JP5120069B2 - 固体撮像素子 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子に関するものである。

近年、ビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮像装置が広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型や増幅型などの固体撮像素子が使用されている。これらの固体撮像素子では、入射光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部を有する画素が、２次元状に複数配置されている。

増幅型の固体撮像素子では、画素の光電変換部にて生成・蓄積された信号電荷を画素に設けられた増幅部に導き、信号電荷に対応した電気信号を画素から出力する。増幅部としては、例えば、ＭＯＳトランジスタや接合型電界効果トランジスタや静電誘導トランジスタなどが用いられる。列方向に配置される画素は、前記列方向に配置される垂直信号線に共通に接続され、画素から出力される信号は、垂直信号線に読み出される。垂直信号線に読み出された信号は、垂直信号線に対応して配置された水平選択スイッチを介して水平信号線に出力され、水平信号線の端部に設けられた出力アンプ等の出力部を介して固体撮像素子の外部に出力される。

このような固体撮像素子では、微細化及び大型化が進み、画素数は益々増大する傾向にある。画素数が増大すると、垂直信号線の本数も増大し、これに伴い水平選択スイッチの数も増大する。水平選択スイッチは、周知の通り寄生容量となる。このため、画素数が増大し垂直信号線の本数が増大すると、水平信号線に寄生する寄生容量が増大して、出力される信号量が低下してしまう。

このため、信号読み出しに関わる寄生容量を低減させて高速読み出しを行うことを目的として、垂直信号線と出力部との間の接続構造として、複数段の階層的な接続構造を採用した固体撮像素子が提案されている（例えば、下記特許文献１）。すなわち、この固体撮像素子では、垂直信号線と出力部との間の接続構造は、２段の水平信号線（すなわち、複数本の下位段の水平信号線と、１本の上位段の水平信号線）と、複数の水平選択スイッチとから構成されている。そして、下位段の水平信号線の各１本に対して垂直信号線が複数本ずつ対応付けられ、対応する１本の下位段の水平信号線と複数本の垂直信号線との間がそれぞれ、垂直信号線に対して１対１に設けた水平選択スイッチで接続されている。また、各下位段の水平信号線は、下位段の水平信号線に対して１対１に設けた水平選択スイッチで上位段の水平信号線に接続されている。上位段の水平信号線の一方端部には、固体撮像素子の外部へ信号を出力するための出力部が設けられている。
特開昭６３−１４２７８１号公報

しかしながら、垂直信号線と出力部との間の接続構造として複数段の階層的な接続構造を採用した前述したような従来の固体撮像素子では、撮像した画像において、横方向の所定の複数の位置において、縦方向に延びた縞状ノイズが発生してしていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、信号読み出しに関わる寄生容量を低減させて高速読み出しを行うことができ、しかも、縦縞状ノイズを低減することができる固体撮像素子を提供することを目的とする。

本発明者の研究の結果、前述したような従来の固体撮像素子では、垂直信号線と出力部との間の接続構造において、ある隣り合う垂直信号線に関して、一方の垂直信号線から出力部までの接続経路のＲＣ時定数と他方の垂直信号線から出力部までの接続経路のＲＣ時定数との間の差が大きくなってしまうことに起因して、一方の垂直信号線から読み出される信号と他方の垂直信号線から読み出される信号とで信号量に比較的大きな差が生じ、その結果、前述した縦縞状ノイズが生じてしまうことが、判明した。そして、本発明者は、更なる研究の結果、垂直信号線と出力部との間の接続構造における水平信号線の接続点の配置を工夫することで、前述したＲＣ時定数の差を低減して、前述した縦縞状ノイズを低減することができることを、見出した。これらの点については、後に詳述する。

