電子内視鏡装置の双方向通信装置および電子内視鏡装置
【課題】スコープ側の各種情報をプロセッサ側に伝送可能としつつも、細いスコープ挿入径を維持する電子内視鏡の双方向通信装置を実現する。
【解決手段】電子内視鏡装置１０は、スコープ２０とプロセッサ７０とを有する。プロセッサ７０はクロック信号ＣＬＫ１を送信しスコープ情報信号ＳＤを受信する第１送受信回路８０を有する。スコープ２０はクロック信号ＣＬＫ１を受信しスコープ情報信号ＳＤを送信する第２送受信回路５０を有する。第１送受信回路８０と第２送受信回路５０は伝送路４２で接続され、クロック信号ＣＬＫ１とスコープ情報信号ＳＤは、伝送路４２においてクロック信号ＣＬＫ１の振幅が拡大されてスコープ情報信号ＳＤが重畳された拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａを介して双方向に送受信される。
【解決手段】電子内視鏡装置１０は、スコープ２０とプロセッサ７０とを有する。プロセッサ７０はクロック信号ＣＬＫ１を送信しスコープ情報信号ＳＤを受信する第１送受信回路８０を有する。スコープ２０はクロック信号ＣＬＫ１を受信しスコープ情報信号ＳＤを送信する第２送受信回路５０を有する。第１送受信回路８０と第２送受信回路５０は伝送路４２で接続され、クロック信号ＣＬＫ１とスコープ情報信号ＳＤは、伝送路４２においてクロック信号ＣＬＫ１の振幅が拡大されてスコープ情報信号ＳＤが重畳された拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａを介して双方向に送受信される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子内視鏡装置に設けられ、例えば撮像信号の制御信号等を送受信する双方向通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡装置は、通常、撮像素子等を含むスコープと、撮像素子を駆動するための制御信号を生成し、撮像素子により生成された映像信号を処理するプロセッサとを有する。一般に、電子内視鏡装置においては、プロセッサ側に設けられた制御回路で制御信号が生成され、電線等の伝送路を介してスコープ先端に配置される撮像素子に供給される。そして、映像信号は、電線等の伝送路を介してプロセッサ側の信号処理回路に送信される（例えば特許文献１）。
【０００３】
また、スコープ先端部に温度センサを設けて被験者の体内の温度を計測することが可能な電子内視鏡装置及びスコープ先端部に配した電磁誘導により充電可能なバッテリによって撮像素子を含むスコープ側の回路を駆動する電子内視鏡装置が知られている（例えば特許文献１、２）。
【特許文献１】特開２００４−３２１４９１号公報
【特許文献２】特開２００６−６５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１及び２のように、電子内視鏡装置のスコープ側に電源や他の機能（例えば、温度測定）を設けた場合、それらの動作状態及び出力結果の情報をプロセッサ側に送信し、ユーザ（術者）に認識させることが求められる。しかし、特許文献１の電子内視鏡のように、スコープ側から各種情報をプロセッサに送信するために専用の信号伝送路を設けた場合には、被験者の体内に挿入されるスコープの挿入部の径を太くせざるを得なくなり、被験者に苦痛を強いることとなる。
【０００５】
そこで本発明は、スコープの挿入部の径を太くすることなくスコープ側の各種情報をプロセッサ側に伝送可能とする電子内視鏡の双方向通信装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の第１の発明の電子内視鏡装置の双方向通信装置は、撮像機能を有するスコープを備えた電子内視鏡装置であって、伝送路と、伝送路を介して一定周期のクロック信号をスコープに送信する第１の送受信回路と、クロック信号を受信し、クロック信号の振幅を拡大して拡大クロック信号を生成し、スコープで生成されるスコープ情報信号を拡大クロック信号に重畳して重畳信号を伝送路を介して送信する第２の送受信回路とを備え、第１の送受信回路が、クロック信号に基づくタイミングで重畳信号からスコープ情報信号を受信することを特徴とする。このような構成により、クロック信号の伝送路とスコープ情報信号の伝送路とを兼用し双方向に通信することが可能となる。
【０００７】
また、第１の送受信回路は、クロック信号が入力されるクロック入力端子と、クロック信号を伝送路に出力するクロック送信回路と、クロック信号に基づいてタイミング信号を生成するタイミング回路と、重畳信号をタイミング信号に基づいてサンプルホールドし、スコープ情報信号を抽出し出力するサンプルホールド回路とを備えることが好ましい。このような構成により、クロック信号と同期したタイミングでスコープ情報信号を抽出することが可能となる。クロック送信回路は、例えばオープンコレクタ回路であり、これによって簡単な構成でクロック信号を出力することが可能となる。
【０００８】
また、タイミング回路が、クロック信号と位相が異なるタイミング信号を生成し、サンプルホールド回路が、タイミング信号の立上り又は立下りに同期してサンプルホールドすることが好ましい。或いは、タイミング回路が、クロック信号がＨｉｇｈ又はＬｏｗのいずれか一方の状態のときに複数のタイミング信号を生成することが好ましい。或いは、タイミング回路が、クロック信号と同一の位相のタイミング信号を生成し、サンプルホールド回路が、タイミング信号がＨｉｇｈまたはＬｏｗのときにサンプルし、ＬｏｗまたはＨｉｇｈのときにホールドすることが好ましい。このような構成により、重畳信号からスコープ情報信号を確実に抽出することが可能となる。
【０００９】
また、第２の送受信回路は、スコープ情報信号が入力されるスコープ情報信号入力端子と、スコープ情報信号に基づいて出力電圧が変化する可変型定電圧源と、伝送路と可変型定電圧源とを接続する抵抗と、伝送路から第１の閾値電圧でクロック信号を抽出し出力するクロック受信回路とを備えることが好ましい。このような構成により、簡単な構成で拡大クロック信号を生成し、スコープ情報信号を拡大クロック信号に重畳することが可能となる。さらに、クロック信号がプラスの電圧で振幅する矩形波の信号である場合には、可変型定電圧源の最大出力電圧が第１の閾値電圧以下であることが好ましい。或いは、クロック信号がマイナスの電圧で振幅する矩形波の信号である場合には、可変型定電圧源の最小出力電圧が第１の閾値電圧以上であることが好ましい。このような構成により、クロック信号を確実に抽出し受信することが可能となる。
【００１０】
或いは、第２の送受信回路は、スコープ情報信号が入力されるスコープ情報信号入力端子と、スコープ情報信号に基づいて複数の異なる電圧を出力するスイッチ回路と、伝送路とスイッチ回路とを接続する抵抗と、伝送路から第２の閾値電圧でクロック信号を抽出し出力するクロック受信回路とを備え、スコープ情報信号はデジタル信号であり、第１の送受信回路が第２の閾値電圧でスコープ情報信号を抽出することが好ましい。このような構成により、スコープ情報信号がデジタル信号である場合でも簡単な構成で拡大クロック信号を生成し、スコープ情報信号を拡大クロック信号に重畳することが可能となる。さらに、クロック信号がプラスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、スイッチ回路が出力する電圧の一方が第２の閾値電圧より低く、他方が第１の閾値電圧より低く、かつ第２の閾値電圧より高いことが好ましい。或いは、クロック信号がマイナスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、スイッチ回路が出力する電圧の一方が第２の閾値電圧より高く、他方が第１の閾値電圧より高く、かつ第２の閾値電圧より低いことが好ましい。このような構成により、クロック信号を確実に抽出し受信することが可能となる。
【００１１】
また、スコープは撮像素子を有し、クロック信号が撮像素子を駆動する信号であることが好ましい。これによって撮像素子を駆動するための伝送路とスコープ情報信号の伝送路とを兼用し双方向に通信することが可能となる。
【００１２】
本願の第２の発明の電子内視鏡装置は、二次電池と、本願の第１の発明の電子内視鏡装置の双方向通信装置を備え、撮像素子は二次電池から供給される電力により駆動され、スコープ情報信号が二次電池の残量を表す信号であることを特徴とする。このような構成により、スコープの挿入部の径を太くすることなく二次電池の残量をプロセッサ側に伝送することが可能となる。
【００１３】
本願の第３の発明の電子内視鏡装置は、温度センサと、本願の第１の発明の電子内視鏡装置の双方向通信装置を備え、スコープ情報信号が温度センサの出力に基づく信号であることを特徴とする。このような構成により、スコープの挿入部の径を太くすることなく温度の情報をプロセッサ側に伝送することが可能となる。
【００１４】
本願の第４の発明の双方向通信装置は、伝送路と、伝送路の一側に接続され伝送路を介して一定周期のクロック信号を伝送路の他側に送信する第１の送受信回路と、伝送路の他側に接続され、クロック信号を受信し、クロック信号の振幅を拡大して拡大クロック信号を生成し、外部より入力される入力信号を拡大クロック信号に重畳して重畳信号を伝送路を介して送信する第２の送受信回路とを備え、第１の送受信回路が、クロック信号に基づくタイミングで重畳信号から入力信号を受信することを特徴とする。このような構成により、クロック信号の伝送路と入力信号の伝送路とを兼用し双方向に通信することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によれば、スコープに供給する信号の伝送路の一部を双方向通信可能に構成している。これにより、スコープの挿入部の径を太くすることなくスコープ側の各種情報をプロセッサ側に伝送可することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態における双方向通信装置を有する電子内視鏡装置のブロック図である。
【００１７】
電子内視鏡装置１０は、スコープ２０とプロセッサ７０とを有する。スコープ２０は、被験者の体内に挿入される挿入部（不図示）とユニバーサルコード部２０Ｔを有し、挿入部の先端部であるスコープ先端部２０Ｅとプロセッサ７０は、ユニバーサルコード部２０Ｔを介して電気的及び光学的に接続される。
【００１８】
プロセッサ７０には、光源７２が設けられており、光源７２は照明光Ｌを出射する。照明光Ｌは、スコープ２０に設けられたガイドファイバ２４を介してスコープ先端部２０Ｅに伝達され、拡散レンズ２２によって拡散される。被観察体（不図示）は、スコープ先端部２０Ｅから出射された照明光Ｌにより照明され、被観察体で反射した照明光Ｌは、スコープ先端部２０Ｅに入射する。
【００１９】
スコープ先端部２０Ｅには、対物レンズ２６、ＣＣＤ（撮像素子）２８、スコープ制御回路３０、二次電池３２、電源３４、温度センサ３６及び第２送受信回路５０が設けられている。スコープ先端部２０Ｅに入射した照明光Ｌの反射光は、対物レンズ２６によってＣＣＤ２８上に結像される。
【００２０】
ＣＣＤ２８は、プロセッサ７０に設けられたプロセッサ制御回路７６で生成されるクロック信号によって駆動される。クロック信号は、プロセッサ７０において第１送受信回路８０から出力され、伝送路４２、第２送受信回路５０を介してＣＣＤ２８に供給される。クロック信号としては、例えば、水平ＣＣＤ駆動信号（φＨ）、リセットパルス信号（φＲ）、垂直ＣＣＤ駆動信号（φＶ）等があり、これらは伝送路４２においてそれぞれ別々の信号線により伝送されるが、図１においては、説明の便宜のため、１つのクロック信号ＣＬＫ１Ａ（φＲ）のみを示している。
【００２１】
ＣＣＤ２８は、映像信号を生成し、映像信号用伝送路４０を介してプロセッサ７０に送信する。映像信号は、プロセッサ７０に設けられた信号処理回路７４で処理され、被観察体の画像がプロセッサ７０に接続されるモニタ（不図示）等に表示される。
【００２２】
