JP2004321611A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レベル変換機能を有しない汎用のプロセッサを使用でき、しかも新たにアダプタを使用することなく、スコープ側のコネクタ部に搭載可能な小規模のレベル変換回路で実現できる電子内視鏡装置を提供すること。
【解決手段】固体撮像素子としてのＣＣＤ３を有するスコープ１と、該スコープ１に接続され、ＣＣＤ３からの出力信号を処理するプロセッサ２と、を有した電子内視鏡装置において、スコープ１側のＣＣＤ３の前段側に、ＣＣＤ３に入力する駆動信号の振幅レベルを所定のレベルに変換する振幅レベル変換回路４，５，６を配設した構成とする。振幅レベル変換回路を、Π型アッテネータ回路とそれに並列接続したコンデンサで構成すれば、特性インピーダンスを維持しながら振幅を調整でき、かつ高周波減衰を補正できる。小規模のレベル変換回路で実現できるので、スコープコネクタ部２０に搭載でき、場所を取らずかつ省電力化できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子内視鏡装置に係り、特に、内視鏡本体の挿入部の先端に固体撮像素子を設け、該固体撮像素子から得られる撮像信号をプロセッサで処理し、被写体像をモニター装置に表示して観察を行う電子内視鏡装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡は、体腔等の内部を観察，検査するに当って、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用い、この固体撮像素子からの映像信号に基づいてモニタ画面に表示するようにしたものである。
【０００３】
ところで、近年、固体撮像素子を含む半導体素子の分野では、省電力化のため半導体素子を駆動する駆動電圧が低電圧化する傾向にある。例えば、固体撮像素子である電荷結合素子（以下、ＣＣＤ）についても、水平駆動パルスφＨ１，φＨ２及びリセットパルスφＲの振幅が従来の８Ｖｐ−ｐから５Ｖｐ−ｐ、あるいは３Ｖｐ−ｐとなってきている。
【０００４】
図７は従来の電子内視鏡装置の構成を示している。内視鏡本体（以下、スコープ）と制御装置（以下、プロセッサ）の組み合わせ時の構成を示す。
【０００５】
スコープ１０１はスコープ接続用ケーブル１７を介してプロセッサ２と接続されている。プロセッサ２では基準パルス発生回路８からの信号を受けて、Ｈ駆動パルス発生回路９ではＣＣＤ１０３の水平駆動信号のタイミングパルスを生成しＨドライバ１０に伝送し、Ｖ駆動パルス発生回路１１ではＣＣＤ１０３の垂直駆動信号のタイミングパルスを生成しＶドライバ１２に伝送している。Ｈドライバ、及びＶドライバはスコープ接続用ケーブル１７及びＣＣＤケーブル１１８を介してＣＣＤ１０３に駆動信号（φＲ、φＨ１、φＨ２、φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４）を伝送するためのドライバ回路であって、特にＨドライバは伝送する信号の周波数が高いため、伝送系のインピーダンス整合とケーブル通過による高周波成分の減衰の補正も行っている。その結果、ＣＣＤ１０３直近ではオーバーシュート、アンダーシュート、歪み等のない波形が得られる。また、この波形はＣＣＤ１０３の駆動波形の規格（例えば、図８を参照）を満足している。なお、図７において、φＲはリセットパルス、φＨ１及びφＨ２は水平駆動パルス、φＶ１〜φＶ４は垂直駆動パルス、Ｖｄｄはプロセッサから出力されるＣＣＤ用電源電圧、Ｖｏｕｔはスコープ１０１からのＣＣＤ出力信号である。図８において、φＨ（Ｖ）は７．５〜８．５Ｖ、ＨＬ（Ｖ）は０〜０．３Ｖ、φＲ（Ｖ）は７．５〜８．５Ｖ、ＲＬ（Ｖ）は２．５〜３．５Ｖである。
【０００６】
また、ＣＣＤ用電源７からスコープ接続用ケーブル１７及びＣＣＤケーブル１１８を介してＣＣＤ１０３に電源電圧を供給している。ＣＣＤ１０３からは撮像信号Ｖｏｕｔが出力され、ＣＣＤケーブル１１８及びスコープ接続用ケーブル１７を介してプロセッサ２内のプリアンプ１３に伝送され所望の信号レベルに増幅される。プリアンプ１３の出力は相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳ）１４に入力されて基準パルス発生回路８からのパルスタイミングによって撮像信号Ｖｏｕｔのリセット信号部を除きベースバンドの信号に変換され、その変換信号はアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ）１５に入力される。Ａ／Ｄ１５では基準パルス発生回路８からのパルスタイミングによって量子化されたデジタル信号に変換して映像処理回路１６に入力する。映像処理回路１６では基準パルス発生回路８からのパルスタイミングによって標準的な映像信号を生成し、ＴＶモニター（図示せず）へ伝送し検査対象部位の画像を表示する。
