固态图像传感器、照相机和驱动固态图像传感器的方法
【专利摘要】公开了固态图像传感器、照相机和驱动固态图像传感器的方法。图像传感器包括像素单元，像素单元具有第一和第二光电转换器、针对第一和第二光电转换器共同地设置的放大器以及被配置成将在第一和第二光电转换器中生成的电荷分别传输至放大器的输入部分的第一和第二传输晶体管。由读出部分读出的信号包括在通过第一传输晶体管将电荷从第一光电转换器传输至输入部分的状态中读出的第一光学信号，以及在读出第一光学信号之后在通过第二传输晶体管将电荷从第二光电转换器传输至输入部分的状态中读出的第二光学信号。
【专利说明】固态图像传感器、照相机和驱动固态图像传感器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态图像传感器、照相机和驱动固态图像传感器的方法。
【背景技术】
[0002]随着近来对固态图像传感器的多像素结构和高帧率的需求，缩短从像素读出信号的时间的技术变得越来越重要。日本专利特开N0.2004-134867描述了提供与多个光电转换器对应的一个放大兀件的固态图像传感器。在下文中为了描述方便，将多个光电转换器中的一个称为“第一光电转换器”，且将另一个称为“第二光电转换器”。在日本专利特开N0.2004-134867中描述的固态图像传感器将第一光电转换器的电荷传输至放大兀件的输入部分并且读出信号(在下文中为了描述方便，称为“第一光学信号”)。此后，在未使输入部分复位的情况下，固态图像传感器将第二光电转换器的电荷传输至输入部分并且读出信号(在下文中为了描述方便，称为“第二光学信号”)。在这种情况下，在第二光电转换器的电荷传输至输入部分之后读出的信号是与第一光电转换器的电荷和第二光电转换器的电荷的总和对应的信号。
[0003]在日本专利特开N0.2004-134867中描述的方法中，第二光学信号大于第一光学信号。因此，第二光学信号收敛所需时间比第一光学信号收敛所需时间更长。如果读出第一光学信号的时间和读出第二光学信号的时间被类似地定义，则应当这样设定这些时间使得第二光学信号能够以足够的精度读出。然而，在这种情况下，读出第一光学信号的时间被设定为比需要的更长。如果读出第一光学信号的时间和读出第二光学信号的时间被类似地定义同时优先缩短读出时间，则第二光学信号的读出精度低于第一光学信号的读出精度。日本专利特开N0.2004-134867未描述这些考察以及有关基于它们的改进的想法。
【发明内容】
[0004]本发明提供了有利于缩短读出时间并且改善读出精度的技术。
[0005]本发明在其第一方面中提供了一种固态图像传感器，其包括:像素单元，被配置成经由列信号线从像素单元读出信号的读出部分，以及被配置成捕获由读出部分读出的信号的保持部分；像素单兀包括:第一光电转换器，第二光电转换器，针对第一光电转换器和第二光电转换器共同地设置的用于将信号输出至列信号线的放大器，被配置成将在第一光电转换器中生成的电荷传输至放大器的输入部分的第一传输晶体管，以及被配置成将在第二光电转换器中生成的电荷传输至所述输入部分的第二传输晶体管；其中，由读出部分读出的信号包括在通过第一传输晶体管将电荷从第一光电转换器传输至所述输入部分的状态中读出的第一光学信号，以及在读出第一光学信号之后在通过第二传输晶体管将电荷从第二光电转换器传输至所述输入部分的状态中读出的第二光学信号，并且，令Tl是从由读出部分对第一光学信号的读出的开始至由保持部分对第一光学信号的捕获的结束的时间，且令T2是从由读出部分对第二光学信号的读出的开始至由保持部分对第二光学信号的捕获的结束的时间，则T1〈T2成立。[0006]本发明在其第二方面提供了一种包括如第一方面所指定的固态图像传感器以及被配置成处理从固态图像传感器输出的信号的处理器的照相机。
[0007]本发明在其第三方面提供了一种驱动固态图像传感器的方法，所述固态图像传感器包括像素单元，被配置成经由列信号线从像素单元读出信号的读出部分，以及被配置成捕获由读出部分读出的信号的保持部分；像素单元包括第一光电转换器，第二光电转换器，针对第一光电转换器和第二光电转换器共同地设置的用于将信号输出至列信号线的放大器，以及被配置成将在第一光电转换器和第二光电转换器中生成的电荷传输至放大器的输入部分的传输晶体管；由读出部分读出的信号包括在通过传输晶体管将电荷从第一光电转换器传输至所述输入部分的状态中读出的第一光学信号，以及在读出第一光学信号之后在通过传输晶体管将电荷从第二光电转换器传输至所述输入部分的状态中读出的第二光学信号，所述方法包括:驱动固态图像传感器，使得:令Tl是从由读出部分对第一光学信号的读出的开始至由保持部分对第一光学信号的捕获的结束的时间，且令T2是从由读出部分对第二光学信号的读出的开始至由保持部分对第二光学信号的捕获的结束的时间，则TKT2成立。