本発明は、このような本発明者により見出された新たな知見に基づいてなされたもので、前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像素子は、２次元に配置された複数の画素と、それぞれが前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される複数の垂直信号線と、入力された信号に応じた信号を外部に出力する出力部と、前記複数の垂直信号線のうちの少なくとも一部の垂直信号線又は前記少なくとも一部の垂直信号線の信号に応じた信号が得られる部位と前記出力部との間を複数段に階層的に接続する接続部と、を備えたものである。そして、前記接続部は、複数段の水平信号線と、複数の水平選択スイッチとを有する。前記複数の水平選択スイッチは、前記複数段の水平信号線のうちの最下位段の水平信号線と前記少なくとも一部の垂直信号線又は前記部位との間、及び、前記複数段の水平信号線のうちの最上位段を除く各段の水平信号線と当該段の水平信号線よりも１つ上位の段の水平信号線との間を、それぞれ接続する。前記複数段の水平信号線のうちの最上位段の水平信号線は、その一方端部側において前記出力部と接続される。前記複数段の水平信号線のうちの最上位段を除く少なくとも１つの段の水平信号線における、当該段の水平信号線よりも１つ上位の段の水平信号線側に対する接続点が、当該水平信号線の中点よりも前記出力部の側に配置される。

本発明の第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記少なくとも１つの段の水平信号線における、当該段の水平信号線よりも１つ上位の段の水平信号線側に対する前記接続点が、当該水平信号線のいずれの３等分割点よりも前記出力部の側に配置されたものである。

本発明の第３の態様による固体撮像素子は、前記第１又は第２の態様において、前記少なくとも１つの段の水平信号線における、当該段の水平信号線よりも１つ上位の段の水平信号線側に対する前記接続点が、当該水平信号線の前記出力部側の端部に配置されたものである。

本発明の第４の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記出力部及び前記接続部の組を複数備え、互いに異なる組の前記接続部が接続する前記垂直信号線又は前記部位は、前記組ごとに互いに異なり、前記複数の垂直信号線のうちの隣り合う垂直信号線又はそれらに対応する前記部位は、互いに異なる組の前記接続部によって互いに異なる組の前記出力部に接続されるものである。

本発明によれば、信号読み出しに関わる寄生容量を低減させて高速読み出しを行うことができ、しかも、縦縞状ノイズを低減することができる固体撮像素子を提供することができる。

以下、本発明による固体撮像素子について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子１の概略構成を示す回路図である。本実施の形態による固体撮像素子１は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子として構成されている。

固体撮像素子１は、２次元状に配置された複数の画素１０と、それぞれが画素１０の各列に対応して設けられ対応する列の画素１０の出力信号が供給される複数の垂直信号線１１と、垂直信号線１１と接続されたＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路）１２及び定電流源１３と、入力された信号に応じた信号を外部に出力する出力部としての出力アンプ１４と、接続部１５と、垂直走査回路１６と、水平走査回路１７とを備えている。図１において、画素数は、横に８列縦に４行の３２個の画素を示している。しかし、これに限られるものではない。

各画素１０は、垂直走査回路１６から出力される駆動信号を所定の駆動信号線１８から受け取って駆動され、信号を垂直信号線１１に出力する。垂直走査回路１６から出力される駆動信号は複数あり、それに伴い駆動信号線１８も複数ある。これらについては後述する。

図２は、図１中の画素１０を示す回路図である。各画素１０は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤと、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタＡＭＰと、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタＴＸと、フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタＲＥＳと、当該画素１０を選択するための選択部としての選択トランジスタＳＥＬとを有し、図２に示すように接続されている。なお、本実施の形態では、画素１０のトランジスタＡＭＰ，ＴＸ，ＲＥＳ，ＳＥＬは、全てｎＭＯＳトランジスタである。図２において、ＶＤＤは電源である。

転送トランジスタＴＸのゲートは、行毎に、垂直走査回路１６からの転送トランジスタＴＸを制御する駆動信号φＴＸを転送トランジスタＴＸに供給する駆動配線（駆動配線１８のうちの配線）に、接続されている。リセットトランジスタＲＥＳのゲートは、行毎に、垂直走査回路１６からのリセットトランジスタＲＥＳを制御する駆動信号φＲＥＳをリセットトランジスタＲＥＳに供給する駆動配線（駆動配線１８のうちの配線）に、接続されている。選択トランジスタＳＥＬのゲートは、行毎に、垂直走査回路１６からの選択トランジスタＳＥＬを制御する駆動信号φＳＥＬを選択トランジスタＳＥＬに供給する駆動配線（駆動配線１８のうちの配線）に、接続されている。

