半導(dǎo)體裝置、其控制方法和照相的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置、其控制方法和照相機(jī)。一種半導(dǎo)體裝置，包括：各自包含在光電轉(zhuǎn)換時(shí)蓄積電荷的傳感器單元和存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)單元的多個(gè)單元，以及控制多個(gè)單元中的每一個(gè)的控制單元，其中，控制單元對(duì)于多個(gè)單元中的每一個(gè)依次執(zhí)行比較基準(zhǔn)電壓與基于蓄積電荷量的傳感器單元的輸出信號(hào)的第一操作和如果傳感器單元的輸出信號(hào)在第一操作中達(dá)到基準(zhǔn)電壓則在與傳感器單元對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)基于比較結(jié)果的信息的第二操作，并且，控制單元被配置為能夠跳過第二操作而開始對(duì)于下一單元的第一操作并在預(yù)先確定的時(shí)段中跳過第二操作。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置、其控制方法和照相機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置、其控制方法和照相機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]日本專利公開N0.11-150686公開了包括包含光電轉(zhuǎn)換元件和存儲(chǔ)部件的光電轉(zhuǎn)換部件以及用于控制光電轉(zhuǎn)換部件的控制部件的光電轉(zhuǎn)換裝置。控制部件基于存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部件中的控制信息控制光電轉(zhuǎn)換元件的電荷蓄積操作。控制部件在預(yù)先確定的定時(shí)基于各光電轉(zhuǎn)換元件的電荷蓄積狀態(tài)的監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生控制信息，并且在存儲(chǔ)部件中存儲(chǔ)信息。對(duì)于用于檢測(cè)照相機(jī)的焦點(diǎn)的各距離檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置光電轉(zhuǎn)換部件。以上的控制使得能夠根據(jù)被攝體的亮度執(zhí)行適當(dāng)?shù)慕裹c(diǎn)檢測(cè)。
[0003]重復(fù)監(jiān)測(cè)光電轉(zhuǎn)換元件的操作和基于監(jiān)測(cè)結(jié)果在存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)控制信息的操作將導(dǎo)致開始監(jiān)測(cè)各光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換元件的定時(shí)的延遲。這將導(dǎo)致監(jiān)測(cè)各光電轉(zhuǎn)換元件的頻率不足，并由此可導(dǎo)致監(jiān)測(cè)精度的劣化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明人在認(rèn)識(shí)到以上的問題之后提出本發(fā)明，并且，本發(fā)明提供有利于在依次控制各光電轉(zhuǎn)換部件時(shí)提高多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部件的光電轉(zhuǎn)換元件的存儲(chǔ)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)精度的技術(shù)。
[0005]本發(fā)明在其第一方面中提供一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括各自包含在光電轉(zhuǎn)換時(shí)蓄積電荷的傳感器單元和存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)單元的多個(gè)單元以及控制所述多個(gè)單元中的每一個(gè)的控制單元，
[0006]其中，控制單元對(duì)于多個(gè)單元中的每一個(gè)依次執(zhí)行比較基準(zhǔn)電壓與基于蓄積電荷量的傳感器單元的輸出信號(hào)的第一操作和如果傳感器單元的輸出信號(hào)在第一操作中達(dá)到基準(zhǔn)電壓則在與傳感器單元對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)基于比較結(jié)果的信息的第二操作，并且，控制單元被配置為能夠在跳過第二操作的情況下開始對(duì)于下一單元的第一操作并在預(yù)先確定的時(shí)段中跳過第二操作。
[0007]本發(fā)明在其第二方面中提供一種半導(dǎo)體裝置的控制方法，該半導(dǎo)體裝置包括多個(gè)單元，每個(gè)單元包含在光電轉(zhuǎn)換時(shí)蓄積電荷的傳感器單元和存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)單元，該方法包括對(duì)于多個(gè)單元中的每一個(gè)依次執(zhí)行比較基準(zhǔn)電壓與基于蓄積電荷量的傳感器單元的輸出信號(hào)的第一操作和如果傳感器單元的輸出信號(hào)在第一操作中達(dá)到基準(zhǔn)電壓則在與傳感器單元對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)基于比較結(jié)果的信息的第二操作的步驟，并且，在該步驟中，第二操作在預(yù)先確定的時(shí)段內(nèi)被跳過。
