本技術(shù)涉及固態(tài)成像裝置、成像系統(tǒng)和測距方法。更加具體地，本發(fā)明涉及具有用于測量到被測物的距離的測距像素的固態(tài)成像裝置、成像系統(tǒng)和用于這樣的裝置和系統(tǒng)的測距方法

背景技術(shù)：

在相關(guān)領(lǐng)域中，使用如下的成像系統(tǒng)：該系統(tǒng)通過用紅外光照射被測物，接收反射的紅外光并且測量從照射到接收光的時(shí)長，測量到被測物的距離。這樣的方案被稱為“飛行時(shí)間(tof，timeofflight)”方案并且被廣泛地用于被測物的動作檢測或用于測量三維形狀。在這樣的成像系統(tǒng)中使用的成像元件設(shè)置有可見光像素和紅外光像素，可見光像素具有將可見光轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換元件，紅外光像素具有將被反射的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號的光電轉(zhuǎn)換元件。距離是通過這樣的紅外光像素測量的。本文中，將這樣的紅外光像素稱為測距像素。通常，由于紅外光在傳播的過程中衰減，所以在使用尺寸與可見光像素的尺寸相同的紅外光像素的情況下，光電轉(zhuǎn)換的靈敏度變得不足，并且測距的精度下降。為了防止發(fā)生上述情況，期望使用具有高靈敏度的測距像素。因此，提出了使用光電轉(zhuǎn)換元件的受光面積是可見光像素的光電轉(zhuǎn)換元件的受光面積四倍大的測距像素(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。

引用列表

專利文獻(xiàn)1

專利文獻(xiàn)1：美國待審專利申請公開第2006/0192086號

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

在上述相關(guān)技術(shù)中，使用單光子雪崩二極管(spad：singlephotonavalanchediode)作為光電轉(zhuǎn)換元件，并且該spad元件被構(gòu)造為受光面積是可見光像素的光電轉(zhuǎn)換元件的受光面積的四倍大。由此，能夠通過提高光電轉(zhuǎn)換的靈敏度而使用微弱的反射光來測量距離。然而，由于需要比可見光像素的面積更大的測距像素，必須根據(jù)與普通成像元件的設(shè)計(jì)原則不同的設(shè)計(jì)原則來制造成像元件。因此，存在成本高的問題。

本技術(shù)是鑒于上述情形而創(chuàng)造的，并且期望通過使用被構(gòu)造為與可見光像素的尺寸相同的測距像素來提高測距的精度。

技術(shù)方案

本技術(shù)旨在解決上述問題。根據(jù)本技術(shù)的第一方面，一種固態(tài)成像裝置包括：可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊，其包括可見光電荷保持單元和多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元中，用于接收可見光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的可見光的光接收量生成電荷，所述可見光電荷保持單元被構(gòu)造成在彼此不同的期間內(nèi)排他地保持由所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷；和紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊，其包括紅外光電荷保持單元和多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元中，具有與所述可見光轉(zhuǎn)換單元的光接收面的尺寸基本相同的尺寸并且被構(gòu)造用于接收紅外光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的紅外光的光接收量生成電荷，所述紅外光電荷保持單元被構(gòu)造成共同并同時(shí)地保持由所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷。由此，提供了由上述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷同時(shí)被共同地保持的效果。

此外，根據(jù)第一方面，所述可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊可以包括所述可見光電荷保持單元和4個(gè)所述可見光轉(zhuǎn)換單元。由此，提供了上述可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊具有四個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元的效果。

此外，根據(jù)第一方面，所述紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括所述紅外光電荷保持單元和4個(gè)所述紅外光轉(zhuǎn)換單元。由此，提供了上述紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊具有四個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元的效果。

另外，根據(jù)第一方面，所述紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊可以包括：兩個(gè)所述紅外光轉(zhuǎn)換單元；兩個(gè)所述可見光轉(zhuǎn)換單元；和所述紅外光電荷保持單元，其被構(gòu)造成在保持由所述兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元生成的電荷的情況下共同并同時(shí)地保持由所述兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷，并且在保持由所述兩個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元生成的電荷的情況下在彼此不同的期間內(nèi)排他地保持由所述兩個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷。由此，提供了上述的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊具有兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元和兩個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元的效果。

