(57)【要約】【課題】暗電流による影響を低減する。【解決手段】画素信号のサンプリングとホールドを行うサンプルホールド部と、画素信号を小数点以下まで含めたＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と、ＡＤ変換部からのデジタル信号に所定のゲインをかけるデジタルゲイン処理部と、サンプルホールド部とＡＤ変換部を含むカラム部のアナログゲインを設定するゲイン設定部とを備える。ゲイン設定部は、測定された暗電流量に応じてアナログゲインを設定する。本技術は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサに適用できる。【選択図】図５
2019153946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素信号のサンプリングとホールドを行うサンプルホールド部と、
前記画素信号を小数点以下まで含めたＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部からのデジタル信号に所定のゲインをかけるデジタルゲイン処理部と、
前記サンプルホールド部と前記ＡＤ変換部を含むカラム部のアナログゲインを設定するゲイン設定部と
を備える撮像素子。
【請求項２】
前記ゲイン設定部は、測定された暗電流量に応じて前記アナログゲインを設定する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記ゲイン設定部は、前記アナログゲインと前記デジタルゲインを乗算したときの値が一定となるように、前記アナログゲインと前記デジタルゲインを設定する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記カラム部には、可変抵抗が含まれ、
前記ゲイン設定部は、設定したアナログゲインになる前記可変抵抗の抵抗値を設定する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記可変抵抗は、画素リセット信号を保持する第１のサンプルホールド部と、画素データ信号を保持する第２のサンプルホールド部との間に設けられている
請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記サンプルホールド部にはキャパシタが含まれ、
前記ゲイン設定部は、設定したアナログゲインになる前記キャパシタの容量値を設定する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記ＡＤ変換部に接続されている信号線に所定の電流を流す電流源をさらに備え、
前記ゲイン設定部は、設定したアナログゲインになる前記電流源の電流値を設定する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記ゲイン設定部は、前記電流源の電流値を変更した場合、前記ＡＤ変換部の電流値も、前記電流源の電流値に応じた値に設定する
請求項７に記載の撮像素子。
【請求項９】
撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記撮像素子は、
画素信号のサンプリングとホールドを行うサンプルホールド部と、
前記画素信号を小数点以下まで含めたＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部からのデジタル信号に所定のゲインをかけるデジタルゲイン処理部と、
前記サンプルホールド部と前記ＡＤ変換部を含むカラム部のアナログゲインを設定するゲイン設定部と
を備える
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は撮像素子、電子機器に関し、例えば、ノイズを抑制することができるようにした撮像素子、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像機能を備えた電子機器においては、例えば、CCD（Charge Coupled Device）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの撮像素子が使用されている。
【０００３】
撮像素子は、光電変換を行うＰＤ（photodiode：フォトダイオード）と複数のトランジスタとが組み合わされた画素を有しており、平面的に配置された複数の画素から出力される画素信号に基づいて画像が構築される。また、画素から出力される画素信号は、例えば、画素の列毎に配置された複数のＡＤ（Analog to Digital）変換器によって並列的にＡＤ変換されて出力される。
【０００４】
特許文献１では、暗電流量をデジタル値として検波し、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）にフィードバックすることで、暗電流をクランプすることが提案されている。また特許文献２では、ＡＤ変換の精度を上げることで、暗電流をクランプすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２１９２９３号公報
【特許文献２】特開２００８−１０９２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
暗電流による影響を低減させるための構成により回路規模が大きくならず、回路構成が複雑化せずに、かつ暗電流による影響をより精度良く低減させることが望まれている。
【０００７】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、暗電流による影響を低減させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本技術の一側面の撮像素子は、画素信号のサンプリングとホールドを行うサンプルホールド部と、前記画素信号を小数点以下まで含めたＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部からのデジタル信号に所定のゲインをかけるデジタルゲイン処理部と、前記サンプルホールド部と前記ＡＤ変換部を含むカラム部のアナログゲインを設定するゲイン設定部とを備える。
【０００９】
本技術の一側面の電子機器は、撮像素子と、前記撮像素子から出力される信号を処理する信号処理部とを備え、前記撮像素子は、画素信号のサンプリングとホールドを行うサンプルホールド部と、前記画素信号を小数点以下まで含めたＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部からのデジタル信号に所定のゲインをかけるデジタルゲイン処理部と、前記サンプルホールド部と前記ＡＤ変換部を含むカラム部のアナログゲインを設定するゲイン設定部とを備える。
【００１０】
本技術の一側面の撮像素子においては、画素信号のサンプリングとホールドが行われ、画素信号を小数点以下まで含めたＡＤ変換が行われ、デジタル信号に所定のゲインがかけられ、カラム部のアナログゲインが設定される。
【００１１】
本技術の一側面の電子機器においては、前記撮像素子が含まれる。
【００１２】
