(57)【要約】【課題】簡易な構成により太陽黒点現象の発生を抑制する。【解決手段】撮像素子は、画素信号のリセットレベルの電圧であるリセット電圧のサンプリング及びホールドを行うサンプルホールド部と、前記画素信号のＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記サンプルホールド部によりホールドされた前記リセット電圧と所定の参照電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号をＡＤ変換した第１の出力信号、及び、所定のレベルの第２の出力信号のうち一方を選択して出力する。本開示に係る技術は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサに適用できる。【選択図】図５
2017228885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素信号のリセットレベルの電圧であるリセット電圧のサンプリング及びホールドを行うサンプルホールド部と、
前記画素信号のＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記サンプルホールド部によりホールドされた前記リセット電圧と所定の参照電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号をＡＤ変換した第１の出力信号、及び、所定のレベルの第２の出力信号のうち一方を選択して出力する
撮像素子。
【請求項２】
前記サンプルホールド部は、ホールドした前記リセット電圧と前記参照電圧とを比較した結果を示す比較信号を出力し、
前記ＡＤ変換部は、前記比較信号に基づいて、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号のうち一方を選択して出力する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記サンプルホールド部は、前記参照電圧を示す参照信号及び前記画素信号の入力をオン又はオフする回路を備え、前記リセット電圧をホールドしている状態で前記参照信号の入力をオンし、ホールドしている前記リセット電圧と前記参照電圧の大小関係により電圧が変動する出力信号を前記比較信号として出力する
請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記サンプルホールド部は、前記比較信号の出力後に前記参照信号の入力をオフした後、前記リセット電圧を出力する
請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記サンプルホールド部は、前記画素信号のデータレベルの電圧であるデータ電圧のセトリング中に、前記リセット電圧をホールドしている状態で前記参照信号の入力をオンし、前記比較信号を出力する
請求項３に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記比較信号を所定の時間遅延して前記ＡＤ変換部に供給する遅延部を
さらに備える請求項２に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記サンプルホールド部から出力される前記リセット電圧と前記参照電圧とを比較した結果を示す比較信号を出力する比較部を
さらに備え、
前記ＡＤ変換部は、前記比較信号に基づいて、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号のうち一方を選択して出力する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記比較信号を所定の時間遅延して前記ＡＤ変換部に供給する遅延部を
さらに備える請求項７に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記画素信号のデータレベルの電圧であるデータ電圧のセトリング中に、前記サンプルホールド部は、ホールドしている前記リセット電圧を出力し、前記比較部は、前記サンプルホールド部から出力された前記リセット電圧と前記参照電圧とを比較し、前記比較信号を出力する
請求項７に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記サンプルホールド部のｋＴＣノイズを低減するｋＴＣキャンセル部を
さらに備える請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記ｋＴＣキャンセル部は、前記ｋＴＣノイズによる前記サンプルホールド部の出力電圧の変動分に対応する電荷を蓄積し、前記サンプルホールド部にフィードバックすることにより前記ｋＴＣノイズを低減する
請求項１０に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記参照電圧は、前記画素信号を転送する垂直信号線の正常にＡＤ変換を行うことが可能な電圧の範囲の最小値である限界電圧に、前記ＡＤ変換部が正常に動作する入力電圧の最大値と最小値の幅以上の電圧を加えた電圧に設定される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記参照電圧を生成し出力する参照電圧生成部を
さらに備える請求項１２に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記参照電圧生成部は、前記限界電圧の検出結果に基づいて、前記参照電圧を設定する
請求項１３に記載の撮像素子。
【請求項１５】
前記参照電圧生成部は、予め設定されたレベルの前記参照電圧を生成し出力する
請求項１３に記載の撮像素子。
【請求項１６】
前記第１の出力信号は、前記サンプルホールド部から出力される前記リセット電圧と、前記画素信号のデータレベルの電圧であるデータ電圧との差分に基づく信号である
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１７】
前記第２の出力信号は、最も輝度が高いレベルの信号である
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１８】
前記画素信号を転送する各垂直信号線にそれぞれ複数のサンプルホールド部が接続され、前記複数のサンプルホールド部のうち１つ以上が前記リセット電圧のサンプリング及びホールドを行う
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１９】
前記画素信号を出力する画素が設けられている第１の基板と、
前記サンプルホールド部が設けられている第２の基板と
が積層されている請求項１に記載の撮像素子。
【請求項２０】
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、
画素信号のリセットレベルの電圧であるリセット電圧のサンプリング及びホールドを行うサンプルホールド部と、
前記画素信号のＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記サンプルホールド部によりホールドされた前記リセット電圧と所定の参照電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号をＡＤ変換した第１の出力信号、及び、所定のレベルの第２の出力信号のうち一方を選択して出力する
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示に係る技術は、撮像素子及び電子機器に関し、特に、太陽黒点現象の発生を抑制するようにした撮像素子及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子の太陽黒点現象の発生を抑制する技術が検討されている。太陽黒点現象とは、非常に強い光が入射した画素において、リセット動作時に光電変換素子から電荷が漏れることにより輝度が低下し、黒く沈んでしまう現象であり、黒化現象、黒沈み、又は、黒潰れとも呼ばれる。
【０００３】
なお、以下、強い光が入射した画素において、リセット動作時に光電変換素子から電荷が漏れ太陽黒点現象が発生する可能性のある状態のことを太陽黒点状態と称する。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の技術では、画素信号のフィードスルー部の電圧を所定の基準電位と比較した結果に基づいて太陽黒点状態の発生の有無が検出される。一方、太陽黒点状態の発生の有無の検出に要する時間だけ画素信号を遅延させて、太陽黒点状態の発生していない画素においては、画素信号のフィードスルー部の電圧がサンプリングされ、太陽黒点状態の発生している画素においては、リセットゲートがオンしているときの画素信号のリセット段差部の電圧がサンプリングされる。そして、サンプリングされた電圧に遮光領域の画素信号の平均値を加算した電圧が、画素信号のリセットレベルの電圧として用いられる。これにより、太陽黒点状態が発生した画素のリセットレベルの電圧の低下が防止され、太陽黒点現象の発生が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６７９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、太陽黒点状態の検出回路、画像信号の遅延回路、リセットレベルの電圧を生成するための回路等が必要になり、回路規模が増大する。
【０００７】
そこで、本開示に係る技術は、簡易な構成により太陽黒点現象の発生を抑制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】
本開示に係る技術の第１の側面の撮像素子は、画素信号のリセットレベルの電圧であるリセット電圧のサンプリング及びホールドを行うサンプルホールド部と、前記画素信号のＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記サンプルホールド部によりホールドされた前記リセット電圧と所定の参照電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号をＡＤ変換した第１の出力信号、及び、所定のレベルの第２の出力信号のうち一方を選択して出力する。
【０００９】
前記サンプルホールド部には、ホールドした前記リセット電圧と前記参照電圧とを比較した結果を示す比較信号を出力させ、前記ＡＤ変換部には、前記比較信号に基づいて、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号のうち一方を選択して出力させることができる。
【００１０】
前記サンプルホールド部には、前記参照電圧を示す参照信号及び前記画素信号の入力をオン又はオフする回路を設け、前記リセット電圧をホールドしている状態で前記参照信号の入力をオンさせ、ホールドしている前記リセット電圧と前記参照電圧の大小関係により電圧が変動する出力信号を前記比較信号として出力させることができる。
【００１１】
前記サンプルホールド部には、前記比較信号の出力後に前記参照信号の入力をオフした後、前記リセット電圧を出力させることができる。
【００１２】
前記サンプルホールド部には、前記画素信号のデータレベルの電圧であるデータ電圧のセトリング中に、前記リセット電圧をホールドしている状態で前記参照信号の入力をオンさせ、前記比較信号を出力させることができる。
【００１３】
前記比較信号を所定の時間遅延して前記ＡＤ変換部に供給する遅延部をさらに設けることができる。
【００１４】
前記サンプルホールド部から出力される前記リセット電圧と前記参照電圧とを比較した結果を示す比較信号を出力する比較部をさらに設け、前記ＡＤ変換部には、前記比較信号に基づいて、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号のうち一方を選択して出力させることができる。
【００１５】
前記比較信号を所定の時間遅延して前記ＡＤ変換部に供給する遅延部をさらに設けることができる。
【００１６】
前記画素信号のデータレベルの電圧であるデータ電圧のセトリング中に、前記サンプルホールド部には、ホールドしている前記リセット電圧を出力させ、前記比較部には、前記サンプルホールド部から出力された前記リセット電圧と前記参照電圧とを比較し、前記比較信号を出力させることができる。
