JP2006181021A - 電子内視鏡装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 多様な種類および長さのスコープ部に対して共通の構成で、信号特性のばらつきが少なく、高性能かつ均一な品質の電子内視鏡装置を実現する。
【解決手段】 細長い管状の挿入部105と該挿入部の後端近傍に設けられたスコープ操作部107とを有するスコープ本体部109、および該スコープ本体部と信号ケーブルによって接続された信号処理部103を含む電子内視鏡装置において、前記挿入部105の先端部分113に少なくとも固体撮像素子117と、該固体撮像素子に被写体像を結像する光学系115と、前記固体撮像素子の出力信号を処理するデジタル信号プロセッサ119を配置し、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換して光信号ケーブル111によって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送する。
【選択図】 図1
【解決手段】 細長い管状の挿入部105と該挿入部の後端近傍に設けられたスコープ操作部107とを有するスコープ本体部109、および該スコープ本体部と信号ケーブルによって接続された信号処理部103を含む電子内視鏡装置において、前記挿入部105の先端部分113に少なくとも固体撮像素子117と、該固体撮像素子に被写体像を結像する光学系115と、前記固体撮像素子の出力信号を処理するデジタル信号プロセッサ119を配置し、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換して光信号ケーブル111によって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電子内視鏡装置に関し、特に多様な種類および長さのスコープ部分を有する電子内視鏡装置に適用した場合にも信号特性のばらつき、劣化などを的確に防止することができると共に、スコープ部分と信号処理部とを接続するケーブルの本数を低減して優れた操作性を提供する技術に関する。
電子内視鏡装置は、細長い管状の挿入部を有し、その先端部に対物光学系および固体撮像素子を含んだ撮像手段を配置したものであり、近年医療分野などにおいて広く用いられてきている。電子内視鏡装置は、細長い管状の挿入部を体腔内に挿入して使用されることが多いので、挿入部はできるだけ細くすることが要求されている。そのため、従来は、挿入部の先端に前記対物光学系および固体撮像素子を組み込み、固体撮像素子の信号処理回路や駆動回路は挿入部を備えたスコープ部分の外に配置し、ケーブルを用いて固体撮像素子と信号処理回路や駆動回路とを連結するのが一般的である。
図12は、一般的な電子内視鏡装置の外観を概略的に示す。同図の電子内視鏡装置は、スコープ本体部1207、ビデオプロセッサ部または信号処理部1213、およびこれらのスコープ本体部1207とビデオプロセッサ部1213とを接続するケーブル1209を備えている。
スコープ本体部1207は、細長い管状の挿入部1203と、該挿入部1203の後端に設けられスコープ本体部1207を保持しかつ操作するためのより太い形状の操作部(または把持部)1205を備えている。挿入部1203は体腔内に挿入されるため極力細く構成されることが望まれる。
図12に示される電子内視鏡装置は、いわゆる硬性鏡と称されるもので、手術用などに使用される。このため、挿入部1203は長さが例えば30センチメートル程度の硬性管で構成されている。
また、挿入部1203の先端部のスコープ先端部1201には図示しない対物光学系および固体撮像素子が配置されている。
また、スコープ本体部1207とビデオプロセッサ部1213はケーブル1209で接続される。ケーブル1209は、例えば、コネクタ1211によってビデオプロセッサ部1213と着脱可能に接続することができる。
図13は、電子内視鏡装置の他の構成例を示す。同図の電子内視鏡装置は、いわゆる軟性鏡と称されるもので、胃、大腸などに挿入して検査などを行なうために使用される。図13の電子内視鏡装置は、図12のものと比較して、挿入部1303が柔軟に曲げることのできる軟性管で構成され、かつ長さも例えば1メートルと長くなっている。その他の部分は図12の電子内視鏡装置と同じであり、図12の装置の対応部分の参照数字の上位二桁の数字“12”を“13”に置き換えて示している。
図14は、従来の電子内視鏡装置の回路構成を概略的に示す。同図の構成では、スコープ本体部の挿入部先端、すなわちスコープ先端部、1401に、対物光学系1403、CCDのような固体撮像素子1405、および固体撮像素子1405の近傍に配置され該固体撮像素子1405からの映像信号出力を受けてビデオプロセッサ部1403に伝送するためのバッファアンプ1407を備えている。
ビデオプロセッサ部1403は、信号処理部とも称され、スコープ先端部1401から同軸ケーブルやシールド線を含むケーブルを介して送られてきた映像信号を受けるデジタル信号プロセッサおよびタイミング/同期信号発生器(DSP/TG/SG)1411を備えている。ビデオプロセッサ部1403はまた、DSP/TG/SG1411の出力信号を受けて、フリーズ(静止画)、マルチ画面表示その他の映像表示に多様性を与えるための表示系信号処理部1413を備えている。
このようなビデオプロセッサ部1403は、スコープ本体部とは別個に設けられ、スコープ本体部のスコープ先端部1401に配置された固体撮像素子1405の出力信号を伝送するための信号ケーブル、および各種の固体撮像素子駆動信号をDSP/TG/SG1411からスコープ先端部1401に伝送するための信号ケーブルなどを束ねて構成した接続ケーブル1409によってスコープ本体部と接続されている。
図14に示される電子内視鏡装置においては、スコープ本体部の挿入部(スコープ先端部のみ図示している)を体腔内に挿入して所望の被写体の撮像を行なう。この場合、ビデオプロセッサ部1403のDSP/TG/SG1411に含まれる固体撮像素子駆動回路から各種駆動信号が接続ケーブル1409を介して固体撮像素子1405に供給される。固体撮像素子1405から出力された映像出力信号はバッファアンプ1407および接続ケーブル1409を介してビデオプロセッサ部1403に伝送される。ビデオプロセッサ部1403においては、この映像信号をDSP/TG/SG1411に入力し、固体撮像素子1405から受信した映像信号に相関二重サンプリングその他の必要な画像処理を行なった後、表示系信号処理部1413に入力する。表示系信号処理部1413は、必要に応じてフリーズ(静止画)、マルチ画面表示その他のための処理を行ない映像出力信号として図示しない表示部に供給し、撮像画像の表示などを行なう。
