内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法
【課題】特殊光観察下での撮影で得られた少ない信号電荷量の転送効率を高める。
【解決手段】半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子と、前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケット９１を前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には信号パケット９１の転送方向後段に該信号パケット９１の転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケット９０を形成して転送させる。
【解決手段】半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子と、前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケット９１を前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には信号パケット９１の転送方向後段に該信号パケット９１の転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケット９０を形成して転送させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内視鏡装置に係り、特に、ＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体内等に挿入される内視鏡の先端部には固体撮像素子が搭載され、固体撮像素子で撮影された観察部位の画像が、外部モニタ装置に表示される。固体撮像素子としては、ＣＭＯＳ型に比べて高ＳＮ比の画像が撮影できるＣＣＤ型が良く使われる。
【０００３】
人体内は暗所であるため、被写体照明光は、外部発光源の光を光ファイバ等を通して内視鏡内に導入し、内視鏡先端部から観察部位に対して照射する構成になっている。この被写体照明光として、キセノンランプの発光光やＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色レーザ光を混合して生成した光が用いられる。
【０００４】
しかし、近年の内視鏡は、上記の被写体照明光の他に、例えば下記の特許文献１，２に記載されている様に、患部等の観察部位に励起光を照射し自家発光した蛍光等の特殊光環境下で観察できる様になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７―５０１０６号公報
【特許文献２】特開２００６―２９６６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特殊光を用いて観察部位を撮像する場合、キセノンランプ等の白色光に比べて３桁程度少ない光量になってしまう。このため、特殊光による観察を行う場合、固体撮像素子の１画素１画素が被写体からの入射光量に応じて検出する信号電荷量（電子数）は、極めて小さな値となる。
【０００７】
ＣＣＤ型の固体撮像素子では、各画素が検出した信号電荷を垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）を用いて転送し出力するのであるが、各転送段での転送効率を１００％にすることは物理的に不可能なため、信号電荷の転送残り（転送洩れ）が発生してしまう。
【０００８】
この信号電荷の転送洩れは、照明光として白色光を用いたときの様に、元々の信号電荷量が大きければあまり問題とはならない。しかし、蛍光観察の様に、元々の信号電荷量が極めて小さい場合、少しの信号電荷の転送洩れでも、観察部位の画質を大きく劣化させてしまう。
【０００９】
本発明の目的は、光量が少ない特殊光環境下でＣＣＤ型固体撮像素子を用いて撮像するときに転送洩れを少なくする駆動方法を採用する内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内視鏡装置は、半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子と、前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させる内視鏡制御部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法は、半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子の駆動方法であって、前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、空パケットを転送することで、先行する信号パケットから転送洩れ電荷が発生しても空パケットで拾うことができ、転送効率の向上を図ることができ、画質の高い観察部位の画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す内視鏡装置の概略的な機能ブロック図である。
【図３】図１に示す内視鏡装置のスコープ部先端部の要部破断図である。
【図４】図１に示す内視鏡装置の詳細な機能ブロック図である。
【図５】図１に示す固体撮像素子の表面模式図である。
【図６】図５に示す固体撮像素子のフォトダイオードと転送電極との関係を示す図である。
【図７】図５，図６に示す固体撮像素子の転送駆動の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図７に示す通常転送モードの説明図である。
【図９】図７に示す空パケット転送モードの説明図である。
【図１０】空パケット転送モードの種々の実施形態の説明図である。
【図１１】空パケットの容量決定（ａ）と数決定（ｂ）の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１に示す固体撮像素子の別実施形態の表面模式図である。
【図１３】図１２の固体撮像素子の空パケット転送の様子を示す図である。
【図１４】図１２の固体撮像素子の別実施形態の空パケット転送の様子を示す図である。
【図１５】図１２の固体撮像素子の更に別実施形態の空パケット転送の様子を示す図である。
【図１６】図１に示す固体撮像素子の別実施形態（ＦＴ―ＣＣＤ）の表面模式図である。
【図１７】図１６に示す固体撮像素子の垂直方向の断面模式図（ａ）及び電位井戸の状態図（ｂ）である。
【図１８】図１６に示す固体撮像素子の通常転送モードを示す図である。
【図１９】図１６に示す固体撮像素子の空パケット形成の様子を示す図である。
【図２０】図１６に示す固体撮像素子の空パケット転送モードを示す図である。
【図２１】本発明の図４に代わる別実施形態の内視鏡装置の機能ブロック図である。
【図２２】本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。
【図２３】本発明の別実施形態に係る固体撮像素子のカラーフィルタ配列の一例を示す図である。
【図２４】本発明の更に別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。
【図２５】本発明の更に別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。
【図２６】本発明の図４に代わる更に別実施形態の内視鏡装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、内視鏡装置の全体外観図である。内視鏡装置１０は、内視鏡２０と、周辺装置５０とを備える。内視鏡１０は、手元操作部２１と、この手元操作部２１の先端側に連設され患者の体腔内に挿入される可撓性のスコープ部２２と、手元操作部２１に連設され周辺装置５０に接続される装着部２３ａ，２３ｂとを備える。
【００１６】
周辺装置５０は、プロセッサ５１と、光源装置５２と、モニタ装置５３と、入力装置５４とを備え、装着部２３ａがプロセッサ５１に着脱自在に装着され、装着部２４ｂが光源装置５２に着脱自在に装着される。
【００１７】
図２は、図１に示す内視鏡装置１０の機能ブロック図である。内視鏡２０の装着部２３ｂが光源装置５２に装着され、光源装置５２で発光された照明光は、内視鏡２０内に挿通された２系統の光ファイバ束（ライトガイド）２４を通って内視鏡先端部２５から観察部位に対して照射される。図２では、照明光が２系統の光ファイバ束（ライトガイド）を通って照射される例が記載されているが、以下の説明及び他の図においても、２系統の照射に限らず、１系統あるいは３系統以上であってもよい。
【００１８】
観察部位で反射した被写体光あるいは自家発光した被写体光の光像は、内視鏡先端部２５に内蔵されたＣＣＤ型の撮像素子２６によって電気信号（撮像画像信号）に変換され、内視鏡２０内に挿通された信号配線２７によってプロセッサ５１に取り込まれる。
【００１９】
プロセッサ５１は、信号配線２７を介して観察部位の撮像画像信号を取り込み、オフセット処理，γ変換処理，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理，同時化処理等の周知の画像処理を施し、得られた被写体画像をモニタ装置５３に表示する。
【００２０】
図３は、内視鏡先端部２５の要部破断図である。内視鏡先端部２５の先端面３０には、鉗子孔３１が開口されると共に、図２の光ファイバ束２４を通して導かれた照明光を観察部位に対して拡散して照射する２個の凹レンズ３２，３３が設けられている。また、２個の凹レンズ３２，３３の中間部分には集光レンズ３４が設けられ、観察部位で反射した光や自家発光の被写体光が集光レンズ３４で集光される。先端面３０にはノズル３５も設けられ、撮影レンズ３４を洗浄する洗浄液がノズル３５から噴射可能となっている。
【００２１】
内視鏡先端部２５に内蔵される固体撮像素子２６は、その受光面が先端面３０に対して垂直に配置されるため、円筒形状の先端部２５の集光レンズ３４背部には被写体光の光路を直角に曲げて固体撮像素子２６に受光させるプリズム３６が設けられている。
【００２２】
固体撮像素子２６は、配線基板２９に固定設置されており、配線基板２９から信号配線２７が引き出され、プロセッサ５１に接続される。
【００２３】
図４は、図２の更に詳細な機能ブロック図である。光源装置５２内には、白色光源５５と、励起光光源５６と、各光源５５，５６の出力に設けられた合波器５７及び合波器５７の出力を２系統に分けて２系統のライトガイド２４に装着部２３ｂを介して出力する分波器５８とを備える。
【００２４】
合波器５７は、２つの光源５５，５６からの出射光を合波するのではなく、いずれか一方の光源からの出射光を分波器５８に出力して２系統に分波するために設けている。このため、光源装置５２内には光源制御部５９が設けられ、プロセッサ５１の制御部６１からの指示によっていずれか一方の光源が選択され照明光を出射する様になっている。
【００２５】
プロセッサ５１は、制御部６１と、各種データやプログラムを格納したメモリ（記憶部）６２と、画像処理部６３とを備える。内視鏡２０内の撮像素子２６の出力にはＡ／Ｄ変換器３８が設けられ、撮像画像信号は内視鏡２０内でデジタルデータに変換される。このデジタルの撮像画像信号は、装着部２３ａを介して画像処理部６３に取り込まれ、上記の画像処理が施される。このとき、画像処理部６３は、光源制御部５９からの情報（どちらの光源が照明光源となっているかという情報）に基づいて画像処理を施し、処理結果を制御部６１を介して、表示部５３に表示させると共に外部の記録装置７０に記録させる。
【００２６】
制御部６１は、ＣＣＤ駆動部６１ａを内蔵し、光源制御部５９に白色光光源５５を動作させたときと、励起光光源５６を動作させたときとで、撮像素子２６の駆動モードを切り換える機能を持っている。
【００２７】
図１に示す手元操作部２１には切替ボタン３７が設けられており、内視鏡操作者が切替ボタン３７を用いて光源切替指示を制御部６１に伝達したとき、制御部６１は、光源制御部５９に発光させる光源を切り替えさせ、撮像素子２６の駆動モードを切り換える。
【００２８】
図５は、インターライン型ＣＣＤである固体撮像素子２６の表面模式図である。図示する例の固体撮像素子２６は、半導体基板表面部に複数の画素（フォトダイオード：ＰＤ）８０が正方格子状に配列形成されており、各画素列に沿って垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）８１が形成され、各垂直電荷転送路８１の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）８２が形成され、水平電荷転送路８２の転送方向端部に、転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ８３が設けられている。
【００２９】
図示する例の固体撮像素子２６では、１画素当たり２枚の垂直転送電極が設けられており、この２枚のうちの１枚が読出電極（８４）兼用の電極となっている。図６は、固体撮像素子２６の画素と垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６との関係を示す図であり、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５が読出電極兼用となっている。
【００３０】
本実施形態の固体撮像素子２６は、３フィールド読み出しで駆動される。つまり、１画面分の信号電荷（撮像画像信号）は、３回に分けて出力される。先ず図５に「ＰＤ１」と記載した画素から信号電荷を垂直電荷転送路８１に読み出し、これを水平電荷転送路８２まで転送し、次に水平電荷転送路８２でアンプ８３まで転送して撮像画像信号を出力する。そして次に、「ＰＤ２」の画素の信号電荷を同様にして出力し、最後に「ＰＤ３」の画素の信号電荷を出力する。
【００３１】
図７は、図４の制御部６１が行う撮像素子駆動モードの切替処理手順を示すフローチャートである。先ず、観察部位を特殊光で観察するか否かを判定する（ステップＳ１）。特殊光観察で無い場合には、図４の白色光光源５５の発光光を照明光とし明るい画像が撮像できるため、ステップＳ２に進み、後述の通常転送モードで撮像素子２６を駆動し、この処理を終了する。
