JP6132655B2 - 信号処理回路およびカプセル内視鏡 - Google Patents
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Description
<信号処理回路の構成>
本発明の第1の実施形態に係る信号処理回路SIG_PROC_CIRの構成について図1を用いて説明する。図1は、信号処理回路SIG_PROC_CIRの構成を示している。信号処理回路SIG_PROC_CIRは、信号列生成回路SIG_ARY_GENと、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTと、バイアス制御回路BIAS_GENと、ドライバ回路DRV_CIRと、AD変換器ADCと、を有する。これらの構成は同一の半導体チップ上に形成されている。
[構成]
以下、図2を用いて、信号列生成回路SIG_ARY_GENの構成についてより詳細に説明する。図2は、信号列生成回路SIG_ARY_GENの構成を示している。信号列生成回路SIG_ARY_GENは、画素列PD_ARYと、スイッチ列SW_ARYと、を有する。
以下、図3、図4を用いて、信号列生成回路SIG_ARY_GENの動作についてより詳細に説明する。先ず、図3を用いて受光素子PD[k](k:1≦k≦nである任意の整数)の動作について説明する。図3は、受光素子PD[k]の露光動作を説明するためのタイミングチャートである。本タイミングチャートの横軸は時間、縦軸は電圧レベルである。
[構成]
以下、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTについて図5を用いて説明する。図5は、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTの構成を示している。最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTは、最大値検出回路MAX_DETECTと、最小値検出回路MIN_DETECTと、を有する。
以下、最大値検出回路MAX_DETECTの動作原理について説明する。NMOSトランジスタTr1[1]〜Tr1[n]と第一の電流源Iconst1は一種のソースフォロアアレーとみなすことができ、ゲートに最も高い電圧が入力されたソースフォロアトランジスタのみがオンとなる。画素信号VPD[1]〜VPD[n]の中の最大値をVPDmaxとした場合、最大信号Vmaxは(1)式で与えられる。
[構成]
以下、図6および図7を参照して、バイアス制御回路BIAS_GEN、ドライバ回路DRV_CIR、およびサンプルアンドホールド回路SHCについてより詳細に説明する。図6は、バイアス制御回路BIAS_GEN、ドライバ回路DRV_CIR、およびサンプルアンドホールド回路SHCの構成を示している。図7は、サンプルアンドホールド回路SHCがドライバ回路DRV_CIRによって駆動される際の動作について説明するためのタイミングチャートである。
次に、図7を用いて、サンプルアンドホールド回路SHCの動作と、サンプルアンドホールド回路SHCを駆動するドライバ回路DRV_CIRおよびバイアス制御回路BIAS_GENの動作とについて詳細に説明する。図7に示すタイミングチャートの横軸は時間であり、縦軸は電圧または論理レベルを表す。
gm<gm’ ・・・(6)
[構成]
以下、ドライバ回路DRV_CIRの構成について、図8を用いて説明する。図8は、ドライバ回路DRV_CIRの構成を示している。ドライバ回路DRV_CIRは、テール電流源I_TAILと、第一のトランジスタM1と、第二のトランジスタM2と、第三のトランジスタM3と、第四のトランジスタM4と、を有する。
以下、図8、図9、および図10を用いて、ドライバ回路DRV_CIRの動作原理について説明する。図9は、差動対DIFF_STAGEに流れる電流とトランスコンダクタンスの関係を示している。図10は、テール電流源I_TAILの構成の変形例を示している。
参考文献:Behzad Razav、「アナログCMOS集積回路の設計 基礎編」、丸善株式会社、2003年
<カプセル内視鏡>
[構成]
本発明の第2の実施形態に係るカプセル内視鏡SCOPEについて、図11および図12を用いて説明する。図11は、カプセル内視鏡SCOPEの構成を示している。図12は、人体の胃壁を示している。
