JPS6161584A - 固体撮像素子を用いた内視鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は電荷結合素子等の固体撮像素子を用いた内視鏡
において、固体撮像素子にて得られた信号を画像表示手
段に供給する信号線が断線した場合に、予備の信号線に
切り換えることができるようにした固体撮像素子を用い
た内視鏡に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用い
た内視鏡、特に該素子を挿入部の先端部に装置して、被
検体の内部情報をテレビジョン表示することのできる内
視鏡が開発されようとしている。

上記のような内視鏡の一例を第３図に示し、その概要を
説明する。尚、この第３図はｆｉ、開昭５５−５４９３
３号公報に開示されたものであり、色フレーム頭次方式
と称されるカラー表示可能な装置である。

第３図において、符号３０は挿入先端部を、４０は照明
手段を、５０は電気部をそれぞれ示し、挿入先端部３０
には固体撮像素子３１が内蔵されるとともに照明手段４
０からの照明光を伝達するうイトガイドケーブル４１が
導入され、固体撮像素子３１で得られる信号を電気部５
０に供給して、この電気部５０において送られて来る信
号を標準方式のテレビジョン信号に変換して表示するこ
とができる。

先ず、照明手段４０は、赤、緑、青の３個の独立したス
トロボランプ４２ないし４４を有し、これらのランプ４
２ないし４４はストロボ駆動装置４５によって所定順序
で駆動される。これらのランプ４２ないし４４の発光面
には、集光レンズ４６ないし４８を配置し、これら各集
光レンズ４６ないし４８は、ランプ４２等からの光をｆ
波してライトガイドファイバ４１の光入射面に集束する
機能を有している。このライトガイドファイバ４１の光
入射面側は３つに分岐している。こうして各入射面に入
射゛された光は、挿入先端部３０に導入される。勿論、
各入射面は、各集光レンズ４６の、　　　　焦点範囲に
位置している。

上記のごとく導入された照明光は、ライトガイドファイ
バ４１の出射端から配光レンズ４９を介近傍には対物レ
ンズ３２が配置されている。被写体から反射される光は
この対物レンズ３２の後方に結像される。この結像位置
には固体撮像素子３１の受光面が位置しており、前記反
射光による像はこの受光面に電荷として蓄積される。こ
の蓄積電荷は、駆動増幅器３１ａによって一定時間の後
可視画像信号として読出され、信号線３３．を通って映
像増幅器３４に供給される。この映像増幅器３４の出力
は、信号線３３．を通って電気部５０のアナログスイッ
チ５１に供給される。

電気部５０は、第１フイールドの信号がロードされる第
１の記憶回路５２と、第２フイールドの信号がロードさ
れる第２の記憶回路５３を含み、アナログスイッチ５１
の第１出力端側に第１の記憶回路５２が、第２出力端側
に第２の記憶回路５３がそれぞれ接続されている。各記
憶回路５２．５３は、３個のレジスタ５３８．５３２．
５３．および５４１．５４２、５４．を有し、これらの
間にアナログスイッチ５５８．５５□および５６８．５
６！が挿入された直列接続をなしている。また、電気部
５０にはタイミング回路５７と画像処理回路５８とを有
し、タイミング回路５７は各レジスタおよびアナログス
イッチ並びに駆動増幅器３１ａおよびストロボ駆動装置
４５の動作タイミングを制御し、画像処理回路５８は各
レジスタから読出された信号を標準テレビジョン信号に
処理して変調器５９に供給している。この変調器５９は
、前記テレビジョン係゛号を変調してＴＶ受像機６０の
例えばＲＦ入力端子に供給している。

以上の構成から成る内視鏡の動作を簡単に説明する。

固体撮像素子３１の撮像原理は、１９７４年２月発行の
「サイエンティフィック・アメリカン」に詳細に記載さ
れているので省略するが、ここでは１ラインごとに直列
フローシフトレジスタ方式でデータを読出すものとする
。一方、ストロボ駆動装置４５は、各照射用ランプ４２
，４３．４４を各フィールド期間中に１回発光させる。

