JPWO2017187738A1 - 撮像素子、内視鏡および内視鏡システム - Google Patents
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Abstract
Description
〔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と、伝送ケーブル3と、コネクタ部5と、プロセッサ6(画像処理装置)と、表示装置7と、光源装置8と、を備える。
まず、内視鏡2の構成について説明する。内視鏡2は、撮像素子20と、伝送ケーブル3と、コネクタ部5と、を備える。
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、画像処理部61と、記録部62と、入力部63と、クロック生成部64と、電源部65と、プロセッサ制御部66と、を備える。
次に、撮像素子20の詳細な構造について説明する。図3は、撮像素子20の上面図である。図4は、撮像素子20の斜視図である。図5は、図3のA−A線断面図である。図6Aは、図4のB−B線断面図である。図6Bは、図4のC−C線断面図である。図6Cは、図4のD−D線断面図である。図6Dは、図4のE−E線断面図である。
次に、撮像素子20の製造方法について説明する。図7は、撮像素子20の製造方法の概要を示すフローチャートである。図8A〜図8Nは、図7の各製造工程における撮像素子20の断面を示す模式図である。なお、以下においては、周知の半導体製造装置を用いて撮像素子20を製造するため、半導体製造装置の構成については説明を省略する。
次に、撮像素子21の動作について説明する。図9は、撮像素子21の動作を示すタイミングチャートである。図9において、横軸が時間を示す。また、図9の(a)が画素部221における水平ラインの読み出しタイミングを示し、図9の(b)が第2チップ22のAD変換タイミングを示し、図9の(c)が第3チップ23の伝送部231による伝送タイミングを示す。なお、図9においては、画素部211におけるNラインとN+1ラインを一例として説明する。
次に、本発明の実施の形態1の変形例について説明する。上述した本実施の形態1では、バイパスコンデンサ241が第4チップ24に形成されていたが、バイパスコンデンサを形成する層を適宜変更することができる。図10A〜図10Dは、本実施の形態1の変形例に係る撮像素子を形成する各チップを模式的に示す平面図である。図11A〜図11Dは、本実施の形態1の変形例に係る別の撮像素子を形成する各チップを模式的に示す平面図である。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。
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に係る撮像素子20と構成が異なる。具体的には、上述した実施の形態1に係る撮像素子20は、OddカラムおよびEvenカラムそれぞれから直接読み出して伝送ケーブル3へ伝送していたが、本実施の形態2では、OddカラムおよびEvenカラムそれぞれから読み出した撮像信号を一時的に記録して伝送ケーブル3へ伝送する。以下においては、本実施の形態2に係る撮像素子の構成を説明後、撮像素子の駆動タイミングについて説明する。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。
次に、上述した撮像素子20cの詳細な構造について説明する。図13Aは、撮像素子20cを形成する第1チップ21を模式的に示す平面図である。図13Bは、撮像素子20cを形成する第2チップ22cを模式的に示す平面図である。図13Cは、撮像素子20cを形成する第3チップ23cを模式的に示す平面図である。図13Dは、撮像素子20cを形成する第4チップ24cを模式的に示す平面図である。
次に、撮像素子20cの動作について説明する。図14は、撮像素子20cの動作を示すタイミングチャートである。図14において、横軸が時間を示す。また、図14の(a)が画素部211における水平ラインの読み出しタイミングを示し、図14の(b)が第2チップ22cのAD変換タイミングを示し、図14の(c)がOddカラムから読み出された撮像信号のデジタルメモリ部231cへの書き込みおよび読み出しタイミングを示し、図14の(d)がEvenカラムから読み出された撮像信号のデジタルメモリ部231cへの書き込みおよび読み出しタイミングを示し、図14の(e)が伝送部231による伝送タイミングを示す。なお、図14においては、画素部211におけるNラインとN+1ラインを一例として説明する。
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に係る内視鏡2の構成と異なる。具体的には、上述した実施の形態1に係る内視鏡2は、A/D変換部223から伝送部231にパラレル信号を送信していたが、本実施の形態3では、パラレル信号をシリアル信号に変換して伝送部に送信する。以下においては、本実施の形態3に係る内視鏡の構成を説明する。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。
次に、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態4は、上述した実施の形態1に係る撮像素子20と構成が異なる。具体的には、上述した実施の形態1に係る撮像素子20では、デジタルの撮像信号を伝送ケーブル3に伝送していたが、本実施の形態4は、アナログの撮像信号を伝送ケーブル3に伝送する。伝送されたアナログの撮像信号は、受信部51にさらに備えられたアナログ・フロント・エンド部においてデジタル信号に変換して、撮像信号処理部52を介してプロセッサ6へ出力される。以下においては、本実施の形態4に係る撮像素子の構成を説明する。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。
