JP6180691B1 - 撮像素子、内視鏡および内視鏡システム - Google Patents

撮像素子、内視鏡および内視鏡システム Download PDF

Info

Publication number
JP6180691B1
JP6180691B1 JP2017518562A JP2017518562A JP6180691B1 JP 6180691 B1 JP6180691 B1 JP 6180691B1 JP 2017518562 A JP2017518562 A JP 2017518562A JP 2017518562 A JP2017518562 A JP 2017518562A JP 6180691 B1 JP6180691 B1 JP 6180691B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
imaging
chip
transfer lines
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017518562A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2017094322A1 (ja
Inventor
理 足立
理 足立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP6180691B1 publication Critical patent/JP6180691B1/ja
Publication of JPWO2017094322A1 publication Critical patent/JPWO2017094322A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00009—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of image signals during a use of endoscope
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00006—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of control signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
    • A61B1/00096—Optical elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/041—Capsule endoscopes for imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/045—Control thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/05—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
    • A61B1/051—Details of CCD assembly
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2461—Illumination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/555—Constructional details for picking-up images in sites, inaccessible due to their dimensions or hazardous conditions, e.g. endoscopes or borescopes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/042—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by a proximal camera, e.g. a CCD camera
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/05—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/0661—Endoscope light sources
    • A61B1/0669—Endoscope light sources at proximal end of an endoscope
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2446—Optical details of the image relay
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2476—Non-optical details, e.g. housings, mountings, supports
    • G02B23/2484—Arrangements in relation to a camera or imaging device

Abstract

さらなる小型化を実現することができる撮像素子、内視鏡および内視鏡システムを提供する。撮像素子は、複数の単位画素２３０と、撮像信号をそれぞれ転送する複数の第１の転送線２３７と、複数の第１の転送線２３７それぞれに設けられ、単位画素２３０から撮像信号を第１の転送線２３７に出力させる定電流源２３８と、各々が複数の第１の転送線２３７のいずれかと対をなして容量を形成し、第１の転送線２３７が出力する撮像信号をそれぞれ転送する複数の第２の転送線２３９と、複数の第２の転送線２３９が転送する撮像信号を読み出す垂直走査部２４１と水平走査部２４４と、単位画素２３０に撮像信号を出力させたまま垂直走査部２４１と水平走査部２４４を動作させるタイミング生成部２５と、を備える。

