JP4297471B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡装置に関し、より詳細には電子内視鏡装置の挿入部先端に配置される撮像素子の駆動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡装置は、一般に、体腔内等へ挿入される挿入部を有するスコープユニットと、スコープユニットを着脱自在に装着可能であってスコープユニットへ照明光を供給するとともにスコープユニットからの画像信号を受信し処理して所定規格の映像信号を生成するプロセッサユニットとから構成される。スコープユニットの挿入部先端には撮像素子（ＣＣＤ；Charge Coupled Device）が配置されており、挿入部先端から照明光が照射されることによってＣＣＤで受光された被写体像の画像信号は、スコープユニット内に配設された信号ケーブルを介して伝送され、その後スコープユニットの基端部及びプロセッサユニット内部で信号処理され、所定規格の映像信号としてプロセッサユニットからモニタ装置に出力される。
【０００３】
一方、近年のＣＣＤは、例えば強い光を受けたとき生じ得るブルーミングやスミアの発生を防ぐ為に、ＶＯＤ（縦型オーバフロードレイン）構造を有するものが提供されている。このようなＣＣＤでは、通常、サブストレートに印加される電圧（Ｖｓｕｂ）は電源電圧（ＶＤＤ）を用いて内部発生され正の電圧に設定されており、電荷蓄積部が飽和する以上の強い光を受けたときに、余剰電荷をサブストレート（基板）内に捨てることが可能になっている。したがって、電子内視鏡装置においてもこのようなＶＯＤ構造を有するＣＣＤを用いる事が、良好な映像を得る上で望まれることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、医用として用いられる電子内視鏡装置は、患者の負担を減らす為に挿入部の細径化が求められている。そのため、電子内視鏡装置に用いられるＣＣＤについては特に小型化が求められることになり、ＶＯＤ構造を有するＣＣＤに関しても小型化が進められることになる。ＣＣＤが小型化されることによって問題となってくるのが、電荷蓄積部の過剰電荷をサブストレートに多く蓄えられなくなることである。
【０００５】
特に、ＣＣＤが強い光を受けた場合には、サブストレートに過大な電荷が捨てられることによって、サブストレート電位が顕著に変化してしまうことがある。ＣＣＤにおいてサブストレート電位が顕著に下がると、電荷転送動作などに不具合を生じ、正常な画像が得られなくなる場合がある。したがって、電子内視鏡装置による観察中に挿入部先端のＣＣＤが強い光を受けたとき、正常な画像がしばらくの間で出なくなるので、サブストレートに過剰に捨てられた電荷が自然放電して画像が回復するのを、挿入部先端を暗い被写体の方に向けて待たなくてはならない事態を生ずることがあった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。すなわち本発明は、ＣＣＤの小型化が進んでも、ＣＣＤを安定して動作させる事のできる電子内視鏡装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明は、挿入部先端に複数の駆動信号により駆動されるＣＣＤを有し該ＣＣＤからの出力信号に基づいて所定の映像信号を生成する電子内視鏡装置において、ＣＣＤのサブストレートの電圧を検出する検出手段と、ＣＣＤを駆動するための複数の駆動信号のうちの所定の駆動信号に関する情報を記憶するメモリと、検出手段によって検出されるサブストレートの電圧が所定の閾値以下に低下したときに、メモリに記憶される情報に基づき所定の駆動信号を遮断する制御手段とを備える。ＣＣＤが強い光を受けることによって、ＣＣＤの電荷蓄積部からサブストレートに過剰に電荷が捨てられたことを、サブストレート電位の低下から検出することができる。したがって、サブストレート電位が低下した時に、制御手段がＣＣＤへの所定の駆動信号を遮断することで、サブストレートに過剰に捨てられた電荷を確実に速やかに放電させることができる。
【０００８】
上記メモリはさらに、制御手段によって駆動信号が遮断される時間を記憶し、制御手段が、所定の駆動信号の遮断を行った後、メモリに記憶される時間が経過した後に遮断されていた所定の駆動信号を再投入することで、ＣＣＤは元の正常な状態に回復される。
【０００９】
なお、所定の駆動信号は、電源電圧、垂直駆動信号、水平駆動信号の少なくとも１つを含む。
