JP2010082224A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】先端部へ信号を伝送する伝送路を簡素化し、低コスト化を図ることができる技術を提供する。
【解決手段】駆動信号を取得し、取得した当該駆動信号に応じて画像信号を出力するＣＣＤ１１２を有する先端部１００と、ＣＣＤ１１２に対する制御信号を出力する本体制御部２１を有する装置本体部２０とを含み、先端部１００は、ＣＣＤ１１２による撮像を補助する補助部材の一例としてのＬＥＤ１１３と、ＣＣＤ１１２を駆動するとともにＣＣＤ１１２から出力される画像信号を信号処理する機能と装置本体部２０の本体制御部２１からの制御信号に基づいてＬＥＤ１１３を制御する機能を有する信号処理／制御部１１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

撮像装置の一例として、撮像素子である例えばＣＣＤを先端内に有する挿入部と、ＣＣＤが撮像した撮像信号を信号処理する信号処理装置とから構成される内視鏡装置が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
特許文献１に記載の内視鏡装置は、細長の挿入部が管腔内に挿入され、撮像素子が先端部の先端面に設けられた対物光学系を介して管腔内の検査箇所を撮像する。また、先端部の先端面には、ＬＥＤを発光素子とする光源が設けられている。そして、信号処理装置は、ＣＣＤを駆動すると共に、ＣＣＤからの撮像信号を信号処理して検査箇所の観察画像を表示部に表示させる信号処理部と、ＬＥＤを点灯させるドライバであるＬＥＤドライバと、装置内部を制御する制御部とを有している。

特開２００７−３０１０９８号公報

管腔内に挿入される先端部のＬＥＤの照射光量の調整などを行うには、その制御信号をＰＷＭ等の方式でＬＥＤドライバより直接印加、伝達する必要がある。
また、ＣＣＤを駆動するための駆動信号は信号処理部から細長の挿入部内の伝送路を介して先端側に設けられたＣＣＤに伝達される。そして、ＣＣＤから出力されたアナログの画像信号は、細長のケーブル内の伝送路を介して信号処理部に伝達されデジタル信号に変換された後に表示部に表示される。

このように、ＬＥＤドライバや信号処理部と先端部との間で、制御信号や画像信号を高速かつ大量に伝送する必要がある。そのため、伝送路が煩雑となり、高コストを招いてしまう。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、先端部へ信号を伝送する伝送路を簡素化し、低コスト化を図ることができる撮像装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、駆動信号を取得し、取得した当該駆動信号に応じて画像信号を出力する撮像素子を有する先端部と、前記撮像素子に対する制御信号を出力する本体制御部を有する装置本体部とを含み、前記先端部は、前記撮像素子による撮像を補助する補助部材と、当該撮像素子を駆動するとともに当該撮像素子から出力される画像信号を信号処理する機能と前記装置本体部の本体制御部からの制御信号に基づいて当該補助部材を制御する機能を有する先端側制御部とを含む撮像装置である。

請求項２に記載の発明は、前記先端側制御部は、前記撮像素子からの画像信号をサンプル／ホールド処理し、当該サンプル／ホールド処理された画像信号を予め定められたレベルまで増幅した後にアナログ−デジタル変換し、デジタル出力するアナログ前段処理部と、当該アナログ前段処理部から出力されたデジタル信号に対して処理を施すデジタル信号処理部とを有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置である。
請求項３に記載の発明は、前記先端部の前記先端側制御部と前記装置本体部の前記本体制御部とはケーブルで接続され、前記本体制御部から出力された制御信号は前記ケーブルを介して前記先端側制御部に伝送されるとともに、当該先端側制御部にて信号処理された画像信号は当該ケーブルを介して当該本体制御部に伝送されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置である。

請求項４に記載の発明は、前記補助部材は、前記撮像素子にて撮像される被写体を照明する発光素子であり、前記先端側制御部は、前記発光素子の照度を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置である。
請求項５に記載の発明は、前記補助部材は、前記先端部の向きを変えるために駆動する駆動部材であり、前記先端側制御部は、前記先端部の姿勢を制御するべく当該駆動部材の駆動を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置である。

