JP2020022677A - 撮像装置、内視鏡及び内視鏡システム - Google Patents
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Abstract
【課題】パルス信号を出力する回路をチップに搭載した場合でも、チップ面積を小型化することができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、二次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成する撮像素子と、撮像素子に電力を伝送するユニバーサルケーブル13と、ユニバーサルケーブル13の基端側に設けられ、入力されたパルス信号の正電圧レベル及び負電圧レベルを所定正電圧レベル及び所定負電圧レベルに変換した交流電圧パルス信号を生成し、ユニバーサルケーブル13に出力する交流電圧パルス信号生成部56と、ユニバーサルケーブル13の先端側に設けられ、ユニバーサルケーブル13から伝送された交流電圧パルス信号の所定正電圧レベル及び所定負電圧レベルを直流電圧レベルに変換して、直流電圧パルス信号を出力する電圧調整部39と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、被写体を撮像して被写体の画像データを生成する撮像装置、内視鏡及び内視鏡システムに関する。
従来、被検体の内部の被写体を撮像する内視鏡、及び、内視鏡により撮像された被写体の観察画像を生成するプロセッサ等を具備する内視鏡システムが、医療分野及び工業分野等において広く用いられている。
例えば、特許文献1では、コネクタ部のパルス信号重畳部で生成された負電圧パルス信号を分離部及びパルス信号検出部によって、それぞれ負電圧(負電源)及びパルス信号に分離して第1チップに出力する撮像装置が開示されている。
ところで、内視鏡の挿入部の先端部に搭載される撮像部は、内視鏡の挿入部の細径化のために、チップ面積が小さく小型であることが望ましい。そのためには、パルス信号検出をチップに集積し、撮像部を小型化することが望まれる。
しかしながら、従来の撮像部ではパルス信号検出部を構成するハイパスフィルタの時定数が大きいため、ハイパスフィルタを構成する抵抗及びコンデンサの値も大きくなり、パルス信号検出部をチップに集積した場合、チップ面積が大きくなり、撮像部の小型化の妨げとなっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、パルス信号を出力する回路をチップに搭載した場合でも、チップ面積を小型化することができる撮像装置、内視鏡及び内視鏡システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様の撮像装置は、二次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子に電力を伝送する伝送ケーブルと、前記伝送ケーブルの基端側に設けられ、入力されたパルス信号の正電圧レベル及び負電圧レベルを所定正電圧レベル及び所定負電圧レベルに変換した交流電圧パルス信号を生成し、前記伝送ケーブルに前記交流電圧パルス信号を出力する交流電圧パルス信号生成部と、前記伝送ケーブルの先端側に設けられ、前記伝送ケーブルから伝送された前記交流電圧パルス信号の所定正電圧レベル及び所定負電圧レベルを直流電圧レベルに変換して、直流電圧パルス信号を出力する電圧調整部と、を備える。
また、本発明の一態様の内視鏡は、上記一態様の撮像装置と、被検体内に挿入可能な挿入部と、前記撮像信号に対して画像処理を施す画像処理装置に対して、着脱自在なコネクタ部と、を備え、前記撮像素子、前記電圧調整部、前記タイミング生成部は、前記挿入部の先端側に設けられ、前記交流電圧パルス信号生成部は、前記コネクタ部に設けられている。
また、本発明の一態様の内視鏡システムは、上記一態様の内視鏡と、前記撮像信号に対して画像処理を施す画像処理装置と、を備える。
本発明の撮像装置、内視鏡及び内視鏡システムによれば、パルス信号を出力する回路をチップに搭載した場合でも、チップ面積を小型化することができる。
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)
図1は、第1の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成の一例を示す全体構成図である。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成の一例を示す全体構成図である。
図1に示すように、内視鏡システム1は、内視鏡2と、光源装置3と、画像処理装置としてのビデオプロセッサ4と、表示装置5と、を有して主要部が構成されている。
内視鏡2は、被検体の観察対象部位へ挿入する細長の挿入部11と、この挿入部11の基端部に連設された操作部12と、この操作部12の側面より延設されたユニバーサルケーブル13と、このユニバーサルケーブル13の延出端部に設けられたコネクタ部14と、を有して構成されている。コネクタ部14は、光源コネクタと、光源コネクタの側部から延出する電気ケーブルと、この電気ケーブルの延出端に配設された電気コネクタと、を有して構成されている。なお、コネクタ部14の光源コネクタは、光源装置3に着脱自在に接続される。そして、コネクタ部14の電気コネクタは、ビデオプロセッサ4に着脱自在に接続される。
挿入部11は、先端側に先端部21を有し、この先端部21の基端部に湾曲自在な湾曲部22が連設されている。さらに、この湾曲部22の基端部に軟性の管状の部材より形成される長尺で可撓性を有する可撓管部23が連設されている。先端部21には、被検体の画像情報を取得するための撮像部30(図2参照)が設けられている。
操作部12は、操作把持部を構成する操作部本体20を有して構成されている。操作部本体20には、挿入部11の湾曲部22を湾曲操作するためのアングルノブが回動自在に配設されるとともに、吸引ボタン、送気送水ボタン、各種内視鏡機能のスイッチ類などが設けられている。
