(57)【要約】【課題】電子内視鏡の細径化を図ると共に低コスト化，高信頼化を図る。【解決手段】被写体画像を撮像する固体撮像素子３１と、固体撮像素子３１の撮像画像データをアナログ信号処理しデジタル信号に変換する処理回路３２と、処理回路３２及び固体撮像素子３１の駆動電圧を生成する電源回路３３と、処理回路３２及び電源回路３３の駆動で必要となる制御信号（ＬＯＡＤ，ＣＬＫ，ＤＡＴＡ）とデジタル信号に変換された後の撮像画像データとを外部制御部との間でダイレクトコンバージョン方式により無線で授受する無線送受信部３４とを設けた撮像部３０をスコープの先端部に取り付け、外部から該スコープ内に電源線ＶＤＤ，ＧＮＤを通し該電源線を撮像部３０に接続する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体画像を撮像する固体撮像素子と、該固体撮像素子の撮像画像データをアナログ信号処理しデジタル信号に変換する処理回路と、前記固体撮像素子の駆動電圧を生成する電源回路と、前記処理回路及び前記電源回路の駆動で必要となる制御信号と前記デジタル信号に変換された後の撮像画像データとを外部制御部との間でダイレクトコンバージョン方式により無線で授受する無線送受信部とを設けた撮像部をスコープの先端部に取り付け、外部から該スコープ内に電源線を通し該電源線を前記撮像部に接続する構成としたことを特徴とする電子内視鏡。
【請求項２】
前記制御信号が、３線シリアル信号であることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
【請求項３】
前記固体撮像素子が１チップで構成され、前記処理回路，前記電源回路，前記無線送受信部が別チップで構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子内視鏡。
【請求項４】
前記処理回路及び前記無線送受信部が１チップで構成され、前記電源回路が別の１チップで構成されることを特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡。
【請求項５】
前記外部制御部が、該電子内視鏡の手元部の内視鏡本体部内に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子内視鏡。
【請求項６】
被写体画像を撮像する固体撮像素子と、該固体撮像素子の撮像画像データをアナログ信号処理しデジタル信号に変換する処理回路と、前記固体撮像素子の駆動電圧を生成する電源回路と、前記処理回路及び前記電源回路の駆動で必要となる制御信号と前記デジタル信号に変換された後の撮像画像データとを外部制御部との間でダイレクトコンバージョン方式により無線で授受する第１の無線送受信部と、前記外部制御部を構成し受信した前記デジタル信号でなる撮像画像データを信号処理すると共に前記制御信号を発信するデジタルシグナルプロセッサ及び前記第１の無線送受信部との間でダイレクトコンバージョン方式により前記撮像画像データ及び前記制御信号を無線で授受する第２の無線送受信部とを備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を内蔵する電子内視鏡及びその撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡では、被検体の負担を軽減するために、内視鏡の細径化を図る努力が続けられている。例えば下記特許文献１記載の従来技術では、図７に示す様に、内視鏡１の先端部に取り付けられたＣＣＤチップ２と内視鏡本体部３との間の電気配線数を少なくして細径化を図るために、ＣＣＤチップ２で撮像した画像信号を無線発信させ、これを内視鏡本体部３に設けた受信回路４で受信し、モニタ画面５に表示させる構成にしている。
【０００３】
図８は、図１に示すＣＣＤチップ２の詳細図である。ＣＣＤチップ２は、被写体画像を撮像する画像エリア２１と、駆動信号発生部２２と、電源部２３と、撮像画像信号の信号処理部２４と、無線送信回路２５とが１チップ上に集積化され、図７に示す照明用光源６から発せられ光ファイバ７を通して被写体を照明する照明光の一部が分岐されて電源部２３の太陽電池を照明し、この太陽電池がＣＣＤチップ２の電力源となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
デジタルカメラに用いられる固体撮像素子は、一般ユーザの被写体画像に対する高解像度化の要求を満たすために、数百万画素以上を搭載するのが普通になっている。しかし、電子内視鏡の先端部分に内蔵する固体撮像素子は、内視鏡の細径化を図るために小面積の固体撮像素子を使用せざるを得ず、高々数１０万画素を搭載するに過ぎない。
【０００６】