【００１７】
前記サンプルホールド部のｋＴＣノイズを低減するｋＴＣキャンセル部をさらに設けることができる。
【００１８】
前記ｋＴＣキャンセル部には、前記ｋＴＣノイズによる前記サンプルホールド部の出力電圧の変動分に対応する電荷を蓄積させ、前記サンプルホールド部にフィードバックすることにより前記ｋＴＣノイズを低減させることができる。
【００１９】
前記参照電圧は、前記画素信号を転送する垂直信号線の正常にＡＤ変換を行うことが可能な電圧の範囲の最小値である限界電圧に、前記ＡＤ変換部が正常に動作する入力電圧の最大値と最小値の幅以上の電圧を加えた電圧に設定することができる。
【００２０】
前記参照電圧を生成し出力する参照電圧生成部をさらに設けることができる。
【００２１】
前記参照電圧生成部には、前記限界電圧の検出結果に基づいて、前記参照電圧を設定させることができる。
【００２２】
前記参照電圧生成部には、予め設定されたレベルの前記参照電圧を生成し出力させることができる。
【００２３】
前記第１の出力信号は、前記サンプルホールド部から出力される前記リセット電圧と、前記画素信号のデータレベルの電圧であるデータ電圧との差分に基づく信号とすることができる。
【００２４】
前記第２の出力信号は、最も輝度が高いレベルの信号とすることができる。
【００２５】
前記画素信号を転送する各垂直信号線にそれぞれ複数のサンプルホールド部を接続し、前記複数のサンプルホールド部のうち１つ以上が前記リセット電圧のサンプリング及びホールドを行わせることができる。
【００２６】
前記画素信号を出力する画素が設けられている第１の基板と、前記サンプルホールド部が設けられている第２の基板とを積層することができる。
【００２７】
本開示に係る技術の第２の側面の電子機器は、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、画素信号のリセットレベルの電圧であるリセット電圧のサンプリング及びホールドを行うサンプルホールド部と、前記画素信号のＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記サンプルホールド部によりホールドされた前記リセット電圧と所定の参照電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号をＡＤ変換した第１の出力信号、及び、所定のレベルの第２の出力信号のうち一方を選択して出力する。
【００２８】
本開示に係る技術の第１の側面又は第２の側面においては、画素信号のリセットレベルの電圧であるリセット電圧のサンプリング及びホールドが行われ、ホールドされた前記リセット電圧と所定の参照電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号をＡＤ変換した第１の出力信号、及び、所定のレベルの第２の出力信号のうち一方が選択して出力される。
【発明の効果】
【００２９】
本開示に係る技術の第１の側面又は第２の側面によれば、太陽黒点現象の発生を抑制することができる。また、本開示に係る技術の第１の側面又は第２の側面によれば、簡易な構成により太陽黒点現象の発生を抑制することができる。
【００３０】
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】
【００３１】
【図１】本開示に係る技術を適用した撮像素子の構成例を示す図である。
【図２】図１の撮像素子の基板構成の例を示す図である。
【図３】図１の撮像素子の画素の構成例を示す回路図である。
【図４】太陽黒点現象について説明するためのタイミングチャートである。
【図５】図１の撮像素子の信号処理部の第１の実施の形態を示す図である。
【図６】画素信号のサンプリング処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】リセット電圧のサンプリング処理の第１の実施の形態を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】図１の撮像素子の信号処理部の第２の実施の形態を示す図である。
【図９】リセット電圧のサンプリング処理の第２の実施の形態を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】図１の撮像素子の信号処理部の第３の実施の形態を示す図である。
【図１１】リセット電圧のサンプリング処理の第３の実施の形態を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】図１の撮像素子の信号処理部の第４の実施の形態を示す図である。
【図１３】リセット電圧のサンプリング処理の第４の実施の形態を説明するためのタイミングチャートである。
【図１４】パイプライン処理について説明するためのタイミングチャートである。
【図１５】固体撮像素子の使用例を示す図である。
【図１６】電子機器の構成例を示すブロック図である。
【図１７】手術室システムの全体構成を概略的に示す図である。
【図１８】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１９】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２０】図１９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２１】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２２】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】
【００３２】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（サンプルホールド回路の外でリセット電圧と参照電圧とを比較する例）
２．第２の実施の形態（第１の実施の形態にｋＴＣキャンセル回路を設けた例）
３．第３の実施の形態（サンプルホールド回路内でリセット電圧と参照電圧とを比較する例）
４．第４の実施の形態（第３の実施の形態にｋＴＣキャンセル回路を設けた例）
５．変形例
６．応用例
【００３３】
＜＜１．第１の実施の形態＞＞
まず、図１乃至図６を参照して、本開示に係る技術の第１の実施の形態について説明する。
【００３４】
＜１−１．撮像素子の構成例＞
図１は、本開示に係る技術を適用した撮像素子１０の構成例を示すブロック図である。
【００３５】
撮像素子１０は、画素領域１１、垂直駆動回路１２、カラム信号処理回路１３、水平駆動回路１４、出力回路１５、及び、制御回路１６を備える。
【００３６】
画素領域１１は、図示しない光学系により集光される光を受光する受光面である。画素領域１１には、複数の画素２１が行列状に配置されており、それぞれの画素２１は、水平信号線２２を介して行ごとに垂直駆動回路１２に接続されるとともに、垂直信号線２３を介して列ごとにカラム信号処理回路１３に接続される。複数の画素２１は、それぞれ受光する光の量に応じたレベルの画素信号をそれぞれ出力し、それらの画素信号から、画素領域１１に結像する被写体の画像が構築される。
【００３７】
垂直駆動回路１２は、画素領域１１に配置される複数の画素２１の行ごとに順次、それぞれの画素２１を駆動（転送や、選択、リセットなど）するための駆動信号を、水平信号線２２を介して画素２１に供給する。例えば、垂直駆動回路１２は、画素領域１１の各画素２１の露光時間、読出し走査等の制御を行う。また、例えば、垂直駆動回路１２は、後述するように、画素領域１１の各画素２１の画素信号の読出し走査を複数並行に行うとともに、各読出し走査の読出し行を移動するタイミングを、他の読出し走査の読出し行の位置に基づいて制御する。
【００３８】
カラム信号処理回路１３は、複数の画素２１から垂直信号線２３を介して出力される画素信号に対してＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）処理を施すことにより、画素信号のＡＤ変換を行うとともにリセットノイズを除去する。例えば、カラム信号処理回路１３は、画素２１の列数に応じた複数のカラム処理部（不図示）を備え、画素２１の列ごとに並列にＣＤＳ処理を行うことができる。
【００３９】
水平駆動回路１４は、画素領域１１に配置される複数の画素２１の列ごとに順次、カラム信号処理回路１３から画素信号を出力信号線２４に出力させるための駆動信号を、カラム信号処理回路１３に供給する。
【００４０】
出力回路１５は、水平駆動回路１４の駆動信号に従ったタイミングでカラム信号処理回路１３から出力信号線２４を介して供給される画素信号を増幅し、後段の信号処理回路に出力する。
【００４１】
制御回路１６は、撮像素子１０内の各部の駆動を制御する。例えば、制御回路１６は、各部の駆動周期に従ったクロック信号を生成して、各部に供給する。
【００４２】
次に、図２を参照して、図１の撮像素子１０の基板構成について説明する。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付している。
【００４３】
図２Ａは、撮像素子１０Ａの第１の基板構成を示している。図２Ａの撮像素子１０では、１つの半導体基板５１内に、画素領域１１、制御領域６１、及び、信号処理するためのロジック回路６２が設けられている。制御領域６１には、例えば、図１の垂直駆動回路１２、カラム信号処理回路１３、水平駆動回路１４、出力回路１５、及び、制御回路１６が設けられている。
【００４４】
図２Ｂ及び図２Ｃは、撮像素子１０の第２及び第３の基板構成を示している。図２Ｂの撮像素子１０Ｂ及び図２Ｃの撮像素子１０Ｃは、画素領域１１とロジック回路６２が異なる半導体基板に形成され、積層された構造となっている。
【００４５】
撮像素子１０Ｂでは、第１の半導体基板５２に、画素領域１１と制御領域６１が設けられ、第２の半導体基板５３に、信号処理するための信号処理回路を含むロジック回路６２が設けられている。第１の半導体基板５２と第２の半導体基板５３は電気的に接続されている。
【００４６】
撮像素子１０Ｃでは、第１の半導体基板５２に、画素領域１１が設けられ、第２の半導体基板５３に、制御領域６１と信号処理回路を含むロジック回路６２が設けられている。第１の半導体基板５２と第２の半導体基板５３は電気的に接続されている。
【００４７】
撮像素子１０Ｂ及び撮像素子１０Ｃのように、画素領域１１が形成された第１の半導体基板５２と、ロジック回路６２が形成された第２の半導体基板５３を、半導体プロセス技術を用いて別々に形成してから貼り合わせて電気的に接続する固体撮像装置の製造方法については、本出願人による特開２０１０−２４５５０６号公報、特開２０１１−９６８５１号公報などに開示されている。このように別々に形成してから貼り合わせることにより、高画質化、量産性、低コストに貢献することができる。
【００４８】
＜１−２．画素の構成例＞
図３は、撮像素子１０の画素領域１１に配置される画素２１の構成例を示す回路図である。
【００４９】
画素２１は、光電変換素子１１１、転送ゲート部１１２、リセットゲート部１１３、ＦＤ（フローティングディフュージョン）部１１４、増幅トランジスタ１１５、及び、選択トランジスタ１１６を備える。
【００５０】
また、画素２１に対して、図１の水平信号線２２として、複数の信号線が、例えば画素行毎に配線される。そして、図１の垂直駆動回路１２から複数の信号線を介して、駆動信号ＴＲＧ、ＲＳＴ、ＳＥＬ、ＯＦＧが供給される。これらの駆動信号は、画素２１の各トランジスタがＮＭＯＳトランジスタなので、高レベル（例えば、電源電圧Ｖｄｄ）の状態がアクティブ状態となり、低レベルの状態（例えば、グラウンドレベル）が非アクティブ状態となる信号である。
【００５１】
なお、図３では、複数の信号線のうち転送ゲート制御線１０１及びリセットゲート制御線１０２が図示されている。転送ゲート制御線１０１は駆動信号ＴＲＧの伝送に用いられ、リセットゲート制御線１０２は駆動信号ＲＳＴの伝送に用いられる。
【００５２】
なお、以下、駆動信号がアクティブ状態になることを、駆動信号がオンするとも称し、駆動信号が非アクティブ状態になることを、駆動信号がオフするとも称する。
【００５３】
