(57)【要約】【課題】  固体撮像装置において、隣接する読み出しチャンネル間での互いの信号による影響を低減する。【解決手段】  本発明の固体撮像装置は、複数の画素が配された画素領域と、前記画素領域からの信号を増幅する複数の増幅器と、前記増幅器の出力信号を外部へ出力するための複数の出力端子と、前記増幅器から複数の出力端子へ信号を伝達する複数の信号経路と、を有し、前記増幅器は第１信号と第２信号とを出力する差動出力構成であり、前記複数の出力端子は、前記第１信号が伝達される複数の第１出力端子と、前記第２信号が伝達される複数の第２出力端子とを有しており、互いに隣接する増幅器から信号が出力される複数の出力端子の配置順は、前記第１出力端子どうし、もしくは前記第２出力端子どうしは連続していることを特徴とする。【選択図】  図１
2008067062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配された画素領域と、
前記画素領域からの信号を増幅する複数の増幅器と、
前記増幅器の出力信号を外部へ出力するための複数の出力端子と、
前記増幅器から複数の出力端子へ信号を伝達する複数の信号経路と、を有する固体撮像装置であって、
前記増幅器は第１信号と第２信号とを出力する差動出力構成であり、
前記複数の出力端子は、前記第１信号が伝達される複数の第１出力端子と、前記第２信号が伝達される複数の第２出力端子とを有しており、
互いに隣接する増幅器から信号が出力される複数の出力端子の配置順は、前記第１出力端子どうし、もしくは前記第２出力端子どうしが連続して配置されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２信号が、前記第1信号の位相を反転させた信号であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
互いに隣接する増幅器から複数の出力端子へ信号を伝達するための複数の信号経路間に、あらかじめ決められた電圧が供給されたシールドが配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記複数の出力端子が、前記画素領域を挟んで対向する２つの領域に分けて配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素が行列状に配され、ベイヤー配列されたカラーフィルターを有しており、各行に配された同色の画素からの信号は、前記２つの領域のうち、一方の領域に配された前記複数の出力端子に伝達されることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの請求項に記載の固体撮像装置と、該固体撮像装置へ光を結像する光学系と、該固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを有することを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置に関するものであり、特に、固体撮像装置から外部へ信号を出力する出力部に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年デジタルカメラやビデオカメラ向けの固体撮像装置の進展は著しく、画像の解像度向上を目的に多画素化が進んでいる。これに伴って、カメラとして必要な連写性能、動画の場合はフレームレートを確保するために、読み出し速度を向上させることが重要となっている。固体撮像装置において読み出し速度を向上させる方法としては、特許文献１のように、画素信号を複数の読み出しチャンネルに分けて外部へ並列読み出しをする構成が開示されている。
【０００３】
