JPH0828839B2 - テレビカメラ装置 - Google Patents

テレビカメラ装置

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JPH0828839B2
JPH0828839B2 JP63032811A JP3281188A JPH0828839B2 JP H0828839 B2 JPH0828839 B2 JP H0828839B2 JP 63032811 A JP63032811 A JP 63032811A JP 3281188 A JP3281188 A JP 3281188A JP H0828839 B2 JPH0828839 B2 JP H0828839B2
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    • A61B1/04Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/05Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばビデオエンドスコープのように固体
撮像素子を具えるカメラ部と、この固体撮像素子の駆動
信号を発生したり、固体撮像素子の出力電気信号を処理
して画像信号を検出するビデオプロセッサ部とをケーブ
ルを介して接続したビデオカメラ装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
周知のように、ビデオエンドスコープにおいては、可
撓性を有する挿入部の先端にCCD等より成る固体撮像素
子を配置し、このCCDを駆動するための信号や、CCDから
出力される信号を処理して画像信号を検出するビデオプ
ロセッサ部は数十センチメートル〜数メートルのケーブ
ルを介してCCDに接続されるようになっている。ビデオ
エンドスコープはその用途により幾つかの種類があり、
ケーブル長すなわち挿入部長が異なっている。このよう
な場合、各ビデオエンドスコープ毎にビデオプロセッサ
部を設備することは経済的でなく、1台のビデオプロセ
ッサ部を幾つかのビデオエンドスコープに対して共通に
使用するのが望ましい。この場合、ケーブル長が長くな
ると、ビデオプロセッサ部からCCDに供給される駆動信
号の振幅直流レベルおよびCCDからビデオプロセッサ部
に供給される信号の振幅、位相が変動し、画像信号の検
出を最適の状態で行なうことができなくなる。
第30図は、従来公知のビデオエンドスコープの構成を
示すものであり、挿入部1の先端にはCCD2を具えるカメ
ラ部3が配置されており、外部に配置されるビデオプロ
セッサ部4との間は同軸ケーブル5および6によって接
続されている。ビデオプロセッサ部4にはCCD2を駆動す
るための駆動信号を発生する駆動信号発生器7と、CCD2
から読出された信号をサンプリングして画像信号を抽出
するダブルサンプリング回路8と、色信号を抽出する同
期検波回路9とが設けられており、これら回路は互いに
同期している。駆動信号発生器7からケーブル5を介し
てCCD2へ供給される駆動信号は、転送信号φ、電荷リ
セット信号φなどがあるが、本発明はこれらの信号φ
,φが重要であるから、その他の駆動信号について
は説明を省略する。一方、CCD2からケーブル6を経てビ
デオプロセッサ部4に供給される信号は、第31図のAに
示すような波形となっている。すなわち、この波形はリ
セット信号φがCCD出力に重畳されて現われるリセッ
トパルス部分SAと、入射光量とは無関係なレベルを有す
るフィードスルー部分SBと、両矢印で示すように入射光
量に応じてレベルが変化する情報信号部分SCとを含んで
いる。ダブルサンプリング回路8では、駆動信号発生器
7から第31図Bに示すようにフィールドスルー部分SB
サンプンリングするための第1のサンプリング信号SHP-
1と第31図Cに示すように情報信号部分SCをサンプリン
グする第2のサンプリング信号SHP-2とを受けて2重の
サンプリングを行なうとともにサンプリングした値の差
を求め、これを画像信号として出力するものである。す
なわち、ダブルサンプリング回路8は、第32図に示すよ
うに、第1のサンプリング信号SHP-1によって駆動され
るFET8aおよびその出力をホールドするコンデンサ8b
と、第2のサンプリング信号SHP-2によって駆動されるF
ET8cと、その出力をホールドするコンデンサ8dと、両コ
ンデンサ8b,8dでホールドされたサンプリング値の差を
求める差動増幅器8cとを具えている。このようなダブル
サンプリングを行なう目的は、周知のようにCCD内に蓄
積された荷電量を電圧に変換するための増幅器から発生
される1/fノイズを抑圧するためである。
上述したように、従来のビデオエンドスコープにおい
ては、ダブルサンプリング回路8におけるサンプリング
瞬時を規定するサンプリング信号SHP-1およびSHP−2
は、CCD2への駆動信号と同期されており、この位相関係
はケーブル5,6の長さが変っても変化しないようになっ
ている。しかしながら、CCD2からダブルサンプリング回
路8に供給される信号の位相はケーブルの長さによって
変化することになる。例えばケーブル長が長くなると、
信号の時間遅れは大きくなり、CCDからの信号は第33図
Aにおいて実線で示す状態から点線で示す状態に変化す
ることになる。このため、第1サンプリング信号SHP-1
の発生瞬時はフィールドスルー部分SBから外れ、リセッ
トパルス部分SAへ侵入することになり、そのサンプリン
グ値はフィードスルー部分SBのレベルを最早表わさなく
なり、したがって、入射光量に応じたレベルを有する出
力画像信号を得ることはできず、このような信号によっ
て再生される画像の品質も劣ったものとなる。
さらに、モザイク状のカラーフイルタを固体撮像素子
の前面に設けた同時式のカラーテレビカメラ装置におい
ては、カラー情報は搬送波の形で得られ、このカラー情
報の検出は同期検波等の手段によって為されるのが一般
的である。上述したようにビデオプロセッサ部4におい
て受信するCCD2の出力信号の位相が不確定となると先ず
第1にダブルサンプリング回路8におけるサンプリング
タイミングが定まらなくなる。第2にはカラー情報を検
出するための同期検波のタイミングが不確定となる。す
なわち、ダブルサンプリング回路8の出力には輝度信号
情報と色信号情報とを含む搬送波が重畳された形で生
じ、これが同期検波回路9に入力され、同期検波によっ
て色情報が得られる。同期検波用信号は駆動信号発生器
7から供給される。ダブルサンプリング回路8に供給さ
れるサンプリング信号SHP-1,SHP-2と同期検波用信号は
両者ともCCD2を駆動する信号、例えばリセット信号φ
に位相同期してあり、その位相は固定されている。した
がってスコープ長が異なり、ケーブル長が異なると、サ
ンプリングタイミングと同期検波タイミングが最適な位
相に対してずれてしまう結果となる。
さらに、ケーブルの特性として静電容量および直流抵
抗分を持つため、ケーブルの長さが長くなるにしたが
い、第34図Aに示すリセットパルスは、第34図Bに示す
ように波形成分の高域成分が欠落し、有効ハイレベルと
認められる期間tHが短くなり、デューティ比が変化する
ことになる。またケーブル直流抵抗とCCD入力インピー
ダンスとの分圧比によって、第34図Cに示すようにパル
ス・ハイレベルφRHがφRH−ΔVのように減少し、パル
ス・ロウレベルφRLがφRL+ΔVのように持ち上がって
しまい、パルス波高値の減少やパルス直流成分の増大と
いった問題が発生する。このようにして第34図のAに示
すような理想的な駆動パルスがCCDに供給されなくな
り、CCDの適正な駆動が妨げられ、転送不良や電荷読み
出し不良などの悪影響があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような不具合を解消するために、特開昭60-80429
号公報や米国特許明細書第4,539,586号には、ビデオス
コープとビデオプロセッサ部との間を接続するコネクタ
内に、ビデオプロセッサ部からCCDへ供給される信号お
よびCCDからビデオプロセッサ部へ供給される信号のレ
ベルを調整する手段を設けることが開示されている。し
かし、このような装置ではコネクタの構成が複雑とな
り、システム全体の価格が高くなる欠点がある。また、
ビデオエンドスコープにおいては、上述したような信号
のレベルがケーブル長に応じて変化するだけでなく、こ
れら信号の遅れ時間もケーブル長によって変化すること
になるが、上述した特開昭60-80429号や米国特許第4,53
9,586号明細書ではこれに対する対策は何ら講じられて
いない。
上述した欠点を軽減するために、特開昭62-82782号公
報には、CCDの駆動信号を伝送するケーブルおよびCCDか
ら読出した映像信号を伝送するケーブルの外に、制御信
号を伝送する第3のケーブルを追加し、カメラ部からビ
デオプロセッサ部へこの第3のケーブルを介してCCDを
読出すのに用いられる駆動パルスを伝送し、この駆動パ
ルスを利用してCCDから読出された映像信号をサンプリ
ングするようにしたテレビカメラ装置が開示されてい
る。また、特開昭61-29584号公報にはカメラ部とビデオ
プロセッサ部との間に制御ケーブルを追加し、この制御
ケーブルを介して定電流を流し、その電圧降下を検出
し、これを基準電圧と比較することによりケーブル長を
もとめ、ケーブルによる高域成分の減衰を補償するよう
にしたテレビカメラ装置が記載されている。さらに、特
開昭62-120794号公報にはカメラ部とビデオプロセッサ
