特許 6427303 信号処理システムおよび内視鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6427303

(24)【登録日】2018年11月2日

(45)【発行日】2018年11月21日

(54)【発明の名称】信号処理システムおよび内視鏡

(51)【国際特許分類】

   H04N 7/18 20060101AFI20181112BHJP

   A61B 1/00 20060101ALI20181112BHJP

   A61B 1/04 20060101ALI20181112BHJP

   G02B 23/24 20060101ALI20181112BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20181112BHJP

   H04N 5/376 20110101ALI20181112BHJP

   H04N 5/378 20110101ALI20181112BHJP

【ＦＩ】

   H04N7/18 M

   A61B1/00 680

   A61B1/04 520

   G02B23/24 B

   H04N5/225 500

   H04N5/376

   H04N5/378

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-545260(P2018-545260)

(86)(22)【出願日】2018年5月8日

(86)【国際出願番号】JP2018017832

【審査請求日】2018年8月27日

(31)【優先権主張番号】特願2017-142886(P2017-142886)

(32)【優先日】2017年7月24日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000376

【氏名又は名称】オリンパス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大澤 雅人

【審査官】 秦野 孝一郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０５２１７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１１５３９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２４２８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１０４３６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／１２２６２６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ ７／１８

Ａ６１Ｂ １／００

Ａ６１Ｂ １／０４

Ｇ０２Ｂ ２３／２４

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｈ０４Ｎ ５／３７６

Ｈ０４Ｎ ５／３７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも対をなす信号線を有する伝送路と、
第１のクロックエッジの繰り返しが第１の周波数である上り信号を同相モードで前記伝送路に出力する同相信号送信部と、
前記伝送路で伝送された前記上り信号から同相信号を検出する同相信号検出部と、
前記同相信号検出部が検出した前記同相信号の第１のクロックエッジを基準として第２の周波数の下り基準クロック信号を生成する下り基準クロック信号生成部と、
前記同相信号検出部が検出した前記同相信号の第１のクロックエッジに基づいて、下りデータを生成する下りデータ生成部と、
前記下り基準クロック信号生成部が生成した前記下り基準クロック信号に基づいて、前記下りデータ生成部が生成した前記下りデータを下り信号として差動モードで前記伝送路に出力する差動信号送信部と、
前記伝送路で伝送された前記下り信号を受信し、該下り信号から差動信号を抽出する差動信号受信部と、
を備えることを特徴とする信号処理システム。

【請求項2】

前記第２の周波数は、前記第１の周波数よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の信号処理システム。

【請求項3】

前記下りデータ生成部は、光を受光して光電変換を行うことによって画像データを生成する撮像素子、加速度、温度、圧力、湿度、磁気、イオン濃度および放射線量のいずれか１つ以上の物理量を検出する物理センサを少なくとも１つ以上を有することを特徴とする請求項１に記載の信号処理システム。

【請求項4】

前記同相信号送信部は、
少なくとも前記上り信号のパルス幅を変調したパルス幅変調信号または前記上り信号の振幅を変調した振幅変調信号を前記伝送路に出力し、
前記同相信号検出部は、
前記伝送路から伝送された前記上り信号から前記パルス幅変調信号または前記振幅変調信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の信号処理システム。

【請求項5】

前記パルス幅変調信号または前記振幅変調信号は、水平同期信号に対応するデータパターンを含むことを特徴とする請求項４に記載の信号処理システム。

【請求項6】

前記伝送路は、電源線およびグランド線をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の信号処理システム。

【請求項7】

請求項１に記載の信号処理システムと、
被検体に挿入される挿入部と、
所定の画像処理を行う制御装置に着脱自在に接続されるコネクタ部と、
を備え、
前記挿入部は、
前記同相信号検出部、前記下り基準クロック信号生成部、前記下りデータ生成部および前記差動信号送信部を有し、
前記コネクタ部は、
前記同相信号送信部および前記差動信号受信部を有することを特徴とする内視鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、伝送路を介してデータを双方向に通信可能な信号処理システムおよび内視鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、内視鏡システムにおいて、伝送ケーブルを介してプロセッサから内視鏡スコープに複数の信号を送信する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、伝送ケーブルを介してプロセッサと内視鏡スコープとの間で電源電圧、グランド、撮像信号、制御信号、基準クロック信号および同期信号の各々を伝送する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５５９６８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、内視鏡においては、患者負担の軽減のため、伝送ケーブルのさらなる細径化が望まれていた。しかしながら、上述した特許文献では、伝送する信号の数だけ信号線が必要となるため、さらなる伝送ケーブルの細径化を行うことができなかった。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、さらなる伝送ケーブルの細径化を行うことができる信号処理システムおよび内視鏡を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る信号処理システムは、少なくとも対をなす信号線を有する伝送路と、第１のクロックエッジの繰り返しが第１の周波数である上り信号を同相モードで前記伝送路に出力する同相信号送信部と、前記伝送路で伝送された前記上り信号から同相信号を検出する同相信号検出部と、前記同相信号検出部が検出した前記同相信号の第１のクロックエッジを基準として第２の周波数の下り基準クロック信号を生成する下り基準クロック信号生成部と、前記同相信号検出部が検出した前記同相信号の第１のクロックエッジに基づいて、下りデータを生成する下りデータ生成部と、前記下り基準クロック信号生成部が生成した前記下り基準クロック信号に基づいて、前記下りデータ生成部が生成した前記下りデータを下り信号として差動モードで前記伝送路に出力する差動信号送信部と、前記伝送路で伝送された前記下り信号を受信し、該下り信号から差動信号を抽出する差動信号受信部と、を備えることを特徴とする。

