JP2004048360A

JP2004048360A - ヘッド分離型テレビカメラ装置

Info

Publication number: JP2004048360A
Application number: JP2002202733A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ozawa; 小沢　治; Hiroaki Takahashi; 高橋　宏明
Original assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Current assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】ＦＡ等の用途における過酷な条件下で使用した場合であっても、監視場所を選ばずに容易に設置することができ、かつ、外部からのノイズの影響等を受けることなく、良好な映像信号を得ることのできるヘッド分離型テレビカメラ装置を提供する。
【解決手段】
ヘッド分離型テレビカメラ装置であって、カメラヘッドとカメラ制御ユニットは、ＬＶＤＳを介した２つのディジタルインターフェースを含むカメラケーブルで接続されている。第１のディジタルインターフェースでは、ディジタル撮像信号を、スタートビット、撮像信号に係るデータ、ストップビットの順で構成されるシリアルデータで伝送し、第２のディジタルインターフェースでは、基本クロック信号を伝送している。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッド分離型テレビカメラ装置に係り、詳しくはＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　以下、同じ。）等の用途における過酷な条件下で使用した場合であっても、監視場所への設置が容易で、かつ、良好な映像信号が得られるヘッド分離型テレビカメラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＦＡ用や監視用のテレビカメラ装置は、撮像素子（例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ　以下、同じ。））から得られた撮像信号を出力するためのカメラヘッド部と、前記撮像信号を基にして各種の信号処理を施し、モニタ表示用の映像信号を出力するためのカメラ制御ユニット（以下、ＣＣＵとする）とが、一体化されたものが一般的に使用されている。この種のテレビカメラ装置は、場所を選ばずにどこでも設置することができるように、軽量、かつ、コンパクトにまとめられているものが多く登場している。また、遠隔操作にも対応するための制御用インターフェースを有する他、特殊なランダムシャッター等の機能等も備えている。
【０００３】
また、上記とは逆に、ヘッド分離型のテレビカメラ装置もある。例えば、医療現場で使用される手術顕微鏡用のテレビカメラ装置等は、カメラヘッドとＣＣＵが分離されたものが一般的に使用されている。これはカメラヘッドを手術顕微鏡の接眼部近傍に設置しなければならない等、設置する際に空間上の制約があるからである。かかる設置条件を満たすため、ヘッド分離型のテレビカメラ装置は、そのカメラヘッド側では、ＣＣＤ等の撮像素子や撮像信号を取り出すためのＣＤＳ回路等、必要最小限の構成にとどめることで小型化を図っている。一方のＣＣＵ側では、信号処系理や制御系等の殆どをここで構成し、カメラヘッドと専用のカメラケーブルで接続する構成をとっている。
【０００４】
図３は、従来のカメラヘッド分離型テレビカメラ装置の概要ブロック図である。その構成は、カメラヘッド３１とＣＣＵ３４から成り、両者を専用の複合ケーブル３３で接続している。カメラヘッド３１内の構成は、主として撮像素子であるＣＣＤ３２を有する。一方のＣＣＵ３４内の構成は、主としてサンプルホールド部３５と、ゲイン調整部３６と、タイミングパルス発生部３７を備えている。以上のような構成の下、ＣＣＤ３２は、タイミングパルス発生部３７から出力されたＨＤ（ＣＣＤ水平駆動パルス）、やＶＤ（ＣＣＤ垂直駆動パルス）等の各種タイミングパルスを受けて、蓄積していた撮像信号をアナログ信号で出力する。当該撮像信号は、専用の複合ケーブル３３を経由して、サンプルホールド部３５に送られる。サンプルホールド部３５は、タイミングパルス発生部３７から出力される所定のサンプルクロックに従って、撮像信号をサンプリングして一時的に保持する。当該保持された撮像信号は、ゲイン調整部３６へ送られて所定の信号レベルに調整された後、色復調やガンマ補正等の信号処理を行うプロセス系へ送られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＦＡ等で使用されている一体型テレビカメラ装置は、カメラ本体を軽量、かつ、コンパクトにまとめているが、そのコンパクト化には限界がある。したがって、設置場所の空間的条件や固定台の強度等を考慮した上で設置しなければならず、ＦＡ等の用途において設置ができない場合があるという問題があった。