部との間に第3の制御ケーブルを追加し、この制御ケー
ブルを介してビデオプロセッサ部からカメラ部へ監視用
信号を伝送し、カメラ部ではこの監視用信号とCCD出力
信号と重畳してビデオプロセッサ部へ伝送し、ビデオプ
ロセッサ部では伝送された来た監視用信号を抽出してそ
のレベルを基準値と比較し、この比較出力に基づいて伝
送歪みを補償するようにしたテレビカメラ装置が開示さ
れている。しかしながら、これらの従来のビデオカメラ
装置ではケーブル長を検出するために、CCDを駆動する
ための駆動信号を伝送するケーブルおよびCCDから読出
した映像信号をビデオプロセッサ部へ伝送するケーブル
の他に制御用のケーブルを追加して配設する必要があ
り、構成がそれぞれ複雑となる欠点がある。特にビデオ
エンドスコープの場合には挿入部の径を細くする必要が
あるため追加にケーブルを配設することは著しく困難で
ある。
さらに、特開昭61-187470号公報には、カメラ部から
ビデオプロセッサ部へ供給されるCCD出力信号に含まれ
るリセットパルスを抽出し、このリセットパルスの位相
に同期したサンスリングパルスをフェーズ・ロックド・
オッシレータにより作成し、このサンプリングパルスに
よってCCD出力信号をサンプルホールドして映像信号を
取出すようにしたテレビカメラ装置が開示されている。
しかしながら、このテレビカメラ装置では、CCDからビ
デオプロセッサ部のサンプルホールド回路に至る信号線
路で導入される時間遅延の補償はできるが、この信号線
路での減衰やビデオプロセッサ部からカメラ部までの信
号線路での遅延および減衰の補償はできず、高品位の画
像信号を正確に得ることができない欠点がある。
また、CCDの読み出し機構の周波数特性(応答特性)
やケーブルの静電容量による周波数特性のために、第35
図Aに示すように低輝度入射時にはリセット期間tRA
規定の時間とれることになるが、第35図Bに示す高輝度
入射時には信号の立上がりが遅れるため実効的なリセッ
ト時間はtRBで示すように正規の値よりも短くなって、
映像信号のリセット部分の位相の検出に誤差が生じてし
まうため、正確なサンプルホールドが行えず、画像に品
位が低下するという問題点があった。
さらに、特開昭61-1476890号公報にはCCD出力信号中
に含まれるリセットパルスを抽出し、その振幅を基準値
と比較し、この比較結果に基づいてCCDに供給するリセ
ットパルスの振幅を制御するようにしたテレビカメラ装
置が開示されている。このテレビカメラ装置ではカメラ
部からビデオプロセッサ部に到るケーブルでの時間遅延
による位相ずれについては全く対策が施されておらず、
映像信号を正確に得ることはできない。
また、CCDの出力信号に含まれるリセットパルスの振
幅は、CCDによる個体差(ばらつき)を有するため、こ
のパルス振幅からケーブル長を算出しても誤差を含んで
しまうといった欠点が存在する。
また、特開昭62-77935号公報には、カメラ部に高周波
発振器を設け、その出力高周波信号をCCD出力信号に重
畳してビデオプロセッサ部へ伝送し、ビデオプロセッサ
部ではこの周波数信号を抽出し、そのレベルによりケー
ブル長を判別し、伝送信号の利得を制御するようにした
テレビカメラ装置が開示されている。しかしながら、こ
の装置ではカメラ部に高周波発振器を設ける必要がある
ため、カメラ部の構成が複雑で大形となり、ビデオスコ
ープのように小形としなければならいような装置に適用
することはできない。
また、CCD出力信号から前記高調波信号を抽出する
際、高調波信号の影響を受け、CCD出力信号や画像の品
位が劣化したり、逆に抽出される高調波信号がCCD出力
信号の影響を受け、誤差を発生してしまうおそれがあっ
た。
本発明は上述した欠点を除去し、ケーブルの長さの差
による信号の遅れ時間の変動CCDの入力駆動信号に対す
る出力映像信号との伝送遅延時間の個体差、または信号
レベルの変動または実効リセット時間の変動に基づく画
像信号の劣化を、ケーブルの本数を増やさずかつカメラ
ヘッドの構成を複雑化しない簡単な構成によって防止
し、CCDで出力画像の変化や、電気メスや周辺装置から
の外乱ノイズの影響を受けずに高品位な画像を出力する
テレビカメラ装置を提供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段および作用〕
本発明によるテレビカメラ装置は、 光学像を受けて画像信号に変換する固体撮像素子を有
するカメラ部と、 このカメラ部の固体撮像素子を駆動し、かつ前記固体
撮像素子の無効映像期間中に第1のタイミング情報を変
調した駆動信号を発生する駆動回路および前記駆動信号
および第1のタイミング情報に対応して固体撮像素子が
発生する第2のタイミング情報を含む画像信号を処理す
る画像信号処理回路を有するビデオプロセッサ部と、 前記カメラ部とビデオプロセッサ部との間に接続さ
れ、ビデオプロセッサ部からカメラ部へ駆動信号を伝送
する第1の信号ラインおよびカメラ部からビデオプロセ
ッサ部へ画像信号を伝送する第2の信号ラインを有する
ケーブルと、 前記駆動回路によって発生した前記第1のタイミング
情報と、前記第2の信号ラインを通って前記ビデオプロ
セッサに伝送された前記画像信号に含まれる前記第2の
タイミング情報との位相のずれ情報を抽出する抽出手段
と、 この抽出手段によって抽出された位相のずれ情報に基
づいて、前記ケーブルの長さを判別する判別手段と、 この判別手段で判断された情報に基づいて、前記駆動
信号と画像信号の内の少なくとも一方の信号の、前記ケ
ーブルに対する伝送特性を調整する調整手段と、 を具えることを特徴とするものである。
このように、本発明においては、第1のタイミング情
報を変調した駆動信号をカメラ部へ送り、カメラ部から
供給される信号に含まれる第2のタイミング情報を復調
してケーブル長情報を取り出すようにしたので、画像信
号やノイズによって影響されることは殆どなくなり、ノ
イズが多い悪い環境下でも駆動信号を正確に補正するが
でき、良好な画質のテレビ画像を得ることができる。
本発明の好適な実施例においては、抽出した位相ずれ
情報に基づいて駆動信号の位相、波高値および直流レベ
ルの少なくとも一つを自動的に調整する手段を設ける。
このように、抽出したケーブル長情報に基づいて駆動信
号の位相、波高値及び直流レベルの少なくとも1つを自
動的に調整するようにしたため、ケーブル長が異なるた
めに信号の遅延時間や信号のレベルが変動しても常に正
しい映像信号を得ることができるようになる。また、ケ
ーブルに接続したコネクタにケーブル長を表わす部材を
設ける必要はないので、コネクタの構成は簡単となる。
〔実施例〕
本発明のテレビカメラ装置の実施例を説明する前に、
本発明に至る過程で発明者が考案したテレビカメラ装置
を適用したビデオエンドスコープ装置を第1図ないし第
8図を参照して説明する。第1図はこのテレビカメラ装
置の主要部の構成を示し、第2図は全体の構成を示し、
第3図はCCDの出力信号の波形を示し、第4図はリセッ
トパルスレベル検出器の構成を示し、第5図はプロセス
回路の構成を示すものである。
第2図に示すようにこのビデオエンドスコープ装置1
は、細長の挿入部2を有するビデオエンドスコープ3
と、このビデオエンドスコープ3を接続できるコネクタ
受け4を有し、信号処理手段を収納したビデオプロセッ
サ部5と、このビデオプロセッサ部5から出力される映
像信号を受けてカラー画像を表示するカラーモニタ6か
らなる。
上記ビデオエンドスコープ3は体腔内とか管腔内等に
挿入できるように細長にされた挿入部2と、その挿入部
2の後端に連接された太幅の操作部7と、操作部7から
延出されたユニバーサルコード8とからなる。
上記挿入部2の先端側には被写体を結像するための対
物レンズ9が配設され、この対物レンズ9の焦点面には
固体映像素子としてのCCD11の撮像面(受光面)が臨む
ように配置されている。この対物レンズ9とCCD11とで
撮像手段が構成されている。つまり対物レンズ9によっ
て、対象物の光学像がCCD11の撮像面に結ばれ、この撮
像面に結ばれた光学像は光電変換された電気信号にな
る。
上記挿入部2内には照明光を伝送するライトガイド13
が挿通され、このライトガイド13はユニバーサルコード
8内を挿通されてビデオプロセッサ部5に装着されたラ
イトガイドコネクタ部分を介して光源部14からの照明光
が供給されるようにしてある。しかして、このライトガ
イド13によって伝送された照明光は対物レンズ9とCCD1
1によって撮像される被写体を照明できるようにしてあ
る。
上記挿入部2およびユニバーサルコード8内には信号
伝送用ケーブル15が挿通され、ユニバーサルコード8の
端部に形成したコネクタ16をビデオプロセッサ部5のコ
ネクタ受け4に接続することによって、ビデオエンドス
コープ3とビデオプロセッサ部5とで信号の送受を行な
えるようにしてある。即ち、ビデオプロセッサ部5内の
クロック発生器17で発生されたクロック信号はCCD駆動
回路18に入力され、CCDドライブ信号を生成する。この
駆動回路18内にはリセット水平転送パルス発生器19と垂
直転送パルス発生器20とを設け、それぞれ(電荷)リセ
ットパルスφ、水平転送パルスφと、垂直転送パル
スφとを発生する。
上記垂直転送パルスφはケーブル15の第1信号ライ
ン15aを経てCCD11に印加され、一方リセット・水平転送
パルス発生器19から出力される電荷リセットパルスφ
および水平転送パルスφは、第1図に示すように駆動
条件制御回路21を通した後第1信号ライン15を経てCCD1
1に印加される。
上記駆動回路18からのドライブ信号が印加されると、
