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技術 信号伝送装置及び電子内視鏡システム

出願人 HOYA株式会社
発明者 大瀬浩司
出願日 2015年11月6日 (5年11ヶ月経過) 出願番号 2015-218024
公開日 2017年5月25日 (4年5ヶ月経過) 公開番号 2017-086283
状態 特許登録済
技術分野 内視鏡 孔内観察装置
主要キーワード デジタルコンパレータ 理想波形 ドライバ信号 前段処理 テストパターン発生回路 高輝度ランプ 各基準電圧 デジタル入力信号
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年5月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

電圧降下ノイズ等の影響により波形乱れ多値信号から元のデジタル信号を正しく復元することができない場合がある。

解決手段

信号伝送装置を、テストパターンを示す多値信号を出力する多値信号出力手段と、出力された多値信号を伝送する伝送路と、信号レベル間に設定された複数の閾値を用いて伝送路により伝送された多値信号からテストパターンを復元する復元手段と、復元されたテストパターンと基準パターンとを比較する比較手段と、比較手段による比較の結果に基づいて閾値を調整する調整手段とを備える構成とする。

概要

背景

電子内視鏡ステムに備えられる電子スコープには、患者の負担を軽減するため、低侵襲であることが望まれる。低侵襲性を向上させる方法として、電子スコープ内の信号ケーブルの本数を削減することにより、電子スコープを細径化することが考えられる。一例として、必要な各種信号時分割多重してシリアル信号に変換し、変換されたシリアル信号を信号ケーブルで伝送する構成を採用することにより、信号ケーブルの本数を削減することができる。

上記の構成を採用する場合、伝送速度を確保するためには、シリアル信号を高周波で伝送させる必要がある。しかし、クロストークや不要輻射等の問題が生じるため、伝送周波数を安易には上げることができない。

そこで、例えば特許文献1に、シリアル信号に代えて多値信号を伝送する構成が記載されている。特許文献1に記載の構成では、送信側は、複数のデジタル入力信号の各振幅を所定の重み付けに従って電圧(多値信号)に変換し、変換された各電圧を加算して送信し、受信側は、受信した信号を各基準電圧と比較し、比較結果に応じてデジタル入力信号を復元する。このような構成を採用することにより、伝送周波数を抑えつつ伝送速度を上げることができる。

概要

電圧降下ノイズ等の影響により波形乱れた多値信号から元のデジタル信号を正しく復元することができない場合がある。信号伝送装置を、テストパターンを示す多値信号を出力する多値信号出力手段と、出力された多値信号を伝送する伝送路と、信号レベル間に設定された複数の閾値を用いて伝送路により伝送された多値信号からテストパターンを復元する復元手段と、復元されたテストパターンと基準パターンとを比較する比較手段と、比較手段による比較の結果に基づいて閾値を調整する調整手段とを備える構成とする。

目的

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、信号ケーブルの本数が抑えられた構成でありながらも伝送周波数を抑えつつ伝送速度を上げるのに好適な信号伝送装置及び電子内視鏡システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

テストパターンを示す多値信号を出力する多値信号出力手段と、出力された多値信号を伝送する伝送路と、信号レベル間に設定された複数の閾値を用いて前記伝送路により伝送された多値信号から前記テストパターンを復元する復元手段と、復元されたテストパターンと基準パターンとを比較する比較手段と、前記比較手段による比較の結果に基づいて前記閾値を調整する調整手段と、を備える、信号伝送装置

