成像裝置及其驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輸出焦點檢測信息和圖像信息的成像裝置以及驅(qū)動該成像裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為相位差檢測系統(tǒng)中的輸出可以被用于焦點檢測的信號的成像裝置，具有按二維矩陣的方式布置的像素的成像裝置被提出，這些像素具有布置于微透鏡之下的一對光電轉(zhuǎn)換單元。
[0003]日本專利申請公開N0.2013-211833描述了如下的成像裝置，在該成像裝置中為成像區(qū)設(shè)置從中獲取焦點檢測信息和圖像信息兩者的焦點檢測區(qū)以及僅從中獲取圖像信息的圖像區(qū)。成像裝置從焦點檢測區(qū)中的像素中讀出僅基于該對光電轉(zhuǎn)換單元中的一個的信號(A信號)，以及基于該對光電轉(zhuǎn)換單元中的兩者所引起的電荷的信號((A+B)信號)。接著，成像裝置計算這些信號以獲取僅基于該對光電轉(zhuǎn)換單元中的另一個光電轉(zhuǎn)換單元的信號(B信號)，并且使用A信號和B信號來執(zhí)行焦點檢測。(A+B)信號實際上被用作圖像信號。此外，在沒有從圖像區(qū)的像素中讀出A信號的情況下僅讀出(A+B)信號，由此實現(xiàn)讀取時間的減少。
[0004]但是，與從圖像區(qū)讀出的(A+B)信號相比，較大量的噪聲成分被疊加于從焦點檢測區(qū)讀出的(A+B)信號上，并從而可能使圖像質(zhì)量劣化。此外，有必要在一個幀時間段內(nèi)于焦點檢測區(qū)與圖像區(qū)之間改變掃描行的方法，并且因而控制方法是困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供可以在不使圖像質(zhì)量劣化的情況下容易地讀出焦點檢測信號和圖像獲取信號的成像裝置和驅(qū)動該成像裝置的方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種驅(qū)動成像裝置的方法，該成像裝置包含其內(nèi)布置多個像素的像素陣列，每個像素都包含第一光電轉(zhuǎn)換單元、第二光電轉(zhuǎn)換單元以及收集到第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元的入射光的微透鏡，該方法包括:在第一幀時間段內(nèi)，從被包含于所述像素陣列的一部分中的多個像素中的每一個讀出基于在第一光電轉(zhuǎn)換單元中生成的信號電荷的第一信號，以及基于在至少第二光電轉(zhuǎn)換單元中生成的信號電荷的第二信號；以及在不同于第一幀時間段的第二幀時間段內(nèi)，從被包含于所述像素陣列的另一部分中的并且在第一幀時間段內(nèi)還未從其讀出基于信號電荷的信號的多個像素中的每一個，讀出基于在第一光電轉(zhuǎn)換單元中生成的信號電荷和在第二光電轉(zhuǎn)換單元中生成的信號電荷的第三信號。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種成像裝置，該成像裝置包含:其內(nèi)布置多個像素的像素陣列，每個像素都包含第一光電轉(zhuǎn)換單元、第二光電轉(zhuǎn)換單元以及收集到第一光電轉(zhuǎn)換單元和第二光電轉(zhuǎn)換單元的入射光的微透鏡；以及被配置為執(zhí)行第一幀時間段和不同于第一幀時間段的第二幀時間段的信號處理單元，在該第一幀時間段內(nèi)從被包含于所述像素陣列的一部分中的多個像素中的每一個讀出基于在第一光電轉(zhuǎn)換單元中生成的信號電荷的第一信號以及基于在至少第二光電轉(zhuǎn)換單元中生成的信號電荷的第二信號，在該第二幀時間段內(nèi)從被包含于所述像素陣列的另一部分中的并且在第一幀時間段內(nèi)還未從其讀出基于信號電荷的信號的多個像素中的每一個讀出基于在第一光電轉(zhuǎn)換單元中生成的信號電荷和在第二光電轉(zhuǎn)換單元中生成的信號電荷的第三信號。