また、後段の信号処理ＩＣとの良好な整合性を得るため、差動でインターフェースする構成として、全差動型の出力アンプを用いる構成が特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２２４６９７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８６７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２においては、差動出力された後の信号経路の出力端子までの配置に関しての検討が充分ではなかった。合わせて複数の出力端子の配置に関しての検討が充分でなかった。特に、複数の読み出しチャンネルに分けて読み出す構成においては、隣接する読み出しチャンネルの信号経路もしくは出力端子どうしの配置関係が重要となる。この配置関係によっては隣接する読み出しチャンネルどうしで電気的な混色がおこる場合もある。出力信号レベル自体は撮影条件によって様々に変化するが、差動出力形式の場合は基準レベルに対して、正転信号は正側に、反転信号は負側に出力されることになる。この時、出力端子の配置順として、正転信号を出力する出力端子に連続して配置された出力端子が、隣接する読み出しチャンネルの反転信号を出力する出力端子の場合には、容量結合によりお互いの信号を打ち消しあうようにクロストークが起こりやすい。
【０００５】
この現象は隣接する読み出しチャンネルに出力差が存在した場合に特に影響が大きく、低輝度出力時の波形が高輝度出力時の波形に影響を受けると、実出力との差が割合的に大きくなる。そして、場合によっては画像の暗部に本来存在しない色が生じ偽色となってしまうことも考えられる。
【０００６】
また、差動出力の出力形態が一方の信号経路の出力を基準電圧として出力する形式のものにおいても、基準電圧が隣接する読み出しチャンネルの出力信号によって変化してしまうと、同様に電気的混色が引き起こされる場合がある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み、例えば、上記クロストークのような隣接する読み出しチャンネル間で互いの信号による影響を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像装置は、複数の画素が配された画素領域と、前記画素領域からの信号を増幅する複数の増幅器と、前記増幅器の出力信号を外部へ出力するための複数の出力端子と、前記増幅器から複数の出力端子へ信号を伝達する複数の信号経路と、を有する固体撮像装置であって、前記増幅器は第１信号と第２信号とを出力する差動出力構成であり、前記複数の出力端子は、前記第１信号が伝達される複数の第１出力端子と、前記第２信号が伝達される複数の第２出力端子とを有しており、互いに隣接する増幅器から信号が出力される複数の出力端子の配置順は、前記第１出力端子どうし、もしくは前記第２出力端子どうしが連続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の読み出しチャンネルで並列に信号を読み出し、かつ差動出力構成の増幅器を用いた構成において、良質な信号を出力することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を挙げて本発明を詳細に説明する。本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、発明の主旨を超えない範囲で、適宜変更、組み合わせ可能なものである。
【００１１】
（実施例１）
図１は、画素領域から出力された信号を複数の増幅器で増幅した後、外部に出力する固体撮像装置の構成において、特に増幅器から外部に出力する出力端子（出力パッド）までを詳細に説明するための図である。
【００１２】
図１において、１０１は複数の画素が配された画素領域、１０２は画素領域から出力された信号を増幅する増幅器である。ここでは増幅器は２つのみであるがこれ以上あってもかまわない。１は増幅器１０２から信号が出力される信号経路である。２は外部と信号のやり取りを行なうための入出力端子である。入出力パッドとよぶこともできる。入出力端子は複数設けられており、少なくとも増幅器から信号経路１を介して信号が出力される出力端子２ａ〜２ｄを含んでいる。この他には、例えば増幅器１０２に電源を供給するための入力端子などが含まれる。
【００１３】
ここで１つの読み出しチャンネルは、増幅器１０１ａ（１０１ｂ）、信号経路１ａ、１ｂ（１ｃ、１ｄ）、出力端子２ａ、２ｂ（２ｃ、２ｄ）で構成される。読み出しチャンネルは、単一の画素の信号を外部へ読み出す信号経路の最小単位であるともいえる。したがって、図１の構成は、読み出しチャンネルを２つ有しているといえる。
