固態(tài)圖像傳感器、照相機和驅動固態(tài)圖像傳感器的方法
【專利摘要】公開了固態(tài)圖像傳感器、照相機和驅動固態(tài)圖像傳感器的方法。圖像傳感器包括像素單元，像素單元具有第一和第二光電轉換器、針對第一和第二光電轉換器共同地設置的放大器以及被配置成將在第一和第二光電轉換器中生成的電荷分別傳輸至放大器的輸入部分的第一和第二傳輸晶體管。由讀出部分讀出的信號包括在通過第一傳輸晶體管將電荷從第一光電轉換器傳輸至輸入部分的狀態(tài)中讀出的第一光學信號，以及在讀出第一光學信號之后在通過第二傳輸晶體管將電荷從第二光電轉換器傳輸至輸入部分的狀態(tài)中讀出的第二光學信號。
【專利說明】固態(tài)圖像傳感器、照相機和驅動固態(tài)圖像傳感器的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)圖像傳感器、照相機和驅動固態(tài)圖像傳感器的方法。
【背景技術】
[0002]隨著近來對固態(tài)圖像傳感器的多像素結構和高幀率的需求，縮短從像素讀出信號的時間的技術變得越來越重要。日本專利特開N0.2004-134867描述了提供與多個光電轉換器對應的一個放大兀件的固態(tài)圖像傳感器。在下文中為了描述方便，將多個光電轉換器中的一個稱為“第一光電轉換器”，且將另一個稱為“第二光電轉換器”。在日本專利特開N0.2004-134867中描述的固態(tài)圖像傳感器將第一光電轉換器的電荷傳輸至放大兀件的輸入部分并且讀出信號(在下文中為了描述方便，稱為“第一光學信號”)。此后，在未使輸入部分復位的情況下，固態(tài)圖像傳感器將第二光電轉換器的電荷傳輸至輸入部分并且讀出信號(在下文中為了描述方便，稱為“第二光學信號”)。在這種情況下，在第二光電轉換器的電荷傳輸至輸入部分之后讀出的信號是與第一光電轉換器的電荷和第二光電轉換器的電荷的總和對應的信號。
[0003]在日本專利特開N0.2004-134867中描述的方法中，第二光學信號大于第一光學信號。因此，第二光學信號收斂所需時間比第一光學信號收斂所需時間更長。如果讀出第一光學信號的時間和讀出第二光學信號的時間被類似地定義，則應當這樣設定這些時間使得第二光學信號能夠以足夠的精度讀出。然而，在這種情況下，讀出第一光學信號的時間被設定為比需要的更長。如果讀出第一光學信號的時間和讀出第二光學信號的時間被類似地定義同時優(yōu)先縮短讀出時間，則第二光學信號的讀出精度低于第一光學信號的讀出精度。日本專利特開N0.2004-134867未描述這些考察以及有關基于它們的改進的想法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了有利于縮短讀出時間并且改善讀出精度的技術。
[0005]本發(fā)明在其第一方面中提供了一種固態(tài)圖像傳感器，其包括:像素單元，被配置成經(jīng)由列信號線從像素單元讀出信號的讀出部分，以及被配置成捕獲由讀出部分讀出的信號的保持部分；像素單兀包括:第一光電轉換器，第二光電轉換器，針對第一光電轉換器和第二光電轉換器共同地設置的用于將信號輸出至列信號線的放大器，被配置成將在第一光電轉換器中生成的電荷傳輸至放大器的輸入部分的第一傳輸晶體管，以及被配置成將在第二光電轉換器中生成的電荷傳輸至所述輸入部分的第二傳輸晶體管；其中，由讀出部分讀出的信號包括在通過第一傳輸晶體管將電荷從第一光電轉換器傳輸至所述輸入部分的狀態(tài)中讀出的第一光學信號，以及在讀出第一光學信號之后在通過第二傳輸晶體管將電荷從第二光電轉換器傳輸至所述輸入部分的狀態(tài)中讀出的第二光學信號，并且，令Tl是從由讀出部分對第一光學信號的讀出的開始至由保持部分對第一光學信號的捕獲的結束的時間，且令T2是從由讀出部分對第二光學信號的讀出的開始至由保持部分對第二光學信號的捕獲的結束的時間，則T1〈T2成立。[0006]本發(fā)明在其第二方面提供了一種包括如第一方面所指定的固態(tài)圖像傳感器以及被配置成處理從固態(tài)圖像傳感器輸出的信號的處理器的照相機。
[0007]本發(fā)明在其第三方面提供了一種驅動固態(tài)圖像傳感器的方法，所述固態(tài)圖像傳感器包括像素單元，被配置成經(jīng)由列信號線從像素單元讀出信號的讀出部分，以及被配置成捕獲由讀出部分讀出的信號的保持部分；像素單元包括第一光電轉換器，第二光電轉換器，針對第一光電轉換器和第二光電轉換器共同地設置的用于將信號輸出至列信號線的放大器，以及被配置成將在第一光電轉換器和第二光電轉換器中生成的電荷傳輸至放大器的輸入部分的傳輸晶體管；由讀出部分讀出的信號包括在通過傳輸晶體管將電荷從第一光電轉換器傳輸至所述輸入部分的狀態(tài)中讀出的第一光學信號，以及在讀出第一光學信號之后在通過傳輸晶體管將電荷從第二光電轉換器傳輸至所述輸入部分的狀態(tài)中讀出的第二光學信號，所述方法包括:驅動固態(tài)圖像傳感器，使得:令Tl是從由讀出部分對第一光學信號的讀出的開始至由保持部分對第一光學信號的捕獲的結束的時間，且令T2是從由讀出部分對第二光學信號的讀出的開始至由保持部分對第二光學信號的捕獲的結束的時間，則TKT2成立。
[0008]從參考附圖對示例性實施例的如下描述中，本發(fā)明的更多特征將變得清楚。
