JP5004775B2

JP5004775B2 - 撮像装置及び撮像システム

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Inventors: 秀央小林; 哲伸光地; 洋史戸塚
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Description

本発明は、撮像装置及び撮像システムに関する。

ＭＯＳ型センサなどの撮像装置は、複数の画素が配列された画素配列と、その画素配列から信号を読み出すとともに複数の信号を出力する読み出し部と、読み出し部から出力された複数の信号に応じて画像信号を求めて出力する出力部とを備える。この出力部は、相関２重サンプリング（ＣｏｒｒｅｌａｔｅｄＤｏｕｂｌｅＳａｍｐｌｉｎｇ；以下、ＣＤＳと略す）処理を行う。

読み出し部は、画素配列の各列の画素の光信号とノイズ信号とを異なるタイミングで読み出して、両者を一時的にそれぞれラインメモリに保持する。その読み出し部は、ラインメモリに保持された光信号とノイズ信号とを、それぞれ、出力部における光信号用の出力線（以下、Ｓ出力線とする）とノイズ信号用の出力線（以下、Ｎ出力線とする）とへ出力する。読み出し部は、このような動作を各列について順次に行う。

出力部では、Ｓ出力線とＮ出力線との後段に設けられた差分回路が、Ｓ出力線に転送された光信号とＮ出力線に転送されたノイズ信号との差分を演算する（ＣＤＳ処理を行う）ことにより、各列の画素の画像信号を順次に求める。

ここで、第１の列の画素から光信号とノイズ信号とがそれぞれ第１Ｓ出力線と第１Ｎ出力線とへ出力され、第２の列の画素から光信号とノイズ信号とがそれぞれ第２Ｓ出力線と第２Ｎ出力線とへ出力される場合を考える。この場合、第１の差分回路は、第１Ｓ出力線に出力された光信号と第１Ｎ出力線に出力されたノイズ信号との差分を演算する（ＣＤＳ処理を行う）ことにより、第１の列の画素の画像信号を求める。第２の差分回路は、第２Ｓ出力線に出力された光信号と第２Ｎ出力線に出力されたノイズ信号との差分を演算する（ＣＤＳ処理を行う）ことにより、第２の列の画素の画像信号を求める。この構成によれば、光信号及びノイズ信号についての動作を第１の列及び第２の列について並行して行うことができるので、出力部の動作を高速化できる。

この構成では、第１Ｓ出力線及び第１Ｎ出力線が第１の列の画素に対応し、第２Ｓ出力線及び第２Ｎ出力線が第２の列の画素に対応していることから、第１Ｓ出力線、第１Ｎ出力線、第２Ｓ出力線、第２Ｎ出力線の順に配されることが一般的である。この場合、第１Ｎ出力線は、第２Ｓ出力線に隣接しているので、光信号に応じたクロストークを第２Ｓ出力線から受けやすい。

それに対して、特許文献１に示された撮像装置では、２組のＮ出力線及びＳ出力線を、第１Ｓ出力線、第１Ｎ出力線、第２Ｎ出力線、第２Ｓ出力線の順に配している。これにより、第１Ｎ出力線は、第２Ｎ出力線に隣接することになるので、光信号よりも信号レベルの時間的な変動が小さいノイズ信号に応じたクロストークを第２Ｎ出力線から受ける。これにより、特許文献１によれば、第１Ｎ出力線が受けるクロストークに起因したノイズを低減できるとされている。
特開２００４−１５３６８２号公報

特許文献１に示された構成、すなわち、第１Ｓ出力線、第１Ｎ出力線、第２Ｎ出力線、第２Ｓ出力線の順に配された構成において、出力線の間隔を狭くしていくと、第１Ｓ出力線及び第１Ｎ出力線と第２Ｓ出力線との間の距離が小さくなる。これにより、第１Ｓ出力線及び第１Ｎ出力線のそれぞれが第２Ｓ出力線から受けるクロストークが増加する可能性がある。さらに、第１Ｎ出力線と第２Ｓ出力線との距離が第１Ｓ出力線と第２Ｓ出力線との距離と異なる。これにより、第１Ｎ出力線が第２Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズと、第１Ｓ出力線が第２Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズとは異なる可能性が高い。この場合、第１Ｓ出力線に出力された信号と第１Ｎ出力線に出力された信号との差分を第１の差分回路により演算しても、クロストークに起因したノイズを低減できない。すなわち、第１Ｓ出力線及び第１Ｎ出力線のそれぞれが第２Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズを低減することが困難になる。

本発明の目的は、複数の画素についての複数の信号を並行してそれぞれ伝達する複数の出力線の間隔を狭くした場合でも、クロストークに起因したノイズを低減することにある。

本発明の第１側面に係る撮像装置は、第１の画素と第２の画素とを含む複数の画素が配列された画素配列と、前記画素配列から信号を読み出すとともに、複数の信号を出力する読み出し部と、出力部とを備え、前記出力部は、前記読み出し部から出力された前記第１の画素についての第１の信号を伝達する第１の出力線と、前記読み出し部から出力された前記第１の画素についての第２の信号を伝達する第２の出力線と、前記読み出し部から出力された前記第２の画素についての第１の信号を伝達する第３の出力線と、前記読み出し部から出力された前記第２の画素についての第２の信号を伝達する第４の出力線と、前記第１の画素についての前記第１の信号と前記第２の信号との差分を演算することにより第１の画像信号を生成する第１の差分回路と、前記第２の画素についての前記第１の信号と前記第２の信号との差分を演算することにより第２の画像信号を生成する第２の差分回路とを含み、前記第１の出力線は、前記第３の出力線と前記第４の出力線との間に配され、前記第３の出力線は、前記第１の出力線と前記第２の出力線との間に配されていることを特徴とする。