光源装置3は、内視鏡2内に設けられたライトガイド(不図示)に、照明光を供給するものである。即ち、本実施形態の内視鏡2のユニバーサルケーブル13、操作部12、及び、挿入部11内には、ライトガイドが配設されており、このライトガイドを介して、光源装置3は、先端部21の照明窓を構成する照明光学系まで照明光を供給する。この照明光は、照明光学系によって発散されて被検部位を照射する。
ビデオプロセッサ4は、内視鏡2が撮像した画像データに画像処理を施して画像信号を生成し、生成した画像信号を表示装置5に出力する。表示装置5は、ビデオプロセッサ4が生成した画像信号に対応する画像を表示する。
また、ビデオプロセッサ4は、内視鏡システム1の全体の制御を行う。例えば、ビデオプロセッサ4は、光源装置3が出射する照明光を切り替えたり、内視鏡2の撮像モードを切り替えたりする制御を行う。
図2は、第1の実施形態の内視鏡システム1の要部の構成を示すブロック図である。図2を参照して、内視鏡システム1の各部構成の詳細及び内視鏡システム1内の電気信号の経路について説明する。
まず、内視鏡2の構成について説明する。図2に示す撮像装置としての内視鏡2は、撮像部30と、伝送ケーブルを構成するユニバーサルケーブル13と、コネクタ部14とを備える。
撮像部30は、第1チップ31と、第2チップ32と、平滑部33と、を備える。撮像部30に供給される電源電圧VDDとグランドGNDとの間には、電源安定用のコンデンサC1が設けられている。
撮像素子としての第1チップ31は、二次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成して出力する複数の単位画素35が配置された受光部34と、受光部34における複数の単位画素35の各々で光電変換された撮像信号を読み出す読み出し部36と、コネクタ部14から入力される基準クロック信号および後述する電圧調整部39から入力されるパルス信号に基づいて、受光部34を駆動するための受光部駆動信号および読み出し部36を駆動するための読み出し部駆動信号を含む駆動信号を生成して受光部34および読み出し部36へ出力するタイミング生成部37と、を有する。
第2チップ32は、第1チップ31における複数の単位画素35の各々から出力された撮像信号を増幅してユニバーサルケーブル13へ出力するバッファ38と、後述する交流電圧パルス信号生成部56からの交流電圧パルス信号を、High側が3V(VDD=3V)、Low側が0V(グランドGND)とした直流電圧レベルに変換して、直流電圧のパルス信号(直流電圧パルス信号)をタイミング生成部37に出力する電圧調整部39と、を有する。
平滑部33は、第1チップ31とユニバーサルケーブル13との間、及び、第2チップ32とユニバーサルケーブル13との間に接続され、ユニバーサルケーブル13から伝送された負電圧から直流成分と交流成分とを分離し、分離した直流成分を第1チップ31へ出力する。平滑部33は、後述する負電圧が伝送されるユニバーサルケーブル13(信号線)に直列に接続された抵抗40(例えば100Ω)と、後述する交流電圧パルス信号生成部56とグランドGNDとの間に接続されたバイパスコンデンサ41と、を有し、RC回路(ローパスフィルタ回路)を形成する。これにより、後述するコネクタ部14から入力された負電圧に重畳された交流成分のパルス信号がカットされて直流成分が単位画素35に出力される。
ユニバーサルケーブル13は、少なくとも、電源電圧生成部55によって生成された電源電圧を撮像部30に伝送する信号線、交流電圧パルス信号生成部56によって生成された交流電圧パルス信号を撮像部30に伝送する信号線、パルス信号生成部54によって生成された基準クロック信号を撮像部30に伝送する信号線、撮像部30によって生成された撮像信号をコネクタ部14に伝送する信号線、及び、撮像部30にグランドGNDを伝送する信号線の5本を用いて構成されている。
コネクタ部14は、アナログ・フロント・エンド部51(以下、「AFE部51」という)と、A/D変換部52と、撮像信号処理部53と、パルス信号生成部54と、電源電圧生成部55と、交流電圧パルス信号生成部56と、を有する。
AFE部51は、撮像部30から伝搬される撮像信号を受信し、抵抗等の受動素子を用いてインピーダンスマッチングを行った後、コンデンサを用いて交流成分を取り出し、分圧抵抗によって動作点を決定する。その後、AFE部51は、撮像信号(アナログ信号)を増幅してA/D変換部52へ出力する。
A/D変換部52は、AFE部51から入力されたアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号に変換して撮像信号処理部53へ出力する。
撮像信号処理部53は、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)により構成され、A/D変換部52から入力されるデジタルの撮像信号に対して、ノイズ除去およびフォーマット変換処理等の処理を行ってビデオプロセッサ4へ出力する。
パルス信号生成部54は、ビデオプロセッサ4から供給され、内視鏡2の各構成部の動作の基準となるクロック信号(例えば、27MHzのクロック信号)に基づいて、撮像部30の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号を生成し、この基準クロック信号を、ユニバーサルケーブル13を介して撮像部30のタイミング生成部37へ出力する。また、パルス信号生成部54は、ビデオプロセッサ4から供給され、内視鏡2の各構成部の動作の基準となるクロック信号に基づいて、撮像部30の駆動信号を生成するためのパルス信号を交流電圧パルス信号生成部56へ出力する。
電源電圧生成部55は、ユニバーサルケーブル13の基端側に設けられ、ビデオプロセッサ4から供給される電源から、第1チップ31と第2チップ32を駆動するのに必要な電源電圧VDDを生成して第1チップ31および第2チップ32へ出力する。電源電圧生成部55は、レギュレーターなどを用いて第1チップ31と第2チップ32を駆動するのに必要な電源電圧VDDを生成する。
