專利名稱：攝像裝置及使用它的內窺鏡裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具備CCD (charge coupled device電荷耦合器件)型 攝像元件及MOS型攝像元件等的固體攝像元件的攝像裝置，特別涉 及為了在不能得到足夠的亮度的環(huán)境下能夠進行攝像而具備輔助光 源的攝像裝置。
背景技術：
CCD型攝像元件及MOS型攝像元件等的固體攝像元件并不限于 數(shù)字靜像攝像機及便攜攝像機，也可以作為內窺鏡裝置的攝像元件使 用。通常，由于內窺鏡裝置用于人類的體內及配管的內部那樣的、環(huán) 境光難以到達的場所的攝像，所以具備對被攝體進行照明的照明光 源。此外，使用內窺鏡的場所較窄的情況較多，所以為了實現(xiàn)內窺鏡 的小徑化，除了固體攝像元件自身的小型化以外，還要求包括照明光 源及透鏡系統(tǒng)的攝像裝置整體的小型化。進而，在近年來，除了以往 以來的管型的內窺鏡裝置以外，還開發(fā)了在人體的內部單獨移動的同 時進行攝影的膠囊型的內窺鏡裝置，攝像裝置整體的小型化的要求今 后有變得更強的趨勢。這里，利用圖19對在內窺鏡裝置中使用的攝像裝置(以往例l) 的結構進行說明。圖19是概略地表示以往以來的具備照明光源的攝 像裝置的結構的結構圖。在圖19的例子中，作為固體攝像元件而使 用CCD型攝像元件(以下單稱作"CCD") 101。如圖19所示，以往例1的攝像裝置具備CCD101、控制裝置100、
將被攝體的像成像在CCD101的受光面上的攝像透鏡系統(tǒng)102、對被 攝體進行照明的照明光源103、和顯示攝像圖像的顯示裝置109。 104 是對照明光源103供電的電源。控制裝置100是用于控制CCD101的動作的裝置，主要具備CCD 驅動電路105、模擬電路106、信號處理電路107、以及系統(tǒng)控制器 108。 CCD驅動電路105根據(jù)系統(tǒng)控制器108的指示，生成用來驅動 設在CCD101中的垂直電荷傳送部及水平電荷傳送部(參照圖20) 的各種脈沖，將其供給CCDIOI。通過從CCD驅動電路105供給的 脈沖，在CCDIOI中進行攝像及電荷傳送。此夕卜，從CCDIOI的水平 電荷傳送部輸出的圖像信號被輸入模擬電路106。模擬電路106具備相關雙采樣電路(CDS電路)、及自動增益調 節(jié)電路(AGC電路)等。從CCDIOI輸出的信號在CDS電路的噪音 除去、AGC電路的輸出調節(jié)等之后，向信號處理電路107輸出。信 號處理電路107對于來自模擬電路106的輸出信號進行亮度信號處 理、顏色信號處理、輪廓修正處理、編碼處理等。系統(tǒng)控制器108對 CCD驅動電路105、模擬電路106、及信號處理電路107分別輸出控 制信號，由此來控制它們的動作定時。接著，利用圖20說明在以往例1中使用的CCDIOI的結構。圖 20是表示圖19所示的CCD的概略結構的俯視圖。如圖20所示， CCD101采用隔行傳送。CCD101具備對應于入射光的強度而積蓄電 荷的光電變換部110、垂直電荷傳送部111、水平電荷傳送部113、和 電荷電壓變換部(輸出放大器)114。光電變換部110是設在半導體基板116上的光敏二極管，設有多 個(參照圖21)。此外，光電變換部110以矩陣狀配置。垂直電荷傳 送部111設置在光電變換部110的垂直方向的每個列，讀取積蓄在各 光電變換部110中的電荷，將其沿垂直方向傳送。水平電荷傳送部 113將由垂直電荷傳送部111傳送來的信號電荷沿水平方向傳送。具體而言，雖然在圖20中沒有表示，但垂直電荷傳送部111由 沿著光電變換部110的垂直方向的列設在半導體基板116上的溝道區(qū) 域、和設在該溝道區(qū)域的上層的多個傳送電極(垂直傳送電極)構成 (參照圖21)。多個垂直傳送電極橫截溝道區(qū)域而形成，或者沿著垂 直方向排列。
此外，在以往例1中，對一個光電變換部110設有兩條垂直傳送 電極。在以往例1中，由一個光電變換部110、與其對應的兩條垂直 傳送電極、和該兩條垂直傳送電極的正下方的溝道區(qū)域的一部分構成 一個像素112。形成有像素112的區(qū)域整體成為攝像區(qū)域115。此外， 多個垂直傳送電極的每一個經由設在攝像區(qū)域115的周圍的總線布 線(未圖示)與驅動端子4)Vl d)V4中的任一個連接。具體地，各 垂直傳送電極從圖中上方以驅動端子小V1、小V2、 4>V3、 4>V4的 順序連接。
由此，如果CCD驅動電路105 (參照圖19)對驅動端子d)Vl及 ^> V3施加H電平的讀取脈沖，則積蓄在光電變換部110的信號電荷 被讀取到垂直電荷傳送部。接著，CCD驅動電路105若向驅動端子 ^V1 》V4施加M電平及L電平的傳送脈沖，被讀取的信號電荷通 過垂直電荷傳送部111沿垂直方向傳送。
此外，水平電荷傳送部113由沿著水平方向設置在半導體基板 116上的溝道區(qū)域、和沿著水平方向排列的多個傳送電極(水平傳送 電極)構成(參照圖21)。各水平傳送電極與驅動端子4H1及4)H2 中的任一個連接。由此，CCD驅動電路105 (參照圖19)向驅動端 子4)H1、小H2交替施加H電平及L電平的傳送脈沖，若進行兩相驅 動，則信號電荷沿水平方向被傳送。結果，從垂直電荷傳送部lll傳 送到水平電荷傳送部113的電荷到達電荷電壓變換部114。
電荷電壓變換部114將由水平電荷傳送部113傳送來的電荷變換 為電壓，輸出得到的電壓信號。該電壓信號被上述的模擬電路106(參 照圖19)及信號處理電路107 (參照圖19)處理，得到攝像圖像。此外，如圖20所示，CCD101具備用來控制基板電壓的SUB端 子。這是為了將在光電變換部110中過剩地產生的電荷排出。對于這 一點，利用圖21 (a)及圖21 (b)進行說明。圖21 (a)是表示圖 19及圖20所示的CCD的像素的結構的剖視圖，圖21 (b)是表示圖 21 (a)中所示的線Z—Z'方向的電勢分布的圖。如圖21 (a)所示，CCD具備N型半導體基板(硅基板)116。 此外，在半導體基板116的表層側形成有P阱123。進而，在半導體 基板116的形成有P阱123的區(qū)域內，設有構成光電變換部110的N 型的擴散層121。光電變換部110是由該N型的擴散層121、P阱123、 和N型的半導體基板116構成的NPN構造的光敏二極管。在擴散層 121的表層，為了抑制光電變換部110的表面處的暗電流的產生而形 成有P+型的表面反轉層122。垂直電荷傳送部111具備形成在半導體基板116的表層上的N型 的溝道區(qū)域(擴散層)126、和傳送電極127。傳送電極127經由絕 緣膜128設在半導體基板116上的與溝道區(qū)域126重合的位置上。此 外，垂直電荷傳送部111及光電變換部110的表面由覆蓋CCD的整 面的層間絕緣膜129覆蓋。在層間絕緣膜129的上層還形成有在與光 電變換部110重合的部分設有開口的遮光膜130。此外，在圖21 (a)的例子中，圖示了兩個垂直電荷傳送部lll， 但其中，圖中左側的垂直電荷傳送部111讀取積蓄在光電變換部110 中的電荷。圖中右側的垂直電荷傳送部111讀取未圖示的另一個光電 變換部的電荷。因此，在光電變換部110的圖中左側，為了讀取信號 電荷而形成有P一型的讀取部124。另一方面，在光電變換部110的周 圍的沒有形成讀取部124的部位上，為了對每個像素112分離電荷而 形成有P+型的元件分離部125。此外，還如圖20所示，在半導體基板116上具備SUB端子。進 而，攝像裝置具備電壓供給電路117。電壓供給電路117經由該SUB 端子，對半導體基板116的沒有設置P阱123的區(qū)域和P阱123之間 施加逆偏置電壓。通過該逆偏置電壓的施加，使光電變換部110的下 層側的P阱123耗盡。并且，在各像素112中，從光電變換部110的 下表面到P阱123的下表面之間構成溢出勢壘(OFB)。由此，如果強光進入構成光電變換部110的擴散層121中，則由 該部分光電變換后的信號電荷被積蓄，擴散層121的電位下降。并且， 如圖21 (b)所示，超過溢出勢壘的電勢高度的過剩電荷經由NPN 的路徑被向基板側丟棄。