光電変換素子１１１は、例えば、ＰＮ接合のフォトダイオードからなる。光電変換素子１１１は、受光した光量に応じた電荷を生成し、蓄積する。
【００５４】
転送ゲート部１１２は、光電変換素子１１１とＦＤ部１１４との間に接続されている。転送ゲート部１１２のゲート電極には、転送ゲート制御線１０１を介して駆動信号ＴＲＧが印加される。駆動信号ＴＲＧがオンすると、転送ゲート部１１２が導通状態になり、光電変換素子１１１に蓄積されている電荷が、転送ゲート部１１２を介してＦＤ部１１４に転送される。
【００５５】
リセットゲート部１１３は、電源ＶｄｄとＦＤ部１１４との間に接続されている。リセットゲート部１１３のゲート電極には、リセットゲート制御線１０２を介して駆動信号ＲＳＴが印加される。駆動信号ＲＳＴがオンすると、リセットゲート部１１３が導通状態になり、ＦＤ部１１４の電位が、電源電圧Ｖｄｄのレベルにリセットされる。
【００５６】
ＦＤ部１１４は、電荷を電圧信号に電荷電圧変換して出力する。
【００５７】
増幅トランジスタ１１５は、ゲート電極がＦＤ部１１４に接続され、ドレイン電極が電源Ｖｄｄに接続されており、ＦＤ部１１４に保持されている電荷を読み出す読出し回路、所謂ソースフォロワ回路の入力部となる。すなわち、増幅トランジスタ１１５は、ソース電極が選択トランジスタ１１６を介して垂直信号線２３に接続されることにより、当該垂直信号線２３の一端に接続される定電流源１０３とソースフォロワ回路を構成する。
【００５８】
選択トランジスタ１１６は、増幅トランジスタ１１５のソース電極と垂直信号線２３との間に接続されている。選択トランジスタ１１６のゲート電極には、駆動信号ＳＥＬが印加される。駆動信号ＳＥＬがオンすると、選択トランジスタ１１６が導通状態になり、画素２１が選択状態となる。これにより、増幅トランジスタ１１５から出力される画素信号が、選択トランジスタ１１６を介して、垂直信号線２３に出力される。
【００５９】
垂直信号線２３には、画素信号をＡＤ変換するＡＤ変換回路１０４が接続されている。なお、後述するように、垂直信号線２３とＡＤ変換回路１０４との間には、サンプルホールド回路等が接続される。
【００６０】
なお、以下、各ゲート部又は各トランジスタが導通状態になることを、各ゲート部又は各トランジスタがオンするともいい、各ゲート部又は各トランジスタが非導通状態になることを、各ゲート部又は各トランジスタがオフするともいう。
【００６１】
＜１−３．太陽黒点現象＞
次に、図４のタイミングチャートを参照して、太陽黒点現象について説明する。
【００６２】
図４のタイミングチャートは、ある画素２１の画素信号のサンプリングを行う場合の駆動信号ＲＳＴ、駆動信号ＴＲＧ、及び、垂直信号線２３の電圧であるＶＳＬ電圧の時系列の遷移を示している。
【００６３】
なお、図４のタイミングチャートでは図示されていないが、当該画素２１に対する駆動信号ＳＥＬがオンし、選択トランジスタ１１６がオンすることにより、当該画素２１が選択状態になっているものとする。
【００６４】
時刻ｔ１において、駆動信号ＲＳＴがオンし、リセットゲート部１１３がオンする。これにより、ＦＤ部１１４の電位が電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。これに伴い、ＶＳＬ電圧が上昇し、電源電圧Ｖｄｄに対応する電圧となる。
【００６５】
次に、時刻ｔ２において、駆動信号ＲＳＴがオフし、リセットゲート部１１３がオフする。これにより、ＦＤ部１１４の電位がフィードスルーレベルまで低下する。これに伴い、ＶＳＬ電圧はフィードスルーレベルに対応する電圧（以下、フィードスルー電圧と称する）まで低下する。
【００６６】
その後、太陽黒点状態が発生していない通常の状態では、ＶＳＬ電圧がほぼフィードスルー電圧と等しい電圧に保たれる。
【００６７】
一方、画素２１に非常に強い光が入射すると、光電変換素子１１１から電荷が溢れ、太陽黒点状態が発生する。すなわち、転送ゲート部１１２がオフしているにも関わらず、光電変換素子１１１から溢れた電荷がＦＤ部１１４に流入し、ＦＤ部１１４の電位が低下する。これに伴い、ＶＳＬ電圧が低下する。
【００６８】
次に、時刻ｔ３において、画素信号のリセットレベルの電圧（以下、リセット電圧と称する）がサンプリングされる。このとき、太陽黒点状態においては、通常の状態と比較して、リセット電圧が大幅に低下する。
【００６９】
次に、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間において、駆動信号ＴＲＧがオンし、転送ゲート部１１２がオンする。これにより、光電変換素子１１１に蓄積されている電荷が、転送ゲート部１１２を介してＦＤ部１１４に転送される。
【００７０】
このとき、通常状態においては、光電変換素子１１１から転送された電荷に相当する分だけＦＤ部１１４の電位が低下し、これに伴い、ＶＳＬ電圧も低下する。
【００７１】
一方、太陽黒点状態においては、時刻ｔ４の時点で、すでにＦＤ部１１４の電位が通常より低下している。そして、さらに光電変換素子１１１からＦＤ部１１４に電荷が転送されることにより、ＦＤ部１１４の電位がさらに低下する。従って、ＶＳＬ電圧も通常よりさらに低下する。
【００７２】
次に、時刻ｔ６において、画素信号のデータレベルの電圧（以下、データ電圧と称する）がサンプリングされる。このとき、太陽黒点状態が発生している場合、ＶＳＬ電圧が通常のデータ電圧と比較して非常に低くなる。従って、定電流源１０３のドレイン−ソース間電圧が、飽和領域動作に必要な電圧より低くなる。そのため、本来のデータ電圧を取得することができなくなる。
【００７３】
その結果、例えば、ＣＤＳ処理によりリセット電圧とデータ電圧との差分に基づく画素信号を生成した場合に、太陽黒点状態が発生した画素において、本来高輝度（例えば、白レベル）の画素信号とならなければいけないにも関わらず、低輝度（例えば、黒レベル）の画素信号となってしまう。
【００７４】
以上のようにして、太陽黒点現象が発生する。
【００７５】
＜１−４．信号処理部の構成例＞
図５は、図１の撮像素子１０のカラム信号処理回路１３に設けられる信号処理部２０１の回路の構成例を示している。信号処理部２０１は、例えば、各垂直信号線２３に対して１つずつ設けられる。
【００７６】
信号処理部２０１は、ＡＤ変換回路１０４、サンプルホールド回路２１１、参照電圧生成器２１２、比較器２１３、及び、遅延素子２１４を備える。
【００７７】
サンプルホールド回路２１１は、コンデンサ２２１、定電流源２２２、ＮＭＯＳトランジスタからなるトランジスタ２２３、及び、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３を備える。
【００７８】
コンデンサ２２１の一端は、スイッチＳＷ２を介して垂直信号線２３に接続され、コンデンサ２２１の他の一端は、トランジスタ２２３のゲートに接続されている。トランジスタ２２３のドレインは定電流源２２２、ＡＤ変換回路１０４、及び、比較器２１３の入力端子に接続され、ソースは接地されている。スイッチＳＷ１は、トランジスタ２２３のドレイン−ゲート間に接続されている。スイッチＳＷ３は、トランジスタ２２３のドレインと、コンデンサ２２１のスイッチＳＷ２側の一端との間に接続されている。
【００７９】
参照電圧生成器２１２は、所定の参照電圧を生成し、生成した参照電圧を示す参照信号を比較器２１３の入力端子に供給する。なお、参照電圧生成器２１２は、複数の信号処理部２０１で共有される。すなわち、１つの参照電圧生成器２１２から複数の画素行の信号処理部２１３の比較器２１３に参照信号が供給される。これにより、省面積化が実現される。なお、各信号処理部２０１にそれぞれ個別に参照電圧生成器２１２を実装するようにしてもよい。
【００８０】
比較器２１３は、サンプルホールド回路２１１の出力電圧と参照電圧生成器２１２から供給される参照電圧とを比較することにより、太陽黒点現象の発生の有無を判定する太陽黒点判定を行う。具体的には、比較器２１３には、例えば水平駆動回路１４から制御信号ＣＯＭＰＥＮが供給される。そして、比較器２１３は、制御信号ＣＯＭＰＥＮがオンしたときのサンプルホールド回路２１１の出力電圧と参照電圧とを比較し、比較した結果を示す比較信号を遅延素子２１４に供給する。
【００８１】
なお、以下、出力電圧が参照電圧以上の場合、比較信号がＨｉｇｈレベルに設定され、出力電圧が参照電圧未満の場合、比較信号がＬｏｗレベルに設定されるものとする。
【００８２】
遅延素子２１４は、比較器２１３から供給される比較信号を所定の時間だけ遅延させてＡＤ変換回路１０４に供給する。
【００８３】
ＡＤ変換回路１０４は、サンプルホールド回路２１１からの出力信号に基づいて、画素信号のＡＤ変換を行い、得られたデジタルの画素信号を出力する。なお、後述するように、ＡＤ変換回路１０４は、遅延素子２１４から供給される比較信号に基づいて、画素信号の値を切り替える。
【００８４】
＜１−５．画素信号のサンプリング処理＞
次に、図６のタイミングチャートを参照して、撮像素子１０の画素信号のサンプリング処理について説明する。
【００８５】
図６は、図４と同様のタイミングチャートを示している。また、図６において、図４のタイミングチャートと対応する時刻には、同じ時刻を示している。
【００８６】
また、図６においては、ＶＳＬ電圧Ｖｓ１乃至ＶＳＬ電圧Ｖｓ３の３種類のＶＳＬ電圧の遷移が示されている。例えば、ＶＳＬ電圧Ｖｓ１は、太陽黒点状態が発生していない場合のＶＳＬ電圧の遷移を示している。ＶＳＬ電圧Ｖｓ２は、太陽黒点状態が発生していないものの光電変換素子１１１からの電荷の漏れが発生している場合のＶＳＬ電圧の遷移を示している。ＶＳＬ電圧Ｖｓ３は、太陽黒点状態が発生している場合のＶＳＬ電圧の遷移を示している。
【００８７】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの処理は、図４を参照して上述した処理と同様である。すなわち、ＦＤ部１１４がリセットされ、ＶＳＬ電圧がフィードスルー電圧となる。
【００８８】
時刻ｔ３において、画素信号のリセット電圧がサンプリングされる。ここで、図７のタイミングチャートを参照して、リセット電圧のサンプリング処理の詳細について説明する。
【００８９】
図７のタイミングチャートは、信号処理部２０１のスイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ３、及び、制御信号ＣＯＭＰＥＮの時系列の推移を示している。
【００９０】
なお、以下、画素信号のリセット電圧をＶｒｓｔとし、画素信号のデータ電圧をＶｄａｔとし、参照電圧をＶｒｅｆとする。また、以下、コンデンサ２２１の端子間の電圧を容量電圧と称する。
【００９１】
まず、リセット電圧Ｖｒｓｔのサンプリングが行われる。具体的には、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２がオンされ、スイッチＳＷ３がオフされる。スイッチＳＷ１がオンすることで、トランジスタ２２３のドレインとゲートが短絡され、トランジスタ２２３がダイオード接続された状態となる。これにより、トランジスタ２２３のドレイン電圧とゲート電圧がほぼ等しくなり、所定の電圧で安定する。以下、このときのゲート電圧をＶｇｓ１とする。
【００９２】
また、サンプルホールド回路２１１の出力電圧とトランジスタ２２３のドレイン電圧は等しいため、このときのサンプルホールド回路２１１の出力電圧をＶｏｕｔ１とすると、出力電圧Ｖｏｕｔ１は、ゲート電圧Ｖｇｓ１とほぼ等しくなる。
【００９３】
さらに、コンデンサ２２１のスイッチＳＷ２側の一端には、スイッチＳＷ２を介してリセット電圧Ｖｒｓｔが印加される。このときのコンデンサ２２１の容量電圧をＶｃ１とすると、容量電圧Ｖｃ１は、次式（１）で表される。
【００９４】
Ｖｃ１＝Ｖｒｓｔ−Ｖｇｓ１  ・・・（１）
【００９５】
次に、時刻ｔ１１において、スイッチＳＷ１がオフされ、時刻ｔ１２において、スイッチＳＷ２がオフされる。スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２がオフされても、コンデンサ２２１の容量電圧は電圧Ｖｃ１のまま保持される。このようにして、リセット電圧Ｖｒｓｔが、コンデンサ２２１の容量電圧Ｖｃ１としてホールドされる。
【００９６】