このため、電子内視鏡に用いる固体撮像素子として、近年進歩の著しいデジタルカメラ用の固体撮像素子をそのまま利用することができず、現在の技術より数世代前の技術に属する固体撮像素子を用いているのが現状である。
【０００７】
また、数世代前の固体撮像素子を用いて無線で撮像画像信号を授受する電子回路部分をＩＣ化する場合でも、電子内視鏡という独特の応用分野による制約があるため、現在のデジタルカメラ用固体撮像素子で開発された技術をそのまま適用できず、新たな電子回路の開発が必要となり、低コスト化を図るのが困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、細径化を図るのに好適で、しかも低コストの電子内視鏡を実現できる撮像装置とこの撮像装置を用いた電子内視鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電子内視鏡は、被写体画像を撮像する固体撮像素子と、該固体撮像素子の撮像画像データをアナログ信号処理しデジタル信号に変換する処理回路と、前記固体撮像素子の駆動電圧を生成する電源回路と、前記処理回路及び前記電源回路の駆動で必要となる制御信号と前記デジタル信号に変換された後の撮像画像データとを外部制御部との間でダイレクトコンバージョン方式により無線で授受する無線送受信部とを設けた撮像部をスコープの先端部に取り付け、外部から該スコープ内に電源線を通し該電源線を前記撮像部に接続する構成としたことを特徴とする
本発明の電子内視鏡の前記制御信号が、３線シリアル信号であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電子内視鏡は、前記固体撮像素子が１チップで構成され、前記処理回路，前記電源回路，前記無線送受信部が別チップで構成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の電子内視鏡は、前記処理回路及び前記無線送受信部が１チップで構成され、前記電源回路が１チップで構成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電子内視鏡は、前記外部制御部が、該電子内視鏡の手元部の内視鏡本体部内に設けられることを特徴とする。
【００１３】
本発明の撮像装置は、被写体画像を撮像する固体撮像素子と、該固体撮像素子の撮像画像データをアナログ信号処理しデジタル信号に変換する処理回路と、前記固体撮像素子の駆動電圧を生成する電源回路と、前記処理回路及び前記電源回路の駆動で必要となる制御信号と前記デジタル信号に変換された後の撮像画像データとを外部制御部との間でダイレクトコンバージョン方式により無線で授受する第１の無線送受信部と、前記外部制御部を構成し受信した前記デジタル信号でなる撮像画像データを信号処理すると共に前記制御信号を発信するデジタルシグナルプロセッサ及び前記第１の無線送受信部との間でダイレクトコンバージョン方式により前記撮像画像データ及び前記制御信号を無線で授受する第２の無線送受信部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ダイレクトコンバージョン方式で撮像画像データ及び制御信号を授受する構成のため小型化，集積化を図ることができ、デジタルカメラ用の撮像装置として開発され修正されてきた信頼性の高い撮像装置をそのまま流用できるため、低コスト高信頼を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子内視鏡の全体構成図である。この電子内視鏡１０の細く長い可撓性スコープ部１１には、電源線１２や照明光を通す光ファイバ１２、図示しない治療用器具などが収納され、その先端部に撮像部３０が取り付けられている。
【００１７】
電子内視鏡１０の本体部１４には、電源線１２を通して撮像部３０に電力を供給する電源１５と、後述する制御部１６と、光ファイバ１２に照明光を照射する照明用光源１７とが設けられており、モニタ画面１８は制御部１６からの信号を受けて撮像部３０が撮像した画像を表示する。
【００１８】
図２は、撮像部３０の構成図である。本実施形態の撮像部３０は、被写体画像を撮像する固体撮像素子（本実施形態ではＣＣＤ型イメージセンサ）３１と、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）回路３２と、ＣＣＤ３１の垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）を駆動するパルス信号発生用のＶドライバ３５と、固体撮像素子３１の駆動電圧を生成する電源回路３３と、無線送受信部３４とを備える。
【００１９】
ＡＦＥ回路３２と、電源回路３３と、無線送受信部３４とが、図１に示す本体部１４の電源１５と電源線（ＶＤＤ，ＧＮＤ）１２で接続される。
