(57)【要約】      （修正有）【課題】画像処理装置を、内視鏡のような医療または歯科器具用に提供する。【解決手段】イメージセンサを残りの回路から離して配置するか、又は、イメージセンサを含むすべての回路は、同じ場所で積み重ねて配置される。更に、全部の画像処理装置を内視鏡の末端チップに配置するか、又は、イメージセンサはその他の回路から離れており、制御ボックスを備え、制御ボックスはイメージセンサとやりとりし、かつ内視鏡から離して配置される。イメージセンサを単独で第１回路ボード上に配置してもよいし、イメージセンサが配置された第１回路ボードにタイミングおよび制御回路を設けてもよい。【選択図】図１
2004188211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像処理装置において、
ＣＭＯＳイメージセンサと、回路装置（９２）と、制御ボックス（３０）と、電源（５２、６６）とを有し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは、最大でも８ｍｍの寸法を有する回路ボード（４０）に配置されており、人体内の外科的処置個所の画像を受信し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは能動型ＣＭＯＳ画素のアレイ（９０）によって定義され、
前記能動型ＣＭＯＳ画素のアレイ（９０）内の個々の画素はそれぞれアンプを含み、
前記回路装置（９２）は、前記ＣＭＯＳイメージセンサに隣接して前記回路ボード（４０）に配置されており、前記ＣＭＯＳイメージセンサのタイミングおよび制御を行い、
前記制御ボックス（３０）は前記ＣＭＯＳイメージセンサから離れて配置されており、
前記制御ボックス（３０）は回路手段を含み、該回路手段は前記ＣＭＯＳイメージセンサからの出力信号（プレビデオ信号）を受信し、該出力信号（プレビデオ信号）を標準的なビデオ装置が受信するビデオ信号に変換し、
前記電源（５２、６６）は、前記制御ボックス（３０）および前記ＣＭＯＳイメージセンサと接続されており、それらに電力を供給する、ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
画像処理装置において、
ＣＭＯＳイメージセンサと、回路装置（９２）と、制御ボックス（３０）と、電源（５２）とを有し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは最大でも８ｍｍの寸法を有し、人体内の外科的処置個所の画像を受信し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは複数の受動型ＣＭＯＳ画素からなるアレイ（９０）を有し、
受動型ＣＭＯＳ画素はそれぞれフォトダイオード（１６２）およびアクセストランジスタ（１６４）を備え、
前記フォトダイオードは光電気的に信号を発生し、
前記アクセストランジスタは、前記フォトダイオード（１６２）において光電気的に発生された信号のリリースを制御し、
前記回路装置（９２）は、前記ＣＭＯＳイメージセンサに隣接して配置されており、当該ＣＭＯＳイメージセンサのタイミングおよび制御を行い、
前記制御ボックス（３０）は前記ＣＭＯＳイメージセンサから離れて配置されており、
前記制御ボックス（３０）は回路手段を含み、該回路手段は前記ＣＭＯＳイメージセンサからの出力信号（プレビデオ信号）を受信し、該出力信号（プレビデオ信号）を標準的なビデオ装置が受信するビデオ信号に変換し、
前記電源（５２、６６）は、前記制御ボックス（３０）および前記ＣＭＯＳイメージセンサと接続されており、それらに電力を供給する、ことを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外科用器具に関する。この器具は非常に小さいイメージセンサと、およびそれに関連する電子回路装置の使用を含んでいる。そして本発明は特に、能動型画素アレイおよび付随する処理用回路を含むＣＭＯＳの集積回路センサの形態で固有の画像処理能力を持っている内視鏡のような外科用器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医学および歯学両方の舞台において、内視鏡による外科手術は多くの型式の外科処置を行うために受け入れられた標準手法となってきた。画像処理装置は、身体内の小さい空胴または開口内に導入される小さい直径の内視鏡を通して外科医または歯科医に、特定の外科的範囲を見せることが可能であるため、画像処理装置の有効性は、他の多くの利点のほかに、患者への損傷をずっと少なくするという効果がある。
【０００３】
多くの病院で、棒レンズ形内視鏡は内視鏡による外科手術でまだ使われている。棒レンズ内視鏡は、細長い、そして堅い管の中の非常に精密なレンズグループを含んでいる。この管は、レンズグループとつながっている、離れたカメラに正確にイメージを伝達することが可能である。その製造のコスト、故障率、および堅い、そしてまっすぐなケーシングの中に収容されなければならないという要求事項のために、棒レンズ内視鏡は、ますます固体画像処理技術によって取って代わられつつある。この固体画像処理技術は、調査している装置の末端チップにイメージセンサが置かれることができるようなものである。３つの最も普通の固体イメージセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、電荷注入素子（ＣＩＤ）およびフォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）である。１９８０年代の半ばには、コンプリメンタリ金属・酸化膜・半導体（ＣＭＯＳ）が産業的な使用のために開発された。ＣＭＯＳ画像処理装置は機能性を改善し、システムインターフェースを単純化した。さらに、多くのＣＭＯＳイメージセンサが、他の固体画像処理技術のコスト改善のために生産されてきた。
【０００４】
ＣＭＯＳ技術における１つの特別な利点は、能動画素型ＣＭＯＳイメージセンサである。これはそれぞれのピクセルサイトにおいてアンプを持つ、ランダムにアクセス可能なピクセルから構成されている。能動画素型イメージセンサの１つの利点は、アンプ配置がＣＣＤまたは他の固体イメージセンサよりも低いノイズレベルをもたらすということである。他の主要な利点は、これらＣＭＯＳイメージセンサが標準的な半導体生産ラインの上で大量生産されることができることである。能動画素型アレイを含むＣＭＯＳイメージセンサの領域での１つの特に顕著な進歩は、Fossum等による米国特許第５,４７１,５１５号に説明されているＣＭＯＳイメージセンサである。このＣＭ０Ｓイメージセンサは、通常はより大きいサイズの多用途回路ボード上に見いだされる、多くの他の異なった電子制御装置を含むことができる。例えば、タイミング回路および、ズームおよびアンチジッタのような特殊機能が、ホスト回路ボードの全体的なサイズを増やさないで、ＣＭＯＳピクセルアレイを含む同じ回路ボードの上に置かれることができる。さらに、この特定のＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤ型イメージセンサより１００倍も少ないパワーを必要とする。要するに、Fossum等によって明らかにされたＣＭＯＳイメージセンサは「チップ上のカメラ」の開発を可能にした。
【０００５】
能動画素型ＣＭＯＳイメージセンサのほかに、受動画素型ＣＭＯＳイメージセンサも最近、非常に改善された。その結果、それらも「チップ上のカメラ」として認知されて、画像処理装置内で用いられるようになってきた。要するに、受動画素型イメージセンサは、それぞれのピクセルサイトにおいて信号増幅を行ってはいない。
【０００６】
チップ上のカメラのコンセプトは、多くの工業範囲における用途のために大きいメリットを持っているものの、画像処理装置の必要性がまだ存在する。これはアクセスするのが特に難しい身体内のエリアを見るための、そしてより小さい直径の外科用器具を用いてさらに患者の外傷を最小にするための、最も小さい型式の内視鏡器具においてさえ使うことができるものである。
【０００７】
画像処理装置を持つ外科用器具を提供することが、本発明の１つの目的である。この画像処理装置は Fossum 等のＣＭＯＳ型イメージセンサ、または受動画素型ＣＭＯＳイメージセンサの長所を有している。しかし付随する回路を、スタックされた関係に配置替えして、その結果、外科用器具の中で使われるとき、最小形状を有するようにされる。「使い捨てできる」くらい低コストの画像処理装置を提供することが、もう１つの本発明の目的である。小型の画像処理装置を提供することが、本発明のさらにもう１つの目的である。それにより、チャネルを通過する程度に小型に構成された画像処理装置を標準的な内視鏡と関連して使用できる。このチャネルは、通常他の外科用デバイスを受け入れるための、または外科的エリアを洗い流すための、液体またはガスを受け取るためのものである。固有の画像処理能力を持っている外科用デバイスを提供することが本発明のさらにもう１つの目的である。この画像処理能力は電池電源であることができ、そしてプレビデオ信号をビデオ処理回路に伝達するのに、単に１つの導体を必要とするだけであることもできる。このビデオ処理回路は外科的区域の殺菌した現場の内部または外部のいずれかにある。
【０００８】
医者によって行われた外科処置のための、前述の発明の意図的な使用のほかに、ここで説明された本発明はまた、口腔外科および一般的な歯科処置に関して大きいユーティリティを持っていると見込まれる。そのような用途では、特にアクセスすることが難しい位置におけるイメージを提供するために、非常に小さい画像処理装置を使う必要がある。さらに、前述の発明が医学そして歯学の分野に関して用途を持つ一方、ここに明らかにされた小さいサイズの画像処理装置が、他の機能的な分野に適用され得ることもまた当業者によって理解されるであろう。ここでは画像処理装置が、産業的な装置および類似の装置に関して、アクセスすることが難しい位置を観察するために使われることができる。そのため、本発明の画像処理装置は多くの工業的なボロスコープに取って代わって使われることができるであろう。
【０００９】
ＣＭＯＳイメージセンサ技術は「チップ上のカメラ」のプロフィールエリアを縮小することに関してさらに改善することができる。そして画像処理装置を、医学、歯学、および産業の分野で使用できる非常に小さい調査用器具内に取り入れることに関して、さらに改善することができる。
【００１０】
発明の開示
本発明によれば、画像処理装置を含んでいる外科用器具が供給される。ここに使われている用語「画像処理装置」は、画像処理素子および処理用回路を述べるために使用されている。これらはテレビジョンまたは、パーソナル・コンピュータに付属するビデオモニターのような標準的なビデオ装置によって受け入れられるビデオ信号を作り出すために使われている。ここに使われている用語「イメージセンサ」は、イメージを取り込んで、そしてそれらをアレイ内のそれぞれのピクセルの構造中にストアするＣＭＯＳピクセルアレイを言い表わすものである。以下にさらに論じるように、タイミングおよび制御回路は、ピクセルアレイと同じ平らな基板の上に置かれることも、あるいはタイミングおよび制御回路は、ピクセルアレイから遠くに置かれることもできる。従って前者の場合、イメージセンサもまた集積回路として定義されることができる。ここで使われるような、そして他では特に定義されていない、用語「信号」または「イメージ信号」は、イメージに言及している。このイメージは画像処理装置による処理の間のいくつかのポイントにおいて特定のフォーマットまたはドメイン内に置かれた電子の形態で見いだされるものである。ここで使われている用語「処理回路」は、画像処理装置の中の電子コンポーネントに言及している。これはイメージセンサからのイメージ信号を受信して、そして究極的にはイメージ信号を有用なフォーマットに配列する。ここに使われている用語「タイミングおよび制御回路または回路」は、ピクセルアレイからのイメージ信号の解放を制御する電子コンポーネントに言及している。
【００１１】
第１の実施例では、イメージセンサは、タイミングおよび制御回路なしで、またはタイミングおよび制御回路と共に、内視鏡的器具の末端チップに置かれることができる。一方、残っている処理回路は単一のケーブルによってイメージセンサとやりとりできる小さい遠隔制御ボックス内に見いだされるかもしれない。
【００１２】
第２の実施例では、イメージセンサおよび処理回路はすべて回路ボードのスタック状配列に置かれて、そして内視鏡的器具の末端チップに位置決めされるかもしれない。この実施例では、イメージセンサのピクセルアレイは、単独にそれ自身の回路ボードの上に置かれるかもしれない。一方、タイミングおよび制御回路および処理回路が１つのまたはそれ以上の他の回路ボード上に置かれる。代わりに、タイミングおよび制御のための回路は、ピクセルアレイと一緒に１つの回路ボードの上に置かれることもできる。他方、残っている処理回路は１つまたはそれ以上の他の回路ボードの上に置かれることができる。
【００１３】
さらにもう１つの実施例では、画像処理装置は、標準的な棒レンズ内視鏡との使用に適合させられるかもしれない。ここにおいては画像処理装置は標準的なカメラケーシングの中に置かれ、標準的な「Ｃ」または「Ｖ」マウントコネクタに接続されるように構成される。
【００１４】
