半導体装置
【課題】焦点検出用の半導体装置に含まれる一対のセンサ部において、信号用として用いる一方のセンサ部の制御信号を切替えることによって、検知用として用いる他方のセンサ部の信号にノイズが混入する事を防ぐ。
【解決手段】半導体装置は、光電変換部、信号保持部、および転送部ＴＸを有し信号保持部が保持する信号に応じた信号を出力する一対のセンサ部と、検知部を備える。第１モードとして動作するセンサ部は、検知部により出力される信号が所定値に達したことが検知されると、転送部を非導通状態にして信号の転送を終了し、第２モードとして動作するセンサ部は、第１モードとして動作するセンサ部において信号の保持がされた後に、転送部を導通状態とすることによって発生した電荷に応じた信号の転送を開始し、その後、転送部を非導通状態とすることによって信号の転送を終了し信号保持部に保持された信号を確定する。
【解決手段】半導体装置は、光電変換部、信号保持部、および転送部ＴＸを有し信号保持部が保持する信号に応じた信号を出力する一対のセンサ部と、検知部を備える。第１モードとして動作するセンサ部は、検知部により出力される信号が所定値に達したことが検知されると、転送部を非導通状態にして信号の転送を終了し、第２モードとして動作するセンサ部は、第１モードとして動作するセンサ部において信号の保持がされた後に、転送部を導通状態とすることによって発生した電荷に応じた信号の転送を開始し、その後、転送部を非導通状態とすることによって信号の転送を終了し信号保持部に保持された信号を確定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焦点検出用の半導体装置として、一対のセンサ部を有し、検知用として用いる一方のセンサ部の出力が所定値に達したことを検知して、信号用として用いる他方のセンサ部における焦点検出用の信号の処理を制御するものがある。具体的には、一対のセンサ部のそれぞれは光電変換部を含み、この半導体装置は、検知用のセンサ部の光電変換部において発生した電荷に応じた信号にしたがって、信号用のセンサ部の光電変換部において発生した電荷の蓄積動作を制御する。電荷の蓄積動作の制御は、例えば、電荷の蓄積時間の制御、または蓄積される電荷量の制御である。より具体的には、被写体の輝度が暗い場合は、電荷の蓄積時間を長くし、または蓄積される電荷量を多くする。また、被写体の輝度が明るい場合は、電荷の蓄積時間を短くし、または蓄積される電荷量を少なくする。このようにして、信号用のセンサ部の光電変換部における電荷の蓄積動作を制御することができる。
【０００３】
その後、信号用のセンサ部において蓄積された電荷に応じた信号は、焦点検出のための情報として焦点検出処理を実行する演算部に出力されうる。実際には、センサ部のそれぞれは３０〜８０個程度がライン状またはアレイ状に配置された光電変換部を含みうる。この一対のセンサ部を２つ用意し、これらにより形成される２つの像を用いて位相差検出法による焦点検出が行われうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１５０６８６号公報
【特許文献２】特開２００１−３０５４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の一連の焦点検出とは別に、検知用のセンサ部において発生した電荷に応じた信号を焦点検出のための情報として利用し、別途、他の焦点検出を行う方法が考えられる。これにより、より精度の高い焦点検出がなされることが期待される。しかし、信号用のセンサ部の制御信号を切替えることによって、検知用のセンサ部の信号にノイズが混入する場合がある。例えば、信号配線間の配線容量カップリングにより、クロストークノイズが混入しうる。また、例えば、信号用のセンサ部において蓄積された電荷に応じた信号の処理が開始されることにより、ノイズが混入しうる。
【０００６】
本発明の目的は、検知用のセンサ部において発生した電荷に応じた信号を焦点検出のための情報として利用するために有利な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの側面は半導体装置にかかり、前記半導体装置は、光電変換部、信号保持部、および転送部を有し前記信号保持部が保持する信号に応じた信号を出力する一対のセンサ部を含み、検知部を備え、前記信号保持部は、前記光電変換部において発生した電荷に応じた信号を保持し、前記転送部は、導通状態においては前記光電変換部において発生した電荷に応じた信号を前記信号保持部に転送し、前記一対のセンサ部のうち一方は第１モードとして動作し、他方は第２モードとして動作し、前記検知部は、前記第１モードとして動作する前記センサ部において、導通状態の前記転送部により信号の転送が開始された後、当該センサ部から出力される信号が所定値に達したことを検知し、前記第１モードとして動作する前記センサ部は、前記検知にしたがって、前記転送部を非導通状態にして当該信号の転送を終了し、これにより前記信号保持部に保持された信号を確定し、前記第２モードとして動作する前記センサ部は、当該センサ部の前記転送部を非導通状態とすることによって、前記光電変換部において発生した電荷を蓄積し、前記第１モードとして動作する前記センサ部の前記信号保持部において前記信号の保持がされた後に、前記第２モードとして動作する前記センサ部の前記転送部を導通状態とすることによって、発生した電荷に応じた信号の転送を開始し、その後、前記転送部を非導通状態とすることによって当該信号の転送を終了し、これにより前記信号保持部に保持された信号を確定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検知用のセンサ部において発生した電荷に応じた信号を焦点検出のための情報として利用するために有利な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図２】センサ部の第１の回路構成例を説明する図。
【図３】ノイズが混入しうる動作タイミングチャート。
【図４】第１実施形態の動作タイミングチャート。
【図５】センサ部の第２の回路構成例を説明する図。
【図６】第２実施形態の動作タイミングチャート。
【図７】センサ部の第３の回路構成例を説明する図。
【図８】第３実施形態の動作タイミングチャート。
【図９】センサ部の第４の回路構成例を説明する図。
【図１０】第４実施形態の動作タイミングチャート。
【図１１】本発明の半導体装置を適用したカメラの合焦システムを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１〜４を参照しながら、本発明の第１実施形態を説明する。図１に例示する半導体装置１０は、焦点検出のために用いられる。半導体装置１０は、制御系１００と、互いに隣接して配置されうる一対のセンサ部２０と、を含む。制御系１００は、センサ部２０のそれぞれの出力が所定値に達したことを検知する検知部１１０と、センサ部２０のそれぞれに制御信号を出力する信号制御部１２０と、を含む。また、制御系１００は、前述の機能ブロックのそれぞれと通信して動作の指示を出すコントローラ１３０をさらに含みうる。また、検知部１１０は、例えば、このコントローラ１３０からの指示により、一対のセンサ部２０のうち一方を検知しうる。
【００１１】
センサ部２０は、図２に例示されるように、ライン状に配置された複数のセンサ１を含みうる。センサ１は、光電変換部としてフォトダイオードＰＤ、及びフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号を保持する信号保持部として容量Ｃｍを含む。また、センサ１は、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号を容量Ｃｍに転送する転送部として、転送トランジスタＴＸを含む。転送トランジスタＴＸは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ｔｘがＨｉ状態になることによって導通状態になりうる。また、センサ１は、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号を増幅する増幅トランジスタＳＦをさらに含みうる。フォトダイオードＰＤにおいて受光した光のエネルギーにより発生した電荷は、導通状態の転送トランジスタＴＸを介して、増幅トランジスタＳＦのゲートに転送されうる。その後、増幅トランジスタＳＦにより増幅された信号は、容量Ｃｍにより保持され、出力端子ｏｕｔより出力される。また、センサ１は、増幅トランジスタＳＦのゲートの電位を所定の電圧にリセットするリセットトランジスタＲＥＳを含みうる。リセットトランジスタＲＥＳは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ｒｅｓがＨｉ状態になることによって導通状態になりうる。制御信号ｃｎｔ＿ｒｅｓ及びｃｎｔ＿ｔｘは、例えば、信号制御部１２０により出力されうる。
【００１２】
