JP2004337379A - Solid state imaging element, electronic endoscope, and electronic endoscope apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、単一の半導体基板上に複数の受光素子がマトリクス状に配置されている固体撮像素子と、この固体撮像素子を先端部に備えている電子内視鏡、さらにこの電子内視鏡を備えている電子内視鏡装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、内視鏡の挿入部を細径化することにより、体腔内、特に細い管状器官内に内視鏡を挿入する際の患者の苦痛を軽減している。近年はその挿入部先端部にCCDなどの固体撮像素子を備えている電子内視鏡(電子スコープ)が広く普及しており、その挿入部内部に備えられている種々の部品を小型化することによって細径化を達成している。この内視鏡や電子内視鏡は細ければ細いほど、体腔内の至る所に挿入できるようになり、また、体腔内を自在に動かすことができるようになるため、さらなる細径化が要求されている。
【0003】
電子内視鏡では上述した理由により小型化に適したモノクロのCCDを搭載したものが多く見られる。しかしながら近年は生体組織の状態をより正確に観察するため、カラー画像を得るような装置が実用に供している。このカラー画像を得る装置は大きく分類すると2通りある。一つは、CCD上にマトリクス状に配置されている複数の受光素子各々の前面にRGBなどのカラーフィルタを備えたものによりカラー画像を得る、いわゆる同時方式を用いたものである。もう一つは、電子内視鏡に接続されている光源装置の回転カラーフィルタを介した各色の照明光で照明される生体組織をモノクロのCCDで撮像することによりカラー画像を得る、いわゆる面順次方式を用いたものである。
【0004】
しかしながら、近年電子内視鏡のさらなる細径化が要求されており、この先端部に備えられているCCDなどをさらに小型化させる必要がある。CCDを小型化させるためには各受光素子のサイズを小さく形成する必要がある。ところが、この各受光素子のサイズを小さく形成するにしたがって、受光素子1つ当たりに蓄積できる電荷量が少なくなってしまう。従って、撮影可能な明るさのダイナミックレンジが小さくなってしまう。
【0005】
電子内視鏡の観察対象となる体腔内の生体組織などは、暗部である体腔内を照明装置で照明されることにより観察されているため、その暗部と明部での輝度差がデジタルカメラやビデオなどの画像と比べて特に大きくなる傾向にある。従ってダイナミックレンジを低下させると、明部の輝度を適度に設定すると暗部の画像が黒く潰れてしまい、逆に暗部の輝度を適度に設定すると明部の画像が白くとぶという現象が頻発するようになってしまう。
【0006】
そこで従来は、隣り合う感度の異なった受光素子を一対として、それぞれの受光素子に蓄積された電荷を転送し、上記一対の受光素子の電荷を加算することにより、ダイナミックレンジを向上させていた(例えば、特許文献1参照)。また、隣接する所定数の画素毎に同色のカラーフィルタを搭載して、設定されたモードに応じてそれら所定数の同色の画素により得られた電荷を加算してダイナミックレンジ及び感度を向上させていた(例えば、特許文献2参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開平9−252107号公報(第3〜5頁、第1図)
【特許文献2】
特開平11−298800号公報(第3、4頁、第2図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の特許文献1及び特許文献2に記載されている固体撮像素子では、複数の画素に蓄積された電荷を加算して1画素相当の信号を出力しているため、出力される画像の解像度は低下してしまう。すなわち、ダイナミックレンジや感度を向上させて画像の潰れや白とびなどを改善することはできるが、解像度の低下により出力される画像は不鮮明なものとなってしまう。従って、術者はモニタに表示されている生体組織などの画像からその生体組織の細部の状態を正確に把握し難くなってしまう。
【0009】
また、解像度を維持しつつダイナミックレンジを向上させるために1画素当たりのサイズを大きくして蓄積できる電荷量を増加させた場合は、画像の鮮明さを低下させることなくダイナミックレンジの向上により滑らかな画像を得ることができる。しかしながら、画素数を維持しつつ1画素当たりの受光素子のサイズを大きくするため、固体撮像素子のサイズの小型化に限界があり、その結果、電子内視鏡の細径化が思うように図れず、患者への負担を軽減することができない。
【0010】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、円筒状の装置に組み込まれてもその径を太くさせたりダイナミックレンジを低下させたりすることなく、高画質の観察画像を得ることができる固体撮像素子、及びこの固体撮像素子を備えた電子内視鏡、さらにはこの電子内視鏡を備えた電子内視鏡装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の一態様に係る固体撮像素子は、所定方向に長く形成された単一の半導体基板上において所定方向のそれぞれ異なった領域に、共に所定のピッチで複数の受光素子がマトリクス状に配置されている第1の受光部と第2の受光部とを有したものであって、第1の受光部に含まれている複数の受光素子の各々と、第2の受光部に含まれている複数の受光素子の各々とを、互いに所定方向と直交する方向において前記ピッチの半分相当ずらして配置している。
【0012】
また、上記固体撮像素子は、固体撮像素子が第1の受光部と第2の受光部に隣接して所定方向に一列に整列した電荷結合素子を更に有している。この電荷結合素子は、第1の受光部で蓄積された電荷の転送先である第1の転送部と、第2の受光部で蓄積された電荷の転送先である第2の転送部とをさらに備えている。
【0013】
また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る電子内視鏡は、被写体像を結像させる対物光学系と、所定方向に長く形成された単一の半導体基板上において所定方向のそれぞれ異なった領域に、共に所定のピッチで複数の受光素子がマトリクス状に配置されている第1の受光部と第2の受光部とを有した固体撮像素子と、第1の受光部及び第2の受光部において被写体像が結像するように、被写体像を、第1の受光部と第2の受光部とに向けて分離する光束分離手段とを先端部内に備えたものであって、光束分離手段は、第1の受光部と第2の受光部の各々に対して所定方向及び所定方向と直交する方向に相対的にピッチの半分相当ずれた被写体像を導く機能を有している。
【0014】
また、上記の課題を解決する本発明の別の態様に係る電子内視鏡は、被写体像を結像させる対物光学系と、所定方向に長く形成された単一の半導体基板上において所定方向のそれぞれ異なった領域に、共に所定のピッチで複数の受光素子がマトリクス状に配置されている第1の受光部と第2の受光部とを有した固体撮像素子と、第1の受光部及び第2の受光部において被写体像が結像するように、被写体像を、第1の受光部と第2の受光部とに向けて分離する光束分離手段とを先端部内に備えたものであって、第1の受光部と第2の受光部の各々が、所定方向及び所定方向と直交する方向に相対的にピッチの半分相当ずれた被写体像を受光するよう固体撮像素子を配置している。
【0015】
また、上記電子内視鏡は、固体撮像素子を、半導体基板の長手方向と先端部の長手方向とが一致するように配置している。また、固体撮像素子が第1の受光部と第2の受光部に隣接して所定方向に一列に整列した電荷結合素子を更に有している。この電荷結合素子は、第1の受光部で蓄積された電荷の転送先である第1の転送部と、第2の受光部で蓄積された電荷の転送先である第2の転送部とをさらに備えている。
【0016】
また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係る電子内視鏡装置は、請求項3から請求項6のいずれかに記載の電子内視鏡と、第1の受光部に含まれている複数の受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々の間に、第2の受光部に含まれている複数の受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々が位置するように、第1の受光部と第2の受光部から得られた画像信号を合成する信号処理部を有したプロセッサとを備えている。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態の電子内視鏡100を備えている電子内視鏡装置500の構成を示したブロック図である。この電子内視鏡装置500は、患者の体腔内の画像情報を出力する電子内視鏡(電子スコープ)100と、電子内視鏡100に出力された画像情報に所定の処理を施し映像信号に変換する画像処理装置に加えて観察像を得るための光束を電子内視鏡100に供給する光源装置を備えたプロセッサ200と、プロセッサ200から出力された映像信号に基づいて患者の体腔内を表示するモニタ300から構成されている。以下に、この図1を用いてこの電子内視鏡装置500の構成と作用を説明する。
