CN103997612A - 固态成像装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种固态成像装置及其驱动方法,该固态成像装置包括:像素阵列单元,所述像素阵列单元中以矩阵形式布置有多个像素,所述多个像素包括:作为用于视频输出的像素的多个通常像素,以及作为用于焦点检测的像素的多个相位差像素;A/D转换单元,配置为将从所述像素阵列单元的像素输出的像素信号与充当基准信号的斜坡信号进行比较,从而对所述像素信号进行A/D转换;以及控制单元,配置为进行控制以使得要与相位差像素进行比较的斜坡信号的坡度不同于要与至少一部分通常像素进行比较的斜坡信号的坡度。

Description

固态成像装置及其驱动方法
技术领域
本技术涉及固态成像装置及其驱动方法,更具体地,涉及包括相位差像素的固态成像装置及其驱动方法,其中在A/D转换时间增加最小的情况下所述相位差像素的A/D转换分辨率提高。
背景技术
存在这样的固态成像装置,其中在包括矩阵形式的多个像素的像素阵列单元中,除了设有用于视频输出的通常像素之外,还设有用于焦点检测的相位差像素(例如,参见未审查的日本专利申请公开No.2000-156823(相应的美国专利:US6,829,008))。
固态成像装置中提供了被配置为对从像素输出的模拟像素信号进行A/D转换的A/D转换器。A/D转换器将从像素输出的模拟像素信号与具有电平(电压)随着时间的推移逐渐变化的斜坡波形的基准信号(以下,也称为斜坡信号)进行比较。还与所述比较处理并行地执行计数处理,并且基于比较处理完成时的计数值来确定像素信号的数字值(例如,参见未审查的日本专利申请公开No.2011-244249(相应的美国专利:US2013/0076948))。
发明内容
然而,在时钟频率固定的情况下,提高A/D转换分辨率以改进自动聚焦(AF)的聚焦精度会导致转换时间增加,这是因为也要以相同的A/D转换分辨率来对通常像素进行A/D转换。
希望能够在使A/D转换时间的增加最小化的同时,改进包括相位差像素的固态成像装置中的相位差像素的A/D转换分辨率。
根据本技术的实施例的一种固态成像装置包括:像素阵列单元,所述像素阵列单元中以矩阵形式布置有多个像素,所述多个像素包括:作为用于视频输出的像素的多个通常像素,以及作为用于焦点检测的像素的多个相位差像素;A/D转换单元,配置为将从所述像素阵列单元的像素输出的像素信号与充当基准信号的斜坡信号进行比较,从而对所述像素信号进行A/D转换;以及控制单元,配置为进行控制以使得要与相位差像素进行比较的斜坡信号的坡度不同于要与至少一部分通常像素进行比较的斜坡信号的坡度。
根据本技术的实施例的一种驱动方法,用于包括像素阵列单元的固态成像装置,所述像素阵列单元中以矩阵形式布置有多个像素,所述多个像素包括:作为用于视频输出的像素的多个通常像素,以及作为用于焦点检测的像素的多个相位差像素。所述驱动方法包括:将从所述像素阵列单元的像素输出的像素信号与充当基准信号的斜坡信号进行比较,从而对所述像素信号进行A/D转换;以及进行控制以使得要与相位差像素进行比较的斜坡信号的坡度不同于要与至少一部分通常像素进行比较的斜坡信号的坡度。
根据以上结构,从像素阵列单元中的像素输出的像素信号与充当基准信号的斜坡信号进行比较,从而对所述像素信号进行A/D转换。对要与相位差像素进行比较的斜坡信号和要与至少一部分通常像素进行比较的斜坡信号进行控制以使其具有不同坡度。
根据本技术的实施例的一种固态成像装置包括:像素阵列单元,所述像素阵列单元中以矩阵形式布置有多个
像素,所述多个像素包括:作为用于视频输出的像素的多个通常像素,以及作为用于焦点检测的像素的多个相位差像素;选择器单元,配置为选择性地输出第一斜坡信号和第二斜坡信号;以及A/D转换单元,配置为将从所述像素阵列单元的像素输出的像素信号与从所述选择器单元输出的斜坡信号进行比较,从而对所述像素信号进行A/D转换。
根据该结构,从像素阵列单元中的像素输出的像素信号与从选择器单元输出的斜坡信号进行比较。由此对所述像素信号进行A/D转换。
固态成像装置或电子装置可以是独立装置,或者可以是包含在其他装置中的模块。
根据以上结构,可进一步减少A/D转换时间。
附图说明
图1是图示根据本技术的第一实施例的固态成像装置的示意性结构的框图;