なお、図14に示される電子内視鏡装置では、スコープ先端部1401に撮像光学系1403、固体撮像素子1405およびバッファアンプ1407のみを設け、このようなスコープ本体部とケーブル1409によって接続されたビデオプロセッサ部1403にDSP/TG/SG1411および表示系信号処理部1413を設けている。ただし、他の従来例の電子内視鏡装置として、ビデオプロセッサ部1403の構成要素の一部をビデオプロセッサ部1403と信号ケーブルとを接続するコネクタ部分に回路収納部を設けて配置したものもある。
次に、図15は、他の従来例として立体電子内視鏡装置の概略の構成を示す。同図の立体電子内視鏡装置は、スコープ先端部1501を備えたスコープ本体部とビデオプロセッサ部1503を備え、これらの間は各種信号を伝送する信号ケーブル1515によって接続されている。スコープ先端部1501には、1対の撮像光学系1503,1505、1対の固体撮像素子1507,1509およびこれら固体撮像素子の出力をビデオプロセッサ部1503に伝送するためのバッファアンプ1511,1513が配置されている。
また、ビデオプロセッサ部1503には、スコープ先端部1501に設けられた1対の固体撮像素子1507および1509の出力信号を処理するための1対の信号処理回路が設けられている。すなわち、固体撮像素子1507に対応して、DSP/TG/SG1517および表示系信号処理部1521が設けられている。また、他の固体撮像素子1509に対応して、DSP/TG/SG1519および表示系信号処理部1523が設けられている。
図15の立体電子内視鏡装置においては、各固体撮像素子1507,1509によって撮像された被写体の映像信号がそれぞれビデオプロセッサ部1503において前記図14の回路と同様に信号処理され、立体画像表示用の左右の映像出力信号が得られる。なお、2つのDSP/TG/SG1517,1519は互いに同期して動作するよう構成される。例えば、一方のDSP/TG/SGのクロック信号を他方のDSP/TG/SGに送り外部同期モードで動作させることができる。
特開2004−165713号公報
特許第3423347号公報
特開2004−202040号公報
上述のように、従来の電子内視鏡装置においては、スコープ本体部の挿入部の先端、すなわちスコープ先端部、に固体撮像素子とバッファアンプが配置され、その他の信号処理回路はビデオプロセッサ部側に設けられている。そして、スコープ先端部とビデオプロセッサ部とは細く長いケーブルを多数含む接続ケーブルを介して接続されていた。
このため、ケーブル数が多いことによる接続ケーブルの太さやしなやかさなどへの悪影響だけでなく、細く長いケーブルによる伝送のため、信号劣化や外部へのまたは外部からの妨害電磁波による悪影響も生じ易いという欠点があった。特に、CCD駆動信号の内の水平転送クロック(H1,H2)、リセットゲート信号(RG)は高い周波数成分を有しているため波形劣化が生じ易くまた外部への不要輻射を避けることが困難であった。
近年、電子機器の不要輻射に対する規制が厳しくなってきており、その対策として各信号の高周波成分を抑えたりするが、それによってさらに信号の波形劣化が生じたりする場合があった。さらに、このような構成の場合、多数の信号線でスコープ本体部とビデオプロセッサ部とを接続するため、ピン数の多い高価なコネクタを使用する必要があった。
また、患者に挿入する挿入部を含むスコープ本体部とビデオプロセッサ部との接続は電気信号をケーブルで接続するので、安全のためスコープ本体部とビデオプロセッサ部間はアイソレーション回路を設けて電気的に絶縁する必要があり、この点からも装置構成が複雑化し信頼性の低下およびコストの上昇を招いていた。
さらに、電子内視鏡装置としては、図12および図13に例示したように、例えばスコープ本体部のみに関しても、種々の長さおよび種類のものがある。このため、スコープ先端部の固体撮像素子によって得られた映像信号をビデオプロセッサ部に伝送する際に、内視鏡の種類によって信号特性にばらつきを生じ、信号劣化の程度にもばらつきが生じるという不都合があった。このため、内視鏡の種類に応じて、例えばスコープ本体部の長さに応じて、回路特性を調整するなどによって信号劣化を防止する必要があった。例えば、内視鏡の種類に応じて、スコープ先端部のバッファアンプとして異なる性能のものを使用することにより周波数特性などを調整する必要があった。このため、内視鏡の種類に応じて回路素子を変更し、あるいは特性を調整するなどの必要があり、共通の回路素子を種々の内視鏡にそのまま用いることは不可能であった。
本発明の目的は、このような従来の電子内視鏡装置における問題点に鑑み、スコープ先端部に固体撮像素子、デジタル信号プロセッサ(DSP)、などをも配置すると共に、映像信号をスコープ本体部からビデオプロセッサ部へ光信号として光ケーブルで伝送するという構想に基づき、スコープ本体部の長さや種類、接続ケーブルの長さなどによって信号特性のばらつきが生じることを防止し、共通の回路素子その他の構成要素を種々の内視鏡に適用できるようにし、もって均一な品質の電子内視鏡装置を低コストで提供可能にすることにある。
本発明の他の目的は、スコープ本体部とビデオプロセッサ部を接続するケーブルの本数を少なくし、ケーブル部分の太さを細くしてしなやかさを改善し、かつ電子内視鏡装置の操作性および使い勝手を向上させることにある。
本発明のさらに他の目的は、簡単な装置構成で電子内視鏡装置における各信号の信号劣化を防止しかつ信号対雑音比を改善して、撮像画像の品質を向上させることにある。
本発明のさらに他の目的は、電子内視鏡装置から発生する不要輻射によるノイズを軽減させ、他の装置に与える悪影響を除去することにある。
本発明の一態様では、細長い管状の挿入部と該挿入部の後端近傍に設けられたスコープ操作部とを有するスコープ本体部、および前記スコープ本体部と信号ケーブルによって接続された信号処理部とを含む電子内視鏡装置が提供され、該電子内視鏡装置は、前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に少なくとも固体撮像素子と、該固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像素子の出力信号を処理するデジタル信号プロセッサを配置し、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換して光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送することを特徴とする。
この場合、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置すると好都合である。
