JPH05146399A

JPH05146399A - 電子内視鏡の固体撮像素子駆動方式

Info

Publication number: JPH05146399A
Application number: JP3335848A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Inoue; 清井上
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-15
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JP3006245B2

Abstract

(57)【要約】【目的】固体撮像素子の水平転送部に最小限の本数の
ケーブルで転送及びリセット動作を行わせるようにする
ことにある。【構成】信号処理回路５からの同期信号に基づいて、
固体撮像素子駆動回路１９で生成したデューティ比が５
０％のφＨ１，φＨ２からなる２相のパルス信号から２
５％デューティの一方の転送パルス兼リセットパルスφ
Ｈ１′と、７５％デューティの他方の転送パルスφＨ２
とに変換するデューティ変換部２０が固体撮像素子駆動
回路１９の出力側に設けられており、このデューティ変
換部２０でデューティ変換されて、狭幅のパルスを転送
パルスとして用いると共に、リセットパルスとしても用
いるように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医療用，工業用等とし
て用いられる電子内視鏡において、固体撮像素子を駆動
して、この固体撮像素子に蓄積された信号電荷の読み出
しを行うための電子内視鏡の固体撮像素子駆動方式に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子内視鏡は、体腔等の内部に挿入され
る挿入部の先端部に観察窓を設けて、この観察窓に装着
した結像レンズの結像位置にＣＣＤ等の固体撮像素子を
配設し、体腔等の内部に照明光を照射して、被写体から
反射される光で固体撮像素子を露光させて光電変換を行
い、この固体撮像素子に蓄積された電荷を読み出して、
内視鏡に接続したプロセッサに伝送し、このプロセッサ
で所定の信号処理を行うことによってＮＴＳＣ等の映像
信号を生成して、モニタ装置に表示するようにしたもの
である。ここで、固体撮像素子を駆動するに当っては、
この固体撮像素子に水平及び垂直の駆動パルスを印加す
ることによって、固体撮像素子に蓄積された電荷を転送
し、このように転送された信号を挿入部内に挿通させた
ケーブルを介してプロセッサにまで伝送するようになっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内視鏡は患
者の体内等に挿入されるものであり、挿入操作性，患者
の苦痛軽減等の見地から、その挿入部は可及的に細径化
する必要がある。固体撮像素子は挿入部の先端に設けら
れ、この固体撮像素子にはケーブルが接続されるが、こ
のケーブルも挿入部の内蔵物として所定のスペースを占
める。従って、挿入部の細径化を図る上では、ケーブル
の本数も出来るだけ少なくする必要がある。特に、近年
においては、挿入部の細径化はほぼ限界に近い状態にま
で達成されている関係から、たとえ１本のケーブルを少
なくすることでも、細径化を図る上で有利となる。

【０００４】以上の点から、本発明者は、ケーブルの本
数を少なくするために、鋭意研究を行い、水平転送部に
接続されるケーブルに着目した。電子内視鏡では、固体
撮像素子の水平転送部においては、２相の転送パルスを
与えて転送を行う、所謂２相駆動方式が一般に採用され
る。即ち、固体撮像素子における水平転送部は、図１に
も明らかなように、水平転送路ＨＣＣＤの出力段にフロ
ーティングディフュージョンＦＤを設け、このフローテ
ィングディフュージョンＦＤをＭＯＳＦＥＴに接続する
ように構成している。そして、水平転送路ＨＣＣＤにφ
Ｈ１，φＨ２の２相の転送パルスを加えることによっ
て、信号電荷を出力段にまで順次転送し、またディフュ
ージョンゲートに＋のパルスを加えて、ゲートを閉じる
ことによりフローティングディフュージョンＦＤの電位
をＶ_DDにし、次いでゲートをオフにした状態で、信号電
荷をＯＧを介してフローティングディフュージョンＦＤ
に注入し、このときの信号電位の変化を検出し、ＭＯＳ
ＦＥＴで増幅して信号を出力する構造のフローティング
ディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）を用いることで、出
力容量を小さくして、高い出力電圧を得られるようにし
ている。

