JP2002344811A

JP2002344811A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP2002344811A
Application number: JP2001143461A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Kojima; 一哲小島; Hiroshi Ishii; 広石井; Noriyuki Fujimori; 紀幸藤森; Tsutomu Nakamura; 力中村; Tsutomu Hirai; 力平井; Takemichi Honda; 武道本多; Hironobu Ichimura; 博信一村; Takahiko Mitani; 貴彦三谷; Jun Hiroya; 純広谷; Koichi Yoshimitsu; 浩一吉満
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2002-11-29

Abstract

(57)【要約】【課題】固体撮像素子に入射する光量に応じて各面素
の信号出力を調整することにより、モニタ全域に渡り明
るく調整された画像を表示することができる観察性の優
れた固体撮像素子を提供する。【解決手段】電荷量増幅アンプ２９は、前記有効画素
領域の中心から同心円状に増幅率を変えてあり、その増
幅率は、例えば有効画素領域の中心画素への光量を１、
増幅率を１倍とすると、光量が１／２の画素の場合は増
幅率を２倍とし、信号出力として略同じになるように設
定してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対物レンズを通し
て結像される固体撮像素子において、特に一画素毎に信
号出力を調整する部分に特徴のある固体撮像素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子を使用した電子内視鏡で
は、被写体像を対物レンズによって固体撮像素子の撮像
面に結像させて得られる電気信号を、内視鏡外部に設置
した画像処理装置に信号ケープルを介して伝送し、画像
信号に変換してモニタに画像を表示して観察を行ってい
る。

【０００３】内視鏡の挿入部先端は硬性化されており固
体撮像素子や対物レンズが埋め込まれている。この硬性
部は、患者の苦痛を和らげるためにできるだけ細径化、
短小化されることが望ましい。

【０００４】硬性部の細径化、短小化を図るためには、
対物レンズの外径を細くし、短小化するためにレンズ枚
数を制約したりすることが必要不可欠である。

【０００５】しかし、最近では、さらに深い被写界深度
・広視野角等の要求もあり、対物レンズから固体撮像素
子の撮像面に入射する光量は少なくなる一方である。ま
た、対物レンズを使用する結像系では、固体撮像素子の
撮像面に結像させようとすると、その撮像面に入射する
光量は、光軸中心に対し周辺にいくほど少なくなり、中
心と周辺の光量差が生じてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電子内視鏡に用いられる固体撮像素子では、各画素
の感度がほぼ均一になるように設計されているため、モ
ニタに表示された画像は、中心に対して周辺にいくほど
暗くなってしまい、周辺の情報が損なわれていた。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、固体撮像素子に入射する光量に応じて各画角の
信号出力を調整することにより、モニタ全域に渡り明る
く調整された画像を表示することができる観察性の優れ
た固体撮像素子を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、１画素毎に駆動可能な固体撮像素子であって、前記
固体撮像素子の任意の画素を指定して信号出力を読み出
すことが可能な信号読み出し手段と、配光分布に応じて
１画素毎または複数の画素からなる画素エリア毎に前記
信号出力の調整が可能な出力調整手段とを備えて構成さ
れる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。

【００１０】図１ないし図３は本発明の第１の実施の形
態に係わり、図１は撮像装置としての電子内視鏡の構成
を示す構成図、図２は図１の電子内視鏡に用いられる固
体撮像素子のレイアウト図、図３は図２の固体撮像素子
内の回路構成を示すブロック図である。

【００１１】図１に示すように、本実施の形態の撮像装
置としての電子内視鏡１は、体腔内等に挿入可能な細長
い挿入部２を有しており、先端側から硬性の先端部３、
湾曲可能な湾曲部４、可撓性を有する可撓管部５が設け
られている。

【００１２】挿入部２の後端側には、把持部を兼ねた操
作部６が連設されており、操作部６の側方より信号ケー
ブル、ライトガイドファイバ等を内設したユニバーサル
コード７が延出している。ユニバーサルコード７は端部
に設けられたコネクタ８を介してカメラ・コントロール
・ユニット（以下、ＣＣＵと記す）９が接続されるよう
になっている。

