(57)【要約】  撮像装置は、集光した光を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子の所定の画素領域に属する画素からの出力信号を選択する選択部と、前記出力信号の所定セット間の差分に基づいて暗電流値を算出する暗電流算出部と、前記暗電流値から前記撮像素子の温度を算出する温度算出部と、を備える。
2016199188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光した光を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子の所定の画素領域に属する画素からの出力信号を選択する選択部と、
前記出力信号の所定セット間の差分に基づいて暗電流値を算出する暗電流算出部と、
前記暗電流値から前記撮像素子の温度を算出する温度算出部と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記暗電流算出部は、前記出力信号の所定セット間の差分として、前記出力信号のフレーム間の差分に基づいて暗電流値を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記暗電流算出部は、前記フレーム間の差分として、一のフレームの前記出力信号と、複数の他のフレームの前記出力信号の平均値との差分に基づいて暗電流値を算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記暗電流算出部は、前記出力信号の所定セット間の差分として、前記所定の画素領域に含まれる部分領域に属する画素からの出力信号の部分領域間の差分に基づいて暗電流値を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記暗電流算出部は、前記差分に係る値の画素間の幅から前記差分に含まれるノイズ成分のレベルを算出し、前記レベルに基づいて前記暗電流値を算出する、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記温度算出部は、暗電流値と温度との関係を示す暗電流温度テーブルに基づいて、前記暗電流算出部が検出した暗電流値に対応する温度を、前記撮像素子の温度として算出する、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像素子への露光時間を撮像時における露光時間よりも長くする素子制御部をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記選択部は、前記所定の画素領域として前記集光した光が遮光される領域であるオプティカルブラック領域に属する画素からの出力信号を選択する、ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記温度算出部が複数の露光時間のそれぞれについて算出した温度に基づいて温度測定状態が正常か否かを検査する検査部、をさらに備える請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の撮像装置を備える内視鏡装置。
【請求項１１】
集光した光を光電変換する撮像素子の所定の画素領域に属する画素からの出力信号を選択する選択過程と、
前記出力信号の所定セット間の差分に基づいて暗電流値を算出する暗電流算出過程と、
前記暗電流値から前記撮像素子の温度を算出する温度算出過程と、
を有する温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、内視鏡装置および温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡装置は、外部から直接観察することができない空間の内部を観察するために様々な分野で用いられている。例えば、体腔内の臓器の観察を行い、必要に応じて処置具を用いて治療処置を行う医療分野、ボイラ、タービン、エンジン、化学プラント等の設備内部の傷、腐食等の観察、検査を行う工業分野、などがある。内視鏡装置には、被検体内に挿入する挿入部の先端に、撮像素子としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ；電荷結合素子）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；相補性金属酸化物半導体）センサなどの固体撮像素子を備えるものがある。【０００３】
観察対象となる被検体によっては観察箇所の温度が高温になる場合がある。その場合には、内視鏡装置の挿入部に備えられた固体撮像素子の温度が上昇することがある。また、被検体を照明する照明光によっても固体撮像素子の温度が上昇することがある。この温度上昇は、固体撮像素子において発生する暗電流の増加を引き起こし、観察される画像の画質を劣化させる原因となる。さらに温度が上昇すると固体撮像素子が破壊することがある。【０００４】
例えば、特許文献１に記載の内視鏡装置のように、温度検出手段を挿入部の先端部に配置し、検出した温度が所定の温度以上である場合、そのことを告知する内視鏡装置が提案されている。しかしながら、先端部の径が細い（例えば、直径２〜４ｍｍ）内視鏡装置に温度検出手段を配置することは困難である。そこで、例えば、特許文献２、３に記載されているように、固体撮像装置の暗電流が温度によって変化することを利用して、別途温度センサを設けずに温度を推定することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２００７−１５１５９４号公報
【特許文献２】日本国特開２０１０−１１１６１号公報
【特許文献３】日本国特開２００９−３２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の撮像装置は、所定のスレッシュルドレベル（閾値）に基づいて抽出した特異出力画素信号の成分を、検出した暗電流から除去することで特異出力画素の影響を回避している。しかしながら、特異出力画素の配置や特性は、個々の撮像素子に応じて異なる。また、撮像素子によっては、画素間で信号レベルのばらつき（シェーディング）が顕著に現れるものがある。そのため、特異出力画素やシェーディングの個体差により温度に誤差が生じることがある。
また、特許文献３に記載の固体撮像素子では、信頼性が高い温度情報を得るために暗電流をその他の画素よりも多く発生させる特性を有する画素を温度検出用画素として用いる。しかしながら、この固体撮像素子は、温度検出用画素として専用の画素を備えることを要する。【０００７】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、撮像素子に制約されずに撮像素子の温度を高い精度で推定することができる撮像装置、内視鏡装置および温度測定方法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】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る撮像装置は、集光した光を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子の所定の画素領域に属する画素からの出力信号を選択する選択部と、前記出力信号の所定セット間の差分に基づいて暗電流値を算出する暗電流算出部と、前記暗電流値から前記撮像素子の温度を算出する温度算出部と、を備える。【０００９】
本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様において、前記暗電流算出部は、前記出力信号の所定セット間の差分として、前記出力信号のフレーム間の差分に基づいて暗電流値を算出してもよい。【００１０】
本発明の第３の態様によれば、上記第２の態様において、前記暗電流算出部は、前記フレーム間の差分として、一のフレームの前記出力信号と、複数の他のフレームの前記出力信号の平均値との差分を用いてもよい。【００１１】