【0018】
プロセッサ200は、本実施形態での観察対象である生体組織400を照明する照明光を射出する光源部(光源ランプ)210を備えている。本実施形態の電子内視鏡装置500では電子内視鏡100先端部の細径化を達成するために面順次方式の撮像システムを採用しているため、この光源部210が射出する照明光は白色光であり、また、その光路上にはRGB回転フィルタ220が配置されている。
【0019】
このRGB回転フィルタ220は、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の三色のカラーフィルタ、及び遮光部を有している。これら三色のカラーフィルタは、各々対応した一色の光のみを透過するフィルタである。このRGB回転フィルタ220は、その回転方向に、順に、カラーフィルタ(R)、遮光部、カラーフィルタ(G)、遮光部、カラーフィルタ(B)、遮光部を有している。以下に、このRGB回転フィルタ220を用いた面順次方式によるカラー画像の生成のプロセスを説明する。
【0020】
まず、タイミングジェネレータ230は、図示しないモータドライバに駆動信号を送信する。このモータドライバはこの受信した駆動信号に基づいてモータ222を駆動させる。このモータ222の回転軸はRGB回転フィルタ220を回転自在に支持しているため、モータ222の駆動に伴い、RGB回転フィルタ220は回転する。RGB回転フィルタ220が回転することにより光源部210から射出された照明光は、R、G、Bの各色のフィルタを、それぞれの間に備えられた遮光部により間欠的に透過する。
【0021】
プロセッサ200はコネクタ280により電子内視鏡100と接続されている。RGB回転フィルタ220の各色のフィルタを透過した照明光の各々は、その光路上に配置されている集光レンズ224を介して電子内視鏡100が備えるライトガイド110に入射する。そしてこの照明光は、ライトガイド110により電子内視鏡100の先端部に導光される。このライトガイド110に導光された照明光は、電子内視鏡100の先端部の前面に備えられた照明窓120を介して観察対象(撮像対象)である生体組織400を照明する。
【0022】
生体組織400を照明した照明光はこの生体組織400により反射し、観察光として対物光学系130に入射する。この対物光学系130を出射した観察光は、光路偏向部140により対物光学系130の光軸と直交する方向、言い換えると電子内視鏡100の長手方向(挿入方向)と直交する方向に折り曲げられる。
【0023】
本実施形態の電子内視鏡100では、観察光を受光して光電変換を行い画像信号を生成する機能を有する固体撮像素子150は、電子内視鏡100の長手方向に対しその受光面が平行となるよう配置されている。この固体撮像素子150は例えばCCDである。
【0024】
上述した光路偏向部140により折り曲げられた観察光は、この固体撮像素子150の受光面で結像して、この受光面が有しているマトリクス状に配置された複数の受光素子の各々に受光される。なお、生体組織400は上述したようにRGB回転フィルタ220の各色のフィルタを順に透過した間欠的な照明光により照明されているため、固体撮像素子150の受光面は、各色の観察光を間欠的に順次受光する。
【0025】
プロセッサ200が備えているドライバ240は、タイミングジェネレータ230から送信されてくる駆動制御信号により固体撮像素子150を駆動している。さらに詳しく説明すると、このドライバ240はタイミングジェネレータ230から送信されてくる駆動制御信号に基づいて、固体撮像素子150がR光、G光、B光のいずれかの観察光を受光している期間はその観察光を各受光素子に蓄積するよう固体撮像素子150を駆動し、RGB回転フィルタ220の遮光部により固体撮像素子150がいずれの観察光も受光しない期間は各受光素子に蓄積されている電荷を転送して画像信号として出力させるよう固体撮像素子150を駆動している。
【0026】
図2は、本発明の実施形態の電子内視鏡100の先端部の内部構造を模式的に示した側断面図である。この図2では電子内視鏡100の先端部の内部構造を図1より詳細に示したものである。以下に、この図2を用いて、この電子内視鏡100の先端部の構成と作用をより詳細に説明する。
【0027】
上述したように、対物光学系130を介して入射した生体組織400の観察光は、光路偏向部140により電子内視鏡100の長手方向と直交する方向に折り曲げられる。この光路偏向部140は、第1のプリズム142と第2のプリズム144とを貼り合わせることにより形成されている。また、これらのプリズムは、電子内視鏡100の長手方向に、対物光学系130側から第1のプリズム142、第2のプリズム144の順に並んで配置されている。
【0028】
第1のプリズム142は、生体組織400から得られた観察光の光路中に、光を分割する機能を有するビームスプリッタ142aを有している。このビームスプリッタ142aは、対物光学系130の光軸と一致する生体組織400の観察光の光路に対して45度傾いた状態で配置している。別の言い方をすると、このビームスプリッタ142aは、電子内視鏡100の長手方向に対して45度傾いた状態で配置している。そのため、このビームスプリッタ142aに入射した生体組織400の観察光は、その一部が90度折り曲げられて(反射されて)電子内視鏡100の長手方向と直交する方向、すなわち固体撮像素子150に向かって進行し、その一部が透過して第2のプリズム144内を電子内視鏡100の長手方向に沿って進行していく。
【0029】
第2のプリズム144は、ビームスプリッタ142aを透過した観察光の光路中に、光を全反射する機能を有する全反射ミラー144aを有している。この全反射ミラー144aは、対物光学系130の光軸と一致するビームスプリッタ142aを透過した観察光の光路に対して45度傾いた状態で配置している。別の言い方をすると、この全反射ミラー144aは、電子内視鏡100の長手方向に対して45度傾いた状態で配置している。従って、ビームスプリッタ142aを透過した観察光は、この全反射ミラー144aにより90度折り曲げられて、電子内視鏡100の長手方向と直交する方向、すなわち固体撮像素子150に向かって進行する。
【0030】
図3は、本発明の実施形態の電子内視鏡100の先端部内に備えられている固体撮像素子150の構成を模式的に示した上面図である。この固体撮像素子150は、半導体基板上に、複数の受光素子がマトリクス状に配置されている受光部152を備えたものである。以下に、この図3を用いて、この固体撮像素子150の構成と作用を説明する。なお、この固体撮像素子150の基台である半導体基板の受光部152を備えている面すなわち受光面は、図3に示す矢印Y方向の辺が、矢印Y方向に直交する矢印X方向の辺より長い長方形の形状を有している。
【0031】
固体撮像素子150は、受光部152と、水平転送部154と、アンプ156とを備えている。上述したようにこの電子内視鏡装置500は面順次方式によりカラー画像を生成しているため、この固体撮像素子150はモノクロCCDである。また、電子内視鏡100の細径化を達成するため、この固体撮像素子150は蓄積部を備えないフルフレーム型CCDである。
【0032】
受光部152は、受光部152aと受光部152bの2つのイメージエリア(撮像エリア)を有している。この受光部152aは、ビームスプリッタ142aで反射された観察光学像を撮像するためのイメージエリアであって、この観察光学像の結像面と一致するよう配置されている。また、受光部152bは、全反射ミラー144aで反射された観察光学像を撮像するためのイメージエリアであって、この観察光学像の結像面と一致するよう配置されている。すなわち、受光部152aと受光部152bは電子内視鏡100の長手方向に沿って並んで配置されている。また、これら受光部152aと受光部152bには、矢印Y方向と矢印X方向のそれぞれに同一数の受光素子が同一ピッチで配置されている。すなわち、受光部152aと受光部152bは、互いに、同一形状かつ同一受光素子数の受光部として形成されている。
【0033】
また、上述したように、この固体撮像素子150はフルフレーム型CCDであるため、この受光部152は複数の受光素子各々に蓄積された電荷を、図3の矢印X方向に転送する垂直転送部の機能を兼ね備えている。なお、固体撮像素子150は微少サイズのチップであるため、受光部152aと受光部152bとは光学的に略等価に配置されている。従って、これら2つの受光部には実質的に同一形状の被写体像が結像する。
【0034】
