(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に挿入される挿入部の先端に設けられ、前記被検体内を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサを備えた電子内視鏡であって、
前記イメージセンサは、
行方向とこれに直交する列方向に配列された複数の画素部と、
前記列方向に並ぶ画素列毎に並列的に設けられ、前記画素列に配列された前記画素部から出力される出力信号をそれぞれ増幅する複数のカラムアンプと、
前記複数のカラムアンプにより増幅された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記挿入部の先端の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出された温度に応じた補正データであって、前記複数のカラムアンプのオフセット誤差用の補正データ及びゲイン誤差用の補正データを供給する補正データ供給部と、
前記補正データ供給部から供給される補正データに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に含まれる固定パターンノイズを除去する補正回路と、を備え、
前記補正回路は、前記複数のカラムアンプの個体差としてのオフセット誤差及びゲイン誤差に起因する固定パターンノイズを除去する回路であって、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に前記ゲイン誤差用の補正データを乗算し、前記乗算した信号から前記オフセット誤差用の補正データを減算し、
前記イメージセンサは、前記補正回路により前記固定パターンノイズが除去された信号を撮像信号として出力する電子内視鏡。
【請求項２】
前記複数の画素部、前記複数のカラムアンプ、前記Ａ／Ｄ変換器、前記温度センサ、前記補正データ供給部、及び前記補正回路は、同一の半導体チップ内に設けられている請求項１に記載の電子内視鏡。
【請求項３】
前記補正データ供給部は、複数の補正データを所定の温度毎に備え、前記複数の補正データのうち、前記温度センサにより検出された温度に最も近い温度に対応する補正データを選択して供給する請求項１又は２に記載の電子内視鏡。
【請求項４】
前記補正データ供給部は、所定の基準温度に対応する基準補正データを備え、前記温度センサにより検出された温度に応じて決定される補正係数を前記基準補正データに乗じて得られるデータを前記補正データとして供給する請求項１又は２に記載の電子内視鏡。
【請求項５】
前記補正データ供給部は、前記温度と前記補正係数との関係を示す補正係数テーブルを備え、前記補正係数テーブルに基づいて前記補正係数を決定する請求項４に記載の電子内視鏡。
【請求項６】
前記温度センサは、前記複数の画素部のうち前記被検体内の撮像に寄与しない無効画素部に配置される光電変換素子を用いて構成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子内視鏡。
【請求項７】
前記温度センサは、複数の前記無効画素部から出力される出力信号を平均化したものを温度情報として用いる請求項６に記載の電子内視鏡。
【請求項８】
被検体内に挿入される電子内視鏡の挿入部の先端に設けられ、前記被検体内を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサの出力信号から固定パターンノイズを除去する固定パターンノイズ除去方法であって、
前記イメージセンサは、行方向とこれに直交する列方向に配列された複数の画素部と、前記列方向に並ぶ画素列毎に並列的に設けられ、前記画素列に配列された前記画素部から出力される出力信号をそれぞれ増幅する複数のカラムアンプと、前記複数のカラムアンプにより増幅された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記挿入部の先端の温度を検出する温度センサと、前記温度センサにより検出された温度に応じた補正データであって、前記複数のカラムアンプのオフセット誤差用の補正データ及びゲイン誤差用の補正データを供給する補正データ供給部と、前記補正データ供給部から供給される補正データに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に含まれる固定パターンノイズを除去する補正回路と、を備え、
前記イメージセンサと一体的に設けられた前記温度センサによって前記挿入部の先端の温度を検出する検出ステップと、
前記イメージセンサと一体的に設けられる周辺回路の一つである前記補正回路が、前記温度センサにより検出された温度に応じた補正データに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された出力信号に含まれる固定パターンノイズを除去する補正ステップと、を含み、
前記補正ステップは、前記複数のカラムアンプの個体差としてのオフセット誤差及びゲイン誤差に起因する固定パターンノイズを除去するステップであって、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に前記ゲイン誤差用の補正データを乗算し、前記乗算した信号から前記オフセット誤差用の補正データを減算し、
前記イメージセンサは、前記補正ステップにより前記固定パターンノイズが除去された信号を撮像信号として出力する固定パターンノイズ除去方法。
【請求項９】
前記補正データ供給部は、所定の温度毎に設けられた複数の補正データの中から前記温度センサにより検出された温度に最も近い温度に対応する補正データを選択して供給する請求項８に記載の固定パターンノイズ除去方法。
【請求項１０】
前記補正データ供給部は、所定の基準温度に対応する基準補正データに対して前記温度センサにより検出された温度に応じて決定される補正係数を乗じて得られるデータを前記補正データとして供給する前記する請求項８に記載の固定パターンノイズ除去方法。
【請求項１１】
