがって光源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。
【００５７】
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（動画用の画像や静止画用の画像）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。
【００５８】
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から出力された電気信号（画像情報）において、この電気信号に基づく表示画像に異常がある場合、その異常箇所を特定する。この特定する手段として、例えば、制御部２４４ｅは、制御部３０９からのテストパターン信号の設定情報に基づいて、記憶部２４４ｋを参照して対象のテストパターン信号を出力し、タイミングジェネレータ２４４ｄを介して各部位（センサ部２４４ａ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃ、ノイズ低減部２４４ｈ、ＡＧＣ部２４４ｉおよびＡ／Ｄ変換部２４４ｊ）のいずれかにテストパターン信号を出力させる方法が挙げられる。このとき、各部位が出力するテストパターン信号は、内視鏡２の画像の伝送と同じ信号線を介して操作部２２側へ送信される。このとき、テストパターン信号出力対象部位が複数である場合は、それぞれの部位が個別にテストパターン信号を出力する。
【００５９】
ここで、センサ部２４４ａの画素信号（画像信号）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のセンサ部２４４ａの構成を示す回路図である。センサ部２４４ａは、上述したように、光学系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し、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Ｐが２次元マトリックス状に配設された受光部２４４ｆと、受光部の複数の画素Ｐのうち読み出し対象として任意に設定された画素Ｐ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（垂直走査回路ＶＣ（行選択回路）および水平走査回路ＨＣ（列選択回路））と、を有する。垂直走査回路ＶＣおよび水平走査回路ＨＣは、各画素Ｐとそれぞれ接続され、画素を選択するための回路である。また、水平走査回路ＨＣは、各画素Ｐからの電気信号を外部に出力する。
【００６０】
図４は、本実施の形態にかかる内視鏡システム１のセンサ部２４４ａの構成を模式的に示す回路図である。図５は、本実施の形態にかかる内視鏡システム１の受光部２４４ｆの単位画素の構成を示す回路図である。画素Ｐは、入射光をその光量に応じた信号電荷量に光電変換して蓄電するフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤから転送される信号電荷を電圧レベルに変換するコンデンサＦＤと、オン期間においてフォトダイオードＰＤに対し、蓄電されている信号電荷をコンデンサＦＤに転送する転送トランジスタＴ−ＴＲと、画素Ｐの列（Ｎ；Ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ）を選択してコンデンサＦＤに蓄積された信号電荷を放出してリセットする列制御リセットトランジスタＲ−ＴＲと、この単位画素が含まれる水平ラインが読み出し対象のライン（行、Ｍ；Ｍ＝１，２，３，・・・，ｍ−１，ｍ）として選択される場合に、オン制御される行選択トランジスタＳ−ＴＲと、行選択トランジスタＳ−ＴＲおよびフォトダイオードＰＤに蓄電されている信号電荷をコンデンサＦＤに転送する転送トランジスタＴ−ＴＲがオン状態のときにコンデンサＦＤに転送された信号電荷による電圧レベルを所定の信号線に出力する出力トランジスタＳＦ−ＴＲと、を備える。なお、各画素Ｐは、電源Ｖｄｄと接続している。
【００６１】
