JP2017123971A - Endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体内に導入され、該被検体の画像データを生成する内視鏡に関する。 The present invention relates to an endoscope that is introduced into a subject and generates image data of the subject.
近年、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子では、各ライン行に光電変換素子に接続しないダミー画素を設け、電源電圧の変動等による各行の横筋ノイズを補正する技術が知られている(特許文献1参照)。この技術では、有効画素が出力した画素値からダミー画素が出力した画素値を減算することによって、画像データに発生する横筋ノイズを補正する。 In recent years, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) imaging devices are known in which dummy pixels that are not connected to photoelectric conversion elements are provided in each line row, and lateral stripe noise in each row due to fluctuations in power supply voltage is corrected (Patent Literature). 1). In this technique, the horizontal stripe noise generated in the image data is corrected by subtracting the pixel value output from the dummy pixel from the pixel value output from the effective pixel.
ところで、上述した特許文献1では、電源電圧の変動によって、ダミー画素と有効画素とで互いに異なるノイズが発生する場合がある。このような場合には、横筋ノイズを精度よく補正することができず、画質が低下するという問題点があった。
Incidentally, in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ダミー画素と有効画素とで互いに異なるノイズが発生した場合であっても、精度よく横筋ノイズを補正することができる内視鏡を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides an endoscope capable of accurately correcting lateral stripe noise even when different noises are generated between a dummy pixel and an effective pixel. For the purpose.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内視鏡は、二次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成して出力する複数の有効画素と、前記複数の有効画素の配置における水平ライン毎に設けられ、前記撮像信号の補正処理に用いられるダミー信号を生成して出力する1または複数のダミー画素と、を有する撮像素子と、前記撮像素子に接続され、前記撮像信号および前記ダミー信号を伝送する伝送ケーブルと、前記伝送ケーブルの基端側に設けられ、前記撮像信号を受信したままの状態で外部へ出力可能であるとともに、前記ダミー信号に対して第1の信号処理を行って第1の信号を生成して外部へ出力する第1の信号処理部と、前記撮像素子を駆動するための駆動信号を生成する生成部と、前記生成部が生成した前記駆動信号に基づいて、前記ダミー画素が前記ダミー信号を出力するダミー信号出力期間において前記第1の信号処理部に前記第1の信号処理を実行させて前記第1の信号を外部へ出力させる一方、前記有効画素が前記撮像信号を出力する撮像信号出力期間において前記第1の信号処理部に前記撮像信号をそのまま外部へ出力させる制御部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the endoscope according to the present invention is arranged in a two-dimensional matrix, receives light from the outside, and generates and outputs an imaging signal corresponding to the amount of received light. Imaging having a plurality of effective pixels, and one or a plurality of dummy pixels provided for each horizontal line in the arrangement of the plurality of effective pixels and generating and outputting a dummy signal used for correction processing of the imaging signal An element, a transmission cable connected to the imaging element and transmitting the imaging signal and the dummy signal, and provided on a proximal end side of the transmission cable, and can be output to the outside while receiving the imaging signal. In addition, a first signal processing unit that performs a first signal processing on the dummy signal to generate a first signal and outputs the first signal to the outside, and a drive signal for driving the image sensor Based on the drive signal generated by the generation unit and the generation unit, the first signal processing unit is caused to execute the first signal processing in a dummy signal output period in which the dummy pixel outputs the dummy signal. A control unit that causes the first signal processing unit to output the imaging signal to the outside as it is during an imaging signal output period in which the effective pixel outputs the imaging signal while outputting the first signal to the outside. It is characterized by that.
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、前記伝送ケーブルの基端側であって、前記第1の信号処理部より前記伝送ケーブルの先端側の基端側に設けられた終端抵抗と、前記伝送ケーブルの基端側であって、前記第1の信号処理部より後段の基端側に設けられ、前記第1の信号を用いて前記撮像信号を補正する信号処理を行う第2の信号処理部と、を備え、前記第1の信号処理部は、前記終端抵抗と前記第2の信号処理部との間に設けられ、前記撮像信号および前記第1の信号を前記第2の信号処理部へ出力することを特徴とする。 Moreover, the endoscope according to the present invention is the termination resistor provided on the proximal end side of the transmission cable and on the proximal end side on the distal end side of the transmission cable from the first signal processing unit. And a signal processing unit that is provided on the proximal end side of the transmission cable and downstream from the first signal processing unit and performs signal processing for correcting the imaging signal using the first signal. The first signal processing unit is provided between the termination resistor and the second signal processing unit, and the imaging signal and the first signal are transmitted to the second signal processing unit. It outputs to a signal processing part.
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、前記第1の信号処理部は、前記ダミー信号に対して前記第1の信号処理を行って前記第1の信号を生成する第3の信号処理部と、前記伝送ケーブルおよび前記第3の信号処理部のどちらか一方を選択的に切り替えて前記第2の信号処理部へ接続する切替部と、を有し、前記制御部は、前記ダミー信号出力期間において前記切替部に前記第3の信号処理部と前記第2の信号処理部とを接続させる一方、前記撮像信号出力期間において前記切替部に前記伝送ケーブルと前記第2の信号処理部とを接続させることを特徴とする。 The endoscope according to the present invention is the endoscope according to the above invention, wherein the first signal processing unit generates the first signal by performing the first signal processing on the dummy signal. A signal processing unit, and a switching unit that selectively switches one of the transmission cable and the third signal processing unit to connect to the second signal processing unit, and the control unit includes The third signal processing unit and the second signal processing unit are connected to the switching unit in the dummy signal output period, while the transmission cable and the second signal processing are connected to the switching unit in the imaging signal output period. It connects with a part, It is characterized by the above-mentioned.