[0009]附圖描述
[0010]圖1是示出根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的布置的電路圖；
[0011]圖2是示出根據(jù)第一至第三實施例的固態(tài)圖像傳感器的操作的時序圖；
[0012]圖3是示出根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器的布置的電路圖；
[0013]圖4是示出根據(jù)第三實施例的固態(tài)圖像傳感器的布置的電路圖；
[0014]圖5是示出根據(jù)第四實施例的固態(tài)圖像傳感器的布置的電路圖；以及
[0015]圖6是示出根據(jù)第四實施例的固態(tài)圖像傳感器的操作的時序圖。
【具體實施方式】
[0016]現(xiàn)在參考附圖對本發(fā)明的實施例進行描述。
[0017]參考圖1和圖2對根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器ISl進行描述。固態(tài)圖像傳感器ISl可以包括多個像素單元101，多個讀出部分113，多個保持部分150，水平掃描電路134,和放大器133。固態(tài)圖像傳感器ISl還可以包括垂直掃描電路(未不出)。
[0018]可以布置多個像素單元101以形成多個行和多個列，而圖1僅示出一個像素單元101。每個像素單兀101包括作為多個光電轉換器的第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b。每個像素單兀101還包括針對作為多個光電轉換器的第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b共同地設置的放大器(放大晶體管)105。每個像素單元101還包括第一傳輸晶體管103a和第二傳輸晶體管103b,它們將在第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b中生成的電荷分別傳輸至用作放大器105的輸入部分104的浮動擴散(floatingdiffusion).每個像素單元101還可以包括將放大器105的輸入部分104的電位復位的復位晶體管106。每個像素單元101還可以包括將像素單元101連接至列信號線111的選擇晶體管107。像素單元101連接至列信號線111的狀態(tài)是像素單元101被選擇的狀態(tài)。像素單元101未連接至列信號線111的狀態(tài)是對像素單元101未被選擇的狀態(tài)。
[0019]待由上述垂直掃描電路(未示出)驅動的驅動線108a、108b、109和110分別連接至第一傳輸晶體管103a、第二傳輸晶體管103b、復位晶體管106和選擇晶體管107的柵極。在第一實施例中，微透鏡135是針對作為像素單元101的多個光電轉換器的第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b共同地設置的。
[0020]當光進入第一光電轉換器102a以及第二光電轉換器102b時,生成與光的量對應的電荷。在第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b中生成的電荷分別通過第一傳輸晶體管103a和第二傳輸晶體管103b傳輸至輸入部分104。輸入部分104的電位根據(jù)來自第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b的電荷的傳輸而改變。放大器105將與輸入部分104的電位對應的信號輸出至列信號線111。連接至列信號線111的恒流源112和放大器105可以形成源極跟隨器。
[0021]讀出部分(列放大器)113將從像素單元101輸出至列信號線111的信號讀出至讀出節(jié)點RN。讀出部分113可以包括例如差分放大器(0P放大器)116、箝位電容器114、反饋電容器115和開關117。差分放大器116包括第一輸入端、第二輸入端和輸出端。反饋電容器115和開關117并行布置在差分放大器116的第一輸入端和差分放大器116的輸出端之間。箝位電容器114布置在差分放大器116的第一輸入端和讀出部分113的輸入端之間。從參考電壓源118向差分放大器116的第二輸入端施加參考電壓。差分放大器116的輸出端連接至讀出節(jié)點RN。
[0022]保持部分150捕獲由讀出部分113讀出至讀出節(jié)點RN的信號。保持部分150包括存儲器 123、124、125 和 126，開關 119、120、121 和 122，以及開關 127、128、129 和 130。每個存儲器123、124、125和126可以由例如電容器形成。開關119、120、121和122分別布置在讀出節(jié)點RN與存儲器123、124、125和126之間。開關127和128分別布置在水平信號線131與存儲器123和124之間。開關129和130分別布置在水平信號線132和存儲器125和126之間。
[0023]放大器133是差分放大器。水平信號線131和132連接至放大器133的輸入端。保持部分150的開關127、128、129和130由水平掃描電路134控制。
