专利名称:摄像装置及使用该摄像装置的显微镜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及CCD图像传感器等的摄像装置及使用该摄像装置的显微镜装置。
背景技术：
获得一维或二维图像的摄像装置CCD传感器由以阵列状排列有多个像素的光检测部、并列输入来自构成光检测部的多个垂直移位寄存器的电荷的水平移位寄存器构成。在这种结构中，在光检测部的各个像素中生成的电荷，通过垂直移位寄存器向垂直方向传送，并输入到水平移位寄存器所对应单元。水平移位寄存器将由垂直移位寄存器输入的电荷向作为输出方向的水平方向传送，在输出端读取电荷。
此外，为了高速读取在光检测部中生成的电荷，利用将水平移位寄存器分割为多个部分移位寄存器，对于各个部分移位寄存器分别设置电荷的输出端的多抽头(multi-tap)结构。这种设置多个输出端的结构，尤其是，当在光检测部中的像素数增多，在普通的结构中从全部像素读取电荷所需时间变长的情况下有效(参照例如专利文献1、2)。
专利文献1特开2001-119010号公报专利文献2特开2003-198954号公报专利文献3特开平8-18779号公报
发明内容
在具有上述多抽头构造的摄像装置中，最初分别从各个输出端输出的数据信号(各抽头的开头数据)中会出现输出衰减等输出异常的情况发生。这种输出异常，是造成从多个输出端各自输出的数据信号的信号列组合而得到的整体图像数据的画质低下的要因。
作为减小这种数据信号输出异常的影响的方法，是得到从摄像装置输出的数据信号转换而成的图像数据后，在读取了图像数据的计算机等上利用软件进行数据校正。但是利用这种方法，存在诸如以下的问题因为是在从摄像装置输出图像数据之后再进行校正处理，需要花费时间才能得到数据校正后最终的图像数据。
本发明正是为解决以上的问题，目的是提供一种能够有效地减小数据信号中发生的输出异常造成的影响的摄像装置及使用该摄像装置的显微镜装置。
为了达到这样的目的，本发明所涉及的摄像装置特征在于具有(1)光检测单元，具有阵列状排列的多个像素，输出像素中对应于光入射量而生成的电荷，(2)电荷传送单元，相对光检测单元沿多个像素的一个排列方向设置，并且具有在排列方向上被分割的N个的部分电荷传送部，(3)A/D转换单元，将根据从光检测单元经由电荷传送单元而输出的电荷所产生的信号，转换为数字的数据信号和(4)数字信号处理单元，对从A/D转换单元输出的数据信号进行信号处理。(5)部分电荷传送部，优选将来自位于光检测单元中规定的光检测区域内的像素的电荷向输出方向传送并从输出端输出，同时，数字信号处理单元，将来自部分电荷传送部的在信号列中最先被输出的数据信号作为校正对象，将该信号列中所包括的其它的规定信号作为第1校正用数据信号，将来自与该部分电荷传送部的输出端侧相邻接的部分电荷传送部的在其它信号列中所包含的规定的数据信号作为第2校正用数据信号，利用包含第1校正用数据信号和第2校正用数据信号中至少一者的多个校正用数据信号进行数据校正。
在上述摄像装置中，采用将并列输入光检测单元的多个像素及来自构成光检测单元的多个垂直移位寄存器的电荷的电荷传送单元分割为各自分别具有输出端的多个部分电荷传送部的多抽头构造。由此，可以快速读取光检测装置的各画素生成的电荷。
此外，在这样的多抽头构造中，对于来自多个部分电荷传送部的各个输出端的开头数据信号中发生的输出异常，设置了利用数字信号处理装置(DSPDigital Signal Processor)的数字信号处理单元。利用此数字信号处理单元对数字信号的输出异常进行数据校正。由此，可以方便并快速得到经过数据校正的最终图像数据。此外，通过利用包含上述第1校正用数据信号及第2校正用数据信号至少其一的多个校正用数据信号，可以有效减小数据信号中发生的输出异常的影响，得到具有良好画质的图像数据。
本发明涉及的显微镜装置，特征在于，取得由作为观察对象的样品的光图像形成的上述摄像装置，导光光学系统，包含使来自样品的光入射的物镜，并将样品的光图像导入摄像装置，和图像取得控制单元，对由摄像装置形成的样品的图像的取得进行控制。
在上述显微镜装置中，使用上述摄像装置，对于从多个部分电荷传送部的各个输出端分别输出的开头信号，在数字信号处理单元中，对数据信号的输出异常进行数据校正。由此，在观测样品时，可以得到具有良好画质的图像数据。
利用本发明的摄像装置及使用此摄像装置的显微镜装置，在采用将电荷传送装置分割为多个部分电荷传送装置的多抽头构造的同时，通过在数字信号处理装置中，利用规定的校正方法，对分别来自多个部分电荷传送部各个输出端的信号列中最初被输出的数据信号进行针对输出异常的数据校正，可以有效降低数据信号中发生的输出异常的影响。
图1为表示摄像装置的第1实施方式的结构的方框图。
图2为表示向第1～第4DSP的输入FIFO输入的数据信号的图。
图3为表示从第1～第4DSP的输出FIFO输出的数据信号的图。
图4为表示从电荷传送部输出的数据信号的示例图。
图5为表示用于数据信号的遮光校正的图像数据的示例图。
图6为表示光检测部及电荷传送部的结构的一个示例的平面图。
图7为表示数字信号处理装置(DSP)的结构的一个示例的方框图。
图8为表示显微镜装置的第1实施方式的结构的方框图。
