(57)【要約】【課題】アナログ信号の歪や、減衰、レベル変動が生じても、サンプリングパルスの位相を最適に調整し、出力信号の精度を確保することができる信号処理回路を提供する。【解決手段】サンプリングパルス生成部５は、基準レベル部と、信号電荷に応じた信号レベル部とを有するアナログ信号のサンプリングに用いるサンプリングパルスを生成する。アナログ／デジタル変換部２は、サンプリングパルスに従ってアナログ信号の基準レベル部と信号レベル部とを各々複数回サンプリングし、各サンプリング値を標本化する。評価値演算部３は、アナログ／デジタル変換部２から出力された複数のサンプリング値に基づいて評価値を演算する。パルス位相制御部６は、評価値に基づきサンプリングパルスの位相を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準レベル部と、信号電荷に応じた信号レベル部とを有するアナログ信号のサンプリングに用いるサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成部と、
前記サンプリングパルスに従って前記アナログ信号の前記基準レベル部と前記信号レベル部とを各々複数回サンプリングし、各サンプリング値を標本化するアナログ／デジタル変換部と、
前記アナログ／デジタル変換部から出力された複数のサンプリング値に基づいて評価値を演算する評価値演算部と、
前記評価値に基づき前記サンプリングパルスの位相を制御するパルス位相制御部と、
を有する信号処理回路。
【請求項２】
前記評価値演算部は、前記アナログ／デジタル変換部からの前記基準レベル部と前記信号レベル部の各々のサンプリング値に基づき、評価値として信号対ノイズ比を演算し、
前記パルス位相制御部は、前記信号対ノイズ比が最大となるように前記サンプリングパルスの位相を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項３】
前記アナログ信号は、固体撮像素子が入射光に基づいて出力する画素信号であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号処理回路。
【請求項４】
入射光に基づかない前記アナログ信号を生成し、当該アナログ信号を前記アナログ／デジタル変換部へ出力する擬似信号生成部をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号処理回路。
【請求項５】
前記アナログ信号は、固体撮像素子から出力される自動焦点検出信号であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号処理回路。
【請求項６】
前記アナログ信号を出力する固体撮像素子と、
請求項１または請求項２に記載の信号処理回路と、
を有する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、アナログ信号を複数回サンプリングする信号処理を行う信号処理回路に関する。また、本発明は、この信号処理回路を有する電子内視鏡システムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像素子を用いた電子カメラとして電子内視鏡などが開発されている。また、撮像素子から出力される画素信号を複数回サンプリングする信号処理を行う技術が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された信号処理方法では、固体撮像装置の出力信号のうち、各画素の基準レベル部の電圧と、信号電荷に応じたレベルを有する信号レベル部の電圧とを各々複数回サンプリングし、それぞれの電圧の平均値の差として出力信号電圧を生成している。
【０００３】
また、特許文献２にも、撮像素子からの画像信号の基準レベル部の電圧と信号レベル部の電圧とをサンプリングする信号処理を行う技術が記載されている。特許文献２に記載された信号処理方法では、サンプルホールドした複数の信号の信号レベルを算出し、信号レベルが最大となるようにサンプリング位相を調整している。
【特許文献１】特開平３−２２５２８４号公報