前記補正データ供給部は、前記温度と前記補正係数との関係を示す補正係数テーブルに基づいて前記補正係数を決定する請求項１０に記載の固定パターンノイズ除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子内視鏡及び固定パターンノイズ除去方法に関するものであり、特に、ＣＭＯＳ型のイメージセンサを備えた電子内視鏡及び固定パターンノイズ除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、細長い挿入部を被検者の体内に挿入して、挿入部の先端付近に搭載された小型の撮像装置によって、被検者の体内を直接的に撮像して診断する電子内視鏡システムが広く普及している。こうした電子内視鏡システムに搭載される微小な撮像装置は、いわゆるイメージセンサが搭載されており、被検者の体内に照明光を照射して、被検者の体内で反射された光を受けて、これを光電変換し、画素毎に信号電荷を蓄積する。そして、イメージセンサから信号電荷に対応する撮像信号を出力させて観察画像を得る。
【０００３】
ところで、一般的な撮像装置に搭載されるイメージセンサとしては、ＣＭＯＳ型のイメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサという。）やＣＣＤ型のイメージセンサが知られている。ＣＭＯＳセンサは、低電圧駆動が可能であり、多画素化と高速読出し化の要求に対応することが容易である。また、製造工程においてＣＭＯＳプロセスを使用でき、同一チップ内に駆動回路や処理回路などの周辺回路を混載することが可能であり、小型化にも有利である。
【０００４】
ここで、一般的なＣＭＯＳセンサの構成としては、例えば図１４に示すように、光電変換素子を含む画素９００がマトリクス状に配置されており、垂直走査回路９０２及び水平走査回路９０４によって各画素９００が順次選択され、各画素９００からの出力信号がアンプ９０６で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）９０８でデジタル信号に変換されて出力される。
【０００５】
しかしながら、かかる構成の場合、最終段の出力信号に対して利得調整が行われるため、比較的高い周波数でのアンプ９０６の駆動が必要となり、周波数に応じた大きさのランダムノイズが付加され、雑音の大きい画像となる。特に近年の多画素化、高フレームレート化により、アンプ等のアナログ回路の駆動周波数が高くなる場合には、より多くのランダムノイズが付加される要因となる。
【０００６】
これに対して、図１５に示すように、カラム毎にカラムアンプ９１０が並列に搭載されたＣＭＯＳセンサが知られている。この方式によれば、各カラムアンプ９１０の駆動周波数をカラム数の逆数に相当する周波数まで低下させることが可能となる。その結果、多画素でかつ高フレームレートでも、ランダムノイズを小さくすることが可能となる。また、図示は省略するが、ランダムノイズの削減と同時に高速読み出しを実現するためにカラム毎にＡ／Ｄ変換器（カラムＡＤＣ）が並列に搭載されたものも知られている。
【０００７】
ところで、カラムアンプやカラムＡＤＣを備えた従来のＣＭＯＳセンサでは、ランダムノイズを低減できる反面、カラムアンプやカラムＡＤＣの性能ばらつきによって、ＣＭＯＳセンサから出力される撮像信号によって生成される画像に固定パターンノイズ（縦筋状ノイズ）が付加されてしまう問題がある。
【０００８】
かかる問題に対して、特許文献１では、ＣＭＯＳセンサ内のカラムアンプ（列アンプ）に対してテスト用の電圧信号を印加して、それらの出力電圧を検出することにより、カラムアンプの特性ばらつきを検出し、その特性ばらつきに基づいて補正データを求め、この補正データにより通常撮影時のセンサ出力から、前記特性ばらつきに起因する固定パターンノイズを除去する技術が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２では、低温時に検出したカラム毎の誤差値（低温時誤差値）と、高温時に検出したカラム毎の誤差値（高温時誤差値）とが格納される誤差値格納メモリを備え、ＣＭＯＳセンサの温度に応じて２つの誤差値を補間することによって誤差値を補正し、ＣＭＯＳセンサから出力される撮像信号から補正後の誤差値を減算することによって固定パターンノイズを除去する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−３０６５６５号公報
【特許文献２】特開２００６−１３５４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ランダムノイズや結像光学系に起因した誤差に影響を受けることなく、カラムアンプの特性ばらつきを検出することができるものの、カラムアンプの温度特性のばらつきによって変動する固定パターンノイズを確実に除去することは困難である。
【００１２】
これに対して、特許文献２に開示される技術によれば、ＣＭＯＳセンサの温度に応じて誤差値格納メモリに格納される低温時及び高温時の誤差値を用いて固定パターンノイズを除去する処理が行われるので、カラムアンプの温度特性のばらつきに左右されることなく、固定パターンノイズを確実に除去することが可能となるが、特許文献２では電子内視鏡システムに適用するための工夫は何も検討されていない。
【００１３】
ここで、特許文献２に開示された技術を電子内視鏡システムに適用しようとした場合、固定パターンノイズを除去するための補正回路や補正メモリは、通常、電子内視鏡ではなく、電子内視鏡とは別体に構成される外部制御装置（プロセッサ装置）に搭載されるのが一般的である。しかし、１台のプロセッサ装置には複数の電子内視鏡が交換されて使用されるため、電子内視鏡毎に特別な補正回路や補正メモリが必要となり、プロセッサ装置の肥大化や高価格化を招く要因となる。その結果、汎用性の低いシステムとなってしまう問題がある。