[0008]从参考附图对示例性实施例的如下描述中，本发明的更多特征将变得清楚。
[0009]附图描述
[0010]图1是示出根据第一实施例的固态图像传感器的布置的电路图；
[0011]图2是示出根据第一至第三实施例的固态图像传感器的操作的时序图；
[0012]图3是示出根据第二实施例的固态图像传感器的布置的电路图；
[0013]图4是示出根据第三实施例的固态图像传感器的布置的电路图；
[0014]图5是示出根据第四实施例的固态图像传感器的布置的电路图；以及
[0015]图6是示出根据第四实施例的固态图像传感器的操作的时序图。
【具体实施方式】
[0016]现在参考附图对本发明的实施例进行描述。
[0017]参考图1和图2对根据本发明第一实施例的固态图像传感器ISl进行描述。固态图像传感器ISl可以包括多个像素单元101，多个读出部分113，多个保持部分150，水平扫描电路134,和放大器133。固态图像传感器ISl还可以包括垂直扫描电路(未不出)。
[0018]可以布置多个像素单元101以形成多个行和多个列，而图1仅示出一个像素单元101。每个像素单兀101包括作为多个光电转换器的第一光电转换器102a和第二光电转换器102b。每个像素单兀101还包括针对作为多个光电转换器的第一光电转换器102a和第二光电转换器102b共同地设置的放大器(放大晶体管)105。每个像素单元101还包括第一传输晶体管103a和第二传输晶体管103b,它们将在第一光电转换器102a和第二光电转换器102b中生成的电荷分别传输至用作放大器105的输入部分104的浮动扩散(floatingdiffusion).每个像素单元101还可以包括将放大器105的输入部分104的电位复位的复位晶体管106。每个像素单元101还可以包括将像素单元101连接至列信号线111的选择晶体管107。像素单元101连接至列信号线111的状态是像素单元101被选择的状态。像素单元101未连接至列信号线111的状态是对像素单元101未被选择的状态。
[0019]待由上述垂直扫描电路(未示出)驱动的驱动线108a、108b、109和110分别连接至第一传输晶体管103a、第二传输晶体管103b、复位晶体管106和选择晶体管107的栅极。在第一实施例中，微透镜135是针对作为像素单元101的多个光电转换器的第一光电转换器102a和第二光电转换器102b共同地设置的。
[0020]当光进入第一光电转换器102a以及第二光电转换器102b时,生成与光的量对应的电荷。在第一光电转换器102a和第二光电转换器102b中生成的电荷分别通过第一传输晶体管103a和第二传输晶体管103b传输至输入部分104。输入部分104的电位根据来自第一光电转换器102a和第二光电转换器102b的电荷的传输而改变。放大器105将与输入部分104的电位对应的信号输出至列信号线111。连接至列信号线111的恒流源112和放大器105可以形成源极跟随器。
[0021]读出部分(列放大器)113将从像素单元101输出至列信号线111的信号读出至读出节点RN。读出部分113可以包括例如差分放大器(0P放大器)116、箝位电容器114、反馈电容器115和开关117。差分放大器116包括第一输入端、第二输入端和输出端。反馈电容器115和开关117并行布置在差分放大器116的第一输入端和差分放大器116的输出端之间。箝位电容器114布置在差分放大器116的第一输入端和读出部分113的输入端之间。从参考电压源118向差分放大器116的第二输入端施加参考电压。差分放大器116的输出端连接至读出节点RN。
[0022]保持部分150捕获由读出部分113读出至读出节点RN的信号。保持部分150包括存储器 123、124、125 和 126，开关 119、120、121 和 122，以及开关 127、128、129 和 130。每个存储器123、124、125和126可以由例如电容器形成。开关119、120、121和122分别布置在读出节点RN与存储器123、124、125和126之间。开关127和128分别布置在水平信号线131与存储器123和124之间。开关129和130分别布置在水平信号线132和存储器125和126之间。
[0023]放大器133是差分放大器。水平信号线131和132连接至放大器133的输入端。保持部分150的开关127、128、129和130由水平扫描电路134控制。
