(57)【要約】【課題】色ずれを防いで画質向上を図ることが可能な内視鏡装置を提供する。【解決手段】Ｒ光を発光するＬＥＤ１ａと、Ｇ光を発光するＬＥＤ１ｂと、Ｂ光を発光するＬＥＤ１ｃとを含む光源１と、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を受光可能で且つ受光した光に応じた電荷を発生する光電変換部１１及び光電変換部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，ＦＧ３を含む複数の画素部１００と、フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３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とを有する固体撮像素子１０とを備える。【選択図】図３
2010194291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の光と、第二の光と、第三の光との発光を独立に行うことが可能な光源と、
前記第一の光、前記第二の光、前記第三の光を受光可能で且つ受光した光に応じた電荷を発生する光電変換部及び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を含む複数の画素部と、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とを有する固体撮像素子とを備える内視鏡装置。
【請求項２】
請求項１記載の内視鏡装置であって、
前記複数の電荷蓄積部が、第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、第三の電荷蓄積部を含み、
前記第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動と、前記第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動と、前記第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動とを行う駆動手段を備え、
前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、及び前記第三の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す内視鏡装置。
【請求項３】
請求項１記載の内視鏡装置であって、
前記複数の電荷蓄積部が、第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、第三の電荷蓄積部を含み、
前記第一の光がＧ光であり、前記第二の光がＢ光であり、前記第三の光がＲ光であり、
前記Ｇ光、前記Ｂ光、及び前記Ｒ光を同時に又は連続して発光させ、該発光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動と、前記Ｂ光を発光させ、前記Ｂ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動と、前記Ｒ光を発光させ、前記Ｒ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動とを行う駆動手段を備え、
前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、及び前記第三の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出し、
前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第二の電荷蓄積部から読み出した信号とから第一の色差信号を生成し、前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第三の電荷蓄積部から読み出した信号とから第二の色差信号を生成する色差信号生成手段を備える内視鏡装置。
【請求項４】
請求項１記載の内視鏡装置であって、
前記複数の電荷蓄積部が第一の電荷蓄積部と第二の電荷蓄積部を含み、
前記第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を全ての前記画素部の前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動と、前記第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動と、前記第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの残り半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動とを行う駆動手段を備え、
前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、及び前記第三の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部及び前記第二の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出し、
前記画素部から得られない前記第二の光に応じた信号又は前記第三の光に応じた信号を、該画素部の周囲の前記画素部から得られた前記第二の光に応じた信号及び前記第三の光に応じた信号を用いて補間する補間手段を備える内視鏡装置。
【請求項５】
請求項４記載の内視鏡装置であって、
前記複数の電荷蓄積部が更に第三の電荷蓄積部を含み、
前記光源が、更に第四の光を独立に発光可能であり、
前記駆動手段が、前記第四の光を発光させ、前記第四の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を全ての前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第四の駆動も行い、
前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、前記第三の駆動、及び前記第四の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す内視鏡装置。
【請求項６】
請求項４記載の内視鏡装置であって、
前記複数の電荷蓄積部が更に第三の電荷蓄積部を含み、
前記光源が、更に第四の光と第五の光を独立に発光可能であり、
前記駆動手段が、前記第四の光を発光させ、前記第四の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記半分の前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第四の駆動と、前記第五の光を発光させ、前記第五の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記残り半分の前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第五の駆動も行い、
前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、前記第三の駆動、前記第四の駆動、及び前記第五の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す内視鏡装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記画素部が、前記光源による光の発光前に、前記光電変換部に蓄積されている電荷を外部に排出する電荷排出手段を有する内視鏡装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
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内視鏡装置。
【請求項９】
請求項８記載の内視鏡装置であって、
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内視鏡装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の内視鏡装置であって、
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内視鏡装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記画素部に含まれる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内視鏡装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項記載の内視鏡装置であって、
前記第一の光がＧ光であり、前記第二の光がＢ光であり、前記第三の光がＲ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を備えた内視鏡装置の駆動方法であって、
前記画素部が、被写体から入射してくる光を受光しこれに応じた電荷を発生する光電変換部及び前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、及び第三の電荷蓄積部を含み、
第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動ステップと、
第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動ステップと、
第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動ステップと、
前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、及び前記第三の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すステップとを備える内視鏡装置の駆動方法。
【請求項１５】
複数の画素部を有する固体撮像素子を備えた内視鏡装置の駆動方法であって、
前記画素部が、被写体から入射してくる光を受光しこれに応じた電荷を発生する光電変換部及び前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、及び第三の電荷蓄積部を含み、
Ｇ光、Ｂ光、及びＲ光を同時に又は連続して発光させ、該発光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動ステップと、
Ｂ光を発光させ、Ｂ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動ステップと、
Ｒ光を発光させ、Ｒ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動ステップと、
前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、及び前記第三の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すステップと、
前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第二の電荷蓄積部から読み出した信号とから第一の色差信号を生成し、前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第三の電荷蓄積部から読み出した信号とから第二の色差信号を生成するステップとを備える内視鏡装置の駆動方法。
【請求項１６】
複数の画素部を有する固体撮像素子を備えた内視鏡装置の駆動方法であって、
前記画素部が、被写体から入射してくる光を受光しこれに応じた電荷を発生する光電変換部及び前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な第一の電荷蓄積部及び第二の電荷蓄積部を含み、
第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を全ての前記画素部の前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動ステップと、
第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動ステップと、
第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの残り半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動ステップと、
前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、及び前記第三の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部及び前記第二の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すステップと、
前記画素部から得られない前記第二の光に応じた信号又は前記第三の光に応じた信号を、該画素部の周囲の前記画素部から得られた前記第二の光に応じた信号及び前記第三の光に応じた信号を用いて補間する補間ステップとを備える内視鏡装置の駆動方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の内視鏡装置の駆動方法であって、
前記画素部が更に第三の電荷蓄積部を含み、
第四の光を発光させ、前記第四の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を全ての前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第四の駆動ステップを備え、
前記信号を読み出すステップでは、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、前記第三の駆動ステップ、及び前記第四の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す内視鏡装置の駆動方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の内視鏡装置の駆動方法であって、
前記画素部が更に第三の電荷蓄積部を含み、
第四の光を発光させ、前記第四の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記半分の前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第四の駆動ステップと、
第五の光を発光させ、前記第五の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記残り半分の前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第五の駆動ステップとを備え、
前記信号を順次読み出すステップでは、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、前記第三の駆動ステップ、前記第四の駆動ステップ、及び前記第五の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す内視鏡装置の駆動方法。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれか１項記載の内視鏡装置の駆動方法であって、
光の発光前に、前記光電変換部に蓄積されている電荷を外部に排出する電荷排出ステップを有する内視鏡装置の駆動方法。
【請求項２０】
請求項１４〜１９のいずれか１項記載の内視鏡装置の駆動方法であって、
前記第一の光がＧ光であり、前記第二の光がＢ光であり、前記第三の光がＲ光である内視鏡装置の駆動方法。
【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を備える内視鏡装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子内視鏡装置には、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各光で対象物を順次照明し、対象物からの光をカラーフィルタのない固体撮像素子で受光して撮影を行う面順次方式と、対象を白色光で照明し、ＲＧＢカラーフィルタを搭載した固体撮像素子で対象物からの光を受光して撮影を行う面同時方式とがある。
【０００３】