上述した構成の画素Ｐにおけるセンサ部２４４ａの動作について、図６−１〜６−４を参照して説明する。図６−１は、単位画素の制御によってセンサ部２４４ａから所定のテストパターンを出力させたときの画像を示す図である。また、図６−２は、図６−１における領域Ｅ１を拡大した図である。図６−１に示す画像に応じたテストパターンは、１画素単位で隣接した画素ごとに信号レベルとリセットレベルとを交互に出力するパターンである。なお、図６−２において各画素に付された符号は、例えば画素Ｐ１−１の場合、ハイフン前の数字が行（１；１行目）を示し、ハイフン後の数字が列（１；１列目）を示している。図６−２では、３行２列までの画素（Ｐ１−１，Ｐ１−２，Ｐ２−１，Ｐ２−２，Ｐ３−１，Ｐ３−２）を示している。
【００６２】
受光部２４４ｆは、垂直走査回路ＶＣ（行選択回路）からの行選択パルスφＳＥによって、行（Ｍ）が選択され、選択された行の画素を列（Ｎ）の番号に従って画素信号を画素出力電圧Ｖｐｏｕｔとして順次出力する。例えば、行としてＭ＝１が選択され、列（Ｎ）の番号順に画素出力電圧Ｖｐｏｕｔを各画素に出力させる。その後、選択された行（Ｍ）について、各画素から画素信号を出力させる。このように、各画素Ｐからの画像信号は、例えば相関二重サンプリング法を用いてノイズの低減が行なわれた後、画像信号としてセンサ部２４４ａから外部に出力される。このとき、列選択トランジスタＲ−ＴＲのオンオフ制御により、画素Ｐから出力される画素信号に、画素情報（フォトダイオードＰＤの信号電荷）を含むか否かが制御される。
【００６３】
図６−３は、図６−１に示す画像に応じたテストパターンを出力させたときの出力態様を示すタイミングチャートである。また、図６−４は、従来の撮像画像を出力させたときの出力態様を示すタイミングチャートである。図４，５，６−３に示すように、行選択パルスφＳＥは、行選択トランジスタＳ−ＴＲに入力され、対象の行が選択されている間は、ハイレベルに固定される。また、リセットパルスφＲＳＳは、列制御リセットトランジスタＲ−ＴＲに入力され、この入力によって対象の画素Ｐから信号レベルを読み出すか、リセットレベルを読み出すかが制御される。
【００６４】
まず、画素が信号レベルを読み出す場合の動作について図６−３を参照して説明する。なお、各パルスφに付された数字は、それぞれの行または列を示している。また、以降の動作は、制御部２４４ｅの制御のもとで行われる。行選択パルスφＳＥをハイレベルに切り替えた後、リセットパルスφＲＳＳをハイレベルに切り替えて、コンデンサＦＤおよび画素出力電圧Ｖｐｏｕｔをリセットレベルに切り替える。このとき、電荷転送パルスφＴＲは、ローレベルに制御されている。
【００６５】
ここで、画素出力電圧Ｖｐｏｕｔは、ＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路）Ｃ１に接続され（図４参照）、時間ｔ１におけるサンプルホールドパルスφＳＨＰの立ち上がりによってサンプリングされる。
【００６６】
サンプルホールドパルスφＳＨＰによるリセットレベルのサンプリングが終了した後、リセットパルスφＲＳＳをローレベルに切り替える。リセットパルスφＲＳＳがローレベルに安定した後（時間ｔ２）、電荷転送パルスφＴＲをハイレベルに切り替えて、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をコンデンサＦＤにおいて電圧変換するとともに、出力トランジスタＳＦ−ＴＲで画素信号を画素出力電圧Ｖｐｏｕｔとして出力する。
【００６７】
画素出力電圧Ｖｐｏｕｔに画素信号が出力された後（時間ｔ３）、サンプルホールドパルスφＳＨＤによって画素信号レベルのサンプリングを行ない、出力パルスφＴＳの入力により、ＣＤＳ回路Ｃ１によってリセットノイズが除去された画像信号が出力電圧Ｖｃｏｕｔとしてセンサ部２４４ａの外部に出力される。なお、ＣＤＳ回路Ｃ１は、列制御リセットトランジスタＲ−ＴＲを介して水平読み出し線に接続されている。また、期間Ａ１において出力される出力電圧Ｖｃｏｕｔにより１フレームを構成する。
【００６８】
つぎに、画素がリセットレベルを読み出す場合の動作について図６−３を参照して説明する。行選択パルスφＳＥをハイレベルに切り替えた後、リセットパルスφＲＳＳをハイレベルに切り替えて、コンデンサＦＤおよび画素出力電圧Ｖｐｏｕｔをリセットレベルに切り替える。このとき、電荷転送パルスφＴＲは、ローレベルに制御されている。
【００６９】