Description

本発明は、被写体を撮像して該被写体の画像データを生成する撮像素子、内視鏡および内視鏡システムに関する。
近年、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子では、光電変換部を有する画素チップと、この画素チップの周辺回路をなすコントロール部および信号処理部をそれぞれ構成する周辺回路チップとを積層することによって、チップ面積を低減する技術が知られている（特許文献１参照）。このような積層したチップ間を電気的に接続する手段として、貫通接続導体（ＴＳＶ：Through-Silicon Via）を用いる技術が知られている（特許文献２参照）。
特開平５−２６８５３５号公報 特開２０１５−１５６５１６号公報
しかしながら、画素数が比較的に少ない小型の撮像素子では、画素面積に対する周辺回路面積やチップ間を電気的に接続するための部分の面積の比率が大きくなり、チップ積層による小型化の妨げとなっていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、さらなる小型化を実現することができる撮像素子、内視鏡および内視鏡システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像素子は、二次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号をそれぞれ生成する複数の画素を有する受光部と、前記受光部の受光面における裏面に配置されてなり、前記撮像信号をそれぞれ転送する複数の第１の転送線と、前記複数の第１の転送線それぞれに設けられ、前記画素から前記撮像信号を前記第１の転送線に出力させる定電流源と、各々が前記複数の第１の転送線のいずれかと対をなして容量を形成し、前記第１の転送線が出力する前記撮像信号をそれぞれ転送する複数の第２の転送線と、前記複数の第２の転送線が転送する前記撮像信号を読み出す読み出し部と、前記画素に前記撮像信号を出力させたまま前記読み出し部を動作させる制御部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る撮像素子は、上記発明において、対をなす第１および第２の転送線によってそれぞれ形成される容量は、互いに略等しいことを特徴とする。
また、本発明に係る撮像素子は、上記発明において、前記対をなす第１および第２の転送線の間に介在する誘電体をさらに備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る撮像素子は、上記発明において、前記対をなす第１および第２の転送線の間に介在する誘電体をさらに備え、前記第１および第２の転送線は、メタル配線であり、前記対をなす第１および第２の転送線間の容量は、それぞれの転送線を構成するメタル配線間に前記誘電体を配置して形成されることを特徴とする。
また、本発明に係る撮像素子は、上記発明において少なくとも前記受光部、前記複数の第１の転送線および前記定電流源それぞれを実装してなる第１チップと、少なくとも前記複数の第２の転送線を実装してなる第２チップと、をさらに備え、前記第１チップは、前記受光面の裏面に、前記第２チップを積層してなり、前記複数の第２の転送線それぞれは、前記複数の第１の転送線のいずれかと向かい合う位置に前記誘電体を挟んで配置されてなることを特徴とする。
また、本発明に係る内視鏡は、上記の撮像素子を、被検体内に挿入可能な挿入部の先端側に備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る内視鏡システムは、上記の内視鏡と、前記撮像信号を画像信号に変換する画像処理装置と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、さらなる小型化を実現することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの全体構成を模式的に示す概略図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの要部の機能を示すブロック図である。 図３は、図２に示す撮像部の詳細な構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る第１チップの受光部の断面構造を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る第１チップの容量の断面構造を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る撮像部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。 図７は、本発明の実施の形態１の変形例に係る撮像部の詳細な構成を示すブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係る撮像部の詳細な構成を示すブロック図である。 図９は、本発明の実施の形態３に係る内視鏡システムの要部の機能を示すブロック図である。 図１０は、図９に示す撮像部の詳細な構成を示すブロック図である。 図１１は、本発明の実施の形態３に係る撮像部の断面構造を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態３の変形例に係る撮像部の断面構造を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、被検体内に先端が挿入される内視鏡を備えた内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付して説明する。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間において、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。
（実施の形態１）
〔内視鏡システムの構成〕
図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムの全体構成を模式的に示す概略図である。図１に示す内視鏡システム１は、内視鏡２（内視鏡スコープ）と、伝送ケーブル３と、コネクタ部５と、プロセッサ６（処理装置）と、表示装置７と、光源装置８と、を備える。
内視鏡２は、伝送ケーブル３の一部である挿入部１００を被検体の体腔内に挿入することによって被検体の体内を撮像して撮像信号（画像データ）をプロセッサ６へ出力する。また、内視鏡２は、伝送ケーブル３の一端側であり、被検体の体腔内に挿入される挿入部１００の先端１０１側に、体内画像の撮像を行う撮像部２０（撮像素子）が設けられており、挿入部１００の基端１０２側に、内視鏡２に対する各種操作を受け付ける操作部４が設けられている。撮像部２０が撮像した画像の撮像信号は、例えば、数ｍの長さを有する伝送ケーブル３を通り、コネクタ部５に出力される。
伝送ケーブル３は、内視鏡２とコネクタ部５とを接続するとともに、内視鏡２とプロセッサ６および光源装置８とを接続する。また、伝送ケーブル３は、撮像部２０が生成した撮像信号をコネクタ部５へ伝搬する。伝送ケーブル３は、ケーブルや光ファイバ等を用いて構成される。
コネクタ部５は、内視鏡２、プロセッサ６および光源装置８に接続され、接続された内視鏡２が出力する撮像信号に所定の信号処理を施すとともに、アナログの撮像信号をデジタルの撮像信号に変換（Ａ／Ｄ変換）してプロセッサ６へ出力する。
プロセッサ６は、コネクタ部５から入力される撮像信号に所定の画像処理を施して表示装置７へ出力する。また、プロセッサ６は、内視鏡システム１全体を統括的に制御する。例えば、プロセッサ６は、光源装置８が出射する照明光を切り替えたり、内視鏡２の撮像モードを切り替えたりする制御を行う。
表示装置７は、プロセッサ６が画像処理を施した撮像信号に対応する画像を表示する。また、表示装置７は、内視鏡システム１に関する各種情報を表示する。表示装置７は、液晶や有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の表示パネル等を用いて構成される。
光源装置８は、コネクタ部５および伝送ケーブル３を経由して内視鏡２の挿入部１００の先端１０１側から被検体（被写体）へ向けて照明光を照射する。光源装置８は、白色光を発する白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いて構成される。光源装置８は、プロセッサ６の制御のもと、内視鏡２を介して照明光を被検体に向けて照射する。なお、本実施の形態１では、光源装置８は、同時方式の照明方式が採用されるが、面順次方式の照明方式であってもよい。
図２は、内視鏡システム１の要部の機能を示すブロック図である。図２を参照して、内視鏡システム１の各部構成の詳細および内視鏡システム１内の電気信号の経路について説明する。
〔内視鏡の構成〕
まず、内視鏡２の構成について説明する。図２に示す内視鏡２は、撮像部２０（撮像素子）と、伝送ケーブル３と、コネクタ部５と、を備える。
