专利名称：光电转换装置、焦点检测装置和成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电转换装置、焦点检测装置和成像系统。
背景技术：
成像系统通常包括用于检测焦点的焦点检测(AF 自动聚焦)传感器。对于近年的AF传感器,不仅要求大量测距点(ranging point),而且还要求高精度高速焦点检测。面型AF传感器被实现为用于增加测距点数量的部件，其中，形成测距点的多个线性传感器并行布置，并且在列方向上通过公共配线连接。面型AF传感器的电路构造的例子包括日本专利申请公开H09-200614中所述的固态成像装置，该固态成像装置包括用于将从传感器基元单元(sensor cell unit)输出的信号传输到存储基元单元(memory cell unit)的传输系统。传感器的复位噪声(reset noise)和固定模式噪声需要被除去，以增大传感器信号的SN比，从而提高AF的测距精度。在日本专利申请公开H09-200614中，传感器基元单元和存 储基元单元具有信号的反相输出功能，以除去传感器基元单元和存储基元单元自身的固定模式噪声。然而，当如日本专利申请公开No. H09-200614中那样传感器基元单元和存储基元单元具有信号的反相输出功能时，在信号的输入/输出线性与电路面积之间引起折衷。例如，通常用作反相输出电路的开关电容器包括差动电路和反馈电容器，并且电路尺寸非常大。当如日本专利申请公开NO.H09-200614中那样使用共源反相放大器时，可列出以下三个问题。首先，半导体基板偏压效应使输出信号的线性劣化。第二，输入信号的振幅改变反相放大器的驱动电流，并且如果改进电路响应性，则电流消耗增大。第三，晶体管的相对变化使反相放大器的增益变化，并且输出电压的不均匀性劣化。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种光电转换装置，其包括传感器基元单元，其用于通过第一非反相放大器执行根据光电转换元件的光电转换而产生的信号到公共输出线的非反相输出；第一存储基元单元，其用于将从公共输出线输入的信号保持在第一存储电容器中，并且用于通过第二非反相放大器执行第一存储电容器所保持的信号到公共输出线的非反相输出；传输单元，其用于通过放大器使公共输出线中的信号不反相或反相，并且用于将不反相或反相的信号输出到公共输出线；传输开关，其布置在传输单元的输入端子与公共输出线之间；和反馈开关，其布置在传输单元的输出端子与公共输出线之间，其中，所述传感器基元单元通过第一开关将来自第一非反相放大器的非反相输出输出到公共输出线，所述第一存储基元单元通过第一存储基元写开关将来自公共输出线的信号输入到第一存储电容器，并且通过第二开关将来自第二非反相放大器的非反相输出输出到公共输出线。从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的另外的特征将会变得清楚。
图I是根据本发明的第一实施例的光电转换装置的成像平面的示意图。图2是根据本发明的第一实施例的线传感器单元的框图。图3是根据本发明的第一实施例的光电转换装置的电路图。图4是根据本发明的第一实施例的时序图。图5是根据本发明的第一实施例的光电转换装置的第一布局图。图6是根据本发明的第一实施例的光电转换装置的第二布局图。图7是根据本发明的第二实施例的光电转换装置的电路图。图8是根据本发明的第二实施例的时序图。 图9是根据本发明的第三实施例的焦点检测装置的框图。图10是根据本发明的第四实施例的成像系统的框图。
具体实施例方式现在将参照附图来详细描述本发明的优选实施例。(第一实施例)本发明的第一实施例示出了应用于用于基于相位差的焦点检测(AF 自动聚焦)的光电转换装置的例子。图I是示意性地示出用于相位差AF的光电转换装置中的成像平面的示图。成像平面包括多对线传感器单元LlA和LIB、L2A和L2B、…LNA和LNB。一对线传感器单元用于测量对象在成像平面的区域中的散焦量。多对线传感器单元被布置以提供多个测距点以提高AF的精度。在线传感器单元的像素孔(pixel aperture)之间具有窄的布置间隔并且具有二维阵列布置的构造被称为面型AF传感器。线传感器单元L1A、L2A、…、LNA包括多个单位像素(unit pixel) 11A、12A、…，线传感器单元LIB、L2B、…、LNB包括多个单位像素11B、12B、…。图2是更详细地示出线传感器单元L1A、L2A、…的一部分的框图。线传感器LlA包括单位像素11A、12A、…。线传感器单元L2A包括单位像素21A、22A、…。单位像素11A、12A、21A、22A等均具有传感器基元单元100、第一存储基元单元101和第二存储基元单元102。传感器基元单元100、第一存储基元单元101和第二存储基元单元102通过公共输出线112与传输单元113连接。不同的线传感器单元LlA和L2A的在同一列中的位置处的单位像素IlA和21A通过公共输出线112与公共传输单元113连接。