【００１３】なお、ＣＣＵ９は、図示はしないが、前記
電子内視鏡１に照明光を供給する光源装置を内蔵してお
り、この照明光は、ユニバーサルコード７及び挿入部２
内を挿通する図示しないライトガイドファイバ束により
先端部３に伝送され、被写体に照射されるようになって
いる。

【００１４】そして、このＣＣＵ９は、信号ケーブル１
０を介してモニタ１１に接続されており、先端部３内に
設けられた後述する固体撮像素子で撮像された被写体の
画像信号を信号処理し、被写体画像をモニタ１１に表示
するようになっている。

【００１５】図２に示すように、固体撮像素子２０は、
一画素毎に信号を読み出せるＸＹアドレス方式の固体撮
像素子であり、ＣＭＯＳプロセスを利用して集積化され
ている。

【００１６】なお、図２の有効画素領域上に表記されて
いる同心円は、電荷量増幅アンプ２９が有効画素領域の
中心から周辺にいくほど増幅率が高くなっていくことを
模式的に表記したものである。

【００１７】図２及び図３に示すように、前記固体撮像
素子２０の外形形状は四角形であり、固体撮像素子２０
は、モニタヘの出画形状に合わせた八角形形状の有効画
素領域２３と、前記有効画素領域外に設けたＯｐｔｉｃ
ａｌＢｌａｃｋ部（以下、ＯＢ部）２８と、前記有効
画素領域内に光の強度を電荷量に変換する光電変換部２
４と電荷量増幅アンプ２９からなる複数の画素３０と、
各列の画素３０から垂直方向に水平転送回路２６まで電
荷を転送する垂直転送回路２５と、各垂直転送回路２５
から転送された電荷を読み出しアンプまで水平方向に転
送する水平転送回路２６と、水平転送回路２６から転送
される電荷量に応じて電気信号を出力する信号出力アン
プ２７とを備えるとともに、垂直転送回路２５及び水平
転送回路２６を駆動する駆動信号発生回路２１および電
気信号を処理する信号処理回路２２のうち一つ、または
これらの回路を任意に組合せ、集積化している。

【００１８】前記電荷量増幅アンプ２９は、前記有効画
素領域の中心から同心円状に増幅率を変えてあり、その
増幅率は、例えば有効画素領域の中心画素への光量を
１、増幅率を１倍とすると、光量が１／２の画素の場合
は増幅率を２倍とし、信号出力として略同じになるよう
に設定してある。尚、本実施の形態では、一画素毎に設
定してある。

【００１９】本実施の形態においては、各画素３０に電
荷量を増幅する電荷量増幅アンプ２９を設けることによ
り、有効画素領域全域にわたり均一の光量が得られた状
態と略同等の効果が得られる。

【００２０】また、固体撮像素子２０は、ライン読み出
し方式の固体撮像素子と違いライン毎にＯＢ部が存在し
なければならないといった制約がなく、任意の領域にＯ
Ｂ部を設けることができる。八角形の有効画素領域２３
の場合、その領域外の四隅にＯＢ部２８を設けることが
でき、ライン読み出し方式の固体撮像素子にくらべて小
型化できる。さらに、駆動信号発生回路２１や信号処理
回路２２などの回路もその四隅に設けることにより固体
撮像素子の小型化できる。

【００２１】図４ないし図６は本発明の第２の実施の形
態に係わり、図４は電子内視鏡に用いられる固体撮像素
子のレイアウト図、図５は図４の固体撮像素子内の回路
構成を示すブロック図、図６は図４の固体撮像素子の信
号読み出し方法を示す図である。

【００２２】第２の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

【００２３】図４及び図５に示すように、本実施の形態
の固体撮像素子２０ａは、第１の実施の形態と同様の一
画素毎に信号を読み出せるＸＹアドレス方式の固体撮像
素子であり、ＣＭＯＳプロセスを利用して集積化されて
いる。

【００２４】尚、図４の有効画素領域上に表記されてい
る例えば同心円は、複数の画素からなる画素エリアを示
しており、周辺にいくほど画素の受光エリアの面積が大
きくなっていることを模式的に示したものである。ま
た、前記画素エリアは、対物レンズより得られる光量に
よって決まり、例えば中心画素の光を１したとき０．９
の光量が得られる画素までのエリアとしている。もしく
は、同心円状の画素エリアをあらかじめ形成し、前記画
素エリアの平均光量に応じて受光エリアの面積を決めて
もよい。

