JP2004153682A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノイズをチップサイズを増大させることなく低減する。
【解決手段】複数の光電変換素子１１０が配列されたセンサアレイ１００の複数ラインを順に選択し、選択されたラインから光電変換素子の信号電荷（Ｓ）とリセットレベル（Ｎ）を順に光信号側共通出力線とノイズ信号側共通出力線を介して差分信号を増幅してＳ−Ｎ読出し回路１５０より出力する固体撮像装置において、光信号側共通出力線２１０，２３０、ノイズ信号側共通出力線２２０，２４０は並行に配され、光信号側共通出力線２１０、ノイズ信号側共通出力線２２０、ノイズ信号側共通出力線２４０、光信号側共通出力線２３０の順に配置される。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の光電変換素子１１０が配列されたセンサアレイ１００の複数ラインを順に選択し、選択されたラインから光電変換素子の信号電荷（Ｓ）とリセットレベル（Ｎ）を順に光信号側共通出力線とノイズ信号側共通出力線を介して差分信号を増幅してＳ−Ｎ読出し回路１５０より出力する固体撮像装置において、光信号側共通出力線２１０，２３０、ノイズ信号側共通出力線２２０，２４０は並行に配され、光信号側共通出力線２１０、ノイズ信号側共通出力線２２０、ノイズ信号側共通出力線２４０、光信号側共通出力線２３０の順に配置される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に係り、複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの一ラインから、又は複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの複数ラインを順に選択し、選択されたラインから、光電変換素子の信号電荷（Ｓ）とリセットレベル（Ｎ）を順に光信号側共通出力線とノイズ信号側共通出力線を介して読み出し、差分信号を増幅して出力する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置は、ＣＣＤセンサとＭＯＳ型センサとに大別される。ＣＣＤセンサは、一般的には、ノイズが小さい点で優れているが、消費電力が大きいという欠点がある。他方、ＭＯＳ型センサは、ＣＣＤセンサに対して消費電力が格段に小さいという利点を有するが、一般的には、ノイズがやや大きいという欠点を有する。ただし、ＭＯＳ型センサにおけるノイズは低減される傾向にあり、将来はＣＣＤセンサと同等以上の性能が得られることが期待されている。
【０００３】
また、ＭＯＳ型センサにおいてはＭＯＳトランジスタを用いたさまざまな機能回路を内蔵することが比較的容易であるため、特許文献１の図７に示すように複数の読出し回路を内蔵して高速化を図るなどによって性能の向上が見られている。
【０００４】
図６は従来のＭＯＳ型センサの概略構成を示す図である。ＭＯＳ型センサでは、複数の光電変換素子１１０が２次元状に配列されたセンサアレイ１００と、センサアレイ１００から光電変換素子１１０の行を順次選択する垂直シフトレジスタ回路１２０と、選択行の光電変換素子１１０から光信号となる信号電荷（Ｓ）とノイズ信号となるリセットレベル（Ｎ）をそれぞれ保持しておく信号電荷保持容量Ｃｔｓとリセットレベル保持容量Ｃｔｎを含むラインメモリ回路１３０と、ラインメモリ回路１３０に保持された１行分の信号データの中から転送スイッチにより同時に２つずつ選択して、第１の光信号側共通出力線（以下、第１Ｓ出力線という）２１０と第１のノイズ信号側共通出力線（以下、第１Ｎ出力線という）２２０及び第２の光信号側共通出力線（以下、第２Ｓ出力線という）２３０と第２のノイズ信号側共通出力線（以下、第２Ｎ出力線という）２４０に転送するための水平シフトレジスタ回路１４０と、第１Ｓ出力線２１０からの光信号と第１Ｎ出力線２２０からのノイズ信号との第１の差分信号、及び第２Ｓ出力線２３０からの光信号と第２Ｎ出力線２４０からのノイズ信号との第２の差分信号をそれぞれ増幅して出力する第１及び第２の差信号（Ｓ−Ｎ）読出し回路１５０を有する。
【０００５】
第１の差信号読出し回路の出力端子（ｏｕｔ１）１７０から第１の差信号が出力され、第２の差信号読出し回路の出力端子（ｏｕｔ２）１８０から第２の差信号が出力される。第１Ｓ出力線２１０、第１Ｎ出力線２２０、第２Ｓ出力線２３０及び第２Ｎ出力線２４０は共通出力線１６０を構成する。
【０００６】
図６に示す従来のＭＯＳ型センサでのラインメモリ回路１３０から共通出力線１６０への読出しは、ラインメモリ回路１３０に含まれる保持容量Ｃｔと、共通出力線の主に接地点との間に生じる配線容量と共通出力線に接続されたＭＯＳスイッチのソース−ゲート間、ソース−バックゲート間容量で形成される容量Ｃｈとの容量分割比（Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃｈ））で決まるゲインによって行われる。つまり、光信号側共通出力線に容量分割比により決まるゲインにしたがって信号電荷（Ｓ）が読み出され、ノイズ信号側共通出力線に同じく容量分割比により決まるゲインにしたがってリセットレベル（Ｎ）が読み出され、両者の差分信号を出力する。ここで、両者の差分信号は、Ａ×（Ｖｓ×Ｃｔｓ／（Ｃｔｓ＋Ｃｈｓ）−Ｖｎ×Ｃｔｎ／（Ｃｔｎ＋Ｃｈｎ））で表される（Ａは増幅器の増幅率、Ｖｓは保持容量Ｃｔｓに蓄積された光信号レベル、Ｖｎは保持容量Ｃｔｎに蓄積されたリセットレベルを示す。）。
【０００７】
図７は図６に示す従来のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０は、図７に示すように第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｓ出力線２３０，第２Ｎ出力線２４０の順に配置されている。Ｃｈ１ｓは第１の光信号側共通出力線容量（以下、第１Ｓ出力線容量という）、Ｃｈ１ｎは第１のノイズ信号側共通出力線容量（以下、第１Ｎ出力線容量という）、Ｃｈ２ｓは第２の光信号側共通出力線容量（以下、第２Ｓ出力線容量という）、Ｃｈ２ｎは第２のノイズ信号側共通出力線容量（以下、第２Ｎ出力線容量という）を示す。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０９−２４６５１７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図６及び図７に示す従来のＭＯＳ型センサでは、共通出力線１６０の配置が第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｓ出力線２３０，第２Ｎ出力線２４０の順になっているため、第１Ｎ出力線２２０と第２Ｓ出力線２３０の２つの共通出力線間に形成されるカップリング容量Ｃｐ２５０によって発生するＳ−Ｎ読出し回路間クロストークは互いに異なる向きに作用することになり、Ｓ−Ｎ読出し回路間でのゲイン差、オフセット差等を誘発し、これらのゲイン差、オフセット差等が問題となる場合がある。
【００１０】
図８はこの問題をさらに詳述するための共通出力線部分の等価回路を示す。図８はカップリング容量Ｃｐ３１０、第１のリセットレベル保持容量Ｃｔ１ｎ３２０、転送スイッチ（ＳＷ）３３０、第１Ｎ出力線容量Ｃｈ１ｎ３４０、第２Ｓ出力線容量Ｃｈ２ｓ３５０からなり、第１のリセットレベル保持容量Ｃｔ１ｎ３２０と転送スイッチ３３０との結線部の電位をＶｃｔ１ｎ３６０、転送スイッチ３３０とカップリング容量Ｃｐ３１０との結線部の電位をＶｃｈ１ｎ３７０、カップリング容量Ｃｐ３１０と第２Ｓ出力線容量Ｃｈ２ｓ３５０との結線部の電位をＶｃｈ２ｓ３８０とする。
【００１１】
ここではカップリング容量Ｃｐ３１０を介して第１Ｎ出力線２２０から第２Ｓ出力線２３０に向かってクロストークによって電荷が注入される様子を説明する。読出し前の状態を時刻ｔ＝０とし、転送スイッチＳＷ３３０を活性化して共通出力線に読み出されるときを時刻ｔ＝ｔ１とする。各時刻での結線部の電位をＶｃｔ１ｎ（ｔ＝０）＝Ｖａ、Ｖｃｈ１ｎ（ｔ＝０）＝０、Ｖｃｈ２ｓ（ｔ＝０）＝０及び、Ｖｃｔ１ｎ（ｔ＝ｔ１）＝Ｖｃｈ１ｎ（ｔ＝ｔ１）＝Ｖｂ、Ｖｃｈ２ｓ（ｔ＝ｔ１）＝Ｖｃとすると、
【００１２】
【数１】
【００１３】
【数２】
となり、上式（１）、（２）及びＣｈ２ｓ＝Ｃｈ１ｎ、Ｃｐ＝αＣｈ１ｎとすると、
【００１４】
【数３】
Ｃｔ１ｎ、Ｃｈ１ｎ＞＞αとすると、