本発明の第４の態様によれば、上記第１の態様において、前記暗電流算出部は、前記出力信号の所定セット間の差分として、前記所定の画素領域に含まれる部分領域に属する画素からの出力信号の部分領域間の差分に基づいて暗電流値を算出してもよい。【００１２】
本発明の第５の態様によれば、上記第１の態様から第４の態様のいずれかにおいて、前記暗電流算出部は、前記差分に係る値の画素間の幅から前記差分に含まれるノイズ成分のレベルを算出し、前記レベルに基づいて前記暗電流値を算出してもよい。【００１３】
本発明の第６の態様によれば、上記第１の態様から第５の態様のいずれかにおいて、前記温度算出部は、暗電流値と温度との関係を示す暗電流温度テーブルに基づいて、前記暗電流算出部が検出した暗電流値に対応する温度を、前記撮像素子の温度として算出してもよい。【００１４】
本発明の第７の態様によれば、上記第１の態様から第６の態様のいずれかにおいて、前記撮像素子への露光時間を撮像時における露光時間よりも長くする素子制御部、をさらに備えてもよい。【００１５】
本発明の第８の態様によれば、上記第１の態様から第７の態様のいずれかにおいて、前記選択部は、前記所定の画素領域として前記集光した光が遮光される領域であるオプティカルブラック領域に属する画素からの出力信号を選択してもよい。【００１６】
本発明の第９の態様によれば、上記第１の態様から第９の態様のいずれかにおいて、前記温度算出部が複数の露光時間のそれぞれについて算出した温度に基づいて温度測定状態が正常か否かを検査する検査部、をさらに備えてもよい。【００１７】
本発明の第１０の態様は、上記第１の態様から第９の態様のいずれかの撮像装置を備える内視鏡装置であってもよい。【００１８】
本発明の第１１の態様は、集光した光を光電変換する撮像素子の所定の画素領域に属する画素からの出力信号を選択する選択過程と、前記出力信号の所定セット間の差分に基づいて暗電流値を算出する暗電流算出過程と、前記暗電流値から前記撮像素子の温度を算出する温度算出過程と、を有する温度測定方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の各態様の撮像装置、内視鏡装置および温度測定方法によれば、撮像素子の暗電流検出領域に属する画素からの出力信号に含まれるランダムなノイズ成分が出力信号の差分において相殺されないのに対し、所定セット間で共通の信号成分が相殺される。温度変化に依存するノイズレベルに基づいて暗電流値を精度よく算出することができるので、撮像素子に制約されずに撮像素子の温度を高い精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る内視鏡装置の構成例を示す概略ブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る制御部の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る撮像部からの出力信号の例を示す概念図である。
【図４】暗電流蓄積電荷量の一例を示す図である。
【図５】フォトダイオードで生じる暗電流の温度依存性の一例を示す図である。
【図６】信号クランプを説明するための概念図である。
【図７】信号値の画素間分布の一例を示す図である。
【図８】第１実施形態に係る撮像部の読み出し回路の構成を示す概略図である。
【図９】第１実施形態に係る温度測定処理を示すフローチャートである。
【図１０】第１実施形態に係る内視鏡装置の他の構成例を示す概略ブロック図である。
【図１１】第２実施形態に係る制御部の構成を示す概略ブロック図である。
【図１２】第２実施形態に係る温度検査処理を示すフローチャートである。
【図１３】第３実施形態に係る部分領域の例を示す図である。
【図１４】第３実施形態に係る部分領域の他の例を示す図である。
【図１５】第４実施形態に係る暗電流算出部がフレーム毎に定める最大値と最小値の例を示す概念図である。
【図１６】第４実施形態に係る値域幅と標準偏差との関係を示す図である。
【図１７】第４実施形態に係る値域幅と累積頻度との関係を示す図である。
【図１８】第４実施形態に係る画素数と係数ｋとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る撮像装置及び内視鏡装置について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る内視鏡装置１０の構成例を示す概略ブロック図である。
内視鏡装置１０は、撮像装置１０ｘと、挿入部１４と、光源部１５と、ライトガイド１６とを含んで構成される。撮像装置１０ｘは、制御部１１と、撮像部１２と、表示部１３とを含んで構成される。
【００２２】
制御部１１は、内視鏡装置１０の各種の動作を制御する。例えば、制御部１１は、光源部１５から光を発光させるか否かを制御するための発光制御信号を生成し、生成した発光制御信号を光源部１５に出力する。また、制御部１１は、撮像部１２が備える画素への露光と、各画素からの出力信号を読み出すための撮像制御信号を生成し、生成した撮像制御信号を撮像部１２に出力する。そして、制御部１１は、撮像部１２の画素領域から暗電流値を検出するための所定領域内に配置された画素からの出力信号を選択し、選択した出力信号の所定セット間の差分に基づいて暗電流値を検出する。制御部１１は、検出した暗電流値から撮像素子の温度を算出し、算出した温度を示す温度表示信号を表示情報として表示部１３に出力する。
【００２３】
制御部１１は、撮像部１２の画素領域内の各画素の出力信号に基づく画像信号を生成し、生成した画像信号を表示情報として表示部１３に出力する。制御部１１は、所定の制御プログラムで指示される処理を実行することにより、その機能を実現してもよい。制御部１１は、操作入力部（図示せず）と表示部１３と協働してユーザインタフェースを構成してもよい。制御部１１の構成については、後述する。
【００２４】
撮像部１２は、被撮像体からの入射光を集光する光学系（図示せず）と、集光された光を電気信号である出力信号に光電変換する画素を複数個備える撮像素子を備える。撮像素子は、例えば、画素毎にフォトダイオードを含んで構成されるＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどである。複数個の画素は、撮像素子の撮像面上において所定の空間間隔で２次元配置されている。撮像面は、光学系の主軸に直交し、光学系によって集光される入射光が照射される。被撮像体の像が撮像面に結像する。撮像面において画素が配置されている領域が画素領域である。画素領域には、集光された入射光が照射される領域である撮像領域と、集光された入射光が照射されずに遮光される遮光領域であるオプティカルブラック（ＯＢ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋ）領域とが含まれる。撮像部１２は、制御部１１から入力された制御信号に基づき各画素からの出力信号を読み出し、読み出した出力信号を制御部１１に出力する。
【００２５】
表示部１３は、制御部１１から入力された表示情報として各種の画像、文字、記号などを表示する。表示部１３は、例えば、制御部１１からの画像信号が示す画像、温度表示信号が示す温度などを表示する。表示部１３は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどの表示デバイスを含んで構成される。なお、表示部１３は、内視鏡装置１０の本体と着脱自在に固定されてもよい。
【００２６】
挿入部１４は、他の方向よりも１つの方向の長さが長い細長の形状を有する管材を含んで構成され、長手方向の一端である先端部に撮像部１２を備え、他端が内視鏡装置１０の本体に接続されている。先端部は、被検体に最初に挿入、又は接近する部位である。挿入部１４には、その長手方向に導線とライトガイド１６が貫通している。ライトガイド１６の両端のうち、挿入部１４の一端、他端に配置されている方を、それぞれライトガイド１６の一端、他端と呼ぶ。導線は、制御部１１から撮像部１２への撮像制御信号の伝送、撮像部１２から制御部１１への映像信号の伝送に用いられる。
