WO2015198659A1 - 撮像装置および内視鏡装置 - Google Patents

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紗依里 齋藤
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Definitions

  • the present invention relates to an imaging apparatus and an endoscope apparatus provided with a plurality of imaging elements.
  • an endoscope system is used to observe an organ of a subject such as a patient.
  • An endoscope system is provided with an imaging device at a distal end, has an elongated shape having flexibility, and has an insertion portion to be inserted into a body cavity of a subject, and a cable on the proximal end side of the insertion portion And a processing device that performs in-vivo image processing according to the imaging signal generated by the imaging device and displays the in-vivo image on a display unit or the like.
  • the endoscope system is equipped with a plurality of image sensors consisting of CMOS image sensors at the tip of the endoscope, and generates a three-dimensional image based on the image captured by each, or generates a clear two-dimensional image.
  • CMOS image sensors consisting of CMOS image sensors at the tip of the endoscope
  • the technique of doing is known (for example, refer patent document 1).
  • an image sensor and a processing device are connected by a dedicated line (parallel bus) to transmit a signal.
  • a timing generator generates a signal for driving a plurality of image sensors using a common clock, thereby synchronizing the plurality of image sensors.
  • the communication control unit provided for each image sensor can communicate with a processing device, and the register setting of each image sensor is performed. Based on the timing at which this register setting is completed. Then, a synchronization signal is generated inside each image sensor, and each image sensor is driven based on the synchronization signal.
  • each communication control unit that controls the serial bus counts the control timing based on the individual clock and controls the image sensor, if a time lag counted between the communication control units due to a clock deviation or the like occurs, In some cases, a shift occurs in the synchronization (drive timing) of the image sensor.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus and an endoscope apparatus that can synchronize with high accuracy between a plurality of imaging elements.
  • an imaging apparatus includes first and second imaging elements that photoelectrically convert light received by each to generate an electrical signal (imaging signal); A first communication control unit that is communicably connected to the first image pickup device and controls the operation of the first image pickup device by controlling the communication, and a first reference that is an operation reference of the first communication control unit A first clock generation unit that generates a clock signal, a second communication control unit that is communicably connected to the second image sensor and controls the operation of the second image sensor by controlling the communication; A second clock generation unit that generates a second clock signal that serves as an operation reference for the two communication control units, a reference synchronization signal generation unit that generates a reference synchronization signal, and imaging timings of the first and second image sensors; Imaging synchronization signal that triggers And an imaging synchronization signal generation unit that outputs the imaging synchronization signal to the first and second communication control units at a timing that is a predetermined elapsed time from a reference timing based on
  • the imaging apparatus further includes a third clock generation unit that generates a third clock signal having a higher frequency accuracy than the first and second clock signals in the above-described invention, and a reference synchronization signal
  • the generation unit generates a reference synchronization signal based on the third clock signal.
  • the imaging apparatus further includes a synchronization signal extraction unit that extracts a horizontal synchronization signal from the electrical signals generated by the first and second imaging elements in the above invention, and the imaging synchronization signal generation unit includes:
  • the timing at which the synchronization control communication between the first and second imaging elements and the first and second communication control units is completed is located between the same horizontal synchronization pulses and does not overlap with the horizontal synchronization pulses. It is characterized in that an imaging synchronization signal as a timing is generated.
  • the input timing of the imaging synchronization signal is shorter than a period from when the first and second communication control units start communication for synchronization control to completion. It is characterized by that.
  • each received light is photoelectrically converted to an electrical signal (imaging signal).
  • a first communication control unit that is communicably connected to the first image sensor, and controls the operation of the first image sensor by controlling the communication
  • a first clock generation unit that generates a first clock signal that serves as an operation reference of the first communication control unit is connected to the second image sensor so as to be communicable, and the communication is controlled to control the communication of the second image sensor
  • a second communication control unit that controls the operation, a second clock generation unit that generates a second clock signal that is an operation reference of the second communication control unit, a reference synchronization signal generation unit that generates a reference synchronization signal
  • Imaging of the first and second imaging elements An imaging synchronization signal serving as a trigger for determining imming is generated, and the imaging synchronization signal is output to the first and second communication control units at a timing that is
  • the imaging timing of the first and second imaging elements is determined using the output imaging synchronization signal as a trigger.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a timing chart illustrating the control timing of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a timing chart for explaining the control timing of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention, and is a timing chart showing a part of FIG. 3 in more detail.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the endoscope system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a timing chart for explaining the control timing of the endoscope system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an endoscope system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the endoscope system according to the first embodiment.
  • An endoscope system 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes an endoscope 2 that captures an in-vivo image of a subject by inserting a distal end portion into the body cavity of the subject, and an in-vivo image captured by the endoscope 2.
  • a processing device 3 that performs predetermined image processing and comprehensively controls the operation of the entire endoscope system 1, a light source device 4 that generates illumination light emitted from the distal end of the endoscope 2, and the processing device 3.
  • the endoscope 2 includes an insertion portion 21 having an elongated shape having flexibility, an operation portion 22 that is connected to a proximal end side of the insertion portion 21 and receives input of various operation signals, and an insertion portion from the operation portion 22.
  • 21 includes a universal cord 23 that extends in a direction different from the direction in which 21 extends, has connector portions 23a and 23b that are respectively connected to the processing device 3 and the light source device 4, and incorporates various cables.
  • the insertion portion 21 receives a light and performs photoelectric conversion to generate a signal to generate a signal.
  • the insertion portion 21 has a built-in image pickup element in which two-dimensionally arranged pixels, and a plurality of bending pieces. It has a bending portion 25 and a long flexible tube portion 26 that is connected to the proximal end side of the bending portion 25 and has flexibility.
  • the front end portion 24 includes a light guide 241, an illumination lens 242, two optical systems (optical systems 243A and 243B), a first image sensor 244A, and a second image sensor 244B.
  • the light guide 241 is configured using glass fiber or the like, and serves as a light guide path for light emitted from the light source device 4.
  • the illumination lens 242 is provided at the tip of the light guide 241 and is a lens for emitting illumination light to the outside.
  • the optical systems 243A and 243B are condensing optical systems and are each configured by using one or a plurality of lenses.
  • the optical systems 243A and 243B may have an optical zoom function for changing the angle of view and a focus function for changing the focus.
  • the first image sensor 244A and the second image sensor 244B include a sensor unit 244a that photoelectrically converts light collected by the optical systems 243A and 243B and generates an electrical signal (hereinafter referred to as an image signal), and a sensor unit 244a.
  • An analog front end unit 244b (hereinafter referred to as “AFE unit 244b”) that performs noise removal and A / D conversion on the output imaging signal and parallel / serial conversion of the imaging signal (digital signal) output by the AFE unit 244b And a timing generator 244d for generating pulses of various signal processing in the AFE unit 244b and the P / S conversion unit 244c, a P / S conversion unit 244c that transmits to the outside (processing device 3), a drive timing of the sensor unit 244a, An imaging control unit 244 that controls the operation of the first imaging device 244A or the second imaging device 244B. With and, respectively.
  • the first image sensor 244A and the second image sensor 244B are each implemented using a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • a plurality of pixels each having a photodiode for accumulating charges according to the amount of light and a capacitor for converting charges transferred from the photodiodes to voltage levels are arranged in a matrix, and each pixel is an optical system.
  • a light receiving unit 244f that photoelectrically converts light from 243 to generate an electric signal, and an electric signal generated by a pixel arbitrarily set as a reading target among a plurality of pixels of the light receiving unit 244f are sequentially read out as an imaging signal And a reading unit 244g for outputting.
  • the light receiving unit 244f is provided with a color filter on the light receiving surface.
  • the readout unit 244g sequentially reads out the electrical signals generated by a plurality of pixels arranged in a matrix for each horizontal line.
  • the AFE unit 244b adjusts the gain (gain) of the noise reduction circuit that reduces the noise component included in the analog imaging signal and the imaging signal (electrical signal) using, for example, a correlated double sampling method.
  • an AGC (Automatic Gain Control) circuit that maintains a constant output level and an A / D conversion circuit that performs A / D conversion on the imaging signal output through the AGC circuit are included.
