JP2011206333A - 内視鏡装置におけるcmos撮像素子の電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内視鏡挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置において、挿入部の長さ(電源供給線での電圧降下)にかかわらずCMOS撮像素子に規定の動作電圧の電源を供給することができるようにする。
【解決手段】内視鏡挿入部の先端に配置されるCMOS撮像素子54の近傍にレギュレータ122が配置されて、CMOS撮像素子には規定の動作電圧の電源が安定して供給される。一方、内視鏡挿入部の先端から離れた位置にレギュレータ120が配置される。このレギュレータ120は、挿入部の長さにかかわらず、レギュレータ122にCMOS撮像素子の規定の動作電圧と略同じ電圧の電源を供給し、レギュレータ122での発熱を防止する。
【選択図】図5
【解決手段】内視鏡挿入部の先端に配置されるCMOS撮像素子54の近傍にレギュレータ122が配置されて、CMOS撮像素子には規定の動作電圧の電源が安定して供給される。一方、内視鏡挿入部の先端から離れた位置にレギュレータ120が配置される。このレギュレータ120は、挿入部の長さにかかわらず、レギュレータ122にCMOS撮像素子の規定の動作電圧と略同じ電圧の電源を供給し、レギュレータ122での発熱を防止する。
【選択図】図5
Description
本発明は、内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置に係り、特に内視鏡挿入部の先端に配置された内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子に電源を供給する電源装置に関する。
従来、医療分野において、内視鏡装置、例えば電子内視鏡を利用した検査が広く普及している。電子内視鏡には、被検体内に挿入される内視鏡挿入部(以下、挿入部と称す)の先端にイメージセンサが搭載され、コードやコネクタを介してプロセッサ装置(信号処理装置)に接続される。プロセッサ装置は、イメージセンサから得られた撮像信号に対して各種処理を施し、診断に供する内視鏡画像を生成する。内視鏡画像は、プロセッサ装置に接続されたモニタに表示される。
挿入部の先端に配置されるイメージセンサとして従来ではCCDセンサが一般的に使用されていたが、近年ではCMOSセンサを使用することが検討されてきている。CMOSセンサはCCDセンサとは異なり、一般的なCMOS製造プロセスにより、CMOS撮像素子として同一チップ上に、信号処理回路、タイミングジェネレータ、A/Dコンバータ、通信インターフェースなどの周辺回路もCMOSセンサと共に形成することが可能であり、そのCMOSセンサと周辺回路とが1チップ化されたCMOS撮像素子を挿入部の先端に配置することが可能である。
ところで、イメージセンサに電源を供給する電源装置は、プロセッサ装置、ユニバーサルコードのコネクタ部分、又は、内視鏡の操作部のようにイメージセンサに対して挿入部の長さよりも離れた位置に設置される。例えば、イメージセンサが設置される内視鏡挿入部の先端から操作部までは数mになる場合がある。また、挿入部の径をできるだけ小さくするため電源を供給するための電源供給線(電源ケーブル)も細い。一方、イメージセンサとしてCMOS撮像素子を使用する場合には、CCDセンサの場合と比較して消費電力が大きく、供給電流も大きくなる。そのため、CMOS撮像素子を使用する場合には電源装置からCMOS撮像素子までの間の電源供給線での電圧降下が大きく、CMOS撮像素子に対して規定の電圧の電源を供給するためには電源供給線の長さに応じた電圧降下を考慮して電源装置の出力電圧を設定する必要がある。また、電源供給線の長さを考慮して挿入部の長さは用途などによって異なるため、挿入部の長さが異なれば電源装置の出力電圧も変更する必要がある。この問題を解決するために、内視鏡の種類(挿入部の長さ)ごとに出力電圧の異なる電源装置を使用することが考えられるが、内視鏡の種類ごとに電源装置の回路を変更するのは生産上好ましくない。
従来、信号伝送線路の長さによる信号の減衰を考慮してそれを補正する技術として、特許文献1、2のような提案が行われている。
特許文献1は、内視鏡の挿入部の先端に配置された撮像素子への駆動パルスと撮像素子からの映像信号に関して、挿入部を伝送する間での波形劣化等を防止するものであり、挿入部の長さに応じた大きさ(抵抗値)の抵抗を内視鏡に設けておき、その抵抗値を検出することによって挿入部の長さを認識して信号伝送線路で生じる信号劣化等を補った信号を出力することを提案している。
特許文献2は、撮像素子が配置されたカメラヘッド部と、カメラヘッド部を駆動する駆動回路が配置されたビデオプロセッサがケーブルで接続される場合に、ケーブルの長さに応じた信号の遅延量や減衰量を補正するものであり、ケーブルの長さを駆動回路の消費電流によって検出することを提案している。