ここで、画素出力電圧Ｖｐｏｕｔは、時間ｔ１におけるサンプルホールドパルスφＳＨＰの立ち上がりによってサンプリングされる。サンプルホールドパルスφＳＨＰによるリセットレベルのサンプリングが終了した後、リセットパルスφＲＳＳがハイレベルを維持するように制御する。この状態において電荷転送パルスφＴＲをハイレベルに切り替えて、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷を取り出す。この場合、コンデンサＦＤがリセットパルスφＲＳＳによってリセットレベルに固定されているため、画素出力電圧Ｖｐｏｕｔにはリセットレベルが出力される。その後、サンプルホールドパルスφＳＨＤによって画素出力電圧Ｖｐｏｕｔのサンプリングを行なう（時間ｔ３）。
【００７０】
各列においてＣＤＳ回路Ｃ１から読み出された画素信号およびリセットレベルは、列制御リセットトランジスタＲ−ＴＲのオンオフを各列順次切り替えることによって１行分の画素出力電圧Ｖｐｏｕｔとして得られる。ｍ列までの読み出しが完了すると、行選択パルスφＳＥをローレベルに切り替え、その行の読み出しを終了する。このように、行選択パルスφＳＥを、行選択パルスφＳＥ１〜φＳＥｍまで順次オンオフを切り替えることで、１フレームの読み出しを行うことができる。
【００７１】
また、図６−１に示すようなテストパターンを出力させる場合は、リセットパルスφＲＳＳの動作において、画素信号レベルを読み出す動作と、リセットレベルを読み出す動作とを行、列ごとに交互に実施する。図６−１の場合、１行目の奇数列がリセットレベルを読み出す動作、１行目の偶数列が画素信号レベルを読み出す動作を行なうようにし、２行目の奇数列が画素信号レベルを読み出す動作、２行目の偶数列がリセットレベルを読み出す動作を行なうようにリセットパルスφＲＳＳを制御する。
【００７２】
なお、上記の構成とすることで、通常の動作を行わせる場合とテストパターン読み出しを行わせる場合とを、リセットパルスφＲＳＳの動作制御のみで行うことが可能である。
【００７３】
一方、従来の撮像画像を出力させたときの出力態様では、図６−４にも示すように、列ごとの制御ができないため、行のみを選択制御して、出力動作を行うこととなる。
【００７４】
上述したように列制御リセットトランジスタＲ−ＴＲを列ごとに制御可能な形態とし、各画素Ｐの列制御リセットトランジスタＲ−ＴＲの列制御を行うことによって、行（Ｍ）および列（Ｎ）に配列されている各画素Ｐの信号の出力態様（画素が転送する電荷量）を画素単位で制御することができる。これにより、従来では、読み出し対象を水平ラインのみ選択していたのに対し、本実施の形態では、選択された水平ラインにおける列も選択できるため、画素Ｐの出力態様の自由度を向上させることが可能となる。また、本実施の形態によれば、通常の読み出し制御（全画素で画素情報を含む信号の出力）、テストパターンの切り替え制御、およびテストパターンの模様（表示態様）の制御をリセットパルスφＲＳＳの動作制御のみで行うことが可能である。
【００７５】
図７，８は、本実施の形態にかかる内視鏡システム１におけるテストパターン信号に応じた画像の一例をそれぞれ示す模式図である。上述した画素単位の制御により、テストパターン信号において、表示される画像を設定することができる。例えば、上述した図６−１に示すように、画素情報の含有のオンオフを交互に設定することで、格子状の模様を形成するものであってもよい。このとき、図６−１中の網掛けが画素情報を非含有の画素信号に対応している。また、ここで、１画素単位で画素情報の含有および非含有を設定することで、表示される画像において、１画素に応じた領域Ｅｐで格子状の模様を形成させることができる。
【００７６】
また、図７のように、列方向において交互に画素情報の含有および非含有を設定するものであってもよいし、図８のように、行方向において交互に画素情報の含有および非含有を設定するものであってもよい。このとき、画素情報の含有および非含有の設定は、１画素に応じた領域Ｅｐであってもよいし、数画素単位で設定するものであってもよい。また、このほか、段階的に色調が変化するように設定されていてもよいし、各画素の色が異なるように設定されていてもよい。
【００７７】
このように、行（Ｍ）および列（Ｎ）に配列されている各画素Ｐの信号の出力態様を制御することで、センサ部２４４ａの異常特定を行う際に、テストパターン信号によって、センサ部２４４ａとしての異常を特定することができるとともに、画素単位での異常判定を行うことが可能となる。また、センサ部２４４ａの調整用にテストパターンを用いてもよい。
