CN116868578A - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供设置有全局快门功能并且在半导体基板面积方面的效率提高的摄像装置。摄像装置包括：多个像素，其各自设置有多个光电转换部，并且输出基于所述多个光电转换部中的至少一个光电转换部的电荷的第一电压信号和基于所述多个光电转换部的电荷的组合电荷的第二电压信号；以及多个保持电路，其与所述多个像素以一对一关系设置，所述多个保持电路保持基于所述多个光电转换部所生成的电荷的电压信号，以及所述多个保持电路中的各个保持电路包括多个保持部，所述多个保持部包括用于保持所述第一电压信号的第一保持部和用于保持所述第二电压信号的第二保持部。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及摄像装置。
背景技术
在CMOS型固态摄像装置的领域中，作为用于消除在拍摄移动体的图像时引起的拍摄图像中的失真的功能，已知所有像素同时累积电荷的全局快门功能。
CMOS型固态摄像装置技术的最新进展包括在与形成有像素电路的面的相反侧的面处接收光的背照式技术、以及在背照式摄像装置中将半导体基板接合在一起的多层结构技术。在专利文献1中描述的结构中，针对各个像素在与设置有像素电路的基板不同的基板上设置用于保持全局快门功能所需的电荷的存储器。
此外，正广泛使用如下的摄像装置，该摄像装置使得能够通过经由分割光瞳摄像光学系统接收光，来同时获得经由用于检测散焦量的相位检测方法的焦点检测信号和摄像信号。在专利文献2中描述的技术中，各个像素在一个微透镜下方包括多个光电转换部以分割光学系统的光瞳，并且输出至少一个光电转换部的信号以及作为多个光电转换部的所有信号之和的摄像信号。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本特开2010-219339
专利文献2：日本特开2013-211832
发明内容
发明要解决的问题
然而，在诸如专利文献1中描述的示例等的示例中，除了用于保持各个像素的电荷的存储器之外，还将AD转换电路设置在与布置有光电转换部的第一半导体基板不同的第二半导体基板上，这增加了第二半导体基板的面积并且降低了芯片单位成本的降低效果。此外，在各个像素设置有多个光电转换部并且可以输出经由相位检测方法的焦点检测信号和摄像信号的配置的情况下，对于针对各个像素所设置的多个光电转换部，不仅需要存储器而且还需要AD转换电路。这进一步增加了第二半导体基板的面积。
本发明是考虑到上述问题而做出的，并且实现了设置有全局快门功能并且在半导体基板面积的方面的效率提高的摄像装置。
用于解决问题的方案
根据本发明的一种摄像装置，包括：多个像素，其各自设置有多个光电转换部，并且输出基于所述多个光电转换部中的至少一个光电转换部的电荷的第一电压信号和基于所述多个光电转换部的电荷的组合电荷的第二电压信号；以及多个保持电路，其与所述多个像素以一对一关系设置，所述多个保持电路保持基于所述多个光电转换部所生成的电荷的电压信号，其特征在于，所述多个保持电路中的各个保持电路包括多个保持部，所述多个保持部包括用于保持所述第一电压信号的第一保持部和用于保持所述第二电压信号的第二保持部。
发明的效果
根据本发明，可以提供设置有全局快门功能并且在半导体基板面积的方面的效率提高的摄像装置。
从下面结合附图进行的描述中，本发明的其他特征和优点将是清楚的。注意，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的组件。
附图说明
并入在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明第一实施例的摄像装置的第一基板的受光面的配置的图。
图2是示出根据第一实施例的第一基板的受光面的相反侧的面的配置的图。
图3是示出根据第一实施例的第二基板的配置的图。
图4是示出根据第一实施例的像素、像素电路和累积电路的配置的等效电路图。
图5是示出根据第一实施例的AD转换电路的配置的等效电路图。
图6是示出根据第一实施例的摄像装置的驱动方法的时序图。
图7是示出根据第一实施例的第一变形例的像素的配置的图。
