成像装置、成像系统以及用于驱动成像装置的方法

成像装置、成像系统以及用于驱动成像装置的方法
【专利摘要】本公开内容涉及成像装置、成像系统以及用于驱动成像装置的方法。成像装置具有多个像素，每个像素具有多个光电转换单元；产生通过将基于一侧的光电转换单元的电荷的信号彼此组合而获得的多个第一组合信号、以及通过将基于所述多个光电转换单元的电荷的信号彼此组合而获得的多个第二组合信号；并且输出所述多个第一组合信号之中的一部分第一组合信号。
【专利说明】成像装置、成像系统以及用于驱动成像装置的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种成像装置、成像系统、以及用于驱动成像装置的方法。

【背景技术】
[0002]这样的成像装置是已知的，该成像装置具有包含布置在相同的微透镜下面的多个光电转换单元的多个像素，并且输出基于一个光电转换单元的信号以及基于另一个光电转换单元的信号。该成像装置使用在相同的微透镜下面提供的至少两个光电转换单元的信号，测量相位差，检测焦点。此外，该成像装置将上述两个光电转换单元的信号相加，从而获得成像信号。例如，日本专利申请公开N0.2013-090160公开了在成像元件中将每一像素单元的信号相加并读出并且单独地从每个光电转换单元读出信号的技术，在所述成像元件中，每个像素具有多个光电转换单元，并且所述成像元件读出从各个像素发送的信号。
[0003]然而，在日本专利申请公开N0.2013-090160中，对于提高读出基于多个光电转换单元的信号的相加信号、以及读出从所述多个光电转换单元的一部分发送的用于测量相位差的信号的速度，尚未充分地进行研究。
[0004]下面将描述的技术涉及一种可以增加操作的速度的成像装置、成像系统、以及用于驱动该成像装置的方法。


【发明内容】

[0005]根据本发明的一方面，一种成像装置包括:按矩阵布置的多个像素，每个像素包括基于入射光产生电荷的多个光电转换单元；控制单元，其被配置为控制所述多个像素中的每个，以输出基于累积在所述多个光电转换单元之一中的电荷的第一信号、以及基于累积在所述多个光电转换单元中的电荷的总和的第二信号；组合单元，其被配置为通过将所述多个像素的第一信号相互组合来产生多个第一组合信号，并且通过将所述多个像素的第二信号互相组合来产生多个第二组合信号；以及输出单元，其被配置为输出组合单元产生的所述多个第一组合信号中的仅一个或一些。
[0006]根据本发明的另一方面，一种成像装置包括:按矩阵布置的多个像素，每个像素包括基于入射光产生电荷的多个光电转换单元、以及输出基于所述电荷的信号的像素放大单元；控制单元，其被配置为控制所述多个像素中的每个，以输出多个第一信号并输出多个第二信号，每个第一信号基于累积在所述多个像素中的所述多个光电转换单元之一中的电荷的总和，每个第二信号基于累积在所述多个像素中的所述多个光电转换单元中的电荷的总和；组合单元，其被配置为通过将所述多个像素的第一信号相互组合来产生多个第一组合信号，并且通过将所述多个像素的第二信号互相组合来产生多个第二组合信号；以及输出单元，其被配置为输出组合单元产生的所述多个第一组合信号中的仅一个或一些。
[0007]根据本发明的再一方面，一种成像装置的驱动方法，所述成像装置具有按矩阵布置的多个像素，每个像素包括基于入射光产生电荷的多个光电转换单元，所述驱动方法包括:通过所述多个像素中的每个输出基于累积在所述多个光电转换单元之一中的电荷的第一信号、以及基于累积在所述多个光电转换单元中的电荷的总和的第二信号；通过将所述多个像素的第一信号相互组合来产生多个第一组合信号，并且通过将所述多个像素的第二信号互相组合来产生多个第二组合信号；并且输出所产生的所述多个第一组合信号中的仅一个或一些。
[0008]从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是例示根据第一实施例的成像装置的配置例子的框图。
[0010]图2是根据第一实施例的成像装置的概念图。
[0011]图3是读出区域的概念图。
[0012]图4是例示成像装置的配置例子的电路图。
[0013]图5是成像装置的时序图。
[0014]图6是例示水平读出的时序图。
[0015]图7是根据第二实施例的成像装置的概念图。
[0016]图8是读出区域的概念图。
[0017]图9是例示根据第三实施例的成像装置的配置例子的电路。
[0018]图10是成像装置的时序图。
[0019]图11是例示根据第四实施例的成像装置的配置例子的电路图。
[0020]图12是例示成像系统的一个例子的视图。

【具体实施方式】
[0021 ] 现在将根据附图详细地描述本发明的优选实施例。
[0022](第一实施例)