另外，根據(jù)第一方面，所述可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊可以包括所述可見光電荷保持單元和4個(gè)所述可見光轉(zhuǎn)換單元，其中作為被構(gòu)造成根據(jù)紅光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的紅光轉(zhuǎn)換單元、作為被構(gòu)造成根據(jù)綠光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的綠光轉(zhuǎn)換單元和作為被構(gòu)造成根據(jù)藍(lán)光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)光轉(zhuǎn)換單元以拜爾陣列的形式配置。由此，提供了上述的可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊具有以拜爾陣列布置的四個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元的效果。

另外，根據(jù)第一方面，所述可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊可以包括：作為被構(gòu)造成根據(jù)紅光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的紅光轉(zhuǎn)換單元、作為被構(gòu)造成根據(jù)綠光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的綠光轉(zhuǎn)換單元、作為被構(gòu)造成根據(jù)藍(lán)光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)光轉(zhuǎn)換單元、作為被構(gòu)造成根據(jù)白光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的白光轉(zhuǎn)換單元；以及所述可見光電荷保持單元。由此，提供了上述的可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊具有包括上述紅光轉(zhuǎn)換單元、上述綠光轉(zhuǎn)換單元、上述藍(lán)光轉(zhuǎn)換單元和上述白光轉(zhuǎn)換單元在內(nèi)的四個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元的效果。

另外，根據(jù)第一方面，所述紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊還可以包括紅外光電荷傳輸單元，其被構(gòu)造成通過在所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元與所述紅外光電荷保持單元之間同時(shí)導(dǎo)電而將由所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷傳輸?shù)剿黾t外光電荷保持單元。由此，提供了由上述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元生成的上述電荷同時(shí)被傳輸至上述紅外光保持單元的效果。

另外，根據(jù)第一方面，所述固態(tài)成像裝置還可以包括紅外光信號生成單元，其被構(gòu)造成根據(jù)保持在所述紅外光電荷保持單元中的電荷而產(chǎn)生信號。由此，提供了生成根據(jù)保持在上述紅外光電荷保持單元中的上述電荷的信號的效果。

此外，根據(jù)本技術(shù)的第二方面，一種成像系統(tǒng)包括：紅外光發(fā)射單元，其被構(gòu)造成向拍攝對象發(fā)射紅外光；可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊，其包括可見光電荷保持單元和多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元中，用于接收可見光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的可見光的光接收量生成電荷，所述可見光電荷保持單元被構(gòu)造成在彼此不同的期間內(nèi)排他地保持由所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷；紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊，其包括紅外光電荷保持單元和多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元中，具有與所述可見光轉(zhuǎn)換單元的光接收面的尺寸基本上相同的尺寸并且接收發(fā)射的且被所述拍攝對象反射的紅外光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的紅外光的光接收量生成電荷，所述紅外光電荷保持單元被構(gòu)造成共同并同時(shí)地保持由所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷；紅外光信號生成單元，其被構(gòu)造成根據(jù)保持在所述紅外光電荷保持單元中的電荷而產(chǎn)生信號；和距離測量單元，其被構(gòu)造成通過基于產(chǎn)生的所述信號來測量從在所述紅外光發(fā)射單元處的發(fā)射到在所述紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的所述紅外光轉(zhuǎn)換單元處的光接收的時(shí)長，來測量距所述拍攝對象的距離。由此，提供了由上述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷同時(shí)被共同地保持的效果。

另外，根據(jù)本技術(shù)的第三方面，一種測距方法包括：向拍攝對象發(fā)射紅外光的紅外光發(fā)射步驟；根據(jù)保持在包括多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的紅外光電荷保持單元中的電荷而產(chǎn)生信號的紅外光信號產(chǎn)生步驟，在所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元中，具有與可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的可見光轉(zhuǎn)換單元的光接收面的尺寸基本相同的尺寸并且接收發(fā)射的和被所述拍攝對象反射的紅外光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的紅外光的光接收量生成電荷，所述紅外光電荷保持單元被構(gòu)造成共同并同時(shí)地保持由所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷，所述可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括可見光電荷保持單元和多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元中，用于接收可見光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的可見光的光接收量生成電荷，所述可見光電荷保持單元被構(gòu)造成在彼此不同的期間內(nèi)排他地保持由所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷；和通過基于產(chǎn)生的所述信號來測量從所述紅外光的發(fā)射到在所述紅外光區(qū)塊的所述紅外光轉(zhuǎn)換單元處的光接收的時(shí)長來測量距所述拍攝對象的距離的測距步驟。由此，提供了由上述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷同時(shí)被共同地保持的效果。