[0024]下面参考图2对图1所示的根据第一实施例的固态图像传感器ISl的操作(驱动方法)进行描述。在图2中PTXA、PTXB, PRES和PSEL分别是要施加至驱动线108a、108b、109和110的信号。当信号PTXA、PTXB、PRES和PSEL变成高电平时，第一传输晶体管103a、第二传输晶体管103b、复位晶体管106和选择晶体管107被分别地导通。PCOR是控制读出部分(列放大器)113的开关117的信号。当信号PCOR变成高电平时，开关117被导通。PH是用于驱动水平扫描电路134的时钟信号。
[0025]在时刻T201，在第一光电转换器102a和第二光电转换器102b中蓄积电荷。在时刻T201，第一传输晶体管103a和第二传输晶体管103b被关断，复位晶体管106被导通，并且放大器105的输入部分104被复位至复位电位。此外，在时刻T201，选择晶体管107被关断，并且像素单元101处于未被选择状态。此外，在时刻T201，读出部分113的开关117被导通，并且读出部分113作为单位增益缓冲器进行操作。当从参考电压源118向差分放大器116的第二输入端施加的电压为参考电压VCOR时,差分放大器116的第一输入端、第二输入端和输出端的电压为VC0R。另外，在时刻T201，开关119至122以及127至130被关断。
[0026]在时刻T202，PSEL变成高电平以导通选择晶体管107。像素单元101和列信号线Ill因此被连接，并且放大器105和恒流源112形成源极跟随器。
[0027]在时刻T203，PRES变成低电平以关断复位晶体管106。因此，放大器105的输入部分104变成浮动状态。
[0028]在从时刻T204至T205的时间段期间，PTN、PTSA和PTSAB变成高电平以导通开关119至122。从读出部分113输出至读出节点RN的信号(VCOR)因此被接收并且被保持部分150的存储器123至126保持。换言之，从读出部分113输出至读出节点RN的信号(VCOR)因此被保持部分150捕获。
[0029]在时刻T206，PC0R变成低电平以关断读出部分113的开关117。读出部分113被从单位增益缓冲器状态释放并且作为具有增益(-C0/Cf)的反相放大器操作，其中CO是箝位电容器114的值，而Cf是反馈电容器115的值。
[0030]在从时刻T207至T208的时间段期间，PTN变成高电平以导通开关119和120。存储器123和124因此接收从读出部分113输出至读出节点RN的信号(噪声信号)以在未将第一光电转换器102a和第二光电转换器102b的电荷传输至输入部分104的状态中对其进行保持。
[0031]在从时刻T209至T210的时间段期间，PTXA变成高电平以导通第一传输晶体管103a。因此,在第一光电转换器102a中生成的电荷被传输至放大器105的输入部分104。根据由至列信号线111的电荷传输引起的输入部分104的电位变化,放大器105输出信号。读出部分113开始将输出至列信号线111的信号以增益(-C0/Cf)进行放大以及将信号(第一光学信号)输出至读出节点RN的操作。
[0032]在从时刻T211至T212的时间段期间，PTSA变成高电平以导通保持部分150的开关121。存储器125因此接收与在第一光电转换器102a中生成的电荷对应的第一光学信号以保持它。图2示出其中PTSA在时刻T211处升高的示例。然而，PTSA可以在从时刻T208至T209的时间段期间的任意时刻处升高。
[0033]在从时刻T213至T214的时间段期间，PTXA和PTXB变成高电平以导通第一传输晶体管103a和第二传输晶体管103b 二者。因此，在时刻T210之后在第一光电转换器102a中生成的电荷以及在PTXB最终从高电平变成低电平之后在第二光电转换器102b中生成的电荷被传输至放大器105的输入部分104。根据由至列信号线111的电荷传输引起的输入部分104的电位的变化，放大器105输出信号。读出部分113开始将输出至列信号线111的信号以增益(-C0/Cf)进行放大以及将信号(第二光学信号)输出至读出节点RN的操作。注意，如果第一光电转换器102a的电荷蓄积时间段和第二光电转换器102b的电荷蓄积时间段可以在时间上移位(shift)，则在从时刻T213至T214的时间段期间，PTXA和PTXB中仅PTXB可以变成高电平。
[0034]在从时刻T215至T216的时间段期间，PTSAB变成高电平以导通保持部分150的开关122。存储器126因此接收与在第一光电转换器102a和第二光电转换器102b中生成的电荷的总和对应的信号(第二光学信号)以保持它。图2示出其中PTSAB在时刻T215处升高的示例。然而，PTSAB可以在从时刻T212至T213的时间段期间的任意时刻处升高。
