JP6076578B1 - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

撮像装置は、光電変換素子、光電変換素された電荷を転送する転送部、電荷を信号へ変換する電荷変換部、信号をリセットするリセット部、垂直転送線を単位とした複数の画素を備える固体撮像素子と、リセット部及び転送部をオフにした第１の動作モード、リセット部をオンからオフ、転送部をオンにした第２の動作モードを切り替える動作モード制御部と、第２の動作モードにおける画像信号の黒レベルを補正する黒レベル補正部と、黒レベルの画素信号値を保存するメモリと、を有し、黒レベル補正部は、メモリの黒レベルの画素信号値を用いて補正する。

Description

本発明は、固体撮像素子を用いて撮像する撮像装置に関する。

近年、固体撮像素子を用いた撮像装置は、医療用内視鏡の場合を含む種々の装置において広く用いられている。
体腔内に挿入される医療用内視鏡の場合においては、体腔内に挿入される挿入部の外径を小さくして、患者に与える苦痛を低減するために細径化することが必要となり、挿入部の先端部に配置される固体撮像素子のサイズを小さくすることが必要となる。
挿入部の先端部に配置される固体撮像素子のサイズを小さくために、受光部を形成する画素の周辺側の一部の画素をメカニカルに遮光して、撮像画像上の黒レベルの信号を生成するオプティカルブラック画素（ＯＢ画素）を有しない有効画素の構成にすることが、考えられる。
このようにＯＢ画素を有しない固体撮像素子にすることにより、挿入部の先端部に配置される固体撮像素子のサイズを小さくことが可能となるが、ＯＢ画素を有しない構成にしたことで撮像画像上の黒レベルが不確定な状態となり、モニタ表示上で画像全体が白くなったり（黒浮き）、不自然な黒（黒沈み）になったりしてしまうため、黒レベルの信号を生成する回路構成が必要になる。

例えば、第１の従来例としての日本国特開２００７−０１９５７７号公報は、被写体光学像を取込むメカニカルシャッタと、 前記メカニカルシャッタを介して入射した前記被写体光学像に基づく画像信号を出力する撮像素子と、 前記シャッタによる遮光状態時における前記撮像素子の出力を暗時出力として保持する記憶手段と、 前記被写体光学像を前記メカニカルシャッタを介して取込む実撮影時の露光時間と前記記憶手段に記憶されている暗時出力とに基づいて実撮影時におけるノイズ成分を推定し、実撮影時における前記撮像素子の出力から推定した前記ノイズ成分を除去して出力する補正手段と、を含む撮像装置を開示している。
また、第２の従来例としての日本国特開２０１４−８２６９８号公報は、一つの画像出力期間に第１の撮影画像および第２の撮影画像を取得可能な撮像素子と、撮影条件に応じてダークシェーディング補正用画像を取得するか否かを判定する画像判定手段と、前記画像判定手段が前記ダークシェーディング補正用画像を取得すると判定した場合、前記第２の撮影画像の代わりに該ダークシェーディング補正用画像を取得する画像取得手段と、前記ダークシェーディング補正用画像を用いて前記第１の撮影画像および前記第２の撮影画像を補正する画像補正手段と、を有する撮像装置を開示している。

上記第１の従来例においては、黒レベルは、実際の撮影時間に比例する暗電流により変動すると見なしている。つまり、この第１の従来例においては、黒レベルは、光を受光する受光画素又は光電変換画素のみにおいて、実際の撮影時間に比例して発生する暗電流が原因として、暗電流による影響を撮影時間に比例する補正量とする推定値を用いて補正している。このため、受光画素の信号電荷が転送される電荷転送部や、該電荷転送部の信号電荷を出力する信号出力部による実際の撮影時間に比例しない部分において黒レベルに影響する量がある場合に対しては精度良く補正できない。また、第１の従来例は、メカニカルシャッタを有しない撮像装置には適用できない。
一方、上記第２の従来例は、一つの画像出力期間において第１の撮影画像および第２の撮影画像を取得可能とする撮像素子自体に、ノイズを含む第１の信号読出系（図３の301,303,305）と、光信号及びノイズ信号が加算された信号を読み出す第２の信号読出系（図３の302,304,306）との２系統の信号読出系を設けており、通常の撮像素子においては実現できない構造を採用している。そのため、１系統の信号読み出し系（のみ）を備えた通常の撮像素子においても簡単に黒レベルの補正（黒レベルが定まらない黒浮きレベルの補正）ができる撮像装置が望まれる。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、通常の撮像素子を用いた場合においても簡単に、精度良く黒レベルを補正できる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の撮像装置は、受光量に応じた光電変換を行い、電荷を蓄積する光電変換素子、前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する転送部、転送される電荷を信号へ変換する電荷変換部、前記電荷変換部の信号をリセットするリセット部、前記電荷変換部により変換された信号を出力する信号出力部、前記信号出力部と接続される垂直転送線、を単位の画素とした複数の画素を備える固体撮像素子を挿入部の先端部を設けた内視鏡と、前記リセット部をオフ状態、かつ前記転送部をオフ状態にして前記電荷変換部の信号レベルを黒レベルとした該黒レベルの画素信号を前記垂直転送線へ出力する第１の動作モード、及び前記リセット部をオンからオフ状態、かつ前記転送部をオン状態にして前記光電変換素子が蓄積した電荷を前記電荷変換部に転送した後、前記電荷変換部の信号を黒レベルが補正されていない通常の画素信号として前記信号出力部を介して、前記垂直転送線へ出力する第２の動作モードの動作タイミングを設定する設定部、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードを切り替える動作モード制御部、前記第２の動作モードにおいて前記固体撮像素子の出力部から、出力される複数の前記通常の画素信号からなる画像信号における黒レベルを補正する黒レベル補正部、を備える信号処理装置と、を有する撮像装置であって、前記信号処理装置は、前記第１の動作モードにおいて取得した黒レベルの画素信号値をメモリに保存し、前記黒レベル補正部で前記第２の動作モードにおいて取得される前記画像信号を前記メモリに保存した黒レベルの画素信号値を用いて補正し、前記撮像装置は、前記挿入部内に挿通され、前記固体撮像素子から前記画像信号を出力させるための駆動信号を生成するための同期信号と、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードで前記固体撮像素子をそれぞれ動作させる動作モード制御信号と、前記画像信号と、を伝送する信号線として、前記同期信号と前記動作モード制御信号とを共通化した信号線を用いて伝送する。

図１は本発明の第１の実施形態の撮像装置の全体構成を示す図。 図２は図１におけるＭＯＳ型撮像素子における単位の画素の構成例を示す図。 図３はＭＯＳ型撮像素子の回路構成を示す図。 図４はイメージャとイメージャ制御回路の構成を示す図。 図５は図４における信号線の本数を低減した場合のイメージャとイメージャ制御回路の構成を示す図。 図６は図５のイメージャの構成を示す図。 図７は第１の実施形態の全体的な処理内容を示すフローチャート。 図８Ａは黒レベルの画素信号値を生成する第１の動作モードの処理内容を示すフローチャート。 図８Ｂは第１の動作モードの動作説明のタイミング図。 図９Ａは通常モードとなる第２の動作モードの処理内容を示すフローチャート。 図９Ｂは第２の動作モードの動作説明のタイミング図。 図１０は第１の実施形態の変形例の撮像装置の全体構成を示す図。 図１１は補正回路の構成例を示す図。 図１２は欠陥画素及びその周囲の画素を示す図。 図１３は第２の動作モード中において、第１の動作モードにより黒レベルのデータを取得する処理内容を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１に示すように本発明の第１の実施形態の撮像装置１は、体腔内に挿入される内視鏡２Ａと、着脱自在に接続される内視鏡２Ａに照明光を供給する光源装置３と、着脱自在に接続される内視鏡２Ａに対する信号処理を行う画像信号処理装置４と、画像信号処理装置４から出力される表示用の画像信号が入力されることにより、前記画像信号の画像を内視鏡画像として表示する表示装置としてのモニタ５とを有する。
内視鏡２Ａは、体腔内に挿入される細長の挿入部６と、この挿入部６の基端に設けられた操作部７と、操作部７から延出されたライトガイドケーブル８と信号ケーブル９とを有する。ライトガイドケーブル８の端部に設けた光源用コネクタ１０は光源装置３に着脱自在に接続され、信号ケーブル９の端部に設けた信号用コネクタ１１は画像信号処理装置４に着脱自在に接続される。なお、ライトガイドケーブル８と信号ケーブル９とを１本化し、例えば光源用コネクタ１０から信号ケーブル９を延出して信号ケーブル９の端部の信号用コネクタ１１を画像信号処理装置４に接続する構造にしても良い。