カプセル内視鏡SCOPEは、患者がカプセル内視鏡SCOPEを口から飲み込み肛門から排出するまでの体内の映像を撮影するために用いられる。主な撮影対象は、胃、小腸、大腸である。一次元方向に配列された複数の受光素子を有する画素列PD_ARYを、例えば受光素子が配列された方向と直交する方向に複数配置することによって、二次元映像を取得することができる。例えば、n個の画素列PD_ARYが配置されている場合、n個の画素列PD_ARYのそれぞれが、図12に示す矢印L1,L2,・・・,Lnが通過する領域の画像を構成する電圧信号を生成する。
[構成]
以下、信号処理回路SIG_PROC_CIR’の構成について図13を用いて説明する。図13は、信号処理回路SIG_PROC_CIR’の構成を示している。信号処理回路SIG_PROC_CIR’は、信号列生成回路SIG_ARY_GEN’と、ドライバ回路DRV_CIRと、AD変換器ADCと、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECT’と、バイアス制御回路BIAS_GEN’と、を有する。これらの構成は同一の半導体チップ上に形成されている。
ドライバ回路DRV_CIRとサンプルアンドホールド回路SHCの内部構成および動作は、図1に記載された各回路の内部構成および動作と同じであり、詳細な説明は省略する。図14は、信号列生成回路SIG_ARY_GEN’の構成を示している。信号列生成回路SIG_ARY_GEN’の構成は、図2に示す信号列生成回路SIG_ARY_GENから、第二の信号列SIG_ARY2を取り出すための信号線を取り除いたこと以外は同じであるため、信号列生成回路SIG_ARY_GEN’の構成についての詳細な説明は省略する。
V’CONT_MAX≦1.2×VCONT_MAX ・・・(9)
1.2×VCONT_MAX<VSWING_MAX ・・・(10)
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
Claims (8)
- 複数の電圧信号を時分割して第一の信号列として順次出力し、前記複数の電圧信号を第二の信号列として同時に並列的に出力する信号列生成回路と、
前記第二の信号列が入力され、前記複数の電圧信号の略最大値に対応した最大信号と、前記複数の電圧信号の略最小値に対応した最小信号とを出力する最大値/最小値検出回路と、
前記最大信号と前記最小信号とが入力され、前記最大信号と前記最小信号との差に応じて変化するバイアス制御信号を出力するバイアス制御回路と、
前記第一の信号列と前記バイアス制御信号とが入力され、前記バイアス制御信号に応じたトランスコンダクタンスで前記第一の信号列を変換したドライバ出力電圧を出力するドライバ回路と、
前記ドライバ出力電圧が入力され、サンプル期間において前記ドライバ出力電圧をサンプルする動作と、保持期間において前記ドライバ出力電圧を保持する動作とを繰り返すサンプルアンドホールド回路と、
を有し、
前記ドライバ回路の前記トランスコンダクタンスは、前記最大信号と前記最小信号との差が増加すると値が増加し、前記差が減少すると値が減少するように、前記バイアス制御信号によって制御されることを特徴とする信号処理回路。 - 前記サンプルアンドホールド回路を入力段に有し、前記サンプルアンドホールド回路に保持されたアナログ信号をデジタル信号であるAD変換信号として外部に出力するAD変換器を有することを特徴とする請求項1に記載の信号処理回路。
- 複数の電圧信号を所定のフレーム周期で繰り返し時分割して第一の信号列として出力する信号列生成回路と、
前記第一の信号列とバイアス制御信号とが入力され、前記バイアス制御信号に応じたトランスコンダクタンスで前記第一の信号列を変換したドライバ出力電圧を出力するドライバ回路と、
前記ドライバ出力電圧が入力され、サンプル期間において前記ドライバ出力電圧をサンプルする動作と、保持期間において前記ドライバ出力電圧を保持する動作とを繰り返すサンプルアンドホールド回路を入力段に有し、前記サンプルアンドホールド回路に保持されたアナログ信号をデジタル信号であるAD変換信号として出力するAD変換器と、
前記AD変換信号の略最大値に対応した最大信号と、前記AD変換信号の略最小値に対応した最小信号とを出力する最大値/最小値検出回路と、
