TWI381741B - 成像區塊及成像設備 - Google Patents

Description

成像區塊及成像設備

本申請案包含的主題，與2007年3月19日提出申請之日本專利申請案JP 2007－070958相關，該全部內容併入本文參考。

本發明與適合應用於內診鏡或類似物的成像區塊有關，並與包括有此成像區塊的設備有關。

為了使用諸如CCD(電荷耦合裝置)及CMOS(互補金屬氧化物半導體)等成像裝置的成像設備獲得到高清晰度的畫面，重點是儘可能忠實地傳送成像設備所獲得到的視訊信號，關於相位、頻率等。

不過，近年來，已需求清晰度高且體積小的成像設備，且因此在信號處理電路的系統中，使用高時脈頻率。因此，相位差、頻率特性劣化等等，都可能大大地影響到信號的品質。因此，已想出各種的程序來防止這類的相位差及頻率特性的劣化。

日本未審專利申請案公告No.H07－313453揭示的內診鏡包括有成像裝置，其中的信號傳送是使用具有屏蔽雜訊效能的軟性印刷電路板來實施。

例如，如果成像裝置與用來將該成像裝置所獲得到之視訊信號轉換成數位信號的類比/數位轉換器(在後文中稱為A/D轉換器)彼此分開配置，則類比信號將會傳送一段長的距離。在此情況，從其它鄰近電路輸出的信號可能成為雜訊，且極有可能耦合到該類比信號中。

在類比信號之傳送路徑長的情況中，信號的相位及頻率特性通常會在信號傳送期間劣化，造成解析度的劣化。特別是，當成像裝置使用CCD且使用3晶片的成像系統時，由於類比信號之相位及頻率特性之劣化，三CCD的電氣定位精度可能降低。

此外，為滿足得到小型成像設備的要求，電路板的面積可能縮小。不過，在安裝有成像裝置的電路板上配置其它電路的情況中，諸如A/D轉換器，可能需要大的電路板。

吾人意欲提供一成像區塊及成像設備，其體積縮小，且具有防止視訊信號劣化的能力。

按照本發明的實施例提供一成像區塊，及按照本發明的另一實施例，提供一成像設備。該成像區塊及成像設備每一包括一稜鏡、第一成像裝置、第二成像裝置、類比/數位轉換器、及時序產生器。該稜鏡被組構來將穿過透鏡入射的光，分離成至少兩個顏色，並輸出該光。第一成像裝置及第二成像裝置被組構來分別藉由光電轉換從該稜鏡輸出之該被分離之光，以產生視訊信號。類比/數位轉換器，被組構來將從該第一成像裝置與該第二成像裝置所輸 出的該視訊信號，轉換成數位信號。時序產生器，被組構來產生視訊信號處理時脈，用以驅動該第一成像裝置、該第二成像裝置、及該類比/數位轉換器。該成像區塊及成像設備每一個另包括其上安裝該第一成像裝置的第一電路板、其上安裝該類比/數位轉換器及該時序產生器的第二電路板、以及其上安裝該第二成像裝置的第三電路板，經由纜線電性地連接至該第一電路板及該第二電路板。此外，該第二電路板之配置，使得該第二電路板的表面實質地垂直於該第一電路板的表面及該第三電路板的表面。此外，該類比/數位轉換器與時序產生器安裝在該第二電路板上面對配置該第一電路板及該第三電路板之該側的另一表面上。

因此，該類比/數位轉換器與該時序產生器兩者都被允許配置在該第二電路板上。在此，該第二電路板被配置成實質上垂直於其上分別安裝有成像裝置的該第一電路板與該第三電路板。因此，該類比/數位轉換器與該時序產生器被配置在配置該第一電路板與該第二電路板之側的背面側。

按照本發明的上述實施例，該類比/數位轉換器並未配置在被固定於稜鏡之該第一電路板與該第三電路板任何一者之上，以致於可限制該電路板的面積。此外，該時序產生器與該成像裝置被配置在彼此面對的側上，以避免來自該時序產生器信號耦合到獲得自成像裝置的視訊信號而成為雜訊。