図16Aは、本実施の形態4に係る撮像素子の第1チップの平面図である。図16Bは、本実施の形態4に係る撮像素子の第2チップの平面図である。図16Cは、本実施の形態4に係る撮像素子の第3チップの平面図である。
次に、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態5は、上述した実施の形態1に係る撮像素子20と構成が異なる。以下においては、本実施の形態5に係る撮像素子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。
図17は、本実施の形態5に係る撮像素子の上面図である。図18は、図17のF−F線断面図である。図19Aは、本実施の形態5に係る撮像素子の第1チップの平面図である。図19Bは、本実施の形態5に係る撮像素子の第2チップの平面図である。図19Cは、本実施の形態5に係る撮像素子の第3チップの平面図である。
次に、撮像素子20fの製造方法について説明する。図20は、撮像素子20fの製造方法の概要を示すフローチャートである。図21A〜図21Jは、図20の各製造工程における撮像素子20fの断面を示す模式図である。なお、以下においては、周知の半導体製造装置を用いて撮像素子20fを製造するため、半導体製造装置の構成については説明を省略する。
第2多層配線層26に接続するTSV32を形成する。
次に、本発明の実施の形態5の変形例1について説明する。本実施の形態5の変形例1は、上述した実施の形態5に係る撮像素子20fの製造方法が異なる。以下においては、本実施の形態5の変形例1に係る撮像素子20fの製造方法について説明する。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。
図22は、本実施の形態5の変形例1に係る撮像素子20fの製造方法の概要を示すフローチャートである。図23A〜図23Lは、図22の各製造工程における撮像素子20fの断面を示す模式図である。なお、以下においては、周知の半導体製造装置を用いて撮像素子20fを製造するため、半導体製造装置の構成については説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態5の変形例2について説明する。本実施の形態5の変形例2は、上述した実施の形態5に係る撮像素子20fと構成が異なる。具体的には、上述した実施の形態5に係る撮像素子20fは、第1チップ21の接続部213にプロ−ビングパッド213aを形成していたが、本実施の形態5の変形例2に係る撮像素子は、第3チップ23の裏面に電極であるプロ−ビングパッドを形成してなる。以下においては、本実施の形態5の変形例2に係る撮像素子の構成を説明後、本実施の形態5の変形例2に係る撮像素子の製造方法について説明する。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。
図24は、本実施の形態5の変形例2に係る撮像素子の断面を示す模式図である。図24に示す撮像素子20gは、第3チップ23の裏面に電極であるプロ−ビングパッド60を形成してなる。
次に、本実施の形態5の変形例2に係る撮像素子20gの製造方法について説明する。図25は、本実施の形態5の変形例2に係る撮像素子20gの製造方法の概要を示すフローチャートである。図26A〜図26Iは、図25の各製造工程における撮像素子20gの断面を示す模式図である。なお、以下においては、周知の半導体製造装置を用いて撮像素子20gを製造するため、半導体製造装置の構成については説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態5の変形例3について説明する。本実施の形態5の変形例3は、上述した実施の形態5の撮像素子20fと構成が異なる。以下においては、本実施の形態5の変形例3に係る撮像素子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。
図27Aは、本実施の形態5の変形例3に係る撮像素子の第1チップの平面図である。図27Bは、本実施の形態5の変形例3に係る撮像素子の第2チップの平面図である。図27Cは、本実施の形態5の変形例3に係る撮像素子の第3チップの平面図である。
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。
2,2c,2d 内視鏡
3 伝送ケーブル
4 操作部
5,5d 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,20e,20f,20g,20h, 撮像素子
21 第1チップ
22,22a,22b,22c,22d,22e 第2チップ
23,23a,23b,23c,23d,23e,23h 第3チップ
24,24a,24b,24c 第4チップ
25 第1多層配線層
26 第2多層配線層
27 第3多層配線層
28 第4多層配線層
30 カバーガラス
31,33,35 電極
36,50 サポートウエハ
51 受信部
52 撮像信号処理部
53 同期信号生成部
54 電源電圧生成部
60,213a プロービングパッド
61 画像処理部
62 記録部
63 入力部
64 クロック生成部
65 電源部
66 プロセッサ制御部
100 挿入部
101 先端
102 基端
211 画素部
211a 画素
212 垂直選択部
213,225,233,235,242 接続部