本発明の請求項１によれば、本発明を採用しない場合に比べて、先端部へ信号を伝送する伝送路をより簡素化することができる。
本発明の請求項２によれば、本発明を採用しない場合に比べて、より精度高い画像信号を得ることができる。
本発明の請求項３によれば、本発明を採用しない場合に比べて、伝送路をよりシンプルにすることができる。
本発明の請求項４によれば、本発明を採用しない場合に比べて、先端部に発光素子を備えた場合においても伝送路をより簡略化することができる。
本発明の請求項５によれば、本発明を採用しない場合に比べて、先端部の向きを変えるために駆動する駆動部材を備えた場合においても伝送路をより簡略化することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る撮像装置１の概略構成を示す図である。
この撮像装置１は、体腔内の観察や検査を行う内視鏡装置、あるいは監視カメラとして用いられるものである。
撮像装置１は、図１に示すように、例えば管腔内に挿入される挿入部１０と、装置本体部２０と、画像を表示する表示部３０と、操作部４０とから構成される。

挿入部１０は、レンズ等の光学系１１１と、固体撮像素子であるＣＣＤ１１２と、光源としての発光素子の一例であるＬＥＤ１１３とを有する先端部１００と、信号ケーブル２１１を内部に有する可撓性の管２００とから構成される。ＬＥＤ１１３は、ＣＣＤ１１２による撮像を補助する補助部材として機能する。
また、先端部１００は、ＣＣＤ１１２を駆動するとともにＣＣＤ１１２からの撮像信号を信号処理する機能と、ＬＥＤ１１３による照射光量を制御する機能とを併せ持つ先端側制御部の一例としての信号処理／制御部１１４を有している。この信号処理／制御部１１４については後で詳述する。また、以下では、固体撮像素子としてＣＣＤ１１２を例示して説明するが、固体撮像素子はＣＣＤに限らず、ＣＭＯＳセンサでも同様の構成にできる。

装置本体部２０は、挿入部１０、表示部３０、操作部４０に接続され、これらとの間で信号の授受や電力供給を行い、装置全体の制御を行う本体制御部２１を有する。
表示部３０は、例えば、ＬＣＤなどの表示デバイスからなる表示画面部３１と、本体制御部２１に接続され本体制御部２１から送出される表示用画像データを表示画面部３１に表示可能な表示用画像信号、例えばＲＧＢ信号などに変換する表示制御部３２とから構成される。
操作部４０は、例えば、操作入力を行うためのジョイスティックや、複数の操作ボタンが表面に設けられ、操作者がそれらを操作することにより、内部に設けられた操作制御部４１により操作入力信号を生成し、本体制御部２１に送出する。

次に、挿入部１０の先端部１００の信号処理／制御部１１４について説明する。
図２は、信号処理／制御部１１４の概略構成を示すブロック図である。
先ず、先端部１００のＣＣＤ１１２は、対象物の光学像を電気的信号に変換し、２次元の画像として出力する装置であり、光電変換を行う複数の受光素子（フォトダイオード）を含む受光部と、転送ゲートと、シフトレジスタ（転送部）とを備えている。受光部の各受光素子は受光量に応じた電荷を生成して蓄積する。そして電荷蓄積に必要な所定の時間が経過した後にシフト信号がアクティブになると、転送ゲートがオンになる。これにより、アナログの画像データである蓄積電荷が、転送ゲートを介して各受光素子に対応して設けられたシフトレジスタに転送される。そして、各シフトレジスタに転送された画像（画素）信号（蓄積電荷）Ｖｏｕｔは、２相の駆動クロック（制御信号）であるＨ１，Ｈ２に基づいて、ＣＣＤ１１２からシリアル出力される。

