JP4532135B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に高感度かつ低ノイズが求められる顕微鏡用電子カメラ等の撮像装置に関する。

生体組織や細胞上でタンパクや遺伝子等に蛍光標識を施し、タンパク，遺伝子等を肉眼観察又は写真撮影可能にした蛍光顕微鏡装置が広く知られている。特に、近年では微弱な蛍光しか発しない物質を、電子カメラで撮影し、数値解析をすることが求められており、そのためには、より高感度かつ低ノイズの電子カメラが必要になってきている。

電子カメラにおいては、ＣＣＤ（ Charge Coupled Devices ）等の固体撮像素子によって被写体像が光電変換されることにより撮像画像信号が得られる。
図１７は、固体撮像素子の一例である、ＣＣＤの固体撮像素子（以下、単に「ＣＣＤ撮像素子」という）の一部構成を示す平面図である。

同図に示すように、ＣＣＤ撮像素子は、二次元に配列されたフォトダイオード（被写体光量に応じた電荷を発生する光電変換素子）７１，フォトダイオード７１に蓄積された電荷を移送するための読出しゲート７２，読出しゲート７２を介して移送された電荷を垂直方向に転送するための垂直転送路７３，垂直転送路７３を介して転送された電荷を水平方向に転送するための水平転送路７４，水平転送路７４により移送された電荷を検出する電荷（信号）検出器７５，及び，読出しアンプ７６等から構成されている。

ここでは、垂直転送路７３における垂直転送を４相駆動方式で行い、水平転送路７４における水平転送を２相駆動方式で行う場合を想定している。
垂直転送路７３における垂直転送を４相駆動で行う場合、各フォトダイオード７１に対応して、図示のように４つ（４相）の垂直転送電極（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）が配置されている。この４つの垂直転送電極（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）は、読出しゲート７２を介して垂直転送路７３に移送された電荷を、垂直転送路７３内で垂直方向に転送するためのものであり、４つのうちの１つ（ここではＶ２）は、読出しゲート７２を介してフォトダイオード７１に接続されている。

尚、本構成の場合、垂直転送電極Ｖ２は、読出しゲート７２を制御するための読出しゲート電極（以下単に「ゲート電極」という）も兼ねており、垂直転送用の通常の駆動パルスよりも高電圧のパルス（電荷移送パルス：ＴＧ）が印加されることにより、フォトダイオード７１から読出しゲート７２を介して垂直転送路７３に電荷を移送することができるようになっている。

垂直転送路７３に移送された電荷は、垂直転送路７３内を垂直方向（同図下方向）に転送されて水平転送路７４に転送され、更に、その水平転送路７４内を水平方向（同図左方向）に転送され、電荷検出器７５を介して、最終的に読出しアンプ７６により出力される（読み出される）ようになっている。

尚、垂直転送路７３内の転送において、通常転送時には、水平転送路７４内から読み出される１水平期間に１回の転送が行われるが、高速排出時には、連続的に転送が行われることにより（高速転送により）、垂直転送路７３内の電荷を排出させることができるようになっている。

また、同図において、Ｈ１及びＨ２は、水平転送路７４における水平転送を２相駆動で行う場合の水平駆動パルスを示している。また、垂直転送路７３において、斜線で示す垂直転送電極は、詳しくは後述するが、その直下のポテンシャルが低いところを示している。また、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ４に印加されているＬはＬレベル（低電圧）を、垂直転送電極Ｖ２，Ｖ３に印加されているＭはＭレベル（中間電圧）を示している。

図１８(a) は、図１７に示したＣＣＤ撮像素子として使用される、縦型オーバーフロードレイン構造のインターライン型ＣＣＤ撮像素子の一部断面構造を示す図である。
同図に示すように、Ｎ型基板（Ｎ型半導体基板）８０上には、Ｐ型ウェル（Ｐ−Ｗｅｌｌ）層８１が形成され、そのＰ型ウェル層８１内には、入射光を光電変換して生じた電荷を蓄積するＮ型フォトダイオード層８２と、電荷を垂直方向に転送するＮ型垂直ＣＣＤ埋込み層８３とが形成されている。

垂直ＣＣＤ埋め込み層８３の下には、Ｐ型垂直ＣＣＤウェル層８４が形成され、垂直ＣＣＤ埋め込み層８３の上には、絶縁層８５を介して、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極８６（ここでは垂直転送電極Ｖ２）が形成されている。また、Ｎ型フォトダイオード層８２とＮ型垂直ＣＣＤ埋込み層８３とは、高濃度Ｐ型不純物層８７によって分離されている。また、Ｎ型フォトダイオード層８２に対応する部分以外は、金属層８８で遮光されている。

また、同図(a) において、両矢印で示す範囲８９、９０、９１は、それぞれ、前述の図１７に示したフォトダイオード７１、読出しゲート７２、垂直転送路７３の各部分に対応する。
このような構造のＣＣＤ撮像素子において、ブルーミング抑制は、Ｎ型基板８０とＰ型ウェル層８１との接合に、逆バイアス電圧である基板バイアス用の電圧（以下単に「基板電圧」或いは「基板バイアス電圧」ともいう）であるＶＳＵＢを印加し、Ｎ型フォトダイオード層８２直下のＰ型ウェル層８１を完全に空乏化（空乏層化）することによって行われる。

図１８(b) は、同図(a) に示したＣＣＤ撮像素子の、基板深さ方向及び基板水平方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。
同図(b) の基板深さ方向のポテンシャルは、ＶＳＵＢ＝１０Ｖとしたときのものを示しており、両矢印で示す範囲９２、９３、９４は、それぞれ、Ｎ型フォトダイオード層８２、Ｐウェル層８１、Ｎ型基板８０を示している。

また、同図(b) の基板水平方向のポテンシャルは、フォトダイオード７１から電荷を読み出す際に、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２に印加するパルス（電荷移送パルス：ＴＧ）をＬレベル（同図の「Ｌ」，０Ｖ）、Ｍレベル（同図の「Ｍ」，７Ｖ）、Ｈレベル（同図の「Ｈ」，１５Ｖ）としたときのポテンシャルを示しており、両矢印で示す範囲９５、９６は、それぞれ、読出しゲート７２、垂直転送路７３に対応する部分を示している。

このような構造のＣＣＤ撮像素子において、感度を向上させるためには、フォトダイオード７１の光電変換効率の向上が最も有効な手段である。
ＣＣＤ撮像素子に入射した光は、フォトダイオードにより光電変換され電荷を生成する。その際、短波長の光は、フォトダイオード内での減衰が大きいため、フォトダイオードの比較的浅い箇所で光電変換される。一方、長波長の光は、フォトダイオード内での減衰が少ないため、フォトダイオードの比較的深い箇所まで到達して、深い箇所においても光電変換される。

図１９は、基板電圧を標準的な値（ＶＳＵＢ＝１０Ｖ）としたときの、フォトダイオード７１の基板深さ方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。
尚、同図は、前述の図１８(b) に示した基板深さ方向のポテンシャルを書き改めたものであり、フォトダイオード７１の基板深さ方向の不純物プロファイルは、図１８(a) に示したように、高濃度Ｐ型不純物層８７、Ｎ型フォトダイオード層８２、Ｐ型ウェル層８１、Ｎ型基板８０となっている。

図１９のポテンシャル（曲線１００参照）に示すように、基板電圧を標準的な値とした場合、オーバーフローバリア（ＯＦＢ）より浅い箇所で生成された電荷は、Ｎ型フォトダイオード層８２に蓄積し、この電荷が垂直転送路７３に移送され転送されることになる。また、オーバーフローバリアより深い箇所で生成された電荷は、Ｎ型フォトダイオード層８２には蓄積されず、Ｎ型基板８０側に掃き出される。

