JP2004313523A - Solid-state image sensor, electronic endoscope - Google Patents
Solid-state image sensor, electronic endoscope Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004313523A JP2004313523A JP2003112904A JP2003112904A JP2004313523A JP 2004313523 A JP2004313523 A JP 2004313523A JP 2003112904 A JP2003112904 A JP 2003112904A JP 2003112904 A JP2003112904 A JP 2003112904A JP 2004313523 A JP2004313523 A JP 2004313523A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light receiving
- light
- unit
- solid
- receiving unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 85
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 34
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 14
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 101000860173 Myxococcus xanthus C-factor Proteins 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
- Endoscopes (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Studio Devices (AREA)
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に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、内視鏡の先端部を含む挿入部を細径化することにより、体腔内、特に細い管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が広く普及しており、その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、電子内視鏡に接続されている光源装置の白色照明光により照明された観察対象(撮像対象)を、受光部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CCDで撮像すること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により照明された観察対象を、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等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1画素当たりのサイズを小さく形成する必要がある。ところが、この1画素当たりのサイズを小さく形成するにしたがって、1画素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、暗部の画像が黒く潰れてしまい、かつ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極力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計れず、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解像度を低下させたりすることなく、ダイナミックレンジを向上させることができる固体撮像素子、及びその固体撮像素子を備えた電子内視鏡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、撮像対象からの光を受光するための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を有したものである。この固体撮像素子は、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の受光部とを含む少なくとも2つの受光部と、第1の受光部が有する複数の受光素子に蓄積された電荷の転送先である第1の転送部と、第2の受光部が有する複数の受光素子に蓄積された電荷の転送先である第2の転送部とを含む少なくとも2つの転送部と、第1の転送部に転送された電荷と、第2の転送部に転送された電荷とを含む少なくとも2つの転送部に転送された電荷を加算して外部に出力する加算出力部とを備えている。このように、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配置された少なくとも2つの受光部に蓄積された各々の電荷を加算して出力することにより、所定方向と直交する方向に装置を大きくしたり解像度を低下させたりすることなく、ダイナミックレンジを向上させた画像情報を出力することができる。
【0012】
また、上記固体撮像素子において、少なくとも2つの受光部の各々が有している複数の受光素子の配列はそれぞれ同一であることが好ましい。
【0013】
また、上記固体撮像素子において、少なくとも2つの受光部の各々で蓄積された電荷の各々は、所定方向の受光素子一列に蓄積された電荷毎に、少なくとも2つの転送部の各々に転送されることが好ましい。また、加算出力部は、転送された各々の受光素子一列毎の電荷同士を加算して外部に出力することが好ましい。また、少なくとも2つの転送部は、所定方向に一列に整列した素子に含まれていることが好ましい。また、第1の受光部と第2の受光部のどちらか一方の前面には減光手段が配置されていることが好ましい。
【0014】
また、上記固体撮像素子では、受光部前面に撮像対象からの光束を第1の光束と第2の光束とに分割する光束分割手段が配置され、第1の光束は第1の受光部に導かれ、第2の光束は第2の受光部に導かれることが好ましい。また、光束分割手段はビームスプリッタであることが好ましい。このとき、第1の光束はビームスプリッタによる反射光束であり、第2の光束はビームスプリッタによる透過光束である。
【0015】
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、所定方向に長く形成された単一の半導体基板上に、観察対象からの反射光を受光するための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を有する固体撮像素子を、その先端部内に備えたものである。この電子内視鏡に備えられている固体撮像素子は、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の受光部とを含む少なくとも2つの受光部と、第1の受光部が有する複数の受光素子に蓄積された電荷の転送先である第1の転送部と、第2の受光部が有する複数の受光素子に蓄積された電荷の転送先である第2の転送部とを含む少なくとも2つの転送部と、第1の転送部に転送された電荷と、第2の転送部に転送された電荷とを含む少なくとも2つの転送部に転送された電荷を加算して外部に出力する加算出力部とを備えている。この固体撮像素子は、さらに、半導体基板の長手方向と電子内視鏡の先端部の長手方向とが一致するように配置されている。このように、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配置された少なくとも2つの受光部に蓄積された各々の電荷を加算して出力することにより、電子内視鏡の径を太くしたり解像度を低下させたりすることなく、ダイナミックレンジを向上させた画像を出力することができる。従って、患者の負担を増やしたり画像の鮮明さを低下させたりすることなく、ダイナミックレンジを向上させて滑らかな画像を得ることができる画像情報を出力することができる。
【0016】
また、上記電子内視鏡において、少なくとも2つの受光部の各々は光学的に略等価な位置に配置されていることが好ましい。
【0017】
また、上記電子内視鏡において、少なくとも2つの受光部の各々が有している複数の前記受光素子の配列はそれぞれ同一であることが好ましい。
【0018】
また、上記電子内視鏡において、少なくとも2つの受光部の各々で蓄積された電荷の各々は、受光素子一列に蓄積された電荷毎に、少なくとも2つの転送部の各々に転送されることが好ましい。また、加算出力部は、転送された各々の受光素子一列毎の電荷同士を加算して外部に出力することが好ましい。また、少なくとも2つの転送部は、所定方向に一列に整列した素子に含まれていることが好ましい。また、第1の受光部と第2の受光部のどちらか一方の前面には減光手段が配置されていることが好ましい。
【0019】
また、上記電子内視鏡では、受光部前面に撮像対象からの光束を第1の光束と第2の光束とに分割する光束分割手段が配置され、第1の光束は第1の受光部に導かれ、第2の光束は第2の受光部に導かれることが好ましい。また、光束分割手段はビームスプリッタであることが好ましい。このとき、第1の光束はビームスプリッタによる反射光束であり、第2の光束はビームスプリッタによる透過光束である。
【0020】
【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から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と光源装置を兼ね備えたプロセッサ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。
【0021】
