(57)【要約】【課題】装置を大型化することなく、導光部材の断線などの照明装置の故障を検知できるようにすることである。【解決手段】観察装置１は、観察対象部ＯＥを撮像し、複数の画素により構成される観察対象画像を繰り返し取得する画像取得部３と、観察対象画像内に照明装置２の故障判定に用いる故障判定領域を設定する故障判定領域設定部５と、故障判定領域における画素値の状態を示す代表値を抽出する代表値抽出部６と、代表値の変化に基づいて照明装置の故障判定を行う故障判定部７と、を備える。【選択図】図１
2015036066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次光を射出する光源と、前記光源から射出された前記１次光を導光する導光部材と、前記導光部材によって導光された前記１次光を受光して、前記１次光とは異なる光学特性の２次光に変換して射出する少なくとも１つの光変換部材と、を有し、前記光変換部材から射出される光を照明光として観察対象部へ照射する照明装置と、
前記観察対象部を撮像し、複数の画素により構成される観察対象画像を繰り返し取得する画像取得部と、
前記観察対象画像内に前記照明装置の故障判定に用いる故障判定領域を設定する故障判定領域設定部と、
前記故障判定領域における画素値の状態を示す代表値を抽出する代表値抽出部と、
前記代表値の変化に基づいて前記照明装置の故障判定を行う故障判定部と、
を具備する観察装置。
【請求項２】
前記故障判定領域設定部は、前記観察対象画像内で、前記照明装置の故障時における前記代表値の変化を検出するために充分な反射光が得られる距離に前記観察対象部が存在する領域を注目領域に設定し、前記観察対象画像内の前記注目領域を基に前記故障判定領域を設定する請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記故障判定領域設定部は、周期的に繰り返し取得される前記観察対象画像の各々に対して前記注目領域を設定し、故障判定領域設定期間に取得した複数の前記観察対象画像に対して夫々に設定した複数の前記注目領域を基に前記故障判定領域を設定する請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記故障判定領域設定部は、前記故障判定領域設定期間に取得した複数の前記観察対象画像に対して設定した前記複数の注目領域において、重複した領域を前記故障判定領域として設定する請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記故障判定領域設定部は、前記観察対象画像においてコントラストが高い領域を前記注目領域とする請求項２に記載の観察装置。
【請求項６】
前記画像取得部は、赤色画素、緑色画素、青色画素を有する撮像部を有し、
前記故障判定領域設定部は、前記観察対象画像の前記緑色画素値と前記青色画素値のいずれか１つの画素値を基にコントラストを算出し、コントラストが高い領域を前記注目領域とする請求項５に記載の観察装置。
【請求項７】
前記故障判定領域設定部は、前記観察対象画像において所定の画素値以上の画素の領域を前記注目領域とする請求項２に記載の観察装置。
【請求項８】
前記画像取得部は、赤色画素、緑色画素、青色画素を有する撮像部を有し、
前記故障判定領域設定部は、前記観察対象画像において前記赤色画素の画素値が所定の画素値以上の画素の領域を前記注目領域とする請求項７に記載の観察装置。
【請求項９】
前記故障判定領域設定部は、前記観察対象画像において前記注目領域が存在しない場合には、直前に取得された観察対象画像の注目領域を今回の故障判定のための注目領域とする請求項２に記載の観察装置。
【請求項１０】
前記故障判定部は、直前に取得された前記観察対象画像内の前記故障判定領域から抽出された前記代表値を基に故障判定基準を設定し、現時点に取得した前記観察対象画像内の前記故障判定領域から抽出された前記代表値と前記設定した故障判定基準との関係を基に前記照明装置の故障判定をする請求項２に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記故障判定部は、所定の故障判定間隔で繰り返し前記照明装置の故障判定を実施し、
前記故障判定間隔内における、前記観察装置と前記観察対象部との距離の変化及び撮像範囲の変化による、前記照明装置の正常動作時の前記代表値の変化と、前記照明装置の故障時の前記代表値の変化と、を基にして、前記正常動作時の前記代表値の変化においては故障と判定せず、前記故障時の前記代表値の変化においては故障と判定するように、前記故障判定基準を設定する請求項１０に記載の観察装置。
【請求項１２】
前記画像取得部は、赤色画素、緑色画素、青色画素を有する撮像部を有し、
前記代表値抽出部は、前記故障判定領域における前記赤色画素値の情報から前記代表値を抽出する請求項１０に記載の観察装置。
【請求項１３】
前記代表値抽出部は、前記観察対象画像取得時の前記１次光の光量に対する前記故障判定領域における赤色画素値の比を前記代表値とし、
前記故障判定部は、前記代表値が、前記故障判定基準よりも小さい場合に故障と判定する請求項１２に記載の観察装置。
【請求項１４】
前記画像取得部は、赤色画素、緑色画素、青色画素を有する撮像部を有し、
前記代表値抽出部は、前記故障判定領域における、前記赤色画素値の画像上の分布の位置の変化を示す値を前記代表値とする請求項１０に記載の観察装置。
【請求項１５】
前記画像取得部は、赤色画素、緑色画素、青色画素を有する撮像部を有し、
前記代表値抽出部は、前記故障判定領域における、前記観察対象部からの前記照明光の反射光の色の変化を示す値を前記代表値とする請求項１０に記載の観察装置。
【請求項１６】
前記光源を制御するための光源制御部をさらに具備し、
前記故障判定部は、故障として判定した場合、前記光源制御部へ故障判定信号を出力し、
前記光源制御部は、前記故障判定信号を受けると、前記１次光の光量を安全な光量に設定するように、前記光源を制御する請求項２又は１０に記載の観察装置。
【請求項１７】
前記観察対象画像及び前記故障判定の結果を表示する画像表示部をさらに具備し、
前記故障判定部は、故障として判定した場合、前記画像表示部へ故障判定信号を出力し、
前記画像表示部は、前記故障判定信号を受けると、ユーザに対して故障を通知する請求項２又は１０に記載の観察装置。
【請求項１８】
故障時の対応を判断する故障対応判断部をさらに具備し、
前記故障対応判断部は、前記故障判定領域から夫々異なる代表値を抽出し、夫々異なる前記代表値の変化に基づいてなされた複数の故障判定の結果を基に故障の危険レベルに応じた信号の出力を行う請求項２又は１０に記載の観察装置。
【請求項１９】
前記照明装置は、前記光変換部材以外の少なくとも一つの光変換部材をさらに有し、
前記導光部材は、前記１次光を分岐して前記複数の光変換部材へ導光し、
前記複数の光変換部材から射出される照明光は、前記光源が点灯又は消灯したときに、全て同期して照明光の射出を行う又は行わない請求項２に記載の観察装置。
【請求項２０】
１次光を射出する光源と、前記光源から射出された前記１次光を導光する導光部材と、前記導光部材によって導光された前記１次光を受光して、前記１次光とは異なる光学特性の２次光に変換して射出する少なくとも１つの光変換部材と、を有し、前記光変換部材から射出される光を照明光として観察対象部へ照射する照明装置の故障検出方法であって、
前記観察対象部を撮像し、複数の画素により構成される観察対象画像を繰り返し取得することと、
前記観察対象画像内に前記照明装置の故障判定に用いる故障判定領域を設定することと、
前記故障判定領域における画素値の状態を示す代表値を抽出することと、
前記代表値の変化に基づいて前記照明装置の故障判定を行うことと、
を備え、
前記故障判定領域は、前記観察対象画像内で、前記照明装置の故障時における前記代表値の変化を検出するために充分な反射光が得られる距離に前記観察対象部が存在する領域を注目領域に設定し、前記観察対象画像内の前記注目領域を基に設定される故障検出方法。
【請求項２１】
前記照明装置の故障判定は、直前に取得された前記観察対象画像内の前記故障判定領域から抽出された前記代表値を基に故障判定基準を設定し、現時点に取得した前記観察対象画像内の前記故障判定領域から抽出された前記代表値と前記設定した故障判定基準との関係を基に行われる請求項２０に記載の故障検出方法。
