JP2006051162A

JP2006051162A - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP2006051162A
Application number: JP2004234552A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Hibi; 春彦日比
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】電磁波ノイズを抑えながら簡素な回路構成で絶縁回路を設ける。
【解決手段】プロセッサの絶縁処理回路において、パラレル／シリアル変換器４６Ａ〜４６Ｄ、パラレル／シリアル変換器４８、光伝送リンク５５、シリアル／パラレル変換器５８、シリアル／パラレル変換器６０Ａ〜６０Ｄとを設ける。８ビットで構成されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号を、パラレル／シリアル変換器４６Ａ〜４６Ｄ、パラレル／シリアル変換器４８により、１ビットのシリアル信号に変換する。光伝送リンク５５において、シリアル信号を光信号に変換して伝送し、再び１ビットのシリアル信号に変換する。そして、シリアル信号を、シリアル／パラレル変換器５８、シリアル／パラレル変換器６０Ａ〜６０Ｄにより、８ビットで構成されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号に変換する。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像素子を有するビデオスコープと、ビデオスコープから送られてくる画像信号を処理するプロセッサとを備えた電子内視鏡装置に関する。特に、ビデオスコープの撮像素子から読み出された画像信号に対する信号処理に関する。

電子内視鏡装置では、医療機器として、電子内視鏡側に設けられた患者側回路とプロセッサ側の商用電源側回路との間で信号の伝送をする場合は電気的な絶縁を設ける必要があり、フォトカプラやパルストランスなどが設けられている。Ｒ、Ｇ、Ｂ画像信号がビデオスコープからプロセッサへ伝送されると、Ｒ、Ｇ、Ｂ画像信号はそれぞれ対応するフォトカプラにおいてパルス状の光である光信号に変換され、再び画像信号として復元される（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−５７３０９号公報

フォトカプラを使用する場合、各信号成分の数だけ用意しなければならず、また、複数のビットによって表されるデジタル画像信号の場合、さらにビット数だけフォトカプラを設置する必要がある。信号線の数およびビット数の増加に合わせてフォトカプラを設けた場合、回路の構成や規模が大きくなり、また、その数の分だけ電磁波ノイズが重畳されながら増加してしまう。また、患者側回路ブロックと商用電源側回路ブロックは装置内の配置が分かれているためケーブルで接続する場合が多く、ケーブルから発生する電磁波ノイズもある。

本発明の電子内視鏡装置は、撮像素子を有するビデオスコープと、前記ビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置であって、撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、パラレルのデジタル画像信号を生成する第１の信号処理手段と、画像信号に基づいてモニタ等へ出力される映像信号を生成する第２の信号処理手段とを備える。第１の信号処理手段は、スコープあるいはプロセッサに設けられる。第２の信号処理手段は、プロセッサに設けられる。パラレルのデジタル画像信号は、カラー観察画像に応じて複数の色成分の画像信号から構成されており、例えば、それぞれパラレル信号であるＲ、Ｇ、Ｂの画像信号によって構成される。

電子内視鏡装置は、前記パラレルのデジタル画像信号をシリアルのデジタル画像信号に変換するシリアル変換手段と、前記シリアルのデジタル画像信号を光信号に変換して伝送し、伝送後に再び前記光信号をシリアルのデジタル画像信号に変換する光伝送手段と、前記光伝送手段により変換されたシリアルのデジタル画像信号に基づいて、映像信号を生成する第２の信号処理手段とを備える。前記光伝送手段が、光信号に変換することにより、前記第１の信号処理回路と前記第２の信号処理回路とを電気的に絶縁させる。光伝送手段は、例えば光伝送リンクを備え、光送信モジュール、光ファイバ、光受信モジュールによって構成される。

画像信号を１ビットで構成されるシリアル信号に変換して伝送することにより、電磁波ノイズが抑えられる。また、簡素な構成によって絶縁手段を設けることができる。

信号処理を迅速に行うため、絶縁手段において画像信号の伝送レートを上げるのがよい。この場合、シリアル変換手段が、前記パラレルのデジタル画像信号のサンプリング周波数に対して整数倍の周波数をもつクロックパルス信号により、前記パラレルの画像信号をシリアル変換する。