【０００６】
また、例えば、溶接部の監視用として使用される一体型のテレビカメラ装置の場合、その溶接部周辺は極度の高温にさらされるため、カメラの信号処理部も含めて高温下で使用しなければならない。かかる条件下で長時間時間使用すると当該テレビカメラ装置の動作可能な温度範囲を超えてしまい、その結果として正常な映像信号を出力できないという問題があった。
【０００７】
さらに、図３の従来のヘッド分離型テレビカメラ装置では、カメラヘッド内のＣＣＤから得られた撮像信号を、専用のカメラケーブルでＣＣＵ側へ送る場合、当該撮像信号をアナログで伝送しなければならない。例えば、１０ｍ程度の長いカメラケーブルになると、同じカメラケーブルで伝送しているクロック系の成分や周辺のＦＡ機器から発せられる不要輻射波が撮像信号にノイズとして重畳するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は上記課題を解消し、ＦＡ等の用途における過酷な条件下で使用した場合であっても、監視場所を選ばずに容易に設置することができ、かつ、外部からのノイズの影響等を受けることなく、良好な映像信号を得ることのできるヘッド分離型テレビカメラ装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係るヘッド分離型テレビカメラ装置は、カメラヘッドと、カメラ制御ユニットと、前記カメラヘッドと前記カメラ制御ユニット間を接続する複数の信号ラインから成るカメラケーブルと、を有するヘッド分離型テレビカメラ装置であって、■前記カメラヘッドは、被写体より入射した光を撮像する撮像素子と、該撮像素子からの撮像信号の取得及びゲイン調整と該撮像信号のディジタル信号への変換とを行う信号取得手段と、該ディジタル信号の送出を行う第１のディジタルインターフェースに係る送信手段と、前記撮像素子への駆動信号を供給する駆動信号発生手段と、特殊撮影機能を使用する際に前記信号取得手段と前記駆動信号発生手段へタイミンング信号を供給するタイミンング信号発生手段と、基本クロック信号を受け取る第２のディジタルインターフェースに係る受信手段を具備し、■前記カメラ制御ユニットは、前記第１のディジタルインターフェースから受け取った信号のケーブル伝送による劣化分の補償をするケーブル補償手段と、前記第１のディジタルインターフェースに対応する受信手段と、基本クロック信号を発生させるクロック信号発生手段と、該クロック信号を送るための前記第２のディジタルインターフェースに対応する送信手段と、外部同期信号と同期をかけるための外部同期手段と、外部機器からの制御信号を受け取る制御用インターフェースと、特殊撮影機能を制御する制御手段とを少なくとも具備したことを要旨とする。
【００１０】
また、請求項２の発明に係るヘッド分離型テレビカメラ装置は、請求項１において、第１のディジタルインターフェースは、スタートビット、撮像信号に係るデータ、ストップビットの順で構成されるシリアルデータを伝送することを要旨とする。
【００１１】
また、請求項３の発明に係るヘッド分離型テレビカメラ装置は、請求項１または２において、第１及び第２のディジタルインターフェースは、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）を介して伝送することを要旨とする。
【００１２】
また、請求項４の発明に係るヘッド分離型テレビカメラ装置は、請求項１乃至３において、制御手段には、外部からのトリガー信号によってシャッタ開始時間を設定でき、撮影した画像を任意のタイミングで取り込むことのできるランダムシャッター機能を少なくとも備えたことを要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態を示したブロック図である。その構成は、カメラヘッド１１とＣＣＵ１５から成り、両者を単線とツイストペア線から成る複合ケーブル１４で接続した構成になっている。このように、ＦＡ等の用途で使用されるテレビカメラ装置を、カメラヘッド側とＣＣＵ側を分離させることにより、従来ではその設置が困難であった場所にも容易で設置することができるため、その使用範囲を飛躍的に拡大ささせることができる。以下、各部の構成と動作を説明する。