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＣＭＯＳ型のイメージセンサを備えた電子内視鏡に接続される外部制御装置（プロセッサ装置）に特別な補正回路や補正メモリを設けなくても、温度に依存されることなく固定パターンノイズ（縦筋状ノイズ）を確実に除去することが可能な電子内視鏡及び固定パターンノイズ除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明に係る電子内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部の先端に設けられ、前記被検体内を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサを備えた電子内視鏡であって、前記イメージセンサは、行方向とこれに直交する列方向に配列された複数の画素部と、前記列方向に並ぶ画素列毎に並列的に設けられ、前記画素列に配列された前記画素部から出力される出力信号をそれぞれ増幅する複数のカラムアンプと、前記複数のカラムアンプにより増幅された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記挿入部の先端の温度を検出する温度センサと、前記温度センサにより検出された温度に応じた補正データであって、前記複数のカラムアンプのオフセット誤差用の補正データ及びゲイン誤差用の補正データを供給する補正データ供給部と、前記補正データ供給部から供給される補正データに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に含まれる固定パターンノイズを除去する補正回路と、を備え、前記補正回路は、前記複数のカラムアンプの個体差としてのオフセット誤差及びゲイン誤差に起因する固定パターンノイズを除去する回路であって、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に前記ゲイン誤差用の補正データを乗算し、前記乗算した信号から前記オフセット誤差用の補正データを減算し、前記イメージセンサは、前記補正回路により前記固定パターンノイズが除去された信号を撮像信号として出力する。
【００１６】
本発明によれば、ＣＭＯＳ型のイメージセンサに温度センサが設けられ、イメージセンサ内部で温度センサの検出温度に応じて出力信号の補正処理が自己完結的に行われる。これにより、環境温度に影響を受けることなく、画素列毎に設けられるカラムアンプの個体差に起因する固定パターンノイズを確実に除去することが可能となる。また、１台のプロセッサ装置に対して複数の電子内視鏡が交換されて使用される場合でも、プロセッサ装置に特別な補正回路や補正メモリを追加する必要がなく、新型及び旧型のプロセッサ装置が混在していても使用可能であり、汎用性の高いシステムを構築することが可能となる。
【００１７】
前記複数の画素部、前記複数のカラムアンプ、前記Ａ／Ｄ変換器、前記温度センサ、前記補正データ供給部、及び前記補正回路は、同一の半導体チップ内に設けられていることが好ましい。
【００１８】
また、前記補正データ供給部は、複数の補正データを所定の温度毎に備え、前記複数の補正データのうち、前記温度センサにより検出された温度に最も近い温度に対応する補正データを選択して供給することが好ましい。
【００１９】
また、前記補正データ供給部は、所定の基準温度に対応する基準補正データを備え、前記温度センサにより検出された温度に応じて決定される補正係数を前記基準補正データに乗じて得られるデータを前記補正データとして供給することが好ましい。その際、前記補正データ供給部は、前記温度と前記補正係数との関係を示す補正係数テーブルを備え、前記補正係数テーブルに基づいて前記補正係数を決定することがより好ましい。
【００２０】
また、前記温度センサは、前記複数の画素部のうち前記被検体内の撮像に寄与しない無効画素部に配置される光電変換素子を用いて構成されることが好ましい。
【００２１】
また、前記温度センサは、複数の前記無効画素部から出力される出力信号を平均化したものを温度情報として用いるようにしてもよい。
【００２３】
また、前記目的を達成するために、本発明に係る固定パターンノイズ除去方法は、被検体内に挿入される電子内視鏡の挿入部の先端に設けられ、前記被検体内を撮像するＣＭＯＳ型のイメージセンサの出力信号から固定パターンノイズを除去する固定パターンノイズ除去方法であって、前記イメージセンサは、行方向とこれに直交する列方向に配列された複数の画素部と、前記列方向に並ぶ画素列毎に並列的に設けられ、前記画素列に配列された前記画素部から出力される出力信号をそれぞれ増幅する複数のカラムアンプと、前記複数のカラムアンプにより増幅された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記挿入部の先端の温度を検出する温度センサと、前記温度センサにより検出された温度に応じた補正データであって、前記複数のカラムアンプのオフセット誤差用の補正データ及びゲイン誤差用の補正データを供給する補正データ供給部と、前記補正データ供給部から供給される補正データに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に含まれる固定パターンノイズを除去する補正回路と、を備え、前記イメージセンサと一体的に設けられた前記温度センサによって前記挿入部の先端の温度を検出する検出ステップと、前記イメージセンサと一体的に設けられる周辺回路の一つである前記補正回路が、前記温度センサにより検出された温度に応じた補正データに基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された出力信号に含まれる固定パターンノイズを除去する補正ステップと、を含み、前記補正ステップは、前記複数のカラムアンプの個体差としてのオフセット誤差及びゲイン誤差に起因する固定パターンノイズを除去するステップであって、前記Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に前記ゲイン誤差用の補正データを乗算し、前記乗算した信号から前記オフセット誤差用の補正データを減算し、前記イメージセンサは、前記補正ステップにより前記固定パターンノイズが除去された信号を撮像信号として出力する。
【００２４】
前記補正データ供給部は、所定の温度毎に設けられた複数の補正データの中から前記温度センサにより検出された温度に最も近い温度に対応する補正データを選択して供給することが好ましい。
【００２５】
