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Dokumentenidentifikation DE102007014974A1 31.10.2007
Titel Endoskop
Anmelder Pentax Corp., Tokyo, JP
Erfinder Kubo, Wataru, Tokyo, JP;
Oono, Masahiro, Tokyo, JP;
Arimoto, Akira, Tokyo, JP;
Arai, Shinichi, Tokyo, JP;
Sato, Koichi, Tokyo, JP;
Tsutamura, Koichi, Tokyo, JP;
Takayama, Shinichi, Tokyo, JP
Vertreter Schaumburg, Thoenes, Thurn, Landskron, 81679 München
DE-Anmeldedatum 28.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007014974
Offenlegungstag 31.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse H04N 7/18(2006.01)A, F, I, 20070724, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61B 1/04(2006.01)A, L, I, 20070724, B, H, DE   G02B 23/24(2006.01)A, L, I, 20070724, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Endoskop umfasst eine elektrische Betrachtungseinheit und einen Prozessor. Die elektrische Betrachtungseinheit hat einen CMOS-Sensor und eine Videosignalausgabeeinheit, die ein Bildsignal ausgibt, das von dem CMOS-Sensor abgebildet wird und das in ein Lichtsignal umgesetzt wird. Der Prozessor hat eine Videosignal-Photosensoreinheit, die Licht, betreffend das Bildsignal, empfängt, das von der Videosignal-Ausgabeeinheit ausgegeben wird, und der, basierend auf dem das Bildsignal betreffenden Licht, eine Bildverarbeitungsoperation durchführt.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Endoskop und insbesondere eine Lichtsignalübertragungseinrichtung.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Es wird ein Endoskop vorgeschlagen, das eine Lichtsignalübertragungseinrichtung zwischen der elektrischen Betrachtungseinheit und dem Prozessor hat.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. H10-295635 offenbart ein Endoskop, das eine Lichtsignalübertragungseinrichtung zum Übertragen von Bildsignalen von dem Endoskop zu dem Prozessor hat.

Da jedoch das CCD-Element und die Treiberschaltung für das CCD-Element an dem distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit angeordnet sind, wird der distale Endteil groß. In dem Fall, in dem die Treiberschaltung für das CCD-Element in dem Prozessor angeordnet ist, werden die positive Stromleitung, die negative Stromleitung und eine Steuerleitung zum Ansteuern des CCD-Elements benötigt, was ein dickes Kabel zwischen der elektrischen Betrachtungseinheit und dem Prozessor erfordert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Einrichtung anzugeben, die zum Übertragen von Signalen Licht verwendet, ohne den distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit zu vergrößern.

Gemäß vorliegender Erfindung umfasst ein Endoskop eine elektrische Betrachtungseinheit und einen Prozessor. Die elektrische Betrachtungseinheit hat einen CMOS-Sensor und eine Videosignalausgabeeinheit, die ein Bildsignal ausgibt, das von dem CMOS-Sensor abgebildet wird und das in ein Lichtsignal umgesetzt wird. Der Prozessor hat eine Videosignal-Photosensoreinheit, die Licht betreffend das Bildsignal empfängt, das von der Videosignal-Ausgabeeinheit ausgegeben wird, und der basierend auf dem das Bildsignal betreffenden Licht eine Bildverarbeitungsoperation durchführt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen

1 ein Blockschaltbild des Endoskops nach dem ersten, dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel ist;

2 eine Seitenansicht der Abbildungseinheit in dem ersten Ausführungsbeispiel ist;

3 eine Draufsicht der Abbildungseinheit in dem ersten Ausführungsbeispiel ist;

4 eine Draufsicht der Abbildungseinheit in dem zweiten Ausführungsbeispiel ist;

5 eine Draufsicht der Abbildungseinheit in dem dritten Ausführungsbeispiel ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Wie in 1 gezeigt, ist ein elektrisches Endoskopsystem 1, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft, mit einer elektrischen Betrachtungseinheit 10 und einem Prozessor 30 ausgestattet.

Die elektrische Betrachtungseinheit 10 hat eine Beleuchtungseinheit 11, ein optisches Objektivsystem 13 und eine Abbildungseinheit 15 am distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit. Die Abbildungseinheit 15 bildet einen Körper (ein hohles Inneres eines Organs) usw, ab, welches das fotografische Objekt darstellt, und wird von der Beleuchtungseinheit 11 durch das optische Objektivsystem 13 beleuchtet.

Die Beleuchtungseinheit 11 hat einen Lichtleiter 11a und eine Beleuchtungslinse 11b.