[0008]從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是用于解釋半導(dǎo)體裝置的布置的例子的框圖；[0010]圖2A?2C是用于解釋根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的操作內(nèi)容的例子的示圖；
[0011]圖3是用于解釋根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的布置的具體例子的框圖；
[0012]圖4A和圖4B是用于解釋根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的操作的例子的流程圖；
[0013]圖5A和圖5B分別是用于解釋根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的操作的一部分的流程圖；
[0014]圖6是用于解釋根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的操作的圖；
[0015]圖7A和圖7B分別是用于解釋根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的操作內(nèi)容的例子的示圖；
[0016]圖8用于解釋根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的布置的具體例子的框圖；
[0017]圖9A和圖9B分別是用于解釋根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的操作的例子的流程圖；
[0018]圖10是用于解釋根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的操作的例子的一部分的流程圖；以及
[0019]圖11是用于解釋基準(zhǔn)設(shè)定單元110的布置的例子的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020](第一實(shí)施例)
[0021]圖1示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置I的示意性布置。參照?qǐng)D1，半導(dǎo)體裝置I包含多個(gè)單元k (k=l?η)和控制它們的控制單元100?？梢耘c距離檢測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)地設(shè)置各單元k。單元k包含傳感器單元10k、第一存儲(chǔ)單元20k和第二存儲(chǔ)單元30k。參照?qǐng)D1，傳感器單元10k、第一存儲(chǔ)單元20k和第二存儲(chǔ)單元30k彼此相鄰布置。但是，可根據(jù)芯片布局布置傳感器單元10k、第一存儲(chǔ)單元20k和第二存儲(chǔ)單元30k。例如，可通過使用不同的半導(dǎo)體芯片形成傳感器單元10k、第一存儲(chǔ)單元20k和第二存儲(chǔ)單元30k，只要控制單元100管理它們以形成單元k即可。傳感器單元IOk可包括包含諸如光電二極管的光接收元件的光電轉(zhuǎn)換單元、從光電轉(zhuǎn)換單元讀出輸出信號(hào)的讀取單元和保持來(lái)自光電轉(zhuǎn)換單元的電荷的電荷保持單元。半導(dǎo)體裝置I可被應(yīng)用于諸如照相機(jī)的焦點(diǎn)檢測(cè)裝置。焦點(diǎn)檢測(cè)裝置在執(zhí)行焦點(diǎn)檢測(cè)處理時(shí)根據(jù)被攝體的亮度水平控制由傳感器單元中的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷的蓄積時(shí)間。
[0022]控制單元100決定關(guān)于用于決定傳感器單元IOk的蓄積結(jié)束的基準(zhǔn)值(稱為蓄積結(jié)束水平)的控制信息，并且在第一存儲(chǔ)單元20k中存儲(chǔ)控制信息?？刂茊卧?00然后基于存儲(chǔ)于第一存儲(chǔ)單元20k中的控制信息在傳感器單元IOk中蓄積電荷，直到蓄積結(jié)束水平。在這種情況下，控制單元100在第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)蓄積開始到結(jié)束所需要的時(shí)間(蓄積時(shí)間)作為關(guān)于被攝體的亮度的信息。能夠通過用定時(shí)器測(cè)量經(jīng)過時(shí)間(測(cè)量值將被稱為定時(shí)器值)設(shè)定蓄積時(shí)間。該布置可根據(jù)來(lái)自檢測(cè)了外部輸入信息(在這種情況下，為接收光量)的傳感器單元IOk的輸出適當(dāng)?shù)乜刂评鐐鞲衅鲉卧狪Ok的電荷蓄積操作。
[0023]首先，控制單元100根據(jù)被攝體的亮度水平?jīng)Q定用于控制蓄積操作的控制信息。在后面建立的焦點(diǎn)的檢測(cè)步驟中，控制單元100基于存儲(chǔ)于第一存儲(chǔ)單元20k中的控制信息使傳感器單元IOk蓄積電荷，直到蓄積結(jié)束水平，并且在第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)蓄積時(shí)間。關(guān)于即使在經(jīng)過預(yù)先確定的時(shí)段之后也沒有到達(dá)蓄積結(jié)束水平的單元，控制單元100通過重寫相應(yīng)的控制信息來(lái)改變蓄積結(jié)束水平，以縮短電荷蓄積時(shí)間。執(zhí)行計(jì)算處理的計(jì)算單元(例如，散焦量檢測(cè)單元(未示出))可基于以這種方式蓄積的電荷量執(zhí)行輸出信號(hào)的預(yù)先確定的計(jì)算處理。該計(jì)算結(jié)果然后被反饋到執(zhí)行聚焦操作的聚焦單元(例如，透鏡驅(qū)動(dòng)單元(未示出))。這使得能夠使透鏡聚焦。