結果，抑制了過量的信號電荷溢出到垂直電 荷傳送部lll中而在圖像上形成垂直的條紋的圖像模糊。接著，利用圖22及圖23，對CCDIOI (參照圖20)的動作進行 說明。圖22是表示驅動圖19及圖20所示的CCD的脈沖的定時圖。 圖23是概念性地表示由圖22所示的脈沖驅動的CCD的動作的說明 圖，圖23 (a)表示運動圖像攝影時，圖23 (b)表示靜止圖像攝影 時。另外，在以下的說明中，適當參考圖19及圖20。在圖22、圖23 (a)及圖23 (b)所示的例子中，照明光源103 (參照圖19)在進行攝像的期間總是點亮。此外，如圖22所示，CCD 驅動電路105 (參照圖19)在每1半幀期間(例如1/60秒)中對驅 動端子小V1及cbV3施加H電平的讀取脈沖。因此，在每一半幀期 間中，積蓄在各光電變換部110 (參照圖20)中的電荷被讀取到垂直 電荷傳送部(VCCD) 111 (參照圖20)中。接著，如圖23 (a)所示，在垂直電荷傳送部111中，將在垂直 方向上相鄰的兩個像素的信號電荷相加。該垂直兩像素的信號電荷的 相加的組合在奇數(shù)半幀(第1半幀)和偶數(shù)半幀(第2半幀)中變化， 由此實現(xiàn)隔行掃描。這樣的讀取方式作為半幀讀取方式被公知。此外， 在半幀讀取方式中，通過將垂直兩像素的信號電荷相加能夠輸出運動 分辨率良好的連續(xù)圖像。 一般，半幀讀取方式在運動圖像的攝像中較
多使用。此外，如果在任一個半幀期間中快門按鈕被按下、快門觸發(fā)信號 被輸入(接通)，則該半幀期間成為用于拍攝靜止圖像的曝光期間(1/60秒)。接著，如圖23 (b)所示，通過接下來的讀取脈沖的施 加而被讀取的奇數(shù)半幀或偶數(shù)半幀(單半幀)的圖像被作為靜止圖像 輸出。這樣，在以往例1中，快門觸發(fā)信號被接通的半幀期間(曝光期 間)和進行靜止圖像的輸出的下個半幀期間成為靜止圖像攝像期間。 除此以外的半幀期間成為運動圖像攝像期間，改變電荷加法運算的組 合而連續(xù)輸出圖像。此外，在運動圖像攝像期間及靜止圖像攝像期間 的任一個中，施加在CCD101的SUB端子上的反偏置電壓(SUB電 壓)都被固定為M電平。由此，在光電變換部110中過剩地產生的 信號電荷經由OFB被排出到半導體基板。這樣，如果通過半幀讀取方式使CCD101動作，則能夠拍攝運動 圖像與靜止圖像兩者，還能夠在運動圖像的攝像中切換為靜止圖像攝 像。但是，在上述的攝像裝置中，如圖23 (b)所示，靜止圖像也是 將垂直兩像素的信號電荷相加而得到的單半幀的圖像。因此，在上述 的攝像裝置中，只能得到垂直分辨率為像素數(shù)的一半的靜止圖像，有 難以得到高精細的靜止圖像的問題。為了解決這樣的問題，日本特許第3440722號公報及日本特開 2004—328681號公報提出了具備機械快門等的遮光機構、通過利用 遮光機構的幀讀取來進行靜止圖像的攝像的攝像裝置。利用圖24 圖26以下對具備遮光機構的攝像裝置(以往例2)進行說明。圖24是概略地表示以往以來的具備機械快門的攝像裝置的結構 的結構圖。圖25是表示用來驅動圖24所示的CCD的脈沖的定時圖。 圖26是概念性地表示由圖25所示的脈沖驅動的CCD的動作的說明 圖，圖26 (a)表示運動圖像攝影時，圖26 (b)表示靜止圖像攝影時。如圖24所示，以往例2的攝像裝置在攝像鏡頭系統(tǒng)102與 CCD101之間，除了具備機械快門140這一點以外，與以往例l的攝 像裝置同樣地構成。此外，在以往例2中，也是快門觸發(fā)信號被接通 的半幀期間(曝光期間)和下個半幀期間成為靜止圖像攝像期間，除 此以外的期間為運動圖像攝像期間。進而，如圖25所示，機械快門 140在運動圖像攝像期間中總是打開，在運動圖像攝像期間中，機械 快門140不會截斷向CCD101的入射光。由此，如圖25及圖26 (a)所示，在以往例2的攝像裝置中，在 運動圖像攝像期間中也與以往例1的攝像裝置同樣，通過半幀讀取方 式輸出連續(xù)圖像。此外，如圖25所示，機械快門140根據(jù)系統(tǒng)控制器108的指示， 在曝光期間的下個半幀期間中被關閉。在該半幀期間中，通過了攝像 透鏡系統(tǒng)102的光不能入射到CCD101的受光面，成為沒有被光電變 換的狀態(tài)。進而，如圖25所示，在曝光期間的下個半幀期間的開始時，即 與機械快門140被關閉同時，僅對驅動端子* VI施加H電平的讀取 脈沖。接著，進行被讀取的電荷向垂直方向的傳送。此外，在該傳送 結束后，這一次僅對驅動端子4> V3施加H電平的讀取脈沖，也進行 被讀取的電荷向垂直方向的傳送。因此，如圖26 (b)所示，在第1半幀中，積蓄在奇數(shù)行的像素 列中的電荷不被混合而被讀取，接著，在第2半幀中，將積蓄在偶數(shù) 行的像素列中的信號電荷不被混合而被讀取。然后，將這樣得到的兩 個半幀的圖像通過信號處理電路(參照圖19及圖24) 107合成，成 為一張幀圖像。另外，這樣的讀取方式作為幀讀取方式被公知。這樣，在以往例2的靜止圖像攝像期間中，積蓄在像素中的電荷 被分為兩個半幀被讀取，然后，兩個半幀的圖像被合成為幀圖像。此 外，此時沿垂直方向相鄰的兩個像素的信號電荷不被相加。由此，根據(jù)以往例2，與以往例1相比能夠提高靜止圖像的垂直分辨率。此外，在以往例2中，在曝光期間的經過后，通過機械快門140， 將CCD101遮光。由此，在位于奇數(shù)行的像素列中的光電變換部與位 于偶數(shù)行的像素列中的光電變換部中，在相同的定時進行相同時間的 光電變換。因此，即使在是攝像運動的被攝體的情況下，在第1半幀 的圖像與第2半幀的圖像之間也不會發(fā)生被攝體的位置偏差或時間 偏差，能夠得到半幀間階差較小的靜止圖像。如上所述，如果搭載機械快門、通過幀讀取方式拍攝靜止圖像， 則能夠得到攝像分辨率較高的靜止圖像。但是，為了搭載機械快門， 需要其自身及驅動它的驅動裝置的搭載空間。因此，在將以往例2的攝像裝置應用到內窺鏡中的情況下，會發(fā) 生內窺鏡大型化的問題，難以對應小型化的要求。機械快門的搭載在 與數(shù)字靜像照相機及便攜攝像機等的比內窺鏡尺寸大的裝置中是比 較容易的，但在內窺鏡裝置中比較困難。此外，機械快門具備機械機構，構造上容易發(fā)生故障，特別在體 內使用的醫(yī)療用的內窺鏡裝置中，為了確?？煽啃远蟊M可能不易 發(fā)生故障。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是消除上述問題、提供一種不具備機械快門等的遮 光機構、能夠實現(xiàn)靜止圖像的分辨率的提高的攝像裝置、使用它的內 窺鏡裝置。為了達到上述目的，本發(fā)明的攝像裝置是能夠拍攝運動圖像及靜 止圖像的攝像裝置，其特征在于，具備固體攝像元件、對被攝體進行 照明的照明光源、和控制上述固體攝像元件及上述照明光源的控制裝 置；上述固體攝像元件具備以矩陣狀排列的多個光電變換部、和將積
蓄在各光電變換部中的電荷讀取的讀取部；在上述運動圖像的拍攝 時，上述控制裝置在上述照明光源點亮的狀態(tài)下，使上述讀取部進行 上述電荷的讀??；當被指示上述靜止圖像的拍攝時，在用于得到上述 靜止圖像的曝光結束后，使上述照明光源熄滅，在上述照明光源熄滅 的期間，使上述讀取部分為多個半幀進行上述全部電荷的讀取，合成 按每個半幀分別讀取的上述電荷，來生成一個靜止圖像。此外，為了達到上述目的，本發(fā)明的內窺鏡裝置是具備能夠拍攝 運動圖像及靜止圖像的攝像裝置的內窺鏡裝置，其特征在于，上述攝 像裝置具備固體攝像元件、將被攝體照明的照明光源、和控制上述固 體攝像元件及上述照明光源的控制裝置；上述固體攝像元件具備以矩 陣狀排列的多個光電變換部、和將積蓄在各光電變換部中的電荷讀取 的讀取部；在上述運動圖像的拍攝時，上述控制裝置在上述照明光源 點亮的狀態(tài)下，使上述讀取部進行上述電荷的讀取；當被指示上述靜 止圖像的拍攝時，在用于得到上述靜止圖像的曝光結束后，使上述照 明光源熄滅，在上述照明光源熄滅的期間，使上述讀取部分為多個半 幀進行上述全部電荷的讀取，合成按每個半幀分別讀取的上述電荷， 來生成一個靜止圖像。由上所述，在本發(fā)明中，在用于得到靜止圖像的曝光結束之后。 將照明光源熄滅，抑制光向固體攝像元件的入射。因此，根據(jù)本發(fā)明 的攝像裝置及具備它的內窺鏡，能夠不裝備機械快門等的遮光機構而 執(zhí)行幀讀取，結果能夠實現(xiàn)靜止圖像的分辨率的提高。