图2是图示像素阵列单元中的通常像素和相位差像素的布局示例的图;
图3A至3D是说明A型和B型相位差像素之间的差别的图;
图4是说明通常像素行的像素的A/D转换操作的图;
图5是说明相位差像素行中的像素的A/D转换操作的图;
图6是图示用于视频生成的像素区的图;
图7是图示根据本技术的第二实施例的固态成像装置的示意性结构的框图;
图8是说明根据第二实施例的A/D转换操作的图;
图9是图示用于视频生成的像素区的图;以及
图10是图示充当根据本技术的实施例的电子装置的成像设备的结构示例的框图。
具体实施方式
以下将说明用于实现本技术的模式(以下称为实施例)。注意,将根据以下顺序来进行说明。
1.第一实施例(根据具有一个数模转换器(DAC)的固态成像装置的方法)
2.第二实施例(根据具有两个DAC的固态成像装置的方法)
1.第一实施例
1-1.固态成像装置的总体结构示例
图1是图示根据本技术的第一实施例的固态成像装置的示意性结构的框图。图1所示的固态成像装置1包括像素阵列单元11、垂直扫描电路12、A/D转换单元13、水平扫描电路14、系统控制单元15、像素驱动线16、垂直信号线17、基准信号生成单元18、水平输出线19、输出单元20等等。
像素阵列单元11被配置为使得像素21沿行方向和列方向排列,也就是说以矩阵形式二维排列,其中每个像素21包括被配置为根据接收光量生成并存储光电荷的光电转换单元。这里,术语“行方向”的意思是沿像素行的像素21的阵列方向,也就是水平方向,术语“列方向”的意思是沿像素列的像素21的阵列方向,也就是垂直方向。
以矩阵形式二维排列的像素21包括两种像素,分别是用于视频输出的通常像素21G和用于焦点检测的相位差像素21P。以下将参考图2来说明相位差像素21P在像素阵列单元11中的布局。
每个像素21包括通过在基底的深度方向上分层而形成的光电转换单元,以及多个像素晶体管(也称为金属氧化物半导体(MOS)晶体管)。所述多个像素晶体管例如是四个晶体管,分别是传输晶体管、选择晶体管、重置晶体管和放大晶体管。
此外,像素21可具有共享的像素结构。该共享的像素结构包括多个光电二极管、多个传输晶体管、共享的单个浮动扩散部(浮动扩散区)、以及共享的各个其他像素晶体管。换言之,在该共享的像素结构中,构成多个单元像素的光电二极管和传输晶体管共享各个其他像素晶体管。
像素阵列单元11的矩阵像素阵列在水平方向上通过像素驱动线16以像素行为单位连接,在垂直方向上通过垂直信号线17以像素列为单位连接。像素驱动线16传送在从像素21读出像素信号VSL时进行驱动所用的驱动信号。尽管图1将每个像素驱动线16图示为单个导线,然而像素驱动线16不限于单个导线。像素驱动线16的一端连接到垂直扫描电路12的、与每个像素行相对应的输出端。
垂直扫描电路12包括移位寄存器、地址解码器等等,并且以行为单位(或以类似方式)来同时驱动像素阵列单元11中的所有像素21。尽管在图示中省略了垂直扫描电路12的具体结构,但是垂直扫描电路12通常具有包括两个扫描系统的结构,分别是读出扫描系统和清除扫描(sweep scanning)系统。
读出扫描系统以行为单位依次选择性地扫描像素阵列单元11中的像素21,以从像素21读出像素信号VSL。从像素21读出的像素信号VSL是模拟信号。清除扫描系统对将由读出扫描系统进行读出扫描的读出行进行清除扫描,该清除扫描比读出扫描提前与快门速度相等的时间量。
由该清除扫描系统进行的清除扫描从读出行中的像素21的光电转换单元中清除不必要的电荷,从而重置光电转换单元。由清除扫描系统进行的对不必要的电荷的清除(重置)实现了所谓的电子快门操作。这里,术语“电子快门操作”的意思是通过丢弃光电转换单元中的光电荷来开始新的曝光(开始光电荷的存储)的操作。
由读出扫描系统的读出操作读出的像素信号VSL与从其前一读出操作或前一电子快门操作起接收到的光量相对应。从前一读出操作的读出时刻或者从前一电子快门操作的清除时刻、到当前读出操作的读出时刻的时段是曝光时段,在该时段中光电荷在像素21处存储。
从由垂直扫描电路12选择性地扫描的像素行中的每个像素21输出的像素信号VSL通过每个像素列的每条垂直信号线17输入到A/D转换单元13。