再び図１を参照すると、接続部１５は、全ての垂直信号線１１の信号にそれぞれ応じた信号がそれぞれ得られる部位（本実施の形態では、各ＣＤＳ回路１２の出力部）と出力アンプ１４との間を複数段（本実施の形態では、２段）に階層的に接続する。ＣＤＳ回路１２は、垂直信号線１１に対して１対１に設けられ、垂直信号線１１の信号に対して相関二重サンプリングを行い、ノイズの差し引かれた信号を出力する。ＣＤＳ回路１２は周知であるので、ここではその詳細な説明は省略する。例えば、相関二重サンプリングを固体撮像素子２の外部に配置される外部回路において行う場合には、ＣＤＳ回路１２を取り除いて垂直信号線１１を後述する下位段の水平選択スイッチ３１に接続することで、接続部１５が、全ての垂直信号線１１と出力アンプ１４との間を複数段に階層的に接続するようにしてもよい。なお、相関二重サンプリングを外部回路において行う場合、例えば、ＣＤＳ回路１２に代えて、列アンプを設けてもよい。この場合、列アンプの出力部が、垂直信号線１１の信号に応じた信号が得られる部位となる。また、後述するが、ノイズを差し引かずに、ノイズと、ノイズが重畳された光信号とが個別の経路より出力されるように構成してもよい。

本実施の形態では、接続部１５は、２段の水平信号線（すなわち、複数本の下位段の水平信号線２１及び１本の上位段の水平信号線２２）と、全ての下位段の水平信号線２１と全てのＣＤＳ回路１２の出力部との間をそれぞれ接続する複数の下位段の水平選択スイッチ３１と、全ての下位段の水平信号線２１と上位段の水平信号線２２との間を接続する複数の上位段の水平選択スイッチ３２と、を有している。本実施の形態では、水平選択スイッチ３１，３２としてＭＯＳトランジスタが用いられている。下位段の水平選択スイッチ３１は、垂直信号線１１及びＣＤＳ回路１２に対して１対１に設けられている。連続して並んだ複数本ずつの垂直信号線１１に対応して、下位段の水平信号線２１が１本ずつ設けられている。複数本の垂直信号線１１にそれぞれ接続されている同数のＣＤＳ回路１２の出力部が、それぞれ同数の下位段の水平選択スイッチ３１を介して、対応する同一の下位段の水平信号線２１に接続されている。このような接続関係にある複数本の垂直信号線１１とそれに対応した１本の下位段の水平信号線２１が、１つのグループを成している。ここでは、前述したような接続関係にある４本の垂直信号線１１とそれに対応した１本の下位段の水平信号線２１が、１つのグループを成している。しかし、１つのグループをなす垂直信号線１１の本数は、これに限らず、例えば、２本でも、或いは、１０本でも良い。そして、このようなグループが複数設けられている。なお、図１においては、紙面の都合上、２つのグループのみ図示されている。しかし、垂直信号線２は、例えば１０００本近く設けられるので、その他のグループは省略されている。

上位段の水平選択スイッチ３２は、下位段の水平信号線２１に対して１対１に設けられている。各下位段の水平信号線２１は、上位段の水平選択スイッチ３２を介して、上位段の水平信号線２２と接続されている。上位段の水平信号線２２の一方の端部（図１中の右端部）には出力アンプ１４が接続されており、ＣＤＳ回路１２から出力される電気信号は、出力アンプ１４から固体撮像素子１の外部に出力される。

各水平選択スイッチ３１，３２のゲートには、水平走査回路１７から駆動信号が供給され、オンにする下位段の水平選択スイッチ３１及び上位段の水平選択スイッチ３１のオンオフを適宜選択していくことで、各ＣＤＳ回路１２の出力信号に応じた信号を順次出力アンプ１４から出力させることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、接続部１５が複数段の階層的な接続構造を有しているので、前述した従来の固体撮像素子と同様に、信号読み出しに関わる寄生容量を低減させて高速読み出しを行うことができる。

そして、本実施の形態では、各下位段の水平信号線２１における上位段の水平信号線２２側に対する接続点２１ａが、当該下位段の水平信号線２１の出力アンプ１４側の端部（図１中の右端部）に配置されている。本実施の形態では、水平信号線２１，２２が行方向（図１中の横方向）に延在し、上位段の水平信号線２２がその図１中右端部側において出力アンプ１４と接続されているので、下位段の水平信号線２１の出力アンプ１４側の端部は、下位段の水平信号線２１の図１中の右端部となっている。本実施の形態によれば、接続点２１ａをこのように配置することで、横方向の所定の複数の位置において発生する縦縞状ノイズを低減することができる。この点については、後に詳述する。