撮像部２０は、第１チップ２１と、第２チップ２２と、を有する。また、撮像部２０は、伝送ケーブル３を介して後述するコネクタ部５の電源電圧生成部５５によって生成された電源電圧ＶＤＤをグランドＧＮＤとともに受け取る。撮像部２０に供給される電源電圧ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間には、電源安定用の容量Ｃ１が設けられている。
第１チップ２１は、二次元マトリクス状に配置されてなり、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成して出力する複数の単位画素２３０が配置されてなる受光部２３と、受光部２３における複数の単位画素２３０の各々で光電変換された撮像信号を読み出す読み出し部２４と、を有する。なお、第１チップ２１のより詳細な構成については後述する。
第２チップ２２は、コネクタ部５から入力される基準クロック信号および同期信号に基づきタイミング信号を生成して読み出し部２４に出力するタイミング生成部２５と、読み出し部２４から出力される撮像信号を増幅して伝送ケーブル３へ出力する送信部２７と、を有する。なお、第１チップ２１と第２チップ２２に配置される回路の組み合わせは適宜変更可能である。例えば、第２チップ２２に配置されたタイミング生成部２５を第１チップ２１に配置してもよい。また、第２チップ２２のより詳細な構成については後述する。
コネクタ部５は、受信部５１と、Ａ／Ｄ変換部５２と、撮像信号処理部５３と、パルス生成部５４と、電源電圧生成部５５と、を有する。
受信部５１は、撮像部２０から出力される撮像信号を受信し、抵抗等の受動素子を用いてインピーダンスマッチングを行った後、コンデンサを用いて交流成分を取り出し、分圧抵抗によって動作点を決定する。その後、受信部５１は、撮像信号（アナログ信号）を補正してＡ／Ｄ変換部５２へ出力する。受信部５１は、例えばアナログ・フロント・エンド回路等を用いて構成される。
Ａ／Ｄ変換部５２は、受信部５１から入力されたアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号に変換して撮像信号処理部５３へ出力する。
撮像信号処理部５３は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により構成される。撮像信号処理部５３は、Ａ／Ｄ変換部５２から入力されるデジタルの撮像信号に対して、ノイズ除去およびフォーマット変換処理等の処理を行ってプロセッサ６へ出力する。
パルス生成部５４は、プロセッサ６から供給され、内視鏡２の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号（例えば、２７ＭＨｚのクロック信号）に基づいて、各フレームのスタート位置を表す同期信号を生成して、基準クロック信号とともに、伝送ケーブル３を介して撮像部２０のタイミング生成部２５へ出力する。ここで、パルス生成部５４が生成する同期信号は、水平同期信号と垂直同期信号とを含む。
電源電圧生成部５５は、プロセッサ６から供給される電源から、第１チップ２１と第２チップ２２を駆動するのに必要な電源電圧を生成して第１チップ２１および第２チップ２２へ出力する。電源電圧生成部５５は、レギュレーターなどを用いて第１チップ２１と第２チップ２２を駆動するのに必要な電源電圧を生成する。
〔プロセッサの構成〕
次に、プロセッサ６の構成について説明する。
プロセッサ６は、内視鏡システム１の全体を統括的に制御する制御装置である。プロセッサ６は、電源部６１と、画像信号処理部６２と、クロック生成部６３と、記録部６４と、入力部６５と、プロセッサ制御部６６と、を備える。
電源部６１は、電源電圧を生成し、この生成した電源電圧をグランド（ＧＮＤ）とともに、コネクタ部５の電源電圧生成部５５へ供給する。
画像信号処理部６２は、撮像信号処理部５３で信号処理が施されたデジタルの撮像信号に対して、同時化処理、ホワイトバランス（ＷＢ）調整処理、ゲイン調整処理、ガンマ補正処理、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換処理、フォーマット変換処理等の画像処理を行って画像信号に変換し、この画像信号を表示装置７へ出力する。
クロック生成部６３は、内視鏡システム１の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号を生成し、この基準クロック信号をパルス生成部５４へ出力する。
記録部６４は、内視鏡システム１に関する各種情報や処理中のデータ等を記録する。記録部６４は、ＦｌａｓｈメモリやＲＡＭ（Random Access Memory）の記録媒体を用いて構成される。
入力部６５は、内視鏡システム１に関する各種操作の入力を受け付ける。例えば、入力部６５は、光源装置８が出射する照明光の種別を切り替える指示信号の入力を受け付ける。入力部６５は、例えば十字スイッチやプッシュボタン等を用いて構成される。
プロセッサ制御部６６は、内視鏡システム１を構成する各部を統括的に制御する。プロセッサ制御部６６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成される。プロセッサ制御部６６は、入力部６５から入力された指示信号に応じて、内視鏡システム１を制御する。
〔撮像部の詳細な構成〕
次に、上述した撮像部２０における第１チップ２１および第２チップ２２の詳細な構成について説明する。図３は、図２に示す撮像部２０の詳細な構成を示すブロック図である。
〔第１チップの詳細な構成〕
まず、第１チップ２１の詳細な構成について説明する。
図３に示すように、第１チップ２１は、二次元マトリクス状に配置される複数の単位画素２３０と、複数の第１の転送線２３７と、複数の第１の転送線２３７の各々に設けられた定電流源２３８と、複数の第２の転送線２３９と、垂直走査部２４１と、クランプ部２４２と、出力スイッチ２４３と、水平走査部２４４と、第３の転送線２４６（水平転送線）と、水平リセット部２４７と、を有する。
各単位画素２３０は、光電変換素子２３１（フォトダイオード）、転送トランジスタ２３２（第１の転送部）と、電荷電圧変換部２３３と、電荷電圧変換部リセット部２３４（トランジスタ）と、画素ソースフォロアトランジスタ２３５と、画素出力スイッチ２３６（信号出力部）と、を有する。
光電変換素子２３１は、入射光をその光量に応じた信号電荷量に光電変換して蓄積する。光電変換素子２３１は、カソード側がそれぞれ転送トランジスタ２３２の一端側に接続され、アノード側がグランドＧＮＤに接続される。
転送トランジスタ２３２は、光電変換素子２３１から電荷電圧変換部２３３に電荷を転送する。転送トランジスタ２３２は、一端側に光電変換素子２３１が接続され、他端側に電荷電圧変換部２３３が接続され、ゲートに駆動パルスφＴ＜Ｍ＞が供給される信号線が接続される。転送トランジスタ２３２は、後述する垂直走査部２４１から信号線を介して駆動パルスφＴ＜Ｍ＞が供給されると、オン状態となり、光電変換素子２３１から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。
電荷電圧変換部２３３は、浮遊拡散容量（ＦＤ）からなり、光電変換素子２３１において蓄積された電荷を電圧に変換する。
電荷電圧変換部リセット部２３４は、電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。電荷電圧変換部リセット部２３４は、一端側が電源電圧ＶＤＤに接続され、他端側が電荷電圧変換部２３３に接続され、ゲートには駆動パルスφＲ＜Ｍ＞が供給される信号線が接続される。電荷電圧変換部リセット部２３４は、後述する垂直走査部２４１から信号線を介して駆動パルスφＲ＜Ｍ＞が供給されると、オン状態となり、電荷電圧変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。
画素ソースフォロアトランジスタ２３５は、一端側が電源電圧ＶＤＤに接続され、他端側が画素出力スイッチ２３６に接続され、ゲートには電荷電圧変換部２３３において電荷電圧変換された信号（撮像信号またはリセット時の信号）が入力される。
画素出力スイッチ２３６は、電荷電圧変換部２３３において電荷電圧変換された信号を、後述する第１の転送線２３７（第１の垂直転送線）に出力する。画素出力スイッチ２３６は、一端側が画素ソースフォロアトランジスタ２３５に接続され、他端側が第１の転送線２３７に接続され、ゲートには行選択パルスφＸ＜Ｍ＞が供給される信号線が接続される。画素出力スイッチ２３６は、後述する垂直走査部２４１から信号線を介して行選択パルスφＸ＜Ｍ＞が供給されると、オン状態となり、撮像信号またはリセット時の信号（ノイズ信号）を第１の転送線２３７に転送する。
第１の転送線２３７は、受光面の裏面に配置され、複数の単位画素２３０から出力された撮像信号を転送する。第１の転送線２３７は、メタル配線によって構成される。なお、メタルとしては、例えばＣｕやＡｌ等によって形成される。