なお、第１の実施形態の撮像装置１は、内視鏡２Ａの他に、一部の構成が僅かに異なる内視鏡２Ｂを用いて構成することもできる。内視鏡２Ｂは、細径の挿入部６を有するが、内視鏡２Ａは内視鏡２Ｂよりも更に細径化された挿入部６を有する。内視鏡２Ａは、挿入部６を細径化するために、挿入部６内に挿通される信号線の本数を内視鏡２Ｂの場合よりも減らしている。また、信号線の本数を減らすために、内視鏡２Ａは、信号処理系の一部を、内視鏡２Ｂとは異なる構成にしている（図４，図５参照）。その他は、内視鏡２Ａと２Ｂとは同じ構成である。なお、図１においては、内視鏡２Ｂの内部構成は、図１に示す構成レベルでは、内視鏡２Ａと同じ構成である。
内視鏡２Ａの挿入部６内には、照明光を伝送（導光）するライトガイド１２が挿通され、このライトガイド１２は、更に操作部７，ライトガイドケーブル８内を挿通されて光源用コネクタ１０の端部に至る。
この端部には光源装置３からの照明光が入射され、ライトガイド１２により伝送された照明光は、挿入部６の先端部１３に設けた照明窓に固定されたライトガイド１２の先端面から外部に出射され、体腔内の患部１４等の観察対象部位を照明する。

照明された観察対象部位は、先端部１３における照明窓に隣接して設けられた観察窓に取り付けられた対物レンズ１５により、その結像位置に配置された固体撮像素子を形成するＭＯＳ型撮像素子１６の撮像面に観察対象部位の光学像を結ぶ。
ＭＯＳ型撮像素子１６は、撮像面に結像された光学像を、撮像面に配置された受光部４５（図４参照）を形成する光電変換素子により光電変換する。このＭＯＳ型撮像素子１６の近傍に、ＭＯＳ型撮像素子１６を駆動する駆動信号を生成すると共に、ＭＯＳ型撮像素子１６を２つの動作モードで動作させる制御を行う撮像素子制御回路１７が配置され、ＭＯＳ型撮像素子１６と撮像素子制御回路１７とからＭＯＳ型イメージャ（以下、単にイメージャ）１８が形成される。
先端部１３内に配置されたイメージャ１８は、挿入部６、操作部７，信号ケーブル９内を挿通された複数の信号線１９を介して、信号用コネクタ１１内に設けたスコープ基板２１に搭載したイメージャ制御回路２２と接続される。なお、スコープ基板２１を信号用コネクタ１１の内部に設ける場合に限定されるものでなく、スコープ基板２１を、例えば操作部７の内部に設ける構成にしても良い。また、スコープ基板２１内に設けたイメージャ制御回路２２の一部を、画像信号処理装置４の内部に設けたり、画像信号処理装置４の機能の一部をイメージャ制御回路２２に設けるようにしても良い。
イメージャ制御回路２２は、イメージャ１８を制御すると共に、ＭＯＳ型撮像素子１６を２つの動作モードで動作させることにより、ＭＯＳ型撮像素子１６の黒レベルを補正する画素信号値（単に信号値とも言う）を格納（保存）する信号値格納部（又は黒レベル補正用データ格納部）２３ａを有するメモリ２３と、保存した画素信号値（又は黒レベル補正用データ）を用いて黒レベルの補正を行う黒レベル補正部を形成する補正回路２４と、を有する。

メモリ２３には、このメモリ２３を内蔵した内視鏡２Ｋ（Ｋ＝Ａ又はＢ）に固有の識別情報（ＩＤと略記）を格納しているＩＤ格納部２３ｂ（図１中ではＩＤと略記）を有する。
信号用コネクタ１１が接続される画像信号処理装置４は、イメージャ制御回路２２と接続されることにより、イメージャ制御回路２２から出力される画像信号に対する信号処理を行う画像処理回路３１と、イメージャ制御回路２２及び画像処理回路３１を制御する制御回路３２と、制御回路３２に対して、各種の設定や、設定する条件等の入力を行う操作パネル３３とを有する。
制御回路３２は、ＩＤ格納部２３ｂのＩＤを読み出すことにより、ＩＤの内視鏡２Ａ又は２Ｂに対応した制御を行う。
なお、内視鏡２Ａ、２Ｂの調整や、メンテナンス等を行い易いように操作パネル３３を操作してＭＯＳ型撮像素子１６を２つの動作モードで動作させるタイミングや条件の設定を行う設定部３３ａの機能を設けている。術者等の一般のユーザが２つの動作モードで動作させる可能性が無い場合には、例えばメーカ側において設定した特定の認証コードが入力された場合のみ、設定部３３ａが機能するようにしても良い。以下の説明では、メーカ側のスタッフのみが操作する場合も含めて、ユーザを用いて説明する。

また、制御回路３２は、例えば制御回路３２の内部にメモリ３２ａを備え、このメモリ３２ａには、設定部３３ａ等から設定された２つの動作モード行うタイミングや条件の情報が格納される。

本実施形態においては、後述するようにＭＯＳ型撮像素子１６における各画素の黒レベルの信号を出力させる第１の動作モードと、各画素において受光した受光量に応じて光電変換した信号を出力させる第２の動作モードとを切り替えてＭＯＳ型撮像素子１６を駆動することができるようにしている。
そして、制御回路３２は、メモリ３２ａに格納されている２つの動作モードにおける特に第１の動作を行うタイミング又はタイミング条件の情報に従って、ＭＯＳ型撮像素子１６の動作を制御する。なお、メモリ３２ａを制御回路３２の外部に設ける構成にしても良い。また、制御回路３２は、例えば第２の動作モード中において、操作パネル３３から第１の動作モードを行う指示入力がされると、第２の動作モード中においても、第１の動作モードに切り替えてＭＯＳ型撮像素子１６等を動作させるように制御する。また、後述するように、ＭＯＳ型撮像素子１６の動作モードやその動作モードに連動する処理等を切り替える場合、制御回路３２は、イメージャ制御回路２２や、イメージャ１８内の撮像素子制御回路１７を介して行う。
画像処理回路３１は、生成した表示用の画像信号をモニタ５に出力する。また、画像処理回路３１は、イメージャ制御回路２２から出力される画像信号における１フレーム分の画像における平均の明るさを算出して、算出した信号を調光信号として、光源装置３に出力し、光源装置３は、調光信号に基づいて光源装置３からライトガイド１２に入射させる照明光の光量を調整する。

なお、イメージャ制御回路２２から出力される画像信号を、制御回路３２にも入力し、制御回路３２は、入力される画像信号の信号レベルの上限値が所定の閾値以下であるか否かをモニタすることにより、第１の動作モードを行う条件として、入力される画像信号の信号レベルの上限値が所定の閾値以下の場合に制限するような制御を行うようにしても良い。
光源装置３は、照明光を発生するランプ３５と、ランプ３５が発生する照明光の光量を制御するランプ制御回路３６と、ランプ３５により発生する照明光を集光してライトガイド１２の入射端となる端部に入射させる集光レンズ３７とを有する。
図２はＭＯＳ型撮像素子１６の単位画素Ｕの構成を示す。なお、図２における右側は、単位画素の半構造的な構成を示し、図２における左側は、単位画素の等価的な回路構成を示す。
左側に示すように単位画素は、入射光の受光量に応じて光電変換を行う光電変換素子を形成するフォトダイオードＰｄ、フォトダイオードＰｄに蓄積された電荷を電荷変換部に転送する転送部を形成する転送用トランジスタＧ、電荷を信号に変換する電荷変換部を形成するコンデンサＦｄ、コンデンサＦｄの信号を出力する信号出力部を形成するアンプＡ、コンデンサＦｄの信号をリセットするリセット部を形成するリセット用トランジスタＲ、を有する。なお、フォトダイオードＰｄのカソードとコンデンサＦｄの一端はグラウンドＧＮＤ（図２及び図３ではＧＮと略記）に接続される。また、リセット用トランジスタＲとアンプＡを形成するトランジスタのドレインには、電源電圧Ｖｄｄが印加される。

