(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と、該駆動部により駆動される被駆動素子と、前記駆動部と前記被駆動素子との間に接続され、前記駆動部から出力される駆動信号を電気的に伝達する特性インピーダンスを有する伝送ケーブルとからなる伝送ケーブル駆動回路において、
前記特性インピーダンスを有する伝送ケーブル及び前記被駆動素子を駆動する前記駆動部は、
前記駆動信号たるタイミングパルス信号を発生するタイミングパルス信号発生回路と、  該タイミングパルス信号を増幅するドライバ回路と、
前記ドライバ回路から出力されたタイミングパルス信号のエッジ近傍の第１の期間においては、前記タイミングパルス信号に対して高周波信号通過フィルタとして減衰を補正しつつ、前記第１の期間を除く第２の期間においては前記特性インピーダンスとマッチングするように補正する波形補正回路とを備えていることを特徴とする伝送ケーブル駆動回路。
【請求項２】
前記ドライバ回路は、同一の該タイミングパルス信号を元とする増幅した２つのタイミングパルス信号が各々出力される２つの出力ラインを有し、
前記波形補正回路は、前記ドライバ回路の一方の出力ラインに一端が接続された第１の抵抗、他方の出力ラインに一端が接続された容量、及び前記第１の抵抗の他端及び前記容量の他端に一端が接続され、他端が前記伝送ケーブルに接続される第２の抵抗を有し、
更に、該ドライバ回路の他方の出力ラインを前記第２の期間、高インピーダンスに制御するための制御回路を有することを特徴とする請求項１に係る伝送ケーブル駆動回路。
【請求項３】
前記一方の出力ラインのタイミングパルス信号と前記他方の出力ラインのタイミングパルス信号との遅延量を補正する信号遅延回路を更に備えていることを特徴とする請求項２に係る伝送ケーブル駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、駆動部から被駆動素子へ信号を伝達する間隔が長く、信号伝達手段として同軸ケーブルのような特性インピーダンスを有する伝送ケーブルを用いた場合においても、ケーブル終端において最適な波形が得られるようにした伝送ケーブル駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、信号伝達手段として、同軸ケーブルのような伝送ケーブルを用いた装置として、例えば、電子内視鏡カメラがある。かかる電子内視鏡カメラは、従来、基本的には図７に示すような構成を備えている。すなわち、撮像手段としてのカメラヘッド部101 に被駆動素子であるＣＣＤ等の固体撮像素子102 を配設し、その固体撮像素子102 から特性インピーダンスを有する伝送ケーブル103 を介して、数メートル離れた位置に画像処理手段としてのカメラ制御ユニット104 を配設して構成されている。そして固体撮像素子102 を駆動するドライバ回路105 及びタイミングパルス信号発生回路106 がカメラ制御ユニット104 内に設けられている。
【０００３】
このように構成されている電子内視鏡カメラにおいて、ドライバ回路105 から固体撮像素子102 に印加されるタイミングパルス信号発生回路106 からの駆動パルス信号は、伝送ケーブル103 の両端、すなわち固体撮像素子102 の入力インピーダンスとドライバ回路105 の出力インピーダンスとの間でマッチング（整合）が取られていないため、また伝送ケーブル103 の長さが駆動パルス信号の波長に対し近い〔１／（信号波長の数）以上〕場合、固体撮像素子102 の入力端で発生した反射信号の影響により、固体撮像素子102 の入力端（伝送ケーブル103 の終端）で波形が乱れるという欠点があった。
【０００４】
このため、従来、特開昭６４−２６２２号公報において一つの解決手段として、図８に示す手法が提案されている。すなわち、この解決手法は、固体撮像素子102 側に伝送ケーブル103 の特性インピーダンスに等しい終端抵抗107 を設けることにより、固体撮像素子102 側においての信号反射の発生を防止し、駆動パルス信号波形が伝送ケーブル103 の終端で最適となるようにしたものである。
【０００５】
