JP2008301965A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単一のプロセッサ部に対し仕様の異なる複数の電源重畳方式の内視鏡を用いることが可能な電子内視鏡装置を提供すること。
【解決手段】内視鏡１内部の信号重畳部２３によって電源電圧に重畳された信号を分離する重畳信号分離部２４を、プロセッサ部２に着脱自在に構成されたプロセッサ接続部７に設ける。信号重畳部２３、重畳信号分離部２４の回路定数は内視鏡１に使用される撮像部２１の仕様に応じて設定されている。これにより、仕様の異なる複数の内視鏡１をプロセッサ部２に接続することが可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電源重畳方式により画像伝送を行う電子内視鏡装置に関し、特に仕様の異なる複数の内視鏡を接続可能な電子内視鏡装置に関する。

近年、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、体腔内の臓器等を観察する電子内視鏡装置が広く用いられている。このような電子内視鏡装置においては、挿入性の向上や患者への負担軽減のため、内視鏡の挿入部を細経化することが求められている。

一般に電子内視鏡装置は、挿入部の先端部に光学像を画像信号に変換するＣＣＤ等の撮像素子が配置されており、撮像素子において変換された画像信号を外部装置であるプロセッサ部に伝達し、プロセッサ部において画像信号を処理してから、プロセッサ部に接続されたモニタ上に内視鏡画像を表示させて観察を行う構成となっている。

ここで、プロセッサ部は、撮像素子からの画像信号を受け取るとともに、撮像素子に対して、撮像素子を駆動するための複数の駆動信号を出力している。このため、内視鏡の挿入部には、画像信号の読み出し線や撮像素子の駆動信号線等の複数の信号線が挿通されることになり、これが挿入部の細径化を妨げる一因となっている。

これに対して、例えば特許文献１においては、内視鏡の先端部に配された撮像素子から出力される画像信号に、撮像素子を駆動するためにプロセッサ部から供給されるクロック信号と電源電圧の少なくとも２つを重畳させて共通の信号線により伝送することで、内視鏡の挿入部を挿通する配線数を削減して挿入部を細径化する手法（以下、このような手法を電源重畳方式と称する）が提案されている。
特公平３−３０３６５号公報

一般に、内視鏡の挿入部に配置される撮像素子は、内視鏡の用途に応じて異なる画素数を持つ場合や、異なるフレームレートで動作させる場合があり、これに伴って、内視鏡からプロセッサ部へと画像信号を伝送する際の伝送データレート、即ち内視鏡において電源電圧に重畳する画像信号の周波数が異なる場合がある。

ここで、特許文献１のような電源重畳方式の電子内視鏡装置においては、伝送データレートが異なる場合、これに応じてプロセッサ部に設けられる電源電圧と画像信号とを分離するための回路には、重畳された信号を分離するために適切な回路定数を持たせる必要がある。しかしながら、特許文献１においては、プロセッサ部に、画素数やフレームレートといった仕様の異なる複数の内視鏡、即ち重畳信号周波数の異なる複数種類の内視鏡を接続することに関して特に言及されていない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、単一のプロセッサ部に対し仕様の異なる複数の電源重畳方式の内視鏡を用いることが可能な電子内視鏡装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の電子内視鏡装置は、被写体を撮影し画像信号を生成する撮像部及び前記画像信号に電源電圧を重畳して伝送する信号重畳部を有する内視鏡と、前記内視鏡から伝送される信号のうちの前記画像信号に対して画像処理を行うプロセッサ部と、前記プロセッサ部に着脱自在であって前記内視鏡と前記プロセッサ部とを電気的に接続し、前記内視鏡から伝送される信号を前記画像信号と前記電源電圧とに分離する重畳信号分離部を有するプロセッサ接続部とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、単一のプロセッサ部に対し仕様の異なる複数の電源重畳方式の内視鏡を用いることが可能な電子内視鏡装置を提供することができる。

以下、図面を参照して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の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る電子内視鏡装置を有する電子内視鏡システムの全体構成を示す模式図である。

図１に示すように、本電子内視鏡システムは、内視鏡１とプロセッサ部２とを有して構成される電子内視鏡装置に、モニタ３が接続されて構成されている。内視鏡１は、ＣＣＤ方式等の撮像素子を内蔵し、被検体内を撮像して画像信号を得る。プロセッサ部２は、内視鏡１において得られた画像信号に対する信号処理を行って画像信号を生成する。モニタ３は、プロセッサ部２から出力される画像信号に基づいて被検体内の映像を表示する。