この１回の間隔はフィールド期間を１／６０秒とすると
１／１８０秒となる。これによって、対物レンズ３２の
対象面にある領域の被写体像が赤、緑、青の順序で固体
撮像素子３１の撮像面に照射されることになる。

最初の第１フイールドの赤の期間の信号は、挿入部内の
信号線３３．を伝送され、映像増咄器３４および信号線
３３．を介してアナログスイッチ５１に導入される。こ
のとき、アナログスイッチ５１は、第１出力端に信号線
３３１Ｉかうの信号を導びき、レジスタ５３．にこの信
号を記憶させる。次の緑の期間には、固体撮像素子３１
は、蓄積データがクリヤされ、緑の色情報を撮像する。

ここで再び固体撮像素子３１からのデータは、信号線３
１、等を経てレジスタ５３１の中にバンクされる。この
とき、レジスタ５３１中の赤のデータは、アナログスイ
ッチ５５□の接続路を経てレジスタ５３□に転送される
。

次の青の期間も同様に、青のデータがレジスタ５３゜に
、緑のデータがレジスタ５３．に、赤のデータがレジス
タ５３．に４Ｍ＜送・記憶される。これによって第１フ
イールド（奇数）期間が終了する。

第１フイールドの終了時点において、タイミング回路５
７は、アナログスイッチ５１．５５２．５５、の接続状
態を切換え、各レジスタ５３．　、５３．　。

５３、に蓄積されたデータを同時に画像処理回路５８に
所定のタイミングで転送される。この転送期間中に第２
フィールド分の各赤、緑、青のデータがレジスタ５４．
　、５４．　、５４Ｂにそれぞれ記憶される。

画像処理回路５８に入力されたデータは、変調器５９を
通してＴＶ受像機６０に供給されスクリーン上にカラー
表示することができる。

上記のような内視鏡において、一点鎖線内で囲った部分
が内視鏡の挿入部に配置されるものである。この挿入部
には、周知のように、ライトガイドファイバ用のチャン
ネル、処置具用チャンネル等のスペースを必要とする。

したがって、先端部に設けられた固体撮像素子３１から
の４８号を画像↑　　表示手段に供給する信号線３３１
は、これら各チャンネル以外に別途設けられる専用のチ
ャンネルを利用しなければならない。一般に、内視鏡挿
入部は被検体の小さな空洞に挿入されるものであるたた
固体撮像素子専用のチャンネルスペースにそれ゛はど多
くを削くわけにはいかない。そこで、上記信号線３３．
は極細径なものにしなければならず必然的に信号線自体
が弱くなって、内視鏡操作の際、に断線事故を起こし、
固体撮像素子の信号がスクリーンに表示されなくなると
いう問題があった。

特に、ある種の内視鏡では、先端部がＵ字状に湾曲操作
できるものもあり、上記断線事故は避は難い問題であっ
た。このような断線事故が被検体内の挿入状態で発生す
ると、内視鏡によるａ祭は当然不可能となり、これを無
理に引き抜こうとすると例えば、医療用内視鏡にあって
は、体腔内を傷付けたり、患者に苦痛を与える等の危険
性があった。

〔発明の目的〕

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、断線事故
があっても画面の映俄は消失することなく内視鏡操作を
続行することのできる固体撮像素子を用いた内視鏡を提
供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は操作者が断線事故があったこ
とを知ることのできる固体撮像素子を用いた内視鏡に関
する。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、固体撮像素子から
の信号をＴＶ受像機等の表示装置に導ひくための信号線
を複数並列に設けたものであって、前記各信号線の一方
を共通接続して固体撮像素子の出力部に接続し、他方は
それぞれ信号線分の切換チャンネルを有する切換選択手
段の各入力端に接続し、この切換選択手段の共通出力端
は固体撮像素子の信号の信号レベル又は直流分を常に検
出する検出手段に接続し、この検出手段の出力と予め設
定された参照電圧とを比較手段にて比較してこの比較出
力でトリガされる切換パルス発生手段の出力にて前記切
換手段を切換制御したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の実施例について説明する。