また、他の解決手段として特願昭６０−２２５３６８号においては、図９に示すように、複数種類の伝送ケーブル長に応じた抵抗とコンデンサからなるケーブルマッチング回路108 を設け、使用する伝送ケーブル長に応じてマッチング回路108 をスイッチ109 で切り換えることにより、駆動パルス信号波形が伝送ケーブル103 の終端で最適となるように構成したものが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図８に示した従来例においては、伝送ケーブル103 の終端（固体撮像素子102 の入力端）において、終端抵抗107 で伝送ケーブル103 の特性インピーダンスとマッチング（整合）をとっているので、伝送ケーブル103 の終端での駆動パルス信号波形は最適となる。しかし、固体撮像素子102 の近傍に設けられた終端抵抗107 において消費される電力が大きい（例えば、終端抵抗107 が50Ωで駆動パルス電圧レベルが10Ｖの場合、消費電力が１Ｗ以上となる）ため熱が発生し、この熱が固体撮像素子102 の温度を上昇させる原因となる。この温度上昇は、特に医療機器として使用される電子内視鏡カメラにおいては、安全性に問題を生じさせる可能性があり、システムの性能面においても固体撮像素子102 の特性劣化（ノイズレベルの上昇等）による問題が生じる可能性がある。また、伝送ケーブル103 が長くなると、この伝送ケーブルの分布定数としての抵抗成分及び容量成分等により伝送信号の高周波領域で減衰が起こり、伝送ケーブル103 の終端での駆動パルス信号波形は、立ち上がり、立ち下がり時間が遅くなり、このため固体撮像素子102 の信号転送速度等がシステムの仕様を満たさなくなる問題が生じる可能性があった。
【０００７】
また図９に示した従来例においては、一定の長さの伝送ケーブルに対しては、伝送ケーブル長に応じた抵抗とコンデンサからなるケーブルマッチング回路108 によって、駆動パルス信号波形の調整が出来るため、伝送ケーブル103 の終端における立ち上がり、立ち下がり速度（急峻性）の最適化は達成できる。しかし、伝送ケーブル側から見たマッチング回路のインピーダンスは、信号周波数成分により変動（図９に示す従来例においては周波数が高くなるほどインピーダンスは低くなる）するため、周波数の高調波成分を有するパルス信号等の伝送においては、伝送ケーブル103 の両端において、マッチング（整合）が取られていない状態となり、その結果、信号が伝送ケーブル103 の両端で多重反射を起こし、駆動パルス信号波形が伝送ケーブル103 の終端で最適とならない場合が発生する。
【０００８】
本発明は、従来の信号伝達手段として同軸ケーブルのような伝送ケーブルを用いた電子内視鏡カメラなどの装置における上記問題点を解消するためになされたもので、伝送ケーブルの送信元においてケーブルの特性インピーダンスとマッチングさせ、またパルス信号の立ち上がり、立ち下がり時間を補正して、信号の多重反射を防止し、伝送ケーブル終端において最適な駆動パルス信号波形が得られるようにした伝送ケーブル駆動回路を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に係る発明は、駆動部と、該駆動部により駆動される被駆動素子と、前記駆動部と前記被駆動素子との間に接続され、前記駆動部から出力される駆動信号を電気的に伝達する特性インピーダンスを有する伝送ケーブルとからなる伝送ケーブル駆動回路において、前記特性インピーダンスを有する伝送ケーブル及び前記被駆動素子を駆動する前記駆動部は、前記駆動信号たるタイミングパルス信号を発生するタイミングパルス信号発生回路と、該タイミングパルス信号を増幅するドライバ回路と、前記ドライバ回路から出力されたタイミングパルス信号のエッジ近傍の第１の期間においては、前記タイミングパルス信号に対して高周波信号通過フィルタとして減衰を補正しつつ、前記第１の期間を除く第２の期間においては前記特性インピーダンスとマッチングするように補正する波形補正回路とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る伝送ケーブル駆動回路において、前記ドライバ回路は、同一の該タイミングパルス信号を元とする増幅した２つのタイミングパルス信号が各々出力される２つの出力ラインを有し、前記波形補正回路は、前記ドライバ回路の一方の出力ラインに一端が接続された第１の抵抗、他方の出力ラインに一端が接続された容量、及び前記第１の抵抗の他端及び前記容量の他端に一端が接続され、他端が前記伝送ケーブルに接続される第２の抵抗を有し