JP2003158679A - 電荷増倍型固体電子撮像装置およびその制御方法 - Google Patents
電荷増倍型固体電子撮像装置およびその制御方法Info
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- JP2003158679A JP2003158679A JP2002236429A JP2002236429A JP2003158679A JP 2003158679 A JP2003158679 A JP 2003158679A JP 2002236429 A JP2002236429 A JP 2002236429A JP 2002236429 A JP2002236429 A JP 2002236429A JP 2003158679 A JP2003158679 A JP 2003158679A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電荷増倍型のＣＣＤにおいて増倍率の変動を
抑える。 【構成】 ＣＣＤ１において受光領域２のフォトダイオ
ード２Ａに蓄積された信号電荷は，電荷増倍段８におい
て増倍され，ＦＤＡ11またはＦＧＡ12に与えられる。Ｆ
ＤＡ11は小さな変換係数が設定されており，ＦＧＡ12は
大きな変換係数が設定されている。蓄積される信号電荷
が少ない場合には，変換係数の大きなＦＧＡ12によって
映像信号に変換される。蓄積される信号電荷が多い場合
には，変換係数の小さなＦＤＡ11によって映像信号に変
換される。信号電荷量が少ない場合であっても，大きな
レベルの映像信号が得られる。電荷増倍段８に与える駆
動パルスを変える必要がないので，電荷増倍段８の増倍
率が変動することがない。
抑える。 【構成】 ＣＣＤ１において受光領域２のフォトダイオ
ード２Ａに蓄積された信号電荷は，電荷増倍段８におい
て増倍され，ＦＤＡ11またはＦＧＡ12に与えられる。Ｆ
ＤＡ11は小さな変換係数が設定されており，ＦＧＡ12は
大きな変換係数が設定されている。蓄積される信号電荷
が少ない場合には，変換係数の大きなＦＧＡ12によって
映像信号に変換される。蓄積される信号電荷が多い場合
には，変換係数の小さなＦＤＡ11によって映像信号に変
換される。信号電荷量が少ない場合であっても，大きな
レベルの映像信号が得られる。電荷増倍段８に与える駆
動パルスを変える必要がないので，電荷増倍段８の増倍
率が変動することがない。
Description
【０００１】
【技術分野】この発明は，電荷増倍型固体電子撮像装置
およびその制御方法ならびにそのような電荷増倍型固体
電子撮像装置を用いた内視鏡装置に関する。
およびその制御方法ならびにそのような電荷増倍型固体
電子撮像装置を用いた内視鏡装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】電荷増倍型固体電子撮像素子は，多くの
段数をもつ電荷増倍段を有しており，この電荷増倍段に
電荷増倍駆動パルスが与えられることによりよりフォト
ダイオードに蓄積された信号電荷を増倍して出力するも
のである。
段数をもつ電荷増倍段を有しており，この電荷増倍段に
電荷増倍駆動パルスが与えられることによりよりフォト
ダイオードに蓄積された信号電荷を増倍して出力するも
のである。
【０００３】電荷増倍段における全体の増倍率は，１段
あたりの電荷増倍率と全体の段数から決定される。した
がって，１段あたりの電荷増倍率の変動は，電荷増倍段
の全体の増倍率に大きな変動となって現れる。たとえ
ば，一段あたりの電荷増倍率を1.00854，電荷増倍段の
段数を400段とする。このような電荷増倍段において，
電荷増倍段全体の増倍率のばらつきを数％以下に抑える
ためには，電荷増倍段に与えられる電荷増倍駆動パルス
の変動により一段あたりの電荷増倍率の変動はわずか0.
1％程度に抑える必要がある。一段あたりの電荷増倍率
の変動を0.1％程度に抑えることは極めて困難である。
あたりの電荷増倍率と全体の段数から決定される。した
がって，１段あたりの電荷増倍率の変動は，電荷増倍段
の全体の増倍率に大きな変動となって現れる。たとえ
ば，一段あたりの電荷増倍率を1.00854，電荷増倍段の
段数を400段とする。このような電荷増倍段において，
電荷増倍段全体の増倍率のばらつきを数％以下に抑える
ためには，電荷増倍段に与えられる電荷増倍駆動パルス
の変動により一段あたりの電荷増倍率の変動はわずか0.