また、特許文献3には、内視鏡挿入部の先端に配置された撮像素子と基板部に配置された駆動回路との間の信号ケーブルの断線等によって撮像素子に過電流が流れることを防止するために電源ラインに設けられたノイズ除去部を利用してその電圧降下を監視することが提案されている。
しかしながら、内視鏡挿入部の先端のCMOS撮像素子に規定の電圧の電源を供給する方法として、上記特許文献1、2の方法を採用した場合には、次のような問題がある。即ち、上記特許文献1、2の方法は、挿入部の長さやケーブルの長さを検出して、その長さに応じた補正を信号に施すものであるが、挿入部の長さやケーブルの長さから決定した補正量は経験的な値であり、実際に必要な補正量とは誤差がある。例えば、電源装置から所定の長さの電源供給線を介してCMOS撮像素子に規定の電圧の電源を印加する場合において、電源供給線の長さを測定して、その長さから予測される電源供給線での電圧降下を決定したとしても実測した値ではないため誤差があり、その電圧降下分をCMOS撮像素子に印加する規定の電圧に加算して得られる電圧を電源装置から出力したとしてもCMOS撮像素子に印加される電圧は規定の電圧と異なる。従って、特許文献1、2のように電源供給線の長さを検出することによって電源装置の出力電圧を調整する方法では不十分である。
また、特許文献3は、電源ラインの一部の電圧降下を測定するものであり、電源供給線全体での電圧降下を測定するものではなく、また、仮に電源供給線全体での電圧降下を測定したとしても、その電圧降下分を電源装置の出力電圧に反映させる構成が特許文献3には示されておらず、電源装置の出力電圧をマニュアル等で設定したとしても手間を要するため適切ではない。
更に、CMOS撮像素子に規定の電圧の電源を供給する方法として、CMOS撮像素子と共に挿入部の先端に電源装置の一部としてレギュレータ(定電圧回路)を設置してレギュレータを介してCMOS撮像素子に規定の電圧を印加すると共に、そのレギュレータまでの電源供給線での電圧降下を考慮して十分に大きな出力電圧を挿入部の先端に対して挿入部の基端よりも離れた位置の電源装置から供給することが考えられる。しかしながら、レギュレータの入力電圧が高すぎると、レギュレータ内での電圧降下によって熱が発生するため好ましくない。挿入部の長さ(レギュレータへの電源供給線の長さ)に応じてレギュレータへの出力電圧を調整する場合には、レギュレータを使用しない場合と同様の問題が生じる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、内視鏡挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置において、挿入部の長さ(電源供給線での電圧降下)にかかわらずCMOS撮像素子に規定の動作電圧の電源を供給することができる内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、請求項1に係る内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置は、挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置において、前記CMOS撮像素子の近傍に配置され、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に対して第1の電源供給線を介して電源出力端子が接続された近距離定電圧回路であって、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に規定の動作電圧の電源を前記第1の電源供給線を通じて供給する近距離定電圧回路と、少なくとも前記挿入部以外の位置に配置され、前記近距離定電圧回路の電源入力端子に対して第2の電源供給線を介して電源出力端子が接続された遠距離定電圧回路であって、前記近距離定電圧回路の電源入力端子近傍における前記第2の電源供給線上の電圧検出点に電圧検出線を接続して、該電圧検出線により前記電圧検出点の電圧を検出すると共に、前記電圧検出点の電圧が前記CMOS撮像素子の規定の動作電圧に略一致する値となるように前記近距離定電圧回路に前記第2の電源供給線を通じて電源を供給する遠距離定電圧回路と、を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、近距離定電圧回路によって内視鏡挿入部の長さ(電源供給線での電圧降下)にかかわらず、CMOS撮像素子に対して規定の動作電圧の電源を安定して供給することができると共に、遠距離定電圧回路によって近距離定電圧回路における電圧降下を少なくして近距離定電圧回路における発熱を防止することができる。
