(57)【要約】【課題】撮像素子の種類に関係なく、画素信号出力を安定させることができる。【解決手段】ＣＣＤ１２の出力側にバッファ回路１４を設け、バッファ回路１４とＣＤＳ回路２１との間に定電流回路２０を設ける。そして、画素信号の波形全体をサンプリング処理するＡＦＥ回路２２を設ける。システムコントロール回路３４は、波形形状、すなわち周期、フィードスルーレベルなどの波形特性に基づき、ＣＣＤ１２の種類を判別し、その種類に応じたアナログ回路間の電流値を設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スコープ先端部に設けられた撮像素子から読み出される一連のアナログ画素信号を処理するアナログ信号処理回路と、
前記撮像素子と前記アナログ信号処理回路との間に流れる電流を安定させる定電流回路と、
サンプリングによって前記アナログ画素信号の波形全体を検出する波形検出手段と、
検出された信号波形の特性に基づいて、前記定電流回路の電流値を調整する電流制御手段と
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記電流制御手段が、前記アナログ画素信号のフィードスルーレベルに基づいて電流値を補正することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記波形検出手段が、リセット幅、リセット振幅、フィードスルーレベル、信号最大振幅、周期のうち少なくともいずれか１つを検出できるように、サンプリングすることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記撮像素子の出力側にバッファ回路をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項５】
スコープ先端部に設けられた撮像素子から読み出される一連のアナログ画素信号を処理するアナログ信号処理回路と、前記撮像素子と前記アナログ信号処理回路との間に流れる電流を安定させる定電流回路とを備えた内視鏡装置の電流制御方法であって、
サンプリングによって前記アナログ画素信号の波形全体を検出し、
検出された信号波形の特性に基づいて、定電流回路の電流値を調整することを特徴とする内視鏡の電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオスコープを用いて胃、消化管などを観察する内視鏡装置に関し、特に、定電流回路の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡装置では、スコープ先端部にＣＣＤ等の撮像素子が設けられ、一連のアナログ画素信号が撮像素子から読み出される。読み出された画素信号は、ＣＤＳ回路（相関２重サンプリング回路）においてノイズ除去され、その後デジタル変換処理される。アナログ画素信号の出力を安定化させるため、撮像素子の出力側には、バッファ回路や定電流回路が設けられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−５２６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
定電流回路を設けた場合、出力電流の電流値はアナログ画素信号の特性に従う。しかしながら、撮像素子から読み出される画素信号の波形は、周期、フィードスルーレベルなど、撮像素子の種類によって異なる。そのため、撮像素子の種類に合わせて定電流回路を設定しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の内視鏡装置は、撮像素子の種類に合わせて定電流回路を構成することが可能であり、内視鏡装置は、スコープ先端部に設けられた撮像素子から読み出される一連のアナログ画素信号を処理するアナログ信号処理回路と、撮像素子とアナログ信号処理回路との間に流れる電流を安定させる定電流回路とを備える。アナログ画素信号は、例えば、相関二重サンプリングによってノイズ除去された後、デジタル変換処理される。また、画素信号出力を安定化させるため、撮像素子の出力側にバッファ回路を設けるのがよい。
【０００５】
さらに本発明の内視鏡装置は、サンプリングによってアナログ画素信号の波形全体を検出する波形検出手段と、検出された信号波形の特性に基づいて、電流値を調整する電流制御手段を備える。ここで、アナログ画素信号の波形全体とは、例えばＣＣＤから出力される画素信号の場合、出力信号のリセットパルス部分、フィードスルーレベル、画素信号部分を含めたサイクル全体の波形を示す。
