JP5847368B1 - 撮像装置および内視鏡装置 - Google Patents

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Abstract

本発明にかかる撮像装置は、第１および第２撮像素子と、第１および第２撮像素子の動作を制御する第１および第２通信制御部と、第１および第２のクロックを生成する第１および第２クロック生成部と、基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、第１および第２通信制御部に該撮像同期信号を出力する撮像同期信号生成部と、を備え、第１および第２通信制御部は、第１および第２撮像素子を同期する同期制御の通信を行う際、撮像同期信号生成部から出力される撮像同期信号をトリガとして、第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定する。

Description

本発明は、複数の撮像素子を備えた撮像装置および内視鏡装置に関する。
従来、医療分野においては、患者等の被検体の臓器を観察する際に内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、先端に撮像素子が設けられ、可撓性を有する細長形状をなし、被検体の体腔内に挿入される挿入部を有する内視鏡と、挿入部の基端側にケーブルを介して接続され、撮像素子が生成した撮像信号に応じた体内画像の画像処理を行って、体内画像を表示部等に表示させる処理装置とを備える。
内視鏡システムには、内視鏡の先端にＣＭＯＳイメージセンサからなる複数の撮像素子を設けて、それぞれが撮像した画像をもとに三次元画像を生成したり、明瞭な二次元画像を生成したりする技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、例えば、撮像素子と処理装置とを専用線（パラレルバス）によってそれぞれ接続して信号の伝送が行われる。特許文献１では、複数の撮像素子を駆動するための信号をタイミングジェネレータが共通のクロックを用いて生成することにより、複数の撮像素子間で同期をとっている。
特開２００６−１８１０２１号公報
ところで、内視鏡の挿入部は、患者への導入のしやすさを考慮し、細径化が望まれている。複数の撮像素子が設けられた内視鏡の挿入部を細径化するため、専用線にて撮像素子の同期信号を送信するのではなく、シリアルバスを用いてレジスタ設定を行って複数の撮像素子の同期制御を行う技術が知られている。
シリアルバスを用いてレジスタ設定を行う技術では、処理装置と通信可能であって撮像素子ごとに設けられる通信制御部により各撮像素子のレジスタ設定を行うことで、このレジスタ設定が完了したタイミングに基づいて各撮像素子内部で同期信号が生成され、その同期信号に基づいて各撮像素子を駆動する。シリアルバスを制御する各通信制御部が個別のクロックに基づいて制御タイミングをカウントして撮像素子を制御する場合、クロックの偏差などにより通信制御部間でカウントされる時間のずれが生じると、各撮像素子の同期（駆動タイミング）にずれが生じる場合があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の撮像素子間で高精度に同期をとることができる撮像装置および内視鏡装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる撮像装置は、各々が受光した光を光電変換して電気信号（撮像信号）を生成する第１および第２撮像素子と、前記第１撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第１撮像素子の動作を制御する第１通信制御部と、前記第１通信制御部の動作基準となる第１のクロック信号を生成する第１クロック生成部と、前記第２撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第２撮像素子の動作を制御する第２通信制御部と、前記第２通信制御部の動作基準となる第２のクロック信号を生成する第２クロック生成部と、基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、前記基準同期信号に基づく基準タイミングから所定の経過時間となるタイミングで前記第１および第２通信制御部に該撮像同期信号を出力する撮像同期信号生成部と、を備え、前記第１および第２通信制御部は、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを同期する同期制御の通信を行う際、前記撮像同期信号生成部から出力される前記撮像同期信号をトリガとして、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定することを特徴とする。
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記第１および第２のクロック信号と比して周波数精度が高い第３のクロック信号を生成する第３クロック生成部を備え、基準同期信号生成部は、前記第３のクロック信号に基づいて基準同期信号を生成することを特徴とする。
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記第１および第２撮像素子が生成した電気信号から水平同期信号を抽出する同期信号抽出部をさらに備え、前記撮像同期信号生成部は、第１および第２撮像素子と前記第１および第２通信制御部との間の前記同期制御の通信が完了するタイミングが互いに同一の水平同期パルス間に位置し、かつ該水平同期パルスと重複しないタイミングとなる撮像同期信号を生成することを特徴とする。
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記撮像同期信号の入力タイミングは、前記第１および第２通信制御部が同期制御の通信を開始してから完了するまでの期間よりも短いことを特徴とする。