請求項2

前記調整手段は、前記復元手段により復元されるテストパターンが前記基準パターンと一致するように、前記閾値を調整する、請求項1に記載の信号伝送装置。

請求項3

前記多値信号出力手段は、前記多値信号を所定のタイミングで出力する、請求項1又は請求項2に記載の信号伝送装置。

請求項4

前記所定のタイミングは、前記信号伝送装置に対する電源供給の開始時である、請求項3に記載の信号伝送装置。

請求項5

映像信号を出力する映像信号出力手段を備え、前記多値信号出力手段は、前記多値信号を前記映像信号のブランキング期間に出力する、請求項3に記載の信号伝送装置。

請求項6

請求項1から請求項5の何れか一項に記載の信号伝送装置が組み込まれた、電子内視鏡ステム

技術分野

0001

本発明は、信号伝送装置及び電子内視鏡ステムに関する。

背景技術

0002

電子内視鏡システムに備えられる電子スコープには、患者の負担を軽減するため、低侵襲であることが望まれる。低侵襲性を向上させる方法として、電子スコープ内の信号ケーブルの本数を削減することにより、電子スコープを細径化することが考えられる。一例として、必要な各種信号時分割多重してシリアル信号に変換し、変換されたシリアル信号を信号ケーブルで伝送する構成を採用することにより、信号ケーブルの本数を削減することができる。

0003

上記の構成を採用する場合、伝送速度を確保するためには、シリアル信号を高周波で伝送させる必要がある。しかし、クロストークや不要輻射等の問題が生じるため、伝送周波数を安易には上げることができない。

0004

そこで、例えば特許文献1に、シリアル信号に代えて多値信号を伝送する構成が記載されている。特許文献1に記載の構成では、送信側は、複数のデジタル入力信号の各振幅を所定の重み付けに従って電圧(多値信号)に変換し、変換された各電圧を加算して送信し、受信側は、受信した信号を各基準電圧と比較し、比較結果に応じてデジタル入力信号を復元する。このような構成を採用することにより、伝送周波数を抑えつつ伝送速度を上げることができる。

先行技術

0005

特開2008−125124号公報

発明が解決しようとする課題

0006

一般に、電子スコープ内に引き回される信号ケーブルは全長が長く径が細いため、反射電圧降下の影響を無視することができない。また、電子スコープ内に引き回される信号ケーブルは、電子スコープの可撓管屈曲に伴って曲げられたときのインピーダンスの変化や静電容量の変化を無視することもできない。そのため、特許文献1に記載の構成を電子内視鏡システムに採用すると、電圧降下、ノイズ等の影響により、受信側でデジタル入力信号を正しく復元することができない場合がある。

0007

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、信号ケーブルの本数が抑えられた構成でありながらも伝送周波数を抑えつつ伝送速度を上げるのに好適な信号伝送装置及び電子内視鏡システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0008

本発明の一実施形態に係る信号伝送装置は、テストパターンを示す多値信号を出力する多値信号出力手段と、出力された多値信号を伝送する伝送路と、信号レベル間に設定された複数の閾値を用いて伝送路により伝送された多値信号からテストパターンを復元する復元手段と、復元されたテストパターンと基準パターンとを比較する比較手段と、比較手段による比較の結果に基づいて閾値を調整する調整手段とを備える。

0009

また、本発明の一実施形態において、調整手段は、復元手段により復元されるテストパターンが基準パターンと一致するように、閾値を調整する構成としてもよい。

0010

また、本発明の一実施形態において、多値信号出力手段は、例えば、多値信号を所定のタイミングで出力する。

0011

所定のタイミングは、例えば、信号伝送装置に対する電源供給の開始時である。

0012

また、本発明の一実施形態に係る信号伝送装置は、映像信号を出力する映像信号出力手段を備える構成としてもよい。この場合、多値信号出力手段は、例えば、多値信号を映像信号のブランキング期間に出力する。

0013

また、本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システムは、上記の信号伝送装置が組み込まれたシステムである。

発明の効果

0014

本発明の一実施形態によれば、信号ケーブルの本数が抑えられた構成でありながらも伝送周波数を抑えつつ伝送速度を上げるのに好適な信号伝送装置及び電子内視鏡システムが提供される。

