JP5820616B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
(第1の実施の形態)
(全体構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる内視鏡装置の構成を示す構成図である。内視鏡装置1は、本体部2と、細長の挿入部3とを有している。
なお、図示しないが、信号ケーブル8とCDS調整回路26の間には、回路を終端する終端回路と、線路ロス分を、AFE部23が処理し易いレベルに増幅するプリアンプとが設けられている。
CDS調整回路26には、フィードスルー電圧クランプパルスFP、及び映像データ電圧クランプパルスVPに加えて、フィードスルー電圧クランプパルスFP1,FP2が、映像処理回路21から入力されるようになっている。フィードスルー電圧クランプパルスFP及び映像データ電圧クランプパルスVPは、CDS 用のタイミングパルスである。
AGC27及びADC24は、CDS用であり、AGC28及びADC25は、フィードスルー差分電圧監視用である。
さらになお、識別情報保持部12aは、メモリでなくても、抵抗器等の素子でもよい。その場合、その素子の電圧値などの物理量をデジタル信号に変換して、映像処理回路21に供給することによって、映像処理回路21は、その物理量に基づいて、挿入部3の種類を識別する。
CDS部26Aは、サンプルホールド回路31,32,33と、減算器34とを含む。サンプルホールド回路31には、フィードスルー電圧クランプパルスFPと映像信号入力CCD_INが入力され、サンプルホールド回路31は、フィードスルー電圧クランプパルスFPの入力タイミングで映像信号入力CCD_INをクランプする。
(CCD駆動と映像信号の出力)
ここで、CCD10の駆動信号と映像信号について説明する。
図3は、CCD駆動回路22の出力信号とCCD10からの映像信号の波形を示す波形図である。なお、CCD 10を駆動するための信号には、リセットゲートパルスRG、水平転送パルスHだけでなく、垂直転送パルス(Vn:n=1、2、、、)等もあるが、ここでは、CDS の説明のため、リセットゲートパルスRG、水平転送パルスHとCCDの映像信号について説明する。
バッファ回路11から出力される映像信号出力BUF_OUTの波形は、映像信号出力CCD_OUTの波形と同様の形状を有する。
この映像信号入力CCD_INの波形の鈍り具合は、ケーブル長及びケーブル径(すなわち線路長及び線路径)だけでなく、ケーブル間でのノイズ成分、挿入部3の湾曲状態による高周波成分、内視鏡の使用温度などによって異なる。
(CDS部)
図4は、CDS部26AによるCDSの動作を説明するためのタイミングチャートである。CDS部26Aには、映像信号入力CCD_INと、フィードスルー電圧クランプパルスFPと、映像データ電圧クランプパルスVPとが入力される。
映像データ電圧クランプパルスVPが映像信号入力CCD_IN の映像データ部VDにおけるあるタイミングで出力され、そのタイミングで映像信号入力CCD_INはクランプされる。
(映像信号監視部26B)
図5は、映像信号入力CCD_INの波形の歪み方を説明するための波形図である。図5に示すように、CCD10は、リセットゲートパルスRGに応じて、映像信号出力CCD_OUTを出力する。映像データ部VDにおける波形の形状すなわち電圧レベルは、点線の矢印A1で示すように、当該画素の輝度に応じて変化する。
例えば、挿入部3の長さが長くなればなるほど、線路ロスによる影響が大きくなるので、図5の波形CCD_IN(A)のように、映像信号入力CCD_INの波形の鈍り方が大きくなる。このような大きな歪みがあると、フィードスルー部FT及び映像データ部VDのそれぞれの期間は短くなる。従って、フィードスルー電圧クランプパルスFPと映像データ電圧クランプパルスVPのタイミングが固定されていると、挿入部3の長さが長くなればなるほど、フィードスルー電圧クランプパルスFPと映像データ電圧クランプパルスVPのタイミングが適切なタイミング位置から大きくズレてしまう。
上述した問題は、近年の撮像素子の高画素化に伴い、映像信号の周波数が高くなるので、より顕著になる。
図6は、フィードスルー電圧クランプパルスFP,FP1,FP2及び映像データ電圧クランプパルスVPのタイミングを説明するための図である。
