摄像设备、摄像系统和移动装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910514063.1 (22)申请日 2019.06.14 (30)优先权数据 2018-113789 2018.06.14 JP (71)申请人 佳能株式会社 地址 日本东京都大田区下丸子3-30-2 (72)发明人 小林昌弘 (74)专利代理机构 北京怡丰知识产权代理有限 公司 11293 代理人 迟军 (51)Int.Cl. H04N 5/353(2011.01) H04N 5/369(2011.01) H04N 5/378(2011.01) (54)发明名称 摄像。

2、设备、 摄像系统和移动装置 (57)摘要 本发明提供一种摄像设备、 摄像系统和移动 装置。 提供一种摄像设备， 该摄像设备包括多个 像素， 各像素包括入射光的光瞳分割的一部分入 射光进入的第一光电转换单元和入射光的光瞳 分割的另一部分入射光进入的第二光电转换单 元， 所述多个像素中的各像素被构造为， 在一个 帧时段中， 基于由第一光电转换单元产生的电荷 而输出第一信号， 并且至少基于由第二光电转换 单元产生的电荷而输出第二信号， 所述多个像素 包括布置在彼此不同的列上且布置在单行上的 第一像素和第二像素， 并且第一像素和第二像素 在所述一个帧时段中经受彼此不同的控制。 权利要求书4页 说明书1。

3、4页 附图14页 CN 110611777 A 2019.12.24 CN 110611777 A 1.一种摄像设备， 包括： 布置成形成多行和多列的多个像素， 所述多个像素中的各像素包括入射光的光瞳分割 的一部分入射光进入的第一光电转换单元和入射光的光瞳分割的另一部分入射光进入的 第二光电转换单元； 以及 读出电路， 其被构造为读出从所述多个像素输出的信号， 该读出电路针对所述多列中 的各列或各列组而被设置， 其中， 所述多个像素中的各像素被构造为， 在一个帧时段中， 基于由第一光电转换单元 产生的电荷而输出第一信号， 并且至少基于由第二光电转换单元产生的电荷而输出第二信 号， 其中， 所述。

4、多个像素包括第一像素和第二像素， 第一像素和第二像素布置在彼此不同 的列上并且布置在单行上， 并且 其中， 在所述一个帧时段中， 为了获得第一像素的第一信号和第二信号中的一个信号 而累积电荷的累积时间， 与为了获得第二像素的第一信号和第二信号中的对应一个信号而 累积电荷的累积时间彼此不同。 2.根据权利要求1所述的摄像设备， 其中， 在所述一个帧时段中， 开始用于获得第一像 素的第一信号和第二信号中的一个信号的电荷累积的时间与开始用于获得第二像素的第 一信号和第二信号中的对应一个信号的电荷累积的时间不同。 3.根据权利要求1或2所述的摄像设备， 其中， 在所述一个帧时段中， 用于获得第一像素 。

5、的第一信号的电荷累积结束的时间与用于获得第二像素的第一信号的电荷累积结束的时 间相同。 4.根据权利要求1或2所述的摄像设备， 其中， 在所述一个帧时段中， 用于获得第一像素的第一信号的电荷累积结束的时间与 用于获得第二像素的第一信号的电荷累积结束的时间相同， 并且 其中， 在所述一个帧时段中， 用于获得第一像素的第二信号的电荷累积结束的时间与 用于获得第二像素的第二信号的电荷累积结束的时间相同。 5.根据权利要求1或2所述的摄像设备， 其中， 第一像素和第二像素中的各像素还包括 具有相同光谱特性的滤色器。 6.根据权利要求1或2所述的摄像设备， 其中， 第一像素或第二像素具有输入节点， 并且。

6、还包括： 放大单元， 其被构造为基于传 输到输入节点的电荷而输出信号， 并且 其中， 由包括在第一像素中的第一光电转换单元和第二光电转换单元产生的电荷和由 包括在第二像素中的第一光电转换单元和第二光电转换单元产生的电荷被传输到共用放 大单元的输入节点。 7.根据权利要求1或2所述的摄像设备， 其中， 第一像素和第二像素中的各像素还包括： 放大单元， 其具有输入节点， 并被构造为基于传输到输入节点的电荷而输出信号， 以及 电容控制单元， 其被构造为根据控制信号改变输入节点的电容值， 并且 其中， 在所述一个帧时段中， 第一像素的输入节点的电容值和第二像素的输入节点的 电容值被控制为彼此不同的值。。