次に、時刻ｔ１３において、スイッチＳＷ３がオンされる。このときのサンプルホールド回路２１１の出力電圧をＶｏｕｔ２とすると、出力電圧Ｖｏｕｔ２は、次式（２）で表される。
【００９７】
Ｖｏｕｔ２＝Ｖｃ１＋Ｖｇｓ１
＝（Ｖｒｓｔ−Ｖｇｓ１）＋Ｖｇｓ１
＝Ｖｒｓｔ  ・・・（２）
【００９８】
このように、サンプルホールド回路２１１の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、リセット電圧Ｖｒｓｔと等しくなる。そして、リセット電圧Ｖｒｓｔ（＝出力電圧Ｖｏｕｔ２）が、ＡＤ変換回路１０４及び比較器２１３に入力される。
【００９９】
次に、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５の期間において、制御信号ＣＯＭＰＥＮがオンする。これにより、比較器２１３は、リセット電圧Ｖｒｓｔと参照電圧Ｖｒｅｆを比較することにより太陽黒点判定を行う。そして、比較器２１３は、リセット電圧Ｖｒｓｔ≧参照電圧Ｖｒｅｆの場合、太陽黒点状態が発生していないと判定し、Ｈｉｇｈレベルの比較信号を出力する。一方、比較器２１３は、リセット電圧Ｖｒｓｔ＜参照電圧Ｖｒｅｆの場合、太陽黒点状態が発生している判定し、Ｌｏｗレベルの比較信号を出力する。
【０１００】
ここで、図６に示されるように、参照電圧Ｖｒｅｆは、限界電圧Ｖｍｉｎに電圧Ｖｗを加えた値に設定される。限界電圧Ｖｍｉｎは、正常にＡＤ変換を行うことが可能なＶＳＬ電圧（画素信号の電圧）の範囲の最小値に設定される。例えば、限界電圧Ｖｍｉｎは、定電流源１０３が飽和動作可能なドレイン電圧の最小値、サンプルホールド回路２１１の最小許容入力電圧、及び、ＡＤ変換回路１０４の最小許容入電圧のうち、最も高い電圧に設定される。電圧Ｖｗは、ＡＤ変換回路１０４が正常に動作する入力電圧の最大値と最小値の幅以上の電圧に設定される。すなわち、電圧Ｖｗは、ＡＤ変換回路１０４のフルスケール入力電圧以上の電圧に設定される。
【０１０１】
図６の例では、ＶＳＬ電圧Ｖｓ１及びＶＳＬ電圧Ｖｓ２については、リセット電圧Ｖｒｓｔがサンプリングされる時刻ｔ３において、参照電圧Ｖｒｅｆを上回っているため、比較信号はＨｉｇｈレベルになる。一方、ＶＳＬ電圧Ｖｓ３については、時刻ｔ３において、参照電圧Ｖｒｅｆを下回っているため、比較信号はＬｏｗレベルになる。
【０１０２】
時刻ｔ４から時刻ｔ５までの処理は、図４を参照して上述した処理と同様である。すなわち、駆動信号ＴＲＧがオンし、転送ゲート部１１２がオンすることにより、光電変換素子１１１に蓄積されている電荷が、転送ゲート部１１２を介してＦＤ部１１４に転送される。これにより、光電変換素子１１１から転送された電荷に相当する分だけＦＤ部１１４の電位が低下し、ＶＳＬ電圧も低下する。
【０１０３】
時刻ｔ６において、データ電圧Ｖｄａｔがサンプリングされる。例えば、サンプルホールド回路２１１は、リセット電圧と同様の方法により、データ電圧Ｖｄａｔをサンプリングし、サンプリングしたデータ電圧ＶｄａｔをＡＤ変換回路１０４に供給する。
【０１０４】
なお、例えば、サンプルホールド回路２１１とは別のサンプルホールド回路を用いて、データ電圧Ｖｄａｔをサンプリングするようにしてもよい。
【０１０５】
そして、時刻ｔ６以降において、ＡＤ変換回路１０４は、画素信号を出力する。具体的には、例えば、遅延素子２１４は、ＡＤ変換回路１０４が画素信号を出力するタイミングに合わせて、比較信号をＡＤ変換回路１０４に供給する。
【０１０６】
ＡＤ変換回路１０４は、比較信号がＨｉｇｈレベル場合、すなわち、リセット電圧Ｖｒｓｔ≧参照電圧Ｖｒｅｆの場合、太陽黒点状態が発生していないと判定し、データ電圧Ｖｄａｔとリセット電圧Ｖｒｓｔの差分に基づく値のデジタル信号を画素信号として出力する。すなわち、通常のＣＤＳ処理によりＡＤ変換した画素信号が生成され、出力される。例えば、ＶＳＬ電圧Ｖｓ１及びＶＳＬ電圧Ｖｓ２に対しては、時刻ｔ６においてサンプリングされたデータ電圧Ｖｄａｔと時刻ｔ３においてサンプリングされたリセット電圧Ｖｒｓｔとの差分に基づく値のデジタル信号が画素信号として出力される。
【０１０７】
一方、ＡＤ変換回路１０４は、比較信号がＬｏｗレベル場合、すなわち、リセット電圧Ｖｒｓｔ＜参照電圧Ｖｒｅｆの場合、陽黒点状態が発生している判定し、所定の値のデジタル信号を画素信号として出力する。例えば、ＡＤ変換回路１０４は、最も輝度が高いレベルに対応する値のデジタル信号を画素信号として出力する。例えば、ＶＳＬ電圧Ｖｓ３に対しては、データ電圧Ｖｄａｔ及びリセット電圧Ｖｒｓｔを用いずに、所定の値のデジタル信号が画素信号として出力される。
【０１０８】
以上のようにして、太陽黒点状態が発生した画素から低輝度の画素信号が出力されることが防止され、太陽黒点現象の発生が抑制される。その結果、高画質の画像を得ることができる。
【０１０９】
また、上述した特許文献１に記載の発明のように、太陽黒点判定を行うために画素信号を遅延させる必要がないため、ＡＤ変換に要する時間が延びるのを防止することができる。その結果、高速撮影時にも高画質の画像を得ることができる。
【０１１０】
さらに、簡易な構成により太陽黒点現象の発生を抑制することができる。例えば、撮像素子１０では、標準的なサンプルホールド回路２１１の他に、参照電圧生成器２１２、比較器２１３、遅延素子２１４を設けるだけでよく、上述した特許文献１に記載の発明のように、画素信号の遅延回路、太陽黒点判定を行うためのサンプルホールド回路、リセット電圧を生成するための回路等が不要である。その結果、回路規模の増大を防止することができる。
【０１１１】
また、上述した特許文献１に記載の発明では、リセットゲートがオンしているときの画素信号のリセット段差部の電圧をサンプリングする必要があり、その分だけ、サンプルホールド回路等のダイナミックレンジを拡大する必要がある。一方、撮像素子１０では、そのようなダイナミックレンジの拡大の必要がなく、回路設計が容易になる。
【０１１２】
＜＜２．第２の実施の形態＞＞
次に、図８及び図９を参照して、本開示に係る技術の第２の実施の形態について説明する。
【０１１３】
第１の実施の形態の説明では、上述した式（２）に示されるように、サンプルホールド回路２１１でサンプリングしたリセット電圧Ｖｒｓｔと出力電圧Ｖｏｕｔ２とが等しくなる前提で説明をしたが、実際にはリセット電圧Ｖｒｓｔと出力電圧Ｖｏｕｔ２とは等しくならない。
【０１１４】
具体的には、図７の時刻ｔ１１においてスイッチＳＷ１をオフしたときに、ｋＴＣノイズの影響により、トランジスタ２２３のゲート電圧がΔＶｇｓだけ変動する。従って、時刻ｔ１３においてスイッチＳＷ３をオンしたときの出力電圧Ｖｏｕｔ２は、厳密には、上述した式（２）ではなく、次式（３）で表される。
【０１１５】
Ｖｏｕｔ２＝Ｖｃ１＋Ｖｇｓ１＋ΔＶｇｓ
＝（Ｖｒｓｔ−Ｖｇｓ１）＋Ｖｇｓ１＋ΔＶｇｓ
＝Ｖｒｓｔ＋ΔＶｇｓ  ・・・（３）
【０１１６】
このように、出力電圧Ｖｏｕｔ２とリセット電圧Ｖｒｓｔとの間に差が生じる。
【０１１７】
これに対して、第２の実施の形態では、このｋＴＣノイズの影響を軽減する対策が施されている。
【０１１８】
＜２−１．信号処理部の構成例＞
本開示に係る技術の第２の実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、図５の信号処理部２０１の代わりに、図８に示される信号処理部２５１が、撮像素子１０に設けられる点が異なる。なお、図８において、図５と対応する部分には、同じ符号を付している。
【０１１９】
信号処理部２５１は、信号処理部２０１と比較して、ｋＴＣキャンセル回路２６１が設けられている点が異なる。
【０１２０】
ｋＴＣキャンセル回路２６１は、コンデンサ２７１乃至コンデンサ２７４、及び、スイッチＳＷ１１を備える。
【０１２１】
コンデンサ２７１の一端は、トランジスタ２２３のゲートに接続され、コンデンサ２７１の他の一端は、コンデンサ２７２の一端及びコンデンサ２７３の一端に接続されている。コンデンサ２７２のコンデンサ２７１に接続されている一端と異なる一端は、接地されている。コンデンサ２７３のコンデンサ２７１に接続されている一端と異なる一端は、スイッチＳＷ１１を介してトランジスタ２２３のドレインに接続されている。コンデンサ２７４の一端は、トランジスタ２２３のドレインに接続され、コンデンサ２７４の他端は、接地されている。
【０１２２】
＜２−２．リセット電圧Ｖｒｓｔのサンプリング処理＞
信号処理部２５１の処理は、図５の信号処理部２０１の処理と比較して、リセット電圧Ｖｒｓｔのサンプリング処理が異なる。ここで、図９のタイミングチャートを参照して、信号処理部２５１によるリセット電圧Ｖｒｓｔのサンプリング処理について説明する。
【０１２３】
図９は、信号処理部２５１のスイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ１１、及び、制御信号ＣＯＭＰＥＮの時系列の推移を示している。なお、図９において、図７のタイミングチャートと対応する時刻には、同じ時刻を示している。
【０１２４】
図９のタイミングチャートは、図７のタイミングチャートと比較して、ｋＴＣキャンセル回路２６１のスイッチＳＷ１１の動作が追加されている点が異なり、その他は同様である。
【０１２５】
まず、時刻ｔ１１までの期間において、図７の時刻ｔ１１までの期間と同様に、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２がオンされ、スイッチＳＷ３がオフされ、リセット電圧Ｖｒｓｔのサンプリングが行われる。そして、サンプルホールド回路２１１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、トランジスタ２２３のゲート電圧Ｖｇｓ１とほぼ等しくなり、コンデンサ２２１の容量電圧Ｖｃ１は、上述した式（１）で表される値になる。また、この期間、ｋＴＣキャンセル回路２６１のスイッチＳＷ１１がオンされる。
【０１２６】
時刻ｔ１１において、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ１１がオフされる。スイッチＳＷ１１がオフすることにより、ｋＴＣキャンセル回路２６１のコンデンサ２７１乃至コンデンサ２７３の電圧が、サンプルホールド回路２１１の出力電圧が電圧Ｖｏｕｔ１の状態で確定する。
【０１２７】
なお、スイッチＳＷ１１をスイッチＳＷ１より早くオフするようにしてもよい。
【０１２８】
また、上述したように、ｋＴＣノイズの影響により、トランジスタ２２３のゲート電圧が変動する。このときのゲート電圧をＶｇｓ１１とすると、ゲート電圧Ｖｇｓ１１は、次式（４）により表される。
【０１２９】
Ｖｇｓ１１＝Ｖｇｓ１＋ΔＶｇｓ  ・・・（４）
【０１３０】
このときのサンプルホールド回路２１１の出力電圧をＶｏｕｔ１１とすると、出力電圧Ｖｏｕｔ１１は、次式（５）及び（６）により表される。
【０１３１】
Ｖｏｕｔ１１＝Ｖｏｕｔ１＋ΔＶｏｕｔ  ・・・（５）
ΔＶｏｕｔ＝−αΔＶｇｓ  ・・・（６）
【０１３２】
すなわち、サンプルホールド回路２１１の出力電圧は、スイッチＳＷ１がオフされる前と後で、電圧ΔＶｏｕｔだけ変動する。これは、トランジスタ２２３のゲート電圧の変動に伴いドレイン電圧が変動することによる。
【０１３３】
なお、式（６）の係数αは、トランジスタ２２３のトランスコンダクタンス等により定まる係数である。
【０１３４】
そして、コンデンサ２７４の一端には、電圧Ｖｏｕｔ１１（＝電圧Ｖｏｕｔ１＋ΔＶｏｕｔ）が印加され、印加された電圧に対応する電荷が蓄積される。一方、コンデンサ２２１の容量電圧は、上述した式（１）の電圧Ｖｃ１のまま保持される。
【０１３５】
次に、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの期間において、スイッチＳＷ１１がオンすると、コンデンサ２７４に蓄積されている電荷の一部が、コンデンサ２７３に流れ込む。これにより、コンデンサ２７１乃至コンデンサ２７３により形成されるフィードバックパスが、サンプルホールド回路２１１の出力電圧が電圧Ｖｏｕｔ１の状態で電圧が確定している状態から変化する。その結果、このフィードバックパスを介して、電圧Ｖｏｕｔ１１と電圧Ｖｏｕｔ１の差分である電圧ΔＶｏｕｔの一部がフィードバックされ、トランジスタ２２３のゲートにフィードバック電圧ΔＶｆｂが印加される。
【０１３６】
