JP2011010855A - Signal transmitter - Google Patents

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Naoshi Mizuguchi
直志 水口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To receive the signals of an appropriate waveform in the reception-side end part of a transmission line.SOLUTION: At the distal end of an electronic endoscope insertion part, an imaging element for imaging endoscopic images is disposed. One end of the transmission line 30 having a characteristic impedance Zo different from the input impedance of the load circuit 31 is connected to a load circuit 31 including the imaging element. A drive circuit 20 for outputting the driving pulse signals of the imaging element is connected to another end of the transmission line 30 disposed from the distal end part of an electronic endoscope to a connector part to be used for connection with a processor unit. The drive circuit 20 is provided with the linear amplifier 33 of a low output impedance, and the matching circuit (resistor) of R=Zo is connected between the linear amplifier 33 and the transmission line 30.

Description

本発明は、ケーブルを通して電気信号を伝送するための信号伝送装置に関し、特に電子内視鏡の撮像素子に係る信号伝送に関する。   The present invention relates to a signal transmission device for transmitting an electrical signal through a cable, and more particularly to signal transmission related to an imaging element of an electronic endoscope.

電子内視鏡では、挿入部先端に設けられた撮像素子からの画像信号をスコープ基端部に接続されるプロセッサ装置へと送り、所定の画像処理を施した後、モニタに表示する。挿入部先端は極めてスペースが限られるため、撮像素子を駆動するための駆動回路は、プロセッサ装置やスコープ基端部側の適当な場所(プロセッサ装置への接続を行うコネクタ部など)に配置される。このため、駆動信号は例えば数メートルにおよぶ信号ケーブルを通して撮像素子へと送られる。また、検出された画像信号も、同様に数メートルの信号ケーブルを介してプロセッサ装置やスコープ基端部に配置されたアナログフロントエンド回路等へと送られる。   In an electronic endoscope, an image signal from an image sensor provided at the distal end of an insertion portion is sent to a processor device connected to a scope base end portion, subjected to predetermined image processing, and then displayed on a monitor. Since the space at the distal end of the insertion portion is extremely limited, a drive circuit for driving the image sensor is disposed at an appropriate location on the processor device or scope base end side (such as a connector portion for connection to the processor device). . For this reason, a drive signal is sent to an image pick-up element through a signal cable for several meters, for example. Similarly, the detected image signal is sent to a processor device, an analog front end circuit disposed at the base end of the scope, or the like via a signal cable of several meters.

信号伝送においては、一般にインピーダンスマッチングの問題が発生するが、特に電子内視鏡においては伝送距離が長いため反射や損失による波形の劣化の問題が顕著となる。このようなことから、電子内視鏡では、撮像素子側に、インピーダンスを整合させるためのマッチング回路を設け、駆動回路側には、ドライブ能力の高い(多くの電流を流せる)スイッチ回路を抵抗とコンデンサで構成されたダンピング回路とともに設けたものが提案されている(特許文献1)。   In signal transmission, the problem of impedance matching generally occurs. However, particularly in an electronic endoscope, since the transmission distance is long, the problem of waveform deterioration due to reflection and loss becomes significant. For this reason, in an electronic endoscope, a matching circuit for matching impedance is provided on the image sensor side, and a switch circuit having a high drive capability (that allows a large amount of current to flow) is provided as a resistor on the drive circuit side. One provided with a damping circuit composed of a capacitor has been proposed (Patent Document 1).

特開2001−045071号公報JP 2001-050771 A

しかし、撮像素子側におけるインピーダンスマッチングは簡単ではなく、必ずしも反射を十分に抑えられるとは言えない。このため、駆動信号には反射波が重畳して波形に歪みが発生する。また、駆動回路側に設けられるダンピング回路は、信号ケーブルの長さに応じて定数を変更する必要があるため、種類の異なる電子内視鏡毎にダンピング回路のコンデンサや抵抗を変更する必要がある。更に、伝送距離が数メートルにおよぶため伝送路の損失による波形劣化も存在する。   However, impedance matching on the image sensor side is not easy, and it cannot be said that reflection is not sufficiently suppressed. For this reason, a reflected wave is superimposed on the drive signal, and the waveform is distorted. In addition, since the damping circuit provided on the drive circuit side needs to change the constant according to the length of the signal cable, it is necessary to change the capacitor and resistance of the damping circuit for each type of electronic endoscope. . Furthermore, since the transmission distance is several meters, there is waveform degradation due to transmission path loss.

本発明は、伝送線路の受信側端部において、適正な波形の信号の受信が可能な簡略な構成の信号伝送装置を提供することを課題としている。   An object of the present invention is to provide a signal transmission device having a simple configuration capable of receiving a signal having an appropriate waveform at the receiving end of a transmission line.

本発明の信号伝送装置は、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路と、伝送線路の受信側端部に接続され、入力インピーダンスが特性インピーダンスと整合しない負荷回路と、伝送線路の送信側端部に接続される信号送信回路とを備え、信号送信回路は、低出力インピーダンス回路と、伝送線路の特性インピーダンスと整合を行うマッチング回路とを備え、マッチング回路は低出力インピーダンス回路と伝送線路との間に配置されることを特徴としている。   The signal transmission device of the present invention is connected to a transmission line having a predetermined characteristic impedance, a load circuit that is connected to the reception side end of the transmission line, and whose input impedance does not match the characteristic impedance, and is connected to the transmission side end of the transmission line The signal transmission circuit includes a low output impedance circuit and a matching circuit that matches the characteristic impedance of the transmission line, and the matching circuit is disposed between the low output impedance circuit and the transmission line. It is characterized by being.