【0007】

また、本発明に係る信号処理システムは、上記発明において、前記第２の周波数は、前記第１の周波数よりも高いことを特徴とする。

【0008】

また、本発明に係る信号処理システムは、上記発明において、前記下りデータ生成部は、光を受光して光電変換を行うことによって画像データを生成する撮像素子、および加速度、温度、圧力、湿度、磁気、イオン濃度および放射線量のいずれか１つ以上の物理量を検出する物理センサを少なくとも１つ以上を有することを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る信号処理システムは、上記発明において、前記同相信号送信部は、少なくとも前記上り信号のパルス幅を変調したパルス幅変調信号または前記上り信号の振幅を変調した振幅変調信号を前記伝送路に出力し、前記同相信号検出部は、前記伝送路から伝送された前記上り信号から前記パルス幅変調信号または前記振幅変調信号を検出することを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る信号処理システムは、上記発明において、前記パルス幅変調信号または前記振幅変調信号は、水平同期信号に対応するデータパターンを含むことを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る信号処理システムは、上記発明において、前記伝送路は、電源線およびグランド線をさらに有することを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る内視鏡は、上記発明の信号処理システムと、被検体に挿入される挿入部と、所定の画像処理を行う制御装置に着脱自在に接続されるコネクタ部と、を備え、前記挿入部は、前記同相信号検出部、前記下り基準クロック信号生成部、前記下りデータ生成部および前記差動信号送信部を有し、前記コネクタ部は、前記同相信号送信部および前記差動信号受信部を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、さらなる伝送ケーブルの細径化を行うことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの全体構成を模式的に示す概略図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、図２に示す各ノードの信号波形を示す図である。

【図4】図４は、図２における各伝送路上における信号波形を模式的に示す図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態２に係る内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。

【図6】図６は、本発明の実施の形態２に係る内視鏡システムが備える同相信号検出部が検出する信号波形を模式的に示す図である。

【図7】図７は、本発明の実施の形態３に係る内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、ソース機器およびシンク機器を伝送路によって接続される信号処理システムを備えた内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して説明する。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。

【0016】

（実施の形態１）
〔内視鏡システムの構成〕
図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの全体構成を模式的に示す概略図である。図１に示した内視鏡システム１は、ソース機器として機能する内視鏡２と、伝送路として機能する伝送ケーブル３と、シンク機器として機能するコネクタ部５と、プロセッサ６（制御装置）と、表示装置７と、光源装置８と、を備える。

【0017】

内視鏡２は、伝送ケーブル３の一部である挿入部１００を被検体の体腔内に挿入することによって被検体の体内を撮像して生成した画像データをプロセッサ６へ出力する。また、内視鏡２は、伝送ケーブル３の一端側であり、被検体の体腔内に挿入される挿入部１００の先端部１０１側に、下りデータである画像データを生成する撮像部２０が設けられ、挿入部１００の基端１０２側に、内視鏡２に対する各種操作を受け付ける操作部４が接続される。撮像部２０が生成した画像データは、少なくとも１０ｃｍ以上の長さを有する伝送ケーブル３を介してコネクタ部５に出力される。

【0018】

コネクタ部５は、プロセッサ６および光源装置８に着脱自在に接続され、撮像部２０が出力する画像データに所定の信号処理を施してプロセッサ６へ出力する。

【0019】

プロセッサ６は、コネクタ部５から入力された撮像信号に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡システム１全体を統括的に接続する。

【0020】

表示装置７は、プロセッサ６が画像処理を施した画像信号に対応する画像を表示する。また、表示装置７は、内視鏡システム１に関する各種情報を表示する。

【0021】

光源装置８は、プロセッサ６の制御による制御のもと、例えばハロゲンランプや白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いて構成され、コネクタ部５、伝送ケーブル３を経由して内視鏡２の挿入部１００の先端部１０１側から被検体へ向けて照明光を照射する。

【0022】

〔内視鏡システムの要部の機能構成〕
次に、上述した内視鏡システム１の要部の機能構成について説明する。図２は、内視鏡システム１の要部の機能構成を示すブロック図である。図３は、図２に示す各ノードＰ１〜Ｐ６の信号波形を示す図である。図３において、図３の（ａ）の曲線ＬＰ１がノードＰ１の信号波形を示し、図３の（ａ）の曲線ＬＰ２がノードＰ２の信号波形を示し、図３の（ａ）の直線ＬＰ３がノードＰ３の信号波形を示し、図３の（ｂ）の曲線ＬＰ４がノードＰ４の信号波形を示し、図３の（ｃ）の曲線ＬＰ５がノードＰ５の信号波形を示し、図３の（ｄ）の折れ線ＰＬ６がノードＰ６の信号波形を示す。また、図３において、横軸が時間（ｔ）を示し、縦軸が電圧（ｖ）を示す。

