CN102841441A - 电子内窥镜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子内窥镜装置，相位控制部（111）比较显示同步信号（110）与根据摄像时钟生成部（106）生成的时钟信号（107）而生成的时钟信号（113）的相位，根据比较结果控制摄像时钟生成部（106）的振荡。驱动信号生成部（125）根据与时钟信号（107）同步的倍增时钟信号（120），生成驱动CMOS传感器（122）的驱动信号（121）。

Description

电子内窥镜装置
技术领域
本发明涉及具有搭载固体摄像元件的内窥镜镜体和对来自内窥镜镜体的图像信号实施预定的图像处理的图像处理器的电子内窥镜装置。
背景技术
近些年来，伴随着半导体技术的进步，CCD（Charge Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）传感器等固体摄像元件的高像素化得以推进。
在搭载固体摄像元件的电子内窥镜中也推进了高精细化。
然而伴随着固体摄像元件的高像素化，图像处理所需的时钟信号的频率也变高。例如在电子内窥镜中，搭载有摄像元件的内窥镜镜体的前端部与进行图像处理的图像处理器是分离设置的，容易产生内窥镜镜体与图像处理器之间的传输路径上的信号恶化。若在内窥镜镜体与图像处理器之间进行传输的信号的频率变高，则信号恶化进一步变大。而且高频信号在传输路径中流过所导致的电磁波的泄露也更为显著。
在日本特开2001-275956号公报所描述的电子内窥镜装置中，在电子镜体的输出部插入有波形平滑电路。该波形平滑电路可抑制在电子镜体与处理器装置间放出的高频噪声。
然而，日本特开2001-275956号公报未记载内窥镜镜体与监视器设备的同步这一观点。在内窥镜镜体中按照观察对象和用途而搭载有具备各种视场角的固体摄像元件，因此每种内窥镜镜体的工作频率和视场角都不同。因而为了在监视器上显示内窥镜镜体所拍摄的图像，就需要进行符合监视器的同步信号的频率转换。
但是，根据显示用时钟与摄像用时钟的关系，内窥镜镜体进行1帧的摄像的周期与监视器设备显示1帧图像的周期会微妙地不同。因此会产生内窥镜镜体进行1帧的摄像的周期与监视器设备显示1帧图像的周期的相位逐渐发生偏差的问题。而当该相位的偏差超过1帧时间时，会产生“超越”和“跳张”等现象。
图5示意性表示以摄像时钟为基准的1帧周期与以显示时钟为基准的1帧周期的关系。如图5所示，以摄像时钟为基准的1帧周期与以显示时钟为基准的1帧周期出现微妙差异，随着时间的经过，1帧周期的偏差（D0、D1、D2）增加。
另一方面，在监视器设备侧，伴随高精细化的高速化得以推进，对于监视器设备的信号输入要求满足缜密的定时规定。假设在即使在摄像与显示中能够使1帧周期完全一致，在以未依据电视规格的内窥镜镜体侧的时钟为基准而生成显示用同步信号的情况下，也存在无法在监视器设备中进行正常显示的可能性。
发明内容
本发明就是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够确保摄像与显示的同步的电子内窥镜装置。
本发明的第一方面中，电子内窥镜装置具有图像处理器和内窥镜镜体。而且上述图像处理器具有：显示时钟生成部，其生成显示时钟；显示同步信号生成部，其根据上述显示时钟生成显示同步信号；摄像时钟生成部，其生成作为驱动固体摄像元件的基础的主摄像时钟；倍增/分频部，其生成对上述主摄像时钟进行倍增和/或分频而得到的第1摄像时钟和对上述主摄像时钟进行倍增和/或分频而得到的第2摄像时钟；以及控制部，其比较上述显示同步信号与上述第1摄像时钟的相位，根据比较结果控制上述摄像时钟生成部的振荡。进而上述内窥镜镜体具有：固体摄像元件，其将光学信息转换为电信号，并作为图像信号输出；倍增部，其生成使上述第2摄像时钟倍增后的倍增摄像时钟；以及驱动信号生成部，其根据上述倍增摄像时钟，生成驱动上述固体摄像元件的信号。