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、前記第1の信号処理部は、前記ダミー信号に対して前記第1の信号処理を行って前記第1の信号を生成する第3の信号処理部と、前記第2の信号処理部および前記第3の信号処理部のどちらか一方を選択的に切り替えて前記伝送ケーブルへ接続する切替部と、を有し、前記制御部は、前記ダミー信号出力期間において前記切替部に前記第3の信号処理部と前記伝送ケーブルとを接続させる一方、前記撮像信号出力期間において前記切替部に前記第2の信号処理部と前記伝送ケーブルとを接続させることを特徴とする。 The endoscope according to the present invention is the endoscope according to the above invention, wherein the first signal processing unit generates the first signal by performing the first signal processing on the dummy signal. A signal processing unit, and a switching unit that selectively switches one of the second signal processing unit and the third signal processing unit to connect to the transmission cable, and the control unit In the dummy signal output period, the switching unit is connected to the third signal processing unit and the transmission cable, while in the imaging signal output period, the switching unit is connected to the second signal processing unit and the transmission cable. It is characterized by making it.
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、前記第1の信号処理部は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタのいずれかを含むことを特徴とする。 The endoscope according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the first signal processing section includes either a high-pass filter or a band-pass filter.
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明において、前記制御部は、前記生成部が生成した前記駆動信号に基づいて、前記第1の信号処理部が実行する前記第1の信号処理の内容を変更させることを特徴とする。 Further, in the endoscope according to the present invention, in the above invention, the control unit performs the first signal processing performed by the first signal processing unit based on the drive signal generated by the generation unit. The content is changed.
本発明によれば、ダミー画素と有効画素とで互いに異なるノイズが発生した場合であっても、精度よく横筋ノイズを補正することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the horizontal stripe noise can be accurately corrected even when different noises are generated between the dummy pixel and the effective pixel.
以下、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、被検体内に挿入される内視鏡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、本発明が限定されるものでない。さらに、図面の記載において、同一の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、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。 Hereinafter, as an embodiment for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”), an endoscope system including an endoscope inserted into a subject will be described. Further, the present invention is not limited by this embodiment. Further, in the description of the drawings, the same portions will be described with the same reference numerals. Furthermore, the drawings are schematic, and it should be noted that the relationship between the thickness and width of each member, the ratio of each member, and the like are different from the actual ones. Moreover, the part from which a mutual dimension and ratio differ between drawings is contained.
〔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に示す内視鏡システム1は、内視鏡2(内視鏡スコープ)と、伝送ケーブル3と、コネクタ部5と、プロセッサ6(処理装置)と、表示装置7と、光源装置8と、を備える。
[Configuration of endoscope system]
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an overall configuration of an endoscope system according to