【0023】

〔内視鏡の構成〕
まず、内視鏡２について説明する。
図２に示すように、内視鏡２は、撮像部２０と、伝送ケーブル３と、コネクタ部５と、を備える。

【0024】

図２に示すように、撮像部２０は、少なくとも第１チップ２１を備える。第１チップ２１は、後述する複数の機能素子の各々が配置される水平面方向の大きさが１ｃｍ×１ｃｍよりも小さい単層または積層された半導体基板である。また、撮像部２０は、伝送ケーブル３を介してプロセッサ６内の電源部６６で生成された電源電圧ＶＤＤおよびグランドＧＮＤの電気信号を受け取る。

【0025】

第１チップ２１は、同相信号検出部２２と、タイミング生成部２３と、下りデータ生成部２４と、下り基準クロック信号生成部２５と、下り信号処理部２６と、差動信号送信部２７と、を有する。

【0026】

同相信号検出部２２は、伝送ケーブル３を介してコネクタ部５から同相モード（同相モード信号）で伝送された第１のクロックエッジの繰り返しが第１の周波数である上り信号から同相信号である基準クロック信号を検出する。同相信号検出部２２は、抵抗器Ｒ１,Ｒ２と、バッファ回路２２１（ソースフォロワ回路：ＳＦ回路）と、ハイパスフィルタ回路２２２と、比較器２２３と、バッファ回路２２４と、を有する。抵抗器Ｒ１と、抵抗器Ｒ２とは、同じ抵抗値を有する。バッファ回路２２１は、抵抗器Ｒ１,Ｒ２の中間電圧の信号ＶＯＵＴＣＯＭ（図３の曲線ＬＰ１）をバッファして出力する回路であり、信号ＶＯＵＴＣＯＭが、後段のハイパスフィルタ回路２２２の入力容量の影響により歪むことを防止する。ハイパスフィルタ回路２２２は、コンデンサＣ１０および抵抗器Ｒ１０からなるＲＣ回路を用いて構成され、バッファ回路２２１で増幅された信号に対して遮断周波数より低い周波数の成分を減衰させた信号ＶＯＵＴＣＯＭ＿ＨＰ（図３の曲線ＬＰ２）を出力する。比較器２２３は、第１端子にハイパスフィルタ回路２２２から入力された信号ＶＯＵＴＣＯＭ＿ＨＰの電圧と基準電圧ＶＲＥＦの電圧（図３の直線ＬＰ３）との大小を比較してプレ基準クロック信号ＰＲＥ＿ＢＡＳＥ＿ＣＬＫ（図３の曲線ＬＰ４）を生成して出力する。バッファ回路２２４は、比較器２２３から入力された基準クロック信号ＢＡＳＥ＿ＣＬＫを増幅してタイミング生成部２３および下り基準クロック信号生成部２５の各々へ基準クロック信号ＢＡＳＥ＿ＣＬＫ出力する（図３の曲線ＬＰ５）。

【0027】

タイミング生成部２３は、伝送ケーブル３を介してコネクタ部５から入力された同期信号および同相信号検出部２２から入力された基準クロック信号ＢＡＳＥ＿ＣＬＫに基づき下りデータ生成部２４を駆動するためのタイミング信号を生成して下りデータ生成部２４へ出力する。タイミング生成部２３は、タイミングジェネレータ等を用いて構成される。

【0028】

下りデータ生成部２４は、タイミング生成部２３から入力されるタイミング信号に基づいて、伝送ケーブル３およびコネクタ部５を介してプロセッサ６へ伝送するための下りデータを生成し、この下りデータを下り信号処理部２６へ出力する。下りデータ生成部２４は、入射光を光電変換するとによって画像データを生成するＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサの撮像素子、および物理量を検出する物理センサの少なくとも１つ以上を有する。ここで、物理センサとしては、撮像部２０の移動を検出する加速度センサやジャイロセンサ等の移動データを生成する検出センサ、撮像部２０の温度を検出して温度データを生成するサーミスタ等の温度センサ、圧力を検出して圧力データを生成する圧力センサ、湿度を検出して湿度データを生成する湿度センサ、磁気を検出して磁気データを生成する磁気センサおよび水素イオンのイオン濃度を検出して水素イオン指数データを検出するｐＨセンサ、および放射線量を検出して放射線データを生成する放射線センサのいずれか１つ以上の物理センサや化学センサ等が用いられる。本実施形態において、撮像素子は、入射光に応じた電気信号を出力するフォトダイオードが半導体基板面内の水平、垂直方向に２次元的に配置された回路ブロックであるＣＭＯＳイメージセンサとして説明するが、別の実施形態における撮像素子は、フォトダイオードが半導体基板面内の水平方向のみに配置されたラインセンサであっても構わない。なお、下りデータ生成部２４には、必要に応じて、物理センサや化学センサが出力するアナログ信号に対して所定の信号処理、例えば増幅処置やフィルタリング等を含むアナログの信号処理回路が搭載されている。本実施例の場合、下りデータ生成部２４は、下りデータ生成部２４内に実装されたＡ／Ｄ変換処理回路によりデジタル信号に変換された下りデータを出力する。即ち、下りデータ生成部２４は、下りデータとして画像データを表すデジタルデータを生成して下り信号処理部２６へ出力する。なお、本実施の形態では、撮像素子のピクセルレートが１０Ｍｐｉｘｅｌ／ｓｅｃであり、Ａ／Ｄ変換処理回路が１０ビット幅のデータを出力するものとして以降の説明を行う。