制御系１００は、互いに隣接する２つのセンサ部２０の一方において発生した電荷量を検知することにより、他方のセンサ部２０において発生した電荷の蓄積動作を制御する。具体的には、制御系１００は、第１モードとして動作する一方のセンサ部２０については、フォトダオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号が所定値に達したことを検知部１１０によって検知する。この検知部１１０は、例えば、このセンサ部２０の出力を予め設定された基準電位と比較することにより検知しうる。一方で、制御系１００は、第２モードとして動作する他方のセンサ部２０については、フォトダオードＰＤにおいて発生した電荷を蓄積させる。この電荷の蓄積動作は、前述の検知部１１０による検知にしたがって、終了される。この電荷の蓄積動作の終了は、例えば、この検知の通知を受けたコントローラ１３０からの指示によって、信号制御部１２０を介してなされうる。このように、制御系１００は、検知用として用いる第１モードとして動作するセンサ部２０については、発生した電荷に応じた信号の出力を検知部１１０によって監視し所定値に達したことを検知する。一方で、制御系１００は、信号用として用いる第２モードとして動作するセンサ部２０については、発生した電荷を蓄積させ、前述の検知にしたがって電荷蓄積を終了させ、この蓄積された電荷に応じた信号を焦点検出において使用する。
【００１３】
この一連の焦点検出とは別に、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた検知用の信号を、別途、他の焦点検出を行うために利用し、焦点検出の精度を向上させたい。そのためには、この検出用の信号に、図３に例示するようなノイズが混入することを防ぐ必要がある。図３は、半導体装置１０の動作タイミングチャートの一例であり、第２モードとして動作するセンサ部２０の制御信号を切り替えることにより、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号にノイズが混入する場合を示す。図３には、制御信号（ｃｎｔ＿ｒｅｓ、ｃｎｔ＿ｔｘ）のそれぞれの状態、及びセンサ部２０の出力ｏｕｔのタイミングチャートを表す。図中の上段には第１モードとして動作するセンサ部２０についてのそれぞれの状態を示し、下段には第２モードとして動作するセンサ部２０についてのそれぞれの状態を示す。図中の記号の括弧内の数字（１）は第１モードとして動作するセンサ部２０ついてのそれぞれの状態を示し、（２）は第２モードとして動作するセンサ部２０についてのそれぞれの状態を示す。以下、後述の実施形態においても同様である。
【００１４】
時刻ｔ１において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）、及びｃｎｔ＿ｔｘ（２）は、それぞれＨｉ状態になる。これにより、第１モードと第２モードのいずれのセンサ部２０についてもリセット処理が開始される。
【００１５】
時刻ｔ２において、リセット処理は終了し、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）及びｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）は、それぞれＬｏｗ状態になる。また、この時刻ｔ２においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）もＬｏｗ状態になり、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは非導通状態になる。これにより、このセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷の蓄積が開始される。一方で、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）はＨｉ状態のままであり、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは導通状態である。このセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷は、この転送トランジスタＴＸを介し、増幅トランジスタＳＦのゲートに転送される。そして、この電荷量に応じた信号が増幅トランジスタＳＦによって増幅されて出力され、容量Ｃｍに保持される。容量Ｃｍに保持されるこの信号は、その後、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じて、時間の経過とともに上昇し、ｏｕｔ（１）より出力される。
【００１６】
ある時刻において、検知部１１０は、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号ｏｕｔ（１）が所定値に達したことを検知する。この時刻を時刻ｔ３とする。この検知は、例えば、検知部１１０がセンサ部２０の出力と予め設定された基準電位（不図示）とを比較することによってなされうる。
【００１７】
時刻ｔ４において、時刻ｔ３でなされた検知に応じて、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）はＬｏｗ状態になる。これは、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にして信号の転送を終了し、これにより容量Ｃｍに保持された信号を確定するためである。また、この時刻ｔ４においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）はＨｉ状態になる。これは、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを導通状態にし、このセンサ部のフォトダイオードＰＤにおいて発生し蓄積された電荷に応じた信号の容量Ｃｍへの転送を開始するためである。
【００１８】
しかしながら、この時刻ｔ４において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）がＨｉ状態に切り替わることにより、ｏｕｔ（１）にノイズが混入しうる。例えば、ｏｕｔ（１）が接続された配線とｃｎｔ＿ｔｘ（２）の制御信号配線の間の配線間容量によるクロストークノイズが混入しうる。また、例えば、第２モードとして動作するセンサ部２０において、信号の転送が開始されることによる熱雑音のノイズが混入しうる。これにより、容量Ｃｍに保持された信号（容量Ｃｍに充電されている電荷量）が変動しうる。このとき、例えば、配線遅延などにより、このノイズの影響を受けてｃｎｔ＿ｔｘ（１）がＬｏｗ状態になると、容量Ｃｍに充電されている電荷量が変動した状態のまま、転送トランジスタＴＸは非導通状態になる。転送トランジスタＴＸが非導通状態になると、容量Ｃｍに充電された電荷量は不変となり、即ち、容量Ｃｍに保持された信号が確定される。したがって、容量Ｃｍに保持された信号は、ノイズにより崩された状態で確定され得、ｏｕｔ（１）は、本来の信号（図３の破線）から外れた信号（図３の実線）となりうる。
【００１９】
そこで、本実施形態では、第１モードとして動作するセンサ部２０の容量Ｃｍに保持された信号を確定した後に、第２モードとして動作するセンサ部２０の制御信号を切り替える。図４は、センサ部２０にセンサ１を用いた場合における半導体装置１０の本実施形態にかかる制御タイミングチャートである。時刻ｔ１〜ｔ３については、図３と同様であるため説明を省略する。時刻ｔ４においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）をＬｏｗ状態にし、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にし、容量Ｃｍに保持された信号を確定する。次に、時刻ｔ５において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）をＨｉ状態にし、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを導通状態にする。これによって、このセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生し蓄積された電荷に応じた信号の、容量Ｃｍへの転送が開始される。また、この時刻ｔ５において、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸが既に非導通状態であり、容量Ｃｍに保持された信号が確定しているため、ｏｕｔ（１）はノイズによる影響を受けない。その後、時刻ｔ６において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）をＬｏｗ状態にし、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にし、容量Ｃｍに保持された信号を確定する。以上の動作によって、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号へのノイズの混入を防ぐことが可能となる。
【００２０】
＜第２実施形態＞
以下では、図５に示すような回路構成のセンサ２を、半導体装置１０に含まれるセンサ部２０に用いた第２実施形態について説明する。センサ２は、センサ１の増幅トランジスタＳＦと容量Ｃｍの間にスイッチトランジスタＳＷ、及び容量Ｃｍの後段に増幅トランジスタＳＦ２を含む点で、第１実施形態と異なる。スイッチトランジスタＳＷは、増幅トランジスタＳＦの動作により発生する熱雑音のノイズの容量Ｃｍへの混入を防ぎうる。また、スイッチトランジスタＳＷは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ｓｗがＨｉ状態になることにより導通状態になりうる。増幅トランジスタＳＦ２は、容量Ｃｍと出力端子ｏｕｔの間に配され、前述の配線間容量によるクロストークノイズの容量Ｃｍへの混入を防ぎうる。しかし、この回路構成においても、これらのノイズの容量Ｃｍへの混入を完全に免れることは容易ではない。
【００２１】
図６は、センサ部２０にセンサ２を用いた場合における半導体装置１０の本実施形態にかかる制御タイミングチャートである。ここで、図１には、ｃｎｔ＿ｒｅｓ及びｃｎｔ＿ｔｘの制御信号のみ図示しているが、図５に示す他の制御信号（ｃｎｔ＿ｓｗ）についても、信号制御部１２０から適宜制御されうる。