7、 权利要求书 1/4 页 2 CN 110611777 A 2 8.根据权利要求7所述的摄像设备， 还包括： 第一控制信号线， 其被构造为将控制信号供应给第一像素的电容控制单元； 以及 第二控制信号线， 其被构造为向第二像素的电容控制单元供应与从第一控制信号线供 应的控制信号不同的控制信号。 9.根据权利要求1或2所述的摄像设备， 其中， 第二信号基于由第一光电转换单元产生 的电荷和由第二光电转换单元产生的电荷二者。 10.根据权利要求1或2所述的摄像设备， 其中， 为了获得第一像素的第一信号和第二信号中的一个信号而累积电荷的累积时间 包括第一部分和第二部分， 其中， 为了获得第一像素的第一信。

8、号和第二信号中的一个信号而累积电荷的累积时间 的第一部分与为了获得第二像素的第一信号和第二信号中的对应一个信号而累积电荷的 累积时间不重叠， 并且 其中， 为了获得第一像素的第一信号和第二信号中的一个信号而累积电荷的累积时间 的第二部分与为了获得第二像素的第一信号和第二信号中的对应一个信号而累积电荷的 累积时间重叠。 11.根据权利要求1或2所述的摄像设备， 其中， 在所述一个帧时段中， 为了获得第一像素的第一信号和第二信号中的一个信号 而累积电荷的累积时间的长度， 与为了获得第二像素的第一信号和第二信号中的相应一个 信号而累积电荷的累积时间的长度彼此不同。 12.一种摄像设备， 包括： 布置。

9、成形成多行和多列的多个像素， 所述多个像素中的各像素包括入射光的光瞳分割 的一部分入射光进入的第一光电转换单元和入射光的光瞳分割的另一部分入射光进入的 第二光电转换单元； 以及 读出电路， 其被构造为读出从所述多个像素输出的信号， 该读出电路针对所述多列中 的各列或各列组而被设置， 其中， 所述多个像素中的各像素被构造为， 在一个帧时段中， 基于由第一光电转换单元 产生的电荷而输出第一信号， 并且基于由第一光电转换单元产生的电荷和由第二光电转换 单元产生的电荷而输出第二信号， 其中， 所述多个像素包括第一像素和第二像素， 第一像素和第二像素布置在彼此不同 的列上并且布置在单行上， 其中， 在所。

10、述一个帧时段中， 第一像素分别输出第一信号和第二信号， 并且 其中， 在所述一个帧时段中， 第二像素不输出第一信号， 而是根据与供应给第一像素的 控制信号不同的控制信号输出第二信号。 13.根据权利要求12所述的摄像设备， 其中， 在所述一个帧时段中， 累积用于获得第一 像素的第一信号和第二信号中的一个信号的电荷的累积时间， 与用于获得第二像素的第一 信号和第二信号中的对应一个信号而累积电荷的累积时间相同。 14.根据权利要求12或13所述的摄像设备， 其中， 在所述一个帧时段中， 用于获得第二 像素的第一信号或第二信号的电荷的累积开始的时间是用于获得第一像素的第一信号的 电荷的累积开始的时间。

11、和用于获得第一像素的第二信号的电荷的累积开始的时间之间的 权利要求书 2/4 页 3 CN 110611777 A 3 中间时间。 15.根据权利要求12或13所述的摄像设备， 其中， 在所述一个帧时段中， 用于获得第二 像素的第一信号或第二信号的电荷的累积结束的时间是用于获得第一像素的第一信号的 电荷的累积结束的时间和用于获得第一像素的第二信号的电荷的累积结束的时间之间的 中间时间。 16.根据权利要求12所述的摄像设备， 其中， 在所述一个帧时段中， 累积用于获得第一 像素的第一信号和第二信号中的一个信号的电荷的累积时间， 与累积用于获得第二像素的 第一信号和第二信号中的对应一个信号的电荷。

12、的累积时间彼此不同。 17.根据权利要求12或13所述的摄像设备， 其中， 第一像素和第二像素中的各像素还包 括具有相同光谱特性的滤色器。 18.根据权利要求12或13所述的摄像设备， 其中， 第一像素或第二像素具有输入节点， 并且还包括： 放大单元， 其被构造为基于传 输到输入节点的电荷而输出信号， 并且 其中， 由包括在第一像素中的第一光电转换单元和第二光电转换单元产生的电荷和由 包括在第二像素中的第一光电转换单元和第二光电转换单元产生的电荷被传输到共用放 大单元的输入节点。 19.根据权利要求12或13所述的摄像设备， 其中， 第一像素和第二像素中的各像素还包括： 放大单元， 其具有输入。

