(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スコープユニットの挿入部先端にＣＣＤを有し該ＣＣＤからの出力信号に基づいて所定の映像信号を生成する電子内視鏡装置において、
前記ＣＣＤのサブストレート電圧を検出する検出手段と、
前記ＣＣＤを駆動するための複数の駆動信号を前記ＣＣＤへ供給するタイミングを制御するタイミング制御手段とを備え、
前記検出手段と前記タイミング制御手段は、前記スコープユニットの基端部に設けられ、前記ＣＣＤとケーブルを介して接続されており、
前記タイミング制御手段は、前記複数の駆動信号のうちの所定の電源電圧を前記ＣＣＤへ供給した後、前記検出手段によって検出された前記サブストレート電圧が所定の閾値以上になった場合に、前記所定の電源電圧以外の駆動信号を供給するように制御するものであり、
前記所定の電源電圧以外の駆動信号には、負電源電圧が含まれること、を特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】
前記ＣＣＤは、供給される前記所定の電源電圧からサブストレート電圧を内部発生する電圧発生回路を有すること、を特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
【請求項３】
挿入部とプロセッサユニットへの接続部である基端部とを有し、前記挿入部先端に配置されたＣＣＤから被写体の画像信号を得る電子内視鏡装置用スコープユニットにおいて、
前記ＣＣＤのサブストレート電圧を検出する検出手段と、
前記ＣＣＤを駆動するための複数の駆動信号を前記ＣＣＤへ供給するタイミングを制御するタイミング制御手段とを備え、
前記検出手段と前記タイミング制御手段は、前記基端部に設けられ、前記ＣＣＤとケーブルを介して接続されており、
前記タイミング制御手段は、前記複数の駆動信号のうちの所定の電源電圧を前記ＣＣＤへ供給した後、前記検出手段によって検出された前記サブストレート電圧が所定の閾値以上になった場合に、前記所定の電源電圧以外の駆動信号を供給するように制御するものであり、
前記所定の電源電圧以外の駆動信号には、負電源電圧が含まれること、を特徴とするスコープユニット。
【請求項４】
前記ＣＣＤは、供給される前記所定の電源電圧からサブストレート電圧を内部発生する電圧発生回路を有すること、を特徴とする請求項３に記載のスコープユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡装置に関し、より詳細には電子内視鏡装置の挿入部先端に配置される撮像素子の駆動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡装置は、一般に、体腔内等へ挿入される挿入部を有するスコープユニットと、スコープユニットを着脱自在に装着可能であってスコープユニットへ照明光を供給するとともにスコープユニットからの画像信号を受信し処理して所定規格の映像信号を生成するプロセッサユニットとから構成される。スコープユニットの挿入部先端には撮像素子（ＣＣＤ；Charge Coupled Device）が配置され、挿入部先端で撮像された被写体像は、スコープユニット内に配設された信号ケーブルを介して伝送され、その後スコープユニットの基端部及びプロセッサ内部で信号処理され、所定規格の映像信号としてプロセッサからモニタ装置に出力される。また、挿入部先端のＣＣＤを駆動する為の信号は、スコープユニットの基端部或いはプロセッサユニット内の信号発生回路で生成され、スコープユニット内に配設された信号ケーブルを介して挿入部先端まで伝送される。
【０００３】
このように、スコープユニットにはＣＣＤへ入力する駆動信号、電源、及びＣＣＤから出力される画像信号を伝送する為の信号ケーブルを配設することが必要である一方で、医用として用いられる電子内視鏡装置は、患者の負担を減らす為に挿入部の細径化が求められている。そのため、スコープユニット内に配設する信号ケーブル数を削減すること或いは信号ケーブルを細線化すること等が要求されることになる。
【０００４】