本発明の第２側面に係る撮像システムは、上記の撮像装置と、前記撮像装置の撮像面へ像を形成する光学系と、前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の画素についての複数の信号を並行してそれぞれ伝達する複数の出力線の間隔を狭くした場合でも、クロストークに起因したノイズを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の構成図である。図２は、画素の構成図である。

撮像装置１００は、図１に示すように、画素配列ＰＡ、選択部１０、読み出し部２０、及び出力部３０を備える。

画素配列ＰＡでは、複数の画素１１０が２次元状に（行方向及び列方向に）配列されている。各画素１１０は、図２に示すように、リセットトランジスタ２５、光電変換部２７、転送ゲート９、フローティングディフュージョン（以下、ＦＤとする）７、及び、増幅トランジスタ２９を含む。リセットトランジスタ２５は、ＦＤ７をリセットする。光電変換部２７は、光電変換により、入射した光に応じた電荷（信号）を発生させるとともに蓄積する。光電変換部２７は、例えば、フォトダイオードである。転送ゲート９は、光電変換部２７により蓄積された電荷（信号）をＦＤ７へ転送する。ＦＤ７は、電荷（信号）を電圧（信号）に変換する。増幅トランジスタ２９は、ＦＤ７から入力された信号を増幅して列信号線ＲＬへ出力する。このようにして、画素Ｐから信号が読み出される。

なお、以下では、画素配列ＰＡにおける列を数える際に、図面上の左から右へ、かつ、上から下へ数えるものとする。画素配列ＰＡでは、複数の画素１１０が１次元的に配列されていても良い。

選択部１０は、画素配列ＰＡにおいて信号を読み出すべき画素の領域（行）を選択する。選択部１０は、垂直シフトレジスタ回路１２０を含む。垂直シフトレジスタ回路１２０は、例えば、シフト動作により、画素配列ＰＡから画素１１０の行を順次選択する。

読み出し部２０は、画素配列ＰＡにおいて選択部１０により選択された領域（行）の画素から信号を読み出す。読み出し部２０は、ラインメモリ回路３０５、及び転送回路３１０を含む。

ラインメモリ回路３０５は、信号電荷保持容量Ｃｔｓ及びノイズ信号保持容量Ｃｔｎを画素配列ＰＡの列ごとに含む。信号電荷保持容量Ｃｔｓは、選択行における各列の画素１１０から読み出された光信号（第１の信号）を保持する。ノイズ信号保持容量Ｃｔｎは、選択行における各列の画素１１０から読み出されたノイズ信号（第２の信号）を保持する。ここで、光信号は、画像信号にノイズ信号が重畳された信号である。画像信号は、光電変換部２７により蓄積された信号である。ノイズ信号は、画素１１０におけるトランジスタのオフセットなどの固定パターンノイズに応じた信号である。

転送回路３１０は、ラインメモリ回路３０５に保持された信号を出力線群１６０へ転送する。転送回路３１０は、信号電荷保持容量Ｃｔｓ及びノイズ信号保持容量Ｃｔｎに対応して、信号転送用トランジスタＴｒｓ及びノイズ転送用トランジスタＴｒｎを画素配列ＰＡの列ごとに含む。

出力部３０は、水平シフトレジスタ回路１４０、出力線群１６０、第１の差分回路１５０、及び第２の差分回路１５１を含む。

水平シフトレジスタ回路１４０は、ラインメモリ回路３０５が保持する各列の信号が２列単位で順次に出力線群１６０へ転送されるように、転送回路３１０を制御する。例えば、水平シフトレジスタ回路１４０は、ラインメモリ回路３０５に保持された１列目及び２列目の画素の光信号及びノイズ信号を出力線群１６０へ転送した後、３列目及び４列目の画素の光信号及びノイズ信号を出力線群１６０へ転送する。

出力線群１６０は、ラインメモリ回路３０５に保持された信号が転送される。すなわち、出力線群１６０には、選択部１０により選択された行における各列の画素から、光信号及びノイズ信号が２列単位で順次に出力される。

出力線群１６０は、第１Ｓ出力線（第１の出力線）２１０、第１Ｎ出力線（第２の出力線）２２０、第２Ｓ出力線（第３の出力線）２３０、及び第２Ｎ出力線（第４の出力線）２４０を含む。

第１Ｓ出力線２１０には、画素配列ＰＡの第１の画素（例えば、選択部１０により選択された行における１列目の画素）から光信号が出力される。第１Ｓ出力線２１０は、読み出し部２０から出力された第１の画素についての光信号を伝達する。

第１Ｎ出力線２２０は、第１Ｓ出力線２１０に並ぶように配されている。第１Ｎ出力線２２０には、画素配列ＰＡの第１の画素からノイズ信号が出力される。第１Ｎ出力線２２０は、読み出し部２０から出力された第１の画素についてのノイズ信号を伝達する。

第２Ｓ出力線２３０は、第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０との間に並ぶように配されている。第２Ｓ出力線２３０には、画素配列ＰＡの第２の画素（例えば、選択部１０により選択された行における２列目の画素）から光信号が出力される。第２Ｓ出力線２３０は、読み出し部２０から出力された第２の画素についての光信号を伝達する。

第２Ｎ出力線２４０は、第１Ｓ出力線２１０に対して第２Ｓ出力線２３０と反対側に並んで隣接するように配されている。第２Ｎ出力線２４０には、画素配列ＰＡの第２の画素からノイズ信号が出力される。第２Ｎ出力線２４０は、読み出し部２０から出力された第２の画素についてのノイズ信号を伝達する。

