CN108462846A - 图像传感器、控制方法和摄像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像传感器、控制方法和摄像设备。该图像传感器包括：像素阵列，其具有针对配置成矩阵的多个微透镜中的各微透镜所设置的多个光电转换部；多个信号输出线，其中多个信号输出线针对像素阵列的各列设置；信号读出电路，其中所述信号读出电路各自针对像素阵列的各列设置；以及控制电路，用于进行控制以将所选择的行的信号输出至多个信号输出线中的一个信号输出线，并且进行控制以通过相应的信号读出电路来处理该信号。控制电路进行控制使得在通过相应的信号读出电路对输出至多个信号输出线中的一个信号输出线的第一行的信号进行处理期间，将来自与所述第一行不同的第二行的信号输出至多个信号输出线中的其它信号输出线。

Description

图像传感器、控制方法和摄像设备
技术领域
本发明涉及一种图像传感器、控制方法和摄像设备，并且更具体地涉及一种构成图像传感器的电路的技术。
背景技术
近年来，在使用诸如CMOS传感器等的图像传感器的摄像设备中，发展了多功能性，并且例如基于从图像传感器获得的信息，不仅进行诸如静止图像/运动图像等的拍摄图像的生成、而且还进行诸如焦点调节等的摄像设备的控制。
例如，日本特开2001-124984公开了能够通过使用从图像传感器获得的信号、利用光瞳分割方法来进行焦点检测的技术。在日本特开2001-124984中，通过针对图像传感器的各像素设置一个微透镜(ML)和两个光电二极管(PD)，各PD拍摄穿过摄像透镜的不同光瞳区域的光。通过将来自各像素的两个PD的输出信号进行比较，可以进行焦点检测，并且还可以通过将来自各像素的两个PD的输出信号相加来生成拍摄图像。
另外，日本特开2016-21052公开了用于仅从画面的一部分行中获取焦点检测用信号的技术。
然而，在上述的日本特开2001-124984所公开的传统技术中，由于除图像信号以外还需要读取焦点检测信号，因此读出时间增加。
此外，在日本特开2016-21052所公开的技术中，通过仅从画面的一部分行中读取焦点检测信号来抑制读出时间的增加。然而，读出时间在仅读出图像信号的行和读出图像信号和焦点检测信号这两者的行之间有所不同。考虑例如通过日本特开2016-21052中所公开的卷帘式快门驱动方法来拍摄高速移动的被摄体的情况。在这种情况下，除了传统上已知的卷帘失真(rolling distortion)现象以外，在仅读出图像信号的行和读出摄像信号和焦点检测信号的行之间也发生失真，并且存在给用户带来不适感的担忧。
发明内容
本发明是考虑到上述情形而作出的，并且抑制了用于获得图像信号和焦点检测信号的读出时间的增加。
根据本发明，提供一种图像传感器，包括：像素阵列，其具有针对配置成矩阵的多个微透镜各自所设置的多个光电转换部；多个信号输出线，其中所述多个信号输出线是针对所述像素阵列的各列所设置的；信号读出电路，其中所述信号读出电路各自是针对所述像素阵列的各列所设置的；以及控制电路，用于进行控制以将所选择的行的信号输出至所述多个信号输出线中的一个信号输出线，并且进行控制以通过相应的信号读出电路来处理该信号，其中，所述控制电路进行控制，使得在输出至所述多个信号输出线中的一个信号输出线的第一行的信号通过相应的信号读出电路进行处理期间，将来自与所述第一行不同的第二行的信号输出至所述多个信号输出线中的其它信号输出线。
此外，根据本发明，提供一种摄像设备，包括：上述的图像传感器；以及处理器，用于处理从所述图像传感器输出的信号。
此外，根据本发明，提供一种图像传感器的控制方法，所述图像传感器具有：像素阵列，其具有针对配置成矩阵的多个微透镜各自所设置的多个光电转换部；多个信号输出线，其中所述多个信号输出线是针对所述像素阵列的各列所设置的；以及信号读出电路，其中所述信号读出电路各自是针对所述像素阵列的各列所设置的，所述控制方法包括以下步骤：在将来自第一行的信号输出至所述多个信号输出线中的一个信号输出线期间，从与所述第一行不同的行输出至所述多个信号输出线中的其它信号输出线的信号通过相应的信号读出电路进行处理；以及在通过相应的信号读出电路对从所述第一行输出至所述多个信号输出线中的所述一个信号输出线的信号进行处理期间，将从与所述第一行不同的行输出的信号输出至所述多个信号输出线中的其它信号输出线。
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变得明显。
附图说明
并入说明书并构成说明书一部分的附图示出本发明的实施例，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明的第一实施例的单位像素的结构的等效电路图；
图2是示出根据第一实施例的信号读出电路的结构的等效电路图；
图3是示出根据第一实施例的图像传感器的一部分的结构的框图；
图4是用于说明根据第一实施例的信号读出操作的概要的图；
图5是示出根据第一实施例的信号读出操作的时序图；
图6是用于说明根据第二实施例的信号读出操作的概要的图；
图7是示出根据第二实施例的信号读出操作的时序图；
图8是用于说明根据第二实施例的第二模式下的读出控制的图；以及
