JP4386745B2

JP4386745B2 - 電子内視鏡およびこれを用いた内視鏡システム

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Publication number: JP4386745B2
Application number: JP2004012075A
Authority: JP
Inventors: 俊二嘉志摩
Original assignee: 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: JP2005204733A; US20090207240A1; WO2005067784A1; EP1745735A1; EP1745735A4

Description

本発明は、電子内視鏡およびこれを用いた内視鏡システムに関し、特に、電子内視鏡に含まれる回路構成に関する。

固体撮像素子として、超小型のＣＣＤやＣＭＯＳセンサーが開発され、これらが医療分野における電子内視鏡へ応用されている。電子内視鏡は、人体に挿入され、そこで患部等の撮像を行うものであるから小型化が望まれている。例えば、特許文献１に開示される撮像装置１００は、図１６に示すように、光学ガラス１１０と、ＣＣＤチップ１２０と、積層回路基板１３０とを有している。ＣＣＤ１２０は、タブ端子１２２によって積層回路基板１３０の配線に接続される。積層回路基板１３０には、キャビティ１３２が形成され、そのキャビティ１３２内に小型のチップ部品１４０が実装され、キャビティ１３２の上方には大型のチップ部品１５０が実装されている。このような構成により超小型の撮像装置１００を実現している。なお、チップ部品１４０、１５０は、ＣＣＤからの撮像信号を処理するトランジスタやキャパシタである。

また、特許文献２は、撮像装置の回路基板に実装された電子部品を、機械的、電気的なショックや空気やサーマルショック等の外部環境から保護するために、回路基板に実装される電子部品の封止剤の粘性を改良している。

図１７は、電子内視鏡システムの模式的な構成を示す図である。内視鏡システム２００は、電子内視鏡２１０と、電子内視鏡２１０とケーブル２２０を介して接続された外部制御装置２３０とを有している。電子内視鏡２１０は、いわゆるスコープ先端部を構成し、この部分が人体内に挿入され、そこで所望の患部の撮像等を行う。外部制御装置２３０は、いわゆるスコープ終端部を構成し、電子内視鏡２１０によって撮像された信号をケーブル２２０を介して受信し、これをディスプレイ等に表示させる。また、電子内視鏡２１０の動作を制御するための制御信号をケーブル２２０を介して送信する。スコープ先端部には、電子内視鏡のほかに、患部から細胞やポリープ等を切り取るような操作部が併せて設けられ、この操作部が外部制御装置２３０によって遠隔制御されたりもする。

特開２００２−７６３１４号特開平８−１４６３０８号

しかしながら、上記従来の電子内視鏡および電子内視鏡システムには次のような課題がある。図１７に示したように、電子内視鏡システム２００は、電子内視鏡２１０によって撮像されたアナログ信号をケーブル２２０を介して外部制御装置２３０へ送信する構成であるため、ケーブル２２０の配線が長くなると、アナログ信号に含まれるノイズが大きくなり、その結果、外部制御装置１３０によりディスプレイに映される患部の映像が劣化してしまうという課題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決し、電子内視鏡から送信される撮像信号のノイズを低減することができる電子内視鏡およびこれを用いた内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明に係る電子内視鏡は、固体撮像素子と、固体撮像素子からの信号を処理するための少なくとも１つの半導体装置を実装した回路基板と、回路基板に実装された半導体装置と外部制御装置との電気的な接続を行う接続端子とを備え、前記少なくとも１つの半導体装置は、固体撮像素子からのアナログ撮像信号ををディジタル撮像信号に変換するディジタル変換回路と、ディジタル変換された撮像信号を前記接続端子を介して外部制御装置へ送信する回路とを有する。

好ましくは前記回路は、パラレル入力されたディジタル信号をシリアル信号に変換するパラレル／シリアル変換回路を含む。また、前記パラレル／シリアル変換回路は、外部制御装置からシリアル入力されたディジタル信号をパラレル信号に変換する。

好ましくは少なくとも１つの半導体装置は、固体撮像素子からのアナログ撮像信号を増幅する増幅回路を含み、該増幅回路によって増幅されたアナログ撮像信号は前記ディジタル変換回路に供給される。