【０００５】以上のことから、水平転送系のパルスとし
ては、水平転送路ＨＣＣＤに加えられる相互に位相が反
転したデューティ比が５０％の２つの転送パルス信号φ
Ｈ１，φＨ２を用い、また転送された信号電荷を出力す
るために、その出力段におけるゲートの開閉制御を行う
リセットパルスφＲが必要となる。ここで、固体撮像素
子における出力信号出力波形は、図２に示したように、
リセット期間ｔ_R と、０レベル期間ｔ₀ と、信号出力期
間ｔ_S（実線は白レベル、点線は黒レベルの出力信号）
でとからなり、リセット動作が行われた後に、所定の０
レベル期間ｔ₀を持たせるようにしている。従って、リ
セットパルスφＲは、デューティ比が５０％であるφＨ
１，φＨ２とは異なるパルスを必要とし、このために、
水平転送系としては、３本のケーブルが必要となる。

【０００６】ところで、転送パルスのうちの一方のパル
スをリセットパルスとして用い、φＨ１またはφＨ２の
うちの一方のパルス（例えばφＨ１）を利用してリセッ
ト動作を行わせることは可能であり、これによってケー
ブルの本数を少なくすることができる。しかしながら、
もし、デューティ比が５０％の水平転送パルスをそのま
まリセットパルスとして用いると、０レベル期間ｔ₀ を
持たせることができなくなってしまう。前述した如く、
水平転送路ＨＣＣＤの出力段にフローティングディフュ
ージョンアンプが設けられるが、そのフローティングダ
イオードの接合容量は設計上、０．数ＰＦ程度となって
いるが、固体撮像素子を保護するため、一般には図１に
Ｒ_P で示す拡散抵抗がリセットゲートに直列に挿入され
ている。このために、リセット回路にこの抵抗分Ｒ_P と
接合容量とにより時定数が形成され、パルスの遅延を生
じる。ここで、デューティ比が５０％の水平転送パルス
をそのままリセットパルスとして用いると、この遅延と
フローティングディフュージョンアンプ自身の有限な立
ち上がり特性のために、図３に示したように、リセット
期間ｔ_R ′が信号出力期間ｔ_S ′を制限してしまう結果
となる。このために、０レベル期間ｔ₀ をなくすと、ケ
ーブル長及びドライブインピーダンスが水平転送パルス
の波形に影響を与え、リセット動作の安定性が損なわ
れ、図２に仮想線で示したように、信号出力期間ｔ_S が
実質的に制限されて、出力レベルの低下、即ち感度の低
下を生じる。

【０００７】これに対して、転送パルスに注目すると、
蓄積電荷の転送はほぼ瞬時に行われるものであり、転送
パルスのパルス幅は実際の転送に必要な時間より十分に
長くなっている。また、２相からなる転送パルスのデュ
ーティ比は５０％でなければ転送動作に支障を来すとい
う訳ではない。

【０００８】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであって、その目的とするところは、別途リセッ
トパルスを伝送するためのケーブルを設けなくとも、リ
セット動作を安定させ、出力レベルを低下させずに固体
撮像素子を駆動することができるようにすることにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、固体撮像素子の水平転送部に、デュー
ティ比が５０％以外の２相のパルス信号を供給し、これ
ら２相のパルス信号を水平転送用パルス信号となし、か
つデューティ比が５０％以下の狭幅パルスをリセットパ
ルス信号として用いる構成としたことをその特徴とする
ものである。

