CN107529974B - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

摄像装置(10)具备存储器(172)，存储器(172)与同影像信号取得了同步的时钟同步地存储从摄像元件输出的影像信号，与来自图像处理器(22)的处理器驱动时钟同步地输出所存储的影像信号。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及一种摄像装置。
背景技术
近年，在内窥镜、体外摄像机之类的摄像装置中，摄像元件的高功能化不断发展。随着这种摄像元件的高功能化，以往与从处理器输入的时钟同步地受控制的摄像元件近年来与同处理器独立的时钟同步地受控制。在这种结构中，为了使摄像元件的摄像动作与处理器的显示动作同步，需要进行时钟的更换。作为这种时钟的更换技术，例如，日本特开2013-000452号公报的电子内窥镜装置根据从观测器前端部传输到图像处理器部的传输时钟来生成显示时钟，根据所生成的显示时钟来进行显示。另外，日本特开2013-000452号公报的电子内窥镜装置根据从图像处理器部传输到观测器前端部的传输时钟来生成摄像时钟，根据所生成的摄像时钟来进行摄像。
发明内容
通常，在内窥镜或体外摄像机中作为摄像装置发挥功能的观测器构成为能够相对于处理器进行更换。而且，多数情况下，各个观测器由于摄像元件的性能的不同等而以频率互不相同的时钟进行动作。因此，在处理器中通过生成显示时钟来取得摄像动作与显示动作之间的同步的结构中，处理器需要在每个观测器中具有能够接收要求不同的多种频率的时钟的电路结构。因此，处理器的结构容易复杂化。另外，随着伴随摄像元件的高像素化而动作的高速化，对摄像元件的驱动时钟要求的品质越来越高。在基于来自处理器的时钟来驱动摄像元件的结构中，在摄像元件需要相比于以往而言高品质的时钟的情况下，难以应对。另外，也难以应对观测器的更换。
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，提供一种使处理器的构造简单化并且能够支持多种观测器且能够以高品质的时钟驱动摄像元件的摄像装置。
本发明的一个方式的摄像装置具有输出影像信号的摄像元件，从外部的图像处理器被输入处理器驱动时钟，所述摄像装置具备：时钟生成电路，其生成与从所述摄像元件输出的所述影像信号取得了同步的时钟；以及存储器，其与同所述影像信号取得了同步的时钟同步地存储从所述摄像元件输出的所述影像信号，与所述处理器驱动时钟同步地输出所存储的所述影像信号。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的包含摄像装置的内窥镜系统的概要的结构的图。
图2是示出本发明的一个实施方式所涉及的内窥镜系统的主要的结构的图。
图3是示出变形例1所涉及的内窥镜系统的主要的结构的图。
图4是示出变形例2所涉及的内窥镜系统的主要的结构的图。
图5是示出变形例3所涉及的内窥镜系统的主要的结构的图。
图6是示出变形例4所涉及的内窥镜系统的主要的结构的图。
图7是示出变形例5所涉及的连接器的结构的图。
图8是示出变形例6所涉及的连接器的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的包含摄像装置的内窥镜系统的概要的结构的图。图1所示的内窥镜系统1具有观测器10、控制器20以及监视器30。观测器10向控制器20的图像处理器22传输被检体的体内的影像信号。图像处理器22对从观测器10传输的影像信号进行处理。监视器30基于被控制器20处理后的影像信号来显示影像。
作为本实施方式中的摄像装置发挥功能的观测器10具有插入部11、操作部14、线缆15、连接器16以及连接器17。
插入部11是向被检体的体内插入的部分。在插入部11的前端的内部设置有摄像元件12。摄像元件12是CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor：互补金属氧化物半导体)传感器或CCD(Charge CoupledDevice：电荷藕合器件)传感器，摄像元件12与传感器驱动时钟同步地拍摄被检体的体内来生成与被检体有关的影像信号。另外，插入部11构成为能够从前端射出照明光。
另外，插入部11构成为具有构成为接受由医生等操作者对操作部14的操作旋钮的操作而弯曲的部分以及不依赖于操作部14的操作而通过外力被动地弯曲的部分。