圖1是概略地表示本發(fā)明的實施方式1的攝像裝置的結構的結構圖。圖2是表示驅動設置在圖1所示的攝像裝置中的CCD的脈沖的 定時圖。 圖3是表示在本發(fā)明的實施方式1中，在固體攝像元件中設有濾 色片的情況下的信號排列的圖，圖3(a)表示運動圖像攝像時，圖3 (b)表示靜止圖像攝像時。圖4是概略地表示本發(fā)明的實施方式1的內窺鏡裝置的結構的結 構圖。圖5是概念性地表示構成本發(fā)明的實施方式2的攝像裝置的固體 攝像元件的動作的說明圖，圖5(a)表示運動圖像攝像時，圖5(b) 表示靜止圖像攝像時。圖6是表示在本發(fā)明的實施方式2中，在固體攝像元件中設有濾 色片的情況下的信號排列的圖，圖6(a)表示運動圖像攝像時，圖6 (b)表示靜止圖像攝像時。圖7是概念性地表示構成本發(fā)明的實施方式3的攝像裝置的固體 攝像元件的動作的說明圖，圖7 (a)表示運動圖像攝像時，圖7 (b) 表示靜止圖像攝像時。圖8是表示在本發(fā)明的實施方式3中，在固體攝像元件中設有濾 色片的情況下的信號排列的圖，圖8(a)表示運動圖像攝像時，圖8 (b)表示靜止圖像攝像時。圖9是表示用于對本發(fā)明的實施方式4中使用的固體攝像元件進 行驅動的脈沖的定時圖。圖10是表示在本發(fā)明的實施方式4中使用的固體攝像元件的厚 度方向的電勢分布的圖。圖11是表示用于對本發(fā)明的實施方式5中使用的固體攝像元件 進行驅動的脈沖的定時圖。圖12是表示在本發(fā)明的實施方式5中使用的固體攝像元件的厚 度方向的電勢分布的圖。圖13是將最大積蓄電荷量與電勢分布一起表示的圖。圖14是表示用于驅動在本發(fā)明的實施方式6中使用的固體攝像
元件的脈沖的定時圖。圖15是表示在本發(fā)明的實施方式6中使用的固體攝像元件的厚 度方向的電勢分布的圖，圖15 (a)表示在靜止圖像的讀取時將反偏 置電壓設定為一定的情況，圖15 (b)表示在靜止圖像的讀取時調制 反偏置電壓的情況。圖16是表示用于驅動在本發(fā)明的實施方式7中使用的固體攝像 元件的脈沖的定時圖。圖17是表示對垂直電荷傳送部施加髙速清除脈沖的狀態(tài)的說明 圖，圖17 (a) 圖17 (c)表示主要的一系列的過程。圖18是表示對垂直電荷傳送部施加髙速清除脈沖的狀態(tài)的說明 圖，圖18 (d) 圖18 (f)表示接著圖17 (c)的主要的一系列的過 程。圖19是概略地表示以往以來的具備照明光源的攝像裝置的結構 的結構圖。圖20是表示圖19所示的CCD的概略結構的俯視圖。圖21 (a)是表示圖19及圖20所示的CCD的像素的結構的剖視圖，圖21 (b)是表示圖21 (a)中所示的線Z—Z'方向的電勢分布的圖。圖22是表示驅動圖19及圖20所示的CCD的脈沖的定時圖。 圖23是概念性地表示由圖22所示的脈沖驅動的CCD的動作的說明圖，圖23 (a)表示運動圖像攝影時，圖23 (b)表示靜止圖像攝影時。圖24是概略地表示以往以來的具備機械快門的攝像裝置的結構 的結構圖。圖25是表示用于驅動圖24所示的CCD的脈沖的定時圖。 圖26是概念性地表示由圖25所示的脈沖驅動的CCD的動作的 說明圖，圖26 (a)表示運動圖像攝影時，圖26 (b)表示靜止圖像
攝影時。
具體實施方式
本發(fā)明的攝像裝置是能夠拍攝運動圖像及靜止圖像的攝像裝置， 其特征在于，具備固體攝像元件、對被攝體進行照明的照明光源、和控制上述固體攝像元件及上述照明光源的控制裝置；上述固體攝像元 件具備以矩陣狀排列的多個光電變換部、和讀取積蓄在各光電變換部 中的電荷的讀取部；在上述運動圖像的拍攝時，上述控制裝置在上述 照明光源點亮的狀態(tài)下，使上述讀取部進行上述電荷的讀?。划敱恢?示上述靜止圖像的拍攝時，在用于得到上述靜止圖像的曝光結束后使 上述照明光源熄滅，在上述照明光源熄滅的期間，使上述讀取部分為 多個半幀進行上述全部電荷的讀取，合成按每個半幀分別讀取的上述 電荷，來生成一個靜止圖像。此外，本發(fā)明的內窺鏡裝置是具備能夠拍攝運動圖像及靜止圖像 的攝像裝置的內窺鏡裝置，其特征在于，上述攝像裝置具備固體攝像 元件、將被攝體照明的照明光源、和控制上述固體攝像元件及上述照 明光源的控制裝置；上述固體攝像元件具備以矩陣狀排列的多個光電 變換部、和讀取積蓄在各光電變換部中的電荷的讀取部；在上述運動 圖像的拍攝時，上述控制裝置在上述照明光源點亮的狀態(tài)下，使上述 讀取部進行上述電荷的讀?。划敱恢甘旧鲜鲮o止圖像的拍攝時，在用 于得到上述靜止圖像的曝光結束后使上述照明光源熄滅，在上述照明 光源熄滅的期間，使上述讀取部分為多個半幀進行上述全部電荷的讀 取，合成按每個半幀分別讀取的上述電荷，來生成一個靜止圖像。在上述本發(fā)明的攝像裝置及內窺鏡裝置中，上述控制裝置可以在 上述運動圖像的拍攝時，使上述讀取部進行將沿垂直方向排列的兩個 以上的上述光電變換部的上述電荷相加的半幀讀取。在此情況下，能 夠得到平滑的運動圖像輸出。
此外，在上述本發(fā)明的攝像裝置及內窺鏡裝置中，上述控制裝置 還可以在上述運動圖像的拍攝時，使上述讀取部僅讀取上述多個光電 變換部中的一部分光電變換部積蓄的電荷。在此情況下，對于攝像對 象的運動較快的情況有效。在上述本發(fā)明的攝像裝置及內窺鏡裝置中，優(yōu)選為如下的形態(tài) 上述光電變換部形成在半導體基板上；上述固體攝像元件具備用來調節(jié)積蓄在上述光電變換部中的電荷量的溢出勢壘。根據(jù)該形態(tài)，通過 調節(jié)溢出勢壘的電勢高度，能夠調節(jié)積蓄在光電變換部中的電荷量。 此外，在上述形態(tài)中，優(yōu)選在被指示上述靜止圖像的攝像后，上 述控制裝置對上述半導體基板施加排出上述電荷的電子快門脈沖，由 此，調節(jié)用于得到上述靜止圖像的曝光的時間的長度。在此情況下，能夠簡單^k調節(jié)用來得到靜止圖像的曝光期間的長度，能夠進行高精度的曝光時間的設定。進而，在上述形態(tài)中，優(yōu)選在從被指示上述靜止圖像的攝像后到 上述每個半幀的上述電荷的讀取結束的期間，上述控制裝置使上述溢 出勢壘的電勢高度比上述運動圖像攝像時高。在此情況下，能夠實現(xiàn) 靜止圖像攝影時的靈敏度的提高。進而，在上述的情況下，優(yōu)選上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件；上述讀取部具備設置在上述多個光電變換部的垂直方 向的每個列、且將讀取的電荷沿垂直方向傳送的多個電荷傳送裝置， 在上述運動圖像的拍攝時，上述控制裝置使上述多個電荷傳送裝置分 別進行將沿垂直方向排列的N個上述光電變換部的上述電荷相加的 半幀讀?。辉谏鲜龆鄠€電荷傳送裝置的每一個的最大傳送電荷量是SvccD時，上述運動圖像攝像時的上述溢出勢壘的電勢高度被設定為，運動圖像攝像時的上述多個光電變換部的每一個的最大積蓄電荷量 Sm。to滿足下述式(1);從被指示了上述靜止圖像的攝像后到上述每 個半幀的上述電荷的讀取結束的期間的、上述溢出勢壘的電勢高度被