【0029】

下り基準クロック信号生成部２５は、同相信号検出部２２から入力された同相信号の基準クロック信号ＢＡＳＥ＿ＣＬＫの第１のクロックエッジを基準とした、第２の周波数のクロック信号であって、差動信号送信部２７が下り信号を送信する際の下り基準信号となる下り基準クロック信号を生成して下り信号処理部２６へ出力する（図３の折れ線ＬＰ６）。下り基準クロック信号生成部２５は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等を用いて構成され、同相信号検出部２２から入力された、第１のクロックエッジが第１の周波数である基準クロック信号ＢＡＳＥ＿ＣＬＫの周波数を第２の周波数に逓倍して下り信号処理部２６へ出力する。具体的には、下り基準クロック信号生成部２５は、同相信号検出部２２から入力された基準クロック信号（例えば１０ＭＨｚのクロック信号：以降１０ＭＣＬＫ）を１倍以上、具体的には１０倍（例えば１００ＭＨｚのクロック信号：以降１００ＭＣＬＫ）にして下り信号処理部２６へ出力する。

【0030】

下り信号処理部２６は、下りデータ生成部２４から入力された画像データをパラレル−シリアル変換し、下り基準クロック信号生成部２５が生成した下り基準クロック信号に同期したタイミングで差動信号送信部２７へ出力する。本実施の形態における画像データは、１０Ｍｐｉｘｅｌ／ｓｅｃ、１０ビット幅データであるため、１００ＭＣＬＫに同期させた画像データをシリアルデータとして差動信号送信部２７に出力している。下り信号処理部２６は、パラレル−シリアル変換以外にも、必要に応じて、エラー訂正用の冗長ビット情報を付加したりしても良いし、マンチェスター符号化や、ターボ符号化といった、符号化処理を行っても良い。

【0031】

差動信号送信部２７は、伝送ケーブル３における２本の伝送線３４,３５を介して下り信号処理部２６から入力された下りデータを差動モードでコネクタ部５へ伝送する。差動信号送信部２７は、少なくとも差動信号送信アンプ部２７１（ＬＶＤＳ：LOW Voltage Differential Signaling）を有する。

【0032】

〔伝送ケーブルの構成〕
次に、伝送ケーブル３の構成について説明する。
伝送ケーブル３は、例えば同軸ケーブル等を用いて構成され、電源電圧ＶＤＤを伝送する伝送線３１（電源線）と、グランド線３２と、同期信号を伝送する伝送線３３と、差動信号を伝送する１対の伝送線３４,３５と、を有する。伝送ケーブル３は、例えば長さ１０ｃｍ以上であり、撮像部２０とコネクタ部５とを接続する。

【0033】

〔コネクタ部の構成〕
次に、コネクタ部５の構成について説明する。
コネクタ部５は、コンデンサＣ２,Ｃ３と、抵抗器Ｒ３,Ｒ４と、同期信号生成部５２と、上り信号生成部５３と、同相信号送信部５４と、差動信号受信部５５と、受信信号処理部５６と、を有する。

【0034】

コンデンサＣ２,Ｃ３は、各々が伝送線３４,３５に設けられ、伝送線３４,３５に含まれる直流成分を除去する。

【0035】

伝送線３４,３５の特性インピーダンスを整合させるため、抵抗器Ｒ３,Ｒ４が、各々の伝送線３４,３５の終端側に設けられている。抵抗器Ｒ３と、Ｒ４とは、同じ抵抗値を有する。

【0036】

同期信号生成部５２は、プロセッサ６の制御部６４およびクロック生成部６５から供給され、内視鏡２の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号および制御コマンドに基づいて、各フレームのスタート位置を表す同期信号を生成し、伝送ケーブル３を介して同期信号をタイミング生成部２３へ出力する。ここで、同期信号生成部５２が生成する同期信号には、水平同期信号と垂直同期信号とが含まれる。

【0037】

上り信号生成部５３は、プロセッサ６の制御部６４およびクロック生成部６５から供給されたクロック信号に基づいて、第１のクロックエッジの繰り返しが第１の周波数である基準クロック信号を生成して同相信号送信部５４へ出力する。

【0038】

同相信号送信部５４は、上り信号生成部５３から入力された第１のクロックエッジの繰り返しが第１の周波数（例えば１０ＭＣＬＫ）である基準クロック信号を含む上り信号を同相モードで伝送ケーブル３へ出力することによって撮像部２０へ基準クロック信号を伝送する。

【0039】

差動信号受信部５５は、伝送ケーブル３を介して差動モードで伝送された同相信号を含む差動信号を受信して、差動信号に含まれるデジタル情報のみを抽出する。差動信号受信部５５は、伝送ケーブル３を介して伝送された同相信号を含む差動信号の中から、差動信号の成分のみを抽出する差動アンプ５５１と、差動アンプ５５１から出力された差動信号を整形し、デジタル信号に変換して出力する差動シングルエンド変換器５５２と、を有する。