あるいは、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段を前記スコープ本体部のスコープ操作部に設けることもできる。
また、前記撮像素子を駆動するための同期信号およびタイミング信号を生成する同期信号・タイミング信号発生器をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置すると好都合である。
さらに、前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記スコープ本体部のスコープ操作部に設けることもできる。
あるいは、前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記信号処理部に設けてもよい。
本発明の別の態様では、細長い管状の挿入部と該挿入部の後端近傍に設けられたスコープ操作部とを有するスコープ本体部、および前記スコープ本体部と信号ケーブルによって接続された信号処理部とを含む立体電子内視鏡装置が提供され、該立体電子内視鏡装置は、前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に少なくとも一対の左目用および右目用固体撮像素子と、該左目用および右目用固体撮像素子にそれぞれ左目用および右目用の被写体像を結像する光学系と、前記一対の固体撮像素子の出力信号を処理する単一のまたは一対のデジタル信号プロセッサを配置し、前記デジタル信号プロセッサからの左目用および右目用映像出力信号を光信号に変換して光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送することを特徴とする。
この場合、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置すると好都合である。
あるいは、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段を前記スコープ本体部のスコープ操作部に配置することもできる。
また、前記撮像素子を駆動するための同期信号およびタイミング信号を生成する同期信号・タイミング信号発生器をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置すると好都合である。
また、前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記スコープ本体部のスコープ操作部に設けることもできる。
あるいは、前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記信号処理部に設けてもよい。
また、前記左目用および右目用映像出力信号は光信号としてそれぞれ1本の光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送することができる。
あるいは、前記左目用および右目用映像出力信号はフレーム順次信号に変換して1本の光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送してもよい。
本発明のさらに別の態様では、細長い管状の挿入部と該挿入部の後端近傍に設けられたスコープ操作部とを有するスコープ本体部、および前記スコープ本体部と信号ケーブルによって接続された信号処理部とを含む立体電子内視鏡装置が提供され、該立体電子内視鏡装置は、前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に、左右共通の固体撮像素子と、該固体撮像素子の複数の領域に左目用および右目用の被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像素子の出力信号を処理するデジタル信号プロセッサとを配置し、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換して光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送するとともに、前記信号処理部において前記光信号を電気信号に変換するとともに、該電気信号から前記固体撮像素子の前記左目用および右目用の被写体像が結像された領域に対応する信号を抽出して左目用映像信号および右目用映像信号を得ることを特徴とする。
この場合、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置すると好都合である。
あるいは、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段を前記スコープ本体部のスコープ操作部に配置してもよい。
また、前記撮像素子を駆動するための同期信号およびタイミング信号を生成する同期信号・タイミング信号発生器をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置すると好都合である。
さらに、前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記スコープ本体部のスコープ操作部に設けることもできる。
あるいは、前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記信号処理部に設けてもよい。
本発明によれば、電子内視鏡装置において、スコープ先端部に撮像素子とDSPなどとを例えば1チップ化して一緒に配置するか、またはスコープ先端部に撮像素子と近接してDSPなどを配置したから、撮像素子とDSPなどの間を接続するケーブルが不要になり、あるいは回路基板を介して短距離で接続することができる。このため、スコープ内を細く長い信号線によって接続し種々の信号を伝送する必要がなくなる。このため、細く長い信号線による波形劣化は発生しなくなる。また。映像出力信号を光信号に変換してビデオプロセッサ部に伝送するため、外部への妨害電波が発生しなくなる。さらに、スコープ本体部とビデオプロセッサ部を接続するケーブルの本数を少なくし、ケーブル部分の太さを細くしてしなやかさを改善することができ、電子内視鏡装置の操作性を向上させることができる。
また、撮像素子から出力された信号の処理はスコープ先端部で行なわれると共に、スコープ本体部からビデオプロセッサ部への信号はデジタル光信号で伝送される。このため、スコープ本体部の長さや種類、接続ケーブルの長さなどによって信号特性のばらつきが生じることがなくなり、共通の回路素子、ケーブルその他の構成要素を種々の内視鏡に使用することができるようになる。このため、種々の電子内視鏡装置を、均一な品質でかつ低コストで提供できるようになる。