【００２２】
時刻ｔ１において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）、ｃｎｔ＿ｓｗ（１）、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）、及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）は、それぞれＨｉ状態になる。時刻ｔ２において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）及びｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）は、それぞれＬｏｗ状態になる。また、この時刻ｔ２においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）もＬｏｗ状態になる。一方で、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）及びｃｎｔ＿ｓｗ（１）はＨｉ状態のままである。ある時刻において、検知部１１０は、ｏｕｔ（１）が所定値に達したことを検知する。この時刻を時刻ｔ３とする。時刻ｔ４においては、ｃｎｔ＿ｓｗ（１）をＬｏｗ状態にし、第１モードとして動作するセンサ部２０のスイッチトランジスタＳＷを非導通状態にする。時刻ｔ５において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＨｉ状態にし、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸ及びスイッチトランジスタＳＷを導通状態にする。時刻ｔ６においてｃｎｔ＿ｔｘ（２）をＬｏｗ状態にし、このセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にする。時刻ｔ７においてｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＬｏｗ状態にし、このセンサ部２０のスイッチトランジスタＳＷを非導通状態にする。以上、この一連の動作によって、第１実施形態と同様の動作が行われ、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号へのノイズの混入を防ぐことが可能となる。また、時刻ｔ６〜ｔ７については、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＬｏｗ状態にする順番は逆でもよい。
【００２３】
＜第３実施形態＞
以下では、図７に示すような回路構成のセンサ３を、半導体装置１０に含まれるセンサ部２０に用いた第３実施形態について説明する。センサ３は、センサ１の容量Ｃｍの後段に、増幅器ＡＭＰ、クランプ容量Ｃｃｌｍｐ、及び複数のトランジスタ（ＴＮ１、ＴＮ２、ＴＳ１、ＴＳ２、ＧＲ）を含む点で、第１実施形態と異なる。クランプ容量Ｃｃｌｍｐは、増幅トランジスタＳＦのゲートがリセット（後述）されたときの増幅トランジスタＳＦの出力をノイズレベルとしてクランプしうる。トランジスタＴＮ１、ＴＮ２は、クランプ容量Ｃｃｌｍｐを充電するためのスイッチである。トランジスタＴＳ１、ＴＳ２は、容量Ｃｍに保持された信号を増幅器ＡＭＰに入力するためのスイッチである。トランジスタＧＲは、増幅器ＡＭＰとクランプ容量Ｃｃｌｍｐの間の経路を、基準電圧Ｖｇｒと電気的に接続するためのスイッチである。これらのトランジスタのそれぞれは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ｔｎ１、ｃｎｔ＿ｔｎ２、ｃｎｔ＿ｔｓ１、ｃｎｔ＿ｔｓ２、ｃｎｔ＿ｇｒがＨｉ状態になることにより導通状態になりうる。
【００２４】
図８は、センサ部２０にセンサ３を用いた場合における半導体装置１０の本実施形態にかかる制御タイミングチャートである。ここで、図１には、ｃｎｔ＿ｒｅｓ及びｃｎｔ＿ｔｘの制御信号のみ図示しているが、図７に示す他の制御信号（ｃｎｔ＿ｔｎ１、ｃｎｔ＿ｔｎ２、ｃｎｔ＿ｔｓ１、ｃｎｔ＿ｔｓ２、及びｃｎｔ＿ｇｒ）についても信号制御部１２０から出力されうる。
【００２５】
時刻ｔ１〜ｔ８においては、第１モードとして動作するセンサ部２０における検知用の信号処理が開始され、一方で、第２モードとして動作するセンサ部２０における電荷の蓄積動作が開始される。まず、時刻ｔ１において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）、及びｃｎｔ＿ｔｘ（２）は、それぞれＨｉ状態になり、第１モードと第２モードのいずれのセンサ部２０についてもリセット処理が開始される。また、この時刻ｔ１においては、ｃｎｔ＿ｔｎ１（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（１）、ｃｎｔ＿ｇｒ（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ１（２）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（２）、及びｃｎｔ＿ｇｒ（２）もＨｉ状態になる。これにより、基準電圧Ｖｇｒに対する容量Ｃｍの初期レベルがクランプ容量Ｃｃｌｍｐに保持されうる。時刻ｔ２において、リセット処理は終了し、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）及びｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）は、それぞれＬｏｗ状態になる。また、この時刻ｔ２においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）もＬｏｗ状態になり、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは非導通状態になる。これにより、このセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷の蓄積が開始される。時刻ｔ３において、ｃｎｔ＿ｔｎ１（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ１（２）、及びｃｎｔ＿ｔｎ２（２）はＬｏｗ状態になる。これにより、クランプ容量Ｃｃｌｍｐにおいては、このときの増幅トランジスタＳＦの出力がノイズレベルとしてクランプされうる。時刻ｔ４において、ｃｎｔ＿ｔｓ１（１）及びｃｎｔ＿ｔｓ１（２）をＨｉ状態にすることで、増幅器ＡＭＰにおける入力レベルを基準電圧Ｖｇｒにする。その後、時刻ｔ５において、ｃｎｔ＿ｇｒ（１）及びｃｎｔ＿ｇｒ（２）をＬｏｗ状態にし、増幅器ＡＭＰの入力と基準電圧Ｖｇｒとの電気的な接続は遮断される。その後、増幅器ＡＭＰにおける入力レベルは基準電圧Ｖｇｒに維持される。時刻ｔ６において、ｃｎｔ＿ｔｓ２（１）はＨｉ状態になる。これにより、第１モードとして動作するセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号が出力端子ｏｕｔ（１）より出力されうる。このとき、クランプ容量Ｃｃｌｍｐにおいては、増幅トランジスタＳＦにより増幅された信号と前述のノイズレベルとの差分が読み出されることによりノイズが除去されうる。その後、ｏｕｔ（１）は、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷量に応じて、時間の経過とともに上昇する。ある時刻において、検知部１１０は、ｏｕｔ（１）が所定値に達したことを検知する。この時刻を時刻ｔ７とする。時刻ｔ８において、時刻ｔ７でなされた検知に応じて、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）はＬｏｗ状態になる。これにより、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にして信号の転送を終了し、容量Ｃｍに保持された信号が確定される。
【００２６】
時刻ｔ９〜ｔ１６おいては、第１モードとして動作するセンサ部２０の容量Ｃｍに保持された信号が確定した後、第２モードとして動作するセンサ部２０における電荷の蓄積動作の制御処理が開始されうる。まず、時刻ｔ９〜ｔ１４にわたって、第２モードとして動作するセンサ部２０においては、時刻ｔ１〜ｔ６と同様の動作（ｃｎｔ＿ｔｘ（２）を除く。）が行われうる。その後、時刻ｔ１５において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）はＨｉ状態になる。これにより、このセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは導通状態になり、このセンサ部２０において蓄積された電荷に応じた信号の容量Ｃｍへの転送が開始されうる。時刻ｔ１６において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）はＬｏｗ状態になる。これにより、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にし、容量Ｃｍに保持された信号を確定する。
【００２７】
このとき、時刻ｔ９〜ｔ１６においては、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは既に非導通状態であり、容量Ｃｍに保持された信号が確定している。したがって、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号へのノイズの混入を防ぐことが可能となる。