13、节点， 并被构造为基于传输到输入节点的电荷而输出信号， 以及 电容控制单元， 其被构造为根据控制信号改变输入节点的电容值， 并且 其中， 在所述一个帧时段中， 第一像素的输入节点的电容值和第二像素的输入节点的 电容值被控制为彼此不同的值。 20.一种摄像设备， 包括： 布置成形成多行和多列的多个像素， 所述多个像素中的各像素包括入射光的光瞳分割 的一部分入射光进入的第一光电转换单元和入射光的光瞳分割的另一部分入射光进入的 第二光电转换单元； 以及 读出电路， 其被构造为读出从所述多个像素输出的信号， 该读出电路针对所述多列中 的各列或各列组而被设置， 其中， 所述多个像素中的各像素被构造为， 。

14、在一个帧时段中， 基于由第一光电转换单元 产生的电荷而输出第一信号， 并且基于由第一光电转换单元和第二光电转换单元产生的电 荷而输出第二信号， 其中， 所述多个像素包括第一像素和第二像素， 第一像素和第二像素布置在彼此不同 的列上并且布置在单行上， 并且 其中， 第一像素和第二像素中的各像素还包括： 放大单元， 其具有输入节点， 并被构造为基于传输到输入节点的电荷而输出信号， 以及 电容控制单元， 其被构造为根据控制信号改变输入节点的电容值， 并且 其中， 在所述一个帧时段中， 第一像素的输入节点的电容值和第二像素的输入节点的 电容值被控制为彼此不同的值。 21.一种摄像系统， 包括： 权利要。

15、求书 3/4 页 4 CN 110611777 A 4 根据权利要求1至20中任一项所述的摄像设备； 以及 信号处理单元， 其被构造为处理从摄像设备输出的信号。 22.一种移动装置， 包括： 根据权利要求1至20中任一项所述的摄像设备； 距离信息获取单元， 其被构造为从基于来自摄像设备的信号的视差图像获取关于到被 摄体的距离的距离信息； 以及 控制单元， 其被构造为基于距离信息来控制移动装置。 权利要求书 4/4 页 5 CN 110611777 A 5 摄像设备、 摄像系统和移动装置 技术领域 0001 本发明涉及摄像设备、 摄像系统和移动装置。 背景技术 0002 日本特开第2013-21。

16、1833号公报公开了一种摄像设备， 其可以通过在单个像素中 设置多个光电转换单元来进行拍摄和相位差检测方案的聚焦检测。 日本特开第2013- 211833号公报的摄像设备被构造为通过减少基于多个光电转换单元中的仅一些光电转换 单元的输出信号的数量来提高信号获取的速率。 0003 在日本特开第2013-211833号公报中公开的摄像设备中， 需要更高的功能。 发明内容 0004 本发明旨在提供一种可以利用另一种构造实现更高的功能的摄像设备。 0005 根据本发明的一个方面， 提供一种摄像设备， 所述摄像设备包括： 布置成形成多行 和多列的多个像素， 所述多个像素中的各像素包括入射光的光瞳分割的一。

17、部分入射光进入 的第一光电转换单元和入射光的光瞳分割的另一部分入射光进入的第二光电转换单元； 以 及读出电路， 其被构造为读出从所述多个像素输出的信号， 该读出电路针对所述多列中的 各列或各列组而被设置。 所述多个像素中的各像素被构造为， 在一个帧时段中， 基于由第一 光电转换单元产生的电荷而输出第一信号， 并且至少基于由第二光电转换单元产生的电荷 而输出第二信号。 所述多个像素包括第一像素和第二像素， 第一像素和第二像素布置在彼 此不同的列上并且布置在单行上。 在所述一个帧时段中， 为了获得第一像素的第一信号和 第二信号中的一个信号而累积电荷的累积时间， 与为了获得第二像素的第一信号和第二信。

18、 号中的对应一个信号而累积电荷的累积时间彼此不同。 0006 根据本发明的另一个方面， 提供一种摄像设备， 所述摄像设备包括： 布置成形成多 行和多列的多个像素， 所述多个像素中的各像素包括入射光的光瞳分割的一部分入射光进 入的第一光电转换单元和入射光的光瞳分割的另一部分入射光进入的第二光电转换单元； 以及读出电路， 其被构造为读出从所述多个像素输出的信号， 该读出电路针对所述多列中 的各列或各列组而被设置。 所述多个像素中的各像素被构造为， 在一个帧时段中， 基于由第 一光电转换单元产生的电荷而输出第一信号， 并且基于由第一光电转换单元产生的电荷和 由第二光电转换单元产生的电荷而输出第二信号。

19、。 所述多个像素包括第一像素和第二像 素， 第一像素和第二像素布置在彼此不同的列上并且布置在单行上。 在一个帧时段中， 第一 像素分别输出第一信号和第二信号。 在所述一个帧时段中， 第二像素不输出第一信号， 而是 根据与供应给第一像素的控制信号不同的控制信号输出第二信号。 0007 根据本发明的再一个方面， 提供一种摄像设备， 所述摄像设备包括： 布置成形成多 行和多列的多个像素， 所述多个像素中的各像素包括入射光的光瞳分割的一部分入射光进 入的第一光电转换单元和入射光的光瞳分割的另一部分入射光进入的第二光电转换单元； 以及读出电路， 其被构造为读出从所述多个像素输出的信号， 该读出电路针对所。