図面の簡単な説明

0015

本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
本発明の一実施形態においてデジタル画像信号と多値信号との関係を例示する図である。
図2に対応する多値信号の波形を例示する図である。

実施例

0016

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として電子内視鏡システムを例に取り説明する。

0017

図1は、本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システム1の構成を示すブロック図である。図1に示されるように、電子内視鏡システム1は、医療用特化されたシステムであり、電子スコープ100、プロセッサ200及びモニタ300を備えている。

0018

プロセッサ200は、コントローラユニット202及びタイミングコントローラ204を備えている。コントローラユニット202は、CPU(Central Processing Unit)202aを有している。CPU202aは、メモリ212に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム1全体を統合的に制御する。また、CPU202aは、操作パネル214に接続されている。CPU202aは、操作パネル214より入力される術者からの指示に応じて、電子内視鏡システム1の各動作及び各動作のためのパラメータを変更する。タイミングコントローラ204は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム1内の各回路に出力する。

0019

ランプ208は、ランプ電源イグナイタ206による始動後、照射光Lを射出する。ランプ208は、例えば、キセノンランプハロゲンランプ水銀ランプメタルハライドランプ等の高輝度ランプLED(Light Emitting Diode)である。照射光Lは、主に可視光領域から不可視である赤外光領域に広がるスペクトルを持つ光(又は少なくとも可視光領域を含む白色光)である。

0020

ランプ208より射出された照射光Lは、集光レンズ210によりLCB(Light Carrying Bundle)102の入射端面に集光されてLCB102内に入射される。

0021

LCB102内に入射された照射光Lは、LCB102内を伝播する。LCB102内を伝播した照射光Lは、電子スコープ100の先端に配置されたLCB102の射出端面より射出され、配光レンズ104を介して被写体に照射される。照射光Lにより照射された被写体からの戻り光は、対物レンズ105を介して固体撮像素子106の受光面上で光学像を結ぶ。

0022

固体撮像素子106は、ベイヤ型画素配置を有する単板カラーCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである。固体撮像素子106は、受光面上の各画素結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、R(Red)、G(Green)、B(Blue)の画像信号(映像信号)を生成して、A/Dコンバータ107に出力する。なお、固体撮像素子106は、CMOSイメージセンサに限らず、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやその他の種類の撮像装置に置き換えられてもよい。固体撮像素子106はまた、補色系フィルタを搭載したものであってもよい。

0023

A/Dコンバータ107は、固体撮像素子106より入力されるアナログ画像信号をnbit(nは2以上)の分解能AD変換する。A/Dコンバータ107は、AD変換によって得たデジタル画像信号を多値信号生成回路108に出力する。なお、A/Dコンバータ107は、固体撮像素子106に内蔵された構成としてもよい。

0024

多値信号生成回路108は、A/Dコンバータ107より入力されるnbitのデジタル画像信号に対して重み付けを行い、nbitの情報を持つアナログ情報(より詳細には、電圧(多値信号))を生成する。

0025

図2に、デジタル画像信号と多値信号との関係を例示する。図2の例では、A/Dコンバータ107は、Ai、Biの2bitのデジタル画像信号を出力する。図2に例示されるように、多値信号変換回路108は、Ai=0、Bi=0のデジタル情報が入力されると0Vを出力し、Ai=0、Bi=1のデジタル情報が入力されると1Vを出力し、Ai=1、Bi=0のデジタル情報が入力されると2Vを出力し、Ai=1、Bi=1のデジタル情報が入力されると3Vを出力する。

0026

多値信号生成回路108より出力された多値信号は、信号ケーブル109により伝送されて、ドライバ信号処理回路110に入力される。ドライバ信号処理回路110は、固体撮像素子106より入力される多値信号をプロセッサ200の前段信号処理回路220に出力する。