有益效果

根據(jù)本技術(shù)，能夠提供下述的優(yōu)選有益效果：通過使用具有與可見光像素的尺寸相同的尺寸的測距像素來提高測距的精度。同時(shí)，此處說明的效果不是限制性的，并且可以是本說明書中記載的任何效果。

附圖說明

圖1是示出了本技術(shù)的實(shí)施方式中的成像系統(tǒng)1的構(gòu)造示例的圖。

圖2是示出了本技術(shù)的實(shí)施方式中的固態(tài)成像裝置20的構(gòu)造示例的圖。

圖3是示出了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的像素的構(gòu)造示例的圖。

圖4是示出了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的像素的排布示例的圖。

圖5是示出了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的像素的構(gòu)造示例的示意圖。

圖6是示出了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的測距方法的圖。

圖7是示出了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。

圖8是圖示了在本技術(shù)的第一實(shí)施例中成像期間與測距期間之間的關(guān)系的圖。

圖9是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的成像方法的圖。

圖10是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的測距方法的圖。

圖11是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的距離測量的處理步驟的示例的圖。

圖12是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例的變形例中的可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。

圖13是圖示了本技術(shù)的第二實(shí)施例中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。

圖14是圖示了在本技術(shù)的第二實(shí)施例中成像期間與測距期間的關(guān)系。

圖15是圖示了本技術(shù)的第二實(shí)施例中的成像方法的圖。

圖16是圖示了本技術(shù)的第三實(shí)施例中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。

圖17是圖示了本技術(shù)的第三實(shí)施例中的測距方法的圖。

圖18是圖示了本技術(shù)的第三實(shí)施例中的成像方法的圖。

圖19是圖示了本技術(shù)的第四實(shí)施例中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。

圖20是圖示了本技術(shù)的第五實(shí)施例中的像素的排布示例的圖。

圖21是圖示了本技術(shù)的第五實(shí)施例中的像素的構(gòu)造示例的圖。

圖22是圖示了本技術(shù)的第五實(shí)施例中的成像方法的圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖對實(shí)施本技術(shù)的實(shí)施例(下文中簡稱為實(shí)施例)進(jìn)行說明。說明是按照如下順序進(jìn)行的。

1.第一實(shí)施例(在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊設(shè)置有兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換像素和兩個(gè)可見光轉(zhuǎn)換像素的情況下的示例)

2.第二實(shí)施例(在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊設(shè)置有四個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換像素的情況下的示例)

3.第三實(shí)施例(在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊設(shè)置有一個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換像素和三個(gè)可見光轉(zhuǎn)換像素的情況下的示例)

4.第四實(shí)施例(在紅外光轉(zhuǎn)換像素布置在拜爾陣列(bayerarray)中的g像素的位置處的情況下的示例)

5.第五實(shí)施例(在兩個(gè)電荷保持單元被連接至光電轉(zhuǎn)換單元的情況下的示例)

<1.第一實(shí)施例>

[成像系統(tǒng)的構(gòu)成]

圖1是圖示了本技術(shù)的實(shí)施方式中的成像系統(tǒng)1的構(gòu)造示例的圖。成像系統(tǒng)1包括透鏡10、固態(tài)成像裝置20、信號處理單元30、圖像處理單元40、距離測量單元50和紅外光發(fā)射單元60。

透鏡10以光學(xué)的方式將被拍攝對象的圖像形成至固態(tài)成像裝置20。固態(tài)成像裝置20將由透鏡10形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號并且輸出圖像信號。在固態(tài)成像裝置20中，用于生成圖像信號的像素以二維的方式布置在形成光學(xué)圖像的平面上。像素包括用于光學(xué)圖像中的可見光的可見光像素和用于紅外光的紅外光像素。