【0040】

受信信号処理部５６は、差動信号受信部５５から入力された信号に対して所定の処理を行ってプロセッサ６の画像処理部６１へ出力する。

【0041】

〔プロセッサの構成〕
次に、プロセッサ６の構成について説明する。
プロセッサ６は、内視鏡システム１の全体を統括的に制御する制御装置である。プロセッサ６は、画像処理部６１と、記録部６２と、入力部６３と、制御部６４と、クロック生成部６５と、電源部６６と、を備える。

【0042】

画像処理部６１は、制御部６４の制御のもと、受信信号処理部５６で信号処理が施されたデジタルの撮像信号に対して、同時化処理、ホワイトバランス（ＷＢ）調整処理、ゲイン調整処理、γ補正処理、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換処理、フォーマット変換処理等の画像処理を行って画像信号に変換し、この画像信号を表示装置７へ出力する。

【0043】

記録部６２は、内視鏡システム１が実行する各種プログラム、処理中のデータおよび画像データ等を記録する。記録部６２は、揮発性メモリや不揮発性メモリを用いて構成される。

【0044】

入力部６３は、内視鏡システム１に関する各種操作の入力を受け付ける。例えば、入力部６３は、光源装置８が出射する照明光の種別を切り替える指示信号や終了を指示する指示信号の入力を受け付ける。入力部６３は、例えば十字スイッチ、プッシュボタン、タッチパネル等を用いて構成される。

【0045】

制御部６４は、内視鏡システム１を構成する各部を統括的に制御する。制御部６４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成される。制御部６４は、入力部６３から入力された指示信号に応じて、光源装置８が出射する照明光を切り替える。

【0046】

クロック生成部６５は、内視鏡システム１の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号を生成し、この基準クロック信号を同期信号生成部５２および上り信号生成部５３へ出力する。

【0047】

電源部６６は、電源電圧ＶＤＤを生成し、この生成した電源電圧ＶＤＤをグランドＧＮＤとともに、撮像部２０へ供給する。

【0048】

〔表示装置の構成〕
次に、表示装置７の構成について説明する。
表示装置７は、画像処理部６１から入力される画像信号に基づいて、撮像部２０が撮像した画像を表示する。表示装置７は、液晶や有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の表示パネル等を用いて構成される。

【0049】

〔各伝送路上における信号波形〕
次に、図２における各伝送路上における信号波形について説明する。図４は、図２における各伝送路上における信号波形を模式的に示す図である。図４において、図４の（ａ）が差動信号送信部２７によって送信される差動信号の信号波形を示し、図４の（ｂ）が同相信号送信部５４によって送信される基準クロック信号の信号波形を示し、図４の（ｃ）が、図２中の伝送線３４，３５上で実際に伝送される信号波形を示し、図４の（ｄ）が差動信号送信部２７によって送信される差動信号の差信号波形を示す。また、図４の（ａ）〜（ｄ）において、横軸が時間（ｔ）を示し、縦軸が電圧（ｖ）を示す。さらに、図４の（ａ）の曲線Ｌ２，Ｌ３が図２中の伝送線３４，３５で送信される差動信号の波形を示し、図４の（ｂ）に記載された折れ線Ｌ１が同相信号送信部５４によって送信される基準クロック信号の信号波形を示し、図４の（ｃ）曲線Ｌ２’，Ｌ３’が図２中の伝送線３４，３５上で実際に伝送される差動信号を示す。曲線Ｌ２’，Ｌ３’は、折れ線Ｌ１に、曲線Ｌ２および曲線Ｌ３を重ねあわせた波形をしている。図４の（ｄ）の曲線Ｌ４は、曲線Ｌ２’とＬ３’の差により表される差動信号の差信号波形であり、この差信号波形が曲線Ｌ２と曲線Ｌ３の差により表される差動信号の差信号波形と同じである。曲線Ｌ２，Ｌ３Ｌ２’，Ｌ３’および曲線Ｌ４に示すように、差動信号送信部２７によって送信される差動信号の差信号波形の振幅Ｄ２は、図２中の伝送線３４，３５上に現れる信号である曲線Ｌ２’とＬ３’の振幅Ｄ１の２倍の振幅となる。

【0050】

図４の（ｃ）に示すように、同相信号送信部５４は、抵抗器Ｒ１,Ｒ２の中間電圧の信号ＶＯＵＴＣＯＭを同相モードで伝送線３４,３５に伝送する。これにより、差動信号送信部２７により一対の伝送線３４,３５に出力された差動モードの信号に重ね合わせて、同相モードの信号である基準クロック信号同時に伝送することができる。

【0051】

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、従来必要だった、一対の伝送線３４,３５基準信号、およびクロック信号の３本の線を、２本に集約することができるので、伝送ケーブル３の細径化を行うことができる。