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撮像信号(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101側に、体内画像の撮像を行う撮像部20(撮像素子)が設けられている。さらに、内視鏡2は、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が設けられている。撮像部20が撮像した画像の撮像信号は、例えば数m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。
The
伝送ケーブル3は、内視鏡2とコネクタ部5とを接続するとともに、内視鏡2とプロセッサ6および光源装置8とを接続する。また、伝送ケーブル3は、撮像部20が生成した撮像信号をコネクタ部5へ伝送する。伝送ケーブル3は、ケーブルや光ファイバ等を用いて構成される。
The
コネクタ部5は、内視鏡2、プロセッサ6および光源装置8に接続され、接続された内視鏡2が出力する撮像信号に所定の信号処理を施すとともに、アナログの撮像信号をデジタルの撮像信号に変換(A/D変換)してプロセッサ6へ出力する。
The
プロセッサ6は、コネクタ部5から入力される撮像信号に所定の画像処理を施して表示装置7へ出力する。また、プロセッサ6は、内視鏡システム1全体を統括的に接続する。例えば、プロセッサ6は、光源装置8が出射する照明光を切り替えたり、内視鏡2の撮像モードを切り替えたりする制御を行う。
The
表示装置7は、プロセッサ6が画像処理を施した撮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。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。
The
光源装置8は、コネクタ部5および伝送ケーブル3を経由して内視鏡2の挿入部100の先端101側から被検体(被写体)へ向けて照明光を照射する。光源装置8は、白色光を発する白色LED(Light Emitting Diode)等を用いて構成される。光源装置8は、プロセッサ6の制御のもと、内視鏡2を介して照明光を被検体に向けて照射する。なお、本実施の形態1では、光源装置8に同時方式の照明方式が採用されるが、面順次方式の照明方式であってもよい。
The
図2は、内視鏡システム1の要部の機能を示すブロック図である。
まず、内視鏡2の構成について説明する。
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。撮像部20は、第1チップ21(撮像素子)と、第2チップ22と、を備える。
FIG. 2 is a block diagram illustrating functions of a main part of the
First, the configuration of the
The
第1チップ21は、複数の単位画素230および複数のダミー画素247を有する受光部23と、受光部23によって光電変換された撮像信号およびダミー信号を読み出す読み出し部24と、コネクタ部5から入力された基準クロック信号および同期信号に基づきタイミング信号を生成するタイミング生成部25と、を有する。
The
複数の単位画素230は、行列方向に2次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成して出力する。
The plurality of
複数のダミー画素247は、複数の単位画素230の配置における水平ライン毎に設けられ、撮像信号の補正処理に用いられるダミー信号を生成して出力する。なお、第1チップ21のより詳細な構成については、図3を参照して後述する。
The plurality of
第2チップ22は、伝送ケーブル3およびコネクタ部5を介して、第1チップ21から出力される撮像信号をプロセッサ6へ送信するバッファ27を有する。なお、第1チップ21と第2チップ22に搭載される回路の組み合わせは、適宜変更可能である。
The
また、撮像部20は、伝送ケーブル3を介してプロセッサ6の電源部61において生成された電源電圧VDDをグランドGNDとともに受け取る。撮像部20に供給される電源電圧VDDとグランドGNDとの間には、電源安定用のコンデンサC1が設けられている。
Further, the
コネクタ部5は、終端抵抗51と、第1の信号処理部52と、アナログ・フロント・エンド部53(以下、「AFE部53」という)と、A/D変換部54と、パルス生成部55と、電源電圧生成部56と、FPGA57(Field Programmable Gate Array)と、を備える。
The
終端抵抗51は、伝送ケーブル3の終端に設けられる。終端抵抗51は、一端が伝送ケーブル3に接続され、他端がグランドGNDに接続された交流終端抵抗511と、一端が伝送ケーブル3に接続され、他端がグランドGNDに接続された直流終端抵抗512と、直流成分をカットする直流カットコンデンサ513と、を有する。また、終端抵抗51は、第1の信号処理部52より伝送ケーブル3の先端側の基端側に設けられる。
The
第1の信号処理部52は、伝送ケーブル3の基端側に設けられ、終端抵抗51と、AFE部53との間に配置されてなる。第1の信号処理部52は、伝送ケーブル3から伝送されたダミー信号に対して第1の信号処理を行って第1の信号を生成し、この第1の信号をAFE部53(外部)へ出力する。また、第1の信号処理部52は、伝送ケーブル3から伝送された撮像信号をそのままAFE部53(外部)へ出力する。第1の信号処理部52は、ハイパスフィルタ部521(以下、「HPF部521」という)と、切替部522と、を有する。
The first
HPF部521は、終端抵抗51と切替部522との間に配置してなる。HPF部521は、伝送ケーブル3を介して伝送されるダミー信号に対して第1の信号処理を行って第1の信号を生成し、この第1の信号を切替部522へ出力する。ここで、第1の信号処理とは、ハイパスフィルタ処理である。なお、本実施の形態1では、HPF部521が信号生成部として機能する。
The
切替部522は、一端側が伝送ケーブル3およびHPF部521それぞれに接続され、他端側がAFE部53に接続される。切替部522は、FPGA57の制御のもと、伝送ケーブル3およびHPF部521のどちらか一方を選択的に切り替えてAFE部53へ接続する。切替部522は、スイッチ等を用いて構成される。
The
AFE部53は、切替部522から入力された信号を受信し、受信した信号に対して所定の処理、例えばゲインアップ処理やノイズ低減処理(例えばCDS処理、クランプ処理)等のアナログ処理を行った後に、A/D変換部54へ出力する。AFE部53は、伝送ケーブル3の基端側であって、第1の信号処理部52より後段の基端側に設けられる。なお、本実施の形態1では、AFE部53が第2の信号処理部として機能する。
The
A/D変換部54は、AFE部53から入力された信号に対して、A/D変換を行ってプロセッサ6へ出力する。
The A /
パルス生成部55は、プロセッサ6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(例えば、27MHzのクロック信号)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て、基準クロック信号とともに、伝送ケーブル3を介して撮像部20のタイミング生成部25およびFPGA57へ出力する。ここで、パルス生成部55が生成する同期信号(駆動信号)は、水平同期信号と垂直同期信号とを含む。なお、本実施の形態1では、パルス生成部55が撮像部20を駆動するための駆動信号を生成する生成部として機能する。
The