【００７８】
（Ａ／Ｄ変換部のサンプリングパルスの位相調整）
上述したテストパターン信号の出力においては、隣接する画素間で明暗のレベルが異なるテストパターンを用いることによって、例えば、Ａ／Ｄ変換部２４４ｊのパルスの位相調整に用いることも可能である。図９−１〜９−５は、本実施の形態にかかるテストパターン信号の使用態様の一例を示す説明図であって、画素パターンと、アナログ映像信号波形および／またはサンプリングタイミングを決定するパルス（以下、サンプリングパルスという）とを示す図である。なお、図９−１〜９−５では、内視鏡２からアナログ映像信号を出力する形態において、Ａ／Ｄ変換部２４４ｊでＡ／Ｄ変換を行う際のサンプリングパルスの最適な位相を調整する際に、先端部２４からテストパターンを出力するものとして説明するが、先端部２４、操作部２２、コネクタ部２７および制御装置３において、Ａ／Ｄ変換する箇所であれば適用可能である。
【００７９】
Ａ／Ｄ変換部２４４ｊのサンプリングパルスの位相調整は、１画素おきに明暗のレベルを強調したテストパターンを出力することによって、１画素映像信号中の最適なサンプリングパルス位置（位相）を調整するものである。例えば、最適なサンプリングパルス位置は、図９−１に示すように、隣接する画素Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ２０，Ｐ２１で明暗のレベルの異なる配列において、ローパスフィルタを使用して最大映像信号周波数以上の周波数成分をカットすることで、アナログ映像信号波形における凸の頂点の位置となる。
【００８０】
具体的には、１画素のアナログ映像信号中で最も信号レベルの高いところ（凸の頂点）にサンプリングパルスの位相を合わせるように調整を行う（図９−２）。この調整の方法としては、１画素の映像信号転送期間Ｒ０内でサンプリングパルスの位相を短いステップで順次変化させ（図中点線矢印または一点鎖線矢印）、各ステップでＡ／Ｄ変換された映像信号のレベルを把握する。ＦＰＧＡ２７２において映像信号のレベルを検出し、制御装置３へ送信する。送信完了後、制御装置３から位相変更の指示がＦＰＧＡ２７２に送信される。これらの動作を１画素の範囲内で繰り返す。なお、位相変化のステップの変更指示は、制御装置３から内視鏡２のＦＰＧＡ２７２への通信によって実行される。
【００８１】
映像信号のレベルの検出結果から、最も映像信号のレベルの高いステップのところを最適なサンプリングパルス位置（位相）とし、調整値として第２ＥＥＰＲＯＭ２７５または記憶部３０８に記憶し、システム起動時にサンプリングパルスの位相位置を読み出し、設定する。ただし、このサンプリングパルスの調整は、映像信号とは非同期で動作する。
【００８２】
ここで、１画素の映像信号転送期間Ｒ０内において、サンプリングパルスを１画素の映像信号転送期間Ｒ０に比べて十分に短い位相ステップでスイープさせ、各ステップで映像信号レベルを取得する場合、取得された映像信号レベルから最適な位相を検出するには、１画素の映像信号転送期間Ｒ０内すべてをスキャンするためのステップ数分、時間を要する。つまり、サンプリングの精度向上のためにスキャンステップを細かくしてステップ数を増やす場合や、１画素の映像信号転送期間Ｒ０が広いシステムの場合では、長時間を要することになる。
【００８３】
そこで、上述した調整方法では、以下のように適宜変更することも可能である。調整方法としては、Ａ／Ｄ変換部２４４ｊへの映像信号入力タイミングごとにグルーピングを行ない、そのグルーピングごとにサンプリングパルスのスキャン範囲を、映像信号転送期間Ｒ０に比べて短い映像信号転送期間Ｒ１０に限定することで、調整時間を短縮する方法が挙げられる（図９−３）。グルーピングは、例えば内視鏡２の機種ごとに実施する。なお、ケーブル長、イメージセンサ（撮像素子２４４）の種類等で、映像信号の遅延量が変化するため、内視鏡２の機種ごとにグルーピングされることが好ましい。また、グルーピングごとのスキャン範囲は、調整パラメータとして内視鏡２内の第２ＥＥＰＲＯＭ２７５または記憶部３０８に記憶し、調整実行時にサンプリングパルスのスキャン範囲を読み出し、調整動作を制御して制御装置３のソフトウェアへ設定する。
【００８４】