【０００７】
前記のようなＣＣＤの駆動パルスの変換を実現するために、従来の電子内視鏡装置では、特開昭６０−２４４１６１号公報に記載されているように、固体撮像素子の駆動信号のレベル調整を行うレベル調整部を内視鏡側に設けた内視鏡が提案されている。
【０００８】
また、特開平５−１９９９９０号公報に記載されているように、プロセッサと電子内視鏡を接続するアダプタに他の固体撮像素子に対応した駆動回路を設けた電子内視鏡が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６０−２４４１６１号公報（第１，２頁、第４図）
【００１０】
【特許文献２】
特開平５−１９９９９０号公報（第１，２頁、第３図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、内視鏡側（スコープ）のレベル調整部から制御装置（プロセッサ）内のドライバ回路の設定を変更する構成となっているため、予め制御装置には対応可能な回路を設けておかなければならず、従来から使用されている制御装置では対応できず、新たな制御装置を容易しなければならない。
【００１２】
また、特許文献２では、別体のアダプタを設け、アダプタ内に第２の駆動回路を搭載しているため、回路規模が大きくなり、かつ煩雑である。
【００１３】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、レベル変換機能を有しない汎用のプロセッサを使用でき、しかも新たにアダプタを使用することなく、スコープ側のコネクタ部に搭載可能な小規模のレベル変換回路で実現できる電子内視鏡装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、固体撮像素子を有する内視鏡本体と、該内視鏡本体に接続され、前記固体撮像素子からの出力信号を処理するプロセッサと、前記内視鏡本体側の固体撮像素子の前段側に配置されて、前記固体撮像素子に入力する駆動信号の振幅レベルを所定のレベルに変換する振幅レベル変換回路とを具備したものである。
【００１５】
上記振幅レベル変換回路は、Π型アッテネータ回路とそれに並列接続したコンデンサとで構成することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態の電子内視鏡装置の構成を示している。
【００１７】
図１において、電子内視鏡装置は、少なくともＣＣＤ３及び振幅レベル変換手段を含む内視鏡本体としてのスコープ１と、該スコープ１にＣＣＤ３を駆動する水平，垂直などの駆動信号を供給してＣＣＤ３を駆動する一方、ＣＣＤ３からの撮像信号を信号処理して映像信号を生成し、ＴＶモニター（図示せず）に出力する制御装置としてのプロセッサ２と、スコープ１とプロセッサ２とを電気的に接続するためのスコープ接続用ケーブル１７と、を有して構成されている。スコープ接続用ケーブル１７は複数本のケーブルを束ねた複合ケーブルとなっており、スコープ１とプロセッサ２とをスコープ接続用ケーブル１７で接続する際には、スコープ１に設けられた複数の接続端子とプロセッサ２に設けられた複数の接続端子との間に前記スコープ接続用ケーブル１７内の複数本のケーブルが接続される。ＣＣＤ３は、スコープ１の体腔内への挿入を行う挿入部の先端に配設されている。プロセッサ２からは駆動信号（φＲ、φＨ１、φＨ２、φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４）及びＣＣＤ用電源電圧Ｖｄｄがスコープ１に対して供給され、スコープ１からプロセッサ２に対してはＣＣＤ出力信号としての撮像信号が供給される。
【００１８】
本実施の形態で使用されるＣＣＤ３は、水平駆動パルスφＨ１，φＨ２及びリセットパルスφＲの振幅が例えば３Ｖｐ−ｐ対応となったものである。スコープ１内のスコープコネクタ部２０には、第１，第２，第３の振幅レベル変換回路４，５，６がそれぞれ駆動信号φＨ１，φＨ２，φＲの各ライン（即ちＣＣＤケーブル）に挿入してあり、振幅レベル変換回路４，５，６にはそれぞれ電源電圧Ｖｄｄの電源ラインから電源電圧Ｖｄｄが供給されるようになっている。
【００１９】