面順次方式の電子内視鏡装置は、固体撮像素子の各画素からＲＧＢの色信号が得られるため、信号補間処理が不要となり、偽色が発生しにくい。また、カラーフィルタがないことにより、光源の色特性（ＲＧＢ各色の分光特性）で色再現性を決められるので、忠実度の高い映像を得ることができる。また、カラーフィルタを搭載していないため、固体撮像素子の小型化を実現でき、内視鏡の細径化を図ることができ、患者への負担を軽くすることができる。このように、面順次方式には、種々の利点があり、画質向上による診断精度の向上や、内視鏡の細径化による患者の負担減を図る上で、面順次方式は有効である。
【０００４】
面順次方式における被写体の照明方式としては、白色光を発光する光源とＲＧＢの各色光を透過するカラーフィルタとを組み合わせた方式と、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれ発光する３つの光源を用いる方式とがあり、後者の方式については例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
しかしながら、面順次方式では、例えば、Ｒ光発光→信号読み出し→Ｇ光発光→信号読み出し→Ｂ光発光→信号読み出しのステップを踏むため、信号読み出し期間が長くなる。このため、次の発光までの時間が長くなり、この間に被写体が動く可能性も高くなって、色ずれが発生して画質が低下する恐れがある。信号読み出し期間を短くすれば色ずれは抑制できるが、信号読み出しを高速化しようとすると、各画素の露光時間を短くせざるを得なくなり、感度低下が避けられない。また、高速行動に伴い素子自体の発熱量が多くなり、好ましくない。多画素化が進めば、当然、信号読み出し期間も長くなるため、今後は、このような画質低下を抑制することがより一層求められてくる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７５２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、色ずれを防いで画質向上を図ることが可能な内視鏡装置及びそ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】
【０００８】
本発明の内視鏡装置は、第一の光と、第二の光と、第三の光との発光を独立に行うことが可能な光源と、前記第一の光、前記第二の光、前記第三の光を受光可能で且つ受光した光に応じた電荷を発生する光電変換部及び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を含む複数の画素部と、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とを有する固体撮像素子とを備える。
【０００９】
本発明の内視鏡装置の駆動方法は、複数の画素部を有する固体撮像素子を備えた内視鏡装置の駆動方法であって、前記画素部が、被写体から入射してくる光を受光しこれに応じた電荷を発生する光電変換部及び前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、及び第三の電荷蓄積部を含み、第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動ステップと、第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動ステップと、第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動ステップと、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、及び前記第三の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すステップとを備える。
【００１０】
本発明の内視鏡装置の駆動方法は、複数の画素部を有する固体撮像素子を備えた内視鏡装置の駆動方法であって、前記画素部が、被写体から入射してくる光を受光しこれに応じた電荷を発生する光電変換部及び前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、及び第三の電荷蓄積部を含み、Ｇ光、Ｂ光、及びＲ光を同時に又は連続して発光させ、該発光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動ステップと、Ｂ光を発光させ、Ｂ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動ステップと、Ｒ光を発光させ、Ｒ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動ステップと、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、及び前記第三の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すステップと、前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第二の電荷蓄積部から読み出した信号とから第一の色差信号を生成し、前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第三の電荷蓄積部から読み出した信号とから第二の色差信号を生成するステップとを備える。
【００１１】
本発明の内視鏡装置の駆動方法は、複数の画素部を有する固体撮像素子を備えた内視鏡装置の駆動方法であって、前記画素部が、被写体から入射してくる光を受光しこれに応じた電荷を発生する光電変換部及び前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な第一の電荷蓄積部及び第二の電荷蓄積部を含み、第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を全ての前記画素部の前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動ステップと、第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動ステップと、第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの残り半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動ステップと、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、及び前記第三の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部及び前記第二の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すステップと、前記画素部から得られない前記第二の光に応じた信号又は前記第三の光に応じた信号を、該画素部の周囲の前記画素部から得られた前記第二の光に応じた信号及び前記第三の光に応じた信号を用いて補間する補間ステップとを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、色ずれを防いで画質向上を図ることが可能な内視鏡装置及びその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】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６】図１に示す内視鏡装置の電荷蓄積動作を説明するための模式図
【図７】図１に示す内視鏡装置の効果を説明するための図
【図８】図１に示す内視鏡装置の第一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９】図１に示す内視鏡装置の第一の変形例の電荷蓄積動作を説明するための模式図
【図１０】図１に示す内視鏡装置の第二の変形例を示す図
【図１１】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１２】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１３】図１に示す内視鏡装置の第二の変形例の電荷蓄積動作を説明するための模式図
【図１４】図１に示す内視鏡装置の第三の変形例を示す図
【図１５】図１に示す内視鏡装置の第三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三の変形例の電荷蓄積動作を説明するための模式図
【図１７】図１に示す内視鏡装置の第四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１８】図１に示す内視鏡装置の第五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１９】図１に示す内視鏡装置の第五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２０】図１に示す内視鏡装置の第五の変形例の電荷蓄積動作を説明するための模式図
【図２１】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２２】図２１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２３】図２１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２４】図２３に示す画素部のＡ−Ａ’線断面模式図
【図２５】図２３に示す画素部のＢ−Ｂ’線断面模式図
【図２６】図２１に示した固体撮像素子の変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
光源１は、Ｒの波長域（一般的には約５５０ｎｍ〜約７００ｎｍ）の光を発光するＬＥＤ１ａと、Ｇの波長域（一般的には約４５０ｎｍ〜約６１０ｎｍ）の光を発光するＬＥＤ１ｂと、Ｂの波長域（一般的には約３８０ｎｍ〜約５２０ｎｍ）を発光するＬＥＤ１ｃとを備える。これらは、一例としてＬＥＤとしているが、上述したＲ，Ｇ，Ｂの波長域の光を発光できるものであれば何でも良い。
【００１７】
ＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃは、それぞれ光源駆動部２１によって独立に駆動される。各ＬＥＤから発せられた光は、図示しないライトガイドを介して固体撮像素子１０前方の撮影対象物（被写体）へと当てられる。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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３つの電荷蓄積部が形成されている。以下、この３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第三の電荷蓄積部と言う。
【００２４】
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。
【００２５】
書き込みトランジスタＷＴ１は、電荷蓄積領域であ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（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ＷＣＧ１の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、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。
【００２６】
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，ＲＴ３のソースと共通接続された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状態での閾値電圧を基準としたときの変化量）を、フローティングゲートＦＧ１に蓄積された電荷に応じた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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
書き込みトランジスタＷＴ２は、電荷蓄積領域であ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（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ＷＣＧ２の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、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。
【００３０】
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，ＲＴ３のソースと共通接続された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状態での閾値電圧を基準としたときの変化量）を、フローティングゲートＦＧ２に蓄積された電荷に応じた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。
【００３１】
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。
【００３２】
第三の電荷蓄積部は、書き込みトランジスタＷＴ３と、読み出しトランジスタＲＴ３とを備える。
【００３３】
書き込みトランジスタＷＴ３は、電荷蓄積領域である電気的に浮遊したフローティングゲートＦＧ３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（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ＷＣＧ３の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ＷＣＧ３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ＷＣＧ３は、書き込み制御線ｗｃｇ３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ＷＴ３では、書き込みコントロールゲートＷＣＧ３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、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ＦＧ３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ＷＴ３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と書き込みトランジスタＷＴ３のドレインは共通化しても良い。
【００３４】
読み出しトランジスタＲＴ３は、書き込みトランジスタＷＴ３と共通のフローティングゲートＦＧ３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，ＲＴ２のソースと共通接続されたＭＯＳトランジスタであり、読み出しコントロールゲートＲＣＧ３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ＲＣＧ３は、読み出し制御線ｒｃｇ３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ＲＴ３は、フローティングゲートＦＧ３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ＦＧ３に電荷が蓄積されていない状態での閾値電圧を基準としたときの変化量）を、フローティングゲートＦＧ３に蓄積された電荷に応じた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。
【００３５】
尚、フローティングゲートＦＧ３は、書き込みトランジスタＷＴ３と読み出しトランジスタＲＴ３とで共通の構成に限らず、書き込みトランジスタＷＴ３と読み出しトランジスタＲＴ３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ＦＧ３を配線によって電気的に接続した構成としても良い。
【００３６】
読み出しトランジスタＲＴ１と読み出しトランジスタＲＴ２と読み出しトランジスタＲＴ３の各々のソースは、ソースラインＳＬを介して接地電位に接続されている。
【００３７】
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ＶＤに接続されている。
【００３８】
