專利名稱：內(nèi)窺鏡用攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)窺鏡中使用的攝像裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)窺鏡，由于能觀察到人眼所看不到的地方，所以除人體的消化器官等的內(nèi)部表面的觀察類醫(yī)療用途之外，在為了觀察管道、機(jī)械、結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部的工業(yè)領(lǐng)域中也得到利用。一般的內(nèi)窺鏡，將管狀的插入部朝向觀察對(duì)象部插入。插入部構(gòu)成為通過光纖向操作者側(cè)傳導(dǎo)頂端部的圖像，或者構(gòu)成為在頂端部?jī)?nèi)置圖像傳感器，將由該圖像傳感器得到的圖像信號(hào)向操作者側(cè)傳遞。基本上，由于觀察對(duì)象存在于暗部?jī)?nèi)，因此在頂端部要設(shè)置用于照射觀察對(duì)象的光源。
另外，近年來，在人體的消化器官等的觀察用途中開發(fā)、使用了膠囊型的內(nèi)窺鏡。它們是在小型膠囊內(nèi)內(nèi)置了圖像傳感器、光源、它們的驅(qū)動(dòng)電路及電池等的內(nèi)窺鏡。被檢查者吞入該膠囊型內(nèi)窺鏡，膠囊型內(nèi)窺鏡在消化系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)，并將拍攝到的圖像向人體外無線發(fā)送。這種膠囊型內(nèi)窺鏡，不需要插入部，能夠減輕因插入部的插入帶來的痛苦。
以前，有使用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)圖像傳感器或使用CCD(Charge Couple Devices)圖像傳感器的內(nèi)窺鏡。這里，關(guān)于CCD圖像傳感器，根據(jù)由感光像素得到的信號(hào)電荷的讀出方式，有幀(frame)傳送型、行間(interline)傳送型、幀/行間傳送型，在現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡中，使用它們中的任意一種的CCD圖像傳感器。
內(nèi)窺鏡的頂端部，為了可以侵入至更小空間，或者在醫(yī)療用途中減輕被檢查者的負(fù)擔(dān)，要求更進(jìn)一步的小型化。在此，CCD圖像傳感器，在曝光期間將在各感光像素中積蓄的信號(hào)電荷沿元件內(nèi)的傳送渠道依次向輸出部移動(dòng)、讀出?，F(xiàn)有的CCD圖像傳感器，由于要抑制在傳送途中向電荷包中混入拖影(smear)成分，因此具備儲(chǔ)存曝光期間后的信號(hào)電荷的被遮光的傳送渠道。例如，幀傳送型CCD圖像傳感器中，配置在攝像部與水平傳送部之間的積蓄部構(gòu)成相應(yīng)被遮光渠道區(qū)域，另外在行間傳送型CCD圖像傳感器中由垂直移位寄存器構(gòu)成相應(yīng)被遮光渠道區(qū)域。
即，由于所具有的這些遮光渠道區(qū)域，帶來了限制CCD圖像傳感器的小型化、進(jìn)而很難實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡的頂端部的小型化這些問題。
另外，在幀傳送型CCD圖像傳感器中，在曝光期間結(jié)束的同時(shí)由攝像部向積蓄部實(shí)施幀傳送。該幀傳送為高速運(yùn)行，這一點(diǎn)消耗功率也很大。為此，產(chǎn)生了例如在膠囊型內(nèi)窺鏡中限制電池的小型化、進(jìn)而限制了膠囊型內(nèi)窺鏡的小型化這些問題。
特開2002-345743號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的發(fā)明，其目的在于，實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡中使用的CCD圖像傳感器的小型化，提供實(shí)現(xiàn)了插入部的頂端或膠囊尺寸更為小型化的內(nèi)窺鏡的內(nèi)窺鏡用攝像裝置。