【0052】

また、本発明の実施の形態１によれば、同相信号送信部５４が第１のクロックエッジの繰り返しが第１の周波数である上り信号を同相モードで伝送線３４，３５に出力すると同時に、差動信号送信部２７が撮像信号を差動モードで伝送線３４，３５に出力するので、全二重通信を実現することができる。全二重通信により、下り基準クロック信号生成部２５が生成する第２の周波数の下り基準クロック信号は、常時供給され続ける上り信号の第１のクロックエッジの繰り返しの周期に基づいて生成されるため、高い周波数精度の下り基準クロック信号を生成することができる。

【0053】

また、本発明の実施の形態１によれば、同相信号検出部２２が同相モードで送信された第１のクロックエッジの繰返しが第１の周波数である上り信号を検出し、下り基準クロック信号生成部２５が第１の周波数よりも高い周波数である第２の周波数の下り基準クロック信号を生成し、差動信号送信部２７が第２の周波数の映像信号（画像データ）を差動モードで伝送ケーブル３に送信する。一般に、ケーブルの直径を一定にした場合、同相モード（シングルエンド）伝送よりも、差動モード伝送の方が、高速な信号伝送が可能である。この結果、本発明の実施の形態１によれば、相対的に低速な、第１の周波数で遷移する上り信号を同相モードに割り当て、かつ、相対的に高速な、第２の周波数で遷移する下り信号（映像信号）を差動モードに割り当てることにより、より細径の伝送ケーブル３であっても信号の伝送を行うことができる。

【0054】

また、本発明の実施の形態１によれば、ケーブル線の集約により、第１チップ２１と伝送ケーブル３とを接続するために必要だった、ボンディング用パッドの数を１個分減らすことができる。同相信号検出部２２は、バッファ回路２２１、ハイパスフィルタ回路２２２、比較器２２３およびバッファ回路２２４という簡素な構成により実現されているため、これらの回路ブロックを実現するために必要なチップ面積を一般的なボンディング用パッドに必要とされる面積よりも小さくすることができる。この結果、第１チップ２１の面積を削減することができる。

【0055】

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る内視鏡システムは、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と構成が異なる。具体的には、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１は、同期信号を単独で第１チップ２１に伝送していたが、本実施の形態２に係る内視鏡システムは、同相モードで基準クロック信号および同期信号を重畳して伝送する。以下においては、本実施の形態２に係る内視鏡システムの構成について説明する。なお、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

【0056】

〔内視鏡システムの要部の機能構成〕
図５は、本発明の実施の形態２に係る内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。図５に示す内視鏡システム１Ａは、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１の内視鏡２に換えて、内視鏡２Ａを備える。

【0057】

〔内視鏡の構成〕
図５に示す内視鏡２Ａは、上述した実施の形態１に係る伝送ケーブル３およびコネクタ部５に換えて、伝送ケーブル３Ａおよびコネクタ部５Ａを備える。

【0058】

〔伝送ケーブルの構成〕
まず、伝送ケーブル３Ａの構成について説明する。
伝送ケーブル３Ａは、例えば同軸ケーブル等を用いて構成され、電源電圧ＶＤＤを伝送する伝送線３１と、グランド線３２と、差動信号を伝送する２本の伝送線３４，３５と、を有する。

【0059】

〔コネクタ部の構成〕
次に、コネクタ部５Ａの構成について説明する。
図５に示すコネクタ部５Ａは、上述した実施の形態１に係るコネクタ部５の同期信号生成部５２、同相信号送信部５４に換えて、同期信号生成部５２Ａおよび同相信号送信部５４Ａを備える。

【0060】

同期信号生成部５２Ａは、プロセッサ６の制御部６４およびクロック生成部６５から供給され、内視鏡２Ａの各構成部の動作の基準となる基準クロック信号および制御コマンドに基づいて、各フレームのスタート位置を表す同期信号を生成し、この同期信号を同相信号送信部５４Ａへ出力する。

【0061】

同相信号送信部５４Ａは、上り信号生成部５３から入力された基準クロック信号および同期信号生成部５２Ａから入力された同期信号を含む上り信号を同相モードで伝送ケーブル３Ａへ出力することによって撮像部２０へ基準クロック信号および同期信号を伝送する。具体的には、同相信号送信部５４Ａは、少なくとも上り信号のパルス幅を変調したパルス幅変調信号または、上り信号の振幅を変調した振幅変調信号の一方を伝送ケーブル３Ａへ出力する。例えば、同相信号送信部５４Ａは、基準クロック信号に同期信号を重畳することによって、パルス幅を変調したパルス幅変調信号を生成して伝送ケーブル３Ａへ出力する。

【0062】

〔同相信号検出部が検出する信号波形〕
次に、図５における同相信号検出部２２が検出する信号波形について説明する。図６は、同相信号検出部２２が検出する信号波形を模式的に示す図である。図６において、図６の（ａ）の曲線ＬＰ１’が同相信号検出部２２に入力された、パルス幅変調済みの基準クロック信号（図３のＬＰ１に該当する信号）を示し、図６の（ｂ）の折れ線ＬＰ５’が同相信号検出部２２により抽出、整形された下り基準クロック信号（図３のＬＰ５に該当する信号を示し、図６の（ｃ）の折れ線ＬＰ６が下り基準クロック信号生成部２５により生成された下り基準クロック信号を示す（第１のクロックエッジの位置は、上述した図３と同じため、図３のＬＰ６と図６のＬＰ６は同じ信号になっている）。また、図６の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）において、横軸が時間（ｔ）を示し、縦軸が電圧（Ｖ）を示す。また、図６において、各波形が出現、抽出される原理は、上述した図３で説明した通りであり、詳細は省略する。

