JP2000278677A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 先端部の発熱を抑制しながら高精細の画像を
得ることができ、またこの高精細画像等をデジタル出力
する際の信号処理の簡素化等を図る。 【解決手段】 例えば、標準モードの約１５ＭＨｚの水
平クロック信号と高フレームモードの約６０ＭＨｚのク
ロック信号を形成する周波数コンバータ７を備え、例え
ば８０万画素のＣＣＤ３から、上記高フレームモードと
標準モードのクロック周波数を用いて画像データを読み
出す。これにより、高フレームモードの高速のクロック
信号の使用が必要時に限定され、先端部の発熱が抑制さ
れる。また、プロセッサ装置では、上記のそれぞれのモ
ードで形成されたデジタル画像信号を、デジタル出力部
を介してパソコン等の外部機器へ出力することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子内視鏡装置、特
に高画素数の固体撮像素子を用いて撮像した画像データ
の読出し処理の内容に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子内視鏡装置は、電子スコープの先端
に配置した固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled
Device）により、対物光学系を介して得られた被観察
体内像を撮影し、このＣＣＤの画像データを読出してモ
ニタ等に被観察体内像を表示するものである。当該電子
内視鏡装置では、従来から画像の高画質化が進められて
おり、現在では例えば約４０万画素のＣＣＤが用いられ
る。この内視鏡画像の高画質化は、ＣＣＤ製作技術の進
展に依存するが、今後も高画素数ＣＣＤの出現により更
に進むことが予想される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｃ
ＣＤにおいては高画素化が進む程、画像データを速く読
み出す必要があり、この読出し速度の高速化により電子
スコープ先端部が熱を持つ等の問題が生じる。例えば、
従来の４０万画素の２倍となる８０万画素のＣＣＤを使
用した場合、４０万画素で約１４．３ＭＨｚの水平クロ
ック周波数が用いられるとすると、８０万画素では２倍
の約２８．６ＭＨｚの水平クロック周波数でＣＣＤから
画像信号（蓄積電荷）を読み出せばよいことになる。

【０００４】しかし、この２８．６ＭＨｚやそれ以上の
クロック周波数を使用すると、ＣＣＤ及びその制御回路
からの発熱量が多くなり、しかも露光時間が短くなるた
め出射光量を高くすることから、先端部の加熱が顕在化
し、この加熱に対する新たな対策も必要となる。

【０００５】また、従来の電子内視鏡装置では、画像信
号をアナログ端子を介して外部モニタ等へ出力してお
り、パソコン等の各種のデジタル画像処理機能を有する
機器やネットワークに接続する場合は、アナログ信号を
デジタル信号に変換することになり、処理が煩雑になる
という不都合がある。即ち、電子内視鏡における画像信
号はデジタル処理することから、このデジタル信号をモ
ニタ等に出力するためにアナログ信号に変換しており、
このアナログ信号を更にデジタル信号へ変換するための
処理が必要となる。しかも、このような処理の付加によ
り、画像信号の劣化、ひいては画質の低下を招くという
問題も生じる。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、先端部の発熱を抑制しながら高精
細の画像を得ることができ、またこの高精細画像等をデ
ジタル処理機能を有する機器やネットワークに出力する
際の信号処理の簡素化、画質低下の防止を図ることがで
きる電子内視鏡装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る電子内視鏡装置は、高画素数の固体撮
像素子と、この固体撮像素子から画像信号を読み出すた
めの複数のクロック周波数を形成する周波数コンバータ
と、この周波数コンバータから出力されるクロック周波
数を切り替え、高フレームモードとその他のモードに対
応した読出し速度で上記固体撮像素子から画像データを
読み出すための制御回路と、を含んでなることを特徴と
する。上記の固体撮像素子で得られる画像信号を処理す
るプロセッサ装置には、デジタル画像信号を外部へ出力
するためのデジタル出力部を備えることができる。

【０００８】上記の構成によれば、例えば固体撮像素子
であるＣＣＤから水平クロック周波数約６０ＭＨｚで画
像データを読み出す高フレームモードと水平クロック周
波数約１５ＭＨｚで画像データを読み出す標準モード
（低フレームモード）が設定され、標準モードが選択さ
れているときは、ＣＣＤからは上記約１５ＭＨｚの周波
数で１秒間に１５フレーム（又はフィールド）の画像が
読み出され、高フレームモードが選択されたときは、上
記約６０ＭＨｚの周波数で、１秒間に６０フレームの画
像が読み出される。