なお、撮像素子は、独立した装置であっても良いし、１つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本技術の一側面によれば、暗電流による影響を低減させることができる。
【００１４】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中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】
【００１５】
【図１】撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】撮像素子の構成例を示す図である。
【図３】画素の回路図である。
【図４】読み出し部の構成例を示す図である。
【図５】読み出し部の構成例を示す図である。
【図６】画素アレイ部の画素配列について説明するための図である。
【図７】読み出し部の動作について説明するためのフローチャートである。
【図８】読み出し部の構成例を示す図である。
【図９】読み出し部の構成例を示す図である。
【図１０】積層型の固体撮像装置の構成例の概要を示す図である。
【図１１】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図１２】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１３】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１４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。
【００１７】
＜撮像装置の構成＞
本技術は、撮像装置に適用できるため、ここでは、撮像装置に本技術を適用した場合を例に挙げて説明を行う。なおここでは、撮像装置を例に挙げて説明を続けるが、本技術は、撮像装置への適用に限られるものではなく、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置、画像読取部に撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
【００１８】
図１は、本開示の電子機器の一例である撮像装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、撮像装置１０は、レンズ群１１等を含む光学系、撮像素子１２、カメラ信号処理部であるＤＳＰ回路１３、フレームメモリ１４、表示部１５、記録部１６、操作系１７、及び、電源系１８等を有している。
【００１９】
そして、ＤＳＰ回路１３、フレームメモリ１４、表示部１５、記録部１６、操作系１７、及び、電源系１８がバスライン１９を介して相互に接続された構成となっている。ＣＰＵ２０は、撮像装置１０内の各部を制御する。
【００２０】
レンズ群１１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子１２の撮像面上に結像する。撮像素子１２は、レンズ群１１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子１２として、以下に説明する画素を含む撮像素子（イメージセンサ）を用いることができる。
【００２１】
表示部１５は、液晶表示部や有機ＥＬ(electro luminescence)表示部等のパネル型表示部からなり、撮像素子１２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部１６は、撮像素子１２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
【００２２】
操作系１７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系１８は、ＤＳＰ回路１３、フレームメモリ１４、表示部１５、記録部１６、及び、操作系１７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【００２３】
＜撮像素子の構成＞
図２は、撮像素子１２の構成例を示すブロック図である。撮像素子１２は、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサとすることができる。撮像素子１２は、画素アレイ部５１、画素駆動部としての行選択部５２、および読み出し部５３を有する。
【００２４】
画素アレイ部５１は、複数の画素５０（図３）がＭ行×Ｎ列の２次元状（マトリクス状）に配列されている。画素アレイ部５１に配線されている制御線５４は、転送線、リセット線、および行選択線が一組とされて画素配列の各行単位で配線されている。転送線、リセット線、および行選択線の各制御線はそれぞれＭ本ずつ設けられている。これらの転送線、リセット線、および行選択線は、行選択部５２により駆動される。
【００２５】
行選択部５２は、画素アレイ部５１の中の任意の行に配置された画素の動作を制御する。行選択部５２は、制御線５４を通して画素部を制御する。読み出し部５３は、行選択部５２により読み出し制御された画素行のデータを、垂直信号線５５を介して受け取り、後段の信号処理部に転送する。垂直信号線５５には、定電流部や読み出し部５３が接続される。
【００２６】
＜画素の構成＞
図３は、画素アレイ部５１（図２）に配置されている画素５０の回路図である。
【００２７】
画素５０は、フォトダイオード（ＰＤ）７１、転送トランジスタ７２、ＦＤ(フローティングディフュージョン)７３、リセットトランジスタ７４、増幅トランジスタ７５、および選択トランジスタ７６から形成されている。
【００２８】
ＰＤ７１は、受光した光量に応じた電荷（信号電荷）を生成し、かつ、蓄積する光電変換素子として機能する。ＰＤ７１は、アノード端子が接地されているとともに、カソード端子が転送トランジスタ７２を介して、ＦＤ７３に接続されている。
【００２９】
転送トランジスタ７２は、転送信号TRによりオンされたとき、ＰＤ７１で生成された電荷を読み出し、ＦＤ７３に転送する。ＦＤ７３は、ＰＤ７１から読み出された電荷を保持する。リセットトランジスタ７４は、リセット信号RSTによりオンされたとき、ＦＤ７３に蓄積されている電荷がドレイン（定電圧源Vdd）に排出されることで、ＦＤ７３の電位をリセットする。
【００３０】
増幅トランジスタ７５は、ＦＤ７３の電位に応じた画素信号を出力する。すなわち、増幅トランジスタ７５は、垂直信号線５５を介して接続されている定電流源としての負荷MOS（不図示）とソースフォロワ回路を構成し、ＦＤ７３に蓄積されている電荷に応じたレベルを示す画素信号が、増幅トランジスタ７５から選択トランジスタ７６と垂直信号線５５を介して読み出し部５３（図２）に出力される。
【００３１】
選択トランジスタ７６は、選択信号SELにより画素５０が選択されたときオンされ、画素５０の画素信号を、垂直信号線５５を介して読み出し部５３に出力する。転送信号TR、選択信号SEL、及びリセット信号RSTが伝送される各信号線は、図２の制御線５４に対応する。
【００３２】
画素５０は、以上のように構成することができるが、この構成に限定されるものではなく、その他の構成を採用することもできる。
【００３３】
＜読み出し部の構成＞