图8是示出根据第一实施例的第二变形例的第二基板的配置的图。
图9是示出根据第二实施例的累积电路的配置的图。
图10是示出根据第二实施例的摄像装置的驱动方法的时序图。
图11是示出根据第三实施例的累积电路的配置的等效电路图。
图12是示出根据第三实施例的第二基板的配置的图。
图13是示出根据第四实施例的像素、像素电路和累积电路的配置的等效电路图。
图14是示出根据第五实施例的像素的配置的图。
图15是示出根据第五实施例的像素、像素电路和累积电路的配置的等效电路图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述实施例。注意，以下实施例并不旨在限制所要求保护的本发明的范围。在实施例中描述了多个特征，但是不限制为需要所有这样的特征的发明，并且可以适当地组合多个这样的特征。此外，在附图中，对相同或类似的配置给出相同的附图标记，并且省略其冗余描述。
第一实施例
图1是示出根据本发明第一实施例的摄像装置100中的设置有光电转换部(光电二极管，在下文中被称为PD)的第一半导体基板101的受光面的配置的图。根据本实施例的摄像装置100具有使包括第一半导体基板101的多个半导体基板彼此堆叠的多层结构。
如图1所示，附图标记10(pq)表示位于第p行和第q列中的像素。在图1中，在受光面上布置有6×8的像素格，但是实际上以二维图案排列有数千万的范围的多个像素。此外，由于经由未示出的摄像光学系统的分割光瞳区域而接收光，因此如像素10(00)所示，所有像素10(pq)包括相对于单个微透镜而偏心地定位的两个光电二极管PDA和PDB。
图2是示出根据本实施例的摄像装置100中的第一半导体基板101的受光面的相反侧的面的配置的图。在非受光面上，与像素10(pq)相对应地以二维图案排列有像素电路11(pq)。经由各个像素的电触点(在下文中被称为CONT)18，将作为像素电路11(pq)的输出的电压信号传送到形成多层结构的另一半导体基板(在下文中被称为第二半导体基板)102(参见图3)。
此外，CONT 18接合到第二半导体基板102的垂直扫描电路20，并且来自垂直扫描电路20的控制信号被供给到第一半导体基板101上的光电二极管PDA和PDB等，以实现全局快门操作等。下面将描述光电二极管PDA和PDB等的驱动定时。
例如，使用N型硅基板作为第一半导体基板101。为了累积在接收到光时生成的电子/空穴对的电子，光电二极管PDA和PDB是N型半导体区域。此外，光电二极管PDA和PDB被布置在它们之间的P型半导体区域分离。
图3是示出根据本实施例的摄像装置100的第二半导体基板102的配置的图。与第一半导体基板101的像素电路11(pq)相对应地，累积电路12(pq)以二维图案来排列。由于像素电路11(pq)由作为触点的CONT 18来连接，因此作为输出的电压信号可以由累积电路12(pq)成批地累积(使得所有像素能够成批地累积)。以这种方式，可以实现全局快门。
所累积的电压信号由用于扫描累积电路12(pq)的垂直扫描电路20按列的顺序进行扫描，并且经由列输出线VLq0输出到以每列n个(n是整数)的方式设置的AD转换电路ADq0。该AD转换电路ADq0对输入信号进行AD转换。经由AD转换所获得的数字信号由水平扫描电路30按列的顺序进行扫描，并且经由行输出线HL输出到输出部50。
输出部50包括已知的并行/串行转换电路(在下文中被称为P/S转换电路)，并且将从行输出线HL输出的数字摄像信号顺次转换为诸如LVDS等的高速串行传输格式。此外，输出部50可以包括用于对缺陷像素等执行校正处理的电路。
在根据本实施例的摄像装置100中，在各列中布置一列输出线VLq0，并且共享同一列中的所有行。此外，在各列中设置一个AD转换电路ADq0。从列输出线VLq0输出的像素信号以及与时间成比例地变化的参考信号RAMP被输入到AD转换电路ADq0。
注意，下面将使用等效电路图来描述AD转换电路ADq0、累积电路12(pq)、像素10(pq)和像素电路11(pq)的配置。此外，由垂直扫描电路20按行的顺序发送给累积电路12(pq)的预定驱动定时信号、AD转换电路ADq0的控制信号、以及水平扫描定时信号由定时生成电路40来生成。下面将使用时序图描述驱动定时。
