JP4493387B2

JP4493387B2 - 電子内視鏡装置

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Publication number: JP4493387B2
Application number: JP2004121003A
Authority: JP
Inventors: 一則阿部
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-04-16
Also published as: JP2005296534A

Description

本発明は電子内視鏡装置、特に固体撮像素子の画素数の異なる各種の電子内視鏡が使用される環境で、ハイビジョンテレビ方式のモニタへも被観察体映像を出力することができる電子内視鏡装置の構成に関する。

電子内視鏡装置は、固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を電子内視鏡（電子スコープ）の先端部に搭載しており、このＣＣＤは光源装置からの光の照明に基づいて被観察体を撮像する。そして、この電子内視鏡のＣＣＤで得られた撮像信号をプロセッサ装置へ出力し、このプロセッサ装置で映像処理を施すことにより、被観察体の映像をモニタへ表示したり、静止画等を記録装置へ記録したりできるものである。

一般に、上記の被観察体映像は、標準テレビジョン方式であるＮＴＳＣ方式用モニタ（縦横比３：４）に表示されるが、例えば特開平４−２５３８３０号公報に示されるように、走査線数が約２倍となる高品位のハイビジョンテレビ（ＨＤＴＶ）方式のモニタ（縦横比９：１６）に被観察体映像を表示することも試みられている。電子内視鏡装置では、ＣＣＤの出力信号から通常のＮＴＳＣ方式の信号（アナログ信号）が形成されるので、このＮＴＳＣ信号をハイビジョンテレビ信号へ変換することが行われる。

一方、電子内視鏡装置で得られた被観察体の静止画（デジタル信号）は、パーソナルコンピュータ（パソコン）等のファイリング装置で記録媒体に記録し、後にパソコン用モニタへ表示して観察することが行われており、同時にＣＣＤにおいては高解像度となる高画素数のものが用いられる傾向となっている。
特開平４−２５３８３０号公報

上述のように、近年では固体撮像素子であるＣＣＤが高解像度化、高画素数化されていることから、ハイビジョンテレビ方式による映像表示おいても、従来と比較すると画質が向上した被観察体映像を観察できるという利点があるが、上述のようにＮＴＳＣ信号をハイビジョンテレビ信号へ変換するのでは、ＮＴＳＣ映像信号の解像度に制限され、高画質化されたＣＣＤの解像度を十分に生かすことができないという問題がある。

また、電子内視鏡には上述のように異なる画素数のＣＣＤが搭載されており、このＣＣＤ画素数の相違や高画素数化の変遷に対応してハイビジョンテレビ信号への変換回路をプロセッサ装置内に配置し又は更新（交換）するのでは、コスト的に無駄があり、装置が高価になるという問題がある。
更に、医療現場で使用される機器には、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）や電気安全性について厳しい規格が要求されており、ハイビジョンテレビ信号への変換のために、パソコン等の専用の大きな装置において上記の医療用の規格が満たされるようにすることも非現実的である。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パーソナルコンピュータ等へ供給するためにデジタル処理した映像出力を利用し、画素数の異なる固体撮像素子を搭載する電子内視鏡を接続する場合でも、解像度を低下させることなく、ハイビジョンテレビ方式の映像を簡単な構成かつ低コストにて得ることができる電子内視鏡装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、被観察体を撮像するための固体撮像素子の画素数が異なる各種の電子内視鏡をプロセッサ装置に接続可能に構成し、上記固体撮像素子で得られた信号からアナログ映像信号とデジタル映像信号を形成する電子内視鏡装置において、上記プロセッサ装置に配置され、上記固体撮像素子の画素数に対応させかつ外部コンピュータ用表示規格に合わせたデジタル映像信号を形成すると共に、このデジタル映像信号をパラレル−シリアル変換し、差動信号として出力する差動信号出力部と、この差動信号出力部に対し着脱可能に接続され、この差動信号出力部から入力した差動信号に基づいて上記デジタル映像信号の画素数を検出し、この画素数の映像信号をハイビジョンテレビ信号へ変換し出力するハイビジョン方式変換器と、を設けると共に、上記差動信号出力部と上記ハイビジョン方式変換器とを、差動形ドライバ、所定の耐圧を維持するためのパルストランス及び差動形レシーバを用いて構成した差動形回路で接続することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記ハイビジョン方式変換器には、映像を電子的に拡大する電子拡大回路を設け、上記差動信号出力部から入力された差動信号に基づき、任意に拡大した映像のハイビジョンテレビ信号を形成することを特徴とする。