[0024]下面參考圖2對圖1所示的根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器ISl的操作(驅動方法)進行描述。在圖2中PTXA、PTXB, PRES和PSEL分別是要施加至驅動線108a、108b、109和110的信號。當信號PTXA、PTXB、PRES和PSEL變成高電平時，第一傳輸晶體管103a、第二傳輸晶體管103b、復位晶體管106和選擇晶體管107被分別地導通。PCOR是控制讀出部分(列放大器)113的開關117的信號。當信號PCOR變成高電平時，開關117被導通。PH是用于驅動水平掃描電路134的時鐘信號。
[0025]在時刻T201，在第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b中蓄積電荷。在時刻T201，第一傳輸晶體管103a和第二傳輸晶體管103b被關斷，復位晶體管106被導通，并且放大器105的輸入部分104被復位至復位電位。此外，在時刻T201，選擇晶體管107被關斷，并且像素單元101處于未被選擇狀態(tài)。此外，在時刻T201，讀出部分113的開關117被導通，并且讀出部分113作為單位增益緩沖器進行操作。當從參考電壓源118向差分放大器116的第二輸入端施加的電壓為參考電壓VCOR時,差分放大器116的第一輸入端、第二輸入端和輸出端的電壓為VC0R。另外，在時刻T201，開關119至122以及127至130被關斷。
[0026]在時刻T202，PSEL變成高電平以導通選擇晶體管107。像素單元101和列信號線Ill因此被連接，并且放大器105和恒流源112形成源極跟隨器。
[0027]在時刻T203，PRES變成低電平以關斷復位晶體管106。因此，放大器105的輸入部分104變成浮動狀態(tài)。
[0028]在從時刻T204至T205的時間段期間，PTN、PTSA和PTSAB變成高電平以導通開關119至122。從讀出部分113輸出至讀出節(jié)點RN的信號(VCOR)因此被接收并且被保持部分150的存儲器123至126保持。換言之，從讀出部分113輸出至讀出節(jié)點RN的信號(VCOR)因此被保持部分150捕獲。
[0029]在時刻T206，PC0R變成低電平以關斷讀出部分113的開關117。讀出部分113被從單位增益緩沖器狀態(tài)釋放并且作為具有增益(-C0/Cf)的反相放大器操作，其中CO是箝位電容器114的值，而Cf是反饋電容器115的值。
[0030]在從時刻T207至T208的時間段期間，PTN變成高電平以導通開關119和120。存儲器123和124因此接收從讀出部分113輸出至讀出節(jié)點RN的信號(噪聲信號)以在未將第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b的電荷傳輸至輸入部分104的狀態(tài)中對其進行保持。
[0031]在從時刻T209至T210的時間段期間，PTXA變成高電平以導通第一傳輸晶體管103a。因此,在第一光電轉換器102a中生成的電荷被傳輸至放大器105的輸入部分104。根據(jù)由至列信號線111的電荷傳輸引起的輸入部分104的電位變化,放大器105輸出信號。讀出部分113開始將輸出至列信號線111的信號以增益(-C0/Cf)進行放大以及將信號(第一光學信號)輸出至讀出節(jié)點RN的操作。
[0032]在從時刻T211至T212的時間段期間，PTSA變成高電平以導通保持部分150的開關121。存儲器125因此接收與在第一光電轉換器102a中生成的電荷對應的第一光學信號以保持它。圖2示出其中PTSA在時刻T211處升高的示例。然而，PTSA可以在從時刻T208至T209的時間段期間的任意時刻處升高。
[0033]在從時刻T213至T214的時間段期間，PTXA和PTXB變成高電平以導通第一傳輸晶體管103a和第二傳輸晶體管103b 二者。因此，在時刻T210之后在第一光電轉換器102a中生成的電荷以及在PTXB最終從高電平變成低電平之后在第二光電轉換器102b中生成的電荷被傳輸至放大器105的輸入部分104。根據(jù)由至列信號線111的電荷傳輸引起的輸入部分104的電位的變化，放大器105輸出信號。讀出部分113開始將輸出至列信號線111的信號以增益(-C0/Cf)進行放大以及將信號(第二光學信號)輸出至讀出節(jié)點RN的操作。注意，如果第一光電轉換器102a的電荷蓄積時間段和第二光電轉換器102b的電荷蓄積時間段可以在時間上移位(shift)，則在從時刻T213至T214的時間段期間，PTXA和PTXB中僅PTXB可以變成高電平。
[0034]在從時刻T215至T216的時間段期間，PTSAB變成高電平以導通保持部分150的開關122。存儲器126因此接收與在第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b中生成的電荷的總和對應的信號(第二光學信號)以保持它。圖2示出其中PTSAB在時刻T215處升高的示例。然而，PTSAB可以在從時刻T212至T213的時間段期間的任意時刻處升高。
