JP2006288753A - 電子内視鏡装置、電子内視鏡及び電子内視鏡用プロセッサ - Google Patents

Abstract

【課題】高画素のＣＣＤを使用する等、映像信号のデータ量が増加した場合にも、複雑なデータ処理機構を必要とせず、かつ、伝送時間を短時間化することができる電子内視鏡装置を提供する。
【解決手段】ＣＣＤ３を配設した電子内視鏡１と、電子内視鏡１と着脱可能に接続されたプロセッサ２とを有しており、電子内視鏡１が、ＣＣＤ３で撮像された映像信号をデジタル処理するデジタル処理手段９と、デジタル化した映像信号を圧縮するデータ圧縮手段１１と、圧縮された映像信号をプロセッサに伝送するデータ送信手段１３とを備えており、プロセッサ２が、圧縮された映像信号を受信するデータ受信手段１９と、圧縮された映像信号を伸張するデータ伸張手段２０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は電子内視鏡装置、電子内視鏡及び電子内視鏡用プロセッサに関し、特に電子内視鏡とプロセッサとの間で映像データを効率よく送受信するための機構を有する電子内視鏡装置、電子内視鏡及び電子内視鏡用プロセッサに関する。

近年、医療分野等において、電子内視鏡の挿入部の先端に固体撮像素子としての電荷結合素子（ＣＣＤ）を搭載し、ＣＣＤを用いて撮像した被写体の観察像をプロセッサからモニタに映出する電子内視鏡装置が普及している。一般に、電子内視鏡装置においては、スコープである電子内視鏡を画像処理部である外部のプロセッサに接続する構成となっているが、電子内視鏡に固有の制御や処理をプロセッサで行う煩雑さを解消するために、電子内視鏡側で主な画像処理を行う電子内視鏡装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された提案によれば、被写体からの反射光をＣＣＤにおいて光電変換して撮像信号を生成する。生成された撮像信号は、内視鏡装置内のＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換され、各種画像処理が行われた後にプロセッサへシリアル伝送される。プロセッサでは、受信したデジタル信号をＤ／Ａ変換器でアナログ化し、モニタへ出力する。
特開平５−２２８１１２号公報（図１）

ＣＣＤが高画素化されると電子内視鏡からプロセッサへ出力するデータ量が増加するため、データの伝送時間が長くなってしまう。例えば、ＣＣＤの画素数が６８万画素から１００万画素に高画素化された場合、電子内視鏡からプロセッサへ出力するデータ量は約２倍になる。そこで、特許文献１に記載された提案においては、内視鏡装置からプロセッサへデジタル信号を出力する際の転送レートを上げることと、プロセッサの処理を高速化することで、処理時間の短縮を図っている。

１００万画素のＣＣＤを有する電子内視鏡からプロセッサへのデータの伝送を、６８万画素のＣＣＤを有する電子内視鏡の場合と同じ時間で完了する場合、転送レートを２倍にする必要がある。しかしながら、転送レートを大きくするためには、伝送系の周波数特性の帯域が広い特殊材料を使用しなければならなかったり、高速処理が可能なＩＣを選択しなければならなかったりするため、製品のコストが増加するという問題があった。また、電子内視鏡とプロセッサとの間のタイミング設計やデータ処理機構が複雑になってしまうという問題があった。

そこで、本発明においては、ＣＣＤの画素数が増加したり映像信号の量子化数が増減することによって、映像信号のデータ量が増加した場合においても、複雑なデータ処理機構を必要とせず、かつ、伝送時間を短時間化することができる電子内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の電子内視鏡装置は、固体撮像素子を配設した電子内視鏡と、電子内視鏡と着脱可能に接続されたプロセッサとを有する電子内視鏡装置であって、電子内視鏡が、固体撮像素子で撮像された映像信号をデジタル処理するデジタル処理手段と、デジタル化した映像信号を圧縮するデータ圧縮手段と、圧縮された映像信号をプロセッサに伝送するデータ送信手段とを備えており、プロセッサが、圧縮された映像信号を受信するデータ受信手段と、圧縮された映像信号を伸張するデータ伸張手段とを備えている。

複雑なデータ処理機構を必要とせず、かつ、低コストで伝送時間を短時間化することができる電子内視鏡装置を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
まず、図１に基づき、本発明の第１の実施の形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を説明するブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の電子内視鏡装置は、撮像手段を備えた電子内視鏡１と、電子内視鏡１と着脱自在に接続されたプロセッサ２と、電子内視鏡１に照明光を供給する図示しない光源装置と、プロセッサ２から出力されるビデオ信号を表示する、図示しないモニタとから構成されている。

体腔内に挿入される電子内視鏡１の先端部には、固体撮像素子として、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）３が設けられている。また、電子内視鏡１には、ＣＣＤ３を駆動させるＣＣＤ駆動手段４が設けられている。ＣＣＤ駆動手段４はクロック受信手段５と電気的に接続されており、クロック受信手段５がプロセッサ２から受信する制御信号（クロック）に従ってＣＣＤ３の駆動信号を発生させる。