(映像信号入力CCD_INの傾き)
フィードスルー期間差分電圧DIF_OUTと映像信号入力CCD_INの波形状態との関係について説明する。図9は、フィードスルー差分電圧DIF_OUTと、フィードスルー電圧クランプパルスFP,FP1,FP2及び映像データ電圧クランプパルスVPの各タイミングとの関係を説明するための図である。
(クランプパルスFP,FP1,FP2,VPのタイミングの設定と範囲)
(初期値)
フィードスルー電圧クランプパルスFP,FP1,FP2と映像データ電圧クランプパルスVPの各タイミングの初期値は、予め設定されている。例えば、挿入部3の信号線長、信号線径、信号線材等に基づいて予め決定された値が、各パルスタイミングの初期値として、映像処理回路21の不揮発性メモリ21bに記憶されている。
各パルスタイミングの初期値は、例えば、リセットゲートパルスRGの出力タイミングからの時間として設定されている。
(タイミングの設定範囲及び条件)
フィードスルー電圧クランプパルスFP,FP1,FP2と映像データ電圧クランプパルスVPの各タイミングの設定範囲及び条件について説明する。
FP1≧T1 ・・・(式1)
FP2≦T4 ・・・(式2)
すなわち、フィードスルー電圧クランプパルスFP1のタイミングは、タイミングT1以上であり、フィードスルー電圧クランプパルスFP2のタイミングは、タイミングT4以下である。そして、フィードスルー電圧クランプパルスFP1,FP2の間隔は一定である。
FP1<FP<FP2 ・・・(式3)
すなわち、フィードスルー電圧クランプパルスFPのタイミングは、FP1のタイミングよりも後でかつFP2のタイミングよりも前である。フィードスルー電圧クランプパルスFPは、フィードスルー電圧クランプパルスFP1とFP2の間の所定のタイミング位置で出力されるが、ここでは、フィードスルー電圧クランプパルスFPは、フィードスルー電圧クランプパルスFP1とFP2の間の真ん中のタイミングで出力される。よって、フィードスルー電圧クランプパルスFPは、フィードスルー電圧クランプパルスFP1に対して所定の位相差PH1で出力される。
従って、フィードスルー電圧クランプパルスFP1,FP2 間の位相差は、挿入部3内の信号ケーブル8の線路長、線路径、線路線材等により予め決められた位相差で常に固定である。また、フィードスルー電圧クランプパルスFP とFP1,FP2 との位相差、及び、映像データ電圧クランプパルスVP とフィードスルー電圧クランプパルスFP 間の位相差も固定である。よって、フィードスルー電圧クランプパルスFP1,FP2については、タイミングT1とT4の範囲が、設定範囲RS1であり、フィードスルー電圧クランプパルスFPについては、設定範囲RS1とに位相差PH1によって決定される範囲が、設定範囲RS2であり、映像データ電圧クランプパルスVPについては、設定範囲RS1とに位相差PH1と位相差PH2とによって決定される範囲が、設定範囲RS3である。
(タイミング調整用の補正値テーブル)
タイミング調整処理の説明の前に、タイミング調整用の補正値テーブルについて説明する。後述するように、タイミング調整処理において、映像信号入力CCD_INの波形を解析して、その解析結果に基づいて、フィードスルー電圧クランプパルスFP,FP1,FP2及び映像データ電圧クランプパルスVPの位相が調整される。その位相調整のために、ここでは、位相を補正するための補正値を記憶する補正値テーブルが用いられる。
(フィードスルー期間差分電圧(ADC_DIF_OUT)の移動平均)
映像処理回路21は、CDS 調整回路26より出力されるフィードスルー期間差分電圧(ADC_DIF_OUT)(デジタル値)を入力し、フィードスルー期間FT内の単発的なノイズ成分を除去するために、移動平均計算処理を実行する。
最初の周期i(=0)のとき、フィードスルー期間差分電圧(ADC_DIF_OUT)とCDS調整出力ADC_CDS_OUTは、それぞれ次の式4と式5により算出される値である。
ADC_DIF_OUT(0) = κ(VFP1(0)-VFP2(0)) ・・・(式4)
ADC_CDS_OUT(0) = η・CDS_OUT(0) ・・・(式5)
ここで、κは、AGC28でのゲインであり、ηは、AGC27でのゲインである。
