JP2010147057A

JP2010147057A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2010147057A
Application number: JP2008319422A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Komai; 敦駒井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】開口率を維持しつつ各画素に接地電位を供給する接地線のインピーダンスを低減可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置に、２次元状に配置され、光を電気信号に変換する光電変換部を有する画素と、２次元状の画素の配置における各列に対応して配置され、対応する列に配置された各画素に接地電位を供給する列方向接地線と、列方向接地線とは別の配線層に配置され、各列に対応する列方向接地線を相互に接続する行方向接地線とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

ビデオカメラや電子カメラなどに搭載されているＣＭＯＳ型の撮像装置は、入射光の光量に応じた電荷を蓄積する光電変換部を有する複数の画素がＮ行×Ｍ列の二次元マトリクス状に配置されている。また、撮像装置には、各画素に含まれる光電変換部に蓄積された電荷を電気信号として出力するためのトランジスタや、これらから出力される電気信号を行毎に読み出すための垂直信号線と垂直走査回路および行方向に列順に撮像装置の外部に電気信号を出力するための水平出力回路が集積されている(例えば、特許文献１参照)。

上述した各画素の光電変換部に対応して設けられたトランジスタや垂直信号線から信号を読み出すための様々な回路に接地電位を供給するために、撮像装置には、例えば、垂直信号線と平行して接地線(ＧＮＤ線)が設けられている。
特開平１１−１９６３３１号公報

ところで、上述したように、垂直信号線と平行して設けられた接地線によって撮像装置に含まれる光電変換部やトランジスタなどに接地電位(グランドレベル)を供給する構成では、接地線がほぼＮ行×Ｍ列の二次元マトリクス状に配置された画素の並びの長さに匹敵する長さを持つことになる。このため、接地線の両端部の電位を接地電位に固定したとしても、接地線自体が持つ抵抗のために、例えば、接地線の中央部付近の電位がわずかながらも接地電位からずれてしまう場合がある。

そして、このようにして接地線電位と接地電位との間のずれが生じると、高輝度の被写体を撮影した際に、高輝度被写体の像の両側に白スミアを発生させてしまう場合がある。

このような接地線における位置に対応する電位の接地電位からのずれは、例えば、撮像装置を構成する集積回路において接地線の幅を広くするなどして接地線のインピーダンスを低減することで抑制することが可能である。しかしながら、単純に接地線の幅を広くしたのでは、撮像装置の受光面の面積に対して個々の画素に備えられる光電変換部で有効に光電変換が行われる部分の面積の総和が占める割合(開口率)が低下してしまう。

本発明は、開口率を維持しつつ各画素に接地電位を供給する接地線のインピーダンスを低減可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上述した目的は、以下に開示する撮像装置によって達成することができる。

第１の観点の撮像装置は、２次元状に配置され、光を電気信号に変換する光電変換部を有する画素と、２次元状の画素の配置における各列に対応して配置され、対応する列に配置された各画素に接地電位を供給する列方向接地線と、列方向接地線とは別の配線層に配置され、各列に対応する列方向接地線を相互に接続する行方向接地線とを備える。

上述した構成の撮像装置では、列方向接地線を別の配線層に配置した行方向接地線によって互いに接続してメッシュ状の接地線を形成することにより、開口率を維持しつつ、接地線のインピーダンスを格段に低減することができる。これにより、各画素に接続される接地線の電位と接地電位とのずれを解消し、白スミアの発生を抑制することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に、撮像装置の一実施形態を示す。

図１に示した撮像装置１０１は、Ｍ×Ｎ個の画素Ｐ(ｉ，ｊ)(ｉ＝１〜Ｍ，ｊ＝１〜Ｎ)がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配置された撮像部１０２と、垂直信号線ＶＬＩＮＥ(ｊ)( ｊ＝１〜Ｎ)と、定電流源回路１０３と、垂直走査回路１０４と、読み出し回路１０５とを備える。