20、述多列中 说明书 1/14 页 6 CN 110611777 A 6 的各列或各列组而被设置。 所述多个像素中的各像素被构造为， 在一个帧时段中， 基于由第 一光电转换单元产生的电荷而输出第一信号， 并且基于由第一光电转换单元和第二光电转 换单元产生的电荷而输出第二信号。 所述多个像素包括第一像素和第二像素， 第一像素和 第二像素布置在彼此不同的列上并且布置在单行上。 第一像素和第二像素中的各像素还包 括： 放大单元， 其具有输入节点， 并被构造为基于传输到输入节点的电荷而输出信号； 以及 电容控制单元， 其被构造为根据控制信号改变输入节点的电容值。 在所述一个帧时段中， 第 一像素的输入节点。

21、的电容值和第二像素的输入节点的电容值被控制为彼此不同的值。 0008 根据下面参照附图对示例性实施例的描述， 本发明的其他特征将变得显而易见。 附图说明 0009 图1是示出根据本发明第一实施例的摄像设备的总体构造的框图。 0010 图2是示出根据本发明第一实施例的像素阵列的构造的电路图。 0011 图3是根据本发明第一实施例的像素阵列的示意性截面图。 0012 图4A和图4B是示出根据本发明第一实施例和第二实施例的摄像设备的驱动方法 的时序图。 0013 图5是示出根据本发明第三实施例的像素阵列的构造的电路图。 0014 图6是根据本发明第三实施例的滤色器的布置图。 0015 图7是示出根据。

22、本发明第四实施例的像素阵列的构造的电路图。 0016 图8是示出根据本发明第五实施例的像素阵列的构造的电路图。 0017 图9是示出根据本发明第六实施例的像素阵列的构造的电路图。 0018 图10A和图10B是示出根据本发明第六实施例的摄像设备的驱动方法的时序图。 0019 图11是示出根据本发明第七实施例的摄像系统的总体构造的框图。 0020 图12A和图12B是示出根据本发明第八实施例的摄像系统和移动装置的构造示例 的图。 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。 多个附图之间的对应元件用共 同的附图标记来标记， 并且可以省略或简化其描述。 0022 第一实施例。

23、 0023 图1是示出根据本发明第一实施例的摄像设备100的总体构造的框图。 摄像设备 100具有像素阵列10、 垂直扫描电路20、 读出电路30、 水平扫描电路40、 定时发生器(以下， 被 称为 “TG” )50、 数字信号处理器(以下， 被称为 “DSP” )60和输出电路70。 0024 像素阵列10具有多个像素11， 所述多个像素11布置成形成多行和多列。 多个像素 11中的各像素具有根据入射光产生电荷的多个光电转换单元。 0025 垂直扫描电路20是输出使多个像素11中的各像素输出信号的多个控制信号的电 路。 多个控制信号经由为像素阵列10的相应行设置的控制信号线组12供应给像素1。

24、1。 注意， 虽然对应于各行的控制信号线组12在图1中用单条线示出， 但是控制信号线组12在实际实 现中由多条控制信号线形成。 0026 从像素11输出的信号经由为像素阵列10的相应列设置的垂直输出线13输入到读 说明书 2/14 页 7 CN 110611777 A 7 出电路30。 读出电路30是逐列读出从像素11输出的信号并进行诸如放大、 模数(AD)转换、 相 关双采样等处理的电路。 0027 水平扫描电路40是向读出电路30供应用于将在读出电路30中处理的信号顺序地 逐列传输到DSP 60的控制信号的电路。 DSP 60对输入信号进行预定的数字信号处理， 并将 输入信号输出到输出电路。

25、70。 输出电路70将从DSP 60输入的信号输出到摄像设备100的外 部。 0028 TG 50是将用于控制操作定时等的控制信号供应给垂直扫描电路20、 读出电路30 和水平扫描电路40的电路。 虽然图1示出了用于控制垂直扫描电路20、 读出电路30和水平扫 描电路40的控制信号是从TG 50供应的， 但是这些控制信号中的一些或全部可以从摄像设 备100的外部供应。 0029 图2是示出根据本实施例的像素阵列10的构造的电路图。 虽然图2示出了像素阵列 10的布置为3行4列的12个像素11a和11b， 但是像素阵列10通常可以包括更多的像素11a 和11b。 在以下描述中， 图2中所示的三行。

