JP2008035967A - 電子内視鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】CCDイメージセンサのように、撮像素子と駆動回路とが離れているような構成であっても信号線の低減が図れる電子内視鏡を提供すること。
【解決手段】体外機10の駆動回路11は、駆動信号を生成してシリアル信号変換回路12に入力する。シリアル信号変換回路12は、駆動信号の入力タイミングに基づいてシリアル信号を生成して体内機20のシリアル信号復元回路22に送る。シリアル信号復元回路22は、入力されるシリアル信号のパターンから駆動信号を復元し、復元した駆動信号を撮像素子21に入力する。撮像素子21は駆動信号に基づいて被検体内の撮像を行う。
【選択図】図1
【解決手段】体外機10の駆動回路11は、駆動信号を生成してシリアル信号変換回路12に入力する。シリアル信号変換回路12は、駆動信号の入力タイミングに基づいてシリアル信号を生成して体内機20のシリアル信号復元回路22に送る。シリアル信号復元回路22は、入力されるシリアル信号のパターンから駆動信号を復元し、復元した駆動信号を撮像素子21に入力する。撮像素子21は駆動信号に基づいて被検体内の撮像を行う。
【選択図】図1
Description
本発明は、電子内視鏡に関する。
従来、体腔内臓器等を観察したり、治療処置をしたりするために電子内視鏡が広く利用されている。また、工業用分野においても、ボイラ、タービン、エンジン等の検査に工業用の電子内視鏡が用いられている。このような電子内視鏡は、挿入性の改善のために挿入部の細径化が求められている。そして、挿入部の細径化の方法の1つとして信号線数の低減がある。例えば、特許文献1には、トリガ信号によりCMOSイメージセンサの駆動回路と画像処理回路の動作のタイミングとを合致させることで、同期信号の配線を不要とする技術が開示されている。ここで、特許文献1の技術は電子カメラの例であるが、電子内視鏡の分野にも応用できると考えられる。
特開2000−341592号公報
ここで、特許文献1の構成は、撮像素子としてCMOSイメージセンサを用いることを前提としており、CCDイメージセンサのように、撮像素子と駆動回路とが離れているような構成に適用することは困難である。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、CCDイメージセンサのように、撮像素子と駆動回路とが離れているような構成であっても信号線の低減が図れる電子内視鏡を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様は、被検体の内部を撮像して画像データを取得する撮像手段と、前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号を、前記駆動信号の数よりも少ない信号線で伝送可能な形態で出力する駆動信号省線化手段と、前記駆動信号省線化手段の出力から、前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号を復元して前記撮像手段に出力する駆動信号復元手段とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、CCDイメージセンサのように、撮像素子と駆動回路とが離れているような構成であっても信号線の低減が図れる電子内視鏡を提供することができる。
[第1の実施形態]
図1は本発明の第1の実施形態に係る電子内視鏡の、特に撮像部に関する構成を示すブロック図である。また、図2は第1の実施形態において、撮像部を駆動するための駆動信号のタイミングチャートである。
図1は本発明の第1の実施形態に係る電子内視鏡の、特に撮像部に関する構成を示すブロック図である。また、図2は第1の実施形態において、撮像部を駆動するための駆動信号のタイミングチャートである。
図1に示すように、第1の実施形態の電子内視鏡は、体外機10と体内機20とがケーブル31及び32で接続されて構成されている。そして、体外機10は、駆動回路11と、シリアル信号変換回路12と、画像処理回路13とから構成されている。また、体内機20は、撮像素子21と、シリアル信号復元回路22とから構成されている。ここで、第1の実施形態においては、駆動回路11とシリアル信号変換回路12とによって駆動信号省線化手段が構成されている。また、シリアル信号復元回路22によって駆動信号復元手段が構成されている。
