JPH05161604A - 電子内視鏡装置の信号伝送処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アイソレーションデバイスに光変換効率のば
らつき、又は固有特性のばらつきが生じた場合でも、ビ
デオ信号を正確に伝送するようにする。 【構成】 患者回路がアイソレーションデバイス１２を
介して出力回路に接続される装置で、患者回路側に可変
利得アンプ１４を設け、出力回路側にビデオ信号の基準
レベルをサンプルホールドするサンプルホールド回路１
８を設け、アイソレーションデバイス１２を内包した状
態で、サンプルホールドした信号を上記可変利得アンプ
１４に帰還し、ビデオ信号のレベルが一定となるように
制御する制御ループを形成する。従って、アイソレーシ
ョンデバイス１２によってビデオ信号に変動が生じて
も、その変動分を補償するように作用し、安定したビデ
オ信号を伝送形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子内視鏡装置の信号伝
送処理回路、特に患者回路がアイソレーションデバイス
によって出力回路に接続されている電子内視鏡装置にお
けるビデオ信号の伝送処理回路の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】先端部に設けられた固体撮像素子である
ＣＣＤ（ChargeCoupled Device ）により、消化管等の
体腔内を観察する電子内視鏡装置が周知であり、この種
の電子内視鏡装置では上記ＣＣＤにて撮像された被観察
体内の画像がモニタ上に表示されることになり、モニタ
上に表示された画像を観察しながら、診断や各種の処置
が行われる。

【０００３】第７図には、従来の電子内視鏡装置の概略
構成が示されており、図示のように外部プロセッサ装置
１に電子内視鏡２が接続され、この電子内視鏡２の挿入
部先端に固体撮像素子である上記ＣＣＤ３が配設されて
いる。一方、外部プロセッサ装置１内で、患者回路とし
てＣＣＤドライバ４及びビデオ信号の増幅処理等をする
信号処理回路５が設けられ、これらの患者回路はアイソ
レーションデバイス６を介して出力回路に接続されてい
る。この出力回路としては、Ａ／Ｄ（アナログデジタ
ル）変換器７、フレームメモリ８、Ｄ／Ａ（デジタルア
ナログ）変換器９、制御回路１０等が設けられる。

【０００４】従って、上記制御回路１０及びＣＣＤドラ
イバ４によりＣＣＤ３が駆動されると、このＣＣＤ３の
撮像により得られたビデオ信号は、信号処理回路５にて
カラー表示に対応したプロセス処理が施される。その後
に、ビデオ信号はアイソレーションデバイス６を介して
Ａ／Ｄ変換器７へ入力されることになり、このデジタル
ビデオ信号はフレームメモリ８に記憶される。そして、
フレームメモリ８に格納されたビデオ信号はＤ／Ａ変換
器９によりアナログ信号に変換され、この後に不図示の
モニタに出力されることになり、上記ＣＣＤ３にて撮像
された映像はモニタ上にカラーで画像表示される。

【０００５】上記において、アイソレーションデバイス
６はフォトカプラやパルストランス等からなり、患者回
路と出力回路とを電気的に遮断することにより、電子内
視鏡２を患者に適用する際の安全性を保つために設けら
れる。すなわち、上記フォトカプラの場合は電気信号を
一旦光信号に変換し再び電気信号に戻す動作を行うこと
により、患者回路と出力回路の間を電気的に遮断し、３
〜４ｋＶ以上の絶縁耐圧を維持している。また、パルス
トランスの場合はトランスが有する絶縁耐圧によって上
記両者間に所定の絶縁耐圧を維持することができ、この
ようなアイソレーションデバイス６により患者等に対す
る電気的安全性を確保している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おける電子内視鏡装置の信号伝送処理回路では、上記ア
イソレーションデバイス６における温度条件や固有の特
性等によって、患者回路と出力回路との間で伝送される
ビデオ信号に変動が生じ、特にフォトカプラを用いる場
合に顕著となるという問題があった。すなわち、フォト
カプラでは発光ダイオードによってビデオ信号である電
気アナログ信号をその大きさに対応した光量に変換し、
この光量をフォトトランジスタで電気信号に変換してい
るが、このダイオード及びトランジスタが温度により影
響を受けることになり、光変換効率が温度条件によって
ばらつくことになる。