【００１５】
【数４】
と近似することができ、
【００１６】
【数５】
とあらわすことができる。つまり、Ｃｐ／Ｃｈ１ｎ比がα倍であるカップリング容量に対してＣｔとＣｈの容量分割比で決まるゲインで電荷が注入されることになる。
【００１７】
また、同様にして第２Ｓ出力線２３０から第１Ｎ出力線２２０に向かってクロストークによって電荷が注入される様子を考える。各時刻での結線部の電位をＶｃｔ２ｓ（ｔ＝０）＝Ｖａ´、Ｖｃｈ２ｓ（ｔ＝０）＝０、Ｖｃｈ１ｎ（ｔ＝０）＝０及び、Ｖｃｔ２ｓ（ｔ＝０）＝Ｖｃｈ２ｓ（ｔ＝０）＝Ｖｂ´、Ｖｃｈ１ｎ（ｔ＝０）＝Ｖｃ´とすると、
【００１８】
【数６】
となることが分かる。
【００１９】
続いて、差分信号を増幅して出力端子１７０、出力端子１８０に現れる出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２を考える。設計時において良好なＳ−Ｎ読出し回路を実現するにはＣｔｓ＝Ｃｔｎ、Ｃｈｓ＝Ｃｈｎであることが重要である。そこでここではＣｔ１ｓ＝Ｃｔ１ｓ＝Ｃｔ２ｓ＝Ｃｔ２ｎ＝Ｃｔ、Ｃｈ１ｓ＝Ｃｈ１ｎ＝Ｃｈ２ｓ＝Ｃｈ２ｓ＝Ｃｈ、時刻ｔ＝０のときの結線部の電位をＶｃｔ１ｓ（ｔ＝０）＝Ｖ１ｓ、Ｖｃｔ１ｎ（ｔ＝０）＝Ｖ１ｎ、Ｖｃｔ２ｓ（ｔ＝０）＝Ｖ２ｓ、Ｖｃｔ２ｎ（ｔ＝０）＝Ｖ２ｎとしてＶｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２を見積もると、
【００２０】
【数７】
となり、Ｃｈ１ｎ２２０とＣｈ２ｓ２３０の２つの共通出力線間に形成されるカップリング容量Ｃｐ２５０によって発生するＳ−Ｎ読出し回路間クロストークは互いに異なる向きに作用することになり、Ｓ−Ｎ読出し回路間でのゲイン差、オフセット差等を誘発することが理解できる。つまり、数式７より、Ｖｏｕｔ１側はＡ×（Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃｈ））×（−α×Ｖ２ｓ）とマイナス側、Ｖｏｕｔ２側はＡ×（Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃｈ））×（α×Ｖ１ｎ）とプラス側にクロストークが作用することが理解できる。
【００２１】
これまではこれらＳ−Ｎ読出し回路間クロストークを軽減する手段として（１）．共通出力線間の配線間隔を広く取る。（２）．共通出力線間に接地電位を供給したシールド配線等の対策が考えられたが、（１）．共通出力配線に配置領域がかなり大きくなりチップサイズが増大する。（２）．ＣｔとＣｈの容量分割比ゲインが下がり、信号レベルが下がるため相対的にＳ／Ｎが悪化する。等の問題が依然として残っていた。
【００２２】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、例えば、固体撮像装置におけるノイズをチップサイズを増大させることなく低減すること、及び／又は、固体撮像装置におけるノイズを信号レベルを下げることなく低減することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの一ラインから又は複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの複数ラインを順に選択し、その選択されたラインから、各光電変換素子の光信号とノイズ信号が出力され、出力された複数の該光信号と複数の該ノイズ信号をそれぞれｎ本（ｎは２以上の自然数）の光信号側共通出力線とｎ本のノイズ信号側共通出力線に振り分けて読み出し、前記光信号側共通出力線と前記ノイズ信号側共通出力線とが接続される差分出力手段のｎ個により、同一の光電変換素子から出力される前記光信号と前記ノイズ信号との差分信号をそれぞれ出力する固体撮像装置において、
前記ｎ本の光信号側共通出力線と前記ｎ本のノイズ信号側共通出力線は並行に配され、これら２ｎ本の共通出力線の少なくとも４本の配列が第１の光信号側共通出力線、第１のノイズ信号側共通出力線、第２のノイズ信号側共通出力線、第２の光信号側共通出力線の順に配置され、
前記第１の光信号側共通出力線と前記第１のノイズ信号側共通出力線とが第１の差分出力手段に接続され、前記第２の光信号側共通出力線と前記第２のノイズ信号側共通出力線とが第２の差分出力手段に接続されることを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２５】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置としてのＭＯＳ型センサの概略構成を示すブロック図である。なお図６と同一構成部材については同一符号を付する。図１の構成においては、第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０との配置が図６の構成と比べて逆になっている。
【００２６】
ＭＯＳ型センサでは複数の光電変換素子１１０が２次元状に配列されたセンサアレイ１００と、センサアレイ１００から行を順次選択する垂直シフトレジスタ回路１２０と、選択行の光電変換素子１１０から信号電荷（Ｓ）とリセットレベル（Ｎ）をそれぞれ保持しておく信号電荷保持容量Ｃｔｓとリセットレベル保持容量Ｃｔｎを含むラインメモリ回路１３０と、ラインメモリ回路１３０に保持された１行分の信号データの中から同時に２つずつ選択して第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０に接続する水平シフトレジスタ回路１４０と、第１Ｓ出力線２１０からの光信号と第１Ｎ出力線２２０からのノイズ信号との第１の差分信号、及び第２Ｓ出力線２３０からの光信号と第２Ｎ出力線２４０からのノイズ信号との第２の差分信号をそれぞれ増幅して出力する第１及び第２の差信号（Ｓ−Ｎ）読出し回路１５０を有する。
【００２７】
第１の差信号読出し回路の出力端子（ｏｕｔ１）１７０から第１の差信号が出力され、第２の差信号読出し回路の出力端子（ｏｕｔ２）１８０から第２の差信号が出力される。第１Ｓ出力線２１０、第１Ｎ出力線２２０、第２Ｓ出力線２３０及び第２Ｎ出力線２４０は共通出力線１６０を構成する。
【００２８】
図１に示す本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置としてのＭＯＳ型センサでのラインメモリ回路１３０から共通出力線１６０への読出しはラインメモリ回路１３０に含まれる保持容量Ｃｔと共通出力線の主に接地点との間に生じる配線容量と共通出力線に接続されたＭＯＳスイッチのソース−ゲート間、ソース−バックゲート間容量で形成される容量Ｃｈとの容量分割比（Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃｈ））で決まるゲインによって行われる。つまり、光信号側共通出力線に容量分割比ゲインにしたがって信号電荷（Ｓ）が読み出され、ノイズ信号側共通出力線に同じく容量分割比にしたがってリセットレベル（Ｎ）が読み出され、両者の差分信号を出力する。ここで、両者の差分信号は、Ａ×（Ｖｓ×Ｃｔｓ／（Ｃｔｓ＋Ｃｈｓ）−Ｖｎ×Ｃｔｎ／（Ｃｔｎ＋Ｃｈｎ））で表される（Ａは増幅器の増幅率、Ｖｓは保持容量Ｃｔｓに蓄積された光信号レベル、Ｖｎは保持容量Ｃｔｎに蓄積されたリセットレベルを示す。）。
【００２９】
図２は図１のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０は図２に示すように第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０の順に配置されている。Ｃｈ１ｓは第１Ｓ出力線容量、Ｃｈ１ｎは第１Ｎ出力線容量、Ｃｈ２ｎは第２Ｎ出力線容量、Ｃｈ２ｓは第２Ｓ出力線容量を示す。
【００３０】
図１もしくは図２に示すＭＯＳ型センサでは、共通出力線１６０の配置が第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０の順になっているため、第１Ｎ出力線２２０と第２Ｎ出力線２４０の２つの共通出力線間に形成されるカップリング容量Ｃｐ２６０によって発生するＳ−Ｎ読出し回路間クロストークを見積もると、
【００３１】
【数８】