また、電子内視鏡１には、ＣＣＤ３から出力される映像信号を処理する手段として、ＣＣＤ信号処理手段６と、位相補償手段７と、ＣＤＳ手段８と、Ａ／Ｄ変換手段９と、メモリ１０と、データ圧縮手段１１とが設けられている。ＣＣＤ３から出力された映像信号は、ＣＣＤ信号処理手段６で受信されて、必要な増幅処理やフィルタ処理が施される。ＣＣＤ信号処理手段６から出力された映像信号は、位相補償手段７で受信されて、位相が補償される。尚、位相補償手段７には、プロセッサ２から受信するクロックと同じ周期で発振するＶＣＸＯ１２が設けられており、ＣＣＤ３から出力された映像信号に同期したクロック、すなわち位相補償されたクロックを発振する。ＶＣＸＯ１２から発振されたクロックは、ＣＤＳ手段８と、Ａ／Ｄ変換手段９と、メモリ１０とに出力される。位相補償手段７から出力された映像信号は、ＣＤＳ手段８で受信されて、ＶＣＸＯ１２から出力されたクロックを用いて相関二重サンプリングが行われる。ＣＤＳ手段８から出力された映像信号は、Ａ／Ｄ変換手段９で受信されて、ＶＣＸＯ１２から出力されたクロックを用いてデジタル信号に変換され、シリアル化される。Ａ／Ｄ変換手段９から出力された、デジタル化された映像信号は、ＶＣＸＯ１２から出力された位相補償されたクロックに従って、メモリ１０に書き込まれる。また、メモリ１０はクロック受信手段５からもクロックを受信しており、このクロックに従ってメモリ１０からデータ圧縮手段１１へデジタル化された映像信号が読み出される。メモリ１０から出力されたデジタル化された映像信号は、ＤＳＰやプログラマブル素子によって構成されたデータ圧縮手段１１で受信されて、設定あるいは選択された圧縮率に従い圧縮される。尚、データ圧縮手段１１での映像信号の圧縮率は、ユーザまたはプログラムによって、任意に設定したり、予め設定された複数の圧縮率の中から選択したりすることができる。

また、電子内視鏡１には、プロセッサ２との間で信号を送受信するための手段として、映像データ送信手段１３と、データ通信手段１４とが設けられている。更に、電子内視鏡１には、ＣＰＵ１５と、ＣＰＵ１５で実行されるプログラム等が格納されているデータメモリ１６と、ＣＰＵ１５を駆動させる発振器１７と、電子内視鏡１内の各手段の動作を制御する制御手段１８も設けられている。

データ圧縮手段１１から出力された、圧縮された映像信号は、映像データ通信手段１３で受信され、ドライブされてプロセッサ２へ出力される。データ通信手段１４では、ＣＰＵ１５とプロセッサ２との間のデータの送受信が行われる。ＣＰＵ１５では、データメモリ１６からプログラムや電子内視鏡１に固有の情報を読み出して、プログラムに記載された処理が実行される。制御手段１８は、位相補償手段７、メモリ１０、データ圧縮手段１１、及び、映像データ送信手段１３と電気的に接続されており、これらの各手段を制御する。

一方、電子内視鏡用のプロセッサ２には、電子内視鏡１から受信する映像信号を処理する手段として、映像信号受信手段１９と、データ伸張手段２０と、映像処理手段２１とが設けられている。電子内視鏡１の映像データ送信手段１３から出力された、圧縮された映像信号は、映像信号受信手段１９で受信される。映像信号受信手段１９から出力された、圧縮された映像信号は、データ伸張手段２０で受信されて、伸張される。データ伸張手段２０から出力された、伸張されたデジタルの映像信号は、映像処理手段２１で受信されて、同時化処理、レート変換処理、及びフィルタ処理等の画像処理が施されたでビデオ信号に変換された後、図示しないモニタへ出力される。

また、プロセッサ２には、電子内視鏡１のデータ通信手段１４との間でデータを送受信する、通信データ処理手段２２も設けられている。通信データ処理手段２２で受信された電子内視鏡１のデータは、ＣＰＵ２３に出力されて、必要な処理が施される。ＣＰＵ２３は、電子内視鏡１から受信したデータの処理の他、電子内視鏡１の種類を判別したり、電子内視鏡装置の全体を制御したりもする。更に、プロセッサ２には、クロック発振手段２４も設けられている。クロック発振手段２４において生成されたクロックは、クロック送信手段２５を介して電子内視鏡１のクロック受信手段５に出力される。また、生成されたクロックは、プロセッサ２において電子内視鏡１から受信した映像データを同期処理する必要がある、映像信号受信手段１９とデータ伸張手段２０とにも出力される。

上述のように構成された電子内視鏡装置の作用について説明する。電子内視鏡１がプロセッサ２に接続されて電子内視鏡装置の電源が投入されると、患者体腔内の患部等である被写体に図示しない光源装置から照明光が照射され、被写体から反射光等が発生する。被写体からの光は、電子内視鏡１の図示しない対物光学系によってＣＣＤ３の光電変換面に集光される。ＣＣＤ３では、ＣＣＤ駆動手段４から受信する駆動波形に従い、集光された光が光電変換されて映像信号が生成され、ＣＣＤ信号処理手段６へ出力される。ＣＣＤ信号処理手段６で受信された映像信号は、増幅処理やフィルタ処理が施された後、位相補償手段７へ出力される。位相補償手段７では、映像信号の位相が補償され、ＣＤＳ手段８へ出力される。ＣＤＳ手段８で受信された映像信号は、位相補償手段７のＶＣＸＯ１２から出力されたクロックを用いて相関二重サンプリングが行われ、Ａ／Ｄ変換手段９へ出力される。Ａ／Ｄ変換手段９では、受信された映像信号が、位相補償手段７のＶＣＸＯ１２から出力されたクロックを用いてデジタル化され、メモリ１０へ書き込まれる。メモリ１０への映像信号の書き込みは、位相補償手段７のＶＣＸＯ１２から出力された、位相補償されたクロックに従って行われる。メモリ１０に格納された映像信号は、クロック通信手段５から出力されたクロックに従って、データ圧縮手段１１へ読み出される。