有關(guān)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡用攝像裝置，其攝像元件具有攝像部、水平傳送部和輸出部，其中攝像部中，多個(gè)垂直移位寄存器排列在行方向上，該多個(gè)垂直移位寄存器的各位構(gòu)成產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光的信號(hào)電荷的感光像素，且由相應(yīng)垂直移位寄存器進(jìn)行每個(gè)所述感光像素的所述信號(hào)電荷的積蓄及垂直傳送，水平傳送部將由所述垂直移位寄存器垂直傳送的所述信號(hào)電荷由所述攝像部以行為單位進(jìn)行接收并水平傳送，所述輸出部根據(jù)從所述水平傳送部輸出的所述信號(hào)電荷生成圖像信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路是對(duì)應(yīng)曝光期間點(diǎn)亮光源，并在所述光源的滅燈期間驅(qū)動(dòng)所述攝像元件讀出所述圖像信號(hào)的部件。
在另一個(gè)有關(guān)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡用攝像裝置中，所述驅(qū)動(dòng)電路，在所述曝光期間的開始時(shí)刻進(jìn)行電子快門動(dòng)作，將積蓄在所述攝像部中的所述信號(hào)電荷一并排出。
本發(fā)明的優(yōu)選方式，具有對(duì)所述光源及所述驅(qū)動(dòng)電路供給電能的電池，是儲(chǔ)存在膠囊內(nèi)、投入生物體內(nèi)的內(nèi)窺鏡用攝像裝置。
按照本發(fā)明，攝像元件是垂直移位寄存器的各位構(gòu)成感光像素且從該垂直移位寄存器輸出的信號(hào)電荷由水平傳送部傳送至輸出部的元件。即，該攝像元件具有基本上省略了幀傳送型CCD圖像傳感器中的積蓄部的構(gòu)造，每當(dāng)結(jié)束在水平傳送部的1個(gè)周期的水平傳送動(dòng)作，就由多個(gè)垂直移位寄存器一行一行地將信號(hào)電荷垂直傳送至水平傳送部側(cè)(行傳送)。內(nèi)窺鏡的觀察對(duì)象基本上存在于暗部，僅在光源的點(diǎn)亮期間由垂直移位寄存器受光而產(chǎn)生信號(hào)電荷。即，通過在光源的滅燈期間進(jìn)行由垂直移位寄存器實(shí)施的行傳送，可以防止漏光等、在傳送渠道的途中因受光造成的噪音成分的發(fā)生。這樣，本發(fā)明的內(nèi)窺鏡用攝像裝置，與光源的點(diǎn)滅連動(dòng)來進(jìn)行攝像元件的曝光及讀出動(dòng)作，由此，攝像元件可以不需要幀傳送型CCD圖像傳感器中的積蓄部或行間傳送型CCD圖像傳感器中的垂直移位寄存器那樣被遮光的渠道區(qū)域、從而實(shí)現(xiàn)小型化。另外，省略了幀傳送的部分，使得與幀傳送型CCD圖像傳感器相比實(shí)現(xiàn)了消耗功率的降低，由此使電池小型化，因此容易實(shí)現(xiàn)小型的膠囊型內(nèi)窺鏡。


圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方式的膠囊型內(nèi)窺鏡的概略構(gòu)成的示意圖。
圖2是表示有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方式的CCD圖像傳感器的概略構(gòu)成的示意性平面圖。
圖3是說明本發(fā)明的實(shí)施方式中的攝像動(dòng)作的流程圖。
圖4是說明本發(fā)明的實(shí)施方式的攝像動(dòng)作中的由驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行的LED及CCD圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法的示意性時(shí)序圖。
圖中2-LED，4-CCD圖像傳感器，4i-攝像部，4h-水平傳送部，4d-輸出部，6-驅(qū)動(dòng)電路，8-信號(hào)處理電路，10-發(fā)送電路，12-電池，14-框體。
具體實(shí)施例方式
下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施的方式(以下稱實(shí)施方式)，參照附圖進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式為膠囊型內(nèi)窺鏡，圖1是顯示有關(guān)本實(shí)施方式的膠囊型內(nèi)窺鏡的概略構(gòu)成的示意圖。該膠囊型內(nèi)窺鏡，例如是用于觀察被檢查者的消化系統(tǒng)的內(nèi)表面的內(nèi)窺鏡，構(gòu)成為在膠囊狀的框體14內(nèi)包括LED(LightEmitting Diode)2、CCD圖像傳感器4、驅(qū)動(dòng)電路6、信號(hào)處理電路8、發(fā)送電路10及電池12。