【００３２】
特殊光観察の場合には、即ち、図４の励起光光源５６の発光光（励起光）を観察部位に照射し、観察部位で自家発光した蛍光を観察するため、微弱な信号電荷しか得られない。そこで、特殊光観察の場合にはステップＳ３に進み、詳細は後述する空パケット転送モードで撮像素子２６を駆動し、この処理を終了する。
【００３３】
図８は、図７のステップＳ２で行う通常転送モードを説明する垂直電荷転送路のポテンシャル遷移図である。図８（ａ）は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６を示しており、図８（ｂ）〜（ｎ）は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６に印加される転送パルスによって変化する電位井戸（ポテンシャル井戸）とその遷移状態を示している。
【００３４】
図８（ｂ）に示す状態は、読出電極兼用転送電極Ｖ１下に形成された電位井戸内に、図５の画素ＰＤ１の蓄積電荷を読み出し、水平電荷転送路８２方向に転送を開始する状態を示している。この通常転送モードは、照明光として特殊光でなく照度の高い白色光を用いているため、転送対象とする信号電荷量は大きい（電子数は多い）。
【００３５】
以下、図８（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）→（ｊ）→（ｋ）→（ｌ）→（ｍ）と、信号電荷を入れた電位井戸（信号パケット）を、垂直転送電極膜の２電極分→１電極分→２電極分→１電極分→……と、伸縮を繰り返して水平電荷転送路８２方向に転送する。
【００３６】
そして、図８（ｎ）に示す様に、次の垂直電極Ｖ１下に信号パケットが来たとき、垂直方向への転送を中止して待機状態とし、この待機状態中に、水平電荷転送路上の信号電荷を転送してアンプ８３から出力する。このアンプ８３からの出力が終了した後、また、図８（ｂ）〜（ｎ）の転送を繰り返すことで、１行分の信号電荷が水平電荷転送路８２に転送され、この水平電荷転送路８２上の信号電荷が、垂直電荷転送路の待機中に、転送され出力される。
【００３７】
なお、この通常転送モードは、信号電荷量が多いときの転送であるため、上記の様に、２電極分→１電極分→２電極分→…とするのではなく、信号パケットの容量を大きくして、３電極分→２電極分→３電極分→２電極分→…等として行っても良い。
【００３８】
図９は、図７のステップＳ３で行う空パケット転送モードを説明する垂直電荷転送路のポテンシャル遷移図である。図９（ａ）は図８（ａ）と同じである。
【００３９】
図９（ｂ）に示す状態は、読出電極兼用転送電極Ｖ１下に形成された電位井戸内に、図５の画素ＰＤ１の蓄積電荷を読み出し、水平電荷転送路８２方向に転送を開始する状態を示している。
【００４０】
この空パケット転送モードは、照明光として特殊光、この例では励起光を照射し、観察部位で自家発光させた蛍光を撮像素子が受光して得られる信号電荷を転送するときの転送モードである。自家発光の蛍光は微弱な光であるため、得られる信号電荷量は極めて小さく、このため転送対象とする信号電荷量は小さい（電子数は少ない）。
【００４１】
以下、図８で説明したときと同様に、信号電荷を入れた電位井戸（信号パケット）を垂直転送電極膜の２電極分→１電極分→２電極分→１電極分→……と、伸縮を繰り返して水平電荷転送路８２方向に転送するのであるが、その前に、図９（ｂ）の次のタイミングの図９（ｃ）で、垂直転送電極Ｖ４に電圧を印加して１電極分の空パケット９０を形成する。即ち、信号電荷を入れた信号パケット９１と空パケット９０とが交互に垂直電荷転送路８１上に並ぶことになる。
【００４２】
以後、図９（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）→（ｊ）→（ｋ）→（ｌ）→（ｍ）→（ｏ）と、信号パケット９１が電極Ｖ１下の位置に来るまで、信号パケット９１と空パケット９０とを共に、２電極分→１電極分→２電極分→…と伸縮を繰り返し、転送を行う。
【００４３】
信号パケット９１が電極Ｖ１下に来たとき（図９（ｏ））から、上述した信号電荷は待機状態となり、水平電荷転送路による信号電荷の転送及び出力が行われるが、この待機状態中でも、空パケット９０の転送動作は継続する（図９（ｐ）〜図９（ｔ））。この空パケット９０の転送動作は、転送方向前段の信号パケット９１に空パケット９０が合流したとき、終了する。
【００４４】
その後、水平電荷転送路における転送，出力動作が終了した後、再び、垂直電荷転送路８１の信号パケットの転送（図９（ｂ）〜（ｔ））が開始される。
【００４５】
空パケット転送モード時は、信号電荷量が極めて小さく、少しの転送洩れが生じても観察部位の撮像画質を劣化させてしまう。しかし、本実施形態の様に、垂直電荷転送路上の転送時に、空パケット９０を形成し転送させることで、そして、信号パケット９１を待機状態とするときこの空パケット９０を前段で転送される信号パケット９１に合流させることで、転送洩れを少なくすることが可能となる。
【００４６】
例えば、或る信号パケットで信号電荷の転送洩れが発生したとする。この転送洩れ電荷は、図９（ｋ）に示す様に、後段で転送される空パケット９２に拾われ、転送されることになる。この空パケット９２は、転送洩れを起こした前段の信号パケット９３と合流されるため、転送洩れが回避される。
【００４７】
図１０は、本発明の別実施形態に係る空パケット転送モードの説明図である。図９で説明した空パケット転送モードは、図１０（ａ）に示す様に、信号パケット９１の間に、信号パケット９１と同容量の空パケット９０を形成して転送した。しかし、空パケット９０の容量を、図１０（ｂ）に示す様に、信号パケット９１より大容量とすることでも良い。図１０（ａ）の小容量の空パケットとするか、図１０（ｂ）の大容量の空パケットとするかを、観察部位の撮影照度によって切り換える構成としても良い。
【００４８】
図１１（ａ）は、撮影照度によって空パケットの容量を切り換える処理手順を示すフローチャートである。先ず、観察部位の撮影照度を測定し、測定照度が閾値照度より低いか否かを判定する（ステップＳ１０）。測定照度が閾値照度より高い場合には、ステップＳ１１に進み、小容量の空パケットを形成する空パケット転送モードを選択する。
【００４９】
ステップＳ１０の判定の結果、測定照度が閾値照度より低い場合には、それだけ信号電荷量が少なく、少しの転送洩れでも画質劣化が酷くなるため、転送洩れ電荷を拾う可能性を高めるために、大容量の空パケットを形成する空パケット転送モードを選択する（ステップＳ１２）。
【００５０】
照度は、照度検出センサを内視鏡先端部２５に搭載して測定しても良いが、低照度の場合には信号電荷量（出力される信号量）が少なくなるため、信号電荷量が閾値以下になるか否かで間接的に判断しても良い。この判断は、動画状態で撮像素子から出力される撮像画像信号の信号量を計測し、前フレーム或いは前々フレームの信号量で判断することができる。
【００５１】
上記の実施形態は、信号パケット９１間に、１つの空パケットを形成して転送する実施形態であったが、信号パケット９１間に、図１０（ｃ）に示す様に、複数（図示の例では２つ）の空パケット９０を形成して転送し、待機状態となったとき複数の空パケット９０を共に先行する信号パケット９１に合流させる構成としても良い。又、図１１（ａ）では、撮影照度によって空パケットの容量の切り換えを行っているが、代わりに、図１１（ｂ）に示す様に、空パケットの数を撮影照度によって切り換えることも可能である。測定照度が閾値照度より低い場合には、空パケット数を増加するモードで転送する。
【００５２】
空パケットを信号パケット待機時に合流させる理由は、暗電流対策である。空パケットを信号パケットに合流させずに空パケットとして垂直電荷転送路上で待機させると、暗電流が空パケット内に入り込む虞が高くなるためである。
【００５３】
この暗電流を、転送洩れ電荷収集用の空パケットとは別個に用意した空パケットで収集することも可能である。図１０（ｄ）の実施形態では、信号パケット９１間に複数（図示の例では２つ）の空パケット９５，９６を形成し、後段の信号パケット９１の直前に先行する空パケット９６を暗電流収集用空パケットとし、この暗電流収集用空パケット９６より先行し前段の信号パケット９１に対して後行する空パケットを転送洩れ電荷収集用の空パケットとする。
【００５４】
転送洩れ電荷収集用の空パケット９５は、信号パケット９１の待機中に先行する信号パケットに合流させるが、暗電流収集用の空パケット９６は、合流させずに、常に独立した空パケット９６として、信号パケット９１の待機中でも垂直電荷転送路８１上で待機させる。
【００５５】
この構成により、暗電流収集用の空パケット９６は、後段の信号パケット９１に先行して垂直電荷転送路８１上の暗電流やスミア電荷を収集するため、信号パケット９１内に暗電流やスミア電荷が混入する可能性が低くなる。この暗電流収集用の空パケット９６で集めた電荷（暗電流，スミア）は、信号電荷とは別に水平電荷転送路で転送し廃棄してしまう。あるいは、水平電荷転送路に併設したドレイン機構を通して半導体基板側に廃棄してしまう。
【００５６】
図１２は、図５とは異なる画素配列の固体撮像素子１００の表面模式図である。固体撮像素子１００の半導体基板表面部には、二次元アレイ状に複数のフォトダイオード（画素）１０１が配列形成され、各画素列に沿って垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）１０２が形成され、各垂直電荷転送路１０２の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）１０４が形成され、水平電荷転送路１０４の出力端部に、転送されてきた信号電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ１０５が設けられている。
【００５７】
本実施形態の固体撮像素子１００では、各画素１０１が、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチずつずらして形成され、所謂ハニカム画素配列となっている。
【００５８】
図中の各画素１０１上に記載したＲ，Ｇ，Ｂは、カラーフィルタ（赤，緑，青）を示しており、各画素１０１から左斜め下方向に図示した矢印は、その画素１０１から隣接の垂直電荷転送路１０２に信号電荷を読み出す方向を示している。
【００５９】
垂直電荷転送路１０２は、半導体基板表面部に形成された図示しない埋め込みチャネルと、その上にゲート絶縁膜を介して形成したポリシリコン膜でなる転送電極とで構成され、図１２には、転送電極が垂直方向に多段に形成されている状態を示している。
【００６０】
夫々の垂直転送電極は、横一行に連続して設けられており、左右端（図示する例では左端）から転送パルスが印加される様になっている。図示する例の固体撮像素子１００は、１６相駆動される配線接続構成となっており、各垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ１６に、夫々φＶ１〜φＶ１６の転送パルスが印加される。即ち、転送電極Ｖｉに、転送パルスφＶｉが印加される。転送パルスφＶ１〜φＶ１６は、図４の制御部６１の指示によりＣＣＤ駆動部６１ａ４が生成し、固体撮像素子１００の対応する転送電極に供給される。
【００６１】
なお、「垂直」「水平」という用語を用いて説明しているが、これは、固体撮像素子を形成した半導体基板の表面に沿う「一方向」「この一方向に対して略直角の方向」という意味に過ぎない。図５の説明でも同様である。
【００６２】
図１３は、固体撮像素子の駆動方法説明図であり、垂直転送パルスφＶ１〜φＶ１６によって駆動される垂直電荷転送路の状態変化を示す図である。上段は、信号パケット及び空パケットの形成及び転送の様子を示し、下段は、上段の状態を実現する各転送電極への転送パルスの波形（印加電圧）を示している。
【００６３】
図中の低電圧Ｌ（例えば−８Ｖ）が印加されている電極をＶＬ電極とし、中電圧Ｍ（例えば±０Ｖ）が印加されている電極をＶＭ電極としており、中電圧が印加されている電極下に電位パケットが形成される。
【００６４】
図に示す時刻ｔ１では、電極Ｖ５〜Ｖ９がＶＭ電極となっており、この下に電位パケット（黒塗り部分）が形成される。この電位パケット内に信号電荷が入れられ、信号パケット１２１となる。これと同時に、電極Ｖ１，Ｖ２もＶＭ電極となっており、この下に電位パケット（斜線部分）が形成される。この電位パケットは、画素１０１の検出電荷を入れない空パケット１２２である。
【００６５】
次の時刻ｔ２では、信号パケット２１の形成電極（ＶＭ電極）はＶ５〜Ｖ１０と１電極分だけ水平電荷転送路側に伸び、次の時刻ｔ３では、信号パケット２１の形成電極はＶ６〜Ｖ１０と反水平電荷転送路側が１電極分だけ縮まる。これにより、信号パケット１２１は、１電極分、水平電荷転送路側に転送されたことになる。
【００６６】
これと同時に、時刻ｔ２では、空パケット１２２の形成電極はＶ１〜Ｖ３と１電極分だけ水平電荷転送路側に伸び、次の時刻ｔ３では、空パケット１２２の形成電極はＶ２，Ｖ３と反水平電荷転送路側が１電極分だけ縮まる。これにより、信号パケット１２１の伸縮と同時に、空パケット１２２も１電極分だけ伸縮し、水平電荷転送路側に転送されることになる。
【００６７】
この様にして信号パケット１２１が水平電荷転送路の方向に転送され、その後段に２電極分の間隔を開けて空パケット１２２が転送されることにより、信号パケット１２１の転送に伴って発生する転送残り（転送洩れ）電荷は空パケット１２２に拾われて水平電荷転送路の方向に転送されることになる。
【００６８】
そして、時刻ｔ１１になると、信号パケット１２１の形成電極はＶ１０〜Ｖ１４の５電極分となる。この状態になると、水平電荷転送路直前まで転送されてきた部分の信号パケット（図１３には図示せず）の信号電荷は水平電荷転送路に転送されることになる。水平電荷転送路は、受け取った信号電荷を、水平転送パルスφＨ１，φＨ２に基づいて出力アンプ側に転送することになる。
【００６９】
水平電荷転送路に水平転送パルスφＨ１，φＨ２が印加され、水平電荷転送路が転送駆動されている最中は、垂直電荷転送路は停止状態に維持され、信号パケット１２１の電極Ｖ１０〜Ｖ１４の形成状態が維持される。
【００７０】