ここに、第１図は本発明の一実施例に係る内視鏡を示し
、第２図は本発明の動作タイミングを示すタイムチャー
トである。

第１図において、一点鎖線より左側が内視鏡の挿入部に
配設される構成を示し、右側が手元操作部又は内視鏡と
併用される電気部に設けられる構成を示す。ただし、内
視鏡操作部と電気部とは、通常ケーブル装置にて接続さ
れるので、同一点鎖線部より左側をケーブル装置を含め
た内視鏡としてもよい。

符号１はＣＯＤ等の固体撮像素子であり、このＣＣＤ１
で読出された信号は前置増幅器２を介して第１バッファ
回路３に供給される。この第１バッファ回路３の出力は
インピーダンス葺合用抵抗４を介して複数（ここでは４
本）の信号線５１＋５２ｔ５、．５．（代表的に５とす
る）の各一端にそれぞれ共通に導入されている。これら
信号線５はシールド部材によってシールドされており、
このシールド部材６は例えば操作部側で接地されている
。また、信号線５の各他端は、アナログマルチプレクサ
等の切換手段（以下アナログスイッチという）７の各年
１ないし第４入力端＊　、　ｂ　、　ｃ　、　（ｌに接
続されている。

上記アナログスイッチ７の共通出力端ｅは、信号線５の
一端側の整合用抵抗４の抵抗値と同値の抵抗８およびコ
ンデンサ９の直列接続を対接地点間に有するとともに、
同じく対接地点間に抵抗１０を有している。この抵抗１
０の抵抗値は抵抗４および８よりも大きな伍に設定され
ている。これら抵抗８．１０およびコンデンサ９のラダ
接続はアナログスイッチ７を介し１信号線５と次段の第
２バッファ回路１１とを整合している。このラダ接続を
経たアナログスイッチ７の出力端ｅは、前記第２バッフ
ァ回路１１を介して図示しない表示装置側に接続される
とともに、第２バッファ回路１１の出力端は、ローパス
フィルタ１２に接続されている。このローパスフィルタ
１２は、アナログスイッチ７の切換動作時発生するスイ
ッチングノイズ又は外来ノイズを消去する桜能を有する
とともに、前置増幅器２を経た信号にｉ畳される直流成
分を常に次段に導出している。

次に、前記ローパスフィルタ１２の出力は、一方の入力
端に前記直流成分よりも低い値に設定される基準電圧■
３が印加されたコンパレータ１３の他方の入力端に供給
され、同コンパレータ１３にて前記基準電圧ｖｎと比較
されるようになっている。このコンパレータ１３の比較
出力は、クロックパルス発生器１４に供給される。この
クロックパルス発生器１４は、前記比較出力によりトリ
ガされて連続した切換パルスを発生し、同パルスをアナ
ログスイッチＴの制御端子γａに導出している。尚、ク
ロックパルス発生器１４の発生するパルスのパルス期間
は、ローパスフィルタ１２の時定数より長く設定されて
いる。。

このような構成を有する内視鏡は、第２図に示すように
、切換パルスＰｌの発生する期間Ｔにおいてアナログス
イッチＴの接続状態を例えばａ−ｅ間導通からｂ−ｃ間
導通に切換えることができる。

尚、第２図に示すＳｌは第１のバッファ回路１１の出力
波形、Ｓ、はコンパレータ１３の出力波形、Ｓ。

はクロックパルス発生器１４の出力波形、Ｓ４はアナロ
グスイッチ７の接続状態を示す。

すなわち、最初アナログスイッチ７はａ　　６間を導通
状態にしており、信号線５．かうの信号を選択している
ものとすれば、ＣＣＤ１で読出された信号は、例えば前
置虐幅器２にてＳｌに示すようなＶｌなる直流電圧が重
畳され、第１バッファ回路３、抵抗４、信号線５１およ
びａ−６間を経て第２バッファ回路１１に供給される。