信号処理／制御部１１４には、ＣＣＤ１１２からの出力信号である画像信号Ｖｏｕｔを処理するアナログ前段処理部の一例としてのＡＦＥ（アナログフロントエンド）１１４ａと、ＡＦＥ１１４ａの出力をデジタル信号処理するデジタル信号処理部１１４ｂとを備えている。また、信号処理／制御部１１４は、ＣＣＤ１１２向け制御信号である駆動クロックＨ１，Ｈ２を発生するとともに、ＡＦＥ１１４ａ向け制御信号であるＡＦＥ駆動パルスＳＨＰ，ＳＨＤなどの各種タイミング信号を発生するＴＧ（Ｔｉｍｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１１４ｃを備えている。

ＡＦＥ１１４ａは、ＣＣＤ１１２から入力される画像信号（蓄積電荷）Ｖｏｕｔをノイズ除去しながらサンプル／ホールド処理を行う画像信号処理部としてのＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）と、サンプル／ホールド処理された画像信号を所定のレベルまで増幅するＰＧＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：可変利得増幅回路）を備えている。また、ＡＦＥ１１４ａは、ＰＧＡにて増幅されたアナログの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器にて変換されたデジタル信号をデジタル信号処理部１１４ｂへ送出するラッチ部とを備えている。

デジタル信号処理部１１４ｂは、ＡＦＥ１１４ａから出力されたデジタル信号に対して処理を施し、この撮像装置１において必要とされる撮像データ処理を行う。例えば、デジタル信号処理部１１４ｂは、ホワイトバランス、ガンマ補正などの映像処理や、フォーマット処理、圧縮処理等のエンコード処理を行う。そして、デジタル信号処理部１１４ｂにて所与の処理が施されたデータは、信号ケーブル２１１を介して本体制御部２１に伝送され、表示部３０において画像表示が行われたり、図示しない記録部において記録メディアに記録されたり、図示しない送信部から出力されたりする。

ＴＧ１１４ｃは、ＣＣＤ１１２の画像信号出力の基となる駆動クロックＨ１，Ｈ２、およびＣＣＤ１１２のゲートに入力されるリセットゲートパルスＲＧを発生し、ＣＣＤ１１２に向けて供給する。また、ＴＧ１１４ｃは、ＣＣＤ１１２向けの制御信号（タイミング信号）であるＨ１，Ｈ２，ＲＧと同期したタイミング信号であり、ＡＦＥ１１４ａのＣＤＳのサンプル／ホールド処理の基となるＡＦＥ駆動パルスＳＨＰ，ＳＨＤを発生し、ＡＦＥ１１４ａに向けて供給する。
なお、信号処理／制御部１１４は、本体制御部２１からの制御コマンドを取得する取得部１１４ｄを有しており、この取得部１１４ｄが取得した制御コマンドに基づいてＣＣＤ１１２を駆動する。

また、信号処理／制御部１１４は、本体制御部２１からの制御コマンドを受けて、ＬＥＤ１１３を制御するＬＥＤ制御部１１４ｅ有している。ＬＥＤ制御部１１４ｅは、本体制御部２１からの制御コマンドに基づいてＬＥＤ１１３を制御するための制御信号をＬＥＤ１１３に向けて出力する。
以下、フローチャートを用いて、信号処理／制御部１１４のＬＥＤ制御部１１４ｅが行う照度制御処理について説明する。
図３は、信号処理／制御部１１４が行う処理である照度制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、信号処理／制御部１１４が、本体制御部２１からの制御コマンドを受信したことをトリガーとして行う。

先ず、信号処理／制御部１１４は、ＣＣＤ１１２の情報を取得する（ステップ（以下、単に「Ｓ」と記す場合もある。）１０１）。その後、ステップ１０１にて取得した情報から照度が、本体制御部２１からの制御コマンドに基づいた所望の照度を満足しているか否かを判別する（ステップ１０２）。そして、肯定判定された場合には、本処理を終了し、否定判定された場合にはステップ１０３へ進む。ステップ１０３においては、所望の照度にＬＥＤ１１３の照度を調整するべくＬＥＤ１１３に向けて制御信号を出力する。つまり、ステップ１０１にて取得した現時点の照度が小さい場合には、照度を大きくするための制御信号をＬＥＤ１１３に向けて出力し、現時点の照度が大きい場合には、照度を小さくするための制御信号をＬＥＤ１１３に向けて出力する。その後、ステップ１０１以降の処理を継続する。