ＣＣＤ２８を含むスコープ先端部２０Ｅのスコープ制御回路３０、第２送受信回路５０等の各電気回路は、二次電池３２を備える電源３４から供給される電力によって駆動される。二次電池３２は、スコープ２０を使用する前に外部電源１００との電磁結合によって充電され、使用時には電源３４に電力を供給するバッテリとして機能する。電源３４は、二次電池３２のバッテリ容量をモニタしスコープ制御回路３０に出力する。スコープ制御回路３０は、二次電池３２のバッテリ容量を後述する所定のデータに変換してスコープ情報信号ＳＤを生成し、第２送受信回路５０、伝送路４２及び第１送受信回路８０を介してプロセッサ制御回路７６に送信する。プロセッサ制御回路７６は、受信したデータからバッテリ容量を求めプロセッサ７０に接続されるモニタ（不図示）等に表示する。なお、伝送路４２においてスコープ情報信号ＳＤの送信に使用される信号線は、クロック信号ＣＬＫ１Ａと共通である。
【００２３】
温度センサ３６は、スコープ先端部２０Ｅの周囲の温度、すなわち被験者の体温を計測し、計測結果をスコープ制御回路３０に出力する。スコープ制御回路３０は、温度センサ３６の計測結果を所定のデータに変換しスコープ情報信号ＳＤを生成し、第２送受信回路５０、伝送路４２及び第１送受信回路８０を介してプロセッサ制御回路７６に送信する。プロセッサ制御回路７６は、受信したデータから体温を求めプロセッサ７０に接続されるモニタ（不図示）等に表示する。なお、伝送路４２においてスコープ情報信号ＳＤの送信に使用される信号線は、クロック信号ＣＬＫ１Ａと共通であるが、二次電池３２のバッテリ容量を伝送する信号線とは異なる信号線を使用する。
【００２４】
図２は本実施形態における双方向通信装置を構成する第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の内部構成、および内視鏡装置内での接続関係を模式的に示すブロック図である。図３は、第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の動作を説明するタイミングチャートであり、図２で示される各信号線と同一の符号を付している。
【００２５】
第１送受信回路８０は、クロック入力端子８１、ＰＮＰトランジスタ８２、タイミング回路８４、サンプル／ホールド回路８６、及びスコープ情報出力端子８７により構成される。第２送受信回路５０は、スコープ情報入力端子５１、ＮＰＮトランジスタ５４、エミッタ抵抗５６、プルダウン抵抗５８、クロック受信回路５２及びクロック出力端子５９により構成される。第１送受信回路８０と第２送受信回路５０は伝送路４２によって接続される。
【００２６】
クロック入力端子８１は、プロセッサ制御回路７６と接続され、プロセッサ制御回路７６で生成されるＣＣＤ２８を駆動するための一定周期のクロック信号ＣＬＫ１が入力される。クロック信号ＣＬＫ１は、Ｈｉｇｈのとき電圧Ｖｓｓとなり、Ｌｏｗのとき電圧ゼロ(ＧＮＤ)となる矩形波の信号であり、クロック入力端子８１を介してＰＮＰトランジスタ８２のベース端子に入力され、ＰＮＰトランジスタ８２をＯＮ／ＯＦＦする。ＰＮＰトランジスタ８２のエミッタ端子は第１送受信回路８０の正の電源電圧Ｖｓｓ（Ｖｓｓ＞０）に接続され、コレクタ端子は伝送路４２に接続され、クロック信号ＣＬＫ１はＰＮＰトランジスタ８２のＯＮ／ＯＦＦに応じて反転されて伝送路４２に出力される。すなわち、ＰＮＰトランジスタ８２は、いわゆるオープンコレクタ出力である。
【００２７】
伝送路４２は、プルダウン抵抗５８の一端に接続され、プルダウン抵抗５８の他端はエミッタ抵抗５６の一端とＮＰＮトランジスタ５４のエミッタ端子に接続される。抵抗５６の他端は第２送受信回路の負の電源電圧Ｖｄｄ（Ｖｄｄ＜０）に接続され、ＮＰＮトランジスタ５４のコレクタ端子は正の電源電圧Ｖｓｓに接続され、ベース端子はスコープ情報入力端子５１を介してスコープ制御回路３０に接続される。ここで、ＮＰＮトランジスタ５４と抵抗５６は、いわゆるエミッタフォロア回路を構成し、可変型定電圧源として機能する。すなわち、スコープ情報入力端子５１に印加されるアナログ電圧であるスコープ情報信号ＳＤ（Ｖｄｄ＜ＳＤ＜０）からＮＰＮトランジスタ５４のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを差し引いた電圧（ＳＤ−ＶＢＥ）が、エミッタ電圧となる。従って、伝送路４２は、プルダウン抵抗５８を介して電圧（Ｖｄｄ−（ＳＤ−ＶＢＥ））にプルダウンされることとなり、ＰＮＰトランジスタ８２から出力されたクロック信号ＣＬＫ１は、Ｈｉｇｈの信号のとき電圧Ｖｓｓとなり、Ｌｏｗの信号のとき電圧(Ｖｄｄ−（ＳＤ−ＶＢＥ）)となる。すなわち、クロック信号ＣＬＫ１の振幅（Ｖｓｓ−０）は伝送路４２上では拡大され、最大振幅（Ｖｓｓ−Ｖｄｄ−（ＳＤ−ＶＢＥ））の拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａとなる。なお、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥは、ＮＰＮトランジスタ５４が動作している状態では０．６Ｖ程度の一定電圧であり、入力されるスコープ情報信号ＳＤの値が十分大きい場合には無視できる値であるため、以下（ＳＤ−ＶＢＥ）≒ＳＤとして説明する。
【００２８】
クロック受信回路５２は伝送路４２に接続され、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａを受信する。クロック受信回路５２は、正の閾値電圧Ｖｔｈ１（第１の閾値電圧）を有するいわゆるインバータ回路であり、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａの電圧値と閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較し、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１よりも大きい場合には、Ｌｏｗの信号（ＧＮＤ）を出力し、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１よりも小さい場合には、Ｈｉｇｈの信号(Ｖｓｓ)を出力する。従って、クロック受信回路５２の出力はクロック信号ＣＬＫ１と同じ信号となり、クロック出力端子５９を介してＣＣＤ２８に供給される。ＣＣＤ２８に供給されるクロック信号は、例えば、水平同期信号である水平ＣＣＤ駆動信号（φＨ）、各画素の電荷をリセットするリセットパルス信号（φＲ）、垂直同期信号である垂直ＣＣＤ駆動信号（φＶ）である。
【００２９】
スコープ制御回路３０は、二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果をスコープ情報信号ＳＤに変換する。具体的には、二次電池３２のバッテリ容量については、二次電池３２が完全に充電されている時にはスコープ情報信号ＳＤとして電圧Ｖｄｄを出力し、二次電池３２が完全に放電されている時にはスコープ情報信号ＳＤとして電圧０Ｖ（ＧＮＤ）を出力し、中間のバッテリ容量に対してはバッテリ容量に応じて電圧Ｖｄｄから電圧０Ｖまで直線的に変化する電圧をスコープ情報信号ＳＤとして出力する。また、温度センサ３６の計測結果については、３０℃の計測結果の時にスコープ情報信号ＳＤとして電圧Ｖｄｄを出力し、４０℃の計測結果の時にスコープ情報信号ＳＤとして電圧０Ｖ（ＧＮＤ）を出力し、３０℃から４０℃の間は計測結果に応じて電圧Ｖｄｄから電圧０Ｖまで直線的に変化する電圧をスコープ情報信号ＳＤとして出力する。
【００３０】
上述のように、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａは、Ｌｏｗのときには電圧が(Ｖｄｄ−ＳＤ）となるため、スコープ制御回路３０がスコープ情報信号ＳＤを変化させることによって、図３の実線で描かれた波形Ａとなる。すなわち、拡大クロック信号ＣＬＫ１ＡはＬｏｗの電圧にスコープ情報信号ＳＤが重畳された重畳信号となる。なお、図３におけるスコープ情報信号ＳＤを表す曲線（実線及び点線）は、説明の便宜のためその変化を誇張して表現したもので、実際の二次電池３２のバッテリ容量は時間経過と共に緩やかに減少していき、これに従ってスコープ情報信号ＳＤも緩やかに変化する。
【００３１】
伝送路４２は、サンプル／ホールド回路８６に接続され、スコープ情報信号ＳＤが重畳された拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａがサンプル／ホールド回路８６に入力される。サンプル／ホールド回路８６は、タイミング回路から入力されるサンプルホールド信号Ｓ／Ｈに基づいて拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａをサンプル又はホールドする。
【００３２】
タイミング回路８４にはクロック信号ＣＬＫ１が入力され、タイミング回路８４はクロック信号ＣＬＫ１に基づいて所定のサンプルホールド信号Ｓ／Ｈを生成する。本実施形態のタイミング回路８４は、クロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれたサンプルホールド信号Ｓ／Ｈを生成し、サンプル／ホールド回路８６は、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈの立上がり時（ｔ２、ｔ５）の拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａをサンプルし、ホールドするよう構成される（図３参照）。従って、サンプル／ホールド回路８６のスコープ情報出力信号ＡＯＵＴは、拡大クロック信号ＣＬＫ１ＡのＬｏｗの信号電圧、すなわちスコープ情報信号ＳＤを一周期毎にサンプルしホールドすることとなり、一周期毎に階段状に変化するスコープ情報信号ＳＤがＧＮＤを基準としたスコープ情報出力信号ＡＯＵＴとしてスコープ情報出力端子８７を介してプロセッサ制御回路７６に出力される。
【００３３】
プロセッサ制御回路７６は入力されたスコープ情報信号ＳＤを二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果に変換する。すなわち、プロセッサ７０はスコープ先端部２０Ｅに搭載された二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果を得ることができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態の電子内視鏡の双方向通信装置によれば、ＣＣＤ２８を駆動するためのクロック信号ＣＬＫ１を送受信する伝送路４２をスコープ情報信号ＳＤを送受信するための伝送路として使用することが可能となる。すなわち、ＣＣＤ２８を駆動するために必要な信号線を双方向に利用することが可能となり、スコープ２０で生成される各種情報を専用線を別途設けることなくプロセッサ７０に伝送することが可能となる。従って、プロセッサ７０は、従来より多くのスコープ２０側の情報を得ることが可能でありながら細いスコープ挿入径を維持することが可能となる。例えば、スコープ情報信号ＳＤが二次電池３２のバッテリ容量である場合には、術者は事前にスコープ２０のバッテリ切れを予測可能となり、スコープ情報信号ＳＤが温度センサ３６の計測結果である場合には、術者は被験者の体調を観察しながら施術することが可能となり、より信頼性の高い施術が可能となる。
【００３５】
さらに、サンプル／ホールド回路８６がクロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれたサンプルホールド信号Ｓ／Ｈでスコープ情報信号ＳＤをサンプルし、ホールドすることにより、クロック信号ＣＬＫ１の一周期毎に確実にスコープ情報出力信号ＡＯＵＴを得ることができる。なお、スコープ情報出力信号ＡＯＵＴはスコープ情報信号ＳＤを周期的にサンプルした離散的な出力であるが、二次電池３２のバッテリ容量および温度センサ３６の計測結果はクロック信号ＣＬＫ１の一周期の時間に比較して十分長い周期で緩やかに変化する情報（データ）であるため、離散的な値であっても実質的に問題とはならない。また、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈは、クロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれた信号に限定されるものではなく、位相がずれてさえいれば同様の効果が得られる。
【００３６】