[0035]在时刻T217，PRES变成高电平以导通复位晶体管106。因此，放大器105的输入部分104被复位至复位电位。另外，在时刻T217，PCOR也变成高电平以导通读出部分113的开关117，并且读出部分113因此被设定为单位增益缓冲器状态。[0036]在时刻T218，PSEL变成低电平以关断选择晶体管107，并且对所选像素单元101的选择停止。在时刻T219，水平扫描电路134开始操作。尽管在图2中未示出，但水平扫描电路134导通保持部分150的开关127和129以将由存储器123和125保持的信号传输至水平信号线131和132。放大器133差分地放大输出至水平信号线131和132的信号并且将它们输出。使用这种差分放大，抵消了共同包括在水平信号线131和132中的噪声和读出部分113的输出偏移。在水平信号线131和132复位之后，水平扫描电路134导通开关128和130以将由存储器124和126保持的信号传输至水平信号线131和132。放大器133差分地放大输出至水平信号线131和132的信号并且输出它们。针对每行像素单元101执行上述操作。
[0037]令Tl是从由读出部分113对第一光学信号的读出的开始至由保持部分150对第一光学信号的捕获的结束的时间，并且令T2是从由读出部分113对第二光学信号的读出的开始至由保持部分150对第二光学信号的捕获的结束的时间。在这种情况下，优选地，T1〈T2成立。第一光学信号是与在第一光电转换器102a中生成的电荷的量对应的信号。更具体地，第一光学信号是在第一光电转换器102a中生成的电荷被传输至输入部分104的状态中由读出部分113读出至读出节点RN的信号。第二光学信号是与在第一光电转换器102a和第二光电转换器102b中生成的电荷的量对应的信号。更具体地，第二光学信号是在第一光电转换器102a和第二光电转换器102b中生成的电荷被传输至输入部分104的状态中由读出部分113读出至读出节点RN的信号。
[0038]还令TO是从由读出部分113对噪声信号的读出的开始至由保持部分150对噪声信号的捕获的结束的时间。在这种情况下，优选地，T0〈T1〈T2成立。噪声信号是在取消了通过复位晶体管106对输入部分104的复位的状态中与输入部分104的电位对应的信号。更具体地，噪声信号是在取消了通过复位晶体管106对输入部分104的复位的状态中由读出部分113读出至读出节点RN的信号。
[0039]从由读出部分113对第一光学信号的读出的开始至由保持部分150对第一光学信号的捕获的结束的时间Tl是从时刻Τ209至时刻Τ212的时间。时刻Τ209是从第一光电转换器102a至输入部分104的电荷传输开始的时刻。读出部分113在时刻T209处开始读出第一光学信号。从由读出部分113对第二光学信号的读出的开始至由保持部分150对第二光学信号的捕获的结束的时间T2是从时刻T213至时刻T216的时间。时刻T213是从第二光电转换器102b至输入部分104的电荷传输开始的时刻。读出部分113在时刻T213时开始读出第二光电信号(在时刻T213之前，读出部分113仅读出第一光学信号)。从由读出部分113对噪声信号的读出的开始至由保持部分150对噪声信号的捕获的结束的时间TO是从时刻T206至时刻T208的时间。时刻T206是PCOR变成低电平并且读出部分113开始以增益(-C0/Cf)进行放大的时刻。
[0040]将具体地描述满足上述T1〈T2或T0〈T1〈T2的驱动方法优选的原因。从诸如读出部分113之类的放大器的操作开始至输出的收敛的时间称为稳定时间(settling time)。在信号的捕获结束的时刻T208、T212或T216，读出部分113的输出信号的值需要在允许范围内收敛。当小信号被输入至读出部分113时，读出部分113的输出信号(输出电压)的改变AVout与输入电压的改变AVin成比例，并且可以通过下式给出
[0041]AVout=-AVin.C0/Cf.(l_exp (_t/τ ))...(I)[0042]其中τ是由形成读出部分113的差分放大器116的晶体管的特性、供应至差分放大器116的电流以及连接至差分放大器116的输出端的负载确定的时间常数，并且t是时间。当大信号被输入至读出部分113时,读出部分113的输出信号(输出电压)独立于输入电压、根据差分放大器116的转换速率(slew rate)而增大,并且输出电压的改变AVout可以通过下式给出:
[0043]Δ Vout=Iss/Cout.t...(2)
[0044]其中Iss是差分放大器116的输出电流，而Cout是连接至差分放大器116的输出端的电容。当输出的改变反馈至输入并且跨差分放大器116的两个输入端的电压降低时，输出电压开始根据等式(I)改变。出于此原因，根据等式(2)，当输出电压降低了 AV时，读出部分113的稳定时间缩短了以下值:
[0045]t= Δ V.Cout/Iss
[0046]根据等式(1)，直至读出部分113的输出信号收敛到预定误差范围ε内所需的时间通过下式给出:
[0047]t=- τ.In ( ε / Δ Vout (t — 00 ))
[0048]其中AVout(t — 00 )是AVout所收敛到的电压。如从该等式可见,输出电压越低，读出部分113的稳定时间越短。
[0049]在上述读出方法中，第二光学信号是第一光学信号和与在第二光电转换器102b中生成的电荷的量对应的信号的总和。因此，第二光学信号的值总是大于第一光学信号的值。当读出第一光学信号时读出部分113的输出信号的稳定时间比当读出第二光学信号时读出部分113的输出信号的稳定时间更短。因此，优选地操作固态图像传感器ISl以满足T1〈T2。另外，由于噪声信号小于第一光学信号和第二光学信号，所以优选地操作固态图像传感器ISl以满足Τ0〈Τ1〈Τ2。在改善读出精度同时缩短读出时间方面这是有利的。
[0050]在图1中示出的固态图像传感器ISl中，设置了第一光电转换器102a和第二光电转换器102b共用的微透镜135。具有这种布置的固态图像传感器ISl可用于相位差聚焦检测。当设置了第一光电转换器102a和第二光电转换器102b共用的微透镜135时,可以使通过了光瞳第一区域的光束进入第一光电转换器102a，并且可以使通过了光瞳第二区域的光束进入第二光电转换器102b。由通过了光瞳第一区域的光束形成的图像定义为图像A，而由通过了光瞳第二区域的光束形成的图像定义为图像B。在这种情况下，从第一光电转换器102a读出的信号是图像A的信号，而从第二光电转换器102b读出的信号是图像B的信号。
[0051]上述第一光学信号与图像A的信号对应，而上述第二光学信号与图像A的信号和图像B的信号的总和对应。因此，可以通过从第二光学信号中减去第一光学信号来得到图像B的信号。可以基于以这种方式得到的图像A的信号和图像B的信号来执行聚焦检测。第二光学信号也可以用作图像信号。
[0052]要求所感测图像具有低噪声。要求图像A的信号和图像B的信号的总和(即第二光学信号)具有高S/N比。然而，作为用于聚焦检测的信号的第一光学信号(图像A的信号)仅要求具有能够进行聚焦检测的精度并且不需要具有高S/N比。因此，当为了第一光学信号的更短读出时间而牺牲第一光学信号的S/N比时，可以加速操作而不使图像信息降级。
[0053]参考图3来描述根据本发明第二实施例的固态图像传感器IS2。注意，与图1所示第一实施例的固态图像传感器ISl中的附图标记相同的附图标记表示相同元件。在第二实施例中未提及的点可以遵照第一实施例。在根据第二实施例的固态图像传感器IS2中，针对第一像素单元101的光电转换器和第二像素单元301的光电转换器共同地设置微透镜。
[0054]第二实施例的固态图像传感器IS2具有这样的布置，其中各自包括第一像素单元101和第二像素单元301的单元被以矩阵布置。注意，为了简化的目的图3示出仅一个单元。第二实施例的固态图像传感器IS2可以包括多个读出部分113和313，多个保持部分150和350，水平扫描电路134，以及放大器133。固态图像传感器IS2还可以包括垂直扫描电路(未示出)。
[0055]第一像素单元101具有与第一实施例的像素单元101的布置相同的布置。第二像素单元301包括与第一像素单元101的那些相同的元件。第二像素单元301的元件的布置与第一像素单元101的元件的布置可以具有镜像对称性。第二像素单元301包括作为多个光电转换器的第三光电转换器302a和第四光电转换器302b。每个像素单兀301还包括针对作为多个光电转换器的第三光电转换器302a和第四光电转换器302b共同地设置的第二放大器305。每个像素单元301还包括将在第三光电转换器302a和第四光电转换器302b中生成的电荷分别传输至第二放大器305的输入部分(第二输入部分)304的第三传输晶体管303a和第四传输晶体管303b。每个像素单元301还可以包括将第二放大器305的输入部分304的电位复位的复位晶体管306。每个像素单元301还可以包括将像素单元301连接至列信号线311的选择晶体管307。
[0056]针对第一像素单元101的第一光电转换器102a和第二像素单元301的第三光电转换器302a共同地设置微透镜135。针对第一像素单兀101的第二光电转换器102b和第二像素单元301的第四光电转换器302b共同地设置微透镜136。
[0057]读出部分113具有与第一实施例的读出部分113相同的布置，并且将从像素单元101输出至列信号线111的信号读出至读出节点RN。读出部分(第二读出部分)313具有与读出部分113相同的布置，并且将从像素单元301输出至列信号线311的信号读出至读出节点RN2。读出部分313可以包括例如差分放大器(0P放大器)316、箝位电容器314、反馈电容器315以及开关317。差分放大器316包括第一输入端、第二输入端以及输出端。反馈电容器315和开关317并行地布置在差分放大器316的第一输入端与差分放大器316的输出端之间。箝位电容器314布置在差分放大器316的第一输入端与读出部分313的输入端之间。从参考电压源318至差分放大器316的第二输入端施加参考电压。差分放大器316的输出端连接至读出节点RN2。