この状態に入るとき、即ち、時刻ｔ１１で信号パケット１２１は停止状態に入るが、時刻ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５，ｔ１６と、空パケット１２２の転送は続行され、空パケット１２２が信号パケット１２１に合流されてから、空パケット１２２の転送も停止される。つまり、空パケット１２２の転送で拾われた転送残り電荷は、信号パケット１２１内の元の信号電荷と混合され、実効的に転送効率が高くなる。
【００７１】
水平電荷転送路が転送駆動されている最中は、空パケット１２２の存在は消失し、信号パケット１２１のみが垂直電荷転送路上で待機状態となる。水平電荷転送路の転送駆動が終了し、時刻ｔａ（図３の左端側）で信号パケット１２１の転送が開始されるとき、その直前で電極Ｖ７，Ｖ８がＶＭ電極とされて空パケット１２２が形成され、以後、上記と同様にして、信号パケット１２１の転送と並行して、直後の後段に空パケット１２２が同期して転送される。
【００７２】
この様に、本実施形態では、水平ブランキング期間（＝垂直転送期間）に、垂直電荷転送路に多数形成される信号パケット１２１の各々に対して、その直後に空パケット１２２を形成して垂直電荷転送路を駆動するため、実効的に転送効率の向上が図られ、撮像画像の画質改善を図ることが可能となる。
【００７３】
しかも、水平電荷転送路の転送駆動開始の直前までに、空パケット１２２を、転送残りの発生元となる信号パケット１２１に合流させてしまい、水平電荷転送路の駆動中すなわち垂直電荷転送路の停止中は、空パケット１２２を消失させるため、更なる画質改善を図ることが可能となる。
【００７４】
その理由は、前述した通りであり、垂直電荷転送路の停止中に空パケット１２２が存在すると、その空パケット１２２内に暗電流ノイズ電荷が蓄積されてしまい、この暗電流ノイズが信号電荷に混入すると、撮像画像のＳ／Ｎを劣化させてしまうためである。
【００７５】
図１４は、本発明の別実施形態の駆動方法説明図であり、図の見方は図１３と同じである。図１３で説明した実施形態では、信号パケット１２１に対して１つの空パケット２２を直後の後段に転送させ、１つの空パケット１２２で転送残り電荷を拾い集め、これを信号パケット１２１に合流させた。
【００７６】
これに対し、本実施形態では、図１０（ｃ）と同様に、空パケット１２２の後に別の空パケット１２３を形成して転送する構成している。即ち、信号パケット１２１の転送残りを空パケット１２２で拾い、空パケットで拾い集めた電荷の転送残りを２つ目の空パケット１２３で拾い集める構成としている。これにより、実効的な転送効率の更なる向上を図ることが可能となる。
【００７７】
勿論、この場合にも、水平電荷転送路の駆動直前（＝垂直電荷転送路の停止直前）に、図示する様に２つの空パケット１２２，１２３を共に信号パケット１２１に合流させてしまい、垂直電荷転送路の停止中に空パケットが無い状態にする。即ち、信号パケット１２１だけとする。
【００７８】
図１５は、本発明の更に別の実施形態の駆動方法説明図である。図の見方は図１３と同じである。図１５（ａ）に示す様に、信号パケット１２１を形成する電極数を多くして容量「大」とし多量の信号電荷を転送できる構成とした場合、空パケット１２２の電極数が多くとれない場合が生じる。しかし、信号電荷量が多い場合（飽和量が多い駆動時）には、転送効率が少し程度低くてもあまり問題はない。
【００７９】
しかし、信号電荷量が少ない場合（飽和量が少ない駆動時）、例えば、特殊光環境下のため高ＩＳＯ感度で撮影する時には、信号電荷量自体が少ない。この場合に、図１５（ａ）に示すような広い信号パケット（転送容量が大）１２１を形成して転送し、その後段の空パケットの電極数を少ないまま（転送容量が小）にしておくと、転送効率の若干の低下が大きな画質低下につながってしまう。
【００８０】
そこで、本実施形態では、図１５（ｂ）に示す様に、高ＩＳＯ感度による撮影時つまり低感度，高ゲイン時の様に信号電荷量自体が少なくなる場合には、信号パケット１２１の電極数を少なくし（転送容量を小）、代わりに空パケット１２２の形成電極数を多くする（転送容量を大）。これにより、転送残りを多く拾い集めることができ、少量の信号電荷の転送時でも転送効率の向上を図ることが可能となり、高ＩＳＯ感度時の画質向上を図ることが可能となる。
【００８１】
なお、図１５（ｂ）では、１つの空パケットの転送容量を大きくした例を説明したが、図１４と同様に、２つの空パケットを１つの信号パケットの後段に形成し、実効的に空パケットの転送容量を大きくしても良い。
【００８２】
図１６は、更に別実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。前述したＣＣＤ型固体撮像素子は、インターライン型であるが、本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子２００は、フレームトランスファ（ＦＴ）型であり、半導体基板の受光部２０１には、垂直方向に連続して複数の画素２０２が形成され、連続する複数の画素列がそのまま画素列に沿う垂直電荷転送路を構成する。
【００８３】
受光部２０１の垂直方向下部には蓄積部２０５が設けられている。この蓄積部２０５の構成は受光部２０１と略同じであるが、遮光膜２０６で覆われている点が異なる。
【００８４】
蓄積部２０５の垂直方向下部には、複数の垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って水平電荷転送路２０７が設けられ、水平電荷転送路２０７の転送方向端部には出力アンプ２０８が設けられている。
【００８５】
図１７（ａ）は、図１６に示す画素列に沿った断面模式図である。半導体基板２１０には各画素対応のｎ領域が少し離間して設けられている。この半導体基板２１０の表面にはゲート絶縁膜２１１を介して転送電極２１２，２１４が積層される。
【００８６】
第１層の転送電極２１２は、画素対応のｎ領域上方位置に設けられ、第１層の転送電極２１２と絶縁膜２１３を介して隣接する第２層の転送電極２１４が、画素間（ｎ領域間）の上方位置に積層される。第１層の転送電極２１２と第２層の転送電極２１４とは、境界部分で若干重複し重なり部分が生じる様になっている。転送電極２１２，２１４を単層膜構成としても良いが、転送電極２１２と転送電極２１４との間の狭い絶縁部分に転送洩れ電荷が残る可能性があるため、転送電極２１２と転送電極２１４との間に前記の重なり部分を設けた方が良い。
【００８７】
各転送電極２１２，２１４が半導体基板２１０の上記ゲート絶縁膜２１１に接する各々の箇所において、垂直電荷転送路の転送方向後段位置に高濃度ｐ領域２１５を設けている。この結果、各転送電極２１２，２１４に電位井戸形成用の電圧を印加したとき、転送方向に階段状に電位井戸を深く形成することが可能となる。
【００８８】
図１７（ｂ）は、第１層の転送電極２１２に第１電圧を印加し第２層の転送電極２１４に第２電圧を印加したときの各電極下に形成される電位井戸の状態を示す図である。第１層転送電極２１２の下に深い電位井戸が形成され、ここに、受光量に応じた信号電荷２２０が蓄積される。
【００８９】
図１８は、図１７（ｂ）の様にして蓄積された信号電荷を蓄積部２０５まで転送する通常転送モード（図７のステップＳ２）を示す図である。図１８（ａ）＝図１７（ａ）であり、図１８（ｃ）＝図１７（ｂ）である。図１８（ｃ）の状態（転送電極２１２に第１電圧印加、転送電極２１４に第２電圧印加）と、図１８（ｂ）の状態（転送電極２１２の第２電圧印加、転送電極２１４に第１電圧印加）とを交互に繰り返すことで、垂直方向への信号電荷２２０の転送が行われる。
【００９０】
図１９，図２０は、特殊光環境下で得られた信号電荷の転送の様子（図７の空パケット転送モードＳ３）を示す図である。図１９（ｂ）に示す様に、特殊光環境下で得られる信号電荷２３０の量は極めて少ないため、例えば奇数番目の電位井戸を一段分だけ垂直方向に転送して偶数番目の電位井戸と合流させ、信号電荷の２画素加算を行う。
【００９１】
これにより、奇数番目の電位井戸の箇所に空パケット２３１を形成するスペースが形成され、垂直電荷転送路上には、信号パケット，空パケット，信号パケット，空パケット，…と交互に並ぶことになる。この状態で、２画素加算した信号電荷２３０を入れた信号パケットと、空パケット２３１とを図２０（ｂ）（ｃ）に示す様に垂直方向に転送することで、先行する信号パケット２３０で発生した転送洩れ電荷が、直後に転送される空パケット２３１で拾われることになる。
【００９２】
蓄積部２０５まで転送された信号パケット２３０は一旦待機状態となるが、空パケット２３１は１段分だけ転送を継続して先行する信号パケット２３０と合流させる。これにより、ＦＴ―ＣＣＤにおける転送効率を向上させることが可能となる。蓄積部２０５から水平電荷転送路２０７まで転送する場合にも、上記と同様に空パケットを転送して転送効率を向上させる。
【００９３】
図１９，図２０で説明した空パケット転送モードは、図１０（ａ）に対応する実施形態であり、信号パケットと空パケットとが交互に垂直電荷転送路上に配置される。図１９で説明した２画素加算ではなく、３画素加算を行うと、信号パケット間に２つの空パケットを形成することが可能となる。この場合は、図１０（ｃ）に対応する実施形態となり、２つの空パケット２３１を転送し待機中の信号パケット２３０に合流することで、転送効率の向上を図ることが可能となる。
【００９４】
あるいは、３画素加算して形成した２つの空パケットのうち、後の空パケットを後段の信号パケットに先行する暗電流収集用の空パケットとしてＳ／Ｎ向上を図ることでも良い。
【００９５】
図２１は、内視鏡装置の図４に代わる実施形態の機能ブロック図である。基本的には図４の構成と同じため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。本実施形態の内視鏡装置は、白色光光源５７は用いずに、赤色（Ｒ）光光源７１，緑色（Ｇ）光光源７２，青色光光源７３を併設し、合波器５７に接続している点が、図４と異なる。
【００９６】
図２２は、図２１の内視鏡装置で用いる撮像素子２６のフィルタ配列を示す図である。図２２の撮像素子は、各画素３０１が正方格子配列されており、画素列に沿って垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）３０２が形成され、各垂直電荷転送路３０２の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）３０３が形成され、水平電荷転送路３０３の転送方向端部に、転送されてきた信号電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ３０４とが設けられている。
【００９７】
図１２の撮像素子の各画素の上には、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のカラーフィルタを積層したが、図２２の撮像素子では、各画素の上に、透明層Ｗを積層している。透明層Ｗとは、赤色光光源７１からの照明光、緑色光光源７２からの照明光、青色光光源７３からの照明光、観察部位で自家発光する蛍光の夫々に対して光学的に透明な層である。
【００９８】
斯かる構成の内視鏡装置では、光源制御部５９が、赤色光光源７１，緑色光光源７２，青色光光源７３を巡回的に動作させ、観察部位を、赤色光→緑色光→青色光→赤色光→緑色光→……と、各色光で巡回的に照明する。撮像素子２６は、各色光毎の撮像画像を取り込んで撮像画像信号を各色光毎に画像処理部６３に出力する、という面順次撮像方式が採用される。
【００９９】
図２１に示す内視鏡装置では、撮像素子２６として、カラーフィルタＲＧＢを搭載したものでも使用可能である。この場合、カラーフィルタ配列としては、３原色系カラーフィルタＲＧＢを、図２３（ａ）に示す様にベイヤ配列したものでも良い。内視鏡装置の光源制御部５９は、Ｒ光光源７１とＧ光光源７２とＢ光光源７３とを同時に発光させ合波器５７で合波させることで、白色光を生成し、白色光を照明光とする。
【０１００】
しかし、原色系カラーフィルタは、各画素の光利用効率が１／３となるため（例えば、ＲフィルタはＧ光とＢ光を通さないため）、図２３（ｂ）に示す様に、補色系カラーフィルタを用いるのが好ましい。
【０１０１】
内視鏡装置による観察部位の撮影は、上述したように、明るい照明光の下で撮影する場合と、暗い特殊光環境下で撮影する場合とがある。明るい照明光の下での撮影だけ考えれば、図２３（ａ）（ｂ）の様なカラーフィルタを搭載しカラー画像を撮影できる撮像素子が好ましい。しかし、この撮像素子で特殊光による撮影を行うと、微弱な特殊光のうちカラーフィルタを透過した光しか撮像素子は検出できないため、特殊光環境下での撮影に不利となる。
【０１０２】
そこで、図２４に示す撮像素子を使用するのが好ましい。この撮像素子３５０は、各画素３０１が正方格子配列されており、各画素列のうち奇数列の画素列の各画素にカラーフィルタを搭載し、偶数列の画素列に透明層Ｗを積層している。カラーフィルタ配列は、図２３（ａ）のベイヤ配列でも、図２３（ｂ）の補色系カラーフィルタ配列でも良い。
【０１０３】
そして、明るい照明光の元で撮影を行った場合には、カラーフィルタを搭載した各画素の検出信号で観察部位のカラー画像を生成し、特殊光環境下で撮影を行った場合には、透明層Ｗを積層した各画素の検出信号で観察部位の輝度画像を生成する。これにより、微弱な特殊光でも品質の高い画像を得ることが可能となる。
【０１０４】
透明層Ｗを積層する画素配列，カラーフィルタを積層する画素配列は、図２４の実施形態に限るものではない。例えば図２５の撮像素子３６０に示す様に、市松位置の各画素に透明層Ｗを積層し、残りの市松位置の各画素にカラーフィルタを積層する構成でも良い。また、図２４，図２５では、各画素が正方格子配列された例を示したが、各画素が図１２に示す様な所謂ハニカム画素配列であっても、透明層Ｗをモザイク的に配置することで、同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
図２６は、内視鏡装置の図４に代わる更に別実施形態の機能ブロック図である。基本的には図４の構成と同じため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。本実施形態の内視鏡装置は、励起光光源５６の代わりに、蛍光光源７５を設けている点が異なる。蛍光光源は、例えば蛍光体を内蔵し、この蛍光体にレーザ光などを照射して発光した蛍光を合波器５７に出力する構成とすれば良い。