【００１４】
カメラヘッド１１について詳説すると、その構成は、■撮像信号の一時蓄積を行うＣＣＤ１２ａと、■前記蓄積された撮像信号を取得して後にディジタル信号への変換やゲイン調整を行う信号取得部１２ｂと、■前記パラレルのディジタル信号をシリアルに変換するシリアライザ１２ｃと、■前記ＣＣＤ１２ａの駆動させるためのパルス信号を発生する駆動パルス発生部１３ａと、■ランダムシャッター等を使用する際の制御パルスを発生するＴＧ１３ｂと、■後述するＣＣＵから送られてくるクロック信号を受信するＬＶＤＳ受信部１３ｃを含むものである。
【００１５】
ＣＣＵ１５について詳説すると、その構成は、■前記カメラヘッド１１から送られてきた撮像信号が、カメラケーブルの伝送によって劣化した分の補償等を行うケーブル補償部１６ａと、■シリアルの撮像信号を再度パラレルの撮像信号に変換するデシリアライザ１６ｂと、■外部からのカメラ制御信号を受けてカメラヘッド１１側に制御信号を送るＭＰＵ１７ａと、■前記外部からのカメラ制御信号のやり取りを行うためのインターフェースであるＲＳ−２３２Ｃ　Ｉ／Ｆ１７ｂと、■カメラヘッド１１に対してクロック信号を送るＬＶＤＳ送信部１８ａと、■基本クロック等を発生させるＶＣＸＯ１８ｂと、■本装置と外部の同期信号との位相同期をとるＰＬＬ１８ｃを含むものである。
【００１６】
次に本実施形態の動作について、信号系、クロック系、制御系の各観点から説明する。最初に信号系に係る部分について説明する。被写体を撮像することによって電荷蓄積されたＣＣＤ１２ａから、撮像信号が駆動パルスに従って、信号取得部１２ｂへ転送される。信号取得部１２ｂは、主としてＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路と、Ａ／Ｄ変換回路と、ゲイン調整回路を有し、ここからＣＣＵへ伝送するのに必要なデータ、例えば、パラレル１０ｂｉｔの撮像信号が出力される。出力された撮像信号は、ディジタルインターフェースであるシリアライザ１２ｃに送られて、シリアルのディジタル撮像信号に変換される。本実施形態では、入力されたパラレルデータをそのままシリアルデータに変換するものではなく、その前後にスタートビットとストップビットを付加してから変換している。したがって、伝送の際には、例えば、１ｂｉｔのスタートビットと、１０ｂｉｔの撮像信号に係るデータと、１ｂｉｔのストップビットの順で構成されるシリアルデータが送られる。なお、本発明に係る実施形態はこれに限定されるものではなく、必要に応じて撮像信号に係るデータのビット数や、スタートビット及びストップビットのビット数をそれぞれ変更するものであってもよい。
【００１７】
上記シリアルデータに変換された撮像信号は、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　以下、同じ。）ドライバによって小振幅差動信号に変換され、複合ケーブル１４のツイストペア線（図２で、ＳＤＯ＋、ＳＤＯ−）を通って、ＣＣＵ１５の中のケーブル補償部１６ａへ送られる。ＬＶＤＳによる差動信号は、スイング電圧が小さいため、ＥＭＩ（電磁障害，Ｅｉｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｍａｇｎａｔｉｃ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｎｃｅ）対策も効果がある。したがって、本発明のようなＦＡ等の監視用途において使用した場合、外部機器からのノイズの影響等を受け難いことに加えて、本装置から発するノイズも低減することができる。こうしてケーブル補償部１６ａへ送られたシリアルデータは、ケーブル伝送によって劣化した信号が補償され、デシリアライザ１６ｂへ入力されて、パラレルのディジタル撮像信号が再生される。ここで得られたディジタル撮像信号は、後段のプロセス系へ送られて、ガンマ補正等の処理を施した後、主として白黒の映像信号にエンコードされる。なお、必要に応じて色復調等の処理を施した後、ＮＴＳＣ方式等の映像信号にエンコードするものであってもよい。
【００１８】