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、読み出しトランジスタＲＴ２、及び読み出しトランジスタＲＴ３の各々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。
【００３９】
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，ＲＴ３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。
【００４０】
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。
【００４１】
読み出し制御部２０ａは、画素部１００の第一（第二、第三）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（ＲＴ２、ＲＴ３）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（ＲＴ２、ＲＴ３）のドレインとセンスアンプ２０ｂを導通させる。
【００４２】
センスアンプ２０ｂは、画素部１００の読み出しトランジスタＲＴ１（ＲＴ２、ＲＴ３）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。
【００４３】
ランプアップ回路２０ｄは、Ｎ−ｂｉｔカウンタ（例えばＮ＝８〜１２程度）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（ＲＴ２、ＲＴ３）の読み出しコントロールゲートＲＣＧ１（ＲＣＧ２、ＲＣＧ３）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。
【００４４】
読み出しコントロールゲートＲＣＧ１（ＲＣＧ２、ＲＣＧ３）の電圧が読み出しトランジスタＲＴ１（ＲＴ２、ＲＴ３）の閾値電圧を越えると読み出しトランジスタＲＴ１（ＲＴ２、ＲＴ３）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。
【００４５】
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。
【００４６】
なお、読み出し回路２０による読み出しトランジスタＲＴ１（ＲＴ２、ＲＴ３）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（ＲＴ２、ＲＴ３）の読み出しコントロールゲートＲＣＧ１（ＲＣＧ２、ＲＣＧ３）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（ＲＴ２、ＲＴ３）のドレイン電流を撮像信号として読み出しても良い。
【００４７】
制御部４０は、書き込みトランジスタＷＴ１，ＷＴ２，ＷＴ３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，ＦＧ３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，ＦＧ３に電荷を注入する方法としては、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がある。
【００４８】
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，ＦＧ３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。
【００４９】
また、制御部４０は、フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３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。フローティングゲートＦＧ３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ＷＣＧ３及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ３にそれぞれ負極性の電圧を印加することで行う。
【００５０】
各画素部１００の光電変換部１１の上方にはカラーフィルタが設けられておらず、固体撮像素子１０に入射してくる全ての光が各光電変換部１１に入射するようになっている。
【００５１】
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。
【００５２】
画素部１００のＰウェル層には、光電変換部１１が形成され、その上には少し離間して読み出しトランジスタＲＴ１のドレイン１３と、読み出しトランジスタＲＴ１のソース１４と、リセットトランジスタＲＥＴのドレイン１２と、読み出しトランジスタＲＴ２のドレイン１５と、読み出しトランジスタＲＴ２のソース１６とが列方向に並べて形成されている。また、光電変換部１１の下には少し離間して読み出しトランジスタＲＴ３のドレイン１７と、読み出しトランジスタＲＴ３のソース１８とが列方向に並べて形成されている。
【００５３】
Ｐウェル層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とフローティングゲートＦＧ３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の左辺から上辺に沿ってドレイン１３とソース１４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の右辺から上辺に沿ってドレイン１５とソース１６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ＦＧ３は、光電変換部１１の下辺に沿ってドレイン１７とソース１８との間の上方まで延びて形成されている。
【００５４】
フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３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，ＷＣＧ３、読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２，ＲＣＧ３、リセットゲートＲＧ、リセットドレイン線ＲＤが形成されている。
【００５５】
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１３とソース１４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。
【００５６】
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１６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。
【００５７】
書き込みコントロールゲートＷＣＧ３はフローティングゲートＦＧ３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ＲＣＧ３は、ドレイン１７とソース１８との間の上方のフローティングゲートＦＧ３と重なるように形成されている。
【００５８】
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。リセットドレイン線ＲＤは、ドレイン１２の上方から後述するリセット電源線ＶＤ下方まで延びて形成されており、ドレイン１２の上方でコンタクト部１２ａを介してドレイン１２と電気的に接続され、リセット電源線ＶＤの下方でコンタクト部ＲＤａを介してリセット電源線ＶＤと電気的に接続されている。
【００５９】
書き込みコントロールゲートＷＣＧ１，ＷＣＧ２，ＷＣＧ３、読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２，ＲＣＧ３、リセットゲートＲＧ、リセットドレイン線ＲＤ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（ドレイン電源線ＶＤ、リセット線ＲＥＳＥＴ、読み出し制御線ｒｃｇ２、読み出し制御線ｒｃｇ１、書き込み制御線ｗｃｇ１、書き込み制御線ｗｃｇ２、書き込み制御線ｗｃｇ３、及び読み出し制御線ｒｃｇ３）が形成されている。
【００６０】
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、ここでコンタクト部１９ａ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、ここでコンタクト部１９ｂを介して書き込み制御線ｗｃｇ１と電気的に接続されている。
【００６１】
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、ここでコンタクト部１９ｃ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、ここでコンタクト部１９ｄを介して書き込み制御線ｗｃｇ２と電気的に接続されている。
【００６２】
読み出しコントロールゲートＲＣＧ３は、読み出し制御線ｒｃｇ３下方まで延びており、ここでコンタクト部１９ｅを介して読み出し制御線ｒｃｇ３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ＷＣＧ３は、書き込み制御線ｗｃｇ３下方まで延びており、ここでコンタクト部１９ｆを介して書き込み制御線ｗｃｇ３と電気的に接続されている。
【００６３】
リセットゲートＲＧは、リセット線ＲＥＳＥＴ下方まで延びており、ここでコンタクト部ＲＧａを介してリセット線ＲＥＳＥＴと電気的に接続されている。
【００６４】
行方向に延びるグローバル配線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）が形成されている。
【００６５】
列信号線ＯＬは、ドレイン１３、ドレイン１５、ドレイン１７の各々の上方まで延びており、ここでコンタクト部１３ａ，１５ａ，１７ａを介してドレイン１３、ドレイン１５、ドレイン１７と電気的に接続されている。
【００６６】
ソース線ＳＬは、ソース１４、ソース１６、ソース１８の各々の上方まで延びており、ここでコンタクト部１４ａ，１６ａ，１８ａを介してソース１４、ソース１６、ソース１８と電気的に接続されている。
【００６７】
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，ＷＴ３のドレインを省略し、書き込みトランジスタＷＴ１，ＷＴ２，ＷＴ３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。
【００６８】
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。
【００６９】
図３の画素部１００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，ＷＴ３についても同様である。
【００７０】
固体撮像素子１０の場合、画素部１００内に３つ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，ＷＴ３を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。このような構成により、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。
【００７１】
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５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６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。図６では、２行×２列の計４つの画素部を模式的に図示してある。
【００７２】
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。
【００７３】
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、各画素部１００の光電変換部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。
【００７４】
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、ＬＥＤ１ｂからＧ光を発光させる。なお、図５では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＧ光を発光させているが、Ｇ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【００７５】
Ｇ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Ｇ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【００７６】
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。
【００７７】
この書き込みパルスの供給により、図６に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｇ光による電荷、図中では“Ｇ”で示した）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。
【００７８】
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。
【００７９】
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、ＬＥＤ１ａからＲ光を発光させる。なお、図５では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＲ光を発光させているが、Ｒ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【００８０】
Ｒ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Ｒ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【００８１】
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、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。
【００８２】
この書き込みパルスの供給により、図６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、図中では“Ｒ”で示した）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。
【００８３】
フローティングゲートＦＧ２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ＦＧ２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。
【００８４】
３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、ＬＥＤ１ｃからＢ光を発光させる。なお、図５では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＢ光を発光させているが、Ｂ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【００８５】
Ｂ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Ｂ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【００８６】
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ＷＣＧ３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ＦＧ３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。
【００８７】
この書き込みパルスの供給により、図６に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｂ光による電荷、図中では“Ｂ”で示した）はその画素部１００のフローティングゲートＦＧ３に蓄積される。
【００８８】
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と書き込みコントロールゲートＷＣＧ３とがそれぞれ別の制御線（ｗｃｇ１，ｗｃｇ２，ｗｃｇ３）に接続されているため、上述したように、３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。