なお、以下に説明する各実施形態においては、撮像素子21として、垂直4相駆動及び水平2相駆動のCCDイメージセンサを用いた場合を例に説明する。このような垂直4相及び水平2相駆動のCCDイメージセンサを駆動するために必要な駆動信号としては、垂直4相分の垂直駆動信号(φV1、φV2、φV3、φV4)、水平2相分の水平駆動信号(φH1、φH2)、NSUB、出力部リセットパルスがある。
駆動回路11は、撮像素子21を駆動するために必要な駆動信号の一部を生成してシリアル信号変換回路12に出力すると共に、画像処理回路13を制御するためのサンプリング信号、A/D変換パルス、クランプパルス等の制御信号を生成して画像処理回路13に出力する。
ここで、第1の実施形態において、駆動回路11は、撮像素子21の駆動信号の一部として、φV1、φV2、φV3、φV4、φH1、NSUBを生成してシリアル信号変換回路12に出力する。詳細は後述するが、第1の実施形態では、φH2と出力部リセットパルスとはシリアル信号復元回路22においてφH1から復元する。したがって、駆動回路11においてφH2と出力部リセットパルスとを生成する必要はない。
シリアル信号変換回路12は、駆動回路11からの駆動信号をシリアル信号に変換し、このシリアル信号を、ケーブル31を介して体内機20のシリアル信号復元回路22に出力する。
ここで、シリアル信号変換回路12における動作について更に説明する。シリアル信号変換回路12は、まず、駆動回路11から入力されるφH1をシリアル信号復元回路22に出力する。続いて、シリアル信号変換回路12はタイミングコード識別信号をシリアル信号復元回路22に出力する。
ここで、タイミングコード識別信号は、シリアル信号復元回路22において駆動信号を復元するために必要な識別信号である。即ち、タイミングコード識別信号は、その後に続くφV1、φV2、φV3、φV4、及びNSUBの立ち上がり及び立ち下がりを示すタイミング信号が何時どのような順番でシリアル信号復元回路22に入力されるかを識別するための信号である。このタイミングコード識別信号は、シリアル信号として出力される他の信号と一致しないパターンの信号とする。
また、タイミングコード識別信号は、駆動信号が異なる撮像素子毎に設定されるものであってもよい。このとき、垂直4相、水平2相以外の駆動信号で動作するCCDイメージセンサを用いる場合には、それに応じてタイミングコード識別信号のパターンを変更する。なお、パターンの変更は、例えば図1で示すシリアル信号変換回路12に所定の設定ピンを設けておき、この設定ピンの電位のハイレベルとローレベルとを適宜変更することにより行えば良い。タイミングコード識別信号をシリアル信号に付加しておくことにより、駆動方式の異なる撮像素子及び駆動回路に変更されたとしても、その他の回路を変更せずに対応することが可能である。
タイミングコード識別信号を出力した後、シリアル信号変換回路12は、φV3の立ち上がり、φV1の立ち下がり、φV4の立ち上がり、φV2の立ち下がり、φV1の立ち上がり、φV3の立ち下がり、φV2の立ち上がり、φV4の立ち下がり、NSUBの立ち上がり、NSUBの立ち下がりのタイミングをそれぞれ検出し、このタイミングをタイミング信号としてシリアル信号復元回路22に出力する。その後、シリアル信号変換回路12は再びφH1を検出して出力する。
以上のようにして、駆動回路11で生成される駆動信号は、シリアル信号変換回路12においてシリアル信号に変換され、ケーブル31を介して体内機20のシリアル信号復元回路22に送られる。駆動信号をシリアル信号として送ることができるので、ケーブル31を構成する信号線本数は1本で良い。
シリアル信号復元回路22は、シリアル信号変換回路12から入力されるシリアル信号から、撮像素子21を駆動するのに必要な駆動信号を復元する。
ここで、シリアル信号復元回路22における動作について更に説明する。図3は、φH1から、φH2及び出力部リセットパルスを復元するための復元回路について示す図である。図3に示す復元回路は、インバータ回路41と、バッファ回路42と、遅延回路43と、インバータ回路44と、AND回路45とから構成されている。