[0024]將參照?qǐng)D2A?6描述被攝體的亮度高的情況下的各焦點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)的以上操作的例子。圖2A?2C示出半導(dǎo)體裝置I的操作的內(nèi)容。圖2A示出各單元的操作的內(nèi)容(各單元如何隨時(shí)間執(zhí)行處理)。橫軸代表時(shí)間，縱軸代表單元k的處理內(nèi)容。在這種情況下，為了便于理解，假定單元的數(shù)量為四個(gè)(η = 4，k = I?4)。在開始蓄積操作之后，裝置依次對(duì)于單元I?4執(zhí)行預(yù)先確定的處理。在完成單元4的處理之后，處理返回單元I的處理。
[0025]“檢查”處理與第一操作對(duì)應(yīng)，并且監(jiān)測(cè)單元k。更具體而言，裝置基于存儲(chǔ)于第一存儲(chǔ)單元20k中的控制信息確定來(lái)自單元k的傳感器單元IOk的與蓄積電荷量對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)是否達(dá)到了蓄積結(jié)束水平。如果輸出信號(hào)達(dá)到了蓄積結(jié)束水平，那么裝置終止單元k的蓄積操作。在橫軸上繪制的定時(shí)器值代表從蓄積操作的開始經(jīng)過的時(shí)間。當(dāng)單元k完成蓄積時(shí)，第二存儲(chǔ)單元30k存儲(chǔ)該值。雖然定時(shí)器值隨時(shí)間增加，但是，各單元在某個(gè)定時(shí)器值的時(shí)段中多次執(zhí)行“檢查”處理。即，各單元相對(duì)于定時(shí)器值的測(cè)量在足夠短的時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行“檢查”處理。
[0026]圖2B和圖2C示出與單元1、3和4對(duì)應(yīng)的被攝體的亮度高、單元1、3和4各自在與定時(shí)器值=O對(duì)應(yīng)的時(shí)段內(nèi)達(dá)到蓄積結(jié)束水平并且單元2在與定時(shí)器值=I對(duì)應(yīng)的時(shí)段內(nèi)達(dá)到蓄積結(jié)束水平的情況下的操作內(nèi)容。
[0027]圖2B示出比較例中的操作，其中，單元1、3和4中的每一個(gè)中的傳感器單元的輸出在第一“檢查”處理中達(dá)到蓄積結(jié)束水平，并且，裝置在“檢查”處理之后立即執(zhí)行“寫入”處理?！皩懭搿碧幚韺?duì)應(yīng)于第二存儲(chǔ)單元30k存儲(chǔ)在緊靠第二操作之前執(zhí)行的“檢查”處理時(shí)的定時(shí)器值的第二操作。在這種情況下，通過“寫入”處理，第二存儲(chǔ)單元301、303和304各自存儲(chǔ)定時(shí)器值“O”。然后，裝置對(duì)于還沒有執(zhí)行“寫入”處理的單元2以相同的方式執(zhí)行“檢查”處理，由此存儲(chǔ)確定第二存儲(chǔ)單元302中的蓄積結(jié)束時(shí)的定時(shí)器值“I”。
[0028]在這種情況下，根據(jù)該方案，執(zhí)行“寫入”處理將使得執(zhí)行單元2?4的“檢查”處理的時(shí)間比圖2A所示的情況晚來(lái)(延遲)。即，依次監(jiān)測(cè)各單元的開始時(shí)間延遲。例如，這可導(dǎo)致當(dāng)被攝體的亮度高時(shí)“檢查”處理不能跟隨蓄積電荷量的增加的問題，由此，應(yīng)獲得的傳感器單元的輸出信號(hào)飽和。結(jié)果，具有高的光強(qiáng)度的部分作為散焦量的計(jì)算信息丟失。這可導(dǎo)致焦點(diǎn)檢測(cè)精度的劣化。
[0029]圖2C與上述情況同樣地示出單元1、3和4在第一“檢查”處理中達(dá)到蓄積結(jié)束水平的情況。在這種情況下，裝置不對(duì)于任何的單元k執(zhí)行“寫入”處理，直到經(jīng)過預(yù)先確定的時(shí)段。即，該方案跳過“寫入”處理，直到經(jīng)過定時(shí)器值=O為止，并且不關(guān)于執(zhí)行各單元k的“檢查”處理的時(shí)間導(dǎo)致以上的延遲。這可因此提高焦點(diǎn)檢測(cè)精度。在單元2的“檢查”處理中，雖然來(lái)自單元2的傳感器單元的輸出還沒有達(dá)到蓄積結(jié)束水平，但是，裝置將在輸出達(dá)到蓄積結(jié)束水平以后執(zhí)行“寫入”處理。
[0030]圖3是用于解釋半導(dǎo)體裝置I的布置的具體例子的框圖。傳感器單元IOk可包含例如輸出根據(jù)通過蓄積操作蓄積的電荷量的信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換單元llk、從光電轉(zhuǎn)換單元Iik讀出輸出信號(hào)的讀取單元12k、以及保持蓄積于光電轉(zhuǎn)換單元Ilk中的電荷的電荷保持單元13k?？刂茊卧?00可包含例如控制器150、放大單元40、基準(zhǔn)設(shè)定單元110和比較單元120。放大單元40放大從傳感器單元IOk輸出的信號(hào)并且輸出得到的信號(hào)?；鶞?zhǔn)設(shè)定單元110向比較單元120輸出用于與來(lái)自讀取單元12k的輸出信號(hào)比較的基準(zhǔn)電壓Vref (電勢(shì)為VrefO~Vref3)。比較單元120比較基準(zhǔn)電壓Vref與來(lái)自讀取單元12k的輸出信號(hào)?？刂破?50根據(jù)來(lái)自各塊的信號(hào)向各塊發(fā)出操作指令。
[0031]單元k的第一存儲(chǔ)單元20k和第二存儲(chǔ)單元30k可由例如一個(gè)SRAM中的相同的地址形成。更具體而言，對(duì)于單個(gè)地址控制，通過選擇與單元k對(duì)應(yīng)的地址，控制器150可同時(shí)在第一存儲(chǔ)單元20k和第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)信息或者同時(shí)從它們讀出信息。更具體而言，假定準(zhǔn)備與η個(gè)地址對(duì)應(yīng)的SRAM，并且，向一個(gè)地址分配16個(gè)位。在這種情況下，例如，能夠向第一存儲(chǔ)單元20k分配2個(gè)位，并向第二存儲(chǔ)單元30k分配14個(gè)位。