図４は、読み出し部５３の構成例を示す図である。読み出し部５３は、サンプルホールド部（Ｓ／Ｈ部）１１１、ＡＤＣ（Analog Digital converter）１１２、デジタル処理部１１３、および変換伝送部１１４を含む構成とされている。
【００３４】
Ｓ／Ｈ部１１１、ＡＤＣ１１２、およびデジタル処理部１１３は、垂直信号線５５（図３）毎に設けられている。Ｓ／Ｈ部１１１は、画素５０の光電変換量をサンプルとしてサンプリングし、ホールドする機能を有する。Ｓ／Ｈ部１１１でホールドされた信号は、ＡＤＣ１１２に供給される。ＡＤＣ１１２に供給される信号は、アナログ信号であり、ＡＤＣ１１２は、供給されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００３５】
ＡＤＣ１１２でデジタル信号に変換された信号は、デジタル処理部１１３に供給される。デジタル処理部１１３は、ＡＤＣ１１２によりデジタルデータに変換されたデータを、さらにクランプしたり、丸め込みを行ったりすることで、最終的なデジタルデータを生成し、変換伝送部１１４に供給する。変換伝送部１１４は、パラレルデータをシリアルデータに変換し、後段の図示していない信号処理部に伝送する機能を有する。変換伝送部１１４には、複数のＡＤＣ１１２から、それぞれ画素値が供給されるため、それらの複数の画素値をシリアルデータに変換し、出力する。
【００３６】
ゲイン設定部１１５は、ＡＤＣ１１２からのデータを用いて、暗電流量を判定し、暗電流を抑制するゲインを設定する。ゲイン設定部１１５は、設定したゲインで、Ｓ／Ｈ部１１１とデジタル処理部１１３を制御する。
【００３７】
＜第１の実施の形態＞
図５は、図４に示した読み出し部５３の詳細を示す図である。ここでは、可変抵抗の抵抗値を調整することで、回路レンジを拡大し、ノイズを低減させる読み出し部５３を第１の実施の形態として説明する。
【００３８】
Ｓ／Ｈ部１１１とＡＤＣ１１２を含む部分を、カラム部１１６とする。カラム部１１６には、２つのＳ／Ｈ部１１１が含まれ、ここでは、Ｓ／Ｈ部１１１ＰとＳ／Ｈ部１１１Ｄとする。Ｓ／Ｈ部１１１Ｐは、Ｐ相の読み出し時のサンプリングとホールドを行い、Ｓ／Ｈ部１１１Ｄは、Ｄ相の読み出し時のサンプリングとホールドを行う。また、ここでは、Ｐ相の読み出しは、画素リセット信号の読み出しを意味し、Ｄ相の読み出しは、画素データ信号の読み出しを意味する。
【００３９】
Ｓ／Ｈ部１１１ＰとＳ／Ｈ部１１１Ｄは、同様の構成とされているため、Ｓ／Ｈ部１１１ＰとＳ／Ｈ部１１１Ｄを区別する必要が無い場合、単にＳ／Ｈ部１１１と記述する。
【００４０】
Ｓ／Ｈ部１１１は、オペアンプ１３１、スイッチＳＷ１、スイッチＰＨ１、スイッチＰＨ２、キャパシタＣ１を含む構成とされている。Ｓ／Ｈ回路は、オペアンプ１３１の反転入力端子ＩＮ（図中、−）に一方端を接続されたキャパシタＣ１を有する。
【００４１】
キャパシタＣ１の一方端の電位は、スイッチＰＨ１をオンする（閉じる）ことにより、オペアンプ１３１の出力端子Ｖoutの電位Ｖに設定可能である。スイッチＰＨ１をオンした状態でスイッチＳＷ１をオンして、キャパシタＣ１の他方端をサンプリング電圧の入力端子ＶＩＮ（図中、Ｖpix）に接続すると、キャパシタＣ１にはＶinへの入力電位に応じた電荷が充電される。
【００４２】
サンプリング時刻ｔｓにてスイッチＰＨ１とスイッチＳＷ１をオフにすると、キャパシタＣ１は充電されている電荷を保持し、キャパシタＣ１の他方端の電位は時刻ｔｓにおける入力電位ＶHにホールドされる。このキャパシタＣ１の他方端の電位ＶHは、スイッチＰＨ２をオンすることで出力Ｖoutの出力値として取り出される。
【００４３】
Ｓ／Ｈ部１１１ＰのスイッチＰＨ２の一端は、信号線１４１とトランジスタ１４３のソースに接続されている。Ｓ／Ｈ部１１１Ｐのオペアンプ１３１の出力端は、トランジスタ１４３のゲートに接続されている。
【００４４】
Ｓ／Ｈ部１１１ＤのスイッチＰＨ２の一端は、信号線１４１とトランジスタ１４４のソースに接続されている。Ｓ／Ｈ部１１１Ｄのオペアンプ１３１の出力端は、トランジスタ１４４のゲートに接続されている。
【００４５】
信号線１４１の一端には、電流源１４２が接続され、一定の電流値の電流が流れるように構成されている。信号線１４１の他端には、ＡＤＣ１１２が接続され、信号線１４１を介して流れてきた電流を、デジタル変換する。ＡＤＣ１１２は、電流入力型のアナログデジタルコンバータである。
【００４６】
信号線１４１の途中には、可変抵抗１４５が接続されている。可変抵抗１４５は、Ｓ／Ｈ部１１１Ｐの出力が接続されている点と、Ｓ／Ｈ部１１１Ｄの出力が接続されている点との間に設けられている。可変抵抗１４５は、カラム部１１６内で、アナログゲインとして機能する。
【００４７】
信号線１４１には、Ｓ／Ｈ部１１１Ｐでホールドされた電圧値とＳ／Ｈ部１１１Ｄでホールドされた電圧値の差分に応じた電流が流れる。Ｓ／Ｈ部１１１Ｐでホールドされた電圧値は、リセットレベルの画素信号に相当し、Ｓ／Ｈ部１１１Ｄでホールドされた電圧値は、信号レベルの画素信号に相当する。よって、Ｓ／Ｈ部１１１Ｐでホールドされた電圧値とＳ／Ｈ部１１１Ｄでホールドされた電圧値の差分は、信号レベルの画素信号からリセットレベルの画素信号を減算したときの値となり、リセットノイズを除去した画素値となる。
【００４８】
ＡＤＣ１１２は、そのような画素値をデジタルデータに変換し、デジタル処理部１１３とゲイン設定部１１５に供給する。カラム部１１６は、このように、Ｓ／Ｈ部１１１ＰとＳ／Ｈ部１１１Ｄのそれぞれでホールドされた画素信号から、リセットノイズを除去した画素値を取得し、ＡＤＣ１１２によりデジタル信号へと変換し、デジタル処理部１１３とゲイン設定部１１５に供給する。
【００４９】
デジタル処理部１１３はデジタルクランプ部１５１、デジタルゲイン処理部１５２、および丸め処理部１５３を含む構成とされている。デジタルクランプ部１５１は、ＡＤＣ１１２からのデジタル信号をクランプし、デジタルゲイン処理部１５２に供給する。
【００５０】
デジタルゲイン処理部１５２は、ゲイン設定部１１５により設定されているゲインでデジタル信号にゲインをかけ、丸め処理部１５３に供給する。丸め処理部１５３では、丸め処理を実行する。ＡＤＣ１１２は、小数点以下の桁も含むＡＤ変換を行い、丸め処理部１５３は、整数値に丸め込む処理を行う。デジタル処理部１１３からの出力は、変換伝送部１１４に供給され、他のデータとともに、シリアルデータに変換され、図示していない後段の処理部に供給される。
【００５１】
ＡＤＣ１１２からの出力のうち、暗電流検波時の出力は、ゲイン設定部１１５に供給される。暗電流検波時について説明を加える。暗電流検波は、図６に示すように、画素アレイ部５１の所定のラインの画素値を用いて行われる。
【００５２】
図６を参照するに、画素アレイ部５１には、アレイ状に画素５０が配置されている。画素アレイ部５１には、１ラインに複数の画素が配置され、そのような画素が配置されたラインが複数設けられている。画素アレイ部５１の所定のライン、図６では、上部に位置する１ライン目、換言すれば、読み出し時に最初に読み出されるラインは、遮光され、光を受光しない構成とされている。この１ライン分の画素値が用いられて、暗電流が検波され、その暗電流に応じたゲインが、ゲイン設定部１１５により設定される。
【００５３】