また、前記補正データ供給部は、所定の基準温度に対応する基準補正データに対して前記温度センサにより検出された温度に応じて決定される補正係数を乗じて得られるデータを前記補正データとして供給することが好ましい。その際、前記補正データ供給部は、前記温度と前記補正係数との関係を示す補正係数テーブルに基づいて前記補正係数を決定することがより好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＣＭＯＳ型のイメージセンサに温度センサが設けられ、イメージセンサ内部で温度センサの検出温度に応じて出力信号の補正処理が自己完結的に行われる。これにより、環境温度に影響を受けることなく、画素列毎に設けられるカラムアンプの個体差に起因する固定パターンノイズを確実に除去することが可能となる。また、１台のプロセッサ装置に対して複数の電子内視鏡が交換されて使用される場合でも、プロセッサ装置に特別な補正回路や補正メモリを追加する必要がなく、新型及び旧型のプロセッサ装置が混在していても使用可能であり、汎用性の高いシステムを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】電子内視鏡システムの概略構成を示した全体構成図
【図２】ＣＭＯＳセンサの構成例を示した構成図
【図３】電子内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図
【図４】固定パターンノイズを含む撮像信号の一例を示したグラフ
【図５】図４の一部を拡大して示したグラフ
【図６】半導体チップの構成例を示した概略図
【図７】補正前の撮像信号の一例を示したグラフ
【図８】オフセット誤差用の補正データを示したグラフ
【図９】補正後の撮像信号を示したグラフ
【図１０】第２の実施形態に係るＣＭＯＳセンサの構成例を示した構成図
【図１１】補正係数テーブルの一例を示した図
【図１２】第３の実施形態に係るＣＭＯＳセンサの構成例を示した構成図
【図１３】第４の実施形態に係るＣＭＯＳセンサの構成例を示した構成図
【図１４】一般的なＣＭＯＳセンサの構成例を示した構成図
【図１５】カラムアンプを備えたＣＭＯＳのセンサの構成例を示した構成図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１に示すように、電子内視鏡システム１１は、電子内視鏡１２、プロセッサ装置１３、光源装置１４等から構成される。また、電子内視鏡１２は、挿入部１６、手元操作部１７、ユニバーサルコード１８等から構成される。
【００３０】
挿入部１６は、被検者の体内に挿入されるため、被検者の体内の形状に応じて自在に湾曲するように設けられている。また、挿入部１６の先端部分１６ａには、ＣＭＯＳセンサを搭載した撮像装置が内蔵されている。さらに、先端部分１６ａの端面には、前方に照明光を照射する照明窓や、被検者の体内からの光をＣＭＯＳセンサに導く観察窓、各種処置具が露出される鉗子出口、洗浄水や空気等が噴射される送気送水ノズル等が設けられている。
【００３１】
また、先端部分１６ａの後方には、湾曲部１９が設けられている。この湾曲部１９は、複数の湾曲駒を連結されたものであり、挿入部１６に挿通されたワイヤによって、手元操作部１７に設けられたアングルノブ２１と連結されている。したがって、湾曲部１９は、手元操作部１７に設けられたアングルノブ２１の回動操作によって挿入部１６に挿通されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右の所望の方向に自在に湾曲する。
【００３２】
手元操作部１７は、前述のように湾曲部１９を操作するアングルノブ２１の他に、鉗子口２２や、送気送水ボタン２３等の各種操作ボタンが設けられている。鉗子口２２には、注射針や高周波メスなどがワイヤの先端に設けられた処置具が挿通される。また、送気送水ボタン２３は、図示しない送気送水装置から供給される空気や洗浄水の送気、送水を制御する。
【００３３】
ユニバーサルコード１８は、その基端部分に設けられたコネクタ２４を介して、電子内視鏡１２をプロセッサ装置１３に電気的に接続するとともに、電子内視鏡１２を光源装置１４に光学的に接続する。
【００３４】
プロセッサ装置１３は、電子内視鏡１２、光源装置１４、モニタ２６等に接続されており、電子内視鏡システム１１の動作を統括的に制御する。また、光源装置１４は、ユニバーサルコード１８や挿入部１６に挿通されたライトガイド（図３参照）を通じて、観察部位に向けて照明光を照射する。
【００３５】
前述のように、電子内視鏡システム１１には、イメージセンサとしてＣＭＯＳセンサ３１が用いられている。ＣＭＯＳセンサ３１は、図２に示すように、撮像領域３２、垂直走査回路３３、カラムアンプ３４、列選択トランジスタ３６、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３７、水平走査回路３８、固定パターンノイズ除去回路８０、温度センサ８２等から構成される。これらの各機能部は、同一の半導体チップ（半導体基板）内に設けられている。
【００３６】
撮像領域３２は、画素４１がマトリクス状に配列されたものであり、図示しない結像光学系により観察部位の像が結像される。画素４１は、フォトダイオードＤ１、増幅用トランジスタＭ１、画素選択用トランジスタＭ２、リセット用トランジスタＭ３等から構成される。フォトダイオードＤ１は、光電変換によって、入射光量に応じた信号電荷を生成するとともに、これを蓄積する。フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷は、増幅用トランジスタＭ１によって撮像信号として増幅され、画素選択用トランジスタＭ２によって、所定のタイミングで画素４１外に出力される。また、フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷は、所定のタイミングでリセット用トランジスタＭ３によって破棄される。
【００３７】
また、撮像領域３２には、垂直走査回路３３から水平方向（Ｘ方向）に行選択線Ｌ１及び行リセット線Ｌ２が配線されているとともに、カラムアンプ３４から垂直方向（Ｙ方向）に列信号線Ｌ３が配線されている。
【００３８】
行選択線Ｌ１は、画素選択用トランジスタＭ２のゲートに接続されており、行リセット線Ｌ２は、リセット用トランジスタＭ３のゲートに接続されている。また、列信号線Ｌ３は、画素選択用トランジスタＭ２のソースに接続されているとともに、カラムアンプ３４を介して、対応する列の列選択トランジスタ３６に接続されている。