接下来，图4是示出根据本实施例的摄像装置100中的像素10(pq)、像素电路11(pq)和累积电路12(pq)的等效电路的示例的图。
首先，像素10(pq)包括光电二极管PDA和PDB。此外，像素电路11(pq)包括：传送晶体管TXA和TXB，其将在光电二极管PDA和PDB处生成的电荷传送到电荷/电压转换部(浮动扩散部，在下文中被称为FD部)；第一放大晶体管(在下文中被称为SF1)，其通过未示出的电流源形成源极跟随器电路，并且包括连接到FD部的栅极；复位晶体管RES，用于经由预定电源VDD来使FD部复位；以及批传送晶体管GS，其包括连接到SF1的源极的漏极。
在上述晶体管中，复位晶体管RES、传送晶体管TXA和TXB以及批传送晶体管GS的栅极可以由垂直扫描电路20控制。因而，对于所有像素，在一批中进行对读出与仅在光电二极管PDA处生成的电荷相对应的信号的控制、以及对读出与在光电二极管PDA和PDB处生成的电荷之和相对应的信号的控制。注意，可以设置溢出漏极(overflow drain)来使光电二极管PDA和PDB的不必要电荷排出。
批传送晶体管GS的源极经由CONT 18连接到累积电路12(pq)。累积电路12(pq)设置有用于累积像素电路11(pq)的电压信号的m个累积电容器(存储部)(m是2以上的整数)。在本实施例中，设置有三个累积电容器CN、CA和CAB。
累积电容器CN对在像素电路11(pq)的FD处的解除了复位之后的电压(在下文中被称为N信号)进行累积。此外，累积电容器CA对响应于光电二极管PDA的信号电荷而降低的FD的电压(在下文中被称为A信号)进行累积。此外，累积电容器CAB对响应于光电二极管PDA和PDB的组合信号电荷(在下文中被称为摄像信号)而降低的FD的电压进行累积。
可以在累积电容器中利用使用沟槽结构增加了表面积的电容元件。此外，可以利用在第二半导体基板102的配线层之间使用高介电常数材料的部分处在配线之间形成的高电容元件。此外，可以部分地使用第二半导体基板102的晶体管栅极氧化膜。通过以这种方式增加累积容量，可以降低热噪声，从而使得能够提高图像质量。
此外，累积电路12(pq)设置有用于将电压信号写入上述三个累积电容器的存储器写入晶体管MWN、MWA和MWAB。
此外，上述累积电容器CN、CA和CAB连接到第二放大晶体管SF2N、SF2A和SF2AB的栅极，并且使用未示出的电流源形成源极跟随器电路。设置有选择晶体管SELN、SELA和SELAB，以选择性地将第二放大晶体管的源极电压传送到列输出线VLq0。下面使用时序图描述用于经由这些选择晶体管输出N信号、A信号和摄像信号的驱动方法和序列，但是这些选择晶体管自然也用于上述行方向扫描。
接下来，图5是示出根据本实施例的AD转换电路ADq0的等效电路的示例的图。
AD转换电路ADq0设置有比较器COMPq0和计数器COUNTERq0，该比较器COMPq0用于将从列输出线VLq0输出的像素信号VLq和参考信号RAMP作为输入，该计数器COUNTERq0通过比较器COMPq0的输出极性来停止和控制。比较器COMPq0将像素信号VLq和参考信号RAMP的电压进行比较。当像素信号VLq的值更高时，输出极性为Hi，当像素信号VLq的值更低时，输出极性为Lo。在解除了未示出的复位信号时，计数器COUNTERq0在比较器COMPq0的输出极性为Hi时继续计数，并且在输出极性为Lo时停止。
以这种方式，例如在响应于光电二极管PDA的信号电荷而降低的像素信号VLq的电压小于与时间成比例地减少的参考信号RAMP时，可以停止计数器。这使得能够对像素信号VLq的电压进行AD转换。具体地，由于摄像信号具有比A信号更宽的电压范围，并且A信号具有比N信号更宽的电压范围，因此即使可以使AD转换电路并联，在一个AD转换电路处顺次进行具有不同电压范围的各种类型的信号的AD转换也是更有时间效率的。
接下来，将描述根据本实施例的摄像装置的驱动方法。图6是示出根据本实施例的摄像装置的驱动方法的时序图。在图6中，附图标记PRES、PTXA、PTXB、PGS、PMWN、PMWA、PMWAB、PSELN、PSELA和PSELAB表示与RES、TXA、TXB、GS、MWN、MWA、MWAB、SELN、SELA和SELAB的栅极相关联的控制信号，并且Hi意味着晶体管为ON且Lo意味着晶体管为OFF。此外，附图标记RAMP表示供给到AD转换电路ADq0的参考信号RAMP的电压，附图标记COMP表示比较器COMPq0的输出极性，并且附图标记COUNTER表示计数器COUNTERq0的计数器值。
