光电转换装置以及摄像系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及光电转换装置、摄像系统以及光电转换装置的驱动方法。
【背景技术】
[0002]作为被构造为输出能够用于相位差检测方法的焦点检测的信号的光电转换装置，已提出了具有像素的光电转换装置，各个像素包括微透镜和对应于该微透镜的一对光电转换元件。
[0003]在日本特开第2013-211833号公报描述的这种光电转换装置中，定义了用于获取焦点检测信息和图像信息两者的区域和用于获取仅图像信息的区域。从获取焦点检测信息和图像信息两者的区域中的各像素中，读出基于一对光电转换元件中的仅一者的信号(信号A)和基于光电转换元件两者中生成的电荷的信号(信号A+B)。从获取仅图像信息的区域中的各像素，仅读出信号A+B( S卩，不读出信号A)，以缩短读出时间。
[0004]在日本特开第2013-211833号描述的两个信号A+B中，由于读出方法的差异引起的传输特性或生成的噪声量的差异，在用于图像的信号(图像信号)之间可能有变化。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面的光电转换装置包括第一像素和第二像素，所述第一像素和所述第二像素各自具有:第一光电转换元件；第二光电转换元件；放大单元，其具有输入节点，并且被构造为读出基于在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件中生成的电荷的信号；第一传输门，其被构造为将在所述第一光电转换元件中生成的电荷传输到所述输入节点；第二传输门，其被构造为将在所述第二光电转换元件中生成的电荷传输到所述输入节点；以及微透镜，其被构造为将入射光会聚在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件上。所述光电转换装置进行第一操作，在所述第一操作中，在所述第一像素中，接通所述第一传输门来将在所述第一光电转换元件中生成的电荷传输到所述输入节点，从所述光电转换装置输出基于在所述第一光电转换元件中生成的电荷的信号，在所述第一光电转换元件中生成并被传输到所述输入节点的电荷被保留在所述输入节点的同时接通所述第一传输门和所述第二传输门以将在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件中生成的电荷传输到所述输入节点，并且从所述光电转换装置输出基于在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件中生成的电荷的信号；并且所述光电转换装置进行第二操作，在所述第二操作中，在所述第二像素中，接通所述第一传输门来将在所述第一光电转换元件中生成的电荷传输到所述输入节点，不从所述光电转换装置输出基于在所述第一光电转换元件中生成的电荷的信号，在所述第一光电转换元件中生成并被传输到所述输入节点的电荷被保留在所述输入节点中的同时接通所述第一传输门和所述第二传输门，来将在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件中生成的电荷传输到所述输入节点，并且从所述光电转换装置输出基于在所述第一光电转换元件和所述第二光电转换元件中生成的电荷的信号。
[0006]根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
【附图说明】
[0007]图1是示意性例示了根据第一实施例的光电转换装置的结构的电路图。
[0008]图2A和图2B分别是根据第一实施例的光电转换装置的像素的示意性平面图和示意性截面图。
[0009]图3示意性例示了根据第一实施例的光电转换装置的像素阵列。
[0010]图4是例示根据第一实施例的光电转换装置的驱动方法的时序图。
[0011]图5A和图5B是例示根据第一实施例的光电转换装置的驱动方法的时序图。
[0012]图6是例示根据第二实施例的光电转换装置的驱动方法的时序图。
[0013]图7A和图7B是例示根据第三实施例的光电转换装置的驱动方法的时序图。
[0014]图8A和图8B是例示根据第三实施例的光电转换装置的驱动方法的时序图。
[0015]图9是例示根据第四实施例的光电转换装置的驱动方法的时序图。
[0016]图10是例示摄像系统的构造的示意图。
【具体实施方式】
[0017]关于能够减少通过两种读出方法获取的图像信号之间的变化的光电转换装置和光电转换装置的驱动方法，描述了以下实施例。
[0018]在根据本发明的光电转换装置中，多个像素中的各个包括第一和第二光电转换元件、用于传输第一和第二光电转换元件的电荷的第一和第二传输门、具有输入节点的放大单元、以及被构造为将入射光会聚至第一和第二光电转换元件的微透镜。根据本发明的光电转换装置具有进行不同读出方法的第一操作以及第二操作。第一操作涉及从一个像素读出基于第一光电转换元件的电荷的第一信号以及基于第一和第二光电转换元件的电荷的第二信号。第二操作涉及从另一像素读出基于第一和第二光电转换元件的第二信号。即，第一操作进行第一读出方法，并且第二操作进行与第一读出方法不同的第二读出方法。