一方、プロセッサ２は、図７の従来例の構成と同様のものであり、プロセッサ２から出力される駆動信号φＨ１，φＨ２，φＲの各ラインには例えば８Ｖｐ−ｐに相当する振幅の駆動信号が出力される。
【００２０】
プロセッサ２では基準パルス発生回路８からの信号を受けて、Ｈ駆動パルス発生回路９ではＣＣＤ３の水平駆動信号のタイミングパルスを生成しＨドライバ１０に伝送し、Ｖ駆動パルス発生回路１１ではＣＣＤ３の垂直駆動信号のタイミングパルスを生成しＶドライバ１２に伝送している。Ｈドライバ１０、及びＶドライバ１２はスコープ接続用ケーブル１７及びＣＣＤケーブル１８を介してＣＣＤ３に駆動信号（φＲ、φＨ１、φＨ２、φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４）を伝送するドライバであって、Ｈドライバ１０は伝送する水平駆動信号の周波数が高いため、伝送系のインピーダンス整合とケーブル通過による高周波成分の減衰の補正も行っている。Ｖドライバ１２からは低い周波数の垂直駆動信号が出力される。ＣＣＤ３からは撮像信号Ｖｏｕｔが出力され、ＣＣＤケーブル１８及びスコープ接続用ケーブル１７を介してプロセッサ２内のプリアンプ１３に伝送され所望の信号レベルに増幅される。プリアンプ１３の出力はＣＤＳ１４に入力されて、基準パルス発生回路８からのパルスタイミングによって撮像信号Ｖｏｕｔのリセット信号部を除きベースバンドの信号に変換され、その変換信号はＡ／Ｄ１５に入力される。Ａ／Ｄ１５では基準パルス発生回路８からのパルスタイミングによって量子化されたデジタル信号に変換されて映像処理回路１６に入力する。映像処理回路１６では基準パルス発生回路８からのパルスタイミングによって標準的な映像信号を生成し、ＴＶモニター（図示せず）へ伝送し検査対象部位の画像を表示する。
【００２１】
上記第１，第２，第３の振幅レベル変換回路４，５，６は、プロセッサ２からの駆動信号φＨ１，φＨ２，φＲのＣＣＤ直近の振幅を８Ｖｐ−ｐから３Ｖｐ−ｐに変換する機能を有したものである。すなわち、第１，第２，第３の振幅レベル変換回路４，５，６は、低電圧駆動のＣＣＤ（ここでは３Ｖｐ−ｐ対応のもの）３を搭載したスコープ１を従来のプロセッサ２で駆動するためにスコープ１内のスコープコネクタ部２０に設けられている。なお、低電圧駆動のＣＣＤ３としては、３Ｖｐ−ｐ対応のもののほかに、５Ｖｐ−ｐ対応のものであっても良く、その際には振幅レベル変換回路４，５，６としてはＣＣＤ直近の振幅を８Ｖｐ−ｐから５Ｖｐ−ｐに変換する機能を有したものにすればよい。
【００２２】
図２は第１の実施の形態における振幅レベル変換回路の詳細な構成を示している。振幅レベル変換回路４，５，６の構成は何れも同様であるので、以後、振幅レベル変換回路４のみで説明する。
【００２３】
振幅レベル変換回路４は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３をΠ型に配して構成され、水平駆動パルスφＨ１のＣＣＤケーブルラインに挿入されたΠ型アッテネータ３０と、このΠ型アッテネータ３０の抵抗Ｒ２に並列に接続した高周波減衰補正用のコンデンサＣ１と、Π型アッテネータ３０とコンデンサＣ１の並列回路を通過した水平駆動信号に直流（以下、ＤＣ）バイアスを与えるためのＤＣバイアス調整回路４０と、を有して構成されている。ＤＣバイアス調整回路４０は、直流電圧Ｖｄｄを抵抗Ｒ４，Ｒ６で分圧した電圧を、抵抗Ｒ５を介して、Π型アッテネータ３０の出力に直列接続したコンデンサＣ２の出力端に供給する構成としてある。
【００２４】
このように構成された振幅レベル変換回路では、図３の２点鎖線にて示すようにプロセッサ２から水平駆動パルスφＨ１が例えば８Ｖｐ−ｐの振幅で出力され、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で構成されるΠ型アッテネータ２０を通過することによって、特定の特性インピーダンスを保ちつつ所望の振幅レベルに変換される。このときΠ型アッテネータ２０の抵抗Ｒ２と並列に高周波減衰補正用のコンデンサＣ１が接続されていることによって、ケーブル通過による減衰分の高周波成分を補正し、ＤＣレベルから高周波帯域まで安定した減衰特性を得ている。すなわち、アッテネータを通過することによって鈍るパルス波形の高周波成分を補正することができる。Π型アッテネータ３０とコンデンサＣ１の並列回路を通過して振幅レベルが８Ｖｐ−ｐから３Ｖｐ−ｐに変換された駆動信号は、ＤＣレベルが変動しているので、直流カット用コンデンサＣ２を通すことによって一旦ＤＣ成分を除く。これによって、後段のＤＣバイアス調整回路４０が無ければ図３の点線にて示すようなグランド（ＧＮＤ）レベルに対して上下に振れるパルス波形が出力されるが、直流カット用コンデンサＣ２，抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６からなるＤＣバイアス調整回路４０でＤＣバイアスが与えられることによって、図３の実線にて示すようにＤＣレベルを１．５Ｖ持ち上げた（プルアップした）波形となり、ＣＣＤ３直近で所望の振幅レベル（３Ｖｐ−ｐ）が得られる。