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フィルタ回転220が配置されている。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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、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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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、外部表示機器に表示可能な種々のビデオ信号(映像信号)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。
【0030】
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、先ず、送信された画像信号を増幅させ、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の画像信号に変換させる。変換されたデジタルの画像信号は、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260が有している各メモリに出力される。
【0031】
RGBメモリ260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。
【0032】
タイミングジェネレータ230は、RGBメモリ260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260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、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。
【0033】
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コンポーネント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画像で表示される。
【0034】
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。
【0035】
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の順に並んで配置している。
【0036】
第1のプリズム142は、生体組織400の観察光の光路上に、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。
【0037】
さらに説明を加えると、このビームスプリッタ142aは、折り曲げられる光(反射光)と透過する光との強度比が2:1となるように、生体組織400の観察光を分割する機能を有している。ここでは、ビームスプリッタ142aを透過した観察光は、ビームスプリッタ142aで折り曲げられた観察光に対してその光強度が低くなっている。
【0038】
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上に、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。
【0039】
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を備えている面は、図3に示す矢印Y方向の辺が、矢印X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。
【0040】
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。
【0041】
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152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、これらの受光部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している。すなわち、受光部152aと受光部152bは、互いに、同一形状かつ同一画素数の受光部として形成されている。
【0042】
また、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観察像が結像する。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
図4は固体撮像素子150の電荷転送動作を示した図である。先ず、図4(a)に示すように、受光部152aの矢印X方向下端部に位置する1ラインの受光素子の各々に蓄積された電荷が、矢印X方向の水平転送部154aに一斉に転送される。例えば、受光部152aの152a(1)に位置する受光素子に蓄積された電荷は、水平転送部154aの矢印Y方向右端部の154a(1)に位置する電荷結合素子に転送される。次いで、図4(b)に示すように、水平転送部154aの各電荷結合素子に転送・蓄積された電荷は、水平転送部154を矢印Y方向に順次転送される。そして、図4(c)に示すように、受光部152aの152a(1)に位置する受光素子に蓄積されていた電荷が、水平転送部154bの矢印Y方向右端部の154b(1)に位置する電荷結合素子に転送された時に、受光部152bの矢印X方向下端部に位置する1ラインの受光素子の各々に蓄積された電荷が、矢印X方向の水平転送部154bに一斉に転送されて、先に転送されていた電荷とそれぞれ加算される。例えば、152a(1)に位置する受光素子に蓄積されていた電荷は、受光部152bの152b(1)に位置する受光素子に蓄積されていた電荷と加算されて、154b(1)に位置する電荷結合素子に蓄積される。最後に、水平転送部154bの各電荷結合素子に加算・蓄積された電荷は、アンプ156に順次転送される。アンプ156は、この加算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。
【0046】
図5は、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。以下に、この図5に示したタイミングチャートの詳細を説明する。
【0047】
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152a及び受光部152bに入射している期間、固体撮像素子150は、受光部152a及び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。受光部152a及び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、各受光部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及び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、図4に示した動作手順に沿って、水平転送部154a、154bにそれぞれ転送し、加算する。水平転送部154にて加算された電荷は、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。
【0048】
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に転送し、加算する。水平転送部154にて加算された電荷は、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に転送し、加算する。水平転送部154にて加算された電荷は、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。
【0049】
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、この作業を所定の周期で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。
【0050】
図6は、図5の期間T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T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。以下に、この図5に示したタイミングチャートで電荷の転送動作を説明する。
【0051】
図6(a)は、受光部152aの受光素子各々に蓄積された電荷を、受光部152aの端部に位置する矢印Y方向1ラインの受光素子を介して水平転送部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6(b)は、受光部152bの受光素子各々に蓄積された電荷を、受光部152bの端部に位置する矢印Y方向1ラインの受光素子を介して水平転送部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6(c)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。
【0052】
図6に示すように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(1ライン)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。
【0053】
受光部152aから水平転送部154aに電荷が転送すると、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さらに矢印Y方向に転送する。すなわち、上記で詳述したように、水平転送部154aの電荷結合素子の各々に転送された各電荷は、このH信号により水平転送部154bの対応する電荷結合素子に転送される。
【0054】
水平転送部154aから水平転送部154bへの電荷転送が完了すると、V1信号が受光部152aに入力し、V2信号が受光部152bに入力する。従って、上述の処理と同様に、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方向に一段シフトし、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、水平転送部154aに転送される。また、V2信号もV1信号と同様の作用を有している。すなわち、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方向に一段シフトし、水平転送部154b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、水平転送部154bに転送される。