図2に示すように、φH2はφH1に対して位相が180度異なる信号である。したがって、インバータ回路41によってφH1の位相を反転することでφH2を生成することが可能である。ただし、インバータ回路41を介することにより出力が遅延されるので、φH1もバッファ回路42を通して遅延させている。
また、出力部リセットパルスは、φH1の波形と、φH1を遅延回路43で出力部リセットパルスのパルス幅分遅延し、この遅延信号をインバータ回路44により反転した波形とをAND回路45に入力することで生成する。
次に、φV1、φV2、φV3、φV4、及びNSUBの復元について説明する。これらは、φH1に続いて入力されるタイミングコード識別信号に基づいて復元される。ここで、タイミングコード識別信号とその後に入力されるタイミング信号の順番との対応情報を、予めシリアル信号復元回路22に持たせているものとする。なお、シリアル信号復元回路22は、図示しないPLL回路を内蔵し、クロックをシリアル信号の水平駆動信号(φH1)と同期させてシリアル信号の情報を読み取る。このような構成により、シリアル信号復元回路22は、タイミングコード識別信号を受けて、各駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを識別することが可能である。後は、タイミング信号をカウンタによってカウントすることにより、φV3の立ち上がり、φV1の立ち下がり、φV4の立ち上がり、φV2の立ち下がり、φV1の立ち上がり、φV3の立ち下がり、φV2の立ち上がり、φV4の立ち下がり、NSUBの立ち上がり、NSUBの立ち下がりのタイミングをそれぞれ識別できるので、これらの識別結果から、それぞれの駆動信号の波形を復元することができる。
ここで、シリアル信号復元回路22に持たせておくタイミングコード識別情報とタイミング信号の入力順との対応情報は、撮像素子の種類毎に持たせておくことが可能である。この場合、撮像素子が変更されたときでも、シリアル信号変換回路12からは、変更された撮像素子に対応したタイミングコード識別信号が送られてくるので、タイミングコード識別信号のパターンから、変更された撮像素子に対して適切な駆動信号を復元することができる。
以上のようにして撮像素子21の駆動に必要な全ての駆動信号を復元した後、シリアル信号復元回路22は、復元した垂直駆動信号(φV1、φV2、φV3、φV4)、水平駆動信号(φH1、φH2)、NSUB、出力部リセットパルスをパラレル信号として撮像素子21に出力する。
撮像素子21は、垂直駆動信号(φV1、φV2、φV3、φV4)、水平駆動信号(φH1、φH2)、NSUB、出力部リセットパルスに従って被検体の内部の撮像を行い、これによって得られた画像信号を、ケーブル32を介して体外機10の画像処理回路13に出力する。
画像処理回路13は、駆動回路11からの制御信号に従って撮像素子21からの画像信号に対してサンプリング処理、クランプ処理、A/D変換処理等の各種処理を施す。さらに、この画像信号は、体外機10の外部に設けられた表示装置に適した画像処理が施された後、体外機10の外部に出力される。
以上説明したような第1の実施形態の構成をとることにより、撮像素子21の駆動信号をシリアル信号として伝送できるので、通常は8本必要なケーブル31の信号線数を1本に省線化することができる。また、シリアル信号にタイミングコード識別信号を付加しておくことにより、駆動信号の異なる撮像素子及びこのような撮像素子を駆動する駆動回路にも対応可能である。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図4は、本発明の第2の実施形態に係る電子内視鏡の、特に撮像部に関する構成を示すブロック図である。また、図5は第2の実施形態における撮像部の駆動信号のタイミングチャートである。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図4は、本発明の第2の実施形態に係る電子内視鏡の、特に撮像部に関する構成を示すブロック図である。また、図5は第2の実施形態における撮像部の駆動信号のタイミングチャートである。