なお、スコープ情報信号ＳＤは、（Ｖｄｄ＜ＳＤ＜０）の範囲に限られるものではなく、クロック受信回路５２が拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａからクロック信号ＣＬＫ１を抽出できる範囲、すなわち正の閾値電圧Ｖｔｈ１以下（Ｖｄｄ＜ＳＤ＜Ｖｔｈ１）であれば良い。また、スコープ情報信号ＳＤはプロセッサ制御回路７６において二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果に変換されるため、直線的に変化する電圧に限られるものではなく、非線形に変化する電圧であっても良い。
【００３７】
次に、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図４は、第２の実施形態におけるタイミングチャートである。なお、第１の実施形態と同一、又は対応する信号線には同じ符号が付されている。
【００３８】
本実施形態は、タイミング回路８４がクロック信号ＣＬＫ１と同位相のサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’を生成し、サンプル／ホールド回路８６がサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’のＨｉｇｈのとき（ｔ１−ｔ３間、ｔ４−ｔ６間）にサンプルし、Ｌｏｗのとき（ｔ３−ｔ４間）にホールドするよう構成される点が第１の実施形態と異なる。従って、スコープ情報出力信号ＡＯＵＴ’は、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’がＨｉｇｈのとき（ｔ１−ｔ３間、ｔ４−ｔ６間）にはスコープ情報信号ＳＤをそのまま出力し、Ｌｏｗのとき（ｔ３−ｔ４間）にはサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’の立下り時（ｔ３、ｔ６）のスコープ情報信号ＳＤの電圧を維持する。
【００３９】
本実施形態の構成によれば、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’がＬｏｗのときにはクロック受信回路５２はクロック信号ＣＬＫ１を確実に受信することができ、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’がＨｉｇｈのときにはサンプル／ホールド回路８６は連続して変化するスコープ情報信号ＳＤを受信し、スコープ情報出力信号ＡＯＵＴ’として出力することが可能となる。すなわち、第１の実施形態と異なり、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’がＨｉｇｈのときにはクロック信号ＣＬＫ１の周期に拘らず、比較的変化の周期が短い連続的に変化するスコープ情報信号ＳＤであっても伝送することが可能となる。従って、例えば、クロック信号ＣＬＫ１としてＣＣＤ２８の水平ＣＣＤ駆動信号（φＨ）を伝送路４２を介して第１送受信回路８０から第２送受信回路５０に伝送し、スコープ情報信号ＳＤとして映像信号を伝送路４２を介して第２送受信回路５０から第１送受信回路８０に伝送することが可能である。すなわち、映像信号用伝送路４０を伝送路４２に統合することが可能となり、さらに細いスコープ挿入径を実現することができる。
【００４０】
次に、第３の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図５は本実施形態における双方向通信装置を構成する第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の内部構成、および内視鏡装置内での接続関係を模式的に示すブロック図である。図６は本実施形態における第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の動作を説明するタイミングチャートである。なお、第１の実施形態と同一、又は対応する構成要素及び信号線には同じ符号が付されている。
【００４１】
本実施形態は、第１送受信回路８０’のサンプル／ホールド回路８６’がＤフリップフロップで構成される点、第２送受信回路５０’のプルダウン抵抗５８がスイッチ回路５５を介して負の電源電圧Ｖｄｄ又は０Ｖ（ＧＮＤ）に接続される点、及びスコープ情報信号ＳＤ’がクロック信号ＣＬＫ１と同期の取れたデジタル信号である点が第１の実施形態と異なる。
【００４２】
伝送路４２は、プルダウン抵抗５８の一端に接続され、プルダウン抵抗５８の他端は単極双投型スイッチ回路５５の共通端子に接続される。スイッチ回路５５の一方の端子は第２送受信回路の負の電源電圧Ｖｄｄ（Ｖｄｄ＜０）に接続され、他方の端子は０Ｖ（ＧＮＤ）に接続される。スイッチ回路５５は制御信号入力端子を有し、制御信号入力端子はスコープ情報入力端子５１を介してスコープ制御回路３０’に接続される。スコープ制御回路３０’からのスコープ情報信号ＳＤ’（デジタル信号）がスイッチ回路５５の制御信号入力端子に入力されるとスイッチ回路５５は、スコープ情報信号ＳＤ’に従って接続状態を切替える。具体的には、スイッチ回路５５は、スコープ情報信号ＳＤ’がＬｏｗの信号である場合には、共通端子と負の電源電圧Ｖｄｄとを接続し、スコープ情報信号ＳＤ’がＨｉｇｈの信号である場合には、共通端子と０Ｖ（ＧＮＤ）とを接続する。従って、伝送路４２は、プルダウン抵抗５８を介して負の電源電圧Ｖｄｄ又は０Ｖ（ＧＮＤ）にプルダウンされることとなり、ＰＮＰトランジスタ８２から出力されたクロック信号ＣＬＫ１は、Ｈｉｇｈの信号のとき電圧Ｖｓｓとなり、Ｌｏｗの信号のとき電圧Ｖｄｄ又は０Ｖ（ＧＮＤ）となる。すなわち、クロック信号ＣＬＫ１の振幅（Ｖｓｓ−０）は伝送路４２上では拡大され、最大振幅（Ｖｓｓ−Ｖｄｄ）の拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄとなる。
【００４３】
スコープ制御回路３０’は、二次電池３２のバッテリ容量をスコープ情報信号ＳＤ’に変換する。具体的には、二次電池３２が完全に充電されている時には４ビットのデジタルデータ「００００」がスコープ情報信号ＳＤ’として出力され、二次電池３２が完全に放電されている時には「１１１１」がスコープ情報信号ＳＤ’として出力され、中間のバッテリ容量に対してはバッテリ容量に応じて「００００」から「１１１１」まで一様に変化する４ビットのデジタルデータをスコープ情報信号ＳＤとして出力する。また、スコープ制御回路３０’はクロック出力端子５９と接続されている。スコープ制御回路３０’はクロック出力端子５９より出力されるクロック信号ＣＬＫ１を受信し、クロック信号ＣＬＫ１と同期の取れたスコープ情報信号ＳＤ’を出力する。具体的には、スコープ情報信号ＳＤ’は、１ビットのデジタルデータをクロック信号ＣＬＫ１の１周期に対応させたシリアルデータ信号として出力され、４ビットのスコープ情報信号ＳＤ’は、クロック信号ＣＬＫ１の４周期分で伝送される。例えば、「０１１０」のスコープ情報信号ＳＤ’を送信する場合、図６のｔ１からｔ１３で示されるクロック信号ＣＬＫ１の４周期分で伝送される。なお、スコープ制御回路３０’は、二次電池３２のバッテリ容量と同様、温度センサ３６の計測結果についてもスコープ情報信号ＳＤ’に変換するが、デジタルデータである点を除いて第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４４】
上述のように、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄは、Ｌｏｗの信号のとき電圧Ｖｄｄ又は０Ｖ（ＧＮＤ）となるため、スコープ制御回路３０’がスコープ情報信号ＳＤ’を変化させることによって、図６の実線で描かれた波形となる。すなわち、拡大クロック信号ＣＬＫ１ＤはＬｏｗの時の信号電圧にスコープ情報信号ＳＤ’が重畳された重畳信号となる。なお、図６におけるスコープ情報信号ＳＤ’のデータ（０１１０、１００１）は、説明の便宜のためその変化を誇張して表現したもので、実際の二次電池３２のバッテリ容量は時間経過と共に緩やかに減少していき、従ってスコープ情報信号ＳＤ’も緩やかに変化する。
【００４５】
伝送路４２は、Ｄフリップフロップ回路８６’のＤ端子に接続され、スコープ情報信号ＳＤ’が重畳された拡大クロック信号ＣＬＫ１ＤがＤフリップフロップ回路８６’に入力される。Ｄフリップフロップ回路８６’のＣＬＫ端子は、タイミング回路８４と接続され、Ｄフリップフロップ回路８６’はタイミング回路８４から入力されるサンプルホールド信号Ｓ／Ｈに基づいて拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄをサンプルしホールドする。タイミング回路８４にはクロック信号ＣＬＫ１が入力され、タイミング回路８４はクロック信号ＣＬＫ１に基づいて所定のサンプルホールド信号Ｓ／Ｈを生成する。本実施形態のタイミング回路８４は、第１の実施形態と同様、クロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれたサンプルホールド信号Ｓ／Ｈを生成し、Ｄフリップフロップ回路８６’は、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈの立上がり時（ｔ２、ｔ５、ｔ８、ｔ１１）に拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄをサンプルし、ホールドするよう構成される（図６参照）。具体的には、Ｄフリップフロップ回路８６’のＤ端子は負の閾値電圧Ｖｔｈ２（第２の閾値電圧）を有し、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈの立上がり時に拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄの電圧値と閾値電圧Ｖｔｈ２とを比較し、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２よりも小さい場合には、Ｌｏｗの信号（ＧＮＤ）を出力し、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２よりも大きい場合には、Ｈｉｇｈの信号(Ｖｓｓ)を出力する。従って、Ｄフリップフロップ回路８６’は、拡大クロック信号ＣＬＫ１ＤのＬｏｗの信号電圧、すなわちスコープ情報信号ＳＤ’を一周期毎にサンプルしホールドすることとなり、クロック信号ＣＬＫ１の１／４周期にあたる時間だけ遅れたスコープ情報信号ＳＤ’がスコープ情報出力信号ＤＯＵＴとしてスコープ情報出力端子８７を介してプロセッサ制御回路７６に出力される。
【００４６】
以上のように、本実施形態の電子内視鏡の双方向通信装置によれば、第１及び第２の実施形態と同様、ＣＣＤ２８を駆動するためのクロック信号ＣＬＫ１を送受信する伝送路４２をスコープ情報信号ＳＤ’を送受信するための伝送路として使用することが可能となる。従って、専用線を別途設けることなく、細いスコープ挿入径を維持しつつ、スコープ２０側の各種情報をプロセッサ７０側に伝送することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、スコープ情報信号ＳＤ’をデジタルデータで構成したことにより、第１及び第２の実施形態と比較してノイズの影響を受け難く、より精度を必要とするスコープ２０側の情報を伝送できる。
【００４８】
さらに、Ｄフリップフロップ回路８６’がクロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれたサンプルホールド信号Ｓ／Ｈでスコープ情報信号ＳＤ’をサンプルし、ホールドすることにより、クロック信号ＣＬＫ１の一周期毎に確実にスコープ情報出力信号ＤＯＵＴを得ることができる。 なお、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈは、クロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれた信号に限定されるものではなく、０から１８０度の範囲で位相がずれてさえいれば同様の効果が得られる。
【００４９】