1％程度に抑える必要がある。一段あたりの電荷増倍率
の変動を0.1％程度に抑えることは極めて困難である。
【０００４】電荷増倍型固体電子撮像素子は，微弱な光
を検出できるという特徴から内視鏡装置に利用されるこ
とがある。内視鏡装置においては，内視鏡先端が病巣と
考えられる体内組織をとらえるまでは，通常観察モード
として白色光で体内組織を照明する。そして，病巣と考
えられる体内組織をとらえた時，蛍光観察モードに切り
替えて励起光を体内組織に照明する。蛍光観察モードで
は通常観察モードと比較し，微弱な蛍光像を撮像しなけ
ればならない。従って，微弱な光を検出可能な電荷増倍
型固体電子撮像素子が内視鏡に利用されることとなる。
を検出できるという特徴から内視鏡装置に利用されるこ
とがある。内視鏡装置においては，内視鏡先端が病巣と
考えられる体内組織をとらえるまでは，通常観察モード
として白色光で体内組織を照明する。そして，病巣と考
えられる体内組織をとらえた時，蛍光観察モードに切り
替えて励起光を体内組織に照明する。蛍光観察モードで
は通常観察モードと比較し，微弱な蛍光像を撮像しなけ
ればならない。従って，微弱な光を検出可能な電荷増倍
型固体電子撮像素子が内視鏡に利用されることとなる。
【０００５】内視鏡装置においては，このようなモード
切り替えに応じて電荷増倍駆動パルスのレベルを変え
る。すなわち蛍光観察モードでは少量の信号電荷しか蓄
積されず映像信号レベルが小さくなるため電荷増倍駆動
パルス・レベルを大きくして増倍率を上げる。しかしな
がら電荷増倍駆動パルス・レベルを変えるとその変えた
ときに電荷増倍駆動パルスに変動が生じてしまう。した
がって，電荷増倍段全体の増倍率のばらつきも無視でき
ないものとなる。
切り替えに応じて電荷増倍駆動パルスのレベルを変え
る。すなわち蛍光観察モードでは少量の信号電荷しか蓄
積されず映像信号レベルが小さくなるため電荷増倍駆動
パルス・レベルを大きくして増倍率を上げる。しかしな
がら電荷増倍駆動パルス・レベルを変えるとその変えた
ときに電荷増倍駆動パルスに変動が生じてしまう。した
がって，電荷増倍段全体の増倍率のばらつきも無視でき
ないものとなる。
【０００６】
【発明の開示】この発明は，モードを切り替えた場合に
電荷増倍段のばらつきが生じないようにすることを目的
とする。
電荷増倍段のばらつきが生じないようにすることを目的
とする。
【０００７】第１の発明による電荷増倍型固体電子撮像
装置は，入射光量に応じて信号電荷を蓄積する多数の光
電変換素子，上記光電変換素子に蓄積された信号電荷を
読み出す読み出し手段，上記読み出し手段によって読み
出された信号電荷を増倍しながら転送する電荷増倍段，
および第１のモードが設定されたことに応じて，第１の
変換係数にしたがって上記電荷増倍段を転送された信号
電荷を映像信号に変換し，第２のモードが設定されたこ
とに応じて第１の変換係数とは異なる第２の変換係数に
したがって上記電荷増倍段を転送された信号電荷を映像
信号に変換する変換手段を備えていることを特徴とす
る。
装置は，入射光量に応じて信号電荷を蓄積する多数の光
電変換素子，上記光電変換素子に蓄積された信号電荷を
読み出す読み出し手段，上記読み出し手段によって読み
出された信号電荷を増倍しながら転送する電荷増倍段，
および第１のモードが設定されたことに応じて，第１の
変換係数にしたがって上記電荷増倍段を転送された信号
電荷を映像信号に変換し，第２のモードが設定されたこ
とに応じて第１の変換係数とは異なる第２の変換係数に
したがって上記電荷増倍段を転送された信号電荷を映像
信号に変換する変換手段を備えていることを特徴とす
る。
【０００８】第１の発明は，上記電荷増倍型固体電子撮
像装置に適した制御方法も提供している。すなわち，こ
の方法は，入射光量に応じて信号電荷を蓄積する多数の
光電変換素子，上記光電変換素子に蓄積された信号電荷
を読み出す読み出し手段，および上記読み出し手段によ
って読み出された信号電荷を増倍しながら転送する電荷
増倍段を備えた電荷増倍型固体電子撮像素子において，
第１のモードが設定されたことに応じて，第１の変換係
数にしたがって上記電荷増倍段を転送された信号電荷を
映像信号に変換し，第２のモードが設定されたことに応
じて第１の変換係数と異なる第２の変換係数を用いて上
記電荷増倍段を転送された信号電荷を映像信号に変換す
るものである。
像装置に適した制御方法も提供している。すなわち，こ
の方法は，入射光量に応じて信号電荷を蓄積する多数の
光電変換素子，上記光電変換素子に蓄積された信号電荷
を読み出す読み出し手段，および上記読み出し手段によ
って読み出された信号電荷を増倍しながら転送する電荷
増倍段を備えた電荷増倍型固体電子撮像素子において，
第１のモードが設定されたことに応じて，第１の変換係
数にしたがって上記電荷増倍段を転送された信号電荷を
映像信号に変換し，第２のモードが設定されたことに応
じて第１の変換係数と異なる第２の変換係数を用いて上
記電荷増倍段を転送された信号電荷を映像信号に変換す
るものである。
【０００９】第１の発明によると，第１のモードが設定
された場合には，第１の変換係数にしたがって電荷増倍
段を転送された信号電荷を映像信号に変換し，第２のモ
ードが設定された場合には，第１の変換係数と異なる第
２の変換係数を用いて電荷増倍段を転送された信号電荷
を映像信号に変換する。第１のモードと第２のモードと
の切替に応じて，電荷増倍段に与えられる電荷増倍駆動
パルスを変える必要がない。電荷増倍駆動パルスの変動
に伴う，電荷増倍段の増倍率の変動も発生しないように
なる。