A/D转换单元13包括多个模数转换器(ADC)22。每个ADC22与像素阵列单元11中的像素列相对应地排列。每个ADC22对通过垂直信号线17从相同列中的像素21提供的像素信号VSL执行相关双采样(CDS)处理和A/D转换处理。
从基准信号生成单元18中的DAC18a向ADC22提供斜坡信号RAMP,其中该斜坡信号的电平(电压)随着时间的推移逐渐变化。
每个ADC22包括比较器31和升/降值计数器32,比较器31被配置为将从像素阵列单元11的相同列中的像素21输出的像素信号VSL与来自DAC18a的斜坡信号RAMP进行比较,升/降值计数器32被配置为对比较器31的比较时间进行计数。
水平扫描电路14配置有移位寄存器、地址解码器等等,并且例如依次选择A/D转换单元13中的与像素列相对应的ADC22。由该水平扫描电路14进行的选择扫描依次输出暂时保存在ADC22处的像素数据(A/D转换后的像素信号)。
系统控制单元15配置有被配置为生成各种时序信号的时序生成器等,并且系统控制单元基于时序生成器生成的各种时序,对垂直扫描电路12、A/D转换单元13和水平扫描电路14等进行驱动控制。
基准信号生成单元18至少包括DAC18a。DAC18a生成充当基准信号的斜坡信号RAMP,并且将该斜坡信号输出至A/D转换单元13中的每个ADC22。
水平输出线19连接到输出单元(放大器电路)20。从每个ADC22输出的A/D转换后的像素信号通过水平输出线19从输出单元20向固态成像装置1之外输出。
如此构成的固态成像装置1是称为“列A/D型”的CMOS图像传感器,其中被配置为进行CDS处理和A/D转换处理的ADC22是以像素列为单位来排列的。此外,固态成像装置1是具有内置图像表面相位差像素的CMOS图像传感器,其中用于焦点检测的相位差像素21P设在像素阵列单元11中。
1-2.相位差像素的布局示例
图2是图示像素阵列单元11中的通常像素21G和相位差像素21P的布局示例的图。
像素阵列单元11中的像素行被分类为在通常像素21G之间设有相位差像素21P的相位差像素行41或仅设有通常像素21G的通常像素行42。相位差像素行41在列方向上按预定的行间隔排列。在图2的示例的情况中,每隔四个通常像素行42设有一个相位差像素行41。
如图2所示,相位差像素行41例如被配置为使得通常像素21G和相位差像素21P交替排列。此外,相位差像素21P包括两种类型的像素,即在图2中以“A”标记的A型相位差像素21P和以“B”标记的B型相位差像素21P。A型和B型像素交替排列。
注意A型和B型像素的布局不限于图2图示的示例,而是可以采用任何布局,只要是A型和B型像素成对使用即可。例如可以布置为垂直方向上相邻的两个相位差像素行41构成对,在其中一个相位差像素行41中,A型相位差像素21P和通常像素21G交替排列,在另一相位差像素行41中,B型相位差像素21P和通常像素21G交替排列。
将参考图3A至图3D来说明A型和B型相位差像素21P之间的差别。图3A是图示A型相位差像素21P的示意性结构的剖视图,图3B是图示B型相位差像素的示意性结构的剖视图。
在图3A所示的A型相位差像素21P的情况中,在由光电二极管等构成的光电转换元件51之上形成遮光膜53A,在遮光膜53A和光电转换元件51之间例如插入有P型第一半导体层52。此外,在遮光膜53A之上形成滤色器55及片上透镜56,在遮光膜53A和滤色器55及片上透镜56之间插入有平坦化膜54。
类似地,在如图3B所示的B型相位差像素21P的情况中,在光电转换元件51之上形成遮光膜53B,在遮光膜53B和光电转换元件51之间插入有第一半导体层52。此外,在遮光膜53B之上形成滤色器55及片上透镜56,在遮光膜53B和滤色器55及片上透镜56之间插入有平坦化膜54。因此,A型和B型相位差像素21P之间的唯一差别在于遮光膜53A和遮光膜53B之间的差别。
更具体地,如作为从上表面观察遮光膜53A和遮光膜53B的图的图3C和图3D所示,遮光膜53A的开口部57向右布置,遮光膜53B的开口部57的位置与遮光膜53A的开口部57对称地向左布置。因此,A型和B型像素被配置为使得输入到光电转换元件51的入射光以水平方向上或垂直方向上对称的方式被接收。
根据遮光膜53A和遮光膜53B的开口部57的形成位置之间的差别,在从A型相位差像素21P读出的像素信号和从B型相位差像素21P读出的像素信号之间发生相移。通过基于这两种像素信号的相移量来计算离焦量从而调节(移动)拍摄透镜,可以实现自动聚焦。