交流電圧パルス信号生成部56は、所定正電圧レベルを有する正電源(VDD=4.5V)と、所定負電圧レベルを有する負電源(VEE=−1V)によって駆動されるバッファアンプ57を備える。バッファアンプ57は、パルス信号生成部54から供給されるパルス信号の正電圧レベルを正電源によって4.5Vに変換し、負電圧レベルを負電源によって−1Vに変換する。すなわち、交流電圧パルス信号生成部56は、ユニバーサルケーブル13の基端側に設けられ、パルス信号生成部54から供給されるパルス信号に基づき、High側が4.5V、Low側が−1Vの交流電圧パルス信号を生成し、ユニバーサルケーブル13を介して撮像部30へ出力する。
次に、ビデオプロセッサ4の構成について説明する。
ビデオプロセッサ4は、内視鏡システム1の全体を統括的に制御する制御装置である。ビデオプロセッサ4は、電源部61と、画像信号処理部62と、クロック生成部63と、記憶部64と、入力部65と、プロセッサ制御部66と、を備える。
ビデオプロセッサ4は、内視鏡システム1の全体を統括的に制御する制御装置である。ビデオプロセッサ4は、電源部61と、画像信号処理部62と、クロック生成部63と、記憶部64と、入力部65と、プロセッサ制御部66と、を備える。
電源部61は、電源電圧を生成し、この生成した電源電圧をグランド(GND)とともに、コネクタ部14の電源電圧生成部55へ供給する。
画像信号処理部62は、撮像信号処理部53で信号処理が施されたデジタルの撮像信号に対して、同時化処理、ホワイトバランス(WB)調整処理、ゲイン調整処理、ガンマ補正処理、デジタルアナログ(D/A)変換処理、フォーマット変換処理等の画像処理を行って画像信号に変換し、この画像信号を表示装置5へ出力する。
クロック生成部63は、内視鏡システム1の各構成部の動作の基準となるクロック信号を生成し、このクロック信号をパルス信号生成部54へ出力する。
記憶部64は、内視鏡システム1に関する各種情報や処理中のデータ等を記憶する。記憶部64は、FlashメモリやRAM(Random Access Memory)の記憶媒体を用いて構成される。
入力部65は、内視鏡システム1に関する各種操作の入力を受け付ける。例えば、入力部65は、光源装置3が出射する照明光の種別を切り替える指示信号の入力を受け付ける。入力部65は、例えば十字スイッチやプッシュボタン等を用いて構成される。
プロセッサ制御部66は、内視鏡システム1を構成する各部を統括的に制御する。プロセッサ制御部66は、CPU(Central Processing Unit)等を用いて構成される。プロセッサ制御部66は、入力部65から入力された指示信号に応じて、光源装置3が出射する照明光を切り替える。
このように撮像部30を構成することで、交流電圧パルス信号生成部56から供給される負電圧は、単位画素35の駆動に用いられ、必要とされる電流が少ないため、短時間であれば平滑部33のバイパスコンデンサ41からの電圧供給が可能となる。平滑部33は、バイパスコンデンサ41と抵抗40とを用いて、RC回路(ローパスフィルタ回路)を形成することによって、パルス信号が単位画素35へ十分に低減されて伝送される。さらに、電圧調整部39は、High側を3V(VDD=3V)、Low側を0V(グランドGND)とした直流電圧のパルス信号(直流電圧パルス信号)を生成してタイミング生成部37へ出力する。
次に、電圧調整部39の詳細な構成について説明する。図3は、電圧調整部39の構成の一例を示す回路図である。
図3に示すように、電圧調整部39は、PMOSトランジスタ72及びNMOSトランジスタ73により構成される初段(前段)のインバータ回路71と、PMOSトランジスタ75及びNMOSトランジスタ76により構成される後段のインバータ回路74とを有して構成される。なお、電圧調整部39は、通常のインバータ回路71及び74を用いて構成されているが、これに限定されることなく、例えばノイズ対策として、ヒステリシス特性を有するインバータ回路を用いて構成してもよい。
電圧調整部39は、2つのインバータ回路71及び74を直列に接続した構成であり、初段のインバータ回路71の出力端子が後段のインバータ回路74の入力端子に接続されている。
初段のインバータ回路71のPMOSトランジスタ72のゲート端子とNMOSトランジスタ73のゲート端子とを接続した入力端子には、交流電圧パルス信号生成部56の出力端子が接続され、交流電圧パルス信号生成部56からの交流電圧パルス信号が入力される。
また、初段のインバータ回路71のPMOSトランジスタ72のソース端子は電源(VDD=3V)に接続され、NMOSトランジスタ73のソース端子は平滑部33の出力(負電源=−1V)に接続されている。さらに、初段のインバータ回路71のPMOSトランジスタ72のドレイン端子とNMOSトランジスタ73のドレイン端子とが接続されて出力端子を構成する。
後段のインバータ回路74のPMOSトランジスタ75のゲート端子とNMOSトランジスタ76のゲート端子とを接続した入力端子には、初段のインバータ回路71の出力端子が接続される。
また、後段のインバータ回路74のPMOSトランジスタ75のソース端子は電源(VDD=3V)に接続され、NMOSトランジスタ76のソース端子はグランドGND(0V)に接続されている。さらに、後段のインバータ回路74のPMOSトランジスタ75のドレイン端子とNMOSトランジスタ76のドレイン端子とが接続されて出力端子を構成する。後段のインバータ回路74の出力端子はタイミング生成部37に接続され、後段のインバータ回路74から出力されたパルス信号がタイミング生成部37に入力される。
ここで、特許第6138406号公報に開示されているパルス信号検出部は、本実施形態の電圧調整部39と同様に、パルス信号を出力する構成となっているが、パルス信号検出部はハイパスフィルタにより構成されている。時定数の大きいハイパスフィルタにより構成されたパルス信号検出部を、例えば本実施形態の第2チップ32に組み込んだ場合、第2チップ32の面積が大きくなってしまう。
これに対して、本実施形態の電圧調整部39は、2つの論理回路を組み合わせた構成となっているため、電圧調整部39を第2チップ32に組み込んだ場合、時定数の大きいハイパスフィルタを第2チップ32に組み込んだ場合よりも第2チップ32の面積を削減することができる。