設定為，靜止圖像攝像時的上述多個光電變換部的每一個的最大積蓄 電荷量S^滿足下述式(2)。由此，抑制了圖像模糊的產生。(數(shù)學式5) Svccd》N X Smotj0n ...... (1)(數(shù)學式6) Svccd》Sstiii ...... ( 2 )此外，在上述的情況下，優(yōu)選上述控制裝置在上述照明光源熄滅 后，使上述溢出勢壘的電勢高度比上述運動圖像攝像時高，然后，使 上述讀取部分為多個半幀進行上述全部電荷的讀取即可。由此，能夠 抑制在最初的半幀的電荷的讀取過程中，由后面的半幀讀取的電荷被 排出，能夠防止在半幀間產生輸出信號階差。在上述本發(fā)明的攝像裝置及內窺鏡裝置中，優(yōu)選上述固體攝像元 件是隔行傳送型的固體攝像元件；上述讀取部具備設置在上述多個光 電變換部的垂直方向的每個列、且將讀取的電荷沿垂直方向傳送的多 個電荷傳送裝置；在上述照明光源熄滅后，上述控制裝置對上述多個 電荷傳送裝置分別施加將積蓄在其中的電荷排除的清除脈沖，然后， 使上述讀取部分為多個半幀進行上述全部電荷的讀取。在此情況下， 能夠將不需要的電荷除去而僅抽取信號電荷，能夠提高輸出信號的 S/N比，實現(xiàn)攝像圖像的畫質的提高。此外，還抑制了因半幀間的不 需要的電荷的發(fā)生量的差異而在輸出信號的半幀間產生階差。 (實施方式1)以下，參照圖1 圖4說明本發(fā)明的實施方式1的攝像裝置及內 窺鏡裝置。首先，利用圖1對本實施方式1的攝像裝置的結構進行說 明。圖1是概略地表示本發(fā)明的實施方式1的攝像裝置的結構的結構 圖。本實施方式1的攝像裝置與在背景技術中圖19所示的以往例1 的攝像裝置同樣，構成內窺鏡裝置(參照圖4)的一部分，在外光難
以到達的黑暗部分拍攝運動圖像及靜止圖像。此外，在本實施方式l 中也與以往例1同樣，作為固體攝像元件而使用隔行傳送型的CCD型攝像元件(CCD) 1。具體而言，如圖1所示，本實施方式1的攝像裝置與以往例1的 攝像裝置同樣，具備CCD1、控制裝置IO、攝像透鏡系統(tǒng)2、照明光 源3、和顯示裝置9?？刂蒲b置10具備CCD驅動電路5、模擬電路6、 信號處理電路7、以及系統(tǒng)控制器8。 4是對照明光源供電的電源。 另外，11表示經由攝像透鏡系統(tǒng)2入射到CCD1中的入射光，12表 示照明光源3射出的照明光。此外，CCD1與在背景技術中圖20所示的CCD101同樣。在圖1 中雖然沒有圖示，但CCD1與以往的CCD101同樣，具備以矩陣狀排 列的多個光電變換部、垂直電荷傳送部、和水平電荷傳送部。垂直電 荷傳送部由沿著光電變換部的垂直方向的列設置在半導體基板上的 溝道區(qū)域、和多個傳送電極(垂直傳送電極)構成(參照圖21)。水 平電荷傳送部由沿著水平方向設在半導體基板上的溝道區(qū)域、和多個 傳送電極(水平傳送電極)構成(參照圖21)。此外，各垂直傳送電極經由設在攝像區(qū)域的周圍的總線布線(未 圖示)連接在驅動端子cl)Vl (l)V4中的任一個上。當對驅動端子^ VI及cJ)V3施加H (high)電平的讀取脈沖時，垂直電荷傳送部具有 讀取積蓄在光電變換部中的信號電荷的讀取部的功能。進而，當對驅 動端子4V1 4)V4施加M (middle)電平及L (low)電平的傳送脈 沖時，垂直電荷傳送部沿垂直方向傳送讀取的信號電荷。此外，各水 平傳送電極連接在驅動端子4)H1及》H2中的任一個上。當對驅動端 子4)H1及4)H2交替地施加H (high)電平及L (low)電平的傳送脈 沖時，水平電荷傳送部沿水平方向傳送信號電荷。此外，CCD1的光電變換部與以往的CCD101的光電變換部同樣 地構成(參照圖21)。 g卩，構成CCD1的半導體基板是N型的硅基板。 此外，在半導體基板的表層側形成有P阱，在半導體基板的形成有P 阱的區(qū)域內設有N型的擴散層。光電變換部是由N型的擴散層、P阱、和N型的半導體基板構成的NPN構造的光敏二極管。進而，在本實施方式l中，CCD1與以往的CCD101同樣，在半 導體基板的沒有形成P阱的區(qū)域與P阱之間具備用來施加反偏置電壓 的SUB端子(參照圖21)。反偏置電壓的施加是基于系統(tǒng)控制器8 的指示、通過電壓供給電路(參照圖21 (a))進行的。這樣，本實施方式1的攝像裝置具備與以往例1的攝像裝置同樣 的結構。此外，在本實施方式l中，也與以往例1及以往例2同樣， 控制裝置10使垂直電荷傳送部進行將沿垂直方向排列的兩個以上的 光電變換部的電荷相加的半幀讀取，由此進行運動圖像攝像。但是，在通過系統(tǒng)控制器8控制照明光源3的點亮及熄滅定時的 方面，本實施方式1的攝像裝置與以往例1的攝像裝置不同。此外， 雖然本實施方式1的攝像裝置如以往例2那樣不具備機械快門，也能 夠通過幀讀取方式拍攝靜止圖像。以下，利用圖2具體地說明這一點。 圖2是表示對設置在圖1所示的攝像裝置中的CCD進行驅動的脈沖 的定時圖。如圖2所示，在本實施方式1中，也與以往例1及以往例2同樣， 在運動圖像攝像期間中將照明光源3點亮(接通)。并且，CCD驅動 電路5 (參照圖1)在每1半幀期間(例如1/60秒)中對驅動端子ct) VI及cl)V3施加H電平的讀取脈沖，使垂直電荷傳送部讀取積蓄在 各光電變換部中的電荷。此外，垂直電荷傳送部將沿垂直方向相鄰的 兩個像素的信號電荷相加(參照圖23 (a))。加法的組合在奇數(shù)半幀 (第1半幀)和偶數(shù)半幀(第2半幀)中改變。另一方面，如果快門觸發(fā)信號被輸入(接通)，則與以往例1及 以往例2同樣，半幀期間成為曝光期間(例如l/30秒)，但在本實施 方式1中，在曝光期間的結束后通過系統(tǒng)控制器8將照明光源3熄滅 (關閉)。此外，本實施方式1的攝像裝置構成內窺鏡裝置的一部分， 在黑暗部的攝像中使用。由此，通過照明光源3的熄滅，成為入射光 11難以經由攝像透鏡系統(tǒng)2入射到CCD1中的狀況。進而，該狀況與以往例2中機械快門被關閉的狀況大致相同。并且，如圖2所示，系統(tǒng)控制器8在照明光源3熄滅的期間中使 垂直電荷傳送部分為多個半幀(在本實施方式1中分為兩個半幀)進 行積蓄在光電變換部中的全部電荷的讀取。進而，系統(tǒng)控制器8使信 號處理電路7合成按每個半幀得到的圖像，來制作1張幀圖像。具體而言，與照明光源3的熄滅同時，根據(jù)系統(tǒng)控制器8的指示， CCD驅動電路5對驅動端子4)V1施加H電平的讀取脈沖。接著， CCD驅動電路5對驅動端子d) Vl 中V4施加M電平及L電平的傳 送脈沖，將讀取的電荷沿垂直方向傳送。此外，在該傳送結束后， CCD驅動電路5再對驅動端子巾V3施加H電平的讀取脈沖。接著， CCD驅動電路5將此時讀取的電荷也沿垂直方向傳送。結果，在本實施方式l中，也與以往例2同樣，積蓄在奇數(shù)行的 像素列中的電荷與積蓄在偶數(shù)行的像素列中的電荷不被混合而被讀 取(參照圖26 (b))，幀讀取方式的靜止圖像的攝像完成。這樣，在 本實施方式1中，與以往例2不同，通過將照明光源3熄滅來實現(xiàn)幀 讀取方式的靜止圖像的攝像。此外，由于不需要使用機械快門等的遮 光機構，所以能夠同時實現(xiàn)攝像裝置的小型化和靜止圖像的高分辨率 化兩者。另外，在本實施方式1中，與以往例1及以往例2同樣，在運動 圖像攝像期間及靜止圖像攝像期間的任一個中，對CCD1的SUB端 子施加的反偏置電壓(基板電壓)都被固定為M電平，超過一定量 的電荷經由OFB區(qū)域向半導體基板排出。此外，從實現(xiàn)靜止圖像的畫質的提高的方面來看，攝像裝置的使 用環(huán)境優(yōu)選為使將照明光源熄滅時的亮度約為10勒克司以下的環(huán)
境。具體而言，可以舉出人體、其他動物的身體內部、配管的內部等。 進而，在本實施方式1中，為了得到彩色的運動圖像及靜止圖像， 可以做成在CCD1中設有濾色片的形態(tài)。圖3是表示在本發(fā)明的實施 方式1中在固體攝像元件中設有濾色片的情況下的信號排列的圖，圖3 (a)表示運動圖像攝像時，圖3 (b)表示靜止圖像攝像時。如圖3所示，在本實施方式1中，黃色(Ye)、青色(Cy)、品紅 (Mg)、以及綠(G)的補色濾色片形成為色差順序排列狀。由此， 如圖3 (a)所示，在運動圖像攝像時，通過半幀讀取方式將垂直兩 像素的互補色信號相加而讀取，所以可得到每秒60半幀的運動圖像。 此外，如圖3 (b)所示，在靜止圖像攝像時，通過幀讀取方式獨立 地讀取所有像素的互補色信號，可得到分辨率較高的靜止圖像。另外，在本實施方式中，使用補色濾色片的理由如下。即，在使 用原色濾色片的情況下，如果將垂直兩像素的信號相加(例如R+G 或B+G)，則在后段的信號處理中不會回到原來的原色信號。因此， 在使用原色濾色片的情況下，通常進行所有像素獨立讀取。另一方面， 在補色濾色片中，即使將垂直兩像素的信號相加讀取，在后段通過進 行以下的色差信號處理也能夠近似地導出原色信號。艮P，如果將亮度信號Y如下述式(3)那樣近似，則將色差信號 (R—Y)及(B—Y)如式(4)及式(5)那樣近似。 Y={ (G+Cy) + (Mg+Ye) } X 1/2 ……(3) R—Y={ (Mg+Ye) — (G+Cy) }=2R—G ……(4) B —Y={ (Mg+Cy) — (G+Ye) }=2B—G ……(5) 根據(jù)這些式(3) 式(5)，通過以下的式(6) 式(8)近似 原色信號R、 G、 B。另外，下述的n、 m、 p、 q是系數(shù)。G-Y— (R—Y) — (B—Y) ...... (6)R=n (R—Y) +m{Y— (B—Y) } ...... (7)B=p (B—Y) +q{Y— (R—Y) } ...... (8)