一般的な内視鏡は、患者の内部に差し込まれる非常に小さい直径の管状の部分を含んでいて、第１および第２の実施例で使われることもできる。管状の部分は、その中に画像処理装置の素子を受け入れるために、中央のルーメンまたは開口を持っている柔軟な材料から作られことができる。管状の部分は、中央のルーメンの内部に置かれた付加的な同心の管を含むように変更されることもある。中央のルーメンは複数の光ファイバがその中で管状の部分の末梢端の周囲の周りに 円周的に置かれることを可能にする。さらに、制御線は内視鏡を操縦可能とするために管状の部分に沿って拡張することができる。内視鏡を作るために使われる材料は、どのような所望の滅菌プロトコルとも両立でき得るものである。あるいは、内視鏡全体が殺菌状態とされており、そして使用の後に使い捨てにされることもできる。
【００１５】
ピクセルのアレイを必要としているような、そしてタイミングおよび制御回路が同じ回路ボードの上に置かれているような、画像処理装置を構成するには、処理回路にイメージ信号を伝達するために、ただ１つだけの導体が必要とされている。タイミングおよび制御回路が他の回路ボード上に含まれる画像処理装置の他の構成においては、タイミングおよび制御回路をピクセルアレイに接続するために複数の接続が必要とされ、そして１つの導体もまた、イメージ信号を伝達するために要求されている。
【００１６】
図面の簡単な説明
図１ａは、一般的な内視鏡の器具の断片的な横断面図と、およびそれぞれが画像処理装置の素子を含んでいる制御ボックス、内視鏡と制御ボックスの断片的な見取り図を含んでいる第１の実施例を示す図であり；
図１ｂは、内視鏡の管状の部分の他の素子に関するイメージセンサの配置を特に説明する内視鏡の器具の末梢端の拡大された断片的な部分分解透視図であり；
図２ａは、画像処理装置が全部、内視鏡の末端チップに含まれているような、もう１つの一般的な内視鏡を示す本発明の第２の実施例の断片的な横断面図であり；
図２ｂは、画像処理装置を説明している内視鏡の末梢端の拡大された断片的な部分的に分解された透視図であり；
図３ａは、棒レンズ内視鏡に接続するために標準的なカメラケーシングに収容された、イメージセンサの立面断片的な横断面図であり；
図３ｂは、カメラケーシングの中に収容された画像処理装置の断片的な横断面図であり；
図３ｃは、交流電源の代わりの電源としての電池を示す図類似している断片的な横断面図であり；
図４は、画像処理装置を作り上げる機能的な電子コンポーネントの概略の回路図であり；
図４ａは、ピクセルのアレイとタイミングおよび制御回路を含むことができる回路ボードの拡大された回路図であり；
図４ｂは、ピクセルのアレイによって発生されたプレビデオの信号を処理し、そしてプレビデオ信号を標準的なビデオ装置によって受け取られるポストビデオ信号に変換する処理回路をその上に含むビデオ処理ボードの拡大された回路図である。
【００１７】
図５ａから図５ｅは、画像処理装置を作るために使用される特定の回路の例を示す回路図である。
【００１８】
図６は、ＣＭＯＳ型構成のイメージセンサと両立できる、受動ピクセルアレイ内に置くことのできる受動ピクセルの単純化された回路図である。
【００１９】
発明を実施するための最良の形態
図１ａに示されるような本発明の１つの実施例によれば、内視鏡１０が備えられており、これは図１ｂに示される、画像処理装置１１を含んでいる。以下にさらに論じられるように、画像処理装置の素子はすべて１つの場所において見いだされるかも知れず、あるいはそれら素子が互いに分離されて、単数または複数の適切なケーブルによって相互に接続されることもできる。イメージセンサを作り上げているピクセルのアレイは、光のフォトンから電子への変換によってイメージを獲得して、そしてそれらを電気エネルギーの形態で蓄積する。この変換は、それぞれのピクセル内のフォトダイオードによって行われる。ピクセルは電子を蓄積している１つまたはそれ以上のコンデンサとやりとりする。内視鏡１０の構造は、柔軟なまたは堅い管状の部分１４を含んでいる。これは患者の身体内に挿入され、そして所望の外科的エリアを見るために適切な場所に置かれる、その近傍端において、管状の部分１４にはハンドル部分１２が取り付けられており、これは内視鏡的処置を行っている外科医によってつかまれることができる。ハンドル１２は、中央のルーメンまたはチャネル１３を含むことができる。このルーメンは、そこを通る１つまたはそれ以上のケーブル、または管状の部分１４の末梢端１６に伸びる他の構造を受け入れる。ハンドル部分１２がさらに補足チャネル１５を含むこともできる。これは中央のチャネル１３と交差し、そして内視鏡を通して置かれるべき他のケーブル、液体または手術用器具に対して、もう１つの入口の別のポイントを提供することができる。
【００２０】
図１ｂは内視鏡の末梢端１６を示している。末梢端１６は、管状の部分１４の長さを横断し、ハンドル部１２に接続する外管１８によって特徴づけることができる。外管１８の中に同心円的に置かれているのは、１本のまたはそれ以上の内管２０である。図１ｂにおいては、チューブ２０と外管１８との間のギャップは、１つのスペースを形成し、そのスペースの中に１つまたはそれ以上の光ファイバ２２または制御線２４が設けられることができる。同様に当業者によって理解されているのは、図１ｂで示されているように円周的に間隔を置かれている複数の光ファイバが、外科的サイトを明るくするために使われることができる。さらに、制御線２４はハンドル部１２の上に統合されている（図示せず）制御機構とやりとりして、内視鏡の末梢端１６を所望の方向に操ることができる。操縦可能な機能と結合した柔軟な管状の部分１４は、曲がりくねっている身体の管路内に、または身体の中の届くことが難しい他の場所の中に内視鏡が置かれることを可能にする。
【００２１】
イメージセンサ４０は内部チューブ２０によって定義された中央のチャネルの中に置かれることができる。図１ｂで示される構造においては、ケーブル２６は、イメージセンサ４０とやりとりする導体を収容するために使われている。中間支持管２８が、ケーブル２６の外側に同心円的に、そして内部チューブ２０の中に同心円的に置かれることができ、内部チューブ２０によって定義されている内部チャネルを通して横断するに従い、ケーブル２６に必要なサポートを提供する。サポート管２８の代わりに、内部チューブ２０の内側の同心円の表面に取り付けられるクリップまたは他の固定装置のような、他のよく知られている手段が、ケーブル２６を安定させるために提供されることもできる。
【００２２】
制御ボックス３０が、内視鏡１０から離れて設置されることができる。制御ボックス３０は、イメージセンサ４０によって作り出されたイメージ信号を処理するために使われる処理回路のいくらかを含んでいる。そのために、以前に定義したように、画像処理装置１１は内視鏡の末端チップにおいて設けられる制御ボックス３０とイメージセンサ４０の中の処理回路を含むであろう。制御ボックス３０はケーブル３２によってイメージセンサ４０とやりとりする。このケーブルは単に絶縁された、そしてシールドされたケーブルであり、その中にケーブル２６を収容するものである。ケーブル３２は、フィッティング３４によってハンドル部１２に関して安定させられている。このフィッティングはケーブル３２がチャネル１３の中で偶然に引っ張られたり、押されたりしないことを保証している。さらに、追加のフィッティング３５が複数の光ファイバ２２を収容する光ケーブル３６の入口を安定させるために提供されることもある。
【００２３】
イメージセンサ４０は、平らな正方形部材として示す。しかし、イメージセンサはチューブ２０によって定義されるチャネルにもっと良くフィットするために、平らな円形に変更されるかもしれない。したがって、図１ｂは、さらに別の形状の、丸いイメージセンサ４０’を示している。イメージセンサ４０上のピクセルアレイにイメージが影響を与える前に、イメージを操作するためにレンズのグループまたはシステム４２が、内視鏡の末梢端に組み込まれることもある。管状の部分１４が末梢端１６を通して入ってくる液体に対して不浸透性となるように、このレンズシステム４２は内視鏡の末梢端１６においてシールされることもできる。図１ａおよび１ｂの画像処理装置１１の構成においては、３本だけの導体が存在する。それらはイメージセンサ４０に電力を供給するのに必要な導体、そしてイメージセンサ４０からイメージを送り、制御ボックス３０内にある処理回路へ戻すための導体である。すなわち、パワー導体４４、アース接続導体４６、そしてイメージ信号導体４８であり、それぞれはイメージセンサに固定配線されている。それで、ケーブル２６は、３本導体の５０オームケーブルであることができる。
【００２４】
イメージセンサ４０は、その最も大きい寸法でも１ミリメートルよりも小さくすることができる。しかしながら、ほとんどの内視鏡的処置のためにいっそう有利なサイズは、イメージセンサ４０がその最も大きい寸法において４ミリメートルから８ミリメートルの間にあることを必要とするであろう。イメージセンサから導体４８を通して伝達されたイメージ信号はまた、ここでプレビデオ信号として参照されている。プレビデオ信号がイメージセンサ４０から導体４８によって伝達されたならば、それはビデオ処理ボード５０によって受け取られる。ビデオ処理ボード５０は次に、プレビデオ信号のすべての必要なコンディション調整を実行して、そしてそれを１つのフォーム内に置いて、それが標準的なビデオ装置、テレビジョンまたは標準的なコンピュータビデオモニタ上で直接見られるようにする。ビデオ処理ボード５０によって作り出された信号は、さらに標準的なビデオ装置によって受け入れられるポストビデオ信号と定義されることができる。図１ａに示されるように、導体４９が備えられており、これは制御ボックス３０の外面の上の出力コネクタ５８にポストビデオ信号を伝達する。（図示せず）所望のビデオ装置から伸びている（図示せず）ケーブルが、コネクタ５８を通してポストビデオ信号を受け取ることができる。電源ボード５２は、電源線５４を通して受け取られた入力パワーを、所望の電圧に変換することができる。本発明に組み込まれた有利なＣＭＯＳイメージセンサにおいては、画像処理装置への電力は単に１．５ボルトから１２ボルト電源の直流である。例えば壁コンセントから入ってくる電源が、コネクタ５６によって電源ボード５２に受け取られる。電源ボード５２は入ってくる電源を用いて、そしてそれを所望のレベルに制御する。さらに、コネクタ５６を通して電源に戻るグラウンド４６もまた示されている。
【００２５】
図２ａは、画像処理装置が内視鏡の末梢端１６の中で完全に自己完結していて、そして画像処理装置の中の回路を動かす電源がハンドル部分１２の内部に収容された電池６６から来るような、本発明の第２の実施例を示している。
【００２６】
図２ｂに示されるように、ビデオ処理ボード５０はイメージセンサ４０の後ろに直接置かれることができる。イメージセンサ４０の特定の形状に依存しながら、複数のピンコネクタ６２が、イメージセンサ４０をビデオ処理ボード５０に電気的に結合させるように働く。ピンコネクタ６２は構造的なサポートのためだけに、あるいはイメージセンサ４０とボード５０との間にイメージ信号が伝達される手段を供給するために、のいずれかの理由で備えられる。必要なときには、１つまたはそれ以上の補足ボード６０が用意されるかもしれない。これはイメージ信号を処理して、そして所望のビデオ装置によって直接受け取られる形式で信号を提供するための処理回路をさらに含んでいる。イメージセンサ４０によって占められているエリアは、画像処理装置のプロフィールエリアとして定義されるかもしれず、そしてその限界寸法を決定する。ボード５０または６０の上に見いだされるどんな画像処理素子も、１つまたはそれ以上の回路ボード上に置かれることができなければならない。これらのボードは長さ方向軸ＸＸに沿ってイメージセンサ４０と共に長さ方向的に並べられている。もしプロフィールエリアが、画像処理装置の中の最も大きいサイズの画像処理素子を制限しているという意味ではクリティカルでないなら、通常、イメージセンサ４０と一列に置かれる追加の回路ボード５０と６０が、オフセットされた方法で並べられることもでき、またはイメージセンサ４０のプロフィールエリアよりも大きくされるかも知れない。図２ｂの配置では、素子４０、５０および６０がおよそ同じサイズであることは有利である。そのようにすれば、それらが内視鏡の中央のチャネルの中で一様にフィットするようにできる。さらに、イメージセンサ４０がレンズシステム４２に接着されることもできる。そのようにして末梢端１６の中にマウントされているとき、画像処理装置１１にさらなる構造的なサポートを提供できる。
【００２７】
図２ａにおけるハンドル部分１２を戻って参照すると、電源ケーブル６８が電池６６と接続されるための、追加のチャネル６４が提供されることもできる。好都合なことに、電池６６それ自身が、ハンドル部分１２内に形成されたウエル６５の中に取り付けられることもできる。ケーブル６８は導体４４とグラウンド線４６とを載せている。ケーブル６８は、チャネル１３の中でケーブル３３と交差するかもしれない。ケーブル６８と３３はそれから遠心端１６に延長している。ケーブル３３は一本導体のケーブルであり得る。そしてそれは所望のビデオ装置にポストビデオ信号を伝達する。換言すれば、ケーブル３３は単にポストビデオ信号を運ぶ導体４９のための、絶縁された、そしてシールドされたケーシングであることもできる。画像処理装置１１の有利なＣＭＯＳイメージセンサがただ５ボルト電源だけを必要とするのであるから、電池は内視鏡が引きずる導体の代わりの理想的な電源である。したがって、内視鏡はいっそう可動的となり、そして後続するケーブルの少なくとも１本を削除することによって、取り扱うことがより容易になる。
【００２８】