定電流源２３８は、一端側がグランドＧＮＤに接続され、他端側が第１の転送線２３７に接続される。定電流源２３８は、複数の第１の転送線２３７の各々に設けられ、複数の単位画素２３０の各々から撮像信号を第１の転送線２３７へ出力させる。
第２の転送線２３９は、各々が複数の第１の転送線２３７のいずれかと対をなして容量Ｃ１０を形成し、第１の転送線２３７が出力する撮像信号をそれぞれ転送する。複数対の第１の転送線２３７および第２の転送線２３９によってそれぞれ形成される容量Ｃ１０は、互いに略等しい。ここで、略等しいとは、製造ばらつきによる誤差を許容できる範囲である。第２の転送線２３９は、メタル配線によって構成される。なお、メタルとしては、例えばＣｕやＡｌ等によって形成される。
垂直走査部２４１は、タイミング生成部２５から入力されるＶ制御信号（φＸ、φＲおよびφＴ等）に基づいて、受光部２３の選択された行＜Ｍ＞（Ｍ＝１，２，…，ｍ）に、行選択パルスφＸ＜Ｍ＞、駆動パルスφＲ＜Ｍ＞および駆動パルスφＴ＜Ｍ＞の各々を供給することによって、定電流源２３８で駆動された単位画素２３０から撮像信号および画素リセット時のノイズ信号を第１の転送線２３７および第２の転送線２３９に転送する。
クランプ部２４２は、第１の転送線２３７および第２の転送線２３９から転送された単位画素２３０のリセット時の信号（ノイズ信号）レベルを基準電圧ＶＲＥＦにクランプして出力スイッチ２４３へ出力する。
出力スイッチ２４３は、一端側が第２の転送線２３９に接続され、他端側が第３の転送線２４６に接続され、ゲートには、水平走査部２４４から列選択パルスφＨ＜Ｎ＞が入力される。出力スイッチ２４３は、ゲートに列選択パルスφＨ＜Ｎ＞が供給されると、オン状態となり、クランプ部２４２にクランプされた電圧と第２の転送線２３９から転送された信号との差を撮像信号として第３の転送線２４６へ転送する。
水平走査部２４４は、タイミング生成部２５から供給される駆動パルス（φＨ）に基づいて、受光部２３の選択された列＜Ｎ＞（Ｎ＝１，２，３，…，ｎ）に列選択パルスφＨ＜Ｎ＞を供給する。水平走査部２４４は、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞を供給することによって、各単位画素２３０からの撮像信号を第３の転送線２４６に出力させる。
第３の転送線２４６は、各出力スイッチ２４３から出力された撮像信号を出力部３１へ転送する。
水平リセット部２４７は、タイミング生成部２５から入力される水平リセットパルスφＨＣＬＲに基づいて、第３の転送線２４６をリセットする。水平リセット部２４７は、一端側が基準電圧ＶＲＥＦを供給する信号線に接続され、他端側が第３の転送線２４６に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から水平リセットパルスφＨＣＬＲが供給される信号線が接続される。なお、本実施の形態１では、垂直走査部２４１、クランプ部２４２、出力スイッチ２４３、水平走査部２４４および第３の転送線２４６が読み出し部２４として機能する。
〔第２チップの詳細な構成〕
次に、第２チップ２２の構成について説明する。
図３に示すように、第２チップ２２は、タイミング生成部２５と、送信部２７と、出力部３１と、を有する。
タイミング生成部２５は、基準クロック信号および同期信号に基づいて、各種の駆動パルス（Ｖ制御信号、φＨＣＬＲ、φＣＬＰ、φＨ）を生成し、後述する垂直走査部２４１、クランプ部２４２および水平走査部２４４の各々へ出力する。なお、本実施の形態１では、タイミング生成部２５は、単位画素２３０に撮像信号を出力させたまま水平走査部２４４を動作させる制御として機能する。
送信部２７は、出力部３１を介して第３の転送線２４６から転送された撮像信号を増幅して外部へ送信する。
出力部３１は、差動アンプを用いて構成され、第３の転送線２４６から転送された撮像信号と基準電圧ＶＲＥＦとの差をとることによって、ノイズを除去した撮像信号（Ｖｏｕｔ）を送信部２７へ出力する。
〔第１チップの構造〕
次に、第１チップ２１の構造について説明する。
図４は、第１チップ２１の受光部２３の断面構造を示す図である。図４に示すように、第１チップ２１の受光部２３は、光電変換領域部２１１と、信号転送領域部２１２と、を有する。
光電変換領域部２１１は、シリコン基板２３１ａ（受光部）における前面側（光の入射方向）に、オンチップカラーフィルタ２３１ｂおよびオンチップマイクロレンズ２３１ｃの順に積層されてなる。さらに、光電変換領域部２１１の裏面側に、相関絶縁膜２３１ｄが積層され、この相関絶縁膜２３１ｄに第１の転送線２３７が形成されてなる。
信号転送領域部２１２は、読み出し部２４の一部として光電変換領域部２１１の裏面側に積層して形成され、第２の転送線２３９、相関絶縁膜２３１ｅ、画素駆動配線２４１ａ、パッシベーション膜２３１ｇで構成される。
対をなす第１の転送線２３７および第２の転送線２３９は、図４の奥行方向に沿って平行に配置してなる。また、第２の転送線２３９は、各々が複数の第１の転送線２３７のいずれかと対をなして誘電体５００（誘電膜）を介して配置されることにより容量Ｃ１０を形成し、第１の転送線２３７が出力する撮像信号をそれぞれ読み出し部２４（不図示）の入力ノードとなる第２の転送線２３９へ転送する。第２の転送線２３９と読み出し部２４は、ビアホール等によって接続される。これにより、従来の列回路面積を占めていた容量を第１チップ２１の受光面と直交する方向（光の入射方向）において、第１チップ２１の裏面側に積層することができるので、第１チップ２１を含む撮像部２０の面積を縮小することができる。さらに、撮像部２０は、容量形成面と反対側より光が入射することにより、量子効率を向上させることができる。
〔容量の構造〕
次に、図４において説明した容量Ｃ１０の詳細な構造について説明する。
図５は、第１チップ２１の容量Ｃ１０の断面構造を示す図である。図５に示す第１チップ２１は、シリコン基板２３１ａに形成された画素出力スイッチ２３６のソース領域と第１の転送線２３７とを接続するコンタクトホール２３１ｆが設けられている。さらに、第１チップ２１は、第１の転送線２３７と第２の転送線２３９との間に介在する誘電体５００を有する。誘電体５００は、例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺＯ２、ＴａＯ５、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３およびＬａ２Ｏ３等を用いて形成される。これにより、対をなす第１の転送線２３７および第２の転送線２３９間の容量Ｃ１０は、それぞれの転送線を構成するメタル配線間に誘電体５００を配置して形成されてなる。
〔撮像部の動作〕
次に、撮像部２０の動作について説明する。
図６は、撮像部２０の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図６において、最上段から順に、行選択パルスφＸ＜１＞、駆動パルスφＲ＜１＞、駆動パルスφＴ＜１＞、駆動パルスφＣＬＰ、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞（Ｎ＝１，２，３，…，ｎ）、行選択パルスφＸ＜２＞、駆動パルスφＲ＜２＞、駆動パルスφＴ＜２＞、駆動パルスφＣＬＰ、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞（Ｎ＝１，２，３，…，ｎ）および水平リセットパルスφＨＣＬＲのタイミングを示す。また、図６において、横軸が時間を示す。
図６に示すように、まず、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）としたまま、駆動パルスφＲ＜１＞をオン状態とする。これにより、１行目の電荷電圧変換部リセット部２３４は、オン状態となり、１行目の電荷電圧変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、１行目の電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。
続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＲ＜１＞をオフ状態（Ｌｏｗ）とし、駆動パルスφＣＬＰをオン状態とする。これにより、第１の転送線２３７から転送されたノイズ信号がクランプ部２４２によって基準電圧ＶＲＥＦにクランプされる。即ち、単位画素２３０がリセットレベル（ノイズ信号）を出力中に、第２の転送線２３９を所定電位にリセットすることができる。
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＣＬＰをオフ状態（Ｌｏｗ）とし、駆動パルスφＴ＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）にした後、オフ状態（Ｌｏｗ）とする。この場合、１行目の転送トランジスタ２３２は、ゲートに駆動パルスφＴ＜１＞が入力されることによって、オン状態となり、光電変換素子２３１から電荷電圧変換部２３３に信号電荷（撮像信号）を転送する。