【特許文献２】特開平１０−２９０３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、電子内視鏡などの電子カメラにおいては高画質化のため、画像信号処理の動作周波数の高速化が進んでいる。このため、撮像素子の出力信号も高速化しており、出力信号の歪や、減衰、レベル変動が生じている。しかしながら、特許文献１に記載された技術では、サンプリングに用いるサンプリングパルスの位相が固定であるので、固体撮像装置の出力信号の歪や、減衰、レベル変動が生じると、サンプリングパルスの位相によって、出力信号の信号電圧値およびノイズ値が変動してしまう。特に、撮像素子と、その出力信号をサンプリングして信号処理する手段とがケーブル等を介して接続されているような装置では、出力信号の歪や、減衰、レベル変動が大きく、信号の精度を確保することが難しくなる。
【０００５】
また、特許文献２に記載された技術では、図４に示すように撮像素子からの画素信号４０の基準レベル部と信号電荷に応じたレベルを有する信号レベル部とが傾いている場合に、サンプリングパルス４１に従って基準レベル部を複数回サンプリングすると、サンプリング点の位置に応じて信号の傾きが異なるため、サンプリング点の位置に応じて信号レベルやノイズが変動する。図５に示すように、特に信号５０の傾きが大きな点ではサンプリングパルスのジッタｄｔによって信号値の変動ｄVが大きくなり、この変動分がノイズを増加させてしまう。このため、複数回サンプリングした信号の平均が最大となる場合が精度において最適であるとは限らない。
【０００６】
例えば、図４に示す基準レベル部のサンプリングポイントr1，r2のサンプリング電圧をそれぞれVr1，Vr2とし、信号レベル部のサンプリングポイントd1，d2，d3，d4のサンプリング電圧をそれぞれVd1，Vd2，Vd3，Vd4とすると、各電圧は（１）式〜（６）式の通りとなる。ここで、Vr1s，Vr2s，Vd1s，Vd2s，Vd3s，Vd4sは各サンプリングポイントでの信号電圧であり、Vr1n，Vr2n，Vd1n，Vd2n，Vd3n，Vd4nは各サンプリングポイントでのノイズ電圧である。
Vr1＝Vr1s+Vr1n  ・・・（１）
Vr2＝Vr2s+Vr2n  ・・・（２）
Vd1＝Vd1s+Vd1n  ・・・（３）
Vd2＝Vd2s+Vd2n  ・・・（４）
Vd3＝Vd3s+Vd3n  ・・・（５）
Vd4＝Vd4s+Vd4n  ・・・（６）
【０００７】
また、各サンプリングポイントでのノイズ電圧は（７）式〜（１２）式の通りである。ここで、Vr1ni，Vr2ni，Vd1ni，Vd2ni，Vd3ni，Vd4niは各サンプリングポイントでの固体撮像素子の出力ノイズ電圧であり、Vr1ng，Vr2ng，Vd1ng，Vd2ng，Vd3ng，Vd4ngは各サンプリングポイントでのサンプリングパルスのジッタによるノイズ電圧である。
Vr1n2＝Vr1ni2＋Vr1ng2  ・・・（７）
Vr2n2＝Vr2ni2＋Vr2ng2  ・・・（８）
Vd1n2＝Vd1ni2＋Vd1ng2  ・・・（９）
Vd2n2＝Vd2ni2＋Vd2ng2  ・・・（１０）
Vd3n2＝Vd3ni2＋Vd3ng2  ・・・（１１）
Vd4n2＝Vd4ni2＋Vd4ng2  ・・・（１２）
【０００８】
サンプリングパルスのジッタは各サンプリングポイントで同等であるので、ジッタによるノイズ電圧は各サンプリングポイントでの信号の傾きに応じた（１３）式〜（１４）式の関係にある。
Vr1ng＜Vr2ng  ・・・（１３）
Vd3ng＜Vd2ng＜Vd1ng＜Vd4ng  ・・・（１４）
【０００９】
また、各サンプリングポイントでの信号電圧Vr1s，Vr2s，Vd1s，Vd2s，Vd3s，Vd4sは（１５）式〜（１６）式の関係にある。
Vr2s＜Vr1s  ・・・（１５）
Vd3s＜Vd2s＜Vd4s＜Vd1s  ・・・（１６）
【００１０】
上記のように、各サンプリングポイントでの信号電圧とノイズ電圧の関係には必ずしも相関があるわけではないため、複数回サンプリングした信号の平均が最大となるときのサンプリング位相が精度において最適とは限らない。