【００２５】前記固体撮像素子２０ａの外形形状はモニ
タヘの出画形状に合わせた八角形形状であり、画素３０
の受光エリア３１の面積を変え、得られる受光量を変え
ることにより電気信号を調整している。

【００２６】前記受光エリア３１の面積は、前記有効画
素領域中心を中心に同心円状に変えてあり、その面積
は、例えば中心の画素エリアの平均光量を１、そのエリ
ア内の画素から得られる平均受光量を１とすると、平均
光量が１／２の画素エリアの場合は平均受光量が２にな
るように受光エリア３１の面積を変え、信号出力として
略同じになるように設定してある。尚、本実施の形態で
は、画素エリア毎に設定してある。

【００２７】本実施の形態においては、各画素３０の受
光エリア３１の面積を調整することにより、有効画素領
域全域にわたり均一の光量が得られた状態と略同等の効
果が得られる。

【００２８】また、前記固体撮像素子２０ａの外形形状
を八角形にすることにより、内視鏡のような円筒状なも
のの中で使用する場合において空間を効率よく使用で
き、小型化に寄与する。

【００２９】尚、垂直転送回路２５および水平転送回路
２６は、２分割されてあり、それぞれ左右、上下に配置
され、各画素からの信号配線が交差しない構造になって
いる。また、ＯＢ部２８及びパッド部３２は、固体撮像
素子２０ａの外形寸法が大きくならないように配置して
ある。

【００３０】また、図６に示すように、固体撮像素子２
０ａは、ライン読み出し方式の固体撮像素子と違い、ラ
イン毎に読み出さなければならないといった制約がな
く、そのため読み出しを有効画素領域２３の中心画素か
ら同心円上に読み出すことが可能である。

【００３１】このような読み出し方法４１により、有効
画素領域２３より狭い画素領域を使用する場合において
も、使用画素領域４０まで読み出せばよく、結果として
固体撮像素子２０の消費電力の削減や、不要な画素を読
み出さないためその部分のダークノイズが低減される。

【００３２】図７及び図８は本発明の第３の実施の形態
に係わり、図７は電子内視鏡に用いられる固体撮像素子
のレイアウト図、図８は図７の固体撮像素子内の信号調
整回路の構成を示すブロック図である。

【００３３】第１の実施の形態と異なる点のみ説明し、
同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

【００３４】図７に示すように、本実施の形態の固体撮
像素子２０ｂは、第１実施形態と同様の一画素毎に信号
を読み出せるＸＹアドレス方式の固体撮像素子であり、
ＣＭＯＳプロセスを利用して集積化されている。また、
前記固体撮像素子の有効画素領域は、複数の画素からな
る画素エリア毎に例えば５×５の２５分割されており、
各画素毎に外部信号により増幅率の可変が可能な電荷量
増幅アンプが設けられている。

【００３５】電子内視鏡装置では、光源の数や向き被写
体像の凹凸等により有効画素領域内で光量差が生じる。
この光量差を補うために各画素の増幅率を調整し、モニ
タ全域の明かるさを均一にし、観察しやすくする。

【００３６】その方法は、図８に示すように、例えば信
号調整回路５０で有効面素領域２３の全画素と画素エリ
ア５１の平均光量を求め、その平均光量の比から各面素
の増幅率を決定し、外部信号により各画素の増幅率を変
え、信号出力を行う。前記増幅率の調整は、一定時間毎
に調整が行われ、略リアルタイムに行われる。

【００３７】尚、前記増幅率は有効画素領域の平均光量
と画素エリアの平均光量の比が１：Ｘの場合、１／Ｘと
なる。ここでは、画素エリア毎に調整を行ったが、画素
毎に行うこともある。また、ここでは、全画素の平均光
量に対して調整を行ったが、ある一定の光量を基準に調
整を行うこともある。

【００３８】本実施の形態においては、被写体への光源
のあたりかたによる光量差を画素毎に増幅率をかえるこ
とにより有効画素領域全域にわたり均一の光量が得られ
た状態と略同等の効果が得られる。