[0058]保持部分(第二保持部分)350保持由读出部分313读出至读出节点RN2的信号。保持部分350包括存储器323、324、325和326，开关319、320、321和322，以及开关327、328、329和330。每个存储器323、324、325和326可以由例如电容器形成。开关319、320、321和322分别布置在读出节点RN2和存储器323、324、325和326之间。开关327和328分别布置在水平信号线131和存储器323和324之间。开关329和330分别布置在水平信号线132和存储器325和326之间。
[0059]类似于第一实施例的固态图像传感器IS1，第二实施例的固态图像传感器IS2如图2的时序图中所示那样进行操作。令Tl是从由读出部分113和313对第一光学信号的读出的开始至由保持部分150和350对第一光学信号的捕获的结束的时间，而令T2是从由读出部分113和313对第二光学信号的读出的开始至由保持部分150和350对第二光学信号的捕获的结束的时间。在这种情况下，优选地，T1〈T2成立。还令TO是从由读出部分113和313对噪声信号的读出的开始至由保持部分150和350对噪声信号的捕获的结束的时间。在这种情况下，优选地，Τ0<Τ1<Τ2成立。
[0060]在根据第一实施例的固态图像传感器ISl中，从布置在共用微透镜135下方的第一光电转换器102a和第二光电转换器102b读出信号的定时略微不同。另一方面,在根据第二实施例的固态图像传感器IS2中，从布置在共用微透镜135下方的第一光电转换器102a和第三光电转换器302a读出信号的定时是相同的。类似地，在根据第二实施例的固态图像传感器IS2中，从布置在共用微透镜136下方的第二光电转换器102b和第四光电转换器302b读出信号的定时是相同的。因此，在第二实施例中，未出现由于从布置在共用微透镜下方的两个光电转换器读出信号的定时之间的差异引起的误差，并且例如，可以改善相位差聚焦检测的精度。
[0061]参考图4将描述根据第三实施例的固态图像传感器IS3。第三实施例的固态图像传感器IS3与第一实施例的固态图像传感器ISl的不同之处在于:针对第一光电转换器102a设置一个微透镜401,以及针对第二光电转换器102b设置一个微透镜402。即，在第三实施例的固态图像传感器IS3中，针对第一光电转换器102a和第二光电转换器102b单独设置微透镜。至于其余的点，第三实施例的固态图像传感器IS3与第一实施例的固态图像传感器ISl相同。
[0062]参考图5和图6将描述根据本发明第四实施例的固态图像传感器IS4。在第四实施例中未提及的点可以遵照第一实施例。根据第四实施例的固态图像传感器IS4明确地示出每个像素单元101可以包括至少三个光电转换器。每个像素单元101包括作为除了上述第一光电转换器102a和第二光电转换器102b之外的至少一个附加光电转换器的第三光电转换器102c。因此，第四实施例的固态图像传感器IS4包括被配置成将在第三光电转换器102c中生成的电荷传输至输入部分104的第三传输晶体管103c。要由上述垂直扫描电路(未示出)驱动的驱动线108c连接至第三传输晶体管103c的栅极。
[0063]此外，开关501、502、505和506以及存储器503和504添加至保持部分150。开关501由PTN控制，而开关502由PTSABC控制。开关505和506由水平扫描电路134控制。
[0064]下面将描述其中每个像素单元101包括三个光电转换器的固态图像传感器IS4的操作(驱动方法)。在图6中的PTXA、PTXB、PTXC、PRES和PSEL分别是要施加至驱动线108a、108b、108c、109和110的信号。当信号PTXA、PTXB、PTXC、PRES和PSEL变成高电平时，第一传输晶体管103a、第二传输晶体管103b、第三传输晶体管103c、复位晶体管106和选择晶体管107被分别导通。
[0065]图6中从时刻T601至T616的操作几乎与图2中从时刻T201至T216的操作相同。然而，在从时刻T604至T605的时间段期间，除了 PTN、PTSA和PTSAB之外PTXABC变成高电平，并且除了开关119至122之外开关501和502被导通。保持部分150的存储器123至126,503和504因此保持从读出部分113输出至读出节点RN的信号(VC0R)。