請求項2に係る内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置は、挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置において、少なくとも前記挿入部以外の位置に配置され、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に対して電源供給線を介して電源出力端子が接続された遠距離定電圧回路であって、前記CMOS撮像素子の電源入力端子近傍における前記電源供給線上の電圧検出点に電圧検出線を接続して、該電圧検出線により前記電圧検出点の電圧を検出すると共に、前記電圧検出点の電圧が前記CMOS撮像素子の規定の動作電圧となるように前記CMOS撮像素子に前記電源供給線を通じて電源を供給する遠距離定電圧回路を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、遠距離定電圧回路によって内視鏡挿入部の長さ(電源供給線での電圧降下)にかかわらずCMOS撮像素子に対して規定の動作電圧の電源を安定して供給することができる。
請求項3に係る内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置は、挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置において、前記CMOS撮像素子の近傍に配置され、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に対して第1の電源供給線を介して電源出力端子が接続された近距離定電圧回路であって、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に規定の動作電圧の電源を前記第1の電源供給線を通じて供給する近距離定電圧回路と、少なくとも前記挿入部以外の位置に配置され、前記近距離定電圧回路の電源入力端子に対して第2の電源供給線を介して電源出力端子が接続された遠距離定電圧回路であって、前記近距離定電圧回路の電源入力端子近傍における前記第2の電源供給線上の第1電圧検出点と、前記遠距離定電圧回路の電源出力端子近傍における前記第2の電源供給線上の第2電圧検出点との間での電位差を検出すると共に、前記遠距離定電圧回路の電源出力端子からの出力電圧に対して前記電位差分の電圧を引いたときの電圧が前記CMOS撮像素子の規定の動作電圧に略一致する値となるように前記近距離定電圧回路に前記第2の電源供給線を通じて電源を供給する遠距離定電圧回路と、を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、近距離定電圧回路によって内視鏡挿入部の長さ(電源供給線での電圧降下)にかかわらず、CMOS撮像素子に対して規定の動作電圧の電源を安定して供給することができると共に、遠距離定電圧回路によって近距離定電圧回路における電圧降下を少なくして近距離定電圧回路における発熱を防止することができる。
請求項4に係る内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置は、挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置において、少なくとも前記挿入部以外の位置に配置され、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に対して電源供給線を介して電源出力端子が接続された遠距離定電圧回路であって、前記CMOS撮像素子の電源入力端子近傍における前記電源供給線上の第1電圧検出点と、前記遠距離定電圧回路の電源出力端子近傍における前記電源供給線上の第2電圧検出点との間での電位差を検出すると共に、前記遠距離定電圧回路の電源出力端子からの出力電圧に対して前記電位差分の電圧を引いたときの電圧が前記CMOS撮像素子の規定の動作電圧となるように前記CMOS撮像素子に前記電源供給線を通じて電源を供給する遠距離定電圧回路を備えたことを特徴としている。
本発明によれば、遠距離定電圧回路によって内視鏡挿入部の長さ(電源供給線での電圧降下)にかかわらずCMOS撮像素子に対して規定の動作電圧の電源を安定して供給することができる。
請求項5に係る内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置は、請求項1、又は、2に記載の発明において、前記電圧検出線には直列に抵抗が接続されており、該抵抗により前記電圧検出線に流れる電流が微小な電流に制限されると共に前記電圧検出線における電圧降下が防止されることにより、前記抵抗において生じる電圧によって前記電圧検出点での電圧が間接的に検出されることを特徴としている。
本発明は、遠距離定電圧回路において電源出力端子から離れた位置の電圧を電圧検出線により適切に検出するための位置手段である。
請求項6に係る内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置は、請求項1、2、3、4、又は、5に記載の発明において、前記遠距離定電圧回路は、内視鏡装置の操作部、ユニバーサルコードのコネクタ、又は、内視鏡装置とユニバーサルコードで接続されるプロセッサ装置に配置されることを特徴としている。
本発明によれば、内視鏡挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置において、挿入部の長さ(電源供給線での電圧降下)にかかわらずCMOS撮像素子に規定の動作電圧の電源を供給することができる。
