(57)【要約】【課題】画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばすことができる、固体撮像装置及び電子装置を提供する。【解決手段】  画素アレイ部と、Ｄ／Ａ変換部と、カラム処理部と、を備え、画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、Ａ／Ｄ変換部が、第１の行のリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、固体撮像装置を提供する。【選択図】図１
2020088729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素アレイ部と、
Ｄ／Ａ変換部と、
カラム処理部と、を備え、
前記画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、
前記カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、
前記単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、前記単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に前記画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の行の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の行が、前記第１の行に隣接し、当該第１の行よりも１つ前の行である、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の行の前記単位画素の信号電荷を転送する期間が、当該第１の行の次の行が有する前記Ｐ相読み出し期間中まで拡大される、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の容量と、第２の容量とを備え、
前記第１の容量が、前記第１の行の前記リセットレベルの電位を蓄え、
前記第２の容量が、前記第２の行の前記リセットレベルの電位を蓄え、
前記カラム処理部が、前記第１の行の前記１水平期間内に、前記第２の行の前記Ａ／Ｄ変換された前記画素信号の電位の値から、当該第２の行の前記Ａ／Ｄ変換された前記リセットレベルの電位の値を減算処理する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記単位画素が、光電変換素子と、フローティングディフュージョンと、転送トランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタと、を備え、
前記光電変換素子が、前記単位画素で受光した光量に応じて信号電荷を生成し、
前記転送トランジスタが、前記信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送し、
前記フローティングディフュージョンが、前記信号電荷を蓄積して画素信号に変換し、
前記増幅トランジスタが、前記画素信号を増幅し、
前記選択トランジスタが、前記増幅された画素信号を選択して出力する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の行の前記単位画素が有する前記転送トランジスタがオンのとき、当該第１の行の前記単位画素が有する前記選択トランジスタをオフにして、当該第１の行の前記信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送するとともに、
前記第２の行の前記単位画素が有する前記選択トランジスタをオンにして、前記第２の行の前記画素信号の電位を前記Ａ／Ｄ変換する、請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数の単位画素が、前記フローティングディフュージョンを共有する画素群を形成し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記第１の行における前記画素群を形成する前記複数の単位画素のうち、第１の前記単位画素の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行における前記Ｄ相読み出し期間中に、前記第２の行における前記画素群を形成する前記複数の単位画素のうち、第２の前記単位画素の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の単位画素の信号電荷が転送される、請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
少なくとも２つの垂直信号線と、
少なくとも２つの前記Ａ／Ｄ変換部と、を有し、
前記列毎に前記２つの垂直信号線が設けられ、
前記列毎に前記２つの前記Ａ／Ｄ変換部が設けられ、
前記２つの垂直信号線のそれぞれが、前記複数の単位画素が配列された行毎に、交互に接続され、
前記２つのＡ／Ｄ変換部のうち一方が、第１の前記垂直信号線に接続され、
前記２つのＡ／Ｄ変換部のうち他方が、第２の前記垂直信号線に接続され、
前記一方のＡ／Ｄ変換部が、前記第１の垂直信号線を介して、前記リセットレベルの電位と前記画素信号の電位を前記Ａ／Ｄ変換するとともに、並列して、
前記他方のＡ／Ｄ変換部が、前記第２の垂直信号線を介して、前記リセットレベルの電位と前記画素信号の電位を前記Ａ／Ｄ変換する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
画素アレイ部と、
Ｄ／Ａ変換部と、
カラム処理部と、を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、
前記カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、
前記単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、前記単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に前記画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の行の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
固体撮像装置が搭載され、
前記固体撮像装置が、
画素アレイ部と、
Ｄ／Ａ変換部と、
カラム処理部と、を備え、
前記画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、
前記カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、
前記単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、前記単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に前記画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の行の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラの中心部品である固体撮像装置（イメージセンサ）の需要が、益々高まっている。例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサの固体撮像装置において、低消費電力化が検討されている。
【０００３】
また、固体撮像装置において、画素領域で生成される画素信号の読み出し動作をする際に、垂直信号線のレベルがリセットレベルに落ち着くまでのセトリング時間を短縮する技術も検討されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０９８５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、固体撮像装置は、光電変換素子であるフォトダイオードが貯めることのできる最大の信号電荷（所謂、Ｑｓとも呼ばれる。）の拡大に伴って、画素の転送期間を十分確保しなければ、転送できない信号電荷が生じることがある。
【０００６】
ここで、画素の転送期間を延ばした場合、複数の単位画素の各画素信号を一行単位で読み出す１水平期間も延びてしまい、単位画素の画素信号を高速で読み出しすることができなくなることが懸念されている。
【０００７】
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、単位画素の画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばすことができる、固体撮像装置及び電子装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、単位画素の画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばすことに成功し、本技術を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本技術では、まず、画素アレイ部と、
Ｄ／Ａ変換部と、
カラム処理部と、を備え、
前記画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、
前記カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、
前記単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、前記単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に前記画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の行の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、固体撮像装置を提供する。
【００１０】
また、本技術に係る固体撮像装置において、前記第２の行が、前記第１の行に隣接し、当該第１の行よりも１つ前の行であってもよい。
【００１１】
また、本技術に係る固体撮像装置において、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷を転送する期間が、当該第１の行の次の行が有する前記Ｐ相読み出し期間中まで拡大されるようにしてもよい。
【００１２】
また、本技術に係る固体撮像装置において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の容量と、第２の容量とを備え、
前記第１の容量が、前記第１の行の前記リセットレベルの電位を蓄え、
前記第２の容量が、前記第２の行の前記リセットレベルの電位を蓄え、
前記カラム処理部が、前記第１の行の前記１水平期間内に、前記第２の行の前記Ａ／Ｄ変換された前記画素信号の電位の値から、当該第２の行の前記Ａ／Ｄ変換された前記リセットレベルの電位の値を減算処理するようにしてもよい。
【００１３】
また、本技術に係る固体撮像装置において、前記単位画素が、光電変換素子と、フローティングディフュージョンと、転送トランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタと、を備え、
前記光電変換素子が、前記単位画素で受光した光量に応じて信号電荷を生成し、
前記転送トランジスタが、前記信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送し、
前記フローティングディフュージョンが、前記信号電荷を蓄積して画素信号に変換し、
前記増幅トランジスタが、前記画素信号を増幅し、
前記選択トランジスタが、前記増幅された画素信号を選択して出力するようにしてもよい。
【００１４】
また、本技術に係る固体撮像装置において、前記第１の行の前記単位画素が有する前記転送トランジスタがオンのとき、当該第１の行の前記単位画素が有する前記選択トランジスタをオフにして、当該第１の行の前記信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送するとともに、
前記第２の行の前記単位画素が有する前記選択トランジスタをオンにして、前記第２の行の前記画素信号の電位を前記Ａ／Ｄ変換するようにしてもよい。
【００１５】
また、本技術に係る固体撮像装置において、前記複数の単位画素が、前記フローティングディフュージョンを共有する画素群を形成し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記第１の行における前記画素群を形成する前記複数の単位画素のうち、第１の前記単位画素の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行における前記Ｄ相読み出し期間中に、前記第２の行における前記画素群を形成する前記複数の単位画素のうち、第２の前記単位画素の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の単位画素の信号電荷が転送されるようにしてもよい。
【００１６】
また、本技術に係る固体撮像装置において、少なくとも２つの垂直信号線と、
少なくとも２つの前記Ａ／Ｄ変換部と、を有し、
前記列毎に前記２つの垂直信号線が設けられ、
前記列毎に前記２つの前記Ａ／Ｄ変換部が設けられ、
前記２つの垂直信号線のそれぞれが、前記複数の単位画素が配列された行毎に、交互に接続され、
前記２つのＡ／Ｄ変換部のうち一方が、第１の前記垂直信号線に接続され、
前記２つのＡ／Ｄ変換部のうち他方が、第２の前記垂直信号線に接続され、
前記一方のＡ／Ｄ変換部が、前記第１の垂直信号線を介して、前記リセットレベルの電位と前記画素信号の電位を前記Ａ／Ｄ変換するとともに、並列して、
前記他方のＡ／Ｄ変換部が、前記第２の垂直信号線を介して、前記リセットレベルの電位と前記画素信号の電位を前記Ａ／Ｄ変換するようにしてもよい。
【００１７】
また、本技術では、画素アレイ部と、
Ｄ／Ａ変換部と、
カラム処理部と、を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、
前記カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、
前記単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、前記単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に前記画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の行の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、固体撮像装置の駆動方法を提供する。
【００１８】
また、本技術では、固体撮像装置が搭載され、
前記固体撮像装置が、画素アレイ部と、
固体撮像装置が搭載され、
前記固体撮像装置が、
画素アレイ部と、
Ｄ／Ａ変換部と、
カラム処理部と、を備え、
前記画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、
前記カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、
前記単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、前記単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に前記画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の行の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、電子機器を提供する。
【００１９】
本技術によれば、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法及び電子装置は、単位画素の画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばすことができる。なお、本技術の効果は、必ずしも上記の効果に限定されるものではなく、本技術に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの構成例を示すブロック図である。
【図２】本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの単位画素を構成する画素の構成例を示すブロック図である。
【図３】本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの画素の転送期間を拡大するための構成を示したブロック図である。
【図４】本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置の単位画素が、行毎に、Ａ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【図５】本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの画素の転送期間を拡大するための構成を示したブロック図である。
【図６】本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置の単位画素が、行毎に、Ａ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【図７】本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの構成例を示すブロック図である。
【図８】本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置の単位画素が、行毎に、Ａ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【図９】本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの構成例を示すブロック図である。
【図１０】本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置の３つの画素群が、行毎に、Ａ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【図１１】本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの構成例を示すブロック図である。