また、スコープ本体部からビデオプロセッサ部へ伝送される信号は光信号でかつデジタル信号として伝送されるため、画質劣化が生じることはなく、また回路構成を著しく簡素化でき電気回路系の大幅なコスト低減が可能になる。
さらに、接続線の数が大幅に低減できると共に、映像信号は光伝送であるので電気的接点がなく、あるいは少なくなり、コネクタの信頼性が高められる。また、このため滅菌処理として一般化しつつあるオートクレーブ対応が容易となる。
さらに、撮像素子として例えばCMOSセンサを用いることで回路の消費電力を大幅に削減することができ、撮像素子や他のデバイスの電源供給を照明用光源からの光を利用した太陽電池で駆動する場合も、小型の太陽電池を使用して駆動を行なうことが可能になる。
また、ビデオプロセッサ部における表示系の信号処理として、例えば静止画を得るためのフリーズ機能、マルチ画面表示、各種データの表示などがあるが、スコープ本体部から電気的に絶縁されて映像信号がデジタル光信号で送られてくるため、ビデオプロセッサ部でA/D変換の必要がなくなり、デジタル信号として各種信号処理が可能になる。このため、画質劣化も発生しないだけでなく、回路規模の簡素化、さらなる低コスト化が可能となる。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態につき説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係わる電子内視鏡装置の概略的な回路構成を示す。同図に示された電子内視鏡装置は、挿入部105と操作部(または把持部)107とを備えたスコープ本体部109、および該スコープ本体部109とケーブル111で接続されたビデオプロセッサ部103を備えている。
図1は、本発明の一実施形態に係わる電子内視鏡装置の概略的な回路構成を示す。同図に示された電子内視鏡装置は、挿入部105と操作部(または把持部)107とを備えたスコープ本体部109、および該スコープ本体部109とケーブル111で接続されたビデオプロセッサ部103を備えている。
スコープ本体部109は、細長い管状の挿入部105内のスコープ先端部113に配置された、対物光学系115、CMOSセンサのような固体撮像素子117を含む撮像手段を備えている。また、固体撮像素子117に近接してまたは一体化してデジタル信号プロセッサ/タイミング発生器/同期信号発生器(DSP/TG/SG)119が配置されている。さらに、スコープ先端部113には並列/直列(P/S)変換回路121およびP/S変換回路121の出力電気信号を光信号に変換する電/光変換器123が配置されている。
なお、図1においては、図が煩雑になるのを避けるために、本発明の説明に必要な要素のみを示しており、ライトガイドなどの被写体の照明を行なう要素その他は省略してある。また、固体撮像素子117などへの電源線などについても図示を省略している。但し、固体撮像素子117などへの電源をライトガイド(図示せず)からの光を受ける太陽電池を用いて供給することもできる(特開2004−202040号公報参照)。
スコープ先端部113に配置された電/光変換器123の出力は光ファイバケーブル111および光コネクタ125を介してビデオプロセッサ部103に接続されている。
ビデオプロセッサ部103は、スコープ先端部113から光ケーブル111などを介して送られてきた光信号を電気信号に変換する光/電変換器127と、光/電変換器127の出力信号を並列信号に変換する直列/並列変換回路(S/P)129、および表示系信号処理回路131などを備えている。表示系信号処理回路131は、マイクロプロセッサ、ハードウェア回路、その他によって実現できる。
図1に示される電子内視鏡装置においては、スコープ先端部113のDSP/TG/SG119によって各種同期信号およびタイミング信号が生成され、固体撮像素子117に供給される。
これによって、固体撮像素子117は対物光学系115を介して受光された被写体の画像光を電気信号に変換し対応する映像信号を出力する。この映像信号は、DSP/TG/SG119に供給され、種々の映像処理、例えば相関二重サンプリング、自動利得制御、ホワイトバランス制御、その他必要な信号処理が行なわれた後並列デジタル信号として出力される。
そして、この並列デジタル信号はP/S変換回路121において、直列信号に変換され、電/光変換器123において光信号に変換される。この光信号は、光ケーブル111および光コネクタ125を介してビデオプロセッサ部103に供給される。
ビデオプロセッサ部103においては、スコープ先端部113から光ケーブル111を介して送られてきた光信号が、光/電変換器127において電気信号に変換され、さらにS/P変換回路129によって並列デジタル信号に変換され表示系信号処理回路131に供給される。表示系信号処理回路131は、例えば静止画を得るためのフリーズ機能、マルチ画面表示、各種データの表示などを行なうため、入力された並列デジタル信号に必要な処理を行ない映像出力として図示しない表示装置などに供給し、撮像画像などの表示、記録などができるようにする。
図1の電子内視鏡装置においては、スコープ先端部113のDSP/TG/SG119からの映像出力信号は、例えば輝度信号Y、色差信号CR,CBであり、各々例えば8ビットの並列デジタル信号とされる。
そして、8ビットの並列デジタル信号のままでは接続ケーブルの本数が多くなるため、これをP/S変換回路121で直列デジタル信号に変換する。直列デジタル信号に変換された映像信号は電/光変換器123で光信号に変換され、光ケーブル111によってビデオプロセッサ部103へ伝送される。
ビデオプロセッサ部103においては、この光信号を電気信号に変換し、かつ並列信号に変換した後、表示系信号処理回路131によって、フリーズ(静止画)、マルチ画面表示、OSD(オン・スクリーン・ディスプレイ)などに必要な処理をした後、映像出力として出力される。
このような構成において、スコープ本体部109からビデオプロセッサ部103へは光ケーブル111を用いて映像信号が伝送されるため、患者側と表示側(ニ次側)は電気的に絶縁されており特別なアイソレーション回路は不要となる。
なお、図1の構成では、前述の輝度信号Yおよび色差信号CR,CBを多重化して1本の光ケーブルで伝送するようになっている。しかしながら、本発明はこのような構成に限られず、例えば輝度信号Yおよび色差信号CR,CBを各々1本ずつの計2本の光ケーブルで伝送することも可能である。
また、図1の例では、スコープ先端部113に配置された各構成要素、固体撮像素子117、DSP/TG/SG119、P/S変換回路121および電/光変換器123がそれぞれ4つのブロックで示されている。したがって、これらの各ブロックを各々1つのICチップで構成し、計4チップで構成することもできるが、これらの構成要素の幾つかまたは全部を一緒にして1チップ構成とすることもできる。この例については以下に具体的に説明する。