【００８９】
フローティングゲートＦＧ３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のドレインをプリチャージし、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（Ｇ信号）を出力させる。
【００９０】
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のドレインをプリチャージし、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（Ｒ信号）を出力させる。
【００９１】
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ＲＴ３のドレインをプリチャージし、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ＲＣＧ３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ＲＴ３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ＦＧ３に蓄積されていた電荷に応じた第三の撮像信号（Ｂ信号）を出力させる。
【００９２】
第三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，ＷＣＧ３及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２，ＲＣＧ３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，ＦＧ３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。
【００９３】
以上のような動作が１フレーム期間内に実施される。
【００９４】
このような動作により、固体撮像素子１０の各画素部１００からは、Ｇ信号と、Ｒ信号と、Ｂ信号が得られる。このため、信号補間処理等を行うことなく、これらの信号からＹＣ信号を生成するなどしてＪＰＥＧ形式のカラー画像データを生成することができる。この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。
【００９５】
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、３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、３回の露光の間隔を短くすることができるため、被写体が動いた場合の色ずれを抑制することができる。したがって、内視鏡検査時の診断精度を向上させることができる。
【００９６】
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３回の撮影を実施し、３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３回の撮影を行おうとすると、３回の撮影の間隔を短くする必要がある。図７の上段に示したように、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。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、図７の下段に示したように、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、先端部の小型化を実現することができる。
【００９７】
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、ＦＧ３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、混色を防止して更なる画質向上を図ることができる。
【００９８】
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と第三の電荷蓄積部を、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、これは１つのトランジスタで構成しても良い。
【００９９】
例えば、図３において、読み出しトランジスタＲＴ１，ＲＴ２，ＲＴ３を省略し、書き込みトランジスタＷＴ１，ＷＴ２，ＷＴ３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、Ｇ信号は、書き込みトランジスタＷＴ１のドレインをプリチャージし、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、Ｒ信号は、書き込みトランジスタＷＴ２のドレインをプリチャージし、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し、Ｂ信号は、書き込みトランジスタＷＴ３のドレインをプリチャージし、書き込みコントロールゲートＷＣＧ３にランプ波形電圧を印加することで読み出せば良い。
【０１００】
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。
【０１０１】
また、以上の説明では、光源として原色の光を発光するものを用いているが、補色（シアン、マゼンダ、イエロー）の３つの光を発光する光源を用いても、同様にカラー画像データを生成することができる。
【０１０２】
以下では、図１に示す内視鏡装置の変形例を説明する。
【０１０３】
（第一の変形例）
第一の変形例の内視鏡装置は、図１に示した内視鏡装置と同じ構成であり、その動作のみが異なる。以下、この動作について説明する。
【０１０４】
図８は、第一の変形例の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９は、第一の変形例の内視鏡装置の動作を説明するための模式図である。図９では、２行×２列の計４つの画素部を模式的に図示してある。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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、各画素部１００の光電変換部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。
【０１０７】
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、ＬＥＤ１ａ、ＬＥＤ１ｂ、ＬＥＤ１ｃの各々からＲ光、Ｇ光、Ｂ光を同時に発光させる。なお、図８では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＲ光、Ｇ光、Ｂ光を同時に発光させているが、この発光はリセット完了と同時であることが好ましい。また、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は、同時ではなく、タイミングを僅かにずらしながら連続して発光させるようにしても良い。
【０１０８】
Ｒ光、Ｇ光、Ｂ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。この発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部１１に入射し、ここでＲ光、Ｇ光、Ｂ光に応じた電荷が発生して蓄積される。
【０１０９】
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。
【０１１０】
この書き込みパルスの供給により、図９に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光による電荷、図中では“ＲＧＢ（Ｙ）”で示した）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。フローティングゲートＦＧ１に蓄積される電荷は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の全ての成分を含む電荷である。カラー画像データを構成する輝度信号は、Ｒ光に応じた信号成分とＧ光に応じた信号成分とＢ光に応じた信号成分とを所定の係数で重み付け加算することで生成している。そこで、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の発光量を、この所定の係数に応じた値に設定しておくことで、フローティングゲートＦＧ１に蓄積される電荷に応じた信号を、輝度信号として扱うことができる。このため、第一の変形例の内視鏡装置では、光源１から発光されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光の発光量を、輝度信号生成の際の係数に応じた値に設定している。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、ＬＥＤ１ａからＲ光を発光させる。なお、図８では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＲ光を発光させているが、Ｒ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１１３】
Ｒ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Ｒ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０１１４】
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、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。
【０１１５】
この書き込みパルスの供給により、図９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、図中では“Ｒ”で示した）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。
【０１１６】
フローティングゲートＦＧ２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ＦＧ２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。
【０１１７】
３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、ＬＥＤ１ｃからＢ光を発光させる。なお、図８では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＢ光を発光させているが、Ｂ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１１８】
Ｂ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Ｂ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０１１９】
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ＷＣＧ３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ＦＧ３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。
【０１２０】
この書き込みパルスの供給により、図９に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｂ光による電荷、図中では“Ｂ”で示した）はその画素部１００のフローティングゲートＦＧ３に蓄積される。
【０１２１】
フローティングゲートＦＧ３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のドレインをプリチャージし、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（輝度信号Ｙ）を出力させる。
【０１２２】
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のドレインをプリチャージし、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（Ｒ信号）を出力させる。
【０１２３】
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ＲＴ３のドレインをプリチャージし、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ＲＣＧ３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ＲＴ３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ＦＧ３に蓄積されていた電荷に応じた第三の撮像信号（Ｂ信号）を出力させる。
【０１２４】
第三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，ＷＣＧ３及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２，ＲＣＧ３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，ＦＧ３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。
【０１２５】
以上のような動作が１フレーム期間内に実施される。
【０１２６】
信号処理部２３は、固体撮像素子１０の各画素部１００から出力された輝度信号Ｙと、Ｒ信号と、Ｂ信号とによりカラー画像データを生成する。具体的には、輝度信号ＹとＲ信号とから色差信号Ｃｒを生成し、輝度信号ＹとＢ信号とから色差信号Ｃｂを生成することで、ＹＣ信号からなるＪＰＥＧ形式のカラー画像データを生成する。この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。
【０１２７】
このように、第一の変形例の内視鏡装置によれば、輝度信号を生成するための演算を不要にすることができる。このため、画像データ生成までの演算時間を短縮することができ、動画撮影時のフレームレート向上等を実現することができる。また、光源１の色特性（ＲＧＢ各色の分光特性）で輝度信号が決まるため、忠実度の高い映像を得ることができ、精度の高い診断が可能となる。
【０１２８】
（第二の変形例）
図１０は、第二の変形例の内視鏡装置の概略構成を示す図である。図１０に示す内視鏡装置は、図１に示す内視鏡装置の光源１に、特殊光１を発光するＬＥＤ１ｄを追加した構成となっている。
【０１２９】
特殊光１は、ＲＧＢ光（白色光）では識別できない生体情報を識別可能にするために必要な光であり、例えば、図１１に示すように、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の波長域外にある特定波長に輝線を持つ光である。なお、特殊光１の特定波長は、観察したい生体情報に応じて任意に決めることができる。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。
【０１３０】
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。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光を特殊光として設定しておけば良い。
【０１３１】
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１として、波長４００ｎｍに発光波長を持つ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、この励起光を検出したい場合には、特殊光１として、波長６５０ｎｍに発光波長を持つ光を発光できるようにしておけば良い。以下、第二の変形例の内視鏡装置の動作を説明する。
【０１３２】
図１２は、第二の変形例の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１３は、第二の変形例の内視鏡装置の動作を説明するための模式図である。図１３では、２行×２列の計４つの画素部を模式的に図示してある。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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、各画素部１００の光電変換部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。