【0055】
上述のように、受光部152bから水平転送部154bに電荷が転送したとき、水平転送部154bの電荷結合素子の各々には予め水平転送部154aから転送された受光部152a1ラインの電荷が既に蓄積されているため、この受光部152a1ラインの電荷の各々と受光部152b1ラインの電荷の各々は水平転送部154bのそれぞれ同一の電荷結合素子に蓄積され、その結果、互いの電荷の加算が行われる。
【0056】
水平転送部154bにおいて受光部152a1ラインの電荷と受光部152b1ラインの電荷とが加算されると、再びH信号が水平転送部154に入力し、上記水平転送部154bにおいて加算された電荷はアンプ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。またこのとき、V1信号により水平転送部154aに転送されていた電荷は水平転送部154bに転送される。そして再びV1信号が受光部152aに入力し、V2信号が受光部152bに入力すると、水平転送部154bの電荷は加算され、H信号によりアンプ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。
【0057】
上述した一連の動作は、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Tの転送動作は終了し、B光の観察光の蓄積動作が開始される。
【0058】
図7は、受光部152a及び受光部152bが備えている受光素子の信号出力(言い換えると蓄積電荷量)と観察光の入射光量(厳密には光路偏向部140に入射する光量)との関係を示したグラフである。このグラフの縦軸は受光素子の信号出力を示しており、横軸は受光素子に対する入射光量を示している。
【0059】
このグラフで示されている特性Aは受光部152aの受光素子の信号出力と観察光の入射光量(光路偏向部140に入射する光量)との関係を示したものである。前述のように、光路偏向部140のビームスプリッタ142aでは、反射光と透過光との強度比が2:1となるので、受光部152aへの入射光量は観察光の入射光量の2/3となる。この特性Aが示している信号出力は、水平転送部154aの電荷結合素子の各々に転送される受光部152aの受光素子の各々の蓄積電荷量に対応した値である。また、特性Bは受光部152bの受光素子の信号出力と観察光の入射光量(光路偏向部140に入射する光量)との関係を示したものである。同様に、受光部152bへの入射光量は観察光の入射光量の1/3となる。この特性Bが示している信号出力は、水平転送部154bの電荷結合素子の各々に転送される受光部152bの受光素子の各々の蓄積電荷量に対応した値である。また、特性(A+B)は受光部152a及び受光部152bの各々の受光素子の信号出力を加算した後の信号出力と観察光の入射光量(光路偏向部140に入射する光量)との関係を示したものである。すなわち、受光部152から得られる信号出力と観察光の入射光量との関係を示したものである。この特性(A+B)が示している信号出力は、水平転送部154bにおいて加算された水平転送部154aと水平転送部154bとの蓄積電荷量である。
【0060】
上述したように、ビームスプリッタ142aによって、受光部152aに入射する光と受光部152bに入射する光との強度比は2:1となる。また、受光部152aと受光部152bの各々の受光素子は光学的に等価に配置されており、同一形状かつ同一特性を有している。従って、図7のグラフにおいて特性Aは特性Bに対して2倍の傾きを有している。そのため、受光部152aの受光素子が観察光の入射光量cで飽和信号出力dを得るとき、受光部152bの受光素子は観察光の入射光量2cで飽和信号出力dを得る。これは、受光部152aの受光素子が受光部152bの受光素子と比較して2倍の感度を有していることと同じである。言い換えると、受光部152bの受光素子は受光部152aの受光素子に比較して2倍のダイナミックレンジを有する。また、受光部152aの受光素子は、光路偏向部140を介さずに直接観察光を受光素子で受光した場合に比べて1.5倍のダイナミックレンジを有する。従って、受光部152は、光路偏向部140を介さずに直接観察光を受光素子で受光した場合に比べて3倍のダイナミックレンジを有することになる。
【0061】
前述のように、固体撮像素子150の受光部が受光部152a単体で且つ光路偏向部140を介さずに直接観察光を受光素子で受光した場合、この受光部は観察光の入射光量が(2/3)cで飽和してしまう。しかしながら、本実施形態のように受光部152が受光部152aと受光部152bとを備えている場合、受光部152は入射光量2cまで飽和しなくなる。これは、固体撮像素子150の撮像可能な光量範囲が拡大したこと、すなわちダイナミックレンジが向上したことを意味している。
【0062】
受光部152の信号出力特性である特性(A+B)は、観察光の入射光量が0からcまでの間とcから2cまでの間とでそれぞれ異なった特性を有している。観察光の入射光量が0からcまでの間では受光部152aと受光部152bのそれぞれの受光素子で電荷が蓄積されていくため、図6のグラフにおける特性(A+B)の傾きは特性Aと特性Bとの傾きを合わせたものとなっている。また、観察光の入射光量がcから2cまでの間では受光部152aは飽和状態であるため、受光部152bの受光素子のみで電荷が蓄積されていき、図6のグラフにおける特性(A+B)の傾きは特性Bと等しいものとなっている。従って、観察光の入射光量が0からcまでの間では、受光部が受光部152a単体である場合と比較して本実施形態の受光部152はより高い信号出力を得ることができる。言い換えると、本実施形態の受光部152は高い感度を有している。さらに、観察光の入射光量がcから2cまでの間では、受光部が受光部152a単体である場合と異なり飽和することなく信号出力を得ることができる。言い換えると、本実施形態の受光部152はダイナミックレンジが拡大されている。
【0063】
また、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。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したり観察画像の解像度を低下させたりすることなく、固体撮像素子のダイナミックレンジ及び高輝度に対する感度を向上させることができる。
【0064】
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、電子内視鏡の径を太くすることなく受光部152aと受光部152bとの電荷を加算することができる。
【0065】
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。
【0066】
なお、本実施形態において、受光部152の信号出力と観察光の入射光量との関係は図7に示した特性(A+B)であるが、この特性は本実施形態のものに限定されることなく、例えば反射光の強度と透過光の強度の関係において、前者が後者よりも小さな特性となる等異なったものであってもよい。この特性を異なったものにするためには、本実施形態の光路偏向部140において、観察光に対する分割特性の異なったビームスプリッタ142aを電子内視鏡100の先端部内に配置すればよい。特に、ビームスプリッタ142aの反射光と透過光との強度比が1:1となるものを用いた場合、ダイナミックレンジの向上だけでなくリニアリティも改善することができる。
【0067】
また、本発明の実施形態において、ビームスプリッタ142aの観察光に対する分割特性によって受光部152aと受光部152bのそれぞれに異なった量の観察光を導きそれぞれの感度特性を異なったものにしているが、いずれか一方の受光部前面にNDフィルタ等の減光部材を配置してそれぞれの高輝度に対する感度特性を異なったものにしてもよい。また、受光部152aの受光素子の各々に備えられているマイクロレンズの入射効率と、受光部152bの受光素子の各々に備えられているマイクロレンズの入射効率とをそれぞれ異なったものにして、それぞれの高輝度に対する感度特性を異なったものにしてもよい。
【0068】
また、本発明の実施形態において、固体撮像素子150はモノクロCCDであるが、受光素子毎にカラーフィルタが備えられているカラーCCDであってもよい。この場合、面順次方式でないため、RGB回転フィルタ220は不要となり、本実施形態と異なった電荷蓄積・転送のタイミングで固体撮像素子は駆動される。
【0069】
また、本発明の実施形態において、固体撮像素子150は受光部152aと受光部152bの2つのイメージエリアを有しているが、これらのイメージエリアは3つ以上であってもよい。
【0070】
【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配置された少なくとも2つの受光部に蓄積された各々の電荷を加算して出力している。従って、所定方向と直交する方向に装置を大きくしたり解像度を低下させたりすることなく、ダイナミックレンジを向上させた画像情報を出力することができる。
【0071】
また、本発明の電子内視鏡は、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少なくとも2つの受光部が配置された固体撮像素子を備えており、これらの受光部に蓄積された各々の電荷を加算して出力している。そのため、電子内視鏡の径を太くしたり解像度を低下させたりすることなく、ダイナミックレンジを向上させた画像を出力することができる。従って、患者の負担を増やしたり画像の鮮明さを低下させたりすることなく、ダイナミックレンジを向上させて滑らかな画像を得ることができる画像情報を出力することができる。
【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】固体撮像素子の電荷転送動作を示した図である。