【０００７】また、アイソレーションデバイス６として
のフォトカプラやパルストランスは、生産ロットで個々
の部材に特性のばらつきがあるが、ビデオ信号は複数の
信号、例えばＲＧＢの各信号毎に、或いは色差信号、輝
度信号毎にそれぞれのアイソレーションデバイス６を用
いて伝送されており、上記生産ロットによる特性のばら
つきによってビデオ信号の正確な伝送ができないという
問題があった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、アイソレーションデバイスを含め
て帰還制御ループを形成することにより、アイソレーシ
ョンデバイスとしてのフォトカプラにおいて光変換効率
のばらつき、又はアイソレーションデバイスの固有特性
のばらつきが生じた場合でも、ビデオ信号を正確に伝送
することができる電子内視鏡装置の信号伝送処理回路を
提供することにある。

【０００９】上記目的を達成するために、本発明は、患
者に適用される電子内視鏡側の患者回路とビデオ信号を
処理／出力する出力回路とがアイソレーションデバイス
にて接続される電子内視鏡装置の信号伝送処理回路にお
いて、上記出力回路側に設けられ、ビデオ信号の基準レ
ベルをサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
このサンプルホールドされた信号をアイソレーションデ
バイスを介して患者回路側へ戻した後に、この信号を帰
還してビデオ信号のレベルが一定となるように制御する
レベル制御回路と、を含んで構成された制御ループを設
けたことを特徴とする。上記において、上記レベル制御
回路として可変利得アンプを設け、この可変利得アンプ
にサンプルホールドされた信号を帰還してビデオ信号の
レベルを一定に制御するようにすることができる。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、可変利得アンプから出力
されたビデオ信号はアイソレーションデバイスを通過し
た後に、基準レベルがサンプルホールドされることにな
り、このサンプルホールド電圧は例えばコンパレータで
参照電圧と比較され、その差分信号が制御信号として出
力される。この制御信号は、アイソレーションデバイス
を介して患者回路側の可変利得アンプに入力され、この
制御信号によりゲインがコントロール（直線的に）され
ることになり、これによって変動のない安定したビデオ
信号を得ることが可能となる。すなわち、アイソレーシ
ョンデバイスが可変利得制御回路ループ内に存在するの
で、アイソレーションデバイスにより生じた信号の変動
成分を補償することになり、例えばフォトカプラの光変
換効率が温度により変動したとしても、その変換効率が
一定となるように制御することができる。

【００１１】

【実施例】図１には、実施例に係る電子内視鏡装置の信
号伝送処理回路、すなわちアイソレーションデバイスに
おける信号伝送処理回路の構成が示されており、図にお
いて第１群のアイソレーションデバイス１２ａ，１２ｂ
はフォトカプラからなり、伝送される複数のビデオ信号
毎に配設される。このアイソレーションデバイス１２
ａ，１２ｂにて出力回路から電気的に遮断された患者回
路側には、入力端子Ａに接続して検出パルスＣＰ0 をビ
デオ信号にミックスする混合部１３、可変利得アンプ
（ＧＣＡ−Gain Control Amplifier）１４、レベル変換
部１５が設けられている。

【００１２】一方、出力回路側にはアンプ１６と出力端
子Ｂの間に接続するようにして、クランプ回路１７、サ
ンプルホールド回路１８、増幅器（差動増幅器）２０が
設けられており、上記クランプ回路１７にはクランプパ
ルスＣＰ1 、サンプルホールド回路１８には上記混合部
１３でミックスされた検出パルスの部分を基準レベルと
してサンプルホールドするためのサンプリングパルスＣ
Ｐ2 が与えられ、検出パルスのレベルをサンプルホール
ドすることができる。また、上記増幅器２０の負端子側
に抵抗Ｒ1 が接続されると共に、ローパスフィルタの役
目をする抵抗Ｒ2 及びコンデンサＣ2 が接続され、正側
端子には参照電圧Ｖref が与えられており、増幅器２０
は上記サンプルホールドされた信号電圧と参照電圧Ｖre
f を比較してその差の電圧信号を出力することになる。
そして、この増幅器２０の出力はアイソレーションデバ
イス１２ｂを介して患者回路側のレベル変換部１５に供
給され、このレベル変換部１５によって所定のレベルに
変換された制御信号を可変利得アンプ１４に帰還する構
成となっている。