また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、細長形状をなして生体内に挿入される挿入部を有する内視鏡装置において、各々が受光した光を光電変換して電気信号（撮像信号）を生成する第１および第２撮像素子と、前記第１撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第１撮像素子の動作を制御する第１通信制御部と、前記第１通信制御部の動作基準となる第１のクロック信号を生成する第１クロック生成部と、前記第２撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第２撮像素子の動作を制御する第２通信制御部と、前記第２通信制御部の動作基準となる第２のクロック信号を生成する第２クロック生成部と、基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、前記基準同期信号に基づく基準タイミングから所定の経過時間となるタイミングで前記第１および第２通信制御部に該撮像同期信号を出力する撮像同期信号生成部と、を備え、前記第１および第２通信制御部は、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを同期する同期制御の通信を行う際、前記撮像同期信号生成部から出力される前記撮像同期信号をトリガとして、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定することを特徴とする。
本発明によれば、複数の撮像素子間で高精度に同期をとることができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートである。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートであって、図３の一部をより詳細に示すタイミングチャートである。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態２にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートである。
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。実施の形態では、本発明にかかる撮像装置および内視鏡装置を含むシステムの一例として、患者等の被検体の体腔内の画像を撮像して表示する医療用の内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。
図１および図２に示す内視鏡システム１は、被検体の体腔内に先端部を挿入することによって被検体の体内画像を撮像する内視鏡２と、内視鏡２が撮像した体内画像に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御する処理装置３と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する光源装置４と、処理装置３が画像処理を施した体内画像を表示する表示装置５と、を備える。
内視鏡２は、可撓性を有する細長形状をなす挿入部２１と、挿入部２１の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から挿入部２１が延びる方向と異なる方向に延び、処理装置３および光源装置４にそれぞれ接続するコネクタ部２３ａ，２３ｂを有し、各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコード２３と、を備える。
挿入部２１は、光を受光して光電変換を行うことにより信号を生成する画素が２次元状に配列された撮像素子を内蔵した先端部２４と、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部２５と、湾曲部２５の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部２６と、を有する。
先端部２４は、ライトガイド２４１と、照明レンズ２４２と、二つの光学系（光学系２４３Ａ，２４３Ｂ）と、第１撮像素子２４４Ａと、第２撮像素子２４４Ｂと、を有する。
ライトガイド２４１は、グラスファイバ等を用いて構成されて光源装置４が発光した光の導光路をなす。照明レンズ２４２は、ライトガイド２４１の先端に設けられ、照明光を外部に出射するためのレンズである。
光学系２４３Ａ，２４３Ｂは、集光用の光学系であり、各々一または複数のレンズを用いて構成される。光学系２４３Ａ，２４３Ｂは、画角を変化させる光学ズーム機能や焦点を変化させるフォーカス機能を有していてもよい。
第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂは、光学系２４３Ａ，２４３Ｂが各々集光した光を光電変換して電気信号（以下、撮像信号という）を生成するセンサ部２４４ａと、センサ部２４４ａが出力した撮像信号に対してノイズ除去やＡ／Ｄ変換を行うアナログフロントエンド部２４４ｂ（以下、「ＡＦＥ部２４４ｂ」という）と、ＡＦＥ部２４４ｂが出力した撮像信号（デジタル信号）をパラレル／シリアル変換して外部（処理装置３）に送信するＰ／Ｓ変換部２４４ｃと、センサ部２４４ａの駆動タイミング、ＡＦＥ部２４４ｂおよびＰ／Ｓ変換部２４４ｃにおける各種信号処理のパルスを発生するタイミングジェネレータ２４４ｄと、第１撮像素子２４４Ａまたは第２撮像素子２４４Ｂの動作を制御する撮像制御部２４４ｅと、をそれぞれ有する。第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂは、各々ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いて実現される。
