(57)【要約】【課題】撮像素子の出力信号から反射信号成分を除去する。【解決手段】撮像素子を有する電子内視鏡と、撮像素子からの出力信号を伝送する伝送ケーブルと、伝送ケーブルの基端に接続される抵抗と、伝送ケーブルにより伝送された出力信号を処理して観察画像を生成する信号処理回路とを有する電子内視鏡システムであって、信号処理回路が伝送ケーブル及び抵抗と接続されており、信号処理回路は、ホワイトバランス調整時に、有効画素領域内の第１の画素からの出力信号と、該第１の画素からの出力信号に続いて出力されるオプティカルブラック画素領域内の第２の画素からの出力信号とから、該第２の画素からの出力信号に含まれる該第１の画素からの出力信号による反射信号の信号量を算出し、観察画像の撮像時に、反射信号の信号量に基づいて、撮像素子の各画素からの出力信号に含まれる反射信号を除去することを特徴とする電子内視鏡システムを提供する。【選択図】図２
2011235021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効画素領域とオプティカルブラック画素領域とを有する撮像素子を有する電子内視鏡と、該撮像素子からの出力信号を伝送する伝送ケーブルと、該伝送ケーブルにより伝送された出力信号を処理して観察画像を生成する信号処理回路とを有する電子内視鏡システムであって、
前記信号処理回路は、
ホワイトバランス調整時に、前記有効画素領域内の第１の画素からの出力信号と、該第１の画素からの出力信号に続いて出力されるオプティカルブラック画素領域内の第２の画素からの出力信号とから、該第２の画素からの出力信号に含まれる、該第１の画素からの出力信号による前記伝送ケーブル内で生じる反射信号の信号量を算出し、
観察画像の撮像時に、前記反射信号の信号量に基づいて、前記撮像素子の各画素からの出力信号に含まれる反射信号を除去する、
ことを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項２】
前記信号処理回路は、
ホワイトバランス調整時に、前記第１の画素からの出力信号と、前記第２の画素からの出力信号に含まれる、該第１の画素からの出力信号による前記反射信号の信号量とから、所定の係数を算出する反射係数演算回路と、
前記所定の係数を記憶するメモリと、
各画素からの出力信号に対して、前画素信号の信号量に前記メモリに記憶されている前記所定の係数を適用して算出される信号量を前記反射信号の信号量として注目画素信号から除去する処理を行う反射信号除去回路と、を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項３】
前記反射信号除去回路は、
各画素からの出力信号を遅延させる遅延回路と、
各画素からの出力信号に前記メモリに記憶されている前記所定の係数を適用して、前記反射信号の信号量を算出する反射信号量演算回路と、
前記遅延回路からの出力信号の信号量から、前記反射信号量演算回路からの出力信号の信号量を減算する減算部と、を有する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項４】
前記反射係数演算回路は、前記所定の係数を、以下の式（１）により求め、
α＝Ａ／Ｂ・・・（１）
ここで、αは前記所定の係数、Ａは前記第１の画素からの出力信号の信号量、Ｂは前記第２の画素からの出力信号に含まれる該第１の画素からの出力信号による反射信号の信号量である、
前記反射信号除去回路は、前記注目画素信号から除去する反射信号の信号量を、以下の式（２）により求める、
Ｃｒｅｆ＝α×Ｃ・・・（２）
ここで、Ｃｒｅｆは前記注目画素信号から除去する反射信号の信号量、Ｃは前記前画素信号の信号量である、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電子内視鏡システム。
【請求項５】
前記伝送ケーブルにおいて前記前画素信号が現れてから該前画素信号の反射信号が前記注目画素信号内に現れるまでの時間は、以下の式（３）により与えられ、
ΔＴ＝２×Ｔ×Ｌ・・・（３）
ここで、ΔＴは前記伝送ケーブルにおいて前記前画素信号が現れてから該前画素信号の反射信号が前記注目画素信号内に現れるまでの時間、Ｔは該伝送ケーブルにおける信号伝送の遅延時間、Ｌは該伝送ケーブルのケーブル長である、
前記反射信号除去回路は、式（３）のΔＴにより特定される位置において、前記注目画素信号から反射信号を除去する、
ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記伝送ケーブルにおける信号伝送の遅延時間Ｔは、以下の式（４）により与えられる、
Ｔ＝（μ０×μｒ×ε０×εｒ）１／２・・・（４）
ここで、μ０は真空の透磁率、μｒは前記伝送ケーブルの導体の透磁率、ε０は真空の誘電率、εｒは該伝送ケーブルの誘電体の誘電率である、