なお、光信号用の出力線をＳ出力線と表し、ノイズ信号用の出力線をＮ出力線と表している。第１Ｓ出力線２１０、第１Ｎ出力線２２０、第２Ｓ出力線２３０、第２Ｎ出力線２４０は、第１の差分回路１５０及び第２の差分回路１５１の手前で互いに交差する配線交差部３００を形成している。

第１の差分回路１５０は、第１Ｓ出力線２１０に出力された信号と第１Ｎ出力線２２０に出力された信号との差分を演算する。すなわち、第１の差分回路１５０は、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差分を演算及び増幅することにより、第１の画像信号を求めて出力端子１７０から後段へ出力する。

第２の差分回路１５１は、第２Ｓ出力線２３０に出力された信号と第２Ｎ出力線２４０に出力された信号との差分を演算する。すなわち、第２の差分回路１５１は、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差分を演算及び増幅することにより、第２の画像信号を求めて出力端子１８０から後段へ出力する。

次に、出力線群における出力線の間に働くクロストークについて、図３を用いて説明する。図３は、図１の構成図に対応した構造のＡ−Ａ断面図である。

出力線群１６０において、各出力線２１０〜２４０は、金属で形成されており、図３に示すように、グランドレベルとの間で寄生容量Ｃｈを形成している。出力線２１０〜２４０の間に絶縁材料（層間膜）が存在しており、出力線２１０〜２４０の間は絶縁されている。出力線２１０〜２４０の間にはカップリング容量Ｃｐ１〜Ｃｐ３が形成される。出力線２１０〜２４０の間のクロストークの大きさは、このカップリング容量Ｃｐ１〜Ｃｐ３に依存している。出力線２１０〜２４０の間隔が小さくなるほど、出力線２１０〜２４０の間のクロストークはそれぞれ大きくなる。

ここで、第１Ｎ出力線２２０や第２Ｎ出力線２４０には、光信号（第１の信号）よりも信号レベルの時間的な変動が小さいノイズ信号（第２の信号）が出力される。第１Ｓ出力線２１０や第２Ｓ出力線２３０が他の出力線に及ぼすクロストークは、第１Ｎ出力線２２０や第２Ｎ出力線２４０が他の出力線に及ぼすクロストークに比べて、その大きさの時間的な変動が大きい。時間的な変動が小さいクロストークに比べて、時間的な変動が大きいクロストークは、その影響が大きくなる傾向にある。すなわち、出力線２１０〜２４０の間で発生するクロストークのうち、Ｓ出力線から他の出力線へ及ぼされるクロストークが特に問題となる。言い換えれば、問題となるクロストークは、Ｓ出力線からの距離に依存したものとなる。

例えば、特許文献１に示された構成、すなわち、第１Ｓ出力線、第１Ｎ出力線、第２Ｎ出力線、第２Ｓ出力線の順に配された構成において、出力線の間隔を狭くしていくと、第１Ｓ出力線及び第１Ｎ出力線と第２Ｓ出力線との間の距離が小さくなる。これにより、第１Ｓ出力線及び第１Ｎ出力線のそれぞれが第２Ｓ出力線から受けるクロストークが増加する可能性がある。この場合、特許文献１に示された構成では、第１Ｎ出力線と第２Ｓ出力線との距離が第１Ｓ出力線と第２Ｓ出力線との距離に比べて小さくなることが多い。これにより、第１Ｎ出力線が第２Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズ（例えば、ＣＮ１Ｎとする）は、第１Ｓ出力線が第２Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズ（例えば、ＣＮ１Ｓとする）に比べて大きくなる。この結果、第１の差分回路１５０は、下記の数式１及び数式２に示すように、第１の画像信号ＤＳ１を求める際にクロストークに起因したノイズを低減することができない。

ＣＮ１Ｓ＜ＣＮ１Ｎ・・・数式１
ＤＳ１＝｜｛（光信号）＋ＣＮ１Ｓ｝−｛（ノイズ信号）＋ＣＮ１Ｎ｝｜
＝｜（光信号）−（ノイズ信号）＋（ＣＮ１Ｓ−ＣＮ１Ｎ）｜・・・数式２
それに対して、本実施形態では、第２Ｓ出力線２３０は、第１Ｓ出力線２１０と第１Ｎ出力線２２０との間に並ぶように配されている。これにより、第１Ｓ出力線及び第１Ｎ出力線のそれぞれが第２Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズは、出力線の間隔を狭くすることにより増加した場合でも、互いに等しい大きさ（例えば、ＣＮ１とする）になるようにできる。この結果、第１の差分回路１５０は、下記の数式３及び数式４に示すように、第１の画像信号ＤＳ１を求める際にクロストークに起因したノイズを低減することができる。

ＣＮ１Ｓ＝ＣＮ１Ｎ＝ＣＮ１・・・数式３
ＤＳ１＝｜｛（光信号）＋ＣＮ１Ｓ｝−｛（ノイズ信号）＋ＣＮ１Ｎ｝｜
＝｜（光信号）−（ノイズ信号）＋（ＣＮ１−ＣＮ１）｜
＝｜（光信号）−（ノイズ信号）｜・・・数式４
同様に、第１Ｓ出力線２１０は、第２Ｓ出力線２３０と第２Ｎ出力線２４０との間に並ぶように配されている。これにより、第２Ｓ出力線及び第２Ｎ出力線のそれぞれが第１Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズは、出力線の間隔を狭くすることにより増加した場合でも、互いに等しい大きさ（例えば、ＣＮ２とする）になるようにできる。この結果、第２の差分回路１５１は、下記の数式５及び数式６に示すように、第２の画像信号ＤＳ２を求める際にクロストークに起因したノイズを低減することができる。