图9是示出根据第三实施例的摄像设备的示意结构的框图。
具体实施方式
以下将参考附图来详细说明本发明的典型实施例。
图1是示出根据实施例的单位像素10的电路结构的图。各单位像素10针对以矩阵配置的未示出的多个微透镜(ML)中的各微透镜而形成。单位像素10具有光电二极管(PD)11a和11b(光电转换部)、传送开关12a和12b、浮动扩散部(FD)13、放大MOS放大器14、行选择开关15和重置开关16。
PD 11a和11b在一个微透镜下形成，并且生成与通过后述的摄像光学系统的不同光瞳区域入射的光相对应的电荷。传送开关12a和12b通过输入至它们的栅极端子的传送脉冲φTXA和φTXB而被驱动，并且将PD 11a和PD 11b处所生成的电荷传送至FD 13。在仅控制传送开关12a(或12b)的情况下，可以仅从PD 11a(或11b)读出信号。此外，在同时控制传送开关12a和12b这两者的情况下，将PD 11a和PD 11b处所生成的电荷在FD 13中相加，由此可以读出PD 11a和PD 11b的相加信号。以下将从自PD 11a读出的信号所获得的图像称为A图像，将从自PD 11b读出的信号所获得的图像称为B图像，以及将从自PD 11a和PD 11b读出的相加信号所获得的图像称为A+B图像。
FD 13用作用于暂时累积电荷并且将所累积的电荷转换成电压信号的电荷电压转换单元。放大MOS放大器14与后述的恒流电路22a和22b一起用作源极跟随器，并且将通过FD13进行了电荷-电压转换的信号输入至放大MOS放大器14的栅极。
行选择开关15由输入至其栅极的行选择脉冲φSELR驱动，将行选择开关15的漏极连接至放大MOS放大器14，并且将行选择开关15的源极连接至后述的垂直输出线21(信号输出线)。设置有高电平的行选择脉冲φSELR的行选择开关15进入导通状态，并且将与此相对应的放大MOS放大器14的源极连接至垂直输出线21。
重置开关16的漏极连接至电源线VDD，并且由输入至其栅极的重置脉冲φRES驱动，以移除FD 13中所累积的电荷。此外，通过同时接通重置开关16以及传送开关12a和12b，可以重置PD 11a和11b。应当注意，放大MOS放大器14在FD 13被重置脉冲φRES重置时将重置信号输出至垂直输出线21。另外，在通过传送脉冲φTXA和φTXB来传送PD 11a和11b中所生成的电荷的情况下，输出包括通过PD 11a和11b的光电转换所获得的信号的传送信号。
图2示出根据本实施例的信号读出电路20的结构。信号读出电路20针对每单位像素配置有两个垂直输出线21a和21b以及一个信号读出电路。针对信号读出电路20，输入两个垂直输出线21a和21b的信号。恒流电路22a和22b分别连接至两个垂直输出线21a和21b，并且与放大MOS放大器14一起用作源极跟随器电路。此时，将FD 13的信号的电位反映在垂直输出线21a或21b的电位中。
信号读出电路20包括两个输入切换开关23a和23b、两个箝位电容器24a和24b、差分放大器25、增益电容器26、箝位开关27和AD转换电路(ADC)28。两个箝位电容器24a和24b分别连接至相应的垂直输出线21a和21b。
输入切换开关23a和23b由输入至相应栅极的垂直输出线切换脉冲φSELCa和φSELCb驱动，以在差分放大器25与箝位电容器24a和24b之间切换连接/断开。结果，可以选择性地将箝位电容器24a和24b连接至差分放大器25。差分放大器25、箝位电容器24a和24b以及增益电容器26通过如附图所示那样连接而作为模拟增益放大器进行工作，并将模拟信号输出至AD转换电路28。
箝位开关27由输入至其栅极的箝位脉冲φC0R驱动，以在差分放大器25的输出端子与一个输出端子之间短路。将基准电压VC0R输入至差分放大器25的另一输入端子，并且在箝位开关27变成有效电平(高电压)时，差分放大器25的输出端子和输入端子被重置为基准电压VC0R。
AD转换电路28连接至差分放大器25的输出端子，并且将从差分放大器25输出的模拟信号转换成数字信号并输出该数字信号。在本实施例中，作为模拟增益放大器工作的电路设置在AD转换电路28的上游。然而，可以省去该电路，并且可以经由输入切换开关23a和23b来连接垂直输出线21a和21b以及AD转换电路28。
在上述说明中，仅说明了一个单位像素和一个信号读出电路，然而，实际上单位像素通过行和列排列成矩阵，并且针对单位像素的各列配置信号读出电路20。
图3是示出本实施例中的图像传感器1的一部分的结构的框图。图像传感器1包括以矩阵配置图1所示的单位像素10的像素阵列100、针对像素阵列100的各列分别设置的多个信号读出电路20、以及用于以行为单位控制信号读出的读出控制电路30。在图3所示的示例中，位于奇数行的单位像素10连接至垂直输出线21a，以及位于偶数行的单位像素10连接至垂直输出线21b。在图3中，示出4行和4列的单位像素10作为像素阵列100，但是通常像素阵列100由数十万至数千万的单位像素10组成。