以下、添付図面に従って本発明に係る内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置
の好ましい実施の形態について詳説する。
の好ましい実施の形態について詳説する。
図1は本発明の一実施形態に係る内視鏡システムの概略構成を示した全体構成図である。図1に示すように、本実施形態の内視鏡システム10は、内視鏡装置(電子内視鏡、以下、内視鏡という。)12、プロセッサ装置14、光源装置16などから構成される。内視鏡12は、患者(被検体)の体腔内に挿入される可撓性の挿入部20と、挿入部20の基端部分に連設された操作部22と、プロセッサ装置14及び光源装置16に接続されるユニバーサルコード24とを備えている。
挿入部20の先端には、体腔内撮影用のCMOS撮像素子(撮像チップ)54(図3参照)などが内蔵された先端部26が連設されている。先端部26の後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部28が設けられている。湾曲部28は、操作部22に設けられたアングルノブ30が操作されて、挿入部20内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部26が体腔内の所望の方向に向けられる。
ユニバーサルコード24の基端は、コネクタ36に連結されている。コネクタ36は、複合タイプのものであり、コネクタ36にはプロセッサ装置14が接続される他、光源装置16が接続される。
プロセッサ装置14は、ユニバーサルコード24内に挿通されたケーブル68(図3参照)を介して電子内視鏡12に給電を行い、CMOS撮像素子54の駆動を制御するとともに、CMOS撮像素子54からケーブル68を介して伝送された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種信号処理を施して画像データに変換する。プロセッサ装置14で変換された画像データは、プロセッサ装置14にケーブル接続されたモニタ38に内視鏡画像として表示される。また、プロセッサ装置14は、コネクタ36を介して光源装置16と電気的に接続され、内視鏡システム10の動作を統括的に制御する。
図2は電子内視鏡12の先端部26を示した正面図である。図2に示すように、先端部26の先端面26aには、観察窓40、照明窓42、鉗子出口44、及び送気・送水用ノズル46が設けられている。観察窓40は、先端部26の片側中央に配置されている。照明窓42は、観察窓40に関して対称な位置に2個配され、体腔内の被観察部位に光源装置16からの照明光を照射する。鉗子出口44は、挿入部20内に配設された鉗子チャンネル70(図3参照)に接続され、操作部22に設けられた鉗子口34(図1参照)に連通している。鉗子口34には、注射針や高周波メスなどが先端に配された各種処置具が挿通され、各種処置具の先端が鉗子出口44から露呈される。送気・送水用ノズル46は、操作部22に設けられた送気・送水ボタン32(図1参照)の操作に応じて、光源装置16に内蔵された送気・送水装置から供給される洗浄水や空気を、観察窓40や体腔内に向けて噴射する。
図3は内視鏡12の先端部26を示した側面断面図である。図3に示すように、観察窓40の奥には、体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系50を保持する鏡筒52が配設されている。鏡筒52は、挿入部20の中心軸に対物光学系50の光軸が平行となるように取り付けられている。鏡筒52の後端には、対物光学系50を経由した被観察部位の像光を、略直角に曲げて撮像チップ54に向けて導光するプリズム56が接続されている。
CMOS撮像素子54は、CMOSセンサ58と、CMOSセンサ58の駆動及び信号の入出力を行う周辺回路とが一体形成されたモノリシック半導体(いわゆるCMOSセンサチップ)であり、支持基板62上に実装されている。CMOSセンサ58の撮像面58aは、プリズム56の出射面と対向するように配置されている。撮像面58a上には、矩形枠状のスペーサ63を介して矩形板状のカバーガラス64が取り付けられている。CMOSセンサ58、スペーサ63、及びカバーガラス64は、接着剤を介して組み付けられている。これにより、塵埃などの侵入から撮像面58aが保護されている。
挿入部20の後端に向けて延設された支持基板62の後端部には、複数の入出力端子62aが支持基板62の幅方向に並べて設けられている。入出力端子62aには、ユニバーサルコード24を介してプロセッサ装置14との各種信号の遣り取りを媒介するための信号線66が接合されており、入出力端子62aは、支持基板62に形成された配線やボンディングパッド等(図示せず)を介してCMOS撮像素子54内の周辺回路60と電気的に接続されている。信号線66は、可撓性の管状のケーブル68内にまとめて挿通されている。ケーブル68は、挿入部20、操作部22、及びユニバーサルコード24の各内部を挿通し、コネクタ36に接続されている。
