JP4150711B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、ネットワークカメラやカプセル型内視鏡などの小型の撮像装置に関するものである。

近年、インターネットやＬＡＮなどのネットワークに接続できる小型の撮像装置としてネットワークカメラが普及している。このネットワークカメラは、ネットワークを介して離れた場所の映像をリアルタイムでモニタでき、この映像を公開することができるとともに、撮像処理をコントロールすることができる。

一方、近年、内視鏡の分野においては、飲込み型のカプセル型内視鏡が登場している。このカプセル型内視鏡には、撮像機能と無線通信機能とが設けられている。カプセル型内視鏡は、観察（検査）のために患者の口から飲込まれた後、人体から自然排出されるまでの間、体腔内、例えば胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に従って移動し、順次撮像する機能を有する。

体腔内を移動する間、カプセル型内視鏡によって体内で撮像された画像データは、順次無線通信により外部に送信され、外部の受信機内に設けられたメモリに蓄積される。患者がこの無線通信機能とメモリ機能とを備えた受信機を携帯することにより、患者は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの期間であっても、自由に行動できる。この後、医者もしくは看護士においては、メモリに蓄積された画像データに基づいて臓器の画像をディスプレイに表示させて診断を行うことができる。

特開２００２−３４５７４３号公報 特許３２３９０８７号

ところで、上述したネットワークカメラやカプセル型内視鏡などに用いられる撮像装置は、小型化が要求されているが、携帯型で無線伝送を行う場合、この無線伝送やアナログ処理の電力消費が大きく、この電力を供給するための容量の大きな電源が必要となり、結果として小型化を促進できないという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低消費電力化によって撮像装置を一層、小型化することができる撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる撮像装置は、撮像素子による画素信号の取得から該画素信号をデジタルデータに変換するまでの一連のアナログ処理系と前記デジタルデータを所定の撮像データに信号処理するデジタル処理系との間に設けられ所定処理単位のデータを一時蓄積するメモリと、前記アナログ処理系に対して該アナログ処理系が有する最高速のクロックで動作させ、前記デジタル処理系に対して前記撮像データを伝送する伝送系の帯域幅によって決定される周波数に対応するクロックで動作させるとともに、前記アナログ処理系による前記所定処理単位の処理動作と前記デジタル処理系による前記所定処理単位の処理動作を排他的に制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記アナログ処理系の動作を行う場合、該アナログ処理系の動作に必要な電源供給をオンさせ、前記デジタル処理系の動作を行う場合、前記アナログ処理系の動作に必要な電源供給をオフさせる制御を行うことを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記メモリは、前記デジタル処理系の最小処理単位である１ラインを一時記憶するラインメモリであることを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記アナログ処理系への電源供給のオン時から該電源供給による信号電圧が安定する時までの安定期間後にクランプを開始するように前記電源供給のオンを行うことを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像装置は、撮像素子によって取得された一連の画像信号に対して所定の信号処理を施し、一連の撮像信号として出力する撮像装置において、前記一連の撮像信号の処理期間に電源供給をオンし、該処理期間外に電源供給をオフし、該電源供給のオン時から該電源供給による信号電圧が安定する時までの安定期間後にクランプを開始するように前記電源供給をオンさせる制御を行うことを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、ネットワークカメラの小型撮像モジュールとして用いられることを特徴とする。

また、この発明にかかる撮像装置は、上記の発明において、カプセル型内視鏡を含む被検体内導入装置として用いられることを特徴とする。

この発明にかかる撮像装置では、撮像素子による画素信号の取得から該画素信号をデジタルデータに変換するまでの一連のアナログ処理系と前記デジタルデータを所定の撮像データに信号処理するデジタル処理系との間に所定処理単位のデータを一時蓄積するメモリを設け、制御手段が、前記アナログ処理系による前記所定処理単位の処理動作と前記デジタル処理系による前記所定処理単位の処理動作を排他的に制御し、さらに、前記アナログ処理系を、該アナログ処理系が有する最高速のクロックで動作させ、前記デジタル処理系を、前記撮像データを伝送する伝送系の帯域幅によって決定される周波数に対応するクロックで動作させ、さらに、前記アナログ処理系の動作を行う場合、該アナログ処理系の動作に必要な電源供給をオンさせ、前記デジタル処理系の動作を行う場合、前記アナログ処理系の動作に必要な電源供給をオフさせるようにしているので、撮像信号のノイズを低減することができるとともに、低消費電力化を促進することができるという効果を奏する。

