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【発明の名称】 撮像装置及びそれを用いた内視鏡装置
【発明者】 【氏名】山田 徹

【氏名】寺西 信一
【要約】 【課題】メカニカルシャッタ等の遮光手段を備えることなく、静止画像の解像度の向上を図り得る撮像装置、それを用いた内視鏡装置を提供する。

【構成】動画及び静止画を撮像可能な撮像装置であって、ＣＣＤ１と、被写体を照明する照明光源３と、ＣＣＤ１及び照明光源３を制御する制御装置１０とを備え、ＣＣＤ１は、行列状に配列された複数の光電変換部と、各光電変換部に蓄積された電荷を読み出す垂直電荷転送部とを備え、制御装置１０は、動画の撮像時においては、照明光源３を点灯させた状態で、垂直電荷転送部に電荷の読出しを行わせ、静止画の撮像が指示されると、静止画を得るための露光が終了した後に照明光源３を消灯させ、照明光源３が消灯している間、垂直電荷転送部に、電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせ、フィールド毎に別々に読み出された電荷を合成して一つの静止画像を生成する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画及び静止画を撮像可能な撮像装置であって、
固体撮像素子と、被写体を照明する照明光源と、前記固体撮像素子及び前記照明光源を制御する制御装置とを備え、
前記固体撮像素子は、行列状に配列された複数の光電変換部と、各光電変換部に蓄積された電荷を読み出す読出し部とを備え、
前記制御装置は、前記動画の撮像時においては、前記照明光源を点灯させた状態で、前記読出し部に前記電荷の読出しを行わせ、
前記静止画の撮像が指示されると、前記静止画を得るための露光が終了した後に前記照明光源を消灯させ、前記照明光源が消灯している間、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせ、フィールド毎に別々に読み出された前記電荷を合成して一つの静止画像を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御装置が、前記動画の撮像時において、前記読出し部に、垂直方向に並ぶ２以上の前記光電変換部の前記電荷を加算するフィールド読出しを行わせる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御装置が、前記動画の撮像時において、前記読出し部に、前記複数の光電変換部のうち一部の光電変換部が蓄積した電荷のみを読み出させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光電変換部が半導体基板に形成され、
前記固体撮像素子が、前記光電変換部に蓄積される電荷の量を調整するためのオーバーフローバリアを備えている請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御装置が、前記静止画の撮像が指示された後に、前記半導体基板に前記電荷を排出する電子シャッタパルスを印加し、それによって、前記静止画を得るための露光の時間の長さを調整する請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御装置が、前記静止画の撮像が指示された後から前記フィールド毎の前記電荷の読出しが終了するまでの間、前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さを前記動画撮像時よりも高くする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像素子が、インタライン転送型の固体撮像素子であり、
前記読出し部が、前記複数の光電変換部の垂直方向の列毎に設けられ、且つ、読出した電荷を垂直方向に転送する複数の電荷転送装置を備え、
前記制御装置が、前記動画の撮像時において、前記複数の電荷転送装置それぞれに、垂直方向に並ぶＮ個の前記光電変換部の前記電荷を加算するフィールド読出しを行わせ、
前記複数の電荷転送装置それぞれの最大転送電荷量がＳVCCDであるときに、
前記動画撮像時の前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さは、動画撮像時における前記複数の光電変換部それぞれの最大蓄積電荷量Ｓmotionが下記式（１）を満たすように設定され、
前記静止画の撮像が指示された後から前記フィールド毎の前記電荷の読出しが終了するまでの間における前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さは、静止画撮像時における前記複数の光電変換部それぞれの最大蓄積電荷量Ｓstillが下記式（２）を満たすように設定されている請求項６に記載の撮像装置。
（数１）
ＳVCCD≧Ｎ×Ｓmotion ・・・・・（１）
（数２）
ＳVCCD≧Ｓstill ・・・・・（２）
【請求項８】
前記制御装置が、前記照明光源を消灯させてから、前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さを前記動画撮像時よりも高くさせ、その後に、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせる請求項６に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記固体撮像素子が、インタライン転送型の固体撮像素子であり、
前記読出し部が、前記複数の光電変換部の垂直方向の列毎に設けられ、且つ、読出した電荷を垂直方向に転送する複数の電荷転送装置を備え、
前記制御装置が、前記照明光源を消灯させてから、前記複数の電荷転送装置それぞれに、それらに蓄積されている電荷を排除する掃き出しパルスを印加し、その後に、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】
動画及び静止画を撮像可能な撮像装置を備えた内視鏡装置であって、
前記撮像装置は、固体撮像素子と、被写体を照明する照明光源と、前記固体撮像素子及び前記照明光源を制御する制御装置とを備え、
前記固体撮像素子は、行列状に配列された複数の光電変換部と、各光電変換部に蓄積された電荷を読み出す読出し部とを備え、
前記制御装置は、前記動画の撮像時においては、前記照明光源を点灯させた状態で、前記読出し部に前記電荷の読出しを行わせ、
前記静止画の撮像が指示されると、前記静止画を得るための露光が終了した後に前記照明光源を消灯させ、前記照明光源が消灯している間、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせ、フィールド毎に別々に読み出された前記電荷を合成して一つの静止画像を生成することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１１】
前記制御装置が、前記動画の撮像時において、前記読出し部に、垂直方向に並ぶ２以上の前記光電変換部の前記電荷を加算するフィールド読出しを行わせる請求項１０に記載の内視鏡装置。
【請求項１２】
前記制御装置が、前記動画の撮像時において、前記読出し部に、前記複数の光電変換部のうち一部の光電変換部が蓄積した電荷のみを読み出させる請求項１０に記載の内視鏡装置。
【請求項１３】
前記光電変換部が半導体基板に形成され、
前記固体撮像素子が、前記光電変換部に蓄積される電荷の量を調整するためのオーバーフローバリアを備えている請求項１０〜１２のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項１４】
前記制御装置が、前記静止画の撮像が指示された後に、前記半導体基板に前記電荷を排出する電子シャッタパルスを印加し、それによって、前記静止画を得るための露光の時間の長さを調整する請求項１３に記載の内視鏡装置。
【請求項１５】
前記制御装置が、前記静止画の撮像が指示された後から前記フィールド毎の前記電荷の読出しが終了するまでの間、前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さを前記動画撮像時よりも高くする請求項１３に記載の内視鏡装置。
【請求項１６】
前記固体撮像素子が、インタライン転送型の固体撮像素子であり、
前記読出し部が、前記複数の光電変換部の垂直方向の列毎に設けられ、且つ、読出した電荷を垂直方向に転送する複数の電荷転送装置を備え、
前記制御装置が、前記動画の撮像時において、前記複数の電荷転送装置それぞれに、垂直方向に並ぶＮ個の前記光電変換部の前記電荷を加算するフィールド読出しを行わせ、
前記複数の電荷転送装置それぞれの最大転送電荷量がＳVCCDであるときに、
前記動画撮像時の前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さは、動画撮像時における前記複数の光電変換部それぞれの最大蓄積電荷量Ｓmotionが下記式（１）を満たすように設定され、
前記静止画の撮像が指示された後から前記フィールド毎の前記電荷の読出しが終了するまでの間における前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さは、静止画撮像時における前記複数の光電変換部それぞれの最大蓄積電荷量Ｓstillが下記式（２）を満たすように設定されている請求項１５に記載の内視鏡装置。
（数３）
ＳVCCD≧Ｎ×Ｓmotion ・・・・・（１）
（数４）
ＳVCCD≧Ｓstill ・・・・・（２）
【請求項１７】
前記制御装置が、前記照明光源を消灯させてから、前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さを前記動画撮像時よりも高くさせ、その後に、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせる請求項１５に記載の内視鏡装置。
【請求項１８】
前記固体撮像素子が、インタライン転送型の固体撮像素子であり、
前記読出し部が、前記複数の光電変換部の垂直方向の列毎に設けられ、且つ、読出した電荷を垂直方向に転送する複数の電荷転送装置を備え、