图9为表示摄像装置的第2实施方式的结构的方框图。
图10为表示通过第1～第4DSP的EMIF向存储器输入的数据信号的图。
图11为表示摄像装置的第3实施方式的结构的方框图。
图12为表示通过DSP的EMIF向存储器输入的数据信号的图。
符号的说明1A、1B、1C摄像装置、10光检测部、R01～R16光检测区域、11存储部、12电荷传送部、T01～T16部分电荷传送部、13存储部、14电荷传送部、T17～T32部分电荷传送部、15A/D转换部、C01～C16A/D转换器、16a～16c数据选择电路(DS电路)、17RAM、18缓冲器、19控制部、20数字信号处理部、21～29数字信号处理装置(DSP)、3显微镜装置、30样品载台、35XY载台驱动部、40导光光学系统、41物镜、45光学系统驱动部、50控制装置、51输入装置、52显示装置具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明涉及的摄像装置及使用该摄像装置的显微镜装置的优选实施方式。其中，在附图的说明中，同一要素使用同一符号，重复的说明被省略。此外，图的尺寸比例与说明的内容不一定一致。
图1为表示本发明的摄像装置的第1实施方式的结构的方框图。本实施状态的摄像装置1A具有光检测部10、电荷传送部12、A/D转换部15和数字信号处理部20。
光检测部10具有以二维阵列状排列、均具有光电转换功能的多个像素，是输出对应于在像素中光入射量而生成的电荷的光检测单元。在此，为了说明方便，在光检测部的像素的排列方向中，规定从左向右的方向为X轴的方向，从下向上的方向为Y轴的方向。此外，光检测部10中的二维阵列状的多个像素构成以垂直方向(图1中Y轴的负方向)为电荷传送方向的多个移位寄存器。
对于光检测部10，在该图下方，沿着多个像素的排列方向之一的X轴的方向，设置有电荷传送部12。该电荷传送部12，为将由构成光检测部10的多个垂直移位寄存器输出、再并列输入的电荷向规定的输出方向(水平方向，图1中为X轴的负方向)传送，并从输出端输出的水平移位寄存器。
在本实施方式中，电荷传送部12具有在X轴方向上被分割为多个的16个部分电荷传送部T01～T16。部分电荷传送部T01～T16分别是由多个且相同数量的单元构成，在图中以从左向右的顺序配置的。此外，如上所述，部分电荷传送部T01～T16的各自的电荷传送方向为X轴的负方向，其左端为电荷的输出端。
此外，对于该电荷传送部12中的部分电荷传送部T01～T16，可以将光检测部10划分为相应的16个光检测区域R01～R16。在这种结构中，电荷传送部12的第1部分电荷传送部T01，将从位于光检测部10的第1光检测区域R01的像素利用垂直寄存器而输出的电荷，向输出方向传送，在其输出端输出。此时，从部分电荷传送部T01的输出端输出的信号成为信号列，该信号列顺序输出，由从光检测区域R01内多个垂直移位寄存器向部分电荷传送部T01的多个单元并列输入的电荷所产生的信号。对于电荷传送部12的第2～第16部分电荷传送部T02～T16以及光检测部10的第2～第16光检测区域R02～R16，其结构也与第1部分电荷传送部T01及第1光检测区域R01相同。
对应于上述部分电荷传送部T01～T16，在A/D转换部15中设置有16个A/D转换器C01～C16。由从部分电荷传送部T01～T16的输出端输出的来自光检测部10的电荷所产生的模拟信号，在A/D转换器C01～C16中的相应的A/D转换器中，转换为数字的数据信号。
由A/D转换器C01～C16输出的数据信号，输入用于对数据信号进行规定信号处理的数字信号处理部20。在本实施方式中，数字信号处理部20由4个数字信号处理装置(DSP)21～24构成。
第1DSP21是对应于第1～第4部分电荷传送部T01～T04设置的，输入来自A/D转换器C01～C04的数据信号。第2DSP22是对应于第5～第8部分电荷传送部T05～T08设置的，输入来自A/D转换器C05～C08的数据信号。第3DSP23是对应于第9～第12部分电荷传送部T09～T12设置的，输入来自A/D转换器C09～C12的数据信号。第4DSP24是对应于第13～第16部分电荷传送部T13～T16设置的，输入来自A/D转换器C13～C16的数据信号。此外，这些DSP21～24的信号处理操作由包含CPU的控制部分19进行控制。
此外，在图1中，在A/D转换部15及数字信号处理部20之间，设置了3个数据选择(DSData Selector)电路16a～16c。第1DS电路16a设置在A/D转换器C04、C05与第1、第2DSP21、22之间。第2DS电路16b设置在A/D转换器C08、C09与第2、第3DSP22、23之间。第3DS电路16c设置在A/D转换器C12、C13与第3、第4DSP23、24之间。
第1DSP21的输入FIFO21a的第1～第4端口(port)中，分别输入来自A/D转换器C01、C02、C03、DS电路16a的数据信号。第2DSP22的输入FIFO22a的第1～第4端口中，分别输入来自DS电路16a、A/D转换器C06、C06、DS电路16b的数据信号。
