JP5416318B1 - 撮像装置及び撮像システム - Google Patents

Abstract

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受光素子と、前記受光素子が出力した前記画像情報を外部に送信する送信部と、外部から周期的に送信される同期信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した前記同期信号に対して、当該同期信号の周期に所定の演算を施す処理を行うＶＤ演算回路と、前記ＶＤ演算回路による演算結果に基づく値を周期とする第２の同期信号に基づいて前記送信部を制御するＴＧと、を備える。

Description

本発明は内視鏡先端に配設される撮像装置、および当該撮像装置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）。

しかしながら、上述したように、内視鏡挿入部先端に配設された撮像素子または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び、また、内視鏡装置を用いた手技の現場においては近接した位置に電気メス等のノイズ発生源も多く配設されるため、当該接続ケーブルには外乱によるノイズが混入しやすく、これにより伝送される同期信号が乱れてしまう等の影響が懸念される。

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、内視鏡先端に配設された撮像装置が外部同期信号を入力して内部の同期信号をこれに追従させる場合において、入力する外部同期信号に対して外乱によるノイズの混入の影響を低減せしめる撮像装置及び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装置は、対物レンズによる被写体像の結像位置に配置された受光素子と、第１の基準同期信号を生成する第１のタイミングジェネレータと、前記受光素子から出力される画像信号を処理する信号処理部を有するプロセッサに設けられた第２のタイミングジェネレータにおいて生成され、ケーブルを介して伝送される外部同期信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した複数の前記外部同期信号の周期を順次検出し、該検出された複数の前記外部同期信号の周期の平均値を求める演算を施し、該演算結果に基づく値を周期とする第２の基準同期信号を生成する演算回路と、を具備し、前記第１のタイミングジェネレータは、前記第１の基準同期信号を前記第２の基準同期信号に追従させて生成する。
また、本発明の一態様の撮像システムは、対物レンズによる被写体像の結像位置に配置された受光素子を有する撮像装置と、前記撮像装置とケーブルを介して接続され、前記撮像素子で前記被写体を撮像することにより得られる画像信号を処理する信号処理部を有するプロセッサと、前記撮像装置に設けられ、第１の基準同期信号を生成する第１のタイミングジェネレータと、前記プロセッサに設けられ、外部同期信号を周期的に生成する第２のタイミングジェネレータと、前記プロセッサに設けられ、前記外部同期信号を前記撮像装置へ送信する送信部と、前記撮像装置に設けられ、前記送信部から送信された前記外部同期信号を受信する受信部と、前記撮像装置に設けられ、前記受信部が受信した前記外部同期信号の周期を順次検出し、該検出された複数の前記外部同期信号の周期の平均値を求める演算を施し、該演算結果に基づく値を周期とする第２の基準同期信号を生成する演算回路と、を具備し、前記第１のタイミングジェネレータは、前記第１の基準同期信号を前記第２の基準同期信号に追従させて前記撮像装置内に設けられた各種回路へ供給する。

本発明の第１の実施形態による撮像装置を備える撮像システムの全体構成を示す図。 第１の実施形態による撮像装置を備える撮像システムにおける電気系の構成を示す図。 本発明における外乱により乱れた同期信号の一例を示す図。 本発明の第３の実施形態による撮像装置を備える撮像システムにおける外乱により乱れた同期信号に対する処理例を示す図。

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の実施形態による撮像装置を備える撮像システム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、本実施形態による撮像装置を備える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、所定の場合に前記受信部１１６で受信した外部からの同期信号（プロセッサ４から受信した垂直同期信号（ＶＤ）に対して所定の演算を施すＶＤ演算回路１１７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ＶＤ演算回路１１７によって所定の演算が施された外部同期信号に自己の同期信号を追従させ、当該ＣＩＳ１００における種々の同期信号として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の基準同期信号とし、前記ＶＤ演算回路１１７によって所定の演算が施された外部同期信号を第２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、受信した映像信号に対して所定の信号処理を施し前記モニタ５等に出力する信号処理部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）を前記ＣＩＳ１００に対して送信する送信部１２４と、を備えて構成される。

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、並びに、前記電源回路及び前記信号処理部等の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）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。