電源電圧生成部56は、プロセッサ6から供給される電源から、第1チップ21と第2チップ22を駆動するのに必要な電源電圧を生成して第1チップ21および第2チップ22へ出力する。電源電圧生成部56は、レギュレーターなどを用いて第1チップ21と第2チップ22を駆動するのに必要な電源電圧を生成する。
The power
FPGA57は、パルス生成部55から入力される基準クロック信号および同期信号に基づいて、撮像部20がダミー画素247からダミー信号を出力するダミー信号出力期間において第1の信号処理部52に第1の信号処理を実行させて第1の信号をAFE部53へ出力させる。これに対して、FPGA57は、撮像部20が単位画素230から撮像信号を出力する撮像信号出力期間において第1の信号処理部52に撮像信号をそのまま(信号処理を施さず)AFE部53へ出力させる。具体的には、FPGA57は、パルス生成部55から入力される基準クロック信号および同期信号に基づいて、切替部522による接続先の切り替えを制御することによって、ダミー信号出力期間において切替部522にHPF部521とAFE部53とを接続させる一方、撮像信号出力期間において切替部522に伝送ケーブル3とAFE部53とを接続させる。なお、本実施の形態1では、FPGA57が制御部として機能する。
Based on the reference clock signal and the synchronization signal input from the
〔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、電源部61と、画像信号処理部62と、クロック生成部63と、記録部64と、入力部65と、プロセッサ制御部66と、を備える。
[Processor configuration]
Next, the configuration of the
The
電源部61は、電源電圧を生成し、この生成した電源電圧をグランド(GND)とともに、コネクタ部5の電源電圧生成部56へ供給する。
The
画像信号処理部62は、A/D変換部54から出力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、ガンマ補正処理、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。
The image signal processing unit 62 performs synchronization processing, white balance (WB) adjustment processing, gain adjustment processing, gamma correction processing, digital analog (D / D) on the digital image pickup signal output from the A /
クロック生成部63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パルス生成部55へ出力する。
The
記録部64は、内視鏡システム1に関する各種情報や処理中のデータ等を記録する。記録部64は、FlashメモリやRAM(Random Access Memory)の記録媒体を用いて構成される。
The
入力部65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65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の入力を受け付ける。入力部65は、例えば十字スイッチやプッシュボタン等を用いて構成される。
The
プロセッサ制御部66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。プロセッサ制御部66は、CPU(Central Processing Unit)等を用いて構成される。プロセッサ制御部66は、入力部65から入力された指示信号に応じて、内視鏡システム1を制御する。
The processor control unit 66 comprehensively controls each unit constituting the
〔第1チップの構成〕
次に、上述した第1チップ21の詳細な構成について説明する。
図3は、図2に示す第1チップ21の詳細な構成を示すブロック図である。図4は、第1チップ21の構成を示す回路図である。
[Configuration of the first chip]
Next, the detailed configuration of the
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the
図3および図4に示すように、第1チップ21は、受光部23と、読み出し部24(駆動部)と、タイミング生成部25と、ヒステリシス部28と、出力部31(アンプ)と、を有する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ヒステリシス部28は、伝送ケーブル3を介して入力された基準クロック信号および同期信号の波形整形を行い、この波形整形を行った基準クロック信号および同期信号をタイミング生成部25へ出力する。
The
タイミング生成部25は、ヒステリシス部28から入力された基準クロック信号および同期信号に基づいて、各種の駆動信号を生成し、後述する読み出し部24の垂直走査部241(行選択回路)、ノイズ除去部243および水平走査部245へそれぞれ出力する。
The
読み出し部24は、後述する受光部23の複数の画素の各々から出力される撮像信号および基準電圧生成部246から出力される基準信号それぞれを出力部31に転送する。
The
ここで、読み出し部24の詳細な構成について説明する。読み出し部24は、垂直走査部241(行選択回路)と、定電流源242と、ノイズ除去部243(ノイズ除去回路)と、列ソースフォロアトランジスタ244と、水平走査部245と、基準電圧生成部246と、を含む。
Here, a detailed configuration of the
垂直走査部241は、タイミング生成部25から入力される駆動信号(φT,φR等)に基づいて、受光部23の選択された行(水平ライン)<M>(M=0,1,2…,m−1,m)に駆動信号φT<M>およびφR<M>を印加して、受光部23の各単位画素230およびダミー画素247を定電流源242で駆動することによって、撮像信号、ダミー信号および画素リセット時のノイズ信号を垂直転送線239(第1の転送線)に転送し、ノイズ除去部243に出力する。
The
ノイズ除去部243は、各単位画素230の出力ばらつきと、画素リセット時のノイズ信号とを除去し、各単位画素230で光電変換された撮像信号を出力する。なお、ノイズ除去部243の詳細は、後述する。
The
水平走査部245は、タイミング生成部25から供給される駆動信号(φHCLK)に基づいて、受光部23の選択された列(縦ライン)<N>(N=0,1,2…,n−1,n)に駆動信号φHCLK<N>を印加し、各単位画素230で光電変換された撮像信号を、ノイズ除去部243を介して水平転送線258(第2の転送線)に転送し、出力部31に出力する。なお、本実施の形態1では、水平転送線258が各単位画素230から出力される撮像信号を転送する転送部として機能する。
The