ＣＮ２Ｓ＝ＣＮ２Ｎ＝ＣＮ２・・・数式５
ＤＳ２＝｜｛（光信号）＋ＣＮ２Ｓ｝−｛（ノイズ信号）＋ＣＮ２Ｎ｝｜
＝｜（光信号）−（ノイズ信号）＋（ＣＮ２−ＣＮ２）｜
＝｜（光信号）−（ノイズ信号）｜・・・数式６
このように、本実施形態によれば、複数の画素についての複数の信号を並行してそれぞれ伝達する複数の出力線の間隔を狭くした場合でも、クロストークに起因したノイズを低減することができる。したがって、撮像装置のチップサイズを低減した場合でも、クロストークの影響を抑制できる。

なお、図３に示すように、転送回路３１０のＴｒｓは、そのソースが第１Ｓ出力線２１０に接続されており、そのドレインが信号電荷保持容量Ｃｔｓに接続されている。また、出力線群１６０の外側に隣接する位置には、各出力線２１０〜２４０に並ぶように、第１のシールド線３２０及び第２のシールド線３３０（ともに図１に図示せず）が配されている。第１のシールド線３２０は、第２Ｎ出力線２４０に隣接し、第２Ｎ出力線２４０との間でカップリング容量Ｃｐ４を形成している。第２のシールド線３３０は、第１Ｎ出力線２２０に隣接し、第１Ｎ出力線２２０との間でカップリング容量Ｃｐ５を形成している。

次に、発明の効果を明らかにするために、カップリング容量Ｃｐ１を介して第１Ｓ出力線２１０から第２Ｎ出力線２４０へのクロストークによって電荷が注入され、その結果出力がどのように変動するかを定量的に説明する。

図３において、第１Ｓ出力線２１０上の電位をＶｃｈ１ｓ、第２Ｎ出力線２４０上の電位をＶｃｈ２ｎ、信号電荷保持容量Ｃｔｓ上の電位をＶｃｔとする。仮に、第１Ｓ出力線２１０と第２Ｎ出力線２４０との間のカップリング容量Ｃｐ１をａ×Ｃｈ（ａはＣｈに対するＣｐ１の割合を示す正の数）とする。第１Ｓ出力線２１０と第２Ｓ出力線２３０との間のカップリング容量Ｃｐ２をｂ×Ｃｈ（ｂはＣｈに対するＣｐ２の割合を示す正の数）とする。第２Ｓ出力線２３０と第１Ｎ出力線２２０との間のカップリング容量Ｃｐ３をｃ×Ｃｈ（ｃはＣｈに対するＣｐ３の割合を示す正の数）とする。第２Ｎ出力線２４０と第１のシールド線３２０との間のカップリング容量Ｃｐ４をｄ×Ｃｈ（ｄはＣｈに対するＣｐ４の割合を示す正の数）とする。

転送回路３１０のＴｒｓがオフの時、Ｖｃｔ＝Ｖｓ，Ｖｃｈ２ｎ＝０，Ｖｃｈ１ｓ＝０とする。

次に、転送回路３１０のＴｒｓをオンして第１Ｓ出力線２１０に信号を出力すると、Ｖｃｔ＝Ｖｃｈ１ｓと同電位になる。この状態において、Ｖｃｔ＝Ｖｃｈ１ｓ＝Ｖ１とすると、第１Ｓ出力線２１０の電位は、
Ｖ１＝（Ｃｔｓ／［Ｃｔｓ＋｛１＋ａ／（１＋ａ）＋ｂ／（１＋ｂ）｝Ｃｈ］）
×Ｖｓ・・・数式７
となる。Ｖｃｈ１ｓが０から数式７で示すＶ１へ増加するときに、第１Ｓ出力線２１０から第２Ｎ出力線２４０へのクロストークによりＶｃｈ２ｎが増加する。増加量をＶ２とすると、第２Ｎ出力線２４０の電位の増加量は、
Ｖ２＝［ａ／｛１＋ａ／（１＋ａ）＋ｄ／（１＋ｄ）｝］×Ｖ１・・・数式８
となる。よって、第２Ｎ出力線２４０の第１Ｓ出力線２１０からのクロストークによる電位変動は数式８のようになる。

同様にして、第２Ｓ出力線２３０の第１Ｓ出力線からのクロストークによる電位変動Ｖ３は、
Ｖ３＝［ｂ／｛１＋ｂ／（１＋ｂ）＋ｃ／（１＋ｃ）｝］×Ｖ１・・・数式９
となる。よって、第２の差分回路１５１のゲインをＡとし、また同相除去比が充分大きいとすると、第２の画像信号ＤＳ２に現れるクロストークΔＣＮは、
ΔＣＮ＝Ｖ３−Ｖ２
＝Ａ［ｂ／｛１＋ｂ／（１＋ｂ）＋ｃ／（１＋ｃ）｝
−ａ／｛１＋ａ／（１＋ａ）＋ｄ／（１＋ｄ）｝］×Ｖ１・・・数式１０
ここで、図３において例えば、カップリング容量Ｃｐ１，Ｃｐ２，Ｃｐ３，Ｃｐ４の差を十分に小さくして、ａ≒ｂ≒ｃ≒ｄに設計すれば、数式１０に示すΔＣＮがほぼ０となるので、第２の画像信号におけるクロストーク成分を十分に小さくすることができる。カップリング容量の差は各出力線の配線幅や配線間距離等をできるだけそろえることで十分に小さくすることができる。