操作部14将插入部11与线缆15连接。在操作部14中，作为操作旋钮，具有用于进行使插入部11沿右左方向弯曲的操作的RL旋钮以及用于进行使插入部11沿上下方向弯曲的操作的UD旋钮。另外，操作部14具有各种开关。
在插入部11、操作部14以及线缆15的内部形成有光导件。该光导件经由设置于线缆15的基端的连接器16而与控制器20的光源装置21相连接。另外，在插入部11、操作部14以及线缆15的内部形成有各种信号线。该信号线经由与连接器16连接的连接器17而与控制器20的图像处理器22相连接。
光源装置21具有白色LED等光源，用于射出照明光。从光源装置21射出的照明光经由光导件传递至插入部11的前端后从插入部11的前端射出。由此，对被检体内进行照明。
图像处理器22对由插入部11的摄像元件12得到的影像信号进行处理。该处理包括色调校正处理等将影像信号转换为能够在监视器30中显示的形式的处理。另外，图像处理器22生成处理器驱动时钟，将所生成的处理器驱动时钟输入到连接器17和监视器30。此外，处理器驱动时钟既可以与传感器驱动时钟同步，也可以不与传感器驱动时钟同步。
此外，在图1中，说明了在控制器20中图像处理器22与光源装置21分别独立地存在的情况，但是也可以以一个壳体构成。
监视器30例如是液晶监视器。监视器30与由图像处理器22生成的处理器驱动时钟同步地显示基于被图像处理器22处理后的影像信号的影像、各种信息。
图2是示出本实施方式所涉及的内窥镜系统1的主要的结构的图。如上述的那样，摄像元件12按照与由图像处理器22生成的处理器驱动时钟独立的传感器驱动时钟来进行摄像动作。在本实施方式中，为了使摄像元件12的摄像动作与监视器30的显示动作同步，在连接器17中进行时钟的更换处理。
此外，在本实施方式中，记载了在连接器17中进行时钟的更换处理等的情况，但是也可以在观测器内的其它位置、例如连接器16或操作部14中配置同样的功能。
第一例是摄像元件12为CMOS传感器121的情况的结构例。CMOS传感器121具有传感器部122、相关双采样(CDS)部123以及A/D部124。
传感器部122具有被配置成二维状的像素。各像素例如由光电二极管构成，输出与入射光相应的模拟的电信号(影像信号)。CDS部123进行将从传感器部122输出的影像信号中的复位噪声成分(暗电流成分)去除的处理。A/D部124将从CDS部123依次输出的影像信号转换为数字信号。在这种CMOS传感器121中，通过传感器驱动时钟来控制各像素的信号蓄积和信号读出。例如，在以卷帘式快门方式控制CMOS传感器的曝光的情况下，根据传感器驱动时钟来控制传感器部122的各行的像素的曝光时间。
连接器17具有传感器驱动时钟生成电路171和存储器172。
传感器驱动时钟生成电路171是生成驱动CMOS传感器121所需要的传感器驱动时钟的电路。例如通过将具有规定频率的基本时钟倍增/分频来生成传感器驱动时钟。
存储器172是暂时保存从CMOS传感器121输出的数字的影像信号的存储器。存储器172是具有两个时钟输入端子的存储器，存储器172构成为将与影像信号取得了同步的时钟作为写入时钟来写入影像信号，将处理器驱动时钟作为读出时钟来读出影像信号。在后面说明“与影像信号取得了同步的时钟”的详细内容。另外，作为存储器172，能够使用能够存储从A/D部124输出的一行的影像信号的行存储器。这是由于通常从CMOS传感器121以一行为单位输出影像信号。当然，作为存储器172，还能够使用SRAM等帧存储器。关于针对存储器的写入和读出的控制，既可以通过分别生成写入地址和读出地址来进行，也可以使用以FIFO(First Input First Output：先入先出队列)的方式进行动作的存储器来进行。
图像处理器22具有处理器驱动时钟生成电路221。处理器驱动时钟生成电路221是生成驱动图像处理器22和监视器30所需要的处理器驱动时钟的电路。图像处理器22根据处理器驱动时钟来确定从观测器10发送来的影像信号的垂直位置和水平位置后进行图像处理。在此，例如通过将具有规定频率的基本时钟倍增/分频来生成处理器驱动时钟。用于生成处理器驱动时钟的基本时钟的频率与用于生成传感器驱动时钟的基本时钟的频率既可以相同，也可以不同。