[0023]图1是例示根据本发明的第一实施例的成像装置的配置例子的框图；图4是例示该成像装置的配置例子的电路图。像素单元100是成像区域，并且具有按矩阵形式布置的多个像素10。如图4中所示，所述多个像素10中的每个均具有光电转换单元10-1和10-2、浮置扩散10-5、像素放大器(像素放大单元)10-7、传送开关10-3和10-4、重置开关10_6、以及选择开关10-8。多个光电转换单元10-1和10-2分别通过多个传送开关10-3和10_4连接到同一浮置扩散10-5。第一光电转换单兀10-1和第二光电转换单兀10-2例如是光电二极管，每个光电二极管将入射光转换为电荷(电子)，并且将转换的电荷累积在其中。当传送信号PTX_A变为高电平时，第一传送开关10-3接通，并且将第一光电转换单元10-1的电荷传送到浮置扩散10-5。当传送信号PTX_B变为高电平时，第二传送开关10-4接通，并且将第二光电转换单元10-2的电荷传送到浮置扩散10-5。像素放大器10-7放大浮置扩散10-5的电压，并且从输出端子(源极端子)输出经放大的电压。当选择信号PSEL变为高电平时，选择开关10-8接通，并且将像素放大器10-7的输出端子与垂直输出线VL_1连接。第一列中的像素10连接到公共垂直输出线VL_1。第二列中的像素10连接到公共垂直输出线VL_2。当重置信号PRES变为高电平时，重置开关10-6接通，并且重置光电转换单元10-1和10-2以及浮置扩散10-5到电源电压。垂直扫描电路11将重置信号PRES、传送信号PTX_A和PTX_B、以及选择信号PSEL —行一行地供给矩阵形式的像素10。像素10输出根据浮置扩散10-5的电压的信号。
[0024]加法电路12具有电容器12-1和开关SW4 ;基于驱动电路15的信号将两个列的垂直输出线VL_1和VL_2的信号相加，并且输出相加的信号，或者不将这些信号相加并输出未经改变的信号。第一列信号处理电路13具有放大器13-1、反馈电容器13-2、输入电容器13-3、反馈开关SW2以及输入开关SW1。第二列信号处理电路13具有代替第一列的列信号处理电路13中的开关SWl和SW2的开关SW3和SW2'。列信号处理电路13可以是仅放大信号的电路，或者还可以是执行相关双采样(CDS)的电路，CDS执行像素信号与噪声信号之间的差分处理。在差分放大器13-1中，负输入端子连接到输入电容器13-3，正输入端子连接到参考电压VREF的节点。差分放大器13-1输出通过使输入到负输入端子中的信号反转并且放大该信号而获得的信号。
[0025]列信号处理电路13的输出信号amp_out输入到列ADC电路(列模数转换单元)14中。列ADC电路14基于从驱动电路15发送的信号，将从列信号处理电路13输入的模拟信号amp_out转换为数字信号。列ADC电路14具有比较器14_1、每个列共用的斜坡源14_2、以及每个列共用的共用计数器14-3。比较器14-1将信号amp_0ut与斜坡源14_2的斜坡信号(参考信号)RAMP进行比较，并且当斜坡信号RAMP变得大于信号amp_0ut时，输出反转信号。计数器14-3对从开始产生斜坡信号RAMP的时间直到比较器14-1的输出信号反转为止的计数值“count”进行计数。计数器14-3的计数值(数字值)“count”保存在N存储器16-1或S存储器16-2中。在N存储器16-1中，保存基于像素10的噪声水平的噪声信号。在S存储器16-2中，保存基于已被像素10产生的光电转换信号的像素信号。N存储器16-1和S存储器16-2均具有用于将从比较器14-1发送的信息写入在其中的存储器、以及分别连接到水平读出线S_out和N_out的用于读出的存储器。保存在用于写入的存储器中的信号被传送到用于读出的存储器，然后通过水平扫描电路17的扫描而被水平地传送和输出到水平读出线S_out和N_out。
[0026]图2是成像装置的概念图。在图2中，像素10具有两个光电转换单元10-1和10_2，它们在水平方向上在一个微透镜下面分为两个，并且分别被描述为光电转换单兀A和B。光电转换单元A对应于光电转换单元10-1，光电转换单元B对应于光电转换单元10-2。光电转换单元A的像素信号被称为A信号，光电转换单元B的像素信号被称为B信号。此外，基于两个光电转换单元A和B的光电转换信号的相加信号的信号被表达为A+B信号。为了检测焦点，有必要提取A信号和B信号，并且测量这些信号之间的相位差。在本实施例中，读出A信号和A+B信号，并且通过未示出的处理电路从A+B信号与A信号之间的差提取B信号。这里，为了提高读出信号的速度，加法电路12将近似的A信号相加并将近似的A+B信号相加。获得累积在每个像素的一个光电转换单元中的电荷的总和。具体地，可以通过减少水平扫描电路17将扫描的数据的数量来缩短水平扫描时间段。在图2中，将光电转换单元A和B彼此连接的实线示出了将相加的信号的组合。稍后将描述具体方法。在图2中，将两个A信号彼此相加并将两个A+B信号彼此相加，但是数量不限于两个，而是可以将多于两个的信号彼此相加。此外，A信号对于测量相位差是必要的，因此仅从在其中检测相位差的区域读出。具体地，A信号从一部分列输出。从而，可以减少将读出的信号的数量，并且可以缩短水平扫描电路17的水平扫描时间段。A信号是像素10输出的第一信号,A+B信号是像素10输出的第二信号。