前記制御装置が、前記照明光源を消灯させてから、前記複数の電荷転送装置それぞれに、それらに蓄積されている電荷を排除する掃き出しパルスを印加し、その後に、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせる請求項１０に記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ（charge coupled device）型撮像素子やＭＯＳ型撮像素子などの固体撮像素子を備えた撮像装置、特には、十分な明るさが得られない環境下での撮像を可能とするために補助光源を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型撮像素子やＭＯＳ型撮像素子等の固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやカムコーダに限られず、内視鏡装置の撮像素子としても利用されている。通常、内視鏡装置は、人間の体内や配管の内部といった、環境光の届きにくい場所の撮像に用いられるため、被写体を照明する照明光源を備えている。
【０００３】
また、内視鏡が使用される場所は、狭い場合が多いことから、内視鏡の小径化を図るため、固体撮像素子自体の小型化に加え、照明光源やレンズ系を含めた撮像装置全体の小型化も求められている。更に、近年においては、従来からのチューブ型の内視鏡装置に加えて、人体の内部を単独で移動しながら撮影を行うカプセル型の内視鏡装置も開発されており、撮像装置全体の小型化の求めは、今後更に強くなる傾向にある。
【０００４】
ここで、図１９を用いて、内視鏡に用いられる撮像装置（従来例１）の構成について説明する。図１９は、従来からの照明光源を備えた撮像装置の構成を概略的に示す構成図である。図１９の例では、固体撮像素子としてＣＣＤ型撮像素子（以下、単に「ＣＣＤ」とする。）１０１が用いられている。
【０００５】
図１９に示すように、従来例１の撮像装置は、ＣＣＤ１０１と、制御装置１００と、被写体の像をＣＣＤ１０１の受光面上に結像させる撮像レンズ系１０２と、被写体を照明する照明光源１０３と、撮像画像を表示させる表示装置１０９とを備えている。１０４は、照明光源１０３に電力を供給する電源である。
【０００６】
制御装置１００は、ＣＣＤ１０１の動作を制御するための装置であり、主に、ＣＣＤ駆動回路１０５、アナログ回路１０６、信号処理回路１０７、及びシステムコントローラ１０８を備えている。ＣＣＤ駆動回路１０５は、システムコントローラ１０８の指示に応じて、ＣＣＤ１０１に設けられた垂直電荷転送部や水平電荷転送部（図２０参照）を駆動するための各種のパルスを生成し、これをＣＣＤ１０１に供給する。ＣＣＤ駆動回路１０５から供給されたパルスにより、ＣＣＤ１０１において撮像や電荷転送が行われる。また、ＣＣＤ１０１の水平電荷転送部から出力された画像信号は、アナログ回路１０６に入力される。
【０００７】
アナログ回路１０６は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）や、自動ゲイン調整回路（ＡＧＣ回路）等を備えている。ＣＣＤ１０１から出力された信号は、ＣＤＳ回路によるノイズ除去や、ＡＧＣ回路による出力調整等の後、信号処理回路１０７へと出力される。信号処理回路１０７は、アナログ回路１０６からの出力信号に対して、輝度信号処理、色信号処理、輪郭補正処理、エンコード処理等を行う。システムコントローラ１０８は、ＣＣＤ駆動回路１０５、アナログ回路１０６、及び信号処理回路１０７それぞれに対して制御信号を出力し、それによって、これらの動作タイミングをコントロールしている。
【０００８】
次に、図２０を用いて、従来例１で用いられるＣＣＤ１０１の構成を説明する。図２０は、図１９に示したＣＣＤの概略構成を示す平面図である。図２０に示すように、ＣＣＤ１０１は、インタライン転送を採用している。ＣＣＤ１０１は、入射光の強度に応じて電荷を蓄える光電変換部１１０と、垂直電荷転送部１１１と、水平電荷転送部１１３と、電荷電圧変換部（出力アンプ）１１４とを備えている。
【０００９】
光電変換部１１０は、半導体基板１１６に設けられたフォトダイオードであり、複数個設けられている（図２１参照）。また、光電変換部１１０は、行列状に配置されている。垂直電荷転送部１１１は、光電変換部１１０の垂直方向の列毎に設けられており、各光電変換部１１０に蓄積された電荷を読出し、これを垂直方向に転送する。水平電荷転送部１１３は、垂直電荷転送部１１１によって転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する。
【００１０】
具体的には、図２０には示されていないが、垂直電荷転送部１１１は、光電変換部１１０の垂直方向の列に沿って半導体基板１１６に設けられたチャネル領域と、このチャネル領域の上層に設けられた複数の転送電極（垂直転送電極）とで構成されている（図２１参照）。複数の垂直転送電極は、チャネル領域を横切るように形成され、又、垂直方向に沿って配列されている。
【００１１】
また、従来例１においては、一つの光電変換部１１０に対して二本の垂直転送電極が設けられている。従来例１では、一つの光電変換部１１０と、これに対応した二本の垂直転送電極と、この二本の垂直転送電極の直下のチャネル領域の一部とで一つの画素１１２が構成されている。画素１１２が形成されているエリア全体が、撮像エリア１１５となる。また、複数の垂直転送電極それぞれは、撮像エリア１１５の周囲に設けられたバスライン配線（図示せず）を介して、駆動端子ΦＶ１〜ΦＶ４のうちのいずれかに接続される。具体的には、各垂直転送電極は、図中上から、駆動端子ΦＶ１、ΦＶ２、ΦＶ３、ΦＶ４の順で接続されている。
【００１２】
よって、ＣＣＤ駆動回路１０５（図１９参照）が駆動端子ΦＶ１及びΦＶ３にＨレベルの読出しパルスを印加すれば、光電変換部１１０に蓄積された信号電荷は、垂直電荷転送部に読み出される。続いて、ＣＣＤ駆動回路１０５が、駆動端子ΦＶ１〜ΦＶ４に、Ｍレベル及びＬレベルの転送パルスを印加すれば、読み出された信号電荷が垂直電荷転送部１１１によって垂直方向に転送される。
【００１３】
また、水平電荷転送部１１３は、水平方向に沿って半導体基板１１６に設けられたチャネル領域と、水平方向に沿って配列された複数の転送電極（水平転送電極）とで構成されている（図２１参照）。各水平転送電極は、駆動端子ΦＨ１及びΦＨ２のいずれかに接続される。よって、ＣＣＤ駆動回路１０５（図１９参照）が、駆動端子ΦＨ１及びΦＨ２に、Ｈレベル及びＬレベルの転送パルスを交互に印加して、２相駆動を行えば、信号電荷は水平方向に転送される。この結果、垂直電荷転送部１１１から水平電荷転送部１１３に転送されてきた電荷は、電荷電圧変換部１１４に到達する。
【００１４】
電荷電圧変換部１１４は、水平電荷転送部１１３によって転送されてきた電荷を電圧に変換し、得られた電圧信号を出力する。この電圧信号は、上述したアナログ回路１０６（図１９参照）や信号処理回路１０７（図１９参照）によって処理され、撮像画像が得られる。
【００１５】
また、図２０に示すように、ＣＣＤ１０１は、基板電圧を制御するためのＳＵＢ端子を備えている。これは、光電変換部１１０で過剰に発生した電荷を排出するためである。この点について、図２１（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図２１（ａ）は、図１９及び図２０に示したＣＣＤの画素の構成を示す断面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）中に示す線Ｚ−Ｚ´方向におけるポテンシャル分布を示す図である。
【００１６】
図２１（ａ）に示すように、ＣＣＤは、Ｎ型の半導体基板（シリコン基板）１１６を備えている。また、半導体基板１１６の表層側にはＰウェル１２３が形成されている。更に、半導体基板１１６のＰウェル１２３が形成された領域内には、光電変換部１１０を構成するＮ型の拡散層１２１が設けられている。光電変換部１１０は、このＮ型の拡散層１２１と、Ｐウェル１２３と、Ｎ型の半導体基板１１６とによって構成されたＮＰＮ構造のフォトダイオードである。拡散層１２１の表層には、光電変換部１１０の表面での暗電流の発生を抑制するため、Ｐ+型の表面反転層１２２が形成されている。
【００１７】
垂直電荷転送部１１１は、半導体基板１１６の表層に形成されたＮ型のチャネル領域（拡散層）１２６と、転送電極１２７とを備えている。転送電極１２７は、半導体基板１１６上のチャネル領域１２６に重なる位置に、絶縁膜１２８を介して設けられている。また、垂直電荷転送部１１１及び光電変換部１１０の表面は、ＣＣＤの全面を覆う層間絶縁膜１２９によって被覆されている。層間絶縁膜１２９の上層には、光電変換部１１０と重なる部分に開口が設けられた遮光膜１３０も形成されている。
【００１８】
また、図２１（ａ）の例では、二つの垂直電荷転送部１１１が図示されているが、このうち図中左側の垂直電荷転送部１１１が、光電変換部１１０に蓄積された電荷を読出している。図中右側の垂直電荷転送部１１１は、図示されていない別の光電変換部の電荷を読出している。このため、光電変換部１１０の図中左側には、信号電荷を読み出すために、Ｐ-型の読出し部１２４が形成されている。一方、光電変換部１１０の周囲における、読出し部１２４が形成されていない箇所には、画素１１２毎に電荷を分離するためＰ+型の素子分離部１２５が形成されている。
【００１９】
また、図２０でも示したように、半導体基板１１６には、ＳＵＢ端子が備えられている。更に、撮像装置は、電圧供給回路１１７を備えている。電圧供給回路１１７は、このＳＵＢ端子を介して、半導体基板１１６のＰウェル１２３が設けられていない領域とＰウェル１２３との間に逆バイアス電圧を印加する。この逆バイアス電圧の印加により、光電変換部１１０の下層側のＰウェル１２３は空乏化する。そして、各画素１１２において、光電変換部１１０の下面からＰウェル１２３の下面までの間は、オーバーフローバリア（ＯＦＢ）を構成する。
【００２０】
よって、光電変換部１１０を構成する拡散層１２１に強い光が入ると、この部分で光電変換された信号電荷が蓄積され、拡散層１２１の電位は低下する。そして、図２１（ｂ）に示すように、オーバーフローバリアのポテンシャル高さを超える過剰電荷はＮＰＮの経路を介して基板側に棄てられる。この結果、過剰な信号電荷が垂直電荷転送部１１１に溢れて画像に垂直な縞が形成されるブルーミングが抑制される。
【００２１】
次に、図２２及び図２３を用いて、ＣＣＤ１０１（図２０参照）の動作について説明する。図２２は、図１９及び図２０に示したＣＣＤを駆動するパルスを示すタイミングチャートである。図２３は、図２２に示したパルスによって駆動されたＣＣＤの動作を概念的に示す説明図であり、図２３（ａ）は動画撮影時を示し、図２３（ｂ）は静止画撮影時を示している。なお、以下の説明においては、適宜図１９及び図２０を参酌する。