【００２８】
＜第４実施形態＞
以下では、図９に示すような回路構成のセンサ４を、半導体装置１０に含まれるセンサ部２０に用いた第４実施形態について説明する。センサ４は、センサ２の増幅トランジスタＳＦ２の後段に、増幅器ＡＭＰ、クランプ容量Ｃｃｌｍｐ、及び複数のトランジスタ（ＴＮ１、ＴＮ２、ＴＳ１、ＴＳ２、ＧＲ、ＡＧＣ）を含む点で、第２実施形態と異なる。トランジスタＡＧＣは、増幅器ＡＭＰの出力と出力端子ｏｕｔとの間に配されたスイッチである。トランジスタＡＧＣは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ａｇｃがＨｉ状態になることにより導通状態になりうる。その他については、第３実施形態と同様であるため説明を省く。
【００２９】
図１０は、センサ部２０にセンサ４を用いた場合における半導体装置１０の本実施形態にかかる制御タイミングチャートである。ここで、図１には、ｃｎｔ＿ｒｅｓ及びｃｎｔ＿ｔｘの制御信号が図示しているが、図９に示す他の制御信号（ｃｎｔ＿ｔｘ、ｃｎｔ＿ｓｗ等）についても信号制御部１２０から出力されうる。
【００３０】
時刻ｔ１〜ｔ８においては、第１モードとして動作するセンサ部２０における検知用の信号処理が開始され、一方で、第２モードとして動作するセンサ部２０における電荷の蓄積動作が開始される。まず、時刻ｔ１において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）、及びｃｎｔ＿ｔｘ（２）は、それぞれＨｉ状態になり、第１モードと第２モードのいずれのセンサ部２０についてもリセット処理が開始される。また、この時刻ｔ１においては、ｃｎｔ＿ｓｗ（１）、及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）もＨｉ状態になり、容量Ｃｍが初期化されうる。また、さらに、この時刻ｔ１においては、ｃｎｔ＿ｔｎ１（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（１）、ｃｎｔ＿ｇｒ（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ１（２）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（２）、及びｃｎｔ＿ｇｒ（２）もＨｉ状態になる。これにより、基準電圧Ｖｇｒに対する容量Ｃｍの初期レベルがクランプ容量Ｃｃｌｍｐに保持されうる。その後、時刻ｔ２〜ｔ５においては、第３実施形態の時刻ｔ２〜ｔ５と同様の動作が行われうる。時刻ｔ６において、ｃｎｔ＿ｔｓ２（１）及びｃｎｔ＿ａｇｃ（１）はＨｉ状態になる。これにより、第１モードとして動作するセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号が出力端子ｏｕｔ（１）より出力されうる。このとき、クランプ容量Ｃｃｌｍｐにおいては、増幅トランジスタＳＦにより増幅された信号と前述のノイズレベルとの差分が読み出されることによりノイズが除去されうる。その後、ｏｕｔ（１）は、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷量に応じて、時間の経過とともに上昇する。ある時刻において、検知部１１０は、ｏｕｔ（１）が所定値に達したことを検知する。この時刻を時刻ｔ７とする。時刻ｔ８において、時刻ｔ７でなされた検知に応じて、ｃｎｔ＿ｓｗ（１）はＬｏｗ状態になる。これにより、第１モードとして動作するセンサ部２０のトランジスタＳＷを非導通状態にして信号の転送を終了し、容量Ｃｍに保持された信号が確定される。また、時刻ｔ８においては、ｃｎｔ＿ａｇｃ（１）もＬｏｗ状態にされ得、トランジスタＡＧＣを非導通状態にして容量Ｃｍに保持された信号の出力を中止しうる。
【００３１】
時刻ｔ９〜ｔ１７おいては、第１モードとして動作するセンサ部２０の容量Ｃｍに保持された信号の確定がされた後、第２モードとして動作するセンサ部２０における電荷の蓄積動作の制御処理が開始されうる。まず、時刻ｔ９〜ｔ１４にわたって、第２モードとして動作するセンサ部２０においては、時刻ｔ１〜ｔ６と同様の動作（ｃｎｔ＿ｔｘ（２）を除く。）が行われうる。その後、時刻ｔ１５において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）はＨｉ状態になる。これにより、このセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは導通状態になり、このセンサ部２０において蓄積された電荷に応じた信号の容量Ｃｍへの転送が開始されうる。時刻ｔ１６においてｃｎｔ＿ｔｘ（２）をＬｏｗ状態にし、このセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態する。時刻ｔ１７においてｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＬｏｗ状態にし、このセンサ部２０のスイッチトランジスタＳＷを非導通状態する。これにより、容量Ｃｍに保持された信号を確定する。
【００３２】
このとき、時刻ｔ９〜ｔ１７においては、第１モードとして動作するセンサ部２０のトランジスタＳＷは既に非導通状態であり、容量Ｃｍに保持された信号が確定している。したがって、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号へのノイズの混入を防ぐことが可能となる。また、本実施形態においては、時刻ｔ４〜ｔ９にわたって、ｃｎｔ＿ｓｗ（２）はＬｏｗ状態になってもよい。また、例えば、時刻ｔ８においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）はＬｏｗ状態になってもよい。また、時刻ｔ１６〜ｔ１７については、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＬｏｗ状態にする順番は逆でもよい。
【００３３】
以上の４つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途、機能、およびその他の仕様の変更が適宜可能であり、他の実施形態によっても実施されうることは言うまでもない。センサ部は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサとして構成され、その他の如何なるセンサでもよい。また、上記の各機能ブロックの動作制御は、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が、コントローラと共に、または、コントローラに代わって、その一部または全部を行ってもよい。
【００３４】
図１１に例示するシステムブロック図は、半導体装置１０を焦点検出装置に適用した場合のカメラの合焦システムである。図１１に示すシステムは、光学系２００、焦点検出装置２１０、及びＣＰＵ２３０を含みうる。光学系２００は、固定レンズ、焦点を合わせるための可動式レンズ、ミラー、及び位相差検出のためのセパレータレンズを含みうる。焦点検出装置２１０は、半導体装置１０及び演算部２２０を含みうる。また、演算部２２０は、半導体装置１０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器２２１、及びこのデジタル信号を処理する信号処理部２２２を含みうる。演算部２２０においてデフォーカス量が算出され、この結果にしたがって、例えば、ＣＰＵ２３０からの指示により光学系２００が制御され、カメラの焦点は合わせられる。また、ＣＰＵ２３０は、引き続き半導体装置１０を制御しうる。
【００３５】
以上の内容は、カメラに含まれる焦点検出用の半導体装置について述べたが、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る半導体装置を含む焦点検出装置、固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、を含みうる。この処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。焦点検出処理はこの処理部によってなされてもよいし、焦点検出処理を実行する演算部が半導体装置に含まれてもよく、適宜変更が可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焦点検出用の半導体装置として、一対のセンサ部を有し、検知用として用いる一方のセンサ部の出力が所定値に達したことを検知して、信号用として用いる他方のセンサ部における焦点検出用の信号の処理を制御するものがある。具体的には、一対のセンサ部のそれぞれは光電変換部を含み、この半導体装置は、検知用のセンサ部の光電変換部において発生した電荷に応じた信号にしたがって、信号用のセンサ部の光電変換部において発生した電荷の蓄積動作を制御する。電荷の蓄積動作の制御は、例えば、電荷の蓄積時間の制御、または蓄積される電荷量の制御である。より具体的には、被写体の輝度が暗い場合は、電荷の蓄積時間を長くし、または蓄積される電荷量を多くする。また、被写体の輝度が明るい場合は、電荷の蓄積時間を短くし、または蓄積される電荷量を少なくする。このようにして、信号用のセンサ部の光電変換部における電荷の蓄積動作を制御することができる。
【０００３】