[0035]在時刻T217，PRES變成高電平以導通復位晶體管106。因此，放大器105的輸入部分104被復位至復位電位。另外，在時刻T217，PCOR也變成高電平以導通讀出部分113的開關117，并且讀出部分113因此被設定為單位增益緩沖器狀態(tài)。[0036]在時刻T218，PSEL變成低電平以關斷選擇晶體管107，并且對所選像素單元101的選擇停止。在時刻T219，水平掃描電路134開始操作。盡管在圖2中未示出，但水平掃描電路134導通保持部分150的開關127和129以將由存儲器123和125保持的信號傳輸至水平信號線131和132。放大器133差分地放大輸出至水平信號線131和132的信號并且將它們輸出。使用這種差分放大，抵消了共同包括在水平信號線131和132中的噪聲和讀出部分113的輸出偏移。在水平信號線131和132復位之后，水平掃描電路134導通開關128和130以將由存儲器124和126保持的信號傳輸至水平信號線131和132。放大器133差分地放大輸出至水平信號線131和132的信號并且輸出它們。針對每行像素單元101執(zhí)行上述操作。
[0037]令Tl是從由讀出部分113對第一光學信號的讀出的開始至由保持部分150對第一光學信號的捕獲的結束的時間，并且令T2是從由讀出部分113對第二光學信號的讀出的開始至由保持部分150對第二光學信號的捕獲的結束的時間。在這種情況下，優(yōu)選地，T1〈T2成立。第一光學信號是與在第一光電轉換器102a中生成的電荷的量對應的信號。更具體地，第一光學信號是在第一光電轉換器102a中生成的電荷被傳輸至輸入部分104的狀態(tài)中由讀出部分113讀出至讀出節(jié)點RN的信號。第二光學信號是與在第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b中生成的電荷的量對應的信號。更具體地，第二光學信號是在第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b中生成的電荷被傳輸至輸入部分104的狀態(tài)中由讀出部分113讀出至讀出節(jié)點RN的信號。
[0038]還令TO是從由讀出部分113對噪聲信號的讀出的開始至由保持部分150對噪聲信號的捕獲的結束的時間。在這種情況下，優(yōu)選地，T0〈T1〈T2成立。噪聲信號是在取消了通過復位晶體管106對輸入部分104的復位的狀態(tài)中與輸入部分104的電位對應的信號。更具體地，噪聲信號是在取消了通過復位晶體管106對輸入部分104的復位的狀態(tài)中由讀出部分113讀出至讀出節(jié)點RN的信號。
[0039]從由讀出部分113對第一光學信號的讀出的開始至由保持部分150對第一光學信號的捕獲的結束的時間Tl是從時刻Τ209至時刻Τ212的時間。時刻Τ209是從第一光電轉換器102a至輸入部分104的電荷傳輸開始的時刻。讀出部分113在時刻T209處開始讀出第一光學信號。從由讀出部分113對第二光學信號的讀出的開始至由保持部分150對第二光學信號的捕獲的結束的時間T2是從時刻T213至時刻T216的時間。時刻T213是從第二光電轉換器102b至輸入部分104的電荷傳輸開始的時刻。讀出部分113在時刻T213時開始讀出第二光電信號(在時刻T213之前，讀出部分113僅讀出第一光學信號)。從由讀出部分113對噪聲信號的讀出的開始至由保持部分150對噪聲信號的捕獲的結束的時間TO是從時刻T206至時刻T208的時間。時刻T206是PCOR變成低電平并且讀出部分113開始以增益(-C0/Cf)進行放大的時刻。
[0040]將具體地描述滿足上述T1〈T2或T0〈T1〈T2的驅動方法優(yōu)選的原因。從諸如讀出部分113之類的放大器的操作開始至輸出的收斂的時間稱為穩(wěn)定時間(settling time)。在信號的捕獲結束的時刻T208、T212或T216，讀出部分113的輸出信號的值需要在允許范圍內(nèi)收斂。當小信號被輸入至讀出部分113時，讀出部分113的輸出信號(輸出電壓)的改變AVout與輸入電壓的改變AVin成比例，并且可以通過下式給出
[0041]AVout=-AVin.C0/Cf.(l_exp (_t/τ ))...(I)[0042]其中τ是由形成讀出部分113的差分放大器116的晶體管的特性、供應至差分放大器116的電流以及連接至差分放大器116的輸出端的負載確定的時間常數(shù)，并且t是時間。當大信號被輸入至讀出部分113時,讀出部分113的輸出信號(輸出電壓)獨立于輸入電壓、根據(jù)差分放大器116的轉換速率(slew rate)而增大,并且輸出電壓的改變AVout可以通過下式給出:
[0043]Δ Vout=Iss/Cout.t...(2)
[0044]其中Iss是差分放大器116的輸出電流，而Cout是連接至差分放大器116的輸出端的電容。當輸出的改變反饋至輸入并且跨差分放大器116的兩個輸入端的電壓降低時，輸出電壓開始根據(jù)等式(I)改變。出于此原因，根據(jù)等式(2)，當輸出電壓降低了 AV時，讀出部分113的穩(wěn)定時間縮短了以下值:
[0045]t= Δ V.Cout/Iss
[0046]根據(jù)等式(1)，直至讀出部分113的輸出信號收斂到預定誤差范圍ε內(nèi)所需的時間通過下式給出:
[0047]t=- τ.In ( ε / Δ Vout (t — 00 ))