ことを特徴とする請求項５に記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
有効画素領域とオプティカルブラック画素領域とを有する撮像素子を有する電子内視鏡と、該撮像素子からの出力信号を伝送する伝送ケーブルと、該伝送ケーブルにより伝送された出力信号を処理して観察画像を生成する信号処理回路とを有する電子内視鏡システムであって、
前記オプティカルブラック画素領域に白画素が設けられており、
前記信号処理回路は、
前記白画素からの出力信号と、該白画素からの出力信号に続いて出力されるオプティカルブラック画素領域内の第３の画素からの出力信号とから、該第３の画素からの出力信号に含まれる、該白画素からの出力信号による前記伝送ケーブル内で生じる反射信号の信号量を算出し、
前記反射信号の信号量に基づいて、前記撮像素子の各画素からの出力信号に含まれる反射信号を除去する、
ことを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項８】
前記信号処理回路は、
前記白画素からの出力信号と、前記第３の画素からの出力信号に含まれる、該白画素からの出力信号による前記反射信号の信号量とから所定の係数を算出する反射係数演算回路と、
前記所定の係数を記憶するメモリと、
各画素からの出力信号に対して、前画素信号の信号量に前記メモリに記憶されている前記所定の係数を適用して算出される信号量を前記反射信号の信号量として注目画素信号から除去する処理を行う反射信号除去回路と、を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の電子内視鏡システム。
【請求項９】
前記反射信号除去回路は、
各画素からの出力信号を遅延させる遅延回路と、
各画素からの出力信号に前記メモリに記憶されている前記所定の係数を適用して、前記反射信号の信号量を算出する反射信号量演算回路と、
前記遅延回路からの出力信号の信号量から、前記反射信号量演算回路からの出力信号の信号量を減算する減算部と、を有する、
ことを特徴とする請求項８に記載の電子内視鏡システム。
【請求項１０】
前記反射係数演算回路は、前記所定の係数を、以下の式（５）により求め、
α＝Ａ／Ｂ・・・（５）
ここで、αは前記所定の係数、Ａは前記白画素からの出力信号の信号量、Ｂは前記第３の画素からの出力信号に含まれる該白画素からの出力信号による反射信号の信号量である、
前記反射信号除去回路は、前記注目画素信号から除去する反射信号の信号量を、以下の式（６）により求める、
Ｃｒｅｆ＝α×Ｃ・・・（６）
ここで、Ｃｒｅｆは前記注目画素信号から除去する反射信号の信号量、Ｃは前記前画素信号の信号量である、
ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の電子内視鏡システム。
【請求項１１】
前記伝送ケーブルにおいて前記前画素信号が現れてから該前画素信号の反射信号が前記注目画素信号内に現れるまでの時間は、以下の式（７）により与えられ、
ΔＴ＝２×Ｔ×Ｌ・・・（７）
ここで、ΔＴは前記伝送ケーブルにおいて前記前画素信号が現れてから該前画素信号の反射信号が前記注目画素信号内に現れるまでの時間、Ｔは該伝送ケーブルにおける信号伝送の遅延時間、Ｌは該伝送ケーブルのケーブル長である、
前記反射信号除去回路は、式（７）のΔＴにより特定される位置において、前記注目画素信号から反射信号を除去する、
ことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の電子内視鏡システム。
【請求項１２】
前記伝送ケーブルにおける信号伝送の遅延時間Ｔは、以下の式（８）により与えられる、
Ｔ＝（μ０×μｒ×ε０×εｒ）１／２・・・（８）
ここで、μ０は真空の透磁率、μｒは前記伝送ケーブルの導体の透磁率、ε０は真空の誘電率、εｒは該伝送ケーブルの誘電体の誘電率である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の電子内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子からの出力信号を伝送ケーブルを介してビデオプロセッサに伝搬する際に発生する反射信号成分を除去するための電子内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、患者の体腔内に細径で長尺の挿入部を挿入することにより、対象部位を観察及び撮像を行うことができる電子内視鏡システムが広く用いられている。電子内視鏡の挿入部先端には撮像素子（ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなど）が設けられており、撮像素子により光電変換されて出力される画素信号が、信号伝送手段として同軸ケーブルなどの伝送ケーブルを用いて、電子内視鏡と接続されるビデオプロセッサに伝送される。