センサ部２４４ａは、光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードや、フォトダイオードから転送される電荷を電圧レベルに変換するコンデンサなどをそれぞれ有する複数の画素がマトリックス状に配列され、各画素が光学系２４３からの光を光電変換して電気信号を生成する受光部２４４ｆと、受光部２４４ｆの複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を順次読み出して、撮像信号として出力する読み出し部２４４ｇと、を有する。受光部２４４ｆには、受光面上にカラーフィルタが設けられている。また、読み出し部２４４ｇは、マトリックス状に配列された複数の画素が生成した電気信号を水平ライン毎に順次読み出す。
ＡＦＥ部２４４ｂは、例えば相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling）法を用いてアナログの撮像信号に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減回路と、撮像信号（電気信号）の増幅率（ゲイン）を調整して一定の出力レベルを維持するＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路と、ＡＧＣ回路を介して出力された撮像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、を有する。
撮像制御部２４４ｅは、受信した設定データや同期制御にかかる制御信号に従って第１撮像素子２４４Ａまたは第２撮像素子２４４Ｂの各種動作を制御する。撮像制御部２４４ｅは、例えば、読み出し部２４４ｇに読み出し信号を出力して、各画素が出力する電気信号の出力態様を画素単位で制御する。撮像制御部２４４ｅは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や各種プログラムを記録するレジスタ等を用いて構成される。
操作部２２は、湾曲部２５を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ２２１と、被検体の体腔内に生体鉗子、電気メスおよび検査プローブ等の処置具を挿入する処置具挿入部２２２と、処理装置３、光源装置４に加えて、送気手段、送水手段、画面表示制御等の周辺機器の操作指示信号を入力する操作入力部である複数のスイッチ２２３と、が設けられている。処置具挿入部２２２から挿入される処置具は、先端部２４の処置具チャンネル（図示せず）を経由して開口部（図示せず）から表出する。
また、操作部２２は、第１通信制御部２２４と、第２通信制御部２２５と、第１クロック生成部２２６と、第２クロック生成部２２７と、を有する。第１通信制御部２２４は、処理装置３から受信した設定データや同期制御にかかる制御信号に基づいて第１撮像素子２４４Ａの駆動タイミングを制御する。第２通信制御部２２５は、処理装置３から受信した設定データや同期制御にかかる制御信号に基づいて第２撮像素子２４４Ｂの駆動タイミングを制御する。第１クロック生成部２２６は、第１通信制御部２２４が駆動するためのクロック信号（第１のクロック信号）を生成する。第２クロック生成部２２７は、第２通信制御部２２５が駆動するためのクロック信号（第２のクロック信号）を生成する。なお、第１クロック生成部２２６が第１通信制御部２２４に内蔵され、第２クロック生成部２２７が第２通信制御部２２５に内蔵されるものであってもよい。第１通信制御部や第２通信制御部には、例えばクロック生成回路が内蔵されたマイコンが用いられる。
ユニバーサルコード２３は、ライトガイド２４１と、一または複数の信号線をまとめた集合ケーブル２４５と、を少なくとも内蔵している。集合ケーブル２４５は、設定データを送受信するための信号線、撮像信号を送受信するための信号線を含む。
つぎに、処理装置３の構成について説明する。処理装置３は、第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａと、第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂと、画像処理部３０２と、明るさ検出部３０３と、調光部３０４と、駆動信号生成部３０５と、入力部３０６と、記憶部３０７と、制御部３０８と、基準クロック生成部３０９（第３クロック生成部）と、を備える。
第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａおよび第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂは、先端部２４（第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂ）からそれぞれ受信した撮像信号（デジタル信号）をシリアル／パラレル変換し、画像処理部３０２に出力する。
画像処理部３０２は、第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａおよび第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂから入力された撮像信号をもとに、表示装置５が表示するための画像信号を生成する。画像処理部３０２は、撮像信号に対して、所定の画像処理を実行して表示用の体内画像を含む画像信号を生成する。ここで、画像処理としては、同時化処理、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、カラーマトリクス演算処理、ガンマ補正処理、色再現処理、エッジ強調処理、複数の画像データを合成する合成処理およびフォーマット変換処理等が挙げられる。画像処理部３０２は、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂでそれぞれ生成された撮像信号をもとに、三次元画像や、高画素な二次元画像を含む画像信号を生成する。また、画像処理部３０２は、第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａおよび第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂから入力された撮像信号を制御部３０８または明るさ検出部３０３へ出力する。