このように本実施形態においては、総合同軸ケーブル１０１には一定のノイズ対策を施しているが、近年内視鏡には益々の細径化が求められてケーブル自体の径も細くなり、これに伴いより高度な耐ノイズ対策を要する状況になってきている。

加えて本願発明のように、内視鏡先端にＣＩＳ１００を配し、プロセッサ４側からの比較的長距離の同期信号の伝送を必須とする構成を採る場合、外乱によるノイズの混入対策については従来以上の対応が求められることとなる。

本願発明は、以下に示す解決手段により上述の如き外乱によるノイズの混入の影響を低減する。

図３は、本発明における外乱により乱れた同期信号の一例を示す図である。

本第１実施形態においては、プロセッサ４におけるタイミングジェネレータ（ＴＧ）１２５において垂直同期信号（ＶＤ）を生成し、総合同軸ケーブル１０１を介してＣＩＳ１００に対して送信する。ここで総合同軸ケーブル１０１において伝送される垂直同期信号（ＶＤ）には、図３に示すように、外乱によるノイズの影響により同期信号の一部の周期が乱れる虞がある。

これに対してＶＤ演算回路１１７は、受信部１１６で順次受信した当該外部同期信号（垂直同期信号（ＶＤ））の周期を検出し、この検出した周期に対して時間軸上のローパスフィルタをかけて平均値を求める演算を施す。さらにＶＤ演算回路１１７は、求めた平均値による垂直同期信号（ＶＤ）を第２の基準同期信号としてタイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８に出力する。

タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８は、自己の生成した同期信号（第１の基準同期信号）を前記ＶＤ演算回路１１７により演算が施された垂直同期信号（ＶＤ）に追従させて、各種回路に供給する。

本実施形態において上記平均値は、以下のようにして算出する。

すなわち、ＶＤ演算回路１１７において順次検出したｋ個の同期信号の周期のうち、ｎ番目に受信した同期信号の周期を周期（Ｔｎ）とすると、本実施形態では平均値（Ｔａｖｅ）を移動平均値として求め、すなわち、
Ｔａｖｅ＝Σ（Ｔｎ−ｉ）／ｋ ここでｉ＝１〜ｋ
とする。

以上説明したように本第１の実施形態の撮像装置を備える撮像システムは、プロセッサ側から送信される垂直同期信号（ＶＤ）に外乱によるノイズが混入し同期信号の周期が乱れたとしても、この乱れの影響を低減することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の撮像装置を備える撮像システムは、上記第１の実施形態と同様の構成をなすが、ＶＤ演算回路１１７における演算手法が異なる。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。

本実施形態においてＶＤ演算回路１１７は、受信部１１６で順次受信した当該外部同期信号（垂直同期信号（ＶＤ））の周期を検出し、この検出した周期に対して加重平均値を求める演算を施す。

その後ＶＤ演算回路１１７は、第１の実施形態と同様に、求めた平均値による垂直同期信号（ＶＤ）を第２の基準同期信号としてタイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８に出力し、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８は、自己の生成した同期信号（第１の基準同期信号）を前記ＶＤ演算回路１１７により演算が施された垂直同期信号（ＶＤ）に追従させて、各種回路に供給する。

本第２の実施形態においては、加重平均値を求める際、周期（Ｔｎ）と直前の過去の平均値（Ｔａｖｅ）との差分（ずれ量）に基づいて、当該周期（Ｔｎ）に係る重み付けを設定する。

なお、過去の平均値（Ｔａｖｅ）と周期（Ｔｎ）との差分に対して負の相関を持つように重み付け係数を調整すると、平均値（Ｔａｖｅ）の安定度が高くなる。

以上説明したように本第２の実施形態の撮像装置を備える撮像システムにおいても、上記同様に、プロセッサ側から送信される垂直同期信号（ＶＤ）に外乱によるノイズが混入し同期信号の周期が乱れたとしても、この乱れの影響を低減することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の撮像装置を備える撮像システムは、上記第１の実施形態と同様の構成をなすが、ＶＤ演算回路１１７における演算手法が異なる。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。