【請求項２２】
前記照明装置が故障として判定した場合、前記１次光の光量を安全な光量に設定するように前記光源を制御することをさらに備える請求項２０又は２１に記載の故障検出方法。
【請求項２３】
前記照明装置が故障として判定した場合、使用者に対して故障を通知することをさらに備える請求項２０又は２１に記載の故障検出方法。
【請求項２４】
前記代表値を抽出することは、前記故障判定領域から夫々異なる複数の代表値を抽出し、
前記故障判定を行うことは、夫々異なる前記複数の代表値の変化に基づいて夫々危険レベルの異なる複数の故障判定を実施し、
前記複数の故障判定の結果の情報を基に故障の危険レベルに応じて、前記１次光の光量を安全な光量に設定または、ユーザに対する故障通知を行うことをさらに備える請求項２０又は２１に記載の故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡などの観察装置及びそれに用いる照明装置の故障検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、内視鏡などの観察装置において、光源から射出された光を光ファイバなどの導光部材によって導光し、導光部材の射出側端部に設けられた波長変換部材によって所望の照射パターンや色へ変換して照射する発光装置が、照明装置として利用されている。このような発光装置では、導光部材が、機械的強度の低い部材であるため、何らかの原因で切断（断線）することがあり、この切断面から光が漏れだすことがある。特に光源から照射される光がレーザ光である場合には、漏れレーザ光が人体等に危険を及ぼす虞がある。そのため、このような導光部材の断線を検知するための機構が必要となる。
【０００３】
例えば、特許文献１の発光装置は、波長変換部材によって波長変換された光のうち、光源側への戻り光を受光素子で検出し、この戻り光が検出できる状態では導光部材は正常であるとするが、この戻り光が検出されなくなった場合には、導光部材の断線であるとして検知する構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２２８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の発光装置を照明装置として内視鏡などの観察装置に利用した場合には、上記特許文献１のような構成では、導光部材の断線を検知するための受光素子などの部材を用いる必要があり、観察装置の小型化が困難となる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、装置を大型化することなく、導光部材の断線などの照明装置の故障を検知することができる観察装置及びそれに用いる照明装置の故障検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の観察装置の一態様は、１次光を射出する光源と、上記光源から射出された上記１次光を導光する導光部材と、上記導光部材によって導光された上記１次光を受光して、上記１次光とは異なる光学特性の２次光に変換して射出する少なくとも１つの光変換部材と、を有し、上記光変換部材から射出される光を照明光として観察対象部へ照射する照明装置と、上記観察対象部を撮像し、複数の画素により構成される観察対象画像を繰り返し取得する画像取得部と、上記観察対象画像内に上記照明装置の故障判定に用いる故障判定領域を設定する故障判定領域設定部と、上記故障判定領域における画素値の状態を示す代表値を抽出する代表値抽出部と、上記代表値の変化に基づいて上記照明装置の故障判定を行う故障判定部と、を備える。
【０００８】
また、本発明の故障検出方法の一態様は、１次光を射出する光源と、上記光源から射出された上記１次光を導光する導光部材と、上記導光部材によって導光された上記１次光を受光して、上記１次光とは異なる光学特性の２次光に変換して射出する少なくとも１つの光変換部材と、を有し、上記光変換部材から射出される光を照明光として観察対象部へ照射する照明装置の故障検出方法であって、上記観察対象部を撮像し、複数の画素により構成される観察対象画像を繰り返し取得することと、上記観察対象画像内に上記照明装置の故障判定に用いる故障判定領域を設定することと、上記故障判定領域における画素値の状態を示す代表値を抽出することと、上記代表値の変化に基づいて上記照明装置の故障判定を行うことと、を備え、上記故障判定領域は、上記観察対象画像内で、上記照明装置の故障時における上記代表値の変化を検出するために充分な反射光が得られる距離に上記観察対象部が存在する領域を注目領域に設定し、上記観察対象画像内の上記注目領域を基に設定される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の観察装置及びそれに用いる照明装置の故障検出方法は、画像取得部が取得した画像を利用することで、装置を大型化することなく導光部材の断線などの照明装置の故障を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る観察装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１中の光変換部材の構成の概略図である。
【図３】図３は、公知のＣＣＤイメージャの分光感度特性を示す図である。
【図４】図４は、故障判定領域設定部の動作を説明するための模式図である。
【図５】図５は、故障判定部の動作を説明するための模式図である。
【図６】図６は、故障判定部の動作フローチャートを示す図である。
【図７】図７は、画像上の赤画素値の分布の重心の移動を説明するための模式図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態に係る観察装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、故障判定領域の設定間隔と故障判定の間隔を説明するための図である。
【図１０】図１０は、故障判定領域の設定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図を参照して実施の形態について説明する。
［第１実施形態］  
本実施形態に係る観察装置１は、図１に示すように、対象物ＯＪの内部である外光が入らないような観察対象部ＯＥを観察するためのものであり、照明装置２と、画像取得部３と、画像表示部４と、故障判定領域設定部５と、代表値抽出部６と、故障判定部７と、を有する。照明装置２は、対象物ＯＪの内部の観察対象部ＯＥに向かって照明光を照射する。画像取得部３は、観察対象部ＯＥからの反射光を受光し、観察対象部ＯＥの画像（観察対象画像）を取得する。画像取得部３で取得された観察対象画像は、例えばＣＲＴ又は液晶ディスプレイなどである画像表示部４に入力されて、表示される。また、上記観察対象画像は、故障判定領域設定部５にも入力される。故障判定領域設定部５は、上記観察対象画像内に上記照明装置２の故障判定に用いる故障判定領域を設定し、その設定した故障判定領域の画素値を故障判定領域情報として代表値抽出部６に入力する。代表値抽出部６は、上記故障判定領域情報から故障判定領域における画素値の状態を示す代表値を抽出し、その抽出した代表値を故障判定部７に入力する。故障判定部７は、上記代表値の変化に基づいて照明装置２の故障判定を行い、故障と判定した場合には、そのことを示す故障判定信号を照明装置２に入力することで照明装置２の動作を制御するとともに、故障判定信号を画像表示部４にも入力して故障の発生をユーザに通知する。
【００１２】
以下、各部の詳細について説明する。  
照明装置２は、１次光を射出する光源２１と、入射された１次光をそれとは異なる光学特性の２次光に変換して射出する光変換部材２２と、光源２１を制御する光源制御部２３と、光源２１から射出された１次光を光変換部材２２に導光する導光部材と、を有する。導光部材は、光ファイバ２４ａ，２４ｂ，２４ｃと、光カプラ２５と、光コネクタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、を含む。
【００１３】