CCD11は光電変換した信号Sを出力し、この信号Sはケ
ーブル15の第2信号ライン15bを経てプロセス回路22に
入力されると共に、駆動条件制御回路21にも入力され
る。
上記プロセス回路22はCCD11から出力される信号Sを
取り込み、カラーモニタ6にビデオ信号を出力する。
このビデオエンドスコープ装置1においては、例えば
面順次式のカラー撮像方式のものであって、光源部14は
白色ランプ31の白色光をモータ32で回転される回転フィ
ルタ33を通して、赤、緑、青の照明光にされた後、レン
ズ34で集光されてライトガイド13の入射端面に照射され
る。
ところで、主要部となる駆動条件制御回路21は、第1
図に示すようにリセット・水平転送パルス発生器19の出
力信号φ,φが入力されるゲインコントロールアン
プ(GCAと略記する)36と、CCD11の出力信号Sを取込
み、そのリセットパルスレベルを選択するリセットパル
スレベル検出器37と、このリセットパルスレベル検出器
37の出力信号S RPおよび基準電圧源38の基準電圧V REF
とを比較し、その差動信号を増幅して出力する差動増幅
器39とからなり、この差動信号をCCA36のゲイン制御端
子に印加することによって、GCA36を通した信号、つま
りリセットパルスφおよび水平転送パルスφの大き
さを制御している。
上記リセットパルスレベル検出器37には、第3図に示
すようにCCD11からの出力信号Sが入力され、この信号
Sは、信号ケーブル15の長さに応じてその出力レベルが
異なることになる。つまり、信号ケーブル15の長さが長
い程その長さに比例して損失量が大きくなるため、その
分信号Sのレベルも小さくなる。ところで、この信号S
は、第3図に示すようにリセットパルス期間TR、フィー
ドスルー期間TF、信号期間TSのタイミングに分けられ、
CCD出力信号Sに含まれるこのリセットパルス期間TR
おけるリセットパルスレベルLRは、信号ケーブル15の長
さに比例して小さくなる。つまり信号ケーブル15の長さ
が0であれば発生器19の出力レベルに等しくなり、信号
ケーブル15の長さに比例した損失分だけその出力レベル
が小さくなるため、信号ケーブル15を経た信号Sにおけ
るリセットパルスレベルLRを検出すれば、信号ケーブル
15の長さを検出できる。あるいは信号ケーブル15による
損失分を検出できる。
従って、上記信号ケーブル15に損失量を検出して損失
分だけ信号ケーブル15を通す前のリセットパルスφRお
よび水平転送パルスφのレベルを大きくすれば、実際
にCCD11に印加されるリセットパルスφおよび水平転
送パルスφの大きさあるいは受信側に伝送される信号
レベルの大きさを信号ケーブル15の長さによらず一定に
保つことができ、駆動条件を最適化または改善できる。
この駆動条件を最適化(または改善)するために、信
号ケーブル15を通した信号Sにおけるリセットパルスレ
ベルの検出を行うリセットパルスレベル検出器37の構成
を第4図に示す。
CCD11の出力信号Sは、クランプパルス発生器41から
出力されるクランプパルスCPが印加されるクランプ回路
42に入力され、このCCD出力信号Sは第3図のフィード
スルー部のレベルが直流クランプされる。この直流クラ
ンプは、フィードスルー時間TFに一致したクランプパル
スCPによって行われる。これはペデスタルレベルでクラ
ンプする直流再生回路とほぼ同様の構成である。このク
ランプ回路42の出力は検波回路43を形成する検波用素子
としてのダイオード44を通して検波され、その検波出力
のピーク値、つまりリセットパルスのピーク値がコンデ
ンサ45で保持される。しかして、この検波回路43の出力
は、第1図に示す差動増幅器39に入力され、基準電圧と
レベルが比較され、そのレベル差に応じた差動増幅信号
をGCA36にゲイン制御端に印加し、GCA36の利得を制御し
ている。このようにしてCCD11、リセットパルスレベル
検出器37、差動増幅器39,GCA36によりフィードバックル
ープが構成され、このフィードバックループによって、
リセットパルスの尖頭値は基準電圧VREFに等しくなるよ
うに自動的に補正される。この補正によって、カメラ部
において CCD11に印加されるリセットパルスφRおよび水平転
送パルスφHのレベルは信号ケーブル15の長さによらず
一定となるようにしてあり、その結果カメラ部における
CCDの動作は適正なものとなり、そのためCCDで出力であ
る映像信号の大きさも所望のものとなる。
尚、上記プロセス回路22の構成を第5図に示す。CCD1
1の出力信号Sは、信号ケーブル15を経てクランプ回路5
0でクランプされた後サンプルホールド回路51に入力さ
れ、信号成分期間に信号成分がサンプルホールドされた
後、γ補正回路52でγ補正されてA/Dコンバータ53でデ
ィジタル値に変換される。その後、回転フィルタ33の回
転と同期した図示しないタイミングジェネレータの信号
で切換えられるマルチプレクサ54を経てR,G,Bの面順次
照明のもとで撮像された信号は、Rフレームメモリ55
R、Gフレームメモリ55G、Bフレームメモリ55Bに順次
書込まれる。これら各フレームメモリ55R,55G,55Bに書
込まれた信号データは同時に読出され、それぞれD/Aコ
ンバータ56でアナログ色信号R,G,Bに変換され、それぞ
れバッファ57を経てカラーモニタ6側に出力される。
尚、色信号R,G,Bをマトリックス回路を通して輝度信
号Yと色信号R−Y,B−Yに変換し、さらにNTSCエンコ
ーダによって複合映像信号にしてカラーモニタに出力し
ても良い。
上述したように、信号ケーブル15による減衰量をリセ
ットパルスレベル検出器37で検出してその減衰量の補正
を自動的に行い、受信側におけるCCD映像信号のレベル
を信号ケーブル長によらないようにしているので、スコ
ープごとにそのスコープの映像信号レベルを一定化する
出力調整部分とかその出力調整部分の出力レベル調整を
必要としているのでそのばらつき量を一定の範囲内にお
さめることが容易にでき一定内の品質内の信頼性の高い
製品を提供できる。
第6図は本発明のテレビカメラ装置を開発する過程で
発明者が考案したテレビカメラ装置の第2の例を適用し
たビデオエンドスコープ装置を示すものである。
このテレビカメラ装置では、第1図に示すリセットパ
ルスレベル検出器37の代わりにローパスフィルタより成
る直流レベル検出器61を用いて駆動条件、制御回路62を
構成している。尚、この直流レベル検出器は、CCD11の
出力信号Sの直流レベルを検出するためのものであり、
この直流レベル検出器61の入力端は抵抗器63を介して接
地されている。
この装置では、CCD11の出力信号Sは信号ケーブル15
を通して伝送されるが、この信号ケーブル15は直流抵抗
成分を含み、この抵抗値は信号ケーブル15の長さに比例
して大きくなるため、この抵抗値を検出して信号ケーブ
ル15の長さ情報を得るものである。
一般的にCCD11の映像信号出力には直流バイアス信号
が印加されており、CCD11の出力信号に含まれる直流バ
イアス電圧をEbとすると、受信側に設けた抵抗器63(そ
の抵抗値をR63とする)ではEb×R63/(R63+信号ケーブ
ル15の抵抗)で示される電圧が発生する。この電圧は直
流レベル検出器61に入力され、直流成分のみが分離抽出
される。即ち、信号ケーブル15によって伝送される信号
には直流バイアス信号の他に、映像信号も含まれてお
り、この映像信号を除去するように直流レベル検出器61
は、例えば(コイルとコンデンサ等による)ローパスフ
ィルタ(LPF)で構成されている。しかして、この直流
レベル検出器61の出力は、差動増幅器39の一方の入力端
端子に印加され、他方の入力端に印加される基準電圧源
38の基準電圧VREFと比較され、その差動信号が増幅して
出力される。この差動増幅器39の出力はGCA36のゲイン
制御端子に印加され、このGCA36はリセット・水平転送
パルス発生器19で発生したリセットパルスφおよび水
平転送パルスφの大きさを制御する。
その他の構成は上記第1図と同様であり、同一構成要
素には同符号が付けてある。
第6図に示した装置では、CCD11、直流レベル検出器6
1、差動増幅器39、GCA36で構成されるオープンループ制
御回路が構成される。従って、GCA36はケーブル長が長
くなると、リセットパルスφ、水平転送パルスφ
レベルを大きくするように動作し、その結果GCA36への
ゲイン制御入力レベルを適当に選定することによって、
CCD11に入力されるリセットパルスφ、水平転送パル
スφのレベルをケーブル長に関係なく一定とすること
ができる。従って、CCD11への駆動条件をケーブル長に
よらず最適条件となるように自動制御できる。
第7図は同じく本発明に至る過程において発明者が考
案したテレビカメラ装置を適用したビデオエンドスコー
プ装置の主要部を示すものである。このテレビカメラ装
置では第1図に示す信号ケーブル15としての複数の信号
線の他に、さらにもう1本のダミーラインまたはダミー
ケーブル71を設けた(信号)ケーブルを用い、このダミ
ーケーブル71による電圧降下を検出して駆動条件を制御
するものである。
CCD11には電源電圧Vccが電源72の供給ライン73を介し
て印加される。
このビデオエンドスコープ3′では鉗子として電気メ
スを挿入して使用する場合があり、このとき電気メスに
多大の交流電流が通されるため、これがCCD11の出力信
号を伝送する本来の信号ライン74に静電誘導または電磁
誘導により電気メス用信号が混入するのに対し、ダミー
ケーブル71を設けて、この混入の影響を排除している。
つまりダミーケーブル71により電気メス信号を検出し、