となり、第１Ｎ出力線２２０と第２Ｎ出力線２４０の２つの共通出力線間に形成されるカップリング容量Ｃｐ２６０によって発生するＳ−Ｎ読出し回路間クロストークは互いに同じ向きに作用することになる。つまり、数式８より、Ｖｏｕｔ１側はＡ×（Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃｈ））×（−α×Ｖ２ｎ）とマイナス側、Ｖｏｕｔ２側もＡ×（Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃｈ））×（−α×Ｖ１ｎ）とマイナス側にクロストークが作用する。
【００３２】
また、リセットレベルのみがクロストークするため、光電変換素子で発生する信号電荷の大きさによらず常に一定量（α×Ｖｎ）だけでありＳ−Ｎ読出し回路によらず全体にわずかなオフセット（α×Ｖｎ）が発生するが容易に補正することができる。
【００３３】
また、図１に示す本発明の好適な実施の形態によれば水平シフトレジスタ回路１４０によって選択される２つのラインメモリ回路１３０に保持された信号データが位相をずらしたタイミングで選択されるものであり、後段の信号処理で合成され、２つのＳ−Ｎ読出し回路１５０を一線化して出力される場合においても同様の効果が期待できる。すなわち、２つのＳ−Ｎ読出し回路１５０の出力を共通接続して一線化しても、２つのＳ−Ｎ読出し回路間で位相をずらして出力されるので、信号が重複することはない。
【００３４】
（第２の実施例）
図３は本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置として、図１のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０は図に示すように第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０の順に配置されているとともに、各共通出力配線１６０間に接地電位等の固定電位を供給したシールド配線２７０を配置した構成を示している。
【００３５】
図３に示す本発明の好適な実施の形態によればカップリング容量として最も支配的な部分な共通出力配線間の対向面をシールド配線で遮断することにより、クロストークを軽減する効果が期待できる。
【００３６】
（第３の実施例）
図４は本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置として、図１のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０及び第３光信号側共通出力線（以下、第３Ｓ出力線という）２８０と第３ノイズ信号側共通出力線（以下、第３Ｎ出力線という）２９０は図に示すように第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０，第３Ｓ出力線２８０，第３Ｎ出力線２９０の順に配置されている。
【００３７】
そして、第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０の計４本の共通出力線の配置間隔および第３Ｓ出力線２８０，第３Ｎ出力線２９０の計２本の共通出力線の配置間隔に比べて、第２Ｓ出力線２３０，第３Ｓ出力線２８０の配置間隔のほうが広い間隔である構成を示している。Ｃｈ３ｓは第３光信号側共通出力線容量、Ｃｈ３ｎは第３ノイズ信号側共通出力線容量を示す。
【００３８】
図４に示すＭＯＳ型センサでは、第２Ｓ出力線２３０と第３Ｓ出力線２８０の２つの共通出力線間に形成されるカップリング容量Ｃｐ２９１によって発生するＳ−Ｎ読出し回路間クロストークを見積もると、
【００３９】
【数９】
となり、第２Ｓ出力線２３０と第３Ｓ出力線２８０の２つの共通出力線間に形成されるカップリング容量Ｃｐ２９１によって発生するＳ−Ｎ読出し回路間クロストークは互いに同じ向きに作用することになる。ただし、信号電荷が互いの共通出力線に注入されることになり、光電変換素子で発生する信号電荷の大きさによって異なる量（α×Ｖｓ）のクロストークが発生する。
【００４０】
図４に示す本発明の好適な実施の形態によれば光信号側同士の共通出力線がとなりあう配置箇所は他の配線は位置間隔より広げることでカップリング容量Ｃｐ２９１の絶対値を軽減することができるため、クロストークを軽減する効果が期待できる。
【００４１】
なお、以上説明した各実施例では、複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイを複数ライン配した２次元のセンサについて説明したがラインセンサにも本発明を適用することができる。
【００４２】
また共通出力線は４本の場合を示したが、共通出力線は２ｎ本（ｎは２以上の自然数；すなわち、ｎ＝２，３，４，・・・）設けることができる。
【００４３】
（第４の実施例）
図５は、図１に示す固体撮像装置を組み込んだカメラの概略構成を示す図である。なお、このカメラは、銀塩カメラに対立する概念として、一般的に電子カメラと呼ばれ、これにはスチルカメラ、ムビーカメラ、又は、それらの機能を混載したカメラ等が含まれる。また、このカメラは、例えば、パーソナルコンピュータや携帯端末等の情報処理装置にその一部として組み込まれてもよい。
【００４４】
固定式又は交換式のレンズユニット４１０により被写体像が固体撮像装置４００上に結ばれる。固体撮像装置４００の出力は、プロセッサ（画像処理部）４２０に供給される。
【００４５】
プロセッサ４２０は、固体撮像装置４００から供給される信号に画像処理を施して表示装置４４０に供給したり、記憶メディア４３０に記録したりする。表示装置４４０は、撮影・再生に関する各種の情報を表示する情報提供部として、及び、ビューファインダーとして機能しうる。
【００４６】
なお、このカメラは、典型的には露出調整機能や焦点調節機能等を備える。これらの機能は周知の技術に基づいて設計することができるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４７】
図９に基づいて、本発明の固体撮像素子を用いたカメラを有するカメラ制御システムについて詳述する。
【００４８】
図９は、カメラ制御システムを示す概略構成ブロック図である。１０は映像データおよびカメラ制御情報（ステータス情報も含む）をデジタル伝送するネットワークであり、ｎ台の映像送信端末１２（１２―１〜１２―ｎ）が接続している。
【００４９】
各映像送信端末１２（１２―１〜１２―ｎ）には、カメラ制御装置１４（１４―１〜１４―ｎ）を介してカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）が接続されている。カメラ制御装置１４（１４―１〜１４―ｎ）は、映像送信端末１２ビデオカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）からの制御信号に従い、接続するビデオカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）のパン、チルト、ズーム、フォーカス及び絞りなどを制御する。
【００５０】
また、ビデオカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）は、カメラ制御装置１４（１４―１〜１４―ｎ）から電源が供給されており、カメラ制御装置１４（１４―１〜１４―ｎ）は、外部からの制御信号に従い、ビデオカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）の電源のＯＮ／ＯＦＦが制御される。
【００５１】
また、ネットワーク１０には、映像送信端末１２（１２―１〜１２―ｎ）からネットワーク１０に送出された映像情報を受信し、表示する映像受信端末１８（１８―１〜１８―ｍ）が接続されている。各映像受信端末１８（１８―１〜１８―ｍ）には、ビットマップディスプレイあるいはＣＲＴなどで構成されるモニタ２０（２０―１〜２０―ｍ）が接続されている。
【００５２】
ここで、ネットワーク１０は、有線である必要はなく、無線ＬＡＮ装置などを利用した無線ネットワークでもよい。この場合、映像受信端末１８は、モニタ２００と一体化して携帯型の映像受信端末装置とすることができる。
映像送信端末１２（１２―１〜１２―ｎ）は、接続するカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）の出力映像信号をＨ．２６１などの所定の圧縮方式で圧縮し、ネットワーク１０を介して、映像要求元の映像受信端末１８またはすべての映像受信端末１８に送信する。
【００５３】