続いて、タイミング生成部２５は、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞を列毎にオンオフ状態（ＨｉｇｈおよびＬｏｗ）としつつ、列選択パルスφＨのオンオフ動作に応じて、水平リセットパルスφＨＣＬＲを排他的にオンオフ状態（ＨｉｇｈおよびＬｏｗ）とする。この場合において、各列の１行目の画素出力スイッチ２３６は、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞のオンオフ状態に応じて、電荷電圧変換部２３３によって電荷電圧変換された撮像信号を画素ソースフォロアトランジスタ２３５から第１の転送線２３７および第２の転送線２３９を介して第３の転送線２４６へ順次出力する。このとき、水平リセット部２４７は、水平リセットパルスφＨＣＬＲのオンオフ状態に応じて、第３の転送線２４６を所定電位（ＶＲＥＦ）にリセットする。これにより、撮像信号をサンプリングする容量を有するカラム回路等を第１チップ２１内から省略することができるので、撮像部２０の小型化を実現することができる。
その後、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜１＞をオフ状態（Ｌｏｗ）とし、行選択パルスφＸ＜２＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。
続いて、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜２＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）としたまま、駆動パルスφＲ＜２＞をオン状態とする。これにより、２行目の電荷電圧変換部リセット部２３４は、オン状態となり、２行目の電荷電圧変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、２行目の電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。
続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＲ＜２＞をオフ状態（Ｌｏｗ）とし、駆動パルスφＣＬＰをオン状態とする。これにより、第１の転送線２３７から転送されたノイズ信号がクランプ部２４２によって基準電圧ＶＲＥＦにクランプされる。即ち、単位画素２３０がリセットレベル（ノイズ信号）を出力中に、第２の転送線２３９を所定電位にリセットすることができる。
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＣＬＰをオフ状態（Ｌｏｗ）とし、駆動パルスφＴ＜２＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とオフ状態（Ｌｏｗ）とする。この場合、２行目の転送トランジスタ２３２は、ゲートに駆動パルスφＴ＜２＞が入力されることによって、オン状態となり、光電変換素子２３１から電荷電圧変換部２３３に信号電荷（撮像信号）を転送する。
続いて、タイミング生成部２５は、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞を列毎にオンオフ状態（ＨｉｇｈおよびＬｏｗ）としつつ、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞のオンオフ動作に応じて、水平リセットパルスφＨＣＬＲを排他的にオンオフ状態（ＨｉｇｈおよびＬｏｗ）とする。この場合において、各列の２行目の画素出力スイッチ２３６を介して、画素ソースフォロアトランジスタ２３５は、列選択パルスφＨ＜Ｎ＞のオンオフ状態に応じて、電荷電圧変換部２３３によって電荷電圧変換された撮像信号を第１の転送線２３７および第２の転送線２３９を介して第３の転送線２４６へ順次出力する。このとき、水平リセット部２４７は、水平リセットパルスφＨＣＬＲのオンオフ状態に応じて、第３の転送線２４６を所定電位（ＶＲＥＦ）にリセットする。
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、タイミング生成部２５が単位画素２３０に撮像信号を出力させたまま、読み出し部２４を動作させて、撮像信号を送信部２７に出力させる。これにより、撮像信号をサンプリングする容量を有するカラム回路等を第１チップ２１内から省略することができるので、撮像部２０の小型化を実現することができる。
さらに、本発明の実施の形態１によれば、複数対の第１の転送線２３７および第２の転送線２３９によって形成される容量が互いに略等しいので、第３の転送線２４６の寄生容量との容量分割による列毎のゲインばらつきが抑制される。この結果、縦傷等の固定パターンノイズによる画質劣化無しに、第１チップ２１の周辺回路の面積比率を低下させることができる。
（実施の形態１の変形例）
次に、本発明の実施の形態１の変形例について説明する。本実施の形態１の変形例は、第１チップの構成が異なる。具体的には、本実施の形態１の変形例は、上述した第２の転送線２３９と出力スイッチ２４３との間に、バッファ部を設け、第２の転送線２３９から転送された撮像信号を増幅して第３の転送線２４６に出力する。以下においては、本実施の形態１の変形例に係る撮像部の第１チップの構成について説明する。なお、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
〔撮像部の詳細な構成〕
図７は、本実施の形態１の変形例に係る撮像部の詳細な構成を示すブロック図である。図７に示すように、撮像部２０ａは、第１チップ２１ａと、第２チップ２２と、を有する。
図７に示すように、第１チップ２１ａは、上述した実施の形態１に係る第１チップ２１の構成に加えて、バッファ部２４８と、バッファ部２４８から増幅された信号を出力させる定電流源２４５と、を有する。バッファ部２４８は、第２の転送線２３９から転送された撮像信号を増幅して第３の転送線２４６へ出力する。バッファ部２４８は、一端側が電源電圧ＶＤＤに接続され、他端側が出力スイッチ２４３に接続され、ゲートには第２の転送線２３９が接続される。
以上説明した本発明の実施の形態１の変形例によれば、バッファ部２４８を第２の転送線２３９と出力スイッチ２４３との間に設けたので、第２の転送線２３９から転送される撮像信号のノイズ耐性を向上させることができるとともに、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、上述した実施の形態１に係る撮像部２０の構成に加えて、カラムＡＤ変換部をさらに備える。以下においては、本実施の形態２に係る撮像部について説明する。なお、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
〔撮像部の詳細な構成〕
図８は、本実施の形態２に係る撮像部の詳細な構成を示すブロック図である。図８に示す撮像部２０ｂは、上述した実施の形態１に係る第１チップ２１に換えて、第１チップ２１ｂを備える。また、第１チップ２１ｂの読み出し部は、上述した実施の形態１に係る出力スイッチ２４３に換えて、カラムＡＤ変換部３００を備える。カラムＡＤ変換部３００は、第２の転送線２３９から転送されたアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号に変換して第３の転送線２４６へ出力する。
カラムＡＤ変換部３００は、スロープ波形発生部３０１と、比較器３０２と、カウンタ３０３と、データ保持部３０４と、を有する。なお、比較器３０２とカウンタ３０３に換えて、ラッチ回路を用いてカラムＡＤ変換部３００を構成してもよい。
スロープ波形発生部３０１は、スロープ波形を発生させ、この発生させたスロープ波形を比較器３０２へ供給する。
比較器３０２は、第２の転送線２３９から供給される撮像信号とスロープ波形発生部３０１から供給されるスロープ波形とを比較し、この結果をカウンタ３０３へ出力する。
データ保持部３０４は、カウンタ３０３のデータを保持し、水平走査部２４４から供給される列選択パルスφＨ＜Ｎ＞が入力された場合、保持したデータを第３の転送線２４６へ出力する。
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、タイミング生成部２５が単位画素２３０に撮像信号を出力させたまま、カラムＡＤ変換部３００を動作させて、デジタルに変換した撮像信号を送信部２７に出力させる。これにより、伝送ケーブル３で重畳するノイズに対する耐性を向上させることができると共に、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３は、上述した実施の形態１に係る撮像部２０と構成が異なる。具体的には、本実施の形態３は、読み出し部の後段部分を第２チップ側に形成してなる。なお、上述した実施の形態１に係る内視鏡システム１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
〔撮像部の構成〕
