(57)【要約】【課題】通常撮影と特殊撮影をほぼ同時に実施することが可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】複数の画素部１００を有する固体撮像素１０であって、画素部１００が、光電変換部１１と、光電変換部１１で発生した電荷を選択的に蓄積可能なフローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２とを含み、フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２の各々に蓄積された電荷に応じた信号を独立に読み出す読み出し回路２０を備える。【選択図】図２
2010193421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素部を有する固体撮像素子であって、
前記画素部が、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な複数の電荷蓄積部とを含み、
前記複数の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を独立に読み出す信号読み出し部を備える固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる制御を前記複数の電荷蓄積部それぞれで独立に行う電荷蓄積制御手段を備える固体撮像素子。
【請求項３】
請求項２記載の固体撮像素子であって、
前記画素部が前記光電変換部内の電荷を排出する電荷排出手段を備える固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記複数の電荷蓄積部の各々が、前記光電変換部が形成される半導体基板上方に形成された電荷蓄積領域を含むトランジスタであり、
前記電荷蓄積領域に前記電荷が蓄積され、
前記信号読み出し部が、前記電荷蓄積領域に蓄積される電荷に応じた前記トランジスタの閾値電圧の変化を前記信号として読み出す回路で構成されている固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像素子であって、
前記半導体基板上方に設けられ、前記光電変換部の一部の上方に開口が形成された遮光膜を備え、
前記トランジスタの前記電荷蓄積領域及びチャネル領域は前記遮光膜によって覆われており、
前記光電変換部が、前記トランジスタのチャネル領域の下まで延在している固体撮像素子。
【請求項６】
請求項４又は５記載の固体撮像素子であって、
前記電荷蓄積領域がフローティングゲートである固体撮像素子。
【請求項７】
請求項６記載の固体撮像素子であって、
前記トランジスタが、前記フローティングゲートに前記電荷を注入するための書き込みトランジスタと、前記フローティングゲートの電位変動に応じて閾値電圧が変化するトランジスタであって、前記閾値電圧を検出するための読み出しトランジスタとの２つで構成され、
前記書き込みトランジスタは、前記光電変換部に接続されたソースとゲートとの２端子構造となっている固体撮像素子。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記画素部の前記複数のトランジスタが、それぞれ異なる出力信号線に接続され、前記複数のトランジスタに接続される複数の前記出力信号線の各々に対して前記回路が設けられている固体撮像素子。
【請求項９】
請求項２又は３記載の固体撮像素子であって、
前記電荷蓄積部が浮遊拡散容量であり、
前記電荷蓄積制御手段が、前記複数の浮遊拡散容量の各々に対応して設けられ、対応する前記浮遊拡散容量に前記光電変換部から電荷を転送するためのトランジスタであり、
前記信号読み出し部が、前記複数の浮遊拡散容量の各々に対応して設けられ、対応する前記浮遊拡散容量の電位変化に応じた信号を出力するソースフォロワアンプである固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の固体撮像素子と、
複数種類の光を発光可能な光源と、
撮影トリガに応じて前記複数種類の光をそれぞれ異なるタイミングで発光させると共に、前記複数種類の光の各々の発光に同期させて、該発光によって被写体から入射してくる入射光によって前記光電変換部で発生した電荷を、前記複数種類の光毎に別々の前記電荷蓄積部に蓄積させ、前記複数の電荷蓄積部の各々に電荷を蓄積させた後に、該電荷に応じた信号の読み出しを前記信号読み出し部により開始させる駆動を行う駆動手段とを備える内視鏡装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の内視鏡装置であって、
前記複数の画素部が、第一の画素部と第二の画素部と第三の画素部とを含み、
前記第一の画素部が、前記光電変換部の上方に設けられた赤色の波長域の光を透過する第一のカラーフィルタを含み、
前記第二の画素部が、前記光電変換部の上方に設けられた緑色の波長域の光を透過する第二のカラーフィルタを含み、
前記第三の画素部が、前記光電変換部の上方に設けられた青色の波長域の光を透過する第三のカラーフィルタを含み、
前記複数種類の光が、前記赤色の波長域と前記緑色の波長域と前記青色の波長域とを含む光と特殊光であり、
前記特殊光は、該特殊光の発光に対する被写体からの反射光又は励起光に、前記赤色の波長域内の特定波長、前記緑色の波長域内の特定波長、及び前記青色の波長域内の特定波長のうち少なくとも１つが含まれるように発光波長が設定されている内視鏡装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の内視鏡装置であって、
前記複数の画素部が、更に第四の画素部を含み、
前記複数種類の光が、前記赤色の波長域、前記緑色の波長域、及び前記青色の波長域を含む第一の光と、被写体からの反射光又は励起光の波長が前記赤色の波長域、前記緑色の波長域、及び前記青色の波長域の外になるように発光波長が設定された第二の光とを含む光と、前記特殊光であり、
前記第四の画素部が、前記光電変換部の上方に設けられた前記第二の光を透過するフィルタを含む内視鏡装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の内視鏡装置であって、
前記第二の光が、前記赤色の波長域よりも長波長側又は前記青色の波長域よりも短波長側に発光波長が設定された光である内視鏡装置。
【請求項１４】
複数の画素部を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記画素部が、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷をそれぞれ異なるタイミングで蓄積可能な複数の電荷蓄積部とを含み、
撮影トリガに応じて前記複数種類の光をそれぞれ異なるタイミングで発光させると共に、前記複数種類の光の各々の発光に同期させて、該発光によって被写体から入射してくる入射光によって前記光電変換部で発生した電荷を、前記複数種類の光毎に別々の前記電荷蓄積部に蓄積させる第一のステップと、
前記複数の電荷蓄積部の各々に電荷を蓄積させた後に、該電荷に応じた信号の読み出しを開始させる第二のステップとを備える固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素部を有する固体撮像素子、これを備える内視鏡装置、この固体撮像素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
早期ガンを発見するために必要となる生体情報は通常の肉眼観察では見え難い場合が多く、診断の精度を向上させるためには複数の生体情報を可視化することが極めて有効である。そこで、電子内視鏡を用いた体内の撮影においては、白色光を光源とする通常撮影以外に、通常撮影では識別しづらい対象物（生体情報）をより鮮明に撮像するために、特殊光（例えば赤外光）を光源とする特殊撮影を行うといったことが行われている。
【０００３】
特許文献１では、可視域を透過し赤外域をカットする赤外カットフィルタと、赤外域を透過し可視域をカットする赤外透過フィルタとを固体撮像素子の前面に切り替えて挿入可能とし、赤外カットフィルタを固体撮像素子の前面に挿入した状態で可視光を対象物に当てて通常撮影を行い、これによって得られる信号から通常の可視画像を得る。続いて、赤外透過フィルタを固体撮像素子の前面に挿入した状態で赤外光を対象物に当てて特殊撮影を行い、これによって得られる信号から赤外画像を得ている。
【０００４】
この方法では、通常撮影と特殊撮影との間に信号の読み出しが必要となるため、通常撮影と特殊撮影との間に時間差ができてしまう。この結果、被写体が動いた場合等には同一条件で２つの撮影を行うことができず、対象物の正確な比較ができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８７２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、通常撮影と特殊撮影をほぼ同時に実施することが可能な固体撮像素子、内視鏡装置、固体撮像素子の駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の固体撮像素子は、複数の画素部を有する固体撮像素子であって、前記画素部が、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な複数の電荷蓄積部とを含み、前記複数の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を独立に読み出す信号読み出し部を備える。
【０００８】
本発明の内視鏡装置は、前記固体撮像素子と、複数種類の光を発光可能な光源と、撮影トリガに応じて前記複数種類の光をそれぞれ異なるタイミングで発光させると共に、前記複数種類の光の各々の発光に同期させて、該発光によって被写体から入射してくる入射光によって前記光電変換部で発生した電荷を、前記複数種類の光毎に別々の前記電荷蓄積部に蓄積させ、前記複数の電荷蓄積部の各々に電荷を蓄積させた後に、該電荷に応じた信号の読み出しを前記信号読み出し部により開始させる駆動を行う駆動手段とを備える。
【０００９】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記画素部が、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷をそれぞれ異なるタイミングで蓄積可能な複数の電荷蓄積部とを含み、撮影トリガに応じて前記複数種類の光をそれぞれ異なるタイミングで発光させると共に、前記複数種類の光の各々の発光に同期させて、該発光によって被写体から入射してくる入射光によって前記光電変換部で発生した電荷を、前記複数種類の光毎に別々の前記電荷蓄積部に蓄積させる第一のステップと、前記複数の電荷蓄積部の各々に電荷を蓄積させた後に、該電荷に応じた信号の読み出しを開始させる第二のステップとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通常撮影と特殊撮影をほぼ同時に実施することが可能な固体撮像素子、内視鏡装置、固体撮像素子の駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための内視鏡装置の概略構成を示す図
【図２】図１の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図３】図２に示す１つの画素部１００の内部構成の等価回路図
【図４】図３に示した等価回路図に基づく画素部１００のレイアウト例を示した平面模式図
【図５】カラーフィルタの分光特性と特殊光の輝線との関係を示した図
【図６】図１に示す内視鏡装置の動作を説明するためのタイミングチャート
【図７】図１に示す内視鏡装置の動作を説明するための模式図
【図８】本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別例の概略構成を示す平面模式図
【図９】図８に示した固体撮像素子における画素部の等価回路を示した図
【図１０】図８に示した固体撮像素子の画素部の平面レイアウト例を示す平面模式図
【図１１】図１０に示す画素部のＡ−Ａ’線断面模式図
【図１２】図１０に示す画素部のＢ−Ｂ’線断面模式図
【図１３】図８に示した固体撮像素子の変形例を示す図
【図１４】図１に示す内視鏡装置の変形例を示す図であり、画素部の変形構成例を示した等価回路図
【図１５】図１に示す内視鏡装置の第二の変形例の動作を説明するためのタイミングチャート
【図１６】図１に示す内視鏡装置の第二の変形例の動作を説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための内視鏡装置の概略構成を示す図である。図１に示す内視鏡装置は、光源１と、固体撮像素子１０と、光源駆動部２１と、信号処理部２３と、システム制御部２４と、表示部２２と、操作部２５とを備える。
【００１４】
図２は、図１の固体撮像素子１０の概略構成を示す図である。図３は、図２に示す１つの画素部１００の内部構成の等価回路を示した図である。
【００１５】
固体撮像素子１０は、同一平面上の行方向とこれに直交する列方向にアレイ状（ここでは正方格子状）に配列された複数の画素部１００を備える。
【００１６】
画素部１００は、Ｎ型シリコン基板とこの上に形成されたＰウェル層からなる半導体基板内に形成されたＮ型不純物層１１を備える。Ｎ型不純物層１１はＰウェル層内に形成され、このＮ型不純物層１１とＰウェル層とのＰＮ接合により、光電変換部として機能するフォトダイオード（ＰＤ）が形成される。以下では、Ｎ型不純物層１１のことを光電変換部１１と言う。