类似地，不同的线传感器单元LlA和L2A的在同一列中的位置处的单位像素12A和22A通过公共输出线112与公共传输单元113连接。传输单元113与公共缓冲放大器123连接。线传感器单元L1B、L2B、…也具有与图2中的构造相同的构造。图3中提取了图2所示的构造的一部分，具体地讲，将关注并描述单位像素IlA和与单位像素IlA连接的传输单元113。单位像素IlA包括传感器基元单元100、第一存储基元单元101和第二存储基元单元102。在图3中，MOS晶体管的控制电极和开关所附的“ Φ ”表示从未示出的控制单元供给的信号。在单位像素IlA中，传感器基元单元100包括作为光电转换元件的光电二极管(PD)103、传感器基元单元写开关106以及晶体管Mll和M12。光电二极管103的阳极与传感器基元单元写开关106的端子之一连接并且与晶体管Mll的控制电极连接，阴极与电源电压节点连接。因为晶体管Mll通过自偏压连接，所以当MOS晶体管M12导通时，晶体管Mll和负载MOS晶体管M13形成增益为I的自偏压源极跟随器，S卩，非反相放大器。基于根据光电二极管103的光电转换而产生的电荷量的累积信号通过该源极跟随器输出到公共输出线112。因此，MOS晶体管M12用作用于选择传感器基元单元100的选择开关。传感器基元单元写开关106切换光电二极管103的阳极和公共输出线112的导通与非导通，并且可包括PMOS晶体管、NMOS晶体管和CMOS晶体管。在存储基元单元101和102中，存储电容器104和105取代传感器基元单元100的光电二极管103。在第一存储基元单元101中，晶体管M31和M32以及开关107分别对应于传感器基元单元100的晶体管Mll和M12以及开关106。在第二存储基元单元102中，晶体管M41和M42以及开关108分别对应于传感器基元单元100的晶体管Mll和M12以及开关106。传感器基元单元100执行根据光电转换元件103的光电转换而产生的信号通过第一非反相放大器Mll到公共输出线112的非反相输出。第一存储基元单元101将从公共输出线112输入的信号保持在第一存储电容器104中，并且执行第一存储电容器104中所保持的信号通过第二非反相放大器M31到公共输出线112的非反相输出。第二存储基元单元102将从公共输出线112输入的信号保持在第二存储电容器105中，并且执行第二存储电容器105中所保持的信号通过第三非反相放大器M41到公共输出线112的非反相输出。传感器基兀单兀100通过第一开关M12将第一非反相放大·器Mll的非反相输出输出到公共输出线112。第一存储基元单元101通过第一存储基元单元写开关107将公共输出线112的信号输入到第一存储电容器104，并且通过第二开关M32将第二非反相放大器M31的非反相输出输出到公共输出线112。第二存储基兀单兀102通过第二存储基元单元写开关108将公共输出线112的信号输入到第二存储电容器105，并且通过第三开关M42将第三非反相放大器M41的非反相输出输出到公共输出线112。将描述传输单元113。传输单元113包括MOS晶体管M21和M23、传输电容器117和恒流源124。MOS晶体管M21和恒流源124形成源极跟随器。公共输出线112与传输开关121和反馈开关120连接。传输开关121的另一端子与传输电容器117的端子A、M0S晶体管M22的主电极之一和MOS晶体管M24的主电极之一连接。MOS晶体管M22的另一主电极与参考电压VRS的节点连接。作为光学信号读开关的MOS晶体管M24的另一主电极与缓冲放大器123连接。传输电容器117的另一端子B与MOS晶体管M21的控制电极和MOS晶体管M23的主电极之一连接。MOS晶体管M21的主电极之一与电源电压VDD的节点连接，另一主电极与恒流源124、反馈开关120的另一端子和布置在传感器阵列外部的监视器单元130连接。基于稍后描述的操作，传输单元113执行(I)使传感器基元单元100的输出反相的处理和(2)对于从传感器基元单元100输出的信号、存储基元单元101和102中所写入的复位噪声以及传输单元113所产生的噪声之间的差的处理。传输单元113通过放大器M21使来自公共输出线112的信号不反相或反相，并且将该信号输出到公共输出线112。传输开关121布置在传输单兀113的输入端子与公共输出线112之间。反馈开关120布置在传输单兀113的输出端子与公共输出线112之间。图4示出了被提供给图3所示的开关和MOS晶体管的控制电极的信号。将参照图3和图4来描述根据本实施例的光电转换装置的操作。当图4所示的信号处于高电平时，这些开关和MOS晶体管导通。在高电平，信号ΦL被设为使得负载MOS晶体管M13驱动某一电流的栅极电势。在图4中，在时间段Tl内执行复位光电二极管103以及存储电容器104和105的操作。随后，执行将传感器基元单元100的源极跟随器的固定模式噪声Ns写入传输电容器117的操作。