その後、信号用のセンサ部において蓄積された電荷に応じた信号は、焦点検出のための情報として焦点検出処理を実行する演算部に出力されうる。実際には、センサ部のそれぞれは３０〜８０個程度がライン状またはアレイ状に配置された光電変換部を含みうる。この一対のセンサ部を２つ用意し、これらにより形成される２つの像を用いて位相差検出法による焦点検出が行われうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１５０６８６号公報
【特許文献２】特開２００１−３０５４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の一連の焦点検出とは別に、検知用のセンサ部において発生した電荷に応じた信号を焦点検出のための情報として利用し、別途、他の焦点検出を行う方法が考えられる。これにより、より精度の高い焦点検出がなされることが期待される。しかし、信号用のセンサ部の制御信号を切替えることによって、検知用のセンサ部の信号にノイズが混入する場合がある。例えば、信号配線間の配線容量カップリングにより、クロストークノイズが混入しうる。また、例えば、信号用のセンサ部において蓄積された電荷に応じた信号の処理が開始されることにより、ノイズが混入しうる。
【０００６】
本発明の目的は、検知用のセンサ部において発生した電荷に応じた信号を焦点検出のための情報として利用するために有利な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの側面は半導体装置にかかり、前記半導体装置は、光電変換部、信号保持部、および転送部を有し前記信号保持部が保持する信号に応じた信号を出力する一対のセンサ部を含み、検知部を備え、前記信号保持部は、前記光電変換部において発生した電荷に応じた信号を保持し、前記転送部は、導通状態においては前記光電変換部において発生した電荷に応じた信号を前記信号保持部に転送し、前記一対のセンサ部のうち一方は第１モードとして動作し、他方は第２モードとして動作し、前記検知部は、前記第１モードとして動作する前記センサ部において、導通状態の前記転送部により信号の転送が開始された後、当該センサ部から出力される信号が所定値に達したことを検知し、前記第１モードとして動作する前記センサ部は、前記検知にしたがって、前記転送部を非導通状態にして当該信号の転送を終了し、これにより前記信号保持部に保持された信号を確定し、前記第２モードとして動作する前記センサ部は、当該センサ部の前記転送部を非導通状態とすることによって、前記光電変換部において発生した電荷を蓄積し、前記第１モードとして動作する前記センサ部の前記信号保持部において前記信号の保持がされた後に、前記第２モードとして動作する前記センサ部の前記転送部を導通状態とすることによって、発生した電荷に応じた信号の転送を開始し、その後、前記転送部を非導通状態とすることによって当該信号の転送を終了し、これにより前記信号保持部に保持された信号を確定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、検知用のセンサ部において発生した電荷に応じた信号を焦点検出のための情報として利用するために有利な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図２】センサ部の第１の回路構成例を説明する図。
【図３】ノイズが混入しうる動作タイミングチャート。
【図４】第１実施形態の動作タイミングチャート。
【図５】センサ部の第２の回路構成例を説明する図。
【図６】第２実施形態の動作タイミングチャート。
【図７】センサ部の第３の回路構成例を説明する図。
【図８】第３実施形態の動作タイミングチャート。
【図９】センサ部の第４の回路構成例を説明する図。
【図１０】第４実施形態の動作タイミングチャート。
【図１１】本発明の半導体装置を適用したカメラの合焦システムを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１〜４を参照しながら、本発明の第１実施形態を説明する。図１に例示する半導体装置１０は、焦点検出のために用いられる。半導体装置１０は、制御系１００と、互いに隣接して配置されうる一対のセンサ部２０と、を含む。制御系１００は、センサ部２０のそれぞれの出力が所定値に達したことを検知する検知部１１０と、センサ部２０のそれぞれに制御信号を出力する信号制御部１２０と、を含む。また、制御系１００は、前述の機能ブロックのそれぞれと通信して動作の指示を出すコントローラ１３０をさらに含みうる。また、検知部１１０は、例えば、このコントローラ１３０からの指示により、一対のセンサ部２０のうち一方を検知しうる。
【００１１】
センサ部２０は、図２に例示されるように、ライン状に配置された複数のセンサ１を含みうる。センサ１は、光電変換部としてフォトダイオードＰＤ、及びフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号を保持する信号保持部として容量Ｃｍを含む。また、センサ１は、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号を容量Ｃｍに転送する転送部として、転送トランジスタＴＸを含む。転送トランジスタＴＸは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ｔｘがＨｉ状態になることによって導通状態になりうる。また、センサ１は、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号を増幅する増幅トランジスタＳＦをさらに含みうる。フォトダイオードＰＤにおいて受光した光のエネルギーにより発生した電荷は、導通状態の転送トランジスタＴＸを介して、増幅トランジスタＳＦのゲートに転送されうる。その後、増幅トランジスタＳＦにより増幅された信号は、容量Ｃｍにより保持され、出力端子ｏｕｔより出力される。また、センサ１は、増幅トランジスタＳＦのゲートの電位を所定の電圧にリセットするリセットトランジスタＲＥＳを含みうる。リセットトランジスタＲＥＳは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ｒｅｓがＨｉ状態になることによって導通状態になりうる。制御信号ｃｎｔ＿ｒｅｓ及びｃｎｔ＿ｔｘは、例えば、信号制御部１２０により出力されうる。
【００１２】
制御系１００は、互いに隣接する２つのセンサ部２０の一方において発生した電荷量を検知することにより、他方のセンサ部２０において発生した電荷の蓄積動作を制御する。具体的には、制御系１００は、第１モードとして動作する一方のセンサ部２０については、フォトダオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号が所定値に達したことを検知部１１０によって検知する。この検知部１１０は、例えば、このセンサ部２０の出力を予め設定された基準電位と比較することにより検知しうる。一方で、制御系１００は、第２モードとして動作する他方のセンサ部２０については、フォトダオードＰＤにおいて発生した電荷を蓄積させる。この電荷の蓄積動作は、前述の検知部１１０による検知にしたがって、終了される。この電荷の蓄積動作の終了は、例えば、この検知の通知を受けたコントローラ１３０からの指示によって、信号制御部１２０を介してなされうる。このように、制御系１００は、検知用として用いる第１モードとして動作するセンサ部２０については、発生した電荷に応じた信号の出力を検知部１１０によって監視し所定値に達したことを検知する。一方で、制御系１００は、信号用として用いる第２モードとして動作するセンサ部２０については、発生した電荷を蓄積させ、前述の検知にしたがって電荷蓄積を終了させ、この蓄積された電荷に応じた信号を焦点検出において使用する。
【００１３】
この一連の焦点検出とは別に、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた検知用の信号を、別途、他の焦点検出を行うために利用し、焦点検出の精度を向上させたい。そのためには、この検出用の信号に、図３に例示するようなノイズが混入することを防ぐ必要がある。図３は、半導体装置１０の動作タイミングチャートの一例であり、第２モードとして動作するセンサ部２０の制御信号を切り替えることにより、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号にノイズが混入する場合を示す。図３には、制御信号（ｃｎｔ＿ｒｅｓ、ｃｎｔ＿ｔｘ）のそれぞれの状態、及びセンサ部２０の出力ｏｕｔのタイミングチャートを表す。図中の上段には第１モードとして動作するセンサ部２０についてのそれぞれの状態を示し、下段には第２モードとして動作するセンサ部２０についてのそれぞれの状態を示す。図中の記号の括弧内の数字（１）は第１モードとして動作するセンサ部２０ついてのそれぞれの状態を示し、（２）は第２モードとして動作するセンサ部２０についてのそれぞれの状態を示す。以下、後述の実施形態においても同様である。
【００１４】
時刻ｔ１において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）、及びｃｎｔ＿ｔｘ（２）は、それぞれＨｉ状態になる。これにより、第１モードと第２モードのいずれのセンサ部２０についてもリセット処理が開始される。
【００１５】