【００１０】
ここで、ＣＣＤは、駆動信号として供給される電源電圧からサブストレートの電圧を内部発生する電圧発生回路を有するものであっても良い。本発明の電子内視鏡装置のメモリは、所定の閾値を格納するものであっても良い。
【００１１】
本発明は、挿入部とプロセッサユニットへの接続部である基端部とを有し、挿入部の先端に配置されたＣＣＤから被写体の画像信号を得る電子内視鏡装置用スコープユニットにおいて、ＣＣＤのサブストレートの電圧を検出する検出手段と、ＣＣＤを駆動するための複数の駆動信号のうちの所定の駆動信号に関する情報を記憶するメモリと、検出手段によって検出されるサブストレートの電圧が所定の閾値以下に低下したときに、メモリに記憶される情報に基づき所定の駆動信号を遮断する制御手段とを備える。ＣＣＤが強い光を受けることによって、ＣＣＤの電荷蓄積部からサブストレートに過剰に電荷が捨てられたことを、サブストレート電位の低下から検出することができる。したがって、サブストレート電位が低下した時に、制御手段がＣＣＤへの駆動信号を遮断することで、サブストレートに過剰に捨てられた電荷を確実に速やかに放電させることができる。
【００１２】
上記メモリはさらに、制御手段によって駆動信号が遮断される時間を記憶し、制御手段が、所定の駆動信号の遮断を行った後、メモリに記憶される時間が経過した後に遮断されていた前記所定の駆動信号を再投入することで、ＣＣＤは元の正常な状態に回復される。
【００１３】
なお、所定の駆動信号は、電源電圧、垂直駆動信号、水平駆動信号の少なくとも１つを含む。
【００１４】
ここで、ＣＣＤは、駆動信号として供給される電源電圧からサブストレートの電圧を内部発生する電圧発生回路を有するものであっても良い。本発明のスコープユニットのメモリは、所定の閾値を格納するものであっても良い
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態としての電子内視鏡装置１００の制御系の全体構成を表すブロック図である。電子内視鏡装置１００は、体腔内へ挿入される挿入部１０ａ及び基端部１０ｂを有するスコープユニット１０と、スコープユニット１０への照明光の供給を行うと共にスコープユニット１０から得られる信号を処理して映像信号を生成するプロセッサユニット５０とから成る。スコープユニット１０は、プロセッサユニット５０に対して着脱自在の構成になっている。なお、プロセッサユニット５０によって生成される映像は、プロセッサユニット５０に接続ケーブルを介して接続される外部モニタ（不図示）上に表示される。
【００１６】
図１において、光源部４０からの照明光は、スコープユニット１０内部に配設されているライトガイド７を介してスコープユニット１０の挿入部１０ａの先端部から被写体に向けて照射される。スコープユニット１０の挿入部１０ａの先端に設けられた対物レンズ（不図示）によって形成される照明された被写体の光学像は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）２の受光面上で受光されて電荷として蓄積され、電気信号に変換される。なお、ＣＣＤ２は、ＶＯＤ構造を有するインターライン方式のカラーＣＣＤであるものとする。
【００１７】
ＣＣＤ２は、受光面で受けた光を電荷として蓄積し、蓄積された光量に対応する電気信号を出力する。ＣＣＤ２を動作させるための電源電圧（ＶＤＤ）及びその他の駆動信号等は、ＣＣＤ制御部９からＣＣＤ２に対して供給される。ＣＣＤ制御部９の制御によって、ＣＣＤ２から出力された画像信号は、ＣＣＤ制御部９において増幅、ガンマ補正などの所定の処理を施された後、プロセッサユニット５０内の映像信号処理回路２０に入力される。
【００１８】
プロセッサユニット５０において、ＣＣＤ制御部９からの画像信号は、Ｙ（輝度）成分、Ｒ−Ｙ（赤−輝度）成分、及びＢ−Ｙ（青−輝度）成分のデジタル信号に変換され、これら成分のデータが、それぞれに対応した画像メモリであるＹメモリ２１、（Ｒ−Ｙ）メモリ２２、及び（Ｂ−Ｙ）２３メモリに一旦格納される。
【００１９】
マイコン３０は、タイミング回路３１が生成するタイミング信号を用いて、スコープユニット１０側とのデータ通信、画像メモリ２１−２３の制御、及び不図示のキーボードからの入力の処理等を実行する。
【００２０】