本実施の形態では、縦縞状ノイズの低減効果が最も高まるように、接続点２１ａが、下位段の水平信号線２１における最も出力アンプ１４に近い位置である出力アンプ１４側の端部に配置されている。しかしながら、本発明では、接続点２１ａの配置はこれに限定されるものではなく、下位段の水平信号線２１における上位段の水平信号線２２側に対する接続点２１ａは、当該下位段の水平信号線２１の中点よりも出力アンプ１４側に配置すればよく、この場合には、従来の固体撮像素子に比べて、縦縞状ノイズを低減することができる。もっとも、縦縞状ノイズの低減効果を高めるためには、接続点２１ａを下位段の水平信号線２１のいずれの３等分割点よりも出力アンプ１４側に配置することがより好ましく、接続点２１ａを下位段の水平信号線２１のいずれの４等分割点よりも出力アンプ１４側に配置することがより一層好ましく、接続点２１ａを下位段の水平信号線２１の出力アンプ１４側の端部に配置することが最も好ましい。このことは、後述する図３及び図４から理解できる。

次に、本実施の形態による固体撮像素子１において縦縞状ノイズの低減効果が得られる理由について、図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態による固体撮像素子１の効果を説明する概念図である。図３（ａ）は本実施の形態による固体撮像素子１の出力アンプ１４及び接続部１５のみを示す回路図、図３（ｂ）は図３（ａ）に対応した信号の出力レベル概念図、図３（ｃ）はＣＤＳ回路１２の出力部から上位段の水平信号線２２に至る経路を概念的に示す図である。なお、図２では、前述したグループを２つしか示していないのに対し、図３（ａ）では、前述したグループを３つ示している。また、図３（ｂ）では、各画素１０には均一光が入射されているものとしている。よって、各画素１０から出力される信号（ひいては、各ＣＤＳ回路１２の出力信号）は、等しいものとしている。なお、図３（ｂ）の縦軸の画素出力レベルは、出力アンプ１４の出力レベルを示している。

ＣＤＳ回路１２の出力信号は、順番に読み出される。このとき、図３（ｃ）から理解できるように、第１のグループの最も出力アンプ１４側に配置されたＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ａからの出力信号は、ＢＣＤ（図３（ｃ）中のハッチング付き太線で示した経路）を介して出力アンプ１４から出力される。また、第２のグループの最も出力アンプ１４から離れた側に配置されたＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ｅからの出力信号は、ＦＧＤの経路（図３（ｃ）中の太白線で示した経路）を介して出力アンプ１４から出力される。

本実施の形態では、下位段の水平信号線２１における上位段の水平信号線２２側に対する接続点２１ａが、当該下位段の水平信号線２１の出力アンプ１４側の端部（図３（ａ）中の右端部）に配置されているので、ＢＣＤの経路とＦＧＤの経路は、ほぼ等しい長さとなる。経路がほぼ等しい長さならば、それに付随する寄生容量値及び抵抗値もほぼ等しいものとなる。このため、両経路のＲＣ時定数はほぼ等しいものとなる。

したがって、本実施の形態による固体撮像素子１では、ＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ａからの出力信号が出力アンプ１４から出力される信号と、ＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ｅの出力信号が出力アンプ１４からの出力信号が出力アンプ１４から出力される信号とは、出力値の差がわずかなものとなる。これは、図３（ｂ）により理解される。第１のグループにおける出力アンプ１４から離れた側のＣＤＳ回路１２からの出力信号を出力アンプ１４から出力すると、出力アンプ１４までの経路が比較的長い（ＲＣ時定数が大きい）ため、その信号の出力レベル（出力値）は小さくなる。読み出されるＣＤＳ回路１２が第１のグループ内で出力アンプ１４に近づくにつれて、ＲＣ時定数は小さくなる。このため、徐々に出力レベルが増大していく。そして、第１のグループ内で最も出力アンプ１４側に配置されているＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ａから信号を出力アンプ１４から出力すると、その信号レベルは、第１のグループ内で最も大きくなる。