図９は、本発明の実施の形態３に係る内視鏡システムの要部の機能を示すブロック図である。図９に示す内視鏡システム１ｃは、上述した実施の形態１に係る内視鏡２に換えて、内視鏡２ｃを備える。内視鏡２ｃは、上述した実施の形態１に係る内視鏡２の撮像部２０に換えて、撮像部２０ｃを備える。撮像部２０ｃは、第１チップ２１ｃと、第２チップ２２ｃと、を有する。
第１チップ２１ｃは、二次元マトリクス状に配置されてなり、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成して出力する複数の単位画素２３０が配置されてなる受光部２３を有する。なお、第１チップ２１ｃの詳細は、後述する。
第２チップ２２ｃは、受光部２３における複数の単位画素２３０の各々で光電変換された撮像信号を読み出す読み出し部２４と、コネクタ部５から入力される基準クロック信号および同期信号に基づきタイミング信号を生成して読み出し部２４に出力するタイミング生成部２５と、読み出し部２４から出力される撮像信号を増幅して伝送ケーブル３へ出力する送信部２７と、を有する。なお、第２チップ２２ｃの詳細は、後述する。
〔撮像部の詳細な構成〕
次に、上述した撮像部２０ｃにおける第１チップ２１ｃおよび第２チップ２２ｃの詳細な構成について説明する。図１０は、図９に示す撮像部２０ｃの詳細な構成を示すブロック図である。
〔第１チップの詳細な構成〕
まず、第１チップ２１ｃの詳細な構成について説明する。
図１０に示すように、第１チップ２１ｃは、二次元マトリクス状に配置される複数の単位画素２３０と、複数の第１の転送線２３７と、複数の第１の転送線２３７の各々に設けられた定電流源２３８と、を有する。
〔第２チップの詳細な構成〕
次に、第２チップ２２ｃの詳細な構成について説明する。
図１０に示すように、第２チップ２２ｃは、複数の第２の転送線２３９と、垂直走査部２４１と、各単位画素２３０から撮像信号を読み出す読み出し部２４と、タイミング生成部２５と、送信部２７と、を有する。
このように構成された撮像部２０ｃは、タイミング生成部２５が単位画素２３０に撮像信号を出力させたまま読み出し部２４を動作させる。
〔撮像部の構造〕
次に、撮像部２０ｃの構造について説明する。図１１は、撮像部２０ｃの断面構造を示す図である。
図１１に示すように、第１チップ２１ｃは、シリコン基板２３１ａ（受光部）における前面側（光の入射方向）に、オンチップカラーフィルタ２３１ｂおよびオンチップマイクロレンズ２３１ｃの順で積層されてなる。また、第１チップ２１ｃは、シリコン基板２３１ａにおける裏面側に、相関絶縁膜４００および第１の転送線２３７の順に積層されてなる。さらに、第１の転送線２３７は相関絶縁膜４００を介して、シリコン基板２３１ａに形成された画素出力スイッチ２３６のソース領域とメタル配線４０１、ビアホール４０２等によって接続される。さらに、第１の転送線２３７の裏面に、誘電体５００が積層されてなる。
第２チップ２２ｃは、読み出し部２４が形成されたシリコン基板２４０における前面側（光の入射方向）に、相関絶縁膜２３１ｅおよび第２の転送線２３９の順で積層されてなる。
さらに、撮像部２０ｃは、第１チップ２１ｃの裏面に形成されてなる第１の転送線２３７を第１の電極とし、この第１の転送線２３７と向かい合う位置に、誘電体５００を介して第２の電極としての第２の転送線２３９を配置して積層してなる。さらに、対をなす第１の転送線２３７および第２の転送線２３９は、第１チップ２１ｃおよび第２チップ２２ｃの積層方向に沿って平行に配置してなる。これにより、撮像部２０ｃは、第１チップ２１ｃ内に別途カラム容量を設けることなく、複数の第１の転送線２３７それぞれに対応する複数の第２の転送線２３９が対をなして容量Ｃ１０（カラム容量）を形成することができる。
また、撮像部２０ｃは、第２チップ２２ｃのシリコン基板２４０の前面側（光の入射方向）にタイミング生成部２５、読み出し部２４（例えば図３の垂直走査部２４１、クランプ部２４２、出力スイッチ２４３、水平走査部２４４、第３の転送線２４６、水平リセット部２４７および出力部３１）および第２の転送線２３９、を形成してなる。これにより、チップ積層時にシリコン基板２４０のアクティブ領域を消費するＴＳＶ（スルーシリコンビア）でなく、キャパシタで行い、かつ容量Ｃ１０（キャパシタ）を第１チップ２１ｃと積層させることによって、面積効率を向上させることができるので、さらなる撮像部２０ｃの小型化を図ることができる。
以上説明した本発明の実施の形態３によれば、第１チップ２１ｃの裏面に形成されてなる第１の転送線２３７を第１の電極とし、第１の転送線２３７と向かい合う位置に、誘電体５００を介して第２の電極としての第２の転送線２３９を配置して積層し、複数の第１の転送線２３７それぞれに対応する複数の第２の転送線２３９が対をなして容量Ｃ１０（カラム容量）を形成することによって、受光部２３を有する第１チップ２１ｃからカラム回路面積およびカラムＴＳＶ面積を完全に削除することができ、さらなる撮像部２０ｃの小型化を図ることができる。
（実施の形態３の変形例）
次に、本発明の実施の形態３の変形例について説明する。本実施の形態３の変形例は、第１チップの構成が異なる。具体的には、本実施の形態３の変形例は、上述した垂直走査部を第１チップに配置してなる。以下においては、本実施の形態３の変形例に係る撮像部の第１チップの構成について説明する。なお、上述した実施の形態３と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図１２は、本実施の形態３の変形例に係る撮像部の詳細な構成を示すブロック図である。図１２に示す撮像部２０ｄは、第１チップ２１ｄと、第２チップ２２ｄと、を備える。
〔第１チップの詳細な構成〕
まず、第１チップ２１ｄの詳細な構成について説明する。
図１２に示すように、第１チップ２１ｄは、上述した実施の形態３の第１チップ２１ｃの構成に加えて、垂直走査部２４１をさらに有する。
〔第２チップの詳細な構成〕
次に、第２チップ２２ｄの詳細な構成について説明する。
図１２に示すように、第２チップ２２ｄは、上述した実施の形態３の第２チップ２２ｃの構成から垂直走査部２４１を削除した。
以上説明した本発明の実施の形態３の変形例によれば、上述した実施の形態３に比して画素駆動用配線を行毎に配置する必要がなくなり、アクティブ領域を消費するＴＳＶの数が減るため、さらなる小型化を図ることができる。
（その他の実施の形態）
また、本実施の形態では、被検体に挿入される内視鏡であったが、例えばカプセル型の内視鏡または被検体を撮像する撮像装置であっても適用することができる。特に、画素数が少ない撮像素子を用いる機器に適用することができる。
なお、本明細書におけるタイミングチャートの説明では、「まず」、「その後」、「続いて」等の表現を用いて各処理の前後関係を明示していたが、本発明を実施するために必要な処理の順序は、それらの表現によって一意的に定められるわけではない。即ち、本明細書で記載したタイミングチャートにおける処理の順序は、矛盾のない範囲で変更することができる。
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態を含みうるものであり、請求の範囲によって特定される技術的思想の範囲内で種々の設計変更等を行うことが可能である。
１，１ｃ 内視鏡システム
２，２ｃ 内視鏡
３ 伝送ケーブル
４ 操作部
５ コネクタ部
６ プロセッサ
７ 表示装置
８ 光源装置
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 撮像部
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 第１チップ
２２，２２ｃ，２２ｄ 第２チップ
２３ 受光部
２４ 読み出し部
２５ タイミング生成部
２７ 送信部
３１ 出力部
５１ 受信部
５２ Ａ／Ｄ変換部
５３ 撮像信号処理部
５４ パルス生成部
５５ 電源電圧生成部
６１ 電源部
６２ 画像信号処理部
６３ クロック生成部
６４ 記録部
６５ 入力部
６６ プロセッサ制御部
１００ 挿入部
１０１ 先端
１０２ 基端
２１１ 光電変換領域部
２１２ 信号転送領域部
２３０ 単位画素
２３１ 光電変換素子
２３１ａ，２４０ シリコン基板
２３１ｂ オンチップカラーフィルタ
２３１ｃ オンチップマイクロレンズ
２３１ｄ，２３１ｅ，４００ 相関絶縁膜
２３１ｆ コンタクトホール
２３１ｇ パッシベーション膜
２３２ 転送トランジスタ
２３３ 電荷電圧変換部
２３４ 電荷電圧変換部リセット部
２３５ 画素ソースフォロアトランジスタ
２３６ 画素出力スイッチ
２３７ 第１の転送線
２３８，２４５ 定電流源
２３９ 第２の転送線
２４１ 垂直走査部
２４１ａ 画素駆動配線
２４２ クランプ部
２４３ 出力スイッチ
２４４ 水平走査部
２４６ 第３の転送線
２４７ 水平リセット部
２４８ バッファ部
３００ カラムＡＤ変換部
３０１ スロープ波形発生部
３０２ 比較器
３０３ カウンタ
３０４ データ保持部
４０１ メタル配線
４０２ ビアホール
５００ 誘電膜
Ｃ１，Ｃ１０ 容量

