專利名稱：攝像裝置及使用它的內(nèi)窺鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備CCD (charge coupled device電荷耦合器件)型 攝像元件及MOS型攝像元件等的固體攝像元件的攝像裝置，特別涉 及為了在不能得到足夠的亮度的環(huán)境下能夠進(jìn)行攝像而具備輔助光 源的攝像裝置。
背景技術(shù)：
CCD型攝像元件及MOS型攝像元件等的固體攝像元件并不限于 數(shù)字靜像攝像機(jī)及便攜攝像機(jī)，也可以作為內(nèi)窺鏡裝置的攝像元件使 用。通常，由于內(nèi)窺鏡裝置用于人類的體內(nèi)及配管的內(nèi)部那樣的、環(huán) 境光難以到達(dá)的場(chǎng)所的攝像，所以具備對(duì)被攝體進(jìn)行照明的照明光 源。此外，使用內(nèi)窺鏡的場(chǎng)所較窄的情況較多，所以為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡 的小徑化，除了固體攝像元件自身的小型化以外，還要求包括照明光 源及透鏡系統(tǒng)的攝像裝置整體的小型化。進(jìn)而，在近年來(lái)，除了以往 以來(lái)的管型的內(nèi)窺鏡裝置以外，還開(kāi)發(fā)了在人體的內(nèi)部單獨(dú)移動(dòng)的同 時(shí)進(jìn)行攝影的膠囊型的內(nèi)窺鏡裝置，攝像裝置整體的小型化的要求今 后有變得更強(qiáng)的趨勢(shì)。這里，利用圖19對(duì)在內(nèi)窺鏡裝置中使用的攝像裝置(以往例l) 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖19是概略地表示以往以來(lái)的具備照明光源的攝 像裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。在圖19的例子中，作為固體攝像元件而使 用CCD型攝像元件(以下單稱作"CCD") 101。如圖19所示，以往例1的攝像裝置具備CCD101、控制裝置100、
將被攝體的像成像在CCD101的受光面上的攝像透鏡系統(tǒng)102、對(duì)被 攝體進(jìn)行照明的照明光源103、和顯示攝像圖像的顯示裝置109。 104 是對(duì)照明光源103供電的電源?？刂蒲b置100是用于控制CCD101的動(dòng)作的裝置，主要具備CCD 驅(qū)動(dòng)電路105、模擬電路106、信號(hào)處理電路107、以及系統(tǒng)控制器 108。 CCD驅(qū)動(dòng)電路105根據(jù)系統(tǒng)控制器108的指示，生成用來(lái)驅(qū)動(dòng) 設(shè)在CCD101中的垂直電荷傳送部及水平電荷傳送部(參照?qǐng)D20) 的各種脈沖，將其供給CCDIOI。通過(guò)從CCD驅(qū)動(dòng)電路105供給的 脈沖，在CCDIOI中進(jìn)行攝像及電荷傳送。此夕卜，從CCDIOI的水平 電荷傳送部輸出的圖像信號(hào)被輸入模擬電路106。模擬電路106具備相關(guān)雙采樣電路(CDS電路)、及自動(dòng)增益調(diào) 節(jié)電路(AGC電路)等。從CCDIOI輸出的信號(hào)在CDS電路的噪音 除去、AGC電路的輸出調(diào)節(jié)等之后，向信號(hào)處理電路107輸出。信 號(hào)處理電路107對(duì)于來(lái)自模擬電路106的輸出信號(hào)進(jìn)行亮度信號(hào)處 理、顏色信號(hào)處理、輪廓修正處理、編碼處理等。系統(tǒng)控制器108對(duì) CCD驅(qū)動(dòng)電路105、模擬電路106、及信號(hào)處理電路107分別輸出控 制信號(hào)，由此來(lái)控制它們的動(dòng)作定時(shí)。接著，利用圖20說(shuō)明在以往例1中使用的CCDIOI的結(jié)構(gòu)。圖 20是表示圖19所示的CCD的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。如圖20所示， CCD101采用隔行傳送。CCD101具備對(duì)應(yīng)于入射光的強(qiáng)度而積蓄電 荷的光電變換部110、垂直電荷傳送部111、水平電荷傳送部113、和 電荷電壓變換部(輸出放大器)114。光電變換部110是設(shè)在半導(dǎo)體基板116上的光敏二極管，設(shè)有多 個(gè)(參照?qǐng)D21)。此外，光電變換部110以矩陣狀配置。垂直電荷傳 送部111設(shè)置在光電變換部110的垂直方向的每個(gè)列，讀取積蓄在各 光電變換部110中的電荷，將其沿垂直方向傳送。水平電荷傳送部 113將由垂直電荷傳送部111傳送來(lái)的信號(hào)電荷沿水平方向傳送。具體而言，雖然在圖20中沒(méi)有表示，但垂直電荷傳送部111由 沿著光電變換部110的垂直方向的列設(shè)在半導(dǎo)體基板116上的溝道區(qū) 域、和設(shè)在該溝道區(qū)域的上層的多個(gè)傳送電極(垂直傳送電極)構(gòu)成 (參照?qǐng)D21)。多個(gè)垂直傳送電極橫截溝道區(qū)域而形成，或者沿著垂 直方向排列。
此外，在以往例1中，對(duì)一個(gè)光電變換部110設(shè)有兩條垂直傳送 電極。在以往例1中，由一個(gè)光電變換部110、與其對(duì)應(yīng)的兩條垂直 傳送電極、和該兩條垂直傳送電極的正下方的溝道區(qū)域的一部分構(gòu)成 一個(gè)像素112。形成有像素112的區(qū)域整體成為攝像區(qū)域115。此外， 多個(gè)垂直傳送電極的每一個(gè)經(jīng)由設(shè)在攝像區(qū)域115的周圍的總線布 線(未圖示)與驅(qū)動(dòng)端子4)Vl d)V4中的任一個(gè)連接。具體地，各 垂直傳送電極從圖中上方以驅(qū)動(dòng)端子小V1、小V2、 4>V3、 4>V4的 順序連接。
由此，如果CCD驅(qū)動(dòng)電路105 (參照?qǐng)D19)對(duì)驅(qū)動(dòng)端子d)Vl及 ^> V3施加H電平的讀取脈沖，則積蓄在光電變換部110的信號(hào)電荷 被讀取到垂直電荷傳送部。接著，CCD驅(qū)動(dòng)電路105若向驅(qū)動(dòng)端子 ^V1 》V4施加M電平及L電平的傳送脈沖，被讀取的信號(hào)電荷通 過(guò)垂直電荷傳送部111沿垂直方向傳送。
此外，水平電荷傳送部113由沿著水平方向設(shè)置在半導(dǎo)體基板 116上的溝道區(qū)域、和沿著水平方向排列的多個(gè)傳送電極(水平傳送 電極)構(gòu)成(參照?qǐng)D21)。各水平傳送電極與驅(qū)動(dòng)端子4H1及4)H2 中的任一個(gè)連接。由此，CCD驅(qū)動(dòng)電路105 (參照?qǐng)D19)向驅(qū)動(dòng)端 子4)H1、小H2交替施加H電平及L電平的傳送脈沖，若進(jìn)行兩相驅(qū) 動(dòng)，則信號(hào)電荷沿水平方向被傳送。結(jié)果，從垂直電荷傳送部lll傳 送到水平電荷傳送部113的電荷到達(dá)電荷電壓變換部114。
電荷電壓變換部114將由水平電荷傳送部113傳送來(lái)的電荷變換 為電壓，輸出得到的電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)被上述的模擬電路106(參 照?qǐng)D19)及信號(hào)處理電路107 (參照?qǐng)D19)處理，得到攝像圖像。此外，如圖20所示，CCD101具備用來(lái)控制基板電壓的SUB端 子。這是為了將在光電變換部110中過(guò)剩地產(chǎn)生的電荷排出。對(duì)于這 一點(diǎn)，利用圖21 (a)及圖21 (b)進(jìn)行說(shuō)明。圖21 (a)是表示圖 19及圖20所示的CCD的像素的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖21 (b)是表示圖 21 (a)中所示的線Z—Z'方向的電勢(shì)分布的圖。如圖21 (a)所示，CCD具備N型半導(dǎo)體基板(硅基板)116。 此外，在半導(dǎo)體基板116的表層側(cè)形成有P阱123。進(jìn)而，在半導(dǎo)體 基板116的形成有P阱123的區(qū)域內(nèi)，設(shè)有構(gòu)成光電變換部110的N 型的擴(kuò)散層121。光電變換部110是由該N型的擴(kuò)散層121、P阱123、 和N型的半導(dǎo)體基板116構(gòu)成的NPN構(gòu)造的光敏二極管。在擴(kuò)散層 121的表層，為了抑制光電變換部110的表面處的暗電流的產(chǎn)生而形 成有P+型的表面反轉(zhuǎn)層122。垂直電荷傳送部111具備形成在半導(dǎo)體基板116的表層上的N型 的溝道區(qū)域(擴(kuò)散層)126、和傳送電極127。傳送電極127經(jīng)由絕 緣膜128設(shè)在半導(dǎo)體基板116上的與溝道區(qū)域126重合的位置上。此 外，垂直電荷傳送部111及光電變換部110的表面由覆蓋CCD的整 面的層間絕緣膜129覆蓋。在層間絕緣膜129的上層還形成有在與光 電變換部110重合的部分設(shè)有開(kāi)口的遮光膜130。此外，在圖21 (a)的例子中，圖示了兩個(gè)垂直電荷傳送部lll， 但其中，圖中左側(cè)的垂直電荷傳送部111讀取積蓄在光電變換部110 中的電荷。圖中右側(cè)的垂直電荷傳送部111讀取未圖示的另一個(gè)光電 變換部的電荷。因此，在光電變換部110的圖中左側(cè)，為了讀取信號(hào) 電荷而形成有P一型的讀取部124。另一方面，在光電變換部110的周 圍的沒(méi)有形成讀取部124的部位上，為了對(duì)每個(gè)像素112分離電荷而 形成有P+型的元件分離部125。此外，還如圖20所示，在半導(dǎo)體基板116上具備SUB端子。進(jìn) 而，攝像裝置具備電壓供給電路117。電壓供給電路117經(jīng)由該SUB 端子，對(duì)半導(dǎo)體基板116的沒(méi)有設(shè)置P阱123的區(qū)域和P阱123之間 施加逆偏置電壓。通過(guò)該逆偏置電壓的施加，使光電變換部110的下 層側(cè)的P阱123耗盡。并且，在各像素112中，從光電變換部110的 下表面到P阱123的下表面之間構(gòu)成溢出勢(shì)壘(OFB)。由此，如果強(qiáng)光進(jìn)入構(gòu)成光電變換部110的擴(kuò)散層121中，則由 該部分光電變換后的信號(hào)電荷被積蓄，擴(kuò)散層121的電位下降。并且， 如圖21 (b)所示，超過(guò)溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度的過(guò)剩電荷經(jīng)由NPN 的路徑被向基板側(cè)丟棄。結(jié)果，抑制了過(guò)量的信號(hào)電荷溢出到垂直電 荷傳送部lll中而在圖像上形成垂直的條紋的圖像模糊。接著，利用圖22及圖23，對(duì)CCDIOI (參照?qǐng)D20)的動(dòng)作進(jìn)行 說(shuō)明。圖22是表示驅(qū)動(dòng)圖19及圖20所示的CCD的脈沖的定時(shí)圖。 圖23是概念性地表示由圖22所示的脈沖驅(qū)動(dòng)的CCD的動(dòng)作的說(shuō)明 圖，圖23 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝影時(shí)，圖23 (b)表示靜止圖像攝影 時(shí)。另外，在以下的說(shuō)明中，適當(dāng)參考圖19及圖20。在圖22、圖23 (a)及圖23 (b)所示的例子中，照明光源103 (參照?qǐng)D19)在進(jìn)行攝像的期間總是點(diǎn)亮。此外，如圖22所示，CCD 驅(qū)動(dòng)電路105 (參照?qǐng)D19)在每1半幀期間(例如1/60秒)中對(duì)驅(qū) 動(dòng)端子小V1及cbV3施加H電平的讀取脈沖。因此，在每一半幀期 間中，積蓄在各光電變換部110 (參照?qǐng)D20)中的電荷被讀取到垂直 電荷傳送部(VCCD) 111 (參照?qǐng)D20)中。接著，如圖23 (a)所示，在垂直電荷傳送部111中，將在垂直 方向上相鄰的兩個(gè)像素的信號(hào)電荷相加。該垂直兩像素的信號(hào)電荷的 相加的組合在奇數(shù)半幀(第1半幀)和偶數(shù)半幀(第2半幀)中變化， 由此實(shí)現(xiàn)隔行掃描。這樣的讀取方式作為半幀讀取方式被公知。此外， 在半幀讀取方式中，通過(guò)將垂直兩像素的信號(hào)電荷相加能夠輸出運(yùn)動(dòng) 分辨率良好的連續(xù)圖像。 一般，半幀讀取方式在運(yùn)動(dòng)圖像的攝像中較