図4に示すように、第2の実施形態の電子内視鏡は、体外機10と体内機20とがケーブル32、33、34、35、36で接続されて構成されている。第2の実施形態においては、体外機10が駆動回路11と、多値電圧信号変換回路14と、画像処理回路13とから構成されている。また、体内機20は、撮像素子21と、多値電圧信号復元回路24と、コンパレータ25a〜25dとから構成されている。ここで、第2の実施形態においては、駆動回路11と多値電圧信号変換回路14とによって駆動信号省線化手段が構成されている。また、多値電圧信号復元回路24によって駆動信号復元手段が構成されている。
体外機10の駆動回路11は、垂直駆動信号(φV1、φV2、φV3、φV4)、水平駆動信号(φH1、φH2)、NSUB、出力部リセットパルスを生成する。そして、駆動回路11は垂直駆動信号(φV1、φV2、φV3、φV4)を多値電圧信号変換回路14に出力すると共に、水平駆動信号(φH1、φH2)、NSUB、出力部リセットパルスをそれぞれケーブル34、35、36を介して撮像素子21に出力する。また、駆動回路11はサンプリング信号、A/D変換パルス、クランプパルス等の制御信号を画像処理回路13に出力する。
多値電圧信号変換回路14は、図5に示すようにしてφV1、φV2、φV3、φV4を多値電圧信号に変換し、この多値電圧信号を、ケーブル33を介して体内機20の多値電圧信号復元回路24に出力する。即ち、多値電圧信号変換回路14から出力される多値電圧信号は、図5に示すようにφV3の立ち上がりでGNDレベルから電圧レベル1に立ち上がり、φV1の立ち下がりで電圧レベル1から電圧レベル2に立ち上がり、φV4の立ち上がりで電圧レベル2から電圧レベル3に立ち上り、φV2の立ち下がりで電圧レベル3から電圧レベル4に立ち上がり、φV1の立ち上がりで電圧レベル4から電圧レベル3に立ち下がり、φV3の立ち下がりで電圧レベル3から電圧レベル2に立ち下がり、φV2の立ち上がりで電圧レベル2から電圧レベル1に立ち下がり、φV4の立ち下りで電圧レベル1からGNDレベルに立ち下がる信号となる。この多値電圧信号はシリアル信号としてケーブル33を介して体内機20のコンパレータ25a〜25dに送られる。
コンパレータ25a〜25dはそれぞれ閾値が異なるように構成されている。コンパレータ25aは、閾値がGNDレベルと電圧レベル1との間であり、閾値未満の電圧信号が入力された場合に多値電圧信号復元回路24がローレベルと認識する信号を出力し、閾値以上の電圧信号が入力された場合に多値電圧信号復元回路24がハイレベルと認識する信号を出力する。このような構成により、コンパレータ25aは、多値電圧信号のGNDレベルと電圧レベル1との間の立ち上がりと立ち下がりとを検出し、この検出信号を多値電圧信号復元回路24に出力する。
コンパレータ25bは、閾値が電圧レベル1と電圧レベル2との間であり、閾値未満の電圧信号が入力された場合に多値電圧信号復元回路24がローレベルと認識する信号を出力し、閾値以上の電圧信号が入力された場合に多値電圧信号復元回路24がハイレベルと認識する信号を出力する。このような構成により、コンパレータ25bは、多値電圧信号の電圧レベル1と電圧レベル2との間の立ち上がりと立ち下がりとを検出し、この検出信号を多値電圧信号復元回路24に出力する。
コンパレータ25cは、閾値が電圧レベル2と電圧レベル3との間であり、閾値未満の電圧信号が入力された場合に多値電圧信号復元回路24がローレベルと認識する信号を出力し、閾値以上の電圧信号が入力された場合に多値電圧信号復元回路24がハイレベルと認識する信号を出力する。このような構成により、コンパレータ25cは、多値電圧信号の電圧レベルと電圧レベル3との間の立ち上がりと立ち下がりを検出し、この検出信号を多値電圧信号復元回路24に出力する。
コンパレータ25dは、閾値が電圧レベル3と電圧レベル4との間であり、閾値未満の電圧信号が入力された場合に多値電圧信号復元回路24がローレベルと認識する信号を出力し、閾値以上の電圧信号が入力された場合に多値電圧信号復元回路24がハイレベルと認識する信号を出力する。このような構成により、コンパレータ25dは多値電圧信号の電圧レベル3と電圧レベル4との間の立ち上がりと、立ち下がりを検出し、この検出信号を多値電圧信号復元回路24に出力する。
多値電圧信号復元回路24は、コンパレータ25aの出力信号の立ち上がりがφV3の立ち上がり、コンパレータ25bの出力信号の立ち上がりがφV1の立ち下がり、コンパレータ25cの出力信号の立ち上がりがφV4の立ち上がり、コンパレータ25dの出力信号の立ち上がりがφV2の立ち下がり、コンパレータ25dの出力信号の立ち下がりがφV1の立ち上がり、コンパレータ25cの出力信号の立ち下がりがφV3の立ち下がり、コンパレータ25bの出力信号の立ち下がりがφV2の立ち上がり、コンパレータ25aの出力信号の立ち下がりがφV4の立ち下がりとなるように垂直駆動信号を復元し、撮像素子21に出力する。