具体地讲，信号(tRS、(tFT、ΦΡΞΚ ΦΡ82_Κ (tPS2_2和(^GR在时间段Tl内被切换到高电平。结果，传感器基元单元写开关106、存储基元单元写开关107和108、传输开关121、MOS晶体管M22和MOS晶体管M23导通。MOS晶体管M22是用于将传输单元113的输入端子A复位为参考电压VRS的复位单元。结果，光电二极管103以及存储电容器104和105被复位为参考电压VRS。传输电容器117的端子A被复位为参考电压VRS，端子B被复位为箝位电压VGR。箝位电压VGR的电势被设为VGR=VRS+Vth，其为参考电势VRS和传感器基元单元100、存储基元单元101和102或传输单元113的自偏压源极跟随器的阈值Vth之和。在信号(^51、(^52_1、(^52_2和Φ RS被切换到低电平之后，信号(jiSLl和Φ 被切换到高电平。随后，通过将传感器基元单元100的源极跟随器的阈值Vth和传感器基元单元100的固定模式噪声Ns添加到复位电势VRS而得到的VRS-Vth+Ns被写入在传输电容器117的端子A中。当信号CtGR被切换到低电平时，传输电容器117的端子B浮动。当在信号ARS被切换到高电平之后信号AFT被切换到低电平时，传输电容器117的端子A变为 参考电压VRS。因此，端子B的电势为VGR+Vth-Ns=VRS+2XVth-Ns。这样，当信号(jiSLl和ΦΡΤ被切换到高电平时，传输单元113被传感器基元单元100的输出箝位。在当信号C^GR被切换到低电平时箝位被释放之后，当信号0RS被切换到高电平时参考电压VRS被输入。在时间段T2内，当信号ΦΡΒ被切换到高电平时，通过将传输单元113的源极跟随器的阈值Vth和噪声Nt叠加在传输电容器117的端子B中所保持的电压VRS+2XVth-Ns上而得到的电压VRS+Vth-NS+Nt输出到公共输出线112。在该时间段内，信号ΦΡ31被临时切换到高电平，并且电压VRS+Vth-Ns+Nt被写入传感器基元单元100中。当信号C^PSl被切换到低电平时，传感器基元单元100的累积操作时间段开始。因此，当信号CtPSl和CtFB被切换到高电平时，传输单兀113将传感器基兀单兀100的固定模式噪声Ns和由传输单兀113引起的噪声Nt输出到传感器基元单元100。在时间段T3内，当信号(tRS和CtGR被切换到高电平时，参考电势VRS被提供给传输电容器117的端子A，并且箝位电压VGR (=VRS+Vth)被提供给另一端子B。当信号(^GR被切换到低电平时，传输电容器117的端子B浮动。当信号CtRS被切换到高电平时，传输单元113被箝位在参考电压VRS，当信号AGR被切换到低电平时，箝位被释放。在时间段T4内，当信号(^SLHL和ΦFT被切换到高电平时，存储基元单元101和102的源极跟随器的阈值电压Vth和固定模式噪声Ns被添加到传感器基元单元100中所保持的电压VRS+Vth-Ns+Nt，并且被输出。因此，传感器基元单元100的输出为电压VRS+Vth-Ns+Nt-Vth+Ns=VRS+Nt0此刻，传感器基元单元100的噪声Ns被抵消。传输电容器117的端子A的电势被切换到VRS+Nt，并且该电势以传输单元的噪声Nt的量改变。因此，端子B的电势被切换到VRS+Vth+Nt。当在信号Φ FT被切换到低电平之后信号(tFB被切换到高电平时，电压VRS+2XNt从传输单元113的源极跟随器输出。虽然在公式中未指定，但是除了噪声2XNt之外，在时间段Tl内传感器基元单元100的初始化所引起的随机噪声(以下，“复位噪声”)也被叠加。在释放箝位之后，当信号0SL1和ΦΡΤ被切换到高电平时，传输单元113输入传感器基元单元100的输出，并且当信号(tPS2_l和C^FB被切换到高电平时，传输单兀113将来自传感器基兀单兀100的复位噪声输出到第一存储基兀单元101。第一存储基元单元101保持传感器基元单元100的复位噪声。在时间段T4内，信号ΦPS2_1和ΦPS2_2都被切换到高电平。因此，电压VRS+2XNt也同时通过开关107和108被写入存储基元单元101和102中。“同时”表示当在时间段T4内信号(tFB处于高电平时电压VRS+2 X Nt基于信号(^PS2_1和(^PS2_2被写入存储基元单元101和102这二者中。信号(]^52_1和(tPS2_2可能不同时转变为低电平。在时间段T5内，信号(tSL、Φ 和(tFT被切换到高电平。因此，传感器基元单元100的源极跟随器被激活，并且与根据传感器基元单元100的光电转换而产生的信号SI对应的电平出现在公共输出线112中。在直到时间段Τ5的操作中，电压VRS+Vth-Ns+Nt被写入传感器基元单元100中。因此，从传感器基元单元100输出并且输入到传输电容器117的端子A的信号为电压VRS+Nt+Sl。信号CtGR被切换到高电平，端子B被复位为箝位电压VGR(=VRS+Vth)0信号(tFT和CtGR被切换到低电平，传输电容器117的端子A和B浮动。