图像传感器和摄像设备的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种图像传感器和摄像设备。
【背景技术】
[0002]近年来，研发了一种CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器具有在行方向和列方向上所排列的多个像素，其中，按照多个像素的列来配置模拟/数字转换器(A/D转换器)，并且该CMOS图像传感器被设计成将来自像素的模拟信号转换成数字信号、并且输出该数字信号。当通过针对每一列所配置的A/D转换器对信号进行A/D转换来从图像传感器按照列输出像素信号时，可以对来自图像传感器的像素信号进行数字水平传送。
[0003]日本特开2005-278135所述的技术使用单斜率型A/D转换器作为A/D转换器。单斜率型A/D转换器包括比较器和计数器。在模拟像素信号被输入至比较器的一个输入端子时，将斜坡信号作为基准信号输入至另一输入端子，其中，斜坡信号的电压水平随着时间的经过以预定斜率变化。当像素信号和基准信号之间的大小关系反转时，反转来自比较器的输出。当生成斜坡信号时，计数器开始计数。来自比较器的输出反转时，停止计数器。由计数器所计数的值，变成与模拟像素信号的电平相对应的数字值。
[0004]另外，日本特开2005-278135所述的技术使用用于通过反转向上/向下计数器的计数方向以从信号成分减去复位成分的方法，作为用于获取像素信号的复位信号和通过光电二极管所生成的信号成分之间的差的方法。该方法仅需要一个计数器，并且不需要从信号成分减去复位成分的任何减法器，从而实现电路规模的降低。
[0005]近年来的CMOS图像传感器的各像素均具有下面的特征:两个以上的光电二极管共享用于传送光电二极管所生成的信号的、浮置扩散之后的读出电路。根据日本特开
2004-134867，当从共享浮置扩散的两个光电二极管输出信号时，首先读出复位电平，然后读出第一光电二极管的信号。另外，在浮置扩散未被复位时，在第一光电二极管的信号之后，读出第二光电二极管的信号。将各信号相减，以读出通过从来自这两个光电二极管的各自的信号排除复位电平所获得的信号。该方法可以节省读出一个复位电平所需的时间，因此可以缩短读出像素信号所需的时间。
[0006]另外，如日本特开2001-83407所述，可以使用用于对CMOS图像传感器配置用于自动调焦的光电二极管的技术。根据日本特开2001-83407，两个光电二极管被设置在一个微透镜下方。各个光电二极管被配置成接收来自摄像镜头的不同光瞳面的光。比较来自这两个光电二极管的输出，从而可以进行焦点检测。还可以使用来自这两个光电二极管的输出的和作为图像信号。
[0007]然而，日本特开2005-278135所述的使用向上/向下计数器的单斜率型A/D转换器，不能使用如日本特开2004-134867所述那样的用于缩短时间的技术。根据日本特开
2005-278135所述的方法，当首先读出复位电平、然后读出第一光电二极管的信号时，反转计数器以通过从第一光电二极管的信号减去复位电平来获得信号。结果，复位电平的信息丢失。当在第一光电二极管的信号之后，对第二光电二极管的信号进行A/D转换时，第一光电二极管的信号的值和复位电平信号的值也丢失。这样使得不可能进行适当的差分处理。因此，在如日本特开2001-83407所述的、对于一个微透镜设置两个光电二极管的CMOS图像传感器中，难以使用日本特开2005-278135和日本特开2004-134867所述的技术来缩短读出信号所需的时间。
【发明内容】
[0008]本发明可以提供一种对来自共享浮置扩散的多个光电二极管的信号进行模拟/数字转换、并且输出作为结果的信号的图像传感器，作为有利于缩短输出所需的时间的图像传感器。
[0009]本发明的第一方面，提供一种图像传感器，其包括以矩阵形式配置的多个像素以及按照列而设置的模拟/数字转换器，其中，各个像素包括多个光电转换部、所述多个光电转换部共享的浮置扩散部、用于将所述多个光电转换部所生成的电荷传送至所述浮置扩散部的传送部、以及用于复位所述浮置扩散部的复位部，所述模拟/数字转换器用于将与所述浮置扩散部中的电荷量相对应的模拟信号转换成数字信号，其特征在于，所述模拟/数字转换器包括比较器和计数器，其中，所述比较器用于将所述模拟信号和基准信号进行比较，并且根据所述模拟信号和所述基准信号之间的大小关系来改变输出，所述计数器被来自所述比较器的输出所控制；所述模拟/数字转换器进行第一操作、第二操作和第三操作，其中，所述第一操作用于将与被所述复位部复位后的所述浮置扩散部中的电荷量相对应的模拟信号转换成数字信号，所述第二操作用于将从所述多个光电转换部中的一部分光电转换部中所获得的模拟信号转换成数字信号，所述第三操作用于将从所有所述多个光电转换部所获得的模拟信号转换成数字信号；以及所述模拟/数字转换器在所述第一操作中在第一方向上增大或者减小所述计数器的计数值，并且在所述第二操作和所述第三操作中在与所述第一方向相反的方向上增大或者减小所述计数器的计数值。