1-3.通常像素行42的A/D转换操作
图1中的固态成像装置1在AF操作期间,例如以基于像素信号VSL是从相位差像素行41输出还是从通常像素行42输出而切换的A/D转换分辨率来进行A/D转换。更具体地,对从相位差像素行41输出的像素信号VSL进行的A/D转换的A/D转换分辨率高于对从通常像素行42输出的像素信号VSL进行的A/D转换的A/D转换分辨率。因此,该固态成像装置1改进了采用来自相位差像素21P的像素信号VSL的AF聚焦精度。
现在,将参考图4和图5来说明固态成像装置1的AF操作时的A/D转换操作。首先,将参考图4来说明对从通常像素行42中的通常像素21G输出的像素信号VSL的A/D转换操作。图4图示了输入至ADC22的斜坡信号RAMP和像素信号VSL、以及升/降值计数器32的计数操作。
在一个水平扫描时段(1XHS)内对通常像素行42中的每个通常像素21G进行A/D转换操作。这个水平扫描时段(1XHS)包括对从通常像素行42中的每个通常像素21G输出的像素信号VSL的重置电平进行A/D转换时的P阶段(预置阶段)A/D转换时段、和对该像素信号VLS的像素电平进行A/D转换时的D阶段(数据阶段)A/D转换时段。
从通常像素行42中的每个通常像素21G输出的像素信号VSL、以及从基准信号生成单元18中的DAC18a输出的斜坡信号RAMP被输入至比较器31。
比较器31基于对像素信号VSL和斜坡信号RAMP进行比较时的结果,将计数使能信号输出至升/降值计数器32。具体地,在斜坡信号RAMP大于像素信号VSL的情况下,比较器31将Hi(高)电平计数使能信号输出至升/降值计数器32。在斜坡信号RAMP小于像素信号VSL的情况下,比较器31将Lo(低)电平计数使能信号输出至升/降值计数器32。
在最初的P阶段A/D转换时段期间,仅在提供Hi电平计数使能信号的情况下,升/降值计数器32基于来自系统控制单元15的时钟信号CLK而递减。注意,图4中时钟信号CLK的脉冲仅指示了升/降值计数器32计数时的时段。
保存该递减计数值直到D阶段A/D转换时段到来。在接下来的D阶段A/D转换时段,在提供Hi电平计数使能信号的情况下,升/降值计数器32基于时钟信号CLK而递增。
升/降值计数器32在P阶段A/D转换时段期间递减计数值,在D阶段A/D转换时段期间递增计数值,并且将最终计数值作为CDS处理和A/D转换处理之后的像素数据输出。
该CDS处理去除了重置噪声以及诸如像素中的放大晶体管的阈值变化等的像素中固有的固定模式噪声。此外,A/D转换处理将模拟像素信号转换为数字信号。A/D转换后的像素信号被暂时保存在ADC22处直到该像素信号被水平扫描电路14输出。
应注意,也可以布置为升/降值计数器32在P阶段A/D转换时段期间递增计数值,在D阶段A/D转换时段期间递减计数值。
1-4.相位差像素行41的A/D转换操作
接下来,将参考图5进行与从相位差像素行41中的相位差像素21P输出的像素信号VSL的A/D转换操作有关的说明。在图5中,在相位差像素行41的A/D转换操作期间从基准信号生成单元18中的DAC18a输出的斜坡信号RAMP由实线表示。此外,为有助于比较,在图4图示的通常像素行42的A/D转换操作期间从DAC18a输出的斜坡信号RAMP由虚线表示。
如图5所示,DAC18a生成并输出斜坡信号RAMP,该斜坡信号在相位差像素行41的A/D转换操作期间的坡度比在通常像素行42的A/D转换操作期间的坡度更平缓。
在如图5所示的情况中,与通常像素行42的A/D转换操作的情况相比,斜坡信号RAMP的电平达到像素信号VSL的电平所需的时间更长。因此,升/降值计数器32的计数值增大。
因此,在固态成像装置1中,与通常像素行42相比,可以提高在包括相位差像素21P的相位差像素行41处的A/D转换分辨率。例如,在通常像素行42的A/D转换要进行的位数是N位(N是正数)的情况下,相位差像素行41的A/D转换要进行的位数可以设置为N+1位。
注意,根据该布置,斜坡信号RAMP的电平达到像素信号VSL的电平需要更长的时间,因此升/降值计数器32的计数时间相应的更长。因此,固态成像装置1对通常像素行42进行一个水平扫描时段(1XHS)的A/D转换操作,但是对相位差像素行41进行两倍时间的A/D转换操作,也就是两个水平扫描时段(2XHS)的A/D转换操作。