[0027]图3是例示像素单元100中的焦点检测区域21的例子的视图，在焦点检测区域21中测量相位差并且检测焦点。像素单元100具有OB区域(光学黑色区域)22和开口(aperture)区域20，在OB区域22中像素10被遮光，开口区域20可以接收入射光。焦点检测区域21是夹在点线之间的区域，并且具有OB区域22的一部分中的像素以及开口区域20的一部分中的像素。(A+A)信号在焦点检测区域21中被读出。(A+A)信号是通过将两个像素10的A信号彼此组合而获得的第一组合信号。(A+A)信号不是从除了焦点检测区域21之外的区域读出的。上述成像信号不一定需要从像素单元100的整个区域读出，而是可以从包含OB区域22和开口区域20的区域的一部分读出。在这种情况下，在像素单元100的一部分中的区域中，提供比该部分中的该区域窄的焦点检测区域21，并且从其读出(A+A)信号。在像素单元100的整个区域中，(A+B) + (A+B)信号被作为成像信号读出，其是通过将两个靠近的像素10的A+B信号相加而获得的信号。(A+B) + (A+B)信号是通过将像素10的A+B信号彼此组合而获得的第二组合信号。
[0028]图5是例示用于驱动成像装置的方法的时序图。下面将描述通过加法电路12将在水平方向上邻近提供的两个像素10相加的情况下的时序例子。在本实施例中，为了将两个像素10的信号相加，应使开关SW4接通，并且应使开关SW3断开。当不将两个像素10的信号相加、而是读出每个像素10的信号时，应使开关SW4断开，并且应使开关SW3接通。
[0029]首先，选择信号PSEL变为高电平，选择开关10-8接通，将输出的像素10的行被选择。另外，重置信号PRES被设置为高电平，从而浮置扩散10-5被重置为电源电势。此时，开关SW2和SW2,也应接通，并且放大器13-1应被设置为重置状态。
[0030]在时间tl,重置信号PRES转变为低电平,重置开关10-6断开。然后,处于重置状态的像素10的噪声信号输出到垂直输出线VL_1和VL_2。此时，开关SWl和开关SW4都接通，因此，分别通过电容器13-3和12-1将两个信号相加，所述两个信号为垂直输出线VL_1的信号和垂直输出线VL_2的信号。
[0031]在时间t2，开关SW2和SW2'断开，从而列信号处理电路13保存通过将处于重置状态的两个像素10的噪声信号相加而获得的信号，并且将信号amp_0Ut输出到列ADC电路14。
[0032]在时间t3，斜坡源14-2开始产生斜坡信号RAMP，计数器14_3开始对计数值“count”进行向上计数。当斜坡信号RAMP变得大于信号amp_out时，比较器14_1使输出信号反转。在该定时，将计数器14-3的计数值“count”写入在N存储器16-1中。基于通过将处于重置状态的两个像素10的信号相加而获得的信号的数字信号保存在N存储器16-1中。此后，开关SWl和SW4断开。计数器14-3将斜坡信号RAMP重置为初始值，并且重置计数值 “count”。
[0033]接着，在时间t4，传送信号设置为高电平，传送开关10-3接通。已累积在光电转换单元10-1中的电荷被传送到浮置扩散10-5。在时间t5，PTX_A被设置为低电平，传送开关10-3断开。基于已累积在两个像素10中的光电转换单元10-1中的电荷的量的A信号分别输出到垂直输出线VL_1和VL_2。
[0034]在时间t6，开关SWl和SW4接通。加法电路12和列信号处理电路13将垂直输出线VL_1和VL_2的A信号相加，并且产生(A+A)信号。所产生的(A+A)信号输入到列ADC电路14。
[0035]在时间t7，斜坡源1402开始产生斜坡信号RAMP，并且计数器14_3开始对计数值“count”进行向上计数。当斜坡信号RAMP变得大于信号amp_out时，比较器14_1使输出信号反转。在该定时，将计数器14-3的计数值“count”写入在S存储器16-2中。基于(A+A)信号的数字信号保存在S存储器16-2中。每个列中的S存储器16-2中的数字信号顺序地水平传送到水平读出线S_out，每个列中的N存储器16-1中的数字信号顺序地水平传送到水平读出线N_out。此后，开关SWl和SW4断开。
[0036]在时间t8，传送信号PTX_A和PTX_B同时被设置为高电平，并且传送开关10_3和10-4接通。此时，通过将已累积在光电转换单元10-1中的电荷与已累积在光电转换单元10-2中的电荷相加而获得的电荷保存在浮置扩散10-5中。
[0037]在时间t9，传送信号PTX_A和PTX_B同时被设置为低电平，并且传送开关10_3和10-4断开。基于浮置扩散10-5上通过将两个光电转换单元10-1和10-2的光电转换信号相加而获得的A+B信号的信号分别输出到垂直输出线VL_1和VL_2。
[0038]在时间tlO，开关SWl和SW4接通。加法电路12和列信号处理电路13将垂直输出线VL_1和VL_2的两个A+B信号相加，并且产生(A+B) + (A+B)信号。所产生的(A+B) + (A+B)信号输入到列ADC电路14中。