上述した方法により、グルーピングごとにサンプリングパルスの位相調整におけるスキャン範囲を１画素の映像信号転送期間Ｒ１０内で最小限に抑えることができ、その結果、調整時間を大幅に短縮することができる。
【００８５】
また、内視鏡２では、人体の使用される部位により挿入部２１の長さが異なるため、信号のケーブル伝送距離も異なってくる。例えばＡ／Ｄ変換部がコネクタ部２７に搭載される内視鏡においては、上述した理由によって、Ａ／Ｄ変換部への映像信号入力タイミングも異なるが、挿入部の最も長いものと、最も短いものとを同じ調整方法で実施しようとすると、映像信号転送期間Ｒ０がずれ、得られるサンプリングパルス位置が最適位置とは異なる位置となる場合が生じる（図９−４）。
【００８６】
このような最適位置とは異なるサンプリングパルス位置が取得されることを回避するため、ケーブル伝送距離に応じてスキャン範囲内に最適位置が存在しない種類の内視鏡２では、サンプリングパルスのスキャン範囲を、図９−４に示す映像信号転送期間Ｒ０から１画素分前に映像信号転送期間Ｒ１１を設定して調整を行う（図９−５）。スキャン範囲を１画素分前に設定するか否かのデータは、調整パラメータとして内視鏡２内の第２ＥＥＰＲＯＭ２７５または記憶部３０８に記憶し、調整実行時にサンプリングパルスのスキャン範囲を読み出し、調整動作を制御して制御装置３のソフトウェアへ設定する。
【００８７】
なお、上述した方法は、Ａ／Ｄ変換部２４４ｊのサンプリングパルス位相調整に限ったものではない。例えば、ＡＦＥ部２４４ｂ内のノイズ低減部２４４ｈ、ＡＧＣ部２４４ｉのサンプリングパルスの最適な位相検出に適用することもできる。
【００８８】
（デジタル映像データの補正データフォーマット）
図１０−１，１０−２は、本発明の実施の形態にかかる信号伝送の使用態様の一例を説明する図であって、各信号（データ）のタイミングチャートを示す図である。本実施の形態における信号伝送において、アナログ映像信号をＡ／Ｄ変換する回路（Ａ／Ｄ変換部２４４ｊ）と、画像処理を行う回路（画像処理部３０２）との距離が離れている構成の場合、伝送ライン削減のため映像信号をシリアライズして伝送してもよい。また、Ａ／Ｄ変換部２４４ｊから出力されるデジタル映像信号がパラレル出力の場合、一度ＦＰＧＡ２７２などでシリアライズしてもよいし、伝送距離が長い場合には、振幅を抑えて伝送することができるＬＶＤＳ（Low  voltage  differential  signaling）方式で伝送してもよい。
【００８９】
ここで、上述した映像信号の伝送において、撮像素子２４４における画像の位置や信号に対して、受信側となる画像処理部３０２で画像の位置ずれや信号の遅延による位相ずれが生じるおそれがある。このずれを補正する方法として、シリアライズされた映像データ内に画像の位置情報や位相調整用情報となる補正用固定データＤｃを重畳するものがある。この補正用固定データを検出して画像の位置および位相のずれを検知して補正する。
【００９０】
しかしながら、補正用固定データを検出する際、映像データが補正用固定データと同じデータパターンとなっている場合（例えば映像データＤ０）、画像処理部３０２内の補正回路が、映像データＤ０を補正用固定データＤｃと誤認識し、誤った補正を行ってしまう可能性がある（図１０−１）。なお、図１０−１では、シリアライズされたシリアル映像データに対して、信号が遅れている場合および信号が進んでいる場合の各シリアル映像データをそれぞれ示している。
【００９１】
この誤認識による補正を回避する方法として、まず補正用固定データＤｃが伝送されるタイミングの近辺（補正用固定データ監視期間Ｒ２０）だけを受信側の補正回路（例えば画像処理部３０２や制御部３０９）で監視する（図１０−２参照）。それ以外のタイミングでは、補正回路で補正用固定データＤｃを検出しないようにマスク制御する。さらに、補正用固定データＤｃの周辺には、補正回路が誤検出することがないように補正用固定データＤｃのデータパターンとは異なる誤検出防止用固定データＤｐを重畳する。これにより、補正回路が映像データを補正用固定データＤｃとして誤検知することなく、画像位置および位相ずれを確実に検知して補正することができる。なお、誤検出防止用固定データＤｐのデータパターンは、１６進表記で「Ａ５５Ａ」等のデータパターンでもよいし、単純なクロック信号でもよい。
【００９２】