図３ａは本発明のさらに別の有利な実施例を描いている。ここでは画像処理装置が標準的な棒レンズ内視鏡７０と組み合わせられて使用されている。示されているように、棒レンズ内視鏡７０はレンズ列７２を含んでいる。このレンズ列は（図示せず）複数の高度に正確なレンズを含んでおり、これらは内視鏡の末梢端から、内視鏡と一直線になっているカメラにイメージを伝達することが可能である。棒レンズ内視鏡には光ガイド結合ポスト７４が備えられている。光ガイドポスト７４は（図示せず）複数の光ファイバ束を持っているケーブル７７の形態で光源に接続する。この光ファイバ束は（図示せず）光源と接続されている。最も普通の棒レンズ内視鏡の配置はまた、接眼レンズ７６に付けられる「Ｃ」または「Ｖ」マウントコネクタ７８を含んでいる。「Ｃ」または「Ｖ」マウントはその他端において、カメラグループ８０に接続される。カメラグループ８０は１つまたはそれ以上の画像処理装置の素子を収容している。この実施例では、画像処理装置は内視鏡の末梢端に置かれていないので、画像処理装置のサイズの小ささは重大な関心ではない。しかしながら、通常は伝統的なカメラを乗せるであろうケーシング内への画像処理装置の合体は有利な配置を提供する。示されているように、カメラグループ８０は電力／ビデオケーブル８６に接続するケーシング８２を含むことができる。フィッティング８７は、ケーブル８６をケーシング８２の中のカメラグループ８０の内部素子につなぐために備えられる。図３ａは、画像処理装置１１の配置を示している。ここではイメージセンサ４０はケーシング８２の中に単独に置かれており、そして画像処理装置の処理回路が、図１ａに示されるようなリモート制御ボックス内に位置決めされることができる。したがって、導体４４、４６および４８だけがイメージセンサ４０に電力を供給するのに、そして制御ボックスにプレビデオ信号を伝達するのに、必要とされている。そうでなければ、図３ｂに示されるように、画像処理装置１１の全体がカメラグループ８０の中に組み込まれることもでき、画像処理装置の素子のそれぞれは図２ｂに類似して、スタック形に配置される。上に論じられたように、カメラグループケーシング８２は図１ａおよび２ａの内視鏡の末梢チップよりもずっと大きいので、図３ａおよび３ｂの実施例ではサイズは大きな関心事ではない。
【００２９】
図３ｃはまた、図３ａまたは３ｂのいずれかにおける画像処理装置に電力を提供する電池６６の使用を描いている。この配置ではケーシング８２は、その中に電池６６を収容する電池ケーシング６９を含むように変えられる。電池ケーシング６９は、非常に小さい直径のチャネルを含むことができる。このチャネルは導体４８または４９が、それぞれ直接に処理回路またはビデオ装置とやりとりすることを可能にすることができる。図１ａの実施例が、電源としての電池６６の使用と矛盾しないこともまた理解できる。それで、図１ａにおけるハンドル１２は、電池がハンドル部１２に取り付けられることを可能とするように、ケーシング８２と同じように変えられることもできる。
【００３０】
図４は、画像処理装置１１が組み立てられる一つの方法を示す回路図である。示されているように、ＣＭＯＳイメージセンサ４０は、同じ平面構造の上に、タイミングおよび制御回路を含むかもしれない。電力が電源ボード５２によってセンサ４０に供給される。センサ４０とボード５２との間の接続は、その中にたった２つの導体、1つはグラウンドのための導体、他の１つは所望の電圧を伝達するための導体、を持つケーブルであるかもしれない。これらは導体４４および４６として示されている。プレビデオ信号の形態のイメージセンサ４０からの出力は、導体４８によってビデオプロセッサボード５０に入力される。図４の構成においては、導体４８は単に５０オーム導体であることができる。電源およびグラウンドもまた、電源ボード５２から導体４４および４６によってビデオ処理ボード５０に供給される。ビデオプロセッサボード５０からの出力信号もまた、ポストビデオ信号の形態であり、この信号は５０オーム導体であり得る導体４９によって運ばれることができる。
【００３１】
図１ａに描かれている第１の実施例においては、ケーブル３２は導体４４，４６および４８を収容するために使用されることが可能である。図２ａに示される実施例では、電池電源が使われるとき導体４９それ自身を収容するのにケーブル３３が使われることができる。またはその代わりに、もし図２ａの実施例がボード５２からの電源を利用するなら、ケーブル３３が導体４４、４６および４９を収容することができる。
【００３２】
任意的に、さらにプレビデオ信号を拡張するために、補足処理ボード６０が備えられるかもしれない。図４に示されるように、補足ボード６０が置かれて、センサ４０からのプレビデオ信号が最初に補足ボードに送られ、次にビデオプロセッサボード５０に出力されることもできる。この場合、ボード５０からの出力は導体５１に沿って運ばれることができる。この出力は拡張されたプレビデオ信号として定義されることができる。さらに、以下に論じられるように、ビデオプロセッサボード５０からのポストビデオ信号は、さらなる処理のために補足ボード６０に戻されることもできる。補足ボードにポストビデオ信号を戻し伝達するために使われる導体は、導体５９として示されている。電源ボード５２はまた、センサ４０およびボード５０についてと同じ方法で、補足ボードに電力を供給することができる。すなわち、補足ボード上へグラウンドと電圧とを運ぶ導体のための単純な固定配線接続が作られる。上に論じられるように、センサ４０がボード５０および６０から遠く離れて置かれることもある。代わりに、センサ４０およびボード５０と６０がそれぞれ、内視鏡の末梢端の内部に置かれることもできる。
【００３３】
図４は、ＣＭＯＳイメージセンサおよびタイミングおよび制御回路が同じ平面構造４０の上に置かれているように描かれているけれども、タイミングおよび制御回路をピクセルアレイから分離して、そしてビデオ処理ボード５０上にタイミングおよび制御回路を置くことも可能である。タイミングおよび制御回路をイメージセンサと比べて同じ平面構造の上に置くことの利点は、ただ３つだけの接続がイメージセンサ４０と画像処理装置の残り、すなわち導体４４、４６および４８の間に必要とされるということである。さらに、タイミングおよび制御回路をピクセルアレイと共に同じ平面構造の上に置くことは、プレビデオ信号がより少ないノイズを持つという結果になる。さらに、イメージセンサを搭載している同じ平面構造にタイミングおよび制御回路を追加することは、平面構造４０の１つの寸法におよそ０．２５ミリメートルを加えるだけである。クロック信号と他の制御信号をピクセルアレイに伝達するために、もしピクセルアレイが平面構造４０の上の唯一の素子であるなら、これとビデオ処理ボード５０との間に追加の接続がなされなくてはならない。ピクセルアレイからの情報のダウンロードを制御するために、例えば（図示せず）リボン型ケーブルか、または複数の（図示せず）５０オーム同軸ケーブルが使われなくてはならない。これらの追加接続のそれぞれは、ボード間に固定配線されるであろう。
【００３４】
図４ａは、イメージセンサ４０のいっそう詳細な回路図である。これは１つのピクセルのアレイ９０とタイミングおよび制御回路９２とを含んでいる有利なＣＭＯＳピクセルアレイ９０は、Fossum等による米国特許第５,４７１,５１５号で明らかにされているものと類似している。前記特許は参照されてその全体が取り込まれている。さらに特に、Fossum等の図３は、ピクセル９０のアレイにおけるそれぞれのピクセルを作り上げる回路を描いている。Fossum等で説明されたように、ピクセル９０のアレイは内部ピクセル電荷転送を持つ能動画素グループである。ピクセルのアレイによって作られたイメージセンサは、工業的に標準的なＣＭＯＳプロセスで製造されることができるモノリシックなＣＭＯＳ集積回路として形成される。集積回路は、ピクセルセルの焦点面アレイを含み、そのセルのそれぞれは基板に重なったフォトゲートを含んでいて、光生成された電荷を蓄積する。上位概念語では、当業者によって理解されるように、イメージがピクセルのアレイ上で影響すると、イメージはフォトンの形態となってピクセルのアレイ内のフォトダイオードを打つ。フォトダイオードまたは光検出器は、フォトンを電気エネルギーまたは電子に変換し、それらはそれぞれのピクセル回路中にあるコンデンサ内に蓄積される。それぞれのピクセル回路は、それ自身のアンプを持っており、これは以下に論じるタイミングおよび制御回路によって制御される。コンデンサ内に蓄積されている情報または電子は、所望のシーケンスで、そして所望の周波数において、アンロードされ、そして次に更なる処理のためにビデオ処理ボード５０に送られる。
【００３５】
タイミングおよび制御回路９２は、ピクセルアレイ内に蓄積されているイメージ情報またはイメージ信号のリリースを制御するのに使われる。Fossum等による有利なイメージセンサにおいては、ピクセルは複数の行および列に配置されている。各々のピクセルからのイメージ情報は、最初に行から行への様式によって整理されて、そして次に、整理された情報を含んでいる１つまたはそれ以上の列からダウンロードされる。図４ａに示されているように、行からの整理された情報の制御はラッチ９４、カウンタ９６およびデコーダ９８によって達成される。ラッチ、カウンタおよびデコーダの動作は、他の画像処理装置において見いだされる類似の制御回路の動作に類似している。すなわち、ラッチはピクセルのアレイにおいて個別にアドレスされたピクセルそれぞれからの電子の流れを制御するための手段である。ラッチ９４がイネーブル状態であるとき、それはデコーダ９８への電子の転送を許すであろう。カウンタ９６は、タイミングおよび制御回路９２からのクロック入力を基にしたインフォメーションの不連続な量のカウントをするようにプログラムされている。カウンタ９６がそのセットポイントに達するか、またはオーバーフローしたとき、イメージインフォメーションはラッチ９４を通過して、そしてデコーダ９８に送られることが許される。このデコーダは整理されたインフォメーションを連続的なフォーマットに従って置く。デコーダ９８がインフォメーションをデコードして、そしてそれを連続的なフォーマットに置いたならば、続いて行ドライバ１００がそれぞれの行からの連続的なインフォメーションを明らかにして、そしてそれぞれの行が、単数または複数の列によってダウンロードされることができるようにする。要するに、ラッチ９４は初めに、それぞれのピクセル内に蓄積されたインフォメーションにアクセスされることを許すであろう。カウンタ９６は次に、所望の時間シーケンスに基づいて情報の流れの量を制御する。カウンタがそのセットポイントに達したならば、続いてデコーダ９８はインフォメーションを取り入れ、そしてそれを連続的なフォーマット内に置く。プログラムされているタイミングシーケンスに基づいて、このプロセス全体が繰り返される。行ドライバ１００が行のそれぞれを明らかにしたとき、行ドライバは所望のビデオレートにおいて行のそれぞれを読み出す。
【００３６】
単数または複数の列からリリースされたインフォメーションはまた、一連のラッチ１０２、カウンタ１０４とデコーダ１０６によって制御される。行からのインフォメーションと同じように、列インフォメーションもまた、続いて連続的なフォーマット内に置かれ、これは次にビデオ処理ボード５０に送られる。列インフォメーションのこの連続的なフォーマットは、導体４８によって運ばれるプレビデオ信号である。列信号コンディショナ１０８は、列の連続的なインフォメーションを所望の電圧レベルに変換する。換言すれば、列信号コンディショナ１０８は、ダウンロードされた単数または複数の列から、所望の電圧だけを受け入れる。
【００３７】
タイミングおよび制御回路９２へのクロック入力は、単に水晶クォーツタイマであってもよい。このクロック入力は、種々のカウンタによって使用されるために多くの他の周波数に分けられる。タイミングおよび制御回路９２へのラン入力は、単にオン／オフ制御であってもよい。デフォルト入力は、ビデオプロセッサボードにプレビデオ信号を入力するための１つを許容している。このビデオプロセッサボードは３０ヘルツ以外の周波数において動くことができる。ＣＭＯＳ能動画素アレイはランダムな方法でアクセスされることができるので、単に外科医にとって興味のある所望のエリアを場所決めすることのできるピクセルだけをアドレスすることによって、画像を拡大するようなズーム機能が容易に操作できる。
【００３８】
ボード４０上にある、そしてピクセルアレイ９０と合体した、タイミングおよび制御回路のそれ以上の議論は、１９９６年１０月のＮＡＳＡ Tech Briefs,の３８と３９ページにある“Active Pixel Image Sensor Integrated With Readout Circuits”と題する記事で説明されている。この特定の論文の開示は、また参照されて本明細に含まれている。
【００３９】
イメージセンサ４０がプレビデオ信号を発生したならば、それは更なる処理のためにビデオ処理ボード５０に送られる。ボード５０においては、図４ｂに示されるように、プレビデオ信号は一連のフィルタを通過する。１つの普通のフィルタ配置は、２つのローパスフィルタ１１４と１１６と、帯域フィルタ１１２とを含むことができる。この帯域フィルタは、単に信号の低い周波数コンポーネントを通過させるだけである。これらの低周波数コンポーネントが通過すると、続いてそれらは検出器１２０とホワイトバランス回路１２４に送られる。ホワイトバランス回路は赤色と青色を区別している。ホワイトコバランス回路は画像処理装置がその正常性、つまりどれが白いのかをセットするのに役立つ。次にローパスフィルタ１１４を通過した信号の部分は、利得調整器１１８を通過して移動する。この調整器はこの部分の大きさまたは振幅を扱いやすいレベルにまで減少させる。利得調整１１８からの出力は続いてホワイトバランス回路１２４にフィードバックされる。フィルタ１１６を通して移動する信号の部分はプロセッサ１２２に供給される。プロセッサ１２２では、明度または非彩度を伴っている信号の部分は分離されて、そしてＹ彩度ミキサ１３２に送られる。信号のどんな彩度の部分も、プロセッサ１２２で維持される。