ADC_DIF_OUT(i) = κ(VFP1(i)-VFP2(i)) ・・・(式6)
ADC_CDS_OUT(i) = η・CDS_OUT(i) ・・・(式7)
従って、周期i(i=1〜(n−1))のときの、移動平均値SMA(ADC_DIF_OUT)は、次の式8により算出される値である。
(SMA(ADC_DIF_OUT(i))=(ADC_DIF_OUT(0)+ADC_DIF_OUT(1)+・・・
+ADC_DIF_OUT(i)) / i ・・・(式8)
そして、それ以降周期の(i>n)のときの、移動平均値SMA(ADC_DIF_OUT)は、次の式9により算出される値である。
(SMA(ADC_DIF_OUT(i)) = ( ADC_DIF_OUT(i-n)+ ADC_DIF_OUT(i-n+1)+・・・
+ADC_DIF_OUT(i) ) / n ・・・(式9)
以上のようにして、映像処理回路21、具体的にはCPU21aは、n枚のフレームのフィードスルー期間差分電圧(ADC_DIF_OUT)から移動平均値SMA(ADC_DIF_OUT)を算出し、フレーム毎に、その算出された移動平均値SMA(ADC_DIF_OUT)を用いて、タイミング調整を行う。
(タイミング調整処理)
図12は、映像処理回路21において実行されるタイミング調整処理の流れの例を示すフローチャートである。図12の処理は、映像処理回路21のCPU21aによって実行される。
映像処理回路21は、前式で所定の周期毎、ここではフレーム毎に計算されたフィードスルー期間差分電圧(ADC_DIF_OUT)の移動平均値SMA(ADC_DIF_OUT(i)を計算し、次周期以降のフィードスルー電圧クランプパルスFP,FP1,FP2及び映像データ電圧クランプタイミングVPの各タイミングを、前述の補正値テーブルTBL1を参照し決定する。
図13は、映像処理回路21において実行されるタイミング制御を説明するための図である。図13において、黒い三角のマークは、フィードスルー電圧クランプパルスFPのタイミングを示し、白い三角のマークは、映像データ電圧クランプパルスVPのタイミングを示している。なお、以下、補正値Tfは、フィードスルー電圧クランプパルスFP についての補正値であり、補正値Tdは、映像データ電圧クランプタイミングVP についての補正値であり、補正値Tmは、フィードスルー電圧クランプパルスFP1,FP2 についての補正値である。
CPU21aは、フィードスルー電圧クランプパルスFP,FP1,FP2が所定の条件、具体的には上記の式3、を満足するか否かを判定する(S5)。
CPU21aは、フィードスルー電圧クランプパルスFP,FP1,FP2及び映像データ電圧クランプパルスVPの各タイミングを、次の式により計算して決定する(S7)。
FP(i) =FP(i-1) +Tf(i-1) ・・・(式10)
FP1(i)=FP1(i-1) +Tm(i-1) ・・・(式11)
FP2(i)=FP2(i-1) +Tm(i-1) ・・・(式12)
VP(i) =VP(i-1) +Td(i-1) ・・・(式13)
ここで、iは、調整処理対象の周期(ここではフレーム)を示し、(i-1)は、iよりも1つ前の周期を意味する。補正値Tf(i-1)は、周期すなわち時刻(i−1)における、フィードスルー期間差分電圧(ADC_DIF_OUT)(移動平均値)から補正値テーブルTBL1を参照して得られるフィードスルー電圧クランプパルスFPの調整用位相差(時間)である。補正値Tm(i-1)は、周期すなわち時刻(i−1)における、フィードスルー期間差分電圧(ADC_DIF_OUT)(移動平均値)から補正値テーブルTBL1を参照して得られるフィードスルー期間監視用パルスFP1,FP2の調整用位相差(時間)である。補正値Td(i-1)は、周期すなわち時刻(i−1)における、フィードスルー期間差分電圧(ADC_DIF_OUT)(移動平均値)から補正値テーブルTBL1を参照して得られる映像データ電圧クランプパルスVPの調整用位相差(時間)である。
さらにまた、上述した例では、単発ノイズの影響を排除するためにフィードスルー差分電圧(DIF_OUT)の移動平均値を計算して利用しているが、移動平均を用いなくてもよい。