【００２７】
光源部１５は、制御部１１からの制御信号に基づいて発光を開始（オン）又は発光を停止（オフ）する。光源部１５が発光した光は照明光としてライトガイド１６の他端に入射される。光源部１５は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を含んで構成される。
【００２８】
ライトガイド１６は、その他端から入射された照明光を一端に透過する。ライトガイド１６は、光を透過する細長の部材、例えば、光ファイバーを含んで構成される。ライトガイド１６の一端から透過した照明光が放射され、被検体を照明する。挿入部１４の他端に備えられた撮像部１２の光学系には、被検体からの反射光が入射光として入射される。
【００２９】
次に、制御部１１の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る制御部１１の構成を示す概略ブロック図である。制御部１１は、素子制御部１１１、画像処理部１１２、選択部１１３、暗電流算出部１１４、温度算出部１１５、及び重畳部１１６を含んで構成される。
【００３０】
素子制御部１１１は、操作入力部（図示せず）からの操作信号に応じて光源部１５を発光させるか否かを示す発光制御信号を生成し、生成した発光制御信号を光源部１５に出力する。例えば、操作入力部から発光を指示する操作信号が入力されるとき、素子制御部１１１は、光源部１５を発光させる電力を有する電気信号を電源（図示せず）から取得し、取得した電気信号を発光制御信号として光源部１５に出力する。また、操作入力部から発光の停止を指示する操作信号が入力されるとき、素子制御部１１１は、発光制御信号の出力を停止する。
【００３１】
素子制御部１１１は、撮像部１２による撮像を制御するための撮像制御信号を生成する。撮像制御信号は、撮像部１２が備える画素への露光時間と、各画素から出力信号を読み出すタイミングを制御するための制御信号である。撮像制御信号は、例えば、撮像部１２の画素領域に配列された画素について、所定のフレーム周期で出力信号の出力を画素毎にその配列順（例えば、ラスタスキャン順）に指示する駆動パルスである。各画素は、例えば、シリコンからなるＰ型半導体とＮ型半導体が接するＰＮ接合を有するフォトダイオードを含んで構成される。各画素には時間の経過に応じて電荷が蓄積される。各画素は、素子制御部１１１からの撮像制御信号の入力に応じて、蓄積された電荷を解放する。当該画素からは、電荷の解放によって生じた電圧を信号値として示す出力信号が出力される。従って、露光時間は、電子シャッター機能を用いない場合には、フレーム周期（即ち、フレームレートの逆数）に相当する。また、各画素における電荷の蓄積は、主に入射光について光電変換によって生じるが、入射光が照射されないＯＢ部内に配置された画素についても熱エネルギーにより電荷が蓄積される。熱雑音によって生じるノイズ成分は、暗電流として観測され、出力信号へのノイズとして付加される。
【００３２】
画像処理部１１２は、撮像部１２からの画素毎の出力信号が示す信号値を各フレームで集約し、画素毎の信号値（画素値）を示す画像信号を生成する。画像処理部１１２は、生成した画像信号について所定の画像処理を行う。所定の画像処理として、例えば、γ補正、ＹＣ変換、リサイズ、などがある。画像処理部１１２は、所定の画像処理を行って得られた画像信号を重畳部１１６に出力する。
【００３３】
選択部１１３には、撮像部１２から画素毎の出力信号が入力される。選択部１１３は、撮像部１２の画素領域から暗電流値を検出するための所定領域（暗電流検出領域）として、ＯＢ部内に配置された画素毎の出力信号を選択し、選択した出力信号を暗電流算出部１１４に出力する。
【００３４】
暗電流算出部１１４は、選択部１１３から入力された画素毎の出力信号が示す信号値について所定セット間における差分値として、その時点におけるフレーム（現フレーム）の信号値と直前のフレーム（前フレーム）の信号値との差を算出する。暗電流算出部１１４は、算出した差分値の分布に基づいて現フレームにおける暗電流値を検出し、検出した暗電流値を温度算出部１１５に出力する。暗電流値を算出するための処理（暗電流算出処理）については、後述する。
【００３５】
温度算出部１１５は、暗電流算出部１１４から入力された暗電流値から撮像素子の温度を算出する。一般に、暗電流値が大きいほど温度が高いことを示す。温度算出部１１５は、所定の数式で表される演算を行って暗電流値から温度を算出してもよいし、予め温度算出部１１５に設定された暗電流温度テーブルを用いて、暗電流値に対応する温度を定めてもよい。暗電流温度テーブルは、暗電流値と温度と対応付けて形成される組を複数個含むデータである。温度算出部１１５は、算出した温度を表示するための温度表示信号を生成し、生成した温度表示信号を重畳部１１６に出力する。
【００３６】
重畳部１１６は、画像処理部１１２から入力された画像信号と温度算出部１１５から入力された温度表示信号とを重畳して、表示情報を生成する。重畳部１１６は、画像処理部１１２からの画像信号が示す画像のうち、所定の領域に含まれる画素の信号値を、温度表示信号が示す当該領域の領域に含まれる画素の信号値に置き換えることで、温度表示信号を画像信号よりも優先して採用する。重畳部１１６は、生成した表示情報を表示部１３に出力する。
【００３７】
（ＯＢ領域の例）
次に、ＯＢ領域の例について説明する。図３は、本実施形態に係る撮像部１２からの出力信号の例を示す概念図である。図３は、所定のフレームレートα［ｆｐｓ］でフレーム毎に出力信号が順次取得されることを示す。図３において、フレーム（０）からフレーム（ｎ）のそれぞれの出力信号が長方形で表されている。また、各フレームの出力信号のうち、左上の塗りつぶされた領域はＯＢ領域内に配置された画素からの出力信号を示し、それ以外の領域が撮像領域に配置された画素からの出力信号を示す。ＯＢ領域では、撮像部１２の構成により光学系で集光される入射光が常に遮蔽される。本実施形態では、ＯＢ領域内に配置された画素からの出力信号から得られる暗電流値が温度測定に用いられる。これに対し、入射光が照射される撮像領域内に配置された画素からの出力信号は、画像処理部１１２において画像信号の生成に用いられる。
【００３８】
（暗電流蓄積電荷量の温度依存性）
温度の測定原理を説明する前に、各画素を構成するフォトダイオードにおける暗電流蓄積電荷量について説明する。図４は、暗電流蓄積電荷量の一例を示す図である。縦軸、横軸は、それぞれ暗電流蓄積電荷量ＱＤＣ、蓄積時間τを示す。暗電流蓄積電荷量ＱＤＣは、蓄積時間τにほぼ比例する。暗電流蓄積電荷量ＱＤＣと蓄積時間τは、式（１）に示す関係を有する。
【００３９】
ＱＤＣ＝ｋ・τ  …  （１）
【００４０】
式（１）において、ｋは、比例係数を示す。比例係数ｋは、温度に依存する。一般に、温度が高いほど比例係数ｋが大きい。このことは、温度が高いほど暗電流が増加することを意味する。図４に示す例では、温度ＴＡ、ＴＢ、ＴＣの順に、暗電流が増加する。なお、蓄積時間τは、電荷の蓄積開始時点からの経過時間である。つまり、蓄積時間τは、露光時間もしくはフレーム周期（フレームレートの逆数）に相当する。
【００４１】
（暗電流の温度依存性）
次に、フォトダイオードで生じる暗電流について説明する。図５は、フォトダイオードで生じる暗電流の温度依存性の一例を示す図である。縦軸、横軸は、それぞれ暗電流値ＩＤ、温度Ｔを示す。暗電流値ＩＤは、温度Ｔの上昇に対して指数関数的に増加する。暗電流値ＩＤと温度Ｔは、式（２）に示す関係を有する。
【００４２】
ＩＤ＝ｓ・ｅｒ・Ｔ  …  （２）
【００４３】
式（２）において、ｓ、ｒは、それぞれフォトダイオードの不純物濃度や構造など撮像素子に依存する係数である。例えば、フォトダイオードの素材がシリコンである場合においては、６〜８°Ｃの温度上昇に対して、暗電流値ＩＤは、ほぼ２倍になる。式（２）は、式（３）に示すように変形される。
【００４４】
Ｔ＝（１／ｒ）・ｌｎ（ＩＤ／ｓ）  …  （３）
【００４５】