[0039]在时间tll，斜坡源14-2开始产生斜坡信号RAMP，计数器14_3开始对计数值“count”进行向上计数。当斜坡信号RAMP变得大于信号amp_out时，比较器14_1使输出信号反转。在该定时，将计数器14-3的计数值“count”写入在S存储器16-2中。基于(A+B) + (A+B)信号的数字信号保存在S存储器16-1中。每个列中的S存储器16_2中的数字信号被顺序地水平传送到水平读出线S_out，每个列中的N存储器16-1中的数字信号被顺序地水平传送到水平读出线N_out。
[0040]以上所述的时间t4与t8之间的操作是第一模式的操作。在时间t4与t5之间，在多个光电转换单元10-1和10-2之中的一个光电转换单元10-1连接到浮置扩散10-5的状态下，垂直扫描电路(控制单元)11使多个像素10输出A信号。在时间t6与t8之间，加法电路(组合单元)12将同一行中的多个列中的每一个像素10中的输出信号相加(组合)，并且输出(A+A)信号。具体地，加法电路12分别通过电容器13-3和12-1将多个列中的像素10的输出线VL_1和VL_2连接到同一节点，从而将信号相加(组合)。此后，在图6中的时间段Pl中，水平扫描电路(输出单元)17选择并且输出已经被加法电路12相加的(A+A)信号的一部分(基于焦点检测区域21的信号)。
[0041]时间t8之后的操作是第二模式的操作。在时间t8与t9之间，在多个光电转换单元10-1和10-2连接到浮置扩散10-5的状态下，垂直扫描电路(控制单元)11使多个像素10输出A+B信号。在时间tlO之后，加法电路(组合单元)12将同一行中的多个列中的每一个像素10中的输出信号相加(组合)，并且输出(A+B) + (A+B)信号。此后，在图6中的时间段p2中，水平扫描电路(输出单元)17输出已经被加法电路12相加的(A+B) + (A+B)信号(像素单元100中的整个区域的信号)。
[0042]本实施例的特征存在于如下之处，即，通过将从多个列中的像素10读出的A信号彼此相加来产生(A+A)信号，并且通过将从多个列中的像素10读出的A+B信号彼此相加来产生(A+B) + (A+B)信号。另外，本实施例的特征存在于如下之处，即，不输出像素单元100的整个区域中的A信号的相加信号，而是输出仅焦点检测区域21中的A信号的相加信号。
[0043]在本实施例中，用于获得A+B信号的过程不限于在浮置扩散10-5上将执行的加法运算。供参阅，S存储器16-2可以具有单独的用于A信号和A+B信号的存储器，或者可以以时分的方式使用共用存储器。
[0044]图6是水平扫描电路17的水平传送读出的时序图。水平读出线N_out和S_out示出数字数据的每I位。传送脉冲Ptl至pt26是从水平扫描电路17输入到每个列中的N存储器16-1和S存储器16-2的脉冲。脉冲名称Pt的下标指定列的编号。传送脉冲pt7至ptl9示出图3中夹在点线之间的焦点检测区域21的水平区。
[0045]在时间段pi中，A+A信号的数字信号保存在S存储器16-2中。在时间段p2中，(A+B) + (A+B)信号的数字值保存在S存储器16-2中。时间段pi是输出A+A信号的时间段。在时间段Pl中，水平扫描电路17仅扫描与焦点检测区域21相应的列，因此顺序地扫描相应列的传送脉冲Pt7至ptl9。从而，顺序地仅输出焦点检测区域21中的A+A信号的数字值，因此读出速度变快。
[0046]时间段p2是输出(A+B) + (A+B)信号的数字值的时间段。在时间段p2中，为了扫描像素单元100中的所有列，水平扫描电路12顺序地扫描相应列的传送脉冲ptl至pt26。从而，顺序地输出像素单元100中的整个区域中的(A+B) + (A+B)信号的数字值。
[0047]可以以时分的方式将(A+A)信号的数字值和(A+B) + (A+B)信号的数字值保存在共用S存储器16-2中。在本实施例中，将多个列中的A信号相加，从而产生(A+A)信号，并且将多个列中的(A+B)信号相加，从而产生(A+B) + (A+B)信号。当产生(A+A)信号时，仅读出焦点检测区域21中的像素10中的A信号，从而减少将读出的数据的数量，并且可以提高读出速度。在本实施例中，以上已经描述了将每一列中的模拟信号转换为数字信号并且读出该数字信号这样的方法，但是该方法可以是在不将模拟信号转换为数字信号的情况下输出模拟信号的形式。
[0048]根据本实施例的成像装置表现出通过组合以下操作(I)至(3)而能够在短时间段内读出S/N高的信号的效果。
[0049](I)成像装置从像素10读出用于检测焦点(检测相位差)的信号作为A信号，并且读出成像信号作为A+B信号。
[0050](2)成像装置在其中检测焦点的焦点检测区域21中的像素中除了 A+B信号之外还读出A信号，而不读出在其中不检测焦点的区域(除了焦点检测区域21之外的区域)中的像素中的A信号。