さらに、フィードスルー電圧クランプパルスFP1とFP2の間隔を短くすれば、映像信号の波形の平坦な部分を精度良く判定することができる。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る内視鏡装置は、挿入部3のCCD10の温度、すなわち内視鏡の使用環境温度、を検出して、タイミング調整処理はその検出結果を利用して、CDS回路のタイミングパルスのタイミング調整を行う。
FP(i) =FP(i-1) +Tf(i-1) ・・・(式10)
FP1(i)=FP1(i-1) +Tm(i-1) ・・・(式11)
FP2(i)=FP2(i-1) ・・・(式14)
VP(i) =VP(i-1) +Td(i-1) ・・・(式13)
式14からわかるように、フィードスルー電圧クランプパルスFP2は、前回のタイミングを維持するように調整される。すなわち、フィードスルー電圧クランプパルスFP,FP1と映像データ電圧クランプパルスVPの各タイミングは、それぞれ式10,式11,式13により補正されるが、フィードスルー電圧クランプパルスFP2のタイミングは、補正されない、言い換えれば変動しないように、制御される。すなわち、映像信号監視部26Bが監視する複数の点のうち1つのタイミングは、CCD10の温度に対応する温度範囲に応じた所定のタイミングに固定されている。
Claims (6)
- 被写体を撮像する機能を有する撮像素子が先端部に設けられ、前記撮像素子の駆動信号線と映像信号線が挿通された挿入部の基端部が接続される本体部と、
前記本体部に設けられ、前記撮像素子より出力される映像信号に対して、フィードスルー電圧クランプパルスと映像データ電圧クランプパルスを用いて相関二重サンプリング処理を行うCDS 回路と、
前記映像信号中のフィードスルー期間を含む波形部分の少なくとも2点の電圧を監視するフィードスルー期間電圧監視部と、
前記フィードスルー期間電圧監視部により監視された前記少なくとも2点の電圧差に基づいて、前記CDS回路における前記相関二重サンプリング処理のための前記フィードスルー電圧クランプパルスのタイミングを決定して調整するタイミング調整部と、
前記少なくとも2点の電圧差に応じた補正値を記憶する補正値テーブルと、
を有し、
前記タイミング調整部は、前記少なくとも2点の電圧差に基づいて、前記補正値テーブルを参照することによって、前記フィードスルー電圧クランプパルスのタイミングを決定することを特徴とする内視鏡装置。 - 前記補正値テーブルは、前記挿入部に挿通された前記映像信号線の線路長、線路径又は信号線材の特性インピーダンスの少なくとも1つ毎に、設けられており、
前記タイミング調整部は、前記映像信号線の前記少なくとも1つに対応する補正値テーブルを参照することによって、前記フィードスルー電圧クランプパルスのタイミングを決定することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記補正値テーブルは、温度範囲に応じた複数のテーブルを有し、
前記タイミング調整部は、前記撮像素子の温度に基づいて、前記撮像素子の温度に対応する温度範囲のテーブルを参照することによって、前記フィードスルー電圧クランプパルスのタイミングを決定することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記タイミング調整部は、所定の周期で、前記フィードスルー電圧クランプパルスのタイミングを調整することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の内視鏡装置。
- 前記タイミング調整部は、前記相関二重サンプリング処理のための前記映像データ電圧クランプパルスのタイミングも決定して、前記映像データ電圧クランプパルスのタイミングも調整することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の内視鏡装置。
- 前記フィードスルー期間電圧監視部が監視する前記少なくとも2点のうち1つのタイミングは、固定されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の内視鏡装置。
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