各画素Ｐ(ｉ，ｊ)から読み出される信号は、それぞれの列に対応する垂直信号線ＶＬＩＮＥ(ｊ)に読み出され、読み出し回路１０５を介して出力される。このとき、垂直走査回路１０４は、画素Ｐ(ｉ，ｊ)の信号を行単位で各列毎に配置された垂直信号線ＶＬＩＮＥ(ｊ)に読み出すためのタイミング信号を出力する。例えば、ｉ行目の読み出しの際に、垂直走査回路１０４により、画素Ｐ(ｉ，１)から画素Ｐ(ｉ，Ｎ)までのＮ列全ての画素に、タイミング信号φＳＥＬ(ｉ)，タイミング信号φＲＥＳ(ｉ)，タイミング信号φＴＸ(ｉ)が与えられる。

尚、各画素Ｐ(ｉ，ｊ)の接地は、各列毎に列方向に配置された画素接地線ＰＧＮＤ(ｊ)に接続される。これらの画素接地線ＰＧＮＤ(ｊ)は、例えば、上述した撮像部１０２の外側に行方向に配置された接地線(ＶＧＮＤ)１０６ａ，１０６ｂに接続され、これらの接地線１０６ａ，１０６ｂを介して接地電位への固定が行われる。

以下、上述した各列の画素接地線ＰＧＮＤ(ｊ)を行方向に互いに接続してメッシュ状の接地線を形成する方法について詳細に説明する。

図２に、撮像装置の実施形態の要部構成を示す。

図２において、第ｉ−１行の第ｊ列および第ｊ＋１列の画素Ｐ(ｉ−１，ｊ)，Ｐ(ｉ−１，ｊ＋１) および第ｉ行の第ｊ列および第ｊ＋１列の画素Ｐ(ｉ，ｊ)，Ｐ(ｉ，ｊ＋１)に含まれる光電変換素子(フォトダイオード：ＰＤ) ＰＤ(ｉ，ｊ)を矩形で示した。

また、上述したＰＤの周囲に形成される第１層の金属配線パターンの輪郭を破線で示し、白抜きの四角で金属配線パターンに設けられたコンタクトホールを示した。一方、第２層の金属配線パターンとの間に形成される絶縁膜に設けられるスルーホールは、四角とバツ印を組み合わせた符号を用いて示した。

図２に示した例では、第１層の金属配線パターンでは、画素の列方向の並びに沿って垂直信号線ＶＬＩＮＥ(ｊ)、ＶＬＩＮＥ(ｊ＋１)が配置されており、また、これらに平行して、網掛けを付して示した列方向の画素接地線ＰＧＮＤｖ(ｊ)、ＰＧＮＤｖ(ｊ＋１)が配置されている。

これらの列方向の画素接地線ＰＧＮＤｖ(ｊ)は、対応する列に並んで配置されているＭ個のＰＤにそれぞれ対応する分岐部を備えている。図２に示した例では、ＰＤ(ｉ，ｊ)、ＰＤ(ｉ，ｊ＋１)，ＰＤ(ｉ−１，ｊ)，ＰＤ(ｉ−１，ｊ＋１)に対応して、上述した列方向の画素接地線ＰＧＮＤｖ(ｊ)、ＰＧＮＤｖ(ｊ＋１)から行の並び方向に分岐し、垂直信号線ＶＬＩＮＥ（ｊ）の手前でＬ字型に屈曲した形状を持つ分岐部(ｉ，ｊ)、分岐部(ｉ，ｊ＋１)，分岐部(ｉ−１，ｊ)，分岐部(ｉ−１，ｊ＋１)が配置されている。

これらの分岐部の端部と隣接する列方向の画素接地線とを結ぶように、例えば、第２層の金属配線パターンにおいて、図２に太い実線で示す概略Ｌ字型の行方向の画素接地線を配置し、この行方向の画素接地線と列方向の画素接地線とが重なり合った箇所にスルーホールを設けることにより、隣接する列方向の画素接地線を互いに接続することができる。