1-5.在AF操作期间的视频使用像素区
图6图示了用于AF操作期间的视频生成的像素区。AF操作期间,仅使用图6中的通常像素行42中画网格的像素信号来进行视频生成。例如,将基于通常像素行42中的像素信号的视频显示在AF操作下的数字照相机的显示屏上。现在,可布置为用通常像素行42中的像素信号来插值(interpolate)出相位差像素行41中的像素信号,并将插值出的像素作为AF操作时的视频显示在显示屏上。
相位差像素行41中的各通常像素21G的像素信号不用于视频生成,仅相位差像素21P的像素信号用于焦点检测。
从像素阵列单元11读出像素信号的顺序可以是从像素阵列单元11中的预定像素行(例如最高像素行)开始沿列方向依次读出像素信号,或者分别读出相位差像素行41和通常像素行42。例如,可以布置为首先只读出通常像素行42,然后改变A/D转换分辨率,也就是改变斜坡信号RAMP的坡度,并读出相位差像素行41。
如图6所示,在如上文所述的相位差像素行41的A/D转换分辨率被改进的操作模式的情况下,用于视频生成的像素数量少于像素阵列单元11的最大像素数量。因此,该操作模式可在用于成像静止图像的AF操作时使用,或在拍摄分辨率比静止图像低的运动图像时使用。注意,在利用像素阵列单元11的最大像素数量进行成像的情况下,固态成像装置1也可以按与通常像素行42相同的A/D转换分辨率来对相位差像素行41进行A/D转换,并在为固态成像装置1的输出级提供的称为数字信号处理器(DSP)的信号处理电路处,利用周围的通常像素通过插值来获得与相位差像素21P的像素位置相同的视频信号的像素的值。
如上所述,图1中的固态成像装置1例如在AF操作时根据布置有相位差像素21P的相位差像素行41和未布置相位差像素21P的通常像素行42来生成具有不同坡度(倾斜度)的斜坡信号RAMP,并将该斜坡信号输出至A/D转换单元71。因此,固态成像装置1根据是将斜坡信号RAMP与通常像素21G比较,还是将斜坡信号RAMP与相位差像素21P比较,来生成具有不同坡度的斜坡信号RAMP,并将该斜坡信号输出至A/D转换单元71。
因此,在帧速自适应变化的结构中,仅仅是与相位差像素行41有关的A/D转换时间更长。因此,与在通常像素行42的A/D转换时间与相位差像素行41的A/D转换时间一致的状态下改进AF聚焦精度的情况相比,即便在改进AF聚焦精度之后,仍然可以抑制帧速的衰减。
2.第二实施例
2-1.固态成像装置的整体结构示例。
图7是图示根据本技术的第二实施例的固态成像装置的示意性结构的框图。在图7中,采用相同的附图标记来表示与第一实施例相对应的部分,以下仅说明与第一实施例不同的部分。
图7所示的固态成像装置1包括像素阵列单元11、垂直扫描电路12、A/D转换单元71、水平扫描电路14、系统控制单元15、像素驱动线16、垂直信号线17、基准信号生成单元72、水平输出线19、输出单元20等等。
具体地,根据第二实施例的固态成像装置1与根据第一实施例的固态成像装置1在关于A/D转换单元71和基准信号生成单元72的结构方面不同。
A/D转换单元71与根据第一实施例的A/D转换单元13的不同之处在于,与布置有相位差像素21P的像素列相对应地、在ADC22的用于斜坡信号RAMP的输入端口之前新提供了选择器23。基准信号生成单元72与根据第一实施例的基准信号生成单元18的差别在于,除了DAC18a之外,还提供了另一DAC18b以及控制单元18c。
选择器23包括两个输入端口和一个输出端口。从DAC18a输出的斜坡信号RAMP1输入至其中一个输入端口,从DAC18b输出的斜坡信号RAMP2输入至另一输入端口。选择器23在基准信号生成单元72的控制单元18c的控制下选择斜坡信号RAMP1和斜坡信号RAMP2中的一个,并输出所选择的斜坡信号。
DAC18a生成用于通常像素21G的斜坡信号RAMP1,并将该斜坡信号输出至A/D转换单元71。另一方面,DAC18b生成用于相位差像素21P的斜坡信号RAMP2,并将该斜坡信号输出至A/D转换单元71。斜坡信号RAMP1和斜坡信号RAMP2的斜坡信号坡度(随时间推移的电平变化率)不同,并且斜坡信号RAMP2的坡度比斜坡信号RAMP1的坡度更平缓。