【０００９】そして、これらの画像データについて各種
の処理が行われた後、プロセッサ装置等のフレームメモ
リに一旦書き込まれ、この後に、両モードの画像データ
は周波数約６０ＭＨｚ（６０フレーム／秒）で読み出さ
れることになり、この画像データに基づいて画像表示が
行われる。

【００１０】なお、標準モードのデジタル画像信号と高
フレームモードのデジタル画像信号をインターフェース
回路を介してデジタル出力部からパソコン等に出力し、
パソコン等の外部機器で内視鏡画像を利用することがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１及び図２には、実施形態例に
係る電子内視鏡装置の構成が示されており、図１に示さ
れるように、電子スコープ１にはその先端に対物光学系
２Ａ及びプリズム２Ｂを介してＣＣＤ３が配置され、こ
のＣＣＤ３は、例えば水平方向で１０２４、垂直方向で
７６８に分割される約８０万画素（この画素数は任意で
ある）のものからなり、このＣＣＤ３の受光面側には、
例えばベイヤー配列（原色配列）の色フィルタが設けら
れる。

【００１２】 このＣＣＤ３には、駆動制御回路とし
て、ＣＣＤドライバ４、タイミングジェネレータ（Ｔ
Ｇ）５、例えば約６０ＭＨｚの周波数を発振する発振器
６を有する周波数コンバータ７、タイミング制御回路８
及びＣＰＵ９が設けられる。即ち、上記の周波数コンバ
ータ７は発振器６から出力された約６０ＭＨｚをそのま
ま高フレームモードのクロック周波数として出力すると
共に、標準モード（低フレームモード）のクロック周波
数として上記周波数の１／４の約１５ＭＨｚ（この周波
数は任意である）に変換する。また、タイミングジェネ
レータ５ではタイミング制御回路８の制御により、上記
各周波数に基づいた標準モードと高フレームモードのタ
イミング信号を発生させ、ＣＣＤドライバ４はこのタイ
ミング信号により画像信号を読み出すための各制御パル
ス（読み出しパルス）を形成、出力する。

【００１３】即ち、標準モードでは、約１５ＭＨｚの水
平クロック周波数を用いて上記ＣＣＤ３から１秒間に１
５フレームの画像データを読み出し（約２０ＭＨｚの水
平クロック周波数を用いた場合は２０フレーム／秒の画
像データを読み出す）、一方高フレームモードでは、約
６０ＭＨｚの水平クロック周波数を用いて１秒間に６０
フレームの画像データを読み出す。なお、この標準モー
ドと高フレームモードは、後述するプロセッサ装置から
モード選択信号を入力した上記ＣＰＵ９の制御で切替え
動作される。

【００１４】一方、上記ＣＣＤ３には、相関二重サンプ
リング（ＣＤＳ）１０、デジタル信号へ変換するＡ／Ｄ
変換器１１、そしてデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳ
Ｐ）１２が接続され、このＣＣＤ３から出力された画像
信号はデジタル信号に変換されて上記ＤＳＰ１２で所定
の処理が行われる。即ち、このＤＳＰ１２には、上記
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色毎の信号に分離する色分離回路１２
ａ、各色毎の画像信号で空白となる画素のデータを補間
する補間回路１２ｂ、輪郭補正等を施すディテール回路
１２ｃ、ホワイトバランス、ガンマ補正等の信号処理を
施す信号処理回路１２ｄ及び輝度（Ｙ）信号とカラー
（Ｃ）信号に変換する信号変換回路１２ｅが配置され
る。

【００１５】上記電子スコープ１は、コネクタにより図
２のプロセッサ装置１４に接続されており、このプロセ
ッサ装置１４では、上記ＤＳＰ１２の出力を入力し、画
像の上下左右を所定の向きに反転させるミラー回路１
５、ＣＣＤ３の出力画像信号を輝度（Ｙ）信号、色差
（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）信号に変換する信号変換回路１６、
撮影に関する情報（患者情報等）を画面内に表示するた
めのスーパーインポーズ回路１７、このスーパーインポ
ーズ回路１７に対し情報の文字、記号等を発生させるキ
ャラクタ発生回路１８が設けられ、このスーパーインポ
ーズ回路１７の後段に、フレーム画像データを記憶する
フレームメモリ１９が配置される。