【0063】

図６に示すように、下り基準クロック信号生成部２５は、下り信号処理部２６およびタイミング生成部２３の各々に下り基準クロック信号を出力する。タイミング生成部２３は、同相信号検出部２２から入力された基準クロック信号である折れ線ＬＰ５’と、下り基準クロック信号生成部２５から入力された下り基準クロック信号である折れ線ＬＰ６とに基づき、上り信号であるパルス幅変調信号から同期信号を検出する。例えば、図６の（ｂ）の折れ線ＬＰ５’の下部に示すように、タイミング生成部２３は、折れ線ＬＰ５’に示す基準クロック信号の各々の第１のクロックエッジ（ここでは立ち上がりエッジ）を基点として、図６の（ｃ）の折れ線ＬＰ６に示す下り基準クロック信号の６番目のクロックの立ち上がりエッジのタイミング（図６における時刻ｔ１〜ｔ６）における基準クロック信号である折れ線ＬＰ５’が「１（Ｈｉｇｈ）」か「０（Ｌｏ）」であるかによって、同期信号の検出を行う。図６の例では、「１」、「１」、「１」、「０」、「０」および「１」を同期信号として検出し、この検出結果に基づいたタイミング制御信号を下りデータ生成部２４へ出力する。これにより、同期信号を伝送するための伝送線を省略することができるので、伝送ケーブル３Ａを細径化できる。

【0064】

図６に示す場合、撮像部２０へ伝送される基準クロック信号および同期信号の内、パルス幅変調信号が同期信号に該当し、パルス幅変調信号のデータ列が「１」、「１」、「１」、「０」、「０」、「１」のデータパターンである場合、水平ラインの読み出しを開始する水平同期信号に対応する。このため、タイミング生成部２３は、パルス幅変調信号のデータ列が「１」、「１」、「１」、「０」、「０」、「１」のデータパターンである場合、水平ラインの読み出しを開始する水平同期信号と判断し、水平方向（ライン方向）への読み出しを開始する。また、パルス幅変調信号のデータ列が「１」、「０」、「１」、「０」、「１」、「１」のデータパターンである場合、映像フレームの読み出しを開始する垂直同期信号に対応する。このため、タイミング生成部２３は、パルス幅変調信号のデータ列が「１」、「０」、「１」、「０」、「１」、「１」のデータパターンである場合、映像フレームの読み出しを開始する垂直同期信号と判断し、垂直方向（映像１フレーム分の読み出し）を開始する。さらに、同相信号送信部５４Ａは、同期信号生成部５２Ａが同期信号を出力しない期間中において、パルス幅変調信号のデータ列が「０」となるような信号を出力し続ける。

【0065】

なお、同期信号は、タイミング生成部２３が水平ラインまたは映像フレームの開始を判別出来さえすれば、任意のデータ列であってよい。例えば、水平ラインの開始を意味する同期信号は、「０」、「１」、「０」、「１」としても良いし、映像フレームの読み出し開始を意味する同期信号は、「０」、「０」、「１」、「１」としても良い。さらに、同相信号送信部５４Ａは、同期信号生成部５２Ａが同期信号を出力しない期間中において、パルス幅変調信号のデータ列が「１」となるように出力し続けても良い。

【0066】

なお、曲線ＬＰ１’の波形は、第１のクロックエッジである立ち上がりエッジが、繰り返し周波数が第１の周波数ｆ１で一定であり、立ち下がりのクロックエッジの位置が、折れ線ＬＰ６に示す下り基準クロックの６番目のクロックの立ち上がりエッジ位置に対して早く出現するか、遅く出現するかによってパルスの幅の長短を判別するパルス幅変調信号である。このため、図６の（ｄ）の折れ線ＬＰ５’’に示すように、第１のクロックエッジは、立ち下がりエッジであり、繰り返し周波数が第１の周波数ｆ１で一定であり、立ち上がりのクロックエッジの位置が、図６における時刻ｔ１〜ｔ６のクロックの立ち上がりエッジ位置に対して早く出現するか、遅く出現するかによってパルスの幅の長短を判別するパルス幅変調信号であっても良い。

【0067】

さらに、図６の（ｅ）の折れ線ＬＰ５’’’に示すように、第１のクロックエッジは、立ち上がりエッジであり、繰り返し周波数が第１の周波数ｆ１で一定であり、立ち上がりのクロックエッジの電圧が閾値ＴＬ以上であるか、閾値ＴＬ未満であるかによってパルスの電圧の大きさを判別するパルス幅変調信号であっても良い。

【0068】

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、同相信号送信部５４Ａが少なくとも上り信号のパルス幅を変調したパルス幅変調信号若しくは、上り信号の振幅を変調した振幅変調信号の一方を伝送ケーブル３Ａへ出力することによって、同期信号を基準クロック信号に重畳することによって、伝送ケーブル３Ａにおける伝送線の数を４本にすることができるので、伝送ケーブル３Ａの細径化を行うことができる。