读出控制电路30将行选择脉冲φSELR、重置脉冲φRES以及传送脉冲φTXA和φTXB供给至单位像素行其中之一，以控制向垂直输出线21a和21b的信号输出操作。另外，读出控制电路30将垂直输出线切换脉冲φSELCa和φSELCb以及箝位脉冲φC0R供给至信号读出电路20，以控制垂直输出线21a和21b的信号读出操作。在图3的说明和随后的说明中，将“第n行的重置脉冲φRES”称为具有后缀n的“重置脉冲φRES(n)”。这同样适用于传送脉冲φTXA和φTXB以及行选择脉冲φSELR。
此外，在本实施例中，说明像素阵列100的各列的单位像素10共用信号读出电路20的结构，但是本发明的主旨不限于此，并且可以采用各种结构。例如，在经由凹凸接合等连接有第一基板和第二基板的层叠型图像传感器中，在第一基板上设置有像素阵列100，并且可以在第二基板上配置多个信号读出电路20，以使得针对各单位像素10或针对各组单位像素10设置各信号读出电路20。
第一实施例
以下，将说明根据本发明的第一实施例的除了图像信号以外还高速读出焦点检测信号的驱动方法。在详细说明用于读出单位像素10的信号的操作之前，将说明第一实施例中的操作的概要。图4是示意性示出在读出控制电路30的控制下单位像素10所执行的信号输出操作和信号读出电路20所执行的信号读出操作的流程的图。将单位像素10的信号的读出大体分割成以下六个操作A～F。
·操作A：读出控制电路30接通单位像素10的重置开关16，并且使得执行信号输出操作，其中，该信号输出操作将重置信号输出至单位像素10连接至的垂直输出线21a和21b中的任一个。然后，等待输出至垂直输出线21a和21b之一的重置信号的静定。
·操作B：读出控制电路30使信号读出电路20执行信号读出操作，其中，该信号读出操作将输出至垂直输出线21a和21b之一的重置信号读出至信号读出电路20。
·操作C：读出控制电路30接通单位像素10的传送开关12a或12b，以将传送信号从PD 11a或PD 11b输出至FD 13，并使得执行信号输出操作，其中，该信号输出操作将FD 13中所保持的信号输出至单位像素10连接至的垂直输出线21a和21b中的任一个。然后，等待输出至垂直输出线21a和21b之一的传送信号的静定。在第一实施例中，假定接通传送开关12a，并且将来自PD 11a的传送信号A输出至垂直输出线21a和21b之一。
·操作D：读出控制电路30使得信号读出电路20执行信号读出操作，其中，该信号读出操作经由信号读出电路20读出输出至垂直输出线21a和21b之一的传送信号A。
·操作E：读出控制电路30接通在操作C中没有接通的单位像素10的传送开关12a或12b，以将来自PD 11a和PD 11b的传送信号A+B输出到FD 13中，并且使得执行信号输出操作，其中，该信号输出操作将FD 13中所保持的信号A+B输出至单位像素10连接至的垂直输出线21a和21b中的任一个。然后，等待输出至垂直输出线21a和21b之一的传送信号A+B的静定。
·操作F：读出控制电路30使得信号读出电路20执行信号读出操作，其中，该信号读出操作经由信号读出电路20读出输出至垂直输出线21a和21b之一的传送信号A+B信号。
读出控制电路30针对第n行执行操作A(n)，并将重置信号输出至垂直输出线21a。此时，如稍后将详细说明的，针对第(n-1)行执行操作F(n-1)。在操作A(n)中，使用垂直输出线21a，然而，没有使用信号读出电路20。因此，在第一实施例中，在进行操作A(n)期间，使用另一垂直输出线21b针对其它单位像素行进行操作F。
接着，读出控制电路30通过控制信号读出电路20来执行操作B(n)，并且将输出至垂直输出线21a的重置信号读出至信号读出电路20。另外，读出控制电路30针对第(n+1)行执行操作A(n+1)。换句话说，读出控制电路30并行执行用于读出从第n行的单位像素10输出的重置信号的操作B(n)以及用于将从第(n+1)行的单位像素10输出的重置信号输出至垂直输出线21b的操作A(n+1)。
接着，读出控制电路30控制信号读出电路20以执行用于读出第(n+1)行的重置信号的操作B(n+1)，由此将输出至垂直输出线21b的重置信号读出至信号读出电路20。这样，在完成了用于读出第n行的重置信号的操作B(n)之后，可以在无需等待进行用于输出第(n+1)行的重置信号的操作A(n+1)所需的时间的情况下，立即进行用于读出输出至垂直输出线21b的重置信号的操作B(n+1)。结果，可以增加读出速度。
在用于将第(n+1)行的重置信号读出至信号读出电路20的操作B(n+1)中，使用垂直输出线21b和信号读出电路20，而没有使用垂直输出线21a。因此，在第一实施例中，在进行操作B(n+1)期间，使用另一垂直输出线21a针对第n行进行操作C(n)，并且将来自第n行的PD 11a的传送信号A输出至垂直输出线21a。
之后，与上述操作相同，读出控制电路30进行控制，以使用两个垂直输出线21a和21b来并行读出来自第n行的单位像素10的信号以及来自第(n+1)行的单位像素10的信号。即，读出控制电路30进行控制，以并行执行针对第n行的操作D(n)和针对第(n+1)行的操作C(n+1)，然后并行执行针对第n行的操作E(n)和针对第(n+1)行的操作D(n+1)。此外，读出控制电路30进行控制，以并行执行针对第n行的操作F(n)和针对第(n+1)行的操作E(n+1)。