【００１３】次に、上記図１の構成による動作を、図２
に基づいて説明する。図２（ａ）には、図１の患者回路
側の入力端子Ａに入力されるビデオ信号が示されてお
り、このビデオ信号は混合部１３にて図２（ｂ）の検出
パルスＣＰ0 がミックスされ、図２（ｃ）に示される信
号となって、可変利得アンプ（ＧＣＡ）１４へ入力され
る。そうすると、この可変利得アンプ１４の出力がアイ
ソレーションデバイス（フォトカプラ）１２ａを介して
出力回路側のアンプ１６に供給され、出力端子Ｂから出
力されることになるが、このアンプ１６の出力はクラン
プ回路１７にも出力される。そして、このクランプ回路
１７では、図２（ｄ）に示されるクランプパルスＣＰ1
にてビデオ信号の基準レベル［図２（Ｃ）の１００］が
直流再生される。すなわち、ビデオ信号には光学的に黒
の部分（黒レベル信号）がビデオ信号の基準レベル１０
０として存在しており、この基準レベル１００をクラン
プすることになる。

【００１４】上記クランプ回路１７の出力は、次のサン
プルホールド回路１８に入力され、このサンプルホール
ド回路１８では図２（ｅ）に示されるサンプリングパル
スＣＰ2 によって図２（ｃ）のビデオ信号がサンプルホ
ールドされる。このサンプリングパルスＣＰ2 は、上記
検出パルスＣＰ0 の混合によって形成された検出部１０
１をサンプリングしており、このサンプリング電圧はホ
ールドされて、図２（ｆ）に示されるホールド電圧が得
られる。上記の検出部１０１は、図２（ａ）に示される
ビデオ信号の基準レベル１００部分（或いは前段におい
てブランキングされた部分）であり、実質的に基準レベ
ルの信号をサンプルホールドすることになる。

【００１５】そうして、上記サンプルホールド回路１８
の出力は増幅器２０の負側端子に入力され、正側端子に
与えられている参照電圧Ｖref と比較されることにな
り、このサンプルホールド電圧が参照電圧Ｖref よりも
大きい場合には、負の差電圧信号が出力され、逆に小さ
い場合には正の差電圧信号が出力される。この増幅器２
０の出力は、アイソレーションデバイス１２ｂを介して
レベル変換部１５へ供給され、このレベル変換部１５で
所定のレベルに変換された後に可変利得アンプ１４に入
力される。

【００１６】上記可変利得アンプ１４では、図２（ｇ）
に示されるレベル変換部１５の出力（制御電圧）に基づ
いてゲインをコントロールしており、レベル変換部１５
からの制御電圧に比例した利得でビデオ信号が増幅処理
されることになり、ビデオ信号がアイソレーションデバ
イス１２ａ又は１２ｂの一方或いは両者によって変動し
た場合でも、その変動分を補償することができる。すな
わち、図１に示される信号伝送処理回路は、複数のビデ
オ信号について設けられており、各ラインでアイソレー
ションデバイス１２ａ及び１２ｂが温度により異なる影
響を受けた場合、又は各デバイスで異なる固有特性を有
していた場合でも、伝送されたビデオ信号に変動を生じ
させることがない。