這樣，即使將垂直兩像素的電荷相加也不會失去顏色信息的補色 濾色片由于能夠通過信號相加使靈敏度成為2倍，所以與原色濾色片 相比對于黑暗場所中的運動圖像攝影是有利的，適合于在便攜攝像機 及內窺鏡等中使用。但是，在使用補色濾色片的結構中，由于通過運 算互補色信號而近似地導出原色信號，所以與通過原色濾色片獨立地 讀取所有像素的情況相比，有顏色再現(xiàn)性較差的缺點。因而，在需要 重視顏色再現(xiàn)性勝于靈敏度的情況下， 一般使用具備原色濾色片的CCD。接著，利用圖4說明本實施方式1的內窺鏡裝置。圖4是概略地 表示本發(fā)明的實施方式1的內窺鏡裝置的結構的結構圖。如圖4所示， 本實施方式1的內窺鏡裝置是管型的內窺鏡裝置。內窺鏡裝置由用來 攝影影像的照相機單元23、進行照相機單元23的控制及各種信號處 理的控制器單元24、和顯示裝置9構成。照相機單元23具備插入人體內部及配管內部等中的插入部21、 和操作部22。插入部21呈管狀，在其前端具備構成攝像裝置的CCD1、 攝像透鏡系統(tǒng)2及照明光源3。此外，插入部21的前端可彎曲地構 成，構成彎曲部25。具體而言，在插入部21的內部，搭載有用來傳 遞彎曲動力的金屬線、及產生彎曲動力的驅動器等(未圖示)。此外，在操作部22中，設有用來拉伸金屬線的撥盤、及用來使 驅動器動作的按鈕等，操作者通過操作部22控制插入部21的彎曲。 此外，在插入部21的前端有時搭載有其它用來進行治療或取得組織 的鉗子、或用來噴出藥劑或空氣的噴嘴等。在此情況下，它們的操作 也通過操作部22進行。此外，在控制單元24搭載有攝像裝置的剩余的一部分、即信號 處理電路7、照明光源3的電源4、以及系統(tǒng)控制器8。由此，由照 相機單元23攝影、由控制單元24信號處理后的影像(運動圖像及靜 止圖像)被顯示在顯示裝置9上。
這樣，本實施方式1的內窺鏡裝置在內部具備本實施方式1的攝 像裝置。因此，可以不具備機械快門等，而通過幀讀取方式拍攝靜止 圖像。因而，根據(jù)本實施方式l的內窺鏡裝置，能夠在抑制裝置的大 型化的同時、通過靜止圖像的高分辨率化來提高疾病及故障等的發(fā)現(xiàn) 率。
(實施方式2)
接著，參照圖5及圖6對本發(fā)明的實施方式2的攝像裝置及內窺 鏡裝置進行說明。圖5是概念性地表示構成本發(fā)明的實施方式2的攝 像裝置的固體攝像元件的動作的說明圖，圖5 (a)表示運動圖像攝 像時，圖5 (b)表示靜止圖像攝像時。
本實施方式2的攝像裝置與圖1所示的實施方式1的攝像裝置不 同點在于，在運動圖像攝像時裝置內部進行的處理。在除此以外，本 實施方式2的攝像裝置與圖1所示的實施方式1的攝像裝置同樣。此 外，本實施方式2的內窺鏡裝置具備與圖4所示的實施方式1的內窺 鏡裝置同樣的結構。以下對實施方式1的不同點進行說明。
如圖5 (a)所示，在本實施方式2中，控制裝置在運動圖像的拍 攝時，使垂直電荷傳送部111僅讀取多個光電變換部110中的一部分 光電變換部110所積蓄的電荷。g卩，系統(tǒng)控制器(參照圖l)在l半 幀期間(例如l/60秒鐘)的光電變換后，對CCD驅動電路(參照圖 1)給予指示，使垂直電荷傳送部111進行剔除一部分像素行的讀取。
具體而言，CCD驅動電路根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，例如以4像 素行為1組，僅對從上數(shù)第1個像素行和第4個像素行施加讀取脈沖。 由此，僅將積蓄在處于第1個像素行和第4個像素行中的光電變換部 110中的電荷讀取到各垂直電荷傳送部110中。
因而，根據(jù)本實施方式2，在每4個像素行中僅讀取兩個像素行， 其余的兩個像素行被剔除，所以運動圖像中的垂直方向的分辨率減 半。但是，由此能夠以例如60幀/秒的幀速度輸出運動圖像(在實施方式1中是30幀/秒)，運動圖像的幀速率提高。本實施方式2的攝 像裝置在攝像對象的運動較快的情況以及想要以高速取入運動圖像 時是有用的。
此外，本實施方式2的攝像裝置也可以做成僅在不要求垂直分辨
率的情況下進行上述的剔除像素行的運動圖像攝影、在除此以外的情 況下進行與實施方式1的攝像裝置同樣的運動圖像攝像的形態(tài)。作為 不要求垂直分辨率的情況，可以舉出例如攝像裝置以取景器模式或液 晶顯示器模式動作的情況、進行自動對焦的調焦的情況、進行曝光及
白平衡調節(jié)的情況等。另外，如圖5 (b)所示，在本實施方式2中， 也與實施方式1同樣，攝像裝置通過照明光源的熄滅的幀讀取來拍攝 靜止圖像。
在本實施方式2中，也可以為了得到彩色的運動圖像及靜止圖像， 可以做成在CCD中設有濾色片的形態(tài)。圖6是表示在本發(fā)明的實施 方式2中在固體攝像元件中設有濾色片的情況下的信號排列的圖，圖 6 (a)表示運動圖像攝像時，圖6 (b)表示靜止圖像攝像時。
如圖6所示，在本實施方式2中，綠(G)、紅(R)、以及藍(B) 的原色濾色片以拜爾(Bayer)排列狀形成。由此，如圖6 (a)所示， 通過像素行剔除讀取來進行運動圖像攝像，但讀取的像素分別單獨地 呈現(xiàn)原色，所以與使用補色濾色片的情況相比，可以實現(xiàn)提高色再現(xiàn) 性。此外，如圖6 (b)所示，在靜止圖像中，讀取全部像素，各像 素分別呈現(xiàn)原色，與實施方式1相比顏色再現(xiàn)性提高(在靜止圖像中， 在實施方式l中，也獨立地讀取所有像素，所以分辨率在實施方式2 與實施方式l中是相同的電平)。
另外，在本實施方式2中，作為一例，對每4個像素行中僅讀取 兩個像素行的情況進行了說明，但讀取像素行的周期和讀取的像素行 只要對應于需要的垂直分辨率及幀速率設定就可以。例如在每6個像 素行中僅讀取2個像素行的情況下，雖然垂直分辨率減少至1/3，但
能夠將幀速率提高到90幀/秒。 (實施方式3)
接著，參照圖7及圖8對本發(fā)明的實施方式3的攝像裝置及內窺 鏡裝置進行說明。圖7是概念性地表示構成本發(fā)明的實施方式3的攝 像裝置的固體攝像元件的動作的說明圖，圖7 (a)表示運動圖像攝 像時，圖7 (b)表示靜止圖像攝像時。
本實施方式3的攝像裝置與圖1所示的實施方式1的攝像裝置不 同點也在于，當運動圖像攝像時在裝置內部進行的處理。在除此以外， 本實施方式3的攝像裝置與圖1所示的實施方式1的攝像裝置同樣。 此外，本實施方式3的內窺鏡裝置也具備與圖4所示的實施方式1的 內窺鏡裝置同樣的結構。以下對實施方式l的不同點進行說明。
如圖7 (a)所示，在本實施方式3中，控制裝置在運動圖像的拍 攝時，將處于隔一個像素行的位置的兩個光電變換部110各自的電荷 相加。具體而言，在1半幀期間(例如1/60秒鐘)的光電變換后， CCD驅動電路根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，以4像素行為1組，僅對從 上數(shù)第1個像素行和第2個像素行施加讀取脈沖。由此，僅將積蓄在 處于第1個像素行和第2個像素行中的光電變換部110中的電荷讀取 到各垂直電荷傳送部111中。然后，CCD驅動電路通過施加傳送脈 沖，將讀取的第1個及第2個像素行的電荷分別傳送到第3個或第4 個像素行。