受信側において電気メス用信号を減算してキャンセルし
ている。
ところで第7図に示す装置では、ダミーケーブル71の
挿入部先端側の端部を抵抗器75を介してCCD11の電源端
子に接続し、この端部にCCD11への電源電圧Vccを印加す
る。またこのダミーケーブル71の受信側端部をビデオプ
ロセッサ部5内の抵抗器76を介して接地すると共に、直
流レベル検出器77の入力端子に接続する。
この直流レベル検出器77は、ダミーケーブル71による
電圧降下を検出して、ケーブル長さ情報を検出するもの
である。このダミーケーブル71自身も抵抗成分を有して
おり、この抵抗分をRdとすると、抵抗器76に生じる電圧
EはRd×Vcc/(R75+Rd+R76)となる。ここでR75,R76
はそれぞれ抵抗器75,76の抵抗値である。この電圧E
は、直流レベル検出器77に入力されて直流電圧のみが検
出される(電気メス用信号から発生する交流電圧は、LP
F等により除去される)。しかして、直流レベル検出器7
7の出力はGCA36のゲイン制御端子に印加され、リセット
・水平転送パルス発生器19のリセットパルスφR、水平
転送パルスφHのレベルを制御する。このGCA36の出力
は駆動ライン78を介してCCD11の電荷転送信号入力端子
に印加される。
このようにして、抵抗器75、ダミーケーブル71、抵抗
器76、直流レベル検出器77、GCA36によるオープンルー
プ制御による自動制御ループが構成してあり、この自動
制御ループによってケーブル長が異なっても、GCA36へ
のゲイン制御入力レベルを適当に選択することによりCC
D11に入力されるリセットパルスφR、水平転送パルス
φHのレベルは一定に保持され最適化された駆動条件に
保持される。
尚、上述したテレビカメラ装置において、プロセス回
路22の代わりに第8図に示すようにAGC回路81を通した
後、クランプ回路40に入力させる構成のプロセス回路82
を用い、ケーブル長に応じてAGC回路の利得を制御し
て、信号ケーブル長によって映像出力レベルが変動する
のを解消しても良い。
尚、上記テレビカメラ装置では、少なくともリセット
パルスφと水平転送パルスφのレベルについてケー
ブルの長さに基づくレベル変動を制御しているが、垂直
転送パルスφに対しても同様の制御を行うようにして
も良い。
以上述べたテレビカメラ装置によれば、ビデオエンド
スコープ内を挿通されるケーブルに対し、映像信号処理
回路側における信号レベルの検出手段を設けて、その検
出手段の出力レベルによって固体撮像素子への駆動条件
を制御しているので、スコープの信号ケーブル長が異な
る場合でも一定の駆動条件に自動的に設定できる。
第9図は本発明のテレビカメラ装置の第1の実施例の
構成を示すものであり、ビデオエンドスコープ装置とし
て構成したものである。挿入部111の先端のカメラ部112
の構成は従来のビデオエンドスコープと同様であり、固
体撮像素子としてCCD113が設けてある。本例ではこのCC
D113の前面にはモザイク状色フィルタが設けてあり、同
時式のカラービデオエンドスコープとなっている。ビデ
オプロセッサ部114には駆動信号発生器115を設け、リセ
ット信号φや水平転送パルスφなどの駆動信号を発
生させるが、これらの信号が重要であるから、その他の
駆動信号は省略する。リセット信号φは位相変調器11
6で位相変調された後、ケーブル117を介してCCD113へ供
給する。リセット信号φを位相変調するとCCD113の出
力信号に含まれるリセット信号部分も対応して位相変調
されることになる。
第10図A〜Cはリセット信号φ、水平転送パルスφ
及びCCD113の出力信号の波形をそれぞれ示すものであ
り、それぞれのタイミングは一致している。したがって
リセット信号信号φを位相変調すると、CCD113の出力
信号に含まれるリセットパルス部分も同様に位相変調さ
れる。水平転送パルスφはケーブル118を経てCCD113
に供給される。駆動信号発生器115に対するクロック信
号源として作用する電圧制御発振器(VCO)119を設け
る。本例ではこのVCO119の出力周波数は14MHzとする。
また、φ,φの周波数は7MHzである。VCO119の出力
は分周器20にも供給して1/4に分周し、その出力をゲー
ト回路121を経て位相変調器116に変調信号として供給す
る。分周器120はフリップフロップを以って構成し、駆
動信号発生器115から供給される水平同期信号HDにより
リセットして、水平同期信号HDと分周器120の出力信号
との位相関係を固定するようにする。
第11図AおよびBは水平同期信号HDとCCD113の出力信
号との関係を示すものであり、第11図CはCCDの出力信
号をモニタ上に表示した状態を示すものである。本実施
例に係るビデオエンドスコープ装置ではモニタスクリー
ンを100%使用せず、第11図Cにおいて斜線で示すよう
にモニタスクリーンの一部分に画像情報を表示してい
る。すなわち、第11図Bに示すようにCCDの出力信号の
内、部分Taには画像情報は存在せず、部分Tbにだけ画像
情報が存在している。本実施例においては、この画像情
報が存在していない部分Taを利用し、この期間だけリセ
ット信号φを位相変調するようにしている。このため
リセット信号φを位相変調することによる画像情報の
劣化はない。このために第12図Aに示す水平同期信号HD
をゲートパルス発生器122に供給して第12図Bに示すよ
うなゲートパルスを発生させる。このゲートパルス発生
期間Taは上述したモニタスクリーン上で画像情報が存在
しない期間Taに相当するものである。このようなゲート
パルスによってゲート回路121を制御し、第12図Cに示
すようにこのゲートパルス期間Taの間だけ14/4MHZの周
波数を有する分周器120の出力をゲート回路を通過させ
るようにする。このゲート回路121の出力信号を位相変
調器116に供給し、リセット信号を14/4MHzの変調周波数
で位相変調する。
一方、CCD113の出力信号はケーブル123を介してビデ
オプロセッサ部114に供給し、先ずリセットパルス分離
器124でリセットパルスを分離抽出する。このようにし
て分離したリセットパルスを復調器125に供給して位相
変調成分を復調する。この位相復調信号の周波数は14/4
MHzである。リセットパルス分離器124は電圧コンパレー
タで構成し、そのスレッシュホルド電位を第19図Cにお
いてレベルLTHで示す。復調器125は一般的なFM復調器で
構成することができ、本実施例ではパルスカウント方式
によるFM復調器で構成する。復調器125の出力信号を中
心周波数が14/4MHzのバンドパスフィルタ(BPF)126に
供給し、変調成分である14/4MHzの正弦波を取出す。こ
のようにして抽出したBPF126の出力信号を位相比較器12
7の一方の入力に供給する。
CCD113の出力信号はダブルサンプリング回路128にも
供給され、タイミングパルス発生器129から供給される
サンプリングパルスSHP-1およびSHP-2によってダブルサ
ンプリングされて主として1/fノイズが除去され、その
出力はさらにローパスフィルタ(LPF)130に供給されて
輝度信号を出力するとともにバンドパスフィルタ(BP
F)131に供給され、さらに同期検波器132に供給されて
色信号を出力する。
第13図は本実施例に使用したモザイクカラー方式の出
力スペクトラムを示すものであり、S1はベースバントで
あり、輝度信号成分であり、その帯域は約2MHzである。
S2は色信号の搬送波帯であり、搬送波帯の中心周波数は
3.5MHzであり、その周波数帯域は約±500KHzである。し
たがってLPF130のカットオフ周波数は約2.5MHzであり、
これにより輝度信号成分S1を抽出している。またBPF131
では色信号の搬送波帯S2を分離抽出し、さらに同期検波
器132において同期検波して色信号を再生している。本
実施例ではこの色信号は色差信号であり、R-YおよびB-Y
を1ライン毎に切換える色差線順次信号である。これら
の輝度信号および色信号はさらに次段の処理回路に供給
され、例えばNTSC方式のコンポジット信号かR,G,B信号
に変換されてカラーモニタへ供給される。
第13図においてS3はリセットパルスφのスペクトル
を示すものであり、位相変調によりサイドバンドS4が発
生している。復調器125の出力をBPF126に通することに
よりこのサイドバンドS4が正弦波状に出力されることに
なる。
ダブルサンプリング回路128へのサンプリング信号SHP
-1、SHP-2、同期検波回路132への同期検波用信号を発生
するタイミングパルス発生器129は、発振器133の出力を
クロック源として駆動するものである。この発振器133
の出力信号は分周器134にも供給する。この分周器134の
分周比は分周器120の分周火と同一であり、1/4としてい
る。発振器133の発振周波数はVCO119と同じであり、本
例では14MHzとする。その結果、分周器134の出力周波数
は14/4MHzとなる。タイミングパルス発生器129からは水
平同期信号HDを発生させる。この信号HDは駆動信号発生
器115から出力される信号HDと同様のものであり、これ
によって分周器134をリセットしている。分周器134の出
力を位相比較器127の他方の入力に供給する。この位相
比較器127はサンプリング・ホールド回路で構成されて
おり、BPF126の出力正弦波を分周器134の出力によりサ
ンプリング・ホールドするものである。その結果、位相
比較器127の出力には分周器134の出力とBPF126の出力と
の位相差に比例した大きさの直流電圧が生ずることにな