なお、ここでは、１ライン分の画素値を用いて処理を行う場合を例に挙げて説明するが、例えば、２ライン以上のライン分の画素値が用いられて処理が行われるようにすることも可能である。
【００５４】
また、ここでは、図６に示したように、画素アレイ部５１の上部の１ラインを用いて処理が行われる例を挙げて説明を続けるが、このラインの位置は、上部の１ラインに限らず、下部の１ラインでも良い。また例えば、２ライン用いて暗電流を検波する場合には、例えば、画素アレイ部５１の上部の１ラインと下部の１ラインをそれぞれ遮光したラインとし、この２ラインを用いて処理が行われるようにしても良い。
【００５５】
図５の読み出し部５３の構成の説明に戻り、カラム部１１６で、画素アレイ部２２の暗電流検波用に設けられているラインに配置されている画素５０からの信号を処理したときのカラム部１１６からの出力は、ゲイン設定部１１５に供給される。ゲイン設定部１１５は、暗電流を検波し、暗電流量に応じて、カラム部１１６内のゲインと、デジタル処理部１１３内のデジタルゲイン処理部１５２のゲインを設定する。
【００５６】
図５に示した第１の実施の形態における読み出し部５３においては、ゲイン設定部１１５が設定するカラム部１１６内のゲインは、可変抵抗１４５の抵抗値である場合を示している。ゲイン設定部１１５は、例えば、カラム部１１６内のゲインを下げた場合、デジタルゲイン処理部１５２のゲインを上げる。カラム部１１６のゲインとデジタルゲイン処理部１５２のゲインは、例えば掛け合わせたときに一定値となるように、一方のゲインが下げられたときには、他方のゲインは上げられるといった設定が行われる。
【００５７】
このようなゲインの設定が行われることで、読み出し部５３におけるゲインは一定値とされ、その一定値のゲインで処理が行われるようにすることができる。第１の実施の形態は、カラム部１１６のゲインを調整する箇所が、可変抵抗１４５の抵抗値である場合である。カラム部１１６のゲインを下げる場合、可変抵抗１４５の抵抗値は高くされ、ゲインを上げる場合、可変抵抗１４５の抵抗値は低くされる。
【００５８】
図５に示した読み出し部５３の処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００５９】
ステップＳ１１において、暗電流が検波される。図６を参照して説明したように、画素アレイ部５１の遮光されているラインの画素からの出力を処理することで、暗電流が検波される。暗電流は、使用環境に依存し、例えば、熱の変化により増減する可能性があるため、所定の間隔や、撮影が行われる毎、電源がオンにされたときなど、所定のタイミングで検波される。
【００６０】
ステップＳ１２において、暗電流が閾値以上であるか否かが判定される。遮光された画素５０から読み出された画素値は、本来ゼロとなるが、さまざまな要因により、ゼロとはならず、本来ゼロとなる状態のときに検出される電流が暗電流と称されている。
【００６１】
ゲイン設定部１１５は、ＡＤＣ１１２から供給される遮光されたラインから読み出された画素値、すなわちこの場合、暗電流を表すデジタル信号を入力すると、そのデジタル信号が表す暗電流が、閾値以上であるか否かを判定する。
【００６２】
ステップＳ１２において、暗電流は閾値以上ではないと判定された場合、ステップＳ１３に処理が進められる。ステップＳ１３において、ゲイン設定部１１５は、カラム部１１６のゲインを“×１”に設定する。この場合、可変抵抗１４５の抵抗値が調整されることで、カラム部１１６のアナログゲインが、“×１”となるように調整される。
【００６３】
このようにして、カラム部１１６のアナログゲインが設定されると、そのアナログゲインに対応するデジタルゲインとして、ステップＳ１４において、デジタルゲインが“×１”に設定される。すなわち、ゲイン設定部１１５は、デジタルゲイン処理部１５２のゲインを、“×１”に設定する。
【００６４】
このようにカラム部１１６のゲインとデジタルゲイン処理部１５２のゲインが設定されると、その設定されたゲインにおける撮影処理が行われる。図６に示した画素アレイ部５１を再度参照するに、画素アレイ部５１の上部の１ラインを除くラインは、開口部とされ、光を受光する構成とされている。この開口部に配置されている画素５０からの画素値を取得する処理が行われる。
【００６５】
ステップＳ１５において、ＡＤＣ１１２において、画素５０から得られる信号、換言すれば、信号線１４１に流れている電流のアナログ信号である電流値をデジタル信号の電流値に変換する処理が実行される。ＡＤＣ１１２は、このように、電流入力型のアナログデジタルコンバータである。また、ＡＤＣ１１２は、小数点以下の桁数を有するデジタル信号に変換する。例えば、小数点以下２bitのデジタル信号に変換される。
【００６６】
ＡＤＣ１１２からの出力は、ＡＤＣ１１２の後段のデジタルゲイン処理部１５２によるデジタルゲインの乗算処理が施されるが、このデジタルゲインによる画像情報の劣化を抑えるために、ＡＤＣ１１２においては、予め低精度に小数点bitまで含めたアナログデジタル変換し、それを乱数として用いるようにする。
【００６７】
例えば、デジタルゲインを“×２”とした場合、繰り上がりが起こり、仮に、ＡＤＣ１１２からのデジタルデータが、整数値までの精度であると、下１桁目のデータは、意味をなさないデータとなってしまう。すなわち、デジタルゲインを乗算することで、画像情報が劣化してしまう可能性がある。
【００６８】
しかしながら、ＡＤＣ１１２からのデジタルデータが、小数点以下までのデータも含まれていれば、その小数点以下の数値が、繰り上がり、整数部分の下１桁目のデータも、意味をなすデータとすることができる。よって、デジタルゲインを乗算しても、画像情報が劣化してしまうようなことを防ぐことができる。
【００６９】
ここでは、ＡＤＣ１１２は、小数点bitまで含めたアナログデジタル変換し、その小数点以下のbit数は、２bitである場合を例に挙げて説明を続けるが、この少数点以下のbit数は、２bit以外のbit数であってももちろん良い。
【００７０】
ステップＳ１６において、デジタルクランプ部１５１は、ＡＤＣ１１２から供給される小数点以下２bitのデジタル信号をデジタルクランプ処理し、デジタルゲイン処理部１５２に供給する。デジタルゲイン処理部１５２は、上記した処理で、“×１”のゲインに設定されているため、供給されたデジタル信号に“×１”のゲインを除算する処理を実行し、丸め処理部１５３に供給する。
【００７１】
ここまでの処理は、小数点以下２bitを含めたデータで行われる。そして、ステップＳ１７において、丸め処理部１５３により、小数点以下２bitのデータを、切り上げまたは切り下げることで、データが整数化される。
【００７２】
一方、ステップＳ１２において、暗電流が閾値以上であると判定された場合、ステップＳ１９以降の処理で、ユーザゲインの再設定が行われる。ユーザゲインとは、カラム部１１６のゲインとデジタル処理部１１３のゲインを乗算したゲインであり、ユーザゲインは、一定のゲインとなるように、換言すれば、１となるように設定されている。
【００７３】
ステップＳ１９において、ゲイン設定部１１５は、カラム部１１６のアナログゲインを“×（１／Ｙ）”に設定する。この場合、可変抵抗１４５の抵抗値が調整されることで、“×（１／Ｙ）”のアナログゲインに調整される。ゲイン（１／Ｙ）は、暗電流の大きさに応じた値とすることができる。換言すれば、（１／Ｙ）の値として、１個の値が予め設定されているのでは無く、複数の値が設定されているようにし、暗電流の大きさに応じた値が設定されるようにすることができる。