画像メモリ２１−２３に格納されたデータは、マイコン３０による制御の下、所定のタイミングで読み出され、ビデオ処理回路２５に入力される。ビデオ処理回路２５は、画像メモリ２１−２３から入力される各成分の画像データを合成して例えばＮＴＳＣ規格のコンポジット映像信号２６、或いはＲＧＢセパレート信号２７等を生成する。これらの映像信号はモニタ装置に送出される。なお、電源部４５は、ＣＣＤ２の電源電圧等の電源をスコープユニット１０側に供給する。
【００２１】
絞り調整回路４２は、映像信号処理回路２０で生成された輝度成分の信号に基づいて、映像の輝度レベルが所望のレベルとなる様に、絞り４１の開度を調節する。
【００２２】
図２は、スコープユニット１０内部のＣＣＤ２及びＣＣＤ制御部９の詳細構成を表すブロック図である。図２を参照してＣＣＤ２制御の詳細を説明する。なお、ここでのＣＣＤ２は、電源電圧ＶＤＤとして１５Ｖを必要とし、また−８Ｖ電源のような負電源をも必要とするタイプのＣＣＤである。
【００２３】
電源回路６４は、プロセッサユニット５０の電源部４５から供給される電源（＋１５Ｖ、−８Ｖ）を所定の投入タイミングでＣＣＤ２に対して供給する。ＣＣＤ垂直クロックドライバ６１は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）６５において発生された垂直駆動信号を受けてＣＣＤ２に対して垂直クロックを出力する。また、ＣＣＤ水平クロックドライバ６２は、ＤＳＰ６５で発生された水平駆動信号を受けてＣＣＤ２に対して水平クロックを出力する。
【００２４】
マイコン６７は、ＣＣＤの色分光特性、ライトガイド７の分光特性のばらつきを調整する為に、ＤＳＰ６５において生成する画像信号のホワイトバランスの調整等を行う。調整の為に適用されたデータはメモリ（ＲＯＭ）６６に格納される。このことにより、スコープユニット毎の分光特性がばらつくことなく一定に保たれる。また、マイコン６７は、プロセッサユニット５０側のマイコン３０とも接続されており、マイコン３０との間でデータ通信を行う機能も持っている。
【００２５】
ＣＣＤ２から出力される画像信号は、Ａ／Ｄ変換器６３によってデジタル信号に変換されＤＳＰ６５に入力される。ＤＳＰ６５は、入力されたデジタルの画像信号に対して、ブランキング、クランプ、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などのカメラプロセス処理を施し、画像信号を、例えばＹ信号及びＣ信号の形式でプロセッサユニット５０側に出力する。
【００２６】
図３（ａ）は、ＣＣＤ２に用いられるＶＯＤ構造を有すＣＣＤの一般的な画素部の構成（断面図）を示している。図３（ａ）において、Ｎサブストレート（基板）部に印加される電圧Ｖｓｕｂは、電源電圧ＶＤＤ（＋１５Ｖ）を用いて内部発生され、正の電圧に設定される。それによって、電荷蓄積部２ａに電位井戸が形成されるとともに、安定した動作が得られる構成となっている。なお、電荷蓄積部２ａに蓄積された電荷は、その後、垂直ＣＣＤレジスタ部２ｂに転送され、さらに水平ＣＣＤレジスタ部に転送され、ＣＣＤ２の信号出力端子８２から画像信号として出力される。
【００２７】
図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡＡ’方向における通常状態の電位分布を示す図である。図３（ｂ）の縦軸は電位を表し下方向が電位の正方向である。電荷蓄積部２ａの電荷が過剰になると、オーバーフローした電子は図の矢印ＸのようにＮサブストレートに捨てられる。なお、サブストレート端子８１は、ＣＣＤ２内部のＮサブストレートに接続されおり、サブストレート端子８１の電圧を検出することで、Ｎサブストレート電位を検出することができる。
【００２８】
図２に示すように、サブストレート端子８１の電圧は電圧検出回路６８によって検出される。電圧検出回路６８は、例えば、サブストレート端子８１の電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器から成り、検出した電圧をデジタルデータとしてマイコン６７に送る。
【００２９】
マイコン６７は、電圧検出回路６８によって検出されるサブストレート端子８１電圧が所定の閾値以下となっていない場合（すなわちサブストレートの電位が正常であり正常な画像が得られる場合）には、スイッチＳＷ１−４をオンに保ちＣＣＤ２に対する駆動信号（電源＋１５Ｖ、−８Ｖ、垂直駆動信号及び水平駆動信号）の入力を継続させる。なおこの所定の閾値は、メモリ（ＲＯＭ）６６に格納されているものとする。
【００３０】