[0048]其中AVout(t — 00 )是AVout所收斂到的電壓。如從該等式可見,輸出電壓越低，讀出部分113的穩(wěn)定時間越短。
[0049]在上述讀出方法中，第二光學信號是第一光學信號和與在第二光電轉換器102b中生成的電荷的量對應的信號的總和。因此，第二光學信號的值總是大于第一光學信號的值。當讀出第一光學信號時讀出部分113的輸出信號的穩(wěn)定時間比當讀出第二光學信號時讀出部分113的輸出信號的穩(wěn)定時間更短。因此，優(yōu)選地操作固態(tài)圖像傳感器ISl以滿足T1〈T2。另外，由于噪聲信號小于第一光學信號和第二光學信號，所以優(yōu)選地操作固態(tài)圖像傳感器ISl以滿足Τ0〈Τ1〈Τ2。在改善讀出精度同時縮短讀出時間方面這是有利的。
[0050]在圖1中示出的固態(tài)圖像傳感器ISl中，設置了第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b共用的微透鏡135。具有這種布置的固態(tài)圖像傳感器ISl可用于相位差聚焦檢測。當設置了第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b共用的微透鏡135時,可以使通過了光瞳第一區(qū)域的光束進入第一光電轉換器102a，并且可以使通過了光瞳第二區(qū)域的光束進入第二光電轉換器102b。由通過了光瞳第一區(qū)域的光束形成的圖像定義為圖像A，而由通過了光瞳第二區(qū)域的光束形成的圖像定義為圖像B。在這種情況下，從第一光電轉換器102a讀出的信號是圖像A的信號，而從第二光電轉換器102b讀出的信號是圖像B的信號。
[0051]上述第一光學信號與圖像A的信號對應，而上述第二光學信號與圖像A的信號和圖像B的信號的總和對應。因此，可以通過從第二光學信號中減去第一光學信號來得到圖像B的信號?？梢曰谝赃@種方式得到的圖像A的信號和圖像B的信號來執(zhí)行聚焦檢測。第二光學信號也可以用作圖像信號。
[0052]要求所感測圖像具有低噪聲。要求圖像A的信號和圖像B的信號的總和(即第二光學信號)具有高S/N比。然而，作為用于聚焦檢測的信號的第一光學信號(圖像A的信號)僅要求具有能夠進行聚焦檢測的精度并且不需要具有高S/N比。因此，當為了第一光學信號的更短讀出時間而犧牲第一光學信號的S/N比時，可以加速操作而不使圖像信息降級。
[0053]參考圖3來描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)圖像傳感器IS2。注意，與圖1所示第一實施例的固態(tài)圖像傳感器ISl中的附圖標記相同的附圖標記表示相同元件。在第二實施例中未提及的點可以遵照第一實施例。在根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器IS2中，針對第一像素單元101的光電轉換器和第二像素單元301的光電轉換器共同地設置微透鏡。
[0054]第二實施例的固態(tài)圖像傳感器IS2具有這樣的布置，其中各自包括第一像素單元101和第二像素單元301的單元被以矩陣布置。注意，為了簡化的目的圖3示出僅一個單元。第二實施例的固態(tài)圖像傳感器IS2可以包括多個讀出部分113和313，多個保持部分150和350，水平掃描電路134，以及放大器133。固態(tài)圖像傳感器IS2還可以包括垂直掃描電路(未示出)。
[0055]第一像素單元101具有與第一實施例的像素單元101的布置相同的布置。第二像素單元301包括與第一像素單元101的那些相同的元件。第二像素單元301的元件的布置與第一像素單元101的元件的布置可以具有鏡像對稱性。第二像素單元301包括作為多個光電轉換器的第三光電轉換器302a和第四光電轉換器302b。每個像素單兀301還包括針對作為多個光電轉換器的第三光電轉換器302a和第四光電轉換器302b共同地設置的第二放大器305。每個像素單元301還包括將在第三光電轉換器302a和第四光電轉換器302b中生成的電荷分別傳輸至第二放大器305的輸入部分(第二輸入部分)304的第三傳輸晶體管303a和第四傳輸晶體管303b。每個像素單元301還可以包括將第二放大器305的輸入部分304的電位復位的復位晶體管306。每個像素單元301還可以包括將像素單元301連接至列信號線311的選擇晶體管307。
[0056]針對第一像素單元101的第一光電轉換器102a和第二像素單元301的第三光電轉換器302a共同地設置微透鏡135。針對第一像素單兀101的第二光電轉換器102b和第二像素單元301的第四光電轉換器302b共同地設置微透鏡136。
[0057]讀出部分113具有與第一實施例的讀出部分113相同的布置，并且將從像素單元101輸出至列信號線111的信號讀出至讀出節(jié)點RN。讀出部分(第二讀出部分)313具有與讀出部分113相同的布置，并且將從像素單元301輸出至列信號線311的信號讀出至讀出節(jié)點RN2。讀出部分313可以包括例如差分放大器(0P放大器)316、箝位電容器314、反饋電容器315以及開關317。差分放大器316包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。反饋電容器315和開關317并行地布置在差分放大器316的第一輸入端與差分放大器316的輸出端之間。箝位電容器314布置在差分放大器316的第一輸入端與讀出部分313的輸入端之間。從參考電壓源318至差分放大器316的第二輸入端施加參考電壓。差分放大器316的輸出端連接至讀出節(jié)點RN2。