本发明的第二方面中，电子内窥镜装置具有图像处理器和内窥镜镜体。而且上述图像处理器具有：显示时钟生成部，其生成显示时钟；显示同步信号生成部，其根据上述显示时钟生成显示同步信号；摄像时钟生成部，其生成作为驱动固体摄像元件的基础的主摄像时钟；以及控制部，其比较上述显示同步信号与上述主摄像时钟的相位，根据比较结果控制上述摄像时钟生成部的振荡。进而上述内窥镜镜体具有：固体摄像元件，其将光学信息转换为电信号，并作为图像信号输出；倍增部，其生成使上述主摄像时钟倍增后的倍增摄像时钟；以及驱动信号生成部，其根据上述倍增摄像时钟，生成驱动上述固体摄像元件的信号。
本发明的第三方面中，在本发明第一方面或第二方面涉及的电子内窥镜装置中，上述内窥镜镜体具有将上述图像信号转换为光信号的电光转换部，上述图像处理器具有将上述光信号转换为上述图像信号的光电转换部。
本发明的第四方面中，在本发明第一方面或第二方面涉及的电子内窥镜装置中，上述内窥镜镜体具有将上述图像信号转换为差动信号的转换部，上述图像处理器具有将上述差动信号解调为上述图像信号的解调部。
本发明的第五方面中，在本发明第一方面或第二方面涉及的电子内窥镜装置中，上述内窥镜镜体具有无线发送上述图像信号的无线发送部，上述图像处理器具有接收由上述无线发送部无线发送的上述图像信号的无线接收部。
本发明的第六方面中，在本发明第一方面涉及的电子内窥镜装置中，上述图像处理器向上述内窥镜镜体输出上述显示同步信号，上述驱动信号生成部根据上述倍增摄像时钟和上述显示同步信号生成上述驱动信号。
本发明的第七方面中，在本发明第六方面涉及的电子内窥镜装置中，上述显示同步信号在与传输上述第2摄像时钟的传输路径相同的传输路径上与上述第2摄像时钟重叠发送。
本发明的第八方面中，在本发明第二方面涉及的电子内窥镜装置中，上述图像处理器向上述内窥镜镜体输出上述显示同步信号，上述驱动信号生成部根据上述倍增摄像时钟和上述显示同步信号生成上述驱动信号。
本发明的第九方面中，在本发明第八方面涉及的电子内窥镜装置中，上述显示同步信号在与传输上述主摄像时钟的传输路径相同的传输路径上与上述主摄像时钟重叠发送。
本发明的第十方面中，在本发明第一方面或第二方面涉及的电子内窥镜装置中，上述内窥镜镜体具有压缩上述图像信号的压缩部，上述图像处理器具有对由上述压缩部压缩过的上述图像信号进行解压缩的解压缩部。
根据上述电子内窥镜装置，能够使监视器显示用同步信号与第1摄像时钟或主摄像时钟同步。而且根据与监视器显示用同步信号同步的第1摄像时钟或主摄像时钟生成固体摄像元件的驱动信号，从而能够确保摄像与显示的同步。
附图说明
图1是表示本发明第1实施方式涉及的电子内窥镜装置的构成的框图。
图2是用于说明本发明第1实施方式涉及的电子内窥镜装置所具备的相位控制部的动作的时序图。
图3是表示本发明第2实施方式涉及的电子内窥镜装置的构成的框图。
图4是表示本发明第3实施方式涉及的电子内窥镜装置的构成的框图。
图5是用于说明现有的电子内窥镜装置的时序图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
（第1实施方式）
首先说明本发明的第1实施方式。图1表示本实施方式涉及的电子内窥镜装置的构成。电子内窥镜装置由内窥镜镜体100和图像处理器101构成。图像处理器101与监视器103连接。
内窥镜镜体100具有分离部116、倍增部119、CMOS传感器122、驱动信号生成部125、差动驱动器126。图像处理器101具有显示时钟生成部102、显示同步信号生成部104、摄像时钟生成部106、倍增/分频部108、相位控制部111、重叠部114、差动信号接收部128、S/P转换部129、图像处理部130。