【００２２】
図２２、図２３（ａ）及び（ｂ）に示す例においては、照明光源１０３（図１９参照）は、撮像が行われる間、常に点灯されている。また、図２２に示すように、ＣＣＤ駆動回路１０５（図１９参照）は、１フィールド期間（例えば１／６０秒）毎に、駆動端子ΦＶ１及びΦＶ３にＨレベルの読出しパルスを印加する。このため、１フィールド期間毎に、各光電変換部１１０（図２０参照）に蓄積された電荷が、垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）１１１（図２０参照）に読み出される。
【００２３】
そして、図２３（ａ）に示すように、垂直電荷転送部１１１において、垂直方向に隣り合う２つの画素の信号電荷が加算される。この垂直２画素の信号電荷の加算の組合せは、奇数フィールド（第１フィールド）と、偶数フィールド（第２フィールド）とで変えられ、これによってインターレース走査が実現される。このような読出し方式は、フィールド読出し方式として知られている。また、フィールド読出し方式では、垂直２画素の信号電荷を加算することにより動解像度の優れた連続画像を出力することができる。一般に、フィールド読出し方式は、動画の撮像に良く用いられる。
【００２４】
また、いずれかのフィールド期間において、シャッタボタンが押されてシャッタトリガが入力（ＯＮ）されると、そのフィールド期間は、静止画像を撮像するための露光期間（１／６０秒）となる。そして、図２３（ｂ）に示すように、次の読出しパルスの印加によって読み出された奇数フィールド又は偶数フィールド（片フィールド）の画像が、静止画として出力される。
【００２５】
このように従来例１では、シャッタトリガがＯＮされたフィールド期間（露光期間）と、静止画の出力が行われる次のフィールド期間とが、静止画撮像期間となる。それ以外のフィールド期間は、動画撮像期間となり、電荷加算の組合せを変えて、画像が連続して出力される。また、動画撮像期間及び静止画撮像期間のいずれにおいても、ＣＣＤ１０１のＳＵＢ端子に印加される逆バイアス電圧（ＳＵＢ電圧）はＭレベルに固定されている。よって、光電変換部１１０で過剰に発生した信号電荷はＯＦＢを介して半導体基板に排出される。
【００２６】
このように、フィールド読出し方式によってＣＣＤ１０１を動作させれば、動画及び静止画の両方を撮像することができ、更には、動画の撮像中に静止画撮像に切り替えることもできる。しかしながら、上述した撮像装置においては、図２３（ｂ）に示したように、静止画像も、垂直２画素の信号電荷を加算して得られた片フィールドの画像である。このため、上述の撮像装置においては、垂直解像度が画素数の半分の静止画像しか得られず、高精細な静止画を得ることが困難であるという問題がある。
【００２７】
このような問題を解決するため、メカニカルシャッタ等の遮光手段を備え、遮光手段を利用したフレーム読出しによって静止画の撮像を行う撮像装置が開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。図２４〜図２６を用いて、遮光手段を備えた撮像装置（従来例２）について以下に説明する。
【００２８】
図２４は、従来からのメカニカルシャッタを備えた撮像装置の構成を概略的に示す構成図である。図２５は、図２４に示したＣＣＤを駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。図２６は、図２５に示したパルスによって駆動されたＣＣＤの動作を概念的に示す説明図であり、図２６（ａ）は動画撮影時を示し、図２６（ｂ）は静止画撮影時を示す。
【００２９】
図２４に示すように、従来例２の撮像装置は、撮像レンズ系１０２とＣＣＤ１０１との間に、メカニカルシャッタ１４０を備えている点を除き、従来例１の撮像装置と同様に構成されている。また、従来例２においても、シャッタトリガがＯＮされたフィールド期間（露光期間）と、次のフィールド期間とが静止画撮像期間となり、それ以外の期間は動画撮像期間となる。更に、図２５に示すように、メカニカルシャッタ１４０は、動画撮像期間の間は常に開いており、動画撮像期間において、メカニカルシャッタ１４０がＣＣＤ１０１への入射光を遮断することはない。
【００３０】
よって、図２５及び図２６（ａ）に示すように、従来例２の撮像装置においても、動画撮像期間では、従来例１の撮像装置と同様に、フィールド読出し方式によって連続画像が出力される。
【００３１】
また、図２５に示すように、メカニカルシャッタ１４０は、システムコントローラ１０８の指示により、露光期間の次のフィールド期間では閉じられる。このフィールド期間では、撮像レンズ系１０２を通過した光は、ＣＣＤ１０１の受光面に入射できず、光電変換されない状態となる。
【００３２】
更に、図２５に示すように、露光期間の次のフィールド期間の開始時において、即ち、メカニカルシャッタ１４０が閉じられると同時に、駆動端子ΦＶ１のみにＨレベルの読出しパルスが印加される。そして、読み出された電荷の垂直方向への転送が行われる。また、この転送の終了後、今度は、駆動端子ΦＶ３のみにＨレベルの読出しパルスが印加され、読み出された電荷の垂直方向への転送も行われる。
【００３３】
このため、図２６（ｂ）に示すように、第１フィールドでは、奇数行の画素列に蓄積された電荷が混合されることなく読み出され、次いで、第２フィールドでは、偶数行の画素列に蓄積された信号電荷が混合されることなく読み出される。そして、このようにして得られた２フィールドの画像は、信号処理回路（図１９及び図２４参照）１０７によって合成され、一枚のフレーム画像とされる。なお、このような読出し方式はフレーム読出し方式として知られている。
【００３４】
このように、従来例２の静止画撮像期間においては、画素に蓄積された電荷は２フィールドに分けて読み出され、その後、２フィールドの画像がフレーム画像として合成される。また、このとき、垂直方向に隣り合う２つの画素の信号電荷が加算されることはない。よって、従来例２によれば、従来例１に比べて、静止画の垂直解像度を高くできる。
【００３５】
また、従来例２においては、露光期間の経過後に、メカニカルシャッタ１０４によってＣＣＤ１０１が遮光される。よって、奇数行の画素列にある光電変換部と偶数行の画素列にある光電変換部とにおいては、同じタイミングで同じ時間だけ光電変換が行われる。このため、動きのある被写体を撮像する場合であっても、第１フィールドの画像と第２フィールドの画像との間に、被写体の位置ズレや時間ズレが発生することは無く、フィールド間段差の少ない静止画が得られる。
【特許文献１】特許第３４４０７２２号公報
【特許文献２】特開２００４−３２８６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
上述のように、メカニカルシャッタを搭載し、フレーム読出し方式によって静止画を撮像すれば、撮像解像度の高い静止画像を得ることができる。しかしながら、メカニカルシャッタを搭載するには、それ自体やそれを駆動する駆動装置の搭載スペースが必要となる。
【００３７】
このため、従来例２の撮像装置を内視鏡に適用した場合は、内視鏡が大型化するという問題が発生し、小型化の要求に応えることが難しくなる。メカニカルシャッタの搭載は、デジタルスチルカメラやカムコーダ等の内視鏡に比べてサイズが大きい装置においては容易であるが、内視鏡装置においては困難である。
【００３８】
また、メカニカルシャッタは、機械的な機構を備え、構造上故障し易いのに対して、特に体内で使用される医療用の内視鏡装置においては、信頼性の確保のため、出来る限り故障し難いことが求められている。
【００３９】
本発明の目的は、上記問題を解消し、メカニカルシャッタ等の遮光手段を備えることなく、静止画像の解像度の向上を図り得る撮像装置、それを用いた内視鏡装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
上記目的を達成するために本発明における撮像装置は、動画及び静止画を撮像可能な撮像装置であって、固体撮像素子と、被写体を照明する照明光源と、前記固体撮像素子及び前記照明光源を制御する制御装置とを備え、前記固体撮像素子は、行列状に配列された複数の光電変換部と、各光電変換部に蓄積された電荷を読み出す読出し部とを備え、前記制御装置は、前記動画の撮像時においては、前記照明光源を点灯させた状態で、前記読出し部に前記電荷の読出しを行わせ、前記静止画の撮像が指示されると、前記静止画を得るための露光が終了した後に前記照明光源を消灯させ、前記照明光源が消灯している間、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせ、フィールド毎に別々に読み出された前記電荷を合成して一つの静止画像を生成することを特徴とする。
【００４１】
また、上記目的を達成するために本発明における内視鏡装置は、動画及び静止画を撮像可能な撮像装置を備えた内視鏡装置であって、前記撮像装置は、固体撮像素子と、被写体を照明する照明光源と、前記固体撮像素子及び前記照明光源を制御する制御装置とを備え、前記固体撮像素子は、行列状に配列された複数の光電変換部と、各光電変換部に蓄積された電荷を読み出す読出し部とを備え、前記制御装置は、前記動画の撮像時においては、前記照明光源を点灯させた状態で、前記読出し部に前記電荷の読出しを行わせ、前記静止画の撮像が指示されると、前記静止画を得るための露光が終了した後に前記照明光源を消灯させ、前記照明光源が消灯している間、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせ、フィールド毎に別々に読み出された前記電荷を合成して一つの静止画像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