図4は、受光部152と生体組織400のイメージサークルとの関係を模式的に示した図である。図4(a)は、受光部152aとイメージサークル410aとの関係を示した模式図である。また、図4(b)は、受光部152bとイメージサークル410bとの関係を示した模式図である。図4(c)は、受光部152aと受光部152bの画像信号に後述する画像合成処理を施すことにより生成された観察画像を模式的に示した図である。以下に、図2及び図3に加えてこの図4を用いて、固体撮像素子150の構成と作用を説明する。
【0035】
図4(a)は、受光部152aに入射してくる生体組織400の像、すなわち対物レンズ130が受光部152a上で結ぶ生体組織400のイメージサークル410aと、受光部152aとの位置関係を示したものである。この図4(a)において斜線で示された複数の四角部分の各々は、受光部152aに含まれている受光素子1つ1つを示している。また、図4(b)は、受光部152bに入射してくる生体組織400の像、すなわち対物レンズ130が受光部152b上で結ぶ生体組織400のイメージサークル410bと受光部152bとの位置関係を示したものである。この図4(b)において図4(a)と異なった斜線で示された複数の四角部分の各々、及び白で示された複数の四角部分の各々は、受光部152bが有している受光素子1つ1つを示している。なお、これらの受光部152a、152bに含まれている受光素子の各々は、互いに同一のピッチpで配置されている。また、イメージサークル410aとイメージサークル410bとにより形成される観察光学像は、実質的に同一の観察像である。また、この図4では説明を簡略化するためにそれぞれの受光部に含まれている受光素子を16個ずつとして示しているが、これらの受光部152a、152bは、実際にはこの図4で示した数より多くの受光素子を有している。
【0036】
図4(a)に示すように、受光部152aは、複数の受光素子の各々の間に、受光機能を有していない領域からなる非受光部分を有している。受光部152aの中心は、この非受光部分に該当する位置、すなわち受光素子と受光素子との間にあって、この受光部152aの中心の最も近くに配置されている4つの受光素子それぞれの中心からX方向及びY方向に関してp/2ずれたところ、すなわち中間に位置している。対物レンズ130を介しビームスプリッタ142aにより反射されて受光部152aに向けて進行してくる生体組織400のイメージサークル410aは、その中心412aが受光部152aの中心と一致する形態で受光部152a上で形成されるように、対物レンズ130、ビームスプリッタ142a及び受光部152aの相互の位置関係が定められている。
【0037】
また、図4(b)に示すように、受光部152bは、複数の受光素子の各々の間に、受光機能を有していない領域からなる非受光部分を有している。受光部152aと同様に、受光部152bの中心153bも、この非受光部分に該当する位置、すなわち受光素子と受光素子との間にあって、この中心153bの最も近くに配置されている4つの受光素子それぞれの中心からX方向及びY方向に関してp/2ずれたところ、すなわち中間に位置している。対物レンズ130を介し全反射ミラー144aに折り曲げられて進行してくる生体組織400のイメージサークル410bは、その中心412bが受光部152bの中心153bの最も近くに配置されているいずれかの受光素子の中心と一致する形態で受光部152b上で形成されるように、対物レンズ130、全反射ミラー144a及び受光部152bの相互の位置関係が定められている。
【0038】
以上のように、それぞれのイメージサークルは、それぞれの受光部に対して相対的に異なった位置で形成されている。説明を加えると、それぞれのイメージサークルは、それぞれの受光部に対してX方向及びY方向に相対的にp/2ずれた位置で形成されている。従って、これらの受光部152a、152bは、互いの非受光部分に該当した部分の観察画像を得ることができる。そのため、受光部152aと受光部152bにより得られた観察画像に後述する画像処理を施して、それぞれのイメージサークルの中心である中心412aと中心412bとが一致するようにそれぞれの観察画像を重ね合わせると、図4(c)に示すように、受光部152aに含まれている複数の受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々の間に、受光部152bに含まれている複数の受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々が位置するように、互いの非受光部分に該当する部分の観察像を埋め合わせた、多くの画素数からなる観察画像、すなわち高画素の観察画像を得ることができる。
【0039】
上述したようにそれぞれの受光部に対してX方向及びY方向に相対的にp/2ずれた位置でそれぞれのイメージサークルを形成させるように、受光部152及び光路偏向部140は配置されている。説明を加えると、受光部152aと受光部152bは、X方向に関して互いの受光素子の各々がp/2相当ずれるように配置されている。また、ビームスプリッタ142aと全反射ミラー144aは、Y方向に関して、イメージサークルがそれぞれの受光部に対して相対的にp/2ずれて形成されるように配置されている。また、Y方向に関して別の言い方をすると、受光部152aと受光部152bは、イメージサークルがそれぞれの受光部に対して相対的にp/2ずれて形成されるように配置されている。
【0040】
また、別の実施形態では、それぞれの受光部に対してX方向及びY方向に相対的にp/2ずれた位置でそれぞれのイメージサークルを形成させるように、光路偏向部140を配置することもできる。説明を加えると、ビームスプリッタ142aと全反射ミラー144aは、X方向及びY方向に関して、イメージサークルがそれぞれの受光部に対して相対的にp/2ずれて形成されるように配置されている。すなわち、ビームスプリッタ142a、全反射ミラー144aのいずれかは、入射した観察光を電子内視鏡100の長手方向と直交する方向に90度折り曲げると共に、受光部152に観察光が入射した際に対物レンズ130の光軸からX方向にp/2ずれた位置を中心にイメージサークルが形成されるような角度をもって配置されている。
【0041】
水平転送部154は、受光部152が備えている複数の受光素子の各々に蓄積された電荷が転送されてくる部位であって、半導体基板の長手方向に一列に整列した電荷結合素子から構成されている。この水平転送部154は、受光部152aが有している受光素子に蓄積された電荷が転送されてくる水平転送部154aと、受光部152bが有している受光素子に蓄積された電荷が転送されてくる水平転送部154bを含んでいる。
【0042】
水平転送部154を構成している電荷結合素子の各々は、矢印Y方向に関して、受光部152の受光素子と同ピッチで配置されている。水平転送部154に含まれている水平転送部154aは、受光部152aの受光素子各々と矢印Y方向に一致して配置している電荷結合素子から構成されている。また、水平転送部154に含まれている水平転送部154bは、受光部152bの受光素子各々と矢印Y方向に一致して配置している電荷結合素子から構成されている。なお、この水平転送部154を構成している電荷結合素子の各々は、受光部152の受光素子各々に蓄積された電荷が受光素子複数個相当蓄積されても飽和しないようその許容量を多くするため、矢印X方向に関して受光部152の受光素子より大きく形成されている。
【0043】
水平転送部154aには、受光部152aが有している受光素子の各々に蓄積された電荷が、矢印X方向に直交する矢印Y方向の受光素子1ライン毎に順次転送されてくる。また、水平転送部154bには、受光部152bが有している受光素子の各々に蓄積された電荷が、矢印X方向に直交する矢印Y方向の受光素子1ライン毎に順次転送されてくる。そしてこの水平転送部154は、受光部152aと受光部152bから転送されたそれぞれ1ラインずつの電荷をアンプ156に出力する。アンプ156は、この入力された電荷を増幅してプロセッサ200が備えている初段映像信号処理部250に出力する。
【0044】
固体撮像素子150から出力された画像信号は、プロセッサ200に送信されて、後述する画像処理を施される。このプロセッサ200に画像処理を施された信号は、外部機器に表示可能な種々のビデオ信号としてモニタ300に出力され、このモニタ300上でカラーの観察画像として表示される。以下に、プロセッサ200で行われる画像処理のプロセスを説明する。
【0045】
固体撮像素子150によって得られた体腔内の生体組織400の画像信号は、プロセッサ200に備えられている初段映像信号処理部250に送信される。この初段映像信号処理部250は、送信された画像信号を増幅し、サンプリング、ホールド等の処理を行う。そして、この画像信号をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、さらに、初段映像信号処理部250が有している図示しないマルチプレクサによって固体撮像素子150の駆動と同期して切り替えられ、R、G、Bの各色の画像信号に分離されて、RGBメモリ260a、RGBメモリ260bが有している各メモリに出力される。