光源２１は、例えば、１次光としてレーザ光を射出するレーザダイオード（ＬＤ）である。具体的には、中心波長４４５ｎｍ、半値幅ｎｍオーダの青色ＬＤである。
【００１４】
光源制御部２３は、この光源２１に電気的に接続され、光源２１のＯＮ／ＯＦＦ、駆動電流、駆動電圧及び駆動方式を制御するためのＬＤ制御信号を光源２１に入力する。ここで、駆動方式は、例えば、パルス駆動及び連続駆動（ＣＷ）などである。また、光源２１は、入力された駆動電流の値に対応する光量でレーザ光を発生するので、光源制御部２３からレーザ光量を示すＬＤ光量情報を代表値抽出部６へ入力することができる。代表値抽出部６は、詳細は後述するが、故障判定領域における画素値の状態を示す代表値を抽出する際に、このＬＤ光量情報も使用する。また、光源制御部２３は、故障判定部７からの故障判定信号を受け取った場合には光源２１を停止するよう制御する。
【００１５】
光変換部材２２は、少なくとも１つあれば良いが、本実施形態における照明装置２では、２つの光変換部材２２を用いている。そのため、光源２１と２つの光変換部材２２とは、導光部材としての、光ファイバ２４ａ，２４ｂ，２４ｃと、光カプラ２５と、光コネクタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、を介して光学的に接続されている。即ち、光カプラ２５は、分岐比が例えば１：１の１入力ポート×２出力ポートの光分岐カプラであり、その入力ポートと光ファイバ２４ａの一端とが光コネクタ２６ａにより接続され、２つの出力ポートの一方と光ファイバ２４ｂの一端とが光コネクタ２６ｂによって、出力ポートの他方と光ファイバ２４ｃの一端とが光コネクタ２６ｃによって、それぞれ接続されている。そして、光ファイバ２４ａの他端が光源２１と接続され、光ファイバ２４ｂの他端が２つの光変換部材２２の一方と接続され、光ファイバ２４ｃの他端が光変換部材２２のもう一方と接続されている。なお、光源２１と光ファイバ２４ａとの間には、図示はしていないが、光源２１の光を収束させて光ファイバ２４ａに結合するための結合レンズが設けられる。
【００１６】
光ファイバ２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、例えばコア径５０μｍ、開口数ＦＮＡ＝０．２のマルチモードの単線ファイバである。また、光コネクタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、光ファイバ２４ａ，２４ｂ，２４ｃと光カプラ２５の各ポートとを、互いの光軸を一致させて結合するものであり、例えば、ＦＣコネクタ／アダプタである。
【００１７】
このような構成とすることで、比較的サイズの大きい光源２１は対象物ＯＪの外部に配置し、対象物ＯＪ内へ挿入される挿入部には、比較的細い光ファイバ２４ｂ，２４ｃと比較的サイズが小さい光変換部材２２を設ければ良くなり、挿入部の細径化が図れる。よって、観察対象部ＯＥが対象物ＯＪ内部の細く奥まった箇所であったとしても、照明することが可能となる。
【００１８】
光変換部材２２は、そのような挿入部の先端部に配置される。なお、以下の説明では、この先端部と反対側を基端側と称するものとする。２つの光変換部材２２は、同様の構成を備え、略同特性である。具体的には、光変換部材２２は、図２に示すように、ホルダ２２１と、光透過部材２２２と、蛍光体２２３と、反射部材２２４と、を有している。
【００１９】
ホルダ２２１は、内部に、先端側に向かって径が大きくなるように形成された円錐台形状の孔を有する。このホルダ２２１の孔において、基端側の径の小さい側を入射口と称し、先端側の径の大きい側を射出口と称する。光ファイバ２４ｂ，２４ｃの上記他端が、このホルダ２２１の入射口に接続される。したがって、光ファイバ２４ｂ，２４ｃを介して導光されたレーザ光は、上記他端である射出端から射出されて、ホルダ２２１の入射口側からホルダ内部の孔内に入射する。
【００２０】
ホルダ２２１の孔内には、光透過部材２２２と蛍光体２２３とが設けられ、それらとの界面である孔の内面には、反射部材２２４が設けられている。ここで、光透過部材２２２は入射口側に設けられ、蛍光体２２３は射出口側に設けられる。光透過部材２２２は、光透過率が高い材料、例えば、シリコーン樹脂又はガラスなどで形成される。そのため、光ファイバ２４ｂ，２４ｃを導光されたレーザ光は、この光透過部材２２２を透過し、蛍光体２２３へ入射する。蛍光体２２３は、例えば、Ｃｅ（セリウム）賦活の粉末ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体である。蛍光体２２３は、封止材、例えば、シリコーン樹脂又はガラスなどに分散して混入される。蛍光体２２３は、照明光として所望の励起光吸収率及び波長変換効率特性に変換するために、所定の量で封止材に混入される。蛍光体２２３は、１次光を受光して２次光に変換する。例えば、蛍光体２２３は、青色レーザ光を受光して黄色蛍光に変換する。したがって、ホルダ２２１の射出口からは、蛍光体２２３で変換された蛍光が射出される。反射部材２２４は、例えば、銀又はアルミの箔であり、ホルダ２２１内部の光（例えば、レーザ光及び蛍光）を射出口の方向へ反射する。すなわち、蛍光体２２３で変換された蛍光は、全方位に射出されるため、この反射部材２２４により、蛍光を射出口の方向へ反射するものである。
【００２１】
なお、前述したように、２つの光変換部材２２は導光部材によって光源２１に接続されている。したがって、２つの光変換部材２２からの２次光（この例では蛍光）の射出の有無は、光源２１の点灯／消灯と同期する。すなわち、２つの光変換部材２２は光源２１が点灯したときに２次光を射出し、光源２１が消灯したときには２次光の射出を停止する。また、光変換部材２２に入射されたレーザ光は、その全てが蛍光体２２３に入射されるわけではなく、その一部は射出口から射出される。照明装置２が観察対象部ＯＥに照射する照明光は、レーザ光と蛍光とからなる。
【００２２】
画像取得部３は、照明装置２から観察対象部ＯＥに照射された照明光の反射光を受光し、観察対象部ＯＥの画像（観察対象画像）を取得するために、図１に示すように、撮像部３１と、画像処理部３２と、を有する。撮像部３１は、撮像デバイスであり、例えば、ＣＣＤイメージャやＣＭＯＳイメージャなどである。本実施形態では、撮像部３１は、ＣＣＤイメージャとして記述する。画像取得部３が取得した画像をフレームともいい、画像取得部３はフレームを繰り返し取得し映像化する。画像取得部３が画像であるフレームを取得する速さ（画像取得間隔）をフレームレートという。フレームレートは、例えば、一般的な画像取得において３０ｆｐｓ程度である。
【００２３】
図３は、公知のＣＣＤイメージャの分光感度特性を示す図であり、波長が大きい側を長波長側と称し、波長が短い方を短波長側と称する。また、同図では、波長λに対する青色画素の受光感度特性をb（λ）、緑色画素の受光感度特性をg(λ)、赤色画素の受光感度特性をr（λ）として示している。
【００２４】
撮像部３１は、青色画素と、緑色画素と、赤色画素と、を備え、各色の領域内に感度ピークを有する。例えば、公知のＣＣＤイメージャにおいて、青色画素は、青色領域内の波長４６０ｎｍ（λｂ）に感度ピークを有する。同様に、緑色画素は、緑色領域内の波長５４０ｎｍ（λｇ）に感度ピークを有し、赤色画素は、赤色領域うちの波長６３０ｎｍ（λr）に感度ピークを有する。
【００２５】
公知のＣＣＤイメージャでは、同図に示されるように、青色画素の感度領域は、長波長側で波長５４０ｎｍまで存在する。赤色画素の感度領域は、短波長側で波長５４０ｎｍまで存在する。したがって、青色画素及び緑色画素と緑色画素及び赤色画素とは、隣接する波長領域で感度が重なる波長領域を有している。各画素の明るさを表す値を画素値といい、撮像部３１では、各色の画素値は０〜２５５の値をとる。
【００２６】
画像処理部３２は、撮像部３１で受光した青色画素、緑色画素、赤色画素の画素信号に対して所定の画像処理を行い、画像を生成する機能を有する。
【００２７】
なお、対象物ＯＪ内に挿入される挿入部には、その先端部に、この画像取得部３の内、少なくとも撮像部３１が配置されていれば良い。なお、撮像部３１は、通常、先端部にその先端方向を撮像するように配置されるが、挿入部先端の側面方向を撮像するように配置することもできる。この場合には、照明光が挿入部先端の側面方向を照明できるように、光変換部材２２の射出口が挿入部先端の側面方向を向くよう光変換部材２２を配置すれば良い。