プロセッサ２はリアルタイムで映像を表示させるために、限られた時間内に電子内視鏡１から映像信号を受信して画像処理する必要がある。Ａ／Ｄ変換手段９でデジタル化された映像信号は、ＣＣＤ３の画素数によって１画面分のデータ数が異なり、画素数が多くなるほどデータ数も多くなる。つまり、ＣＣＤ３の画素数が多くなると、電子内視鏡１からプロセッサ２へ伝送するデータ量が増加し、限られた時間内で伝送を完了させるためには、転送レートを大きくするか、または伝送するデータ量を減らす必要がある。本実施の形態においては、データ圧縮手段１１で映像信号を圧縮することで、電子内視鏡１からプロセッサ２へ伝送するデータ量を減少させる。ＣＣＤ３の画素数、駆動周波数、映像信号の転送レートによって、電子内視鏡１毎に固有の圧縮率が決められており、この圧縮率に従ってデータ圧縮手段１１で映像信号が圧縮される。使用される圧縮率は、予めデータ圧縮手段１１に書き込まれているか、もしくは、ＣＰＵ１５がデータメモリ１６に格納されている圧縮率を読み出してデータ圧縮手段１１に設定するか、何れかの方法によって設定される。

ここで、具体的な圧縮率の導出方法について、例をあげて説明する。ビデオ信号における１フィールドである６０Ｈｚ以内、すなわち１６６６６．７μｓ以内に電子内視鏡１からプロセッサ２へ映像信号の伝送を完了させる必要があるとする。画素数が１万画素（＝１００×１００画素）、駆動周波数及び伝送周波数が４０ＭＨｚ、ビット幅が１２ｂｉｔのＣＣＤ３の場合、転送レートは４８０Ｍｂｐｓである。このＣＣＤ３で１画面分（１Ｖ）の映像信号をプロセッサ２へ伝送するのに要する時間は３０００μｓとなるため、１フィールド以内に伝送を完了させることができる。従って、このＣＣＤ３の場合はデータ圧縮手段１１で映像信号を圧縮する必要はない。一方、画素数が１００万画素（＝１０００×１０００画素）、駆動周波数及び伝送周波数が１００ＭＨｚ、ビット幅が１２ｂｉｔのＣＣＤ３の場合、転送レートは１２００Ｍｂｐｓである。このＣＣＤ３で１画面分（１Ｖ）の映像信号をプロセッサ２へ伝送するのに要する時間は１２００００μｓとなるため、１フィールド以内に伝送を完了させることができない。従って、このＣＣＤ３の場合は、１フィールド以内に映像信号の伝送を完了させるためには、データ圧縮手段１１で映像信号を１／１０程度に圧縮する必要がある。尚、伝送周波数を１０倍しても、１フィールド以内に映像信号の伝送を完了させることができる。しかしながら、伝送周波数を高周波数化する場合、ＣＣＤ３の駆動周波数と異なる発振器を追加したり、高速メモリを追加したりする必要があるため、構成が複雑になってしまう。また、非常に高速な周波数であるため、基板設計を含めたＩＣ間のタイミング設計が難しくなってしまう。更には、電子内視鏡１とプロセッサ２との間の伝送路の周波数特性を確保することも困難になってしまう。従って、伝送周波数を高周波数化するよりも、映像信号を圧縮して伝送するデータ量を減らすほうが、構成を簡略化することができ、かつ、低コスト化を図ることができる。

データ圧縮手段１１では、上述のようにして導出され設定された圧縮率を用いて、映像信号が圧縮される。尚、データ圧縮手段１１に設定される圧縮率は１つに限られるものではなく、複数の圧縮率を設定してもよい。複数の圧縮率が設定可能とされている場合、プロセッサ２を通じ、１つ、もしくは複数の圧縮率を任意に選択することができるように構成する。この場合、プロセッサ２から電子内視鏡１に対して、圧縮率、もしくは選択した圧縮率に関する情報信号を出力することで、選択した圧縮率をデータ圧縮手段１１に設定する。圧縮率を設定するタイミングは、電子内視鏡装置の電源投入時でもよいし、電子内視鏡１とプロセッサ２とを接続した時点でもよい。または、ユーザが任意の時点で設定してもよい。更に、電子内視鏡１に登録されている装置固有の圧縮率そのものも、自動的に、あるいはユーザの操作によって変更してもよい。

データ圧縮手段１１で圧縮された映像信号は、映像データ送信手段１３へ出力され、シリアルにプロセッサ２の映像信号受信手段１９へ伝送される。映像信号受信手段１９で受信された圧縮された映像信号は、フィルタリング処理やバッファリング処理が施された後、データ伸張手段２０へ出力される。ここで、プロセッサ２の通信データ処理手段２２は、データ通信手段１４を介して電子内視鏡１の情報を取得しており、取得した情報はＣＰＵ２３に出力される。ＣＰＵ２３では、取得した情報から電子内視鏡１の種類が識別される。更にＣＰＵ２３は、取得した電子内視鏡１の情報と、識別した電子内視鏡１の種類とを基に、映像信号の伸張率あるいは伸張方法をデータ伸張手段２０に設定する。データ伸張手段２０では、圧縮された映像信号が、設定された伸張率、伸張方法を用いて伸張され、映像処理手段２１へ出力される。映像処理手段２１で受信された映像信号は、同時化処理や輪郭強調処理等の画像処理が施されてビデオ信号に変換され、図示しないモニタへ出力される。