第1のフレームに出力された前記最大信号と前記最小信号との差に基づき、前記第1のフレームよりも後の第2のフレームに出力される前記最大信号と前記最小信号との差を予想し、前記第2のフレームに出力される前記第一の信号列に対応する前記バイアス制御信号を出力するバイアス制御回路と、
を有し、
前記ドライバ回路の前記トランスコンダクタンスは、前記最大信号と前記最小信号との差が増加すると値が増加し、前記差が減少すると値が減少するように、前記バイアス制御信号によって制御されることを特徴とする信号処理回路。 - 前記サンプルアンドホールド回路は、
サンプリングクロックによりオンとオフが制御されるサンプリングスイッチと、
容量の値がCSHであるサンプリング容量と、
を有し、
前記サンプリングスイッチがオンとなる前記サンプル期間の長さをts、前記サンプルアンドホールド回路に許容されるサンプリング誤差をε、前記最大信号と前記最小信号との電圧の差をVCONT_MAXとした場合に、
ことを特徴とする請求項1または請求項3に記載の信号処理回路。 - 前記信号列生成回路は、
半導体基板の平面上に配列され、受光量に応じた前記電圧信号を生成する複数の受光素子を有する画素列と、
第一端子および第二端子を有し、前記第一端子が各々の前記受光素子に接続され、前記第二端子が互いに接続され、オンとオフの切り替えが可能な複数のスイッチと、
を有し、オンとなる前記スイッチを順次切り替えることにより、前記複数の受光素子で生成された前記電圧信号を時系列的に切り替えて前記第一の信号列として順次出力し、前記複数の受光素子で生成された前記電圧信号を前記第二の信号列として、前記複数の受光素子の夫々に対応して設けられた信号線に同時に並列的に出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理回路。 - 前記最大値/最小値検出回路は、
複数のNMOSトランジスタと、第一端子および第二端子を有する第一の電流源とを有し、前記複数のNMOSトランジスタの夫々のゲート端子が前記複数の受光素子の全て、若しくは一部に接続され、前記複数のNMOSトランジスタの夫々のドレイン端子が第一の電源に接続され、前記複数のNMOSトランジスタの夫々のソース端子が互いに接続され、前記第一の電流源の前記第一端子が前記複数のNMOSトランジスタの全てのソース端子に接続され、前記第一の電流源の前記第二端子が第二の電源に接続され、前記NMOSトランジスタのソース端子と、前記第一の電流源の前記第一端子とが接続された部分から前記最大信号を出力する最大値検出回路と、
複数のPMOSトランジスタと、第一端子および第二端子を有する第二の電流源とを有し、前記複数のPMOSトランジスタの夫々のゲート端子が前記複数の受光素子の全て、若しくは一部に接続され、前記複数のPMOSトランジスタの夫々のドレイン端子が前記第二の電源に接続され、前記複数のPMOSトランジスタの夫々のソース端子が互いに接続され、前記第二の電流源の前記第一端子が前記PMOSトランジスタの全てのソース端子に接続され、前記第二の電流源の前記第二端子が前記第一の電源に接続され、前記PMOSトランジスタのソース端子と、前記第二の電流源の前記第一端子とが接続された部分から前記最小信号を出力する最小値検出回路と、
を有することを特徴とする請求項5に記載の信号処理回路。 - 前記ドライバ回路は、
前記バイアス制御信号により、
出力電流が制御されるテール電流源と、
前記テール電流源から入力された前記出力電流の値に応じた所定のトランスコンダクタンスで、反転入力端子および非反転入力端子に入力された電圧の差分に応じた電流を出力する差動対回路と、
前記差動対回路から入力された前記電流に応じた電圧を出力する負荷回路と、
を有することを特徴とする請求項1または請求項3に記載の信号処理回路。 - 請求項2または請求項3に記載の信号処理回路であって、半導体基板の平面上に配列され、受光量に応じた前記電圧信号を生成する複数の受光素子を有する画素列を前記信号列生成回路に備え、前記電圧信号に対応した前記AD変換信号を出力する前記信号処理回路と、
被写体から入力された光束を前記画素列に結像する対物レンズと、
前記信号処理回路から入力された前記AD変換信号に基づいた画像処理を行う画像処理回路と、
前記信号処理回路および前記画像処理回路に電源を供給する電源供給回路と、
を有することを特徴とするカプセル内視鏡。
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