JPS62253275A

JPS62253275A - 固体撮像素子内蔵の内視鏡

Info

Publication number: JPS62253275A
Application number: JP62079195A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Nagasaki; 達夫長崎; Hiroyoshi Fujimori; 弘善藤森
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1987-11-05
Also published as: JPH0375118B2

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］本発明はサンプル・ホールド回路と固体撮像素子とを同
一ブツブ上に形成した固体比＠素子内蔵の内視鏡に関す
る。

［発明の技術的昔日とその問題点］近年、電荷結合素子等の固体撮像素子を撮像手段に用い
た内視鏡が種々提案されている。

上記固体Ｖｒｉ像素子を用いた内視鏡は、光学繊維束（
ファイババンドル）で形成したイメージガイドを用いた
内視鏡におけるファイバの折損によって画像の質が低下
することを防止できると共に、画像の記録等が容易にな
る雪の利〆ｌを右し、集積化技術による進展と共に、益
々小型化及び解像力の向上が見込まれるため、今後広く
用いられる状況にある。

上記固体Ｗ１像素子としては、光電変換と走査の２つの
機能を右づる電荷結合素子（ＣＯＤ）が広く用いられて
いる。

ところで、上記ＣＯＤは、内視鏡のようにできるだ（）
細径の挿入部の先端側に収納しなければ／Ｚらないため
、受光部と転送部とを共通にして小型化したライン転送
方式のものが適している。このライン転送方式のＣＯＤ
は、各画素に分解づるように配列した受光素子で受光蓄
積した映像に対応づる信号電荷を読み出す場合、電荷の
転送を行っている最中に受光されると、異るべき画素に
対応づる信号が千尋されてしまう。この千尋される影響
を少くするｌこめ、及び信号読出し時間（に起因づる照
明時間等の減少）による画像の明るさくコンミルラスト
）あるいは解像度の低下を防止するため、フレーム転送
方式等信の方式のものに比べて、非常に高速度での信号
読み出しが必要となる。

ＣＯＤを用いた従来の内視鏡は、特開昭５８−１０３４
３２号公報に開示されているように、ＣＯＤの外部にデ
ィスクリートで構成したサンプル・ホールド回路を設け
、信号読出し川のクロック信号の印加によって、順次読
み出された映像信号を１ナンブル・ホールドしていた。

上記従来例は、構成は、例えば第１図に示１ようになっ
ている。

即ち、内′ｇ１ｍ挿入部の先端部１内に収納された固体
撮像素子２は、受光部（イメージエリア）３て゛各画ん
の信号として各受光素子ごとに受光し、充電変換して電
荷どして蓄積し、この蓄積された信ｇ電荷（よ、読出し
用クロック信号の印加によって、転送され、転送用シフ
トレジスタ４からバッファ５５を経て出力されるにうに
なっている。上記読出された信号は内祝鏡本体外部のリ
ンプル・ホールド回路６に入力され、バッフ７あるいは
バッファアンプで低インピーダンスに変換された復、Ｍ
ＯＳ−ＦＥＴ７のグー１−に印加されるサンプリングパ
ルスによって、高入力インピーダンスのバッフ？８の入
力端にチｔ／−ジされ、このチ１！−ジされた信号がサ
ンプル・ホールド回路６から出力されるようになってい
る。

ところで上記従来例゛においては、１）゛ンブル・ホー
ルド回路６がディスクリ−１−で構成されているため、
配線のためのリードが艮くなり、バッファ８の入力端に
リードによる浮遊容量９が破線で示すように大きく形成
されてしまう。このため、積分定数が大きくなり、内視
鏡に用いた固体撮像索子に要求される高速度の読出しに
１ナンブル・ホールド回路６が追従できなくなってしま
い、ライン転送方式のＣＯＤを用いた場合、画質が低下
してしまう。又、ディスクリートで構成すると、浮遊容
量のばらつき等のため、製品間のばらつきも大きくなる
。さらに固体撮像素子２から出力される信号は、第２図
におりる破線で示づ被写体コントラス１へ波形に対して
、ステップ状でなく各画素ごとにリセットされてＯレベ
ルとなるパルス状波形になるスデータスタイムｔ　ｐ−
ｐが非常に短いものとなるため、サンプル・ホールド回
路で第３図に承りようにステップ波形出力に変換しなけ
れば、後段側での信号処理が難しいものになってしまう
。

上記問題を解決する手段として、外付けのリンプル・ホ
ールド回路を集積回路（ＩＣ）化することが考えられる
が、ＩＣ化するには非常にコストがかかるという欠点が
あった。又、ＩＣ化されたちのもあるが、これらは高速
動作用のものでなく、その動作周波数が低いため、使用
できない。