従って、フォトダイオードにおける深い箇所で生成された電荷をより利用可能にするためには、オーバーフローバリアができるだけ深いところに形成されるようにすれば良く、そのようにした場合には、深い箇所に到達した光も光電変換されるので、全体として光電変換効率が高まり、ＣＣＤ撮像素子の感度を向上させることができる。

図２０は、基板電圧を５Ｖ（ＶＳＵＢ＝５Ｖ）としたときの、フォトダイオードの基板深さ方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。
同図に示すように、基板電圧を低くすると（ＶＳＵＢ＝５Ｖ）、前述の基板電圧を標準的な値（ＶＳＵＢ＝１０Ｖ）としたときに形成されたオーバーフローバリア（曲線１００参照）よりも深い箇所に、オーバーフローバリアが形成され（曲線１０１参照）、フォトダイオード７１の感度を向上させることができる。

さらに、近年のＣＣＤ撮像素子は、光電変換、信号電荷の蓄積、転送及び検出を円滑に行うため、半導体基板には、ＣＣＤ撮像素子内部で基板バイアス電圧が供給されている（例えば、特許文献１参照）。
図２１は、この種のＣＣＤ撮像素子の基板バイアス電圧発生回路を含む回路を、前述の図１７に示したＣＣＤ撮像素子に適用した例を示す図である。

同図に示すように、基板バイアス電圧発生回路１０２は、電圧分割用の抵抗Ｒ１及びＲ２を有している。抵抗Ｒ１の一端は電源線ＶＣＣに接続され、その他端は抵抗Ｒ２の一端に接続されている。また、抵抗Ｒ２の他端は接地線ＧＮＤに接続されている。
基板バイアス電圧は、抵抗Ｒ１及びＲ２の直列接続点からトランジスタＴＲ１を介してＶＳＵＢとして引き出され、フォトダイオード、垂直転送路、水平転送路７４及び電荷検出器７５等を配置した半導体基板に供給される。

電圧分割用の抵抗Ｒ１及びＲ２の直列接続点ＣＳＵＢには、基板バイアス端子が設けられ、外付け用の抵抗Ｒ３およびトランジスタＴＲ２を有するＳＵＢ電圧切り替え回路１０３が接続され、端子ＶＳＵＢｃｏｎｔがＯＮすると（Ｈレベルになると）、端子ＣＳＵＢの電位が下がり、その結果、ＶＳＵＢが下がるようになっている。このようにＶＳＵＢが下がることにより、オーバーフローバリアの形成位置が深くなり、フォトダイオードの感度を向上させることができる。

尚、図２１において、その他１０４と１０５は、それぞれ、ＳＵＢパルス重畳回路とＣＣＤ撮像素子の駆動パルス等の同期信号を発生させるＴＧ（タイミングジェネレータ）を示している。
一方、ＣＣＤ撮像素子において、低ノイズを実現するためには、フォトダイオードで発生する暗電流を低減させることが最も有効な手段である。

暗電流を低減させるためには、ＣＣＤ撮像素子を冷却することが有効な手段であるが、冷却による結露防止の密閉構造等により高価なものとなってしまうという欠点もある。そこで、ゲート電極下のシリコン基板表面の暗電流（電子）がフォトダイオードに流れ込むのを防止することが、低ノイズを実現するのに有効な手段として知られている（例えば、特許文献２参照）。

図２２(a),(b),(c) は、それぞれ、前述のＣＣＤ撮像素子において、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２を、Ｍレベル（中間電圧），Ｌレベル（低電圧），Ｈレベル（高電圧）とした場合における、垂直転送電極Ｖ２下のポテンシャルの状態を示す図である。尚、同図(a),(b),(c) において、ＰＤはフォトダイオード７１、ＶＣＣＤは垂直転送路７３のことである。

垂直転送電極Ｖ２をＭレベルとした場合には、同図(a) に示すように、垂直転送電極Ｖ２下にポテンシャル井戸が形成される。この場合、垂直転送電極Ｖ２下のシリコン基板表面がプラス電位となって、垂直転送電極Ｖ２下のシリコン基板表面における暗電流（電子）が増大する。前述の図１７の斜線部はポテンシャルが低いところであり、垂直転送路７３の駆動が停止される水平ブランキング期間の間中、垂直転送電極Ｖ２がＭレベルの状態に維持されるため、垂直転送電極Ｖ２下のシリコン基板表面の暗電流（電子）がフォトダイオード７１に流れ込み易くなる。

一方、垂直転送電極Ｖ２をＬレベルとした場合には、図２２(b) に示すように、垂直転送電極Ｖ２下にはポテンシャル井戸が形成されず、垂直転送電極Ｖ２下に集められた正孔が暗電流（電子）と再結合するため、暗電流（電子）は減少する。
尚、垂直転送電極Ｖ２をＨレベルとした場合には、同図(c) に示すように、フォトダイオードから垂直転送電極Ｖ２へ電荷が移送される。
特開２０００−２２１２６号公報 特開２００２−３２０１４３号公報 特開２０００−２３０４５号公報

ところで、図１９に示すように、基板電圧を標準的な値（ＶＳＵＢ＝１０Ｖ）にしたときには、高濃度Ｐ型不純物層８７の電位が０Ｖに固定され、Ｎ型フォトダイオード層８２の電子に対するポテンシャルが谷となって、この部分に、電荷が蓄積され、また、Ｐ型ウェル層８１は０Ｖの接地電位が印加されており、Ｎ型基板８０には１０Ｖが印加されている。

しかしながら、Ｐ型ウェル層８１の濃度は、表面の高濃度Ｐ型不純物層８７の濃度よりも低いため、基板電圧やその他の電極の電圧により影響を受けることが知られている（例えば、特許文献３参照）。
一方、ＣＣＤ撮像素子の感度を向上させるためには、前述のとおり、基板電圧を下げることが有効である。

図２３は、基板電圧を２Ｖ（ＶＳＵＢ＝２Ｖ）としたときの、フォトダイオードの基板深さ方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。
同図に示すように、基板電圧を２Ｖまで下げると、Ｎ型フォトダイオード層８２のポテンシャルとＮ型基板８０のポテンシャルとの差が小さくなり（曲線１０６参照）、Ｎ型基板８０からＮ型フォトダイオード層８２に電荷が流入する現象である、逆注入現象が発生する。この状態では、撮像素子として使用することはできない。

そこで、前述の図２０を用いて説明したように、基板電圧を５Ｖにしておき、逆注入現象の発生を防止してフォトダイオード７１の感度を向上させるようにすることもできるが、これは、フォトダイオード７１から垂直転送電極Ｖ２への電荷の移送時以外に可能になるものであって、フォトダイオード７１から垂直転送電極Ｖ２への電荷の移送時には、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２に、高い正電圧（例えば１５Ｖ）が印加されるため、これにより、Ｎ型フォトダイオード層８２のポテンシャルが変調をうけ、Ｎ型フォトダイオード層８２のポテンシャルは、その高い正電圧が印加されていない場合に比べ、ポテンシャルが深くなる方向の変調を受ける。

図２４は、フォトダイオード７１から垂直転送電極Ｖ２への電荷移送時にゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２に１５Ｖの高い正電圧が印加されたときの、フォトダイオード７１の基板深さ方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。
同図に示すように、垂直転送電極Ｖ２に１５Ｖの高い正電圧が印加されると、Ｎ型フォトダイオード層８２のポテンシャルは、その読出しパルスが印加されない場合（曲線１０１参照）に比べ、ポテンシャルが深くなる方向の変調を受け（曲線１０７参照）、これより、Ｐ型ウェル層８１の接地電位の変動が発生し、Ｎ型フォトダイオード層８０への電荷の逆注入が発生する基板電圧（逆注入基板電圧）が高くなるという状態が発生していた。