【０００６】
サンプリングに関しては、サンプリング間隔を小さくして信号波形全体を検出すればよく、波形検出手段は、リセット幅、リセット振幅、フィードスルーレベル、信号最大振幅、周期のうち少なくともいずれか１つを検出できるように、サンプリングするのが望ましい。
【０００７】
撮像素子の種類によって、周期、フィードスルーレベルのバイアス値などが異なり、信号波形も異なる。本発明では、出力波形全体をサンプリングすることによって検出し、撮像素子の特性が明らかになる。そして、電流制御手段は、画素信号出力が安定化するように、撮像素子の特性に合わせて定電流回路の電流値を調整する。
【０００８】
波形全体は同じであってもフィードスルーレベル（バイアス値）が異なる場合、電流値をさらに微調整するのが望ましい。電流制御手段は、信号波形のフィードスルーレベルに基づいて電流値を補正するのがよい。
【０００９】
本発明の内視鏡装置の電流制御方法は、スコープ先端部に設けられた撮像素子から読み出される一連のアナログ画素信号を処理するアナログ信号処理回路と、撮像素子とアナログ信号処理回路との間に流れる電流を安定させる定電流回路とを備えた内視鏡装置の電流制御方法であって、サンプリングによってアナログ画素信号の波形全体を検出し、検出された信号波形の特性に基づいて、定電流回路の電流値を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮像素子の種類に関係なく、共通の定電流回路を用いて画素信号出力を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【００１３】
電子内視鏡装置は、ＣＣＤ１２を先端部に設けたビデオスコープ１０とプロセッサ３０とを備える。ビデオスコープ１０はプロセッサ３０に着脱自在に接続され、また、プロセッサ３０にはモニタ６０が接続される。
【００１４】
プロセッサ３０内のランプ（図示せず）から放射された光は、ビデオスコープ１０内に設けられたライトガイド（図示せず）を通り、スコープ先端部１０Ａから射出する。これにより、観測部位に光が照射される。
【００１５】
観測部位において反射した光が、スコープ先端部１０Ａの対物レンズ１１を通ってＣＣＤ１２の受光面に到達し、これにより被写体像がＣＣＤ１２の受光面に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として単板同時式が適用されており、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の色要素をモザイク状に並べた補色フィルタ（図示せず）がＣＣＤ１２の受光面上に配設されている。
【００１６】
ＣＣＤ１２では、１フィールド分の一連の画素信号が所定時間間隔（例えば、１／６０秒）で読み出される。読み出された画素信号は、バッファ回路１４を通り、プロセッサ３０内の初期回路１６へ送られる。初期回路１６では、一連の画素信号に対してノイズ除去、Ａ／Ｄ変換が施される。
【００１７】
画像信号処理回路３２では、デジタル画像信号に対してホワイトバランス調整、ガンマ補正などが施され、映像信号が生成される。映像信号はモニタ６０へ出力され、これによりフルカラーの観察画像がモニタ６０に表示される。
【００１８】
スコープコントローラ１８は、ビデオスコープ１０の動作を制御するとともに、ＣＣＤ１２へ駆動信号を出力する。ＲＯＭ１９には、ビデオスコープ１０の特性に関するデータが記憶されており、ビデオスコープ１０がプロセッサ３０に接続されると、プロセッサ３０内のシステムコントロール回路３４との間でデータを相互通信する。システムコントロール回路３４は、プロセッサ３０の動作を制御し、初期回路１６、画像信号処理回路３２へ制御信号を出力する。
【００１９】
図２は、初期回路１６のブロック図である。
【００２０】
初期回路１６は、定電流回路２０、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路２１、ＡＦＥ（Analog Front End）回路２２、サンプリングメモリ２３を備える。スコープコントローラ１８は、システムコントロール回路３４からの制御信号に基づき、クロックパルス信号、リセットパルス信号等の駆動信号をＣＣＤ１２へ出力する。ＣＣＤ１２では、駆動信号に従って一連のアナログ画素信号が読み出される。
【００２１】