【００１７】
画素部１００には、光電変換部１１で発生した電荷を選択的に蓄積可能な複数の電荷蓄積部として２つの電荷蓄積部が形成されている。以下、この２つの電荷蓄積部を、第一の電荷蓄積部と第二の電荷蓄積部と言う。
【００１８】
第一の電荷蓄積部は、書き込みトランジスタＷＴ１と、読み出しトランジスタＲＴ１とを備える。
【００１９】
書き込みトランジスタＷＴ１は、電荷蓄積領域として機能する電気的に浮遊したフローティングゲートＦＧ１を有し、光電変換部１１をソース及びドレインとする２端子構造のＭＯＳトランジスタであり、書き込みコントロールゲートＷＣＧ１によってその動作が制御される。書き込みコントロールゲートＷＣＧ１は、書き込み制御線ｗｃｇ１を介して制御部４０と接続されている。書き込みトランジスタＷＴ１では、書き込みコントロールゲートＷＣＧ１に書き込みパルスが印加されることで、ＦＮ−トンネル注入、ダイレクトトンネル注入、或いはホットエレクトロン注入等により、光電変換部１１で発生した電荷がフローティングゲートＦＧ１に注入されて蓄積されるようになっている。なお、書き込みトランジスタＷＴ１は、光電変換部１１をソースとし、これとは別にドレインを持った３端子構造であっても良い。
【００２０】
読み出しトランジスタＲＴ１は、書き込みトランジスタＷＴ１と共通のフローティングゲートＦＧ１を有し、ドレインに列信号線ＯＬが接続され、ソースが後述する読み出しトランジスタＲＴ２のソースと共通化されたＭＯＳトランジスタであり、読み出しコントロールゲートＲＣＧ１によってその動作が制御される。読み出しコントロールゲートＲＣＧ１は、読み出し制御線ｒｃｇ１を介して制御部４０と接続されている。読み出しトランジスタＲＴ１は、フローティングゲートＦＧ１に蓄積される電荷量に対応して閾値電圧が変化するため、この閾値電圧の変化（フローティングゲートＦＧ１に電荷が蓄積されていないときの閾値電圧を基準とした変化量）を撮像信号として読み出すことが可能な構成となっている。
【００２１】
尚、フローティングゲートＦＧ１は、書き込みトランジスタＷＴ１と読み出しトランジスタＲＴ１とで共通の構成に限らず、書き込みトランジスタＷＴ１と読み出しトランジスタＲＴ１とでそれぞれ分離して設け、分離した２つのフローティングゲートＦＧ１を配線によって電気的に接続した構成としても良い。
【００２２】
第二の電荷蓄積部は、書き込みトランジスタＷＴ２と、読み出しトランジスタＲＴ２とを備える。
【００２３】
書き込みトランジスタＷＴ２は、電荷蓄積領域として機能する電気的に浮遊したフローティングゲートＦＧ２を有し、光電変換部１１をソース及びドレインとする２端子構造のＭＯＳトランジスタであり、書き込みコントロールゲートＷＣＧ２によってその動作が制御される。書き込みコントロールゲートＷＣＧ２は、書き込み制御線ｗｃｇ２を介して制御部４０と接続されている。書き込みトランジスタＷＴ２では、書き込みコントロールゲートＷＣＧ２に書き込みパルスが印加されることで、ＦＮ−トンネル注入、ダイレクトトンネル注入等、或いはホットエレクトロン注入により、光電変換部１１で発生した電荷がフローティングゲートＦＧ２に注入されて蓄積されるようになっている。なお、書き込みトランジスタＷＴ２も、光電変換部１１をソースとし、これとは別にドレインを持った３端子構造であっても良い。この場合、書き込みトランジスタＷＴ１と書き込みトランジスタＷＴ２のドレインは共通化しても良い。
【００２４】
読み出しトランジスタＲＴ２は、書き込みトランジスタＷＴ２と共通のフローティングゲートＦＧ２を有し、ドレインに列信号線ＯＬが接続され、ソースが読み出しトランジスタＲＴ１のソースと共通化されたＭＯＳトランジスタであり、読み出しコントロールゲートＲＣＧ２によってその動作が制御される。読み出しコントロールゲートＲＣＧ２は、読み出し制御線ｒｃｇ２を介して制御部４０と接続されている。読み出しトランジスタＲＴ２は、フローティングゲートＦＧ２に蓄積される電荷量に対応して閾値電圧が変化するため、この閾値電圧の変化（フローティングゲートＦＧ２に電荷が蓄積されていないときの閾値電圧を基準とした変化量）を撮像信号として読み出すことが可能な構成となっている。
【００２５】
尚、フローティングゲートＦＧ２は、書き込みトランジスタＷＴ２と読み出しトランジスタＲＴ２とで共通の構成に限らず、書き込みトランジスタＷＴ２と読み出しトランジスタＲＴ２とでそれぞれ分離して設け、分離した２つのフローティングゲートＦＧ２を配線によって電気的に接続した構成としても良い。
【００２６】
読み出しトランジスタＲＴ１と読み出しトランジスタＲＴ２で共通のソースは、ソースラインＳＬを介して所定電位に接続されている。
【００２７】
画素部１００は更に、光電変換部１１に蓄積されている電荷を排出するためのリセットトランジスタＲＥＴを備える。リセットトランジスタＲＥＴのリセットゲートＲＧはリセット線ＲＥＳＥＴを介して制御部４０に接続されている。制御部４０からリセット線ＲＥＳＥＴを介してリセットパルスが印加されることで、リセットトランジスタＲＥＴはオンし、光電変換部１１に蓄積されている電荷がリセットトランジスタＲＥＴのドレインへと排出される構成となっている。リセットトランジスタＲＥＴのドレインは、リセットドレイン線ＲＤを介して電源電圧Ｖｃｃに接続されている。
【００２８】
固体撮像素子１０は、各画素部１００の駆動制御を行う制御部４０と、読み出しトランジスタＲＴ１及び読み出しトランジスタＲＴ２の閾値電圧を検出する読み出し回路２０と、読み出し回路２０で検出された１ライン分の閾値電圧を撮像信号として信号線７０に順次読み出す制御を行う水平シフトレジスタ５０及び水平選択トランジスタ３０と、信号線７０に接続された出力アンプ６０とを備える。
【００２９】
読み出し回路２０は、列方向に並ぶ複数の画素部１００で構成される各列に対応して設けられており、対応する列の各画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ１，ＲＴ２の各々のドレインに列信号線ＯＬを介して接続されている。又、読み出し回路２０は制御部４０にも接続されている。
【００３０】
読み出し回路２０は、図２（ｂ）に示すように、読み出し制御部２０ａと、センスアンプ２０ｂと、プリチャージ回路２０ｃと、ランプアップ回路２０ｄと、トランジスタ２０ｅ，２０ｆとを備えた構成となっている。
【００３１】
読み出し制御部２０ａは、画素部１００の第一の電荷蓄積部（又は第二の電荷蓄積部）から信号を読み出す際、トランジスタ２０ｆをオンしてプリチャージ回路２０ｃから画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ１（又は読み出しトランジスタＲＴ２）のドレインに列信号線ＯＬを介してドレイン電圧を供給する（プリチャージ）。次に、トランジスタ２０ｅをオンして画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ１（又は読み出しトランジスタＲＴ２）のドレインとセンスアンプ２０ｂを導通させる。
【００３２】
センスアンプ２０ｂは、画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ１（又は読み出しトランジスタＲＴ２）のドレインの電圧を監視し、この電圧が変化したことを検出し、ランプアップ回路２０ｄにその旨を通知する。例えば、プリチャージ回路２０ｃによってプリチャージされたドレイン電圧が降下したことを検出しセンスアンプ出力を反転させる。
【００３３】
ランプアップ回路２０ｄは、Ｎ−ｂｉｔカウンタ（例えばＮ＝８〜１２）を内蔵しており、制御部４０を介して画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ１（又は読み出しトランジスタＲＴ２）の読み出しコントロールゲートＲＣＧ１（又は読み出しコントロールゲートＲＣＧ２）に漸増または漸減するランプ波形電圧を供給すると共に、ランプ波形電圧の値に対応するカウント値（Ｎ個の１、０の組み合わせ）を出力する。
【００３４】
読み出しコントロールゲートＲＣＧ１（又は読み出しコントロールゲートＲＣＧ２）の電圧が読み出しトランジスタＲＴ１（又は読み出しトランジスタＲＴ２）の閾値電圧を越えると読み出しトランジスタＲＴ１（又は読み出しトランジスタＲＴ２）が導通し、このとき、プリチャージされていた列信号線ＯＬの電位が降下する。これがセンスアンプ２０ｂによって検出されて反転信号が出力される。ランプアップ回路２０ｄは、この反転信号を受けた時点におけるランプ波形電圧の値に対応するカウント値を保持（ラッチ）する。これにより、デジタル値（１，０の組み合わせ）として閾値電圧の変化（撮像信号）を読み出すことができる。
【００３５】
水平シフトレジスタ５０により１つの水平選択トランジスタ３０が選択されると、その水平選択トランジスタ３０に接続されたランプアップ回路２０ｄで保持されているカウンタ値が信号線７０に出力され、これが撮像信号として出力アンプ６０から出力される。
【００３６】
なお、読み出し回路２０による読み出しトランジスタＲＴ１（又は読み出しトランジスタＲＴ２）の閾値電圧の変化を読み出す方法としては上述したものに限らない。例えば、読み出しトランジスタＲＴ１（又は読み出しトランジスタＲＴ２）の読み出しコントロールゲートＲＣＧ１（又は読み出しコントロールゲートＲＣＧ２）とドレインに一定の電圧を印加した場合の読み出しトランジスタＲＴ１（又は読み出しトランジスタＲＴ２）のドレイン電流を撮像信号として読み出しても良い。
【００３７】
制御部４０は、書き込みトランジスタＷＴ１，ＷＴ２を独立に制御して、光電変換部１１で発生した電荷をフローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２に注入して蓄積させる駆動を行う。フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２に電荷を注入する方法としては、チャンネルホットエレクトロン（ＣＨＥ）を用いてフローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２に電荷を注入するＣＨＥ注入と、トンネル電流を用いてフローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２に電荷を注入するファウラ−ノルドハイム（Ｆ−Ｎ）トンネルエレクトロン注入、或いは、薄いトンネル酸化膜（１〜５ｎｍ程度）におけるダイレクトトンネルエレクトロン注入等がある。
【００３８】
また、制御部４０は、読み出し回路２０を制御して、フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２に蓄積された電荷に応じた撮像信号を独立に読み出す駆動を行う。
【００３９】
また、制御部４０は、フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２に蓄積された電荷を外部に排出して消去する駆動を行う。例えば、半導体基板に正極性の電圧を印加し、書き込みコントロールゲートＷＣＧ１及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ１にそれぞれ負極性の電圧を印加して、フローティングゲートＦＧ１に蓄積された電荷を半導体基板に引き抜くことで電荷の消去を行う。フローティングゲートＦＧ２に蓄積された電荷の消去は、半導体基板に正極性の電圧を印加し、書き込みコントロールゲートＷＣＧ２及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ２にそれぞれ負極性の電圧を印加することで行う。
【００４０】
各画素部１００の光電変換部１１の上方には図示しないカラーフィルタが設けられている。このカラーフィルタには、青色（Ｂ）光の波長域（一般的には約３８０ｎｍ〜約５２０ｎｍ）を透過するＢカラーフィルタと、緑色（Ｇ）光の波長域（一般的には約４５０ｎｍ〜約６１０ｎｍ）を透過するＧカラーフィルタと、赤色（Ｒ）光の波長域（一般的には約５５０ｎｍ〜約７００ｎｍ）を透過するＲカラーフィルタとが含まれており、これらカラーフィルタの配列はベイヤー配列となっている。
【００４１】
図４は、図３に示した等価回路図に基づく画素部１００のレイアウト例を示した平面模式図である。図４では、行方向に隣接する２つの画素部１００を図示している。固体撮像素子１０の各ラインは、図４に示した２つの画素部１００のパターンが、行方向に複数配列されたものとなっている。図４に示す２つの画素部はリセットトランジスタＲＥＴのドレイン１２を境に左右対称となっているため、以下では左側の画素部１００についてのみ説明する。
【００４２】
半導体基板内には、光電変換部１１が形成され、その左隣には少し離間して読み出しトランジスタＲＴ１のドレイン１４と、読み出しトランジスタＲＴ１，ＲＴ２で共通化されたソース１３と、読み出しトランジスタＲＴ２のドレイン１５とが列方向に並べて形成されている。また、光電変換部１１の右隣には少し離間してリセットトランジスタＲＥＴのドレイン１２が形成されている。
【００４３】
半導体基板上には図示しない酸化膜が形成されており、この上にフローティングゲートＦＧ１とフローティングゲートＦＧ２が形成されている。フローティングゲートＦＧ１は、光電変換部１１の上辺から左辺に沿ってドレイン１４とソース１３との間の上方まで延びて形成されている。フローティングゲートＦＧ２は、光電変換部１１の下辺から左辺に沿ってドレイン１５とソース１３との間の上方まで延びて形成されている。