【００３９】
垂直走査回路３３は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）４２から入力されるタイミング信号に基づいて、垂直走査信号を発生し、行選択線Ｌ１を１行ずつ選択して、撮像信号を列信号線Ｌ３に出力させる画素４１の行（以下、水平ラインという）を変更する。また、垂直走査回路３３は、水平ラインの行リセット線Ｌ２を１行ずつ選択して、信号電荷の破棄を行う水平ラインを変更する。さらに、垂直走査回路３３は、行選択線Ｌ１及び行リセット線Ｌ２の選択行が撮像領域３２の端に位置する水平ラインに達した場合には、先頭の水平ラインを再び選択し、上述の動作を繰り返す。
【００４０】
カラムアンプ３４は、カラム（列信号線Ｌ３）毎に設けられており、垂直走査回路３３によって選択された行選択線Ｌ１に接続された画素４１の撮像信号を増幅する。カラムアンプ３４による撮像信号の増幅率は、カラムアンプ３４にゲイン調節信号を入力することにより調節される。
【００４１】
水平走査回路３８は、ＴＧ４２から入力されるタイミング信号に基づいて水平走査信号を発生し、列選択トランジスタ３６のオン、オフ制御を行う。
【００４２】
列選択トランジスタ３６は、Ａ／Ｄ変換器３７に接続された出力バスライン４３とカラムアンプ３４との間に設けられており、水平走査信号に応じて、出力バスライン４３に撮像信号を転送させる画素を選択する。Ａ／Ｄ変換器３７は、カラムアンプ３４から出力バスライン４３に順に転送される撮像信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。
【００４３】
図３に示すように、電子内視鏡１２には、上述のＣＭＯＳセンサ３１と、対物レンズ５１、ＣＰＵ５２、タイミングジェネレータ（ＴＧ）４２、ライトガイド５３等が設けられている。
【００４４】
ＣＭＯＳセンサ３１は、前述のように挿入部１６の先端部分１６ａに設けられており、その前方には対物レンズ５１が配置されている。挿入部１６の先端部分１６ａの端面には観察窓５４が設けられており、この観察窓５４から入射する被写体からの光は、対物レンズ５１によってＣＭＯＳセンサ３１の撮像領域３２に結像される。ＣＭＯＳセンサ３１は、撮像領域３２に結像された被写体像を画素４１毎に光電変換し、各画素４１に露光量に応じた信号電荷を蓄積させ、所定のタイミングで撮像信号として出力する。ＣＭＯＳセンサ３１の駆動タイミングは、ＴＧ４２から入力されるタイミング信号によって制御される。
【００４５】
ＣＰＵ５２は、プロセッサ装置１３のＣＰＵ６１と通信を行い、電子内視鏡１２の各部を統括的に制御する。例えば、ＣＰＵ５２は、プロセッサ装置１３のＣＰＵ６１からの信号に基づき、ＴＧ４２に所定のタイミング信号を生じさせることによって、ＣＭＯＳセンサ３１の動作を制御する。また、ＣＰＵ５２は、カラムアンプ３４にゲイン調節信号を入力することにより、ＣＭＯＳセンサ３１から増幅率を調節して撮像信号を出力させる。
【００４６】
ライトガイド５３は、ユニバーサルコード１８や挿入部１６の内部に挿通されており、一端が挿入部１６の先端部分１６ａの端面に設けられた照明窓５６に接続され、他端は光源装置１４に接続されている。光源装置１４からの照明光は、ライトガイド５３を通じて、照明窓５６から観察部位へと照射される。
【００４７】
また、図３に示すように、プロセッサ装置１３は、ＣＰＵ６１、ＤＳＰ６２、Ｄ／Ａ変換回路６３、ＲＡＭ６４等から構成される。
【００４８】
ＣＰＵ６１は、プロセッサ装置１３の各部の動作を制御するとともに、電子内視鏡１２のＣＰＵ５２や光源装置１４のＣＰＵ７１と通信して、電子内視鏡１２や光源装置１４の動作を制御することにより、電子内視鏡システム１１を統括的に制御する。
【００４９】
ＤＳＰ６２は、ＣＭＯＳセンサ３１から出力された撮像信号に対して、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種信号処理を施す。ＣＭＯＳセンサ３１から出力された撮像信号は、ＤＳＰ６２によって各種画像処理が施されると、画像データとしてＲＡＭ６４に保持される。また、ＤＳＰ６２は、ＲＡＭ６４から必要な画像データを読み出して、ＮＴＳＣ信号等の映像信号に変換し、Ｄ／Ａ変換回路６３によってＤ／Ａ変換することにより、画像データをモニタ２６上に表示させる。
【００５０】
また、図３に示すように、光源装置１４は、ＣＰＵ７１、光源７２、波長選択フィルタ７３等から構成される。ＣＰＵ７１は、プロセッサ装置１３のＣＰＵ６１と通信し、ＣＭＯＳセンサ３１の駆動タイミング等に応じて、光源７２や波長選択フィルタ７３を駆動することにより、光源装置１４を制御する。
【００５１】
光源７２は、キセノンランプやハロゲンランプ等の広い波長帯にわたって高輝度の光を発する高輝度光源であり、ＣＰＵ７１によって点灯消灯の切り替えが制御される。また、光源７２から発せられた光は、集光レンズ７４によってライトガイド５３に効率良く導かれる。
【００５２】
波長選択フィルタ７３は、光源７２から発せられた光を、特定の波長帯の光に制限するフィルタであり、ＣＰＵ７１からの指示に基づいて、光源７２と集光レンズ７４の間に挿入、又は退避される。これにより、光源装置１４は、設定や医師の操作等、必要に応じて照明光の波長帯を自在に切り替えられるようになっている。例えば、光源装置１４は、単に白色の可視光を出力するだけでなく、赤外光等の可視光以外の光や、可視光のＲＧＢ成分の比率を調節した特殊光を出力することができるようになっている。
【００５３】
このように構成される電子内視鏡システム１１では、ＣＭＯＳセンサ３１にはカラム毎にカラムアンプ３４が設けられるため（図２参照）、各カラムアンプ３４の個体差によって各画素４１が一様に露光されたとしてもカラム毎に出力がばらつき、ＣＭＯＳセンサ３１から出力される撮像信号に固定パターンノイズ（縦筋状ノイズ）が付加される要因となる。
【００５４】
図４は、固定パターンノイズが付加された撮像信号における水平方向の１ライン分のデータの一例を示したグラフである。図５は、図４の一部を拡大して示したグラフである。図４及び図５において、横軸は水平方向の画素番号、縦軸は画素の出力値（画素値）を表している。また、ＣＭＯＳセンサ３１周辺の環境温度を２４℃、３６℃、４５℃、５７℃に変化させたときのデータがそれぞれ示されている。なお、ここでは、ランダムノイズを除去するため、各画素の出力値については１０ライン分の平均値をとっている。
