(57)【要約】  小型化と高速読み出しとの両立を実現することが可能な撮像素子ｍ内視鏡および内視鏡システムを提供する。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生成する複数の単位画素２３０と、撮像信号を転送する複数の垂直転送線２３９と、所定の画素数に対応する数だけ設けられ、複数の垂直転送線２３９の各々から転送された撮像信号を外部へ出力する第１出力アンプ部３１１、第２出力アンプ部３１２と、複数行の画素を同時に駆動させて、この複数行の画素から出力された複数の撮像信号の各々を第１出力アンプ部３１１、第２出力アンプ部３１２に同時に出力させるタイミング生成部２５と、を備える。
2017057776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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生成する複数の画素と、
前記撮像信号を転送する複数の第１の転送線と、
前記複数の第１の転送線の各々に設けられ、前記画素から出力された前記撮像信号を前記第１の転送線に転送する定電流源と、
前記複数の第１の転送線から転送された前記撮像信号を外部へ出力する複数の出力部と、
複数行の前記画素を同時に駆動させて、該複数行の画素から出力された複数の前記撮像信号の各々を前記複数の出力部から同時に外部へ出力させる制御部と、
を備えたことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記複数の第１の転送線の各々に設けられ、前記撮像信号のノイズ成分を除去するノイズ除去部と、
前記ノイズ除去部を介して、前記第１の転送線から前記出力部へ前記撮像信号を転送する複数の第２の転送線と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記ノイズ除去部は、複数のサンプルホールド容量を有し、
前記制御部は、前記複数のサンプルホールド容量に前記複数行の画素から出力された前記撮像信号を同時にサンプリングさせ、このサンプリングさせた前記撮像信号を前記複数の第２の転送線に同時に出力させることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記ノイズ除去部は、
クランプ容量と、
リセット部と、
を有し、
前記制御部は、前記クランプ容量を介して前記複数行の画素から出力された前記撮像信号を前記複数の第２の転送線に同時に出力させることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記複数の画素は、少なくとも行方向に前記第１の転送線を共有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の撮像素子。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数の画素のうち、奇数列と偶数列とを交互に前記撮像信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の撮像素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つ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８】
請求項７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）撮像素子では、隣接する複数の画素を１つの垂直信号線によって共有させて画像信号を転送する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、隣接する複数の画素を１つの垂直信号線によって共有させることによって、撮像素子の高画素化と小型化を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７/１０８１２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内視鏡用途の撮像素子においては、チップサイズの小型化と高画素の撮像素子からの読み出しの高速化が求められている。しかしながら、上述した特許文献１の場合、水平方向２列、垂直方向２列の２×２配置の画素を１つの垂直信号線で共用しているため、各々の画素からの画像信号を順次読みださなければならず、撮像素子から画像信号を高速に読み出すことができないという問題点があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化と高速読み出しとの両立を実現することが可能な撮像素子、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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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生成する複数の画素と、前記撮像信号を転送する複数の第１の転送線と、前記複数の第１の転送線の各々に設けられ、前記画素から出力された前記撮像信号を前記第１の転送線に転送する定電流源と、前記複数の第１の転送線から転送された前記撮像信号を外部へ出力する複数の出力部と、複数行の前記画素を同時に駆動させて、該複数行の画素から出力された複数の前記撮像信号の各々を前記複数の出力部から同時に外部へ出力させる制御部と、を備えたことを特徴とする。【０００７】
また、本発明に係る撮像素子は、上記発明において、前記複数の第１の転送線の各々に設けられ、前記撮像信号のノイズ成分を除去するノイズ除去部と、前記ノイズ除去部を介して、前記第１の転送線から前記出力部へ前記撮像信号を転送する複数の第２の転送線と、をさらに備えたことを特徴とする。【０００８】
また、本発明に係る撮像素子は、上記発明において、前記ノイズ除去部は、複数のサンプルホールド容量を有し、前記制御部は、前記複数のサンプルホールド容量に前記複数行の画素から出力された前記撮像信号を同時にサンプリングさせ、このサンプリングさせた前記撮像信号を前記複数の第２の転送線に同時に出力させることを特徴とする。【０００９】
また、本発明に係る撮像素子は、上記発明において、前記ノイズ除去部は、クランプ容量と、リセット部と、を有し、前記制御部は、前記クランプ容量を介して前記複数行の画素から出力された前記撮像信号を前記複数の第２の転送線に同時に出力させることを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係る撮像素子は、上記発明において、前記複数の画素は、少なくとも行方向に前記第１の転送線を共有することを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係る撮像素子は、上記発明において、前記制御部は、前記複数の画素のうち、奇数列と偶数列とを交互に前記撮像信号を出力することを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係る内視鏡は、上記発明の撮像素子を、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。【００１３】
また、本発明に係る内視鏡システムは、上記発明の内視鏡と、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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小型化と高速読み出しの両立を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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】図２は、図１に示す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】図３は、図２に示す第１チップの構成を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る撮像部の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る第１チップの構成を示す回路図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係る撮像部の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３に係る第１チップの構成を示す回路図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３に係る撮像部の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】図９は、本発明の実施の形態４に係る第１チップの構成を示す回路図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態４に係る撮像部の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、撮像素子を被検体に挿入される挿入部の先端に設けた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も、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。
【００１７】
（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。
【００１８】
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（撮像装置）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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）および白色光の波長帯域より狭い波長帯域を有する狭帯域光の特殊光を発するＬＥＤ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を介して白色光または狭帯域光を被写体に向けて照射する。
【００２４】
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。
【００２５】
〔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と、伝送ケーブル３と、コネクタ部５と、を備える。
【００２６】
撮像部２０は、第１チップ２１（撮像素子）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、電源安定用のコンデンサＣ１が設けられている。
【００２７】
第１チップ２１は、二次元マトリクス状に配置されており、外部から光を受光し、受光量に応じた画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、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、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。
【００２８】
第２チップ２２は、第１チップ２１における複数の単位画素２３０の各々から出力される撮像信号を増幅して伝送ケーブル３へ出力するバッファ２７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１チップ２１に配置されたタイミング生成部２５を第２チップ２２に配置してもよい。
【００２９】
コネクタ部５は、アナログ・フロント・エンド部５１（以下、「ＡＦＥ部５１」という）と、Ａ／Ｄ変換部５２と、撮像信号処理部５３と、駆動パルス生成部５４と、電源電圧生成部５５と、を有する。
【００３０】
ＡＦＥ部５１は、撮像部２０から伝搬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、ＡＦＥ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。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換部５２は、ＡＦＥ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。
【００３２】