【０１０６】
なお、上述した各種実施形態を別々の実施形態として説明したが、これら複数の実施形態を組み合わせた実施形態とすることでも良い。例えば、図１６に示すＦＴ―ＣＣＤのカラーフィルタ配列を、図２４や図２５とすることでも良い。
【０１０７】
以上述べた様に、実施形態による内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子を駆動するに当たり、前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させることを特徴とする。
【０１０８】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記特殊光環境下でない撮影時には前記空パケットの形成及び転送を行わないことを特徴とする。
【０１０９】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記複数の垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成された水平電荷転送路を転送駆動させるとき前記垂直電荷転送路の前記信号パケットの転送を停止させかつ前記水平電荷転送路の転送開始前に前記空パケットを前記転送残りの発生元となる前記信号パケットに合流させることを特徴とする。
【０１１０】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記空パケットは、転送残りの発生元となる信号パケットと次の信号パケットとの間に複数設けられることを特徴とする。
【０１１１】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記特殊光環境下でかつ前記信号電荷量が所定閾値より多くなる撮影条件下では前記空パケットの容量を小さくし前記信号電荷量が少なくなる撮影条件下では前記空パケットの容量を大きくすることを特徴とする。
【０１１２】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記信号電荷量が前記所定閾値より多いか少ないかは、前フレーム又は前々フレームで得られた前記固体撮像素子の出力信号で判断することを特徴とする。
【０１１３】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記固体撮像素子の各画素はカラーフィルタ非搭載であり、該固体撮像素子は、前記内視鏡制御部内で発光され前記内視鏡先端部に導入される複数色の撮影光の各色毎に面順次に駆動されることを特徴とする。
【０１１４】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記固体撮像素子にはカラーフィルタ搭載画素とカラーフィルタ非搭載画素とが設けられており、前記特殊光環境下での撮影では前記カラーフィルタ非搭載画素の検出信号から観察部位の画像が生成されることを特徴とする。
【０１１５】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記固体撮像素子はインターライン型ＣＣＤであることを特徴とする。
【０１１６】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記固体撮像素子はフレームトランスファ型ＣＣＤであり、前記画素と兼用する垂直電荷転送路の転送方向に複数画素の信号電荷を加算して前記空パケットを形成するスペースを確保することを特徴とする。
【０１１７】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した蛍光による撮影であることを特徴とする。
【０１１８】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した励起光により該観察部位で自家発光した蛍光による撮影であることを特徴とする。
【０１１９】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記信号パケットの転送方向直前に前記空パケットとは別に暗電流収集用パケットを形成し該暗電流収集用パケットで収集した電荷を廃棄することを特徴とする。
【０１２０】
以上述べた実施形態によれば、特殊光環境下の撮影で得られる信号電荷量は非常に少ないが、信号パケットの後に空パケットを送り、信号パケットで発生した転送残り電荷を空パケットで収集するため、転送効率を高めることができ、画質の高い観察部位の画像を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明に係る撮像装置は、特殊光環境下での撮影に適した固体撮像素子駆動手段を搭載するため、自家発光した蛍光による患部観察などを高品質に行うことが可能となり、内視鏡に適用すると有用である。
【符号の説明】
【０１２２】
１０ 内視鏡装置
２０ 内視鏡
２５ 内視鏡先端部
２６，１００，２００，３５０，３６０ ＣＣＤ型固体撮像素子
３４ 撮影レンズ
５０ 周辺装置
５１ プロセッサ（内視鏡制御部）
５２ 光源装置
５３ モニタ装置
５５ 白色光光源
５６ 励起光光源
５９ 光源制御部
６１ 制御部
６１ａ ＣＣＤ駆動部
８０，１０１，２０２，３０１ 画素（フォトダイオード）
８１，１０２，３０２ 垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）
９０，１２２，１２３ 空パケット
９１，１２１ 信号パケット
【技術分野】
【０００１】
本発明は内視鏡装置に係り、特に、ＣＣＤ型固体撮像素子を搭載した内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体内等に挿入される内視鏡の先端部には固体撮像素子が搭載され、固体撮像素子で撮影された観察部位の画像が、外部モニタ装置に表示される。固体撮像素子としては、ＣＭＯＳ型に比べて高ＳＮ比の画像が撮影できるＣＣＤ型が良く使われる。
【０００３】
人体内は暗所であるため、被写体照明光は、外部発光源の光を光ファイバ等を通して内視鏡内に導入し、内視鏡先端部から観察部位に対して照射する構成になっている。この被写体照明光として、キセノンランプの発光光やＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色レーザ光を混合して生成した光が用いられる。
【０００４】
しかし、近年の内視鏡は、上記の被写体照明光の他に、例えば下記の特許文献１，２に記載されている様に、患部等の観察部位に励起光を照射し自家発光した蛍光等の特殊光環境下で観察できる様になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７―５０１０６号公報
【特許文献２】特開２００６―２９６６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特殊光を用いて観察部位を撮像する場合、キセノンランプ等の白色光に比べて３桁程度少ない光量になってしまう。このため、特殊光による観察を行う場合、固体撮像素子の１画素１画素が被写体からの入射光量に応じて検出する信号電荷量（電子数）は、極めて小さな値となる。
【０００７】
ＣＣＤ型の固体撮像素子では、各画素が検出した信号電荷を垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）を用いて転送し出力するのであるが、各転送段での転送効率を１００％にすることは物理的に不可能なため、信号電荷の転送残り（転送洩れ）が発生してしまう。
【０００８】
この信号電荷の転送洩れは、照明光として白色光を用いたときの様に、元々の信号電荷量が大きければあまり問題とはならない。しかし、蛍光観察の様に、元々の信号電荷量が極めて小さい場合、少しの信号電荷の転送洩れでも、観察部位の画質を大きく劣化させてしまう。
【０００９】
本発明の目的は、光量が少ない特殊光環境下でＣＣＤ型固体撮像素子を用いて撮像するときに転送洩れを少なくする駆動方法を採用する内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内視鏡装置は、半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子と、前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させる内視鏡制御部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法は、半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子の駆動方法であって、前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、空パケットを転送することで、先行する信号パケットから転送洩れ電荷が発生しても空パケットで拾うことができ、転送効率の向上を図ることができ、画質の高い観察部位の画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す内視鏡装置の概略的な機能ブロック図である。
【図３】図１に示す内視鏡装置のスコープ部先端部の要部破断図である。
【図４】図１に示す内視鏡装置の詳細な機能ブロック図である。
【図５】図１に示す固体撮像素子の表面模式図である。
【図６】図５に示す固体撮像素子のフォトダイオードと転送電極との関係を示す図である。
【図７】図５，図６に示す固体撮像素子の転送駆動の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図７に示す通常転送モードの説明図である。
【図９】図７に示す空パケット転送モードの説明図である。
【図１０】空パケット転送モードの種々の実施形態の説明図である。
【図１１】空パケットの容量決定（ａ）と数決定（ｂ）の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１に示す固体撮像素子の別実施形態の表面模式図である。
【図１３】図１２の固体撮像素子の空パケット転送の様子を示す図である。
【図１４】図１２の固体撮像素子の別実施形態の空パケット転送の様子を示す図である。
【図１５】図１２の固体撮像素子の更に別実施形態の空パケット転送の様子を示す図である。
【図１６】図１に示す固体撮像素子の別実施形態（ＦＴ―ＣＣＤ）の表面模式図である。
【図１７】図１６に示す固体撮像素子の垂直方向の断面模式図（ａ）及び電位井戸の状態図（ｂ）である。
【図１８】図１６に示す固体撮像素子の通常転送モードを示す図である。
【図１９】図１６に示す固体撮像素子の空パケット形成の様子を示す図である。
【図２０】図１６に示す固体撮像素子の空パケット転送モードを示す図である。
【図２１】本発明の図４に代わる別実施形態の内視鏡装置の機能ブロック図である。
【図２２】本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。
【図２３】本発明の別実施形態に係る固体撮像素子のカラーフィルタ配列の一例を示す図である。
【図２４】本発明の更に別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。
【図２５】本発明の更に別実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。
【図２６】本発明の図４に代わる更に別実施形態の内視鏡装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、内視鏡装置の全体外観図である。内視鏡装置１０は、内視鏡２０と、周辺装置５０とを備える。内視鏡１０は、手元操作部２１と、この手元操作部２１の先端側に連設され患者の体腔内に挿入される可撓性のスコープ部２２と、手元操作部２１に連設され周辺装置５０に接続される装着部２３ａ，２３ｂとを備える。
【００１６】
周辺装置５０は、プロセッサ５１と、光源装置５２と、モニタ装置５３と、入力装置５４とを備え、装着部２３ａがプロセッサ５１に着脱自在に装着され、装着部２４ｂが光源装置５２に着脱自在に装着される。
【００１７】
図２は、図１に示す内視鏡装置１０の機能ブロック図である。内視鏡２０の装着部２３ｂが光源装置５２に装着され、光源装置５２で発光された照明光は、内視鏡２０内に挿通された２系統の光ファイバ束（ライトガイド）２４を通って内視鏡先端部２５から観察部位に対して照射される。図２では、照明光が２系統の光ファイバ束（ライトガイド）を通って照射される例が記載されているが、以下の説明及び他の図においても、２系統の照射に限らず、１系統あるいは３系統以上であってもよい。
【００１８】
観察部位で反射した被写体光あるいは自家発光した被写体光の光像は、内視鏡先端部２５に内蔵されたＣＣＤ型の撮像素子２６によって電気信号（撮像画像信号）に変換され、内視鏡２０内に挿通された信号配線２７によってプロセッサ５１に取り込まれる。
【００１９】
プロセッサ５１は、信号配線２７を介して観察部位の撮像画像信号を取り込み、オフセット処理，γ変換処理，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理，同時化処理等の周知の画像処理を施し、得られた被写体画像をモニタ装置５３に表示する。
【００２０】
図３は、内視鏡先端部２５の要部破断図である。内視鏡先端部２５の先端面３０には、鉗子孔３１が開口されると共に、図２の光ファイバ束２４を通して導かれた照明光を観察部位に対して拡散して照射する２個の凹レンズ３２，３３が設けられている。また、２個の凹レンズ３２，３３の中間部分には集光レンズ３４が設けられ、観察部位で反射した光や自家発光の被写体光が集光レンズ３４で集光される。先端面３０にはノズル３５も設けられ、撮影レンズ３４を洗浄する洗浄液がノズル３５から噴射可能となっている。
【００２１】
内視鏡先端部２５に内蔵される固体撮像素子２６は、その受光面が先端面３０に対して垂直に配置されるため、円筒形状の先端部２５の集光レンズ３４背部には被写体光の光路を直角に曲げて固体撮像素子２６に受光させるプリズム３６が設けられている。
