JP5356630B1

JP5356630B1 - 撮像システム

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Publication number: JP5356630B1
Application number: JP2013523425A
Authority: JP
Inventors: 秀範橋本
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: US20130300847A1; US8723921B2; JPWO2013128768A1; EP2687147A4; CN103491852A; EP2687147A1; CN103491852B; WO2013128768A1

Abstract

撮像システムは、第１の基準同期信号を生成する同期信号自己生成カウンタを含むＴＧを備えた撮像素子（ＣＩＳ）と、第２の基準同期信号を生成するＴＧと、映像信号に重畳された前記第１の基準同期信号と第２の基準同期信号とを比較する基準同期信号比較部と、を備えたプロセッサとを具備し、このプロセッサは第１の基準同期信号と第２の基準同期信号がずれた場合、第２の基準同期信号または位相補正量情報をＣＩＳに送信し、ＴＧは第２の基準同期信号または位相補正量情報に応じて第１の基準同期信号のタイミングを変更する。

Description

本発明は撮像素子を備えた内視鏡を含む撮像システムに関する。

近年、医療用分野及び工業用分野において撮像素子を備えた内視鏡が広く用いられるようになっている。

また、内視鏡に着脱自在に接続され、内視鏡に係る各種信号処理をプロセッサと称する信号処理装置により担い、内視鏡システムを構成する技術も知られるところにある。

さらにこの種の内視鏡システムにおいては、内視鏡画像の表示制御ための同期信号生成手段をプロセッサ側に備える一方で、撮像素子の動作のための同期信号の生成部を内視鏡挿入部の先端部に配設する例も知られている。

この例において、内視鏡挿入部の先端部に配設された撮像素子の動作のための同期信号を生成する手段は、プロセッサ側における同期信号生成部からの外部同期信号を入力し内部の同期信号をこれに追従させる機能を備える。

この場合、内視鏡挿入部先端に配設された同期信号生成手段とプロセッサとを接続するケーブルは比較的長距離に及ぶこととなる（同期信号の送信例としては、日本国特開２００９−４５１１３号公報参照）。

上述した例では、内視鏡挿入部の先端部側に、撮像素子の動作のための同期信号を生成する手段を備える一方で、プロセッサにも当該内視鏡挿入部先端側とは別の同期信号を生成する手段を備えることになるため、両者の同期信号に位相ずれが生じた場合の内視鏡画像の乱れが問題となっていた。

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、内視鏡先端部とプロセッサ側との両方に同期信号生成手段を備える撮像システムにおいて、位相ずれによる画像不良を起こすことなく正確な画像表示を行い得る撮像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システムは、複数の画素から光電変換後の電気信号を画像情報として出力する撮像部と、前記撮像部から出力された前記画像情報を含む信号の信号処理を行う信号処理部と、外部から送信される信号を受信する第１の受信部と、前記信号処理部が処理した信号を外部に送信する第１の送信部と、前記信号処理のための第１の基準同期信号を所定の周期で生成する第１の基準同期信号生成部と、を備えた撮像装置と、前記信号処理部が処理した前記信号に対する映像演算処理のための第２の基準同期信号を所定の周期で生成する第２の基準同期信号生成部と、前記撮像装置における前記受信部に接続され、前記撮像装置に対して所定の信号を送信する第２の送信部と、前記撮像装置における前記送信部に接続され、前記撮像装置から送信される、前記第１の基準同期信号が重畳された映像信号を受信する第２の受信部と、前記第１の基準同期信号と前記第２の基準同期信号とを比較する基準同期信号比較部と、を備えた処理装置と、を具備し、前記処理装置における前記第２の送信部は、前記基準同期信号比較部の比較結果に基づく比較結果情報に係る信号を前記撮像装置に送信し、前記撮像装置における前記第１の受信部は、前記比較結果に基づく比較結果情報に係る信号を受信し、前記撮像装置における前記第１の基準同期信号生成部は、前記比較結果情報に基づいて当該第１の基準同期信号のタイミングを変更する。