ＣＣＤ１２には、ＣＣＤレジスタによって転送された信号電荷の出力回路として、ＭＯＳ−ＥＦＴで構成されたＦＤＡ（Floating Diffusion Amplifier）１３が内蔵されている。ＦＤＡ１３では、ＣＣＤドライバ（図示せず）から送られてくるリセットパルス信号に従い、信号電荷が電圧信号に変換され、増幅されながら出力される。
【００２２】
バッファ回路１４は、入出力信号の電圧レベルを安定させる回路であり、図２に示すように、ＮＰＮ型トランジスタＱ０によって構成される。ＣＣＤ１２から出力された画素信号は、ベース、エミッタ間を通ってプロセッサ３０の定電流回路２０に送られる。定電流回路２０は、ＣＣＤ１２の出力電流の電流値を一定に維持する回路であり、後述するように、システムコントロール回路３４によって電流値が調整される。
【００２３】
ＣＤＳ回路２１は、画素信号のリセット雑音を除去する。そして、ＡＦＥ回路２２は、アナログ画素信号に対してサンプリング処理を施し、デジタル画像信号を生成する。デジタル画像信号は、画像信号処理回路３２に送られる。
【００２４】
図３は、ＡＦＥ回路２２に入力する画素信号の信号波形を示した図である。
【００２５】
ＣＣＤ１２から出力される画素信号の出力波形は、リセット期間Ｔ１、フィードスルー期間Ｔ２、信号期間Ｔ３の３つの期間に分けられる。ここで、フィードスルー期間Ｔ２の信号（電圧）レベル（以下、フィードスルーレベルという）Ｖｆは、露光による画素信号の電圧レベルを決めるための基準電圧レベル（基準電位）を示し、露光されていない状態で出力される画素信号レベルに相当する。また、信号レベルＶｓは、露光によって得られる信号電荷の出力レベルを表す。
【００２６】
ＡＦＥ回路２２は、画素信号の波形全体をサンプリングする。すなわち、波長に比べて非常に短いサンプリング間隔Ｔ０によって、サイクルＴの画素信号をサンプリング処理する。サンプリングで得られた信号値は、図２に示すサンプリングメモリ２３に格納され、システムコントロール回路３４へ送られる。なお、画像信号処理回路３２では、フィードスルーレベルＶｆと信号レベルＶｓとの差で表される画素値に基づいて画像信号処理が実行される。
【００２７】
図４は、システムコントロール回路３４によって実行される電流制御処理を示したフローチャートである。内視鏡の電源がＯＮ状態になったとき、あるいは所定の入力操作に従って処理が開始される。
【００２８】
ステップＳ１０１では、ＡＦＥ回路２２によって得られたサンプリングデータが入力され、画素信号の波形全体が検出される。ステップＳ１０２では、検出された波形に基づき、ＣＣＤ１２の種類が判別される。ここでは、サンプリングデータに基づき、周期Ｔ、リセットパルス部分の幅Ｗ１、最大振幅Ａ１、フィードスルーレベルＶｓ、信号電荷部分の幅Ｗ２、最大振幅Ｗ２（図２参照）が検出される。これら画素信号の波形特性に基づき、ＣＣＤ１２の種類が判別される。
【００２９】
ステップＳ１０３では、検出されたＣＣＤ１２の種類に応じた電流値が設定される。ただし、電流値とＣＣＤ１２の種類との対応関係を示すデータは、システムコントロール回路３４に設けられたＲＯＭ（図示せず）にあらかじめ格納されている。ＣＣＤ１２の種類に応じた電流値が求められると、さらに、フィードスルーレベルに応じて電流値が補正される。
【００３０】
フィードスルーレベルは、０Ｖからオフセットしたバイアス値をもち、ＣＣＤ１２の種類が同じであっても、その値は製品によって異なる。フィードスルーレベルによって制御する電流値は異なるため、ここでは、ＲＯＭに格納されていた設定電流値を、検出されたバイアス値に基づいてさらに修正、補正する。具体的には、バイアス値が大きいほど電流値が減少するように補正される。
【００３１】
ステップＳ１０３において、補正電流値がビデオスコープ１０のアナログ回路間の電流値として設定されると、ステップＳ１０４では、後述するように、設定された電流値に基づいて定電流回路２０が制御される。
【００３２】
ステップＳ１０５〜Ｓ１０７では、画素信号の波形をチェックし、検出された周期Ｔ、振幅Ａ１、Ａ２などの波形パラメータが規格値を満たしているか否か判断される。ＡＦＥ回路２２によって得られるサンプリングデータから画素信号の波形を検出し、規格を満たすまで電流値が微調整される。規格を満たすことが確認されると、ステップＳ１０８において電流値が設定される。以降の内視鏡作業では、設定された電流値に基づいて定電流回路が機能する。
【００３３】
図５は、定電流回路２０の電気回路図である。
【００３４】