[0058]保持部分(第二保持部分)350保持由讀出部分313讀出至讀出節(jié)點RN2的信號。保持部分350包括存儲器323、324、325和326，開關319、320、321和322，以及開關327、328、329和330。每個存儲器323、324、325和326可以由例如電容器形成。開關319、320、321和322分別布置在讀出節(jié)點RN2和存儲器323、324、325和326之間。開關327和328分別布置在水平信號線131和存儲器323和324之間。開關329和330分別布置在水平信號線132和存儲器325和326之間。
[0059]類似于第一實施例的固態(tài)圖像傳感器IS1，第二實施例的固態(tài)圖像傳感器IS2如圖2的時序圖中所示那樣進行操作。令Tl是從由讀出部分113和313對第一光學信號的讀出的開始至由保持部分150和350對第一光學信號的捕獲的結束的時間，而令T2是從由讀出部分113和313對第二光學信號的讀出的開始至由保持部分150和350對第二光學信號的捕獲的結束的時間。在這種情況下，優(yōu)選地，T1〈T2成立。還令TO是從由讀出部分113和313對噪聲信號的讀出的開始至由保持部分150和350對噪聲信號的捕獲的結束的時間。在這種情況下，優(yōu)選地，Τ0<Τ1<Τ2成立。
[0060]在根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器ISl中，從布置在共用微透鏡135下方的第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b讀出信號的定時略微不同。另一方面,在根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器IS2中，從布置在共用微透鏡135下方的第一光電轉換器102a和第三光電轉換器302a讀出信號的定時是相同的。類似地，在根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器IS2中，從布置在共用微透鏡136下方的第二光電轉換器102b和第四光電轉換器302b讀出信號的定時是相同的。因此，在第二實施例中，未出現(xiàn)由于從布置在共用微透鏡下方的兩個光電轉換器讀出信號的定時之間的差異引起的誤差，并且例如，可以改善相位差聚焦檢測的精度。
[0061]參考圖4將描述根據(jù)第三實施例的固態(tài)圖像傳感器IS3。第三實施例的固態(tài)圖像傳感器IS3與第一實施例的固態(tài)圖像傳感器ISl的不同之處在于:針對第一光電轉換器102a設置一個微透鏡401,以及針對第二光電轉換器102b設置一個微透鏡402。即，在第三實施例的固態(tài)圖像傳感器IS3中，針對第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b單獨設置微透鏡。至于其余的點，第三實施例的固態(tài)圖像傳感器IS3與第一實施例的固態(tài)圖像傳感器ISl相同。
[0062]參考圖5和圖6將描述根據(jù)本發(fā)明第四實施例的固態(tài)圖像傳感器IS4。在第四實施例中未提及的點可以遵照第一實施例。根據(jù)第四實施例的固態(tài)圖像傳感器IS4明確地示出每個像素單元101可以包括至少三個光電轉換器。每個像素單元101包括作為除了上述第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b之外的至少一個附加光電轉換器的第三光電轉換器102c。因此，第四實施例的固態(tài)圖像傳感器IS4包括被配置成將在第三光電轉換器102c中生成的電荷傳輸至輸入部分104的第三傳輸晶體管103c。要由上述垂直掃描電路(未示出)驅動的驅動線108c連接至第三傳輸晶體管103c的柵極。
[0063]此外，開關501、502、505和506以及存儲器503和504添加至保持部分150。開關501由PTN控制，而開關502由PTSABC控制。開關505和506由水平掃描電路134控制。
[0064]下面將描述其中每個像素單元101包括三個光電轉換器的固態(tài)圖像傳感器IS4的操作(驅動方法)。在圖6中的PTXA、PTXB、PTXC、PRES和PSEL分別是要施加至驅動線108a、108b、108c、109和110的信號。當信號PTXA、PTXB、PTXC、PRES和PSEL變成高電平時，第一傳輸晶體管103a、第二傳輸晶體管103b、第三傳輸晶體管103c、復位晶體管106和選擇晶體管107被分別導通。
[0065]圖6中從時刻T601至T616的操作幾乎與圖2中從時刻T201至T216的操作相同。然而，在從時刻T604至T605的時間段期間，除了 PTN、PTSA和PTSAB之外PTXABC變成高電平，并且除了開關119至122之外開關501和502被導通。保持部分150的存儲器123至126,503和504因此保持從讀出部分113輸出至讀出節(jié)點RN的信號(VC0R)。