された場合には，第１の変換係数にしたがって電荷増倍
段を転送された信号電荷を映像信号に変換し，第２のモ
ードが設定された場合には，第１の変換係数と異なる第
２の変換係数を用いて電荷増倍段を転送された信号電荷
を映像信号に変換する。第１のモードと第２のモードと
の切替に応じて，電荷増倍段に与えられる電荷増倍駆動
パルスを変える必要がない。電荷増倍駆動パルスの変動
に伴う，電荷増倍段の増倍率の変動も発生しないように
なる。
【００１０】上記変換手段は，たとえば，第１および第
２の変換係数にしたがって変換する２つのフローティン
グ・ゲート増幅回路または上記第１の変換係数をもつフ
ローティング・ゲート増幅回路および第２の変換係数を
もつフローティング・ディフュージョン増幅回路であ
る。
２の変換係数にしたがって変換する２つのフローティン
グ・ゲート増幅回路または上記第１の変換係数をもつフ
ローティング・ゲート増幅回路および第２の変換係数を
もつフローティング・ディフュージョン増幅回路であ
る。
【００１１】上記変換手段により変換された２つの映像
信号，上記第１の変換係数，上記第２の変換係数および
上記電荷増倍段の増倍段数にもとづいて上記光電変換素
子に蓄積した信号電荷量を算出する算出手段をさらに備
えてもよい。意図しない駆動パルスの変動に対し，非増
倍の検出電荷を算出するので，意図しない増倍率の変動
も除去可能である。
信号，上記第１の変換係数，上記第２の変換係数および
上記電荷増倍段の増倍段数にもとづいて上記光電変換素
子に蓄積した信号電荷量を算出する算出手段をさらに備
えてもよい。意図しない駆動パルスの変動に対し，非増
倍の検出電荷を算出するので，意図しない増倍率の変動
も除去可能である。
【００１２】上記電荷増倍型固体電子撮像装置を構成す
る上記光電変換素子，読み出し手段（垂直転送路，水平
転送路など），電荷増倍段およびフローティング・ゲー
ト増幅回路を１枚の基板（ウエハ）上に形成してもよい
し，フローティング・ゲート増幅回路は，基板の外に設
けても良い。複数のフローティング・ゲート増幅回路が
ある場合には，一部を基板上に形成し，一部を基板の外
に設けても良い。また算出手段についても基板上に設け
ても良いし，基板の外に設けても良い。
る上記光電変換素子，読み出し手段（垂直転送路，水平
転送路など），電荷増倍段およびフローティング・ゲー
ト増幅回路を１枚の基板（ウエハ）上に形成してもよい
し，フローティング・ゲート増幅回路は，基板の外に設
けても良い。複数のフローティング・ゲート増幅回路が
ある場合には，一部を基板上に形成し，一部を基板の外
に設けても良い。また算出手段についても基板上に設け
ても良いし，基板の外に設けても良い。
【００１３】上述した電荷増倍型固体電子撮像装置を内
視鏡に用いることもできる。すなわち，第２の発明は，
蛍光観察モードが設定されたことに応じて，蛍光を発す
る体内組織の励起波長領域内の波長の励起光を出射する
励起光源，通常観察モードが設定されたことに応じて，
白色光を出射する白色光源，体内組織に上記励起光が照
射されたことにより上記体内組織から発光する蛍光また
は上記体内組織に上記白色光により照射された上記体内
組織からの反射光を受光し，体内組織の像を表す映像信
号を出力する固体電子撮像素子を備えた内視鏡装置にお
いて，上記固体電子撮像素子に請求項１に記載の電荷増
倍型固体電子撮像素子を用い，上記蛍光観察モードが設
定されたことに応じて，第１および第２の変換係数のう
ち大きい方の変換係数となるように，上記通常観察モー
ドが設定されたことに応じて，上記第１および第２の変
換係数のうち小さい方の変換係数となるように，上記電
荷増倍型固体電子撮像素子の上記変換手段を制御する手
段を備える。
視鏡に用いることもできる。すなわち，第２の発明は，
蛍光観察モードが設定されたことに応じて，蛍光を発す
る体内組織の励起波長領域内の波長の励起光を出射する
励起光源，通常観察モードが設定されたことに応じて，
白色光を出射する白色光源，体内組織に上記励起光が照
射されたことにより上記体内組織から発光する蛍光また
は上記体内組織に上記白色光により照射された上記体内
組織からの反射光を受光し，体内組織の像を表す映像信
号を出力する固体電子撮像素子を備えた内視鏡装置にお
いて，上記固体電子撮像素子に請求項１に記載の電荷増
倍型固体電子撮像素子を用い，上記蛍光観察モードが設
定されたことに応じて，第１および第２の変換係数のう
ち大きい方の変換係数となるように，上記通常観察モー
ドが設定されたことに応じて，上記第１および第２の変
換係数のうち小さい方の変換係数となるように，上記電
荷増倍型固体電子撮像素子の上記変換手段を制御する手
段を備える。
【００１４】この場合でも，蛍光観察モードと通常観察
モードとの切替に応じて電荷増倍段に与える電荷増倍駆
動パルスを変える必要がないので，電荷増倍駆動パルス
の変動に伴う，増倍率の変動も発生しないようになる。
さらに，素子温度による電荷増倍率の変動にも影響され
ず，光電変換素子に蓄積した信号電荷の量の他に増倍段
一段あたりの電荷増倍率を算出することができる。算出
した電荷増倍率から素子温度を推定することもできる。
モードとの切替に応じて電荷増倍段に与える電荷増倍駆
動パルスを変える必要がないので，電荷増倍駆動パルス
の変動に伴う，増倍率の変動も発生しないようになる。
さらに，素子温度による電荷増倍率の変動にも影響され
ず，光電変換素子に蓄積した信号電荷の量の他に増倍段
一段あたりの電荷増倍率を算出することができる。算出
した電荷増倍率から素子温度を推定することもできる。
【００１５】