26、被定义为像素阵列10中的第(n-1)行、 第n行和第(n +1)行， 并且图2中所示的四列被定义为像素阵列10中的第(m-1)列、 第m列、 第(m+1)列和第 (m+2)列。 0030 这里， 图2中的像素11a和11b对应于图1中的像素11， 并且像素11a和像素11b在关 于控制信号线组12的连接关系方面彼此不同。 如图2所示， 像素11a和像素11b交替地布置在 同一列上。 此外， 像素11a和像素11b也交替地布置在同一行上。 0031 将描述布置在第n行第(m-1)列的像素11a(第一像素)和布置在第n行第m列的像素 11b(第二像素)的构造。 由于其他像素11a和11b具有相同的。

27、构造， 因此将省略其描述。 0032 首先， 将描述像素11a的构造。 像素11a具有光电转换单元PDA和PDB、 传输晶体管 M1A和M1B、 复位晶体管M6、 放大晶体管M7和选择晶体管M8。 0033 光电转换单元PDA(第一光电转换单元)和光电转换单元PDB(第二光电转换单元) 均由例如光电二极管形成。 光电转换单元PDA和PDB的阳极连接到接地电压线。 光电转换单 元PDA的阴极连接到传输晶体管M1A的源极， 并且光电转换单元PDB的阴极连接到传输晶体 管M1B的源极。 已经穿过摄像光学系统中的不同出射光瞳(exit pupils)的区域的光进入光 电转换单元PDA和光电转换单元PD。

28、B。 换句话说， 入射光的光瞳分割的一部分(one pupil- divided part)入射光进入光电转换单元PDA， 并且入射光的光瞳分割的另一部分入射光进 入光电转换单元PDB。 0034 传输晶体管M1A和M1B的漏极连接到复位晶体管M6的源极和放大晶体管M7的栅极。 传输晶体管M1A和M1B的漏极、 复位晶体管M6的源极和放大晶体管M7的栅极彼此连接的节点 是浮动扩散区FD。 浮动扩散区FD具有保持由传输晶体管M1A和M1B传输的电荷的功能。 0035 复位晶体管M6的漏极和放大晶体管M7的漏极连接到电源电压线VDD。 放大晶体管 M7的源极连接到选择晶体管M8的漏极。 选择晶体管。

29、M8的源极连接到垂直输出线13。 0036 接下来， 将描述像素11b的构造。 像素11b是与像素11a相邻布置的像素。 例如， 在同 一第n行上， 像素11b布置在第m列上， 该第m列是其上布置有像素11a的第(m-1)列的相邻列。 像素11b具有光电转换单元PDA和PDB、 传输晶体管M2A和M2B、 复位晶体管M6、 放大晶体管M7 和选择晶体管M8。 由于除了传输晶体管M2A和M2B与控制信号线组12之间的连接关系之外， 像素11b中的元件的连接关系与像素11a中的元件的连接关系相同， 因此将省略其描述。 说明书 3/14 页 8 CN 110611777 A 8 0037 在像素阵列。

30、10的各行上， 布置沿行方向(图2中的水平方向)延伸的控制信号线组 12。 各行上的控制信号线组12包括控制信号线TX1A、 TX1B、 TX2A、 TX2B、 RES和SEL。 0038 控制信号线TX1A分别连接到在同一行上排列的像素11a的传输晶体管M1A的栅极， 并形成这些像素11a共用的信号线。 控制信号线TX1B分别连接到在行方向上排列的像素11a 的传输晶体管M1B的栅极， 并形成这些像素11a共用的信号线。 0039 控制信号线TX2A分别连接到在同一行上排列的像素11b的传输晶体管M2A的栅极， 并形成这些像素11b共用的信号线。 控制信号线TX2B分别连接到在行方向上排列的。

31、像素11b 的传输晶体管M2B的栅极， 并形成这些像素11b共用的信号线。 0040 控制信号线RES分别连接到在行方向上排列的像素11a和11b的复位晶体管M6的栅 极， 并形成这些像素11a和11b共用的信号线。 控制信号线SEL分别连接到在行方向上排列的 像素11a和11b的选择晶体管M8的栅极， 并形成这些像素11a和11b共用的信号线。 0041 注意， 在图2中， 通过分别向相应控制信号线的名称提供对应的行号来区分相应行 的控制信号线(例如， TX1A(n)、 TX1A(n+1)。 这种表示方案类似地应用于图3和后续图。 0042 控制信号线TX1A、 TX1B、 TX2A、 TX。

