專利名稱：光電變換裝置、自動(dòng)聚焦設(shè)備和圖像拾取系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電變換裝置，尤其涉及進(jìn)行相差檢測式自動(dòng)聚焦(AF)的光電變換
直ο
背景技術(shù)：
已知包括檢測到被攝對(duì)象的距離的受光單元、和監(jiān)測光量從而控制受光單元的積累時(shí)間的傳感器的自動(dòng)聚焦(下面簡稱為AF)傳感器。按照在日本專利公開 No. 2009-239788中公開的結(jié)構(gòu)，提供為傳送從檢測到被攝對(duì)象的距離的受光單元輸出的信號(hào)而設(shè)置的路徑，和為傳送從監(jiān)測傳感器輸出的信號(hào)而設(shè)置的路徑，這兩條路徑彼此不同。不過，按照在日本專利公開No. 2009-239788中公開的結(jié)構(gòu)，從用于檢測距離的受光單元輸出的信號(hào)和從監(jiān)測傳感器輸出的信號(hào)分別由不同的檢測電路處理。于是，檢測電路之間的差異會(huì)不利地影響AF特性。此外，檢測電路的數(shù)目的增加會(huì)增大裝置尺寸或功
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光電變換裝置，所述光電變換裝置包括多個(gè)單位像素，其中每個(gè)單位像素包括第一光電變換單元、第二光電變換單元、輸出基于第一和/或第二光電變換單元生成的電荷量的信號(hào)的像素輸出單元、和把第一光電變換單元生成的電荷轉(zhuǎn)移給像素輸出單元的第一轉(zhuǎn)移單元，所述光電變換裝置還包括根據(jù)從像素輸出單元輸出的信號(hào)，控制第一光電變換單元的電荷積累操作的監(jiān)測單元，所述信號(hào)是根據(jù)第二光電變換單元生成的電荷量產(chǎn)生的。參考附圖，根據(jù)下面的例證實(shí)施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


圖1圖解說明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的AF光電變換裝置的主要組件。圖2圖解說明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的線傳感器單元的主要組件。圖3是按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的單位像素的等效電路圖。圖4A是按照第一實(shí)施例的時(shí)間圖。圖4B是按照第一實(shí)施例的另一個(gè)時(shí)間圖。圖5是按照第一實(shí)施例的單位像素的平面布局。圖6是按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的單位像素的等效電路圖。圖7是按照第二實(shí)施例的時(shí)間圖。圖8是按照第二實(shí)施例的單位像素的平面布局。圖9A圖解說明按照本發(fā)明的第三實(shí)施例的線傳感器單元的主要組件。圖9B也圖解說明按照第三實(shí)施例的線傳感器單元的主要組件。圖9C也圖解說明按照第三實(shí)施例的線傳感器單元的主要組件。
圖10是按照第三實(shí)施例的時(shí)間圖。圖11是按照本發(fā)明的第四實(shí)施例的單位像素的平面布局。圖12是按照本發(fā)明的第五實(shí)施例的單位像素的平面布局。圖13是按照本發(fā)明的第六實(shí)施例的單位像素的平面布局。圖14是按照本發(fā)明的第七實(shí)施例的單位像素的平面布局。圖15是按照本發(fā)明的第八實(shí)施例的單位像素的平面布局。圖16是按照本發(fā)明的第九實(shí)施例的單位像素的平面布局。圖17圖解說明按照本發(fā)明的第十實(shí)施例的AF光電變換裝置的主要組件。圖18圖解說明按照第十實(shí)施例的線傳感器單元的主要組件。圖19是圖解說明按照本發(fā)明的第十一實(shí)施例的圖像拾取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例下面說明本發(fā)明的第一實(shí)施例。第一實(shí)施例例證地適用于進(jìn)行相差自動(dòng)聚焦(下面稱為AF)的光電變換裝置。圖1示意地圖解說明進(jìn)行相差A(yù)F的光電變換裝置1的主要組件。光電變換裝置1 包括多對(duì)線傳感器單元LlA和L1B，線傳感器單元L2A和L2B，...,和線傳感器單元LNA和 LNB0 一對(duì)線傳感器單元被用于測量在成像區(qū)的指定區(qū)域中獲得的被攝對(duì)象圖像的散焦量。 通過布置兩對(duì)以上的線傳感器單元，設(shè)置多個(gè)測距點(diǎn)，以提高AF精度。每個(gè)線傳感器單元包括單位像素11A、12A等等，每個(gè)單位像素具有檢測相差的AF光電變換單元，和監(jiān)測光量