【図5】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】図4の期間T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。
【図7】受光部が備えている受光素子各々の入射光量に対する信号出力特性を示したグラフである。
【符号の説明】
100 電子内視鏡
140 光路偏向部
142a ビームスプリッタ
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, and to an electronic endoscope including the solid-state imaging device at a distal end.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, by reducing the diameter of an insertion portion including a distal end portion of an endoscope, pain of a patient when inserting the endoscope into a body cavity, particularly, into a thin tube is reduced. In recent years, electronic endoscopes having a solid-state imaging device such as a CCD at the tip thereof have become widespread, and various components provided therein have been downsized to achieve a smaller diameter. I have. 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 to place an observation target (imaging target) illuminated by white illumination light of a light source device connected to an electronic endoscope on a front surface of each of a plurality of light receiving elements arranged in a matrix on a light receiving unit. A so-called simultaneous method is used in which a color image is obtained by taking an image with a CCD equipped with a color filter. The other is to obtain a color image by taking an image of an observation target illuminated by illumination light of each color through a rotary color filter of a light source device connected to an electronic endoscope with a monochrome CCD, thereby obtaining a color image. It uses a sequential 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 per pixel. However, as the size per pixel is reduced, the amount of charge that can be stored per pixel 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, the phenomenon that the image of the dark part is crushed black and the image of the bright part is dashed white frequently occurs.
[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
[0009]
When the amount of charge that can be accumulated is increased by increasing the size per pixel as much as possible to improve the dynamic range while maintaining the resolution, the dynamic range is improved without deteriorating the sharpness of the image. Can obtain a perfect image. However, in order to increase the size per pixel while maintaining the number of pixels, there is a limit in reducing the size of the solid-state imaging device. As a result, the diameter of the electronic endoscope cannot be reduced as desired, and the Can not reduce the burden on
[0010]
In view of the above circumstances, the present invention provides a solid-state imaging device capable of improving the dynamic range without increasing the diameter or reducing the resolution even when incorporated in a cylindrical device, and a solid-state imaging device. It is an object of the present invention to provide an electronic endoscope provided with an imaging device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention which solves the above problem has a structure in which a plurality of light-receiving elements for receiving light from an imaging target are arranged in a matrix on a single semiconductor substrate formed to be long in a predetermined direction. Has a light receiving portion disposed in the first position. The solid-state imaging device is stored in at least two light receiving units including a first light receiving unit and a second light receiving unit in different regions in a predetermined direction, and a plurality of light receiving elements included in the first light receiving unit. At least two transfer units including a first transfer unit that is a transfer destination of the charge, a second transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the plurality of light receiving elements included in the second light receiving unit, An addition output unit that adds the charges transferred to at least two transfer units including the charges transferred to the first transfer unit and the charges transferred to the second transfer unit, and outputs the sum to the outside . As described above, by adding and outputting the respective charges accumulated in at least two light receiving units arranged in different regions in the predetermined direction on a single semiconductor substrate formed long in the predetermined direction, Image information with an improved dynamic range can be output without increasing the size of the apparatus or reducing the resolution in a direction orthogonal to the predetermined direction.