【０１３５】
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、ＬＥＤ１ｂからＧ光を発光させる。なお、図１２では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＧ光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。
【０１３６】
Ｇ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。この発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
この書き込みパルスの供給により、図１３に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｇ光による電荷、図中では“Ｇ”で示した）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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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、ＬＥＤ１ａからＲ光を発光させる。なお、図１２では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＲ光を発光させているが、Ｒ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１４１】
Ｒ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Ｒ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０１４２】
露光期間終了後、制御部４０は、奇数ラインの画素部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、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。
【０１４３】
この書き込みパルスの供給により、図１３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、図中では“Ｒ”で示した）は、奇数ラインの画素部１００のフローティングゲートＦＧ２にのみ蓄積される。
【０１４４】
奇数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ２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ＦＧ２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。
【０１４５】
３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、ＬＥＤ１ｃからＢ光を発光させる。なお、図１２では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＢ光を発光させているが、Ｂ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１４６】
Ｂ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Ｂ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０１４７】
露光期間終了後、制御部４０は、偶数ラインの画素部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、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。
【０１４８】
この書き込みパルスの供給により、図１３に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｂ光による電荷、図中では“Ｂ”で示した）は、偶数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ２にのみ蓄積される。
【０１４９】
偶数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ２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ＦＧ２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。
【０１５０】
４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、ＬＥＤ１ｄから特殊光１を発光させる。なお、図１２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１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。
【０１５１】
特殊光１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。この発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部１１に入射し、ここで特殊光１に応じた電荷が発生して蓄積される。
【０１５２】
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ＷＣＧ３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ＦＧ３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。
【０１５３】
この書き込みパルスの供給により、図１３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、図中では“特殊１”で示した）はその画素部１００のフローティングゲートＦＧ３に蓄積される。
【０１５４】
フローティングゲートＦＧ３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のドレインをプリチャージし、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（Ｇ信号）を出力させる。
【０１５５】
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のドレインをプリチャージし、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（Ｒ信号とＢ信号）を出力させる。
【０１５６】
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ＲＴ３のドレインをプリチャージし、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ＲＣＧ３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ＲＴ３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ＦＧ３に蓄積されていた電荷に応じた第三の撮像信号（特殊光１信号）を出力させる。
【０１５７】
第三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，ＷＣＧ３及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２，ＲＣＧ３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，ＦＧ３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。
【０１５８】
以上のような動作が１フレーム期間内に実施される。
【０１５９】
信号処理部２３は、固体撮像素子１０の各画素部１００から出力されたＧ信号と、Ｒ信号又はＢ信号と、特殊光１信号とにより、カラー画像データと単色画像データとを生成する。具体的には、画素部１００から得られないＲ信号又はＢ信号を、その画素部１００の周囲の画素部１００から得られたＲ信号及びＢ信号を用いて補間することで、１つの画素部１００に対し、Ｒ信号とＧ信号とＢ信号を生成し、これらから輝度信号と色差信号を生成してカラー画像データを生成する。また、特殊光１信号から単色画像データを生成する。
【０１６０】
以上のように、第二の変形例の内視鏡装置によれば、１回の撮影により、カラー画像データに加えて、特殊光１による単色の画像データも得ることができる。カラー画像データは、フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２を用いて生成し、単色画像データは、フローティングゲートＦＧ３を用いて生成しており、カラー画像データ生成のための電荷の蓄積と、単色画像データ生成のための電荷の蓄積との間の時間はわずかである。このため、被写体が動いた場合でも、カラー画像データと単色画像データとで被写体がずれてしまう可能性は低くなる。この結果、同一被写体に対して異なる条件で画像観察を行うことができ、的確な診断が可能となる。
【０１６１】
なお、以上の説明では、奇数ラインのフローティングゲートＦＧ２にＲ光に応じた電荷を蓄積し、偶数ラインのフローティングゲートＦＧ２にＢ光に応じた電荷を蓄積しているが、これは逆であっても良い。また、全体の半分のフローティングゲートＦＧ２にＲ光に応じた電荷を蓄積し、残り半分のフローティングゲートＦＧ２にＢ光に応じた電荷を蓄積できれば良く、奇数ラインと偶数ラインで分けなくとも良い。
【０１６２】
（第三の変形例）
図１４は、第三の変形例の内視鏡装置の概略構成を示す図である。図１４に示す内視鏡装置は、図１０に示す内視鏡装置の光源１に、特殊光２を発光するＬＥＤ１ｅを追加した構成となっている。
【０１６３】
特殊光２は、特殊光１と同様、ＲＧＢ光（白色光）では識別できない部位を識別可能にするために必要な光であり、例えば、図１１に示すように、Ｇ光の波長域内にある特定波長に輝線を持つ光である。なお、特殊光２の特定波長は、特殊光１と同様に、観察したい生体情報に応じて任意に決めることができる。ただし、特殊光２は、特殊光１とは異なる波長に輝線を持つものとする。
【０１６４】
図１５は、第三の変形例の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１６は、第三の変形例の内視鏡装置の動作を説明するための模式図である。図１６では、２行×２列の計４つの画素部を模式的に図示してある。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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、各画素部１００の光電変換部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。
【０１６７】
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、ＬＥＤ１ｂからＧ光を発光させる。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Ｇ光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。
【０１６８】
Ｇ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。この発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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（Ｇ光による電荷、図中では“Ｇ”で示した）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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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、ＬＥＤ１ａからＲ光を発光させる。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Ｒ光を発光させているが、Ｒ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１７３】
Ｒ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Ｒ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０１７４】
露光期間終了後、制御部４０は、奇数ラインの画素部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、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。
【０１７５】
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、図中では“Ｒ”で示した）は、奇数ラインの画素部１００のフローティングゲートＦＧ２にのみ蓄積される。
【０１７６】
奇数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ２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ＦＧ２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。
【０１７７】
３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、ＬＥＤ１ｃからＢ光を発光させる。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Ｂ光を発光させているが、Ｂ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１７８】
Ｂ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Ｂ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０１７９】
露光期間終了後、制御部４０は、偶数ラインの画素部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、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。
【０１８０】
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（Ｂ光による電荷、図中では“Ｂ”で示した）は、偶数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ２にのみ蓄積される。
【０１８１】
偶数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ２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ＦＧ２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。
【０１８２】
４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、ＬＥＤ１ｄから特殊光１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１を発光させているが、特殊光１の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１８３】
特殊光１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１の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部１１に入射し、ここで特殊光１に応じた電荷が発生して蓄積される。
【０１８４】