【0046】
電子内視鏡100は静止画ボタン160を備えている。この静止画ボタン160はモニタ300上における観察画像の表示方法を切り替えるための操作ボタンであって、この静止画ボタン160がオンのときはモニタ300上に観察対象の静止画を表示させることができ、この静止画ボタン160がオフのときはモニタ300上に観察対象の動画を表示させることができる。
【0047】
上述した静止画ボタン160がオンした状態のとき、プロセッサ200に備えられているシステムコントロール232、タイミングジェネレータ230を介して初段映像信号処理部250に静止画ボタン160がオンしていることを表す信号が入力する。このとき初段映像信号処理部250は、RGBメモリ260a及びRGBメモリ260bの各メモリにR、G、Bの各色の画像信号を出力する。また、この静止画ボタン160がオフした状態のときは初段映像信号処理部250に上記信号が入力しない。このとき初段映像信号処理部250は、RGBメモリ260aの各メモリにR、G、Bの各色の画像信号を出力する。
【0048】
RGBメモリ260a及びRGBメモリ260bはR、G、Bの各色に対応した3つのフレームメモリである図示しないRメモリ、Gメモリ、Bメモリを備えており、初段映像信号処理部250に分離された各色の画像信号は、それぞれ対応するフレームメモリに格納される。このRGBメモリ260aには受光部152aにより得られた画像信号が入力し、このRGBメモリ260bには受光部152bにより得られた画像信号が入力する。
【0049】
静止画ボタン160がオンした状態のとき、タイミングジェネレータ230は、RGBメモリ260a及びRGBメモリ260bの各フレームメモリに格納されている画像信号を同時に読み出すためのタイミング信号を送信する。このタイミング信号は、例えば、1秒当たり30フレームから構成される動画がモニタ上において表示できるタイミングで送信される。すなわち、このタイミングジェネレータ230は、RGBメモリ260a及びRGBメモリ260bの各フレームメモリに格納されている画像信号を1秒当たり30フレーム、同時に読み出すタイミング信号を送信する。このタイミング信号に基づき、RGBメモリ260a及びRGBメモリ260bに格納されている各色の画像信号は同時に読み出されて、画像合成処理部290に出力される。
【0050】
画像合成処理部290は、受光部152a及び受光部152bで得られた画像情報を、図4(c)に示すように、受光部152aに含まれている複数の受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々の間に、第2の受光部に含まれている複数の受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々が位置するように、両画像情報を重ね合わせて合成し、1枚の静止画を生成する画像合成を行う信号処理部である。すなわちこの画像合成処理部290は、RGBメモリ260a及びRGBメモリ260bの各々から同時に読み出された各色の画像信号を上述したように合成し、高画素の静止画を生成するものである。さらに、この画像合成処理部290は、合成後の画像信号をRGBビデオ信号に変換してモニタ300に出力する。これらのビデオ信号がモニタ300に出力されると、モニタ300上に生体組織400の観察画像がカラーの静止画像で表示される。また、この画像合成処理部290は、合成後の画像信号を他の記録メディアに記録できるように出力することもできる。
【0051】
静止画ボタン160がオフした状態のとき、タイミングジェネレータ230は、RGBメモリ260aの各フレームメモリに格納されている画像信号を同時に読み出すためのタイミング信号を送信する。このタイミング信号に基づき、RGBメモリ260aに格納されている各色の画像信号は同時に読み出されて、後段信号処理部270に出力される。
【0052】
後段信号処理部270は、この信号をアナログ信号に変換させ、さらにこのアナログ信号をモニタ300に表示させるためのコンポジットビデオ信号や、Y/C信号、RGBビデオ信号に変換する。そして、これらのビデオ信号がモニタ300に出力されると、モニタ300上に生体組織400の観察画像がカラーの動画で表示される。
【0053】
図5は、静止画ボタン160オン時の固体撮像素子150の撮像及び転送の周期と、固体撮像素子150に入射してくる観察光の周期とを示したタイミングチャートである。図5(a)は、固体撮像素子150の撮像及び転送を行うためのタイミングチャートであって、電荷を蓄積する蓄積期間と、蓄積した各色に対応した電荷を転送する転送期間とを交互に繰り返したものとなっている。また、図5(b)は、固体撮像素子150に入射してくる観察光の周期を示したタイミングチャートであって、各色の観察光が入射してくる期間と、観察光が遮光されている期間とを交互に繰り返したものとなっている。
【0054】
図5に示すように、Rの照明光で照明された生体組織400のR光の観察光が受光部152に入射している期間、固体撮像素子150は、受光部152a及び受光部152bの受光素子の各々に、このR光の観察光による電荷を蓄積している。これら受光部152a及び受光部152bに一定期間R光の観察光が入射するとRGB回転フィルタ220の遮光部により照明光が一定期間遮光され、受光部152a及び受光部152bに入射していた観察光も一定期間途絶える。これら受光部152a及び受光部152bに観察光が入射しない期間、固体撮像素子150は、受光部152a及び受光部152bの受光素子の各々に蓄積されたR光の観察光による電荷の各々を、水平転送部154a及び水平転送部154bにそれぞれ転送する。水平転送部154に転送されたこれらの電荷は、R光の画像情報としてアンプ156から出力され、初段映像信号処理部250に送信される。
【0055】
固体撮像素子150は同じ要領でG光の観察光による電荷を蓄積し、蓄積したG光の観察光による電荷を水平転送部154に転送する。水平転送部154に転送されたこの電荷は、G光の画像情報としてアンプ156から出力され、初段映像信号処理部250に送信される。さらに、固体撮像素子150は同じ要領でB光の観察光による電荷を蓄積し、蓄積したB光の観察光による電荷を水平転送部154に転送する。水平転送部154に転送されたこの電荷は、B光の画像情報としてアンプ156から出力され、初段映像信号処理部250に送信される。
【0056】
このように、アンプ156から出力されたR光、G光、B光それぞれの画像情報を上述したようにプロセッサ200で処理することにより1枚のカラーの静止画像が形成される。
【0057】
図5(c)、(d)、及び(e)は、図5(a)の期間Tbにおける受光素子に蓄積された電荷の転送動作を詳細に示したタイミングチャートである。この期間Tbは、上述した、G光の観察光により蓄積した電荷を水平転送部154に転送してG光の画像情報としてアンプ156から出力する期間を示している。図5(c)は、受光部152aの受光素子各々に蓄積された電荷を、矢印Y方向1ラインの受光素子毎に水平転送部154aに順次転送させるV1信号のパルスを示したタイミングチャートである。また、図5(d)は、受光部152bの受光素子各々に蓄積された電荷を、矢印Y方向1ラインの受光素子毎に水平転送部154bに順次転送させるV2信号のパルスを示したタイミングチャートである。また、図5(e)は、水平転送部154に転送された電荷を、水平転送部154の水平方向、すなわち矢印Y方向に転送するH信号のパルスを示したタイミングチャートである。
【0058】
期間Tbは静止画ボタン160オン時であるため、受光部152a及び受光部152bに蓄積された電荷を転送する期間である。従って、受光部152aにV1信号が入力され、受光部152bにV2信号が入力される。V1信号が受光部152aに入力すると、受光部152aの受光素子各々に蓄積されている全ての電荷は、矢印X方向に一段シフトする。また、V2信号が受光部152bに入力すると、受光部152bの受光素子各々に蓄積されている全ての電荷は、矢印X方向に一段シフトする。その結果、水平転送部154a及び水平転送部154bの最も近くに配置しているそれぞれの受光部の1ラインの受光素子に蓄積されている電荷の各々は、矢印X方向にシフトして水平転送部154a及び水平転送部154bの矢印Y方向に一致する電荷結合素子の各々に転送される。
【0059】
V1信号及びV2信号により受光部152a及び受光部152bから水平転送部154a及び水平転送部154bに電荷が転送されると、次に、H信号が水平転送部154に入力し、水平転送部154a及び水平転送部154bに転送された上記電荷を矢印Y方向に転送する。すなわち、水平転送部154に転送された上記電荷は、アンプ156に掃き出されて増幅されて、初段映像信号処理部250に送信される。