这样，当信号0SL1和CtFT被切换到高电平时，传输单元113被传感器基元单元100的输出箝位，并且当信号AGR被切换到低电平时，箝位被释放。自动增益控制(AGC)操作从时间段T6开始。在该时间段内，信号ΦΙ 被切换到·高电平，并且传输电容器117的端子A被固定在参考电压VRS。因此,传输电容器117的端子B的电势为VRS+Vth-Nt-Sl。通过添加传输单元113的源极跟随器阈值电压Vth和固定模式噪声Nt而得到的电压VRS-Sl输入到监视器单元130。因此，监视器130可仅监视光学信号SI，而不受噪声影响。监视器单元130实时地观察传感器基元单元100在时间段T6内的输出。监视器单元130包括可变增益放大器，该增益根据稍后描述的对比度(contrast)检测结果而改变。这将被称为自动增益控制(AGC)。时间段T5和T6的周期性重复使得监视器单元130可实时地监视光电二极管103的电荷累积状态。作为监视器单元130的监视操作的结果，在时间段T6内电荷累积操作结束时从传感器基兀单兀100输出的光学信号将被称为光学信号S2。这样,在释放箝位之后,传输单兀113在信号<i>RS被切换到高电平时输入参考电压VRS，并且将传感器基元单元100的输出电压输出到外部监视器单元130。在时间段T7内，当信号(tSL2_l、Φ 、(^GR和Φ FT被切换到高电平时，第一存储基元单元101的噪声Nml被添加到第一存储基元单元101中所保持的噪声2Nt。从而，电压VRS-Vth+2Nt+Nml被提供给传输电容器117的端子A，并且端子B的电势被切换到箝位电压VGR (=VRS+Vth)。当信号CtGR被切换到低电平时，传输电容器117的端子B浮动。这样，当信号031^2_1和CtFT被切换到高电平时，传输单元113被第一存储基元单元101的输出箝位，并且当信号AGR被切换到低电平时，箝位被释放。在时间段T8内，当信号(tFT^SLUP Φ L被切换到高电平时，电压VRS+S2+Nt被输入到传输电容器117的端子A，并且电压VRS+2Vth+S2-Nt-Nml出现在传输电容器117的端子B。这样，在释放箝位之后，当信号C^SLl和CtFT被切换到高电平时，传输单元113输入传感器基元单元100的输出。在时间段T9内，信号ΦFT被切换到低电平。如果当信号ΦFB处于高电平时信号ΦΡε2_1被切换到高电平，则从传输单元113添加传输单元113的阈值Vth和噪声Nt，并且电压VRS+Vth+S2-Nml被提供给第一存储基元单元101。这样，当信号(tPS2_l和(^FB被切换到高电平时，传输单元113将通过从传感器基元单元100的输出电压除去第一存储基元单元101中所保持的复位噪声而得到的电压输出到第一存储基元单元101。
在时间段TlO内，信号ΦFB被切换到低电平，并且信号CtFT被切换到高电平。在该时间段内，当信号Φ 和(tSL2_l被切换到高电平时，输出第一存储基元单元101中所保持的电压VRS+Vth+S2-Nml。第一存储基元单元101的阈值Vth和噪声Nml被添加，并且电压VRS+S2被提供给传输电容器117的端子A。结果，输出噪声影响被减小的信号。如果在该时间段内从未示出的移位寄存器供给信号ΦH，则信号S2被发送到缓冲放大器123，并且被输出到未不出的后一级的信号处理电路。在时间段Tll至T14的操作中，对第二存储基元单元102执行时间段T7至TlO内的操作。结果，在一个电荷累积序列中，可从传感器基元单元100获取基于不同的电荷累积时间的信号。这样，在一个电荷累积序列内可在同一行中布置多个测距点。因此，可增加测距点的数量，并且可实现高速焦点检测操作。如所述，在本实施例中，以下两个要点是独特的。首先，传感器基元单元100以及存储基元单元101和102的输出从日本专利申请公开No. H09-200614的反相输出变为自偏压源极跟随器的非反相输出。第二，传输单元113执行箝位操作，以使得即使在传感器基元单元100以及存储基元单元101和102的非反相输出的情况下也可除去由传感器基元单元·100、存储基元单元101和102以及传输单元113产生的固定模式噪声。缩小布局和所述输出特性这二者的实现在日本专利申请公开No. H09-200614中所使用的反相放大器中是困难的。更具体地讲，包括差动放大器和反馈电容器的开关电容器的使用增大了布局面积。AF传感器上的像素孔位置受取景器上的取决于光学系统的测距点布置限制。因此，如果反相放大器的布局大，则不能密集地布置测距点，这引起AF特性的劣化。日本专利申请公开No. H09-200614中所使用的共源反相放大器可用比开关电容器小的面积实现。然而，在共源反相放大器中由于衬底偏压效应而导致输出的线性劣化。驱动电流根据反相放大器的输入而极大地改变，并且传感器的节能和电路响应性这二者的实现困难。此外，反相放大器的晶体管中的相对变化趋向于改变输出的增益，使得光响应非均匀性(photo response non-uniformity, PRNU)劣化。