Die Abbildungseinheit 15 hat einen CMOS-Sensor 15a, eine CDS (Correlated Double Sampling; korrelierte Doppelabtastung)-Schaltung 15b, einen ADU (Analog-Digital-Umsetzer) 15c, einen Videosignal-LD-Treiber 15d, eine Videosignalausgabeeinheit 15e, die aus einer VCSEL-Laserdiode (Vertical Cavity Surface Emitting Laser usw.) besteht, ein Videosignal-Lichtwellenleiterkabel 15f, ein Steuersignal-Lichtwellenleiterkabel 17a, eine Steuersignal-Photosensoreinheit 17b, die aus einer Photodiode usw. (PD) besteht, einen Steuersignal-PLL-Dekodierer 17c, einen Taktgeber (TG) 17d, ein Stromversorgungskabel 19a und eine Stromversorgungseinheit 19b.

Die Abbildungseinheit 15 hat eine Keramikleiterplatte 14a, eine CMOS-Sensorspitze 14b, die aus einer Siliziumleiterplatte besteht, ein Abbildungsprisma 14c, eine Drahtverbindung 14d, einen Leiterrahmen 14e, eine Videosignal-Kondensorlinse 16a, ein Videosignalprisma 16b, ein Steuersignalprisma 18a, ein Steuersignal-Kondensorprisma 18b und einen Überbrückungskondensator 19c als Befestigungsteil (siehe 2 und 3). In 3 entfallen das Abbildungsprisma 14c, die Videosignal-Kondensorlinse 16a, das Videosignalprisma 16b, das Steuersignalprisma 18a und die Steuersignal-Kondensorlinse 18b.

Der Prozessor 30 führt der elektrischen Betrachtungseinheit 10 sowohl Licht als auch elektrische Energie zu, führt an dem Bildsignal des von der elektrischen Betrachtungseinheit 10 abgebildeten fotografischen Objekt eine Bildverarbeitungsoperation durch und wandelt das Bildsignal in ein Videosignal um, das auf einem (nicht dargestellten) Fernsehbildschirm angezeigt werden kann.

Der Prozessor 30 hat eine Lichtquelleneinheit 31, eine Videosignal-Photosensoreinheit 35a, die aus einer Photodiode usw. (PD) besteht, einen Videosignal-PLL-Dekodierer 35b, eine DSP-Schaltung 35c, einen DAU (Digital-Analog-Umsetzer) 35d, einen Kodierer 35e, eine CPU 37a, einen Synchronisationssignalgenerator (SSG) 37b, einen Steuersignal-LD-Treiber 37c, eine Steuersignalausgabeeinheit 37d, die aus einer FP-LD (Fabry-Perot Laserdiode) usw. besteht, und eine CMOS-Stromversorgungseinheit 39.

Die Lichtquelleneinheit 31 ist eine Beleuchtungsschaltung, die eine Xenonlampenlichtquelle usw. hat, die ein Licht beleuchtet, das auf das fotografische Objekt scheint. Da Licht von der Lichtquelleneinheit 31 erreicht das fotografische Objekt vom distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit 10, nachdem es sich durch den Lichtleiter 11a und die Beleuchtungslinse 11b bewegt hat.

Das fotografische Objekt wird als optisches Bild durch das optische Objektivsystem 13 von dem CMOS-Sensor 15a abgebildet. Nach der korrelierten Doppelabtastung und der A/D-Umsetzung durch die CDS 15b bzw. den ADU 15c wird das optische Bild von der DSP-Schaltung 35c des Prozessors 30 verarbeitet.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird der CMOS-Sensor als Abbildungssensor verwendet. Da der Verstärker für den CMOS-Sensor nahe dem Photosensor (dem CMOS-Sensor) angeordnet ist, der das Licht empfängt, gibt es ein geringeres Auftreten von Signalrauschen gegenüber dem Fall, wenn ein CCD-Sensor als Abbildungssensor verwendet wird.

Da zudem eine einzige Stromversorgungseinheit zum Ansteuern verwendet wird, die +3,3 Volt bereitstellt, ergibt sich ein Vorteil hinsichtlich des geringen Verdrahtungsaufwands zwischen dem distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 und dem Prozessor 30.

Die Übertragung des Bildsignals von dem ADU 15c der elektrischen Betrachtungseinheit 10 zu der DSP-Schaltung 35c des Prozessors 30 erfolgt über Licht. Insbesondere wird das Bildsignal durch den ADU 15c in ein digitales Signal umgesetzt, wird dann von dem Videosignal-LD-Treiber 15d in ein Ein/Aus-Lichtsignal (das Lichtsignal) umgesetzt, worauf das Ein/Aus-Lichtsignal an der Videosignalausgabeeinheit 15e, die ihrerseits von dem Impuls gesteuert wird, aufleuchtet und erlischt.