在结束了针对第n行的操作F(n)之后，然后进行针对第(n+2)行的操作A(n+2)和针对第(n+1)行的操作F(n+1)。然后，与上述操作相同，以2行从像素阵列100的全部的单位像素10读出信号。
由于如上所述可以与使用信号读出电路20的操作B、D和F并行地进行垂直输出线21a或21b静定的操作A、C和E，因此可以提高读出速度。
应当注意，在上述示例中，说明了并行进行针对第n行的操作B(n)和针对(n+1)行的操作A(n+1)的情况。然而，本发明不限于此，并且在将来自第n行的单位像素10的信号读出至垂直输出线21a期间，需要进行针对(n+1)行将输出至垂直输出线21b的信号读出至信号读出电路20。例如，可以进行控制，以并行进行操作B(n)和操作C(n+1)。
利用上述操作，可以获得A图像和A+B图像。使用A+B图像作为拍摄图像，并且可以通过从A+B图像减去A图像生成B图像并将A图像和B图像进行比较，来进行焦点检测。
接着，将使用时序图来详细说明第一实施例中的读出控制电路30所进行的具体操作。图5是示出第一实施例中的读出控制电路30所进行的信号输出操作和信号读出操作的时序图。在该时序图中，示出了控制脉冲、表示垂直输出线21a的电位的“Vline a”和表示垂直输出线21b的电位的“Vline b”。在以下说明中，将接通各开关的脉冲电平表示为高电平“H”，并且将断开各开关的脉冲电平表示为低电平“L”。
在时间段t1内，行选择脉冲φSELR(n)变成“H”，并且第n行的单位像素10开始将信号输出至相应的垂直输出线21a。同时，重置脉冲φRES(n)变成“H”，以消除第n行中的FD 13的不必要电荷，并且在重置FD 13的电位之后变成“L”。此时，第n行的单位像素10将重置信号输出至垂直输出线21a。随着如Vline a所示的静定时间的经过，重置信号反映在垂直输出线21a上(操作A(n))。
在时间段t2内，垂直输出线切换脉冲φSELCa变成“H”并且垂直输出线切换脉冲φSELCb变成“L”，由此差分放大器25经由箝位电容器24a而连接至垂直输出线21a。此时，信号读出电路20从垂直输出线21a读出重置信号。同时，箝位脉冲φC0R变成“H”，并且将差分放大器25的输入端子和输出端子重置为基准电压VC0R。之后，箝位脉冲φC0R变成“L”，并且箝位电容器24a将第n行的重置信号箝位(保持)至基准电压VC0R(操作B(n))。此外，在相同的时间段t2内，行选择脉冲φSELR(n+1)变成“H”，并且第(n+1)行的单位像素10各自开始将信号输出至相应的垂直输出线21b。同时，重置脉冲φRES(n+1)变成“H”，以消除第(n+1)行中的FD 13的不必要电荷，并且在重置FD 13的电位之后变成“L”。此时，第(n+1)行的单位像素10将重置信号输出至垂直输出线21b。随着如Vline b所示的静定时间的经过，重置信号反映在垂直输出线21b上(操作A(n+1))。
在时间段t3内，垂直输出线切换脉冲φSELCa变成“L”，并且垂直输出线切换脉冲φSELCb变成“H”，以使得箝位电容器24a从差分放大器25断开，而作为替代连接箝位电容器24b。此时，信号读出电路20从垂直输出线21b读出重置信号。箝位脉冲φC0R是“H”，并且将差分放大器25的输入端子和输出端子重置为基准电压VC0R。之后，在箝位脉冲φC0R变成“L”的情况下，箝位电容器24b将第(n+1)行的重置信号箝位(保持)至基准电压VC0R(操作B(n+1))。此外，在相同的时间段t3内，传送脉冲φTXA(n)变成“H”，并且将第n行的PD 11a中所累积的电荷传送至FD 13。之后，传送脉冲φTXA(n)变成“L”，并且第n行的单位像素10各自将传送信号输出至相应的垂直输出线21a。随着静定时间的经过，传送信号A反映在垂直输出线21a上(操作C(n))。
在时间段t4内，垂直输出线切换脉冲φSELCb变成“L”，并且将箝位电容器24b从差分放大器25断开。此外，箝位脉冲φC0R变成“H”，并且将差分放大器25的输入端子和输出端子重置为基准电压VC0R。
在时间段t5内，箝位脉冲φC0R变成“L”，并且垂直输出线切换脉冲φSELCa变成“H”，并且将箝位电容器24a连接至差分放大器25。结果，信号读出电路20从静定的垂直输出线21a读取第n行的传送信号A。差分放大器25根据箝位电容器24和增益电容器26的电容比所确定的信号增益来进行信号放大，并且将结果输出至AD转换电路28。严格地说，由于重置信号通过箝位电容器24而被箝位至基准电压VC0R，因此将重置信号和传送信号A之间的差进行放大。AD转换电路28将从差分放大器25输入的信号转换成数字信号，并且将该数字信号输出至图像传感器1的外部(操作D(n))。此外，在相同的时间段t5内，传送脉冲φTXA(n+1)变成“H”，并且将第(n+1)行的PD 11a中所累积的电荷传送至FD 13。之后，传送脉冲φTXA(n+1)变成“L”，并且第(n+1)行的单位像素10各自将传送信号A输出至垂直输出线21b。随着静定时间的经过，传送信号A反映在垂直输出线21b上(操作C(n+1))。