第3DSP23的输入FIFO23a的第1～第4端口中，分别输入来自DS电路16b、A/D转换器C10、C11、DS电路16c的数据信号。第4DSP24的输入FIFO24a的第1～第4端口中，分别输入来自DS电路16c、A/D转换器C14、C15、C16的数据信号。
在此，DS电路16a～16c分别将来自部分电荷传送部经由A/D转换器输入的数据信号向对应的DSP输出。此外，如下所述，保持规定的数据信号，并将保持的数据信号作为在DSP中实施的数据校正的校正用数据信号向其它DSP输出。
DSP21～24对分别由对应的A/D转换器C01～C16及DS电路16a～16c输入的数据信号进行数据校正等必要的信号处理。这样，经信号处理后的数据信号作为在本摄像装置1A中获得的最终图像数据向DSP21～24的输出FIFO21b～24b输出。
下面，针对具有如图1所示的结构的摄像装置中进行的对图像数据进行的数据校正进行说明。
图2显示了向第1～第4DSP21～24的输入FIFO21a～24a输入的数据信号的一个例子。以下，部分电荷传送部T01～T16各自的单元数取n(n为2以上的整数)。此外，对于由部分电荷传送部T01输出的n个数据信号的信号列，最先输出的数据信号记为01-1、第2个输出的数据信号记为01-2、…、最后输出的数据信号记为01-n。对于由其它部分电荷传送部T02～T16输出的信号列也用同样的方法标记。
此外，由部分电荷传送部输出的数据信号数n，与在光检测部分中的对应的光检测区域中的垂直移位寄存器的数目相当。例如，由部分电荷传送部T01最先输出的数据信号01-1，对应于由光检测区域R01的左端的垂直移位寄存器输出的电荷。此外，最后输出的数据信号01-n，对应于由右端的垂直移位寄存器输出的电荷。此外，如上所述，由部分电荷传送部T01～T16输出的信号列，通过对应的A/D转换器C01～C16，作为数字化的数据信号向DSP21～24输入。
在本实施方式中，对于第2DSP22，除作为处理对象的来自部分电荷传送部T05～T08的信号列之外，还将来自与其输出端侧相邻接并作为不同的DSP21的处理对象的部分电荷传送部T04的、包含于其它信号列中的规定信号作为校正用数据信号而被输入。同样，对于第3、第4DSP23、24，除作为处理对象的来自部分电荷传送部T09～T12、T13～T16的信号列之外，还将来自部分电荷传送部T08、T12的包含于其它信号列的规定的数据信号作为校正用数据信号而被输入。
具体来说，第1DSP21的第1端口中，输入来自部分电荷传送部T01的信号列01-1～01-n。此外，第2端口中，输入来自部分电荷传送部T02的信号列02-1～02-n。此外，第3端口中，输入来自部分电荷传送部T03的信号列03-1～03-n。此外，在第4端口中，通过DS电路，输入来自部分电荷传送部T04的信号列04-1～04-n。在此，在第1DSP21中，不存在与其输出端侧相邻接的DSP，因此，没有输入作为不同DSP的处理对象的校正用数据信号。
在第2DSP22的第1端口中，通过DS电路16a，输入来自部分电荷传送部T05的信号列05-1～05-n，而且，将来自部分电荷传送部T04的信号列中最后被输出的数据信号04-n作为校正用数据信号而被输入。此外，在第2端口中，输入来自部分电荷传送部T06的信号列06-1～06-n。此外，在第3端口中，输入来自部分电荷传送部T07的信号列07-1～07-n。在第4端口中，通过DS电路16b，输入来自部分电荷传送部T08的信号列08-1～08-n。
在第3DSP23的第1端口中，通过DS电路16b，输入来自部分电荷传送部T09的信号列09-1～09-n，而且，将来自部分电荷传送部T08的信号列中最后被输出的数据信号08-n作为校正用数据信号而被输入。此外，在第2端口中，输入来自部分电荷传送部T10的信号列10-1～10-n。此外，在第3端口中，输入来自部分电荷传送部T11的信号列11-1～11-n。在第4端口中，通过DS电路16c，输入来自部分电荷传送部T12的信号列12-1～12-n。
在第4DSP24的第1端口中，通过DS电路16c，输入来自部分电荷传送部T13的信号列13-1～13-n，而且，将来自部分电荷传送部T12的信号列中最后被输出的数据信号12-n作为校正用数据信号而被输入。此外，在第2端口中，输入来自部分电荷传送部T14的信号列14-1～14-n。此外，在第3端口中，输入来自部分电荷传送部T15的信号列15-1～15-n。在第4端口中，输入来自部分电荷传送部T16的信号列16-1～16-n。
在分别输入DSP21～24的来自部分电荷传送部T01～T16的数据信号中，在图2中标记了斜线的最先从各部分电荷传送部被输出的数据信号01-1～16-1中，存在发生输出衰减等输出异常的情况。这样的输出异常，是由例如，元件自身结构造成的像素衰减(pixel droop)，或增幅器带宽(frequency band)不足引起的。针对这些原因，在图1所示的摄像装置1A中，在DSP21～24中以这些开头数据信号01-1～16-1为校正对象进行数据校正。