映像受信端末１８は、ネットワーク１０、映像送信端末１２及びカメラ制御装置１４を介して任意のカメラ１６の種々のパラメータ（撮影方位、撮影倍率、フォーカス及び絞りなど）とともに、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能である。ここで、映像送信端末１２は、モニタを接続し、圧縮映像を伸長する映像伸長装置を設けることで、映像受信端末として兼用することができる。一方、映像受信端末１８は、カメラ制御装置１４およびビデオカメラ１６を接続し、映像圧縮装置を設けることで、映像送信端末として兼用することができる。これらの端末には、映像送信または映像受信に必要なソフトウエアを記録するＲＯＭが備えられている。
【００５４】
以上の構成によって、映像送信端末１２は、ネットワーク１０を経由して遠隔地の映像受信端末１８に映像信号を伝送するとともに、映像受信端末１８から伝送されるカメラ制御信号を受けて、カメラ１６のパン、チルトなどの制御を実行する。
【００５５】
また、映像受信端末１８は、映像送信端末１２にカメラ制御信号を発信し、カメラ制御信号を受信した映像送信端末１２は、そのカメラ制御信号の内容に応じてカメラ１６を制御するとともに、そのカメラ１６の現在の状態を返送する。
映像受信端末１８は、映像送信端末１２から送られてくる映像データを受信し、所定の処理を施してモニタ１４０の表示画面上に撮影映像をリアルタイムに表示する。
【００５６】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明の好適な実施の態様は以下に説明する態様である。本発明の好適な実施態様には固体撮像装置が組み込まれたカメラ及び情報処理装置を含む。
【００５７】
（実施態様１）
複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの一ラインから又は複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの複数ラインを順に選択し、その選択されたラインから、各光電変換素子の光信号とノイズ信号が出力され、出力された複数の光信号と複数のノイズ信号はそれぞれｎ本（ｎは２以上の自然数）の光信号側共通出力線とｎ本のノイズ信号側共通出力線に振り分けて読み出され、前記光信号側共通出力線と前記ノイズ信号側共通出力線とが接続される差分出力手段のｎ個により、同一の光電変換素子から出力される前記光信号と前記ノイズ信号との差分信号をそれぞれ出力する固体撮像装置において、
前記ｎ本の光信号側共通出力線と前記ｎ本のノイズ信号側共通出力線は並行に配され、これら２ｎ本の共通出力線の少なくとも４本の配列が第１の光信号側共通出力線、第１のノイズ信号側共通出力線、第２のノイズ信号側共通出力線、第２の光信号側共通出力線の順に配置され、
前記第１の光信号側共通出力線と前記第１のノイズ信号側共通出力線とが第１の差分出力手段に接続され、前記第２の光信号側共通出力線と前記第２のノイズ信号側共通出力線とが第２の差分出力手段に接続されることを特徴とする固体撮像装置。
【００５８】
（実施態様２）
前記２ｎ本の共通出力線の内の、隣接するノイズ信号側共通出力線間、もしくは隣接する光信号側共通出力線とノイズ信号側共通出力線との間に、又は前記２ｎ本の共通出力線の両外側部に、前記２ｎ本の共通出力線と同一配線層であって、且つ固定電位を供給したシールド配線を配置したことを特徴とする実施態様１に記載の固体撮像装置。
【００５９】
（実施態様３）
前記ｎは２であって、前記第１のノイズ信号側共通出力線と前記第２のノイズ信号側共通出力線と間、前記第１の光信号側共通出力線と前記第１のノイズ信号側共通出力線との間もしくは前記第２のノイズ信号側共通出力線と前記第２の光信号側共通出力線との間、又は前記第１の光信号側共通出力線と前記第２の光信号側共通出力線の両外側部に、４本の前記共通出力線と同一配線層であって、且つ固定電位を供給したシールド配線を配置したことを特徴とする実施態様１に記載の固体撮像装置。
【００６０】
（実施態様４）
前記ｎは３以上であって、前記第１の光信号側共通出力線、前記第１のノイズ信号側共通出力線、前記第２のノイズ信号側共通出力線、前記第２の光信号側共通出力線の順に配置された部分を一つの配列部としたとき、該配列部の少なくとも一方に隣接して光信号側共通出力線が配列され、
前記配列部に隣接して配される前記光信号側共通出力線と前記配列部の前記第１又は第２の光信号側共通出力線との間隔が、該配列部内の光信号及びノイズ信号側共通出力線の配置間隔に比べて広いことを特徴とする実施態様１又は２に記載の固体撮像装置。
【００６１】
（実施態様５）
ｎ個の前記差分出力手段の内の一の差分出力手段に接続される前記光信号側共通出力線と前記ノイズ信号側共通出力線とにそれぞれ前記光信号と前記ノイズ信号とを読み出すタイミングと、該一の差分出力手段に隣接する他の差分出力手段に接続される前記光信号側共通出力線と前記ノイズ信号側共通出力線とにそれぞれ前記光信号と前記ノイズ信号とを読み出すタイミングにおいて、該一の差分出力手段と該他の差分出力手段との間で位相をずらしたことを特徴とする実施態様１から４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００６２】
（実施態様６）
前記選択ラインの各光電変換素子から前記光信号と前記ノイズ信号をそれぞれ光信号保持容量とノイズ信号保持容量に保持し、複数の該光信号保持容量と複数の該ノイズ信号保持容量に保持された１行分の複数の前記光信号と複数の前記ノイズ信号を転送スイッチを介してそれぞれ前記ｎ本の光信号側共通出力線と前記ｎ本のノイズ信号側共通出力線に振り分けて読み出す実施態様１から５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００６３】
（実施態様７）
実施態様１から実施態様６のいずれかに記載の固体撮像装置と、第記固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプロセッサとを備えることを特徴とするカメラ。
【００６４】
（実施態様８）
実施態様１から実施態様６のいずれかに記載の固体撮像装置と、該固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプロセッサとを備えることを特徴とするカメラ制御システム。
【００６５】
（実施態様９）
複数の信号源の各信号源から第１信号と該第１信号よりも信号レベルの低い第２信号が出力され、複数の前記第１信号と複数の前記第２信号はそれぞれｎ本（ｎは２以上の自然数）の第１信号側共通出力線とｎ本の第２信号側共通出力線に振り分けて読み出され、前記第１信号側共通出力線と前記第２信号側共通出力線とが接続される差分出力手段のｎ個により、同一の信号源から出力される第１の信号と第２の信号との差分信号をそれぞれ出力する信号出力装置において、
前記ｎ本の第１信号側共通出力線と前記ｎ本の第２信号側共通出力線は並行に配され、これら２ｎ本の共通出力線の少なくとも４本の配列が第１の第１信号側共通出力線、第１の第２信号側共通出力線、第２の第２信号側共通出力線、第２の第１信号側共通出力線の順に配置され、
前記第１の第１信号側共通出力線と前記第１の第２信号側共通出力線とが第１の差分出力手段に接続され、前記第２の第１信号側共通出力線と前記第２の第２信号側共通出力線とが第２の差分出力手段に接続されることを特徴とする信号出力装置。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、固体撮像装置におけるノイズをチップサイズを増大させることなく低減すること、及び／又は、固体撮像装置におけるノイズを信号レベルを下げることなく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のＭＯＳ型センサの概略構成を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´ライン断面で見た共通出力配線部分の縦構造を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例の、図１のＡ−Ａ´ラインで見た共通出力配線部分の縦構造を示す図である。
【図４】本発明の第３実施例の、図１のＡ−Ａ´ラインで見た共通出力配線部分の縦構造を示す図である。
【図５】図１に示す固体撮像装置を組み込んだカメラの概略構成を示す図である。
【図６】従来のＭＯＳ型センサの概略構成を示す図である。
【図７】図６の従来のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。