【００４４】
フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２の上には絶縁膜が設けられ、この上層に書き込みコントロールゲートＷＣＧ１，ＷＣＧ２、読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２、リセットゲートＲＧが形成されている。
【００４５】
書き込みコントロールゲートＷＣＧ１はフローティングゲートＦＧ１と重なるように形成されている。読み出しコントロールゲートＲＣＧ１は、ドレイン１４とソース１３との間の上方のフローティングゲートＦＧ１と重なるように形成されている。
【００４６】
書き込みコントロールゲートＷＣＧ２はフローティングゲートＦＧ２と重なるように形成されている。読み出しコントロールゲートＲＣＧ２は、ドレイン１５とソース１３との間の上方のフローティングゲートＦＧ２と重なるように形成されている。
【００４７】
リセットゲートＲＧは、光電変換部１１とドレイン１２との間の上方に形成されている。なお、図４のレイアウト例では、リセットトランジスタＲＥＴのドレインが隣接する２つの画素部１００で共通化されており、リセットゲートＲＧは、隣の画素部１００の光電変換部１１とドレイン１２との間の上方にも延びて形成されている。
【００４８】
書き込みコントロールゲートＷＣＧ１，ＷＣＧ２、読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２、リセットゲートＲＧの上層には絶縁膜を介して、行方向に延びるグローバル配線（読み出し制御線ｒｃｇ１、書き込み制御線ｗｃｇ１、書き込み制御線ｗｃｇ２、読み出し制御線ｒｃｇ２、及びリセット線ＲＥＳＥＴ）が形成されている。
【００４９】
読み出し制御線ｒｃｇ１と書き込み制御線ｗｃｇ１は、画素部１００のラインの上側部に行方向に延びて形成されている。書き込み制御線ｗｃｇ２と読み出し制御線ｒｃｇ２とリセット線ＲＥＳＥＴは、画素部１００のラインの下側部に行方向に延びて形成されている。
【００５０】
読み出しコントロールゲートＲＣＧ１は、読み出し制御線ｒｃｇ１下方まで延びており、ここでコンタクトビア１８を介して読み出し制御線ｒｃｇ１と電気的に接続されている。書き込みコントロールゲートＷＣＧ１は、書き込み制御線ｗｃｇ１下方まで延びており、ここでコンタクトビア１７を介して書き込み制御線ｗｃｇ１と電気的に接続されている。
【００５１】
読み出しコントロールゲートＲＣＧ２は、読み出し制御線ｒｃｇ２下方まで延びており、ここでコンタクトビア１９を介して読み出し制御線ｒｃｇ２と電気的に接続されている。書き込みコントロールゲートＷＣＧ２は、書き込み制御線ｗｃｇ２下方まで延びており、ここでコンタクトビア１６を介して書き込み制御線ｗｃｇ２と電気的に接続されている。
【００５２】
リセットゲートＲＧは、リセット線ＲＥＳＥＴ下方まで延びており、ここでコンタクトビアＲＧａを介してリセット線ＲＥＳＥＴと電気的に接続されている。
【００５３】
読み出し制御線ｒｃｇ１、書き込み制御線ｗｃｇ１、書き込み制御線ｗｃｇ２、読み出し制御線ｒｃｇ２、及びリセット線ＲＥＳＥＴ上には絶縁膜が形成され、この上層に、列方向に延びるグローバル配線（列信号線ＯＬ、ソース線ＳＬ、リセットドレイン線ＲＤ）が形成されている。
【００５４】
列信号線ＯＬとソース線ＳＬは画素部１００の列毎に設けられ、リセットドレイン線ＲＤは２列に１つ設けられている。
【００５５】
列信号線ＯＬは、ドレイン１４の上方まで延びており、ここでコンタクトビア１４ａを介してドレイン１４と電気的に接続されている。列信号線ＯＬは、ドレイン１５の上方にも延びており、ここでコンタクトビア１５ａを介してドレイン１５と電気的に接続されている。
【００５６】
ソース線ＳＬは、ソース１３の上方まで延びており、ここでコンタクトビア１３ａを介してソース１３と電気的に接続されている。
【００５７】
リセットドレイン線ＲＤは、ドレイン１２の上方を通過するように形成されており、ドレイン１２の上方でコンタクトビア１２ａを介してドレイン１２と電気的に接続されている。
【００５８】
なお、図４のレイアウト例では、書き込みトランジスタＷＴ１，ＷＴ２のドレインを省略し、書き込みトランジスタＷＴ１，ＷＴ２を、それぞれ、ソース（ドレインと兼用）が光電変換部１１に接続された２端子構成のＭＯＳトランジスタとしている。２端子デバイスとしては、抵抗、コイル、コンデンサ、ダイオード等があり、スイッチングや信号増幅のようなアクティブ（能動）デバイスでは存在しない。
【００５９】
一般的な固体撮像素子における画素選択、リセット、信号記録、及び読み出し等を行うためのアクティブデバイスであるトランジスタは２端子では機能しないことは常識として理解され、だれも試みることすらしていない。
【００６０】
図１の固体撮像素子１０の構造は、書き込みトランジスタＷＴ１と読み出しトランジスタＲＴ１とでフローティングゲートＦＧ１を共有した構造をとっているため、書き込みトランジスタＷＴ１は専ら書き込み（フローティングゲートＦＧ１への電荷注入及び記録）という単一動作及び一方向のみの電荷移動しか求められておらず、信号読み出し時には、上記共有ＦＧ構造によって、隣接する読み出しトランジスタＲＴ１側においても信号の読み出しを行えるので、書き込みトランジスタＷＴ１が２端子構造であっても動作上は何ら問題がないことが分かった。これは、書き込みトランジスタＷＴ２についても同様である。
【００６１】
固体撮像素子１０の場合、画素部１００内に複数の電荷蓄積部を形成する必要があるため、設計自由度は低下してしまう。そこで、書き込みトランジスタＷＴ１，ＷＴ２を、光電変換部１１に接続されたソースと書き込みコントロールゲートとの２端子構造とすることで、構成の簡略化を図ることが有効となる。これに加えて、図４の例では、読み出しトランジスタＲＴ１と読み出しトランジスタＲＴ２のソースも共通化し、更に、隣接する２つの画素部１００のリセットトランジスタＲＥＴも共通化している。このため、画素部１００のサイズやチップサイズを小さくすることができ、多画素化や小型化等が実現可能となる。
【００６２】
図１に戻り、光源１は、複数種類の光を選択的に切り替えて発光可能な発光手段である。光源１には、対象物を肉眼で見たのと同じように撮影するために必要な通常光を発光する通常光ユニットと、通常光では識別できない部位を識別可能にするために必要な特殊光を発光する特殊光ユニットが含まれる。
【００６３】
通常光ユニットには、例えば、白色光を発光するハロゲンランプ１ａが含まれる。なお、通常光ユニットは、Ｒの波長域の光と、Ｂの波長域の光と、Ｇの波長域の光とを含む光を発光できるものであれば良く、例えば、Ｒ光を発光するＬＥＤと、Ｇ光を発光するＬＥＤと、Ｂ光を発光するＬＥＤとを含み、これらを同時に発光させる構成としても良い。
【００６４】
特殊光ユニットは、それぞれ異なる発光波長域を持つ特殊光１，２，３を同時に発光することで、３つの発光波長域を持つ特殊光を発光するものとなっている。この特殊光ユニットには、それぞれ発光波長を任意に設定可能なＬＥＤ１ｂ、ＬＥＤ１ｃ、ＬＥＤ１ｄが含まれる。
【００６５】
ＬＥＤ１ｂは、図５に示すように、Ｂカラーフィルタの透過波長域内にある特定波長に輝線を持つ特殊光１を発光する。ＬＥＤ１ｃは、図５に示すように、Ｇカラーフィルタの透過波長域内にある特定波長に輝線を持つ特殊光２を発光する。ＬＥＤ１ｄは、図５に示すように、Ｒカラーフィルタの透過波長域内にある特定波長に輝線を持つ特殊光３を発光する。
【００６６】
なお、特殊光１，２，３それぞれの特定波長は、観察したい生体情報に応じて決めておけば良い。例えば、発赤（ヘモグロビン）の有無を明確に認識できるようにするために対象物を照明すべき波長、自家蛍光の有無を明確に認識できるようにするために対象物を照明すべき波長、対象物の深部の血管を明確に認識できるようにするために対象物を照明すべき波長など、様々な波長が設定可能である。
【００６７】
なお、対象物によっては、特定の波長の光を当てたときにその波長と異なる励起光を発するものがあり、この励起光による画像を観察したい場合もある。固体撮像素子１０では、ＲＧＢ光以外の光が光電変換部１１には入射しないため、Ｒの波長域、Ｇの波長域、Ｂの波長域のいずれかに発光波長を持つ励起光であればこれを検出することができる。励起光を検出するためには、対象物から励起光を発生させられるような発光波長を持つ特殊光を発光する必要がある。一方、特殊光と対象物から入射してくる光とで波長がずれない場合には、検出したい波長を特殊光の発光波長として設定しておけば良い。
【００６８】
例えば、波長４００ｎｍの光を当てて対象物から反射してくる光を検出したい場合には、特殊光として、波長４００ｎｍに発光波長を持つ特殊光を発光できるようにしておけば良い。また、波長４００ｎｍの光を当てて対象物から反射してくる光と、波長５００ｎｍの光を当てて対象物から反射してくる光とを検出したい場合には、特殊光として、波長４００ｎｍと波長５００ｎｍに発光波長を持つ特殊光を発光できるようにしておけば良い。また、例えば波長６５０ｎｍの光を当てたときに対象物からは波長６８０ｎｍの励起光が発生するものとし、この励起光と、波長４００ｎｍの光を当てて対象物から反射してくる光と、波長５００ｎｍの光を当てて対象物から反射してくる光とを検出したい場合には、特殊光として、波長４００ｎｍと波長５００ｎｍと波長６５０ｎｍに発光波長を持つ特殊光を発光できるようにしておけば良い。
【００６９】
このように、特殊光ユニットから発光させる特殊光は、取得したい画像データの数が２つ（白色光で撮影した画像１つと、特殊光で撮影した画像１つ）の場合は、その特殊光を対象物に当てたときの該対象物からの反射光又は励起光に、Ｒの波長域内の特定波長と、Ｇの波長域内の特定波長と、Ｂの波長域内の特定波長とのいずれかが含まれるように、発光波長を設定しておけば良い。また、取得したい画像データの数が３つ（白色光で撮影した画像１つと、特殊光で撮影した画像２つ）の場合は、その特殊光を対象物に当てたときの該対象物からの反射光又は励起光に、Ｒの波長域内の特定波長と、Ｇの波長域内の特定波長と、Ｂの波長域内の特定波長とのうちのいずれか２つが含まれるように、発光波長を設定しておけば良い。また、取得したい画像データの数が４つ（白色光で撮影した画像１つと、特殊光で撮影した画像３つ）の場合は、その特殊光を対象物に当てたときの該対象物からの反射光又は励起光に、Ｒの波長域内の特定波長と、Ｇの波長域内の特定波長と、Ｂの波長域内の特定波長とが含まれるように、発光波長を設定しておけば良い。
【００７０】
光源駆動部２１は、光源１を駆動するものであり、通常光ユニットから通常光を発光させる駆動と、特殊光ユニットから特殊光を発光させる駆動とを選択的に切り替えて実施する。信号処理部２３は、固体撮像素子１０から出力される撮像信号に信号処理を施して画像データを生成する。生成された画像データは記録媒体に記録されたり、表示部２２に表示されたりする。
【００７１】
システム制御部２４は、内視鏡装置全体を統括制御する。操作部２５は、内視鏡装置の各種操作を行うためのインターフェースである。
【００７２】
以上のように構成された内視鏡装置の動作について説明する。図６は、図１に示す内視鏡装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図７は、図１に示す内視鏡装置の動作を説明するための模式図である。
【００７３】
操作部２５が操作されて対象物の撮影指示がなされると、この指示がシステム制御部２４に入力され、システム制御部２４から固体撮像素子１０へ撮影指示が通知される。
【００７４】
固体撮像素子１０では、撮影指示を受けると、これをスタートトリガとして、制御部４０が、全ての画素部１００のリセットトランジスタＲＥＴのリセットゲートＲＧにリセットパルスを供給する。これにより、光電変換部１１に蓄積されていた不要電荷がリセットトランジスタＲＥＴのドレインへと排出される。
【００７５】
リセット完了後、システム制御部２４は、光源駆動部２１に指示を出し、ハロゲンランプ１ａから白色光を発光させる。なお、図６では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてから白色光を発光させているが、白色光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【００７６】
白色光の発光は、例えば内視鏡装置で設定された露光期間だけ行われる。この白色光の発光期間中、固体撮像素子１０のＲカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちのＲ光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここでＲ光に応じた電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０のＧカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちのＧ光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここでＧ光に応じた電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０のＢカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちのＢ光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここでＢ光に応じた電荷が発生して蓄積される。