以下，对本实施方式的内窥镜系统1的动作进行说明。首先，内窥镜系统1的观测器10、光源装置21以及图像处理器22的电源被接通。此时，观测器10的传感器驱动时钟生成电路171将传感器驱动时钟输入到摄像元件12(CMOS传感器121)。CMOS传感器121根据传感器驱动时钟来控制传感器部122的各像素行的曝光。每当各像素行的曝光结束时，就从传感器部122输出影像信号。从传感器部122输出的影像信号的复位噪声在CDS部123中被去除。从CDS部123输出的影像信号在A/D部124中被转换为数字信号后输出。此外，来自CMOS传感器121的影像信号例如被串行传输。在该情况下，能够使影像信号的传输时钟的频率与传感器驱动时钟的频率不同。此时，“与影像信号取得了同步的时钟”变为将传感器驱动时钟倍增/分频后的时钟。在后面说明与影像信号取得了同步的时钟的具体的例子。
存储器172与开始从CMOS传感器121输出影像信号同步地开始写入从CMOS传感器121输出的影像信号。即，存储器172与同影像信号取得了同步的时钟的输入相应地存储从CMOS传感器121以像素行为单位输出的影像信号。这样，与同影像信号取得了同步的时钟同步地进行影像信号向存储器172的写入。与影像信号取得了同步的时钟与传感器驱动时钟同步，因此CMOS传感器121中的摄像动作与影像信号向存储器172的写入动作同步。
另一方面，图像处理器22的处理器驱动时钟生成电路221将处理器驱动时钟输入到存储器172。存储器172与处理器驱动时钟的输入相应地输出所存储的影像信号。这样，影像信号向存储器172的读出与处理器驱动时钟同步地进行。即，与从存储器172输出的影像信号同步的时钟转移为处理器驱动时钟。
图像处理器22根据处理器驱动时钟来确定影像信号中的垂直位置和水平位置，并实施针对影像信号的图像处理。然后，图像处理器22与处理器驱动时钟同步地向监视器30输出进行图像处理后的影像信号。
监视器30基于与处理器驱动时钟同步地从图像处理器22输出的影像信号来显示影像。
如以上所说明的那样，根据本实施方式，使用存储器172来将与影像信号取得了同步的时钟从“与影像信号取得了同步的时钟”更换为处理器驱动时钟。由此，即使在摄像元件12(CMOS传感器121)中使用了频率与图像处理器22的频率不同的时钟，也能够保持摄像动作与显示动作之间的同步。或者，即使需要以相比于从图像处理器22输出的处理器驱动时钟而言高精度的时钟驱动摄像元件12(CMOS传感器121)，也能够满足摄像元件12的要求。并且，在本实施方式中，存储器172不是设置于图像处理器22，而是设置于观测器10这一侧。因此，图像处理器22的结构简单化。另外，从观测器10输出的影像信号与处理器驱动时钟取得了同步，因此图像处理器22可以不具有用于接收频率互不相同的多种影像信号的接收电路。在这一点上，图像处理器22的结构也变得简单化。
以下，对本实施方式的变形例进行说明。
[变形例1]
图3是示出变形例1所涉及的内窥镜系统1的主要的结构的图。在此，在图3中，通过对与图2相同的结构标注与图2相同的附图标记来省略说明。即，变形例1是使用传感器驱动时钟来作为“与影像信号取得了同步的时钟”的例子。此外，在变形例1中，从CMOS传感器121输出的影像信号是根据频率与传感器驱动时钟的频率相同的传输时钟(也可以使用传感器驱动时钟本身)输出的。
在图3中，由传感器驱动时钟生成电路171生成的传感器驱动时钟被输入到CMOS传感器121，并且还被输入到存储器172。存储器172与传感器驱动时钟的输入相应地存储来自CMOS传感器121的影像信号，并且与处理器驱动时钟的输入相应地将所存储的影像信号输出到图像处理器22。
在这种变形例1的结构中，作为生成“与影像信号取得了同步的时钟”的时钟生成电路，使用传感器驱动时钟生成电路171。由此，不使用“与影像信号取得了同步的时钟”用的时钟生成电路就能够得到与上述的实施方式同样的效果。
[变形例2]
图4是示出变形例2所涉及的内窥镜系统1的主要的结构的图。在此，在图4中，通过对与图2相同的结构标注与图2相同的附图标记来省略说明。即，变形例2是使用将传感器驱动时钟倍增后的时钟来作为“与影像信号取得了同步的时钟”的例子。
在图4中，由传感器驱动时钟生成电路171生成的传感器驱动时钟被输入到CMOS传感器121，并且还被输入到倍增电路173。然后，倍增电路173将传感器驱动时钟的频率倍增而使其与影像信号的传输时钟的频率一致。然后，倍增电路173将频率倍增后的传感器驱动时钟输入到存储器172。存储器172与频率倍增后的传感器驱动时钟的输入相应地存储来自CMOS传感器121的影像信号，并与处理器驱动时钟的输入相应地将所存储的影像信号输出到图像处理器22。