【００２０】
ＣＣＤ型固体撮像素子３１は、例えば垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）と水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）とを備えるインターライン型ＣＣＤである。
【００２１】
ＡＦＥ回路３２は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路４１と、プログラマブルゲイン増幅器（ＰＧＡ）４２と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４３と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）４４と、固体撮像素子３１の水平電荷転送路に転送パルスを供給するＨドライバ４５とを備える。
【００２２】
電源回路３３は、電源１５の供給電圧ＶＤＤから、例えば４．４Ｖの電圧を生成してＨドライバ４５に供給し、５Ｖ，１５Ｖ，−８Ｖの電圧を生成して固体撮像素子３１及びＶドライバ３５に供給する。
【００２３】
この撮像部３０を、ＩＣ技術を用いて製造する場合、全てを１チップ化することも可能である。しかし、全てを１チップ化するとチップ面積が大きくなってしまい、電子内視鏡の細径化を困難にしてしまう。そこで、本実施形態では、固体撮像素子３１を１チップ化し、ＡＦＥ回路３２及び無線送受信部３４を１チップ化し、Ｖドライバ３５及び電源回路３３を１チップ化し、全部で３チップ構成とする。ＡＦＥ回路３２，無線送受信部３４，Ｖドライバ３５，電源回路３３を１チップ化し、全部で２チップ構成としても良い。
【００２４】
固体撮像素子３１を１チップで構成することで、細径化を図った電子内視鏡でも固体撮像素子３１の大面積化を実現でき、近年の微細加工技術を適用することで１００万画素以上の多画素化を図るのも容易となる。
【００２５】
図２に示す撮像部３０の回路構成は、デジタルカメラで用いられる既存の固体撮像素子用に開発され使用されている撮像部を流用した構成とし、低コスト化を図っている。この既存の撮像部の構成を比較のために図３に示し、同一構成部材には同一符号を付す。
【００２６】
図３に示す既存の撮像部では、アナログデジタル変換器４３から出力される例えば１２ビットの撮像画像信号がデジタル信号処理部（ＤＳＰ）５０に入力されて信号処理され、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）信号がＤＳＰ５０から出力される。
【００２７】
ＡＦＥ回路３２や電源回路３３は、３線シリアル・インタフェースを備えており、夫々ＤＳＰ５０と接続されている。このため、固体撮像素子３１やＶドライバ３５は、ＤＳＰ５０から直接制御されることはない。
【００２８】
３線シリアル・インタフェースは３つの信号から構成され、通常、それぞれＬＯＡＤ信号，クロック（ＣＬＫ）信号，ＤＡＴＡ信号と呼ばれる。ＬＯＡＤ信号は制御対象回路毎に必要となる信号であり、制御対象のみ活性化する信号である。図示の例では、ＡＦＥ回路３２をアクティブにするＬＯＡＤ１信号と、電源回路３３をアクティブにするＬＯＡＤ２信号とが設けられている。
【００２９】
クロック信号は同期信号であり、ＤＡＴＡ信号は実際のデータが記載された信号である。データとは、例えば何個目のクロックを受信したとき或る制御パルスを立ち上げ、次に何個目のクロックを受信したときこの制御パルスを立ち下げるというデータである。
【００３０】
クロック信号とＤＡＴＡ信号は、制御対象回路間で共有可能である。従って、撮像信号が１２ビットである場合に、撮像信号用に１２本の配線が必要となり、他に、ＬＯＡＤ１信号用，ＬＯＡＤ２信号用，クロック信号用，ＤＡＴＡ信号用に夫々１本必要となる。更に、電源線として、ＶＤＤ線とＧＮＤ線の２本が必要なため、計１８本の配線が必要となる。
【００３１】
そこで、本実施形態の電子内視鏡１０では、１８本の信号線のうち電源線２本以外の１６本を削減するため、撮像信号と、３線シリアル信号（ＬＯＡＤ信号，クロック信号，ＤＡＴＡ信号）を無線で送受信する構成とし、電子内視鏡１０の先端部に設ける撮像部３０と図３のＤＳＰ５０との間に無線送受信部を設けている。
【００３２】
即ち、撮像部３０に図３の無線送受信部３４を設け、図４に示す送受信部５１を本体部１４の制御部１６に設け、ＤＳＰ５０は既存のデジタルカメラや携帯電話機搭載カメラの撮像部と同様に３線シリアル信号を出力し、撮像部３０は既存の撮像部と同様に３線シリアル信号で駆動制御される構成となっている。
【００３３】
無線送受信部３４，５１は、本実施形態では、ダイレクトコンバージョン方式を採用し、外付けフィルタ等が必要となるヘテロダイン方式は採用しない。ダイレクトコンバージョン方式は、全ての部品を半導体チップ上に集積化して製造でき、細径化を図る電子内視鏡用として好適である。