従って、式（３）は、取得した暗電流値ＩＤから温度Ｔが算出できることを示す。そこで、温度算出部１１５には、式（３）、又は暗電流値ＩＤと温度Ｔとの関係を表す暗電流温度テーブルを設定しておく。温度算出部１１５は、暗電流温度テーブルを参照して、暗電流算出部１１４から入力された暗電流値ＩＤに対応する温度Ｔを求める。これにより、温度算出部１１５は、複雑な演算を行わなくとも簡素な演算により短時間で温度を求めることができる。
【００４６】
（信号クランプ）
次に、信号クランプについて説明する。図６は、信号クランプを説明するための概念図である。信号クランプとは、出力信号レベルから電荷の蓄積によって生ずる信号レベルの上昇による成分（ＯＢ信号）を除去して光の照射によって得られる成分（撮像信号；光信号とも呼ばれる）を得るための処理である。図６の最左列、最右列には、それぞれ蓄積時間が短い場合（短時間蓄積）、より長い場合（長時間蓄積）に係る出力信号レベルを示す。上述したように、蓄積時間が長いほど蓄積される電荷が多くなるため、蓄積時間が長い場合におけるＯＢ信号のレベルの方が、蓄積時間が短い場合におけるＯＢ信号のレベルよりも高くなる。
【００４７】
そこで、画像処理部１１２は、撮像領域内の各画素の出力信号について信号クランプを行って撮像信号を生成する。画素毎に生成された撮像信号のレべルが、画素値に相当する。画像処理部１１２は、信号クランプの際に、ＯＢ領域内の各画素の出力信号レベルの平均値をＯＢ信号のレベルとして算出し、撮像領域内の各画素の出力信号レベルからＯＢ信号のレベルを差し引き、所定の基準信号レベルＶｒｅｆを加算する。基準信号レベルＶｒｅｆは、例えば、画像信号の黒レベルに相当する信号値（画素値）である。これにより、電荷の蓄積によるＯＢ信号のレベルの上昇によって生じる信号値の誤差が除去される。なお、信号クランプは、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）固定又は単にクランプとも呼ばれる。
【００４８】
（暗電流算出処理）
次に、本実施形態に係る暗電流算出処理について説明する。暗電流算出部１１４は、ＯＢ領域内の各画素について現フレームｘにおける信号値ＶＯＵＴから前フレームｙにおける信号値ＶＯＵＴの差分である演算値ＶＣＡＬを算出する。暗電流算出部１１４は、演算値ＶＣＡＬとして、当該差分に所定のオフセット値をさらに加算して得られた値を求めてもよい。オフセット値は、ＯＢ信号のレベルよりも十分に大きい値（例えば、１Ｖ）であればよい。
【００４９】
暗電流算出部１１４は、ＯＢ領域内の各画素について算出した演算値ＶＣＡＬを集約し、その画素間分布を定める。暗電流算出部１１４は、定めた演算値ＶＣＡＬの画素間分布から演算値ＶＣＡＬのノイズレベルＮＣＡＬを定める。そして、暗電流算出部１１４は、定めたノイズレベルＮＣＡＬと読出しノイズレベルＮＲＯについて式（４）を用いて暗電流値ＩＤを算出する。読出しノイズレベルＮＲＯは、画素から読み出される出力信号に混入される読出しノイズのレベルである。各種のノイズレベルを定めるためのノイズレベル決定処理については後述する。
【００５０】
ＩＤ＝α・（ＮＣＡＬ２／２−ＮＲＯ２）  …  （４）
【００５１】
式（４）は、暗電流値ＩＤがノイズレベルＮＣＡＬの二乗の半分の値から読出しノイズレベルＮＲＯの二乗を差し引いて得られるフレーム当たりの暗電流蓄積電荷量ＱＤＣに、フレームレートαを乗じて算出されることを示す。
式（４）は、式（５）、（６）に示す関係に基づいて導出される。
【００５２】
ＮＣＡＬ＝√２・ＮＯＵＴ…  （５）
ＮＯＵＴ＝√（ＮＤＣ２＋ＮＲＯ２）    …  （６）
【００５３】
式（５）においてＮＯＵＴは、各フレームの信号値ＶＯＵＴのノイズレベルを示す。式（５）は、各画素にランダムに生じ、フレーム毎の平均値がフレーム間でほぼ等しい信号値ＶＯＵＴのノイズが加算されて、演算値ＶＣＡＬのノイズとして得られることを示す。演算値ＶＣＡＬの算出過程においてフレーム間で信号値の減算が行われても、ノイズ成分は相殺されない。演算値ＶＣＡＬのノイズレベルＮＣＡＬは、各フレームのノイズレベルＮＯＵＴの√２倍となる。式（６）において、ＮＤＣは、各画素を構成するフォトダイオードにおける暗電流ショットノイズのノイズレベルを示す。式（６）は、各画素にランダムに生じる暗電流ショットノイズと、読出しノイズとが加算されて、信号値ＶＯＵＴのノイズとして得られることによる。なお、暗電流ショットノイズのノイズレベルの二乗値ＮＤＣ２は、暗電流蓄積電荷量ＱＤＣに相当する。
【００５４】
従って、フレーム間の信号値ＶＯＵＴの差分から得られる演算値ＶＣＡＬにおいて、そのノイズ成分が相殺されずに有意なノイズレベルＮＣＡＬが得られる。このノイズレベルＮＣＡＬが暗電流値ＩＤの算出に用いられる。他方、フレーム間で信号値ＶＯＵＴの差分を算出することにより、出力信号に含まれる固定パターンノイズ（ＦＰＮ：Ｆｉｘｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｎｏｉｓｅ）成分などの、フレーム間で共通のノイズ成分が相殺される。ＦＰＮ成分には、例えば、白キズ、黒キズ、線キズ、縦横シェーディングなどがある。そのため、暗電流値ＩＤを算出する際、フレーム間で共通のノイズ成分が低減又は除去されるので、算出される温度の精度が向上する。
【００５５】
（ノイズレベル決定処理）
次に、ノイズレベル決定処理について説明する。暗電流算出部１１４は、ノイズレベルＮＣＡＬを定める際、信号値として演算値ＶＣＡＬの画素間分布を求める。信号値の画素間分布は、図７に示すように信号値（もしくは、その区間）毎の頻度（つまり、画素数）で表される。そして、暗電流算出部１１４は、信号値の画素間における標準偏差σをノイズレベルＮＣＡＬとして算出する。標準偏差σは、信号値の画素間分布の大きさを定量的に表す一つの指標である。なお、オフセット値は、画素によらず一定の値である。そのため、オフセット値を加算して得られた演算値ＶＣＡＬのノイズレベルＮＣＡＬは、オフセット値を加算せずに得られた演算値ＶＣＡＬ（フレーム間の差分値）のノイズレベルＮＣＡＬと等しい。しかし、オフセット値を加算せずに得られた演算値ＶＣＡＬの平均値の絶対値がノイズレベルＮＣＡＬよりも小さくなるために、有意な演算値ＶＣＡＬの画素間分布を観測できないことがある。そこで、暗電流算出部１１４は、標準偏差σよりも十分大きい値（例えば、３σ以上）を加算して得られた演算値ＶＣＡＬの画素間分布を求める。暗電流算出部１１４は、求めた画素間分布に基づいてノイズレベルＮＣＡＬを高い精度で定めることができる。
【００５６】
次に、暗電流算出部１１４において読出しノイズレベルＮＲＯを定める処理について説明する。撮像部１２は、画素毎に出力信号を読み出すための読み出し回路を備える。読み出し回路は、図８に示すように、各画素についてフォトダイオード１２１、画素アンプ１２２及び列ごとに配置される列アンプ１２３を備える。フォトダイオード１２１は、光電変換により電気信号を発生させる受光素子であり、入射光が入射されない場合においても熱エネルギーによって暗電流として電気信号を発生させ、暗電流により発生した電荷を蓄積する。画素アンプ１２２は、フォトダイオード１２１からの出力信号を増幅して、列アンプ１２３に出力する。画素毎の出力信号は、端子１２５を介して選択部１１３に出力される。読出しノイズは、主に画素アンプ１２２において画素毎の出力信号に付加されるが、信号値ＶＯＵＴのノイズから抽出することは困難である。
【００５７】
そこで、暗電流算出部１１４は、端子１２５からの増幅信号の信号値の画素間分布を求め、求めた信号値の標準偏差（図７参照）を読出しノイズのノイズレベルＮＲＯとして算出する。増幅信号は、列アンプ１２３が画素アンプ１２２からの出力信号をさらに増幅して得られる信号である。列アンプ１２３は、増幅率可変機能付き増幅回路を含んで構成され、十分に大きい増幅率（例えば、仕様上の最大増幅率）を設定しておく。このようにすると、列アンプ１２３で増幅される読出しノイズに対して、列アンプ１２３以降の区間で付加されるノイズは十分に小さく無視できる状態となる。そのため、読み出しノイズと、列アンプ１２３からの出力信号に付加されるノイズとが、そのレベルにより判別可能となる。従って、暗電流算出部１１４は、図７を用いて説明した手法により読み出しノイズのノイズレベルＮＲＯを端子１２５からの増幅信号から定めることができる。