[0012]
In the solid-state imaging device, it is preferable that the arrangement of the plurality of light receiving elements included in each of the at least two light receiving units is the same.
[0013]
In the solid-state imaging device, each of the electric charges accumulated in each of the at least two light receiving units is transferred to each of the at least two transfer units for each electric charge accumulated in one row of the light receiving elements in a predetermined direction. Is preferred. In addition, it is preferable that the addition output unit adds the transferred electric charges in each row of the light receiving elements and outputs the added electric charges to the outside. In addition, it is preferable that at least two transfer units are included in elements arranged in a line in a predetermined direction. Further, it is preferable that a dimming unit is disposed on a front surface of one of the first light receiving unit and the second light receiving unit.
[0014]
In the solid-state imaging device, a light beam splitting unit that splits a light beam from an imaging target into a first light beam and a second light beam is disposed on the front surface of the light receiving unit, and the first light beam is guided to the first light receiving unit. Preferably, the second light beam is guided to the second light receiving unit. Preferably, the light beam splitting means is a beam splitter. At this time, the first light beam is a reflected light beam by the beam splitter, and the second light beam is a transmitted light beam by the beam splitter.
[0015]
In addition, an electronic endoscope according to one embodiment of the present invention that solves the above-described problem includes a plurality of light receiving devices for receiving reflected light from an observation target on a single semiconductor substrate that is formed to be long in a predetermined direction. A solid-state imaging device having a light receiving portion in which the devices are arranged in a matrix is provided in the front end portion. The solid-state imaging device provided in the electronic endoscope includes at least two light receiving units including a first light receiving unit and a second light receiving unit in different regions in a predetermined direction, and a first light receiving unit. A first transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the plurality of light receiving elements having the first transfer unit and a second transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the plurality of light receiving elements of the second light receiving unit. At least two transfer units, the charge transferred to the first transfer unit, and the charge transferred to the at least two transfer units including the charge transferred to the second transfer unit are added and output to the outside And an addition output unit for performing the addition. The solid-state imaging device is further arranged such that the longitudinal direction of the semiconductor substrate and the longitudinal direction of the distal end of the electronic endoscope match. As described above, by adding and outputting the respective charges accumulated in at least two light receiving units arranged in different regions in the predetermined direction on a single semiconductor substrate formed long in the predetermined direction, An image with an improved dynamic range can be output without increasing the diameter of the electronic endoscope or reducing the resolution. Therefore, it is possible to output image information capable of improving the dynamic range and obtaining a smooth image without increasing the burden on the patient or reducing the sharpness of the image.
[0016]
In the electronic endoscope, it is preferable that each of the at least two light receiving units is arranged at a position substantially optically equivalent.
[0017]
In the electronic endoscope, it is preferable that at least two light receiving units have the same arrangement of the plurality of light receiving elements.
[0018]
In the electronic endoscope, it is preferable that each of the electric charges accumulated in each of the at least two light receiving units is transferred to each of the at least two transfer units for each electric charge accumulated in one row of the light receiving elements. . In addition, it is preferable that the addition output unit adds the transferred electric charges in each row of the light receiving elements and outputs the added electric charges to the outside. In addition, it is preferable that at least two transfer units are included in elements arranged in a line in a predetermined direction. Further, it is preferable that a dimming unit is disposed on a front surface of one of the first light receiving unit and the second light receiving unit.
[0019]
Further, in the electronic endoscope, a light beam splitting unit that splits a light beam from an imaging target into a first light beam and a second light beam is disposed on the front surface of the light receiving unit, and the first light beam is transmitted to the first light receiving unit. It is preferable that the second light beam is guided to the second light receiving unit. Preferably, the light beam splitting means is a beam splitter. At this time, the first light beam is a reflected light beam by the beam splitter, and the second light beam is a transmitted light beam by the beam splitter.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
First, the
[0024]
The
[0025]
Illumination light illuminating the
[0026]
In the
[0027]
The observation light bent by the above-described optical
[0028]
The
[0029]
The image signal output from the solid-
[0030]
The image signal of the
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
The latter-stage
[0034]
FIG. 2 is a side sectional view schematically showing an internal structure of a distal end portion of the
[0035]
As described above, the observation light of the
[0036]
The
[0037]
More specifically, the
[0038]
The
[0039]
FIG. 3 is a top view schematically illustrating the configuration of the solid-
[0040]
The solid-
[0041]
The
[0042]
Further, since the solid-
[0043]
The
[0044]
Each of the charge coupled elements constituting the
[0045]
FIG. 4 is a diagram showing the charge transfer operation of the solid-
[0046]
FIG. 5 is a timing chart showing a period of imaging and transfer of the solid-
[0047]
As shown in FIG. 5, while the observation light of the R light of the
[0048]
The solid-
[0049]
As described above, the image information of each of the R light, the G light, and the B light output from the
[0050]
FIG. 6 is a timing chart showing in detail the transfer operation of the charge accumulated in the light receiving element during the period T in FIG. The period T indicates a period in which the charges accumulated by the observation light of the G light are transferred to the
[0051]
FIG. 6A shows V1 that causes the charges accumulated in each of the light receiving elements of the
[0052]
As shown in FIG. 6, when the V1 signal is input to the
[0053]
When the electric charge is transferred from the
[0054]
When the charge transfer from the
[0055]
As described above, when the charge is transferred from the
[0056]
When the electric charge of the light receiving unit 152a1 line and the electric charge of the light receiving unit 152b1 line are added in the
[0057]
The above-described series of operations is repeated until the charges of all lines accumulated in the
[0058]
FIG. 7 shows the relationship between the signal output (in other words, the accumulated charge amount) of the light receiving element included in the
[0059]
The characteristic A shown in this graph shows the relationship between the signal output of the light receiving element of the
[0060]
As described above, the intensity ratio between the light incident on the
[0061]
As described above, when the light receiving unit of the solid-
[0062]
The characteristic (A + B), which is the signal output characteristic of the
[0063]
In the solid-
[0064]
In the solid-
[0065]
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.