【図８】従来のＭＯＳ型センサの共通出力線部分の等価回路図である。
【図９】カメラ制御システムを示す概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
１００ センサアレイ
１１０ 光電変換素子
１２０ 垂直シフトレジスタ回路
１３０ ラインメモリ回路
１４０ 水平シフトレジスタ回路
１５０ Ｓ−Ｎ読出し回路
１６０ 共通出力線
２１０ 第１の光信号側共通出力線（第１Ｓ出力線）
２２０ 第１のノイズ信号側共通出力線（第１Ｎ出力線）
２３０ 第２の光信号側共通出力線（第２Ｓ出力線）
２４０ 第２のノイズ信号側共通出力線（第２Ｎ出力線）
２５０，２６０，２９１，３１０ カップリング容量
２７０ シールド線
２８０ 第３の光信号側共通出力線（第３Ｓ出力線）
２９０ 第３のノイズ信号側共通出力線（第３Ｎ出力線）
３２０ 第１のリセットレベル保持容量Ｃｔ１ｎ
３３０ 転送ＳＷ
３４０ 第１のノイズ信号側共通出力線容量Ｃｈ１ｎ、
３５０ 第２の光信号側共通出力線容量Ｃｈ２ｓ
４００ 固体撮像装置
４１０ レンズユニット
４２０ プロセッサ
４３０ 記憶メディア
４４０ 表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に係り、複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの一ラインから、又は複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの複数ラインを順に選択し、選択されたラインから、光電変換素子の信号電荷（Ｓ）とリセットレベル（Ｎ）を順に光信号側共通出力線とノイズ信号側共通出力線を介して読み出し、差分信号を増幅して出力する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置は、ＣＣＤセンサとＭＯＳ型センサとに大別される。ＣＣＤセンサは、一般的には、ノイズが小さい点で優れているが、消費電力が大きいという欠点がある。他方、ＭＯＳ型センサは、ＣＣＤセンサに対して消費電力が格段に小さいという利点を有するが、一般的には、ノイズがやや大きいという欠点を有する。ただし、ＭＯＳ型センサにおけるノイズは低減される傾向にあり、将来はＣＣＤセンサと同等以上の性能が得られることが期待されている。
【０００３】
また、ＭＯＳ型センサにおいてはＭＯＳトランジスタを用いたさまざまな機能回路を内蔵することが比較的容易であるため、特許文献１の図７に示すように複数の読出し回路を内蔵して高速化を図るなどによって性能の向上が見られている。
【０００４】
図６は従来のＭＯＳ型センサの概略構成を示す図である。ＭＯＳ型センサでは、複数の光電変換素子１１０が２次元状に配列されたセンサアレイ１００と、センサアレイ１００から光電変換素子１１０の行を順次選択する垂直シフトレジスタ回路１２０と、選択行の光電変換素子１１０から光信号となる信号電荷（Ｓ）とノイズ信号となるリセットレベル（Ｎ）をそれぞれ保持しておく信号電荷保持容量Ｃｔｓとリセットレベル保持容量Ｃｔｎを含むラインメモリ回路１３０と、ラインメモリ回路１３０に保持された１行分の信号データの中から転送スイッチにより同時に２つずつ選択して、第１の光信号側共通出力線（以下、第１Ｓ出力線という）２１０と第１のノイズ信号側共通出力線（以下、第１Ｎ出力線という）２２０及び第２の光信号側共通出力線（以下、第２Ｓ出力線という）２３０と第２のノイズ信号側共通出力線（以下、第２Ｎ出力線という）２４０に転送するための水平シフトレジスタ回路１４０と、第１Ｓ出力線２１０からの光信号と第１Ｎ出力線２２０からのノイズ信号との第１の差分信号、及び第２Ｓ出力線２３０からの光信号と第２Ｎ出力線２４０からのノイズ信号との第２の差分信号をそれぞれ増幅して出力する第１及び第２の差信号（Ｓ−Ｎ）読出し回路１５０を有する。
【０００５】
第１の差信号読出し回路の出力端子（ｏｕｔ１）１７０から第１の差信号が出力され、第２の差信号読出し回路の出力端子（ｏｕｔ２）１８０から第２の差信号が出力される。第１Ｓ出力線２１０、第１Ｎ出力線２２０、第２Ｓ出力線２３０及び第２Ｎ出力線２４０は共通出力線１６０を構成する。
【０００６】
図６に示す従来のＭＯＳ型センサでのラインメモリ回路１３０から共通出力線１６０への読出しは、ラインメモリ回路１３０に含まれる保持容量Ｃｔと、共通出力線の主に接地点との間に生じる配線容量と共通出力線に接続されたＭＯＳスイッチのソース−ゲート間、ソース−バックゲート間容量で形成される容量Ｃｈとの容量分割比（Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃｈ））で決まるゲインによって行われる。つまり、光信号側共通出力線に容量分割比により決まるゲインにしたがって信号電荷（Ｓ）が読み出され、ノイズ信号側共通出力線に同じく容量分割比により決まるゲインにしたがってリセットレベル（Ｎ）が読み出され、両者の差分信号を出力する。ここで、両者の差分信号は、Ａ×（Ｖｓ×Ｃｔｓ／（Ｃｔｓ＋Ｃｈｓ）−Ｖｎ×Ｃｔｎ／（Ｃｔｎ＋Ｃｈｎ））で表される（Ａは増幅器の増幅率、Ｖｓは保持容量Ｃｔｓに蓄積された光信号レベル、Ｖｎは保持容量Ｃｔｎに蓄積されたリセットレベルを示す。）。
【０００７】
図７は図６に示す従来のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０は、図７に示すように第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｓ出力線２３０，第２Ｎ出力線２４０の順に配置されている。Ｃｈ１ｓは第１の光信号側共通出力線容量（以下、第１Ｓ出力線容量という）、Ｃｈ１ｎは第１のノイズ信号側共通出力線容量（以下、第１Ｎ出力線容量という）、Ｃｈ２ｓは第２の光信号側共通出力線容量（以下、第２Ｓ出力線容量という）、Ｃｈ２ｎは第２のノイズ信号側共通出力線容量（以下、第２Ｎ出力線容量という）を示す。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０９−２４６５１７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図６及び図７に示す従来のＭＯＳ型センサでは、共通出力線１６０の配置が第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｓ出力線２３０，第２Ｎ出力線２４０の順になっているため、第１Ｎ出力線２２０と第２Ｓ出力線２３０の２つの共通出力線間に形成されるカップリング容量Ｃｐ２５０によって発生するＳ−Ｎ読出し回路間クロストークは互いに異なる向きに作用することになり、Ｓ−Ｎ読出し回路間でのゲイン差、オフセット差等を誘発し、これらのゲイン差、オフセット差等が問題となる場合がある。
【００１０】
図８はこの問題をさらに詳述するための共通出力線部分の等価回路を示す。図８はカップリング容量Ｃｐ３１０、第１のリセットレベル保持容量Ｃｔ１ｎ３２０、転送スイッチ（ＳＷ）３３０、第１Ｎ出力線容量Ｃｈ１ｎ３４０、第２Ｓ出力線容量Ｃｈ２ｓ３５０からなり、第１のリセットレベル保持容量Ｃｔ１ｎ３２０と転送スイッチ３３０との結線部の電位をＶｃｔ１ｎ３６０、転送スイッチ３３０とカップリング容量Ｃｐ３１０との結線部の電位をＶｃｈ１ｎ３７０、カップリング容量Ｃｐ３１０と第２Ｓ出力線容量Ｃｈ２ｓ３５０との結線部の電位をＶｃｈ２ｓ３８０とする。
【００１１】
ここではカップリング容量Ｃｐ３１０を介して第１Ｎ出力線２２０から第２Ｓ出力線２３０に向かってクロストークによって電荷が注入される様子を説明する。読出し前の状態を時刻ｔ＝０とし、転送スイッチＳＷ３３０を活性化して共通出力線に読み出されるときを時刻ｔ＝ｔ１とする。各時刻での結線部の電位をＶｃｔ１ｎ（ｔ＝０）＝Ｖａ、Ｖｃｈ１ｎ（ｔ＝０）＝０、Ｖｃｈ２ｓ（ｔ＝０）＝０及び、Ｖｃｔ１ｎ（ｔ＝ｔ１）＝Ｖｃｈ１ｎ（ｔ＝ｔ１）＝Ｖｂ、Ｖｃｈ２ｓ（ｔ＝ｔ１）＝Ｖｃとすると、
【００１２】
【数１】
【数２】
【００１４】
【数３】
【００１５】
【数４】
【００１６】
【数５】
【００１７】
また、同様にして第２Ｓ出力線２３０から第１Ｎ出力線２２０に向かってクロストークによって電荷が注入される様子を考える。各時刻での結線部の電位をＶｃｔ２ｓ（ｔ＝０）＝Ｖａ´、Ｖｃｈ２ｓ（ｔ＝０）＝０、Ｖｃｈ１ｎ（ｔ＝０）＝０及び、Ｖｃｔ２ｓ（ｔ＝０）＝Ｖｃｈ２ｓ（ｔ＝０）＝Ｖｂ´、Ｖｃｈ１ｎ（ｔ＝０）＝Ｖｃ´とすると、
【００１８】
【数６】