的監(jiān)測光電變換單元。每個(gè)線傳感器單元L1A、L2A.....LNAJP L1B、L2B.....LNB的單位
像素經(jīng)單獨(dú)的信號(hào)輸出單元21A、22A等和21B、22B等，向例如監(jiān)測單元30輸出信號(hào)，這里每個(gè)信號(hào)輸出單元在對(duì)應(yīng)的單位像素之間被共用。圖2更詳細(xì)地圖解說明與線傳感器單元LlA相關(guān)的部分。單位像素IlA包括光電變換單元100A和信號(hào)輸出單元21A，信號(hào)輸出單元21A包括最大值檢測單元102-1A和最小值檢測單元102-2A。從光電變換單元輸出的信號(hào)被分別傳送給例如以源跟隨器放大器的形式提供的最大值檢測單元102-1A和最小值檢測單元102-2A。另外，單位像素IlA可包括降噪電路，以增大信號(hào)檢測精度。其它單位像素都具有與單位像素IlA相同的結(jié)構(gòu)。由于線傳感器單元L2A、L3A等和LIB、L2B等都具有與線傳感器單元LlA相同的結(jié)構(gòu)，因此省略對(duì)其的說明。每個(gè)單位像素的最大值檢測單元和最小值檢測單元的輸出經(jīng)信號(hào)保持單元301， 被傳送給監(jiān)測單元30。信號(hào)保持單元301包括配置成臨時(shí)保持從最大值檢測單元輸出的信號(hào)的保持單元，和設(shè)置成在不保持信號(hào)的情況下，把最大值檢測單元和最小值檢測單元的信號(hào)傳送給監(jiān)測單元30的路徑。在將在后面說明的進(jìn)行監(jiān)測操作的時(shí)期內(nèi)，信號(hào)不被臨時(shí)保持，而是被傳送給監(jiān)測單元30，以實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)光量監(jiān)測。當(dāng)從單位像素讀取信號(hào)時(shí)，信號(hào)被臨時(shí)保持在信號(hào)保持單元301中，以均衡線傳感器單元的積累期的長度，保持的信號(hào)由掃描電路(未示出)順序傳送給輸出緩沖器Buf。單位像素的最大值檢測單元的輸出端在信號(hào)保持單元301的后級(jí)中相互連接，單位像素的最小值檢測單元的輸出端在信號(hào)保持單元301的后級(jí)中相互連接。隨后，從最大
5值檢測單元和最小值檢測單元的輸出端輸出的信號(hào)被輸入列監(jiān)測單元30。上述結(jié)構(gòu)允許監(jiān)測單元30實(shí)時(shí)地檢測從線傳感器單元LlA輸出的信號(hào)的最大值和最小值。與最大值和最小值之間的差值對(duì)應(yīng)的信號(hào)(下面稱為P-B信號(hào))的值超過預(yù)定閾值，監(jiān)測單元30輸出使光電變換單元停止進(jìn)行電荷積累操作的信號(hào)。上述閾值可以根據(jù)使用條件而被改變。此外，監(jiān)測單元30包括可變增益放大器單元，以便當(dāng)P-B信號(hào)的反差不足時(shí)，增大P-B信號(hào)的放大率。在本實(shí)施例中，最大值檢測單元被用于從各個(gè)單位像素讀取信號(hào)。不過，代替最大值檢測單元，可以使用最小值檢測單元。圖3是更詳細(xì)地圖解說明與光電變換單元IOlA相關(guān)的部分的等效電路圖。圖3圖解說明為檢測相差而設(shè)置的光電二極管PDA和為監(jiān)測光量而設(shè)置的光電二極管。光電二極管PDA的陽極經(jīng)轉(zhuǎn)移晶體管TX連接到放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)，光電二極管 PDM的陽極經(jīng)轉(zhuǎn)移晶體管MON連接到放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)。圖3還圖解說明在光電二極管PDA和轉(zhuǎn)移晶體管TX之間出現(xiàn)的寄生電容Cpd，和在光電二極管PDM和轉(zhuǎn)移晶體管MON 之間出現(xiàn)的寄生電容Cmon。