图3是表示从第1～第4DSP21～24的输出FIFO21b～24b输出的信号处理后的数据信号的图。首先，在第1DSP21中，对于来自部分电荷传送部T01的数据信号01-1，由于没有与输出端侧相邻接的部分电荷传送部，将在信号列中第2个被输出的数据信号01-2作为校正用数据信号。然后，进行以校正用数据信号01-2置换作为校正对象的数据信号01-1(01-1＝01-2)的数据校正。
此外，对于来自部分电荷传送部T02的数据信号02-1，将在信号列中第2个被输出的数据信号02-2作为第1校正用数据信号，将来自与输出端侧相邻接的部分电荷传送部T01的信号列的最后被输出的数据信号01-n作为第2校正用数据信号。然后，进行以第1校正用数据信号02-2及第2校正用数据信号01-n的平均置换校正对象的数据信号02-1(02-1＝(01-n+02-2)/2)的数据校正。
在第1DSP21中的对数据信号03-1、04-1的数据校正、在第2DSP22中的对数据信号05-1～08-1的数据校正、在第3DSP23中的对数据信号09-1～12-1的数据校正及在第4DSP24中的对数据信号13-1～16-1的数据校正，也以与在第1DSP21中的对数据信号02-1的数据校正相同的方法进行。通过以上的数据校正，将图3所示的数据信号作为由本摄像装置1A得到的最终图像数据而从DSP21～24的输出FIFO21b～24b输出。
针对基于上述实施方式的摄像装置的效果进行说明。
在图1所示的摄像装置1A中，采用多抽头结构，即，将并列输入来自构成光检测部10的多个垂直移位寄存器的电荷的传送部12，分割为多个部分电荷传送部T01～T16，分别从各自输出端输出电荷。由此，可以实现快速读取光检测部10的光检测区域R01～R16内各像素中生成的电荷。
此外，在这种多抽头构造中，对于由位于多个部分电荷传送部T01～T16的各自的左端的输出端输出的开头数据信号01-1～16-1中发生的输出异常，设置了使用了DSP的数字信号处理部20，在该数字信号处理部20的DSP21～24中对于数据信号的输出异常进行数据校正。这样，对得到的图像数据不是在从摄像装置输出后利用软件进行数据校正，通过在摄像装置1A内设置的DSP21～24中进行数据校正，可以简单且快速地得到经过数据校正的最终图像数据。
在此，对于用于入射光图像的光检测部10的结构，一般地，优选具有阵列状配置的多个像素。也就是说，作为水平移位寄存器的电荷传送部12如果是使用被分割为多个部分电荷传送部(部分移位寄存器)的多抽头结构，对于光检测部10的结构，不管是像素以二维阵列状配置的图像传感器还是以一维阵列状配置的线路传感器，都可以通过DSP而应用上述数据校正方法。此外，也可以是进行TDI线路传感器操作的图像传感器。此外，对于在光检测部10中电荷传送方式，可以用FT方式、FFT方式、IT方式、FIT方式中的任一个。
此外，对于电荷传送部12中部分电荷传送部，不限于上述的具有16个部分电荷传送部T01～T16的结构。一般地，电荷传送部优选在排列方向上被分割为N个(N为2以上的整数)部分电荷传送部。此外，各个部分电荷传送部中的单元数可以适宜设定。
对于在数字信号处理部20中实施的针对数据信号的数据校正方法，优选对在来自部分电荷传送部的信号列中最先被输出的、在DSP中作为校正对象的数据信号，将包含于该信号列的其它规定的数据信号作为第1校正用数据信号、包含于来自与该部分电荷传送部的输出端侧(图1中为左侧)邻接的部分电荷传送部的信号列(其它信号列)中的规定的数据信号作为第2校正用数据信号，利用第1校正用数据信号及第2校正用数据信号进行数据校正。根据这种数据校正方法，可以有效减少数据信号中发生的输出异常的影响，可以得到具有良好画质的图像数据。
在这种情况下，对于作为校正对象的数据信号和从来自同一部分电荷传送部的信号列中选择的第1校正用数据信号，以及从来自相邻接的其它部分电荷传送部的信号列中选择的第2校正用数据信号，根据具体的数据校正方法，可以各自选择1个或多个数据信号。此外，更一般的做法，可以利用至少包含第1校正用数据信号和第2校正用数据信号两者之一的多个校正用数据信号进行数据校正。利用这种数据校正方法，也可以有效减少数据信号中发生的输出异常的影响。
特别地，如图2及图3所示，在上述实施方式中，对于校正对象的数据信号中除01-1的数据信号以外的02-1～16-1，DSP21～24进行如下数据校正将该信号列中的第2个被输出的数据信号02-2～16-2作为第1校正用数据信号，将其它信号列中最后被输出的数据信号01-n～15-n作为第2校正用数据信号，用第1、第2校正用数据信号的平均置换作为校正对象的数据信号02-1～16-1(例如02-1＝(01-n+02-2)/2)。根据这种置换方法，可以通过对校正对象的数据信号进行简单的校正处理而进行适宜的校正。
此外，如上所述，对于由输出端侧没有相邻接的部分电荷传送部的部分电荷传送部T01输出的校正对象的数据信号01-1，优选将信号列中的第2个被输出的数据信号01-2作为校正用数据信号，进行以校正用数据信号置换校正对象的数据信号(01-1＝01-2)的数据校正。或者，也可以将信号列中多个数据信号作为校正用数据信号进行数据校正。
对于上述的针对数据信号的具体的数据校正方法，一般来说可以利用各种各样的方法。图4为由电荷传送部输出的数据信号的例子的模式图。在该图中，横轴显示沿X轴方向的数据信号的编号(在电荷传送部12中对应单元的位置)，纵轴表示数据信号强度I(x)。例如校正对象的数据信号的编号为x＝02-1时，x-1对应数据信号01-n，X+1对应数据信号02-2。