以下、この発明を実施するための最良の形態である撮像装置について説明する。

（実施の形態１）
図１は、撮像装置としてのネットワークカメラを用いたシステム構成を示す図である。図１に示すように、ネットワークカメラ１，２は、内部に撮像装置３を備え、周囲の映像を取得し、ルータ機能を有した無線ＬＡＮのステーション４を介して相互および端末装置ＰＣ１と無線ＬＡＮ接続される。ステーション４は、インターネットなどのネットワークＮに接続され、このネットワークＮは、他の端末装置ＰＣ２や携帯端末５を接続することができる。端末装置ＰＣ１，ＰＣ２は、表示部を備えたパーソナルコンピュータなどによって実現され、ネットワークカメラ１，２が撮像した映像情報を無線ＬＡＮ１０あるいはネットワークＮを介してリアルタイムで得ることができる。また、携帯端末５も、ネットワークカメラ１，２が撮像した映像情報を得ることができる。さらに、端末装置ＰＣ１，ＰＣ２および携帯端末５は、各ネットワークカメラ１，２の撮像視野の変更などの制御を行うことができる。

図２は、図１に示した撮像装置３の詳細構成を示すブロック図である。図２において、撮像装置３は、アナログ処理系ＡＮ、ラインメモリ１５、デジタル処理系としてのデジタル処理回路１６、アンテナＡ１を含むＲＦ回路１７、スイッチ回路２１、電源回路２２、およびタイミング発生回路２３を有する。アナログ処理系ＡＮは、ＣＣＤ１１、ＣＤＳ回路１２，Ａ／Ｄ変換回路１３およびデジタルクランプ回路１４を含むものとする。なお、デジタルクランプ回路１４は、本来、デジタル化したデータに対して処理する回路であるが、この実施の形態１では、ラインメモリ１５の前段の信号処理回路をアナログ処理系ＡＮとするため、デジタルクランプ回路１４をアナログ処理系ＡＮに含むものとする。ここで、ラインメモリ１５は、アナログ処理系ＡＮとデジタル処理回路１６との間に設けられる。

タイミング発生回路２３は、上述したＣＣＤ１１、ＣＤＳ回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３、デジタルクランプ回路１４、ラインメモリ１５、デジタル処理回路１６、ＲＦ回路１７、およびスイッチ回路２１に対してクロックを供給するとともに各部の処理制御を行う。

ＣＣＤ１１によって撮像された画素信号は、ＣＤＳ回路１２に出力され、ＣＤＳ回路１２は、この画素信号に対して相関二重サンプリングやゲインコントロールなどのアナログ処理を行う。その後、アナログ処理された画素信号は、Ａ／Ｄ変換回路１３によってデジタル信号に変換され、デジタルクランプ回路１４による黒レベルなどの補正処理が施され、１ライン分の画像データがラインメモリ１５に一時蓄積される。

デジタル処理回路１６は、ラインメモリ１５に蓄積されていた１ラインの画像データを取り出して変調処理などの信号処理を行い、この変調処理された映像信号に対してパラレル−シリアル変換を行ってＲＦ回路１７に出力する。ＲＦ回路１７は、入力された映像信号を無線周波数までアップコンバートし、アンテナＡ１を介して無線出力する。

スイッチ回路２１は、タイミング発生回路２３による制御のもとに、アナログ処理系ＡＮのＣＣＤ１１、ＣＤＳ回路１２、およびＡ／Ｄ変換回路１３に対する電力供給をオン、オフする。また、スイッチ回路２１は、タイミング発生回路２３による制御のもとに、ＲＦ回路１７に対する電力供給のオン、オフを行う。このＲＦ回路１７に対する電力供給のオン、オフは、画像情報の送信時のみにオンする制御を行う。

