(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子を有する撮像装置において、
前記固体撮像素子に印加する電圧である素子印加電圧を分圧して前記固体撮像素子内の半導体基板に印加する基板バイアス電圧を供給する電圧供給手段と、
前記素子印加電圧を変化させる素子印加電圧変化手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像装置は、前記分圧するときの分圧比を変化させる分圧変化手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像装置は、静止画像を得るのか動画像を得るのかに応じて、前記素子印加電圧変化手段による前記素子印加電圧の変化タイミング及び前記分圧変化手段による前記分圧比の変化タイミングを切り換える
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像装置は、前記固体撮像素子の露光時間に応じて、前記素子印加電圧変化手段による前記素子印加電圧の変化タイミング及び前記分圧変化手段による前記分圧比の変化タイミングを切り換える
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像装置は、前記撮像した静止画像を読み出す場合には、前記固体撮像素子内での電荷の転送タイミングを規定するクロックの速度を遅くする
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像装置は、さらに、撮像した画像の黒レベルを所定の値に設定するクランプ回路を備え、
前記固体撮像素子により画像を取得する前又は該画像を取得した後に前記クランプ回路を動作させるための信号を複数発生させる
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像装置は、さらに撮像した黒ラベルを所定の値に設定するクランプ回路を備え、
前記素子印加電圧変化手段により印加電圧を所定の値より低くしている間は、少なくとも前記クランプ回路を動作させる信号を停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像装置は、さらに、
前記固体撮像素子を駆動させる駆動手段を備え、
前記固体撮像素子を駆動させる電圧は、前記素子印加電圧を得るためのものとは異なる電源から得る
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像装置は、前記固体撮像素子の露光時に、前記固体撮像素子内の電荷の転送速度を速くする
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記素子印加電圧変化手段は、
静止画像を得る場合には、前記固体撮像素子の露光時に、前記素子印加電圧を下げることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の撮像装置と、数種類の蛍光部材と、該複数の蛍光部材とを切り換える切り換えユニットを構成に含む顕微鏡システムにおいて、
前記撮像装置により動画像を取得する場合、前記切り換えユニットにより切り換えられた前記蛍光部材の種類に応じて、前記固体撮像素子のゲイン値または露光時間を変化させる
ことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項１２】
固体撮像素子の動作時に、該固体撮像素子に印加する素子印加電圧を分圧することで該固体撮像素子内の半導体基板に印加する基板バイアス電圧を得ると共に、前記素子印加電圧を変化させることを特徴とする、固体撮像素子の電圧印加方法。
【請求項１３】
さらに、前記分圧するときの分圧比を変化させることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法。
【請求項１４】
前記固体撮像素子が静止画像を撮像するのか動画像を撮像するのかに応じて、前記素子印加電圧の変化タイミング及び前記分圧比の変化タイミングを切り換えることを特徴とする請求項１３に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法。
【請求項１５】
前記固体撮像素子の露光時間に応じて、前記素子印加電圧の変化タイミング及び前記分圧比の変化タイミングを切り換えることを特徴とする請求項１３に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法。
【請求項１６】
前記撮像した静止画像を読み出す場合には、前記固体撮像素子内での電荷の転送タイミングを規定するクロックの速度を遅くすることを特徴とする請求項１３に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法。
【請求項１７】
前記固体撮像素子により画像を取得する前又は該画像を取得した後に、撮像した該画像の黒レベルを所定の値に設定するクランプ回路を動作させるための信号を複数発生させることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法。
【請求項１８】
前記固体撮像素子を駆動させる電圧は、前記素子印加電圧を得るためのものとは異なる電源から得ることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法。
【請求項１９】
前記固体撮像素子の露光時に、前記固体撮像素子内の電荷の転送速度を速くすることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法。
【請求項２０】
静止画像を取得する場合には、前記固体撮像素子の露光時に、前記素子印加電圧を下げることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置に関し、特に顕微鏡用カメラなどに好適な固体撮像装置の高感度化に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの固体撮像素子を用いた電子カメラが種々開発されている。電子カメラにおいては、ＣＣＤ撮像素子によって被写体像を光電変換することによって撮像画像信号が得られる。このＣＣＤ撮像素子の感度を向上させるためには、フォトダイオードの光電変換効率の向上が最も有効な手段である。
【０００３】
フォトダイオードに入射した光は、フォトダイオードにより光電変換され、信号電荷を生成する。その際、短波長の光はフォトダイオード内での減衰が大きいため、フォトダイオードの比較的浅い箇所で光電変換される。一方、長波長の光は減衰が少ないため、フォトダイオードの比較的深い箇所まで到達して、深い箇所においても光電変換される。
【０００４】
図１９は、従来におけるフォトダイオードの深さＶＳポテンシャル分布図である。図１９（ａ）のポテンシャル分布図に示すように、オーバーフローバリアＯＦＢより浅い箇所で生成された信号電荷はフォトダイオードに蓄積され、この信号電荷が垂直転送路２０２（図４参照）に移送されて転送されることになる。また、オーバーフローバリアＯＦＢより深い箇所で生成された信号電荷は、フォトダイオードには蓄積されず、基板３００側（図５参照）に掃き出される。
【０００５】
したがって、フォトダイオードにおける深い箇所で生成された信号電荷をより利用できるようにするためには、オーバーフローバリアＯＦＢができるだけ深い位置に形成されるようにすればよく、その場合深い箇所に到達した光も光電変換されるので、全体として光電変換効率が高まり、フォトダイオードの感度が向上する。