在时间段t6内，垂直输出线切换脉冲φSELCa变成“L”，并且箝位电容器24a从差分放大器25断开。此外，箝位脉冲φC0R变成“H”，并将差分放大器25的输入端子和输出端子重置为基准电压VC0R。
在时间段t7内，箝位脉冲φC0R变成“L”并且垂直输出线切换脉冲φSELCb变成“H”，并将箝位电容器24b连接至差分放大器25。结果，信号读出电路20从静定的垂直输出线21b读取第(n+1)行的传送信号A。差分放大器25进行信号放大，并将结果输出至AD转换电路28。AD转换电路28将从差分放大器25输入的信号转换成数字信号，并将该数字信号输出至图像传感器1的外部(操作D(n+1))。此外，在相同的时间段t7内，传送脉冲φTXB(n)变成“H”，并且除了在时间段t3内传送的第n行中的PD 11a的电荷以外，还将第n行的PD 11b中所累积的电荷传送至FD 13。结果，FD 13保持传送信号A+B。之后，传送脉冲φTXB(n)变成“L”，并且第n行的单位像素10各自将传送信号A+B输出至垂直输出线21a。随着静定时间的经过，传送信号A+B反映在垂直输出线21a上(操作E(n))。
在时间段t8内，垂直输出线切换脉冲φSELCb变成“L”，并且将箝位电容器24b从差分放大器25断开。此外，箝位脉冲φC0R变成“H”，并且将差分放大器25的输入端子和输出端子重置为基准电压VC0R。
在时间段t9内，箝位脉冲φC0R变成“L”并且垂直输出线切换脉冲φSELCa变成“H”，并将箝位电容器24a连接至差分放大器25。结果，信号读出电路20从静定的垂直输出线21a读取第n行的传送信号A+B。差分放大器25进行信号放大，并将结果输出至AD转换电路28。AD转换电路28将从差分放大器25输入的信号转换成数字信号，并将该数字信号输出至图像传感器1的外部(操作F(n))。此外，在相同的时间段t9内，传送脉冲φTXB(n+1)变成“H”，并且除了在时间段t4内所传送的第(n+1)行中的PD 11a的电荷以外，还将第(n+1)行的PD 11b中所累积的电荷传送至FD 13。结果，FD 13保持传送信号A+B。之后，传送脉冲φTXB(n+1)变成“L”，并且第(n+1)中的单位像素10各自将传送信号A+B输出至垂直输出线21b。随着静定时间的经过，传送信号A+B反映在垂直输出线21b上(操作E(n+1))。
在时间段t10内，行选择脉冲φSELR(n)变成“L”，并且将第n行的单位像素10从垂直输出线21a断开。此外，垂直输出线切换脉冲φSELCa变成“L”，并且将箝位电容器24a从差分放大器25断开。此外，箝位脉冲φC0R变成“H”，并将差分放大器25的输入端子和输出端子重置为基准电压VC0R。
在时间段t11内，箝位脉冲φC0R变成“L”，并且垂直输出线切换脉冲φSELCb变成“H”，并将箝位电容器24b连接至差分放大器25。结果，信号读出电路20从静定的垂直输出线21b读取第(n+1)行的传送信号A+B。差分放大器25进行信号放大，并且将结果输出至AD转换电路28。AD转换电路28将从差分放大器25输入的信号转换成数字信号，并将该数字信号输出至图像传感器1的外部(操作F(n+1))。尽管未示出，但是在相同的时间段t11内，行选择脉冲φSELR(n+2)变成“H”，并且第(n+2)行的单位像素10各自开始将信号输出至垂直输出线21a。同时，重置脉冲φRES(n+2)变成“H”，以消除FD 13的不必要电荷，并且在重置了FD 13的电位之后变成“L”。此时，第(n+2)行的单位像素10各自将重置信号输出至垂直输出线21a。随着静定时间的经过，重置信号反映在垂直输出线21a上(操作A(n+2))。之后，通过重复从时间段t2起的操作，顺次读出单位像素10的信号。
根据如上所述的第一实施例，信号读出电路20各自具有用于选择并连接多个垂直输出线21之一的结构，并且在邻接的列之间并行进行从垂直输出线21之一的信号读出操作以及向另一垂直输出线21的信号输出操作。
在传统技术中，针对各行顺次重复操作A～F，而没有在邻接的行之间并行进行操作。这里，假定将利用根据第一实施例的操作和传统技术的操作读取两行的信号所需的时间段进行比较。利用传统技术的操作，需要进行针对第n行和第(n+1)行的操作A～F的时间段、即进行12个处理的时间段。与此相对，利用第一实施例的操作，需要进行针对第n行的操作A～F和针对第(n+1)行的操作F的时间段、即进行总共7个操作的时间段。因此，可以将速度提高与5个操作相对应的时间段。在假定操作A～F分别花费相同的时间段的情况下，可以在使用传统技术所进行的操作的时间段的约58％内完成读取。
第二实施例
接着，将说明本发明的第二实施例。在上述第一实施例中，说明了用于从像素阵列100的所有单位像素10中高速读出A图像和A+B图像的读出操作。以下将第一实施例中所述的读出操作称为第一读出操作，并且将用于通过第一读出操作从所有单位像素10中读出A图像和A+B图像的模式称为第一模式。不仅在从所有单位像素10中读出A图像和A+B图像的情况下、而且还在仅从像素阵列100的一些行中读出A图像和A+B图像并且从其它行中读出A+B图像的情况下，在图像质量方面发挥本发明的技术的效果。在第二实施例中，将说明仅从像素阵列100的一部分行中通过第一读出操作读出A图像和A+B图像并且从其它行中读出A+B图像的操作方法(以下称为第二模式)。