【００７７】
露光期間終了後、制御部４０は、全ての画素部１００の書き込みコントロールゲートＷＣＧ１に書き込みパルスを供給して、露光期間中に光電変換部１１で発生した電荷をフローティングゲートＦＧ１に蓄積させる。なお、書き込みパルスの供給は、露光期間の終了と同時に開始する方法と、露光期間の開始と同時に開始し、露光期間の終了と同時に終了する方法のどちらを採用しても良い。
【００７８】
この書き込みパルスの供給により、図７に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｒ光による電荷、Ｇ光による電荷、Ｂ光による電荷）はその画素部１００のフローティングゲートＦＧ１に蓄積される。
【００７９】
フローティングゲートＦＧ１への電荷の蓄積が終了すると、制御部４０は、再び、全ての画素部１００のリセットトランジスタＲＥＴのリセットゲートＲＧにリセットパルスを供給する。これにより、光電変換部１１からフローティングゲートＦＧ１へ注入しきれずに残ってしまっていた残留電荷がリセットトランジスタＲＥＴのドレインへと排出される。
【００８０】
２度目のリセット完了後、システム制御部２４は、光源駆動部２１に指示を出し、特殊光ユニットから特殊光（特殊光１，２，３）を発光させる。なお、図６では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてから特殊光を発光させているが、特殊光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【００８１】
特殊光の発光は、例えば内視鏡装置で設定された露光期間だけ行われる。この特殊光の発光期間中、固体撮像素子１０のＲカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちの特殊光３による反射光又は励起光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここで電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０のＧカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちの特殊光２による反射光又は励起光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここで電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０のＢカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちの特殊光１による反射光又は励起光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここで電荷が発生して蓄積される。
【００８２】
露光期間終了後、制御部４０は、全ての画素部１００の書き込みコントロールゲートＷＣＧ２に書き込みパルスを供給して、露光期間中に光電変換部１１で発生した電荷をフローティングゲートＦＧ２に蓄積させる。なお、この電荷の蓄積は、露光期間の終了と同時に開始する方法と、露光期間の開始と同時に開始し、露光期間の終了と同時に終了する方法のどちらを採用しても良い。
【００８３】
この書き込みパルスの供給により、図７に示すように、各画素部１００で発生した電荷（特殊光１による電荷、特殊光２による電荷、特殊光３による電荷）はその画素部１００のフローティングゲートＦＧ２に蓄積される。
【００８４】
固体撮像素子１０では、書き込みコントロールゲートＷＣＧ１と書き込みコントロールゲートＷＣＧ２とがそれぞれ別の制御線（ｗｃｇ１，ｗｃｇ２）に接続されているため、上述したように、２回の露光の各々によって光電変換部１１で発生した電荷を、それぞれ別のフローティングゲートに選択的に蓄積することが可能となっている。
【００８５】
フローティングゲートＦＧ２への電荷蓄積終了後、制御部４０は、１ライン目の各画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ１のドレイン電位をＶｒ（＜Ｖｃｃ）に設定し、１ライン目の各画素部１００の読み出しコントロールゲートＲＣＧ１へのランプ波形電圧の印加を開始する（ランプ波形電圧の印加開始後のカウント値は、例えば初期値（例えばゼロ）からアップカウントされる）。そして、１ライン目の読み出しトランジスタＲＴ１のドレイン電位が降下した時点でのランプ波形電圧の値に対応するカウント値が各読み出し回路２０内で保持され、このカウント値が撮像信号として出力アンプ６０から出力される。制御部４０は、２ライン目以降にも同様の駆動を行って、全てのラインのフローティングゲートＦＧ１に蓄積されていた電荷に応じた第一の撮像信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）を出力させる。
【００８６】
次に、制御部４０は、１ライン目の各画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ２のドレイン電位をＶｒ（＜Ｖｃｃ）に設定し、１ライン目の各画素部１００の読み出しコントロールゲートＲＣＧ２へのランプ波形電圧の印加を開始する（ランプ波形電圧の印加開始後のカウント値は、例えば初期値（例えばゼロ）からアップカウントされる）。そして、１ライン目の読み出しトランジスタＲＴ２のドレイン電位が降下した時点でのランプ波形電圧の値に対応するカウント値が各読み出し回路２０内で保持され、このカウント値が撮像信号として出力アンプ６０から出力される。制御部４０は、２ライン目以降にも同様の駆動を行って、全てのラインのフローティングゲートＦＧ２に蓄積されていた電荷に応じた第二の撮像信号（特殊光１信号、特殊光２信号、特殊光３信号）を出力させる。
【００８７】
第二の撮像信号を出力させた後、制御部４０は、全ての画素部１００の書き込みコントロールゲートＷＣＧ１，ＷＣＧ２及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２の電位を−Ｖｃｃに設定し、半導体基板の電位をＶｃｃに設定する。これによりフローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２に蓄積されていた電荷は、半導体基板に引き抜かれて消去される。
【００８８】
以上のような動作が１フレーム期間内に実施される。
【００８９】
第一の撮像信号は、ベイヤー型の固体撮像素子から出力される撮像信号と同じであるため、信号処理部２３により公知の信号処理を施すことで、通常のＲＧＢカラー画像データを生成することができる。このＲＧＢカラー画像データに基づくカラー画像により、対象物を肉眼で観察したのと同じ状況を、表示部２２上で再現することができる。
【００９０】
第二の撮像信号には、特殊光１に応じた信号と、特殊光２に応じた信号と、特殊光３に応じた信号とが含まれる。そこで、信号処理部２３では、特殊光１に応じた信号のみから１つの画像データを生成し、特殊光２に応じた信号のみから１つの画像データを生成し、特殊光３に応じた信号のみから１つの画像データを生成する。これらの画像データにより、対象物の肉眼では確認しづらかった生体情報を強調した状態で再現することができる。
【００９１】
以上のように、図１に示す内視鏡装置によれば、露光を行うたびにその露光によって得られる電荷に応じた信号を読み出す必要がなく、複数回の露光後に信号をまとめて読み出すことができる。この結果、複数回の露光の間隔を短くすることができ、複数光源での撮像を短時間で連続して実施することができるため、ほぼ同一の被写体に対して条件を変えた画像を得ることができる。例えば、同一被写体に対し、通常の画像と共に、発赤の有無を識別可能な画像、自家蛍光の有無を識別可能な画像、深部血管の状態を確認可能な画像等を得ることができるため、内視鏡検査時の診断精度を向上させることができる。また、異なる波長、パルス幅、強度の光を用いて画像を強調して表示させることも可能なため、診断精度の飛躍的向上が実現する。
【００９２】
また、図１に示す内視鏡装置は、１フレームの画像データを得るための期間である１フレーム期間中に２回の撮影を実施し、２回の撮影後に、撮像信号を読み出す構成となっている。１フレーム期間中に２回の撮影を行おうとすると、２回の撮影の撮影間隔を短くする必要がある。一般的な固体撮像素子では、撮影を終了する毎に撮像信号を読み出す必要があり、撮影間隔を短くするためには撮像信号の読み出しを高速に行う必要がある。撮像信号の読み出しを高速に行うと、それだけ素子の発熱量が増大するだけでなく、露光時間を短縮せざるを得ないことに起因する感度低下の問題が深刻化する。内視鏡装置では、体内に挿入される先端部の発熱を極力抑える必要がある。この発熱量が増大すると、先端部に冷却機構等が必要となり、先端部の小型化を妨げることとなる。図１に示す内視鏡装置によれば、撮像信号の読み出しを高速に行わずとも、撮影間隔を短くすることができる。このため、先端部での発熱を抑えることができるため、先端部の小型化を実現することができる。
【００９３】
また、図１に示す内視鏡装置によれば、フローティングゲートＦＧ２に電荷を蓄積する前に、光電変換部１１内の電荷をリセットドレインに一旦排出する駆動を行っているため、異なる光源による露光時の電荷が混ざってしまうのを防ぐことができ、混色を防止して画質向上を図ることができる。
【００９４】
また、図１に示す内視鏡装置によれば、白色光による撮像信号と、特殊光１による撮像信号と、特殊光２による撮像信号と、特殊光３による撮像信号とを独立して読み出すことができる。このため、白色光と特殊光を同時に発光させて撮像信号を取得し、この撮像信号から白色光成分と特殊光成分を分離する方法と比較して、偽色の低減、信号処理量の削減等を図ることができ、高画質化、低コスト化を実現することができる。
【００９５】
なお、以上の説明では、第一の電荷蓄積部と第二の電荷蓄積部が、それぞれ書き込みトランジスタＷＴと読み出しトランジスタＲＴの２つのＭＯＳトランジスタで構成したが、１つのトランジスタで構成しても良い。
【００９６】
例えば、図３において、読み出しトランジスタＲＴ１，ＲＴ２を省略し、書き込みトランジスタＷＴ１，ＷＴ２にドレインを設け、ここに列信号線ＯＬを介して読み出し回路２０を接続した構成としても良い。この構成の場合、第一の撮像信号は、書き込みトランジスタＷＴ１のドレインの電位をＶｒに設定し、書き込みコントロールゲートＷＣＧ１にランプ波形電圧を印加することで読み出し、第二の撮像信号は、書き込みトランジスタＷＴ２のドレインの電位をＶｒに設定し、書き込みコントロールゲートＷＣＧ２にランプ波形電圧を印加することで読み出せば良い。
【００９７】
上述したように、電荷蓄積部を１つのトランジスタで実現する場合には、そのトランジスタにＭＯＳ構造以外の構造も採用することができる。例えば、フローティングゲートＦＧ１を窒化膜にし、書き込みコントロールゲートＷＣＧ１を該窒化膜上に直接形成したＭＮＯＳ型のトランジスタ構造や、フローティングゲートＦＧ１を窒化膜にしたＭＯＮＯＳ型のトランジスタ構造であっても良い。いずれの場合も、窒化膜（Ｎ）が電荷を蓄積する電荷蓄積領域として機能する。
【００９８】
ここで、第一の電荷蓄積部と第二の電荷蓄積部の各々を１つのトランジスタで実現する構成例について説明する。
【００９９】
図８は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の別例の概略構成を示す平面模式図である。図８（ａ）は固体撮像素子の全体を示した図であり、図８（ｂ）は（ａ）の固体撮像素子の読み出し回路の構成例を示した図である。図８に示す固体撮像素子１０’は、画素部１００’と、読み出し回路２０’と、出力回路（トランジスタ３０’、信号線７０’、水平シフトレジスタ５０’、出力部６０’）と、制御部４０’と、統括制御部８０’とを備える。
【０１００】
画素部１００’は、複数設けられ、半導体基板Ｋ’の列方向とこれに直交する行方向に二次元状（この例では正方格子状）に配列されている。
【０１０１】
読み出し回路２０’は、列方向に並ぶ画素部１００’からなる画素部列毎に設けられ、各画素部１００’から撮像信号を読み出すためのものである。
【０１０２】
出力回路は、読み出し回路２０’で読み出された１画素部行分の撮像信号を出力するための回路である。
【０１０３】
制御部４０’は、各画素部１００’を制御するものである。
【０１０４】
統括制御部８０’は、固体撮像素子１０’全体を統括制御するものである。固体撮像素子１０’は、それを搭載する撮像装置のシステム制御部からの制御により、統括制御部８０’が各部を制御することで動作する。
【０１０５】
図９は、図８に示した固体撮像素子における画素部の等価回路を示した図である。図９に示すように、画素部１００’は、光電変換部３’と、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’と、不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’と、リセットトランジスタＲＴ’とを備える。
【０１０６】