【００１１】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、アナログ信号の歪や、減衰、レベル変動が生じても、サンプリングパルスの位相を最適に調整し、出力信号の精度を確保することができる信号処理回路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】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、基準レベル部と、信号電荷に応じた信号レベル部とを有するアナログ信号のサンプリングに用いるサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成部と、前記サンプリングパルスに従って前記アナログ信号の前記基準レベル部と前記信号レベル部とを各々複数回サンプリングし、各サンプリング値を標本化するアナログ／デジタル変換部と、前記アナログ／デジタル変換部から出力された複数のサンプリング値に基づいて評価値を演算する評価値演算部と、前記評価値に基づき前記サンプリングパルスの位相を制御するパルス位相制御部とを有する信号処理回路である。
【００１３】
また、本発明の信号処理回路において、前記評価値演算部は、前記アナログ／デジタル変換部からの前記基準レベル部と前記信号レベル部の各々のサンプリング値に基づき、評価値として信号対ノイズ比を演算し、前記パルス位相制御部は、前記信号対ノイズ比が最大となるように前記サンプリングパルスの位相を制御することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の信号処理回路において、前記アナログ信号は、固体撮像素子が入射光に基づいて出力する画素信号であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の信号処理回路は、入射光に基づかない前記アナログ信号を生成し、当該アナログ信号を前記アナログ／デジタル変換部へ出力する擬似信号生成部をさらに有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の信号処理回路において、前記アナログ信号は、固体撮像素子から出力される自動焦点検出信号であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記アナログ信号を出力する固体撮像素子と、上記の信号処理回路とを有する電子内視鏡システムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数のサンプリング値に基づいて演算された評価値に基づいてサンプリングパルスの位相を制御するので、アナログ信号の歪や、減衰、レベル変動が生じても、サンプリングパルスの位相を最適に調整し、出力信号の精度を確保することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による信号処理回路の構成を示している。図１に示す信号処理回路は、固体撮像素子１と、アナログ／デジタル変換部２と、評価値演算部３と、擬似画素信号生成部４と、サンプリングパルス生成部５と、パルス位相制御部６と、駆動パルス生成部７と、スイッチ８と、デジタル映像信号処理部９とを備えている。
【００２１】
固体撮像素子１は、入射光に応じた電荷を生成する光電変換素子を有する複数の画素を備えており、各画素の電荷量に応じた画像信号を出力する。この画像信号は、基準レベル部と、信号電荷に応じたレベルを有する信号レベル部とを有する。アナログ／デジタル変換部２は、サンプリングパルス生成部５からのサンプリングパルスに従って、固体撮像素子１または擬似画素信号生成部４から出力される信号の基準レベル部と信号レベル部とを各々複数回サンプリングし、各サンプリング値を標本化する。評価値演算部３は、アナログ／デジタル変換部２から出力された信号を処理し、サンプリングされた信号値の評価値を算出する。擬似画素信号生成部４は、基準レベル部と信号レベル部に相当する値を有し、入射光に基づかないアナログ信号を人工的に生成し出力する。
【００２２】
サンプリングパルス生成部５は、サンプリングのタイミングを規定するサンプリングパルスを生成し、アナログ／デジタル変換部２に供給する。パルス位相制御部６はサンプリングパルスの位相を制御する。駆動パルス生成部７は固体撮像素子１の駆動クロックを生成し固体撮像素子１に供給する。スイッチ８は、アナログ／デジタル変換部２へ出力する信号を固体撮像素子１の出力信号と擬似画素信号生成部４の出力信号との間で切り替える。デジタル映像信号処理部９は、アナログ／デジタル変換部２によってサンプリングされた基準レベル部の信号レベルの平均値と信号レベル部の信号レベルの平均値との差である信号値からなるデジタル映像信号を処理する。
【００２３】