撮像信号処理部５３は、例えばＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）により構成され、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。
【００３３】
駆動パルス生成部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、駆動パルス生成部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。
【００３４】
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。
【００３５】
〔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。
【００３６】
電源部６１は、電源電圧ＶＤＤを生成し、この生成した電源電圧ＶＤＤ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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駆動パルス生成部５４へ出力する。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、光源装置８が出射する照明光を切り替える。
【００４２】
〔第１チップの構成〕
次に、上述した第１チップ２１の詳細な構成について説明する。図３は、図２に示す第１チップ２１の構成を示す回路図である。図３に示すように、第１チップ２１は、タイミング生成部２５と、出力部３１と、定電流源２４０と、垂直走査部２４１（行選択回路）と、第１サンプルホールド部２４２と、第２サンプルホールド部２４３と、水平走査部２４４（列選択回路）と、水平リセット部２４５と、を含む。
【００４３】
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、φＳＳ、φＮＳ、φＨ）を生成し、後述する垂直走査部２４１、第１サンプルホールド部２４２、水平走査部２４４および水平リセット部２４５の各々へ出力する。タイミング生成部２５は、垂直方向（列方向）に隣接する複数行の単位画素２３０を同時に駆動させて、この複数行の単位画素２３０から出力された複数の撮像信号の各々を同時に外部へ出力させる。なお、本実施の形態１では、タイミング生成部２５が制御部として機能する。
【００４４】
定電流源２４０は、一端側がグランドＧＮＤに接続され、他端側が垂直転送線２３９に接続され、ゲートには基準電圧Ｖｂｉａｓが入力される信号線が接続される。
【００４５】
垂直走査部２４１は、タイミング生成部２５から入力される駆動パルス（φＸ、φＲ、φＴ１、φＴ２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＞、駆動パルスφＴ１＜Ｍ＞および駆動パルスφＴ２＜Ｍ＞の各々に印加して、受光部２３の各単位画素２３０を垂直転送線２３９に接続した定電流源２４０で駆動することによって、撮像信号および画素リセット時のノイズ信号を垂直転送線２３９（第１の転送線）で転送し、ノイズ信号および撮像信号の各々を第１サンプルホールド部２４２へ出力する。なお、本実施の形態１では、２つの単位画素２３０から撮像信号を共有して読み出す。
【００４６】
第１サンプルホールド部２４２（サンプルホールド回路）は、奇数行の各単位画素２３０における画素リセット時のノイズ信号をサンプリングし、このサンプリングしたノイズ信号を出力部３１へ出力する。さらに、第１サンプルホールド部２４２は、奇数行の各単位画素２３０で光電変換された撮像信号をサンプリングし、このサンプリングした撮像信号を出力部３１へ出力する。第１サンプルホールド部２４２は、第１サンプリングスイッチ２５１と、第１サンプリング部２５２（キャパシタ）と、第１出力スイッチ２５３と、第２サンプリングスイッチ２５４と、第２サンプリング部２５５と、第２出力スイッチ２５６と、を有する。
【００４７】
第１サンプリングスイッチ２５１は、一端側が垂直転送線２３９（２３９ａ）に接続され、他端側が第１出力スイッチ２５３の一端側に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφＮＳが入力される信号線が接続される。
【００４８】
第１サンプリング部２５２は、一端側が第１サンプリングスイッチ２５１と第１出力スイッチ２５３との間に接続され、他端側がグランドＧＮＤに接続される。第１サンプリング部２５２は、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＲ＜Ｍ＞が印加された場合において、第１サンプリングスイッチ２５１のゲートに駆動パルスφＮＳが印加されたとき、単位画素２３０からのノイズ信号をサンプリングする（保持する）。
【００４９】
第１出力スイッチ２５３は、一端側が第１サンプリングスイッチ２５１に接続され、他端側が第２水平転送線２６０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＜Ｍ＞が入力される。第１出力スイッチ２５３は、ゲートに列選択パルスφＨ＜Ｍ＞が印加された場合、第１サンプリング部２５２にサンプリングされたノイズ信号を第２水平転送線２６０へ転送する。
【００５０】
第２サンプリングスイッチ２５４は、一端側が垂直転送線２３９（２３９ａ）に接続され、他端側が第２出力スイッチ２５６の一端側に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφＳＳが入力される信号線が接続される。
【００５１】
第２サンプリング部２５５は、一端側が第２サンプリングスイッチ２５４と第２出力スイッチ２５６との間に接続され、他端側がグランドＧＮＤに接続される。第２サンプリング部２５５は、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＴ１＜Ｍ＞または駆動パルスφＴ２＜Ｍ＞が印加された場合において、第２サンプリングスイッチ２５４のゲートに駆動パルスφＳＳが印加されたとき、単位画素２３０からの撮像信号をサンプリングする（保持する）。
【００５２】
第２出力スイッチ２５６は、一端側が第２サンプリングスイッチ２５４に接続され、他端側が第１水平転送線２５９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＜Ｍ＞が入力される。第２出力スイッチ２５６は、ゲートに列選択パルスφＨ＜Ｍ＞が印加された場合、第２サンプリング部２５５にサンプリングされた撮像信号を第１水平転送線２５９へ転送する。
【００５３】
第２サンプルホールド部２４３（サンプルホールド回路）は、第１サンプルホールド部２４２と同様の構成を有し、偶数行の各単位画素２３０における画素リセット時のノイズ信号をサンプリングし、このサンプリングしたノイズ信号を出力部３１へ出力する。さらに、第２サンプルホールド部２４３は、偶数行の各単位画素２３０で光電変換された撮像信号をサンプリングし、このサンプリングした撮像信号を出力部３１へ出力する。第２サンプルホールド部２４３は、第１サンプリングスイッチ２５１ａと、第１サンプリング部２５２ａ（キャパシタ）と、第１出力スイッチ２５３ａと、第２サンプリングスイッチ２５４ａと、第２サンプリング部２５５ａと、第２出力スイッチ２５６ａと、を有する。
【００５４】
第１サンプリングスイッチ２５１ａは、一端側が垂直転送線２３９（２３９ｂ）に接続され、他端側が第１出力スイッチ２５３ａの一端側に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφＮＳが入力される信号線が接続される。
【００５５】
第１サンプリング部２５２ａは、一端側が第１サンプリングスイッチ２５１ａと第１出力スイッチ２５３ａとの間に接続され、他端側がグランドＧＮＤに接続される。第１サンプリング部２５２ａは、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＲ＜Ｍ＞が印加された場合において、第１サンプリングスイッチ２５１ａのゲートに駆動パルスφＮＳが印加されたとき、単位画素２３０からのノイズ信号をサンプリングする（保持する）。
【００５６】
第１出力スイッチ２５３ａは、一端側が第１サンプリングスイッチ２５１ａに接続され、他端側が第４水平転送線２６２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＜Ｍ＞が入力される。第１出力スイッチ２５３ａは、ゲートに列選択パルスφＨ＜Ｍ＞が印加された場合、第１サンプリング部２５２ａにサンプリングされたノイズ信号を第４水平転送線２６２へ転送する。
【００５７】
第２サンプリングスイッチ２５４ａは、一端側が垂直転送線２３９（２３９ｂ）に接続され、他端側が第２出力スイッチ２５６ａの一端側に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφＳＳが入力される信号線が接続される。
【００５８】
第２サンプリング部２５５ａは、一端側が第２サンプリングスイッチ２５４ａと第２出力スイッチ２５６ａとの間に接続され、他端側がグランドＧＮＤに接続される。第２サンプリング部２５５ａは、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＴ１＜Ｍ＞または駆動パルスφＴ２＜Ｍ＞が印加された場合において、第２サンプリングスイッチ２５４ａのゲートに駆動パルスφＳＳが印加されたとき、単位画素２３０からの撮像信号をサンプリングする（保持する）。
【００５９】
第２出力スイッチ２５６ａは、一端側が第２サンプリングスイッチ２５４ａに接続され、他端側が第３水平転送線２６１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＜Ｍ＞が入力される。第２出力スイッチ２５６ａは、ゲートに列選択パルスφＨ＜Ｍ＞が印加された場合、第２サンプリング部２５５ａにサンプリングされた撮像信号を第３水平転送線２６１へ転送する。
【００６０】
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＜Ｍ＞（Ｍ＝１，２，３，・・・，ｍ）に列選択パルスφＨ＜Ｍ＞を印加し、各単位画素２３０において画素リセット時における各単位画素２３０からのノイズ信号を、第１サンプルホールド部２４２を介して第１水平転送線２５９へ転送して出力するとともに、第２サンプルホールド部２４３を介して第３水平転送線２６１へ転送して出力する。また、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＜Ｍ＞に列選択パルスφＨ＜Ｍ＞を印加し、各単位画素２３０によって光電変換された撮像信号を、第１サンプルホールド部２４２を介して第２水平転送線２６０へ転送して出力するとともに、第２サンプルホールド部２４３を介して第４水平転送線２６２へ転送して出力する。なお、本実施の形態１では、垂直走査部２４１および水平走査部２４４が読み出し部２４として機能する。
【００６１】
第１チップ２１の受光部２３には、多数の単位画素２３０が二次元マトリクス状に配列される。各単位画素２３０は、光電変換素子２３１（フォトダイオード）および光電変換素子２３２と、電荷電圧変換部２３３と、転送トランジスタ２３４（第１の転送部）および転送トランジスタ２３５と、電荷電圧変換部リセット部２３６（トランジスタ）と、画素ソースフォロアトランジスタ２３７と、画素出力スイッチ２３８（信号出力部）と、を含む。なお、本明細書では、１または複数の光電変換素子と、それぞれの光電変換素子から信号電荷を電荷電圧変換部２３３に転送するための転送トランジスタとを単位セルと呼ぶ。すなわち、単位セルには１または複数の光電変換素子と転送トランジスタの組が含まれ、各単位画素２３０には、１つの単位セルが含まれる。また、本実施の形態１では、単位画素２３０に２つの画素（光電変換素子２３１および光電変換素子２３２）を設け、１つの垂直転送線２３９（第１の転送線）を共用させているが、これに限定されることなく、例えば４つまたは８つの画素を１つの垂直転送線２３９によって共用させてもよい。
【００６２】
光電変換素子２３１および光電変換素子２３２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および光電変換素子２３２は、カソード側がそれぞれ転送トランジスタ２３４および転送トランジスタ２３５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。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および光電変換素子２３２で蓄積された電荷を電圧に変換する。