【００７４】
このようにして、カラム部１１６のアナログゲインが設定されると、そのアナログゲインに対応するデジタルゲインとして、ステップＳ２０において、デジタルゲインが“×Ｙ”に設定される。すなわち、ゲイン設定部１１５は、デジタルゲイン処理部１５２のゲインを、“×Ｙ”に設定する。この場合、アナログゲインが、“１／Ｙ”であり、デジタルゲインが“Ｙ”であるため、アナログゲインとデジタルゲインを乗算した値は、１（＝（１／Ｙ）×Ｙ）となる。
【００７５】
このようにカラム部１１６のアナログゲインとデジタルゲイン処理部１５２のデジタルゲインが設定されると、その設定されたゲインにおける撮影処理が行われる。ステップＳ２２以降の処理は、ステップＳ１５以降の処理と基本的に同様に行われるため、ここではその説明を省略する。
【００７６】
このように、暗電流の大きさに応じて、ユーザゲイン（＝アナログゲイン×デジタルゲイン）が設定され、設定されたユーザゲインで、暗電流を抑制した撮影を行うことができる。また、一般的に、アナログゲインを下げるなど、アナログゲインを変更すると、ノイズ特性が悪化する可能性があるが、そのような回路ノイズ分は、暗電流が支配的になる領域に適用することで、暗電流起因のノイズに埋もれさせて処理することが可能となる。
【００７７】
また、デジタルゲインによる画像情報の劣化を防ぐために、予め低精度の小数点bitまで含めてＡＤＣ１１２においてアナログデータからデジタルデータに変換し、それを乱数として用いるようにしたため、デジタルゲインによる画像情報の劣化を防ぐことができる。
【００７８】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態における読み出し部５３について説明する。図８は、第２の実施の形態における読み出し部５３の構成例を示す図である。第２の実施の形態においては、キャパシタの容量を調整することで、回路レンジを拡大し、ノイズを低減させる読み出し部５３について説明する。
【００７９】
図８に示した読み出し部５３（以下、読み出し部５３ｂとする）の構成は、図５に示した第１の実施の形態における読み出し部５３（以下、読み出し部５３ａとする）と同様の構成であるが、ゲイン設定部１１５が制御する箇所が異なり、他の部分は同様であるため、同様な部分に関しては説明を省略する。
【００８０】
図８に示した読み出し部５３ｂのゲイン設定部１１５ｂは、カラム部１１６内のＳ／Ｈ部１１１Ｐを構成するキャパシタＣ１とＳ／Ｈ部１１１Ｄを構成するキャパシタＣ１の容量値を調整することで、カラム部１１６のアナログゲインを調整する。Ｓ／Ｈ部１１１Ｐを構成するキャパシタＣ１とＳ／Ｈ部１１１Ｄを構成するキャパシタＣ１は、容量値が調整されるため、可変容量型のキャパシタとされている。
【００８１】
ゲイン設定部１１５ｂは、第１の実施の形態と同じく、ユーザゲインが一定となるように、アナログゲインを変更した場合、デジタルゲインを変更する。ゲイン設定部１１５ｂは、デジタル処理部１１３のデジタルゲイン処理部１５２のゲインも設定する。
【００８２】
カラム部１１６の抵抗１４５は、第１の実施の形態と異なり、抵抗値が変更されないため、固定の抵抗値を有する抵抗とされている。
【００８３】
ここで、キャパシタＣ１に蓄積されうる電荷量をＱ、キャパシタＣ１の容量をＣ、キャパシタＣ１にかかる電圧をＶとした場合、Ｑ＝ＣＶの関係式が成り立つ。同量の電荷を蓄積させる（電荷量Ｑが一定とする）場合、容量Ｃを大きい値に変更した場合、電圧Ｖは小さい値になるため、Ｓ／Ｈ部１１１からの出力電圧も小さくなる。このように、キャパシタＣ１の容量Ｃを調整することで、Ｓ／Ｈ部１１１からの出力電圧を変更することができ、カラム部１１６内のゲインを調整できることになる。
【００８４】
このように、Ｓ／Ｈ部１１１内のキャパシタＣ１の容量を調整することで、回路レンジを拡大し、暗電流などによるノイズを低減させる構成とすることもできる。第２の実施の形態における読み出し部５３ｂの動作は、第１の実施の形態における読み出し部５３ａと基本的に同様の動作であり、図７に示したフローチャートの処理に基づき行われるため、ここではその説明は省略する。
【００８５】
ただし、アナログゲインの設定は、設定したいアナログゲインを実現するキャパシタＣ１の容量値に設定され、そのアナログゲインに対応するデジタルゲインが、デジタルゲイン処理部１５２に設定される。
【００８６】
第２の実施の形態における読み出し部５３ｂにおいても、暗電流の大きさに応じて、ユーザゲイン（＝アナログゲイン×デジタルゲイン）が設定され、設定されたユーザゲインで、暗電流を抑制した撮影を行うことができる。また、アナログゲインを変更すると、ノイズ特性が悪化する可能性があるが、そのような回路ノイズ分は、暗電流が支配的になる領域に適用することで、暗電流起因のノイズに埋もれさせて処理することが可能となる。
【００８７】
また、デジタルゲインによる画像情報の劣化を防ぐために、予め低精度の小数点bitまで含めてＡＤＣ１１２においてアナログデータからデジタルデータに変換し、それを乱数として用いるようにしたため、デジタルゲインによる画像情報の劣化を防ぐことができる。
【００８８】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態における読み出し部５３について説明する。図９は、第３の実施の形態における読み出し部５３の構成例を示す図である。第３の実施の形態においては、信号線１４１に流れる電流を調整することで、回路レンジを拡大し、ノイズを低減させる読み出し部５３について説明する。
【００８９】
図９に示した読み出し部５３（以下、読み出し部５３ｃとする）の構成は、図５に示した第１の実施の形態における読み出し部５３ａと同様の構成であるが、ゲイン設定部１１５が制御する箇所が異なり、他の部分は同様であるため、同様な部分に関しては説明を省略する。
【００９０】
図９に示した読み出し部５３ｃのゲイン設定部１１５ｃは、カラム部１１６内の電流源１１２が流す電流の大きさとＡＤＣ１１２の電流の大きさを調整することで、カラム部１１６のアナログゲインを調整する。カラム部１１６内の電流源１１２は、流す電流の大きさが調整されるため、可変電流型の電流源とされている。
【００９１】
なお、第１、第２の実施の形態における電流源１１２は、一定の電流を流す固定電流源である。カラム部１１６の抵抗１４５は、第１の実施の形態と異なり、抵抗値が変更されないため、固定の抵抗値を有する抵抗とされている。
【００９２】
ゲイン設定部１１５ｃは、第１の実施の形態と同じく、ユーザゲインが一定となるように、アナログゲインを変更した場合、デジタルゲインを変更する。ゲイン設定部１１５ｃは、デジタル処理部１１３のデジタルゲイン処理部１５２のゲインも設定する。
【００９３】
電流源１４２が流す電流の大きさが電流値Ａである場合、ＡＤＣ１１２は、電流値Ａである場合のスケールで、入力される電流の大きさを測定する。仮に、同一の画素値（画素値Ｂとする）をＡＤＣ１１２でＡＤ変換する場合を想定する。
【００９４】