次いで、第２のグループにおける出力アンプ１４から離れた側のＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ｅからの出力信号を出力アンプ１４から出力すると、前述した通り出力部１２−Ａからの経路（ＢＣＤの経路）のＲＣ時定数と出力部１２−Ｅからの経路（ＦＧＤの経路）のＲＣ時定数とがほぼ等しいため、出力部１２−Ｅからの出力信号が出力アンプ１４から出力された信号の出力レベルと出力部１２−Ｅからの出力信号が出力アンプ１４から出力された信号の出力レベルとの差（図３（ｂ）では「ブロック間段差」と記載している。）はわずかなものとなる。なお、ブロック間段差は、本実施の形態による固体撮像素子１の構成によれば、皆無となっても良いはずである。しかしながら、実際には、ブロック間段差が生じている。これは、ＲＣ時定数以外の要因であると推測される。また、ＲＣ時定数の差により、図３（ｂ）に示すように直線的に出力レベルが変動している。しかし、これは一次関数の簡単な補正により修正可能である。

図４は、本実施の形態による固体撮像素子１と比較される比較例による固体撮像素子の、縦縞状ノイズの発生を説明する概念図であり、図３に対応している。図４において、図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図４（ａ）はこの比較例による固体撮像素子の出力アンプ１４及び接続部１５のみを示す回路図、図４（ｂ）は図４（ａ）に対応した信号の出力レベル概念図、図４（ｃ）はＣＤＳ回路１２の出力部から上位段の水平信号線２２に至る経路を概念的に示す図である。なお、図４（ｂ）においても、各画素１０には均一光が入射されているものとしている。よって、各画素１０から出力される信号（ひいては、各ＣＤＳ回路１２の出力信号）は、等しいものとしている。なお、図４（ｂ）の縦軸の画素出力レベルも、出力アンプ１４の出力レベルを示している。

この比較例による固体撮像素子が本実施の形態による固体撮像素子１と異なる所は、本実施の形態では、下位段の水平信号線２１における上位段の水平信号線２２側に対する接続点２１ａが、当該下位段の水平信号線２１の出力アンプ１４側の端部（図３（ａ）中の右端部）に配置されているのに対し、この比較例では、下位段の水平信号線２１における上位段の水平信号線２２側に対する接続点２１ａが、当該下位段の水平信号線２１の中点に配置されている点のみである。この比較例は、従来の固体撮像素子に相当している。

ＣＤＳ回路１２の出力信号は、順番に読み出される。このとき、図４（ｃ）から理解できるように、第１のグループの最も出力アンプ１４側に配置されたＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ａから出力された信号は、ＢＪＫＬの経路（図４（ｃ）中のハッチング付き太線で示した経路）を介して出力アンプ１４から出力される。また、第２のグループの最も出力アンプ１４から離れた側に配置されたＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ｅから出力された信号は、ＦＭＬの経路（図４（ｃ）中の太白線で示した経路）を介して出力アンプ１４から出力される。

この比較例による固体撮像素子では、本実施の形態による固体撮像素子１とは異なり、下位段の水平信号線２１における上位段の水平信号線２２側に対する接続点２１ａが、当該下位段の水平信号線２１の中点に配置されているので、ＢＪＫＬの経路の長さとＦＭＬの経路の長さとは、大きく異なる。すなわち、ＢＪＫＬの経路の方がＦＭＬの経路に比べて格段に長く、したがって、前者の経路のＲＣ時定数は後者の経路のＲＣ時定数に比べて格段に大きくなる。

したがって、この比較例では、ＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ａからの出力信号が出力アンプ１４から出力される信号と、ＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ｅからの出力信号が出力アンプ１４から出力される信号とは、出力値の差がかなり大きくなってしまう。このため、この比較例による固体撮像素子から得られた画像において、各グループ間における周期的な縦縞状ノイズが肉眼でも観察されるものとなってしまう。

これは、図４（ｂ）により理解される。第１のグループにおける出力アンプ１４から離れた側のＣＤＳ回路１２からの出力信号を出力アンプ１４から出力すると、出力アンプ１４までの経路が比較的長い（ＲＣ時定数が大きい）ため、出力レベル（出力値）は小さくなる。下位段の水平信号線２１の中点付近で接続されているＣＤＳ回路１２からの出力信号を出力アンプ１４から出力すると、その経路のＲＣ時定数は第１グループ内で最も小さくなる。このため、下位段の水平信号線２１の中点付近まで徐々に出力レベルが増大していく。そして、読み出されるＣＤＳ回路１２が第１のグループ内で中点付近から出力アンプ１４に近づくにつれて、ＲＣ時定数は再び徐々に大きくなるので、その出力レベルは、徐々に小さくなる。