［発明の目的］本発明は上述した点にかんがみてなされたちので、内視
鏡に用いた固体撮像素子に要求される高速度の信号読出
しに対応でき、且つ出力波形をステップ波形状にできる
サンプル・ホールド回路を＋ｌＴづる固体＠＆累了内蔵
の内視鏡を提供することを目的とする。

［発明の概要］本発明は１ナンブル・ホールド回路と固体撮像素子とを
同一チップ上に形成して、リードによる）マＴ１容吊を
少くして、サンプル・ホールド回路における信号蓄積用
時定数を小さくすることによって高速度の動作を可能に
している。

［発明の実施例］以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第４図及び第５図は本発明の第１実施例に係り、第４図
は第１実施例を示し、第５図は第１実施例に用いられて
いる固体ｍ＠素子チップを示す。

第４図に示１Ｊ、うに第１実施例の内視鏡１１には、細
径の挿入部１２の先端側に対物レンズ１３を配設してラ
イトガイド１４の端面から出射され、照明された被写体
の像を固体撮像索子１５の第５図に示Ｊ受光部（受光面
）１６に結ぶようにしである。

上記挿入部１２内を挿通されたライトガイド１４の後端
は、光源装置１７に３！着され、このライトガイド１４
の後端面に照明ランプ１８の照明光をフィルタ装置１９
及びコンデンサレンズ２０を経た３原色の各照明光で順
次照明されるようになっている。

上記固体撮像索子１５の受光部で受光され、電荷として
発積された信号は、読出し用クロック信号の印加によっ
て、転送され、シフトレジスタ２１から出力される。こ
のシフトレジスタ２１の出力端は、該固体撮像索子１５
と同一チップ上に形成されたサンプルホールド回路２２
の入力端に接続されている。

このサンプルホールド回路２２で、１ナンブリングされ
てホールドされた信号は、（挿入部１２の先端側あるい
は挿入部１２の手元側又は）外部のビデオプロセス部２
３内のアンプ２４で増幅後、八［）変換器２５で）′イ
ジタル吊に変換され、フレームス■す２６Ｒ，２６Ｇ　
、　２６　［３に１フレームごとに順次；ｔ：き込まれ
るようになっている。

上記フレームス［す２６Ｒ，２６０，２６Ｂは、フィル
タ装置１つにＪ３ける例えばスミ−ライブ状に形成され
た赤、緑、０の各透過フィルタを液晶等を用いて経時的
に順次通りことによって、赤、緑。

青の照明光で照明された被写体の像のディジタルデータ
が１フレームごとに対応づるフレームスしりにそれぞれ
書ぎ込まれるようになっている。しかしてこれらフレー
ムメモリ２６Ｒ，２６Ｇ、２６Ｂへの店き込みは、照明
光の色を切換える際の短い？ｉｌｉで期間に高速度で行
われるようになっている。又、各フレームスＤす２６Ｒ
，２６Ｇ、２６Ｂに店き込まれたデータは同時に読み出
され、Ｄ△変換されてＴＶモニタ２７のＲＧ　Ｂ入力端
に印加されるようになっている。

ところで、上記サンプル・ホールド回路２２は、第５図
に示すように固体撮像索子１５と同一のデツプ、つまり
固体Ｉｉｍ素子チップ３１上に形成されている。このサ
ンプル・ホールド回路２２は、例えば３個のＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ３２．３３．３４で形成されている。

即ち、シフトレジスタ２１の出力端にその入力端のゲー
トが接続されたＭＯＳ−ＦＥＴ３２はバッファであり、
そのソースは定電流回路又は抵抗を介してアブログ用Ｇ
ＮＤに接続されている。このソースからソースフォロワ
的に低インピーダンスに変換された信号は、スイッチ用
ＭＯ８−ＦＥＴ　３３を経て該ＭＯ８−ＦＥＴ３３がオ
ンされた＋１５、出力側バッファ用のＭＯＳ−ＦＥＴ３
４のゲートに導通されてそのゲート・ドレイン間の等画
入力容ｒＡ３５にチャージされるようになっている。

しかしてスイッチ用のＭＯＳ−ＦＥ’ｒ３３のグーｉ〜
にサンプリング用の信号が印加されなくなっ（、そのソ
ース・ドレイン間がオフにされると、その信Ｑ４；ｔＭ
Ｏ８−ＦＥＴ３４の入力容’ｔ、　３５　′ｃ−保持（
ホールド）され、ビデオプロセス部２３（のアンプ２４
）側に出力されるようになっている。