このとき、次式（７）を満たすように、コンデンサ２７１乃至コンデンサ２７４の容量を設計することにより、トランジスタ２２３のゲート電圧の変動分ΔＶｇｓがキャンセルされる。すなわち、ｋＴＣノイズによるサンプルホールド回路２１１の出力電圧の変動分ΔＶｏｕｔに対する電荷がコンデンサ２７４に一定期間蓄積された後、サンプルホールド回路２１１にフィードバックされることにより、ゲート電圧の変動分ΔＶｇｓがキャンセルされる。その結果、ゲート電圧がスイッチＳＷ１をオフする前の電圧Ｖｇｓ１に戻る。
【０１３７】
ΔＶｆｂ＝ΔＶｏｕｔ／α＝−ΔＶｇｓ  ・・・（７）
【０１３８】
次に、時刻ｔ１３において、スイッチＳＷ３がオンする。このときのサンプルホールド回路２１１の出力電圧をＶｏｕｔ１２とすると、出力電圧Ｖｏｕｔ１２は、次式（８）で表される。
【０１３９】
Ｖｏｕｔ１２＝Ｖｃ１＋Ｖｇｓ１
＝（Ｖｒｓｔ−Ｖｇｓ１）＋Ｖｇｓ１
＝Ｖｒｓｔ  ・・・（８）
【０１４０】
その後、時刻ｔ１４及び時刻ｔ１５において、図７の時刻ｔ１４及び時刻ｔ１５の処理と同様の処理が行われる。
【０１４１】
このように、サンプルホールド回路２１１のｋＴＣノイズが低減され、サンプリングしたリセット電圧Ｖｒｓｔとほぼ等しい電圧がサンプルホールド回路２１１から出力されるようになる。
【０１４２】
＜＜３．第３の実施の形態＞＞
次に、図１０及び図１１を参照して、本開示に係る技術の第３の実施の形態について説明する。
【０１４３】
＜３−１．信号処理部の構成例＞
本開示に係る技術の第３の実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、図５の信号処理部２０１の代わりに、図１０に示される信号処理部３０１が、撮像素子１０に設けられる点が異なる。なお、図１０において、図５と対応する部分には、同じ符号を付している。
【０１４４】
信号処理部３０１は、信号処理部２０１と比較して、サンプルホールド回路２１１及び遅延素子２１４の代わりに、サンプルホールド回路３１１及び遅延素子３１２が設けられ、サンプルホールド回路３１１と独立した比較器２１３が設けられていない点が異なる。
【０１４５】
サンプルホールド回路３１１は、信号処理部２０１のサンプルホールド回路２１１と比較して、スイッチＳＷ４が追加されている点が異なる。
【０１４６】
スイッチＳＷ４の一端は、参照電圧生成器２１２に接続され、スイッチＳＷ４の他の一端は、コンデンサ２２１のスイッチＳＷ２側の一端に接続されている。そして、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４により、垂直信号線２３からの画素信号及び参照電圧生成器２１２からの参照信号の入力をオン又はオフする回路が構成される。換言すれば、サンプルホールド回路３１１への入力信号を画素信号又は参照信号のうち一方に選択する回路が構成される。
【０１４７】
また、トランジスタ２２３のドレインは、ＡＤ変換回路１０４及び遅延素子３１２に接続されている。
【０１４８】
遅延素子３１２には、例えば水平駆動回路１４から制御信号Latch Enableが供給される。遅延素子３１２は、制御信号Latch Enableが印加されたときのサンプルホールド回路３１１の出力信号の電圧を保持し、保持した電圧を示す信号を所定の時間だけ遅延して、ＡＤ変換回路１０４に供給する。
【０１４９】
＜３−２．画素信号のサンプリング処理＞
次に、先に挙げた図６のタイミングチャートを参照して、信号処理部３０１を備える撮像素子１０の画素信号のサンプリング処理について説明する。
【０１５０】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの処理は、図４を参照して上述した処理と同様である。すなわち、ＦＤ部１１４がリセットされ、ＶＳＬ電圧がフィードスルー電圧となる。
【０１５１】
時刻ｔ３において、画素信号のリセット電圧がサンプリングされる。ここで、図１１のタイミングチャートを参照して、リセット電圧のサンプリング処理の詳細について説明する。
【０１５２】
図１１のタイミングチャートは、信号処理部３０１のスイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ４、及び、制御信号Latch Enableの時系列の推移を示している。
【０１５３】
まず、リセット電圧Ｖｒｓｔのサンプリングが行われる。具体的には、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２がオンされ、スイッチＳＷ３がオフされる。スイッチＳＷ１がオンすることで、トランジスタ２２３のドレインとゲートが短絡され、トランジスタ２２３がダイオード接続された状態となる。これにより、トランジスタ２２３のドレイン電圧とゲート電圧がほぼ等しくなり、所定の電圧で安定する。以下、このときのゲート電圧をＶｇｓ２１とする。
【０１５４】
また、サンプルホールド回路２１１の出力電圧とトランジスタ２２３のドレイン電圧は等しいため、このときのサンプルホールド回路２１１の出力電圧をＶｏｕｔ２１とすると、出力電圧Ｖｏｕｔ２１は、ゲート電圧Ｖｇｓ２１とほぼ等しくなる。
【０１５５】
さらに、コンデンサ２２１のスイッチＳＷ２側の一端には、スイッチＳＷ２を介してリセット電圧Ｖｒｓｔが印加される。このときのコンデンサ２２１の容量電圧をＶｃ２１とすると、容量電圧Ｖｃ２１は、次式（９）で表される。
【０１５６】
Ｖｃ２１＝Ｖｒｓｔ−Ｖｇｓ２１  ・・・（９）
【０１５７】
次に、時刻ｔ３１において、スイッチＳＷ１がオフされ、時刻ｔ３２において、スイッチＳＷ２がオフされる。スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２がオフされても、コンデンサ２２１の容量電圧は、電圧Ｖｃ２１のまま保持される。このようにして、リセット電圧Ｖｒｓｔが、コンデンサ２２１の容量電圧Ｖｃ２１としてホールドされる。
【０１５８】
次に、時刻ｔ３３において、スイッチＳＷ４がオンされる。これにより、サンプルホールド回路３１１に、リセット電圧Ｖｒｓｔがホールドされている状態で、参照電圧Ｖｒｅｆを示す参照信号が入力される。そして、コンデンサ２２１のスイッチＳＷ２側の一端に参照電圧Ｖｒｅｆが印加される。このときのゲート電圧をＶｇｓ２２とすると、ゲート電圧Ｖｇｓ２２は、コンデンサ２２１の容量電圧はそのまま保持されるため、次式（１０）で表される値となる。
【０１５９】
Ｖｇｓ２２＝Ｖｒｅｆ−Ｖｃ２１
＝Ｖｒｅｆ−（Ｖｒｓｔ−Ｖｇｓ２１）
＝Ｖｇｓ２１＋（Ｖｒｅｆ−Ｖｒｓｔ）  ・・・（１０）
【０１６０】
従って、トランジスタ２２３のゲート電圧は、参照電圧Ｖｒｅｆ−リセット電圧Ｖｒｓｔだけ変動する。
【０１６１】
このときのサンプルホールド回路２１１の出力電圧をＶｏｕｔ２２とすると、リセット電圧Ｖｒｓｔ＞参照電圧Ｖｒｅｆの場合、トランジスタ２２３のゲート電圧が低下するため、出力電圧Ｖｏｕｔ２２は上昇する。そして、出力電圧Ｖｏｕｔ２２は、図示せぬ撮像素子１０内の電源の電圧に近づく。
【０１６２】
一方、リセット電圧Ｖｒｓｔ＜参照電圧Ｖｒｅｆの場合、トランジスタ２２３のゲート電圧が上昇するため、出力電圧Ｖｏｕｔ２２は低下する。そして、出力電圧Ｖｏｕｔ２２は、グラウンドレベルに近づく。
【０１６３】
このように、出力電圧Ｖｏｕｔ２２は、リセット電圧Ｖｒｓｔと参照電圧Ｖｒｅｆの大小関係により変動する。従って、出力電圧Ｖｏｕｔ２２を示す出力信号を、リセット電圧Ｖｒｓｔと参照電圧Ｖｒｅｆとの比較結果を示す比較信号として扱うことができる。すなわち、この比較信号は、リセット電圧Ｖｒｓｔ＞参照電圧Ｖｒｅｆの場合、所定の閾値より大きくなり、リセット電圧Ｖｒｓｔ＜参照電圧Ｖｒｅｆの場合、所定の閾値より小さくなる。
【０１６４】
そして、出力電圧Ｖｏｕｔ２２を示す比較信号が、サンプルホールド回路３１１から遅延素子３１２に供給される。
【０１６５】
次に、時刻ｔ３４から時刻ｔ３５までの期間において、水平駆動回路１４から遅延素子３１２に制御信号Latch Enableが印加される。これにより、この時点の比較信号の電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ２２）が遅延素子３１２により保持される。
【０１６６】
次に、時刻ｔ３６において、スイッチＳＷ４がオフされる。このとき、コンデンサ２２１の容量電圧は電圧Ｖｃ２１のまま保持され、トランジスタ２２３のゲート電圧は電圧Ｖｇｓ２２のまま保持される。
【０１６７】
次に、時刻ｔ３７において、スイッチＳＷ３がオンされる。スイッチＳＷ３がオンすることにより、トランジスタ２２３のドレイン−ソース間がコンデンサ２２１を介して接続される。これにより、トランジスタ２２３のゲート電圧は、電圧Ｖｇｓ２２からスイッチＳＷ４をオンする前の電圧Ｖｇｓ２１に戻り、安定する。一方、コンデンサ２２１の容量電圧は電圧Ｖｃ２１のまま保持される。従って、このときのサンプルホールド回路３１１の出力電圧をＶｏｕｔ２３とすると、出力電圧Ｖｏｕｔ２３は、次式（１１）で表される。
【０１６８】
Ｖｏｕｔ２３＝Ｖｃ２１＋Ｖｇｓ２１
＝（Ｖｒｓｔ−Ｖｇｓ２１）＋Ｖｇｓ２１
＝Ｖｒｓｔ  ・・・（１１）
【０１６９】
このように、サンプルホールド回路３１１の出力電圧Ｖｏｕｔ２３は、リセット電圧Ｖｒｓｔと等しくなる。そして、リセット電圧Ｖｒｓｔ（＝出力電圧Ｖｏｕｔ２３）が、ＡＤ変換回路１０４に入力される。
【０１７０】
図６に戻り、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの処理は、図４を参照して上述した処理と同様である。なわち、駆動信号ＴＲＧがオンし、転送ゲート部１１２がオンすることにより、光電変換素子１１１に蓄積されている電荷が、転送ゲート部１１２を介してＦＤ部１１４に転送される。これにより、光電変換素子１１１から転送された電荷に相当する分だけＦＤ部１１４の電位が低下し、ＶＳＬ電圧も低下する。
【０１７１】
時刻ｔ６において、データ電圧Ｖｄａｔがサンプリングされる。例えば、サンプルホールド回路３１１は、リセット電圧と同様の方法により、データ電圧Ｖｄａｔをサンプリングし、サンプリングしたデータ電圧ＶｄａｔをＡＤ変換回路１０４に供給する。ただし、このとき、リセット電圧Ｖｒｓｔをサンプリングする場合と異なり、スイッチＳＷ４をオンし、参照信号をいったんサンプルホールド回路３１１に入力する必要はない。
【０１７２】
なお、例えば、サンプルホールド回路３１１とは別のサンプルホールド回路を用いて、データ電圧Ｖｄａｔをサンプリングするようにしてもよい。
【０１７３】
そして、時刻ｔ６以降において、ＡＤ変換回路１０４は、画素信号を出力する。具体的には、例えば、遅延素子３１２は、ＡＤ変換回路１０４が画素信号を出力するタイミングに合わせて、比較信号（出力電圧Ｖｏｕｔ２２）をＡＤ変換回路１０４に供給する。
【０１７４】
ＡＤ変換回路１０４は、比較信号が所定の閾値以上の場合、すなわち、リセット電圧Ｖｒｓｔ≧参照電圧Ｖｒｅｆの場合、太陽黒点状態が発生していないと判定し、データ電圧Ｖｄａｔとリセット電圧Ｖｒｓｔの差分に基づく値のデジタル信号を画素信号として出力する。すなわち、通常のＣＤＳ処理によりＡＤ変換した画素信号が生成され、出力される。
【０１７５】
一方、ＡＤ変換回路１０４は、比較信号が所定の閾値未満の場合、すなわち、リセット電圧Ｖｒｓｔ＜参照電圧Ｖｒｅｆの場合、太陽黒点状態が発生している判定し、所定の値のデジタル信号を画素信号として出力する。例えば、ＡＤ変換回路１０４は、最も輝度が高いレベルに対応する値のデジタル信号を画素信号として出力する。
【０１７６】
以上のようにして、太陽黒点状態が発生した画素から低輝度の画素信号が出力されることが防止され、太陽黒点現象の発生が抑制される。
【０１７７】
また、信号処理部３０１は、図５の信号処理部２０１と比較して、比較器２１３を削除することができるので、回路規模を小さくすることができる。また、比較器２１３のオフセットを考慮する必要がないため、太陽黒点判定の精度が向上する。
【０１７８】
＜＜４．第４の実施の形態＞＞
次に、図１２及び図１３を参照して、本開示に係る技術の第４の実施の形態について説明する。
【０１７９】