多使用。此外，如果在任一個(gè)半幀期間中快門按鈕被按下、快門觸發(fā)信號(hào) 被輸入(接通)，則該半幀期間成為用于拍攝靜止圖像的曝光期間(1/60秒)。接著，如圖23 (b)所示，通過(guò)接下來(lái)的讀取脈沖的施 加而被讀取的奇數(shù)半幀或偶數(shù)半幀(單半幀)的圖像被作為靜止圖像 輸出。這樣，在以往例1中，快門觸發(fā)信號(hào)被接通的半幀期間(曝光期 間)和進(jìn)行靜止圖像的輸出的下個(gè)半幀期間成為靜止圖像攝像期間。 除此以外的半幀期間成為運(yùn)動(dòng)圖像攝像期間，改變電荷加法運(yùn)算的組 合而連續(xù)輸出圖像。此外，在運(yùn)動(dòng)圖像攝像期間及靜止圖像攝像期間 的任一個(gè)中，施加在CCD101的SUB端子上的反偏置電壓(SUB電 壓)都被固定為M電平。由此，在光電變換部110中過(guò)剩地產(chǎn)生的 信號(hào)電荷經(jīng)由OFB被排出到半導(dǎo)體基板。這樣，如果通過(guò)半幀讀取方式使CCD101動(dòng)作，則能夠拍攝運(yùn)動(dòng) 圖像與靜止圖像兩者，還能夠在運(yùn)動(dòng)圖像的攝像中切換為靜止圖像攝 像。但是，在上述的攝像裝置中，如圖23 (b)所示，靜止圖像也是 將垂直兩像素的信號(hào)電荷相加而得到的單半幀的圖像。因此，在上述 的攝像裝置中，只能得到垂直分辨率為像素?cái)?shù)的一半的靜止圖像，有 難以得到高精細(xì)的靜止圖像的問(wèn)題。為了解決這樣的問(wèn)題，日本特許第3440722號(hào)公報(bào)及日本特開(kāi) 2004—328681號(hào)公報(bào)提出了具備機(jī)械快門等的遮光機(jī)構(gòu)、通過(guò)利用 遮光機(jī)構(gòu)的幀讀取來(lái)進(jìn)行靜止圖像的攝像的攝像裝置。利用圖24 圖26以下對(duì)具備遮光機(jī)構(gòu)的攝像裝置(以往例2)進(jìn)行說(shuō)明。圖24是概略地表示以往以來(lái)的具備機(jī)械快門的攝像裝置的結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)圖。圖25是表示用來(lái)驅(qū)動(dòng)圖24所示的CCD的脈沖的定時(shí)圖。 圖26是概念性地表示由圖25所示的脈沖驅(qū)動(dòng)的CCD的動(dòng)作的說(shuō)明 圖，圖26 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝影時(shí)，圖26 (b)表示靜止圖像攝影時(shí)。如圖24所示，以往例2的攝像裝置在攝像鏡頭系統(tǒng)102與 CCD101之間，除了具備機(jī)械快門140這一點(diǎn)以外，與以往例l的攝 像裝置同樣地構(gòu)成。此外，在以往例2中，也是快門觸發(fā)信號(hào)被接通 的半幀期間(曝光期間)和下個(gè)半幀期間成為靜止圖像攝像期間，除 此以外的期間為運(yùn)動(dòng)圖像攝像期間。進(jìn)而，如圖25所示，機(jī)械快門 140在運(yùn)動(dòng)圖像攝像期間中總是打開(kāi)，在運(yùn)動(dòng)圖像攝像期間中，機(jī)械 快門140不會(huì)截?cái)嘞駽CD101的入射光。由此，如圖25及圖26 (a)所示，在以往例2的攝像裝置中，在 運(yùn)動(dòng)圖像攝像期間中也與以往例1的攝像裝置同樣，通過(guò)半幀讀取方 式輸出連續(xù)圖像。此外，如圖25所示，機(jī)械快門140根據(jù)系統(tǒng)控制器108的指示， 在曝光期間的下個(gè)半幀期間中被關(guān)閉。在該半幀期間中，通過(guò)了攝像 透鏡系統(tǒng)102的光不能入射到CCD101的受光面，成為沒(méi)有被光電變 換的狀態(tài)。進(jìn)而，如圖25所示，在曝光期間的下個(gè)半幀期間的開(kāi)始時(shí)，即 與機(jī)械快門140被關(guān)閉同時(shí)，僅對(duì)驅(qū)動(dòng)端子* VI施加H電平的讀取 脈沖。接著，進(jìn)行被讀取的電荷向垂直方向的傳送。此外，在該傳送 結(jié)束后，這一次僅對(duì)驅(qū)動(dòng)端子4> V3施加H電平的讀取脈沖，也進(jìn)行 被讀取的電荷向垂直方向的傳送。因此，如圖26 (b)所示，在第1半幀中，積蓄在奇數(shù)行的像素 列中的電荷不被混合而被讀取，接著，在第2半幀中，將積蓄在偶數(shù) 行的像素列中的信號(hào)電荷不被混合而被讀取。然后，將這樣得到的兩 個(gè)半幀的圖像通過(guò)信號(hào)處理電路(參照?qǐng)D19及圖24) 107合成，成 為一張幀圖像。另外，這樣的讀取方式作為幀讀取方式被公知。這樣，在以往例2的靜止圖像攝像期間中，積蓄在像素中的電荷 被分為兩個(gè)半幀被讀取，然后，兩個(gè)半幀的圖像被合成為幀圖像。此 外，此時(shí)沿垂直方向相鄰的兩個(gè)像素的信號(hào)電荷不被相加。由此，根據(jù)以往例2，與以往例1相比能夠提高靜止圖像的垂直分辨率。此外，在以往例2中，在曝光期間的經(jīng)過(guò)后，通過(guò)機(jī)械快門140， 將CCD101遮光。由此，在位于奇數(shù)行的像素列中的光電變換部與位 于偶數(shù)行的像素列中的光電變換部中，在相同的定時(shí)進(jìn)行相同時(shí)間的 光電變換。因此，即使在是攝像運(yùn)動(dòng)的被攝體的情況下，在第1半幀 的圖像與第2半幀的圖像之間也不會(huì)發(fā)生被攝體的位置偏差或時(shí)間 偏差，能夠得到半幀間階差較小的靜止圖像。如上所述，如果搭載機(jī)械快門、通過(guò)幀讀取方式拍攝靜止圖像， 則能夠得到攝像分辨率較高的靜止圖像。但是，為了搭載機(jī)械快門， 需要其自身及驅(qū)動(dòng)它的驅(qū)動(dòng)裝置的搭載空間。因此，在將以往例2的攝像裝置應(yīng)用到內(nèi)窺鏡中的情況下，會(huì)發(fā) 生內(nèi)窺鏡大型化的問(wèn)題，難以對(duì)應(yīng)小型化的要求。機(jī)械快門的搭載在 與數(shù)字靜像照相機(jī)及便攜攝像機(jī)等的比內(nèi)窺鏡尺寸大的裝置中是比 較容易的，但在內(nèi)窺鏡裝置中比較困難。此外，機(jī)械快門具備機(jī)械機(jī)構(gòu)，構(gòu)造上容易發(fā)生故障，特別在體 內(nèi)使用的醫(yī)療用的內(nèi)窺鏡裝置中，為了確?？煽啃远蟊M可能不易 發(fā)生故障。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是消除上述問(wèn)題、提供一種不具備機(jī)械快門等的遮 光機(jī)構(gòu)、能夠?qū)崿F(xiàn)靜止圖像的分辨率的提高的攝像裝置、使用它的內(nèi) 窺鏡裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的攝像裝置是能夠拍攝運(yùn)動(dòng)圖像及靜 止圖像的攝像裝置，其特征在于，具備固體攝像元件、對(duì)被攝體進(jìn)行 照明的照明光源、和控制上述固體攝像元件及上述照明光源的控制裝 置；上述固體攝像元件具備以矩陣狀排列的多個(gè)光電變換部、和將積
蓄在各光電變換部中的電荷讀取的讀取部；在上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝 時(shí)，上述控制裝置在上述照明光源點(diǎn)亮的狀態(tài)下，使上述讀取部進(jìn)行 上述電荷的讀?。划?dāng)被指示上述靜止圖像的拍攝時(shí)，在用于得到上述 靜止圖像的曝光結(jié)束后，使上述照明光源熄滅，在上述照明光源熄滅 的期間，使上述讀取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀取，合成 按每個(gè)半幀分別讀取的上述電荷，來(lái)生成一個(gè)靜止圖像。此外，為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的內(nèi)窺鏡裝置是具備能夠拍攝 運(yùn)動(dòng)圖像及靜止圖像的攝像裝置的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于，上述攝 像裝置具備固體攝像元件、將被攝體照明的照明光源、和控制上述固 體攝像元件及上述照明光源的控制裝置；上述固體攝像元件具備以矩 陣狀排列的多個(gè)光電變換部、和將積蓄在各光電變換部中的電荷讀取 的讀取部；在上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置在上述照明光源 點(diǎn)亮的狀態(tài)下，使上述讀取部進(jìn)行上述電荷的讀取；當(dāng)被指示上述靜 止圖像的拍攝時(shí)，在用于得到上述靜止圖像的曝光結(jié)束后，使上述照 明光源熄滅，在上述照明光源熄滅的期間，使上述讀取部分為多個(gè)半 幀進(jìn)行上述全部電荷的讀取，合成按每個(gè)半幀分別讀取的上述電荷， 來(lái)生成一個(gè)靜止圖像。由上所述，在本發(fā)明中，在用于得到靜止圖像的曝光結(jié)束之后。 將照明光源熄滅，抑制光向固體攝像元件的入射。因此，根據(jù)本發(fā)明 的攝像裝置及具備它的內(nèi)窺鏡，能夠不裝備機(jī)械快門等的遮光機(jī)構(gòu)而 執(zhí)行幀讀取，結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)靜止圖像的分辨率的提高。