【００５５】
図４及び図５に示すように、各画素の実際の出力値は、各カラムアンプ３４の個体差がないとしたときの各画素の理想的な出力値（本例では６４）よりも大きかったり、小さかったりしている。このような各画素の出力値のばらつきは、カラム毎に設けられるカラムアンプ３４の性能ばらつきによって発生する。また、各カラムアンプ３４の温度特性のばらつきによって、各画素の出力値が温度毎にばらついている。なお、図４及び図５に示した例では、温度が低いときほど各画素の出力値のばらつきが大きくなっているが、本例に限られるものではない。これらのことから、固定パターンノイズを確実に除去するためには、ＣＭＯＳセンサ３１周辺の環境温度に応じて補正することが有効である。
【００５６】
そこで本実施形態では、図２に示すように、ＣＭＯＳセンサ３１と同一の半導体チップ内に固定パターンノイズ除去回路８０及び温度センサ８２を設け、環境温度に応じてＣＭＯＳセンサ３１から出力される撮像信号に含まれる固定パターンノイズを除去する補正処理が自己完結的に行われるようになっている。なお、各カラムアンプ３４間の固体差としてはオフセット誤差とゲイン誤差があるが、ここでは、説明の便宜上、オフセット誤差のみを補正する場合を例にして説明する。なお、ゲイン誤差を補正する態様については後述する。
【００５７】
固定パターンノイズ除去回路８０は、Ａ／Ｄ変換器３７の後段に設けられ、複数のラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃ、減算器８６、ラインメモリ切替部８８等から構成される。ラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃには、それぞれ所定の温度（例えば３０℃、４０℃、５０℃）に対応したオフセット誤差用の補正データが予め記憶されている。これらの補正データは、後述するラインメモリ切替部８８の切替状態に応じて減算器８６に供給される。なお、図２では３つのラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃを備えた構成を例示したが、ラインメモリの数は特に限定されるものではない。ただし、ラインメモリの数が多いと、きめ細かい温度毎に補正データをラインメモリに記憶させておくことが可能になる反面、ＣＭＯＳセンサチップの大型化を招くことから、ラインメモリの数はなるべく少ない方が好ましい。
【００５８】
オフセット誤差用の補正データの作成方法としては、まず、所定の温度条件（例えば３０℃）の環境下でＣＭＯＳセンサ３１を備えた撮像装置にて遮光状態又は一定光量の被写体を撮影する。このとき黒い被写体以外を撮影する場合には光源やレンズのシェーディングの影響を抑えるためにシェーディング補正を行うことが好ましい。
【００５９】
次に、ＣＭＯＳセンサ３１において水平ラインの数〜数十ライン分の平均値を求め、これを１ライン分のラインデータとする。このように複数ライン分の平均値をとることによってランダムノイズによる影響を軽減することができ、より精度の高い補正データを作成することが可能となる。続いて、前記ラインデータの全体平均値を求める。そして、前記ラインデータから全体平均値を差し引くことにより、オフセット誤差用の補正データが求められる。以上の処理を温度条件を変えながら複数回繰り返し行う。
【００６０】
こうして求められたオフセット誤差用の補正データは、温度条件毎にそれぞれ対応したラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃに書き込み処理される。なお、これらの処理についてはＣＭＯＳセンサ３１の製造時に行われるものであるが、これに限定されず、電子内視鏡１２の使用時又は保管時に定期的に行うようにしてもよい。
【００６１】
ラインメモリ切替部８８は、ラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃと減算器８６との間に設けられた切替スイッチを含んで構成され、温度センサ８２の検出温度に応じてラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃの中から減算器８６に接続されるラインメモリを選択する。
【００６２】
減算器８６は、Ａ／Ｄ変換器３７の出力信号とラインメモリ切替部８８により選択されたラインメモリから供給される補正データとの差分を出力する。
【００６３】
温度センサ８２は、前述のようにＣＭＯＳセンサ３１と同一の半導体チップ内に設けられ、ＣＭＯＳセンサ３１が配置される挿入部１６の先端部分１６ａの内部の温度を検出する。温度センサ８２の検出温度はラインメモリ切替部８８に通知される。
【００６４】
温度センサ８２が配置される位置としては、ＣＭＯＳセンサ３１と同一半導体チップ内に設けられるものであれば特に限定されるものではないが、本実施形態では好ましい態様として、図６に示すような半導体チップ１００内の周辺回路領域１０６に搭載された専用の温度センサ用ダイオードにより構成される。また、他の好ましい態様として、撮像領域３２において有効画素領域１０２の周辺部に配置される無効画素領域１０４の無効画素（オプティカルブラック）のフォトダイオードＤ１を温度センサとして用いる態様や、無効画素領域１０４における１ライン分の無効画素の出力値を平均化したものを温度情報として利用する態様等がある。いずれの態様においても、ＣＭＯＳセンサ３１と同一の半導体チップ内に温度センサ８２を配置することが可能であり、挿入部１６の先端部分１６ａに実装可能である。
【００６５】
上記のように構成された電子内視鏡システム１１で体腔内を観察する際には、電子内視鏡１２、光源装置１４、及びモニタ２６の電源をオンにして、電子内視鏡１２の挿入部１６を体腔内に挿入し、光源装置１４からの照明光で体腔内を照明しながら、ＣＭＯＳセンサ３１により撮像される体腔内の画像をモニタ２６で観察する。
【００６６】