【実施例の説明】図１は，この発明の実施例を示すもの
で，電荷増倍型固体電子撮像素子の構成を示している。
で，電荷増倍型固体電子撮像素子の構成を示している。
【００１６】電荷増倍型固体電子撮像素子１には，詳し
くは後述するように信号電荷を映像信号に変換（電子電
圧変換）するＦＤＡ（フローティング・ディフュージョ
ン・アンプリファイア）11およびＦＧＡ（フローティン
グ・ゲート・アンプリファイア）12が含まれている。こ
れらのＦＤＡ11およびＦＧＡ12の変換係数は，異なって
いる。設定されるモードに応じて，２つのＦＤＡ11およ
びＦＧＡ12のうちいずれかの出力が選択される。大小い
ずれかの変換係数の増幅回路の出力が映像信号に変換さ
れる。
くは後述するように信号電荷を映像信号に変換（電子電
圧変換）するＦＤＡ（フローティング・ディフュージョ
ン・アンプリファイア）11およびＦＧＡ（フローティン
グ・ゲート・アンプリファイア）12が含まれている。こ
れらのＦＤＡ11およびＦＧＡ12の変換係数は，異なって
いる。設定されるモードに応じて，２つのＦＤＡ11およ
びＦＧＡ12のうちいずれかの出力が選択される。大小い
ずれかの変換係数の増幅回路の出力が映像信号に変換さ
れる。
【００１７】電荷増倍型固体電子撮像素子１は，受光領
域２とフレーム転送領域５とを備えている。受光領域２
には，水平方向および垂直方向に多数のフォトダイオー
ド２Ａが配置されている。受光領域２のほぼ全部の領域
が入射する光を有効に受光する有効受光領域３となって
いる。受光領域２の左側の一部および下側の一部は遮光
するオプティカル・ブラック領域４となっている。フレ
ーム転送領域５は，遮光されており，受光領域２のフォ
トダイオード２Ａに蓄積された信号電荷を垂直方向に転
送する（垂直転送路）。
域２とフレーム転送領域５とを備えている。受光領域２
には，水平方向および垂直方向に多数のフォトダイオー
ド２Ａが配置されている。受光領域２のほぼ全部の領域
が入射する光を有効に受光する有効受光領域３となって
いる。受光領域２の左側の一部および下側の一部は遮光
するオプティカル・ブラック領域４となっている。フレ
ーム転送領域５は，遮光されており，受光領域２のフォ
トダイオード２Ａに蓄積された信号電荷を垂直方向に転
送する（垂直転送路）。
【００１８】フレーム転送領域５の下（出力側）には，
水平転送路６が設けられている。水平転送路６に水平転
送パルスが与えられることにより，フレーム転送領域５
から転送された信号電荷が水平方向に転送されていく。
また，水平転送路６と並行して，不要信号電荷を排出す
るための不要電荷掃き出しドレイン７が形成されてい
る。
水平転送路６が設けられている。水平転送路６に水平転
送パルスが与えられることにより，フレーム転送領域５
から転送された信号電荷が水平方向に転送されていく。
また，水平転送路６と並行して，不要信号電荷を排出す
るための不要電荷掃き出しドレイン７が形成されてい
る。
【００１９】水平転送路６の出力側には，多数の段をも
つ電荷増倍段８が接続されている。この電荷増倍段８に
は，電荷増倍駆動パルスが与えられる。電荷増倍段８に
入力した信号電荷は，電荷増倍駆動パルスにより増倍さ
れながら一段ずつ転送されていく。電荷増倍段８のほぼ
中間にはフローティング・ゲート電極９が形成されてい
る。フローティング・ゲート電極９から電荷増倍段８の
中間出力を表わす信号がＦＧＡ12に与えられる。電荷増
倍段８から出力した信号電荷はＦＤＡ11に与えられる。
ＦＤＡ11およびＦＧＡ12の出力信号はセレクタ13に与え
られる。セレクタ13に選択制御信号が与えられることに
よりＦＤＡ11の出力信号またはＦＧＡ12の出力信号がセ
レクタ13から出力される。
つ電荷増倍段８が接続されている。この電荷増倍段８に
は，電荷増倍駆動パルスが与えられる。電荷増倍段８に
入力した信号電荷は，電荷増倍駆動パルスにより増倍さ
れながら一段ずつ転送されていく。電荷増倍段８のほぼ
中間にはフローティング・ゲート電極９が形成されてい
る。フローティング・ゲート電極９から電荷増倍段８の
中間出力を表わす信号がＦＧＡ12に与えられる。電荷増
倍段８から出力した信号電荷はＦＤＡ11に与えられる。
ＦＤＡ11およびＦＧＡ12の出力信号はセレクタ13に与え
られる。セレクタ13に選択制御信号が与えられることに
よりＦＤＡ11の出力信号またはＦＧＡ12の出力信号がセ
レクタ13から出力される。
【００２０】図２は，ＦＤＡ11およびＦＧＡ12の変換係
数を表すグラフである。
数を表すグラフである。
【００２１】ＦＤＡ11は，小さな変換係数をもつもので
あり，ＦＧＡ12は，大きな変換係数をもつものである。
したがって，同じ値の信号電荷であれば，ＦＤＡ11によ
り変換された映像信号のレベルよりもＦＧＡ12により変
換された映像信号のレベルの方が大きくなる。ＣＣＤ１
に含まれる電荷増倍段８に与えられる電荷増倍駆動パル
スを変えなくともＣＣＤ１から出力される映像信号レベ
ルを調整することができる。
あり，ＦＧＡ12は，大きな変換係数をもつものである。
したがって，同じ値の信号電荷であれば，ＦＤＡ11によ
り変換された映像信号のレベルよりもＦＧＡ12により変
換された映像信号のレベルの方が大きくなる。ＣＣＤ１
に含まれる電荷増倍段８に与えられる電荷増倍駆動パル
スを変えなくともＣＣＤ１から出力される映像信号レベ
ルを調整することができる。
【００２２】後述するように，ＣＣＤ１が通常撮像モー
ドと蛍光撮像モードの設定が可能な内視鏡装置に利用さ
れる場合において通常撮像モードが設定されるときに
は，ＦＤＡ11の出力が選択され，映像信号（通常映像信