次いで、第２のグループにおける出力アンプ１４から離れた側のＣＤＳ回路１２の出力部１２−Ｅからの出力信号を出力アンプ１４から出力すると、前述した通り前述した通り出力部１２−Ａからの経路（ＢＪＫＬの経路）のＲＣ時定数と出力部１２−Ｅからの経路（ＦＭＬの経路）のＲＣ時定数とが大きく異なるため、出力部１２−Ｅからの出力信号が出力アンプ１４から出力された信号の出力レベルと出力部１２−Ｅからの出力信号が出力アンプ１４から出力された信号の出力レベルとの差（図４（ｂ）では「ブロック間段差」と記載している。）は非常に大きくなる。

これに対し、本実施の形態では、前述したように、出力部１２−Ｅからの出力信号が出力アンプ１４から出力された信号の出力レベルと出力部１２−Ｅからの出力信号が出力アンプ１４から出力された信号の出力レベルとの差がわずかなものとなるので、各グループ間における周期的な縦縞状ノイズが大幅に低減されるのである。換言すれば、本実施の形態による固体撮像素子１では、隣り合うグループのＣＤＳ回路１２の出力部からの出力アンプ１４までの経路でＲＣ時定数を合わせ込んでいるため、縦縞状ノイズを防止することができる。

なお、本実施の形態では、ＣＤＳ回路１２から出力された信号は、相関二重サンプリング処理によるノイズ除去がなされている。しかし、ＣＤＳ回路１２を設ける代わりに、ノイズ信号蓄積用容量と、光信号（ノイズが重畳された光信号）蓄積用容量とを設け、ノイズ信号蓄積用容量からノイズ用水平信号線にノイズ信号を出力し、光信号蓄積用容量から光信号用水平信号線に光信号を出力するような構成においても、本発明を適用できる。この場合には、例えば、ノイズ信号は、下位段のノイズ用水平信号線及び上位段のノイズ用水平信号線を介して出力され、光信号は、下位段の光信号用水平信号線及び上位段の光信号用水平信号線を介して出力されるように、構成される。そして、下位段のノイズ用水平信号線における上位段のノイズ用水平信号線側に対する接続点が、当該下位段のノイズ用水平信号線の中点よりも出力アンプ１４側に配置される。また、下位段の光信号用水平信号線における上位段の光信号用水平信号線側に対する接続点が、当該下位段の光信号用水平信号線の中点よりも出力アンプ１４側に配置される。

［第２の実施の形態］

図５は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子の要部（出力アンプ１４及び接続部１１５）を示す回路図であり、図３（ａ）に対応している。図５において、図１及び図３（ａ）中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による固体撮像素子が前記第１の実施の形態による固体撮像素子１と異なる所は、全てのＣＤＳ回路１２の出力部と出力アンプ１４との間を２段に階層的に接続する接続部１５に代えて、全てのＣＤＳ回路１２の出力部と出力アンプ１４との間を３段に階層的に接続する接続部１１５が設けられている点のみである。

本実施の形態では、接続部１１５は、３段の水平信号線（すなわち、複数本の下位段の水平信号線１２１、複数本の中位段の水平信号線１２２及び１本の上位段の水平信号線１２３）と、全ての下位段の水平信号線１２１と全てのＣＤＳ回路１２の出力部との間をそれぞれ接続する複数の下位段の水平選択スイッチ１３１と、全ての下位段の水平信号線１２１と全ての中位段の水平信号線１２２との間を接続する複数の中位段の水平選択スイッチ１３２と、全ての中位段の水平信号線１２２と上位段の水平信号線１２３との間を接続する複数の上位段の水平選択スイッチ１３３と、を有している。本実施の形態では、水平選択スイッチ１３１，１３２，１３３としてＭＯＳトランジスタが用いられている。