、更に、該ドライバ回路の他方の出力ラインを前記第２の期間、高インピーダンスに制御するための制御回路を有することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１及び２に係る伝送ケーブル駆動回路によれば、波形補正回路において、ドライバ回路から出力されたタイミングパルス信号のエッジ近傍の第１の期間においては、タイミングパルス信号に対して高周波信号通過フィルタとして減衰を補正しつつ、第１の期間を除く第２の期間においては特性インピーダンスのマッチングをとるようにしているので、伝送ケーブルの信号反射を防止し、伝送ケーブルの終端元において最適な駆動パルス信号波形が得られるようにすることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る伝送ケーブル駆動回路において、前記一方の出力ラインのタイミングパルス信号と前記他方の出力ラインのタイミングパルス信号との遅延量を補正する信号遅延回路を更に備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に係る伝送ケーブル駆動回路によれば、伝送ケーブルの終端において信号遅延時間差が発生した場合でも、タイミングパルス信号のエッジ部の波形を最適になるようにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、実施の形態について説明する。まず、本発明に係る伝送ケーブル駆動回路の基本構成の一態様について、図１の概念図に基づいて説明する。本発明に係る伝送ケーブル駆動回路は、図１の概念図に示すように、駆動部１と、該駆動部１により駆動される被駆動素子２と、前記駆動部１と前記被駆動素子２との間に接続され、前記駆動部１から出力される駆動信号を電気的に伝達する特性インピーダンスを有する伝送ケーブル３とからなる伝送ケーブル駆動回路において、前記特性インピーダンスを有する伝送ケーブル３及び前記被駆動素子２を駆動する前記駆動部１は、タイミングパルス信号発生回路４と、該タイミングパルス信号発生回路４の出力信号を増幅する第１及び第２の出力ライン６，７を有するドライバ回路５と、該ドライバ回路５の一方の出力ラインを一定期間、高インピーダンスに制御するための制御回路８と、前記ドライバ回路５の各出力ライン６，７が接続される波形補正回路９とを備えている。
【００１５】
このように構成された伝送ケーブル駆動回路においては、タイミングパルス信号発生回路４から出力されるパルス信号の立ち上がり及び立ち下がり時において、前記制御回路８が、前記ドライバ回路５の第１の出力ライン６及び第２の出力ライン７を共に導通状態となるように制御し、また前記パルス信号の立ち上がり、立ち下がり以外の期間（信号電圧平坦期間）においては、前記ドライバ回路５の第１の出力ライン６を導通状態とし、前記制御回路８によって前記ドライバ回路５の第２の出力ライン７を非導通状態となるように制御することで、前記ドライバ回路５の各出力ライン６，７に接続された前記波形補正回路９が、パルス信号の立ち上がり及び立ち下がり時において、前記特性インピーダンスを有する伝送ケーブル３の抵抗成分及び容量成分による伝送信号の高周波領域での減衰を補正し、またパルス信号の信号電圧平坦期間においては、送信元において伝送ケーブル３の特性インピーダンスとマッチングするように補正することによって、伝送ケーブル３の送信元での信号反射を防止し、伝送ケーブル３の終端元において最適な駆動パルス信号波形が得られるようにすることができる。
【００１６】
次に、本発明に係る伝送ケーブル駆動回路の基本構成の他の態様について、図２の概念図に基づいて説明する。この態様の伝送ケーブル駆動回路は、図２の概念図に示すように、図１の概念図に示した伝送ケーブル駆動回路において、前記駆動部１内の前記タイミングパルス信号発生回路４と前記ドライバ回路５の制御端子との間に、前記タイミングパルス信号発生回路４の出力信号を遅延させる信号遅延回路10を備えているものである。
【００１７】
このように構成された伝送ケーブル駆動回路においては、前記信号遅延回路10が、前記ドライバ回路５の第１及び第２の出力ライン６，７における信号立ち上がり、立ち下がりの信号伝達遅延時間に差が生じた場合に、ドライバ回路５の駆動能力低下を抑える効果を持ち、これにより伝送ケーブル３の終端において、ドライバ回路５の各出力ライン６，７に信号遅延時間差が発生した場合でも、駆動パルス信号の立ち上がり、立ち下がりの波形を最適になるようにすることができる。