転送用トランジスタＧのゲートには、転送信号φＴが印加され、転送信号φＴの“Ｈ”、“Ｌ”レベルにより転送用トランジスタＧのソース・ドレイン間がそれぞれオン，オフする。
そして、転送用トランジスタＧがオンとなった場合には、フォトダイオードＰｄに蓄積された電荷がコンデンサＦｄに転送され、コンデンサＦｄにおいて蓄積された電荷がが電荷量に応じた電圧値の信号に変換される。
一方、転送用トランジスタＧがオフの場合には、フォトダイオードＰｄに蓄積された電荷がコンデンサＦｄに転送されない状態においてコンデンサＦｄに蓄積された黒レベルに相当する状態の電荷が信号に変換される。
また、リセット用トランジスタＲのゲートに、リセット信号φＲが印加されることにより、リセット用トランジスタＲのドレインと、コンデンサＦｄとアンプＡの入力端となるゲートが接続されたソース間がそれぞれオンし、コンデンサＦｄの信号とアンプＡの出力がリセットされる。

なお、複数の画素にした場合には、（単位の画素の）各アンプＡの出力を選択する選択用トランジスタ（図３参照）が、各アンプＡの出力端に接続される。
図２の右側では、図２の左側のフォトダイオードＰｄがＳｉ基板上のｐｎ接合により形成され、また転送用トランジスタＧを形成する転送ゲート電極Ｇｔ、コンデンサＦｄを形成する高濃度の不純物領域ｎ^＋、リセット用トランジスタＲを形成するリセット用スイッチＳＲが図示されている。
図３は、図２の単位の画素Ｕを直交する垂直方向及び水平方向に沿って複数、格子状に配置したＭＯＳ型撮像素子１６の構成を示す。なお、図３では、簡略化して、垂直方向及び水平方向にそれぞれ２画素、配置した画素Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ２１，Ｕ２２の例で示している。また、図３においては、図２における単位の画素Ｕを構成するフォトダイオードＰｄ等の構成要素を、画素Ｕｉｊ（図３ではｉ，ｊは１又は２）を構成するフォトダイオードＰｄｉｊ等により示している。なお、本実施形態においては、対物レンズ１５の光学像が、図３の全画素に結像され、本実施形態におけるＭＯＳ型撮像素子１６は、ＯＢ画素を有しない、有効画素のみからなるＭＯＳ型撮像素子である。
図３に示すように画素ＵｉｊのアンプＡｉｊの出力端には、アンプＡｉｊの出力信号を垂直転送線Ｌｊに出力するための（垂直列）選択用トランジスタＶｉｊが設けられている。

また、ＭＯＳ型撮像素子１６は、画素Ｕｉｊにおける垂直方向の画素列を選択する垂直選択信号φＶｊと、水平方向の画素列を選択する水平選択信号φＨｉをそれぞれ発生する垂直走査回路４１及び水平走査回路４２と、リセット信号φＲｊ及び転送信号φＴｊを発生するリセット／転送制御回路（又はリセット／転送発生回路）４３とを有する。
また、ＭＯＳ型撮像素子１６は、複数の垂直転送線Ｌ１，Ｌ２における水平方向の１つの垂直転送線を選択する（水平列）選択用トランジスタＨｉと、選択用トランジスタＨｉに接続された出力アンプＡｕとが設けられており、選択用トランジスタＨｉは、水平走査回路４２から出力される水平選択信号φＨｉにより選択され、水平選択信号φＨｉにより選択された画素の信号は、出力アンプＡｕから出力される。なお、図２において、選択用トランジスタＨ１，Ｈ２が接続されると共に、出力アンプＡｕの入力端に接続される水平線を、点線で示すようにシフトレジスタＲＳにより構成しても良い。
後述するように、ＭＯＳ型撮像素子１６における複数のフォトダイオードＰｄｉｊにより受光され、光電変換された電荷は、電荷変換部を形成するコンデンサＦｄｉｊにおいて、蓄積された電荷に応じた信号に変換され、垂直選択信号φＶｊにより、選択された水平方向の画素Ｕ１ｊ、Ｕ２ｊの信号がそれぞれ垂直転送線Ｌ１，Ｌ２に出力され、水平選択信号φＨ１，φＨ２により、選択された水平方向の画素Ｕ１ｊ，Ｕ２ｊの信号がそれぞれ出力アンプＡｕから出力される。

また、本実施形態においては、転送部をオフにした状態において、黒レベルの信号をＭＯＳ型撮像素子１６から出力し、Ａ／Ｄ変換してメモリ２３に格納するように制御する。メモリ２３に黒レベルの信号値を格納した後において、転送部をオンにした状態において、取得した信号をＭＯＳ型撮像素子１６から出力し、補正回路２４は、メモリ２３に格納した黒レベルの信号値を減算して黒レベルを補正した画像信号を生成する。
ＭＯＳ型撮像素子１６における複数のフォトダイオードＰｄｉｊは、ＭＯＳ型撮像素子１６の受光部４５（図４参照）を形成し、垂直走査回路４１，水平走査回路４２及びリセット／転送制御回路４３は、ＭＯＳ型撮像素子１６の受光部４５による受光に基づく信号を各画素から読み出す読出部４６（図４参照）を形成し、出力アンプＡｕがＭＯＳ型撮像素子１６による信号を出力する出力部４７（図４参照）を形成する。
上記読出部４６を形成する、垂直走査回路４１，水平走査回路４２及びリセット／転送制御回路４３は、撮像素子制御回路１７を構成するタイミングジェネレータ５３により、その動作が制御される。また、撮像素子制御回路１７は、制御回路３２から送信される動作モード制御信号ＭＯＤＥ等に基づいてＭＯＳ型撮像素子１６の動作を制御する。

なお、図３においては、垂直選択信号φＶ１をオン（垂直選択信号φＶ２はオフ）し、水平選択信号φＨ１をオン（水平選択信号φＨ２はオフ）して、画素Ｕ１１の信号を出力アンプＡｕから出力する様子を示す。
図４は内視鏡２Ｂの場合におけるイメージャ１８と、イメージャ制御回路２２との構成を示し、図５は内視鏡２Ａの場合におけるイメージャ１８と、イメージャ制御回路２２との構成を示す。
内視鏡２Ｂにおいては、図４に示すようにイメージャ１８と、イメージャ制御回路２２とは、挿入部６内を挿通された４本の信号線１９により接続されている。一方、内視鏡２Ａにおいては、図５に示すようにイメージャ１８と、イメージャ制御回路２２とは、挿入部６内を挿通された３本の信号線１９により接続されている。なお、この他に電源電圧ＶｄｄとグラウンドＧＮＤ電位をそれぞれ伝送する２本の信号線１９が挿入部６内を挿通される（図４，図５においては図示略）。

図４の内視鏡２Ｂにおいては、イメージャ制御回路２２におけるイメージャ動作制御回路５１は、動作モードを制御する動作モード制御信号（又はモード制御信号）ＭＯＤＥと、同期信号ＳＹＮＣと、クロック信号ＣＬＫとをそれぞれ１本の信号線１９を介して撮像素子制御回路１７に伝送する。また、イメージャ１８のＭＯＳ型撮像素子１６から出力される画像信号は、信号線１９を介してイメージャ動作制御回路５１に伝送される。
イメージャ動作制御回路５１から送信される動作モード制御信号ＭＯＤＥ、同期信号ＳＹＮＣ及びクロック信号ＣＬＫは、撮像素子制御回路１７を構成する動作モードを制御する動作モード制御回路５２と、ＭＯＳ型撮像素子１６を制御するタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ５３とを有する。
（制御回路３２の制御下の）タイミングジェネレータ５３は、図３に示したように読出部４６を形成する垂直走査回路４１，水平走査回路４２及びリセット／転送制御回路４３を制御する（受光部４５と読出部４６とを制御すると定義することもできる。また、図３において出力アンプＡｕの前段に水平シフトレジスタを設けた場合には、タイミングジェネレータ５３は、出力部４７も制御することにもなる）。