光電変換部３’は半導体基板Ｋ’内に形成されている。不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’は、半導体基板Ｋ’上方に形成された電荷蓄積領域であるフローティングゲートＦＧ１’及びゲート電極であるコントロールゲートＣＧ１’を含むＭＯＳトランジスタ構造となっている。不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’は、半導体基板Ｋ’上方に形成された電荷蓄積領域であるフローティングゲートＦＧ２’及びゲート電極であるコントロールゲートＣＧ２’を含むＭＯＳトランジスタ構造となっている。リセットトランジスタＲＴ’は、光電変換部３’の電荷をリセットするためのものである。不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’と不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’は、それぞれ、光電変換部３’で発生した電荷を選択的に蓄積可能な電荷蓄積部として機能する。
【０１０７】
不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’と不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’の各々の出力（ドレイン領域Ｄ１’，Ｄ２’）は、画素部列毎に設けられた出力信号線である列信号線１２’に共通接続されており、この列信号線１２’には読み出し回路２０’が接続されている。不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’のソース領域Ｓ’は、画素部列毎に設けられたソース線ＳＬ’に共通接続されている。
【０１０８】
リセットトランジスタＲＴ’は、リセットドレインＲＤ’と、ソース領域として機能する光電変換部３’と、ゲート電極であるリセットゲートＲＧ’とを備えたＭＯＳ構造となっている。リセットドレインＲＤ’には、リセット電圧を供給するためのリセット電源線Ｖｃｃ’が接続されている。
【０１０９】
不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’のコントロールゲートＣＧ１’には、行方向に並ぶ画素部１００’からなるライン毎に設けられたゲート制御線ＣＧＬ１’が接続されている。各ラインのゲート制御線ＣＧＬ１’は制御部４０’に接続されており、ライン毎に独立に電圧を印加できるようになっている。
【０１１０】
不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’のコントロールゲートＣＧ２’には、ライン毎に設けられたゲート制御線ＣＧＬ２’が接続されている。各ラインのゲート制御線ＣＧＬ２’は制御部４０’に接続されており、ライン毎に独立に電圧を印加できるようになっている。
【０１１１】
リセットトランジスタＲＴ’のリセットゲートＲＧ’には、ライン毎に設けられたリセット制御線ＲＬ’が接続されている。各ラインのリセット制御線ＲＬ’は制御部４０’に接続されており、ライン毎に独立に電圧を印加できるようになっている。制御部４０’からリセット制御線ＲＬ’を介してリセットパルスが印加されることで、リセットトランジスタＲＴ’がオンし、光電変換部３’に蓄積されている電荷がリセットトランジスタＲＴ’のドレインＲＤ’へと排出される構成となっている。
【０１１２】
読み出し回路２０’は、図８（ｂ）に示すように、読み出し制御部２０ａ’と、センスアンプ２０ｂ’と、プリチャージ回路２０ｃ’と、ランプアップ回路２０ｄ’と、トランジスタ２０ｅ’，２０ｆ’とを備えた構成となっている。
【０１１３】
読み出し制御部２０ａ’は、トランジスタ２０ｅ’，２０ｆ’のオンオフを制御する。プリチャージ回路２０ｃ’は、列信号線１２’に所定の電圧を供給して、列信号線１２’をプリチャージするための回路である。センスアンプ２０ｂ’は、列信号線１２’の電圧を監視し、この電圧が変化したことを検出し、ランプアップ回路２０ｄ’にその旨を通知する。例えば、プリチャージ回路２０ｃ’によってプリチャージされたドレイン電圧が降下したことを検出しセンスアンプ出力を反転させる。
【０１１４】
ランプアップ回路２０ｄ’は、Ｎ−ｂｉｔカウンタ（例えばＮ＝８〜１２）を内蔵しており、制御部４０’を介して画素部１００’のコントロールゲートＣＧ１’，ＣＧ２’に漸増または漸減するランプ波形電圧を供給すると共に、ランプ波形電圧の値に対応するカウント値（Ｎ個の１、０の組み合わせ）を出力する。
【０１１５】
列信号線１２’がプリチャージされた状態でコントロールゲートＣＧ１’の電圧が不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’の閾値電圧を越えると不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’が導通し、このとき、プリチャージされていた列信号線１２’の電位が降下する。これがセンスアンプ２０ｂ’によって検出されて反転信号が出力される。ランプアップ回路２０ｄ’は、この反転信号を受けた時点におけるランプ波形電圧の値に対応するカウント値を保持（ラッチ）する。これにより、デジタル値（１，０の組み合わせ）として不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’の閾値電圧の変化量（フローティングゲートＦＧ１’に電荷が蓄積されていないときの閾値電圧を基準とした変化量）を信号として読み出すことができる。
【０１１６】
列信号線１２’がプリチャージされた状態でコントロールゲートＣＧ２’の電圧が不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’の閾値電圧を越えると不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’が導通し、このとき、プリチャージされていた列信号線１２’の電位が降下する。これがセンスアンプ２０ｂ’によって検出されて反転信号が出力される。ランプアップ回路２０ｄ’は、この反転信号を受けた時点におけるランプ波形電圧の値に対応するカウント値を保持する。これにより、デジタル値として不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’の閾値電圧の変化量（フローティングゲートＦＧ２’に電荷が蓄積されていないときの閾値電圧を基準とした変化量）を信号として読み出すことができる。
【０１１７】
水平シフトレジスタ５０’により１つの水平選択トランジスタ３０’が選択されると、その水平選択トランジスタ３０’に接続されたランプアップ回路２０ｄ’で保持されているカウンタ値が信号線７０’に出力され、これが撮像信号として出力部６０’から出力される。
【０１１８】
なお、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’の閾値電圧の変化量を信号として読み出す方法としては上述したものに限らない。例えば、コントロールゲートＣＧ１’とドレイン領域Ｄ１’に一定の電圧を印加した場合の不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’のドレイン電流と、コントロールゲートＣＧ２’とドレイン領域Ｄ２’に一定の電圧を印加した場合の不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’のドレイン電流とを信号として読み出しても良い。
【０１１９】
制御部４０’は、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’を制御し、光電変換部３で発生した電荷をフローティングゲートＦＧ１’，ＦＧ２’に注入して蓄積させる駆動を行う。不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’（ＭＴ２’）では、コントロールゲートＣＧ１’（ＣＧ２’）に書き込みパルスが印加されることで、ファウラ−ノルドハイム（Ｆ−Ｎ）トンネル電流を用いて電荷を注入するＦＮトンネル注入、ダイレクトトンネル注入、ホットエレクトロン注入等により、光電変換部３’で発生した電荷がフローティングゲートＦＧ１’（ＦＧ２’）に注入されて蓄積されるようになっている。
【０１２０】
また、制御部４０’は、各画素部１００’の光電変換部３’で発生して蓄積された電荷を外部に排出して光電変換部３’を空の状態にするリセット駆動と、フローティングゲートＦＧ１’，ＦＧ２’に蓄積された電荷を半導体基板に排出して消去する電荷消去駆動も行う。
【０１２１】
図１０は、図８に示した固体撮像素子の画素部の平面レイアウト例を示す平面模式図である。図１１は、図１０に示す画素部のＡ−Ａ’線断面模式図である。図１２は、図１０に示す画素部のＢ−Ｂ’線断面模式図である。
【０１２２】
図１１に示すように、光電変換部３’は、Ｎ型シリコン基板１’上のＰウェル層２’内に形成されたＮ型不純物領域であり、このＮ型不純物領域とＰウェル層２’とのＰＮ接合により、光電変換機能を実現している。この光電変換部３’は、その表面に完全空乏化や暗電流抑制のためにＰ型不純物層５’が形成された、所謂埋め込み型フォトダイオードとなっている。なお、Ｎ型シリコン基板１’とＰウェル層２’とにより上記半導体基板Ｋ’が構成されている。
【０１２３】
隣接する画素部１００’同士は、ｐウェル層２’内に形成された素子分離層４’によって分離されている。素子分離法には、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法、及び高濃度不純物イオン注入による方法等が適用できる。
【０１２４】
不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’のソース領域Ｓ’は、光電変換部３’の列方向隣に離間して設けられたＮ型不純物領域である。また、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’のドレイン領域Ｄ１’は、ソース領域Ｓ’の行方向隣に離間して設けられたＮ型不純物領域である。ソース領域Ｓ’とドレイン領域Ｄ１’との間にはＰ型不純物領域であるチャネル領域６ａ’が形成されている。フローティングゲートＦＧ１’は、ソース領域Ｓ’とドレイン領域Ｄ１’との間の半導体基板上方に絶縁膜７’を介して設けられており、フローティングゲートＦＧ１’の上方に絶縁膜１４’を介してコントロールゲートＣＧ１’が設けられている。なお、チャネル領域６ａ’は、コントロールゲートＣＧ１’に印加される電圧に応じてキャリアが流れる領域である。ここでは、ソース領域Ｓ’とドレイン領域Ｄ１’とで挟まれた領域にＰ型不純物を注入してチャネル領域６ａ’を形成しているが、ここをｐウェル層２’のままとしても良い。
【０１２５】
不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’のドレイン領域Ｄ２’は、ソース領域Ｓ’の行方向隣に離間して設けられたＮ型不純物領域である。ソース領域Ｓ’とドレイン領域Ｄ２’との間にはＰ型不純物領域であるチャネル領域６ｂ’が形成されている。フローティングゲートＦＧ２’は、ソース領域Ｓ’とドレイン領域Ｄ２’との間の半導体基板上方に絶縁膜７’を介して設けられており、フローティングゲートＦＧ２’の上方に絶縁膜１４’を介してコントロールゲートＣＧ２’が設けられている。なお、チャネル領域６ｂ’は、コントロールゲートＣＧ２’に印加される電圧に応じてキャリアが流れる領域である。ここでは、ソース領域Ｓ’とドレイン領域Ｄ２’とで挟まれた領域にＰ型不純物を注入してチャネル領域６ｂ’を形成しているが、ここをｐウェル層２’のままとしても良い。
【０１２６】
コントロールゲートＣＧ１’，ＣＧ２’を構成する導電性材料は、例えばポリシリコンを用いることができる。リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）を高濃度にドープしたドープドポリシコンでも良い。あるいは、チタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）等の各種金属とシリコンを組み合わせたシリサイド（Silicide）やサリサイド（Self-alingn Silicide）でも良い。フローティングゲートＦＧ１’，ＦＧ２’を構成する導電性材料は、コントロールゲートＣＧ１’，ＣＧ２’と同じものを用いることができる。
【０１２７】
図１０のレイアウト例では、ソース領域Ｓ’とドレイン領域Ｄ１’，Ｄ２’が行方向に並べて配置されており、これらの間を、フローティングゲートＦＧ１’，ＦＧ２’及びコントロールゲートＣＧ１’，ＣＧ２’が列方向に延びるように細長く形成されている。コントロールゲートＣＧ１’は、行方向に延びるアルミ配線であるゲート制御線ＣＧＬ１’の下方まで延びており、ここで、アルミニウム等で形成されたコンタクト部１１’によりゲート制御線ＣＧＬ１’と接続されている。
【０１２８】
コントロールゲートＣＧ２’は、行方向に延びるアルミ配線であるゲート制御線ＣＧＬ２’の下方まで延びており、ここで、アルミニウム等で形成されたコンタクト部１６’によりゲート制御線ＣＧＬ２’と接続されている。
【０１２９】
ドレイン領域Ｄ１’，Ｄ２’上方には、列方向に延びるアルミ配線である列信号線１２’の一部が延びてきており、この一部とドレイン領域Ｄ１’とがアルミニウム等で形成されたコンタクト部９’により電気的に接続され、この一部とドレイン領域Ｄ２’とがアルミニウム等で形成されたコンタクト部１０’により電気的に接続されている。
【０１３０】