Das Ein/Aus-Lichtsignal bewegt sich dann durch das Videosignal-Lichtwellenleiterkabel 15f, bevor es von der Videosignal-Photosensoreinheit 35a empfangen und verstärkt wird. Danach wird das Signal von dem Videosignal-PLL-Dekodierer 35b dekodiert, worauf das dekodierte Signal eine Bildsignalverarbeitungsoperation durchläuft, die von der DSP-Schaltung 35c durchgeführt wird.

Daher kann die Signalverschlechterung (Verlust) zwischen der elektrischen Betrachtungseinheit 10 und dem Prozessor 30 verglichen mit dem Fall reduziert werden, bei dem ein analoges elektrisches Signal von der elektrischer Betrachtungseinheit 10 zu dem Prozessor 30 übertragen wird.

Da ein digitales elektrisches Signal in das Lichtsignal umgesetzt wird, das von der elektrischen Betrachtungseinheit 10 zu dem Prozessor 30 übertragen wird, kann zudem eine größere Menge an Informationen übertragen werden als wenn ein analoges elektrisches Signal in das übertragene Lichtsignal umgesetzt wird.

Wenn beispielsweise die elektrische Betrachtungseinheit 10 einen VGA (640 × 480 entsprechend 30 Megapixel)-CMOS-Sensor, eine Bildrate von 30 Bildern pro Sekunde und eine Farbabstufung von 10 Bit (1024 Stufen) hat, beträgt die Übertragungsgeschwindigkeit, mit der die Zahl der Pixel, die Bildrate und die Farbabstufung multipliziert werden, ungefähr 92 Mbps. Wenn das analoge elektrische Signal von der elektrischen Betrachtungseinheit 10 zu dem Prozessor 30 unter Verwendung eines dünnen Kabels übertragen wird, ist es schwierig, das Bildsignal mit einer Übertragungsgeschwindigkeit über 100 bis 200 MBps ohne Phasenverzögerung zu übertragen.

Wenn jedoch das digitale Lichtsignal bei dem ersten Ausführungsbeispiel übertragen wird, kann das Bildsignal ohne Phasenverzögerung mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten von über 1 Gbps übertragen werden, entsprechend hoher Pixeldichte, hoher Bildrate und hoher Farbabstufung.

Nach der Bildverarbeitungsoperation durch die DSP-Schaltung 35c und der D/A-Umsetzung durch den DAU 30d, werden das von dem Kodierer 35e für Y/C abgetrennte Videosignal, das analoge RGB-Komponenten-Signal usw. an den (nicht dargestellten) Fernsehbildschirm übertragen. Der Fernsehbildschirm zeigt sie als das Bildsignal an.

Die CPU 37a steuert jeden Teil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 und des Prozessors 30. Insbesondere werden Auslösesignale für AVR (automatische Verstärkungsregelung), für AE (Automatic Exposure; automatische Belichtung) und zum Gewinnen des Standbilds als das Befehlssteuersignal von der CPU 37a durch den SSG 37b usw. an die elektrische Betrachtungseinheit 10 übertragen.

Genauer gesagt erzeugt der SSG 37b gesteuert von der CPU 37a ein Impulssignal (ein Synchronisationssignal). Das Synchronisationssignal wird basierend auf dem Impuls des Steuersignal-LD-Treibers 37c in das Ein/Aus-Lichtsignal umgesetzt, und das Ein/Aus-Lichtsignal leuchtet auf und erlischt an der Steuersignalausgabeeinheit 37d, die von dem Impuls angesteuert wird.

Das Ein/Aus-Lichtsignal bewegt sich durch das Steuersignal-Lichtwellenleiterkabel 17a, bevor es von der Steuersignal-Photosensoreinheit 17b, die eine Photodiode hat, empfangen und verstärkt wird. Das Ein/Aus-Lichtsignal wird dann von dem Steuersignal-PLL-Dekodierer 17c dekodiert.

Der TG 17d gibt basierend auf dem von dem Steuersignal-PLL-Dekodierer dekodierten Signal einen Taktimpuls aus. Die Operationen des CMOS-Sensors 15a, der CDS-Schaltung 15b und des ADU 15c werden gemäß dem von dem TG 17d ausgegebenen Taktimpuls ausgeführt.