一方で、ＣＣＤは、ユニットセルサイズ（１画素当たりの大きさ）の縮小或いは外部供給電源種類の削減による小型化が進められており、このように小型化されたＣＣＤを電子内視鏡装置に用いる事は、電子内視鏡装置の挿入部を細径化するのに有利である。例えば、ＣＣＤのサブストレートに印加される電圧をＣＣＤ素子内部で電源電圧から内部発生するタイプのＣＣＤも提案されている。このようなＣＣＤでは、サブストレート電圧を外部供給する必要が無く、スコープユニット内に配設する信号ケーブル数を削減することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スコープユニット内には、ＣＣＤを動作させるべく信号ケーブルが配設されているが、スコープユニットの全長は数メートル程度の長さに達する為、信号ケーブルの抵抗値や容量の増加により生じる遅延や波形の歪などにより、基端部で所定の立ち上がりのタイミングで発生させた信号が、先端部では所定の立ち上がりのタイミングで到達しないという事態を生ずる場合がある。信号ケーブルが細線化する場合には特に、このような事態が懸念される。特に、ＣＣＤを動作させるための信号がＣＣＤに対してそれぞれ所定のタイミングで到達しない場合、ＣＣＤが誤動作し、正常な画像信号が得られない場合がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされた。すなわち、本発明は、挿入部の細径化が進む電子内視鏡装置において、信号ケーブルの長さ及び細線化に起因するＣＣＤの誤動作を回避することのできる電子内視鏡装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は、挿入部先端にＣＣＤを有し該ＣＣＤからの出力信号に基づいて所定の映像信号を生成する電子内視鏡装置において、ＣＣＤのサブストレート電圧を検出する検出手段と、ＣＣＤを駆動するための複数の駆動信号をＣＣＤへ供給するタイミングを制御するタイミング制御手段とを備える。この場合において、検出手段とタイミング制御手段は、基端部に設けられ、ＣＣＤとケーブルを介して接続されており、タイミング制御手段は、複数の駆動信号のうちの所定の電源電圧をＣＣＤに供給した後、検出手段によって検出されたサブストレート電圧が所定の閾値以上になった場合に、所定の電源電圧以外の駆動信号を供給するように制御する。また、所定の電源電圧以外の駆動信号には、負電源電圧が含まれる。電源電圧及びサブストレート電圧が安定した後に駆動信号を投入するというタイミング制御を、信号の歪などによる影響を受けることなく確実に実現することができる。
【０００８】
ここで、ＣＣＤは、供給される所定の電源電圧からサブストレート電圧を内部発生する電圧発生回路を有するものであっても良い（請求項２）。
【０００９】
また、本発明は、挿入部とプロセッサユニットへの接続部である基端部とを有し、挿入部先端に配置されたＣＣＤから被写体の画像信号を得る電子内視鏡装置用スコープユニットにおいて、ＣＣＤのサブストレート電圧を検出する検出手段と、ＣＣＤを駆動するための複数の駆動信号をＣＣＤへ供給するタイミングを制御するタイミング制御手段とを備える。この場合において、検出手段とタイミング制御手段は、基端部に設けられ、ＣＣＤとケーブルを介して接続されており、タイミング制御手段は、複数の駆動信号のうちの所定の電源電圧をＣＣＤに供給した後、検出手段によって検出されたサブストレート電圧が所定の閾値以上になった場合に、所定の電源電圧以外の駆動信号を供給するように制御する。また、所定の電源電圧以外の駆動信号には、負電源電圧が含まれる。電源電圧及びサブストレート電圧が安定した後に駆動信号を投入するというタイミング制御を、信号の歪などによる影響を受けることなく確実に実現することができる。
【００１０】
ここで、ＣＣＤは、供給される所定の電源電圧からサブストレート電圧を内部発生する電圧発生回路を有するものであっても良い（請求項４）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態としての電子内視鏡装置１００の制御系の全体構成を表すブロック図である。電子内視鏡装置１００は、体腔内へ挿入される挿入部１０ａ及び基端部１０ｂを有するスコープユニット１０と、スコープユニット１０への照明光の供給を行うと共にスコープユニット１０から得られる信号を処理して映像信号を生成するプロセッサユニット５０とから成る。スコープユニット１０は、プロセッサユニット５０に対して着脱自在の構成になっている。なお、プロセッサユニット５０によって生成される映像は、プロセッサユニット５０に接続ケーブルを介して接続される外部モニタ（不図示）上に表示される。
【００１２】
図１において、光源部４０からの照明光は、スコープユニット１０内部に配設されているライトガイド７を介してスコープユニット１０の挿入部１０ａの先端部から被写体に向けて照射される。スコープユニット１０の挿入部１０ａの先端に設けられた対物レンズ（不図示）によって形成される照明された被写体の光学像は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）２の受光面上で受光されて電荷として蓄積され、電気信号に変換される。なお、ＣＣＤ２は、インターライン方式のカラーＣＣＤであるものとする。
【００１３】