  • the imaging control unit 244e controls various operations of the first imaging element 244A or the second imaging element 244B in accordance with the received setting data and control signals for synchronization control. For example, the imaging control unit 244e outputs a readout signal to the readout unit 244g, and controls an output mode of an electrical signal output from each pixel in units of pixels.
  • the imaging control unit 244e is configured using a CPU (Central Processing Unit), a register that records various programs, and the like.
  • the operation section 22 includes a bending knob 221 that bends the bending section 25 in the vertical direction and the left-right direction, a treatment instrument insertion section 222 that inserts a treatment instrument such as a biological forceps, an electric knife, and a test probe into the body cavity of the subject.
  • a treatment instrument such as a biological forceps, an electric knife, and a test probe into the body cavity of the subject.
  • switches 223 that are operation input units for inputting operation instruction signals of peripheral devices such as air supply means, water supply means, and screen display control.
  • the treatment tool inserted from the treatment tool insertion portion 222 is exposed from the opening (not shown) via the treatment tool channel (not shown) of the distal end portion 24.
  • the operation unit 22 includes a first communication control unit 224, a second communication control unit 225, a first clock generation unit 226, and a second clock generation unit 227.
  • the first communication control unit 224 controls the drive timing of the first image sensor 244A based on the setting data received from the processing device 3 and a control signal related to synchronization control.
  • the second communication control unit 225 controls the drive timing of the second image sensor 244B based on the setting data received from the processing device 3 and a control signal related to synchronization control.
  • the first clock generation unit 226 generates a clock signal (first clock signal) for driving the first communication control unit 224.
  • the second clock generation unit 227 generates a clock signal (second clock signal) for driving the second communication control unit 225.
  • the first clock generation unit 226 may be built in the first communication control unit 224, and the second clock generation unit 227 may be built in the second communication control unit 225.
  • a microcomputer incorporating a clock generation circuit is used for the first communication control unit and the second communication control unit.
  • the universal cord 23 includes at least a light guide 241 and a collective cable 245 in which one or a plurality of signal lines are collected.
  • the collective cable 245 includes a signal line for transmitting / receiving setting data and a signal line for transmitting / receiving an imaging signal.
  • the processing device 3 includes a first S / P converter 301A, a second S / P converter 301B, an image processor 302, a brightness detector 303, a dimmer 304, a drive signal generator 305, and an input Unit 306, storage unit 307, control unit 308, and reference clock generation unit 309 (third clock generation unit).
  • the first S / P conversion unit 301A and the second S / P conversion unit 301B perform serial / parallel conversion on imaging signals (digital signals) received from the distal end portion 24 (first imaging element 244A and second imaging element 244B), respectively.
  • the image is output to the image processing unit 302.
  • the image processing unit 302 generates an image signal to be displayed on the display device 5 based on the imaging signal input from the first S / P conversion unit 301A and the second S / P conversion unit 301B.
  • the image processing unit 302 performs predetermined image processing on the imaging signal to generate an image signal including an in-vivo image for display.
  • image processing synchronization processing, optical black subtraction processing, white balance adjustment processing, color matrix calculation processing, gamma correction processing, color reproduction processing, edge enhancement processing, composition processing and format for combining a plurality of image data Conversion processing etc. are mentioned.
  • the image processing unit 302 generates an image signal including a three-dimensional image or a high-dimensional two-dimensional image based on the imaging signals generated by the first imaging element 244A and the second imaging element 244B, respectively. Further, the image processing unit 302 outputs the imaging signals input from the first S / P conversion unit 301A and the second S / P conversion unit 301B to the control unit 308 or the brightness detection unit 303.
  • the brightness detection unit 303 detects a brightness level corresponding to each pixel from the RGB component image signal output from the image processing unit 302, and records the detected brightness level in a memory provided therein. Output to the control unit 308. In addition, the brightness detection unit 303 calculates a gain adjustment value and a light irradiation amount based on the detected brightness level, and outputs the calculated gain adjustment value to the image processing unit 302, while adjusting the light irradiation amount. Output to the light unit 304.
  • the light control unit 304 sets the light amount generated by the light source device 4, the light emission timing, and the like based on the light irradiation amount calculated by the brightness detection unit 303.
  • the control signal containing is transmitted to the light source device 4.
  • the drive signal generation unit 305 generates a drive synchronization signal for driving the first image sensor 244A and the second image sensor 244B, and transmits it to the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225.
  • the drive signal generation unit 305 includes a reference synchronization signal generation unit 305a and an imaging synchronization signal generation unit 305b.
  • the reference synchronization signal generation unit 305a generates a synchronization signal based on the clock signal generated by the reference clock generation unit 309.
  • the synchronization signal generated by the reference synchronization signal generation unit 305 a includes a reference synchronization signal that serves as a reference for the operation of each unit of the processing device 3 and the operation of the endoscope 2 and the light source device 4.
  • the imaging synchronization signal generation unit 305b generates an imaging synchronization signal for driving the first imaging element 244A and the second imaging element 244B based on the clock signal generated by the reference clock generation unit 309, and performs first communication control. Output to the unit 224 and the second communication control unit 225. Specifically, in the imaging synchronization signal generation unit 305b, the first imaging element 244A and the second imaging element 244B perform the imaging operation at a timing according to the processing time in the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225. An imaging synchronization signal serving as a trigger for determining the imaging timing for starting the image is output.
  • the imaging timing refers to the start timing of an imaging operation that reads and acquires an electrical signal for one frame constituting one image.
  • the input unit 306 receives input of various signals such as an operation instruction signal for instructing the operation of the endoscope system 1.
  • the storage unit 307 is realized using a semiconductor memory such as a flash memory or a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
  • the storage unit 307 stores various programs for operating the endoscope system 1 and data including various parameters necessary for the operation of the endoscope system 1.
  • the control unit 308 is configured using a CPU or the like, and performs drive control of each component including the tip 24 and the light source device 4, input / output control of information with respect to each component, and the like.
  • the control unit 308 transmits setting data for imaging control to the imaging control unit 244e via a predetermined signal line included in the collective cable 245.
  • the setting data includes the imaging speed (frame rate) of the imaging device 244, the setting of the electronic shutter and gain, the instruction information that instructs the reading speed of pixel information from any pixel of the sensor unit 244a, and the AFE unit 244b. Includes transmission control information of the pixel information read out.
  • the reference clock generation unit 309 generates a clock signal (third clock) that serves as a reference for the operation of each component of the endoscope system 1, and generates the clock signal for each component of the endoscope system 1. Supply.
  • the clock signal generated by the reference clock generation unit 309 is more accurate than the clock signals generated by the first clock generation unit 226 and the second clock generation unit 227, respectively.
  • the reference clock generation unit 309 has a higher frequency accuracy of the oscillator than the frequency accuracy of the oscillators of the first clock generation unit 226 and the second clock generation unit 227.
  • the light source device 4 includes a white light source 41, a light source control unit 42, and an LED (Light Emitting Diode) driver 43.
  • the white light source 41 includes a white LED, and generates white illumination light under the control of the light source control unit 42.
  • the light source control unit 42 controls the amount of current supplied to the white light source 41 according to the control signal transmitted from the dimming unit 304.
  • the LED driver 43 causes the white light source 41 to generate illumination light by supplying current to the white light source 41 under the control of the light source control unit 42.
  • the light generated by the white light source 41 is irradiated to the outside from the tip of the tip portion 24 via the light guide 241.
  • a special light source that generates excitation light for exciting the fluorescent substance introduced into the subject may be provided.
  • the special light source generates infrared light, for example.
  • light with a wavelength band different from that of white illumination light and light of one of the red, green, and blue color components narrowed by a narrow-band bandpass filter is generated as special light. May be.
  • the special light include NBI (Narrow Band Imaging) illumination light of two types of bands, blue light and green light, which are narrowed so as to be easily absorbed by hemoglobin in blood.
  • the display device 5 has a function of receiving and displaying the in-vivo image generated by the processing device 3 via the video cable.
  • the display device 5 has a display such as liquid crystal or organic EL (Electro Luminescence).
  • An imaging device is configured using the synchronization signal generation unit 305a and the imaging synchronization signal generation unit 305b.