在下文中，將參考附圖描述本發明的實施例。

圖1說明按照本發明之實施例之成像設備的例示性組構。實施例的成像設備100係適用於各種不同應用中的成像設備，諸如醫學內診鏡。圖1中說明的成像設備100使用3晶片的成像系統，且包括三個CCD成像裝置(在後文中簡稱為成像裝置)11G、11R、11B。各個CCDs 11G,11R,11B藉由光電轉換通過透鏡(未顯示)被分色稜鏡(未顯示)分離成各個光束G(綠)、R(紅)、及B(藍)的光而產生電氣信號。此外，成像設備100還包括垂直轉移驅動器(在後文中稱為V驅動器)20及水平轉移驅動器(在後文中稱為H驅動器)14G,14R,14B。V驅動器20垂直地轉移被光電轉換及累積在各個CCD 11G,11R,11B中的信號電荷。H驅動器14G,14R,14B水平地轉移從V驅動器20垂直轉移來的信號電荷。

V驅動器20分別供應垂直轉移脈衝V φ 1至V φ 4給CCD 11G,11R,11B。此外，H驅動器14G,14R,14B分別供應水平轉移脈衝H1及H2給CCD 11G,11R,11B。此外，H驅動器14G,14R,14B供應重置脈衝RG以重置累積在CCD 11G,11R,11B中的信號電荷。供應給CCD 11G,11R,11B的這些脈衝，都與時脈產生器19所供應的視訊同步時脈(CAM_CLK)同步產生。

在接收到供應自第一控制單元17用於控制成像設備 100中之各個單元的參考時脈(HCLK)之時，時脈產生器19產生用以驅動CCD 11G,11R,11B、V驅動器20、H驅動器14G,14R,14B、及稍後描述之CDS電路13G,13R,13B與類比/數位轉換器(A/D轉換器)15G,15R,15B的視訊同步時脈(CAM_CLK)，並接著將這些視訊同步時脈(CAM_CLK)分別供應給該等單元。視訊同步時脈具有與視訊信號之水平頻率及垂直頻率同步之用於視訊信號處理的頻率。

上述的V驅動器20與H驅動器14G,14R,14B讀取CCDs 11G,11R,11B所獲得到的信號電荷，並接著在一輸出電路(未顯示)轉換成對應於該信號電荷的電壓，接著被分別供應給CDS(相關雙取樣；Correlated Double Sampling)電路13G,13R,13B。

CDS電路13G,13R,13B對獲得自CCD 11G,11R,11B的各個輸出信號進行取樣，以降低包括在該等信號中的重置雜訊。從CDS電路13G,13R,13B輸出的視訊信號，在AGC(自動增益控制)電路(未顯示)中調整到固定的信號位準之後，供應給A/D轉換器15G,15R,15B。A/D轉換器15G,15R,15B將該等視訊信號分別轉換成數位信號。

其上安裝有上述光學系統、CCD 11G,11R,11B、CDS電路13G,13R,13B、及其它電路的區塊(在後文中稱為攝影機區塊50)設置在一電路板上，此電路板與設置對該區塊所輸出之視訊信號進行影像處理之視訊處理單元16 所在的電路板分離，且相隔一段距離。經由纜線1連接攝影機區塊50側的連接器2a與視訊處理單元16側的連接器2b，攝影機區塊50被連接至其上安裝有視訊處理單元16的區塊。視訊處理單元16實施將黑位準OB(光學黑)固定於一預定標準值的反饋箝位處理、用來壓縮某位準或更多信號的拐點修正(Knee correction)、按照定義該視訊信號之位準之珈瑪曲線實施修正的珈瑪修正(gamma correction)、用於修正白平衡的白限幅處理(white－clip processing)，等等。

攝影機區塊50的連接器2a也連接到第一控制單元17，其控制成像設備100的每一個單元。第一控制單元17包括微電腦或類似物。在本實施例中，為減少從第一控制單元17傳送到攝影機區塊50中各個單元的信號量，在攝影機區塊50中安裝第二控制單元18。在第一控制單元17所傳送的各命令中，第二控制單元18翻譯其中的設定指令命令，並將此命令傳送給每一個單元。