以上のように本発明においては、静止画を得るための露光が終了した後に、照明光源が消灯され、固体撮像素子への光の入射が抑制される。このため、メカニカルシャッタ等の遮光手段を用いることなく、フレーム読出しを実行することができる。よって、本発明の撮像装置及びそれを備えた内視鏡によれば、メカニカルシャッタ等の遮光手段を備えることなく、静止画像の解像度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明における撮像装置は、動画及び静止画を撮像可能な撮像装置であって、固体撮像素子と、被写体を照明する照明光源と、前記固体撮像素子及び前記照明光源を制御する制御装置とを備え、前記固体撮像素子は、行列状に配列された複数の光電変換部と、各光電変換部に蓄積された電荷を読み出す読出し部とを備え、前記制御装置は、前記動画の撮像時においては、前記照明光源を点灯させた状態で、前記読出し部に前記電荷の読出しを行わせ、前記静止画の撮像が指示されると、前記静止画を得るための露光が終了した後に前記照明光源を消灯させ、前記照明光源が消灯している間、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせ、フィールド毎に別々に読み出された前記電荷を合成して一つの静止画像を生成することを特徴とする。
【００４４】
また、本発明における内視鏡装置は、動画及び静止画を撮像可能な撮像装置を備えた内視鏡装置であって、前記撮像装置は、固体撮像素子と、被写体を照明する照明光源と、前記固体撮像素子及び前記照明光源を制御する制御装置とを備え、前記固体撮像素子は、行列状に配列された複数の光電変換部と、各光電変換部に蓄積された電荷を読み出す読出し部とを備え、前記制御装置は、前記動画の撮像時においては、前記照明光源を点灯させた状態で、前記読出し部に前記電荷の読出しを行わせ、前記静止画の撮像が指示されると、前記静止画を得るための露光が終了した後に前記照明光源を消灯させ、前記照明光源が消灯している間、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせ、フィールド毎に別々に読み出された前記電荷を合成して一つの静止画像を生成することを特徴とする。
【００４５】
上記本発明における撮像装置及び内視鏡装置においては、前記制御装置が、前記動画の撮像時において、前記読出し部に、垂直方向に並ぶ２以上の前記光電変換部の前記電荷を加算するフィールド読出しを行わせることができる。この場合、滑らかな動画出力が得られる。
【００４６】
また、上記本発明における撮像装置及び内視鏡装置においては、前記制御装置が、前記動画の撮像時において、前記読出し部に、前記複数の光電変換部のうち一部の光電変換部が蓄積した電荷のみを読み出させることもできる。この場合、撮像対象の動きが速い場合に有効である。
【００４７】
上記本発明における撮像装置及び内視鏡装置においては、前記光電変換部が半導体基板に形成され、前記固体撮像素子が、前記光電変換部に蓄積される電荷の量を調整するためのオーバーフローバリアを備えている態様とするのが好ましい。この態様によれば、オーバーフローバリアのポテンシャル高さを調整することで、光電変換部に蓄積される電荷の量を調整できる。
【００４８】
また、上記態様においては、前記制御装置が、前記静止画の撮像が指示された後に、前記半導体基板に前記電荷を排出する電子シャッタパルスを印加し、それによって、前記静止画を得るための露光の時間の長さを調整するのが好ましい。この場合、静止画像を得るための露光期間の長さを簡単に調整でき、高精度な露出時間の設定を行うことができる。
【００４９】
更に、上記態様においては、前記制御装置が、前記静止画の撮像が指示された後から前記フィールド毎の前記電荷の読出しが終了するまでの間、前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さを前記動画撮像時よりも高くするのが好ましい。この場合、静止画撮像時における感度の向上を図ることができる。
【００５０】
更に、上記の場合においては、前記固体撮像素子が、インタライン転送型の固体撮像素子であり、前記読出し部が、前記複数の光電変換部の垂直方向の列毎に設けられ、且つ、読出した電荷を垂直方向に転送する複数の電荷転送装置を備え、前記制御装置が、前記動画の撮像時において、前記複数の電荷転送装置それぞれに、垂直方向に並ぶＮ個の前記光電変換部の前記電荷を加算するフィールド読出しを行わせ、前記複数の電荷転送装置それぞれの最大転送電荷量がＳVCCDであるときに、前記動画撮像時の前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さは、動画撮像時における前記複数の光電変換部それぞれの最大蓄積電荷量Ｓmotionが下記式（１）を満たすように設定され、前記静止画の撮像が指示された後から前記フィールド毎の前記電荷の読出しが終了するまでの間における前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さは、静止画撮像時における前記複数の光電変換部それぞれの最大蓄積電荷量Ｓstillが下記式（２）を満たすように設定されているのが好ましい。これにより、ブルーミングの発生が抑制される。
【００５１】
（数５）
ＳVCCD≧Ｎ×Ｓmotion ・・・・・（１）
【００５２】
（数６）
ＳVCCD≧Ｓstill ・・・・・（２）
【００５３】
また、上記の場合においては、前記制御装置が、前記照明光源を消灯させてから、前記オーバーフローバリアのポテンシャル高さを前記動画撮像時よりも高くさせ、その後に、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせるのが良い。これによれば、最初のフィールドの電荷の読出し中に、後のフィールドで読み出される電荷が排出されてしまうのを抑制でき、フィールド間に出力信号段差が生じるのを防ぐことができる。
【００５４】
上記本発明における撮像装置及び内視鏡装置においては、前記固体撮像素子が、インタライン転送型の固体撮像素子であり、前記読出し部が、前記複数の光電変換部の垂直方向の列毎に設けられ、且つ、読出した電荷を垂直方向に転送する複数の電荷転送装置を備え、前記制御装置が、前記照明光源を消灯させてから、前記複数の電荷転送装置それぞれに、それらに蓄積されている電荷を排除する掃き出しパルスを印加し、その後に、前記読出し部に、前記電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて行わせるのが好ましい。この場合、不要電荷を除去して信号電荷のみを抽出でき、出力信号のＳ／Ｎ比を向上させることができ、撮像画像の画質の向上が図られる。また、フィールド間の不要電荷の発生量の違いによって、出力信号のフィールド間段差が発生するのも抑制される。
【００５５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における撮像装置及び内視鏡装置について、図１〜図４を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態１における撮像装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における撮像装置の構成を概略的に示す構成図である。
【００５６】
本実施の形態１における撮像装置は、背景技術において図１９に示した従来例１の撮像装置と同様に、内視鏡装置（図４参照）の一部を構成しており、外光の届き難い暗部において動画及び静止画を撮像する。また、本実施の形態１においても、従来例１と同様に、固体撮像素子として、インタライン転送型のＣＣＤ型撮像素子（ＣＣＤ）１が用いられている。
【００５７】
具体的には、図１に示すように、本実施の形態１における撮像装置は、従来例１の撮像装置と同様に、ＣＣＤ１と、制御装置１０と、撮像レンズ系２と、照明光源３と、表示装置９とを備えている。制御装置１０は、ＣＣＤ駆動回路５、アナログ回路６、信号処理回路７、及びシステムコントローラ８を備えている。４は、照明光源に電力を供給する電源である。なお、１１は、撮像レンズ系２を介してＣＣＤ１に入射する入射光を示し、１２は、照明光源３が出射する照明光を示している。
【００５８】
また、ＣＣＤ１は、背景技術において図２０に示したＣＣＤ１０１と同様のものである。図１においては図示していないが、ＣＣＤ１は、従来のＣＣＤ１０１と同様に、行列状に配列された複数の光電変換部と、垂直電荷転送部と、水平電荷転送部とを備えている。垂直電荷転送部は、光電変換部の垂直方向の列に沿って半導体基板に設けられたチャネル領域と、複数の転送電極（垂直転送電極）とで構成されている（図２１参照）。水平電荷転送部は、水平方向に沿って半導体基板に設けられたチャネル領域と、複数の転送電極（水平転送電極）とで構成されている（図２１参照）。
【００５９】
また、各垂直転送電極は、撮像エリアの周囲に設けられたバスライン配線（図示せず）を介して、駆動端子ΦＶ１〜ΦＶ４のうちのいずれかに接続されている。垂直電荷転送部は、駆動端子ΦＶ１及びΦＶ３にＨ（high）レベルの読出しパルスが印加されると、光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出す読出し部として機能する。更に、垂直電荷転送部は、駆動端子ΦＶ１〜ΦＶ４にＭ（middle）レベル及びＬ（low）レベルの転送パルスが印加されると、読出した信号電荷を垂直方向に転送する。また、各水平転送電極は、駆動端子ΦＨ１及びΦＨ２のいずれかに接続されている。水平電荷転送部は、駆動端子ΦＨ１及びΦＨ２に、Ｈ（high）レベル及びＬ（low）レベルの転送パルスが交互に印加されると、信号電荷を水平方向に転送する。
【００６０】
また、ＣＣＤ１の光電変換部は、従来のＣＣＤ１０１の光電変換部と同様に構成されている（図２１参照）。即ち、ＣＣＤ１を構成する半導体基板は、Ｎ型のシリコン基板である。また、半導体基板の表層側にはＰウェルが形成され、半導体基板のＰウェルが形成された領域内にはＮ型の拡散層が設けられている。光電変換部は、Ｎ型の拡散層と、Ｐウェルと、Ｎ型の半導体基板とによって構成されたＮＰＮ構造のフォトダイオードである。
【００６１】
更に、本実施の形態１においても、ＣＣＤ１は、従来のＣＣＤ１０１と同様に、半導体基板のＰウェルが形成されていない領域とＰウェルとの間に、逆バイアス電圧を印加するためのＳＵＢ端子を備えている（図２１参照）。逆バイアス電圧の印加は、システムコントローラ８の指示に応じて電圧供給回路（図２１（ａ）参照）によって行われている。
【００６２】
このように、本実施の形態１における撮像装置は、従来例１の撮像装置と同様の構成を備えている。また、本実施の形態１においても、従来例１及び従来例２と同様に、制御装置１０は、垂直電荷転送部に、垂直方向に並ぶ２以上の光電変換部の電荷を加算するフィールド読出しを行わせ、これによって動画撮像を行っている。
【００６３】