また、イメージャ制御回路２２は、制御回路３２の制御下で、イメージャ１８の動作を制御するイメージャ動作制御回路５１と、ＭＯＳ型撮像素子１６から出力される（アナログの）画像信号（又は画素信号）をデジタルの画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５４と、Ａ／Ｄ変換回路５４の出力信号を切り替える切替スイッチ５５と、切替スイッチ５５の接点ａが選択された場合の黒レベルの画像信号の信号値を格納するメモリ２３と、切替スイッチ５５の接点ｂが選択された場合の画像信号の補正を行う補正回路２４とを有する。図４に示すＡ／Ｄ変換回路５４の代わりに、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）と相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）等を用いるようにしても良い。
なお、イメージャ動作制御回路５１は、動作モード制御信号ＭＯＤＥに基づいて切替スイッチ５５を制御する。具体的には、イメージャ動作制御回路５１は、第１の動作モードの動作期間においては接点ａを選択し、第２の動作モードの動作期間においては接点ｂを選択するように切替スイッチ５５を切り替える。メモリ２３には、それぞれ異なる一部の記憶領域により上述した信号値格納部２３ａと、ＩＤを格納したＩＤ格納部２３ｂとが形成されている。
これに対して、図５の内視鏡２Ａにおいては、イメージャ制御回路２２におけるイメージャ動作制御回路５１は、動作モードを制御する動作モード制御信号ＭＯＤＥと、同期信号ＳＹＮＣとを重畳して１本の信号線１９を介して撮像素子制御回路１７に伝送する。その他の信号線１９に関しては、図４の場合と同様である。

図５の内視鏡２Ａにおいては、イメージャ制御回路２２は、図４のイメージャ制御回路２２において、更に動作モード制御信号ＭＯＤＥと、同期信号ＳＹＮＣとを重畳（又はに符号化）する重畳回路（又はエンコーダ）５６を有する構成となっている。
また、図５の内視鏡２Ａにおいては、図４における撮像素子制御回路１７の動作モード制御回路５２の代わりに、シリアル／パラレル変換を行うシリアル／パラレル変換回路５７と、符号化された動作モード制御信号ＭＯＤＥと同期信号ＳＹＮＣとを復号化するデコーダ５８とを有する。
図６は、図５の場合のイメージャ１８の構成を示す。なお、タイミングジェネレータ５３は、図７〜図９Ｂにおいて説明するように、第１の動作モードと第２の動作モードとを切り替えてＭＯＳ型撮像素子１６を動作させる場合、転送信号φＴを出力しないで駆動させる動作と、転送信号φＴを出力して駆動させる動作とが決定的な差異となる。
換言すると、タイミングジェネレータ５３は、第１の動作モードにおいては、転送信号φＴを出力しない（図６ではφＴoffで模式的に示す）で、リセット信号φＲ、垂直選択信号φＶ、水平選択信号φＨを読出部４６に出力し、第２の動作モードにおいては、転送信号φＴ、リセット信号φＲ、垂直選択信号φＶ、水平選択信号φＨを読出部４６に出力するように制御する。
図４の構成の場合においても、タイミングジェネレータ５３の制御内容は、図６に示す場合と同じとなる。

本実施形態の撮像装置１は、受光量に応じた光電変換を行い、電荷を蓄積する光電変換素子を形成するフォトダイオードＰｄ（又はＰｄｉｊ）、前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する転送部を形成する転送用トランジスタＧ（又はＧｉｊ）、転送される電荷を信号へ変換する電荷変換部を形成するコンデンサＦｄ（又はＦｄｉｊ）、前記電荷変換部の信号をリセットするリセット部を形成するリセット用トランジスタＲ（又はＲｉｊ）、前記電荷変換部により変換された信号を出力する信号出力部を形成するアンプＡ（又はＡｉｊ）、前記信号出力部と接続される垂直転送線Ｌ（又はＬ１，Ｌ２）、を単位の画素とした複数の画素を備える固体撮像素子を形成するＭＯＳ型撮像素子１６と、前記リセット部をオフ状態、かつ前記転送部をオフ状態にして前記電荷変換部の信号レベルを黒レベルとした該黒レベルの画素信号を前記垂直転送線Ｌへ出力する第１の動作モード、及び前記リセット部をオンからオフ状態、かつ前記転送部をオン状態にして前記光電変換素子が蓄積した電荷を前記電荷変換部に転送した後、前記電荷変換部の信号を黒レベルが補正されていない通常の画素信号として前記信号出力部を介して、前記垂直転送線Ｌへ出力する第２の動作モードの動作タイミングを設定する設定部３３ａ、前記設定部３３ａの設定に従って、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードを切り替える動作モード制御部を形成する制御回路３２（又は撮像素子制御回路１７）、前記第２の動作モードにおいて前記固体撮像素子の出力部を形成する出力アンプＡｕから、出力される複数の前記通常の画素信号からなる画像信号における黒レベルを補正する黒レベル補正部を形成する補正回路２４、を備える信号処理装置を形成する画像信号処理装置４及びイメージャ制御回路２２と、を有し、前記信号処理装置は、前記設定部３３ａにより設定された動作タイミングにおいて前記第１の動作モードにおいて取得した黒レベルの画素信号値をメモリ２３に保存し、前記黒レベル補正部は、前記第２の動作モードにおいて取得される前記画像信号を前記メモリ２３に保存した黒レベルの画素信号値を用いて補正することを特徴とする。

次に図７を参照して本実施形態の撮像装置１の動作を説明する。図７は、撮像装置１の全体的な処理内容を示すフローチャートを示す。
画像信号処理装置４に内視鏡２Ａ又は２Ｂを接続した撮像装置１の電源を術者等のユーザが投入し、撮像装置１を動作状態にする。
最初のステップＳ１においてユーザは、操作パネル３３の設定部３３ａから２つの動作モード、又は第１の動作モードを動作させるタイミング等を設定する。動作モードは、２つの動作モードにおける１つの動作モードのみしか実行できない構成であるため、第１の動作が設定されると、（第１の動作モードが設定されていない動作期間での）第２の動作モードの設定が自動的に決定する。制御回路３２内のメモリ３２ａには、デフォルト設定の場合においては、起動時において、第１の動作モードにより動作するようにタイミング設定された情報が格納されている。
なお、上記のようにＭＯＳ型撮像素子を動作させる場合、１つの動作モードのみでしか動作させることができない（換言すると、同時に２つの動作モードで動作させることができない）が、後述するように第２の動作モードで複数のラインの画素を読み出し、その最中において（第２の動作モードから第２の動作モートに切り替え）、例えば１ラインの画素を第１の動作モードで読み出すように動作させることは、可能になる。

ユーザは、デフォルト設定のままで、撮像装置１を動作させても良いし、デフォルト設定の他に、内視鏡検査の最中において第１の動作モードにより動作させるように設定部３３ａにより設定することもできる。

なお、メモリ２３の信号値格納部２３ａには、内視鏡２Ｋの工場出荷時において、予め基準となる黒レベルの画素信号値が格納されている。このため、第１の動作モードを行うことなく、第２の動作モードでＭＯＳ型撮像素子１６を動作させた場合においても、基準の黒レベルの画素信号値を用いて第２の動作モードの画像信号の黒レベルの補正を行うことができる。
第１の動作モードの設定を行った後の次のステップＳ２において制御回路３２は、メモリ２３のＩＤを読出し、ＩＤに対応した制御を行う。制御回路３２は、例えば、読み出したＩＤから、画像信号処理装置４に接続された内視鏡が２Ａであるか２Ｂであるかを判定し、判定した内視鏡２Ｋの種類に対応した制御を行うことができる。
次のステップＳ３において制御回路３２は、ＭＯＳ型撮像素子１６を動作させるために、メモリ３２ａに格納された情報等に基づいて第１の動作モードで動作させるタイミングであるか否かを判定する。
起動時において第１の動作モードを行う設定である場合には、次のステップＳ４において制御回路３２は、ＭＯＳ型撮像素子１６を第１の動作モードで動作させるようにイメージャ制御回路２２を制御する。なお、起動時において通常行われるホワイトバランスの調整の際に、同時に第１の動作モードを行う設定にしても良い。このような場合、イメージャ１８のＭＯＳ型撮像素子１６は、第１の動作モードで動作する。第１の動作モードの場合の処理は図８Ａのようになる（後述）。