【００２５】
第１の実施の形態によれば、レベル変換機能を有しない汎用のプロセッサを使用でき、しかも新たにアダプタを使用することなく、スコープ側のコネクタ部に搭載可能な小規模のレベル変換回路で実現できる。すなわち、既存のプロセッサで、駆動信号の振幅が異なるＣＣＤを駆動することができる。振幅レベル変換回路を、Π型アッテネータとそれに並列に接続したコンデンサとで構成したので、Π型アッテネータでは伝送路のインピーダンスマッチングを保ち歪のない波形が得られ、並列に接続したコンデンサでは、ケーブル伝送における高周波成分の減衰を補正して鈍りのない波形が得られるようにすることができる。
【００２６】
〔第２の実施の形態〕
図４は本発明の第２の実施の形態の電子内視鏡装置における振幅レベル変換回路の詳細な構成を示している。振幅レベル変換回路４のみについて説明するが、振幅レベル変換回路５，６の構成についても同様である。
【００２７】
図２で示した振幅レベル変換回路４を２種類設けてスイッチにより切替えられるようにしたものである。すなわち、水平駆動パルスφＨ１のラインに、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６，コンデンサＣ１１，Ｃ１２から成る振幅レベル変換回路４Ａを構成し、更に振幅レベル変換回路４Ａに並列的に接続されるように抵抗Ｒ２１〜Ｒ２６，コンデンサＣ２１，Ｃ２２から成る振幅レベル変換回路４Ｂを構成し、振幅レベル変換回路４Ａ，４Ｂの各出力端にスイッチＳ１１，Ｓ２１を配して、一方の振幅レベル変換回路４Ａ又は４Ｂを選択できるようにしている。
【００２８】
これにより、ケーブルの特性インピーダンスや抵抗値のバラツキ度合いに応じて、２種類の振幅レベル変換回路４Ａ，４Ｂの一方を選択して使用するようにすれば、駆動信号の振幅レベルを所望のレベルに維持することができる。
【００２９】
ケーブルの特性インピーダンスや単位長あたりの導体抵抗は同じ仕様で作成しても、ある程度バラツキが発生する。本実施の形態は使用するケーブルのバラツキに応じて振幅レベル変換回路を選択できるようにしている。例えば、「ケーブルの特性インピーダンス＝小，導体抵抗＝大」と「ケーブルの特性インピーダンス＝大，導体抵抗＝小」用の２種類の振幅レベル変換回路を設けている。具体的には、振幅レベル変換回路４Ａを「ケーブルの特性インピーダンス＝小，導体抵抗＝大」用に設定し、この際にはΠ型アッテネータの特性インピーダンスを小さくし、Π型アッテネータの減衰量を少なくし、高周波減衰補正用のコンデンサの値を大きくした振幅レベル変換回路を使用するようにする。また、振幅レベル変換回路４Ｂを「ケーブルの特性インピーダンス＝大，導体抵抗＝小」用に設定し、上記の振幅レベル変換回路４Ａとは逆にΠ型アッテネータの特性インピーダンスを大きくし、Π型アッテネータの減衰量を大きくし、高周波減衰補正用のコンデンサの値を小さくした振幅レベル変換回路を使用するようにする。
【００３０】
なお、本実施の形態では、２種類の振幅レベル変換回路を切替える構成としたが、３種類以上の振幅レベル変換回路を切替える構成としてもよいことは勿論である。
【００３１】
第２の実施の形態によれば、ケーブルの特性インピーダンスや導体抵抗のバラツキを吸収して駆動信号の振幅レベルを一定とすることが可能となる。
【００３２】
〔第３の実施の形態〕
図５は本発明の第３の実施の形態の電子内視鏡装置における振幅レベル変換回路の詳細な構成を示している。振幅レベル変換回路４のみについて説明するが、振幅レベル変換回路５，６の構成についても同様である。
【００３３】
図２で示した振幅レベル変換回路４におけるコンデンサＣ１を２種類設けてスイッチにより切替えられるようにしたものである。すなわち、水平駆動パルスφＨ１のラインに、抵抗Ｒ１０１〜Ｒ１０６，高周波減衰補正用コンデンサＣ１０１，Ｃ１０２から成る振幅レベル変換回路を構成し、更に前記高周波減衰補正用コンデンサＣ１０１に並列的に接続されるように高周波減衰補正用コンデンサＣ１０３を配し、高周波減衰補正用コンデンサＣ１０１，Ｃ１０３の各入力端にスイッチＳ１０１，Ｓ１０２を配して、一方の高周波減衰補正用コンデンサＣ１０１又はＣ１０３を選択できるようにしている。