この信号は、信号線５Ｉに断線事故が発生すると、Ｓｌ
にて示すように、交流成分も直流成分もしゃ断されてし
まう。本実施例では、この直流成分■１が参照電圧ｖＲ
よりも減衰したときに、コンパレータ１３から例えばロ
ウレベル（Ｌ）のトリガＰ、を発生してグロックパルス
発生器１４を駆動する。これにより、クロックパルス発
生器１３はパルスＰ、をアナログスイッチ７に印加して
、ｂ−６間が接続状態となるように切換える。こうして
アナログスイッチ７は信号線５□を選択し、ＣＣＤ１か
らの信号は、信号線５！を使用して表示装置に供給され
るものである。この場合、信号線５□も断線している事
態も考えられるが、パルス発生器１４の発生する切換パ
ルスＰＩのパルス期間は、ローパスフィルタ１２の時定
数より長く設定されているため、第２バッファ回路１１
の出力が直流電圧Ｖ、を呈する迄パルスを連続して出し
続けることができる。このため、確実に導通状態の信号
線を選択することができるものである。以上のような信
号線切換動作は、はんの僅かな期間に行なわれるため、
画面上殆んど影響がない。

また、本発明は複数の信号線５としたことによる前置増
幅器２と信号線５との整合を、第１バッファ回路３およ
び抵抗４で行い、出力１１１！Ｉ　Ｋ気部と信号線５と
の整合を第２バッファ回路１１で行っているため、映像
レベルを低下させる等の不都合は生じない。

尚、他の実施例として、ＣＯＤ出力信号の交流成分を検
出保持する構成も容易に考えられる。この場合には、ロ
ーパスフィルタ１２の代わりに、交流信号をレベル検波
し、かつレベル保持する検波器を用いる。

また、本考案は信号線に限定するものではなく、例えば
第３図で説明したように、ＣＣＤ１を駆動するためのＩ
ＪＡ動信号線に適用することもできる。

更に、クロッグパルス発生器１４の出力で発光ダイオー
ド等を表示するように構成すれば、操作者は断線事故が
あった事を知ることができ、次の内視鏡操作には新らた
な内視鏡を使用するため、患者の体内を観察することな
く無理矢理抜去するといった事態を防ぐことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、固体撮像素子の出
力信号線を複数並列に内視鏡内に配設するようにし、こ
れらの信号線を選択できるようにしたので、断線事故を
生じても予備の信号線を利用することができ、画像表示
には何ら影響することがないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内祝（Ａの一実施例を示す回路構
成図、第２図は本発明の詳細な説明するためのタイムチ
ャート、第３図は本発明に関係する１・・・ＣＣＤ、　
　　　　　　２・・・前置増幅器、３．１１・・・バッ
ファ回路、 ４．８．１０・・・抵抗、　　５・・・信号線、７・・
・アナログスイッチ、１２・・・ローパスフィルタ、１
３・・・コンパレータ、 １４・・・クロックパルス発生器。 ゛に、ニー−・′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被写体像を受光面に撮像することのできる固体撮像素子
   と、この素子からの信号を一方の各端部に共通に導入し
   て他方の各端部にそれぞれ導出する複数の信号線と、各
   信号線の数に対応した切換チャンネルを有し、１つの信
   号線を選択することのできる切換選択手段と、この切換
   選択手段からの信号の直流分又は交流分のレベルを検出
   して保持する検出手段と、この検出手段の出力レベルと
   予め設定された参照レベルとを比較する比較手段と、こ
   の比較手段の出力でトリガされ、前記検出手段の出力レ
   ベルが参照レベルに略等しくなる迄前記切換選択手段を
   切換制御するパルスを連続的に■出力するパルス発生手
   段とを具備したことを特徴とする固体撮像素子を用いた
   内視鏡。