Claims (5)

  1. 二次元マトリクス状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号をそれぞれ生成する複数の画素を有する受光部と、
    前記受光部の受光面における裏面に配置されてなり、前記撮像信号をそれぞれ転送する複数の第１の転送線と、
    前記複数の第１の転送線それぞれに設けられ、前記画素から前記撮像信号を前記第１の転送線に出力させる定電流源と、
    各々が前記複数の第１の転送線のいずれかと対をなして容量を形成し、前記第１の転送線が出力する前記撮像信号をそれぞれ転送する複数の第２の転送線と、
    前記複数の第２の転送線が転送する前記撮像信号を読み出す読み出し部と、
    前記画素に前記撮像信号を出力させたまま前記読み出し部を動作させる制御部と、
    対をなす第１および第２の転送線の間に介在する誘電体と、
    少なくとも前記受光部、前記複数の第１の転送線および前記定電流源それぞれを実装してなる第１チップと、
    少なくとも前記複数の第２の転送線を実装してなる第２チップと、
    を備え、
    前記第１チップは、前記受光面の裏面に、前記第２チップを積層してなり、
    前記複数の第２の転送線それぞれは、前記複数の第１の転送線のいずれかと向かい合う位置に前記誘電体を挟んで配置されてなることを特徴とする撮像素子。
  2. 前記対をなす第１および第２の転送線によってそれぞれ形成される容量は、互いに略等しいことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
  3. 前記第１および第２の転送線は、メタル配線であり、
    前記対をなす第１および第２の転送線間の容量は、それぞれの転送線を構成するメタル配線間に前記誘電体を配置して形成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
  4. 請求項１に記載の撮像素子を、被検体内に挿入可能な挿入部の先端側に備えたことを特徴とする内視鏡。
  5. 請求項４に記載の内視鏡と、
    前記撮像信号を画像信号に変換する画像処理装置と、
    を備えることを特徴とする内視鏡システム。
JP2017518562A 2015-11-30 2016-09-15 撮像素子、内視鏡および内視鏡システム Active JP6180691B1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015233554 2015-11-30
JP2015233554 2015-11-30
PCT/JP2016/077293 WO2017094322A1 (ja) 2015-11-30 2016-09-15 撮像素子、内視鏡および内視鏡システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6180691B1 true JP6180691B1 (ja) 2017-08-16
JPWO2017094322A1 JPWO2017094322A1 (ja) 2017-11-30