圖1是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的攝像裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示驅(qū)動(dòng)設(shè)置在圖1所示的攝像裝置中的CCD的脈沖的 定時(shí)圖。 圖3是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式1中，在固體攝像元件中設(shè)有濾 色片的情況下的信號(hào)排列的圖，圖3(a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，圖3 (b)表示靜止圖像攝像時(shí)。圖4是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)圖。圖5是概念性地表示構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式2的攝像裝置的固體 攝像元件的動(dòng)作的說(shuō)明圖，圖5(a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，圖5(b) 表示靜止圖像攝像時(shí)。圖6是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式2中，在固體攝像元件中設(shè)有濾 色片的情況下的信號(hào)排列的圖，圖6(a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，圖6 (b)表示靜止圖像攝像時(shí)。圖7是概念性地表示構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式3的攝像裝置的固體 攝像元件的動(dòng)作的說(shuō)明圖，圖7 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，圖7 (b) 表示靜止圖像攝像時(shí)。圖8是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式3中，在固體攝像元件中設(shè)有濾 色片的情況下的信號(hào)排列的圖，圖8(a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，圖8 (b)表示靜止圖像攝像時(shí)。圖9是表示用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4中使用的固體攝像元件進(jìn) 行驅(qū)動(dòng)的脈沖的定時(shí)圖。圖10是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式4中使用的固體攝像元件的厚 度方向的電勢(shì)分布的圖。圖11是表示用于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式5中使用的固體攝像元件 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的脈沖的定時(shí)圖。圖12是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式5中使用的固體攝像元件的厚 度方向的電勢(shì)分布的圖。圖13是將最大積蓄電荷量與電勢(shì)分布一起表示的圖。圖14是表示用于驅(qū)動(dòng)在本發(fā)明的實(shí)施方式6中使用的固體攝像
元件的脈沖的定時(shí)圖。圖15是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式6中使用的固體攝像元件的厚 度方向的電勢(shì)分布的圖，圖15 (a)表示在靜止圖像的讀取時(shí)將反偏 置電壓設(shè)定為一定的情況，圖15 (b)表示在靜止圖像的讀取時(shí)調(diào)制 反偏置電壓的情況。圖16是表示用于驅(qū)動(dòng)在本發(fā)明的實(shí)施方式7中使用的固體攝像 元件的脈沖的定時(shí)圖。圖17是表示對(duì)垂直電荷傳送部施加髙速清除脈沖的狀態(tài)的說(shuō)明 圖，圖17 (a) 圖17 (c)表示主要的一系列的過(guò)程。圖18是表示對(duì)垂直電荷傳送部施加髙速清除脈沖的狀態(tài)的說(shuō)明 圖，圖18 (d) 圖18 (f)表示接著圖17 (c)的主要的一系列的過(guò) 程。圖19是概略地表示以往以來(lái)的具備照明光源的攝像裝置的結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)圖。圖20是表示圖19所示的CCD的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖21 (a)是表示圖19及圖20所示的CCD的像素的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖21 (b)是表示圖21 (a)中所示的線Z—Z'方向的電勢(shì)分布的圖。圖22是表示驅(qū)動(dòng)圖19及圖20所示的CCD的脈沖的定時(shí)圖。 圖23是概念性地表示由圖22所示的脈沖驅(qū)動(dòng)的CCD的動(dòng)作的說(shuō)明圖，圖23 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝影時(shí)，圖23 (b)表示靜止圖像攝影時(shí)。圖24是概略地表示以往以來(lái)的具備機(jī)械快門的攝像裝置的結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)圖。圖25是表示用于驅(qū)動(dòng)圖24所示的CCD的脈沖的定時(shí)圖。 圖26是概念性地表示由圖25所示的脈沖驅(qū)動(dòng)的CCD的動(dòng)作的 說(shuō)明圖，圖26 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝影時(shí)，圖26 (b)表示靜止圖像
攝影時(shí)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的攝像裝置是能夠拍攝運(yùn)動(dòng)圖像及靜止圖像的攝像裝置， 其特征在于，具備固體攝像元件、對(duì)被攝體進(jìn)行照明的照明光源、和控制上述固體攝像元件及上述照明光源的控制裝置；上述固體攝像元 件具備以矩陣狀排列的多個(gè)光電變換部、和讀取積蓄在各光電變換部 中的電荷的讀取部；在上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置在上述 照明光源點(diǎn)亮的狀態(tài)下，使上述讀取部進(jìn)行上述電荷的讀取；當(dāng)被指 示上述靜止圖像的拍攝時(shí)，在用于得到上述靜止圖像的曝光結(jié)束后使 上述照明光源熄滅，在上述照明光源熄滅的期間，使上述讀取部分為 多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀取，合成按每個(gè)半幀分別讀取的上述 電荷，來(lái)生成一個(gè)靜止圖像。此外，本發(fā)明的內(nèi)窺鏡裝置是具備能夠拍攝運(yùn)動(dòng)圖像及靜止圖像 的攝像裝置的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于，上述攝像裝置具備固體攝像 元件、將被攝體照明的照明光源、和控制上述固體攝像元件及上述照 明光源的控制裝置；上述固體攝像元件具備以矩陣狀排列的多個(gè)光電 變換部、和讀取積蓄在各光電變換部中的電荷的讀取部；在上述運(yùn)動(dòng) 圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置在上述照明光源點(diǎn)亮的狀態(tài)下，使上述 讀取部進(jìn)行上述電荷的讀?。划?dāng)被指示上述靜止圖像的拍攝時(shí)，在用 于得到上述靜止圖像的曝光結(jié)束后使上述照明光源熄滅，在上述照明 光源熄滅的期間，使上述讀取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀 取，合成按每個(gè)半幀分別讀取的上述電荷，來(lái)生成一個(gè)靜止圖像。在上述本發(fā)明的攝像裝置及內(nèi)窺鏡裝置中，上述控制裝置可以在 上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，使上述讀取部進(jìn)行將沿垂直方向排列的兩個(gè) 以上的上述光電變換部的上述電荷相加的半幀讀取。在此情況下，能 夠得到平滑的運(yùn)動(dòng)圖像輸出。
此外，在上述本發(fā)明的攝像裝置及內(nèi)窺鏡裝置中，上述控制裝置 還可以在上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，使上述讀取部?jī)H讀取上述多個(gè)光電 變換部中的一部分光電變換部積蓄的電荷。在此情況下，對(duì)于攝像對(duì) 象的運(yùn)動(dòng)較快的情況有效。在上述本發(fā)明的攝像裝置及內(nèi)窺鏡裝置中，優(yōu)選為如下的形態(tài) 上述光電變換部形成在半導(dǎo)體基板上；上述固體攝像元件具備用來(lái)調(diào)節(jié)積蓄在上述光電變換部中的電荷量的溢出勢(shì)壘。根據(jù)該形態(tài)，通過(guò) 調(diào)節(jié)溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度，能夠調(diào)節(jié)積蓄在光電變換部中的電荷量。 此外，在上述形態(tài)中，優(yōu)選在被指示上述靜止圖像的攝像后，上 述控制裝置對(duì)上述半導(dǎo)體基板施加排出上述電荷的電子快門脈沖，由 此，調(diào)節(jié)用于得到上述靜止圖像的曝光的時(shí)間的長(zhǎng)度。在此情況下，能夠簡(jiǎn)單^k調(diào)節(jié)用來(lái)得到靜止圖像的曝光期間的長(zhǎng)度，能夠進(jìn)行高精度的曝光時(shí)間的設(shè)定。進(jìn)而，在上述形態(tài)中，優(yōu)選在從被指示上述靜止圖像的攝像后到 上述每個(gè)半幀的上述電荷的讀取結(jié)束的期間，上述控制裝置使上述溢 出勢(shì)壘的電勢(shì)高度比上述運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)高。在此情況下，能夠?qū)崿F(xiàn) 靜止圖像攝影時(shí)的靈敏度的提高。進(jìn)而，在上述的情況下，優(yōu)選上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件；上述讀取部具備設(shè)置在上述多個(gè)光電變換部的垂直方 向的每個(gè)列、且將讀取的電荷沿垂直方向傳送的多個(gè)電荷傳送裝置， 在上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置使上述多個(gè)電荷傳送裝置分 別進(jìn)行將沿垂直方向排列的N個(gè)上述光電變換部的上述電荷相加的 半幀讀??；在上述多個(gè)電荷傳送裝置的每一個(gè)的最大傳送電荷量是SvccD時(shí)，上述運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)的上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度被設(shè)定為，運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)的上述多個(gè)光電變換部的每一個(gè)的最大積蓄電荷量 Sm。to滿足下述式(1);從被指示了上述靜止圖像的攝像后到上述每 個(gè)半幀的上述電荷的讀取結(jié)束的期間的、上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度被
設(shè)定為，靜止圖像攝像時(shí)的上述多個(gè)光電變換部的每一個(gè)的最大積蓄 電荷量S^滿足下述式(2)。由此，抑制了圖像模糊的產(chǎn)生。(數(shù)學(xué)式5) Svccd》N X Smotj0n ...... (1)(數(shù)學(xué)式6) Svccd》Sstiii ...... ( 2 )此外，在上述的情況下，優(yōu)選上述控制裝置在上述照明光源熄滅 后，使上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度比上述運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)高，然后，使 上述讀取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀取即可。由此，能夠 抑制在最初的半幀的電荷的讀取過(guò)程中，由后面的半幀讀取的電荷被 排出，能夠防止在半幀間產(chǎn)生輸出信號(hào)階差。在上述本發(fā)明的攝像裝置及內(nèi)窺鏡裝置中，優(yōu)選上述固體攝像元 件是隔行傳送型的固體攝像元件；上述讀取部具備設(shè)置在上述多個(gè)光 電變換部的垂直方向的每個(gè)列、且將讀取的電荷沿垂直方向傳送的多 個(gè)電荷傳送裝置；在上述照明光源熄滅后，上述控制裝置對(duì)上述多個(gè) 電荷傳送裝置分別施加將積蓄在其中的電荷排除的清除脈沖，然后， 使上述讀取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀取。在此情況下， 能夠?qū)⒉恍枰碾姾沙ザ鴥H抽取信號(hào)電荷，能夠提高輸出信號(hào)的 S/N比，實(shí)現(xiàn)攝像圖像的畫質(zhì)的提高。此外，還抑制了因半幀間的不 需要的電荷的發(fā)生量的差異而在輸出信號(hào)的半幀間產(chǎn)生階差。 (實(shí)施方式1)以下，參照?qǐng)D1 圖4說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1的攝像裝置及內(nèi) 窺鏡裝置。首先，利用圖1對(duì)本實(shí)施方式1的攝像裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō) 明。圖1是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的攝像裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 圖。本實(shí)施方式1的攝像裝置與在背景技術(shù)中圖19所示的以往例1 的攝像裝置同樣，構(gòu)成內(nèi)窺鏡裝置(參照?qǐng)D4)的一部分，在外光難