時刻ｔ２において、リセット処理は終了し、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）及びｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）は、それぞれＬｏｗ状態になる。また、この時刻ｔ２においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）もＬｏｗ状態になり、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは非導通状態になる。これにより、このセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷の蓄積が開始される。一方で、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）はＨｉ状態のままであり、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは導通状態である。このセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷は、この転送トランジスタＴＸを介し、増幅トランジスタＳＦのゲートに転送される。そして、この電荷量に応じた信号が増幅トランジスタＳＦによって増幅されて出力され、容量Ｃｍに保持される。容量Ｃｍに保持されるこの信号は、その後、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じて、時間の経過とともに上昇し、ｏｕｔ（１）より出力される。
【００１６】
ある時刻において、検知部１１０は、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号ｏｕｔ（１）が所定値に達したことを検知する。この時刻を時刻ｔ３とする。この検知は、例えば、検知部１１０がセンサ部２０の出力と予め設定された基準電位（不図示）とを比較することによってなされうる。
【００１７】
時刻ｔ４において、時刻ｔ３でなされた検知に応じて、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）はＬｏｗ状態になる。これは、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にして信号の転送を終了し、これにより容量Ｃｍに保持された信号を確定するためである。また、この時刻ｔ４においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）はＨｉ状態になる。これは、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを導通状態にし、このセンサ部のフォトダイオードＰＤにおいて発生し蓄積された電荷に応じた信号の容量Ｃｍへの転送を開始するためである。
【００１８】
しかしながら、この時刻ｔ４において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）がＨｉ状態に切り替わることにより、ｏｕｔ（１）にノイズが混入しうる。例えば、ｏｕｔ（１）が接続された配線とｃｎｔ＿ｔｘ（２）の制御信号配線の間の配線間容量によるクロストークノイズが混入しうる。また、例えば、第２モードとして動作するセンサ部２０において、信号の転送が開始されることによる熱雑音のノイズが混入しうる。これにより、容量Ｃｍに保持された信号（容量Ｃｍに充電されている電荷量）が変動しうる。このとき、例えば、配線遅延などにより、このノイズの影響を受けてｃｎｔ＿ｔｘ（１）がＬｏｗ状態になると、容量Ｃｍに充電されている電荷量が変動した状態のまま、転送トランジスタＴＸは非導通状態になる。転送トランジスタＴＸが非導通状態になると、容量Ｃｍに充電された電荷量は不変となり、即ち、容量Ｃｍに保持された信号が確定される。したがって、容量Ｃｍに保持された信号は、ノイズにより崩された状態で確定され得、ｏｕｔ（１）は、本来の信号（図３の破線）から外れた信号（図３の実線）となりうる。
【００１９】
そこで、本実施形態では、第１モードとして動作するセンサ部２０の容量Ｃｍに保持された信号を確定した後に、第２モードとして動作するセンサ部２０の制御信号を切り替える。図４は、センサ部２０にセンサ１を用いた場合における半導体装置１０の本実施形態にかかる制御タイミングチャートである。時刻ｔ１〜ｔ３については、図３と同様であるため説明を省略する。時刻ｔ４においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）をＬｏｗ状態にし、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にし、容量Ｃｍに保持された信号を確定する。次に、時刻ｔ５において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）をＨｉ状態にし、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを導通状態にする。これによって、このセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生し蓄積された電荷に応じた信号の、容量Ｃｍへの転送が開始される。また、この時刻ｔ５において、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸが既に非導通状態であり、容量Ｃｍに保持された信号が確定しているため、ｏｕｔ（１）はノイズによる影響を受けない。その後、時刻ｔ６において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）をＬｏｗ状態にし、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にし、容量Ｃｍに保持された信号を確定する。以上の動作によって、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号へのノイズの混入を防ぐことが可能となる。
【００２０】
＜第２実施形態＞
以下では、図５に示すような回路構成のセンサ２を、半導体装置１０に含まれるセンサ部２０に用いた第２実施形態について説明する。センサ２は、センサ１の増幅トランジスタＳＦと容量Ｃｍの間にスイッチトランジスタＳＷ、及び容量Ｃｍの後段に増幅トランジスタＳＦ２を含む点で、第１実施形態と異なる。スイッチトランジスタＳＷは、増幅トランジスタＳＦの動作により発生する熱雑音のノイズの容量Ｃｍへの混入を防ぎうる。また、スイッチトランジスタＳＷは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ｓｗがＨｉ状態になることにより導通状態になりうる。増幅トランジスタＳＦ２は、容量Ｃｍと出力端子ｏｕｔの間に配され、前述の配線間容量によるクロストークノイズの容量Ｃｍへの混入を防ぎうる。しかし、この回路構成においても、これらのノイズの容量Ｃｍへの混入を完全に免れることは容易ではない。
【００２１】
図６は、センサ部２０にセンサ２を用いた場合における半導体装置１０の本実施形態にかかる制御タイミングチャートである。ここで、図１には、ｃｎｔ＿ｒｅｓ及びｃｎｔ＿ｔｘの制御信号のみ図示しているが、図５に示す他の制御信号（ｃｎｔ＿ｓｗ）についても、信号制御部１２０から適宜制御されうる。
【００２２】
時刻ｔ１において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）、ｃｎｔ＿ｓｗ（１）、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）、及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）は、それぞれＨｉ状態になる。時刻ｔ２において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）及びｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）は、それぞれＬｏｗ状態になる。また、この時刻ｔ２においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）もＬｏｗ状態になる。一方で、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）及びｃｎｔ＿ｓｗ（１）はＨｉ状態のままである。ある時刻において、検知部１１０は、ｏｕｔ（１）が所定値に達したことを検知する。この時刻を時刻ｔ３とする。時刻ｔ４においては、ｃｎｔ＿ｓｗ（１）をＬｏｗ状態にし、第１モードとして動作するセンサ部２０のスイッチトランジスタＳＷを非導通状態にする。時刻ｔ５において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＨｉ状態にし、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸ及びスイッチトランジスタＳＷを導通状態にする。時刻ｔ６においてｃｎｔ＿ｔｘ（２）をＬｏｗ状態にし、このセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にする。時刻ｔ７においてｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＬｏｗ状態にし、このセンサ部２０のスイッチトランジスタＳＷを非導通状態にする。以上、この一連の動作によって、第１実施形態と同様の動作が行われ、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号へのノイズの混入を防ぐことが可能となる。また、時刻ｔ６〜ｔ７については、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＬｏｗ状態にする順番は逆でもよい。