上述した誤認識による補正を回避する方法は、シリアル映像データを出力するＡ／Ｄ変換部２４４ｊと、画像処理部３０２との間に限るものではなく、例えば２回路間の制御信号通信において、伝送距離の遅延補正および外乱ノイズなどに対する耐性向上の方法として用いられるものであってもよい。
【００９３】
以上説明した本実施の形態によれば、制御部２４４ｅが、各画素Ｐが出力する電気信号の出力態様を画素単位で制御して、所定の表示パターンに対応した電気信号（テストパターン信号）を出力させるようにしたので、内視鏡２内における異常箇所、特にセンサ部２４４ａの異常箇所を詳細に特定することができる。また、制御部２４４ｅは、タイミングジェネレータ２４４ｄを介して各部位（センサ部２４４ａ、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃ、ノイズ低減部２４４ｈ、ＡＧＣ部２４４ｉおよびＡ／Ｄ変換部２４４ｊ）のいずれかにテストパターン信号を出力させるようにしたので、得られた信号をもとに光学的、電気的な評価を行って、撮像素子２４４における異常箇所を詳細に特定することができる。
【００９４】
このとき、得られた信号に基づく光学的、電気的な評価は、表示装置に表示された画像等により観察者が行うものであってもよいし、制御装置３側において、内視鏡２側から得られたテストパターン信号と、記憶部３０８に記憶されているテストパターン信号とを比較して自動で評価を行うようにしてもよい。
【００９５】
また、本実施の形態によれば、各部位からテストパターン信号をパラレルに出力し、画面上に分割して同時に出力することも可能であるため、同時に複数の部位の異常部位特定を行なうことが可能となる。
【００９６】
また、上述した実施の形態において、Ｐ／Ｓ変換部２４４ｃまたは操作部２２のバッファの出力をオンオフ制御して、電気信号の出力を制御してもよい。これにより、操作部２２および先端部２４からそれぞれ出力される電気信号を切り分けることができる。特に、操作部２２および先端部２４のＥＭＣ（Electro-Magnetic  Compatibility；電磁両立性）を検討する際に用いることができる。
【００９７】
なお、上述した本実施の形態において、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を有さない同時式であるものであってもよい。
【００９８】
図１１は、本実施の形態の変形例１にかかる受光部を示す模式図である。変形例１において、受光部の画素配列領域ＰＥ１には、実際の撮像する際に用いられる画素が配設される有効画素領域ＰＥＰと、有効画素領域ＰＥＰの周囲に設けられ、ノイズ補正用の画素であって、遮光された画素の領域であるオプティカルブラック領域ＰＥＢ１とが設けられている。
【００９９】
変形例１では、このオプティカルブラック領域ＰＥＢ１に、受光可能な（遮光されていない）画素である検査用の３つの検査画素ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３が設けられる。３つの検査画素ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３は、所定間隔で設けられ、例えばこの所定間隔が１画素に応じた間隔で設けられる。センサ部２４４ａは、通常の読み出し方式でオプティカルブラック領域ＰＥＢ１の読み出しを行う。
【０１００】
３つの検査画素ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３が所定間隔で設けられることによって、クロストークレベルを確認することができる。また、画素間隔が明らかになっているので、光学系によらず、光学的な解像度の確認を行うことができる。また、３つの検査画素のうち、いずれかを有効画素領域の中心位置（矩形の有効画素領域において、一方の辺の中央部）に配置することによって、有効画素領域ＰＥＰの中心位置を検出することができる。これにより、一段と詳細な異常個所の特定を行うことが可能となる。
【０１０１】
図１２は、本実施の形態の変形例２にかかる受光部を示す模式図である。変形例２において、受光部の画素配列領域ＰＥ２には、上述した有効画素領域ＰＥＰと、有効画素領域ＰＥＰの周囲に設けられ、ノイズ補正用の画素であって、遮光された画素の領域であるオプティカルブラック領域ＰＥＢ２とが設けられている。
【０１０２】