次に、図２を参照しながら、本実施形態による信号処理回路の動作を説明する。まず、サンプリングパルスの位相を調整する第１の期間において、スイッチ８は固体撮像素子１または擬似画素信号生成部４からの出力信号（以下、アナログ信号と記載する）をアナログ／デジタル変換部２へ出力する状態となる。固体撮像素子１から出力される画像信号をアナログ／デジタル変換部２へ出力する場合には、固体撮像素子１に一定光量の光が入射するようにしておくことが望ましい。周囲の環境によっては固体撮像素子１に一定光量の光を入射させるのが困難な場合には、擬似画素信号生成部４からの出力信号をアナログ／デジタル変換部２へ出力するようにスイッチ８の状態を設定するとよい。
【００２４】
パルス位相制御部６は、サンプリングパルスの位相を所定量に設定する。サンプリングパルス生成部５は、パルス位相制御部６によって設定された位相を有するサンプリングパルスを生成する。アナログ／デジタル変換部２は、サンプリングパルスに従ってアナログ信号をサンプリングする。例えば、図２に示すように、アナログ／デジタル変換部２は、アナログ信号２０の基準レベル部のサンプリングポイントr1，r2でサンプリングを行うと共に、信号レベル部のサンプリングポイントd1，d2，d3，d4でサンプリングを行う。以下では、サンプリングポイントr1，r2，d1，d2，d3，d4でサンプリングされた信号の信号レベルをそれぞれSr1，Sr2，Sd1，Sd2，Sd3，Sd4とする。
【００２５】
評価値演算部３は、以下の（１７）式に従い、基準レベル部の信号レベルSr1，Sr2の平均値と信号レベル部の信号レベルSd1，Sd2，Sd3，Sd4の平均値を算出し、各平均値の差分を算出することにより、相関２重サンプリング後の１画素についての信号レベルVpixを算出する。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
固体撮像素子１が備える各画素から出力される画像信号に対して上記と同様の処理が行われ、例えば１フレーム分の画像信号を構成する各画素についての信号レベルVpixが算出される。さらに、評価値演算部３は各画素の信号レベルVpixの平均値Vpix_aveと標準偏差σを算出し、信号対ノイズ比S/N＝Vpix_ave／σを算出する。
【００２８】
続いて、パルス位相制御部６はサンプリングパルスの位相を変更する。例えば、サンプリングパルスの１周期Ｔをｎ分割し、Ｔ／ｎを位相の変更量とする。そして、位相を変更したサンプリングパルスに従ってサンプリングされたサンプリング値から上記と同様に信号対ノイズ比が算出される。このように、サンプリングパルスの位相をＴ／ｎずつ変更しながら、各位相での信号対ノイズ比S/Nが繰り返し算出される。評価値演算部３は、各位相で求めた信号対ノイズ比S/Nが最大となるときのサンプリングパルスの位相をパルス位相制御部６に通知する。パルス位相制御部６は、評価値演算部３から通知された位相となるようにサンプリングパルスの位相を設定する。
【００２９】
続いて、映像信号を処理する第２の期間において、スイッチ８は固体撮像素子１からの画像信号をアナログ／デジタル変換部２へ出力する状態となる。アナログ／デジタル変換部２は、サンプリングパルスに従って画像信号の基準レベル部と信号レベル部とを各々複数回サンプリングする。デジタル映像信号処理部９は、アナログ／デジタル変換部２によってサンプリングされた基準レベル部の信号レベルの平均値と信号レベル部の信号レベルの平均値の差である信号値からなるデジタル映像信号を処理する。
【００３０】
上述したように、本実施形態によれば、複数のサンプリング値に基づいて演算された評価値に基づいてサンプリングパルスの位相が制御される。特に、評価値として信号対ノイズ比を用いて、信号対ノイズ比が最大となるときの位相にサンプリングパルスの位相を設定することによって、アナログ信号の歪や、減衰、レベル変動が生じても、サンプリングパルスの位相を最適に調整し、出力信号の精度を確保することができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態は、第１の実施形態で説明した信号処理回路を電子内視鏡システムに適用したものである。図３は、本実施形態による電子内視鏡システムの構成を示している。図３に示す電子内視鏡システムは、撮像部２０１と、制御・信号処理部２０２と、光源装置２０３と、ビデオプロセッサ２０４と、ライトガイド２０５と、ケーブル２０６とを有している。
【００３２】