与像素阵列单元11中的每个像素21的像素信号读出操作同时地,控制单元18c控制选择器23。具体地,在通常像素21G的像素信号VSL从像素阵列单元11输入至ADC22中的比较器31的情况下,控制单元18c进行控制以选择由DAC18a输出的斜坡信号RAMP1。在相位差像素21P的像素信号VSL被输入至ADC22中的比较器31的情况下,进行控制以选择由DAC18b输出的斜坡信号RAMP2。注意该处理以像素为单位进行。
2-2.根据第二实施例的A/D转换操作
将参考图8来说明根据第二实施例的固态成像装置1的A/D转换操作。在图8中,用虚线指示由DAC18a输出的用于通常像素21G的斜坡信号RAMP1,并且用实线指示由DAC18b输出的用于相位差像素21P的斜坡信号RAMP2。
在像素阵列11中的通常像素行42被选择作为读出行的情况下,选择器23在控制单元18c的控制下选择由DAC18a输出的斜坡信号RAMP1并输出该信号。
由此,将通常像素行42中的所有通常像素21G的像素信号VSL与斜坡信号RAMP1进行比较,并且ADC22执行一个水平扫描时段(1XHS)的CDS处理和A/D转换处理。
另一方面,在像素阵列单元11中的相位差像素行41被选择作为读出行的情况下,与通常像素21G相对应的选择器23在控制单元18c的控制下选择并输出由DAC18a输出的斜坡信号RAMP1。与相位差像素21P相对应的选择器23也在控制单元18c的控制下选择并输出由DAC18b输出的斜坡信号RAMP2。
由此,从相位差像素行41中的通常像素21G输出的像素信号VSL与斜坡信号RAMP1进行电平比较,从相位差像素行41中的相位差像素21P输出的像素信号VSL与斜坡信号RAMP2进行电平比较。因此,对相位差像素21P的像素信号VSL进行的A/D转换的A/D转换分辨率比通常像素21G的像素信号VSL高。例如,在通常像素21G的A/D转换要进行的位数为N位的情况下,相位差像素21P的A/D转换要进行的位数可以设置为N+1位。注意,该处理是以像素为单位进行的。
相位差像素行41的A/D转换操作时间必须与相位差像素21P的A/D转换操作时间一致。因此,相位差像素行41的A/D转换操作时间设置为两个水平扫描时段(2XHS)。
2-3.根据第二实施例的视频使用像素区
图9图示了根据第二实施例的固态成像装置1中的用于视频生成的像素区。
在第一实施例的情况下,相位差像素行41中的通常像素21G的A/D转换分辨率与通常像素行42中的通常像素21G的A/D转换分辨率不同。因此,没有使用相位差像素行41中的通常像素21G的像素信号VSL。
在第二实施例中,相位差像素行41中的通常像素21G的A/D转换分辨率与通常像素行42中的通常像素21G的A/D转换分辨率一致。因此,可以容易地利用相位差像素行41中的通常像素21G的像素信号VSL进行视频生成。
因此,如图9中网格所指示的,除了通常像素行42中的通常像素21G的像素信号VSL之外,相位差像素行41中的通常像素21G的像素信号VSL也用于视频生成。在为固态成像装置1的输出级提供的信号处理电路(DSP)中,通过来自相位差像素21P周围的通常像素21G的像素信号的插值,来获得与相位差像素行41中的相位差像素21P的像素位置相同的视频信号的像素的值。
固态成像装置1沿列方向按行顺序读出像素阵列单元11中的每个像素行中的像素信号VSL。A/D转换单元71对通常像素行42中的像素信号VSL以及相位差像素行41的通常像素21G中的像素信号VSL进行一个水平扫描时段(1XHS)的A/D转换。A/D转换单元71还对相位差像素行41中的相位差像素21P的像素信号VSL进行两个水平扫描时段(2XHS)的A/D转换。
如上文所述,第二实施例使基准信号生成单元72能够同时输出用于通常像素21G的斜坡信号RAMP1和用于相位差像素21P的斜坡信号RAMP2。因此,也可以容易地利用相位差像素行41中的通常像素21G的像素信号VSL。进一步地,对于相位差像素21P,可以获得分辨率改进的A/D转换后的像素信号。
在第二实施例中,在A/D转换操作时,仅根据针对相位差像素行41的分辨率的提高来延长计数时间。在另一方面,针对通常像素行42的通常A/D转换时间保持不变。因此,可以在抑制A/D转换时间增加以及抑制帧速降低的同时改进AF聚焦精度。