【００３９】以上、第１ないし３の実施の形態に示した
ように、一画素ごとに信号を読み出せる固体撮像素子を
用い、一画素毎または、画素エリア毎に信号出力を調整
することにより、対物レンズにより生じる光軸中心と周
辺の光量差を補うことが可能になり、観察性を向上させ
ることができる。また、第３の実施の形態に示す構成に
すると被写体への光源のあたりかたによる光量差を補う
ことができる。

【００４０】以上説明したように、本発明の内視鏡用撮
像装置によれば、対物レンズを使用する結像系で生じる
画像周辺部の光量低下を固体撮像素子で電気信号の出力
調整を行うことにより、有効画素領域全域にわたり均一
の光量が得られた状態と略同等の効果が得られる。

【００４１】また、一画素毎に信号出力を読み出せる固
体撮像素子を使うことにより、モニタヘの出画形状に合
わせた有効画素領域および固体撮像素子の外形形状が形
成でき、その形状に合わせてＯＢ部や駆動信号発生回路
や信号処理回路などを設けることが可能になり、固体撮
像素子の小型化の効果が得られるとともに、信号読み出
し方法も有効画素領域の中心画素から同心円上に読み出
すことが可能になるため、有効画素領域より狭い画素領
域を使用する場合においても、使用画素領域のみを読み
出すことができ、消費電力の低減、不要な画素から生じ
るノイズの低減といった効果が得られる。

【００４２】［付記］（付記項１）被写体像が対物レンズを通して結像され
る位置に固体撮像素子を備えた撮像装置において、一画
素毎に信号出力を読み出せる手段と、前記対物レンズか
ら前記固体撮像素子に得られる光量に応じて一画素毎ま
たは、複数の画素からなる画素エリア毎に信号出力を調
整する手段とを具備したことを特徴とする撮像装置。

【００４３】（付記項２）被写体像が対物レンズを通
して結像される位置に固体撮像素子を備えた撮像装置に
おいて、一画素毎に信号出力を読み出せる手段と、前記
対物レンズの光軸の中心から周辺に略同心円状または同
心円状に広がる多角形形状をなす複数の画素からなる画
素エリア毎に信号出力を調整する手段とを具備したこと
を特徴とする撮像装置。

【００４４】（付記項３）前記信号出力調整手段を、
受光量の大きな画素の信号出力を小さく、受光量の小さ
な画素の信号出力を大きくなるように設定したことを特
徴とする付記項１に記載の撮像装置。

【００４５】（付記項４）前記信号出力調整手段を、
受光量の大きな画素エリアの信号出力を小さく、受光量
の小さな画素エリアの信号出力を大きくなるように設定
したことを特徴とする付記項１または２に記載の撮像装
置。

【００４６】（付記項５）前記信号出力調整手段を、
一定受光量以下の画素の信号出力を大きくなるように設
定したことを特徴とする付記項１に記載の撮像装置。

【００４７】（付記項６）前記信号出力調整手段を、
一定受光量以下の画素エリアの信号出力を大きくなるよ
うに設定したことを特徴とする付記項１または２に記載
の撮像装置。

【００４８】（付記項７）前記信号出力調整手段を、
各画素に設けた増幅アンプの増幅率を変えて行うことを
特徴とする付記項１ないし６のいずれか１つに記載の撮
像装置。

【００４９】（付記項８）前記信号出力調整手段を、
各画素の受光エリアを変えて行うことを特徴とする付記
項１ないし６のいずれか１つに記載の撮像装置。

【００５０】（付記項９）前記固体撮像素子を、ＣＭ
ＯＳプロセスにより製造されたことを特徴とする付記項
１ないし８のいずれか１つに記載の撮像装置。

【００５１】（付記項１０）前記撮像装置を電子内視
鏡に用いたことを特徴とする付記項１ないし９のいずれ
か１つに記載の撮像装置。

【００５２】（付記項１１）外形形状と外形形状と異
なる出画形状とほぼ同一形状の有効画素領域を有する一
画素毎に信号を読み出せる固体撮像素子をもつことを特
徴とする撮像装置。

【００５３】（付記項１２）前記有効画素領域の形状
が、円形状または一部に円弧をもつ形状、四角形以外の
多角形形状であることを特徴とする付記項１１に記載の
撮像装置。