信号送信回路は、伝送線路の伝送損失により受信側端部に現れる信号波形の歪みを補償するように、信号送信回路において出力信号の波形の整形行う機能を備えることが好ましく、波形の整形には、例えば信号の高域成分を強調する特性を持つ回路が用いられる。   The signal transmission circuit preferably has a function of shaping the waveform of the output signal in the signal transmission circuit so as to compensate for the distortion of the signal waveform that appears at the receiving end due to transmission loss of the transmission line. For example, a circuit having a characteristic that emphasizes a high frequency component of a signal is used.

負荷回路は撮像素子を備え、信号送信回路からは撮像素子の駆動パルス信号が出力される。また、信号伝送装置は、例えば電子内視鏡のスコープ本体において用いられる。   The load circuit includes an image sensor, and a drive pulse signal for the image sensor is output from the signal transmission circuit. The signal transmission device is used, for example, in a scope body of an electronic endoscope.

本発明によれば、伝送線路の受信側端部において、適正な波形の信号の受信が可能な簡略な構成の信号伝送装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the signal transmission apparatus of the simple structure which can receive the signal of a suitable waveform in the receiving side edge part of a transmission line can be provided.

本発明の一実施形態である伝送装置を用いた電子内視鏡の構成を示す模式的な外観図である。1 is a schematic external view showing a configuration of an electronic endoscope using a transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1に示されたスコープ本体の電気的および光学的な構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the electrical and optical structure of the scope main body shown by FIG. 第1実施形態の伝送経路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the transmission path of 1st Embodiment. 伝送線路の両端においてインピーダンスマッチングが採られていないときの信号反射の様子を模式的に示す。A state of signal reflection when impedance matching is not taken at both ends of the transmission line is schematically shown. 図4のリニア増幅器の出力端Pからステップ信号Voutが出力されたときの端部P1、P2における電圧Vmo、VLの時系列変化を示したグラフである。6 is a graph showing time-series changes in voltages Vmo and VL at ends P1 and P2 when a step signal Vout is output from the output end P of the linear amplifier of FIG. 本実施形態の信号伝送装置における信号反射の様子を模式的に示す。The state of signal reflection in the signal transmission device of this embodiment is schematically shown. 図6のリニア増幅器の出力端Pからステップ信号Voutが出力されたときの端部P1、P2における電圧Vmo、VLの時系列変化を示したグラフである。7 is a graph showing time-series changes in voltages Vmo and VL at ends P1 and P2 when a step signal Vout is output from the output end P of the linear amplifier of FIG. 端部P1における反射が存在する場合と、存在しない場合の各々について、一定周期のパルス信号(Vout)に対する端部P1および端部P2の電圧波形Vmo、VLの時系列変化を模式的に示したグラフである。The time series changes of the voltage waveforms Vmo and VL at the end P1 and the end P2 with respect to the pulse signal (Vout) with a constant period are schematically shown for each of the cases where there is reflection at the end P1 and the case where there is no reflection. It is a graph. 信号送信回路のインピーダンスマッチングを考慮した第2実施形態の信号伝送装置のブロック図である。It is a block diagram of the signal transmission apparatus of 2nd Embodiment which considered the impedance matching of the signal transmission circuit. インピーダンスマッチングは考慮しているが、出力パルス信号に波形整形が行われていない場合に、伝送損失による影響を受けた点P、P1、P2における電圧Vout、Vmo、VLの波形を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing waveforms of voltages Vout, Vmo, and VL at points P, P1, and P2 that are affected by transmission loss when impedance matching is considered but waveform shaping is not performed on an output pulse signal. . インピーダンスマッチングと伝送損失を考慮した本実施形態の波形整形が出力パルス信号に施されたときの電圧Vout、Vmo、VLの波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of voltage Vout, Vmo, VL when the waveform shaping of this embodiment which considered impedance matching and transmission loss is given to the output pulse signal. 第2実施形態の変形形のブロック図である。It is a block diagram of the modification of 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態である伝送装置を用いた電子内視鏡の構成を示す模式的な外観図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic external view showing a configuration of an electronic endoscope using a transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

電子内視鏡システムは、スコープ本体10と、スコープ本体10が接続され、各種画像処理を行うとともに、スコープ本体10に照明光を供給するプロセッサ装置と、プロセッサ装置に接続され、スコープ本体10で撮影された映像などを表示するモニタ装置などから一般に構成される。図1には、スコープ本体10の外観が示される。   The electronic endoscope system is connected to the scope main body 10 and the scope main body 10 to perform various types of image processing, and to supply illumination light to the scope main body 10. The electronic endoscope system is connected to the processor apparatus and is photographed by the scope main body 10. Generally, it is composed of a monitor device or the like for displaying the recorded video. FIG. 1 shows the appearance of the scope body 10.