【００１８】
次に、具体的な実施の形態について説明する。図３は本発明に係る伝送ケーブル駆動回路の具体的な第１の実施の形態を示すブロック構成図で、図１の概念図に示したものと同一又は対応する構成要素には同一の符号を付して示している。この実施の形態においては、図３に示すように、駆動部１におけるタイミングパルス信号発生回路４により生成される駆動パルス信号は、第１のドライバ回路５−１及び第２のドライバ回路５−２の入力端子に接続され、また第２のドライバ回路５−２の出力をＯＮ／ＯＦＦ（ＯＦＦ時は該ドライバ回路５−２の出力インピーダンスをハイインピーダンスとする）させる制御回路８が第２のドライバ回路５−２の制御端子に接続されている。前記第１のドライバ回路５−１の出力ライン６は波形補正回路９を構成する抵抗９−１に接続され、第２のドライバ回路５−２の出力ライン７は、波形補正回路９を構成する容量９−２に接続されている。そして波形補正回路９を構成する前記抵抗９−１及び容量９−２の他端は共通に接続されて、抵抗９−３を介して特性インピーダンスを有する伝送ケーブル３の一端に接続され、伝送ケーブル３の他端にはＣＣＤ等の被駆動素子２が接続されている。
【００１９】
このように構成されている本実施の形態によれば、駆動パルス信号の立ち上がり、立ち下がり時の一定期間においては、第１のドライバ回路５−１及び第２のドライバ回路５−２の両方が動作状態となるように、制御回路８が第２のドライバ回路５−２を制御しているため、各ドライバ回路５−１，５−２の出力は、波形補正回路９を構成する抵抗９−１，容量９−２及び抵抗９−３を介して、伝送ケーブル３及び被駆動素子２をドライブするので、抵抗９−１，容量９−２及び抵抗９−３からなるハイパスフィルタ構成の波形補正回路９は、伝送ケーブル３の分布定数による高周波領域での信号減衰量を補正する作用をなし、その結果、伝送ケーブル３の終端でのパルス信号の立ち上がり、立ち下がり波形形状を最適となるようにする。
【００２０】
またパルス信号の立ち上がり、立ち下がり以外の時間（信号電圧平坦期間）においては、前記制御回路８が第２のドライバ回路５−２の出力インピーダンスをハイインピーダンスとなるように該ドライバ回路５−２を制御するので（信号電圧平坦期間は、信号の変化がないためドライバ回路の１つの出力で駆動能力が足りる）、伝送ケーブル３側から駆動部１側を見たインピーダンスは、およそ前記波形補正回路９における抵抗９−１と抵抗９−３の合成抵抗となり（ドライバ回路の出力インピーダンスは小さいものとする）、この抵抗９−１と抵抗９−３の合成抵抗を、伝送ケーブル３の特性インピーダンスと同じ値に設定すれば、伝送ケーブル３の送信元において整合がとれる状態となるため、その信号平坦期間においては受信元（伝送ケーブル終端）における非整合での信号反射による影響は送信元（波形補正回路９側）で吸収され、次式（１）に示す反射率による、２次反射が起こらないため、その結果、伝送ケーブル３の終端では信号平坦期間においても反射波の影響を受けず、最適な波形とすることが出来る。
反射率＝（Ｚout −Ｚo ）／（Ｚout ＋Ｚo ）  ・・・・・・・・（１）
ここで、Ｚo は伝送ケーブル３の特性インピーダンス、Ｚout は伝送ケーブル３側から見た駆動部１の出力インピーダンスである。
【００２１】
なお、波形補正回路９の構成は、所望の立ち上がり、立ち下がり波形が得られるならば、上記実施の形態の変形は可能で、例えば上記実施の形態における抵抗９−３はなくても構わない。
【００２２】
次に、図４に基づいて、本発明に係る伝送ケーブル駆動回路の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図３に示した第１の実施の形態における第２のドライバ回路５−２の代わりに、第１のドライバ回路５−１の出力を第１の出力ライン６及び第２の出力ライン７に分け、第２の出力ライン７と波形補正回路９の容量９−２との間にスイッチ11を設け、パルス信号の立ち上がり、立ち下がり以外の期間（信号電圧平坦期間）において、制御回路８によりスイッチ11をＯＦＦさせることによって、第２の出力ライン７をハイインピーダンスとし、第１の実施の形態と同じ動作機能を得るようにしたものである。