なお、第２Ｓ出力線２３０から第１の画像信号へのクロストークに関しても同様である。

次に、配線交差部３００のレイアウト構成例を、図４を用いて説明する。図４は、図１の配線交差部３００の詳細レイアウト構成例を示す図である。

出力線群（第１の配線層）１６０は、ビア配線１６５〜１６８（図４に黒丸で示す）を介して第２の配線層１６１に接続されている。第２の配線層１６１は、ビア配線１７５〜１７８（図４に黒丸で示す）を介して第３の配線層１６２に接続されている。第３の配線層１６２は、第１の差分回路１５０及び第２の差分回路１５１に接続されている。

第２の配線層１６１は、第１Ｓ連絡線２１１、第１Ｎ連絡線２２１、第２Ｓ連絡線２３１、及び第２Ｎ連絡線２４１を含む。第１Ｓ連絡線２１１は、ビア配線１６６を介して、第１Ｓ出力線２１０と第１の差分回路１５０とを連絡する。第１Ｎ連絡線２２１は、ビア配線１６８を介して、第１Ｎ出力線２２０と第１の差分回路１５０とを連絡する。第２Ｓ連絡線２３１は、ビア配線１６７を介して、第２Ｓ出力線２３０と第２の差分回路１５１とを連絡する。第２Ｎ連絡線２４１は、ビア配線１６５を介して、第２Ｎ出力線２４０と第２の差分回路１５１とを連絡する。

第３の配線層１６２は、第１Ｓ接続線２１２、第１Ｎ接続線２２２、第２Ｓ接続線２３２、及び第２Ｎ接続線２４２を含む。第１Ｓ接続線２１２は、ビア配線１７６を介して、第１Ｓ連絡線２１１と第１の差分回路１５０とを接続する。第１Ｎ接続線２２２は、ビア配線１７８を介して、第１Ｎ連絡線２２１と第１の差分回路１５０とを接続する。第２Ｓ接続線２３２は、ビア配線１７７を介して、第２Ｓ連絡線２３１と第２の差分回路１５１とを接続する。第２Ｎ接続線２４２は、ビア配線１７５を介して、第２Ｎ連絡線２４１と第２の差分回路１５１とを接続する。

ここで、第１Ｓ出力線２１０、第１Ｓ連絡線２１１、及び第１Ｓ接続線２１２は、他の出力線、連絡線、及び接続線と交差する部分において、他の出力線、連絡線、及び接続線へクロストークを及ぼす。

例えば、第１Ｓ出力線２１０は、第２Ｓ連絡線２３１及び第２Ｎ連絡線２４１にそれぞれ１箇所（図４に白四角で示す）で交差している。第１Ｓ連絡線２１１は、第２Ｓ出力線２３０及び第２Ｎ出力線２４０にそれぞれ１箇所（図４に白三角で示す）で交差し、第２Ｓ接続線２３２及び第２Ｎ接続線２４２にそれぞれ１箇所（図４に白丸で示す）で交差している。第１Ｓ接続線２１２は、第２Ｓ連絡線２３１及び第２Ｎ連絡線２４１にそれぞれ１箇所（図４に白星印で示す）で交差している。すなわち、第１の画素の光信号が伝達される経路（第１Ｓ出力線２１０、第１Ｓ連絡線２１１、及び第１Ｓ接続線２１２）は、第２の画素の光信号及びノイズ信号が伝達される経路のそれぞれと等しい回数だけ層間膜を介して交差している。この場合、第２の画素の光信号及びノイズ信号が伝達される経路のそれぞれが第１の画素の光信号が伝達される経路に交差する部分に受けるクロストークの大きさは、互いに等しい大きさにすることができる。

同様に、第２の画素の光信号が伝達される経路は、第１の画素の光信号及びノイズ信号が伝達される経路のそれぞれと等しい回数だけ層間膜を介して交差している。この場合、第１の画素の光信号及びノイズ信号が伝達される経路のそれぞれが第２の画素の光信号が伝達される経路に交差する部分に受けるクロストークの大きさは、互いに等しい大きさにすることができる。

なお、画素配列ＰＡの各列の画素と各列のラインメモリ回路３０５との間には、クランプ回路（図示せず、演算部）と列アンプ（図示せず、増幅部）とがさらに設けられていても良い。この場合、クランプ回路は、画素配列の各列の画素から異なるタイミングで読み出された光信号（第１の信号）とノイズ信号（第２の信号）との差分を演算して、各列の画素の画像信号を求める。列アンプは、出力線群１６０とクランプ回路との間に設けられている。列アンプは、クランプ回路により求められた各列の画素の画像信号を増幅する。これにより、信号電荷保持容量Ｃｔｓは、選択行における各列の画素１１０から読み出された第１の信号を保持する。ノイズ信号保持容量Ｃｔｎは、選択行における各列の画素１１０から読み出された第２の信号を保持する。第１の信号は、画像信号に列アンプのオフセットが重畳された信号である。第２の信号は、増幅部のオフセットの信号である。第２の信号は、ノイズ信号（第２の信号）が画素から読み出されることに応じて列アンプから出力されるので、実質的に画素から出力されるものとみなすことができる。

次に、本発明の撮像装置を適用した撮像システムの一例を図５に示す。

撮像システム９０は、図５に示すように、主として、光学系、撮像装置１００及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター９１、撮影レンズ９２及び絞り９３を備える。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６、画像信号処理部９７、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、タイミング発生部９８、全体制御・演算部９９、記録媒体８８及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８８を備えなくても良い。

シャッター９１は、光路上において撮影レンズ９２の手前に設けられ、露出を制御する。

撮影レンズ９２は、入射した光を屈折させて、撮像装置１００の画素配列ＰＡ（撮像面）に被写体の像を形成する。

絞り９３は、光路上において撮影レンズ９２と撮像装置１００との間に設けられ、撮影レンズ９２を通過後に撮像装置１００へ導かれる光の量を調節する。

撮像装置１００は、画素配列ＰＡに形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置１００は、その画像信号を画素配列から読み出して出力する。