[0066]在從時刻T617至T618的時間段期間，PTXA、PTXB和PTXC變成高電平以導通全部晶體管103a、103b和103c。因此，在時刻T614之后在第一光電轉換器102a和第二光電轉換器102b中生成的電荷和在PTXC最終從高電平變成低電平之后在第三光電轉換器102c中生成的電荷被傳輸至放大器105的輸入部分104。根據(jù)由至列信號線111的電荷傳輸引起的輸入部分104的電位的改變，放大器105輸出信號。讀出部分113開始將輸出至列信號線111的信號以增益(-C0/Cf)進行放大以及將信號(第三光學信號)輸出至讀出節(jié)點RN的操作。注意，第一光電轉換器102a的電荷蓄積時間段、第二光電轉換器102b的電荷蓄積時間段和第三光電轉換器102c的電荷蓄積時間段可以在時間上彼此移位。在這種情況下，在從時刻T617至T618的時間段期間，PTXA、PTXB和PTXC中僅PTXC可以變成高電平。
[0067]在從時刻T619至T620的時間段期間，PTSABC變成高電平以導通保持部分150的開關502。存儲器504因此保持與在第一光電轉換器102a、第二光電轉換器102b和第三光電轉換器102c中生成的電荷的總和對應的信號(第三光學信號)。圖6示出其中在時刻T619處PTSABC升高的示例。然而，PTSABC可以在從時刻T616至T617的時間段期間的任意時刻處升聞。
[0068]在從時刻T621至T623的時間段期間的操作與在圖2中在從時刻T217至T219的時間段期間的操作相同。然而，通過水平掃描電路134的掃描，除了在存儲器123和125之間的信號差異和在存儲器124和126之間的信號差異之外，放大器133放大并輸出在存儲器503和504之間的信號差異。
[0069]令Tl是從由讀出部分113對第一光學信號的讀出的開始至由保持部分150對第一光學信號的捕獲的結束的時間，并且令T2是從由讀出部分113對第二光學信號的讀出的開始至由保持部分150對第二光學信號的捕獲的結束的時間。還令T3是從由讀出部分113對第三光學信號的讀出的開始至由保持部分150對第三光學信號的捕獲的結束的時間。在這種情況下,優(yōu)選地，T1〈T2〈T3成立。第一光學信號和第二光學信號是如上已經(jīng)定義的信號。第三光學信號是與在第一光電轉換器102a、第二光電轉換器102b和第三光電轉換器102c中生成的電荷的量對應的信號。更具體地，第三光學信號是在第一光電轉換器102a、第二光電轉換器102b和第三光電轉換器102c中生成的電荷被傳輸至輸入部分104的狀態(tài)中由讀出部分113讀出至讀出節(jié)點RN的信號。另外，當還考慮噪聲信號時，優(yōu)選地，T0<T1<T2<T3 成立。
[0070]在圖6所不不例中，用于光電轉換器至輸入部分104的電荷傳輸執(zhí)行三次。然而，次數(shù)可以是兩次。例如，可以省略時刻T613至T616。在這種情況下，當水平掃描電路134進行掃描時，從存儲器124和126至水平信號線131和132的信號傳輸不被執(zhí)行。
[0071]圖5示出其中針對三個光電轉換器設置一個放大器的示例。然而，可以針對四個或更多個光電轉換器設置一個放大器?？梢詫⒐蚕矸糯笃鞯亩鄠€光電轉換器布置在共用微透鏡下方或在不同微透鏡下方。
[0072]作為根據(jù)上述實施例中每一個的固態(tài)圖像傳感器的應用示例，將以包含固態(tài)圖像傳感器的照相機作為示例。照相機的概念不僅包括主要用于拍攝的裝置而且包括輔助地具有拍攝功能的裝置(例如，個人計算機和便攜式終端)。照相機包括在上述實施例中例示的根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器以及處理從固態(tài)圖像傳感器輸出的信號的處理器。處理器可以包括例如A/D轉換器，以及處理從A/D轉換器輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)的處理器。
[0073]盡管已參照示例性實施例對本發(fā)明執(zhí)行了描述，但是將會明了，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。所附權利要求的范圍將被賦予最寬的解釋以包括所有這些修改以及等同結構和功能。
【權利要求】
1.一種固態(tài)圖像傳感器，包括:像素單元、被配置成經(jīng)由列信號線從像素單元讀出信號的讀出部分、以及被配置成捕獲由讀出部分讀出的信號的保持部分， 像素單兀包括:第一光電轉換器、第二光電轉換器、針對第一光電轉換器和第二光電轉換器共同地設置的用于將信號輸出至列信號線的放大器、被配置成將在第一光電轉換器中生成的電荷傳輸至放大器的輸入部分的第一傳輸晶體管、以及被配置成將在第二光電轉換器中生成的電荷傳輸至所述輸入部分的第二傳輸晶體管， 其中， 由讀出部分讀出的信號包括:在通過第一傳輸晶體管將電荷從第一光電轉換器傳輸至所述輸入部分的狀態(tài)中讀出的第一光學信號，以及在讀出第一光學信號之后在通過第二傳輸晶體管將電荷從第二光電轉換器傳輸至所述輸入部分的狀態(tài)中讀出的第二光學信號，并且 令Tl是從由讀出部分對第一光學信號的讀出的開始至由保持部分對第一光學信號的捕獲的結束的時間，且令T2是從由讀出部分對第二光學信號的讀出的開始至由保持部分對第二光學信號的捕獲的結束的時間，則T1〈T2成立。