Die CMOS-Stromversorgungseinheit 39 des Prozessors 30 liefert die elektrische Energie über das Stromversorgungskabel 19a an die Stromversorgungseinheit 19b der elektrischen Betrachtungseinrichtung 10. Die Stromversorgungseinheit 19b liefert die elektrische Energie an jeden Teil der elektrischen Betrachtungseinheit 10, wie z.B. die Abbildungseinheit 15 usw.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Zufuhr der elektrischen Energie von dem Prozessor 30 zu der elektrischen Betrachtungseinheit 10 durch das Stromversorgungskabel 19a abgegeben, doch kann die Zufuhr der elektrischen Energie auch durch den Lichtleiter 11a abgegeben werden. Genauer gesagt ist eine Solarzelle an dem distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 angeordnet, das den CMOS-Sensor 15a enthält. Das Licht durch den Lichtleiter 11a wird von der Solarzelle in elektrische Energie umgesetzt, und die auf der umgesetzten elektrischen Energie basierende elektrische Leistung wird jedem Teil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 zugeführt.

Bei dieser Konstruktion sind die CMOS-Stromversorgungseinheit 39 und das Stromversorgungskabel 19a nicht notwendig, wodurch der erforderliche Durchmesser des Kabels reduziert wird, das einen Teil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 sowohl mit dem Prozessor 30 als auch mit dem distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 verbindet. Zudem können Interferenzen durch externes Rauschen abgeschwächt werden, und die Isolierung zwischen dem distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 und dem Prozessor 30 kann verbessert werden, was das Potential eines plötzlichen elektrischen Schlags bedingt durch das Hochspannungsnetzgerät der Xenonlampe der Lichtquelleneinheit 31 effektiv verringert.

Nachfolgend wird der Befestigungsteil des CMOS-Sensors 15a usw. bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben (siehe 2 und 3).

Die CMOS-Sensorspitze 14b ist auf der Keramikleiterplatte 14a angeordnet, die in einer Ebene senkrecht zur Linsenebene des optischen Objektivsystems 13 liegt (parallel zur optischen Achse des optischen Objektivsystems 13).

Der CMOS-Sensor 15a ist an der CMOS-Sensorspitze 14b montiert und bildet das fotografische Objekt durch das optische Objektivsystem 13 ab.

Die Steuersignal-Photosensoreinheit 17b ist an der CMOS-Sensorspitze 14b montiert und bildet (empfängt) das Steuersignal durch das Steuersignal-Lichtwellenleiterkabel 17a ab.

Ein Teil der einsetzbaren Photodiodenfläche der CMOS-Sensorspitze 14b kann für die Photodiode des CMOS-Sensors 15a verwendet werden, und der andere Teil der einsetzbaren Photodiodenfläche der CMOS-Sensorspitze 14b kann für die Photodiode der Steuersignal-Photosensoreinheit 17b verwendet werden.

In diesem Fall kann der Fertigungsprozess vereinfacht werden, und es kann eine Kostensenkung erreicht werden. Insbesondere kann die Zahl der Montageschritte für den CMOS-Sensor 15a und die Steuersignal-Photosensoreinheit 17b verglichen mit dem Fall, in dem die Photodioden für den CMOS-Sensor 15a und die Steuersignal-Photosensoreinheit 17b mit dem separaten (Photodruck) Prozess montiert werden, reduziert werden.

Beispielsweise können zwei Photodioden unter Anwendung eines Photodruckprozesses und durch Maskentechnik montiert werden, was die Kosten im Vergleich zu dem Fall, bei dem die beiden Photodioden mit einem alternativen Fertigungsprozess (Photodruck) montiert werden, effektiv reduziert.

Da die Photodioden des CMOS-Sensors 15a und der Steuersignalphotosensoreinheit 17b gleichzeitig montiert werden, kann zudem die Anzahl der Prozesse zum Justieren der Position reduziert werden.

Die CDS 15b, der ADU 15c, der Steuersignal-PLL-Dekodierer 17c und der TG 17d sind an der CMOS-Sensorspitze 14b montiert (in den 2 und 3 sind sie nicht dargestellt). Also werden der CMOS-Sensor 15a, die CDS 15b, der ADU 15c, die Steuersignal-Photosensoreinheit 17b, der Steuersignal-PLL-Dekodierer 17c und der TG 17d alle mit dem gleichen Fertigungsprozess montiert.

Der Eintrittsstrahlengang durch das optische Objektivsystem 13 wird durch das Abbildungsprisma 14c zu dem CMOS-Sensor 15a abgelenkt.

Der übertragene Strahlengang durch das Steuersignal-Lichtwellenleiterkabel 17a wird durch das Steuersignalprisma 18a zu der Steuersignal-Photosensoreinheit 17b abgelenkt und durch die Steuersignal-Kondensorlinse 18b gebündelt.