第３の実施の形態の説明では、上述した式（１１）に示されるように、サンプルホールド回路３１１でサンプリングしたリセット電圧Ｖｒｓｔと出力電圧Ｖｏｕｔ２３とが等しくなる前提で説明をしたが、上述したように、ｋＴＣノイズの影響により、実際にはリセット電圧Ｖｒｓｔと出力電圧Ｖｏｕｔ２３とは等しくならない。
【０１８０】
これに対して、第４の実施の形態では、第２の実施の形態と同様の方法により、ｋＴＣノイズの影響を軽減する対策が施されている。
【０１８１】
＜４−１．信号処理部の構成例＞
本開示に係る技術の第４の実施の形態は、第３の実施の形態と比較して、図１０の信号処理部３０１の代わりに、図１２に示される信号処理部３５１が、撮像素子１０に設けられる点が異なる。なお、図１２において、図８及び図１０と対応する部分には、同じ符号を付している。
【０１８２】
信号処理部３５１は、信号処理部３０１と比較して、図８の信号処理部２５１と同様のｋＴＣキャンセル回路２６１が追加されている点が異なる。ｋＴＣキャンセル回路２６１の接続位置は、信号処理部２５１と同様である。
【０１８３】
＜４−２．リセット電圧Ｖｒｓｔのサンプリング処理＞
信号処理部３５１の処理は、図１０の信号処理部３０１の処理と比較して、リセット電圧Ｖｒｓｔのサンプリング処理が異なる。ここで、図１３のタイミングチャートを参照して、信号処理部３５１によるリセット電圧Ｖｒｓｔのサンプリング処理について説明する。
【０１８４】
図１３は、信号処理部３５１のスイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ１１、及び、制御信号Latch Enableの時系列の推移を示している。なお、図１３において、図１１のタイミングチャートと対応する時刻には、同じ時刻を示している。
【０１８５】
図１３のタイミングチャートは、図１１のタイミングチャートと比較して、ｋＴＣキャンセル回路２６１のスイッチＳＷ１１の動作が追加されている点が異なっており、その他は同様である。
【０１８６】
そして、第２の実施の形態と同様に、時刻ｔ３１までの期間、及び、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの期間にスイッチＳＷ１１をオンすることにより、トランジスタ２２３のゲート電圧のｋＴＣノイズによる変動分がｋＴＣキャンセル回路２６１によりキャンセルされる。
【０１８７】
これにより、サンプルホールド回路３１１のｋＴＣノイズが低減され、サンプリングしたリセット電圧Ｖｒｓｔとほぼ等しい電圧がサンプルホールド回路３１１から出力されるようになる。
【０１８８】
＜＜５．変形例＞＞
以下、上述した本開示に係る技術の実施の形態の変形例について説明する。
【０１８９】
図３の画素２１の構成例は、その一例であり、本開示に係る技術では、任意の構成の画素を用いることができる。
【０１９０】
また、サンプルホールド回路の数もその一例であり、例えば、各垂直信号線２３に対して、複数のサンプルホールド回路を設け、そのうちの１つ以上を、上述したサンプルホールド回路２１１又はサンプルホールド回路３１１により構成するようにしてもよい。
【０１９１】
さらに、以上の説明では、垂直信号線２３毎にＡＤ変換回路１０４を設けて、画素信号のＡＤ変換を行う例を示したが、例えば、画素領域１１の所定の大きさのブロック毎にＡＤ変換回路１０４を設けるようにしてもよい。この場合、例えば、画素領域１１の各ブロックに、信号処理部２０１、信号処理部２５１、信号処理部３０１、又は、信号処理部３５１のうちいずれかが少なくとも１つ設けられる。
【０１９２】
また、本開示に係る技術は、ＣＤＳ処理以外にも、ＤＤＳ（Double Data Sampling）処理等のデータ電圧とリセット電圧の差分により画素信号を生成する処理を行う場合に適用することができる。
【０１９３】
さらに、例えば、サンプルホールド回路２１１又はサンプルホールド回路３１１がリセット電圧をホールドした後、必ずしもすぐに太陽黒点判定を行う必要はなく、必要に応じて、太陽黒点判定を後ろにずらしてもよい。例えば、画素信号のデータ電圧のセトリング中に太陽黒点判定を行うパイプライン処理を行うようにしてもよい。
【０１９４】
図１４は、パイプライン処理を行う場合の駆動信号ＲＳＴ、駆動信号ＴＲＧ、ＶＳＬ電圧、及び、太陽黒点判定のタイミングチャートを示している。なお、図１４において、図４のタイミングチャートと対応する時刻には、同じ時刻を示している。
【０１９５】
上述したように、時刻ｔ３において、画素信号のリセット電圧のサンプリングが行われ、リセット電圧がサンプルホールド回路２１１又はサンプルホールド回路３１１にホールドされる。その後、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、駆動信号ＴＲＧがオンし、画素信号のデータ電圧のセトリングが行われる。例えば、そのデータ電圧のセトリング中の時刻ｔ５１から時刻ｔ５２の間に、太陽黒点判定を行うようにしてもよい。具体的には、例えば、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２の間に、図７若しくは図９の時刻ｔ１３乃至時刻ｔ１５の処理、又は、図１１若しくは図１３の時刻ｔ３３乃至時刻ｔ３６の処理を行うようにしてもよい。これにより、太陽黒点判定の待ち時間を短縮し、ＡＤ変換処理にかかる時間を短縮することができる。
【０１９６】
なお、信号処理部２０１又は信号処理部２５１では、垂直信号線２３とスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３を介して回路的に離れた比較器２１３において太陽黒点判定が行われる。従って、リセット電圧と参照電圧の比較動作によるキックバックノイズが垂直信号線２３に戻りにくく、画素信号のデータ電圧の静定を遅らせるリスクが少ない。
【０１９７】
また、参照電圧生成器２１２が生成し出力する参照電圧は、固定値としてもよいし、可変値としてもよい。
【０１９８】
参照電圧を固定値とした場合、例えば、レジスタ等を用いて参照電圧生成器２１２の参照電圧の値を事前に設定できるようにしてもよい。或いは、例えば、生産テスト時等に上述した限界電圧Ｖｍｉｎを測定し、限界電圧Ｖｍｉｎの測定値に基づいて、参照電圧生成器２１２の参照電圧を設定するようにしてもよい。
【０１９９】
一方、参照電圧を可変値とした場合、例えば、参照電圧生成器２１２が、撮像素子１０の起動時又は動作中の所定のタイミングで検出される限界電圧Ｖｍｉｎの検出結果に基づいて、参照電圧を設定するようにしてもよい。
【０２００】
＜＜６．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。
【０２０１】
＜６−１．本開示に係る技術の適用例＞
例えば、本開示に係る技術は、図１５に示されるように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに適用することができる。
【０２０２】
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・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
・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、TV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
・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
・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
・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
装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・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
【０２０３】
以下、より具体的な適用例について説明する。
【０２０４】
＜６−２．電子機器への適用例＞
図１６は、撮像素子を適用した電子機器５００の構成例を示す図である。
【０２０５】
電子機器５００は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末装置などの電子機器である。
【０２０６】
図１６において、電子機器５００は、レンズ５０１、撮像素子５０２、ＤＳＰ回路５０３、フレームメモリ５０４、表示部５０５、記録部５０６、操作部５０７、及び、電源部５０８を備える。また、電子機器５００において、ＤＳＰ回路５０３、フレームメモリ５０４、表示部５０５、記録部５０６、操作部５０７、及び、電源部５０８は、バスライン５０９を介して相互に接続されている。
【０２０７】
そして、撮像素子５０２として、図１の撮像素子１０を適用することができる。
【０２０８】
ＤＳＰ回路５０３は、撮像素子５０２から供給される信号を処理する信号処理回路である。ＤＳＰ回路５０３は、撮像素子５０２からの信号を処理して得られる画像データを出力する。フレームメモリ５０４は、ＤＳＰ回路５０３により処理された画像データを、フレーム単位で一時的に保持する。
【０２０９】
表示部５０５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等のパネル型表示装置からなり、撮像素子５０２で撮像された動画又は静止画を表示する。記録部５０６は、撮像素子５０２で撮像された動画又は静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録する。
【０２１０】
操作部５０７は、ユーザによる操作に従い、電子機器５００が有する各種の機能についての操作指令を出力する。電源部５０８は、ＤＳＰ回路５０３、フレームメモリ５０４、表示部５０５、記録部５０６、及び、操作部５０７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。
【０２１１】
＜６−３．手術システムへの適用例＞
図１７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１７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。
【０２１２】
手術室には、様々な装置が設置され得る。図１７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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
また、図１７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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
図１８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１８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１８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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
図１９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。
【０２２８】
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１９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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
（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。
【０２３３】
（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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