下位段の水平選択スイッチ１３１は、垂直信号線１１及びＣＤＳ回路１２に対して１対１に設けられている。連続して並んだ複数本（本実施の形態では、４本）ずつの垂直信号線１１に対応して、下位段の水平信号線１２１が１本ずつ設けられている。複数本（本実施の形態では、４本）の垂直信号線１１にそれぞれ接続されている同数（本実施の形態では、４本）のＣＤＳ回路１２の出力部が、それぞれ同数（本実施の形態では、４本）の下位段の水平選択スイッチ１３１を介して、対応する同一の下位段の水平信号線１２１に接続されている。中位段の水平選択スイッチ１３２は、下位段の水平信号線１２１に対して１対１に設けられている。複数本ずつの下位段の水平信号線１２１に対応して、中位段の水平信号線１２２が１本ずつ設けられている。複数本の下位段の水平信号線１２１が、それぞれ同数の中位段の水平選択スイッチ１３２を介して、対応する同一の中位段の水平信号線１２２に接続されている。

上位段の水平選択スイッチ１３３は、中位段の水平信号線１２２に対して１対１に設けられている。各中位段の水平信号線１２２は、上位段の水平選択スイッチ１３３を介して、上位段の水平信号線１２３と接続されている。上位段の水平信号線１２３の一方の端部（図５中の右端部）には出力アンプ１４が接続されており、ＣＤＳ回路１２から出力される電気信号は、出力アンプ１４から固体撮像素子１の外部に出力される。

各水平選択スイッチ１３１，１３２，１３３のゲートには、水平走査回路１７から駆動信号が供給され、オンにする下位段の水平選択スイッチ１３１、オンにする中位段の水平選択スイッチ１３２及び上位段の水平選択スイッチ１３３のオンオフを適宜選択していくことで、各ＣＤＳ回路１２の出力信号に応じた信号を順次出力アンプ１４から出力させることができる。

本実施の形態では、各下位段の水平信号線１２１における中位段の水平信号線１２２側に対する接続点１２１ａが、当該下位段の水平信号線１２１の出力アンプ１４側の端部（図５中の右端部）に配置されている。また、各中位段の水平信号線１２２における上位段の水平信号線１２３側に対する接続点１２２ａが、当該中位段の水平信号線１２２の出力アンプ１４側の端部（図５中の右端部）に配置されている。

本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、本実施の形態では、接続点１２１ａを水平信号線１２１の出力アンプ１４側の端部に配置するとともに、接続点１２２ａを水平信号線１２２の出力アンプ１４側の端部に配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、例えば、接続点１２１ａを水平信号線１２１の中点よりも出力アンプ１４側に配置しておくか、あるいは、接続点１２２ａを水平信号線１２２の中点よりも出力アンプ１４側に配置しておけばよい。

本実施の形態は、接続部１１５を３段に構成した例を挙げたものであるが、本発明では、接続部１１５に対応する接続部を４段以上に構成してもよい。

［第３の実施の形態］

図６は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像素子の要部（出力アンプ１４−１，１４−２及び接続部１５−１，１５−２）を示す回路図であり、図３（ａ）に対応している。

本実施の形態による固体撮像素子が前記第１の実施の形態による固体撮像素子１と異なる所は、前記第１の実施の形態における出力アンプ１４及び接続部１５の組を、出力アンプ１４−１及び接続部１５−１の組と出力アンプ１４−２及び接続部１５−２の組の、２つの組に分けたような構成を有している点のみである。

本実施の形態では、接続部１５−１は、行方向に１つおきの複数のＣＤＳ回路１２の出力部と出力アンプ１４−１との間を２段に階層的に接続するように構成され、下位段の水平信号線２１に対応する下位段の水平信号線２１−１と、上位段の水平信号線２２に対応する上位段の水平信号線２２−１と、下位段の水平選択スイッチ３１に対応する下位段の水平選択スイッチ３１−１と、上位段の水平選択スイッチ３２に対応する上位段の水平選択スイッチ３２−１と、を有している。接続部１５−２は、行方向に１つおきの残りの複数のＣＤＳ回路１２の出力部と出力アンプ１４−２との間を２段に階層的に接続するように構成され、下位段の水平信号線２１に対応する下位段の水平信号線２１−２と、上位段の水平信号線２２に対応する上位段の水平信号線２２−２と、下位段の水平選択スイッチ３１に対応する下位段の水平選択スイッチ３１−２と、上位段の水平選択スイッチ３２に対応する上位段の水平選択スイッチ３２−２と、を有している。