在图6中，时间t600至时间t611表示所谓的全局快门操作，其中与针对所有像素成批累积的电荷相对应的电压信号被成批传送到第二半导体基板102。此外，从时间t612到时间t623表示对布置在第二半导体基板102的第0行中的累积电路12(0q)的信号顺次进行AD转换的操作。经由垂直扫描电路20，从布置在第0行的累积电路12(0q)、布置在第1行中的累积电路12(1q)、……、至最后的第5行，执行从时间t612到时间t623的驱动，其中来自所有像素的信号被输出。
首先，从时间t600到时间t601，控制信号PRES变为Hi，并且FD被复位为电源VDD。
随后，在时间t602，控制信号PGS变为Lo，并且在时间t603，控制信号PMWN变为Lo。因而，解除了FD的复位，并且静态电压(即N信号)被写入累积电路12(pq)的累积电容器CN。当控制信号PMWN在控制信号PGS之后变为Lo时，将作为电压信号的N信号写入累积电容器CN，因而从时间t600起，控制信号PGS和控制信号PMWA可以为Hi。
随后，从时间t604到时间t605，控制信号PTXA变为Hi，并且光电二极管PDA的信号电荷被传送到FD。
随后，在时间t606，控制信号PGS变为Lo，并且在时间t607，控制信号PMWA变为Lo。因而，响应于来自光电二极管PDA的信号电荷，复位解除后的FD被降低并变为静态。然后，将静态电压(即A信号)写入累积电路12(pq)的累积电容器CA。如N信号那样，控制信号PGS和控制信号PMWA可以从时间t604起为Hi。
随后，从时间t608到时间t609，控制信号PTXA和控制信号PTXB变为Hi，并且光电二极管PDA和PDB的信号电荷被传送到FD。
随后，在时间t610，控制信号PGS变为Lo，并且在时间t611，控制信号PMWAB变为Lo。因而，响应于来自光电二极管PDA和PDB的信号电荷，复位解除后的FD被降低并变为静态。然后，将静态电压(即摄像信号)写入累积电路12(pq)的累积电容器CAB。如N信号那样，控制信号PGS和控制信号PMWA可以从时间t608起为Hi。
直到这里为止，除从时间t600到时间t601之外，FD尚未被复位。通过像素电路11(pq)的该配置和驱动方法、以及下面描述的摄像信号和N信号的相关双采样，可以减少添加到摄像信号的噪声。
在垂直扫描电路20将控制信号PSELN、PSELAB和PSELA顺次转换为Hi的Hi时段中，通过以下描述的处理对被写入累积电容器CN、CA和CAB的电压信号进行AD转换。
换句话说，从时间t612到时间t615，控制信号PSELN变为Hi，并且由比较器COMPq0对在列输出线VLq0处出现的N信号和从时间t613开启减少的参考信号RAMP进行比较。在时间t615之前的任何时间(在图6中为时间t614)，当该大小关系被反转时，比较器COMPq0的极性变为Lo，并且响应于此，计数器COUNTERq0的计数值停止。
这里，与在时间t613处参考信号RAMP的减少的开始一起，COUNTERq0开始计数，并且从时间t615到时间t616，N信号的计数值被存储在未示出的锁存电路中。在一些情况下，向下计数可以用于N信号。在这种情况下，当进行从时间t616到时间t619的摄像信号的AD转换时，通过向上计数可以容易地进行相关双采样。
在时间t615，参考信号RAMP被复位到与时间t613之前相同的电压。
从时间t616到时间t619，通过控制信号PSELAB变为Hi并且通过与从时间t612到时间t615的操作类似的操作，对摄像信号(A+B信号)进行AD转换。此外，从时间t620到时间t623，通过控制信号PSELA变为Hi并且通过与从时间t612到时间t615的操作类似的操作，对A信号进行AD转换。
在时间t623之后，所锁存的N信号的AD转换结果、摄像信号的AD转换结果和A信号的AD转换结果被水平扫描电路30在列方向上顺次扫描，并且经由行输出线HL和输出部50被传送到未示出的图像处理器。通过输出部50处的减法处理来进行摄像信号和N信号、以及A信号和N信号的相关双采样。此外，如上所述，向下计数可以用于N信号。