作为针对数据信号I(x)的校正方法，有如上所述的将图3中上述前后各一点的数据信号作为第1、第2校正用数据信号，取其加和平均的方法。
I(x)＝{I(x-1)+I(x+1)}/2此外，作为其它的校正方法，有将前后各两点的数据信号作为第1、第2校正用数据信号，利用系数a、b取其加权平均的方法。
I(x)＝{(aI(x-2)+bI(x-1))+(bI(x+2)+aI(x+2))}/{2*(a+b)}此外，对于用于数据校正的前后各自的数据点数，可以有，例如使用前后各3点的数据信号等各种各样的设定方法。
或者，也可以利用如下等校正方法将校正对象的数据信号I(x)和包含于同一信号列的多个数据信号I(x+1)、I(x+2)作为校正用数据信号，由其斜率推定数据信号I(x)I(x)＝I(x+1)-{I(x+2)-I(x+1)}此外，对于利用多个校正用数据信号算出校正后的数据信号的方法，除了上述的加和平均法之外，可以利用各种各样的方法，例如最小二乘法、样条插值(spline interpolation)法等。
此外，在数字信号处理部20中，也可以是除上述数据校正之外，进行遮光校正(参照例如专利文献3)的结构。即，在摄像装置1A中，存在由光检测部10自身的敏感度偏差或来自光学系统的辉度偏差等引起的图像不均一的情况。在这种情况下，将来自包含部分电荷传送部T01～T16的电荷传送部12的数据列所包含的全部数据信号作为校正对象进行遮光校正，由此可以进一步提高从摄像装置1A中得到的图像数据的画质。
图5为在数据信号的遮光校正中使用的图像数据的示例图。在遮光校正中，对于光检测部10以一般的入射方式使光入射，得到如图5所示的数据信号强度I(x)的分布。接着，求其强度的平均值IO，利用CC(x)＝IO/I(x)算出校正系数CC(x)。利用OUT(x)＝IN(x)×CC(x)，由输入数据信号IN(x)求出遮光校正后的输出数据信号OUT(x)。
例如，如果部分电荷传送部的单元数为256单元，对一个部分电荷传送部，在数字信号处理部20的DSP中准备256个校正系数CC(0)～CC(255)。此时，如果一个校正系数为16bit，数据量则为16bit×256＝512Bytes。而且，在此显示的是对来自光检测部10的电荷只在x轴方向上进行遮光校正的例子，也可以对x轴及y轴进行二维遮光校正(shading correction)。在这种情况下，校正系数用二维阵列系数CC(x，y)表示。
在图1所示的摄像装置1A中，对由电荷传送部12输出的数据信号进行数据校正等信号处理的数字信号处理部20，其结构是由分别对应于4个部分电荷传送部的4个DSP21～24构成的。这样，通过利用多个DSP进行数据校正，可以缩短在摄像装置1A中进行数据校正所需的时间。在这种情况下，一般来说，数字信号处理部可以由输入分别来自1个或多个部分电荷传送部的信号列的M个(M为2以上的整数)DSP构成。
此外，对于图2中第2～第4DSP22～24如上所述，在这种利用多个DSP的结构中，对于DSP，优选除作为处理对象的来自部分电荷传送部的信号列之外，将作为与该DSP输出端邻接且不同的DSP的处理对象的来自部分电荷传送部的包含于其它信号列的规定的数据信号，作为第2校正用数据信号进行输入。这样，即使在对由电荷传送部12输出的数据信号进行的数据校正利用多个DSP的情况下，也可以分别对数据信号的输出异常实施适宜的数据校正。
对图1所示的摄像装置1A的具体的构成例进行说明。
图6为图1所示的用于摄像装置的光检测部及电荷传送部的一种结构的平面图。在这一构成例中，光检测部10由水平方向(x轴方向)的4096个单元、垂直方向(y轴方向)的70线(1ine)形成4096×70像素的二维列阵结构。此外，在垂直方向上，上下分别3个一组作为模拟(dummy)区域10b，内侧的64线作为用于光检测的区域10a。
对应于该光检测部10，电荷传送部12由各个256个单元的16个部分电荷传送部T01～T16构成。此外，在每个部分电荷输出端侧，根据需要设置模拟单元(dummy cell)。作为这种结构，有例如，除上述256个活动单元(active cell)之外，在输出端侧连接4个模拟单元，总计260个单元作为部分电荷传送部的结构。此外，在本构成例中，在光检测部10及电荷传送部12之间，与光检测部10同样设置4096个单元、70线的存储部11。
而且，在图6的结构中，在光检测部10的上方，设置了与下方的存储部11及电荷传送部12同样结构的存储部13、及具有部分电荷传送部T17～T23的电荷传送部14。由此，在本构成例中，在光检测部10的垂直移位寄存器中可以在上、下任一方向上设定电荷传送方向。
图7为用于图1所示的摄像装置的数字信号处理装置(DSP)的结构的一个例子的方框图。该DSP80具有进行数据校正等信号处理的DSP核芯(core)80a、程序缓冲器80b、数据缓冲器80c、存储器80d以及EDMA(Enhanced Direct Memory Access扩充的直接存储器存取)控制器80e。此外，VP(Video Port视频端口)1、VP1、VP2、HPI(Host Port InterFace主机端口接口)以及EMIF(External MemoryInterFace扩展存储器接口)与EDMA控制器80e相连接。