ＣＣＤ２は、受光面で受けた光を電荷として蓄積し、蓄積された光量に対応する電気信号を出力する。ＣＣＤ２を動作させるための電源電圧（Ｖｄｄ）及びその他の駆動信号等は、ＣＣＤ制御部９からＣＣＤ２に対して信号ケーブルを介して供給される。ＣＣＤ制御部９の制御によって、ＣＣＤ２から出力された画像信号は、ＣＣＤ制御部９において増幅、ガンマ補正などの所定の処理を施された後、プロセッサユニット５０内の映像信号処理回路２０に入力される。
【００１４】
プロセッサユニット５０において、ＣＣＤ制御部９からの信号は、Ｙ（輝度）成分、Ｒ−Ｙ（赤−輝度）成分、及びＢ−Ｙ（青−輝度）成分のデジタル信号に変換され、これら成分のデータが、それぞれに対応した画像メモリであるＹメモリ２１、（Ｒ−Ｙ）メモリ２２、及び（Ｂ−Ｙ）２３メモリに一旦格納される。
【００１５】
マイコン３０は、タイミング回路３１が生成するタイミング信号を用いて、スコープユニット１０側とのデータ通信、画像メモリ２１−２３の制御、及び不図示のキーボードからの入力の処理等を実行する。
【００１６】
画像メモリ２１−２３に格納されたデータは、マイコン３０による制御の下、所定のタイミングで読み出され、ビデオ処理回路２５に入力される。ビデオ処理回路２５は、画像メモリ２１−２３から入力される各成分の画像データを合成して例えばＮＴＳＣ規格のコンポジット映像信号２６、或いはＲＧＢセパレート信号２７等を生成する。これらの映像信号はモニタ装置に送出される。なお、電源部４５は、ＣＣＤ２の電源電圧等の電源をスコープユニット１０側に供給する。
【００１７】
絞り調整回路４２は、映像信号処理回路２０で生成された輝度成分の信号に基づいて、映像の輝度レベルが所望のレベルとなる様に、絞り４１の開度を調節する。
【００１８】
図２は、スコープユニット１０内部のＣＣＤ２及びＣＣＤ制御部９の詳細構成を表すブロック図である。図２を参照してＣＣＤ２制御の詳細を説明する。なお、ここでのＣＣＤ２は、電源電圧ＶＤＤとして１５Ｖを必要とし、また−８Ｖ電源のような負電源をも必要とするタイプのＣＣＤである。
【００１９】
電源回路６４は、プロセッサユニット５０の電源部４５から供給される正電源及び負電源（＋１５Ｖ、−８Ｖ）をマイコン６７からの制御タイミングにしたがってＣＣＤ２に対して供給する。ＣＣＤ垂直クロックドライバ６１は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）６５において発生された垂直駆動信号を受けてＣＣＤ２に対して垂直クロックを出力する。また、ＣＣＤ水平クロックドライバ６２は、ＤＳＰ６５で発生された水平駆動信号を受けてＣＣＤ２に対して水平クロックを出力する。なお、正電源及び負電源（＋１５Ｖ、−８Ｖ）、垂直駆動信号、及び水平駆動信号の供給タイミングの制御は、マイコン６７が電源回路６４及びＤＳＰ６５を介して実行する。
【００２０】
マイコン６７は、ＣＣＤの色分光特性、ライトガイド７の分光特性のばらつきを調整する為に、ＤＳＰ６５において生成する画像信号のホワイトバランスの調整等を行う。調整の為に適用されたデータはメモリ（ＲＯＭ）６６に格納される。このことにより、スコープユニット毎の分光特性がばらつくことなく一定に保たれる。また、マイコン６７は、プロセッサユニット５０側のマイコン３０とも接続されており、マイコン３０との間でデータ通信を行う機能も持っている。
【００２１】
ＣＣＤ２から出力される画像信号は、Ａ／Ｄ変換器６３によってデジタル信号に変換されＤＳＰ６５に入力される。ＤＳＰ６５は、入力されたデジタルの画像信号に対して、ブランキング、クランプ、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などのカメラプロセス処理を施し、画像信号を、例えばＹ信号及びＣ信号の形式でプロセッサユニット５０側に出力する。
【００２２】
図３は、ＣＣＤ２に用いられるインターライン方式のＣＣＤの一般的な画素部の構成（断面図）を示している。図３に示すＣＣＤ２において、Ｎサブストレート（基板）部に印加される電圧Ｖｓｕｂは、電源電圧ＶＤＤ（＋１５Ｖ）を用いて内部発生され、正の電圧に設定される。それによって、電荷蓄積部２ａに電位井戸が形成されるとともに、安定した動作が得られる構成となっている。このようなＣＣＤ２の構成から、ＣＣＤ２を安定して動作させる為には、水平及び垂直駆動信号は、電源電圧ＶＤＤ（＋１５Ｖ）が供給されそれに追従して上昇するサブストレート電圧Ｖｓｕｂが所定の電圧に上昇した上で、供給されなければならない。その為、スコープユニット１０内には、ＣＣＤ２のサブストレート端子８１の電圧を監視する監視回路６８が設けられている。
【００２３】
なお、サブストレート端子８１は、ＣＣＤ２内部のＮサブストレートに接続されている。したがって、サブストレート端子８１の電圧を監視することで、Ｎサブストレート部の電圧を監視することができる。