スコープ本体10は、体内や管孔内に挿入される管状の挿入部11と、挿入部11の基端部に設けられる操作部12と、操作部12をプロセッサ装置(図示せず)に連結するためのコネクタ部13と、操作部12とコネクタ部13の間を連絡する連結管14とから構成される。従来周知のように、挿入部11の先端部11Aには撮像素子(図2参照)が設けられ、先端部11Aから照射される照明光により、被写体の映像が撮像素子により撮像される。なお、照明光は通常スコープ本体10内に配設されたライトガイドを通してプロセッサ装置から供給される。   The scope main body 10 connects a tubular insertion portion 11 to be inserted into a body or a tube hole, an operation portion 12 provided at a proximal end portion of the insertion portion 11, and the operation portion 12 to a processor device (not shown). Connector part 13 for connecting, and connecting pipe 14 which connects between operation part 12 and connector part 13 is constituted. As is conventionally known, an imaging element (see FIG. 2) is provided at the distal end portion 11A of the insertion portion 11, and an image of the subject is captured by the imaging element by illumination light emitted from the distal end portion 11A. The illumination light is normally supplied from the processor device through a light guide disposed in the scope body 10.

図2は、図1に示されたスコープ本体10の電気的、光学的な構成を模式的に示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram schematically showing an electrical and optical configuration of the scope main body 10 shown in FIG.

本実施形態のコネクタ部13には、例えばI/Oポート15、制御回路16、システムクロックジェネレータ17、信号処理回路(DSP)18、電源回路19、ドライブ回路20、アナログフロントエンド(AFE)25などが設けられる。コネクタ部13は、I/Oポート15を介してプロセッサ装置(図示せず)に電気的に接続され、I/Oポート15には、制御回路16、システムクロックジェネレータ17、信号処理回路(DSP)18、電源回路19等が接続される。   The connector unit 13 of this embodiment includes, for example, an I / O port 15, a control circuit 16, a system clock generator 17, a signal processing circuit (DSP) 18, a power supply circuit 19, a drive circuit 20, an analog front end (AFE) 25, and the like. Is provided. The connector unit 13 is electrically connected to a processor device (not shown) via an I / O port 15, and the I / O port 15 includes a control circuit 16, a system clock generator 17, and a signal processing circuit (DSP). 18 and a power supply circuit 19 are connected.

制御回路16はスコープ本体10全般の制御を行い、システムクロックジェネレータ17は、スコープ本体10内で必要とされる様々なクロックパルスの生成を行う。例えば、システムクロックジェネレータ17からは、ドライブ回路20や、信号処理回路(DSP)18、更にはアナログフロントエンド(AFE)25などにも、それぞれ必要とされるタイミングの信号が出力される。   The control circuit 16 controls the scope main body 10 in general, and the system clock generator 17 generates various clock pulses required in the scope main body 10. For example, the system clock generator 17 outputs necessary timing signals to the drive circuit 20, the signal processing circuit (DSP) 18, the analog front end (AFE) 25, and the like.

挿入部11(図1参照)の先端部11Aには、CCDやCMOSなどの撮像素子21が設けられる。被写体像は、撮像レンズ22を介して撮像素子21において撮像される。撮像素子21は、連絡管14、操作部12、挿入部11を通して配線される信号ケーブル(センサクロック伝送経路)23を介してドライブ回路20に接続され、垂直同期信号、水平同期信号などの駆動パルス信号は、ドライブ回路20から伝送される。なお、信号ケーブルには例えば所定の特性インピーダンスを有する同軸ケーブルが用いられる。   An imaging element 21 such as a CCD or a CMOS is provided at the distal end portion 11A of the insertion portion 11 (see FIG. 1). The subject image is picked up by the image pickup device 21 via the image pickup lens 22. The image sensor 21 is connected to the drive circuit 20 via a signal cable (sensor clock transmission path) 23 wired through the communication tube 14, the operation unit 12, and the insertion unit 11, and drive pulses such as a vertical synchronization signal and a horizontal synchronization signal. The signal is transmitted from the drive circuit 20. For example, a coaxial cable having a predetermined characteristic impedance is used as the signal cable.

撮像素子21で撮像された画像信号は、挿入部11、操作部12、連絡管14を通して配線される信号ケーブル(映像信号伝送経路)24を介して、コネクタ部13のアナログフロントエンド(AFE)25へと伝送される。アナログフロントエンド25は、例えば初段増幅回路、相関二重サンプリング回路、ADコンバータを備え、所定のタイミングで画像信号をサンプリングし、信号ケーブル24を通して受信されたアナログの画像信号をデジタル信号に変換する。アナログフロントエンド25においてデジタル化された映像信号は、信号処理回路(DSP)18において信号処理が施され、I/Oポート15を介してプロセッサ装置(図示せず)へと出力される。   An image signal picked up by the image pickup device 21 is an analog front end (AFE) 25 of the connector section 13 via a signal cable (video signal transmission path) 24 wired through the insertion section 11, the operation section 12, and the connecting pipe 14. Is transmitted to. The analog front end 25 includes, for example, a first stage amplifier circuit, a correlated double sampling circuit, and an AD converter, samples an image signal at a predetermined timing, and converts an analog image signal received through the signal cable 24 into a digital signal. The video signal digitized in the analog front end 25 is subjected to signal processing in a signal processing circuit (DSP) 18 and output to a processor device (not shown) via the I / O port 15.