[0051](3)成像装置将多个列中的像素10的A信号彼此相加，并且将多个列中的像素10的A+B信号彼此相加。
[0052]通过操作(2)，成像装置可以减少数据量，并且可以提高读出速度。与A+B信号的信号相比，A信号的信号小，并且通过从A+B信号减去A信号而获得的B信号的S/N进一步降低。因此，当照度低时，这些信号变为降低焦点检测精度的因素。根据本实施例的成像装置通过将多个列中的A信号相加来提高A信号的S/N，并且当照度低时可以提高焦点检测精度。另外，成像装置可以通过将多个列中的A+B信号相加来获得S/N比高的成像信号。
[0053]供参阅，焦点检测区域21的位置可以根据每个帧而是有区别的。
[0054](第二实施例)
[0055]图7是对应于图2的、根据本发明的第二实施例的成像装置的概念图。类似于图3，图8是例示像素单元100中的焦点检测区域21的例子的视图。根据本实施例的成像装置具有与第一实施例的成像装置中的配置和驱动时序相同的配置和驱动时序，并且具有与第一实施例中的焦点检测区域不同的焦点检测区域。在本实施例中，在其中检测焦点的焦点检测区域是开口区域20，在其中不检测焦点的区域是OB区域22。(A+B) + (A+B)信号基于像素单元100的整个区域中的像素而产生。A+A信号仅基于开口区域20中的像素而产生，而不在OB区域22中产生。在OB区域22中，产生通过将多个列中的A+B信号相加而获得的(A+B) + (A+B)信号。在开口区域 20 中，产生(A+B) + (A+B)信号和(A+A)信号，(A+B) + (A+B)信号通过将多个列中的A+B信号相加而获得，(A+A)信号通过将多个列中的A信号相加而获得。不在其中不检测焦点的OB区域22中读出A+A信号，因此，数据量减少，并且可以以高速度读出数据。
[0056]另外，根据第一实施例和第二实施例的成像装置将从像素10中的各个像素放大器10-7输出的信号彼此组合，并且产生(A+A)信号和(A+B) + (A+B)信号。另举一例，像素放大器17-7可以将多个像素10中的浮置扩散10-5的电荷彼此组合，并且输出(A+A)信号和(A+B) + (A+B)信号中的每个。
[0057](第三实施例)
[0058]类似于图4，图9是例示根据本发明的第三实施例的成像装置的一部分的配置例子的视图。本实施例与第一实施例的不同之处在于用于组合多个列中的像素的信号的方法。作为用于组合多个列中的像素的信号的方法，根据本实施例的成像装置将电容器中的信号进行平均。下面将描述本实施例不同于第一实施例的要点。第一信号保持电路18连接到垂直输出线VL_1，并且具有电容器18-1和18-2以及开关SW6至SW9。第二信号保持电路18连接到垂直输出线VL_2，并且具有电容器18-1和18-2以及开关SWlO至SW13。加法电路12具有开关SW5。当开关SW5接通时，将垂直输出线VLl的信号和垂直输出线VL2的信号平均(组合)。信号保持电路18的输出端子连接到图4中的列信号处理电路13。供参阅，开关SW8和SW12均可以连接到图4中的比较器14-1或N存储器16_1。类似地，开关SW9和SW13均可以连接到图4中的比较器14-1或S存储器16_2。
[0059]图10是例示用于驱动图9的成像装置的方法的时序图。下面将描述平均(组合)两个像素10的信号的例子。为了平均(组合)两个像素10的信号，使开关SW5接通，并且使开关SW1和SWll断开。信号out_n对应于连接到开关SW8的列信号处理电路13的输出信号amp_out。信号out_s对应于连接到开关SW9的列信号处理电路13的输出信号amp_
OUto
[0060]首先，选择信号PSEL变为高电平，然后选择开关10-8接通，并且像素10的行被选择。另外，当重置信号PRES被设置为高电平时，重置开关10-6接通，并且浮置扩散10-5被重置为电源电压。
[0061]在时间112,重置信号PRES转变为低电平,然后重置开关10_6断开,并且基于重置状态的像素10的信号输出到垂直输出线VL_1和VL_2。此时，开关SW6和SW5接通，因此，垂直输出线VL_1和VL_2彼此连接。此时，基于晶体管10-7和10-8的有效电阻值的垂直输出线VL_1和VL_2的电压的近似平均值累积在电容器18-1中。当垂直输出线VL_1和VL_2的电压值彼此接近时，极其接近真实平均值的该平均值累积在电容器18-1中。当垂直输出线VL_1和VL_2的电压值彼此远离时，通过用高电压对垂直输出线VL_1和VL_2的电压进行加权而获得的值累积在电容器18-1中。当像素10处于重置状态时，垂直输出线VL_1和VL_2的电压通常是彼此接近的值。
[0062]在时间tl3，开关SW6接通，电荷保存在电容器18-1中。在紧跟在时间tl3之后的时间tl4，开关SW8接通，并且保存在电容器18-1中的信号输出。此后，开关SW8断开。