【００２４】
監視回路６８（図２）は、例えば、サブストレート端子８１（図２）の電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器、及びデジタルに変換された電圧値を所定の閾値と比較し比較結果を出力する比較回路から構成することができる。監視回路６８は、サブストレート端子８１が所定の閾値以上になったか否かをマイコン６７（図２）に伝える。なお、電荷蓄積部２ａ（図３）に蓄積された電荷は、その後、垂直ＣＣＤレジスタ部２ｂ（図３）に転送され、さらに水平ＣＣＤレジスタ部（不図示）に転送され、ＣＣＤ２の信号出力端子８２（図２）を介して、画像信号として信号ライン７１（図２）に出力される。
【００２５】
図４は、マイコン６７による、ＣＣＤ２への電源電圧ＶＤＤ（＋１５Ｖ）、及びその他の駆動信号（水平及び垂直駆動信号）の供給タイミングの制御を表すフローチャートである。電子内視鏡装置１００が起動され、マイコン６７へ電源が供給されマイコン６７が動作開始すると、マイコン６７は一定時間（例えば１００ｍｓ）ウエイトした後、ＣＣＤ２に電源＋１５Ｖを供給する（Ｓ１１）。
【００２６】
次に、監視回路６８からの信号を確認することでサブストレート端子８１の電圧が所定の閾値（例えば１０Ｖ）以上に達したか否かを測定する（Ｓ１２）。そして、サブストレート端子８１電圧が所定の閾値以上になっていれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＤＳＰ６５に対して水平及び垂直駆動信号を発生させる（Ｓ１５）。一方、サブストレート端子８１電圧が所定の閾値以上になっていないときは（Ｓ１３：ＮＯ）、一定時間（例えば１００ｍｓ）経過後に再び監視回路６８からの信号を確認してサブストレート端子８１電圧の測定を行う（Ｓ１４）。
【００２７】
図４に示したフローチャートのように制御を行うことで、ＣＣＤ２へ入力する＋１５Ｖとその他の駆動信号とのタイミング関係は図５に示すように制御することができる。図５において、符号９１がＣＣＤ２へ入力する電源＋１５Ｖの推移を示し、符号９２は入力された電源＋１５ＶによってＣＣＤ２内部で生成されるサブストレート電圧の推移を、符号９４はＣＣＤ２へ入力する水平及び垂直駆動信号の推移をそれぞれ示す。図５に示すように、信号ケーブルの長さに応じた抵抗値や容量によりＣＣＤ２へ入力する電源＋１５Ｖの立ち上がりに遅延やなまりが生じ、サブストレート電圧は、この電源＋１５Ｖの立ち上がりに追従して立ち上がる。そして、サブストレート電圧が所定の閾値電圧以上に立ち上がった後、水平及び垂直駆動信号の供給が開始される。なお、図４のフローチャートには含めていないが、ＣＣＤ２へ入力する−８Ｖ電源に関して、電源＋１５Ｖの立ち上がりに対する−８Ｖ電源の立ち上がりのタイミング関係がＣＣＤの誤動作に関与しないように、図５の符号９３に示すように、サブストレート電圧が所定の閾値電圧以上に立ち上がった後に投入されるようにすることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子内視鏡装置の挿入部が細径化され、或いは挿入部の長さが長い場合であっても、ＣＣＤへの電源投入と駆動信号の供給開始の各タイミングを所望のタイミングに制御することができ、したがって挿入部先端のＣＣＤを安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子内視鏡装置の制御系の全体構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の電子内視鏡装置のスコープユニット内の制御系の詳細を表すブロック図である。
【図３】図２のスコープユニットの挿入部先端に配置されるＣＣＤの画素部の一般的な構成を模式的に表す断面図である。
【図４】図２のスコープユニット内のＣＣＤへ投入する電源およびその他の駆動信号の投入タイミングの制御を表すフローチャートである。
【図５】図４の制御によって実現される、ＣＣＤの電源およびその他の駆動信号の投入タイミングを表すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２  ＣＣＤ
１０  スコープユニット
５０  プロセッサユニット
６４  電源回路
６５  ＤＳＰ
６６  メモリ
６７  マイコン
６８  監視回路
８１  サブストレート端子
１００  電子内視鏡装置
【図１】
0004302913.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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