【００１４】
増幅器は差動出力構成の出力部となっており、第１信号と第２信号とを出力する構成となっている。図２に増幅器に用いることができる差動入力−差動出力構成（全差動型）の増幅器の一例を示す。２０１と２０２はそれぞれ非反転入力端子、反転入力端子である。２０３が第１信号を出力するための出力端子、２０４が第２信号を出力するための出力端子となる。このようにして、２つの入力端子２０１，２０２からの入力信号の差動信号を増幅した信号を第１出力端子２０３から出力し、この反転出力が第２出力端子２０４から出力される。より詳細には、一方の信号（第１信号）の出力波形に対して位相を反転した波形を他方の信号（第２信号）として出力する構成であるといえる。そして、出力端子２ａ、２ｄには、増幅器の第１出力端子からの信号が伝達される。そして２ｂ、２ｃには増幅器の第２出力端子からの信号が伝達される。
【００１５】
図３に画素領域から増幅器へ信号を伝達する信号出力部の構成の一例を示す。図１、図２と同様のものには同様の符号を付し詳細な説明は省略する。ここでは画素領域１０１には画素が行列状に配されており、列ごとに複数の水平共通出力線ＣＨに読み出される。ここでＣＨ１１とＣＨ１２は互いに相関のある信号が読みだされる。例えば一方には画素の信号（Ｓ信号）に、画素を構成するトランジスタのばらつきによるノイズ信号（Ｎ信号）が重畳されたＳ＋Ｎ信号が読み出され、他方にはＮ信号が読み出される。これらを増幅器１０２で処理することによりノイズが低減された信号を出力することができる。この水平共通出力線の組（ＣＨ１１，ＣＨ１２）とそれに対応する増幅器により上述の読み出しチャンネルが構成される。したがって図３の構成では読み出しチャンネルを２つ有しているということができる。
【００１６】
図１のように、互いに隣接して配置される増幅器１０２ａ、１０２ｂから信号が出力される複数の出力端子の配置順は第１出力端子どうし、もしくは第２出力端子どうしが連続して配置されている。ただしここでの配置順は増幅器からの信号を出力する複数の出力端子における配置順番である。複数の出力端子の配置順を維持していれば、その間に他の端子を配することもできる。他の端子とは、出力端子とは異なる端子３０１、例えばダミー端子、電源端子、画素領域から信号を読み出すための駆動用パルス端子等である。
【００１７】
また、ここでは出力端子に関して説明したが、増幅器から出力端子へ信号を伝達する信号経路においても同様の配置順を取ることが望ましい。ここで信号経路とは例えば金属で形成される配線により構成できる。
【００１８】
図１における出力端子の具体的な配置順を説明する。増幅器１０２ａの第１出力を出力する第１出力端子２ａ、第２出力を出力する第２出力端子２ｂ、増幅器１０２ａに隣接して配置される１０２ｂの第２出力を出力する第２出力端子２ｃ、第１出力を出力する第1出力端子２ｄの順に配置されている。これに対応する信号経路（１ａ〜１ｄ）も同様の配置順となっている。
【００１９】
このように配置した場合に、隣接する出力端子間もしくは信号経路間で信号が影響を及ぼしあったとしても、出力波形は双方とも基準電圧に対して負側もしくは正側で同一極性側への振幅を有している。よって、容量結合の影響を減少させることが可能になる。また、出力レベルが同等であれば、容量結合によるクロストークは理論上発生させなくすることも可能である。
【００２０】
隣接する出力端子もしくは信号経路間での容量結合による影響は、一般のアナログＩＣに比べて、固体撮像装置の場合は特に重要となる。固体撮像装置は色再現のための色情報を取得するためにカラーフィルターなどの色選択透過層を設けることが多い。このカラーフィルターの色配列の一例として、ベイヤー配列が用いられる。また、複数の読み出しチャンネルを有す固体撮像装置の場合、各チャンネルに対して１列毎順番に各列の画素信号出力の読み出しを割り当てることが多い。本実施例で説明すると、第1列の画素信号は第１のチャンネルから読み出され、第１列の画素信号は第２のチャンネルから読み出され、以後順次、奇数列の画素信号は第１のチャンネル信号として、偶数列の画素信号は第２のチャンネル信号として読み出される。上述したようなカラーフィルターの配列、各列出力信号の読み出しチャンネルへの割り当て方法を採用すると、隣接する読み出しチャンネルの出力には異なる色が割り当てられる場合が多い。たとえば、ベイヤー配列においてある行に注目すると、第１の読み出しチャンネルにレッド、これに隣接する第２の読み出しチャンネルにはグリーン、また次の行では第１のチャンネルにグリーン、第２のチャンネルにはブルーというようになる。