上記ＭＯ３−ＦＥＴ３４の等何泊な入力容量３５は、従
来例における外付けによるサンプル・ホールド回路のリ
ードの）１′Ｍ容準に比べてはるかに小さくできるので
、積分の時定数を小さくでき、従って上記従来例の揚台
よりもはるかに、Ｘ！ｉ逮磨でナンブル・ホールドの動
作が可能になるようにしである。

上記第１実施例によれば、固体囮＠ｌ素子１５と同一チ
ップ上にＩＣ化してサンプル・ボールド回路２２を形成
しであるので、特にそのホールド用バッファ３４の入力
容量３５を小さくでき、極めて短いパルス幅のストロー
ブ信号をスイッチ用ＭＯＳ　−Ｆ　Ｅ　Ｔ　３３のグー
１−に印加ηることによって、読み出された信号をその
振幅を殆んど低下することなく保持して第３図に示Ｊよ
うにステップ状波形に変換して保持できる。

従って信号読出しを非常にΩ速度で行うことができると
共に、サンプル・小−ルド回路２２から出力さ゛れる波
形はステップ状波形の信号であるので、△Ｄ変換づる場
場合にｂタイミングとかΔＤ変換に要りる■）間幅に対
する条件を緩和−Ｃき、（す段での信号処理が容易にで
きる。

第６図は本発明の第２実施例である。

この実施例の内視鏡４１においては、光源装置１７内に
、フィルタ装置１９を用いないで、白色照明光で被写体
を照明し、一方上記第５図に承すようにサンプル・ホー
ルド回ｍ２２と同一チップ」−に形成された固体撮像素
子１５の（受光部１６）前面にはモザイク状配列の３原
色フィルタ４２が配設しである。しかして、上記サンプ
ル・ホールド回路を軽で読み出され、増幅された信号は
、上記サンプル・ホールド回路のサンプリングパルスの
立下がりＴツアと同期してＡＤ変換するＡＤ’ａ換器２
５を紅で、ディジタルデータに変換され、このデータは
、フレームス−しり２６に宙き込まれるようになってい
る。

このフレームメモリ２６に書き込まれたデータの読み出
しｔよ、ＮＴＳＣ方式の水平及び垂直向ＩＩ信号に同期
したアドレス信号の印加で順次読み出され、ＤＡ変換さ
れた後ビデオプロヒス部２３−内のサンプル・ホールド
回路４３Ｒ，４３Ｇ、４３１３で３１京色の色信号Ｒ，
Ｇ、［３に分離され、且つ水平及び重直同明（、ｌｉ　
ｊ３がΦ畳されて、あるいはＮ　Ｔ　Ｓ　Ｃ／Ｊ式の映
像信号に変換され、ＴＶモニタ２７にカラー画像どして
表示されるＪ：うになっている。尚、上記ビデオプロセ
ス部２３−内のサンプル・ホールド回路４３［＜、４３
Ｇ、４．３Ｂは、固体撮像素子１５と同一チップ上に形
成されたちのＪ、りも低速度′Ｃ−動作づるものであっ
てし良い。

ｆｊ、上記固体鑵＠木子１５からの１号を読み出１側の
サンプル・ホールド回路２２は、上記固体撮像素子１５
と同一チップ上に形成しであるので、その入力容量３５
が小さく、ＴＶモニタ２７で表示する際の各フレームに
おける垂直帰線Ｉ’ｌｌ聞内に読み出づことができるよ
うに高速匪で動作できるようにしである。従って、表示
装置としては、通常のＮＴＳＣ方式の装置を用いて、鮮
明に表示できるＪ：うになっている。

尚、上記第２実施例において、Ａ／Ｄ変換した信号デー
タを上記第１実施例のように３つのフレームメモリに各
色に対応する信号に分離して書き込み、この丙き込んだ
データを読み出してＤ／Ａ変換して３原色の色信号Ｒ，
Ｇ、Ｂにして、「Ｖモニタ２フに表示づることもできる
。尚、適宜フレームメモリへの、Ｌ２書き込みは、一般
に高速度で行い得る。

又、第１実施例において、各色で順次照明する面順次照
明方式のものに限らず、′ＰＳ２実施例のように白色光
で照明し、モザイク状配列等の３原色フィルタを通して
受光し、ＡＤ変換したものを３つのフレームメモリに各
色ごとに分離して書き込／υだすしても良い。又、３つ
のフレームメモリではなく、単一のフレムメモリに書き
込み、読み出づ際各色に分離してＴＶモニタにカラー映
像として表示してｂ良い。