このように、本実施の形態の電子内視鏡装置では、ＣＣＤ３の高画素化等により伝送時間が長時間化されることを防ぐために、データ圧縮手段１１で映像信号を圧縮してデータ量を削減してから電子内視鏡１からプロセッサ２へ伝送し、プロセッサ２で受信した映像信号を伸張する。圧縮処理や伸張処理を含む、電子内視鏡１とプロセッサ２とで実行される映像信号に対する一連の処理は、全て同じ周期のクロックで行われるため、各手段における映像信号の遅延時間はクロック数だけとなり、高速なクロックを必要としない。また、伝送周波数を高周波数化する必要がないため、広域周波数を確保するような特別な伝送路を必要しない。よって、複数の発振器を設けたり、高速メモリを追加したり、特別な伝送路を設計したりする必要がなく、単純なデータ処理機構、かつ低コストで伝送時間を短時間化できる電子内視鏡装置を実現することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について、図２を用いて説明する。図２は、第２の実施の形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を説明するブロック図である。尚、図２において、第１の実施の形態の電子内視鏡装置と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。

図２に示すように、本実施の形態の電子内視鏡装置は、撮像手段を備えた電子内視鏡３１と、電子内視鏡３１と着脱自在に接続されたプロセッサ３２と、電子内視鏡３１に照明光を供給する図示しない光源装置と、プロセッサ３２から出力される映像信号を表示する、図示しないモニタとから構成されている。

体腔内に挿入される電子内視鏡３１の先端部には、固体撮像素子として、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）３３が設けられている。ＣＣＤ駆動手段４により駆動されるＣＣＤ３３は、映像信号を出力する信号線であるチャンネルを複数有しており、例えば本実施の形態の電子内視鏡装置では、第１チャンネルと第２チャンネルとの２つのチャンネルを有している。

電子内視鏡３１には、ＣＣＤ３３の第１チャンネルから出力される映像信号を処理する手段として、ＣＣＤ信号処理手段６と、ＶＣＸＯ１２を備えた位相補償手段７と、ＣＤＳ手段８と、Ａ／Ｄ変換手段９と、メモリ１０と、データ圧縮手段１１とが設けられている。また、ＣＣＤ３３の第２チャンネルから出力される映像信号を処理する手段として、ＣＣＤ信号処理手段６ａと、ＶＣＸＯ１２ａを備えた位相補償手段７ａと、ＣＤＳ手段８ａと、Ａ／Ｄ変換手段９ａと、メモリ１０ａと、データ圧縮手段１１ａとが設けられている。更に、電子内視鏡３１には、データ圧縮手段１１から出力される圧縮された第１チャンネルの映像信号を、プロセッサ３２へ出力する映像データ通信手段１３と、データ圧縮手段１１ａから出力される圧縮された第２チャンネルの映像信号を、プロセッサ３２へ出力する映像データ通信手段１３ａとが設けられている。

一方、プロセッサ３２には、電子内視鏡３１から第１チャンネルの映像信号を受信して処理する手段として、映像信号受信手段１９と、データ伸張手段２０と、映像処理手段２１とが設けられている。映像データ通信手段１３から出力された、圧縮された第１チャンネルの映像信号は、映像信号受信手段１９で受信され、データ伸張手段２０で伸張された後に映像処理手段２１へ出力される。また、プロセッサ３２には、電子内視鏡３１から第２チャンネルの映像信号を受信して処理する手段として、映像信号受信手段１９ａと、データ伸張手段２０ａと、映像処理手段２１とが設けられている。映像データ通信手段１３ａから出力された、圧縮された第２チャンネルの映像信号は、映像信号受信手段１９ａで受信され、データ伸張手段２０ａで伸張された後に映像処理手段２１へ出力される。映像処理手段２１では、データ伸張手段２０から受信した第１チャンネルの映像信号と、データ伸張手段２０ａから受信した第２チャンネルの映像信号とが、１つの映像信号として合成され、同時化処理、レート変換処理、及びフィルタ処理等の画像処理が施されてビデオ信号に変換された後、図示しないモニタへ出力される。

上述のように構成された電子内視鏡装置の作用について説明する。電子内視鏡３１がプロセッサ３２に接続されて電子内視鏡装置の電源が投入されると、患者体腔内の患部等である被写体に図示しない光源装置から照明光が照射され、被写体から反射光等が発生する。被写体からの光は、電子内視鏡３１の図示しない対物光学系によってＣＣＤ３３の光電変換面に集光される。ＣＣＤ３３では、ＣＣＤ駆動手段４から受信する駆動波形に従い、集光された光が光電変換されて映像信号が生成される。生成された映像信号のうち、奇数ラインの映像信号はＣＣＤ３３の第１チャンネルからＣＣＤ信号処理手段６へ出力され、偶数ラインの映像信号はＣＣＤ３３の第２チャンネルからＣＣＤ信号処理手段６ａへ出力される。ＣＣＤ信号処理手段６へ出力された奇数ラインの映像信号は、位相補償手段７、ＣＤＳ手段８、Ａ／Ｄ変換手段９、メモリ１０において、順次、第１の実施の形態と同様の信号処理が施された後、データ圧縮手段１１において設定された圧縮率で圧縮される。ＣＣＤ信号処理手段６ａへ出力された偶数ラインの映像信号は、位相補償手段７ａ、ＣＤＳ手段８ａ、Ａ／Ｄ変換手段９ａ、メモリ１０ａにおいて、順次、奇数ラインの映像信号と同様の信号処理が施された後、データ圧縮手段１１ａにおいて設定された圧縮率で圧縮される。データ圧縮手段１１において圧縮された奇数ラインの映像データは、映像データ通信手段１３を介してプロセッサ３２の映像信号受信手段１９へ、シリアルに伝送される。また、データ圧縮手段１１ａにおいて圧縮された偶数ラインの映像データは、映像データ通信手段１３ａを介してプロセッサ３２の映像信号受信手段１９ａへ、シリアルに伝送される。