また、図示は省略したが、照明窓42の奥には、照明部が設けられている。照明部には、光源装置16からの照明光を導くライトガイドの出射端が配されている。ライトガイドは、ケーブル68と同様に、挿入部20、操作部22、及びユニバーサルコード24の各内部を挿通し、コネクタ36に入射端が接続されている。
図4は上記内視鏡システム10における内視鏡12及びプロセッサ装置14の構成を示したブロック図である。
同図に示すよう内視鏡12(挿入部20)の先端部26には、CMOSセンサ58と周辺回路とが同一チップに形成されたCMOS撮像素子54が内蔵されており、周辺回路として、アナログ信号処理回路(AFE)100、フォーマット変換回路102、レジスタ106、タイミングジェネレータ(TG)104、インターフェース回路108等を備えている。
CMOSセンサ58は、マトリクス状に配置される各画素ごとに形成されるフォトダイオードとフォトダイオードにより蓄積された信号電荷を電圧信号に変換する電圧変換回路と、電圧変換回路から電圧信号を読み出す画素のアドレス(位置)を指定する走査回路(垂直走査回路及び水平走査回路)と、走査回路によって読み出された画素の電圧信号を順に出力する出力回路とを備えている。
AFE100は、相関二重サンプリング回路(CDS)、自動ゲイン回路(AGC)、及びアナログ/デジタル変換器(A/D)から構成されている。CDSは、CMOSセンサ58の各画素から順次読み出された画素信号からなる撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、CMOSセンサ58で生じるリセット雑音およびアンプ雑音の除去を行う。AGCは、CDSによりノイズ除去が行われた撮像信号を、プロセッサ装置14から指定されるゲイン(増幅率)で増幅する。A/Dは、AGCにより増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタル信号に変換して出力する。A/Dでデジタル化されて出力された撮像信号(デジタル撮像信号)は、フォーマット変換回路102によりプロセッサ装置14との間で決められた所定フォーマットの信号に変換され、プロセッサ装置14に送信される。
タイミングジェネレータ(TG)104は、CMOSセンサ58から画素信号を読み出すための駆動パルスやAFE100等の各部の同期パルスを発生させる。
レジスタ106は、CMOS撮像素子54における各部の処理内容を決定するパラメータを記憶するメモリであり、このパラメータに従って各部の処理が実行される。
インターフェース回路108は、CMOS撮像素子54の外部からのCMOS撮像素子54の各部の処理内容を設定する制御信号(コマンド)や基本クロック等を入力し、レジスタ106で設定されているパラ-メータの情報等を外部に出力する。インターフェース回路108にコマンドが入力されると、そのコマンドに従って上記レジスタ106にパラメータが設定される。基本クロックは上記TG104に与えられ、これを基準に各部に供給するパルスが生成される。
また、内視鏡12には、CMOS撮像素子54に電源を供給するためのレギュレータ(定電圧回路)120、122が配置されている。レギュレータ120は、内視鏡12の操作部22、又は、ユニバーサルコード24の基端のコネクタ36に配置され、その入力端子がプロセッサ装置14内の電源回路212の出力端子に接続されている。レギュレータ122は先端部26におけるCMOS撮像素子54の近傍に配置されており、その出力端子が電源ケーブル134を介してCMOS撮像素子54の電源入力端子に接続されている。そして、レギュレータ120の出力端子とレギュレータ122の入力端子が電源ケーブル130で接続されている。また、レギュレータ120には、レギュレータ122の入力端子の近傍に接続されたフィードバックケーブル132が接続されている。尚、これらのレギュレータ120、122についての詳細は後述する。
プロセッサ装置14は、CPU200、画像処理回路208、表示制御回路210等を備えている。CPU200は、プロセッサ装置14内の各部の動作を統括制御し、また、上記のように内視鏡12との間で各種信号のやり取りを行う。例えば、CMOS撮像素子54に対して制御信号や基本クロック等を与え、CMOS撮像素子54から制御情報を取得する。
画像処理回路208は、内視鏡12のCMOS撮像素子54から得られた撮像信号に対して色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、輪郭強調処理、明度の調整処理などのプロセッサ装置14において行われる画像処理に関する回路を簡略化して1つの回路で示したものである。画像処理回路208に入力した撮像信号に対して画像処理が施されて得られた画像データは後段の表示制御回路128に入力される。
表示制御回路210は、画像処理回路208から入力された画像データからモニタ38の表示形式に応じた映像信号を生成し、モニタ38に出力する。これにより、モニタ38にはCMOS撮像素子54により撮影された内視鏡画像が表示される。
電源回路212は、プロセッサ装置14の各部、内視鏡12のレギュレータ120に必要な電圧の電源を供給する回路である。