图像处理器101中，显示时钟生成部102生成显示时钟信号105。显示时钟信号105是驱动显示所涉及的各部的显示时钟。显示时钟信号105被输出给显示同步信号生成部104，并且通过为了被检者的安全而设置的绝缘元件127提供给图像处理部130。显示同步信号生成部104根据显示时钟信号105生成显示同步信号110。显示同步信号110是用于在监视器103上显示图像的依据电视规格的信号。在显示同步信号110的生成中使用由显示时钟生成部102所生成的时钟信号105。显示同步信号110被输出给相位控制部111和重叠部114，并且通过绝缘元件127提供给图像处理部130。摄像时钟生成部106生成时钟信号107。时钟信号107是作为驱动CMOS传感器122的基础的主时钟。
倍增/分频部108对摄像时钟生成部106所生成的时钟信号107适当实施仅倍增的处理、仅分频的处理或将倍增与分频组合起来的处理，生成时钟信号109和时钟信号113。时钟信号109是发送给内窥镜镜体100的信号。时钟信号109的频率低于由摄像时钟生成部106生成的时钟信号107的频率。时钟信号113被输出给相位控制部111，并且通过绝缘元件127提供给S/P转换部129和图像处理部130。时钟信号113的频率高于由摄像时钟生成部106生成的时钟信号107的频率。
相位控制部111比较时钟信号113与显示同步信号110的相位。相位控制部111根据比较结果将用于控制摄像时钟生成部106中的时钟信号107的振荡状态的控制信号112输出给摄像时钟生成部106。摄像时钟生成部106根据控制信号112控制时钟信号107的频率，以使得时钟信号113的相位与显示同步信号110的相位一致。并且，在安装摄像时钟生成部106时，可以使用能够基于来自外部的控制信号任意变更频率的振荡器。
图2表示相位控制部111的工作内容。相位控制部111例如比较时钟信号113的上升沿位置与显示同步信号110（图2例子中为垂直同步信号）的上升沿位置。相位控制部111将基于两者的上升沿位置之差的控制信号112输出给摄像时钟生成部106。摄像时钟生成部106根据控制信号112控制时钟信号107的振荡状态、即时钟信号107的频率，从而使得由时钟信号107生成的时钟信号113的上升沿位置与显示同步信号110的上升沿位置一致。其结果就能确保时钟信号107与显示同步信号110的同步。图2示出了与时钟信号113的相位进行比较时使用垂直同步信号的例子，也可以使用水平同步信号。
重叠部114将显示同步信号110重叠于由时钟信号107生成的时钟信号109，生成时钟信号115。时钟信号115从图像处理器101被输出并通过内窥镜镜体110的传输电缆被输入到镜体前端部的分离部116。分离部116将时钟信号115中包含的时钟信号117（相当于时钟信号109）与显示同步信号118（相当于显示同步信号110）分离开来输出。
倍增部119通过使时钟信号117倍增而生成倍增时钟信号120。驱动信号生成部125以倍增时钟信号120作为工作时钟，生成驱动CMOS传感器122的驱动信号121。此时，将显示同步信号118作为规定帧的开始位置的信号来参照。CMOS传感器122按照驱动信号121将光学信息转换为电信号，输出串行形式的图像信号123。差动驱动器126将图像信号123转换为差动信号124。从差动驱动器126输出的差动信号124通过内窥镜镜体100的传输电缆被输入到图像处理器101。
在图像处理器101中，所输入的差动信号124通过绝缘元件127被差动信号接收部128接收。差动信号接收部128将所接收的差动信号124解调为串行形式的图像信号131。S/P转换部129将串行形式的图像信号131转换为并行形式的图像信号132。从S/P转换部129输出的图像信号132被输入到图像处理部130。
图像处理部130使用缓冲器存储器进行将用于处理图像信号132的时钟信号从相当于摄像时钟的时钟信号113切换为显示时钟信号105的处理（所谓的时钟的转换）。进而，图像处理部130对于图像信号132进行用于显示图像的各种图像处理。此时，将显示同步信号110作为规定帧的开始位置的信号来参照。由图像处理部130处理后的图像信号被输出到监视器103，在监视器103显示图像时使用。