32、2B、 RES和SEL连接到垂直扫描电路20。 用于控制传 输晶体管M1A的控制信号pTX1A从垂直扫描电路20输出到控制信号线TX1A。 用于控制传输晶 体管M1B的控制信号pTX1B从垂直扫描电路20输出到控制信号线TX1B。 用于控制传输晶体管 M2A的控制信号pTX2A从垂直扫描电路20输出到控制信号线TX2A。 用于控制传输晶体管M2B 的控制信号pTX2B从垂直扫描电路20输出到控制信号线TX2B。 用于控制复位晶体管M6的控 制信号pRES从垂直扫描电路20输出到控制信号线RES。 用于控制选择晶体管M8的控制信号 pSEL从垂直扫描电路20输出到控制信号线SEL。 0043 在。

33、典型示例中， 当从垂直扫描电路20输出高电平控制信号时， 对应的晶体管导通， 并且当从垂直扫描电路20输出低电平控制信号时， 对应的晶体管截止。 垂直扫描电路20响 应于从TG 50输出的预定定时信号供应上述控制信号。 移位寄存器、 地址解码器等的逻辑电 路用于垂直扫描电路20。 0044 在像素阵列10的各列上， 布置沿列方向(图2中的垂直方向)延伸的垂直输出线13。 垂直输出线13分别连接到在列方向上排列的像素11a和11b的选择晶体管M8的源极， 并形成 这些像素11a和11b共用的信号线。 注意， 可以省略像素11a和11b的选择晶体管M8。 在这种情 况下， 垂直输出线13连接到放大。

34、晶体管M7的源极。 垂直输出线13中的各垂直输出线连接到 电流源(未示出)。 0045 光电转换单元PDA和PDB中的各光电转换单元通过光电转换产生与入射光相对应 的电荷并累积所产生的电荷。 传输晶体管M1A和M2A将在光电转换单元PDA中累积的电荷传 输到浮动扩散区FD。 传输晶体管M1B和M2B将在光电转换单元PDB中累积的电荷传输到浮动 扩散区FD。 0046 复位晶体管M6使浮动扩散区FD及光电转换单元PDA和PDB的电位复位。 选择晶体管 M8选择向垂直输出线13输出信号的像素11a和11b。 放大晶体管M7被构造为使得电源电压被 供应给漏极并且偏置电流经由选择晶体管M8从电流源供应。

35、给源极。 因此， 放大晶体管M7形 成放大单元或放大器(源极跟随器电路)， 其输入节点是连接到浮动扩散区FD的栅极。 以这 种方式， 放大晶体管M7基于由入射光产生的电荷向垂直输出线13输出输出信号PixOut。 注 意， 在图2中， 通过分别向输出信号PixOut提供对应的列号来区分相应列上的输出信号(例 说明书 4/14 页 9 CN 110611777 A 9 如， PixOut(m-1)、 PixOut(m)。 这种表示方案类似地应用于图3和后续图。 0047 图3是根据本实施例的像素阵列10的示意性截面图。 在图3中所示的截面图中， 描 绘了布线层14、 光电转换层15、 遮光部分形。

36、成层16、 滤色器形成层17和微镜头形成层18。 光 电转换层15由诸如硅基板的半导体基板形成。 诸如光电二极管的光电转换单元PDA和PDB形 成在光电转换层15中。 0048 如图3所示， 布线层14形成在光电转换层15下方(基板的正面)。 此外， 在光电转换 层15上方(基板的背面)依次形成遮光部分形成层16、 滤色器形成层17和微镜头形成层18。 0049 布线层14是形成诸如控制信号线组12、 垂直输出线13等布线的层。 遮光部分形成 层16是其中形成多个遮光部分LS的层。 滤色器形成层17是形成多个滤色器CF的层。 微镜头 形成层18是形成多个微镜头ML的层。 注意， 可以在相应层之。

37、间进一步形成平坦化层(未示 出)。 0050 各遮光部分LS布置在与平面图中的像素之间的部分对应的位置处， 并且具有抑制 入射光进入相邻像素的功能。 因此， 减少了由于颜色混合导致的图像质量劣化。 各滤色器CF 针对对应的像素11a和11b中的各像素布置， 并且相对于入射光具有预定的光谱特性。 因此， 滤色器CF具有使入射光的特定波长的光透射的功能。 各微镜头ML针对对应的像素11a和11b 中的各像素布置， 并且具有通过将入射光会聚在光电转换单元PDA或PDB上来提高灵敏度的 功能。 0051 利用上述构造， 像素11a和11b中的各像素接收来自微镜头形成层18侧的入射光并 输出电信号。 也。