一方、サブストレート端子８１電圧が所定の閾値以下となった場合（すなわち、サブストレートに電荷が過剰に捨てられサブストレート電位が低下した場合）には、マイコン６７は一時的にスイッチＳＷ１−４をオフし、ＣＣＤ２に対する駆動信号の入力を遮断する。このことによって、サブストレートに過剰に捨てられた電荷が放電される。さらに、所定時間経過後にＳＷ１−４をオンしてＣＣＤ２対して駆動信号の投入を行うことで、サブストレート電位の低下により正常な画像信号が得られなくなる事態が生じた場合でも、ＣＣＤ２を迅速に元の正常な状態に回復させることができる。
【００３１】
図４は、マイコン６７によって実行される、ＣＣＤ２への駆動信号の遮断処理を示すフローチャートである。始めにマイコン６７は、メモリ６６から所定の閾値（すなわちサブストレートのＤＣ電位が正常であるか否かを判定する為の値）を読み込む（Ｓ１１）。次に、電圧検出回路６８で検出されたサブストレート電位を取得する（Ｓ１２）。サブストレート電位が所定の閾値より大きい場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、サブストレート電位は正常なのでスイッチＳＷ１−４をオンのままとし、一定時間後（例えば１秒）に再びサブストレート電位を測定する（Ｓ１４）。
【００３２】
一方、サブストレート電位が所定の閾値以下である場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、メモリ６６にあらかじめ格納されている遮断すべき駆動信号を読み込む（Ｓ１５）。ステップＳ１６では、スイッチＳＷ１−４のうち、Ｓ１５で取得した遮断すべき駆動信号に対応するものをオフし、駆動信号の遮断を行う。例えば、メモリ６６に格納されている遮断すべき駆動信号がＣＣＤ２駆動信号の全て（すなわち、電源＋１５、−８Ｖ、垂直駆動信号、及び水平駆動信号）である場合には、スイッチＳＷ１−４の全てがオフされる。
【００３３】
次にステップＳ１７では、駆動信号を再投入するまでの待ち時間（例えば、サブストレートに捨てられた電荷を放電させるのに十分な時間である１秒程度）がメモリ６６から読み込まれる。そして、読み込まれた持ち時間の分だけウエイトを行った後、遮断した駆動信号が再投入される（Ｓ１８）。
【００３４】
ここで、電子内視鏡装置１００において実行される、メモリ６６に格納すべき所定の閾値を決定する手順について、図５のフローチャートを参照して説明する。なお、図５に示す手順は、サブストレート電位が確実に正常となっている場合の電位を測定する必要があることから、スコープユニット１０の先端部を暗くした状態で行うものとする。始めにステップＳ２１において、例えばプロッセユニット５０に接続されたキーボード（不図示）からの操作によって、サブストレート電位測定モードに入るか否かが決定される（Ｓ２１）。サブストレート電位測定モードに入ると（Ｓ２１：ＹＥＳ），マイコン６７によって電圧検出回路６８からサブストレート電位が取得される（Ｓ２２）。なお、このとき得られるサブストレート電位は、ＣＣＤ２内の電荷蓄積部からの電荷のオーバーフローが生じていないときの正常なサブストレート電位である。そして、取得されたサブストレート電位に基づく閾値電圧は、メモリ６６に格納される（Ｓ２３）。この取得された電圧よりも例えば２Ｖ低い電圧を、図４のフローチャートで用いる（すなわち、サブストレート電位が正常であるか否かを判定する為の）所定の閾値とする事ができる。
【００３５】
このように、個々のスコープユニット毎に正常時のサブストレート電位を測定しそれによって所定の閾値を決定してメモリ６６に格納することで、個々のスコープユニット（ＣＣＤ）毎に最適な閾値を適用することが可能になる。
【００３６】
なお、上述の実施形態では、サブストレート電位の低下時に、ＣＣＤ駆動信号全てを遮断する場合を例として記述しているが、ＣＣＤ駆動信号のうち、信号を遮断することによりサブストレートに過剰に捨てられた電荷を速やかに放電することのできるものをあらかじめ選択してその情報をメモリ６６に格納しておき、この選択された信号のみ遮断するようにしても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＣＣＤが強い光を受けそれによってＣＣＤから出力される画像信号が正常でなくなるような事態が生じても、迅速にＣＣＤを元の状態に回復させ正常な画像を得ることができる。したがって、ブルーミングやスミアの発生の防止及び発生からの迅速な回復を可能とし、内視鏡装置による観察映像の品質を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子内視鏡装置の制御系の全体構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の電子内視鏡装置のスコープユニット内の制御系の詳細を表すブロック図である。