【００２２】
固体撮像素子２６は、配線基板２９に固定設置されており、配線基板２９から信号配線２７が引き出され、プロセッサ５１に接続される。
【００２３】
図４は、図２の更に詳細な機能ブロック図である。光源装置５２内には、白色光源５５と、励起光光源５６と、各光源５５，５６の出力に設けられた合波器５７及び合波器５７の出力を２系統に分けて２系統のライトガイド２４に装着部２３ｂを介して出力する分波器５８とを備える。
【００２４】
合波器５７は、２つの光源５５，５６からの出射光を合波するのではなく、いずれか一方の光源からの出射光を分波器５８に出力して２系統に分波するために設けている。このため、光源装置５２内には光源制御部５９が設けられ、プロセッサ５１の制御部６１からの指示によっていずれか一方の光源が選択され照明光を出射する様になっている。
【００２５】
プロセッサ５１は、制御部６１と、各種データやプログラムを格納したメモリ（記憶部）６２と、画像処理部６３とを備える。内視鏡２０内の撮像素子２６の出力にはＡ／Ｄ変換器３８が設けられ、撮像画像信号は内視鏡２０内でデジタルデータに変換される。このデジタルの撮像画像信号は、装着部２３ａを介して画像処理部６３に取り込まれ、上記の画像処理が施される。このとき、画像処理部６３は、光源制御部５９からの情報（どちらの光源が照明光源となっているかという情報）に基づいて画像処理を施し、処理結果を制御部６１を介して、表示部５３に表示させると共に外部の記録装置７０に記録させる。
【００２６】
制御部６１は、ＣＣＤ駆動部６１ａを内蔵し、光源制御部５９に白色光光源５５を動作させたときと、励起光光源５６を動作させたときとで、撮像素子２６の駆動モードを切り換える機能を持っている。
【００２７】
図１に示す手元操作部２１には切替ボタン３７が設けられており、内視鏡操作者が切替ボタン３７を用いて光源切替指示を制御部６１に伝達したとき、制御部６１は、光源制御部５９に発光させる光源を切り替えさせ、撮像素子２６の駆動モードを切り換える。
【００２８】
図５は、インターライン型ＣＣＤである固体撮像素子２６の表面模式図である。図示する例の固体撮像素子２６は、半導体基板表面部に複数の画素（フォトダイオード：ＰＤ）８０が正方格子状に配列形成されており、各画素列に沿って垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）８１が形成され、各垂直電荷転送路８１の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）８２が形成され、水平電荷転送路８２の転送方向端部に、転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ８３が設けられている。
【００２９】
図示する例の固体撮像素子２６では、１画素当たり２枚の垂直転送電極が設けられており、この２枚のうちの１枚が読出電極（８４）兼用の電極となっている。図６は、固体撮像素子２６の画素と垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６との関係を示す図であり、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５が読出電極兼用となっている。
【００３０】
本実施形態の固体撮像素子２６は、３フィールド読み出しで駆動される。つまり、１画面分の信号電荷（撮像画像信号）は、３回に分けて出力される。先ず図５に「ＰＤ１」と記載した画素から信号電荷を垂直電荷転送路８１に読み出し、これを水平電荷転送路８２まで転送し、次に水平電荷転送路８２でアンプ８３まで転送して撮像画像信号を出力する。そして次に、「ＰＤ２」の画素の信号電荷を同様にして出力し、最後に「ＰＤ３」の画素の信号電荷を出力する。
【００３１】
図７は、図４の制御部６１が行う撮像素子駆動モードの切替処理手順を示すフローチャートである。先ず、観察部位を特殊光で観察するか否かを判定する（ステップＳ１）。特殊光観察で無い場合には、図４の白色光光源５５の発光光を照明光とし明るい画像が撮像できるため、ステップＳ２に進み、後述の通常転送モードで撮像素子２６を駆動し、この処理を終了する。
【００３２】
特殊光観察の場合には、即ち、図４の励起光光源５６の発光光（励起光）を観察部位に照射し、観察部位で自家発光した蛍光を観察するため、微弱な信号電荷しか得られない。そこで、特殊光観察の場合にはステップＳ３に進み、詳細は後述する空パケット転送モードで撮像素子２６を駆動し、この処理を終了する。
【００３３】
図８は、図７のステップＳ２で行う通常転送モードを説明する垂直電荷転送路のポテンシャル遷移図である。図８（ａ）は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６を示しており、図８（ｂ）〜（ｎ）は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６に印加される転送パルスによって変化する電位井戸（ポテンシャル井戸）とその遷移状態を示している。
【００３４】
図８（ｂ）に示す状態は、読出電極兼用転送電極Ｖ１下に形成された電位井戸内に、図５の画素ＰＤ１の蓄積電荷を読み出し、水平電荷転送路８２方向に転送を開始する状態を示している。この通常転送モードは、照明光として特殊光でなく照度の高い白色光を用いているため、転送対象とする信号電荷量は大きい（電子数は多い）。
【００３５】
以下、図８（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）→（ｊ）→（ｋ）→（ｌ）→（ｍ）と、信号電荷を入れた電位井戸（信号パケット）を、垂直転送電極膜の２電極分→１電極分→２電極分→１電極分→……と、伸縮を繰り返して水平電荷転送路８２方向に転送する。
【００３６】
そして、図８（ｎ）に示す様に、次の垂直電極Ｖ１下に信号パケットが来たとき、垂直方向への転送を中止して待機状態とし、この待機状態中に、水平電荷転送路上の信号電荷を転送してアンプ８３から出力する。このアンプ８３からの出力が終了した後、また、図８（ｂ）〜（ｎ）の転送を繰り返すことで、１行分の信号電荷が水平電荷転送路８２に転送され、この水平電荷転送路８２上の信号電荷が、垂直電荷転送路の待機中に、転送され出力される。
【００３７】
なお、この通常転送モードは、信号電荷量が多いときの転送であるため、上記の様に、２電極分→１電極分→２電極分→…とするのではなく、信号パケットの容量を大きくして、３電極分→２電極分→３電極分→２電極分→…等として行っても良い。
【００３８】
図９は、図７のステップＳ３で行う空パケット転送モードを説明する垂直電荷転送路のポテンシャル遷移図である。図９（ａ）は図８（ａ）と同じである。
【００３９】
図９（ｂ）に示す状態は、読出電極兼用転送電極Ｖ１下に形成された電位井戸内に、図５の画素ＰＤ１の蓄積電荷を読み出し、水平電荷転送路８２方向に転送を開始する状態を示している。
【００４０】
この空パケット転送モードは、照明光として特殊光、この例では励起光を照射し、観察部位で自家発光させた蛍光を撮像素子が受光して得られる信号電荷を転送するときの転送モードである。自家発光の蛍光は微弱な光であるため、得られる信号電荷量は極めて小さく、このため転送対象とする信号電荷量は小さい（電子数は少ない）。
【００４１】
以下、図８で説明したときと同様に、信号電荷を入れた電位井戸（信号パケット）を垂直転送電極膜の２電極分→１電極分→２電極分→１電極分→……と、伸縮を繰り返して水平電荷転送路８２方向に転送するのであるが、その前に、図９（ｂ）の次のタイミングの図９（ｃ）で、垂直転送電極Ｖ４に電圧を印加して１電極分の空パケット９０を形成する。即ち、信号電荷を入れた信号パケット９１と空パケット９０とが交互に垂直電荷転送路８１上に並ぶことになる。
【００４２】
以後、図９（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）→（ｊ）→（ｋ）→（ｌ）→（ｍ）→（ｏ）と、信号パケット９１が電極Ｖ１下の位置に来るまで、信号パケット９１と空パケット９０とを共に、２電極分→１電極分→２電極分→…と伸縮を繰り返し、転送を行う。
【００４３】
信号パケット９１が電極Ｖ１下に来たとき（図９（ｏ））から、上述した信号電荷は待機状態となり、水平電荷転送路による信号電荷の転送及び出力が行われるが、この待機状態中でも、空パケット９０の転送動作は継続する（図９（ｐ）〜図９（ｔ））。この空パケット９０の転送動作は、転送方向前段の信号パケット９１に空パケット９０が合流したとき、終了する。
【００４４】
その後、水平電荷転送路における転送，出力動作が終了した後、再び、垂直電荷転送路８１の信号パケットの転送（図９（ｂ）〜（ｔ））が開始される。
【００４５】
空パケット転送モード時は、信号電荷量が極めて小さく、少しの転送洩れが生じても観察部位の撮像画質を劣化させてしまう。しかし、本実施形態の様に、垂直電荷転送路上の転送時に、空パケット９０を形成し転送させることで、そして、信号パケット９１を待機状態とするときこの空パケット９０を前段で転送される信号パケット９１に合流させることで、転送洩れを少なくすることが可能となる。
【００４６】
例えば、或る信号パケットで信号電荷の転送洩れが発生したとする。この転送洩れ電荷は、図９（ｋ）に示す様に、後段で転送される空パケット９２に拾われ、転送されることになる。この空パケット９２は、転送洩れを起こした前段の信号パケット９３と合流されるため、転送洩れが回避される。
【００４７】
図１０は、本発明の別実施形態に係る空パケット転送モードの説明図である。図９で説明した空パケット転送モードは、図１０（ａ）に示す様に、信号パケット９１の間に、信号パケット９１と同容量の空パケット９０を形成して転送した。しかし、空パケット９０の容量を、図１０（ｂ）に示す様に、信号パケット９１より大容量とすることでも良い。図１０（ａ）の小容量の空パケットとするか、図１０（ｂ）の大容量の空パケットとするかを、観察部位の撮影照度によって切り換える構成としても良い。
【００４８】
図１１（ａ）は、撮影照度によって空パケットの容量を切り換える処理手順を示すフローチャートである。先ず、観察部位の撮影照度を測定し、測定照度が閾値照度より低いか否かを判定する（ステップＳ１０）。測定照度が閾値照度より高い場合には、ステップＳ１１に進み、小容量の空パケットを形成する空パケット転送モードを選択する。
【００４９】
ステップＳ１０の判定の結果、測定照度が閾値照度より低い場合には、それだけ信号電荷量が少なく、少しの転送洩れでも画質劣化が酷くなるため、転送洩れ電荷を拾う可能性を高めるために、大容量の空パケットを形成する空パケット転送モードを選択する（ステップＳ１２）。
【００５０】
照度は、照度検出センサを内視鏡先端部２５に搭載して測定しても良いが、低照度の場合には信号電荷量（出力される信号量）が少なくなるため、信号電荷量が閾値以下になるか否かで間接的に判断しても良い。この判断は、動画状態で撮像素子から出力される撮像画像信号の信号量を計測し、前フレーム或いは前々フレームの信号量で判断することができる。
【００５１】
上記の実施形態は、信号パケット９１間に、１つの空パケットを形成して転送する実施形態であったが、信号パケット９１間に、図１０（ｃ）に示す様に、複数（図示の例では２つ）の空パケット９０を形成して転送し、待機状態となったとき複数の空パケット９０を共に先行する信号パケット９１に合流させる構成としても良い。又、図１１（ａ）では、撮影照度によって空パケットの容量の切り換えを行っているが、代わりに、図１１（ｂ）に示す様に、空パケットの数を撮影照度によって切り換えることも可能である。測定照度が閾値照度より低い場合には、空パケット数を増加するモードで転送する。
【００５２】
空パケットを信号パケット待機時に合流させる理由は、暗電流対策である。空パケットを信号パケットに合流させずに空パケットとして垂直電荷転送路上で待機させると、暗電流が空パケット内に入り込む虞が高くなるためである。
【００５３】
この暗電流を、転送洩れ電荷収集用の空パケットとは別個に用意した空パケットで収集することも可能である。図１０（ｄ）の実施形態では、信号パケット９１間に複数（図示の例では２つ）の空パケット９５，９６を形成し、後段の信号パケット９１の直前に先行する空パケット９６を暗電流収集用空パケットとし、この暗電流収集用空パケット９６より先行し前段の信号パケット９１に対して後行する空パケットを転送洩れ電荷収集用の空パケットとする。
【００５４】
転送洩れ電荷収集用の空パケット９５は、信号パケット９１の待機中に先行する信号パケットに合流させるが、暗電流収集用の空パケット９６は、合流させずに、常に独立した空パケット９６として、信号パケット９１の待機中でも垂直電荷転送路８１上で待機させる。
【００５５】
この構成により、暗電流収集用の空パケット９６は、後段の信号パケット９１に先行して垂直電荷転送路８１上の暗電流やスミア電荷を収集するため、信号パケット９１内に暗電流やスミア電荷が混入する可能性が低くなる。この暗電流収集用の空パケット９６で集めた電荷（暗電流，スミア）は、信号電荷とは別に水平電荷転送路で転送し廃棄してしまう。あるいは、水平電荷転送路に併設したドレイン機構を通して半導体基板側に廃棄してしまう。
【００５６】
図１２は、図５とは異なる画素配列の固体撮像素子１００の表面模式図である。固体撮像素子１００の半導体基板表面部には、二次元アレイ状に複数のフォトダイオード（画素）１０１が配列形成され、各画素列に沿って垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）１０２が形成され、各垂直電荷転送路１０２の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）１０４が形成され、水平電荷転送路１０４の出力端部に、転送されてきた信号電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ１０５が設けられている。
【００５７】
本実施形態の固体撮像素子１００では、各画素１０１が、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチずつずらして形成され、所謂ハニカム画素配列となっている。