[0063]在时间tl5，传送信号PTX_A被设置为高电平，并且传送开关10_3接通。已累积在光电转换单兀10-1中的电荷被传送到浮置扩散10-5。在时间tl6,传送信号PTX_A被设置为低电平，然后传送开关10-3断开，并且上述传送结束。另外，开关SW7接通，从而作为垂直输出线VL_1和VL_2的电压的近似平均值的(MK)/2信号保存在电容器18-2中。在时间tl8，开关SW9接通，并且保存在电容器18-2中的信号输出。
[0064]在时间tl9，传送信号同时被设置为高电平，并且传送开关10-3和10-4接通。此时，通过将已累积在光电转换单元10-1中的电荷和已累积在光电转换单元10-2中的电荷相加而获得的电荷导致保存在浮置扩散10-5中。浮置扩散10-5上通过将两个光电转换单元10-1和10-2的光电转换信号相加而获得的每个A+B信号输出到垂直输出线VL_1和VL_2。另外，当开关SW7接通时，通过平均垂直输出线VL_1和VL_2的电压而获得的信号，具体地，[(A+B) + (A+B)]/2信号被写入在电容器18-2中。
[0065]在时间t20，传送信号设置为低电平，然后，传送开关10-3和10-4断开，并且上述传送结束。在时间t21，开关SW7接通，并且电容器18-2保存信号[(A+B) + (A+B)]/2。在时间t22，开关SW9接通，并且保存在电容器18_2中的信号输出。
[0066]以上已经描述的时间tl5与tl9之间的操作是第一模式的操作。在时间tl5与tl6之间，在多个光电转换单元10-1和10-2之中的一个光电转换单元10-1连接到浮置扩散10-5的状态下，垂直扫描电路(控制单元)11使多个像素10输出A信号。加法电路(组合单元)12平均(组合)同一行中的多个列中的每一个像素10中的输出信号，并且输出(A+A) /2信号。具体地，加法电路12将多个列中的像素的输出线VL_1和VL_2彼此连接，从而平均(组合)这些信号。此后，在图6中的时间段pi中，水平扫描电路(输出单元)17选择已经被加法电路12平均的(A+A)/2信号的一部分(基于焦点检测区域21的信号)，并且输出该信号。
[0067]时间tl9之后的操作是第二模式的操作。在tl9与t20之间的时间中，在多个光电转换单元10-1和10-2连接到浮置扩散10-5的状态下，垂直扫描电路(控制单元)11使多个像素10输出A+B信号。在时间t20之后，加法电路(组合单元)12平均(组合)同一行中的多个列中的每一个像素10中的输出信号，并且输出[(A+B) + (A+B)]/2信号。此后，在图6中的时间段p2中，水平扫描电路(输出单元)17输出已经被加法电路12平均的[(A+B) + (A+B) ] /2信号(像素单元100中的整个区域的信号)。
[0068]从而，执行多个列中的A信号的平均处理以及多个列中的A+B信号的平均处理。类似于第一实施例，根据本实施例的成像装置仅在焦点检测区域21中产生A信号的平均值，从而减少将读出的数据的数量，并且可以高速读出数据。另外，根据本实施例的成像装置可以通过平均处理来获得减少数据数量的效果。另外，根据本实施例的成像装置可以在不布置用于加法或平均处理的有源电路的情况下进行加法或平均处理。本实施例中的平均处理通过连接垂直输出线VL_1和VL_2来执行，但是也可以通过将信号分别读出到用于垂直输出线VL_1的电容器和用于垂直输出线VL_12的电容器并且使每对电容器短路来执行。与上述每对电容器短路的情况相比，图9中的加法电路12具有以下效果:缩短每对电容器短路的时间段、减少平均处理所必需的电容器的数量、以及将减少的电容器分配给另一处理。
[0069]另外，在第一实施例至第三实施例中，将同一行中的像素10的A信号彼此组合，并且类似地将A+B信号彼此组合。另举一例，将多个行中的像素10的A信号彼此组合并且类似地将A+B信号彼此组合也是可接受的。当将多个行中的像素10的上述A信号和A+B信号彼此组合时，垂直扫描电路11同时选择多个行中的像素10并且多个行中的像素10同时输出到垂直输出线VL_1是可接受的。
[0070](第四实施例)
[0071]图11是例示根据本发明的第四实施例的成像装置的配置例子的视图。在本实施例中，将多个列中的数字数据相加。下面将描述本实施例不同于第一实施例的要点。本实施例与第一实施例的不同之处在于，将模拟信号被转换为数字信号之后的数字信号彼此相力口。图11是如下成像装置的视图，在该成像装置中，从图4中的成像装置删除了电容器12-1和开关SW4，并且将加法电路19添加到图4中的成像装置。用于写入的存储器16-la和用于读出的存储器16-lb对应于图4中的N存储器16-1。用于写入的存储器16_2a和用于读出的存储器16_2b对应于图4中的S存储器16-2。加法电路(组合单元)19将多个列中的用于写入的存储器16-la的数字数据相加(组合)，并且将相加的数字信号写入在用于读出的存储器16-lb中。另外，加法电路(组合单元)19将多个列中的用于写入的存储器16-2a的数字信号相加(组合)，并且将相加的数字数据写入在用于读出的存储器16_2b中。当已经从像素10读出A信号时，将通过将多个列中的A信号相加而获得的A+A信号保存在用于读出的存储器16-2b中。另外，当已经从像素10读出A+B信号时，将通过将多个列中的A+B信号相加而获得的(A+B) + (A+B)信号保存在用于读出的存储器16-2b中。类似于第一实施例中的成像装置那样，根据本实施例的成像装置仅在焦点检测区域21中产生A+A信号，从而减少将读出的数据的数量，并且可以高速读出数据。