Die Videosignalausgabeeinheit 15e ist mit der Drahtverbindung 14d mit dem Leiterrahmen 14e verbunden, der an der Keramikleiterplatte 14a angebracht ist. Das von der Videosignalausgabeeinheit 15e ausgegebene Licht wird durch die Videosignal-Kondensorlinse 16a gebündelt, und der gebündelte Strahlengang wird durch das Videosignalprisma 16b zu dem bei der Abbildungseinheit 15 liegenden Ende (der Eintrittsebene) des Videosignal-Lichtwellenleiterkabels 15f abgelenkt durch das Videosignalprisma 16b.

Die CMOS-Sensorspitze 14b ist durch die Drahtverbindung 14d mit dem Leiterrahmen 14e verbunden.

Das Stromversorgungskabel 19a ist mit dem Überbrückungskondensator 19c an dem Leiterrahmen 14e verbunden, der an der Keramikleiterplatte 14a angebracht ist.

Der CMOS-Sensor 15a usw. kann in einer Ebene auf einer Leiterplatte (der Keramikleiterplatte 14a) angeordnet sein, indem der übertragene Strahlengang mit dem Abbildungsprisma 14c, dem Videosignalprisma 16b und dem Steuersignalprisma 18a senkrecht abgelenkt wird.

Der distale Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit 10 hat einen Durchmesser von ungefähr 10 mm. Unter Berücksichtigung der Anordnung der Austrittsöffnung, des Lichtleiters 11a und des Halses der Zange, ist es wünschensert, dass der Teil, in dem die Abbildungseinheit 15, auf der der CMOS-Sensor 15 usw. montiert sind, eine geeignete Form und Größe hat, so dass er nicht über das optische Objektivsystem 13 hinausgeht, das einen Durchmesser von grob 4 mm hat.

Es ist notwendig, die peripheren Schaltkreise, wie beispielsweise die CDS 15b usw. nahe bei dem CMOS-Sensor zu montieren, wenn er als der Abbildungssensor fungiert. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch die Keramikleiterplatte 14a, die diese peripheren Schaltkreise trägt, senkrecht zu der Linsenebene des optischen Objektivsystems 13 ausgerichtet. Daher müssen die peripheren Schaltkreise entsprechend angeordnet sein, so dass der Teil, in dem die Abbildungseinheit 15 untergebracht ist, nicht über den Linsendurchmesser des optischen Objektivsystems 13 hinausgeht.

Als nächstes wird das zweite Ausführungsbeispiel erläutert. Die Montage bei dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von derjenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel; die Punkte, die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden werden wie folgt erläutert.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel hat die Abbildungseinheit 15 eine erste Leiterplatte 14a1, eine zweite Leiterplatte 14a2, eine dritte Leiterplatte 14a3 und eine CMOS-Sensorspitze 14b (siehe 4). Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel hat der TG 17d einen Neben-TG 17d1 und einen Haupt-TG 17d2.

Die erste, die zweite und die dritte Leiterplatte 14a1, 14a2 und 14a3 sind laminierte Leiterplatten, die parallel zur Linsenebene des optischen Objektivsystems 13 sind und der Reihe nach von der Seite des optischen Objektivsystems 13 der Abbildungseinheit 15 aus angeordnet sind.

Die CMOS-Sensorspitze 14b ist an der ersten Leiterplatte 14a1 und auf der gleichen Seite wie das optische Objektivsystem 13 montiert. Der CMOS-Sensor 15a ist an der CMOS-Sensorspitze 14b montiert und bildet das abgebildete fotografische Objekt durch das optische Objektivsystem 13 ab.

Die CDS 15b und der Neben-TG 17d1 sind an der CMOS-Sensorspitze 14b montiert. Also werden der CMOS-Sensor 15a, die CDS 15b und der Neben-TG 17d1 alle mit dem gleichen Fertigungsprozess montiert.

Der Neben-TG 17d1 setzt einen von dem Haupt-TG 17d2 ausgegebenen Taktimpuls in einen Taktimpuls für den CMOS-Sensor 15a und die CDS 15b um und gibt dann den umgesetzten Taktimpuls an den CMOS-Sensor 15a und die CDS 15b aus.

Da der CMOS-Sensor 15a eine akkurate Auslese-Steuerung benötigt, ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Neben-TG 17d1, der die Auslese-Zeitsteuerung übernimmt, nahe dem CMOS-Sensor 15a angeordnet, wodurch es einfacher wird, die Zeitsteuerung des Anfangs- und des Endpunkts des Auslesens einzustellen.

Da sowohl die Zwischenverbindungs- als auch die Leitungsführungslängen zum Verhindern von Phasenverzögerung eingeschränkt werden können, kann zudem die Vergrößerung der Leiterplatte verhindert werden.