另一方面，与共源反相放大器相比，如本实施例中那样的自偏压源极跟随器的非反相输出的使用具有线性优良、驱动电流稳定和相对变化对光响应非均匀性(PRNU)的影响较小的优点。结果，即使在面型AF传感器中增加自动聚焦的测距点的数量，也可实现高精度和高速度。虽然在本实施例中所述的例子中布置了两个存储基元单元，但是存储基元单元的数量可以一个或者三个或更多个。如果存储基元单元的数量为三个或更多个，则也对附加的存储基元单元执行与时间段T7至TlO的操作对应的操作。图5和图6示出了图3所示的光电转换装置的布局的例子。图5包括传感器基元单元100、第一存储基元单元101和第二存储基元单元102的集合132，并且集合132按列布置。对于按列布置的多个传感器基元单元100以及存储基元单元101和102，公共地布置了传输单元113和移位寄存器131。图6是包括仅布置传感器基元单元100的区域以及仅布置存储基元单元101和102的区域的布局的示图。在该布局中，也对于按列布置的多个传感器基元单元100以及存储基元单元101和102公共地布置传输单元113和移位寄存器131。(第二实施例)将参照图7和图8描述根据本发明的第二实施例的光电转换装置的操作。图7是根据本发明的第二实施例的光电转换装置的电路图，图8是根据本发明的第二实施例的时序图。在图7中，将不描述与图3共同的部分。图7的传感器基元单元100以及存储基元单元101和102的输出放大器为非自偏压源极跟随器晶体管Mil、M31和M41，并且增益为Gsf0传输单兀113包括差动放大器126、反馈电容器125和传输电容器117。传输电容器117和反馈电容器125形成反馈系统。反馈系统的增益为源极跟随器的增益Gsf的倒数I/Gsf。在本实施例中，差动放大器126的非反相输入端子与参考电压VRS的节点连接。以下，Vth表示传感器基元单元100以及存储基元单元101和102的非自偏压源极跟随器的阈值电压。在时间段Tl内，执行复位光电二极管103以及存储电容器104和105的操作。随后，执行将传感器基兀单兀100的输出放大器的固定模式噪声Ns写入传输电容器117的操作。具体地讲，信号(tRS、(tFT、(tPSl，ΦΡ82_1, (^52_2和(^GR首先被切换到高电平。结果，传感器基元单元写开关106、存储基元单元写开关107和108、传输开关121、M0S晶体管Μ22和开关133导通。这样，光电二极管103以及存储电容器104和105被复位为参考电 压VRS，并且传输电容器117的两个电极都被复位为通过将差动放大器126的输出失调噪声(offset noise) Nt添加到参考电压VRS而得到的电势。反馈电容器125的两个电极都被电压VRS+Nt复位。这样，当信号(tRS被切换到高电平时，传输单元113被参考电压VRS箝位。当信号CtGR被切换到低电平时，传输电容器117的端子B浮动。在信号c^PSl、(^52_1、(^52_2和CtRS被切换到低电平之后，信号(^SLl和Φ L被切换到高电平。从而，通过应用源极跟随器的增益、阈值Vth和来自传感器基元单元100的固定模式噪声Ns而得到的电势VRS-Vth+Ns被写入传输电容器117的端子A中。这样，当信号C^GR被切换到低电平时，传输单元113释放箝位，然后当信号C^SLl和CtFT被切换到高电平时，传输单元113输入传感器基兀单兀100的输出。在时间段T2内，当信号ΦΡΒ被切换到高电平时，传输单元113的增益_1/Gsf被应用于传输电容器117的端子B的变化-Vth+Ns。传输单元113的噪声Nt被进一步叠加，并且电压VRS+(Vth-Ns)/Gsf+Nt被输出到公共输出线112。信号$PS1在该时间段内被临时切换到高电平，并且电压VRS+(Vth-Ns)/Gsf+Nt被写入传感器基元单元100中。当信号φρει被切换到低电平时，传感器基元单元100的电荷累积操作的时间段开始。这样，当信号CjiPSl和CjiFB被切换到高电平时，传输单元113将通过将传感器基元单元100的增益添加到传感器基元单元100的固定模式噪声Ns而得到的噪声以及由传输单元113引起的噪声Nt输出到传感器基元单元100。在时间段Τ3内，当信号C^SLl和Φ 被切换到高电平时，增益Gsf应用于传感器基元单元100中所保持的电压VRS+(Vth-Ns)/Gsf+Nt，并且在输出该电压之前固定模式噪声Ns被施加。因此，传感器基元单元100的输出为电压VRS+GsfXNt。此刻，传感器基元单元100的噪声Ns被抵消。当信号(tGR和AFT被切换到高电平时，该电压被提供给传输电容器117的端子A，并且电压VRS+Nt被提供给端子B。当信号(^GR被切换到低电平时，传输电容器117的端子B浮动。这样，当信号Cj5SLl和CtFT被切换到高电平时，传输单元113被传感器基元单元100的输出箝位，并且当信号AGR被切换到低电平时，箝位被释放。在时间段T4内，当信号CtRS被切换到高电平时，传输电容器117的端子A的电压被切换到参考电压VRS。