【００１０】

【作用】リセット動作を安定させるためには、出力アン
プに０レベル期間（フィードスルー期間）を設ける必要
があるが、この０レベル期間は信号出力期間が確実に５
０％デューティを持たせるためのものである。そこで、
水平転送用パルス信号のデューティ比が５０％以外とな
るようにして、このうちの５０％以下である狭幅パルス
をリセットパルスとして用い、このリセットパルスをリ
セットゲートに加える。これによって、パルス幅を狭く
した分だけ信号出力期間を長くすることが可能となり、
信号出力期間に入ってもリセット動作が影響して、信号
出力レベルが低下するといった事態の発生を防止でき
る。通常、リセットパルスとしては、デューティ比が２
５％程度とするのが好ましく、従って水平転送パルスの
デューティ比としては、一方のパルス（例えばφＨ１）
を２５％、他方のパルス（例えばφＨ２）を７５％とす
るのが最適である。これによって、図４に示したよう
に、リセット期間ｔ_R ″が２５％デューティとなり、信
号出力期間ｔ_S ″が７５％となり、十分な信号出力期間
が得られる。また、信号電荷の転送動作はほぼ瞬時に行
われるので、短い方の２５％デューティのパルスであっ
ても、十分に転送が可能であり、またこのような不均一
な転送パルスを用いても、転送動作自体は支障なく行わ
れる。

【００１１】従って、水平転送部におけるパルス信号を
伝送するケーブルは２本でよく、しかもリセット動作を
円滑に行うことができて、信号出力の安定を図ることが
できる。この結果、リセットパルスを伝送するためのケ
ーブルだけでなく、リセットパルスを作り出すための回
路構成も必要としないので、挿入部の細径化が図れると
共に、固体撮像素子駆動回路の回路構成を簡略化するこ
とができる。通常、この固体撮像素子駆動回路は、ケー
ブル長を短縮して、それを介して伝送される信号の劣化
を可及的に抑制するといった見地から、固体撮像素子に
可及的に近い位置に配置する必要があり、このために本
体操作部に内蔵した中継基板等に装着する場合が多く、
この固体撮像素子駆動回路の回路構成が簡単になると、
その小型化，軽量化が図られるので、本体操作部の操作
性の観点からも有利である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。まず、図５に電子内視鏡の撮像システムの
全体構成を示す。図中において、１は内視鏡を示し、内
視鏡１は本体操作部２を有し、この本体操作部２には体
腔等の内部に挿入される挿入部３が連設されると共に、
光源装置４及びこれと一体的または別体に設けた映像信
号処理回路５に着脱可能に接続される接続コード６が連
設されている。光源装置４は光源ランプ１０を有し、こ
の光源ランプ１０の光路には、光量絞り部材１１，コン
デンサレンズ１２及び回転カラーフィルタ１３が順次設
けられており、これらによって光源ランプ１０からの照
明光は所定光量でＲ，Ｇ，Ｂの順次照明が行われるよう
になっている。この照明光路に臨むようにしてライトガ
イド１４の入射端１４ａが臨んでいる。ライトガイド１
４は接続コード６から本体操作部２を経て挿入部３内に
まで引き回されており、その出射端１４ｂは挿入部３の
先端部に設けた照明用レンズ１５に対面している。

【００１３】ライトガイド１４を介して照射される照明
光の照射下において、体腔内等の被写体を撮影するため
に、挿入部３の先端には結像レンズ１６が設けられてお
り、この結像レンズ１６の結像位置にはＣＣＤ等からな
る固体撮像素子１７が装着されている。従って、この固
体撮像素子１７によって被写体の映像が撮像される。固
体撮像素子１７で光電変換することによって得た信号
は、信号ケーブル１８を介して映像信号処理回路５にま
で伝送されて、この映像信号処理回路５で所定の信号処
理を行った上で、カラー画像としてモニタ装置７に表示
されるようになっている。この固体撮像素子１７を駆動
して信号の読み出しを行うために、本体操作部２には中
継基板が装着されており、この中継基板に固体撮像素子
駆動回路１９が設けられている。そして、この固体撮像
素子駆動回路１９には、映像信号処理回路４に設けた同
期信号が入力されて、この同期信号に基づいて固体撮像
素子１７を駆動するのに必要なパルス信号を生成し、こ
のパルス信号を固体撮像素子１７に加えるようにしてい
る。

【００１４】ここで、固体撮像素子１７における水平転
送部においては、２相の転送パルスφＨ１，φＨ２と、
リセットパルスφＲとを必要とするが、この転送パルス
φＨ１，φＨ２のうち、一方の転送パルスφＨ１をリセ
ットパルスφＲと共用している。このために、転送パル
スφＨ１はデューティ比が５０％ではなく、リセットパ
ルスとして最適な２５％デューティのパルスとしてい
る。これによって、リセット動作が安定することになっ
て、信号出力期間に制限が加わることがなく、信号の欠
落等を防止でき、もって感度が良好な状態に保たれる。
また、信号電荷の転送は、ほぼ瞬時に行われるものであ
って、デューティ比が２５％であっても、十分に転送が
行われる。また、転送パルスφＨ１が２５％とφＨ２が
７５％というように、パルス幅が不均一になるが、転送
に必要な時間だけのパルス幅を持っておれば、格別転送
に支障を来すことはない。

【００１５】従って、信号処理回路５からの同期信号に
基づいて、固体撮像素子駆動回路１９で生成したデュー
ティ比が５０％のφＨ１，φＨ２からなる２相のパルス
信号から２５％デューティの一方の転送パルス兼リセッ
トパルスφＨ１′と、７５％デューティの他方の転送パ
ルスφＨ２とに変換するデューティ変換部２０が固体撮
像素子駆動回路１９の出力側に設けられている。そこ
で、図６に基づいて、以下にこのデューティ変換部２０
の回路構成の一例を説明する。また、図７に図６の回路
図に指示した各部の信号の波形を示す。

【００１６】固体撮像素子駆動回路１から出力されるφ
Ｈ１，φＨ２の２相のパルスは、相互に位相が反転した
５０％デューティのパルスである。これら２つのパルス
は、波形整形回路２１により波形整形され、またＴＴＬ
レベル変換器２２によって、ゲート回路２３，２６及び
２９を駆動するのに適したレベルの信号に変換すること
によって、図７に（ａ），（ｂ）で示した波形の信号が
得られる。これら（ａ），（ｂ）の各信号のうち、信号
（ａ）はゲート回路２３に入力されて、遅延回路２４に
より１／４周期だけ遅延されて、図７の（ｃ）で示した
信号とされる。そして、ＡＮＤ回路２５によってこの遅
延信号（ｃ）と信号（ａ）とのＡＮＤが取られて、図７
の（ｄ）の信号が得られる。一方、信号（ａ）は反転増
幅器２６によって反転されて、図７に（ｅ）で示したよ
うに、信号（ｅ）が得られる。そこで、これら信号
（ｄ）と信号（ｅ）とをＯＲ回路２７を介することによ
って、図７の（ｆ）で示した信号（ｆ）が得られる。さ
らに、この信号（ｆ）を反転増幅器２８により反転させ
ると、図７に（ｇ）で示した一方のパルスφＨ１′が得
られる。これに対して、信号（ｂ）は前述した信号
（ｄ）とをＮＯＲ回路２９を介することによって、図７
に（ｈ）で示した信号（ｈ）が得られる。この信号
（ｈ）を反転増幅器３０で反転させると、図７に（ｉ）
で示した他方のパルスφＨ２′が得られる。

【００１７】以上２つのパルスφＨ１′，φＨ２′は、
パルスφＨ１′のデューティ比が２５％で、パルスφＨ
２′のデューティ比が７５％の交互にハイレベルとロー
レベルとなる図７に（ｊ）に示したパルスが生成され
る。この２つのパルスのうち、φＨ１′を転送パルスと
リセットパルスφＲとに共用させる。これによって、水
平転送部において、最も好ましい２５％デューティのリ
セットパルスφＨを加えることができて、リセット期間
の後に十分な信号出力期間を設けることが可能となる。
この結果、リセット動作を安定させ、リセット期間が信
号出力期間に影響することがなく、信号出力レベルの低
下を防止することができる。また、転送パルスとして一
方のパルスを２５％デューティで、他方のパルスを７５
％デューティで転送させるようにしているが、電荷転送
に必要な時間は十分確保されていることから、交互に電
圧が加えられるようになっておれば、転送に格別支障を
来すことはない。