  • FIG. 3 is a timing chart illustrating the control timing of the endoscope system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a timing chart for explaining the control timing of the endoscope system according to the first embodiment, and is a timing chart showing a part of FIG. 3 in more detail.
  • the first image pickup device 244A and the second image pickup device 244B read the electrical signals of the first to nth lines (one frame) at different timings for each horizontal line by the exposure of the light receiving unit 244f and the reading unit 244g. By repeating alternately, an imaging signal including the in-vivo image of the subject is acquired.
  • a period required for the exposure processing of the first imaging device 244A and the second imaging device 244B and the readout processing of the electric signal generated by the exposure processing is referred to as a field.
  • a field for example, an exposure process and a reading process for acquiring an electric signal (imaging signal) of one frame constituting one image are performed.
  • the field shifts from the field 1 to the field 2 by the internal synchronization timing (reference synchronization signal).
  • the reference timing based on this synchronization timing (reference synchronization signal) may differ from the timing at which the image sensor reading process is desired to start. Therefore, the control unit 308 transmits the synchronization signal generated by the imaging synchronization signal generation unit 305b to the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225, respectively.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 include setting (register setting) of operating conditions of the first image sensor 244A and the second image sensor 244B using the reference synchronization signal from the drive signal generator 305 as a trigger. Then, synchronization control communication for determining the imaging timing (vertical synchronization timing) is started. At this time, the first communication control unit 224 starts synchronization control communication after counting a predetermined time based on the clock signal generated by the first clock generation unit 226 from the synchronization timing. Also, the second communication control unit 225 starts communication for synchronization control after counting for a predetermined time based on the clock signal generated by the second clock generation unit 227 from this synchronization timing.
  • setting data is transmitted from the control unit 308 according to a known communication standard such as I 2 C or SPI, and various settings relating to each image sensor (electronic shutter brightness control setting, device designation, address designation, etc.) ) Is performed.
  • a known communication standard such as I 2 C or SPI
  • the imaging synchronization signal generated by the imaging synchronization signal generation unit 305b is transmitted to the endoscope 2 (the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225).
  • the imaging synchronization signal transmitted by the imaging synchronization signal generation unit 305b is a signal that serves as a trigger for controlling the completion of the synchronization control communication in the synchronization control communication, and includes the first communication control unit 224 and the second communication. It is a signal for determining the final communication of the synchronous control of the control unit 225.
  • the imaging synchronization signal generation unit 305b performs the second communication control based on the elapsed time from the synchronization timing of the processing device 3 to the final communication timing of the synchronization control of the first communication control unit 224 and the synchronization timing of the processing device 3.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 each perform final communication using the reception of the imaging synchronization signal as a trigger.
  • the imaging synchronization signal generation unit 305b outputs an imaging synchronization signal after counting a predetermined elapsed time from the reference timing based on the synchronization timing (reference synchronization signal).
  • the reference timing may be any timing such as the timing at which the first communication control unit 224 or the second communication control unit 225 starts the synchronization control communication in addition to the timing at which the reference synchronization signal is output.
  • the count number (elapsed time) performed by the imaging synchronization signal generation unit 305b may be determined by counting the elapsed time in the communication of the synchronization control performed before the previous time. Communication may be performed at the time of startup or the like, and may be determined by counting elapsed time.
  • the first communication control unit 224 performs synchronization control communication based on the synchronization timing of the processing device 3, and waits for communication immediately before the final communication of the synchronization control.
  • the second communication control unit 225 performs synchronization control communication based on the timing counted by the clock generated by the second clock generation unit 227, and waits for communication immediately before the final communication of the synchronization control. There is a slight error in the frequency of the clock generated by the first clock generation unit 226 and the second clock generation unit 227. In FIG. 4, even if the communication start is simultaneous, the second communication control unit 255 Since a time difference in counting with the communication control unit 224 occurs, communication with the first communication control unit 224 is performed at a delayed timing.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 perform final communication for synchronization control using the imaging synchronization signal from the imaging synchronization signal generation unit 305b as a trigger.
  • the first communication control unit 224 uses the imaging synchronization signal from the imaging synchronization signal generation unit 305b as shown in FIG. Generate a downstream clock. Further, the second communication control unit 225 generates a falling clock using the imaging synchronization signal as a trigger. By generating the falling clock, the vertical synchronization timing (imaging timing) of the first imaging element 244A and the second imaging element 244B is determined, and the field is switched. When the field is switched, the reading process by the reading unit 244g is started.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 perform the final communication of the synchronization control by using the imaging synchronization signal counted by the reference clock as a trigger, so that the first communication control unit 224 and the second communication control unit 224 perform the second communication. Since the communication completion timings of the synchronization control of the communication control unit 225 are substantially the same, even if there is a difference in the time counted by the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225, the first communication control unit 224 and the first communication control unit 225 2 The synchronization of the communication control unit 225 can be controlled with high accuracy.
  • the input timing of the imaging synchronization signal is shorter than the period from when the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 start synchronization control communication to completion, that is, the imaging synchronization signal is communicated. It is preferably output after the start.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 perform the final communication of the synchronization control using the imaging synchronization signal as a trigger, so that the first imaging element 244A and the second imaging device 244A and second Since the vertical synchronization timing (imaging timing) of the image sensor 244B is determined, synchronization between the plurality of image sensors can be achieved with high accuracy.
  • the first communication control unit 224 counts for a predetermined time based on the clock generated by the first clock generation unit 226, and starts communication for synchronization control of the first image sensor 244A.
  • the 1st communication control part 224 may start communication at the communication start timing (not shown) transmitted from the control part 308, for example. In this case, the number of control lines increases, but the communication start timing can be controlled with high accuracy.
  • the synchronization control communication by the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 has been described as being performed every field, but may be performed every several fields. It may be performed in a predetermined field.
  • the field is switched at the falling edge of the final pulse.
  • the field may be switched several clocks after the falling edge of the final pulse.
  • final communication is performed using the imaging synchronization signal as a trigger.
  • the falling clock may be generated immediately after the imaging synchronization signal is received, or the falling clock is generated after counting several clocks. May be. What is necessary is just to control the timing of the final communication with the reception of the imaging synchronization signal as a trigger.
  • the processing device 3 is described as including the imaging synchronization signal generation unit 305b.
  • the count unit may be provided on the endoscope 2 side such as the connector unit 23a. In this case, it is preferable to provide a clock generation unit corresponding to the reference clock generation unit 309 on the endoscope 2 side.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the endoscope system according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • a horizontal synchronization signal is extracted from the obtained imaging signal, a vertical synchronization timing is determined according to the horizontal synchronization timing of the first imaging element 244A and the second imaging element 244B, and field switching control is performed. I do.
  • the endoscope system 1a includes the endoscope 2, the light source device 4, the display device 5, and the processing device 3a described above.
  • the processing device 3a includes a first synchronization signal extraction unit 310A and a second synchronization signal extraction unit 310B in addition to the configuration of the processing device 3 described above.
  • the vertical synchronization timing of the first image sensor 244A and the second image sensor 244B will be described as being controlled in units of horizontal synchronization timing. Specifically, by setting the register of each image sensor, after this register setting is completed, a synchronization signal is generated inside each image sensor based on the first horizontal synchronization timing. The image sensor is driven.
  • the drive timing of each image sensor is 1 horizontal synchronization. Differences in time occur.
  • the imaging device is configured using the generation unit 305a, the imaging synchronization signal generation unit 305b, and the synchronization signal extraction unit (the first synchronization signal extraction unit 310A and the second synchronization signal extraction unit 310B).
  • First synchronization signal extraction unit 310A and second synchronization signal extraction unit 310B first acquire imaging signals generated by endoscope 2 via first S / P conversion unit 301A and second S / P conversion unit 301B, respectively. To do.
  • the first synchronization signal extraction unit 310A and the second synchronization signal extraction unit 310B separate the image signal and the synchronization signal from the acquired imaging signal, and respectively extract the horizontal synchronization signal.