在第二实施例中，读出控制电路30的控制与上述第一实施例的控制不同，并且图像传感器1的结构与参考图1～3所述的结构相同，因此省略其说明。此外，由于以下描述中的操作A～F也与第一实施例中所述的操作A～F相同，因此将省略各操作的描述。
在第二实施例中，除了操作A～F以外，还执行操作G和H。以下将说明操作G和H。
·操作G：读出控制电路30接通单位像素10的传送开关12a和12b，以将来自PD 11a和PD 11b的传送信号A+B保持在FD 13中。然后，进行信号输出操作，以将FD 13中所保持的传送信号A+B输出至单位像素10连接至的垂直输出线21a和21b中的任一个，然后等待静定。
·操作H：读出控制电路30使得信号读出电路20执行信号读出操作，其中，该信号读出操作经由信号读出电路20读出输出至垂直输出线21a和21b之一的传送信号A+B。
图6是示意性示出在仅读出传送信号A+B的情况下的信号输出操作的流程的图。以下将描述与参考图4所说明的第一实施例的读出操作的不同。
在第一实施例中，在操作A和B中进行重置信号的输出和读出，在操作C和D中进行传送信号A的输出和读出，并且在操作E和F中进行传送信号A+B的输出和读出。另一方面，在第二实施例中，没有读出焦点检测用的传送信号A，并且在操作B中完成了重置信号的读出之后的操作G中，输出传送信号A+B。
即，在操作A和B中输出并读出重置信号之后，读出控制电路30进行控制，以进行针对第n行的操作G(n)以及针对第(n+1)行的操作B(n+1)。
接着，针对第n行进行操作H(n)，并且针对第(n+1)行执行操作G(n+1)。
在针对第n行结束了操作H(n)的情况下，接着，针对第(n+2)行执行操作A(n+2)，并且针对第(n+1)行执行操作H(n+1)。之后，以同样的方式从像素阵列100的所有单位像素10中读出信号。通过上述操作，可以获得A+B图像。
如上所述，可以与使用信号读出电路20的操作B和H并行地执行包括使垂直输出线21a或21b中的信号静定的操作A和G，因此，可以提高读出速度。以下将参考图6所述的读出操作称为第二读出操作。
接着，将说明第二读出操作的具体过程。图7是示出第二实施例中的读出控制电路30所进行的信号输出操作和信号读出操作的时序图。这里，将仅说明与第一实施例中参考图5所述的操作不同的部分。
时间段t21和时间段t22内的操作与时间段t1和时间段t2的操作相同。在时间段t23内，垂直输出线切换脉冲φSELCa变成“L”，并且垂直输出线切换脉冲φSELCb变成“H”，以使得将箝位电容器24a从差分放大器25断开，而作为替代连接箝位电容器24b。此时，信号读出电路20从垂直输出线21b读出重置信号。箝位脉冲φC0R是“H”，并且将差分放大器25的输入端子和输出端子重置为基准电压VC0R。之后，在箝位脉冲φC0R变成L的情况下，箝位电容器24b将第(n+1)行的重置信号箝位(保持)至基准电压VC0R(操作B(n+1))。
此外，在相同的时间段t23内，传送脉冲φTXA(n)和φTXB(n)同时变成“H”，并且将第n行的PD 11a和PD 11b中所累积的电荷同时传送至FD 13。之后，传送脉冲φTXA(n)和φTXB(n)同时变成“L”，并且第n行的单位像素10各自将传送信号A+B输出至垂直输出线21a。随着静定时间的经过，传送信号A+B反映在垂直输出线21a上(操作G(n))。
时间段t24内的操作与时间段t4内的操作相同。
然后，在时间段t25内，箝位脉冲φC0R变成“L”，并且垂直输出线切换脉冲φSELCa变成“H”，以使得箝位电容器24a连接至差分放大器25。利用该操作，信号读出电路20从静定的垂直输出线21a读出第n行的传送信号A+B。差分放大器25根据通过箝位电容器24和增益电容器26的电容比所确定的信号增益来进行信号放大，并将结果输出至AD转换电路28。严格地说，由于重置信号通过箝位电容器24而被箝位至基准电压VC0R，因此将重置信号和传送信号A+B之间的差进行放大。AD转换电路28将从差分放大器25输入的信号转换成数字信号，并将该数字信号输出至图像传感器1的外部(操作H(n))。
此外，在相同的时间段t25内，传送脉冲φTXA(n+1)和传送脉冲φTXB(n+1)同时变成“H”，并且将第(n+1)行的PD 11a和PD 11b中所累积的电荷同时传送至FD 13。之后，传送脉冲φTXA(n+1)和传送脉冲φTXB(n+1)变成“L”，并且第(n+1)行的单位像素10各自将传送信号A+B输出至垂直输出线21b。随着静定时间的经过，传送信号A+B反映在垂直输出线21b上(操作G(n+1))。
时间段t26和t27内的操作与时间段t10和t11内的操作相同。
在传统技术中，针对各行顺次重复操作A、B、G和H，而没有在邻接的列之间并行进行操作。这里，假设将利用根据第二实施例的操作和传统技术的操作读取两行的信号所需的时间段进行比较。利用传统技术的操作，需要进行针对第n行和第(n+1)行的操作A、B、G和H的时间段、即进行8个处理的时间段。与此相对，利用第二实施例的操作，需要进行针对第n行的操作A、B、G和H以及针对第(n+1)行的操作H的时间段、即进行总共5个操作的时间段。因此，可以将速度提高与3个操作相对应的时间段。在假定操作A、B、G和H分别花费相同的时间段的情况下，可以在使用传统技术所进行的操作的时间段的约63％内完成读取。