【００２１】
他チャンネルとのクロストークが起こると色再現に必要な色データにお互いズレが生じることになり、混色と呼ばれる色再現性の低下（色成分のＳ／Ｎ劣化）してしまう場合がある。更に偽色と呼ばれる実際には存在しなかった色が画像に表れる場合もあり、撮像装置では特に上述した容量結合を低減することが重要となる。なお、出力端子間隔、信号経路の間隔を相当量離せば、事実上無視できる程度の容量結合の影響を低減させることができる場合もある。しかし固体撮像素子はその性格上、半導体基板（チップ）の大部分を撮像用の画素領域によって占められてしまうため、上述した増幅器などの読み出し回路はチップ周辺の限られた箇所にしか配置することができない。そのため、出力配線間隔を容量結合の影響が無視できるほど離すことは事実上不可能である。
【００２２】
また、増幅器とそれに対応する出力端子の並び順が決まると、同一読み出しチャンネル内の２つの信号経路の対称性を考慮し、信号経路を構成する配線のレイアウト（順）が決まる。対称性が大きく異なると、その対称性の違いにより、ＳＮ特性が悪化してしまう場合もある。同一読み出しチャンネル内や他の読み出しチャンネルとの対称性をなるべく近づけるためには、それぞれの信号経路において、複数の配線層間で頻繁に行き来したり、レイアウト上配線を交差させたりするのは好ましくない。そのため、配線、出力端子のレイアウトには制限があり、複数の増幅器とその出力端子の並び順が信号経路のレイアウトに対して影響を与えるのである。したがって本実施例により良好な信号を出力を行なうことができる。
【００２３】
ここで図２において説明した増幅器の構成、図３において説明した画素領域から増幅器への読み出しの構成に関しては後述の実施例にも適用可能である。
【００２４】
以上述べたように、本実施例によれば複数の読み出しチャンネルで並列に信号を読み出し、かつ差動出力構成の増幅器を用いた構成において、良質な信号を出力することが可能となる。
【００２５】
（実施例２）
本実施例の固体撮像装置について説明する。実施例１との違いは、増幅器から出力される出力が異なる。具体的には基準となる信号と、その基準信号を基準とした画像信号とを出力する。
【００２６】
図１の構成において、出力端子２ａ、２ｄは画像信号を出力するための出力端子、２ｂ、２ｃは基準信号を出力するための出力端子とすればよい。
【００２７】
また増幅器は、差動出力の一方が該出力部の基準電圧を出力し、他方がその基準電圧に対して信号を出力（振幅）する構成とすればよい。
【００２８】
それぞれの出力端子の配置順は実施例１と同様に、互いに隣接して配置される増幅器１０２ａ、１０２ｂから信号が出力される出力端子は第１出力端子どうし、もしくは第２出力端子どうしが連続して配置されている。具体的には、増幅器１０２ａの第１出力を出力する第１出力端子２ａ、第２出力を出力する第２出力端子２ｂ、増幅器１０２ａに隣接して配置される１０２ｂの第２出力を出力する第２出力端子２ｃ、第１出力を出力する第１出力端子２ｄの順に配置されている。これに対応する信号経路（１ａ〜１ｄ）も同様の配置順となっている。出力端子２ｂ、２ｃを基準信号を出力するためにもちい、２ａ、２ｄをこの基準信号を基準にして画像信号を出力するために用いることができる。
【００２９】
本実施例においても、隣接する出力端子もしくは信号経路は隣接する読み出しチャンネルの基準レベルであるため振幅変化は画像信号よりも小さい。よって第１の読み出しチャンネルの信号と第２の読み出しチャンネルの信号間に生じる容量結合起因のクロストークが低減できる。
【００３０】
（実施例３）
本実施例の固体撮像装置について説明する。実施例１との違いは、互いに隣接する増幅器に対応する信号経路の間に所定の電圧が供給されたシールド構造を有している点である。所定の電圧としては例えば接地電位が考えられる。
【００３１】