ここで、図３に示すタイムチャートを参照して、タイミング発生回路２３による制御について説明する。図３に示すように、撮像装置３は、ＣＣＤ１１が撮像した画素信号を１ライン毎に処理するが、この１ライン期間ｔ０内において、タイミング発生回路２３は、アナログ処理系ＡＮの動作処理と、デジタル処理回路１６の動作処理とを時間的に分離した排他的制御を行う。この場合、ラインメモリ１５が媒介となり、１ライン期間ｔ０の前半においてアナログ処理系ＡＮを動作させ、処理された１ライン分の画像データがラインメモリ１５に一時蓄積される。その後、１ライン期間ｔ０の後半においてデジタル処理回路１６を動作させ、１ライン分の画像データを信号処理する。図３に示すようにアナログ系動作期間の供給電力が増加する理由は、アナログ処理系ＡＮに電源を供給すると、回路系にバイアス電流が流れるためである。このアナログ処理系ＡＮのアナログ系動作期間を短くすることによって、時間で積分した平均供給電力を少なくすることができる。

この場合、タイミング発生回路２３は、アナログ処理系ＡＮの動作クロック速度（周波数ｆ１）とデジタル処理回路１６の動作クロック速度（周波数ｆ２）とを異なる条件のもとに設定し、各動作クロックを供給する。アナログ処理系ＡＮの動作クロック速度は、アナログ処理系ＡＮが動作可能な高速のクロックが用いられ、高速処理が行われる。これによって、アナログ処理系ＡＮの動作時間を短くすることができる。一方、デジタル処理回路１６の動作クロック速度は、ＲＦ回路１７が使用する無線周波数の伝送帯域幅によって決定される。伝送帯域幅が狭い場合には低速の動作クロックとなり、伝送帯域幅が広い場合には高速の動作クロックを用いることができる。ここで、周波数ｆ２の決定方法について説明する。無線信号の伝送帯域幅をｆ０とすると、ＲＦ回路１７に入力する信号の周波数は、ＲＦ回路１７の変調方式にも依存し、ｆ０／ｋ となる。ここで、ｋは係数であり、ＲＦ回路１７の変調方式によって決定される。ＲＦ回路１７の入力信号は、デジタル処理回路１６の出力なので、デジタル処理回路１６の動作クロック周波数ｆ２は少なくとも出力信号周波数の２倍が必要となる。よって、ｆ２≧２×ｆ０／ｋ の関係式によってデジタル処理回路１６の動作クロック周波数ｆ２が決定されることになる。

さらに、タイミング発生回路２３は、スイッチ回路２１を制御し、アナログ処理系ＡＮに対する電源供給をオン、オフする。図３に示すように、タイミング発生回路２３は、アナログ処理係ＡＮの動作期間のみに、ＣＣＤ１１，ＣＤＳ回路１２，およびＡ／Ｄ変換回路１３に対する電力供給を行うようにスイッチ回路２１をオンさせ、その他の期間には、スイッチ回路２１をオフさせる。このアナログ処理系ＡＮに対する電力供給のオン、オフ制御を行うのは、アナログ処理系の回路がバイアス電源などの大きな電力消費が行われる部分が多いからである。

ここで、上述した電源供給のオン、オフ制御を行う場合、電源のオン時から信号電圧が安定した所定電圧までに立ち上がる過渡期間が存在し、この過渡期間にクランプ処理を行うと、精度の高い信号処理を行うことができない。たとえば、図４に示すように、時点Ｔ１に電源供給をオンしても、信号電圧が安定して立ち上がるまでには時点Ｔ１〜時点ＴＳまでの期間ＴＴを要する。一方、デジタルクランプ回路１４は、１ラインの画像信号の入力に合わせ、この入力の手前の時点ＴＣでクランプを開始する。したがって、この過渡期間ＴＴに、クランプが開始されると、画像信号は歪んだものとなる。

そこで、図５に示すように、タイミング発生回路２３は、アナログ処理系ＡＮに対する電源供給のオン時を、時点Ｔ１から時点Ｔ２に早め、時点Ｔ２から期間ＴＴが経過した後にクランプ開始の時点ＴＣとなるように制御する。これによって、１ラインの画像信号は、常に信号電圧が安定した状態でクランプされ、歪みのない画像信号としてラインメモリ１５に出力される。

なお、図５に示した電源供給のオン時の制御は、１ラインの画像信号に対するものであったが、従来のアナログ処理系に対する電源供給のオン時の時点制御にも応用することができる。１フレームの画像信号に対するアナログ処理系の動作処理を行う場合、図６に示すように電源供給のオン時の時点Ｔ１１から信号電圧が安定する時点ＴＳＳまでの期間ＴＴ１０内に数ライン分の画像信号が含まれる場合があり、この場合、クランプ開始の時点ＴＣ１１は、１ライン目の直前に行われるため、最初の数ラインの画像信号が歪んだものとなる。