定電流回路２０は、第１のスイッチング回路２０Ａと第２のスイッチング回路２０Ｂを備え、第１のスイッチング回路２０Ａを介して画素信号を入出力する。第１のスイッチング回路２０Ａは、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４およびトランジスタＱ１を備える。一方、第２のスイッチング回路２０Ｂは、抵抗Ｒ４、および第２のトランジスタＱ２を備える。
【００３５】
第１のトランジスタＱ１は、抵抗Ｒ１を通ってベース端子Ｂ１に流れる電流の大きさに従い、ＣＣＤ１２からＡＦＥ回路２２までの間（アナログ信号処理回路間）を流れる電流の大きさを決定する。電流が第２のトランジスタＱ２を流れない場合、抵抗Ｒ１を流れる電流は抵抗Ｒ２を経てグラウンドに到達することから、アナログ信号処理回路間に流れる電流値Ｉｍは、抵抗Ｒ２の大きさによって定まる。
【００３６】
電流値を増加させる場合、システムコントロール回路３４は、第１の抵抗Ｒ１を流れる電流が第２のトランジスタＱ２エミッタ側へ流れるように、第２のトランジスタＱ２をＯＮ状態にする。第２のトランジスタＱ２を流れた電流は、抵抗Ｒ４を通ってグラウンドに到達する。電圧Ｖｃｃは一定であることから、第１のトランジスタＱ１を流れる電流の大きさＩｍは、抵抗Ｒ２、Ｒ４の合計の大きさによって定められる。そのため、アナログ回路間を流れる電流値Ｉｍが増加する。なお、スイッチング回路を３つ異常の複数段階設けて定電流回路を構成してもよい。
【００３７】
一方、電流値を減少させる場合、スコープコントローラ１８は第２のトランジスタＱ２をＯＦＦ状態に切り替える。これにより、第２のトランジスタＱ２に電流は流れず、スコープ回路間を流れる電流量Ｉｍが減少する。システムコントロール回路３４は、図４に示した電流制御処理において設定された電流値に基づき、第２のトランジスタＱ２のＯＮ／ＯＦＦを切り替え制御する。
【００３８】
このように本実施形態によれば、ＣＣＤ１２の出力側にバッファ回路が設けられ、バッファ回路１４とＣＤＳ回路２１との間に定電流回路２０が設けられる。そして、画素信号の波形全体をサンプリング処理するＡＦＥ回路２２が設けられる。システムコントロール回路３４は、波形形状、すなわち周期Ｔ、フィードスルーレベルＶｆなどの波形特性に基づき、ＣＣＤ１２の種類を判別し、その種類に応じたアナログ回路間の電流値を設定する。さらに、フィードスルーレベルｖｆに合わせて電流値を補正する。
【００３９】
画素信号の波形、すなわちＣＣＤ１２の種類に応じてアナログ回路間の電流値を調整するため、ＣＣＤ１２のタイプに合わせて定電流回路を別途用意する必要がなく、プロセッサに設けられた定電流回路を制御するだけで適切な電流値が設定される。これにより、簡易な構成によって、アナログ画素信号の出力を安定させることができる。また、フィードスルーレベルｖｆ（バイアス値）に基づいて電流値を補正し、同一タイプのＣＣＤに対してもさらに細かな電流値設定を行うことができる。
【００４０】
なお、フィードスルーレベルに応じて電流値を補正しない構成にしてもよい。また、画素信号のサンプリングに関しては、波形の特徴が検出できるようにサンプリングを行えばよく、例えば、周期Ｔ、フィードスルーレベルＶｆが明らかになるようなサンプリング処理でもよい。
【００４１】
本実施形態では、固体撮像素子としてＣＣＤを使用しているが、パルス信号に応じて画素信号を出力させる他の撮像素子を適用してもよい。また、画素信号の出力回路としては、ＦＤＡ以外の回路を適用してもよい。さらに、ビデオスコープに初期回路を設ける構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】初期回路のブロック図である。
【図３】ＡＦＥ回路に入力する信号の波形を示した図である。
【図４】システムコントロール回路によって実行される電流制御処理を示したフローチャートである。
【図５】定電流回路の電気回路図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ビデオスコープ
１２  ＣＣＤ
１４  バッファ回路
１６  初期回路
２０  定電流回路
２２  ＡＦＥ回路（波形検出手段）
２３  サンプリングメモリ
３０  プロセッサ
３４  システムコントロール回路（波形検出手段、電流制御手段）
【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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