【0060】
上述した期間Tbにおける一連の動作は、受光部152a及び受光部152bに蓄積されている全ラインの電荷を初段映像信号処理部250に送信するまで繰り返される。全ラインの電荷がアンプ156から出力されると期間Tbの転送動作は終了し、次に、B光の観察光の蓄積動作が開始される。
【0061】
図6は、静止画ボタン160オフ時の固体撮像素子150の撮像及び転送の周期と、固体撮像素子150に入射してくる観察光の周期とを示したタイミングチャートである。図6(a)は図5(a)と同様のタイミングチャートであり、図6(b)は図5(b)と同様のタイミングチャートである。
【0062】
図6に示すように、Rの照明光で照明された生体組織400のR光の観察光が受光部152に入射している期間、固体撮像素子150は、受光部152aの受光素子の各々に、このR光の観察光による電荷を蓄積している。この受光部152aに一定期間R光の観察光が入射するとRGB回転フィルタ220の遮光部により照明光が一定期間遮光され、受光部152aに入射していた観察光も一定期間途絶える。この受光部152aに観察光が入射しない期間、固体撮像素子150は、受光部152aの受光素子の各々に蓄積されたR光の観察光による電荷の各々を、水平転送部154aに転送する。水平転送部154に転送されたこの電荷は、R光の画像情報としてアンプ156から出力され、初段映像信号処理部250に送信される。
【0063】
固体撮像素子150は同じ要領でG光の観察光による電荷を蓄積し、蓄積したG光の観察光による電荷を水平転送部154aに転送する。水平転送部154aに転送されたこの電荷は、G光の画像情報としてアンプ156から出力され、初段映像信号処理部250に送信される。さらに、固体撮像素子150は同じ要領でB光の観察光による電荷を蓄積し、蓄積したB光の観察光による電荷を水平転送部154aに転送する。水平転送部154aに転送されたこの電荷は、B光の画像情報としてアンプ156から出力され、初段映像信号処理部250に送信される。
【0064】
このように、アンプ156から出力されたR光、G光、B光それぞれの画像情報をプロセッサ200で処理することにより1画面のカラー画像が形成される。また、この作業を繰り返すことによりモニタ300上に生体組織400の画像が動画として表示される。
【0065】
図6(c)、(d)、及び(e)は、図6(a)の期間Taにおける受光素子に蓄積された電荷の転送動作を詳細に示したタイミングチャートである。この期間Taは、上述した、G光の観察光により蓄積した電荷を水平転送部154に転送してG光の画像情報としてアンプ156から出力する期間を示している。図6(c)は図5(c)と同様のタイミングチャートであり、図6(d)は図5(d)と同様のタイミングチャートであり、図6(e)は図5(e)と同様のタイミングチャートである。
【0066】
期間Taは静止画ボタン160オフ時であるため、受光部152aに蓄積された電荷のみを転送する期間である。従って、受光部152bにV2信号は入力されず、受光部152aにのみ転送動作のための信号であるV1信号が入力される。V1信号が受光部152aに入力すると、受光部152aの受光素子各々に蓄積されている全ての電荷は、矢印X方向に一段シフトする。その結果、水平転送部154aの最も近くに配置している1ラインの受光素子に蓄積されている電荷の各々は、矢印X方向にシフトして水平転送部154aの矢印Y方向に一致する電荷結合素子の各々に転送される。
【0067】
V1信号により受光部152aから水平転送部154aに電荷が転送されると、次に、H信号が水平転送部154に入力し、水平転送部154aに転送された上記電荷を矢印Y方向に転送する。すなわち、水平転送部154aに転送された上記電荷は、アンプ156に掃き出されて増幅し初段映像信号処理部250に送信される。
【0068】
上述した期間Taにおける一連の動作は、受光部152aに蓄積されている全ラインの電荷を初段映像信号処理部250に送信するまで繰り返される。全ラインの電荷がアンプ156から出力されると期間Taの転送動作は終了し、次に、B光の観察光の蓄積動作が開始される。
【0069】
なお、上述したように、本実施形態の固体撮像素子150は、2つのイメージエリアである受光部152aと受光部152bとが電子内視鏡100の先端部の長手方向に沿って並んで配置されている。また、本実施形態の固体撮像素子150では、受光部152aと受光部152bの電荷の転送路が1ラインの電荷結合素子である水平転送部154で形成されている。さらに、この水平転送部154は、電子内視鏡100の先端部の長手方向に沿って配列されている。従って、本実施形態の固体撮像素子150を備えることにより、電子内視鏡の径を太くすることなく2つの受光部を備えることができ、その結果、高画質の観察画像を得ることができる。
【0070】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。
【0071】
なお、本実施形態において、静止画のときのみ2つの受光部から得られる画像信号を合成しているが、動画を得る際もこの画像信号の合成を行ってもよい。
【0072】
【発明の効果】
以上のように本発明の固体撮像素子は、所定方向に長く形成された単一の半導体基板上において所定方向のそれぞれ異なった領域に第1の受光部と第2の受光部とを有し、互いの受光素子の各々を、所定方向と直交する方向において前記ピッチの半分相当ずらして配置している。従ってこの固体撮像素子は、円筒状の装置、例えば電子内視鏡に組み込まれてもその径を太くさせたりダイナミックレンジを低下させたりすることなく、それぞれの受光部に対して、互いの非受光部分に該当した部分の観察画像を生成させることができる。このような観察画像は、画像処理部を含んだ装置、例えば電子内視鏡装置によって、第1の受光部の複数の受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々の間に、第2の受光部の複数の受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々が位置するように合成されることにより、高画質の観察画像として生成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の電子内視鏡を備えている電子内視鏡装置の構成を示したブロック図である。
【図2】本発明の実施形態の電子内視鏡の先端部の内部構造を模式的に示した側断面図である。
【図3】本発明の実施形態の電子内視鏡の先端部内に備えられている固体撮像素子の構成を模式的に示した上面図である。
【図4】受光部とイメージサークルとの関係を模式的に示した図である。
【図5】静止画ボタンオン時の固体撮像素子の撮像及び転送の周期と、固体撮像素子に入射してくる観察光の周期とを示したタイミングチャートである。
【図6】静止画ボタンオフ時の固体撮像素子の撮像及び転送の周期と、固体撮像素子に入射してくる観察光の周期とを示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
100 電子内視鏡
140 光路偏向部
150 固体撮像素子
152a、152b 受光部
154a、154b 水平転送部
500 電子内視鏡装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device in which a plurality of light-receiving elements are arranged in a matrix on a single semiconductor substrate, an electronic endoscope having the solid-state imaging device at a distal end thereof, and furthermore, the electronic endoscope. The present invention relates to an electronic endoscope device provided with:
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, by reducing the diameter of an insertion portion of an endoscope, pain of a patient when the endoscope is inserted into a body cavity, particularly, into a thin tubular organ, is reduced. In recent years, electronic endoscopes (electronic scopes) having a solid-state imaging device such as a CCD at the distal end of the insertion section have become widespread, and various components provided inside the insertion section have been reduced in size. This achieves a smaller diameter. The smaller the endoscope or electronic endoscope, the more it can be inserted into the body cavity and the more freely it can be moved inside the body cavity. Have been.
[0003]
Many electronic endoscopes are equipped with a monochrome CCD suitable for miniaturization for the reasons described above. However, in recent years, in order to observe the state of a living tissue more accurately, a device for obtaining a color image has been put to practical use. There are two main types of devices for obtaining this color image. One is a so-called simultaneous method in which a color image is obtained by using a color filter such as RGB on the front surface of each of a plurality of light receiving elements arranged in a matrix on a CCD. The other is to obtain a color image by imaging a living tissue illuminated with illumination light of each color through a rotating color filter of a light source device connected to an electronic endoscope with a monochrome CCD, so-called plane sequential. This is a method using a method.
[0004]
However, in recent years, further reduction in the diameter of the electronic endoscope has been required, and it is necessary to further reduce the size of the CCD and the like provided at the distal end. In order to reduce the size of the CCD, it is necessary to reduce the size of each light receiving element. However, as the size of each light receiving element is reduced, the amount of charge that can be accumulated per light receiving element decreases. Therefore, the dynamic range of the photographable brightness is reduced.
[0005]
The biological tissue in the body cavity, which is the object to be observed by the electronic endoscope, is observed by illuminating the interior of the body cavity, which is a dark part, with an illumination device. It tends to be particularly large compared to images such as videos. Therefore, when the dynamic range is reduced, if the brightness of the bright part is set to an appropriate level, the image of the dark part will be crushed black, and if the luminance of the dark part is set to the appropriate level, the phenomenon that the image of the bright part will be white will frequently occur. turn into.
[0006]
Therefore, conventionally, a pair of adjacent light receiving elements having different sensitivities, the electric charge accumulated in each light receiving element is transferred, and the electric charge of the pair of light receiving elements is added to improve the dynamic range ( For example, see Patent Document 1). In addition, a color filter of the same color is mounted for every predetermined number of adjacent pixels, and the electric charge obtained by the predetermined number of pixels of the same color is added according to the set mode to improve the dynamic range and sensitivity. (For example, see Patent Document 2).
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-252107 (pages 3 to 5, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-11-298800 (pages 3, 4 and 2)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the solid-state imaging devices described in Patent Literature 1 and
[0009]
When the amount of charge that can be stored is increased by increasing the size per pixel in order to improve the dynamic range while maintaining the resolution, the dynamic range can be improved smoothly without reducing the sharpness of the image. Images can be obtained. However, in order to increase the size of the light receiving element per pixel while maintaining the number of pixels, there is a limit in reducing the size of the solid-state imaging device, and as a result, the diameter of the electronic endoscope is reduced as desired. Therefore, the burden on the patient cannot be reduced.