接着，参考图8，将说明从像素阵列100的一部分行中读出A图像和A+B图像、并且从其它行中读出A+B图像的第二模式。
图8示出第二模式下的读出控制的示例。在像素阵列100中，通过第一读出操作来读取被表示为阴影部分的区域701，并且通过第二读出操作来读取被表示为白色部分的区域702。
通过针对一部分行进行与第二读出操作相比花费更长读出时间段的第一读出操作，可以进一步缩短用于从一帧读出信号的读出时间段。
另一方面，在进行读出时间针对各区域不同的操作的情况下，如果以卷帘式快门来拍摄高速移动的被摄体，则除了传统上已知的卷帘失真现象以外，还发生由不同的读出时间段所引起的区域间的其它失真(以下称为“第二卷帘失真现象”)。
这里，将比较针对通过第一读出操作和第二读出操作相对于传统驱动的加速效果。在假定分别在相同的时间段内执行操作A～H的情况下，在传统的驱动方法中，针对从两行中读出A图像所用的传送信号A和A+B图像所用的传送信号A+B，需要12个操作。与此相对，在第一读出操作中，可以在使用传统技术所进行的操作的时间段的约58％内完成读取。此外，在传统驱动方法中，针对从两行中读出A+B图像所用的传送信号A+B，需要8个操作。与此相对，在第二读出操作中，可以在使用传统技术所进行的操作的时间段的约63％内完成读取。即，与第二读出操作相比，第一读出操作中的加速效果更大。这是因为，由于需要读出焦点检测用信号，因此在第一读出操作中并行进行操作的时间更长。
这意味着减小了第一读出操作和第二读出操作的读出时间段之间的差，并且可以减少第二卷帘失真现象。
另外，可以仅在卷帘失真现象和第二卷帘失真现象没有发生的拍摄条件(例如，使用机械快门的拍摄操作)的情况下使用第二模式。然后，可以根据诸如在进行运动图像等的卷帘驱动的情况下的第一模式下的驱动等的摄像条件来切换操作方法。
为了简化，在相同的时间段内进行各操作的情况下说明了上述加速效果，然而，各实际操作的时间段根据图像传感器的设计而适当确定。然而，即使在各操作的时间段根据设计而适当确定的情况下，仍然可以并行进行操作，并且可以充分地预期加速效果。
另外，如果通过设置适当的操作时间段、使用从两行仅读取传送信号A+B时需要8个操作的传统读出操作可以减小相对于第一读出操作的读出时间段的差，则可以使用传统读出操作来进行仅读取传送信号A+B的读出操作。通过这样进行操作，与进行第二读出操作的情况相比，读出所需的时间变得更长，但是可以减少第二卷帘失真现象。
第三实施例
接着，将说明本发明的第三实施例。在第三实施例中，将参考图9来说明配备有第一实施例或第二实施例中所述的图像传感器1的摄像设备的示例。图9是示出根据第三实施例的摄像设备的示意结构的框图。
在图9中，镜头单元801在图像传感器1上形成被摄体的光学图像。此外，通过镜头驱动装置802来进行变焦控制、调焦控制和光圈控制等。
机械快门803控制图像传感器1的曝光和遮光，并且由快门驱动装置804来控制。图像信号处理电路806对从图像传感器1输出的图像信号和焦点检测信号进行各种校正和数据压缩、以及焦点检测用的计算等。拍摄模式/时序生成单元807将诸如用于在第一模式和第二模式之间进行切换的切换信号、或用于进行第一读出操作和第二读出操作的信号等的各种定时信号输出至图像传感器1和图像信号处理电路806。
存储器单元808用作用于暂时存储图像数据的存储器，并且整体控制运算单元809是进行各种运算操作和摄像设备整体的控制的电路。记录介质控制I/F单元810是用于记录介质上的记录或读取的接口，记录介质811是用于记录或读出图像数据的可移除半导体存储器，以及显示单元812是用于显示各种信息和拍摄图像的装置。
接着，将说明具有上述结构的摄像设备在拍摄时的操作。在接通主电源的情况下，接通向控制系统的电源，然后接通向诸如图像信号处理电路806等的摄像系统的电路的电源。之后，在按下释放按钮(未示出)的情况下，开始图像拍摄操作。
当完成图像拍摄操作时，通过图像信号处理电路806对从图像传感器1输出的图像信号进行图像处理，并根据来自整体控制运算单元809的指示来将该信号写入至存储器单元808中。在整体控制运算单元809的控制下，经由记录介质控制I/F单元810将存储器单元808中所写入的数据记录在诸如半导体存储器等的可移除记录介质811上。此外，该图像可以通过经由外部I/F单元(未示出)直接输入至计算机等来进行处理。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种图像传感器，包括：
像素阵列，其具有针对配置成矩阵的多个微透镜各自所设置的多个光电转换部；
多个信号输出线，其中所述多个信号输出线是针对所述像素阵列的各列所设置的；
信号读出电路，其中所述信号读出电路各自是针对所述像素阵列的各列所设置的；以及
控制电路，用于进行控制以将所选择的行的信号输出至所述多个信号输出线中的一个信号输出线，并且进行控制以通过相应的信号读出电路来处理该信号，