LED2是對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路6供給的電壓信號(hào)而發(fā)光的光源。LED2所發(fā)出的光，從設(shè)置在框體14的透明窗向框體14外的被照物照射。來自被照射的被照物的反射光由框體14的窗口入射。
CCD圖像傳感器4是生成對(duì)應(yīng)被照物的圖像信號(hào)的攝像元件。CCD圖像傳感器4基于來自驅(qū)動(dòng)電路6的各種時(shí)鐘而動(dòng)作。在CCD圖像傳感器4的受光面之前配置透鏡等的光學(xué)系統(tǒng)(圖中未顯示)。該光學(xué)系統(tǒng)基于來自被照物的反射光，在受光面上形成光學(xué)圖像，CCD圖像傳感器4將該光學(xué)圖像變換為圖像信號(hào)Vout后輸出。
驅(qū)動(dòng)電路6從電池12接受電能供給，生成用于驅(qū)動(dòng)上述那樣的LED2及CCD圖像傳感器4的各種信號(hào)。
信號(hào)處理電路8從CCD圖像傳感器4被輸入模擬信號(hào)的圖像信號(hào)Vout，進(jìn)行相關(guān)二重取樣(Correlated Double SamplingCDS)、自動(dòng)增益控制(Automatic Gain ControlAGC)、A/D轉(zhuǎn)換(Analog-to-DigitalConversionADC)、及其他數(shù)字信號(hào)處理等的信號(hào)處理。
發(fā)送電路10是無線發(fā)送圖像信號(hào)的電路，根據(jù)信號(hào)處理電路8的輸出生成被調(diào)制的電波信號(hào)，并由天線發(fā)出。另外，電池12，除驅(qū)動(dòng)電路6之外，還為各部提供電能。
框體14例如由不被胃液侵蝕的材料構(gòu)成為不透水構(gòu)造的圓筒形狀。由于為圓筒形狀，可以在體內(nèi)使框體14易于以筒的端部為頂端沿軸方向移動(dòng)。這里，例如，將LED2及CCD圖像傳感器4配置為由該端部靠向外部，構(gòu)成為得到行進(jìn)方向的圖像。順便說一下，圖1中的框體14的形狀，是示意性表示沿圓筒的中心軸的剖面，其左右兩端相當(dāng)于圓筒的端部。如該圖所示，在圓筒的端部剖面處為圓狀，使框體14構(gòu)成為沿軸方向在體內(nèi)順暢前進(jìn)。
圖2是表示CCD圖像傳感器4的概略構(gòu)成的示意性平面圖。該圖像傳感器4具備形成在半導(dǎo)體基板表面的攝像部4i、水平傳送部4h及輸出部4d。
攝像部4i由排列在行方向(水平方向)上的多個(gè)垂直CCD移位寄存器(垂直移位寄存器4v)構(gòu)成。該垂直移位寄存器4v在半導(dǎo)體基板上具備多根在行方向上跨越的柵電極，這些柵電極控制形成在半導(dǎo)體基板上的傳送渠道的電位。驅(qū)動(dòng)電路6例如給攝像部4i供給3相時(shí)鐘φi。由該時(shí)鐘φi，3相驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O，每三根柵電極形成一個(gè)電位井，在該電位井內(nèi)積蓄信號(hào)電荷，并沿傳送渠道垂直傳送信號(hào)電荷。
柵電極例如由透過可視光的聚硅等的材料構(gòu)成，構(gòu)成為光可以射入對(duì)應(yīng)垂直移位寄存器4v的傳送渠道的半導(dǎo)體基板內(nèi)。由此，垂直移位寄存器4v的各位分別具有作為產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的信號(hào)電荷的感光像素的功能，在攝像部4i中多個(gè)該感光像素呈矩陣配置。
水平傳送部4h由CCD移位寄存器構(gòu)成，其各位連接攝像部4i的多個(gè)垂直移位寄存器4v的各輸出。水平傳送部4h從垂直移位寄存器4v以1行為單位傳送信號(hào)電荷，并將該1行量的信號(hào)電荷依次傳送給輸出部4d。
輸出部4d由電氣性獨(dú)立的電容及取出其電位變化的放大器構(gòu)成，將從水平傳送部4h輸出的信號(hào)電荷以1位為單位接收到電容中，變換為電壓值并作為時(shí)間序列的圖像信號(hào)輸出。
圖3是說明本裝置進(jìn)行的攝像動(dòng)作的流程圖，圖4是說明該攝像動(dòng)作中的由驅(qū)動(dòng)電路6進(jìn)行的LED2及CCD圖像傳感器4的驅(qū)動(dòng)方法的示意性時(shí)序圖。圖4中顯示垂直同步信號(hào)VD、向LED2供給的電壓信號(hào)LG、驅(qū)動(dòng)攝像部4i的垂直移位寄存器4v的傳送時(shí)鐘信號(hào)φi的時(shí)鐘動(dòng)作的時(shí)刻、電子快門動(dòng)作的觸發(fā)信號(hào)SH、驅(qū)動(dòng)水平傳送部4h的傳送時(shí)鐘信號(hào)φh的時(shí)鐘動(dòng)作的時(shí)刻。另外，圖4中時(shí)間經(jīng)過橫軸右方向。