シリアル変換処理の仕方は様々であるが、例えばシリアル変換手段は、２段階に分けてシリアル変換する。この場合、シリアル変換手段は、各色要素成分に応じたパラレルのデジタル画像信号を二分し、二分された画像信号をそれぞれシリアル信号に変換する第１のシリアル変換手段と、各色要素成分に応じたシリアル信号を、合成した後にシリアル変換する第２のシリアル変換手段とを備える。

本発明によれば、電磁波ノイズを抑えながら簡素な回路構成で絶縁回路を設けることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。

電子内視鏡装置は、ＣＣＤ１４を有するビデオスコープ１０と、ＣＣＤ１４から読み出される画像信号を処理するプロセッサ２０とを備える。ビデオスコープ１０はプロセッサ２０にコネクタ部１０Ｃを介して着脱自在に接続され、また、被写体像を表示するモニタ３２がプロセッサ２０に接続される。

ランプ点灯スイッチ（図示せず）がＯＮになると、ランプ制御部２１からランプ２２へ電源が供給されてランプ２２が点灯する。ランプ２２から放射された光は、集光レンズ（図示せず）、絞り２４を介してビデオスコープ１０内に設けられたライトガイド１１の入射端１１Ａに入射する。ライトガイド１１は、ランプ２２から放射される光をビデオスコープ１０の先端側へ伝達する光ファイバー束であり、ライトガイド１１を通った光が出射端（図示せず）から出射すると、拡散レンズである配光レンズ（図示せず）を介して観察部位に光が照射する。

観察部位において反射した光は対物レンズ（図示せず）介してＣＣＤ１４に到達し、観察部位の像がＣＣＤ１４の受光面に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として単板同時式が適用されており、ＣＣＤの受光面上にはイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の色要素が市松状に並べられた補色カラーフィルタ（図示せず）が受光面の各画素に対応するよう配置されている。

ＣＣＤ１４では、補色カラーフィルタを通る色に応じた被写体像の画像信号が光電変換により発生し、所定時間間隔ごとに１フィールド分の画像信号が、色差線順次方式に従って順次読み出される。カラーテレビジョン方式として例えばＮＴＳＣ方式が適用されており、１／６０秒間隔ごとに１フィールド分の画像信号がＣＣＤドライバ１９から送られてくる駆動信号に従って順次読み出され、増幅回路１５へ送られる。

増幅回路１５では、ＣＣＤ１４から読み出された画像信号に対して増幅処理、サンプルホールド処理等が施され、処理された画像信号が初期信号処理回路１７へ送られる。初期信号処理回路１７では、送られてきた画像信号に基づいてアナログの赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）成分の画像信号が生成され、Ｒ、Ｇ、Ｂアナログ画像信号はプロセッサ２０の絶縁処理回路２８へ送られる。さらに、輝度（Ｙ）信号がＲ、Ｇ、Ｂの画像信号とともに生成され、絶縁処理回路２８へ送られる。

絶縁処理回路２８では、アナログのＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙの画像信号がデジタル画像信号に変換されるとともに、電気的絶縁を確保するため、パルス状の光である光信号に変換される。光信号はＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号に変換され、映像信号処理回路２９へ送られる。映像信号処理回路２９ではＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号に基づいて映像信号が生成され、映像信号はビデオ信号としてモニタ３２へ出力される。これにより、観察部位がモニタ３２に表示される。

ＣＰＵを含むシステムコントロール回路２２は、プロセッサ２０全体を制御し、ランプ制御部２１、映像信号処理回路２９などの各回路に制御信号を出力する。プロセッサ側のタイミングコントロール回路（図示せず）では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルス信号がプロセッサ２０内の各回路に出力される。具体的には、タイミングコントロール回路では、光伝送とは別に伝送された同期信号に基づいてタイミング調整を行う。また、画像信号の復元において使用されるクロックパルスが同期信号に基づいて生成される。