なお、スコープ情報信号ＳＤ’は、４ビットのデジタルデータに限られるものではなく、要求されるスコープ情報信号ＳＤ’の精度に応じてビット数を変更可能である。また、第１の実施形態と同様、スコープ情報信号ＳＤ’はプロセッサ制御回路７６において二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果に変換されるため、スコープ情報信号ＳＤ’として「００００」から「１１１１」までの範囲の一部のデータを使うことも可能であり、非線形に変化するデジタルデータであっても良い。さらに、スイッチ回路５５によって切替えられる電圧は、負の電源電圧Ｖｄｄと０Ｖ（ＧＮＤ）に限られるものではなく、クロック受信回路５２が拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄからクロック信号ＣＬＫ１を抽出でき、且つ、Ｄフリップフロップ回路８６’がスコープ情報信号ＳＤ’を抽出できる範囲、すなわち負の閾値電圧Ｖｔｈ２より大きく正の閾値電圧Ｖｔｈ１より小さい１つの電圧と、負の閾値電圧Ｖｔｈ２より小さいもう１つの電圧であれば良い。
【００５０】
次に、第４の実施形態について、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。図７は、第４の実施形態におけるタイミングチャートである。なお、第３の実施形態と同一、又は対応する信号線には同じ符号が付されている。
【００５１】
本実施形態は、スコープ情報信号ＳＤ”の１ビットがクロック信号ＣＬＫ１の１／４周期に対応した信号であり、クロック信号ＣＬＫ１が正のときにスコープ情報信号ＳＤ”の２ビットに相当するデータを伝送する点、タイミング回路８４がサンプルホールドパルスＳ／Ｈ”として、クロック信号ＣＬＫ１がＨｉｇｈのときにクロック信号ＣＬＫ１の１／８から２／８の周期に亘る第１の正のサンプルホールドパルスを生成し、クロック信号ＣＬＫ１の３／８から４／８の周期に亘る第２の正のサンプルホールドパルスを生成する点、サンプルホールドパルスＳ／Ｈ”の立上りに同期して（ｔ２’、ｔ３’、ｔ６’、ｔ７’、ｔ１０’、ｔ１１’）Ｄフリップフロップ回路８６’がスコープ情報信号ＳＤ”をサンプル／ホールドするよう構成される点が第３の実施形態と異なる。従って、クロック信号ＣＬＫ１の１／８周期にあたる時間だけ遅れたスコープ情報信号ＳＤ”がスコープ情報出力信号ＤＯＵＴ”としてスコープ情報出力端子８７を介してプロセッサ制御回路７６に出力される。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、クロック信号ＣＬＫ１の一周期毎に２ビットのスコープ情報信号ＳＤ”を送受信することが可能となり、第３の実施形態と比較して２倍の伝送容量を得ることができる。
【００５３】
なお、クロック信号ＣＬＫ１の一周期毎に送受信できるビット数は２ビットに限定されるものではなく、タイミング回路８４が生成するサンプルホールドパルス数を増やすことにより３ビット以上の送受信も可能である。
【００５４】
電子内視鏡の双方向通信装置を構成する部品等は、第１乃至第４の実施形態に限定されるものではない。例えば、第１送受信回路８０（８０’）のＰＮＰトランジスタ８２は、エミッタを負の電圧にＶｄｄに接続したＮＰＮトランジスタでも良く、この場合第２送受信回路５０（５０’）のプルダウン抵抗５８は、その一端が正の電圧に接続されるプルアップ抵抗となる。なお、この場合には、閾値電圧Ｖｔｈ１及びＶｔｈ２の正負が反転し、各タイミングチャートで示した信号波形の正負が反転する。すなわち、スコープ情報信号ＳＤ（ＳＤ’、ＳＤ”）は、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａ（ＣＬＫ１Ｄ）がＨｉｇｈの時の信号電圧（Ｖｓｓ）に重畳される。
【００５５】
また、プルダウン抵抗５８は抵抗素子として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電界効果トランジスタで構成しても良い。
【００５６】
また、第１乃至第４の実施形態においては、第１送受信回路８０（８０’）がプロセッサ側に設けられているとして説明したが、これに限定されるものではなく、スコープ側に設けられても良い。
【００５７】
なお、上述の実施形態においては、電子内視鏡の双方向通信装置として説明したが、電子内視鏡に限定されるものではなく、一般的な双方向通信装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施形態における双方向通信装置を有する電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】第１の実施形態における第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の内部構成、および内視鏡装置内での接続関係を模式的に示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態における第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】第２の実施形態における第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】第３の実施形態における第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の内部構成、および内視鏡装置内での接続関係を模式的に示すブロック図である。
【図６】第３の実施形態における第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】第４の実施形態における第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 電子内視鏡装置
２０ スコープ
２８ ＣＣＤ（撮像素子）
３０、３０’ スコープ制御回路
３２ 二次電池
３６ 温度センサ
４２ 伝送路
５０、５０’ 第２送受信回路
５１ スコープ情報入力端子
５２ クロック受信回路
５４ ＮＰＮトランジスタ
５５ スイッチ回路
５６ エミッタ抵抗
５８ プルダウン抵抗
５９ クロック出力端子
７０ プロセッサ
７６ プロセッサ制御回路
８０、８０’ 第１送受信回路
８１ クロック入力端子
８２ ＰＮＰトランジスタ（クロック送信回路）
８４ タイミング回路
８６ サンプル／ホールド回路
８６’ Ｄフリップフロップ回路
８７ スコープ情報出力端子
ＣＬＫ１ クロック信号
ＣＬＫ１Ａ、ＣＬＫ１Ｄ 拡大クロック信号
Ｓ／Ｈ、Ｓ／Ｈ’ サンプルホールド信号
Ｓ／Ｈ” サンプルホールドパルス
ＡＯＵＴ、ＡＯＵＴ’、ＤＯＵＴ、ＤＯＵＴ” スコープ情報出力信号
ＳＤ、ＳＤ’、ＳＤ” スコープ情報信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子内視鏡装置に設けられ、例えば撮像信号の制御信号等を送受信する双方向通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡装置は、通常、撮像素子等を含むスコープと、撮像素子を駆動するための制御信号を生成し、撮像素子により生成された映像信号を処理するプロセッサとを有する。一般に、電子内視鏡装置においては、プロセッサ側に設けられた制御回路で制御信号が生成され、電線等の伝送路を介してスコープ先端に配置される撮像素子に供給される。そして、映像信号は、電線等の伝送路を介してプロセッサ側の信号処理回路に送信される（例えば特許文献１）。
【０００３】
また、スコープ先端部に温度センサを設けて被験者の体内の温度を計測することが可能な電子内視鏡装置及びスコープ先端部に配した電磁誘導により充電可能なバッテリによって撮像素子を含むスコープ側の回路を駆動する電子内視鏡装置が知られている（例えば特許文献１、２）。
【特許文献１】特開２００４−３２１４９１号公報
【特許文献２】特開２００６−６５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１及び２のように、電子内視鏡装置のスコープ側に電源や他の機能（例えば、温度測定）を設けた場合、それらの動作状態及び出力結果の情報をプロセッサ側に送信し、ユーザ（術者）に認識させることが求められる。しかし、特許文献１の電子内視鏡のように、スコープ側から各種情報をプロセッサに送信するために専用の信号伝送路を設けた場合には、被験者の体内に挿入されるスコープの挿入部の径を太くせざるを得なくなり、被験者に苦痛を強いることとなる。
【０００５】
そこで本発明は、スコープの挿入部の径を太くすることなくスコープ側の各種情報をプロセッサ側に伝送可能とする電子内視鏡の双方向通信装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の第１の発明の電子内視鏡装置の双方向通信装置は、撮像機能を有するスコープを備えた電子内視鏡装置であって、伝送路と、伝送路を介して一定周期のクロック信号をスコープに送信する第１の送受信回路と、クロック信号を受信し、クロック信号の振幅を拡大して拡大クロック信号を生成し、スコープで生成されるスコープ情報信号を拡大クロック信号に重畳して重畳信号を伝送路を介して送信する第２の送受信回路とを備え、第１の送受信回路が、クロック信号に基づくタイミングで重畳信号からスコープ情報信号を受信することを特徴とする。このような構成により、クロック信号の伝送路とスコープ情報信号の伝送路とを兼用し双方向に通信することが可能となる。
【０００７】
また、第１の送受信回路は、クロック信号が入力されるクロック入力端子と、クロック信号を伝送路に出力するクロック送信回路と、クロック信号に基づいてタイミング信号を生成するタイミング回路と、重畳信号をタイミング信号に基づいてサンプルホールドし、スコープ情報信号を抽出し出力するサンプルホールド回路とを備えることが好ましい。このような構成により、クロック信号と同期したタイミングでスコープ情報信号を抽出することが可能となる。クロック送信回路は、例えばオープンコレクタ回路であり、これによって簡単な構成でクロック信号を出力することが可能となる。
【０００８】
また、タイミング回路が、クロック信号と位相が異なるタイミング信号を生成し、サンプルホールド回路が、タイミング信号の立上り又は立下りに同期してサンプルホールドすることが好ましい。或いは、タイミング回路が、クロック信号がＨｉｇｈ又はＬｏｗのいずれか一方の状態のときに複数のタイミング信号を生成することが好ましい。或いは、タイミング回路が、クロック信号と同一の位相のタイミング信号を生成し、サンプルホールド回路が、タイミング信号がＨｉｇｈまたはＬｏｗのときにサンプルし、ＬｏｗまたはＨｉｇｈのときにホールドすることが好ましい。このような構成により、重畳信号からスコープ情報信号を確実に抽出することが可能となる。
【０００９】
また、第２の送受信回路は、スコープ情報信号が入力されるスコープ情報信号入力端子と、スコープ情報信号に基づいて出力電圧が変化する可変型定電圧源と、伝送路と可変型定電圧源とを接続する抵抗と、伝送路から第１の閾値電圧でクロック信号を抽出し出力するクロック受信回路とを備えることが好ましい。このような構成により、簡単な構成で拡大クロック信号を生成し、スコープ情報信号を拡大クロック信号に重畳することが可能となる。さらに、クロック信号がプラスの電圧で振幅する矩形波の信号である場合には、可変型定電圧源の最大出力電圧が第１の閾値電圧以下であることが好ましい。或いは、クロック信号がマイナスの電圧で振幅する矩形波の信号である場合には、可変型定電圧源の最小出力電圧が第１の閾値電圧以上であることが好ましい。このような構成により、クロック信号を確実に抽出し受信することが可能となる。
【００１０】
或いは、第２の送受信回路は、スコープ情報信号が入力されるスコープ情報信号入力端子と、スコープ情報信号に基づいて複数の異なる電圧を出力するスイッチ回路と、伝送路とスイッチ回路とを接続する抵抗と、伝送路から第２の閾値電圧でクロック信号を抽出し出力するクロック受信回路とを備え、スコープ情報信号はデジタル信号であり、第１の送受信回路が第２の閾値電圧でスコープ情報信号を抽出することが好ましい。このような構成により、スコープ情報信号がデジタル信号である場合でも簡単な構成で拡大クロック信号を生成し、スコープ情報信号を拡大クロック信号に重畳することが可能となる。さらに、クロック信号がプラスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、スイッチ回路が出力する電圧の一方が第２の閾値電圧より低く、他方が第１の閾値電圧より低く、かつ第２の閾値電圧より高いことが好ましい。或いは、クロック信号がマイナスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、スイッチ回路が出力する電圧の一方が第２の閾値電圧より高く、他方が第１の閾値電圧より高く、かつ第２の閾値電圧より低いことが好ましい。このような構成により、クロック信号を確実に抽出し受信することが可能となる。