信号CtFB处于高电平，并且电压VRS+2XNt从传输单元113的输出端子输出。虽然在公式中未指定，但是除了噪声2XNt之外，在时间段Tl内初始化传感器基元单元100所产生的随机噪声(以下，“复位噪声”)也被叠加。在时间段T4内，信号(]^52_1和ΦPS2_2都处于高电平。因此，电压VRS+2XNt也同时通过开关107和108被写入到存储基元单元101和102中。“同时”表示当信号ctRS和(tFB处于高电平时在时间段T4内基于信号(tPS2_l和(tPS2_2写入存储基元单元101和102这二者中。信号(]^52_1和(tPS2_2可以不同时转变为低电平。这样，在释放箝位之后，当信号ARS被切换到高电平时，传输单元113输入参考电压VRS，并且当信号(tPS2_l和CtFB被切换到高电平时，传输单元113将传感器基元单元100的复位噪声输出到第一存储基元单元101。第一存储基元单元101保持传感器基元单元100的复位噪声。在时间段T5内，信号CjiFT处于高电平。当信号CjiRS和(^GR在时间段T5内被切换到高电平时，公共输出线112和传输电容器117的端子A被切换到参考电压VRS,并且端子B被切换到电压VRS+Nt。当信号(tRS和CtGR被切换到低电平时，传输电容器117的端子B浮动。这样，当信号(tRS被切换到高电平时，传输单元113被参考电压VRS箝位，并且 当信号Φ GR被切换到低电平时，箝位被释放。AGC操作从时间段T6开始。信号cjiSLl和Φ L在该时间段内被切换到高电平。因此，传感器基元单元100的源极跟随器操作，并且与根据传感器基元单元100的光电转换而产生的信号SI对应的电平出现在公共输出线112上。在直到时间段T5的操作中，电压VRS+(Vth-Ns)/Gsf+Nt被写入传感器基元单元100中。因此，从传感器基元单元100输出的信号为电压VRS+GsfX (Nt+Sl)。结果，传输电容器117的端子B改变电势GsfX (Nt+Sl)的量，并且传输单元113的输出为电压VRS-Sl。更具体地讲，监视器单元130可仅监视不受噪声影响的光学信号-SI。这样，监视器单元130在时间段T6内实时地观察传感器基元单元100的输出的改变。监视器单元130包括可变增益放大器，该增益根据稍后描述的对比度的检测结果而改变。这将被称为自动增益控制(AGC)。作为监视器单元130的监视操作的结果，在时间段T6内电荷累积操作结束时从传感器基兀单兀101输出的光学信号将被称为光学信号-S2。这样，在释放箝位之后，当信号C^SLl和CtFT被切换到高电平时，传输单兀113输入传感器基兀单兀100的输出，并且将传感器基兀单兀100的输出电压输出到监视器单元130。在时间段T7内，信号C^FTjSLU Φ 和被切换到高电平。传输电容器117的端子A被切换到电压VRS+Gsf X (Nt+S2)，并且端子B被切换到电压VRS+Nt。因此，当信号cjiSLl和CtFT被切换到高电平时，传输单元113被传感器基元单元100的输出箝位，并且当信号Φ GR被切换到低电平时，箝位被释放。在时间段T8内，信号(tSL2_l和Φ 被切换到高电平。结果，第一存储基元单元101的噪声Nml被添加到第一存储基元单元101中所保持的电压VRS+2XNt，并且电压VRS+GsfX2XNt-Vth+Nml被提供给传输电容器117的端子A。因此，传输电容器117的端子B被切换到电势GsfX (Nt-S2)-Vth+Nml。这样，在释放箝位之后，当信号Φ SL2_1和(^FT被切换到高电平时，传输单兀113输入第一存储基兀单兀101的输出。在时间段T9内，信号ΦFT被切换到低电平。如果当信号ΦFB处于高电平时信号Φ PS2_1被切换到高电平，则传输单元113将电压VRS+ (Vth-Nml) X 1/Gsf+S2提供给第一存储基元单元101。因此，当信号(]^32_1和CtFB被切换到高电平时，传输单元113将通过从传感器基元单元100的输出电压除去第一存储基元单元101中所保持的复位噪声而得到的电压输出到第一存储基元单元101。在时间段TlO内，信号ΦFB被切换到低电平，并且信号CtFT被切换到高电平。信号Φ 和(tSL2_l在该时间段内被切换到高电平。结果，第一存储基元单元101的增益Gsf和噪声Nml被添加到第一存储基元单元101中所保持的电压VRS+(Vth-Nml) X 1/Gsf+S2，并且电压VRS+Gsf X S2被提供给传输电容器117的端子A。结果，输出不受噪声影响的信号。当信号ΦΗ在该时间段内被从未示出的移位寄存器供给时，信号S2XGsf被发送到缓冲放大器123，并且被输出到后一级中的未示出的信号处理电路。在时间段Tll至T14内的操作中，对第二存储基元单元102 执行时间段T7至TlO的操作。结果，在一个电荷累积序列中，可从传感器基元单元100获取基于不同电荷累积时间的信号。这样，在一个电荷累积序列内可在同一行中布置多个测距点。