第1チップ21の受光部23には、多数の単位画素230が二次元マトリクス状に配列される。各単位画素230は、光電変換素子231(フォトダイオード)と、電荷変換部233と、転送トランジスタ234(第1の転送部)と、画素リセット部236(トランジスタ)と、画素ソースフォロアトランジスタ237と、ダミー画素247(基準信号生成部)と、を含む。なお、本明細書では、1または複数の光電変換素子と、それぞれの光電変換素子から信号電荷を電荷変換部233に転送するための転送トランジスタとを単位セルと呼ぶ。すなわち、単位セルには1または複数の光電変換素子と転送トランジスタの組が含まれ、各単位画素230には、1つの単位セルが含まれる。
A large number of
光電変換素子231は、入射光をその光量に応じた信号電荷量に光電変換して蓄積する。光電変換素子231は、カソード側がそれぞれ転送トランジスタ234の一端側に接続され、アノード側がグランドGNDに接続される。電荷変換部233は、浮遊拡散容量(FD)からなり、光電変換素子231で蓄積された電荷を電圧に変換する。
The
転送トランジスタ234は、光電変換素子231から電荷変換部233に電荷を転送する。転送トランジスタ234のゲートには、駆動信号(行選択パルス)φRおよび駆動信号φTが供給される信号線が接続され、他端側には、電荷変換部233に接続される。転送トランジスタ234は、垂直走査部241から信号線を介して駆動信号φRおよび駆動信号φTが供給されると、オン状態となり、光電変換素子231から電荷変換部233に信号電荷を転送する。
The
画素リセット部236は、電荷変換部233を所定電位にリセットする。画素リセット部236は、一端側が電源電圧VRに接続され、他端側が電荷変換部233に接続され、ゲートには駆動信号φRが供給される信号線に接続される。画素リセット部236は、垂直走査部241から信号線を介して駆動信号φRが供給されると、オン状態となり、電荷変換部233に蓄積された信号電荷を放出させ、電荷変換部233が所定電位にリセットする。
The pixel reset
画素ソースフォロアトランジスタ237は、一端側が電源電圧VRに接続され、他端側が垂直転送線239に接続され、ゲートには電荷変換部233で電圧変換された信号(撮像信号またはリセット時の信号)が入力される。画素ソースフォロアトランジスタ237は、後述する選択動作の後に、転送トランジスタ234のゲートに駆動信号φTが供給されると、光電変換素子231から電荷が読み出され、電荷変換部233にて電圧変換された後に、垂直転送線239に転送される。
One end of the pixel
ダミー画素247は、単位画素230の水平ライン毎に複数設けられる。なお、図4においては、説明を簡略化するため、各水平ラインにダミー画素247が一つ設けられた例を説明するが、これに限定されず、ダミー画素247の数は、適宜変更することができる。ダミー画素247は、画素リセット部236aと、画素ソースフォロアトランジスタ237aと、を含む。すなわち、単位画素230から光電変換素子231(フォトダイオード)と、電荷変換部233と、転送トランジスタ234(第1の転送部)と、を省略した構成である。
A plurality of
画素リセット部236aは、画素ソースフォロアトランジスタ237aのゲートを所定電位に固定する。画素リセット部236aは、一端側が電源電圧VRに接続され、他端側が画素ソースフォロアトランジスタ237aのゲートに接続され、ゲートには駆動信号φTおよび駆動信号φRが供給される信号線が接続される。
The
画素リセット部236aのゲートに、タイミング生成部25から信号線を介して駆動信号φRが供給されると、画素リセット部236aがオン状態となり、画素ソースフォロアトランジスタ237aのゲートが所定電位(VR)に固定される。
When the drive signal φR is supplied to the gate of the
画素ソースフォロアトランジスタ237aは、一端側が基準電圧生成部246(図5Aに示す基準電圧生成部246a)から供給される電源電圧VRに接続され、他端側が垂直転送線239に接続され、ゲートには所定電位(VR)が入力される。このように構成された画素ソースフォロアトランジスタ237aは、後述する選択動作が行われると、所定電位(VR)に応じたダミー信号(OB信号に相当)が、画素ソースフォロアトランジスタ237aを介して、垂直転送線239に転送される。
The pixel
通常の単位画素230と同様に、本実施の形態1では、電源電圧VRが電源電圧VDDレベル(例えば、3.3V)かつVR(例えば、2V)が入力された時に画素リセット部236aのゲートに駆動信号φRが供給されると、画素ソースフォロアトランジスタ237aがオン状態となり、当該画素リセット部236aを含むダミー画素247が選択される(選択動作)。また、電源電圧VRが非選択用電圧レベル(例えば、1V)かつVR(例えば、1V)が入力されたときに画素リセット部236aのゲートに駆動信号φRが供給されると、画素ソースフォロアトランジスタ237aがオフ状態となり、当該画素リセット部236aを含むダミー画素247の選択が解除される(非選択動作)。
As in the case of the
定電流源242は、一端側が垂直転送線239に接続され、他端側がグランドGNDに接続され、ゲートにはバイアス電圧Vbias1が印加される。定電流源242は、単位画素230を定電流源242で駆動し、単位画素230の出力を垂直転送線239へ読み出す。垂直転送線239へ読み出された信号は、ノイズ除去部243に入力される。
The constant
ノイズ除去部243は、転送容量252(AC結合コンデンサ)と、クランプスイッチ253(トランジスタ)と、を含む。
The
転送容量252は、一端側が垂直転送線239に接続され、他端側が列ソースフォロアトランジスタ244に接続される。
The
クランプスイッチ253は、一端側が基準電圧生成部246からクランプ電圧Vclpが供給される信号線に接続される。クランプスイッチ253の他端側は、転送容量252と列ソースフォロアトランジスタ244間に接続され、ゲートには、タイミング生成部25から駆動信号φVCLが入力される。ノイズ除去部243に入力される撮像信号はノイズ成分を含んだ光ノイズ和信号である。
One end of the
転送容量252は、タイミング生成部25から、駆動信号φVCLがクランプスイッチ253のゲートに入力されると、クランプスイッチ253がオン状態となり、基準電圧生成部246から供給されるクランプ電圧Vclpによりリセットされる。ノイズ除去部243でノイズ除去された撮像信号は、列ソースフォロアトランジスタ244のゲートに入力される。
The
ノイズ除去部243は、サンプリング用のコンデンサ(サンプリング容量)を必要としないため、転送容量(AC結合コンデンサ)252の容量は、列ソースフォロアトランジスタ244の入力容量に対する十分な容量であればよい。加えて、ノイズ除去部243は、サンプリング容量の無い分、第1チップ21における占有面積を小さくすることができる。
Since the
列ソースフォロアトランジスタ244は、一端側が電源電圧VDDに接続され、他端側が列選択スイッチ254(第2の転送部)の一端側に接続され、ゲートにはノイズ除去部243でノイズ除去された撮像信号が入力される。
The column