撮像素子21は、垂直駆動信号(φV1、φV2、φV3、φV4)、水平駆動信号(φH1、φH2)、NSUB、出力部リセットパルスに従って被検体の内部の撮像を行い、これによって得られた画像信号を、ケーブル32を介して体外機10の画像処理回路13に出力する。
画像処理回路13は、駆動回路11からの制御信号に従って撮像素子21からの画像信号に対してサンプリング処理、クランプ処理、A/D変換処理等の各種処理を施す。さらに、この画像信号は、体外機10の外部に設けられた表示装置に適した画像処理が施された後、体外機10の外部に出力される。
以上説明したように、第2の実施形態によれば、コンパレータ25a〜25dに各垂直駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりを識別するための閾値を設定しておくことにより、体内機でクロックをカウントする必要なく、ケーブル33を構成する信号線数を4本から1本に省線化できる。
ここで、水平駆動信号(φH1、φH2)、NSUB、出力部リセットパルスについては第1の実施形態で説明したような手法でシリアル信号に変換して送るようにしても良い。
[第3の実施形態]
図6は本発明の第3の実施形態に係る電子内視鏡の、特に撮像部に関する構成を示すブロック図である。また、図7は第3の実施形態における撮像部の駆動信号のタイミングチャートである。
図6は本発明の第3の実施形態に係る電子内視鏡の、特に撮像部に関する構成を示すブロック図である。また、図7は第3の実施形態における撮像部の駆動信号のタイミングチャートである。
図6に示すように、第3の実施形態の電子内視鏡は、体外機10と体内機20とがケーブル32、35、36、37、38、39で接続されて構成されている。第3の実施形態においては、体外機10が駆動回路11と、画像処理回路13とから構成されている。また、体内機20は、撮像素子21と、位相遅延回路26とから構成されている。ここで、第3の実施形態においては、駆動回路11によって駆動信号省線化手段が構成されている。また、位相遅延回路26によって駆動信号復元手段が構成されている。
体外機10の駆動回路11は、撮像素子21を駆動するために必要な駆動信号のうち、垂直駆動信号(φV1、φV3)、水平駆動信号(φH1)、NSUB、出力部リセットパルスを生成する。つまり、駆動回路11は、図7に示すように、駆動信号のうち、位相のみが異なる信号は一方のみを生成する。そして、駆動回路11は、φV1、φV3、φH1を体内機20の位相遅延回路26にケーブル37、38、39を介して出力し、NSUB、出力部リセットパルスを体内機20の撮像素子21にケーブル35、36を介して出力する。ここで、φV2、φV4、φH2は位相遅延回路26においてφV1、φV3、φH1を元に復元される。したがって、駆動回路11から位相遅延回路26にφV2、φV4、φH2を送る必要がなく、これらの駆動信号のための信号線が不要であり、省線化を図ることが可能である。また、駆動回路11はサンプリング信号、A/D変換パルス、クランプパルス等の制御信号を画像処理回路13に出力する。
体内機20の位相遅延回路26はφH1、φV1、φV3の位相を遅延することにより、φH2、φV2、φV4を生成する。即ち、図7に示すように、φH1とφH2は位相のみが異なる波形(180度位相が異なる波形)であるので、位相遅延回路26において、φH1の位相を、予め設定したφH2との位相差分だけ遅延することでφH2を生成する。同様にφV1とφV2も位相のみが異なる波形であるので、φV1の位相を、予め設定したφV2との位相差分だけ遅延することでφV2を生成する。φV3とφV4も位相のみが異なる波形であるので、φV3の位相を、予め設定したφV4との位相差分だけ遅延することでφV4を生成する。そして、位相遅延回路26は、以上のようにして生成した水平駆動信号(φH1、φH2)、及び垂直駆動信号(φV1、φV2、φV3、φV4)を撮像素子21に出力する。