【００１９】
続いて、差分信号を増幅して出力端子１７０、出力端子１８０に現れる出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２を考える。設計時において良好なＳ−Ｎ読出し回路を実現するにはＣｔｓ＝Ｃｔｎ、Ｃｈｓ＝Ｃｈｎであることが重要である。そこでここではＣｔ１ｓ＝Ｃｔ１ｓ＝Ｃｔ２ｓ＝Ｃｔ２ｎ＝Ｃｔ、Ｃｈ１ｓ＝Ｃｈ１ｎ＝Ｃｈ２ｓ＝Ｃｈ２ｓ＝Ｃｈ、時刻ｔ＝０のときの結線部の電位をＶｃｔ１ｓ（ｔ＝０）＝Ｖ１ｓ、Ｖｃｔ１ｎ（ｔ＝０）＝Ｖ１ｎ、Ｖｃｔ２ｓ（ｔ＝０）＝Ｖ２ｓ、Ｖｃｔ２ｎ（ｔ＝０）＝Ｖ２ｎとしてＶｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２を見積もると、
【００２０】
【数７】
【００２１】
これまではこれらＳ−Ｎ読出し回路間クロストークを軽減する手段として（１）．共通出力線間の配線間隔を広く取る。（２）．共通出力線間に接地電位を供給したシールド配線等の対策が考えられたが、（１）．共通出力配線に配置領域がかなり大きくなりチップサイズが増大する。（２）．ＣｔとＣｈの容量分割比ゲインが下がり、信号レベルが下がるため相対的にＳ／Ｎが悪化する。等の問題が依然として残っていた。
【００２２】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、例えば、固体撮像装置におけるノイズをチップサイズを増大させることなく低減すること、及び／又は、固体撮像装置におけるノイズを信号レベルを下げることなく低減することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの一ラインから又は複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの複数ラインを順に選択し、その選択されたラインから、各光電変換素子の光信号とノイズ信号が出力され、出力された複数の該光信号と複数の該ノイズ信号をそれぞれｎ本（ｎは２以上の自然数）の光信号側共通出力線とｎ本のノイズ信号側共通出力線に振り分けて読み出し、前記光信号側共通出力線と前記ノイズ信号側共通出力線とが接続される差分出力手段のｎ個により、同一の光電変換素子から出力される前記光信号と前記ノイズ信号との差分信号をそれぞれ出力する固体撮像装置において、
前記ｎ本の光信号側共通出力線と前記ｎ本のノイズ信号側共通出力線は並行に配され、これら２ｎ本の共通出力線の少なくとも４本の配列が第１の光信号側共通出力線、第１のノイズ信号側共通出力線、第２のノイズ信号側共通出力線、第２の光信号側共通出力線の順に配置され、
前記第１の光信号側共通出力線と前記第１のノイズ信号側共通出力線とが第１の差分出力手段に接続され、前記第２の光信号側共通出力線と前記第２のノイズ信号側共通出力線とが第２の差分出力手段に接続されることを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２５】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置としてのＭＯＳ型センサの概略構成を示すブロック図である。なお図６と同一構成部材については同一符号を付する。図１の構成においては、第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０との配置が図６の構成と比べて逆になっている。
【００２６】
ＭＯＳ型センサでは複数の光電変換素子１１０が２次元状に配列されたセンサアレイ１００と、センサアレイ１００から行を順次選択する垂直シフトレジスタ回路１２０と、選択行の光電変換素子１１０から信号電荷（Ｓ）とリセットレベル（Ｎ）をそれぞれ保持しておく信号電荷保持容量Ｃｔｓとリセットレベル保持容量Ｃｔｎを含むラインメモリ回路１３０と、ラインメモリ回路１３０に保持された１行分の信号データの中から同時に２つずつ選択して第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０に接続する水平シフトレジスタ回路１４０と、第１Ｓ出力線２１０からの光信号と第１Ｎ出力線２２０からのノイズ信号との第１の差分信号、及び第２Ｓ出力線２３０からの光信号と第２Ｎ出力線２４０からのノイズ信号との第２の差分信号をそれぞれ増幅して出力する第１及び第２の差信号（Ｓ−Ｎ）読出し回路１５０を有する。
【００２７】
第１の差信号読出し回路の出力端子（ｏｕｔ１）１７０から第１の差信号が出力され、第２の差信号読出し回路の出力端子（ｏｕｔ２）１８０から第２の差信号が出力される。第１Ｓ出力線２１０、第１Ｎ出力線２２０、第２Ｓ出力線２３０及び第２Ｎ出力線２４０は共通出力線１６０を構成する。
【００２８】
図１に示す本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置としてのＭＯＳ型センサでのラインメモリ回路１３０から共通出力線１６０への読出しはラインメモリ回路１３０に含まれる保持容量Ｃｔと共通出力線の主に接地点との間に生じる配線容量と共通出力線に接続されたＭＯＳスイッチのソース−ゲート間、ソース−バックゲート間容量で形成される容量Ｃｈとの容量分割比（Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃｈ））で決まるゲインによって行われる。つまり、光信号側共通出力線に容量分割比ゲインにしたがって信号電荷（Ｓ）が読み出され、ノイズ信号側共通出力線に同じく容量分割比にしたがってリセットレベル（Ｎ）が読み出され、両者の差分信号を出力する。ここで、両者の差分信号は、Ａ×（Ｖｓ×Ｃｔｓ／（Ｃｔｓ＋Ｃｈｓ）−Ｖｎ×Ｃｔｎ／（Ｃｔｎ＋Ｃｈｎ））で表される（Ａは増幅器の増幅率、Ｖｓは保持容量Ｃｔｓに蓄積された光信号レベル、Ｖｎは保持容量Ｃｔｎに蓄積されたリセットレベルを示す。）。
【００２９】
図２は図１のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０は図２に示すように第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０の順に配置されている。Ｃｈ１ｓは第１Ｓ出力線容量、Ｃｈ１ｎは第１Ｎ出力線容量、Ｃｈ２ｎは第２Ｎ出力線容量、Ｃｈ２ｓは第２Ｓ出力線容量を示す。
【００３０】
図１もしくは図２に示すＭＯＳ型センサでは、共通出力線１６０の配置が第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０の順になっているため、第１Ｎ出力線２２０と第２Ｎ出力線２４０の２つの共通出力線間に形成されるカップリング容量Ｃｐ２６０によって発生するＳ−Ｎ読出し回路間クロストークを見積もると、
【００３１】
【数８】
【００３２】
また、リセットレベルのみがクロストークするため、光電変換素子で発生する信号電荷の大きさによらず常に一定量（α×Ｖｎ）だけでありＳ−Ｎ読出し回路によらず全体にわずかなオフセット（α×Ｖｎ）が発生するが容易に補正することができる。
【００３３】
また、図１に示す本発明の好適な実施の形態によれば水平シフトレジスタ回路１４０によって選択される２つのラインメモリ回路１３０に保持された信号データが位相をずらしたタイミングで選択されるものであり、後段の信号処理で合成され、２つのＳ−Ｎ読出し回路１５０を一線化して出力される場合においても同様の効果が期待できる。すなわち、２つのＳ−Ｎ読出し回路１５０の出力を共通接続して一線化しても、２つのＳ−Ｎ読出し回路間で位相をずらして出力されるので、信号が重複することはない。
【００３４】
（第２の実施例）
図３は本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置として、図１のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０は図に示すように第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０の順に配置されているとともに、各共通出力配線１６０間に接地電位等の固定電位を供給したシールド配線２７０を配置した構成を示している。
【００３５】
図３に示す本発明の好適な実施の形態によればカップリング容量として最も支配的な部分な共通出力配線間の対向面をシールド配線で遮断することにより、クロストークを軽減する効果が期待できる。
【００３６】
（第３の実施例）