号）に変換される。蛍光撮像モードの設定されるとき
に，ＦＧＡ12がオンとされ，映像信号（蛍光映像信号）
に変換される。蛍光撮像モードにおいて得られる信号電
荷は，一般的に微弱（信号電荷量が少ない）であるが，
変換係数の大きいＦＧＡ12を用いて映像信号に変換され
るので，その後の信号処理が比較的容易となる。
ドと蛍光撮像モードの設定が可能な内視鏡装置に利用さ
れる場合において通常撮像モードが設定されるときに
は，ＦＤＡ11の出力が選択され，映像信号（通常映像信
号）に変換される。蛍光撮像モードの設定されるとき
に，ＦＧＡ12がオンとされ，映像信号（蛍光映像信号）
に変換される。蛍光撮像モードにおいて得られる信号電
荷は，一般的に微弱（信号電荷量が少ない）であるが，
変換係数の大きいＦＧＡ12を用いて映像信号に変換され
るので，その後の信号処理が比較的容易となる。
【００２３】図１にもどって，ＦＤＡ11およびＦＧＡ12
には，インバータ９を介して切替制御信号が与えられ
る。この切替制御信号にもとづいて，ＦＤＡ11またはＦ
ＧＡ12のいずれか一方がオンとなり，与えられる信号電
荷が映像信号に変換される。
には，インバータ９を介して切替制御信号が与えられ
る。この切替制御信号にもとづいて，ＦＤＡ11またはＦ
ＧＡ12のいずれか一方がオンとなり，与えられる信号電
荷が映像信号に変換される。
【００２４】上述したＣＣＤ１においては，受光領域
２，フレーム転送領域５，水平転送路６，不要電荷掃き
出しドレイン７，電荷増倍段８，ＦＤＡ11およびＦＧＡ
12ならびにセレクタ９は，一枚の基板（ウエハ）上に形
成されている。もっとも，ＦＤＡ11およびＦＧＡ12の少
なくとも一方を基板の外に設けることもできるのはいう
までもない。
２，フレーム転送領域５，水平転送路６，不要電荷掃き
出しドレイン７，電荷増倍段８，ＦＤＡ11およびＦＧＡ
12ならびにセレクタ９は，一枚の基板（ウエハ）上に形
成されている。もっとも，ＦＤＡ11およびＦＧＡ12の少
なくとも一方を基板の外に設けることもできるのはいう
までもない。
【００２５】図３は，他の実施例を示すもので，ＣＣＤ
の構成を示している。この図において，図１に示すもの
と同一物には同一符号を付して説明を省略する。
の構成を示している。この図において，図１に示すもの
と同一物には同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】上述した実施例においては，変換係数の異
なるＦＤＡとＦＧＡとセレクタが設けられていたが，図
３に示すものでは，補正回路が設けられているものであ
る。
なるＦＤＡとＦＧＡとセレクタが設けられていたが，図
３に示すものでは，補正回路が設けられているものであ
る。
【００２７】ＣＣＤ１Ａは，一枚の基板（ウエハ）上に
受光領域２，フレーム転送領域５，水平転送路６，不要
電荷掃き出しドレイン７，電荷増倍段８，ＦＤＡ11，Ｆ
ＧＡ12および補正回路14が形成されている。もっとも，
補正回路14はＣＣＤ１Ａの外部に形成するようにしても
よい。
受光領域２，フレーム転送領域５，水平転送路６，不要
電荷掃き出しドレイン７，電荷増倍段８，ＦＤＡ11，Ｆ
ＧＡ12および補正回路14が形成されている。もっとも，
補正回路14はＣＣＤ１Ａの外部に形成するようにしても
よい。
【００２８】ＦＤＡ11はｋ１の，ＦＧＡ12はｋ２の電荷
電圧変換係数をそれぞれもつ。さらに各々のフローティ
ング電極の位置はｎ１，ｎ２段目である。ＦＤＡ11とＦ
ＧＡ12はこの電極下の電荷数を電圧に変換しＶ１とＶ２
として出力する。これらの２つの出力値を補正回路は，
増倍率：ｘ，光電変換素子に発生した電荷数：ｎｏとす
ると Ｖ１＝ｎｏ×ｘn1×ｋ１ Ｖ２＝ｎｏ×ｘn2×ｋ２ 上記２式から，
電圧変換係数をそれぞれもつ。さらに各々のフローティ
ング電極の位置はｎ１，ｎ２段目である。ＦＤＡ11とＦ
ＧＡ12はこの電極下の電荷数を電圧に変換しＶ１とＶ２
として出力する。これらの２つの出力値を補正回路は，
増倍率：ｘ，光電変換素子に発生した電荷数：ｎｏとす
ると Ｖ１＝ｎｏ×ｘn1×ｋ１ Ｖ２＝ｎｏ×ｘn2×ｋ２ 上記２式から，
【数１】
で算出する。この補正回路の演算には増倍率：ｘが入ら
ない為，増倍率の変動があっても，補正回路からの出力
は光電変換素子に発生した電荷検出数を出力する事とな
る。補正回路はアナログ演算を行ってもよいし，補正回
路内にあるＡ／Ｄ変換回路でディジタル数値化しディジ
タル演算を行ってもよい。
ない為，増倍率の変動があっても，補正回路からの出力
は光電変換素子に発生した電荷検出数を出力する事とな
る。補正回路はアナログ演算を行ってもよいし，補正回
路内にあるＡ／Ｄ変換回路でディジタル数値化しディジ
タル演算を行ってもよい。
【００２９】この場合，電荷増倍段８での電荷増倍率の
変動があっても，光電変換素子で発生した電荷数を算出
可能となる。
変動があっても，光電変換素子で発生した電荷数を算出
可能となる。
【００３０】図４は，図１に示すＣＣＤ１を用いた内視
鏡装置の電気的構成を示すブロック図である。
鏡装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００３１】内視鏡装置は，二次回路21，患者回路（一
次回路）40および細長く自在に曲がる電子スコープ50か
ら構成されている。二次回路21および患者回路40は，テ
ーブルなどに置かれ，医者によって操作される。患者が
ベッドに横になると，たとえば，体内組織として胃壁を
撮像する場合には，医者は電子スコープ50を口から挿入