因此，可实现测距点的数量的增加和高速焦点检测操作。如所述的，与第一实施例相比，在本实施例中，以下三个要点是独特的。首先，对于传感器基元单元100以及存储基元单元101和102的输出，第一实施例的自偏压源极跟随器变为非自偏压源极跟随器。第二，传输单元113包括开关电容器放大器，该开关电容器放大器包括差动放大器126和反馈电容器125的反馈系统。第三，传输电容器117的箝位定时被改变。在本实施例中，非自偏压源极跟随器的使用可缩小传感器基元单元100以及存储基元单元101和102中的源极跟随器所占据的面积。因为源极跟随器的输出以增益Gsf(通常，〈XI)的量减小，所以具有相对大空间的传输单元113包括增益为-Ι/Gsf的反相放大器。驱动定时被改变以使得可除去传感器基元单元100、存储基元单元101和102以及传输单元113的固定模式噪声。图7的缓冲放大器123可应用足够的增益来防止由后一级中的电路噪声引起的SN比的减小。本实施例实现该构造和驱动方法，以与第一实施例相比增大传感器基元单元100的像素孔面积。因此，可提高传感器的灵敏度。可扩大存储基元单元101和102的存储电容器104和105。因此，可减小开关噪声，并且可提高SN比。(第三实施例)将参照图9来描述根据本发明的第三实施例的焦点检测装置。图9是示出将根据第一实施例或第二实施例的光电转换装置应用于相位差检测系统的焦点检测装置(以下，“AF传感器”)的第三实施例的构造的例子的框图。AF传感器811包括传感器块820、具有产生外部接口和AF传感器的定时信号的功能的逻辑块801以及模拟电路块810。线传感器单元L1A、L2A、…和LIB、L2B、…布置在传感器块820中。模拟电路块810包括AGC电路802至805以监视来自线传感器单元的信号以及控制电荷累积时间。多个线传感器单元对应于AGC电路802至805之一。虽然在本实施例中包括四个AGC电路802至805，但是可从电路尺寸和电荷累积处理速度的角度来优化AGC电路的数量。模拟电路块810还包括参考电压电流产生电路806和温度计电路807，参考电压电流产生电路806产生光电转换装置所使用的参考电压和参考电流。标号813和814表示外部通信端子。逻辑块801基于通过串行通信端子812与外部的串行通信来控制AF传感器811的驱动定时。AF增益电路808将增益应用于线传感器单元的信号，并且该信号被通过输出复用器809从模拟信号输出端子815提取。在本实施例中，第一实施例或第二实施例中所述的光电转换装置可用于实现高速、高精度的焦点检测装置。(第四实施例)图10是示出根据本发明的第四实施例的成像系统(照相机)的构造的例子的框图。挡板901保护透镜902。透镜902在固态成像装置904上形成对象的光学图像。光圈903调整通过透镜902的光量。固态成像装置904获取通过透镜902所形成的对象的光学图像作为图像信号。标号905表示使用实施例中所述的光电转换装置的第三实施例的AF传感器(焦点检测装置)。模拟信号处理装置906对从固态成像装置904和AF传感器905输出的信号进行处理。A/D转换器907将从信号处理装置906输出的信号从模拟转换为数字。数字信号处理单元908将各种校正和数据压缩应用于A/D转换器907所输出的图像数据。存储器单元909临时存储图像数据。外部Ι/F电路910与外部计算机通信。定时产生单元911将各种定时信号输出到数字信号处理单元908等。总控制/计算单元912执行各种计算并且控制整个照相机。标号913表示记录介质控制Ι/F单元。可拆装记录介质914 (诸 如半导体存储器)记录或读取所获取的图像数据。标号915表示外部计算机。将描述成像系统成像期间的操作。挡板901打开，并且总控制/计算单元912基于从AF传感器905输出的信号来检测相位差以计算到对象的距离。总控制/计算单元912基于计算结果来驱动透镜902，以再次确定对象是否被聚焦。如果对象未被聚焦，则总控制/计算单元912执行自动聚焦控制以便再次驱动透镜902。在确认对象的聚焦之后，固态成像装置904开始电荷累积操作。当固态成像装置904的电荷累积操作结束时，A/D转换器907将从固态成像装置904输出的图像信号从模拟转换为数字。图像信号通过数字信号处理单元908，并且总控制/计算单元912将该图像信号写入存储器单元909中。基于总控制/计算单元912的控制，存储器单元909上所累积的数据通过记录介质控制Ι/F单元910被记录在记录介质914中。存储器单元909上所累积的数据还通过外部Ι/F单元910直接输出到计算机915等。非反相放大器Ml I、M31和M41用于第一实施例至第四实施例中的传感器基元单元100以及存储基元单元101和102。这可实现优良的输出线性、稳定的驱动电流、小的增益变化、小的电路尺寸和/或优良的光响应非均匀性。上述实施例的意图是示出用于实现本发明的例子，而不应该被理解为限制本发明的技术范围。在不脱离本发明的技术概念和主要特征的情况下，可以以各种形式实现本发明。虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解本发明不限于所公开的示例性实施例。权利要求的范围应被给予最广泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。