上記のごとく構成された内視鏡システム10の内視鏡12におけるCMOS撮像素子54の電源装置に関して説明する。
図5は、図4における内視鏡12内のCMOS撮像素子54、レギュレータ120、122を抽出して一部詳細な回路を示した電源装置の構成図である。
同図に示すCMOS撮像素子54とレギュレータ122は内視鏡12(挿入部20)の先端部26において近傍に配置されている。CMOS撮像素子54はチップ端子として電源が入力される電源入力端子54Aを有している。
レギュレータ122は周知の三端子レギュレータであり、入力端子122A、出力端子122B、共通端子(グラウンド)122Cと有し、出力端子122Bはほとんど電圧降下が生じない程度の短い電源ケーブル(電源供給線)134によりCMOS撮像素子54の電源入力端子54Aに接続されている。共通端子122Cはグラウンドに接続されている。
レギュレータ120は、内視鏡12の操作部22又はユニバーサルコード24のコネクタ36等の挿入部20以外の部分に配置されている。このレギュレータ120は、周知の三端子レギュレータと同様の入力端子120A、出力端子120B、共通端子(グラウンド)120Cを有している。また、これらの端子以外にフィードバック電圧が入力されるフィードバック端子120Dを有している。
出力端子120Bは、挿入部20等の内視鏡12内部を挿通する電源ケーブル(電源供給線)130を介してレギュレータ122の入力端子122Aに接続されている。フィードバック端子120Dは、フィードバックケーブル(フィードバック線)132の一端が接続され、そのフィードバックケーブル132の他端が電源ケーブル130にレギュレータ122の近傍位置P(FB電圧検出位置P)で接続されている。入力端子120Aは、等価電圧源として示したプロセッサ装置14の電源回路212(電圧V2)の正電圧側端子に接続され、共通端子120Cが電源回路212の負電圧側端子に接続されると共にグラウンドに接続されている。
このような構成において、レギュレータ122は、CMOS撮像素子54の電源入力端子54Aに接続されている出力端子122BからCMOS撮像素子54の規定の動作電圧Vcが出力されるように設定されている。これにより、CMOS撮像素子54には規定の動作電圧Vcの電源が安定して供給されるようになっている。
レギュレータ120は、レギュレータ122の入力端子122AにCMOS撮像素子54の規定の動作電圧Vcに略等しく、動作電圧Vcよりもわずかに高い電圧Vdの電源を安定して供給するために設けられている。レギュレータ122の入力端子122Aに動作電圧Vcよりもわずかに高い電圧Vdの電源を供給するのは、レギュレータ122の入力端子122Aと出力端子122Bの間の電圧降下を少なくして、レギュレータ122での発熱を抑え、被検体内に挿入される挿入部20の先端における発熱を防止するためである。
一方、レギュレータ120の出力端子120Bからレギュレータ122の入力端子122Aまでは、少なくとも挿入部20の長さ以上に離れており、それらの端子間の電源ケーブル130における電圧降下は無視することはできない。特に、CMOS撮像素子54は、内視鏡のイメージセンサとして従来から一般的に使用されているCCDセンサと比較して消費電力が大きく電源ケーブル130を流れる電流も大きいため電源ケーブル130での電圧降下も大きい。そこで、レギュレータ122の入力端子122Aの近傍位置P(FB電圧検出位置P)における電圧をフィードバックケーブル132によりレギュレータ120のフィードバック端子120Dにフィードバックし、電源ケーブル130により電圧降下が生じた後のFB電圧検出位置Pの電圧が目的の電圧Vd(動作電圧Vcよりもわずかに高い電圧Vd)となるように出力端子120Bから出力する電圧を可変している。即ち、正確には、レギュレータ120は、FB電圧検出位置Pを出力端子とする定電圧回路となっている。
レギュレータ120の具体的な回路例が図示されており、簡単に説明すると、電源回路212が接続されるレギュレータ120の入力端子120Aと、出力端子120Bの間には直列に制御用トランジスタ(NPN型)Q1が接続され、そのベースに差動増幅回路U1の出力端子が接続されている。
一方、差動増幅回路U1の反転入力端子(−)には、内部で生成した基準電圧Vref(Vrefは電圧値も示す)が印加されている。
また、フィードバック端子120Dと共通端子120Cの間には抵抗R1と抵抗R2(R1とR2は抵抗値も示す)が直列に接続され、抵抗R1と抵抗R2の接続点が差動増幅回路U1の非反転入力端子(+)に接続されている。
ここで、抵抗R1と抵抗R2の抵抗値の和(R1+R2)は、FB電圧検出位置Pからフィードバック端子120Dまでの間の抵抗値と比べて十分に大きな値であり、且つ、フィードバックケーブル132を流れる電流が微少となるような抵抗値となっている。これによって、フィードバックケーブル132での電圧降下が生じず、差動増幅回路U2の非反転入力端子(+)には、FB電圧検出位置Pでの電圧(仮にVd′とする)を抵抗R1と抵抗R2で分圧した電圧、即ち、Vd′×R2/(R1+R2)により求められる電圧が印加される。