【０００３】
そのような電子内視鏡システムの一例が、特許文献１に開示されている。ここで図６を参照しながら従来の電子内視鏡システムについて説明する。図６は、従来の電子内視鏡システム１００における電子内視鏡１０１の撮像素子１０３からの出力信号の伝送系を示す図である。撮像素子１０３からの出力信号は、エミッタフォロワのトランジスタ１０５に送られる。トランジスタ１０５はエミッタ抵抗１０７と共にバッファアンプを構成し、トランジスタ１０５のベースが撮像素子１０３の信号出力端に、コレクタが電源電圧１０４にそれぞれ接続されている。トランジスタ１０５は出力信号を出力抵抗１０６を経由して伝送ケーブル１０８に送る。伝送ケーブル１０８は、電子内視鏡１０１の挿入部先端からビデオプロセッサ１０２まで延在している。伝送ケーブル１０８によって伝送された出力信号は、コンデンサ１０９に送られる。コンデンサ１０９は、終端抵抗１１０と共にアナログ信号処理回路を構成し、出力信号はアナログ信号処理回路からビデオプロセッサ１０２内の前段信号処理回路（図示せず）に送られ、出力信号に対して種々の画像処理が施される。
【０００４】
ここで、出力抵抗１０６及び終端抵抗１１０の抵抗値、伝送ケーブル１０８の特性インピーダンスを、それぞれＲ１，Ｒ２，Ｚ０とすると、条件Ｒ１＝Ｚ０＝Ｒ２が成立する場合は、インピーダンス整合が取れており、アナログ信号処理回路側において出力信号の信号反射は発生しない。しかし、この条件が成立しない場合、伝送ケーブル１０８の特性インピーダンスにばらつきがあることなどが原因となって、撮像素子１０３から出力される信号に、伝送ケーブル内において生じる反射による反射信号成分が混入する。撮像素子は、観察対象からの光を受光する有効画素領域と、暗電流補正用のオプティカルブラック（ＯＢ）画素領域とを有する。撮像素子の有効画素領域の画素からオプティカルブラック画素領域の画素へ移行する箇所の信号出力に注目すると、一定の強度の照明光を用いて撮像している場合、インピーダンス整合が取れていれば、図４（ａ）に示すように、有効画素領域の画素出力として観察画像のデータ出力が得られ、オプティカルブラック画素領域の画素出力として黒レベルのデータ出力が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４５０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような従来の電子内視鏡システムでは、インピーダンス整合を達成するために伝送ケーブルの両端側に抵抗を設けているため、出力信号の信号強度が低下する可能性がある。また、電子内視鏡は、患者の体腔内に挿入して使用するため、電子内視鏡には、患者の負担を軽減するためのより一層の細径化が望まれる。そして、電子内視鏡を細径化するために、挿入部先端の省スペース化により出力抵抗を配置できない場合もある。さらに、電子内視鏡における伝送ケーブルは、電子内視鏡の先端部に設けられた撮像素子の出力信号をビデオプロセッサとの接続部である基部まで伝送する長尺のケーブルである。従って、伝送ケーブル内において特性インピーダンスにばらつきが生じる可能性がある。この特性インピーダンスのばらつきは、出力信号の反射損失に影響を及ぼす。そして、出力抵抗や終端抵抗が有する一定の抵抗値では、特性インピーダンスのばらつきによって発生する反射信号の影響を解消することができない。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、電子内視鏡の回路構成を簡素化しつつ、撮像素子からの出力信号の信号強度を低下させることなく該出力信号から反射信号成分を除去することが可能な電子内視鏡システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態における電子内視鏡システムは、有効画素領域とオプティカルブラック画素領域とを有する撮像素子を有する電子内視鏡と、撮像素子からの出力信号を伝送する伝送ケーブルと、伝送ケーブルにより伝送された出力信号を処理して観察画像を生成する信号処理回路とを有する電子内視鏡システムであって、信号処理回路は、ホワイトバランス調整時に、有効画素領域内の第１の画素からの出力信号と、第１の画素からの出力信号に続いて出力されるオプティカルブラック画素領域内の第２の画素からの出力信号とから、第２の画素からの出力信号に含まれる、第１の画素からの出力信号による伝送ケーブル内で生じる反射信号の信号量を算出し、観察画像の撮像時に、反射信号の信号量に基づいて、撮像素子の各画素からの出力信号に含まれる反射信号を除去する。
【０００９】