図2は、図1に示される電子内視鏡装置など、本発明に関わる電子内視鏡装置に使用されるスコープ先端部のチップデバイスの構成例を示す。同図(a)は正面図、(b)は側面図、そして(c)は背面図である。
図2のチップデバイスは、CMOSセンサ23と、DSPおよびP/S変換器24と、電/光変換器26とをそれぞれ1チップで構成した3チップ構成の例を示している。すなわち、CMOSセンサ23を第1の基板21に取り付け、この第1の基板21の反対側にP/S変換器を内蔵したDSPチップ24を取り付ける。
さらに、後方に、第2の基板22を配置し、該第2の基板22上に電/光変換器26を取り付け、第2の基板22と第1の基板との間は例えば配線25で接続する。
電/光変換器のチップ26の発光素子27の発光部に対向して光ケーブル28を配置し、電/光変換器26からの光信号が光ケーブル28を介して伝送されるように構成する。なお、これらのデバイスに必要な電源などは、例えば、第2の基板22に設けた半田付け端子(電源用端子)30または小型のコネクタを介して供給することができる。
なお、スコープ先端部に配置された固体撮像素子(センサ)、DSPおよびP/S変換器24などの周囲は外部への妨害電波の発生を防止するため、全体をシールドすると好都合である(図示せず)。
図3は、別のチップ構成の例を示す。図3の構成では、CMOSセンサと、DSPと、P/S変換器を1つのチップ32で構成して基板31上に取り付けている。また、電/光変換器を別のチップ33で構成し基板31の裏側に取り付けている。したがって、図3の構成では2チップの構成となっている。なお、電/光変換器チップ33の発光素子部分34に対向して、光ケーブルを配置することができる。
図4は、本発明の別の実施形態に係わる電子内視鏡装置の概略的な回路構成を示す。同図に示された電子内視鏡装置は、図1の電子内視鏡装置においてスコープ先端部に配置した電/光変換器をスコープ操作部に配置したものである。したがって、図4において、スコープ先端部413には、対物光学系415、固体撮像素子417、DSP/TG/SG419およびP/S変換回路421が配置され、スコープ操作部407には電/光変換器423が配置されている。その他の部分は図1の装置の構成と同じであり、対応する構成要素は参照数字の3桁目の数字を、図1のものにおける“1”に代えて、“4”として表示している。
図4の電子内視鏡装置においても、スコープ本体部409の操作部423から映像出力信号を光ケーブル411を介してビデオプロセッサ部403に伝送している。また、スコープ先端部413に固体撮像素子417、DSP/TG/SG419およびP/S変換器421を配置している。したがって、図4の電子内視鏡装置においても、図1のものと同様の前述のような優れた効果が得られる。なお、電/光変換器423を操作部407に設けた場合でも、スコープ先端部413から操作部407への信号伝送は比較的短い距離をデジタル信号として伝送されており、しかもケーブルの本数が少ないため、信号劣化や不要輻射などが大きくなるという不都合はない。
図5は、本発明のさらに別の実施形態に係わる電子内視鏡装置としての、立体電子内視鏡装置の構成例を示す。同図に示された立体電子内視鏡装置は、挿入部505および操作部(または把持部)507を備えたスコープ本体部509と、ビデオプロセッサ部503と、スコープ本体部509およびビデオプロセッサ部503を接続する光ケーブル513,515などによって構成される。なお、光ケーブル513,515はビデオプロセッサ部503とそれぞれ光コネクタ539,541によって着脱可能になっており、スコープ本体部509と接続ケーブルを含む部分をスコープ部501と称することができる。
スコープ本体部509の挿入部505の先端部、すなわちスコープ先端部517、には各々前記図1の電子内視鏡装置と同様の構成要素が、左および右チャネル用として、一対分設けられており、左右2系統の構成要素を備えている。
すなわち、左チャネル用として、固体撮像素子523、DSP/TG/SG527、P/S変換回路531および電/光変換器535が設けられ、右チャネル用として固体撮像素子525、DSP/TG/SG529、P/S変換回路533および電/光変換器537が設けられている。左右の電/光変換器535,537の出力光信号はそれぞれ光ケーブル513,515を介して操作部を通り、接続ケーブル部分を介してビデオプロセッサ部503に入力される。
なお、左右のカメラ間の同期を取るため、2つのDSP/TG/SG527,529の間でクロック信号を共通にして同期動作が行なわれるように構成されている。なお、左右のカメラに対し1つの共通のDSP/TG/SGを設ける構成も可能である。
ビデオプロセッサ部503においては、一対の光コネクタ539,541を介して光信号を受ける光/電変換器543,545、およびそれぞれの光/電変換器の出力を並列信号に変換するS/P変換器547,549が設けられている。また、これらS/P変換器547,549の出力を受けて立体映像信号を生成し、かつ表示系信号処理を行なうための3Dコンバータおよび表示系信号処理部551が設けられている。ビデオプロセッサ部503においては、各光/電変換器543,545およびS/P変換回路547,549は、それぞれ図1の装置における光/電変換器127およびS/P変換回路129と同様の動作を行ない、左および右チャネル用の並列映像信号を生成して3Dコンバータおよび表示系信号処理部551に入力する。3Dコンバータおよび表示系信号処理部551は、図1の装置における表示系信号処理部131と同様の処理の他に、入力された左右の映像信号に基づき被写体の立体画像を表示するための立体映像信号を生成し出力する。3Dコンバータの動作に関しては後に説明する。
図6は、本発明のさらに別の実施形態に係わる電子内視鏡装置としての立体電子内視鏡装置の概略的な回路構成を示す。同図の立体電子内視鏡装置は、スコープ先端部613に、左チャネルおよび右チャネルに対応して、一対の撮像光学系615,617、固体撮像素子619,621、そしてDSP/TG/SG623,625を配置している。
そして、スコープ本体部609を構成する挿入部605および操作部607の内、操作部607に3Dコンバータ627および電/光変換器629を配置している。スコープ本体部609とビデオプロセッサ部603は映像信号の伝送用として1本の光ケーブル611で接続されている。
ビデオプロセッサ部603は、光ケーブル611および光コネクタ631を介してスコープ操作部607から送られてきた光信号を電気信号に変換する光/電変換器633と、表示系信号処理部635を備えている。なお、図6の回路において、P/S変換器およびS/P変換器などの図示は省略している。