このとき、ＣＭＯＳセンサ３１の各画素４１から出力された撮像信号は、カラム毎に設けられるカラムアンプ３４にて増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３７にてアナログ信号からデジタル信号に変換されて出力される。Ａ／Ｄ変換器３７から出力された撮像信号は固定パターンノイズ除去回路８０の減算器８６に入力される。このとき、固定パターンノイズ除去回路８０の減算器８６に入力される撮像信号の一例を図７に示す。図７に示した撮像信号は、各カラムアンプ３４のオフセット誤差によって、本来、水平方向に平坦となる部分が波打ち状になってしまっている。
【００６７】
一方、温度センサ８２の検出温度（挿入部１６の先端部分１６ａの内部温度）はラインメモリ切替部８８に通知されると、ラインメモリ切替部８８では、温度センサ８２の検出温度に応じてラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃの中から所定のラインメモリが選択される。
【００６８】
ここで、ラインメモリの切替方法としては、各ラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃの中に温度センサ８２の検出温度に対応する補正データが記憶されるラインメモリが存在する場合にはそのラインメモリが選択される。例えば、前述のようにラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃに３０℃、４０℃、５０℃に対応した補正データが記憶されている場合、温度センサ８２の検出温度が３０℃のときは減算器８６の接続先としてラインメモリ８４Ａが選択される。
【００６９】
また、温度センサ８２の検出温度に対応する補正データが記憶されるラインメモリが存在しない場合には、一番近い温度に対応する補正データが記憶されるラインメモリが選択される。例えば前述の例の場合、温度センサ８２によって検出された温度が３６℃のときは減算器８６の接続先としてラインメモリ８４Ｂが選択される。
【００７０】
なお、ラインメモリの切替方法としては前述の方法に限らず、温度センサ８２の検出温度が予め用意されている補正データの対応温度と一致しない場合には、各ラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃに記憶されている温度毎の補正データを補間処理して得られる補間後の補正データとして減算器８６に供給するようにしてもよい。例えば前述の例において３５℃の場合には、３０℃の補正データと４０℃の補正データの中間値が補正データとして用いられる。
【００７１】
このようにしてラインメモリ切替部８８にてラインメモリの切り替えが行われると、減算器８６には、温度センサ８２の検出温度に応じた補正データがラインメモリから供給される。このとき、減算器８６に供給される補正データの一例を図８に示す。図８に示した補正データは、縦軸方向の０の位置を基準としたときのオフセット誤差の大きさを示している。
【００７２】
減算器８６では、Ａ／Ｄ変換器３７から出力された撮像信号から補正データが差し引かれた補正後の撮像信号が出力される。このとき、減算器８６から出力される撮像信号の一例を図９に示す。図９に示した撮像信号は、図７に示した撮像信号から図８の補正データを差し引くことにより得られるものであり、各カラムアンプ３４のオフセット誤差に起因する固定パターンノイズが除去されている。
【００７３】
このようにしてＣＭＯＳセンサ３１から固定パターンノイズ除去回路８０にて固定パターンノイズが除去された補正後の撮像信号が出力され、ユニバーサルコード１８を介してプロセッサ装置１３に伝送される。
【００７４】
プロセッサ装置１３は、ＣＭＯＳセンサ３１から出力された撮像信号をＤＳＰ６２で受け、ＤＳＰ６２により画像データに変換され、モニタ２６に画像表示が行われる。
【００７５】
本実施形態の電子内視鏡１２によれば、ＣＭＯＳセンサ３１には同一の半導体チップ内に固定パターンノイズ除去回路８０及び温度センサ８２が設けられ、温度センサ８２の検出温度に応じた撮像信号の補正処理が自己完結的に行われる。これにより、環境温度に影響を受けることなく各カラムアンプ３４の個体差に起因する固定パターンノイズを確実に除去することが可能となる。また、１台のプロセッサ装置１３に対して複数の電子内視鏡１２を交換して使用する場合でも、プロセッサ装置１３に新たな補正機能や補正データを追加する必要がなく、新型及び旧型のプロセッサ装置１３を混在して使用することが可能であり、汎用性の高いシステムを構築することが可能となる。
【００７６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
【００７７】
第２の実施形態は、固定パターンノイズ除去回路８０に備えられるラインメモリの数が複数でなく１つである点で第１の実施形態と異なる。
【００７８】
図１０は、第２の実施形態に係るＣＭＯＳセンサ３１の構成例を示した概略構成図である。図１０中、図２と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付している。
【００７９】
図１０に示すように、固定パターンノイズ除去回路８０は、ラインメモリ８４、減算器８６、係数決定部８９、乗算器９０等から構成される。ラインメモリ８４には、所定の基準温度（例えば３０℃）に対応した基準補正データが予め記憶されている。ラインメモリ８４に記憶されている基準補正データは乗算器９０に供給される。
【００８０】
係数決定部８９は、温度と補正係数との関係を示す補正係数テーブルを備え、当該補正係数テーブルに基づき温度センサ８２の検出温度から補正係数を決定し、その決定された補正係数を乗算器９０に供給する。
【００８１】
ここで、係数決定部８９に設けられる補正係数テーブルの一例を図１１に示す。図１１に示した補正係数テーブルは、基準温度が３０℃であり、そのときの補正係数が1.000となっている。そして、温度が３０℃よりも大きくなるにつれて補正係数は次第に小さくなり、温度が３０℃よりも小さくなるにつれて補正係数は次第に大きくなっている。このような温度毎の補正係数は予め求めておく。
【００８２】
なお、説明の便宜上、温度が５℃毎に設定されているが、その間隔は特に限定されるものでなく、その間隔は５℃よりも小さくても大きくてもよい。また、補正係数テーブルの中に温度センサ８２の検出温度と一致する温度がなかった場合には、最も近い温度に対応する補正係数を用いるか、或いは、温度センサ８２の検出温度に対応する補正係数を補間処理で算出するようにしてもよい。