【００５８】
図中の各画素１０１上に記載したＲ，Ｇ，Ｂは、カラーフィルタ（赤，緑，青）を示しており、各画素１０１から左斜め下方向に図示した矢印は、その画素１０１から隣接の垂直電荷転送路１０２に信号電荷を読み出す方向を示している。
【００５９】
垂直電荷転送路１０２は、半導体基板表面部に形成された図示しない埋め込みチャネルと、その上にゲート絶縁膜を介して形成したポリシリコン膜でなる転送電極とで構成され、図１２には、転送電極が垂直方向に多段に形成されている状態を示している。
【００６０】
夫々の垂直転送電極は、横一行に連続して設けられており、左右端（図示する例では左端）から転送パルスが印加される様になっている。図示する例の固体撮像素子１００は、１６相駆動される配線接続構成となっており、各垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ１６に、夫々φＶ１〜φＶ１６の転送パルスが印加される。即ち、転送電極Ｖｉに、転送パルスφＶｉが印加される。転送パルスφＶ１〜φＶ１６は、図４の制御部６１の指示によりＣＣＤ駆動部６１ａ４が生成し、固体撮像素子１００の対応する転送電極に供給される。
【００６１】
なお、「垂直」「水平」という用語を用いて説明しているが、これは、固体撮像素子を形成した半導体基板の表面に沿う「一方向」「この一方向に対して略直角の方向」という意味に過ぎない。図５の説明でも同様である。
【００６２】
図１３は、固体撮像素子の駆動方法説明図であり、垂直転送パルスφＶ１〜φＶ１６によって駆動される垂直電荷転送路の状態変化を示す図である。上段は、信号パケット及び空パケットの形成及び転送の様子を示し、下段は、上段の状態を実現する各転送電極への転送パルスの波形（印加電圧）を示している。
【００６３】
図中の低電圧Ｌ（例えば−８Ｖ）が印加されている電極をＶＬ電極とし、中電圧Ｍ（例えば±０Ｖ）が印加されている電極をＶＭ電極としており、中電圧が印加されている電極下に電位パケットが形成される。
【００６４】
図に示す時刻ｔ１では、電極Ｖ５〜Ｖ９がＶＭ電極となっており、この下に電位パケット（黒塗り部分）が形成される。この電位パケット内に信号電荷が入れられ、信号パケット１２１となる。これと同時に、電極Ｖ１，Ｖ２もＶＭ電極となっており、この下に電位パケット（斜線部分）が形成される。この電位パケットは、画素１０１の検出電荷を入れない空パケット１２２である。
【００６５】
次の時刻ｔ２では、信号パケット２１の形成電極（ＶＭ電極）はＶ５〜Ｖ１０と１電極分だけ水平電荷転送路側に伸び、次の時刻ｔ３では、信号パケット２１の形成電極はＶ６〜Ｖ１０と反水平電荷転送路側が１電極分だけ縮まる。これにより、信号パケット１２１は、１電極分、水平電荷転送路側に転送されたことになる。
【００６６】
これと同時に、時刻ｔ２では、空パケット１２２の形成電極はＶ１〜Ｖ３と１電極分だけ水平電荷転送路側に伸び、次の時刻ｔ３では、空パケット１２２の形成電極はＶ２，Ｖ３と反水平電荷転送路側が１電極分だけ縮まる。これにより、信号パケット１２１の伸縮と同時に、空パケット１２２も１電極分だけ伸縮し、水平電荷転送路側に転送されることになる。
【００６７】
この様にして信号パケット１２１が水平電荷転送路の方向に転送され、その後段に２電極分の間隔を開けて空パケット１２２が転送されることにより、信号パケット１２１の転送に伴って発生する転送残り（転送洩れ）電荷は空パケット１２２に拾われて水平電荷転送路の方向に転送されることになる。
【００６８】
そして、時刻ｔ１１になると、信号パケット１２１の形成電極はＶ１０〜Ｖ１４の５電極分となる。この状態になると、水平電荷転送路直前まで転送されてきた部分の信号パケット（図１３には図示せず）の信号電荷は水平電荷転送路に転送されることになる。水平電荷転送路は、受け取った信号電荷を、水平転送パルスφＨ１，φＨ２に基づいて出力アンプ側に転送することになる。
【００６９】
水平電荷転送路に水平転送パルスφＨ１，φＨ２が印加され、水平電荷転送路が転送駆動されている最中は、垂直電荷転送路は停止状態に維持され、信号パケット１２１の電極Ｖ１０〜Ｖ１４の形成状態が維持される。
【００７０】
この状態に入るとき、即ち、時刻ｔ１１で信号パケット１２１は停止状態に入るが、時刻ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５，ｔ１６と、空パケット１２２の転送は続行され、空パケット１２２が信号パケット１２１に合流されてから、空パケット１２２の転送も停止される。つまり、空パケット１２２の転送で拾われた転送残り電荷は、信号パケット１２１内の元の信号電荷と混合され、実効的に転送効率が高くなる。
【００７１】
水平電荷転送路が転送駆動されている最中は、空パケット１２２の存在は消失し、信号パケット１２１のみが垂直電荷転送路上で待機状態となる。水平電荷転送路の転送駆動が終了し、時刻ｔａ（図３の左端側）で信号パケット１２１の転送が開始されるとき、その直前で電極Ｖ７，Ｖ８がＶＭ電極とされて空パケット１２２が形成され、以後、上記と同様にして、信号パケット１２１の転送と並行して、直後の後段に空パケット１２２が同期して転送される。
【００７２】
この様に、本実施形態では、水平ブランキング期間（＝垂直転送期間）に、垂直電荷転送路に多数形成される信号パケット１２１の各々に対して、その直後に空パケット１２２を形成して垂直電荷転送路を駆動するため、実効的に転送効率の向上が図られ、撮像画像の画質改善を図ることが可能となる。
【００７３】
しかも、水平電荷転送路の転送駆動開始の直前までに、空パケット１２２を、転送残りの発生元となる信号パケット１２１に合流させてしまい、水平電荷転送路の駆動中すなわち垂直電荷転送路の停止中は、空パケット１２２を消失させるため、更なる画質改善を図ることが可能となる。
【００７４】
その理由は、前述した通りであり、垂直電荷転送路の停止中に空パケット１２２が存在すると、その空パケット１２２内に暗電流ノイズ電荷が蓄積されてしまい、この暗電流ノイズが信号電荷に混入すると、撮像画像のＳ／Ｎを劣化させてしまうためである。
【００７５】
図１４は、本発明の別実施形態の駆動方法説明図であり、図の見方は図１３と同じである。図１３で説明した実施形態では、信号パケット１２１に対して１つの空パケット２２を直後の後段に転送させ、１つの空パケット１２２で転送残り電荷を拾い集め、これを信号パケット１２１に合流させた。
【００７６】
これに対し、本実施形態では、図１０（ｃ）と同様に、空パケット１２２の後に別の空パケット１２３を形成して転送する構成している。即ち、信号パケット１２１の転送残りを空パケット１２２で拾い、空パケットで拾い集めた電荷の転送残りを２つ目の空パケット１２３で拾い集める構成としている。これにより、実効的な転送効率の更なる向上を図ることが可能となる。
【００７７】
勿論、この場合にも、水平電荷転送路の駆動直前（＝垂直電荷転送路の停止直前）に、図示する様に２つの空パケット１２２，１２３を共に信号パケット１２１に合流させてしまい、垂直電荷転送路の停止中に空パケットが無い状態にする。即ち、信号パケット１２１だけとする。
【００７８】
図１５は、本発明の更に別の実施形態の駆動方法説明図である。図の見方は図１３と同じである。図１５（ａ）に示す様に、信号パケット１２１を形成する電極数を多くして容量「大」とし多量の信号電荷を転送できる構成とした場合、空パケット１２２の電極数が多くとれない場合が生じる。しかし、信号電荷量が多い場合（飽和量が多い駆動時）には、転送効率が少し程度低くてもあまり問題はない。
【００７９】
しかし、信号電荷量が少ない場合（飽和量が少ない駆動時）、例えば、特殊光環境下のため高ＩＳＯ感度で撮影する時には、信号電荷量自体が少ない。この場合に、図１５（ａ）に示すような広い信号パケット（転送容量が大）１２１を形成して転送し、その後段の空パケットの電極数を少ないまま（転送容量が小）にしておくと、転送効率の若干の低下が大きな画質低下につながってしまう。
【００８０】
そこで、本実施形態では、図１５（ｂ）に示す様に、高ＩＳＯ感度による撮影時つまり低感度，高ゲイン時の様に信号電荷量自体が少なくなる場合には、信号パケット１２１の電極数を少なくし（転送容量を小）、代わりに空パケット１２２の形成電極数を多くする（転送容量を大）。これにより、転送残りを多く拾い集めることができ、少量の信号電荷の転送時でも転送効率の向上を図ることが可能となり、高ＩＳＯ感度時の画質向上を図ることが可能となる。
【００８１】
なお、図１５（ｂ）では、１つの空パケットの転送容量を大きくした例を説明したが、図１４と同様に、２つの空パケットを１つの信号パケットの後段に形成し、実効的に空パケットの転送容量を大きくしても良い。
【００８２】
図１６は、更に別実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。前述したＣＣＤ型固体撮像素子は、インターライン型であるが、本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子２００は、フレームトランスファ（ＦＴ）型であり、半導体基板の受光部２０１には、垂直方向に連続して複数の画素２０２が形成され、連続する複数の画素列がそのまま画素列に沿う垂直電荷転送路を構成する。
【００８３】
受光部２０１の垂直方向下部には蓄積部２０５が設けられている。この蓄積部２０５の構成は受光部２０１と略同じであるが、遮光膜２０６で覆われている点が異なる。
【００８４】
蓄積部２０５の垂直方向下部には、複数の垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って水平電荷転送路２０７が設けられ、水平電荷転送路２０７の転送方向端部には出力アンプ２０８が設けられている。
【００８５】
図１７（ａ）は、図１６に示す画素列に沿った断面模式図である。半導体基板２１０には各画素対応のｎ領域が少し離間して設けられている。この半導体基板２１０の表面にはゲート絶縁膜２１１を介して転送電極２１２，２１４が積層される。
【００８６】
第１層の転送電極２１２は、画素対応のｎ領域上方位置に設けられ、第１層の転送電極２１２と絶縁膜２１３を介して隣接する第２層の転送電極２１４が、画素間（ｎ領域間）の上方位置に積層される。第１層の転送電極２１２と第２層の転送電極２１４とは、境界部分で若干重複し重なり部分が生じる様になっている。転送電極２１２，２１４を単層膜構成としても良いが、転送電極２１２と転送電極２１４との間の狭い絶縁部分に転送洩れ電荷が残る可能性があるため、転送電極２１２と転送電極２１４との間に前記の重なり部分を設けた方が良い。
【００８７】
各転送電極２１２，２１４が半導体基板２１０の上記ゲート絶縁膜２１１に接する各々の箇所において、垂直電荷転送路の転送方向後段位置に高濃度ｐ領域２１５を設けている。この結果、各転送電極２１２，２１４に電位井戸形成用の電圧を印加したとき、転送方向に階段状に電位井戸を深く形成することが可能となる。
【００８８】
図１７（ｂ）は、第１層の転送電極２１２に第１電圧を印加し第２層の転送電極２１４に第２電圧を印加したときの各電極下に形成される電位井戸の状態を示す図である。第１層転送電極２１２の下に深い電位井戸が形成され、ここに、受光量に応じた信号電荷２２０が蓄積される。
【００８９】
図１８は、図１７（ｂ）の様にして蓄積された信号電荷を蓄積部２０５まで転送する通常転送モード（図７のステップＳ２）を示す図である。図１８（ａ）＝図１７（ａ）であり、図１８（ｃ）＝図１７（ｂ）である。図１８（ｃ）の状態（転送電極２１２に第１電圧印加、転送電極２１４に第２電圧印加）と、図１８（ｂ）の状態（転送電極２１２の第２電圧印加、転送電極２１４に第１電圧印加）とを交互に繰り返すことで、垂直方向への信号電荷２２０の転送が行われる。
【００９０】
図１９，図２０は、特殊光環境下で得られた信号電荷の転送の様子（図７の空パケット転送モードＳ３）を示す図である。図１９（ｂ）に示す様に、特殊光環境下で得られる信号電荷２３０の量は極めて少ないため、例えば奇数番目の電位井戸を一段分だけ垂直方向に転送して偶数番目の電位井戸と合流させ、信号電荷の２画素加算を行う。
【００９１】
これにより、奇数番目の電位井戸の箇所に空パケット２３１を形成するスペースが形成され、垂直電荷転送路上には、信号パケット，空パケット，信号パケット，空パケット，…と交互に並ぶことになる。この状態で、２画素加算した信号電荷２３０を入れた信号パケットと、空パケット２３１とを図２０（ｂ）（ｃ）に示す様に垂直方向に転送することで、先行する信号パケット２３０で発生した転送洩れ電荷が、直後に転送される空パケット２３１で拾われることになる。
【００９２】
蓄積部２０５まで転送された信号パケット２３０は一旦待機状態となるが、空パケット２３１は１段分だけ転送を継続して先行する信号パケット２３０と合流させる。これにより、ＦＴ―ＣＣＤにおける転送効率を向上させることが可能となる。蓄積部２０５から水平電荷転送路２０７まで転送する場合にも、上記と同様に空パケットを転送して転送効率を向上させる。
【００９３】
図１９，図２０で説明した空パケット転送モードは、図１０（ａ）に対応する実施形態であり、信号パケットと空パケットとが交互に垂直電荷転送路上に配置される。図１９で説明した２画素加算ではなく、３画素加算を行うと、信号パケット間に２つの空パケットを形成することが可能となる。この場合は、図１０（ｃ）に対応する実施形態となり、２つの空パケット２３１を転送し待機中の信号パケット２３０に合流することで、転送効率の向上を図ることが可能となる。
【００９４】
あるいは、３画素加算して形成した２つの空パケットのうち、後の空パケットを後段の信号パケットに先行する暗電流収集用の空パケットとしてＳ／Ｎ向上を図ることでも良い。
【００９５】
図２１は、内視鏡装置の図４に代わる実施形態の機能ブロック図である。基本的には図４の構成と同じため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。本実施形態の内視鏡装置は、白色光光源５７は用いずに、赤色（Ｒ）光光源７１，緑色（Ｇ）光光源７２，青色光光源７３を併設し、合波器５７に接続している点が、図４と異なる。
【００９６】