0027

ドライバ信号処理回路110はまた、メモリ112にアクセスして電子スコープ100の固有情報を読み出す。メモリ112に記録される電子スコープ100の固有情報には、例えば、固体撮像素子106の画素数感度、動作可能なフレームレート型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路110は、メモリ112より読み出された固有情報をCPU202aに出力する。なお、以降の説明において「フレーム」は「フィールド」に置き替えてもよい。本実施形態において、フレーム周期フィールド周期はそれぞれ、1/30秒、1/60秒である。

0028

CPU202aは、電子スコープ100の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。CPU202aは、生成された制御信号を用いて、プロセッサ200に接続されている電子スコープに適した処理がなされるようにプロセッサ200内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

0029

タイミングコントローラ204は、CPU202aによるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路110にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路110は、タイミングコントローラ204から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子106をプロセッサ200側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。

0030

前段信号処理回路220は、コンパレータ220a及び前段処理部220bを有している。コンパレータ220aは、ドライバ信号処理回路110より入力される多値信号をその電圧レベル(信号レベル)に応じてnbitのデジタル画像信号に復元する。

0031

具体的には、コンパレータ220aには、複数の閾値が電圧レベル間に設定されている。図2の例では、閾値は、0V、0.5V、1.5V、2.5V、3.5Vに設定されている。これにより、コンパレータ220aは、0Vより高く且つ0.5V未満の多値信号をAi=0、Bi=0のデジタル画像信号に復元し、0.5V以上で且つ1.5V未満の多値信号をAi=0、Bi=1のデジタル画像信号に復元し、1.5V以上で且つ2.5V未満の多値信号をAi=1、Bi=0のデジタル画像信号に復元し、2.5V以上で且つ3.5V未満の多値信号をAi=1、Bi=1のデジタル画像信号に復元する。

0032

コンパレータ220aにより復元されたデジタル画像信号は、前段処理部220bに入力される。前段処理部220bは、入力されたデジタル画像信号に対してデモザイク処理マトリックス演算、Y/C分離等の所定の信号処理を施して、後段信号処理回路230に出力する。

0033

後段信号処理回路230は、前段処理部220bより入力される画像信号を処理してモニタ表示用画面データを生成し、生成されたモニタ表示用の画面データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、モニタ300に出力される。これにより、被写体のカラー画像がモニタ300の表示画面に表示される。

0034

ここで、信号ケーブル109は、細径に設計された電子スコープ100の可撓管内に引き回されているため、全長が長く径が細い。そのため、信号ケーブル109では、反射や電圧降下の影響を無視することができない。

0035

図3に、図2に対応する多値信号の波形を例示する。図3(a)は、理想的な多値信号の波形を例示し、図3(b)は、コンパレータ220aへの入力時点の多値信号の波形を例示する。多値信号は、多値信号生成回路108からの出力時点では理想的な波形(図3(a)参照)であったとしても、信号ケーブル109の伝送時における反射や電圧降下の影響により、コンパレータ220aへの入力時点では理想波形に対して乱れてしまう(図3(b)参照)。この場合、コンパレータ220aに設定されている閾値が理想波形に対応する値に設定されていると、デジタル画像信号を正しく復元することができない場合がある。

0036

そこで、本実施形態に係る電子内視鏡システム1は、多値信号が理想的な波形に対して乱れた場合にもデジタル画像信号を正しく復元することができるように、コンパレータ220aの閾値を適宜調整することが可能な構成となっている。

0037

具体的には、電子スコープ100には、規定のテストパターンを発生させるテストパターン発生回路111が備えられている。電子内視鏡システム1の電源投入されて各種回路への電源供給が開始されると、テストパターン発生回路111は、テストパターンをA/Dコンバータ107に出力する。A/Dコンバータ107は、テストパターン発生回路111より入力されるテストパターンをデジタル信号(以下、「デジタルテストパターン」と記す。)に変換して、多値信号生成回路108に出力する。多値信号生成回路108は、A/Dコンバータ107より入力されるデジタルテストパターンを元に、テストパターンを示す多値信号を生成する。生成された多値信号は、信号ケーブル109、ドライバ信号処理回路110を介してコンパレータ220aに入力される。