【図１２】本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置の６つの単位画素が、行毎に、並列してＡ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【図１３】本技術を適用した第１乃至第３の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。
【図１４】本技術を適用した電子装置の一例の機能ブロック図である。
【図１５】手術室システムの全体構成を概略的に示す図である。
【図１６】集中操作パネルにおける操作画面の表示例を示す図である。
【図１７】手術室システムが適用された手術の様子の一例を示す図である。
【図１８】図１７に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図１９】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２０】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【図２１】従来の固体撮像装置における単位画素の画素回路の構成と、カラム処理部の構成とを示した説明図である。
【図２２】従来の固体撮像装置において、３つの単位画素が、行毎に、Ａ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。
【００２２】
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本技術の概要
２．第１の実施形態（固体撮像装置の例１）
３．第２の実施形態（固体撮像装置の例２）
４．第３の実施形態（固体撮像装置の例３）
５．第４の実施形態（固体撮像装置の例４）
６．第５の実施形態（固体撮像装置の例５）
７．電子機器に関する第６の実施形態
８．本技術を適用した固体撮像装置の使用例
９．手術システムへの応用例
１０．移動体への応用例
【００２３】
＜１．本技術の概要＞
まず、本技術の概要について説明する。本技術は、固体撮像装置における単位画素の転送期間に関するものである。本技術によれば、単位画素の画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばす（拡大）ことができる。
【００２４】
従来、固体撮像装置における単位画素の転送は、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素が配列された行毎に、１水平期間内に行われていた。１水平期間は、Ｐ相読み出し期間と、Ｄ相読み出し期間とを有し、単位画素の画素信号の信号成分を読み出す期間となっている。また、Ｐ相読み出し期間は、単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出す期間であり、Ｄ相読み出し期間は、単位画素が出力する画素信号の電位を読み出す期間である。
【００２５】
図２１に、従来の固体撮像装置における単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ及び単位画素４１ｃの構成と、カラム処理部１７ｐの構成とを示す。図２１は、従来の固体撮像装置における単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ及び単位画素４１ｃの構成と、カラム処理部の構成とを示した説明図である。
【００２６】
図２１に示すように、固体撮像装置１０ｐは、３つの単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃ）と、垂直信号線１３と、定電流源回路１５と、Ｄ／Ａ変換部１６と、カラム処理部１７ｐと、を備えて構成されている。
【００２７】
固体撮像装置１０ｐは、複数の単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃを含む）が、行方向及び列方向に配列されている。また、複数の単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃを含む）に対応して、列毎に垂直信号線１３が配されている。なお、図２１では、３つの単位画素が列方向に配列されている。
【００２８】
単位画素４１ａは、フォトダイオードＰＤ１と、フローティングディフュージョンＦＤ１と、転送トランジスタ３１ａと、リセットトランジスタ３２ａ、増幅トランジスタ３３ａと、選択トランジスタ３４ａと、を有している。
【００２９】
フォトダイードＰＤ１は、単位画素４１ａで受光した光量に応じた信号電荷を生成する。転送トランジスタ３１ａは、信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ１に転送する。フローティングディフュージョンＦＤ１は、信号電荷を蓄積して画素信号に変換する。リセットトランジスタ３２ａは、フローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積された信号電荷をリセットする。増幅トランジスタ３３ａは、画素信号を増幅する。選択トランジスタ３４ａは、増幅された画素信号を選択して出力する。
【００３０】
単位画素４１ｂは、フォトダイオードＰＤ２と、フローティングディフュージョンＦＤ２と、転送トランジスタ３１ｂと、リセットトランジスタ３２ｂ、増幅トランジスタ３３ｂと、選択トランジスタ３４ｂと、を有している。
【００３１】
フォトダイードＰＤ２は、単位画素４１ｂで受光した光量に応じた信号電荷を生成する。転送トランジスタ３１ｂは、信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に転送する。フローティングディフュージョンＦＤ２は、信号電荷を蓄積して画素信号に変換する。リセットトランジスタ３２ｂは、フローティングディフュージョンＦＤ２に蓄積された信号電荷をリセットする。増幅トランジスタ３３ｂは、画素信号を増幅する。選択トランジスタ３４ｂは、増幅された画素信号を選択して出力する。
【００３２】
単位画素４１ｃは、フォトダイオードＰＤ３と、フローティングディフュージョンＦＤ３と、転送トランジスタ３１ｃと、リセットトランジスタ３２ｃ、増幅トランジスタ３３ｃと、選択トランジスタ３４ｃと、を有している。
【００３３】
フォトダイードＰＤ３は、単位画素４１ｃで受光した光量に応じた信号電荷を生成する。転送トランジスタ３１ｃは、信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ３に転送する。フローティングディフュージョンＦＤ３は、信号電荷を蓄積して画素信号に変換する。リセットトランジスタ３２ｃは、フローティングディフュージョンＦＤ３に蓄積された信号電荷をリセットする。増幅トランジスタ３３ｃは、画素信号を増幅する。選択トランジスタ３４ｃは、増幅された画素信号を選択して出力する。
【００３４】
定電流源回路１５は、列毎に対応した負荷ＭＯＳ回路を有している。垂直信号線１３には、負荷ＭＯＳ回路の負荷素子としての負荷ＭＯＳトランジスタが接続される。
【００３５】
Ｄ／Ａ変換部１６は、カラム処理部１７ｐに所定のランプ信号を供給する。
【００３６】
カラム処理部１７ｐは、列毎に対応したＡ／Ｄ（Analog To Digital）変換部３８ｐを有している。Ａ／Ｄ変換部３８ｐは、コンパレータ３３と、キャパシタＣＣ１、キャパシタＣＣ２とを有している。
【００３７】
コンパレータ３３は、垂直信号線１３に転送される画素信号の電位と、Ｄ／Ａ変換部１６から供給されるランプ信号のランプ電圧値とを比較する。
【００３８】
キャパシタＣＣ１は、単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃのそれぞれのＰ相読み出し期間（リセット期間）のリセットレベルの電位を蓄える。キャパシタＣＣ２は、Ｄ／Ａ変換部１６におけるＰ相読み出し期間（リセット期間）のリセットレベルの電位を蓄える。
【００３９】
図２２に、３つの単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換される駆動方法を示す。図２２は、３つの単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【００４０】
図２２に示すように、従来の固体撮像装置１０ｐにおける単位画素の転送は、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、単位画素４１ｃの３つを含む）が配列された行毎に、１水平期間（１Ｈ期間）内に行われていた。
【００４１】
図２２では、Ａ／Ｄ変換部３８ｐは、単位画素４１ａについて、１Ｈ期間内において、Ｐ相読み出し期間中に単位画素４１ａのリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換し、Ｄ相読み出し期間中に単位画素４１ａが出力する画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換する。そして、カラム処理部１７ｐは、Ａ／Ｄ変換された単位画素４１ａの画素信号の電位の値から、Ａ／Ｄ変換されたリセットレベルの電位の値を減算処理することにより、単位画素４１ａの画素信号の信号成分を読み出していた。
【００４２】
また、Ａ／Ｄ変換部３８ｐは、単位画素４１ｂについて、２Ｈ期間内において、Ｐ相読み出し期間中に単位画素４１ｂのリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換し、Ｄ相読み出し期間中に単位画素４１ｂが出力する画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換する。そして、カラム処理部１７ｐは、Ａ／Ｄ変換された単位画素４１ｂの画素信号の電位の値から、Ａ／Ｄ変換されたリセットレベルの電位の値を減算処理することにより、単位画素４１ｂの画素信号の信号成分を読み出していた。
【００４３】
また、Ａ／Ｄ変換部３８ｐは、単位画素４１ｃについて、３Ｈ期間内において、Ｐ相読み出し期間中に単位画素４１ｃのリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換し、Ｄ相読み出し期間中に単位画素４１ｃが出力する画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換する。そして、カラム処理部１７ｐは、Ａ／Ｄ変換された単位画素４１ｃの画素信号の電位の値から、Ａ／Ｄ変換されたリセットレベルの電位の値を減算処理することにより、単位画素４１ｃの画素信号の画素信号を読み出していた。
【００４４】
ここで、近年、フォトダイオードが貯めることができる信号電荷が大きくなりつつあり、単位画素の信号電荷を確実にそれぞれのフローティングディフュージョンに転送するためには、画素の転送期間を確保する必要がある。
【００４５】
しかしながら、単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、単位画素４１ｃのそれぞれの転送期間を長くすると、画素の読み出し期間である１水平期間（１Ｈ期間）が長くなり、画素信号を高速で読み出すことができなくなることがある。
【００４６】
本技術によれば、単位画素の画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばすことができる。
【００４７】
＜２．第１の実施形態（固体撮像装置の例１）＞
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置は、画素アレイ部と、Ｄ／Ａ変換部と、カラム処理部と、を備え、画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、カラム処理部が、列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、Ａ／Ｄ変換部が、第１の行のリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行のＤ相読み出し期間中に、第２の行の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、第１の行の単位画素の信号電荷が転送される、固体撮像装置である。
【００４８】
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置によれば、単位画素の画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばすことができる。
【００４９】
［第１の実施形態の固体撮像装置の全体構成］
図１に、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１０を示す。図１は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサの構成例を示すブロック図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図１中の上方向を意味し、「右」とは、図１中の右方向を意味するものとする。また、従来の固体撮像装置と同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
【００５０】
図１に示す固体撮像装置１０は、被写体を撮像し、撮像画像のデジタルデータを得る撮像装置である。なお、本明細書においては、ＣＭＯＳイメージセンサを例に説明する。
【００５１】
図１に示すように、固体撮像装置１０は、画素アレイ部１１、画素駆動線１２、垂直信号線１３、垂直駆動部１４、定電流源回路１５、Ｄ／Ａ変換部１６、カラム処理部１７、水平駆動部１８、システム制御部１９、信号処理部２０及びメモリ部２１を備えている。
【００５２】
画素アレイ部１１は、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有している。複数の単位画素のそれぞれは、例えば、フォトダイオードなどの光電変換素子を有し、光電変換素子が、単位画素に入射された光の光量に応じて信号電荷に変換する。また、画素アレイ部１１には、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素が配列された行毎に画素駆動線１２が形成され、複数の単位画素に対応して列毎に垂直信号線１３が形成される。
【００５３】
垂直駆動部１４は、シフトレジスタ及びアドレスデコーダなどによって構成される。垂直駆動部１４は、画素アレイ部１１が有する各単位画素を行単位で駆動する。垂直駆動部１４が有する出力端には、画素駆動線１２の一端が接続される。垂直駆動部１４は、一般的には、読み出し走査系及び掃き出し走査系の２つの走査系を有し、ある行の単位画素の読み出し動作と、他の行の単位画素のリセット動作を行毎に順次走査する。
【００５４】
読み出し走査系は、各単位画素からの画素信号を行毎（行単位）で順に読み出すようになっている。まず、垂直駆動部１４は、各行を順に選択する。そして、選択された行は、画素駆動線１２と接続する出力端から、選択信号、転送信号等を出力する。これにより、読み出し走査系により選択された行の単位画素は、リセットレベル信号の読み出し、及び光電変換素子に蓄積された信号電荷を画素信号としての読み出しからなる読み出し動作を行う。読み出されたリセットレベル信号や画素信号は、垂直信号線１３を介してカラム処理部１７に供給される。 
【００５５】
定電流源回路１５は、列毎に対応した負荷ＭＯＳ回路を有している。垂直信号線１３には、負荷ＭＯＳ回路の負荷素子としての負荷ＭＯＳトランジスタが接続される。負荷ＭＯＳ回路は、画素アレイ部１１の各画素の増幅トランジスタとソースフォロワ回路を構成する。
【００５６】
Ｄ／Ａ変換部１６は、カラム処理部１７に所定のランプ信号を供給する。
【００５７】
カラム処理部１７は、列毎に対応したＡ／Ｄ（Analog To Digital）変換部を有している。Ａ／Ｄ変換部は、コンパレータ等を有している。カラム処理部１７は、１水平期間に１行毎に画素信号の信号成分を読み出す。また、１水平期間は、Ｐ相読み出し期間と、Ｄ相読み出し期間とを有している。Ｐ相読み出し期間は、単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出す期間である。Ｄ相読み出し期間は、単位画素が出力する画素信号の電位を読み出す期間である。
【００５８】
カラム処理部１７は、第１の行のリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行のＤ相読み出し期間中に、第２の行の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、第１の行の単位画素の信号電荷が転送される。
【００５９】
水平駆動部１８は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成される。水平駆動部１８は、カラム処理部１７が有するＡ／Ｄ変換部を順番に選択する。水平駆動部１８による選択走査により、カラム処理部１７が有する各Ａ／Ｄ変換部で保持されている画素信号のデジタルデータが、順番に画素データとして信号処理部２０に出力される。
【００６０】
システム制御部１９は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成される。システム制御部１９は、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部１４、Ｄ／Ａ変換部１６、カラム処理部１７、及び水平駆動部１８を制御する。
【００６１】
信号処理部２０は、少なくとも加算処理機能を有する。信号処理部２０は、カラム処理部１７から出力される画素データごとに、加算処理等の種々の信号処理を行う。このとき、信号処理部２０は、必要に応じて、信号処理の途中結果などをメモリ部２１に格納し、必要なタイミングで参照する。そして、信号処理部２０は、信号処理後の画像データをメモリ部２１や、固体撮像装置１０の外部に出力する。なお、加算処理は、主としてノイズ除去の目的で実行される。また、加算処理以外の処理としては、黒レベルを調整したり列毎のバラつきを補正する処理がなされることもある。
【００６２】
メモリ部２１は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）などにより構成される。
【００６３】