好ましくは、前記少なくとも１つの半導体装置は、前記パラレル／シリアル変換回路と電気的に接続される制御回路を含み、該制御回路は前記パラレル／シリアル変換回路から出力された制御信号に基づき、固体撮像素子、増幅器およびディジタル変換回路の少なくとも１つを制御するものであってもよい。

好ましくは、少なくとも１つの半導体装置は、固体撮像素子を駆動するためのドライバ回路を含み、該ドライバ回路は前記制御回路からの制御信号によって駆動されるものであってもよい。

好ましくは、少なくとも１つの半導体装置は、クロック信号を生成する発振回路を含み、前記制御回路は発振回路からのクロック信号に応答して制御信号を出力するものであってもよい。

本発明に係る内視鏡システムは、上記した電子内視鏡と、電子内視鏡の接続端子とケーブルを介して電気的に接続された外部制御装置とを含み、前記外部制御装置は、パラレル入力されたディジタル信号をシリアル出力に、またはシリアル入力されたディジタル信号をパラレル出力に変換するシリアル／パラレル変換回路を有し、シリアル／パラレル変換回路は、シリアル変換されたディジタル信号を前記ケーブルを介して電子内視鏡のパラレル／シリアル変換回路へ供給し、かつ、電子内視鏡のパラレル／シリアル変換回路からのシリアル変換されたディジタル信号を前記ケーブルを介して受信する。

本発明によれば、電子内視鏡はアナログ撮像信号をディジタル変換して送信するようにしたので、電子内視鏡から送信される撮像信号の耐ノイズ性を向上させることができる。その結果、電子内視鏡と外部制御装置とを接続するケーブルの配線が長くなっても、ディスプレイに高画質の撮像部位の映像を表示させるができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例に係る電子内視鏡の概略構成を示す図である。同図において、電子内視鏡１は、保護ガラス１０と、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子１２と、回路基板１４とを含んで構成される。固体撮像素子１２は、従来と同様にタブ端子等を用いて回路基板の所定の回路配線と電気的に接続される。回路基板１４の対向する面には、それぞれ複数の半導体装置１６、１８、２０が実装されている。好ましくは各半導体装置１６、１８、２０は、ウエハーレベルのＣＳＰ（チップサイズパッケージ）により構成され、各々が回路基板１４の所定の回路配線と電気的に接続される。これらの半導体装置は、後述するように、固体撮像素子１２からの撮像信号を処理したり、外部制御装置から送信される信号を処理する回路を含んでいる。

回路基板１４の端部には、一対の接続端子２２、２４が接続される。一対の接続端子２２、２４の一端部は、回路基板の所定の回路配線と電気的に接続され、他端部は外部制御装置に接続されたケーブル（図２参照）に電気的に接続される。なお、これら保護ガラス１０、固体撮像素子１２、回路基板１４、半導体装置１６、１８、２０、および接続端子２２、２４は、図示しない円筒状のケーシング内に他の光学レンズとともに収容され、ケーシング内部には封止剤が充填される。

図２は、第１の実施例に係る電子内視鏡１の電気的な構成を示すブロック図である。同図に示すように、電子内視鏡１は、固体撮像素子１２と、固体撮像素子１２からのアナログ撮像信号を受け取り、これをディジタル撮像信号に変換するＡ／Ｄ変換器３０と、パラレル／シリアル変換器３２と、制御部３４とを有する。好ましくは、Ａ／Ｄ変換器３０は、半導体装置１６の回路によって構成され、パラレル／シリアル変換器３２は半導体装置１８の回路によって構成される。制御部３４は、半導体装置２０の回路によって構成され、例えばＦＰＧＡ等を用いることができる。

パラレル／シリアル変換器３２は、Ａ／Ｄ変換器３０からパラレル入力されたディジタル信号をシリアル出力に変換し、これを接続端子２２に供給する。また、接続端子２４からシリアル入力されたディジタル信号をパラレル出力に変換し、これを制御部３４に出力する。制御部３４は、パラレル／シリアル変換器３２からのディジタル信号を受け取り、これに応答してＡ／Ｄ変換器３０および固体撮像素子１２の動作を制御する。