在本实施方式中，使用相位与显示同步信号118的相位一致的倍增时钟信号120，生成驱动CMOS传感器122的驱动信号121。因此不会发生在摄像侧与显示侧1帧的时间不同的现象。另外，在传输与显示时钟同步的摄像用时钟时，生成频率比内部驱动频率延迟（低于内部驱动频率）的时钟信号109并发送。因此不易受到信号恶化的影响，还能抑制电磁噪声的产生。
本实施方式可进行各种变形。例如在本实施方式中，使用CMOS传感器作为固体摄像元件，也可以使用CCD。CMOS传感器还可以将各种处理电路搭载于同一块芯片上。因此也可以将本实施方式的驱动信号生成部125和倍增部119搭载于与CMOS传感器相同的芯片上。
如上所述，根据本实施方式，相位控制部111根据对显示用同步信号110与时钟信号113的相位进行比较的结果，控制摄像时钟生成部106所生成的时钟信号107的振荡状态。因此能够使显示用同步信号110与时钟信号107同步。根据与该时钟信号107同步的倍增时钟信号120生成驱动信号121，从而能够使摄像的1帧周期与显示的1帧周期长度一致，确保摄像与显示的同步。
另外，频率低于时钟信号107的时钟信号115被从图像处理器101发送至内窥镜镜体100。因此，能够降低信号恶化和电磁波噪声的生成等信号高速化带来的影响。在图像信号的传输中使用差动信号，还能提高对于干扰噪声的耐性。
即使如本实施方式所述使得在摄像侧与显示侧1帧周期一致，若内窥镜镜体与图像处理器以独自的定时生成同步信号和驱动信号，则摄像侧与显示侧的帧的开始定时不会一致。因此就需要设置用于调整帧的开始定时的缓冲器功能。然而如本实施方式所述在驱动信号生成部125中用显示同步信号118指示摄像侧的帧的开始，从而能够使摄像侧与显示侧的帧的定时一致。
另外，将显示同步信号110重叠于时钟信号109而通过同一条传输路径传输给内窥镜镜体100，从而能够削减传输线路的数量。因此能减小内窥镜镜体100的直径。
（第2实施方式）
接着说明本发明的第2实施方式。图3表示本实施方式涉及的电子内窥镜装置的构成。图3中对于具有与第1实施方式相同功能的构成要素赋予相同标号并省略说明。
本实施方式中，与第1实施方式同样地，摄像时钟生成部106按照相位控制部111生成的控制信号112而生成时钟信号107。另外，倍增/分频部108根据时钟信号107生成时钟信号109和时钟信号113。在第1实施方式中，将显示同步信号110重叠于时钟信号109而从图像处理器101输出。然而在本实施方式中，显示同步信号110不重叠于时钟信号109，时钟信号109通过绝缘元件127从图像处理器101输出，被发送给内窥镜镜体100。同样地，显示同步信号110也独立于时钟信号109，通过绝缘元件127从图像处理器101输出，被发送给内窥镜镜体100。
在内窥镜镜体100中，由倍增部119生成将时钟信号109倍增后的倍增时钟信号120。倍增时钟信号120被输入到驱动信号生成部125。驱动信号生成部125使用倍增时钟信号120和显示同步信号110，生成驱动CMOS传感器122的驱动信号121。
在本实施方式中，取代第1实施方式中使用的差动驱动器126和差动信号接收部128，而使用电光转换部202和光电转换部204。从CMOS传感器122输出的图像信号123被电光转换部202转换为光信号203，输出到图像处理器101。图像处理器101中，所输入的光信号203被光电转换部204再次转换为作为电信号的图像信号205。此后与第1实施方式同样地由图像处理部130实施图像处理，在监视器103上显示图像。
在本实施方式中，可期待对于光传输导致的干扰噪声的耐性的提高和电磁波噪声的降低。还由于分别通过各自的系统传输时钟信号和显示同步信号，从而虽然增加了传输所需的信号线，却能简化内窥镜镜体100内的电路。