次にクロック系に係る部分について説明する。ＶＣＸＯ１８ｂから出力された基本クロック信号は、ディジタルインターフェースであるＬＶＤＳ送信部１８ａへ送られる。ここで、ＬＶＤＳドライバによって小振幅差動信号に変換され、複合ケーブル１４のツイストペア線（図２で、ＣＬＫ＋、ＣＬＫ−）を通して、カメラヘッド１１側のＬＶＤＳ受信部１３ｃへ送られる。ＬＶＤＳ受信部１３ｃで受信したクロック信号は、駆動パルス発生部１３ａとＴＧ１３ｂへ、それぞれ入力される。駆動パルス発生部１３ａでは、入力されたクロック信号を基にＣＣＤ１２ａを駆動するのに必要な駆動パルス信号を供給する。ＴＧ１３ｂは、後述する各種ランダムシャッター機能等を使用するための外部制御信号に従って、信号取得部１２ｂと駆動パルス発生部１３ａへ所定のタイミングパルスを供給する。以上、説明したクロック系の信号は、ＰＬＬ１８ｃによって外部同期をかけることができる。具体的には、信号発生系（詳細な図示はしていない）で再生された内部ＨＤを、外部ＨＤ（外部からの水平同期信号）と位相が合ように、ＶＣＸＯ１８ｂへ制御電圧を供給することで、外部同期をかけている。
【００１９】
最後に制御系に係る部分について説明する。通常、制御に係るコマンドは外部の制御機器から遠隔操作で入力するため、ＣＣＵ１５には、これに対応するための制御用のシリアルインターターフェースであるＲＳ−２３２Ｃ　Ｉ／Ｆ１７ｂが設けられている。ここで受信された制御信号はＭＰＵ１７ａへ送られ、制御すべき内容（例えば、ランダムシャッター機能やパーシャルスキャン機能（詳細は後術）のパラメータセット等）が判断される。そして、ＴＧ１３ｂ側からの書き込み可能のステータス信号（図２で、ＷＥ）を確認した後、これに必要な制御データ（図２で、ＤＡＴＡ）が専用のクロック（図２で、ＳＣＬＫ）に従って、ＴＧ１３ｂへ送られる。また、外部ＶＤ（外部からの垂直同期信号、図２で、ＥＸＴＶＤ）の入力端子も設けられており、これによって特殊撮影機能、例えば、パーシャルスキャン機能（詳細は後術）の設定を行うことができる。この他にも、ランダムシャッター機能等を使用する際に必要な制御信号（図２で、ＷＥＮ、ＢＵＳＹ、ＴＲＩＧ）を有するが、各機能は図２で説明する。
【００２０】
上記で述べたランダムシャッター機能とは、外部からのトリガー信号でシャッタ開始時間をコントロールし、任意のタイミングで撮影画像を取り込むことができる機能をいう。この機能を使用することにより、高速で移動する被写体をモニタ上の定位置で補足することができる。本機能は４種類のモード、すなわち、高速シャッターモード、低速シャッターモード、パルス幅入力モード、２パルス入力モードを有する。なお、パルス幅入力モードは入力されたパルスの立ち上がりと立ち下がりによって、２パルス入力モードは、２つのパルスの入力タイミングによって、それぞれシャッタ開始時間と露光時間の両者を任意に設定することができる。
【００２１】
また、パ−シャルスキャン機能とは、映像エリアを部分的に読み出すことができる機能である。この機能には２種類の設定方法があり、第１の設定方法は、外部ＶＤを入力することにより、画像出力エリアを決定するモードである。第２の設定モードは、外部制御により映像エリアの開始部分、終了部分及び出力ラインを決定するモードである。さらに、追加機能として、部分読み出しの出力のタイミング、ＣＣＤの露光タイミングを変更する機能もある。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態における専用カメラケーブルの接続図である。その構成は、両端部にカメラヘッド側コネクタ２１とＣＣＵ側コネクタ２２を有し、これらを単線、クロック用ツイストペア線２４、撮像信号用ツイストペア線２５を全て外被シールド２３で覆った複合ケーブルによって繋いだ構成になっている。以下、ピンアサインに従って各信号の機能を説明する。
【００２３】
■１．ＣＬＫ＋、及び２．ＣＬＫ−は、ＣＣＵからカメラヘッドへ送られてくる差動クロック信号である。■３．ＷＥＮは、ランダムシャッター動作時にカメラヘッドからＣＣＵへ送られる信号であって、露光完了後の映像信号出力することを外部機器に知らせるために出力されるパルス信号である。■４．ＢＵＳＹはランダムシャッター動作時にカメラヘッドからＣＣＵへ送られる信号であって、露光期間を外部機器に知らせるためのパルス信号である。■５．ＨＤは、ＣＣＤを駆動させるための水平同期信号である。■６．ＶＤは、ＣＣＤを駆動させるための垂直同期信号である。■７．ＴＲＩＧは、ＣＣＵからカメラヘッドへ送っているランダムシャッター用のトリガー信号であって、これによってＣＣＤの露光リセットを実行させるものである。■８．ＥＸＴＶＤは、ＣＣＵからカメラヘッドへ送っている外部垂直同期信号である。■９．ＳＣＬＫは、ＣＣＵからカメラヘッドへ送っているシリアル制御データ用のクロックである。■１０．ＤＡＴＡは、ＣＣＵからカメラヘッドへ送っているシリアル制御データである。■１１．