以下、図１の電子内視鏡システムについて更に説明する。
図１に示すように、内視鏡１は、観察対象物に挿入される細長の挿入部４と、この挿入部４の基端側に接続された操作部５と、信号ケーブル６と、プロセッサ接続部７とを有して構成されている。さらに、挿入部４は、撮像素子が内蔵される硬性の先端部８と、この先端部８の後端に設けられ湾曲が可能な軟性の湾曲部９とを有して構成されている。そして、操作部５に設けられた操作ノブを操作することにより湾曲部９を屈曲自在に湾曲させることができるようになっている。

また、内視鏡１は、プロセッサ接続部７に設けられたコネクタを介してプロセッサ部２と着脱自在に構成され、内視鏡１にプロセッサ部２を装着することで、内視鏡１とプロセッサ部２とが電気的に接続される。

図２は、電子内視鏡システムの内視鏡１とプロセッサ部２の主な構成を示すブロック図である。なお、図２において内視鏡１は特に先端部８の構成を示している。

図２に示す内視鏡１の先端部８は、撮像部２１と、信号処理部２２と、信号重畳部２３とを有している。

撮像部２１は、体腔内で観察対象物を撮影する際に撮影領域を照明するためのＬＥＤ等で構成された光源と、この光源により照明された撮影領域からの反射光像を結像させるための対物光学系と、この対物光学系により結像された反射光像を撮像して画像信号を生成するためのＣＣＤ等で構成された撮像素子とを有している。そして、撮像部２１は、撮像素子によって得られた画像信号をデジタル化して後段の信号処理部２２に出力する。

信号処理部２２は、撮像部２１の撮像素子から出力されたデジタルの画像信号を電源電圧に重畳して伝送するための信号処理を行う。この信号処理として、例えば、信号処理部２２は、撮像素子からのデジタルの画像信号を８ｂ１０ｂ変調して信号中に現われるビット１とビット０の出現確率を均一にして交流化した後、この画像信号に、プロセッサ部２における信号処理の際の同期を取るための垂直同期信号や水平同期信号を含む同期信号を挿入し、さらに同期信号を挿入した画像信号をパラレルシリアル変換する。

信号重畳部２３は、プロセッサ部２から信号ケーブル６を介して供給される電源電圧を取り出して、この電源電圧を先端部８の各部を駆動するための電源として各部に供給する。ここで、信号重畳部２３は、レギュレータ回路等の図示しない電源安定化回路を有し、この電源安定化回路によって信号ケーブル６から取り出した電源電圧を安定化した後、先端部８の各部に供給する。また、信号重畳部２３は、信号処理部２２において処理されて得られた画像信号を電源電圧に重畳し、これにより得られる重畳信号を、信号ケーブル６を介してプロセッサ接続部７に出力することも行う。

図２に示す内視鏡１のプロセッサ接続部７は、重畳信号分離部２４を有している。重畳信号分離部２４は、先端部８から信号ケーブル６を介して出力された重畳信号から、信号処理部２２において処理されて得られた信号を分離する。

図２に示すプロセッサ部２は、信号処理部２５と、電源部２６とを有している。信号処理部２５は、重畳信号分離部２４において分離された信号の復調処理及び同期信号の検出処理を行い、モニタ３において映像を表示するための画像信号を復元してモニタ３に出力する。電源部２６は、先端部８及びプロセッサ接続部７の各部を駆動するための電源電圧を生成する。電源部２６において生成される電源電圧は、プロセッサ接続部７の重畳信号分離部２４、及び先端部８の信号重畳部２３に供給される。

ここで、図２に示す信号重畳部２３、重畳信号分離部２４についてさらに説明する。図３は、第１の実施形態における信号重畳部２３、重畳信号分離部２４の回路構成例を示す図である。

図３は、コイルとコンデンサとを用いて電源電圧に画像信号を重畳して伝送するための回路構成を示した図である。即ち、図３の回路は、コンデンサが直流成分を遮断し高周波成分を通過させ、コイルが直流成分を通過させ高周波成分を遮断する特性を有することを利用して、直流の電源電圧に高周波の画像信号を重畳したり、重畳信号から画像信号を分離したりするものである。