なお、本実施形態では、電圧調整部39は、第2チップ32に設けられているが、これに限定されることなく、第1チップ31に設けてもよい。また、本実施形態では、撮像部30は、第1チップ31及び第2チップ32の2つのチップを有しているが、これに限定されることなく、例えば第1チップ31の各回路と第2チップ32の各回路を備えた1つのチップを有する構成であってもよい。
次に、このように構成された第1の実施形態の内視鏡システム1の動作について説明する。
図4は、第1の実施形態に係る内視鏡システムの動作の一例を示すタイミングチャートである。図4において、最上段から順に、基準クロック信号、交流電圧パルス信号、平滑部33の出力信号、初段のインバータ回路71の出力信号、後段のインバータ回路74の出力信号、水平同期信号、垂直同期信号を示す。
交流電圧パルス信号生成部56のバッファアンプ57によりHigh側が4.5V、Low側が−1Vの交流電圧パルス信号が生成されて平滑部33及び電圧調整部39に出力される。ただし、交流電圧パルス信号生成部56から出力された交流電圧パルス信号は、ユニバーサルケーブル13での減衰によりHigh側が1.5Vに下がる。そのため、図4に示すように、High側が1.5V、Low側が−1Vの交流電圧パルス信号が平滑部33及び電圧調整部39に入力される。
平滑部33は、交流電圧パルス信号を抵抗40及びバイパスコンデンサ41により形成されたローパスフィルタ回路により平滑化し、−1Vの定電圧(負電源)を生成して出力する。
電圧調整部39の初段のインバータ回路71は、閾値が1Vとなっている。また、インバータ回路71のPMOSトランジスタ72のソース端子は電源(VDD=3V)に接続され、NMOSトランジスタ73のソース端子は、平滑部33の出力(負電源=−1V)に接続されている。
そのため、電圧調整部39の初段のインバータ回路71は、交流電圧パルス信号が1.5Vの場合には−1Vの出力信号を出力し、交流電圧パルス信号が−1Vの場合には3Vの出力信号を出力する。
電圧調整部39の後段のインバータ回路74は、閾値が1.5Vとなっている。また、インバータ回路74のPMOSトランジスタ75のソース端子は電源(VDD=3V)に接続され、NMOSトランジスタ76のソース端子は、グランドGND(0V)に接続されている。
そのため、電圧調整部39の後段のインバータ回路74は、前段のインバータ回路71の出力信号が3Vの場合には0Vの出力信号を出力し、前段のインバータ回路71の出力信号が−1Vの場合には3Vの出力信号を出力する。
これにより、電圧調整部39は、High側が3V、Low側が0Vのパルス信号をタイミング生成部37に出力することになる。タイミング生成部37は、パルス信号生成部54から入力される基準クロック信号及び電圧調整部39から入力されるパルス信号に基づいて、水平同期信号及び垂直同期信号を生成する。タイミング生成部37は、生成した水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて駆動信号を生成し、受光部34及び読み出し部36に出力する。
以上のように、電圧調整部39は、2つのインバータ回路71及び74、すなわち、2つの論理回路により構成されているため、第2チップ32に電圧調整部39を設けた場合、時定数の大きいハイパスフィルタを設けた場合よりもチップ面積を小さくすることができる。
よって、本実施形態の撮像装置としての内視鏡2によれば、パルス信号を出力する回路をチップに搭載した場合でも、チップ面積を小型化することができる。
(第1の実施形態の変形例1)
次に、第1の実施形態の変形例1について説明する。
上述した第1の実施形態の電圧調整部39は、2つの論理回路として2つのインバータ回路71及び74を有して構成されていたが、他の構成であってもよい。
次に、第1の実施形態の変形例1について説明する。
上述した第1の実施形態の電圧調整部39は、2つの論理回路として2つのインバータ回路71及び74を有して構成されていたが、他の構成であってもよい。
図5は、電圧調整部39の構成の他の例を示す回路図である。なお、図5において、図3と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図5に示すように、電圧調整部39は、前段のNAND回路81と、後段のインバータ回路74とにより構成されている。NAND回路81は、2入力NANDゲートであり、PMOSトランジスタ82及び83と、NMOSトランジスタ84及び85とを有して構成されている。
NAND回路81の一方の入力端子には交流電圧パルス信号が入力され、他方の入力端子には電源(VDD=3V)が入力される。より具体的には、PMOSトランジスタ82のゲート端子及びNMOSトランジスタ85のゲート端子には交流電圧パルス信号が入力され、PMOSトランジスタ83のゲート端子及びNMOSトランジスタ84のゲート端子には電源(VDD=3V)が入力される。
NAND回路81は、2つの入力端子にH信号が入力された場合にL信号を出力し、その他の信号が入力された場合にH信号を出力する。そのため、NAND回路81は、一方の入力端子に交流パルス信号として1.5Vが入力され、他方の入力端子に電源(3V)が入力された場合、平滑部33の出力である−1Vを出力する。また、NAND回路81は、一方の入力端子に交流パルス信号として−1Vが入力され、他方の入力端子に電源(3V)が入力された場合、3Vを出力する。
後段のインバータ回路74は、第1の実施形態と同じ構成であり、前段のNAND回路81の出力信号が3Vの場合には0Vの出力信号を出力し、前段のNAND回路81の出力信号が−1Vの場合には3Vの出力信号を出力する。これにより、電圧調整部39は、第1の実施形態と同様に、High側が3V、Low側が0Vのパルス信号をタイミング生成部37に出力することができる。
このように、電圧調整部39は、2つの論理回路、すなわち、前段のNAND回路81と後段のインバータ回路74とにより構成されているため、第1の実施形態と同様に、時定数の大きいハイパスフィルタを設けた場合よりもチップ面積を小さくすることができる。