上述したように、本実施の形態に係る信号処理／制御部１１４は、ＣＣＤ１１２を駆動するとともにＣＣＤ１１２からの撮像信号を信号処理する機能と、ＬＥＤ１１３による照射光量を制御する機能とを併せ持つ。そして、このような機能を有する信号処理／制御部１１４は、挿入部１０の先端部１００内において、ＣＣＤ１１２とともに同一の制御基板１１５に実装されている。

図４は、挿入部１０の先端部１００の斜視図である。図４に示すように、先端部１００には、制御基板１１５が設けられており、この制御基板１１５上に、信号処理／制御部１１４とＣＣＤ１１２とがともに実装されている。また、ＬＥＤ１１３が制御基板１１５に接続されている。そして、信号ケーブル２１１内の信号線２１１ａが制御基板１１５に実装されたコネクタ１１６に接続されている。

そして、このように信号処理／制御部１１４を先端部１００に設けることにより、先端部１００内において、信号処理／制御部１１４からＣＣＤ１１２に向けて駆動クロックＨ１，Ｈ２、およびリセットゲートパルスＲＧが伝達されるとともに、ＣＣＤ１１２から信号処理／制御部１１４に向けて画像信号（蓄積電荷）Ｖｏｕｔが伝達される。また、信号処理／制御部１１４からＬＥＤ１１３への制御信号が伝達される。それゆえ、信号ケーブル２１１を伝送される信号は、本体制御部２１から信号処理／制御部１１４へ伝送される各種制御コマンドと、信号処理／制御部１１４から本体制御部２１へ伝送されるデジタルの画像データである。

図５は、信号処理／制御部１１４を先端部１００に設けずに、ＣＣＤ１１２を駆動するとともにＣＣＤ１１２からの撮像信号を信号処理する機能と、ＬＥＤ１１３による照射光量を制御する機能とを装置本体部２０に設けた場合における先端部１００の斜視図である。
ＣＣＤ１１２を駆動するとともにＣＣＤ１１２からの撮像信号を信号処理する機能を、例えば、装置本体部２０に設けた場合においては、装置本体部２０と先端部１００との間を、装置本体部２０から先端部１００に設けたＣＣＤ１１２に向けて出力される駆動クロックＨ１，Ｈ２、およびリセットゲートパルスＲＧが伝送されるとともに、ＣＣＤ１１２から装置本体部２０に画像信号（蓄積電荷）Ｖｏｕｔが伝送されるので、本実施の形態に係る撮像装置よりも多量の信号線２１１ａが必要となる。加えて、ＬＥＤ１１３による照射光量を制御する機能を、装置本体部２０に設けた場合においては、装置本体部２０からＬＥＤ１１３へ、ＰＷＭ等の方式の制御信号が装置本体部２０と先端部１００との間を伝送されることとなり、その分の信号線が必要となる。

上述したように、本実施の形態に係る撮像装置１においては、ＣＣＤ１１２を駆動するとともにＣＣＤ１１２からの撮像信号を信号処理する機能と、ＬＥＤ１１３による照射光量を制御する機能とを有する信号処理／制御部１１４を先端部１００に設けているので、装置本体部２０と先端部１００との間の信号線２１１ａを少なくすることができるなど、伝送路をシンプルにすることができる。それゆえ、装置の部品点数を少なくすることができるとともに、信号線２１１ａを組み付けるのに要する工数をも削減することができるので低コスト化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態においては、挿入部１０の先端部１００に、ＬＥＤ１１３を設け、信号処理／制御部１１４で制御する態様について説明したが、ＬＥＤ１１３以外の補助部材をも先端部１００あるいは先端部１００近傍に設ける場合には、その補助部材も信号処理／制御部１１４で制御することが好適である。