其中，在图1所示的数字信号处理部20的DSP21～24中，VP0～VP2的视频端口用作输入FIFO和输出FIFO。作为这种结构，可以利用例如将VP0及VP1作为输入FIFO，将VP2作为输出FIFO的结构。
下面，对本发明的利用图1所示的摄像装置的显微镜装置进行说明。
图8为表示本发明的显微镜装置的一个实施方式的结构的方框图。该显微镜装置3用于获得样品S的一维或二维图像。在此，以显微镜3中的主光轴的方向为z轴方向，以垂直于主光轴且在摄像装置1A的光检测部中的像素的排列方向为x轴方向和y轴方向(参照图1)。此外，作为本显微镜装置3中观察对象的样品S，例如可以为生物试样，放置于样品载台30上。
样品载台30为x方向及y方向(水平方向)可动的XY载台，通过在xy面内驱动该XY载台，可以对样品S在显微镜3中的观察位置在与主光轴垂直的方向上进行设定与变更。此外，样品载台30由XY载台驱动部35控制。
对于样品载台30上的样品S，为了导入样品S的光图像，在载台30上方设置了导光光学系统40。该导光光学系统40由使来自样品S的光入射的物镜41，及对样品S的光图像进行导光、聚焦所必需的光学元件构成。此外，在样品S的光图像通过导光光学系统40而被导入的光路的规定的位置上，设置了具有图1的结构的摄像装置1A。该摄像装置1A是获得样品S的光图像所产生的图像的摄像单元。此外，这些导光光学系统40及摄像装置1A以主光轴及光学系统40与摄像装置1A问的距离被调整地状态被一体化固定。
此外，针对这些导光光学系统40及摄像装置1A，设置了光学系统驱动部45。光学系统驱动部45可以由例如步进电机(stepping motor)或压电促动器(piezo actuator)构成，使光学系统40及相对于光学系统40被固定的摄像装置1A在作为主光轴方向的z轴方向上移动。在这种结构中，光学系统驱动部45具有在光轴方向上调整或变更样品S在摄像装置1A及导光光学系统中的焦点的位置的功能。该光学系统驱动部45用于为得到样品S的图像而进行的焦点的控制。
针对样品载台30、导光光学系统40及摄像装置1A，设置了控制装置50。控制装置50为控制图像的获得的控制单元，控制由摄像装置1A得到样品S的图像。此外，优选该控制装置50具有焦点控制功能，为获取样品S的图像而进行包括合焦点位置的焦点信息的获取及在获取样品S的图像时进行焦点的控制。
该控制装置50，可以由例如包含CPU及必要的存储器、硬盘等存储单元的计算机构成。此外，对于该控制装置50，输入装置51及显示装置52与其相连接。输入装置51由例如与计算机相连接的键盘、鼠标器等组成，在本显微镜中为获得样品S的图像而进行操作时，用于输入必要的信息和指令等。此外，显示装置52可以由例如与计算机相连接的CRT显示器和液晶显示器等组成，用于显示与为在本显微镜装置3中获得图像相关的必要信息。
在图8所示的显微镜3中，使用了图1所示的摄像装置1A。该摄像装置1A针对来自多个部分电荷传送部T01～T16的各自的输出端的信号列中最先被输出的数据信号，在数字信号处理部20，对于数据信号的输出异常进行数据校正。由此，在观察样品S时，可以得到具有良好画质的图像数据。
针对本发明的摄像装置的结构进行进一步说明。
图9为显示本发明涉及的摄像装置的第2实施方式的结构的方框图。本实施方式的摄像装置1B具有光检测部10、电荷传送部12、A/D转换部15和数字信号处理部20。其中，光检测部10、电荷传送部12及A/D转换部15的结构与第1实施方式中的相同。此外，在数字信号处理部20进行的信号处理时数据校正方法等，也与上述的第1实施方式中的相同。
将由A/D转换器C01～C16输出的数据信号输入到用于对数据信号进行规定的数据处理的数字信号处理部20。在本实施方式中，数字信号处理部20由4个DSP25～28组成。此外，在图9中，在A/D转换部15及数字信号处理部20之间，设置了RAM17。该RAM17为暂时存储由A/D变换器15输出的数据信号的数据存储单元。来自A/D转换部15的信号暂时放进该RAM17。这样，必要的数据信号依次分别输入对应的DSP25～28。在本实施方式中， 向DSP25～28中的存储器80d输入数据及由存储器80d输出数据是通过各DSP内的EMIF进行的(参照图7)。
这样，在种在A/D转换器15及数字信号处理部20之间设置了RAM17等数据存储装置的结构中，对应于数字信号处理部20的具体结构及对于数据信号的具体的数据校正方法，可以由A/D转换部15分别向组成数据信号处理部20的各个P25～28适宜地输入必要的数据信号。特别地，这种结构的优点是向数字信号处理部20的DSP输入的数字信号的输入结构具有很大的自由度。例如，在具有图9所示结构的摄像装置1B中，在图2所示的与图1相关的数据信号的输入结构以外，还可以使用各种各样的输入结构。