[0010]本发明的第二方面，提供一种图像传感器，其包括以矩阵形式配置的多个像素以及按照列而设置的模拟/数字转换器，其中，各个像素包括多个光电转换部、所述多个光电转换部共享的浮置扩散部、用于将所述多个光电转换部所生成的电荷传送至所述浮置扩散部的传送部、以及用于复位所述浮置扩散部的复位部，所述模拟/数字转换器用于将与所述浮置扩散部中的电荷量相对应的模拟信号转换成数字信号，其特征在于，所述模拟/数字转换器包括比较器和计数器，其中，所述比较器用于将所述模拟信号和基准信号进行比较，并且根据所述模拟信号和所述基准信号之间的大小关系来改变输出，所述计数器被来自所述比较器的输出所控制；所述模拟/数字转换器进行第一操作、第二操作和第三操作，其中，所述第一操作用于将与被所述复位部复位后的所述浮置扩散部中的电荷量相对应的模拟信号转换成数字信号，所述第二操作用于将从所述多个光电转换部中的一部分光电转换部中所获得的模拟信号转换成数字信号，所述第三操作用于将从所有所述多个光电转换部所获得的模拟信号转换成数字信号；以及在所述第二操作和所述第三操作中，所述计数器从通过所述第一操作所获得的计数值开始计数。
[0011]本发明的第三方面，提供一种摄像设备，其特征在于，包括:上述的图像传感器；光学系统，用于使得光在所述图像传感器上形成图像；以及摄像信号处理电路，用于处理来自所述图像传感器的输出信号。
[0012]通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将显而易见。
【附图说明】
[0013]图1是示出根据本发明实施例的图像传感器的结构的示意图；
[0014]图2是示出根据第一实施例的像素和列电路的图；
[0015]图3A和3B是用于示例性说明一个像素的结构的图；
[0016]图4是示出根据第一实施例的驱动图像传感器的方法的时序图；
[0017]图5是示出根据本发明实施例的摄像设备的结构的示意图；
[0018]图6是示出根据第二实施例的像素和列电路的图；
[0019]图7是示出根据第二实施例的驱动图像传感器的方法的时序图；
[0020]图8是示出根据第三实施例的像素和列电路的图；
[0021]图9是示出根据第三实施例的驱动图像传感器的方法的时序图；
[0022]图10是示出根据第四实施例的像素和列电路的图；
[0023]图11是示出根据第四实施例的驱动图像传感器的方法的时序图；
[0024]图12是示出根据第五实施例的像素和列电路的图；
[0025]图13是示出根据第五实施例的驱动图像传感器的方法的时序图；以及
[0026]图14A和14B是示出根据第六实施例的图像传感器的结构的图。
【具体实施方式】
[0027]第一实施例
[0028]下面参考图1?4，说明本发明的第一实施例。图1是示意性示出根据本实施例的图像传感器100的整体结构的图。参考图1，图像传感器100包括具有以矩阵形式所排列的多个像素的像素单元101。用于选择按照行所排列的像素的垂直选择电路102，被配置在像素单元101周边。来自通过垂直选择电路102所选择的像素的信号，被输入至按照像素的列所设置的列电路103。列电路103是对输入信号进行A/D转换、并且将作为结果的信号输出至水平输出线106的电路。水平选择电路105顺序选择列电路103。所选择的列电路103对来自像素单元101的信号进行A/D转换，并且将作为结果的信号输出至水平输出线106。经由输出放大器107，从图像传感器100输出被输出至水平输出线106的信号。将通过基准信号生成电路104所生成的、并且具有随着时间的经过以预定斜率而改变的电压水平的基准信号(斜坡信号)，输入至对于A/D转换所要使用的各列电路103。注意，用于提供时序信号的时序生成器或者控制电路等，控制图像传感器的各个部。
[0029]图2是示出根据第一实施例的像素和列电路的图。本实施例示例性说明下面的情况:像素201设置有作为用于将光转换成电荷的光电转换部的两个光电二极管(以下称为“PD”)202和203。然而，H)的数量不局限于两个。为了获得在视觉上的立体图像或者用于焦点检测的信号，对于一个像素，可以配置和使用多个H)。PD 202和203共享用于将电荷转换成电压的浮置扩散部(以