但し、本実施の形態１における撮像装置は、照明光源３の点灯及び消灯タイミングがシステムコントローラ８によって制御されている点で、従来例１の撮像装置と異なっている。また、本実施の形態１における撮像装置は、従来例２のようにメカニカルシャッタを備えていないにも拘わらず、フレーム読出し方式によって静止画を撮像することができる。以下に、この点について、図２を用いて具体的に説明する。図２は、図１に示した撮像装置に備えられたＣＣＤを駆動するパルスを示すタイミングチャートである。
【００６４】
図２に示すように、本実施の形態１においても、従来例１及び従来例２と同様に、動画撮像期間中、照明光源３は点灯されている（ＯＮ）。そして、ＣＣＤ駆動回路５（図１参照）は、１フィールド期間（例えば１／６０秒）毎に、駆動端子ΦＶ１及びΦＶ３にＨレベルの読出しパルスを印加して、垂直電荷転送部に、各光電変換部に蓄積された電荷を読み出させる。また、垂直電荷転送部は、垂直方向に隣り合う２つの画素の信号電荷を加算する（図２３（ａ）参照）。加算の組合せは、奇数フィールド（第１フィールド）と、偶数フィールド（第２フィールド）とで変えられる。
【００６５】
一方、シャッタトリガが入力（ＯＮ）されると、従来例１及び従来例２と同様に、そのフィールド期間は露光期間（例えば１／３０秒）となるが、本実施の形態１においては、露光期間の終了後にシステムコントローラ８によって照明光源３が消灯（ＯＦＦ）される。また、本実施の形態１における撮像装置は、内視鏡装置の一部を構成し、暗部の撮像に用いられている。よって、照明光源３の消灯により、入射光１１が撮像レンズ系２を介してＣＣＤ１に入射し難い状況となる。更に、この状況は、従来例２においてメカニカルシャッタが閉じられた状況と略同じである。
【００６６】
そして、図２に示すように、システムコントローラ８は、照明光源３が消灯している間、垂直電荷転送部に、光電変換部に蓄積されている電荷全ての読出しを複数のフィールドに分けて（本実施の形態１では二つのフィールドに分けて）行わせる。更に、システムコントローラ８は、信号処理回路７に、フィールド毎に得られた画像を合成させて、一枚のフレーム画像を作成させる。
【００６７】
具体的には、照明光源３の消灯と同時に、システムコントローラ８の指示により、ＣＣＤ駆動回路５が、駆動端子ΦＶ１にＨレベルの読出しパルスを印加する。続いて、ＣＣＤ駆動回路５は、駆動端子ΦＶ１〜ΦＶ４にＭレベル及びＬレベルの転送パルスを印加して、読出した電荷を垂直方向に転送する。また、この転送の終了後、ＣＣＤ駆動回路５は、今度は、駆動端子ΦＶ３にＨレベルの読出しパルスを印加する。そして、ＣＣＤ駆動回路５は、このとき読出した電荷も垂直方向に転送する。
【００６８】
この結果、本実施の形態１においても、従来例２と同様に、奇数行の画素列に蓄積されている電荷と偶数行の画素列に蓄積されている電荷とが混合されることなく読み出され（図２６（ｂ）参照）、フレーム読出し方式による静止画の撮像が完了する。このように、本実施の形態１においては、従来例２と異なり、照明光源３を消灯することによって、フレーム読出し方式による静止画の撮像を実現している。また、この結果、メカニカルシャッタ等の遮光手段を用いる必要がないため、撮像装置の小型化と静止画像の高解像度化との両方を同時に達成することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態１において、従来例１及び従来例２と同様に、動画撮像期間及び静止画撮像期間のいずれにおいても、ＣＣＤ１のＳＵＢ端子に印加される逆バイアス電圧（基板電圧）はＭレベルに固定され、一定量を超える電荷は、ＯＦＢ領域を介して半導体基板に排出される。
【００７０】
また、静止画像の画質の向上を図る点から、撮像装置の使用環境は、照明光源を消灯したときの明るさが、およそ１０ルクス以下となる環境であるのが好ましい。具体的には、人体、それ以外の動物の体の内部、配管の内部等が挙げられる。
【００７１】
更に、本実施の形態１においては、カラーの動画や静止画を得るために、ＣＣＤ１にカラーフィルタを設けた態様とすることができる。図３は、本発明の実施の形態１において固体撮像素子にカラーフィルタを設けた場合の信号配列を示す図であり、図３（ａ）は動画撮像時を示し、図３（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【００７２】
図３に示すように、本実施の形態１においては、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、及びグリーン（Ｇ）の補色フィルタが、色差順次配列状に形成される。よって、図３（ａ）に示すように、動画撮像時においては、フィールド読出し方式によって垂直２画素の補色信号が加算されて読み出されるため、毎秒６０フィールドの動画像が得られる。また、図３（ｂ）に示すように、静止画撮像時においては、フレーム読出し方式によって、全画素の補色信号が独立して読み出され、解像度の高い静止画が得られる。
【００７３】
なお、本実施形態において補色フィルタを用いる理由は以下のとおりである。つまり、原色フィルタを用いた場合、垂直２画素の信号を加算すると（例えばＲ＋ＧやＢ＋Ｇ）、後段の信号処理で元の原色信号に戻すことができない。このため、原色フィルタを用いる場合は、通常、全画素独立読み出しを行う。一方、補色フィルタでは、垂直２画素の信号を加算して読み出しても、後段で以下の色差信号処理を行うことで原色信号を近似的に導出することができる。
【００７４】
すなわち、輝度信号Ｙを下記式（３）のように近似すると、色差信号（Ｒ−Ｙ）および（Ｂ−Ｙ）は、式（４）および（５）のように近似される。
【００７５】
Ｙ＝｛（Ｇ＋Ｃｙ）＋（Ｍｇ＋Ｙｅ）｝×１／２ ・・・・・（３）
Ｒ−Ｙ＝｛（Ｍｇ＋Ｙｅ）−（Ｇ＋Ｃｙ）｝＝２Ｒ−Ｇ ・・・・・（４）
Ｂ−Ｙ＝｛（Ｍｇ＋Ｃｙ）−（Ｇ＋Ｙｅ）｝＝２Ｂ−Ｇ ・・・・・（５）
【００７６】
これらの式（３）〜（５）から、原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、以下の式（６）〜（８）から近似的に得ることができる。なお、下記のｎ，ｍ，ｐ，ｑは係数である。
【００７７】
Ｇ＝Ｙ−（Ｒ−Ｙ）−（Ｂ−Ｙ） ・・・・・（６）
Ｒ＝ｎ（Ｒ−Ｙ）＋ｍ｛Ｙ−（Ｂ−Ｙ）｝ ・・・・・（７）
Ｂ＝ｐ（Ｂ−Ｙ）＋ｑ｛Ｙ−（Ｒ−Ｙ）｝ ・・・・・（８）
【００７８】
このように、垂直２画素の電荷を加算しても色情報が失われない補色フィルタは、信号加算により感度を２倍にすることができるため、原色フィルタに比べて暗い場所での動画撮影に有利であり、カムコーダや内視鏡などに好適に用いられる。ただし、補色フィルタを用いた構成では、補色信号を演算することで原色信号を近似的に導出するため、原色フィルタで全画素を独立して読み出す場合に比べると、色再現性に劣るというデメリットはある。従って、感度よりも色再現性を重視する必要がある場合は、一般的に、原色フィルタを備えたＣＣＤが用いられる。
【００７９】
次に、本実施の形態１における内視鏡装置について図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１における内視鏡装置の構成を概略的に示す構成図である。図４に示すように、本実施の形態１における内視鏡装置は、チューブ型の内視鏡装置である。内視鏡装置は、映像を撮影するためのカメラユニット２３と、カメラユニット２３の制御や各種信号処理を行うコントロールユニット２４と、表示装置９とで構成されている。
【００８０】
カメラユニット２３は、人体内部や配管内部等に挿入される挿入部２１と、操作部２２とを備えている。挿入部２１は、チューブ状を呈し、その先端に、撮像装置を構成するＣＣＤ１、撮像レンズ系２及び照明光源３を備えている。また、挿入部２１の先端は、屈曲可能に構成され、屈曲部２５を構成している。具体的には、挿入部２１の内部には、屈曲動力を伝達するためのワイヤーや、屈曲動力を発生するアクチュエータ等（図示せず）が搭載されている。
【００８１】
更に、操作部２２には、ワイヤーを引っ張るためのダイヤルや、アクチュエータを動作させるためのボタン等が設けられており、操作者は操作部２２を介して挿入部２１の屈曲を制御している。また、挿入部２１の先端には、その他、治療や組織の採取等を行うための鉗子や、薬剤や空気を噴出するためのノズル等が搭載されることもある。この場合、これらの操作も操作部２２を介して行われる。
【００８２】
また、コントロールユニット２４には、撮像装置の残りの一部、即ち、信号処理回路７、照明光源３の電源４、及びシステムコントローラ８が搭載されている。よって、カメラユニット２３で撮影され、コントロールユニット２４で信号処理された映像（動画及び静止画）が表示装置９に表示される。
【００８３】
このように、本実施の形態１における内視鏡装置は、図１に示した本実施の形態１における撮像装置を内部に備えている。このため、メカニカルシャッタ等を備えることなく、フレーム読出し方式によって静止画を撮像することができる。従って、本実施の形態１における内視鏡装置によれば、装置の大型化を抑制しつつ、静止画像の高解像度化によって病気や故障の発見率を高めることができる。
【００８４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における撮像装置及び内視鏡装置について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施の形態２における撮像装置を構成する固体撮像素子の動作を概念的に示す説明図であり、図５（ａ）は動画撮像時を示し、図５（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【００８５】
本実施の形態２における撮像装置は、動画撮像時において装置内部で行われる処理の点で、図１に示した実施の形態１における撮像装置と異なっている。それ以外の点では、本実施の形態２における撮像装置は、図１に示した実施の形態１における撮像装置と同様である。また、本実施の形態２における内視鏡装置は、図４に示した実施の形態１における内視鏡装置と同様の構成を備えている。以下に、実施の形態１との相違点について説明する。
【００８６】
図５（ａ）に示すように、本実施の形態２においては、制御装置は、動画の撮像時において、垂直電荷転送部１１１に、複数の光電変換部１１０のうち一部の光電変換部１１０が蓄積した電荷のみを読み出させている。つまり、システムコントローラ（図１参照）は、１フィールド期間（例えば１／６０秒間）の光電変換の後、ＣＣＤ駆動回路（図１参照）に指示を与え、垂直電荷転送部１１１に一部の画素行を間引いた読出しを行わせる。