在垂直掃描期間V，依次進(jìn)行從攝像部4i讀出全部像素的信號(hào)電荷的動(dòng)作(期間RD)和LED2的發(fā)光動(dòng)作(期間L)。這里，1幀的攝影動(dòng)作從LED2的發(fā)光開始S30(時(shí)刻ξ1)開始。例如，LED2的發(fā)光開始時(shí)刻ξ1被設(shè)定為先行于VD脈沖100的下降沿(時(shí)刻ξ3)僅規(guī)定時(shí)間L的時(shí)刻處，LED2從該時(shí)刻開始被施加電壓脈沖102、從而開始發(fā)光。
曝光期間E的開始，由在LED2的發(fā)光期間L內(nèi)進(jìn)行的電子快門動(dòng)作S35規(guī)定。電子快門動(dòng)作中，根據(jù)電子快門的觸發(fā)脈沖104，傳送時(shí)鐘φi1～φi3全部截止，規(guī)定期間攝像部4i的各像素的電位井全部消失(時(shí)刻ξ2)。由此，積蓄在電位井中的信號(hào)電荷，從傳送渠道向基板背面排出。
結(jié)束了電子快門動(dòng)作后，φi的規(guī)定相位的時(shí)鐘信號(hào)、例如φi2成為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，對(duì)應(yīng)于φi2的柵電極下形成電位井，重新開始由受光進(jìn)行的信號(hào)電荷的積蓄，從該時(shí)刻開始曝光期間E。
觸發(fā)脈沖104的生成時(shí)刻ξ2被設(shè)定為從VD脈沖100的下降沿僅先行期間E的時(shí)刻。這里由于在體內(nèi)基本上除LED2以外不存在其他光源，因此如果LED2滅燈則曝光動(dòng)作結(jié)束(步驟S40)。在此，在上述控制下，使曝光期間E的結(jié)束時(shí)刻與作為L(zhǎng)ED2的發(fā)光期間L的結(jié)束時(shí)刻的VD脈沖100的下降沿一致，以此為基準(zhǔn)決定成為曝光期間E的開始的電子快門的時(shí)刻ξ2。
另外，例如，發(fā)光期間L的長(zhǎng)度可以是在各幀保持恒定，另外，曝光期間E的長(zhǎng)度可以基于先行幀中的曝光水平由反饋控制來決定。
結(jié)束了曝光期間E，則開始積蓄在攝像部4i中的信號(hào)電荷的讀出動(dòng)作(期間RD)。在讀出動(dòng)作期間，交互進(jìn)行行傳送動(dòng)作S45和水平傳送動(dòng)作S50，其中行傳送動(dòng)作S45是一行一行垂直傳送積蓄在攝像部4i中的信號(hào)電荷，水平傳送動(dòng)作S50是將由行傳送移至水平傳送部4h的1行信號(hào)電荷水平傳送到輸出部4d。關(guān)于垂直移位寄存器4v中的行傳送動(dòng)作，是在水平掃描期間H周期反復(fù)進(jìn)行φi的1個(gè)周期的時(shí)鐘動(dòng)作106。由φh進(jìn)行的1行的水平傳送動(dòng)作，由時(shí)鐘動(dòng)作108進(jìn)行并在1H期間內(nèi)完成，其中時(shí)鐘動(dòng)作108的周期數(shù)對(duì)應(yīng)于構(gòu)成水平傳送部4h的CCD移位寄存器的位數(shù)。
在到從攝像部4i讀出信號(hào)電荷結(jié)束為止，即僅以對(duì)應(yīng)于垂直移位寄存器4v的位數(shù)的次數(shù)反復(fù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)于1幀的行傳送動(dòng)作S45及水平傳送動(dòng)作S50(步驟S55)。
順便說一下，與在幀傳送型CCD圖像傳感器中的幀傳送相比，在CCD圖像傳感器4的攝像部4i中的行傳送的傳送速度要慢。但是，由于在讀出動(dòng)作期間RD中LED2不發(fā)光、從而體內(nèi)保持良好的昏暗狀態(tài)，因此在傳送途中的其他的像素中基本上不重疊受光的信號(hào)電荷，避免了拖影等造成的畫質(zhì)劣化。
設(shè)定VD的周期、即垂直掃描期間V、讀出攝像部4i的所有像素的信號(hào)電荷的期間RD、及發(fā)光期間L滿足V≥RD+L，在每1V期間內(nèi)進(jìn)行上述的曝光動(dòng)作及讀出動(dòng)作，從CCD圖像傳感器4輸出1幀的圖像信號(hào)。