図５は、本実施例の固体撮像装置を説明するための図であり、画素領域から出力された信号を複数の増幅器で増幅した後、外部に出力する固体撮像装置の構成において、特に増幅器から外部に出力する出力端子までを詳細に説明するための図である。
【００３２】
出力経路、シールド構造を配線で形成する場合には、同層の配線層によって形成するのが好ましい。配線層を形成する材料の例としては、ＡｌＣｕを用いることができる。
【００３３】
また、同層の金属配線に付加して他の上層もしくは下層の金属配線にて設けることによって、シールド構造を構成することもできる。これにより隣接する信号経路間において、シールド線に対して電気力線が多く伸び、信号経路間どうし間に生じる電気力線が低減されお互いの容量結合が弱まる。よって本実施例によればクロストークによる隣接読み出しチャンネルの電気的混色を、更に低減させることが可能である。
【００３４】
（実施例４）
本実施例の固体撮像装置について説明する。本実施例の実施例１〜３との違いは、複数の出力端子を固体撮像装置を構成する半導体チップの異なる２辺に配している点である。
【００３５】
図６は、本実施例の固体撮像装置を説明するための図であり、画素領域から出力された信号を複数の増幅器で増幅した後、外部に出力する固体撮像装置の構成において、特に増幅器から外部に出力する出力端子までを詳細に説明するための図である。図１と同様のものには同様の符号を付し詳細な説明は省略する。
【００３６】
本実施例においては、固体撮像装置が構成された半導体チップの複数の辺に出力端子が振り分けて配置されている。増幅器１０２ａ、１０２ｂは隣接して配置されている。一方の辺に増幅器１０２ａの第１出力を出力する第１出力端子２ａ、第２出力を出力する第２出力端子２ｂ、１０２ｂの第２出力を出力する第２出力端子２ｃ、第１出力を出力する第一出力端子２ｄの順に配置されている。これに対応する信号経路（１ａ〜１ｄ）も同様の配置順となっている。また他方の辺に増幅器１０２ｃの第１出力を出力する第１出力端子２ｅ、第２出力を出力する第２出力端子２ｆ、増幅器１０２ｃに隣接して配置される１０２ｄの第２出力を出力する第２出力端子２ｇ、第１出力を出力する第一出力端子２ｈの順に配置されている。これに対応する信号経路（１ａ〜１ｄ）も同様の配置順となっている。
【００３７】
２次元状に画素が配されたカラー撮像装置において、色再現のための色情報を取得するためにカラーフィルターを設けることが一般的である。この色選択透過層のカラーフィルターは例えばレッド、グリーン、ブルー、またはシアン、マゼンダ、イエロー等の組合せを用いることが一般的であるが、ここではレッド、グリーン、ブルーを用いたベイヤー配列の例を挙げて説明する。
【００３８】
また、行列状に画素が配置され、複数の読み出しチャンネルを有する固体撮像装置の場合、各読み出しチャンネルに対して、１列毎順番に各列の画素信号出力の読み出しを割り当てることが多い。つまり、第１列の画素信号は第１のチャンネル信号として読み出され、第２列の画素信号は第２のチャンネル信号として読み出される。そして、第３列の画素信号は第３のチャンネル信号として読み出され、第４列の画素信号は第４のチャンネル信号として読み出される。つまり、以後順次（４ｎ＋１）列目の画素信号は第１のチャンネル信号として、（４ｎ＋２）列目の画素信号は第２のチャンネル信号として読み出される。そして、（４ｎ＋３）列目の画素信号は第３のチャンネル信号として、（４ｎ＋４）列目の画素信号は第４のチャンネル信号として読み出される。尚、ここでのｎは０及び正の整数である。
【００３９】
このように配置した場合、画素領域のある行に着目すると、例えば第１の読み出しチャンネルにはレッド、第２の読み出しチャンネルにはグリーン、第３の読み出しチャンネルにはレッド、第４の読み出しチャンネルにはグリーンという割り当てになる。また、上記行の次の行は、第１の読み出しチャンネルにはグリーン出力、第２の読み出しチャンネルにはブルー出力、第３の読み出しチャンネルにはグリーン出力、第４の読み出しチャンネルにはブルー出力という割り当てになる。つまり、読み出しチャンネル間で隣り合う端子や配線に割り当てられる色出力はどちらの辺でもどの行の読み出しでも常に同色どうしということになる。このような構成は言い換えると、ベイヤー配列されたカラーフィルターを有しており、各行に配された同色の画素からの信号は、前記２つの領域のうち、一方の領域に配された前記複数の出力端子に伝達されるといえる。