接著，CCD驅動電路根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，僅對從上數(shù)第3 個像素行與第4個像素行施加讀取脈沖，結果，將已經被讀取并傳送 來的第1個像素行的像素與被讀取的第3個像素行的像素相加。同樣， 將已經被讀取并傳送來的第2個像素行的像素與被讀取的第4個像素 行的像素相加。
這樣，在本實施方式3中，不進行剔除而將兩個像素行的信號相 加，所以與實施方式2相比運動圖像攝像時的靈敏度提高為2倍。此
外，在本實施方式3中垂直方向的行數(shù)減半，所以與實施方式2同樣，
能夠以例如60幀/秒的幀速度輸出運動圖像，在CCD中設有原色濾 色片的情況下的運動圖像攝影中是特別有用。對于這一點利用圖8進 行說明。另外，如圖7 (b)所示，在本實施方式3中，也與實施方 式1同樣，攝像裝置通過照明光源的熄滅的幀讀取來拍攝靜止圖像。
圖8是表示在本發(fā)明的實施方式3中在固體攝像元件中設有濾色 片的情況下的信號排列的圖，圖8 (a)表示運動圖像攝像時，圖8 (b)表示靜止圖像攝像時。
如圖8所示，在本實施方式3中，也與實施方式2同樣，將綠(G)、 紅(R)、以及藍(B)的原色濾色片以拜爾排列狀形成。此時，如圖 8 (b)所示，在垂直方向上處于隔一個像素行的位置的兩個濾色片成 為同色。因而，如圖8 (a)所示，在運動圖像攝像時，將同色的電 荷彼此相加。由此，根據(jù)本實施方式3，能夠以高靈敏度得到顏色再 現(xiàn)性較高的運動圖像。
另外，在本實施方式3中，對將4個像素行為1個周期而將從上 數(shù)第1個和第3個像素行、第2個和第4個像素行分別讀取而相加的 情況進行了說明，但像素行的周期只要對應于需要的垂直分辨率及幀 速率設定就可以。例如，也可以以6個像素行為1個周期，將1像素 行+ 3像素行+5像素行、2像素行+4像素行+6像素行分別讀取并 相加。在此情況下，雖然垂直分辨率減少至1/3，但能夠將幀速率提 高到90幀/秒。
(實施方式4)
接著，參照圖9及圖10對本發(fā)明的實施方式4的攝像裝置及內 窺鏡裝置進行說明。圖9是表示用對在本發(fā)明的實施方式4中使用的 固體攝像元件進行驅動的脈沖的定時圖。圖IO是表示在本發(fā)明的實 施方式4中使用的固體攝像元件的厚度方向的電勢分布的圖。
本實施方式4的攝像裝置與圖1所示的實施方式1的攝像裝置不
同點在于具備電子快門。除此以外，本實施方式4的攝像裝置與圖1 所示的實施方式1的攝像裝置同樣。此外，本實施方式4的內窺鏡裝 置也具備與圖4所示的實施方式1的內窺鏡裝置同樣的結構。以下對 實施方式1的不同點進行說明。
如圖9所示，在本實施方式4中，攝像裝置的控制裝置具備施加
將積蓄在光電變換部中的電荷消除的電子快門脈沖的功能?？刂蒲b置 通過電子快門脈沖的施加，來調節(jié)用于得到靜止圖像的曝光時間的長 度。
這里，對電子快門脈沖進行說明。在本實施方式4中，也在構成 CCD的半導體基板上，為了向沒有形成P阱的區(qū)域和P阱之間施加 反偏置電壓(SUB電壓)，具備SUB端子(參照圖21 (a))。由此， 如圖10所示，通過使反偏置電壓的電平變動，能夠調節(jié)溢出勢壘的 電勢高度。例如，如果提高反偏置電壓的電平，則溢出勢壘的電勢高 度與其對應而降低，積蓄的電荷被排出到半導體基板。
如圖9所示，在本實施方式4中，當CCD驅動電路根據(jù)系統(tǒng)控 制器的指示被輸入(接通)快門觸發(fā)信號時，在一定的期間對該SUB 端子作為電子快門脈沖而施加H電平的反偏置電壓。結果，由光電 變換部產生的信號電荷被基板吸取，在光電變換部中不積蓄信號電荷 (參照圖10)。
此外，如果電子快門脈沖的施加結束，則在光電變換部中開始電 荷的積蓄。在本實施方式4中，從結束施加電子快門脈沖到開始讀取 積蓄在光電變換部中的電荷的期間成為曝光期間。
另外，用來得到靜止圖像的電荷讀取及傳送與實施方式1同樣地 進行。在本實施方式4中，也通過半幀讀取進行運動圖像的攝像。此 外，在沒有施加電子快門脈沖時，在本實施方式4中，也與實施方式 l同樣，反偏置電壓的電平被保持為M電平。
這樣，在本實施方式4中，控制裝置通過改變電子快門脈沖的供
給時間及條數(shù)，能夠決定曝光的開始時期，能夠簡單地調節(jié)用來得到 靜止圖像的曝光期間的長度。因此，根據(jù)本實施方式4，與實施方式 1~3比較能夠進行高精度的曝光時間的設定。此外，例如還能夠簡單地將曝光時間設定為很短的時間(例如1/1000秒以下)，所以還能夠攝像高速移動的物體的靜止圖像。(實施方式5)接著，參照圖11及圖12對本發(fā)明的實施方式5的攝像裝置及內 窺鏡裝置進行說明。圖11是表示用來驅動在本發(fā)明的實施方式5中 使用的固體攝像元件的脈沖的定時圖。圖12是表示在本發(fā)明的實施 方式5中使用的固體攝像元件的厚度方向的電勢分布的圖。本實施方式5的攝像裝置與圖1所示的實施方式1的攝像裝置不 同點在于，具備電子快門、及對施加在構成CCD的半導體基板的反 偏置電壓(SUB電壓)進行調制。除此以外，本實施方式5的攝像 裝置與圖1所示的實施方式1的攝像裝置同樣。此外，本實施方式5 的內窺鏡裝置也具備與圖4所示的實施方式1的內窺鏡裝置同樣的結 構。以下對與實施方式l不同的點進行說明。另外，在本實施方式5 中使用的電子快門與在實施方式4中使用的電子快門同樣。由此，在 以下的說明中，以反偏置電壓的調制為中心進行說明。如圖11所示，在本實施方式5中，攝像裝置被輸入快門觸發(fā)信 號之后到基于幀讀取的電荷讀取及傳送結束的期間，使反偏置電壓的 電平比運動圖像攝像時低。具體而言，CCD驅動電路根據(jù)系統(tǒng)控制 器的指示，在從電子快門脈沖的施加結束后的曝光期間中，使反偏置 電壓的電平從之前的M電平降低到L電平。結果，如圖12所示，在曝光期間中，溢出勢壘的電勢高度變得 比之前高，同時在光電變換部中，可積蓄電荷的區(qū)域(光電變換區(qū)域) 沿半導體基板的深度方向擴大。并且，由于入射到光電變換部中的光 在基板的深部也被光電變換，所以實現(xiàn)了靜止圖像的拍攝時的靈敏度
的提高。
但是，如果溢出勢壘的電勢高度變得過高，則積蓄在光電變換區(qū) 域中的電荷的量變得過多，在讀取時有可能從垂直電荷傳送部溢出。 因此，在本實施方式5中，優(yōu)選地如下這樣設定反偏置電壓的電平。
設垂直電荷傳送部各自的最大傳送電荷量為Svccd、運動圖像攝 像時的各光電變換部的最大積蓄電荷量為sm。ti。n、在運動圖像攝像時 相加的像素數(shù)為N (在本實施方式5中N二2)。在此情況下，在運動圖像攝影時，為了使電荷不會在垂直電荷傳送部中溢出，需要滿足下 述式(1)。
(數(shù)學式7) Svccd》NX Smotj0n ...... (1)此外，如果設靜止圖像攝像時的各光電變換部的最大積蓄電荷量 為Sstill，則為了在靜止圖像攝像時使電荷不在垂直電荷傳送部中溢 出，需要滿足下述式(2)。 (數(shù)學式8)SvCCD》Sstiu ...... (2)如果將上述式(1)及上述式(2)表示為圖，則為圖13所示那 樣。圖13是將最大積蓄電荷量與電勢分布一起表示的圖。如圖13所 示，在本實施方式5中，也為了通過幀讀取方式拍攝靜止圖像，靜止 攝像時的最大積蓄電荷量Ssti 為比運動圖像攝像時的最大積蓄電荷大的值。
此外，設運動圖像攝像時的最適合的反偏置電壓的電平為M'電 平時，M'電平只要設定為使上述式(1)成立，gp，設定為溢出勢 壘的電勢高度成為圖13所示的運動圖像攝像時的電勢高度就可以。 進而，如果設靜止圖像攝像時的調制后的反偏置電壓的電平為L'電 平，則L'電平只要設定為使上述式(2)成立，即設定為溢出勢壘 的電勢高度成為圖13所示的靜止圖像攝像時的電勢高度就可以。
