JP5963978B2 - 電子内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、電子内視鏡に関し、特に、撮像部で得られた撮像信号をデジタルシリアルデータに変換した差動信号としてプロセッサに送信する電子内視鏡に関するものである。

被検体の内部の被写体を撮像する電子内視鏡、及び、電子内視鏡により撮像された被写体の観察画像を生成するプロセッサ等を具備する内視鏡システムが、医療分野及び工業分野等において広く用いられている。

この電子内視鏡は、Ａ／Ｄ変換した撮像データをシリアル化して受信回路を有するプロセッサまで数ｍの距離を伝送する必要がある。近年、高画素化と細径化の要求により、隣り合うシンボル同士が干渉し合うことで波形が歪む符号間干渉（Intersymbol interference：ISI）が増加し、伝送品質の確保が困難になってきている。従来では、プロセッサにより近いコネクタ部にイコライザ付きバッファを設けるようにしていたが、コスト低減のためには電子回路の配置はできるだけ集約することが望ましい。

電子回路を集約する手法として、受信回路を有するプロセッサ側にイコライザを配置することが考えられるが、様々な長さの挿入部を有する電子内視鏡に対応するためには、それぞれの長さに対応したイコライザを複数設ける必要があり、プロセッサ内の回路規模が増大してしまう。また、電子内視鏡の出力波形は、符号間干渉の補正前の状態であるために品質管理が困難になってしまう。

そこで、例えば、特開２０１１−３５６３０号公報には、カメラヘッドとカメラコントロールユニットとが分離されたカメラヘッド分離型カメラ装置が開示されている。この特開２０１１−３５６３０号公報に開示されているカメラヘッド分離型カメラ装置は、ケーブルによる電圧降下を測定する電圧測定部と、予め記憶した電圧降下と補正値との関係を示すデーブルと、測定された電圧降下に応じてテーブルから補正値を抽出する補正制御部と、その補正値に基づきＬＶＤＳ信号波形を調整するＬＶＤＳ制御部と、ＬＶＤＳ信号の波形を生成してカメラコントロールユニットに送信するＬＶＤＳ変換ドライバとを備え、カメラコントロールユニットにおいて正確な映像信号を再生するようになっている。

しかしながら、特開２０１１−３５６３０号公報に開示されているカメラヘッド分離型カメラ装置のように、送信側のカメラヘッドにプリエンファシス機能を持たせることで、符号間干渉を抑制することができるが、信号波形の振幅電圧調整や立ち上がり（立ち下り）部の強化を行うために電源が必要であり、消費電力が増加するという問題がある。

低消費電力の対策として、例えば送信側にディエンファシス機能を持たせたものもあるが、あくまで受信イコライザとの併用を想定したものであり、単体では細径で数ｍを伝送する電子内視鏡内のケーブル損失を十分に補償することができなかった。

そこで、本発明は、低消費電力かつ低コストで品質管理が容易なケーブル損失補償手段を実現することができる電子内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様の電子内視鏡は、撮像部で得られた撮像信号をデジタルシリアルデータに変換した差動信号としてプロセッサへの出力波形品質が一定になるように、前記プロセッサに送信する電子内視鏡であって、前記差動信号を前記プロセッサに送信するための第１の送信部と、前記第１の送信部の出力側に配置された第１のフィルタ部であって、前記第１の送信部から当該第１のフィルタ部に至る間に配設されたケーブルを含む伝送路の損失に応じて定数が調整された第１のフィルタ部と、前記第１のフィルタ部からの前記差動信号を前記プロセッサに送信するための第２の送信部と、前記第２の送信部の出力側に配置され、前記第２の送信部以降のケーブルを含む損失に応じて定数が調整された第２のフィルタ部と、を有する。

第１の実施形態に係る電子内視鏡を有する内視鏡システムの構成を示す図である。 周波数特性について説明するための図である。 周波数特性について説明するための図である。 周波数特性について説明するための図である。 第２の実施形態に係る電子内視鏡を有する内視鏡システムの構成を示す図である。 第３の実施形態に係る電子内視鏡を有する内視鏡システムの構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１を用いて第１の実施形態の電子内視鏡を有する内視鏡システムの構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る電子内視鏡を有する内視鏡システムの構成を示す図である。