図４は本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置として、図１のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０及び第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０及び第３光信号側共通出力線（以下、第３Ｓ出力線という）２８０と第３ノイズ信号側共通出力線（以下、第３Ｎ出力線という）２９０は図に示すように第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０，第３Ｓ出力線２８０，第３Ｎ出力線２９０の順に配置されている。
【００３７】
そして、第１Ｓ出力線２１０，第１Ｎ出力線２２０，第２Ｎ出力線２４０，第２Ｓ出力線２３０の計４本の共通出力線の配置間隔および第３Ｓ出力線２８０，第３Ｎ出力線２９０の計２本の共通出力線の配置間隔に比べて、第２Ｓ出力線２３０，第３Ｓ出力線２８０の配置間隔のほうが広い間隔である構成を示している。Ｃｈ３ｓは第３光信号側共通出力線容量、Ｃｈ３ｎは第３ノイズ信号側共通出力線容量を示す。
【００３８】
図４に示すＭＯＳ型センサでは、第２Ｓ出力線２３０と第３Ｓ出力線２８０の２つの共通出力線間に形成されるカップリング容量Ｃｐ２９１によって発生するＳ−Ｎ読出し回路間クロストークを見積もると、
【００３９】
【数９】
【００４０】
図４に示す本発明の好適な実施の形態によれば光信号側同士の共通出力線がとなりあう配置箇所は他の配線は位置間隔より広げることでカップリング容量Ｃｐ２９１の絶対値を軽減することができるため、クロストークを軽減する効果が期待できる。
【００４１】
なお、以上説明した各実施例では、複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイを複数ライン配した２次元のセンサについて説明したがラインセンサにも本発明を適用することができる。
【００４２】
また共通出力線は４本の場合を示したが、共通出力線は２ｎ本（ｎは２以上の自然数；すなわち、ｎ＝２，３，４，・・・）設けることができる。
【００４３】
（第４の実施例）
図５は、図１に示す固体撮像装置を組み込んだカメラの概略構成を示す図である。なお、このカメラは、銀塩カメラに対立する概念として、一般的に電子カメラと呼ばれ、これにはスチルカメラ、ムビーカメラ、又は、それらの機能を混載したカメラ等が含まれる。また、このカメラは、例えば、パーソナルコンピュータや携帯端末等の情報処理装置にその一部として組み込まれてもよい。
【００４４】
固定式又は交換式のレンズユニット４１０により被写体像が固体撮像装置４００上に結ばれる。固体撮像装置４００の出力は、プロセッサ（画像処理部）４２０に供給される。
【００４５】
プロセッサ４２０は、固体撮像装置４００から供給される信号に画像処理を施して表示装置４４０に供給したり、記憶メディア４３０に記録したりする。表示装置４４０は、撮影・再生に関する各種の情報を表示する情報提供部として、及び、ビューファインダーとして機能しうる。
【００４６】
なお、このカメラは、典型的には露出調整機能や焦点調節機能等を備える。これらの機能は周知の技術に基づいて設計することができるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４７】
図９に基づいて、本発明の固体撮像素子を用いたカメラを有するカメラ制御システムについて詳述する。
【００４８】
図９は、カメラ制御システムを示す概略構成ブロック図である。１０は映像データおよびカメラ制御情報（ステータス情報も含む）をデジタル伝送するネットワークであり、ｎ台の映像送信端末１２（１２―１〜１２―ｎ）が接続している。
【００４９】
各映像送信端末１２（１２―１〜１２―ｎ）には、カメラ制御装置１４（１４―１〜１４―ｎ）を介してカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）が接続されている。カメラ制御装置１４（１４―１〜１４―ｎ）は、映像送信端末１２ビデオカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）からの制御信号に従い、接続するビデオカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）のパン、チルト、ズーム、フォーカス及び絞りなどを制御する。
【００５０】
また、ビデオカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）は、カメラ制御装置１４（１４―１〜１４―ｎ）から電源が供給されており、カメラ制御装置１４（１４―１〜１４―ｎ）は、外部からの制御信号に従い、ビデオカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）の電源のＯＮ／ＯＦＦが制御される。
【００５１】
また、ネットワーク１０には、映像送信端末１２（１２―１〜１２―ｎ）からネットワーク１０に送出された映像情報を受信し、表示する映像受信端末１８（１８―１〜１８―ｍ）が接続されている。各映像受信端末１８（１８―１〜１８―ｍ）には、ビットマップディスプレイあるいはＣＲＴなどで構成されるモニタ２０（２０―１〜２０―ｍ）が接続されている。
【００５２】
ここで、ネットワーク１０は、有線である必要はなく、無線ＬＡＮ装置などを利用した無線ネットワークでもよい。この場合、映像受信端末１８は、モニタ２００と一体化して携帯型の映像受信端末装置とすることができる。
映像送信端末１２（１２―１〜１２―ｎ）は、接続するカメラ１６（１６―１〜１６―ｎ）の出力映像信号をＨ．２６１などの所定の圧縮方式で圧縮し、ネットワーク１０を介して、映像要求元の映像受信端末１８またはすべての映像受信端末１８に送信する。
【００５３】
映像受信端末１８は、ネットワーク１０、映像送信端末１２及びカメラ制御装置１４を介して任意のカメラ１６の種々のパラメータ（撮影方位、撮影倍率、フォーカス及び絞りなど）とともに、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能である。ここで、映像送信端末１２は、モニタを接続し、圧縮映像を伸長する映像伸長装置を設けることで、映像受信端末として兼用することができる。一方、映像受信端末１８は、カメラ制御装置１４およびビデオカメラ１６を接続し、映像圧縮装置を設けることで、映像送信端末として兼用することができる。これらの端末には、映像送信または映像受信に必要なソフトウエアを記録するＲＯＭが備えられている。
【００５４】
以上の構成によって、映像送信端末１２は、ネットワーク１０を経由して遠隔地の映像受信端末１８に映像信号を伝送するとともに、映像受信端末１８から伝送されるカメラ制御信号を受けて、カメラ１６のパン、チルトなどの制御を実行する。
【００５５】
また、映像受信端末１８は、映像送信端末１２にカメラ制御信号を発信し、カメラ制御信号を受信した映像送信端末１２は、そのカメラ制御信号の内容に応じてカメラ１６を制御するとともに、そのカメラ１６の現在の状態を返送する。
映像受信端末１８は、映像送信端末１２から送られてくる映像データを受信し、所定の処理を施してモニタ１４０の表示画面上に撮影映像をリアルタイムに表示する。
【００５６】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明の好適な実施の態様は以下に説明する態様である。本発明の好適な実施態様には固体撮像装置が組み込まれたカメラ及び情報処理装置を含む。
【００５７】
（実施態様１）
複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの一ラインから又は複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの複数ラインを順に選択し、その選択されたラインから、各光電変換素子の光信号とノイズ信号が出力され、出力された複数の光信号と複数のノイズ信号はそれぞれｎ本（ｎは２以上の自然数）の光信号側共通出力線とｎ本のノイズ信号側共通出力線に振り分けて読み出され、前記光信号側共通出力線と前記ノイズ信号側共通出力線とが接続される差分出力手段のｎ個により、同一の光電変換素子から出力される前記光信号と前記ノイズ信号との差分信号をそれぞれ出力する固体撮像装置において、