なお、撮像素子21には、電源回路19から電力が供給される。また、照明光は、プロセッサ装置(図示せず)内に設けられた光源部から供給され、コネクタ部13から連絡管14、操作部12、挿入部11を通して先端部11Aまで配設されるライトガイド26を介して先端部11Aにまで伝送され、先端部11Aに設けられた照明レンズ27を介して照射される。   Note that power is supplied from the power supply circuit 19 to the image sensor 21. Illumination light is supplied from a light source unit provided in a processor device (not shown), and is provided from the connector unit 13 to the distal end portion 11A through the connecting tube 14, the operation unit 12, and the insertion unit 11. The light is transmitted to the distal end portion 11A through 26 and irradiated through the illumination lens 27 provided on the distal end portion 11A.

次に図3を参照して第1実施形態の信号伝送装置について説明する。図3において、伝送線路30は、センサクロック伝送経路23に含まれる特性インピーダンスZoの伝送線路である。伝送線路30の一端は、撮像素子21を含む負荷回路31に接続され、他端はドライブ回路20に接続される。第1実施形態において、ドライブ回路20は、マッチング回路32およびリニア増幅器などの低出力インピーダンス回路33から構成される。   Next, the signal transmission apparatus of the first embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, a transmission line 30 is a transmission line having a characteristic impedance Zo included in the sensor clock transmission path 23. One end of the transmission line 30 is connected to the load circuit 31 including the imaging device 21, and the other end is connected to the drive circuit 20. In the first embodiment, the drive circuit 20 includes a matching circuit 32 and a low output impedance circuit 33 such as a linear amplifier.

負荷回路31には、伝送線路30のインピーダンスに整合した終端回路は設けられず、インピーダンスマッチングは行われない。一方、ドライブ回路20では、伝送線路30の特性インピーダンスZoに整合するマッチング回路32(抵抗R=Zo)が、伝送線路30と低出力インピーダンス回路33の間の低出力インピーダンス回路33に近接した位置に配置される。   The load circuit 31 is not provided with a termination circuit that matches the impedance of the transmission line 30, and impedance matching is not performed. On the other hand, in the drive circuit 20, the matching circuit 32 (resistor R = Zo) that matches the characteristic impedance Zo of the transmission line 30 is positioned in the vicinity of the low output impedance circuit 33 between the transmission line 30 and the low output impedance circuit 33. Be placed.

すなわち、システムクロックジェネレータ17のロジック回路から送出された撮像素子21の駆動パルス信号は、低出力インピーダンスのリニア増幅器33において増幅された後、マッチング回路32を介して伝送線路30へと出力され、伝送線路30を通して撮像素子21を含む負荷回路31へと伝送される。   That is, the drive pulse signal of the image sensor 21 sent from the logic circuit of the system clock generator 17 is amplified by the linear amplifier 33 with low output impedance, and then output to the transmission line 30 via the matching circuit 32 for transmission. The signal is transmitted to the load circuit 31 including the image sensor 21 through the line 30.

次に図4〜図8を参照して、第1実施形態の信号伝送装置を用いたときの作用および効果について説明する。   Next, with reference to FIGS. 4-8, an effect | action and effect at the time of using the signal transmission apparatus of 1st Embodiment are demonstrated.

図4は、伝送線路30の両端においてインピーダンスマッチングが行われていないときの信号反射の様子を模式的に示している。なお、図4の例では、撮像素子21を含む負荷回路34のインピーダンスZLが伝送線路30の特性インピーダンスZoよりも大きく、ドライブ回路35のマッチング回路36のインピーダンスZmが特性インピーダンスZoよりも小さい場合を想定している(ZL>Zo>Zm)。   FIG. 4 schematically shows a state of signal reflection when impedance matching is not performed at both ends of the transmission line 30. In the example of FIG. 4, the impedance ZL of the load circuit 34 including the image sensor 21 is larger than the characteristic impedance Zo of the transmission line 30 and the impedance Zm of the matching circuit 36 of the drive circuit 35 is smaller than the characteristic impedance Zo. Assumed (ZL> Zo> Zm).

したがって、伝送線路30の両端であるドライブ回路35(マッチング回路36)側の端部P1と、負荷回路34側の端部P2では、それぞれ信号の反射が繰り返し発生する。なお、図4の例では、端部P1での反射係数ρm=(Zm−Zo)/(Zm+Zo)であり、端部P2での反射係数ρL=(ZL−Zo)/(ZL+Zo)であり、Zo>Zmであることから、端部P1における反射では、反射波は逆位相となる。   Therefore, signal reflection is repeatedly generated at the end P1 on the drive circuit 35 (matching circuit 36) side and the end P2 on the load circuit 34 side, which are both ends of the transmission line 30. In the example of FIG. 4, the reflection coefficient ρm = (Zm−Zo) / (Zm + Zo) at the end P1, and the reflection coefficient ρL = (ZL−Zo) / (ZL + Zo) at the end P2. Since Zo> Zm, the reflected wave has an opposite phase in the reflection at the end P1.

図5は、図4のリニア増幅器(低出力インピーダンス回路)33の出力端Pからステップ信号Voutが出力されたときの端部P1、P2における電圧Vmo、VLの時系列変化を示したグラフである。   FIG. 5 is a graph showing time-series changes in the voltages Vmo and VL at the ends P1 and P2 when the step signal Vout is output from the output terminal P of the linear amplifier (low output impedance circuit) 33 in FIG. .