权利要求
1.一种光电转换装置，包括 传感器基元单元，其用于执行根据光电转换元件的光电转换而产生的信号通过第一非反相放大器到公共输出线的非反相输出； 第一存储基元单元，其用于将从所述公共输出线输入的信号保持到第一存储电容器，并且用于执行所述第一存储电容器所保持的信号通过第二非反相放大器到所述公共输出线的非反相输出； 传输单元，其用于通过放大器使所述公共输出线中的信号不反相或反相，并且用于将被不反相或反相的信号输出到所述公共输出线； 传输开关，其布置在所述传输单元的输入端子与所述公共输出线之间；以及 反馈开关，其布置在所述传输单元的输出端子与所述公共输出线之间，其中， 所述传感器基元单元通过第一开关将来自所述第一非反相放大器的非反相输出输出到所述公共输出线， 所述第一存储基元单元通过第一存储基元写开关将来自所述公共输出线的信号输入到所述第一存储电容器，并且通过第二开关将来自所述第二非反相放大器的非反相输出输出到所述公共输出线。
2.根据权利要求I所述的光电转换装置，还包括 复位单元，其用于将所述传输单元的输入端子复位为参考电压。
3.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中， 所述传输单元被来自所述传感器基元单元的输出箝位，并且在释放该箝位之后，输入所述参考电压，以将所述传感器基元单元的固定模式噪声输出到所述传感器基元单元。
4.根据权利要求2或3所述的光电转换装置，其中， 所述传输单元被所述参考电压箝位，并且在释放该箝位之后，输入来自所述传感器基元单元的输出，以将所述传感器基元单元的复位噪声输出到所述第一存储基元单元。
5.根据权利要求2或3所述的光电转换装置，其中， 所述传输单元被来自所述传感器基元单元的输出箝位，并且在释放该箝位之后，输入所述参考电压，以将来自所述传感器基元单元的输出电压输出到监视器单元。
6.根据权利要求2或3所述的光电转换装置，其中， 所述传输单元被来自所述第一存储基元单元的输出箝位，并且在释放该箝位之后，输入来自所述传感器基元单元的输出，以将通过从来自所述传感器基元单元的输出电压除去所述第一存储基元单元中所保持的复位噪声而得到的电压输出到所述第一存储基元单元。
7.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中， 所述传输单元具有差动放大器。
8.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中， 所述传输单元被所述参考电压箝位，并且在释放该箝位之后，输入来自所述传感器基元单元的输出，以将所述传感器基元单元的固定模式噪声输出到所述传感器基元单元。
9.根据权利要求7或8所述的光电转换装置，其中， 所述传输单元被来自所述传感器基元单元的输出箝位，并且在释放该箝位之后，输入所述参考电压，以将所述传感器基元单元的复位噪声输出到所述第一存储基元单元。
10.根据权利要求7或8所述的光电转换装置，其中，所述传输单元被所述参考电压箝位，并且在释放该箝位之后，输入来自所述传感器基元单元的输出，以将来自所述传感器基元单元的输出电压输出到监视器单元。
11.根据权利要求7或8所述的光电转换装置，其中， 所述传输单元被来自所述传感器基元单元的输出箝位，并且在释放该箝位之后，输入来自所述第一存储基元单元的输出，以将通过从来自所述传感器基元单元的输出电压除去所述第一存储基元单元所保持的复位噪声而得到的电压输出到所述第一存储基元单元。
12.一种焦点检测装置，包括 根据权利要求1、2、3、7和8中的任何一个所述的光电转换装置。
13.■ ~■种成像系统，包括 根据权利要求12所述的焦点检测装置。
全文摘要
本发明涉及光电转换装置、焦点检测装置和成像系统。一种光电转换装置包括传感器基元单元，其用于通过第一非反相放大器执行光电转换元件所产生的信号到公共输出线的非反相输出；第一存储基元单元，其用于将从公共输出线输入的信号保持到第一存储电容器，并且用于通过第二非反相放大器执行第一存储电容器所保持的信号到公共输出线的非反相输出；传输单元，其用于通过放大器使公共输出线中的信号不反相或反相，并且用于将不反相或反相的信号输出到公共输出线；传输开关，其布置在传输单元的输入端子与公共输出线之间；和反馈开关，其布置在传输单元的输出端子与公共输出线之间。
文档编号H04N5/365GK102905089SQ20121025796
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月24日 优先权日2011年7月27日
发明者衣笠友寿 申请人:佳能株式会社