露光期間終了後、制御部４０は、奇数ラインの画素部１００の書き込みコントロールゲートＷＣＧ３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ＦＧ３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。
【０１８５】
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、図中では“特殊１”で示した）は、奇数ラインの画素部１００のフローティングゲートＦＧ３にのみ蓄積される。
【０１８６】
奇数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ３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ＦＧ３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。
【０１８７】
５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、ＬＥＤ１ｅから特殊光２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２を発光させているが、特殊光２の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０１８８】
特殊光２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２の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部１１に入射し、ここで特殊光２に応じた電荷が発生して蓄積される。
【０１８９】
露光期間終了後、制御部４０は、偶数ラインの画素部１００の書き込みコントロールゲートＷＣＧ３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ＦＧ３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。
【０１９０】
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２による電荷、図中では“特殊２”で示した）は、偶数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ３にのみ蓄積される。
【０１９１】
フローティングゲートＦＧ３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のドレインをプリチャージし、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（Ｇ信号）を出力させる。
【０１９２】
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のドレインをプリチャージし、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（Ｒ信号とＢ信号）を出力させる。
【０１９３】
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ＲＴ３のドレインをプリチャージし、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ＲＣＧ３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ＲＴ３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ＦＧ３に蓄積されていた電荷に応じた第三の撮像信号（特殊光１信号と特殊光２信号）を出力させる。
【０１９４】
第三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，ＷＣＧ３及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２，ＲＣＧ３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，ＦＧ３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。
【０１９５】
以上のような動作が１フレーム期間内に実施される。
【０１９６】
信号処理部２３は、固体撮像素子１０の各画素部１００から出力されたＧ信号と、Ｒ信号又はＢ信号と、特殊光１信号又は特殊光２信号とにより、カラー画像データと、２つの単色画像データを生成する。具体的には、画素部１００から得られないＲ信号又はＢ信号を、その画素部１００の周囲の画素部１００から得られたＲ信号及びＢ信号を用いて補間することで、１つの画素部１００に対し、Ｒ信号と、Ｇ信号と、Ｂ信号を生成してカラー画像データを生成する。また、画素部１００から得られない特殊光１信号又は特殊光２信号を、その画素部１００の周囲の画素部１００から得られた特殊光１信号及び特殊光２信号を用いて補間することで、１つの画素部１００に対し、特殊光１信号と、特殊光２信号とを生成して２つの単色画像データを生成する。なお、特殊光１信号と特殊光２信号については補間を行わず、そのまま画素数半分の単色画像データを生成しても良い。
【０１９７】
以上のように、第三の変形例の内視鏡装置によれば、１回の撮影により、カラー画像データに加えて、特殊光１による単色の画像データと、特殊光２による単色の画像データも得ることができる。カラー画像データは、フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２を用いて生成し、単色画像データは、フローティングゲートＦＧ３を用いて生成しており、カラー画像データ生成のための電荷の蓄積と、単色画像データ生成のための電荷の蓄積との間の時間はわずかである。このため、被写体が動いた場合でも、カラー画像データと単色画像データとで被写体がずれてしまう可能性は低くなる。この結果、同一被写体に対して異なる条件で画像観察を行うことができ、的確な診断が可能となる。
【０１９８】
なお、観察対象となる生体情報によっては、複数の特殊光を当てたときにしか確認できないようなものも存在する。複数の特殊光を特殊光１と特殊光２とすると、このような場合には、図１５のタイミングチャートにおいて、４回目のリセット完了後、特殊光１と特殊光２を同時又は連続的に発光させて露光を行い、この露光によって得られる電荷を全ての画素部１００のフローティングゲートＦＧ３に注入する。そして、フローティングゲートＦＧ３から撮像信号を読み出し、この撮像信号から画像データを生成すれば良い。このように、光の発光タイミングを変更するだけで、様々な種類の画像データを得ることができ、症状に合わせた柔軟な診断が可能となる。
【０１９９】
また、第三の変形例においても、全体の半分のフローティングゲートＦＧ２にＲ光に応じた電荷を蓄積し、残り半分のフローティングゲートＦＧ２にＢ光に応じた電荷を蓄積し、全体の半分のフローティングゲートＦＧ３に特殊光１に応じた電荷を蓄積し、残り半分のフローティングゲートＦＧ３に特殊光２に応じた電荷を蓄積できれば良く、奇数ラインと偶数ラインで分けなくとも良い。
【０２００】
（第四の変形例）
第四の変形例では、図１に示した内視鏡装置や第一〜第三の変形例の内視鏡装置の固体撮像素子１０の画素部１００の内部構成の変形例について説明する。
【０２０１】
図１７は、図１に示した内視鏡装置の第四の変形例を示す図であり、図３に示す画素部内の変形構成例を示した等価回路図である。なお、図１７に示す構成は、第一〜第三の変形例で説明した内視鏡装置の固体撮像素子の各画素部にも適用可能である。
【０２０２】
図１７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と浮遊拡散容量Ｃ３とが設けられている。また、図１７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、浮遊拡散容量Ｃ３に対応して設けられた、スイッチトランジスタＳＴ３、リセットトランジスタＲＥＴ３、及びソースフォロワアンプＳＦＡ３とを備える。
【０２０３】
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。ソースフォロアアンプ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。
【０２０４】
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。ソースフォロアアンプ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。
【０２０５】
スイッチトランジスタＳＴ３は、光電変換部１１内の電荷の浮遊拡散容量Ｃ３への転送制御を行う。ソースフォロアアンプＳＦＡ３は、浮遊拡散容量Ｃ３に接続され、浮遊拡散容量Ｃ３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ＲＥＴ３は、浮遊拡散容量Ｃ３の電位を電源電圧Ｖｃｃにリセットするためのものである。
【０２０６】
図１７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Ｇ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。
【０２０７】
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Ｒ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。
【０２０８】
次に、全ての画素部のスイッチトランジスタＳＴ３とリセットトランジスタＲＥＴ３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Ｃ３に完全転送され、ここからリセットトランジスタＲＥＴ３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ＳＴ３とリセットトランジスタＲＥＴ３をそれぞれオフすると同時にＢ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ＳＴ３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Ｃ３に完全転送し、スイッチトランジスタＳＴ３をオフにする。
【０２０９】
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アアンプ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アアンプ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。次に、浮遊拡散容量Ｃ３に転送された電荷量に応じた撮像信号をソースフォロアアンプＳＦＡ３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。
【０２１０】
以上のような構成であっても、発熱を抑えながら３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。また、図１７に示した構成例においても、各浮遊拡散容量に電荷を選択的に蓄積することが可能であるため、第一〜第三の変形例で説明した駆動方法を採用することが可能である。
【０２１１】
（第五の変形例）
第二の変形例の内視鏡装置では、カラー画像データを生成するためには、フローティングゲートＦＧ１を含む電荷蓄積部とフローティングゲートＦＧ２を含む電荷蓄積部との２つの電荷蓄積部があれば十分である。そこで、第五の変形例の内視鏡装置では、固体撮像素子１０の画素部１００に設ける電荷蓄積部の数を２つにした構成となっている。
【０２１２】
図１８は、図１に示した内視鏡装置の第五の変形例を示す図であり、図３に示す画素部内の変形構成例を示した等価回路図である。図１８に示した画素部は、図３に示した画素部の第三の電荷蓄積部（書き込みトランジスタＷＴ３、読み出しトランジスタＲＴ３）を削除した構成となっている。
【０２１３】
図１９は、第五の変形例の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２０は、第五の変形例の内視鏡装置の動作を説明するための模式図である。図２０では、２行×２列の計４つの画素部を模式的に図示してある。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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、各画素部１００の光電変換部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。
【０２１６】
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、ＬＥＤ１ｂからＧ光を発光させる。なお、図１９では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＧ光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。
【０２１７】
Ｇ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。この発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
この書き込みパルスの供給により、図２０に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｇ光による電荷、図中では“Ｇ”で示した）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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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、ＬＥＤ１ａからＲ光を発光させる。なお、図１９では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＲ光を発光させているが、Ｒ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０２２２】
Ｒ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Ｒ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０２２３】
露光期間終了後、制御部４０は、奇数ラインの画素部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、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。
【０２２４】
この書き込みパルスの供給により、図２０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、図中では“Ｒ”で示した）は、奇数ラインの画素部１００のフローティングゲートＦＧ２にのみ蓄積される。
【０２２５】
奇数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ２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ＦＧ２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。
【０２２６】
３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、ＬＥＤ１ｃからＢ光を発光させる。なお、図１９では、リセットパルスの供給の後、少し時間をおいてからＢ光を発光させているが、Ｂ光の発光はリセット完了と同時であることが好ましい。
【０２２７】
Ｂ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Ｂ光の発光期間中、固体撮像素子１０の各画素部１００では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０２２８】
露光期間終了後、制御部４０は、偶数ラインの画素部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、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。
【０２２９】
この書き込みパルスの供給により、図２０に示すように、各画素部１００で発生した電荷（Ｂ光による電荷、図中では“Ｂ”で示した）は、偶数ラインの各画素部１００のフローティングゲートＦＧ２にのみ蓄積される。