第１の実施の形態において圧縮率の導出方法を具体的に説明した際に用いた諸条件と同じ条件、すなわち、ビデオ信号における１フィールドである６０Ｈｚ以内、すなわち１６６６６．７μｓ以内に電子内視鏡３１からプロセッサ３２へ映像信号の伝送を完了させる必要があり、データ圧縮手段１１、１１ａで用いられる圧縮率が１／１０、ＣＣＤ３３の画素数が１００万画素（＝１０００×１０００画素）、ビット幅が１２ｂｉｔであるとする。この場合、伝送周波数が５０ＭＨｚあれば、映像信号の伝送時間は１２０００μｓ（＝（１／１０）×（１０００×１０００画素）×１２ｂｉｔ／（５０ＭＨｚ×２チャンネル））となり、１フィールド以内に伝送を完了させることができる。このときの転送レートは６００Ｍｂｐｓ（＝５０ＭＨｚ×１２ｂｉｔ）であり、第１の実施の形態の電子内視鏡装置における転送レート（１２００Ｍｂｐｓ）の半分となる。転送レートを小さくすることで、電子内視鏡３１とプロセッサ３２との間のデータ転送が容易となる。また、電子内視鏡３１とプロセッサ３２とがワイヤレスで信号を送受信している場合、伝送周波数の帯域を低く押さえられることで、映像信号の伝送方式の選択幅を広げることができる。

映像信号受信手段１９で受信された、圧縮された奇数ラインの映像信号は、フィルタリング処理やバッファリング処理が施された後、データ伸張手段２０へ出力される。データ伸張手段２０では、圧縮された映像信号が、電子内視鏡３１の情報を基に設定された伸張率、伸張方法を用いて伸張され、映像処理手段２１へ出力される。また、映像信号受信手段１９ａで受信された、圧縮された偶数ラインの映像信号は、フィルタリング処理やバッファリング処理が施された後、データ伸張手段２０ａへ出力される。データ伸張手段２０ａでは、圧縮された映像信号が、電子内視鏡３１の情報を基に設定された伸張率、伸張方法を用いて伸張され、映像処理手段２１へ出力される。映像処理手段２１で受信された、奇数ラインの映像信号と、偶数ラインの映像信号とは、１つの映像信号として合成され、同時化処理や輪郭強調処理等の画像処理が施されてビデオ信号に変換され、図示しないモニタへ出力される。

このように、本実施の形態の電子内視鏡装置では、ＣＣＤ３３からの映像信号の読み出しチャンネルを複数設け、チャンネル毎に映像信号を圧縮してから伝送することで、電子内視鏡３１からプロセッサ３２への伝送周波数を更に低く抑えることができ、映像信号の伝送方式の自由度を向上させることができる。また、転送レートも更に小さくすることができるため、電子内視鏡３１からプロセッサ３２への映像信号の伝送がより容易になる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３実施の形態について、図３を用いて説明する。図３は、第３の実施の形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を説明するブロック図である。尚、図３において、第１の実施の形態の電子内視鏡装置と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。

図３に示すように、本実施の形態の電子内視鏡装置は、撮像手段を備えた電子内視鏡１と、電子内視鏡１と着脱自在に接続されたプロセッサ２と、電子内視鏡１に照明光を供給する光源装置４１と、プロセッサ２から出力される映像信号を表示する、図示しないモニタとから構成されている。

面順次の照明光を射出する光源装置４１の一側端面にはライトガイド４２が延設されている。ライトガイド４２は、電子内視鏡１の内部を挿通され、電子内視鏡１先端部まで照明光を伝達させる。また、光源装置４１には、照明光を発生するランプ４３と、照明光の光量を調整する絞りユニット４４と、照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の色透過フィルタを有するＲＧＢ回転フィルタ４５と、照明光をライトガイド４２の基端面に集光する集光レンズ４６とが設けられている。絞りユニット４４は照明光の光路上に配置さており、同じく光源装置４１に設けられた絞りユニット制御手段４７によって動作を制御される。絞りユニット４４は、絞りユニット制御手段４７によって、プロセッサ２と接続された図示しないモニタに適度な明るさの画像が表示されるよう、照明光の光量が調光される。ＲＧＢ回転フィルタ４５は、赤色の光を透過させるＲフィルタと、緑色の光を透過させるＧフィルタと、青色の光を透過させるBフィルタとを有しており、絞りユニット４４と集光レンズ４６との間に配置され、モータ４８の回転軸に回転可能に接続されている。ＲＧＢ回転フィルタ４５では、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Bフィルタによって照明光がフィルタリングされて、R、Ｇ、B、の各波長の光が面順次に出射される。尚、ＲＧＢ回転フィルタ４５は、被写体の性質や観察の目的等に応じ、Ｒ、Ｇ、B以外の波長の光を透過させるフィルタで構成してもよく、例えば、蛍光観察用として、被写体から蛍光を励起させるための励起光を透過させるフィルタ等で構成してもよい。更に、光源装置４１には、光源装置４１の各部位を制御する制御手段４９と、制御手段４９から受信する制御信号に従い、モータ４８を所定の速度で回転動作させるＲＧＢ回転フィルタ制御手段５０とも設けられている。制御手段４９では、光源装置４１からＲＧＢの面順次光が出射される順番を示す制御信号、あるいはＲＧＢの面順次光の出射サイクルの先頭を示す制御信号が生成され、制御信号はプロセッサ２のＣＰＵ２３と映像処理手段２１とに出力される。ＣＰＵ２３で受信されたＲＧＢの面順次光に関する制御信号は、通信データ処理手段２２、データ通信手段１４、ＣＰＵ１５を経由して、電子内視鏡１の制御手段１８へ出力される。