ビデオスコープ１０には、ビデオスコープ１０全体を制御するスコープ制御部１６が設けられており、初期信号処理回路１７、スコープ側のタイミングコントロール回路１８を制御する。ビデオスコープ１０がプロセッサ２０に接続されると、スコープ制御部１６とシステムコントロール回路２２との間でデータが送受信される。

図２は、絶縁処理回路２８のブロック図である。図３は、シリアル信号を示したタイミングチャートである。図４は、図３に示すクロックパルス信号ＴＸＣＬＫの１周期分のシリアル信号を示したタイミングチャートである。

絶縁処理回路２８に入力したＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換器４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄにおいてそれぞれデジタル画像信号に変換される。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分及び輝度信号Ｙのデジタル画像信号は、８ビットデータとして構成されている。また、デジタル化処理におけるサンプリングクロックパルス信号ＡＤＣＬＫのサンプリング周波数ｆ１は、ここではＣＣＤの読み出しクロックパルスに応じた２８．６ＭＨｚに定められている。（図３参照）。尚、デジタルコンポーネント映像信号の規格されたサンプリング周波数に従い、２７（１３．５×２）ＭＨｚ系を使用してもよい。デジタル化されたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙ画像信号はそれぞれフリップフロップ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄに入力され、同期しながらパラレル／シリアル変換器４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄへそれぞれ送られる。

パラレル／シリアル変換器４６Ａ〜４６Ｄでは、それぞれ８ビットのデジタル画像信号がそれぞれ４ビットずつ（上位４ビットと下位４ビット）に二分され、各４ビットにより構成されるデジタル画像信号は１ビットのシリアル信号に変換される。例えばＲ成分の８ビットで構成されるデジタル画像信号の場合、上位１〜４ビットのデジタル信号と下位５〜８ビットのデジタル信号に分離され、それぞれ１ビットのシリアル信号に変換される。そして、生成された２つのシリアル信号（合計２ビット）がパラレル／シリアル変換器４８へ送信される。シリアル化処理において同期をとるクロックパルス信号ＴＸＣＬＫの周波数ｆ１は、サンプリング周波数ｆ１の４倍（＝１１４．４ＭＨｚ）に定められている（図３参照）。Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号に対しても同様の処理が施される。その結果、合計８ビットのデジタル信号がパラレル／シリアル変換器４８へ送られる。

パラレル／シリアル変換器４８では、８ビットのデジタル信号が１ビットのシリアル信号に変換される。このとき、伝送レートを定めるシリアル変換処理のクロックパルス信号ＭＫＣＬＫの周波数ｆ３は、周波数ｆ２の８倍（＝９１５．２ＭＨｚ）に定められる（図４参照）。１ビットのシリアル信号は光送信モジュール５２、光ファイバ５３、光受信モジュール５４を備えた光伝送リンク５５へ送られる。

光送信モジュール５２では、１ビットのシリアル信号の信号波形に従って発光ダイオード（図示せず）が発光し、電気信号が光信号に変換される。光信号は光ファイバ５３を介して光受信モジュール５４へ転送される。光受信モジュール５４では、フォトダイオード（図示せず）によって光信号が電気信号に変換され、１ビットのシリアル信号がシリアル／パラレル変換器５８へ送信される。このような光伝送リンク５５を境にして、ビデオスコープ１０を含む患者側電源回路とプロセッサ側の商用電源回路との間が電気的に絶縁される。

シリアル／パラレル変換器５８では、パラレル／シリアル変換器４６Ａ〜Ｄにおける処理とは逆の処理が施される。すなわち、１ビットのシリアル信号が合計８ビットのデジタル信号に変換され、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙの色成分ごとに２ビットのシリアル信号がそれぞれシリアル／パラレル変換器６０Ａ〜６０Ｄへ送信される。このとき、パラレル変換処理のクロックパルス信号ＭＤＣＬＫの周波数ｆ４は、周波数ｆ３と同じである。