【００４０】
ホワイトバランス回路１２４の出力を参照して、信号の彩度部分は遅延ライン１２６に送られる。この遅延ラインではスイッチ１２８によって信号がさらに減じられる。スイッチ１２８の出力は、平衡変調器１３０を通して、Ｙ彩度ミキサ１３２に送られる。このミキサでは信号の処理された彩度部分が、処理された非彩度の部分と混ぜられる。最終的に、Ｙ彩度ミキサ１３２からの出力は、ＮＴＳＣ／ＰＡＬエンコーダ１３４に送られる。これは一般に当分野では「コンポジット」エンコーダとして知られている。コンポジット周波数は、エンコーダ１３４内においてＹ彩度ミキサ１３２に残している信号に加えられ、テレビジョンによって受け入れられるポストビデオ信号を作り出す。
【００４１】
図４に戻ると、そこには補足回路ボード６０が示されている。これはイメージセンサ４０から生じたプレビデオ信号をデジタル的に拡張するとか、さもなければさらに条件づけするのに使うことができる。例えばデジタル拡張は、ビデオスクリーンの上に見えるイメージの輝きを増加させるか、さもなければイメージのエッジを明確にすることができる。付加的に、バックグラウンドイメージが除去されてフォアグラウンドイメージだけが残されるとか、その逆が行われるとかの処理が可能である。イメージセンサ４０とボード６０との間の接続は、単に導体４８であるかもしれない。これはまた、プレビデオ信号をボード５０に転送することもできる。プレビデオ信号が補足ボード６０上でデジタル的に拡張されるならば、それは次にもう１つの導体５１によってビデオプロセッサボード５０に送られる。プレビデオ信号はアナログ信号である。デジタル的に拡張されたプレビデオ信号は、デジタル信号であることも、またはそれがボード５０に送られる前にアナログドメインに変換されていることも可能である。
【００４２】
デジタル拡張に加えて、補足ボード６０がさらに他の回路を含むこともできる。それはさらにポストビデオ信号を条件付けして、ＮＴＳＣ／ＰＡＬ以外の所望のフォーマットで見られるようにすることであっても良い。図４に示されるように、中間導体５９が、Ｙ彩度ミキサ１３２からの信号出力を補足ボード６０へ戻し伝達することもできる。ここではその信号は特定のフォーマットで見るためにさらにコード化される。用いられることができる１つの普通のエンコーダはＲＧＢエンコーダ１５４を含んでいる。ＲＧＢエンコーダは信号を３つの別の色（赤、緑、そして青）に分け、外科医が選択的にそれらの色の１つのまたはそれ以上を含んでいるイメージだけを見たいと決めることができる。特に、組織を彩色するために染料が使われる組織分析では、ＲＧＢエンコーダは狙いの組織を識別する上で、外科医を助けることができる。
【００４３】
図４に示されている次のエンコーダはＳＶＨＳ（スーパービデオホームシステム）エンコーダ１５６である。このエンコーダは、ビデオ装置に入る前に、信号の明度部および信号の彩度部を分割または分離させる。何人かの観察者は、ノイズのない明瞭な信号がこのような分離によってビデオ装置に入力されると信じている。この分離は同様にいっそう明確なビデオイメージをビデオ装置上にもたらす結果となるということである。図４に描かれている最後のエンコーダは、ＶＧＡエンコーダ１５８である。これは信号を標準的なＶＧＡモニタ上で観察できるようにする。これは多くのコンピュータモニターに共通のことである。
【００４４】
本発明のイメージセンサ４０の構成とFossum等の特許の図３に見いだされる出力との間の相違は、本発明ではFosseumらのように２つのアナログ出力を提供するのではなく、リセット機能をタイミングおよび制御回路９２において実行するということである。したがって、プレビデオ信号は、ただ１つの導体４８を必要とするだけである。
【００４５】
図５ａ〜図５ｅは、ビデオ処理ボード５０で使われることができる回路の１つの例をより詳細に示している。それによって、テレビジョンのようなビデオ装置によって直接的に受け入れられることのできるポストビデオ信号を作り出す。図５ａ〜図５ｅに開示されている回路は、小型１／４インチのパナソニックカメラ、型式ＫＳ−１６２に見いだされる回路に非常に類似している。図５ａ〜図５ｅで見出される素子の特定の配置は、プレビデオ信号を得て、そしてそれを所望のビデオ装置によって受け取られるように条件づけるために含むことができる、ビデオ処理回路の型式の単なる典型的な例にすぎないことは、当業者によって理解されるであろう。
【００４６】
図５ａに示されるように、導体４４と４６によって、５ボルト電源がグラウンドと共にボード５０に提供される。導体４８によって運ばれたプレビデオ信号はバッファ１３７においてバッファされて、そして次に増幅用グループ１３８に移される。増幅用グループ１３８は、残りの回路のためのインピーダンス整合を達成すると共に、信号を有用なレベルにまで増幅する。
【００４７】
次の主要な素子は図５ｂに示される自動利得制御１４０である。自動利得制御１４０は、増幅用グループ１３８からの信号を受容できるレベルにまで自動的に制御して、そしてまた以下に論じられるように、信号に他の特性を加える。さらに特に、自動利得制御１４０は、１２のチャネルのデジタル-アナログ・コンバータ１４１からのインプットに基づいて信号を条件付けする。コンバータ１４１はＥＥＰＲＯＭ（電気的消去書込み可能型ＲＯＭ）１４３から、蓄積されているインフォメーションを検索する。ＥＥＰＲＯＭ１４３は、ユーザ情報を蓄積することができる不揮発性メモリ素子であって、そのユーザ情報は例えば、カラーのための設定、色あい、バランスおよび類似のものである。こうして、自動利得制御１４０は、ユーザ入力を基にして表示構造または視覚特性を変化させる。自動利得制御１４０に残っている信号は、アナログ−ディジタルコンバータ１４２によって変換されまでは、アナログ信号である。
【００４８】
図５ｃのデジタル信号処理装置１４４は、シリアル型デジタル信号に変換された信号をさらに処理する。マイクロプロセッサ１４６の１つの機能は、デジタル信号プロセッサ１４４がコンバータ１４２から放出されるデジタル信号を分類する方法を制御することである。マイクロプロセッサ１４６はまた、アナログ-ディジタル・コンバータがいつアクティブにさせられるか、いつデータを受け入れるか、いつデータをリリースするか、そしてデータがリリースされるべきレートに関して、アナログ-ディジタル・コンバータ１４２を制御する。マイクロプロセッサ１４６はまた、ホワイトバランスのような画像処理装置の他の機能をも制御することもできる。マイクロプロセッサ１４６は選択的に、ＥＥＰＲＯＭ１４３内に蓄積されたインフォメーションを受け取って、そしてその種々のコマンドを実行して、この回路の中の他の素子をさらに制御することもできる。
【００４９】
信号がデジタル信号処理装置１４４によって処理された後、この信号は図５ｄに示されたデジタルエンコーダ１４８に送られる。デジタルエンコーダ１４８のいっそう重要な機能のいくつかは、同期化、変調された彩度、ブランキング、水平ドライブ、および他の必要なコンポーネントを用いてデジタル信号をエンコードすることである。そのようにして、信号はテレビ・モニターのようなビデオ装置によって受信できる条件となる。また図５ｄに示されるように、信号がデジタルエンコーダ１４８を通過したならば、信号はデジタル-アナログコンバータ１５０を通してアナログ信号に再変換される。
【００５０】
この再変換されたアナログ信号は次に、バッファ１５１においてバッファされ、次に図５ｅの増幅器グループ１５２に送られる。この増幅器グループは信号を増幅して、所望のビデオ装置によって受け入れられるようにする。特に、図５ｅに示されるように、１つのＳＶＨＳ出力が１６０において備えられ、そして２つのコンポジットまたはＮＴＳＣアウトレットが、それぞれ１６２と１６４において備えられる。
【００５１】
上で論じた能動ピクセル型イメージセンサに加えて、受動ピクセル型ＣＭＯＳイメージセンサにおいても特定の利点が存在する。それはそのような受動的な配置と関係する伝統的なノイズが、改善された製造技術によって克服することができるという点である。従って、それぞれの信号はそれぞれのピクセルサイトにおいて増幅されることを必要とはしない。したがって、図６は Fossum 等による読出し回路の中に、直接的に含まれることのできる受動ピクセルの単純化された回路を描いている。（米国特許第５,４７１,５１５号の読み出し回路または相関形二重サンプリング回路７０を示す図３を参照）。図６に示されるように、受動ピクセルアレイの中のそれぞれの受動ピクセル１６０は、トランジスタ１６４を持つフォトダイオード１６２を含んでいる。このトランジスタは、フォトダイオード１６２から光電気的に生成された信号を、ピクセルアレイの外の（図示せず）チャージ積分アンプに渡す。フォトチャージ集積の後に、タイミングおよび制御回路がアクセストランジスタ１６４をアクティブとする。フォトダイオード１６２から光電気的に生成された信号は、次に列バス１６６の容量に転送され、ここでは列バス１６６の終端にある（図示せず）チャージ積分アンプが結果として生じている電圧を探知する。列バス電圧はフォトダイオード１６２をリセットし、そしてタイミングおよび制御回路は次にアクセストランジスタ１６４をオフ条件に置く。ピクセル１６０は次に、もう１つの積分サイクルのための準備ができている。能動的、または受動的いずれのピクセルアレイからの信号出力も同様に処理される。その結果、Fossum等による読み出し回路７０は、ここに説明された能動または受動いずれのピクセルアレイとも互換性があることを、図６は描いている。既知の能動画素デバイスのそれとほとんど等しい性能を持つ、そしてFossum等による読出し回路と互換性がある、受動ピクセルアレイを開発した製造業者の１つの例は、カリフォルニア州９５１２９、サンノゼ、シュート１８０、サラトーガ通り１１９０の VLSI Vision Ltd.社である。
【００５２】
前述の説明から、全体の画像処理装置が内視鏡の末端チップの中に含まれることは明白である。または画像処理装置の若干の素子が内視鏡に隣接している小さいリモートボックス内に置かれるようにすることもできる。用いられるＣＭＯＳイメージセンサが特定の型式のために、画像処理装置のプロフィールエリアは十分小さくて、非常に小さい直径の管を持っている内視鏡の中に置かれることができる。さらに、内視鏡のサイズを増やさないで、画像処理装置は追加された画像処理能力を供給するために既存の内視鏡のチャネルの中に置かれるかもしれない。画像処理装置は、１本の電力コードの形態の標準的な電源入力接続によって電力供給されることもでき、または１つの小さいリチウム電池が使われることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は一般的な内視鏡の器具の断片的な横断面図と、およびそれぞれが画像処理装置の素子を含んでいる制御ボックス、内視鏡と制御ボックスの断片的な見取り図を含んでいる第１の実施例を示す図であり、内視鏡の管状の部分の他の素子に関するイメージセンサの配置を特に説明する内視鏡の器具の末梢端の拡大された断片的な部分分解透視図である。
【図２】図２は画像処理装置が全部、内視鏡の末端チップに含まれているような、もう１つの一般的な内視鏡を示す本発明の第２の実施例の断片的な横断面図であり、画像処理装置を説明している内視鏡の末梢端の拡大された断片的な部分的に分解された透視図である。
【図３】図３は棒レンズ内視鏡に接続するために標準的なカメラケーシングに収容された、イメージセンサの立面断片的な横断面図であり、カメラケーシングの中に収容された画像処理装置の断片的な横断面図であり、交流電源の代わりの電源としての電池を示す図３ｂに類似している断片的な横断面図である。
【図４】図４は、画像処理装置を作り上げる機能的な電子コンポーネントの概略の回路図である。
【図４ａ】図４ａは、ピクセルのアレイとタイミングおよび制御回路を含むことができる回路ボードの拡大された回路図である。
【図４ｂ】図４ｂは、ピクセルのアレイによって発生されたプレビデオの信号を処理し、そしてプレビデオ信号を標準的なビデオ装置によって受け取られるポストビデオ信号に変換する処理回路をその上に含むビデオ処理ボードの拡大された回路図である。
【図５ａ】図５ａは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図５ｂ】図５ｂは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図５ｃ】図５ｃは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図５ｄ】図５ｄは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図５ｅ】図５ｅは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図６】ＣＭＯＳ型構成のイメージセンサと両立できる、受動ピクセルアレイ内に置くことのできる受動ピクセルの単純化された回路図である。
【符号の説明】
【００５４】
２６  ケーブル
４０  イメージセンサ／回路ボード
４２  レンズシステム
４４  導体
４６  グラウンド
４９  導体
５０  回路ボード
６０  ボード
６２  ピンコネクタ
【図１】
2004188211.tif 000003
【図２】
2004188211.tif 000004
【図３】
2004188211.tif 000005
【図４】
2004188211.tif 000006
【図４ａ】
2004188211.tif 000007
【図４ｂ】
2004188211.tif 000008
【図５ａ】