電流源１４２が流す電流の大きさが電流値Ａである場合、ＡＤＣ１１２は、電流値Ａである場合のスケールで、入力される電流の大きさを測定し、画素値Ｂを結果として出力する。例えば、電流源１４２の電流を変更したときに、ＡＤＣ１１２のスケールを変更しないでＡＤ変換を行うと、画素値Ｂの値は誤った値となる可能性がある。
【００９５】
よって、電流源１４２の電流値を変更した場合、ＡＤＣ１１２のスケールも、変更後の電流値に対応するスケールに変更する必要がある。例えば、２倍のゲインを得たい場合、電流源１４２の電流はそのまま（×１倍）で、ＡＤＣ１１２のスケールが半分（×１／２）にされる。また、例えば、ＡＤＣ１１２のスケールを２倍にした場合、１／２倍のゲインがかかるため、電流源１４２の電流は２倍にされる。このように、所望とされるゲインになるように、電流源１４２の電流値とＡＤＣ１１２のスケールの大きさが調整される。
【００９６】
ＡＤＣ１１２が、入力される電流値とＤＡＣ（Digital Analog Converter）からの出力に応じてＡＤ変換する構成とされている場合、ＡＤＣ１１２のスケールは、ＤＡＣの電流値を変えることで調整することができる。例えば、ＡＤＣ１１２の電流値を小さな値（ＡＤＣ１１２内のＤＡＣの電流値を小さな値）に変更した場合、ＡＤＣ結果は、大きくなる。このような関係を利用して、ＡＤＣ１１２のスケールを調整することができる。
【００９７】
このように、電流源１４２の電流値とＡＤＣ１１２のスケールを調整することで、回路レンジを拡大し、暗電流などによるノイズを低減させる構成とすることもできる。第３の実施の形態における読み出し部５３ｃの動作は、第１の実施の形態における読み出し部５３ａと基本的に同様の動作であり、図７に示したフローチャートの処理に基づき行われるため、ここではその説明は省略する。
【００９８】
ただし、アナログゲインの設定は、設定したいアナログゲインを実現する電流源１４２の電流値とＡＤＣ１１２のスケールの組み合わせに設定され、そのアナログゲインに対応するデジタルゲインが、デジタルゲイン処理部１５２に設定される。
【００９９】
第３の実施の形態における読み出し部５３ｃにおいても、暗電流の大きさに応じて、ユーザゲイン（＝アナログゲイン×デジタルゲイン）が設定され、設定されたユーザゲインで、暗電流を抑制した撮影を行うことができる。また、アナログゲインを変更すると、ノイズ特性が悪化する可能性があるが、そのような回路ノイズ分は、暗電流が支配的になる領域に適用することで、暗電流起因のノイズに埋もれさせて処理することが可能となる。
【０１００】
また、デジタルゲインによる画像情報の劣化を防ぐために、予め低精度の小数点bitまで含めてＡＤＣ１１２においてアナログデータからデジタルデータに変換し、それを乱数として用いるようにしたため、デジタルゲインによる画像情報の劣化を防ぐことができる。
【０１０１】
上記した実施の形態においては、ゲイン設定部１１５が抵抗値、容量値または電流値を、それぞれ設定することで、暗電流を抑制する場合を例に挙げて説明した。上記したように、これらを個別に実施することも可能であるが、組み合わせて実施することも可能である。例えば、ゲイン設定部１１５は、抵抗値と容量値を設定し、抵抗値と容量値の組み合わせで暗電流を抑制するようにしても良い。
【０１０２】
＜本開示に係る技術を適用し得る積層型の撮像装置の構成例＞
図１０は、本開示に係る技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例の概要を示す図である。
【０１０３】
図１０のＡは、非積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。固体撮像装置５１０は、図１０のＡに示すように、１枚のダイ（半導体基板）５１１を有する。このダイ５１１には、画素がアレイ状に配置された画素領域５１２と、画素の駆動その他の各種の制御を行う制御回路５１３と、信号処理するためのロジック回路５１４とが搭載されている。
【０１０４】
制御回路５１３やロジック回路５１４が配置される領域に、上記した実施の形態におけるカラム部１１６、ゲイン設定部１１５、デジタル処理部１１３などを配置することができる。
【０１０５】
図１０のＢ及びＣは、積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。固体撮像装置５２０は、図１０のＢ及びＣに示すように、センサダイ５２１とロジックダイ５２４との２枚のダイが積層され、電気的に接続されて、１つの半導体チップとして構成されている。
【０１０６】
図１０のＢでは、センサダイ５２１には、画素領域５１２と制御回路５１３が搭載され、ロジックダイ５２４には、信号処理を行う信号処理回路を含むロジック回路５１４が搭載されている。
【０１０７】
図１０のＣでは、センサダイ５２１には、画素領域５１２が搭載され、ロジックダイ５２４には、制御回路５１３及びロジック回路５１４が搭載されている。
【０１０８】
＜内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０１０９】
図１１は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【０１１０】
図１１では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０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１１２００と、から構成される。
【０１１１】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０１１２】
鏡筒１１１０１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１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１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１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００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。
【０１１３】
カメラヘッド１１１０２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）１１２０１に送信される。
【０１１４】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、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。
【０１１５】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１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。