以到達(dá)的黑暗部分拍攝運(yùn)動(dòng)圖像及靜止圖像。此外，在本實(shí)施方式l 中也與以往例1同樣，作為固體攝像元件而使用隔行傳送型的CCD型攝像元件(CCD) 1。具體而言，如圖1所示，本實(shí)施方式1的攝像裝置與以往例1的 攝像裝置同樣，具備CCD1、控制裝置IO、攝像透鏡系統(tǒng)2、照明光 源3、和顯示裝置9?？刂蒲b置10具備CCD驅(qū)動(dòng)電路5、模擬電路6、 信號(hào)處理電路7、以及系統(tǒng)控制器8。 4是對(duì)照明光源供電的電源。 另外，11表示經(jīng)由攝像透鏡系統(tǒng)2入射到CCD1中的入射光，12表 示照明光源3射出的照明光。此外，CCD1與在背景技術(shù)中圖20所示的CCD101同樣。在圖1 中雖然沒(méi)有圖示，但CCD1與以往的CCD101同樣，具備以矩陣狀排 列的多個(gè)光電變換部、垂直電荷傳送部、和水平電荷傳送部。垂直電 荷傳送部由沿著光電變換部的垂直方向的列設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的 溝道區(qū)域、和多個(gè)傳送電極(垂直傳送電極)構(gòu)成(參照?qǐng)D21)。水 平電荷傳送部由沿著水平方向設(shè)在半導(dǎo)體基板上的溝道區(qū)域、和多個(gè) 傳送電極(水平傳送電極)構(gòu)成(參照?qǐng)D21)。此外，各垂直傳送電極經(jīng)由設(shè)在攝像區(qū)域的周圍的總線布線(未 圖示)連接在驅(qū)動(dòng)端子cl)Vl (l)V4中的任一個(gè)上。當(dāng)對(duì)驅(qū)動(dòng)端子^ VI及cJ)V3施加H (high)電平的讀取脈沖時(shí)，垂直電荷傳送部具有 讀取積蓄在光電變換部中的信號(hào)電荷的讀取部的功能。進(jìn)而，當(dāng)對(duì)驅(qū) 動(dòng)端子4V1 4)V4施加M (middle)電平及L (low)電平的傳送脈 沖時(shí)，垂直電荷傳送部沿垂直方向傳送讀取的信號(hào)電荷。此外，各水 平傳送電極連接在驅(qū)動(dòng)端子4)H1及》H2中的任一個(gè)上。當(dāng)對(duì)驅(qū)動(dòng)端 子4)H1及4)H2交替地施加H (high)電平及L (low)電平的傳送脈 沖時(shí)，水平電荷傳送部沿水平方向傳送信號(hào)電荷。此外，CCD1的光電變換部與以往的CCD101的光電變換部同樣 地構(gòu)成(參照?qǐng)D21)。 g卩，構(gòu)成CCD1的半導(dǎo)體基板是N型的硅基板。 此外，在半導(dǎo)體基板的表層側(cè)形成有P阱，在半導(dǎo)體基板的形成有P 阱的區(qū)域內(nèi)設(shè)有N型的擴(kuò)散層。光電變換部是由N型的擴(kuò)散層、P阱、和N型的半導(dǎo)體基板構(gòu)成的NPN構(gòu)造的光敏二極管。進(jìn)而，在本實(shí)施方式l中，CCD1與以往的CCD101同樣，在半 導(dǎo)體基板的沒(méi)有形成P阱的區(qū)域與P阱之間具備用來(lái)施加反偏置電壓 的SUB端子(參照?qǐng)D21)。反偏置電壓的施加是基于系統(tǒng)控制器8 的指示、通過(guò)電壓供給電路(參照?qǐng)D21 (a))進(jìn)行的。這樣，本實(shí)施方式1的攝像裝置具備與以往例1的攝像裝置同樣 的結(jié)構(gòu)。此外，在本實(shí)施方式l中，也與以往例1及以往例2同樣， 控制裝置10使垂直電荷傳送部進(jìn)行將沿垂直方向排列的兩個(gè)以上的 光電變換部的電荷相加的半幀讀取，由此進(jìn)行運(yùn)動(dòng)圖像攝像。但是，在通過(guò)系統(tǒng)控制器8控制照明光源3的點(diǎn)亮及熄滅定時(shí)的 方面，本實(shí)施方式1的攝像裝置與以往例1的攝像裝置不同。此外， 雖然本實(shí)施方式1的攝像裝置如以往例2那樣不具備機(jī)械快門，也能 夠通過(guò)幀讀取方式拍攝靜止圖像。以下，利用圖2具體地說(shuō)明這一點(diǎn)。 圖2是表示對(duì)設(shè)置在圖1所示的攝像裝置中的CCD進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的脈沖 的定時(shí)圖。如圖2所示，在本實(shí)施方式1中，也與以往例1及以往例2同樣， 在運(yùn)動(dòng)圖像攝像期間中將照明光源3點(diǎn)亮(接通)。并且，CCD驅(qū)動(dòng) 電路5 (參照?qǐng)D1)在每1半幀期間(例如1/60秒)中對(duì)驅(qū)動(dòng)端子ct) VI及cl)V3施加H電平的讀取脈沖，使垂直電荷傳送部讀取積蓄在 各光電變換部中的電荷。此外，垂直電荷傳送部將沿垂直方向相鄰的 兩個(gè)像素的信號(hào)電荷相加(參照?qǐng)D23 (a))。加法的組合在奇數(shù)半幀 (第1半幀)和偶數(shù)半幀(第2半幀)中改變。另一方面，如果快門觸發(fā)信號(hào)被輸入(接通)，則與以往例1及 以往例2同樣，半幀期間成為曝光期間(例如l/30秒)，但在本實(shí)施 方式1中，在曝光期間的結(jié)束后通過(guò)系統(tǒng)控制器8將照明光源3熄滅 (關(guān)閉)。此外，本實(shí)施方式1的攝像裝置構(gòu)成內(nèi)窺鏡裝置的一部分， 在黑暗部的攝像中使用。由此，通過(guò)照明光源3的熄滅，成為入射光 11難以經(jīng)由攝像透鏡系統(tǒng)2入射到CCD1中的狀況。進(jìn)而，該狀況與以往例2中機(jī)械快門被關(guān)閉的狀況大致相同。并且，如圖2所示，系統(tǒng)控制器8在照明光源3熄滅的期間中使 垂直電荷傳送部分為多個(gè)半幀(在本實(shí)施方式1中分為兩個(gè)半幀)進(jìn) 行積蓄在光電變換部中的全部電荷的讀取。進(jìn)而，系統(tǒng)控制器8使信 號(hào)處理電路7合成按每個(gè)半幀得到的圖像，來(lái)制作1張幀圖像。具體而言，與照明光源3的熄滅同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)控制器8的指示， CCD驅(qū)動(dòng)電路5對(duì)驅(qū)動(dòng)端子4)V1施加H電平的讀取脈沖。接著， CCD驅(qū)動(dòng)電路5對(duì)驅(qū)動(dòng)端子d) Vl 中V4施加M電平及L電平的傳 送脈沖，將讀取的電荷沿垂直方向傳送。此外，在該傳送結(jié)束后， CCD驅(qū)動(dòng)電路5再對(duì)驅(qū)動(dòng)端子巾V3施加H電平的讀取脈沖。接著， CCD驅(qū)動(dòng)電路5將此時(shí)讀取的電荷也沿垂直方向傳送。結(jié)果，在本實(shí)施方式l中，也與以往例2同樣，積蓄在奇數(shù)行的 像素列中的電荷與積蓄在偶數(shù)行的像素列中的電荷不被混合而被讀 取(參照?qǐng)D26 (b))，幀讀取方式的靜止圖像的攝像完成。這樣，在 本實(shí)施方式1中，與以往例2不同，通過(guò)將照明光源3熄滅來(lái)實(shí)現(xiàn)幀 讀取方式的靜止圖像的攝像。此外，由于不需要使用機(jī)械快門等的遮 光機(jī)構(gòu)，所以能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)攝像裝置的小型化和靜止圖像的高分辨率 化兩者。另外，在本實(shí)施方式1中，與以往例1及以往例2同樣，在運(yùn)動(dòng) 圖像攝像期間及靜止圖像攝像期間的任一個(gè)中，對(duì)CCD1的SUB端 子施加的反偏置電壓(基板電壓)都被固定為M電平，超過(guò)一定量 的電荷經(jīng)由OFB區(qū)域向半導(dǎo)體基板排出。此外，從實(shí)現(xiàn)靜止圖像的畫質(zhì)的提高的方面來(lái)看，攝像裝置的使 用環(huán)境優(yōu)選為使將照明光源熄滅時(shí)的亮度約為10勒克司以下的環(huán)
境。具體而言，可以舉出人體、其他動(dòng)物的身體內(nèi)部、配管的內(nèi)部等。 進(jìn)而，在本實(shí)施方式1中，為了得到彩色的運(yùn)動(dòng)圖像及靜止圖像， 可以做成在CCD1中設(shè)有濾色片的形態(tài)。圖3是表示在本發(fā)明的實(shí)施 方式1中在固體攝像元件中設(shè)有濾色片的情況下的信號(hào)排列的圖，圖3 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，圖3 (b)表示靜止圖像攝像時(shí)。如圖3所示，在本實(shí)施方式1中，黃色(Ye)、青色(Cy)、品紅 (Mg)、以及綠(G)的補(bǔ)色濾色片形成為色差順序排列狀。由此， 如圖3 (a)所示，在運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，通過(guò)半幀讀取方式將垂直兩 像素的互補(bǔ)色信號(hào)相加而讀取，所以可得到每秒60半幀的運(yùn)動(dòng)圖像。 此外，如圖3 (b)所示，在靜止圖像攝像時(shí)，通過(guò)幀讀取方式獨(dú)立 地讀取所有像素的互補(bǔ)色信號(hào)，可得到分辨率較高的靜止圖像。另外，在本實(shí)施方式中，使用補(bǔ)色濾色片的理由如下。即，在使 用原色濾色片的情況下，如果將垂直兩像素的信號(hào)相加(例如R+G 或B+G)，則在后段的信號(hào)處理中不會(huì)回到原來(lái)的原色信號(hào)。因此， 在使用原色濾色片的情況下，通常進(jìn)行所有像素獨(dú)立讀取。另一方面， 在補(bǔ)色濾色片中，即使將垂直兩像素的信號(hào)相加讀取，在后段通過(guò)進(jìn) 行以下的色差信號(hào)處理也能夠近似地導(dǎo)出原色信號(hào)。艮P，如果將亮度信號(hào)Y如下述式(3)那樣近似，則將色差信號(hào) (R—Y)及(B—Y)如式(4)及式(5)那樣近似。 Y={ (G+Cy) + (Mg+Ye) } X 1/2 ……(3) R—Y={ (Mg+Ye) — (G+Cy) }=2R—G ……(4) B —Y={ (Mg+Cy) — (G+Ye) }=2B—G ……(5) 根據(jù)這些式(3) 式(5)，通過(guò)以下的式(6) 式(8)近似 原色信號(hào)R、 G、 B。另外，下述的n、 m、 p、 q是系數(shù)。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)