[0032]在單元k中，光電轉(zhuǎn)換單元Ilk由例如各自具有多個(gè)像素的一對(duì)傳感器陣列(或傳感器區(qū)域)構(gòu)成，并且，可包含約30~80個(gè)像素。一對(duì)傳感器陣列中的一個(gè)和另一個(gè)輸出基于被攝體的圖像的兩個(gè)數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體裝置I可通過使用兩個(gè)數(shù)據(jù)通過相位差檢測(cè)方案執(zhí)行焦點(diǎn)檢測(cè)。在檢測(cè)蓄積于光電轉(zhuǎn)換單元IIk中的電荷量時(shí)，讀取單元12k輸出來(lái)自光電轉(zhuǎn)換單元Ilk的多個(gè)像素的輸出的峰值信號(hào)。在這種情況下，讀取單元12k可與峰值信號(hào)一起檢測(cè)底部信號(hào)并且使用從它們之間的差值獲得的峰值/底部信號(hào)。該輸出結(jié)果可根據(jù)來(lái)自控制器150的指令作為信號(hào)s_out被輸出到比較單元120。電荷保持單元13k暫時(shí)保持蓄積于光電轉(zhuǎn)換單元Ilk中的電荷作為像素信號(hào)q_out。像素信號(hào)q_out根據(jù)來(lái)自控制器150的指令被輸出到放大單元40。
[0033]第一存儲(chǔ)單元20k根據(jù)來(lái)自控制器150的指令在光電轉(zhuǎn)換單元Ilk中存儲(chǔ)關(guān)于電荷的蓄積的控制信息。在完成蓄積操作時(shí)，裝置在第一存儲(chǔ)單元20k中存儲(chǔ)確定結(jié)果。如本實(shí)施例那樣，該控制信息可以是2位信息(“O”~“3”)。所述控制信息根據(jù)來(lái)自控制器150的指令被輸出到基準(zhǔn)設(shè)定單元110和放大單元40。
[0034] 如圖11例示的那樣，基準(zhǔn)設(shè)定單元110包含計(jì)數(shù)器111、選擇器160、解碼器112、多個(gè)電阻元件113、放大器114和多個(gè)開關(guān)115。當(dāng)比較單元120比較來(lái)自放大器114的基準(zhǔn)電壓Vref與來(lái)自讀取單元12k的輸出信號(hào)時(shí)，使用計(jì)數(shù)器111。選擇器160可選擇來(lái)自計(jì)數(shù)器111的測(cè)量結(jié)果c_out或來(lái)自第一存儲(chǔ)單元20k的控制信息ixnitl。解碼器112基于來(lái)自選擇器160的輸出產(chǎn)生用于選擇基準(zhǔn)電壓Vref的電勢(shì)的控制信號(hào)。放大器114輸出通過這些控制信號(hào)和電阻元件113產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓Vref。
[0035]基準(zhǔn)設(shè)定單元110使用存儲(chǔ)于多個(gè)第一存儲(chǔ)單元20k中的控制信息ixnitI，以基于通過解碼器112獲得的解碼結(jié)果通過使用開關(guān)115選擇基準(zhǔn)電壓Vref的電勢(shì)。基準(zhǔn)設(shè)定單元110將基準(zhǔn)電壓Vref輸出到比較單元120以驗(yàn)證(certify)來(lái)自讀取單元12k的輸出信號(hào)的輸出水平?；鶞?zhǔn)設(shè)定單元110輸出通過計(jì)數(shù)器111獲得的測(cè)量結(jié)果(3_0機(jī)。測(cè)量結(jié)果c_out存儲(chǔ)于根據(jù)來(lái)自控制器150的指令選擇的第一存儲(chǔ)單元20k中。比較單元120比較基準(zhǔn)電壓Vref與從讀取單元12k讀出的信號(hào)s_out,并且將比較結(jié)果comp_out輸出到控制器150。在本實(shí)施例中，如果s_out≥Vref,那么com_out = Hi。
[0036]放大單元40根據(jù)由第一存儲(chǔ)單元20k設(shè)定的放大因子放大和輸出來(lái)自電荷保持單元13k的輸出信號(hào)q_out?？刂破?50與這些功能塊通信并且根據(jù)執(zhí)行程序發(fā)出操作指令。圖3所示的包含于控制器150中的程序存儲(chǔ)器151可存儲(chǔ)執(zhí)行程序。[0037]以下將參照?qǐng)D4A和圖4B的流程圖描述半導(dǎo)體裝置I的各操作。首先，裝置在步驟SlOO中開始該執(zhí)行程序(在以下的描述中，各步驟將只簡(jiǎn)單地由符號(hào)表示)。在SllO中，裝置初始化定時(shí)器152 (例如，包含于控制器150中)中的值timer (timer = O)。在S120中，裝置根據(jù)圖5A所示的流程圖執(zhí)行復(fù)位處理(S120~S126)。首先，裝置根據(jù)來(lái)自控制器150的指令將光電轉(zhuǎn)換單元Ilk中蓄積的電荷復(fù)位(S121)。然后，裝置開始蓄積電荷。在S122中，裝置初始化要選擇的各單元和存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元20k中的控制信息(例如，“3”(S123))，并且在所有單元的存儲(chǔ)單元20k中存儲(chǔ)控制信息。另外，第二存儲(chǔ)單元30k存儲(chǔ)定時(shí)器152的初始化值(timer = O) (S124、S125、S126)。如本實(shí)施例那樣，可根據(jù)來(lái)自控制器150的指令根據(jù)計(jì)數(shù)器111 (圖11)的輸出c_out存儲(chǔ)作為該初始值的控制信息“3”。