電子内視鏡１の構成は、次にあげる二点を除けば第１の実施の形態の電子内視鏡１と同様の構成であるので、同じ構成については説明を省略する。第１の実施の形態の電子内視鏡１と異なる第一点目は、データ圧縮手段１１において映像信号の圧縮に用いられる圧縮率が、Ｒフィルタにより透過された赤色光によって撮像されたＲ信号と、Ｇフィルタにより透過された緑色光によって撮像されたＧ信号と、Ｂフィルタにより透過された青色光によって撮像されたＢ信号とで異なる値の圧縮率が設定できるようになされている点である。第１の実施の形態の電子内視鏡１と異なる第二点目は、制御手段１８において、ＣＰＵ２３、通信データ処理手段２２、データ通信手段１４、ＣＰＵ１５を介し、光源装置４１の制御手段４９から出力されるＲＧＢの面順次光に関する制御信号が受信される点である。

プロセッサ２の構成は、ＣＰＵ２３と映像処理手段２１において、光源装置４１の制御手段４９から出力されるＲＧＢの面順次光に関する制御信号が受信される点を除けば、第１の実施の形態の電子内視鏡１と同様の構成であるので、同じ構成については説明を省略する。

上述のように構成された電子内視鏡装置の作用について説明する。電子内視鏡１がプロセッサ２に接続されて電子内視鏡装置の電源が投入されると、患者体腔内の患部等である被写体に光源装置４１からＲ、Ｇ、Ｂの面順次の照明光が照射され、それぞれの光によって被写体から反射光等が発生する。被写体からの光は、電子内視鏡１の図示しない対物光学系によってＣＣＤ３の光電変換面に集光される。ＣＣＤ３では、ＣＣＤ駆動手段４から受信する駆動波形に従い、集光された光が光電変換されて映像信号が生成される。ここで、ＣＣＤ３では、赤色（Ｒ）の照明光による被写体からの光はＲ信号に、緑色（Ｇ）の照明光による被写体からの光はＧ信号に、青色（Ｂ）の照明光による被写体からの光はＢ信号に、それぞれ光電変換され、Ｒ信号とＧ信号とＢ信号とがＣＣＤ信号処理手段６へシリアルに出力される。ＣＣＤ信号処理手段６へ出力されたＲ、Ｇ、Ｂ信号は、位相補償手段７、ＣＤＳ手段８、Ａ／Ｄ変換手段９、メモリ１０において、順次、第１の実施の形態と同様の信号処理が施された後、データ圧縮手段１１において設定された圧縮率でそれぞれ圧縮される。

データ圧縮手段１１では、Ｒ信号に対する圧縮率と、Ｇ信号に対する圧縮率と、Ｂ信号に対する圧縮率とが個別に設定されている。圧縮率を各色信号で個別に設定する理由は次の通りである。体腔内では、赤色や緑色の成分に比べて青色の成分が非常に少なく、赤色の成分が極端に多いことが知られている。従って、Ｂ信号のデータ量は他の色信号のデータ量に比べて少なくなり、Ｒ信号のデータ量は他の色信号のデータ量に比べて多くなる。電子内視鏡１からプロセッサ２へ映像信号を伝送するときの転送レートは、色信号によらず固定であるため、伝送に要する時間は各色信号のデータ量に依存する。ここでプロセッサ２では、各色信号の伝送時間が等しくなされていると、構成や制御を簡単にすることができるため、電子内視鏡１からプロセッサ２へ伝送する各色信号のデータ量が同量になるように、各色信号の圧縮率を設定する。例えば、電子内視鏡１からプロセッサ２へ、ビデオ信号における１フィールドである６０Ｈｚ、すなわち１６６６６．７μｓ以内にＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の３つの色信号を全て伝送する必要がある場合、６０Ｈｚを三等分した時間、すなわち３３３３．３μｓ以内に各色信号が伝送されるように、Ｒ信号の圧縮率を他の色信号の圧縮率に比べて大きな値に設定し、Ｂ信号の圧縮率を他の色信号の圧縮率に比べて小さな値に設定して、圧縮後の各色信号のデータ量が同量になるようにする。