この状態では、フォトダイオード７１の感度を向上させるために基板電圧を５Ｖにしていたとしても、Ｎ型フォトダイオード層８０のポテンシャルと基板バイアス電圧の関係からいうと、Ｎ型フォトダイオード層８０のポテンシャルから見た基板電圧は、低い基板電圧が印加されている状態（曲線１０７参照）となり、逆注入現象が、より発生し易くなっていた。

また、前述の図２２(b) に示すように、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２下のシリコン基板表面の暗電流がフォトダイオードに流れ込むのを防止するために、垂直転送電極Ｖ２をＬレベル（低電圧）としておき、読み出し時に垂直転送電極Ｖ２をＨレベル（高電圧）とする場合、垂直転送電極Ｖ２は、ＬレベルからＨレベルに急激に変動することとなり、Ｐ型ウェル層８１の接地電位の変動がより急激に発生し、逆注入現象が、より発生し易くなっていた。

本発明は、上記実情に鑑み、逆注入現象の発生を防止しつつ、光電変換素子の感度向上および暗電流の低減を可能にする、撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る撮像装置は、動画を取得する機能と静止画を取得する機能を有する撮像装置であって、被写体光量に応じた電荷を発生する光電変換素子が二次元に配列された半導体基板と、前記半導体基板に基板バイアス用の電圧を供給する電圧供給手段と、前記光電変換素子に蓄積された電荷を移送するための読出しゲートと、前記読出しゲートを制御するための読出しゲート電極と、前記読出しゲートを介して移送された前記電荷を垂直方向に転送するための垂直転送路と、前記読出しゲートを介して前記垂直転送路に移送された前記電荷を、前記垂直転送路内で垂直方向に転送するための垂直転送電極と、を有し、前記電圧供給手段は、前記静止画を取得する際にのみ、前記光電変換素子に蓄積された電荷が前記読出しゲートを介して前記垂直転送路に移送される直前に前記半導体基板に供給する前記基板バイアス用の電圧を上げ、前記読出しゲートを制御して前記垂直転送路に移送する電荷を制限する飛ばし読みを行う場合には、前記電圧供給手段は、前記光電変換素子に蓄積された電荷が前記読出しゲートを介して前記垂直転送路に移送される直前に前記半導体基板に供給する前記基板バイアス用の電圧を上げない、構成である。

本構成によれば、本装置において、静止画を取得する際にのみ、前記電圧供給手段により、前記光電変換素子に蓄積された電荷が前記読出しゲートを介して前記垂直転送路に移送される直前に前記半導体基板に供給する前記基板バイアス用の電圧が上げられるようになる。

また、本構成によれば、前記飛ばし読みが行われる場合には、前記電圧供給手段により、前記光電変換素子に蓄積された電荷が前記読出しゲートを介して前記垂直転送路に移送される直前に前記半導体基板に供給する前記基板バイアス用の電圧が上げられないようになる。

本発明の第２の態様に係る撮像装置は、前記第１の態様において、前記飛ばし読みは、前記動画を取得する際に行われる、構成である。
本構成によれば、前記飛ばし読みは、前記動画を取得する際に行われるようになる。

本発明によれば、撮像装置において、逆注入現象の発生を防止しつつ、光電変換素子の感度を向上させ、かつ、暗電流を低減させることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る顕微鏡システムの構成を示す図である。
同図において、顕微鏡本体１には、ステージ２上の標本３に対向して対物レンズ４が配置されている。また、この対物レンズ４を介した観察光軸上には、三眼鏡筒ユニット５を介して接眼レンズユニット６が配置されていると共に、結像レンズユニット７を介して電子カメラ８が配置されている。

尚、電子カメラ８は、撮像装置の一例であり、動画を取得する機能と静止画を取得する機能を備えている。
図２は、上記顕微鏡システムの詳細な構成を示す図である。
同図では、透過明視野観察、暗視野観察、位相差観察、微分干渉観察、蛍光観察などの各種の検鏡法を適宜選択可能な構成を示している。

同図に示す顕微鏡システムには、照明系として、透過照明光学系１１及び落射照明光学系１２が備えられている。
透過照明光学系１１には、透過照明用光源１３が備えられ、この透過照明用光源１３から照射される透過照明光の光路上に、この透過照明光を集光するコレクタレンズ１４、透過用フィルタユニット１５、透過視野絞り１６、透過シャッタ１７、折曲げミラー１８、透過開口絞り１９、コンデンサ光学素子ユニット２０、及びトップレンズユニット２１が配置されている。

また、落射照明光学系１２には、落射照明用光源２２が備えられ、この落射照明用光源２２から照射される落射照明光の光路上に、落射用フィルタユニット２３、落射シャッタ２４、落射視野絞り２５、及び落射開口絞り２６が配置されている。
透過照明光学系１１と落射照明光学系１２との各光軸が重なる観察光路Ｓ上には、観察の対象となる標本３を載せるステージ２と、対物レンズ４が複数装着され、一つの対物レンズ４を回転動作で選択し観察光路Ｓ上に位置させるためのレボルバ２７と、対物レンズ側光学素子ユニット２８と、例えば透過明視野観察または蛍光観察などの各種検鏡法に応じて観察光路Ｓ上のダイクロイックミラーを切り換えるためのキューブユニット２９と、観察光路Ｓを観察光路Ｓ'と観察光路Ｓ"とに分岐するビームスプリッタ３０とが配置されている。尚、ビームスプリッタ３０は、三眼鏡筒ユニット５内に配置されている。

ビームスプリッタ３０で手前に折り曲げられた観察光路Ｓ'上には、接眼レンズ６ａが配置されている。また、ビームスプリッタ３０を透過した観察光路Ｓ"上には、中間変倍光学系（ズーム鏡筒）３１、オートフォーカス（ＡＦ）ユニット３２と写真接眼レンズユニット３３からなる結像レンズユニット７、及び電子カメラ８が配置されている。

中間変倍光学系（ズーム鏡筒）３１は、電子カメラ８で撮像される像を変倍するための変倍ズームレンズ３１ａを内蔵している。なお、中間変倍が不要な場合は、この中間変倍光学系（ズーム鏡筒）３１を取り外すことができる。
電子カメラ８内には、撮像素子３４が配置されている。対物レンズ４からの光像は、写真接眼レンズユニット３３内の写真接眼レンズ３３ａによって撮像素子３４の撮像面に結像する。

オートフォーカス（ＡＦ）ユニット３２内には、ビームスプリッタ３５が配置され、ここで観察光路Ｓ″から分岐された光路上には、ＡＦ用受光素子３５ａが配置されている。オートフォーカスユニット３２は、この受光素子３４ａからの出力信号をもとに合焦検出を行うもので、ＡＦ機能が不要な場合にはユニットごと取り外すことができる。

透過照明光学系１１における透過用フィルタユニット１５，透過視野絞り１６，透過シャッタ１７，透過開口絞り１９，コンデンサ光学素子ユニット２０，トップレンズユニット２１、落射照明光学系１２における落射用フィルタユニット２３，落射シャッタ２４，落射視野絞り２５，落射開口絞り２６、レボルバ２７、対物レンズ側光学素子ユニット２８、キューブユニット２９、ビームスプリッタ３０、及び、中間変倍光学系（ズーム鏡筒）３１は、それぞれモータライズされており、顕微鏡駆動回路部（以下単に「駆動回路部」という）３６からの各駆動信号によって図示しない各モータにより駆動される。