【００６３】
転送トランジスタ２３４および転送トランジスタ２３５は、それぞれ光電変換素子２３１および光電変換素子２３２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２３４および転送トランジスタ２３５のそれぞれのゲートには、駆動パルスφＴ１＜Ｍ＞およびφＴ２＜Ｍ＞が供給される信号線が接続され、他端側には、電荷電圧変換部２３３が接続される。転送トランジスタ２３４および転送トランジスタ２３５は、垂直走査部２４１から信号線を介して駆動パルスφＴ１およびφＴ２が供給されると、オン状態となり、光電変換素子２３１および光電変換素子２３２から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。
【００６４】
電荷電圧変換部リセット部２３６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２３６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２３６は、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。
【００６５】
画素ソースフォロアトランジスタ２３７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２３８の一端側に接続され、ゲートには電荷電圧変換部２３３で電荷電圧変換された信号（画像信号またはリセット時の信号）が入力される。
【００６６】
画素出力スイッチ２３８は、電荷電圧変換部２３３で電荷電圧変換された信号を垂直転送線２３９に出力する。画素出力スイッチ２３８は、他端側が垂直転送線２３９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２３８は、画素出力スイッチ２３８のゲートに垂直走査部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、画像信号またはリセット時の信号（ノイズ信号）を垂直転送線２３９に転送する。
【００６７】
水平リセット部２４５は、タイミング生成部２５から入力される駆動パルスφｈｃｌｒに基づいて、第１水平転送線２５９、第２水平転送線２６０、第３水平転送線２６１および第４水平転送線２６２の各々をリセットする。水平リセット部２４５は、第１水平リセットトランジスタ２７１と、第２水平リセットトランジスタ２７２と、第３水平リセットトランジスタ２７３と、第４水平リセットトランジスタ２７４と、を含む。
【００６８】
第１水平リセットトランジスタ２７１は、一端側が基準電圧ＶＲＥＦに接続され、他端側が第１水平転送線２５９に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφｈｃｌｒが入力される信号線が接続される。第１水平リセットトランジスタ２７１は、タイミング生成部２５から駆動パルスφｈｃｌｒが第１水平リセットトランジスタ２７１のゲートに入力されると、オン状態となり、第１水平転送線２５９をリセットする。
【００６９】
第２水平リセットトランジスタ２７２は、一端側が基準電圧ＶＲＥＦに接続され、他端側が第２水平転送線２６０に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφｈｃｌｒが入力される信号線が接続される。第２水平リセットトランジスタ２７２は、タイミング生成部２５から駆動パルスφｈｃｌｒが第２水平リセットトランジスタ２７２のゲートに入力されると、オン状態となり、第２水平転送線２６０をリセットする。
【００７０】
第３水平リセットトランジスタ２７３は、一端側が基準電圧ＶＲＥＦに接続され、他端側が第３水平転送線２６１に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφｈｃｌｒが入力される信号線が接続される。第３水平リセットトランジスタ２７３は、タイミング生成部２５から駆動パルスφｈｃｌｒが第３水平リセットトランジスタ２７３のゲートに入力されると、オン状態となり、第３水平転送線２６１をリセットする。
【００７１】
第４水平リセットトランジスタ２７４は、一端側が基準電圧ＶＲＥＦに接続され、他端側が第４水平転送線２６２に接続され、ゲートにはタイミング生成部２５から駆動パルスφｈｃｌｒが入力される信号線が接続される。第４水平リセットトランジスタ２７４は、タイミング生成部２５から駆動パルスφｈｃｌｒが第４水平リセットトランジスタ２７４のゲートに入力されると、オン状態となり、第４水平転送線２６２をリセットする。
【００７２】
出力部３１は、第１水平転送線２５９〜第４水平転送線２６２の各々から転送されたノイズ信号および撮像信号の差をとることによって、ノイズを除去した撮像信号を外部へ出力する。出力部３１は、第１出力アンプ部３１１と、第２出力アンプ部３１２と、を有する。
【００７３】
第１出力アンプ部３１１は、差動アンプを用いて構成され、第１水平転送線２５９から転送された奇数列の撮像信号と第２水平転送線２６０から転送された奇数列のノイズ信号の差をとることによって、ノイズを除去した奇数列の撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ１）。
【００７４】
第２出力アンプ部３１２は、差動アンプを用いて構成され、第３水平転送線２６１から転送された偶数列の撮像信号と第４水平転送線２６２から転送された偶数列のノイズ信号の差をとることによって、ノイズを除去した偶数列の撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ２）。
【００７５】
〔撮像部の動作〕
次に、撮像部２０の駆動タイミングについて説明する。図４は、撮像部２０の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。図４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φＴ１＜１＞、駆動パルスφＴ２＜１＞、行選択パルスφＸ＜２＞、駆動パルスφＲ＜２＞、駆動パルスφＴ１＜２＞、駆動パルスφＴ２＜２＞、駆動パルスφＮＳ、駆動パルスφＳＳ、列選択パルスφＨおよび駆動パルスφｈｃｌｒのタイミングを示す。
【００７６】
図４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＞および駆動パルスφＲ＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部リセット部２３６は、オン状態となり、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。
【００７７】
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φＮＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、垂直転送線２３９（２３９ａ）を介して１行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２にサンプリングさせるとともに、垂直転送線２３９（２３９ｂ）を介して２行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２ａにサンプリングさせる。
【００７８】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＮＳをオフ状態（Ｌｏｗ）とする。これにより、第１サンプリング部２５２は、１行目におけるノイズ信号のサンプリングが完了する。さらに、第１サンプリング部２５２ａは、２行目におけるノイズ信号のサンプリングが完了する。
【００７９】
続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＴ１＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、駆動パルスφＳＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、１行目および２行目の各々の転送トランジスタ２３４は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ１＜１＞が入力されることによって、オン状態となり、１行目および２行目の各々の奇数列の光電変換素子２３１から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、１行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ａ）に出力させるとともに、２行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ｂ）に出力させる。さらに、第２サンプリング部２５５は、垂直転送線２３９（２３９ａ）から出力された１行目の奇数列における撮像信号をサンプリングするとともに、第２サンプリング部２５５ａは、垂直転送線２３９（２３９ｂ）から出力された２行目の奇数列における撮像信号をサンプリングする。
【００８０】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＳをオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜１＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にするとともに、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞および駆動パルスφｈｃｌｒを列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第２サンプリング部２５５は、サンプリングした１行目における奇数列の撮像信号を第１水平転送線２５９へ転送して第１出力アンプ部３１１へ出力し、各第１サンプリング部２５２は、サンプリングした１行目における奇数列のノイズ信号を第２水平転送線２６０へ転送して第１出力アンプ部３１１へ出力する。第１出力アンプ部３１１は、１行目の奇数列における撮像信号とノイズ信号の差分を出力し、これにより、ノイズ除去された１行目の奇数列における撮像信号が出力される（Ｖｏｕｔ１）。
【００８１】
また、各第２サンプリング部２５５ａは、サンプリングした２行目における奇数列の撮像信号を第３水平転送線２６１へ転送して第２出力アンプ部３１２へ出力し、各第１サンプリング部２５２ａは、サンプリングした２行目における奇数列のノイズ信号を第４水平転送線２６２へ転送して第２出力アンプ部３１２へ出力する。第２出力アンプ部３１２は、２行目の奇数列における撮像信号とノイズ信号の差分を出力し、これにより、ノイズ除去された２行目の奇数列における撮像信号が出力される（Ｖｏｕｔ２）。
【００８２】
その後、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜１＞および駆動パルスφＲ＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部リセット部２３６は、オン状態となり、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部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。
【００８３】
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φＮＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、垂直転送線２３９（２３９ａ）を介して１行目の電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２にサンプリングさせるとともに、垂直転送線２３９（２３９ｂ）を介して２行目の電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２ａにサンプリングさせる。