這樣，即使將垂直兩像素的電荷相加也不會(huì)失去顏色信息的補(bǔ)色 濾色片由于能夠通過(guò)信號(hào)相加使靈敏度成為2倍，所以與原色濾色片 相比對(duì)于黑暗場(chǎng)所中的運(yùn)動(dòng)圖像攝影是有利的，適合于在便攜攝像機(jī) 及內(nèi)窺鏡等中使用。但是，在使用補(bǔ)色濾色片的結(jié)構(gòu)中，由于通過(guò)運(yùn) 算互補(bǔ)色信號(hào)而近似地導(dǎo)出原色信號(hào)，所以與通過(guò)原色濾色片獨(dú)立地 讀取所有像素的情況相比，有顏色再現(xiàn)性較差的缺點(diǎn)。因而，在需要 重視顏色再現(xiàn)性勝于靈敏度的情況下， 一般使用具備原色濾色片的CCD。接著，利用圖4說(shuō)明本實(shí)施方式1的內(nèi)窺鏡裝置。圖4是概略地 表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示， 本實(shí)施方式1的內(nèi)窺鏡裝置是管型的內(nèi)窺鏡裝置。內(nèi)窺鏡裝置由用來(lái) 攝影影像的照相機(jī)單元23、進(jìn)行照相機(jī)單元23的控制及各種信號(hào)處 理的控制器單元24、和顯示裝置9構(gòu)成。照相機(jī)單元23具備插入人體內(nèi)部及配管內(nèi)部等中的插入部21、 和操作部22。插入部21呈管狀，在其前端具備構(gòu)成攝像裝置的CCD1、 攝像透鏡系統(tǒng)2及照明光源3。此外，插入部21的前端可彎曲地構(gòu) 成，構(gòu)成彎曲部25。具體而言，在插入部21的內(nèi)部，搭載有用來(lái)傳 遞彎曲動(dòng)力的金屬線、及產(chǎn)生彎曲動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)器等(未圖示)。此外，在操作部22中，設(shè)有用來(lái)拉伸金屬線的撥盤、及用來(lái)使 驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作的按鈕等，操作者通過(guò)操作部22控制插入部21的彎曲。 此外，在插入部21的前端有時(shí)搭載有其它用來(lái)進(jìn)行治療或取得組織 的鉗子、或用來(lái)噴出藥劑或空氣的噴嘴等。在此情況下，它們的操作 也通過(guò)操作部22進(jìn)行。此外，在控制單元24搭載有攝像裝置的剩余的一部分、即信號(hào) 處理電路7、照明光源3的電源4、以及系統(tǒng)控制器8。由此，由照 相機(jī)單元23攝影、由控制單元24信號(hào)處理后的影像(運(yùn)動(dòng)圖像及靜 止圖像)被顯示在顯示裝置9上。
這樣，本實(shí)施方式1的內(nèi)窺鏡裝置在內(nèi)部具備本實(shí)施方式1的攝 像裝置。因此，可以不具備機(jī)械快門等，而通過(guò)幀讀取方式拍攝靜止 圖像。因而，根據(jù)本實(shí)施方式l的內(nèi)窺鏡裝置，能夠在抑制裝置的大 型化的同時(shí)、通過(guò)靜止圖像的高分辨率化來(lái)提高疾病及故障等的發(fā)現(xiàn) 率。
(實(shí)施方式2)
接著，參照?qǐng)D5及圖6對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2的攝像裝置及內(nèi)窺 鏡裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖5是概念性地表示構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式2的攝 像裝置的固體攝像元件的動(dòng)作的說(shuō)明圖，圖5 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝 像時(shí)，圖5 (b)表示靜止圖像攝像時(shí)。
本實(shí)施方式2的攝像裝置與圖1所示的實(shí)施方式1的攝像裝置不 同點(diǎn)在于，在運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)裝置內(nèi)部進(jìn)行的處理。在除此以外，本 實(shí)施方式2的攝像裝置與圖1所示的實(shí)施方式1的攝像裝置同樣。此 外，本實(shí)施方式2的內(nèi)窺鏡裝置具備與圖4所示的實(shí)施方式1的內(nèi)窺 鏡裝置同樣的結(jié)構(gòu)。以下對(duì)實(shí)施方式1的不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖5 (a)所示，在本實(shí)施方式2中，控制裝置在運(yùn)動(dòng)圖像的拍 攝時(shí)，使垂直電荷傳送部111僅讀取多個(gè)光電變換部110中的一部分 光電變換部110所積蓄的電荷。g卩，系統(tǒng)控制器(參照?qǐng)Dl)在l半 幀期間(例如l/60秒鐘)的光電變換后，對(duì)CCD驅(qū)動(dòng)電路(參照?qǐng)D 1)給予指示，使垂直電荷傳送部111進(jìn)行剔除一部分像素行的讀取。
具體而言，CCD驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，例如以4像 素行為1組，僅對(duì)從上數(shù)第1個(gè)像素行和第4個(gè)像素行施加讀取脈沖。 由此，僅將積蓄在處于第1個(gè)像素行和第4個(gè)像素行中的光電變換部 110中的電荷讀取到各垂直電荷傳送部110中。
因而，根據(jù)本實(shí)施方式2，在每4個(gè)像素行中僅讀取兩個(gè)像素行， 其余的兩個(gè)像素行被剔除，所以運(yùn)動(dòng)圖像中的垂直方向的分辨率減 半。但是，由此能夠以例如60幀/秒的幀速度輸出運(yùn)動(dòng)圖像(在實(shí)施方式1中是30幀/秒)，運(yùn)動(dòng)圖像的幀速率提高。本實(shí)施方式2的攝 像裝置在攝像對(duì)象的運(yùn)動(dòng)較快的情況以及想要以高速取入運(yùn)動(dòng)圖像 時(shí)是有用的。
此外，本實(shí)施方式2的攝像裝置也可以做成僅在不要求垂直分辨
率的情況下進(jìn)行上述的剔除像素行的運(yùn)動(dòng)圖像攝影、在除此以外的情 況下進(jìn)行與實(shí)施方式1的攝像裝置同樣的運(yùn)動(dòng)圖像攝像的形態(tài)。作為 不要求垂直分辨率的情況，可以舉出例如攝像裝置以取景器模式或液 晶顯示器模式動(dòng)作的情況、進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦的調(diào)焦的情況、進(jìn)行曝光及
白平衡調(diào)節(jié)的情況等。另外，如圖5 (b)所示，在本實(shí)施方式2中， 也與實(shí)施方式1同樣，攝像裝置通過(guò)照明光源的熄滅的幀讀取來(lái)拍攝 靜止圖像。
在本實(shí)施方式2中，也可以為了得到彩色的運(yùn)動(dòng)圖像及靜止圖像， 可以做成在CCD中設(shè)有濾色片的形態(tài)。圖6是表示在本發(fā)明的實(shí)施 方式2中在固體攝像元件中設(shè)有濾色片的情況下的信號(hào)排列的圖，圖 6 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，圖6 (b)表示靜止圖像攝像時(shí)。
如圖6所示，在本實(shí)施方式2中，綠(G)、紅(R)、以及藍(lán)(B) 的原色濾色片以拜爾(Bayer)排列狀形成。由此，如圖6 (a)所示， 通過(guò)像素行剔除讀取來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)圖像攝像，但讀取的像素分別單獨(dú)地 呈現(xiàn)原色，所以與使用補(bǔ)色濾色片的情況相比，可以實(shí)現(xiàn)提高色再現(xiàn) 性。此外，如圖6 (b)所示，在靜止圖像中，讀取全部像素，各像 素分別呈現(xiàn)原色，與實(shí)施方式1相比顏色再現(xiàn)性提高(在靜止圖像中， 在實(shí)施方式l中，也獨(dú)立地讀取所有像素，所以分辨率在實(shí)施方式2 與實(shí)施方式l中是相同的電平)。
另外，在本實(shí)施方式2中，作為一例，對(duì)每4個(gè)像素行中僅讀取 兩個(gè)像素行的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但讀取像素行的周期和讀取的像素行 只要對(duì)應(yīng)于需要的垂直分辨率及幀速率設(shè)定就可以。例如在每6個(gè)像 素行中僅讀取2個(gè)像素行的情況下，雖然垂直分辨率減少至1/3，但
能夠?qū)俾侍岣叩?0幀/秒。 (實(shí)施方式3)
接著，參照?qǐng)D7及圖8對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3的攝像裝置及內(nèi)窺 鏡裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖7是概念性地表示構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式3的攝 像裝置的固體攝像元件的動(dòng)作的說(shuō)明圖，圖7 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝 像時(shí)，圖7 (b)表示靜止圖像攝像時(shí)。
本實(shí)施方式3的攝像裝置與圖1所示的實(shí)施方式1的攝像裝置不 同點(diǎn)也在于，當(dāng)運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)在裝置內(nèi)部進(jìn)行的處理。在除此以外， 本實(shí)施方式3的攝像裝置與圖1所示的實(shí)施方式1的攝像裝置同樣。 此外，本實(shí)施方式3的內(nèi)窺鏡裝置也具備與圖4所示的實(shí)施方式1的 內(nèi)窺鏡裝置同樣的結(jié)構(gòu)。以下對(duì)實(shí)施方式l的不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖7 (a)所示，在本實(shí)施方式3中，控制裝置在運(yùn)動(dòng)圖像的拍 攝時(shí)，將處于隔一個(gè)像素行的位置的兩個(gè)光電變換部110各自的電荷 相加。具體而言，在1半幀期間(例如1/60秒鐘)的光電變換后， CCD驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，以4像素行為1組，僅對(duì)從 上數(shù)第1個(gè)像素行和第2個(gè)像素行施加讀取脈沖。由此，僅將積蓄在 處于第1個(gè)像素行和第2個(gè)像素行中的光電變換部110中的電荷讀取 到各垂直電荷傳送部111中。然后，CCD驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)施加傳送脈 沖，將讀取的第1個(gè)及第2個(gè)像素行的電荷分別傳送到第3個(gè)或第4 個(gè)像素行。
接著，CCD驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，僅對(duì)從上數(shù)第3 個(gè)像素行與第4個(gè)像素行施加讀取脈沖，結(jié)果，將已經(jīng)被讀取并傳送 來(lái)的第1個(gè)像素行的像素與被讀取的第3個(gè)像素行的像素相加。同樣， 將已經(jīng)被讀取并傳送來(lái)的第2個(gè)像素行的像素與被讀取的第4個(gè)像素 行的像素相加。
這樣，在本實(shí)施方式3中，不進(jìn)行剔除而將兩個(gè)像素行的信號(hào)相 加，所以與實(shí)施方式2相比運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)的靈敏度提高為2倍。此
外，在本實(shí)施方式3中垂直方向的行數(shù)減半，所以與實(shí)施方式2同樣，
能夠以例如60幀/秒的幀速度輸出運(yùn)動(dòng)圖像，在CCD中設(shè)有原色濾 色片的情況下的運(yùn)動(dòng)圖像攝影中是特別有用。對(duì)于這一點(diǎn)利用圖8進(jìn) 行說(shuō)明。另外，如圖7 (b)所示，在本實(shí)施方式3中，也與實(shí)施方 式1同樣，攝像裝置通過(guò)照明光源的熄滅的幀讀取來(lái)拍攝靜止圖像。