【００１６】このフレームメモリ１９には、メモリコン
トローラ２０が接続され、またプロセッサ装置１４内に
は、装置全体を統括制御するＣＰＵ２２が設けられる。
即ち、上記のフレームメモリ１９では、メモリコントロ
ーラ２０の制御に基づき、標準モードが選択されている
とき、スーパーインポーズ回路１７から出力された画像
データを１５フレーム／秒（sec）の速度で書き込み、
一方高フレームモードが選択されているとき、上記画像
データを６０フレーム／ｓｅｃの高速度で書き込む。そ
の後、当該フレームメモリ１９内から画像データを読み
出す際には、両モード共、約６０ＭＨｚのクロック周波
数で１秒間に６０フレーム（６０フレーム／ｓｅｃ）の
画像データを読み出すように制御する。

【００１７】また、上記フレームメモリ１９の後段に、
上記の輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）か
らＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各信号を形成するＲ
ＧＢマトリクス回路２５、アイソレーションデバイス２
６、Ｄ／Ａ変換器２７が設けられる。このＤ／Ａ変換器
２７から出力されるＲＧＢ信号はアナログ信号として専
用のモニタ等に出力される。更に、上記フレームメモリ
１９の後段には、Ｄ／Ａ変換器３０、カラーコーダー３
１、アイソレーションデバイス３２も配置されており、
Ｙ（輝度）／Ｃ（カラー）信号、ＮＴＳＣ信号を出力す
ることができる。

【００１８】一方、上記スーパーインポーズ回路１７の
出力線から分岐するように、アイソレーションデバイス
３３、当該例では静止画データのみ（動画を出力できる
ようにしてもよい）を記憶するフレームメモリ３４、メ
モリコントローラ３５が接続され、このフレームメモリ
３４に、ＩＳＯ１３９４或いはＲＳ２３２Ｃ等の規格に
対応したインターフェース回路３７、そしてデジタル入
出力端子３８が接続される。

【００１９】即ち、当該例では、上述したＲＧＢ信号等
のアナログ信号を出力するだけでなく、輝度信号、色差
信号のデジタル画像信号をインターフェース回路３７を
介してパソコン等にデジタル出力できるようになってい
る。また、このインターフェース回路３７はＣＰＵ２２
に接続されており、パソコン等の外部機器、ネットワー
クから外部接続情報を取得することができる。更に、当
該プロセッサ装置１４には、パネル操作部４０が設けら
れており、このパネル操作部４０の操作信号、設定情報
がＣＰＵ２２へ出力される。このパネル操作部４０に
は、上記標準モードと高フレームモードを選択する選択
スイッチ（或いは設定メニュー画面上で選択する方式等
でもよい）が設けられる。

【００２０】実施形態例は以上の構成からなり、例えば
上記パネル操作部４０で標準モードが選択されている場
合は、図１の周波数コンバータ７から周波数約１５ＭＨ
ｚの水平クロック信号が出力され、このクロック信号に
基づいてタイミングジェネレータ５及びＣＣＤドライバ
４で形成された制御パルスによりＣＣＤ３から画像信号
が読み出される。即ち、図３に示されるように、約８０
万画素のＣＣＤ３から１５フレーム（又はフィールド）
／ｓｅｃの低読出し速度でフレーム画像が順次読み出さ
れる。

【００２１】この画像信号は、デジタル信号に変換され
た後に、ＤＳＰ１２に供給され、各色信号に分離された
後に、補間処理、輪郭強調、ガンマ補正等の各種の処理
が施される。また、図２のプロセッサ装置１４内ではミ
ラー回路１５、信号変換（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号）回
路１６、スーパーインポーズ回路１７等を通って各種の
信号処理が施された後に、フレームメモリ１９に１５フ
レーム／ｓｅｃの速度で書き込まれる。その後、このフ
レームメモリ１９から、メモリコントローラ２０の制御
に基づき、書込み速度の４倍となる６０フレーム／ｓｅ
ｃの高速度で画像データが順次読み出される。

【００２２】一方、高フレームモードが選択された場合
は、ＣＰＵ９の切替え制御により上記周波数コンバータ
７（図１）から周波数約６０ＭＨｚの高速の水平クロッ
ク信号が出力され、このクロック信号に基づいて形成さ
れた制御パルスによりＣＣＤ３から画像信号が読み出さ
れる。即ち、図３に示されるように、６０フレーム／ｓ
ｅｃの高読出し速度でフレーム画像が順次読み出され
る。そして、この画像信号は、上記標準モードの場合と
同様の処理が施されて上記フレームメモリ１９に格納さ
れ、このフレームメモリ１９からは同一の６０フレーム
／ｓｅｃの高速度で画像データが順次読み出される。