図4に示されるように、時刻T11は、端部P1からステップ信号が出力されたとき(出力端Pからステップ信号が出力されたときに略対応)を示しており、時刻T21は、このステップ信号が、伝送線路30を通して最初に端部P2に到達し、かつ反射される時刻を示している。また、T12は、時刻T21に端部P2で反射されたステップ信号が、伝送線路30を通して端部P1に到達し再反射される時刻である。以下同様に、反射信号が端部P2に到達し反射される時刻を順次T22、T23、・・・と表し、端部P1に到達し反射される時刻を順次T13、T14、・・・と表している。なお、図5に示される時間Tdは、信号が信号ケーブル(伝送線路30)を伝送されるのに要する伝搬時間である。また、図4、5では、伝送線路30における損失が全くないと仮定されている。   As shown in FIG. 4, time T11 indicates the time when the step signal is output from the end P1 (corresponding approximately to the time when the step signal is output from the output terminal P). It shows the time when the signal first reaches the end P2 through the transmission line 30 and is reflected. T12 is the time when the step signal reflected at the end P2 at the time T21 reaches the end P1 through the transmission line 30 and is reflected again. Similarly, the time when the reflected signal reaches the end P2 and is reflected is sequentially expressed as T22, T23,..., And the time when the reflected signal reaches the end P1 and is reflected is sequentially expressed as T13, T14,. ing. The time Td shown in FIG. 5 is a propagation time required for a signal to be transmitted through the signal cable (transmission line 30). 4 and 5, it is assumed that there is no loss in the transmission line 30.

図5に示されるように、伝送線路30の両端においてインピーダンスが整合されていない場合には、伝送される信号が、両端部P1、P2において繰り返し反射され、それらが本来の信号に重畳されるため、信号波形は大きく崩れ、負荷回路34に適正な信号を伝送できない。   As shown in FIG. 5, when the impedance is not matched at both ends of the transmission line 30, the transmitted signal is repeatedly reflected at both ends P1 and P2, and they are superimposed on the original signal. The signal waveform greatly collapses and an appropriate signal cannot be transmitted to the load circuit 34.

一方、本実施形態では、負荷回路31については、インピーダンスマッチングが行われず、そのインピーダンスZLは、伝送線路30の特性インピーダンスZoよりも大きいままとされているが(ZL>Zo)、ドライブ回路20のマッチング回路32のインピーダンスZmは、伝送線路30の特性インピーダンスZoに等しい値とされている(Zm=Zo)。   On the other hand, in the present embodiment, impedance matching is not performed for the load circuit 31 and the impedance ZL remains larger than the characteristic impedance Zo of the transmission line 30 (ZL> Zo). The impedance Zm of the matching circuit 32 is equal to the characteristic impedance Zo of the transmission line 30 (Zm = Zo).

これにより、本実施形態では、伝送線路30の端部P2では、信号の反射が発生するが、端部P1では信号の反射が起こらない。すなわち、端部P2の反射係数ρL=(ZL−Zo)/(ZL+Zo)、端部P1の反射係数ρm=0である。なお、図6、図7は、それぞれ、図4、図5に対応し、図6は、本実施形態の信号伝送装置における信号反射の様子を模式的に示す。図7は、そのときにリニア増幅器(低出力インピーダンス回路)33の出力端Pからステップ信号Voutが出力されたときの端部P1、P2における電圧Vmo、VLの時系列変化を示したグラフである。   As a result, in the present embodiment, signal reflection occurs at the end portion P2 of the transmission line 30, but no signal reflection occurs at the end portion P1. That is, the reflection coefficient ρL = (ZL−Zo) / (ZL + Zo) at the end P2 and the reflection coefficient ρm = 0 at the end P1. FIGS. 6 and 7 correspond to FIGS. 4 and 5, respectively, and FIG. 6 schematically illustrates signal reflection in the signal transmission device of the present embodiment. FIG. 7 is a graph showing time-series changes in the voltages Vmo and VL at the ends P1 and P2 when the step signal Vout is output from the output terminal P of the linear amplifier (low output impedance circuit) 33 at that time. .

図6に示されるように、信号は端部P2のみで反射され、端部P1では反射されないので、反射の影響は端部P1でのみ現れる。すなわち、端部P2の電圧Vmoは、端部P2での反射の影響を時刻T12で一度受けるが、端部P2では反射波の影響を受けることはない。また、本実施形態では、ドライブ回路20にリニア増幅器などの低出力インピーダンス回路を用いるため、端部P1側に反射波が戻って来ても波形に影響を及ぼすことはない。   As shown in FIG. 6, since the signal is reflected only at the end portion P2 and not reflected at the end portion P1, the influence of reflection appears only at the end portion P1. That is, the voltage Vmo at the end portion P2 is once affected by the reflection at the end portion P2 at time T12, but is not affected by the reflected wave at the end portion P2. In the present embodiment, since a low output impedance circuit such as a linear amplifier is used for the drive circuit 20, even if the reflected wave returns to the end P1 side, the waveform is not affected.