2004188211.tif 000009
【図５ｂ】
2004188211.tif 000010
【図５ｃ】
2004188211.tif 000011
【図５ｄ】
2004188211.tif 000012
【図５ｅ】
2004188211.tif 000013
【図６】
2004188211.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月29日(2004.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像処理装置において、
ＣＭＯＳイメージセンサと、回路装置（９２）と、制御ボックス（３０）と、電源（５２、６６）とを有し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは、最大でも８ｍｍの寸法を有する回路ボード（４０）に配置されており、人体内の外科的処置個所の画像を受信し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは能動型ＣＭＯＳ画素のアレイ（９０）によって定義され、
前記能動型ＣＭＯＳ画素のアレイ（９０）内の個々の画素はそれぞれアンプを含み、
前記回路装置（９２）は、前記ＣＭＯＳイメージセンサに隣接して前記回路ボード（４０）に配置されており、前記ＣＭＯＳイメージセンサのタイミングおよび制御を行い、
前記制御ボックス（３０）は前記ＣＭＯＳイメージセンサから離れて配置されており、
前記制御ボックス（３０）は回路手段を含み、該回路手段は前記ＣＭＯＳイメージセンサからの出力信号（プレビデオ信号）を受信し、該出力信号（プレビデオ信号）を標準的なビデオ装置が受信するビデオ信号に変換し、
前記電源（５２、６６）は、前記制御ボックス（３０）および前記ＣＭＯＳイメージセンサと接続されており、それらに電力を供給する、ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
画像処理装置において、
ＣＭＯＳイメージセンサと、回路装置（９２）と、制御ボックス（３０）と、電源（５２）とを有し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは最大でも８ｍｍの寸法を有し、人体内の外科的処置個所の画像を受信し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは複数の受動型ＣＭＯＳ画素からなるアレイ（９０）を有し、
受動型ＣＭＯＳ画素はそれぞれフォトダイオード（１６２）およびアクセストランジスタ（１６４）を備え、
前記フォトダイオードは光電気的に信号を発生し、
前記アクセストランジスタは、前記フォトダイオード（１６２）において光電気的に発生される信号の出力を制御し、
前記回路装置（９２）は、前記ＣＭＯＳイメージセンサに隣接して配置されており、当該ＣＭＯＳイメージセンサのタイミングおよび制御を行い、
前記制御ボックス（３０）は前記ＣＭＯＳイメージセンサから離れて配置されており、
前記制御ボックス（３０）は回路手段を含み、該回路手段は前記ＣＭＯＳイメージセンサからの出力信号（プレビデオ信号）を受信し、該出力信号（プレビデオ信号）を標準的なビデオ装置が受信するビデオ信号に変換し、
前記電源（５２、６６）は、前記制御ボックス（３０）および前記ＣＭＯＳイメージセンサと接続されており、それらに電力を供給する、ことを特徴とする画像処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外科用器具の中に収容される画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医学および歯学両方の舞台において、内視鏡による外科手術は多くの型式の外科処置を行うために受け入れられた標準手法となってきた。画像処理装置は、身体内の小さい空胴または開口内に導入される小さい直径の内視鏡を通して外科医または歯科医に、特定の外科的範囲を見せることが可能であるため、画像処理装置の有効性は、他の多くの利点のほかに、患者への損傷をずっと少なくするという効果がある。
【０００３】
多くの病院で、棒レンズ形内視鏡は内視鏡による外科手術でまだ使われている。棒レンズ内視鏡は、細長い、そして堅い管の中の非常に精密なレンズグループを含んでいる。この管は、レンズグループとつながっている、離れたカメラに正確にイメージを伝達することが可能である。その製造のコスト、故障率、および堅い、そしてまっすぐなケーシングの中に収容されなければならないという要求事項のために、棒レンズ内視鏡は、ますます固体画像処理技術によって取って代わられつつある。この固体画像処理技術により、調査している装置の遠位端部にイメージセンサを配置することができる。３つの最も普通の固体イメージセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、電荷注入素子（ＣＩＤ）およびフォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）である。１９８０年代の半ばには、コンプリメンタリ金属・酸化膜・半導体（ＣＭＯＳ）が産業的な使用のために開発された。ＣＭＯＳ画像処理装置は機能性を改善し、システムインターフェースを単純化した。さらに、多くのＣＭＯＳイメージセンサが、他の固体画像処理技術のコスト改善のために生産されてきた。
【０００４】
ＣＭＯＳ技術における１つの特別な利点は、能動画素型ＣＭＯＳイメージセンサである。これはそれぞれのピクセルサイトにおいてアンプを持つ、ランダムにアクセス可能なピクセルから構成されている。能動画素型イメージセンサの１つの利点は、アンプが各ピクセルサイトに配置されているのでＣＣＤまたは他の固体イメージセンサよりも低いノイズレベルをもたらすということである。他の主要な利点は、これらＣＭＯＳイメージセンサが標準的な半導体生産ラインの上で大量生産されることができることである。能動画素型アレイを含むＣＭＯＳイメージセンサの領域での１つの特に顕著な進歩は、Fossum等による米国特許第５,４７１,５１５号に説明されているＣＭＯＳイメージセンサである。このＣＭ０Ｓイメージセンサは、通常はより大きいサイズの多用途回路ボード上に見いだされる、多くの他の異なった電子制御装置を含むことができる。例えば、タイミング回路および、ズームおよびアンチジッタのような特殊機能が、ホスト回路ボードの全体的なサイズを増やさないで、ＣＭＯＳピクセルアレイを含む同じ回路ボードの上に置かれることができる。さらに、この特定のＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤ型イメージセンサより１００倍も少ないパワーを必要とする。要するに、Fossum等によって明らかにされたＣＭＯＳイメージセンサは「チップ上のカメラ」の開発を可能にした。
【０００５】
能動画素型ＣＭＯＳイメージセンサのほかに、受動画素型ＣＭＯＳイメージセンサも最近、非常に改善された。その結果、それらも「チップ上のカメラ」として認知されて、画像処理装置内で用いられるようになってきた。要するに、受動画素型イメージセンサは、それぞれのピクセルサイトにおいて信号増幅を行ってはいない。
【０００６】
チップ上のカメラのコンセプトは、多くの工業範囲における用途のために大きいメリットを持っているものの、画像処理装置のサイズを低減することがまだ必要である。これはアクセスするのが特に難しい身体内のエリアを見るための、そしてより小さい直径の外科用器具を用いてさらに患者の外傷を最小にするための、最も小さい型式の内視鏡器具においてさえ使うことができるようにするためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
画像処理装置のサイズを低減することが本発明の１つの目的である。この画像処理装置は Fossum 等のＣＭＯＳ型イメージセンサ、または受動画素型ＣＭＯＳイメージセンサの長所を有しており、しかも付随する回路の配置構成を最適化することにより、外科用器具の中で使われるとき最小形状を有するようにされる。小型の画像処理装置を提供することにより、チャネルを通過する程度に小型に構成された画像処理装置を標準的な内視鏡と関連して使用できる。このチャネルは、通常他の外科用デバイスを受け入れるための、または外科的エリアを洗い流すための、液体またはガスを受け取るためのものである。固有の画像処理能力を持っている外科用デバイスを提供することが本発明のさらにもう１つの目的である。この画像処理能力は電池電源であることができ、そしてプレビデオ信号をビデオ処理回路に伝達するのに、単に１つの導体を必要とするだけであることもできる。このビデオ処理回路は外科的区域の殺菌した現場の内部または外部のいずれかにある。
【０００８】
医者によって行われた外科処置のための、前述の発明の意図的な使用のほかに、ここで説明された本発明はまた、口腔外科および一般的な歯科処置に関して大きいユーティリティを持っていると見込まれる。そのような用途では、特にアクセスすることが難しい位置におけるイメージを提供するために、非常に小さい画像処理装置を使う必要がある。さらに、前述の発明が医学そして歯学の分野に関して用途を持つ一方、ここに明らかにされた小さいサイズの画像処理装置が、他の機能的な分野に適用され得ることもまた当業者によって理解されるであろう。ここでは画像処理装置が、産業的な装置および類似の装置に関して、アクセスすることが難しい位置を観察するために使われることができる。そのため、本発明の画像処理装置は多くの工業的なボロスコープに取って代わって使われることができるであろう。
【０００９】
ＣＭＯＳイメージセンサ技術は「チップ上のカメラ」の外形寸法を縮小することに関してさらに改善することができる。そして画像処理装置を、医学、歯学、および産業の分野で使用できる非常に小さい調査用器具内に取り入れることに関して、さらに改善することができる。
【００１０】
本発明によれば、外科用器具に収容される画像処理装置が得られる。ここに使われている用語「画像処理装置」は、画像処理素子および処理用回路を述べるために使用されている。これらはテレビジョンまたは、パーソナル・コンピュータに付属するビデオモニターのような標準的なビデオ装置によって受け入れられるビデオ信号を作り出すために使われている。ここに使われている用語「イメージセンサ」は、イメージを取り込んで、そしてそれらをアレイ内のそれぞれのピクセルの構造中にストアするＣＭＯＳピクセルアレイを表わすものである。以下にさらに論じるように、タイミングおよび制御回路は、ピクセルアレイと同じ平らな基板の上に置かれることも、あるいはタイミングおよび制御回路は、ピクセルアレイから遠くに置かれることもできる。従って前者の場合、イメージセンサもまた集積回路として定義されることができる。ここで使われるような、そして他では特に定義されていない、用語「信号」または「イメージ信号」は、イメージに言及している。このイメージは画像処理装置による処理の間のいくつかのポイントにおいて特定のフォーマットまたはドメイン内に置かれた電子の形態で見いだされるものである。ここで使われている用語「処理回路」は、画像処理装置の中の電子コンポーネントに言及している。これはイメージセンサからのイメージ信号を受信して、そして究極的にはイメージ信号を有用なフォーマットに配列する。ここに使われている用語「タイミングおよび制御回路」は、ピクセルアレイからのイメージ信号の出力を制御する電子コンポーネントに言及している。
【００１１】
第１の発明では、ＣＭＯＳイメージセンサと、回路装置と、制御ボックスと、電源とを有し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは、最大でも８ｍｍの寸法を有する回路ボードに配置されており、人体内の外科的処置個所の画像を受信し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは能動型ＣＭＯＳ画素のアレイによって定義され、
前記能動型ＣＭＯＳ画素のアレイ内の個々の画素はそれぞれアンプを含み、
前記回路装置は、前記ＣＭＯＳイメージセンサに隣接して前記回路ボードに配置されており、前記ＣＭＯＳイメージセンサのタイミングおよび制御を行い、
前記制御ボックスは前記ＣＭＯＳイメージセンサから離れて配置されており、
前記制御ボックスは回路手段を含み、該回路手段は前記ＣＭＯＳイメージセンサからの出力信号（プレビデオ信号）を受信し、該出力信号（プレビデオ信号）を標準的なビデオ装置が受信するビデオ信号に変換し、
前記電源は、前記制御ボックスおよび前記ＣＭＯＳイメージセンサと接続されており、それらに電力を供給する。
【００１２】
第２の発明では、ＣＭＯＳイメージセンサと、回路装置と、制御ボックスと、電源とを有し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは最大でも８ｍｍの寸法を有し、人体内の外科的処置個所の画像を受信し、
前記ＣＭＯＳイメージセンサは複数の受動型ＣＭＯＳ画素からなるアレイを有し、
受動型ＣＭＯＳ画素はそれぞれフォトダイオードおよびアクセストランジスタを備え、
前記フォトダイオードは光電気的に信号を発生し、
前記アクセストランジスタは、前記フォトダイオードにおいて光電気的に発生される信号の出力を制御し、
前記回路装置は、前記ＣＭＯＳイメージセンサに隣接して配置されており、当該ＣＭＯＳイメージセンサのタイミングおよび制御を行い、
前記制御ボックスは前記ＣＭＯＳイメージセンサから離れて配置されており、
前記制御ボックスは回路手段を含み、該回路手段は前記ＣＭＯＳイメージセンサからの出力信号（プレビデオ信号）を受信し、該出力信号（プレビデオ信号）を標準的なビデオ装置が受信するビデオ信号に変換し、