このとき、差動増幅回路U1は、差動増幅回路U1の反転入力端子(−)の印加電圧Vrefと、非反転入力端子(+)の印加電圧Vd′×R2/(R1+R2)が等しくなるように出力端子の電圧を変化させて制御用トランジスタQ1のベース電位を変化させるため、FB電圧検出位置Pでの電圧Vd′はVref・(R1+R2)/R2となる。従って、FB電圧検出位置Pの電圧Vd′は一定電圧で安定した状態になる。
また、FB電圧検出位置Pでの電圧Vd′は基準電圧Vrefの値によって所望の値に設定可能であり、上記のようにFB電圧検出位置Pでの電圧Vd′を、CMOS撮像素子54の規定の動作電圧Vcよりもわずかに高い電圧Vdに設定するために、基準電圧VrefをVd×R2/(R1+R2)に設定している。
レギュレータ120の作用により、電源ケーブル130での電圧降下にかかわらず、レギュレータ122の入力端子122Aの近傍位置Pでの電圧をCMOS撮像素子54の規定の動作電圧Vcよりもわずかに高い電圧Vdに設定することができ、レギュレータ122での発熱を確実に防止することができる。また、上記の説明からも分かるようにFB電圧検出位置Pでの電圧Vdは基準電圧Vrefと抵抗値R1、R2によって決まり、電源ケーブル130やフィードバックケーブル132の長さとは関係がないため、挿入部の長さ(電源ケーブル)が異なる任意の内視鏡においても図5の電源装置(同一の電源装置)を使用することができる。
尚、FB電圧検出位置Pでの電圧Vdが電圧Vref・(R1+R2)/R2となることからも分かるようにFB電圧検出位置Pでの電圧Vdを一定に保つためにはフィードバックケーブル132に流れる電流を小さくすること(抵抗値R1、R2を大きくすること)が重要である。
以上、上記実施の形態では、CMOS撮像素子54の近傍にレギュレータ122を配置したが、レギュレータ122を使用せずにレギュレータ120の出力端子120Bからの供給電源を直接、CMOS撮像素子54の電源入力端子54Aに入力してもよい。ただし、CMOS撮像素子54への供給電源の電圧の安定性は低減する。この場合、レギュレータ120の出力端子120BとCMOS撮像素子54の電源入力端子54Aとを電源ケーブルで接続し、電源入力端子54Aの近傍位置をFB電圧検出位置とする。そして、そのFB電圧検出位置での電圧がCMOS撮像素子54の規定の動作電圧Vcとなるように基準電圧Vrefを設定すればよい。
また、上記実施の形態では、レギュレータ120を内視鏡12の内部に配置したがプロセッサ装置14内に配置してもよく、プロセッサ装置14の電源回路212の内部に組み込んでもよい。
また、上記実施の形態では、電源ケーブルでの電圧降下後の電圧(FB電圧検出位置での電圧)をレギュレータ120にフィードバックすることにより、その電圧を一定に保つようにしたが、これに限らず、電源ケーブルでの電圧降下(降下した電圧)を検出し、その電圧を電源装置にフィードバックして電圧降下分を電源装置からの出力電圧の上昇分によって補うようにしてもよい。図6は、この場合の構成を簡易に示したブロック図である。同図において電源装置300は、図5におけるレギュレータ120に相当する電力供給源(設置位置等もレギュレータ120と同様)であり、電源装置300の出力端子に接続された電源ケーブル130に接続先の回路部は、上記CMOS撮像素子54又はその近傍に配置される上記レギュレータ122を示す。このとき、電源装置300の出力端子の近傍における電圧検出位置P2と、CMOS撮像素子54又はレギュレータ122の入力端子の近傍における電圧検出位置P1との間に電圧検出回路310を接続する。そして、この電圧検出回路310により、電圧検出位置P2から電圧検出位置P2までの間の電圧降下(電圧検出位置P2とP1の電位差)V2−V1を検出し、その電圧V2−V1を電源装置300に与える。電源装置300では、電圧検出位置P1において一定に保ちたい電圧Vdに対して電圧検出回路310から与えられた電圧V2−V1分を加算した電圧を出力電圧として出力する。
10…内視鏡システム、12…内視鏡装置(内視鏡)、14…プロセッサ装置、16…光源装置、20…挿入部、22…操作部、26…先端部、28…湾曲部、36…コネクタ、38…モニタ、54…CMOS撮像素子、58…CMOSセンサ、100、300…AFE、102、302…フォーマット変換回路104、304…タイミングジェネレータ、106…レジスタ、108…インターフェース回路、120、122…レギュレータ、130、134…電源ケーブル、132…フィードバックケーブル、200…CPU、208…画像処理回路、210…表示制御回路、212…電源回路
Claims (6)
- 挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置において、
前記CMOS撮像素子の近傍に配置され、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に対して第1の電源供給線を介して電源出力端子が接続された近距離定電圧回路であって、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に規定の動作電圧の電源を前記第1の電源供給線を通じて供給する近距離定電圧回路と、