一方、レボルバ２７には、観察光路Ｓ上に位置される対物レンズ４の種類を検出する対物レンズ検出部３７が配置され、対物レンズ側光学素子ユニット２８には、リタデーション調整動作を検出するリタデーション調整動作検出部３８が配置され、写真接眼レンズユニット３３には、写真接眼レンズの種類を検出する写真接眼レンズ検出部３９が配置されている。

顕微鏡コントロール部４０は、顕微鏡システム全体の動作を制御するもので、透過照明用光源１３、落射照明用光源２２、駆動回路部３６、対物レンズ検出部３７、リタデーション調整動作検出部３８、写真接眼レンズ検出部３９、及び電子カメラ８と接続されている。

顕微鏡コントロール部４０は、電子カメラ８での撮像条件等を決めるＣＰＵ（後述のＣＰＵ５１）に従って、透過照明用光源１３及び落射照明用光源２２の調光を行うと共に、駆動回路部３６に対して制御指示を行う。更に、顕微鏡コントロール部４０は、透過照明用光源１３及び落射照明用光源２２に対する制御状態、駆動回路部３６に対する制御状態をはじめ、対物レンズ検出部３７、リタデーション調整動作検出部３８、写真接眼レンズ検出部３９からの検出情報を電子カメラ８へフィードバックする。

図３は、上記顕微鏡システムのブロック図であり、主に電子カメラ８の構成を示したものである。点線で囲まれる部分は、顕微鏡コントロール部４０を制御するＣＰＵ５１を含む電子カメラ８の構成を示している。
同図の電子カメラ８において、撮像素子３４として使用する、ＣＣＤ撮像素子（ＣＣＤの固体撮像素子）は、カラーあるいは白黒画像を撮像するものであり、上述した顕微鏡の写真接眼レンズユニット３３と共に観察光路Ｓ"上に配置されている。尚、このＣＣＤ撮像素子は、前述の図１８(a) に示したものと同様に、インターライン型の縦型オーバーフロードレイン（ＶＯＦＤ）構造を有するものである。

電子カメラ８は、この撮像素子３４である、顕微鏡により拡大される標本の観察像を撮像し光電変換するＣＣＤ撮像素子３４と、このＣＣＤ撮像素子３４の出力信号から画像信号成分を抽出するＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路：correlated double sampling）５２と、このＣＤＳ回路５２の出力信号レベルを所定のゲイン値に調整するためのＡＧＣ回路等を含むゲイン制御手段である増幅器（ＡＭＰ）５３と、このＡＭＰ５３からの出力信号の黒レベルを決めるＯＢクランプ回路５４と、このＯＢクランプ回路５４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５５と、Ａ／Ｄ変換器５５から出力されるデジタル信号を記憶する画像メモリ５６と、画像メモリ５６を制御するメモリコントローラ５７と、この画像メモリ５６から読み出された画像信号をγ補正、エッジ強調等の画像処理を行う画像信号処理回路５８と、画像信号を表示可能な形態に処理する信号処理回路を含む表示手段である液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５９と、画像信号を一時的に記憶するメモリ等からなるカメラ内蔵記憶手段であるＤＲＡＭ６０と、画像信号に圧縮処理及び伸長処理を施す圧縮伸長回路６１と、画像信号を保存するメモリカード等の記録媒体６２と、撮影時にＡＦ動作を開始させると共に露光動作を開始させるトリガ信号を発生させ得るトリガスイッチやキューブユニット回転動作スイッチ等の複数のスイッチからなる操作部６３と、上記ＣＣＤ撮像素子３４の駆動パルス等の同期信号を発生させるタイミングジェネレータ（以下単に「ＴＧ」という）６４と、ＴＧ６４に同期信号を供給するシグナルジェネレータ（ＳＧ）６５と、ＳＵＢ電圧切り替え回路６６と、ＳＵＢパルス重畳回路６７等によって構成されている。尚、本実施例において、ＴＧ６４は、駆動パルス印加手段でもある。

そして、上記各構成要素は、制御手段であるＣＰＵ５１に電気的に接続されており、ＣＰＵ５１が内部のプログラムメモリ５１ａに格納されている制御プログラム５１ｂを読出し実行することにより、電子カメラ８全体の動作を統括的に制御し、また、必要に応じて顕微鏡コントロール部４０を制御する。例えば、ＣＣＤ撮像素子３４は、ＳＵＢ電圧切り換え回路６６等によって電子シャッタ機能（手段）を有するものであるので、ＣＰＵ５１は、ＳＵＢ電圧切り替え回路６６等を制御することにより、露光時間の制御を行うようにしている。

尚、本実施例において、ＣＣＤ撮像素子３４の構成は、前述の図１７に示したものとほぼ同じであるが、本実施例においては、フレームレートを向上させるため、フォトダイオードから電荷を読み出す際に、フォトダイオードから読み出す電荷を制限する、いわゆる飛ばし読みを行うことができるようになっている。これについては、図４(a),(b) を用いて後述する。

また、ＣＣＤ撮像素子３４の断面構造と、ＣＣＤ撮像素子３４の内部回路とその関連回路は、前述の図１８(a) と図２１に示したものと同じであるので、ここではその説明を省略するが、例えば、図３に示したタイミングジェネレータ６４，ＳＵＢ電圧切り替え回路６６，及びＳＵＢパルス重畳回路６７は、前述の図２１に示したＴＧ１０５，ＳＵＢ電圧切り替え回路１０３，及びＳＵＢパルス重畳回路１０４に対応するものである。

次に、このように構成された上記顕微鏡システムの動作を説明する。
尚、ここでは撮影時に行われる動作のうち、本発明に関わる部分のみを説明することにする。
蛍光観察検鏡法では、落射照明光学系１２からの光が、キューブユニット２９内の蛍光キューブによって分光され、対物レンズ４を通り縮小されて標本３に照射される。標本３は、前記照射された光により微弱な蛍光を発し、その蛍光は、対物レンズ４を通り拡大されてキューブユニット２９内の蛍光キューブによって前記分光とは異なる波長で分光されてＣＣＤ撮像素子３４に入射される。

ＣＣＤ撮像素子３４では、ＴＧ６４により駆動が制御されて、露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しが行われ、ＣＤＳ回路５２では、ＣＣＤ撮像素子３４の出力から画像信号成分が抽出され、ＡＭＰ５３では、ＣＤＳ回路５２の出力の信号レベルが所定のゲイン値に調整され、ＯＢクランプ回路５４では、ＡＭＰ５３からの出力信号の黒レベルが決定され、Ａ／Ｄ変換器５５では、ＯＢクランプ回路５４の出力がデジタル信号に変換され、そのデジタル信号に変換された画像信号は、画像メモリ５６に一時的に記憶される。画像メモリ５６に記憶された画像信号は、γ補正、エッジ強調等の画像処理をする画像信号処理回路５８を介して、上記ＬＣＤ５９に出力され、画像の再生表示処理がなされる。

ここで、ＣＣＤ撮像素子３４の駆動制御は、ＴＧ６４から出力される駆動信号（垂直駆動パルスや水平駆動パルス等）、ＳＵＢ電圧切り替え回路６６の出力、及びＳＵＢパルス重畳回路６７の出力に基づいて行われる。例えば、ＣＣＤ撮像素子３４において、基板電圧（ＶＳＵＢ）は、各フォトダイオードの最大電荷蓄積レベル（オーバーフローレベル：ＯＦＬ）を決定するための基板バイアス電圧であるが、ＳＵＢパルス重畳回路６７によりＶＳＵＢに大きな値のパルス（ＳＵＢパルス）を重畳することにより、各フォトダイオードの電荷を半導体基板に排出してリセットすることができるようになっている。