這樣，只要如上述那樣設定運動圖像攝像時及靜止圖像攝像時各 自的反偏置電壓的電平(溢出勢壘的電勢高度)，就能夠抑制電荷在 垂直電荷傳送部中溢出，并且，可以盡可能提高積蓄在光電變換部中 的電荷量。(實施方式6)接著，參照圖14及圖15對本發(fā)明的實施方式6的攝像裝置及內 窺鏡裝置進行說明。圖14是表示用來驅動在本發(fā)明的實施方式6中 使用的固體攝像元件的脈沖的定時圖。本實施方式6的攝像裝置與實施方式5的攝像裝置的不同點在 于，反偏置電壓(SUB電壓)的調制時期是曝光期間的結束之后。 除此以外，本實施方式6的攝像裝置與實施方式5的攝像裝置同樣。 以下，對與實施方式5的不同點進行說明。另外，本實施方式6的內 窺鏡裝置也具備與圖4所示的實施方式1的內窺鏡裝置同樣的結構。如圖14所示，在本實施方式6中，根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，在 用來得到靜止圖像的曝光期間的結束后(照明光源的熄滅后)，CCD 驅動電路使反偏置電壓的電平從之前的M電平降低到L電平。這里， 利用圖15對本實施方式6的效果進行說明。圖15是表示在本發(fā)明的實施方式6中使用的固體攝像元件的厚 度方向的電勢分布的圖，圖15 (a)表示在靜止圖像的讀取時將反偏 置電壓設定為一定的情況，圖5 (b)表示在靜止圖像的讀取時調制 反偏置電壓的情況。與本實施方式6不同，考慮在進行靜止圖像的讀取及傳送的期間 中總是將反偏置電壓設定為M電平的情況(參照圖2及圖9)。在此 情況下，如圖15 (a)所示，在讀取積蓄在奇數(shù)行的像素列中的電荷 CFU31的期間中，有時積蓄在偶數(shù)行的像素列中的電荷CFlD2的一部分 會由于其自身所具有的熱能而越過溢出勢壘而排出到半導體基板。在此情況下，積蓄在奇數(shù)行的像素列中的電荷CFlD1的電荷量
SFLD1有可能變得比積蓄在偶數(shù)行的像素列中的電荷CFLD2的電荷量 S化D2大(SFLDI>SFLD2)。進而，如果SFLD1> SFLD2，則在第l半幀的圖像與第2半幀的圖像之間會產生因飽和輸出的不同帶來的半幀階差。
相對于此，在本實施方式6中，在曝光期間的結束后(照明光源的熄滅后)的奇數(shù)行的電荷CpLD,的讀取中，將反偏置電壓的電平從M電平調制為L電平。并且，由此，如圖15 (b)所示，溢出勢壘的電勢高度變高，所以抑制了偶數(shù)行的電荷CFLD2的一部分被排出。進 而，結果為S^d「 SflD2，抑制了因飽和輸出的不同帶來的半幀階差 的發(fā)生。
(實施方式7)參照圖16 圖18對本發(fā)明的實施方式7的攝像裝置及內窺鏡裝 置進行說明。圖16是表示用來驅動在本發(fā)明的實施方式7中使用的 固體攝像元件的脈沖的定時圖。
本實施方式7的攝像裝置與圖1所示的實施方式1的攝像裝置不 同點在于，具備電子快門、及在靜止圖像的讀取前對垂直電荷傳送部 施加高速清除脈沖。除此以外，本實施方式7的攝像裝置與圖1所示 的實施方式1的攝像裝置同樣。此外，本實施方式7的內窺鏡裝置也 具備與圖4所示的實施方式1的內窺鏡裝置同樣的結構。以下，對與 實施方式1的不同點進行說明。另外，在本實施方式7中使用的電子 快門與在實施方式4中使用的電子快門同樣。由此，在以下的說明中， 以高速清除脈沖的施加為中心進行說明。
如圖16所示，在本實施方式7中，CCD驅動電路根據(jù)系統(tǒng)控制 器的指示，在照明光源的熄滅后，分別在奇數(shù)行的像素列的電荷的讀 取(第1半幀的讀取)及偶數(shù)行的像素列的電荷的讀取(第2半幀的 讀取)之前，對各垂直電荷傳送部施加清除電壓。結果，在排除積蓄 在各垂直電荷傳送部中的電荷后，讀取積蓄在光電變換部中的電荷。
這里，利用圖17及圖18對高速清除脈沖進行說明。圖17及圖18是表示對垂直電荷傳送部施加高速清除脈沖的狀態(tài)的說明圖，圖17 (a) 圖18 (f)表示主要的一系列的過程。如圖17 (a)所示，當進行用來得到靜止圖像的曝光(曝光期間 中)時，有時會在垂直電荷傳送部111中產生不需要的電荷。作為該 不需要的電荷，可以舉出因熱而產生的成為暗電流的原因的電荷、從 光電變換部溢出而漏入垂直電荷傳送部中的電荷(作為圖像模糊的原 因的電荷)、因光的泄漏而在垂直電荷傳送部中光電變換而產生的電 荷(作為污跡的原因)等。在這樣的不需要的電荷存在于垂直電荷傳 送部中的情況下，如果從光電變換部讀取電荷，則在讀取的電荷中混 入不需要的電荷，有可能使S/N比惡化。相對于此，在本實施方式7中，如圖17 (b)所示，在照明光源 熄滅，不再產生作為污點及圖像模糊等的原因的不需要的電荷時， CCD驅動電路對垂直電荷傳送部施加高速清除脈沖(參照圖16)。然 后，如圖17 (c)所示，CCD驅動電路根據(jù)系統(tǒng)控制器的指示，進行 奇數(shù)行的像素列的電荷的讀取(第1半幀的讀取)。此外，在圖17 (c)所示的工序結束后，如圖18 (d)所示，有 時會因熱而在垂直電荷傳送部中產生作為暗電流的原因的不需要的 電荷。由此，如圖18 (e)所示，CCD驅動電路對垂直電荷傳送部再 次施加高速清除脈沖。然后，如圖18 (f)所示，CCD驅動電路根據(jù) 系統(tǒng)控制器的指示，進行偶數(shù)行的像素列的電荷的讀取(第2半幀的 讀取)。這樣，在本實施方式7中，對垂直電荷傳送部施加高速清除脈沖 后進行第1半幀及第2半幀的電荷的讀取。因此，除去了不需要的電 荷，而僅提取信號電荷，所以提高輸出信號的S/N比。進而，由此實 現(xiàn)了攝像圖像的畫質的提高。此外，還抑制了因第1半幀與第2半幀 的不需要電荷的產生量的差異而帶來的輸出信號的半幀間的階差。此外，在圖16 圖18所示的例子中，每當半幀的讀取時進行高
速清除脈沖的施加，但本實施方式7并不限于此。在本實施方式7中， 例如也可以是僅在不需要電荷量較大的照明光源的熄滅之后進行高速清除脈沖的施加的形態(tài)(參照圖16及圖17 (b))。在該形態(tài)中， 認為也充分地實現(xiàn)了 S/N比的提高。此外，根據(jù)該形態(tài)，由于省略了 第2半幀的讀取前的高速清除脈沖的施加(參照圖16及圖18 (e)， 所以能夠相應地縮短靜止圖像攝像期間，結果在連拍拍攝靜止圖像等 的情況下是有用的。以上，在實施方式1 實施方式7中，對固體攝像元件是隔行傳 送型的CCD攝像元件的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限于此。在 本發(fā)明中，固體攝像元件也可以是幀隔行傳送型的CCD攝像元件、 MOS型攝像元件。此外，在實施方式1 實施方式7中，溢出勢壘是縱型的溢出勢 壘(溢出泄漏構造)，形成在構成光電變換部的N型的擴散層的最下 面到P阱的最下面的區(qū)域。但是，本發(fā)明并不限于此，溢出勢壘也可 以是橫型的溢出勢壘(溢出泄漏構造)。具體而言，在釆用橫型的溢出勢壘的情況下，與構成光電變換部 的N型擴散層并列地形成N+型的第2擴散層，它們之間成為溢出勢 壘區(qū)域。此外，在它們之間形成有門電極，通過調節(jié)對其施加的電壓 的電平，來調節(jié)溢出勢壘的電勢高度。此外，在實施方式1 實施方式7中，都以4像素行為1周期進 行處理，但并不限于此。在本發(fā)明中，也可以以3像素行為1周期進 行處理。此外，在運動圖像攝像時，也可以是將3像素以上的電荷相 加的形態(tài)。進而，在靜止圖像攝像時，也可以是分為3個半幀以上的 半幀讀取像素的形態(tài)。進而，本實施方式的內窺鏡裝置并不限于管型的內窺鏡裝置，在 本發(fā)明中，也可以是膠囊型的內窺鏡裝置。膠囊型的內窺鏡裝置由于 能夠獨立在人體內部中航行，所以能夠大大地減輕患者的負擔。
以上說明的實施方式只不過是為了使本發(fā)明的技術內容變得清 楚，本發(fā)明并不限于這樣的具體例，能夠在本發(fā)明的主旨和權利要求 書中記載的范圍內進行各種變更來實施，應該廣義地解釋本發(fā)明。本發(fā)明的攝像裝置特別對于內窺鏡裝置的小型化及內窺鏡裝置 的靜止圖像的高分辨率化有用。由此，本發(fā)明的攝像裝置及內窺鏡裝 置具有工業(yè)上的實用性。
權利要求
1、 一種攝像裝置，能夠拍攝運動圖像及靜止圖像，其特征在于， 具備固體攝像元件、對被攝體進行照明的照明光源、和控制上述固體攝像元件及上述照明光源的控制裝置；上述固體攝像元件具備以矩陣狀排列的多個光電變換部、和讀取 積蓄在各光電變換部中的電荷的讀取部；在上述運動圖像的拍攝時，上述控制裝置在使上述照明光源點亮的狀態(tài)下使上述讀取部進行上述電荷的讀??；當被指示上述靜止圖像的拍攝時，在用于得到上述靜止圖像的曝 光結束之后，上述控制裝置使上述照明光源熄滅，在上述照明光源熄 滅的期間，使上述讀取部分為多個半幀進行上述全部電荷的讀取，合 成按每個半幀分別讀取的上述電荷，來生成一個靜止圖像。