[0066]
In the present embodiment, the relationship between the signal output of the
[0067]
In the embodiment of the present invention, different amounts of observation light are guided to the
[0068]
Further, in the embodiment of the present invention, the solid-
[0069]
Further, in the embodiment of the present invention, the solid-
[0070]
【The invention's effect】
As described above, the solid-state imaging device according to the present invention is configured such that, on a single semiconductor substrate that is formed to be long in a predetermined direction, each charge accumulated in at least two light receiving units arranged in different regions in the predetermined direction is used. It is added and output. Therefore, it is possible to output image information with an improved dynamic range without increasing the size of the apparatus or reducing the resolution in a direction orthogonal to the predetermined direction.
[0071]
Further, the electronic endoscope of the present invention includes a solid-state imaging device in which at least two light receiving sections are arranged in different regions in a predetermined direction on a single semiconductor substrate formed to be long in a predetermined direction, The respective electric charges accumulated in these light receiving units are added and output. Therefore, an image with an improved dynamic range can be output without increasing the diameter of the electronic endoscope or reducing the resolution. Therefore, it is possible to output image information capable of improving the dynamic range and obtaining a smooth image without increasing the burden on the patient or reducing the sharpness of the 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 illustrating a charge transfer operation of the solid-state imaging device.
FIG. 5 is a timing chart showing a period of imaging and transfer of the solid-state imaging device and a period of observation light incident on the solid-state imaging device.
FIG. 6 is a timing chart showing in detail a transfer operation of charges accumulated in the light receiving element during a period T of FIG. 4;
FIG. 7 is a graph showing a signal output characteristic with respect to an incident light amount of each of the light receiving elements provided in the light receiving unit.
[Explanation of symbols]
100 electronic endoscope
140 Optical path deflection unit
142a beam splitter
150 solid-state image sensor
152a, 152b light receiving unit
154a, 154b horizontal transfer unit
500 Electronic endoscope device
Claims (15)
前記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の受光部とを含む少なくとも2つの受光部と、
前記第1の受光部が有する複数の前記受光素子に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の受光部が有する複数の前記受光素子に蓄積された電荷の転送先である第2の転送部と、を含む少なくとも2つの転送部と、
前記第1の転送部に転送された前記電荷と、前記第2の転送部に転送された前記電荷と、を含む前記少なくとも2つの転送部に転送された電荷を加算して外部に出力する加算出力部と、を備えていること、を特徴とする固体撮像素子。A solid-state imaging device having a light-receiving unit in which a plurality of light-receiving elements for receiving light from an imaging target are arranged in a matrix on a single semiconductor substrate formed to be long in a predetermined direction,
At least two light receiving units including a first light receiving unit and a second light receiving unit in different regions in the predetermined direction,
A first transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the plurality of light receiving elements of the first light receiving unit;
At least two transfer units including: a second transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the plurality of light-receiving elements included in the second light-receiving unit;
Addition for adding the charges transferred to the at least two transfer units including the charges transferred to the first transfer unit and the charges transferred to the second transfer unit, and outputting the added charges to the outside And an output unit.
前記加算出力部は、転送された各々の前記受光素子一列毎の前記電荷同士を加算して外部に出力すること、を特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。Each of the charges stored in each of the at least two light receiving units is transferred to each of the at least two transfer units for each of the charges stored in the light receiving element row in the predetermined direction,
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the addition output unit adds the transferred electric charges in each row of the light receiving elements and outputs the added electric charges to the outside.
前記固体撮像素子は、前記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の受光部とを含む少なくとも2つの受光部と、
前記第1の受光部が有する複数の前記受光素子に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の受光部が有する複数の前記受光素子に蓄積された電荷の転送先である第2の転送部と、を含む少なくとも2つの転送部と、
前記第1の転送部に転送された前記電荷と、前記第2の転送部に転送された前記電荷と、を含む前記少なくとも2つの転送部に転送された電荷を加算して外部に出力する加算出力部と、を備え、
さらに、前記半導体基板の長手方向と前記先端部の長手方向とが一致するように配置されていること、を特徴とする電子内視鏡。A solid-state imaging device having a light receiving section in which a plurality of light receiving elements for receiving reflected light from an observation target are arranged in a matrix on a single semiconductor substrate formed long in a predetermined direction is provided in a tip portion. An electronic endoscope provided with
The solid-state imaging device, at least two light receiving units including a first light receiving unit and a second light receiving unit in different regions in the predetermined direction,
A first transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the plurality of light receiving elements of the first light receiving unit;
At least two transfer units including: a second transfer unit that is a transfer destination of the charge accumulated in the plurality of light-receiving elements included in the second light-receiving unit;
Addition for adding the charges transferred to the at least two transfer units including the charges transferred to the first transfer unit and the charges transferred to the second transfer unit, and outputting the added charges to the outside An output unit;
Further, the electronic endoscope is arranged so that a longitudinal direction of the semiconductor substrate coincides with a longitudinal direction of the distal end portion.