【００８４】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＮＳをオフ状態（Ｌｏｗ）とする。これにより、第１サンプリング部２５２は、１行目のノイズ信号のサンプリングが完了する。さらに、第１サンプリング部２５２ａは、２行目のノイズ信号のサンプリングが完了する。
【００８５】
続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＴ２＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、駆動パルスφＳＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、１行目および２行目の各々の転送トランジスタ２３５は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ２＜１＞が入力されることによって、オン状態となり、１行目および２行目の各々の偶数列の光電変換素子２３２から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、１行目の画素出力スイッチ２３８は、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１行目の画素ソースフォロアトランジスタ２３７から垂直転送線２３９（２３９ａ）に出力させるとともに、２行目の画素出力スイッチ２３８は、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２行目の画素ソースフォロアトランジスタ２３７から垂直転送線２３９（２３９ｂ）に出力させる。さらに、第２サンプリング部２５５は、垂直転送線２３９（２３９ａ）から出力された撮像信号をサンプリングするとともに、第２サンプリング部２５５ａは、垂直転送線２３９（２３９ｂ）から出力された撮像信号をサンプリングする。
【００８６】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＳをオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜１＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にするとともに、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞および駆動パルスφｈｃｌｒを列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第２サンプリング部２５５は、サンプリングした１行目における偶数列の撮像信号を第１水平転送線２５９へ転送して第１出力アンプ部３１１へ出力し、各第１サンプリング部２５２は、サンプリングした１行目における偶数列のノイズ信号を第２水平転送線２６０へ転送して第１出力アンプ部３１１へ出力する。第１出力アンプ部３１１は、１行目の偶数列における撮像信号とノイズ信号の差分を出力し、これにより、ノイズ除去された１行目の偶数列における撮像信号が出力される（Ｖｏｕｔ１）。
【００８７】
また、各第２サンプリング部２５５ａは、サンプリングした２行目の偶数列における撮像信号を第３水平転送線２６１へ転送して第２出力アンプ部３１２へ出力し、各第１サンプリング部２５２ａは、サンプリングした２行目の偶数列におけるノイズ信号を第４水平転送線２６２へ転送して第２出力アンプ部３１２へ出力する。第２出力アンプ部３１２は、２行目の偶数列における撮像信号とノイズ信号の差分を出力し、これにより、ノイズ除去された２行目の偶数列における撮像信号が出力される（Ｖｏｕｔ２）。
【００８８】
続いて、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜２＞および駆動パルスφＲ＜２＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、３行目および４行目の電荷電圧変換部リセット部２３６は、オン状態となり、３行目および４行目の各々の電荷電圧変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、３行目および４行目の各々の電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。
【００８９】
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φＮＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、垂直転送線２３９（２３９ａ）を介して３行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２にサンプリングさせるとともに、垂直転送線２３９（２３９ｂ）を介して４行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２ａにサンプリングさせる。
【００９０】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＮＳをオフ状態（Ｌｏｗ）とする。これにより、第１サンプリング部２５２は、３行目におけるノイズ信号のサンプリングが完了する。さらに、第１サンプリング部２５２ａは、４行目におけるノイズ信号のサンプリングが完了する。
【００９１】
続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＴ１＜２＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、駆動パルスφＳＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、３行目および４行目の各々の転送トランジスタ２３４は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ１＜２＞が入力されることによって、オン状態となり、３行目および４行目の各々の奇数列の光電変換素子２３１から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、３行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ａ）に出力させるとともに、４行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ｂ）に出力させる。さらに、第２サンプリング部２５５は、垂直転送線２３９（２３９ａ）から出力された撮像信号をサンプリングするとともに、第２サンプリング部２５５ａは、垂直転送線２３９（２３９ｂ）から出力された撮像信号をサンプリングする。
【００９２】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＳをオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜２＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にするとともに、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞および駆動パルスφｈｃｌｒを列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第２サンプリング部２５５は、サンプリングした３行目における奇数列の撮像信号を第１水平転送線２５９へ転送して第１出力アンプ部３１１へ出力し、各第１サンプリング部２５２は、サンプリングした３行目におけるノイズ信号を第２水平転送線２６０へ転送して第１出力アンプ部３１１へ出力する。第１出力アンプ部３１１は、３行目の奇数列における撮像信号とノイズ信号の差分を出力し、これにより、ノイズ除去された３行目の奇数列における撮像信号が出力される（Ｖｏｕｔ１）。
【００９３】
また、各第２サンプリング部２５５ａは、サンプリングした４行目の奇数列における撮像信号を第３水平転送線２６１へ転送して第２出力アンプ部３１２へ出力し、各第１サンプリング部２５２ａは、サンプリングした４行目のノイズ信号を第４水平転送線２６２へ転送して第２出力アンプ部３１２へ出力する。第２出力アンプ部３１２は、４行目の奇数列における撮像信号とノイズ信号の差分を出力し、これにより、ノイズ除去された４行目の奇数列における撮像信号が出力される（Ｖｏｕｔ２）。
【００９４】
その後、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜２＞および駆動パルスφＲ＜２＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、３行目および４行目の各々の電荷電圧変換部リセット部２３６は、オン状態となり、３行目および４行目の各々の電荷電圧変換部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。
【００９５】
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φＮＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、垂直転送線２３９（２３９ａ）を介して３行目の電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２にサンプリングさせるとともに、垂直転送線２３９（２３９ｂ）を介して４行目の電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１サンプリング部２５２ａにサンプリングさせる。
【００９６】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＮＳをオフ状態（Ｌｏｗ）とする。これにより、第１サンプリング部２５２は、３行目のノイズ信号のサンプリングが完了する。さらに、第１サンプリング部２５２ａは、４行目のノイズ信号のサンプリングが完了する。
【００９７】
続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＴ２＜２＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とし、駆動パルスφＳＳをオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、３行目および４行目の各々の転送トランジスタ２３５は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ２＜２＞が入力されることによって、オン状態となり、３行目および４行目の各々の偶数列の光電変換素子２３２から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、３行目の画素出力スイッチ２３８は、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３行目の画素ソースフォロアトランジスタ２３７から垂直転送線２３９（２３９ａ）に出力させるとともに、４行目の画素出力スイッチ２３８は、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４行目の画素ソースフォロアトランジスタ２３７から垂直転送線２３９（２３９ｂ）に出力させる。さらに、第２サンプリング部２５５は、垂直転送線２３９（２３９ａ）から出力された撮像信号をサンプリングするとともに、第２サンプリング部２５５ａは、垂直転送線２３９（２３９ｂ）から出力された撮像信号をサンプリングする。
【００９８】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＳをオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜２＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にするとともに、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞および駆動パルスφｈｃｌｒを列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第２サンプリング部２５５は、サンプリングした３行目における偶数列の撮像信号を第１水平転送線２５９へ転送して第１出力アンプ部３１１へ出力し、各第１サンプリング部２５２は、サンプリングした３行目における偶数列のノイズ信号を第２水平転送線２６０へ転送して第１出力アンプ部３１１へ出力する。第１出力アンプ部３１１は、３行目の偶数列における撮像信号とノイズ信号の差分を出力し、これにより、ノイズ除去された３行目の偶数列における撮像信号が出力される（Ｖｏｕｔ１）。