2、 如權利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，在上述運動圖 像的拍攝時，上述控制裝置使上述讀取部進行將沿垂直方向排列的兩 個以上的上述光電變換部的上述電荷相加的半幀讀取。
3、 如權利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，在上述運動圖 像的拍攝時，上述控制裝置使上述讀取部僅讀取上述多個光電變換部 中的一部分光電變換部積蓄的電荷。
4、 如權利要求1所述的攝像裝置，其特征在于， 上述光電變換部形成在半導體基板上；上述固體攝像元件具備用于調節(jié)積蓄在上述光電變換部中的電 荷量的溢出勢壘。
5、 如權利要求4所述的攝像裝置，其特征在于，在被指示了上述靜止圖像的攝像后，上述控制裝置對上述半導體基板施加排出上述 電荷的電子快門脈沖，由此，調節(jié)用于得到上述靜止圖像的曝光時間 的長度。
6、 如權利要求4所述的攝像裝置，其特征在于，從被指示了上 述靜止圖像的攝像后到上述每個半幀的上述電荷讀取結束的期間，上 述控制裝置使上述溢出勢壘的電勢高度比上述運動圖像攝像時高。
7、 如權利要求6所述的攝像裝置，其特征在于， 上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件； 上述讀取部具備多個電荷傳送裝置，上述多個電荷傳送裝置設置在上述多個光電變換部的垂直方向的每個列、且將讀取的電荷沿垂直 方向傳送；在上述運動圖像的拍攝時，上述控制裝置使上述多個電荷傳送裝 置分別進行將沿垂直方向排列的N個上述光電變換部的上述電荷相 加的半幀讀?。辉谏鲜龆鄠€電荷傳送裝置各自的最大傳送電荷量是SVCCD時， 上述運動圖像攝像時的上述溢出勢壘的電勢高度被設定為，運動圖像攝像時的上述多個光電變換部的每一個的最大積蓄電荷量Sm。ti。n滿足數(shù)學式l;從被指示了上述靜止圖像的攝像后到上述每個半幀的上述電荷 讀取結束的期間的、上述溢出勢壘的電勢高度被設定為，靜止圖像攝 像時的上述多個光電變換部的每一個的最大積蓄電荷量Sstill滿足數(shù) 學式2:其中，數(shù)學式l為SvCCD》NX Smotion ，數(shù)學式2為SvCCD》SstiU 。
8、 如權利要求6所述的攝像裝置，其特征在于，上述控制裝置 使上述照明光源熄滅后，使上述溢出勢壘的電勢高度比上述運動圖像 攝像時高，然后，使上述讀取部分為多個半幀進行上述全部電荷的讀 取。
9、 如權利要求1所述的攝像裝置，其特征在于， 上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件； 上述讀取部具備多個電荷傳送裝置，上述多個電荷傳送裝置設置在上述多個光電變換部的垂直方向的每個列、且將讀取的電荷沿垂直 方向傳送；上述控制裝置在使上述照明光源熄滅后，對上述多個電荷傳送裝 置的每一個施加將積蓄在其中的電荷排除的清除脈沖，然后，使上述 讀取部分為多個半幀進行上述全部電荷的讀取。
10、 一種內窺鏡裝置，具備能夠拍攝運動圖像及靜止圖像的攝像 裝置，其特征在于，上述攝像裝置具備固體攝像元件、對被攝體進行照明的照明光 源、和控制上述固體攝像元件及上述照明光源的控制裝置；上述固體攝像元件具備以矩陣狀排列的多個光電變換部、和讀取 積蓄在各光電變換部中的電荷的讀取部；在上述運動圖像的拍攝時，上述控制裝置在上述照明光源點亮的 狀態(tài)下，使上述讀取部進行上述電荷的讀??；當被指示了上述靜止圖像的拍攝時，上述控制裝置在用于得到上 述靜止圖像的曝光結束后，使上述照明光源熄滅，在上述照明光源熄 滅的期間，使上述讀取部分為多個半幀進行上述全部電荷的讀取，合 成按每個半幀分別讀取的上述電荷，來生成一個靜止圖像。
11、 如權利要求IO所述的內窺鏡裝置，其特征在于，在上述運 動圖像的拍攝時，上述控制裝置使上述讀取部進行將沿垂直方向排列 的兩個以上的上述光電變換部的上述電荷相加的半幀讀取。
12、 如權利要求10所述的內窺鏡裝置，其特征在于，在上述運 動圖像的拍攝時，上述控制裝置使上述讀取部僅讀取上述多個光電變 換部中的一部分光電變換部所積蓄的電荷。
13、 如權利要求10所述的內窺鏡裝置，其特征在于， 上述光電變換部形成在半導體基板上；上述固體攝像元件具備用于調節(jié)積蓄在上述光電變換部中的電 荷量的溢出勢壘。
14、 如權利要求13所述的內窺鏡裝置，其特征在于，在被指示 了上述靜止圖像的攝像后，上述控制裝置對上述半導體基板施加排出 上述電荷的電子快門脈沖，由此，調節(jié)用于得到上述靜止圖像的曝光 時間的長度。
15、 如權利要求13所述的內窺鏡裝置，其特征在于，在被指示 了上述靜止圖像的攝像后到上述每個半幀的上述電荷的讀取結束的 期間，上述控制裝置使上述溢出勢壘的電勢高度比上述運動圖像攝像 時高。
16、 如權利要求15所述的內窺鏡裝置，其特征在于， 上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件； 上述讀取部具備多個電荷傳送裝置，上述多個電荷傳送裝置設置在上述多個光電變換部的垂直方向的每個列、且將讀取的電荷沿垂直 方向傳送；在上述運動圖像的拍攝時，上述控制裝置使上述多個電荷傳送裝 置分別進行將沿垂直方向排列的N個上述光電變換部的上述電荷相 加的半幀讀取；在上述多個電荷傳送裝置的每一個的最大傳送電荷量是SVCCD時，上述運動圖像攝像時的上述溢出勢壘的電勢高度被設定為，運動 圖像攝像時的上述多個光電變換部的每一個的最大積蓄電荷量sm。ti。n 滿足數(shù)學式l;從被指示了上述靜止圖像的攝像后到上述每個半幀的上述電荷 讀取結束的期間的、上述溢出勢壘的電勢高度被設定為，靜止圖像攝 像時的上述多個光電變換部的每一個的最大積蓄電荷量Sstill滿足數(shù) 學式2:數(shù)學式1為<formula>formula see original document page 6</formula>，數(shù)學式2為<formula>formula see original document page 6</formula>。
17、 如權利要求15所述的內窺鏡裝置，其特征在于，上述控制 裝置在上述照明光源熄滅后，使上述溢出勢壘的電勢高度比上述運動 圖像攝像時高，然后，使上述讀取部分為多個半幀進行上述全部電荷 的讀取。
18、 如權利要求10所述的內窺鏡裝置，其特征在于， 上述固體攝像元件是隔行傳送型的固體攝像元件； 上述讀取部具備多個電荷傳送裝置，上述多個電荷傳送裝置設置在上述多個光電變換部的垂直方向的每個列、且將讀取的電荷沿垂直 方向傳送；上述控制裝置在上述照明光源熄滅后，對上述多個電荷傳送裝置 的每一個施加將積蓄在其中的電荷排除的清除脈沖，然后，使上述讀 取部分為多個半幀進行上述全部電荷的讀取。
全文摘要
本發(fā)明提供一種攝像裝置，能夠拍攝運動圖像及靜止圖像，具備CCD(1)、將被攝體照明的照明光源(3)、和控制CCD(1)及照明光源(3)的控制裝置(10)，CCD(1)具備以矩陣狀排列的多個光電變換部、和讀取積蓄在各光電變換部中的電荷的垂直電荷傳送部，在運動圖像的拍攝時，控制裝置(10)在使照明光源(3)點亮的狀態(tài)下，使垂直電荷傳送部進行電荷的讀取，當被指示了靜止圖像的拍攝時，在用于得到靜止圖像的曝光結束后使照明光源(3)熄滅，在照明光源(3)熄滅的期間，使垂直電荷傳送部分為多個半幀進行全部電荷的讀取，合成按每個半幀分別讀取的電荷來生成一個靜止圖像。
文檔編號H04N5/341GK101123694SQ20071014371
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權日2006年8月8日
發(fā)明者寺西信一, 山田徹 申請人:松下電器產業(yè)株式會社