其中，所述控制电路进行控制，使得在输出至所述多个信号输出线中的一个信号输出线的第一行的信号通过相应的信号读出电路进行处理期间，将来自与所述第一行不同的第二行的信号输出至所述多个信号输出线中的其它信号输出线。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述信号读出电路各自具有分别针对所述多个信号输出线所设置的多个电容器，所述多个电容器用于保持输出至所述多个信号输出线的信号，以及
所述信号读出电路各自在处理所述电容器中所保持的所述第一行的信号期间，将所述第二行的信号保持在针对所述多个信号输出线中的所述其它信号输出线设置的电容器中。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个微透镜中的各微透镜以及与各微透镜相对应的所述多个光电转换部构成单位像素，以及
所述像素阵列的各列中所配置的多个所述单位像素被连接至所述多个信号输出线中的任一信号输出线。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述单位像素输出重置信号、从所述多个光电转换部的一部分传送来的基于与入射光相对应的电荷的第一传送信号、以及从全部所述多个光电转换部传送来的基于与入射光相对应的电荷的第二传送信号，以及
所述控制电路进行以下控制：
第一控制，用于将所述重置信号输出至所述信号输出线，
第二控制，用于通过所述信号读出电路来对所述第一控制中输出至所述信号输出线的所述重置信号进行处理，
第三控制，用于将所述第一传送信号输出至所述信号输出线，
第四控制，用于通过所述信号读出电路来对所述第三控制中输出至所述信号输出线的所述第一传送信号进行处理，
第五控制，用于将所述第二传送信号输出至所述信号输出线，以及
第六控制，用于通过所述信号读出电路来对所述第五控制中输出至所述信号输出线的所述第二传送信号进行处理，
其中，所述控制电路对第一读出操作进行控制，其中在所述第一读出操作中，并行进行针对所述第一行的所述第二控制和针对所述第二行的所述第一控制，并行进行针对所述第一行的所述第三控制和针对所述第二行的所述第二控制，并行进行针对所述第一行的所述第四控制和针对所述第二行的所述第三控制，并行进行针对所述第一行的所述第五控制和针对所述第二行的所述第四控制，并且并行进行针对所述第一行的所述第六控制和针对所述第二行的所述第五控制。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述控制电路对第二读出操作进行控制，其中在所述第二读出操作中，并行进行针对所述第一行的所述第二控制和针对所述第二行的所述第一控制，并行进行针对所述第一行的所述第五控制和针对所述第二行的所述第二控制，并且并行进行针对所述第一行的所述第六控制和针对所述第二行的所述第五控制。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述控制电路在第一模式下针对所述像素阵列中的全部单位像素进行所述第一读出操作，以及在第二模式下针对所述像素阵列的预定部分行进行所述第一读出操作并且针对所述预定部分行以外的行进行所述第二读出操作。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，在卷帘失真现象发生的摄像条件的情况下，所述控制电路在所述第一模式下进行控制，以及在所述卷帘失真现象没有发生的摄像条件的情况下，所述控制电路在所述第二模式下进行控制。
8.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述控制电路对第二读出操作进行控制，其中在所述第二读出操作中，在进行了针对所述第一行的所述第一控制、所述第二控制、所述第五控制和所述第六控制之后，进行针对所述第二行的所述第一控制、所述第二控制、所述第五控制和所述第六控制，以及
所述控制电路在第一模式下针对所述像素阵列的全部单位像素进行所述第一读出操作，以及在第二模式下针对所述像素阵列的预定部分行进行所述第一读出操作并且针对所述预定部分行以外的行进行所述第二读出操作。
9.一种摄像设备，包括：
根据权利要求1至8中任一项所述的图像传感器；以及
处理器，用于处理从所述图像传感器输出的信号。
10.一种图像传感器的控制方法，所述图像传感器具有：像素阵列，其具有针对配置成矩阵的多个微透镜各自所设置的多个光电转换部；多个信号输出线，其中所述多个信号输出线是针对所述像素阵列的各列所设置的；以及信号读出电路，其中所述信号读出电路各自是针对所述像素阵列的各列所设置的，所述控制方法包括以下步骤：
在将来自第一行的信号输出至所述多个信号输出线中的一个信号输出线期间，从与所述第一行不同的行输出至所述多个信号输出线中的其它信号输出线的信号通过相应的信号读出电路进行处理；以及
在通过相应的信号读出电路对从所述第一行输出至所述多个信号输出线中的所述一个信号输出线的信号进行处理期间，将从与所述第一行不同的行输出的信号输出至所述多个信号输出线中的其它信号输出线。
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