シリアル／パラレル変換器６０Ａ〜６０Ｄでは、パラレル／シリアル変換器４６Ａ〜４６Ｄにおける処理とは逆の処理が施される。すなわち、それぞれ８ビットで構成されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号が生成され、それぞれフリップフロップ６２Ａ〜６２Ｄへ送信される。そして、それぞれ８ビットのＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号から映像信号が生成される。シリアル／パラレル変換器６０Ａ〜６０Ｄにおけるクロックパルス信号ＲＸＣＬＫの周波数ｆ５は、周波数ｆ２と同じである。

このように本実施形態によれば、プロセッサ２０内に絶縁処理回路２８が設けられており、絶縁処理回路２８には、パラレル／シリアル変換器４６Ａ〜４６Ｄ、パラレル／シリアル変換器４８、光伝送リンク５５、シリアル／パラレル変換器５８、シリアル／パラレル変換器６０Ａ〜６０Ｄとが設けられている。８ビットで構成されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号がパラレル／シリアル変換器４６Ａ〜４６Ｄ、パラレル／シリアル変換器４８により、１ビットのシリアル信号に変換される。光送信モジュール５２では、シリアル信号が光信号に変換され、光信号が光ファイバ５３によって伝送される。光受信モジュール５４では、光信号が１ビットのシリアル信号に変換される。シリアル信号は、シリアル／パラレル変換器５８、シリアル／パラレル変換器６０Ａ〜６０Ｄにより、８ビットで構成されるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号に変換される。

シリアル変換、パラレル変換処理におけるクロックパルス信号の周波数は、任意に設定すればよく、画像信号の１ラインごとの水平同期信号あるいは複数ラインに応じた同期信号によってシリアル、パラレル変換処理を実行してもよい。また、シリアル信号のままで映像信号を生成してもよい。また、アナログのＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙのアナログ画像信号は、ビデオスコープ１０の代わりにプロセッサ２０において生成してもよい。

画像信号としては、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙのデジタル画像信号に限定されず、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号、あるいは輝度、色差信号などカラー画像を構成する複数の色成分に応じた画像信号であればよい。

本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。絶縁処理回路のブロック図である。シリアル信号を示したタイミングチャートである。クロックパルス信号の１周期分のシリアル信号を示したタイミングチャートである。

符号の説明

１０ビデオスコープ
１４ＣＣＤ（撮像素子）
１７初期信号処理回路（第１の信号処理手段）
２０プロセッサ
２８絶縁処理回路
２９映像信号処理回路
４６Ａパラレル／シリアル変換器
４６Ｂパラレル／シリアル変換器
４６Ｃパラレル／シリアル変換器
４６Ｄパラレル／シリアル変換器
４８パラレル／シリアル変換器
５５光伝送リンク（光伝送手段）
５８シリアル／パラレル変換器
６０Ａシリアル／パラレル変換器
６０Ｂシリアル／パラレル変換器
６０Ｃシリアル／パラレル変換器
６０Ｄシリアル／パラレル変換器

Claims

撮像素子を有するビデオスコープと、前記ビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置であって、
撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、パラレルのデジタル画像信号を生成する第１の信号処理手段と、
前記パラレルのデジタル画像信号をシリアルのデジタル画像信号に変換するシリアル変換手段と、
前記シリアルのデジタル画像信号を光信号に変換して伝送し、伝送後に再び前記光信号をシリアルのデジタル画像信号に変換する光伝送手段と、
前記光伝送手段により変換されたシリアルのデジタル画像信号に基づいて、映像信号を生成する第２の信号処理手段とを備え、
前記光伝送手段が、前記第１の信号処理回路と前記第２の信号処理回路とを電気的に絶縁させることを特徴とする電子内視鏡装置。
前記シリアル変換手段が、前記パラレルのデジタル画像信号のサンプリング周波数に対して整数倍の周波数をもつクロックパルス信号に従い、前記パラレルの画像信号をシリアル変換することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
前記パラレルのデジタル画像信号が、カラー観察画像を構成する複数の色成分に応じた画像信号により構成され、
前記シリアル変換手段が、
各色成分に応じたパラレルのデジタル画像信号を二分し、二分された画像信号をそれぞれシリアル信号に変換する第１のシリアル変換手段と、
各色成分に応じたシリアル信号を、合成した後にシリアル変換する第２のシリアル変換手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。