する。電子スコープ50は，食道を通り，電子スコープ50
の先端部が胃内部に到達する。電子スコープ50の先端部
には，上述したＣＣＤ１が設けられており，体内組織Ｏ
Ｂとしても胃壁が撮像される。
次回路）40および細長く自在に曲がる電子スコープ50か
ら構成されている。二次回路21および患者回路40は，テ
ーブルなどに置かれ，医者によって操作される。患者が
ベッドに横になると，たとえば，体内組織として胃壁を
撮像する場合には，医者は電子スコープ50を口から挿入
する。電子スコープ50は，食道を通り，電子スコープ50
の先端部が胃内部に到達する。電子スコープ50の先端部
には，上述したＣＣＤ１が設けられており，体内組織Ｏ
Ｂとしても胃壁が撮像される。
【００３２】内視鏡装置は，通常観察モードと蛍光観察
モードとの２つの観察モードを設定可能である。通常観
察モードは，体内組織ＯＢを白色光で照明して撮像する
ものである。蛍光観察モードは，体内組織ＯＢを励起光
で照明して撮像するものである。
モードとの２つの観察モードを設定可能である。通常観
察モードは，体内組織ＯＢを白色光で照明して撮像する
ものである。蛍光観察モードは，体内組織ＯＢを励起光
で照明して撮像するものである。
【００３３】患者回路40に観察モード切替スイッチ41が
設けられている。観察モード切替スイッチ41は，内視鏡
装置を操作する医者によってオン，オフされる。観察モ
ード切替スイッチ41がオンされることにより蛍光観察モ
ードとされ，観察モード切替スイッチ41がオフされるこ
とにより通常観察モードとされる。
設けられている。観察モード切替スイッチ41は，内視鏡
装置を操作する医者によってオン，オフされる。観察モ
ード切替スイッチ41がオンされることにより蛍光観察モ
ードとされ，観察モード切替スイッチ41がオフされるこ
とにより通常観察モードとされる。
【００３４】観察モード切替スイッチ41のオン，オフを
示す信号は，絶縁素子34を介して二次回路21のスイッチ
制御回路30に入力する。観察モード切替スイッチ41がオ
ンされたときには，二次回路21に含まれるスイッチ回路
26がオンするように，観察モード切替スイッチ41がオフ
されたときには，二次回路21に含まれるスイッチ回路22
がオンするように，スイッチ回路22および26がスイッチ
制御回路30により制御される。
示す信号は，絶縁素子34を介して二次回路21のスイッチ
制御回路30に入力する。観察モード切替スイッチ41がオ
ンされたときには，二次回路21に含まれるスイッチ回路
26がオンするように，観察モード切替スイッチ41がオフ
されたときには，二次回路21に含まれるスイッチ回路22
がオンするように，スイッチ回路22および26がスイッチ
制御回路30により制御される。
【００３５】スイッチ回路22がオンとされると，通常光
用の駆動回路23により通常光源（白色光源）24から白色
光が出射する。白色光は，集光レンズ25により患者回路
40および電子スコープ50内に配置されているライト・ガ
イド35の後端面（二次回路21側の面）に導かれる。
用の駆動回路23により通常光源（白色光源）24から白色
光が出射する。白色光は，集光レンズ25により患者回路
40および電子スコープ50内に配置されているライト・ガ
イド35の後端面（二次回路21側の面）に導かれる。
【００３６】スイッチ回路26がオンとされると，励起光
用の駆動回路27により励起光源28から体内組織の励起波
長領域の波長特性をもつ励起光（近赤外光を出射するよ
うにしてもよい）が出射する。励起光は，集光レンズ29
によりライト・ガイド35の後端面に導かれる。
用の駆動回路27により励起光源28から体内組織の励起波
長領域の波長特性をもつ励起光（近赤外光を出射するよ
うにしてもよい）が出射する。励起光は，集光レンズ29
によりライト・ガイド35の後端面に導かれる。
【００３７】照明光（白色光または励起光）は，ライト
・ガイド35内を伝搬し，ライト・ガイド35の前端面から
出射される。ライト・ガイド31の前端面の前方には照明
レンズ（図示略）が配置されている。ライト・ガイド31
からの出射光が照明レンズによって体内組織ＯＢを照明
することとなる。
・ガイド35内を伝搬し，ライト・ガイド35の前端面から
出射される。ライト・ガイド31の前端面の前方には照明
レンズ（図示略）が配置されている。ライト・ガイド31
からの出射光が照明レンズによって体内組織ＯＢを照明
することとなる。
【００３８】体内組織ＯＢの反射光（ライト・ガイド31
から励起光が出射する場合には，反射光として体内組織
ＯＢから自家蛍光が生じる）は，対物レンズ（図示略）
によって集光される。これにより，体内組織ＯＢを表す
画像が上述したＣＣＤ１の受光面上に結像する。ＣＣＤ
１から体内組織ＯＢの画像を表す映像信号が出力され
る。
から励起光が出射する場合には，反射光として体内組織
ＯＢから自家蛍光が生じる）は，対物レンズ（図示略）
によって集光される。これにより，体内組織ＯＢを表す
画像が上述したＣＣＤ１の受光面上に結像する。ＣＣＤ
１から体内組織ＯＢの画像を表す映像信号が出力され
る。
【００３９】上述したようにＣＣＤ１には変換係数の異
なるＦＤＡ11およびＦＧＡ12が含まれている。二次回路
21に含まれるスイッチ制御回路30から，設定されている
モードに応じて切替制御信号が出力されＣＣＤ１に与え
られる。通常観察モードが設定されているときには，変
換係数の小さなＦＤＡ11によって映像信号に変換され，
通常映像信号が得られる。蛍光観察モードが設定されて
いるときには，変換係数の大きなＦＧＡ12によって映像