作為浮動(dòng)擴(kuò)散單元和復(fù)位晶體管RES之間的電容的FD電容Cfd 連接到放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)。當(dāng)信號(hào)PTX變成高電平時(shí)，使轉(zhuǎn)移晶體管TX導(dǎo)通，積累在電容Cpd中的電荷被轉(zhuǎn)移給FD電容Cfd。此外，當(dāng)信號(hào)PMON變成高電平時(shí)，使轉(zhuǎn)移晶體管 MON導(dǎo)通，積累在電容Cmon中的電荷被轉(zhuǎn)移給FD電容Cfd。當(dāng)信號(hào)PRES變成高電平時(shí)，使復(fù)位晶體管RES導(dǎo)通，從而根據(jù)電源電壓VRES復(fù)位放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)。信號(hào)PTX、PMON 和PRES以及信號(hào)PSELx傳送自例如定時(shí)信號(hào)發(fā)生單元(未示出)。這里，光電二極管PDA 和PDM分別對(duì)應(yīng)于第一和第二光電變換單元，轉(zhuǎn)移晶體管TX和MON分別對(duì)應(yīng)于第一和第二轉(zhuǎn)移單元，放大器Amp對(duì)應(yīng)于像素輸出單元，復(fù)位晶體管RES對(duì)應(yīng)于復(fù)位單元。下面說明光電二極管PDA和PDM與電源電壓VRES之間的關(guān)系。借助復(fù)位晶體管RES，為檢測相差而設(shè)置的光電二極管PDA和監(jiān)測光電二極管PDM 都被復(fù)位成反向偏壓狀態(tài)。此時(shí)，光電二極管PDA被耗盡，而光電二極管PDM未被耗盡。從而，光電二極管PDA的電容Cpd的電容值變得幾乎可以忽略。另一方面，電容Cmon的電容值主要由非耗盡光接收單元的寄生電容決定。此外，轉(zhuǎn)移晶體管TX和Μ0Ν、復(fù)位晶體管RES、 放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)、和因與此相關(guān)的配線而產(chǎn)生的配線電容促成FD單元的電容Cfd。 通常，電容值之間的大小關(guān)系被表示成Cmon > Cfd > Cpd。下面，將參考圖4A說明本實(shí)施例的光電變換裝置的操作。所述操作在被攝對(duì)象的亮度較低的條件下有效。除了信號(hào)PRES、PTX和PMON之外，圖4A和4B都圖解說明了放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)的電位(表示成FD POTENTIAL)。盡管圖4A中未示出，不過在圖4A中圖解說明的時(shí)期中，信號(hào)PSELx處于高電平。此外，進(jìn)行控制，以致相互配對(duì)的線傳感器單元同時(shí)工作。首先，當(dāng)信號(hào)PRES、PTX和PMON在時(shí)間t0變成高電平時(shí)，響應(yīng)于此，使復(fù)位晶體管 RES、轉(zhuǎn)移晶體管TX和MON導(dǎo)通。從而，光電二極管PDA和PDM、及放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)根據(jù)電源電壓VRES被復(fù)位。當(dāng)信號(hào)PTX在時(shí)間tl變成低電平時(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管TX被截止，以致光電二極管PDA 進(jìn)入電荷積累狀態(tài)。由于復(fù)位晶體管RES在此時(shí)導(dǎo)通，因此FD電位不被改變。當(dāng)信號(hào)PRES在時(shí)間t2變成低電平時(shí)，復(fù)位晶體管RES被截止，光電二極管PDM的復(fù)位狀態(tài)被取消。從此時(shí)開始，由于光電二極管PDM產(chǎn)生的電荷的緣故，F(xiàn)D電位發(fā)生變化。當(dāng)從時(shí)間t2起過去一定時(shí)間，并且用監(jiān)測單元30檢測到的P-B信號(hào)的值超過預(yù)定閾值(時(shí)間t3)時(shí)，信號(hào)PRES變成高電平，信號(hào)PMON變成低電平。