JP2008206763A - クロック供給回路および電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルでのクロック特性の変動に応じた調整をケーブル毎に行うことなく、所定の特性を持つクロックを機能実行部に供給することができるクロック供給回路および電子内視鏡システムを提供する。
【解決手段】第１のクロック生成手段４４は、入力される基準クロックから位相がずれた複数の第１のクロックを生成する。位相差検出手段４２は複数の第１のクロックの内の所定のクロックと基準クロックとの位相差を検出する。第１の制御手段４３は、検出された位相差が、基準となる位相差と略一致するように第１のクロック生成手段４４を制御する。第２のクロック生成手段は、複数の第１のクロックから、機能実行部に供給する第２のクロックを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の特性を持つクロックにより所期の機能を実行する機能実行部にクロックを供給するクロック供給回路に関する。また、本発明は、本クロック供給回路を有する電子内視鏡システムにも関する。

近年、撮像部（機能実行部）と制御部および信号処理部とがケーブルを介して接続された電子カメラとして電子内視鏡などが開発されている。従来、ケーブルを介してクロックが供給される電子内視鏡が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された電子内視鏡では、ＣＣＤおよびそれを駆動する駆動回路が挿入部の先端側に配置され、制御部および信号処理部として機能するカメラコントロールユニット（ＣＣＵ）と、ケーブルを介して接続されている。駆動回路に入力されるクロックは、ＣＣＵ側のクロック発生器からマッチング回路を通してケーブルとのマッチングを調整した後にケーブルを介して伝送される。駆動回路では、入力されたクロックをコンパレータで基準電圧と比較して２値化し、バッファおよび微分回路によって位相およびデューティを変えてクロックを生成している。
特開昭６３−２４０８２８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された電子内視鏡では、ケーブルでのクロックの歪み、減衰、およびレベル変動に応じた調整をケーブル毎に行う必要があり、調整時間およびコストが掛かってしまうという課題があった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、ケーブルでのクロック特性の変動に応じた調整をケーブル毎に行うことなく、所定の特性を持つクロックを機能実行部に供給することができるクロック供給回路および電子内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、所定の特性を持つクロックにより所期の機能を実行する機能実行部に前記クロックを供給するクロック供給回路において、入力される基準クロックから位相がずれた複数の第１のクロックを生成する第１のクロック生成手段と、前記複数の第１のクロックの内の所定のクロックと前記基準クロックとの位相差を検出する位相差検出手段と、検出された位相差が、基準となる位相差と略一致するように前記第１のクロック生成手段を制御する第１の制御手段と、前記複数の第１のクロックから、前記機能実行部に供給する第２のクロックを生成する第２のクロック生成手段とを有するクロック供給回路である。

また、本発明のクロック供給回路は、前記基準クロックを発生するクロック源と、前記基準クロックを伝送するケーブルを介して接続されていることを特徴とする。

また、本発明のクロック供給回路は、前記第２のクロック生成手段が前記第２のクロックの生成に使用する前記複数の第１のクロックの選択を制御する第２の制御手段を有していることを特徴とする。

また、本発明のクロック供給回路において、前記機能実行部は、複数の画素を有する固体撮像素子であることを特徴とする。

また、本発明のクロック供給回路において、前記機能実行部はモーターであることを特徴とする。

また、本発明のクロック供給回路において、前記第１のクロック生成手段は、前記第１の制御手段により遅延量が制御される、直列に接続された複数の遅延素子を有することを特徴とする。

また、本発明は、上記のクロック供給回路を有する電子内視鏡システムである。

本発明によれば、基準となる位相差に基づいて基準クロックとの位相差が制御された第１のクロックから、機能実行部に供給する第２のクロックが生成されるので、基準クロックの特性によらず、所定の特性を持つ第２のクロックを得ることが可能となる。これによって、ケーブルでのクロック特性の変動に応じた調整をケーブル毎に行うことなく、所定の特性を持つクロックを機能実行部に供給することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態によるクロック供給回路の構成を示している。また、図２は、図１に示すクロック供給回路を備えた電子カメラ装置の構成を示している。図２に示すように、本実施形態による電子カメラ装置は、撮像部１、制御・信号処理部２、およびケーブル３を備えており、撮像部１と制御・信号処理部２がケーブル３によって接続されている。