【００８７】
具体的には、ＣＣＤ駆動回路は、システムコントローラの指示により、例えば４画素行を１グループとして上から１番目の画素行と４番目の画素行のみに読出しパルスを印加する。これにより、１番目の画素行と４番目の画素行にある光電変換部１１０に蓄積された電荷のみが、各垂直電荷転送部１１０に読み出される。
【００８８】
従って、本実施の形態２によれば、４画素行毎に２画素行のみが読み出され、残りの２画素行は間引かれるため、動画像における垂直方向の解像度は半減する。但し、これにより、例えば６０フレーム／秒のフレームレートで動画像を出力することができ（実施の形態１においては、３０フレーム／秒）、動画のフレームレートが向上する。本実施の形態２における撮像装置は、撮像対象の動きが速い場合や高速で動画像を取り込みたい時に有用である。
【００８９】
また、本実施の形態２における撮像装置は、垂直解像度が要求されない場合にのみ、上述の画素行を間引いた動画撮像を行い、それ以外の場合は、実施の形態１における撮像装置と同様の動画撮像を行う態様とすることもできる。垂直解像度が要求されない場合としては、例えば、撮像装置がビューファインダーモードや液晶モニターモードで動作する場合、オートフォーカスによるピント合わせが行なわれる場合、露出やホワイトバランスの調整が行われる場合等が挙げられる。なお、図５（ｂ）に示すように、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、撮像装置は、照明光源の消灯によるフレーム読出しによって、静止画を撮像する。
【００９０】
本実施の形態２においても、カラーの動画や静止画を得るために、ＣＣＤにカラーフィルタを設けた態様とすることができる。図６は、本発明の実施の形態２において固体撮像素子にカラーフィルタを設けた場合の信号配列を示す図であり、図６（ａ）は動画撮像時を示し、図６（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【００９１】
図６に示すように、本実施の形態２においては、グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）、及びブルー（Ｂ）の原色フィルタが、ベイヤー配列状に形成される。よって、図６（ａ）に示すように、画素行間引き読出しによって動画撮像が行われているが、読み出された画素はそれぞれ単独で原色を発色する。このため、補色フィルタを用いる場合に比べて、色再現性の向上が図られる。また、図６（ｂ）に示すように、静止画においても、全画素が読み出され、各画素それぞれが原色を発色することから、実施の形態１に比べて色再現性が向上する（静止画においては、実施の形態１でも全画素が独立して読み出されるため、解像度については、実施の形態２と実施の形態１とで同レベルとなる。）。
【００９２】
なお、本実施の形態２においては、一例として４画素行毎に２画素行のみが読み出される場合について説明したが、読み出し画素行の周期と読み出す画素行は、必要な垂直解像度やフレームレートに応じて設定すれば良い。例えば６画素行毎に２画素行のみを読み出す場合、垂直解像度は１／３に減少するが、フレームレートは９０フレーム／秒にまで引き上げることが可能となる。
【００９３】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における撮像装置及び内視鏡装置について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態３における撮像装置を構成する固体撮像素子の動作を概念的に示す説明図であり、図７（ａ）は動画撮像時を示し、図７（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【００９４】
本実施の形態３における撮像装置も、動画撮像時において装置内部で行われる処理の点で、図１に示した実施の形態１における撮像装置と異なっている。それ以外の点では、本実施の形態３における撮像装置は、図１に示した実施の形態１における撮像装置と同様である。また、本実施の形態３における内視鏡装置も、図４に示した実施の形態１における内視鏡装置と同様の構成を備えている。以下に、実施の形態１との相違点について説明する。
【００９５】
図７（ａ）に示すように、本実施の形態３においては、制御装置は、動画撮像時において、一画素行を隔てた位置にある二つの光電変換部１１０それぞれの電荷を加算する。具体的には、１フィールド期間（例えば１／６０秒間）の光電変換の後、ＣＣＤ駆動回路は、システムコントローラの指示により、４画素行を１グループとして上から１番目の画素行と２番目の画素行のみに読出しパルスを印加する。これにより、１番目の画素行と２番目の画素行にある光電変換部１１０に蓄積された電荷が、各垂直電荷転送部１１０に読み出される。その後、ＣＣＤ駆動回路は、転送パルスを印加することによって、読み出された１番目及び２番目の画素行の電荷を、それぞれ３番目又は４番目の画素行まで、転送する。
【００９６】
続いて、ＣＣＤ駆動回路は、システムコントローラの指示により、上から３番目の画素行と４番目の画素行のみに読出しパルスを印加する。この結果、既に読み出されて転送されてきた１番目の画素行の画素と、読み出された３番目の画素行の画素とが加算される。同様に、読み出されて転送されてきた２番目の画素行の画素と、読み出された４番目の画素行の画素とが加算される。
【００９７】
このように、本実施の形態３においては、間引かれることなく、２画素行の信号が加算されるため、実施の形態２よりも動画撮像時の感度は２倍に向上する。また、本実施の形態３では、垂直方向のライン数が半減するため、実施の形態２と同様に、例えば６０フレーム／秒のフレームレートで動画像を出力することができ、ＣＣＤに原色カラーフィルタが設けられている場合の動画撮影に特に有用となる。この点について図８を用いて説明する。なお、図７（ｂ）に示すように、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、撮像装置は、照明光源の消灯によるフレーム読出しによって、静止画を撮像する。
【００９８】
図８は、本発明の実施の形態３において固体撮像素子にカラーフィルタを設けた場合の信号配列を示す図であり、図８（ａ）は動画撮像時を示し、図８（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【００９９】
図８に示すように、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、グリーン（Ｇ）、レッド（Ｒ）、及びブルー（Ｂ）の原色フィルタが、ベイヤー配列状に形成される。このとき、図８（ｂ）に示すように、垂直方向において１画素行を隔てた位置にある二つのカラーフィルタは同色となる。従って、図８（ａ）に示すように、動画撮像時においては、同色の電荷同士が加算されることとなる。よって、本実施の形態３によれば、高感度で色再現性の高い動画像を得ることができる。
【０１００】
なお、本実施の形態３においては、４画素行を１周期として上から１番目と３番目の画素行、２番目と４番目の画素行をそれぞれ読み出し加算する場合について説明したが、画素行の周期は、必要な垂直解像度やフレームレートに応じて設定すれば良い。例えば６画素行を１周期として、１画素行＋３画素行＋５画素行、２画素行＋４画素行＋６画素行をそれぞれ読み出し加算しても良い。この場合、垂直解像度は１／３に減少するが、フレームレートは９０フレーム／秒にまで引き上げることが可能となる。
【０１０１】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における撮像装置及び内視鏡装置について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、本発明の実施の形態４で用いられる固体撮像素子を駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。図１０は、本発明の実施の形態４で用いられる固体撮像素子の厚み方向におけるポテンシャル分布を示す図である。
【０１０２】
本実施の形態４における撮像装置は、電子シャッタを備えている点で、図１に示した実施の形態１における撮像装置と異なっている。それ以外の点では、本実施の形態４における撮像装置は、図１に示した実施の形態１における撮像装置と同様である。また、本実施の形態４における内視鏡装置も、図４に示した実施の形態１における内視鏡装置と同様の構成を備えている。以下、実施の形態１との相違点について説明する。
【０１０３】
図９に示すように、本実施の形態４においては、撮像装置の制御装置は、光電変換部に蓄積された電荷を消去する電子シャッタパルスを印加する機能を備えている。制御装置は、電子シャッタパルスの印加によって、静止画を得るための露光の時間の長さを調整している。
【０１０４】
ここで、電子シャッタパルスについて説明する。本実施の形態４においても、ＣＣＤを構成する半導体基板には、Ｐウェルが形成されていない領域とＰウェルとの間に逆バイアス電圧（ＳＵＢ電圧）を印加するため、ＳＵＢ端子が備えられている（図２１（ａ）参照）。よって、図１０に示すように、逆バイアス電圧のレベルを変動させることによって、オーバーフローバリアのポテンシャル高さを調整できる。例えば、逆バイアス電圧のレベルを高くすると、それに対応してオーバーフローバリアのポテンシャル高さは低くなり、蓄積された電荷は半導体基板に排出されるようになる。
【０１０５】
図９に示すように、本実施の形態４においては、ＣＣＤ駆動回路は、システムコントローラの指示に応じて、シャッタトリガが入力（ＯＮ）されると、一定期間、このＳＵＢ端子に、電子シャッタパルスとしてＨレベルの逆バイアス電圧を印加する。この結果、光電変換部で発生した信号電荷は、基板に引き抜かれ、光電変換部には信号電荷は蓄積されない（図１０参照）。
【０１０６】
また、電子シャッタパルスの印加が終了すると、光電変換部において電荷の蓄積が開始される。本実施の形態４においては、電子シャッタパルスの印加が終了してから、光電変換部に蓄積された電荷の読出しが開始されるまでが露光期間となる。
【０１０７】
なお、静止画像を得るための電荷の読出し及び転送は、実施の形態１と同様に行われる。本実施の形態４においても、フィールド読出しによって動画の撮像が行われている。また、電子シャッタパルスが印加されていないときは、本実施の形態４においても、実施の形態１と同様に、逆バイアス電圧のレベルはＭレベルに保持されている。