【００１１】
また、スコープは撮像素子を有し、クロック信号が撮像素子を駆動する信号であることが好ましい。これによって撮像素子を駆動するための伝送路とスコープ情報信号の伝送路とを兼用し双方向に通信することが可能となる。
【００１２】
本願の第２の発明の電子内視鏡装置は、二次電池と、本願の第１の発明の電子内視鏡装置の双方向通信装置を備え、撮像素子は二次電池から供給される電力により駆動され、スコープ情報信号が二次電池の残量を表す信号であることを特徴とする。このような構成により、スコープの挿入部の径を太くすることなく二次電池の残量をプロセッサ側に伝送することが可能となる。
【００１３】
本願の第３の発明の電子内視鏡装置は、温度センサと、本願の第１の発明の電子内視鏡装置の双方向通信装置を備え、スコープ情報信号が温度センサの出力に基づく信号であることを特徴とする。このような構成により、スコープの挿入部の径を太くすることなく温度の情報をプロセッサ側に伝送することが可能となる。
【００１４】
本願の第４の発明の双方向通信装置は、伝送路と、伝送路の一側に接続され伝送路を介して一定周期のクロック信号を伝送路の他側に送信する第１の送受信回路と、伝送路の他側に接続され、クロック信号を受信し、クロック信号の振幅を拡大して拡大クロック信号を生成し、外部より入力される入力信号を拡大クロック信号に重畳して重畳信号を伝送路を介して送信する第２の送受信回路とを備え、第１の送受信回路が、クロック信号に基づくタイミングで重畳信号から入力信号を受信することを特徴とする。このような構成により、クロック信号の伝送路と入力信号の伝送路とを兼用し双方向に通信することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によれば、スコープに供給する信号の伝送路の一部を双方向通信可能に構成している。これにより、スコープの挿入部の径を太くすることなくスコープ側の各種情報をプロセッサ側に伝送可することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態における双方向通信装置を有する電子内視鏡装置のブロック図である。
【００１７】
電子内視鏡装置１０は、スコープ２０とプロセッサ７０とを有する。スコープ２０は、被験者の体内に挿入される挿入部（不図示）とユニバーサルコード部２０Ｔを有し、挿入部の先端部であるスコープ先端部２０Ｅとプロセッサ７０は、ユニバーサルコード部２０Ｔを介して電気的及び光学的に接続される。
【００１８】
プロセッサ７０には、光源７２が設けられており、光源７２は照明光Ｌを出射する。照明光Ｌは、スコープ２０に設けられたガイドファイバ２４を介してスコープ先端部２０Ｅに伝達され、拡散レンズ２２によって拡散される。被観察体（不図示）は、スコープ先端部２０Ｅから出射された照明光Ｌにより照明され、被観察体で反射した照明光Ｌは、スコープ先端部２０Ｅに入射する。
【００１９】
スコープ先端部２０Ｅには、対物レンズ２６、ＣＣＤ（撮像素子）２８、スコープ制御回路３０、二次電池３２、電源３４、温度センサ３６及び第２送受信回路５０が設けられている。スコープ先端部２０Ｅに入射した照明光Ｌの反射光は、対物レンズ２６によってＣＣＤ２８上に結像される。
【００２０】
ＣＣＤ２８は、プロセッサ７０に設けられたプロセッサ制御回路７６で生成されるクロック信号によって駆動される。クロック信号は、プロセッサ７０において第１送受信回路８０から出力され、伝送路４２、第２送受信回路５０を介してＣＣＤ２８に供給される。クロック信号としては、例えば、水平ＣＣＤ駆動信号（φＨ）、リセットパルス信号（φＲ）、垂直ＣＣＤ駆動信号（φＶ）等があり、これらは伝送路４２においてそれぞれ別々の信号線により伝送されるが、図１においては、説明の便宜のため、１つのクロック信号ＣＬＫ１Ａ（φＲ）のみを示している。
【００２１】
ＣＣＤ２８は、映像信号を生成し、映像信号用伝送路４０を介してプロセッサ７０に送信する。映像信号は、プロセッサ７０に設けられた信号処理回路７４で処理され、被観察体の画像がプロセッサ７０に接続されるモニタ（不図示）等に表示される。
【００２２】
ＣＣＤ２８を含むスコープ先端部２０Ｅのスコープ制御回路３０、第２送受信回路５０等の各電気回路は、二次電池３２を備える電源３４から供給される電力によって駆動される。二次電池３２は、スコープ２０を使用する前に外部電源１００との電磁結合によって充電され、使用時には電源３４に電力を供給するバッテリとして機能する。電源３４は、二次電池３２のバッテリ容量をモニタしスコープ制御回路３０に出力する。スコープ制御回路３０は、二次電池３２のバッテリ容量を後述する所定のデータに変換してスコープ情報信号ＳＤを生成し、第２送受信回路５０、伝送路４２及び第１送受信回路８０を介してプロセッサ制御回路７６に送信する。プロセッサ制御回路７６は、受信したデータからバッテリ容量を求めプロセッサ７０に接続されるモニタ（不図示）等に表示する。なお、伝送路４２においてスコープ情報信号ＳＤの送信に使用される信号線は、クロック信号ＣＬＫ１Ａと共通である。
【００２３】
温度センサ３６は、スコープ先端部２０Ｅの周囲の温度、すなわち被験者の体温を計測し、計測結果をスコープ制御回路３０に出力する。スコープ制御回路３０は、温度センサ３６の計測結果を所定のデータに変換しスコープ情報信号ＳＤを生成し、第２送受信回路５０、伝送路４２及び第１送受信回路８０を介してプロセッサ制御回路７６に送信する。プロセッサ制御回路７６は、受信したデータから体温を求めプロセッサ７０に接続されるモニタ（不図示）等に表示する。なお、伝送路４２においてスコープ情報信号ＳＤの送信に使用される信号線は、クロック信号ＣＬＫ１Ａと共通であるが、二次電池３２のバッテリ容量を伝送する信号線とは異なる信号線を使用する。
【００２４】
図２は本実施形態における双方向通信装置を構成する第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の内部構成、および内視鏡装置内での接続関係を模式的に示すブロック図である。図３は、第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の動作を説明するタイミングチャートであり、図２で示される各信号線と同一の符号を付している。
【００２５】
第１送受信回路８０は、クロック入力端子８１、ＰＮＰトランジスタ８２、タイミング回路８４、サンプル／ホールド回路８６、及びスコープ情報出力端子８７により構成される。第２送受信回路５０は、スコープ情報入力端子５１、ＮＰＮトランジスタ５４、エミッタ抵抗５６、プルダウン抵抗５８、クロック受信回路５２及びクロック出力端子５９により構成される。第１送受信回路８０と第２送受信回路５０は伝送路４２によって接続される。
【００２６】
クロック入力端子８１は、プロセッサ制御回路７６と接続され、プロセッサ制御回路７６で生成されるＣＣＤ２８を駆動するための一定周期のクロック信号ＣＬＫ１が入力される。クロック信号ＣＬＫ１は、Ｈｉｇｈのとき電圧Ｖｓｓとなり、Ｌｏｗのとき電圧ゼロ(ＧＮＤ)となる矩形波の信号であり、クロック入力端子８１を介してＰＮＰトランジスタ８２のベース端子に入力され、ＰＮＰトランジスタ８２をＯＮ／ＯＦＦする。ＰＮＰトランジスタ８２のエミッタ端子は第１送受信回路８０の正の電源電圧Ｖｓｓ（Ｖｓｓ＞０）に接続され、コレクタ端子は伝送路４２に接続され、クロック信号ＣＬＫ１はＰＮＰトランジスタ８２のＯＮ／ＯＦＦに応じて反転されて伝送路４２に出力される。すなわち、ＰＮＰトランジスタ８２は、いわゆるオープンコレクタ出力である。
【００２７】
伝送路４２は、プルダウン抵抗５８の一端に接続され、プルダウン抵抗５８の他端はエミッタ抵抗５６の一端とＮＰＮトランジスタ５４のエミッタ端子に接続される。抵抗５６の他端は第２送受信回路の負の電源電圧Ｖｄｄ（Ｖｄｄ＜０）に接続され、ＮＰＮトランジスタ５４のコレクタ端子は正の電源電圧Ｖｓｓに接続され、ベース端子はスコープ情報入力端子５１を介してスコープ制御回路３０に接続される。ここで、ＮＰＮトランジスタ５４と抵抗５６は、いわゆるエミッタフォロア回路を構成し、可変型定電圧源として機能する。すなわち、スコープ情報入力端子５１に印加されるアナログ電圧であるスコープ情報信号ＳＤ（Ｖｄｄ＜ＳＤ＜０）からＮＰＮトランジスタ５４のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを差し引いた電圧（ＳＤ−ＶＢＥ）が、エミッタ電圧となる。従って、伝送路４２は、プルダウン抵抗５８を介して電圧（Ｖｄｄ−（ＳＤ−ＶＢＥ））にプルダウンされることとなり、ＰＮＰトランジスタ８２から出力されたクロック信号ＣＬＫ１は、Ｈｉｇｈの信号のとき電圧Ｖｓｓとなり、Ｌｏｗの信号のとき電圧(Ｖｄｄ−（ＳＤ−ＶＢＥ）)となる。すなわち、クロック信号ＣＬＫ１の振幅（Ｖｓｓ−０）は伝送路４２上では拡大され、最大振幅（Ｖｓｓ−Ｖｄｄ−（ＳＤ−ＶＢＥ））の拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａとなる。なお、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥは、ＮＰＮトランジスタ５４が動作している状態では０．６Ｖ程度の一定電圧であり、入力されるスコープ情報信号ＳＤの値が十分大きい場合には無視できる値であるため、以下（ＳＤ−ＶＢＥ）≒ＳＤとして説明する。
【００２８】
クロック受信回路５２は伝送路４２に接続され、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａを受信する。クロック受信回路５２は、正の閾値電圧Ｖｔｈ１（第１の閾値電圧）を有するいわゆるインバータ回路であり、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａの電圧値と閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較し、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１よりも大きい場合には、Ｌｏｗの信号（ＧＮＤ）を出力し、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１よりも小さい場合には、Ｈｉｇｈの信号(Ｖｓｓ)を出力する。従って、クロック受信回路５２の出力はクロック信号ＣＬＫ１と同じ信号となり、クロック出力端子５９を介してＣＣＤ２８に供給される。ＣＣＤ２８に供給されるクロック信号は、例えば、水平同期信号である水平ＣＣＤ駆動信号（φＨ）、各画素の電荷をリセットするリセットパルス信号（φＲ）、垂直同期信号である垂直ＣＣＤ駆動信号（φＶ）である。
【００２９】
スコープ制御回路３０は、二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果をスコープ情報信号ＳＤに変換する。具体的には、二次電池３２のバッテリ容量については、二次電池３２が完全に充電されている時にはスコープ情報信号ＳＤとして電圧Ｖｄｄを出力し、二次電池３２が完全に放電されている時にはスコープ情報信号ＳＤとして電圧０Ｖ（ＧＮＤ）を出力し、中間のバッテリ容量に対してはバッテリ容量に応じて電圧Ｖｄｄから電圧０Ｖまで直線的に変化する電圧をスコープ情報信号ＳＤとして出力する。また、温度センサ３６の計測結果については、３０℃の計測結果の時にスコープ情報信号ＳＤとして電圧Ｖｄｄを出力し、４０℃の計測結果の時にスコープ情報信号ＳＤとして電圧０Ｖ（ＧＮＤ）を出力し、３０℃から４０℃の間は計測結果に応じて電圧Ｖｄｄから電圧０Ｖまで直線的に変化する電圧をスコープ情報信号ＳＤとして出力する。
【００３０】