[0010]
Therefore, in view of the above circumstances, the present invention does not increase the diameter or reduce the dynamic range even when incorporated in a cylindrical device, and can obtain a high-quality observation image, It is another object of the present invention to provide an electronic endoscope including the solid-state imaging device, and an electronic endoscope apparatus including the electronic endoscope.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention that solves the above-described problem includes a plurality of light-receiving elements at different pitches in a predetermined direction on a single semiconductor substrate formed to be longer in a predetermined direction. Has a first light receiving portion and a second light receiving portion arranged in a matrix, each of the plurality of light receiving elements included in the first light receiving portion, and a second light receiving portion. Each of the plurality of light receiving elements included in the portion is arranged so as to be shifted from each other by a half of the pitch in a direction orthogonal to a predetermined direction.
[0012]
The solid-state imaging device further includes a charge-coupled device in which the solid-state imaging devices are arranged in a row in a predetermined direction adjacent to the first light receiving unit and the second light receiving unit. This charge-coupled device includes a first transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the first light receiving unit and a second transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the second light receiving unit. It also has more.
[0013]
In addition, an electronic endoscope according to one embodiment of the present invention that solves the above-described problem includes an objective optical system that forms an image of a subject and a single semiconductor substrate that is formed to be long in a predetermined direction. A solid-state imaging device having a first light-receiving unit and a second light-receiving unit in which a plurality of light-receiving elements are arranged in a matrix at different pitches in different regions; a first light-receiving unit and a second light-receiving unit; A light beam separating means for separating the subject image toward the first light receiving portion and the second light receiving portion so that the subject image is formed at the light receiving portion of the light receiving portion. The separating means has a function of guiding a subject image which is relatively shifted by a half of the pitch in a predetermined direction and a direction orthogonal to the predetermined direction with respect to each of the first light receiving unit and the second light receiving unit.
[0014]
In addition, an electronic endoscope according to another aspect of the present invention that solves the above-described problems includes an objective optical system that forms an image of a subject and a single semiconductor substrate that is formed to be long in a predetermined direction. A solid-state imaging device having a first light-receiving unit and a second light-receiving unit in each of which a plurality of light-receiving elements are arranged in a matrix at predetermined pitches in different regions; A light beam separating means for separating the subject image toward the first light receiving unit and the second light receiving unit so that the subject image is formed at the second light receiving unit; The solid-state imaging device is arranged such that each of the first light receiving unit and the second light receiving unit receives a subject image which is relatively shifted by a half of a pitch in a predetermined direction and a direction orthogonal to the predetermined direction.
[0015]
Further, in the electronic endoscope, the solid-state imaging device is arranged so that the longitudinal direction of the semiconductor substrate and the longitudinal direction of the distal end portion match. Further, the solid-state imaging device further includes a charge-coupled device adjacent to the first light receiving unit and the second light receiving unit and arranged in a line in a predetermined direction. This charge-coupled device includes a first transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the first light receiving unit and a second transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the second light receiving unit. It also has more.
[0016]
An electronic endoscope apparatus according to one embodiment of the present invention that solves the above-described problem includes the electronic endoscope according to any one of claims 3 to 6 and a first light receiving unit. Between each of the plurality of pixels imaged by each of the plurality of light receiving elements, so that each of the plurality of pixels imaged by each of the plurality of light receiving elements included in the second light receiving unit is located And a processor having a signal processing unit for synthesizing image signals obtained from the first light receiving unit and the second light receiving unit.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
First, the timing generator 230 transmits a drive signal to a motor driver (not shown). The motor driver drives the
[0021]
The
[0022]
Illumination light illuminating the
[0023]
In the
[0024]
The observation light bent by the above-described optical
[0025]
The driver 240 included in the
[0026]
FIG. 2 is a side sectional view schematically showing an internal structure of a distal end portion of the
[0027]
As described above, the observation light of the
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
FIG. 3 is a top view schematically illustrating the configuration of the solid-
[0031]
The solid-
[0032]
The
[0033]
Further, as described above, since the solid-
[0034]
FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the
[0035]
FIG. 4A illustrates an image of the
[0036]
As shown in FIG. 4A, the
[0037]
Further, as shown in FIG. 4B, the
[0038]
As described above, each image circle is formed at a relatively different position with respect to each light receiving unit. In addition, each image circle is formed at a position relatively shifted by p / 2 in the X direction and the Y direction with respect to each light receiving unit. Therefore, these
[0039]
As described above, the
[0040]
In another embodiment, the optical
[0041]
The
[0042]
Each of the charge coupled elements constituting the
[0043]
The electric charge accumulated in each of the light receiving elements included in the
[0044]
The image signal output from the solid-
[0045]
The image signal of the
[0046]
The
[0047]
When the above-described still
[0048]
The
[0049]
When the
[0050]
The image
[0051]
When the
[0052]
The subsequent
[0053]
FIG. 5 is a timing chart showing a period of imaging and transfer of the solid-
[0054]
As shown in FIG. 5, while the observation light of the R light of the
[0055]
The solid-
[0056]
As described above, by processing the image information of each of the R light, G light, and B light output from the
[0057]
FIGS. 5C, 5D, and 5E are timing charts showing in detail the transfer operation of the charge accumulated in the light receiving element during the period Tb in FIG. 5A. The period Tb indicates a period during which the charges accumulated by the observation light of the G light are transferred to the
[0058]
The period Tb is a period during which the
[0059]
When charges are transferred from the
[0060]
The above-described series of operations in the period Tb is repeated until the charges of all lines accumulated in the
[0061]
FIG. 6 is a timing chart showing a period of imaging and transfer of the solid-
[0062]
As shown in FIG. 6, during a period in which the observation light of the R light of the
[0063]
The solid-
[0064]
As described above, the image information of each of the R light, the G light, and the B light output from the
[0065]
FIGS. 6C, 6D, and 6E are timing charts showing in detail the transfer operation of the charge accumulated in the light receiving element during the period Ta in FIG. 6A. The period Ta indicates a period during which the charges accumulated by the observation light of the G light are transferred to the
[0066]
Since the period Ta is when the
[0067]
When the charge is transferred from the
[0068]
The above-described series of operations in the period Ta is repeated until the charges of all the lines accumulated in the
[0069]
As described above, in the solid-
[0070]
The above is the embodiment of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments, and can be modified in various ranges.