【００１７】図３には、図１の回路の等価回路が示さ
れ、図４には、図３の回路を更に簡略化した等価回路が
示されており、以下に上記のビデオ信号に変動が生じな
い理由を説明する。図において、Ｈ_G は可変利得アンプ
１４の制御電圧に対する利得変化の伝達関数、Ｈ_I1はア
イソレーションデバイス１２ａの伝達関数、Ａ₁ はアン
プ１６のゲイン、Ｈ_C はクランプ回路１７の伝達関数、
Ｈ_S はサンプルホールド回路１８の伝達関数、Ａ₂ は増
幅器２０で構成したアンプゲイン、Ｈ_I2はアイソレーシ
ョンデバイス１２ｂの伝達関数、Ｈ_L はレベル変換部１
５の伝達関数である。そして、図４から明らかなよう
に、Ａ₀ ＝Ａ₂ ・Ｈ_I2・Ｈ_L ・Ｈ_G ・Ｈ_I1・Ａ₁ であ
り、β＝Ｈ_S ・Ｈ_C である。そして、図１の回路におけ
るビデオ信号の出力電圧Ｖｏと増幅器２０の参照電圧Ｖ
ref との比Ｖｏ／Ｖref は、次の数式１にて示される。

【００１８】

【数式１】Ｖｏ／Ｖref ＝Ａ₀ ／（１＋Ａ₀ β） ここで、Ａ₀ β＞＞１とすれば、

【００１９】

【数式２】Ｖｏ／Ｖref ＝１／β＝１／（Ｈ_S ・Ｈ_C） となる。

【００２０】上記数式２の結果から理解されるように、
可変利得アンプ１４を含んだ制御ループの出力Ｖｏは、
クランプ回路１７とサンプルホールド１８の伝達関数に
よって決定されることになり、アイソレーションデバイ
ス１２ａ，１２ｂによっては全く影響を受けないことに
なる。従って、温度条件の相違や特性のばらつきによっ
て伝送中に変動が生じても、その変動分を補償したビデ
オ信号を得ることができ、しかも伝送中に他の装置等に
よって外乱（ノイズの発生）が生じた場合でも、この外
乱による影響も解消することができる。

【００２１】次に、上記の信号伝送処理回路を組み込ん
だ実際の電子内視鏡装置の全体構成を図５及び図６によ
り説明する。図５に示されるように、外部プロセッサ装
置１に、コネクタ２２を介して処理ユニット２３が接続
され、この処理ユニット２３に電子内視鏡２が一体に又
はコネクタによって接続される。この電子内視鏡２の先
端部には、ＣＣＤ３が接続されると共に、先端から観察
光を出射するためのライトガイド２４が配設されてい
る。実施例では、上記処理ユニット２３内（或いは電子
内視鏡の操作部内等でもよい）に、ＣＣＤドライバ４及
び第１の信号処理回路２５が配設されている。

【００２２】図６には、上記ＣＣＤドライバ４を含む上
記第１の信号処理回路２５の詳細な回路が示されてお
り、この第１の信号処理回路２５内には、相関二重サン
プリング（ＣＤＳ-Correlated Double Sampling ）を用
いた自動利得制御部（ＡＧＣ）２７、クランプ処理、マ
トリクス処理、ガンマ補正、ブランキング等を行うプロ
セス処理部２８、ＣＣＤドライバ４を含む各部へタイミ
ングパルスを供給するタイミングジェネレータ２９が設
けられており、上記自動利得制御部２７にＣＣＤ３の出
力が入力される。また、上記プロセス処理部２８での各
処理を効率よく行うためにマイコン３０及びインターフ
ェース３１が設けられる。従って、処理ユニット２３内
に設けられたＣＣＤドライバ４及び第１の信号処理回路
２５によれば、ＣＣＤドライバ４によってＣＣＤ３の駆
動制御が行われると共に、ＣＣＤ３で得られた被観察体
内のビデオ信号に対しては、第１の信号処理回路２５に
よって後述するメモリの前段までの画像処理が行われる
ことになる。

【００２３】そして、外部プロセッサ装置１内には、上
述した図１のアイソレーションデバイスを含んだ信号伝
送処理回路３３が設けられ、この信号伝送処理回路３３
には上記第１の信号処理回路２５から例えばＲＧＢの各
ビデオ信号がそれぞれに設けられた第１群のアイソレー
ションデバイス１２を介して伝送される。そして、この
信号伝送処理回路３３にはＡ／Ｄ変換器３４を介してフ
レームメモリ３５が接続され、このフレームメモリ３５
にはＤ／Ａ変換器３６を介して第２の信号処理回路３７
が接続されており、この第２の信号処理回路３７によっ
てモニタに出力するための出力処理が行われる。