[0072]另外，在本实施例中，将同一行中的像素10的A信号彼此组合，并且类似地将A+B信号彼此组合。另举一例，将多个行中的像素10的A信号彼此组合并且类似地将A+B信号彼此组合也是可接受的。例如，加法电路19可以将多个行中的像素10的数字数据的A信号彼此组合，并且类似地将A+B信号彼此组合。顺便一提，在本示例性实施例中，描述了作为组合数字信号的一个例子的、将数字信号彼此相加的例子。另举一例，数字信号的组合可以是数字信号的平均。
[0073](第五实施例)
[0074]图12是例示根据本发明的第五实施例的成像系统的配置例子的视图。所述成像系统具有根据第一实施例至第四实施例的成像装置154。所述成像系统的例子包括数字照相机、数字摄影机和监视照相机。图12例示了成像装置154应用于作为成像系统的例子的数字照相机的情况。
[0075]所述成像系统具有透镜152、挡板151和光圈153，透镜152用于使成像装置154在其上形成对象的光学图像，挡板151用于保护透镜152，光圈153用于改变了通过透镜152的光量。透镜152和光圈153形成将光引导到成像装置154的光学系统。所述成像系统还具有输出信号处理单元155，其执行对成像装置154输出的输出信号的处理。输出信号处理单元155具有数字信号处理单元，并且执行不同地校正成像装置154输出的信号、根据需要压缩这些信号、并且输出经压缩的信号的操作。
[0076]所述成像系统还具有缓冲存储器单元156和记录介质控制接口单元158，缓冲存储器单元156用于临时存储图像数据，记录介质控制接口单元158用于将信号记录在记录介质中或者从记录介质读取信号。所述成像系统还具有可释放记录介质159 (诸如半导体存储器)，其用于将图像数据记录在其中或者从其读取图像数据。所述成像系统还具有外部接口单元157、总体控制/计算单元1510和成像装置154，外部接口单元157用于与外部计算机等进行通信，总体控制/计算单元1510执行各种计算并且控制整个数字照相机。所述成像系统还具有定时发生器1511和输出信号处理单兀155,定时发生器1511将各种定时信号输出到成像装置154。这里，定时信号等可以从外部输入。所述成像系统可以至少具有成像装置154和输出信号处理单兀155,输出信号处理单兀155对从成像装置154输出的输出信号进行处理。另外，输出信号处理单元155可以通过使用成像装置154输出的用于相位差检测的(A+A)信号或(A+A)/2信号来检测光学系统的焦点。此外，输出信号处理单元155可以通过使用成像装置154输出的(A+B) + (A+B)信号或[(A+B) + (A+B) ]/2信号来产生图像。如以上所描述的，本实施例的成像系统具有应用于其的成像装置154，并且可以检测光学系统的焦点并产生图像。
[0077]供参阅，在第一实施例至第五实施例中，可以使用RGBG的多色滤光器作为用于像素10的滤色器。当在成像装置的每个像素10上提供滤色器时，可以将从相同颜色的像素发送的光电转换信号彼此相加。
[0078]注意，以上实施例仅仅是可以如何实施本发明的例子，本发明的技术范围不应由实施例限制地解释。换句话讲，在不脱离本发明的技术构思和主要特征的情况下，可以以各种方式实施本发明。
[0079]本发明可以提供操作速度提高的成像装置。
[0080]尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。权利要求的范围应遵循最宽泛的解释，以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。
【权利要求】
1.一种成像装置，包括: 多个像素，所述多个像素按矩阵布置，每个像素包括基于入射光产生电荷的多个光电转换单元； 控制单元，所述控制单元被配置为控制所述多个像素中的每个，以输出基于累积在所述多个光电转换单元之一中的电荷的第一信号、以及基于累积在所述多个光电转换单元中的电荷的总和的第二信号； 组合单元，所述组合单元被配置为通过将所述多个像素的第一信号相互组合来产生多个第一组合信号，并且通过将所述多个像素的第二信号相互组合来产生多个第二组合信号；和 输出单元，所述输出单元被配置为输出由所述组合单元产生的所述多个第一组合信号中的仅一个或一些。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其中， 所述组合单元将多个列中的像素的第一信号相互相加，并且将多个列中的像素的第二信号相互相加。
3.根据权利要求1所述的成像装置，其中， 所述组合单元将多个列中的像素的第一信号相互平均，并且将多个列中的像素的第二信号相互平均。