撮像部１において、クロック供給回路４は、ケーブル３を介して制御・信号処理部２から伝送される基準クロック（以下、基準ＣＬＫと記す）から、水平駆動クロックφＨ１，φＨ２およびリセットクロックφＲＳを生成しＣＣＤ５に供給する。ＣＣＤ５（固体撮像素子）は本実施形態における機能実行部である。このＣＣＤ５は複数の画素を有しており、図示せぬ撮像光学系を介して結像された光学像を光電変換し撮像信号を出力する。バッファ６は、ＣＣＤ５から出力された撮像信号をバッファする。

制御・信号処理部２において、アナログ・フロント・エンド７は、ケーブル３を介して伝送されるバッファ６の出力信号を処理しデジタル画像信号を生成する。クロック源８はクロックを発生し、クロック供給回路４、アナログ・フロント・エンド７、およびＶ駆動手段９にクロックを供給する。Ｖ駆動手段９は、ＣＣＤ５に供給する垂直駆動クロックφＶを生成する。

図１に示すクロック供給回路４において、バッファ４１は、ケーブル３を介して入力されたクロック源８からの基準ＣＬＫをバッファする。位相差検出手段４２は、バッファ４１から出力されるクロック（以下、基準ＣＬＫバッファ出力と記す）と、第１のクロック生成手段４４から出力される遅延クロック（以下、遅延ＣＬＫと記す）との間の位相差を検出し、その位相差に応じた信号を出力する。

第１の制御手段４３は、位相差検出手段４２から出力された信号に基づいて、第１のクロック生成手段４４を制御するための制御信号を生成する。この第１の制御手段４３は、位相差検出手段４２で検出された位相差に応じた電圧信号を発生するチャージポンプ４３ａと、帰還ループの安定性を確保するためのループフィルタ４３ｂとを備えている。

第１のクロック生成手段４４は、基準ＣＬＫバッファ出力から位相がずれた複数の遅延ＣＬＫ（第１のクロック）を生成する。各遅延ＣＬＫの遅延量（基準ＣＬＫバッファ出力と各遅延ＣＬＫの位相差）は、第１のクロック制御手段４１からの制御信号に基づいて制御される。以下、第１のクロック生成手段４４から出力されるｎ種類の遅延ＣＬＫをそれぞれ遅延ＣＬＫ１、遅延ＣＬＫ２、・・・、遅延ＣＬＫｎとする。

第２のクロック生成手段４５は、基準ＣＬＫバッファ出力、遅延ＣＬＫ１、遅延ＣＬＫ２、・・・、遅延ＣＬＫｎから所望のクロックを選択し、選択したクロックから、所望の位相およびデューティを持つ水平駆動クロックφＨ１，φＨ２（第２のクロック）およびリセットクロックφＲＳ（第２のクロック）を生成する。第２の制御手段４６は、第２のクロック生成手段４５がクロック生成の際に使用するクロックの選択を制御する。ドライバ回路４７は、第２のクロック生成手段４５から出力された各クロックを駆動クロックとしてＣＣＤ５へ供給する。

次に、図３を参照しながら、クロック供給回路４の動作を説明する。まず、ケーブル３を介してクロック源８からクロック供給回路４のバッファ４１へ基準ＣＬＫが伝送される。同時にクロック源８からアナログ・フロント・エンド７およびＶ駆動手段９へもクロックが伝送される。

図３に示すように、バッファ４１に入力された基準ＣＬＫは、ケーブル３を伝送する間に振幅が減衰し、振幅の中点（波形の山と谷の中点）も変動してしまう。バッファ４１がこの基準ＣＬＫを２値化すると、ケーブル３での特性変動によってデューティの崩れたクロック（基準ＣＬＫバッファ出力）がバッファ４１から出力される。この基準ＣＬＫバッファ出力のデューティは例えば３０%程度である。