また、ＣＣＤ撮像素子３４は、前述のとおり、フレームレートを向上させるために、フォトダイオードから電荷を読み出す際に、飛ばし読みを行うことができるようになっている。
図４(a),(b) は、その飛ばし読みを可能にするＣＣＤ撮像素子３４の構成及びその動作を説明する図である。

尚、同図(a),(b) において、番号１乃至１７はフォトダイオードの位置するライン番号（水平方向の番号）を示し、○が付された行番号は、そのライン番号に位置するフォトダイオードから電荷が読み出されたことを示している。また、Ｒ，Ｇ，Ｂは、赤（Ｒｅｄ），緑（Ｇｒｅｅｎ），青（Ｂｌｕｅ）を示し、本実施例では、ＲＧＢ色フィルタがベイヤ配列で構成されているものとする。また、黒塗り部分に対応する位置のフォトダイオード（例えば同図(a) の１ライン目に位置するフォトダイオード）は、電荷の読み出しを行わなかったフォトダイオードであり、白塗り部分に対応する位置のフォトダイオード（例えば同図(a) の３ライン目に位置するフォトダイオード）は、電荷の読み出しを行ったフォトダイオードである。

同図(a),(b) に示すように、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４においては、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２に印加する垂直転送パルス（以下、単に「Ｖ転送パルス」という）を、Ｖ転送パルス２ＡとＶ転送パルス２Ｂの２つに分け、２ライン分のフォトダイオード毎にＶ転送パルス２ＢとＶ転送パルス２Ａを交互に印加することができるように構成されている。

このような構成により、フォトダイオードから電荷を読み出す際に、飛ばし読みを行う場合には、同図(a) に示すように、Ｖ転送パルス２Ａ＝Ｈ（Ｈレベル：高電圧），Ｖ転送パルス２Ｂ＝Ｌ（Ｌレベル：低電圧）とすることにより、Ｖ転送パルス２Ａ＝Ｈが印加された垂直転送電極Ｖ２に係るフォトダイオードから電荷が読み出される。これにより、半数のフォトダイオードから電荷が読み出されるようになる。

尚、飛ばし読みをしない場合には、同図(b) に示すように、Ｖ転送パルス２Ａ＝Ｈ，Ｖ転送パルス２Ｂ＝Ｈとする。これにより、全数のフォトダイオードから電荷が読み出されるようになる。
続いて、本実施例に係る撮像装置の駆動方法でもある、ＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法を説明する。

ここでは、本発明の理解を容易にするため、まず従来の方法によるＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法を説明した後、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法を説明することにする。
図５は、従来の方法によるＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。

尚、同図は、上段から順に、１フレーム単位の同期信号であるＶＤ，各モード状態，垂直転送電極Ｖ１に印加するＶ転送パルス１，ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２に印加するＶ転送パルス２Ａ，２Ｂ（図４(a),(b) 参照），垂直転送電極Ｖ３に印加するＶ転送パルス３，垂直転送電極Ｖ４に印加するＶ転送パルス４，電荷蓄積領域の電荷を半導体基板（サブストレート＝縦形オーバーフロードレイン：ＶＯＦＤ）に強制排出するための基板印加高電圧パルスである（電子シャッタパルスでもある）ＶＳＵＢ，ＳＵＢ電圧切り換え回路６６に入力されるＶＳＵＢｃｏｎｔ，画像信号出力（ＳＩＧ），の各信号と、メモリ記録動作を示している。

図５のタイミングチャートに示すように、静止画を取り込む前においては、動画（ライブ画）表示をしている。このときの露光期間は、ＶＳＵＢのＨレベル最終値の立ち下がりから、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２に印加するＶ転送パルス２Ａ，２ＢのＨレベル立ち上がりまでである。尚、この露光期間においては、感度向上のためにＶＳＵＢを５Ｖにしている。

また、静止画の取り込みは、静止画記録トリガが入力されることで行われる。同図では、タイミングｔ０の時に静止画記録トリガが入力されている。
静止画を取り込むときも動画を取り込むときと同様に、ＶＳＵＢのＨレベル最終値の立ち下がり（タイミングｔ１）から、垂直転送電極Ｖ２のＶ転送パルス２Ａ，２ＢのＨレベル立ち上がり（タイミングｔ２）までが露光期間（同図の本露光期間）となる。尚、この本露光期間においても、感度向上のためにＶＳＵＢを５Ｖにしている。

また、この本露光期間において、露光途中から、垂直転送路内の不要電荷排出のため、垂直転送路を連続的に高速駆動している（モードが”高速排出（露光）”の期間参照）。
この垂直転送路の高速駆動は、各画素信号を個別に読み出す通常駆動（毎回の水平ブランキング期間に１単位（１水平画素相当）の垂直駆動パルスを出力するもの）とは異なり、通常駆動の数倍〜数十倍の転送速度で垂直転送路を連続的に高速駆動することで、撮像面に光が当たり続けることにより生じるスミア現象等に係る不要電荷を高速に排出するために行われるものである。尚、通常駆動に対する高速駆動の駆動倍数（１画面の転送に要する時間の逆比として定義される）がＸであるとすると、この高速駆動期間は、最低１フレーム期間の１／Ｘは必要である。

このような高速駆動は、後の露光終了のタイミングｔ２の直前まで続けられ、そして、タイミングｔ２において、Ｖ転送パルス２Ａ，２ＢがＨレベルになると、フォトダイオードに蓄積された電荷が、遮光された垂直転送路に移送され、この時点で露光が終了する。
露光が終了すると、移送された電荷に係る信号が静止画としてメモリに記録される。尚、モードが”静止画読出期間”においては、ＶＳＵＢを５Ｖのままにしておくとスミア現象が発生する虞があるため、ＶＳＵＢを所定時間間隔でＨレベルにすることで、スミア現象の発生を防止するようにしている。

このようにして静止画記録が終了すると、再び動画の取り込みが開始される。
しかしながら、このような従来の駆動方法においては、フォトダイオードからゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２への電荷の移送時（Ｖ転送パルス２Ａ，２Ｂ＝Ｈの時）には、Ｐ型ウェル層の接地電位の変動が発生し、更にフォトダイオードの感度向上のために露光期間中はＶＳＵＢを５Ｖとしていたため、逆注入がより発生し易くなっていた（図２４の曲線１０７参照）。

そこで、本実施例に係る駆動方法では、次に説明する駆動方法により、その問題を解決するようにしている。
図６は、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。

同図において、前述の図５に示した、従来の駆動方法に係るタイミングチャートと異なるのは、ＶＳＵＢｃｏｎｔをパルス状に出力している点である。
図６において、静止画を取り込む前は、図５に示したものと同様に、動画（ライブ画）表示をしている。また、このときの露光期間も図５に示したものと同様に、ＶＳＵＢのＨレベル最終値の立ち下がりから、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２に印加するＶ転送パルス２Ａ，２ＢのＨレベル立ち上がりまでである。

但し、本実施例に係る駆動方法では、このＶ転送パルス２Ａ，２ＢのＨレベル立ち上がり直前、すなわち、フォトダイオードに蓄積された電荷を読出しゲートを介して垂直転送路に移送する直前に、ＶＳＵＢｃｏｎｔをＯＦＦにする。このようにすると、ＶＳＵＢのＬレベルが５Ｖから１０Ｖまで上昇する。そして、ＶＳＵＢのＬレベルが十分に上がりきったところ、すなわちＶＳＵＢが１０ＶになったところでＶ転送パルス２Ａ，２ＢのＨレベルが立ち上がるようにする。これにより、逆注入現象の発生を防止することができる（図１９参照）。