図6の立体電子内視鏡装置においては、スコープ先端部613において一対の固体撮像素子619,621の出力をそれぞれDSP/TG/SG623,625によって必要な処理を行なって得られた左右一対の映像信号がスコープ操作部607における3Dコンバータ627に入力される。3Dコンバータ627は、これら一対の映像信号を処理して立体映像信号を生成する。該立体(3D)映像信号は、電/光変換器629によって光信号に変換され、1系統の光ケーブル611によってビデオプロセッサ部603に伝送される。ビデオプロセッサ部603においては、この光信号を光/電変換器633によって電気信号に変換した後、表示系信号処理部635において必要な表示系信号処理を行なった後3D映像出力として図示しない表示装置その他に供給する。
なお、3Dコンバータ627をスコープ先端部613に配置することも可能である。また、電/光変換器629もスコープ先端部613に配置してもよい。
図7は、図6および図5の装置において使用可能な3Dコンバータの動作を説明するためのタイミング図である。同図に示されるように、左(L)チャネル用映像信号は、連続したフレームL1,L2,L3,L4,・・・からなる。また、右目用(R)映像信号は、連続したフレームR1,R2,R3,R4,・・・からなる。これらの左右の映像信号は、図5および図6の立体電子内視鏡装置における、左および右チャネル用の固体撮像素子およびDSP/TG/SGによって生成される。なお、インターレース操作が行なわれる場合は、フィールド単位とし、各フィールドが連続した信号となる。
そして、3Dコンバータは、これらの同時に入力される左目用映像信号および右目用映像信号を図示しない内蔵のフレームメモリに記憶し、左目用映像信号および右目用映像信号を交互に読み出すことで、フレーム順次信号に変換し、3D映像信号とする。このような3D映像信号は例えば、本願出願人の出願(特開2004−165713号)に示されるような画像表示装置で表示して立体視を行なうことができる。
なお、図7においては、3D映像信号のフレーム周波数が左目用および右目用の映像信号の周波数の2倍の周波数のように図示されているが、必ずしも2倍の周波数には限られない。例えば、応答速度の遅い液晶パネルを使用した3次元表示装置の場合、2倍のフレーム周波数では左右のクロストークのため的確な立体視はできない。このような場合には、3D映像信号のフレーム周波数は例えば90〜100Hz程度にするのが好ましい。この場合、連続する映像信号のフレーム中で、一部のフレームを削除して周波数の調整を行なうことができ、このような方法によっても実用上問題はない。
図8は、本発明のさらに別の実施形態に係わる電子内視鏡装置としての立体電子内視鏡装置の構成例を示す。同図の立体電子内視鏡装置では、左チャネルおよび右チャネルの映像が個別に撮像処理されて出力される構成となっている。したがって、図5の装置における3Dコンバータおよび表示系信号処理部551は、各チャネル用の個別の表示系信号処理部851,853に置き換えられている。
また、図5の立体電子内視鏡装置では、スコープ先端部に電/光変換器535,537を配置していたのに対し、図8の立体電子内視鏡装置ではスコープ操作部807に電/光変換器835,837を配置している。もちろん、これらをスコープ先端部に配置することも可能である。その他の部分は図5の装置と同じでよく、同じ構成要素は下2桁が同じ参照数字で示されている。
図8の立体電子内視鏡装置においては、スコープ先端部817に配置された一対の撮像素子823,825、DSP/TG/SG827,829およびP/S変換回路831,833によって左右チャネルの直列映像信号が生成される。この一対の直列映像信号は操作部807において、それぞれ電/光変換器835,837により光信号に変換され、2本の光ケーブル813,815によってビデオプロセッサ部803に伝送される。ビデオプロセッサ部803においては、左右各チャネル毎にそれぞれ表示系信号処理部851,853により別個に表示系信号処理が行なわれ、左目用および右目用の映像出力が出力される。
なお、図8の装置では、各DSP/TG/SG827,829からの映像信号出力は、直列デジタル信号として各々1本の光ケーブル813,815でビデオプロセッサ部803に伝送している。すなわち、各光ケーブル813および815は左および右チャネル用の映像信号、従って輝度信号および色差信号を含む信号を伝送している。これに対し、左右の映像信号の輝度信号を1本の光ケーブルで伝送し、左右の映像信号の色差信号を別の1本の光ケーブルで伝送し、計2本の光ケーブルで別の対応で映像信号を伝送することもできる。
図9は、本発明のさらに別の実施形態に係わる電子内視鏡装置としての立体電子内視鏡装置の概略の構成を示す。同図(a)はこの実施形態に係わる立体電子内視鏡装置の概略の構成を示すブロック図であり、同図(b)はこの立体電子内視鏡装置に使用される固体撮像素子、例えばCMOSセンサ、の構成例を示す説明図である。
図9の立体電子内視鏡装置では、スコープ先端部913に、1個の撮像素子919と、DSP/TG/SG921と、P/S変換回路923と、電/光変換器925が配置されている。また、撮像光学系として、左目用および右目用の撮像レンズ915,917、および必要に応じてこれらの撮像レンズ915,917によって結像される画像を撮像素子919の所定領域に結像するための光学系が使用される。この光学系は、例えばプリズム、ハーフミラー、その他を使用して構成することもできる。例えば特許第3423347号公報参照。
また、スコープ先端部913に配置された電/光変換器925からの光信号は光ケーブル911および光コネクタ927を介してビデオプロセッサ部903に伝送される。ビデオプロセッサ部903は、光/電変換器929、S/P変換回路931および3Dコンバータおよび表示系信号処理部933を具備する。
図9の構成においては、撮像光学系915,917によって、左目用および右目用の画像が、共通の撮像素子919の例えば左半分と右半分の領域にそれぞれ結像される。そして、固体撮像素子919からビデオプロセッサ部903のS/P変換回路931までは、例えば図1に示した単一チャネルの通常の電子内視鏡装置のものと同じでよい。
そして、3Dコンバータおよび表示系信号処理部933において、内蔵されるメモリにスコープ先端部から送られてきた映像信号のデータが順次記憶される。そして、このメモリの読み出しエリアを左および右チャネル毎に指定して読み出すことにより、左右の映像信号データを分離する。そして、分離された映像データに基づき、前述の3Dコンバータおよび表示系信号処理部と同様の処理を行なって3D映像出力信号が得られる。