圖8是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式3中在固體攝像元件中設(shè)有濾色 片的情況下的信號(hào)排列的圖，圖8 (a)表示運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，圖8 (b)表示靜止圖像攝像時(shí)。
如圖8所示，在本實(shí)施方式3中，也與實(shí)施方式2同樣，將綠(G)、 紅(R)、以及藍(lán)(B)的原色濾色片以拜爾排列狀形成。此時(shí)，如圖 8 (b)所示，在垂直方向上處于隔一個(gè)像素行的位置的兩個(gè)濾色片成 為同色。因而，如圖8 (a)所示，在運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，將同色的電 荷彼此相加。由此，根據(jù)本實(shí)施方式3，能夠以高靈敏度得到顏色再 現(xiàn)性較高的運(yùn)動(dòng)圖像。
另外，在本實(shí)施方式3中，對(duì)將4個(gè)像素行為1個(gè)周期而將從上 數(shù)第1個(gè)和第3個(gè)像素行、第2個(gè)和第4個(gè)像素行分別讀取而相加的 情況進(jìn)行了說(shuō)明，但像素行的周期只要對(duì)應(yīng)于需要的垂直分辨率及幀 速率設(shè)定就可以。例如，也可以以6個(gè)像素行為1個(gè)周期，將1像素 行+ 3像素行+5像素行、2像素行+4像素行+6像素行分別讀取并 相加。在此情況下，雖然垂直分辨率減少至1/3，但能夠?qū)俾侍?高到90幀/秒。
(實(shí)施方式4)
接著，參照?qǐng)D9及圖10對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4的攝像裝置及內(nèi) 窺鏡裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖9是表示用對(duì)在本發(fā)明的實(shí)施方式4中使用的 固體攝像元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的脈沖的定時(shí)圖。圖IO是表示在本發(fā)明的實(shí) 施方式4中使用的固體攝像元件的厚度方向的電勢(shì)分布的圖。
本實(shí)施方式4的攝像裝置與圖1所示的實(shí)施方式1的攝像裝置不
同點(diǎn)在于具備電子快門。除此以外，本實(shí)施方式4的攝像裝置與圖1 所示的實(shí)施方式1的攝像裝置同樣。此外，本實(shí)施方式4的內(nèi)窺鏡裝 置也具備與圖4所示的實(shí)施方式1的內(nèi)窺鏡裝置同樣的結(jié)構(gòu)。以下對(duì) 實(shí)施方式1的不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖9所示，在本實(shí)施方式4中，攝像裝置的控制裝置具備施加
將積蓄在光電變換部中的電荷消除的電子快門脈沖的功能?？刂蒲b置 通過(guò)電子快門脈沖的施加，來(lái)調(diào)節(jié)用于得到靜止圖像的曝光時(shí)間的長(zhǎng) 度。
這里，對(duì)電子快門脈沖進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式4中，也在構(gòu)成 CCD的半導(dǎo)體基板上，為了向沒(méi)有形成P阱的區(qū)域和P阱之間施加 反偏置電壓(SUB電壓)，具備SUB端子(參照?qǐng)D21 (a))。由此， 如圖10所示，通過(guò)使反偏置電壓的電平變動(dòng)，能夠調(diào)節(jié)溢出勢(shì)壘的 電勢(shì)高度。例如，如果提高反偏置電壓的電平，則溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高 度與其對(duì)應(yīng)而降低，積蓄的電荷被排出到半導(dǎo)體基板。
如圖9所示，在本實(shí)施方式4中，當(dāng)CCD驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)系統(tǒng)控 制器的指示被輸入(接通)快門觸發(fā)信號(hào)時(shí)，在一定的期間對(duì)該SUB 端子作為電子快門脈沖而施加H電平的反偏置電壓。結(jié)果，由光電 變換部產(chǎn)生的信號(hào)電荷被基板吸取，在光電變換部中不積蓄信號(hào)電荷 (參照?qǐng)D10)。
此外，如果電子快門脈沖的施加結(jié)束，則在光電變換部中開(kāi)始電 荷的積蓄。在本實(shí)施方式4中，從結(jié)束施加電子快門脈沖到開(kāi)始讀取 積蓄在光電變換部中的電荷的期間成為曝光期間。
另外，用來(lái)得到靜止圖像的電荷讀取及傳送與實(shí)施方式1同樣地 進(jìn)行。在本實(shí)施方式4中，也通過(guò)半幀讀取進(jìn)行運(yùn)動(dòng)圖像的攝像。此 外，在沒(méi)有施加電子快門脈沖時(shí)，在本實(shí)施方式4中，也與實(shí)施方式 l同樣，反偏置電壓的電平被保持為M電平。
這樣，在本實(shí)施方式4中，控制裝置通過(guò)改變電子快門脈沖的供
給時(shí)間及條數(shù)，能夠決定曝光的開(kāi)始時(shí)期，能夠簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)用來(lái)得到 靜止圖像的曝光期間的長(zhǎng)度。因此，根據(jù)本實(shí)施方式4，與實(shí)施方式 1~3比較能夠進(jìn)行高精度的曝光時(shí)間的設(shè)定。此外，例如還能夠簡(jiǎn)單地將曝光時(shí)間設(shè)定為很短的時(shí)間(例如1/1000秒以下)，所以還能夠攝像高速移動(dòng)的物體的靜止圖像。(實(shí)施方式5)接著，參照?qǐng)D11及圖12對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式5的攝像裝置及內(nèi) 窺鏡裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖11是表示用來(lái)驅(qū)動(dòng)在本發(fā)明的實(shí)施方式5中 使用的固體攝像元件的脈沖的定時(shí)圖。圖12是表示在本發(fā)明的實(shí)施 方式5中使用的固體攝像元件的厚度方向的電勢(shì)分布的圖。本實(shí)施方式5的攝像裝置與圖1所示的實(shí)施方式1的攝像裝置不 同點(diǎn)在于，具備電子快門、及對(duì)施加在構(gòu)成CCD的半導(dǎo)體基板的反 偏置電壓(SUB電壓)進(jìn)行調(diào)制。除此以外，本實(shí)施方式5的攝像 裝置與圖1所示的實(shí)施方式1的攝像裝置同樣。此外，本實(shí)施方式5 的內(nèi)窺鏡裝置也具備與圖4所示的實(shí)施方式1的內(nèi)窺鏡裝置同樣的結(jié) 構(gòu)。以下對(duì)與實(shí)施方式l不同的點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。另外，在本實(shí)施方式5 中使用的電子快門與在實(shí)施方式4中使用的電子快門同樣。由此，在 以下的說(shuō)明中，以反偏置電壓的調(diào)制為中心進(jìn)行說(shuō)明。如圖11所示，在本實(shí)施方式5中，攝像裝置被輸入快門觸發(fā)信 號(hào)之后到基于幀讀取的電荷讀取及傳送結(jié)束的期間，使反偏置電壓的 電平比運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)低。具體而言，CCD驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)系統(tǒng)控制 器的指示，在從電子快門脈沖的施加結(jié)束后的曝光期間中，使反偏置 電壓的電平從之前的M電平降低到L電平。結(jié)果，如圖12所示，在曝光期間中，溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度變得 比之前高，同時(shí)在光電變換部中，可積蓄電荷的區(qū)域(光電變換區(qū)域) 沿半導(dǎo)體基板的深度方向擴(kuò)大。并且，由于入射到光電變換部中的光 在基板的深部也被光電變換，所以實(shí)現(xiàn)了靜止圖像的拍攝時(shí)的靈敏度
的提高。
但是，如果溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度變得過(guò)高，則積蓄在光電變換區(qū) 域中的電荷的量變得過(guò)多，在讀取時(shí)有可能從垂直電荷傳送部溢出。 因此，在本實(shí)施方式5中，優(yōu)選地如下這樣設(shè)定反偏置電壓的電平。
設(shè)垂直電荷傳送部各自的最大傳送電荷量為Svccd、運(yùn)動(dòng)圖像攝 像時(shí)的各光電變換部的最大積蓄電荷量為sm。ti。n、在運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí) 相加的像素?cái)?shù)為N (在本實(shí)施方式5中N二2)。在此情況下，在運(yùn)動(dòng)圖像攝影時(shí)，為了使電荷不會(huì)在垂直電荷傳送部中溢出，需要滿足下 述式(1)。
(數(shù)學(xué)式7) Svccd》NX Smotj0n ...... (1)此外，如果設(shè)靜止圖像攝像時(shí)的各光電變換部的最大積蓄電荷量 為Sstill，則為了在靜止圖像攝像時(shí)使電荷不在垂直電荷傳送部中溢 出，需要滿足下述式(2)。 (數(shù)學(xué)式8)SvCCD》Sstiu ...... (2)如果將上述式(1)及上述式(2)表示為圖，則為圖13所示那 樣。圖13是將最大積蓄電荷量與電勢(shì)分布一起表示的圖。如圖13所 示，在本實(shí)施方式5中，也為了通過(guò)幀讀取方式拍攝靜止圖像，靜止 攝像時(shí)的最大積蓄電荷量Ssti 為比運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)的最大積蓄電荷大的值。
此外，設(shè)運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)的最適合的反偏置電壓的電平為M'電 平時(shí)，M'電平只要設(shè)定為使上述式(1)成立，gp，設(shè)定為溢出勢(shì) 壘的電勢(shì)高度成為圖13所示的運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)的電勢(shì)高度就可以。 進(jìn)而，如果設(shè)靜止圖像攝像時(shí)的調(diào)制后的反偏置電壓的電平為L(zhǎng)'電 平，則L'電平只要設(shè)定為使上述式(2)成立，即設(shè)定為溢出勢(shì)壘 的電勢(shì)高度成為圖13所示的靜止圖像攝像時(shí)的電勢(shì)高度就可以。