明るさ検出部３０３は、画像処理部３０２から出力されるＲＧＢ成分の画像信号から、各画素に対応する明るさレベルを検出し、検出した明るさレベルを内部に設けられたメモリに記録するとともに制御部３０８へ出力する。また、明るさ検出部３０３は、検出した明るさレベルをもとにゲイン調整値および光照射量を算出し、該算出したゲイン調整値を画像処理部３０２へ出力する一方、光照射量を調光部３０４へ出力する。
調光部３０４は、制御部３０８の制御のもと、明るさ検出部３０３が算出した光照射量をもとに光源装置４が発生する光量、発光タイミング等を設定し、この設定した条件を含む制御信号を光源装置４へ送信する。
駆動信号生成部３０５は、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂを駆動するための駆動用の同期信号を生成し、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５へ送信する。
駆動信号生成部３０５は、基準同期信号生成部３０５ａと、撮像同期信号生成部３０５ｂと、を有する。基準同期信号生成部３０５ａは、基準クロック生成部３０９で生成されたクロック信号に基づいて同期信号を生成する。基準同期信号生成部３０５ａにより生成された同期信号は、処理装置３の各部の動作、内視鏡２および光源装置４の動作の基準となる基準同期信号を含む。
撮像同期信号生成部３０５ｂは、基準クロック生成部３０９で生成されたクロック信号に基づいて第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂを駆動するための撮像同期信号を生成して、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５へ出力する。具体的には、撮像同期信号生成部３０５ｂは、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５での処理時間に応じたタイミングで、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂが撮像動作を開始する撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を出力する。撮像タイミングとは、一つの画像を構成する１フレーム分の電気信号を読み出して取得する撮像動作の開始タイミングのことをいう。
入力部３０６は、内視鏡システム１の動作を指示する動作指示信号等の各種信号の入力を受け付ける。
記憶部３０７は、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体メモリを用いて実現される。記憶部３０７は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラム、および内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記憶する。
制御部３０８は、ＣＰＵ等を用いて構成され、先端部２４および光源装置４を含む各構成部の駆動制御、および各構成部に対する情報の入出力制御などを行う。制御部３０８は、撮像制御のための設定データを、集合ケーブル２４５に含まれる所定の信号線を介して撮像制御部２４４ｅへ送信する。ここで、設定データは、撮像素子２４４の撮像速度（フレームレート）、電子シャッタやゲインの設定、およびセンサ部２４４ａの任意の画素からの画素情報の読み出し速度を指示する指示情報、ならびにＡＦＥ部２４４ｂが読み出した画素情報の伝送制御情報などを含む。
基準クロック生成部３０９は、内視鏡システム１の各構成部の動作の基準となるクロック信号（第３のクロック）を生成し、内視鏡システム１の各構成部に対して生成したクロック信号を供給する。本実施の形態１において、基準クロック生成部３０９が生成するクロック信号は、第１クロック生成部２２６および第２クロック生成部２２７がそれぞれ生成するクロック信号と比して高精度である。具体的には、基準クロック生成部３０９は、発振器の周波数精度が、第１クロック生成部２２６および第２クロック生成部２２７の発振器の周波数精度と比して高い。
つぎに、光源装置４の構成について説明する。光源装置４は、白色光光源４１と、光源制御部４２と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ドライバ４３と、を備える。
白色光光源４１は、白色ＬＥＤからなり、光源制御部４２の制御のもと、白色照明光を発生する。
光源制御部４２は、調光部３０４から送信された制御信号にしたがって白色光光源４１に供給する電流量を制御する。
ＬＥＤドライバ４３は、白色光光源４１に対して光源制御部４２の制御のもとで電流を供給することにより、白色光光源４１に照明光を発生させる。白色光光源４１が発生した光は、ライトガイド２４１を経由して先端部２４の先端から外部へ照射される。
なお、光源装置４において、被検体に導入された蛍光物質を励起するための励起光を発生する特殊光光源を設けてもよい。特殊光光源は、例えば赤外光を発生する。また、特殊光光源として、白色照射光とは波長帯域が異なる光であって狭帯域バンドパスフィルタによって狭帯域化した赤色、緑色および青色のうちのいずれかの色成分の光を特殊光として発生してもよい。特殊光としては、たとえば血液中のヘモグロビンに吸収されやすくなるように狭帯域化された青色光および緑色光の２種の帯域のＮＢＩ（Narrow Band Imaging）照明光等などが挙げられる。
表示装置５は、映像ケーブルを介して処理装置３が生成した体内画像を受信して表示する機能を有する。表示装置５は、液晶、有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の表示ディスプレイを有する。
なお、本実施の形態１では、第１撮像素子２４４Ａ、第２撮像素子２４４Ｂ、第１通信制御部２２４、第２通信制御部２２５、第１クロック生成部２２６、第２クロック生成部２２７、基準同期信号生成部３０５ａおよび撮像同期信号生成部３０５ｂを用いて撮像装置（内視鏡装置）を構成する。