【００５８】
なお、列アンプ１２３から出力される増幅信号には、列アンプ１２３自体が生じるノイズが付加される可能性がある。しかしながら、各画素においてＣＭＯＳ型撮像素子が用いられる場合には、読み出しノイズとして画素アンプ１２２からのノイズが支配的であり、列アンプ１２３からのノイズのノイズレベルは比較的小さい。
【００５９】
なお、暗電流算出部１１４は、各フレームについて演算値ＶＣＡＬのノイズレベルＮＣＡＬを算出する。これに対し、暗電流算出部１１４は、読み出しノイズのノイズレベルＮＲＯを、必ずしも各フレームについて算出しなくてもよい。暗電流算出部１１４は、予め画像の撮影前に増幅信号に基づいて読み出しノイズのノイズレベルＮＲＯを取得しておいてもよい。取得するタイミングは、例えば、テスト動作時、パラメータ設定時、などのいずれでもよい。取得するタイミングとして撮影時以外の時点を選択することで、列アンプ１２３の増幅率の調整など撮影時における処理を煩雑にすることが回避される。なお、通常の動作環境（例えば、温度１０〜４０°Ｃ）のもとでは、ノイズレベルＮＲＯの変動が無視できるほど少ないので、一度設定したノイズレベルＮＲＯが利用可能である。
【００６０】
（温度測定処理）
次に、本実施形態に係る温度測定処理について説明する。
図９は、本実施形態に係る温度測定処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）選択部１１３は、撮像部１２から入力された画素毎の出力信号から、ＯＢ部内に配置された画素毎の出力信号を選択する。暗電流算出部１１４は、選択した出力信号についてフレーム間の差分値ＶＣＡＬを画素毎に算出し、算出した差分値の分布に基づいてノイズレベルＮＣＡＬを算出する。その後、ステップＳ１０２に進む。
【００６１】
（ステップＳ１０２）暗電流算出部１１４は、算出したノイズレベルＮＣＡＬとノイズレベルＮＲＯに基づいて暗電流値ＩＤを算出する。その後、ステップＳ１０３に進む。
（ステップＳ１０３）温度算出部１１５は、算出した暗電流値ＩＤから撮像素子の温度を算出する。温度算出部１１５は、算出した温度を表す温度表示信号を、重畳部１１６を介して表示部１３に出力することにより、当該温度を表示させる。その後、ステップＳ１０４に進む。
【００６２】
（ステップＳ１０４）制御部１１は、温度算出部１１５が算出した温度が、所定の動作保証温度（例えば、１０〜４０Ｃ°）の範囲内であるか否かを判定する。動作保証温度の範囲内であると判定されたとき（ステップＳ１０４  ＹＥＳ）、ステップＳ１０１の処理に戻る。動作保証温度の範囲外であると判定されたとき（ステップＳ１０４  ＮＯ）、ステップＳ１０５に進む。
【００６３】
（ステップＳ１０５）制御部１１は、撮像素子の温度が動作保証温度の範囲外であることを示すアラームを表示部１３等に報知させる。制御部１１は、例えば、所定のアラーム表示を表示部１３に表示させる。制御部１１は、所定のアラーム音を所定時間（例えば、１分間）拡声部（図示せず）から再生させてもよい。その後、図９に示す処理を終了する。よって、ユーザは、撮像素子の温度が正常に動作することができる動作保証温度外になったことを知得することができる。
【００６４】
（複数フレーム間における差分値の他の算出例）
上述の暗電流算出処理では、暗電流算出部１１４が、各画素について現フレームｘにおける信号値ＶＯＵＴから前フレームｙにおける信号値ＶＯＵＴの差分である演算値ＶＣＡＬを算出する場合を例にしたが、これには限られない。暗電流算出部１１４は、式（７）に示すように、各画素について現フレームｎにおける信号値ＶＯＵＴ（ｎ）から複数の過去のフレームｉ間の信号値ＶＯＵＴ（ｉ）の平均値の差分を演算値ＶＣＡＬとして算出してもよい。なお、演算値ＶＣＡＬには、さらに所定のオフセット値ＶＯＳが加算されてもよい。
【００６５】
ＶＣＡＬ＝ＶＯＵＴ（ｎ）＋ＶＯＳ−（１／ｋ）Σｉ＝ｎ−ｊｎ−１ＶＯＵＴ（ｉ）  …  （７）
【００６６】
式（７）において、ｊは、各フレームにおいて参照される過去のフレームの数を示す。ｊは、２以上の整数である。暗電流算出部１１４は、より多くのフレームの信号値を参照することにより、演算値ＶＣＡＬのノイズレベルＮＣＡＬの精度を向上することができる。但し、制御部１１は、現フレームｎまでの、より長期間のｊフレーム分の信号値を蓄積することを要する。なお、ｊフレーム間の平均値をとる場合、暗電流算出部１１４は、フレーム毎に異なる重み係数を用いた重み付き加算を行ってもよい。例えば、暗電流算出部１１４は、現フレームｎに時間的に近い時刻のフレームほど大きい重み係数を用いる。これにより、現フレームに近い時刻のフレームの信号値ほど重視される。その後、暗電流算出部１１４は、例えば、式（４）を用いて、算出した演算値ＶＣＡＬから暗電流値ＩＤを算出する。
【００６７】
（露光時間の制御）
素子制御部１１１には、操作入力部からの操作信号により温度測定が指示されることがある。その場合、素子制御部１１１は、撮像が指示される場合における露光時間よりも長い露光時間を、撮像部１２を構成する撮像素子に設定してもよい。例えば、素子制御部１１１は、撮像に係る露光時間が１／３０秒である場合、温度測定に係る露光時間を１／１０秒と設定する。ここで、素子制御部１１１は、より長い露光時間に相当するフレーム周期で各画素から出力信号を読み出すタイミングを指示する撮像制御信号を生成し、生成した撮像制御信号を撮像部１２に出力する。撮像部１２からの出力信号に含まれるノイズ成分のノイズレベルが、各画素への電荷の蓄積量に比例して上昇するので、ノイズレベルに基づいて算出される暗電流値の精度が向上する。ひいては、精度が向上した暗電流値が温度の算出に用いられることで、算出される温度の精度が向上する。
【００６８】
（暗電流検出領域の他の例）
上述では、選択部１１３が暗電流検出領域としてＯＢ領域に配置された画素毎の出力信号を選択する場合を例にしたが、これには限られない。素子制御部１１１が発光制御信号の出力を停止して光源部１５を発光させない場合には、選択部１１３は、画素領域の全体を暗電流検出領域として、その全体又は一部に配置された画素毎の出力信号を選択してもよい。画素領域には入射光が照射されないため、各画素からの出力信号に光電変換による光信号の成分が含まれないためである。そのため、画素領域の全体又は任意の一部に配置された画素からの出力信号が温度測定に利用可能となる。
【００６９】
また、選択部１１３は、照度（板面照度）が所定の照度の閾値よりも低い画素領域を暗電流検出領域として、その領域に配置された画素毎の出力信号を選択してもよい。ここで、選択部１１３は、画像処理部１１２が信号クランプによってＯＢ信号の成分を除去して得られる出力信号レベルが、所定の出力信号レベルの閾値よりも低い画素が分布している領域を暗電流検出領域として定めてもよい。これにより、ＯＢ領域内に配置された画素を用いずに、撮像領域内に配置された画素からの出力信号も温度測定に利用可能となる。一般には、ＯＢ領域の配置や大きさは、撮像部１２の光学系ならびに画素領域、内視鏡装置１０の構成要素間の位置関係に依存するため、位置合わせ等において精密な調整作業が要求される。例えば、撮像装置１０ｘを別個の内視鏡装置に設置する場合において、かかる位置関係への依存性が低い撮像領域に配置された出力信号が温度測定に利用されることで、精密な調整作業を軽減又は不要とすることができる。
【００７０】
また、撮像部１２は、光学系に入射される入射光の一部を遮る遮光部を備え、選択部１１３は、撮像領域に含まれる領域であって、遮光部により入射光が遮られる遮光領域を暗電流検出領域として定めてもよい。選択部１１３は、定めた暗電流検出領域に配置された各画素からの出力信号を選択する。この構成により、選択部１１３は、ＯＢ領域に配置された画素からの出力信号の選択を必要とせず、遮光部の設置といった比較的軽微な構成の変更により温度測定が可能になる。
【００７１】
（内視鏡装置の他の構成例）