图10为通过第1～第4DSP25～28的EMIF输入存储器的数据信号的其它例子的示意图。在这个例子中，与图2中的示例相同，对于DSP26，27，28，除作为处理对象的来自部分电荷传送部T05～T08，T09～T12，T13～T16的信号列之外，将来自各个部分电荷传送部T04在T08，T12的信号列中最后被输入的数据信号04-n，08-n，12-n作为校正用数据信号而被输入。此外，在DSP26～28中，将最后由部分电荷传送部输出的数据信号以附加在来自下一个部分电荷传送部的在信号列的最开始部分的方式进行数据信号的输入。这样，在图9所示的结构中，对于DSP的数据输入结构可以有各种各样的设定方式。
图11为本发明涉及的摄像装置的第3实施方式的结构的方框图。本实施方式的摄像装置1C具有光检测部10、电荷传送部12、A/D转换部15和数字信号处理部20。其中，光检测部10、电荷传送部12及A/D转换部15的结构与第1实施方式中相同。此外，在数字信号处理部20进行的信号处理中的数据校正方法也与上述的第1实施方式中的相同。
将由A/D转换器C01～C16输出的数据信号输入到用于对数据信号进行规定的信号处理的数字信号处理部20中。在本实施方式中，数字信号处理部20由一个DSP29构成。此外，在图1中，在A/D转换部15和数字信号处理部20之间设置了缓冲器18。该缓冲器18是暂时存储由A/D转换部15输出的数据信号的数据存储单元。来自A/D转换部15的数据信号暂时放入该缓冲器18。接着，将必要的信号依次输入DSP29。
这样，在数字信号处理部20由一个DSP29构成的情况下，可以使包含数字信号处理部20的摄像装置1C的结构简单化。此外，在这种结构中，也使由A/D转换部15向内数字信号处理部20的DSP输入的数据信号的输入结构简单化。此外，对于构成数字信号处理部20的DSP个数，优选考虑DSP的处理能力、处理速度等因素进行设定。
图12为通过DSP29的EMIF向存储器输入的数据信号的一个例子的示意图。在图11所示的结构中，将来自构成电荷传送部12的所有部分电荷传送部T01～T16的数据信号输入同一个DSP29。因此，在该例中，也将来自第1～第16部分电荷传送部T01～T16的信号列原封不动地输入DSP29。
本发明涉及的摄像装置及利用该摄像装置的显微镜装置并不限于上述实施方式及结构例，可以有各种变形。例如，在图8中，作为显微镜装置3中的摄像装置，使用图1所示的摄像装置1A，当然，也可以使用其它实施方式中的摄像装置。
此外，在上述实施方式中，表示对都是从单一的光检测部输出的数据信号进行数据校正的结构，也可以是例如，对来自与RGB对应的3个光检测部的数据信号进行数据校正的结构。在这种情况下，可以采用先对来自3个光检测部中的一个光检测部的所有数据信号进行数据校正，接着对其它两个光检测部也依次进行数据校正的结构。或者，也可以采用将来自3个光检测部中的相应像素的3个数据信号作为RGB信号组，对这些信号组依次进行数据校正的结构。
在此，摄像装置具有(1)光检测单元，具有阵列状排列的多个像素，输出像素中对应于光入射量而生成的电荷，(2)电荷传送单元，相对光检测单元沿多个像素的一个排列方向设置，并且具有在排列方向上被分割的N个(N是2以上的整数)的部分电荷传送部，(3)A/D转换单元，将根据从光检测单元经由电荷传送单元而输出的电荷所产生的信号，转换为数字的数据信号和(4)数字信号处理单元，对从A/D转换单元输出的数据信号进行信号处理。(5)部分电荷传送部，优选将来自位于光检测单元中规定的光检测区域内的像素的电荷向输出方向传送并从输出端输出，同时，数字信号处理单元，将来自部分电荷传送部的在信号列中最先被输出的数据信号作为校正对象，将该信号列中所包括的其它的规定信号作为第1校正用数据信号，将来自与该部分电荷传送部的输出端侧相邻接的部分电荷传送部的在其它信号列中所包含的规定的数据信号作为第2校正用数据信号，利用包含第1校正用数据信号和第2校正用数据信号中至少一者的多个校正用数据信号进行数据校正。
此外，数字信号处理单元可以具有，分别输入来自一个或多个部分电荷传送部的信号列的M个(M为2以上的整数)数字信号处理装置。
在这种情况下，对于数字信号处理装置，优选除来自作为处理对象的一个或多个部分电荷传送部的信号列之外，还输入来自与其输出端相邻接并作为不同的数字信号处理装置的处理对象的部分电荷传送部的在其它信号列中所包括的第2校正用数据信号。由此，在对数据信号的数据校正中利用多个数字信号处理装置的情况下，也可以在各个装置中分别对数据信号的输出异常进行适宜的数据校正。
或者，数据信号处理单元也可以具有，输入来自N个部分电荷传送部的信号列的一个数字信号处理装置。
此外，也可以在A/D转换单元和数字信号处理单元之间，设置数据存储单元，以暂时存储由A/D转换单元输出的数据信号。在这种情况下，相应于数字信号处理单元的具体结构，可以将必要的信号由A/D转换单元分别适宜地输入构成数字信号处理单元的一个或多个数字信号处理装置。
此外，优选数字信号处理单元，除进行上述数据校正之外， 还进行将包含于来自部分电荷传送部的信号列的全部数据信号作为校正对象的遮光校正。由此，可以提高所得图像数据的画质。
关于对数据信号进行数据校正具体校正方法，例如可以利用如下的数据校正将在信号列中第2个被输出的数据信号作为第1校正用数据信号，将在其它信号列中最后被输出的数据信号作为第2校正用数据信号，并利用第1校正用数据信号和第2校正用数据信号的平均置换校正对象的数据信号。