  • the imaging synchronization signal generation unit 305b generates an imaging synchronization signal based on the interval between adjacent pulses of each horizontal synchronization signal extracted by the first synchronization signal extraction unit 310A and the second synchronization signal extraction unit 310B. Specifically, the imaging synchronization signal generation unit 305b outputs the imaging synchronization signal output so that the communication end timings of the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 are located between the same pulses. Generate.
  • the imaging synchronization signal according to the second embodiment is a signal that serves as a trigger for performing communication completion control of synchronization control. Specifically, the final communication is performed using the reception of the imaging synchronization signal as a trigger. Signal.
  • FIG. 6 is a timing chart for explaining the control timing of the endoscope system according to the second embodiment.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 start the communication of the synchronization control based on the count of its own clock similarly to the first embodiment described above, or the synchronization control based on the synchronization timing of the processing device 3 Start communication.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 respectively perform synchronization control using the imaging synchronization signal as a trigger. Communication for synchronous control is performed by waiting for several clocks of communication. Specifically, as shown in FIG. 6, each of the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 uses the imaging synchronization signal from the imaging synchronization signal generation unit 305b before performing the final communication. Wait for communication for the set number of clocks, and delay the communication completion timing.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 that are waiting for communication immediately before the final communication of the synchronization control with the imaging synchronization signal as a trigger perform the final communication and complete the communication. May be.
  • the communication completion timing of the first image sensor 244A and the second image sensor 244B is located between the same pulses (for example, nH in FIG. 6) of the horizontal synchronization signal and does not overlap (do not match) with the horizontal synchronization pulse.
  • the horizontal synchronization timing for adjusting the vertical synchronization timing of the first image sensor 244A and the second image sensor 244B is adjusted so as to coincide with the timing.
  • the vertical synchronization timings of the first image sensor 244A and the second image sensor 244B are also matched, and the field can be switched at the matched vertical synchronization timing.
  • the reading process by the reading unit 244g is started.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control are triggered by the imaging synchronization signal. Even if the counts of the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 are shifted by adjusting the completion timing of the synchronization control by the unit 225, the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 Synchronization can be controlled with high accuracy.
  • the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 each count a predetermined number of clocks using the imaging synchronization signal as a trigger to adjust the completion of the synchronization control. Since the horizontal synchronization timing is matched and the same vertical synchronization timing is aligned, synchronization can be achieved between a plurality of image sensors with high accuracy.
  • the processing device 3 has been described as including the imaging synchronization signal generation unit 305b, the first synchronization signal extraction unit 310A, and the second synchronization signal extraction unit 310B.
  • the part may be provided on the endoscope 2 side such as the connector part 23a. In this case, it is preferable to provide a clock generation unit corresponding to the reference clock generation unit 309 on the endoscope 2 side.
  • the first synchronization signal extraction unit 310A and the second synchronization signal extraction unit 310B acquire an imaging signal from the AFE unit 244b or the P / S conversion unit 244c, and extract a horizontal synchronization signal.
  • Embodiment 2 described above if the completion timings of the synchronization control of the first communication control unit 224 and the second communication control unit 225 are located between pulses of the same horizontal synchronization signal, the synchronization signal is completed. The timing may be shifted.
  • the vertical synchronization timing is determined based on the completion timing of control communication (or immediately following horizontal synchronization timing).
  • the present invention is not limited to the completion timing of control communication. Any of these may be set as timing data for determining the vertical synchronization timing.
  • the imaging synchronization signal is transmitted so that the setting data has the above-described timing (for example, between horizontal synchronization pulses).
  • a plurality of filters that are arranged on the optical path of white light emitted from the white light source 41 and rotate to transmit only light in a predetermined wavelength band of the white light are rotated.
  • the rotary filter By providing the rotary filter, light having the wavelength bands of red light (R), green light (G), and blue light (B) is sequentially transmitted and emitted.