［第１の実施形態の固体撮像装置における画素回路の構成例］
図２に、画素領域１１の単位画素４１を構成する画素回路の構成例を示す。図２は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの単位画素４１を構成する画素回路の構成例を示すブロック図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図２中の上方向を意味し、「右」とは、図２中の右方向を意味するものとする。また、従来の単位画素と同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
【００６４】
図２に示すように、単位画素４１は、フォトダイオード４２、転送トランジスタ４３、リセットトランジスタ４４、増幅トランジスタ４５、及び選択トランジスタ４６を有する。
【００６５】
フォトダイオード４２は、単位画素４１で受光した光量に応じた信号電荷を生成する。フォトダイオード４２のアノード電極は、画素領域のグランド（画素グランド）に接続され、カソード電極は、転送トランジスタ４３を介してフローティングディフュージョン（ＦＤ）に接続される。
【００６６】
転送トランジスタ４３は、フォトダイオード４２からの信号電荷の読み出し（転送）を制御する。転送トランジスタ４３は、ドレイン電極がフローティングディフュージョン（ＦＤ）に接続され、ソース電極がフォトダイオード４２のカソード電極に接続される。また、転送トランジスタ４３のゲート電極には、垂直駆動部１４から制御信号ＴＲＧが供給される。制御信号ＴＲＧ（即ち、転送トランジスタ４３のゲート電位）がオフ状態のとき、フォトダイオード４２からの信号電荷の読み出しが行われない（フォトダイオード４２において、信号電荷が蓄積される）。制御信号ＴＲＧ（即ち、転送トランジスタ４３のゲート電位）がオン状態のとき、フォトダイオード４２に蓄積された信号電荷が読み出され、フローティングディフュージョン（ＦＤ）に供給される。
【００６７】
リセットトランジスタ４４は、フローティングディフュージョン（ＦＤ）の電位をリセットする。リセットトランジスタ４４は、ドレイン電極が電源電位に接続され、ソース電極がフローティングディフュージョン（ＦＤ）に接続される。また、リセットトランジスタ４４のゲート電極には、垂直駆動部１４から制御信号ＲＳＴが供給される。制御信号ＲＳＴ（即ち、リセットトランジスタ４４のゲート電位）がオフ状態のとき、フローティングディフュージョン（ＦＤ）は、電源電位と切り離されている。制御信号ＲＳＴ（即ち、リセットトランジスタ４４のゲート電位）がオン状態のとき、フローティングディフュージョン（ＦＤ）の電荷が電源電位に捨てられ、フローティングディフュージョン（ＦＤ）がリセットされる。なお、フローティングディフュージョン（ＦＤ）は、信号電荷を画素信号に変換する。
【００６８】
増幅トランジスタ４５は、フローティングディフュージョン（ＦＤ）が有する画素信号を増幅し、電気信号（アナログ信号）として出力する。増幅トランジスタ４５は、ゲート電極がフローティングディフュージョン（ＦＤ）に接続され、ドレイン電極が電源電位に接続され、ソース電極が選択トランジスタ４６のドレイン電極に接続されている。例えば、増幅トランジスタ４５は、リセットトランジスタ４４によってリセットされたフローティングディフュージョン（ＦＤ）の電位をリセット信号（リセットレベル）として選択トランジスタ４６に出力する。また、増幅トランジスタ１６４は、転送トランジスタ４３によって信号電荷が転送されたフローティングディフュージョン（ＦＤ）の電位を光蓄積信号（信号レベル）として選択トランジスタ４６に出力する。
【００６９】
また、増幅トランジスタ４５は、列毎に対応する負荷ＭＯＳ回路とソースフォロワ回路を構成する。
【００７０】
選択トランジスタ４６は、増幅トランジスタ４５から供給される電気信号の垂直信号線１３への出力を制御する。選択トランジスタ４６は、ドレイン電極が増幅トランジスタ４５のソース電極に接続され、ソース電極が垂直信号線１３に接続されている。また、選択トランジスタ４６のゲート電極には、垂直駆動部１４から制御信号ＳＥＬが供給される。制御信号ＳＥＬ（即ち、選択トランジスタ４６のゲート電位）がオフ状態のとき、増幅トランジスタ４５と垂直信号線１３は電気的に切り離されている。
【００７１】
したがって、制御信号ＳＥＬがオフ状態のとき、単位画素４１から画素信号が出力されない。制御信号ＳＥＬ（即ち、選択トランジスタ４６のゲート電位）がオン状態のとき、単位画素４１が選択状態となる。つまり、増幅トランジスタ４５と垂直信号線１３が電気的に接続され、増幅トランジスタ４５から出力される画素信号が、単位画素４１の画素信号として垂直信号線１３に供給される。即ち、単位画素４１から画素信号が読み出される。
【００７２】
なお、単位画素４１の構成は任意であり、図２に限定されるものではない。例えば、転送トランジスタ４３が省略されていてもよい。また、１単位画素当たりの画素数は任意であり、図２のように１画素であってもよいし、複数画素であってもよい。なお、本明細書では、フォトダイオード１つにつき１画素を構成し、これを単位画素とし、また、複数の単位画素を画素群とする。
【００７３】
［第１の実施形態の固体撮像装置の画素回路の駆動］
図３及び図４を用いて、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１０の画素回路の駆動について説明する。なお、上述した同一の部材には、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
【００７４】
図３に、単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ及び単位画素４１ｃの構成とカラム処理部１７の構成とを示す。図３は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの画素の転送期間を拡大するための構成を示したブロック図である。
【００７５】
図３に示すように、固体撮像装置１０は、３つの単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ及び単位画素４１ｃ）と、垂直信号線１３と、定電流源回路１５と、Ｄ／Ａ変換部１６と、カラム処理部１７と、を備えて構成されている。
【００７６】
固体撮像装置１０は、複数の単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃを含む）が、行方向（図３中の左右方向）及び列方向（図３中の上下方向）に配列されている。また、複数の単位画素（３つの単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃを含む）に対応して、列毎に垂直信号線１３が配されている。なお、図３では、３つの単位画素が列方向（図３中の上下方向）に配列されている。
【００７７】
カラム処理部１７は、列毎に対応するＡ／Ｄ（Analog To Digital）変換部３８を有している。Ａ／Ｄ変換部３８は、コンパレータ３３と、第１の容量であるキャパシタＣＯ１と、第２の容量であるキャパシタＣＥ１と、第１の容量であるキャパシタＣＯ２と、第２の容量であるキャパシタＣＥ２とを有している。
【００７８】
コンパレータ３３は、垂直信号線１３に転送される画素信号の電位と、Ｄ／Ａ変換部１６から供給されるランプ信号のランプ電圧値とを比較する。
【００７９】
キャパシタＣＯ１は、複数の単位画素４１が配列された奇数行の単位画素４１ａ、単位画素４１ｃのそれぞれのリセットレベルの電位を蓄える。キャパシタＣＥ１は、複数の単位画素４１が配列された偶数行の単位画素４１ｂのリセットレベルの電位を蓄える。
【００８０】
キャパシタＣＯ２及びキャパシタＣＥ２は、キャパシタＣＯ１及びキャパシタＣＥ１とのレイアウトの特性を揃えるために、それぞれ設けられる。
【００８１】
図４に、第１実施形態の固体撮像装置の３つの単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換される駆動方法を示す。図４は、本技術に係る第１実施形態の固体撮像装置の３つの単位画素４１（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【００８２】
固体撮像装置１０は、３つの単位画素４１を、行毎にＡ／Ｄ変換するようになっており、１行ごとに画素信号の信号成分をＡ／Ｄ変換する。また、固体撮像装置１０が、行毎に画素信号の信号成分をＡ／Ｄ変換する期間を１水平期間（１Ｈ期間）とする。
【００８３】
まず、固体撮像装置１０は、１水平期間の順番に、１Ｈ期間、２Ｈ期間、３Ｈ期間・・・と、行毎に、単位画素４１の画素信号の信号成分を読み出すようになっている。
【００８４】
ここで、従来は、１Ｈ期間において、第１の行の単位画素４１ａの画素信号の信号成分を読み出し、次に、２Ｈ期間において、第２の行の単位画素４１ｂの画素信号の信号成分を読み出し、そして、３Ｈ期間において、第３の行の単位画素４１ｃの画素信号の信号成分を読み出すようになっていた。
【００８５】
これに対し、本実施の形態に係る第１の実施形態では、１Ｈ期間中において、所定の行の単位画素４１の信号電荷の転送と、他の行の単位画素４１の画素信号の信号成分の読み出しとを、それぞれ行うようになっている。例えば、２Ｈ期間中において、先に転送された単位画素４１ａの画素信号の信号成分を読み出しながら、その２Ｈ期間中に対応する行の単位画素４１ｂの信号電荷を転送する。
【００８６】
そして、次の３Ｈ期間中では、２Ｈ期間で転送した単位画素４１ｂの画素信号の信号成分を読み出しながら、その３Ｈ期間に対応する行の単位画素４１ｃの信号電荷を転送するようになっている。
【００８７】
なお、転送する信号電荷の単位画素４１と、信号成分を読み出す単位画素４１は、隣り合う必要はなく、所定の行の単位画素４１の画素信号の信号成分を読み出しながら、異なる行の単位画素４１の信号電荷を転送することができる。ここでは、一例として、画素信号の信号成分を読み出している行（第２の行）が、単位画素４１の信号電荷を転送している行（第１の行）に隣接し、かつ、第１の行よりも１つ前の行として、説明する。
【００８８】
図４の１Ｈ期間中において、単位画素４１ａは、Ｐ相読み出し期間に制御信号ＳＥＬ１がオンになるためリセットレベルの電位が読み出され、リセットレベルの電位がＡ／Ｄ変換される（ＰＩＸ１＿Ｐ）。そして、Ａ／Ｄ変換されたリセットレベルのデジタル信号は、アナログ的なノイズ成分（例えば、ｋＴ／Ｃノイズ）とともに、カラム処理部１７内のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられる。
【００８９】
そして、固体撮像装置１０は、１Ｈ期間のＤ相読み出し期間になると、制御信号ＴＲＧ１がオンになるとともに、制御信号ＳＥＬ１がオフとなる。このため、単位画素４１ａは、単位画素４１ａの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に転送される。
【００９０】
図４の２Ｈ期間中において、単位画素４１ｂは、Ｐ相読み出し期間に制御信号ＳＥＬ２がオンになるためリセットレベルの電位が読み出され、リセットレベルの電位がＡ／Ｄ変換される（ＰＩＸ２＿Ｐ）。そして、Ａ／Ｄ変換されたリセットレベルのデジタル信号は、アナログ的なノイズ成分（例えば、ｋＴ／Ｃノイズ）とともに、カラム処理部１７内の、１Ｈ期間中に蓄えられるデジタルメモリとは別のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられる。
【００９１】
そして、固体撮像装置１０は、２Ｈ期間のＤ相読み出し期間になると、制御信号ＴＲＧ２がオンになるとともに、制御信号ＳＥＬ２がオフとなる。このため、単位画素４１ｂは、単位画素４１ｂの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に転送される。また、制御信号ＳＥＬ１がオンになるため、Ａ／Ｄ変換部３８は、単位画素４１ａの画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換する（ＰＩＸ１＿Ｄ）。
【００９２】
この場合、カラム処理部１７は、２Ｈ期間のＤ相読み出し期間内に、単位画素４１ａの画素信号がＡ／Ｄ変換された値（ＰＩＸ１＿Ｄ）から、カラム処理部１７内のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられた単位画素４１ａのＡ／Ｄ変換されたリセットレベルの値（ＰＩＸ１＿Ｐ）を減算処理（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）する。
【００９３】
これにより、固体撮像装置１０は、２Ｈ期間内において、単位画素４１ａの画素信号の信号成分を読み出すともに、単位画素４１ｂの信号電荷の転送を行うことができるので、単位画素４１ａの画素信号の信号成分を高速で読み出しながら、単位画素４１ｂの転送期間を延ばすことができる。
【００９４】
また、図４の３Ｈ期間中において、単位画素４１ｃは、Ｐ相読み出し期間に制御信号ＳＥＬ３がオンになるためリセットレベルの電位が読み出され、リセットレベルの電位がＡ／Ｄ変換される（ＰＩＸ３＿Ｐ）。そして、Ａ／Ｄ変換されたリセットレベルのデジタル信号は、アナログ的なノイズ成分（例えば、ｋＴ／Ｃノイズ）とともに、カラム処理部１７内のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられる。
【００９５】
そして、固体撮像装置１０は、３Ｈ期間のＤ相読み出し期間になると、制御信号ＴＲＧ３がオンになるとともに、制御信号ＳＥＬ３がオフとなる。このため、単位画素４１ｃは、単位画素４１ｃの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ３に転送される。また、制御信号ＳＥＬ２がオンになるため、Ａ／Ｄ変換部３８は、単位画素４１ｂの画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換する（ＰＩＸ２＿Ｄ）。
【００９６】
この場合、カラム処理部１７は、３Ｈ期間のＤ相読み出し期間内に、単位画素４１ｂの画素信号がＡ／Ｄ変換された値（ＰＩＸ２＿Ｄ）から、カラム処理部１７内のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられた単位画素４１ｂのＡ／Ｄ変換されたリセットレベルの値（ＰＩＸ２＿Ｐ）を減算処理（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）する。
【００９７】
これにより、固体撮像装置１０は、３Ｈ期間内において、単位画素４１ｂの画素信号の信号成分を読み出すともに、単位画素４１ｃの信号電荷の転送を行うことができるので、単位画素４１ｂの画素信号を高速で読み出しながら、単位画素４１ｃの転送期間を延ばすことができる。
【００９８】
なお、Ａ／Ｄ変換期間と単位画素４１の信号電荷の転送期間は、制御信号ＳＥＬで切り替えられているため、固体撮像装置１０は、３Ｈ期間中のＤ相読み出し期間を単位画素４１ｃの信号電荷を転送する期間とすることができる。これにより、単位画素４１ｃの信号電荷を転送する期間を拡大することができる。
【００９９】
以上説明したように、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１０は、画素アレイ部１１と、Ｄ／Ａ変換部１６と、カラム処理部１７と、を備えている。画素アレイ部１１が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素４１を有し、カラム処理部１７が、列毎に対応したＡ／Ｄ変換部３８を有し、Ａ／Ｄ変換部３８が、コンパレータ３３を有している。
【０１００】
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１０は、Ａ／Ｄ変換部３８が、第１の行のリセットレベルの電位（例えば、単位画素４１ｂ）を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行のＤ相読み出し期間中に、第２の行の画素信号の電位（例えば、単位画素４１ａ）を読み出してＡ／Ｄ変換し、第１の行の単位画素の信号電荷（例えば、単位画素４１ｂ）を転送することができる。
【０１０１】
これにより、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１０は、単位画素４１の画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばすことができる。
【０１０２】
＜３．第２の実施形態（固体撮像装置の例２）＞
本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置において、第１の行の単位画素の信号電荷を転送する期間が、当該第１の行の次の行が有するＰ相読み出し期間中まで拡大される、固体撮像装置である。
【０１０３】
本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置によれば、第１の実施形態の固体撮像装置よりも更に、画素の転送期間を延ばすことができる。
【０１０４】
図５を用いて、本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置１０ａの動作について説明する。
【０１０５】
図５に、固体撮像装置１０の構成要素を示したブロック図を示す。図５は、図３に示した本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサのブロック図と同一である。第２の実施形態の固体撮像装置が、第１の実施形態の固体撮像装置と異なる点は、制御信号ＴＲＧのタイミングである。よって、タイミングチャートを用いて説明する。
【０１０６】
図６に、本技術を適用した第２実施形態の固体撮像装置の３つの単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換される駆動方法を示す。図６は、本技術に係る第１実施形態の固体撮像装置の３つの単位画素４１（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【０１０７】
図６に示す第２の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートが、図４に示す第１の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートと異なる点は、制御信号ＴＲＧの期間が拡大されている点である。
【０１０８】