本实施方式可进行各种变形。例如本实施方式中，将在图像处理器101侧生成的时钟信号109和显示同步信号110经由绝缘元件127传输给内窥镜镜体100。然而绝缘元件127也可以插入到与第1实施方式中相同的位置。其中，光传输本身就能实现绝缘，因此无需在图像数据的传输路径中重新插入绝缘元件。而当信号通过绝缘元件时，即便很小也会对信号品质带来影响。在时钟信号通过绝缘元件的情况下，存在信号品质恶化显现为失抖动的可能性。可以基于系统稳定工作的观点来确定设置振荡功能的位置。
另外，只要是在内窥镜镜体100的内部即可，电光转换部202可以搭载于任意部位。电光转换部202还可以搭载于内窥镜镜体100的前端部、内窥镜镜体100与图像处理器101的连接部或使用者进行各种操作的操作部等的任意部位。其中，在将电光转换部202配置于前端部以外的部位的情况下，优选采取在从前端部到电光转换部202为止的传输路径中使用差动信号来传输图像信号等的对策。
另外，在本实施方式中，分别通过各自的信号线传输时钟信号和显示同步信号。然而也可以与第1实施方式同样地将两者重叠起来，使用1根信号线传输。
如上所述，根据本实施方式，能够与第1实施方式同样地确保摄像与显示的同步。还由于通过光信号传输图像信号，从而提高了对于干扰噪声的耐性，降低了电磁波噪声。还能易于进行用于确保被检者安全的绝缘处理。
（第3实施方式）
接着说明本发明第3实施方式。图4表示本实施方式涉及的电子内窥镜装置的构成。图4中对于具有与第1实施方式或第2实施方式相同功能的构成要素赋予相同符号并省略说明。
在本实施方式中，与第1、第2实施方式同样地，按照相位控制部111生成的控制信号112对摄像时钟生成部106进行控制。然而本实施方式未设置倍增/分频部108，相位控制部111用于与显示同步信号110的相位比较的时钟是摄像时钟生成部106生成的作为主时钟的时钟信号107。相比第1、第2实施方式所述的与频率高于主时钟的时钟进行相位比较的情况而言，本实施方式中的调整较为粗，但已足以防止摄像侧与显示侧的相位偏差。
另外，重叠部114将显示同步信号110重叠于时钟信号107，生成时钟信号307。该时钟信号307被发送给内窥镜镜体100。在内窥镜镜体100中，时钟信号307中所包含的时钟信号117（相当于时钟信号107）与显示同步信号118（相当于显示同步信号110）在分离部116被分离。
另外，在本实施方式中，取代在第1实施方式中使用的差动驱动器126和差动信号接收部128，而使用无线调制发送部300、无线解调接收部301、压缩部302、解压缩部303、天线304和天线305。压缩部302对从CMOS传感器122输出的图像信号123进行压缩，削减数据量。无线调制发送部300经由天线304将压缩数据作为无线数据发送给图像处理器101。
图像处理器101中，无线解调接收部301经由天线305接收无线数据。而在S/P转换部129进行了并行转换之后，解压缩部303对压缩数据进行解压缩，复原原始的图像数据。在S/P转换部129的并行转换和解压缩部303的解压缩中使用由倍增部308将摄像时钟生成部106生成的时钟信号107倍增后的倍增时钟信号306。此后与第1实施方式同样地由图像处理部130实施图像处理，在监视器103上显示图像。
本实施方式中需要用于发送时钟信号307的传输路径，因此无法使内窥镜镜体100与图像处理器101之间完全无线化。然而通过削减数据传输所需的信号线，能够减小内窥镜镜体100的直径。与第2实施方式同样地，无线传输自身就能实现绝缘，因此还能削减绝缘元件数量。
本实施方式可进行各种变更。例如在本实施方式中，对无线数据的收发加入了压缩、解压缩处理，而在无线数据的传送能力足够高的情况下也可以不加入这些处理。反之，还可以对第1、第2实施方式追加本实施方式所述的压缩、解压缩处理。同样，本实施方式中，图像处理器101不具备倍增/分频部108。然而第1、第2实施方式涉及的电子内窥镜装置也可与本实施方式同样地不具备倍增/分频部108。