（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１７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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
（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１９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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
（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。
【０２５３】
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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
（カメラヘッド及びＣＣＵ）
図２０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２０は、図１９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。
【０２５６】
図２０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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
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。
【０２６２】
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。
【０２６３】
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。
【０２６４】
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。
【０２６５】
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。
【０２６６】
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。
【０２６７】
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。
【０２６８】
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。
【０２６９】
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。
【０２７０】
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。
【０２７１】
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。
【０２７２】
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。
【０２７３】
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。
【０２７４】
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。
【０２７５】
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。
【０２７６】
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。
【０２７７】
例えば、本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、シーリングカメラ５１８７、術場カメラ５１８９、内視鏡５１１５の撮像部５１２３に好適に適用され得る。より具体的には、例えば、シーリングカメラ５１８７、術場カメラ５１８９、内視鏡５１１５の撮像部５１２３の撮像素子に、本開示に係る技術が好適に適用され得る。本開示に係る技術を適用することにより、太陽黒点現象の発生が抑制された高画質の画像が得られるため、例えば、遠隔医療における診断精度を向上させたり、手術をより円滑に行ったりすることが可能になる。
【０２７８】
＜６−４．移動体への適用例＞
また、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、建設機械、農業機械（トラクター）など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。
【０２７９】
図２１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７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０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２１に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
【０２８０】
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図２１では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
【０２８１】
駆動系制御ユニット７１００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７１００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。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）又はＥＳＣ（Electronic Stability Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
【０２８２】
駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
【０２８３】
ボディ系制御ユニット７２００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７２００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７２００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７２００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。
【０２８４】
バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
【０２８５】
車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００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７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time Of Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
【０２８６】
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
【０２８７】
ここで、図２２は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００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のうちの少なくとも一つ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７９１０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７９１８は、主として車両７９００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７９１２，７９１４は、主として車両７９００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７９１６は、主として車両７９００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７９１８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。
【０２８８】
なお、図２２には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６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７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０２８９】
車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、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に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０〜７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
【０２９０】
図２１に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、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。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
【０２９１】
また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
【０２９２】
車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０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。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
【０２９３】
統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
【０２９４】
記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
【０２９５】
汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global System of Mobile communications）、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）若しくはＬＴＥ−Ａ（LTE−Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer To Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine Type Communication）端末）と接続してもよい。
【０２９６】
専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless Access in Vehicle Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle to Vehicle）通信、路車間（Vehicle to Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle to Home）の通信及び歩車間（Vehicle to Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