【００２８】
故障判定領域設定部５は、図１に示すように、後述する注目領域を記憶するための領域記憶部５１を有している。この故障判定領域設定部５は、上述したように、観察対象画像内に照明装置２の故障判定に用いる故障判定領域を設定するものであり、この故障判定領域を設定するために、領域記憶部５１に記憶した注目領域を使用する。
【００２９】
具体的には、故障判定領域設定部５は、画像取得部３から観察対象画像を受け取る。観察対象画像は、上述したように、青色画素、緑色画素及び赤色画素の画素値の情報を含む。故障判定領域設定部５は、この観察対象画像を複数の領域に分割し、各々の領域における所定の色の画素、例えば青色画素値のコントラストを用いて合焦評価値を計算し、計算した合焦評価値から合焦判定を行う。そして、合焦と判定された合焦領域を注目領域として、その画素値情報と共に領域記憶部５１に記憶する。
【００３０】
本実施形態では、この合焦判定の処理において、コントラスト法が使用される。コントラストは、画像上の明暗を表す指標である。一般的に、合焦度とコントラストとは相関がある。コントラスト法は、合焦位置において画像のコントラストが最大になることを利用する。コントラストの大小は、画素値の空間周波数における高周波成分により評価される。例えば、バンドパスフィルタによって画素値の高周波成分が抽出される。合焦評価値は、このように抽出された高周波成分の絶対値を積分したものである。したがって、合焦評価値は、合焦してコントラストが最大となったときに最大となる。
【００３１】
例えば、対象物ＯＪが人体であるとすると、照明装置２の光変換部材２２から照射される照明光において、青色の光は、対象物ＯＪの体腔内表面に存在する血管中にあるヘモグロビンに吸収され易い。そのため、観察対象部ＯＥに血管が存在するときに、コントラストの算出に青色画素値を用いることによって対象物ＯＪの体腔内表面の血管部分とそれ以外の部分とのコントラストが強調される。
【００３２】
図４は、観察対象画像３３に関する合焦判定の模式図である。観察対象画像３３中の黒色部分３４は、例えば、体腔内に存在する管腔部である。管腔部は、底部までの距離が遠いため、撮像するのに十分な反射光の光量を取得できない部分である。
【００３３】
故障判定領域設定部５は、画像取得部３から図中左側に示すような観察対象画像３３を受け取る。次に、図中の真ん中に示すように、故障判定領域設定部５は、この観察対象画像３３を複数の分割領域３５に分割する。そして、図中右側に示すように、それら複数の分割領域３５のうち、所定の距離に観察対象部ＯＥが存在する領域を注目領域３６とし、それをその画素値情報と共に領域記憶部５１に記憶する。ここで、所定の距離は、故障時における画素値の状態を示す後述する代表値の変化を検出するために充分な反射光量が得られる距離である。
【００３４】
すなわち、故障判定領域設定部５は、複数の分割領域３５のうち、所定の合焦閾値以上の合焦評価値を持つ（コントラストの高い）領域を注目領域３６とする。ここで、所定の合焦閾値は、反射光が強く代表値の変化の検出の難しい近距離及び反射光が弱く代表値の変化の検出が難しい遠距離に被写体がある状態の合焦評価値より大きい値である。したがって、本実施形態の注目領域３６は、故障時における代表値の変化を検出するために十分な反射光を得られない、例えば、管腔部があるような領域を除いた領域である。
【００３５】
なお、観察対象画像３３の全領域にて注目領域が検出されないときには、故障判定領域設定部５は、領域記憶部５１に記憶された前回の撮像時の観察対象画像（前フレーム）の注目領域３６に対応する画素領域を現時点の撮像時の観察対象画像（現フレーム）の注目領域３６として設定する。そして、この設定した注目領域３６とその画素値情報とを、現時点の撮像時の観察対象画像（現フレーム）の注目領域３６及びその画素値情報として領域記憶部５１に記憶する。
【００３６】
本実施形態では、故障判定領域設定部５は、この領域記憶部５１に記憶した注目領域３６を故障判定領域として設定し、該故障判定領域の画素値情報を故障判定領域情報として代表値抽出部６へ出力する。
【００３７】
代表値抽出部６は、故障判定領域設定部５から受け取った故障判定領域情報と光源制御部２３から受け取った観察対象画像取得時の光量を示すＬＤ光量情報とから、画素値の状態を示す代表値を抽出する。なお、光源制御部２３からのＬＤ光量情報の代わりに、光源制御部２３が光源２１を制御するためのＬＤ制御信号を代表値抽出部６へ与え、代表値抽出部６にて観察対象画像取得時のレーザ光量を抽出するようにしても良い。具体的には、例えば、予め、光源制御部２３から光源２１へＬＤ制御信号として送られる駆動電流及び駆動電圧と、観察対象画像取得時におけるレーザ光量と、の関係をテーブル化しておく。そして、代表値抽出部６は、観察対象画像が取得されたときのレーザ光量を、光源制御部２３から送られるＬＤ制御信号中の駆動電流及び駆動電圧の情報をこのテーブルに対応させることで、取得する。
【００３８】
また、代表値抽出部６は、例えば、故障判定領域設定部５から受け取った故障判定領域情報つまり故障判定領域の画素値情報から、まず、故障判定領域における赤色画素値の平均値を抽出する。赤色光は、青色光及び緑色光と比較して、血管による吸収の影響を受け難いことが知られている。したがって、代表値に赤色画素値のみを用いることで、例えば、故障判定間隔内の観察装置１（の挿入部）の移動によって故障判定領域にある血管量が変化した場合に、代表値の変化が小さくなる。
【００３９】
そして、代表値抽出部６は“「観察対象画像取得時のレーザ光量」に対する「故障判定領域における赤色画素値の平均値」の比”を算出し、この比を代表値として抽出する。代表値抽出部６が代表値を抽出する間隔は、後述する故障判定部７の故障判定を実施する間隔に対応する。代表値抽出部６は、抽出された代表値を故障判定部７へ出力する。
【００４０】
故障判定部７は、図１に示すように、代表値抽出部６から受け取った代表値を記憶するための代表値記憶部７１を有し、この代表値記憶部７１に記憶された前フレーム（時刻ｔｎ−１）の代表値を基に設定された故障判定基準と、代表値抽出部６から受け取った現フレーム（時刻ｔｎ）の代表値と、を比較することで、故障判定を行う。故障判定基準の詳細については後述する。故障判定部７は、このような故障判定を、故障判定間隔で繰り返し実施する。この故障判定間隔は、ｔｎ−ｔｎ−１であり、フレームレートに対応している。
【００４１】
以下、図５を参照して、故障判定部７での故障判定方法について説明する。現フレームの代表値が故障判定基準よりも大きい場合には、故障判定部７は、照明装置２が故障をしていないと判定する（図８のｔ１〜ｔ５）。このような場合には、故障判定部７は、代表値抽出部６から受け取った現フレーム（時刻ｔｎ）における代表値を、次フレームでの故障判定処理に使用するために、代表値記憶部７１へ記憶する。時刻ｔｎの代表値を代表値記憶部７１へ格納した後、故障判定部７は引き続き次フレーム（時刻ｔｎ＋１）の代表値に対して故障判定を行う。これに対して、現フレームの代表値が故障判定基準よりも小さい場合には、故障判定部７は、照明装置２が故障していると判定する（図８のｔ６）。このように故障していると判定したときには、故障判定部７は、光源２１を停止するための故障判定信号を光源制御部２３へ出力する。なお、特に図示はしていないが、故障判定部７は、ラッチ回路をさらに有しており、光源制御部２３への故障判定信号の出力を維持できるようになっている。また、上記故障判定信号は画像表示部４へも出力される。したがって、ユーザは、画像表示部４に表示された画像によって、照明装置２の故障を確認できる。
【００４２】
時刻ｔｎにおける故障判定基準は、時刻ｔｎ−１における代表値に、所定の判定基準定数αを掛け合わせた値として設定される。判定基準定数αは、“照明装置が正常に動作している状態の故障判定間隔内における代表値の変化率”と“故障時における代表値の変化率”とから決定される。例えば、図５では、α＝０．８である。ここで、“照明装置が正常に動作している状態の故障判定間隔内における代表値の変化率”とは、例えば、予め本観察装置１の使用時に想定される一般的な観察対象部ＯＥ（被写体）に対して試験観察を実施して、照明装置２が正常に動作している状態で、時刻ｔｎにおける観察対象画像の代表値が時刻ｔｎ−１における観察対象画像の代表値に対して、最大でどの程度変化し得るかを評価し、最も代表値が変化したときの変化率のことであり、以下、これを正常時最大変化率βと称する。正常時に動作している状態での代表値の変化の要因としては、ユーザが観察範囲若しくは観察距離の変更のために観察装置１を移動させる場合や、対象物ＯＪ自身が動く場合などが挙げられる。上記試験観察には、このような観察装置１の移動も含める。
【００４３】
判定基準定数αは、上記正常時最大変化率βに対して、α＜１−│β│のように決定される。このようして決定した判定基準定数αを基に設定した故障判定基準を用いると、照明装置２が正常に動作している状態では、代表値は故障判定基準より小さくなることがない。したがって、照明装置２が正常な状態のときに、故障判定部７が故障として判定するような誤った判定結果を出力することを防ぐことができる。
【００４４】
フレームレートに対応する故障判定間隔、例えば、１／３０秒では、観察対象画像に対する観察範囲及び観察距離は大きく変化しない。そのため、照明装置２が正常に動作していれば、時刻ｔｎにおける故障判定領域は、時刻ｔｎ−１における故障判定領域に対して大きく変化しない。また、この場合には、時刻ｔｎにおける代表値も時刻ｔｎ−１における代表値に対して大きく変化しない。この結果、正常時最大変化率βは１より充分小さくなる。
【００４５】
一方、“故障時における代表値の変化率”は、主に故障モードによって決まる。本実施形態において想定している故障モードは、観察中の照明装置２の故障である。この観察中の照明装置２の故障の一例は、例えば、光コネクタ２６ａの外れや光ファイバ２４ａの断線によって照明光がまったく射出されないというものがある。また、光コネクタ２６ｂ又は２６ｃの外れや光ファイバ２４ｂ又は２４ｃの断線によって、２つの光変換部材２２の内の一方又は両方から照明光が射出されなくなるような故障もある。
【００４６】
前述のように本実施形態では、２つの光変換部材２２は略同特性であり且つ光カプラ２５は分光比１：１に形成されているので、２つの光変換部材２２の一方から照明光が射出されなくなる故障の場合は、故障判定領域における画素値の平均値は約半分に低下することになる。一方、照明光がまったく射出されなくなる故障では、故障判定領域における画素値はほぼゼロとなる。
【００４７】
また、前述のように光ファイバ２４ａ，２４ｂ，２４ｃは単線の光ファイバであり、それが断線した場合には、瞬間的に照明光量の低下が生じる。この結果、フレームレートに対応した故障判定間隔中に代表値の変化が生じる。
【００４８】
上記“故障時における代表値の変化率”とは、このような想定している故障モードのうち、故障した場合に代表値の変化が最も小さい故障時における代表値の変化率のことであり、以下、これを故障時最小変化率γと称する。
【００４９】
従って、判定基準定数αは、故障時最小変化率γに対して、α＞１−│γ│のように決定される。
【００５０】
このように決定された判定基準定数αを基に故障判定基準を設定し、この故障判定基準を故障判定に用いることによって、想定している故障モードのうち、どの故障が起きても確実に故障と判定されることができる。
【００５１】
なお、２つの光変換部材２２から照射される照明光の特性及び光量が異なるときには、どちらの照明光が射出されなくなった場合でも故障判定できるように、重み付けをして故障判定基準を設定することが必要である。この重み付けされた故障時最小変化率γを用いて故障判定基準αが決定される。あるいは、想定した故障モードでの代表値の変化を予め評価をして、故障時最小変化率γを決定するようにしても良い。なお、このような２つの光変換部材２２から射出される照明光の特性及び光量が異なる場合の例としては、例えば、２つの光変換部材２２の特性が異なる場合、光カプラ２５の分岐比がアンバランスである場合、２つの光変換部材２２から射出される照明光量に違いがある場合、などが挙げられる。
【００５２】
以上から、正常時最大変化率βと故障時最小変化率γとを用いて１−│γ│＜α＜１−│β│のように決定された判定基準定数αを基に設定した故障判定基準を用いると、誤った判定をすることが防止される。すなわち、故障判定部７は、想定される故障モードに対して確実に故障と判定できる。また、一般的に動画を取得する観察装置にて用いるフレームレートは３０ｆｐｓ程度であるので、フレームレートに応じた故障判定間隔、例えば１／３０秒では、観察対象画像に対する観察範囲／観察距離は大きく変化しない。したがって、正常時最大変化率βが故障時最小変化率γより小さくなる事は無い。
【００５３】
次に本実施形態に係る観察装置１の動作について、図６のフローチャートに従って説明する。  
本実施形態に係る観察装置１では、まず、ステップＳ１において、画像取得部３の撮像部３１により、観察対象画像を所定のフレームレートで取得する。フレームレートは例えば３０ｆｐｓである。撮像部３１は、撮像した画像の青色、緑色及び赤色の画素信号を画像処理部３２へ出力する。画像処理部３２は、撮像部３１から入力された各色の画素信号に対して画像処理を行う。画像処理部３２は、画像処理後の画素信号を観察対象画像として画像表示部４及び故障判定領域設定部５へ出力する。画像表示部４は、この観察対象画像を表示する。
【００５４】
次に、ステップＳ２において、故障判定領域設定部５により、コントラスト法によって計算された合焦評価値から合焦の判定を行う。すなわち、まず、故障判定領域設定部５は、観察対象画像を複数の領域に分割処理する。次に、故障判定領域設定部５は、分割処理した各領域における青色画素値のコントラストを用いてコントラスト法により合焦評価値を計算する。故障判定領域設定部５は、この計算された合焦評価値により、合焦しているか否かを判定する。
【００５５】
次に、ステップＳ３において、故障判定領域設定部５により、観察対象画像内に合焦領域が存在するか否かを判定する。合焦領域が存在するときには、ステップＳ４に処理が進められる。合焦領域が存在しないときには、ステップＳ５に処理が進められる。ステップ４及びステップ５の処理において、故障判定領域設定部５は、画像取得部３のフレームレートに対応するタイミングで注目領域３６を設定することとなる。
【００５６】
即ち、ステップＳ４において、故障判定領域設定部５により、合焦領域を注目領域３６として設定し、この注目領域３６をその画素値情報と共に領域記憶部５１へ記憶する。すなわち、分割処理された複数の領域のうち、故障判定領域設定部５は、所定の合焦閾値以上の合焦評価値を持つ（コントラストの高い）領域である合焦領域を注目領域３６に設定し、それをその画素値情報と共に領域記憶部５１へ記憶する。
【００５７】
また、ステップＳ５においては、故障判定領域設定部５により、１フレーム前の故障判定時に領域記憶部５１に記憶された観察対象画像の注目領域３６を、現フレームの故障判定の注目領域３６として設定する。すなわち、分割した複数の領域が合焦閾値以上の合焦評価値を持たない場合には、領域記憶部５１に記憶されている前フレームで取得した観察対象画像における注目領域３６を現フレームの注目領域３６として設定するものである。
【００５８】
上記ステップＳ４又はステップＳ５の後、ステップＳ６において、故障判定領域設定部５により、上記設定された注目領域を故障判定領域として設定する。注目領域３６が故障判定領域として設定されるので、故障判定間隔はフレームレートに同期される。また、故障判定領域は注目領域３６であるので、故障時における代表値の変化を検出するために十分な反射光を得られない領域を除いた領域である。故障判定領域設定部５は、設定した故障判定領域の画素値情報を故障判定領域情報として代表値抽出部６へ出力する。
【００５９】