上述のように、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａは、Ｌｏｗのときには電圧が(Ｖｄｄ−ＳＤ）となるため、スコープ制御回路３０がスコープ情報信号ＳＤを変化させることによって、図３の実線で描かれた波形Ａとなる。すなわち、拡大クロック信号ＣＬＫ１ＡはＬｏｗの電圧にスコープ情報信号ＳＤが重畳された重畳信号となる。なお、図３におけるスコープ情報信号ＳＤを表す曲線（実線及び点線）は、説明の便宜のためその変化を誇張して表現したもので、実際の二次電池３２のバッテリ容量は時間経過と共に緩やかに減少していき、これに従ってスコープ情報信号ＳＤも緩やかに変化する。
【００３１】
伝送路４２は、サンプル／ホールド回路８６に接続され、スコープ情報信号ＳＤが重畳された拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａがサンプル／ホールド回路８６に入力される。サンプル／ホールド回路８６は、タイミング回路から入力されるサンプルホールド信号Ｓ／Ｈに基づいて拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａをサンプル又はホールドする。
【００３２】
タイミング回路８４にはクロック信号ＣＬＫ１が入力され、タイミング回路８４はクロック信号ＣＬＫ１に基づいて所定のサンプルホールド信号Ｓ／Ｈを生成する。本実施形態のタイミング回路８４は、クロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれたサンプルホールド信号Ｓ／Ｈを生成し、サンプル／ホールド回路８６は、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈの立上がり時（ｔ２、ｔ５）の拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａをサンプルし、ホールドするよう構成される（図３参照）。従って、サンプル／ホールド回路８６のスコープ情報出力信号ＡＯＵＴは、拡大クロック信号ＣＬＫ１ＡのＬｏｗの信号電圧、すなわちスコープ情報信号ＳＤを一周期毎にサンプルしホールドすることとなり、一周期毎に階段状に変化するスコープ情報信号ＳＤがＧＮＤを基準としたスコープ情報出力信号ＡＯＵＴとしてスコープ情報出力端子８７を介してプロセッサ制御回路７６に出力される。
【００３３】
プロセッサ制御回路７６は入力されたスコープ情報信号ＳＤを二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果に変換する。すなわち、プロセッサ７０はスコープ先端部２０Ｅに搭載された二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果を得ることができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態の電子内視鏡の双方向通信装置によれば、ＣＣＤ２８を駆動するためのクロック信号ＣＬＫ１を送受信する伝送路４２をスコープ情報信号ＳＤを送受信するための伝送路として使用することが可能となる。すなわち、ＣＣＤ２８を駆動するために必要な信号線を双方向に利用することが可能となり、スコープ２０で生成される各種情報を専用線を別途設けることなくプロセッサ７０に伝送することが可能となる。従って、プロセッサ７０は、従来より多くのスコープ２０側の情報を得ることが可能でありながら細いスコープ挿入径を維持することが可能となる。例えば、スコープ情報信号ＳＤが二次電池３２のバッテリ容量である場合には、術者は事前にスコープ２０のバッテリ切れを予測可能となり、スコープ情報信号ＳＤが温度センサ３６の計測結果である場合には、術者は被験者の体調を観察しながら施術することが可能となり、より信頼性の高い施術が可能となる。
【００３５】
さらに、サンプル／ホールド回路８６がクロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれたサンプルホールド信号Ｓ／Ｈでスコープ情報信号ＳＤをサンプルし、ホールドすることにより、クロック信号ＣＬＫ１の一周期毎に確実にスコープ情報出力信号ＡＯＵＴを得ることができる。なお、スコープ情報出力信号ＡＯＵＴはスコープ情報信号ＳＤを周期的にサンプルした離散的な出力であるが、二次電池３２のバッテリ容量および温度センサ３６の計測結果はクロック信号ＣＬＫ１の一周期の時間に比較して十分長い周期で緩やかに変化する情報（データ）であるため、離散的な値であっても実質的に問題とはならない。また、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈは、クロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれた信号に限定されるものではなく、位相がずれてさえいれば同様の効果が得られる。
【００３６】
なお、スコープ情報信号ＳＤは、（Ｖｄｄ＜ＳＤ＜０）の範囲に限られるものではなく、クロック受信回路５２が拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａからクロック信号ＣＬＫ１を抽出できる範囲、すなわち正の閾値電圧Ｖｔｈ１以下（Ｖｄｄ＜ＳＤ＜Ｖｔｈ１）であれば良い。また、スコープ情報信号ＳＤはプロセッサ制御回路７６において二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果に変換されるため、直線的に変化する電圧に限られるものではなく、非線形に変化する電圧であっても良い。
【００３７】
次に、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図４は、第２の実施形態におけるタイミングチャートである。なお、第１の実施形態と同一、又は対応する信号線には同じ符号が付されている。
【００３８】
本実施形態は、タイミング回路８４がクロック信号ＣＬＫ１と同位相のサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’を生成し、サンプル／ホールド回路８６がサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’のＨｉｇｈのとき（ｔ１−ｔ３間、ｔ４−ｔ６間）にサンプルし、Ｌｏｗのとき（ｔ３−ｔ４間）にホールドするよう構成される点が第１の実施形態と異なる。従って、スコープ情報出力信号ＡＯＵＴ’は、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’がＨｉｇｈのとき（ｔ１−ｔ３間、ｔ４−ｔ６間）にはスコープ情報信号ＳＤをそのまま出力し、Ｌｏｗのとき（ｔ３−ｔ４間）にはサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’の立下り時（ｔ３、ｔ６）のスコープ情報信号ＳＤの電圧を維持する。
【００３９】
本実施形態の構成によれば、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’がＬｏｗのときにはクロック受信回路５２はクロック信号ＣＬＫ１を確実に受信することができ、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’がＨｉｇｈのときにはサンプル／ホールド回路８６は連続して変化するスコープ情報信号ＳＤを受信し、スコープ情報出力信号ＡＯＵＴ’として出力することが可能となる。すなわち、第１の実施形態と異なり、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈ’がＨｉｇｈのときにはクロック信号ＣＬＫ１の周期に拘らず、比較的変化の周期が短い連続的に変化するスコープ情報信号ＳＤであっても伝送することが可能となる。従って、例えば、クロック信号ＣＬＫ１としてＣＣＤ２８の水平ＣＣＤ駆動信号（φＨ）を伝送路４２を介して第１送受信回路８０から第２送受信回路５０に伝送し、スコープ情報信号ＳＤとして映像信号を伝送路４２を介して第２送受信回路５０から第１送受信回路８０に伝送することが可能である。すなわち、映像信号用伝送路４０を伝送路４２に統合することが可能となり、さらに細いスコープ挿入径を実現することができる。
【００４０】
次に、第３の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図５は本実施形態における双方向通信装置を構成する第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の内部構成、および内視鏡装置内での接続関係を模式的に示すブロック図である。図６は本実施形態における第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の動作を説明するタイミングチャートである。なお、第１の実施形態と同一、又は対応する構成要素及び信号線には同じ符号が付されている。
【００４１】
本実施形態は、第１送受信回路８０’のサンプル／ホールド回路８６’がＤフリップフロップで構成される点、第２送受信回路５０’のプルダウン抵抗５８がスイッチ回路５５を介して負の電源電圧Ｖｄｄ又は０Ｖ（ＧＮＤ）に接続される点、及びスコープ情報信号ＳＤ’がクロック信号ＣＬＫ１と同期の取れたデジタル信号である点が第１の実施形態と異なる。
【００４２】
伝送路４２は、プルダウン抵抗５８の一端に接続され、プルダウン抵抗５８の他端は単極双投型スイッチ回路５５の共通端子に接続される。スイッチ回路５５の一方の端子は第２送受信回路の負の電源電圧Ｖｄｄ（Ｖｄｄ＜０）に接続され、他方の端子は０Ｖ（ＧＮＤ）に接続される。スイッチ回路５５は制御信号入力端子を有し、制御信号入力端子はスコープ情報入力端子５１を介してスコープ制御回路３０’に接続される。スコープ制御回路３０’からのスコープ情報信号ＳＤ’（デジタル信号）がスイッチ回路５５の制御信号入力端子に入力されるとスイッチ回路５５は、スコープ情報信号ＳＤ’に従って接続状態を切替える。具体的には、スイッチ回路５５は、スコープ情報信号ＳＤ’がＬｏｗの信号である場合には、共通端子と負の電源電圧Ｖｄｄとを接続し、スコープ情報信号ＳＤ’がＨｉｇｈの信号である場合には、共通端子と０Ｖ（ＧＮＤ）とを接続する。従って、伝送路４２は、プルダウン抵抗５８を介して負の電源電圧Ｖｄｄ又は０Ｖ（ＧＮＤ）にプルダウンされることとなり、ＰＮＰトランジスタ８２から出力されたクロック信号ＣＬＫ１は、Ｈｉｇｈの信号のとき電圧Ｖｓｓとなり、Ｌｏｗの信号のとき電圧Ｖｄｄ又は０Ｖ（ＧＮＤ）となる。すなわち、クロック信号ＣＬＫ１の振幅（Ｖｓｓ−０）は伝送路４２上では拡大され、最大振幅（Ｖｓｓ−Ｖｄｄ）の拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄとなる。
【００４３】
スコープ制御回路３０’は、二次電池３２のバッテリ容量をスコープ情報信号ＳＤ’に変換する。具体的には、二次電池３２が完全に充電されている時には４ビットのデジタルデータ「００００」がスコープ情報信号ＳＤ’として出力され、二次電池３２が完全に放電されている時には「１１１１」がスコープ情報信号ＳＤ’として出力され、中間のバッテリ容量に対してはバッテリ容量に応じて「００００」から「１１１１」まで一様に変化する４ビットのデジタルデータをスコープ情報信号ＳＤとして出力する。また、スコープ制御回路３０’はクロック出力端子５９と接続されている。スコープ制御回路３０’はクロック出力端子５９より出力されるクロック信号ＣＬＫ１を受信し、クロック信号ＣＬＫ１と同期の取れたスコープ情報信号ＳＤ’を出力する。具体的には、スコープ情報信号ＳＤ’は、１ビットのデジタルデータをクロック信号ＣＬＫ１の１周期に対応させたシリアルデータ信号として出力され、４ビットのスコープ情報信号ＳＤ’は、クロック信号ＣＬＫ１の４周期分で伝送される。例えば、「０１１０」のスコープ情報信号ＳＤ’を送信する場合、図６のｔ１からｔ１３で示されるクロック信号ＣＬＫ１の４周期分で伝送される。なお、スコープ制御回路３０’は、二次電池３２のバッテリ容量と同様、温度センサ３６の計測結果についてもスコープ情報信号ＳＤ’に変換するが、デジタルデータである点を除いて第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４４】