【００２３】
＜第３実施形態＞
以下では、図７に示すような回路構成のセンサ３を、半導体装置１０に含まれるセンサ部２０に用いた第３実施形態について説明する。センサ３は、センサ１の容量Ｃｍの後段に、増幅器ＡＭＰ、クランプ容量Ｃｃｌｍｐ、及び複数のトランジスタ（ＴＮ１、ＴＮ２、ＴＳ１、ＴＳ２、ＧＲ）を含む点で、第１実施形態と異なる。クランプ容量Ｃｃｌｍｐは、増幅トランジスタＳＦのゲートがリセット（後述）されたときの増幅トランジスタＳＦの出力をノイズレベルとしてクランプしうる。トランジスタＴＮ１、ＴＮ２は、クランプ容量Ｃｃｌｍｐを充電するためのスイッチである。トランジスタＴＳ１、ＴＳ２は、容量Ｃｍに保持された信号を増幅器ＡＭＰに入力するためのスイッチである。トランジスタＧＲは、増幅器ＡＭＰとクランプ容量Ｃｃｌｍｐの間の経路を、基準電圧Ｖｇｒと電気的に接続するためのスイッチである。これらのトランジスタのそれぞれは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ｔｎ１、ｃｎｔ＿ｔｎ２、ｃｎｔ＿ｔｓ１、ｃｎｔ＿ｔｓ２、ｃｎｔ＿ｇｒがＨｉ状態になることにより導通状態になりうる。
【００２４】
図８は、センサ部２０にセンサ３を用いた場合における半導体装置１０の本実施形態にかかる制御タイミングチャートである。ここで、図１には、ｃｎｔ＿ｒｅｓ及びｃｎｔ＿ｔｘの制御信号のみ図示しているが、図７に示す他の制御信号（ｃｎｔ＿ｔｎ１、ｃｎｔ＿ｔｎ２、ｃｎｔ＿ｔｓ１、ｃｎｔ＿ｔｓ２、及びｃｎｔ＿ｇｒ）についても信号制御部１２０から出力されうる。
【００２５】
時刻ｔ１〜ｔ８においては、第１モードとして動作するセンサ部２０における検知用の信号処理が開始され、一方で、第２モードとして動作するセンサ部２０における電荷の蓄積動作が開始される。まず、時刻ｔ１において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）、及びｃｎｔ＿ｔｘ（２）は、それぞれＨｉ状態になり、第１モードと第２モードのいずれのセンサ部２０についてもリセット処理が開始される。また、この時刻ｔ１においては、ｃｎｔ＿ｔｎ１（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（１）、ｃｎｔ＿ｇｒ（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ１（２）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（２）、及びｃｎｔ＿ｇｒ（２）もＨｉ状態になる。これにより、基準電圧Ｖｇｒに対する容量Ｃｍの初期レベルがクランプ容量Ｃｃｌｍｐに保持されうる。時刻ｔ２において、リセット処理は終了し、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）及びｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）は、それぞれＬｏｗ状態になる。また、この時刻ｔ２においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）もＬｏｗ状態になり、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは非導通状態になる。これにより、このセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷の蓄積が開始される。時刻ｔ３において、ｃｎｔ＿ｔｎ１（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ１（２）、及びｃｎｔ＿ｔｎ２（２）はＬｏｗ状態になる。これにより、クランプ容量Ｃｃｌｍｐにおいては、このときの増幅トランジスタＳＦの出力がノイズレベルとしてクランプされうる。時刻ｔ４において、ｃｎｔ＿ｔｓ１（１）及びｃｎｔ＿ｔｓ１（２）をＨｉ状態にすることで、増幅器ＡＭＰにおける入力レベルを基準電圧Ｖｇｒにする。その後、時刻ｔ５において、ｃｎｔ＿ｇｒ（１）及びｃｎｔ＿ｇｒ（２）をＬｏｗ状態にし、増幅器ＡＭＰの入力と基準電圧Ｖｇｒとの電気的な接続は遮断される。その後、増幅器ＡＭＰにおける入力レベルは基準電圧Ｖｇｒに維持される。時刻ｔ６において、ｃｎｔ＿ｔｓ２（１）はＨｉ状態になる。これにより、第１モードとして動作するセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号が出力端子ｏｕｔ（１）より出力されうる。このとき、クランプ容量Ｃｃｌｍｐにおいては、増幅トランジスタＳＦにより増幅された信号と前述のノイズレベルとの差分が読み出されることによりノイズが除去されうる。その後、ｏｕｔ（１）は、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷量に応じて、時間の経過とともに上昇する。ある時刻において、検知部１１０は、ｏｕｔ（１）が所定値に達したことを検知する。この時刻を時刻ｔ７とする。時刻ｔ８において、時刻ｔ７でなされた検知に応じて、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）はＬｏｗ状態になる。これにより、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にして信号の転送を終了し、容量Ｃｍに保持された信号が確定される。
【００２６】
時刻ｔ９〜ｔ１６おいては、第１モードとして動作するセンサ部２０の容量Ｃｍに保持された信号が確定した後、第２モードとして動作するセンサ部２０における電荷の蓄積動作の制御処理が開始されうる。まず、時刻ｔ９〜ｔ１４にわたって、第２モードとして動作するセンサ部２０においては、時刻ｔ１〜ｔ６と同様の動作（ｃｎｔ＿ｔｘ（２）を除く。）が行われうる。その後、時刻ｔ１５において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）はＨｉ状態になる。これにより、このセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは導通状態になり、このセンサ部２０において蓄積された電荷に応じた信号の容量Ｃｍへの転送が開始されうる。時刻ｔ１６において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）はＬｏｗ状態になる。これにより、第２モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態にし、容量Ｃｍに保持された信号を確定する。
【００２７】
このとき、時刻ｔ９〜ｔ１６においては、第１モードとして動作するセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは既に非導通状態であり、容量Ｃｍに保持された信号が確定している。したがって、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号へのノイズの混入を防ぐことが可能となる。
【００２８】
＜第４実施形態＞
以下では、図９に示すような回路構成のセンサ４を、半導体装置１０に含まれるセンサ部２０に用いた第４実施形態について説明する。センサ４は、センサ２の増幅トランジスタＳＦ２の後段に、増幅器ＡＭＰ、クランプ容量Ｃｃｌｍｐ、及び複数のトランジスタ（ＴＮ１、ＴＮ２、ＴＳ１、ＴＳ２、ＧＲ、ＡＧＣ）を含む点で、第２実施形態と異なる。トランジスタＡＧＣは、増幅器ＡＭＰの出力と出力端子ｏｕｔとの間に配されたスイッチである。トランジスタＡＧＣは、例えば、制御信号ｃｎｔ＿ａｇｃがＨｉ状態になることにより導通状態になりうる。その他については、第３実施形態と同様であるため説明を省く。
【００２９】
図１０は、センサ部２０にセンサ４を用いた場合における半導体装置１０の本実施形態にかかる制御タイミングチャートである。ここで、図１には、ｃｎｔ＿ｒｅｓ及びｃｎｔ＿ｔｘの制御信号が図示しているが、図９に示す他の制御信号（ｃｎｔ＿ｔｘ、ｃｎｔ＿ｓｗ等）についても信号制御部１２０から出力されうる。
【００３０】
時刻ｔ１〜ｔ８においては、第１モードとして動作するセンサ部２０における検知用の信号処理が開始され、一方で、第２モードとして動作するセンサ部２０における電荷の蓄積動作が開始される。まず、時刻ｔ１において、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（１）、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）、ｃｎｔ＿ｒｅｓ（２）、及びｃｎｔ＿ｔｘ（２）は、それぞれＨｉ状態になり、第１モードと第２モードのいずれのセンサ部２０についてもリセット処理が開始される。また、この時刻ｔ１においては、ｃｎｔ＿ｓｗ（１）、及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）もＨｉ状態になり、容量Ｃｍが初期化されうる。また、さらに、この時刻ｔ１においては、ｃｎｔ＿ｔｎ１（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（１）、ｃｎｔ＿ｇｒ（１）、ｃｎｔ＿ｔｎ１（２）、ｃｎｔ＿ｔｎ２（２）、及びｃｎｔ＿ｇｒ（２）もＨｉ状態になる。これにより、基準電圧Ｖｇｒに対する容量Ｃｍの初期レベルがクランプ容量Ｃｃｌｍｐに保持されうる。その後、時刻ｔ２〜ｔ５においては、第３実施形態の時刻ｔ２〜ｔ５と同様の動作が行われうる。時刻ｔ６において、ｃｎｔ＿ｔｓ２（１）及びｃｎｔ＿ａｇｃ（１）はＨｉ状態になる。これにより、第１モードとして動作するセンサ部２０のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷に応じた信号が出力端子ｏｕｔ（１）より出力されうる。このとき、クランプ容量Ｃｃｌｍｐにおいては、増幅トランジスタＳＦにより増幅された信号と前述のノイズレベルとの差分が読み出されることによりノイズが除去されうる。その後、ｏｕｔ（１）は、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷量に応じて、時間の経過とともに上昇する。ある時刻において、検知部１１０は、ｏｕｔ（１）が所定値に達したことを検知する。この時刻を時刻ｔ７とする。時刻ｔ８において、時刻ｔ７でなされた検知に応じて、ｃｎｔ＿ｓｗ（１）はＬｏｗ状態になる。これにより、第１モードとして動作するセンサ部２０のトランジスタＳＷを非導通状態にして信号の転送を終了し、容量Ｃｍに保持された信号が確定される。また、時刻ｔ８においては、ｃｎｔ＿ａｇｃ（１）もＬｏｗ状態にされ得、トランジスタＡＧＣを非導通状態にして容量Ｃｍに保持された信号の出力を中止しうる。