図１に示すように、内視鏡システム１は、本実施の形態に係る電子内視鏡２と、プロセッサ３とを備えて構成されている。電子内視鏡２は、被検体内に挿入される細長な挿入部１０と、挿入部１０の基端側に設けられた操作部１１と、操作部１１の基端側に設けられたユニバーサルケーブル１２と、ユニバーサルケーブル１２の基端側に設けられたコネクタ部１３とを有して構成されている。この電子内視鏡２は、コネクタ部１３を介してプロセッサ３に着脱自在に構成されている。

また、電子内視鏡２は、撮像部１４と、送信部１５と、フィルタ部１６と、ケーブル１７とを少なくとも有して構成されている。また、プロセッサ３は、リミッティングアンプ（以下、ＬＡという）１８と、受信回路１９とを少なくとも有して構成されている。

挿入部１０の先端部１０ａには、先端側から順に撮像部１４、送信部１５、及び、フィルタ部１６が配置されている。また、フィルタ部１６の基端側には、ケーブル１７が接続されている。このケーブル１７は、挿入部１０、操作部１１、ユニバーサルケーブル１２、及び、コネクタ部１３内に挿通されており、電子内視鏡２がプロセッサ３に装着された際に、プロセッサ３のＬＡ１８に接続される。

撮像部１４は、例えばＣＣＤ等の撮像素子と、Ａ／Ｄ変換器とから構成されており、撮像素子により観察対象物を撮像した撮像信号を生成し、Ａ／Ｄ変換器により撮像信号をアナログ信号からデジタル信号にＡ／Ｄ変換して送信部１５に出力する。

送信部１５（第１の送信部）は、撮像部１４で撮像されてＡ／Ｄ変換された撮像信号をデジタルシリアルデータに変換した後、差動信号としてフィルタ部１６を介してプロセッサ３に出力する。

フィルタ部１６は、例えば電源を必要としない受動素子で構成されるパッシブイコライザである。このフィルタ部１６は、ケーブル１７を含む伝送路のインピーダンスと同等のインピーダンスになるようにインピーダンス整合されたフィルタ部である。フィルタ部１６は、直列に接続された少なくとも１つ以上（図１の例では３つ）のフィルタ２０により構成されている。

これらのフィルタ２０は、ケーブル１７を含む伝送路の伝送損失、すなわち、電子内視鏡２内の伝送損失に応じて個数（段数）が調整されている。そのため、ケーブル１７の長さが長くなるに従い、フィルタ部１６のフィルタ２０の個数が増える。すなわち、フィルタ部１６（第１のフィルタ部）は、プロセッサ３への出力波形品質が一定になるように、ケーブル１７を含む伝送路の損失に応じて定数が調整されている。

例えば、ケーブル１７の長さが短い場合、フィルタ２０の個数が１つとなり、ケーブル１７の長さが普通の場合、フィルタ２０の個数が２つとなり、ケーブル１７の長さが長い場合、フィルタ２０の個数が３つなる。フィルタ部１６から出力された撮像信号はケーブル１７を介してプロセッサ３のＬＡ１８に入力される。

ＬＡ１８は、ケーブル１７を介して入力された撮像信号の振幅を所定の振幅に増幅して受信回路１９に出力する。すなわち、ＬＡ１８は、電源を必要としないフィルタ部１６によって低下した振幅を必要な振幅に増幅し、必要な振幅に増幅された撮像信号を受信回路１９に出力する。

受信回路１９は、ＬＡ１８からの撮像信号を内部クロックで受信した後、パラレルデータに変換する。パラレルデータに変換された撮像信号は、図示しない画像処理回路で所定の画像処理が施された後、図示しないモニタまたは記録装置に出力され、画像の表示または記録が行われる。

次に、このように構成された内視鏡システム１の動作について説明する。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、周波数特性について説明するための図である。