撮像信号処理回路９５は、撮像装置１００に接続されており、撮像装置１００から出力された画像信号を処理する。

Ａ／Ｄ変換器９６は、撮像信号処理回路９５に接続されており、撮像信号処理回路９５から出力された処理後の画像信号（アナログ信号）をデジタル信号へ変換する。

画像信号処理部９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器９６から出力された画像信号（デジタル信号）に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、全体制御・演算部９９及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４などへ供給される。

メモリ部８７は、画像信号処理部９７に接続されており、画像信号処理部９７から出力された画像データを記憶する。

外部Ｉ／Ｆ部８９は、画像信号処理部９７に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８９を介して外部の機器（パソコン等）へ転送する。

タイミング発生部９８は、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７に接続されている。これにより、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７がタイミング信号に同期して動作する。

全体制御・演算部９９は、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に接続されており、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を全体的に制御する。

記録媒体８８は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を介して記録媒体８８へ記録する。

以上の構成により、撮像装置１００において良好な画像信号が得られれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置４００について、図６を用いて説明する。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分の説明を省略する。

撮像装置４００は出力部４３０を備える。出力部４３０は、出力線群４６０及び第３の差分回路４５２を含む。

出力線群４６０には、選択部１０により選択された行における各列の画素から、光信号及びノイズ信号が３列単位で順次に出力される。出力線群４６０は、第３Ｎ出力線（第５の出力線）４６１及び第３Ｓ出力線（第６の出力線）４５０をさらに含む。

第３Ｎ出力線４６１は、第１Ｎ出力線２２０と第３Ｓ出力線４５０との間に配されている。第３Ｎ出力線４６１は、第１Ｎ出力線２２０に対して第２Ｓ出力線２３０と反対側に並んで隣接するように配されている。第３Ｎ出力線４６１には、画素配列の第３の画素（例えば、選択部１０により選択された行における３列目の画素）からノイズ信号が出力される。第３Ｎ出力線４６１は、読み出し部２０から出力された第３の画素についてのノイズ信号を伝達する。

第３Ｓ出力線４５０は、第３Ｎ出力線４６１に対して第１Ｎ出力線２２０と反対側に並んで隣接するように配されている。第３Ｓ出力線４５０には、画素配列ＰＡの第３の画素から光信号が出力される。第３Ｓ出力線４５０は、読み出し部２０から出力された第３の画素についての光信号を伝達する。

第３の差分回路４５２は、第３Ｎ出力線４６１に出力された信号と第３Ｓ出力線４５０に出力された信号との差分を演算する。すなわち、第３の差分回路４５２は、第３Ｓ出力線４５０からの光信号と第３Ｎ出力線４６１からのノイズ信号との差分を演算及び増幅することにより、第３の画像信号を求めて出力端子１９０から後段へ出力する。

ここで、第３Ｓ出力線４５０ではなく第３Ｎ出力線４６１が第１Ｎ出力線２２０に隣接するようにしているので、第３Ｓ出力線４５０が他の出力線に及ぼすクロストークの影響が低減されている。

このような実施形態によっても、第１Ｓ出力線及び第１Ｎ出力線のそれぞれが第２Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズは、出力線の間隔を狭くした場合に、互いに等しい大きさになるようにできる。また、第２Ｓ出力線及び第２Ｎ出力線のそれぞれが第１Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズは、出力線の間隔を狭くした場合に、互いに等しい大きさになるようにできる。したがって、複数の画素についての複数の信号を並行してそれぞれ伝達する複数の出力線の間隔を狭くした場合でも、第１Ｓ出力線及び第２Ｓ出力線が他の出力線に及ぼすクロストークに起因したノイズを低減することができる。

なお、第４Ｓ出力線と第２Ｎ出力線２４０との間に配されるように、第４Ｎ出力線がさらに配されても良い。この場合、第４Ｓ出力線（図示せず）ではなく第４Ｎ出力線（図示せず）が第２Ｎ出力線２４０に隣接する。

第４Ｎ出力線は、第２Ｎ出力線２４０と第４Ｓ出力線との間に配される。第４Ｎ出力線は、第２Ｎ出力線２４０に対して第１Ｓ出力線２１０と反対側に並んで隣接するように配される。第４Ｎ出力線には、画素配列の第４の画素（例えば、選択部１０により選択された行における４列目の画素）からノイズ信号が出力される。第４Ｎ出力線は、読み出し部２０から出力された第４の画素についてのノイズ信号を伝達する。

第４Ｓ出力線は、第４Ｎ出力線に対して第２Ｎ出力線２４０と反対側に並んで隣接するように配されている。第４Ｓ出力線には、画素配列ＰＡの第４の画素から光信号が出力される。第４Ｓ出力線は、読み出し部２０から出力された第４の画素についての光信号を伝達する。

第４の差分回路（図示せず）は、第４Ｎ出力線に出力された信号と第４Ｓ出力線に出力された信号との差分を演算する。すなわち、第４の差分回路は、第４Ｓ出力線からの光信号と第４Ｎ出力線からのノイズ信号との差分を演算及び増幅することにより、第４の画像信号を求めて出力端子（図示せず）から後段へ出力する。