【0069】

なお、本発明の実施の形態２では、同相信号送信部５４Ａが上り信号のパルス幅を変調したパルス幅変調信号を伝送ケーブル３Ａに出力していたが、これに限定されることなく、上り信号の振幅を変調した振幅変調信号を伝送ケーブル３Ａへ出力してもよいし、上り信号のパルス幅および振幅の各々を変調して伝送ケーブル３Ａへ出力してもよい。

【0070】

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態２に係る内視鏡システムは、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と構成が異なる。具体的には、本実施の形態３に係る内視鏡システムは、同相信号検出部の構成が異なる。以下においては、本実施の形態３に係る内視鏡システムの構成について説明する。なお、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

【0071】

〔内視鏡システムの要部の機能構成〕
図７は、本発明の実施の形態３に係る内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。図７に示す内視鏡システム１Ｂは、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１の内視鏡２に換えて、内視鏡２Ｂを備える。

【0072】

〔内視鏡の構成〕
図７に示す内視鏡２Ａは、上述した実施の形態１に係る同相信号検出部２２に換えて、同相信号検出部２２Ｂを備える。同相信号検出部２２Ｂは、伝送ケーブル３を介してコネクタ部５から同相モード（同相モード信号）で伝送された第１のクロックエッジの繰り返しが第１の周波数である上り信号から同相信号である基準クロック信号を検出する。同相信号検出部２２Ｂは、上述した実施の形態１に係るハイパスフィルタ回路２２２に換えて、ローパスフィルタ回路２２２Ｂを備える。ローパスフィルタ回路２２２Ｂは、コンデンサＣ１０Ｂおよび抵抗器Ｒ１０ＢからなるＲＣ回路を用いて構成され、バッファ回路２２１でバッファされた信号に対して遮断周波数より高い周波数の成分を減衰させた信号ＶＯＵＴＣＯＭ＿ＬＰを出力する。

【0073】

以上説明した本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、従来技術において必要だった伝送ケーブル３の信号線の数を１本減らすことができるので、伝送ケーブル３の細径化を行うことができる。

【0074】

（その他の実施の形態）
上述した本発明の実施の形態１，２，３に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、上述した本発明の実施の形態１，２に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、上述した本発明の実施の形態１，２，３で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【0075】

また、本発明の実施の形態１，２，３では、制御装置と光源装置とが別体であったが、一体的に形成してもよい。

【0076】

また、本発明の実施の形態１，２，３では、上述してきた「部」は、「手段」や「回路」などに読み替えることができる。例えば、制御部は、制御手段や制御回路に読み替えることができる。

【0077】

また、本発明の実施の形態１，２，３に記載された同相信号送信部は、説明を簡略にするために単純な矩形波を送信するものとして説明したが、伝送ケーブルにおける高周波成分の減衰を補うために、矩形波における（立ち上がり、立ち下がりの）高周波成分のみを予め増強した、プリエンファシス処理が行われた矩形波であっても良く。同相信号送信部５４、５４Ａには、図示しないプリエンファシス機構が具備されていてもよい。

【0078】

また、本発明の実施の形態１，２では、内視鏡システムであったが、例えばカプセル型の内視鏡、被検体を撮像するビデオマイクロスコープ、撮像機能を有する携帯電話および撮像機能を有するタブレット型端末であっても適用することができる。

【0079】

以上、本願の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、本発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

【符号の説明】

【0080】

１，１Ａ，１Ｂ 内視鏡システム
２，２Ａ，２Ｂ 内視鏡
３，３Ａ 伝送ケーブル
４ 操作部
５，５Ａ コネクタ部
６ プロセッサ
７ 表示装置
８ 光源装置
２０ 撮像部
２１ 第１チップ
２２，２２Ｂ 同相信号検出部
２３ タイミング生成部
２４ 下りデータ生成部
２５ 下り基準クロック信号生成部
２６ 下り信号処理部
２７ 差動信号送信部
３１，３３，３４，３５ 伝送線
３２ グランド線
５１ 電源電圧生成部
５２，５２Ａ 同期信号生成部
５３ 上り信号生成部
５４，５４Ａ 同相信号送信部
５５ 差動信号受信部
５６ 受信信号処理部
１００ 挿入部
１０１ 先端部
１０２ 基端
２２１，２２４ バッファ回路
２２２ ハイパスフィルタ回路
２２２Ｂ ローパスフィルタ回路
２２３ 比較器
２２４ バッファ回路
２７１ 差動信号送信アンプ部
５５１ 差動アンプ
５５２ 差動シングルエンド変換器
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ

【要約】

さらなる伝送ケーブルの細径化を行うことができる信号処理システムおよび内視鏡を提供する。信号処理システムは、上り信号を同相モードで伝送ケーブル３に出力する同相信号送信部５４と、上り信号から同相信号を検出する同相信号検出部２２と、同相信号のクロックエッジを基準として第２の周波数の下り基準クロック信号を生成する下り基準クロック信号生成部２５と、下りデータを生成する下りデータ生成部２４と、下り基準クロック信号に基づいて、下りデータを下り信号として差動モードで伝送ケーブル３に出力する差動信号送信部２７と、下り信号から差動信号を抽出する差動信号受信部５５と、を備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】