図６に示すように、単位画素４１ａでは、制御信号ＴＲＧ１が、１Ｈ期間を超え、次の２Ｈ期間のＰ相読み出し期間の一部と重なっている。単位画素４１ｂでは、制御信号ＴＲＧ２が、２Ｈ期間を超え、次の３Ｈ期間のＰ相読み出し期間の一部と重なっている。単位画素４１ｃでは、制御信号ＴＲＧ３が、３Ｈ期間を超え、次の行のＰ相読み出し期間の一部と重なっている。
【０１０９】
このように、本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置では、第１の行の単位画素４１の信号電荷を転送する期間を当該第１の行の次の行が有するＰ相読み出し期間中まで拡大することができるので、単位画素の画素信号を高速で読み出しながら、画素の転送期間を延ばす（拡大する）ことができる。
【０１１０】
＜４．第３の実施形態（固体撮像装置の例３）＞
本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置において、第１の行の単位画素が有する転送トランジスタがオンのとき、当該第１の行の単位画素が有する選択トランジスタをオフにして、当該第１の行の信号電荷をフローティングディフュージョンに転送するとともに、第２の行の単位画素が有する選択トランジスタをオンにして、第２の行の画素信号の電位をＡ／Ｄ変換する、固体撮像装置である。
【０１１１】
本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置によれば、単位画素４１から垂直信号線１３へ画素信号を読み出す際、垂直信号線１３の電位のセトリング時間を短縮することができる。しかも、特に、定電流源回路１５の電流量を増やさなくてもセトリング時間を短縮することができるため、読み出し速度の高速化を図ることができる。
【０１１２】
また、セトリング時間を短縮することができるので、読み出し時間に余裕があるときは、定電流源回路１５の電流量を減らすことができ、低消費電力化を図ることができる。
【０１１３】
図７を用いて、第３の実施形態の固体撮像装置の動作について説明する。
【０１１４】
図７に、本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１０ａを示す。図７は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの構成例を示すブロック図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図７中の上方向を意味し、「右」とは、図７中の右方向を意味するものとする。また、上述した固体撮像装置と同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
【０１１５】
第３の実施形態の固体撮像装置１０ａが、第１の実施形態の固体撮像装置１０と異なる点は、Ａ／Ｄ変換部３８ａが、キャパシタＣＯ２、キャパシタＣＥ２の代わりに、キャパシタＣ３を備えている点である。
【０１１６】
キャパシタＣ３は、図７で示したキャパシタＣＣ２と同一の機能を有している。即ち、キャパシタＣ３は、Ｄ／Ａ変換部１６におけるＰ相読み出し期間（リセット期間）のリセットレベルの電位を蓄える。
【０１１７】
第１の実施形態では、固体撮像装置１０は、垂直信号線１３のキャパシタとＤ／Ａ変換部１６のキャパシタのそれぞれに対して、信号をサンプリングする際に発生するフィードスルーノイズを相殺するためには機能上は必要ではないが、レイアウトの特性を揃えるために、キャパシタＣＯ２と、キャパシタＣＥ２とを有している。
【０１１８】
これに対し、第３の実施形態に係る固体撮像装置１０ａは、Ｄ／Ａ変換部１６にフィードスルーキャンセル機構を設けることにより、キャパシタＣＯ２及びキャパシタＣＥ２を不要としている。
【０１１９】
なお、Ｄ／Ａ変換部１６は、例えば、ランプ信号のオフセット調整機能を設けることでもフィードスルーノイズをキャンセルし、キャパシタＣＯ２及びキャパシタＣＥ２を不要とすることができる。
【０１２０】
図８に、本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像装置の３つの単位画素（単位画素４１ａ、単位画素４１ｂ、及び単位画素４１ｃ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換される駆動方法を示す。
【０１２１】
第３の実施形態に係る垂直信号線１３の駆動方法について、図８のタイミングチャートと、図６を参照しながら説明する。
【０１２２】
垂直駆動部１４は、１Ｈ期間において、単位画素４１ａのＤ相読み出し期間内に制御信号ＳＥＬ１を“Ｌ”にして、選択トランジスタ３４ａを“オフ状態”にする。これと同時に、転送トランジスタＴＲＧ１を“オン”にして、フォトダイードＰＤ１の信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ１に転送する。
【０１２３】
このため、転送トランジスタＴＲＧ１が、“オン”によるＤ相読み出し期間であっても、フローティングディフュージョンＦＤ１と垂直信号線１３との間が、電気的に遮断されている。これにより、単位画素４１ａの画素信号の１Ｈ期間のＤ相読み出し期間であっても、フローティングディフュージョンＦＤ１の電位が変動しても垂直信号線１３の電位に影響を与えないため、図８に示すように、垂直信号線１３の電位（信号電圧）を一定に保つことができる。
【０１２４】
同様に、垂直駆動部１４は、２Ｈ期間において、単位画素４１ｂのＤ相読み出し期間内に制御信号ＳＥＬ２を“Ｌ”にして、選択トランジスタ３４ｂを“オフ状態”にする。これと同時に、転送トランジスタＴＲＧ２を“オン”にして、フォトダイードＰＤ２の信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に転送する。
【０１２５】
このため、転送トランジスタＴＲＧ２が、“オン”によるＤ相読み出し期間であっても、フローティングディフュージョンＦＤ２と垂直信号線１３との間が、電気的に遮断されている。これにより、単位画素４１ｂの画素信号の２Ｈ期間のＤ相読み出し期間であっても、フローティングディフュージョンＦＤ２の電位が変動しても垂直信号線１３の電位に影響を与えないため、図８に示すように、垂直信号線１３の電位（信号電圧）を一定に保つことができる。
【０１２６】
同様に、垂直駆動部１４は、３Ｈ期間において、単位画素４１ｃのＤ相読み出し期間内に制御信号ＳＥＬ３を“Ｌ”にして、選択トランジスタ３４ｃを“オフ状態”にする。これと同時に、転送トランジスタＴＲＧ３を“オン”にして、フォトダイードＰＤ３の信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ３に転送する。
【０１２７】
このため、転送トランジスタＴＲＧ３が、“オン”によるＤ相読み出し期間であっても、フローティングディフュージョンＦＤ３と垂直信号線１３との間が、電気的に遮断されている。これにより、単位画素４１ｃの画素信号の３Ｈ期間のＤ相読み出し期間であっても、フローティングディフュージョンＦＤ３の電位が変動しても垂直信号線１３の電位に影響を与えないため、図８に示すように、垂直信号線１３の電位（信号電圧）を一定に保つことができる。
【０１２８】
本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置によれば、単位画素４１から垂直信号線１３へ画素信号を読み出す際、垂直信号線１３の電位のセトリング時間を短縮することができる。しかも、特に、定電流源回路１５の電流量を増やさなくてもセトリング時間を短縮することができるため、読み出し速度の高速化を図ることができる。
【０１２９】
＜５．第４の実施形態（固体撮像装置の例４）＞
本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置において、複数の単位画素が、フローティングディフュージョンを共有する画素群を形成し、Ａ／Ｄ変換部が、第１の行における画素群を形成する複数の単位画素のうち、第１の単位画素のリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行におけるＤ相読み出し期間中に、第２の行における画素群を形成する複数の単位画素のうち、第２の単位画素の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、第１の単位画素の信号電荷が転送される、固体撮像装置である。
【０１３０】
本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置によれば、１つのフローティングディフュージョンに対して複数の単位画素を共有する画素群を形成する場合でも適用することができるので、画素群を形成する複数の単位画素のそれぞれの画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばすことができる。
【０１３１】
図９を用いて、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置１０ｂの構成について説明する。
【０１３２】
図９に、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１０ｂを示す。図９は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの構成例を示すブロック図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図９中の上方向を意味し、「右」とは、図９中の右方向を意味するものとする。また、上述した固体撮像装置と同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
【０１３３】
第４の実施形態の固体撮像装置１０ｂが、第１の実施形態の固体撮像装置１０と異なる点は、複数の単位画素４１が、フローティングディフュージョンＦＤを共有する画素群を形成している点である。一例として、画素群は、フローティングディフュージョンを共有する４つの単位画素４１により形成されるものとする。
【０１３４】
図９に示すように、固体撮像装置１０ｂは、３つの画素群（画素群４１ａａ、画素群４１ｂｂ及び画素群４１ｃｃ）と、垂直信号線１３と、定電流源回路１５と、Ｄ／Ａ変換部１６と、カラム処理部１７と、を備えて構成されている。固体撮像装置１０ｂは、複数の画素群（画素群４１ａａ、画素群４１ｂｂ、及び画素群４１ｃｃを含む）が、行方向（図９中の左右方向）及び列方向（図９中の上下方向）に配列されている。なお、図９では、３つの画素群が列方向（図９中の上下方向）に配列されている。
【０１３５】
画素群４１ａａは、フォトダイオードＰＤ１１と、フォトダイオードＰＤ１２と、フォトダイオードＰＤ１３と、フォトダイオードＰＤ１４と、フローティングディフュージョンＦＤ１と、転送トランジスタ３１ａ１と、転送トランジスタ３１ａ２と、転送トランジスタ３１ａ３と、転送トランジスタ３１ａ４と、リセットトランジスタ３２ａ、増幅トランジスタ３３ａと、選択トランジスタ３４ａと、を有している。
【０１３６】
フォトダイオードＰＤ１１と、フォトダイオードＰＤ１２と、フォトダイオードＰＤ１３と、フォトダイオードＰＤ１４のそれぞれは、受光した光量に応じた信号電荷を生成する単位画素を構成する。フォトダイオードＰＤ１１と、フォトダイオードＰＤ１２と、フォトダイオードＰＤ１３と、フォトダイオードＰＤ１４は、フローティングディフュージョンＦＤ１を共有する。
【０１３７】
転送トランジスタ３１ａ１のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ１１が供給される。転送トランジスタ３１ａ２のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ１２が供給される。転送トランジスタ３１ａ３のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ１３が供給される。転送トランジスタ３１ａ４のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ１４が供給される。
【０１３８】
画素群４１ｂｂは、フォトダイオードＰＤ２１と、フォトダイオードＰＤ２２と、フォトダイオードＰＤ２３と、フォトダイオードＰＤ２４と、フローティングディフュージョンＦＤ２と、転送トランジスタ３１ｂ１と、転送トランジスタ３１ｂ２と、転送トランジスタ３１ｂ３と、転送トランジスタ３１ｂ４と、リセットトランジスタ３２ｂ、増幅トランジスタ３３ｂと、選択トランジスタ３４ｂと、を有している。
【０１３９】
フォトダイオードＰＤ２１と、フォトダイオードＰＤ２２と、フォトダイオードＰＤ２３と、フォトダイオードＰＤ２４のそれぞれは、受光した光量に応じた信号電荷を生成する単位画素を構成する。フォトダイオードＰＤ２１と、フォトダイオードＰＤ２２と、フォトダイオードＰＤ２３と、フォトダイオードＰＤ２４は、フローティングディフュージョンＦＤ２を共有する。
【０１４０】
転送トランジスタ３１ｂ１のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ２１が供給される。転送トランジスタ３１ｂ２のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ２２が供給される。転送トランジスタ３１ｂ３のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ２３が供給される。転送トランジスタ３１ｂ４のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ２４が供給される。
【０１４１】
画素群４１ｃｃは、フォトダイオードＰＤ３１と、フォトダイオードＰＤ３２と、フォトダイオードＰＤ３３と、フォトダイオードＰＤ３４と、フローティングディフュージョンＦＤ３と、転送トランジスタ３１ｃ１と、転送トランジスタ３１ｃ２と、転送トランジスタ３１ｃ３と、転送トランジスタ３１ｃ４と、リセットトランジスタ３２ｃ、増幅トランジスタ３３ｃと、選択トランジスタ３４ｃと、を有している。
【０１４２】
フォトダイオードＰＤ３１と、フォトダイオードＰＤ３２と、フォトダイオードＰＤ３３と、フォトダイオードＰＤ３４のそれぞれは、受光した光量に応じた信号電荷を生成する単位画素を構成する。フォトダイオードＰＤ３１と、フォトダイオードＰＤ３２と、フォトダイオードＰＤ３３と、フォトダイオードＰＤ３４は、フローティングディフュージョンＦＤ３を共有する。
【０１４３】
転送トランジスタ３１ｃ１のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ３１が供給される。転送トランジスタ３１ｃ２のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ３２が供給される。転送トランジスタ３１ｃ３のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ３３が供給される。転送トランジスタ３１ｃ４のゲート電極には、制御信号ＴＲＧ３４が供給される。
【０１４４】
なお、フォトダイオードＰＤ１１〜ＰＤ１４、フォトダイオードＰＤ２１〜２４、フォトダイオードＰＤ３１〜３４のそれぞれは、単位画素として１画素を構成するため、同一の符号を用いて画素を表示するものとする。
【０１４５】
このような構成により、固体撮像装置１０ｂは、Ａ／Ｄ変換部３８が、第１の行における画素群を形成する複数の単位画素のうち、第１の単位画素のリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行におけるＤ相読み出し期間中に、第２の行における画素群を形成する複数の単位画素のうち、第２の単位画素の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換し、第１の単位画素の信号電荷が転送されるようになっている。
【０１４６】
図１０に、本技術を適用した第４実施形態の固体撮像装置の３つの画素群（画素群４１ａａ、画素群４１ｂｂ、及び画素群４１ｃｃ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換される駆動方法を示す。図１０は、本技術に係る第４実施形態の固体撮像装置の３つの画素群（画素群４１ａａ、単位画素４１ｂｂ、及び単位画素４１ｃｃ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【０１４７】
図１０に示す第４の実施形態の固体撮像装置１０ｂのタイミングチャートが、図６に示す第２の実施形態の固体撮像装置１０のタイミングチャートと異なる点は、画素群を形成する複数の単位画素のそれぞれの信号電荷を、１行毎に転送する点である。
【０１４８】
図１０に示すように、画素群４１ａａの単位画素を示す画素ＰＤ１１は、制御信号ＴＲＧ１１が、１Ｈ期間を超え、次の２Ｈ期間のＰ相読み出し期間の一部と重なっている。画素群４１ｂｂの単位画素を示す画素ＰＤ２１は、制御信号ＴＲＧ２１が、２Ｈ期間を超え、次の３Ｈ期間のＰ相読み出し期間の一部と重なっている。画素群４１ｃｃの単位画素を示す画素ＰＤ３１は、制御信号ＴＲＧ３１が、３Ｈ期間を超え、次の行のＰ相読み出し期間の一部と重なっている。
【０１４９】
ここで、図１０の１Ｈ期間中において、画素群４１ａａの画素ＰＤ１１は、Ｐ相読み出し期間に制御信号ＳＥＬ１がオンになるためリセットレベルの電位が読み出され、リセットレベルの電位がＡ／Ｄ変換される（ＰＩＸ１１＿Ｐ）。そして、Ａ／Ｄ変換されたリセットレベルのデジタル信号は、アナログ的なノイズ成分（例えば、ｋＴ／Ｃノイズ）とともに、カラム処理部１７内のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられる。
【０１５０】
そして、固体撮像装置１０ｂは、１Ｈ期間のＤ相読み出し期間になると、制御信号ＴＲＧ１１がオンになるとともに、制御信号ＳＥＬ１がオフとなる。このため、画素ＰＤ１１は、信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に転送される。
【０１５１】
図１０の２Ｈ期間中において、画素群４１ｂｂの画素ＰＤ２１は、Ｐ相読み出し期間に制御信号ＳＥＬ２がオンになるためリセットレベルの電位が読み出され、リセットレベルの電位がＡ／Ｄ変換される（ＰＩＸ２１＿Ｐ）。そして、Ａ／Ｄ変換されたリセットレベルのデジタル信号は、アナログ的なノイズ成分（例えば、ｋＴ／Ｃノイズ）とともに、カラム処理部１７内の、１Ｈ期間中に蓄えられるデジタルメモリとは別のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられる。