ここで、第４Ｓ出力線ではなく第４Ｎ出力線が第２Ｎ出力線２４０に隣接するようにしているので、第４Ｓ出力線が他の出力線に及ぼすクロストークの影響が低減されている。

また、図７に示すように、画素配列ＰＡａは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した画素１１０ａの列を複数含んでいても良い。さらに、第１Ｓ出力線２１０及び第１Ｎ出力線２２０にその信号が出力される第１の画素は、Ｂ（青）のカラーフィルターに対応した画素であっても良い。第２Ｓ出力線２３０及び第２Ｎ出力線２４０にその信号が出力される第２の画素は、Ｇ（緑）のカラーフィルターに対応した画素であっても良い。第３Ｓ出力線４５０及び第３Ｎ出力線４６１にその信号が出力される第３の画素は、Ｒ（赤）のカラーフィルターに対応した画素であっても良い。この場合、出力線間のクロストークは色成分間のクロストークとなる。色成分間のクロストークは画像の色味を変化させてしまうために目立ちやすく、同色成分同士のクロストークと比較して問題となりやすい。第２の実施形態と同様の構成（図７参照）によれば、複数の画素についての複数の信号を並行してそれぞれ伝達する複数の出力線の間隔を狭くした場合でも、第１Ｓ出力線及び第２Ｓ出力線が及ぼすクロストークに起因したノイズを低減することができる。

また、図７では、異なる色成分として、ＲＧＢを用いた原色系カラーフィルタの場合を例にとって説明したが、特にこの構成に限られるものではなく、例えば補色系のカラーフィルタを用いた場合にも同様な効果を得られる事は言うまでもない。

次に、本発明の第３実施形態に係る撮像装置５００について、図８を用いて説明する。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分の説明を省略する。

撮像装置５００は出力部５２０を備える。出力部５２０は、出力線群５６０、第４の差分回路５５２、及び第５の差分回路５５３を含む。出力線群５６０は、第３Ｎ出力線（第７の出力線）５８０及び第３Ｓ出力線（第９の出力線）５７０をさらに含む。

出力線群５６０には、選択部１０により選択された行における各列の画素から、光信号及びノイズ信号が４列単位で順次に出力される。出力線群５６０は、第３Ｎ出力線（第７の出力線）５８０、第４Ｓ出力線（第８の出力線）５５０、第３Ｓ出力線（第９の出力線）５７０、及び第４Ｎ出力線（第１０の出力線）５６１を含む。

第３Ｎ出力線５８０は、第１Ｎ出力線２２０と第４Ｓ出力線５５０との間に配されている。第３Ｎ出力線５８０は、第１Ｎ出力線２２０に対して第２Ｓ出力線２３０と反対側に並んで隣接するように配されている。第３Ｎ出力線５８０には、画素配列ＰＡの第３の画素（例えば、選択部１０により選択された行における３列目の画素）からノイズ信号が出力される。第３Ｎ出力線５８０は、読み出し部２０から出力された第３の画素についてのノイズ信号を伝達する。

第４Ｓ出力線５５０は、第３Ｎ出力線５８０と第３Ｓ出力線５７０との間に配されている。第４Ｓ出力線５５０は、第３Ｎ出力線５８０に対して第１Ｎ出力線２２０と反対側に並んで隣接するように配されている。第４Ｓ出力線５５０には、画素配列ＰＡの第４の画素（例えば、選択部１０により選択された行における４列目の画素）から光信号が出力される。第４Ｓ出力線５５０は、読み出し部２０から出力された第４の画素についての光信号を伝達する。

第３Ｓ出力線５７０は、第４Ｓ出力線５５０と第４Ｎ出力線５６１との間に配されている。第３Ｓ出力線５７０は、第４Ｓ出力線５５０に対して第３Ｎ出力線５８０と反対側に並んで隣接するように配されている。第３Ｓ出力線５７０には、画素配列ＰＡの第３の画素から光信号が出力される。第３Ｓ出力線５７０は、読み出し部２０から出力された第３の画素についての光信号を伝達する。

第４Ｎ出力線５６１は、第３Ｓ出力線５７０に対して第４Ｓ出力線５５０と反対側に並んで隣接するように配されている。第４Ｎ出力線５６１には、画素配列ＰＡの第４の画素からノイズ信号が出力される。第４Ｎ出力線５６１は、読み出し部２０から出力された第４の画素についてのノイズ信号を伝達する。

第５の差分回路５５３は、第３Ｓ出力線５７０に出力された信号と第３Ｎ出力線５８０に出力された信号との差分を演算する。すなわち、第５の差分回路５５３は、第３Ｓ出力線５７０からの光信号と第３Ｎ出力線５８０からのノイズ信号との差分を演算及び増幅することにより、第４の画像信号を求めて出力端子２００から後段へ出力する。

第４の差分回路５５２は、第４Ｓ出力線５５０に出力された信号と第４Ｎ出力線５６１に出力された信号との差分を演算する。すなわち、第４の差分回路５５２は、第４Ｓ出力線５５０からの光信号と第４Ｎ出力線５６１からのノイズ信号との差分を演算及び増幅することにより、第５の画像信号を求めて出力端子２００から後段へ出力する。

ここで、第４Ｓ出力線５５０は、第３Ｓ出力線５７０と第３Ｎ出力線５８０との間に並ぶように配されている。これにより、第３Ｓ出力線及び第３Ｎ出力線のそれぞれが第４Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズは、出力線の間隔を狭くすることにより増加した場合でも、互いに等しい大きさになるようにできる。これにより、第５の差分回路５５３は、第４の画像信号を求める際にクロストークに起因したノイズを低減することができる。

また、第３Ｓ出力線５７０は、第４Ｓ出力線５５０と第４Ｎ出力線５６１との間に並ぶように配されている。これにより、第４Ｓ出力線及び第４Ｎ出力線のそれぞれが第３Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズは、出力線の間隔を狭くすることにより増加した場合でも、互いに等しい大きさになるようにできる。これにより、第４の差分回路５５２は、第５の画像信号を求める際にクロストークに起因したノイズを低減することができる。