在这种变形例2的结构中，作为生成“与影像信号取得了同步的时钟”的时钟生成电路，使用倍增电路173。由此，即使传感器驱动时钟的频率与影像信号的传输时钟的频率不一致，也能够得到与上述的实施方式同样的效果。此外，在变形例2中，作为生成“与影像信号取得了同步的时钟”的时钟生成电路，使用倍增电路173。与此相对，也可以使用分频电路来作为生成“与影像信号取得了同步的时钟”的时钟生成电路。
[变形例3]
图5是示出变形例3所涉及的内窥镜系统1的主要的结构的图。在此，在图5中，通过对与图2相同的结构标注与图2相同的附图标记来省略说明。即，变形例3是使用附加于影像信号的时钟来作为“与影像信号取得了同步的时钟”的例子。
在图5中，从CMOS传感器121输出的影像信号将与该影像信号取得了同步的时钟嵌入后被进行编码。作为该编码的方法，例如能够使用8B/10B方式。以被嵌入了时钟的状态被进行编码后的影像信号被输入到时钟数据恢复(CDR)电路174。CDR电路174将所输入的影像信号分离为影像信号和被提取出的CDR时钟，将分离所得到的影像信号和CDR时钟分别输入到存储器172。存储器172与CDR时钟从CDR电路174的输入相应地存储来自CMOS传感器121的影像信号，并与处理器驱动时钟的输入相应地将所存储的影像信号输出到图像处理器22。
在这种变形例3的结构中，作为生成“与影像信号取得了同步的时钟”的时钟生成电路，使用CDR电路174。在该情况下，即使传感器驱动时钟的频率同与影像信号取得了同步的时钟的频率不一致，也能够得到与上述的实施方式同样的效果。
[变形例4]
图6是示出变形例4所涉及的内窥镜系统1的主要的结构的图。在此，在图6中，通过对与图2相同的结构标注与图2相同的附图标记来省略说明。即，变形例4是在摄像元件12为CCD传感器125的情况下使用的例子。
在图6中，由传感器驱动时钟生成电路171生成的传感器驱动时钟被输入到CCD驱动波形生成电路175、CDS电路176、A/D电路177以及存储器172。
CCD驱动波形生成电路175根据传感器驱动时钟来生成用于驱动CCD传感器125的垂直驱动脉冲和水平驱动脉冲。CCD传感器125的传感器部具有包含光电二极管等的像素、将来自像素的电荷垂直传送的垂直传送部(垂直CCD)以及将垂直的电荷水平传送的水平传送部(水平CCD)。垂直驱动脉冲是用于驱动垂直传送部的脉冲。垂直传送部在每次接收到垂直驱动脉冲时就向水平传送部依次传输电荷。另外，水平驱动脉冲是用于驱动水平传送部的脉冲。水平传送部在每次接收到水平驱动脉冲时就向CDS电路176依次输出影像信号。
CDS电路176是具有与CMOS传感器121中的CDS部123同样的功能的电路，进行将从CCD传感器125的传感器部输出的影像信号中的复位噪声成分(暗电流成分)去除的处理。此外，CDS电路176中的处理与传感器驱动时钟同步地进行。
A/D电路177是具有与CMOS传感器121中的A/D部124同样的功能的电路，将从CDS电路176依次输出的影像信号转换为数字信号。此外，A/D电路177中的处理与传感器驱动时钟同步地进行。
在图6中，存储器172与从传感器驱动时钟生成电路171输入的传感器驱动时钟的输入相应地存储来自A/D电路177的影像信号，并与处理器驱动时钟的输入相应地将所存储的影像信号输出到图像处理器22。
在这种变形例4的结构中，在使用CCD传感器125来作为摄像元件12的情况下，也能够得到与上述的实施方式同样的效果。此外，图6示出在使用了CCD传感器125来作为摄像元件12的情况下应用了上述的变形例1的例子。与此相对，也可以是，在使用CCD传感器125来作为摄像元件12的情况下应用上述的变形例2或变形例3。
[变形例5]
图7是示出变形例5所涉及的连接器17的结构的图。在此，在图7中，只示出了连接器17的相对于图2至图6的变更部分的结构。关于图7中未图示的结构，能够应用图2至图6所示的结构中的任一结构。
变形例5是影像信号从存储器172的读出的变形例。在变形例5中，存储器172是并行输出的存储器。而且，来自存储器172的并行影像信号被输入到设置于连接器17的并行串行转换电路178。并行串行转换电路178将并行影像信号转换为串行影像信号后向图像处理器22串行传输。该串行影像信号与处理器驱动时钟同步。