Family

ID=58796903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017518562A Active JP6180691B1 (ja) 2015-11-30 2016-09-15 撮像素子、内視鏡および内視鏡システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10413162B2 (ja)
EP (1) EP3386190A4 (ja)
JP (1) JP6180691B1 (ja)
CN (1) CN107534749B (ja)
WO (1) WO2017094322A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108141556A (zh) * 2015-10-02 2018-06-08 奥林巴斯株式会社 摄像元件、内窥镜以及内窥镜系统
CN112385042A (zh) * 2018-07-17 2021-02-19 索尼公司 摄像元件和摄像装置
CN109788218A (zh) * 2018-12-19 2019-05-21 天津大学 适用于大面阵cmos图像传感器的驱动增强型像素结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012019166A (ja) * 2010-07-09 2012-01-26 Panasonic Corp 固体撮像装置
JP2013098858A (ja) * 2011-11-02 2013-05-20 Olympus Corp 固体撮像装置、撮像装置、および信号読み出し方法
WO2013157423A1 (ja) * 2012-04-19 2013-10-24 国立大学法人東北大学 固体撮像装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05268535A (ja) 1992-03-24 1993-10-15 Toshiba Corp 視覚センサー
JP4472277B2 (ja) * 2003-04-10 2010-06-02 Ｎｅｃトーキン株式会社 チップ型固体電解コンデンサ
JP4317115B2 (ja) * 2004-04-12 2009-08-19 国立大学法人東北大学 固体撮像装置、光センサおよび固体撮像装置の動作方法
JP2005347416A (ja) * 2004-06-01 2005-12-15 Sharp Corp 固体撮像装置、半導体ウエハ及びカメラモジュール
KR100782308B1 (ko) * 2006-07-14 2007-12-06 삼성전자주식회사 입사 광량에 따라 광전류 경로를 선택할 수 있는 ｃｍｏｓ이미지 센서와 이미지 센싱 방법
JP5773379B2 (ja) 2009-03-19 2015-09-02 ソニー株式会社 半導体装置とその製造方法、及び電子機器
ATE543215T1 (de) * 2009-03-24 2012-02-15 Sony Corp Festkörper-abbildungsvorrichtung, ansteuerverfahren für festkörper- abbildungsvorrichtung und elektronische vorrichtung
JP2011192808A (ja) * 2010-03-15 2011-09-29 Fujifilm Corp 撮像モジュール及びその製造方法並びに内視鏡装置
JP2011204797A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
WO2012081617A1 (ja) * 2010-12-14 2012-06-21 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 撮像装置
JP4947228B1 (ja) * 2011-07-26 2012-06-06 株式会社安川電機 リード部品ホルダ及び電子機器
JP2013070030A (ja) * 2011-09-06 2013-04-18 Sony Corp 撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置
CN103208501B (zh) * 2012-01-17 2017-07-28 奥林巴斯株式会社 固体摄像装置及其制造方法、摄像装置、基板、半导体装置
JP2013219405A (ja) * 2012-04-04 2013-10-24 Canon Inc 放射線撮像装置、放射線撮像システム、及び、放射線撮像装置の制御方法
JP5409976B1 (ja) * 2012-04-09 2014-02-05 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 固体撮像装置
CN104272718B (zh) * 2012-04-19 2017-08-25 国立大学法人东北大学 固体摄像装置
JP5596888B1 (ja) * 2013-01-23 2014-09-24 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 撮像装置、内視鏡システム及びノイズ除去方法
WO2016129138A1 (ja) * 2015-02-10 2016-08-18 オリンパス株式会社 撮像素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012019166A (ja) * 2010-07-09 2012-01-26 Panasonic Corp 固体撮像装置
JP2013098858A (ja) * 2011-11-02 2013-05-20 Olympus Corp 固体撮像装置、撮像装置、および信号読み出し方法
WO2013157423A1 (ja) * 2012-04-19 2013-10-24 国立大学法人東北大学 固体撮像装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3386190A1 (en) 2018-10-10
US10413162B2 (en) 2019-09-17
WO2017094322A1 (ja) 2017-06-08
JPWO2017094322A1 (ja) 2017-11-30
CN107534749B (zh) 2020-03-03
CN107534749A (zh) 2018-01-02
US20180064314A1 (en) 2018-03-08
EP3386190A4 (en) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11050966B2 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP2010213140A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器
JP2006270292A (ja) 物理量分布検知装置並びに物理情報取得方法および物理情報取得装置
CN108886043B (zh) 摄像元件、内窥镜以及内窥镜系统
US9813645B2 (en) Image sensor, imaging device, endoscope, and endoscopic system
JP6153676B1 (ja) 撮像素子および内視鏡
US9974431B2 (en) Image sensor, imaging device, endoscope, and endoscope system
JP6180691B1 (ja) 撮像素子、内視鏡および内視鏡システム
JPWO2017057291A1 (ja) 撮像素子、内視鏡、及び内視鏡システム
JP2010103667A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置
US10153311B2 (en) Image sensor
CN108135454B (zh) 摄像装置、内窥镜以及内窥镜系统
JP6313912B2 (ja) 撮像素子、内視鏡および内視鏡システム
US10602088B2 (en) Solid-state imaging device and imaging apparatus
JP2006108467A (ja) 物理量分布検知の半導体装置
US11425319B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system
WO2022264718A1 (ja) 撮像素子、電子機器
US20240022836A1 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP2011097625A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置
JP2024009651A (ja) 光電変換装置、撮像システム、および機器

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170704

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170718

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6180691

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250