【００２４】また、外部プロセッサ装置１内に第２群の
アイソレーションデバイス３８及び第３群のアイソレー
ションデバイス３９が配設され、上記第２群のアイソレ
ーションデバイス３８にはタイミングパルス発生回路４
０が接続され、第３群のアイソレーションデバイス３９
には操作部（コントロールパネル）４１が接続される。
上記タイミングパルス発生回路４０は、タイミングパル
スを上記各構成部に出力すると共に、第２群のアイソレ
ーションデバイス３８を介して電子内視鏡２側へ同期信
号（Ｃ−ＳＹＮＣ）、ブランキング信号（Ｃ−ＢＬ
Ｋ）、動作制御信号（４ｆ_SC）等のパルスを供給する。
一方、操作部４１からは第３群のアイソレーションデバ
イス３９を介して電子内視鏡２側へフリーズ、部分拡
大、電子シャッタ等の動作、γ値の設定等を行うための
制御信号が供給される。なお、トランス４３、第１電源
回路４４、第２電源回路４５が設けられ、上記第１電源
回路４４は電子内視鏡２内に配置されているＣＣＤドラ
イバ４及び第１の信号処理回路２５へ、第２の電源回路
４５は外部プロセッサ装置１内の各処理回路へ電源を供
給する。

【００２５】更に、上記電子内視鏡２内のライトガイド
２４に光学的に接続された光源４６が設けられ、この光
源４６に光源電源４７が接続され、上記光源４６は光源
制御部４８でコントロールされており、例えば面順次式
の場合はＲＧＢフィルタを駆動させてＲＧＢ光が順次出
力されることになる。

【００２６】以上の構成によれば、光量制御部４８の制
御によって光源４６から出力された光は、電子内視鏡２
内をライトガイド２４にて伝達され、これによって観察
光が先端部から被観察体内へ照射される。そうすると、
ＣＣＤドライバ４で駆動制御されたＣＣＤ３により、上
記観察光によって照射された被観察体像が捉えられ、Ｃ
ＣＤ３からビデオ信号が第１の信号処理回路２５へ供給
される。この第１の信号処理回路２５では、所定の増
幅、クランプ、γ補正、ブランキング等の処理がビデオ
信号に施され、例えばＲＧＢの各ビデオ信号が外部プロ
セッサ装置１へ供給される。

【００２７】このようにして入力されたビデオ信号は、
図１の信号伝送処理回路３３に供給されることになり、
上述のように、検出パルスＣＰO が混合されて、利得制
御アンプ１４を介してアイソレーションデバイス１２ａ
に出力される。このアイソレーションデバイス１２ａで
は、入力信号を電気−光変換し、更に光−電気変換して
おり、電気変換されたビデオ信号は出力回路側であるア
ンプ１６へ出力される。従って、このアイソレーション
デバイス１２ａにより、患者回路と出力回路とが電気的
に遮断されることになる。そして、上記アンプ１６の出
力は、クランプ回路１７、サンプルホールド回路１８に
供給されて、ビデオ信号の基準レベル１００がクランプ
されると共に検出部１０１がサンプルホールドされるこ
とになり、このサンプルホールド電圧は参照電圧Ｖref
と比較されて、アイソレーションデバイス１２ｂを介し
てレベル変換部１５へ供給される。従って、レベル変換
部１５の出力によって利得制御アンプ１４の利得がリニ
アに制御され、この利得制御アンプ１４の出力がアイソ
レーションデバイス１２ａ、１２ｂの影響によって変動
した場合には、その変動をなくす方向に制御されること
になる。

【００２８】上記のようにして、患者回路と出力回路と
の間を伝送されたビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器３４を介
してフレームメモリ３５へ一旦記憶され、その後に読み
出されると、Ｄ／Ａ変換器３６を介して第２の信号処理
回路３７へ入力されることになり、この第２の信号処理
回路３７からＲＧＢの各信号、Ｙ／Ｃ信号等がモニタへ
出力される。なお、タイミングパルス発生回路４０から
は同期信号がモニタへ出力される。このようにして、モ
ニタ上には被観察体内の画像がカラー表示される。