上述した内視鏡装置１０（図１）は、光源部１５からの照明光を挿入部１４の一端から放射するためのライトガイド１６を備える場合を例にしたが、これには限られない。内視鏡装置１０は、図１０に示すように撮像装置１０ｘと、挿入部１４と、発光素子１７を含んで構成されてもよい。図１０に示す内視鏡装置１０の構成は、図１に示す内視鏡装置１０において、光源部１５とライトガイド１６が省略され、発光素子１７を備えた構成に相当する。発光素子１７は、光源部１５が備える発光素子と同様の発光素子であってもよい。発光素子１７は、制御部１１からの発光制御信号に基づいて発光の開始又は停止が制御される。発光素子１７は、挿入部１４の一端に設けられ、制御部１１からの発光制御信号を伝送するための導線が挿入部１４に配置されている。かかる構成によっても、図１、２に示す構成と同様に撮像素子の温度を高い精度で測定可能となる。
【００７２】
以上に説明したように、撮像装置１０ｘは、集光した光を光電変換する撮像素子と、撮像素子の画素領域から暗電流値を検出するための所定領域として暗電流検出領域に属する画素からの出力信号を選択する選択部１１３とを備える。また、撮像装置１０ｘは、出力信号の所定セット間の差分に基づいて暗電流値を検出する暗電流算出部１１４と、暗電流値から撮像素子の温度を算出する温度算出部１１５を備える。
【００７３】
この構成により、撮像素子の暗電流検出領域に属する画素からの出力信号のランダムなノイズ成分が出力信号の差分において相殺されないのに対し、所定セット間で共通の信号成分が相殺される。温度変化に依存するノイズレベルに基づいて暗電流値を精度よく算出することができるので、撮像素子に制約されずに撮像素子の温度を高い精度で測定することができる。例えば、撮像装置１０ｘでは汎用の撮像素子が適用可能であり、所定セット間で共通の信号成分として現れる撮像素子の個体差による影響が低減又は除去される。
【００７４】
また、暗電流算出部１１４は、出力信号の所定セット間の差分として、出力信号のフレーム間の差分に基づいて暗電流値を検出する、ことを特徴とする。
この構成により、出力信号の差分においてフレーム間で共通の信号成分が相殺される。温度変化に依存するノイズレベルに基づいて暗電流値を精度よく算出することができるので、撮像素子に制約されず撮像素子の温度を高い精度で測定することができる。
【００７５】
暗電流算出部１１４は、フレーム間の差分として、一のフレームの出力信号と、複数の他のフレームの出力信号の平均値との差分に基づいて暗電流値を算出することを特徴とする。
この構成により、一のフレームと、複数の他のフレームの平均値との間で共通の信号成分が相殺される。そのため、温度変化に依存するノイズレベルをより高い精度で定めることができるので、撮像素子の温度をより高い精度で測定することができる。
【００７６】
温度算出部１１５は、暗電流値と温度との関係を示す暗電流温度テーブルに基づいて、暗電流算出部１１４が算出した暗電流値に対応する温度を、撮像素子の温度として算出する、ことを特徴とする。
この構成により、温度算出部１１５は、複雑な演算を行わなくとも撮像素子の温度を測定することができる。
【００７７】
また、撮像装置１０ｘは、撮像素子への露光時間を撮像時における露光時間よりも長くする素子制御部１１１をさらに備える。
この構成により、各画素への電荷の蓄積量の増加に応じて出力信号に含まれる熱雑音に基づくノイズ成分が増加するので、ノイズレベルに基づいて算出される暗電流値の精度が向上する。そのため、測定される温度の精度が向上する。
【００７８】
選択部１１３は、暗電流検出領域として集光した光が遮光される領域であるＯＢ領域に属する画素からの出力信号を選択する、ことを特徴とする。
この構成により、温度測定に用いられるＯＢ領域に属する各画素からの出力信号と、画像信号の取得に用いられる撮像領域に属する各画素からの出力信号とが並列に取得される。そのため、撮像と並行して撮像素子の温度を逐次に測定することができる。
【００７９】
また、撮像装置１０ｘは、温度を表示する表示部１３をさらに備える。
この構成により、撮像素子の温度がユーザに知得される。ユーザには、知得した温度に基づいて撮像装置１０ｘの取り扱い、例えば、撮像を続行するか否かを判断する手がかりが与えられる。
【００８０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を援用する。
図１１は、本実施形態に係る制御部１１の構成を示す概略ブロック図である。
本実施形態に係る撮像装置１０ｘにおいて、制御部１１は、検査部１１７をさらに備える。
【００８１】
検査部１１７には、操作入力部からの操作信号により、温度測定状態の検査が指示されることがある。その場合、検査部１１７は、素子制御部１１１に、それぞれ異なる複数の露光時間を撮像部１２の撮像素子に順次設定させる。検査部１１７は、それぞれの露光時間について温度算出部１１５が算出した温度の分布に基づいて、撮像装置１０ｘにおける温度測定状態が正常か否かを判定する。検査部１１７は、その分布範囲が所定の分布範囲の閾値よりも小さい場合、温度測定状態が正常であると判定し、その分布範囲が所定の分布範囲の閾値以上である場合、温度測定状態が異常であると判定する。この判定は、制御部１１が正常に動作しているとき、算出される温度が、露光時間によらず理想的には一定であることに基づく。
【００８２】
具体的には、検査部１１７は、２つの露光時間α１、α２を順次設定することを指示する露光時間設定信号を素子制御部１１１に出力する。素子制御部１１１は、検査部１１７から露光時間設定信号が入力されるとき、異なる時刻において、露光時間α１、α２のそれぞれに相当するフレーム周期に係る撮像制御信号を生成し、生成した撮像制御信号を撮像部１２に出力する。温度算出部１１５は、上述した手法を用いて、各時刻において露光時間α１、α２でそれぞれ撮像部１２から選択部１１３を介して読み出された出力信号に基づいて撮像素子の温度Ｔ１、Ｔ２を算出する。そして、検査部１１７は、温度算出部１１５から、露光時間α１、α２でそれぞれ算出された温度Ｔ１、Ｔ２を読み出す。そして、検査部１１７は、読み出した温度の差分の絶対値｜Ｔ１−Ｔ２｜が所定の閾値δＴ（例えば、０．１°Ｃ）よりも小さいとき、温度測定状態が正常であると判定する。検査部１１７は、温度の差分の絶対値｜Ｔ１−Ｔ２｜が閾値δＴ以上であるとき、温度測定状態が異常であると判定する。
【００８３】
温度測定状態が異常であると判定するとき、検査部１１７は、温度算出部１１５に温度の算出を停止させてもよい。その場合には、制御部１１は、温度測定状態が異常であることを示す温度測定状態情報として、アラームを表示部１３と拡声部（図示せず）の一方又は両方から報知させてもよい。よって、ユーザは、温度測定状態が異常であることを知得することができる。
【００８４】
（温度検査処理）
次に、温度算出部１１５が算出した温度が正常であるか否かを検査する温度検査処理について説明する。
図１２は、本実施形態に係る温度検査処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ２０１）検査部１１７は、露光時間α１、α２を順次設定することを指示する露光時間設定信号を素子制御部１１１に出力する。素子制御部１１１は、検査部１１７からの露光時間設定信号の入力に応じて、露光時間α１を撮像部１２の撮像素子に設定する。その後、ステップＳ２０２に進む。
（ステップＳ２０２）温度算出部１１５は、露光時間α１で読み出された出力信号に基づいて撮像素子の温度Ｔ１を算出する。その後、ステップＳ２０３に進む。
【００８５】
（ステップＳ２０３）素子制御部１１１は、検査部１１７からの露光時間設定信号の入力に応じて、露光時間α２を撮像部１２の撮像素子に設定する。その後、ステップＳ２０４に進む。
（ステップＳ２０４）温度算出部１１５は、露光時間α２で読み出された出力信号に基づいて撮像素子の温度Ｔ２を算出する。その後、ステップＳ２０５に進む。
【００８６】
（ステップＳ２０５）検査部１１７は、温度算出部１１５から温度Ｔ１、Ｔ２を読み出し、読み出した温度の温度差の絶対値｜Ｔ１−Ｔ２｜が所定の閾値δＴよりも小さいか否かを判定する。小さいと判定されるとき（ステップＳ２０５  ＹＥＳ）、ステップＳ２０６に進む。小さくないと判定されるとき（ステップＳ２０５  ＮＯ）、ステップＳ２０７に進む。