这里，摄像信号的AD转换时段具有比N信号的AD转换时段更长的持续时间，但是具有与N信号相同的参考信号RAMP倾斜度。以类似的方式，A信号的AD转换时段具有比摄像信号的AD转换时段更短的持续时间，但具有比N信号的AD转换时段更长的持续时间。由于A信号对应于通过摄像光学系统的光瞳的一部分的光被接收而生成的信号电荷，因此电压范围小于通过摄像光学系统的整个光瞳的光被接收而获得的摄像信号的电压范围，因而短的AD转换时段是足够的。基本上，不包括受光信号的N信号具有甚至比A信号的电压范围更小的电压范围，因而比A信号的AD转换时段更短的AD转换时段自然是足够的。
如上所述，通过对N信号、摄像信号和A信号顺次进行AD转换，如图3所示，可以在时间方向上共享设置在各列中的一个AD转换电路。因而，在本实施例中，通过在各列中仅设置一个AD转换电路，可以抑制第二半导体基板的面积的增加。将在根据本实施例的第二变形例中描述由于顺次AD转换而引起的时间效率提高。
注意，在未示出的图像处理器中，根据摄像信号和A信号之间的差来生成B信号，并且经由A信号和B信号的已知相关计算来计算摄像光学系统的散焦量。在该相关计算中，不必一定需要所有行的信号，并且可以在行方向上移除一部分A信号。在这种情况下，从时间t619到时间t623的A信号的AD转换时段被削减，并且下一行的N信号的AD转换被提前进行。因而，可以提高帧频。
如果帧频不紧缺，则从时间t619到时间t623，停止AD转换电路ADq0的电源和列输出线VLq0的电流源，从而使得能够降低功耗。此外，作为在已提前顺次进行下一行及以后的处理之后进行AD转换的结果，可以停止电源以降低最后一行之后的功耗。与进行所有行的A信号的AD转换相比，可以提高帧频并且可以降低功耗。
此外，考虑到在行方向上省去一部分A信号的同时进行AD转换，可以在N信号的AD转换之后快速开始摄像信号的AD转换。以这种方式，可以减小由N信号和摄像信号共享的利用AD转换电路的相关双采样的时间间隔。此外，可以对在行方向上省去一部分A信号的同时进行AD转换的行的相关双采样的时间间隔进行对准，从而使得能够降低摄像信号中的行之间的噪声差。此外，在重复从时间t612到时间t619的N信号和摄像信号的AD转换直到最后一行为止、并且已输出来自所有累积电路12(pq)的N信号和摄像信号之后，可以对A信号所需的各行进行从时间t619到时间t623的A信号的AD转换。
此外，通过使用进行包括A信号的全部像素同时累积的全局快门的能力，根据本实施例的摄像装置可以使光电二极管PDA和PDB的分割方向不同于图1所示的像素10(pq)的分割方向。图7是示出根据本实施例的第一变形例的摄像装置的像素14(pq)的图。所分割的光电二极管PDA和PDB在摄像装置的行方向上被分割，这与像素10(pq)的情况不同。
即使在摄像装置的所有像素与像素14(pq)相似的配置中，也将第q列的相关计算所需的14(pq)的A信号和摄像信号匹配为与p无关的同步信息。因而，即使当被摄体移动时，也能够稳定地进行垂直方向的相关计算。此外，可以布置像素10(pq)和像素14(pq)这两者。通过利用使用像素10(pq)的水平方向的相关计算和使用像素14(pq)的垂直方向的相关计算这两者，可以与被摄体的空间频率分量的方位无关地计算散焦量。
此外，为了提高帧频，可以使来自累积电路12(pq)的行方向的AD转换并联。图8是示出根据本实施例的第二变形例的第二半导体基板的配置的图。该配置与图3的配置的不同之处在于，针对各列设置有三个列输出线VLq0、VLq1和VLq2，并且针对各列设置有三个AD转换电路ADq0、ADq1和ADq2，其中使AD转换并联。另外，这些组件被连接成使得列输出线VLq0和AD转换电路ADq0进行第0行和第3行的累积电路12(pq)的电压信号的AD转换，列输出线VLq1和AD转换电路ADq1进行第1行和第4行的累积电路12(pq)的电压信号的AD转换，并且列输出线VLq2和AD转换电路ADq2进行第2行和第5行的累积电路12(pq)的电压信号的AD转换。