そして、本実施の形態では、接続部１５−１において、各下位段の水平信号線２１−１における上位段の水平信号線２２−１側に対する接続点２１−１ａが、当該下位段の水平信号線２１−１の出力アンプ１４−１側の端部（図６中の右端部）に配置されている。また、接続部１５−２において、各下位段の水平信号線２１−２における上位段の水平信号線２２−２側に対する接続点２１−２ａが、当該下位段の水平信号線２１−２の出力アンプ１４−２側の端部（図６中の右端部）に配置されている。

本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。なお、本実施の形態では、接続点２１−１ａを水平信号線２１−１の出力アンプ１４−１側の端部に配置するとともに、接続点２１−２ａを水平信号線２１−２の出力アンプ１４−２側の端部に配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、例えば、接続点２１−１ａを水平信号線２１−１の中点よりも出力アンプ１４−１側に配置するとともに、接続点２１−２ａを水平信号線２１−２の中点よりも出力アンプ１４−２側に配置すればよい。

本実施の形態は、前記第１の実施の形態における出力アンプ１４及び接続部１５の組を２組に分けたような構成を採用した例を挙げたものであるが、本発明では、例えば、前記第１の実施の形態における出力アンプ１４及び接続部１５の組を３組以上に分けたような構成を採用してもよいし、前記第２の実施の形態における出力アンプ１４及び接続部１１５の組を２組以上に分けたような構成を採用してもよい。

以上、本発明の各実施の形態及びそれらの変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。 図１中の画素を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の効果を説明する概念図である。 比較例による固体撮像素子の縦縞状ノイズの発生を説明する概念図である。 本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子の要部を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態による固体撮像素子の要部を示す回路図である。

符号の説明

１ 固体撮像素子
１０ 画素
１１ 垂直信号線
１２ ＣＤＳ回路
１４ 出力アンプ
１５ 接続部
２１ 下位段の水平信号線
２２ 上位段の水平信号線
３１ 下位段の水平選択スイッチ
３２ 上位段の水平選択スイッチ

Claims (4)

1. ２次元に配置された複数の画素と、
   それぞれが前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される複数の垂直信号線と、
   入力された信号に応じた信号を外部に出力する出力部と、
   前記複数の垂直信号線のうちの少なくとも一部の垂直信号線又は前記少なくとも一部の垂直信号線の信号に応じた信号が得られる部位と前記出力部との間を複数段に階層的に接続する接続部と、
   を備え、
   前記接続部は、複数段の水平信号線と、複数の水平選択スイッチとを有し、
   前記複数の水平選択スイッチは、前記複数段の水平信号線のうちの最下位段の水平信号線と前記少なくとも一部の垂直信号線又は前記部位との間、及び、前記複数段の水平信号線のうちの最上位段を除く各段の水平信号線と当該段の水平信号線よりも１つ上位の段の水平信号線との間を、それぞれ接続し、
   前記複数段の水平信号線のうちの最上位段の水平信号線は、その一方端部側において前記出力部と接続され、
   前記複数段の水平信号線のうちの最上位段を除く少なくとも１つの段の水平信号線における、当該段の水平信号線よりも１つ上位の段の水平信号線側に対する接続点が、当該水平信号線の中点よりも前記出力部の側に配置された、
   ことを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記少なくとも１つの段の水平信号線における、当該段の水平信号線よりも１つ上位の段の水平信号線側に対する前記接続点が、当該水平信号線のいずれの３等分割点よりも前記出力部の側に配置されたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
3. 前記少なくとも１つの段の水平信号線における、当該段の水平信号線よりも１つ上位の段の水平信号線側に対する前記接続点が、当該水平信号線の前記出力部側の端部に配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
4. 前記出力部及び前記接続部の組を複数備え、
   互いに異なる組の前記接続部が接続する前記垂直信号線又は前記部位は、前記組ごとに互いに異なり、
   前記複数の垂直信号線のうちの隣り合う垂直信号線又はそれらに対応する前記部位は、互いに異なる組の前記接続部によって互いに異なる組の前記出力部に接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。

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