【０２３０】
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のドレインをプリチャージし、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（Ｇ信号）を出力させる。
【０２３１】
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のドレインをプリチャージし、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（Ｒ信号とＢ信号）を出力させる。
【０２３２】
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，ＷＣＧ３及び読み出しコントロールゲートＲＣＧ１，ＲＣＧ２，ＲＣＧ３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，ＦＧ３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。
【０２３３】
以上のような動作が１フレーム期間内に実施される。
【０２３４】
信号処理部２３は、固体撮像素子１０の各画素部１００から出力されたＧ信号と、Ｒ信号又はＢ信号とにより、カラー画像データを生成する。具体的には、画素部１００から得られないＲ信号又はＢ信号を、その画素部１００の周囲の画素部１００から得られたＲ信号及びＢ信号を用いて補間することで、１つの画素部１００に対し、Ｒ信号とＧ信号とＢ信号を生成し、これらから輝度信号と色差信号を生成してカラー画像データを生成する。
【０２３５】
以上のように、第五の変形例の内視鏡装置によれば、固体撮像素子１０の画素部１００内に２つの電荷蓄積部を設けるだけで、色ずれを抑制したカラー画像データを生成することができる。このため、電荷蓄積部を３つ設ける場合と比べて、画素部サイズの縮小、光電変換部の拡大等が可能となり、多画素化、高感度化等に対応することができる。
【０２３６】
なお、第五の変形例においても、全体の半分のフローティングゲートＦＧ２にＲ光に応じた電荷を蓄積し、残り半分のフローティングゲートＦＧ２にＢ光に応じた電荷を蓄積できれば良く、奇数ラインと偶数ラインという分け方には限定されない。
【０２３７】
以上の説明では、それぞれ異なる波長の光を発光するＬＥＤにより光源１を構成しているが、白色光源と、この前面に挿入される分光フィルタとによって、それぞれ異なる波長の光を発光できるようにしても良い。ただし、複数の光を同時に発光させる場合には、この構成は採用できない。
【０２３８】
（第六の変形例）
この変形例では、第五の変形例で説明した固体撮像素子の各画素部に含まれる２つの電荷蓄積部の各々を、１つのトランジスタで構成した例について説明する。
【０２３９】
図２１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２１（ａ）は固体撮像素子の全体を示した図であり、図２１（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２１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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
制御部４０’は、各画素部１００’を制御するものである。
【０２４４】
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。
【０２４５】
図２２は、図２１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２２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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
読み出し回路２０’は、図２１（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。
【０２５３】
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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
図２３は、図２１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２４は、図２３に示す画素部のＡ−Ａ’線断面模式図である。図２５は、図２３に示す画素部のＢ−Ｂ’線断面模式図である。
【０２６２】
図２４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。
【０２６３】
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。
【０２６４】
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。
【０２６５】
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。
【０２６６】
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。
【０２６７】
図２３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。
【０２６８】
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。
【０２６９】
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。
【０２７０】
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。
【０２７１】
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。
【０２７２】
図２３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。
【０２７３】
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。
【０２７４】
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２３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。
【０２７５】
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。
【０２７６】
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２４及び図２５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。
【０２７７】
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２４及び図２５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。
【０２７８】
図２４，２５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２４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。
【０２７９】
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。
【０２８０】
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。
【０２８１】
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。
【０２８２】
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。
【０２８３】
図２１に示した固体撮像素子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。
【０２８４】
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、各画素部１００’の光電変換部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。
【０２８５】
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、ＬＥＤ１ｂからＧ光を発光させる。Ｇ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。この発光期間中、固体撮像素子１０’の各画素部１００’では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０２８６】
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。
【０２８７】
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。
【０２８８】
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’の光電変換部３’をリセットする。
【０２８９】
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、ＬＥＤ１ａからＲ光を発光させる。Ｒ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Ｒ光の発光期間中、固体撮像素子１０’の各画素部１００’では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０２９０】
露光期間終了後、制御部４０’は、奇数ラインの画素部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。
【０２９１】
この書き込みパルスの供給により、各画素部１００’で発生した電荷は、奇数ラインの画素部１００’のフローティングゲートＦＧ２’にのみ蓄積される。
【０２９２】
奇数ラインの各画素部１００’のフローティングゲートＦＧ２’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’の光電変換部３’をリセットする。
【０２９３】
３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、ＬＥＤ１ｃからＢ光を発光させる。Ｂ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Ｂ光の発光期間中、固体撮像素子１０’の各画素部１００’では、対象物から入射してくる光が光電変換部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。
【０２９４】
露光期間終了後、制御部４０’は、偶数ラインの画素部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。
【０２９５】
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（Ｂ光による電荷）は、偶数ラインの各画素部１００’のフローティングゲートＦＧ２’にのみ蓄積される。
【０２９６】
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、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。このカウント値の出力後は、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（Ｇ信号）を出力させる。
【０２９７】
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、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。このカウント値の出力後は、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（Ｒ信号とＢ信号）を出力させる。
【０２９８】
第二の撮像信号を出力させた後、制御部４０’は、フローティングゲートＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３に蓄積されていた電荷を、半導体基板に引き抜いて消去する。
【０２９９】
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。
【０３００】
なお、電荷蓄積部を１つのトランジスタで実現した構成は、図３に示した画素部においても適用可能である。
【０３０１】
また、図２２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２６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。
【０３０２】
また、図３や図１８に示した画素部を有する固体撮像素子においても、各電荷蓄積部の読み出しトランジスタ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。特に、図１〜図６で説明した固体撮像素子の場合は、Ｒ信号，Ｇ信号，Ｂ信号を同時並行して読み出すことができるため、画像データの生成処理を高速に行うことが可能となる。
【０３０３】
また、図３や図１８に示した画素部を有する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、各書き込みトランジスタ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。
【０３０４】
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。
【０３０５】
開示された内視鏡装置は、第一の光と、第二の光と、第三の光との発光を独立に行うことが可能な光源と、前記第一の光、前記第二の光、前記第三の光を受光可能で且つ受光した光に応じた電荷を発生する光電変換部及び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を含む複数の画素部と、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とを有する固体撮像素子とを備える。
【０３０６】
この構成により、例えば第一の光、第二の光、第三の光を順次発光し、第一の光に応じて被写体から入射してくる光に応じた第一の電荷を全ての画素部の２つの電荷蓄積部の一方に蓄積し、第二の光に応じて被写体から入射してくる光に応じた第二の電荷を、半分の画素部のうちの第一の電荷が蓄積されていない電荷蓄積部に蓄積し、第三の光に応じて被写体から入射してくる光に応じた第三の電荷を、残り半分の画素部のうちの第一の電荷が蓄積されていない電荷蓄積部に蓄積し、各電荷蓄積部から信号を読み出すことで、カラー画像データを生成することができる。従来構成では、第一の光発光→電荷蓄積→信号読み出し→第二の光発光→電荷蓄積→信号読み出し→第三の光発光→電荷蓄積→信号読み出しのステップを踏まないといけないのに対し、上記構成によれば、第一の光発光→電荷蓄積→第二の光発光→電荷蓄積→第三の光発光→電荷蓄積→第一の光に応じた信号読み出し→第二の光に応じた信号読み出し→第三の光に応じた信号読み出しのステップとすることが可能となる。このため、各色光による露光の間隔を短縮することができ、被写体が動いた場合でも色ずれを防いで画質向上を図ることができる。
【０３０７】
開示された内視鏡装置は、前記複数の電荷蓄積部が、第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、第三の電荷蓄積部を含み、前記第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動と、前記第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動と、前記第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動とを行う駆動手段を備え、前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、及び前記第三の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す。