本発明の第１の実施形態による撮像システムの全体構成を示す図。第１の実施形態の撮像システムにおける電気系の構成を示す図。本発明の第３の実施形態の撮像システムにおける同期信号の例を示す図。本発明の第４の実施形態の撮像システムにおける同期信号の送信例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１に示すように本発明の第１の実施形態である撮像システム１は、撮像素子１００を備えた内視鏡２と、内視鏡２が着脱自在に接続され、内視鏡２に照明光を供給する光源装置３と、内視鏡２が着脱自在に接続され、所定の信号処理を行う信号処理装置としてのプロセッサ４と、プロセッサ４により生成された画像信号を内視鏡画像として表示する表示装置としてのモニタ５と、を備える。

内視鏡２は、体腔内に挿入される細長の挿入部６と、この挿入部６の後端に設けられた操作部７と、この操作部７から延出されたユニバーサルコード８とを有する。ユニバーサルコード８は、その基端付近又は途中でライトガイドコード９と、信号コード（信号ケーブル）１０に分岐する。ライトガイドコード９の端部の光源用コネクタ１１は、光源装置３に着脱自在に接続され、信号コード１０の端部の信号用コネクタ１２は、プロセッサ４に着脱自在に接続される。

挿入部６、操作部７、ユニバーサルコード８内には照明光を伝送するライトガイド１３が挿通されている。そして、光源用コネクタ１１を光源装置３に接続することにより、光源装置３からの照明光をライトガイド１３により伝送し、挿入部６の先端部１４に設けられた照明窓に取り付けられたライトガイド先端面から、伝送した照明光を出射する。なお、光源用コネクタ１１と信号用コネクタ１２とが一体となったコネクタを光源装置３に接続し、信号用コネクタ１２の信号を、光源装置３とプロセッサ４を接続するケーブルにより、プロセッサ４とやり取りする構成にしても良い。

先端部１４には照明窓に隣接して観察窓（撮像窓）が設けられ、観察窓には照明された患部等の被写体の光学像を結ぶ対物レンズ１５が取り付けられている。この対物レンズ１５の結像位置には、例えばＣＭＯＳイメージセンサにより構成される撮像素子（以下、ＣＩＳと略記する）１００が配設されている。

前記ＣＩＳ１００は、挿入部６およびユニバーサルコード８内に挿通された総合同軸ケーブル１０１を介して信号用コネクタ１２の内部に設けたコネクタ１６と接続され、また、このコネクタ１６は、プロセッサ４に着脱自在に接続される。

プロセッサ４は、撮像素子等の動作に必要な複数の電源電圧の電源を発生する図示しない電源回路と、撮像素子から出力される撮像信号に対する所定の信号処理を行う信号処理回路（図１では図示せず）と、前記電源回路及び信号処理回路を含む制御を行う制御回路（図１では図示せず）とを備える。
図２は、本実施形態の撮像システムにおける電気系の構成を示したブロック図である。

本実施形態における撮像素子（ＣＩＳ）１００は、いわゆるＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサにより構成され、前記対物レンズ１５の結像位置に配置された受光素子１１１と、受光素子１１１から出力された信号からノイズ除去しデジタル化するＡＦＥ（アナログフロントエンド）１１２と、ＡＦＥ１１２の出力信号である映像信号に同期信号を重畳する同期重畳回路１１３と、当該映像信号を送信用のシリアル信号に変換して外部に出力するためのＰ／Ｓ変換回路１１４と、当該シリアル信号を外部に出力するための送信部１１５と、外部の例えばプロセッサ４からの垂直同期信号（ＶＤ）等を受信する受信部１１６と、当該ＣＩＳ１００における自己の同期信号を生成すると共に、前記受信部１１６で受信した外部からの情報（プロセッサ４から受信した垂直同期信号（ＶＤ）または垂直同期信号ＶＤの位相補正量情報）に基づいて、自己の同期信号を変更可能とする同期信号自己生成カウンタ１１７を含み、当該同期信号自己生成カウンタ１１７からの同期信号に基づいて当該ＣＩＳ１００における種々の同期信号を各回路に供給するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８と、を備えて構成される。

なお、本実施形態においては、前記タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８にて生成する同期信号を第１の基準同期信号とする。