列選択スイッチ254は、一端側が列ソースフォロアトランジスタ244の他端側に接続され、他端側が水平転送線258(第2の転送線)に接続され、ゲートには水平走査部245から駆動信号φHCLK<M>を供給するための信号線が接続される。列選択スイッチ254は、列<M>の列選択スイッチ254のゲートに水平走査部245から駆動信号φHCLK<M>が供給されると、オン状態となり、列<M>の垂直転送線239の信号(ノイズ除去部243でノイズ除去された撮像信号)を水平転送線258に転送する。
The
水平リセットトランジスタ256は、一端側がグランドGNDに接続され、他端側が水平転送線258に接続され、ゲートにはタイミング生成部25から駆動信号φHCLRが入力される。水平リセットトランジスタ256は、タイミング生成部25から駆動信号φHCLRが水平リセットトランジスタ256のゲートに入力されると、オン状態となり、水平転送線258をリセットする。
One end of the
定電流源257は、一端側が水平転送線258に接続され、他端側がグランドGNDに接続され、ゲートにはバイアス電圧Vbias2が印加される。定電流源257は、撮像信号を垂直転送線239から水平転送線258へ読み出す。水平転送線258へ読み出された撮像信号またはダミー信号は、出力部31に入力される。
The constant
出力部31は、ノイズ除去された撮像信号とダミー信号(横ラインを補正する際に基準となる基準信号)とを必要に応じて信号増幅して出力する(Vout)。
The
本実施の形態1では、垂直転送線239からのノイズ除去後の撮像信号の読み出しと、水平リセットトランジスタ256による水平転送線258のリセットとを交互に行うことにより、列方向の撮像信号のクロストークを抑制することが可能となる。
In the first embodiment, the readout of the imaging signal after noise removal from the
第2チップ22では、ダミー信号および撮像信号を、伝送ケーブル3を介して、コネクタ部5に伝送する。
In the
図5Aおよび図5Bは、本実施の形態1に係る内視鏡2の受光部23の基準電圧生成部246の構成を示す回路図である。
5A and 5B are circuit diagrams showing the configuration of the reference
図5Aに示す基準電圧生成部246aは、2つの抵抗291および292からなる抵抗分圧回路と、駆動信号φVRSELで駆動されるマルチプレクサ293と、を含む。
The reference
マルチプレクサ293は、タイミング生成部25から入力される駆動信号φVRSELに従い、電源電圧VDD(例えば、3.3V)と抵抗分圧回路で生成された非選択用電圧Vfd_L(例えば、1V)とを交互に切り替えて電源電圧VRとして全画素およびダミー画素247に印加する。
The
図5Bに示す基準電圧生成部246bは、2つの抵抗291および292からなる抵抗分圧回路と、駆動信号φVSHで駆動されるスイッチ(トランジスタ)294と、を含む。基準電圧生成部246bは、スイッチ294の駆動により駆動信号φVSHが駆動するタイミングで、ノイズ除去部243のクランプ電圧Vclpを生成する。
The reference
〔内視鏡システムの動作〕
次に、上述した内視鏡システム1の動作について説明する。図6は、内視鏡システム1が実行する処理の概要を示すフローチャートであり、FPGA57が行う処理の一例を示すフローチャートである。
[Operation of endoscope system]
Next, the operation of the
図6に示すように、FPGA57は、パルス生成部55から入力される基準クロック信号および同期信号に基づいて、撮像部20が信号を出力する期間がダミー信号出力期間であるか否かを判断する(ステップS101)。FPGA57によってダミー信号出力期間であると判断された場合(ステップS101:Yes)、内視鏡システム1は、後述するステップS102へ移行する。これに対して、FPGA57によってダミー信号出力期間でないと判断された場合(ステップS101:No)、内視鏡システム1は、後述するステップS104へ移行する。
As illustrated in FIG. 6, the FPGA 57 determines whether the period during which the
ステップS102において、FPGA57は、切替部522を制御することによって、HPF部521とAFE部53とを接続させることによって、HPF部521からの第1の信号をAFE部53へ出力させる。これにより、ダミー信号出力期間において、HPF部521においてハイパスフィルタ処理が施された第1の信号(ノイズがカットされたダミー信号)がAFE部53へ切替部522から出力されるので、ダミー画素に起因する横筋ノイズを低減することができる。
In step S <b> 102, the FPGA 57 controls the
続いて、プロセッサ6から終了する指示信号が入力された場合(ステップS103:Yes)、内視鏡システム1は、本処理を終了する。これに対して、プロセッサ6から終了する指示信号が入力されていない場合(ステップS103:No)、内視鏡システム1は、上述したステップS101へ戻る。
Subsequently, when an instruction signal to be ended is input from the processor 6 (step S103: Yes), the
ステップS104において、FPGA57は、切替部522を制御することによって、伝送ケーブル3とAFE部53とを接続させることによって、撮像部20の第2チップ22からの撮像信号をそのままAFE部53へ出力させる。これにより、HPF部521を介さずに撮像部20からの撮像信号がAFE部53へそのまま出力される。ステップS104の後、内視鏡システム1は、ステップS103へ移行する。
In step S <b> 104, the FPGA 57 controls the
以上説明した本発明の実施の形態1によれば、ダミー画素247と単位画素230とで互いに異なるノイズが発生した場合であっても、精度よく横筋ノイズを補正することができる。
According to the first embodiment of the present invention described above, the horizontal stripe noise can be accurately corrected even when different noises are generated between the
また、本発明の実施の形態1によれば、切替部522をHPF部521の直後に配置することによって、細径の伝送ケーブル3を用いる場合であっても、伝送ケーブル3のケーブル抵抗と切替部522とのインピーダンスとの整合を考慮せずに行うことができる。
Further, according to the first embodiment of the present invention, the
(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は、上述した実施の形態1に係る内視鏡2と構成が異なる。具体的には、本実施の形態2に係る内視鏡は、終端抵抗とAFE部およびHPF部との間に切替部を配置してなる。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。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is different in configuration from the