第二控制單元18例如為時序產生器19實施改變快門速率的控制、為A/D轉換器15G,15R,15B實施增益控制及視訊率(諸如50i/60i)的切換指令。此外，為降低成像設備100的電力消耗，第二控制單元18可控制攝影機區塊50中的各個單元，以分別單獨地切換到待命模式，或控制各個要被週期性初始化之單元的設定。

接著，將參考圖2描述成像區塊200的例示性組構，其包括分色稜鏡30、成像裝置11G,11R,11B等。圖2顯 示成像區塊200之光入射側的斜視圖。在圖2中，成像區塊200經由透鏡安裝基座10連接到以虛線表示的透鏡區塊2。如圖中所示，在透鏡安裝基座10上形成有定位孔10a。使用一螺絲插入到孔10a中，可以高尺寸精度地將透鏡區塊2與成像區塊200固定在一起。

透鏡安裝基座10設置有窗口31，通過透鏡區塊2之透鏡2a的主題光從該窗口入射。分色稜鏡30固定在透鏡安裝基座10後方，主題光的前進方向。稜鏡30將從窗口31入射的主題光分離成三束有色光束R、G、及B。

分色稜鏡30包括用以傳送B光束的區塊、傳送R光束的區塊、及傳送G光束的區塊。用於光電轉換B光束的成像裝置11B、用於光電轉換G光束的成像裝置11G、及用於光電轉換R光束的成像裝置11R，分別固定於各該區塊的3個輸出表面，被分離成R、G、與B的光線，分別從各該區塊輸出。在圖2中只圖示出成像裝置11B。在圖中未圖示出成像裝置11R及11G。

如圖2所示，電路板40A(第二電路板)配置在分別垂直於電路板40B,40G,40R的位置。此外，電力去耦電容器60配置在電路板40A上。此外，A/D轉換器15G,15R,15B、第二控制單元18、時序產生器19等，配置在電路板40A的背表面上。稍後詳細描述各個單元在電路板40A背表面上的配置。

圖3A及3B的圖說明當窗口31面朝下時，成像區塊200的例示性組構。圖3A的斜視圖顯示電路板40A的表 面朝前，其上配置有去耦電容器60，及圖3B係電路板40A之背表面的斜視圖。

分別固定於分色稜鏡30之三個輸出表面上的成像裝置11B,11G,11R，分別連接到電路板40B(第一電路板)、電路板40G(第三電路板)、及電路板40R(第一電路板)。各個成像裝置係藉由將該等成像裝置的端點焊接到各個電路板40B,40G,40R的背表面以連接到該等電路板。

CDS電路13G,13R,13B分別配置在各個電路板40B,40G,40R不用來連接成像裝置11B,11G,11R的另一表面上。此外，各個電路板40分別經由軟性纜線41(亦即易曲的電路板)彼此電氣地連接。

接地板70B,70G,70R也分別連接到軟性纜線41。此外，接地板70B,70G,70R與由銅箔或類似物所製成的導電板90接觸。接地板70B,70G,70R分別使用螺絲80B,80G,80R固定於導電板90。

接下來將參考圖3B來描述電路板40A背表面上之各個單元的配置。如圖3B所示，時序產生器19、第二控制單元18、A/D轉換器15G,15R,15B從上左開始按此順序配置在電路板40A上。A/D轉換器15G,15R,15B與散熱片45接觸以散熱。如圖3B所示，A/D轉換器15G,15R,15B配置在電路板40A的末端附近。連接到電路板40A之末端的軟性纜線41，被連接到其上安裝有成像裝置11G及CDS電路13G的電路板40G。此配置讓CDS電路13G, 13R,13B所輸出的信號，能夠分別經由短的路徑傳送給A/D轉換器15G,15R,15B。