一方、前記プロセッサ４は、前記ＣＩＳ１００から送信された映像データを有する映像信号（シリアル信号）を受信する受信部１２１と、この受信部１２１で受信した同期信号が重畳された映像信号（シリアル信号）をパラレル信号に変換するＳ／Ｐ変換回路１２２と、受信した前記同期信号が重畳された映像信号から同期信号（すなわち、ＣＩＳ１００における同期信号）を抽出する同期抜き出し部１２３と、当該プロセッサ４における画像処理のための垂直同期信号（ＶＤ）を生成すると共に各種回路に供給するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１２５と、このタイミングジェネレータ（ＴＧ）１２５から供給された当該プロセッサ４における垂直同期信号（ＶＤ）と、前記同期抜き出し部１２３において抽出したＣＩＳ１００における同期信号とを比較する比較回路１２６と、この比較回路１２６における比較結果の情報（この比較結果の情報については後に詳述する）をＣＩＳ１００に対して送信する送信部１２４と、を備えて構成される。

なお、本実施形態においては、前記タイミングジェネレータ（ＴＧ）１２５にて生成する同期信号を第２の基準同期信号とする。

また、図示はしないが、プロセッサ４には上述した回路の他に、撮像素子等の動作に必要な複数の電源電圧の電源を発生する図示しない電源回路、画像表示のための所定の信号処理を行う信号処理回路、前記電源回路及び信号処理回路を含む制御を行う制御回路等回路を備える。

前記総合同軸ケーブル１０１は、前記ＣＩＳ１００の出力端から前記挿入部６において延出し、さらにユニバーサルコード８内を挿通して前記信号用コネクタ１２の内部に設けたコネクタ１６を介してプロセッサ４に着脱自在に接続される。

この総合同軸ケーブル１０１は、前記ＣＩＳ１００とプロセッサ４と接続するケーブルであって、前記ＣＩＳ１００に供給される電源が伝送される他、当該ＣＩＳ１００から送信される同期信号が重畳された映像信号（シリアル信号）、プロセッサ４から送信される垂直同期信号（ＶＤ）または垂直同期信号ＶＤの位相補正量情報等が送受信される。

また、この総合同軸ケーブル１０１は、挿入部６の外装部材によるシールド部材によりシールドされている。さらにこのシールド部材は、操作部７の外装部材によるシールド部材、ユニバーサルコード８の外装部材によるシールド部材、および信号用コネクタ１２のシールド部材等に電気的に接続される。

上述したように、本実施形態において前記ＣＩＳ１００は、その内部に自己の同期信号垂直同期信号（ＶＤ）を生成する手段（同期信号自己生成カウンタ１１７、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８）を備える一方で、前記総合同軸ケーブル１０１を介して接続されたプロセッサ４にも、主として映像表示系の同期信号を生成する手段（タイミングジェネレータ（ＴＧ）１２５）を備える。

すなわち、本実施形態においては、内視鏡挿入部の先端側に、撮像素子の動作のための自己の同期信号（第１の基準同期信号）を生成する手段を備える一方で、前記総合同軸ケーブル１０１を介して比較的長い距離を隔てて接続されたプロセッサ４にも、当該内視鏡挿入部先端側とは別の同期信号（第２の基準同期信号）を生成する手段を備えるため、内視鏡側において映像信号に重畳した同期信号とプロセッサ４側において生成した同期信号との位相にずれを生じる虞がある。

本願発明は、以下に示す解決手段により上述の如き位相ずれの影響を低減する。

前記プロセッサ４は、ＣＩＳ１００側から送信された、前記同期信号が重畳された映像信号を前記受信部１２１において受信し、適宜Ｓ／Ｐ変換を施した後、当該同期信号が重畳された映像信号から同期信号（第１の基準同期信号）を同期抜き出し部１２３において抽出する。

その後、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１２５から供給された当該プロセッサ４における垂直同期信号（第２の基準同期信号）と、前記同期抜き出し部１２３において抽出したＣＩＳ１００における同期信号（第１の基準同期信号）とを比較回路１２６において比較する。

ここで、所定の位相ずれ（遅れ）が生じている場合、この比較回路１２６における比較結果の情報として、当該タイミングジェネレータ（ＴＧ）１２５において生成した垂直同期信号（第２の基準同期信号）を送信部１２４からＣＩＳ１００に向けて送信する。

前記ＣＩＳ１００では、プロセッサ４から前記垂直同期信号（第２の基準同期信号）を受信部１１６で受信すると、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８が、内部の同期信号自己生成カウンタ１１７において、自己が生成する同期信号を前記第２の基準同期信号に追従させるよう制御する。