例えば、本実施形態のように、撮像素子の駆動パルスの伝送では、送信端(端部P1)側の波形が崩れていても、受信端(端部P2)側の波形が整っていれば撮像素子の駆動に問題はなく信号伝送の目的を達成し得る。なお、図8に、端部P1における反射が存在する場合と、反射が存在しない場合の各々について、送信信号(Vout)が一定周期のパルス信号であるときの端部P1および端部P2の電圧波形Vmo、VLを時系列グラフとして示す。図8の電圧波形Vmo、VLにおいて、破線は端部P1における反射が存在する場合(送信側のインピーダンスマッチングなし)を示し、実線は反射が存在しない場合(送信側のインピーダンスマッチングあり)を示す。   For example, as in the present embodiment, in the transmission of drive pulses of the image sensor, even if the waveform on the transmission end (end P1) side is broken, the image is captured if the waveform on the reception end (end P2) side is in place. There is no problem in driving the element, and the purpose of signal transmission can be achieved. In FIG. 8, the voltages at the end P1 and the end P2 when the transmission signal (Vout) is a pulse signal with a constant period for each of the cases where there is reflection at the end P1 and when there is no reflection. Waveforms Vmo and VL are shown as time series graphs. In the voltage waveforms Vmo and VL of FIG. 8, a broken line indicates a case where there is reflection at the end P1 (without transmission-side impedance matching), and a solid line indicates a case where there is no reflection (with transmission-side impedance matching).

図8に示されるように、パルス信号においても、マッチング回路32(図6参照)によるインピーダンスマッチングが行われていないと、受信側の端部P2においてパルス波形に乱れが発生する。しかし、受信側のインピーダンスマッチングが行われなくとも、送信側でインピーダンスマッチングが行われていれば、送信側の端部P1の電圧Vmoは反射の影響を受けるものの、受信側の端部P2の電圧VLについては、ロジック回路から出力されたパルス波形と同じ波形が維持される。   As shown in FIG. 8, even in the pulse signal, if the impedance matching by the matching circuit 32 (see FIG. 6) is not performed, the pulse waveform is disturbed at the receiving end P2. However, even if impedance matching is not performed on the receiving side, if impedance matching is performed on the transmitting side, the voltage Vmo at the transmitting end P1 is affected by reflection, but the voltage at the receiving end P2 is not affected. As for VL, the same waveform as the pulse waveform output from the logic circuit is maintained.

以上のように、第1実施形態の信号伝送装置では、従来のように送信端側にダンピング回路を設け、受信端側を伝送線路とインピーダンスマッチングさせるのではなく、送信側を、マッチング回路を介して低出力インピーダンス回路に接続される構成とすることにより、受信端側のマッチングは行わずに、伝送線路の反射の影響を受信側に与えることを防止できる。これにより極めて簡略な構成で、受信側から反射の影響を排除することが可能となる。また、ダンピング回路を使用したときのように、伝送線路の長さに対応して定数を変更する必要もない。   As described above, in the signal transmission device according to the first embodiment, a damping circuit is provided on the transmission end side as in the prior art, and the reception end side is not impedance-matched with the transmission line, but the transmission side is connected via the matching circuit. By adopting a configuration connected to the low output impedance circuit, it is possible to prevent the reception side from being affected by the reflection of the transmission line without performing matching on the reception end side. This makes it possible to eliminate the influence of reflection from the receiving side with a very simple configuration. Further, it is not necessary to change the constant corresponding to the length of the transmission line as in the case of using a damping circuit.

なお、上記説明では、低出力インピーダンス回路の出力インピーダンスがマッチング回路の抵抗に比べて極めて小さいと考えて、マッチング回路のインピーダンスZmをZoに等しいとした。しかし、マッチング回路のインピーダンスは、伝送線路側から送信端側を見たときのインピーダンスが伝送線路の特性インピーダンスと略等しくなるように設定されればよい。   In the above description, the impedance Zm of the matching circuit is assumed to be equal to Zo on the assumption that the output impedance of the low output impedance circuit is extremely smaller than the resistance of the matching circuit. However, the impedance of the matching circuit may be set so that the impedance when the transmission end side is viewed from the transmission line side is substantially equal to the characteristic impedance of the transmission line.

また、負荷回路31のインピーダンスZLは、伝送線路30の特性インピーダンスZoよりも大きいとしたが(ZL>Zo)、「ZL<Zo」の場合でも受信端側での反射波の位相が逆転するだけで送信端側におけるインピーダンスマッチングの効果が無くなるわけではない。つまり、負荷回路のインピーダンスを考慮する必要はないということである。   Further, although the impedance ZL of the load circuit 31 is larger than the characteristic impedance Zo of the transmission line 30 (ZL> Zo), even when “ZL <Zo”, only the phase of the reflected wave on the receiving end side is reversed. Thus, the effect of impedance matching on the transmitting end side is not lost. That is, it is not necessary to consider the impedance of the load circuit.

次に、図9〜図11を参照して、本発明の第2実施形態の信号伝送装置について説明する。図9は第2実施形態の信号伝送装置のブロック図であり、第2実施形態においては、第1実施形態とドライブ回路の構成が異なる。すなわち、第1実施形態のドライブ回路20は、マッチング回路32と低出力インピーダンス回路(例えばリニア増幅器)33で構成されが、第2実施形態のドライブ回路40では、低出力インピーダンス回路(例えばリニア増幅器)33とロジック回路との間に波形整形回路が設けられる。なお、その他の構成は、第1実施形態と略同様であり、以下の説明においては、同一の構成については同一参照符号を用い、その説明を省略する。   Next, a signal transmission device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a block diagram of a signal transmission apparatus according to the second embodiment. In the second embodiment, the configuration of the drive circuit is different from that of the first embodiment. That is, the drive circuit 20 of the first embodiment includes a matching circuit 32 and a low output impedance circuit (for example, a linear amplifier) 33. In the drive circuit 40 of the second embodiment, a low output impedance circuit (for example, a linear amplifier). A waveform shaping circuit is provided between 33 and the logic circuit. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment. In the following description, the same reference numerals are used for the same configurations, and the description thereof is omitted.