注意,已经针对一示例进行了说明,在该示例中,根据作为通常像素行42的A/D转换时间的一个水平扫描时段(1XHS),将相位差像素行41的A/D转换时间设置为两个水平扫描时段(2XHS),并且根据通常像素21G的N位,将相位差像素21P的A/D转换要进行的位数增加到N+1位。具体地,D阶段A/D转换时段的长度加倍,由此可通过位数加倍而使分辨率加倍。或者D阶段A/D转换时段的长度加倍,最大计数值加倍,因此,位数加倍,由此可以使分辨率加倍。注意,在该示例的情况下,为后续级提供的信号处理电路(DSP)必须通过识别通常像素21G和相位差像素21P在分辨率方面的不同而进行不同的处理。
然而,可选地,可通过调节DAC18b中的增益来设置用于相位差像素21P的斜坡信号RAMP2的坡度,因此可选地,也可设置相位差像素21P的A/D转换要进行的位数。例如,可以根据通常像素21G的N位,将相位差像素21P的A/D转换要进行的位数设置为N+2位或N+3位。注意,相位差像素21P的A/D转换要进行的位数相对于通常像素21G的A/D转换要进行的位数的增量的增加延长了A/D转换时间。因此,相应地缩短了相位差像素行41中的每个像素21处的电荷存储时间的可设置的范围。
针对电子装置的应用示例
上文所述的固态成像装置1可应用于各种电子装置,例如,诸如类似数字照相机和数字摄影机等的成像设备、具有成像功能的便携式电话、或者具有成像功能的音频播放器等。
图10是图示充当应用了本技术的实施例的电子装置的成像设备的结构示例的框图。
图10所示的成像设备101包括光学系统102、快门装置103、固态成像装置104、控制电路105、信号处理电路106、显示屏107、以及存储器108,并且该成像设备101能够对静止图像和运动图像进行成像。
光学系统102由一个或多个透镜构成,将来自被摄体的光(入射光)引导到固态成像装置104,并在固态成像装置104的光接收表面上形成图像。
快门装置103设在光学系统102和固态成像装置104之间,并且在控制电路105的控制下控制针对固态成像装置104的光照时段和遮光时段。
固态成像装置104由上述固态成像装置1构成。固态成像装置104根据通过光学系统102和快门装置103在光接收表面上形成图像的光,将信号电荷存储特定时段。根据从控制电路105提供的驱动信号(时序信号)传输存储在固态成像装置104中的信号电荷。固态成像装置104可配置为独立的单片结构,或可配置为封装有光学系统102到信号处理电路106等的照相机模块的一部分。
控制电路105输出用于控制固态成像装置104的传输操作和快门装置103的快门操作的驱动信号以驱动固态成像装置104和快门装置103。
信号处理电路106对从固态成像装置104输出的像素信号进行各种类型的信号处理。由对像素信号进行信号处理的信号处理电路106获得的图像(图像数据)被提供给显示屏107来显示,或被提供给存储器108来存储(记录)。
本技术的实施例不限于上述实施例,可在不背离本技术的实质的情况下进行各种修改。
注意,本技术可具有以下结构。
(1)一种固态成像装置,包括:像素阵列单元,所述像素阵列单元中以矩阵形式布置有多个像素,所述多个像素包括:作为用于视频输出的像素的多个通常像素,以及作为用于焦点检测的像素的多个相位差像素;A/D转换单元,配置为将从所述像素阵列单元的像素输出的像素信号与充当基准信号的斜坡信号进行比较,从而对所述像素信号进行A/D转换;以及控制单元,配置为进行控制以使得要与相位差像素进行比较的斜坡信号的坡度和要与至少一部分通常像素进行比较的斜坡信号的坡度不同。
(2)根据(1)所述的固态成像装置,进一步包括:基准信号生成单元,配置为生成斜坡信号。
(3)根据权利要求(2)所述的固态成像装置,其中,所述基准信号生成单元包括:第一D/A转换器,配置为生成第一斜坡信号,以及第二D/A转换器,配置为生成第二斜坡信号,所述第二斜坡信号的坡度比所述第一斜坡信号的坡度更平缓;其中,所述第一D/A转换器将所述第一斜坡信号输出至从通常像素输出的像素信号被输入到的A/D转换单元;以及其中,所述第二D/A转换器将所述第二斜坡信号输出至从相位差像素输出的像素信号被输入到的A/D转换单元。