【００３４】
ケーブルの特性のバラツキに正確に対応するためには図４で述べた第２の実施の形態のように振幅レベル変換回路の全体を複数設けることが望ましいが、この回路はスコープコネクタ部２０内（図１参照）に設置するため、スコープコネクタ部のサイズを現状のままの大きさに維持しようとすると、回路の設置面積は制限される。本実施の形態は限られた回路設置面積内で、必要最小限のケーブルバラツキの補正回路を設けるようにしたものである。
【００３５】
Π型アッテネータ１２０を変更し特性インピーダンス、及び減衰量が変わると、ＣＣＤ先端部でのＤＣバイアスが変動するためコンデンサＣ１０２，抵抗Ｒ１０４，Ｒ１０５，Ｒ１０６で構成しているＤＣバイアス調整回路も新たに設ける必要があるため、高周波減衰補正用コンデンサのみを２種類設けて切替えられるようにした。
【００３６】
なお、本実施の形態では、振幅レベル変換回路において２種類の高周波減衰補正用コンデンサを切替える構成としたが、３種類以上の高周波減衰補正用コンデンサを切替える構成としてもよいことは勿論である。
【００３７】
第３の実施の形態によれば、限られた回路設置面積内で、必要最小限のケーブルバラツキの補正を行える回路を設けることが可能となる。
【００３８】
次に、図６を参照して電子内視鏡装置の全体的な構成の一例を説明する。
図６において、電子内視鏡装置は、内視鏡本体としてのスコープ１と、制御装置としてのプロセッサ２と、スコープ１とプロセッサ２とを電気的に接続するスコープ接続用ケーブル１７とで構成されている。スコープ１は、先端に固体撮像素子３を配設した挿入部１Ａと、該挿入部１Ａを支持しかつ操作可能な操作部１Ｂと、該操作部１Ｂにケーブルを介して接続したスコープコネクタ部２０と、を備えて構成されている。そして、スコープコネクタ部２０には、図１で述べた振幅レベル変換回路４，５，６が収容されている。本発明における振幅レベル変換手段は、スコープコネクタ部の限られた回路設置面積内に搭載可能な小規模回路で実現できる。
【００３９】
尚、本発明はスコープに搭載したＣＣＤの駆動電圧の違いに応じて振幅レベルを変換する場合に限らず、スコープに使用するケーブルの特性や長さに起因する駆動波形のバラツキの補正にも利用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、レベル変換機能を有しない汎用のプロセッサを使用でき、しかも新たにアダプタを使用することなく、スコープ側のコネクタ部に搭載可能な小規模のレベル変換回路で実現できる電子内視鏡装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電子内視鏡装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態における振幅レベル変換回路の回路図。
【図３】図２の動作を説明する波形図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の電子内視鏡装置における振幅レベル変換回路の回路図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の電子内視鏡装置における振幅レベル変換回路の回路図。
【図６】電子内視鏡装置の全体的な構成の一例を示す構成図。
【図７】従来の電子内視鏡装置の構成を示すブロック図。
【図８】ＣＣＤの駆動波形の規格を示す図。
【符号の説明】
１…スコープ（内視鏡本体）
２…プロセッサ（制御装置）
４，５，６…振幅レベル変換回路
１７…スコープ接続用ケーブル
３０…Π型アッテネータ
４０…ＤＣレベル調整回路
Ｃ１…高周波減衰補正用コンデンサ

Claims (2)

1. 固体撮像素子を有する内視鏡本体と、
   該内視鏡本体に接続され、前記固体撮像素子からの出力信号を処理するプロセッサと、
   前記内視鏡本体側の固体撮像素子の前段側に配置されて、前記固体撮像素子に入力する駆動信号の振幅レベルを所定のレベルに変換する振幅レベル変換回路と、 を具備したことを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 上記振幅レベル変換回路は、Π型アッテネータ回路とそれに並列接続したコンデンサとで構成したことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。

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