前記加算出力部は、転送された各々の前記受光素子一列毎の前記電荷同士を加算して外部に出力すること、を特徴とする請求項10に記載の電子内視鏡。Each of the charges stored in each of the at least two light receiving units is transferred to each of the at least two transfer units for each of the charges stored in the light receiving element row in the predetermined direction,
The electronic endoscope according to claim 10, wherein the addition output unit adds the transferred electric charges of each row of the light receiving elements and outputs the added electric charges to the outside.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003112904A JP2004313523A (en) | 2003-04-17 | 2003-04-17 | Solid-state image sensor, electronic endoscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003112904A JP2004313523A (en) | 2003-04-17 | 2003-04-17 | Solid-state image sensor, electronic endoscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004313523A true JP2004313523A (en) | 2004-11-11 |
Family
ID=33472990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003112904A Pending JP2004313523A (en) | 2003-04-17 | 2003-04-17 | Solid-state image sensor, electronic endoscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004313523A (en) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013027459A1 (en) | 2011-08-24 | 2013-02-28 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Image capture device and iamge capture device system |
WO2014002740A1 (en) | 2012-06-28 | 2014-01-03 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Endoscope system |
WO2014034339A1 (en) | 2012-08-30 | 2014-03-06 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Endoscope |
JP2014524290A (en) * | 2011-08-12 | 2014-09-22 | インテュイティブ サージカル オペレーションズ, インコーポレイテッド | Surgical instrument image capture device |
EP2856922A4 (en) * | 2012-05-24 | 2016-01-27 | Olympus Corp | Stereoscopic endoscope device |
WO2016059983A1 (en) * | 2014-10-14 | 2016-04-21 | オリンパス株式会社 | Image capturing system |
JP2016511980A (en) * | 2013-02-13 | 2016-04-21 | ウニベージティート デス ザ−ルランデスUniversitaet Des Saarlandes | Plenoptic imaging device |
US9675236B2 (en) | 2011-08-12 | 2017-06-13 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Image capture unit in a surgical instrument |
US9782056B2 (en) | 2011-08-12 | 2017-10-10 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Image capture unit and method with an extended depth of field |
US10205888B2 (en) | 2014-09-18 | 2019-02-12 | Olympus Corporation | Endoscope system |
US10254533B2 (en) | 2011-08-12 | 2019-04-09 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Increased resolution and dynamic range image capture unit in a surgical instrument and method |
US10606062B2 (en) | 2018-06-20 | 2020-03-31 | Karl Storz Imaging, Inc. | Medical imaging device with split image on common image sensor |
WO2020089967A1 (en) * | 2018-10-29 | 2020-05-07 | オリンパス株式会社 | Endoscope |
CN113225485A (en) * | 2021-03-19 | 2021-08-06 | 浙江大华技术股份有限公司 | Image acquisition assembly, fusion method, electronic device and storage medium |
US11375882B2 (en) | 2017-06-07 | 2022-07-05 | Olympus Corporation | Endoscope system which generates an image of high dynamic range |
CN114916899A (en) * | 2022-07-19 | 2022-08-19 | 珠海维尔康生物科技有限公司 | Optical design fluorescence camera and imaging method thereof |
US11497389B2 (en) | 2018-10-03 | 2022-11-15 | Karl Storz Imaging, Inc. | Attachment system for conditioning light between endoscope and camera |
US11586029B2 (en) | 2020-12-09 | 2023-02-21 | Karl Storz Imaging, Inc. | Medical imaging device with split image on common image sensor |
-
2003
- 2003-04-17 JP JP2003112904A patent/JP2004313523A/en active Pending
Cited By (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017148657A (en) * | 2011-08-12 | 2017-08-31 | インテュイティブ サージカル オペレーションズ, インコーポレイテッド | Image capture unit in surgical instrument |
US9782056B2 (en) | 2011-08-12 | 2017-10-10 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Image capture unit and method with an extended depth of field |
EP2741702B1 (en) * | 2011-08-12 | 2022-10-19 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | An image capture unit in a surgical instrument |
US10254533B2 (en) | 2011-08-12 | 2019-04-09 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Increased resolution and dynamic range image capture unit in a surgical instrument and method |
US9675236B2 (en) | 2011-08-12 | 2017-06-13 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Image capture unit in a surgical instrument |
US10809519B2 (en) | 2011-08-12 | 2020-10-20 | Kitagawa Industries Co., Ltd. | Increased resolution and dynamic range image capture unit in a surgical instrument and method |
KR20220057635A (en) * | 2011-08-12 | 2022-05-09 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | An apparatus for image capture in a surgical instrument |
JP2014524290A (en) * | 2011-08-12 | 2014-09-22 | インテュイティブ サージカル オペレーションズ, インコーポレイテッド | Surgical instrument image capture device |
US10973398B2 (en) | 2011-08-12 | 2021-04-13 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Image capture unit in a surgical instrument |
KR102529996B1 (en) | 2011-08-12 | 2023-05-08 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | An apparatus for image capture in a surgical instrument |
WO2013027459A1 (en) | 2011-08-24 | 2013-02-28 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Image capture device and iamge capture device system |