【０００６】
ここで、基板電圧ＶＳＵＢ（図５参照）が低くなると、ポテンシャル分布図は図１９（ｂ）に示したようなものとなり、通常のオーバーフローバリアより深い箇所にオーバオーバーフローバリアＯＦＢが形成され、ＣＣＤ撮像素子の感度が向上される。
一方、特許文献１に記載されるように、近年のＣＣＤ撮像素子は、光電変換、信号電荷の蓄積、転送及び検出を円滑に行なうために、半導体基板には、ＣＣＤ素子内部で基板バイアス用の電圧（以下基板内部電圧ともいう）が供給されている。
【０００７】
図２０は、この種の固体撮像装置および基板バイアス発生回路の従来の構成例を示す。基板バイアス発生回路は、電圧分割用の抵抗Ｒ１及びＲ２を有している。抵抗Ｒ１の一端は電源線ＶＣＣに接続され、その他端は抵抗Ｒ２の一端に接続される。抵抗Ｒ２の他端は接地線ＧＮＤに接続されている。
【０００８】
基板内部電圧は、抵抗Ｒ１及びＲ２の直列接続点からトランジスタＴＲ１を介してＶＳＵＢとして引き出され、フォトダイオード、垂直転送路、水平転送路２０３、及び電荷検出器２０４などを配置した半導体基板に供給される。電圧分割用の抵抗Ｒ１及びＲ２の直列接続点ＣＳＵＢには基板バイアス端子が設けられ、外付け用の抵抗Ｒ３およびトランジスタＴＲ２が接続され、端子ＶＳＵＢＣｏｎｔ１がＨとなった場合は、端子ＣＳＵＢの電位が下がり、その結果基板電圧ＶＳＵＢを下げる。
【０００９】
ＶＳＵＢ電圧が下がることによりオーバオーバーフローバリアＯＦＢが深くなるので、ＣＣＤ撮像素子の感度が向上する。
【特許文献１】特開２０００−２２１２６号公報
【特許文献２】特開２００２−２８１３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、抵抗Ｒ３によって基板電圧ＶＳＵＢを下げると、抵抗Ｒ１に流れる電流増加によりＲ１付近に熱が生じてしまう。そこで、ＣＣＤ撮像素子の露光時間を長時間にすると、この熱のために画像に白いノイズが生じてしまう欠点があった（図２１（ａ）参照）。
図２１は、３０秒間露光したときのノイズの出方を示す。図２１（ａ）は、ＶＳＵＢ＝内部発生値−４Ｖのときのノイズの出方を示し、図２１（ａ）は、ＶＳＵＢ＝内部発生値−４Ｖのときのノイズの出方を示す。図２１（ａ）に示すように、ＶＳＵＢ電圧を下げて長時間露光すると、画面右上部に白いノイズが生じてしまう。これは、抵抗Ｒ１付近の画素（右上部）が熱のために暗電流が多くなり、その結果、オフセットレベルが上がってしまって白く見えてしまうためである。
【００１１】
さらに、基板電圧ＶＳＵＢを下げると、オーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルが深くなると同時にポテンシャルが高くなる（図１９（ｂ）参照）。よって、被写体が明るいなど余剰電荷が生じた場合に、余剰電荷が半導体基板に掃き捨てられずに、ブルーミングが発生し、さらに余剰電荷が発生するとＶ転送路に電荷が入り込み、大量のスミアとなってしまう欠点があった。
【００１２】
ここで、ブルーミングとは、強い光が入射した場合に、画素が飽和し、信号電荷があふれ、隣接画素や信号線、垂直転送路等に入り込み、ちょうど花が咲いたように周囲に白い部分が広がる現象である。
また、スミアとは、信号線や垂直転送路等に光が混入したり、半導体基板内部で発生した電荷が拡散により広がり、隣接画素や転送レジスタに混入することにより発生することである。スミアは光の強さに無関係に一定の割合で発生する。従って、光量の少ないときには気にならないが、強い光が入射された場合に、その白点が上下に縞状に伸びて現れてくる。以下では、基板電圧ＶＳＵＢを下げたことによって、信号電荷が垂直転送路に入り込み、上下に縞状に伸びて現れたノイズをスミアと表する。
【００１３】
上記の課題に鑑み、本発明では、長時間露光時に上述のような白いノイズが発生することなく、また、高輝度時のスミアを低減しながら高感度撮影が可能な固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、固体撮像素子を有する撮像装置において、前記固体撮像素子に印加する電圧である素子印加電圧を分圧して前記固体撮像素子内の半導体基板に印加する基板バイアス電圧を供給する電圧供給手段と、前記素子印加電圧を変化させる素子印加電圧変化手段と、を備えることを特徴とする撮像装置を提供することによって達成できる。
【００１５】
このように構成することによって、ＶＣＣ電圧を下げることにより、ＶＳＵＢ電圧がさがるので、ＣＣＤの高感度化を実現することができる。
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、前記撮像装置は、前記分圧するときの分圧比を変化させる分圧変化手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置を提供することによって達成できる。
【００１６】
このように構成することによって、動画モード時は合成抵抗値を可変する手段でＶＳＵＢ値を制御することにより高フレームレートの画像を出力し、静止画モード時は電源電圧を可変する手段でＶＳＵＢ値を制御する方式により高Ｓ／Ｎな画像を出力することができる（合成抵抗値を可変する手段はノイズが乗る欠点があり、電源電圧を可変する手段は、露光時間と読み出しを別に設定するためフレームレートが遅くなる欠点があるためである）。
【００１７】
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、前記撮像装置は、静止画像を得るのか動画像を得るのかに応じて、前記素子印加電圧変化手段による前記素子印加電圧の変化タイミング及び前記分圧変化手段による前記分圧比の変化タイミングを切り換えることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置を提供することによって達成できる。
【００１８】
このように構成することによって、動画モード時は合成抵抗値を可変する手段でＶＳＵＢ値を制御することにより高フレームレートの画像を出力し、静止画モード時は電源電圧を可変する手段でＶＳＵＢ値を制御する方式により高Ｓ／Ｎな画像を出力することができる（合成抵抗値を可変する手段はノイズが乗る欠点があり、電源電圧を可変する手段は、露光時間と読み出しを別に設定するためフレームレートが遅くなる欠点があるためである）。
【００１９】
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、前記撮像装置は、前記固体撮像素子の露光時間に応じて、前記素子印加電圧変化手段による前記素子印加電圧の変化タイミング及び前記分圧変化手段による前記分圧比の変化タイミングを切り換えることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置を提供することによって達成できる。
【００２０】
このように構成することによって、露光時間が長くなった場合は、電源電圧を可変する手段と合成抵抗値を可変する手段とではフレームレートに大きな差はなくまた、露光時間が長くなると合成抵抗値を可変する手段によるノイズが目立つため、電源電圧を可変する手段で基板バイアス電圧を制御したほうがよい。
【００２１】
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、前記撮像装置は、前記撮像した静止画像を読み出す場合には、前記固体撮像素子内での電荷の転送タイミングを規定するクロックの速度を遅くすることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置を提供することによって達成できる。