Ferner kann, wenn die Zahl der Pixel des CMOS-Sensors 15a in Zukunft erhöht wird, die Phasenverzögerung eingeschränkt werden, und die Lesegeschwindigkeit kann konstant gehalten werden, selbst wenn die Betriebsgeschwindigkeit erhöht wird.

Der ADU 15c, der Steuersignal-PLL-Dekodierer 17c, der Haupt-TG 17d2 und die Stromversorgungseinheit 19b sind auf der zweiten Leiterplatte 14a2 montiert. Der Haupt-TG 17d2 gibt einen Taktimpuls (einen Zeitsteuerimpuls) für den ADU 15c usw. aus.

Die Videosignalausgabeeinheit 15e, der Videosignal-LD-Treiber 15d und die Steuersignal-Photosensoreinheit 17b sind auf der dritten Leiterplatte 14a3 und auf der dem optischen Objektivsystem 13 abgewandten Seite montiert.

Ein Ende (die Eintrittsebene) des Videosignal-Lichtwellenleiterkabels 15f ist einer Ausgabeebene der Videosignalausgabeeinheit 15e zugewandt.

Ein Ende (eine Austrittsebene) des Steuersignal-Lichtwellenleiterkabels 17a ist der lichtempfindlichen Ebene der Steuersignal-Photosensoreinheit 17b zugewandt.

Es ist notwendig, die peripheren Schaltkreise, wie beispielsweise die CDS 15b usw. nahe dem CMOS-Sensor zu montieren, wenn dieser als der Abbildungssensor fungiert. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel jedoch sind die laminierten Leiterplatten, die diese peripheren Schaltkreise tragen, senkrecht zur optischen Achse des optischen Objektivsystems 13 ausgerichtet. Daher müssen die peripheren Schaltkreise entsprechend angeordnet sein, so dass der Teil, in dem die Abbildungseinheit 15 untergebracht ist, nicht über den Linsendurchmesser des optischen Objektivsystems hinausgeht.

Als nächstes wird das dritte Ausführungsbeispiel erläutert. Das Lichtwellenleiterkabel bei dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, und die Punkte, die sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheiden, werden wie folgt erläutert.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel hat die Abbildungseinheit 15 eine erste Leiterplatte 14a1, eine zweite Leiterplatte 14a2, eine dritte Leiterplatte 14a3, eine vierte Leiterplatte 14a4, eine CMOS-Sensorspitze 14b, einen ersten Polarisationsspiegel 15g, eine ersten Kondensorlinse 15h und ein Lichtwellenleiterkabel 15i, das an die Stelle des Videosignal-Lichtwellenleiterkabels 14f und des Steuersignal-Lichtwellenleiterkabels 17a tritt (siehe 5).

Der TG 17d des dritten Ausführungsbeispiels hat einen Neben-TG 17d1 und einen Haupt-TG 17d2. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel hat der Prozessor 30 ferner einen zweiten Polarisationsspiegel 37e und eine zweite Kondensorlinse 37f.

Das Lichtwellenleiterkabel 15i wird zum Übertragen von Videosignalen von der elektrischen Betrachtungseinheit 10 zu dem Prozessor 30 und zum Übertragen von Steuersignalen von dem Prozessor 30 zu der elektrischen Betrachtungseinheit 10 verwendet.

Die erste, die zweite und die dritte Leiterplatte 14a1, 14a2 und 14a3 sind laminierte Leiterplatten, die parallel zur Linsenebene des optischen Objektivsystems 13 liegen und sind der Reihe nach von der Seite des optischen Objektivsystems 13 der Abbildungseinheit 15 aus angeordnet. Die vierte Leiterplatte 14a4 ist senkrecht zur dritten Leiterplatte 14a3 angeordnet.

Die Konstruktion der ersten und der zweiten Leiterplatte 14a1 und 14a2 des dritten Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie die des zweiten Ausführungsbeispiels.

Die Videosignalausgabeeinheit 15e und der Videosignal-LD-Treiber 15d sind auf der dritten Leiterplatte 14a3 auf der dem optischen Objektivsystem 13 abgewandten Seite angeordnet.

Das bei der elektrischen Betrachtungseinheit 10 liegende Ende des Lichtwellenleiterkabels 15i ist der ersten Kondensorlinse 15h zugewandt und ist durch den ersten Polarisationsspiegel 15g der Ausgabeebene der Videosignalausgabeeinheit 15e zugewandt.