【００８３】
乗算器９０は、ラインメモリ８４から供給される基準補正データに係数決定部８９で決定された補正係数を乗じて得られる補正データを出力する。乗算器９０から出力される補正データは減算器８６に供給される。
【００８４】
減算器８６では、Ａ／Ｄ変換器３７から出力される撮像信号から乗算器９０から与えられた補正データを差し引くことによって得られる補正後の撮像信号が出力される。
【００８５】
このように第２の実施形態によれば、固定パターンノイズ除去回路８０には１つのラインメモリ８４が設けられ、ラインメモリ８４上の基準補正データに温度センサ８２の検出温度に応じて決定される補正係数を乗じることによって得られる補正データに基づいて固定パターンノイズの除去処理が行われる。特に本実施形態は、各カラムアンプ３４のオフセット誤差が温度に応じて線形に変化する場合に好適であり、第１の実施形態に比べてラインメモリの数を減らすことができ、回路構成を簡易なものとすることができる。これによって、電子内視鏡１２の挿入部１６の先端部分における細径化を図ることが可能となる。
【００８６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下、第１又は第２の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
【００８７】
第１及び第２の実施形態では、固定パターンノイズの主な発生要因が各カラムアンプ３４のオフセット誤差である場合に好適な態様であるのに対し、第３の実施形態では、その発生要因が各カラムアンプ３４のゲイン誤差である場合に好適な態様である。
【００８８】
図１２は、第３の実施形態に係るＣＭＯＳセンサ３１の構成例を示した概略構成図である。図１２中、図２と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付している。
【００８９】
図１２に示すように、固定パターンノイズ除去回路８０は、ゲイン誤差用補正データ供給部９２、乗算器９４等から構成される。
【００９０】
ゲイン誤差用補正データ供給部９２は、温度センサ８２の検出温度を取得すると、その検出温度に応じたゲイン誤差補正用の補正データを乗算器９４に供給する。ゲイン誤差用補正データ供給部９２の構成としては、例えば、第１の実施形態のように複数のラインメモリ８４Ａ〜８４Ｃ、ラインメモリ切替部８８等から構成してもよいし（図２参照）、第２の実施形態のように１つのラインメモリ８４、係数決定部８９、乗算器９０等から構成してもよい（図１０参照）。ゲイン誤差補正用の補正データとしては、各カラムアンプ３４のアンプゲインを平均ゲイン値で割った（すなわち、規格化した）データを用いればよい。
【００９１】
乗算器９４では、Ａ／Ｄ変換器３７から出力される撮像信号に補正データ供給部９２から供給されるオフセット誤差用の補正データを乗じて得られる補正後の撮像信号が出力される。
【００９２】
このように第３の実施形態によれば、環境温度に影響されることなく、各カラムアンプ３４のゲイン誤差に起因する固定パターンノイズを確実に除去することが可能となる。
【００９３】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。以下、第１〜第３の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
【００９４】
第４の実施形態は、固定パターンノイズの発生要因が各カラムアンプ３４のオフセット誤差とゲイン誤差の両方である場合に好適な態様である。
【００９５】
図１３は、第４の実施形態に係るＣＭＯＳセンサ３１の構成例を示した概略構成図である。図１３中、図２と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付している。
【００９６】
図１３に示すように、固定パターンノイズ除去回路８０は、オフセット誤差用補正データ供給部９６、ゲイン誤差用補正データ供給部９２、減算器８６、乗算器９４等から構成される。図１３に示した例では、Ａ／Ｄ変換器３７の後段に、乗算器９４、減算器８６が順に配置されているが、これらは逆の順序で配置されていてもよい。
【００９７】
オフセット誤差用補正データ供給部９６は、前述のゲイン誤差用補正データ供給部９２と同様に、第１又は第２の実施形態と同様な構成が適用される。
【００９８】
第４の実施形態によれば、環境温度に影響されることなく、各カラムアンプ３４のオフセット誤差及びゲイン誤差に起因する固定パターンノイズを確実に除去することが可能となる。
【００９９】
なお、上述した各実施形態では、ＣＭＯＳセンサ３１においてカラム毎に設けられる処理回路としてカラムアンプ３４が設けられた構成を示したが、これに限らず、カラム毎にＡ／Ｄ変換器やその他処理回路が設けられた構成に対しても本発明を好適に適用することが可能である。
【０１００】
以上、本発明の電子内視鏡及び固定パターンノイズ除去方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１０１】
１１…電子内視鏡システム、１２…電子内視鏡、１３…プロセッサ装置、１４…光源装置、１６…挿入部、１６ａ…先端部分、１７…手元操作部、２６…モニタ、３１…ＣＭＯＳセンサ、３２…撮像領域、３３…垂直走査回路、３４…カラムアンプ、３７…Ａ／Ｄ変換機、３８…水平走査回路、４１…画素、４２…ＴＧ、５２…ＣＰＵ、８０…固定パターンノイズ除去回路、８２…温度センサ、８４、８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ…ラインメモリ、８６…減算器、８８…ラインメモリ切替部、８９…係数決定部、９２…ゲイン誤差用補正データ供給部、９４…オフセット誤差用補正データ供給部、１００…半導体チップ、１０２…有効画素領域、１０４…無効画素領域、１０６…周辺回路領域
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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