一方、スコープ終端部にある外部制御装置５０は、ケーブル５８を介して電子内視鏡１と電気的に接続される。外部制御装置５０は、電源５２と、パラレル／シリアル変換器５４と、ＤＳＰ５６等を含んで構成される。電子内視鏡１と外部制御装置５０とはケーブル５８を介して電気的に接続される。ケーブル５８は、電源５２に接続され、電力を供給するための電力ライン６０、接続端子２２、２４に接続される信号ライン６２、６４を含んでいる。なお図面では、電力ライン６０を信号ラインと区別するために破線で示している。

シリアル／パラレル変換器５４は、ＤＳＰ５６からパラレル入力されたディジタル信号をシリアル出力に変換し、これをケーブル５８を介して接続端子２４に供給する。また、パラレル／シリアル変換器３２からケーブルを介してシリアル変換されたディジタル信号を受け取り、これをパラレル出力に変換してＤＳＰ５６に供給する。

ＤＳＰ５６は、電子内視鏡１から供給されるディジタル撮像信号についての画像処理を行ったり、電子内視鏡１の動作を制御するためのディジタル制御信号を生成する。なお、外部制御装置５０は、さらに他の外部制御装置と接続され、当該他の外部制御装置に対してディジタル撮像信号を出力したり、当該他の外部制御装置からのディジタル制御信号に応答して電子内視鏡１を制御するようにしてもよい。

例えば、ＤＳＰ５６により固体撮像素子１２の露光時間や駆動時間等の動作に必要なディジタル制御信号が生成され、これがシリアル／パラレル変換器５４にパラレル入力される。シリアル／パラレル変換器５４は、パラレル入力されたディジタル制御信号をシリアル出力に変換する。変換されたディジタル信号は、ケーブル５８の信号ライン６４および接続端子２４を経由してパラレル／シリアル変換器３２に供給される。パラレル／シリアル変換器３２は、このシリアル入力されたディジタル制御信号をパラレル出力に変換し、これを制御部３４に出力する。制御部３４は、入力されたディジタル制御信号に基づき固体撮像素子１２およびＡ／Ｄ変換器３０を制御し、露光時間や駆動タイミングを調整する。

一方、固体撮像素子１２によって撮像されたアナログ撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器３０に入力され、ここでディジタル撮像信号に変換される。ディジタル変換された撮像信号はパラレル／シリアル変換器３４にパラレル入力され、ここでシリアル出力に変換される。変換されディジタル信号は、接続端子２２およびケーブル５８の信号ライン６２を経由してシリアル／パラレル変換器５４にシリアル入力され、そこで再びパラレル出力に変換された後にＤＳＰ５６に供給される。ＤＳＰ５６は、受け取ったディジタル撮像信号に基づき必要な信号処理を行う。

このように、本実施例によれば、電子内視鏡１はアナログ撮像信号をディジタル信号に変換して送信するようにしたので、従来のアナログ撮像信号を送信する場合と比較して、たとえケーブル５８の配線が長くなったとしても耐ノイズ性を向上させることができる。

なお、固体撮像素子１２は、撮像した信号からノイズを除去するための相関２重サンプリング（ＣＤＳ）を行う回路を包含するものであってもよい。さらに、外部制御装置５０と電子内視鏡１とがマスタースレーブとなるように、シリアル／パラレル変換器５４からクロック信号を重畳したディジタル信号をパラレル／シリアル変換器３２に出力し、制御部３４がそのクロック信号に応答したタイミングにより各部の制御を行うようにしてもよい。さらに、パラレル／シリアル変換器３２およびシリアル／パラレル変換器５４は、例えばシリアライザ／デシリアライザによって構成してもよい。