図４は本発明の第３の実施形態による撮像装置を備える撮像システムにおける外乱により乱れた同期信号に対する処理例を示す図である。

本第３実施形態においては、上記第１実施形態と同様に、プロセッサ４におけるタイミングジェネレータ（ＴＧ）１２５において垂直同期信号（ＶＤ）を生成し、ＣＩＳ１００に対して送信する。そしてＶＤ演算回路１１７は、受信部１１６で順次受信した当該外部同期信号（垂直同期信号（ＶＤ））の周期を検出し、この検出した周期に対して時間軸上のローパスフィルタをかけて上記第１実施形態と同様に平均値を求める演算を施す。

ここで、ＶＤ演算回路１１７は、当該演算の際に、現在の平均値に対して所定の閾値以上の時間差がある同期信号を受信した場合には、外乱によるノイズの混入により偽信号が入力されたものと判定し、その受信信号に対して施した演算を無視して（演算結果を除外して）次の演算を継続する。

その後ＶＤ演算回路１１７は、求めた平均値による垂直同期信号（ＶＤ）を第２の基準同期信号としてタイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８に出力し、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１８は、自己の生成した同期信号（第１の基準同期信号）を前記ＶＤ演算回路１１７により演算が施された垂直同期信号（ＶＤ）に追従させて、各種回路に供給する。

以上説明したように本第３の実施形態においても、前記第１の実施形態と同様に、プロセッサ側から送信される垂直同期信号（ＶＤ）に外乱によるノイズが混入し同期信号の周期が乱れたとしても、この乱れの影響を低減することができる。

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２０１２−４５８２２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 (5)

1. 対物レンズによる被写体像の結像位置に配置された受光素子と、
   第１の基準同期信号を生成する第１のタイミングジェネレータと、
   前記受光素子から出力される画像信号を処理する信号処理部を有するプロセッサに設けられた第２のタイミングジェネレータにおいて生成され、ケーブルを介して伝送される外部同期信号を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した複数の前記外部同期信号の周期を順次検出し、該検出された複数の前記外部同期信号の周期の平均値を求める演算を施し、該演算結果に基づく値を周期とする第２の基準同期信号を生成する演算回路と、
   を具備し、
   前記第１のタイミングジェネレータは、前記第１の基準同期信号を前記第２の基準同期信号に追従させて生成する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記演算回路は、前記受信部が受信した前記外部同期信号に対して、当該外部同期信号の周期に時間軸上のローパスフィルタリングを施して平均値を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記演算回路は、前記受信部が受信した複数の前記外部同期信号の周期を順次検出し、該検出された複数の前記外部同期信号の周期の加重平均を求め、当該加重平均値を求める際、該加重平均値の算出対象となる周期と直前に算出された前記複数の周期の平均値とのずれ量に基づいて、複数の前記外部同期信号の周期を加重平均する際の重み付けを変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記演算回路は、前記外部同期信号に対する演算結果が所定の範囲を超えた場合、当該演算結果に基づく値を除外し、次いで前記受信部により次に受信される前記外部同期信号の平均値を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 対物レンズによる被写体像の結像位置に配置された受光素子を有する撮像装置と、
   前記撮像装置とケーブルを介して接続され、前記撮像素子で前記被写体を撮像することにより得られる画像信号を処理する信号処理部を有するプロセッサと、
   前記撮像装置に設けられ、第１の基準同期信号を生成する第１のタイミングジェネレータと、
   前記プロセッサに設けられ、外部同期信号を周期的に生成する第２のタイミングジェネレータと、
   前記プロセッサに設けられ、前記外部同期信号を前記撮像装置へ送信する送信部と、
   前記撮像装置に設けられ、前記送信部から送信された前記外部同期信号を受信する受信部と、
   前記撮像装置に設けられ、前記受信部が受信した前記外部同期信号の周期を順次検出し、該検出された複数の前記外部同期信号の周期の平均値を求める演算を施し、該演算結果に基づく値を周期とする第２の基準同期信号を生成する演算回路と、
   を具備し、
   前記第１のタイミングジェネレータは、前記第１の基準同期信号を前記第２の基準同期信号に追従させて前記撮像装置内に設けられた各種回路へ供給する
   ことを特徴とする撮像システム。

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