信号に変換され，蛍光映像信号に変換され，蛍光映像信
号が得られることとなる。蛍光観察モードにおいて微弱
な信号電荷しか得られない場合であっても，レベルの高
い蛍光映像信号が得られることとなる。
なるＦＤＡ11およびＦＧＡ12が含まれている。二次回路
21に含まれるスイッチ制御回路30から，設定されている
モードに応じて切替制御信号が出力されＣＣＤ１に与え
られる。通常観察モードが設定されているときには，変
換係数の小さなＦＤＡ11によって映像信号に変換され，
通常映像信号が得られる。蛍光観察モードが設定されて
いるときには，変換係数の大きなＦＧＡ12によって映像
信号に変換され，蛍光映像信号に変換され，蛍光映像信
号が得られることとなる。蛍光観察モードにおいて微弱
な信号電荷しか得られない場合であっても，レベルの高
い蛍光映像信号が得られることとなる。
【００４０】ＣＣＤ１から出力される映像信号は，患者
回路40の増幅回路42に入力する。増幅回路42において映
像信号が増幅され，アナログ／ディジタル変換回路43に
おいてディジタル画像データに変換される。ディジタル
画像データは，絶縁素子33を介して，二次回路21内の画
像処理回路32に入力する。
回路40の増幅回路42に入力する。増幅回路42において映
像信号が増幅され，アナログ／ディジタル変換回路43に
おいてディジタル画像データに変換される。ディジタル
画像データは，絶縁素子33を介して，二次回路21内の画
像処理回路32に入力する。
【００４１】画像処理回路32において，白バランス調
整，ガンマ補正，ディジタル／アナログ変換などの所定
の画像処理が行われ，映像信号として出力される。画像
処理回路32から出力された映像信号が，表示装置（図示
略）に与えられることにより，体内組織ＯＢを表す画像
が表示装置の表示画面に表示される。
整，ガンマ補正，ディジタル／アナログ変換などの所定
の画像処理が行われ，映像信号として出力される。画像
処理回路32から出力された映像信号が，表示装置（図示
略）に与えられることにより，体内組織ＯＢを表す画像
が表示装置の表示画面に表示される。
【００４２】図５は，内視鏡装置に設定された観察モー
ドに応じた処理手順を示すフローチャートである。
ドに応じた処理手順を示すフローチャートである。
【００４３】モード設定スイッチ41により通常観察モー
ドまたは蛍光観察モードのいずれかのモードが設定され
る（ステップ61）。通常観察モードが設定されると（ス
テップ62でＹＥＳ），ＦＤＡ11およびＦＧＡ12のうち大
きい変換係数をもつＦＤＡ11がオンされる（ステップ6
3）。
ドまたは蛍光観察モードのいずれかのモードが設定され
る（ステップ61）。通常観察モードが設定されると（ス
テップ62でＹＥＳ），ＦＤＡ11およびＦＧＡ12のうち大
きい変換係数をもつＦＤＡ11がオンされる（ステップ6
3）。
【００４４】その後，ＣＣＤ１を用いて体内組織ＯＢが
撮像され，通常映像信号が得られる（ステップ65）。通
常光により照明された体内組織を撮像することによりフ
ォトダイオード２Ａに蓄積される信号電荷の量は比較的
多いので，変換係数が小さいものであっても映像信号レ
ベルは比較的高くなる。
撮像され，通常映像信号が得られる（ステップ65）。通
常光により照明された体内組織を撮像することによりフ
ォトダイオード２Ａに蓄積される信号電荷の量は比較的
多いので，変換係数が小さいものであっても映像信号レ
ベルは比較的高くなる。
【００４５】蛍光観察モードが設定されると（ステップ
62でＮＯ），ＦＤＡ11およびＦＧＡ12のうち小さい変換
係数をもつＦＧＡ12がオンされる（ステップ64）。
62でＮＯ），ＦＤＡ11およびＦＧＡ12のうち小さい変換
係数をもつＦＧＡ12がオンされる（ステップ64）。
【００４６】その後，ＣＣＤ１を用いて体内組織ＯＢが
撮像され，蛍光映像信号が得られる（ステップ65）。蛍
光により照明された体内組織を撮像することによりフォ
トダイオード２Ａに蓄積される信号電荷の量は比較的少
ないが，変換係数が大きいＦＤＡ12により映像信号に変
換されるので，蛍光映像信号のレベルは比較的高くな
る。
撮像され，蛍光映像信号が得られる（ステップ65）。蛍
光により照明された体内組織を撮像することによりフォ
トダイオード２Ａに蓄積される信号電荷の量は比較的少
ないが，変換係数が大きいＦＤＡ12により映像信号に変
換されるので，蛍光映像信号のレベルは比較的高くな
る。
【００４７】このように，ＣＣＤ１の電荷増倍段８の電
荷増倍駆動パルスを変えることなく，比較的レベルの高
い蛍光映像信号を得ることができる。電荷増倍駆動パル
スを変える必要がないので，電荷増倍駆動パルスの変動
による電荷増倍段８の増倍率のばらつきも未然に防止で
きる。
荷増倍駆動パルスを変えることなく，比較的レベルの高
い蛍光映像信号を得ることができる。電荷増倍駆動パル
スを変える必要がないので，電荷増倍駆動パルスの変動
による電荷増倍段８の増倍率のばらつきも未然に防止で
きる。
【図１】ＣＣＤの構成を示している。
【図２】ＦＤＡの変換係数を示すグラフである。
【図３】ＣＣＤの構成を示している。
【図４】内視鏡装置の電気的構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図５】内視鏡装置のモードに応じた処理手順を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
１，１Ａ ＣＣＤ
２Ａ フォトダイオード
５ フレーム転送領域
６ 水平転送路
８ 電荷増倍段
11 ＦＤＡ
12 ＦＧＡ
21 二次回路
40 患者回路