ＷＥは、ＣＣＵからカメラヘッドに送っているシリアル制御用のライトイネーブル信号である。■１２．ＲＥは、ＣＣＵからカメラヘッドへ送っているシリアル制御用のリードイネーブル信号である。■１３．−９Ｖ、１４．＋１８、１５．＋７Ｖ、１６．５Ｖは、それぞれＣＣＵからカメラヘッドへ供給される電源である。■１７．ＳＤＯ＋、及び１８．ＳＤＯ−はカメラヘッドからＣＣＵへ送っている差動シリアル撮像信号である。■１９．ＧＮＤと２０．ＧＮＤは、共にカメラヘッドとＣＣＵのＧＮＤをとるためのものである。なお、１９．ＧＮＤは上記２つのツイストペア線のシールド部のＧＮＤをとっている。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればカメラヘッドとＣＣＵを分離することによって、ヘッド側を軽量コンパクトにまとめ、信号処理系や制御系を含む重要な部分を全てＣＣＵ側に納めているので、ＦＡ等の用途における過酷な条件下で使用した場合であっても、監視場所を選ばずに容易に設置することができる。また、カメラヘッドからＣＣＵへの撮像信号の伝送をディジタルインターフェースによって行っているので、本装置周辺にあるＦＡ用の機器から発するノイズの影響等を受けることなく、良好な映像信号を得ることができる。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における専用カメラケーブルの接続図である。
【図３】従来のカメラヘッド分離型テレビカメラ装置の概要ブロック図である。
【符号の説明】
１１　　　カメラヘッド
１２ａ　　ＣＣＤ
１２ｂ　　信号取得部
１２ｃ　　シリアライザ
１３ａ　　駆動パルス発生部
１３ｂ　　ＴＧ
１３ｃ　　ＬＶＤＳ受信部
１４　　　複合ケーブル
１５　　　ＣＣＵ
１６ａ　　ケーブル補償部
１６ｂ　　デシリアライザ
１７ａ　　ＭＰＵ
１７ｂ　　ＲＳ−２３２Ｃ　Ｉ／Ｆ
１８ａ　　ＬＶＤＳ送信部
１８ｂ　　ＶＣＸＯ
１８ｃ　　ＰＬＬ
２１　　　カメラヘッド側コネクタ
２２　　　ＣＣＵ側コネクタ
２３　　　外被シールド
２４　　　クロック用ツイストペア線
２５　　　撮像信号用ツイストペア線
３１　　　カメラヘッド
３２　　　ＣＣＤ
３３　　　複合ケーブル
３４　　　ＣＣＵ
３５　　　サンプルホールド部
３６　　　ゲイン調整部
３７　　　タイミングパルス発生部

Claims

カメラヘッドと、カメラ制御ユニットと、前記カメラヘッドと前記カメラ制御ユニット間を接続する複数の信号ラインから成るカメラケーブルと、を有するヘッド分離型テレビカメラ装置であって、
前記カメラヘッドは、被写体より入射した光を撮像する撮像素子と、該撮像素子からの撮像信号の取得及びゲイン調整と該撮像信号のディジタル信号への変換とを行う信号取得手段と、該ディジタル信号の送出を行う第１のディジタルインターフェースに係る送信手段と、前記撮像素子への駆動信号を供給する駆動信号発生手段と、特殊撮影機能を使用する際に前記信号取得手段と前記駆動信号発生手段へタイミンング信号を供給するタイミンング信号発生手段と、基本クロック信号を受け取る第２のディジタルインターフェースに係る受信手段を具備し、
前記カメラ制御ユニットは、前記第１のディジタルインターフェースから受け取った信号のケーブル伝送による劣化分の補償をするケーブル補償手段と、前記第１のディジタルインターフェースに対応する受信手段と、基本クロック信号を発生させるクロック信号発生手段と、該クロック信号を送るための前記第２のディジタルインターフェースに対応する送信手段と、外部同期信号と同期をかけるための外部同期手段と、外部機器からの制御信号を受け取る制御用インターフェースと、特殊撮影機能を制御する制御手段とを少なくとも具備したこと
を特徴とするヘッド分離型テレビカメラ装置。
前記第１のディジタルインターフェースは、スタートビット、撮像信号に係るデータ、ストップビットの順で構成されるシリアルデータを伝送することを特徴とする請求項１に記載のヘッド分離型テレビカメラ装置。
前記第１及び第２のディジタルインターフェースは、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）を介して伝送することを特徴とする請求項１または２に記載のヘッド分離型テレビカメラ装置。
前記制御手段には、外部からのトリガー信号によってシャッタ開始時間を設定でき、撮影した画像を任意のタイミングで取り込むことのできるランダムシャッター機能を少なくとも備えたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のヘッド分離型テレビカメラ装置。