尚、露光期間に対してＶＳＵＢｃｏｎｔのＯＦＦ期間を十分短くすれば、露光期間のほとんどは、ＶＳＵＢを５Ｖ、つまり高感度で露光することが可能となる。
静止画のときも同様に、逆注入現象の発生を防止するため、Ｖ転送パルス２Ａ，２ＢのＨレベル立ち上がり直前に、ＶＳＵＢｃｏｎｔをＯＦＦとし、ＶＳＵＢのＬレベルが十分に上がりきったところ、すなわちＶＳＵＢが１０ＶになったところでＶ転送パルス２Ａ，２ＢのＨレベルが立ち上がるようにする。更に、モードが”静止画読出期間”においても、ＶＳＵＢｃｏｎｔをＯＦＦとしてＶＳＵＢのＬレベルを１０Ｖにして、読み出し時のスミア現象の発生を低減するようにしている
以上、本実施例によれば、逆注入現象の発生を防止しつつ高感度かつ低ノイズの撮影が可能となる。

本実施例は、ＣＣＤ撮像素子の駆動方法のみが実施例１のものと異なり、顕微鏡システムの構成は実施例１のものと同じである。そこで、ここでは、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法のみを説明することにする。
図７は、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。

同図において、実施例１に係るタイミングチャート（図６参照）と異なる点は、モードが”動画モード”であるときに、Ｖ転送パルス２ＢのＨレベルを発生させない点（図７の○部分参照）とＶＳＵＢｃｏｎｔをＯＮにしている点である。
本実施例では、モードが”動画モード”であるときに、フレームレートを向上させるため、Ｖ転送パルス２ＢのＨレベルを発生させないようにし、前述の図４(a) を用いて説明したように、飛ばし読みを行うようにしている。

このようにして飛ばし読みを行った場合、前述の特許文献３にも記載されているように、読み出しの負荷が減り、Ｐ型ウェル層の接地電位の変動が少なくなり、逆注入現象が起きにくくなることが知られている。したがって、飛ばし読みを行う場合には、ＶＳＵＢ（ＶＳＵＢのＬレベル）を高くする必要はなくなるので、本実施例では、飛ばし読みを行う、モードが”動画モード”であるときに、ＶＳＵＢｃｏｎｔをＯＮとし、ＶＳＵＢ（ＶＳＵＢのＬレベル）を高くすることなく５Ｖのままにしている。すなわち、飛ばし読みを行う、モードが”動画モード”であるときは、フォトダイオードに蓄積された電荷を読出しゲートを介して垂直転送路に移送する直前であってもＶＳＵＢ（ＶＳＵＢのＬレベル）を上げずに５Ｖのままにしている。

静止画を取り込むときのタイミングチャートについては、実施例１に係るタイミングチャート（図６参照）と同じであるので、ここではその説明を省略する。
以上、本実施例によれば、モードが”動画モード”であるときの駆動シーケンスをより簡易化することができる。

尚、本実施例では、動画を取得する際に飛ばし読みを行っているが、静止画を取得する際に飛ばし読みを行うことも可能である。このように、飛ばし読みを行って静止画を取得する場合には、フォトダイオードに蓄積された電荷を読出しゲートを介して垂直転送路に移送する直前であってもＶＳＵＢ（ＶＳＵＢのＬレベル）を上げずに５Ｖのままとすることもできる。

本実施例も、ＣＣＤ撮像素子の駆動方法のみが実施例１のものと異なり、顕微鏡システムの構成は実施例１のものと同じである。そこで、ここでも、本実施例に係る駆動方法のみを説明することにする。但し、ここでも、本発明の理解を容易にするため、まず従来の方法によるＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法を説明した後、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法を説明することにする。

図８は、従来の方法によるＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。
同図のタイミングチャートにおいて、モードが”動画モード”であるときは、飛ばし読みを行って２倍のフレームレートで読出しを行い、また、垂直転送については、１水平期間に２回転送を行っている。

静止画の取り込みについては、タイミングｔ０の時に静止画記録トリガが入力されると、次のフレームより静止画用露光期間（同図の本露光期間）となる。同図では、数フレーム分の露光期間、いわゆる長時間露光時において、暗電流が増加しないように、Ｖ転送パルス１，２Ａ，２Ｂ，３，４をそれぞれＬレベルとしている。

図９は、この時のＣＣＤ撮像素子３４の状態を説明する平面図である。
尚、同図は、前述の図１７に対応するものであるので、同一の構成要素は同一の符号を付して示している。
図９に示すように、Ｖ転送パルス１，２Ａ，２Ｂ，３，４をそれぞれＬレベルにすることにより、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４（同図の斜線部）のポテンシャルを低くし、フォトダイオード７１に暗電流が流れ込まないようにしている。尚、前述の図２２(b) でも説明したように、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２をＬレベル（中間電圧）にしておくと、垂直転送電極Ｖ２下からフォトダイオードに流れ込む暗電流（電子）が少なくなることは、既に述べたとおりである。

図８において、静止画を取り込む際には、全画素読み出しを行うため、Ｖ転送パルス２Ａ，２Ｂが共にＨレベルになっている（タイミングｔ２）。垂直転送については、１水平期間に１回転送を行っている。静止画読み出し及びメモリへの記録が終了すると再び動画の取り込みが開始される。

しかしながら、同図のタイミングチャートに示すように、Ｖ転送パルス１，２Ａ，２Ｂ，３，４を一定期間Ｌレベルであった状態から急にＨレベルに切り替えて（同図の○部分参照）すぐに電荷移送を行うようにすると、垂直転送路では、一定期間Ｌレベルであったゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２が急激にＨレベルに変化するため、垂直転送電極Ｖ２下のポテンシャルも急激に変化してしまう（前述の図１８(b) 参照）。これによって、Ｐ型ウェル層のポテンシャルが変動し、逆注入現象が発生し易くなってしまう。

そこで、本実施例に係る駆動方法では、次に説明する駆動方法により、その問題を解決するようにしている。
図１０は、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。

同図に示すように、本実施例に係るタイミングチャートにおいては、電荷移送をする直前、すなわちタイミングｔ２の直前の一定期間（モードが”通常転送”の期間）において、１水平期間に１回の垂直転送を数回行うようにしている（同図の○部分参照）。
これにより、垂直転送路のポテンシャルの状態は、タイミングｔ１には前述の図９に示したものだったものが、タイミングｔ２の直前には図１７に示したものとなる。すなわち、タイミングｔ２の直前には、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２下のポテンシャルは、垂直転送電極Ｖ２をＭレベル（中間電圧）としたときのポテンシャル（前述の図１８，図２２(a) 参照）となるので、タイミングｔ２になった時の垂直転送電極Ｖ２下のポテンシャル変動は、垂直転送電極Ｖ２をＭレベルとしたときのポテンシャルからＨレベル（高電圧）としたときのポテンシャルへの変動だけとなる。従って、Ｐ型ウェル層のポテンシャルの変動も少なくなり、逆注入現象の発生を防止することができる。

このように、本実施例は、フォトダイオードに電荷を蓄積している間は、少なくともゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２下にポテンシャル井戸が形成されないように垂直転送電極Ｖ２をＬレベル（低電圧）とすることにより暗電流を低減し、フォトダイオードに蓄積された電荷を垂直転送路に移送する直前に、少なくとも垂直転送電極Ｖ２下にポテンシャル井戸が形成されるような電圧を垂直転送電極Ｖ２に印加することにより、Ｐ型ウェル層のポテンシャルの変動を少なくし、逆注入現象の発生を防止するものである。