此外，数字信号处理单元，在没有与输出校正对象的数据信号的部分电荷传送部的输出端侧相邻接的部分电荷传送部的情况下，优选进行如下的数据校正，将在信号列中第2个被输出的数据信号作为校正用数据信号，并利用校正用数据信号置换校正对象的数据信号。或者，作为对于数据信号的数据校正方法，也可以利用这些方法之外的各种方法。
此外，优选显微镜具有取得由作为观察对象的样品的光图像形成的上述摄像装置，导光光学系统，包含使来自样品的光入射的物镜，并将样品的光图像导入摄像装置，和图像取得控制单元，对由摄像装置形成的样品的图像的取得进行控制。
产业上利用的可能性本发明可以用作可有效减小在数据信号中发生输出异常的影响的摄像装置，及使用该摄像装置的显微镜。
权利要求
1.一种摄像装置，其特征在于，具有光检测单元，具有阵列状排列的多个像素，输出所述像素中对应于光入射量而生成的电荷；电荷传送单元，相对所述光检测单元沿所述多个像素的一个排列方向设置，并且具有在所述排列方向上被分割为N个的部分电荷传送部，其中，N为2以上的整数；A/D转换单元，将根据从所述光检测单元经由所述电荷传送单元而输出的电荷所产生的信号，转换为数字的数据信号；数字信号处理单元，对从所述A/D转换单元输出的所述数据信号进行信号处理；所述部分电荷传送部，将来自位于所述光检测单元中的规定光检测区域内的像素的电荷向输出方向传送并从输出端输出，同时，所述数字信号处理单元，将来自所述部分电荷传送部的在信号列中最初被输出的数据信号作为校正对象，将该信号列中所包含的其它的规定数据信号作为第1校正用数据信号，将来自与该部分电荷传送部的输出端侧相邻接的部分电荷传送部的在其它信号列中所包含的规定的数据信号作为第2校正用数据信号，利用包含所述第1校正用数据信号及所述第2校正用数据信号中至少一者的多个校正用数据信号进行数据校正。
2.如权利要求
1中所述的摄像装置，其特征在于，所述数字信号处理单元具有，分别输入来自一个或多个部分电荷传送部的信号列的M个数字信号处理装置，其中M为2以上的整数。
3.如权利要求
2中所述的摄像装置，其特征在于，对于所述数字信号处理装置，除来自作为处理对象的所述1个或多个部分电荷传送部的信号列之外，还输入来自与其输出端侧相邻接并作为不同的数字信号处理装置的处理对象的部分电荷传送部的在所述其它信号列中所包括的所述第2校正用数据信号。
4.如权利要求
1中所述的摄像装置，其特征在于，所述数字信号处理单元具有，输入来自所述N个部分电荷传送部的信号列的一个数字信号处理装置。
5.如权利要求
1～4中任何一项所述的摄像装置，其特征在于，在所述A/D转换单元和所述数字信号处理单元之间，设置有用于暂时存储从所述A/D转换单元输出的所述数据信号的数据存储单元。
6.如权利要求
1～5中任何一项所述的摄像装置，其特征在于，所述数字信号处理单元，除进行所述数据校正之外，还进行将包含于来自所述部分电荷传送部的信号列的全部数据信号作为校正对象的遮光校正。
7.如权利要求
1～6中任何一项所述的摄像装置，其特征在于，所述数字信号处理单元，对于所述校正对象的数据信号进行如下的所述数据校正，将在所述信号列中第2个被输出的数据信号作为所述第1校正用数据信号，将在所述其它的信号列中最后被输出的数据信号作为所述第2校正用数据信号，并利用所述第1校正用数据信号和所述第2校正用数据信号的平均置换所述校正对象的数据信号。
8.如权利要求
1～7中任何一项所述的摄像装置，其特征在于，所述数字信号处理单元，在没有与输出所述校正对象的数据信号的所述部分电荷传送部的输出端侧相邻接的部分电荷传送部的情况下，进行如下的所述数据校正，将在所述信号列中第2个被输出的数据信号作为校正用数据信号，并利用所述校正用数据信号置换所述校正对象的数据信号。
9.一种显微镜装置，其特征在于，具有取得由作为观察对象的样品的光图像形成的图像的如权利要求
1～8中任何一项所述的摄像装置，导光光学系统，包含使来自所述样品的光入射的物镜，并将所述样品的光图像导入所述摄像装置，和图像取得控制单元，对由所述摄像装置形成的所述样品的图像的取得进行控制。
专利摘要
本发明涉及一种摄像装置(1A)，由具有多个像素的光检测部(10)，具有16个部分电荷传送部(T01～T16)的电荷传送部(12)，将来自电荷传送部(12)的信号转换为数字化的数据信号的A/D转换部(15)和数字信号处理部(20)构成。数字信号处理部(20)将来自部分电荷传送部的信号列中最先被输出的数据信号作为校正对象，利用多个校正用数据信号进行数据校正。这些校正用数据信号至少包含属于该信号列的第1校正用数据信号和来自与该部分电荷传送部的输出端侧相邻接的部分电荷传送部的属于其它信号列的第2校正用数据信号两者之一。由此，可以得到摄像装置及使用该摄像装置的显微镜装置，利用该摄像装置可以有效降低数据信号中发生的输出异常的影响。
文档编号H04N5/372GK1993983SQ200580025916
公开日2007年7月4日 申请日期2005年7月27日
发明者河岛孝之 申请人:浜松光子学株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan