CN101271192B - 成像组件和成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像组件和成像设备，该成像组件包括棱镜，第一成像器件和第二成像器件，模拟/数字转换器，时序发生器，第一、第二和第三电路板。棱镜将通过镜头入射的光分成至少两种颜色，并输出所述光。第一成像器件和第二成像器件通过光电转换光来生成视频信号。模拟/数字转换器将从每一个成像器件输出的视频信号转换为数字信号。时序发生器产生用于驱动第一成像器件、第二成像器件和模拟/数字转换器的视频信号处理时钟。第一成像器件被安装在第一电路板上。模拟/数字转换器和时序发生器被安装在第二电路板上。第二成像器件被安装在第三电路板上，并且第三电路板通过线缆连接到第一电路板和第二电路板两者。

Description

成像组件和成像设备

技术领域

本发明涉及适用于内窥镜等的成像组件和包含这样的成像组件的成像设备。

背景技术

为了由采用诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的成像器件的成像设备获得高清晰度照片，重要的是，对于相位、频率等尽可能真实地传送由成像器件获得的视频信号。

但是在近些年中，高清晰度、小尺寸的成像设备是所期望的，因为高时钟频率被用于信号处理电路系统中。因此，相位差、频率特性劣化等可能大大地影响信号质量。因此，已经设计了各种程序来防止这样的相位差和频率特性劣化。

日本未审查专利申请公开No.H07-313453公开了一种包括成像器件的内窥镜，其中，利用具有噪声屏蔽性能的柔性印刷板来进行信号传送。

发明内容

例如，如果成像器件和用于将成像器件获得的视频信号转换成数字信号的模拟/数字转换器(下文称为A/D转换器)被彼此分开布置，则模拟信号需要传送长的距离。在此情况下，从另一个相邻的电路输出的信号可能变成噪声，并且很可能耦合到模拟信号中。

在模拟信号的传送路径很长的情况下，信号的相位和频率特性可能常常在信号传送过程中劣化，导致分辨率变劣。特别地，当CCD被用作成像器件并且使用3-芯片成像系统时，三个CCD的电固定精度(electricalfixing precision)可能由于模拟信号的相位和频率特性的劣化而降低。

此外，电路板的面积可能被减小以满足获得小尺寸成像设备的要求。但是，在安装有成像器件的电路板上布置诸如A/D转换器的另一个电路的情况下，电路板可能需要变大。

希望提供一种小尺寸且能防止视频信号劣化的成像组件和成像设备。

根据本发明的实施例，提供了一种成像组件；根据本发明的另一个实施例，提供了一种成像设备。成像组件和成像设备分别包括棱镜，第一成像器件和第二成像器件，模拟/数字转换器和时序发生器。棱镜被配置来将通过镜头入射的光分成至少两种颜色并输出。第一成像器件和第二成像器件分别被配置来通过对从棱镜输出的经分离的光进行光电转换来生成视频信号。模拟/数字转换器被配置来将从第一成像器件和第二成像器件中的每一者输出的视频信号转换为数字信号。时序发生器被配置来产生视频信号处理时钟，用于驱动第一成像器件、第二成像器件和模拟/数字转换器。所述成像组件和成像设备分别还包括：第一电路板，所述第一成像器件被安装在其上；第二电路板，所述模拟/数字转换器和所述时序发生器被安装在其上；第三电路板，所述第二成像器件被安装在其上，第三电路板通过线缆电连接到第一电路板和第二电路板两者。此外，第二电路板被布置成使其表面基本垂直于第一电路板的表面和第三电路板的表面。此外，模拟/数字转换器和时序发生器被安装在第二电路板的另一个表面上，所述另一个表面与布置有第一电路板和第三电路板那侧的表面相反。

因此，模拟/数字转换器和时序发生器两者都可以被布置在第二电路板上。在此，第二电路板被基本垂直于安装了相应成像器件的第一电路板和第三电路板而布置。因此，模拟/数字转换器和时序发生器被布置在布置了第一电路板和第二电路板那一侧的背面。

根据本发明的上述实施例，模拟/数字转换器没有被布置在固定到棱镜的第一和第三电路板中任何一者上，因此可以限制电路板的面积。此外，时序发生器和成像器件被布置在彼此相反的两侧，因此可以防止来自时序发生器的信号作为噪声耦合到从成像器件获得的视频信号。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的成像设备示例性内部构造的框图。

图2是示出了根据本发明实施例的成像组件的示例性构造的立体图。

图3A和3B是示出了根据本发明实施例的成像组件的示例性构造的视图，其中，图3A是成像组件的立体图，图3B是其另一立体图，图3A和图3B是从不同的角度观察得到的。

图4A和4B是根据本发明实施例的电路板的示例性布置的视图，其中，图4A是处于伸展状态的电路板的立体图，图4B是处于折叠状态的电路板的立体图。

图5A和5B是根据本发明另一个实施例的电路板的示例性布置的视图。

图6是示出了根据本发明实施例的电路板的各个层的示例性构造的分解立体图。

具体实施方式

以下参考附图描述本发明的实施例。

图1示出了根据本发明实施例的成像设备的示例性构造。本实施例的成像设备100可应用于用于各种应用(诸如医疗内窥镜)的成像设备。图1所示的成像设备100使用3-芯片成像系统，并且包括三个CCD成像器件(此后简称为成像器件)11G，11R，11B。各个CCD 11G，11R，11B分别通过将对应的光束G(绿)、R(红)和B(蓝)进行光电转换而产生电信号，其中，所述光束G(绿)、R(红)和B(蓝)从透过镜头(没有示出)的光利用分色棱镜(没有示出)分出。此外，成像设备100包括垂直转移驱动器(此后称为V驱动器)20和水平转移驱动器(此后称为H驱动器)14G，14R，14B。V驱动器20垂直转移各个CCD 11G，11R，11B中经光电转换并累积的信号电荷。H驱动器14G，14R，14B水平地转移从V驱动器20垂直转移的信号电荷。

V驱动器20分别将垂直转移脉冲Vφ1到Vφ4供应到CCD 11G，11R，11B。H驱动器14G，14R，14B分别将水平转移脉冲H1和H2供应到CCD 11G，11R，11B。此外，H驱动器14G，14R，14B供应复位脉冲RG，以分别复位CCD 11G，11R，11B中所累积的信号电荷。施加到CCD 11G，11R，11B的这些脉冲与从时序发生器19供应的视频同步时钟(CAM_CLK)同步地产生。

一旦接收到从用于控制成像设备100中各个单元的第一控制单元17供应的参考时钟(HCLK)，时序发生器19就生成视频同步时钟(CAM_CLK)，用于驱动CCD 11G，11R，11B，V驱动器20，H驱动器14G，14R，14B，以及后面描述的CDS电路13B，13R，13G以及模拟/数字转换器(A/D转换器)15G，15R，15B，然后将视频同步时钟(CAM_CLK)分别供应到上述的器件。视频同步时钟具有用于与视频信号的水平频率和垂直频率同步的视频-信号处理的频率。

从CCD 11G，11R，11B获得的信号电荷由上述的V驱动器20和H驱动器14G，14R，14B读出，然后在输出电路(没有示出)处转换为与信号电荷相对应的电压，随后被分别供应到CDS(相关双取样)电路13B，13R，13G。

CDS电路13G，13R，13B分别进行对从CCD 11G，11R，11B获得的各个输出信号的取样，以减小在信号中包含的复位噪音。从CDS电路13G，13R，13B输出的视频信号在AGC(自动增益控制)电路(没有示出)中被调节到恒定的信号电平，随后被供应到A/D转换器15G，15R，15B。A/D转换器15G，15R，15B分别将视频信号(模拟信号)转换为数字信号。

安装有上述的光学系统CCD 11G，11R，11B、CDS电路13B，13R，13G和其它电路的组件(此后称为摄像机组件50)被设置在电路板上，上述电路板与设置有进行从所述组件输出的视频信号的图像处理的视频处理单元16的板分开并远离。摄像机组件50通过线缆1，连接到安装有视频处理单元16的组件，所述线缆1连接了摄像机组件50一侧的连接器2a和视频处理单元16一侧的连接器2b。视频处理单元16进行将黑电平OB(光学黑)固定在预定标准值的反馈箝位处理、用于压缩某一电平或更大的信号的拐点校(knee correction)、用于根据视频信号的电平被限定到的伽马曲线进行校正的伽马校正、用于校正白平衡的白剪切(white-clip)处理等。

摄像机组件50的连接器2a还连接到控制成像设备100的各个单元的第一控制单元17。第一控制单元17包括微型计算机等。在本实施例中，为了减小从第一控制单元17传送到摄像机组件50中各个单元的信号量，第二控制单元18被安装在摄像机组件50中。第二控制单元18翻译从第一控制单元17传送的命令中对于摄像机组件50中各个单元的设置指令命令，并且将这样的命令传送到各个单元。

第二控制单元18例如执行对于时序发生器19的改变快门速度的控制、对于A/D转换器15G，15R，15B的视频码率(诸如50i/60i)的增益控制和切换指令。此外，为了降低成像设备100的功耗，第二控制单元18可以摄像机组件50中的各个单元，以使其独立地切换到待机模式，或者控制各个单元的设置，以使其被周期性地初始化。

下面，将参考图2描述包括分色棱镜30、成像器件11G，11R，11B等的成像组件200的示例性构造。图2是示出了成像组件200的光入射侧的立体图。成像组件200通过镜头安装底座10连接到图2中由虚线表示的镜头组件2。如图所示，定位孔10a被形成在镜头安装底座10中。镜头组件2和成像组件200可以利用插入孔10a中的螺钉以高的尺寸精度固定在一起。

镜头安装底座10设置有窗口31，透过镜头组件2的镜头2a的对象光入射在窗口31上。分色棱镜30被固定到镜头安装底座10的、在对象光的前进方向上的后部。棱镜30将从窗口31入射的对象光分成三种颜色的光束R，G和B。

分色棱镜30包括用于透射B光束的组件、用于透射R光束的组件以及用于透射G光束的组件。用于光电转换B光束的成像器件11B、用于光电转换G光束的成像器件11G以及用于光电转换R光束的成像器件11R被固定到各个组件的三个输出表面上，被分成R、G和B的各色光线分别从相应的组件的所述输出表面输出。在图2中单独示出了成像器件11B。在图中没有示出成像器件11R和11G。

如图2所示，电路板40A(第二电路板)被布置在与电路板40B、40G和40R分别基本垂直的位置处。此外，电源解耦电容器60被布置在电路板40A上。此外，A/D转换器15G，15R，15B、第二控制单元18、时序发生器19等被布置在电路板40A的后表面上。下面将详细描述电路板40A的后表面上的各个单元的布置。

图3A和3B是示出了当窗口31向下时成像组件200的示例性构造的视图。图3A是示出了电路板40A向下的、布置有解耦电容器60的表面的立体图，图3B是电路板40A的后表面的立体图。

分别固定在分色棱镜30的三个输出表面上的成像器件11B，11G，11R被分别连接到电路板40B(第一电路板)、电路板40G(第三电路板)和电路板40R(第一电路板)。各个成像器件通过将成像器件的端子分别焊接到相应的电路板40B，40G，40R的后表面而被连接到电路板。

CDS电路13B，13G，13R被分别布置在相应的电路板40B，40G，40R的、没有连接成像器件11B，11G，11R的另一表面上。此外，各个电路板40通过柔性线缆41彼此电连接，所述柔性线缆41是具有柔性的电路板。

接地板70B，70G，70R也被分别连接到柔性线缆41。此外，接地板70B，70G，70R与由铜箔等制成的导电板90接触。接地板70B，70G，70R分别利用螺钉80B，80G，80R固定到导电板90。

接着，将参考图3B描述电路板40A的后表面上的各个单元的布置。如图3B所示，时序发生器19、第二控制单元18、A/D转换器15G，15R，15B从左上方被依次布置在电路板40A上。A/D转换器15G，15R，15B与散热器45接触，以处理辐射的热。A/D转换器15G，15R，15B被布置在电路板40A的端部附近，如图3B所示。连接到电路板40A端部的柔性线缆41被连接到安装有成像器件11G和CDS电路13G的电路板40G。这样的布置使从CDS电路13B，13R，13G输出的信号可以通过短的路径分别传送到A/D转换器15B，15R，15G。

下面，将参考图4A和4B描述电路板40A，40B，40G，40R中的每一个的示例性布置。图4A示出了如图2和3所示固定到分色棱镜30的各个电路板40A，40B，40G，40R被展开并布置在同一平面上。图4A所示的各个电路板40的布置对应于如图4B所示的各个电路板40在展开之前的布置。图4A所示的状态可通过将各个电路板40沿图4B的箭头A1所示的方向伸展开而获得。如图4B所示，为了方便说明，图中没有示出分色棱镜30、导电板90等。

如图4A所示，安装成像器件11R的电路板40R、安装成像器件11G的电路板40G和安装成像器件11B的电路板40B分别通过柔性线缆41彼此连接。电路板40B，40G，40R在电路板40G处于其中心的情况下排列。此外，电路板40A通过柔性线缆41连接到布置在中心的电路板40G。电路板40A被连接到电路板40G，使得其可以以与经排列的电路板40B，40G，40R基本成直角的方式布置。换句话说，经排列的电路板40B，40G，40R与电路板40A形成T形。

CDS电路13B，13R，13G被分别布置在相应的电路板40B，40G，40R的没有布置成像器件11B，11G，11R另一侧的表面上。从CDS电路13R，13B输出的信号在通过位于电路板布置中心的电路板40G之后，被传送到电路板40A上的A/D转换器15R，15G，15B。

如图4A和4B所示，电路板40B和40R具有如箭头A2所示的限定侧边长度。此长度对应于经分色的光从其输出的分色棱镜30(见图3)的输出表面的高度，因此其可能在设计中受到严格限制。相反，如图4A所示，电路板40G具有由箭头A3所示的侧边长度，该侧边长度在设计中不受严格限制。因此，电路板40G的面积可以大于其它电路板的面积。由此，电路板40G被构造成一次校正来自电路板40R和40B的信号，并且将信号传送到电路板40A。由此，电路板40A的尺寸也可以被设计成较小。

如图5A所示，应该注意，安装有A/D转换器15R，15G，15B的电路板40A可以连接到处于经排列的电路板40R，40G，40B中的末端的电路板(图5A中40R)。当这些电路板被布置成这样的L形时，从电路板40A到经排列的各个电路板40B，40G，40R的传送路径的长度可能不同。如图5A所示，电路板40B和电路板40A之间的距离较长，而电路板40R和电路板40A之间的距离较短。因此，从各个电路板40B，40G，40R传送的信号的相位特性和频率特性可能不同，这是不利的。

此外，当如图5A所示的各个电路板40A，40B，40G，40R被组装时，难以将连接电路板40R和电路板40A的柔性线缆41’弯曲。电路板40R和40A可能具有增大的应力，导致其错位。

此外，如图5B所示，当电路板40R，40G，40B通过柔性线缆41”被分别连接到电路板40A时，电路板40R，40G，40B可以不共享来自公共电源的供电。换句话说，电路板40R，40G，40B可以独立地从电路板40A接收电力，从而各个柔性线缆41”的宽度可以较大。因此，电路板40A可能必须具有大的面积。此外，类似于图5A所示的情形，柔性线缆41”难以弯曲，使得各个电路板40A，40R，40G，40B可能受到增大的应力的影响。

换句话说，根据本发明的实施例，从电路板40A供应的电力被临时地供应到电路板40G，然后被分配到电路板40R和电路板40B。因此，连接电路板40G和电路板40A的柔性线缆41的宽度可以很短。结果，电路板40A的面积可以被减小。

此外，根据本发明的实施例，各个电路板40A，40B，40G，40R可以如图4A所示地布置，以缩短从CDS电路13B，13G，13R到A/D转换器15B，15G，15R的传送距离。因此，可以防止模拟视频信号的相位特性和频率特性劣化。

此外，根据本发明的实施例，A/D转换器15R，15G，15B，第二控制单元18，时序发生器19等被布置在电路板40A上，所述电路板40A对于分色棱镜30的经分色的光从其输出的表面的高度没有限制。因此，整个成像设备100可以被小型化。

此外，根据本发明的实施例，接地层被布置在安装了模拟传送电路的表面的背面，以进一步防止模拟视频信号接收到噪声。图6是示出了柔性线缆41和电路板40A，40B，40G，40R的各个层的分解图，其中各个电路板如图4A所示地展开。

根据本实施例，柔性线缆41由包括两个层(即接地层41a和信号层41b)的单个板形成。接地层41a和信号层41b中的每一者被连接到电路板40R，40G，40B。布置在接地层41a上的电路板40R，40G，40B分别由如下两层制成：信号层40Ra和40Rb，信号层40Ga和40Gb，以及信号层40Ba和40Bb。布置在信号层上的电路板40R，40G，40B分别由如下两层制成：信号层40Rc和40Rd，信号层40Gc和40Gd，以及信号层40Bc和40Bd。

根据本实施例，用于模拟信号传送的电路，诸如成像器件11B，11G，11R和A/D转换器15R，15G，15B，被布置在柔性线缆41的接地层41a上。此外，CDS电路13B，13R，13G和电源解耦电容器60被布置在柔性线缆41的信号层41b上。

根据上述构造，接地层41a屏蔽模拟信号传送电路。因此，可以防止噪声与模拟视频信号耦合。并且，可以防止模拟视频信号的频率特性和相位特性劣化。

此外，各个电路以图6所示的布置方式安装在柔性线缆41的两侧。因此，在如图4B所示的组装状态下，数字电路(例如第二控制单元18和时序发生器19)被布置在相对于电路板40R，40G，40B中分别布置了成像器件11R，11G，11B那侧的背面的表面上。因此，噪声从数字电路到达成像器件11B，11G，11R的可能性很低，因此从各个成像器件11B，11G，11R输出的信号可以具有良好的特性，较少受到噪声的影响。

此外，根据上述实施例，CDS电路13B，13R，13G分别被安装在与安装了成像器件11B，11G，11R的表面相反的表面上。或者，CDS电路也可以被分别布置在与布置了各个成像器件11B，11G，11R的表面相同的表面上。

此外，本发明的上述实施例被应用于设有三个成像器件的成像设备。但是，适用的设备不限于这样的成像设备。在设备包括多个传感器器件并且希望减小电路之间传送的信号的相位和频率特性劣化的情况下，本发明的实施例可以应用于其它任何设备。

本领域的技术人员应该理解，根据设计需要和其他因素可以进行各种修改、组合、子组合和替换，它们仍然落在所附权利要求或其等同方案的范围内。

本发明包含2007年3月19日递交给日本专利局的日本专利申请JP2007-070958的主题，上述日本专利申请的全部内容通过引用而被包含于此。

Claims (8)

1.一种成像组件，包括：

棱镜，其被配置来将通过镜头入射的光分成至少两种颜色后输出；

第一成像器件和第二成像器件，所述第一成像器件和第二成像器件中的每一者被配置为通过对从所述棱镜输出的经分离的光进行光电转换来生成视频信号；

模拟/数字转换器，其被配置来将从所述第一成像器件和所述第二成像器件中的每一者输出的视频信号转换为数字信号；

时序发生器，其被配置来产生用于驱动所述第一成像器件、所述第二成像器件和所述模拟/数字转换器的视频信号处理时钟；

第一电路板，所述第一成像器件被安装在其上；

第二电路板，所述模拟/数字转换器和所述时序发生器被安装在其上；

第三电路板，所述第二成像器件被安装在其上，并且所述第三电路板通过线缆连接到所述第一电路板和所述第二电路板两者，

其中，安装在所述第一电路板上的所述第一成像器件和安装在所述第三电路板上的所述第二成像器件被固定到所述棱镜的输出表面上，

其中，所述第二电路板被布置成使得所述第二电路板的表面基本垂直于所述第一电路板的表面和所述第三电路板的表面，并且

其中，所述模拟/数字转换器和所述时序发生器被安装在所述第二电路板的另一个表面上，所述另一个表面与布置有所述第一电路板和所述第三电路板那侧的表面相反。

2.如权利要求1所述的成像组件，其中，

所述第一电路板以基本直角方式连接到所述第二电路板，而在所述第一电路板、所述第二电路板和所述第三电路板被展开的状态下所述第三电路板处于中心。

3.如权利要求2所述的成像组件，其中，

所述第三电路板的沿宽度方向上的长度大于所述第一电路板的沿宽度方向上的长度。

4.如权利要求2所述的成像组件，其中，

所述模拟/数字转换器被布置在所述第二电路板的一侧的端部，用于连接到所述第三电路板的所述线缆被布线在所述侧。

5.如权利要求2所述的成像组件，

其中，所述线缆是包括接地层和信号层这两个层的柔性线缆，并且

其中，所述第一电路板、所述第二电路板以及所述第三电路板被布置在所述接地层和所述信号层的两表面上。

6.如权利要求5所述的成像组件，其中

安装在所述第二电路板上的所述模拟/数字转换器和所述时序发生器被布置在所述柔性线缆的所述接地层一侧。

7.如权利要求6所述的成像组件，其中

电源解耦电路被布置在所述第二电路板上，并被布置在所述柔性线缆的所述信号层一侧。

8.一种成像设备，包括：

棱镜，其被配置来将通过镜头入射的光分成至少两种颜色后输出；

第一成像器件和第二成像器件，所述第一成像器件和第二成像器件中的每一者被配置来通过对从所述棱镜输出的经分离的光进行光电转换来生成视频信号；

模拟/数字转换器，其被配置来将从所述第一成像器件和所述第二成像器件中的每一者输出的视频信号转换为数字信号；

时序发生器，其被配置来产生用于驱动所述第一成像器件、所述第二成像器件和所述模拟/数字转换器的视频信号处理时钟；

第一电路板，所述第一成像器件被安装在其上；

第二电路板，所述模拟/数字转换器和所述时序发生器被安装在其上；

第三电路板，所述第二成像器件被安装在其上，并且所述第三电路板通过线缆连接到所述第一电路板和所述第二电路板两者，

其中，安装在所述第一电路板上的所述第一成像器件和安装在所述第三电路板上的所述第二成像器件被固定到所述棱镜的输出表面，

其中，所述第二电路板被布置成使得所述第二电路板的表面基本垂直于所述第一电路板的表面和所述第三电路板的表面，并且

其中，所述模拟/数字转换器和所述时序发生器被安装在所述第二电路板的另一个表面上，所述另一个表面与布置有所述第一电路板和所述第三电路板那侧的表面相反。

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