  • the white light (W illumination) emitted from the white light source 41 the narrow band red light (R illumination), green light (G illumination) and blue light (B illumination) are internally viewed.
  • the mirror 2 can be sequentially emitted (surface sequential method). Even in this case, the color shift between images can be reduced by performing the above-described imaging control.
  • the clock signal generated by the reference clock generation unit 309 is a reference synchronization signal (synchronization timing) for causing the first imaging element 244A and the second imaging element 244B to start an imaging operation.
  • it may be generated based on a clock signal generated by the first clock generator 226, the second clock generator 227, or an external clock generator.
  • Embodiment 1 and 2 mentioned above demonstrated as what controls the synchronization between two image sensors, even if it is a case where three or more image sensors are provided, imaging can be controlled similarly. it can.
  • the imaging apparatus and the endoscope apparatus according to the present invention are useful for highly accurate synchronization among a plurality of imaging elements.

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Abstract

　本発明にかかる撮像装置は、第１および第２撮像素子と、第１および第２撮像素子の動作を制御する第１および第２通信制御部と、第１および第２のクロックを生成する第１および第２クロック生成部と、基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、第１および第２通信制御部に該撮像同期信号を出力する撮像同期信号生成部と、を備え、第１および第２通信制御部は、第１および第２撮像素子を同期する同期制御の通信を行う際、撮像同期信号生成部から出力される撮像同期信号をトリガとして、第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定する。

Description

撮像装置および内視鏡装置
　本発明は、複数の撮像素子を備えた撮像装置および内視鏡装置に関する。
　従来、医療分野においては、患者等の被検体の臓器を観察する際に内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、先端に撮像素子が設けられ、可撓性を有する細長形状をなし、被検体の体腔内に挿入される挿入部を有する内視鏡と、挿入部の基端側にケーブルを介して接続され、撮像素子が生成した撮像信号に応じた体内画像の画像処理を行って、体内画像を表示部等に表示させる処理装置とを備える。
　内視鏡システムには、内視鏡の先端にＣＭＯＳイメージセンサからなる複数の撮像素子を設けて、それぞれが撮像した画像をもとに三次元画像を生成したり、明瞭な二次元画像を生成したりする技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、例えば、撮像素子と処理装置とを専用線（パラレルバス）によってそれぞれ接続して信号の伝送が行われる。特許文献１では、複数の撮像素子を駆動するための信号をタイミングジェネレータが共通のクロックを用いて生成することにより、複数の撮像素子間で同期をとっている。
特開２００６－１８１０２１号公報
　ところで、内視鏡の挿入部は、患者への導入のしやすさを考慮し、細径化が望まれている。複数の撮像素子が設けられた内視鏡の挿入部を細径化するため、専用線にて撮像素子の同期信号を送信するのではなく、シリアルバスを用いてレジスタ設定を行って複数の撮像素子の同期制御を行う技術が知られている。
　シリアルバスを用いてレジスタ設定を行う技術では、処理装置と通信可能であって撮像素子ごとに設けられる通信制御部により各撮像素子のレジスタ設定を行うことで、このレジスタ設定が完了したタイミングに基づいて各撮像素子内部で同期信号が生成され、その同期信号に基づいて各撮像素子を駆動する。シリアルバスを制御する各通信制御部が個別のクロックに基づいて制御タイミングをカウントして撮像素子を制御する場合、クロックの偏差などにより通信制御部間でカウントされる時間のずれが生じると、各撮像素子の同期（駆動タイミング）にずれが生じる場合があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の撮像素子間で高精度に同期をとることができる撮像装置および内視鏡装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる撮像装置は、各々が受光した光を光電変換して電気信号（撮像信号）を生成する第１および第２撮像素子と、前記第１撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第１撮像素子の動作を制御する第１通信制御部と、前記第１通信制御部の動作基準となる第１のクロック信号を生成する第１クロック生成部と、前記第２撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第２撮像素子の動作を制御する第２通信制御部と、前記第２通信制御部の動作基準となる第２のクロック信号を生成する第２クロック生成部と、基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、前記基準同期信号に基づく基準タイミングから所定の経過時間となるタイミングで前記第１および第２通信制御部に該撮像同期信号を出力する撮像同期信号生成部と、を備え、前記第１および第２通信制御部は、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを同期する同期制御の通信を行う際、前記撮像同期信号生成部から出力される前記撮像同期信号をトリガとして、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定することを特徴とする。
　また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記第１および第２のクロック信号と比して周波数精度が高い第３のクロック信号を生成する第３クロック生成部を備え、基準同期信号生成部は、前記第３のクロック信号に基づいて基準同期信号を生成することを特徴とする。
　また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記第１および第２撮像素子が生成した電気信号から水平同期信号を抽出する同期信号抽出部をさらに備え、前記撮像同期信号生成部は、第１および第２撮像素子と前記第１および第２通信制御部との間の前記同期制御の通信が完了するタイミングが互いに同一の水平同期パルス間に位置し、かつ該水平同期パルスと重複しないタイミングとなる撮像同期信号を生成することを特徴とする。
　また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、前記撮像同期信号の入力タイミングは、前記第１および第２通信制御部が同期制御の通信を開始してから完了するまでの期間よりも短いことを特徴とする。
　また、本発明にかかる撮像装置は、上記発明において、細長形状をなして生体内に挿入される挿入部を有する内視鏡装置において、各々が受光した光を光電変換して電気信号（撮像信号）を生成する第１および第２撮像素子と、前記第１撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第１撮像素子の動作を制御する第１通信制御部と、前記第１通信制御部の動作基準となる第１のクロック信号を生成する第１クロック生成部と、前記第２撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第２撮像素子の動作を制御する第２通信制御部と、前記第２通信制御部の動作基準となる第２のクロック信号を生成する第２クロック生成部と、基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、前記基準同期信号に基づく基準タイミングから所定の経過時間となるタイミングで前記第１および第２通信制御部に該撮像同期信号を出力する撮像同期信号生成部と、を備え、前記第１および第２通信制御部は、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを同期する同期制御の通信を行う際、前記撮像同期信号生成部から出力される前記撮像同期信号をトリガとして、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定することを特徴とする。
　本発明によれば、複数の撮像素子間で高精度に同期をとることができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートである。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートであって、図３の一部をより詳細に示すタイミングチャートである。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態２にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートである。
　以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。実施の形態では、本発明にかかる撮像装置および内視鏡装置を含むシステムの一例として、患者等の被検体の体腔内の画像を撮像して表示する医療用の内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して説明する。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。
　図１および図２に示す内視鏡システム１は、被検体の体腔内に先端部を挿入することによって被検体の体内画像を撮像する内視鏡２と、内視鏡２が撮像した体内画像に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御する処理装置３と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する光源装置４と、処理装置３が画像処理を施した体内画像を表示する表示装置５と、を備える。
　内視鏡２は、可撓性を有する細長形状をなす挿入部２１と、挿入部２１の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から挿入部２１が延びる方向と異なる方向に延び、処理装置３および光源装置４にそれぞれ接続するコネクタ部２３ａ，２３ｂを有し、各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコード２３と、を備える。
　挿入部２１は、光を受光して光電変換を行うことにより信号を生成する画素が２次元状に配列された撮像素子を内蔵した先端部２４と、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部２５と、湾曲部２５の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部２６と、を有する。