【００３４】
図５は、制御部１６に設ける無線送受信部５１の詳細構成図である。この無線送受信部５１は、ＤＳＰ５０から出力される３線シリアル信号（ＬＯＡＤ，ＣＬＫ，ＤＡＴＡ）をパラレル・シリアル変換部６１にてシリアル信号に変換し、ＦＳＫ（Frequency  Shift  Keying）変調器６２に出力する。
【００３５】
ＦＳＫ変調器６２は、パラレル・シリアル変換部６１で変換されたシリアル信号をＩ相とＱ相のデジタル送信信号に変換し、Ｉ相の送信信号をデジタルアナログ変換部６３に出力し、Ｑ相の送信信号をデジタルアナログ変換部６４に出力する。
【００３６】
各デジタルアナログ変換部６３，６４で変換されたアナログの送信信号は、夫々ローパスフィルタ６５，６６で高調波成分が除去された後、ミキサ回路６７，６８にて、局部発振器６９の局部発振周波数により周波数変換される。
【００３７】
周波数変換されたＩ相及びＱ相のアナログ送信信号は合成された後、パワーアンプ７０で電力増幅され、サーキュレータ７１を介してアンテナ７２から出力され、撮像部３０により受信される。
【００３８】
尚、ミキサ回路６７に供給される局部発振信号は、移相器７３により９０°だけ位相シフトされている。
【００３９】
無線送受信部５１のアンテナ７２は、撮像部３０から送信されてくる１２ビットの撮像画像データを受信する。この画像データは、サーキュレータ７１を介してローノイズアンプ（ＬＮＡ）７５に供給され、該アンプ７５で増幅された後、２分配される。
【００４０】
分配された一方はミキサ回路７６に、他方はミキサ回路７７に供給され、ここで、局部発振器７８の発振周波数にて周波数変換される。その後、夫々、ローパスフィルタ７９，８０により不要波が除去されてＩ相，Ｑ相のベースバンド信号が再生され、アナログデジタル変換部８１，８２によりデジタル信号に変換される。
【００４１】
アナログデジタル変換部８１，８２にて変換されたＩ相，Ｑ相のデジタル信号がＦＳＫ復調器８３に入力され、ここで、復調される。そして、シリアル・パラレル変換器８４により１２ビットのパラレルの画像データが再生され、ＤＳＰ５０に出力される。この画像データを受けたＤＳＰ５０は、画像処理を行い、ＲＧＢ信号としてモニタ装置１８に出力する。
【００４２】
尚、ミキサ７６に供給される局部発振信号は、移相器８５により９０°だけ位相シフトされている。
【００４３】
図６は、撮像部３０に設ける無線送受信部３４の詳細構成図である。この無線送受信部３４の構成は、図５に示す無線送受信部５１の構成と同じ回路を用いている。
【００４４】
本実施形態の無線送受信部３４では、制御部１６から送信された制御信号（ＬＯＡＤ，ＣＬＫ，ＤＡＴＡ）をアンテナ９１にて受信し、受信した信号をサーキュレータ９２を介してローノイズアンプ（ＬＮＡ）９３に取り込み、ここで増幅した後、２分配する。
【００４５】
２分配された一方の信号はミキサ回路９４に、他方はミキサ回路９５に入力される。各ミキサ回路９４，９５は、夫々入力信号を、局部発振器９６の発振周波数により周波数変換して出力し、この後、ローパスフィルタ９７，９８が夫々不要波成分を除去することで、Ｉ相およびＱ相のベースバンド信号が再生される。
【００４６】
Ｉ相およびＱ相のベースバンド信号は、夫々、アナログデジタル変換部９９，１００によりデジタル信号に変換された後、ＦＳＫ変調器１０１に入力される。ＦＳＫ変調器１０１は、デジタルのＩ相，Ｑ相のベースバンド信号を復調し、次に、シリアル・パラレル変換器１０２により、３線シリアル信号の夫々（ＬＯＡＤ，ＣＬＫ，ＤＡＴＡ）を、ＡＦＥ回路３２と電源回路３３とに出力する。
【００４７】
尚、ミキサ回路９４へ供給される局部発振信号は、移相器１０３により９０°だけ位相シフトされている。
【００４８】
ＡＦＥ回路３２は、３線シリアル信号（ＬＯＡＤ，ＣＬＫ，ＤＡＴＡ）に応じたタイミングで垂直電荷転送路の転送パルスや水平電荷転送路の転送パルスを生成し、ＣＣＤ３１を駆動する。そして、ＣＣＤ３１から１２ビットの撮像画像データを取り込むと、ＣＤＳ回路４１にて相関二重サンプリング処理し、アンプ４２で増幅し、ＡＤ変換部４３でデジタル信号に変換し、無線送受信部３４に出力する。
【００４９】
ＣＤＳ回路４１，アンプ４２，ＡＤ変換部４３の駆動タイミングパルスも、３線シリアル信号に基づきタイミングジェネレータ４４が生成する。また、電源回路３３では、３線シリアル信号に基づき、電源起動，電源遮断などが制御される。
【００５０】
ＡＦＥ回路３２から出力される１２ビットのデジタル撮像画像データが無線送受信部３４に入力すると、先ず、この１２ビットのパラレル信号でなる画像データは、パラレル・シリアル変換器１０４にてシリアル信号に変換され、ＦＳＫ変調器１０５に入力する。