第1実施形態では、伝送線路30における伝送損失がないものとして説明を行ったが、伝送線路30は数メートルにおよぶため、伝送損失によりパルス波形には歪みが発生する。第2実施形態では、伝送損失による受信端におけるパルス波形の歪みを考慮して(例えば伝送線路の長さ等に基づいて)、これを補償するように、送信側の波形整形回路においてパルス信号を予め整形する。すなわち、整形されて出力されたパルス信号が伝送線路30を通して受信端に到達したときに、その波形がロジック回路から出力されたパルス信号の波形となるように波形整形回路においてロジック回路からのパルス信号が整形される。   In the first embodiment, the transmission line 30 has been described as having no transmission loss. However, since the transmission line 30 is several meters long, distortion occurs in the pulse waveform due to the transmission loss. In the second embodiment, in consideration of the distortion of the pulse waveform at the receiving end due to transmission loss (for example, based on the length of the transmission line), the pulse signal is generated in the waveform shaping circuit on the transmission side so as to compensate for this. Shape in advance. That is, when the pulse signal that has been shaped and output reaches the receiving end through the transmission line 30, the pulse signal from the logic circuit in the waveform shaping circuit is such that its waveform becomes the waveform of the pulse signal output from the logic circuit. Is formatted.

図10に、出力パルス信号に波形整形が行われていない場合における伝送損失による影響を点P、P1、P2(図6参照)における電圧Vout、Vmo、VLの波形として示す。ここでは、伝送損失があるときの波形が実線で示され、伝送損失がないときの理想的な波形が破線で示される。なお、ここでは送信端側でインピーダンスマッチングが行われ送信端での再反射が起こらないことを前提として説明している。   FIG. 10 shows the influence of transmission loss when the waveform shaping is not performed on the output pulse signal as waveforms of voltages Vout, Vmo, and VL at points P, P1, and P2 (see FIG. 6). Here, a waveform when there is a transmission loss is indicated by a solid line, and an ideal waveform when there is no transmission loss is indicated by a broken line. Here, the description is based on the assumption that impedance matching is performed on the transmission end side and re-reflection does not occur at the transmission end.

また、図11には、伝送損失を考慮した本実施形態の波形整形が出力パルス信号に施されたときの電圧Vout、Vmo、VLの形状が実線で示され、波形整形を行わないときの電圧Vout、Vmo、VLの形状が破線で示される。   Also, in FIG. 11, the shapes of the voltages Vout, Vmo, and VL when the waveform shaping of the present embodiment in consideration of transmission loss is applied to the output pulse signal are indicated by solid lines, and the voltage when the waveform shaping is not performed. The shapes of Vout, Vmo, and VL are indicated by broken lines.

第2実施形態の波形整形回路41には、例えば微分構成の回路など、一般的にハイパスフィルタと呼ばれる信号の高域成分を通過、または強調する回路が含まれる。システムクロックジェネレータ17のロジック回路からのパルス信号は、波形整形回路41において整形された後、リニア増幅器33において増幅され、マッチング回路32を経て、伝送線路30へと出力される。第2実施形態の波形整形回路41では、例えば受動型の微分回路であるCR回路が含まれ、ロジック回路からのパルス信号の高域成分が強調された波形に変換される。   The waveform shaping circuit 41 according to the second embodiment includes a circuit that passes or emphasizes a high-frequency component of a signal generally called a high-pass filter, such as a differential configuration circuit. The pulse signal from the logic circuit of the system clock generator 17 is shaped by the waveform shaping circuit 41, amplified by the linear amplifier 33, and output to the transmission line 30 via the matching circuit 32. In the waveform shaping circuit 41 of the second embodiment, for example, a CR circuit which is a passive differentiation circuit is included, and converted into a waveform in which the high frequency component of the pulse signal from the logic circuit is emphasized.

以上のように、第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、簡略な構成で送信されるパルス信号から受信端における反射の影響を除去することができるとともに、第2実施形態では、更に伝送損失の影響による受信端におけるパルス波形の歪も取り除くことができる。   As described above, according to the second embodiment, as in the first embodiment, the influence of reflection at the receiving end can be removed from the pulse signal transmitted with a simple configuration, and in the second embodiment, Further, distortion of the pulse waveform at the receiving end due to the influence of transmission loss can be removed.

次に図12を参照して、第2実施形態の変形例について説明する。第2実施形態では、受動型の微分回路であるCR回路が増幅器の手前に配置されたが、本変形例のドライブ回路42では、リニア増幅器33およびCR回路41に替えて、オペアンプを用いた波形整形回路43が用いられる。すなわち、変形例では、増幅と波形整形とを兼ねた波形整形回路43が、第2実施形態の低出力インピーダンス回路に対応する。なお、その他の構成は、第2実施形態と同様である。   Next, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the CR circuit, which is a passive differentiation circuit, is arranged in front of the amplifier. However, in the drive circuit 42 according to this modification, a waveform using an operational amplifier instead of the linear amplifier 33 and the CR circuit 41 is used. A shaping circuit 43 is used. That is, in the modification, the waveform shaping circuit 43 that serves as both amplification and waveform shaping corresponds to the low output impedance circuit of the second embodiment. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

以上のように、変形例においても第2実施形態と同様の効果を得ることができ、送信端における反射を抑えるとともに伝送損失に対する補正を行うことにより図11に示されるように、受信端に入力されるパルス信号の波形をロジック回路からの出力された波形に維持することが可能となる。また、第2実施形態や変形例に替えて、D/Aコンバータ等を用いて波形形成を行う構成とすることも可能である。   As described above, the same effect as that of the second embodiment can be obtained in the modified example, and the reflection at the transmission end is suppressed and the transmission loss is corrected, so that the input to the reception end is performed as shown in FIG. It is possible to maintain the waveform of the pulse signal to be output as the waveform output from the logic circuit. Further, instead of the second embodiment or the modification, it is possible to adopt a configuration in which waveform formation is performed using a D / A converter or the like.