る。上述したように分周器134の出力は発振器133の出力
を1/4に分周した信号であり、一方BPF126の出力はVCO11
9の出力を1/4に分周した信号が復調されたものであるか
ら、位相比較器127の出力直流電圧はVCO119の出力と発
振器133の出力との位相差を表わすものである。この位
相比較器127の出力を差動増幅器135の正極入力に供給
し、その負極入力には基準電圧源136の基準電圧を供給
する。この基準電圧は、分周器134の出力とBPF126の出
力との位相が最適状態となるときの位相比較器127の出
力電圧と等しい値となっている。このようにして得られ
る差動増幅器135の出力によりVCO119の発振周波数を制
御するようにすると、VCO119の発振周波数および位相は
発振器133の発振周波数および位相と自動的に一致する
ようになる。このようにして、いわゆるAFC回路が構成
されたことになり、ケーブル長が異なっても、ビデオプ
ロセッサ部114で受信されるCCD113の出力に含まれるリ
セットパルスの位相はタイミングパルス発生器129のク
ロック源である発振器133の出力に完全にかつ自動的に
一致するようになる。ダブルサンプリング回路128への
サンプリング信号SHP-1,SHP-2は発振器133の出力をカウ
ントダウンして形成しているので、CCD113の出力信号と
サンプリング信号SHP-1,SHP-2との相対位相はケーブル
長に無関係に第44図に示すように一致することになる。
第14図AはBPF131の出力側に生ずる搬送波を示すもの
であり、この搬送波が色信号、本例では色差信号により
AM変調されている。第14図Bはタイミングパルス発生器
129から出力される同期検波用パルスを示すものであ
る。色信号を忠実に再生するためには、搬送波と同期検
波用パルスとの相対位相は正確に合わせる必要があり、
本実施例では正弦波状に生ずる搬送波のピーク位置に設
定する。本実施例に使用するCCD113では色差信号R-Yお
よびB-Yが搬送波に重畳されて現われるが、同期検波の
タイミングがずれると、両色信号が干渉して混合が生ず
る恐れがある。本発明では上述したようにAFC回路を構
成することによりビデオプロセッサ部114におけるCCD11
3の出力信号の位相はケーブル長に関係なく一定となる
ので、たとえケーブル長が異なっても常に適正に同期検
波することができる。
なお、本例では同期検波器132としてサンプルホール
ド手段を用いたが、乗算器による手段でも実現可能であ
る。
また、本例において分周器120および134を水平同期信
号HDによりリセットしているが、その目的はこれら分周
器の初期設定を揃えるためであり、これにより電源をオ
ンする度にビデオプロセッサ部114における位相がリセ
ットパルスφの周期で異なるのを防ぐことができる。
駆動信号発生器115の出力である水平同期信号HDはタイ
ミングパルス発生器129内のロジック回路からの信号を
リセット信号として発生されるので、駆動信号発生器11
5およびタイミングパルス発生器129から出力される信号
HDの位相は同期することになる。この目的は、第19図で
は示していないが、CCD113には駆動信号として垂直転送
パルスが必要であるが、このパルスはHD周期(NSTC方式
では15.75KHz)である。一方、タイミングパルス発生器
129からは、次段の処理回路で必要とされるオプチカル
ブラックのクランパパルス、同期信号等の信号が出力さ
れるが、これらの信号はHD周期である。このHD周期の信
号の位相位相が適正に維持されないと、第11図Cにおい
て矢印Aで示すように水平方向の中心位置がずれてしま
うことになる。この問題は、駆動信号発生器115から発
生される信号HDによりタイミングパルス発生器129を計
数リセットすることにより両信号HDの位相を一致させる
ことにより解決できる。また、同じ理由により、駆動信
号発生器115から発生される垂直同期信号VDによりタイ
ミングパルス発生器129を計数リセットすることによ
り、第11図Cにおいて矢印Bで示すように画角の中心が
垂直方向にずれることを防いでいる。
第15図は本発明によるテレビカメラ装置の第2の実施
例を示すものであり、前例と同一部分には同じ符号を付
して示す。前例では駆動信号発生器から出力されるリセ
ットパルスφを位相変調したが、本発明ではリセット
パルスφを周波数変調することもできる。このため
に、差動増幅器135とVCO119との間に混合器141を設け、
ゲート回路121の出力を差動増幅器135の出力に重畳す
る。その結果、VCO119はゲート回路121の出力である14/
4MHzの信号で周波数変調を受け、クロック信号が周波数
変調を受けるためφもまた14/4MHzで周波数変調を受
けることになる。復調器は位相変調信号および周波数変
調信号のいずれをも復調することができるので、その他
の回路構成は前例と同様であり、説明を省略する。
第16図は本発明のテレビカメラ装置の第3の実施例を
示すものである。本例においても第9図に示した第1の
実施例と同じ部分には同じ符号を付けて示す。本例にお
いては、駆動信号発生器115から発生されるリセットパ
ルスφを振幅変調器151において振幅変調した後、ケ
ーブル117を経てCCD113へ供給する。この振幅変調器151
には変調信号として駆動信号発生器115で発生される水
平同期信号HDを供給する。第17図AはこのHDにより変調
されたリセットパルスφを示し、第17図BはHDを示
す。本例では100%変調を行っているので、HD信号の発
生期間においてφは完全に除去されている。CCD113か
らの出力はケーブル123を経て伝送されて、ダブルサン
プリング回路128とリセットパルス分離器124に供給され
る。ダブルサンプリング回路128では1/fノイズとリセッ
トパルス成分とが除去された出力が得られる。この出力
からLPF130によって輝度信号を抽出し、次段へ供給する
とともに、BPF131によって色搬送波を分離抽出して、同
期検波回路132に供給する。同期検波回路132では色差信
号が分離抽出されて次段へ供給される。リセットパルス
分離器124で分離されたリセットパルスはAM復調器152に
供給され、変調成分、すなわち駆動信号発生器115の出
力である水平同期信号HDが復調される。サンプリングパ
ルス発生器129はダブルサンプリング回路128にサンプリ
ングパルスを供給し、同期検波回路132に同期検波用パ
ルスを供給するとともにこれらのパルスと同期した水平
同期信号HDをも発生している。AM復調器152から出力さ
れる復調HD信号とサンプリングパルス発生器129の出力H
D信号を位相比較器127に供給して、これらのHD信号の位
相差に比例した直流電圧を発生させる。この直流電圧を
差動増幅器135において基準電圧源136の直流電圧と比較
し、その差をVCO119に供給し、その発振周波数を制御す
る。このようにしてAFC回路が構成され、復調HD信号と
タイミングパルス発生器129の出力HD信号の位相とは自
動的に同期するようになる。この場合、基準電圧源136
の電圧は、両HD信号が最適に位相同期しているときに位
相比較器127から出力される直流電圧と等しくなるよう
に設定する。このようにしてリセットパルスφとタイ
ミングパルス発生器129の各出力パルスとが位相同期さ
れることになり、ダブルサンプリング回路128のサンプ
リングパルスと同期検波回路132の同期検波用パルスと
の位相はケーブル長に無関係に自動的に最適な位相とな
るように維持される。
第18図は本発明のテレビカメラ装置の第4の実施例の
構成を示すものであり、本例でもビデオエンドスコープ
装置として構成したものである。挿入部111の先端のカ
メラ部112の構成は従来のビデオエンドスコープ装置と
同様であり、固体撮像素子としてCCD113が設けてある。
本例ではこのCCD113の前面にはモザイク状色フィルタが
設けてあり、同時式のカラービデオエンドスコープ装置
となっている。ビデオプロセッサ部114には駆動信号発
生器115を設け、リセット信号φや水平転送パルスφ
などの駆動信号を発生させるが、これらの信号が重要
であるから、その他の駆動信号は省略する。リセット信
号φは振幅変調器161で振幅変調された後、ゲイン制
御増幅器(GCA)162を通り、さらにケーブル117を介し
てCCD113へ供給される。リセットパルスφを振幅変調
するとCCD113の出力信号に含まれるリセットパルス部分
も対応して振幅変調されることになる。
駆動信号発生器115に対するクロック信号源として作
用する電圧制御発振器(VCD)119を設ける。本例ではこ
のVCO119の出力周波数は14MHzとする。また、φ,φ
の周波数は7MHzである。駆動信号発生器115から出力
される水平同期信号HDを振幅変調器161に変調信号とし
て供給する。また、駆動信号発生器115から出力される
水平転送信号φはゲイン制御増幅器163およびケーブ
ル118を経てCCD113へ供給する。
CCD113の出力信号はダブルサンプリング回路128に供
給され、タイミングパルス発生器129から供給されるサ
ンプリングパルスSHP-1およびSHP-2によってダブルサン
プリングされて主として1/fノイズが除去され、その出
力はさらにローパスフィルタ(LPF)130に供給されて輝
度信号を出力するとともに色搬送波を分離抽出するため
にバンドパスフィルタ(BPF)131に供給され、さらに同
期検波回路132に供給されて色信号を出力する。リセッ
トパルス分離器124で分離したリセットパルスを振幅復
調器164および周波数復調器165に供給して振幅変調成分