　先端部２４は、ライトガイド２４１と、照明レンズ２４２と、二つの光学系（光学系２４３Ａ，２４３Ｂ）と、第１撮像素子２４４Ａと、第２撮像素子２４４Ｂと、を有する。
　ライトガイド２４１は、グラスファイバ等を用いて構成されて光源装置４が発光した光の導光路をなす。照明レンズ２４２は、ライトガイド２４１の先端に設けられ、照明光を外部に出射するためのレンズである。
　光学系２４３Ａ，２４３Ｂは、集光用の光学系であり、各々一または複数のレンズを用いて構成される。光学系２４３Ａ，２４３Ｂは、画角を変化させる光学ズーム機能や焦点を変化させるフォーカス機能を有していてもよい。
　第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂは、光学系２４３Ａ，２４３Ｂが各々集光した光を光電変換して電気信号（以下、撮像信号という）を生成するセンサ部２４４ａと、センサ部２４４ａが出力した撮像信号に対してノイズ除去やＡ／Ｄ変換を行うアナログフロントエンド部２４４ｂ（以下、「ＡＦＥ部２４４ｂ」という）と、ＡＦＥ部２４４ｂが出力した撮像信号（デジタル信号）をパラレル／シリアル変換して外部（処理装置３）に送信するＰ／Ｓ変換部２４４ｃと、センサ部２４４ａの駆動タイミング、ＡＦＥ部２４４ｂおよびＰ／Ｓ変換部２４４ｃにおける各種信号処理のパルスを発生するタイミングジェネレータ２４４ｄと、第１撮像素子２４４Ａまたは第２撮像素子２４４Ｂの動作を制御する撮像制御部２４４ｅと、をそれぞれ有する。第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂは、各々ＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）イメージセンサを用いて実現される。
　センサ部２４４ａは、光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードや、フォトダイオードから転送される電荷を電圧レベルに変換するコンデンサなどをそれぞれ有する複数の画素がマトリックス状に配列され、各画素が光学系２４３からの光を光電変換して電気信号を生成する受光部２４４ｆと、受光部２４４ｆの複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を順次読み出して、撮像信号として出力する読み出し部２４４ｇと、を有する。受光部２４４ｆには、受光面上にカラーフィルタが設けられている。また、読み出し部２４４ｇは、マトリックス状に配列された複数の画素が生成した電気信号を水平ライン毎に順次読み出す。
　ＡＦＥ部２４４ｂは、例えば相関二重サンプリング（Correlated　Double　Sampling）法を用いてアナログの撮像信号に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減回路と、撮像信号（電気信号）の増幅率（ゲイン）を調整して一定の出力レベルを維持するＡＧＣ（Automatic　Gain　Control）回路と、ＡＧＣ回路を介して出力された撮像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、を有する。
　撮像制御部２４４ｅは、受信した設定データや同期制御にかかる制御信号に従って第１撮像素子２４４Ａまたは第２撮像素子２４４Ｂの各種動作を制御する。撮像制御部２４４ｅは、例えば、読み出し部２４４ｇに読み出し信号を出力して、各画素が出力する電気信号の出力態様を画素単位で制御する。撮像制御部２４４ｅは、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）や各種プログラムを記録するレジスタ等を用いて構成される。
　操作部２２は、湾曲部２５を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ２２１と、被検体の体腔内に生体鉗子、電気メスおよび検査プローブ等の処置具を挿入する処置具挿入部２２２と、処理装置３、光源装置４に加えて、送気手段、送水手段、画面表示制御等の周辺機器の操作指示信号を入力する操作入力部である複数のスイッチ２２３と、が設けられている。処置具挿入部２２２から挿入される処置具は、先端部２４の処置具チャンネル（図示せず）を経由して開口部（図示せず）から表出する。
　また、操作部２２は、第１通信制御部２２４と、第２通信制御部２２５と、第１クロック生成部２２６と、第２クロック生成部２２７と、を有する。第１通信制御部２２４は、処理装置３から受信した設定データや同期制御にかかる制御信号に基づいて第１撮像素子２４４Ａの駆動タイミングを制御する。第２通信制御部２２５は、処理装置３から受信した設定データや同期制御にかかる制御信号に基づいて第２撮像素子２４４Ｂの駆動タイミングを制御する。第１クロック生成部２２６は、第１通信制御部２２４が駆動するためのクロック信号（第１のクロック信号）を生成する。第２クロック生成部２２７は、第２通信制御部２２５が駆動するためのクロック信号（第２のクロック信号）を生成する。なお、第１クロック生成部２２６が第１通信制御部２２４に内蔵され、第２クロック生成部２２７が第２通信制御部２２５に内蔵されるものであってもよい。第１通信制御部や第２通信制御部には、例えばクロック生成回路が内蔵されたマイコンが用いられる。
　ユニバーサルコード２３は、ライトガイド２４１と、一または複数の信号線をまとめた集合ケーブル２４５と、を少なくとも内蔵している。集合ケーブル２４５は、設定データを送受信するための信号線、撮像信号を送受信するための信号線を含む。
　つぎに、処理装置３の構成について説明する。処理装置３は、第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａと、第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂと、画像処理部３０２と、明るさ検出部３０３と、調光部３０４と、駆動信号生成部３０５と、入力部３０６と、記憶部３０７と、制御部３０８と、基準クロック生成部３０９（第３クロック生成部）と、を備える。
　第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａおよび第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂは、先端部２４（第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂ）からそれぞれ受信した撮像信号（デジタル信号）をシリアル／パラレル変換し、画像処理部３０２に出力する。
　画像処理部３０２は、第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａおよび第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂから入力された撮像信号をもとに、表示装置５が表示するための画像信号を生成する。画像処理部３０２は、撮像信号に対して、所定の画像処理を実行して表示用の体内画像を含む画像信号を生成する。ここで、画像処理としては、同時化処理、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、カラーマトリクス演算処理、ガンマ補正処理、色再現処理、エッジ強調処理、複数の画像データを合成する合成処理およびフォーマット変換処理等が挙げられる。画像処理部３０２は、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂでそれぞれ生成された撮像信号をもとに、三次元画像や、高画素な二次元画像を含む画像信号を生成する。また、画像処理部３０２は、第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａおよび第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂから入力された撮像信号を制御部３０８または明るさ検出部３０３へ出力する。
　明るさ検出部３０３は、画像処理部３０２から出力されるＲＧＢ成分の画像信号から、各画素に対応する明るさレベルを検出し、検出した明るさレベルを内部に設けられたメモリに記録するとともに制御部３０８へ出力する。また、明るさ検出部３０３は、検出した明るさレベルをもとにゲイン調整値および光照射量を算出し、該算出したゲイン調整値を画像処理部３０２へ出力する一方、光照射量を調光部３０４へ出力する。
　調光部３０４は、制御部３０８の制御のもと、明るさ検出部３０３が算出した光照射量をもとに光源装置４が発生する光量、発光タイミング等を設定し、この設定した条件を含む制御信号を光源装置４へ送信する。
　駆動信号生成部３０５は、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂを駆動するための駆動用の同期信号を生成し、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５へ送信する。
　駆動信号生成部３０５は、基準同期信号生成部３０５ａと、撮像同期信号生成部３０５ｂと、を有する。基準同期信号生成部３０５ａは、基準クロック生成部３０９で生成されたクロック信号に基づいて同期信号を生成する。基準同期信号生成部３０５ａにより生成された同期信号は、処理装置３の各部の動作、内視鏡２および光源装置４の動作の基準となる基準同期信号を含む。
　撮像同期信号生成部３０５ｂは、基準クロック生成部３０９で生成されたクロック信号に基づいて第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂを駆動するための撮像同期信号を生成して、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５へ出力する。具体的には、撮像同期信号生成部３０５ｂは、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５での処理時間に応じたタイミングで、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂが撮像動作を開始する撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を出力する。撮像タイミングとは、一つの画像を構成する１フレーム分の電気信号を読み出して取得する撮像動作の開始タイミングのことをいう。
　入力部３０６は、内視鏡システム１の動作を指示する動作指示信号等の各種信号の入力を受け付ける。
　記憶部３０７は、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic　Random　Access　Memory）等の半導体メモリを用いて実現される。記憶部３０７は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラム、および内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記憶する。
　制御部３０８は、ＣＰＵ等を用いて構成され、先端部２４および光源装置４を含む各構成部の駆動制御、および各構成部に対する情報の入出力制御などを行う。制御部３０８は、撮像制御のための設定データを、集合ケーブル２４５に含まれる所定の信号線を介して撮像制御部２４４ｅへ送信する。ここで、設定データは、撮像素子２４４の撮像速度（フレームレート）、電子シャッタやゲインの設定、およびセンサ部２４４ａの任意の画素からの画素情報の読み出し速度を指示する指示情報、ならびにＡＦＥ部２４４ｂが読み出した画素情報の伝送制御情報などを含む。
　基準クロック生成部３０９は、内視鏡システム１の各構成部の動作の基準となるクロック信号（第３のクロック）を生成し、内視鏡システム１の各構成部に対して生成したクロック信号を供給する。本実施の形態１において、基準クロック生成部３０９が生成するクロック信号は、第１クロック生成部２２６および第２クロック生成部２２７がそれぞれ生成するクロック信号と比して高精度である。具体的には、基準クロック生成部３０９は、発振器の周波数精度が、第１クロック生成部２２６および第２クロック生成部２２７の発振器の周波数精度と比して高い。
　つぎに、光源装置４の構成について説明する。光源装置４は、白色光光源４１と、光源制御部４２と、ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）ドライバ４３と、を備える。
　白色光光源４１は、白色ＬＥＤからなり、光源制御部４２の制御のもと、白色照明光を発生する。
　光源制御部４２は、調光部３０４から送信された制御信号にしたがって白色光光源４１に供給する電流量を制御する。