【００１８】従って、リセットパルスφＲを独立に伝送
するためのケーブルが必要でなくなる結果、ケーブルの
本数を減らすことができ、挿入部３の細径化が図られ
る。また、転送パルスを生成する回路に加えてリセット
パルスを生成するための回路を設けなくとも良いことか
ら、本体操作部２における中継基板に搭載される回路を
簡略化することができ、この中継基板の小型化，軽量化
も同時に達成される。

【００１９】なお、前述した実施例においては、デュー
ティ変換部２０を設け、このデューティ変換部２０にお
いてφＨ１とφＨ２とからφＨ１′及びφＨ２′を作る
ようにしたが、デューティ比が５０％以外の２相のパル
ス信号を生成し、これら両パルスのうち、デューティ比
が５０％以下の側のパルスをリセットパルスと転送パル
スとに共用させることができるものであれば、φＨ１，
φＨ２のいずれからからリセットパルスを作るようにし
てもよく、また水平転送に支障を来すことがなく、しか
も信号出力期間が十分に確保できれば、狭幅パルスのデ
ューティ比は２５％に限るものではない。さらに、この
デューティ変換を本体操作部２内で行うようにしたが、
例えば接続コード６の映像信号処理装置５に接続される
コネクタ部に設けるようにすることも可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、挿入部の先端に設けられる固体撮像素子の水平転送
部に加えて、信号電荷の転送を行うための２相のパルス
信号をそのデューティ比が５０％以外となし、この２相
のパルス信号のうち、デューティ比が５０％以下の狭幅
パルスをリセットパルス信号として用いる構成としたの
で、信号出力レベルを低下させることなく、水平転送系
の駆動信号を伝送するケーブルの本数を１本減らすこと
ができるようになり、また別途リセットパルスを生成す
るための回路も必要がなくなるので、固体撮像素子駆動
回路の回路構成が簡略化できる等といった諸効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】固体撮像素子の水平転送部の構成説明図であ
る。

【図２】固体撮像素子の出力信号の波形を示す線図であ
る。

【図３】リセットパルスのデューティ比を５０％とした
ときの固体撮像素子の出力信号の波形を示す線図であ
る。

【図４】本発明の方式でリセット動作させた場合の固体
撮像素子の出力信号の波形を示す線図である。

【図５】電子内視鏡の撮影システムの概略構成図であ
る。

【図６】本発明の第１の実施例を示すデューティ変換部
の回路構成図である。

【図７】デューティ変換部における各部の信号波形線図
である。

【符号の説明】

１内視鏡２本体操作部３挿入部４映像信号処理装置１７固体撮像素子１８信号ケーブル１９固体撮像素子駆動回路２０デューティ変換部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】体腔内等の撮影を行うために、固体撮像
素子を挿入部の先端に設け、固体撮像素子駆動回路から
前記挿入部内に挿通したケーブルにより伝送される駆動
パルス信号により前記固体撮像素子に蓄積された信号電
荷を読み出すようにした電子内視鏡において、前記固体
撮像素子の水平転送部に、デューティ比が５０％以外の
２相のパルス信号を供給し、これら２相のパルス信号を
水平転送用パルス信号となし、かつデューティ比が５０
％以下の狭幅パルスをリセットパルス信号として用いる
構成としたことを特徴とする電子内視鏡の固体撮像素子
駆動方式。
【請求項２】前記狭幅のパルスのデューティ比が約２
５％であることを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡
の固体撮像素子駆動方式。
【請求項３】前記電子内視鏡の本体操作部内にパルス
信号のデューティ変換部を設ける構成としたことを特徴
とする請求項１記載の電子内視鏡の固体撮像素子駆動方
式。