[0038]在S130中，定時(shí)器152開始測(cè)量經(jīng)過時(shí)間(在預(yù)先確定的時(shí)間間隔處加上定時(shí)器值)。在S140中，裝置初始化指定單元k的寄存器(未示出)中的值(k= I)。在S150中，控制器150參照定時(shí)器值，以確定它是否超過預(yù)設(shè)的電荷蓄積時(shí)間的上限值Etime(與第二時(shí)間對(duì)應(yīng))。如果timer≥Etime,那么處理前進(jìn)到S220。如果timer〈Etime,那么處理前進(jìn)到S160。在S160中，比較單元120根據(jù)來(lái)自控制器150的指令基于存儲(chǔ)于單元k中的第一存儲(chǔ)單元20k中的控制信息接收來(lái)自讀取單元12k的輸出s_out和基準(zhǔn)電壓Vref。在S170中，比較單元120比較在S160中設(shè)定的s_out與Vref。此時(shí)，如果比較單元120的輸出com_out = Hi (s_out ^ Vref),那么處理前進(jìn)到S22CK后面描述)。如果com_out = Low(S_out〈Vref)，那么處理前進(jìn)到S180。在S180中，控制器150參照定時(shí)器值，以確定它是否等于預(yù)設(shè)的中間確定時(shí)間(中間時(shí)間Htime等于第一時(shí)間)。Htime可以是在timer = O之后到來(lái)并適于檢查電荷蓄積狀態(tài)的時(shí)間，并且可以是例如強(qiáng)制終止蓄積操作的結(jié)束時(shí)間Etime之前的中間時(shí)間。如果timer=Htime,那么處理前進(jìn)至Ij S190。如果timer Φ Htime,那么處理前進(jìn)到S200 (后面描述)。在S190中，控制器150基于直到該時(shí)間點(diǎn)蓄積的電荷量再次設(shè)定單元k的光電轉(zhuǎn)換單元Ilk中的控制信息，以縮短蓄積時(shí)間，并且在第一存儲(chǔ)單元20k中存儲(chǔ)信息。該控制信息允許裝置基于根據(jù)來(lái)自控制器150的指令從基準(zhǔn)設(shè)定單元110輸出的基準(zhǔn)電壓Vref和通過比較單元120獲得的結(jié)果確定多少電荷已蓄積于光電轉(zhuǎn)換單元Ilk中。
[0039]通過基于圖5B所示的流程圖的程序?qū)崿F(xiàn)S190中的操作。將與指示圖6所示的具體操作的圖一起描述該操作。圖6是橫軸代表timer、縱軸代表與蓄積于光電轉(zhuǎn)換單兀Ilk中的電荷量對(duì)應(yīng)的輸出電勢(shì)Vq的圖。參照?qǐng)D6，虛線90a表示被攝體暗的情況，虛線91a表示被攝體足夠明亮的情況。
[0040]在由虛線90a表示的情況下，當(dāng)timer = Htime時(shí)，裝置在S190中執(zhí)行操作。在S191中，裝置根據(jù)來(lái)自控制器150的指令將來(lái)自計(jì)數(shù)器111的輸出c_out復(fù)位(c_out =O)。在S192中，裝置根據(jù)c_out的值設(shè)定基準(zhǔn)電壓Vref。裝置通過導(dǎo)致選擇器160根據(jù)來(lái)自控制器150的指令選擇c_out來(lái)設(shè)定此時(shí)的基準(zhǔn)電壓Vref。如果例如c_out = 2,那么裝置將基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)為“水平2”。在S193中，比較單元120比較Vq與Vref。如果比較單元120白勺輸出comp_out = Low (Vq〈Vref),那么處理前進(jìn)到S196。如果comp_out =HiCVq≥Vref )，那么處理前進(jìn)到S194。在S194中，控制器150確定基準(zhǔn)電壓Vref是否被設(shè)為“水平3” (c_out = 3)。如果基準(zhǔn)電壓Vref為“水平3” (c_out = 3)，那么處理前進(jìn)到S196。如果基準(zhǔn)電壓Vref不是“水平3”(c_out關(guān)3)，那么處理前進(jìn)到S195。在S195中，裝置根據(jù)來(lái)自控制器150的指令將基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)為高I個(gè)水平(在c_out的值上加+1)。處理然后返回S192。裝置在S193中重復(fù)相同的過程直到Vq≥Vref為止并且處理前進(jìn)到S196，或者，直到在S194中基準(zhǔn)電壓Vref被設(shè)為“水平3” (c_out = 3)為止并且處理前進(jìn)到S196。在S196中，裝置根據(jù)在S193或S194中設(shè)定的基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)定控制信息。即，第一存儲(chǔ)單元20k根據(jù)來(lái)自控制器150的指令存儲(chǔ)此時(shí)的c_out的值作為控制信息。因此，在由虛線90a表示的情況下，第一存儲(chǔ)單元20k在上述的S190~S196中存儲(chǔ)c_out = I作為控制信息。雖然第二存儲(chǔ)單元30k同時(shí)存儲(chǔ)該時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間即進(jìn)行中間確定的時(shí)間(Htime)，但是，存儲(chǔ)單元在蓄積結(jié)束時(shí)間再次存儲(chǔ)蓄積結(jié)束時(shí)間。
[0041]在由虛線91a表示的情況下，由于Vq在timer〈Htime時(shí)達(dá)到“水平3”處的基準(zhǔn)電壓Vref并且處理在S170之后前進(jìn)到S220，因此，裝置不執(zhí)行S190中的操作。這是因?yàn)?，由于任意的存?chǔ)單元20k通過圖4A所示的復(fù)位處理(S120)存儲(chǔ)初始化的控制信息“3”，因此在S160中，基準(zhǔn)電壓Vref被設(shè)為根據(jù)控制信息“3”的電勢(shì)“水平3”。