以下に、挿入部１０の先端部１００の姿勢を制御するための湾曲機構部が挿入部１０の内部に設けられた撮像装置について説明する。
湾曲機構部は、管２００を湾曲させることにより、先端部１００の姿勢を調整し、光学系１１１の光軸の姿勢を制御するための機構である。この湾曲機構部としては、管２００の軸直交断面において、互いに直交する２方向にそれぞれ対向する合計４本のアングルワイヤを設け、それぞれの引張り量、繰り出し量を制御して、適宜ピッチに配列された複数のディスク部材（補助部材）を回転させる機構であることを例示することができる。そして、アングルワイヤを、先端部１００あるいは先端部１００近傍に設けた、正逆回転可能な複数のモータ（駆動部材）に巻き掛ける。

このような湾曲機構部を有する撮像装置のアングルワイヤを巻き掛けたモータの回転角を、先端部１００に設けた信号処理／制御部１１４で制御することが好適である。つまり、信号処理／制御部１１４は、モータを制御するための本体制御部２１からの制御コマンドを受け、この制御コマンドに基づいてモータの回転角を制御することが好適である。これにより、先端部１００の姿勢制御を先端部１００内で自動制御することができる。また、撮影中の画像信号からの特定の色彩信号を抽出することにより、ＬＥＤ１１３の照度制御および姿勢制御を先端部１００内で自動制御することができる。そして、このようにすることで、本体制御部２１から先端部１００側へ伸びる信号線２１１ａを削減することができる。

実施の形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 信号処理／制御部の概略構成を示すブロック図である。 信号処理／制御部が行う処理である照度制御処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態に係る挿入部の先端部の斜視図である。 信号処理／制御部を先端部に設けずに、ＣＣＤを駆動するとともにＣＣＤからの撮像信号を信号処理する機能と、ＬＥＤによる照射光量を制御する機能とを、装置本体部に設けた場合の先端部の斜視図である。

符号の説明

１…撮像装置、１０…挿入部、２０…装置本体部、２１…本体制御部、３０…表示部、３１…表示画面部、３２…表示制御部、４０…操作部、４１…操作制御部、１００…先端部、１１１…光学系、１１２…ＣＣＤ、１１３…ＬＥＤ、１１４…信号処理／制御部、１１５…制御基板、１１６…コネクタ、２００…管、２１１…信号ケーブル、２１１ａ…信号線

Claims (5)

1. 駆動信号を取得し、取得した当該駆動信号に応じて画像信号を出力する撮像素子を有する先端部と、
   前記撮像素子に対する制御信号を出力する本体制御部を有する装置本体部と
   を含み、
   前記先端部は、前記撮像素子による撮像を補助する補助部材と、当該撮像素子を駆動するとともに当該撮像素子から出力される画像信号を信号処理する機能と前記装置本体部の本体制御部からの制御信号に基づいて当該補助部材を制御する機能を有する先端側制御部と
   を含む撮像装置。
2. 前記先端側制御部は、前記撮像素子からの画像信号をサンプル／ホールド処理し、当該サンプル／ホールド処理された画像信号を予め定められたレベルまで増幅した後にアナログ−デジタル変換し、デジタル出力するアナログ前段処理部と、当該アナログ前段処理部から出力されたデジタル信号に対して処理を施すデジタル信号処理部とを有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記先端部の前記先端側制御部と前記装置本体部の前記本体制御部とはケーブルで接続され、
   前記本体制御部から出力された制御信号は前記ケーブルを介して前記先端側制御部に伝送されるとともに、当該先端側制御部にて信号処理された画像信号は当該ケーブルを介して当該本体制御部に伝送されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記補助部材は、前記撮像素子にて撮像される被写体を照明する発光素子であり、
   前記先端側制御部は、前記発光素子の照度を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記補助部材は、前記先端部の向きを変えるために駆動する駆動部材であり、
   前記先端側制御部は、前記先端部の姿勢を制御するべく当該駆動部材の駆動を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。

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