Der erste Polarisationsspiegel 15g hat einen Polarisationsspiegel (WDM: Wavelength Division Multiplexing; Wellenlängen-Multiplexing), der das Licht eines von der Videosignalausgabeeinheit 15e ausgegebenen Videosignals durchlässt und das Licht eines von dem Lichtwellenleiterkabel 15i ausgegebenen Steuersignals reflektiert. Die Wellenlänge von Licht von dem Videosignal wird so eingestellt, dass sie sich von der Wellenlänge von Licht von dem Steuersignal unterscheidet. Beispielsweise wird das Licht des Videosignals, das eine größere Informationsmenge hat als das Licht des Steuersignals, im Infrarotspektrum eingestellt, das Wellenlängen von ungefähr 850 nm hat, während das Licht des Steuersignals im Rotspektrum einstellt wird, das Weilenlängen von ungefähr 680 nm hat.

Die erste Kondensorlinse 15h bündelt das Licht des Videosignals, das von der Videosignalausgabeeinheit 15e an das bei der elektrischen Betrachtungseinheit 10 liegende Ende des Lichtwellenleiterkabels 15i übertragen wird, und bündelt das Licht des Steuersignals, das von dem bei der elektrischen Betrachtungseinheit 10 liegenden Ende des Lichtweilenleiterkabels 15i durch den ersten Polarisationsspiegel 15g an die Steuersignal-Photosensoreinheit 17b übertragen wird.

Die Steuersignal-Photosensoreinheit 17b ist in der Abbildungseinheit 15 auf der vierten Leiterplatte 14a4 montiert und ist dort angeordnet, wo die Steuersignal-Photosensoreinheit 17b das Licht eines Steuersignals empfangen kann, das von dem ersten Polarisationsspiegel 15g reflektiert wird.

Die Videosignal-Photosensoreinheit 35a ist dort angeordnet, wo die Videosignal-Photosensoreinheit 35a das Licht eines Videosignals empfangen kann, das von dem zweiten Polarisationsspiegel 37e reflektiert wird.

Die Steuersignalausgabeeinheit 37d ist dort angeordnet, wo die Steuersignalausgabeeinheit 37d dem bei dem Prozessor 30 liegenden Ende des Lichtwellenleiterkabels 15i durch den zweiten Polarisationsspiegel 37e und die zweite Kondensorlinse 37f zugewandt ist.

Der zweite Polarisationsspiegel 37e hat einen Polarisationsspiegel (WDM: Wavelength Division Multiplexing; Wellenlängen-Multiplexing), der das Licht eines von der Steuersignalausgabeeinheit 37d ausgegebenen Steuersignals durchlässt und das Licht eines von dem Lichtwellenleiterkabel 15i ausgegebenen Videosignals reflektiert.

Die Kondensorlinse 37f bündelt das Licht eines Steuersignals, das von der Steuersignalausgabeeinheit 37d ausgegeben und durch den zweiten Polarisationsspiegel 37e zu dem bei dem Prozessor 30 liegenden Ende des Lichtellenleiterkabels 15i übertragen wird, und bündelt das Licht eines Videosignals, das von dem bei dem Prozessor 30 liegenden Ende des Lichtwellenleiterkabels 15i durch den zweiten Polarisationsspiegel 37e an die Videosignal-Photodetektoreinheit 35a übertragen wird.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird das Lichtwellenleiterkabel zum Übertragen sowohl des Videosignals von der elektrischen Betrachtungseinheit 10 als auch des Steuersignals von dem Prozessor 30 gemeinsam verwendet, so dass der Durchmesser des Kabels der elektrischen Betrachtungseinheit 10 minimiert werden kann, was eine größere Flexibilität in dem Kabel ermöglicht, während es die Last auf den Patienten verringert.

Zwar wurden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, doch sind offensichtlich zahlreiche Modifikationen und Änderungen durch den Fachmann auf diesem Gebiet möglich, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Material, das in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-087799 (eingereicht am 28. März 2006) enthalten ist, die hier ausdrücklich durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit inkorporiert ist.


Anspruch[de]
Endoskop, umfassend:

eine elektrische Betrachtungseinheit, die einen CMOS-Sensor und eine Videosignalausgabeeinheit hat, die ein Bildsignal ausgibt, das von dem CMOS-Sensor abgebildet wird und das in ein Lichtsignal umgesetzt wird; und