データ圧縮手段１１におけるＲ、Ｇ、Ｂ信号の受信タイミングは、光源装置４１の制御手段４９から出力されるＲＧＢの面順次光に関する制御信号を基に、制御手段１８において判断され、データ圧縮手段１１へ出力される。例えば、図４（ａ）に示すように、データ圧縮手段１１に、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号がこの順番でパルス状に入力されるとする。図４は、データ圧縮手段１１に入力される色信号と制御信号とに関するタイミングチャートである。一方、制御手段４９では、光源装置４１からＲＧＢの面順次光の出射サイクルの先頭を示す制御信号が生成され、ＣＰＵ２３等を介して制御手段１８へ出力される。この制御信号は、例えば図４（ｂ）に示すような、赤色（Ｒ）の照明光が出射されるときに立下がりを有するパルス状の制御信号である。制御手段１８では、制御手段４９から受信したパルス状の制御信号の立下りから、データ圧縮手段１１へＲ信号が入力開始されるタイミングを特定する。また、制御手段１８では、データ圧縮手段１１へのＲ信号の入力開始タイミングと、Ｇ信号、Ｂ信号のそれぞれの色信号がデータ圧縮手段１１に入力開始される時間間隔とを用いて、データ圧縮手段１１へＧ信号及びＢ信号が入力開始されるタイミングとを特定して、例えば図４（ｃ）に示すような、各色信号の入力開始時に立下がりを有するパルス状の制御信号を生成し、データ圧縮手段１１へ出力する。データ圧縮手段１１では、制御手段１８から受信した制御信号を基に各色信号の受信タイミングを識別し、色信号が切り替わるタイミングで圧縮率が切り替えられる。

データ圧縮手段１１において、それぞれの圧縮率を用いて圧縮された色信号は、映像データ通信手段１３を介してプロセッサ２の映像信号受信手段１９へ、シリアルに伝送される。映像信号受信手段１９で受信された、圧縮された色信号は、フィルタリング処理やバッファリング処理が施された後、データ伸張手段２０へ出力される。データ伸張手段２０では、Ｒ、Ｇ、Ｂの色信号毎に設定された伸張率、伸張方法を用いて圧縮された各色信号が伸張され、映像処理手段２１へ出力される。映像処理手段２１で受信された映像信号は、同時化処理や輪郭強調処理等の画像処理が施されてビデオ信号に変換され、図示しないモニタへ出力される。

このように、本実施の形態の電子内視鏡装置では、それぞれデータ量の異なる面順次のＲ、Ｇ、Ｂの色信号を電子内視鏡１からプロセッサ２へ伝送する場合に、圧縮後のデータ量が同量になるように色信号毎に個別に設定された圧縮率を用いて色信号を圧縮することで、電子内視鏡１からプロセッサ２への各色信号の伝送時間を一定とすることができるため、プロセッサ２での処理時間が一定となり、プロセッサ２の構成、特に受信処理を簡略化することができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、第４の実施の形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を説明するブロック図である。尚、図５において、第３の実施の形態の電子内視鏡装置と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。

図５に示すように、本実施の形態の電子内視鏡装置は、先端部に撮像手段としてのＣＣＤ３を備えた電子内視鏡５１と、電子内視鏡５１と着脱自在に接続されたプロセッサ５２と、電子内視鏡５１に照明光を供給する光源装置４１と、プロセッサ５２から出力される映像信号を表示する、図示しないモニタとから構成されている。

電子内視鏡５１には、ＣＣＤ３を駆動させるＣＣＤ駆動手段４が設けられている。また、電子内視鏡５１には、ＣＣＤ３から出力される映像信号を処理してプロセッサ５２へ出力する手段として、ＣＣＤ信号処理手段６と、ＶＣＸＯ１２を備えた位相補償手段７と、ＣＤＳ手段８と、Ａ／Ｄ変換手段９と、メモリ１０と、映像信号処理手段５３と、データ圧縮手段１１と、映像データ通信手段１３とが設けられている。映像信号処理手段５３では、メモリ１０から読み出されたデジタル化された映像信号が、図示しないモニタに表示可能なビデオ信号に変換されて、データ圧縮手段１１へ出力される。

一方、プロセッサ５２には、電子内視鏡５１からビデオ信号を受信して処理する手段として、映像信号受信手段１９と、データ伸張手段２０と、映像処理手段２１とが設けられている。また、プロセッサ５２には、映像信号受信手段１９から出力されるビデオ信号を一時的に格納する一時保管メモリ５４と、プロセッサ５２に取り外し可能に取り付けられた外部記憶手段５５とが設けられている。一時保管メモリ５４と外部記憶手段５５とは、ＣＰＵ２３と電気的に接続されており、一時保管メモリ５４と外部記憶手段５５とはＣＰＵ２３を介してビデオ信号の送受信が可能である。尚、外部記憶手段５５としては、例えば、コンパクトフラッシュ（登録商標）や外付けのハードディスクなどが用いられる。

上述のように構成された電子内視鏡装置の作用について説明する。電子内視鏡５１がプロセッサ５２に接続されて電子内視鏡装置の電源が投入されると、患者体腔内の患部等である被写体に光源装置４１からＲ、Ｇ、Ｂの面順次の照明光が照射され、それぞれの光によって被写体から反射光等が発生する。被写体からの光は、電子内視鏡５１の図示しない対物光学系によってＣＣＤ３の光電変換面に集光され、光電変換されて映像信号である面順次の色信号が生成される。ＣＣＤ３から出力された色信号は、ＣＣＤ信号処理手段６、位相補償手段７、ＣＤＳ手段８、Ａ／Ｄ変換手段９、メモリ１０において、順次、第３の実施の形態と同様の信号処理が施された後、映像信号処理手段５３へ出力される。映像信号処理手段５３で受信された色信号は、同時化処理、クランプ処理、ガンマ補正、輪郭補正処理等のデジタル画像処理が施されて、例えば、Ｙ、Ｐｂ、Ｐｒなどの、図示しないモニタに表示可能なビデオ信号に変換された後、データ圧縮手段１１へ出力される。データ圧縮手段１１で受信されたビデオ信号は、例えばＭＰＥＧやモーションＪＰＥＣなど、汎用のデータフォーマット、または、予め定義されている、装置特有のデータ圧縮フォーマットに変換される。圧縮されたビデオ信号は、映像データ通信手段１３を介してプロセッサ５２の映像信号受信手段１９へ、シリアルに伝送される。