信号重畳部２３は、信号処理部２２からシリアル信号として出力された画像信号を、ＬＶＤＳドライバ等の差動出力ドライバ３１により、差動ペア信号に変換し、変換した差動ペア信号のそれぞれを、コンデンサ３２を介して信号ケーブル６を構成する電源線（電源側、ＧＮＤ側）に重畳する。さらに、信号重畳部２３は、電源線に重畳される信号が先端部８の各部に供給されないようにコイル３３により遮断することで、電源電圧のみを取り出し、取り出した電源電圧を先端部８の各部に供給する。

ここで、電源線に重畳される信号が差動信号であるため、信号ケーブル６を構成する電源線は、ツイストペアケーブルで構成することが好ましい。

重畳信号分離部２４は、コイル３４により高周波の信号成分を遮断し直流成分のみを通過させるとともに、コンデンサ３５により電源電圧を遮断し、高周波である信号成分を通過させることで、信号重畳部２３にて電源電圧に重畳された信号成分を分離し、分離した信号成分をＬＶＤＳ等の差動入力レシーバ３６を通して取り出す。差動入力レシーバ３６において取り出された信号は、プロセッサ部２の信号処理部２５に入力される。信号処理部２５は、入力された信号から画像信号を復元してモニタ３に出力する。

このようにして、プロセッサ部２から先端部８の各部に電源を供給するための電源線を用いて画像信号を伝送することが可能である。これにより、画像信号を伝送するための専用の信号線が不要となり、挿入部４を通過する配線数を削減して挿入部４を細径化することが可能である。

ここで、上述のように電源電圧に画像信号を重畳して伝送するために、本実施形態における信号重畳部２３、重畳信号分離部２４を構成するコイル、コンデンサの回路定数は、電源電圧に重畳される信号の周波数帯域に応じて設定されている。以下、このコイル、コンデンサの回路定数の設定について説明する。

例えば、撮像素子の画素数がＱＶＧＡ相当（３２０×２４０ピクセル）、１画素当たりのデータ量が８ビット、フレームレートが３０ｆｐｓの撮像部２１を用いた場合を考えると、撮像素子から出力される画像信号のデータレートは、およそ１８Ｍｂｐｓとなる。また、撮像素子から出力される画像信号は、信号処理部２２においてビット１とビット０の出現確率を平均化して交流化するために８ｂ１０ｂ変調が行われ、受信側での信号処理において同期を取るための同期信号が挿入された後、パラレルシリアル変換される。これにより、撮像素子からの画像信号は、ＮＲＺ形式のベースバンド信号として信号重畳部２３に出力される。この信号、即ち電源電圧に重畳される信号の周波数帯域は２.３ＭＨｚ〜１１.５ＭＨｚとなる。一方、撮像素子の画素数がＶＧＡ（６４０×４８０ピクセル）相当の撮像部２１を用いた場合であれば、上記と同様の処理が行われた後、電源電圧に重畳される信号の周波数帯域は９.２ＭＨｚ〜４６ＭＨｚとなる。同様に、撮像素子のフレームレートを異ならせた場合も電源電圧に重畳される信号の周波数帯域が異なる。即ち、信号重畳部２３において重畳される信号の周波数帯域は、撮像部２１を構成する撮像素子の画素数やフレームレートによって異なるものとなる。なお、上述した例では、電源電圧に重畳される信号の周波数が数ＭＨｚ以上の比較的高周波となるため、ベースバンド信号を電源電圧に重畳するようにしている。

信号重畳部２３、重畳信号分離部２４を構成するコイルは、電源電圧に重畳された信号を十分遮断できるインピーダンスと先端部８の各部で消費する電力を供給できるだけの電流通過容量とを持つことが必要である。一般に、理想的なコイル（インダクタンスのみ）のインピーダンスは２πｆＬ［Ω］（ｆ：周波数［Ｈｚ］、Ｌ：インダクタンス［Ｈ］）で表され、信号の周波数が高周波になるほど増加する。しかしながら、実際のコイルはインダクタンスの他に巻き線間に発生する線間容量を持つため、ある周波数（自己共振周波数：インダクタンス成分によるインピーダンスと静電容量成分によるインピーダンスとが等しくなる周波数）において共振現象を起こし、それ以上の高周波ではインピーダンスが低下する性質がある。このため、この共振現象を考慮しても、電源電圧に重畳された信号を十分遮断するだけの大きさのインピーダンスを持たせる必要がある。上記の例で説明すると、ＱＶＧＡ相当の画素数の撮像素子を用いた場合の方がＶＧＡ相当の画素数の撮像素子を用いた場合に比べてより低周波の信号を遮断する必要があるため、大きなインダクタンスを有するコイルを用いる必要がある。