einen Prozessor, der eine Videosignal-Photosensoreinheit hat, die Licht betreffend das Bildsignal empfängt, das von der Videosignal-Ausgabeeinheit ausgegeben wird, und der basierend auf dem das Bildsignal betreffenden Licht eine Bildverarbeitungsoperation durchführt.
Endoskop nach Anspruch 1, wobei die elektrische Betrachtungseinheit einen ADU hat, der das von dem CMOS-Sensor abgebildete Bildsignal in ein digitales Signal umsetzt; und die Videosignalausgabeeinheit das Bildsignal ausgibt, das von dem ADU in das digitale Signal umgesetzt wird und das in das Lichtsignal umgesetzt wird. Endoskop nach Anspruch 2, wobei der Prozessor eine Steuersignalausgabeeinheit hat, die ein Steuersignal ausgibt, das in ein Lichtsignal umgesetzt wird; und die elektrische Betrachtungseinheit eine Steuersignal-Photosensoreinheit hat, die Licht betreffend das Steuersignal empfängt, das von der Steuersignalausgabeeinheit ausgegeben wird, und einen Taktgeber hat, der basierend auf dem das Steuersignal betreffenden Licht einen Taktimpuls an den CMOS-Sensor und den ADU ausgibt. Endoskop nach Anspruch 3, wobei die elektrische Betrachtungseinheit ein Videosignalübertragungskabel und ein Steuersignalübertragungskabel hat, die voneinander getrennt sind; das Videosignalübertragungskabel das Licht überträgt, das das von der Videosignalausgabeeinheit ausgegebene Bildsignal betrifft; und das Steuersignalübertragungskabel das Licht überträgt, das das von der Steuersignalausgabeeinheit ausgegebene Steuersignal betrifft. Endoskop nach Anspruch 3, wobei die elektrische Betrachtungseinheit ein Abbildungsprisma hat, das einen Eintrittsstrahlengang zu dem CMOS-Sensor ablenkt, und ein Steuersignalprisma hat, das einen Eintrittsstrahlengang zu der Steuersignal-Photosensoreinheit ablenkt; und der CMOS-Sensor, der ADU, der Taktgeber und die Steuersignal-Photosensoreinheit an der gleichen CMOS-Sensorspitze montiert sind. Endoskop nach Anspruch 5, wobei ein Teil der Photodiodenfläche der CMOS-Sensorspitze für eine Photodiode des CMOS-Sensors verwendet wird und der andere Teil der Photodiodenfläche der CMOS-Sensorspitze für eine Photodiode der Steuersignal-Photosensoreinheit verwendet wird. Endoskop nach Anspruch 5, wobei das elektrische Betrachtungsgerät ein Videosignalprisma hat, das einen das Bildsignal betreffenden Austrittsstrahlengang von der Videosignalausgabeeinheit ablenkt; und die CMOS-Sensorspitze und die Videosignalausgabeeinheit auf einer Leiterplatte angeordnet sind, die aus einer Ebene besteht. Endoskop nach Anspruch 3, wobei der Taktgeber einen Nebentaktgeber hat, der den Taktimpuls an den CMOS-Sensor ausgibt, und einen Haupttaktgeber hat, der einen Taktimpuls an den ADU abgibt,

die elektrische Betrachtungseinheit eine erste Leiterplatte, eine zweite Leiterplatte und eine dritte Leiterplatte hat;

der CMOS-Sensor und der Nebentaktgeber auf der ersten Leiterplatte angeordnet sind;

der ADU und der Haupttaktgeber auf der zweiten Leiterplatte angeordnet sind;

die Videosignalausgabeeinheit und die Steuersignal-Photosensoreinheit auf der dritten Leiterplatte angeordnet sind; und

die erste, die zweite und die dritte Leiterplatte in der Reihenfolge vom distalen Endteil der elektrischen Betrachtungseinheit angeordnet sind.
Endoskop nach Anspruch 3, wobei die elektrische Betrachtungseinheit ein Kabel hat, das das Licht überträgt, das das von der Videosignalausgabeeinheit ausgegebene Bildsignal betrifft, und das Licht überträgt, das das von der Steuersignalausgabeeinheit ausgegebene Steuersignal betrifft, und einen ersten Polarisationsspiegel hat, der das das Bildsignal betreffende Licht durchlässt und das das Steuersignal betreffende Licht reflektiert; und der Prozessor einen zweiten Polarisationsspiegel hat, der das das Bildsignal betreffende Licht reflektiert und das das Steuersignal betreffende Licht durchlässt. Endoskop nach Anspruch 1, wobei die elektrische Betrachtungseinheit basierend auf Licht von außerhalb der elektrischen Betrachtungseinheit dem CMOS-Sensor elektrische Energie zuführt. Endoskop nach Anspruch 1, wobei die elektrische Betrachtungseinheit basierend auf Licht von außerhalb der elektrischen Betrachtungseinheit jedem Teil des distalen Endteils der elektrischen Betrachtungseinheit, das den CMOS-Sensor enthält, elektrische Energie zuführt.






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