【０１５２】
そして、固体撮像装置１０ｂは、２Ｈ期間のＤ相読み出し期間になると、制御信号ＴＲＧ２１がオンになるとともに、制御信号ＳＥＬ２がオフとなる。このため、画素ＰＤ２１は、信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に転送される。また、制御信号ＳＥＬ１がオンになるため、Ａ／Ｄ変換部３８は、画素ＰＤ１１の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換する（ＰＩＸ１１＿Ｄ）。
【０１５３】
この場合、カラム処理部１７は、２Ｈ期間のＤ相読み出し期間内に、画素ＰＤ１１の画素信号がＡ／Ｄ変換された値（ＰＩＸ１１＿Ｄ）から、カラム処理部１７内のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられた画素ＰＤ１１のＡ／Ｄ変換されたリセットレベルの値（ＰＩＸ１１＿Ｐ）を減算処理（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）する。
【０１５４】
これにより、固体撮像装置１０ｂは、２Ｈ期間内において、画素ＰＤ１１の画素信号の信号成分を読み出すともに、画素ＰＤ２１の信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に転送することができるので、画素ＰＤ１１の画素信号の信号成分を高速で読み出しながら、画素ＰＤ２１の転送期間を延ばすことができる。
【０１５５】
また、図１０の３Ｈ期間中において、画素群４１ｃｃの画素ＰＤ３１は、Ｐ相読み出し期間に制御信号ＳＥＬ３がオンになるためリセットレベルの電位が読み出され、リセットレベルの電位がＡ／Ｄ変換される（ＰＩＸ３１＿Ｐ）。そして、Ａ／Ｄ変換されたリセットレベルのデジタル信号は、アナログ的なノイズ成分（例えば、ｋＴ／Ｃノイズ）とともに、カラム処理部１７内のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられる。
【０１５６】
そして、固体撮像装置１０ｂは、３Ｈ期間のＤ相読み出し期間になると、制御信号ＴＲＧ３１がオンになるとともに、制御信号ＳＥＬ３がオフとなる。このため、画素ＰＤ３１は、信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ３に転送される。また、制御信号ＳＥＬ２がオンになるため、Ａ／Ｄ変換部３８は、画素ＰＤ２１の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換する（ＰＩＸ２１＿Ｄ）。
【０１５７】
この場合、カラム処理部１７は、３Ｈ期間のＤ相読み出し期間内に、画素ＰＤ２１の画素信号がＡ／Ｄ変換された値（ＰＩＸ２１＿Ｄ）から、カラム処理部１７内のデジタルメモリ（図示せず）に蓄えられた画素ＰＤ２１のＡ／Ｄ変換されたリセットレベルの値（ＰＩＸ２１＿Ｐ）を減算処理（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）する。
【０１５８】
これにより、固体撮像装置１０ｂは、３Ｈ期間内において、画素ＰＤ２１の画素信号の信号成分を読み出すともに、画素ＰＤ３１の信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ３に転送することができるので、画素ＰＤ２１の画素信号を高速で読み出しながら、画素ＰＤ３１の転送期間を延ばすことができる。
【０１５９】
第４の実施形態の固体撮像装置１０ｂは、このような処理を繰り返す。具体的には、次の１Ｈ期間内において、画素ＰＤ１２のリセットレベルの電位と画素ＰＤ３１の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換し、そして、次の２Ｈ期間内において、画素ＰＤ２２のリセットレベルの電位と画素ＰＤ１２の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換し、また、次の３Ｈ期間内において、画素ＰＤ３２のリセットレベルの電位と画素ＰＤ２２の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換する。
【０１６０】
なお、画素群（画素群４１ａａ、画素群４１ｂｂ、及び画素群４１ｃｃ）が３つの場合について説明したが、３つに限定されるものではなく、固体撮像装置１０ｂは、複数の画素群のそれぞれが共有する単位画素ごとに順次、繰り返すことができる。
【０１６１】
以上説明したように、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置１０ｂは、複数の画素群（画素群４１ａａ、画素群４１ｂｂ、及び画素群４１ｃｃ）のそれぞれが、フローティングディフュージョン（フローティングディフュージョンＦＤ１、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びフローティングディフュージョンＦＤ３）を共有する複数の単位画素（画素ＰＤ１１〜ＰＤ１４、画素ＰＤ２１〜画素ＰＤ２４、及び画素ＰＤ３１〜画素ＰＤ３４）を有している。
【０１６２】
本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置１０ｂは、Ａ／Ｄ変換部３８が、第１の行における画素群４１ｂｂを形成する複数の単位画素のうち、第１の単位画素（例えば、画素ＰＤ２１）のリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行におけるＤ相読み出し期間中に、第２の行における画素群４１ａａを形成する複数の単位画素のうち、第２の単位画素（例えば、画素ＰＤ１１）の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換し、第１の単位画素（例えば、画素ＰＤ２１）の信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に転送することができる。
【０１６３】
これにより、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置１０ｂは、複数の画素群のそれぞれの形成する単位画素の画素信号を高速で読み出しながら、単位画素の転送期間を延ばすことができる。
【０１６４】
＜６．第５の実施形態（固体撮像装置の例５）＞
本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置において、少なくとも２つの垂直信号線と、少なくとも２つのＡ／Ｄ変換部と、を有し、列毎に２つの垂直信号線が設けられ、列毎に２つのＡ／Ｄ変換部が設けられ、２つの垂直信号線のそれぞれが、複数の単位画素が配列された行毎に、交互に接続され、２つのＡ／Ｄ変換部のうち一方が、第１の垂直信号線に接続され、２つのＡ／Ｄ変換部のうち他方が、第２の垂直信号線に接続され、一方のＡ／Ｄ変換部が、第１の垂直信号線を介して、リセットレベルの電位と画素信号の電位をＡ／Ｄ変換するとともに、並列して、他方のＡ／Ｄ変換部が、第２の垂直信号線を介して、リセットレベルの電位と画素信号の電位をＡ／Ｄ変換する、固体撮像装置である。
【０１６５】
本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置によれば、Ａ／Ｄ変換部を２つ配置するとともに、垂直信号線も２つ配置して、２つのＡ／Ｄ変換部を並列して読み出すことができ、単位画素の読み出しの高速化を図ることができる。
【０１６６】
図１１を用いて、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置１０ｃの構成について説明する。
【０１６７】
図１１に、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１０ｃを示す。図１１は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳイメージセンサの構成例を示すブロック図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図１１中の上方向を意味し、「右」とは、図１１中の右方向を意味するものとする。また、上述した固体撮像装置と同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
【０１６８】
図１１に示すように、固体撮像装置１０ｃは、６つの単位画素（単位画素４１ａＮ、単位画素４１ｂＮ、単位画素４１ｃＮ、単位画素４１ａＳ、単位画素４１ｂＳ、単位画素４１ａＳ、及び単位画素４１ｃＳ）、垂直信号線１３Ｎ、垂直信号線１３Ｓ、定電流源回路１５Ｎ、定電流源回路１５Ｓ、Ｄ／Ａ変換部１６、カラム処理部１７Ｎ、及びカラム処理部１７Ｓを備えて構成されている。なお、図１１では、６つ単位画素が列方向（図１１中の上下方向）に配列されている。
【０１６９】
カラム処理部１７Ｎは、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎを有している。Ａ／Ｄ変換部３８Ｎは、コンパレータ３３Ｎと、第１の容量であるキャパシタＣＯ１Ｎと、第２の容量であるキャパシタＣＥ１Ｎと、第１の容量であるキャパシタＣＯ２Ｎと、第２の容量であるキャパシタＣＥ２Ｎとを有している。
【０１７０】
カラム処理部１７Ｓは、Ａ／Ｄ変換部３８Ｓを有している。Ａ／Ｄ変換部３８Ｓは、コンパレータ３３Ｓと、第１の容量であるキャパシタＣＯ１Ｓと、第２の容量であるキャパシタＣＥ１Ｓと、第１の容量であるキャパシタＣＯ２Ｓと、第２の容量であるキャパシタＣＥ２Ｓとを有している。
【０１７１】
第５の実施形態の固体撮像装置１０ｃが、第１の実施形態の固体撮像装置１０と異なる点は、少なくとも２つの垂直信号線１３と、少なくとも２つのＡ／Ｄ変換部３８とを有している点である。２つの垂直信号線１３のそれぞれが、複数の単位画素４１（単位画素４１ａＮ、単位画素４１ｂＮ、単位画素４１ｃＮ、単位画素４１ａＳ、単位画素４１ｂＳ、単位画素４１ｃＳ）が配列された行毎に、交互に接続されている。また、２つのＡ／Ｄ変換部のうち一方（例えば、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎ）が、第１の垂直信号線１３Ｎに接続され、２つのＡ／Ｄ変換部のうち他方（例えば、Ａ／Ｄ変換部３８Ｓ）が、第２の垂直信号線１３Ｓに接続されている。
【０１７２】
なお、６つの単位画素４１（単位画素４１ａＮ、単位画素４１ｂＮ、単位画素４１ｃＮ、単位画素４１ａＳ、単位画素４１ｂＳ、単位画素４１ａＳ、及び単位画素４１ｃＳ）のそれぞれの構成は、図２の単位画素４１と同様である。
【０１７３】
図１２に、本技術を適用した第５実施形態の固体撮像装置１０ｃの６つの単位画素４１（単位画素４１ａＮ、単位画素４１ｂＮ、単位画素４１ｃＮ、単位画素４１ａＳ、単位画素４１ｂＳ、単位画素４１ｃＳ）が、行毎に、Ａ／Ｄ変換される駆動方法を示す。図１２は、本技術に係る第５実施形態の固体撮像装置の６つの単位画素４１（単位画素４１ａＮ、単位画素４１ｂＮ、単位画素４１ｃＮ、単位画素４１ａＳ、単位画素４１ｂＳ、単位画素４１ｃＳ）が、行毎に、並列してＡ／Ｄ変換されることを示したタイミングチャートである。
【０１７４】
固体撮像装置１０ｃは、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎが、第１の垂直信号線１３Ｎを介して、リセットレベルの電位と画素信号の電位をＡ／Ｄ変換するとともに、並列して、Ａ／Ｄ変換部３８Ｓが、第２の垂直信号線１３Ｓを介して、リセットレベルの電位と画素信号の電位をＡ／Ｄ変換するようになっている。
【０１７５】
図１２Ａに示すように、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎは、第１の垂直信号線１３Ｎを介して、単位画素４１ａＮ、単位画素４１ｂＮ、単位画素４１ｃＮのリセットレベルの電位と画素信号の電位を、第１の実施形態と同様にＡ／Ｄ変換する。
【０１７６】
一方、Ａ／Ｄ変換部３８Ｓは、図１２Ｂに示すように、第１の垂直信号線１３Ｓを介して、単位画素４１ａＳ、単位画素４１ｂＳ、単位画素４１ｃＳのリセットレベルの電位と画素信号の電位を、第１の実施形態と同様にＡ／Ｄ変換する。
【０１７７】
具体的には、固体撮像装置１０ｃは、１Ｈ期間中において、所定の行の単位画素４１ａＮの信号電荷の転送と、他の行の単位画素４１ｂＮの画素信号の信号成分の読み出しを行うようになっている。また、２Ｈ期間中において、先に転送された単位画素４１ａＮの画素信号の信号成分を読み出しながら、その２Ｈ期間中に対応する行の単位画素４１ｂＮの信号電荷を転送する。そして、次の３Ｈ期間中では、２Ｈ期間で転送された単位画素４１ｂＮの画素信号の信号成分を読み出しながら、その３Ｈ期間に対応する行の単位画素４１ｃＮの信号電荷を転送する。
【０１７８】
これにより、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎは、単位画素４１ａＮ、単位画素４１ｂＮ、及び単位画素４１ｃＮに対して、Ａ／Ｄ変換を行うようになっている。
【０１７９】
また、固体撮像装置１０ｃは、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎと並列して、１Ｈ期間中において、所定の行の単位画素４１ａＳの信号電荷の転送と、他の行の単位画素４１ｂＳの画素信号の信号成分の読み出しを行うようになっている。また、２Ｈ期間中において、先に転送された単位画素４１ａＳの画素信号の信号成分を読み出しながら、その２Ｈ期間中に対応する行の単位画素４１ｂＳの信号電荷を転送する。そして、次の３Ｈ期間中では、２Ｈ期間で転送された単位画素４１ｂＳの画素信号の信号成分を読み出しながら、その３Ｈ期間に対応する行の単位画素４１ｃＳの信号電荷を転送する。
【０１８０】
これにより、Ａ／Ｄ変換部３８Ｓは、単位画素４１ａＳ、単位画素４１ｂＳ、及び単位画素４１ｃＳに対して、Ａ／Ｄ変換を行うようになっている。
【０１８１】
以上説明したように、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置１０ｃは、少なくとも２つの垂直信号線１３（第１の垂直信号線１３Ｎと第２の垂直信号線１３Ｓ）と、少なくとも２つのＡ／Ｄ変換部３８（Ａ／Ｄ変換部３８ＮとＡ／Ｄ変換部３８Ｓ）とを有している。２つの垂直信号線１３（第１の垂直信号線１３Ｎと第２の垂直信号線１３Ｓ）のそれぞれが、複数の単位画素４１（単位画素４１ａＮ、単位画素４１ｂＮ、単位画素４１ｃＮ、単位画素４１ａＳ、単位画素４１ｂＳ、単位画素４１ｃＳ）が配列された行毎に、交互に接続され、２つのＡ／Ｄ変換部のうち一方（例えば、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎ）が、第１の垂直信号線１３Ｎに接続され、２つのＡ／Ｄ変換部のうち他方（例えば、Ａ／Ｄ変換部３８Ｓ）が、第２の垂直信号線１３Ｓに接続される。
【０１８２】
本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置１０ｃは、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎが、第１の垂直信号線１３Ｎを介して、リセットレベルの電位と画素信号の電位をＡ／Ｄ変換するとともに、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎに並列して、Ａ／Ｄ変換部３８Ｓが、第２の垂直信号線１３Ｓを介して、リセットレベルの電位と画素信号の電位をＡ／Ｄ変換する。
【０１８３】
このように、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置１０ｃによれば、Ａ／Ｄ変換部３８Ｎが単位画素４１の信号成分を生成するとともに、並列して、Ａ／Ｄ変換部３８Ｓが単位画素４１の信号成分を生成することができる。
【０１８４】
＜７．電子装置に関する第６の実施形態＞
本技術に係る第６の実施形態の電子機器は、固体撮像装置が搭載され、固体撮像装置が搭載され、固体撮像装置が、画素アレイ部と、Ｄ／Ａ変換部と、カラム処理部と、を備え、画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、カラム処理部が、列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、Ａ／Ｄ変換部が、第１の行のリセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行のＤ相読み出し期間中に、第２の行の画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、第１の行の単位画素の信号電荷が転送される、電子機器である。また、本技術に係る第６の実施形態の電子機器は、本技術に係る第１乃至５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置が搭載された電子機器でもよい。
【０１８５】
＜８．本技術を適用した固体撮像装置の使用例＞
図１３は、イメージセンサとしての本技術に係る第１乃至第５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置の使用例を示す図である。
【０１８６】
上述した第１乃至第５の実施形態の固体撮像装置は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。即ち、図１３に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、農業の分野等において用いられる装置（例えば、上述した第６の実施形態の電子装置）に、第１乃至第５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置を使用することができる。
【０１８７】
具体的には、鑑賞の分野においては、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置に、第１乃至第５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置を使用することができる。
【０１８８】
交通の分野においては、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置に、第１乃至第５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置を使用することができる。