上記の構成によれば、固体撮像素子であるＣＣＤには各種の画素（ピクセル）数を持つものが存在することから、パーソナルコンピュータ等へ出力するための差動信号出力部（例えばＤＶＩ）では、６４０（水平方向）×４８０（垂直方向）の画素のＶＧＡ（Video Graphics Array）、１０２４×７６８画素のＸＧＡ（eXtended Graphics Array）、１２８０×９６０画素、１２８０×１０２４画素のＳＸＧＡ（Super XGA）等の規格に合わせたデジタル映像信号が形成され、この映像信号がパラレル−シリアル変換された後、差動信号としてパソコン用モニタ等へ出力される。この差動信号であるデジタル映像信号がハイビジョン方式変換器へ供給されると、その映像信号の画素数が検出され、この画素数に応じたハイビジョンテレビ信号が形成される。即ち、ＣＣＤの全ての画素情報を生かす形で、ハイビジョン信号が得られる。従って、このハイビジョン方式変換器をプロセッサ装置に接続するだけで、ハイビジョン用モニタで被観察体映像（動画又は静止画）を観察することができ、またこの映像はハイビジョン用記録装置に記録することができる。
また、差動信号を伝送する差動形回路では、パルストランスの耐圧を電子内視鏡で求められる例えば４ｋＶ以上に設定することにより、ハイビジョン方式変換器側（電源）を電子内視鏡（差動信号出力部）側から容易に電気的に分離することができる。

上記請求項２の発明によれば、差動信号出力部から入力した映像が電子拡大回路によって任意の倍率で拡大された後にハイビジョンテレビ信号に変換されることになり、被観察体映像（動画及び静止画）が観察し易い大きさでハイビジョン用モニタに表示される。

本発明の電子内視鏡装置のハイビジョン方式変換器によれば、デジタル映像をパーソナルコンピュータ等へ供給するための差動信号出力部出力を利用して、採用されるＣＣＤ画素数（解像度）が異なる電子内視鏡を接続する場合でも、ＣＣＤが持つ解像度を低下させることなく、ハイビジョンテレビ方式の映像を簡単な構成かつ低コストで形成し、ハイビジョン用モニタや記録装置に出力することが可能となる。また、このハイビジョン方式変換器を、医療現場で要求されるＥＭＣや電気安全性の規格を満たしたアダプター装置とすることにより、医療現場におけるハイビジョン映像の観察が容易になるという利点がある。更には、電子拡大回路を設けることにより、観察し易い大きさの被観察体映像をハイビジョン用モニタに表示させることが可能となる。

図１乃至図３には、実施例に係る電子内視鏡装置の構成が示されており、まず図３に基づいて全体の構成を説明する。図３において、電子内視鏡（電子スコープ）１０には、その先端部に固体撮像素子であるＣＣＤ１１が設けられており、このＣＣＤ１１としては、４０万画素、８０万画素、１３０万画素等、各種のものが搭載される。また、このＣＣＤ１１から出力された撮像信号をサンプリングする相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路１２及び電子内視鏡１０の識別情報や映像処理情報等を格納するメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１３等が設けられる。なお、この電子内視鏡１０には、図示していない光源装置の光がライトガイドを介して供給されており、先端部から照明光を出力することにより被観察体が上記ＣＣＤ１１で撮像される。そして、上述した画素数（若しくはその画素数に対応したＣＣＤの転送方式）の異なるＣＣＤ１１を搭載する各種の電子内視鏡１０は、プロセッサ装置１６に着脱自在に接続可能となっている。