【００２２】
このように構成することによって、Ｓ／Ｎ向上と、フォトダイオードの飽和向上による読み出しパルス幅の拡大のために、電荷量の転送を制御することができる。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、前記撮像装置は、さらに、撮像した画像の黒レベルを所定の値に設定するクランプ回路を備え、前記固体撮像素子により画像を取得する前又は該画像を取得した後に前記クランプ回路を動作させるための信号を複数発生させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置を提供することによって達成できる。
【００２３】
このように構成することによって、露光期間中に電源電圧が下がると信号のＤＣ成分が下がり、クランプしきれずにＶサグとなることを抑制することができる。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、前記撮像装置は、さらに撮像した黒ラベルを所定の値に設定するクランプ回路を備え、前記素子印加電圧変化手段により印加電圧を所定の値より低くしている間は、少なくとも前記クランプ回路を動作させる信号を停止させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置を提供することによって達成できる。
【００２４】
このように構成することによって、露光期間中はクランプパルスを発生しないようにすることができるので、クランプ電位は収束しやすくなりＶサグの発生を抑制することができる。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、前記撮像装置は、さらに、前記固体撮像素子を駆動させる駆動手段を備え、前記固体撮像素子を駆動させる電圧は、前記素子印加電圧を得るためのものとは異なる電源から得ることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置を提供することによって達成できる。
【００２５】
このように構成することによって、露光中にＳＵＢパルス（電子シャッタ）をかけることが可能となり、垂直同期信号ＶＤに関係なく露光時間を制御することが可能となり、回路が簡易化される。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項９に記載の発明によれば、前記撮像装置は、前記固体撮像素子の露光時に、前記固体撮像素子内の電荷の転送速度を速くすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置を提供することによって達成できる。
【００２６】
このように構成することによって、基板バイアス電圧低下により露光中に発生するスミアを低減することが可能となる。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１０に記載の発明によれば、前記素子印加電圧変化手段は、静止画像を得る場合には、前記固体撮像素子の露光時に、前記素子印加電圧を下げることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置を提供することによって達成できる。
【００２７】
このように構成することによって、（動画モード時においては電圧を下げないあるいは若干下げる場合において、動画モード時のゲイン値または露光時間を静止画モード時よりも上げることで）感度を揃えたり、飽和量が減った分ゲインをかけることで、動画時のブルーミング対策となる。
【００２８】
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の撮像装置と、数種類の蛍光部材と、該複数の蛍光部材とを切り換える切り換えユニットを構成に含む顕微鏡システムにおいて、前記撮像装置により動画像を取得する場合、前記切り換えユニットにより切り換えられた前記蛍光部材の種類に応じて、前記固体撮像素子のゲイン値または露光時間を変化させることを特徴とする顕微鏡システムを提供することによって達成できる。
【００２９】
このように構成することによって、前記蛍光キューブによって、被写体に当てる光源およびＣＣＤに当たる励起光の分光感度が限定されるため、蛍光キューブの種類が分かれば分光感度がほぼ予測できる。よって、キューブユニットによってゲインや露光時間を変えれば、静止画撮影時と動画モード時の出力レベルを合わせることが可能となる。
【００３０】
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１２に記載の発明によれば、固体撮像素子の動作時に、該固体撮像素子に印加する素子印加電圧を分圧することで該固体撮像素子内の半導体基板に印加する基板バイアス電圧を得ると共に、前記素子印加電圧を変化させることを特徴とする、固体撮像素子の電圧印加方法を提供することによって達成できる。
【００３１】
このように構成することによって、ＶＣＣ電圧を下げることにより、ＶＳＵＢ電圧がさがるので、ＣＣＤの高感度化を実現することができる。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１３に記載の発明によれば、さらに、前記分圧するときの分圧比を変化させることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法を提供することによって達成できる。
【００３２】
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１４に記載の発明によれば、前記固体撮像素子が静止画像を撮像するのか動画像を撮像するのかに応じて、前記素子印加電圧の変化タイミング及び前記分圧比の変化タイミングを切り換えることを特徴とする請求項１３に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法を提供することによって達成できる。
【００３３】
このように構成することによって、動画モード時は合成抵抗値を可変する手段でＶＳＵＢ値を制御することにより高フレームレートの画像を出力し、静止画モード時は電源電圧を可変する手段でＶＳＵＢ値を制御する方式により高Ｓ／Ｎな画像を出力することができる（合成抵抗値を可変する手段はノイズが乗る欠点があり、電源電圧を可変する手段は、露光時間と読み出しを別に設定するためフレームレートが遅くなる欠点があるためである）。
【００３４】
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１５に記載の発明によれば、前記固体撮像素子の露光時間に応じて、前記素子印加電圧の変化タイミング及び前記分圧比の変化タイミングを切り換えることを特徴とする請求項１３に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法を提供することによって達成できる。
【００３５】
このように構成することによって、露光時間が長くなった場合は、電源電圧を可変する手段と合成抵抗値を可変する手段とではフレームレートに大きな差はなく、また、露光時間が長くなると合成抵抗値を可変する手段によるノイズが目立つため、電源電圧を可変する手段で基板バイアス電圧を制御したほうがよい。
【００３６】