この基準ＣＬＫバッファ出力は第１のクロック生成手段４４に入力される。第１のクロック生成手段４４は、基準ＣＬＫバッファ出力から位相だけがずれた遅延ＣＬＫ１、遅延ＣＬＫ２、・・・、遅延ＣＬＫｎを出力する。それらの遅延ＣＬＫの中で、任意の遅延量を持つクロック（ここでは遅延ＣＬＫｎ）が位相差検出手段４２に入力され、基準ＣＬＫバッファ出力と遅延ＣＬＫｎの位相差に応じた信号が位相差検出手段４２から出力される。

この信号に基づいて第１の制御手段４３が生成する制御信号によって、第１のクロック生成手段４４から出力される各遅延ＣＬＫの遅延量が制御される。図４は第１のクロック生成手段４４の構成を示している。第１のクロック生成手段４４は、第１の制御手段４３からの制御信号に基づいて出力信号の遅延量が制御されるｎ個の同一の遅延素子４４０−１，４４０−２，４４０−３，・・・，４４０−ｎが直列に接続された構成を有している。各遅延素子から出力されるクロックがそれぞれ、図３に示す遅延ＣＬＫ１、遅延ＣＬＫ２、遅延ＣＬＫ３、・・・、遅延ＣＬＫｎとなる。

制御信号によって、基準ＣＬＫバッファ出力と遅延ＣＬＫｎの位相差が無くなるように、言い換えると基準ＣＬＫバッファ出力と遅延ＣＬＫｎの位相差が基準位相差（３６０°×ｎ（ｎは整数））と略一致するようにフィードバックが掛かり、基準ＣＬＫバッファ出力と遅延ＣＬＫｎの位相が一致したところで遅延ＣＬＫｎが安定する。これにより、各遅延素子から出力される遅延ＣＬＫの遅延量が所定量で安定する。基準ＣＬＫの周期をＴとすると、各遅延素子での遅延量Δは以下の（１）式で表せる。クロック供給回路４に入力される基準ＣＬＫに歪みや、減衰、レベル変動がある場合でも基準ＣＬＫの周期は変わらないため、その周期を基準にして各遅延ＣＬＫの遅延量が一定に保たれるようになる。
Δ＝Ｔ／ｎ ・・・（１）

上記のように遅延量が制御された遅延ＣＬＫ１、遅延ＣＬＫ２、・・・、遅延ＣＬＫｎから適宜必要な遅延ＣＬＫを用いて、第２のクロック生成手段４５によって水平駆動クロックφＨ１，φＨ２およびリセットクロックφＲＳが生成される。第２の制御手段４６は、第２のクロック生成手段４５が使用する遅延ＣＬＫを制御する。

図３に示す水平駆動クロックφＨ１，φＨ２およびリセットクロックφＲＳは以下のようにして生成される。以下では一例として、水平駆動クロックφＨ１，φＨ２のデューティが５０％、リセットクロックφＲＳのデューティが２５％であるものとし、リセットクロックφＲＳと水平駆動クロックφＨ１の位相差が（Ｔ／ｎ）×ａ、水平駆動クロックφＨ１とφＨ２の位相差がＴ／２であるものとする。

リセットクロックφＲＳの立ち上がりは基準ＣＬＫバッファ出力の立ち上がりで制御される。さらに、リセットクロックφＲＳのデューティが２５％であるので、リセットクロックφＲＳの立ち下がりは遅延ＣＬＫ（ｎ／４）の立ち下がりで制御される。

また、リセットクロックφＲＳと水平駆動クロックφＨ１の位相差が（Ｔ／ｎ）×ａであるので、水平駆動クロックφＨ１の立ち上がりは遅延ＣＬＫａで制御される。さらに、水平駆動クロックφＨ１のデューティが５０％であるので、水平駆動クロックφＨ１の立ち下がりは遅延ＣＬＫ（（ｎ／２）＋ａ）で制御される。