このプロセッサ装置１６には、Ａ／Ｄ変換器１７、映像信号に対し各種の信号処理をするための第１ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）１９、第２ＤＳＰ２０及び第３ＤＳＰ２１、上記ＤＳＰ１９，２０の何れかを選択するためのセレクタ（Ｓ）１８、上記ＣＣＤ１１から第１及び第２ＤＳＰ１９，２０までの回路に対し同期信号やタイミング信号を供給するタイミングジェネレータ２２、水晶発振器を有するＰＬＬ回路２３、各種の制御を実行するマイコン２４、上記第３ＤＳＰ２１等に同期信号やタイミング信号を供給するための同期信号発生回路（ＳＳＧ）２５が設けられる。

また、上記第３ＤＳＰ２１の後段には、デジタル映像信号を形成するための第４ＤＳＰ２７、そしてＤＶＩ（Digital Visual Image）回路２８が設けられており、このＤＶＩ回路２８は、パソコン用モニタ等へ出力するための表示規格、例えばＶＧＡ、ＸＧＡ、ＳＸＧＡ等に対応した映像信号を形成し、その後にパラレル−シリアル変換し、このシリアル信号を差動信号としてパソコン用モニタやファイリング装置等へ出力する。このＤＶＩは、ＤＤＷＧ（Digital Display Working Group）が設定した高速スピードのディスプレイ用インターフェースで、データフォーマットにＴＭＤＳ（Transition Minimized Differential Signaling）を採用するものである。一方、上記第４ＤＳＰ２７には、信号変換回路２９を介してＵＳＢ出力部３０やネット出力部３１が設けられており、このＵＳＢ出力部３０、ネット出力部３１からはそれぞれの出力形態に合わせた信号が出力される。更に、上記第３ＤＳＰ２１の後段には、デジタル処理された映像信号をアナログ信号へ変換するアナログ信号プロセッサ３３、輝度（Ｙ）信号と色差（Ｃ）信号を出力するＹ／Ｃ信号出力部３４、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の信号を出力するＲＧＢ出力部３５が設けられる。

そして、上記のＤＶＩ回路２８の出力部（端子）に着脱可能に接続する形で、ハイビジョン方式変換器３７が設けられ、このハイビジョン方式変換器３７の出力がＨＤＴＶ用モニタやＨＤＴＶ用レコーダへ接続される。なお、図３の構成においてプロセッサ装置１６内の回路として説明したものの一部を、電子内視鏡１０側に配置する構成にすることができる。

図１には、上記ＤＶＩ回路２８とハイビジョン方式変換器３７内の詳細な構成が示されており、ＤＶＩ回路２８では、上述した各表示規格の映像を形成する信号処理部３９やＲＧＢの信号、同期信号及び制御信号等を送信するための送信部（エンコーダ／シリアライザ含む）４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが設けられる。このＤＶＩ回路２８は、シリアル伝送ケーブル４１を介してハイビジョン方式変換器３７に接続され、このハイビジョン方式変換器３７には、上記３つの送信部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに対応した受信部４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ、ＩＣＡ（Inter Channel Alignment）部４３、映像の画素数を検出してハイビジョンテレビ信号を形成するＨＤＴＶ（ハイビジョンテレビ）信号変換部（ＦＰＧＡ−Filed Programmable Gate Array 回路）４４、各種の制御を実行するマイコン４５、入力した映像信号を一時的に記憶するフレームメモリ４６が設けられる。また、上記ＨＤＴＶ信号変換部４４には、電子拡大回路４７が接続されると共に、コネクタ４９との間に、輝度（Ｙ）信号、色差信号であるＰｒ，Ｐｂ信号に対応してＤ／Ａ変換器４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃが設けられる。

図２には、上記ＨＤＴＶ信号変換部４４内の構成が示されており、このＨＤＴＶ信号変換部４４には、水平同期信号（Ｈ）、垂直同期信号（Ｖ）、映像信号及びクロック信号を入力して映像信号の画素数を検出する画素数検出回路４４ａ、ハイビジョン映像形成のための同期信号発生回路４４ｂ、上記フレームメモリ４６に対し映像信号の書込み及び読出しを制御するメモリコントローラ４４ｃ、このメモリコントローラ４４ｃから出力されたＲＧＢ信号をハイビジョン映像であるＹ，Ｐｒ，Ｐｂ信号に変換する信号変換器４４ｄが設けられる。