前記電源は、前記制御ボックスおよび前記ＣＭＯＳイメージセンサと接続されており、それらに電力を供給する。
【００１３】
【００１４】
一般的な内視鏡は、患者の内部に差し込まれる非常に小さい直径の管状の部分を含んでいる。管状の部分は、その中に画像処理装置の素子を受け入れるために、中央のルーメンまたは開口を持っている柔軟な材料から作られことができる。管状の部分は、中央のルーメンの内部に置かれた付加的な同心の管を含むように変更されることもある。中央のルーメンは複数の光ファイバがその中で管状の部分の末梢端の周囲の周りに 円周的に置かれることを可能にする。さらに、制御線は内視鏡を操縦可能とするために管状の部分に沿って拡張することができる。内視鏡を作るために使われる材料は、どのような所望の滅菌プロトコルとも両立でき得るものである。あるいは、内視鏡全体が殺菌状態とされており、そして使用の後に使い捨てにされることもできる。
【００１５】
ピクセルのアレイを必要としているような、そしてタイミングおよび制御回路が同じ回路ボードの上に置かれているような、画像処理装置を構成するには、処理回路にイメージ信号を伝達するために、ただ１つだけの導体が必要とされている。タイミングおよび制御回路が他の回路ボード上に含まれる画像処理装置の他の構成においては、タイミングおよび制御回路をピクセルアレイに接続するために複数の接続が必要とされ、そして１つの導体もまた、イメージ信号を伝達するために要求されている。
【００１６】
図面の簡単な説明
図１ａは、一般的な内視鏡の器具の断片的な横断面図と、およびそれぞれが画像処理装置の素子を含んでいる制御ボックス、内視鏡と制御ボックスの断片的な見取り図を含んでいる第１の実施例を示す図であり；
図１ｂは、内視鏡の管状の部分の他の素子に関するイメージセンサの配置を特に説明する内視鏡の器具の末梢端の拡大された断片的な部分分解透視図であり；
図２ａは、画像処理装置が全部、内視鏡の末端チップに含まれているような、もう１つの一般的な内視鏡を示す本発明の第２の実施例の断片的な横断面図であり；
図２ｂは、画像処理装置を説明している内視鏡の末梢端の拡大された断片的な部分的に分解された透視図であり；
図３ａは、棒レンズ内視鏡に接続するために標準的なカメラケーシングに収容された、イメージセンサの立面断片的な横断面図であり；
図３ｂは、カメラケーシングの中に収容された画像処理装置の断片的な横断面図であり；
図３ｃは、交流電源の代わりの電源としての電池を示す図類似している断片的な横断面図であり；
図４は、画像処理装置を作り上げる機能的な電子コンポーネントの概略の回路図であり；
図４ａは、ピクセルのアレイとタイミングおよび制御回路を含むことができる回路ボードの拡大された回路図であり；
図４ｂは、ピクセルのアレイによって発生されたプレビデオの信号を処理し、そしてプレビデオ信号を標準的なビデオ装置によって受け取られるポストビデオ信号に変換する処理回路をその上に含むビデオ処理ボードの拡大された回路図である。
【００１７】
図５ａから図５ｅは、画像処理装置を作るために使用される特定の回路の例を示す回路図である。
【００１８】
図６は、ＣＭＯＳ型構成のイメージセンサと両立できる、受動ピクセルアレイ内に置くことのできる受動ピクセルの単純化された回路図である。
【００１９】
発明を実施するための最良の形態
図１ａに示されるような本発明の１つの実施例によれば、内視鏡１０が備えられており、これは図１ｂに示される、画像処理装置１１を含んでいる。以下にさらに論じられるように、画像処理装置の素子はすべて１つの場所に配置することもできる。あるいはそれら素子が互いに分離されて、単数または複数の適切なケーブルによって相互に接続されることもできる。イメージセンサを作り上げているピクセルのアレイは、光のフォトンから電子への変換によってイメージを獲得して、そしてそれらを電気エネルギーの形態で蓄積する。この変換は、それぞれのピクセル内のフォトダイオードによって行われる。ピクセルは電子を蓄積している１つまたはそれ以上のコンデンサとやりとりする。内視鏡１０の構造は、柔軟なまたは堅い管状の部分１４を含んでいる。これは患者の身体内に挿入され、そして所望の外科的エリアを見るために適切な場所に置かれる、その近位端において、管状の部分１４にはハンドル部分１２が取り付けられており、これは内視鏡的処置を行っている外科医によってつかまれることができる。ハンドル１２は、中央のルーメンまたはチャネル１３を含むことができる。このルーメンは、そこを通る１つまたはそれ以上のケーブル、または管状の部分１４の末梢端１６に伸びる他の構造を受け入れる。ハンドル部分１２がさらに補足チャネル１５を含むこともできる。これは中央のチャネル１３と交差し、そして内視鏡を通して置かれるべき他のケーブル、液体または手術用器具に対して、もう１つの入口の別のポイントを提供することができる。
【００２０】
図１ｂは内視鏡の末梢端１６を示している。末梢端１６は、管状の部分１４の長さを横断し、ハンドル部１２に接続する外管１８によって特徴づけることができる。外管１８の中に同心円的に置かれているのは、１本のまたはそれ以上の内管２０である。図１ｂにおいては、チューブ２０と外管１８との間のギャップは、１つのスペースを形成し、そのスペースの中に１つまたはそれ以上の光ファイバ２２または制御線２４が設けられることができる。同様に当業者によって理解されているのは、図１ｂで示されているように円周的に間隔を置かれている複数の光ファイバが、外科的サイトを明るくするために使われることができる。さらに、制御線２４はハンドル部１２の上に統合されている（図示せず）制御機構とやりとりして、内視鏡の末梢端１６を所望の方向に操ることができる。操縦可能な機能と結合した柔軟な管状の部分１４は、曲がりくねっている身体の管路内に、または身体の中の届くことが難しい他の場所の中に内視鏡が置かれることを可能にする。
【００２１】
イメージセンサ４０は内部チューブ２０によって定義された中央のチャネルの中に置かれることができる。図１ｂで示される構造においては、ケーブル２６は、イメージセンサ４０とやりとりする導体を収容するために使われている。中間支持管２８が、ケーブル２６の外側に同心円的に、そして内部チューブ２０の中に同心円的に置かれることができ、内部チューブ２０によって定義されている内部チャネルを通して横断するに従い、ケーブル２６に必要なサポートを提供する。サポート管２８の代わりに、内部チューブ２０の内側の同心円の表面に取り付けられるクリップまたは他の固定装置のような、他のよく知られている手段が、ケーブル２６を安定させるために提供されることもできる。
【００２２】
制御ボックス３０が、内視鏡１０から離れて設置されることができる。制御ボックス３０は、イメージセンサ４０によって作り出されたイメージ信号を処理するために使われる処理回路のいくらかを含んでいる。そのために、以前に定義したように、画像処理装置１１は内視鏡の遠位端部に設けられる制御ボックス３０とイメージセンサ４０の中の処理回路を含むであろう。制御ボックス３０はケーブル３２によってイメージセンサ４０とやりとりする。このケーブルは単に絶縁された、そしてシールドされたケーブルであり、その中にケーブル２６を収容するものである。ケーブル３２は、フィッティング３４によってハンドル部１２に関して安定させられている。このフィッティングはケーブル３２がチャネル１３の中で偶然に引っ張られたり、押されたりしないことを保証している。さらに、追加のフィッティング３５が複数の光ファイバ２２を収容する光ケーブル３６の入口を安定させるために提供されることもある。
【００２３】
イメージセンサ４０は、平らな正方形部材として示す。しかし、イメージセンサはチューブ２０によって定義されるチャネルにもっと良くフィットするために、平らな円形に変更されるかもしれない。したがって、図１ｂは、さらに別の形状の、丸いイメージセンサ４０’を示している。イメージセンサ４０上のピクセルアレイにイメージが影響を与える前に、イメージを操作するためにレンズのグループまたはシステム４２が、内視鏡の末梢端に組み込まれることもある。管状の部分１４が末梢端１６を通して入ってくる液体に対して不浸透性となるように、このレンズシステム４２は内視鏡の末梢端１６においてシールされることもできる。図１ａおよび１ｂの画像処理装置１１の構成においては、３本だけの導体が存在する。それらはイメージセンサ４０に電力を供給するのに必要な導体、そしてイメージセンサ４０からイメージを送り、制御ボックス３０内にある処理回路へ戻すための導体である。すなわち、パワー導体４４、アース接続導体４６、そしてイメージ信号導体４８であり、それぞれはイメージセンサに固定配線されている。それで、ケーブル２６は、３本導体の５０オームケーブルであることができる。
【００２４】
イメージセンサ４０は、その最も大きい寸法でも１ミリメートルよりも小さくすることができる。しかしながら、ほとんどの内視鏡的処置のためにいっそう有利なサイズは、イメージセンサ４０がその最も大きい寸法において４ミリメートルから８ミリメートルの間にあることを必要とするであろう。イメージセンサから導体４８を通して伝達されたイメージ信号はまた、ここでプレビデオ信号として参照されている。プレビデオ信号がイメージセンサ４０から導体４８によって伝達されたならば、それはビデオ処理ボード５０によって受け取られる。ビデオ処理ボード５０は次に、プレビデオ信号のすべての必要なコンディション調整を実行して、そしてそれを１つのフォーム内に置いて、それが標準的なビデオ装置、テレビジョンまたは標準的なコンピュータビデオモニタ上で直接見られるようにする。ビデオ処理ボード５０によって作り出された信号は、さらに標準的なビデオ装置によって受け入れられるポストビデオ信号と定義されることができる。図１ａに示されるように、導体４９が備えられており、これは制御ボックス３０の外面の上の出力コネクタ５８にポストビデオ信号を伝達する。（図示せず）所望のビデオ装置から伸びている（図示せず）ケーブルが、コネクタ５８を通してポストビデオ信号を受け取ることができる。電源ボード５２は、電源線５４を通して受け取られた入力パワーを、所望の電圧に変換することができる。本発明に組み込まれた有利なＣＭＯＳイメージセンサにおいては、画像処理装置への電力は単に１．５ボルトから１２ボルト電源の直流である。例えば壁コンセントから入ってくる電源が、コネクタ５６によって電源ボード５２に受け取られる。電源ボード５２は入ってくる電源を用いて、そしてそれを所望のレベルに制御する。さらに、コネクタ５６を通して電源に戻るグラウンド４６もまた示されている。
【００２５】
図２ａは、画像処理装置が内視鏡の末梢端１６の中で完全に自己完結していて、そして画像処理装置の中の回路を動かす電源がハンドル部分１２の内部に収容された電池６６から来るような、本発明の第２の実施例を示している。
【００２６】
図２ｂに示されるように、ビデオ処理ボード５０はイメージセンサ４０の後ろに直接置かれることができる。イメージセンサ４０の特定の形状に依存しながら、複数のピンコネクタ６２が、イメージセンサ４０をビデオ処理ボード５０に電気的に結合させるように働く。ピンコネクタ６２は構造的なサポートのためだけに、あるいはイメージセンサ４０とボード５０との間にイメージ信号が伝達される手段を供給するために、のいずれかの理由で備えられる。必要なときには、１つまたはそれ以上の補足ボード６０が用意されるかもしれない。これはイメージ信号を処理して、そして所望のビデオ装置によって直接受け取られる形式で信号を提供するための処理回路をさらに含んでいる。イメージセンサ４０によって占められているエリアは、画像処理装置のプロフィールエリアとして定義されるかもしれず、そしてその限界寸法を決定する。ボード５０または６０の上に見いだされるどんな画像処理素子も、１つまたはそれ以上の回路ボード上に置かれることができなければならない。これらのボードは長さ方向軸ＸＸに沿ってイメージセンサ４０と共に長さ方向的に並べられている。もしプロフィールエリアが、画像処理装置の中の最も大きいサイズの画像処理素子を制限しているという意味ではクリティカルでないなら、通常、イメージセンサ４０と一列に置かれる追加の回路ボード５０と６０が、オフセットされた方法で並べられることもでき、またはイメージセンサ４０のプロフィールエリアよりも大きくされるかも知れない。図２ｂの配置では、素子４０、５０および６０がおよそ同じサイズであることは有利である。そのようにすれば、それらが内視鏡の中央のチャネルの中で一様にフィットするようにできる。さらに、イメージセンサ４０がレンズシステム４２に接着されることもできる。そのようにして末梢端１６の中にマウントされているとき、画像処理装置１１にさらなる構造的なサポートを提供できる。
【００２７】
図２ａにおけるハンドル部分１２を戻って参照すると、電源ケーブル６８が電池６６と接続されるための、追加のチャネル６４が提供されることもできる。好都合なことに、電池６６それ自身が、ハンドル部分１２内に形成されたウエル６５の中に取り付けられることもできる。ケーブル６８は導体４４とグラウンド線４６とを載せている。ケーブル６８は、チャネル１３の中でケーブル３３と交差するかもしれない。ケーブル６８と３３はそれから遠位端１６に延長している。ケーブル３３は一本導体のケーブルであり得る。そしてそれは所望のビデオ装置にポストビデオ信号を伝達する。換言すれば、ケーブル３３は単にポストビデオ信号を運ぶ導体４９のための、絶縁された、そしてシールドされたケーシングであることもできる。画像処理装置１１の有利なＣＭＯＳイメージセンサがただ５ボルト電源だけを必要とするのであるから、電池は内視鏡が引きずる導体の代わりの理想的な電源である。したがって、内視鏡はいっそう可動的となり、そして後続するケーブルの少なくとも１本を削除することによって、取り扱うことがより容易になる。