図6は、電圧調整部39の構成の他の例を示す回路図である。なお、図6において、図5と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図6に示すように、電圧調整部39は、図5のNAND回路81に代わり、NAND回路81aを用いて構成されている。NAND回路81aは、図5のPMOSトランジスタ83及びNMOSトランジスタ84に代わり、それぞれPMOSトランジスタ83a及びNMOSトランジスタ84aを用いて構成されている。
PMOSトランジスタ83aのゲート端子及びNMOSトランジスタ84aのゲート端子には、交流電圧パルス信号が入力される。その他の構成は、図5と同様である。すなわち、NAND回路81aの2つの入力端子は共通化されており、2つの入力端子のいずれにも交流電圧パルス信号が入力される。
そのため、NAND回路81aは、2つの入力端子に交流パルス信号として1.5Vが入力された場合、平滑部33の出力である−1Vを出力する。また、NAND回路81aは、2つの入力端子に交流パルス信号として−1Vが入力された場合、3Vを出力する。
後段のインバータ回路74は、第1の実施形態と同じ構成であり、前段のNAND回路81aの出力信号が3Vの場合には0Vの出力信号を出力し、前段のNAND回路81aの出力信号が−1Vの場合には3Vの出力信号を出力する。これにより、電圧調整部39は、第1の実施形態と同様に、High側が3V、Low側が0Vのパルス信号をタイミング生成部37に出力することができる。
このように、電圧調整部39は、2つの論理回路、すなわち、前段のNAND回路81aと後段のインバータ回路74とにより構成されているため、第1の実施形態と同様に、時定数の大きいハイパスフィルタを設けた場合よりもチップ面積を小さくすることができる。
よって、変形例1の撮像装置としての内視鏡2によれば、第1の実施形態の内視鏡2と同様に、パルス信号を出力する回路をチップに搭載した場合でも、チップ面積を小型化することができる。
(第1の実施形態の変形例2)
次に、第1の実施形態の変形例2について説明する。
図7は、電圧調整部39の構成の他の例を示す回路図である。なお、図7において、図3と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
次に、第1の実施形態の変形例2について説明する。
図7は、電圧調整部39の構成の他の例を示す回路図である。なお、図7において、図3と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図7に示すように、電圧調整部39は、前段のNOR回路91と、後段のインバータ回路74とにより構成されている。NOR回路91は、2入力NORゲートであり、PMOSトランジスタ92及び93と、NMOSトランジスタ94及び95とを有して構成されている。
NOR回路91の一方の入力端子には交流電圧パルス信号が入力され、他方の入力端子には平滑部33の出力(負電圧=−1V)が入力される。より具体的には、PMOSトランジスタ92のゲート端子及びNMOSトランジスタ95のゲート端子には交流電圧パルス信号が入力され、PMOSトランジスタ93のゲート端子及びNMOSトランジスタ94のゲート端子には平滑部33の出力(負電圧=−1V)が入力される。
NOR回路91は、少なくとも1つの入力端子にH信号が入力された場合にL信号を出力し、その他の信号が入力された場合にH信号を出力する。そのため、NOR回路91は、一方の入力端子に交流パルス信号として1.5Vが入力され、他方の入力端子に平滑部33の出力(−1V)が入力された場合、平滑部33の出力である−1Vを出力する。また、NOR回路91は、一方の入力端子に交流パルス信号として−1Vが入力され、他方の入力端子に平滑部33の出力(−1V)が入力された場合、3Vを出力する。
後段のインバータ回路74は、第1の実施形態と同じ構成であり、前段のNOR回路91の出力信号が3Vの場合には0Vの出力信号を出力し、前段のNOR回路91の出力信号が−1Vの場合には3Vの出力信号を出力する。これにより、電圧調整部39は、第1の実施形態と同様に、High側が3V、Low側が0Vのパルス信号をタイミング生成部37に出力することができる。
このように、電圧調整部39は、2つの論理回路、すなわち、前段のNOR回路91と後段のインバータ回路74とにより構成されているため、第1の実施形態と同様に、時定数の大きいハイパスフィルタを設けた場合よりもチップ面積を小さくすることができる。
図8は、電圧調整部39の構成の他の例を示す回路図である。なお、図8において、図7と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図8に示すように、電圧調整部39は、図7のNOR回路91に代わり、NOR回路91aを用いて構成されている。NOR回路91aは、図7のPMOSトランジスタ93及びNMOSトランジスタ94に代わり、それぞれPMOSトランジスタ93a及びNMOSトランジスタ94aを用いて構成されている。
PMOSトランジスタ93aのゲート端子及びNMOSトランジスタ94aのゲート端子には、交流電圧パルス信号が入力される。その他の構成は、図7と同様である。すなわち、NOR回路91aの2つの入力端子は共通化されており、2つの入力端子のいずれにも交流電圧パルス信号が入力される。
そのため、NOR回路91aは、2つの入力端子に交流パルス信号として1.5Vが入力された場合、平滑部33の出力である−1Vを出力する。また、NOR回路91aは、2つの入力端子に交流パルス信号として−1Vが入力された場合、3Vを出力する。
後段のインバータ回路74は、第1の実施形態と同じ構成であり、前段のNOR回路91aの出力信号が3Vの場合には0Vの出力信号を出力し、前段のNOR回路91aの出力信号が−1Vの場合には3Vの出力信号を出力する。これにより、電圧調整部39は、第1の実施形態と同様に、High側が3V、Low側が0Vのパルス信号をタイミング生成部37に出力することができる。
このように、電圧調整部39は、2つの論理回路、すなわち、前段のNOR回路91aと後段のインバータ回路74とにより構成されているため、第1の実施形態と同様に、時定数の大きいハイパスフィルタを設けた場合よりもチップ面積を小さくすることができる。