【００８７】
（ステップＳ２０６）検査部１１７は、温度測定状態が正常であると判定する。その後、図１２に示す処理を終了する。
（ステップＳ２０７）検査部１１７は、温度測定状態が異常であると判定する。その後、図１２に示す処理を終了する。
【００８８】
以上に説明したように、本実施形態に係る撮像装置１０ｘは、複数の露光時間のそれぞれについて算出された温度に基づいて温度測定状態が正常か否かを検査する検査部１１７をさらに備える。
この構成により判定された温度測定状態が報知されることによって、ユーザは、撮像装置１０ｘの取り扱い、例えば、撮像又は温度測定を続行するか否かを判断する手がかりが与えられる。
【００８９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を援用する。
本実施形態に係る撮像装置１０ｘの暗電流算出部１１４は、選択部１１３からの画素毎の出力信号が示す信号値の所定セット間における差分値として、各１つのフレームの複数の部分領域間の差分に基づいて暗電流値を検出する。部分領域は、それぞれＯＢ領域に含まれる一部の領域である。複数の部分領域は、それぞれ異なる位置に配置され、互いに重なり合わない。また、部分領域の形状、それぞれに配置される画素の数は、複数の部分領域間で共通であり、１つの部分領域内の画素のそれぞれは、他の部分領域内の画素のそれぞれと対応付けられている。暗電流算出部１１４は、対応付けられた画素間で信号値の差分値を算出し、算出した差分値の画素間の分布に基づいてノイズレベルを算出する。
【００９０】
次に、本実施形態に係る部分領域の例について説明する。図１３は、本実施形態に係る部分領域の例を示す図である。図１３は、４つの部分領域Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１、Ｇ２２を黒塗りの四角形で表す。互いに大きさと形状が等しい部分領域Ｇ１１、Ｇ１２からなる部分領域の組Ｐ１、部分領域Ｇ２１、Ｇ２２からなる部分領域の組Ｐ２が、それぞれＯＢ領域の左下、右上の部分に配置される。また、組Ｐ１、Ｐ２のそれぞれについて、２つの部分領域が互いに隣接して配置される。Ｐ１、Ｐ２のそれぞれに含まれる２つの部分領域は、暗電流算出部１１４が部分領域間で対応する画素の信号値の差分値を算出する際の部分領域として用いられる。そのため、信号値に含まれるＦＰＮ成分のうち互いに近接した位置ほど相関性が高い成分、つまり、各画素の温度に依存する熱雑音によって蓄積した電荷量による成分が相殺される。また、部分領域Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１、Ｇ２２のそれぞれの形状は、一辺の長さがＯＢ領域の幅に近似した正方形である。この形状ならびに配置をとることにより、互いに隣接する部分領域に含まれる対応する画素間で位置が近接するとともに、各部分領域に含まれる画素数を多くすることができる。そのため、暗電流算出部１１４は、ノイズレベルを高い精度で算出することができ、ひいては、温度算出部１１５は、温度を高い精度で算出することができる。なお、暗電流算出部１１４は、差分値を算出する際、部分領域の組Ｐ１、Ｐ２の両方を用いてもよいが、少なくとも１つの組を用いればよい。
【００９１】
次に、本実施形態に係る部分領域の他の例について説明する。図１４は、本実施形態に係る部分領域の他の例を示す図である。図１４は、４つの部分領域Ｇ３１、Ｇ３２、Ｇ４１、Ｇ４２を黒塗りの四角形で表す。部分領域Ｇ３１、Ｇ３２からなる部分領域の組Ｐ３、部分領域Ｇ４１、Ｇ４２からなる部分領域の組Ｐ４が、それぞれＯＢ領域の左下、右上の部分に配置される。また、組Ｐ３、Ｐ４のそれぞれについて、互いに大きさと形状が等しい２つの部分領域が互いに隣接して配置される。図１４に示す例では、組Ｐ３に含まれる部分領域Ｇ３１、Ｇ３２の一辺の長さは、他辺の長さよりも十分に長く、それぞれＯＢ領域の幅よりも左辺の長さに近似している。また、部分領域Ｇ３１、Ｇ３２は、それぞれの長手方向に平行に対向して隣接している。組Ｐ４に含まれる部分領域Ｇ４１、Ｇ４２の一辺の長さは、他辺の長さよりも十分に長く、それぞれＯＢ領域の幅よりも上辺の長さに近似している。また、部分領域Ｇ４１、Ｇ４２は、それぞれの長手方向に平行に対向して隣接している。この形状ならびに配置をとることにより、互いに隣接する部分領域に含まれる対応する画素間で位置が近接するとともに、各部分領域に含まれる画素数を多くすることができる。そのため、暗電流算出部１１４は、ノイズレベルを高い精度で算出することができ、そのノイズレベルに基づいて暗電流値を高い精度で算出することができる。ひいては、温度算出部１１５は、その暗電流値を用いて温度を高い精度で算出することができる。なお、暗電流算出部１１４は、ノイズレベルを算出する際、部分領域の組Ｐ３、Ｐ４の両方を用いてもよいが、少なくともいずれか１つの組を用いればよい。
【００９２】
以上に説明したように、本実施形態に係る撮像装置１０ｘにおいて、暗電流算出部１１４は、出力信号の所定セット間の差分として、暗電流検出領域に含まれる部分領域に属する画素からの出力信号の部分領域間の差分に基づいて暗電流値を算出する。
この構成により、出力信号の差分において部分領域間で共通の信号成分が相殺される。温度変化に依存するノイズレベルに基づいて暗電流値を精度よく算出することができるので、撮像素子に制約されず撮像素子の温度を高い精度で測定することができる。
【００９３】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を援用する。
本実施形態に係る撮像装置１０ｘの暗電流算出部１１４は、選択部１１３からの画素毎の出力信号が示す信号値の所定セット間における差分値の幅から所定のノイズ成分の分布を仮定してノイズレベルを算出する。そして、暗電流算出部１１４は、算出したノイズレベルから暗電流値を算出する。
【００９４】
次に、本実施形態に係るノイズレベルの算出処理について説明する。
暗電流算出部１１４は、ＯＢ領域のうち所定の部分領域内に配置された画素毎の演算値ＶＣＡＬの最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎをフレーム毎に定める。本実施形態では、図１５に示すように、部分領域はＯＢ領域において少なくとも１個設定されていればよい。暗電流算出部１１４は、現フレームまでの所定のフレーム数分の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎを記憶する。図１５に示す例では、暗電流算出部１１４は、フレーム（０）からフレーム（ｎ）までのｎ＋１フレーム分の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎを記憶する。暗電流算出部１１４は、記憶した最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎをそれぞれ平均して代表最大値Ｍａｘ’と代表最小値Ｍｉｎ’を算出する。そして、暗電流算出部１１４は、算出した代表最大値Ｍａｘ’から代表最小値Ｍｉｎ’の差分を部分領域における演算値ＶＣＡＬの幅ΔＶＣＡＬとして算出する。
【００９５】
上述したように、演算値ＶＣＡＬの画素間分布はランダムプロセスによるノイズに起因するので、図１６に示すように正規分布に近似される。暗電流算出部１１４は、幅ΔＶＣＡＬを２・κで除算して演算値ＶＣＡＬの標準偏差σを演算値ＶＣＡＬのノイズレベルＮＣＡＬとして算出する。係数κは、部分領域に配置された画素数に応じて定まる所定の正の実数である。言い換えれば、係数κは、幅ΔＶＣＡＬを２・σで正規化して得られる偏差値である。演算値ＶＣＡＬの値域を表す代表最小値Ｍｉｎ’、代表最大値Ｍａｘ’は、それぞれ演算値ＶＣＡＬの平均値Ａｖｇからκ・σを減算、加算した値である。そして、暗電流算出部１１４は、式（４）を用いて算出したノイズレベルＮＣＡＬから暗電流値ＩＤを算出する。