這樣，只要如上述那樣設(shè)定運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)及靜止圖像攝像時(shí)各 自的反偏置電壓的電平(溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度)，就能夠抑制電荷在 垂直電荷傳送部中溢出，并且，可以盡可能提高積蓄在光電變換部中 的電荷量。(實(shí)施方式6)接著，參照?qǐng)D14及圖15對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式6的攝像裝置及內(nèi) 窺鏡裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖14是表示用來(lái)驅(qū)動(dòng)在本發(fā)明的實(shí)施方式6中 使用的固體攝像元件的脈沖的定時(shí)圖。本實(shí)施方式6的攝像裝置與實(shí)施方式5的攝像裝置的不同點(diǎn)在 于，反偏置電壓(SUB電壓)的調(diào)制時(shí)期是曝光期間的結(jié)束之后。 除此以外，本實(shí)施方式6的攝像裝置與實(shí)施方式5的攝像裝置同樣。 以下，對(duì)與實(shí)施方式5的不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。另外，本實(shí)施方式6的內(nèi) 窺鏡裝置也具備與圖4所示的實(shí)施方式1的內(nèi)窺鏡裝置同樣的結(jié)構(gòu)。如圖14所示，在本實(shí)施方式6中，根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，在 用來(lái)得到靜止圖像的曝光期間的結(jié)束后(照明光源的熄滅后)，CCD 驅(qū)動(dòng)電路使反偏置電壓的電平從之前的M電平降低到L電平。這里， 利用圖15對(duì)本實(shí)施方式6的效果進(jìn)行說(shuō)明。圖15是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式6中使用的固體攝像元件的厚 度方向的電勢(shì)分布的圖，圖15 (a)表示在靜止圖像的讀取時(shí)將反偏 置電壓設(shè)定為一定的情況，圖5 (b)表示在靜止圖像的讀取時(shí)調(diào)制 反偏置電壓的情況。與本實(shí)施方式6不同，考慮在進(jìn)行靜止圖像的讀取及傳送的期間 中總是將反偏置電壓設(shè)定為M電平的情況(參照?qǐng)D2及圖9)。在此 情況下，如圖15 (a)所示，在讀取積蓄在奇數(shù)行的像素列中的電荷 CFU31的期間中，有時(shí)積蓄在偶數(shù)行的像素列中的電荷CFlD2的一部分 會(huì)由于其自身所具有的熱能而越過(guò)溢出勢(shì)壘而排出到半導(dǎo)體基板。在此情況下，積蓄在奇數(shù)行的像素列中的電荷CFlD1的電荷量
SFLD1有可能變得比積蓄在偶數(shù)行的像素列中的電荷CFLD2的電荷量 S化D2大(SFLDI>SFLD2)。進(jìn)而，如果SFLD1> SFLD2，則在第l半幀的圖像與第2半幀的圖像之間會(huì)產(chǎn)生因飽和輸出的不同帶來(lái)的半幀階差。
相對(duì)于此，在本實(shí)施方式6中，在曝光期間的結(jié)束后(照明光源的熄滅后)的奇數(shù)行的電荷CpLD,的讀取中，將反偏置電壓的電平從M電平調(diào)制為L(zhǎng)電平。并且，由此，如圖15 (b)所示，溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度變高，所以抑制了偶數(shù)行的電荷CFLD2的一部分被排出。進(jìn) 而，結(jié)果為S^d「 SflD2，抑制了因飽和輸出的不同帶來(lái)的半幀階差 的發(fā)生。
(實(shí)施方式7)參照?qǐng)D16 圖18對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式7的攝像裝置及內(nèi)窺鏡裝 置進(jìn)行說(shuō)明。圖16是表示用來(lái)驅(qū)動(dòng)在本發(fā)明的實(shí)施方式7中使用的 固體攝像元件的脈沖的定時(shí)圖。
本實(shí)施方式7的攝像裝置與圖1所示的實(shí)施方式1的攝像裝置不 同點(diǎn)在于，具備電子快門、及在靜止圖像的讀取前對(duì)垂直電荷傳送部 施加高速清除脈沖。除此以外，本實(shí)施方式7的攝像裝置與圖1所示 的實(shí)施方式1的攝像裝置同樣。此外，本實(shí)施方式7的內(nèi)窺鏡裝置也 具備與圖4所示的實(shí)施方式1的內(nèi)窺鏡裝置同樣的結(jié)構(gòu)。以下，對(duì)與 實(shí)施方式1的不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。另外，在本實(shí)施方式7中使用的電子 快門與在實(shí)施方式4中使用的電子快門同樣。由此，在以下的說(shuō)明中， 以高速清除脈沖的施加為中心進(jìn)行說(shuō)明。
如圖16所示，在本實(shí)施方式7中，CCD驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)系統(tǒng)控制 器的指示，在照明光源的熄滅后，分別在奇數(shù)行的像素列的電荷的讀 取(第1半幀的讀取)及偶數(shù)行的像素列的電荷的讀取(第2半幀的 讀取)之前，對(duì)各垂直電荷傳送部施加清除電壓。結(jié)果，在排除積蓄 在各垂直電荷傳送部中的電荷后，讀取積蓄在光電變換部中的電荷。
這里，利用圖17及圖18對(duì)高速清除脈沖進(jìn)行說(shuō)明。圖17及圖18是表示對(duì)垂直電荷傳送部施加高速清除脈沖的狀態(tài)的說(shuō)明圖，圖17 (a) 圖18 (f)表示主要的一系列的過(guò)程。如圖17 (a)所示，當(dāng)進(jìn)行用來(lái)得到靜止圖像的曝光(曝光期間 中)時(shí)，有時(shí)會(huì)在垂直電荷傳送部111中產(chǎn)生不需要的電荷。作為該 不需要的電荷，可以舉出因熱而產(chǎn)生的成為暗電流的原因的電荷、從 光電變換部溢出而漏入垂直電荷傳送部中的電荷(作為圖像模糊的原 因的電荷)、因光的泄漏而在垂直電荷傳送部中光電變換而產(chǎn)生的電 荷(作為污跡的原因)等。在這樣的不需要的電荷存在于垂直電荷傳 送部中的情況下，如果從光電變換部讀取電荷，則在讀取的電荷中混 入不需要的電荷，有可能使S/N比惡化。相對(duì)于此，在本實(shí)施方式7中，如圖17 (b)所示，在照明光源 熄滅，不再產(chǎn)生作為污點(diǎn)及圖像模糊等的原因的不需要的電荷時(shí)， CCD驅(qū)動(dòng)電路對(duì)垂直電荷傳送部施加高速清除脈沖(參照?qǐng)D16)。然 后，如圖17 (c)所示，CCD驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，進(jìn)行 奇數(shù)行的像素列的電荷的讀取(第1半幀的讀取)。此外，在圖17 (c)所示的工序結(jié)束后，如圖18 (d)所示，有 時(shí)會(huì)因熱而在垂直電荷傳送部中產(chǎn)生作為暗電流的原因的不需要的 電荷。由此，如圖18 (e)所示，CCD驅(qū)動(dòng)電路對(duì)垂直電荷傳送部再 次施加高速清除脈沖。然后，如圖18 (f)所示，CCD驅(qū)動(dòng)電路根據(jù) 系統(tǒng)控制器的指示，進(jìn)行偶數(shù)行的像素列的電荷的讀取(第2半幀的 讀取)。這樣，在本實(shí)施方式7中，對(duì)垂直電荷傳送部施加高速清除脈沖 后進(jìn)行第1半幀及第2半幀的電荷的讀取。因此，除去了不需要的電 荷，而僅提取信號(hào)電荷，所以提高輸出信號(hào)的S/N比。進(jìn)而，由此實(shí) 現(xiàn)了攝像圖像的畫質(zhì)的提高。此外，還抑制了因第1半幀與第2半幀 的不需要電荷的產(chǎn)生量的差異而帶來(lái)的輸出信號(hào)的半幀間的階差。此外，在圖16 圖18所示的例子中，每當(dāng)半幀的讀取時(shí)進(jìn)行高
速清除脈沖的施加，但本實(shí)施方式7并不限于此。在本實(shí)施方式7中， 例如也可以是僅在不需要電荷量較大的照明光源的熄滅之后進(jìn)行高速清除脈沖的施加的形態(tài)(參照?qǐng)D16及圖17 (b))。在該形態(tài)中， 認(rèn)為也充分地實(shí)現(xiàn)了 S/N比的提高。此外，根據(jù)該形態(tài)，由于省略了 第2半幀的讀取前的高速清除脈沖的施加(參照?qǐng)D16及圖18 (e)， 所以能夠相應(yīng)地縮短靜止圖像攝像期間，結(jié)果在連拍拍攝靜止圖像等 的情況下是有用的。以上，在實(shí)施方式1 實(shí)施方式7中，對(duì)固體攝像元件是隔行傳 送型的CCD攝像元件的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于此。在 本發(fā)明中，固體攝像元件也可以是幀隔行傳送型的CCD攝像元件、 MOS型攝像元件。此外，在實(shí)施方式1 實(shí)施方式7中，溢出勢(shì)壘是縱型的溢出勢(shì) 壘(溢出泄漏構(gòu)造)，形成在構(gòu)成光電變換部的N型的擴(kuò)散層的最下 面到P阱的最下面的區(qū)域。但是，本發(fā)明并不限于此，溢出勢(shì)壘也可 以是橫型的溢出勢(shì)壘(溢出泄漏構(gòu)造)。具體而言，在釆用橫型的溢出勢(shì)壘的情況下，與構(gòu)成光電變換部 的N型擴(kuò)散層并列地形成N+型的第2擴(kuò)散層，它們之間成為溢出勢(shì) 壘區(qū)域。此外，在它們之間形成有門電極，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)其施加的電壓 的電平，來(lái)調(diào)節(jié)溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度。此外，在實(shí)施方式1 實(shí)施方式7中，都以4像素行為1周期進(jìn) 行處理，但并不限于此。在本發(fā)明中，也可以以3像素行為1周期進(jìn) 行處理。此外，在運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)，也可以是將3像素以上的電荷相 加的形態(tài)。進(jìn)而，在靜止圖像攝像時(shí)，也可以是分為3個(gè)半幀以上的 半幀讀取像素的形態(tài)。進(jìn)而，本實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡裝置并不限于管型的內(nèi)窺鏡裝置，在 本發(fā)明中，也可以是膠囊型的內(nèi)窺鏡裝置。膠囊型的內(nèi)窺鏡裝置由于 能夠獨(dú)立在人體內(nèi)部中航行，所以能夠大大地減輕患者的負(fù)擔(dān)。
以上說(shuō)明的實(shí)施方式只不過(guò)是為了使本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容變得清 楚，本發(fā)明并不限于這樣的具體例，能夠在本發(fā)明的主旨和權(quán)利要求 書中記載的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更來(lái)實(shí)施，應(yīng)該廣義地解釋本發(fā)明。本發(fā)明的攝像裝置特別對(duì)于內(nèi)窺鏡裝置的小型化及內(nèi)窺鏡裝置 的靜止圖像的高分辨率化有用。由此，本發(fā)明的攝像裝置及內(nèi)窺鏡裝 置具有工業(yè)上的實(shí)用性。
權(quán)利要求
1、 一種攝像裝置，能夠拍攝運(yùn)動(dòng)圖像及靜止圖像，其特征在于， 具備固體攝像元件、對(duì)被攝體進(jìn)行照明的照明光源、和控制上述固體攝像元件及上述照明光源的控制裝置；上述固體攝像元件具備以矩陣狀排列的多個(gè)光電變換部、和讀取 積蓄在各光電變換部中的電荷的讀取部；在上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置在使上述照明光源點(diǎn)亮的狀態(tài)下使上述讀取部進(jìn)行上述電荷的讀?。划?dāng)被指示上述靜止圖像的拍攝時(shí)，在用于得到上述靜止圖像的曝 光結(jié)束之后，上述控制裝置使上述照明光源熄滅，在上述照明光源熄 滅的期間，使上述讀取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀取，合 成按每個(gè)半幀分別讀取的上述電荷，來(lái)生成一個(gè)靜止圖像。
2、 如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，在上述運(yùn)動(dòng)圖 像的拍攝時(shí)，上述控制裝置使上述讀取部進(jìn)行將沿垂直方向排列的兩 個(gè)以上的上述光電變換部的上述電荷相加的半幀讀取。