また、水平駆動クロックφＨ１とφＨ２の位相差がＴ／２であるので、水平駆動クロックφＨ２の立ち上がりは遅延ＣＬＫ（（ｎ／２）＋ａ）で制御される。さらに、水平駆動クロックφＨ２のデューティが５０％であるので、立ち下がりは遅延ＣＬＫａで制御される。

上記において、ａおよびｎ／４は整数であるものとする。（ｎ／４）＋ａ＞ｎとなる場合には、遅延ＣＬＫ（（ｎ／４）＋ａ）の代わりに遅延ＣＬＫ（（−３ｎ／４）＋ａ）を用いればよい。また、（ｎ／２）＋ａ＞ｎとなる場合には、遅延ＣＬＫ（（ｎ／２）＋ａ）の代わりに遅延ＣＬＫ（（−ｎ／２）＋ａ）を用いればよい。クロック周波数が５０ＭＨｚ、水平駆動クロックφＨ１，φＨ２とリセットクロックφＲＳの間の遅延量を１ｎｓ（周期の１／２０）とする場合には遅延素子を２０個（ｎ＝２０）使用しａ＝１とするか、遅延素子を４０個（ｎ＝４０）使用しａ＝２とすればよい。

上記のように、所望のクロックの立ち上がりと立ち下がりのタイミングを基準ＣＬＫバッファ出力とｎ個の遅延ＣＬＫで制御することにより、（１）式に示した遅延量Δを最小単位とするタイミング制御が可能となる。これによって、クロックの位相とデューティを任意に設定することができる。

上述したように、本実施形態によれば、基準となる位相差に基づいて基準ＣＬＫバッファ出力との位相差が制御された遅延ＣＬＫを少なくとも用いて、ＣＣＤ５に供給する駆動クロックが生成されるので、クロック供給回路４に入力される基準ＣＬＫの特性によらず、所定の特性（所定の位相およびデューティ）を持つ駆動クロックを得ることが可能となる。これによって、ケーブルでのクロック特性の変動に応じた調整をケーブル毎に行うことなく、所定の特性を持つクロックをＣＣＤ５に供給することができる。したがって、ＣＣＤ５から所定の撮像信号を得ることができる。

また、部材のばらつきや温度変化などによる駆動クロックの位相やデューティの変動を低減することができる。さらに、画像の高精細化が進み伝送速度が高速になると、駆動クロックの調整に係る精度の確保が難しくなるが、本実施形態によれば、駆動クロックの調整を高精度に行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図５は、本実施形態によるクロック供給回路を備えた電子カメラ装置の構成を示している。本実施形態の撮像部１には、ＣＣＤ５から出力された撮像信号を処理するＣＤＳ回路１０（相関２重サンプリング回路）が設けられている。ＣＤＳ１０の駆動に必要なサンプリングパルスφＳＨＰ，φＳＨＤはクロック供給回路４によって生成される。クロック供給回路４の構成は第１の実施形態と同様である。

図６は、本実施形態における各信号の波形を示している。クロック供給回路４がＣＣＤ５への水平駆動クロックφＨ１，φＨ２およびリセットクロックφＲＳを生成する動作は第１の実施形態と同様である。これら各クロックに同期してＣＣＤ５から撮像信号が出力される。ＣＤＳ１０はクロック供給回路４からのサンプリングパルスφＳＨＰ，φＳＨＤに基づいて相関２重サンプリングを行い、撮像信号の画素信号分（信号レベルとフィードスルーレベルの差分）を増幅する。

サンプリングパルスφＳＨＰ，φＳＨＤも水平駆動クロックφＨ１，φＨ２およびリセットクロックφＲＳと所定の位相関係を持つと共に所定のデューティを持つクロックであり、第１の実施形態と同様にして生成することができる。したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図７は、本実施形態によるクロック供給回路を備えた撮像システムの構成を示している。撮像部１には、ＣＣＤを含む撮像ユニット１０１、撮像ユニット１０１の撮像方向等を変えるための移動に係る駆動力を発生するモーター１０２、モータードライバ１０３、および第１の実施形態と同様のクロック供給回路４が設けられている。モーター１０２の駆動に必要な駆動クロックφＶ１〜φＶｎはクロック供給回路４から供給される。