【００９６】
本実施形態では、係数κは、演算値ＶＣＡＬが代表最小値Ｍｉｎ’よりも低くなる確率、又は演算値ＶＣＡＬが代表最大値Ｍａｘ’よりも低くなる確率がそれぞれ０．５となるように定められる。言い換えれば、係数κは、−∞から代表最小値Ｍｉｎ’まで（又は＋∞から代表最大値Ｍａｘ’まで）演算値ＶＣＡＬの頻度を積分して得られる累積頻度が０．５となる代表最小値Ｍｉｎ’（又は代表最大値Ｍａｘ’）を与える値である。図１７において、この累積頻度が塗りつぶされた領域の面積で表される。従って、部分領域内の画素数が多いほどκが大きく、画素数が少ないほどκが小さい。演算値ＶＣＡＬの頻度を正規分布と仮定すると、画素数と係数κとの関係は、図１８に示すように与えられる。例えば、画素数が５０、１００、５００、１０００である場合、係数κは、それぞれ２．３２６、２．５７６、３．０９０、３．２９１である。
【００９７】
なお、暗電流算出部１１４は、画素毎の演算値ＶＣＡＬとして、複数のフレーム間における信号値ＶＯＵＴの差分値を用いてもよいし、複数の部分領域間における信号値ＶＯＵＴの差分値を用いてもよい。また、暗電流算出部１１４は、代表最小値Ｍｉｎ’、代表最大値Ｍａｘ’として、複数の部分領域もしくは部分領域の組間における最小値Ｍｉｎの平均値、最大値Ｍａｘの平均値を算出してもよい。
【００９８】
以上に説明したように、暗電流算出部１１４は、出力信号の所定セット間の差分に基づく演算値の画素間の幅から演算値に含まれるノイズ成分のノイズレベルを算出する。そして、暗電流算出部１１４は、算出したノイズレベルに基づいて暗電流値を算出する。
この構成により、複雑な演算を行わずに簡素な演算によって演算に含まれるノイズ成分のノイズレベルを演算値の画素間の幅から算出することができる。そのため、温度測定における処理量を低減することができる。
【００９９】
＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形を加えることができる。
【０１００】
例えば、撮像装置１０ｘは、内視鏡装置１０において着脱可能に固定され、独立の撮像装置として構成されてもよい。また、撮像装置１０ｘが光源部１５を備え、内視鏡装置１０から光源部１５が省略されてもよい。
また、内視鏡装置１０又は撮像装置１０ｘにおいて、表示部１３が省略されてもよい。
また、第３、４の実施形態に係る制御部１１は、検査部１１７をさらに備えてもよい。
【０１０１】
内視鏡装置１０又は撮像装置１０ｘの一部、例えば、制御部１１をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、内視鏡装置１０又は撮像装置１０ｘに内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【０１０２】
また、上述した実施形態における内視鏡装置１０又は撮像装置１０ｘの一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。内視鏡装置１０又は撮像装置１０ｘの各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
【０１０３】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態及びその変形例に限定されることはない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、校正の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
上記各態様の撮像装置、内視鏡装置および温度測定方法によれば、撮像素子の暗電流検出領域に属する画素からの出力信号に含まれるランダムなノイズ成分が出力信号の差分において相殺されないのに対し、所定セット間で共通の信号成分が相殺される。温度変化に依存するノイズレベルに基づいて暗電流値を精度よく算出することができるので、撮像素子に制約されずに撮像素子の温度を高い精度で測定することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０‥内視鏡装置、１０ｘ…撮像装置、１１…制御部、１１１…素子制御部、１１２…画像処理部、１１３…選択部、１１４…暗電流算出部、１１５…温度算出部、１１６…重畳部、１１７…検査部、１２…撮像部、１２１…フォトダイオード、１２２…画素アンプ、１２３…列アンプ、１２５…端子、１３…表示部、１４…挿入部、１５…光源部、１６…ライトガイド、１７…発光素子
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月5日(2015.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光した光を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子の所定の画素領域に属する画素からの出力信号を選択する選択部と、
前記出力信号の所定セット間の差分に基づいて暗電流値を算出する暗電流算出部と、
前記暗電流値から前記撮像素子の温度を算出する温度算出部と、
前記温度算出部が複数の露光時間のそれぞれについて算出した温度に基づいて温度測定状態が正常か否かを検査する検査部と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記暗電流算出部は、
前記出力信号の所定セット間の差分として、前記出力信号のフレーム間の差分に基づいて暗電流値を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記暗電流算出部は、
前記フレーム間の差分として、一のフレームの前記出力信号と、複数の他のフレームの前記出力信号の平均値との差分に基づいて暗電流値を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記暗電流算出部は、
前記出力信号の所定セット間の差分として、前記所定の画素領域に含まれる部分領域に属する画素からの出力信号の部分領域間の差分に基づいて暗電流値を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記暗電流算出部は、
前記差分に係る値の画素間の幅から前記差分に含まれるノイズ成分のレベルを算出し、前記レベルに基づいて前記暗電流値を算出する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記温度算出部は、
暗電流値と温度との関係を示す暗電流温度テーブルに基づいて、前記暗電流算出部が検出した暗電流値に対応する温度を、前記撮像素子の温度として算出する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像素子への露光時間を撮像時における露光時間よりも長くする素子制御部をさらに備える、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記選択部は、
前記所定の画素領域として前記集光した光が遮光される領域であるオプティカルブラック領域に属する画素からの出力信号を選択する、
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の撮像装置を備える内視鏡装置。
【請求項１０】
集光した光を光電変換する撮像素子の所定の画素領域に属する画素からの出力信号を選択する選択過程と、
前記出力信号の所定セット間の差分に基づいて暗電流値を算出する暗電流算出過程と、
前記暗電流値から前記撮像素子の温度を算出する温度算出過程と、
前記温度算出過程において複数の露光時間のそれぞれについて算出した温度に基づいて温度測定状態が正常か否かを検査する検査過程と、
を有する温度測定方法。
【請求項１１】
（削除）
【国際調査報告】
2016199188.tif 000021
2016199188.tif 000022
2016199188.tif 000023
2016199188.tif 000024