実施例は以上の構成からなり、その作用を図４及び図５を参照しながら説明する。まず、この電子内視鏡装置では、図３のＣＣＤ１１にて被観察体内が撮像され、その撮像信号はＣＤＳ回路１２にてサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換器１７でデジタル信号へ変換された後に、セレクタ１８へ供給される。このセレクタ１８では、接続された電子内視鏡１０の種類に応じて第１ＤＳＰ１９と第２ＤＳＰ２０の何れかを選択する。例えば、電子内視鏡１０とプロセッサ装置１６との通信によってマイコン２４がメモリ１３内の情報を読み取ることにより、ＣＣＤ１１の画素数（若しくはその画素数に対応したＣＣＤの転送方式）に応じ、第１ＤＳＰ１９（インターラインスキャンの場合）又は第２ＤＳＰ２０（プログレッシブスキャンの場合）を選択する。

この第１ＤＳＰ１９又は第２ＤＳＰ２０と第３ＤＳＰ２１では、各種の映像処理が施されることになり、この第３ＤＳＰ２１の出力は、第４ＤＳＰ２７とアナログ信号プロセッサ３３へ供給される。この第４ＤＳＰ２７では、デジタル出力のための映像信号が形成されており、この映像信号は、信号変換回路２９、ＵＳＢ出力部３０及びネット出力部３１を介して外部へ出力されると共に、ＤＶＩ回路２８を介してパソコン用モニタ等に出力することができる。一方、上記アナログ信号プロセッサ３３では、アナログ出力のための映像信号が形成され、Ｙ／Ｃ信号出力部３４を介してＹ信号とＣ信号が出力されると共に、ＲＧＢ出力部３５を介してＲ，Ｇ，Ｂの各色信号が出力される。

一方、上記ＤＶＩ回路２８の出力がハイビジョン方式変換器３７へ供給されると、このハイビジョン方式変換器３７ではハイビジョンテレビ信号が形成される。即ち、図１に示されるＤＶＩ回路２８の信号処理部３９によって、ＣＣＤ１１の画素数に対応した例えば６４０×４８０（ＶＧＡ）、１０２４×７６８（ＸＧＡ）、１２８０×９６０、１２８０×１０２４（ＳＸＧＡ）等の表示規格の映像信号が形成される。そして、この信号処理部３９から出力されたパラレル信号［Ｂ（青），Ｇ（緑），Ｒ（赤），Ｈ（水平同期信号），Ｖ（垂直同期信号），Ｃ_０，Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３（制御信号）等］は、送信部４０Ａ〜４０Ｃでシリアル信号に変換され、ケーブル４１を介してハイビジョン方式変換器３７へ出力される。図１のように、送信部４０Ａから送信されたＢ信号とＨ，Ｖ等の信号は受信部４２Ａで、送信部４０Ｂから送信されたＧ信号とその他の信号は受信部４２Ｂで、送信部４０Ｃから送信号されたＲ信号とその他の信号は受信部４２Ｃで受信される。これらの受信部４２Ａ〜４２Ｃでは、シリアル信号が元のパラレル信号へ変換され、この信号がＩＣＡ回路４３を介してＨＤＴＶ信号変換部（ＦＰＧＡ）４４へ供給される。