前記ｎ本の光信号側共通出力線と前記ｎ本のノイズ信号側共通出力線は並行に配され、これら２ｎ本の共通出力線の少なくとも４本の配列が第１の光信号側共通出力線、第１のノイズ信号側共通出力線、第２のノイズ信号側共通出力線、第２の光信号側共通出力線の順に配置され、
前記第１の光信号側共通出力線と前記第１のノイズ信号側共通出力線とが第１の差分出力手段に接続され、前記第２の光信号側共通出力線と前記第２のノイズ信号側共通出力線とが第２の差分出力手段に接続されることを特徴とする固体撮像装置。
【００５８】
（実施態様２）
前記２ｎ本の共通出力線の内の、隣接するノイズ信号側共通出力線間、もしくは隣接する光信号側共通出力線とノイズ信号側共通出力線との間に、又は前記２ｎ本の共通出力線の両外側部に、前記２ｎ本の共通出力線と同一配線層であって、且つ固定電位を供給したシールド配線を配置したことを特徴とする実施態様１に記載の固体撮像装置。
【００５９】
（実施態様３）
前記ｎは２であって、前記第１のノイズ信号側共通出力線と前記第２のノイズ信号側共通出力線と間、前記第１の光信号側共通出力線と前記第１のノイズ信号側共通出力線との間もしくは前記第２のノイズ信号側共通出力線と前記第２の光信号側共通出力線との間、又は前記第１の光信号側共通出力線と前記第２の光信号側共通出力線の両外側部に、４本の前記共通出力線と同一配線層であって、且つ固定電位を供給したシールド配線を配置したことを特徴とする実施態様１に記載の固体撮像装置。
【００６０】
（実施態様４）
前記ｎは３以上であって、前記第１の光信号側共通出力線、前記第１のノイズ信号側共通出力線、前記第２のノイズ信号側共通出力線、前記第２の光信号側共通出力線の順に配置された部分を一つの配列部としたとき、該配列部の少なくとも一方に隣接して光信号側共通出力線が配列され、
前記配列部に隣接して配される前記光信号側共通出力線と前記配列部の前記第１又は第２の光信号側共通出力線との間隔が、該配列部内の光信号及びノイズ信号側共通出力線の配置間隔に比べて広いことを特徴とする実施態様１又は２に記載の固体撮像装置。
【００６１】
（実施態様５）
ｎ個の前記差分出力手段の内の一の差分出力手段に接続される前記光信号側共通出力線と前記ノイズ信号側共通出力線とにそれぞれ前記光信号と前記ノイズ信号とを読み出すタイミングと、該一の差分出力手段に隣接する他の差分出力手段に接続される前記光信号側共通出力線と前記ノイズ信号側共通出力線とにそれぞれ前記光信号と前記ノイズ信号とを読み出すタイミングにおいて、該一の差分出力手段と該他の差分出力手段との間で位相をずらしたことを特徴とする実施態様１から４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００６２】
（実施態様６）
前記選択ラインの各光電変換素子から前記光信号と前記ノイズ信号をそれぞれ光信号保持容量とノイズ信号保持容量に保持し、複数の該光信号保持容量と複数の該ノイズ信号保持容量に保持された１行分の複数の前記光信号と複数の前記ノイズ信号を転送スイッチを介してそれぞれ前記ｎ本の光信号側共通出力線と前記ｎ本のノイズ信号側共通出力線に振り分けて読み出す実施態様１から５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００６３】
（実施態様７）
実施態様１から実施態様６のいずれかに記載の固体撮像装置と、第記固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプロセッサとを備えることを特徴とするカメラ。
【００６４】
（実施態様８）
実施態様１から実施態様６のいずれかに記載の固体撮像装置と、該固体撮像装置によって撮像された画像を処理するプロセッサとを備えることを特徴とするカメラ制御システム。
【００６５】
（実施態様９）
複数の信号源の各信号源から第１信号と該第１信号よりも信号レベルの低い第２信号が出力され、複数の前記第１信号と複数の前記第２信号はそれぞれｎ本（ｎは２以上の自然数）の第１信号側共通出力線とｎ本の第２信号側共通出力線に振り分けて読み出され、前記第１信号側共通出力線と前記第２信号側共通出力線とが接続される差分出力手段のｎ個により、同一の信号源から出力される第１の信号と第２の信号との差分信号をそれぞれ出力する信号出力装置において、
前記ｎ本の第１信号側共通出力線と前記ｎ本の第２信号側共通出力線は並行に配され、これら２ｎ本の共通出力線の少なくとも４本の配列が第１の第１信号側共通出力線、第１の第２信号側共通出力線、第２の第２信号側共通出力線、第２の第１信号側共通出力線の順に配置され、
前記第１の第１信号側共通出力線と前記第１の第２信号側共通出力線とが第１の差分出力手段に接続され、前記第２の第１信号側共通出力線と前記第２の第２信号側共通出力線とが第２の差分出力手段に接続されることを特徴とする信号出力装置。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、固体撮像装置におけるノイズをチップサイズを増大させることなく低減すること、及び／又は、固体撮像装置におけるノイズを信号レベルを下げることなく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のＭＯＳ型センサの概略構成を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´ライン断面で見た共通出力配線部分の縦構造を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例の、図１のＡ−Ａ´ラインで見た共通出力配線部分の縦構造を示す図である。
【図４】本発明の第３実施例の、図１のＡ−Ａ´ラインで見た共通出力配線部分の縦構造を示す図である。
【図５】図１に示す固体撮像装置を組み込んだカメラの概略構成を示す図である。
【図６】従来のＭＯＳ型センサの概略構成を示す図である。
【図７】図６の従来のＭＯＳ型センサのＡ−Ａ´ラインで見た共通出力線部分の縦構造を示す図である。
【図８】従来のＭＯＳ型センサの共通出力線部分の等価回路図である。
【図９】カメラ制御システムを示す概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
１００ センサアレイ
１１０ 光電変換素子
１２０ 垂直シフトレジスタ回路
１３０ ラインメモリ回路
１４０ 水平シフトレジスタ回路
１５０ Ｓ−Ｎ読出し回路
１６０ 共通出力線
２１０ 第１の光信号側共通出力線（第１Ｓ出力線）
２２０ 第１のノイズ信号側共通出力線（第１Ｎ出力線）
２３０ 第２の光信号側共通出力線（第２Ｓ出力線）
２４０ 第２のノイズ信号側共通出力線（第２Ｎ出力線）
２５０，２６０，２９１，３１０ カップリング容量
２７０ シールド線
２８０ 第３の光信号側共通出力線（第３Ｓ出力線）
２９０ 第３のノイズ信号側共通出力線（第３Ｎ出力線）
３２０ 第１のリセットレベル保持容量Ｃｔ１ｎ
３３０ 転送ＳＷ
３４０ 第１のノイズ信号側共通出力線容量Ｃｈ１ｎ、
３５０ 第２の光信号側共通出力線容量Ｃｈ２ｓ
４００ 固体撮像装置
４１０ レンズユニット
４２０ プロセッサ
４３０ 記憶メディア
４４０ 表示装置
Claims (1)
- 複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの一ラインから又は複数の光電変換素子が配列されたセンサアレイの複数ラインを順に選択し、その選択されたラインから、各光電変換素子の光信号とノイズ信号が出力され、出力された複数の該光信号と複数の該ノイズ信号をそれぞれｎ本（ｎは２以上の自然数）の光信号側共通出力線とｎ本のノイズ信号側共通出力線に振り分けて読み出し、前記光信号側共通出力線と前記ノイズ信号側共通出力線とが接続される差分出力手段のｎ個により、同一の光電変換素子から出力される前記光信号と前記ノイズ信号との差分信号をそれぞれ出力する固体撮像装置において、
前記ｎ本の光信号側共通出力線と前記ｎ本のノイズ信号側共通出力線は並行に配され、これら２ｎ本の共通出力線の少なくとも４本の配列が第１の光信号側共通出力線、第１のノイズ信号側共通出力線、第２のノイズ信号側共通出力線、第２の光信号側共通出力線の順に配置され、
前記第１の光信号側共通出力線と前記第１のノイズ信号側共通出力線とが第１の差分出力手段に接続され、前記第２の光信号側共通出力線と前記第２のノイズ信号側共通出力線とが第２の差分出力手段に接続されることを特徴とする固体撮像装置。
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