また、インダクタンスＬが大きくなると自己共振周波数が低くなるためＶＧＡ相当の画素数の撮像素子を用いた場合には、高周波側でインピーダンスが不足することが考えられる。ＶＧＡ相当の画素数の場合は、電源電圧に重畳された信号の周波数帯域における最低周波数が高くなるので、低周波側で十分なインピーダンスを確保できる程度の小さなインダクタンスを有するコイルを用いることで、高周波側のインピーダンスも確保できるようにする。

また、信号重畳部２３、重畳信号分離部２４を構成するコンデンサは、電源電圧に重畳された信号が通過可能となる静電容量を持つことが必要である。一般に、理想的なコンデンサ（静電容量のみ）のインピーダンスは１/２πｆＣ［Ω］（ｆ：周波数［Ｈｚ］、Ｃ：静電容量［Ｆ］）で表され、信号の周波数が高周波になるほど減少する。即ち、コンデンサのインピーダンスがより低ければ、電源電圧に重畳された信号が通過しやすくなる。しかしながら、実際のコンデンサは静電容量の他に直列に配列される電極パターン等による残留インダクタンスを持つため、ある周波数（自己共振周波数）において共振現象を起こし、それ以上の高周波ではインダクタ成分が支配的となってインピーダンスが増加する性質がある。このため、コンデンサの静電容量は、電源電圧に重畳された信号の周波数帯域における最低の周波数におけるインピーダンスが十分低くなるように最低周波数が低いほど増やす必要がある。しかしながら、静電容量が大きくなると自己共振周波数が低くなるので、高周波側でインピーダンスを低くすることが困難となる。このため、使用する周波数帯域に応じて最適な静電容量を持つコンデンサを使用する必要がある。上記の例で説明すると、ＱＶＧＡ相当の画素数の撮像素子を用いた場合の方がＶＧＡ相当の画素数の撮像素子を用いた場合に比べて大きな静電容量を有するコンデンサを用いる必要がある。

このように、信号重畳部２３、重畳信号分離部２４のコイル、コンデンサは、先端部８の撮像部２１に用いられる撮像素子の画素数やフレームレートに応じて変化する信号の周波数帯域に応じて適切な回路定数を持たせる必要がある。

ここで、本実施形態では、内視鏡１の先端部８内部の信号重畳部２３で重畳された信号を分離するための重畳信号分離部２４をプロセッサ部２に着脱自在に設けられたプロセッサ接続部７に設けている。このため、撮像部２１を構成する撮像素子の画素数やフレームレート等を変える場合でもプロセッサ部２に接続する内視鏡１を付け替えれば適切な回路定数を持った重畳信号分離部２４が接続されることになる。したがって、プロセッサ部２に複数の異なる仕様を持つ電源重畳方式の内視鏡１を接続することが可能である。

ここで、図３の例では、重畳信号分離部２４に差動入力レシーバ３６を設けているが、差動入力レシーバ３６は必ずしも重畳信号分離部２４に設ける必要はなく、プロセッサ部２に設けるようにしても良い。このようにすれば、内視鏡１の部品点数を減らすことができるため、内視鏡１の低コスト化を図ることが可能である。

［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、第２の実施形態における電子内視鏡システムの内視鏡１とプロセッサ部２の主な構成を示すブロック図である。なお、図４においても図２と同様に操作部５については図示を省略している。図４において、図２と異なる点は、プロセッサ接続部７がプロセッサ部２に対してだけでなく内視鏡１に対しても着脱自在に構成されている点である。

図５（ａ）は図４の電子内視鏡システムの第１の例の模式図である。図５（ａ）に示すように、プロセッサ接続部７は、コネクタを介して、内視鏡１とプロセッサ部２とに着脱自在に構成されている。ここで、プロセッサ接続部７内部の重畳信号分離部２４を構成するコイル、コンデンサの回路定数はプロセッサ接続部７に接続される内視鏡１の信号周波数帯域に応じて設定されている。

このような第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、内視鏡１の先端部８内部の信号重畳部２３で重畳された信号を分離するための重畳信号分離部２４をプロセッサ部２に着脱自在に設けられたプロセッサ接続部７に設けているため、撮像部２１を構成する撮像素子の画素数やフレームレート等を変える場合でも内視鏡１に対応した回路定数を応じたプロセッサ接続部７を用いることで、複数の異なる仕様を持つ電源重畳方式の内視鏡１を接続することが可能である。さらに、第２の実施形態では、プロセッサ接続部７を内視鏡１と別体としているため、内視鏡１の部品点数を第１の実施形態よりも減らすことができるため、内視鏡１のさらなる低コスト化を図ることが可能である。