[0071]
In the present embodiment, the image signals obtained from the two light receiving units are combined only when the image is a still image. However, the image signal may be combined when a moving image is obtained.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, the solid-state imaging device of the present invention has the first light receiving unit and the second light receiving unit in different regions in the predetermined direction on a single semiconductor substrate formed long in the predetermined direction, Each of the light receiving elements is arranged so as to be shifted by a half of the pitch in a direction orthogonal to the predetermined direction. Therefore, even if this solid-state imaging device is incorporated in a cylindrical device, for example, an electronic endoscope, it does not increase the diameter or decrease the dynamic range, and does not allow each light-receiving unit to receive light from each other. An observation image of a portion corresponding to the portion can be generated. Such an observation image is generated by a device including an image processing unit, for example, an electronic endoscope device, between each of a plurality of pixels imaged by each of the plurality of light receiving elements of the first light receiving unit. Are synthesized so that each of the plurality of pixels imaged by each of the plurality of light receiving elements of the light receiving unit is located, thereby generating a high-quality observation image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic endoscope apparatus including an electronic endoscope according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view schematically showing an internal structure of a distal end portion of the electronic endoscope according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a top view schematically illustrating a configuration of a solid-state imaging device provided in a distal end portion of the electronic endoscope according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a relationship between a light receiving unit and an image circle.
FIG. 5 is a timing chart showing a period of imaging and transfer of the solid-state imaging device when a still image button is turned on, and a period of observation light incident on the solid-state imaging device.
FIG. 6 is a timing chart showing a cycle of imaging and transfer of the solid-state imaging device when a still image button is turned off, and a period of observation light incident on the solid-state imaging device.
[Explanation of symbols]
100 electronic endoscope
140 Optical path deflection unit
150 solid-state image sensor
152a, 152b light receiving unit
154a, 154b horizontal transfer unit
500 Electronic endoscope device
Claims (7)
前記第1の受光部に含まれている複数の前記受光素子の各々と、前記第2の受光部に含まれている複数の前記受光素子の各々とを、互いに前記所定方向と直交する方向において前記ピッチの半分相当ずらして配置したこと、を特徴とする固体撮像素子。A first light-receiving unit and a second light-receiving unit, in which a plurality of light-receiving elements are arranged in a matrix at a predetermined pitch in different regions in the predetermined direction on a single semiconductor substrate formed long in a predetermined direction. A solid-state imaging device having a light receiving portion,
Each of the plurality of light receiving elements included in the first light receiving unit and each of the plurality of light receiving elements included in the second light receiving unit are arranged in a direction orthogonal to the predetermined direction. A solid-state imaging device, wherein the device is arranged so as to be shifted by half the pitch.
前記電荷結合素子は、前記第1の受光部で蓄積された電荷の転送先である第1の転送部と、
前記第2の受光部で蓄積された電荷の転送先である第2の転送部と、をさらに備えること、を特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。The solid-state imaging device further includes a charge-coupled device adjacent to the first light receiving unit and the second light receiving unit and arranged in a line in the predetermined direction,
A first transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the first light receiving unit;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: a second transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the second light receiving unit.
所定方向に長く形成された単一の半導体基板上において前記所定方向のそれぞれ異なった領域に、共に所定のピッチで複数の受光素子がマトリクス状に配置されている第1の受光部と第2の受光部とを有した固体撮像素子と、
前記第1の受光部及び前記第2の受光部において前記被写体像が結像するように、前記被写体像を、前記第1の受光部と前記第2の受光部とに向けて分離する光束分離手段と、を先端部内に備えた電子内視鏡であって、
前記光束分離手段は、前記第1の受光部と前記第2の受光部の各々に対して前記所定方向及び前記所定方向と直交する方向に相対的に前記ピッチの半分相当ずれた前記被写体像を導くこと、を特徴とする電子内視鏡。An objective optical system for forming a subject image,
A first light-receiving unit and a second light-receiving unit, in which a plurality of light-receiving elements are arranged in a matrix at a predetermined pitch in different regions in the predetermined direction on a single semiconductor substrate formed long in a predetermined direction. A solid-state imaging device having a light receiving unit;
Light beam separation for separating the subject image toward the first light receiving unit and the second light receiving unit such that the subject image is formed in the first light receiving unit and the second light receiving unit. Means, and an electronic endoscope provided in the distal end portion,
The light beam separating means is configured to displace the subject image, which is shifted by a half of the pitch relative to each of the first light receiving unit and the second light receiving unit in the predetermined direction and a direction orthogonal to the predetermined direction. Guiding, an electronic endoscope.
所定方向に長く形成された単一の半導体基板上において前記所定方向のそれぞれ異なった領域に、共に所定のピッチで複数の受光素子がマトリクス状に配置されている第1の受光部と第2の受光部とを有した固体撮像素子と、
前記第1の受光部及び前記第2の受光部において前記被写体像が結像するように、前記被写体像を、前記第1の受光部と前記第2の受光部とに向けて分離する光束分離手段と、を先端部内に備えた電子内視鏡であって、
前記第1の受光部と前記第2の受光部の各々が、前記所定方向及び前記所定方向と直交する方向に相対的に前記ピッチの半分相当ずれた前記被写体像を受光するよう前記固体撮像素子を配置したこと、を特徴とする電子内視鏡。An objective optical system for forming a subject image,
A first light-receiving unit and a second light-receiving unit, in which a plurality of light-receiving elements are arranged in a matrix at a predetermined pitch in different regions in the predetermined direction on a single semiconductor substrate formed long in a predetermined direction. A solid-state imaging device having a light receiving unit;
Light beam separation for separating the subject image toward the first light receiving unit and the second light receiving unit such that the subject image is formed in the first light receiving unit and the second light receiving unit. Means, and an electronic endoscope provided in the distal end portion,
The solid-state imaging device such that each of the first light receiving unit and the second light receiving unit receives the subject image shifted by half the pitch relatively in the predetermined direction and a direction orthogonal to the predetermined direction. An electronic endoscope, wherein:
前記電荷結合素子は、前記第1の受光部で蓄積された電荷の転送先である第1の転送部と、
前記第2の受光部で蓄積された電荷の転送先である第2の転送部と、をさらに備えること、を特徴とする請求項3から請求項5のいずれかに記載の電子内視鏡。The solid-state imaging device further includes a charge-coupled device adjacent to the first light receiving unit and the second light receiving unit and arranged in a line in the predetermined direction,
A first transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the first light receiving unit;
The electronic endoscope according to any one of claims 3 to 5, further comprising: a second transfer unit to which the charge accumulated in the second light receiving unit is transferred.
前記第1の受光部に含まれている複数の前記受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々の間に、前記第2の受光部に含まれている複数の前記受光素子の各々で撮像された複数の画素の各々が位置するように、前記第1の受光部と前記第2の受光部から得られた画像信号を合成する信号処理部を有したプロセッサと、を備えたこと、を特徴とする電子内視鏡装置。An electronic endoscope according to any one of claims 3 to 6,
Between each of the plurality of pixels imaged by each of the plurality of light receiving elements included in the first light receiving unit, each of the plurality of light receiving elements included in the second light receiving unit A processor having a signal processing unit that synthesizes an image signal obtained from the first light receiving unit and the second light receiving unit, so that each of the plurality of imaged pixels is located; An electronic endoscope device characterized by the above-mentioned.
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