(4)根据(3)所述的固态成像装置,其中,所述像素阵列单元的预定像素行配置有通常像素和相位差像素;其中,所述第一D/A转换器将所述第一斜坡信号输出至从所述预定像素行的通常像素输出的像素信号被输入到的A/D转换单元;以及其中,所述第二D/A转换器将所述第二斜坡信号输出至从所述预定像素行的相位差像素输出的像素信号被输入到的A/D转换单元。
(5)根据(2)所述的固态成像装置,其中,所述基准信号生成单元针对所述像素阵列单元中的布置有相位差像素的像素行和未布置相位差像素的像素行生成具有不同坡度的斜坡信号,并将斜坡信号输出至A/D转换单元。
(6)根据(1)或(5)所述的固态成像装置,其中,所述像素阵列单元将所有未布置相位差像素的像素行的像素信号输出至A/D转换单元,随后将布置有相位差像素的像素行的像素信号输出至A/D转换单元。
本领域技术人员应理解,根据设计需要及其他因素,在所附权利要求及其等同物的范围之内,可以产生各种修改、组合、下位组合和变化。
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年2月19日提交的在先的日本专利申请JP2013-030403的优先权,其全部内容以引用方式结合于此。

Claims (8)

1.一种固态成像装置,包括:
像素阵列单元,所述像素阵列单元中以矩阵形式布置有多个像素,所述多个像素包括:
作为用于视频输出的像素的多个通常像素,以及
作为用于焦点检测的像素的多个相位差像素;
A/D转换单元,配置为将从所述像素阵列单元的像素输出的像素信号与充当基准信号的斜坡信号进行比较,从而对所述像素信号进行A/D转换;和
控制单元,配置为进行控制以使得要与相位差像素进行比较的斜坡信号的坡度不同于要与至少一部分通常像素进行比较的斜坡信号的坡度。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置,进一步包括:
基准信号生成单元,配置为生成斜坡信号。
3.根据权利要求2所述的固态成像装置,
其中,所述基准信号生成单元包括:
第一D/A转换器,配置为生成第一斜坡信号,以及
第二D/A转换器,配置为生成第二斜坡信号,所述第二斜坡信号的坡度比所述第一斜坡信号的坡度更平缓;
其中,所述第一D/A转换器将所述第一斜坡信号输出至从通常像素输出的像素信号被输入到的A/D转换单元;以及
其中,所述第二D/A转换器将所述第二斜坡信号输出至从相位差像素输出的像素信号被输入到的A/D转换单元。
4.根据权利要求3所述的固态成像装置,
其中,所述像素阵列单元的预定像素行配置有通常像素和相位差像素;
其中,所述第一D/A转换器将所述第一斜坡信号输出至从所述预定像素行的通常像素输出的像素信号被输入到的A/D转换单元;以及
其中,所述第二D/A转换器将所述第二斜坡信号输出至从所述预定像素行的相位差像素输出的像素信号被输入到的A/D转换单元。
5.根据权利要求2所述的固态成像装置,其中,所述基准信号生成单元针对所述像素阵列单元中的布置有相位差像素的像素行和未布置相位差像素的像素行生成具有不同坡度的斜坡信号,并将斜坡信号输出至A/D转换单元。
6.根据权利要求1所述的固态成像装置,其中,所述像素阵列单元将所有未布置相位差像素的像素行的像素信号输出至A/D转换单元,随后将布置有相位差像素的像素行的像素信号输出至A/D转换单元。
7.一种固态成像装置的驱动方法,所述固态成像装置包括像素阵列单元,所述像素阵列单元中以矩阵形式布置有多个像素,所述多个像素包括:
作为用于视频输出的像素的多个通常像素,以及
作为用于焦点检测的像素的多个相位差像素,
所述方法包括:
将从所述像素阵列单元的像素输出的像素信号与充当基准信号的斜坡信号进行比较,从而对所述像素信号进行A/D转换;以及
进行控制以使得要与相位差像素进行比较的斜坡信号的坡度不同于要与至少一部分通常像素进行比较的斜坡信号的坡度。
8.一种固态成像装置,包括:
像素阵列单元,所述像素阵列单元中以矩阵形式布置有多个像素,所述多个像素包括:
作为用于视频输出的像素的多个通常像素,以及
作为用于焦点检测的像素的多个相位差像素;
选择器单元,配置为选择性地输出第一斜坡信号和第二斜坡信号;以及
A/D转换单元,配置为将从所述像素阵列单元的像素输出的像素信号与从所述选择器单元输出的斜坡信号进行比较,从而对所述像素信号进行A/D转换。
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