ここで、図５（ａ）の例では、内視鏡１と信号ケーブル６を一体として構成しているが、図５（ｂ）に示すように信号ケーブル６を含めてプロセッサ接続部７を構成するようにしても良い。この場合、内視鏡１の部品点数を図５（ａ）の場合よりもさらに削減することが可能である。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述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。例えば、上述した実施形態では、信号重畳部２３、重畳信号分離部２４にコイル、コンデンサを用いた構成を例示したが、図６に示すようなトランスを用いた構成を用いても良い。

図６の例においては、プロセッサ部２の電源部２６において供給された電源電圧は直流信号であるため、トランス４３、４１、４２、４４を構成する片側の巻き線（トランス４３、４１においては図示上側の巻き線、トランス４２、４４においては図示下側の巻き線）のみを通過する。これによって先端部８の各部に電源電圧が供給される。

一方、信号重畳部２３内の差動出力ドライバ３１から出力される差動信号は、交流信号であるため、トランス４１、４２を構成する巻き線間の磁気結合により信号ケーブル６を構成する電源線（電源側、ＧＮＤ側）に重畳される。このようにして電源電圧に重畳された信号は、重畳信号分離部２４内のトランス４３、４４を構成する巻き線間の磁気結合により電源電圧から分離され、差動入力レシーバ３６に入力される。このようにして、信号の重畳及び分離が行われ、電源線のみで先端部８からプロセッサ部２への画像信号の伝送を行うことが可能である。

ここで、トランスも、コイルやコンデンサと同様に、使用可能な周波数帯域や許容可能な電流値がデバイスによって異なる。したがって、撮像部２１を構成する撮像素子の画素数やフレームレート等により変化する信号の周波数帯域や電源線を通して供給する消費電流に応じた許容通過電流値を持った適切なトランスを使用する必要がある。即ち、トランスを用いて信号の重畳及び分離を行う構成を用いた場合も、重畳信号分離部２４をプロセッサ接続部７に設けることで、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

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。

本発明の第１の実施形態に係る電子内視鏡装置を有する電子内視鏡システムの全体構成を示す模式図である。 第１の実施形態における電子内視鏡システムの内視鏡とプロセッサ部の主な構成を示すブロック図である。 コイルとコンデンサとを用いて電源電圧に画像信号を重畳して伝送するための回路構成を示した図である。 第２の実施形態における電子内視鏡システムの内視鏡とプロセッサ部の主な構成を示すブロック図である。 図５（ａ）は第２の実施形態における電子内視鏡システムの第１の例の模式図であり、図５（ｂ）は第２の実施形態における電子内視鏡システムの第２の例の模式図である。 トランスを用いて電源電圧に画像信号を重畳して伝送するための回路構成を示した図である。

符号の説明

１…内視鏡、２…プロセッサ部、３…モニタ、４…挿入部、５…操作部、６…信号ケーブル、７…プロセッサ接続部、８…先端部、９…湾曲部、２１…撮像部、２２…信号処理部、２３…信号重畳部、２４…重畳信号分離部、２５…信号処理部、２６…電源部、３１…差動出力ドライバ、３２，３５…コンデンサ、３３，３４…コイル、３６…差動入力レシーバ、４１，４２，４３，４４…トランス

Claims (4)

1. 被写体を撮影し画像信号を生成する撮像部及び前記画像信号に電源電圧を重畳して伝送する信号重畳部を有する内視鏡と、
   前記内視鏡から伝送される信号のうちの前記画像信号に対して画像処理を行うプロセッサ部と、
   前記プロセッサ部に着脱自在であって前記内視鏡と前記プロセッサ部とを電気的に接続し、前記内視鏡から伝送される信号を前記画像信号と前記電源電圧とに分離する重畳信号分離部を有するプロセッサ接続部と、
   を具備することを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記プロセッサ接続部は、さらに前記内視鏡にも着脱自在に構成されてい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. 前記信号重畳部及び前記重畳信号分離部はそれぞれに設けられた対応する回路定数を持つコイルとコンデンサとにより前記重畳及び前記分離を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
4. 前記信号重畳部及び前記重畳信号分離部はそれぞれに設けられた対応する回路定数を持つトランスにより前記重畳及び前記分離を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。

Images