〔内視鏡システムの構成〕
図7は、本実施の形態2に係る内視鏡システムの要部の機能を示すブロック図である。図7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2に換えて、内視鏡2aを備える。内視鏡2aは、上述した実施の形態1に係るコネクタ部5に換えて、コネクタ部5aを備える。
[Configuration of endoscope system]
FIG. 7 is a block diagram illustrating functions of main parts of the endoscope system according to the second embodiment. An endoscope system 1a shown in FIG. 7 includes an
コネクタ部5aは、終端抵抗51と、第1の信号処理部52aと、AFE部53と、A/D変換部54と、パルス生成部55と、電源電圧生成部56と、FPGA57と、を有する。
The
第1の信号処理部52aは、伝送ケーブル3の基端側に設けられ、終端抵抗51と、AFE部53との間に配置されてなる。第1の信号処理部52aは、伝送ケーブル3から伝送されたダミー信号に対して第1の信号処理を行って第1の信号を生成してAFE部53(外部)へ出力可能であるとともに、伝送ケーブル3から伝送された撮像信号をそのままAFE部53(外部)へ出力する。第1の信号処理部52aは、切替部522aと、HPF部521aと、を有する。
The first
切替部522aは、終端抵抗51とAFE部53およびHPF部521aとの間に配置され、一端側が終端抵抗51を介して伝送ケーブル3に接続され、他端側がAFE部53およびHPF部521aに接続される。切替部522aは、FPGA57の制御のもと、伝送ケーブル3をAFE部53およびHPF部521aのどちらか一方を選択的に切り替える。
The
HPF部521aは、切替部522aを介して入力されたダミー信号に対して第1の信号処理を行って第1の信号を生成し、この第1の信号をAFE部53へ出力する。
The
このように構成された内視鏡システム1aにおいて、FPGA57は、パルス生成部55から入力される基準クロック信号および同期信号に基づいて、撮像部20のダミー信号出力期間であると判断した場合、切替部522に伝送ケーブル3とHPF部521aとを接続させることによって、撮像部20から入力されるダミー信号をHPF部521aに第1の信号処理を施させてAFE部53へ出力させる。これに対して、FPGA57は、パルス生成部55から入力される基準クロック信号および同期信号に基づいて、撮像部20の画像信号出力期間であると判断した場合、切替部522に伝送ケーブル3とAFE部53とを接続させることによって、撮像部20から入力される撮像信号をAFE部53へそのまま出力させる。
In the endoscope system 1 a configured as described above, the FPGA 57 switches when it is determined that it is the dummy signal output period of the
以上説明した本発明の実施の形態2によれば、ダミー画素247と単位画素230とで互いに異なるノイズが発生した場合であっても、精度よく横筋ノイズを補正することができる。
According to the second embodiment of the present invention described above, the horizontal stripe noise can be accurately corrected even when different noises are generated in the
(その他の実施の形態)
本実施の形態1,2では、HPF部が第1の信号処理としてダミー信号に対してハイパスフィルタ処理を行っていたが、例えばHPF部に換えて、バンドバス回路によって構成し、ダミー信号に対してバンドバスフィルタ処理を行ってもよい。
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, the HPF unit performs high-pass filter processing on the dummy signal as the first signal processing. However, for example, the HPF unit is configured by a band bus circuit instead of the HPF unit, Then, band-pass filter processing may be performed.
また、本実施の形態1,2では、第1の信号処理部に、HPF部を設けていたが、例えばFPGAの制御のもと、フィルタ処理の性能、例えば所定の周波数成分のみカットするフィルタ処理を行うようなフィルタ回路を設けてもよい。 In the first and second embodiments, the HPF unit is provided in the first signal processing unit. However, for example, under the control of the FPGA, filter processing performance, for example, filter processing for cutting only a predetermined frequency component is performed. A filter circuit for performing the above may be provided.
また、本実施の形態1,2では、コネクタ部に第1の信号処理部を設けていたが、これに限定されることなく、例えば第2チップ内に設けてもよい。もちろん、第1の信号処理部を処理装置(プロセッサ)に設けてもよい。 In the first and second embodiments, the first signal processing unit is provided in the connector unit. However, the first signal processing unit is not limited to this, and may be provided, for example, in the second chip. Of course, the first signal processing unit may be provided in the processing device (processor).
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態を含みうるものであり、特許請求の範囲によって特定される技術的思想の範囲内で種々の設計変更等を行うことが可能である。 As described above, the present invention can include various embodiments not described herein, and various design changes and the like can be made within the scope of the technical idea specified by the claims. Is possible.