[0042]在圖4B中的S200中，控制器150確定是否對(duì)于所有的單元k完成了 S220中的處理。如果已對(duì)于所有的單元k完成了 S220中的處理，那么處理前進(jìn)到S250 (后面描述)。如果還沒有完成該處理，那么處理前進(jìn)到S210。在S210中，裝置指定下一單元k。處理然后返回S150中的操作。更具體而言，如果k〈n,那么裝置指定下一單元k(將k的值加+1)。如果k=n，那么裝置復(fù)位k=l，并且指定下一時(shí)間(例如，將定時(shí)器值加+1)。
[0043]在S220中，控制器150終止單元k的光電轉(zhuǎn)換單元Ilk中的電荷蓄積操作，同時(shí)，暫時(shí)在電荷保持單元13k中保存蓄積的電荷作為像素信號(hào)q_out。在S230中，如果在S220中參照結(jié)束蓄積操作時(shí)的定時(shí)器值而timer>0，那么裝置在S240中在第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)定時(shí)器值。處理然后前進(jìn)到S200。如果在S230中timer = 0，那么裝置跳過S240，并且，處理前進(jìn)到S200。在上述的S210中，已完成蓄積操作的單元有時(shí)被指定為新的單元k。在這種情況下，裝置不執(zhí)行S220~S240中的處理。
[0044]S250對(duì)應(yīng)于在對(duì)于所有的單元k執(zhí)行S220之后由控制器150執(zhí)行的操作。在該操作中，裝置從任意的電荷保持單元13k讀出像素信號(hào)q_out。在S260中，裝置讀出存儲(chǔ)于第一存儲(chǔ)單元20k中的控制信息并且設(shè)定放大因子。此時(shí)，能夠在圖5B所示的S190中再次設(shè)定控制信息(未示出)，以在執(zhí)行S260之前檢查在S190中設(shè)定的控制信息的有效性。在S270中，裝置以在S260中設(shè)定的放大因子放大在S250中讀出的像素信號(hào)q_out并且輸出經(jīng)放大的信號(hào)。在S280中，能夠終止一系列的操作并實(shí)現(xiàn)功能。
[0045]如上所述，如果定時(shí)器152的值等于復(fù)位值“0”，那么，在結(jié)束蓄積操作時(shí)，半導(dǎo)體裝置I跳過在第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)關(guān)于蓄積時(shí)間的信息的步驟。半導(dǎo)體裝置I執(zhí)行圖2C所不的操作，并且提聞焦點(diǎn)檢測(cè)精度。
[0046](第二實(shí)施例)
[0047]第二實(shí)施例將例示要參照?qǐng)D7A~10描述的被攝體的亮度低的情況下的半導(dǎo)體裝置的操作。如圖1例示的那樣，半導(dǎo)體裝置P具有與第一實(shí)施例相同的布置。與圖2A~2C類似，圖7A和圖7B示出半導(dǎo)體裝置的操作的內(nèi)容。圖7A和圖7B中的“檢查”處理和“寫入”處理與圖2A~2C中的相同。以下將描述“檢測(cè)”處理和“寫入”處理。
[0048]“檢測(cè)”處理是當(dāng)定時(shí)器值達(dá)到Htime時(shí)關(guān)于要被監(jiān)測(cè)的單元k將基準(zhǔn)電壓Vref變?yōu)榕c被攝體的亮度對(duì)應(yīng)的值的處理。更具體而言，例如，在被攝體的亮度低的情況下，如果即使當(dāng)定時(shí)器值達(dá)到Htime時(shí)與蓄積電荷量對(duì)應(yīng)的信號(hào)也達(dá)不到基準(zhǔn)電壓Vref (不完成蓄積操作)，那么對(duì)于相應(yīng)的單元k設(shè)定新的基準(zhǔn)電壓Vref。要被設(shè)定的基準(zhǔn)電壓Vref可被設(shè)為例如電勢(shì)Vref2 (Vref2〈Vref3)。以這種方式，半導(dǎo)體裝置縮短以后的電荷蓄積所需要的時(shí)間，并且根據(jù)亮度執(zhí)行適當(dāng)?shù)奶幚怼＜俣╒ref2是比Vref3的初始值小的值?！癢riteD”處理是在第一存儲(chǔ)單元20k中存儲(chǔ)關(guān)于設(shè)定的(選擇的)基準(zhǔn)電壓的信息的處理。與該處理同時(shí)地，第二存儲(chǔ)單元30k存儲(chǔ)該時(shí)間點(diǎn)的定時(shí)器值。
[0049]以下將描述由圖7A和圖7B例示的操作。在這種情況下，單元2在定時(shí)器值達(dá)到Htime之前終止了蓄積操作。對(duì)于單元1、3和4，被攝體的亮度低，并且，在定時(shí)器值達(dá)到Htime時(shí)已執(zhí)行了“檢測(cè)”處理，同時(shí)新的基準(zhǔn)電壓Vref已被設(shè)定。在這種情況下，在這些傳感器單元中，沒有電荷被蓄積，直到新的基準(zhǔn)電壓Vref被設(shè)定，同時(shí)定時(shí)器值已達(dá)到Etime而強(qiáng)制終止蓄積操作。
[0050]圖7A示出參考例的操作，其中，當(dāng)定時(shí)器值達(dá)到Etime時(shí)，裝置對(duì)于單元1、3和4執(zhí)行“寫入”處理，并且，在第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)該時(shí)間點(diǎn)處的定時(shí)器值(Etime)。BP,該操作延遲依次監(jiān)測(cè)各單元的定時(shí)，并且還在被攝體的亮度低時(shí)延遲參考例的操作結(jié)束時(shí)間。相反，圖7B示出本實(shí)施例的操作，其中，當(dāng)定時(shí)器值達(dá)到Etime時(shí)，裝置沒有對(duì)于單元