次に、ステップＳ７において、代表値抽出部６により、“「観察対象画像取得時のレーザ光量」に対する「故障判定領域における赤色画素値の平均値」の比”を代表値として抽出する。すなわち、代表値抽出部６は、故障判定領域設定部５から受信した故障判定領域情報から、故障判定領域における赤色画素値の平均値を計算する。また、代表値抽出部６は、観察対象画像取得時のレーザ光量を光源制御部２３から観察対象画像取得時のＬＤ光量情報として受け取る。そして、ＬＤ光量情報から取得したレーザ光量と故障判定領域における赤色画素値の平均値との比を算出する。代表値抽出部６は、この算出した比を代表値として抽出する。代表値抽出部６は、この抽出した代表値を故障判定部７へ出力する。
【００６０】
次に、ステップＳ８において、故障判定部７により、故障判定基準を設定する。すなわち、故障判定部７は、代表値記憶部７１に保存された前フレームの代表値を基に故障判定基準を設定する。
【００６１】
そして、ステップＳ９において、故障判定部７により、故障判定処理として、上記ステップＳ７で抽出された代表値が上記ステップＳ８で設定した故障判定基準よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ７で抽出した代表値が故障判定基準以上であれば、ステップＳ１０に処理が進められる。また、代表値が故障判定基準よりも小さければ、ステップＳ１１に処理が進められる。
【００６２】
すなわち、この故障判定処理では、故障判定部７は、代表値記憶部７１から１フレーム前の観察対象画像の故障判定領域における代表値を取得する。次に、１フレーム前の観察対象画像の故障判定領域における代表値“レーザ光量に対する赤色画素値の平均値の比”に対して判定基準定数α（０＜α＜１）を掛け合わせた値を故障判定基準として設定する。そして、この代表値記憶部７１から取得した代表値を基に設定した故障判定基準と、現フレームの観察対象画像の故障判定領域における代表値とを比較する。
【００６３】
現フレームの観察対象画像の故障判定領域における代表値が設定した故障判定基準以上の場合には、故障判定部７は、照明装置２が故障でない、つまり、正常に動作していると判定する。この場合には、ステップＳ１０において、故障判定部７により、現フレームの代表値を代表値記憶部７１へ格納する。そして、上記ステップＳ１に処理が進められ、次のフレームに対する動作が行われる。
【００６４】
これに対して、現フレームの観察対象画像の故障判定領域における代表値が設定した故障判定基準より小さい場合には、故障判定部７は、照明装置２を故障として判定する。この場合には、ステップＳ１１において、故障判定部７より光源制御部２３及び画像表示部４に故障判定信号を出力する。
【００６５】
そして、ステップＳ１２において、光源制御部２３により、故障判定信号に応じて光源２１を停止して、本ルーチンを終了する。なお、光源制御部２３は、故障判定信号に応じて光源２１を停止する代わりに、レーザ光量を安全な光量まで減光するための信号を光源２１に出力するものとしても良い。ここで、安全な光量とは、例えば、レーザクラス１以下の光量である。また、故障判定信号は画像表示部４へも出力されるので、画像表示部４においてユーザに対して照明装置２の故障を通知することもできる。
【００６６】
次に、本実施形態の効果について説明する。  
本実施形態によれば、画像取得部３で取得された時点の光源２１からのレーザ光量に対する故障判定領域の画素値の変化を基に故障を判定するので、画像取得部３が取得した観察対象画像３３の画像処理等で対応可能である。したがって、光学部材又は検出器を新たに追加することなく、照明装置２の故障判定ができる。
【００６７】
故障判定領域設定部５が故障判定領域として設定する領域をコントラストの高い注目領域３６とすることによって、管腔部のような画素値の変化の検出が困難で誤判定が起き易い領域を除いて、故障判定を行うことが可能である。
【００６８】
また、故障判定領域設定部５の合焦評価値の計算において、コントラストの算出に青色の光の反射光すなわち青色画素値が使用されることによって、特に対象物ＯＪが人体などの生体である場合に、体腔内表面の血管部分とそれ以外の部分とのコントラストが強調されるので、コントラスト法による合焦判定の精度が向上し、その結果、故障判定の精度が向上する。
【００６９】
同様に、代表値抽出部６において代表値を抽出する際、赤色画素値のみを用いることで、特に対象物ＯＪが人体などの生体であるとき、故障判定領域における血管量の変化した場合の代表値の変化が小さくなるため、正常時の画素値変化と故障時の画素値変化の差が大きくなるので、故障判定がし易くなる。
【００７０】
また、代表値抽出部６において、代表値として故障判定領域における平均値のような故障判定領域全体の画素値を反映できる値を用いることで、２つの光変換部材２２のうち一方から光が射出されなくなるような、故障判定領域の画素値が全体的に低下する故障も検出し易くなる。
【００７１】
さらに、代表値抽出部６において、代表値として観察対象画像取得時のレーザ光量に対する画素値の比をとることで、観察対象画像の画素値が一定以上になるようにレーザ光量を制御（調光）することによる故障判定領域の画素値の変化に対して、故障であると誤検出することがなくなる。
【００７２】
また、正常時最大変化率βと故障時最小変化率γとを用いて決定された判定基準定数αを基に故障判定基準を設定することによって、誤判定をすることなく、想定した故障モードの故障が確実に判定される。
【００７３】
なお、光源２１は、青色ＬＤの代わりに、他の所望の波長の光を発するＬＤ又はＬＥＤを使用しても良い。ＬＥＤを使用する場合には、単線の光ファイバの代わりに、バンドルのファイバを使用した方が結合効率的に好ましい。また、光変換部材２２は、蛍光体２２３の代わりに、レーザ光の配光特性のみを変換する拡散部材を使用しても良い。
【００７４】
また、本実施形態では、合焦評価値の計算に青色画素値を用いているが、青色画素値の代わりに緑色画素値を用いても良いし、青色画素値と緑色画素値の両方の画素値を用いても良い。あるいは、特に体腔内以外の血管が存在しない観察対象を観察する場合には、赤色、青色、緑色のいずれの又はすべての画素値を用いても良い。
【００７５】
また、本実施形態では、故障判定間隔は画像取得間隔と一致させているが、故障判定間隔は、正常時最大変化率βが故障時最小変化率γより小さくならない範囲ならば、画像取得間隔よりも長くても良い。その場合には、正常時最大変化率βがより大きくなるので、必要に応じて判定基準定数αを小さくする。
【００７６】
また、照明装置２が正常に動作している状態において、代表値の時間変化があまり大きくないような対象物ＯＪに対しては、故障判定基準をすべての故障判定領域に対して同一としても良い。
【００７７】
なお、代表値は、“「観察対象画像取得時のレーザ光量」に対する「故障判定領域における赤色画素値の平均値」の比”の代わりに、単に“故障判定領域における赤色画素値の平均値”としても良い。このとき、代表値抽出部６ではなく故障判定部７において、代表値である“故障判定領域における赤色画素値の平均値”と“観察対象画像が取得されたときのレーザ光量”との比が算出される。算出された比は、さらに故障判定部７において故障判定基準と比較される。この代表値と観察対象画像が取得されたときのレーザ光量との比が故障判定基準よりも大きいときには、この代表値と観察対象画像が取得されたときのレーザ光量との比は、代表値記憶部７１へ記憶される。
【００７８】
また、故障判定部７で故障判定されるとき、“故障判定領域における赤色画素値の平均値”と“レーザ光量”との比が算出されなくても良い。特に、光量調整機能が無い照明装置２を有する観察装置１では、照明装置２が正常な状態であるときの光量が一定である。したがって、単に“故障判定領域における赤色画素値の平均値”を代表値としても、故障判定部７における故障判定で光量の値は一定であるので、光量の変化を考慮する必要がない。すなわち、単に“故障判定領域における赤色画素値の平均値”を代表値としても、故障判定の誤検出が発生しない。
【００７９】
なお、本実施形態において、画像表示部４は観察装置１の一部として記載したが、観察装置１の外部に設けられていても良い。
【００８０】
［変形例］  
次に、本実施形態の変形例について説明する。  