ソース領域Ｓ’上にはアルミニウム等で形成されたコンタクト部８ａ’が形成され、コンタクト部８ａ’には配線８’が接続されている。配線８’は、列方向に延びるアルミ配線であるリセット電源線Ｖｃｃ’の下を通過してソース線ＳＬ’の下まで延びている。配線８’とソース線ＳＬ’はアルミニウム等で形成されたコンタクト部８ｂ’により電気的に接続されている。ソース線ＳＬ’は、列方向に並ぶ画素部１００’からなる列毎に設けられており、所定の電位（例えば接地電位）に接続されている。
【０１３１】
リセットトランジスタＲＴ’は、ソース領域として機能する光電変換部３’と、光電変換部３’の列方向隣に離間して設けられたＮ型不純物領域であるドレイン領域ＲＤ’と、光電変換部３’とドレイン領域ＲＤ’との間の半導体基板上方に絶縁膜７’を介して設けられたリセットゲートＲＧ’とを備えたＭＯＳトランジスタ構造となっている。
【０１３２】
図１０のレイアウト例では、リセットゲートＲＧ’は、行方向に延びるアルミ配線であるリセット制御線ＲＬ’の下に配置されており、ここで、アルミニウム等で形成されたコンタクト部ＲＧａ’によりリセット制御線ＲＬ’と接続されている。
【０１３３】
ドレイン領域ＲＤ’上方には、リセット電源線Ｖｃｃ’の一部が延びてきており、この一部とドレイン領域ＲＤ’とがアルミニウム等で形成されたコンタクト部ＲＤａ’により電気的に接続されている。リセット電源線Ｖｃｃ’は、列方向に並ぶ画素部１００’からなる列毎に設けられており、所定の電源電圧に接続されている。
【０１３４】
なお、リセットトランジスタＲＴ’や不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’の配置は、図１０に示したものに限らず、スペースに応じて適当に配置すれば良い。
【０１３５】
各種配線の位置関係は、ゲート制御線ＣＧＬ１’，ＣＧＬ２’、リセット制御線ＲＬ’、及び配線８’よりも、ソース線ＳＬ’、リセット電源線Ｖｃｃ’、及び列信号線１２’の方が上層に形成されたものとなっている。
【０１３６】
画素部１００’は、例えばタングステン等で構成された遮光膜Ｗ’によって、光電変換部３’の一部以外の領域に光が入射しない構造になっている。図１１及び図１２に示したように、半導体基板上方（ソース線ＳＬ’、リセット電源線Ｖｃｃ’、及び列信号線１２’よりも上）には光電変換部３’の一部の上方に開口ＷＨ’が形成された遮光膜Ｗ’が形成されている。
【０１３７】
固体撮像素子１０’では、フローティングゲートＦＧ１’，ＦＧ２’への電荷注入効率向上を目的として、図１１及び図１２に示したように、光電変換部３’が、遮光膜Ｗ’の開口ＷＨ’の下方だけでなく、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’のチャネル領域６ａ’，６ｂ’の下まで延在している。
【０１３８】
図１１，１２に示すように、光電変換部３’は、開口ＷＨ’下方に形成された本体部３ａ’と、そこからチャネル領域６ａ’（６ｂ’）の下まで延びる延在部３ｂ’とで構成されている。なお、図１１では本体部３ａ’と延在部３ｂ’とに境界線（破線）を記してあるが、これは説明のためであり、実際にはこのような境界は存在しない。
【０１３９】
本体部３ａ’は、光を受光するために開口ＷＨ’の下方に形成した部分である。延在部３ｂ’は、ｐウェル層２’内部で不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’のチャネル領域６ａ’，６ｂ’の下まで本体部３ａ’から延在させた部分である。延在部３ｂ’は、平面視においては、本体部３ａ’のソース領域Ｓ’とドレイン領域Ｄ１’，Ｄ２’の間の領域に対向する位置から、該領域に向かって列方向に延びて形成されている。即ち、平面視において不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’やリセットトランジスタＲＴ’の形成される領域においては、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’のチャネル領域６ａ’，６ｂ’の下にのみ光電変換部３’が存在するように、光電変換部３’を形成した構成となっている。なお、チャネル領域６ａ’，６ｂ’の下のみだけでなく、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’の全体の下まで光電変換部３’が存在するように延在部３ｂ’を形成した構成としても良い。
【０１４０】
チャネル領域６ａ’（６ｂ’）は、コントロールゲートＣＧ１’（ＣＧ２’）及びフローティングゲートＦＧ１’（ＦＧ２’）の直下にある。このため、このチャネル領域６ａ’（６ｂ’）の下（好ましくはチャネル領域６ａ’（６ｂ’）と平面視で重なる範囲の全て）まで光電変換部３’を延在させることで、光電変換部３’の電荷をＦＮトンネル注入或いはダイレクトトンネル注入によってフローティングゲートＦＧ１’（ＦＧ２’）に注入する場合に、コントロールゲートＣＧ１’（ＣＧ２’）に印加した電圧（ＣＧ電圧）によってほぼ垂直方向に光電変換部３’からフローティングゲートＦＧ１’（ＦＧ２’）に電界を加えることができる。これにより、光電変換部３’の電荷がコントロールゲートＣＧ１’（ＣＧ２’）の方向に向かって加速されやすくなる。この結果、低いＣＧ電圧でトンネリングを起こさせることができる。
【０１４１】
固体撮像素子１０’では、チャネル領域６ａ’（６ｂ’）を確保しつつ、このチャネル領域６ａ’（６ｂ’）の下に光電変換部３を延在させているため、光電変換部３’とコントロールゲートＣＧ１’（ＣＧ２’）との重なり部分の大きさには制限がなくなり、電界方向をほぼ垂直にすることができる。この結果、効率的にトンネル電流を発生させることができる。
【０１４２】
光電変換部３’は、イオン注入の際のマスクパターンの制御によって基板表面に平行な方向の長さを制御することでき、イオン注入エネルギの制御によって基板表面に垂直な方向の長さを制御することできる。このようにすることで、本体部３ａ’と延在部３ｂ’からなる光電変換部３’を形成することが可能である。
【０１４３】
以上のように構成された固体撮像素子１０’を搭載する図１に示した内視鏡装置の動作について説明する。
【０１４４】
操作部２５が操作されて対象物の撮影指示がなされると、この指示がシステム制御部２４に入力され、システム制御部２４から固体撮像素子１０’へ撮影指示が通知される。
【０１４５】
固体撮像素子１０’では、撮影指示を受けると、これをスタートトリガとして、制御部４０’が、全ての画素部１００’のリセットトランジスタＲＴ’のリセットゲートＲＧ’にリセットパルスを供給する。これにより、光電変換部３’に蓄積されていた不要電荷がリセットトランジスタＲＴ’のドレインへと排出される。
【０１４６】
リセット完了後、システム制御部２４は、光源駆動部２１に指示を出し、ハロゲンランプ１ａから白色光を発光させる。
【０１４７】
白色光の発光は、例えば内視鏡装置で設定された露光期間だけ行われる。この白色光の発光期間中、固体撮像素子１０’のＲカラーフィルタを有する画素部１００’では、対象物から入射してくる光のうちのＲ光だけが透過して光電変換部３’に入射し、ここでＲ光に応じた電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０’のＧカラーフィルタを有する画素部１００’では、対象物から入射してくる光のうちのＧ光だけが透過して光電変換部３’に入射し、ここでＧ光に応じた電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０’のＢカラーフィルタを有する画素部１００’では、対象物から入射してくる光のうちのＢ光だけが透過して光電変換部３’に入射し、ここでＢ光に応じた電荷が発生して蓄積される。
【０１４８】
露光期間終了後、制御部４０’は、全ての画素部１００’のコントロールゲートＣＧ１’に書き込みパルスを供給して、露光期間中に光電変換部３’で発生した電荷をフローティングゲートＦＧ１’に蓄積させる。なお、書き込みパルスの供給は、露光期間の終了と同時に開始する方法と、露光期間の開始と同時に開始し、露光期間の終了と同時に終了する方法のどちらを採用しても良い。
【０１４９】
この書き込みパルスの供給により、各画素部１００’で発生した電荷（Ｒ光による電荷、Ｇ光による電荷、Ｂ光による電荷）はその画素部１００’のフローティングゲートＦＧ１’に蓄積される。
【０１５０】
フローティングゲートＦＧ１’への電荷の蓄積が終了すると、制御部４０’は、再び、全ての画素部１００’のリセットトランジスタＲＴ’のリセットゲートＲＧ’にリセットパルスを供給する。これにより、光電変換部３’からフローティングゲートＦＧ１’へ注入しきれずに残ってしまっていた残留電荷がリセットトランジスタＲＴ’のドレインへと排出される。
【０１５１】
２度目のリセット完了後、システム制御部２４は、光源駆動部２１に指示を出し、特殊光ユニットから特殊光（特殊光１，２，３）を発光させる。
【０１５２】
特殊光の発光は、例えば内視鏡装置で設定された露光期間だけ行われる。この特殊光の発光期間中、固体撮像素子１０’のＲカラーフィルタを有する画素部１００’では、対象物から入射してくる光のうちの特殊光３による反射光又は励起光だけが透過して光電変換部３’に入射し、ここで電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０’のＧカラーフィルタを有する画素部１００’では、対象物から入射してくる光のうちの特殊光２による反射光又は励起光だけが透過して光電変換部３’に入射し、ここで電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０’のＢカラーフィルタを有する画素部１００’では、対象物から入射してくる光のうちの特殊光１による反射光又は励起光だけが透過して光電変換部３’に入射し、ここで電荷が発生して蓄積される。
【０１５３】
露光期間終了後、制御部４０’は、全ての画素部１００’のコントロールゲートＣＧ２’に書き込みパルスを供給して、露光期間中に光電変換部３’で発生した電荷をフローティングゲートＦＧ２’に蓄積させる。なお、この電荷の蓄積は、露光期間の終了と同時に開始する方法と、露光期間の開始と同時に開始し、露光期間の終了と同時に終了する方法のどちらを採用しても良い。
【０１５４】
この書き込みパルスの供給により、各画素部１００’で発生した電荷（特殊光１による電荷、特殊光２による電荷、特殊光３による電荷）はその画素部１００’のフローティングゲートＦＧ２’に蓄積される。
【０１５５】
固体撮像素子１０’では、コントロールゲートＣＧ１’とコントロールゲートＣＧ２’とがそれぞれ別の制御線（ＣＧＬ１’，ＣＧＬ２’）に接続されているため、上述したように、２回の露光の各々によって光電変換部３’で発生した電荷を、それぞれ別のフローティングゲートに選択的に蓄積することが可能となっている。
【０１５６】
フローティングゲートＦＧ２’への電荷蓄積終了後、読み出し制御部２０ａ’がトランジスタ２０ｆ’をオンして列信号線１２’をプリチャージする。次に、読み出し制御部２０ａ’がトランジスタ２０ｅ’をオンして、列信号線１２’とセンスアンプ２０ｂ’とを導通する。この状態で、ランプアップ回路２０ｄ’が、制御部４０’を介して、１ライン目の各画素部１００’のコントロールゲートＣＧ１’へのランプ波形電圧（Ｖｔｈ読み出し電圧）の印加を開始する（ランプ波形電圧の印加開始後のカウント値は、初期値（例えばゼロ）からアップカウントされる）。ランプ波形電圧の印加後、１ライン目の各画素部１００’の不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’のドレイン電位が降下すると、その時点でのランプ波形電圧の値に対応するカウント値が各読み出し回路２０’内で保持される。保持されたカウント値は、白色光が発光された露光期間に光電変換部３’で発生して蓄積された電荷に応じた撮像信号として、水平シフトレジスタ５０’の制御により信号線７０’を介して出力部６０’から出力される。この撮像信号の出力後は、トランジスタ２０ｆ’がオフされ、ランプ波形電圧の印加が停止され、カウント値がリセットされる。２ライン目以降にも同様の駆動が行われて、全てのラインのフローティングゲートＦＧ１’に蓄積されていた電荷に応じた第一の撮像信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）を出力させる。
【０１５７】
次に、読み出し制御部２０ａ’がトランジスタ２０ｆ’をオンして列信号線１２’をプリチャージする。次に、読み出し制御部２０ａ’がトランジスタ２０ｅ’をオンして、列信号線１２’とセンスアンプ２０ｂ’とを導通する。この状態で、ランプアップ回路２０ｄ’が、制御部４０’を介して、１ライン目の各画素部１００’のコントロールゲートＣＧ２’へのランプ波形電圧（Ｖｔｈ読み出し電圧）の印加を開始する（ランプ波形電圧の印加開始後のカウント値は、初期値（例えばゼロ）からアップカウントされる）。ランプ波形電圧の印加後、１ライン目の各画素部１００’の不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’のドレイン電位が降下すると、その時点でのランプ波形電圧の値に対応するカウント値が各読み出し回路２０’内で保持される。保持されたカウント値は、特殊光１，２，３が発光された露光期間に光電変換部３’で発生して蓄積された電荷に応じた撮像信号として、水平シフトレジスタ５０’の制御により信号線７０’を介して出力部６０’から出力される。この撮像信号の出力後は、トランジスタ２０ｆ’がオフされ、ランプ波形電圧の印加が停止され、カウント値がリセットされる。２ライン目以降にも同様の駆動が行われて、全てのラインのフローティングゲートＦＧ２’に蓄積されていた電荷に応じた第二の撮像信号（特殊光１信号、特殊光２信号、特殊光３信号）を出力させる。