在这种情况下，AD转换电路和列输出线的电流源等在数量上增加，从而使第二半导体基板更大。然而，与例如三个列输出线和AD转换电路连接到所有行并且并行进行N信号、摄像信号和A信号的AD转换的配置相比，提高了时间效率。这是因为，不仅局限于具有最大电压范围的摄像信号(即，不仅局限于具有参考信号RAMP生成时段的最长持续时间的摄像信号)，而是在这些信号其中之一的AD转换已完成时，可以顺次对其他信号进行AD转换，并且可以并联使用其他2组的列输出线和AD转换电路以用于不同行的电压信号的传送和AD转换。
这进而由在如图4中的等效电路所示设置有从一个像素获得多个电压信号的累积电路12(pq)时经由共享列输出线对电压信号顺次进行AD转换的配置来启用。换句话说，根据本实施例，可以提高AD转换时段的操作效率，并且可以提高第二半导体基板的面积效率。
第二实施例
为了实现本发明的技术构思，由各个像素中的多个累积电容器的信号共享列输出线和AD转换电路是足够的。因而，也可以考虑其他配置。
在第二实施例中，累积电路12(pq)的第二放大晶体管SF2由多个累积电容器的信号共享。图9是示出根据本实施例的摄像装置的累积电路12(pq)的配置的图。该配置与图5所示的根据第一实施例的摄像装置的累积电路12(pq)的配置的不同之处在于，累积电容器CN、CA和CAB可以经由存储器传送晶体管MTN、MTA和MTAB输入到单个第二放大晶体管SF2的栅极中。
此外，针对列输出线VLq0布置单个选择晶体管SEL。此外，没有针对各个累积电容器CN、CA和CAB设置专用的第二放大晶体管，并且无法独立地配置源极跟随器电路。因而，每当来自这些累积电容器的信号电压经由列输出线VLq0顺次传送到AD转换电路时，需要放大晶体管SF2的栅极的复位，并且设置有第二复位晶体管RES2。
接下来，将描述根据本实施例的摄像装置的驱动方法。图10是根据本实施例的摄像装置的驱动方法的时序图。由于与图6所示的第一实施例的不同之处在于累积电路12(pq)，因此用于实现全局快门的全部像素同时累积时段(在图6中为时间t600至时间t611)与第一实施例中相同，并且将不进行描述。此外，前缀“P”被添加到图9的等效电路图中的各个晶体管名称，并且栅极控制信号被示为Hi或Lo处。当控制信号是Hi时，晶体管为ON，并且当控制信号是Lo时，晶体管为OFF。
从时间t1011起，为了开始读取第0行，控制信号PSEL变为Hi，并且累积电路12(pq)的选择晶体管SEL变为ON。
首先，从时间t1011到时间t1012，控制信号PRES2变为Hi，并且放大晶体管SF2的栅极被复位为电源电压VDD。
随后，在时间t1012，对N信号进行AD转换，直到控制信号PMTN变为Hi并且时间是时间t1015为止。该AD转换与图6中的直到时间t615为止所进行的AD转换类似。
随后，从时间t1015到时间t1016，控制信号PRES2再次变为Hi，并且放大晶体管SF2的栅极被复位为电源电压VDD。
随后，在时间t1016，对摄像信号(A+B信号)进行AD转换，直到控制信号PMTAB变为Hi并且时间为时间t1019为止。该AD转换与图6中的直到时间t619为止所进行的AD转换类似。
随后，从时间t1019到时间t1020，控制信号PRES2再次变为Hi，并且放大晶体管SF2的栅极被复位为电源电压VDD。
随后，在时间t1020，对A信号进行AD转换，直到控制信号PMTAB变为Hi并且时间是时间t1023为止。该AD转换与图6中的直到时间t623为止所进行的AD转换类似。
注意，本实施例还可以经由与第一实施例类似的变形例获得类似的效果。
第三实施例
利用本发明的技术构思，可以不将各个像素中的多个累积电容器的电压信号经由共享列输出线全部传送到AD转换电路。利用下面所述的根据本实施例的配置，各个像素中的多个累积电容器的一部分经由共享列输出线传送到AD转换电路并进行AD转换。
图11是示出根据本实施例的摄像装置的累积电路12(pq)的配置的图。此外，图12是示出根据本实施例的摄像装置的第二半导体基板的配置的图。
该配置与图3和图5所示的配置的不同之处在于，仅有累积在累积电容器CA和CAB处的A信号和摄像信号(A+B信号)经由共享列输出线顺次进行AD转换，并且累积在累积电容器CN处的N信号经由独立列输出线与摄像信号和A信号并行地进行AD转换。