38、就是说， 本实施例的摄像设备100是所谓的背面照射型图像传感器， 其可以 检测发射到与设置有布线层14的表面相对的表面的光。 在背面照射型中， 由于可以在入射 光穿过的一侧的相对侧上形成布线， 因此布线的设计灵活性高。 在本实施例的摄像设备100 中， 由于控制信号线的数量趋于增加， 因此就更容易设计布线和更小的元件面积而言， 期望 采用背面照射型。 然而， 摄像设备100的构造不限于背面照射型， 并且可以是能够检测从其 上设置有布线层14的表面发射的光的正面照射型。 0052 图4A是示出根据本实施例的摄像设备100的驱动方法的时序图。 图4A示出了在摄 像设备100的一个帧时段中与第n行上。

39、的像素11a和11b相关的控制信号和输出信号。 更具体 地， 图4A示出了供应给第n行上的像素11a和11b的控制信号pSEL(n)、 pRES(n)、 pTX1A(n)、 pTX1B(n)、 pTX2A(n)和pTX2B(n)。 此外， 图4A示出了从第(m-1)列的垂直输出线13输出的输 出信号PixOut(m-1)和从第m列的垂直输出线13输出的输出信号PixOut(m)。 参照图4A， 将描 述摄像设备100的操作。 0053 在时刻t11之前的时段中， 控制信号pSEL(n)处于低电平， 选择晶体管M8处于截止 状态， 并且第n行上的像素11a和11b处于非选择状态。 此外， 在与上。

40、述时段相同的时段中， 控 制信号pRES(n)处于高电平， 复位晶体管M6处于导通状态， 并且浮动扩散区FD处于复位状态 电位。 此外， 控制信号pTX1A(n)、 pTX1B(n)、 pTX2A(n)和pTX2B(n)都处于低电平。 0054 在时刻t11， 控制信号pTX1A(n)转变为高电平， 并且传输晶体管M1A导通。 然后， 在 时刻t12， 控制信号pTX1A(n)转变为低电平， 并且传输晶体管M1A截止。 通过该操作， 使像素 11a的光电转换单元PDA复位。 然后， 像素11a的光电转换单元PDA从时刻t12开始累积基于入 射光的电荷。 0055 在时刻t13， 控制信号pTX。

41、1B(n)转变为高电平， 并且传输晶体管M1B导通。 然后， 在 说明书 5/14 页 10 CN 110611777 A 10 时刻t14， 控制信号pTX1B(n)转变为低电平， 并且传输晶体管M1B截止。 该操作使像素11a的 光电转换单元PDB复位。 然后， 像素11a的光电转换单元PDB从时刻t14开始累积基于入射光 的电荷。 0056 在时刻t15， 控制信号pTX2A(n)转变为高电平， 并且传输晶体管M2A导通。 然后， 在 时刻t16， 控制信号pTX2A(n)转变为低电平， 并且传输晶体管M2A截止。 该操作使像素11b的 光电转换单元PDA复位。 然后， 像素11b的光电。

42、转换单元PDA从时刻t16开始累积基于入射光 的电荷。 0057 在时刻t17， 控制信号pTX2B(n)转变为高电平， 并且传输晶体管M2B导通。 然后， 在 时刻t18， 控制信号pTX2B(n)转变为低电平， 并且传输晶体管M2B截止。 该操作使像素11b的 光电转换单元PDB复位。 然后， 像素11b的光电转换单元PDB从时刻t18开始累积基于入射光 的电荷。 0058 在时刻t18之后， 控制信号pSEL(n)转变为高电平， 并且选择晶体管M8导通。 这导致 第n行上的像素11a和11b被选择的状态。 然后， 在时刻t19， 控制信号pRES(n)转变为低电平， 并且复位晶体管M6截。

43、止。 0059 由于浮动扩散区FD的电位响应于这种操作而略微改变， 因此输出信号PixOut(m- 1)和PixOut(m)也略微改变。 由于每次进行复位操作时该电位变化量都会变化， 因此这可能 会产生噪声。 因此， 在时刻t19和时刻t20之间的时段中， 读出电路30读出输出信号PixOut (m-1)和PixOut(m)作为噪声信号。 通过进行相关双采样以获取基于入射光的光信号与噪声 信号之间的差值， 可以去除由于复位电平的变化引起的噪声。 0060 在时刻t20， 控制信号pTX1A(n)和pTX2A(n)转变为高电平， 并且传输晶体管M1A和 M2A导通。 然后， 在时刻t21， 控制。

44、信号pTX1A(n)和pTX2A(n)转变为低电平， 并且传输晶体管 M1A和M2A截止。 该操作使得在像素11a的光电转换单元PDA中累积的电荷被传输到像素11a 的浮动扩散区FD。 此外， 在像素11b的光电转换单元PDA中累积的电荷被传输到像素11b的浮 动扩散区FD。 这里， 像素11a的光电转换单元PDA中的电荷累积时段对应于时刻t12和时刻 t20之间的时段T1A的长度。 此外， 像素11b的光电转换单元PDA中的电荷累积时段对应于时 刻t16和时刻t20之间的时段T2A的长度。 0061 响应于这种电荷传输， 像素11a和像素11b的浮动扩散区FD的电位改变， 并且输出 信号Pi。