213d,231 伝送部
221 カラム読み出し部
222 タイミング制御部
222c 第1タイミング制御部
223,223d A/D変換部
224 水平選択部
226 変換部
227 シリアライザ
228 アナログケーブル伝送部
231a Oddメモリ
231b Evenメモリ
231c デジタルメモリ部
232c 演算部
234 第2タイミング制御部
236 ケーブルドライバ
237 逓倍部
241 バイパスコンデンサ
Claims (14)
- 受光量に応じた撮像信号を生成して出力する複数の画素が二次元マトリクス状に配置されている画素部と、前記画素部を行単位で順次選択して前記撮像信号を読み出す垂直選択部と、を配置してなる第1チップと、
前記画素部の受光面と直交する方向に沿って、前記第1チップにおける光の入射面の裏面側に積層されて接続されており、所定の機能を実行する複数の機能実行部を配置してなる第2チップと、
前記画素部の受光面と直交する方向に沿って積層されて接続されており、電源用のバイパスコンデンサとして機能する容量を有する容量チップと、
を備え、
前記第1チップ、前記第2チップおよび前記容量チップの各々は、他のチップと電気的に接続する接続部を有し、
前記第1チップ、前記第2チップおよび前記容量チップが有する複数の接続部は、前記画素部の受光面と直交する方向から見て重なりあうように配置されてなることを特徴とする撮像素子。 - 前記画素部の受光面と直交する方向に沿って積層されて接続されており、少なくとも前記撮像信号を伝送ケーブルへ伝送する伝送部を配置してなる第3チップをさらに備え、
前記複数の機能実行部は、前記複数の画素から所定の画素を順次選択し、該選択された画素から出力される前記撮像信号を読み出す読み出し部、前記読み出し部が前記選択された画素から出力される前記撮像信号を読み出すタイミングを制御するタイミング制御部、および前記第1チップから出力されるアナログの前記撮像信号に対してA/D変換を行うA/D変換部を含むことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 - 前記第3チップは、前記第2チップの積層面の裏面側に積層されて接続されており、
前記容量チップは、前記第3チップの積層面の裏面側に積層されて接続されていることを特徴とする請求項2に記載の撮像素子。 - 前記容量チップは、前記第1チップと前記第2チップとの間または前記第2チップと前記第3チップとの間に積層されて接続されていることを特徴とする請求項2に記載の撮像素子。
- 前記容量チップは、前記第1チップと前記第2チップとが積層される面と直交する方向に沿って複数積層されて接続されていることを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。
- 前記接続部と重なり合うように検査用のプローブを接触させるプロービングパッドをさらに備えたことを特徴とする請求項2に記載の撮像素子。
- 前記プロービングパッドは、前記画素部の受光面側から見て前記接続部と重なり合うように前記第1チップに形成されていることを特徴とする請求項6に記載の撮像素子。
- 前記画素部の受光面と直交する方向に沿って、前記プロービングパッドの位置を含む前記第1チップの表面に積層されたカバーガラスをさらに備えたことを特徴とする請求項7に記載の撮像素子。
- 前記プロービングパッドは、前記画素部の受光面側から見て前記画素部の受光面の裏面側に前記接続部と重なり合うように形成されていることを特徴とする請求項6に記載の撮像素子。
- 前記複数の機能実行部は、前記複数の画素から所定の画素を順次選択し、該選択された画素から出力される前記撮像信号を読み出す読み出し部、前記読み出し部が前記選択された画素から出力される前記撮像信号を読み出すタイミングを制御するタイミング制御部、および前記第1チップから出力されるアナログの前記撮像信号を増幅して伝送ケーブルへ伝送する伝送部を含むことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
- 前記伝送部は、
前記撮像信号を差動方式によって前記伝送ケーブルへ伝送するドライバと、
外部から入力されるクロック信号を前記A/D変換部のビット数に応じて逓倍した高速クロック信号を出力する逓倍部と、
を有し、
前記A/D変換部は、
前記読み出し部から読み出される前記撮像信号を多ビットのデジタル信号に変換する変換部と、
前記逓倍部が出力した前記高速クロック信号に基づいて、前記多ビットのデジタル信号であって、パラレルのデジタル信号をシリアルのデジタル信号に変換し、該シリアルのデジタル信号を、前記ドライバを介して前記伝送ケーブルへ伝送するシリアライザと、
を有することを特徴とする請求項2に記載の撮像素子。 - 前記タイミング制御部は、
前記画素部から垂直転送線へ前記撮像信号を読み出す垂直選択部を駆動する制御信号を生成する第1タイミング制御部と、
他の機能実行部を駆動する制御信号を生成する第2タイミング制御部と、
を有し、
前記第1タイミング制御部は、前記第3チップに配置されてなり、
前記第2タイミング制御部は、前記第2チップに配置されてなることを特徴とする請求項2に記載の撮像素子。 - 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。
- 請求項13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、
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
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