好ましくは、信号処理回路は、ホワイトバランス調整時に、第１の画素からの出力信号と、第２の画素からの出力信号に含まれる、第１の画素からの出力信号による反射信号の信号量とから、所定の係数を算出する反射係数演算回路と、所定の係数を記憶するメモリと、各画素からの出力信号に対して、前画素信号の信号量にメモリに記憶されている所定の係数を適用して算出される信号量を反射信号の信号量として注目画素信号から除去する処理を行う反射信号除去回路とを有する。
【００１０】
さらに好ましくは、反射信号除去回路は、各画素からの出力信号を遅延させる遅延回路と、各画素からの出力信号にメモリに記憶されている所定の係数を適用して、反射信号の信号量を算出する反射信号量演算回路と、遅延回路からの出力信号の信号量から、反射信号量演算回路からの出力信号の信号量を減算する減算部とを有する。
【００１１】
また、反射係数演算回路は、所定の係数を、以下の式（１）により求め、
α＝Ａ／Ｂ・・・（１）
ここで、αは所定の係数、Ａは第１の画素からの出力信号の信号量、Ｂは第２の画素からの出力信号に含まれる第１の画素からの出力信号による反射信号の信号量である、
反射信号除去回路は、注目画素信号から除去する反射信号の信号量を、以下の式（２）により求める、
Ｃｒｅｆ＝α×Ｃ・・・（２）
ここで、Ｃｒｅｆは注目画素信号から除去する反射信号の信号量、Ｃは前画素信号の信号量である。
【００１２】
さらに、伝送ケーブルにおいて前画素信号が現れてから前画素信号の反射信号が注目画素信号内に現れるまでの時間は、以下の式（３）により与えられ、
ΔＴ＝２×Ｔ×Ｌ・・・（３）
ここで、ΔＴは伝送ケーブルにおいて前画素信号が現れてから前画素信号の反射信号が注目画素信号内に現れるまでの経過時間、Ｔは伝送ケーブルにおける信号伝送の遅延時間、Ｌは伝送ケーブルのケーブル長である、
反射信号除去回路は、式（３）のΔＴにより特定される位置において、注目画素信号から反射信号を除去する。
【００１３】
また、伝送ケーブルにおける信号伝送の遅延時間Ｔは、以下の式（４）により与えられる、
Ｔ＝（μ０×μｒ×ε０×εｒ）１／２・・・（４）
ここで、μ０は真空の透磁率、μｒは伝送ケーブルの導体の透磁率、ε０は真空の誘電率、εｒは伝送ケーブルの誘電体の誘電率である。
【００１４】
または、オプティカルブラック画素領域に白画素を設け、信号処理回路において上記第１の画素からの出力信号の代わりに白画素からの出力信号を用いる構成としてもよい。この場合、ホワイトバランスの調整を行って所定の係数αを決定する作業を行うことなく、観察画像の撮像時に定期的に係数αを設定及び更新することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電子内視鏡システムによれば、撮像素子からの出力信号を伝送ケーブルにより伝送する際に信号に含まれる反射信号成分を除去することができる。さらに、例えば、電子内視鏡の長期使用による伝送ケーブルの劣化に伴って伝送ケーブルの特性インピーダンスが変化した場合においても、定期的に係数を更新して反射成分を除去することができる。また、電子内視鏡の先端部において撮像素子と伝送ケーブルとの間に抵抗を設ける必要がないため、従来の電子内視鏡に比べて回路構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態における電子内視鏡システムの概略を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態における電子内視鏡システムの一部を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態における電子内視鏡システムの撮像素子の構成を示す概略図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、撮像素子からの出力信号を伝送ケーブルにより伝送したときの信号波形を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態における反射信号の除去処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、従来の電子内視鏡システムの構成の一部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における電子内視鏡システムについて説明する。なお、電子内視鏡において、挿入部の先端側を先端側とし、ビデオプロセッサと接続する基部側を基端側とする。また、複数の図にまたがって同じ部材を示す場合は同じ番号を付すこととする。
【００１８】