図２２は、図２１の内視鏡装置で用いる撮像素子２６のフィルタ配列を示す図である。図２２の撮像素子は、各画素３０１が正方格子配列されており、画素列に沿って垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）３０２が形成され、各垂直電荷転送路３０２の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）３０３が形成され、水平電荷転送路３０３の転送方向端部に、転送されてきた信号電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ３０４とが設けられている。
【００９７】
図１２の撮像素子の各画素の上には、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のカラーフィルタを積層したが、図２２の撮像素子では、各画素の上に、透明層Ｗを積層している。透明層Ｗとは、赤色光光源７１からの照明光、緑色光光源７２からの照明光、青色光光源７３からの照明光、観察部位で自家発光する蛍光の夫々に対して光学的に透明な層である。
【００９８】
斯かる構成の内視鏡装置では、光源制御部５９が、赤色光光源７１，緑色光光源７２，青色光光源７３を巡回的に動作させ、観察部位を、赤色光→緑色光→青色光→赤色光→緑色光→……と、各色光で巡回的に照明する。撮像素子２６は、各色光毎の撮像画像を取り込んで撮像画像信号を各色光毎に画像処理部６３に出力する、という面順次撮像方式が採用される。
【００９９】
図２１に示す内視鏡装置では、撮像素子２６として、カラーフィルタＲＧＢを搭載したものでも使用可能である。この場合、カラーフィルタ配列としては、３原色系カラーフィルタＲＧＢを、図２３（ａ）に示す様にベイヤ配列したものでも良い。内視鏡装置の光源制御部５９は、Ｒ光光源７１とＧ光光源７２とＢ光光源７３とを同時に発光させ合波器５７で合波させることで、白色光を生成し、白色光を照明光とする。
【０１００】
しかし、原色系カラーフィルタは、各画素の光利用効率が１／３となるため（例えば、ＲフィルタはＧ光とＢ光を通さないため）、図２３（ｂ）に示す様に、補色系カラーフィルタを用いるのが好ましい。
【０１０１】
内視鏡装置による観察部位の撮影は、上述したように、明るい照明光の下で撮影する場合と、暗い特殊光環境下で撮影する場合とがある。明るい照明光の下での撮影だけ考えれば、図２３（ａ）（ｂ）の様なカラーフィルタを搭載しカラー画像を撮影できる撮像素子が好ましい。しかし、この撮像素子で特殊光による撮影を行うと、微弱な特殊光のうちカラーフィルタを透過した光しか撮像素子は検出できないため、特殊光環境下での撮影に不利となる。
【０１０２】
そこで、図２４に示す撮像素子を使用するのが好ましい。この撮像素子３５０は、各画素３０１が正方格子配列されており、各画素列のうち奇数列の画素列の各画素にカラーフィルタを搭載し、偶数列の画素列に透明層Ｗを積層している。カラーフィルタ配列は、図２３（ａ）のベイヤ配列でも、図２３（ｂ）の補色系カラーフィルタ配列でも良い。
【０１０３】
そして、明るい照明光の元で撮影を行った場合には、カラーフィルタを搭載した各画素の検出信号で観察部位のカラー画像を生成し、特殊光環境下で撮影を行った場合には、透明層Ｗを積層した各画素の検出信号で観察部位の輝度画像を生成する。これにより、微弱な特殊光でも品質の高い画像を得ることが可能となる。
【０１０４】
透明層Ｗを積層する画素配列，カラーフィルタを積層する画素配列は、図２４の実施形態に限るものではない。例えば図２５の撮像素子３６０に示す様に、市松位置の各画素に透明層Ｗを積層し、残りの市松位置の各画素にカラーフィルタを積層する構成でも良い。また、図２４，図２５では、各画素が正方格子配列された例を示したが、各画素が図１２に示す様な所謂ハニカム画素配列であっても、透明層Ｗをモザイク的に配置することで、同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
図２６は、内視鏡装置の図４に代わる更に別実施形態の機能ブロック図である。基本的には図４の構成と同じため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。本実施形態の内視鏡装置は、励起光光源５６の代わりに、蛍光光源７５を設けている点が異なる。蛍光光源は、例えば蛍光体を内蔵し、この蛍光体にレーザ光などを照射して発光した蛍光を合波器５７に出力する構成とすれば良い。
【０１０６】
なお、上述した各種実施形態を別々の実施形態として説明したが、これら複数の実施形態を組み合わせた実施形態とすることでも良い。例えば、図１６に示すＦＴ―ＣＣＤのカラーフィルタ配列を、図２４や図２５とすることでも良い。
【０１０７】
以上述べた様に、実施形態による内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子を駆動するに当たり、前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させることを特徴とする。
【０１０８】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記特殊光環境下でない撮影時には前記空パケットの形成及び転送を行わないことを特徴とする。
【０１０９】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記複数の垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成された水平電荷転送路を転送駆動させるとき前記垂直電荷転送路の前記信号パケットの転送を停止させかつ前記水平電荷転送路の転送開始前に前記空パケットを前記転送残りの発生元となる前記信号パケットに合流させることを特徴とする。
【０１１０】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記空パケットは、転送残りの発生元となる信号パケットと次の信号パケットとの間に複数設けられることを特徴とする。
【０１１１】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記特殊光環境下でかつ前記信号電荷量が所定閾値より多くなる撮影条件下では前記空パケットの容量を小さくし前記信号電荷量が少なくなる撮影条件下では前記空パケットの容量を大きくすることを特徴とする。
【０１１２】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記信号電荷量が前記所定閾値より多いか少ないかは、前フレーム又は前々フレームで得られた前記固体撮像素子の出力信号で判断することを特徴とする。
【０１１３】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記固体撮像素子の各画素はカラーフィルタ非搭載であり、該固体撮像素子は、前記内視鏡制御部内で発光され前記内視鏡先端部に導入される複数色の撮影光の各色毎に面順次に駆動されることを特徴とする。
【０１１４】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記固体撮像素子にはカラーフィルタ搭載画素とカラーフィルタ非搭載画素とが設けられており、前記特殊光環境下での撮影では前記カラーフィルタ非搭載画素の検出信号から観察部位の画像が生成されることを特徴とする。
【０１１５】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記固体撮像素子はインターライン型ＣＣＤであることを特徴とする。
【０１１６】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記固体撮像素子はフレームトランスファ型ＣＣＤであり、前記画素と兼用する垂直電荷転送路の転送方向に複数画素の信号電荷を加算して前記空パケットを形成するスペースを確保することを特徴とする。
【０１１７】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した蛍光による撮影であることを特徴とする。
【０１１８】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法の前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した励起光により該観察部位で自家発光した蛍光による撮影であることを特徴とする。
【０１１９】
また、実施形態の内視鏡装置及びその固体撮像素子駆動方法は、前記信号パケットの転送方向直前に前記空パケットとは別に暗電流収集用パケットを形成し該暗電流収集用パケットで収集した電荷を廃棄することを特徴とする。
【０１２０】
以上述べた実施形態によれば、特殊光環境下の撮影で得られる信号電荷量は非常に少ないが、信号パケットの後に空パケットを送り、信号パケットで発生した転送残り電荷を空パケットで収集するため、転送効率を高めることができ、画質の高い観察部位の画像を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明に係る撮像装置は、特殊光環境下での撮影に適した固体撮像素子駆動手段を搭載するため、自家発光した蛍光による患部観察などを高品質に行うことが可能となり、内視鏡に適用すると有用である。
【符号の説明】
【０１２２】
１０ 内視鏡装置
２０ 内視鏡
２５ 内視鏡先端部
２６，１００，２００，３５０，３６０ ＣＣＤ型固体撮像素子
３４ 撮影レンズ
５０ 周辺装置
５１ プロセッサ（内視鏡制御部）
５２ 光源装置
５３ モニタ装置
５５ 白色光光源
５６ 励起光光源
５９ 光源制御部
６１ 制御部
６１ａ ＣＣＤ駆動部
８０，１０１，２０２，３０１ 画素（フォトダイオード）
８１，１０２，３０２ 垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）
９０，１２２，１２３ 空パケット
９１，１２１ 信号パケット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子と、
前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させる内視鏡制御部と
を備える内視鏡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内視鏡装置であって、前記内視鏡制御部は、前記特殊光環境下でない撮影時には前記空パケットの形成及び転送を行わない内視鏡装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子は、前記複数の垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成された水平電荷転送路を備え、前記内視鏡制御部は、前記水平電荷転送路を転送駆動させるとき前記垂直電荷転送路の前記信号パケットの転送を停止させかつ前記水平電荷転送路の転送開始前に前記空パケットを前記転送残りの発生元となる前記信号パケットに合流させる内視鏡装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記空パケットは、転送残りの発生元となる信号パケットと次の信号パケットとの間に複数設けられる内視鏡装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記特殊光環境下でかつ前記信号電荷量が所定閾値より多くなる撮影条件下では前記空パケットの容量を小さくし前記信号電荷量が少なくなる撮影条件下では前記空パケットの容量を大きくする内視鏡装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内視鏡装置であって、前記信号電荷量が前記所定閾値より多いか少ないかは、前フレーム又は前々フレームで得られた前記固体撮像素子の出力信号で判断する内視鏡装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子の各画素はカラーフィルタ非搭載であり、該固体撮像素子は、前記内視鏡制御部内で発光され前記内視鏡先端部に導入される複数色の撮影光の各色毎に面順次に駆動される内視鏡装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子にはカラーフィルタ搭載画素とカラーフィルタ非搭載画素とが設けられ、前記特殊光環境下での撮影では前記カラーフィルタ非搭載画素の検出信号から観察部位の画像が生成される内視鏡装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子はインターライン型ＣＣＤである内視鏡装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子はフレームトランスファ型ＣＣＤであり、前記画素と兼用する垂直電荷転送路の転送方向に複数画素の信号電荷を加算して前記空パケットを形成するスペースを確保する内視鏡装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した蛍光による撮影である内視鏡装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した励起光により該観察部位で自家発光した蛍光による撮影である内視鏡装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記信号パケットの転送方向直前に前記空パケットとは別に暗電流収集用パケットを形成し該暗電流収集用パケットで収集した電荷を廃棄する内視鏡装置。
【請求項１４】
半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子の駆動方法であって、
前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させる内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記特殊光環境下でない撮影時には前記空パケットの形成及び転送を行わない内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１６】