第１の動作モードにおいてＭＯＳ型撮像素子１６から出力される各画素の黒レベルに相当する画素信号（第１の画像信号とも言う）は、図４又は図５に示すようにイメージャ制御回路２２に入力される。この場合、切替スイッチ５５は、接点ａがオンするように切り替えられ、イメージャ制御回路２２に入力された黒レベルの画素信号は、Ａ／Ｄ変換された後、切替スイッチ５５を経てメモリ２３に入力される。そして、ステップＳ５に示すようにメモリ２３の信号値格納部２３ａに、黒レベルの信号値を格納する。
なお、メモリ２３の信号値格納部２３ａは、工場出荷時の（デフォルトの）黒レベルの信号値を格納する領域の他に、例えば選択的に使用することができるように第１の動作モードに設定した場合に取得される黒レベルの信号値を格納する第２の信号値格納領域を備えている。
このため、ユーザは、デフォルトの黒レベルの信号値を用いて黒レベルの補正を行う場合と、第１の動作モードに設定した場合に取得された黒レベルの信号値を用いて黒レベルの補正を行う場合との選択ができる。ユーザにより第１の動作モードを行うように設定された場合には、（自動的に）第１の動作モードにより取得された黒レベルの信号値を用いて黒レベルの補正を行うようになる。なお、メンテナンス時において黒レベルを取得した場合には、取得した黒レベルの信号値によりデフォルトの黒レベルの信号値を更新するようにしても良い。このようにすることにより、ＭＯＳ型撮像素子１６の黒レベルの特性が経年変化したような場合に対して、メンテナンス時においてその特性変化に有効に対応したデフォルト設定（又は更新）ができる。

ＭＯＳ型撮像素子１６の受光部４５を形成する全画素（換言すると１フレーム分となる複数画素）における黒レベルの信号値をメモリ２３に格納する処理が終了すると、次のステップＳ６において制御回路３２は、イメージャ１８のＭＯＳ型撮像素子１６を第２の動作モードで動作させるようにイメージャ制御回路２２を制御する。そして、ＭＯＳ型撮像素子１６は、第２の動作モードで動作する。この場合の処理は図９Ａのようになる（後述）。
ステップＳ３の判定処理において、第１の動作モードの動作タイミングでない判定結果の場合には、ステップＳ６の処理に移る。
ステップＳ６において第２の動作モードで動作したＭＯＳ型撮像素子１６から出力される第２の画像信号は、イメージャ制御回路２２内においてＡ／Ｄ変換された後、補正回路２４に入力される。そして、ステップＳ７において補正回路２４は、入力された第２の画像信号からメモリ２３の黒レベルの信号値を減算し、黒レベルが補正された画像信号を出力する。

この画像信号は、画像処理回路３１に入力され、ステップＳ８において画像処理回路３１は、輪郭補正、γ補正などを行い、表示用の画像信号を生成してモニタ５に出力する。ステップＳ９に示すようにモニタ５は、表示用の画像信号が入力されることにより、対応する画像を内視鏡画像として表示し、図７の処理を終了する。なお、図７において点線で示すようにステップＳ９の処理の後、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理を行うようにしても良い（後述）。
次に図８Ａ及び図８Ｂを参照して第１の動作モードの場合の処理を説明する。なお、図８ＡにおけるステップＳ１６の処理は、図７のステップＳ５と実質的に同じ処理を示す。
第１の動作モードが開始すると、ステップＳ１１において撮像素子制御回路１７のタイミングジェネレータ５３は、リセット／転送制御回路４３がリセット信号φＲを出力するように制御する。
図８Ｂは図８Ａの処理に対応した（図３の構成の場合に対する）タイミング図を示す。

リセット／転送制御回路４３はリセット信号φＲとしてφＲ１，φＲ２を順次出力する。図３の構成の場合、リセット信号φＲ１により画素Ｕ１１，Ｕ１２のリセット用トランジスタＲ１１，Ｒ１２がオンし、コンデンサＦｄ１１，Ｆｄ１２と、アンプＡ１１，Ａ１２の出力がリセットされる。同様に、リセット信号φＲ２により画素Ｕ２１，Ｕ２２のリセット用トランジスタＲ２１，Ｒ２２がオンし、コンデンサＦｄ２１，Ｆｄ２２と、アンプＡ２１，Ａ２２の出力がリセットされる。
また、ステップＳ１２においてタイミングジェネレータ５３は、リセット／転送制御回路４３が転送信号φＴを出力しないように制御し、転送用トランジスタＧはオフにされる（オフの状態が維持される）。図８Ｂにおいては、転送信号φＴが出力されないことを点線で示している。
次のステップＳ１３においてタイミングジェネレータ５３は、垂直走査回路４１が垂直選択信号φＶを出力するように制御する。図８Ｂにおいて垂直走査回路４１がリセット信号φＲ１，φＲ２を順次出力した後に、所定の時間が経過したタイミングで垂直選択信号φＶ１，φＶ２を出力する様子を示す。

図３の構成の場合、垂直選択信号φＶ１により、画素Ｕ１１の黒レベルの状態に相当するアンプＡ１１の信号が垂直転送線Ｌ１に，アンプＡ１２の信号が垂直転送線Ｌ２に出力される。同様に、垂直選択信号φＶ２により、画素Ｕ２１の黒レベルの状態に相当するアンプＡ２１の信号が垂直転送線Ｌ１に，アンプＡ２２の信号が垂直転送線Ｌ２に出力される。
次のステップＳ１４においてタイミングジェネレータ５３は、垂直選択信号φＶ１，φＶ２がそれぞれ出力されている期間内に、水平走査回路４２が水平選択信号φＨを出力するように制御する。図８Ｂにおいて水平走査回路４２は、垂直選択信号φＶ１が出力されている期間内に水平選択信号φＨ１，φＨ２を順次出力し、また垂直選択信号φＶ２が出力されている期間内に水平選択信号φＨ１，φＨ２を順次出力する様子を示す。
ステップＳ１４の処理により、ステップＳ１５に示すように各画素Ｕｉｊの黒レベルの相当する画素信号が出力アンプＡｕを経てＭＯＳ型撮像素子１６から順次出力される。図８Ｂにおいて、（画素Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ２１，Ｕ２２における）黒レベルの画素信号Ｕｂ１１，Ｕｂ１２，Ｕｂ２１，Ｕｂ２２が（ＭＯＳ型撮像素子１６の）出力信号として出力アンプＡｕから出力される。

この場合、メモリ２３はライトモード（図８ＢではＷモードで示す）に設定され、ステップＳ１６に示すようにメモリ２３には、黒レベルの画素信号Ｕｂ１１，Ｕｂ１２，Ｕｂ２１，Ｕｂ２２がＡ／Ｄ変換された後、デジタルの黒レベルの画素信号値が、各画素Ｕｉｊのアドレスに関連付けて格納される。
このようにして、第１の動作モードの処理が終了する。
次に図９Ａ及び図９Ｂを参照して第２の動作モードの場合の処理を説明する。
以下に説明する第２の動作モードは、図８Ａにおいての第１の動作モードの処理において、転送信号φＴが出力されない処理を、転送信号φＴが出力する処理に変更し、その他の処理は第１の動作モードと同様に行う処理となる。但し、ＭＯＳ型撮像素子１６から出力された出力信号に対する処理は、第１の動作モードの処理の場合とは異なる。なお、図９ＡにおけるステップＳ２６は、図７におけるステップＳ７の処理とほぼ同様の処理を示す。
第２の動作モードが開始すると、ステップＳ２１において撮像素子制御回路１７のタイミングジェネレータ５３は、リセット／転送制御回路４３がリセット信号φＲを出力するように制御する。

図９Ｂは図９Ａの処理に対応した（図３の構成の場合に対する）タイミング図を示す。リセット／転送制御回路４３は、図８Ｂに示すものと同様に、リセット信号φＲとしてφＲ１，φＲ２を順次出力する。図３の構成の場合、リセット信号φＲ１により画素Ｕ１１，Ｕ１２のリセット用トランジスタＲ１１，Ｒ１２がオンし、コンデンサＦｄ１１，Ｆｄ１２と、アンプＡ１１，Ａ１２の出力がリセットされる。
同様に、リセット信号φＲ２により画素Ｕ２１，Ｕ２２のリセット用トランジスタＲ２１，Ｒ２２がオンし、コンデンサＦｄ２１，Ｆｄ２２と、アンプＡ２１，Ａ２２の出力がリセットされる。
また、次のステップＳ２２においてタイミングジェネレータ５３は、リセット／転送制御回路４３が転送信号φＴを出力するように制御し、転送信号φＴにより転送用トランジスタＧはオンする。図９Ｂにおいては、リセット信号φＲ１が出力された後、所定の時間ｔｏの後、転送信号φＴ１が出力され、またリセット信号φＲ２が出力された後、所定の時間ｔｏの後、転送信号φＴ２が出力される。所定の時間ｔｏは、各画素が１フレーム分の画像を撮像するための受光期間に相当する。