尚、固体撮像素子１５と同一チップ上に形成するサンプ
ル・ホールド回路２２としては、シフトレジスタ２１に
接続された１回路構成のものに限らず、例えば３個の並
列に設けて、受光部１６前面のモザイク状配列のフィル
タの各色フィルタを経て受光蓄積した信号を読み出す際
、動作させるリンプル・ホールド回路を対応させ、各色
イ５Ｉ；′Ｊに分離して取り出１構造にすることもでき
る。

又、甲数又（よ複数のサンプル・ホールド回路２２（等
）の後に増幅器を同一チップ上に設けて、ＡＤ変換りる
前に増幅してＪ３き、変換の際にＳＮ比が低重りるのを
防止したものも本発明に屈する。

さらに、この増幅器は、固体撮像素子１５と＋Ｌノンプ
ルホールド回路の間に形成したものであってｂ良い。さ
らに、固体撮像素子１５と、１ナンブル・ホールド回路
とを同一チップに形成し、その際シフトレジスタ２１の
出力端と、→ノンプル・ホールド回路２２（等）の入力
端とを接続しないで、間にＩＣ化さ”れた前買増幅器あ
るいはディスクリ−１・の前置増幅器等低雑音指数で且
つ′？３速度で動ｆｌ’ｉするちのを介装できる構造に
づることもできる。

尚、本発明は、固体撮像素子として、必ずしもライン転
送方式のものに限らず、フレーム転送方式、垂直インタ
ーライン方式のものにも適用できるしのＣある。

尚、リンプル・ホールド回路２２におりるスイツブ用の
Ｍ　ＯＳ　−Ｆ　Ｅ　Ｔ　３３は単一極性の電ＩＴでド
ライブでさるエンハンストメントへ１！のものであって
も、あるいはこれに限らずデブレツシコン型のらのであ
っても良い。又、各ＭＯ８−ＦＥＴ３２．３３．３４は
ＰチャンネルあるいはＮチャンネルでも良い。

尚、上述のものを組合わせたものも本発明に属する。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、固体比＠素子とサン
プル・ホールド回路とを同一チップ上に形成しであるの
で、リーンプル・ホールド回路にお【ノるホールド用の
等価入力容４を小さくでき、固体撮像索子の信号読み出
しを高速度で行った場合にも、その信号を短い幅のパル
スでリンブリングして、その値をステップ波形状にして
、保持できる。従って、垂直帰線期間等の短い期間内に
リーンプル・ホールドできるので、内視鏡に適づる小型
のライン転送式の固体撮像素子を用いた場合のように高
速度の動作が要求される場合にも十分対処できる。

【図面の簡単な説明】

第１図４ｊいし第３図（ま従来例に係り、第１図は従来
例にお【）る固体撮像索子にり・１して、その信号をリ
ンプル・ボールドづる回路構成を示リブロック図、第２
図は固体撮像索子から出力される出力波形を示づ波形図
、第３図は第２図の波形から変換されるべきステップ波
形を示づ波形図、第１図及び第５）図は本発明の第１実
施例に係り、第４図は第１実施例の構成を示Ｊ説明図、
第５図は第１実施例に用いられるリンプル・ホールド回
路を示づ回路図、第６図は本発明の第２実施例を示ず説
明図である。１１．４１・・・内視鏡　　　１２・・・挿入部１５・
・・固体撮像索子　　　１Ｇ・・・受光部１７・・・光
源装圃　　　　　１９・・・フィルタ装■２１・・・シ
フトレジスタ２２・・・サンプル・ホールド回路２６Ｒ，２６Ｇ、２６Ｂ、２６・・・フレームメモリ　
　　　　　　　　　２７・・・ＴＶモニタ３１・・・固
体撮像素子チップ３２．３３．３４・・・ＭＯＳ−ＦＥＴ３５・・・入力
容量４２・・・３原色フィルタ第１図　　　　　　　第２図第４区

Claims

【特許請求の範囲】

（１）挿入部の先端側に、結像用の対物レンズを配設し
、該対物レンズの結像位置にその受光面が臨むように配
設された固体撮像素子で結ばれた像を各画素に対応する
電荷の信号として蓄積し、この蓄積された各画素に対応
する信号を読出し用信号の印加によって読み出し、表示
装置に映像として表示可能となる内視鏡において、前記
固体撮像素子とサンプル・ホールド回路とを同一チップ
上に形成したことを特徴とする固体撮像素子内蔵の内視
鏡。
（２）前記固体撮像素子は、ライン転送方式の電荷結合
素子としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の内視鏡。