【０１８９】
家電の分野においては、例えば、ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、第１乃至第５のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０１９０】
医療・ヘルスケアの分野においては、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置に、第１乃至第５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置を使用することができる。
【０１９１】
セキュリティの分野においては、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置に、第１乃至第５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置を使用することができる。
【０１９２】
美容の分野においては、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置に、第１乃至第５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置を使用することができる。
【０１９３】
スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラプルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第１乃至第５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置を使用することができる。
【０１９４】
農業の分野においては、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置に、第１乃至第５の実施形態のいずれか１つの固体撮像装置を使用することができる。
【０１９５】
次に、本技術に係る第１乃至第５の実施形態の固体撮像装置の使用例を具体的に説明する。例えば、上述で説明をした固体撮像装置は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図１４に、その一例として、電子機器１０２（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器１０２は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像装置１０１と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、固体撮像装置１０１およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
【０１９６】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１０１の画素部１０１ａへ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、固体撮像装置１０１への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、固体撮像装置１０１の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、固体撮像装置１０１から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
【０１９７】
＜９．手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、手術室システムに適用することができる。
【０１９８】
図１５は、本開示に係る技術が適用され得る手術室システム５１００の全体構成を概略的に示す図である。図１５を参照すると、手術室システム５１００は、手術室内に設置される装置群が視聴覚コントローラ（AV  Controller）５１０７及び手術室制御装置５１０９を介して互いに連携可能に接続されることにより構成される。
【０１９９】
手術室には、様々な装置が設置され得る。図１５では、一例として、内視鏡下手術のための各種の装置群５１０１と、手術室の天井に設けられ術者の手元を撮像するシーリングカメラ５１８７と、手術室の天井に設けられ手術室全体の様子を撮像する術場カメラ５１８９と、複数の表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄと、レコーダ５１０５と、患者ベッド５１８３と、照明５１９１と、を図示している。
【０２００】
ここで、これらの装置のうち、装置群５１０１は、後述する内視鏡手術システム５１１３に属するものであり、内視鏡や当該内視鏡によって撮像された画像を表示する表示装置等からなる。内視鏡手術システム５１１３に属する各装置は医療用機器とも呼称される。一方、表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄ、レコーダ５１０５、患者ベッド５１８３及び照明５１９１は、内視鏡手術システム５１１３とは別個に、例えば手術室に備え付けられている装置である。これらの内視鏡手術システム５１１３に属さない各装置は非医療用機器とも呼称される。視聴覚コントローラ５１０７及び／又は手術室制御装置５１０９は、これら医療機器及び非医療機器の動作を互いに連携して制御する。
【０２０１】
視聴覚コントローラ５１０７は、医療機器及び非医療機器における画像表示に関する処理を、統括的に制御する。具体的には、手術室システム５１００が備える装置のうち、装置群５１０１、シーリングカメラ５１８７及び術場カメラ５１８９は、手術中に表示すべき情報（以下、表示情報ともいう）を発信する機能を有する装置（以下、発信元の装置とも呼称する）であり得る。また、表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄは、表示情報が出力される装置（以下、出力先の装置とも呼称する）であり得る。また、レコーダ５１０５は、発信元の装置及び出力先の装置の双方に該当する装置であり得る。視聴覚コントローラ５１０７は、発信元の装置及び出力先の装置の動作を制御し、発信元の装置から表示情報を取得するとともに、当該表示情報を出力先の装置に送信し、表示又は記録させる機能を有する。なお、表示情報とは、手術中に撮像された各種の画像や、手術に関する各種の情報（例えば、患者の身体情報や、過去の検査結果、術式についての情報等）等である。
【０２０２】
具体的には、視聴覚コントローラ５１０７には、装置群５１０１から、表示情報として、内視鏡によって撮像された患者の体腔内の術部の画像についての情報が送信され得る。また、シーリングカメラ５１８７から、表示情報として、当該シーリングカメラ５１８７によって撮像された術者の手元の画像についての情報が送信され得る。また、術場カメラ５１８９から、表示情報として、当該術場カメラ５１８９によって撮像された手術室全体の様子を示す画像についての情報が送信され得る。なお、手術室システム５１００に撮像機能を有する他の装置が存在する場合には、視聴覚コントローラ５１０７は、表示情報として、当該他の装置からも当該他の装置によって撮像された画像についての情報を取得してもよい。
【０２０３】
あるいは、例えば、レコーダ５１０５には、過去に撮像されたこれらの画像についての情報が視聴覚コントローラ５１０７によって記録されている。視聴覚コントローラ５１０７は、表示情報として、レコーダ５１０５から当該過去に撮像された画像についての情報を取得することができる。なお、レコーダ５１０５には、手術に関する各種の情報も事前に記録されていてもよい。
【０２０４】
視聴覚コントローラ５１０７は、出力先の装置である表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄの少なくともいずれかに、取得した表示情報（すなわち、手術中に撮影された画像や、手術に関する各種の情報）を表示させる。図示する例では、表示装置５１０３Ａは手術室の天井から吊り下げられて設置される表示装置であり、表示装置５１０３Ｂは手術室の壁面に設置される表示装置であり、表示装置５１０３Ｃは手術室内の机上に設置される表示装置であり、表示装置５１０３Ｄは表示機能を有するモバイル機器（例えば、タブレットＰＣ（Personal  Computer））である。
【０２０５】
また、図１５では図示を省略しているが、手術室システム５１００には、手術室の外部の装置が含まれてもよい。手術室の外部の装置は、例えば、病院内外に構築されたネットワークに接続されるサーバや、医療スタッフが用いるＰＣ、病院の会議室に設置されるプロジェクタ等であり得る。このような外部装置が病院外にある場合には、視聴覚コントローラ５１０７は、遠隔医療のために、テレビ会議システム等を介して、他の病院の表示装置に表示情報を表示させることもできる。
【０２０６】
手術室制御装置５１０９は、非医療機器における画像表示に関する処理以外の処理を、統括的に制御する。例えば、手術室制御装置５１０９は、患者ベッド５１８３、シーリングカメラ５１８７、術場カメラ５１８９及び照明５１９１の駆動を制御する。
【０２０７】
手術室システム５１００には、集中操作パネル５１１１が設けられており、ユーザは、当該集中操作パネル５１１１を介して、視聴覚コントローラ５１０７に対して画像表示についての指示を与えたり、手術室制御装置５１０９に対して非医療機器の動作についての指示を与えることができる。集中操作パネル５１１１は、表示装置の表示面上にタッチパネルが設けられて構成される。
【０２０８】
図１６は、集中操作パネル５１１１における操作画面の表示例を示す図である。図１６では、一例として、手術室システム５１００に、出力先の装置として、２つの表示装置が設けられている場合に対応する操作画面を示している。図１６を参照すると、操作画面５１９３には、発信元選択領域５１９５と、プレビュー領域５１９７と、コントロール領域５２０１と、が設けられる。
【０２０９】
発信元選択領域５１９５には、手術室システム５１００に備えられる発信元装置と、当該発信元装置が有する表示情報を表すサムネイル画面と、が紐付けられて表示される。ユーザは、表示装置に表示させたい表示情報を、発信元選択領域５１９５に表示されているいずれかの発信元装置から選択することができる。
【０２１０】
プレビュー領域５１９７には、出力先の装置である２つの表示装置（Monitor1、Monitor2）に表示される画面のプレビューが表示される。図示する例では、１つの表示装置において４つの画像がＰｉｎＰ表示されている。当該４つの画像は、発信元選択領域５１９５において選択された発信元装置から発信された表示情報に対応するものである。４つの画像のうち、１つはメイン画像として比較的大きく表示され、残りの３つはサブ画像として比較的小さく表示される。ユーザは、４つの画像が表示された領域を適宜選択することにより、メイン画像とサブ画像を入れ替えることができる。また、４つの画像が表示される領域の下部には、ステータス表示領域５１９９が設けられており、当該領域に手術に関するステータス（例えば、手術の経過時間や、患者の身体情報等）が適宜表示され得る。
【０２１１】
コントロール領域５２０１には、発信元の装置に対して操作を行うためのＧＵＩ（Graphical  User  Interface）部品が表示される発信元操作領域５２０３と、出力先の装置に対して操作を行うためのＧＵＩ部品が表示される出力先操作領域５２０５と、が設けられる。図示する例では、発信元操作領域５２０３には、撮像機能を有する発信元の装置におけるカメラに対して各種の操作（パン、チルト及びズーム）を行うためのＧＵＩ部品が設けられている。ユーザは、これらのＧＵＩ部品を適宜選択することにより、発信元の装置におけるカメラの動作を操作することができる。なお、図示は省略しているが、発信元選択領域５１９５において選択されている発信元の装置がレコーダである場合（すなわち、プレビュー領域５１９７において、レコーダに過去に記録された画像が表示されている場合）には、発信元操作領域５２０３には、当該画像の再生、再生停止、巻き戻し、早送り等の操作を行うためのＧＵＩ部品が設けられ得る。
【０２１２】
また、出力先操作領域５２０５には、出力先の装置である表示装置における表示に対する各種の操作（スワップ、フリップ、色調整、コントラスト調整、２Ｄ表示と３Ｄ表示の切り替え）を行うためのＧＵＩ部品が設けられている。ユーザは、これらのＧＵＩ部品を適宜選択することにより、表示装置における表示を操作することができる。
【０２１３】
なお、集中操作パネル５１１１に表示される操作画面は図示する例に限定されず、ユーザは、集中操作パネル５１１１を介して、手術室システム５１００に備えられる、視聴覚コントローラ５１０７及び手術室制御装置５１０９によって制御され得る各装置に対する操作入力が可能であってよい。
【０２１４】
図１７は、以上説明した手術室システムが適用された手術の様子の一例を示す図である。シーリングカメラ５１８７及び術場カメラ５１８９は、手術室の天井に設けられ、患者ベッド５１８３上の患者５１８５の患部に対して処置を行う術者（医者）５１８１の手元及び手術室全体の様子を撮影可能である。シーリングカメラ５１８７及び術場カメラ５１８９には、倍率調整機能、焦点距離調整機能、撮影方向調整機能等が設けられ得る。照明５１９１は、手術室の天井に設けられ、少なくとも術者５１８１の手元を照射する。照明５１９１は、その照射光量、照射光の波長（色）及び光の照射方向等を適宜調整可能であってよい。
【０２１５】
内視鏡手術システム５１１３、患者ベッド５１８３、シーリングカメラ５１８７、術場カメラ５１８９及び照明５１９１は、図１７に示すように、視聴覚コントローラ５１０７及び手術室制御装置５１０９（図１７では図示せず）を介して互いに連携可能に接続されている。手術室内には、集中操作パネル５１１１が設けられており、上述したように、ユーザは、当該集中操作パネル５１１１を介して、手術室内に存在するこれらの装置を適宜操作することが可能である。
【０２１６】
以下、内視鏡手術システム５１１３の構成について詳細に説明する。図示するように、内視鏡手術システム５１１３は、内視鏡５１１５と、その他の術具５１３１と、内視鏡５１１５を支持する支持アーム装置５１４１と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート５１５１と、から構成される。
【０２１７】
内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ５１３９ａ〜５１３９ｄと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ５１３９ａ〜５１３９ｄから、内視鏡５１１５の鏡筒５１１７や、その他の術具５１３１が患者５１８５の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具５１３１として、気腹チューブ５１３３、エネルギー処置具５１３５及び鉗子５１３７が、患者５１８５の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具５１３５は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具５１３１はあくまで一例であり、術具５１３１としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。
【０２１８】
内視鏡５１１５によって撮影された患者５１８５の体腔内の術部の画像が、表示装置５１５５に表示される。術者５１８１は、表示装置５１５５に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具５１３５や鉗子５１３７を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ５１３３、エネルギー処置具５１３５及び鉗子５１３７は、手術中に、術者５１８１又は助手等によって支持される。
【０２１９】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５１４１は、ベース部５１４３から延伸するアーム部５１４５を備える。図示する例では、アーム部５１４５は、関節部５１４７ａ、５１４７ｂ、５１４７ｃ、及びリンク５１４９ａ、５１４９ｂから構成されており、アーム制御装置５１５９からの制御により駆動される。アーム部５１４５によって内視鏡５１１５が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡５１１５の安定的な位置の固定が実現され得る。
【０２２０】
（内視鏡）
内視鏡５１１５は、先端から所定の長さの領域が患者５１８５の体腔内に挿入される鏡筒５１１７と、鏡筒５１１７の基端に接続されるカメラヘッド５１１９と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５１１７を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５１１５を図示しているが、内視鏡５１１５は、軟性の鏡筒５１１７を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０２２１】
鏡筒５１１７の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡５１１５には光源装置５１５７が接続されており、当該光源装置５１５７によって生成された光が、鏡筒５１１７の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者５１８５の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５１１５は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【０２２２】
カメラヘッド５１１９の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Camera  Control  Unit）５１５３に送信される。なお、カメラヘッド５１１９には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。
【０２２３】
なお、例えば立体視（３Ｄ表示）等に対応するために、カメラヘッド５１１９には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒５１１７の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。