【００９９】
また、各第２サンプリング部２５５ａは、サンプリングした４行目の偶数列における撮像信号を第３水平転送線２６１へ転送して第２出力アンプ部３１２へ出力し、各第１サンプリング部２５２ａは、サンプリングした４行目の偶数列におけるノイズ信号を第４水平転送線２６２へ転送して第２出力アンプ部３１２へ出力する。第２出力アンプ部３１２は、４行目の偶数列における撮像信号とノイズ信号の差分を出力し、これにより、ノイズ除去された４行目の偶数列における撮像信号が出力される（Ｖｏｕｔ２）。
【０１００】
このように、タイミング生成部２５は、垂直走査部２４１、第１サンプルホールド部２４２、第２サンプルホールド部２４３および水平走査部２４４、水平リセット部２４５の各々を制御することによって、互いに異なる２つの行に位置する複数の単位画素２３０の各々から撮像信号を奇数列と偶数列とで交互に同時（並列）に出力させる。
【０１０１】
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が行方向（垂直方向）に隣接する複数行の画素を同時に駆動させて、この複数行の画素から出力された複数の撮像信号を第１出力アンプ部３１１、第２出力アンプ部３１２に同時（並列）に出力させることによって、各単位画素２３０から撮像信号を読み出す時間を半分とすることができるので、小型化と高速読み出しの両立を実現することができる。
【０１０２】
また、本発明の実施の形態１によれば、タイミング生成部２５は、垂直走査部２４１、第１サンプルホールド部２４２、第２サンプルホールド部２４３および水平走査部２４４、水平リセット部２４５の各々を制御することによって、互いに異なる２つの行に位置する複数の単位画素２３０の各々から撮像信号を奇数列と偶数列とで交互に同時に出力させるので、より低速で撮像信号を出力することが可能となり、低消費電力および伝送帯域の節約を行うことができる。さらに、低消費電力で撮像部２０を駆動することができるので、内視鏡２の先端１０１が高温になることを防止することができる。
【０１０３】
なお、本実施の形態１では、タイミング生成部２５、第１サンプルホールド部２４２、第２サンプルホールド部２４３、水平リセット部２４５および出力部３１を第１チップ２１上に設けていたが、これらの構成を第２チップ２２上に設けもよい。これにより、第１チップ２１のさらなる小型化を行うことができるとともに、撮像部２０（撮像素子）の小型化を行うことができる。
【０１０４】
（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に係る内視鏡システムは、第１チップの構成が異なる。具体的には、上述した実施の形態１に係る第１チップ２１は、各垂直転送線２３９にサンプルホールド部が設けられていたが、本実施の形態２では、各垂直転送線２３９にクランプホールド部を設けている。さらに、本実施の形態２では、水平リセット部に換えて、アンプ部およびサンプルホールド部の各々を各水平転送線に設けている。以下においては、本実施の形態２に係る第１チップの構成を説明後、本実施の形態２に係る撮像部の動作について説明する。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。
【０１０５】
〔第１チップの構成〕
図５は、本発明の実施の形態２に係る第１チップの構成を示す回路図である。図５に示す第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において、第１サンプルホールド部２４２、第２サンプルホールド部２４３および水平リセット部２４５に換えて、第１クランプホールド部２８０、第２クランプホールド部２８０ａ、アンプ部２９０およびサンプルホールド部３００を備える。
【０１０６】
第１クランプホールド部２８０は、奇数列の垂直転送線２３９（２３９ａ）に設けられる。第１クランプホールド部２８０は、各単位画素２３０における画素リセット時のノイズ信号をクランプした後、各単位画素２３０で光電変換された撮像信号を読み出すことによりノイズ除去を行い、このノイズ除去した撮像信号をアンプ部２９０へ出力する。第１クランプホールド部２８０は、第３サンプリング部２８１と、クランプスイッチ２８２と、第３サンプリングスイッチ２８３と、第４サンプリング部２８４と、第３出力スイッチ２８５と、を有する。
【０１０７】
第３サンプリング部２８１は、一端側が垂直転送線２３９（２３９ａ）に接続され、他端側が第３サンプリングスイッチ２８３に接続される。第３サンプリング部２８１は、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＲ＜Ｍ＞が印加された際に、駆動パルスφＣＬＰをオン状態からオフ状態に切り替えることによって、単位画素２３０からのノイズ信号をクランプし、その後、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＴ１＜Ｍ＞または駆動パルスφＴ２＜Ｍ＞を印加することにより、単位画素２３０からの撮像信号のノイズ成分の除去を行う。
【０１０８】
クランプスイッチ２８２は、一端側に基準電圧ＶＲＥＦが供給される信号線が接続され、他端側が第３サンプリング部２８１と第３サンプリングスイッチ２８３との間に接続され、ゲートには、タイミング生成部２５から駆動パルスφＣＬＰが供給される信号線が接続される。
【０１０９】
第３サンプリングスイッチ２８３は、一端側が第３サンプリング部２８１に接続され、他端側が第３出力スイッチ２８５の一端側に接続され、ゲートには、タイミング生成部２５から駆動パルスφＳＨ１が供給される信号線が接続される。
【０１１０】
第４サンプリング部２８４は、一端側がグランドＧＮＤに接続され、他端側が第３サンプリングスイッチ２８３と第３出力スイッチ２８５との間に接続される。第４サンプリング部２８４は、クランプスイッチ２８２がオン状態となった場合、基準電圧ＶＲＥＦにより所定の電位にリセットされる。
【０１１１】
第３出力スイッチ２８５は、一端側が第３サンプリングスイッチ２８３に接続され、他端側が第１水平転送線２５９ａ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＜Ｍ＞が供給される信号線が接続される。第３出力スイッチ２８５は、ゲートに列選択パルスφＨ＜Ｍ＞が印加された場合、第４サンプリング部２８４にサンプリングされた奇数列のノイズ除去された撮像信号を第１水平転送線２５９ａに転送する。
【０１１２】
第２クランプホールド部２８０ａは、偶数列の垂直転送線２３９（２３９ｂ）に設けられる。第２クランプホールド部２８０ａは、各単位画素２３０における画素リセット時のノイズ信号をクランプした後、各単位画素２３０で光電変換された撮像信号を読み出すことによりノイズ除去を行い、このノイズ除去した撮像信号をアンプ部２９０へ出力する。第２クランプホールド部２８０ａは、第３サンプリング部２８１ａと、クランプスイッチ２８２ａと、第３サンプリングスイッチ２８３ａと、第４サンプリング部２８４ａと、第３出力スイッチ２８５ａと、を有する。
【０１１３】
第３サンプリング部２８１ａは、一端側が垂直転送線２３９（２３９ｂ）に接続され、他端側が第３サンプリングスイッチ２８３ａに接続される。第３サンプリング部２８１ａは、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＲ＜Ｍ＞が印加された際に、駆動パルスφＣＬＰをオン状態からオフ状態に切り替えることによって、単位画素２３０からのノイズ信号をクランプし、その後、単位画素２３０に行選択パルスφＸ＜Ｍ＞および駆動パルスφＴ１＜Ｍ＞または駆動パルスφＴ２＜Ｍ＞を印加する事により、単位画素２３０からの撮像信号のノイズ成分の除去を行う。
【０１１４】
クランプスイッチ２８２ａは、一端側に基準電圧ＶＲＥＦが供給される信号線が接続され、他端側が第３サンプリング部２８１ａと第３サンプリングスイッチ２８３ａとの間に接続され、ゲートには、タイミング生成部２５から駆動パルスφＣＬＰが供給される信号線が接続される。
【０１１５】
第３サンプリングスイッチ２８３ａは、一端側が第３サンプリング部２８１ａに接続され、他端側が第３出力スイッチ２８５ａの一端側に接続され、ゲートには、タイミング生成部２５から駆動パルスφＳＨ１が供給される信号線が接続される。
【０１１６】
第４サンプリング部２８４ａは、一端側がグランドＧＮＤに接続され、他端側が第３サンプリングスイッチ２８３ａと第３出力スイッチ２８５ａとの間に接続される。第４サンプリング部２８４ａは、クランプスイッチ２８２ａがオン状態となった場合、基準電圧ＶＲＥＦにより所定の電位にリセットされる。
【０１１７】
第３出力スイッチ２８５ａは、一端側が第３サンプリングスイッチ２８３ａに接続され、他端側が第２水平転送線２６０ａ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＜Ｍ＞が供給される信号線が接続される。第３出力スイッチ２８５ａは、ゲートに列選択パルスφＨ＜Ｍ＞が印加された場合、第４サンプリング部２８４ａにサンプリングされた偶数列のノイズ除去された撮像信号を第２水平転送線２６０ａに転送する。
【０１１８】
アンプ部２９０は、第１水平転送線２５９ａまたは第２水平転送線２６０ａから入力されるノイズ除去された撮像信号を保持し、タイミング生成部２５から入力される駆動パルスφＡＭＰに基づいて、順次切り替えてノイズ除去された撮像信号をサンプルホールド部３００へ出力する。アンプ部２９０は、第１アンプスイッチ２９１と、第１アンプ容量２９２と、第１オペアンプ２９３と、第２アンプスイッチ２９４と、第２アンプ容量２９５と、第２オペアンプ２９６と、を有する。
【０１１９】
第１アンプスイッチ２９１は、一端側が第１水平転送線２５９ａに接続され、他端側がサンプルホールド部３００に接続され、ゲートには、タイミング生成部２５から駆動パルスφＡＭＰが供給される信号線が接続される。
【０１２０】
第１アンプ容量２９２は、一端側が第１水平転送線２５９ａと第１アンプスイッチ２９１との間に接続され、他端側が第１アンプスイッチ２９１とサンプルホールド部３００との間に接続される。
【０１２１】
第１オペアンプ２９３は、入力側の＋側端子に第１水平転送線２５９ａが接続され、入力側の−側端子に基準電圧ＶＲＥＦが供給される信号線が接続され、出力側にサンプルホールド部３００が接続される。また、第１オペアンプ２９３の出力は、第１アンプ容量２９２を介して第１オペアンプ２９３の入力側の＋側端子に入力される。
【０１２２】
第２アンプスイッチ２９４は、一端側が第２水平転送線２６０ａに接続され、他端側がサンプルホールド部３００に接続され、ゲートには、タイミング生成部２５から駆動パルスφＡＭＰが供給される信号線が接続される。
【０１２３】
第２アンプ容量２９５は、一端側が第２水平転送線２６０ａと第２アンプスイッチ２９４との間に接続され、他端側が第２アンプスイッチ２９４とサンプルホールド部３００との間に接続される。
【０１２４】
第２オペアンプ２９６は、入力側の＋側端子に第２水平転送線２６０ａが接続され、入力側の−側端子に基準電圧ＶＲＥＦが供給される信号線が接続され、出力側にサンプルホールド部３００が接続される。また、第２オペアンプ２９６の出力は、第２アンプ容量２９５を介して第２オペアンプ２９６の入力側の＋側端子に入力される。
【０１２５】
このように構成されたアンプ部２９０は、第４サンプリング部２８４および第４サンプリング部２８４ａに保持した撮像信号を、第１アンプ容量２９２および第２アンプ容量２９５と、第４サンプリング部２８４および第４サンプリング部２８４ａと、第３サンプリング部２８１および第３サンプリング部２８１ａの容量値の比で決定される利得で増倍して、サンプルホールド部３００へ出力する。
【０１２６】
サンプルホールド部３００は、アンプ部２９０から入力された撮像信号を保持し、タイミング生成部２５から入力される駆動パルスφＳＨ２に基づいて、撮像信号を出力部３１ａへ出力する。
【０１２７】
サンプルホールド部３００は、第４サンプリングスイッチ３０１と、第５サンプリング部３０２と、第５サンプリングスイッチ３０３と、第６サンプリング部３０４と、を有する。
【０１２８】
第４サンプリングスイッチ３０１は、一端側が第１オペアンプ２９３に接続され、他端側が第１出力アンプ部３１１ａに接続され、ゲートには、タイミング生成部２５から駆動パルスφＳＨ２が供給される信号線が接続される。
【０１２９】