図１に、本発明の第１の実施形態における電子内視鏡システムの概略を示す。電子内視鏡システム２００は、電子内視鏡１、ビデオプロセッサ２、モニタ３を備える。光源部２２は、ハロゲンランプ、キセノンランプ、白色ＬＥＤなどの光源を有する。ビデオプロセッサ２内には、照明光の伝搬路であるライトガイド２４の入射端に光源からの光を集光する集光光学系２０、照明光の光量を調整するための光量絞り２１、光量絞り２１を制御するモータ１９やモータ１９を駆動制御するモータドライバ１８が設けられている。本実施形態では撮像方式として同時方式を採用している。従って、光源部２２からの白色光をそのままライトガイド２４を伝搬させて観察対象部位に照射し、撮像素子６上にオンチップ化された補色フィルタによって補色信号を分離し、この補色信号をＲ，Ｇ，Ｂの原色信号に変換して、この原色信号から輝度信号及び色差信号を得る。もちろん、補色フィルタの代わりにＲ，Ｇ，Ｂの３原色のカラーフィルタを用いて原色信号を出力する同時方式でもよい。なお、撮像方式は、同時方式の代わりに面順次方式を採用してもよい。すなわち、光源部２２とライトガイド２４との間に、光源からの白色光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光に順次色分解するための回転カラーフィルタを設け、画像信号をフレームメモリに書き込む際のタイミングパルスや垂直同期信号に同期してカラーフィルタを回転させる。また、光源部２２の代わりに外部の光源装置を用いる構成としてもよい。
【００１９】
光源部２２から出射された光は、集光光学系２０及び光量絞り２１を経由してライトガイド２４の端面に進行する。電子内視鏡１がビデオプロセッサ２に接続されると、電子内視鏡１のライトガイド８とビデオプロセッサ２のライトガイド２４とが光学的に接続される。よって、光源部２２から出射された光は、ライトガイド８，２４により電子内視鏡１の先端に伝搬される。ライトガイド８の先端から出射された光は、配光光学系４を介して照明光として対象部位に進行する。照明光は対象部位によって反射され、対物光学系５に入射した後、撮像素子６の撮像面に到達する。従って、対象部位の像は対物光学系５によって撮像素子６の撮像面に結ばれる。撮像素子６によって受光された照明光は光電変換され、アンプ７によって増幅された後、伝送ケーブル９を介して画素信号としてビデオプロセッサ２との接続部である基部１ａを経由してビデオプロセッサ２のアナログ信号処理回路１０に伝送される。後述するように、本実施形態では伝送ケーブル９にて発生する反射信号成分を前段信号処理回路１１において除去するため、撮像素子６と伝送ケーブル９との間に出力抵抗を設けていない。このため、電子内視鏡１の先端部の回路構成を簡素化することができる。
【００２０】
アナログ信号処理回路１０は、入力される信号に対してサンプルホールド処理やノイズ除去などの種々の処理を行い、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒからなる画像信号に変換し、デジタル信号に変換した後、前段信号処理回路１１に送る。前段信号処理回路１１では、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒを、マトリクス回路（図示せず）によって原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換する。変換されたＲ，Ｇ，Ｂの各信号は、それぞれＶＣＡ（Voltage Controlled Amplifier）回路（図示せず）に送られて増幅度が制御される。また、前段信号処理回路１１では、受信した画像信号に含まれる反射信号成分を除去する処理を行う。前段信号処理回路１１における当該処理の詳細については後述する。Ｒ，Ｇ，Ｂの各信号は画像メモリ１２に格納される。画像メモリ１２からは１フレーム分の信号が読み出され、タイミングコントローラ１５から出力される水平同期信号及び垂直同期信号が付加されて、後段信号処理回路１３に送られる。タイミングコントローラ１５は、駆動回路１４による撮像素子６の走査タイミングを制御する。また、タイミングコントローラ１５は、撮像素子６のフレームレートに同期して、アナログ信号処理回路１０、前段信号処理回路１１、画像メモリ１２、後段信号処理回路１３の各動作タイミングを制御する。
【００２１】
後段信号処理回路１３において、画像メモリ１２から送られてきた信号は、デジタルビデオ信号、ＲＧＢビデオ信号、コンポジットビデオ信号、Ｓビデオ信号などに変換された後、観察画像としてモニタ３に出力される。術者は、モニタ３に表示される観察画像を確認しながら対象部位の観察や治療を行う。なお、アナログ信号処理回路１０において処理される輝度信号は、システムコントローラ１７を経由してモータドライバ１８にも送られる。モータドライバ１８は、受信した輝度信号に基づいて観察画像の明るさが最適になるように、モータ１９を駆動制御して光量絞り２１の絞り量を調節する。
【００２２】