【０２２４】
（カートに搭載される各種の装置）
ＣＣＵ５１５３は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）等によって構成され、内視鏡５１１５及び表示装置５１５５の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５１５３は、カメラヘッド５１１９から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。ＣＣＵ５１５３は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５１５５に提供する。また、ＣＣＵ５１５３には、図１５に示す視聴覚コントローラ５１０７が接続される。ＣＣＵ５１５３は、画像処理を施した画像信号を視聴覚コントローラ５１０７にも提供する。また、ＣＣＵ５１５３は、カメラヘッド５１１９に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。当該撮像条件に関する情報は、入力装置５１６１を介して入力されてもよいし、上述した集中操作パネル５１１１を介して入力されてもよい。
【０２２５】
表示装置５１５５は、ＣＣＵ５１５３からの制御により、当該ＣＣＵ５１５３によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。内視鏡５１１５が例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）又は８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び／又は３Ｄ表示に対応したものである場合には、表示装置５１５５としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び／又は３Ｄ表示可能なものが用いられ得る。４Ｋ又は８Ｋ等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置５１５５として５５インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置５１５５が設けられてもよい。
【０２２６】
光源装置５１５７は、例えばＬＥＤ（light  emitting  diode）等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡５１１５に供給する。
【０２２７】
アーム制御装置５１５９は、例えばＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置５１４１のアーム部５１４５の駆動を制御する。
【０２２８】
入力装置５１６１は、内視鏡手術システム５１１３に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置５１６１を介して、内視鏡手術システム５１１３に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、入力装置５１６１を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置５１６１を介して、アーム部５１４５を駆動させる旨の指示や、内視鏡５１１５による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示、エネルギー処置具５１３５を駆動させる旨の指示等を入力する。
【０２２９】
入力装置５１６１の種類は限定されず、入力装置５１６１は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置５１６１としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ５１７１及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置５１６１としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置５１５５の表示面上に設けられてもよい。
【０２３０】
あるいは、入力装置５１６１は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやＨＭＤ（Head  Mounted  Display）等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置５１６１は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置５１６１は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置５１６１が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ（例えば術者５１８１）が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。
【０２３１】
処置具制御装置５１６３は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具５１３５の駆動を制御する。気腹装置５１６５は、内視鏡５１１５による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者５１８５の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５１３３を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ５１６７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ５１６９は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【０２３２】
以下、内視鏡手術システム５１１３において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。
【０２３３】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５１４１は、基台であるベース部５１４３と、ベース部５１４３から延伸するアーム部５１４５と、を備える。図示する例では、アーム部５１４５は、複数の関節部５１４７ａ、５１４７ｂ、５１４７ｃと、関節部５１４７ｂによって連結される複数のリンク５１４９ａ、５１４９ｂと、から構成されているが、図１７では、簡単のため、アーム部５１４５の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５１４５が所望の自由度を有するように、関節部５１４７ａ〜５１４７ｃ及びリンク５１４９ａ、５１４９ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５１４７ａ〜５１４７ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５１４５は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部５１４５の可動範囲内において内視鏡５１１５を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡５１１５の鏡筒５１１７を患者５１８５の体腔内に挿入することが可能になる。
【０２３４】
関節部５１４７ａ〜５１４７ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部５１４７ａ〜５１４７ｃは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置５１５９によって制御されることにより、各関節部５１４７ａ〜５１４７ｃの回転角度が制御され、アーム部５１４５の駆動が制御される。これにより、内視鏡５１１５の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置５１５９は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部５１４５の駆動を制御することができる。
【０２３５】
例えば、術者５１８１が、入力装置５１６１（フットスイッチ５１７１を含む）を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置５１５９によってアーム部５１４５の駆動が適宜制御され、内視鏡５１１５の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部５１４５の先端の内視鏡５１１５を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部５１４５は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５１４５は、手術室から離れた場所に設置される入力装置５１６１を介してユーザによって遠隔操作され得る。
【０２３６】
また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置５１５９は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５１４５が移動するように、各関節部５１４７ａ〜５１４７ｃのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部５１４５に触れながらアーム部５１４５を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部５１４５を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡５１１５を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
【０２３７】
ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡５１１５が支持されていた。これに対して、支持アーム装置５１４１を用いることにより、人手によらずに内視鏡５１１５の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。
【０２３８】
なお、アーム制御装置５１５９は必ずしもカート５１５１に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置５１５９は必ずしも１つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置５１５９は、支持アーム装置５１４１のアーム部５１４５の各関節部５１４７ａ〜５１４７ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置５１５９が互いに協働することにより、アーム部５１４５の駆動制御が実現されてもよい。
【０２３９】
（光源装置）
光源装置５１５７は、内視鏡５１１５に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５１５７は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置５１５７において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド５１１９の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【０２４０】
また、光源装置５１５７は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド５１１９の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【０２４１】
また、光源装置５１５７は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow  Band  Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察するもの（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得るもの等が行われ得る。光源装置５１５７は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【０２４２】
（カメラヘッド及びＣＣＵ）
図１８を参照して、内視鏡５１１５のカメラヘッド５１１９及びＣＣＵ５１５３の機能についてより詳細に説明する。図１８は、図１７に示すカメラヘッド５１１９及びＣＣＵ５１５３の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０２４３】
図１８を参照すると、カメラヘッド５１１９は、その機能として、レンズユニット５１２１と、撮像部５１２３と、駆動部５１２５と、通信部５１２７と、カメラヘッド制御部５１２９と、を有する。また、ＣＣＵ５１５３は、その機能として、通信部５１７３と、画像処理部５１７５と、制御部５１７７と、を有する。カメラヘッド５１１９とＣＣＵ５１５３とは、伝送ケーブル５１７９によって双方向に通信可能に接続されている。
【０２４４】
まず、カメラヘッド５１１９の機能構成について説明する。レンズユニット５１２１は、鏡筒５１１７との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５１１７の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５１１９まで導光され、当該レンズユニット５１２１に入射する。レンズユニット５１２１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。レンズユニット５１２１は、撮像部５１２３の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。
【０２４５】
撮像部５１２３は撮像素子によって構成され、レンズユニット５１２１の後段に配置される。レンズユニット５１２１を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部５１２３によって生成された画像信号は、通信部５１２７に提供される。
【０２４６】
撮像部５１２３を構成する撮像素子としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）タイプのイメージセンサであり、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば４Ｋ以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者５１８１は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。
【０２４７】
また、撮像部５１２３を構成する撮像素子は、３Ｄ表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成される。３Ｄ表示が行われることにより、術者５１８１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部５１２３が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット５１２１も複数系統設けられる。
【０２４８】
また、撮像部５１２３は、必ずしもカメラヘッド５１１９に設けられなくてもよい。例えば、撮像部５１２３は、鏡筒５１１７の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０２４９】
駆動部５１２５は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部５１２９からの制御により、レンズユニット５１２１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部５１２３による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０２５０】
通信部５１２７は、ＣＣＵ５１５３との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５１２７は、撮像部５１２３から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル５１７９を介してＣＣＵ５１５３に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者５１８１が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部５１２７には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル５１７９を介してＣＣＵ５１５３に送信される。
【０２５１】
また、通信部５１２７は、ＣＣＵ５１５３から、カメラヘッド５１１９の駆動を制御するための制御信号を受信する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。通信部５１２７は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部５１２９に提供する。なお、ＣＣＵ５１５３からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部５１２７には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部５１２９に提供される。
【０２５２】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ５１５３の制御部５１７７によって自動的に設定される。つまり、いわゆるＡＥ（Auto  Exposure）機能、ＡＦ（Auto  Focus）機能及びＡＷＢ（Auto  White  Balance）機能が内視鏡５１１５に搭載される。
【０２５３】