【０１１６】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【０１１７】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００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、内視鏡１１１００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等を入力する。
【０１１８】
処置具制御装置１１２０５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１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００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１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７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１１２０８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。
【０１１９】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３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することができる。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１１２０３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１１１０２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。
【０１２０】
また、光源装置１１２０３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１１１０２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。
【０１２１】
また、光源装置１１２０３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こと（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こと等を行うことができる。光源装置１１２０３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。
【０１２２】
図１２は、図１１に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０１２３】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【０１２４】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１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。
【０１２５】
撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）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てもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１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１１４０２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１１４０１も複数系統設けられ得る。
【０１２６】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０１２７】
駆動部１１４０３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１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１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１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０１２８】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１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１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【０１２９】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。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。
【０１３０】
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、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、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１１１００に搭載されていることになる。
【０１３１】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【０１３２】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２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１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【０１３３】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【０１３４】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２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。
【０１３５】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる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１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【０１３６】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像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１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像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てもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【０１３７】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００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。
【０１３８】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【０１３９】
＜移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）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、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てもよい。
【０１４０】
図１３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。
【０１４１】
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１３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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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１２０３０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。
【０１５０】
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１３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。
【０１５１】
図１４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１５２】
図１４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
【０１５３】
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。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。
【０１５４】
なお、図１４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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【０１６０】
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の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。
【０１６１】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
画素信号のサンプリングとホールドを行うサンプルホールド部と、
前記画素信号を小数点以下まで含めたＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部からのデジタル信号に所定のゲインをかけるデジタルゲイン処理部と、
前記サンプルホールド部と前記ＡＤ変換部を含むカラム部のアナログゲインを設定するゲイン設定部と
を備える撮像素子。
（２）
前記ゲイン設定部は、測定された暗電流量に応じて前記アナログゲインを設定する
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記ゲイン設定部は、前記アナログゲインと前記デジタルゲインを乗算したときの値が一定となるように、前記アナログゲインと前記デジタルゲインを設定する
前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）
前記カラム部には、可変抵抗が含まれ、
前記ゲイン設定部は、設定したアナログゲインになる前記可変抵抗の抵抗値を設定する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５）
前記可変抵抗は、画素リセット信号を保持する第１のサンプルホールド部と、画素データ信号を保持する第２のサンプルホールド部との間に設けられている
前記（４）に記載の撮像素子。
（６）
前記サンプルホールド部にはキャパシタが含まれ、
前記ゲイン設定部は、設定したアナログゲインになる前記キャパシタの容量値を設定する
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７）
前記ＡＤ変換部に接続されている信号線に所定の電流を流す電流源をさらに備え、
前記ゲイン設定部は、設定したアナログゲインになる前記電流源の電流値を設定する
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（８）
前記ゲイン設定部は、前記電流源の電流値を変更した場合、前記ＡＤ変換部の電流値も、前記電流源の電流値に応じた値に設定する
前記（７）に記載の撮像素子。
（９）
撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記撮像素子は、
画素信号のサンプリングとホールドを行うサンプルホールド部と、
前記画素信号を小数点以下まで含めたＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部からのデジタル信号に所定のゲインをかけるデジタルゲイン処理部と、
前記サンプルホールド部と前記ＡＤ変換部を含むカラム部のアナログゲインを設定するゲイン設定部と
を備える
電子機器。
【符号の説明】
【０１６２】
１０  撮像装置，  １１  レンズ群，  １２  撮像素子，  １３  ＤＳＰ回路，  １４  フレームメモリ，  １５  表示部，  １６  記録部，  １７  操作系，  １８  電源系，  １９  バスライン，  ２０  ＣＰＵ，  ２２  画素アレイ部，  ５０  画素，  ５１  画素アレイ部，  ５２  行選択部，  ５３  読み出し部，  ５４  制御線，  ５５  垂直信号線，  ７２  転送トランジスタ，  ７４  リセットトランジスタ，  ７５  増幅トランジスタ，  ７６  選択トランジスタ，  １１１  Ｓ／Ｈ部，  １１２  電流源，  １１３  デジタル処理部，  １１４  変換伝送部，  １１５  ゲイン設定部，  １１６  カラム部，  １３１  オペアンプ，  １４１  信号線，  １４２  電流源，  １４３  トランジスタ，  １４４  トランジスタ，  １４５  抵抗，  １５１  デジタルクランプ部，  １５２  デジタルゲイン処理部，  １５３  処理部
【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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