撮像素子21は、垂直駆動信号(φV1、φV2、φV3、φV4)、水平駆動信号(φH1、φH2)、NSUB、出力部リセットパルスに従って被検体の内部の撮像を行い、これによって得られた画像信号を、ケーブル32を介して体外機10の画像処理回路13に出力する。
画像処理回路13は、駆動回路11からの制御信号に従って撮像素子21からの画像信号に対してサンプリング処理、クランプ処理、A/D変換処理等の各種処理を施す。さらに、この画像信号は、体外機10の外部に設けられた表示装置に適した画像処理が施された後、体外機10の外部に出力される。
以上説明したような第3の実施形態の構成をとることにより、体外機に回路を追加することなく、垂直駆動信号の信号線数及び水平駆動信号の伝送に必要な信号線数を6本から3本に省線化できる。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
10…体外機、11…駆動回路、12…シリアル信号変換回路、13…画像処理回路、14…多値電圧信号変換回路、20…体内機、21…撮像素子、22…シリアル信号復元回路、24…多値電圧信号復元回路、25a〜25d…コンパレータ、26…位相遅延回路、31〜39…ケーブル
Claims (6)
- 被検体の内部を撮像して画像データを取得する撮像手段と、
前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号を、前記駆動信号の数よりも少ない信号線で伝送可能な形態で出力する駆動信号省線化手段と、
前記駆動信号省線化手段の出力から、前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号を復元して前記撮像手段に出力する駆動信号復元手段と、
を具備することを特徴とする電子内視鏡。 - 前記駆動信号省線化手段は、前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号の一部を生成して出力する駆動手段と、前記出力された一部の駆動信号のそれぞれの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを検出し、該検出したタイミングをシリアル信号として出力するシリアル信号変換手段とを有し、
前記駆動信号復元手段は、前記シリアル信号のパターンに基づいて前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号を復元するシリアル信号復元手段を有することを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。 - 前記シリアル信号変換手段は、前記シリアル信号のパターンを識別するための識別情報を前記シリアル信号にさらに付加することを特徴とする請求項2に記載の電子内視鏡。
- 前記識別情報は、前記撮像手段に係わる情報を含むことを特徴とする請求項3に記載の電子内視鏡。
- 前記駆動信号省線化手段は、前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号を生成して出力する駆動手段と、前記出力された複数の駆動信号のそれぞれの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを検出し、該検出したタイミングを多値の電圧信号に変換してシリアル信号として出力する多値電圧信号変換手段とを有し、
前記駆動信号復元手段は、前記多値電圧信号の電圧変化に基づいて前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号を復元する多値電圧信号復元手段を有することを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。 - 前記駆動信号省線化手段は、前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号の中で位相のみが異なる信号については1つのみ生成して出力する駆動手段を有し、
前記駆動信号復元手段は、前記駆動手段から出力されるそれぞれの信号の位相を遅延して前記撮像手段を駆動するために必要な複数の駆動信号を復元する位相遅延手段を有することを特徴とする請求項1に記載の電子内視鏡。
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