また、この図１０に示した駆動方法に係るタイミングチャートは、次のように変形することもできる。
図１１は、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法の変形例に係るタイミングチャートを示す図である。

同図の変形例に係るタイミングチャートにおいては、電荷移送を行う直前に、すなわちタイミングｔ２の直前の一定期間（モードが”高速排出”の期間）に、更に、高速垂直転送（高速排出）を行うようにしている（同図の○部分参照）。これにより、更に、スミア現象の発生を低減させることができる。

このように、本変形例は、フォトダイオードに蓄積された電荷を読出しゲートを介して垂直転送路に移送する直前に、垂直転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４に高速駆動パルスを印加することにより、更に、スミア現象の発生を低減するものである。
以上、本実施例によれば、逆注入現象の発生を防止しつつ高感度かつ低ノイズの撮影が可能となる。

本実施例も、ＣＣＤ撮像素子の駆動方法のみが実施例１のものと異なり、顕微鏡システムの構成は実施例１のものと同じである。そこで、ここでも、本実施例に係る駆動方法のみを説明することにする。
図１２は、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。

同図に示すように、本実施例に係るタイミングチャートは、実施例１に係るものと実施例３に係るものを組み合わせたもの、すなわち、高感度露光と長時間露光を組み合わせたものである。長時間露光時（同図の本露光期間）は、Ｖ転送パルス１，２Ａ，２Ｂ，３，４のそれぞれをＬレベルにすると共にＶＳＵＢ（ＶＳＵＢのＬレベル）を５Ｖとし、電荷移送を行う直前に、すなわちタイミングｔ２の直前の一定期間（モードが”通常転送”の期間）に、１水平期間に１回の垂直転送を数回行い（同図の○部分参照）、モードが”静止画読出期間”のときにＶＳＵＢのＬレベルを１０Ｖとしている。これにより、逆注入現象の発生を防止することができる。

このように、本実施例は、フォトダイオードに電荷を蓄積している間は、少なくともゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２下にポテンシャル井戸が形成されないように垂直転送電極Ｖ２をＬレベル（低電圧）とすることにより暗電流を低減し、フォトダイオードに蓄積された電荷を読出しゲートを介して垂直転送路に移送する直前に、少なくとも垂直転送電極Ｖ２下にポテンシャル井戸が形成されるような電圧を垂直転送電極Ｖ２に印加する共にＶＳＵＢ（ＶＳＵＢのＬレベル）を上げることにより、逆注入現象の発生を防止するものである。

また、同図に示した駆動方法に係るタイミングチャートは、次のように変形することもできる。
図１３は、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法の変形例に係るタイミングチャートを示す図である。

同図の変形例に係るタイミングチャートにおいては、電荷移送を行う直前に、すなわちタイミングｔ２の直前の一定期間（モードが”高速排出”の期間）に、更に、高速垂直転送（高速排出）を行うようにしている（同図の○部分参照）。これにより、更に、スミア現象の発生を低減させることができる。

このように、本変形例は、フォトダイオードに蓄積された電荷を垂直転送路に移送する直前に、更に、垂直転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４に高速駆動パルスを印加することにより、更に、スミア現象の発生を低減させるものである。
以上、本実施例によれば、逆注入現象の発生を防止しつつ高感度かつ低ノイズの撮影が可能になる。

本実施例において、顕微鏡システムの構成は実施例１のものと同じである。
この顕微鏡システムにおいて、高感度撮影が必要となるのは、蛍光撮影の場合がほとんどである。蛍光撮影の場合は、前述の図３に示すようにキューブユニット２９を通してから撮影をする。このキューブユニット２９には、蛍光キューブが複数種類備えられており、顕微鏡コントロール部４０により、使用する蛍光キューブを選択することができるようになっている。尚、この蛍光キューブの選択により、励起光の励起波長の切換えが行われるものである。従って、選択された蛍光キューブにより標本３に照射する励起光とＣＣＤ撮像素子３４に受光される蛍光との分光感度が限定されるため、蛍光キューブの種類がわかれば分光感度がほぼ予測できる。

図１４は、特定の励起フィルタを有する蛍光キューブにより標本３に４４０ｎｍ付近の励起光を照射したきにＣＣＤ撮像素子３４に受光された蛍光の波長と、ＶＳＵＢと感度との関係を示す図である。
同図に示すように、標本３に４４０ｎｍ付近の励起光を照射すると、ＣＣＤ撮像素子３４に受光される蛍光の波長は、標本３にもよるが、およそ５００ｎｍ付近となり、高感度（ＶＳＵＢを５Ｖ）にしても、あまり感度アップを期待できないのが確認できる。また、高感度（ＶＳＵＢを５Ｖ）にすると、ブルーミング現象やスミア現象等の問題が生じる虞もある。そこで、この蛍光キューブが選択された場合には、感度を通常（ＶＳＵＢを１０Ｖ）にするようにする。

また、図１５は、他の励起フィルタを有する蛍光キューブにより標本３に５３０ｎｍ付近の励起光を照射したときにＣＣＤ撮像素子３４に受光された蛍光の波長と、ＶＳＵＢと感度との関係を示す図である。
同図に示すように、標本３に５３０ｎｍ付近の励起光を照射すると、ＣＣＤ撮像素子３４に受光される蛍光の波長は、標本３にもよるが、およそ６２０ｎｍ付近となり、高感度（ＶＳＵＢを５Ｖ）にすると、感度アップを期待できるのが確認できる。そこで、この蛍光キューブが選択された場合には、感度を高感度（ＶＳＵＢを５Ｖ）にするようにする。

このように、本実施例では、選択された蛍光キューブに応じて（励起光の励起波長の切換えに応じて）ＶＳＵＢ（ＶＳＵＢのＬレベル）を変更することにより、選択された蛍光キューブに応じた最適な撮影方法を行うようにするものである。
具体的には、ＣＰＵ５１が顕微鏡コントロール部４０に使用する蛍光キューブの種類を指定して蛍光キューブを選択し、同時に、感度を高感度にするか否か（ＶＳＵＢ（ＶＳＵＢのＬレベル）を５Ｖにするか１０Ｖにするか）を判断し、その判断結果に応じてＶＳＵＢｃｏｎｔを変動させるものである。

図１６は、本実施例に係るＣＣＤ撮像素子３４の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。
尚、同図においては、ＶＳＵＢｃｏｎｔの段と信号出力の段との間に、使用する蛍光キューブにより標本３に照射される励起光の波長も示している。

同図に示すように、４４０ｎｍの励起光を照射させる蛍光キューブを使用した場合には、感度を通常のまま、すなわち、ＶＳＵＢｃｏｎｔをＯＦＦとしてＶＳＵＢのＬレベルを１０Ｖにし、５３０ｎｍの励起光を照射させる蛍光キューブを使用する場合には、感度を高感度、すなわち、ＶＳＵＢｃｏｎｔをＯＮとしてＶＳＵＢのＬレベルを５Ｖにするようにしている。

以上、本実施例によれば、使用する蛍光キューブに応じて最適な撮影方法を用いて撮影を行うことができると共に、逆注入現象の発生を防止しつつ高感度かつ低ノイズの撮影を行うことができる。
尚、本実施例では、４４０ｎｍと５３０ｎｍの２種類の励起波長の励起光を使用した場合のタイミングチャートを示したが、３種類以上の励起波長の励起光を使用し、各励起波長毎にＶＳＵＢのＬレベルを最適な電圧にすべくＶＳＵＢｃｏｎｔを変動させるようにすることも可能であることは勿論である。