4.根据权利要求1所述的成像装置，还包括: 多个列输出线，第一信号和第二信号分别从像素输出到所述多个列输出线中的每个，并且所述多个列输出线分别与所述多个像素的各列相应地布置，其中， 所述组合单元通过经由电容器将所述多个列输出线相互连接到同一节点来产生第一组合信号和第二组合信号。
5.根据权利要求2所述的成像装置，还包括: 多个列输出线，第一信号和第二信号分别从像素输出到所述多个列输出线中的每个，并且所述多个列输出线分别与所述多个像素的各列相应地布置，其中， 所述组合单元通过经由电容器将所述多个列输出线相互连接到同一节点来产生第一组合信号和第二组合信号。
6.根据权利要求1所述的成像装置，还包括: 模数转换单元，所述模数转换单元被配置为将第一信号和第二信号分别转换为数字信号，其中， 所述组合单元通过组合由所述模数转换单元产生的数字信号来产生第一组合信号和第二组合信号。
7.根据权利要求2所述的成像装置，还包括: 模数转换单元，所述模数转换单元被配置为将第一信号和第二信号分别转换为数字信号，其中， 所述组合单元通过组合由所述模数转换单元产生的数字信号来产生第一组合信号和第二组合信号。
8.根据权利要求3所述的成像装置，还包括: 模数转换单元，所述模数转换单元被配置为将第一信号和第二信号分别转换为数字信号，其中， 所述组合单元通过组合由所述模数转换单元产生的数字信号来产生第一组合信号和第二组合信号。
9.根据权利要求1所述的成像装置，还包括: 多个列输出线，第一信号和第二信号分别从像素输出到所述多个列输出线中的每个，并且所述多个列输出线分别与所述多个像素的各列相应地布置，其中， 所述组合单元通过连接所述多个列输出线来执行所述组合。
10.根据权利要求3所述的成像装置，还包括: 多个列输出线，第一信号和第二信号分别从像素输出到所述多个列输出线中的每个，并且所述多个列输出线分别与所述多个像素的各列相应地布置，其中， 所述组合单元通过连接所述多个列输出线来执行所述组合。
11.一种成像装置，包括: 多个像素，所述多个像素按矩阵布置，每个像素包括基于入射光产生电荷的多个光电转换单元、以及输出基于所述电荷的信号的像素放大单元； 控制单元，所述控制单元被配置为控制所述多个像素，以输出多个第一信号并且输出多个第二信号，每个第一信号基于累积在所述多个像素中的所述多个光电转换单元之一中的电荷的总和，每个第二信号基于累积在所述多个像素中的所述多个光电转换单元中的电荷的总和； 组合单元，所述组合单元被配置为通过将所述多个像素的第一信号相互组合来产生多个第一组合信号，并且通过将所述多个像素的第二信号相互组合来产生多个第二组合信号；和 输出单元，所述输出单元被配置为输出由所述组合单元产生的所述多个第一组合信号中的仅一个或一些。
12.一种成像系统，包括: 根据权利要求1至11中的任何一个所述的成像装置； 光学系统，所述光学系统被配置为将光学图像聚焦到所述成像装置上；和输出信号处理单元，所述输出信号处理单元被配置为基于所述多个第一组合信号并基于差分信号来检测焦点，并且基于所述多个第二组合信号来产生图像，所述差分信号基于所述多个第一组合信号与所述多个第二组合信号之间的差。
13.一种成像装置的驱动方法，所述成像装置具有按矩阵布置的多个像素，每个像素包括基于入射光产生电荷的多个光电转换单兀，所述驱动方法包括: 通过所述多个像素中的每个输出基于累积在所述多个光电转换单元之一中的电荷的第一信号、以及基于累积在所述多个光电转换单元中的电荷的总和的第二信号； 通过将所述多个像素的第一信号相互组合来产生多个第一组合信号，并且通过将所述多个像素的第二信号相互组合来产生多个第二组合信号；和输出所产生的所述多个第一组合信号中的仅一个或一些。
14.根据权利要求13所述的驱动方法，其中， 所述产生多个第一组合信号是通过将多个列中的像素的第一信号相互相加来执行的，所述产生多个第二组合信号是通过将多个列中的像素的第二信号相互相加来执行的。
15.根据权利要求13所述的驱动方法，其中， 所述产生多个第一组合信号是通过将多个列中的像素的第一信号相互平均来执行的，所述产生多个第二组合信号是通过将多个列中的像素的第二信号相互平均来执行的。
16.根据权利要求13所述的驱动方法，其中， 多个列输出线被提供，第一信号和第二信号分别从像素输出到所述多个列输出线中的每个，所述多个列输出线分别与所述多个像素的各列相应地布置，并且， 通过经由电容器将所述多个列输出线相互连接到同一节点来产生第一组合信号和第二组合信号。
17.根据权利要求13至16中的任何一个所述的驱动方法，还包括: 将第一信号和第二信号分别转换为数字信号，其中， 通过组合基于第一信号的数字信号来产生第一组合信号，并且 通过组合基于第二信号的数字信号来产生第二组合信号。
【文档编号】H04N5/374GK104427265SQ201410419618
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】池田泰二, 樋山拓己, 有岛优, 桥本诚二 申请人:佳能株式会社