45、xOut(m-1)和PixOut(m)改变。 在时刻t21和时刻t22之间的时段中， 读出电路30读出 输出信号PixOut(m-1)和PixOut(m)作为基于入射光的光信号(A信号或第一信号)。 由于同 时进行来自布置在同一行上的像素11a和11b的电荷的传输操作， 因此读出电路30可以根据 来自TG 50的控制信号同时读出多列上的信号。 0062 由此， 获取基于在像素11a的光电转换单元PDA中在时段T1A中产生的电荷的A信号 和基于在像素11b的光电转换单元PDA中在时段T2A中产生的电荷的A信号。 0063 在时刻t22， 控制信号pTX1B(n)和pTX2B(n)转变为高电平， 。

46、并且传输晶体管M1B和 M2B导通。 然后， 在时刻t23， 控制信号pTX1B(n)和pTX2B(n)转变为低电平， 并且传输晶体管 M1B和M2B截止。 通过该操作， 在像素11a的光电转换单元PDB中累积的电荷被传输到像素11a 的浮动扩散区FD。 此外， 在像素11b的光电转换单元PDB中累积的电荷被传输到像素11b的浮 动扩散区FD。 这里， 像素11a的光电转换单元PDB中的电荷累积时段对应于时刻t14和时刻 t22之间的时段T1B的长度。 此外， 像素11b的光电转换单元PDB中的电荷累积时段对应于时 说明书 6/14 页 11 CN 110611777 A 11 刻t18和时刻。

47、t22之间的时段T2B的长度。 0064 响应于这种电荷传输， 像素11a和像素11b的浮动扩散区FD的电位改变， 并且输出 信号PixOut(m-1)和PixOut(m)改变。 在时刻t23和时刻t24之间的时段中， 读出电路30读出 输出信号PixOut(m-1)和PixOut(m)作为基于入射光的光信号(A+B)信号或第二信号)。 同 样在该过程中， 由于同时进行来自布置在同一行上的像素11a和11b的电荷的传输操作， 因 此读出电路30可以根据来自TG 50的控制信号同时读出多列上的信号。 注意， 所读出的光信 号是与光电转换单元PDA中累积的电荷和光电转换单元PDB中累积的电荷之和相。

48、对应的信 号。 0065 由此， 获取基于在像素11a的光电转换单元PDA中在时段T1A中产生的电荷和在像 素11a的光电转换单元PDB中在时段T1B中产生的电荷二者的(A+B)信号。 此外， 获取基于像 素11b的光电转换单元PDA中在时段T2A中产生的电荷和像素11b的光电转换单元PDB中在时 段T2B中产生的电荷二者的(A+B)信号。 0066 在时刻t24， 控制信号pRES(n)转变为高电平， 并且复位晶体管M6导通。 由此， 浮动 扩散区FD返回到复位状态， 并且从第n行上的像素11a和11b读出的过程结束。 0067 通过摄像设备100外部的信号处理电路等获取(A+B)信号和A信。

49、号之间的差值， 从 而获取B信号。 A信号和B信号是基于由穿过摄像光学系统中的不同光瞳区域的光(即， 光瞳 分割的光)产生的电荷的信号， 因此是可以用于相位差焦点检测的焦点检测信号。 此外， (A+ B)信号是用于产生图像的摄像信号。 以这种方式， 本实施例的摄像设备100可以在一个帧时 段内并行地获取焦点检测信号和摄像信号。 0068 此外， 在本实施例的摄像设备100中， 像素11a中的电荷的累积时间(时段T1A和T1B 的长度)长于像素11b中的电荷的累积时间(时段T2A和T2B的长度)。 因此， 焦点检测信号和 摄像信号可以分别通过两种类型的累积时间产生。 虽然在焦点检测和拍摄的动态范。

50、围中由 于饱和电荷量等而存在约束， 但是通过使用这两种类型的累积时间进行获取信号的处理并 根据照度适当地使用这些信号， 可以扩展动态范围。 0069 如上所述， 根据本实施例， 从像素11a和像素11b输出由不同累积时间引起的信号， 从而可以获取适合于动态范围扩展的焦点检测信号和摄像信号。 因此， 提供了可以实现更 高的功能的摄像设备100。 0070 在图2中， 像素11a和像素11b交替地布置在同一行上。 此外， 像素11a和像素11b也 交替地布置在同一列上。 这种布置允许像素11a和像素11b以均匀的密度布置在像素阵列10 内的同一行或同一列上。 然而， 像素11a和像素11b的布置方。