【０１０８】
このように、本実施の形態４では、制御装置は、電子シャッタパルスの供給時間や本数を変えることによって、露光の開始時期を決定でき、静止画像を得るための露光期間の長さを簡単に調整できる。よって、本実施の形態４によれば、実施の形態１〜３に比べて、高精度な露出時間の設定を行うことができる。また、例えば、簡単に、露出時間を極短時間（１／１０００秒以下）に設定することもできるため、高速移動する物体の静止画を撮像することもできる。
【０１０９】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５における撮像装置及び内視鏡装置について、図１１〜図１２を参照しながら説明する。図１１は、本発明の実施の形態５で用いられる固体撮像素子を駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。図１２は、本発明の実施の形態５で用いられる固体撮像素子の厚み方向におけるポテンシャル分布を示す図である。
【０１１０】
本実施の形態５における撮像装置は、電子シャッタを備えている点、及びＣＣＤを構成する半導体基板に印加される逆バイアス電圧（ＳＵＢ電圧）を変調する点で、図１に示した実施の形態１における撮像装置と異なっている。それ以外の点では、本実施の形態５における撮像装置は、図１に示した実施の形態１における撮像装置と同様である。また、本実施の形態５における内視鏡装置も、図４に示した実施の形態１における内視鏡装置と同様の構成を備えている。以下、実施の形態１との相違点について説明する。なお、本実施の形態５で用いられる電子シャッタは、実施の形態４で用いられる電子シャッタと同様のものである。よって、以下の説明においては、逆バイアス電圧の変調を中心に説明する。
【０１１１】
図１１に示すように、本実施の形態５においては、制御装置は、シャッタトリガが入力された後から、フレーム読出しによる電荷の読出し及び転送が終了するまでの間に、逆バイアス電圧のレベルを動画撮像時よりも低下させる。具体的には、ＣＣＤ駆動回路は、システムコントローラの指示に応じて、電子シャッタパルスの印加が終了してからの露光期間中に、逆バイアス電圧のレベルをそれまでのＭレベルからＬレベルにまで低下させる。
【０１１２】
この結果、図１２に示すように、露光期間中において、オーバーフローバリアのポテンシャル高さがそれまでよりも高くなると同時に、光電変換部において、電荷の蓄積可能な領域（光電変換領域）が、半導体基板の深さ方向に拡大する。そして、光電変換部に入射した光が、基板の深部においても光電変換されるようになるため、静止画の撮像時の感度の向上が図られる。
【０１１３】
但し、オーバーフローバリアのポテンシャル高さが高くなりすぎると、光電変換領域に蓄積される電荷の量が多くなりすぎて、読み出しの際に垂直電荷転送部から溢れる可能性がある。このため、本実施の形態５においては、逆バイアス電圧のレベルは、次のようにして設定されるのが好ましい。
【０１１４】
垂直電荷転送部それぞれの最大転送電荷量をＳVCCD、動画撮像時における各光電変換部の最大蓄積電荷量をＳmotion、動画撮像時において加算される画素の数をＮ（本実施の形態５ではＮ＝２）とする。この場合、動画撮像時において垂直電荷転送部で電荷を溢れさせないためには、下記式（１）が満たされている必要がある。
【０１１５】
（数７）
ＳVCCD≧Ｎ×Ｓmotion ・・・・・（１）
【０１１６】
また、静止画撮像時における各光電変換部の最大蓄積電荷量をＳstillとすると、静止画撮像時において垂直電荷転送部で電荷を溢れさせないためには、下記式（２）が満たされている必要がある。
【０１１７】
（数８）
ＳVCCD≧Ｓstill ・・・・・（２）
【０１１８】
上記式（１）及び上記式（２）を図に表すと、図１３に示す通りとなる。図１３は、最大蓄積電荷量をポテンシャル分布と共に示した図である。図１３に示すように、本実施の形態５においてもフレーム読出し方式によって静止画を撮像するため、静止画撮像時の最大蓄積電荷量Ｓstillは、動画撮像時の最大蓄積電荷量をＳmotionよりも大きな値となる。
【０１１９】
また、動画撮像時における最適な逆バイアス電圧のレベルをＭ´レベルとすると、Ｍ´レベルは上記式（１）が成立するように、即ち、オーバーフローバリアのポテンシャル高さが図１３に示す動画撮像時のものとなるように設定すれば良い。更に、静止画撮像時における変調後の逆バイアス電圧のレベルをＬ´レベルとすると、Ｌ´レベルは上記式（２）が成立するように、即ち、オーバーフローバリアのポテンシャル高さが図１３に示す静止画撮像時のものとなるように設定すれば良い。
【０１２０】
このように、動画撮像時及び静止画撮像時それぞれの逆バイアス電圧のレベル（オーバーフローバリアのポテンシャル高さ）を、上述のように設定すれば、垂直電荷転送部で電荷が溢れ出すのを抑制しつつ、光電変換部に蓄積される電荷の量を可能な限り高めることができる。
【０１２１】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６における撮像装置及び内視鏡装置について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。図１４は、本発明の実施の形態６で用いられる固体撮像素子を駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。
【０１２２】
本実施の形態６における撮像装置は、逆バイアス電圧（ＳＵＢ電圧）の変調時期が露光期間の終了後である点で、実施の形態５における撮像装置と異なっている。それ以外の点では、本実施の形態５における撮像装置は、実施の形態５における撮像装置と同様である。以下、実施の形態５との相違点について説明する。なお、本実施の形態６における内視鏡装置も、図４に示した実施の形態１における内視鏡装置と同様の構成を備えている。
【０１２３】
図１４に示すように、本実施の形態６においては、ＣＣＤ駆動回路は、システムコントローラの指示に応じて、静止画を得るための露光期間の終了後（照明光源の消灯後）に、逆バイアス電圧のレベルをそれまでのＭレベルからＬレベルにまで低下させる。ここで、本実施の形態６による効果について図１５を用いて説明する。
【０１２４】
図１５は、本発明の実施の形態６で用いられる固体撮像素子の厚み方向におけるポテンシャル分布を示す図であり、図１５（ａ）は静止画の読出し時において逆バイアス電圧を一定に設定した場合を示し、図１５（ｂ）は静止画の読出し時において逆バイアス電圧を変調させた場合を示している。
【０１２５】
本実施の形態６と異なり、静止画の読出し及び転送が行われている期間において常に逆バイアス電圧がＭレベルに設定されている場合を考える（図２及び図９参照）。この場合、図１５（ａ）に示すように、奇数行の画素列に蓄積された電荷ＣFLD1が読み出されている間に、偶数行の画素列に蓄積された電荷ＣFLD2の一部が、それ自身の持つ熱エネルギーにより、オーバーフローバリアを乗り越えて半導体基板へと排出されてしまうことがある。
【０１２６】
この場合、奇数行の画素列に蓄積された電荷ＣFLD1の電荷量ＳFLD1は、偶数行の画素列に蓄積された電荷ＣFLD2の電荷量ＳFLD2よりも大きくなる（ＳFLD1＞ＳFLD2）可能性がある。更に、ＳFLD1＞ＳFLD2となると、第１フィールドの画像と第２フィールドの画像との間に、飽和出力の相違によるフィールド段差が発生してしまう。
【０１２７】
これに対して、本実施の形態６においては、露光期間の終了後（照明光源の消灯後）の奇数行の電荷ＣFLD1の読出し中に、逆バイアス電圧のレベルがＭレベルからＬレベルにまで変調される。そして、これにより、図１５（ｂ）に示すように、オーバーフローバリアのポテンシャル高さは高くなるため、偶数行の電荷ＣFLD2の一部が排出されるのが抑制される。更に、この結果、ＳFLD1＝ＳFLD2となり、飽和出力の相違によるフィールド段差の発生は抑制される。
【０１２８】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７における撮像装置及び内視鏡装置について、図１６〜図１８を参照しながら説明する。図１６は、本発明の実施の形態７で用いられる固体撮像素子を駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。
【０１２９】
本実施の形態７における撮像装置は、電子シャッタを備えている点、及静止画の読出し前に垂直電荷転送部に高速掃き出しパルスが印加される点で、図１に示した実施の形態１における撮像装置と異なっている。それ以外の点では、本実施の形態７における撮像装置は、図１に示した実施の形態１における撮像装置と同様である。また、本実施の形態７における内視鏡装置も、図４に示した実施の形態１における内視鏡装置と同様の構成を備えている。以下、実施の形態１との相違点について説明する。なお、本実施の形態７で用いられる電子シャッタは、実施の形態４で用いられる電子シャッタと同様のものである。よって、以下の説明においては、高速掃き出しパルスの印加を中心に説明する。
【０１３０】
図１６に示すように、本実施の形態７においては、ＣＣＤ駆動回路は、システムコントローラの指示に応じて、照明光源が消灯してから、奇数行の画素列の電荷の読出し（第１フィールドの読出し）及び偶数行の画素列の電荷の読出し（第２フィールドの読み出し）それぞれに先立って、各垂直電荷転送部に掃き出しパルスを印加する。この結果、各垂直電荷転送に蓄積されている電荷が排除されてから、光電変換部に蓄積されている電荷が読み出されることとなる。
【０１３１】
ここで、図１７及び図１８を用いて高速掃き出しパルスについて説明する。図１７及び図１８は、垂直電荷転送部に高速掃き出しパルスを印加した状態を示す説明図であり、図１７（ａ）〜図１８（ｆ）は主な一連の過程を示している。
【０１３２】
図１７（ａ）に示すように、静止画を得るための露光を行うと（露光期間中）、垂直電荷転送部１１１に不要電荷が発生している場合がある。この不要電荷としては、熱によって発生した暗電流の原因となる電荷、光電変換部から溢れ出て垂直電荷転送部に漏れ込んだ電荷（ブルーミングの原因となる電荷）、光の漏れこみによって垂直電荷転送部で光電変換されて生じた電荷（スミアの原因となる電荷）等が挙げられる。このような不要電荷が垂直電荷転送部に存在している場合に、光電変換部から電荷を読み出すと、読み出した電荷に不要電荷が混じってしまい、Ｓ／Ｎ比が悪化する可能性がある。