[0019]在第一操作中，在接通第一传输门并且读出第一信号之后，在第一光电转换元件中生成并传输到输入节点的电荷被保留的同时，接通第一传输门和第二传输门并且从像素读出第二信号。在第二操作中，在接通第一传输门之后，在第一光电转换元件中生成并传输到输入节点的电荷被保留的同时，接通第一传输门和第二传输门并且读出第二信号。
[0020]通过上述操作，在这些读出方法的任意一者中，当读出第二信号时，第一光电转换元件的电荷被保留在输入节点中。因此，可以使在两个读出方法中的、用于读出第二信号的传输操作的条件互相接近。传输操作的条件是指例如在传输电荷时的浮置扩散区域(下文中称为FD区域)的电势、传输门被接通的总次数、以及传输门为接通的时段的时间长度。利用上述技术，能够减少在通过两种不同的读出方法获取的图像信号之间的变化。读出的意思是从像素输出第一信号和第二信号，并使它们可用。
[0021]现在将使用实施例来描述根据本发明的光电转换装置。实施例可以根据需要进行变形或组合。
[0022]第一实施例
[0023]将参照图1至图5A及图5B描述根据第一实施例的光电转换装置及光电转换装置的驱动方法。在附图中，用相同的附图标记来指示相同部件或信号，并将省略对其说明。首先，将参照图1描述根据第一实施例的光电转换装置的总体构造。图1是示意性例示光电转换装置的结构的电路图。
[0024]光电转换装置100包括像素阵列10、信号处理电路40、垂直扫描电路12、水平扫描电路13、定时生成器(下文中称为TG) 14、以及斜坡(ramp)信号生成电路15。
[0025]像素阵列10具有以行和列方向在二维矩阵中布置的多个像素20。为了方便，图1例示了两行和两列的像素阵列10，但是不对以行和列方向布置的像素20的数量进行特别限制。像素20中的各个包括多个光电转换元件和多个传输门。例如，光电转换元件对应于各传输门。例如，光电转换元件是光电二极管(下文称为F1D) 22和26，并且传输门是传输晶体管24和28的栅极。像素20的各个还包括复位晶体管30、放大晶体管32、以及选择晶体管34，但是构造不限于此。例如，像素20可以不必须包括选择晶体管34，并且可以包括保留电荷的电容或用于连接相邻像素的FD区域36的开关。放大晶体管32也可以被称为放大单元，并且复位晶体管30也可以被称为复位单元。各晶体管例如是金属氧化物半导体(MOS)晶体管。
[0026]形成第一光电转换元件的ro 22的正极连接到接地电压线，并且ro 22的负极连接到传输晶体管24的源极。形成第二光电转换元件的H) 26的正极连接到接地电压线，并且ro 26的负极连接到传输晶体管28的源极。传输晶体管24和28的漏极连接到复位晶体管30的源极和放大晶体管32的栅极。传输晶体管24和28的漏极的连接节点、复位晶体管30的源极以及放大晶体管32的栅极形成了 FD区域36。连接节点也被称为放大单元的输入节点。复位晶体管30和放大晶体管32的漏极连接到电源电压线。放大晶体管32的源极连接到选择晶体管34的漏极。传输晶体管24及28、复位晶体管30、放大晶体管32以及选择晶体管34形成了用于读出基于在H) 22和26中生成的电荷的信号的像素读出单元。读出单元可以包括至少放大晶体管32。
[0027]参照图1，像素阵列10的各行具有在行方向上延展的信号线TX1、信号线TX2、信号线RES以及信号线SEL。信号线TXl连接到在行方向上布置的像素20中的传输晶体管24的栅极，并且信号线TX2连接到在行方向上布置的像素20中的传输晶体管28的栅极。信号线RES连接到在行方向上布置的像素20中的复位晶体管30的栅极，并且信号线SEL连接到在行方向上布置的像素20中的选择晶体管34的栅极。信号线TX1、TX2、RES和SEL中的各个是对于各行中的像素20的晶体管共同的单信号线。在图1中，对各信号行的名称添加与各行号对应的数字。即，由RES (N)、SEL (N)、TXl (N)以及TX2 (N)指示第N行中的信号线，并且由RES (I)、SEL (I)、TXl (I)以及TX2(1)指示第I行中的信号线。
[0028]根据来自TG14的定时信号，垂直扫描电路12以行为单位选择像素20，以使得像素20输出信号。信号线TX、RES以及SEL连接到垂直扫描电路12。从垂直扫描电路12向信号线TXl和ΤΧ2供给用于驱动传输晶体管24和28的控制信号。从垂直扫描电路12向信号线RES供给用于驱动复位晶体管30的控制信号。从垂直扫描电路12向信号线SEL供给用于驱动选择晶体管34的控制信号。
[0029]像素阵列10的各列具有在列方向上延展的垂直信号线38。垂直信号线38连接到在列方向上布置的像素20中的选择晶体管34的源极，并且对于各列中的像素20是共同的。信号处理电路40和电流源42连接到各列中的垂直信号线38。例如，电流源42可以是能够切换电流值的电流源，或者可以是恒定电流源。电流源42和放大晶体管32形成了源极跟随电路。
[0030] 信号处理电路40用于处理从像素阵列10输出的信号。信号处理电路40包括用于钳位操作的电容器C0、C3和C4、作为反馈电容器的电容器C2、开关SWl至SW3、运算放大器44、比较器电路46、计数器电路48以及存储器50。运算放大器44的反相输入端通过电容器CO连接到垂直信号线38。基准电压Vref施加到运算放大器44的非反相输入端。在运算放大器44的反相输入端与输出端之间并联有电容器C2和开关SWl。运算放大器44的输出端通过电容器C3连接到比较器电路46的一