よって、変形例2の撮像装置としての内視鏡2によれば、第1の実施形態の内視鏡2と同様に、パルス信号を出力する回路をチップに搭載した場合でも、チップ面積を小型化することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
図9は、第2の実施形態の内視鏡システム1の要部の構成を示すブロック図である。なお、図9において、図2と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
次に、第2の実施形態について説明する。
図9は、第2の実施形態の内視鏡システム1の要部の構成を示すブロック図である。なお、図9において、図2と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図9に示すように、第2の実施形態の撮像部30は、図2の撮像部30の電圧調整部39に代わり、電圧調整部39Aを用いて構成されている。図2の電圧調整部39には、平滑部33の出力が接続されている。これに対し、本実施形態の電圧調整部39Aには、平滑部33の出力が接続されていない。すなわち、本実施形態の電圧調整部39Aには、交流電圧パルス信号生成部56からの交流電圧パルス信号のみが入力されるように構成されている。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
次に、電圧調整部39Aの詳細な構成について説明する。図10は、電圧調整部39Aの構成の一例を示す回路図である。なお、図10において、図3と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図10に示すように、電圧調整部39Aは、レベルシフト回路101と、初段のインバータ回路71と、後段のインバータ回路74とを有して構成される。電圧調整部39Aは、レベルシフト回路101、初段のインバータ回路71及び後段のインバータ回路74を直列に接続した構成であり、レベルシフト回路101の出力端子が初段のインバータ回路71の入力端子に接続され、初段のインバータ回路71の出力端子が後段のインバータ回路74の入力端子に接続されている。
レベルシフト回路101は、PMOSトランジスタ102と定電流源103とにより構成されるソースフォロワ回路で構成されている。PMOSトランジスタ102のゲート端子には、交流電圧パルス信号生成部56からの交流電圧パルス信号が入力される。また、PMOSトランジスタ102のソース端子は定電流源103に接続され、PMOSトランジスタ102のドレイン端子はグランドGNDに接続されている。本実施形態では、レベルシフト回路101は、入力された交流電圧パルス信号を+1Vシフトして初段のインバータ回路71に出力する。
また、上述した第1の実施形態では、初段のインバータ回路71のNMOSトランジスタ73ソース端子が平滑部33の出力に接続されていた。これに対し、本実施形態では、初段のインバータ回路71のNMOSトランジスタ73のソース端子はグランドGNDに接続されている。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
このように、本実施形態の電圧調整部39Aは、レベルシフト回路101と、論理回路である初段のインバータ回路71及び後段のインバータ回路74とを組み合わせた構成となっている。レベルシフト回路101は、論理回路よりも面積が大きいアナログ回路であるが、比較的に簡単な回路で構成することができ、時定数が大きいハイパスフィルタに比べて面積は小さくなる。そのため、電圧調整部39Aを第2チップ32に組み込んだ場合、時定数の大きいハイパスフィルタを第2チップ32に組み込んだ場合よりも第2チップ32の面積を削減することができる。
次に、このように構成された第2の実施形態の内視鏡システム1の動作について説明する。
図11は、第2の実施形態に係る内視鏡システムの動作の一例を示すタイミングチャートである。図11において、最上段から順に、基準クロック信号、交流電圧パルス信号、レベルシフト回路101の出力信号、初段のインバータ回路71の出力信号、後段のインバータ回路74の出力信号、水平同期信号、垂直同期信号を示す。
交流電圧パルス信号生成部56のバッファアンプ57によりHigh側が4.5V、Low側が−1Vの交流電圧パルス信号が生成される。ただし、交流電圧パルス信号生成部56から出力された交流電圧パルス信号は、ユニバーサルケーブル13での減衰により、High側が1.5Vに下がる。そのため、図11に示すように、High側が1.5V、Low側が−1Vの交流電圧パルス信号が電圧調整部39Aに入力される。
電圧調整部39Aのレベルシフト回路101は、交流電圧パルス信号を+1Vシフトさせて出力する。より具体的には、図11に示すように、レベルシフト回路101は、交流電圧パルス信号が1.5Vの場合には2.5Vの出力信号を初段のインバータ回路71に出力する。一方、レベルシフト回路101は、交流電圧パルス信号が−1Vの場合には、グランドGNDの0Vが入力されている状態となるため、1Vの出力信号を初段のインバータ回路71に出力する。
初段のインバータ回路71は、閾値が1.5Vとなっている。また、インバータ回路71のPMOSトランジスタ72のソース端子は電源(VDD=3V)に接続され、NMOSトランジスタ73のソース端子は、グランドGNDに接続されている。
そのため、電圧調整部39Aの初段のインバータ回路71は、レベルシフト回路101の出力信号が2.5Vの場合には0Vの出力信号を出力し、レベルシフト回路101の出力信号が1Vの場合には3Vの出力信号を出力する。
電圧調整部39Aの後段のインバータ回路74は、閾値が1.5Vとなっている。また、インバータ回路74のPMOSトランジスタ75のソース端子は電源(VDD=3V)に接続され、NMOSトランジスタ76のソース端子は、グランドGND(0V)に接続されている。
そのため、電圧調整部39Aの後段のインバータ回路74は、前段のインバータ回路71の出力信号が3Vの場合には0Vの出力信号を出力し、前段のインバータ回路71の出力信号が0Vの場合には3Vの出力信号を出力する。