【０１３３】
これに対して、本実施の形態７においては、図１７（ｂ）に示すように、ＣＣＤ駆動回路は、照明光源が消灯され、スミアやブルーミング等の原因となる不用電荷が新たに発生しなくなると、垂直電荷転送部に対して高速掃き出しパルスを印加する（図１６参照）。その後、図１７（ｃ）に示すように、ＣＣＤ駆動回路は、システムコントローラの指示に応じて、奇数行の画素列の電荷の読出し（第１フィールドの読出し）を行う。
【０１３４】
また、図１７（ｃ）に示す工程の終了後、図１８（ｄ）に示すように、熱によって、垂直電荷転送部に暗電流の原因となる不要電荷が発生する場合がある。よって、図１８（ｅ）に示すように、ＣＣＤ駆動回路は、垂直電荷転送部に対して、再度、高速掃き出しパルスを印加する。その後、図１８（ｆ）に示すように、ＣＣＤ駆動回路は、システムコントローラの指示に応じて、偶数行の画素列の電荷の読出し（第２フィールドの読出し）を行う。
【０１３５】
このように、本実施の形態７においては、高速掃き出しパルスが垂直電荷転送部に印加されてから、第１フィールド及び第２フィールドの電荷の読み出しが行われる。このため、不要電荷を除去して信号電荷のみを抽出でき、出力信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。更に、これにより、撮像画像の画質の向上が図られる。また、第１フィールドと第２フィールドとの不要電荷の発生量の違いによる出力信号のフィールド間段差も抑制される。
【０１３６】
また、図１６〜図１８に示した例では、フィールド読出しの度に高速掃き出しパルスの印加が行われて入るが、本実施の形態７は、これに限定されるものではない。本実施の形態７においては、例えば、不要電荷量の大きい照明光源の消灯直後のみに、高速掃き出しパルスの印加が行われる態様（図１６及び図１７（ｂ）参照）であっても良い。この態様においても、Ｓ／Ｎ比の向上は十分に図られると考えられる。また、この態様によれば、第２フィールドの読出し前の高速掃き出しパルスの印加（図１６及び図１８（ｅ）参照）が省略されるため、その分、静止画撮像期間を短縮させることができ、この結果、静止画を連写撮像する場合等に有用となる。
【０１３７】
以上、実施の形態１〜実施の形態７においては、固体撮像素子がインタライン転送型のＣＣＤ撮像素子である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明においては、固体撮像素子は、フレームインターライン転送型のＣＣＤ撮像素子や、ＭＯＳ型撮像素子であっても良い。
【０１３８】
また、実施の形態１〜実施の形態７においては、オーバーフローバリアは、縦型のオーバーフローバリア（オーバーフロードレイン構造）であり、光電変換部を構成するＮ型の拡散層の最下面からＰウェルの最下面までの領域に形成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、オーバーフローバリアは、横型のオーバーフローバリア（オーバーフロードレイン構造）であっても良い。
【０１３９】
具体的には、横型のオーバーフローバリアが採用される場合は、光電変換部を構成するＮ型の拡散層と並列にＮ+型の第２の拡散層が形成され、これらの間がオーバーフローバリア領域となる。また、これらの間には、ゲート電極が形成され、これに印加する電圧のレベルを調整することによって、オーバーフローバリアのポテンシャル高さが調整される。
【０１４０】
また、実施の形態１〜実施の形態７においては、いずれも４画素行を１周期として処理が行われているが、これに限定されるものではない。本発明においては、３画素行等を１周期として処理が行われていても良い。また、動画撮像時においては、３画素以上の電荷を加算する態様であっても良い。更に、静止画撮像時においては、３フィールド以上のフィールドに分けて画素を読み出す態様であっても良い。
【０１４１】
更に、本実施の形態における内視鏡装置は、チューブ型の内視鏡装置に限定されるものではなく、本発明においては、カプセル型の内視鏡装置であっても良い。カプセル型の内視鏡装置は、例えば、人体内部を自立して航行できるため、患者の負担を大きく低減できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
以上のように、本発明における撮像装置は、特に内視鏡装置の小型化や内視鏡装置における静止画像の高解像度化に有用である。よって、本発明における撮像装置及び内視鏡装置は、産業上の利用可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における撮像装置の構成を概略的に示す構成図である。
【図２】図２は、図１に示した撮像装置に備えられたＣＣＤを駆動するパルスを示すタイミングチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１において固体撮像素子にカラーフィルタを設けた場合の信号配列を示す図であり、図３（ａ）は動画撮像時を示し、図３（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における内視鏡装置の構成を概略的に示す構成図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２における撮像装置を構成する固体撮像素子の動作を概念的に示す説明図であり、図５（ａ）は動画撮像時を示し、図５（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２において固体撮像素子にカラーフィルタを設けた場合の信号配列を示す図であり、図６（ａ）は動画撮像時を示し、図６（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３における撮像装置を構成する固体撮像素子の動作を概念的に示す説明図であり、図７（ａ）は動画撮像時を示し、図７（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３において固体撮像素子にカラーフィルタを設けた場合の信号配列を示す図であり、図８（ａ）は動画撮像時を示し、図８（ｂ）は静止画撮像時を示している。
【図９】図９は、本発明の実施の形態４で用いられる固体撮像素子を駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態４で用いられる固体撮像素子の厚み方向におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態５で用いられる固体撮像素子を駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態５で用いられる固体撮像素子の厚み方向におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図１３】図１３は、最大蓄積電荷量をポテンシャル分布と共に示した図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態６で用いられる固体撮像素子を駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態６で用いられる固体撮像素子の厚み方向におけるポテンシャル分布を示す図であり、図１５（ａ）は静止画の読出し時において逆バイアス電圧を一定に設定した場合を示し、図１５（ｂ）は静止画の読出し時において逆バイアス電圧を変調させた場合を示している。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態７で用いられる固体撮像素子を駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。
【図１７】図１７は、垂直電荷転送部に高速掃き出しパルスを印加した状態を示す説明図であり、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は主な一連の過程を示している。
【図１８】図１８は、垂直電荷転送部に高速掃き出しパルスを印加した状態を示す説明図であり、図１８（ｄ）〜図１８（ｆ）は図１７（ｃ）に続く主な一連の過程を示している。
【図１９】図１９は、従来からの照明光源を備えた撮像装置の構成を概略的に示す構成図である。
【図２０】図２０は、図１９に示したＣＣＤの概略構成を示す平面図である。
【図２１】図２１（ａ）は、図１９及び図２０に示したＣＣＤの画素の構成を示す断面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）中に示す線Ｚ−Ｚ´方向におけるポテンシャル分布を示す図である。
【図２２】図２２は、図１９及び図２０に示したＣＣＤを駆動するパルスを示すタイミングチャートである。
【図２３】図２３は、図２２に示したパルスによって駆動されたＣＣＤの動作を概念的に示す説明図であり、図２３（ａ）は動画撮影時を示し、図２３（ｂ）は静止画撮影時を示している。
【図２４】図２４は、従来からのメカニカルシャッタを備えた撮像装置の構成を概略的に示す構成図である。
【図２５】図２５は、図２４に示したＣＣＤを駆動するためのパルスを示すタイミングチャートである。
【図２６】図２６は、図２５に示したパルスによって駆動されたＣＣＤの動作を概念的に示す説明図であり、図２６（ａ）は動画撮影時を示し、図２６（ｂ）は静止画撮影時を示す。
【符号の説明】
【０１４４】
１ ＣＣＤ型撮像素子（ＣＣＤ）
２ 撮像レンズ系
３ 照明光源
４ 電源
５ ＣＣＤ駆動回路
６ アナログ回路
７ 信号処理回路
８ システムコントローラ
９ 表示装置
１０ 制御装置
１１ 入射光
１２ 照明光
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ カメラユニット
２４ コントロールユニット
２５ 屈曲部
１１１ 垂直電荷転送部
１１０ 光電変換部
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】 平成１８年８月８日（２００６．８．８）
【代理人】 【識別番号】１１０００００４０
【氏名又は名称】特許業務法人池内・佐藤アンドパートナーズ
【公開番号】 特開２００８−３６２２０（Ｐ２００８−３６２２０Ａ）
【公開日】 平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【出願番号】 特願２００６−２１５９１４（Ｐ２００６−２１５９１４）