図３の構成の場合、転送信号φＴ１によりフォトダイオードＰｄ１１，Ｐｄ１２により所定の受光時間において受光した光量に応じて蓄積された電荷がコンデンサＦｄ１１，Ｆｄ１２に転送され、電圧信号に変換される。また、転送信号φＴ２によりフォトダイオードＰｄ２１，Ｐｄ２２により所定の受光期間において受光した光量に応じて蓄積された電荷がコンデンサＦｄ２１，Ｆｄ２２に転送され、電圧信号に変換される。
次のステップＳ２３においてタイミングジェネレータ５３は、垂直走査回路４１が垂直選択信号φＶを出力するように制御する。
図９Ｂに示すように、垂直走査回路４１は転送信号φＴ１の直後に垂直選択信号φＶ１，転送信号φＴ２の直後に垂直選択信号φＶ２を順次出力する。
図３の構成の場合、垂直選択信号φＶ１により、画素Ｕ１１，Ｕ１２のコンデンサＦｄ１１，Ｆｄ１２で変換された電圧信号がアンプＡ１１、Ａ１２により増幅されてそれぞれ垂直転送線Ｌ１に出力される。同様に、垂直選択信号φＶ２により、画素Ｕ２１，Ｕ２２のコンデンサＦｄ２１，Ｆｄ２２で変換された電圧信号がアンプＡ２１、Ａ２２により増幅されて垂直転送線Ｌ２に出力される。

次のステップＳ２４においてタイミングジェネレータ５３は、垂直選択信号φＶ１，φＶ２が順次出力されている期間内に、水平走査回路４２が水平選択信号φＨを出力するように制御する。図９Ｂは、水平走査回路４２が垂直選択信号φＶ１が出力されている期間内に水平選択信号φＨ１，φＨ２を出力し、また垂直選択信号φＶ２が出力されている期間内に水平選択信号φＨ１，φＨ２を出力する様子を示す。
ステップＳ２４の処理により、ステップＳ２５に示すように各画素Ｕｉｊの受光量に応じた電圧の画素信号が出力アンプＡｕを経てＭＯＳ型撮像素子１６から出力される。図９Ｂにおいて、（画素Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ２１，Ｕ２２における）受光量に応じた電圧の画素信号Ｕａ１１，Ｕａ１２，Ｕａ２１，Ｕａ２２が（ＭＯＳ型撮像素子１６の）出力信号として出力アンプＡｕから出力される。出力アンプＡｕから出力される出力信号は、補正回路２４に入力される。
この場合、メモリ２３はリードモード（図９ＢではＲモードで示す）に設定され、メモリ２３から、黒レベルの画素信号（の信号値）Ｕｂ１１，Ｕｂ１２，Ｕｂ２１，Ｕｂ２２が読み出され、補正回路２４に入力される。

そして、ステップＳ２６に示すように補正回路２４は、画素信号Ｕａｉｊから黒レベルの画素信号（の信号値）Ｕｂｉｊを減算した画素信号列を補正された画像信号として後段側の画像処理回路３１に出力する。
このようにして、図９Ａに示す第２の動作モードの処理が終了する。
このように動作する第１の実施形態によれば、１つの信号読み出し系のみを有する、通常の撮像素子を用いた場合においても簡単に、精度良く黒レベルを補正できる。
また、第１の実施形態においては、メモリ２３は、第１の動作モードにおいてＭＯＳ型撮像素子１６から出力される複数の光電変換素子全ての黒レベルの信号値を保存（格納）し、黒レベル補正部を形成する補正回路２４は、第２の動作モードにより取得される画像信号を構成する前記通常の画素信号全てを、メモリ２３に保存した黒レベルの信号値によりそれぞれ補正するため、各画素毎に精度の良い黒レベル補正ができる。
また、第１の実施形態における内視鏡２Ａを採用した撮像装置１によれば、動作モード制御信号ＭＯＤＥと同期信号ＳＹＮＣとを共通化した信号線１９を用いて伝送することができる構成にしているので、挿入部６を細径化することができる。

次に第１の実施形態の変形例を説明する。第１の実施形態においては、内視鏡２Ａ又は２Ｂを使用して撮像装置１を構成することができる場合を説明した、これに対して、第１の実施形態の変形例においては、内視鏡２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの１つを選択的に使用して撮像装置１を構成することができるようにしている。なお、本変形例において、内視鏡２Ａ又は２Ｂを用いた場合には、第１の実施形態と同じになるため、その記載（説明）を省略する。
図１０は、内視鏡２Ｃを用いた場合の撮像装置１を示す。図１０の撮像装置１では、内視鏡２Ｃと、光源装置３と、画像信号処理装置４と、モニタ５とを備えて構成されるが、図１に示した内視鏡２Ａ又は２Ｂを画像信号処理装置４に接続することもできる。
内視鏡２Ｃは、例えば内視鏡２Ａにおいて、イメージャ制御回路２２の構成において、更に画素欠陥を補正する機能を追加した補正回路２４′を備えた構成となっている。
また、この内視鏡２Ｃは、内視鏡２Ａのイメージャ制御回路２２におけるメモリ２３において、更にＭＯＳ型撮像素子１６における欠陥画素の二次元位置を表すアドレスの情報を、メモリ２３における一部の記憶領域に格納した欠陥画素アドレス格納部２３ｃを備える。
内視鏡２Ｃは、例えば工場出荷時において、その内視鏡２Ｃに搭載されたＭＯＳ型撮像素子１６における欠陥画素の二次元位置を表すアドレスが調査され、調査結果により調査された同じ内視鏡２Ｃ内に設けたメモリ２３内の欠陥画素アドレス格納部２３ｃに、欠陥画素のアドレスの情報が格納される。

従って、内視鏡２Ｃのメモリ２３は、黒レベルの画素信号値を格納する信号値格納部２３ａと、ＩＤ格納部２３ｂと、欠陥画素アドレス格納部２３ｃとを備える。なお、欠陥画素アドレス格納部２３ｃをメモリ２３とは別体のメモリを用いて形成しても良い。
本変形例においては、補正回路２４′は、例えば図１１に示すような構成により、第２の動作モードにおいて補正回路２４′に入力される画像信号に対して、黒レベルの補正と共に、欠陥画素に対する補正を行う。
補正回路２４′は、第２の動作モードにおいて入力される画像信号と、メモリ２３の黒レベル（信号値）格納部２３ｂから読み出した黒レベルの信号値を減算して黒レベルを補正した画像信号を出力する減算回路６１と、減算回路６１から出力される画像信号を１フレーム分それぞれ格納する２つのフレームメモリ６２ａ，６２ｂと、フレームメモリ６２ａ，６２ｂの書込、読出を制御するメモリ制御回路６３と、フレームメモリ６２ａ，６２ｂに一時的に格納された画像信号における欠陥画素を補正してフレームメモリ６２ａ，６２ｂに格納する処理を行う欠陥画素補正回路６４と、フレームメモリ６２ａ，６２ｂに格納された欠陥画素が補正された画像信号を切り替えて出力する切替回路６５とを有する。

メモリ制御回路６３は、入力される画像信号を、例えば１フレーム毎に切り替えて２つのフレームメモリ６２ａ，６２ｂに交互に書き込む。また、欠陥画素補正回路６４は、入力される画像信号の書込が行われる一方のフレームメモリに入力される画像信号に対して、欠陥画素アドレス格納部２３ｃから送られる欠陥画素のアドレスの画素（の画像信号）に対して、欠陥画素の周囲の複数の画素の信号値を用いて補正を行う。
欠陥画素（の画像信号）の補正を行う場合、例えば図１２に示すように欠陥画素に隣接する周囲の画素を利用する。
例えば図１２に示すようにアドレス（ｐ，ｑ）の欠陥画素をＰｐ，ｑで表した場合、欠陥画素補正回路６４は、例えば垂直方向に隣接する画素Ｐｐ−１，ｑとＰｐ＋１，ｑの信号値の平均値を用いて欠陥画素をＰｐ，ｑを補正し、補正した信号値をフレームメモリにおける欠陥画素のアドレスに格納する。このようにして、各フレームにおける欠陥画素を補正し、次のフレームになると、欠陥画素が補正された画像信号を格納したフレームメモリから黒レベル及び欠陥画素が補正された画像信号が切替回路６５を経て補正回路２４′から出力される。なお、欠陥画素をＰｐ，ｑを補正する場合、垂直方向に隣接する２つの画素Ｐｐ−１，ｑ、Ｐｐ＋１，ｑを用いる場合に限定されるものでなく、水平方向に隣接する２つの画素や、欠陥画素をＰｐ，ｑの周囲の８画素を用いて補正しても良い。なお、欠陥画素の補正を行わない、黒レベルの補正を行う補正回路２４として、図１１に示す補正回路２４′の構成において画素欠陥補正回路６４を削除した構成にしても良い。また、以下の説明において、内視鏡２Ａ又は２Ｂの場合に適用する場合には補正回路２４として、上記の構成を想定する。なお、内視鏡２Ａ又は２Ｂ内のメモリ２３は、図１１に示すメモリ２３において、欠陥画素格納部２３ｃを有しない構成にすれば良い。