図３は、電子内視鏡の他の構成例を示す図である。図１の例では、回路基板上に３つの半導体装置を実装し、これらがＡ／Ｄ変換器３０、パラレル／シリアル変換器３２および制御部３４を構成したが、必ずしも、そのような形態に限定されない。図３に示すように、回路基板１４に実装される単一の半導体装置１６ａが上記複数の回路を包含するものであってもよい。単一の半導体装置１６ａは、単一の半導体チップから構成されてもよいし、複数の半導体チップからなるマルチチップモジュールであっても良い。

図４は、本発明の第２の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第２の実施例に係る電子内視鏡は、第１の実施例の構成に加えて、発振器７０を備えている。第２の実施例では、制御部３４は、発振器７０によって生成されるクロック信号に基づきＡ／Ｄ変換器３０および固体撮像素子１２の動作を制御する。これにより、外部制御装置５０から電子内視鏡１に対してクロック信号を供給する必要はない。

図５は、本発明の第３の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第３の実施例に係る電子内視鏡は、第１の実施例の構成に加えて、ドライバ回路７２を備えている。ドライバ回路７２は、制御部３４からの制御信号に応答して固体撮像素子１２を所定の駆動電圧で駆動する。なお、固体撮像素子１２がＣＭＯＳセンサーである場合には、駆動電圧のスイング幅が小さいので、必ずしもドライバ回路７２による駆動を必要とするものではない。

図６は、本発明の第４の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第４の実施例は、第２の実施例と第３の実施例を包含するもの、つまり、発振器７０とドライバ回路７２と備えるものである。

図７は、本発明の第５の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第５の実施例は、第１の実施例に加えて、増幅器７４を備えている。増幅器７４は、固体撮像素子１２からのアナログ撮像信号を増幅し、これをＡ／Ｄ変換器３０へ出力する。上述したように固体撮像素子１２が相関２重サンプリングを行う場合など、増幅器７４は、ソースフォロワー型のアンプを数段接続したり、差動型アンプを含むものであってもよい。

図８は、本発明の第６の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第６の実施例は、第１の実施例に加えて、発振器７０と増幅器７４を備えるものである。

図９は、本発明の第７の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第７の実施例は、第１の実施例に加えて、ドライバ回路７２と増幅器７４を備えるものである。

図１０は、本発明の第８の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第８の実施例は、第１の実施例に加えて、発振器７０、ドライバ回路７２および増幅器７４を備えるものである。

図１１は、本発明の第９の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第９の実施例は、第１の実施例に加えて、増幅器７４を備え、さらに、増幅器７４は、制御部３４からの制御信号に応答して動作を制御されるものである。

図１２は、本発明の第１０の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第１０の実施例は、第９の実施例に加えて、発振器７０を備えるものである。

図１３は、本発明の第１１の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第１１の実施例は、第９の実施例に加えて、ドライバ回路７２を備えるものである。

図１４は、本発明の第１２の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。第１２の実施例は、第９の実施例に加えて、発振器７０とドライバ回路７２を備えるものである。

上記した第２の実施例ないし第１２の実施例の回路は、単一の半導体装置１６ａ内に構成されても良いし、複数の半導体装置に分割して構成されても良い。

さらに上記した第１ないし第１２の実施例では、電子内視鏡１がスコープ先端部を構成し、外部制御装置５０がスコープ終端部を構成するようにしたが、内視鏡システムはこのような構成に限定されるものではない。例えば図１５に示すように、外部制御装置５０に接続される他の主制御装置８０を用い、主制御装置８０により外部制御装置５０および電子内視鏡１を制御するものであってもよい。例えば、主制御装置８０から外部制御装置５０に対して画像処理についての制御信号８２がＤＳＰ５６に送信され、他方、ＤＳＰ５６から主制御装置８０に対して画像処理された信号８４が送信されるようにしてもよい。

以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明に係る電子内視鏡およびこれを用いた電子内視鏡システムは、医療用の内視鏡に利用され、これ以外にも、人間の視覚によって認識することが困難な場所、例えばスペースが限られた配管、あるいは人体に危険があるような機械設備等において利用することができる。