続いて、内視鏡システム１における撮像タイミングの同期制御について、図３，４を参照して説明する。図３は、本実施の形態１にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートである。図４は、本実施の形態１にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートであって、図３の一部をより詳細に示すタイミングチャートである。
第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂは、受光部２４４ｆの露光と読み出し部２４４ｇによって、水平ライン毎にタイミングをずらして第１〜第ｎライン（１フレーム）の電気信号の読み出しと、を交互に繰り返して、被検体の体内画像を含む撮像信号を取得する。本実施の形態１では、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの露光処理と該露光処理により生成された電気信号の読み出し処理とに要する期間をフィールドという。換言すれば、１フィールドでは、例えば一つの画像を構成する１フレームの電気信号（撮像信号）を取得するための露光処理と読み出し処理とが行われる。
処理装置３においては、内部の同期タイミング（基準同期信号）によりフィールドがフィールド１からフィールド２に移行する。この同期タイミング（基準同期信号）に基づく基準タイミングと、撮像素子の読み出し処理を開始したいタイミングとは異なる場合がある。そこで制御部３０８は、撮像同期信号生成部３０５ｂで生成した同期信号を第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５にそれぞれ送信する。
第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、駆動信号生成部３０５からの基準同期信号をトリガとして第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの動作条件の設定（レジスタ設定）を含む、撮像タイミング（垂直同期タイミング）を決定するための同期制御の通信を開始する。この際、第１通信制御部２２４は、この同期タイミングから第１クロック生成部２２６が生成したクロック信号に基づいて所定時間カウント後、同期制御の通信を開始する。また、第２通信制御部２２５は、この同期タイミングから第２クロック生成部２２７が生成したクロック信号に基づいて所定時間カウント後、同期制御の通信を開始する。レジスタ設定では、制御部３０８から例えばＩ２ＣやＳＰＩといった公知の通信規格にて設定データが送信され、各撮像素子にかかる各種の設定（電子シャッタの明るさ制御設定、デバイス指定やアドレス指定など）が行われる。
その後、撮像同期信号生成部３０５ｂにより生成された撮像同期信号が内視鏡２（第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５）に送信される。撮像同期信号生成部３０５ｂにより送信される撮像同期信号は、同期制御の通信において、同期制御の通信完了の制御を行うためのトリガとなる信号であって、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期制御の最終通信を決定付けるための信号である。
具体的には、撮像同期信号生成部３０５ｂは、処理装置３の同期タイミングから第１通信制御部２２４の同期制御の最終通信タイミングまでの経過時間、および処理装置３の同期タイミングから第２通信制御部２２５の同期制御の最終通信までの経過時間をカウントし、二つの経過時間のずれ量（クロック数）と、同期制御通信の完了タイミングとに基づき決定されるタイミングで撮像同期信号を出力する。例えば、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、該撮像同期信号の受信をトリガとして各々最終通信を行う。撮像同期信号生成部３０５ｂは、同期タイミング（基準同期信号）に基づく基準タイミングから所定の経過時間をカウント後に撮像同期信号を出力する。該基準タイミングは、基準同期信号が出力されたタイミングとするほか、第１通信制御部２２４または第２通信制御部２２５が同期制御通信を開始したタイミングとするなど任意のタイミングであってもよい。なお、撮像同期信号生成部３０５ｂが行うカウント数（経過時間）は、前回以前に行った同期制御の通信における経過時間をカウントして決定するものであってもよいし、内視鏡システム１の起動時などに通信を行って経過時間をカウントして決定するものであってもよい。
図４に示すように、第１通信制御部２２４は、処理装置３の同期タイミングに基づき同期制御の通信を行うとともに、同期制御の最終通信の直前で通信を待機する。第２通信制御部２２５は、第２クロック生成部２２７が生成したクロックでカウントしたタイミングに基づき同期制御の通信を行うとともに、同期制御の最終通信の直前で通信を待機する。第１クロック生成部２２６と第２クロック生成部２２７で生成されたクロックの周波数には若干の誤差があり、図４において、通信開始は同時であっても、第２通信制御部２５５は第１通信制御部２２４とのカウントの時間差が生じるため、第１通信制御部２２４とは遅れたタイミングで通信を行っている。第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、撮像同期信号生成部３０５ｂからの撮像同期信号をトリガとして同期制御の最終通信を行う。
具体的には、通信の最終のクロックの立下りエッジで信号をラッチする場合、第１通信制御部２２４は、図４に示すように、撮像同期信号生成部３０５ｂからの撮像同期信号により、立下りクロックを生成する。また、第２通信制御部２２５は、撮像同期信号をトリガとして、立下りクロックを生成する。立下りクロックの生成により、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミング（撮像タイミング）が決定され、フィールドが切り替わる。フィールドが切り替わると、読み出し部２４４ｇによる読み出し処理が開始される。