接下來，將參考圖4A及4B來描述每一片電路板40A,40B,40G,40R的例示性配置。圖4A說明按圖2及3中所示固定於分色稜鏡30的各個電路板40A,40B,40G,40R被擺放及配置在一相同平面上。圖4A中所示各個電路板40的配置，對應於圖4B所示之各電路板40被擺放前的配置。圖4A所示的狀態，可經由在圖4B中箭頭A1所指示之方向展開每一電路板40而得到。如圖4B所示，為便於解釋，在圖中未說明分色稜鏡30、導電板90等。

如圖4A所示，安裝成像裝置11R的電路板40R，安裝成像裝置11G的電路板40G，及安裝成像裝置11B的電路板40B分別經由軟性纜線41彼此連接。電路板40B,40G,40R以電路板40G為其中心排列成一直線。此外，電路板40A經由軟性纜線41連接到配置於中央的電路板40G。電路板40A連接於電路板40G，以致於其可實質上以直角與排成一直線的電路板40R,40G,40B配置。換言之，排成一直線的電路板40R,40G,40B與電路板40A形成一T形。

CDS電路13B,13R,13G分別配置在電路板40R,40G,40B不用來配置成像裝置11R,11G,11B的另一側上。從CDS電路13R及13B輸出的信號，在通過位於電路配置之中央的電路板40G之後，傳送到電路板40A上的A/D轉換器15R,15G,15B。

電路板40B及40R具有一被定義的側邊長度，如圖4A及4B中的箭頭A2所指示。此長度對應於分色稜鏡30輸出被分色之光之輸出表面的高度(見圖3)，以致於在設計上被嚴苛地限制。反之，如圖4A所示，電路板40G的側邊長度如箭頭A3所示，在設計上並無嚴苛限制。因此，電路板40G的面積可大於其它的電路板。因此，電路板40G被組構成對來自電路板40R與40B的信號做一次修正，並接著將該信號傳送給電路板40A。因此，電路板40A可設計成小的尺寸。

如圖5A所示，須注意，安裝A/D轉換器15R,15G,15B電路板40A，也可連接到排成一直線之電路板40R,40G,40B之中，位於一端的電路板(圖5A中的40R)。當這些電路板排成此L形時，使得從電路板40A到排成一直線之各個電路板40B,40G,40R之傳送路徑的長度不同。如圖5A所示，電路板40B與電路板40A之間的距離長，而電路板40R與電路板40A間的距離短。因此，使得各個電路板40B,40G,40R所傳送之信號的相位特性與頻率特性不同，此乃非吾人所欲見。

此外，當各個電路板40A,40B,40G,40R按圖5A中所示的方式組合時，連接電路板40R與電路板40A的軟性纜線41'很難彎曲。電路板40R與40A的應力會增加，致使其錯位。

此外，如圖5B所示，當電路板40R,40G,40B分別經由軟性纜線41"連接至電路板40A時，電路板40R, 40G,40B可能無法共享從公用電源供應的電力。換言之，電路板40R,40G,40B可能各自獨立地從電路板40A接收，以致每一軟性纜線41"的寬度加寬。因此，電路板40需要較大的面積。此外，與圖5A中所示的情況類似，軟性纜線41"很難彎曲，以致各個電路板40A,40B,40G,40R可能因應力增加而受到影響。

換言之，按照本發明的實施例，供應自電路板40A的電力係暫時供應至電路板40G，並接著分配到電路板40R與電路板40B。因此，連接電路板40G與電路板40A之軟性纜線41的寬度可縮短。結果是，電路板40A的面積可縮小。

此外，按照本發明的實施例，各個電路板40A,40B,40G,40R可按照圖4A所示配置，以縮短從CDS電路13R,13G,13B到A/D轉換器15R,15G,15B的傳送距離。因此，可避免類比視訊信號的相位特性與頻率特性劣化。

此外，按照本發明的實施例，配置在電路板40A上的A/D轉換器15R,15G,15B、第二控制單元18、時序產生器19等，不會受到分色稜鏡30輸出經分色之光之表面之高度的限制。因此，整個成像設備100的體積可縮小。

此外，按照本發明的實施例，接地層配置在該表面的背側，類比傳輸電路安裝在該表面上，以防止類比視訊信號接收雜訊。圖6係顯示電路板40A,40B,40G,40R之每一層及軟性纜線41的展開圖，而各個電路板的擺放如圖 4A所示。