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１６に記載の発明によれば、前記撮像した静止画像を読み出す場合には、前記固体撮像素子内での電荷の転送タイミングを規定するクロックの速度を遅くすることを特徴とする請求項１３に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法を提供することによって達成できる。
【００３７】
このように構成することによって、Ｓ／Ｎ向上と、フォトダイオードの飽和向上による読み出しパルス幅の拡大のために、電荷量の転送を制御することができる。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１７に記載の発明によれば、前記固体撮像素子により画像を取得する前又は該画像を取得した後に、撮像した該画像の黒レベルを所定の値に設定するクランプ回路を動作させるための信号を複数発生させることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法を提供することによって達成できる。
【００３８】
このように構成することによって、露光期間中に電源電圧が下がると信号のＤＣ成分が下がり、クランプしきれずにＶサグとなることを抑制することができる。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１８に記載の発明によれば、前記固体撮像素子を駆動させる電圧は、前記素子印加電圧を得るためのものとは異なる電源から得ることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法を提供することによって達成できる。
【００３９】
このように構成することによって、露光中にＳＵＢパルス（電子シャッタ）をかけることが可能となり、垂直同期信号ＶＤに関係なく露光時間を制御することが可能となり、回路が簡易化される。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項１９に記載の発明によれば、前記固体撮像素子の露光時に、前記固体撮像素子内の電荷の転送速度を速くすることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法を提供することによって達成できる。
【００４０】
このように構成することによって、基板バイアス電圧低下により露光中に発生するスミアを低減することが可能となる。
また上記課題は、特許請求の範囲の請求項２０に記載の発明によれば、静止画像を取得する場合には、前記固体撮像素子の露光時に、前記素子印加電圧を下げることを特徴とする請求項１２に記載の、固体撮像素子の電圧印加方法を提供することによって達成できる。
【００４１】
このように構成することによって、（動画モード時においては電圧を下げないあるいは若干下げる場合において、動画モード時のゲイン値または露光時間を静止画モード時よりも上げることで）感度を揃えたり、飽和量が減った分ゲインをかけることで、動画時のブルーミング対策となる。
【００４３】
このように構成することによって、前記蛍光キューブによって、被写体に当てる光源およびＣＣＤに当たる励起光の分光感度が限定されるため、蛍光キューブの種類が分かれば分光感度がほぼ予測できる。よって、キューブユニットによってゲインや露光時間を変えれば、静止画撮影時と動画モード時の出力レベルを合わせることが可能となる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明を用いることで、長時間露光時に白いノイズが発生することなく、また、高輝度時のスミアを低減しながら高感度撮影ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る顕微鏡システムの構成を示す図である。同図において、顕微鏡本体１には、ステージ２６上の試料３に対向する対物レンズ２７が配置されている。また、この対物レンズ２７を介した観察光軸上には、三眼鏡筒ユニット５を介して接眼レンズユニット６が配置されているとともに、結像レンズユニット１００を介して電子カメラ３６が配置されている。
【００４６】
図２は、上記顕微鏡システムの詳細な構成を示す図である。同図では、透過明視野観察、暗視野観察、位相差観察、微分干渉観察、蛍光観察などの各種の検鏡法を適宜選択可能な構成を示している。
図２に示す顕微鏡システムには、照明系として、透過照明光学系１１及び落射照明光学系１２が備えられている。透過照明光学系１１には透過照明用光源１３が備えられ、この透過照明用光源１３から照射される透過照明光の光路上に、この透過照明光を集光するレクタレンズ１４、透過用フィルタユニット１５、透過視野絞り１６、透過シャッタ１６１、折曲げミラー１７、透過開口絞り１８、コンデンサ光学素子ユニット１９、及びトップレンズユニット２０が配置されている。
【００４７】
また、落射照明光学系１２には、落射照明用光源２１が備えられ、この落射照明用光源２１から照射される落射照明光の光路上に、落射用フィルタユニット２２、落射シャッタ２３、落射視野絞り２４、及び落射開口絞り２５が配置されている。
透過照明光学系１１と落射照明光学系１２との各光軸が重なる観察光路Ｓ上には、観察の対象となる標本を載せる試料ステージ２６、対物レンズ２７が複数装着され、一つの対物レンズ２７を回転動作で選択し観察光路Ｓ上に位置させるためのレボルバ２８、対物レンズ側光学素子ユニット２９、例えば透過明視野観察または蛍光観察などの各種検鏡法に応じて観察光路Ｓ上のダイクロイックミラーを切り換えるためのキューブユニット３０、観察光路Ｓを観察光路Ｓａと観察光路Ｓｂとに分岐するビームスブリッタ３１が配置されている。
【００４８】
このビームスプリッタ３１は、三眼鏡筒ユニット５内に配置されている。ビームスプリッタ３１で手前に折り曲げられた観察光路Ｓａ上には、接眼レンズ６ａが配置されている。また、ビームスブリッタ３１を透過した観察光路Ｓｂ上には、中間変倍光学系（ズーム鏡筒）３３、オートフォーカス（ＡＦ）ユニット３７１と写真接眼レンズユニット３５からなる結像レンズユニット１００、及び電子カメラ３６が配置されている。
【００４９】
中間変倍光学系（ズーム鏡筒）３３は、電子カメラ３６で撮像される像を変倍するための変倍ズームレンズ３３ａを内蔵している。なお、中間変倍が不要な場合は、この中間変倍光学系（ズーム鏡筒）３３を取り外すことができる。電子カメラ３６内には撮像素子４２が配置されている。対物レンズ２７からの光像は、写真接眼レンズユニット３５内の写真接眼レンズ３５ａによって撮像素子４２の撮像面に結像する。
【００５０】
オートフォーカス（ＡＦ）ユニット３７１内には、ビームスプリッタ３４が配置され、ここで観察光路Ｓｂから分岐された光路上には、ＡＦ用受光素子３４ａが配置されている。オートフォーカスユニット３７１は、この受光素子３４ａからの出力信号をもとに合焦検出を行なうもので、ＡＦ機能が不要な場合にはユニットごと取り外すことができる。
【００５１】
透過照明光学系１１における透過用フィルタユニット１５、透過視野絞り１６、透過シャッタ１６１、透過開口絞り１８、コンデンサ光学素子ユニット１９、及びトップレンズユニット２０、落射照明光学系１２における落射用フィルタユニット２２、落射シャッタ２３、落射視野絞り２４、及び落射開口絞り２５、レボルバ２８、対物レンズ側光学素子ユニット２９、キューブユニット３０、ビームスプリッタ３１、中間変倍光学系（ズーム鏡筒）３３は、それぞれモータライズされており、駆動回路部３７からの各駆動信号によって図示しない各モータにより駆動される。
【００５２】
一方、レボルバ２８には、観察光路Ｓ上に位置される対物レンズ２７の種類を検出する対物レンズ検出部３８が配置され、対物レンズ側光学素子ユニット２９には、リタデーション調整動作を検出するリタデーション調整動作検出部３９が配置され、写真接眼レンズユニット３５には、写真接眼レンズの種類を検出する写真接眼レンズ検出部４０が配置されている。