このＨＤＴＶ信号変換部４４では、入力された映像信号が図２のメモリコントローラ４４ｃを介してフレームメモリ４６に格納されると同時に、画素数検出回路４４ａにて入力映像信号の画素数が例えば水平同期信号や垂直同期信号によって検出される。即ち、図４（Ａ）に示されるように、ハイビジョン方式の水平同期信号（Ｈ）は１９２０画素分、垂直同期信号（Ｖ）は１０８０画素分の長さとなるが、例えば変換器３７へ入力された映像信号の水平同期信号によって１０２４の水平画素が検出（カウント）されたとき、又は垂直同期信号によって７６８の垂直画素が検出されたときは、１０２４×７６８のＸＧＡ規格の映像（画像）であると判断される。同様に、１２８０の水平画素又は９６０の垂直画素が検出されたときは１２８０×９６０の映像、６４０の水平画素又は４８０の垂直画素が検出されたときは６４０×４８０のＶＧＡ規格の映像、１２０８の水平画素又は１０２４の垂直画素が検出されたときは１２８０×１０２４のＳＸＧＡの映像であると判断される。そして、この画素数の検出結果が同期信号発生回路４４ｂとメモリコントローラ４４ｃに供給されることにより、メモリコントローラ４４ｃでは画素数に応じてフレームメモリ４６からの映像信号の読出し制御が行われる。

例えば、図４（Ｂ）に示されるように、垂直方向の１〜１５６までは全ての水平画素に黒色を割り当て、垂直方向１５７番目については、水平方向の４４９〜１４７２において上記ＸＧＡの映像信号を割り当るというようにして、（４４９，１５７）、（１４７２，１５７）、（４４９，９２４）、（１４７２，９２４）の画素で囲まれる範囲の映像信号（ＲＧＢ信号）が読み出される。その他の画素には、黒色が割り当てられる。そして、信号変換器４４ｄでは、ＲＧＢ信号がＹ，Ｐｒ，Ｐｂ信号へ変換され、このＹ，Ｐｒ，Ｐｂ信号と同期信号がＨＤＴＶ用モニタやＨＤＴＶ用レコーダへ出力される。このようにして、図４（Ｃ）に示されるように、ＨＤＴＶ用モニタには、１０２４×７６８画素の被観察体映像を中心領域に配置したハイビジョン映像、即ち１９２０×１０８０ｉ（インターレース）の画素の映像（フォーマットＤ_４）が表示される。

図５（Ａ）には、１２８０×９６０画素の映像が検出された場合のハイビジョン映像が示されており、この場合は、ＨＤＴＶ用モニタに１２８０×９６０画素の被観察体映像を中心領域に配置したハイビジョン映像が表示される。また、図５（Ｂ），（Ｃ）には、６４０×４８０画素のＶＧＡの映像が検出された場合のハイビジョン映像が示されており、この場合は、図５（Ｂ）に示されるように、フォーマットＤ_４によって、６４０×４８０画素の被観察体映像を中心に配置したハイビジョン映像を表示してもよいが、やや小さくなるので、実施例では、上記メモリコントローラ４４ｃにてフォーマットＤ_４からフォーマットＤ_３への変換を行い、図５（Ｃ）のように、６４０×４８０画素の被観察体映像を中心に配置した１２８０×７２０ｉの画素のフォーマットＤ_３のハイビジョン映像を表示させている。

更に、実施例では、図１に示したように電子拡大回路４７が設けられており、この電子拡大回路４７によって観察し易い大きさ(画像サイズ)に映像を拡大して表示することができる。例えば、このハイビジョン方式変換器３７自体に電子拡大率を任意に設定するスイッチ等を設け（或いはプロセッサ装置や外部機器から電子拡大率を設定できるようにしてもよい）、マイコン４５を介して電子拡大回路４７の拡大率を制御するように構成する。即ち、電子拡大回路４７には、ＨＤＴＶ信号変換部４４に供給された各種の画素数の映像信号が供給されており、この映像信号から設定倍率に映像拡大された信号が形成され、この拡大映像信号がＨＤＴＶ信号変換部４４へ戻される。そして、ＨＤＴＶ信号変換部４４のメモリコントローラ４４ｃでは、この拡大映像信号をフレームメモリ４６に書き込んだ後、上述のようにハイビジョン方式に対応させた信号読出しを行うことにより、ハイビジョンテレビ信号が形成される。この結果、ハイビジョン用モニタには、設定倍率で拡大された被観察体映像が表示されることになり、被観察体の観察を更に容易にすることが可能となる。