在这种变形例5的结构中，通过将从并行输出的存储器172输出的影像信号在观测器10中转换为串行信号，能够通过串行传输来进行影像信号从观测器10向图像处理器22的传输。
[变形例6]
图8是示出变形例6所涉及的连接器17的结构的图。在此，在图8中，也只示出连接器17的相对于图2至图6的变更部分的结构。关于图8中未图示的结构，能够应用图2至图6所示的结构中的任一结构。
变形例6也是影像信号从存储器172的读出的变形例。在变形例6中，存储器172是串行输出的存储器。
另外，在变形例6中，来自图像处理器22的处理器驱动时钟生成电路221的处理器驱动时钟被输入到设置于连接器17的影像同步时钟生成电路179。影像同步时钟生成电路179生成用于使存储器172串行输出影像信号的影像同步时钟。通过将处理器驱动时钟倍增/分频来生成影像同步时钟。存储器172接受该影像同步时钟后串行输出影像信号。
在这种变形例6的结构中，根据处理器驱动时钟来生成用于使串行输出的存储器172输出影像信号的时钟。由此，在使用了串行输出的存储器的情况下也能够保持摄像动作与显示动作之间的同步。
[其它的变形例]
在以上的一个实施方式及其变形例中，列举了内窥镜系统为例子。与此相对，本实施方式中的摄像装置(观测器10)未必需要是向被检体的体内插入的装置。例如，本实施方式中的摄像装置也可以是从被检体的体外进行摄像的体外摄像机。即，本实施方式的技术能够应用于与摄像装置中的摄像动作和处理器中的显示动作独立的时钟同步地进行的各种系统。
另外，在本实施方式中，传感器驱动时钟生成电路171和存储器172等设置于连接器17。传感器驱动时钟生成电路171和存储器172等未必需要设置于连接器17，也可以设置于观测器10的其它部分。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但是不言而喻的是，本发明并不限定于上述的实施方式，在本发明的主旨的范围内能够进行各种变形、应用。

Claims (8)

1.一种摄像装置，具有输出影像信号的摄像元件，从外部的图像处理器被输入处理器驱动时钟，所述摄像装置具备：
时钟生成电路，其生成同所述处理器驱动时钟不同的与从所述摄像元件输出的所述影像信号取得了同步的时钟；以及
存储器，其设置于所述摄像装置，与同所述影像信号取得了所述同步的时钟同步地暂时存储从所述摄像元件输出的所述影像信号，从所述图像处理器被输入所述处理器驱动时钟，与该处理器驱动时钟同步地向所述图像处理器输出所存储的所述影像信号。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
与所述影像信号取得了同步的时钟是用于驱动所述摄像元件的传感器驱动时钟。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
还具备倍增电路，该倍增电路使用于驱动所述摄像元件的传感器驱动时钟倍增，
与所述影像信号取得了同步的时钟是使所述传感器驱动时钟在所述倍增电路中倍增后的时钟。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
还具备时钟数据恢复电路，该时钟数据恢复电路将以被嵌入了与所述影像信号取得了同步的时钟的状态被进行编码后的所述影像信号分离为影像信号和时钟数据恢复时钟，
与所述影像信号取得了同步的时钟是所述时钟数据恢复时钟。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述摄像元件是互补金属氧化物半导体传感器。
6.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述摄像元件是电荷藕合器件传感器。
7.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述存储器并行输出所述影像信号，
所述摄像装置还具备并行串行转换电路，该并行串行转换电路将从所述存储器输出的所述影像信号转换为串行信号。
8.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述存储器串行输出所述影像信号，
所述摄像装置还具备影像同步时钟生成电路，该影像同步时钟生成电路根据所述处理器驱动时钟生成用于使所述存储器串行输出所述影像信号的影像同步时钟。
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