[0066]在从时刻T617至T618的时间段期间，PTXA、PTXB和PTXC变成高电平以导通全部晶体管103a、103b和103c。因此，在时刻T614之后在第一光电转换器102a和第二光电转换器102b中生成的电荷和在PTXC最终从高电平变成低电平之后在第三光电转换器102c中生成的电荷被传输至放大器105的输入部分104。根据由至列信号线111的电荷传输引起的输入部分104的电位的改变，放大器105输出信号。读出部分113开始将输出至列信号线111的信号以增益(-C0/Cf)进行放大以及将信号(第三光学信号)输出至读出节点RN的操作。注意，第一光电转换器102a的电荷蓄积时间段、第二光电转换器102b的电荷蓄积时间段和第三光电转换器102c的电荷蓄积时间段可以在时间上彼此移位。在这种情况下，在从时刻T617至T618的时间段期间，PTXA、PTXB和PTXC中仅PTXC可以变成高电平。
[0067]在从时刻T619至T620的时间段期间，PTSABC变成高电平以导通保持部分150的开关502。存储器504因此保持与在第一光电转换器102a、第二光电转换器102b和第三光电转换器102c中生成的电荷的总和对应的信号(第三光学信号)。图6示出其中在时刻T619处PTSABC升高的示例。然而，PTSABC可以在从时刻T616至T617的时间段期间的任意时刻处升闻。
[0068]在从时刻T621至T623的时间段期间的操作与在图2中在从时刻T217至T219的时间段期间的操作相同。然而，通过水平扫描电路134的扫描，除了在存储器123和125之间的信号差异和在存储器124和126之间的信号差异之外，放大器133放大并输出在存储器503和504之间的信号差异。
[0069]令Tl是从由读出部分113对第一光学信号的读出的开始至由保持部分150对第一光学信号的捕获的结束的时间，并且令T2是从由读出部分113对第二光学信号的读出的开始至由保持部分150对第二光学信号的捕获的结束的时间。还令T3是从由读出部分113对第三光学信号的读出的开始至由保持部分150对第三光学信号的捕获的结束的时间。在这种情况下,优选地，T1〈T2〈T3成立。第一光学信号和第二光学信号是如上已经定义的信号。第三光学信号是与在第一光电转换器102a、第二光电转换器102b和第三光电转换器102c中生成的电荷的量对应的信号。更具体地，第三光学信号是在第一光电转换器102a、第二光电转换器102b和第三光电转换器102c中生成的电荷被传输至输入部分104的状态中由读出部分113读出至读出节点RN的信号。另外，当还考虑噪声信号时，优选地，T0<T1<T2<T3 成立。
[0070]在图6所不不例中，用于光电转换器至输入部分104的电荷传输执行三次。然而，次数可以是两次。例如，可以省略时刻T613至T616。在这种情况下，当水平扫描电路134进行扫描时，从存储器124和126至水平信号线131和132的信号传输不被执行。
[0071]图5示出其中针对三个光电转换器设置一个放大器的示例。然而，可以针对四个或更多个光电转换器设置一个放大器。可以将共享放大器的多个光电转换器布置在共用微透镜下方或在不同微透镜下方。
[0072]作为根据上述实施例中每一个的固态图像传感器的应用示例，将以包含固态图像传感器的照相机作为示例。照相机的概念不仅包括主要用于拍摄的装置而且包括辅助地具有拍摄功能的装置(例如，个人计算机和便携式终端)。照相机包括在上述实施例中例示的根据本发明的固态图像传感器以及处理从固态图像传感器输出的信号的处理器。处理器可以包括例如A/D转换器，以及处理从A/D转换器输出的数字数据的处理器。
[0073]尽管已参照示例性实施例对本发明执行了描述，但是将会明了，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围将被赋予最宽的解释以包括所有这些修改以及等同结构和功能。
【权利要求】
1.一种固态图像传感器，包括:像素单元、被配置成经由列信号线从像素单元读出信号的读出部分、以及被配置成捕获由读出部分读出的信号的保持部分， 像素单兀包括:第一光电转换器、第二光电转换器、针对第一光电转换器和第二光电转换器共同地设置的用于将信号输出至列信号线的放大器、被配置成将在第一光电转换器中生成的电荷传输至放大器的输入部分的第一传输晶体管、以及被配置成将在第二光电转换器中生成的电荷传输至所述输入部分的第二传输晶体管， 其中， 由读出部分读出的信号包括:在通过第一传输晶体管将电荷从第一光电转换器传输至所述输入部分的状态中读出的第一光学信号，以及在读出第一光学信号之后在通过第二传输晶体管将电荷从第二光电转换器传输至所述输入部分的状态中读出的第二光学信号，并且 令Tl是从由读出部分对第一光学信号的读出的开始至由保持部分对第一光学信号的捕获的结束的时间，且令T2是从由读出部分对第二光学信号的读出的开始至由保持部分对第二光学信号的捕获的结束的时间，则T1〈T2成立。