【０１５８】
第二の撮像信号を出力させた後、制御部４０は、全ての画素部１００のコントロールゲートＣＧ１’，ＣＧ２’の電位を−Ｖｃｃに設定し、半導体基板の電位をＶｃｃに設定する。これによりフローティングゲートＦＧ１’，ＦＧ２’に蓄積されていた電荷は、半導体基板に引き抜かれて消去される。
【０１５９】
以上のような動作が１フレーム期間内に実施される。このように、画素部１００に設ける複数の電荷蓄積部として、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’，ＭＴ２’を用いることで、トランジスタ数を減らすことができる。
【０１６０】
なお、図８の例では、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’と不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’を１本の列信号線１２’に共通接続し、この列信号線１２’に１つの読み出し回路２０’を接続した構成としている。しかし、図１３に示すように、不揮発性メモリトランジスタＭＴ１’と不揮発性メモリトランジスタＭＴ２’をそれぞれ別の列信号線１２ａ’，１２ｂ’に接続し、これら列信号線１２ａ’，１２ｂ’の各々に１つの読み出し回路２０’を接続した構成としても良い。列信号線１２ａ’に接続された読み出し回路２０’と、列信号線１２ｂ’に接続された読み出し回路２０’との各々に対応させて出力回路を設けることで、第一の撮像信号と第二の撮像信号を同時並行して固体撮像素子外部に読み出すことができる。この結果、撮像してから画像表示・記録までの時間を短縮することができる。
【０１６１】
また、電荷蓄積部を２つのトランジスタで構成した図２の固体撮像素子においても、読み出しトランジスタＲＴ１と読み出しトランジスタＲＴ２をそれぞれ別の信号線に接続し、これら信号線の各々に１つの読み出し回路２０を接続した構成としても良い。
【０１６２】
また、電荷蓄積部を２つのトランジスタで構成した図２の固体撮像素子においても、光電変換部１１以外の領域を遮光膜で遮光し、書き込みトランジスタＷＴ１，ＷＴ２のチャネル領域の下まで光電変換部１１を延在させることで、電荷注入効率を向上させることができる。
【０１６３】
以下では、図１に示す内視鏡装置の変形例を説明する。
【０１６４】
（第一の変形例）
図１４は、図１に示す内視鏡装置の変形例を示す図であり、図２に示す固体撮像素子における画素部内の変形構成例を示した等価回路図である。
【０１６５】
図１４に示す画素部には、光電変換部１１で発生した電荷を選択的に蓄積可能な複数の電荷蓄積部として浮遊拡散容量Ｃ１と浮遊拡散容量Ｃ２が設けられている。また、図１４に示す画素部は、浮遊拡散容量Ｃ１に対応して設けられた、スイッチトランジスタＳＴ１、リセットトランジスタＲＥＴ１、及びソースフォロワアンプＳＦＡ１と、浮遊拡散容量Ｃ２に対応して設けられた、スイッチトランジスタＳＴ２、リセットトランジスタＲＥＴ２、及びソースフォロワアンプＳＦＡ２とを備える。
【０１６６】
スイッチトランジスタＳＴ１は、光電変換部１１内の電荷の浮遊拡散容量Ｃ１への転送制御を行う。ソースフォロワアンプＳＦＡ１は、浮遊拡散容量Ｃ１に接続され、浮遊拡散容量Ｃ１に転送された電荷量に応じた信号を出力する。リセットトランジスタＲＥＴ１は、浮遊拡散容量Ｃ１の電位を電源電圧Ｖｃｃにリセットするためのものである。
【０１６７】
スイッチトランジスタＳＴ２は、光電変換部１１内の電荷の浮遊拡散容量Ｃ２への転送制御を行う。ソースフォロワアンプＳＦＡ２は、浮遊拡散容量Ｃ２に接続され、浮遊拡散容量Ｃ２に転送された電荷量に応じた信号を出力する。リセットトランジスタＲＥＴ２は、浮遊拡散容量Ｃ２の電位を電源電圧Ｖｃｃにリセットするためのものである。
【０１６８】
図１４に示す画素部を有する固体撮像素子を搭載した内視鏡装置では、撮影指示に応じて、まず、全ての画素部のスイッチトランジスタＳＴ１とリセットトランジスタＲＥＴ１をそれぞれオンする。これにより、光電変換部１１にある不要電荷は、浮遊拡散容量Ｃ１に完全転送され、ここからリセットトランジスタＲＥＴ１のドレインへと排出される。次に、全ての画素部のスイッチトランジスタＳＴ１とリセットトランジスタＲＥＴ１をそれぞれオフすると同時に白色光による露光を開始する。露光期間が終了すると、全ての画素部のスイッチトランジスタＳＴ１をオンして、光電変換部１１で発生した電荷を浮遊拡散容量Ｃ１に完全転送し、スイッチトランジスタＳＴ１をオフにする。
【０１６９】
次に、全ての画素部のスイッチトランジスタＳＴ２とリセットトランジスタＲＥＴ２をそれぞれオンする。これにより、光電変換部１１にある残留電荷は、浮遊拡散容量Ｃ２に完全転送され、ここからリセットトランジスタＲＥＴ２のドレインへと排出される。次に、全ての画素部のスイッチトランジスタＳＴ２とリセットトランジスタＲＥＴ２をそれぞれオフすると同時に特殊光による露光を開始する。露光期間が終了すると、全ての画素部のスイッチトランジスタＳＴ２をオンして、光電変換部１１で発生した電荷を浮遊拡散容量Ｃ２に完全転送し、スイッチトランジスタＳＴ２をオフにする。
【０１７０】
電荷蓄積終了後は、浮遊拡散容量Ｃ１に転送された電荷量に応じた撮像信号をソースフォロワアンプＳＦＡ１によって外部に読み出す駆動を全ラインに対して行って撮像信号を読み出す。次に、浮遊拡散容量Ｃ２に転送された電荷量に応じた撮像信号をソースフォロワアンプＳＦＡ２によって外部に読み出す駆動を全ラインに対して行って撮像信号を読み出す。
【０１７１】
以上のような構成であっても、発熱を抑えながら２回の撮影間隔を短くすることができ、装置の小型化、診断精度の向上を実現することができる。
【０１７２】
（第二の変形例）
図１の撮像装置は、固体撮像素子１０に搭載されるカラーフィルタがベイヤー配列であるため、２行×２列の４つの画素部１００に着目したとき、図７に示すように、Ｇカラーフィルタを有する画素部１００については２つ存在することにある。このため、このうちの１つを別の波長成分を検出可能な画素部としても問題はない。
【０１７３】
そこで、第二の変形例では、固体撮像素子１０の２行×２列の４つの画素部１００に着目したときの、Ｇカラーフィルタを持つ２つの画素部１００のうちの一方のＧカラーフィルタを、対象物からの反射光又は励起光の波長がＲの波長域、Ｇの波長域、及びＢの波長域の外になるように発光波長が設定された特殊光４を透過し、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長域の光をカットするフィルタに変更した構成となっている。ここでは、特殊光４の発光波長を、図５に示すようにＲの波長域よりも長波長側（例えば８００ｎｍ）とし、フィルタを、波長７００ｎｍ以上の赤外域を透過してＲ，Ｇ，Ｂの波長域をカットする赤外透過フィルタとする。なお、特殊光４の発光波長を、Ｂの波長域よりも短波長側（例えば３００ｎｍ）とし、フィルタを、波長３５０ｎｍ以下の紫外域を透過してＲ，Ｇ，Ｂの波長域をカットする紫外透過フィルタとしても良い。
【０１７４】
そして、光源１の特殊光ユニットには、特殊光４を発光するＬＥＤを追加する。
【０１７５】
このように構成された内視鏡装置の動作について説明する。図１５は、図１の撮像装置の第二の変形例の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【０１７６】
操作部２５が操作されて対象物の撮影指示がなされると、この指示がシステム制御部２４に入力され、システム制御部２４から固体撮像素子１０へ撮影指示が通知される。
【０１７７】
固体撮像素子１０では、撮影指示を受けると、これをスタートトリガとして、制御部４０が、全ての画素部１００のリセットトランジスタＲＥＴのリセットゲートＲＧにリセットパルスを供給する。これにより、光電変換部１１に蓄積されていた不要電荷がリセットトランジスタＲＥＴのドレインへと排出される。
【０１７８】
リセット完了後、システム制御部２４は、光源駆動部２１に指示を出し、ハロゲンランプ１ａから白色光を発光させ、特殊光４を発光するＬＥＤから特殊光４を発光させる。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長と特殊光４の発光波長とを含む光が光源１から発光される。なお、図９では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてから光（白色光＋特殊光４）を発光させているが、この発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１７９】
この発光は、例えば内視鏡装置で設定された露光期間だけ行われる。発光期間中、固体撮像素子１０のＲカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちのＲ光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここでＲ光に応じた電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０のＧカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちのＧ光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここでＧ光に応じた電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０のＢカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちのＢ光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここでＢ光に応じた電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０の赤外透過フィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうちの特殊光４による反射光又は励起光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここで特殊光４の反射光又は励起光に応じた電荷が発生して蓄積される。
【０１８０】
露光期間終了後、制御部４０は、全ての画素部１００の書き込みコントロールゲートＷＣＧ１に書き込みパルスを供給して、露光期間中に光電変換部１１で発生した電荷をフローティングゲートＦＧ１に蓄積させる。なお、書き込みパルスの供給は、露光期間の終了と同時に開始する方法と、露光期間の開始と同時に開始し、露光期間の終了と同時に終了する方法のどちらを採用しても良い。
【０１８１】
この書き込みパルスの供給により、図１６に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｒ光による電荷、Ｇ光による電荷、Ｂ光による電荷、特殊光４による電荷）はその画素部１００のフローティングゲートＦＧ１に蓄積される。
【０１８２】
フローティングゲートＦＧ１への電荷の蓄積が終了すると、制御部４０は、再び、全ての画素部１００のリセットトランジスタＲＥＴのリセットゲートＲＧにリセットパルスを供給する。これにより、光電変換部１１からフローティングゲートＦＧ１へ注入しきれずに残ってしまっていた残留電荷がリセットトランジスタＲＥＴのドレインへと排出される。
【０１８３】
２度目のリセット完了後、システム制御部２４は、光源駆動部２１に指示を出し、特殊光ユニットから特殊光（特殊光１，２，３）を発光させる。なお、図１５では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてから特殊光を発光させているが、特殊光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１８４】
特殊光の発光は、例えば内視鏡装置で設定された露光期間だけ行われる。この特殊光の発光期間中、固体撮像素子１０のＲカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうち、特殊光３による反射光又は励起光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここで電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０のＧカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうち、特殊光２による反射光又は励起光だけが透過して光電変換部１１に入射し、ここで電荷が発生して蓄積される。また、固体撮像素子１０のＢカラーフィルタを有する画素部１００では、対象物から入射してくる光のうち、特殊光１による反射光又は励起光が透過して光電変換部１１に入射し、ここで電荷が発生して蓄積される。
【０１８５】
露光期間終了後、制御部４０は、全ての画素部１００の書き込みコントロールゲートＷＣＧ２に書き込みパルスを供給して、露光期間中に光電変換部１１で発生した電荷をフローティングゲートＦＧ２に蓄積させる。なお、この電荷の蓄積は、露光期間の終了と同時に開始する方法と、露光期間の開始と同時に開始し、露光期間の終了と同時に終了する方法のどちらを採用しても良い。