請求項１４又は請求項１５に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記複数の垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成された水平電荷転送路を転送駆動させるとき前記垂直電荷転送路の前記信号パケットの転送を停止させかつ前記水平電荷転送路の転送開始前に前記空パケットを前記転送残りの発生元となる前記信号パケットに合流させる内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至請求項１６のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記空パケットは、転送残りの発生元となる信号パケットと次の信号パケットとの間に複数設けられる内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１８】
請求項１４乃至請求項１７のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記特殊光環境下でかつ前記信号電荷量が所定閾値より多くなる撮影条件下では前記空パケットの容量を小さくし前記信号電荷量が少なくなる撮影条件下では前記空パケットの容量を大きくする内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記信号電荷量が前記所定閾値より多いか少ないかは、前フレーム又は前々フレームで得られた前記固体撮像素子の出力信号で判断する内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２０】
請求項１４乃至請求項１９のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記固体撮像素子の各画素はカラーフイルタ非搭載であり、該固体撮像素子は、前記内視鏡制御部内で発光され前記内視鏡先端部に導入される複数色の撮影光の各色毎に面順次に駆動される内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２１】
請求項１４乃至請求項１９のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記固体撮像素子にはカラーフィルタ搭載画素とカラーフィルタ非搭載画素とが設けられており、前記特殊光環境下での撮影では前記カラーフィルタ非搭載画素の検出信号から観察部位の画像が生成される内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２２】
請求項１４乃至請求項２１のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記固体撮像素子はインターライン型ＣＣＤである内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２３】
請求項１４乃至請求項２１のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記固体撮像素子はフレームトランスファ型ＣＣＤであり、前記画素と兼用する垂直電荷転送路の転送方向に複数画素の信号電荷を加算して前記空パケットを形成するスペースを確保する内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２４】
請求項１４乃至請求項２３のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した蛍光による撮影である内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２５】
請求項１４乃至請求項２３のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した励起光により該観察部位で自家発光した蛍光による撮影である内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２６】
請求項１４乃至請求項２５のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記信号パケットの転送方向直前に前記空パケットとは別に暗電流収集用パケットを形成し該暗電流収集用パケットで収集した電荷を廃棄する内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１】
半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子と、
前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させる内視鏡制御部と
を備える内視鏡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内視鏡装置であって、前記内視鏡制御部は、前記特殊光環境下でない撮影時には前記空パケットの形成及び転送を行わない内視鏡装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子は、前記複数の垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成された水平電荷転送路を備え、前記内視鏡制御部は、前記水平電荷転送路を転送駆動させるとき前記垂直電荷転送路の前記信号パケットの転送を停止させかつ前記水平電荷転送路の転送開始前に前記空パケットを前記転送残りの発生元となる前記信号パケットに合流させる内視鏡装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記空パケットは、転送残りの発生元となる信号パケットと次の信号パケットとの間に複数設けられる内視鏡装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記特殊光環境下でかつ前記信号電荷量が所定閾値より多くなる撮影条件下では前記空パケットの容量を小さくし前記信号電荷量が少なくなる撮影条件下では前記空パケットの容量を大きくする内視鏡装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内視鏡装置であって、前記信号電荷量が前記所定閾値より多いか少ないかは、前フレーム又は前々フレームで得られた前記固体撮像素子の出力信号で判断する内視鏡装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子の各画素はカラーフィルタ非搭載であり、該固体撮像素子は、前記内視鏡制御部内で発光され前記内視鏡先端部に導入される複数色の撮影光の各色毎に面順次に駆動される内視鏡装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子にはカラーフィルタ搭載画素とカラーフィルタ非搭載画素とが設けられ、前記特殊光環境下での撮影では前記カラーフィルタ非搭載画素の検出信号から観察部位の画像が生成される内視鏡装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子はインターライン型ＣＣＤである内視鏡装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記固体撮像素子はフレームトランスファ型ＣＣＤであり、前記画素と兼用する垂直電荷転送路の転送方向に複数画素の信号電荷を加算して前記空パケットを形成するスペースを確保する内視鏡装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した蛍光による撮影である内視鏡装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した励起光により該観察部位で自家発光した蛍光による撮影である内視鏡装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の内視鏡装置であって、前記信号パケットの転送方向直前に前記空パケットとは別に暗電流収集用パケットを形成し該暗電流収集用パケットで収集した電荷を廃棄する内視鏡装置。
【請求項１４】
半導体基板に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素及び該画素で構成される複数の画素列に沿って夫々形成された複数の垂直電荷転送路を有し内視鏡先端部に内蔵される固体撮像素子の駆動方法であって、
前記画素が検出した信号電荷を収納する信号パケットを前記垂直電荷転送路に形成し転送すると共に、特殊光環境下の撮影時には前記信号パケットの転送方向後段に該信号パケットの転送で発生する転送残り電荷を拾う空パケットを形成して転送させる内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記特殊光環境下でない撮影時には前記空パケットの形成及び転送を行わない内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１６】
請求項１４又は請求項１５に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記複数の垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成された水平電荷転送路を転送駆動させるとき前記垂直電荷転送路の前記信号パケットの転送を停止させかつ前記水平電荷転送路の転送開始前に前記空パケットを前記転送残りの発生元となる前記信号パケットに合流させる内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至請求項１６のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記空パケットは、転送残りの発生元となる信号パケットと次の信号パケットとの間に複数設けられる内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１８】
請求項１４乃至請求項１７のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記特殊光環境下でかつ前記信号電荷量が所定閾値より多くなる撮影条件下では前記空パケットの容量を小さくし前記信号電荷量が少なくなる撮影条件下では前記空パケットの容量を大きくする内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記信号電荷量が前記所定閾値より多いか少ないかは、前フレーム又は前々フレームで得られた前記固体撮像素子の出力信号で判断する内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２０】
請求項１４乃至請求項１９のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記固体撮像素子の各画素はカラーフイルタ非搭載であり、該固体撮像素子は、前記内視鏡制御部内で発光され前記内視鏡先端部に導入される複数色の撮影光の各色毎に面順次に駆動される内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２１】
請求項１４乃至請求項１９のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記固体撮像素子にはカラーフィルタ搭載画素とカラーフィルタ非搭載画素とが設けられており、前記特殊光環境下での撮影では前記カラーフィルタ非搭載画素の検出信号から観察部位の画像が生成される内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２２】
請求項１４乃至請求項２１のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記固体撮像素子はインターライン型ＣＣＤである内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２３】
請求項１４乃至請求項２１のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記固体撮像素子はフレームトランスファ型ＣＣＤであり、前記画素と兼用する垂直電荷転送路の転送方向に複数画素の信号電荷を加算して前記空パケットを形成するスペースを確保する内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２４】
請求項１４乃至請求項２３のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した蛍光による撮影である内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２５】
請求項１４乃至請求項２３のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記特殊光環境下の撮影は、前記内視鏡制御部で発光され観察部位に照射した励起光により該観察部位で自家発光した蛍光による撮影である内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【請求項２６】
請求項１４乃至請求項２５のいずれか１項に記載の内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法であって、前記信号パケットの転送方向直前に前記空パケットとは別に暗電流収集用パケットを形成し該暗電流収集用パケットで収集した電荷を廃棄する内視鏡装置の固体撮像素子駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−２００８０（Ｐ２０１２−２００８０Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６２３４１（Ｐ２０１０−１６２３４１）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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