ビデオプロセッサ２には、観察画像の表示に関する各種調整や光源の調光などを行うための操作ボタンや設定スイッチを有するフロントパネル１６が設けられている。術者は、フロントパネル１６の各操作ボタンや各設定スイッチを操作して、電子内視鏡１及びビデオプロセッサ２内の各回路における処理の設定値の変更や観察画像の彩度、輝度、エンハンスの調整などを行う。例えば、フロントパネル１６の調光用の設定スイッチから出力された信号がシステムコントローラ１７に送られ、システムコントローラ１７は、受信した調光用の信号に基づいて光源電源２３の調光制御を行う。なお、システムコントローラ１７は、電子内視鏡１をビデオプロセッサ２に接続した際に、ビデオプロセッサ２側で種々の制御を行う上で必要となる電子内視鏡１の識別情報や撮像素子６に関する情報などを、電子内視鏡１のメモリ２５から取得する。
【００２３】
図３（ａ）に、本実施形態において使用する撮像素子６の構成の概略を示す。撮像素子６は、有効画素領域６ａとオプティカルブラック画素領域６ｂとを有する。有効画素領域６ａは、観察する対象部位から反射された光を受光して受光量に応じた電荷を蓄積する。また、オプティカルブラック画素領域６ｂは、例えばアルミニウム蒸着膜により各画素が遮光されている領域であり、黒レベルに対応した信号を出力する。
【００２４】
図４（ｂ）〜（ｄ）に、本実施形態においてビデオプロセッサ２が電子内視鏡１から伝送ケーブル９を介して受信する画素信号の概略の波形を示す。図４（ｂ）及び（ｃ）に示す信号波形は、撮像素子６の有効画素領域６ａ内の１画素からの出力信号（有効画素信号）と、該画素からの出力信号に続いて出力されるオプティカルブラック画素領域６ｂ内の画素からの出力信号（オプティカルブラック画素信号）の信号波形を取り出したものである。本実施形態においては、撮像素子６と伝送ケーブル９との間に出力抵抗を設けていないことなどが原因となって伝送ケーブル９内において信号反射が生じる。従って、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、有効画素信号の反射信号の成分が、続いて出力されるオプティカルブラック画素信号に現れる。なお、以下の式（５）を満たす場合は、反射信号はオプティカルブラック画素信号にその位相が反転せずに重畳するため、図４（ｂ）に示す波形が現れる。
Ｒ＞Ｚ・・・（５）
ここで、Ｒは終端抵抗の抵抗値、Ｚは伝送ケーブル９の特性インピーダンスの値である。また、以下の式（６）を満たす場合は、反射信号はオプティカルブラック画素信号にその位相が反転して重畳するため、図４（ｃ）に示す波形が現れる。
Ｒ＜Ｚ・・・（６）
【００２５】
また、伝送ケーブル９において有効画素信号が現れてから有効画素信号の反射波形がオプティカルブラック画素信号内に現れるまでの時間をΔＴとおくと、ΔＴは以下の式（７）によって求めることができる。
ΔＴ＝２×Ｔ×Ｌ・・・（７）
ここで、Ｔは伝送ケーブル９における信号伝送の遅延時間、Ｌは伝送ケーブル９のケーブル長である。さらに、遅延時間Ｔは以下の式（８）によって求めることができる。
Ｔ＝（μ０×μｒ×ε０×εｒ）１／２・・・（８）
ここで、μ０は真空の透磁率、μｒは伝送ケーブル９の導体の透磁率、ε０は真空の誘電率、εｒは伝送ケーブル９の誘電体の誘電率である。ΔＴを求めることにより、オプティカルブラック画素信号内において有効画素信号の反射信号が現れる位置をあらかじめ特定することができる。また、本実施形態では、有効画素領域６ａ内の互いに隣接する画素についても、先に出力される画素信号の反射信号が、続いて出力される画素信号内のΔＴで特定される位置に現れるとみなすことができる。
【００２６】
図２に、本実施形態において伝送ケーブル９内で生じる反射信号の除去を実行するための処理を行う各構成要素のブロック図を示す。撮像素子６は、駆動回路１４によって制御される動作タイミングで画素の走査を行い画素信号を出力する。アナログ信号処理回路１０は、入力される画素信号に対して上記の通り種々の処理を施した画像信号を前段信号処理回路１１に送る。前段信号処理回路１１は、反射係数演算回路３０、遅延回路３１、減算部３２、反射信号量演算回路３３、反射係数メモリ３４を有する。本実施形態では、ホワイトバランス調整時に有効画素信号とオプティカルブラック画素信号から反射信号の信号量を計測して、計測された反射信号の信号量から反射係数αを演算する。有効画素信号の信号量をＡ、オプティカルブラック画素信号内に現れる反射信号の信号量をＢとすると、反射係数αは以下の式（９）によって求めることができる。
α＝Ａ／Ｂ・・・（９）
なお、反射信号の信号量Ｂは、反射信号がオプティカルブラック画素信号にその位相が反転せずに重畳する場合は正の値を取り、反射信号がオプティカルブラック画素信号にその位相が反転して重畳する場合は負の値を取る。
【００２７】