図２Ａは、ケーブル１７の周波数特性の例を示し、横軸が周波数、縦軸が利得を表している。ケーブル１７は、ローパスフィルタと同様の特性を有し、ある周波数より低い周波数の成分を通過させ、ある周波数以上の周波数の成分を減衰させる。そのため、周波数がある周波数以上となると利得が小さくなる。また、ケーブル１７は、長さが長くなるに従い高周波成分がより減衰するため、利得が小さくなる。

また、図２Ｂは、フィルタ部１６の周波数特性の例を示し、横軸が周波数、縦軸が利得を表している。パッシブイコライザであるフィルタ部１６は、ハイパスフィルタまたはバントパスフィルタと同様の特性を有し、ある周波数より低い周波数の成分を減衰させ、ある周波数以上の周波数の成分を通過させる。そのため、周波数がある周波数以上となると相対的に利得が大きくなる。また、フィルタ部１６は、フィルタ２０の段数が多くなる従い低周波成分がより減衰し、高周波との利得差が大きくなる。

図２Ｃは、フィルタ部１６から出力される撮像信号の周波数特性の例を示し、横軸が周波数、縦軸が利得を表している。図２Ｂのフィルタ部１６の周波数特性により、フィルタ部１６から出力される撮信号は、図２Ｃに示すように、周波数がある周波数以上になると利得が大きくなる。このようにフィルタ部１６から出力された撮像信号は、ケーブル１７を介してＬＡ１８に伝送されるが、図２Ａに示すケーブル１７のローパスフィルタと同様の特性から、周波数がある周波数以上になると利得が小さくなる。このため、プロセッサ３には、図２Ｃの破線で示すように、略フラットの撮像信号が入力される。

以上のように、電子内視鏡２は、フィルタ部１６が受動素子で構成されているため、電源を必要とせず、消費電力を低減することができる。また、電子内視鏡２は、フィルタ部１６に電源を必要としないため、発熱の原因となることもなく、追加の放熱機構が不要であり、電子内視鏡２の細径化や小型化が可能となる。

また、一般的にはケーブルによる信号の伝送後にイコライザを通過させるが、本実施形態では、ケーブル１７はローパスフィルタと同様の特性を有し、フィルタ部１６はハイパスフィルタあるいはバンドパスフィルタと同様の特性を有し、いずれも受動素子であり、インピーダンスも整合されているため、順序を逆転させても全体の伝達関数は同一である。したがって、電子内視鏡２は、フィルタ部１６の特性をケーブル１７を含む伝送路の伝送損失に応じて調整することで、プロセッサ３の入力端において振幅は低下するが、符号間干渉が抑制された安定した波形を得ることができる。

また、電子内視鏡２は、フィルタ部１６の特性により、ケーブル１７による信号の伝送前に低周波のノイズを低減することができるので、電磁放射の抑制が可能である。

よって、本実施形態の電子内視鏡によれば、低消費電力かつ低コストで品質管理が容易なケーブル損失補償手段を実現することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

図３は、第２の実施形態に係る電子内視鏡を有する内視鏡システムの構成を示す図である。なお、図３において、図１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態の電子内視鏡２ａは、フィルタ部１６が操作部１１に配置されて構成されている。フィルタ部１６は、ケーブル１７ａを介して送信部１５に接続され、ケーブル１７ｂを介してＬＡ１８に接続されている。なお、フィルタ部１６は、ケーブル１７ａを介して送信部１５に接続されているが、例えば、インピーダンス管理された電線あるいはフレキシブル基板を介して送信部１５に接続されていてもよい。

このように、本実施形態の電子内視鏡２ａにおいても、フィルタ部１６のフィルタ２０は、ケーブル１７ａ及び１７ｂを含めた伝送路の損失に応じて個数（段数）が調整されている。これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態の電子内視鏡２ａでは、挿入部１０と比較して基板面積に余裕のある操作部１１にフィルタ部１６を配置することで、フィルタ２０を複数回路で構成することも容易となる。