【００３１】
時刻ｔ９〜ｔ１７おいては、第１モードとして動作するセンサ部２０の容量Ｃｍに保持された信号の確定がされた後、第２モードとして動作するセンサ部２０における電荷の蓄積動作の制御処理が開始されうる。まず、時刻ｔ９〜ｔ１４にわたって、第２モードとして動作するセンサ部２０においては、時刻ｔ１〜ｔ６と同様の動作（ｃｎｔ＿ｔｘ（２）を除く。）が行われうる。その後、時刻ｔ１５において、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）はＨｉ状態になる。これにより、このセンサ部２０の転送トランジスタＴＸは導通状態になり、このセンサ部２０において蓄積された電荷に応じた信号の容量Ｃｍへの転送が開始されうる。時刻ｔ１６においてｃｎｔ＿ｔｘ（２）をＬｏｗ状態にし、このセンサ部２０の転送トランジスタＴＸを非導通状態する。時刻ｔ１７においてｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＬｏｗ状態にし、このセンサ部２０のスイッチトランジスタＳＷを非導通状態する。これにより、容量Ｃｍに保持された信号を確定する。
【００３２】
このとき、時刻ｔ９〜ｔ１７においては、第１モードとして動作するセンサ部２０のトランジスタＳＷは既に非導通状態であり、容量Ｃｍに保持された信号が確定している。したがって、第１モードとして動作するセンサ部２０において発生した電荷に応じた信号へのノイズの混入を防ぐことが可能となる。また、本実施形態においては、時刻ｔ４〜ｔ９にわたって、ｃｎｔ＿ｓｗ（２）はＬｏｗ状態になってもよい。また、例えば、時刻ｔ８においては、ｃｎｔ＿ｔｘ（１）はＬｏｗ状態になってもよい。また、時刻ｔ１６〜ｔ１７については、ｃｎｔ＿ｔｘ（２）及びｃｎｔ＿ｓｗ（２）をＬｏｗ状態にする順番は逆でもよい。
【００３３】
以上の４つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途、機能、およびその他の仕様の変更が適宜可能であり、他の実施形態によっても実施されうることは言うまでもない。センサ部は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサとして構成され、その他の如何なるセンサでもよい。また、上記の各機能ブロックの動作制御は、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が、コントローラと共に、または、コントローラに代わって、その一部または全部を行ってもよい。
【００３４】
図１１に例示するシステムブロック図は、半導体装置１０を焦点検出装置に適用した場合のカメラの合焦システムである。図１１に示すシステムは、光学系２００、焦点検出装置２１０、及びＣＰＵ２３０を含みうる。光学系２００は、固定レンズ、焦点を合わせるための可動式レンズ、ミラー、及び位相差検出のためのセパレータレンズを含みうる。焦点検出装置２１０は、半導体装置１０及び演算部２２０を含みうる。また、演算部２２０は、半導体装置１０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器２２１、及びこのデジタル信号を処理する信号処理部２２２を含みうる。演算部２２０においてデフォーカス量が算出され、この結果にしたがって、例えば、ＣＰＵ２３０からの指示により光学系２００が制御され、カメラの焦点は合わせられる。また、ＣＰＵ２３０は、引き続き半導体装置１０を制御しうる。
【００３５】
以上の内容は、カメラに含まれる焦点検出用の半導体装置について述べたが、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る半導体装置を含む焦点検出装置、固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、を含みうる。この処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。焦点検出処理はこの処理部によってなされてもよいし、焦点検出処理を実行する演算部が半導体装置に含まれてもよく、適宜変更が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部、信号保持部、および転送部を有し前記信号保持部が保持する信号に応じた信号を出力する一対のセンサ部を含む半導体装置であって、
検知部を備え、
前記信号保持部は、前記光電変換部において発生した電荷に応じた信号を保持し、
前記転送部は、導通状態においては前記光電変換部において発生した電荷に応じた信号を前記信号保持部に転送し、
前記一対のセンサ部のうち一方は第１モードとして動作し、他方は第２モードとして動作し、
前記検知部は、前記第１モードとして動作する前記センサ部において、導通状態の前記転送部により信号の転送が開始された後、当該センサ部から出力される信号が所定値に達したことを検知し、
前記第１モードとして動作する前記センサ部は、前記検知にしたがって、前記転送部を非導通状態にして当該信号の転送を終了し、これにより前記信号保持部に保持された信号を確定し、
前記第２モードとして動作する前記センサ部は、当該センサ部の前記転送部を非導通状態とすることによって、前記光電変換部において発生した電荷を蓄積し、前記第１モードとして動作する前記センサ部の前記信号保持部において前記信号の保持がされた後に、前記第２モードとして動作する前記センサ部の前記転送部を導通状態とすることによって、発生した電荷に応じた信号の転送を開始し、その後、前記転送部を非導通状態とすることによって当該信号の転送を終了し、これにより前記信号保持部に保持された信号を確定する、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置と、
前記半導体装置から出力される信号に基づいて焦点検出処理を実行する演算部と、
を備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焦点検出装置と、
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【請求項１】
光電変換部、信号保持部、および転送部を有し前記信号保持部が保持する信号に応じた信号を出力する一対のセンサ部を含む半導体装置であって、
検知部を備え、
前記信号保持部は、前記光電変換部において発生した電荷に応じた信号を保持し、
前記転送部は、導通状態においては前記光電変換部において発生した電荷に応じた信号を前記信号保持部に転送し、
前記一対のセンサ部のうち一方は第１モードとして動作し、他方は第２モードとして動作し、
前記検知部は、前記第１モードとして動作する前記センサ部において、導通状態の前記転送部により信号の転送が開始された後、当該センサ部から出力される信号が所定値に達したことを検知し、
前記第１モードとして動作する前記センサ部は、前記検知にしたがって、前記転送部を非導通状態にして当該信号の転送を終了し、これにより前記信号保持部に保持された信号を確定し、
前記第２モードとして動作する前記センサ部は、当該センサ部の前記転送部を非導通状態とすることによって、前記光電変換部において発生した電荷を蓄積し、前記第１モードとして動作する前記センサ部の前記信号保持部において前記信号の保持がされた後に、前記第２モードとして動作する前記センサ部の前記転送部を導通状態とすることによって、発生した電荷に応じた信号の転送を開始し、その後、前記転送部を非導通状態とすることによって当該信号の転送を終了し、これにより前記信号保持部に保持された信号を確定する、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置と、
前記半導体装置から出力される信号に基づいて焦点検出処理を実行する演算部と、
を備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焦点検出装置と、
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−５８９３８（Ｐ２０１３−５８９３８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６４９９（Ｐ２０１１−１９６４９９）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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