[0008]本發(fā)明的更多特征根據(jù)下面參照附圖對示例性實施例的描述將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0009]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的成像裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0010]圖2A是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的成像裝置的像素單元的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0011]圖2B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的成像裝置的像素單元的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0012]圖3、4、5A和5B是示出驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的成像裝置的方法的時序圖。
[0013]圖6是示出驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的成像裝置的方法的時序圖。
[0014]圖7是示出驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的成像裝置的方法的時序圖。
[0015]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0017][第一實施例]
[0018]將參照圖1至5B來描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的成像裝置以及驅(qū)動該成像裝置的方法。
[0019]圖1是示出根據(jù)本實施例的成像裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2A是示出根據(jù)本實施例的成像裝置的像素的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖2B是示出根據(jù)本實施例的成像裝置的像素的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖3至5B是示出驅(qū)動根據(jù)本實施例的成像裝置的方法的時序圖。
[0020]首先，將參照圖1、2A和2B來描述根據(jù)本實施例的成像裝置的結(jié)構(gòu)的概要。
[0021]如圖1所示，根據(jù)本實施例的成像裝置100包含像素陣列10、信號處理電路40、垂直掃描電路12、水平掃描電路14、時序發(fā)生器(以下被表不為“TG”)16和斜坡信號發(fā)生電路52。
[0022]像素陣列10包含沿行方向和列方向上按二維矩陣的方式布置的多個像素20。為了示圖的簡化，圖1示出了 2行X2列的像素陣列10。但是，布置于行方向和列方向上的像素20的數(shù)量并沒有受到特別限制。注意，在本說明書中，行方向代表附圖中的橫向方向，而列方向代表附圖中的垂直方向。在一個示例中，行方向?qū)?yīng)于成像裝置中的水平方向，而列方向?qū)?yīng)于成像裝置中的垂直方向。
[0023]像素20中的每一個都包含光電二極管22和26、傳輸MOS晶體管24和28、重置MOS晶體管30、放大器MOS晶體管32和選擇MOS晶體管34。
[0024]配置第一光電轉(zhuǎn)換單元的光電二極管22的陽極連接至接地電壓線，而陰極連接至傳輸MOS晶體管24的源極。配置第二光電轉(zhuǎn)換單元的光電二極管26的陽極連接至接地電壓線，而陰極連接至傳輸MOS晶體管28的源極。傳輸MOS晶體管24和28的漏極連接至重置MOS晶體管30的源極以及放大器MOS晶體管32的柵極。傳輸MOS晶體管24和28的漏極、重置MOS晶體管30的源極以及放大器MOS晶體管32的柵極的連接節(jié)點配置浮置擴(kuò)散區(qū)(以下稱為“FD區(qū)”)36。重置MOS晶體管30的和放大器MOS晶體管32的漏極連接至電源電壓線。放大器MOS晶體管32的源極連接至選擇MOS晶體管34的漏極。傳輸MOS晶體管24和28、重置MOS晶體管30、放大器MOS晶體管32以及選擇MOS晶體管34配置用于讀出基于光電二極管22和26中生成的電荷的像素信號的像素內(nèi)讀出電路。