アナログ信号処理回路１０からの画像信号は、反射係数演算回路３０、遅延回路３１、反射信号量演算回路３３に送られる。なお、本実施形態ではシステムコントローラ１７により式（９）からΔＴが演算される。また、タイミングコントローラ１５は、有効画素と有効画素に隣接するオプティカルブラック画素とを走査するタイミングに合わせて、反射係数演算回路３０を動作させる信号を送る。従って、反射係数演算回路３０は、タイミングコントローラ１５から指示されたタイミングに基づいて、有効画素と有効画素に隣接するオプティカルブラック画素の２画素からの画素信号のみを取り込んで反射係数を演算する。反射係数演算回路３０は、有効画素信号の信号量とオプティカルブラック画素信号においてΔＴによって決まる位置に現れる反射信号の信号量とから式（９）によって反射係数αを求め、得られた反射係数αを反射係数メモリ３４に格納する。
【００２８】
次に、ホワイトバランス調整を終了して対象部位の撮像を開始する。図４（ｄ）に、撮像素子６の隣接する任意の２画素から出力される画素信号を伝送ケーブル９によって伝送した場合の波形を示す。ここで、２画素のうち先に出力及び伝送される信号を前画素信号とし、前画素信号に続いて出力及び伝送される信号を注目画素信号とする。図４（ｄ）では、前画素信号の反射信号がその位相が反転せずに注目画素信号に重畳する場合を想定している。しかし、位相が反転して重畳する場合でも、以下に説明する処理と同様の処理を施すことにより反射信号を除去することができる。反射信号量演算回路３３は、入力される前画素信号の信号量Ｃと反射係数メモリ３４に格納されている反射係数αとから、注目画素信号に現れる反射信号の信号量α×Ｃ（＝Ｃｒｅｆ）を求め、減算部３２に送る。遅延回路３１は、反射信号量演算回路３３により上記の演算処理が施されて出力結果Ｃｒｅｆが減算部３２に入力されるタイミングと、反射信号成分の除去対象である注目画素信号が減算部３２に入力されるタイミングとを一致させる。具体的には、遅延回路３１は、減算部３２においてΔＴにより特定される注目画素信号内の位置における信号量から反射信号の信号量Ｃｒｅｆが減算されるように、アナログ信号処理回路１０から受信した信号を遅延させる。減算部３２は、遅延回路３１から出力される注目画素信号の信号量から、反射信号量演算回路３３により演算される反射信号の信号量を減算する。すなわち、注目画素信号においてΔＴにより特定される位置において、反射信号が除去される前の信号量をＤ、除去された後の信号量をＤ’とすると、Ｄ’は以下の式（１０）によって求められる。
Ｄ’＝Ｄ−Ｃｒｅｆ・・・（１０）
【００２９】
上記の反射信号の除去処理を撮像素子６の各画素からの出力信号に対して繰り返し実行して、各出力信号に含まれる反射信号を除去する。減算部３２によって反射信号が除去された画素信号は、前段信号処理回路１１内の他の回路に送られて、上記のように、輝度信号及び色差信号から３原色信号への変換や増幅などの種々の処理が施された後、画像メモリ１２に出力される。よって、画素信号に対して、伝送ケーブル９内で発生した信号の反射を除去してから種々の画像処理を施すため、信号の反射の影響を受けない観察画像を生成することができる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態における電子内視鏡システムの構成は、第１の実施形態における図１及び図２と同じである。また、第１の実施形態において図４（ｂ）及び（ｃ）に示された信号波形は、本実施形態でも同様であり、ただし、有効画素信号の信号量Ａが白画素から出力される信号（白画素信号）に対応する。図３（ｂ）に、本実施形態において使用する撮像素子６の構成の概略を示す。撮像素子６は、有効画素領域６ｃ、オプティカルブラック画素領域６ｄ、白画素６ｅを有する。本実施形態では、第１の実施形態と異なり、ホワイトバランス調整時の出力信号を用いて反射係数αを算出する代わりに、対象部位の撮像時に白画素６ｅから出力される白画素信号と、白画素信号に続いて出力されるオプティカルブラック画素領域６ｄ内の画素から出力されるオプティカルブラック画素信号とから反射係数αを算出する。
【００３１】
白画素６ｅが配置されている位置の画素座標は既知である。そこで、例えば、システムコントローラ１７が、電子内視鏡１内のメモリ２５から白画素６ｅの座標を取得し、当該座標に基づいて、タイミングコントローラ１５を制御する。タイミングコントローラ１５は、システムコントローラ１７の制御に基づいて、白画素６ｅと白画素６ｅに隣接するオプティカルブラック画素とを走査するタイミングに合わせて、反射係数演算回路３０を動作させる信号を送る。反射係数演算回路３０は、タイミングコントローラ１５から指示されたタイミングにて、白画素信号とオプティカルブラック画素信号を取り込み、反射係数αを算出する。なお、白画素信号の信号量は、オプティカルブラック画素信号の信号量と有意に異なる。従って、システムコントローラ１７において、オプティカルブラック画素領域６ｄ内の各画素から出力される信号を受信しているときに所定の信号量を超える出力信号を受信した際に、その信号を白画素６ｅから出力された信号であるとみなして、その信号を出力した画素の座標を白画素６ｅの座標とみなすこともできる。これにより、メモリ２５から白画素６ｅの座標を取得しなくとも白画素６ｅの座標を特定することができる。