この実施形態によれば、スコープ先端部913に配置した1個の撮像素子およびDSP/TG/SGを含むカメラシステムによって左右の画像のデータを含む信号を共通の光ケーブル911でビデオプロセッサ部903に伝送する。そして、ビデオプロセッサ部903において3Dコンバータおよび表示系信号処理部933によって3D映像出力信号が生成される。したがって、装置構成が極めて簡略化されると共に、固体撮像素子919、DSP/TG/SG921などをスコープ先端部913に配置したため、信号特性の劣化、ばらつきがなく、また外部への不要輻射もなくすることが可能になる。したがって、簡単な構成で、高性能かつ均一な安定した性能の立体電子内視鏡装置が構成できる。特に、スコープ本体部909の種類や形状、長さなどが変動しても、特性にばらつきはなく、また種々の電子内視鏡装置に共通の部品を使用することができる。
図10は、デジタル信号プロセッサに対し、カメラの各種特性、機能その他の設定、例えば自動ゲイン制御、自動電子シャッタ制御、自動ホワイトバランス制御などの設定、を行なうための構成を示す。このような設定は、デジタル信号プロセッサ(DSP)のレジスタなどに各種設定値を記憶させることにより制御できるが、これらの設定値をスコープの外部から制御できるようにする必要がある。
例えば、このようなDSPの制御、すなわち各種パラメータなどの設定、はカメラの製造時点で設定する場合と、電子内視鏡装置の操作者がリモートコントロールによって設定する場合がある。
このようなDSPの制御を行なうためには、LSIの制御に広く採用されているI2Cバス(Inter−IC bus)を使用することができ、図10はこのようなI2Cバスを使用した場合の例を示す。
図10(a)は、スコープ本体部1001の先端に、本発明に従って配置されたDSP/TG/SG1003とビデオプロセッサ部1005に設けられた制御用マイコン1007とをI2Cバスで接続した構成を示す。
このような構成においては、外部からスコープ先端部のDSP、すなわちDSP/TG/SG1003、を制御するので、外部側、この場合はビデオプロセッサ部側をマスタ、DSP側をスレイブとして動作させる。このため、外部(制御用マイコン)からDSPへクロック信号およびデータを供給することによってそのような動作を行なわせることができるが、DSP内の設定状態などを外部で知ることができるようにするため、データは双方向通信とするのが好都合である。これによって、ビデオプロセッサ部1005側において何らかの入力手段、例えばスイッチ、ボタン、などによって制御マイコン1007に設定情報を入力し、スコープ先端部のDSP/TG/SG1003の設定値を制御できる。
なお、図10(b)は、立体電子内視鏡装置の場合における構成を示す。この場合も、ビデオプロセッサ部1005に設けられた制御用マイコン1007aとスコープ本体部1001のスコープ先端に設けられたDSP/TG/SG1003a,1003bを制御する。2つのDSP/TG/SG1003a,1003bは制御用マイコン1007aから共通のデータによって同じ設定値になるよう設定してもよく、あるいは各々別個にデータを送り独立の設定とすることも可能である。
図11(a)は、制御用マイコン1109をスコープ本体部1101の操作部1107に設けた例を示す。したがって、制御用マイコン1109とスコープ先端のDSP/TG/SG1105とはスコープ本体部内でI2Cバスによって図10の場合と同様に接続される。そして、スコープ操作部1107に設けた図示しないリモートコントロール用スイッチ、ボタン、その他によってスコープ先端部のDSP/TG/SG1105におけるDSPの設定値を制御することができる。この場合は、電子内視鏡装置の操作中に各設定値を制御することも容易にできる。また、制御用マイコンはビデオプロセッサ部とスコープ部とを接続するコネクタ部に設けることもできる。
なお、図11(b)は、立体電子内視鏡装置において、制御用マイコン1109aを操作部1107aに設けた例を示す。
なお、図10および図11の例において、I2Cバスによるスコープ側とビデオプロセッサ側との接続は、光信号に変換して行なうことも可能である。ただし、通常の信号線で電気的に接続しても伝送する信号の周波数が低いので、電波妨害等の問題は生じない。ただし、この場合はアイソレーション回路を設ける必要がある。
本発明は、人間、動物などの体腔内に挿入して医療検査などを行なう電子内視鏡装置のような医療機器の分野、機械装置や構造物その他の狭い空間内に挿入して内部状態の観察などを行なう観察用機器の分野、その他に適用可能であり、特に高い操作性、信頼性および安全性を備え高品質の画像の撮像を行なう必要がある場合に好適に適用可能である。
101 スコープ部
103 ビデオプロセッサ部
105 挿入部
107 操作部
109 スコープ本体部
111 光ケーブル
113 スコープ先端部
115 撮像光学系
117 固体撮像素子
119 DSP/TG/SG
121 P/S変換回路
123 電/光変換器
125 光コネクタ
127 光/電変換器
129 S/P変換回路
131 表示系信号処理部
21,22,31 基板
23 センサ部
24 DSPおよびP/S変換器
25 配線
26,33 電/光変換器
27,34 発光素子
28 光ケーブル
29 I2Cバス用端子
30,35 電源用端子
32 センサおよびDSPおよびP/S変換器
551 3Dコンバータおよび表示系信号処理部
627 3Dコンバータ
635 表示系信号処理部
1007,1007a,1109,1109a 制御用マイコン
103 ビデオプロセッサ部
105 挿入部
107 操作部
109 スコープ本体部
111 光ケーブル
113 スコープ先端部
115 撮像光学系
117 固体撮像素子
119 DSP/TG/SG
121 P/S変換回路
123 電/光変換器
125 光コネクタ
127 光/電変換器
129 S/P変換回路
131 表示系信号処理部
21,22,31 基板
23 センサ部
24 DSPおよびP/S変換器
25 配線
26,33 電/光変換器
27,34 発光素子
28 光ケーブル
29 I2Cバス用端子
30,35 電源用端子
32 センサおよびDSPおよびP/S変換器
551 3Dコンバータおよび表示系信号処理部
627 3Dコンバータ
635 表示系信号処理部
1007,1007a,1109,1109a 制御用マイコン
Claims (20)
- 細長い管状の挿入部と該挿入部の後端近傍に設けられたスコープ操作部とを有するスコープ本体部、および前記スコープ本体部と信号ケーブルによって接続された信号処理部とを含む電子内視鏡装置であって、