如上所述，根据本实施方式，能够与第1实施方式同样地确保摄像与显示的同步。而通过使用无线信号来传输图像信号，能削减数据传输所需的信号线数量，减小内窥镜镜体的直径。还易于进行用于确保被检者安全的绝缘处理。另外，通过加入压缩、解压缩的处理，能减少数据量，尤其能实现无线通信的稳定工作。
以上参照附图详细描述了本发明的实施方式，而具体构成不限于上述实施方式，还包括在不脱离本发明主旨的范围内的设计变更等。

Claims (10)

1.一种电子内窥镜装置，其具有图像处理器和内窥镜镜体，其中，
上述图像处理器具有：
显示时钟生成部，其生成显示时钟；
显示同步信号生成部，其根据上述显示时钟生成显示同步信号；
摄像时钟生成部，其生成作为驱动固体摄像元件的基础的主摄像时钟；
倍增/分频部，其生成对上述主摄像时钟进行倍增和/或分频而得到的第1摄像时钟和对上述主摄像时钟进行倍增和/或分频而得到的第2摄像时钟；以及
控制部，其比较上述显示同步信号与上述第1摄像时钟的相位，根据比较结果控制上述摄像时钟生成部的振荡，
上述内窥镜镜体具有：
固体摄像元件，其将光学信息转换为电信号，并作为图像信号输出；
倍增部，其生成使上述第2摄像时钟倍增后的倍增摄像时钟；以及
驱动信号生成部，其根据上述倍增摄像时钟，生成驱动上述固体摄像元件的信号。
2.一种电子内窥镜装置，其具有图像处理器和内窥镜镜体，其中，上述图像处理器具有：
显示时钟生成部，其生成显示时钟；
显示同步信号生成部，其根据上述显示时钟生成显示同步信号；
摄像时钟生成部，其生成作为驱动固体摄像元件的基础的主摄像时钟；以及
控制部，其比较上述显示同步信号与上述主摄像时钟的相位，根据比较结果控制上述摄像时钟生成部的振荡，
上述内窥镜镜体具有：
固体摄像元件，其将光学信息转换为电信号，并作为图像信号输出；
倍增部，其生成使上述主摄像时钟倍增后的倍增摄像时钟；以及
驱动信号生成部，其根据上述倍增摄像时钟，生成驱动上述固体摄像元件的信号。
3.根据权利要求1或2所述的电子内窥镜装置，其中，
上述内窥镜镜体具有将上述图像信号转换为光信号的电光转换部，
上述图像处理器具有将上述光信号转换为上述图像信号的光电转换部。
4.根据权利要求1或2所述的电子内窥镜装置，其特征在于，
上述内窥镜镜体具有将上述图像信号转换为差动信号的转换部，
上述图像处理器具有将上述差动信号解调为上述图像信号的解调部。
5.根据权利要求1或2所述的电子内窥镜装置，其特征在于，
上述内窥镜镜体具有无线发送上述图像信号的无线发送部，
上述图像处理器具有接收由上述无线发送部无线发送的上述图像信号的无线接收部。
6.根据权利要求1所述的电子内窥镜装置，其特征在于，
上述图像处理器向上述内窥镜镜体输出上述显示同步信号，
上述驱动信号生成部根据上述倍增摄像时钟和上述显示同步信号生成上述驱动信号。
7.根据权利要求6所述的电子内窥镜装置，其特征在于，
上述显示同步信号在与传输上述第2摄像时钟的传输路径相同的传输路径上与上述第2摄像时钟重叠发送。
8.根据权利要求2所述的电子内窥镜装置，其特征在于，
上述图像处理器向上述内窥镜镜体输出上述显示同步信号，
上述驱动信号生成部根据上述倍增摄像时钟和上述显示同步信号生成上述驱动信号。
9.根据权利要求8所述的电子内窥镜装置，其特征在于，
上述显示同步信号在与传输上述主摄像时钟的传输路径相同的传输路径上与上述主摄像时钟重叠发送。
10.根据权利要求1或2所述的电子内窥镜装置，其特征在于，
上述内窥镜镜体具有压缩上述图像信号的压缩部，
上述图像处理器具有对由上述压缩部压缩过的上述图像信号进行解压缩的解压缩部。
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