【図３】図２のスコープユニットの挿入部先端に配置されるＣＣＤの画素部の一般的な構成を表す断面図及び電位分布を表す図である。
【図４】ＣＣＤへの駆動信号の遮断処理の動作手順を表すフローチャートである。
【図５】サブストレート電位が正常であるか否かを判定する為の閾値を決定する手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
２ ＣＣＤ
１０ スコープユニット
５０ プロセッサユニット
６４ 電源回路
６５ ＤＳＰ
６６ メモリ
６７ マイコン
６８ 電圧検出回路
８１ サブストレート端子
１００ 電子内視鏡装置

Claims (10)

1. 挿入部先端に複数の駆動信号により駆動されるＣＣＤを有し、該ＣＣＤからの出力信号に基づいて所定の映像信号を生成する電子内視鏡装置において、
   前記ＣＣＤのサブストレートの電圧を検出する検出手段と、
   前記ＣＣＤを駆動するための複数の駆動信号のうち、いずれの駆動信号を遮断すべきかに関する情報を記憶するメモリと、
   前記検出手段によって検出される前記サブストレートの電圧が所定の閾値以下に低下したときに、前記メモリに記憶される情報に基づき遮断すべき駆動信号のみを遮断する制御手段と、を備えることを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記メモリはさらに、前記制御手段によって駆動信号が遮断される時間を記憶し、
   前記制御手段は、前記駆動信号の遮断を行った後、前記メモリに記憶される時間が経過した後に遮断されていた駆動信号を再投入すること、を特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
3. 前記遮断すべき駆動信号は、電源電圧、垂直駆動信号、水平駆動信号の少なくとも１つを含む、請求項１または請求項２に記載の電子内視鏡装置。
4. 前記ＣＣＤは、駆動信号として供給される電源電圧から前記サブストレートの電圧を内部発生する電圧発生回路を有すること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
5. 前記メモリは、さらに前記所定の閾値を格納することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
6. 挿入部とプロセッサユニットへの接続部である基端部とを有し、前記挿入部の先端に配置されたＣＣＤから被写体の画像信号を得る電子内視鏡装置用スコープユニットにおいて、
   前記ＣＣＤのサブストレートの電圧を検出する検出手段と、
   前記ＣＣＤを駆動するための複数の駆動信号のうち、いずれの駆動信号を遮断すべきかに関する情報を記憶するメモリと、
   前記検出手段によって検出される前記サブストレートの電圧が所定の閾値以下に低下したときに、前記メモリに記憶される情報に基づき遮断すべき駆動信号のみを遮断する制御手段と、を備えることを特徴とするスコープユニット。
7. 前記メモリはさらに、前記制御手段によって駆動信号が遮断される時間を記憶し、
   前記制御手段は、前記駆動信号の遮断を行った後、前記メモリに記憶される時間が経過した後に遮断されていた前記所定の駆動信号を再投入すること、を特徴とする請求項６に記載のスコープユニット。
8. 前記遮断すべき駆動信号は、電源電圧、垂直駆動信号、水平駆動信号の少なくとも１つを含む、請求項６または請求項７に記載のスコープユニット。
9. 前記ＣＣＤは、駆動信号として供給される電源電圧から前記サブストレートの電圧を内部発生する電圧発生回路を有すること、を特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載のスコープユニット。
10. 前記メモリは、さらに前記所定の閾値を格納することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載のスコープユニット。

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