上述のように、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄは、Ｌｏｗの信号のとき電圧Ｖｄｄ又は０Ｖ（ＧＮＤ）となるため、スコープ制御回路３０’がスコープ情報信号ＳＤ’を変化させることによって、図６の実線で描かれた波形となる。すなわち、拡大クロック信号ＣＬＫ１ＤはＬｏｗの時の信号電圧にスコープ情報信号ＳＤ’が重畳された重畳信号となる。なお、図６におけるスコープ情報信号ＳＤ’のデータ（０１１０、１００１）は、説明の便宜のためその変化を誇張して表現したもので、実際の二次電池３２のバッテリ容量は時間経過と共に緩やかに減少していき、従ってスコープ情報信号ＳＤ’も緩やかに変化する。
【００４５】
伝送路４２は、Ｄフリップフロップ回路８６’のＤ端子に接続され、スコープ情報信号ＳＤ’が重畳された拡大クロック信号ＣＬＫ１ＤがＤフリップフロップ回路８６’に入力される。Ｄフリップフロップ回路８６’のＣＬＫ端子は、タイミング回路８４と接続され、Ｄフリップフロップ回路８６’はタイミング回路８４から入力されるサンプルホールド信号Ｓ／Ｈに基づいて拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄをサンプルしホールドする。タイミング回路８４にはクロック信号ＣＬＫ１が入力され、タイミング回路８４はクロック信号ＣＬＫ１に基づいて所定のサンプルホールド信号Ｓ／Ｈを生成する。本実施形態のタイミング回路８４は、第１の実施形態と同様、クロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれたサンプルホールド信号Ｓ／Ｈを生成し、Ｄフリップフロップ回路８６’は、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈの立上がり時（ｔ２、ｔ５、ｔ８、ｔ１１）に拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄをサンプルし、ホールドするよう構成される（図６参照）。具体的には、Ｄフリップフロップ回路８６’のＤ端子は負の閾値電圧Ｖｔｈ２（第２の閾値電圧）を有し、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈの立上がり時に拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄの電圧値と閾値電圧Ｖｔｈ２とを比較し、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２よりも小さい場合には、Ｌｏｗの信号（ＧＮＤ）を出力し、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２よりも大きい場合には、Ｈｉｇｈの信号(Ｖｓｓ)を出力する。従って、Ｄフリップフロップ回路８６’は、拡大クロック信号ＣＬＫ１ＤのＬｏｗの信号電圧、すなわちスコープ情報信号ＳＤ’を一周期毎にサンプルしホールドすることとなり、クロック信号ＣＬＫ１の１／４周期にあたる時間だけ遅れたスコープ情報信号ＳＤ’がスコープ情報出力信号ＤＯＵＴとしてスコープ情報出力端子８７を介してプロセッサ制御回路７６に出力される。
【００４６】
以上のように、本実施形態の電子内視鏡の双方向通信装置によれば、第１及び第２の実施形態と同様、ＣＣＤ２８を駆動するためのクロック信号ＣＬＫ１を送受信する伝送路４２をスコープ情報信号ＳＤ’を送受信するための伝送路として使用することが可能となる。従って、専用線を別途設けることなく、細いスコープ挿入径を維持しつつ、スコープ２０側の各種情報をプロセッサ７０側に伝送することが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、スコープ情報信号ＳＤ’をデジタルデータで構成したことにより、第１及び第２の実施形態と比較してノイズの影響を受け難く、より精度を必要とするスコープ２０側の情報を伝送できる。
【００４８】
さらに、Ｄフリップフロップ回路８６’がクロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれたサンプルホールド信号Ｓ／Ｈでスコープ情報信号ＳＤ’をサンプルし、ホールドすることにより、クロック信号ＣＬＫ１の一周期毎に確実にスコープ情報出力信号ＤＯＵＴを得ることができる。 なお、サンプルホールド信号Ｓ／Ｈは、クロック信号ＣＬＫ１と位相が９０度ずれた信号に限定されるものではなく、０から１８０度の範囲で位相がずれてさえいれば同様の効果が得られる。
【００４９】
なお、スコープ情報信号ＳＤ’は、４ビットのデジタルデータに限られるものではなく、要求されるスコープ情報信号ＳＤ’の精度に応じてビット数を変更可能である。また、第１の実施形態と同様、スコープ情報信号ＳＤ’はプロセッサ制御回路７６において二次電池３２のバッテリ容量及び温度センサ３６の計測結果に変換されるため、スコープ情報信号ＳＤ’として「００００」から「１１１１」までの範囲の一部のデータを使うことも可能であり、非線形に変化するデジタルデータであっても良い。さらに、スイッチ回路５５によって切替えられる電圧は、負の電源電圧Ｖｄｄと０Ｖ（ＧＮＤ）に限られるものではなく、クロック受信回路５２が拡大クロック信号ＣＬＫ１Ｄからクロック信号ＣＬＫ１を抽出でき、且つ、Ｄフリップフロップ回路８６’がスコープ情報信号ＳＤ’を抽出できる範囲、すなわち負の閾値電圧Ｖｔｈ２より大きく正の閾値電圧Ｖｔｈ１より小さい１つの電圧と、負の閾値電圧Ｖｔｈ２より小さいもう１つの電圧であれば良い。
【００５０】
次に、第４の実施形態について、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。図７は、第４の実施形態におけるタイミングチャートである。なお、第３の実施形態と同一、又は対応する信号線には同じ符号が付されている。
【００５１】
本実施形態は、スコープ情報信号ＳＤ”の１ビットがクロック信号ＣＬＫ１の１／４周期に対応した信号であり、クロック信号ＣＬＫ１が正のときにスコープ情報信号ＳＤ”の２ビットに相当するデータを伝送する点、タイミング回路８４がサンプルホールドパルスＳ／Ｈ”として、クロック信号ＣＬＫ１がＨｉｇｈのときにクロック信号ＣＬＫ１の１／８から２／８の周期に亘る第１の正のサンプルホールドパルスを生成し、クロック信号ＣＬＫ１の３／８から４／８の周期に亘る第２の正のサンプルホールドパルスを生成する点、サンプルホールドパルスＳ／Ｈ”の立上りに同期して（ｔ２’、ｔ３’、ｔ６’、ｔ７’、ｔ１０’、ｔ１１’）Ｄフリップフロップ回路８６’がスコープ情報信号ＳＤ”をサンプル／ホールドするよう構成される点が第３の実施形態と異なる。従って、クロック信号ＣＬＫ１の１／８周期にあたる時間だけ遅れたスコープ情報信号ＳＤ”がスコープ情報出力信号ＤＯＵＴ”としてスコープ情報出力端子８７を介してプロセッサ制御回路７６に出力される。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、クロック信号ＣＬＫ１の一周期毎に２ビットのスコープ情報信号ＳＤ”を送受信することが可能となり、第３の実施形態と比較して２倍の伝送容量を得ることができる。
【００５３】
なお、クロック信号ＣＬＫ１の一周期毎に送受信できるビット数は２ビットに限定されるものではなく、タイミング回路８４が生成するサンプルホールドパルス数を増やすことにより３ビット以上の送受信も可能である。
【００５４】
電子内視鏡の双方向通信装置を構成する部品等は、第１乃至第４の実施形態に限定されるものではない。例えば、第１送受信回路８０（８０’）のＰＮＰトランジスタ８２は、エミッタを負の電圧にＶｄｄに接続したＮＰＮトランジスタでも良く、この場合第２送受信回路５０（５０’）のプルダウン抵抗５８は、その一端が正の電圧に接続されるプルアップ抵抗となる。なお、この場合には、閾値電圧Ｖｔｈ１及びＶｔｈ２の正負が反転し、各タイミングチャートで示した信号波形の正負が反転する。すなわち、スコープ情報信号ＳＤ（ＳＤ’、ＳＤ”）は、拡大クロック信号ＣＬＫ１Ａ（ＣＬＫ１Ｄ）がＨｉｇｈの時の信号電圧（Ｖｓｓ）に重畳される。
【００５５】
また、プルダウン抵抗５８は抵抗素子として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電界効果トランジスタで構成しても良い。
【００５６】
また、第１乃至第４の実施形態においては、第１送受信回路８０（８０’）がプロセッサ側に設けられているとして説明したが、これに限定されるものではなく、スコープ側に設けられても良い。
【００５７】
なお、上述の実施形態においては、電子内視鏡の双方向通信装置として説明したが、電子内視鏡に限定されるものではなく、一般的な双方向通信装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施形態における双方向通信装置を有する電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】第１の実施形態における第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の内部構成、および内視鏡装置内での接続関係を模式的に示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態における第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】第２の実施形態における第１送受信回路８０および第２送受信回路５０の動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】第３の実施形態における第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の内部構成、および内視鏡装置内での接続関係を模式的に示すブロック図である。
【図６】第３の実施形態における第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】第４の実施形態における第１送受信回路８０’および第２送受信回路５０’の動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 電子内視鏡装置
２０ スコープ
２８ ＣＣＤ（撮像素子）
３０、３０’ スコープ制御回路
３２ 二次電池
３６ 温度センサ
４２ 伝送路
５０、５０’ 第２送受信回路
５１ スコープ情報入力端子
５２ クロック受信回路
５４ ＮＰＮトランジスタ
５５ スイッチ回路
５６ エミッタ抵抗
５８ プルダウン抵抗
５９ クロック出力端子
７０ プロセッサ
７６ プロセッサ制御回路
８０、８０’ 第１送受信回路
８１ クロック入力端子
８２ ＰＮＰトランジスタ（クロック送信回路）
８４ タイミング回路
８６ サンプル／ホールド回路
８６’ Ｄフリップフロップ回路
８７ スコープ情報出力端子
ＣＬＫ１ クロック信号
ＣＬＫ１Ａ、ＣＬＫ１Ｄ 拡大クロック信号
Ｓ／Ｈ、Ｓ／Ｈ’ サンプルホールド信号
Ｓ／Ｈ” サンプルホールドパルス
ＡＯＵＴ、ＡＯＵＴ’、ＤＯＵＴ、ＤＯＵＴ” スコープ情報出力信号
ＳＤ、ＳＤ’、ＳＤ” スコープ情報信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像機能を有するスコープを備えた電子内視鏡装置であって、
伝送路と、
前記伝送路を介して一定周期のクロック信号を前記スコープに送信する第１の送受信回路と、
前記クロック信号を受信し、前記クロック信号の振幅を拡大して拡大クロック信号を生成し、前記スコープで生成されるスコープ情報信号を前記拡大クロック信号に重畳して重畳信号を伝送路を介して送信する第２の送受信回路とを備え、
第１の送受信回路が、前記クロック信号に基づくタイミングで前記重畳信号から前記スコープ情報信号を受信することを特徴とする電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項２】
前記第１の送受信回路は、
前記クロック信号が入力されるクロック入力端子と、
前記クロック信号を前記伝送路に出力するクロック送信回路と、
前記クロック信号に基づいてタイミング信号を生成するタイミング回路と、