　ＬＥＤドライバ４３は、白色光光源４１に対して光源制御部４２の制御のもとで電流を供給することにより、白色光光源４１に照明光を発生させる。白色光光源４１が発生した光は、ライトガイド２４１を経由して先端部２４の先端から外部へ照射される。
　なお、光源装置４において、被検体に導入された蛍光物質を励起するための励起光を発生する特殊光光源を設けてもよい。特殊光光源は、例えば赤外光を発生する。また、特殊光光源として、白色照射光とは波長帯域が異なる光であって狭帯域バンドパスフィルタによって狭帯域化した赤色、緑色および青色のうちのいずれかの色成分の光を特殊光として発生してもよい。特殊光としては、たとえば血液中のヘモグロビンに吸収されやすくなるように狭帯域化された青色光および緑色光の２種の帯域のＮＢＩ（Narrow　Band　Imaging）照明光等などが挙げられる。
　表示装置５は、映像ケーブルを介して処理装置３が生成した体内画像を受信して表示する機能を有する。表示装置５は、液晶、有機ＥＬ（Electro　Luminescence）等の表示ディスプレイを有する。
　なお、本実施の形態１では、第１撮像素子２４４Ａ、第２撮像素子２４４Ｂ、第１通信制御部２２４、第２通信制御部２２５、第１クロック生成部２２６、第２クロック生成部２２７、基準同期信号生成部３０５ａおよび撮像同期信号生成部３０５ｂを用いて撮像装置（内視鏡装置）を構成する。
　続いて、内視鏡システム１における撮像タイミングの同期制御について、図３，４を参照して説明する。図３は、本実施の形態１にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートである。図４は、本実施の形態１にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートであって、図３の一部をより詳細に示すタイミングチャートである。
　第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂは、受光部２４４ｆの露光と読み出し部２４４ｇによって、水平ライン毎にタイミングをずらして第１～第ｎライン（１フレーム）の電気信号の読み出しと、を交互に繰り返して、被検体の体内画像を含む撮像信号を取得する。本実施の形態１では、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの露光処理と該露光処理により生成された電気信号の読み出し処理とに要する期間をフィールドという。換言すれば、１フィールドでは、例えば一つの画像を構成する１フレームの電気信号（撮像信号）を取得するための露光処理と読み出し処理とが行われる。
　処理装置３においては、内部の同期タイミング（基準同期信号）によりフィールドがフィールド１からフィールド２に移行する。この同期タイミング（基準同期信号）に基づく基準タイミングと、撮像素子の読み出し処理を開始したいタイミングとは異なる場合がある。そこで制御部３０８は、撮像同期信号生成部３０５ｂで生成した同期信号を第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５にそれぞれ送信する。
　第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、駆動信号生成部３０５からの基準同期信号をトリガとして第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの動作条件の設定（レジスタ設定）を含む、撮像タイミング（垂直同期タイミング）を決定するための同期制御の通信を開始する。この際、第１通信制御部２２４は、この同期タイミングから第１クロック生成部２２６が生成したクロック信号に基づいて所定時間カウント後、同期制御の通信を開始する。また、第２通信制御部２２５は、この同期タイミングから第２クロック生成部２２７が生成したクロック信号に基づいて所定時間カウント後、同期制御の通信を開始する。レジスタ設定では、制御部３０８から例えばＩ２ＣやＳＰＩといった公知の通信規格にて設定データが送信され、各撮像素子にかかる各種の設定（電子シャッタの明るさ制御設定、デバイス指定やアドレス指定など）が行われる。
　その後、撮像同期信号生成部３０５ｂにより生成された撮像同期信号が内視鏡２（第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５）に送信される。撮像同期信号生成部３０５ｂにより送信される撮像同期信号は、同期制御の通信において、同期制御の通信完了の制御を行うためのトリガとなる信号であって、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期制御の最終通信を決定付けるための信号である。
　具体的には、撮像同期信号生成部３０５ｂは、処理装置３の同期タイミングから第１通信制御部２２４の同期制御の最終通信タイミングまでの経過時間、および処理装置３の同期タイミングから第２通信制御部２２５の同期制御の最終通信までの経過時間をカウントし、二つの経過時間のずれ量（クロック数）と、同期制御通信の完了タイミングとに基づき決定されるタイミングで撮像同期信号を出力する。例えば、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、該撮像同期信号の受信をトリガとして各々最終通信を行う。撮像同期信号生成部３０５ｂは、同期タイミング（基準同期信号）に基づく基準タイミングから所定の経過時間をカウント後に撮像同期信号を出力する。該基準タイミングは、基準同期信号が出力されたタイミングとするほか、第１通信制御部２２４または第２通信制御部２２５が同期制御通信を開始したタイミングとするなど任意のタイミングであってもよい。なお、撮像同期信号生成部３０５ｂが行うカウント数（経過時間）は、前回以前に行った同期制御の通信における経過時間をカウントして決定するものであってもよいし、内視鏡システム１の起動時などに通信を行って経過時間をカウントして決定するものであってもよい。
　図４に示すように、第１通信制御部２２４は、処理装置３の同期タイミングに基づき同期制御の通信を行うとともに、同期制御の最終通信の直前で通信を待機する。第２通信制御部２２５は、第２クロック生成部２２７が生成したクロックでカウントしたタイミングに基づき同期制御の通信を行うとともに、同期制御の最終通信の直前で通信を待機する。第１クロック生成部２２６と第２クロック生成部２２７で生成されたクロックの周波数には若干の誤差があり、図４において、通信開始は同時であっても、第２通信制御部２５５は第１通信制御部２２４とのカウントの時間差が生じるため、第１通信制御部２２４とは遅れたタイミングで通信を行っている。第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、撮像同期信号生成部３０５ｂからの撮像同期信号をトリガとして同期制御の最終通信を行う。
　具体的には、通信の最終のクロックの立下りエッジで信号をラッチする場合、第１通信制御部２２４は、図４に示すように、撮像同期信号生成部３０５ｂからの撮像同期信号により、立下りクロックを生成する。また、第２通信制御部２２５は、撮像同期信号をトリガとして、立下りクロックを生成する。立下りクロックの生成により、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミング（撮像タイミング）が決定され、フィールドが切り替わる。フィールドが切り替わると、読み出し部２４４ｇによる読み出し処理が開始される。
　このように、基準クロックにてカウントした撮像同期信号をトリガとして、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が同期制御の最終通信を行うことにより、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期制御の通信完了タイミングが略一致するため、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５でカウントされた時間にずれがあっても、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期を高精度に制御することができる。なお、撮像同期信号の入力のタイミングは、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が同期制御の通信を開始してから完了するまでの期間よりも短い、すなわち当該撮像同期信号が通信開始後に出力されることが好ましい。
　上述した本実施の形態１によれば、撮像同期信号をトリガとして、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が同期制御の最終通信を行うことにより、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミング（撮像タイミング）を決定するようにしたので、複数の撮像素子間で高精度に同期をとることができる。
　なお、上述した実施の形態１では、例えば第１通信制御部２２４が、第１クロック生成部２２６が生成したクロックに基づいて所定時間カウントし、第１撮像素子２４４Ａの同期制御の通信を開始するものとして説明したが、例えば、第１通信制御部２２４が、制御部３０８から送信された通信開始タイミング（図示せず）で通信を開始してもよい。この場合、制御線が増えるが、通信開始タイミングも高精度で制御することが可能になる。
　また、上述した実施の形態１では、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５による同期制御の通信を毎フィールド行うものとして説明したが、数フィールドおきに行うものであってもよいし、所定のフィールドで行うものであってもよい。
　また、上述した実施の形態１では、最終のパルスの立下りでフィールドを切り替えるものとして説明したが、最終のパルスの立下りから数クロックカウント後にフィールドを切り替えるものであってもよい。
　また、上述した実施の形態１では、撮像同期信号をトリガに最終通信を行うが、撮像同期信号の受信後即時立下がりクロックを生成してもよいし、数クロックカウント後に立下がりクロックを生成してもよい。撮像同期信号の受信をトリガとして最終通信のタイミングを制御するものであればよい。
　また、上述した実施の形態１では、処理装置３に撮像同期信号生成部３０５ｂを設けるものとして説明したが、カウント部をコネクタ部２３ａなど内視鏡２側に設けるものであってもよい。この場合、基準クロック生成部３０９に相当するクロック生成部を内視鏡２側に設けることが好ましい。
（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、本実施の形態２にかかる内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。なお、上述した構成と同一の構成には同一の符号を付して説明する。本実施の形態２では、得られた撮像信号から水平同期信号を抽出して、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの水平同期タイミングに応じて垂直同期タイミングを決定し、フィールドの切り替え制御を行う。
　本実施の形態２にかかる内視鏡システム１ａは、上述した内視鏡２、光源装置４および表示装置５と、処理装置３ａとを有する。処理装置３ａは、上述した処理装置３の構成に加え、第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂを有する。なお、本実施の形態２では、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミングが、水平同期タイミング単位で制御されるものとして説明する。具体的には、各撮像素子のレジスタ設定を行うことで、このレジスタ設定が完了した後、最初の水平同期タイミングに基づいて各撮像素子内部で同期信号が生成され、その同期信号に基づいて各撮像素子を駆動する。レジスタ設定完了のタイミングが異なり、例えば第１撮像素子２４４Ａが水平同期信号の前に完了し、第２撮像素子２４４Ｂが水平同期信号の後に完了した場合、それぞれの撮像素子の駆動タイミングは１水平同期時間分の差が発生する。本実施の形態２では、第１撮像素子２４４Ａ、第２撮像素子２４４Ｂ、第１通信制御部２２４、第２通信制御部２２５、第１クロック生成部２２６、第２クロック生成部２２７、基準同期信号生成部３０５ａ、撮像同期信号生成部３０５ｂおよび同期信号抽出部（第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂ）を用いて撮像装置を構成する。