【００２３】
次に、図５に基づいて、本発明に係る伝送ケーブル駆動回路の第３の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図３に示した第１の実施の形態におけるタイミングパルス信号発生回路４と第２のドライバ回路５−２の制御端子との間に、信号遅延回路10を設けたものである。
【００２４】
次に、このように構成された本実施の形態の動作を図６のタイミングチャートを参照しながら説明する。図６のタイミングチャートに示すように、第１のドライバ回路５−１の出力ａと第２のドライバ回路５−２の出力ｂの出力信号遅延時間に差が生じた場合、第１のドライバ回路５−１の出力と第２のドライバ回路５−２の出力の出力電圧レベル差が出力信号遅延期間に発生する。そのため、その期間に第２のドライバ回路５−２が動作状態であると、その電圧レベル差に比例した電流が第１のドライバ回路５−１の出力ライン６と第２のドライバ回路５−２の出力ライン７との間で出力ライン間電流ｄとして流れてしまうため、伝送ケーブル３側への各ドライバ回路５−１，５−２の出力電流駆動能力が低下してしまうことになる。
【００２５】
そこで本実施の形態においては、第２のドライバ回路５−２の制御タイミングを、該第２のドライバ回路５−２の動作時における出力電圧レベルと第１のドライバ回路５−１の出力電圧レベルが合うように信号遅延回路10により遅らせ、遅延制御信号ｅで第２のドライバ回路５−２を制御させることにより、第１のドライバ回路５−１の出力ライン６と第２のドライバ回路５−２の出力ライン７との間で電流が流れることを防止し（図６のｆ）、各ドライバ回路５−１，５−２の電流駆動能力の低下を抑えるようにしている。その結果、伝送ケーブル３の終端において、ドライバ回路の各出力ラインに信号遅延時間差が発生した場合でも、パルス信号の立ち上がり、立ち下がりの波形を最適になるようにすることができる。
【００２６】
なお、信号遅延回路10の接続位置は、タイミングパルス発生回路４の出力と第２のドライバ回路５−２の制御端子間であれば、どの位置に接続されていても構わない。例えば、上記実施の形態においては、制御回路８と第２のドライバ回路５−２の制御端子の間に設けてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、本発明によれば、伝送ケーブルにおける駆動パルス信号の高周波領域での減衰を補正すると共に、伝送ケーブルの送信元を伝送ケーブルの特性インピーダンスとマッチングするように補正して、伝送ケーブルの送信元での信号反射を防止し終端元において最適な駆動パルス信号波形が得られるようにした伝送ケーブル駆動回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る伝送ケーブル駆動回路の基本構成を説明するための概念図である。
【図２】  本発明に係る伝送ケーブル駆動回路の他の基本構成を説明するための概念図である。
【図３】  本発明の具体的な実施の形態（第１の実施の形態）を示すブロック構成図である。
【図４】  本発明の他の実施の形態（第２の実施の形態）を示すブロック構成図である。
【図５】  本発明の実施の形態（第３の実施の形態）を示すブロック構成図である。
【図６】  図５に示した第３の実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】  従来の電子内視鏡カメラの構成例を示すブロック構成図である。
【図８】  従来の電子内視鏡カメラの他の構成例を示すブロック構成図である。
【図９】  従来の電子内視鏡カメラの更に他の構成例を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１  駆動部
２  被駆動素子
３  伝送ケーブル
４  タイミングパルス信号発生回路
５  ドライバ回路
５−１  第１のドライバ回路
５−２  第２のドライバ回路
６  第１の出力ライン
７  第２の出力ライン
８  制御回路
９  波形補正回路
９−１  抵抗
９−２  容量
９−３  抵抗
10  信号遅延回路
11  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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