以上説明したように本第１の実施形態の撮像システムは、内視鏡側において映像信号に重畳した同期信号とプロセッサ４側において生成した同期信号との位相にずれを生じた場合であっても、すなわち、内視鏡側における第１の基準同期信号とプロセッサ４側における第２の基準同期信号との位相にずれが生じた場合でもこれを適宜修正し、位相ずれによる画像不良を起こすことなく正確な画像表示を行うことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の撮像システムは、上記第１の実施形態と同様の構成をなすが、内視鏡側において映像信号に重畳した同期信号とプロセッサ４側において生成した同期信号との位相にずれを生じた場合における、前記比較回路１２６からＣＩＳ１００に送信される比較結果の情報の内容およびこの情報を受けたＣＩＳ１００におけるタイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８内の同期信号自己生成カウンタ１１７の作用を異にする。したがって、その他の構成は第１の実施形態と同等なので、ここでの詳しい説明は省略する。

本第２の実施形態の撮像システムにおいて前記プロセッサ４は、前記第１の実施形態と同様に、ＣＩＳ１００側から送信された同期信号が重畳された映像信号から同期信号（第１の基準同期信号）を同期抜き出し部１２３において抽出し、その後、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１２５から供給された第２の基準同期信号と、ＣＩＳ１００における第１の基準同期信号とを比較回路１２６において比較する。

そして、所定の位相ずれ（遅れ）が生じている場合、この比較回路１２６における比較結果の情報として、前記第１の基準同期信号と第２の基準同期信号との位相ずれに基づく位相補正量情報を送信部１２４からＣＩＳ１００に向けて送信する。

ＣＩＳ１００は、プロセッサ４から前記位相補正量情報を受信すると、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８が、内部の同期信号自己生成カウンタ１１７において、自己が生成する同期信号（第１の基準同期信号）のタイミングを当該位相補正量情報に応じて補正する。

このように本第２の実施形態の撮像システムにおいても、内視鏡側における第１の基準同期信号とプロセッサ４側における第２の基準同期信号との位相にずれを適宜修正し、位相ずれによる画像不良を起こすことなく正確な画像表示を行うことができる。

（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態の撮像システムにおける同期信号の例を示す図である。

本第３の実施形態の撮像システムは、その主要な構成は上記第１の実施形態と同様であるが、ＣＩＳ１００とプロセッサ４間で送受される同期信号に工夫を凝らしたものである。したがって、その他の構成は第１、第２の実施形態と同等なので、ここでの詳しい説明は省略する。

上述したように、本願発明における撮像システムは、内視鏡挿入部の先端側とプロセッサ４とにそれぞれ別の同期信号生成手段を備え、これら両者は前記総合同軸ケーブル１０１を介して比較的長い距離を隔てて配設され、さらに、内視鏡装置の性質上、両者の間で送受される同期信号には外乱ノイズ等が印加されやすい環境となっている。

一方、前記総合同軸ケーブル１０１には、上述したように所定のシールド等が施され、外乱ノイズ等に対しても一定の効果を奏するが、本第３の実施形態は、さらに耐外乱性能を高めた工夫を施している。

すなわち本第３の実施形態においては、ＣＩＳ１００とプロセッサ４との間で送受される同期信号、特にプロセッサ４において生成してＣＩＳ１００に送信する第２の基準同期信号を、図３に示すように、互いに異なるビット長により構成された少なくとも一周期の周期性を備えたビット列が複数組み合わされた同期検出パターンを有する信号とする。

このようなパターンを有する信号とすることで、あたかも異なる周波数帯を含むコードを送受することとなり、これにより外乱の周波数パターンと一致する確率を低減し、もって外乱による偽信号生成の影響を低減することが可能となる。

なお、本実施形態においては、上記同期検出パターンを有する信号としてプロセッサ４において生成する第２の基準同期信号を例に挙げたが、ＣＩＳ１００において生成し、映像信号に重畳する前記第１の基準同期信号を上記パターンを有する信号としても構わない。

以上説明したように、本第３の実施形態によると、同期信号の送受の際の耐外乱性能を高めることができる。

（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態の撮像システムにおける同期信号の送信例を示す図である。

本第４の実施形態の撮像システムは、上記第３の実施形態と同じく、その主要な構成は上記第１の実施形態と同様であるが、外乱の影響をより低減させるためＣＩＳ１００とプロセッサ４間で送受される同期信号に関し、上記第３の実施形態の手段にさらなる工夫を凝らしたものである。したがって、その他の構成は第１−第３の実施形態と同等なので、ここでの詳しい説明は省略する。