[0025]注意，晶體管的源極和漏極的名稱有時可以是不同的，取決于晶體管的導(dǎo)電類型、重點功能(focused funct1n)等，并且可以被命名為與上述的源極和漏極相反的名稱。
[0026]圖2A是像素陣列10的頂視示意圖，而圖2B是圖2A的A_A’線截面圖。具有圖1所示的電路結(jié)構(gòu)的像素陣列10可以按照例如圖2A中所示的平面布局來實現(xiàn)。在圖2A中由虛線包圍的單元區(qū)是單元像素(像素20)。微透鏡60被設(shè)置在每個像素20之上。彩色濾光片62被設(shè)置于光電二極管22和26與微透鏡60之間，如圖2B所不。
[0027]在本說明書中，當(dāng)共同描述被包含于一個像素20中的光電二極管22和26時，它們被寫作“光接收單元”。一個微透鏡60被布置為覆蓋一個光接收單元，并且收集到光接收單元的光束。也就是，對應(yīng)于一個光接收單元設(shè)置一個微透鏡60。此外，由一個微透鏡60收集的光入射到包含于對應(yīng)于一個微透鏡60而設(shè)置的像素20中的多個光電轉(zhuǎn)換單元上。本實施例的成像裝置100包含包括多個微透鏡60的微透鏡陣列。
[0028]信號線TX1、信號線TX2、信號線RES和信號線SEL被布置在像素陣列10的每個行內(nèi)，在行方向上延伸。信號線TXl連接至在行方向上布置的像素20的傳輸MOS晶體管24的柵極，并且形成為這些像素20所共用的信號線。信號線TX2連接至在行方向上布置的像素20的傳輸MOS晶體管28的柵極，并且形成為這些像素20所共用的信號線。信號線RES連接至在行方向上布置的像素20的重置MOS晶體管30的柵極，并且形成為這些像素20所共用的信號線。信號線SEL連接至在行方向上布置的像素20的選擇MOS晶體管34的柵極，并且形成為這些像素20所共用的信號線。注意，在圖1中，與行號對應(yīng)的參考數(shù)字被分別附于各自信號線的名稱(例如，RES1、RES2、TXll和TX12)。
[0029]垂直掃描電路12基于來自TG 16的時序信號逐個地選擇每一行中的像素20，并且輸出來自像素20的像素信號。信號線TX1、信號線TX2、信號線RES和信號線SEL連接至垂直掃描電路12。從垂直掃描電路12向信號線TXl輸出用于驅(qū)動傳輸MOS晶體管24的傳輸脈沖信號PTX1。從垂直掃描電路12向信號線TX2輸出用于驅(qū)動傳輸MOS晶體管28的傳輸脈沖信號PTX2。從垂直掃描電路12向信號線RES輸出用于驅(qū)動重置MOS晶體管30的重置脈沖信號PRES。從垂直掃描電路12向信號線SEL輸出選擇脈沖信號PSEL。當(dāng)高電平(以下寫為“H電平”)信號被施加于這些信號線時，相應(yīng)的晶體管變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))。此外，當(dāng)?shù)碗娖?以下寫為“L電平”)信號被施加時，相應(yīng)的晶體管變?yōu)榉菍?dǎo)電狀態(tài)(截止?fàn)顟B(tài))。
[0030]垂直信號線38被布置在像素陣列10的每一列中，在列方向上延伸。垂直信號線38連接至在列方向上布置的像素20的選擇MOS晶體管34的源極，并且形成為這些像素20所共用的信號線。信號處理電路40和電流源42連接至每一列的垂直信號線38。
[0031]信號處理電路40處理從像素陣列10輸出的像素信號。如圖1所示，信號處理電路40包含鉗位電容器C0、C3和C4、反饋電容器C2、開關(guān)SW1、SW2和SW3、運算放大器44、比較電路46、計數(shù)器電路48及存儲器50。
[0032]運算放大器44的反相輸入端子通過鉗位電容器CO連接至垂直信號線38。參考電壓Vref被提供給運算放大器44的非反相輸入端子。反饋電容器C2和開關(guān)SWl并行地連接于運算放大器44的反相輸入端子與輸出端子之間。運算放大器44的輸出端子通過鉗位電容器C3連接至比較電路46的一個輸入端子。開關(guān)SW2連接于鉗位電容器C3和比較電路46之間的連接節(jié)點與固定電壓線(例如，電源電壓線)之間。斜坡信號發(fā)生電路52通過鉗位電容器C4連接至比較電路46的另一個輸入端子。斜坡信號發(fā)生電路52是用于基