【００３２】
図５に、本実施形態における反射信号の除去処理のフローチャートを示す。まず、電子内視鏡１をビデオプロセッサ２に接続し、電子内視鏡１の電源をオンにする。電子内視鏡１の電源がオンになると、撮像素子６からの画素信号の出力が開始する（Ｓ１０１）。システムコントローラ１７は、第１の実施形態と同様に、図４（ｂ）に示すように、伝送ケーブル９内において、白画素信号が現れてから該白画素信号の反射波形がオプティカルブラック画素信号内に現れるまでの時間ΔＴを求める（Ｓ１０３）。次に、反射係数演算回路３０は、第１の実施形態と同様に、タイミングコントローラ１５の制御に基づいて動作する。すなわち、白画素と白画素に隣接するオプティカルブラック画素とを走査するタイミングに合わせて、反射係数演算回路３０を動作させる信号を送る。従って、反射係数演算回路３０は、タイミングコントローラ１５から指示されたタイミングに基づいて、対象となる白画素信号及びオプティカルブラック画素信号の２つの画素信号のみを取り込んで反射係数を演算する。そして、反射係数演算回路３０は、白画素信号の信号量とオプティカルブラック画素信号においてΔＴによって決まる位置に現れる反射信号の信号量を用いて反射係数αを算出して反射係数メモリ３４に格納する（Ｓ１０５）。
【００３３】
また、本実施形態においても、撮像素子６の隣接する任意の２画素のうち先に出力及び伝送される信号を前画素信号とし、前画素信号に続いて出力及び伝送される信号を注目画素信号とする。反射係数αが決定されたら、続いて画素信号に含まれる反射信号の除去処理を開始する（Ｓ１０７）。ここで反射信号の除去処理について詳しく説明する。反射信号量演算回路３３が、入力される前画素信号の信号量Ｃと反射係数メモリ３４に格納されている反射係数αとから、注目画素信号に現れる反射信号の信号量α×Ｃ（＝Ｃｒｅｆ）を求め、減算部３２に送る。遅延回路３１は、反射信号量演算回路３３により上記の演算処理が施された出力結果Ｃｒｅｆが減算部３２に入力されるタイミングと、反射信号成分の除去対象である注目画素信号が減算部３２に入力されるタイミングとを一致させる。具体的には、遅延回路３１は、ΔＴにより特定される注目画素信号内の位置における信号量から反射信号の信号量が減算されるようにアナログ信号処理回路１０からの信号を遅延させる。減算部３２は、遅延回路３１から出力される注目画素信号の信号量から、反射信号量演算回路３３により演算される反射信号の信号量を減算する。上記の反射信号の除去処理を撮像素子６の各画素からの出力信号に対して繰り返し実行して、各出力信号に含まれる反射信号を除去する。
【００３４】
減算部３２によって反射信号が除去された画素信号は、前段信号処理回路１１内の他の回路に送られて、輝度信号及び色差信号から３原色信号への変換や増幅などの種々の処理が施された後、画像メモリ１２に出力される。よって、画素信号に対して伝送ケーブル９内で発生した信号の反射を除去してから種々の画像処理を施すため、信号の反射の影響を受けない観察画像を生成することができる。
【００３５】
本実施形態では、システムコントローラ１７の制御により、白画素６ｅが走査される度に反射係数演算回路３０による反射係数αの演算が行われるため、反射係数メモリ３４に格納されている反射係数αは定期的に更新される。従って、本実施形態では、反射信号量演算回路３３は、定期的に更新される反射係数αを用いて反射信号の信号量を算出することができるため、リアルタイムかつより信頼性の高い反射信号成分の除去を行うことができる。
【００３６】
以上が本発明における実施形態に関する説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において種々の変形が可能である。例えば、上記第１の実施形態において、ホワイトバランス調整を施術時にではなく製造時に行って、工場出荷時の設定値として取得した反射係数を使用することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１    電子内視鏡
２    ビデオプロセッサ
６    撮像素子
６ａ，６ｃ    有効画素領域
６ｂ，６ｄ    オプティカルブラック画素領域
６ｅ    白画素
９    伝送ケーブル
１１    前段信号処理回路
２２    光源部
３０    反射係数演算回路
３１    遅延回路
３２    減算部
３３    反射信号量演算回路
３４    反射係数メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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