カメラヘッド制御部５１２９は、通信部５１２７を介して受信したＣＣＵ５１５３からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５１１９の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部５１２９は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び／又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部５１２３の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部５１２９は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部５１２５を介してレンズユニット５１２１のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部５１２９は、更に、鏡筒５１１７やカメラヘッド５１１９を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。
【０２５４】
なお、レンズユニット５１２１や撮像部５１２３等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド５１１９について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。
【０２５５】
次に、ＣＣＵ５１５３の機能構成について説明する。通信部５１７３は、カメラヘッド５１１９との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５１７３は、カメラヘッド５１１９から、伝送ケーブル５１７９を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部５１７３には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部５１７３は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部５１７５に提供する。
【０２５６】
また、通信部５１７３は、カメラヘッド５１１９に対して、カメラヘッド５１１９の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。
【０２５７】
画像処理部５１７５は、カメラヘッド５１１９から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。当該画像処理としては、例えば現像処理、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise  reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部５１７５は、ＡＥ、ＡＦ及びＡＷＢを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。
【０２５８】
画像処理部５１７５は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部５１７５が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部５１７５は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のＧＰＵによって並列的に画像処理を行う。
【０２５９】
制御部５１７７は、内視鏡５１１５による術部の撮像、及びその撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部５１７７は、カメラヘッド５１１９の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部５１７７は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡５１１５にＡＥ機能、ＡＦ機能及びＡＷＢ機能が搭載されている場合には、制御部５１７７は、画像処理部５１７５による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。
【０２６０】
また、制御部５１７７は、画像処理部５１７５によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置５１５５に表示させる。この際、制御部５１７７は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部５１７７は、術部画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具５１３５使用時のミスト等を認識することができる。制御部５１７７は、表示装置５１５５に術部の画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させる。手術支援情報が重畳表示され、術者５１８１に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。
【０２６１】
カメラヘッド５１１９及びＣＣＵ５１５３を接続する伝送ケーブル５１７９は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【０２６２】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル５１７９を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５１１９とＣＣＵ５１５３との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル５１７９を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル５１７９によって妨げられる事態が解消され得る。
【０２６３】
以上、本開示に係る技術が適用され得る手術室システム５１００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として手術室システム５１００が適用される医療用システムが内視鏡手術システム５１１３である場合について説明したが、手術室システム５１００の構成はかかる例に限定されない。例えば、手術室システム５１００は、内視鏡手術システム５１１３に代えて、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。
【０２６４】
本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、遠隔医療に好適に適用され得る。具体的には、単位画素の画素信号を高速で読み出しながら、画素の転送期間を延ばすことができるので、撮像された術部画像をより高速で、より高解像度で外部の表示装置に出力することができ、遠隔医療における診断の精度向上を図ることができ。
【０２６５】
＜１０．移動体への応用例＞
本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現され得る。
【０２６６】
図１９は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【０２６７】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１９に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
【０２６８】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【０２６９】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０２７０】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【０２７１】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０２７２】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０２７３】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｉｖｅｒ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０２７４】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０２７５】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０２７６】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１９の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０２７７】
図２０は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０２７８】
図２０では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０２７９】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０２８０】
なお、図２０には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０２８１】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０２８２】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０２８３】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０２８４】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０２８５】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１（撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４及び１２１０５）に適用され得る。具体的には、本技術に係る固体撮像素子は、撮像部１２０３１（撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４及び１２１０５）に適用することができる。撮像部１２０３１（撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４及び１２１０５）に、本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
【０２８６】
なお、本技術に係る実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０２８７】
また、本技術に係る第１乃至第６の実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０２８８】
また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【０２８９】
また、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
（１）画素アレイ部と、
Ｄ／Ａ変換部と、
カラム処理部と、を備え、
前記画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、
前記カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、
前記単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、前記単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に前記画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の行の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、固体撮像装置。
（２）前記第２の行が、前記第１の行に隣接し、当該第１の行よりも１つ前の行である、前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）前記第１の行の前記単位画素の信号電荷を転送する期間が、当該第１の行の次の行が有する前記Ｐ相読み出し期間中まで拡大される、前記（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（４）前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の容量と、第２の容量とを備え、
前記第１の容量が、前記第１の行の前記リセットレベルの電位を蓄え、
前記第２の容量が、前記第２の行の前記リセットレベルの電位を蓄え、
前記カラム処理部が、前記第１の行の前記１水平期間内に、前記第２の行の前記Ａ／Ｄ変換された前記画素信号の電位の値から、当該第２の行の前記Ａ／Ｄ変換された前記リセットレベルの電位の値を減算処理する、前記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（５）前記単位画素が、光電変換素子と、フローティングディフュージョンと、転送トランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタと、を備え、
前記光電変換素子が、前記単位画素で受光した光量に応じて信号電荷を生成し、
前記転送トランジスタが、前記信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送し、
前記フローティングディフュージョンが、前記信号電荷を蓄積して画素信号に変換し、
前記増幅トランジスタが、前記画素信号を増幅し、
前記選択トランジスタが、前記増幅された画素信号を選択して出力する、前記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（６）前記第１の行の前記単位画素が有する前記転送トランジスタがオンのとき、当該第１の行の前記単位画素が有する前記選択トランジスタをオフにして、当該第１の行の前記信号電荷を前記フローティングディフュージョンに転送するとともに、
前記第２の行の前記単位画素が有する前記選択トランジスタをオンにして、前記第２の行の前記画素信号の電位を前記Ａ／Ｄ変換する、前記（５）に記載の固体撮像装置。
（７）前記複数の単位画素が、前記フローティングディフュージョンを共有する画素群を形成し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記第１の行における前記画素群を形成する前記複数の単位画素のうち、第１の前記単位画素の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行における前記Ｄ相読み出し期間中に、前記第２の行における前記画素群を形成する前記複数の単位画素のうち、第２の前記単位画素の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の単位画素の信号電荷が転送される、前記（１）乃至（６）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（８）少なくとも２つの垂直信号線と、
少なくとも２つの前記Ａ／Ｄ変換部と、を有し、
前記列毎に前記２つの垂直信号線が設けられ、
前記列毎に前記２つの前記Ａ／Ｄ変換部が設けられ、
前記２つの垂直信号線のそれぞれが、前記複数の単位画素が配列された行毎に、交互に接続され、
前記２つのＡ／Ｄ変換部のうち一方が、第１の前記垂直信号線に接続され、
前記２つのＡ／Ｄ変換部のうち他方が、第２の前記垂直信号線に接続され、
前記一方のＡ／Ｄ変換部が、前記第１の垂直信号線を介して、前記リセットレベルの電位と前記画素信号の電位を前記Ａ／Ｄ変換するとともに、並列して、
前記他方のＡ／Ｄ変換部が、前記第２の垂直信号線を介して、前記リセットレベルの電位と前記画素信号の電位を前記Ａ／Ｄ変換する、前記（１）乃至（７）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（９）画素アレイ部と、
Ｄ／Ａ変換部と、
カラム処理部と、を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、
前記カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、
前記単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、前記単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に前記画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の行の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、固体撮像装置の駆動方法。
（１０）固体撮像装置が搭載され、
前記固体撮像装置が、
画素アレイ部と、
Ｄ／Ａ変換部と、
カラム処理部と、を備え、
前記画素アレイ部が、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有し、
前記カラム処理部が、前記列毎に対応するＡ／Ｄ変換部を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部が、コンパレータを有し、
前記単位画素が有するリセットレベルの電位を読み出すＰ相読み出し期間と、前記単位画素が出力する画素信号の電位を読み出すＤ相読み出し期間と、を有する１行毎に前記画素信号の信号成分を読み出す１水平期間内において、
前記Ａ／Ｄ変換部が、第１の行の前記リセットレベルの電位を読み出してＡ／Ｄ変換した後、当該第１の行の前記Ｄ相読み出し期間中に、第２の行の前記画素信号の電位を読み出してＡ／Ｄ変換するとともに、前記第１の行の前記単位画素の信号電荷が転送される、電子機器。
【符号の説明】
【０２９０】
１１  画素アレイ部
１６  Ｄ／Ａ変換部
１７  カラム処理部
３３  コンパレータ
３８  Ａ／Ｄ変換部
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ  単位画素
【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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