【００５３】
顕微鏡コントロール部４１は、顕微鏡全体の動作を制御するもので、透過照明用光源１３、落射照明用光源２１、駆動回路部３７、対物レンズ検出部３８、リタデーション調整動作検出部３９、写真接眼レンズ検出部４０、及び電子カメラ３６が接続されている。顕微鏡コントロール部４１は、電子カメラ３６での撮像条件等を決めるＣＰＵ６０（図３参照）に従って、透過照明用光源１３及び落射照明用光源２１の調光を行なうとともに、駆動回路部３７に対して制御指示を行なう。
【００５４】
さらに顕微鏡コントロール部４１は、透過照明用光源１３及び落射照明用光源２１に対する制御状態、駆動回路部３７に対する制御状態を始め、対物レンズ検出部３８、リタデーション調整動作検出部３９、写真接眼レンズ検出部４０からの検出情報を電子カメラ３６ヘフィードバックする。
【００５５】
図３は、上記顕微鏡システムに用いられる電子カメラの構成を示すブロック図である。同図において、電子カメラ３６は、顕微鏡コントロール部４１を制御するＣＰＵ６０が含まれる電子カメラ３６の構成を示している。同図において、撮像素子４２はカラーあるいは白黒画像を撮像するものであり、上述した顕微鏡の写真接眼レンズユニット３５とともに観察光路Ｓｂ上に配置されている。
【００５６】
ＣＣＤ等の固体撮像素子（以下、単にＣＣＤという）４２は、顕微鏡により拡大される標本の観察像を撮像し光電変換する。このＣＣＤ４２の出力信号から画像信号成分を抽出するＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路：Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）４３と、このＣＤＳ回路３の出力信号レベルを所定のゲイン値に調整するためのＡＧＣ回路等を含むゲイン制御手段である増幅器（ＡＭＰ）４４と、このＡＭＰ４４からの出力信号の黒レベルを決めるＯＢクランプ回路５２と、このＯＢクランプ回路５２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４５と、Ａ／Ｄ変換器４５から出力されるデジタル信号を記憶する画像メモリ４６と、画像メモリ４６を制御するメモリコントローラ５５と、この画像メモリ４６から読み出された画像信号をγ補正、エッジ強調等の画像処理をする画像信号処理回路５１と、画像信号を表示可能な形態に処理する信号処理回路を含む表示手段である液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５９と、画像信号を一時的に記憶するメモリ等からなるカメラ内蔵記憶手段であるＤＲＡＭ５６と、画像信号に圧縮処理及び伸長処理を施す圧縮伸長回路５７と、画像信号を保存するメモリカード等の記録媒体５８と、撮影時にＡＦ動作を開始させると共に、露光動作を開始させるトリガー信号を発生させ得るトリガースイッチ、キューブユニット回転動作スイッチ等の複数のスイッチからなる操作部６１と、上記ＣＣＤ４２の駆動パルス等の同期信号を発生させるタイミングジェネレータ（ＴＧ）５３及びＴＧ５３に同期信号を供給するシグナルジェネレータ（ＳＧ）５４等によって構成されている。
【００５７】
また、ＣＣＤ４２内部電圧にクランプされたＳＵＢパルスを入力させるＳＵＢ電圧変換回路４９とＣＣＤ電源電圧切り換えＳＷ４７と、ＣＣＤＳＵＢ電圧切り換えＳＷ４８で構成されている。
そして、上記各構成部材は、制御手段であるＣＰＵ６０に電気的に接続されており、本実施形態の電子的撮像装置全体は、このＣＰＵ６０によって統括的に制御されている。なお、上記ＣＣＤ４２は、ＳＵＢ電圧変換回路４９等により電子シャッタ機能（手段）を有しており、これにより露光時間の制御を行なうことができるようになっている。
【００５８】
次に、以上のように構成された上記顕微鏡システムの作用を説明する。なお、ここでは撮影時に行われる作用のうち、本発明にかかわる部分のみを説明している。
＜第１の実施形態＞
蛍光観察検鏡法では、落射照明光学系１２より出た光がキューブユニット３０内の蛍光キューブにより分光され、対物レンズ２７を通って縮小されて標本３に照射する。標本３は前記照射された光より微弱な励起光が発光され、発光された光が対物レンズ２７を通って拡大されキューブユニット３０内の蛍光キューブによって前記分光とは異なる波長で分光されてＣＣＤ４２に照射する。
【００５９】
上記ＣＣＤ４２によって得られた画像信号は、ＣＤＳ回路４３において画像信号成分が抽出され、ＡＭＰ４４において出力信号レベルが所定のゲイン値に調整され、ＯＢクランプ５２で黒レベルを決めた後、Ａ／Ｄ変換器５においてデジタル信号に変換される。このデジタル信号に変換された画像信号は、画像メモリ４６に一時的に記憶される。
【００６０】
画像メモリ４６に記憶された画像信号をγ補正、エッジ強調等の画像処理をする画像信号処理回路５１を介して、上記ＬＣＤ５９に出力されて、画像の再生表示処理がなされる。
以上が撮影および画像記録表示までの動作である。
【００６１】
上記蛍光観察検鏡法では、微弱な励起光である蛍光物体を撮影するため、高感度なカメラが必要となる。よって、ＣＣＤ４２をより高感度で撮影できる方式が必要となる。次にこのＣＣＤ４２の構造について説明する。なお、ＣＣＤ撮像素子４２は、例えば縦型オーバーフロードレイン構造のインターライン型（プログレッシブ（順次）走査型のもの）である。
【００６２】
図４は、ＣＣＤ撮像素子４２の素子構造を示す平面図である。受光素子としてフォトダイオード２０１がマトリクス配置され、フォトダイオード２０１間に縦列方向に複数本の垂直転送路２０２が配置され、垂直転送路２０２の端部に横列方向に１本の水平転送路２０３が配置されている。
【００６３】
そして、フォトダイオード２０１に蓄積された信号電荷は、電荷移送パルスＴＧ（トランスファーゲート）３０８（図５参照）により垂直転送路２０２に読み出され、垂直転送路２０２内を図４の下方向に転送される。垂直転送路２０２を転送した信号電荷は水平転送路２０３に転送され、この水平転送路２０３を図４の左方向に転送され、電荷検出器２０４を介して、最終的に読み出しアンプ２０５により出力されるようになっている。
【００６４】
垂直転送路２０２は、通常に水平転送路２０３により読み出される１水平期間に１回電荷を転送するが、高速排出時には連続的に動作させることにより、垂直転送路中の電荷を排出させている。
図５には、ＣＣＤ撮像素子４２として利用される、縦型オーバーフロードレイン構造のインターライン型ＣＣＤの断面構造が示されている。ｎ型半導体基板３００は接合の浅いＰウェルの第１領域３０１と接合の深いＰウェルの第２領域３０２で形成されている。第１領域３０１の接合ｎ型領域が形成された領域部分はフォトダイオード、いわゆる光電変換領域（電荷蓄積部）３０３として作用する。
【００６５】
第２領域３０２は埋込みチャネル３０４からなる垂直シフトレジスタ、すなわち転送電極（転送ゲート電極）３０５が形成される。その主面は絶縁層３０６を介して転送電極３０５が配置されている。光電変換領域３０３と埋込みチャネル３０４は高いｐ型不純物層からなるチャネルストップ領域３０７によって分離されている。
【００６６】
また、光電変換領域３０３と対応する埋込みチャネル３０４との間には、トランスファーゲート（ＴＧ）領域３０８が配置されている。さらに、光電変換領域３０３以外は金属層３０９で遮光されている。ブルーミング抑制はＮ型半導体基板３００と、Ｐウェルの第１領域３０１及び第２領域３０２との接合に逆バイアス電圧である基板バイアス電圧ＶＳＵＢ３１１を印加し、光電変換領域３０３直下のＰウェルの第１領域３０１を完全に空乏化（空乏層化）することにより実現される。