【００２８】
図３ａは本発明のさらに別の有利な実施例を描いている。ここでは画像処理装置が標準的な棒レンズ内視鏡７０と組み合わせられて使用されている。示されているように、棒レンズ内視鏡７０はレンズ列７２を含んでいる。このレンズ列は（図示せず）複数の高度に正確なレンズを含んでおり、これらは内視鏡の末梢端から、内視鏡と一直線になっているカメラにイメージを伝達することが可能である。棒レンズ内視鏡には光ガイド結合ポスト７４が備えられている。光ガイドポスト７４は（図示せず）複数の光ファイバ束を持っているケーブル７７の形態で光源に接続する。この光ファイバ束は（図示せず）光源と接続されている。最も普通の棒レンズ内視鏡の配置はまた、接眼レンズ７６に付けられる「Ｃ」または「Ｖ」マウントコネクタ７８を含んでいる。「Ｃ」または「Ｖ」マウントはその他端において、カメラグループ８０に接続される。カメラグループ８０は１つまたはそれ以上の画像処理装置の素子を収容している。この実施例では、画像処理装置は内視鏡の末梢端に置かれていないので、画像処理装置のサイズの小ささは重大な関心ではない。しかしながら、通常は伝統的なカメラを搭載するケーシング内への画像処理装置の合体は有利な配置を提供する。示されているように、カメラグループ８０は電力／ビデオケーブル８６に接続するケーシング８２を含むことができる。フィッティング８７は、ケーブル８６をケーシング８２の中のカメラグループ８０の内部素子につなぐために備えられる。図３ａは、画像処理装置１１の配置を示している。ここではイメージセンサ４０はケーシング８２の中に単独に置かれており、そして画像処理装置の処理回路が、図１ａに示されるようなリモート制御ボックス内に位置決めされることができる。したがって、導体４４、４６および４８だけがイメージセンサ４０に電力を供給するのに、そして制御ボックスにプレビデオ信号を伝達するのに、必要とされている。そうでなければ、図３ｂに示されるように、画像処理装置１１の全体がカメラグループ８０の中に組み込まれることもでき、画像処理装置の素子のそれぞれは図２ｂに類似して、スタック形に配置される。上に論じられたように、カメラグループケーシング８２は図１ａおよび２ａの内視鏡の末梢チップよりもずっと大きいので、図３ａおよび３ｂの実施例ではサイズは大きな関心事ではない。
【００２９】
図３ｃはまた、図３ａまたは３ｂのいずれかにおける画像処理装置に電力を提供する電池６６の使用を描いている。この配置ではケーシング８２は、その中に電池６６を収容する電池ケーシング６９を含むように変えられる。電池ケーシング６９は、非常に小さい直径のチャネルを含むことができる。このチャネルは導体４８または４９が、それぞれ直接に処理回路またはビデオ装置とやりとりすることを可能にすることができる。図１ａの実施例が、電源としての電池６６の使用と矛盾しないこともまた理解できる。それで、図１ａにおけるハンドル１２は、電池がハンドル部１２に取り付けられることを可能とするように、ケーシング８２と同じように変えられることもできる。
【００３０】
図４は、画像処理装置１１が組み立てられる一つの方法を示す回路図である。示されているように、ＣＭＯＳイメージセンサ４０は、同じ平面構造の上に、タイミングおよび制御回路を含むかもしれない。電力が電源ボード５２によってセンサ４０に供給される。センサ４０とボード５２との間の接続は、その中にたった２つの導体、1つはグラウンドのための導体、他の１つは所望の電圧を伝達するための導体、を持つケーブルであるかもしれない。これらは導体４４および４６として示されている。プレビデオ信号の形態のイメージセンサ４０からの出力は、導体４８によってビデオプロセッサボード５０に入力される。図４の構成においては、導体４８は単に５０オーム導体であることができる。電源およびグラウンドもまた、電源ボード５２から導体４４および４６によってビデオ処理ボード５０に供給される。ビデオプロセッサボード５０からの出力信号もまた、ポストビデオ信号の形態であり、この信号は５０オーム導体であり得る導体４９によって運ばれることができる。
【００３１】
図１ａに描かれている第１の実施例においては、ケーブル３２は導体４４，４６および４８を収容するために使用されることが可能である。図２ａに示される実施例では、電池電源が使われるとき導体４９それ自身を収容するのにケーブル３３が使われることができる。またはその代わりに、もし図２ａの実施例がボード５２からの電源を利用するなら、ケーブル３３が導体４４、４６および４９を収容することができる。
【００３２】
任意的に、さらにプレビデオ信号を拡張するために、補足処理ボード６０が備えられるかもしれない。図４に示されるように、補足ボード６０が置かれて、センサ４０からのプレビデオ信号が最初に補足ボードに送られ、次にビデオプロセッサボード５０に出力されることもできる。この場合、ボード５０からの出力は導体５１に沿って運ばれることができる。この出力は拡張されたプレビデオ信号として定義されることができる。さらに、以下に論じられるように、ビデオプロセッサボード５０からのポストビデオ信号は、さらなる処理のために補足ボード６０に戻されることもできる。補足ボードにポストビデオ信号を戻し伝達するために使われる導体は、導体５９として示されている。電源ボード５２はまた、センサ４０およびボード５０についてと同じ方法で、補足ボードに電力を供給することができる。すなわち、補足ボード上へグラウンドと電圧とを運ぶ導体のための単純な固定配線接続が作られる。上に論じられるように、センサ４０がボード５０および６０から遠く離れて置かれることもある。代わりに、センサ４０およびボード５０と６０がそれぞれ、内視鏡の末梢端の内部に置かれることもできる。
【００３３】
図４は、ＣＭＯＳイメージセンサおよびタイミングおよび制御回路が同じ平面構造４０の上に置かれているように描かれているけれども、タイミングおよび制御回路をピクセルアレイから分離して、そしてビデオ処理ボード５０上にタイミングおよび制御回路を置くことも可能である。タイミングおよび制御回路をイメージセンサと比べて同じ平面構造の上に置くことの利点は、ただ３つだけの接続がイメージセンサ４０と画像処理装置の残り、すなわち導体４４、４６および４８の間に必要とされるということである。さらに、タイミングおよび制御回路をピクセルアレイと共に同じ平面構造の上に置くことは、プレビデオ信号がより少ないノイズを持つという結果になる。さらに、イメージセンサを搭載している同じ平面構造にタイミングおよび制御回路を追加することは、平面構造４０の１つの寸法におよそ０．２５ミリメートルを加えるだけである。クロック信号と他の制御信号をピクセルアレイに伝達するために、もしピクセルアレイが平面構造４０の上の唯一の素子であるなら、これとビデオ処理ボード５０との間に追加の接続がなされなくてはならない。ピクセルアレイからの情報のダウンロードを制御するために、例えば（図示せず）リボン型ケーブルか、または複数の（図示せず）５０オーム同軸ケーブルが使われなくてはならない。これらの追加接続のそれぞれは、ボード間に固定配線されるであろう。
【００３４】
図４ａは、イメージセンサ４０のいっそう詳細な回路図である。これは１つのピクセルのアレイ９０とタイミングおよび制御回路９２とを含んでいる有利なＣＭＯＳピクセルアレイ９０は、Fossum等による米国特許第５,４７１,５１５号で明らかにされているものと類似している。前記特許は参照されてその全体が取り込まれている。さらに特に、Fossum等の図３は、ピクセル９０のアレイにおけるそれぞれのピクセルを作り上げる回路を描いている。Fossum等で説明されたように、ピクセル９０のアレイは内部ピクセル電荷転送を持つ能動画素グループである。ピクセルのアレイによって作られたイメージセンサは、工業的に標準的なＣＭＯＳプロセスで製造されることができるモノリシックなＣＭＯＳ集積回路として形成される。集積回路は、ピクセルセルの焦点面アレイを含み、そのセルのそれぞれは基板に重なったフォトゲートを含んでいて、光生成された電荷を蓄積する。上位概念語では、当業者によって理解されるように、イメージがピクセルのアレイ上で影響すると、イメージはフォトンの形態となってピクセルのアレイ内のフォトダイオードを打つ。フォトダイオードまたは光検出器は、フォトンを電気エネルギーまたは電子に変換し、それらはそれぞれのピクセル回路中にあるコンデンサ内に蓄積される。それぞれのピクセル回路は、それ自身のアンプを持っており、これは以下に論じるタイミングおよび制御回路によって制御される。コンデンサ内に蓄積されている情報または電子は、所望のシーケンスで、そして所望の周波数において、アンロードされ、そして次に更なる処理のためにビデオ処理ボード５０に送られる。
【００３５】
タイミングおよび制御回路９２は、ピクセルアレイ内に蓄積されているイメージ情報またはイメージ信号の出力を制御するのに使われる。Fossum等による有利なイメージセンサにおいては、ピクセルは複数の行および列に配置されている。各々のピクセルからのイメージ情報は、最初に行から行への様式によって整理されて、そして次に、整理された情報を含んでいる１つまたはそれ以上の列からダウンロードされる。図４ａに示されているように、行からの整理された情報の制御はラッチ９４、カウンタ９６およびデコーダ９８によって達成される。ラッチ、カウンタおよびデコーダの動作は、他の画像処理装置において見いだされる類似の制御回路の動作に類似している。すなわち、ラッチはピクセルのアレイにおいて個別にアドレスされたピクセルそれぞれからの電子の流れを制御するための手段である。ラッチ９４がイネーブル状態であるとき、それはデコーダ９８への電子の転送を許すであろう。カウンタ９６は、タイミングおよび制御回路９２からのクロック入力を基にしたインフォメーションの不連続な量のカウントをするようにプログラムされている。カウンタ９６がそのセットポイントに達するか、またはオーバーフローしたとき、イメージインフォメーションはラッチ９４を通過して、そしてデコーダ９８に送られることが許される。このデコーダは整理されたインフォメーションを連続的なフォーマットに従って置く。デコーダ９８がインフォメーションをデコードして、そしてそれを連続的なフォーマットに置いたならば、続いて行ドライバ１００がそれぞれの行からの連続的なインフォメーションを明らかにして、そしてそれぞれの行が、単数または複数の列によってダウンロードされることができるようにする。要するに、ラッチ９４は初めに、それぞれのピクセル内に蓄積されたインフォメーションにアクセスされることを許すであろう。カウンタ９６は次に、所望の時間シーケンスに基づいて情報の流れの量を制御する。カウンタがそのセットポイントに達したならば、続いてデコーダ９８はインフォメーションを取り入れ、そしてそれを連続的なフォーマット内に置く。プログラムされているタイミングシーケンスに基づいて、このプロセス全体が繰り返される。行ドライバ１００が行のそれぞれを明らかにしたとき、行ドライバは所望のビデオレートにおいて行のそれぞれを読み出す。
【００３６】
単数または複数の列から出力されたインフォメーションはまた、一連のラッチ１０２、カウンタ１０４とデコーダ１０６によって制御される。行からのインフォメーションと同じように、列インフォメーションもまた、続いて連続的なフォーマット内に置かれ、これは次にビデオ処理ボード５０に送られる。列インフォメーションのこの連続的なフォーマットは、導体４８によって運ばれるプレビデオ信号である。列信号コンディショナ１０８は、列の連続的なインフォメーションを所望の電圧レベルに変換する。換言すれば、列信号コンディショナ１０８は、ダウンロードされた単数または複数の列から、所望の電圧だけを受け入れる。
【００３７】
タイミングおよび制御回路９２へのクロック入力は、単に水晶クォーツタイマであってもよい。このクロック入力は、種々のカウンタによって使用されるために多くの他の周波数に分けられる。タイミングおよび制御回路９２へのラン入力は、単にオン／オフ制御であってもよい。デフォルト入力は、ビデオプロセッサボードにプレビデオ信号を入力するための１つを許容している。このビデオプロセッサボードは３０ヘルツ以外の周波数において動くことができる。ＣＭＯＳ能動画素アレイはランダムな方法でアクセスされることができるので、単に外科医にとって興味のある所望のエリアを場所決めすることのできるピクセルだけをアドレスすることによって、画像を拡大するようなズーム機能が容易に操作できる。
【００３８】
ボード４０上にある、そしてピクセルアレイ９０と合体した、タイミングおよび制御回路のそれ以上の議論は、１９９６年１０月のＮＡＳＡ Tech Briefs,の３８と３９ページにある“Active Pixel Image Sensor Integrated With Readout Circuits”と題する記事で説明されている。この特定の論文の開示は、また参照されて本明細に含まれている。
【００３９】
イメージセンサ４０がプレビデオ信号を発生したならば、それは更なる処理のためにビデオ処理ボード５０に送られる。ボード５０においては、図４ｂに示されるように、プレビデオ信号は一連のフィルタを通過する。１つの普通のフィルタ配置は、２つのローパスフィルタ１１４と１１６と、帯域フィルタ１１２とを含むことができる。この帯域フィルタは、単に信号の低い周波数コンポーネントを通過させるだけである。これらの低周波数コンポーネントが通過すると、続いてそれらは検出器１２０とホワイトバランス回路１２４に送られる。ホワイトバランス回路は赤色と青色を区別している。ホワイトコバランス回路は画像処理装置がその正常性、つまりどれが白いのかをセットするのに役立つ。次にローパスフィルタ１１４を通過した信号の部分は、利得調整器１１８を通過して移動する。この調整器はこの部分の大きさまたは振幅を扱いやすいレベルにまで減少させる。利得調整１１８からの出力は続いてホワイトバランス回路１２４にフィードバックされる。フィルタ１１６を通して移動する信号の部分はプロセッサ１２２に供給される。プロセッサ１２２では、明度または非彩度を伴っている信号の部分は分離されて、そしてＹ彩度ミキサ１３２に送られる。信号のどんな彩度の部分も、プロセッサ１２２で維持される。