第５サンプリング部３０２は、一端側がグランドＧＮＤに接続され、他端側が第４サンプリングスイッチ３０１と第１出力アンプ部３１１ａとの間に接続される。
【０１３０】
第５サンプリングスイッチ３０３は、一端側が第２オペアンプ２９６に接続され、他端側が第２出力アンプ部３１２ａに接続され、ゲートには、タイミング生成部２５から駆動パルスφＳＨ２が供給される信号線が接続される。
【０１３１】
第６サンプリング部３０４は、一端側がグランドＧＮＤに接続され、他端側が第５サンプリングスイッチ３０３と第２出力アンプ部３１２ａとの間に接続される。
【０１３２】
出力部３１ａは、第１出力アンプ部３１１ａと、第２出力アンプ部３１２ａと、を有する。第１出力アンプ部３１１ａは、第５サンプリング部３０２から出力された撮像信号を増幅して外部へ出力する（Ｖｏｕｔ１）。第２出力アンプ部３１２ａは、第６サンプリング部３０４から出力された撮像信号を増幅して外部へ出力する（Ｖｏｕｔ２）。
【０１３３】
〔撮像部の動作〕
次に、撮像部２０の駆動タイミングについて説明する。図６は、撮像部２０の駆動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φＴ１＜１＞、駆動パルスφＴ２＜１＞、行選択パルスφＸ＜２＞、駆動パルスφＲ＜２＞、駆動パルスφＴ１＜２＞、駆動パルスφＴ２＜２＞、駆動パルスφＣＬＰ、駆動パルスφＳＨ１、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨ＜ｍ＞および駆動パルスφＳＨ２のタイミングを示す。
【０１３４】
図６に示すように、まず、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＣＬＰをオン状態としたまま、行選択パルスφＸ＜１＞および駆動パルスφＲ＜１＞および駆動パルスφＳＨ１をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部リセット部２３６は、オン状態となり、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。
【０１３５】
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、垂直転送線２３９（２３９ａ）および第３サンプリング部２８１を介して１行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第４サンプリング部２８４にクランプさせるとともに、垂直転送線２３９（２３９ｂ）および第３サンプリング部２８１ａを介して２行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第４サンプリング部２８４ａにクランプさせる。
【０１３６】
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）とする。これにより、第４サンプリング部２８４は、１行目におけるノイズ信号のクランプが完了する。さらに、第４サンプリング部２８４ａは、２行目におけるノイズ信号のクランプが完了する。
【０１３７】
続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＴ１＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、１行目および２行目の各々の転送トランジスタ２３４は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ１＜１＞が入力されることによって、オン状態となり、１行目および２行目の各々の奇数列の光電変換素子２３１から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、１行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ａ）に出力させるとともに、２行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ｂ）に出力させる。さらに、第３サンプリング部２８１は、垂直転送線２３９（２３９ａ）から出力された１行目の奇数列における撮像信号のノイズ除去を完了させるとともに、第３サンプリング部２８１ａは、垂直転送線２３９（２３９ｂ）から出力された２行目の奇数列における撮像信号のノイズ除去を完了させる。
【０１３８】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＨ１をオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜１＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にし、駆動パルスφＣＬＰをオン状態（Ｈｉｇｈ）とするとともに、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞および駆動パルスφＳＨ２を列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第４サンプリング部２８４は、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞がオン状態のとき、サンプリングした１行目の奇数列における撮像信号を第１水平転送線２５９ａへ転送して第１オペアンプ２９３へ出力する。第５サンプリング部３０２は、第４サンプリングスイッチ３０１のオンオフ動作に応じて、サンプリングした撮像信号を第１出力アンプ部３１１ａへ出力する。第１出力アンプ部３１１ａは、第５サンプリング部３０２から入力された１行目の奇数列における撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ１）。
【０１３９】
また、各第４サンプリング部２８４ａは、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞がオン状態のとき、サンプリングした２行目の奇数列における撮像信号を第２水平転送線２６０ａへ転送して第２オペアンプ２９６へ出力する。第６サンプリング部３０４は、第５サンプリングスイッチ３０３のオンオフ動作に応じて、サンプリングした撮像信号を第２出力アンプ部３１２ａへ出力する。第２出力アンプ部３１２ａは、第６サンプリング部３０４から入力された２行目の奇数列における撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ２）。
【０１４０】
続いて、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜１＞および駆動パルスφＲ＜１＞および駆動パルスφＳＨ１をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部リセット部２３６は、オン状態となり、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。
【０１４１】
その後、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、垂直転送線２３９（２３９ａ）および第３サンプリング部２８１を介して１行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第４サンプリング部２８４にクランプさせるとともに、垂直転送線２３９（２３９ｂ）および第３サンプリング部２８１ａを介して２行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第４サンプリング部２８４ａにクランプさせる。
【０１４２】
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）とする。これにより、第４サンプリング部２８４は、１行目におけるノイズ信号のクランプが完成する。さらに、第４サンプリング部２８４ａは、２行目におけるノイズ信号のクランプが完了する。
【０１４３】
続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＴ２＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、１行目および２行目の各々の転送トランジスタ２３５は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ２＜１＞が入力されることによって、オン状態となり、１行目および２行目の各々の偶数列の光電変換素子２３２から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、１行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ａ）に出力させるとともに、２行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ｂ）に出力させる。さらに、第３サンプリング部２８１は、垂直転送線２３９（２３９ａ）から出力された１行目の偶数列における撮像信号のノイズ除去を完了させるとともに、第３サンプリング部２８１ａは、垂直転送線２３９（２３９ｂ）から出力された２行目の偶数列における撮像信号のノイズ除去を完了させる。
【０１４４】
その後、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＳＨ１をオフ状態（Ｌｏｗ）にした後、行選択パルスφＸ＜１＞をオフ状態（Ｌｏｗ）にし、駆動パルスφＣＬＰをオン状態（Ｈｉｇｈ）とするとともに、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞および駆動パルスφＳＨ２を列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第４サンプリング部２８４は、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞がオン状態のとき、サンプリングした１行目の偶数列における撮像信号を第１水平転送線２５９ａへ転送して第１オペアンプ２９３へ出力する。第５サンプリング部３０２は、第４サンプリングスイッチ３０１のオンオフ動作に応じて、サンプリングした撮像信号を第１出力アンプ部３１１ａへ出力する。第１出力アンプ部３１１ａは、第５サンプリング部３０２から入力された１行目の偶数列における撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ１）。
【０１４５】
また、各第４サンプリング部２８４ａは、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞がオン状態のとき、サンプリングした２行目の偶数列における撮像信号を第２水平転送線２６０ａへ転送して第２オペアンプ２９６へ出力する。第６サンプリング部３０４は、第５サンプリングスイッチ３０３のオンオフ動作に応じて、サンプリングした撮像信号を第２出力アンプ部３１２ａへ出力する。第２出力アンプ部３１２ａは、第６サンプリング部３０４から入力された２行目の偶数列における撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ２）。
【０１４６】
続いて、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜２＞、駆動パルスφＲ＜２＞、駆動パルスφＴ１＜２＞、駆動パルスφＴ２＜２＞、駆動パルスφＣＬＰ、駆動パルスφＳＨ１、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨおよび駆動パルスφＳＨ２のオンオフ動作を行う。これにより、３行目および４行目の奇数列の撮像信号を外部へ出力した後に、偶数列の撮像信号を外部へ出力する。
【０１４７】
このように、タイミング生成部２５は、垂直走査部２４１、第１クランプホールド部２８０、第２クランプホールド部２８０ａ、アンプ部２９０およびサンプルホールド部３００の各々を制御することによって、互いに異なる２つの行に位置する複数の単位画素２３０の各々から撮像信号を奇数列と偶数列とで交互に同時に外部へ出力させる。
【０１４８】
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が行方向（垂直方向）に隣接する複数行の画素を同時に駆動させて、この複数行の画素から出力された複数の撮像信号を第１出力アンプ部３１１ａ、第２出力アンプ部３１２ａに同時（並列）に出力させることによって、各単位画素２３０から撮像信号を読み出す時間を半分とすることができるので、小型化と高速読み出し化の両立を実現することができる。