第３の実施形態の説明においても述べたように、本願発明における撮像システムは、ＣＩＳ１００とプロセッサ４との間で送受される同期信号には外乱ノイズ等が印加されやすい環境となっている。

本発明の第４の実施形態においては、プロセッサ４からＣＩＳ１００に向けて同期信号を送信する際、上記第３の実施形態における「互いに異なるビット長により構成された少なくとも一周期の周期性を備えたビット列が複数組み合わされた同期検出パターンを有する信号」を断続的に複数回伝送することを特徴とする。

このように上述の如き同期検出パターンを有する信号を複数回送信することで、外乱による影響、特に、外乱による信号自体の消失作用を限りなく低減することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、内視鏡挿入部の先端に配設された、撮像制御のための同期信号を生成する手段をＣＭＯＳイメージセンサ内に備える撮像システムを例に挙げたが、本発明はこれに限らず、例えば、いわゆるＣＣＤを内視鏡挿入部の先端に配設すると共に、撮像制御のための同期信号を生成する手段を当該ＣＣＤの近傍に配設する内視鏡を備える撮像システムにも適用することができる。

また、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、改変等が可能であり、上述した実施形態等を部分的に組み合わせる等して構成される実施形態も本発明に属する。

本出願は、２０１２年３月１日に日本国に出願された特願２０１２−４５８２４号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims

複数の画素から光電変換後の電気信号を画像情報として出力する撮像部と、
前記撮像部から出力された前記画像情報を含む信号の信号処理を行う信号処理部と、
外部から送信される信号を受信する第１の受信部と、
前記信号処理部が処理した信号を外部に送信する第１の送信部と、
前記信号処理のための第１の基準同期信号を所定の周期で生成する第１の基準同期信号生成部と、
を備えた撮像装置と、
前記信号処理部が処理した前記信号に対する映像演算処理のための第２の基準同期信号を所定の周期で生成する第２の基準同期信号生成部と、
前記撮像装置における前記受信部に接続され、前記撮像装置に対して所定の信号を送信する第２の送信部と、
前記撮像装置における前記送信部に接続され、前記撮像装置から送信される、前記第１の基準同期信号が重畳された映像信号を受信する第２の受信部と、
前記第１の基準同期信号と前記第２の基準同期信号とを比較する基準同期信号比較部と、
を備えた処理装置と、
を具備し、
前記処理装置における前記第２の送信部は、前記基準同期信号比較部の比較結果に基づく比較結果情報に係る信号を前記撮像装置に送信し、
前記撮像装置における前記第１の受信部は、前記比較結果に基づく比較結果情報に係る信号を受信し、
前記撮像装置における前記第１の基準同期信号生成部は、前記比較結果情報に基づいて当該第１の基準同期信号のタイミングを変更する
ことを特徴とする撮像システム。
前記第２の送信部は、前記第２の基準同期信号と前記第１の基準同期信号とのずれが所定値以上の場合、当該比較結果に応じて前記第２の基準同期信号を前記比較結果情報として前記撮像装置に送信し、
前記第１の基準同期信号生成部は、前記比較結果情報に基づいて前記第１の基準同期信号のタイミングを変更し前記ずれを補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
前記第２の送信部は、前記第２の基準同期信号と前記第１の基準同期信号とのずれが所定値以上の場合、当該比較結果に応じて前記第２の基準同期信号を前記比較結果情報として前記撮像装置に送信し、
前記第１の基準同期信号生成部は、前記第２の基準同期信号に追従するよう前記第１の基準同期信号のタイミングを変更し前記ずれを補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
前記第２の送信部は、前記第２の基準同期信号と前記第１の基準同期信号とのずれが所定値以上の場合、当該比較結果に応じた位相補正情報を前記比較結果情報として前記撮像装置に送信し、
前記第１の基準同期信号生成部は、前記位相補正情報に基づいて前記第１の基準同期信号のタイミングを変更して前記ずれを補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
前記第１及び第２の基準同期信号生成部の少なくとも一方は、互いに異なるビット長により構成された少なくとも一周期の周期性を備えたビット列が複数組み合わされた同期検出パターンを有する信号を発生する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
前記第１及び第２の基準同期信号生成部の少なくとも一方は、前記同期検出パターンを複数回発生させる
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像システム。