2.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，像素單元進一步包括被配置成對所述輸入部分的電位進行復位的復位晶體管， 由讀出部分讀出的信號包括在通過復位晶體管對所述輸入部分的電壓進行復位的狀態(tài)中讀出的噪聲信號， 第一光學信號是在由讀出部分讀出噪聲信號之后在通過第一傳輸晶體管將電荷從第一光電轉換器傳輸至所述輸入部分的狀態(tài)中讀出的信號，并且 令TO是從由讀出部分對噪聲信號的讀出的開始至由保持部分對噪聲信號的捕獲的結束的時間，則Τ0〈Τ1〈Τ2成立。
3.根據(jù)權利要求2所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，讀出部分包括 差分放大器，包括第一輸入端、第二輸入端和輸出端； 箝位電容器，布置在所述輸入部分和第一輸入端之間； 反饋電容器，布置在第一輸入端和輸出端之間；以及 開關，布置在第一輸入端和輸出端之間， 第二輸入端被給予參考電壓，且 保持部分包括存儲器，使存儲器保持在通過復位晶體管對所述輸入部分的電壓的復位被停止的狀態(tài)中由讀出部分讀出的信號，并且，所述開關被導通且然后使存儲器保持噪聲信號。
4.根據(jù)權利要求2所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，保持部分包括:被配置成保持噪聲信號的兩個存儲器、被配置成保持第一光學信號的存儲器、以及被配置成保持第二光學信號的存儲器。
5.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，當?shù)诙鬏斁w管將電荷從第二光電轉換器傳輸至所述輸入部分時，第一傳輸晶體管再次將電荷從第一光電轉換器傳輸至所述輸入部分。
6.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，針對第一光電轉換器和第二光電轉換器設置共用微透鏡。
7.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，針對第一光電轉換器和第二光電轉換器分別設置單獨的微透鏡。
8.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器，進一步包括: 第二像素單元； 第二讀出部分，被配置成經(jīng)由第二列信號線從第二像素單元讀出信號；以及 第二保持部分，被配置成捕獲由第二讀出部分讀出的信號， 所述第二像素單元包括: 第三光電轉換器； 第四光電轉換器； 針對第三光電轉換器和第四光電轉換器共同地設置的用于將信號輸出至第二列信號線的第二放大器； 第三傳輸晶體管，被配置成將 在第三光電轉換器中生成的電荷傳輸至用作第二放大器的輸入部分的第二輸入部分；以及 第四傳輸晶體管，被配置成將在第四光電轉換器中生成的電荷傳輸至所述第二輸入部分， 其中，針對第一光電轉換器和第三光電轉換器設置共用微透鏡，并且針對第二光電轉換器和第四光電轉換器設置共用微透鏡。
9.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器，其中，所述像素單元包括至少一個附加的光電轉換器，并且 針對第一光電轉換器、第二光電轉換器和至少一個附加的光電轉換器共同地設置所述放大器。
10.一種照相機，包括: 根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)圖像傳感器；以及 處理器，被配置成處理從固態(tài)圖像傳感器輸出的信號。
11.一種驅動固態(tài)圖像傳感器的方法，所述固態(tài)圖像傳感器包括:像素單元、被配置成經(jīng)由列信號線從像素單元讀出信號的讀出部分、以及被配置成捕獲由讀出部分讀出的信號的保持部分；所述像素單兀包括:第一光電轉換器、第二光電轉換器、針對第一光電轉換器和第二光電轉換器共同地設置的用于將信號輸出至列信號線的放大器、以及被配置成將在第一光電轉換器和第二光電轉換器中生成的電荷傳輸至放大器的輸入部分的傳輸晶體管， 由讀出部分讀出的信號包括:在通過傳輸晶體管將電荷從第一光電轉換器傳輸至所述輸入部分的狀態(tài)中讀出的第一光學信號，以及在讀出第一光學信號之后在通過傳輸晶體管將電荷從第二光電轉換器傳輸至所述輸入部分的狀態(tài)中讀出的第二光學信號，所述方法包括: 驅動固態(tài)圖像傳感器，使得:令Tl是從由讀出部分對第一光學信號的讀出的開始至由保持部分對第一光學信號的捕獲的結束的時間，且令T2是從由讀出部分對第二光學信號的讀出的開始至由保持部分對第二光學信號的捕獲的結束的時間，則T1〈T2成立。
【文檔編號】H01L27/146GK103581576SQ201310326584
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權日:2012年7月31日
【發(fā)明者】箕輪雅章, 沖田彰, 有島優(yōu), 巖根正晃, 大下內(nèi)和樹 申請人:佳能株式會社