CN103597405B (en) * | 2011-08-24 | 2016-09-28 | 奥林巴斯株式会社 | Camera head and camera system |
CN103597405A (en) * | 2011-08-24 | 2014-02-19 | 奥林巴斯医疗株式会社 | Image capture device and image capture device system |
EP2856922A4 (en) * | 2012-05-24 | 2016-01-27 | Olympus Corp | Stereoscopic endoscope device |
WO2014002740A1 (en) | 2012-06-28 | 2014-01-03 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Endoscope system |
US9030543B2 (en) | 2012-06-28 | 2015-05-12 | Olympus Medical Systems Corp. | Endoscope system |
CN103957770A (en) * | 2012-08-30 | 2014-07-30 | 奥林巴斯医疗株式会社 | Endoscope |
CN103957770B (en) * | 2012-08-30 | 2016-05-18 | 奥林巴斯株式会社 | Endoscope |
EP2891448A4 (en) * | 2012-08-30 | 2016-04-20 | Olympus Corp | Endoscope |
US8994802B2 (en) | 2012-08-30 | 2015-03-31 | Olympus Medical Systems Corp. | Endoscope |
JP5509400B1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-06-04 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Endoscope |
WO2014034339A1 (en) | 2012-08-30 | 2014-03-06 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Endoscope |
JP2016511980A (en) * | 2013-02-13 | 2016-04-21 | ウニベージティート デス ザ−ルランデスUniversitaet Des Saarlandes | Plenoptic imaging device |
US10205888B2 (en) | 2014-09-18 | 2019-02-12 | Olympus Corporation | Endoscope system |
US10206554B2 (en) | 2014-10-14 | 2019-02-19 | Olympus Corporation | Image pickup system with white spot correction |
JP6017735B2 (en) * | 2014-10-14 | 2016-11-02 | オリンパス株式会社 | Imaging system |
CN106664381A (en) * | 2014-10-14 | 2017-05-10 | 奥林巴斯株式会社 | Image capturing system |
WO2016059983A1 (en) * | 2014-10-14 | 2016-04-21 | オリンパス株式会社 | Image capturing system |
US11375882B2 (en) | 2017-06-07 | 2022-07-05 | Olympus Corporation | Endoscope system which generates an image of high dynamic range |
US10606062B2 (en) | 2018-06-20 | 2020-03-31 | Karl Storz Imaging, Inc. | Medical imaging device with split image on common image sensor |
US11497389B2 (en) | 2018-10-03 | 2022-11-15 | Karl Storz Imaging, Inc. | Attachment system for conditioning light between endoscope and camera |
JP7079856B2 (en) | 2018-10-29 | 2022-06-02 | オリンパス株式会社 | Endoscope |
US11733505B2 (en) | 2018-10-29 | 2023-08-22 | Olympus Corporation | Endoscope |
JPWO2020089967A1 (en) * | 2018-10-29 | 2021-09-30 | オリンパス株式会社 | Endoscope |
WO2020089967A1 (en) * | 2018-10-29 | 2020-05-07 | オリンパス株式会社 | Endoscope |
US12072483B2 (en) | 2020-12-09 | 2024-08-27 | Karl Storz Imaging, Inc. | Method for producing images from a medical device with split images on common image sensors |
US11586029B2 (en) | 2020-12-09 | 2023-02-21 | Karl Storz Imaging, Inc. | Medical imaging device with split image on common image sensor |
CN113225485B (en) * | 2021-03-19 | 2023-02-28 | 浙江大华技术股份有限公司 | Image acquisition assembly, fusion method, electronic device and storage medium |
CN113225485A (en) * | 2021-03-19 | 2021-08-06 | 浙江大华技术股份有限公司 | Image acquisition assembly, fusion method, electronic device and storage medium |
CN114916899A (en) * | 2022-07-19 | 2022-08-19 | 珠海维尔康生物科技有限公司 | Optical design fluorescence camera and imaging method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4562831A (en) | Endoscope system using solid state imaging device | |
JP3094431B2 (en) | Endoscope video signal processing method | |
JP3448169B2 (en) | All-pixel readout electronic endoscope | |
JP4786915B2 (en) | Electronic endoscope device | |
JP2004313523A (en) | Solid-state image sensor, electronic endoscope | |
CN103260499B (en) | Camera head | |
JPH0785130B2 (en) | Color video endoscope system | |
JPH0685762B2 (en) | Endoscopic imaging device | |
US20090262186A1 (en) | Endoscope control unit and endoscope unit | |
US4947246A (en) | Color endoscope apparatus including color lighting control | |
JPS6036674B2 (en) | Endoscope device that displays color images | |
US10441149B2 (en) | Imaging device, endoscope, and endoscope system | |
JP4531347B2 (en) | Electronic endoscope device | |
JP4459549B2 (en) | Solid-state imaging device, electronic endoscope, and electronic endoscope apparatus | |
JP2003018467A (en) | Charge multiplier type solid-state electronic imaging apparatus and its control method | |
JPS6054589A (en) | Illuminating and image pickup device for color video | |
JP4448320B2 (en) | Electronic endoscope device | |
JP2837896B2 (en) | External TV camera for endoscope | |
JP3462565B2 (en) | Endoscope imaging device | |
JP6277138B2 (en) | Endoscope system and operating method thereof | |
JP3038838B2 (en) | Endoscope video signal processing method | |
JP4439245B2 (en) | Electronic endoscope device | |
JP3403588B2 (en) | All-pixel readout electronic endoscope | |
JP3398551B2 (en) | All-pixel readout electronic endoscope | |
JPH0617394Y2 (en) | Endoscope using image sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060228 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20080501 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090218 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090424 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090611 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090706 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090821 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100226 |