照明装置２が正常に動作している状態では、故障判定領域における赤色画素値の画像上の分布の重心は、例えば、一方の光変換部材２２から観察対象部ＯＥに照射される照明光と、もう一方の光変換部材２２から観察対象部ＯＥに照射される照明光とが重なる部分の中心付近に存在する。これは、観察対象画像３３においては、図７中の左側に示すように、故障判定領域（注目領域３６）内の赤色画素値の分布の重心３７が、２つの光変換部材２２の一方（光変換部材１）からの照明光の反射光３８１と、２つの光変換部材２２の他方（光変換部材２）からの照明光の反射光３８２とが重なる部分の中心付近に存在するということである。
【００８１】
これに対して、例えば、２つの光変換部材２２の一方から照明光が射出されなくなる故障では、赤色画素値の画像上の分布の重心は、故障していないもう一方の光変換部材２２から照射される照明光の中心付近に移動する。すなわち、図７中の右側に示すように、観察対象画像３３においては、故障判定領域（注目領域３６）内の赤色画素値の分布の重心３７が、光変換部材１からの照明光の反射光３８１の中心付近に移動する。
【００８２】
本変形例は、このような、故障時における“故障判定領域における赤色画素値の画像上の分布の重心の移動量”を基に、故障検出を実施するものである。ここで、赤画素値を用いる理由は、第１実施形態で説明した理由と同じである。
【００８３】
故障判定領域における赤色画素値の画像上の分布の重心
【数１】
2015036066.tif 000003
は、以下の式（１）のように求める。
【００８４】
【数２】
2015036066.tif 000004
ここで、観察対象画像３３上の赤色画素の位置を（ｉ，ｊ）とし、観察対象画像３３上の位置（ｉ，ｊ）の赤色画素値をＲｉ，ｊとする。また、故障判定領域内のすべての赤色画素が積算される。
【００８５】
代表値抽出部６は、時刻ｔｎ−１における故障判定領域内の赤色画素値の画像上の分布の重心
【数３】
2015036066.tif 000005
と、時刻ｔｎにおける故障判定領域内の赤色画素値の画像上の分布の重心
【数４】
2015036066.tif 000006
との距離を、代表値として抽出する。すなわち、代表値抽出部６は、
【数５】
2015036066.tif 000007
を、時刻ｔｎにおける代表値として設定する。
【００８６】
故障判定部７は、上記代表値が故障判定基準Ｔ１を上回った場合に故障と判定する。この故障判定基準Ｔ１は、照明装置２が正常に動作している状態の故障判定間隔内における代表値の変化量β１と、故障時における代表値の変化量γ１と、から決定されるものであり、β１＜Ｔ１＜γ１のように設定される。β１及びγ１の設定方法は、第１実施形態のβ及びγの設定方法と同様である。
【００８７】
以上のように、故障判定領域の赤色画素値の画像上の分布の重心の移動量を基に故障判定を実施することでも、故障を検出することができる。
【００８８】
［第２実施形態］  
本第２実施形態に係る観察装置１は、上記第１実施形態に係る観察装置１と同様の構成を有するが、故障判定する故障モード及び故障判定の処理が異なる。以下、第１実施形態と異なる部分を説明する。  光変換部材２２に設けられる蛍光体２２３が外力などによって脱離したり、蛍光体２２３を保持するホルダ２２１ごと脱離したりするような故障では、レーザ光が波長変換されずに観察対象部ＯＥに照射される。例えば、第１実施形態に示した光変換部材２２では、ＹＡＧ蛍光体が脱離することによって、青色ＬＤが観察対象部ＯＥに直接射出される。このような故障においては、射出される照明光の色の変化によって、反射光の色も変化する。したがって、色変化に対応する故障判定の処理が必要である。
【００８９】
本第２実施形態では、反射光の色を特長付ける値として、故障判定領域における画素値の色度座標上の分布の中心を使用する。ここで、色度座標とは、ｘｙＹ表色系におけるｘ，ｙのことをいう。ｘｙＹ表色系は、ＲＧＢ表色系から所定の変換により求められる。また、故障判定部７における故障判定は、故障判定領域の色度座標上の分布の中心の移動量を基に実施される。故障判定のフローは、図６に示す第１実施形態のフローと同一である。
【００９０】
本実施形態に係る観察装置１では、故障判定領域設定部５は、観察対象画像３３内において赤画素値が所定の閾値以上である画素領域を注目領域３６として設定する。ここで、例えば、予めサンプルの被写体に対して観察が実施され、故障時における代表値の変化を検出するために最低限必要な赤画素値が、上記所定の閾値として設定される。
【００９１】
代表値抽出部６において、代表値は“「直前に取得した観察対象画像内の故障判定領域における画素値の色度座標上の分布の中心」と「現時点で取得した観察対象画像内の故障判定領域における画素値の色度座標上の分布の中心」との距離”として抽出される。
【００９２】
ここで、故障判定領域における画素値の色度座標上の分布の中心
【数６】
2015036066.tif 000008
は、以下の式（２）のようにして求められる。
【００９３】
【数７】
2015036066.tif 000009
ここで、観察対象画像３３上の位置（ｉ，ｊ）に赤、緑、青色の３つの画素が存在するとし、観察対象画像３３上の位置（ｉ，ｊ）における赤色画素値、緑色画素値、赤色画素値から得られる色度座標を（ｘｉ，ｊ，ｙｉ，ｊ）とし、故障判定領域内の各色の画素数をＮとする。また、故障判定領域内のすべての画素が積算される。
【００９４】
そして、代表値抽出部６は、時刻ｔｎ−１における観察対象画像３３の故障判定領域内の画素値の色度座標上の分布の中心
【数８】
2015036066.tif 000010
と、時刻ｔｎにおける観察対象画像３３の故障判定領域内の画素値の色度座標上の分布の中心
【数９】
2015036066.tif 000011
との距離を時刻ｔｎにおける代表値として抽出する。すなわち、代表値抽出部６は、
【数１０】
2015036066.tif 000012
として代表値を設定する。
【００９５】
故障判定部７は、上記代表値が故障判定基準Ｔ２を上回った場合に故障と判定する。ここで、故障判定基準Ｔ２は、照明装置が正常に動作している状態の故障判定間隔内における代表値の変化量β２と、故障時における代表値の変化量γ２とから決定されるもので、β２＜Ｔ２＜γ２のように設定される。β２及びγ２の設定方法は、上記第１実施形態のβ及びγの設定方法と同様である。
【００９６】
本第２実施形態によれば、故障判定領域における反射光の色を特長付ける値として、画素値の色度座標上の分布の中心が用いられる。画素値の色度座標上の分布の中心の移動量によって故障判定を行うことによって、光変換部材２２に設けられた蛍光体２２３が外力の負荷などにより脱離したり、蛍光体２２３を保持するホルダ２２１ごと脱離したりするような故障の検出が可能である。
【００９７】
なお、本実施形態では、反射光の色を特徴付ける値として、ｘｙＹ表色系におけるｘ，ｙ座標上の分布の中心を用いたが、例えばＬｕｖ表色系におけるｕ，ｖ座標などの別の座標系を用いても良い。また、分布の中心の移動量以外にも、分布の中心の絶対値の変化などの別の指標を用いても良い。
【００９８】
［第３実施形態］  
本第３実施形態に係る観察装置１は、第１実施形態の観察装置１の構成に加えて、第２実施形態で説明した機能を備える代表値抽出部と故障判定部とをさらに備えるものである。すなわち、本第３実施形態に係る観察装置１は、図８に示すように、複数の代表値抽出部６ａ，６ｂと故障判定部７ａ，７ｂとを備え、代表値抽出部６ａ及び故障判定部７ａは第１実施形態における代表値抽出部６及び故障判定部７と同様のものであり、代表値抽出部６ｂ及び故障判定部７ｂは第２実施形態における代表値抽出部６及び故障判定部７と同様のものである。また、本第３実施形態に係る観察装置１は、それら複数の故障判定部７ａ，７ｂでなされた複数の故障判定の結果の情報を基に故障の危険レベルに応じた信号を光源制御部２３及び画像表示部４へ出力する故障対応判断部８をさらに有する。
【００９９】
以下、本実施形態に係る観察装置１の、上記第１及び第２の実施形態とは異なる部分について詳しく説明する。
【０１００】
本実施形態では、故障判定領域設定部５は、代表値抽出部６ａ，６ｂの各々に接続されている。この故障判定領域設定部５は、第１実施形態と同様に画像取得部３で取得された観察対象画像３３に対して青色画素値から計算したコントラストを基に注目領域３６を設定する。上記第１及び第２実施形態では、故障判定領域設定部５は、この設定した注目領域３６を故障判定領域として出力したが、本第３実施形態では、それだけではなく更に直前に取得した観察対象画像の複数の注目領域３６も使用し、それらにおいて重複した領域を故障判定領域として設定する。これを図９及び図１０を参照して説明する。