このように、基準クロックにてカウントした撮像同期信号をトリガとして、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が同期制御の最終通信を行うことにより、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期制御の通信完了タイミングが略一致するため、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５でカウントされた時間にずれがあっても、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期を高精度に制御することができる。なお、撮像同期信号の入力のタイミングは、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が同期制御の通信を開始してから完了するまでの期間よりも短い、すなわち当該撮像同期信号が通信開始後に出力されることが好ましい。
上述した本実施の形態１によれば、撮像同期信号をトリガとして、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が同期制御の最終通信を行うことにより、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミング（撮像タイミング）を決定するようにしたので、複数の撮像素子間で高精度に同期をとることができる。
なお、上述した実施の形態１では、例えば第１通信制御部２２４が、第１クロック生成部２２６が生成したクロックに基づいて所定時間カウントし、第１撮像素子２４４Ａの同期制御の通信を開始するものとして説明したが、例えば、第１通信制御部２２４が、制御部３０８から送信された通信開始タイミング（図示せず）で通信を開始してもよい。この場合、制御線が増えるが、通信開始タイミングも高精度で制御することが可能になる。
また、上述した実施の形態１では、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５による同期制御の通信を毎フィールド行うものとして説明したが、数フィールドおきに行うものであってもよいし、所定のフィールドで行うものであってもよい。
また、上述した実施の形態１では、最終のパルスの立下りでフィールドを切り替えるものとして説明したが、最終のパルスの立下りから数クロックカウント後にフィールドを切り替えるものであってもよい。
また、上述した実施の形態１では、撮像同期信号をトリガに最終通信を行うが、撮像同期信号の受信後即時立下がりクロックを生成してもよいし、数クロックカウント後に立下がりクロックを生成してもよい。撮像同期信号の受信をトリガとして最終通信のタイミングを制御するものであればよい。
また、上述した実施の形態１では、処理装置３に撮像同期信号生成部３０５ｂを設けるものとして説明したが、カウント部をコネクタ部２３ａなど内視鏡２側に設けるものであってもよい。この場合、基準クロック生成部３０９に相当するクロック生成部を内視鏡２側に設けることが好ましい。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、本実施の形態２にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。なお、上述した構成と同一の構成には同一の符号を付して説明する。本実施の形態２では、得られた撮像信号から水平同期信号を抽出して、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの水平同期タイミングに応じて垂直同期タイミングを決定し、フィールドの切り替え制御を行う。
本実施の形態２にかかる内視鏡システム１ａは、上述した内視鏡２、光源装置４および表示装置５と、処理装置３ａとを有する。処理装置３ａは、上述した処理装置３の構成に加え、第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂを有する。なお、本実施の形態２では、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミングが、水平同期タイミング単位で制御されるものとして説明する。具体的には、各撮像素子のレジスタ設定を行うことで、このレジスタ設定が完了した後、最初の水平同期タイミングに基づいて各撮像素子内部で同期信号が生成され、その同期信号に基づいて各撮像素子を駆動する。レジスタ設定完了のタイミングが異なり、例えば第１撮像素子２４４Ａが水平同期信号の前に完了し、第２撮像素子２４４Ｂが水平同期信号の後に完了した場合、それぞれの撮像素子の駆動タイミングは１水平同期時間分の差が発生する。本実施の形態２では、第１撮像素子２４４Ａ、第２撮像素子２４４Ｂ、第１通信制御部２２４、第２通信制御部２２５、第１クロック生成部２２６、第２クロック生成部２２７、基準同期信号生成部３０５ａ、撮像同期信号生成部３０５ｂおよび同期信号抽出部（第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂ）を用いて撮像装置を構成する。
第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂは、まず、第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａおよび第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂを介して内視鏡２で生成された撮像信号をそれぞれ取得する。第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂは、取得した撮像信号から画像信号と同期信号とを分離してそれぞれ水平同期信号を抽出する。
撮像同期信号生成部３０５ｂは、第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂにより抽出された各水平同期信号の隣接パルス間の間隔をもとに撮像同期信号を生成する。具体的には、撮像同期信号生成部３０５ｂは、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の通信終了のタイミングが、それぞれ同一のパルス間に位置するように出力される撮像同期信号を生成する。本実施の形態２にかかる撮像同期信号は、同期制御の通信完了の制御を行うためのトリガとなる信号であって、具体的には該撮像同期信号の受信をトリガとして、最終通信を行わせる信号である。