さらに、本実施形態の電子内視鏡２ａでは、例えばケーブル１７ａの長さのみが電子内視鏡２の種類によって異なるものに変化する場合、破線で囲った部分を１つのユニット２１としてフィルタ部１６の調整を行えば、組み立て時及び修理時の品質管理が容易となる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。

図４は、第３の実施形態に係る電子内視鏡を有する内視鏡システムの構成を示す図である。なお、図４において、図３と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態の電子内視鏡２ｂは、フィルタ部１６ａ、ＬＡ２２及びフィルタ部１６ｂが操作部１１に配置されている。フィルタ部１６ａは、ケーブル１７ａを介して送信部１５に接続され、フィルタ部１６ｂは、ケーブル１７ｂを介してＬＡ１８に接続されている。

フィルタ部１６ａは、複数のフィルタ２０ａにより構成されており、ケーブル１７ａを含む伝送路の損失に対応してフィルタ２０ａの個数（段数）が調整されている。第２の送信部としてのＬＡ２２は、フィルタ部１６ａを介して入力された撮像信号の振幅を所定の振幅に増幅してフィルタ部１６ｂに出力する。そして、フィルタ部１６ｂ（第２のフィルタ部）は、複数のフィルタ２０ｂにより構成されており、ケーブル１７ｂを含む伝送路の損失に対応してフィルタ２０ｂの個数（段数）が調整されている。

このように、本実施形態の電子内視鏡２ｂにおいても、フィルタ部１６ａのフィルタ２０ａは、ケーブル１７ａを含めた伝送路の損失に応じて個数（段数）が調整されており、フィルタ部１６ｂのフィルタ２０ｂは、ケーブル１７ｂを含めた伝送路の損失に応じて個数（段数）が調整されている。これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態の電子内視鏡２ｂでは、挿入部１０と比較して基板面積に余裕のある操作部１１にフィルタ部１６ａ、１６ｂ、及び、ＬＡ２２を集約して配置することで、挿入部１０の小型化が容易となる。

さらに、本実施形態の電子内視鏡２ｂでは、破線で囲った部分のユニット２１ａとユニット２１ｂとをコネクタ２３を介して接続するようにしてもよい。そして、ユニット２１ａにおいて、ケーブル１７ａを含む伝送路の損失に対応するようにフィルタ部１６ａの調整を行い、ユニット２１ｂにおいて、ケーブル１７ｂを含む伝送路の損失に対応するようにフィルタ部１６ｂの調整を行うようにすることで、組み立て時及び修理時の品質管理が容易となる。

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、改変等が可能である。

本出願は、２０１４年５月８日に日本国に出願された特願２０１４−９７０６１号公報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 (6)

1. 撮像部で得られた撮像信号をデジタルシリアルデータに変換した差動信号としてプロセッサへの出力波形品質が一定になるように、前記プロセッサに送信する電子内視鏡であって、
   前記差動信号を前記プロセッサに送信するための第１の送信部と、
   前記第１の送信部の出力側に配置された第１のフィルタ部であって、前記第１の送信部から当該第１のフィルタ部に至る間に配設されたケーブルを含む伝送路の損失に応じて定数が調整された第１のフィルタ部と、
   前記第１のフィルタ部からの前記差動信号を前記プロセッサに送信するための第２の送信部と、
   前記第２の送信部の出力側に配置され、前記第２の送信部以降のケーブルを含む損失に応じて定数が調整された第２のフィルタ部と、
   を有することを特徴とする電子内視鏡。
2. 前記第１のフィルタ部は、前記伝送路のインピーダンスと同等のインピーダンスになるようにインピーダンス管理されていることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
3. 前記第１のフィルタ部は、直列に接続された少なくとも１つ以上のフィルタにより構成され、前記フィルタの段数によって前記定数の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
4. 前記第１の送信部が挿入部に配置され、前記第１のフィルタ部が電線あるいはフレキシブル基板を介して操作部以降に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
5. 前記第１のフィルタ部、前記第２の送信部及び前記第２のフィルタ部が操作部以降に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
6. 前記第１のフィルタ部、前記第２の送信部、および前記第２のフィルタ部が、前記操作部内に集約して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の電子内視鏡。

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