從而，光電二極管PDM 和放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)之間的連接被中斷，F(xiàn)D電位根據(jù)電源電壓VRES被復(fù)位。在時(shí)間t4和時(shí)間t5之間的時(shí)期內(nèi)，信號(hào)PTX變成高電平，積累在相差檢測光電二極管PDA中的電荷被轉(zhuǎn)移給FD電容Cfd。從而，完成相差檢測光電二極管PDA的積累時(shí)間的控制。從時(shí)間t6開始，每個(gè)最大值檢測單元的輸出被順序從掃描電路(未示出)傳給輸出緩沖器Buf，以致對(duì)于每個(gè)單位像素獲得單獨(dú)的信號(hào)。按照上述操作，轉(zhuǎn)移晶體管MON在時(shí)間t3被截止，積累在光電二極管PDA中的電荷被轉(zhuǎn)移給FD電容Cfd。于是，在相差檢測時(shí)間，只有FD電容Cfd與放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，以致電荷-電壓變換系數(shù)被增大。換句話說，能夠增大即使在光電二極管PDA中只產(chǎn)生少量的電荷也能夠以電壓信號(hào)的形式檢測電荷的范圍。于是，能夠容易地使低亮度被攝對(duì)象聚焦。下面參考圖4B，說明本實(shí)施例的光電變換裝置的操作。所述操作在被攝對(duì)象的亮度較高的條件下有效。所述操作與在圖4A中圖解說明的操作的不同之處在于信號(hào)PMON在時(shí)間t4和時(shí)間t5之間的時(shí)期內(nèi)變成高電平，監(jiān)測光電二極管PDM與FD單元電連接。按照所述操作，當(dāng)積累在光電二極管PDA中的電荷被轉(zhuǎn)移給PD電容Cfd時(shí)，與放大器Amp的輸入節(jié)點(diǎn)相關(guān)的電容包括FD電容Cfd和光電二極管PDM的電容Cmon，以致電荷-電壓變換系數(shù)被降低。從而，能夠增大即使當(dāng)被攝對(duì)象的亮度較高時(shí)也能夠無飽和地以電壓信號(hào)的形式檢測電荷的范圍。按照本實(shí)施例，在復(fù)位時(shí)，光電二極管PDA被耗盡，光電二極管PDM未被完全耗盡。 于是，根據(jù)在亮度較低時(shí)具有低電容值的電容Cpd，電荷-電壓變換系數(shù)能夠被增大。此外， 利用適合于寬亮度范圍的、當(dāng)亮度較高時(shí)具有高電容值的附加電容Cmon，能夠降低電荷/ 電壓變換系數(shù)。特別地，由于光電二極管PDA具有小電容值，因此當(dāng)亮度較低時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)增大的靈敏度。在圖4A中圖解說明的操作被確定為第一模式，在圖4B中圖解說明的操作被確定為第二模式，以被攝對(duì)象的亮度為基礎(chǔ)的第一模式和第二模式之間的切換允許增大能夠精確地檢測電壓信號(hào)的亮度范圍，即，動(dòng)態(tài)范圍。下面，說明完成單位像素的電荷積累操作時(shí)的電平，所述電平用監(jiān)測單元30確定。當(dāng)在從單位像素輸出信號(hào)到所述信號(hào)被輸入監(jiān)測單元30的時(shí)期內(nèi)，施加于所述信號(hào)的增益被表示成G，在低亮度下(即，以高增益)輸入監(jiān)測單元30的信號(hào)被表示成 Vhigh，在高亮度下(S卩，以低增益)輸入監(jiān)測單元30的信號(hào)被表示成Vlow時(shí)，所述增益和信號(hào)如下所示。這里，符號(hào)Qpd表示光電二極管PDA產(chǎn)生的電荷的數(shù)量，符號(hào)Qmon表示光電二極管PDM產(chǎn)生的電荷的數(shù)量。在低亮度下
權(quán)利要求
1.一種光電變換裝置，包括多個(gè)單位像素，每個(gè)單位像素具有第一光電變換單元、第二光電變換單元、輸出基于第一光電變換單元和第二光電變換單元中的至少一個(gè)產(chǎn)生的電荷的量的信號(hào)的像素輸出單元、以及把第一光電變換單元生成的電荷傳送給所述像素輸出單元的第一轉(zhuǎn)移單元；和監(jiān)測單元，用于根據(jù)從所述像素輸出單元輸出的信號(hào)控制第一光電變換單元的電荷積累操作，所述信號(hào)是根據(jù)第二光電變換單元生成的電荷的量而產(chǎn)生的。
2.按照權(quán)利要求1所述的光電變換裝置，其中所述監(jiān)測單元根據(jù)從單位像素輸出的信號(hào)的最大值和最小值之間的差值，控制第一光電變換單元的電荷積累操作。