1、3和4執(zhí)行“寫入”處理，并且比參考例早地終止了蓄積操作。
[0051]圖8示出半導(dǎo)體裝置I'的布置的例子。注意，將省略參照?qǐng)D3描述的部分的冗余描述。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于，第二存儲(chǔ)單兀30k存儲(chǔ)定時(shí)器152的定時(shí)器值，并且，裝置在由控制器150控制的定時(shí)處切換選擇器153，以允許存儲(chǔ)Etime。可根據(jù)圖9A和圖9B所示的流程圖執(zhí)行該操作。從SlOO到定時(shí)器值達(dá)到Htime的步驟的處理與圖4A所示的流程圖中的相同。
[0052]如果定時(shí)器值在S1 80中變得與Htime相等，那么處理前進(jìn)到S190-2?？赏ㄟ^基于圖10所示的流程圖的程序執(zhí)行S190-2中的操作。S190-2中的操作與圖5B例示的操作不同。即，通過在控制器150的控制下切換選擇器153，能夠在S196-2中在第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)Etime (代替該時(shí)間點(diǎn)處的定時(shí)器152的值(Htime))。
[0053]當(dāng)定時(shí)器值達(dá)到Etime而沒有在任意單元k中終止蓄積操作時(shí)，處理在S150中的確定后前進(jìn)到S220，由此強(qiáng)制終止蓄積操作。由于在S230中定時(shí)器值>0，因此，處理前進(jìn)到S235。在S235中，裝置比較定時(shí)器值與Etime。在這種情況下，由于timer〈Etime不成立，因此，處理跳過S240而前進(jìn)到S200。如果裝置在S200中確定存在沒有完成蓄積操作的任何單元k，那么處理經(jīng)由S210返回S150以對(duì)于下一單元k執(zhí)行類似的處理。如上所述，當(dāng)定時(shí)器值達(dá)到Etime時(shí)，裝置導(dǎo)致沒有完成蓄積操作的所有單元k跳過S240中的對(duì)于存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)處理而終止蓄積操作。然后，處理經(jīng)由S200前進(jìn)到S250以執(zhí)行隨后的處理。
[0054]如上所述，當(dāng)定時(shí)器值達(dá)到Htime時(shí)，半導(dǎo)體裝置I，在第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)Etime0當(dāng)定時(shí)器值在后面達(dá)到Etime時(shí)，裝置在完成了蓄積操作的各單元k中在第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)該時(shí)間點(diǎn)的定時(shí)器值作為關(guān)于蓄積時(shí)間的信息。另一方面，裝置在沒有完成蓄積操作的各單元k中跳過在第二存儲(chǔ)單元30k中存儲(chǔ)關(guān)于蓄積時(shí)間的信息的處理。以這種方式，半導(dǎo)體裝置P可執(zhí)行圖7B所示的操作。雖然以上的描述涉及當(dāng)被攝體的亮度低時(shí)執(zhí)行的操作，但是，可與第一實(shí)施例組合地應(yīng)用本實(shí)施例。
[0055]雖然以上描述了兩個(gè)實(shí)施例，但是，本發(fā)明不限于它們。顯然，可根據(jù)需要改變本發(fā)明的目的、狀態(tài)、應(yīng)用、功能和其它規(guī)范，并且，其它的實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。傳感器單元例如形成為CMOS圖像傳感器，并且可實(shí)現(xiàn)為任何其它類型的傳感器。與控制器協(xié)作或者作為其替代，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的OS等可執(zhí)行上述的各功能塊的操作控制的全部或一部分。
[0056]作為根據(jù)上述的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的典型的應(yīng)用例，描述了包含于照相機(jī)中的焦點(diǎn)檢測(cè)裝置。照相機(jī)的概念不僅包含其主要操作是成像的裝置，而且包括附加具有成像功能的裝置(例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)或便攜式終端)。照相機(jī)可包含以上的焦點(diǎn)檢測(cè)裝置、固態(tài)圖像傳感器和處理從固態(tài)圖像傳感器輸出的信號(hào)的處理器。處理器可包括例如A/D轉(zhuǎn)換器和處理從A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的處理器。處理器可執(zhí)行焦點(diǎn)檢測(cè)處理，并且，可在焦點(diǎn)檢測(cè)裝置中包括執(zhí)行焦點(diǎn)檢測(cè)處理的計(jì)算單元?？筛鶕?jù)需要進(jìn)行改變。