按照該實施例，軟性纜線41係由包括兩層的單片板所構成，亦即，接地層41a與信號層41b。接地層41a與信號層41b每一層都連接到電路板40R,40G,40B。配置在接地層41a上的電路板40R,40G,40B是由兩層構成：分別為信號層40Ra與40Rb、信號層40Ga與40Gb、及信號層40Ba與40Bb。配置在信號層41b上的電路板40R,40G,40B也是由兩層構成：分別為信號層40Rc與40Rd、信號層40Gc與40Gd、及信號層40Bc與40Bd。

按照實施例，用於類比信號傳送的電路，諸如成像裝置11R,11G,11B與A/D轉換器15R,15G,15B配置在軟性纜線41的接地層41a上。此外，CDS電路13R,13G,13B與電力去耦電容器60配置在軟性纜線41的信號層41b上。

按照上述的組構，接地層41a屏蔽類比信號傳送電路。因此，可防止雜訊與類比視訊信號耦合。此外，也可防止類比視訊信號的頻率特性與相位特性劣化。

此外，安裝在軟性纜線41兩側的各個電路的配置如圖6所示。因此，在如圖4B所示的組合狀態中，諸如第二控制單元18及時序產生器19等數位電路，都配置在電路板40R,40G,40B分別配置成像裝置11R,11G,11B之側的後背表面上。因此，雜訊從數位電路到成像裝置11R,11G,11B的機率降低，以致於各個成像裝置11R,11G,11B所輸出之信號受到雜訊的影響小，具有令人滿意的特

此外，按照上述實施例，CDS電路13R,13G,13B係安裝在分別安裝成像裝置11R,11G,11B之那些表面的反面表面上。或者，CDS電路可配置在配置各個成像裝置11R,11G,11B的相同表面上。

此外，本發明的上述實施例已應用於設置有3個成像裝置的成像設備。不過，可應用的設備並不於此成像設備。本發明的實施例可應用於包括有複數個感測器裝置且意欲降低在電路間傳送之信號之相位與頻率特性劣化的任何其它設備。

熟悉此方面技術之人士應瞭解，視設計需要及其它因素，可想到各種的修改、組合、次組合、及替換，都在所附申請專利範圍或其相等物的範圍內。

100‧‧‧成像設備

11‧‧‧CCD成像裝置

20‧‧‧垂直轉移驅動器

13‧‧‧相關雙取樣電路

14‧‧‧水平轉移驅動器

15‧‧‧類比/數位轉換器

16‧‧‧視訊處理單元

17‧‧‧第一控制單元

18‧‧‧第二控制單元

19‧‧‧時序產生器

50‧‧‧攝影機區塊

2‧‧‧連接器

1‧‧‧纜線

200‧‧‧成像區塊

30‧‧‧分色稜鏡

2‧‧‧透鏡區塊

10‧‧‧透鏡安裝基座

10a‧‧‧定位孔

31‧‧‧窗口

40‧‧‧電路板

60‧‧‧電力去耦電容器

41‧‧‧軟性纜線

70‧‧‧接地板

80‧‧‧螺絲

90‧‧‧導電板

45‧‧‧散熱片

41a‧‧‧接地層

41b‧‧‧信號層

圖1的方塊圖說明按照本發明實施例之成像設備的例示性內部組構。

圖2的斜視圖說明按照本發明實施例之成像區塊的例示性組構。

圖3A及3B的圖說明按照本發明實施例之成像區塊的例示性組構，其中圖3A係成像區塊的斜視圖及圖3B是從不同角度視入的另一斜視圖。

圖4A與4B的圖說明按照本發明實施例之電路板的例示性配置，圖4A係電路板在伸展狀態的斜視圖，及圖4B 係電路板在折疊狀態的斜視圖。

圖5A與5B的圖說明按照本發明另一實施例之電路板的例示性配置。

圖6係按照本發明實施例之電路板之每一層之例示性組構的展開斜視圖。

2‧‧‧透鏡區塊

2a‧‧‧連接器

200‧‧‧成像區塊

30‧‧‧分色稜鏡

10‧‧‧透鏡安裝基座

11B‧‧‧成像裝置

10a‧‧‧定位孔

31‧‧‧窗口

40A,40B,40G,40R‧‧‧電路板

41‧‧‧軟性纜線

60‧‧‧電力去耦電容器

Claims (8)