3.按照權(quán)利要求1所述的光電變換裝置，其中每個(gè)單位像素還包括信號(hào)輸出單元，所述信號(hào)輸出單元用于放大從所述像素輸出單元輸出的信號(hào)。
4.按照權(quán)利要求3所述的光電變換裝置，其中每個(gè)信號(hào)輸出單元包括降噪電路，所述降噪電路用于降低在所述像素輸出單元中產(chǎn)生的噪聲。
5.按照權(quán)利要求1所述的光電變換裝置，其中第一光電變換單元的光接收面積大于第二光電變換單元的光接收面積。
6.按照權(quán)利要求1所述的光電變換單元，其中每個(gè)單位像素還包括第二轉(zhuǎn)移單元，第二轉(zhuǎn)移單元用于把第二光電變換單元產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移給像素輸出單元。
7.一種包括按照權(quán)利要求1所述的光電變換裝置的自動(dòng)聚焦設(shè)備。
8.按照權(quán)利要求7所述的自動(dòng)聚焦設(shè)備，其中所述光電變換裝置的監(jiān)測單元根據(jù)從單位像素輸出的信號(hào)的最大值和最小值之間的差值，控制第一光電變換單元的電荷積累操作。
9.按照權(quán)利要求7所述的自動(dòng)聚焦設(shè)備，其中所述光電變換裝置的每個(gè)單位像素還包括信號(hào)輸出單元，所述信號(hào)輸出單元用于放大從所述像素輸出單元輸出的信號(hào)。
10.按照權(quán)利要求9所述的自動(dòng)聚焦設(shè)備，其中所述光電變換裝置的每個(gè)信號(hào)輸出單元包括降噪電路，所述降噪電路用于降低在所述像素輸出單元中產(chǎn)生的噪聲。
11.按照權(quán)利要求7所述的自動(dòng)聚焦設(shè)備，其中所述光電變換裝置的第一光電變換單元的光接收面積大于第二光電變換單元的光接收面積。
12.按照權(quán)利要求7所述的自動(dòng)聚焦設(shè)備，其中所述光電變換裝置的每個(gè)單位像素還包括第二轉(zhuǎn)移單元，所述第二轉(zhuǎn)移單元用于把第二光電變換單元產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移給所述像素輸出單元。
13.—種包括按照權(quán)利要求7所述的自動(dòng)聚焦設(shè)備的圖像拾取系統(tǒng)。
14.按照權(quán)利要求13所述的圖像拾取系統(tǒng)，其中所述光電變換裝置的監(jiān)測單元根據(jù)從單位像素輸出的信號(hào)的最大值和最小值之間的差值，控制第一光電變換單元的電荷積累操作。
15.按照權(quán)利要求13所述的圖像拾取系統(tǒng)，其中所述光電變換裝置的每個(gè)單位像素還包括信號(hào)輸出單元，所述信號(hào)輸出單元用于放大從所述像素輸出單元輸出的信號(hào)。
16.按照權(quán)利要求15所述的圖像拾取系統(tǒng)，其中所述光電變換裝置的每個(gè)信號(hào)輸出單元包括降噪電路，所述降噪電路用于降低在所述像素輸出單元中產(chǎn)生的噪聲。
17.按照權(quán)利要求13所述的圖像拾取系統(tǒng)，其中所述光電變換裝置的第一光電變換單元的光接收面積大于第二光電變換單元的光接收面積。
18.按照權(quán)利要求13所述的圖像拾取系統(tǒng)，其中所述光電變換裝置的每個(gè)單位像素還包括第二轉(zhuǎn)移單元，所述第二轉(zhuǎn)移單元用于把第二光電變換單元產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移給所述像素輸出單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及光電變換裝置、自動(dòng)聚焦設(shè)備和圖像拾取系統(tǒng)。多個(gè)單位像素都包括第一和第二光電變換單元，和在第一和第二光電變換單元之間共用的像素輸出單元。設(shè)置有配置成通過監(jiān)測根據(jù)第二光電變換單元產(chǎn)生的信號(hào)，控制第一光電變換單元的電荷積累操作的監(jiān)測單元。
文檔編號(hào)H04N5/232GK102387317SQ201110247839
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者井上大介, 前田康次, 衣笠友壽, 黒田享裕, 齊藤和宏 申請人:佳能株式會(huì)社