および周波数変調成分を復調する。振幅変調器161にお
いてはリセットパルスφを搬送波とし、水平同期信号
HDを変調信号として振幅変調を行っているので、振幅復
調器164では信号HDが復調されることになり、これを位
相比較器127の一方の入力に供給する。この位相比較器1
27の他方の入力にはタイミングパルス発生器129から出
力される水平同期信号HDを供給し、復調されたHD信号と
の位相差に比例した直流電圧を発生させ、これを混合器
166を介してVCO119に供給する。このように位相比較器1
27の出力によりVCO119の発振周波数を制御するようにす
ると、VCO119の発振周波数および位相はタイミングパル
ス発生器129の発振周波数および位相と自動的に一致す
るようになる。このようにして、いわゆるAFC回路が構
成されたことになり、ケーブル長が異なっても、ビデオ
プロセッサ部114で受信されるCCD113の出力に含まれる
リセットパルスの位相はタイミングパルス発生器129か
ら供給されるタイミングパルスSHP-1,SHP-2と完全にか
つ自動的に一致するようになる。
混合器166には発振器167の出力をも供給するのでVCO1
19はこの発振器の出力により周波数変調されることにな
る。本実施例ではこの発振器167の発振周波数は1MHzと
する。周波数復調器165はこの周波数変調成分を復調す
るものであり、この復調信号の位相と発振器167の出力
信号の位相との差を位相比較器168で求める。位相差は
ケーブル長に対応したものとなる。この位相比較器168
の出力を混合器169を経てゲイン制御増幅器162および16
3に制御信号として供給し、CCD113へ供給される駆動信
号φおよびφのレベルを制御する。また、リセット
パルス分離器124で分離抽出されたリセットパルスをレ
ベル検出回路170にも供給してリセットパルスの大きさ
を検出し、検波手段により直流電圧に変換する。CCD113
の出力に含まれるリセットパルスの大きさは数%のバラ
ツキがあり、ケーブル長が長くなるにつれてビデオプロ
セッサ部114で受信するリセットパルスの大きさは減衰
することになる。したがって、このレベル検出器170の
出力はケーブル長を表わすことになるので、この出力を
混合器169に供給し、この出力によってもゲイン制御増
幅器162,163のゲインを制御するようにしている。この
場合、位相比較器168の出力によっては周波数復調器165
の出力が発振器167の出力に対して遅れると、駆動信号
φ,φのレベルを増大させるように制御し、レベル
検出器170の出力によっては、リセットパルスのレベル
が低下するとφ,φのレベルを増大させるように制
御している。なお、本例では位相比較器168の出力とレ
ベル検出器170の出力とを混合器169で混合してゲイン制
御増幅器162,163のゲインを制御するようにしている
が、必ずしも混合する必要はなく、いずれか一方で制御
するようにしてもよい。
第19図は本発明のテレビカメラ装置の第5の実施例を
示すものである。本例においても第18図に示した第4の
実施例と同じ部分には同じ符号を付けて示す。本例にお
いては、駆動信号発生器115から発生されるリセットパ
ルスφを振幅変調器161において振幅変調した後、ゲ
イン制御器162に通し、ケーブル117を経てCCD113へ供給
する。この振幅変調器161には変調信号として駆動信号
発生器115で発生される水平同期信号HDを供給する。第2
0図AはこのHDにより変調されたリセットパルスφ
示し、第20図BはHDを示す。本例では100%変調を行っ
ているので、HD信号の発生期間においてφは完全に除
去されている。CCD113からの出力はケーブル123を経て
伝送されて、ダブルサンプリング回路128とリセットパ
ルス分離器124に供給される。ダブルサンプリング回路1
28では1/fノイズとリセットパルス成分とが除去された
出力が得られる。この出力からLPF130によって輝度信号
を抽出し、次段へ供給するとともに、BPF131によって色
搬送波を分離抽出して、同期検波回路132に供給する。
同期検波回路132では色差信号が分離抽出されて次段へ
供給される。リセットパルス分離器124で分離されたリ
セットパルスはAM復調器164に供給され、変調成分、す
なわち駆動信号発生器115の出力である水平同期信号HD
が復調される。サンプリング発生器129はダブルサンプ
リング回路128にサンプリングパルスを供給し、同期検
波回路132に同期検波用パルスを供給するとともにこれ
らのパルスと同期した水平信号HDをも発生している。AM
復調器164から出力される復調HD信号とサンプリングパ
ルス発生器129の出力HD信号を位相比較器127に供給し
て、これらのHD信号の位相差に比例した直流電圧を発生
させる。この直流電圧を差動増幅器135において基準電
圧源136の直流電圧と比較し、その差をVCO119に供給
し、その発振器周波数を制御する。このようにしてAFC
回路が構成され、復調HD信号とタイミングパルス発生器
129の出力HD信号の位相とは自動的に同期するようにな
る。この場合、基準電圧源136の電圧は、両HD信号が最
適に位相同期しているときに位相比較器127から出力さ
れる直流電圧と等しくなるように設定する。このように
してリセットパルスφとタイミングパルス発生器129
の各出力パルスとが位相同期されることになり、ダブル
サンプリング回路128のサンプリングパルスと同期検波
回路132の同期検波用パルスとの位相はケーブル長に無
関係に自動的に最適な位相となるように維持される。
さらに、駆動信号発生器115から出力されるHD信号
と、タイミングパルス発生器129から出力されるHD信号
との位相差を位相比較器171で比較し、ケーブル長に比
例した直流電圧を求め、この出力によりゲイン制御増幅
器162のゲインを制御する。このようにして駆動信号の
レベルをケーブル長とは無関係に最適な値とすることが
できる。
第21図は本発明によるテレビカメラ装置の第6の実施
例の構成を示すものである。本例では、挿入部111の先
端のカメラ部112に設けたCCD113へはケーブル181,182,1
83を経て垂直駆動信号φおよび水平駆動信号φおよ
びリセット信号φを供給する。ビデオプロセッサ部11
4にはパルス発生器184を設け、これら発生される垂直駆
動信号φをレベル補正器185を経てケーブル181へ供給
している。また、タイミングパルス発生器186を設けて
水平駆動信号φおよびリセット信号φを発生させ、
これらをレベル補正器187および188を経てそれぞれケー
ブル182および183へ供給している。一方、CCD13からの
出力信号はケーブル189を経てビデオプロセッサ部114へ
供給し、このビデオプロセッサ部ではサンプルホールド
回路190において、パルス発生器184から出力される基準
クロックパルスをサンプリングパルスとしてCCD出力信
号をサンプルホールドし、出力端子191から映像信号と
して出力する。
ビデオプロセッサ部114にはさらにマスク回路192を設
け、CCD113の出力信号中、有効映像期間の信号を消去
し、無効映像期間の情報のみを抽出する。一般に内視鏡
テレビカメラシステムにおいては、第22図に示すように
表示スクリーン上にインデックスを挿入するエリアを設
ける必要があるので、有効映像期間の他に無効映像期間
が設けられている。マスク回路192はこの無効映像期間
の信号を抽出するようになっている。しかし、このよう
に表示スクリーン中に無効映像期間を設けてなくても、
一般のテレビ信号にはスクリーンには表示されない帰線
ブランキング期間が含まれているのでこの部分を利用す
ることもできる。マスク回路192によって抽出される無
効映像期間には、リセット信号φが含まれているが、
水平駆動信号φは含まれていても含まれていなくても
よい。ただし、CCD113の水平シフトレジスタを長時間停
止させておくよりは常に駆動しておいた方が、次の有効
映像期間に発生する水平シフトレジスタでの暗電流が掃
き捨てられるのでS/N特性において有利である。
マスク回路192で抽出した信号をローパスフィルタ193
に通してリセット信号部分を抽出し、さらにリミッタア
ンプ194に通して波形整形する。一般的なCCD駆動回路例
ではリセット信号φはデューティ比25%であるが、上
述した無効映像期間中のみデューティ比を50%とするよ
うにタイミングパルス発生器186を駆動させる場合は、
ローパスフィルタ193の代わりにバンドパスフィルタを
用いると、基本波以下の低周波ノイズも除去できるので
有利である。
上述したようにCCD113の出力信号から抽出し、波形整
形したリセット信号に相当する信号を位相比較器195の
一方の入力に供給する。この位相比較器195の他方の入
力にはパルス発生器184から出力される基準クロックパ
ルスを供給する。位相比較器195はこれらリセット信号
と基準クロックパルスとの位相差に応じた信号を出力す
るが、この位相差はケーブル181〜183,189の長さに対応
したものとなる。この位相比較器195の出力信号をロー
パスフィルタ196に供給して直流成分を取り出し、これ
をVCO197に制御信号として供給する。このVCO197の出力
信号をタイミングパルス発生器186に供給し、水平駆動
信号φおよびリセット信号φの移動を制御する。し
たがって第23図に示すようにCCD113を経由したフィード
バックループが構成されることになる。このフィードバ
ックループにおいて、VCO197からCCD113へ至る信号経路
およびCCD113から位相比較器195に至る信号経路はケー
ブル伝送による遅延が発生する経路である。したがっ