【００２９】上記の信号伝送処理回路３３によれば、電
子内視鏡装置における環境の温度条件が変化して、アイ
ソレーションデバイス１２ａ，１２ｂに特性の変化が生
じたとしても、また個々のアイソレーションデバイス１
２で特性が異なっていたとしても、安定した状態でビデ
オ信号を伝送できることになる。なお、上記実施例で
は、アイソレーションデバイス１２としてフォトカプラ
を用いた例を示したが、パルストランスを用いても同様
の効果を得ることができる。

【００３０】また、上記信号伝送処理回路３３は、他の
装置によって伝送中にノイズ成分が混入した場合でも、
その外乱による影響を防止することができるし、本来の
利得制御アンプとしての機能も同時に発揮することにな
り、安定したビデオ信号を形成することができることに
なる。

【００３１】更に、上記図１に示される信号伝送処理回
路３３内の回路では、利得制御回路１４を用いた例を示
したが、アンプ構成のレベル制御回路とすることもで
き、この場合はサンプルホールド回路１８の出力を直接
的にレベル制御回路に供給し、サンプルホールドされた
信号に基づいてレベルを制御することが可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えば患者回路側に可変利得アンプを設け、出力回路側
にビデオ信号の基準レベルをサンプルホールドするサン
プルホールド回路を設け、アイソレーションデバイスを
内包した状態で、サンプルホールドした信号を上記可変
利得アンプに帰還し、ビデオ信号のレベルが一定となる
ように制御する制御ループを形成したので、フォトカプ
ラにおける光変換効率のばらつき、又はアイソレーショ
ンデバイスの固有特性のばらつきが生じた場合でも、そ
れによる変動を補償したビデオ信号を形成することがで
き、患者回路から出力回路へビデオ信号を正確に伝送す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電子内視鏡装置の信号伝
送処理回路の構成を示す回路ブロック図である。

【図２】図１の実施例の各構成部の動作を示す波形図で
ある。

【図３】図１の信号伝送処理回路の等価回路を示す回路
ブロック図である。

【図４】図１の信号伝送処理回路を更に簡略化した等価
回路を示すブロック図である。

【図５】実施例の電子内視鏡装置の全体構成を示す回路
ブロック図である。

【図６】図５の回路における第１の信号処理回路内の構
成を示す回路ブロック図である。

【図７】従来における電子内視鏡装置の概略構成を示す
回路ブロック図である。

【符号の説明】

１ … 外部プロセッサ装置、 ２ … 電子内視鏡、 ３ … ＣＣＤ、 ６，１２ａ，１２ｂ，３８，３９ … アイソレーショ
ンデバイス、 １３ … 混合部、 １４ … 可変利得アンプ（ＧＣＡ−Gain Control Amp
lifier）、 １７ … クランプ回路、 １８ … サンプルホールド回路、 ２０ … 増幅器、 ２５ … 第１の信号処理回路、 ３３ … 信号伝送処理回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 患者に適用される電子内視鏡側の患者回
   路とビデオ信号を処理／出力する出力回路とがアイソレ
   ーションデバイスにて接続される電子内視鏡装置の信号
   伝送処理回路において、上記出力回路側に設けられ、ビ
   デオ信号の基準レベルをサンプルホールドするサンプル
   ホールド回路と、このサンプルホールドされた信号をア
   イソレーションデバイスを介して患者回路側へ戻した後
   に、この信号を帰還してビデオ信号のレベルが一定とな
   るように制御するレベル制御回路と、を含んで構成され
   た制御ループを設けたことを特徴とする電子内視鏡装置
   の信号伝送処理回路。
2. 【請求項２】 上記レベル制御回路として可変利得アン
   プを設け、この可変利得アンプにサンプルホールドされ
   た信号を帰還してビデオ信号のレベルを一定に制御する
   ようにしたことを特徴とする上記第１請求項記載の電子
   内視鏡装置の信号伝送処理回路。