映像信号受信手段１９で受信された、圧縮されたビデオ信号は、データ伸張手段２０と一時保管メモリ５４とに出力される。データ伸張手段２０では、データ圧縮手段１１での圧縮率、圧縮方法に応じて設定された伸張率、伸張方法を用いて、圧縮されたビデオ信号が伸張され、映像処理手段２１へ出力される。映像処理手段２１で受信されたビデオ信号は、アナログ変換等の処理が施されて、図示しないモニタへ出力される。一方、一時保管メモリ５４では、受信した圧縮されたビデオ信号が格納される。格納されたビデオ信号は、ＣＰＵ２３を介して外部記憶手段５５へ出力される。

このように、本実施の形態の電子内視鏡装置では、電子内視鏡５１において映像信号を汎用的なデータフォーマットに変換、圧縮してからプロセッサ５２へ伝送することで、プロセッサ５２での処理を汎用的な処理のみにすることができ、プロセッサ５２の構成、処理を簡略化することができる。また、映像信号が汎用的なデータフォーマットに変換、圧縮されているので、外部記憶手段５５を介してパソコン等の外部機器との間でデータの交換が可能となり、利便性が向上する。

以上の実施の形態から、次の付記項に記載の点に特徴がある。

（付記項１）電子内視鏡とプロセッサとを接続し、前記電子内視鏡の先端に設けられた受光素子にて撮像した映像データをデジタル化して前記プロセッサに送信する電子内視鏡装置であって、
前記電子内視鏡が、前記映像データをデジタル化するデータ変換手段と、デジタル化した前記映像データを圧縮するデータ圧縮手段とを具備し、
前記プロセッサが、デジタル化した前記映像データを伸張するデータ伸張手段を具備することを特徴とする電子内視鏡装置。

第１の実施の形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を説明するブロック図である。 第２の実施の形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を説明するブロック図である。 第３の実施の形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を説明するブロック図である。 データ圧縮手段１１に入力される色信号と制御信号とに関するタイミングチャートである。 第４の実施の形態に係わる電子内視鏡装置の全体構成を説明するブロック図である。

符号の説明

１ 電子内視鏡、２ プロセッサ、３ ＣＣＤ、４ ＣＣＤ駆動手段、５ クロック受信手段、６ ＣＣＤ信号処理手段、７ 位相補償手段、８ ＣＤＳ手段、９ Ａ／Ｄ変換手段、１０ メモリ、１１ データ圧縮手段、１２ ＶＣＸＯ、１３ 映像データ送信手段、１４ データ通信手段、１５ ＣＰＵ、１６ データメモリ、１７ 発振器、１８ 制御手段、１９ 映像信号受信手段、２０ データ伸張手段、２１ 映像処理手段、２２ 通信データ処理手段、２３ ＣＰＵ、２４ クロック発振手段、２５ クロック送信手段、

Claims (5)

1. 固体撮像素子を配設した電子内視鏡と、前記電子内視鏡と着脱可能に接続されたプロセッサとを有する電子内視鏡装置において、
   前記電子内視鏡が、前記固体撮像素子で撮像された映像信号をデジタル処理するデジタル処理手段と、デジタル化した前記映像信号を圧縮するデータ圧縮手段と、圧縮された前記映像信号を前記プロセッサに伝送するデータ送信手段とを備えており、
   前記プロセッサが、圧縮された前記映像信号を受信するデータ受信手段と、圧縮された前記映像信号を伸張するデータ伸張手段とを備えていることを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記映像信号が、前記固体撮像素子から面順次の信号として出力されており、前記データ送信手段によって前記プロセッサに伝送される圧縮された面順次の前記信号のデータ量が同量になるように、前記データ圧縮手段が、面順次の前記信号毎に前記圧縮率を可変と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。
3. 固体撮像素子を配設した電子内視鏡と、前記電子内視鏡と着脱可能に接続されたプロセッサとを有する電子内視鏡装置において、
   前記電子内視鏡が、前記固体撮像素子で撮像された映像信号をデジタル処理するデジタル処理手段と、デジタル化された前記映像信号をビデオ信号に変換する映像信号変換手段と、前記ビデオ信号を所定のデータフォーマットに圧縮するデータ圧縮手段と、圧縮された前記ビデオ信号を前記プロセッサに伝送するデータ送信手段とを備えており、
   前記プロセッサが、圧縮された前記ビデオ信号を受信するデータ受信手段と、圧縮された前記ビデオ信号を伸張するデータ伸張手段と、圧縮された前記ビデオ信号を格納する外部記憶手段とを備えていることを特徴とする電子内視鏡装置。
4. 固体撮像素子を配設し、プロセッサに着脱可能な電子内視鏡であって、
   前記固体撮像素子で撮像された映像信号をデジタル処理するデジタル処理手段と、
   デジタル化した前記映像信号を圧縮するデータ圧縮手段と、
   圧縮された前記映像信号を前記プロセッサに伝送するデータ送信手段とを備えていることを特徴とする電子内視鏡。
5. 固体撮像素子を配設した電子内視鏡と着脱可能に接続されるプロセッサであって、
   前記固体撮像素子で撮像されて得られ、デジタル化され、かつ圧縮された前記映像信号を伝送する前記電子内視鏡からの前記映像信号を受信するデータ受信手段と、
   圧縮された前記映像信号を伸張するデータ伸張手段とを備えていることを特徴とする電子内視鏡装置用プロセッサ。
   
   
   
   

Images