これにより、電圧調整部39Aは、High側が3V、Low側が0Vのパルス信号をタイミング生成部37に出力することになる。タイミング生成部37は、パルス信号生成部54から入力される基準クロック信号及び電圧調整部39から入力されるパルス信号に基づいて、水平同期信号及び垂直同期信号を生成する。タイミング生成部37は、生成した水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて駆動信号を生成し、受光部34及び読み出し部36に出力する。
以上のように、電圧調整部39Aは、レベルシフト回路101、2つのインバータ回路71及び74、すなわち、3つの論理回路により構成されているため、第2チップ32に電圧調整部39Aを設けた場合、時定数の大きいハイパスフィルタを設けた場合よりもチップ面積を小さくすることができる。
よって、本実施形態の撮像装置としての内視鏡2によれば、第1の実施形態の内視鏡2と同様に、パルス信号を出力する回路をチップに搭載した場合でも、チップ面積を小型化することができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
図12は、第3の実施形態の内視鏡システム1の要部の構成を示すブロック図である。なお、図12において、図9と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
次に、第3の実施形態について説明する。
図12は、第3の実施形態の内視鏡システム1の要部の構成を示すブロック図である。なお、図12において、図9と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図12に示すように、第3の実施形態の撮像部30は、図9の撮像部30の電圧調整部39Aに代わり、電圧調整部39Bを用いて構成されている。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
次に、電圧調整部39Bの詳細な構成について説明する。図13は、電圧調整部39Bの構成の一例を示す回路図である。なお、図13において、図10と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図13に示すように、電圧調整部39Bは、増幅回路111と、後段のインバータ回路74とを有して構成される。電圧調整部39Bは、増幅回路111及び後段のインバータ回路74を直列に接続した構成であり、増幅回路111の出力端子が後段のインバータ回路74の入力端子に接続されている。
増幅回路111は、ゲインが2倍の反転増幅回路により構成されている。増幅回路111は、入力された交流電圧パルス信号を−2倍して後段のインバータ回路74に出力する。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
このように、本実施形態の電圧調整部39Bは、増幅回路111と、論理回路である後段のインバータ回路74を組み合わせた構成となっている。増幅回路111は、論理回路よりも面積が大きいアナログ回路であるが、比較的に簡単な回路で構成することができ、時定数が大きいハイパスフィルタに比べて面積は小さくなる。そのため、電圧調整部39Bを第2チップ32に組み込んだ場合、時定数の大きいハイパスフィルタを第2チップ32に組み込んだ場合よりも第2チップ32の面積を削減することができる。
次に、このように構成された第3の実施形態の内視鏡システム1の動作について説明する。
図14は、第3の実施形態に係る内視鏡システムの動作の一例を示すタイミングチャートである。図14において、最上段から順に、基準クロック信号、交流電圧パルス信号、増幅回路111の出力信号、後段のインバータ回路74の出力信号、水平同期信号、垂直同期信号を示す。
交流電圧パルス信号生成部56のバッファアンプ57によりHigh側が4.5V、Low側が−1Vの交流電圧パルス信号が生成される。ただし、交流電圧パルス信号生成部56から出力された交流電圧パルス信号は、ユニバーサルケーブル13での減衰により、High側が1.5Vに下がる。そのため、図14に示すように、High側が1.5V、Low側が−1Vの交流電圧パルス信号が電圧調整部39Bに入力される。
電圧調整部39Bの増幅回路111は、交流電圧パルス信号をゲインが2倍で反転増幅して出力する。より具体的には、図14に示すように、増幅回路111は、交流電圧パルス信号が1.5Vの場合にはゲインが2倍で反転増幅した場合、−3Vとなるが、出力電圧は下限となる0Vの出力信号を後段のインバータ回路74に出力する。一方、増幅回路111は、交流電圧パルス信号が−1Vの場合にはゲインが2倍で反転増幅して2Vの出力信号を後段のインバータ回路74に出力する。
電圧調整部39Bの後段のインバータ回路74は、閾値が1.5Vとなっている。また、インバータ回路74のPMOSトランジスタ75のソース端子は電源(VDD=3V)に接続され、NMOSトランジスタ76のソース端子は、グランドGND(0V)に接続されている。
そのため、電圧調整部39Bの後段のインバータ回路74は、増幅回路111の出力信号が2Vの場合には0Vの出力信号を出力し、増幅回路111の出力信号が0Vの場合には3Vの出力信号を出力する。
これにより、電圧調整部39Bは、High側が3V、Low側が0Vのパルス信号をタイミング生成部37に出力することになる。タイミング生成部37は、パルス信号生成部54から入力される基準クロック信号及び電圧調整部39から入力されるパルス信号に基づいて、水平同期信号及び垂直同期信号を生成する。タイミング生成部37は、生成した水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて駆動信号を生成し、受光部34及び読み出し部36に出力する。
以上のように、電圧調整部39Bは、増幅回路111及びインバータ回路74、すなわち、2つの論理回路により構成されているため、第2チップ32に電圧調整部39Bを設けた場合、時定数の大きいハイパスフィルタを設けた場合よりもチップ面積を小さくすることができる。