2.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，像素单元进一步包括被配置成对所述输入部分的电位进行复位的复位晶体管， 由读出部分读出的信号包括在通过复位晶体管对所述输入部分的电压进行复位的状态中读出的噪声信号， 第一光学信号是在由读出部分读出噪声信号之后在通过第一传输晶体管将电荷从第一光电转换器传输至所述输入部分的状态中读出的信号，并且 令TO是从由读出部分对噪声信号的读出的开始至由保持部分对噪声信号的捕获的结束的时间，则Τ0〈Τ1〈Τ2成立。
3.根据权利要求2所述的固态图像传感器，其中，读出部分包括 差分放大器，包括第一输入端、第二输入端和输出端； 箝位电容器，布置在所述输入部分和第一输入端之间； 反馈电容器，布置在第一输入端和输出端之间；以及 开关，布置在第一输入端和输出端之间， 第二输入端被给予参考电压，且 保持部分包括存储器，使存储器保持在通过复位晶体管对所述输入部分的电压的复位被停止的状态中由读出部分读出的信号，并且，所述开关被导通且然后使存储器保持噪声信号。
4.根据权利要求2所述的固态图像传感器，其中，保持部分包括:被配置成保持噪声信号的两个存储器、被配置成保持第一光学信号的存储器、以及被配置成保持第二光学信号的存储器。
5.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，当第二传输晶体管将电荷从第二光电转换器传输至所述输入部分时，第一传输晶体管再次将电荷从第一光电转换器传输至所述输入部分。
6.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，针对第一光电转换器和第二光电转换器设置共用微透镜。
7.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，针对第一光电转换器和第二光电转换器分别设置单独的微透镜。
8.根据权利要求1所述的固态图像传感器，进一步包括: 第二像素单元； 第二读出部分，被配置成经由第二列信号线从第二像素单元读出信号；以及 第二保持部分，被配置成捕获由第二读出部分读出的信号， 所述第二像素单元包括: 第三光电转换器； 第四光电转换器； 针对第三光电转换器和第四光电转换器共同地设置的用于将信号输出至第二列信号线的第二放大器； 第三传输晶体管，被配置成将 在第三光电转换器中生成的电荷传输至用作第二放大器的输入部分的第二输入部分；以及 第四传输晶体管，被配置成将在第四光电转换器中生成的电荷传输至所述第二输入部分， 其中，针对第一光电转换器和第三光电转换器设置共用微透镜，并且针对第二光电转换器和第四光电转换器设置共用微透镜。
9.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，所述像素单元包括至少一个附加的光电转换器，并且 针对第一光电转换器、第二光电转换器和至少一个附加的光电转换器共同地设置所述放大器。
10.一种照相机，包括: 根据权利要求1所述的固态图像传感器；以及 处理器，被配置成处理从固态图像传感器输出的信号。
11.一种驱动固态图像传感器的方法，所述固态图像传感器包括:像素单元、被配置成经由列信号线从像素单元读出信号的读出部分、以及被配置成捕获由读出部分读出的信号的保持部分；所述像素单兀包括:第一光电转换器、第二光电转换器、针对第一光电转换器和第二光电转换器共同地设置的用于将信号输出至列信号线的放大器、以及被配置成将在第一光电转换器和第二光电转换器中生成的电荷传输至放大器的输入部分的传输晶体管， 由读出部分读出的信号包括:在通过传输晶体管将电荷从第一光电转换器传输至所述输入部分的状态中读出的第一光学信号，以及在读出第一光学信号之后在通过传输晶体管将电荷从第二光电转换器传输至所述输入部分的状态中读出的第二光学信号，所述方法包括: 驱动固态图像传感器，使得:令Tl是从由读出部分对第一光学信号的读出的开始至由保持部分对第一光学信号的捕获的结束的时间，且令T2是从由读出部分对第二光学信号的读出的开始至由保持部分对第二光学信号的捕获的结束的时间，则T1〈T2成立。
【文档编号】H01L27/146GK103581576SQ201310326584
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】箕轮雅章, 沖田彰, 有岛优, 岩根正晃, 大下内和树 申请人:佳能株式会社