なお、本実施形態では、撮像素子の駆動パルスを送信する伝送線路について説明を行ったが、本発明の信号伝送装置は、これに限定されるものではなく、伝送路の受信側でのインピーダンスマッチングが難しい場合であって、受信端での波形のみが維持されればよい場合であれば有効であり、特に伝送路が長い場合に有効である。つまり、画像信号の伝送にも有効であり、内視鏡先端部11Aのスペースが許せば図2における映像信号伝送経路24に適応することも可能である。   In the present embodiment, the transmission line for transmitting the driving pulse of the image sensor has been described. However, the signal transmission device of the present invention is not limited to this, and impedance matching on the reception side of the transmission line is performed. This is effective when it is difficult to maintain only the waveform at the receiving end, and is particularly effective when the transmission path is long. That is, it is effective for transmission of an image signal, and can be applied to the video signal transmission path 24 in FIG. 2 if the space of the endoscope distal end portion 11A permits.

なお、本明細書に記載される回路構成や光学的な構成、光源の配置等も、例示的なものであり、本実施形態に限定されるものではない。また、本発明の信号伝送装置は、例えば伝送距離が長い電子内視鏡以外の装置にも適用することができる。   Note that the circuit configuration, optical configuration, light source arrangement, and the like described in this specification are also exemplary and are not limited to the present embodiment. The signal transmission device of the present invention can also be applied to devices other than electronic endoscopes having a long transmission distance, for example.

10 スコープ本体
11 挿入部
11A 先端部
12 操作部
13 コネクタ部
14 連結管
20、35、40、42 ドライブ回路
21 撮像素子
23 センサクロック伝送経路
30 伝送線路
31 負荷回路
32 マッチング回路
33 リニア増幅器(低出力インピーダンス回路)
41、43 波形整形回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Scope main body 11 Insertion part 11A Tip part 12 Operation part 13 Connector part 14 Connection pipe 20, 35, 40, 42 Drive circuit 21 Image sensor 23 Sensor clock transmission path 30 Transmission line 31 Load circuit 32 Matching circuit 33 Linear amplifier (low output) Impedance circuit)
41, 43 Waveform shaping circuit

Claims (5)

所定の特性インピーダンスを有する伝送線路と、
前記伝送線路の受信側端部に接続され、入力インピーダンスが前記特性インピーダンスと整合しない負荷回路と、
前記伝送線路の送信側端部に接続される信号送信回路とを備え、
前記信号送信回路が、低出力インピーダンス回路と、前記特性インピーダンスと整合を行うマッチング回路とを備え、前記マッチング回路が、前記低出力インピーダンス回路と前記伝送線路との間に配置される
ことを特徴とする信号伝送装置。
A transmission line having a predetermined characteristic impedance;
A load circuit connected to the receiving end of the transmission line, the input impedance of which does not match the characteristic impedance;
A signal transmission circuit connected to the transmission side end of the transmission line,
The signal transmission circuit includes a low output impedance circuit and a matching circuit for matching with the characteristic impedance, and the matching circuit is disposed between the low output impedance circuit and the transmission line. Signal transmission device.
前記信号送信回路が、前記伝送線路の伝送損失により前記受信側端部に現れる信号波形の歪みを補償するように、前記信号送信回路において出力信号の波形の整形行う機能を備えることを特徴とする請求項1に記載の信号伝送装置。   The signal transmission circuit has a function of shaping a waveform of an output signal in the signal transmission circuit so as to compensate for distortion of the signal waveform appearing at the reception side end due to transmission loss of the transmission line. The signal transmission device according to claim 1. 前記波形の整形に信号の高域成分を強調する特性を持つ回路を用いることを特徴とする請求項2に記載の信号伝送装置。   3. The signal transmission device according to claim 2, wherein a circuit having a characteristic that emphasizes a high frequency component of a signal is used for shaping the waveform. 前記負荷回路が撮像素子を備え、前記信号送信回路からは前記撮像素子の駆動パルス信号が出力されることを特徴とする請求項2に記載の信号伝送装置。   The signal transmission device according to claim 2, wherein the load circuit includes an image sensor, and a drive pulse signal of the image sensor is output from the signal transmission circuit. 前記信号伝送装置が電子内視鏡のスコープ本体において用いられることを特徴とする請求項4に記載の信号伝送装置。   The signal transmission device according to claim 4, wherein the signal transmission device is used in a scope body of an electronic endoscope.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104545773A (en) * 2015-01-06 2015-04-29 上海澳华光电内窥镜有限公司 CCD electronic imaging device and endoscope thereof
CN106264429A (en) * 2015-06-26 2017-01-04 因德斯马特有限公司 Endoscopic apparatus and the image treatment method of endoscopic apparatus

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