図２においては、列方向の画素接地線ＰＧＮＤｖ(ｊ)に備えられた分岐部(ｉ，ｊ)、分岐部(ｉ−１，ｊ)が、行方向の画素接地線ＰＧＮＤｈ(ｉ，ｊ)、ＰＧＮＤｈ(ｉ−１，ｊ)を介して、隣接する列方向の画素接地線ＰＧＮＤｖ(ｊ−１)に接続され、また、列方向の画素接地線ＰＧＮＤｖ(ｊ＋１)に備えられた分岐部(ｉ，ｊ＋１)，分岐部(ｉ−１，ｊ＋１)が、行方向の画素接地線ＰＧＮＤｈ(ｉ，ｊ＋１)、ＰＧＮＤｈ(ｉ−１，ｊ＋１) を介して、隣接する列方向の画素接地線ＰＧＮＤｖ(ｊ)に接続されている。

また、図３に網掛けを付して示すように、第２層の金属配線パターンにおいて、上述した形状の行方向の画素接地線ＰＧＮＤｈ(ｉ，ｊ)、ＰＧＮＤｈ(ｉ−１，ｊ)，ＰＧＮＤｈ(ｉ，ｊ＋１)およびＰＧＮＤｈ(ｉ−１，ｊ＋１)は、図３に細い破線で輪郭を示したＰＤとタイミング信号線ＴＸ(ｉ)およびタイミング信号線ＲＳＴ(ｉ)との間の領域に配置することが可能である。また、図２に示した各列方向の画素接地線(ｊ)に設けた分岐部も、ＰＤの配置領域およびＰＤから信号を取り出すために設けられる各トランジスタの端子間を接続する配線パターンが配置される領域を避けて配置することが可能である。

以上に説明したように、第１層の金属配線パターンにおいて列方向の画素接地線と平行して配置される垂直信号線ＶＬＩＮＥ(ｊ)を跨ぐように、第２層の金属配線パターンにおいて行方向の画素接地線を配置することにより、撮像装置における配線パターンが配置される領域を増大させることなく、メッシュ状の画素接地線を実現することができる。

これにより、撮像装置における開口率を維持しつつ、画素接地線のインピーダンスの低減を図り、各画素に接続される位置での画素接地線の電位と接地電位とのずれを解消して、白スミアの発生を抑制することが可能となる。

なお、各列方向の画素接地線の形状やこれらに対応する各行方向の画素接地線の形状は、隣接する列方向の画素接地線をこれらの列方向の画素接地線が配置されている配線層とは別の配線層に配置される行方向の画素接地線を用いて接続するものであれば、如何なるものでもよい。

例えば、列方向に伸びる直線的な形状の各列方向の画素接地線を、各列の画素の配置幅に相当する長さを行方向に有する直線状の行方向の画素接地線によって互いに接続し、メッシュ状の画素接地線を形成することもできる。

撮像装置の概略構成を示す図である。撮像装置の実施形態の要部構成を示す図である。第２層の金属配線パターンを示す図である。

符号の説明

１０１…撮像装置、１０２…撮像部、１０３…定電流源回路、１０４…垂直走査回路、１０５…読み出し回路、１０６ａ，１０６ｂ…接地線(ＶＧＮＤ)。

Claims

２次元状に配置され、光を電気信号に変換する光電変換部を有する画素と、
前記２次元状の画素の配置における各列に対応して配置され、対応する列に配置された前記各画素に接地電位を供給する列方向接地線と、
前記列方向接地線とは別の配線層に配置され、各列に対応する前記列方向接地線を相互に接続する行方向接地線と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記列方向接地線は、対応する列の並び方向に平行して配置される平行配線と、前記平行配線から分岐し、前記列に含まれる各画素の間に突き出した分岐部とを有し、
前記行方向接地線は、前記各列に対応する前記列方向接地線の前記分岐部と当該列に隣接する別の列に対応する列方向接地線の前記平行配線とを接続する
ことを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記列方向接地線は、前記各画素の光電変換部によって生成された電気信号を読み出すために前記列方向に並ぶ各画素に接続された読み出し信号線と同一の配線層において平行して配置され、
前記行方向接地線は、前記各列に対応する前記列方向接地線と当該列に隣接する列に対応する前記列方向接地線とを前記読み出し信号線を跨いで接続する
ことを特徴とする撮像装置。