て、位相比較器195の2つの入力信号の周波数が一致
し、位相が所定の関係となるように系はフェーズ・ロッ
クド・ループとして動作することになるため、CCD113へ
供給される駆動信号の位相は往復のケーブル遅延時間分
だけ進んだものとなる。このようなフェーズ・ロックド
・ループの代わりに可変遅延素子を用いた回路を使用す
ることも当然可能である。
第21図においてVCO197の出力信号を位相比較器198の
一方の入力に供給し、他方の入力にはパルス発生器184
から出力される基準クロックパルスを供給し、これらの
信号の位相差を表す信号を取り出し、これをローパスフ
ィルタ199に供給して、位相差に応じた直流電圧を取り
出す。この直流電圧はケーブルの長さを表すものであ
り、これをレベル補正器185,187,188にレベル制御信号
として供給する。さらに、サンプルホールド回路190か
ら出力される映像信号を利得制御増幅器210に供給し、
この利得制御増幅器にローパスフィルタ199から出力さ
れる直流電圧を利得制御信号として供給し、映像信号の
利得をケーブル長に拘らず一定となるように制御する。
第24図はリセット信号φのレベル補正器188の一実
施例を示すものであり、本例では第34図Aに示したリセ
ットパルスの上端電圧φRHおよび下端電圧φRLの双方を
調整するようにしたものである。すなわち、タイミング
パルス発生器186からの信号を、トランジスタ200,201よ
り成るプッシュプル構成の電流バッファに供給してリセ
ット信号φを作成する。この際、制御入力端子202お
よび203に供給されるローパスフィルタ199からの出力直
流電圧を可変電源回路204および205に供給し、リセット
信号φの上端電圧および下端電圧をそれぞれ制御す
る。
第25図は上述したマスキングパルスの取り方を説明し
たもので、ビデオエンドスコープの場合、光学系を小形
とするために、第25図Aに示すようにモニタスクリーン
351の中央部分のみに画像352が映出され、周辺部分はマ
スキングされることが多い。第25図Bはこのような表示
を行う場合の映像信号の波形を示すものであり、水平ブ
ランキング期間353の前後にオプティカルブラック領域3
54が存在し、中央にCCDからの画像信号355がある。サン
プリング回路341に対するサンプリングパルスは第25図
Cに示すように水平ブランキング期間内に取ったり、第
25図Dに示すようにオプティカルブラック領域内に取れ
ばよい。
本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く幾多の変形が可能である。例えば上述した実施例では
ビデオエンドスコープとしたが、カメラ部とビデオプロ
セッサ部とをケーブルで接続した他のテレビカメラ装置
とすることもできる。また、以上の実施例では検出した
ケーブル長に応じて駆動信号の位相、周波数、リセット
パルスの波高値を調整するようにしたが、画像信号のフ
ィードスルー部分Sのレベル、すなわち直流レベルを
調整するようにしてもよく、またこれらのパラメータの
複数を同時に調整するようにしてもよい。さらに、駆動
信号のパラメータを自動的に調整する必要は必ずしもな
く、また検出したケーブル長を表示したり、これに基づ
いて手動的に調整するようにしてもよい。
上述した実施例においては、固体撮像素子としてCCD
を用いたが、フォト・ダイオード、MOSFETまたはSI(St
atic Induction Transistor:静電誘導トランジスタ)な
どのX-Yアドレス選択方式の固体撮像素子を用いること
もできる。
第26図はフォトダイオードを用いた固体撮像素子の構
成をX方向1ライン中の2画素について模式的に示した
ものである。フォトダイオード410,402のカソードをそ
れぞれX選択用FET403および404のソース−ドレインお
よびY選択用FET405および406のソース−ドレインと直
列に接続する。FET403および404のゲートはX選択線407
に並列に接続し、FET405および406のゲートはY選択線4
08に並列に接続する。また、FET405および406のソース
−ドレインは出力線409に並列に接続する。この出力線4
09はリセット用FET410を経てリセット電源411に接続
し、このリセット用FETのゲートはリセット線412に接続
する。
リセット用FET410はフォトダイオードでの光電荷蓄積
時間を制御するものであるが、本発明においては、非画
像領域においてリセット線412にリセットパルスを供給
してリセット用FET410をオン・オフさせることにより固
体撮像素子の出力線409に所望に周波数のパルスを出力
するようにする。このパルスをケーブルを介してビデオ
プロセッサ部へ伝送し、ビデオプロセッサ部において上
述したように処理することによりケーブル長に応じた信
号を得ることができる。
上述したように画像領域での固体撮像素子の出力波形
は画像信号を含んでいるため、この部分でのリセットパ
ルスφのデューティ比を変えることはできないが、非
画像領域では、デューティ比や周波数の制約がないた
め、例えば第27図に示すようにリセットパルスのデュー
ティ比を50%とすることができる。このようにデューテ
ィ比を大きくすることは、ビデオプロセッサ部における
フィルタリングでノイズを除去するときに有益となる。
また、ケーブル長が著しく長いために遅延時間が1画素
周期以上となるような場合でも、非画像領域におけるリ
セットパルスの周波数を低くしてその周期が遅延時間以
上となるようにすることにより遅延時間を有効に検出す
ることができる。
また、上述した実施例では、固体撮像素子を挿入部の
先端に配置し、ビデオプロセッサ部に設けた光源ユニッ
トに赤、緑、青色のフィルタ領域を有する回転フィルタ
を設けて、面順次方式によるカラー画像を撮像するか、
または固体撮像素子の前面に赤、緑、青色のモザイクフ
ィルタを設けて同時方式によるカラー画像を撮像するよ
うにしたが、第28図に示すように、撮像装置本体501の
内部に面順次方式の光源ユニットおよびビデオプロセッ
サユニットと同時方式の光源ユニットおよびビデオプロ
セッサユニットとをそれぞれ設け、面順次方式と光源ユ
ニット用のライトガイドソケット502およびビデオプロ
セッサユニット用の信号ソケット503と、同時方式の光
源ユニット用のライトガイドソケット504およびビデオ
プロセッサ用の信号ソケット505とを設け、これらのユ
ニットを切換え使用するようにしてもよい。この場合、
固体撮像素子を挿入部先端に配置した面順次式電子スコ
ープ506のコネクタおよび固体撮像素子を接眼部の位置
に配置した面順次テレビカメラ付きファイバスコープ50
7のコネクタは面順次方式のソケット502および503に装
填して使用し、カラーモザイクフィルタを前面に設けた
固体撮像素子を挿入部先端に配設した同時式電子スコー
プ508のコネクタ、カラーモザイクフィルタを前面に設
けた固体撮像素子を接眼部の位置に配置した同時式テレ
ビカメラ付きファイバスコープ508のコネクタは同時式
用のソケット504および505に接続する。また、固体撮像
素子を持たない普通のファイバスコープ509のコネクタ
は同時式用のソケット504に連結して使用することがで
きる。このような構成によれば1台の撮像装置本体501
を用意するだけで種々の電子スコープおよびファイバス
コープを用いてカラーモニタ509上にカラー画像を表示
することができる。この場合、各電子スコープのケーブ
ル長が異なっていても、ケーブル長を自動的に検出し、
これに応じて固体撮像素子の駆動信号の特性を制御した
り、映像信号のサンプリングパルスの位相を制御した
り、映像信号のレベルや周波数特性を制御したりするこ
とによりケーブル長の差異に拘らず、常に最適の状態で
撮像を行うことができる。
第28図に示した例では光源ユニットとビデオプロセッ
サユニットとを一体的に構成したが、第29図に示すよう
にこれらを別体として構成することもできる。また、第
29図に示す例では面順次方式および同時方式の電子スコ
ープに対し光源ユニットは共通とし、ビデオプロセッサ
ユニットはそれぞれ別個のものとしている。第29図は挿
入部の先端にカラーモザイクフィルタを設けた固体撮像
素子を配設した同時式の電子スコープ550を使用する場
合を示してあり、この電子スコープのライトガイド用コ
ネクタ551は光源ユニット552のソケット553に連結し、
ケーブル用コネクタ554はビデオプロセッサユニット555
のソケット556に連結する。光源ユニット552には白色光
源ランプ557を設け、レンズ系558によりランプから放射
される光をライトガイド559の入射端面に入射させるよ
うにする。レンズ系558の光路に対して、赤、緑、青色
のフィルタ領域を設けた回転フィルタ560をモータ561に
より回転可能に設け、この回転フィルタの回転位相をセ
ンサ562によって検出し、このセンサの出力をタイミン
グシェネレータ563に供給して回転フィルタの回転に同
期したタイミングパルス発生させ、これを接点564に供
給するようにする。面順次方式の電子スコープを使用す
る場合には、この接点564を介して光源ユニットを面順
次方式のビデオプロセッサユニットに接続するが、同時
方式の電子スコープを使用する場合には、この接点はど
こにも接続しない。このような接点564の接続状態と接
続検知回路565で検出し、その検知出力を移動制御回路5
66に供給する。回転フィルタ560、モータ561、センサ56
2はハウジング567内に収納し、このハウジングをガイド
レール568に沿って移動可能に配置する。移動制御回路5
66はこのハウジング568の移動を制御するもので、第29