【００６７】
従来例（図１９（ｂ）参照）で説明したように、基板バイアス電圧ＶＳＵＢ値を小さくすることにより、通常のオーバーフローバリアより深い箇所にオーバオーバーフローバリアＯＦＢが形成され、ＣＣＤ撮像素子の感度が向上される。
図６は、本実施形態の固体撮像装置および基板バイアス発生回路の構成例を示す図である。従来例（図２０参照）と異なるのは、電源電圧切り換え回路４７を追加し、ＳＵＢ電圧切り換え回路４８を削除したところである。この電源電圧切り換え回路４７は、ＶＳＵＢＣｏｎｔ２パルスを用いることにより、２種類のＶＣＣ電圧を切り換えることができる。本実施形態では、ＶＣＣを１５Ｖから７Ｖへ、または７Ｖから１５への切り換えを行っている。ＶＳＵＢＣｏｎｔ２パルスの発生（Ｈｉｇｈ又はＬｏｗ）は、ＣＰＵにより制御されている。
【００６８】
例えば、ＶＣＣ電圧を１５Ｖから７Ｖに下げると、ＶＳＵＢＣｏｎｔ２がＯＦＦのときのＣＳＵＢ電圧が下がる。Ｒ１：Ｒ２＝１：４の場合、ＣＳＵＢ電圧は１２Ｖ→５．６Ｖに下がる。これより、ＶＳＵＢ電圧は１１．４Ｖ→５Ｖとなり、ＣＣＤの高感度化を実現することができる。
【００６９】
図７は、本実施形態における撮像素子の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。上段から順に１フレーム単位の同期信号ＶＤ、各モード状態、垂直転送路ＶＣＣＤの駆動の様子を表すＶＣＣＤ、電荷蓄積領域から垂直転送路への移送パルスＴＧ、電荷蓄積領域の電荷を半導体基板（サブストレート＝縦形オーバーフロードレインＶＯＦＤ）に強制排出するための基板印加高電圧パルスＶＳＵＢ、電源電圧を選択するＶＳＵＢＣｏｎｔ２、ＶＣＣ（電源電圧）、ＣＣＤに供給するクロック系の原振クロックＭＣＫ、画像信号出力ＳＩＧの各信号と、メモリ記録動作とが示されている。
【００７０】
静止画を取り込む前は、例えば、電子カメラの表示部に動画（ライブ画）表示をしている。まず、ＶＣＣ（電源電圧）を７Ｖにすると、ＶＳＵＢ電圧が除々に下がっていく。この期間は切り換え期間として露光も読み出しもしない期間である（タイミングｔｍ１）。ＶＳＵＢ電圧が下がると、次に電荷移送パルスＴＧを立ててフォトダイオード（以下、ＰＤと略する）の電荷をＶ転送路に移送させ、ＰＤの電荷を空にした後に露光が始まる。
【００７１】
ここで、ＶＣＣの電圧を下げると、図６に示すように電荷検出回路２０４のＶＣＣも下げてしまうため、信号を出力することができない。また、従来例で説明したように、ＶＳＵＢを下げるとスミアが発生しやすくなる。そこで、露光中にＶ転送パルスＶＣＣＤを高速に動作することにより、スミアを除去している。
【００７２】
スミア除去については静止画取り込み時に詳しく説明をする。なお、Ｖ転送パルスは、図３で言えば、タイミングジェネレータ５３からＣＣＤ４２に入力されるパルスに相当し、このＶ転送パルスに電荷移送パルスは重畳されている。
次に、静止画取り込み時のシーケンスについて説明をする。本シーケンスは、例えば、電子カメラの所定のスイッチを押下したときに、撮影した画像を静止画として記録する場合を想定しているものとする。静止画トリガ撮り込み指令（タイミングｔ０）を受けて、静止画の画像を取り込むようにしている。そうすると、静止画トリガ撮り込み指令（タイミングｔ０）を受けて、ＶＣＣを７Ｖに変化させ、ＶＳＵＢ電圧を下げている。
【００７３】
次に、電荷移送パルスＴＧが立ちあがってＰＤ内に電荷がなくなった時点ｔ１が露光開始時点となる。その時点と同時に垂直転送路（ＶＣＣＤ）の高速駆動が始まる。図７では太線で示したＴＧパルスが出力された時点ｔ１が露光開始時点となる。
露光開始時点から、ＶＣＣＤは転送路内の不要電荷排出のための高速駆動を連続的に行っている。これは、各画素信号を個別に読み出す通常駆動（毎回の水平ブランキング期間に１単位＝１水平画素相当の垂直駆動パルスを出力するもの）とは異なり、通常駆動の数倍〜数十倍の転送速度でＶＣＣＤを連続的に駆動することで、撮像面に光が当たり続けていることによって生じているスミアなどの不要電荷を高速に排出するものである。これは、後に引き続く露光終了のタイミングであるｔ２の直前まで続けられる。
【００７４】
なお、通常駆動に対する高速駆動時の駆動倍数（１画面の転送に要する時間の逆比として定義される）がＸであるときに、この高速駆動期間は最低１フレーム期間の１／Ｘは必要である。時刻ｔ２においてＴＧパルスが出力されると、蓄積された光電荷が遮光された垂直転送路に移送されるので、この時点で露光が終了する。
【００７５】
露光が終了すると同時あるいは直後に電源電圧を１５Ｖに戻し、前記露光された信号を動画記録としてメモリに書き込む。電源電圧を１５Ｖに戻してもＶＳＵＢ電圧はすぐに上がらないため、読み出し中にＶＳＵＢ電圧低下によるスミアが発生するおそれがあるため、 ＶＳＵＢパルスを発生しておき、スミアを防止している。
【００７６】
静止画記録トリガ撮り込み指令後も同様なシーケンスで画像を記録する。ここで、読み出し期間にクロックスピードを２８ＭＨｚから１４ＭＨｚとしているが、これはクロックスピードが遅くなるとＳ／Ｎがよくなるためである。また、ＶＳＵＢ電圧を下げて飽和容量が増加した分、電荷移送や転送不良の恐れがあるため、電荷移送およびＶ転送およびＨ転送の時間を長くする必要がある。
【００７７】
このため原振クロックを下げることで、効果的に転送時間を長くすることができる。以上より、ＶＳＵＢコントロール回路２０６以外でＶＳＵＢをコントロールできるので、図２１（ａ）に示すような右上に白いノイズが出ないでＶＳＵＢ電圧を下げることができ、またスミアが出ず、静止画においては転送不良が起こることなく、Ｓ／Ｎがよく高感度な画像を取得することができる。
【００７８】
＜第２の実施形態＞
図８は、本実施形態における固体撮像装置および基板バイアス発生回路の構成例を示す図である。第１の実施形態（図６参照）と異なるのは、ＳＵＢ電圧切り換え回路４８を追加し、電源電圧切り換え回路４７と併用できるようにしたところである。ＳＵＢ電圧切り換え回路４８は、ＶＳＵＢＣｏｎｔ１パルスにより、２種類のＶＳＵＢ電圧へ切り換えることができる。
【００７９】
ＶＳＵＢＣｏｎｔ１パルスが入力されると、ＣＳＵＢ電圧が下がる。例えば第１の実施形態と同様にＲ１：Ｒ２＝１：４の場合、抵抗Ｒ３によってＣＳＵＢ電圧は１２Ｖ→５．６Ｖに下がることができる。これより、ＶＳＵＢ電圧は約１１．４Ｖ→５Ｖとなり、ＣＣＤの高感度化を実現することができる。
【００８０】
図９は、本実施形態における撮像素子の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。第１の実施形態と異なるのは、ＶＳＵＢＣｏｎｔ１が追加されているところである。上段から順に１フレーム単位の同期信号ＶＤ、各モード状態、垂直転送路ＶＣＣＤの駆動の様子を表わすＶＣＣＤ、電荷蓄積領域から垂直転送路への移送パルスＴＧ、電荷蓄積領域の電荷を半導体基板（サブストレート＝縦形オーバーフロードレインＶＯＦＤ）に強制排出するための基板印加高電圧パルスＶＳＵＢ、ＶＳＵＢコントロール回路２０６をコントロールするＶＳＵＢＣｏｎｔ１、電源電圧を選択するＶＳＵＢＣｏｎｔ２、ＶＣＣ（電源電圧）、ＣＣＤに供給するクロック系の原振クロックＭＣＫ、画像信号出力ＳＩＧの各信号（信号出力）と、メモリ記録動作を示されている。
【００８１】