そこで、図７に示すように、電源供給のオン時を、時点Ｔ１１から時点Ｔ１２に早め、時点Ｔ１２から期間ＴＴ１０が経過した後にクランプ開始の時点ＴＣ１１となるように制御する。これによって、最初の数ラインの画像信号は、常に信号電圧が安定した状態でクランプされ、歪みのない画像信号として出力される。このような状態は、実施の形態１で示した撮像装置３にも適用できる。すなわち、１フレームの画像信号の処理の開始に伴う電源供給のオン時から期間ＴＴ１０と各ライン毎の電源供給のオン時からの期間ＴＴとはその期間が異なり、比較的長期に電源供給がされていない状態から電源供給をオンする場合、過渡期間が長くなる。したがって、図７に示した電源供給のオン時の制御と図５に示した電源供給のオン時の制御とを組み合わせることによって、実施の形態１によって処理される１フレームの画像信号は、常に歪みのない画像信号としてラインメモリ１５に出力することができる。

この実施の形態１では、アナログ処理系ＡＮとデジタル処理回路１６との間にラインメモリ１５を設け、アナログ処理系ＡＮとデジタル処理回路１６との処理動作を時間的に分離した排他的制御を行うとともに、各アナログ処理系ＡＮとデジタル処理回路１６とに用いる動作クロック速度を異ならせているので、アナログ処理系ＡＮの処理動作のときに、デジタル処理回路１６からアナログ処理系ＡＮにノイズが混入することを確実に防止することができ、良好な画像情報を生成することができる。

また、この実施の形態１では、アナログ処理系ＡＮの動作クロック速度を高速にし、アナログ処理系ＡＮの動作処理時間を短くし、しかもこのアナログ処理系ＡＮの動作時のみに電力供給を行うようにしているので、アナログ処理系ＡＮの消費電力を極めて小さくすることができ、電源回路の電源容量を小さくでき、撮像装置３全体の小型軽量化を促進することができる。

さらに、タイミング発生回路２３は、電源供給のオン時から信号電圧が安定するまでの期間が経過した後にクランプ処理がなされるように電源供給のオン時の時点を制御するようにしているので、常に歪みのない画像信号をラインメモリ１５に出力することができ、結果的に良好な画像情報を生成することができる。

なお、上述した実施の形態１では、無線伝送することを前提として記載したが、有線伝送する撮像装置にも適用することができる。また、撮像装置３がバッテリー駆動することを前提として記載したが、これに限らず、商用電源を用いる場合にも適用できるのは明らかである。さらに、上述した実施の形態では、デジタルクランプ回路１４を用いてクランプ処理を行っていたが、これに代わって、Ａ／Ｄ変換回路１３の前段にアナログクランプ回路を設けるようにしてもよい。

（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、ネットワークカメラに適用された撮像装置３について説明したが、この実施の形態２では、この撮像装置３を、カプセル型内視鏡に適用した場合について説明する。

図８は、被検体内導入装置の一例としてカプセル型内視鏡３３を用いた無線型被検体内情報取得システムの全体構成を示す模式図である。この無線型被検体内情報取得システムは、被検体３１の体内に導入され、体腔内画像を撮像して受信装置３２に対して映像信号などのデータ送信を無線によって行うカプセル型内視鏡３３と、カプセル型内視鏡３３から無線送信された体腔内画像データを受信する受信装置３２と、受信装置３２が受信した映像信号に基づいて体腔内画像を表示する表示装置３４と、受信装置３２と表示装置３４との間のデータ受け渡しを行うための携帯型記録媒体３５とを備える。

受信装置３２は、被検体３１の体外表面に貼付される複数の受信用アンテナＡ１〜Ａｎを有した無線ユニット３２ａと、複数の受信用アンテナＡ１〜Ａｎを介して受信された無線信号の処理等を行う受信本体ユニット３２ｂとを備え、これらユニットはコネクタ等を介して着脱可能に接続される。また、受信用アンテナＡ１〜Ａｎのそれぞれは、たとえば、被検体３１が着用可能なジャケットに備え付けられ、被検体３１は、このジャケットを着用することによって受信用アンテナＡ１〜Ａｎを装着するようにしてもよい。また、この場合、受信用アンテナＡ１〜Ａｎは、ジャケットに対して着脱可能なものであってもよい。