【００４０】
したがって、本実施例のように端子を配列すれば、読み出しチャンネル間の電気的混色の抑制が期待できる。更にわずかに残った電気的混色の影響も同色同士の範囲に収まり、色比のばらつき（色再現）という観点から混色の少ない良質な信号を読み出すことが可能となる。
【００４１】
尚、本実施例ではベイヤー配列のカラーフィルターを採用した撮像装置を例に挙げたが、特にこのようなカラーフィルター配置の撮像装置でなくとも、一行の出力において画素領域を挟んでどちらか一方の領域に配される一辺の出力端子に、同一色の画素データが出力されるような撮像装置に適用できる。
【００４２】
また、本実施例では画素領域を挟んで対向する２つの領域に出力端子を配置して信号を読み出す例を挙げたが、これに限られるものではない。例えば図７の様に対向する２つの領域及びこれらに隣接する領域に出力端子を配置しても本実施例に述べるような効果を得ることができる。図６では増幅器、信号経路は省略している。
【００４３】
新たに追加された２ｉ〜２ｌに関して説明する。２ｉ、２ｌが増幅器の第１出力を出力するための第１出力端子に相当する。２ｊ、２ｋが増幅器の第２出力を出力するための第２出力端子に相当する。そして２ｉ、２ｊが同一の増幅器からの出力に対応し、２ｋ、２ｌが同一の増幅器からの出力に対応する。
【００４４】
したがって、隣接する辺においても、同様に隣接する増幅器の第１信号どうしもしくは第２信号どうしを連続して配置する。
【００４５】
（撮像システムへの応用）
図８は、実施例１〜４で説明した固体撮像装置をカメラに応用する場合の回路ブロックの例を示したものである。撮影レンズ１００２の手前にはシャッター１００１があり、露出を制御する。絞り１００３により必要に応じ光量を制御し、固体撮像装置１００４に結像させる。固体撮像装置１００４から出力された信号は信号処理回路１００５で処理され、Ａ／Ｄ変換器１００６によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。出力されるディジタル信号はさらに信号処理部１００７で演算処理される。処理されたディジタル信号はメモリ１０１０に蓄えられたり、外部Ｉ／Ｆ１０１３を通して外部の機器に送られる。固体撮像装置１００４、撮像信号処理回路１００５、Ａ／Ｄ変換器１００６、信号処理部１００７はタイミング発生部１００８により制御される他、システム全体は全体制御部・演算部１００９で制御される。記録媒体１０１２に画像を記録するために、出力ディジタル信号は全体制御部・演算部で制御される記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１０１１を通して、記録される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１実施例の固体撮像装置を説明するための平面図である。
【図２】増幅器の一例を説明するための図である。
【図３】画素領域から増幅器への信号の出力を行う構成を説明するための図である。
【図４】第１実施例の変形例を説明するための平面図である。
【図５】第３実施例の固体撮像装置を説明するための平面図である。
【図６】第４実施例の固体撮像装置を説明するための平面図である。
【図７】第４実施例の固体撮像装置を説明するための平面図である。
【図８】撮像システムを説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０１  画素領域
１０２  増幅器
１  信号経路
２  出力端子
【図１】
2008067062.tif 000003
【図２】
2008067062.tif 000004
【図３】
2008067062.tif 000005
【図４】
2008067062.tif 000006
【図５】
2008067062.tif 000007
【図６】
2008067062.tif 000008
【図７】
2008067062.tif 000009
【図８】
2008067062.tif 000010