以上、実施例１乃至５について説明したが、各実施例では、垂直転送路における垂直転送を、４つ（４相）の垂直転送電極を用いて４相駆動方式で行っているが、ｍ（ｍは２以上の整数）個の垂直転送電極を用いてｍ相駆動方式で行うようにすることも可能である。
また、各実施例では、垂直転送電極Ｖ２が読出しゲート電極も兼ねていたが、垂直転送電極Ｖ２とは別に読出しゲート電極を設けるようにすることも可能である。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。

実施例１に係る顕微鏡システムの構成を示す図である。 顕微鏡システムの詳細な構成を示す図である。 顕微鏡システムのブロック図である。 (a),(b) は、飛ばし読みを可能にするＣＣＤ撮像素子の構成及びその動作を説明する図である。 従来の方法によるＣＣＤ撮像素子の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。 実施例１に係るＣＣＤ撮像素子の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。 実施例２に係るＣＣＤ撮像素子の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。 従来の方法によるＣＣＤ撮像素子の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。 ＣＣＤ撮像素子の状態を説明する平面図である。 実施例３に係るＣＣＤ撮像素子の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。 実施例３に係るＣＣＤ撮像素子の駆動方法の変形例に係るタイミングチャートを示す図である。 実施例４に係るＣＣＤ撮像素子の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。 実施例４に係るＣＣＤ撮像素子の駆動方法の変形例に係るタイミングチャートを示す図である。 特定の励起フィルタを有する蛍光キューブにより標本に４４０ｎｍ付近の励起光を照射したきにＣＣＤ撮像素子に受光された蛍光の波長と、ＶＳＵＢと感度との関係を示す図である。 他の励起フィルタを有する蛍光キューブにより標本に５３０ｎｍ付近の励起光を照射したときにＣＣＤ撮像素子に受光された蛍光の波長と、ＶＳＵＢと感度との関係を示す図である。 実施例５に係るＣＣＤ撮像素子の駆動方法に係るタイミングチャートを示す図である。 ＣＣＤ撮像素子の一部構成を示す平面図である。 (a) は縦型オーバーフロードレイン構造のインターライン型ＣＣＤ撮像素子の一部断面構造を示す図、(b) は(a) に示したＣＣＤ撮像素子の、基板深さ方向及び基板水平方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。 基板電圧を標準的な値（ＶＳＵＢ＝１０Ｖ）としたときの、フォトダイオードの基板深さ方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。 基板電圧を５Ｖ（ＶＳＵＢ＝５Ｖ）としたときの、フォトダイオードの基板深さ方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。 近年のＣＣＤ撮像素子の基板バイアス電圧発生回路を含む回路を、図１７に示したＣＣＤ撮像素子に適用した例を示す図である。 (a),(b),(c) は、それぞれ、ＣＣＤ撮像素子において、ゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２を、Ｍレベル（中間電圧），Ｌレベル（低電圧），Ｈレベル（高電圧）とした場合における、垂直転送電極Ｖ２下のポテンシャルの状態を示す図である。 基板電圧を２Ｖ（ＶＳＵＢ＝２Ｖ）としたときの、フォトダイオードの基板深さ方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。 フォトダイオードから垂直転送電極Ｖ２への電荷移送時にゲート電極を兼ねる垂直転送電極Ｖ２に１５Ｖの高い正電圧が印加されたときの、フォトダイオードの基板深さ方向の電子に対するポテンシャルを示す図である。

符号の説明

１ 顕微鏡本体
２ ステージ
３ 標本
４ 対物レンズ
５ 三眼鏡筒ユニット
６ 接眼レンズユニット
７ 結像レンズユニット
８ 電子カメラ
１１ 透過照明光学系
１２ 落射照明光学系
１３ 透過照明用光源
１４ コレクタレンズ
１５ 透過用フィルタユニット
１６ 透過視野絞り
１７ 透過シャッタ
１８ 折曲げミラー
１９ 透過開口絞り
２０ コンデンサ光学素子ユニット
２１ トップレンズユニット
２２ 落射照明用光源
２３ 落射用フィルタユニット
２４ 落射シャッタ
２５ 落射視野絞り
２６ 落射開口絞り
２７ レボルバ
２８ 対物レンズ側光学素子ユニット
２９ キューブユニット
３０ ビームスプリッタ
３１ 中間変倍光学系（ズーム鏡筒）
３１ａ 変倍ズームレンズ
３２ オートフォーカス（ＡＦ）ユニット
３３ 写真接眼レンズユニット
３３ａ 写真接眼レンズ
３４ 撮像素子
３５ ビームスプリッタ
３５ａ ＡＦ用受光素子
３６ 駆動回路部
３７ 対物レンズ検出部
３８ リタデーション調整動作検出部
３９ 写真接眼レンズ検出部
４０ 顕微鏡コントロール部
５１ ＣＰＵ
５２ ＣＤＳ回路
５３ 増幅器（ＡＭＰ）
５４ ＯＢクランプ回路
５５ Ａ／Ｄ変換器
５６ 画像メモリ
５７ メモリコントローラ
５８ 画像信号処理回路
５９ 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
６０ ＤＲＡＭ
６１ 圧縮伸長回路
６２ 記録媒体
６３ 操作部
６４ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
６５ シグナルジェネレータ（ＳＧ）
６６ ＳＵＢ電圧切り替え回路
６７ ＳＵＢパルス重畳回路
７１ フォトダイオード
７２ 読出しゲート
７３ 垂直転送路
７４ 水平転送路
７５ 電荷（信号）検出器
７６ 読出しアンプ
８０ Ｎ型基板
８１ Ｐ型ウェル（Ｐ−Ｗｅｌｌ）層
８２ Ｎ型フォトダイオード層
８３ Ｎ型垂直ＣＣＤ埋込み層
８４ Ｐ型垂直ＣＣＤウェル層
８５ 絶縁層
８６ 垂直転送電極
８７ 高濃度Ｐ型不純物層
８８ 金属層
８９、９０、９１ 範囲
９２、９３、９４、９５、９６ 範囲
１００、１０１ 曲線
１０２ 基板バイアス電圧発生回路（内部ＶＳＵＢ発生回路）
１０３ ＳＵＢ電圧切換え回路
１０４ ＳＵＢパルス重畳回路
１０５ ＴＧ（タイミングジェネレータ）
１０６、１０７ 曲線

Claims (2)

1. 動画を取得する機能と静止画を取得する機能を有する撮像装置であって、
   被写体光量に応じた電荷を発生する光電変換素子が二次元に配列された半導体基板と、
   前記半導体基板に基板バイアス用の電圧を供給する電圧供給手段と、
   前記光電変換素子に蓄積された電荷を移送するための読出しゲートと、
   前記読出しゲートを制御するための読出しゲート電極と、
   前記読出しゲートを介して移送された前記電荷を垂直方向に転送するための垂直転送路と、
   前記読出しゲートを介して前記垂直転送路に移送された前記電荷を、前記垂直転送路内で垂直方向に転送するための垂直転送電極と、
   を有し、
   前記電圧供給手段は、前記静止画を取得する際にのみ、前記光電変換素子に蓄積された電荷が前記読出しゲートを介して前記垂直転送路に移送される直前に前記半導体基板に供給する前記基板バイアス用の電圧を上げ、
   前記読出しゲートを制御して前記垂直転送路に移送する電荷を制限する飛ばし読みを行う場合には、前記電圧供給手段は、前記光電変換素子に蓄積された電荷が前記読出しゲートを介して前記垂直転送路に移送される直前に前記半導体基板に供給する前記基板バイアス用の電圧を上げない、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記飛ばし読みは、前記動画を取得する際に行われる、
   ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。

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