図６及び図７には、上記ＤＶＩ回路２８と上記ハイビジョン方式変換器３７とを接続する差動形回路の構成が示されている。図６はパルストランスを用いた実施例であり、この例では、図示のようにＤＶＩ回路２８内の差動形ドライバとして、論理回路５２ａ〜５２ｃ、トランジスタ５３ａ〜５３ｄ、例えば４ｋＶ以上の耐圧を維持するパルストランス５４等を設け、ハイビジョン方式変換器３７内の差動形レシーバとして、コンパレータ５５ａ，５５ｂ、トランジスタ５６ａ，５６ｂ等を設ける。また、図７はコンデンサを用いた参考例であり、この例では、図示のようにＤＶＩ回路２８内に、差動出力回路５７等を設け、ハイビジョン方式変換器３７内に、例えば４ｋＶ以上の耐圧を維持するコンデンサ５８ａ，５８ｂと差動入力回路５９等を設ける。

このような実施例の差動形回路によれば、上記パルストランス５４の耐圧を内視鏡装置で求められる４ｋＶ以上に設定するので、別途アイソレーション回路を設けることなく差動信号入出力のため回路を利用して、ＤＶＩ２８とハイビジョン方式変換器３７とを商用電源等から電気的に分離することができ、電子内視鏡１０の安全性を容易に確保することが可能となる。

本発明の実施例に係る電子内視鏡装置のＤＶＩ回路及びハイビジョン方式変換器の構成を示す回路ブロック図である。図１のハイビジョン方式変換器内におけるＨＤＴＶ信号変換部の構成を示す図である。実施例の電子内視鏡装置の全体構成を示す回路ブロック図である。実施例のハイビジョン方式変換器で行われるＸＧＡ規格映像信号の画素数検出［図（Ａ）］、ハイビジョンテレビ信号への変換及び表示状態［図（Ｂ），（Ｃ）］を示す説明図である。実施例のハイビジョン方式変換器で形成される１２８０×９６０の映像信号のハイビジョン用モニタでの表示状態［図（Ａ）］及びＶＧＡ規格映像信号のハイビジョン用モニタでの表示状態［図（Ｂ），（Ｃ）］を示す説明図である。実施例のＤＶＩ回路とハイビジョン方式変換器を接続する差動形回路としてパルストランスを用いた場合の構成を示す回路図である。差動形回路としてコンデンサを用いた参考例の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０…電子内視鏡、１６…プロセッサ装置、
２４，４５…マイコン、２７…第４ＤＳＰ、
２８…ＤＶＩ回路（差動信号出力部）、
３７…ハイビジョン方式変換器、
４４…ＨＤＴＶ（ハイビジョンテレビ）信号変換部、
４４ａ…画素数検出回路、
４４ｃ…メモリコントローラ、
４６…フレームメモリ、４７…電子拡大回路、
５４…パルストランス、
５８ａ，５８ｂ…コンデンサ。

Claims

被観察体を撮像するための固体撮像素子の画素数が異なる各種の電子内視鏡をプロセッサ装置に接続可能に構成し、上記固体撮像素子で得られた信号からアナログ映像信号とデジタル映像信号を形成する電子内視鏡装置において、
上記プロセッサ装置に配置され、上記固体撮像素子の画素数に対応させかつ外部コンピュータ用表示規格に合わせたデジタル映像信号を形成すると共に、このデジタル映像信号をパラレル−シリアル変換し、差動信号として出力する差動信号出力部と、
この差動信号出力部に対し着脱可能に接続され、この差動信号出力部から入力した差動信号に基づいて上記デジタル映像信号の画素数を検出し、この画素数の映像信号をハイビジョンテレビ信号へ変換し出力するハイビジョン方式変換器と、を設けると共に、
上記差動信号出力部と上記ハイビジョン方式変換器とを、差動形ドライバ、所定の耐圧を維持するためのパルストランス及び差動形レシーバを用いて構成した差動形回路で接続することを特徴とする電子内視鏡装置。
上記ハイビジョン方式変換器には、映像を電子的に拡大する電子拡大回路を設け、上記差動信号出力部から入力された差動信号に基づき、任意に拡大した映像のハイビジョンテレビ信号を形成することを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。