【０１４９】
（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に係る内視鏡システムは、上述した実施の形態２と第１チップの構成が異なる。具体的には、本実施の形態３に係る第１チップは、クランプホールド回路からサンプルホールド回路を削除した。以下においては、本実施の形態３に係る第１チップの構成を説明後、本実施の形態３に係る撮像部の動作について説明する。なお、上述した実施の形態２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。
【０１５０】
〔第１チップの構成〕
図７は、本発明の実施の形態３に係る第１チップの構成を示す回路図である。図７に示す第１チップ２１ｂは、上述した実施の形態２に係る第１チップ２１において、第１クランプホールド部２８０および第２クランプホールド部２８０ａに換えて、第１クランプホールド部２８０ｃおよび第２クランプホールド部２８０ｄを備える。
【０１５１】
第１クランプホールド部２８０ｃは、奇数列の垂直転送線２３９（２３９ａ）に設けられる。第１クランプホールド部２８０ｃは、各単位画素２３０で光電変換された撮像信号をサンプリングし、このサンプリングした撮像信号をアンプ部２９０へ出力する。第１クランプホールド部２８０ｃは、第３サンプリング部２８１と、クランプスイッチ２８２と、第３出力スイッチ２８５と、を有する。
【０１５２】
第２クランプホールド部２８０ｄは、偶数列の垂直転送線２３９（２３９ｂ）に設けられる。第２クランプホールド部２８０ｄは、各単位画素２３０で光電変換された撮像信号をサンプリングし、このサンプリングした撮像信号をアンプ部２９０へ出力する。第２クランプホールド部２８０ａは、第３サンプリング部２８１ａと、クランプスイッチ２８２ａと、第３出力スイッチ２８５ａと、を有する。
【０１５３】
〔撮像部の動作〕
次に、撮像部２０の駆動タイミングについて説明する。図８は、撮像部２０の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。図８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φＴ１＜１＞、駆動パルスφＴ２＜１＞、行選択パルスφＸ＜２＞、駆動パルスφＲ＜２＞、駆動パルスφＴ１＜２＞、駆動パルスφＴ２＜２＞、駆動パルスφＣＬＰ、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨおよび駆動パルスφＳＨ２のタイミングを示す。
【０１５４】
図８に示すように、まず、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＣＬＰをオン状態としたまま、行選択パルスφＸ＜１＞および駆動パルスφＲ＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部リセット部２３６は、オン状態となり、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。
【０１５５】
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、垂直転送線２３９（２３９ａ）および第３サンプリング部２８１を介して１行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１クランプホールド部２８０ｃの内部ノード２８７にクランプさせるとともに、垂直転送線２３９（２３９ｂ）および第３サンプリング部２８１ａを介して２行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第２クランプホールド部２８０ｄの内部ノード２８７ａにクランプさせる。このとき、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＡＭＰをオン状態（Ｈｉｇｈ）として、第１オペアンプ２９３の入出力を同電位にリセットしておく。
【０１５６】
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φＴ１＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、１行目および２行目の各々の転送トランジスタ２３４は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ１＜１＞が入力されることによって、オン状態となり、１行目および２行目の各々の奇数列の光電変換素子２３１から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、１行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ａ）に出力させるとともに、２行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ｂ）に出力させる。さらに、第３サンプリング部２８１は、垂直転送線２３９（２３９ａ）から出力された１行目の奇数列における撮像信号をノイズ除去して第１クランプホールド部２８０ｃの内部ノード２８７にサンプリングするとともに、第３サンプリング部２８１ａは、垂直転送線２３９（２３９ｂ）から出力された２行目の奇数列における撮像信号をノイズ除去して第２クランプホールド部２８０ｄの内部ノード２８７ａにサンプリングする。
【０１５７】
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）にし、駆動パルスφＣＬＰをオン状態（Ｈｉｇｈ）とするとともに、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞および駆動パルスφＳＨ２を列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第３サンプリング部２８１は、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞がオン状態のとき、サンプリングした１行目の奇数列における撮像信号を第１水平転送線２５９ａへ転送して第１オペアンプ２９３へ出力する。第５サンプリング部３０２は、第４サンプリングスイッチ３０１のオンオフ動作に応じて、サンプリングした撮像信号を第１出力アンプ部３１１ａへ出力する。第１出力アンプ部３１１ａは、第５サンプリング部３０２から入力された１行目の奇数列における撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ１）。
【０１５８】
また、各第３サンプリング部２８１ａは、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞がオン状態のとき、サンプリングした２行目の奇数列における撮像信号を第２水平転送線２６０ａへ転送して第２オペアンプ２９６へ出力する。第６サンプリング部３０４は、第５サンプリングスイッチ３０３のオンオフ動作に応じて、サンプリングした撮像信号を第２出力アンプ部３１２ａへ出力する。第２出力アンプ部３１２ａは、第６サンプリング部３０４から入力された２行目の奇数列における撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ２）。
【０１５９】
続いて、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜１＞および駆動パルスφＲ＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。これにより、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部リセット部２３６は、オン状態となり、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３に蓄積された信号電荷を放出させ、１行目および２行目の各々の電荷電圧変換部２３３を所定電位にリセットする。
【０１６０】
その後、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、垂直転送線２３９（２３９ａ）および第３サンプリング部２８１を介して１行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第１クランプホールド部２８０ｃの内部ノード２８７にクランプさせるとともに、垂直転送線２３９（２３９ｂ）および第３サンプリング部２８１ａを介して２行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号を第２クランプホールド部２８０ｄの内部ノード２８７ａにクランプさせる。このとき、タイミング生成部２５は、駆動パルスφＡＭＰをオン状態（Ｈｉｇｈ）として、第１オペアンプ２９３の入出力を同電位にリセットしておく。
【０１６１】
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、垂直転送線２３９（２３９ａ）を介して１行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号のクランプを完了する。垂直転送線２３９（２３９ｂ）を介して２行目における電荷電圧変換部２３３から入力されたノイズ信号のクランプを完了する。
【０１６２】
続いて、タイミング生成部２５は、駆動パルスＴ２＜１＞をオン状態（Ｈｉｇｈ）とする。この場合、１行目および２行目の各々の転送トランジスタ２３５は、ゲートにタイミング生成部２５から駆動パルスφＴ２＜１＞が入力されることによって、オン状態となり、１行目および２行目の各々の偶数列の光電変換素子２３２から電荷電圧変換部２３３に信号電荷を転送する。このとき、１行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ａ）に出力させるとともに、２行目の画素出力スイッチ２３８は、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２３７から垂直転送線２３９（２３９ｂ）に出力させる。さらに、第３サンプリング部２８１は、垂直転送線２３９（２３９ａ）から出力された１行目の偶数列における撮像信号をノイズ除去して第１クランプホールド部２８０ｃの内部ノード２８７にサンプリングするとともに、第３サンプリング部２８１ａは、垂直転送線２３９（２３９ｂ）から出力された２行目の偶数列における撮像信号をノイズ除去して第２クランプホールド部２８０ｄの内部ノード２８７ａにサンプリングする。
【０１６３】
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）にし、駆動パルスφＣＬＰをオン状態（Ｈｉｇｈ）とするとともに、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞および駆動パルスφＳＨ２を列毎にオンオフ動作を順次繰り返し行う。この場合、各第３サンプリング部２８１は、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞がオン状態のとき、サンプリングした１行目の偶数列における撮像信号を第１水平転送線２５９ａへ転送して第１オペアンプ２９３へ出力する。第５サンプリング部３０２は、第４サンプリングスイッチ３０１のオンオフ動作に応じて、サンプリングした撮像信号を第１出力アンプ部３１１ａへ出力する。第１出力アンプ部３１１ａは、第５サンプリング部３０２から入力された１行目の偶数列における撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ１）。
【０１６４】
また、各第３サンプリング部２８１ａは、列選択パルスφＨ＜Ｍ＞がオン状態のとき、サンプリングした２行目の偶数列における撮像信号を第２水平転送線２６０ａへ転送して第２オペアンプ２９６へ出力する。第６サンプリング部３０４は、第５サンプリングスイッチ３０３のオンオフ動作に応じて、サンプリングした撮像信号を第２出力アンプ部３１２ａへ出力する。第２出力アンプ部３１２ａは、第６サンプリング部３０４から入力された２行目の偶数列における撮像信号を外部へ出力する（Ｖｏｕｔ２）。
【０１６５】