此外，在N信号和摄像信号经由共享列输出线被顺次进行AD转换并且A信号被独立地进行AD转换、或者N信号和A信号经由共享列输出线被顺次进行AD转换并且摄像信号被独立地进行AD转换的情况下，可以获得类似的效果。
第四实施例
本发明的技术构思也可以适用于如像素10(pq)和像素14(pq)那样像素的光电转换部不必一定被分割的情况。
根据本实施例的像素15(pq)包括非分割光电转换部，并且累积电路12(pq)包括多个累积电容器。图13是示出根据本实施例的摄像装置的像素15(pq)、像素电路11(pq)和累积电路12(pq)的配置的等效电路图。
该配置与图4所示的配置的不同之处在于，像素15(pq)的光电转换部不是如像素10(pq)和像素14(pq)那样被分割，并且累积电路12(pq)包括用于累积N信号和摄像信号的电压的两个电容器CN和CS。
在图4中，用于写入摄像信号(A+B信号)的电压的晶体管、用于累积的累积电容器、用于放大的晶体管和用于选择的晶体管分别由MWAB、CAB、SF2AB和SELAB表示。相对地，在本实施例中，用于写入摄像信号的电压的晶体管、用于累积的累积电容器、用于放大的晶体管和用于选择的晶体管分别由MWS、CS、SF2S和SELS表示。
因此，在图6中，尽管需要将控制信号PMWAB重新标记为PMWS并且需要将控制信号PSELAB重新标记为PSELS，但是从时间t600到时间t603和从时间t608到时间t619，可以以类似方式驱动根据本实施例的摄像装置。
以这种方式，通过对在各个像素中的两个累积电容器处累积并且具有非常不同的电压范围的N信号和摄像信号顺次进行AD转换，可以获得与第一实施例的效果类似的效果。
第五实施例
本发明的技术构思可以适用于包括被多次(大于两次)分割的光电转换部的像素的情况，并且不仅适用于如像素10(pq)和像素14(pq)那样包括被二分割的光电转换部的像素。
根据本实施例的像素16(pq)包括被四分割的光电转换部，并且累积电路12(pq)包括三个累积电容器。图14是示出根据本实施例的摄像装置的像素16(pq)的配置的图。此外，图15是示出根据本实施例的摄像装置的像素16(pq)、像素电路11(pq)和累积电路12(pq)的配置的等效电路图。
在图14中，像素的光电转换部以十字形状进行分割，并且通过输出与光电二极管PDA和PDB的信号电荷相对应的A信号以及与所有光电转换部的信号电荷相对应的摄像信号，可以进行垂直方向的相关计算并且可以生成拍摄图像。此外，通过输出摄像信号和与光电二极管PDA和PDC的信号电荷相对应的A信号，可以进行水平方向的相关计算并且可以生成拍摄图像。
此外，可以将光电二极管PDA和PDD的信号电荷累积持续时间设置得更长，并且可以将光电二极管PDB和PDC的信号电荷累积持续时间设置得更短。因此，通过输出与前者的信号电荷相对应的长持续时间信号以及与后者的信号电荷相对应的短持续时间信号，可以在未示出的图像处理器处进行图像合成，并且可以生成扩大了动态范围的图像信号。
在任何情况下，累积电路12(pq)可以如前述实施例中那样包括具有用于N信号的累积电容器的三个累积电容器。图15中的配置与图4中的配置的不同之处在于，像素16(pq)包括四个光电二极管PDA、PDB、PDC和PDD，并且设置有用于将信号电荷传送到FD的传送晶体管TXA、TXB、TXC和TXD。
接下来，将参考第一实施例的图6描述摄像装置的驱动方法。首先，在对水平方向相关计算和摄像中所要使用的信号顺次进行AD转换时，在与图6中的控制信号PTXA相同的定时对控制信号PTXC进行控制，并且在与控制信号PTXB相同的定时对控制信号PTXD进行控制。
为了对垂直方向相关计算和摄像中所要使用的信号顺次进行AD转换，在相同的定时对控制信号PTXA和控制信号PTXB进行控制，并且在相同的定时对控制信号PTXC和控制信号PTXD进行控制。
此外，在对短持续时间累积信号(与光电二极管PDA和PDD的信号电荷相对应的A信号的电压)和长持续时间累积信号(与光电二极管PDB和PDC的信号电荷相对应的摄像信号的电压)顺次进行AD转换时，从图6中的时间t604到时间t605，在与控制信号PTXA相同的定时对控制信号PTXD进行控制。此外，从图6中的时间t608到时间t609，在相同的定时对控制信号PTXC和控制信号PTXB进行控制，并且从时间t608到时间t609，控制信号PTXA变为Lo，并且可以延长从时间t606到时间t608的间隔。