変形例２では、このオプティカルブラック領域ＰＥＢ２に、受光可能な（遮光されていない）画素領域である検査用の２つの検査画素領域ＰＷ１，ＰＷ２が設けられる。２つの検査画素領域ＰＷ１，ＰＷ２は、それぞれ直交する方向に略矩形をなして延びている。
【０１０３】
略矩形をなして延びる検査画素領域ＰＷ１，ＰＷ２から得られる画像情報を用いることによって、光学的ディストーション（歪み）を確認することができる。また、２つの検査画素領域ＰＷ１，ＰＷ２を直交して配置することによって、有効画素領域ＰＥＰにおいて直交する２方向の歪みを検出することができる。これにより、一段と詳細な異常個所の特定を行うことが可能となる。
【０１０４】
上述した変形例１，２にかかる検査画素ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３および検査画素領域ＰＷ１，ＰＷ２は、任意に組合せることができる。また、それぞれの配設位置においても、任意に調整可能である。
【０１０５】
図１３は、本実施の形態の変形例３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。上述した実施の形態では、先端部２４内部においてテストパターン信号を出力させるものとして説明したが、変形例３のように、操作部からテストパターン信号を出力させるものであってもよい。変形例３にかかる操作部２２ａは、上述した操作入力部（スイッチ）２２３と、ＦＰＧＡ２２５と、ＦＰＧＡ２２５のコンフィグレーションデータを記録するＥＥＰＲＯＭ２２６と、を有する。また、コネクタ部２７には、ＦＰＧＡ２７２のコンフィグレーションデータおよび撮像情報を含む内視鏡固有データを格納するＥＥＰＲＯＭ２７６が設けられる。ＦＰＧＡ２２５は、制御部３０９の制御のもと、テストパターン信号を出力する。制御装置３は、ＦＰＧＡ２２５から出力されたテストパターン信号に基づく画像を、表示装置５に表示させる。なお、操作部２２ａは、先端部２４（撮像素子２４４）および制御装置３と電気的にそれぞれ接続し、電気信号を中継する中継処理部として機能する。また、コネクタ部２７のＦＰＧＡ２７２からテストパターン信号を出力するものであってもよい。また、ＦＰＧＡ２７２を、ＦＰＧＡ２２５にまとめてもよい。
【０１０６】
上述した変形例３によれば、上述した実施の形態に加え、操作部における異常の特定を行なうことができる。これにより、一段と詳細な異常個所の特定を行うことが可能となる。なお、操作部のほか、テストパターン信号を出力可能な構成（例えば、コネクタ部２７）であれば、その構成部位からテストパターン信号を出力させて、異常の特定を行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
以上のように、本発明にかかる撮像装置および撮像システムは、撮像装置内における異常箇所を詳細に特定することに有用である。
【符号の説明】
【０１０８】
１，１ａ  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
２２，２２ａ  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
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
２２４，２４５  集合ケーブル
２２５，２７２  ＦＰＧＡ
２２６，２７６  ＥＥＰＲＯＭ
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変換部
２４４ｋ，３０８  記憶部
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図６−４】
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【図７】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図９−４】
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【図９−５】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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