[0057]雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括多個(gè)單元和控制所述多個(gè)單元中的每一個(gè)的控制單元，所述多個(gè)單元各自包含在光電轉(zhuǎn)換時(shí)蓄積電荷的傳感器單元和存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)單元， 其中，所述控制單元對(duì)于所述多個(gè)單元中的每一個(gè)依次執(zhí)行:比較基準(zhǔn)電壓與基于蓄積電荷量的傳感器單元的輸出信號(hào)的第一操作，以及，如果傳感器單元的輸出信號(hào)在第一操作中達(dá)到基準(zhǔn)電壓則在與傳感器單元對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)基于比較結(jié)果的信息的第二操作，并且， 所述控制單元被配置為能夠:跳過第二操作而開始對(duì)于下一單元的第一操作，并且在預(yù)先確定的時(shí)段中跳過第二操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述預(yù)先確定的時(shí)段從開始蓄積的定時(shí)開始，并且， 在預(yù)先確定的時(shí)段中對(duì)于所述多個(gè)單元中的每一個(gè)被執(zhí)行的第一操作中傳感器單元的輸出信號(hào)達(dá)到基準(zhǔn)電壓的情況下，所述控制單元跳過對(duì)于該單元的第二操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，在經(jīng)過了預(yù)先確定的時(shí)段之后，在對(duì)于所述多個(gè)單元中的每一個(gè)的第一操作中傳感器單元的輸出信號(hào)達(dá)到基準(zhǔn)電壓的情況下，所述控制單元執(zhí)行對(duì)于該單元的第二操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述控制單元在從蓄積開始經(jīng)過了預(yù)先確定的時(shí)段的第一時(shí)刻在具有在第一操作中輸出信號(hào)沒有達(dá)到基準(zhǔn)電壓的傳感器單元的單元的存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)預(yù)先確定的信息，并且在第一時(shí)刻之后的第二時(shí)刻對(duì)于具有在第一操作中輸出信號(hào)沒有達(dá)到基準(zhǔn)電壓的傳感器單元的單元跳過第二操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述控制單元在經(jīng)過預(yù)先確定的時(shí)段之后的第一時(shí)刻在具有在第一操作中輸出信號(hào)沒有達(dá)到基準(zhǔn)電壓的傳感器單元的單元的存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)預(yù)先確定的信息，并且在第一時(shí)刻之后的第二時(shí)刻對(duì)于具有在第一操作中輸出信號(hào)沒有達(dá)到基準(zhǔn)電壓的傳感器單元的單元跳過第二操作并對(duì)于下一單元開始第一操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述控制單元在第一時(shí)刻對(duì)于具有在第一操作中輸出信號(hào)沒有達(dá)到基準(zhǔn)電壓的傳感器單元的單元將基準(zhǔn)電壓變?yōu)榕c輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述基于比較結(jié)果的信息是基于從開始蓄積時(shí)到傳感器單元的輸出信號(hào)達(dá)到基準(zhǔn)電壓時(shí)的時(shí)間的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括計(jì)算單元， 其中，所述傳感器單元中的每一個(gè)形成一對(duì)傳感器陣列，在所述一對(duì)傳感器陣列中排列了多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元，并且， 所述計(jì)算單元基于來(lái)自所述一對(duì)傳感器陣列中的一個(gè)的輸出信號(hào)和來(lái)自所述一對(duì)傳感器陣列中的另一個(gè)的輸出信號(hào)執(zhí)行相位差檢測(cè)。
9.一種照相機(jī)，包括: 權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)中限定的半導(dǎo)體裝置； 固態(tài)圖像傳感器；和 處理從所述固態(tài)圖像傳感器輸出的信號(hào)的處理器。
10.一種半導(dǎo)體裝置的控制方法，該半導(dǎo)體裝置包括多個(gè)單元，所述多個(gè)單元各自包含在光電轉(zhuǎn)換時(shí)蓄積電荷的傳感器單元和存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)單元，該方法包括: 對(duì)于所述多個(gè)單元中的每一個(gè)依次執(zhí)行:比較基準(zhǔn)電壓與基于蓄積電荷量的傳感器單元的輸出信號(hào)的第一操作，以及，如果傳感器單元的輸出信號(hào)在第一操作中達(dá)到基準(zhǔn)電壓則在與傳感器單元對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)基于比較結(jié)果的信息的第二操作的步驟， 其中，在所述步驟中，第二操作在預(yù)先確定的時(shí)段內(nèi)被跳過。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，所述預(yù)先確定的時(shí)段從蓄積開始的定時(shí)開始，并且， 在所述步驟中，當(dāng)在預(yù)先確 定的時(shí)段中對(duì)于多個(gè)單元中的每一個(gè)執(zhí)行的第一操作中傳感器單元的輸出信號(hào)達(dá)到基準(zhǔn)電壓時(shí)，跳過對(duì)于該單元的第二操作。
【文檔編號(hào)】H04N5/225GK103581573SQ201310301259
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月23日
【發(fā)明者】山崎竜彥 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社