0038

コントローラユニット202は、デジタルコンパレータ202bを有している。デジタルコンパレータ202bは、デジタルテストパターンと一致する基準パターンを予め保持している。

0039

デジタルコンパレータ202bには、コンパレータ220aにより復元されたデジタルテストパターンが入力される。デジタルコンパレータ202bは、入力されたデジタルテストパターンと基準パターンとを比較し、比較結果をCPU202aに出力する。

0040

CPU202aは、コンパレータ220aにより復元されたデジタルテストパターンと基準パターンとの比較結果が一致するまで、コンパレータ220aに設定されている各閾値を調整する。閾値の調整が完了することにより、信号ケーブル109を伝送された多値信号の波形が理想波形に対して乱れている場合にも、多値信号からデジタルテストパターンやデジタル画像信号が正しく復元されるようになる。

0041

すなわち、本実施形態によれば、波形の乱れやすい伝送路(信号ケーブル109)で伝送された多値信号から元のデジタル信号を受け側(コンパレータ220a)で正しく復元することができるため、伝送路の本数が抑えられた構成でありながらも伝送周波数を抑えつつ伝送速度を上げるのに好適である。

0042

また、一般に、電子内視鏡システム1では、診断目的や状況に応じて複数の電子スコープ100の中から選択された1つの電子スコープ100が共通のプロセッサ200に接続されて使用される。この場合、信号ケーブル109の全長や径、種類が電子スコープ100の機種毎に異なるため、コンパレータ220aへの入力時点における波形の乱れも電子スコープ100の機種毎に異なる。これに対し、CPU202aは、コンパレータ220aの各閾値を適正に調整することにより、波形の乱れ具合に拘わらず、多値信号から元のデジタル信号を正しく復元することができる。すなわち、プロセッサ200は、電子スコープ100の機種に依存することなく、多値信号から元のデジタル信号を正しく復元することができるため、汎用性が高い。

0043

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

0044

上記の実施形態では、テストパターン発生回路111は、電子内視鏡システム1の電源が投入されて各種回路への電源供給が開始された時点でテストパターンを出力しているが、テストパターンの出力タイミングはこれに限らない。

0045

例えば、信号ケーブル109の屈曲に伴いインピーダンスが変化した時や静電容量が変化した時、高周波処置具を使用した時、温度等の使用環境が変化した時など、電子内視鏡システム1の動作中、多値信号の波形が大きく変化することが考えられる。そこで、テストパターン発生回路111は、固体撮像素子106より出力される画像信号(映像信号)のブランキング期間にテストパターンを出力してもよい。すなわち、テストパターンをブランキング期間に重畳させて信号ケーブル109にて伝送させることにより、映像信号に影響を与えることなく、テストパターンによるコンパレータ220aの閾値の調整をCPU202aに逐次行わせることができる。そのため、電子内視鏡システム1の動作中に多値信号の波形が大きく変化した場合にも、多値信号から元のデジタル信号を正しく復元することができる。

0046

なお、テストパターンは、ブランキング期間毎(1フレーム毎)に出力されてもよく、また、mブランキング期間毎(mフレーム毎、但しmは2以上)に出力されてもよい。

0047

1電子内視鏡システム
100電子スコープ
102 LCB
104配光レンズ
105対物レンズ
106固体撮像素子
107 A/Dコンバータ
108多値信号生成回路
109信号ケーブル
110ドライバ信号処理回路
111テストパターン発生回路
112メモリ
200プロセッサ
202コントローラユニット
202a CPU
202bデジタルコンパレータ
204タイミングコントローラ
206ランプ電源イグナイタ
208ランプ
210集光レンズ
212 メモリ
214操作パネル
220前段信号処理回路
220aコンパレータ
220b前段処理部
230 後段信号処理回路

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