【００５１】
ＦＳＫ変調器１０５は、入力されたシリアル信号でなる画像データからＩ相およびＱ相のベースバンド信号を生成し、Ｉ相のベースバンド信号をデジタルアナログ変換部１０６に出力し、Ｑ相のベースバンド信号をデジタルアナログ変換部１０７に出力する。
【００５２】
各デジタルアナログ変換部１０６，１０７で変換されたアナログ信号は、ローパスフィルタ１０８，１０９で高調波成分が除去され、ミキサ回路１１０，１１１で局部発振器１１２の発振周波数により周波数変換される。
【００５３】
ミキサ回路１１０，１１１の出力は合成された後、パワーアンプ１１３により電力増幅され、サーキュレータ９２を介してアンテナ９１から送信される。この送信された画像データの信号が、図４，図５に示す制御部１６側のアンテナ７２により受信される。
【００５４】
尚、ミキサ回路１１０へ供給される局部発振信号は、移相器１１４により９０°だけ位相シフトされている。
【００５５】
以上述べた様に、無線送受信部３４，５１で採用する送受信方式は、ダイレクトコンバージョン方式であり、ローパスフィルタ６５，６６，７９，８０，９７，９８，１０８，１０９が必要となるが、これらローパスフィルタは、ベースバンド帯域で用いられるため、パッシブ素子でなくＩＣ技術で実現可能である。従って、無線送受信部３４，５１の小型化，高集積化に有利である。
【００５６】
制御部１６側の局部発振器７８が発振する周波数は、撮像部３０側の局部発振器１１２の発振周波数と同じである必要があり、また、制御部１６側の局部発振器６９が発振する周波数は、撮像部３０側の局部発振器９６の発振周波数と同じである必要がある。しかし、４つの局部発振器６９，７８，９６，１１２が同一周波数を発振する必要はない。
【００５７】
４つの発振周波数を等しくした場合には、送信や受信を時分割することも可能である。局部発振器６９，９６の発振周波数と局部発振器７８，１１２の発振周波数とを異ならせ周波数分割することも可能である。尚、本実施形態は、無線送受信部３４，５１の動作を、時分割や周波数分割に限定されるものではない。
【００５８】
尚、上述した実施形態では、変調方式をＦＳＫ変調としているが、これに限るものではない。また、サーキュレータ７１，９２は必ず必要なものではない。送信と受信を周波数分割する場合には、分波器（Duplexer）にて代用可能である。
【００５９】
また、ＣＣＤ型固体撮像素子を例に説明したが、ＣＭＯＳ等のＭＯＳ型固体撮像素子を用いた撮像部にも上述した実施形態を適用可能である。更に、撮像部との間で無線により情報を授受する本体部を内視鏡の手元部に設けた例で説明しているが、無線授受する無線送受信部５１を内視鏡とは異なる箇所に設置する構成とすることも可能である。
【００６０】
以上述べた様に、本実施形態に係る電子内視鏡では、デジタルカメラ用として開発され使用された結果さまざまな修正が既に施され信頼性が向上した撮像装置をそのまま適用可能となるため、電子内視鏡の低コスト化と高信頼性の両方を同時に得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る電子内視鏡で用いる撮像装置は、ダイレクトコンバージョン方式を採用するため小型化，ＩＣ化が可能となり、細径化を更に進める電子内視鏡に適用すると有用である。また、デジタルカメラ用に開発された撮像装置をそのまま適用可能な構成としたため、新たな回路の開発が不要となり、電子内視鏡の低コスト化を図るのにも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子内視鏡の構成図である。
【図２】図１に示す撮像部の詳細構成図である。
【図３】デジタルカメラで用いられる撮像部の構成図である。
【図４】図１に示す制御部の構成図である。
【図５】図４に示す無線送受信部の詳細図である。
【図６】図２に示す無線送受信部の詳細図である。
【図７】従来の電子内視鏡の構成図である。
【図８】図７に示すＣＣＤチップの詳細図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  電子内視鏡
１１  スコープ部
１２  電源線
１４  内視鏡本体部
１５  電源
１６  制御部
１８  モニタ装置
３０  撮像部
３１  固体撮像素子
３２  ＡＦＥ（アナログフロントエンド）回路
３３  電源回路
３４，５１  無線送受信部
５０  ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）
【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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