よって、本実施形態の撮像装置としての内視鏡2によれば、第1の実施形態の内視鏡2と同様に、パルス信号を出力する回路をチップに搭載した場合でも、チップ面積を小型化することができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
1・・・内視鏡システム、2・・・内視鏡、3・・・光源装置、4・・・ビデオプロセッサ、5・・・表示装置、11・・・挿入部、12・・・操作部、13・・・ユニバーサルケーブル、14・・・コネクタ部、20・・・操作部本体、21・・・先端部、22・・・湾曲部、23・・・可撓管部、30・・・撮像部、31・・・第1チップ、32・・・第2チップ、33・・・平滑部、34・・・受光部、35・・・単位画素、36・・・読み出し部、37・・・タイミング生成部、38・・・バッファ、39,39A,39B・・・電圧調整部、40・・・抵抗、41・・・バイパスコンデンサ、51・・・AFE部、52・・・A/D変換部、53・・・撮像信号処理部、54・・・パルス信号生成部、55・・・電源電圧生成部、56・・・交流電圧パルス信号生成部、57・・・バッファアンプ、61・・・電源部、62・・・画像信号処理部、63・・・クロック生成部、64・・・記憶部、65・・・入力部、66・・・プロセッサ制御部、71,74・・・インバータ回路、72,75,82,83,83a,92,93,93a、102・・・PMOSトランジスタ、73,76,84,84a,85,94,94a,95・・・NMOSトランジスタ、81,81a・・・NAND回路、91,91a・・・NOR回路、101・・・レベルシフト回路、103・・・定電流源、111・・・増幅回路。
Claims (11)
- 二次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、
前記撮像素子に電力を伝送する伝送ケーブルと、
前記伝送ケーブルの基端側に設けられ、入力されたパルス信号の正電圧レベル及び負電圧レベルを所定正電圧レベル及び所定負電圧レベルに変換した交流電圧パルス信号を生成し、前記伝送ケーブルに前記交流電圧パルス信号を出力する交流電圧パルス信号生成部と、
前記伝送ケーブルの先端側に設けられ、前記伝送ケーブルから伝送された前記交流電圧パルス信号の所定正電圧レベル及び所定負電圧レベルを直流電圧レベルに変換して、直流電圧パルス信号を出力する電圧調整部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 前記交流電圧パルス信号生成部は、前記所定正電圧レベルを有する正電源と前記所定負電圧レベルを有する負電源によって駆動されるバッファアンプを有し、
前記バッファアンプは、入力された前記パルス信号の前記正電圧レベルを前記正電源によって前記所定正電圧レベルに変換し、前記パルス信号の前記負電圧レベルを前記負電源によって前記所定負電圧レベルに変換することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記撮像素子と前記伝送ケーブルとの間に接続され、前記伝送ケーブルから伝送された前記交流電圧パルス信号から負電圧を生成する平滑部をさらに備え、
前記電圧調整部は、前記平滑部が生成した前記負電圧が入力され、前記負電圧を用いて、前記伝送ケーブルから伝送された前記交流電圧パルス信号の前記所定正電圧レベル及び前記所定負電圧レベルを調整することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記電圧調整部は、2つ以上の論理回路を組み合わせた構成であり、前記2つ以上の論理回路のうち少なくとも1つの論理回路のNMOSトランジスタのソース端子を前記平滑部の出力に接続し、前記少なくとも1つの論理回路を除く論理回路のNMOSトランジスタのソース端子をGNDに接続した構成であることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記論理回路は、2つ以上のインバータ回路を組み合わせた構成であり、初段インバータ回路のNMOSトランジスタのソース端子を前記平滑部の出力に接続し、後段インバータ回路のNMOSトランジスタのソース端子をGNDに接続した構成であることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
- 前記論理回路は、NAND回路及びインバータ回路、または、NOR回路及びインバータ回路を組み合わせた構成であることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
- 前記電圧調整部は、前記伝送ケーブルから伝送された前記交流電圧パルス信号の前記所定正電圧レベル及び前記所定負電圧レベルをレベルシフトして出力するレベルシフト回路と、前記レベルシフト回路の出力を反転して出力するインバータ回路とを有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記電圧調整部は、前記伝送ケーブルから伝送された前記交流電圧パルス信号を反転増幅して出力する増幅回路と、前記増幅回路の出力を反転して出力するインバータ回路とを有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記電圧調整部が出力した前記直流電圧パルス信号に基づいて前記撮像素子を駆動するための駆動信号を生成するタイミング生成部をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 請求項1から請求項9のいずれか1つに記載の撮像装置と、
被検体内に挿入可能な挿入部と、
前記撮像信号に対して画像処理を施す画像処理装置に対して、着脱自在なコネクタ部と、
を備え、
前記撮像素子、前記電圧調整部は、前記挿入部の先端側に設けられ、前記交流電圧パルス信号生成部は、前記コネクタ部に設けられたことを特徴とする内視鏡。 - 請求項10に記載の内視鏡と、
前記撮像信号に対して画像処理を施す画像処理装置と、
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
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