1. 一種成像區塊，包含：一稜鏡，被組構來將穿過透鏡入射的光，分離成至少兩個顏色，並輸出該光；第一成像裝置及第二成像裝置，每一個被組構來藉由光電轉換從該稜鏡輸出之該被分離之光，以產生視訊信號；類比/數位轉換器，被組構來將從該第一成像裝置與該第二成像裝置每一個輸出的該視訊信號，轉換成數位信號；時序產生器，被組構來產生視訊信號處理時脈，用以驅動該第一成像裝置、該第二成像裝置、及該類比/數位轉換器；第一電路板，其上安裝該第一成像裝置；第二電路板，其上安裝該類比/數位轉換器及該時序產生器；以及第三電路板，其上安裝該第二成像裝置，經由纜線連接至該第一電路板及該第二電路板，其中安裝在該第一電路板上的該第一成像裝置，及安裝在該第三電路板上的該第二成像裝置，固定於該稜鏡的輸出表面，其中該第二電路板之配置，使得該第二電路板的表面實質地垂直於該第一電路板的表面及該第三電路板的表面，以及 其中該類比/數位轉換器及時序產生器安裝在該第二電路板上面對配置該第一電路板及該第三電路板之該側的另一表面上。
2. 如申請專利範圍第1項的成像區塊，其中該第一電路板與該第二電路板實質上以直角連接，該第三電路板位於該中央，該第一電路板、該第二電路板及該第三電路板按此狀態配置。
3. 如申請專利範圍第2項的成像區塊，其中該第三電路板在該寬度方向的該長度，短於該第一電路板在該寬度方向的該長度。
4. 如申請專利範圍第2項的成像區塊，其中該類比/數位轉換器配置在該第二電路板的一端，位於其與用來連接該第三電路板之該纜線接線的該側上。
5. 如申請專利範圍第2項的成像區塊，其中該纜線係包括有接地層及信號層等兩層的軟性纜線，以及其中該第一電路板、該第二電路板、及該第三電路板配置在該接地層與該信號層兩者的表面上。
6. 如申請專利範圍第5項的成像區塊，其中安裝在該第二電路板上的該類比/數位轉換器及該時序產生器，係安裝在該軟性纜線的該接地層該側上。
7. 如申請專利範圍第6項的成像區塊，其中配置在該第二電路板上的電力去耦電路，係配置在該軟性纜線之該信號層的該側上。
8. 一種成像設備，包含：一稜鏡，被組構來將穿過透鏡入射的光，分離成至少兩個顏色，並輸出該光；第一成像裝置及第二成像裝置，每一個被組構來藉由光電轉換從該稜鏡輸出之該被分離之光，以產生視訊信號；類比/數位轉換器，被組構來將從該第一成像裝置與該第二成像裝置每一個輸出的該視訊信號，轉換成數位信號；時序產生器，被組構來產生視訊信號處理時脈，用以驅動該第一成像裝置、該第二成像裝置、及該類比/數位轉換器；第一電路板，其上安裝該第一成像裝置；第二電路板，其上安裝該類比/數位轉換器及該時序產生器；以及第三電路板，其上安裝該第二成像裝置，經由纜線連接至該第一電路板及該第二電路板，其中安裝在該第一電路板上的該第一成像裝置，及安裝在該第三電路板上的該第二成像裝置，固定於該稜鏡的輸出表面，其中該第二電路板之配置，使得該第二電路板的表面實質地垂直於該第一電路板的表面及該第三電路板的表面，以及其中該類比/數位轉換器及時序產生器安裝在該第二 電路板上面對配置該第一電路板及該第三電路板之該側的另一表面上。