少なくとも前記挿入部以外の位置に配置され、前記近距離定電圧回路の電源入力端子に対して第2の電源供給線を介して電源出力端子が接続された遠距離定電圧回路であって、前記近距離定電圧回路の電源入力端子近傍における前記第2の電源供給線上の電圧検出点に電圧検出線を接続して、該電圧検出線により前記電圧検出点の電圧を検出すると共に、前記電圧検出点の電圧が前記CMOS撮像素子の規定の動作電圧に略一致する値となるように前記近距離定電圧回路に前記第2の電源供給線を通じて電源を供給する遠距離定電圧回路と、
を備えたことを特徴とする内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置。 - 挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置において、
少なくとも前記挿入部以外の位置に配置され、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に対して電源供給線を介して電源出力端子が接続された遠距離定電圧回路であって、前記CMOS撮像素子の電源入力端子近傍における前記電源供給線上の電圧検出点に電圧検出線を接続して、該電圧検出線により前記電圧検出点の電圧を検出すると共に、前記電圧検出点の電圧が前記CMOS撮像素子の規定の動作電圧となるように前記CMOS撮像素子に前記電源供給線を通じて電源を供給する遠距離定電圧回路を備えたことを特徴とする内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置。 - 挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置において、
前記CMOS撮像素子の近傍に配置され、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に対して第1の電源供給線を介して電源出力端子が接続された近距離定電圧回路であって、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に規定の動作電圧の電源を前記第1の電源供給線を通じて供給する近距離定電圧回路と、
少なくとも前記挿入部以外の位置に配置され、前記近距離定電圧回路の電源入力端子に対して第2の電源供給線を介して電源出力端子が接続された遠距離定電圧回路であって、前記近距離定電圧回路の電源入力端子近傍における前記第2の電源供給線上の第1電圧検出点と、前記遠距離定電圧回路の電源出力端子近傍における前記第2の電源供給線上の第2電圧検出点との間での電位差を検出すると共に、前記遠距離定電圧回路の電源出力端子からの出力電圧に対して前記電位差分の電圧を引いたときの電圧が前記CMOS撮像素子の規定の動作電圧に略一致する値となるように前記近距離定電圧回路に前記第2の電源供給線を通じて電源を供給する遠距離定電圧回路と、
を備えたことを特徴とする内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置。 - 挿入部の先端に内視鏡画像を撮影するためのCMOS撮像素子を備えた内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置において、
少なくとも前記挿入部以外の位置に配置され、前記CMOS撮像素子の電源入力端子に対して電源供給線を介して電源出力端子が接続された遠距離定電圧回路であって、前記CMOS撮像素子の電源入力端子近傍における前記電源供給線上の第1電圧検出点と、前記遠距離定電圧回路の電源出力端子近傍における前記電源供給線上の第2電圧検出点との間での電位差を検出すると共に、前記遠距離定電圧回路の電源出力端子からの出力電圧に対して前記電位差分の電圧を引いたときの電圧が前記CMOS撮像素子の規定の動作電圧となるように前記CMOS撮像素子に前記電源供給線を通じて電源を供給する遠距離定電圧回路を備えたことを特徴とする内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置。 - 前記電圧検出線には直列に抵抗が接続されており、該抵抗により前記電圧検出線に流れる電流が微小な電流に制限されると共に前記電圧検出線における電圧降下が防止されることにより、前記抵抗において生じる電圧によって前記電圧検出点での電圧が間接的に検出されることを特徴とする請求項1、又は、2の内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置。
- 前記遠距離定電圧回路は、内視鏡装置の操作部、ユニバーサルコードのコネクタ、又は、内視鏡装置とユニバーサルコードで接続されるプロセッサ装置に配置されることを特徴とする請求項1、2、3、4、又は、5の内視鏡装置におけるCMOS撮像素子の電源装置。
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