在任何情况下，通过对在各个像素中的三个累积电容器处累积并且具有非常不同的电压范围的N信号、摄像信号(A+B信号)和A信号顺次进行AD转换，可以获得与第一实施例的效果类似的效果。
其他实施例
本发明可以通过经由网络或存储介质向系统或装置提供用于实现上述实施例的一个或多于一个功能的程序、并且由该系统或装置的计算机中的一个或多于一个处理器读出并执行该程序来实现。此外，本发明可以通过用于实现一个或多于一个功能的电路(例如ASIC)来实现。
本发明不限于上述实施例，并且可以在本发明的精神和范围内进行各种改变和修改。因此，为了向公众告知本发明的范围而做出了所附权利要求书。
本申请要求于2021年2月15日提交的日本专利申请2021-022046的优先权，其通过引用而并入本文。

Claims (11)

1.一种摄像装置，包括：
多个像素，其各自设置有多个光电转换部，并且输出基于所述多个光电转换部中的至少一个光电转换部的电荷的第一电压信号和基于所述多个光电转换部的电荷的组合电荷的第二电压信号；以及
多个保持电路，其与所述多个像素以一对一关系设置，所述多个保持电路保持基于所述多个光电转换部所生成的电荷的电压信号，
其特征在于，所述多个保持电路中的各个保持电路包括多个保持部，所述多个保持部包括用于保持所述第一电压信号的第一保持部和用于保持所述第二电压信号的第二保持部。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个保持电路中的各个保持电路还包括第三保持部，所述第三保持部用于保持在解除了所述多个像素中的各个像素的复位操作之后获得的第三电压信号。
3.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个保持电路中的各个保持电路包括所述保持部中的三个保持部，该三个保持部是所述第一保持部、所述第二保持部和所述第三保持部。
4.根据权利要求2或3所述的摄像装置，其特征在于，
所述第一电压信号、所述第二电压信号和所述第三电压信号具有不同的电压范围。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个保持电路中的各个保持电路在所述第一电压信号之前输出所述第二电压信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个像素中的各个像素包括微透镜，并且所述多个光电转换部分割摄像光学系统的光瞳区域并接收光。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
所述摄像装置包括彼此堆叠的多个半导体基板，所述多个像素布置在所述多个半导体基板中的第一半导体基板上，并且所述多个保持电路布置在所述多个半导体基板中的第二半导体基板上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个保持电路中的各个保持电路包括放大晶体管。
9.根据权利要求8所述的摄像装置，其特征在于，
设置在所述多个保持电路中的各个保持电路中的放大晶体管的数量小于设置在所述多个保持电路中的各个保持电路中的多个保持部的数量。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
设置在所述多个保持电路中的各个保持电路中的多个保持部的数量大于设置在所述多个像素中的各个像素中的所述光电转换部的数量。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的摄像装置，其特征在于，还包括：
AD转换电路，其以比设置在所述多个保持电路中的各个保持电路中的所述多个保持部的数量小的数量布置在所述多个像素的各列中，所述AD转换电路用于对所述多个保持部的电压信号顺次进行AD转换。
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