このように、第３Ｓ出力線及び第３Ｎ出力線のそれぞれが第４Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズは、出力線の間隔を狭くした場合に、互いに等しい大きさになるようにできる。また、第４Ｓ出力線及び第４Ｎ出力線のそれぞれが第３Ｓ出力線から受けるクロストークに起因したノイズは、出力線の間隔を狭くした場合に、互いに等しい大きさになるようにできる。したがって、複数の出力線の間隔を狭くした場合でも、第１Ｓ出力線及び第２Ｓ出力線が及ぼすクロストークに起因したノイズを低減できるだけでなく、第３Ｓ出力線及び第４Ｓ出力線が及ぼすクロストークに起因したノイズを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の構成図。画素の構成図。出力線群における出力線の間に働くクロストークについて説明するための図。配線交差部３００の詳細レイアウト構成例を示す図。第１実施形態に係る光電変換装置を適用した撮像システムの構成図。本発明の第２実施形態に係る撮像装置４００の構成図。本発明の第２実施形態の変形例に係る撮像装置４００ａの構成図。本発明の第３実施形態に係る撮像装置５００の構成図。

符号の説明

２０，４２０，５２０読み出し部
１００，４００，５００撮像装置
ＰＡ，ＰＡａ画素配列

Claims

第１の画素と第２の画素とを含む複数の画素が配列された画素配列と、
前記画素配列から信号を読み出すとともに、複数の信号を出力する読み出し部と、
出力部と、
を備え、
前記出力部は、
前記読み出し部から出力された前記第１の画素についての第１の信号を伝達する第１の出力線と、
前記読み出し部から出力された前記第１の画素についての第２の信号を伝達する第２の出力線と、
前記読み出し部から出力された前記第２の画素についての第１の信号を伝達する第３の出力線と、
前記読み出し部から出力された前記第２の画素についての第２の信号を伝達する第４の出力線と、
前記第１の画素についての前記第１の信号と前記第２の信号との差分を演算することにより第１の画像信号を生成する第１の差分回路と、
前記第２の画素についての前記第１の信号と前記第２の信号との差分を演算することにより第２の画像信号を生成する第２の差分回路と、
を含み、
前記第１の出力線は、前記第３の出力線と前記第４の出力線との間に配され、
前記第３の出力線は、前記第１の出力線と前記第２の出力線との間に配され、
前記第１の画素についての第１の信号および前記第２の画素についての第１の信号は、画像信号にノイズ信号が重畳された光信号であり、
前記第１の画素についての第２の信号および前記第２の画素についての第２の信号は、ノイズ信号である
ことを特徴とする撮像装置。
前記複数の画素は、第３の画素をさらに含み、
前記出力部は、
前記読み出し部から出力された前記第３の画素についての第２の信号を伝達する第５の出力線と、
前記読み出し部から出力された前記第３の画素についての第１の信号を伝達する第６の出力線と、
前記第３の画素についての前記第１の信号と前記第２の信号との差分を演算することにより第３の画像信号を生成する第３の差分回路と、
を更に含み、
前記第５の出力線は、前記第２の出力線と前記第６の出力線との間に配され、
前記第３の画素についての第１の信号は、画像信号にノイズ信号が重畳された光信号であり、
前記第３の画素についての第２の信号は、ノイズ信号である
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
第１の画素と第２の画素とを含む複数の画素が配列された画素配列と、
前記画素配列から信号を読み出すとともに、複数の信号を出力する読み出し部と、
出力部と、
を備え、
前記出力部は、
前記読み出し部から出力された前記第１の画素についての第１の信号を伝達する第１の出力線と、
前記読み出し部から出力された前記第１の画素についての第２の信号を伝達する第２の出力線と、
前記読み出し部から出力された前記第２の画素についての第１の信号を伝達する第３の出力線と、
前記読み出し部から出力された前記第２の画素についての第２の信号を伝達する第４の出力線と、
前記第１の画素についての前記第１の信号と前記第２の信号との差分を演算することにより第１の画像信号を生成する第１の差分回路と、
前記第２の画素についての前記第１の信号と前記第２の信号との差分を演算することにより第２の画像信号を生成する第２の差分回路と、
を含み、
前記第１の出力線は、前記第３の出力線と前記第４の出力線との間に配され、
前記第３の出力線は、前記第１の出力線と前記第２の出力線との間に配され、
前記読み出し部は、
前記画素配列の各列の画素から異なるタイミングで読み出された２つの信号の差分を演算して、各列の画素の画像信号を求める複数の演算部と、
前記複数の演算部から出力された各列の画素の画像信号を増幅する複数の増幅部と、
を含み、
前記第１の画素についての第１の信号および前記第２の画素についての第１の信号は、画像信号に前記増幅部のオフセットが重畳された信号であり、
前記第１の画素についての第２の信号および前記第２の画素についての第２の信号は、前記増幅部のオフセットの信号である
ことを特徴とする撮像装置。
前記複数の画素は、第３の画素をさらに含み、
前記出力部は、
前記読み出し部から出力された前記第３の画素についての第２の信号を伝達する第５の出力線と、
前記読み出し部から出力された前記第３の画素についての第１の信号を伝達する第６の出力線と、
前記第３の画素についての前記第１の信号と前記第２の信号との差分を演算することにより第３の画像信号を生成する第３の差分回路と、
を更に含み、
前記第３の画素についての第１の信号は、画像信号に前記増幅部のオフセットが重畳された信号であり、
前記第３の画素についての第２の信号は、前記増幅部のオフセットの信号である
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の撮像面へ像を形成する光学系と、
前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。