この方式では、図上の静止画トリガ撮り込み指令（タイミングｔ０）を受けて、静止画の画像を取り込むようにしている。静止画を取り込む前は、動画（ライブ画）の表示をしている。ＶＣＣ（電源電圧）は１５Ｖのまま、ＶＳＵＢＣｏｎｔ１がＯＮになっている。第１の実施形態と違い、動画時はＶＣＣが１５Ｖのため、露光中も信号を読み出しすることが可能である（タイミングｔｍ１）。
【００８２】
この場合、従来例に示したように、右上にノイズが出る可能性はあるが（図２１参照）、動画（ライブ画）時はノイズよりもフォーカスやフレーミングのため動画時はよりフレームレートを早くする方が優先順位は高い。また、右上のノイズは露光時間により比例して大きくなるため、露光時間が短い場合は右上のノイズは目立たない。
【００８３】
静止画トリガ撮り込み指令（タイミングｔ０）を受けてからは、ＶＳＵＢＣｏｎｔ１をＯＮからＯＦＦにし、ＶＳＵＢＣｏｎｔ２をＯＦＦからＯＮにすることで、ＶＣＣ電圧を１５Ｖから７Ｖに下げ、第１の実施形態と同様なタイミングとしている。これは、静止画の場合はフレームレートのスピードよりも画質を優先させ、右上のノイズやスミアの除去や転送不良の解除をしているためである。
【００８４】
以上より、動画モード時においてもフレームレートを下げることなく高感度な画像を得ることができ、また静止画撮りこみ時においては、右上の白いノイズやスミアや転送不良が起きることがなく、Ｓ／Ｎがよく高感度な画像を得ることが可能となる。
なお、静止画の読み出し期間中は、クロックスピードを遅くしてもよい。つまり、Ｓ／Ｎの向上と飽和向上による読み出しパルス幅の拡大のためである。このことを、図１０で説明する。
【００８５】
図１０は、本実施形態における４相駆動のＶＣＣＤのポテンシャルのタイミングチャートを示す。縦方向は、時間の経過を表し、横方向は垂直転送方向を表す。そして、各時間におけるポテンシャルの状態、そのときの電荷の転送状態を示している。時間ｔ１において、電荷はポテンシャルの低いＶ２、Ｖ３の部分にある（図９中の網掛けの部分）。
【００８６】
このとき、Ｖ４を下げると、時間ｔ２では、Ｖ４が下がった状態になる。すると、Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のポテンシャルの低い部分ができ、そこに電荷がある。この状態からＶ２を上げると、時間ｔ３の状態になり、ｔ１の状態と比べると電荷が右に移動していることが分かる。このようにして、ポテンシャルの上げ下げで電荷を移動させている。
【００８７】
一方、ＶＳＵＢ値を下げるとＰＤの飽和容量が増えるため、その分、ＶＣＣＤが転送する電荷も増加する。しかし、電荷量が多い場合は、転送スピードに対して電荷転送がついていけずに、上下混じってしまう場合が生じた。特に、ＲＧＢなど１画素置きにモザイク色フィルタが貼ってある場合は混色となってしまい、ハイライト時に色むらがおきる欠点が生じた。
【００８８】
そこで、ＶＳＵＢ値を下げた場合にＶ転送スピードを遅くすれば、電荷量が増えても電荷転送できる。
＜第３の実施形態＞
図１１は、本実施形態におけるタイミングチャートである。同図において、第１の実施形態と異なっているのは、動画モード時に長時間露光をしていることである。当初第２の実施形態で動作していた電子カメラを切り換えボタン（操作部６１に備わる１つの機能）に切り換えることで、本実施形態のシーケンスに切り替わる。
【００８９】
第２の実施形態において、図９のシーケンスのまま長時間露光を行うと、動画モードの長時間露光時においては右上部ノイズ（図２１参照）が目立ってしまう。そこで、本実施形態のように、動画モード時に長時間露光を行うことにより、ノイズの発生を防ぐ。
図１１に示すように、長時間露光時には、ＶＳＵＢＣｏｎｔ２＝ＯＮのため、ＶＣＣは７Ｖとなる。すると、ＶＳＵＢ電圧が下がるので、ノイズの発生が抑えられ、ＣＣＤの高感度化を実現することができる。
【００９０】
すなわち、読み出し期間や切り換え期間に比べて、露光期間が長いのでＶＣＣを下げてもフレームレートには影響しない。よって、図１１では、動画モード時においてもＶＣＣを７Ｖに下げて動作させている。もちろん、露光時間が短い時は、切り換えボタンで、図９のようなシーケンスに切り換えたほうがよい。
【００９１】
なお、図３のＳＧ５４からＴＧ５３へ入力されるＶＤパルスのパルス幅を変更することにより、露光時間を変更している。
以上より、動画モード時において、長時間露光時においては電源電圧切り換え回路４７でＶＳＵＢを下げ、通常露光時はＳＵＢ電圧切り換え回路４８でＶＳＵＢを下げることにより、Ｓ／Ｎがよく高フレームレートで画像を出力することが可能となる。
【００９２】
＜第４の実施形態＞
第１の実施形態において、図１２に示すように黒レベルを所定の数値に設定するＯＢクランプ回路５２に映像期間のＯＢまたはＨのブランキング期間にクランプパルス（ＣＰパルス、図３ではＴＧ５３からＯＢクランプ回路５２に入力されるパルス）を発生させておくと、ＯＢクランプ５２から出力され、Ａ／Ｄ４５に入力される信号（信号出力（Ａ／Ｄ前））にＶサグが発生してしまう。Ｖサグとは画面の上部が白く持ち上がってしまう現象である。
【００９３】
これはＶＣＣを７Ｖにした場合、図６に示す電荷検出器２０４のリセットされる電圧が７Ｖ付近となってしまうため、ＣＣＤ４２から出力される信号レベルが１５Ｖ付近よりかなり下がってしまうためである（図１２の信号出力（ＳＩＧＯＵＴ）参照）。電源電圧ＶＣＣが７Ｖになる場合は、クランプ電位が大きく下がってしまうため、電源電圧ＶＣＣが切り替わってもクランプ電位がすぐに立ち上がって収束しない。また、クランプ電位が収束できずに下がっていると、黒レベルが下がり、その分信号レベルが上がってＶサグとなってしまう。
【００９４】
図１３は、これを対策したものである。露光期間中はすべてクランプパルス（ＣＰパルス）を抜いている。これにより、７Ｖ時の出力レベルはクランプされないので、クランプ電位は収束しやすくなりＶサグは出ない。
また、上記対策ではクランプパルスを抜いてしまうため、露光時間によってはクランプ電位を保持できない場合もある。そこで、図１４に示すようにクランプパルスを読み出しの始めに増やすことが有効的である。同図において、動画又は静止画を読み出す場合、クランプパルスを一時的に多数発生させる。読み出しの始めはすぐに信号出力（信号出力（Ａ／Ｄ前））が出ないため、クランプパルスを増やすことが可能となり、これによりクランプ電位の立ち上がりの収束が早くなる。
【００９５】
それでも収束しない場合は、電荷を読み出した後に所定時間Ｖの転送を止めておけばクランプ時間は確保できる。
図１５は、Ｖサグが出ないように読み出し前にＶ転送を所定時間停止させたタイミングチャートを示す。同図に示すように、クランプ電位が立ち上がって収束するまで、Ｖ転送を止める。なお、Ｖ転送停止中はＶ転送を低速にしてもよい。なぜなら、画像には上下数画素ののりしろがあるため、その分は転送しても良いからであり、また、Ｖ転送停止による暗電流増加を回避するためである。
【００９６】
なお、図１５において、図１３と同様にＶＣＣ電圧が７Ｖのときには、ＣＰパルスを抜いても良い。
また、クランプパルスの数を増やすというよりはパルスを反転させたり出しっぱなしにさせることも効果的である。また、露光期間にクランプパルスを止めるのと合わせると効果的である。
【００９７】
以上より、Ｖサグなく高感度な画像を取得できることが可能となる（クランプ回路の切替えについては、特許文献２参照）。
＜第５の実施形態＞
本実施形態では、図６において、ＴＧ５３の電源１５ＶとＳＵＢパルス重畳回路４９の電源１５ＶとＶＣＣは独立させている。これより、ＶＣＣが７ＶになってもＳＵＢパルスは出力できるため電子シャッタが使用できる。つまり、ＳＵＢパルス（ＴＧ５３からＳＵＢパルス重畳回路４９へ入力されるパルス）がＳＵＢパルス重畳回路４９を通過するとＤＣが変動し、ＶＳＵＢ値が変動する。電子シャッタを使用するだけのＶＳＵＢ値を確保することができる。