【００２３】このようにして読み出した画像データは、
各種の形式で出力されることになり、上述のように、Ｒ
ＧＢマトリクス回路２５を通った信号は、ＲＧＢアナロ
グ信号としてＤ／Ａ変換器２７を介して専用モニタへ供
給され、カラーコーダー３１を通ったＮＴＳＣ信号（ア
ナログ信号）はＮＴＳＣテレビモニタに出力される。そ
して、通常時では、フレームメモリ１９を介して動画が
モニタ等に出力されるが、電子スコープ１のフリーズス
イッチ（操作部）が押下されたときには、上記フレーム
メモリ１９の新たな書込みを禁止し、その時のフレーム
メモリ１９の画像データを出力することにより、静止画
を表示する。

【００２４】また、他方の上記フレームメモリ３４にも
画像信号が供給されており、上記フリーズスイッチが押
されたときは、ＣＰＵ２２の制御に基づき、このフレー
ムメモリ３４に格納された高フレームモードと標準モー
ドの静止画信号、即ち輝度及び色差信号のデジタル静止
画信号がインターフェース回路３７を介してデジタル入
出力端子３８からパソコン等の外部機器又はネットワー
クに出力される。なお、上記の静止画デジタル信号の中
には、患者につき本人を確認するデータ、他の検査デー
タ等の患者データや、場合によっては音声データ等も含
まれる。

【００２５】このようにして、当該例では高フレームモ
ードの画像データを必要なときに限って形成出力するこ
とができ、常に高いクロック周波数を使用しないので、
ＣＣＤ３及びその制御回路が配置された電子スコープ１
の先端部の発熱を抑制することが可能となる。そして、
高精細の動画、静止画を得ることができる。

【００２６】上記実施形態例では、標準モードのＣＣＤ
３からの読出しのクロック周波数を約１５ＭＨｚとした
が、これは約２０ＭＨｚや約３０ＭＨｚ等でもよく、ま
た切り替えられる設定モードも、標準、やや高速、高速
等、３段階以上としてもよい。この場合、上記フレーム
メモリ１９からの読出しは上記のように一定の速度で行
うことになる。また、デジタル出力部からは静止画のみ
を出力するようにしたが、メモリコントローラ３５の制
御により動画についても同様にデジタル出力することが
できる。

【００２７】上記実施形態例によれば、プロセッサ装置
にデジタル画像信号を外部へ出力するためのデジタル出
力部を備えているので、重複した処理を行うことなく、
画質低下を防止した上で、高精細画像等をデジタル処理
機能を有する機器やネットワークに出力することができ
るという利点がある。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のクロック周波数を形成する周波数コンバータを備
え、高画素数の固体撮像素子から、高フレームモードと
その他のモードに対応した読出し速度で画像データを読
み出せるようにしたので、必要なときに限って高フレー
ムモードの読出しを実行でき、電子スコープ先端部の発
熱を抑制しながら高精細の動画、静止画を得ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例に係る電子内視鏡装置の電
子スコープ側の回路構成を示すブロック図である。

【図２】実施形態例のプロセッサ装置内の回路構成を示
すブロック図である。

【図３】実施形態例においてＣＣＤ及びフレームメモリ
での画像読出し処理を示す説明図である。

【符号の説明】

１ … 電子スコープ、３ … ＣＣＤ、 ４ … Ｃ
ＣＤドライバ、５ … タイミングジェネレータ、 ６
… 発振器、７ … 周波数コンバータ、９，２２
… ＣＰＵ、 １２ … ＤＳＰ、１４ … プロセッ
サ装置、１９，３４ … フレームメモリ、３７ …
インターフェース回路、３８ … デジタル入出力端
子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高画素数の固体撮像素子と、 この固体撮像素子から画像信号を読み出すための複数の
   クロック周波数を形成する周波数コンバータと、 この周波数コンバータから出力されるクロック周波数を
   切り替え、高フレームモードとその他のモードに対応し
   た読出し速度で上記固体撮像素子から画像データを読み
   出すための制御回路と、を含んでなる電子内視鏡装置。