【００４０】
ホワイトバランス回路１２４の出力を参照して、信号の彩度部分は遅延ライン１２６に送られる。この遅延ラインではスイッチ１２８によって信号がさらに減じられる。スイッチ１２８の出力は、平衡変調器１３０を通して、Ｙ彩度ミキサ１３２に送られる。このミキサでは信号の処理された彩度部分が、処理された非彩度の部分と混ぜられる。最終的に、Ｙ彩度ミキサ１３２からの出力は、ＮＴＳＣ／ＰＡＬエンコーダ１３４に送られる。これは一般に当分野では「コンポジット」エンコーダとして知られている。コンポジット周波数は、エンコーダ１３４内においてＹ彩度ミキサ１３２に残している信号に加えられ、テレビジョンによって受け入れられるポストビデオ信号を作り出す。
【００４１】
図４に戻ると、そこには補足回路ボード６０が示されている。これはイメージセンサ４０から生じたプレビデオ信号をデジタル的に拡張するとか、さもなければさらに条件づけするのに使うことができる。例えばデジタル拡張は、ビデオスクリーンの上に見えるイメージの輝きを増加させるか、さもなければイメージのエッジを明確にすることができる。付加的に、バックグラウンドイメージが除去されてフォアグラウンドイメージだけが残されるとか、その逆が行われるとかの処理が可能である。イメージセンサ４０とボード６０との間の接続は、単に導体４８であるかもしれない。これはまた、プレビデオ信号をボード５０に転送することもできる。プレビデオ信号が補足ボード６０上でデジタル的に拡張されるならば、それは次にもう１つの導体５１によってビデオプロセッサボード５０に送られる。プレビデオ信号はアナログ信号である。デジタル的に拡張されたプレビデオ信号は、デジタル信号であることも、またはそれがボード５０に送られる前にアナログドメインに変換されていることも可能である。
【００４２】
デジタル拡張に加えて、補足ボード６０がさらに他の回路を含むこともできる。それはさらにポストビデオ信号を条件付けして、ＮＴＳＣ／ＰＡＬ以外の所望のフォーマットで見られるようにすることであっても良い。図４に示されるように、中間導体５９が、Ｙ彩度ミキサ１３２からの信号出力を補足ボード６０へ戻し伝達することもできる。ここではその信号は特定のフォーマットで見るためにさらにコード化される。用いられることができる１つの普通のエンコーダはＲＧＢエンコーダ１５４を含んでいる。ＲＧＢエンコーダは信号を３つの別の色（赤、緑、そして青）に分け、外科医が選択的にそれらの色の１つのまたはそれ以上を含んでいるイメージだけを見たいと決めることができる。特に、組織を彩色するために染料が使われる組織分析では、ＲＧＢエンコーダは狙いの組織を識別する上で、外科医を助けることができる。
【００４３】
図４に示されている次のエンコーダはＳＶＨＳ（スーパービデオホームシステム）エンコーダ１５６である。このエンコーダは、ビデオ装置に入る前に、信号の明度部および信号の彩度部を分割または分離させる。何人かの観察者は、ノイズのない明瞭な信号がこのような分離によってビデオ装置に入力されると信じている。この分離は同様にいっそう明確なビデオイメージをビデオ装置上にもたらす結果となるということである。図４に描かれている最後のエンコーダは、ＶＧＡエンコーダ１５８である。これは信号を標準的なＶＧＡモニタ上で観察できるようにする。これは多くのコンピュータモニターに共通のことである。
【００４４】
本発明のイメージセンサ４０の構成とFossum等の特許の図３に見いだされる出力との間の相違は、本発明ではFosseumらのように２つのアナログ出力を提供するのではなく、リセット機能をタイミングおよび制御回路９２において実行するということである。したがって、プレビデオ信号は、ただ１つの導体４８を必要とするだけである。
【００４５】
図５ａ〜図５ｅは、ビデオ処理ボード５０で使われることができる回路の１つの例をより詳細に示している。それによって、テレビジョンのようなビデオ装置によって直接的に受け入れられることのできるポストビデオ信号を作り出す。図５ａ〜図５ｅに開示されている回路は、小型１／４インチのパナソニックカメラ、型式ＫＳ−１６２に見いだされる回路に非常に類似している。図５ａ〜図５ｅで見出される素子の特定の配置は、プレビデオ信号を得て、そしてそれを所望のビデオ装置によって受け取られるように条件づけるために含むことができる、ビデオ処理回路の型式の単なる典型的な例にすぎないことは、当業者によって理解されるであろう。
【００４６】
図５ａに示されるように、導体４４と４６によって、５ボルト電源がグラウンドと共にボード５０に提供される。導体４８によって運ばれたプレビデオ信号はバッファ１３７においてバッファされて、そして次に増幅用グループ１３８に移される。増幅用グループ１３８は、残りの回路のためのインピーダンス整合を達成すると共に、信号を有用なレベルにまで増幅する。
【００４７】
次の主要な素子は図５ｂに示される自動利得制御１４０である。自動利得制御１４０は、増幅用グループ１３８からの信号を受容できるレベルにまで自動的に制御して、そしてまた以下に論じられるように、信号に他の特性を加える。さらに特に、自動利得制御１４０は、１２のチャネルのデジタル／アナログ・コンバータ１４１からのインプットに基づいて信号を条件付けする。コンバータ１４１はＥＥＰＲＯＭ（電気的消去書込み可能型ＲＯＭ）１４３から、蓄積されているインフォメーションを検索する。ＥＥＰＲＯＭ１４３は、ユーザ情報を蓄積することができる不揮発性メモリ素子であって、そのユーザ情報は例えば、カラーのための設定、色あい、バランスおよび類似のものである。こうして、自動利得制御１４０は、ユーザ入力を基にして表示構造または視覚特性を変化させる。自動利得制御１４０に残っている信号は、アナログ／デジタル・コンバータ１４２によって変換されまでは、アナログ信号である。
【００４８】
図５ｃのデジタル信号処理装置１４４は、シリアル型デジタル信号に変換された信号をさらに処理する。マイクロプロセッサ１４６の１つの機能は、デジタル信号プロセッサ１４４がコンバータ１４２から放出されるデジタル信号を分類する方法を制御することである。マイクロプロセッサ１４６はまた、アナログ／デジタル・コンバータがいつアクティブにさせられるか、いつデータを受け入れるか、いつデータを出力するか、そしてデータが出力されるべきレートに関して、アナログ／デジタル・コンバータ１４２を制御する。マイクロプロセッサ１４６はまた、ホワイトバランスのような画像処理装置の他の機能をも制御することもできる。マイクロプロセッサ１４６は選択的に、ＥＥＰＲＯＭ１４３内に蓄積されたインフォメーションを受け取って、そしてその種々のコマンドを実行して、この回路の中の他の素子をさらに制御することもできる。
【００４９】
信号がデジタル信号処理装置１４４によって処理された後、この信号は図５ｄに示されたデジタルエンコーダ１４８に送られる。デジタルエンコーダ１４８のいっそう重要な機能のいくつかは、同期化、変調された彩度、ブランキング、水平ドライブ、および他の必要なコンポーネントを用いてデジタル信号をエンコードすることである。そのようにして、信号はテレビ・モニターのようなビデオ装置によって受信できる条件となる。また図５ｄに示されるように、信号がデジタルエンコーダ１４８を通過したならば、信号はデジタル／アナログ・コンバータ１５０を通してアナログ信号に再変換される。
【００５０】
この再変換されたアナログ信号は次に、バッファ１５１においてバッファされ、次に図５ｅの増幅器グループ１５２に送られる。この増幅器グループは信号を増幅して、所望のビデオ装置によって受け入れられるようにする。特に、図５ｅに示されるように、１つのＳＶＨＳ出力が１６０において備えられ、そして２つのコンポジットまたはＮＴＳＣアウトレットが、それぞれ１６２と１６４において備えられる。
【００５１】
上で論じた能動ピクセル型イメージセンサに加えて、受動ピクセル型ＣＭＯＳイメージセンサにおいても特定の利点が存在する。それはそのような受動的な配置と関係する伝統的なノイズが、改善された製造技術によって克服することができるという点である。従って、それぞれの信号はそれぞれのピクセルサイトにおいて増幅されることを必要とはしない。したがって、図６は Fossum 等による読出し回路の中に、直接的に含まれることのできる受動ピクセルの単純化された回路を描いている。（米国特許第５,４７１,５１５号の読み出し回路または相関形二重サンプリング回路７０を示す図３を参照）。図６に示されるように、受動ピクセルアレイの中のそれぞれの受動ピクセル１６０は、トランジスタ１６４を持つフォトダイオード１６２を含んでいる。このトランジスタは、フォトダイオード１６２から光電気的に生成された信号を、ピクセルアレイの外の（図示せず）チャージ積分アンプに渡す。フォトチャージ集積の後に、タイミングおよび制御回路がアクセストランジスタ１６４をアクティブとする。フォトダイオード１６２から光電気的に生成された信号は、次に列バス１６６の容量に転送され、ここでは列バス１６６の終端にある（図示せず）チャージ積分アンプが結果として生じている電圧を探知する。列バス電圧はフォトダイオード１６２をリセットし、そしてタイミングおよび制御回路は次にアクセストランジスタ１６４をオフ条件に置く。ピクセル１６０は次に、もう１つの積分サイクルのための準備ができている。能動的、または受動的いずれのピクセルアレイからの信号出力も同様に処理される。その結果、Fossum等による読み出し回路７０は、ここに説明された能動または受動いずれのピクセルアレイとも互換性があることを、図６は描いている。既知の能動画素デバイスのそれとほとんど等しい性能を持つ、そしてFossum等による読出し回路と互換性がある、受動ピクセルアレイを開発した製造業者の１つの例は、カリフォルニア州９５１２９、サンノゼ、シュート１８０、サラトーガ通り１１９０の VLSI Vision Ltd.社である。
【００５２】
前述の説明から、全体の画像処理装置が内視鏡の末端チップの中に含まれることは明白である。または画像処理装置の若干の素子が内視鏡に隣接している小さいリモートボックス内に置かれるようにすることもできる。用いられるＣＭＯＳイメージセンサが特定の型式のために、画像処理装置のプロフィールエリアは十分小さくて、非常に小さい直径の管を持っている内視鏡の中に置かれることができる。さらに、内視鏡のサイズを増やさないで、画像処理装置は追加された画像処理能力を供給するために既存の内視鏡のチャネルの中に置かれるかもしれない。画像処理装置は、１本の電力コードの形態の標準的な電源入力接続によって電力供給されることもでき、または１つの小さいリチウム電池が使われることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は一般的な内視鏡の器具の断片的な横断面図と、およびそれぞれが画像処理装置の素子を含んでいる制御ボックス、内視鏡と制御ボックスの断片的な見取り図を含んでいる第１の実施例を示す図であり、内視鏡の管状の部分の他の素子に関するイメージセンサの配置を特に説明する内視鏡の器具の末梢端の拡大された断片的な部分分解透視図である。
【図２】図２は画像処理装置が全部、内視鏡の末端チップに含まれているような、もう１つの一般的な内視鏡を示す本発明の第２の実施例の断片的な横断面図であり、画像処理装置を説明している内視鏡の末梢端の拡大された断片的な部分的に分解された透視図である。
【図３】図３は棒レンズ内視鏡に接続するために標準的なカメラケーシングに収容された、イメージセンサの立面断片的な横断面図であり、カメラケーシングの中に収容された画像処理装置の断片的な横断面図であり、交流電源の代わりの電源としての電池を示す図３ｂに類似している断片的な横断面図である。
【図４】図４は、画像処理装置を作り上げる機能的な電子コンポーネントの概略の回路図である。
【図４ａ】図４ａは、ピクセルのアレイとタイミングおよび制御回路を含むことができる回路ボードの拡大された回路図である。
【図４ｂ】図４ｂは、ピクセルのアレイによって発生されたプレビデオの信号を処理し、そしてプレビデオ信号を標準的なビデオ装置によって受け取られるポストビデオ信号に変換する処理回路をその上に含むビデオ処理ボードの拡大された回路図である。
【図５ａ】図５ａは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図５ｂ】図５ｂは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図５ｃ】図５ｃは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図５ｄ】図５ｄは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図５ｅ】図５ｅは、画像処理装置を作るために使用できる特定の回路の例を示す回路図である。
【図６】ＣＭＯＳ型構成のイメージセンサと両立できる、受動ピクセルアレイ内に置くことのできる受動ピクセルの単純化された回路図である。
【符号の説明】
【００５４】
２６  ケーブル
４０  イメージセンサ／回路ボード
４２  レンズシステム
４４  導体
４６  グラウンド
４９  導体
５０  回路ボード
６０  ボード
６２  ピンコネクタ