本変形例においては、以下に説明するように、第２の動作モード中の複数フレーム期間中において、第１の動作モードによる黒レベルの信号値を取得し、取得した信号値を用いて、黒レベルの補正を行うことができるようにしている。このような補正を行うことにより、内視鏡検査を行う場合の環境の温度が変化したことが原因で、黒レベルが変動するような場合に対応できる。なお、以下の説明は、内視鏡２Ｃの場合に適用できるだけでなく、内視鏡２Ａ又は２Ｂの場合にも適用できる。
つまり、第１の実施形態の場合も含むものとなる。更に、補足すると、内視鏡２Ａ又は２Ｂの場合に適用すると、内視鏡検査を行う場合の環境の温度が変化したことが原因で、黒レベルが変動するような場合に対応できることになり、内視鏡２Ｃに適用した場合には、更に画素欠陥を補正することができる効果が追加されるものとなる。
本変形例は、例えば図７に示す処理において、ステップＳ９の処理の後に、点線で示すステップＳ３１のように制御回路３２は、第２の動作モード中において、操作パネル３３等から第１の動作モードによる黒レベルの信号値を取得する指示入力が行われたか否かを判定する。
制御回路３２は、指示入力が行われない場合にはステップＳ３３の処理に移り、指示入力が行われた場合には、ステップＳ３２に示すように第２の動作モード中において第１の動作モードによる黒レベルの信号値を取得する処理を行う。そして、メモリ２３の黒レベルの信号値を更新する。従って、ステップＳ３２を行った後においてメモリ２３に格納された黒レベルの信号値を用いて黒レベルの補正を行う場合には、ステップＳ３２の処理において更新された黒レベルの信号値を用いて黒レベルの補正を行うことになる。

また、ステップＳ３２の次のステップＳ３３において、制御回路３２は（内視鏡）検査終了の指示入力が行われたか否かを判定し、検査終了の指示入力が行われない場合には、例えばステップＳ６の処理に戻り、一方検査終了の指示入力が行われた場合には図７の処理を終了する。
図１３は、ステップＳ３２の詳細な処理を示す。なお、以下の説明においては、受光部４５を形成する複数の画素が水平方向（又は第１の方向）及び水平方向に直交する垂直方向（又は第２の方向）に沿ってそれぞれ複数設けられたｍ，ｎライン（ｍ，ｎは３以上の自然数）に沿って格子状に配置されているとする。
図３の構成を援用すると、図３における２行の画素をｍ行に、２列の画素をｎ列にした場合に対応する。
図１３の処理が開始すると、ステップＳ４１において（制御回路３２の制御下で制御動作を行う）例えばイメージャ制御回路２２内のイメージャ動作制御回路５１は、タイミングジェネレータ５３がＭＯＳ型撮像素子１６を駆動する場合のパラメータｉ，ｋを初期値ｉ＝１，ｋ＝１に設定するように制御する。以下においては、タイミングジェネレータ５３が制御する動作も、イメージャ動作制御回路５１が行う場合で説明する。

図１３に示す処理の概要は、設定部３３ａ等により第２の動作モード中において、第１の動作モードを行うように動作タイミングが設定された場合においては、動作モード制御部を構成するイメージャ動作制御回路５１は、ｍライン分の画素における１ライン分の画素を第１の動作モードで読み出し、読み出した１ライン分の画素の信号を黒レベルの信号値としてメモリ２３に保存（又は格納）し、かつｍライン分の画素の信号を第２の動作モードで読出し、読み出したｍライン分の画素の信号をフレームメモリ６２ａ又は６２ｂに保存（又は格納）し、フレームメモリ６２ａ又は６２ｂに保存（又は格納）する前又は後に黒レベルの補正を行うようにする。
また、上記第１の動作モードで読み出す１ライン分の画素を、例えば第１ラインから最後の第ｍラインまで順次変更することにより、受光部４５の全画素の黒レベルの信号値を取得する処理となる。取得後は、第２の動作モードのみを行う動作モードとなり、第２の動作モードにおいて得られる画像信号を、第１の動作モードにより取得した黒レベルの信号値を用いて補正を行う。
上記ステップＳ４１におけるパラメータｉは、水平方向の１ライン分の画素の信号（Ｈｉで表す）を読み出す場合のパラメータを表し、パラメータｋは、第１の動作モードで水平方向の１ライン分の画素の黒レベルの信号（Ｂｋで表す）を読み出す場合のパラメータを表す。

次のステップＳ４２においてイメージャ動作制御回路５１は、パラメータｉがｋに等しいかを判定する。初期値の場合、パラメータｉ（＝１）はｋ（＝１）に等しいために次のステップＳ４３の処理に進む。ステップＳ４３においてイメージャ動作制御回路５１は、読出部４６がパラメータｉの信号Ｂｉ（＝Ｂｋ）を第１の動作モードで読み出すように制御する。つまり、読出部４６（のリセット／転送制御回路４３）は、リセット信号φＲを出力した後、転送信号φＴをオフにした第１の動作モードで、パラメータｉの信号を黒レベルの信号Ｂｉとして読み出す。
ステップＳ４４に示すようにＭＯＳ型撮像素子１６から出力されるパラメータｉ（＝ｋ＝１）の黒レベルの信号Ｂｉはメモリ２３の信号値格納部２３ａの第２の信号値格納部（図１１において２３ａａで示す）に、１ライン分の信号値が、その１ライン分の画素アドレスに対応するメモリエリアに順次格納（保存）される。この場合、イメージャ動作制御回路５１は、切替スイッチ５５を接点ａがオンするように切り替える。
次のステップＳ４５においてイメージャ動作制御回路５１は、読出部４６がパラメータｉの信号Ｈｉを第２の動作モードで読み出すように制御する。つまり、読出部４６（のリセット／転送制御回路４３）は、リセット信号φＲを出力した後、転送信号φＴをオンにした第２の動作モードで、パラメータｉの信号Ｈｉを読み出す。

ステップＳ４６に示すようにＭＯＳ型撮像素子１６から出力されるパラメータｉ（＝１）の信号Ｈｉは補正回路２４′のフレームメモリ６２ａ又は６２ｂに、１ライン分の画像信号が格納される。この場合、イメージャ動作制御回路５１は、切替スイッチ５５を接点ｂがオンするように切り替える。
次のステップＳ４７においてイメージャ動作制御回路５１は、パラメータｉが最後のラインｍであるか否かの判定を行う。現在、パラメータｉは１であるため、パラメータｉはｍに等しくないと判定され、ステップＳ４８においてパラメータｉが１つ大きくする処理（ｉ＝ｉ＋１）が行われた後、ステップＳ４２の処理に移る。この場合、パラメータｉは２になる。
ステップＳ４２においてイメージャ動作制御回路５１は、パラメータｉ（＝２）がｋ（＝１）に等しくないと判定し、ステップＳ４５の処理に移る。ステップＳ４５においてイメージャ動作制御回路５１は、パラメータｉの信号Ｈｉを第２の動作モードで読み出すように制御し、さらにステップＳ４６〜Ｓ８の処理をパラメータｉが１の場合と同様に行った後、ステップＳ４２の処理に戻る。

このような処理を繰り返し、パラメータｉがｍに等しくなると、１フレーム分の画像の読出が終了し、ステップＳ４７の判定処理を経てステップＳ４９の処理に進む。
ステップＳ４９においてイメージャ動作制御回路５１は、パラメータｋがｍに等しいか否かの判定を行い、等しくない判定結果の場合には、次のステップＳ５０においてイメージャ動作制御回路５１は、パラメータｉを１，ｋを１つ大きくした（ｋ＝ｋ＋１）後、ステップＳ４２の処理に戻る。
この場合、ステップＳ４２においてイメージャ動作制御回路５１は、パラメータｉ（＝１）がｋ（＝２）に等しくないと判定し、ステップＳ４５の処理に移り、ステップＳ４５〜Ｓ４８の処理を行った後、ステップＳ４２の処理に戻る。
この場合にはパラメータｉが２になるので、ステップＳ４２においてパラメータｉがｋ（＝２）に等しいと判定される。そして、ステップＳ４３，Ｓ４４の処理が行われ、さらにステップＳ４５〜Ｓ４８の処理が行われ、ステップＳ４２の処理に戻る。
このような処理が、パラメータｋがｍに等しくなるまで切り替えされる。パラメータｋがｍに等しくなると、受光部４５の全画素の黒レベルの信号値をメモリ２３の信号値格納部２３ａの第２の信号値格納部２３ａａに格納（保存）する処理が終了する。