【０１０１】
故障判定領域設定部５は、上記第１実施形態と同様に、取得した観察対象画像３３に対して注目領域３６を設定し、領域記憶部５１に記憶していく。そして、故障判定領域設定部５は、観察対象画像を連続して複数、本実施形態では図９に示すように３フレーム、取得する期間を、故障判定領域設定期間として、この故障判定領域設定期間に記憶された３つの注目領域３６において重複した領域を故障判定領域として設定する。例えば、図９に示すように、故障判定領域設定部５は、時刻ｔｎにおいて、取得された観察対象画像３３に注目領域３６を設定し、領域記憶部５１に記憶する。この時点では、既に同様にして時刻ｔｎ−２及び時刻ｔｎ−１において、取得された観察対象画像３３について注目領域３６をそれぞれ設定し、領域記憶部５１に記憶されている
ここで、観察装置１の移動や対象物ＯＪ自身が動くことにより、例えば、図１０に示すように、時刻ｔｎ−２に取得した観察対象画像３３の注目領域３６ｎ−２と、時刻ｔｎ−１に取得した観察対象画像３３の注目領域３６ｎ−１と、時刻ｔｎに取得した観察対象画像３３の注目領域３６ｎと、の３つの注目領域は、一致しない。そこで、本実施形態では、時刻ｔｎにおける故障判定に用いる故障判定領域３９として、それら３つの注目領域３６ｎ−２，３６ｎ−１，３６ｎにおいて重複した領域を用いる。故障判定領域設定部５は、このようにして設定した時刻ｔｎにおける故障判定領域３９の画素値情報を故障判定領域情報として代表値抽出部６ａ，６ｂへ出力する。なお、故障判定間隔は、第１実施形態と同様、フレームレートに対応した間隔であり、ｔｎ−ｔｎ−１で表される。
【０１０２】
代表値抽出部６ａは、第１実施形態の代表値抽出部６のように、故障判定領域情報から“故障判定領域における赤色画素値の平均値の、レーザ光量に対する比”を第１の代表値（代表値Ａ）として抽出し、故障判定部７ａに送る。また、代表値抽出部６ｂは、第２実施形態の代表値抽出部６のように、“「直前に取得した観察対象画像内の故障判定領域における画素値の色度座標上の分布の中心」と「今回取得した観察対象画像内の故障判定領域における画素値の色度座標上の分布の中心」との距離”を第２の代表値（代表値Ｂ）として抽出し、故障判定部７ｂに送る。ここで、例えば、“今回取得した観察対象画像内の故障判定領域”が３つの注目領域３６ｎ−２，３６ｎ−１，３６ｎにおいて重複した領域とすれば、“直前に取得した観察対象画像内の故障判定領域”とは、３つの注目領域３６ｎ−３，３６ｎ−２，３６ｎ−１において重複した領域を言う。
【０１０３】
故障判定部７ａ，７ｂの各々は、異なる代表値の時間変化に基づいて危険レベルの異なる故障判定を実施する。すなわち、故障判定部７ａは、代表値抽出部６ａから受け取った代表値（代表値Ａ）を記憶する代表値記憶部７１ａを有し、第１実施形態の故障判定の処理と同様に、故障判定領域における反射光の輝度低下を基に故障判定を実施する。故障判定部７ａが検出する故障は、例えば、光コネクタ２６ｂ，２６ｃの外れや光ファイバ２４ｂ，２４ｃの断線のような故障である。故障判定部７ａは、故障と判定した場合には故障対応判断部８へ故障判定信号（故障判定信号Ａ）を出力する。一方、故障判定部７ｂは、代表値抽出部６ｂから受け取った代表値（代表値Ｂ）を記憶する代表値記憶部７１ｂを有し、第２実施形態と同様の故障判定で、故障判定領域における反射光の色変化を基に故障判定を実施する。故障判定部７ｂが検出する故障は、例えば、蛍光体２２３の脱離や蛍光体２２３を保持するホルダ２２１脱離のような故障である。故障判定部７ｂは、故障と判定した場合には故障対応判断部８へ故障判定信号（故障判定信号Ｂ）を出力する。
【０１０４】
故障対応判断部８は、複数の故障判定部７ａ，７ｂのいずれかの故障判定の結果を基にして、故障の危険レベルに応じて、レーザ光量を安全な光量に設定する対応と、ユーザに対する故障通知による対応と、を判断する。
【０１０５】
すなわち、故障判定部７ａから故障判定信号が出力された場合には、故障対応判断部８は、はじめに、画像表示部４に照明装置２の故障とレーザ光を安全な光量に設定する旨とをユーザに通知させるための信号を、画像表示部４に出力する。その後に、故障対応判断部８は、光源制御部２３より光源２１からのレーザ光の光量を安全な光量に設定させるための信号を、光源制御部２３に出力する。故障判定部７ａが検出する光コネクタ２６ｂ，２６ｃの外れや光ファイバ２４ｂ，２４ｃの断線のような故障では、レーザ光が光ファイバ２４ｂ，２４ｃの外部へ漏れる可能性があるが、一般的に光ファイバ２４ｂ，２４ｃの周りには筐体が存在しているために、瞬時にレーザ光が外部へ漏れて人体等へ放射される可能性は低い。よって、故障レベルとしては低い。
【０１０６】
これに対して、故障判定部７ｂから故障判定信号が出力された場合には、故障対応判断部８は、瞬時に、光源制御部２３より光源２１からのレーザ光の光量を安全な光量に設定させるための信号を、光源制御部２３に出力する。そしてその後に、故障対応判断部８は、照明装置２に故障が生じたためにレーザ光を安全な光量に設定したことを画像表示部４に表示させるための信号を、画像表示部４に出力することによって、ユーザに対して故障通知を行う。つまり、故障判定部７ｂが検出する蛍光体２２３の脱離や蛍光体２２３を保持するホルダ２２１の脱離のような故障では、照明光の射出面からレーザ光が直接射出され、瞬時にレーザ光が人体等へ放射され得る。したがって、故障判定部７ａで検出する故障よりも故障判定部７ｂで検出する故障の方が、致命的な故障の可能性は高いと思われ、故障レベルとしては高い。よって、何よりもまず、レーザ光を安全な光量に設定することを優先するものである。
【０１０７】
以上のように、本実施形態によれば、故障判定領域設定部５において、故障判定領域３９は直前に取得した複数の観察対象画像における複数の注目領域において重複した領域として設定されるため、故障判定領域が１つの観察対象画像から設定されるよりも適切に設定されることができる。この結果、故障判定部７ａ及び／又は７ｂにおける故障判定の誤判定が防止される。
【０１０８】
また、本実施形態によれば、複数の故障判定部７ａ，７ｂでなされた複数の故障判定の結果の情報に基づいて、故障の危険レベルに応じてレーザ光を安全な光量に設定する及びユーザに対する故障通知を行うなど、検出したそれぞれの故障に対して適切な対応を取ることができる。
【符号の説明】
【０１０９】
ＯＪ…対象物、  ＯＥ…観察対象部、  １…観察装置、  ２…照明装置、  ３…画像取得部、  ４…画像表示部、  ５…故障判定領域設定部、  ６，６ａ，６ｂ…代表値抽出部、  ７，７ａ，７ｂ…故障判定部、  ８…故障対応判断部、  ２１…光源、  ２２…光変換部材、  ２３…光源制御部、  ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…光ファイバ、  ２５…光カプラ、  ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…光コネクタ、  ３１…撮像部、  ３２…画像処理部、  ３３…観察対象画像、  ３４…黒色部分、  ３５…分割領域、  ３６，３６ｎ…注目領域、  ３７…赤色画素値の分布の重心、  ３９…故障判定領域、  ５１…領域記憶部、  ７１，７１ａ，７１ｂ…代表値記憶部、  ２２１…ホルダ、  ２２２…光透過部材、  ２２３…蛍光体、  ２２４…反射部材、  ３８１，３８２…反射光。
【図１】
2015036066.tif 000013
【図２】
2015036066.tif 000014
【図３】
2015036066.tif 000015
【図４】
2015036066.tif 000016
【図５】
2015036066.tif 000017
【図６】
2015036066.tif 000018
【図７】
2015036066.tif 000019
【図８】
2015036066.tif 000020
【図９】
2015036066.tif 000021
【図１０】
2015036066.tif 000022