【００５４】（付記項１３）前記有効画素領域に外接
する四角形内の有効画素領域外にＯＢ部を設けたことを
特徴とする付記項１１に記載の撮像装置。

【００５５】（付記項１４）前記有効画素領域に外接
する四角形内の有効画素領域外に駆動信号発生回路およ
び信号処理回路などを設けたことを特徴とする付記項１
１に記載の撮像装置。

【００５６】（付記項１１〜１４の背景）外形形状が四
角形である固体撮像素子において、円形またはハ角形の
有効画素領域を形成しようとすると、四隅に空領域が生
じてしまうため、前記空領域にＯＢ部または駆動信号発
生回路および信号処理回路などを設けた。これによる固
体撮像装置の小型化を目的として付記項１１〜１４の構
成にした。

【００５７】（付記項１５）固体撮像素子の外形形状
を、円形状または一部に円弧をもつ形状または四角形以
外の多角形形状を有する出画形状に合わせたことを特徴
とする撮像装置。

【００５８】（付記項１６）一画素毎に信号出力を読
み出しができる固体撮像素子において、前記撮像素子の
読み出し方法が、画素領域の中心より同心円上に読み出
しを行うことを特徴とする付記項１１ないし１５のいず
れか１つに記載の撮像装置。

【００５９】（付記項１７）前記固体撮像素子は、Ｃ
ＭＯＳプロセスにより製造されたことを特徴とする付記
項１１ないし１６のいずれか１つに記載の撮像装置。

【００６０】（付記項１８）前記撮像装置を電子内視
鏡に用いたことを特徴とする付記項１１ないし１７のい
ずれか１つに記載の撮像装置。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
体撮像素子に入射する光量に応じて各面素の信号出力を
調整することにより、モニタ全域に渡り明るく調整され
た画像を表示することができる観察性の優れた固体撮像
素子を提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置とし
ての電子内視鏡の構成を示す構成図

【図２】図１の電子内視鏡に用いられる固体撮像素子の
レイアウト図

【図３】固体撮像素子内の回路構成を示すブロック図

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電子内視鏡に
用いられる固体撮像素子のレイアウト図

【図５】図４の固体撮像素子内の回路構成を示すブロッ
ク図

【図６】図４の固体撮像素子の信号読み出し方法を示す
図

【図７】本発明の第３の実施の形態に係る電子内視鏡に
用いられる固体撮像素子のレイアウト図

【図８】図７の固体撮像素子内の信号調整回路の構成を
示すブロック図

【符号の説明】

１…電子内視鏡２…挿入部３…先端部４…湾曲部５…可撓管部６…操作部７…ユニバーサルコード８…コネクタ９…ＣＣＵ１０…信号ケーブル１１…モニタ２０…固体撮像素子２１…駆動信号発生回路２２…信号処理回路２３…有効画素領域２４…光電変換部２５…垂直転送回路２６…水平転送回路２７…信号出力アンプ２８…ＯＢ部２９…電荷量増幅アンプ３０…画素３１…受光エリア３２…パッド部４０…使用画素領域４１…読み出し方法５０…信号出力調整回路５１…画素エリア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 23/24 Ｇ０２Ｂ 23/24 ＢＨ０１Ｌ 27/146 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ａ (72)発明者藤森紀幸東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者中村力東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者平井力東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者本多武道東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者一村博信東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者三谷貴彦東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者広谷純東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者吉満浩一東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 2H040 BA13 CA04 CA11 DA03 DA14 DA15 GA01 GA02 GA06 GA11 4C061 AA00 BB02 CC06 DD00 FF40 LL02 NN01 PP11 SS05 SS10 TT01 4M118 AA06 AB01 BA14 CA17 DD01 FA06 FA50 GA04 GB09 GD02 HA22 HA23 HA30 5C024 BX02 CX41 GY39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１画素毎に駆動可能な固体撮像素子であ
って、前記固体撮像素子の任意の画素を指定して信号出力を読
み出すことが可能な信号読み出し手段と、配光分布に応じて、１画素毎または複数の画素からなる
画素エリア毎に前記信号出力の調整が可能な出力調整手
段とを備えたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】前記配光分布は、前記固体撮像素子に像
を形成する対物光学系の特性による配光分布であり、前記複数の画素からなる画素エリアは、前記対物光学系
の光軸中心から周辺に向かって略同心円または多角形状
に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の固
体撮像素子。