続いて、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜２＞、駆動パルスφＲ＜２＞、駆動パルスφＴ１＜２＞、駆動パルスφＴ２＜２＞、駆動パルスφＣＬＰ、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨおよび駆動パルスφＳＨ２のオンオフ動作を行う。これにより、３行目および４行目の奇数列の撮像信号を外部へ出力した後に、偶数列の撮像信号を外部へ出力する。
【０１６６】
このように、タイミング生成部２５は、垂直走査部２４１、第１クランプホールド部２８０ｃ、第２クランプホールド部２８０ｄ、アンプ部２９０およびサンプルホールド部３００の各々を制御することによって、互いに異なる２つの行に位置する複数の単位画素２３０の各々から撮像信号を奇数列と偶数列とで交互に同時に外部へ出力させる。
【０１６７】
以上説明した本発明の実施の形態３によれば、タイミング生成部２５が行方向（垂直方向）に隣接する複数行の画素を同時に駆動させて、この複数行の画素から出力された複数の撮像信号を第１出力アンプ部３１１ａ、第２出力アンプ部３１２ａに同時（並列）に出力させることによって、各単位画素２３０から撮像信号を読み出す時間を半分とすることができるので、小型化と高速読み出し化の両立を実現することができる。
【０１６８】
（実施の形態４）
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に係る内視鏡システムは、上述した実施の形態３と第１チップの構成が異なる。具体的には、本実施の形態３に係る第１チップは、クランプホールド回路内に列アンプを設ける。以下においては、本実施の形態４に係る第１チップの構成を説明後、本実施の形態４に係る撮像部の動作について説明する。なお、上述した実施の形態３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。
【０１６９】
〔第１チップの構成〕
図９は、本発明の実施の形態４に係る第１チップの構成を示す回路図である。図９に示す第１チップ２１ｃは、上述した実施の形態３に係る第１チップ２１ｂにおいて、第１クランプホールド部２８０ｃおよび第２クランプホールド部２８０ｄに換えて、第３クランプホールド部４００および第４クランプホールド部４１０を備える。
【０１７０】
第３クランプホールド部４００は、奇数列の垂直転送線２３９（２３９ａ）に設けられる。第３クランプホールド部４００は、各単位画素２３０で光電変換された撮像信号をサンプリングし、このサンプリングした撮像信号を増幅してアンプ部２９０へ出力する。第３クランプホールド部４００は、第３サンプリング部２８１と、クランプスイッチ２８２と、第３出力スイッチ２８５と、列アンプ２８６と、を有する。
【０１７１】
列アンプ２８６は、奇数列の垂直転送線２３９（２３９ａ）から転送された撮像信号を増幅してアンプ部２９０へ出力する。
【０１７２】
第４クランプホールド部４１０は、偶数列の垂直転送線２３９（２３９ｂ）に設けられる。第４クランプホールド部４１０は、各単位画素２３０で光電変換された撮像信号をサンプリングし、このサンプリングした撮像信号を増幅してアンプ部２９０へ出力する。第４クランプホールド部４１０は、第３サンプリング部２８１ａと、クランプスイッチ２８２ａと、第３出力スイッチ２８５ａと、列アンプ２８６ａと、を有する。
【０１７３】
列アンプ２８６ａは、偶数列の垂直転送線２３９（２３９ｂ）から転送された撮像信号を増幅してアンプ部２９０へ出力する。
【０１７４】
〔撮像部の動作〕
次に、撮像部２０の駆動タイミングについて説明する。図１０は、撮像部２０の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。図１０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φＴ１＜１＞、駆動パルスφＴ２＜１＞、行選択パルスφＸ＜２＞、駆動パルスφＲ＜２＞、駆動パルスφＴ１＜２＞、駆動パルスφＴ２＜２＞、駆動パルスφＣＬＰ、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨおよび駆動パルスφＳＨ２のタイミングを示す。
【０１７５】
図１０に示すように、タイミング生成部２５は、上述した実施の形態３と同様の動作（図８を参照）を行う。具体的には、タイミング生成部２５は、行選択パルスφＸ＜１＞、駆動パルスφＲ＜１＞、駆動パルスφＴ１＜１＞、駆動パルスφＴ２＜１＞、行選択パルスφＸ＜２＞、駆動パルスφＲ＜２＞、駆動パルスφＴ１＜２＞、駆動パルスφＴ２＜２＞、駆動パルスφＣＬＰ、駆動パルスφＡＭＰ、列選択パルスφＨおよび駆動パルスφＳＨ２のオンオフ動作を切り替えながら、互いに異なる２つの行に位置する複数の単位画素２３０の各々から撮像信号を奇数列と偶数列とで交互に同時に外部へ出力させる。
【０１７６】
以上説明した本発明の実施の形態４によれば、タイミング生成部２５が行方向（垂直方向）に隣接する複数行の画素を同時に駆動させて、この複数行の画素から出力された複数の撮像信号を第１出力アンプ部３１１ａ、第２出力アンプ部３１２ａに同時（並列）に出力させることによって、各単位画素２３０から撮像信号を読み出す時間を半分とすることができるので、小型化と高速読み出し化の両立を実現することができる。
【０１７７】
（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。
【０１７８】
また、本実施の形態では、垂直転送線（第１の転送線）に共有させる単位画素の数が２であったが、これに限定されることなく、例えば共有画素が４画素または８画素であっても適用することができる。この場合、共有画素の数に合わせて、出力アンプの数を適宜設けてもよい。具体的に、１つの垂直転送線を４つの画素で共用させる場合、出力アンプの数を４つ設けられよい（出力チャンネルを４つ設置）。
【０１７９】
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」等の表現を用いてステップ間の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。
【０１８０】
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。
【符号の説明】
【０１８１】
１  内視鏡システム
２  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  撮像部
２１，２１ａ〜２１ｃ  第１チップ
２２  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  バッファ
３１，３１ａ  出力部
５１  ＡＦＥ部
５２  Ａ／Ｄ変換部
５３  撮像信号処理部
５４  駆動パルス生成部
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
２３０  単位画素
２３１，２３２  光電変換素子
２３３  電荷電圧変換部
２３４，２３５  転送トランジスタ
２３６  電荷電圧変換部リセット部
２３７  画素ソースフォロアトランジスタ
２３８  画素出力スイッチ
２３９，２３９ａ，２３９ｂ  垂直転送線
２４０  定電流源
２４１  垂直走査部
２４２  第１サンプルホールド部
２４３  第２サンプルホールド部
２４４  水平走査部
２４５  水平リセット部
２５１，２５１ａ  第１サンプリングスイッチ
２５２，２５２ａ  第１サンプリング部
２５３，２５３ａ  第１出力スイッチ
２５４，２５４ａ  第２サンプリングスイッチ
２５５，２５５ａ  第２サンプリング部
２５６，２５６ａ  第２出力スイッチ
２５９，２５９ａ  第１水平転送線
２６０，２６０ａ  第２水平転送線
２６１  第３水平転送線
２６２  第４水平転送線
２７１  第１水平リセットトランジスタ
２７２  第２水平リセットトランジスタ
２７３  第３水平リセットトランジスタ
２７４  第４水平リセットトランジスタ
２８０，２８０ｃ  第１クランプホールド部
２８０ａ，２８０ｄ  第２クランプホールド部
２８１，２８１ａ  第３サンプリング部
２８２，２８２ａ  クランプスイッチ
２８３，２８３ａ  第３サンプリングスイッチ
２８４，２８４ａ  第４サンプリング部
２８５，２８５ａ  第３出力スイッチ
２８６，２８６ａ  列アンプ
２８７，２８７ａ  内部ノード
２９０  アンプ部
２９１  第１アンプスイッチ
２９２  第１アンプ容量
２９３  第１オペアンプ
２９４  第２アンプスイッチ
２９５  第２アンプ容量
２９６  第２オペアンプ
３００  サンプルホールド部
３０１  第４サンプリングスイッチ
３０２  第５サンプリング部
３０３  第５サンプリングスイッチ
３０４  第６サンプリング部
３１１，３１１ａ  第１出力アンプ部
３１２，３１２ａ  第２出力アンプ部
４００  第３クランプホールド部
４１０  第４クランプホールド部
Ｃ１  コンデンサ
【図１】
2017057776.tif 000003
【図２】
2017057776.tif 000004
【図３】
2017057776.tif 000005
【図４】
2017057776.tif 000006
【図５】
2017057776.tif 000007
【図６】
2017057776.tif 000008
【図７】
2017057776.tif 000009
【図８】
2017057776.tif 000010
【図９】
2017057776.tif 000011
【図１０】
2017057776.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月6日(2017.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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生成する複数の画素と、
互いに異なる複数行における前記撮像信号を転送する複数の第１の転送線と、
前記複数の第１の転送線の各々に設けられ、前記画素から出力された前記撮像信号を前記第１の転送線に転送する定電流源と、
前記複数の第１の転送線から転送された前記撮像信号を外部へ出力する複数の出力部と、
前記互いに異なる複数行の前記画素を同時に駆動させて、該互いに異なる複数行の画素から出力された前記互いに異なる複数行の同一列の複数の前記撮像信号の各々を前記複数の出力部から同時に外部へ出力させる制御部と、
を備えたことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記複数の第１の転送線の各々に設けられ、前記撮像信号のノイズ成分を除去するノイズ除去部と、
前記ノイズ除去部を介して、前記第１の転送線から前記出力部へ前記撮像信号を転送する複数の第２の転送線と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記ノイズ除去部は、複数のサンプルホールド容量を有し、
前記制御部は、前記複数のサンプルホールド容量に前記互いに異なる複数行の画素から出力された前記撮像信号を同時にサンプリングさせ、このサンプリングさせた前記撮像信号を前記複数の第２の転送線に同時に出力させることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記ノイズ除去部は、
クランプ容量と、
リセット部と、
を有し、
前記制御部は、前記クランプ容量を介して前記互いに異なる複数行の画素から出力された前記撮像信号を前記複数の第２の転送線に同時に出力させることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記複数の画素は、少なくとも行方向に前記第１の転送線を共有することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数の画素のうち、奇数列と偶数列とを交互に前記撮像信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の撮像素子。
【請求項７】
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８】
請求項７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。
【国際調査報告】
2017057776.tif 000013
2017057776.tif 000014
2017057776.tif 000015
2017057776.tif 000016