図６は、本実施の形態２にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートである。第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、上述した実施の形態１と同様に自身のクロックのカウントに基づき同期制御の通信を開始する、または処理装置３の同期タイミングに基づき同期制御の通信を開始する。
第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、同期制御の通信中に撮像同期信号生成部３０５ｂからの撮像同期信号が出力されると、該撮像同期信号をトリガとして、それぞれ同期制御の通信を数クロック待機するなどして、同期制御の通信を行う。具体的には、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、図６に示すように、撮像同期信号生成部３０５ｂからの撮像同期信号により、最終の通信を行う前までに、各々設定数のクロック分の通信を待機して、通信完了のタイミングを遅らせる。なお、撮像同期信号をトリガとして、同期制御の最終通信の直前で通信を待機している第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が、最終通信を行って通信を完了するものであってもよい。これにより、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの通信完了のタイミングが水平同期信号の同一パルス間（例えば図６のｎＨ間）に位置し、かつ水平同期パルスと重複しない（一致しない）タイミングとなるように調整され、第１撮像素子２４４Ａと第２撮像素子２４４Ｂとの垂直同期タイミングを決定する水平同期タイミングが一致する。水平同期タイミングを一致させると、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミングも一致し、該一致した垂直同期タイミングでフィールドを切り替えることができる。フィールドが切り替わると、読み出し部２４４ｇによる読み出し処理が開始される。
このように、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミングが、水平同期タイミング単位で制御される場合に、撮像同期信号をトリガとして、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が同期制御の完了タイミングを調整することにより、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５のカウントのずれがあっても、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期を高精度に制御することができる。
上述した実施の形態２によれば、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が、撮像同期信号をトリガとして各々所定数のクロックをカウントして同期制御の完了を調整することにより、水平同期タイミングを一致させて、同一の垂直同期タイミングを揃えるようにしたので、複数の撮像素子間で高精度に同期をとることができる。
また、上述した実施の形態２では、処理装置３に撮像同期信号生成部３０５ｂ、第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂを設けるものとして説明したが、カウント部および同期信号抽出部をコネクタ部２３ａなど内視鏡２側に設けるものであってもよい。この場合、基準クロック生成部３０９に相当するクロック生成部を内視鏡２側に設けることが好ましい。また、第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂは、ＡＦＥ部２４４ｂまたはＰ／Ｓ変換部２４４ｃから撮像信号を取得して、水平同期信号を抽出する。
また、上述した実施の形態２において、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期制御の完了タイミングが、同一の水平同期信号のパルス間に位置していれば、同期信号の完了のタイミングがずれていてもよい。
上述した実施の形態１，２では、制御通信の完了タイミング（または直後の水平同期タイミング）で垂直同期タイミングを決定するものとして説明したが、制御通信の完了タイミングに限らず、制御通信中のデータのいずれかを垂直同期タイミングを決定するタイミングデータとして設定してもよい。この場合、当該設定データが、上述したタイミング（例えば、水平同期パルス間）となるように撮像同期信号が送信される。
なお、本実施の形態１，２において、白色光光源４１が出射する白色光の光路上に配置され、回転することにより、白色光のうち所定の波長帯域の光のみを透過させる複数のフィルタを有する回転フィルタを備えてもよい。回転フィルタを設けることにより、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）それぞれの波長帯域を有する光を順次透過させて出射する。これにより、白色光光源４１が出射する白色光（Ｗ照明）のうち、狭帯域化した赤色光（Ｒ照明）、緑色光（Ｇ照明）および青色光（Ｂ照明）いずれかの光を内視鏡２に順次出射（面順次方式）することができる。この場合でも、上述した撮像制御を行うことで、画像間の色ずれを低減することができる。
また、上述した実施の形態１，２では、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂに撮像動作を開始させるための基準同期信号（同期タイミング）を基準クロック生成部３０９により生成されたクロック信号に基づき生成するものとして説明したが、第１クロック生成部２２６や第２クロック生成部２２７、外部のクロック発生器により生成されたクロック信号に基づいて生成するものであってもよい。