【００９８】
図６において、例えばＴＧ５３の電源１５ＶとＶＣＣが独立していない場合、ＶＣＣが１５ＶのときＳＵＢパルス重畳回路４９に入力されるパルス幅は２２Ｖ（１５Ｖ〜―７Ｖ）である。このとき、ＶＣＣが７Ｖになれば、このパルス幅は１４Ｖ（７Ｖ〜―７Ｖ）になり、８Ｖも下がってしまう。これにより、電子シャッタを機能させることができなくなる可能性がある。
【００９９】
図１６は、本実施形態における電子シャッタを使用した場合のタイミングチャートである。同図に示すように、早めに５Ｖになる。このとき、電子シャッタを使用することができる。
これよりＶパルスの同期信号を一定にすることが可能となるため回路の簡略化となる。また、切り換え期間にＳＵＢパルスを立てると早くＶＳＵＢ値が下がるメリットもある。最終ＶＳＵＢパルスが出力された時点ｔ１が露光開始時点となる。
【０１００】
＜第６の実施形態＞
図１７は、本実施形態におけるタイミングチャートである。本実施形態では、第１の実施形態または第２の実施形態と異なり、動画時にＶＳＵＢ値を変化させないことを特徴としている。ＶＳＵＢ値を変化させないので、分光感度がその分悪くなるが、その悪くなった分ゲインを上げて補っている。
【０１０１】
ゲインの調整は、ＡＭＰ４４で行っている。同図では、ＡＭＰ４４のゲインを静止画時に比べて動画時には１．４倍にしている。これにより、動画モード時におけるノイズやスミアを低減しながら高フレームレートで画像を出力することが可能となる。また、露光時間をかえてもよい。
【０１０２】
図１８は、本実施形態におけるＶＳＵＢ値を一定にした場合の光電変換される波長（ｎｍ）と光電変換された電荷の出力レベルとの関係を示す。図中のＢ付近は青色領域、Ｇ付近は緑色領域、Ｒ付近は赤色領域を示している。同図では、ＶＳＵＢを５Ｖ、６．５Ｖ、８Ｖ、１１．４Ｖにした場合の分光感度を示している。これより、ＶＳＵＢのゲインを上げることにより、動画時にＶＳＵＢ値を変化させないで、分光感度の低下を防ぐことができる。
【０１０３】
＜第７の実施形態＞
第６の実施形態ではゲインまたは露光時間を変えたが、ＶＳＵＢ値を変えると分光感度がかわってしまうため、被写体によっては同じゲインや露光時間の比率が変わってしまう。よって、被写体の分光感度がある程度分かっていれば、ゲインや露光時間の比率を変化させることができる。
【０１０４】
顕微鏡システムにおいて、このような高感度撮影が必要となる場合は、ほとんど蛍光撮影の場合である。蛍光撮影の場合は図３に示すようにキューブユニット３０を通してから撮影をする。このキューブユニット３０には、蛍光キューブが数種類入っており、顕微鏡コントロール４１により数種類の蛍光キューブを選択することができる。
【０１０５】
前記蛍光キューブによって、被写体に当てる光源およびＣＣＤに当たる励起光の分光感度が限定されるため、蛍光キューブの種類が分かれば、分光感度がほば予測できる。
よって、キューブユニット３０によってゲインや露光時間を変えれば、静止画撮影時と動画モード時の出力レベルを合わせることが可能となる。具体的には、ＣＰＵ６０から顕微鏡コントロールにキューブの種類を命令し、キューブを指定する。同時にゲインを変動させてり、ＴＧ５３に露光時間の変動をさせればよい。
【０１０６】
以上より、動画と静止画の出力レベルを合わせて、ノイズやスミアを低減して高感度な画像を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施の形態に係る顕微鏡システムの構成を示す図である。
【図２】顕微鏡システムの詳細な構成を示す図である。
【図３】顕微鏡システムに用いられる電子カメラの構成を示すブロック図である。
【図４】ＣＣＤ撮像素子４２の素子構造を示す図である。
【図５】ＣＣＤ撮像素子４２の断面を示す図である。
【図６】第１の実施形態における固体撮像装置および基板バイアス発生回路の構成例を示す図である。
【図７】第１の実施形態におけるタイミングチャートである。
【図８】第２の実施形態における固体撮像装置および基板バイアス発生回路の構成例を示す図である。
【図９】第２の実施形態におけるタイミングチャートである。
【図１０】第２の実施形態における４相駆動のＶＣＣＤのポテンシャルのタイミングチャートである。
【図１１】第３の実施形態におけるタイミングチャートである。
【図１２】第４の実施形態におけるＶサグの発生を示すタイミングチャートである。
【図１３】第４の実施形態における図１２の弊害を抑制したタイミングチャートである（その１）。
【図１４】第４の実施形態における図１２の弊害を抑制したタイミングチャートである（その２）。
【図１５】第４の実施形態における図１２の弊害を抑制したタイミングチャートである（その３）。
【図１６】第５の実施形態におけるタイミングチャートである。
【図１７】第６の実施形態におけるタイミングチャートである。
【図１８】第６の実施形態におけるＶＳＵＢ値と波長との関係を示す図である。
【図１９】従来におけるフォトダイオードの深さＶＳポテンシャル分布図である。
【図２０】従来の固体撮像装置および基板バイアス発生回路の構成例を示す図である。
【図２１】画像上のノイズの出方を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１      顕微鏡本体
３      試料
５      三眼鏡筒ユニット
６      接眼レンズユニット
１１    透過照明光学系
１２    落射照明光学系
１３    透過照明用光源
１４    コレクタレンズ
１５    透過用フィルタユニット
１６    透過視野絞り
１７    折曲げミラー
１８    透過開口絞り
１９    コンデンサ光学素子ユニット
２０    トップレンズユニット
２１    落射照明用光源
２２    落射用フィルタユニット
２３    落射シャッタ
２４    落射視野絞り
２５    落射開口絞り
２６    資料ステージ
２７    対物レンズ
２９    対物レンズ側光学素子ユニット
３０    キューブユニット
３１    ビームスプリッタ
３３    中間変倍光学系（ズーム鏡筒）
３４    ビームスプリッタ
３５    写真接眼レンズユニット
３６    電子カメラ
３７    駆動回路部
３８    対物レンズ検出部
３９    リタデーション調整動作検出部
４０    写真接眼レンズ検出部
４１    顕微鏡コントロール部
４２    固体撮像素子（ＣＣＤ）
４３    ＣＤＳ回路
４４    増幅器（ＡＭＰ）
４５    Ａ／Ｄ変換器
４６    画像メモリ
４７    ＣＣＤ電源電圧切り換えＳＷ
４８    ＣＣＤＳＵＢ電圧切り換えＳＷ
４９    ＳＵＢ電圧変換回路
５１    画像信号処理回路
５２    ＯＢクランプ回路
５３    タイミングジェネレータ（ＴＧ）
５４    シグナルジェネレータ（ＳＧ）
５５    メモリコントローラ
５６    ＤＲＡＭ
５７    圧縮伸長回路
５８    記録媒体
５９    液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
６０    ＣＰＵ
６１    操作部
１００  結像レンズユニット
１６１  透過シャッタ
【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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