表示装置３４は、カプセル型内視鏡３３によって撮像された体腔内画像を表示するためのものであり、携帯型記録媒体３５によって得られるデータをもとに画像表示を行うワークステーション等によって実現される。

携帯型記録媒体３５は、コンパクトフラッシュ（登録商標）メモリ等が用いられ、受信本体ユニット３２ｂおよび表示装置３４に対して着脱可能であって、両者に対する挿着時に情報の出力または記録が可能な機能を有する。携帯型記録媒体３５は、カプセル型内視鏡３３が被検体３１の体腔内を移動している間は受信本体ユニット３２ｂに挿着され、カプセル型内視鏡３３から送信されるデータが、携帯型記録媒体３５に記録される。そして、カプセル型内視鏡３３が被検体３１から排出された後、つまり、被検体３１の内部の撮像が終わった後には、受信本体ユニット３２ｂから取り出されて表示装置３４に挿着され、表示装置３４によって記録されたデータが読み出される。

ここで、カプセル型内視鏡３３は、上述した実施の形態１で示した撮像装置３が組み込まれる。これによって、カプセル型内視鏡３が一層、小型軽量化され、しかも良好な映像信号を受信装置３２側に送信することができる。

この発明の実施の形態１にかかる撮像装置が用いられたネットワークカメラを含む撮像システムの概要構成を示す図である。 図１に示した撮像装置の詳細構成を示すブロック図である。 図１に示した撮像装置の処理動作を示すタイミングチャートである。 タイミング発生回路による電源供給オン時とクランプ開示時とが不良な状態を示すタイミングチャートである。 タイミング発生回路による電源供給オン時とクランプ開始時とが良好な状態を示すタイミングチャートである。 １フレームの画像信号処理開始時におけるタイミング発生回路による電源供給オン時とクランプ開始時とが不良な状態を示すタイミングチャートである。 １フレームの画像信号処理開始時におけるタイミング発生回路による電源供給オン時とクランプ開始時とが不良な状態を示すタイミングチャートである。 図１に示した撮像装置が用いられたカプセル型内視鏡を含む無線型被検体内情報取得システムの概要構成を示す図である。

符号の説明

１，２ ネットワークカメラ
３ 撮像装置
４ ステーション
５ 携帯端末
１０ 無線ＬＡＮ
１１ ＣＣＤ
１２ ＣＤＳ回路
１３ Ａ／Ｄ変換回路
１４ デジタルクランプ回路
１５ ラインメモリ
１６ デジタル処理回路
１７ ＲＦ回路
２１ スイッチ回路
２２ 電源回路
２３ タイミング発生回路
３１ 被検体
３２ 受信装置
３２ａ 無線ユニット
３２ｂ 受信本体ユニット
３３ カプセル型内視鏡
３４ 表示装置
３５ 携帯型記録媒体
ＰＣ１，ＰＣ２ 端末装置
Ｎ ネットワーク

Claims (6)

1. 撮像素子による画素信号の取得から該画素信号をデジタルデータに変換するまでの一連のアナログ処理系と前記デジタルデータを所定の撮像データに信号処理するデジタル処理系との間に設けられ所定処理単位のデータを一時蓄積するメモリと、
   前記アナログ処理系に対して該アナログ処理系が有する最高速のクロックで動作させ、前記デジタル処理系に対して前記撮像データを伝送する伝送系の帯域幅によって決定される周波数に対応するクロックで動作させるとともに、前記アナログ処理系による前記所定処理単位の処理動作と前記デジタル処理系による前記所定処理単位の処理動作を排他的に制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記アナログ処理系の動作を行う場合、該アナログ処理系の動作に必要な電源供給をオンさせ、前記デジタル処理系の動作を行う場合、前記アナログ処理系の動作に必要な電源供給をオフさせる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記メモリは、前記デジタル処理系の最小処理単位である１ラインを一時記憶するラインメモリであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記アナログ処理系への電源供給のオン時から該電源供給による信号電圧が安定する時までの安定期間後にクランプを開始するように前記電源供給のオンを行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の撮像装置
5. ネットワークカメラの小型撮像モジュールとして用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の撮像装置。
6. カプセル型内視鏡を含む被検体内導入装置として用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の撮像装置。

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