【０３０８】
この構成により、各画素部からは、第一の光に応じた信号と、第二の光に応じた信号と、第三の光に応じた信号とが得られる。このため、第一の光、第二の光、第三の光を原色（Ｇ，Ｒ，Ｂ）又は補色（Ｙｅ，Ｃｙ，Ｍｇ）とすることで、カラー画像データを生成することができる。上記構成によれば、色信号の補間処理が不要であるため、偽色の低減、演算時間の削減を実現することができる。
【０３０９】
開示された内視鏡装置は、前記複数の電荷蓄積部が、第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、第三の電荷蓄積部を含み、前記第一の光がＧ光であり、前記第二の光がＢ光であり、前記第三の光がＲ光であり、前記Ｇ光、前記Ｂ光、及び前記Ｒ光を同時に又は連続して発光させ、該発光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動と、前記Ｂ光を発光させ、前記Ｂ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動と、前記Ｒ光を発光させ、前記Ｒ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動とを行う駆動手段を備え、前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、及び前記第三の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出し、前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第二の電荷蓄積部から読み出した信号とから第一の色差信号を生成し、前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第三の電荷蓄積部から読み出した信号とから第二の色差信号を生成する色差信号生成手段を備える。
【０３１０】
この構成により、各画素部からは、Ｒ光Ｇ光Ｂ光に応じた信号（輝度信号Ｙに相当する）と、Ｂ光に応じた信号と、Ｒ光に応じた信号とが得られる。そして、これらの信号により画素部毎に第一の色差信号（Ｃｒ，Ｐｒに相当）と第二の色差信号（Ｃｂ，Ｐｂに相当）が得られる。このため、画像データの圧縮に要する時間を削減することができる。輝度信号Ｙは、通常、Ｒ信号とＧ信号とＢ信号から演算によって求めるが、上記構成によれば、ＲＧＢ光の発光量を、輝度信号を求める際の係数に応じて設定しておくことで、第一の電荷蓄積部から読み出した信号が輝度信号Ｙに相当したものとなる。したがって、画像データ生成までの演算時間を短縮することができ、動画撮影時のフレームレート向上等を実現することができる。
【０３１１】
開示された内視鏡装置は、前記複数の電荷蓄積部が第一の電荷蓄積部と第二の電荷蓄積部を含み、前記第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を全ての前記画素部の前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動と、前記第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動と、前記第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの残り半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動とを行う駆動手段を備え、前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、及び前記第三の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部及び前記第二の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出し、前記画素部から得られない前記第二の光に応じた信号又は前記第三の光に応じた信号を、該画素部の周囲の前記画素部から得られた前記第二の光に応じた信号及び前記第三の光に応じた信号を用いて補間する補間手段を備える。
【０３１２】
この構成により、各画素部からは、第一の光に応じた信号と、第二の光に応じた信号及び第三の光に応じた信号のいずれかとが得られる。そして、画素部から得られない第二の光に応じた信号又は第三の光に応じた信号が、その画素部の周囲の画素部から得られた第二の光に応じた信号及び第三の光に応じた信号を用いて補間されて、１つの画素部に対し、第一の光に応じた信号と、第二の光に応じた信号と、第三の光に応じた信号とが生成される。このため、第一の光、第二の光、第三の光を原色（Ｇ，Ｒ，Ｂ）又は補色（Ｙｅ，Ｃｙ，Ｍｇ）とすることで、カラー画像データを生成することができる。また、この構成によれば、電荷蓄積部が２つで済むため、画素部サイズの縮小、光電変換部の拡大等が可能となり、多画素化、高感度化等に対応することができる。
【０３１３】
開示された内視鏡装置は、前記複数の電荷蓄積部が更に第三の電荷蓄積部を含み、前記光源が、更に第四の光を独立に発光可能であり、前記駆動手段が、前記第四の光を発光させ、前記第四の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を全ての前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第四の駆動も行い、前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、前記第三の駆動、及び前記第四の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す。
【０３１４】
この構成により、各画素部からは第四の光に応じた信号も得られる。このため、第四の光を例えば赤外光とすることで、肉眼では見え難い部位が強調された赤外画像データも生成することができる。上記構成によれば、カラー画像データと赤外画像データの生成に必要な電荷の蓄積は短時間で行うことができるため、カラー画像データと赤外画像データの撮影時間差を小さくすることができる。この結果、同一被写体に対して異なる条件で画像観察を行うことができ、的確な診断が可能となる。
【０３１５】
開示された内視鏡装置は、前記複数の電荷蓄積部が更に第三の電荷蓄積部を含み、前記光源が、更に第四の光と第五の光を独立に発光可能であり、前記駆動手段が、前記第四の光を発光させ、前記第四の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記半分の前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第四の駆動と、前記第五の光を発光させ、前記第五の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記残り半分の前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第五の駆動も行い、前記信号読み出し部は、前記第一の駆動、前記第二の駆動、前記第三の駆動、前記第四の駆動、及び前記第五の駆動の終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す。
【０３１６】
この構成により、半分の画素部からは第四の光に応じた信号も得られる。このため、第四の光を例えば赤外光とすることで、肉眼では見え難い部位が強調された赤外画像データを生成することができる。さらに、残り半分の画素部からは第五の光に応じた信号も得られる。このため、第五の光を対象物から励起光を発生させることができる波長の光とすることで、がん細胞等をハイライトした励起光画像データを生成することができる。上記構成によれば、カラー画像データと赤外画像データと励起光画像データの生成に必要な電荷の蓄積は短時間で行うことができるため、これらの画像データの撮影時間差を小さくすることができる。この結果、同一被写体に対して異なる条件で画像観察を行うことができ、的確な診断が可能となる。
【０３１７】
開示された内視鏡装置は、前記画素部が、前記光源による光の発光前に、前記光電変換部に蓄積されている電荷を外部に排出する電荷排出手段を有する。
【０３１８】
この構成により、発光前に光電変換部が空の状態になるため、その後に発光する光に応じた電荷のみを光電変換部に蓄積させることができ、混色等を防止して画質向上を図ることができる。
【０３１９】
開示された内視鏡装置は、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。
【０３２０】
開示された内視鏡装置は、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。
【０３２１】
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。
【０３２２】
開示された内視鏡装置は、前記電荷蓄積領域がフローティングゲートである。
【０３２３】
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。
【０３２４】
開示された内視鏡装置は、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。
【０３２５】
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。
【０３２６】
開示された内視鏡装置は、前記画素部に含まれる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。
【０３２７】
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。
【０３２８】
開示された内視鏡装置は、前記第一の光がＧ光であり、前記第二の光がＢ光であり、前記第三の光がＲ光である。
【０３２９】
開示された内視鏡装置の駆動方法は、複数の画素部を有する固体撮像素子を備えた内視鏡装置の駆動方法であって、前記画素部が、被写体から入射してくる光を受光しこれに応じた電荷を発生する光電変換部及び前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、及び第三の電荷蓄積部を含み、第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動ステップと、第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動ステップと、第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動ステップと、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、及び前記第三の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すステップとを備える。
【０３３０】
開示された内視鏡装置の駆動方法は、複数の画素部を有する固体撮像素子を備えた内視鏡装置の駆動方法であって、前記画素部が、被写体から入射してくる光を受光しこれに応じた電荷を発生する光電変換部及び前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な第一の電荷蓄積部、第二の電荷蓄積部、及び第三の電荷蓄積部を含み、Ｇ光、Ｂ光、及びＲ光を同時に又は連続して発光させ、該発光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動ステップと、Ｂ光を発光させ、Ｂ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動ステップと、Ｒ光を発光させ、Ｒ光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動ステップと、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、及び前記第三の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すステップと、前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第二の電荷蓄積部から読み出した信号とから第一の色差信号を生成し、前記第一の電荷蓄積部から読み出した信号と前記第三の電荷蓄積部から読み出した信号とから第二の色差信号を生成するステップとを備える。
【０３３１】
開示された内視鏡装置の駆動方法は、複数の画素部を有する固体撮像素子を備えた内視鏡装置の駆動方法であって、前記画素部が、被写体から入射してくる光を受光しこれに応じた電荷を発生する光電変換部及び前記光電変換部で発生した電荷を選択的に蓄積可能な第一の電荷蓄積部及び第二の電荷蓄積部を含み、第一の光を発光させ、前記第一の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を全ての前記画素部の前記第一の電荷蓄積部に蓄積させる第一の駆動ステップと、第二の光を発光させ、前記第二の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第二の駆動ステップと、第三の光を発光させ、前記第三の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記複数の画素部のうちの残り半分の画素部の前記第二の電荷蓄積部に蓄積させる第三の駆動ステップと、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、及び前記第三の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部及び前記第二の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すステップと、前記画素部から得られない前記第二の光に応じた信号又は前記第三の光に応じた信号を、該画素部の周囲の前記画素部から得られた前記第二の光に応じた信号及び前記第三の光に応じた信号を用いて補間する補間ステップとを備える。
【０３３２】
開示された内視鏡装置の駆動方法は、前記画素部が更に第三の電荷蓄積部を含み、第四の光を発光させ、前記第四の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を全ての前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第四の駆動ステップを備え、前記信号を順次読み出すステップでは、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、前記第三の駆動ステップ、及び前記第四の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す。
【０３３３】
開示された内視鏡装置の駆動方法は、前記画素部が更に第三の電荷蓄積部を含み、第四の光を発光させ、前記第四の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記半分の前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第四の駆動ステップと、第五の光を発光させ、前記第五の光に対して被写体から入射してくる光によって前記光電変換部で発生した電荷を前記残り半分の前記画素部の前記第三の電荷蓄積部に蓄積させる第五の駆動ステップとを備え、前記信号を読み出すステップでは、前記第一の駆動ステップ、前記第二の駆動ステップ、前記第三の駆動ステップ、前記第四の駆動ステップ、及び前記第五の駆動ステップの終了後、前記第一の電荷蓄積部、前記第二の電荷蓄積部、及び前記第三の電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す。
【０３３４】
開示された内視鏡装置の駆動方法は、光の発光前に、前記光電変換部に蓄積されている電荷を外部に排出する電荷排出ステップを有する。
【０３３５】
開示された内視鏡装置の駆動方法は、前記第一の光がＧ光であり、前記第二の光がＢ光であり、前記第三の光がＲ光である。
【符号の説明】
【０３３６】
１  光源
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，ＦＧ３  フローティングゲート
ＬＥＤ１ａ  Ｒ光発光光源
ＬＥＤ１ｂ  Ｇ光発光光源
ＬＥＤ１ｃ  Ｂ光発光光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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