前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に少なくとも固体撮像素子と、該固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像素子の出力信号を処理するデジタル信号プロセッサを配置し、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換して光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送することを特徴とする電子内視鏡装置。 - 前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置したことを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡装置。
- 前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段を前記スコープ本体部のスコープ操作部に設けたことを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡装置。
- 前記撮像素子を駆動するための同期信号およびタイミング信号を生成する同期信号・タイミング信号発生器をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置したことを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡装置。
- 前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記スコープ本体部のスコープ操作部に設けたことを特徴とする請求項4に記載の電子内視鏡装置。
- 前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記信号処理部に設けたことを特徴とする請求項4に記載の電子内視鏡装置。
- 細長い管状の挿入部と該挿入部の後端近傍に設けられたスコープ操作部とを有するスコープ本体部、および前記スコープ本体部と信号ケーブルによって接続された信号処理部とを含む立体電子内視鏡装置であって、
前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に少なくとも一対の左目用および右目用固体撮像素子と、該左目用および右目用固体撮像素子にそれぞれ左目用および右目用の被写体像を結像する光学系と、前記一対の固体撮像素子の出力信号を処理する単一のまたは一対のデジタル信号プロセッサを配置し、前記デジタル信号プロセッサからの左目用および右目用映像出力信号を光信号に変換して光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送することを特徴とする立体電子内視鏡装置。 - 前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置したことを特徴とする請求項7に記載の立体電子内視鏡装置。
- 前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段を前記スコープ本体部のスコープ操作部に配置したことを特徴とする請求項7に記載の立体電子内視鏡装置。
- 前記撮像素子を駆動するための同期信号およびタイミング信号を生成する同期信号・タイミング信号発生器をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置したことを特徴とする請求項7に記載の立体電子内視鏡装置。
- 前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記スコープ本体部のスコープ操作部に設けたことを特徴とする請求項10に記載の立体電子内視鏡装置。
- 前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記信号処理部に設けたことを特徴とする請求項10に記載の電子内視鏡装置。
- 前記左目用および右目用映像出力信号は光信号としてそれぞれ1本の光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送することを特徴とする請求項7に記載の立体電子内視鏡装置。
- 前記左目用および右目用映像出力信号はフレーム順次信号に変換して1本の光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送することを特徴とする請求項7に記載の立体電子内視鏡装置。
- 細長い管状の挿入部と該挿入部の後端近傍に設けられたスコープ操作部とを有するスコープ本体部、および前記スコープ本体部と信号ケーブルによって接続された信号処理部とを含む立体電子内視鏡装置であって、
前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に、左右共通の固体撮像素子と、該固体撮像素子の複数の領域に左目用および右目用の被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像素子の出力信号を処理するデジタル信号プロセッサとを配置し、前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換して光信号ケーブルによって前記スコープ本体部から前記信号処理部に伝送するとともに、前記信号処理部において前記光信号を電気信号に変換するとともに、該電気信号から前記固体撮像素子の前記左目用および右目用の被写体像が結像された領域に対応する信号を抽出して左目用映像信号および右目用映像信号を得ることを特徴とする立体電子内視鏡装置。 - 前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置したことを特徴とする請求項15に記載の立体電子内視鏡装置。
- 前記デジタル信号プロセッサからの映像出力信号を光信号に変換する手段を前記スコープ本体部のスコープ操作部に配置したことを特徴とする請求項15に記載の立体電子内視鏡装置。
- 前記撮像素子を駆動するための同期信号およびタイミング信号を生成する同期信号・タイミング信号発生器をも前記スコープ本体部の挿入部の先端部分に配置したことを特徴とする請求項15に記載の立体電子内視鏡装置。
- 前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記スコープ本体部のスコープ操作部に設けたことを特徴とする請求項18に記載の立体電子内視鏡装置。
- 前記デジタル信号プロセッサの設定値を制御するための制御用マイコンを前記信号処理部に設けたことを特徴とする請求項18に記載の電子内視鏡装置。
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