　第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂは、まず、第１Ｓ／Ｐ変換部３０１Ａおよび第２Ｓ／Ｐ変換部３０１Ｂを介して内視鏡２で生成された撮像信号をそれぞれ取得する。第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂは、取得した撮像信号から画像信号と同期信号とを分離してそれぞれ水平同期信号を抽出する。
　撮像同期信号生成部３０５ｂは、第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂにより抽出された各水平同期信号の隣接パルス間の間隔をもとに撮像同期信号を生成する。具体的には、撮像同期信号生成部３０５ｂは、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の通信終了のタイミングが、それぞれ同一のパルス間に位置するように出力される撮像同期信号を生成する。本実施の形態２にかかる撮像同期信号は、同期制御の通信完了の制御を行うためのトリガとなる信号であって、具体的には該撮像同期信号の受信をトリガとして、最終通信を行わせる信号である。
　図６は、本実施の形態２にかかる内視鏡システムの制御タイミングを説明するタイミングチャートである。第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、上述した実施の形態１と同様に自身のクロックのカウントに基づき同期制御の通信を開始する、または処理装置３の同期タイミングに基づき同期制御の通信を開始する。
　第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、同期制御の通信中に撮像同期信号生成部３０５ｂからの撮像同期信号が出力されると、該撮像同期信号をトリガとして、それぞれ同期制御の通信を数クロック待機するなどして、同期制御の通信を行う。具体的には、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５は、図６に示すように、撮像同期信号生成部３０５ｂからの撮像同期信号により、最終の通信を行う前までに、各々設定数のクロック分の通信を待機して、通信完了のタイミングを遅らせる。なお、撮像同期信号をトリガとして、同期制御の最終通信の直前で通信を待機している第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が、最終通信を行って通信を完了するものであってもよい。これにより、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの通信完了のタイミングが水平同期信号の同一パルス間（例えば図６のｎＨ間）に位置し、かつ水平同期パルスと重複しない（一致しない）タイミングとなるように調整され、第１撮像素子２４４Ａと第２撮像素子２４４Ｂとの垂直同期タイミングを決定する水平同期タイミングが一致する。水平同期タイミングを一致させると、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミングも一致し、該一致した垂直同期タイミングでフィールドを切り替えることができる。フィールドが切り替わると、読み出し部２４４ｇによる読み出し処理が開始される。
　このように、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂの垂直同期タイミングが、水平同期タイミング単位で制御される場合に、撮像同期信号をトリガとして、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が同期制御の完了タイミングを調整することにより、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５のカウントのずれがあっても、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期を高精度に制御することができる。
　上述した実施の形態２によれば、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５が、撮像同期信号をトリガとして各々所定数のクロックをカウントして同期制御の完了を調整することにより、水平同期タイミングを一致させて、同一の垂直同期タイミングを揃えるようにしたので、複数の撮像素子間で高精度に同期をとることができる。
　また、上述した実施の形態２では、処理装置３に撮像同期信号生成部３０５ｂ、第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂを設けるものとして説明したが、カウント部および同期信号抽出部をコネクタ部２３ａなど内視鏡２側に設けるものであってもよい。この場合、基準クロック生成部３０９に相当するクロック生成部を内視鏡２側に設けることが好ましい。また、第１同期信号抽出部３１０Ａおよび第２同期信号抽出部３１０Ｂは、ＡＦＥ部２４４ｂまたはＰ／Ｓ変換部２４４ｃから撮像信号を取得して、水平同期信号を抽出する。
　また、上述した実施の形態２において、第１通信制御部２２４および第２通信制御部２２５の同期制御の完了タイミングが、同一の水平同期信号のパルス間に位置していれば、同期信号の完了のタイミングがずれていてもよい。
　上述した実施の形態１，２では、制御通信の完了タイミング（または直後の水平同期タイミング）で垂直同期タイミングを決定するものとして説明したが、制御通信の完了タイミングに限らず、制御通信中のデータのいずれかを垂直同期タイミングを決定するタイミングデータとして設定してもよい。この場合、当該設定データが、上述したタイミング（例えば、水平同期パルス間）となるように撮像同期信号が送信される。
　なお、本実施の形態１，２において、白色光光源４１が出射する白色光の光路上に配置され、回転することにより、白色光のうち所定の波長帯域の光のみを透過させる複数のフィルタを有する回転フィルタを備えてもよい。回転フィルタを設けることにより、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）それぞれの波長帯域を有する光を順次透過させて出射する。これにより、白色光光源４１が出射する白色光（Ｗ照明）のうち、狭帯域化した赤色光（Ｒ照明）、緑色光（Ｇ照明）および青色光（Ｂ照明）いずれかの光を内視鏡２に順次出射（面順次方式）することができる。この場合でも、上述した撮像制御を行うことで、画像間の色ずれを低減することができる。
　また、上述した実施の形態１，２では、第１撮像素子２４４Ａおよび第２撮像素子２４４Ｂに撮像動作を開始させるための基準同期信号（同期タイミング）を基準クロック生成部３０９により生成されたクロック信号に基づき生成するものとして説明したが、第１クロック生成部２２６や第２クロック生成部２２７、外部のクロック発生器により生成されたクロック信号に基づいて生成するものであってもよい。
　また、上述した実施の形態１，２では、二つの撮像素子間の同期を制御するものとして説明したが、三つ以上の撮像素子を設けた場合であっても同様に撮像を制御することができる。
　以上のように、本発明にかかる撮像装置および内視鏡装置は、複数の撮像素子間で高精度に同期をとるのに有用である。
　１，１ａ　内視鏡システム
　２　内視鏡
　３，３ａ　処理装置
　４　光源装置
　５　表示装置
　２１　挿入部
　２２　操作部
　２３　ユニバーサルコード
　２４　先端部
　２５　湾曲部
　２６　可撓管部
　４１　白色光光源
　４２　光源制御部
　４３　ＬＥＤドライバ
　２２１　湾曲ノブ
　２２２　処置具挿入部
　２２３　スイッチ
　２２４　第１通信制御部
　２２５　第２通信制御部
　２２６　第１クロック生成部
　２２７　第２クロック生成部
　２４１　ライトガイド
　２４２　照明レンズ
　２４３Ａ，２４３Ｂ　光学系
　２４４Ａ　第１撮像素子
　２４４Ｂ　第２撮像素子
　２４４ａ　センサ部
　２４４ｂ　アナログフロントエンド部（ＡＦＥ部）
　２４４ｃ　Ｐ／Ｓ変換部
　２４４ｄ　タイミングジェネレータ
　２４４ｅ　撮像制御部
　２４４ｆ　受光部
　２４４ｇ　読み出し部
　３０１Ａ　第１Ｓ／Ｐ変換部
　３０１Ｂ　第２Ｓ／Ｐ変換部
　３０２　画像処理部
　３０４　調光部
　３０５　駆動信号生成部
　３０５ａ　基準同期信号生成部
　３０５ｂ　撮像同期信号生成部
　３０６　入力部
　３０７　記憶部
　３０８　制御部
　３０９　基準クロック生成部
　３１０Ａ　第１同期信号抽出部
　３１０Ｂ　第２同期信号抽出部

Claims (5)

  1. 　各々が受光した光を光電変換して電気信号を生成する第１および第２撮像素子と、
    　前記第１撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第１撮像素子の動作を制御する第１通信制御部と、
    　前記第１通信制御部の動作基準となる第１のクロック信号を生成する第１クロック生成部と、
    　前記第２撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第２撮像素子の動作を制御する第２通信制御部と、
    　前記第２通信制御部の動作基準となる第２のクロック信号を生成する第２クロック生成部と、
    　基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、
    　前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、前記基準同期信号に基づく基準タイミングから所定の経過時間となるタイミングで前記第１および第２通信制御部に該撮像同期信号を出力する撮像同期信号生成部と、
    　を備え、
    　前記第１および第２通信制御部は、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを同期する同期制御の通信を行う際、前記撮像同期信号生成部から出力される前記撮像同期信号をトリガとして、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定することを特徴とする撮像装置。
  2. 　前記第１および第２のクロック信号と比して周波数精度が高い第３のクロック信号を生成する第３クロック生成部を備え、
    　基準同期信号生成部は、前記第３のクロック信号に基づいて基準同期信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 　前記第１および第２撮像素子が生成した電気信号から水平同期信号を抽出する同期信号抽出部をさらに備え、
    　前記撮像同期信号生成部は、第１および第２撮像素子と前記第１および第２通信制御部との間の前記同期制御の通信が完了するタイミングが互いに同一の水平同期パルス間に位置し、かつ該水平同期パルスと重複しないタイミングとなる撮像同期信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  4. 　前記撮像同期信号の入力タイミングは、前記第１および第２通信制御部が同期制御の通信を開始してから完了するまでの期間よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  5. 　細長形状をなして生体内に挿入される挿入部を有する内視鏡装置において、
    　各々が受光した光を光電変換して電気信号を生成する第１および第２撮像素子と、
    　前記第１撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第１撮像素子の動作を制御する第１通信制御部と、
    　前記第１通信制御部の動作基準となる第１のクロック信号を生成する第１クロック生成部と、
    　前記第２撮像素子と通信可能に接続し、該通信を制御することで前記第２撮像素子の動作を制御する第２通信制御部と、
    　前記第２通信制御部の動作基準となる第２のクロック信号を生成する第２クロック生成部と、
    　基準同期信号を生成する基準同期信号生成部と、
    　前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定するためのトリガとなる撮像同期信号を生成し、前記基準同期信号に基づく基準タイミングから所定の経過時間となるタイミングで該撮像同期信号を前記第１および第２通信制御部に出力する撮像同期信号生成部と、
    　を備え、
    　前記第１および第２通信制御部は、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを同期する同期制御の通信を行う際、前記撮像同期信号生成部から出力される前記撮像同期信号をトリガとして、前記第１および第２撮像素子の撮像タイミングを決定することを特徴とする内視鏡装置。
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