また、上述した実施の形態１，２では、二つの撮像素子間の同期を制御するものとして説明したが、三つ以上の撮像素子を設けた場合であっても同様に撮像を制御することができる。
以上のように、本発明にかかる撮像装置および内視鏡装置は、複数の撮像素子間で高精度に同期をとるのに有用である。
１，１ａ 内視鏡システム
２ 内視鏡
３，３ａ 処理装置
４ 光源装置
５ 表示装置
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
２４ 先端部
２５ 湾曲部
２６ 可撓管部
４１ 白色光光源
４２ 光源制御部
４３ ＬＥＤドライバ
２２１ 湾曲ノブ
２２２ 処置具挿入部
２２３ スイッチ
２２４ 第１通信制御部
２２５ 第２通信制御部
２２６ 第１クロック生成部
２２７ 第２クロック生成部
２４１ ライトガイド
２４２ 照明レンズ
２４３Ａ，２４３Ｂ 光学系
２４４Ａ 第１撮像素子
２４４Ｂ 第２撮像素子
２４４ａ センサ部
２４４ｂ アナログフロントエンド部（ＡＦＥ部）
２４４ｃ Ｐ／Ｓ変換部
２４４ｄ タイミングジェネレータ
２４４ｅ 撮像制御部
２４４ｆ 受光部
２４４ｇ 読み出し部
３０１Ａ 第１Ｓ／Ｐ変換部
３０１Ｂ 第２Ｓ／Ｐ変換部
３０２ 画像処理部
３０４ 調光部
３０５ 駆動信号生成部
３０５ａ 基準同期信号生成部
３０５ｂ 撮像同期信号生成部
３０６ 入力部
３０７ 記憶部
３０８ 制御部
３０９ 基準クロック生成部
３１０Ａ 第１同期信号抽出部
３１０Ｂ 第２同期信号抽出部

Claims (5)

  1. 各々が受光した光を光電変換して電気信号を生成する第１および第２撮像素子と、
    前記第１撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第１撮像素子の動作を制御する第１通信制御部と、
    前記第１通信制御部の動作基準となる第１のクロック信号を生成する第１クロック生成部と、
    前記第２撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第２撮像素子の動作を制御する第２通信制御部と、
    前記第２通信制御部の動作基準となる第２のクロック信号を生成する第２クロック生成部と、
    基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、
    前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、前記基準同期信号に基づく基準タイミングから所定の経過時間となるタイミングで前記第１および第２通信制御部に該撮像同期信号を出力する撮像同期信号生成部と、
    を備え、
    前記第１および第２通信制御部は、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを同期する同期制御の通信を行う際、前記撮像同期信号生成部から出力される前記撮像同期信号をトリガとして、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記第１および第２のクロック信号と比して周波数精度が高い第３のクロック信号を生成する第３クロック生成部を備え、
    基準同期信号生成部は、前記第３のクロック信号に基づいて基準同期信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記第１および第２撮像素子が生成した電気信号から水平同期信号を抽出する同期信号抽出部をさらに備え、
    前記撮像同期信号生成部は、第１および第２撮像素子と前記第１および第２通信制御部との間の前記同期制御の通信が完了するタイミングが互いに同一の水平同期パルス間に位置し、かつ該水平同期パルスと重複しないタイミングとなる撮像同期信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  4. 前記撮像同期信号の入力タイミングは、前記第１および第２通信制御部が同期制御の通信を開始してから完了するまでの期間よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  5. 細長形状をなして生体内に挿入される挿入部を有する内視鏡装置において、
    各々が受光した光を光電変換して電気信号を生成する第１および第２撮像素子と、
    前記第１撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第１撮像素子の動作を制御する第１通信制御部と、
    前記第１通信制御部の動作基準となる第１のクロック信号を生成する第１クロック生成部と、
    前記第２撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第２撮像素子の動作を制御する第２通信制御部と、
    前記第２通信制御部の動作基準となる第２のクロック信号を生成する第２クロック生成部と、
    基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、
    前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、前記基準同期信号に基づく基準タイミングから所定の経過時間となるタイミングで該撮像同期信号を前記第１および第２通信制御部に出力する撮像同期信号生成部と、
    を備え、
    前記第１および第２通信制御部は、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを同期する同期制御の通信を行う際、前記撮像同期信号生成部から出力される前記撮像同期信号をトリガとして、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定することを特徴とする内視鏡装置。
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