1,1a 内視鏡システム
2,2a 内視鏡
3 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 第2チップ
23 受光部
24 読み出し部
25 タイミング生成部
27 バッファ
28 ヒステリシス部
31 出力部
51 終端抵抗
52,52a 第1の信号処理部
53 AFE部
54 A/D変換部
55 パルス生成部
56 電源電圧生成部
57 FPGA
61 電源部
62 画像信号処理部
63 クロック生成部
64 記録部
65 入力部
66 プロセッサ制御部
100 挿入部
101 先端
102 基端
230 単位画素
231 光電変換素子
233 電荷変換部
234 転送トランジスタ
236,236a 画素リセット部
237,237a 画素ソースフォロアトランジスタ
239,241 垂直転送線
241 垂直走査部
242,257 定電流源
243 ノイズ除去部
244 列ソースフォロアトランジスタ
245 水平走査部
246,246a,246b 基準電圧生成部
247 ダミー画素
252 転送容量
253 クランプスイッチ
254 列選択スイッチ
256 水平リセットトランジスタ
258 水平転送線
291 抵抗
293 マルチプレクサ
294 スイッチ
503 直流カットコンデンサ
511 交流終端抵抗
512 直流終端抵抗
521,521a HPF部
522,522a 切替部
C1 コンデンサ
DESCRIPTION OF
61 power supply unit 62 image
Claims (6)
前記撮像素子に接続され、前記撮像信号および前記ダミー信号を伝送する伝送ケーブルと、
前記伝送ケーブルの基端側に設けられ、前記撮像信号を受信したままの状態で外部へ出力可能であるとともに、前記ダミー信号に対して第1の信号処理を行って第1の信号を生成して外部へ出力する第1の信号処理部と、
前記撮像素子を駆動するための駆動信号を生成する生成部と、
前記生成部が生成した前記駆動信号に基づいて、前記ダミー画素が前記ダミー信号を出力するダミー信号出力期間において前記第1の信号処理部に前記第1の信号処理を実行させて前記第1の信号を外部へ出力させる一方、前記有効画素が前記撮像信号を出力する撮像信号出力期間において前記第1の信号処理部に前記撮像信号をそのまま外部へ出力させる制御部と、
を備えたことを特徴とする内視鏡。 A plurality of effective pixels that are arranged in a two-dimensional matrix, receive light from outside, generate and output an imaging signal corresponding to the amount of received light, and are provided for each horizontal line in the arrangement of the plurality of effective pixels, An imaging device having one or more dummy pixels that generate and output a dummy signal used for correction processing of the imaging signal;
A transmission cable connected to the imaging device and transmitting the imaging signal and the dummy signal;
Provided on the base end side of the transmission cable and capable of outputting to the outside while receiving the imaging signal, and performing a first signal processing on the dummy signal to generate a first signal A first signal processing unit for outputting to the outside,
A generating unit that generates a drive signal for driving the image sensor;
Based on the drive signal generated by the generation unit, the first signal processing unit is caused to execute the first signal processing in a dummy signal output period in which the dummy pixel outputs the dummy signal. A control unit that causes the first signal processing unit to output the imaging signal to the outside as it is in an imaging signal output period in which the effective pixel outputs the imaging signal while outputting the signal to the outside;
An endoscope characterized by comprising:
前記伝送ケーブルの基端側であって、前記第1の信号処理部より後段の基端側に設けられ、前記第1の信号を用いて前記撮像信号を補正する信号処理を行う第2の信号処理部と、
を備え、
前記第1の信号処理部は、前記終端抵抗と前記第2の信号処理部との間に設けられ、前記撮像信号および前記第1の信号を前記第2の信号処理部へ出力することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡。 A termination resistor provided on the proximal end side of the transmission cable, on the proximal end side of the transmission cable from the first signal processing unit;
A second signal that is provided on the proximal end side of the transmission cable and downstream from the first signal processing unit and performs signal processing for correcting the imaging signal using the first signal. A processing unit;
With
The first signal processing unit is provided between the termination resistor and the second signal processing unit, and outputs the imaging signal and the first signal to the second signal processing unit. The endoscope according to claim 1.
前記ダミー信号に対して前記第1の信号処理を行って前記第1の信号を生成する第3の信号処理部と、
前記伝送ケーブルおよび前記第3の信号処理部のどちらか一方を選択的に切り替えて前記第2の信号処理部へ接続する切替部と、
を有し、
前記制御部は、前記ダミー信号出力期間において前記切替部に前記第3の信号処理部と前記第2の信号処理部とを接続させる一方、前記撮像信号出力期間において前記切替部に前記伝送ケーブルと前記第2の信号処理部とを接続させることを特徴とする請求項2に記載の内視鏡。 The first signal processing unit includes:
A third signal processing unit that performs the first signal processing on the dummy signal to generate the first signal;
A switching unit that selectively switches one of the transmission cable and the third signal processing unit to connect to the second signal processing unit;
Have
The control unit connects the third signal processing unit and the second signal processing unit to the switching unit in the dummy signal output period, and connects the transmission cable to the switching unit in the imaging signal output period. The endoscope according to claim 2, wherein the endoscope is connected to the second signal processing unit.
前記ダミー信号に対して前記第1の信号処理を行って前記第1の信号を生成する第3の信号処理部と、
前記第2の信号処理部および前記第3の信号処理部のどちらか一方を選択的に切り替えて前記伝送ケーブルへ接続する切替部と、
を有し、
前記制御部は、前記ダミー信号出力期間において前記切替部に前記第3の信号処理部と前記伝送ケーブルとを接続させる一方、前記撮像信号出力期間において前記切替部に前記第2の信号処理部と前記伝送ケーブルとを接続させることを特徴とする請求項2に記載の内視鏡。 The first signal processing unit includes:
A third signal processing unit that performs the first signal processing on the dummy signal to generate the first signal;
A switching unit that selectively switches one of the second signal processing unit and the third signal processing unit to connect to the transmission cable;
Have
The control unit connects the third signal processing unit and the transmission cable to the switching unit in the dummy signal output period, and connects the second signal processing unit to the switching unit in the imaging signal output period. The endoscope according to claim 2, wherein the endoscope is connected to the transmission cable.
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