3、 如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，在上述運(yùn)動(dòng)圖 像的拍攝時(shí)，上述控制裝置使上述讀取部?jī)H讀取上述多個(gè)光電變換部 中的一部分光電變換部積蓄的電荷。
4、 如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于， 上述光電變換部形成在半導(dǎo)體基板上；上述固體攝像元件具備用于調(diào)節(jié)積蓄在上述光電變換部中的電 荷量的溢出勢(shì)壘。
5、 如權(quán)利要求4所述的攝像裝置，其特征在于，在被指示了上述靜止圖像的攝像后，上述控制裝置對(duì)上述半導(dǎo)體基板施加排出上述 電荷的電子快門脈沖，由此，調(diào)節(jié)用于得到上述靜止圖像的曝光時(shí)間 的長(zhǎng)度。
6、 如權(quán)利要求4所述的攝像裝置，其特征在于，從被指示了上 述靜止圖像的攝像后到上述每個(gè)半幀的上述電荷讀取結(jié)束的期間，上 述控制裝置使上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度比上述運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)高。
7、 如權(quán)利要求6所述的攝像裝置，其特征在于， 上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件； 上述讀取部具備多個(gè)電荷傳送裝置，上述多個(gè)電荷傳送裝置設(shè)置在上述多個(gè)光電變換部的垂直方向的每個(gè)列、且將讀取的電荷沿垂直 方向傳送；在上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置使上述多個(gè)電荷傳送裝 置分別進(jìn)行將沿垂直方向排列的N個(gè)上述光電變換部的上述電荷相 加的半幀讀?。辉谏鲜龆鄠€(gè)電荷傳送裝置各自的最大傳送電荷量是SVCCD時(shí)， 上述運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)的上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度被設(shè)定為，運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)的上述多個(gè)光電變換部的每一個(gè)的最大積蓄電荷量Sm。ti。n滿足數(shù)學(xué)式l;從被指示了上述靜止圖像的攝像后到上述每個(gè)半幀的上述電荷 讀取結(jié)束的期間的、上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度被設(shè)定為，靜止圖像攝 像時(shí)的上述多個(gè)光電變換部的每一個(gè)的最大積蓄電荷量Sstill滿足數(shù) 學(xué)式2:其中，數(shù)學(xué)式l為SvCCD》NX Smotion ，數(shù)學(xué)式2為SvCCD》SstiU 。
8、 如權(quán)利要求6所述的攝像裝置，其特征在于，上述控制裝置 使上述照明光源熄滅后，使上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度比上述運(yùn)動(dòng)圖像 攝像時(shí)高，然后，使上述讀取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀 取。
9、 如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于， 上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件； 上述讀取部具備多個(gè)電荷傳送裝置，上述多個(gè)電荷傳送裝置設(shè)置在上述多個(gè)光電變換部的垂直方向的每個(gè)列、且將讀取的電荷沿垂直 方向傳送；上述控制裝置在使上述照明光源熄滅后，對(duì)上述多個(gè)電荷傳送裝 置的每一個(gè)施加將積蓄在其中的電荷排除的清除脈沖，然后，使上述 讀取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀取。
10、 一種內(nèi)窺鏡裝置，具備能夠拍攝運(yùn)動(dòng)圖像及靜止圖像的攝像 裝置，其特征在于，上述攝像裝置具備固體攝像元件、對(duì)被攝體進(jìn)行照明的照明光 源、和控制上述固體攝像元件及上述照明光源的控制裝置；上述固體攝像元件具備以矩陣狀排列的多個(gè)光電變換部、和讀取 積蓄在各光電變換部中的電荷的讀取部；在上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置在上述照明光源點(diǎn)亮的 狀態(tài)下，使上述讀取部進(jìn)行上述電荷的讀??；當(dāng)被指示了上述靜止圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置在用于得到上 述靜止圖像的曝光結(jié)束后，使上述照明光源熄滅，在上述照明光源熄 滅的期間，使上述讀取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀取，合 成按每個(gè)半幀分別讀取的上述電荷，來(lái)生成一個(gè)靜止圖像。
11、 如權(quán)利要求IO所述的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于，在上述運(yùn) 動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置使上述讀取部進(jìn)行將沿垂直方向排列 的兩個(gè)以上的上述光電變換部的上述電荷相加的半幀讀取。
12、 如權(quán)利要求10所述的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于，在上述運(yùn) 動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置使上述讀取部?jī)H讀取上述多個(gè)光電變 換部中的一部分光電變換部所積蓄的電荷。
13、 如權(quán)利要求10所述的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于， 上述光電變換部形成在半導(dǎo)體基板上；上述固體攝像元件具備用于調(diào)節(jié)積蓄在上述光電變換部中的電 荷量的溢出勢(shì)壘。
14、 如權(quán)利要求13所述的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于，在被指示 了上述靜止圖像的攝像后，上述控制裝置對(duì)上述半導(dǎo)體基板施加排出 上述電荷的電子快門脈沖，由此，調(diào)節(jié)用于得到上述靜止圖像的曝光 時(shí)間的長(zhǎng)度。
15、 如權(quán)利要求13所述的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于，在被指示 了上述靜止圖像的攝像后到上述每個(gè)半幀的上述電荷的讀取結(jié)束的 期間，上述控制裝置使上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度比上述運(yùn)動(dòng)圖像攝像 時(shí)高。
16、 如權(quán)利要求15所述的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于， 上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件； 上述讀取部具備多個(gè)電荷傳送裝置，上述多個(gè)電荷傳送裝置設(shè)置在上述多個(gè)光電變換部的垂直方向的每個(gè)列、且將讀取的電荷沿垂直 方向傳送；在上述運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，上述控制裝置使上述多個(gè)電荷傳送裝 置分別進(jìn)行將沿垂直方向排列的N個(gè)上述光電變換部的上述電荷相 加的半幀讀?。辉谏鲜龆鄠€(gè)電荷傳送裝置的每一個(gè)的最大傳送電荷量是SVCCD時(shí)，上述運(yùn)動(dòng)圖像攝像時(shí)的上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度被設(shè)定為，運(yùn)動(dòng) 圖像攝像時(shí)的上述多個(gè)光電變換部的每一個(gè)的最大積蓄電荷量sm。ti。n 滿足數(shù)學(xué)式l;從被指示了上述靜止圖像的攝像后到上述每個(gè)半幀的上述電荷 讀取結(jié)束的期間的、上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度被設(shè)定為，靜止圖像攝 像時(shí)的上述多個(gè)光電變換部的每一個(gè)的最大積蓄電荷量Sstill滿足數(shù) 學(xué)式2:數(shù)學(xué)式1為<formula>formula see original document page 6</formula>，數(shù)學(xué)式2為<formula>formula see original document page 6</formula>。
17、 如權(quán)利要求15所述的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于，上述控制 裝置在上述照明光源熄滅后，使上述溢出勢(shì)壘的電勢(shì)高度比上述運(yùn)動(dòng) 圖像攝像時(shí)高，然后，使上述讀取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷 的讀取。
18、 如權(quán)利要求10所述的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于， 上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件； 上述讀取部具備多個(gè)電荷傳送裝置，上述多個(gè)電荷傳送裝置設(shè)置在上述多個(gè)光電變換部的垂直方向的每個(gè)列、且將讀取的電荷沿垂直 方向傳送；上述控制裝置在上述照明光源熄滅后，對(duì)上述多個(gè)電荷傳送裝置 的每一個(gè)施加將積蓄在其中的電荷排除的清除脈沖，然后，使上述讀 取部分為多個(gè)半幀進(jìn)行上述全部電荷的讀取。
全文摘要
本發(fā)明提供一種攝像裝置，能夠拍攝運(yùn)動(dòng)圖像及靜止圖像，具備CCD(1)、將被攝體照明的照明光源(3)、和控制CCD(1)及照明光源(3)的控制裝置(10)，CCD(1)具備以矩陣狀排列的多個(gè)光電變換部、和讀取積蓄在各光電變換部中的電荷的垂直電荷傳送部，在運(yùn)動(dòng)圖像的拍攝時(shí)，控制裝置(10)在使照明光源(3)點(diǎn)亮的狀態(tài)下，使垂直電荷傳送部進(jìn)行電荷的讀取，當(dāng)被指示了靜止圖像的拍攝時(shí)，在用于得到靜止圖像的曝光結(jié)束后使照明光源(3)熄滅，在照明光源(3)熄滅的期間，使垂直電荷傳送部分為多個(gè)半幀進(jìn)行全部電荷的讀取，合成按每個(gè)半幀分別讀取的電荷來(lái)生成一個(gè)靜止圖像。
文檔編號(hào)H04N5/341GK101123694SQ20071014371
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月8日
發(fā)明者寺西信一, 山田徹 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社