図に示すように同時式の電子スコープを用いるときには
ハウジング567を図面に示す位置として回転フィルタ560
を光路外へ退避させるが、面順次方式の電子スコープを
用いる場合にはハウジング567を第29図の紙面において
上方へ移動させて、回転フィルタ560を光路中に進入さ
せる。
ビデオプロセッサユニット555には固体撮像素子から
読出された出力信号を処理して、輝度信号Y、色差信号
R-Y、B-Yを作成する同時式プロセス回路570と、これら
の信号を処理してR,G,B信号を出力する逆マトリックス
回路571、NTSC方式のカラーテレビジョンに信号を供給
するカラーエンコーダ572、固体撮像素子に対する駆動
信号を作成する駆動回路573、固体撮像素子からの出力
信号を受けてケーブルの長さを検出するケーブル長検出
回路574、および検出したケーブル長に応じたタイミン
グで基準クロックパルスを発生するクロックパルス発生
器575を設ける。上述したように駆動回路573にもケーブ
ル長検出信号を供給してケーブル長に応じた駆動信号を
作成するようにする。
〔発明の効果〕
上述した本発明のテレビカメラ装置によれば、光学像
を受けて画像信号に変換する固体撮像素子を有するカメ
ラ部と、このカメラ部の固体撮像素子を駆動し、かつ前
記固体撮像素子の有効映像期間中に第1のタイミング情
報を変調した駆動信号を発生する駆動回路および前記駆
動信号および第1のタイミング情報に対応して固体撮像
素子が発生する第2のタイミング情報を含む画像信号を
処理する画像信号処理回路を有するビデオプロセッサ部
と、前記カメラ部とビデオプロセッサ部との間に接続さ
れ、ビデオプロセッサ部からカメラ部へ駆動信号を伝送
する第1の信号ラインおよびカメラ部からビデオプロセ
ッサ部へ画像信号を伝送する第2の信号ラインを有する
ケーブルと、前記駆動回路によって発生した前記第1の
タイミング情報と、前記第2の信号ラインを通って前記
ビデオプロセッサ部に伝送された前記画像信号に含まれ
る前記第2のタイミング情報との位相のずれ情報を抽出
する抽出手段と、この抽出手段によって抽出された位相
のずれ情報に基づいて、前記ケーブルの長さを判別する
判別手段と、この判別手段で判別された情報に基づい
て、前記駆動信号と画像信号の内の少なくとも一方の信
号の、前記ケーブルに対する伝送特性を調整する手段と
を設けたものであるから、ケーブル長が異なることやケ
ーブルのバラツキ、回路やCCDの個体差や温度ドリフト
などによって信号の伝送時間、周波数特性やレベルが変
動する場合でも固体撮像素子は適正に動作するとともに
ビデオプロセッサ部でのランプリングを適正に行うこと
ができ、画像信号を正確に検出できるようになり、高品
位の画像を再生することができる。また、ケーブル長が
長く周辺ノイズを多く捨うような場合でも電気メスや外
部周辺機器からの外乱ノイズに影響されずにケーブル長
さ情報の正確な抽出およびビデオプロセッサ部での適正
なサンプリングができる。また、リセットパルスはケー
ブル長によりそのレベルが大きく変動することになり、
リセットパルスの分離の際にレベル変動が位相変動とな
ってしまうが、リセットパルスはあくまでも搬送波とし
て使用しており、そのレベルが大きく変動しても抽出さ
れるタイミング情報は何ら影響を受けず、ケーブル長さ
情報を正確に抽出することができる。また、第21図に示
した実施例では実質的にはパルス幅変調であるが変復調
技術を使用していないので、回路構成は簡単となり、安
価となる効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に至る過程で考案したテレビカメラ装置
を適用したビデオエンドスコープ装置の主要部の構成を
示す図、 第2図は同じくその全体の構成を示す図、 第3図はCCDの出力信号の波形図、 第4図は同じくそのリセットパルスレベル検出器の構成
を示す図、 第5図は同じくそのプロセス回路の構成を示すブロック
図、 第6図は本発明に至る過程で考案された他のテレビカメ
ラ装置の主要部の構成を示す図、 第7図は本発明に至る過程で考案されたさらに他のテレ
ビカメラ装置の構成を示す図、 第8図はプロセス回路を示す図、 第9図は本発明によるテレビカメラ装置の第1の実施例
の構成を示す図、 第10図A〜C、第11図A〜C、第12図A〜Cは同じくそ
の動作を説明するための波形図、 第13図は同じくその固体撮像素子の出力信号のスペクト
ラムを示す図、 第14図AおよびBは同じくその同期検波動作を説明する
ための信号波形図、 第15図は本発明によるテレビカメラ装置の第2の実施例
のビデオプロセッサ部の構成を示す図、 第16図は本発明によるテレビカメラ装置の第3の実施例
の構成を示す図、 第17図AおよびBは同じくその動作を示す信号波形図、 第18図は本発明によるテレビカメラ装置の第4の実施例
の構成を示す図、 第19図は本発明によるテレビカメラ装置の第5の実施例
の構成を示す図、 第20図AおよびBは同じくその動作を説明するための信
号波形図、 第21図は本発明によるテレビカメラ装置の第6の実施例
の構成を示す図、 第22図は同じくその動作を説明するための図、 第23図は同じくそのフィードバックループを示す図、 第24図は同じくそのレベル補正器の一実施例の構成を示
す回路図、 第25図A〜Dは本発明によるテレビカメラ装置のビデオ
プロセッサ部の動作を示す図、 第26図は本発明のテレビカメラ装置のカメラ部の固体撮
像素子の他の例の構成を模式的に示す回路図、 第27図は画像領域と非画像領域におけるリセットパルス
を示す線図、 第28図は本発明のテレビカメラ装置を適用したビデオエ
ンドスコープシステムの構成例を示す図、 第29図は本発明のテレビカメラ装置を適用したビデオエ
ンドスコープ装置の一例の構成を示す図、 第30図は従来のビデオエンドスコープの構成を示す図、 第31図A〜Cは同じくその動作を説明するための信号波
形図、 第32図は同じくそのダブルサンプリング回路の構成を示
す図、 第33図A〜Cは同じくその動作を説明するための信号波
形図、 第34図A〜Cはリセット信号の変動状況を示す図、 第35図AおよびBは入射輝度による実効リセット期間の
変動を示す図である。 1…ビデオエンドスコープ、3…ビデオエンドスコープ 5…ビデオプロセッサ部、6…カラーモニタ 11…CCD、14…光源部 19…リセット・水平転送パルス発生器 22…プロセス回路、36…利得制御増幅器 37…リセットパルスレベル検出器、39…差同増幅器 111…挿入部、112…カメラ部 113…CCD、114…ビデオプロセッサ部 115…駆動信号発生器 116…位相変調器、117,118,123…ケーブル 119…VCO、124…リセットパルス分離器 125…位相復調器 127…位相比較器、128…ダブルサンプリング回路 129…タイミングパルス発生器、132…同期検波回路 135…差動増幅器、136…基準電圧源、151…AM変調器 152…AM復調器、161…AM変調器 162,163…ゲイン制御増幅器、164…AM復調器 165…周波数復調、166,169…混合器 167…発振器、168…位相比較器 170…レベル検出、181,182,183,189…ケーブル 184…パルス発生器、185,187,188…レベル補正器 186…タイミングパルス発生器、190…サンプルホールド
回路 195,198…位相比較器、197…VCO
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願昭62−203628 (32)優先日 昭62(1987)8月17日 (33)優先権主張国 日本(JP) 審査前置に係属中

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学像を受けて画像信号に変換する固体撮
    像素子を有するカメラ部と、 このカメラ部の固体撮像素子を駆動し、かつ前記固体撮
    像素子の無効映像期間中に第1のタイミング情報を重畳
    した駆動信号を発生する駆動回路および前記駆動信号及
    び第1のタイミング情報に対応して固体撮像素子が発生
    する第2のタイミング情報を含む画像信号を処理する画
    像信号処理回路を有するビデオプロセッサ部と、 前記カメラ部とビデオプロセッサ部との間に接続され、
    ビデオプロセッサ部からカメラ部へ駆動信号を伝送する
    第1の信号ラインおよびカメラ部からビデオプロセッサ
    部へ画像信号を伝送する第2信号ラインを有するケーブ
    ルと、 前記駆動回路によって発生した前記第1のタイミング情
    報と、前記第2の信号ラインを通って前記ビデオプロセ
    ッサに伝送された前記画像信号に含まれる前記第2のタ
    イミング情報との位相のずれ情報を抽出する抽出手段
    と、 前記抽出手段によって抽出された位相のずれ情報に基づ
    いて、前記ケーブルの長さを判別する判別手段と、 前記判別手段で判断された情報に基づいて、前記駆動信
    号と画像信号のうち少なくとも一方の信号の前記ケーブ
    ルに対する伝送特性を調整する調整手段と、 を具備したことを特徴とするテレビカメラ装置。
  2. 【請求項2】前記カメラ部は内視鏡に設けられたことを
    特徴とする請求項1記載のテレビカメラ装置。
JP63032811A 1987-04-21 1988-02-17 テレビカメラ装置 Expired - Lifetime JPH0828839B2 (ja)

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