前記重畳信号を前記タイミング信号に基づいてサンプルホールドし、前記スコープ情報信号を抽出し出力するサンプルホールド回路と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項３】
前記クロック送信回路が、オープンコレクタ回路で構成されることを特徴とする請求項２に記載の双方向通信装置。
【請求項４】
前記タイミング回路が、前記クロック信号と位相が異なるタイミング信号を生成し、
前記サンプルホールド回路が、前記タイミング信号の立上り又は立下りに同期してサンプルホールドすることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項５】
前記タイミング回路が、前記クロック信号がＨｉｇｈ又はＬｏｗのいずれか一方の状態のときに複数のタイミング信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項６】
前記タイミング回路が、前記クロック信号と同一の位相のタイミング信号を生成し、
前記サンプルホールド回路が、前記タイミング信号がＨｉｇｈまたはＬｏｗのときにサンプルし、ＬｏｗまたはＨｉｇｈのときにホールドすることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項７】
前記第２の送受信回路は、
前記スコープ情報信号が入力されるスコープ情報信号入力端子と、
前記スコープ情報信号に基づいて出力電圧が変化する可変型定電圧源と、
前記伝送路と前記可変型定電圧源とを接続する抵抗と、
前記伝送路から第１の閾値電圧で前記クロック信号を抽出し出力するクロック受信回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項８】
前記クロック信号がプラスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、前記可変型定電圧源の最大出力電圧が前記第１の閾値電圧以下であることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項９】
前記クロック信号がマイナスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、前記可変型定電圧源の最小出力電圧が前記第１の閾値電圧以上であることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１０】
前記第２の送受信回路は、
前記スコープ情報信号が入力されるスコープ情報信号入力端子と、
前記スコープ情報信号に基づいて複数の異なる電圧を出力するスイッチ回路と、
前記伝送路と前記スイッチ回路とを接続する抵抗と、
前記伝送路から第１の閾値電圧で前記クロック信号を抽出し出力するクロック受信回路とを備え、
前記スコープ情報信号はデジタル信号であり、前記第１の送受信回路が第２の閾値電圧で前記スコープ情報信号を抽出することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１１】
前記クロック信号がプラスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、前記スイッチ回路が出力する電圧の一方が前記第２の閾値電圧より低く、他方が前記第１の閾値電圧より低く、かつ前記第２の閾値電圧より高いことを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１２】
前記クロック信号がマイナスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、前記スイッチ回路が出力する電圧の一方が前記第２の閾値電圧より高く、他方が前記第１の閾値電圧より高く、かつ前記第２の閾値電圧より低いことを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１３】
前記スコープは撮像素子を有し、前記クロック信号が前記撮像素子を駆動する信号であることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１４】
二次電池と、請求項１に記載の双方向通信装置を備え、
前記撮像素子は前記二次電池から供給される電力により駆動され、前記スコープ情報信号が前記二次電池の残量を表す信号であることを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項１５】
温度センサと、請求項１に記載の双方向通信装置を備え、
前記スコープ情報信号が前記温度センサの出力に基づく信号であることを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項１６】
伝送路と、
前記伝送路の一側に接続され、前記伝送路を介して一定周期のクロック信号を前記伝送路の他側に送信する第１の送受信回路と、
前記伝送路の他側に接続され、前記クロック信号を受信し、前記クロック信号の振幅を拡大して拡大クロック信号を生成し、外部より入力される入力信号を前記拡大クロック信号に重畳して重畳信号を前記伝送路を介して送信する第２の送受信回路とを備え、
第１の送受信回路が、前記クロック信号に基づくタイミングで前記重畳信号から前記入力信号を受信することを特徴とする双方向通信装置。
【請求項１】
撮像機能を有するスコープを備えた電子内視鏡装置であって、
伝送路と、
前記伝送路を介して一定周期のクロック信号を前記スコープに送信する第１の送受信回路と、
前記クロック信号を受信し、前記クロック信号の振幅を拡大して拡大クロック信号を生成し、前記スコープで生成されるスコープ情報信号を前記拡大クロック信号に重畳して重畳信号を伝送路を介して送信する第２の送受信回路とを備え、
第１の送受信回路が、前記クロック信号に基づくタイミングで前記重畳信号から前記スコープ情報信号を受信することを特徴とする電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項２】
前記第１の送受信回路は、
前記クロック信号が入力されるクロック入力端子と、
前記クロック信号を前記伝送路に出力するクロック送信回路と、
前記クロック信号に基づいてタイミング信号を生成するタイミング回路と、
前記重畳信号を前記タイミング信号に基づいてサンプルホールドし、前記スコープ情報信号を抽出し出力するサンプルホールド回路と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項３】
前記クロック送信回路が、オープンコレクタ回路で構成されることを特徴とする請求項２に記載の双方向通信装置。
【請求項４】
前記タイミング回路が、前記クロック信号と位相が異なるタイミング信号を生成し、
前記サンプルホールド回路が、前記タイミング信号の立上り又は立下りに同期してサンプルホールドすることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項５】
前記タイミング回路が、前記クロック信号がＨｉｇｈ又はＬｏｗのいずれか一方の状態のときに複数のタイミング信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項６】
前記タイミング回路が、前記クロック信号と同一の位相のタイミング信号を生成し、
前記サンプルホールド回路が、前記タイミング信号がＨｉｇｈまたはＬｏｗのときにサンプルし、ＬｏｗまたはＨｉｇｈのときにホールドすることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項７】
前記第２の送受信回路は、
前記スコープ情報信号が入力されるスコープ情報信号入力端子と、
前記スコープ情報信号に基づいて出力電圧が変化する可変型定電圧源と、
前記伝送路と前記可変型定電圧源とを接続する抵抗と、
前記伝送路から第１の閾値電圧で前記クロック信号を抽出し出力するクロック受信回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項８】
前記クロック信号がプラスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、前記可変型定電圧源の最大出力電圧が前記第１の閾値電圧以下であることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項９】
前記クロック信号がマイナスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、前記可変型定電圧源の最小出力電圧が前記第１の閾値電圧以上であることを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１０】
前記第２の送受信回路は、
前記スコープ情報信号が入力されるスコープ情報信号入力端子と、
前記スコープ情報信号に基づいて複数の異なる電圧を出力するスイッチ回路と、
前記伝送路と前記スイッチ回路とを接続する抵抗と、
前記伝送路から第１の閾値電圧で前記クロック信号を抽出し出力するクロック受信回路とを備え、
前記スコープ情報信号はデジタル信号であり、前記第１の送受信回路が第２の閾値電圧で前記スコープ情報信号を抽出することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１１】
前記クロック信号がプラスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、前記スイッチ回路が出力する電圧の一方が前記第２の閾値電圧より低く、他方が前記第１の閾値電圧より低く、かつ前記第２の閾値電圧より高いことを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１２】
前記クロック信号がマイナスの電圧で振幅する矩形波の信号であり、前記スイッチ回路が出力する電圧の一方が前記第２の閾値電圧より高く、他方が前記第１の閾値電圧より高く、かつ前記第２の閾値電圧より低いことを特徴とする請求項１０に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１３】
前記スコープは撮像素子を有し、前記クロック信号が前記撮像素子を駆動する信号であることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置の双方向通信装置。
【請求項１４】
二次電池と、請求項１に記載の双方向通信装置を備え、
前記撮像素子は前記二次電池から供給される電力により駆動され、前記スコープ情報信号が前記二次電池の残量を表す信号であることを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項１５】
温度センサと、請求項１に記載の双方向通信装置を備え、
前記スコープ情報信号が前記温度センサの出力に基づく信号であることを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項１６】
伝送路と、
前記伝送路の一側に接続され、前記伝送路を介して一定周期のクロック信号を前記伝送路の他側に送信する第１の送受信回路と、
前記伝送路の他側に接続され、前記クロック信号を受信し、前記クロック信号の振幅を拡大して拡大クロック信号を生成し、外部より入力される入力信号を前記拡大クロック信号に重畳して重畳信号を前記伝送路を介して送信する第２の送受信回路とを備え、
第１の送受信回路が、前記クロック信号に基づくタイミングで前記重畳信号から前記入力信号を受信することを特徴とする双方向通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−８９９５０（Ｐ２００９−８９９５０Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６４６５７（Ｐ２００７−２６４６５７）
【出願日】平成１９年１０月１０日（２００７．１０．１０）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１０日（２００７．１０．１０）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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