【０２９７】
測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
【０２９８】
ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
【０２９９】
車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）、又はＭＨＬ（Mobile High-definition Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
【０３００】
車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
【０３０１】
統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、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７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０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ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、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ってもよい。
【０３０２】
マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
【０３０３】
音声画像出力部７６７０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２１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０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。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
【０３０４】
なお、図２１に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
【０３０５】
例えば、以上説明した車両制御システム７０００の撮像部７４１０及び撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８において、本開示に係る技術が好適に適用され得る。より具体的には、例えば、撮像部７４１０及び撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８の撮像素子に、本開示に係る技術が好適に適用され得る。本開示に係る技術を適用することにより、太陽黒点現象の発生が抑制された高画質の画像が得られるため、例えば、先行車両、歩行者、障害物、信号機、交通標識、車線等の検出精度を向上させることが可能になる。
【０３０６】
なお、本開示に係る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、本開示に係る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。
【０３０７】
＜６−５．構成の組み合わせ例＞
また、例えば、本開示に係る技術は、以下のような構成も取ることができる。
【０３０８】
（１）
画素信号のリセットレベルの電圧であるリセット電圧のサンプリング及びホールドを行うサンプルホールド部と、
前記画素信号のＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記サンプルホールド部によりホールドされた前記リセット電圧と所定の参照電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号をＡＤ変換した第１の出力信号、及び、所定のレベルの第２の出力信号のうち一方を選択して出力する
撮像素子。
（２）
前記サンプルホールド部は、ホールドした前記リセット電圧と前記参照電圧とを比較した結果を示す比較信号を出力し、
前記ＡＤ変換部は、前記比較信号に基づいて、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号のうち一方を選択して出力する
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記サンプルホールド部は、前記参照電圧を示す参照信号及び前記画素信号の入力をオン又はオフする回路を備え、前記リセット電圧をホールドしている状態で前記参照信号の入力をオンし、ホールドしている前記リセット電圧と前記参照電圧の大小関係により電圧が変動する出力信号を前記比較信号として出力する
前記（２）に記載の撮像素子。
（４）
前記サンプルホールド部は、前記比較信号の出力後に前記参照信号の入力をオフした後、前記リセット電圧を出力する
前記（３）に記載の撮像素子。
（５）
前記サンプルホールド部は、前記画素信号のデータレベルの電圧であるデータ電圧のセトリング中に、前記リセット電圧をホールドしている状態で前記参照信号の入力をオンし、前記比較信号を出力する
前記（３）又は（４）に記載の撮像素子。
（６）
前記比較信号を所定の時間遅延して前記ＡＤ変換部に供給する遅延部を
さらに備える前記（２）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７）
前記サンプルホールド部から出力される前記リセット電圧と前記参照電圧とを比較した結果を示す比較信号を出力する比較部を
さらに備え、
前記ＡＤ変換部は、前記比較信号に基づいて、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号のうち一方を選択して出力する
前記（１）に記載の撮像素子。
（８）
前記比較信号を所定の時間遅延して前記ＡＤ変換部に供給する遅延部を
さらに備える前記（７）に記載の撮像素子。
（９）
前記画素信号のデータレベルの電圧であるデータ電圧のセトリング中に、前記サンプルホールド部は、ホールドしている前記リセット電圧を出力し、前記比較部は、前記サンプルホールド部から出力された前記リセット電圧と前記参照電圧とを比較し、前記比較信号を出力する
前記（７）又は（８）に記載の撮像素子。
（１０）
前記サンプルホールド部のｋＴＣノイズを低減するｋＴＣキャンセル部を
さらに備える前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１１）
前記ｋＴＣキャンセル部は、前記ｋＴＣノイズによる前記サンプルホールド部の出力電圧の変動分に対応する電荷を蓄積し、前記サンプルホールド部にフィードバックすることにより前記ｋＴＣノイズを低減する
前記（１０）に記載の撮像素子。
（１２）
前記参照電圧は、前記画素信号を転送する垂直信号線の正常にＡＤ変換を行うことが可能な電圧の範囲の最小値である限界電圧に、前記ＡＤ変換部が正常に動作する入力電圧の最大値と最小値の幅以上の電圧を加えた電圧に設定される
前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３）
前記参照電圧を生成し出力する参照電圧生成部を
さらに備える前記（１２）に記載の撮像素子。
（１４）
前記参照電圧生成部は、前記限界電圧の検出結果に基づいて、前記参照電圧を設定する
前記（１３）に記載の撮像素子。
（１５）
前記参照電圧生成部は、予め設定されたレベルの前記参照電圧を生成し出力する
前記（１３）に記載の撮像素子。
（１６）
前記第１の出力信号は、前記サンプルホールド部から出力される前記リセット電圧と、前記画素信号のデータレベルの電圧であるデータ電圧との差分に基づく信号である
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の撮像素子。
（１７）
前記第２の出力信号は、最も輝度が高いレベルの信号である
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の撮像素子。
（１８）
前記画素信号を転送する各垂直信号線にそれぞれ複数のサンプルホールド部が接続され、前記複数のサンプルホールド部のうち１つ以上が前記リセット電圧のサンプリング及びホールドを行う
前記（１）乃至（１７）のいずれかに記載の撮像素子。
（１９）
前記画素信号を出力する画素が設けられている第１の基板と、
前記サンプルホールド部が設けられている第２の基板と
が積層されている前記（１）乃至（１８）のいずれかに記載の撮像素子。
（２０）
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、
画素信号のリセットレベルの電圧であるリセット電圧のサンプリング及びホールドを行うサンプルホールド部と、
前記画素信号のＡＤ（Analog Digital）変換を行うＡＤ変換部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記サンプルホールド部によりホールドされた前記リセット電圧と所定の参照電圧とを比較した結果に基づいて、前記画素信号をＡＤ変換した第１の出力信号、及び、所定のレベルの第２の出力信号のうち一方を選択して出力する
電子機器。
【符号の説明】
【０３０９】
１０，１０Ａ乃至１０Ｃ  撮像素子，  １１  画素領域，  １２  垂直駆動回路，  １３  カラム信号処理回路，  １４  水平駆動回路，  １５  出力回路，  １６  制御回路，  ２１  画素，  ２３  垂直信号線，  ５１  半導体基板，  ５２  第１の半導体基板，  ５３  第２の半導体基板,  ６１  制御領域，  ６２  ロジック回路，  １０１  転送ゲート制御線，  １０２  リセットゲート制御線，  １０３  定電流源，  １１１  光電変換素子，  １１２  転送ゲート部，  １１３  リセットゲート部,  １１４  ＦＤ部，  １１５  増幅トランジスタ，  １１６  選択トランジスタ，  １０４  ＡＤ変換回路，  ２０１  信号処理部，  ２１１  サンプルホールド回路，  ２１２  参照電圧生成器，  ２１３  比較器，  ２１４  遅延素子，  ２２１  コンデンサ，  ２２２  定電流源，  ２２３  トランジスタ，  ２５１  信号処理部，  ２６１  ｋＴＣキャンセル回路，  ２７１乃至２７４  コンデンサ，  ３０１  信号処理部，  ３１１  サンプルホールド回路，  ３１２  遅延素子，  ３５１  信号処理部，  ＳＷ１乃至ＳＷ４，ＳＷ１１  スイッチ，  ５００  電子機器，  ５０２  撮像素子
【図１】
2017228885.tif 000003
【図２】
2017228885.tif 000004
【図３】
2017228885.tif 000005
【図４】
2017228885.tif 000006
【図５】
2017228885.tif 000007
【図６】
2017228885.tif 000008
【図７】
2017228885.tif 000009
【図８】
2017228885.tif 000010
【図９】
2017228885.tif 000011
【図１０】
2017228885.tif 000012
【図１１】
2017228885.tif 000013
【図１２】
2017228885.tif 000014
【図１３】
2017228885.tif 000015
【図１４】
2017228885.tif 000016
【図１５】
2017228885.tif 000017
【図１６】
2017228885.tif 000018
【図１７】
2017228885.tif 000019
【図１８】
2017228885.tif 000020
【図１９】
2017228885.tif 000021
【図２０】
2017228885.tif 000022
【図２１】
2017228885.tif 000023
【図２２】
2017228885.tif 000024