本発明の実施例に係る電子内視鏡の構成を示す図である。本発明の第１の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。電子内視鏡の他の構成を示す図である。本発明の第２の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第５の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第６の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第７の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第８の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第９の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第１０の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第１１の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の第１２の実施例に係る電子内視鏡の電気的な構成を示すブロック図である。本発明の電子内視鏡システムの他の構成例を示す図である。従来の電子内視鏡の構成を示す図である。電子内視鏡システムの構成を示す図である。

符号の説明

１：電子内視鏡
１２：固体撮像素子
３０：Ａ／Ｄ変換器
３２：パラレル／シリアル変換器
３４：制御部
５０：外部制御装置
５２：電源
５４：シリアル／パラレル変換器
５６：ＤＳＰ
５８：ケーブル
６０：電力ライン
６２：信号ライン
６４：信号ライン

Claims

固体撮像素子と、
固体撮像素子からの信号を処理するための少なくとも１つの半導体装置を実装した回路基板と、
回路基板に実装された半導体装置と外部制御装置との電気的な接続を行う接続端子とを備え、
前記少なくとも１つの半導体装置は、固体撮像素子からのアナログ撮像信号をディジタル撮像信号に変換するディジタル変換回路と、ディジタル変換された撮像信号を前記接続端子を介して外部制御装置へ送信する回路とを有し、
前記回路は、パラレル入力されたディジタル信号をシリアル信号に変換するパラレル／シリアル変換回路を含み、
前記パラレル／シリアル変換回路は、外部制御装置からシリアル入力されたディジタル信号をパラレル信号に変換する、
電子内視鏡。
前記少なくとも１つの半導体装置は、前記パラレル／シリアル変換回路と電気的に接続される制御回路を含み、該制御回路は前記パラレル／シリアル変換回路から出力された制御信号に基づき、固体撮像素子およびディジタル変換回路の少なくとも１つを制御する、請求項１に記載の電子内視鏡。
前記少なくとも１つの半導体装置は、固体撮像素子からのアナログ撮像信号を増幅する増幅回路を含み、該増幅回路によって増幅されたアナログ撮像信号は、前記ディジタル変換回路に供給される、請求項１に記載の電子内視鏡。
前記少なくとも１つの半導体装置は、前記パラレル／シリアル変換回路と電気的に接続される制御回路を含み、該制御回路は前記パラレル／シリアル変換回路から出力された制御信号に基づき、固体撮像素子、増幅回路およびディジタル変換回路の少なくとも１つを制御する、請求項３に記載の電子内視鏡。
前記少なくとも１つの半導体装置は、固体撮像素子を駆動するためのドライバ回路を含み、該ドライバ回路は、前記制御回路からの制御信号に応答して駆動される、請求項２または４に記載の電子内視鏡。
前記少なくとも１つの半導体装置は、クロック信号を生成する発振回路を含み、前記制御回路は、発振回路からのクロック信号に応答して制御信号を出力する、請求項２、４または５に記載の電子内視鏡。
前記少なくとも１つの半導体装置は、回路基板の対向する面の少なくとも一面に実装される複数の半導体装置を含む、請求項１ないし６いずれか１つに記載の電子内視鏡。
前記固体撮像素子は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサーを含む、請求項１ないし７いずれか１つに記載の電子内視鏡。
請求項１ないし８いずれか１つに記載の電子内視鏡と、
電子内視鏡の接続端子とケーブルを介して電気的に接続された外部制御装置とを含み、
前記外部制御装置は、パラレル入力されたディジタル信号をシリアル出力に、またはシリアル入力されたディジタル信号をパラレル出力に変換する他のシリアル／パラレル変換回路を有し、前記他のシリアル／パラレル変換回路は、シリアル変換されたディジタル信号を前記ケーブルを介して電子内視鏡のパラレル／シリアル変換回路へ供給し、かつ、電子内視鏡のパラレル／シリアル変換回路からのシリアル変換されたディジタル信号を前記ケーブルを介して受信する、内視鏡システム。
前記電子内視鏡はスコープ先端部を構成し、前記外部制御装置はスコープ終端部を構成する、請求項９に記載の内視鏡システム。