50 電子スコープ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA12 CA02 CA19
FA06 FC02
5C024 AX02 AX17 BX02 CX11 GX03
GY46 GZ37 GZ40 HX18
Claims (5)
- 【請求項１】 入射光量に応じて信号電荷を蓄積する多
数の光電変換素子，上記光電変換素子に蓄積された信号
電荷を読み出す読み出し手段，上記読み出し手段によっ
て読み出された信号電荷を増倍しながら転送する電荷増
倍段，および第１のモードが設定されたことに応じて，
第１の変換係数にしたがって上記電荷増倍段を転送され
た信号電荷を映像信号に変換し，第２のモードが設定さ
れたことに応じて第１の変換係数とは異なる第２の変換
係数にしたがって上記電荷増倍段を転送された信号電荷
を映像信号に変換する変換手段，を備えた電荷増倍型固
体電子撮像装置。 - 【請求項２】 上記変換手段が，第１および第２の変換
係数にしたがって変換する２つのフローティング・ゲー
ト増幅回路または上記第１の変換係数をもつフローティ
ング・ゲート増幅回路および第２の変換係数をもつフロ
ーティング・ディフュージョン増幅回路である，請求項
１に記載の電荷増倍型固体電子撮像装置。 - 【請求項３】 上記変換手段により変換された２つの映
像信号，上記第１の変換係数，上記第２の変換係数およ
び上記電荷増倍段の増倍段数にもとづいて上記光電変換
素子に蓄積した信号電荷量を算出する算出手段をさらに
備えた請求項２に記載の電荷増倍型固体電子撮像装置。 - 【請求項４】 蛍光観察モードが設定されたことに応じ
て，蛍光を発する体内組織の励起波長領域内の波長の励
起光を出射する励起光源，通常観察モードが設定された
ことに応じて，白色光を出射する白色光源，体内組織に
上記励起光が照射されたことにより上記体内組織から発
光する蛍光または上記体内組織に上記白色光により照射
された上記体内組織からの反射光を受光し，体内組織の
像を表す映像信号を出力する固体電子撮像装置を備えた
内視鏡装置において，上記固体電子撮像装置に請求項１
に記載の電荷増倍型固体電子撮像装置を用い，上記蛍光
観察モードが設定されたことに応じて，第１および第２
の変換係数のうち大きい方の変換係数となるように，上
記通常観察モードが設定されたことに応じて，上記第１
および第２の変換係数のうち小さい方の変換係数となる
ように，上記電荷増倍型固体電子撮像装置の出力を選択
する手段，を備えた内視鏡装置。 - 【請求項５】 入射光量に応じて信号電荷を蓄積する多
数の光電変換素子，上記光電変換素子に蓄積された信号
電荷を読み出す読み出し手段，および上記読み出し手段
によって読み出された信号電荷を増倍しながら転送する
電荷増倍段を備えた電荷増倍型固体電子撮像装置におい
て，第１のモードが設定されたことに応じて，第１の変
換係数にしたがって上記電荷増倍段を転送された信号電
荷を映像信号に変換し，第２のモードが設定されたこと
に応じて第１の変換係数と異なる第２の変換係数を用い
て上記電荷増倍段を転送された信号電荷を映像信号に変
換する，電荷増倍型固体電子撮像装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002236429A JP2003158679A (ja) | 2001-08-20 | 2002-08-14 | 電荷増倍型固体電子撮像装置およびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-249385 | 2001-08-20 | ||
| JP2001249385 | 2001-08-20 | ||
| JP2002236429A JP2003158679A (ja) | 2001-08-20 | 2002-08-14 | 電荷増倍型固体電子撮像装置およびその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003158679A true JP2003158679A (ja) | 2003-05-30 |
Family
ID=26620675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002236429A Pending JP2003158679A (ja) | 2001-08-20 | 2002-08-14 | 電荷増倍型固体電子撮像装置およびその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003158679A (ja) |
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| WO2010087288A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
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| WO2022123903A1 (ja) * | 2020-12-07 | 2022-06-16 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光電変換装置 |
-
2002
- 2002-08-14 JP JP2002236429A patent/JP2003158679A/ja active Pending
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