撮像部２０１は、固体撮像素子１０１と、擬似画素信号生成部１０４と、駆動パルス生成部１０７と、スイッチ１０８とを備えている。固体撮像素子１０１は、入射光に応じた電荷を生成する光電変換素子を有する複数の画素を備えており、各画素の電荷量に応じた画像信号を出力する。擬似画素信号生成部４は、基準レベル部と信号レベル部に相当する値を有するアナログ信号を人工的に生成し出力する。駆動パルス生成部１０７は、制御・信号処理部２０２からケーブル２０６を介して供給される基準クロックから、リセットパルスφRSおよび水平駆動パルスφHを生成し、固体撮像素子１０１に供給する。スイッチ１０８は、制御・信号処理部２０２へ出力する信号を固体撮像素子１０１の出力信号と擬似画素信号生成部１０４の出力信号との間で切り替える。
【００３３】
制御・信号処理部２０２は、アナログ／デジタル変換部１０２と、評価値演算部１０３と、サンプリングパルス生成部１０５と、パルス位相制御部１０６と、Ｖ駆動部１１０とを備えている。アナログ／デジタル変換部１０２は、サンプリングパルス生成部１０５からのサンプリングパルスに従って、固体撮像素子１０１または擬似画素信号生成部１０４から出力される信号の基準レベル部と信号レベル部とを各々複数回サンプリングし、各サンプリング値を標本化する。評価値演算部１０３は、アナログ／デジタル変換部１０２から出力された信号を処理し、サンプリングされた信号値の評価値を算出する。サンプリングパルス生成部１０５は、サンプリングパルスをアナログ／デジタル変換部１０２に供給すると共に、クロックパルスを駆動パルス生成部１０７およびＶ駆動部１１０に供給する。パルス位相制御部１０６はサンプリングパルスの位相を制御する。Ｖ駆動部１１０は垂直駆動クロックφVを生成し固体撮像素子１０１に供給する。
【００３４】
光源装置２０３は照明光を発生する。ビデオプロセッサ２０４は、アナログ／デジタル変換部１０２によってサンプリングされた基準レベル部の信号レベルの平均値と信号レベル部の信号レベルの平均値との差である信号値からなるデジタル映像信号を処理するデジタル映像信号処理部１０９を備えている。ライトガイド２０５は、光源装置２０３が発生した照明光を撮像部２０１に導く。ケーブル２０６は撮像部２０１と制御・信号処理部２０２および光源装置２０３とを接続する。
【００３５】
信号処理に係る動作は第１の実施形態と同様である。このように構成された電子内視鏡システムにおいては、ケーブル２０６で固体撮像素子１からの画像信号の歪や、減衰、レベル変動が生じても、サンプリングパルスの位相を最適に調整し、出力信号の精度を確保することができる。
【００３６】
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。例えば、サンプリングの回数として基準レベル部が２回、信号レベル部が４回となる例を示したが、サンプリングの回数はこれに限定されない。また、固体撮像素子が出力する画像信号を処理する信号処理回路の例を示したが、固体撮像素子が出力する自動焦点検出信号を処理する信号処理回路に対して上記の実施形態を適用しても同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態による信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による信号処理回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態による電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図４】従来のアナログ信号の波形を示すタイミングチャートである。
【図５】従来技術の課題を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，１０１・・・固体撮像素子、２，１０２・・・アナログ／デジタル変換部、３，１０３・・・評価値演算部、４，１０４・・・擬似画素信号生成部、５，１０５・・・サンプリングパルス生成部、６，１０６・・・パルス位相制御部、７，１０７・・・駆動パルス生成部、８，１０８・・・スイッチ、９，１０９・・・デジタル映像信号処理部、１１０・・・Ｖ駆動部、２０１・・・撮像部、２０２・・・制御・信号処理部、２０３・・・光源装置、２０４・・・ビデオプロセッサ、２０５・・・ライトガイド、２０６・・・ケーブル
【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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