在上述構(gòu)成中，曝光期間E的開始由電子快門動(dòng)作規(guī)定。這里，如上所述，由于體內(nèi)基本上不存在除LED2以外的光源，在先行幀的讀出結(jié)束后積蓄在攝像部4i的各像素中的信號(hào)電荷因是由噪音產(chǎn)生的而基本上是微弱的。此處，也可以不進(jìn)行電子快門動(dòng)作，而可由發(fā)光期間L本身規(guī)定曝光期間E。這種情況下，可以可變控制發(fā)光期間L的長(zhǎng)度來進(jìn)行曝光水平的調(diào)制。
在上述的膠囊型內(nèi)窺鏡中，通過上述那樣使用CCD圖像傳感器4、進(jìn)行與LED2連動(dòng)的攝影動(dòng)作，在CCD圖像傳感器4中可以不需要用于維持讀出動(dòng)作期間RD中的信號(hào)電荷量的遮光部，可以實(shí)現(xiàn)由CCD圖像傳感器4的小型化帶來的框體14的尺寸的縮小，另外通過不需要幀傳送所帶來的消耗功率的降低，可以實(shí)現(xiàn)電池12的小型化、縮小框體14的尺寸。
另一方面，即使在將管狀的插入部插入觀察對(duì)象區(qū)域的內(nèi)窺鏡中也能適用本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)因CCD圖像傳感器4的小型化帶來的頂端部直徑的縮小。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，是具備對(duì)被照物照射照明光的光源、拍攝所述被照物的攝像元件、驅(qū)動(dòng)所述光源及所述攝像元件的驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)窺鏡用攝像裝置，其特征在于，所述攝像元件具有攝像部，其將多個(gè)垂直移位寄存器排列在行方向上，該多個(gè)垂直移位寄存器的各位構(gòu)成產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光的信號(hào)電荷的感光像素，由相應(yīng)垂直移位寄存器進(jìn)行每個(gè)所述感光像素的所述信號(hào)電荷的積蓄及垂直傳送；水平傳送部，其將由所述垂直移位寄存器垂直傳送的所述信號(hào)電荷由所述攝像部以行為單位進(jìn)行接收并水平傳送；和輸出部，其根據(jù)從所述水平傳送部輸出的所述信號(hào)電荷生成圖像信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)電路對(duì)應(yīng)曝光期間點(diǎn)亮所述光源，并在所述光源的滅燈期間驅(qū)動(dòng)所述攝像元件、讀出所述圖像信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡用攝像裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路，在所述曝光期間的開始時(shí)刻進(jìn)行電子快門動(dòng)作，將積蓄在所述攝像部中的所述信號(hào)電荷一并排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡用攝像裝置，其特征在于，具有對(duì)所述光源及所述驅(qū)動(dòng)電路供給電能的電池，且該內(nèi)窺鏡用攝像裝置是儲(chǔ)存在膠囊內(nèi)、投入生物體內(nèi)的內(nèi)窺鏡用攝像裝置。
全文摘要
本發(fā)明旨在解決搭載在膠囊型內(nèi)窺鏡中的CCD圖像傳感器的小型化受到限制，使難于實(shí)現(xiàn)膠囊型內(nèi)窺鏡小型化的問題。在膠囊型內(nèi)窺鏡中搭載由攝像部(4i)、水平傳送部(4h)、輸出部(4d)構(gòu)成的CCD圖像傳感器(4)。在體內(nèi)基本處于暗狀態(tài)，通過根據(jù)LED的發(fā)光期間設(shè)定期望的曝光時(shí)間，使CCD圖像傳感器(4)不必如幀傳送型的被遮光的積蓄部或者如行間傳送型的感光像素那樣另行需要被遮光的垂直移位寄存器。由此，可以不需要用于保持信號(hào)電荷的遮光的區(qū)域，這一點(diǎn)可使CCD圖像傳感器(4)小型化，實(shí)現(xiàn)膠囊型內(nèi)窺鏡的小型化。
文檔編號(hào)H04N5/372GK1745695SQ20051009655
公開日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者谷本孝司 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社