【０１８６】
この書き込みパルスの供給により、図１６に示すように、各画素部１００で発生した電荷（特殊光１による電荷、特殊光２による電荷、特殊光３による電荷）はその画素部１００のフローティングゲートＦＧ２に蓄積される。
【０１８７】
フローティングゲートＦＧ２への電荷蓄積終了後、制御部４０は、１ライン目の各画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ１のドレイン電位をＶｒ（＜Ｖｃｃ）に設定し、１ライン目の各画素部１００の読み出しコントロールゲートＲＣＧ１へのランプ波形電圧の印加を開始する。そして、１ライン目の読み出しトランジスタＲＴ１のドレイン電位が降下した時点でのランプ波形電圧の値に対応するカウント値が各読み出し回路２０内で保持され、このカウント値が撮像信号として出力アンプ６０から出力される。制御部４０は、２ライン目以降にも同様の駆動を行って、全てのラインのフローティングゲートＦＧ１に蓄積されていた電荷に応じた第一の撮像信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号、特殊光４信号）を出力させる。
【０１８８】
次に、制御部４０は、１ライン目の各画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ２のドレイン電位をＶｒ（＜Ｖｃｃ）に設定し、１ライン目の各画素部１００の読み出しコントロールゲートＲＣＧ２へのランプ波形電圧の印加を開始する。そして、１ライン目の読み出しトランジスタＲＴ２のドレイン電位が降下した時点でのランプ波形電圧の値に対応するカウント値が各読み出し回路２０内で保持され、このカウント値が撮像信号として出力アンプ６０から出力される。制御部４０は、２ライン目以降にも同様の駆動を行って、全てのラインのフローティングゲートＦＧ２に蓄積されていた電荷に応じた第二の撮像信号（特殊光１信号、特殊光２信号、特殊光３信号）を出力させる。
【０１８９】
第二の撮像信号を出力させた後、制御部４０は、全ての画素部１００の書き込みコントロールゲートＷＣＧ１，ＷＣＧ２及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２の電位を−Ｖｃｃに設定し、半導体基板の電位をＶｃｃに設定する。これによりフローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２に蓄積されていた電荷は、半導体基板に引き抜かれて消去される。
【０１９０】
以上のような動作が１フレーム期間内に実施される。
【０１９１】
以上のように第二の変形例の内視鏡装置によれば、白色光によるＲＧＢカラー画像データと、特殊光１〜４による画像データとの計５種類の画像データを得ることができ、医師による診断の効率を向上させることができる。
【０１９２】
なお、以上の説明では、特殊光４を透過するフィルタを有する画素部を作ることで、画像データの種類を１つ増やしたが、この画素部にフィルタを設けない構成も、特殊光４を透過するフィルタを設けた構成と定義するものとする。フィルタを何も設けない場合、図１５の動作例によれば、フィルタのない画素部のフローティングゲートＦＧ１には（白色光＋特殊光４）に応じた電荷が蓄積され、フローティングゲートＦＧ２には（特殊光１＋特殊光２＋特殊光３）に応じた電荷が蓄積される。このため、フィルタのない画素部のフローティングゲートＦＧ１から読み出した撮像信号から、周囲のＲＧＢ信号成分を用いて白色光成分を取り除くことで、特殊光４による撮影画像データのみを抽出することができる。また、フィルタのない画素部のフローティングゲートＦＧ２から読み出した撮像信号から、周囲の特殊光２，３信号を用いて特殊光２，３成分を取り除くことで、特殊光１による撮影画像データのみを抽出することができる。この構成では、特殊光４の撮像信号を抽出するための演算が必要となるが、白色光の撮像信号や、特殊光１，２，３の撮像信号については、演算が不要であるため、これらについても演算をする場合と比べて、演算処理量を大幅に減らすことができる。
【０１９３】
以上説明したように、本明細書には以下の事項が開示されている。
【０１９４】
開示された固体撮像素子は、複数の画素部を有する固体撮像素子であって、前記画素部が、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な複数の電荷蓄積部とを含み、前記複数の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を独立に読み出す信号読み出し部を備える。
【０１９５】
この構成により、複数回の露光で得られる複数種類の電荷を画素部内で区別して蓄積しておくことができる。このため、露光を行うたびにその露光によって得られる電荷に応じた信号を読み出す必要がなく、複数回の露光後に信号をまとめて読み出すことが可能となる。この結果、複数回の露光の間隔を短くすることができ、複数光源での撮像を短時間で連続して実施することができるため、ほぼ同一の被写体に対して条件を変えた画像を得ることができ、内視鏡検査時の診断精度向上に役立てることができる。
【０１９６】
開示された固体撮像素子は、前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる制御を前記複数の電荷蓄積部それぞれで独立に行う電荷蓄積制御手段を備える。
【０１９７】
この構成により、複数回の露光で得られる複数種類の電荷を画素部内で区別して蓄積しておくことができる。
【０１９８】
開示された固体撮像素子は、前記画素部が前記光電変換部内の電荷を排出する電荷排出手段を備える。
【０１９９】
この構成により、複数回の露光を連続して行うときでも、各露光前に光電変換部に蓄積されている不要電荷を排出することができる。このため、前の露光で得られた電荷が次の露光で得られる電荷に混ざってしまうことがなく、画質劣化を防止することができる。
【０２００】
開示された固体撮像素子は、前記複数の電荷蓄積部の各々が、前記光電変換部が形成される半導体基板上方に形成された電荷蓄積領域を含むトランジスタであり、前記電荷蓄積領域に前記電荷が蓄積され、前記信号読み出し部が、前記電荷蓄積領域に蓄積される電荷に応じた前記トランジスタの閾値電圧の変化を前記信号として読み出す回路で構成されている。
【０２０１】
開示された固体撮像素子は、前記半導体基板上方に設けられ、前記光電変換部の一部の上方に開口が形成された遮光膜を備え、前記トランジスタの前記電荷蓄積領域及びチャネル領域は前記遮光膜によって覆われており、前記光電変換部が、前記トランジスタのチャネル領域の下まで延在している。
【０２０２】
この構成により、トランジスタのチャネル領域の下に光電変換部が存在することになるため、遮光膜開口から入った光に応じて光電変換部で発生した電荷を、光電変換部のチャネル領域との重なり部分から該チャネル領域を介して電荷蓄積部へと効率的に注入することができる。
【０２０３】
開示された固体撮像素子は、前記電荷蓄積領域がフローティングゲートである。
【０２０４】
この構成により、フローティングゲートに電荷が蓄積された後は、その電荷が周囲からのノイズによる影響を受け難くなるため、ＳＮ比を向上させることができる。
【０２０５】
開示された固体撮像素子は、前記トランジスタが、前記フローティングゲートに前記電荷を注入するための書き込みトランジスタと、前記フローティングゲートの電位変動に応じて閾値電圧が変化するトランジスタであって、前記閾値電圧の変化を前記電荷に応じた信号として読み出すための読み出しトランジスタとの２つで構成され、前記書き込みトランジスタは、前記光電変換部に接続されたソースとゲートとの２端子構造となっている。
【０２０６】
この構成により、画素部内に書き込みトランジスタのドレインを形成するスペースを設ける必要がなくなり、設計レイアウトの向上や、多画素化や微細化への対応を実現することができる。
【０２０７】
開示された固体撮像素子は、前記画素部の前記複数のトランジスタが、それぞれ異なる出力信号線に接続され、前記複数のトランジスタに接続される複数の前記出力信号線の各々に対して前記回路が設けられている。
【０２０８】
この構成により、複数のトランジスタから並行して信号を読み出すことができ、撮像処理の高速化を図ることができる。
【０２０９】
開示された固体撮像素子は、前記電荷蓄積部が浮遊拡散容量であり、前記電荷蓄積制御手段が、前記複数の浮遊拡散容量の各々に対応して設けられ、対応する前記浮遊拡散容量に前記光電変換部から電荷を転送するためのトランジスタであり、前記信号読み出し部が、前記複数の浮遊拡散容量の各々に対応して設けられ、対応する前記浮遊拡散容量の電位変化に応じた信号を出力するソースフォロワアンプである。
【０２１０】
この構成により、複数回の露光で得られる複数種類の電荷を画素部内で区別して蓄積しておくことができる。
【０２１１】
開示された内視鏡装置は、前記固体撮像素子と、複数種類の光を発光可能な光源と、撮影トリガに応じて前記複数種類の光をそれぞれ異なるタイミングで発光させると共に、前記複数種類の光の各々の発光に同期させて、該発光によって被写体から入射してくる入射光によって前記光電変換部で発生した電荷を、前記複数種類の光毎に別々の前記電荷蓄積部に蓄積させ、前記複数の電荷蓄積部の各々に電荷を蓄積させた後に、該電荷に応じた信号の読み出しを前記信号読み出し部により開始させる駆動を行う駆動手段とを備える。
【０２１２】
この構成により、複数種類の光による複数回の露光後に信号をまとめて読み出しているため、複数種類の光での撮像を短時間で連続して実施することができる。したがって、複数種類の光による撮影をほぼ同時に行うことができ、ほぼ同一の被写体に対して条件を変えた画像を得ることができる。
【０２１３】
開示された内視鏡装置は、前記複数の画素部が、第一の画素部と第二の画素部と第三の画素部とを含み、前記第一の画素部が、前記光電変換部の上方に設けられた赤色の波長域の光を透過する第一のカラーフィルタを含み、前記第二の画素部が、前記光電変換部の上方に設けられた緑色の波長域の光を透過する第二のカラーフィルタを含み、前記第三の画素部が、前記光電変換部の上方に設けられた青色の波長域の光を透過する第三のカラーフィルタを含み、前記複数種類の光が、前記赤色の波長域と前記緑色の波長域と前記青色の波長域とを含む光と特殊光であり、前記特殊光は、該特殊光の発光に対する被写体からの反射光又は励起光に、前記赤色の波長域内の特定波長、前記緑色の波長域内の特定波長、及び前記青色の波長域内の特定波長のうち少なくとも１つが含まれるように発光波長が設定されている。
【０２１４】
この構成により、特殊光用の分光フィルタを設けることなく、白色光による撮影と特殊光による撮影とをほぼ同時に実施することができる。
【０２１５】
開示された内視鏡装置は、前記複数の画素部が、更に第四の画素部を含み、前記複数種類の光が、前記赤色の波長域、前記緑色の波長域、及び前記青色の波長域を含む第一の光と、被写体からの反射光又は励起光の波長が前記赤色の波長域、前記緑色の波長域、及び前記青色の波長域の外になるように発光波長が設定された第二の光とを含む光と、前記特殊光であり、前記第四の画素部が、前記光電変換部の上方に設けられた前記第二の光を透過するフィルタを含む。
【０２１６】
開示された内視鏡装置は、前記第二の光が、前記赤色の波長域よりも長波長側又は前記青色の波長域よりも短波長側に発光波長が設定された光である。
【０２１７】
開示された固体撮像素子の駆動方法は、複数の画素部を有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記画素部が、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷をそれぞれ異なるタイミングで蓄積可能な複数の電荷蓄積部とを含み、撮影トリガに応じて前記複数種類の光をそれぞれ異なるタイミングで発光させると共に、前記複数種類の光の各々の発光に同期させて、該発光によって被写体から入射してくる入射光によって前記光電変換部で発生した電荷を、前記複数種類の光毎に別々の前記電荷蓄積部に蓄積させる第一のステップと、前記複数の電荷蓄積部の各々に電荷を蓄積させた後に、該電荷に応じた信号の読み出しを開始させる第二のステップとを備える。
【符号の説明】
【０２１８】
１０  固体撮像素子
１１  光電変換部
２０  読み出し回路
１００  画素部
ＦＧ１，ＦＧ２  フローティングゲート
【図１】
2010193421.tif 000003
【図２】
2010193421.tif 000004
【図３】
2010193421.tif 000005
【図４】
2010193421.tif 000006
【図５】
2010193421.tif 000007
【図６】
2010193421.tif 000008
【図７】
2010193421.tif 000009
【図８】
2010193421.tif 000010
【図９】
2010193421.tif 000011
【図１０】
2010193421.tif 000012
【図１１】
2010193421.tif 000013
【図１２】
2010193421.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2010193421.tif 000016
【図１５】
2010193421.tif 000017
【図１６】
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