モーター１０２の動作は、クロック供給回路４から供給される駆動クロックφＶ１〜φＶｎによって制御される。モーター１０２が発生する駆動力によって、撮像ユニット１０１が撮像部１の回転変動に応じて移動する。モーター１０２が３相ブラシレスモーターである場合、３つの位相およびデューティが所望の値に設定されたクロックをクロック供給回路４が第１の実施形態と同様にして生成する。また、モーター１０２がパルスモーターである場合には、遅延量およびデューティが所望の値に設定されたクロックをクロック供給回路４が第１の実施形態と同様にして生成する。したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができると共に、所望のモーター駆動を行うことができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。図８は、本実施形態によるクロック供給回路を備えた電子内視鏡システムの構成を示している。本実施形態による電子内視鏡システムは、撮像部１、制御・信号処理部２、アナログ・フロント・エンド７からのデジタル画像信号を処理するデジタル信号処理回路２０１ａを備えたビデオプロセッサ２０１、光源装置２０２、および光源装置２０２からの照明光を撮像部１に導くためのライトガイド２０３を備えている。このように構成された電子内視鏡システムによれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の第１の実施形態によるクロック供給回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態によるクロック供給回路を備えた電子カメラ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態によるクロック供給回路の動作を説明するためのタイミング図である。 本発明の第１の実施形態によるクロック供給回路が備える第１のクロック生成手段の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態によるクロック供給回路を備えた電子カメラ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態によるクロック供給回路の動作を説明するためのタイミング図である。 本発明の第３の実施形態によるクロック供給回路を備えた電子カメラ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態によるクロック供給回路を備えた電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１・・・撮像部、２・・・制御・信号処理部、３・・・ケーブル、４・・・クロック供給回路、５・・・ＣＣＤ、６，４１・・・バッファ、７・・・アナログ・フロント・エンド、８・・・クロック源、９・・・Ｖ駆動手段、１０・・・ＣＤＳ回路、４２・・・位相差検出手段、４３・・・第１の制御手段、４３ａ・・・チャージポンプ、４３ｂ・・・ループフィルタ、４４・・・第１のクロック生成手段、４５・・・第２のクロック生成手段、４６・・・第２の制御手段、４７・・・ドライバ回路、１０１・・・撮像ユニット、１０２・・・モーター、１０３・・・モータードライバ、２０１・・・ビデオプロセッサ、２０２・・・光源装置、２０３・・・ライトガイド、４４０−１，４４０−２，４４０−３，４４０−ｎ・・・遅延素子

Claims (7)

1. 所定の特性を持つクロックにより所期の機能を実行する機能実行部に前記クロックを供給するクロック供給回路において、
   入力される基準クロックから位相がずれた複数の第１のクロックを生成する第１のクロック生成手段と、
   前記複数の第１のクロックの内の所定のクロックと前記基準クロックとの位相差を検出する位相差検出手段と、
   検出された位相差が、基準となる位相差と略一致するように前記第１のクロック生成手段を制御する第１の制御手段と、
   前記複数の第１のクロックから、前記機能実行部に供給する第２のクロックを生成する第２のクロック生成手段と、
   を有するクロック供給回路。
2. 前記基準クロックを発生するクロック源と、前記基準クロックを伝送するケーブルを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のクロック供給回路。
3. 前記第２のクロック生成手段が前記第２のクロックの生成に使用する前記複数の第１のクロックの選択を制御する第２の制御手段を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクロック供給回路。
4. 前記機能実行部は、複数の画素を有する固体撮像素子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のクロック供給回路。
5. 前記機能実行部はモーターであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のクロック供給回路。
6. 前記第１のクロック生成手段は、前記第１の制御手段により遅延量が制御される、直列に接続された複数の遅延素子を有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のクロック供給回路。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のクロック供給回路を有する電子内視鏡システム。

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