このため、ステップＳ４９においてイメージャ動作制御回路５１が、パラメータｋがｍに等しいと判定した場合には、図１３の処理を終了する。
図１３の処理が終了した場合には、第２の動作モードのみを行う動作モードとなり、第２の動作モードの画像信号を図１３の処理により第２の信号値格納部２３ａａに格納された黒レベルの信号値を用いて黒レベルの補正を行うことになる。
なお、図１３に示す受光部４５の全画素の黒レベルの信号値を第２の信号値格納部２３ａａに格納する処理が終了するまでの間においては、この処理が終了する前にメモリ２３の信号値格納部２３ａに格納されている受光部４５の全画素の黒レベルの信号値を黒レベルの補正に用いることができる。この場合に限定されるものでなく、例えば、ユーザ用信号値格納部２３ａａにおける図１３の処理を開始する前に既に格納されている黒レベルの信号値が存在する場合には、図１３の処理により古い黒レベルの信号値を更新し、一部が更新される黒レベルの信号値を用いて黒レベルの補正を行うようにしても良い。

このように動作する変形例によれば、内視鏡２Ａ、２Ｂ、又は２Ｃを使用している環境温度が変化して黒レベルが変化するような場合においても、その環境温度における黒レベルの情報を取得して、モニタ５に表示する画像の黒レベルを精度良く補正できる。また、内視鏡２Ｃの場合には、更に画素欠陥を補正することもできる。
また、図１３に示す処理は、受光部４５の全画素を読み出す場合におけるｍライン分の信号読出を行う通常の１フレームの読出期間Ｔに対して、ｍ＋１ライン分の読出期間Ｔ×（ｍ＋１）／ｍとなるため、ｍ＞＞１の場合には、通常の読出期間Ｔと殆ど同じ期間をｍフレーム期間、繰り返すことにより、受光部４５の全画素の黒レベルの情報を取得することができる。そして、黒レベルの情報の取得後は、取得した黒レベルの情報を用いて、画質の良い画像をモニタ５において表示することができる。
なお、図１３に示す処理は、１フレームの読出期間Ｔにおいて１ライン分の黒レベルの信号値を取得する処理の場合を説明したが、例えば２ライン分、又は３ライン分等の複数ラインの黒レベルの画素信号値を取得する処理を行うようにしても良い。
なお、図１３に示す処理を変更しても良い。例えば、第１の動作モードで黒レベルの情報として、例えばｊ番目の１ライン分の画素を読み出した場合には、第２の動作モードではｊ番目の１ライン分の画素の読み出しを行わないようにしても良い。この場合、第２の動作モードでのｊ番目の１ライン分の画素が欠落するため、例えばｊ番目の１ラインに隣接するｊ−１番目とｊ＋１番目の両１ライン分の画素の信号値で（欠落を）補正したり、１フレーム前のｊ番目の１ライン分の画素で（欠落を）補正するようにしても良い（図１３に示す処理は、このような補正を必要としないで、１フレーム分の動画の画像を取得できるメリットを有する）。
また、上述した説明においては、黒レベルの画素信号値を、受光部４５を形成する全ての画素に対して、取得する例を説明したが、各ラインに対して１つのみ取得するようにすることもできる。
なお、上述した変形例を含む実施形態を部分的に組み合わせて異なる実施形態を構成しても良い。

本出願は、２０１５年７月２２に日本国に出願された特願２０１５−１４５０９３号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (7)

1. 受光量に応じた光電変換を行い、電荷を蓄積する光電変換素子、
   前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送する転送部、
   転送される電荷を信号へ変換する電荷変換部、
   前記電荷変換部の信号をリセットするリセット部、
   前記電荷変換部により変換された信号を出力する信号出力部、
   前記信号出力部と接続される垂直転送線、
   を単位の画素とした複数の画素を備える固体撮像素子を挿入部の先端部を設けた内視鏡と、
   前記リセット部をオフ状態、かつ前記転送部をオフ状態にして前記電荷変換部の信号レベルを黒レベルとした該黒レベルの画素信号を前記垂直転送線へ出力する第１の動作モード、及び前記リセット部をオンからオフ状態、かつ前記転送部をオン状態にして前記光電変換素子が蓄積した電荷を前記電荷変換部に転送した後、前記電荷変換部の信号を黒レベルが補正されていない通常の画素信号として前記信号出力部を介して、前記垂直転送線へ出力する第２の動作モードの動作タイミングを設定する設定部、
   前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードを切り替える動作モード制御部、
   前記第２の動作モードにおいて前記固体撮像素子の出力部から、出力される複数の前記通常の画素信号からなる画像信号における黒レベルを補正する黒レベル補正部、
   を備える信号処理装置と、を有する撮像装置であって、
   前記信号処理装置は、
   前記第１の動作モードにおいて取得した黒レベルの画素信号値をメモリに保存し、前記黒レベル補正部で前記第２の動作モードにおいて取得される前記画像信号を前記メモリに保存した黒レベルの画素信号値を用いて補正し、
   前記撮像装置は、
   前記挿入部内に挿通され、前記固体撮像素子から前記画像信号を出力させるための駆動信号を生成するための同期信号と、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードで前記固体撮像素子をそれぞれ動作させる動作モード制御信号と、前記画像信号と、を伝送する信号線として、前記同期信号と前記動作モード制御信号とを共通化した信号線を用いて伝送する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記メモリは、前記第１の動作モードにおいて前記固体撮像素子から出力される前記複数の光電変換素子全ての黒レベルの画素信号値を保存し、
   前記黒レベル補正部は、前記第２の動作モードにより取得される前記画像信号を構成する前記通常の画素信号全てを、前記メモリに保存した前記黒レベルの画素信号値によりそれぞれ補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記内視鏡は、前記内視鏡に内蔵された前記固体撮像素子における欠陥画素のアドレスを保存する第２のメモリを備え、
   前記黒レベル補正部は、前記第２の動作モードにおいて前記欠陥画素のアドレスに対応する前記画像信号に対して、該欠陥画素の周囲の複数の画素の画素信号で補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記固体撮像素子は、前記複数の画素が直交する第１方向及び第２方向にそれぞれ複数設けられたｍ，ｎライン（ｍ，ｎは３以上の自然数）に沿って格子状に配置され、
   前記設定部により前記第２の動作モード中において、前記第１の動作モードを行うように動作タイミングが設定された場合においては、
   前記動作モード制御部は、ｍライン分の画素における１ライン分の画素を前記第１の動作モードで読み出し、読み出した１ライン分の画素の信号を黒レベルの信号値としてメモリに保存し、かつｍライン分の画素の信号を前記第２の動作モードで読み出す制御を、前記第１の動作モードで読み出す場合の前記１ラインを変更して、繰り返し行うように制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記動作モード制御部は、前記第１の動作モードにより前記固体撮像素子から出力させる前記１ラインを、１フレーム期間毎に順次異なるｍラインに変更して、ｍフレーム期間繰り返し行うように制御することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記信号処理装置は、前記固体撮像素子から前記第２の動作モードにおいて、読み出された前記ｍライン分の画素の信号からなる画像信号に対してモニタに表示するための表示用画像信号を生成する画像処理回路を有し、
   前記動作モード制御部が前記第１の動作モードにより前記固体撮像素子から出力される前記１ラインを、１フレーム期間毎に順次異なるｍラインに変更して、ｍフレーム期間繰り返し行うように制御する当該ｍフレーム期間、前記モニタは、ｍライン分の画素を有する前記表示用画像信号の画像を表示することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記内視鏡は、該内視鏡に設けられた前記固体撮像素子に対して前記第１の動作モードにおいて取得した黒レベルの画素信号値を保存する前記メモリと、該メモリに保存した黒レベルの画素信号値を用いて補正する前記黒レベル補正部とを内蔵することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

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