可見光像素是用于根據(jù)接收的可見光生成信號的像素，并且可見光像素的示例可以包括如下三種類型像素：用于生成根據(jù)紅色光的信號的像素(r像素)、用于生成根據(jù)綠色光的信號的像素(g像素)和用于生成根據(jù)藍(lán)色光的信號的像素(b像素)的。利用可見光信號(可見光信號是由這些像素生成的信號)形成拍攝對象的圖像信號。

同時(shí)，紅外光像素是用于生成紅外信號的像素，紅外信號是根據(jù)接收到的紅外光的信號。本技術(shù)的實(shí)施方式中的紅外光像素接收從紅外光發(fā)射單元60(稍后將說明)發(fā)出的并且被拍攝對象反射的紅外光，并且生成紅外光信號。通過測量從紅外光的發(fā)射到紅外光的接收的時(shí)長，測量到拍攝對象的距離。紅外光像素對應(yīng)于上述的測距像素(下文中，也稱為z像素)。固態(tài)成像裝置20的構(gòu)造和距離測量的細(xì)節(jié)將在下文中說明。

信號處理單元30處理從固體成像裝置20輸出的圖像信號。信號處理單元30將從固態(tài)成像裝置20輸出的圖像信號分離成可見光信號和紅外光信號，并且將可見光信號和紅外光信號分別輸出至圖像處理單元40和距離測量單元50。此外，信號處理單元30也控制固態(tài)成像裝置20。

圖像處理單元40對從信號處理單元30輸出的可見光信號進(jìn)行圖像處理。例如，作為上述圖像處理，能夠進(jìn)行用于針對由固態(tài)成像裝置20生成的單色的可見光信號所缺乏的其它顏色的信號進(jìn)行插值的去馬賽克處理以及將可見光信號轉(zhuǎn)換成亮度信號和色差信號的處理等。由圖像處理單元40處理的圖像信號例如經(jīng)由信號線(未圖示)被輸出至成像系統(tǒng)1的外部。

距離測量單元50基于從信號處理單元30輸出的紅外光信號測量到拍攝對象的距離。此外，距離測量單元50也控制紅外光發(fā)射單元60。

紅外光發(fā)射單元60在距離測量單元50的控制下將紅外光發(fā)射至拍攝對象。

[固態(tài)成像裝置的構(gòu)造]

圖2是示出了本技術(shù)的實(shí)施方式中的固態(tài)成像裝置20的構(gòu)造示例的圖。固態(tài)成像裝置20包括像素陣列單元100、垂直驅(qū)動單元200、水平傳輸單元300和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)400。

像素陣列單元100包括以二維陣列的方式排布的可見光像素、紅外光像素和信號生成單元。這些可見光像素和紅外光像素分別包括生成基于可見光的電荷和基于紅外光的電荷的光電轉(zhuǎn)換單元。此外，信號生成單元將由光電轉(zhuǎn)換單元生成的電荷轉(zhuǎn)換成位于預(yù)定的時(shí)序的圖像信號并且輸出圖像信號。在進(jìn)行了預(yù)定時(shí)長的光電轉(zhuǎn)換之后，通過生成基于通過光電轉(zhuǎn)換生成的電荷的圖像信號，能夠進(jìn)行曝光。圖2圖示了如下示例：在像素陣列100中，一個(gè)信號生成單元150相對于四個(gè)像素(像素110、120、130和140)布置。在此情況下，在像素110、120、130和140處生成的電荷被傳輸至信號生成單元150，并且輸出基于這些電荷的圖像信號?；谟蛇@些像素中的可見光像素生成的電荷的圖像信號被輸出作為可見光信號，基于由紅外光像素生成的電荷的圖像信號被輸出作為紅外光信號。

用于控制上述像素的選擇的信號等通過信號線101傳送。此外，從信號生成單元150輸出的圖像信號通過信號線102傳送。這些信號線101和102在像素陣列單元100中被布線成xy矩陣。也即是，一條信號線101以共用的形式被配線至布置在同一行中的像素110等，并且布置在同一列中的像素110等的輸出被共同地接線至一條信號線102。

垂直驅(qū)動單元200生成控制信號并且將控制信號輸出至像素陣列單元100。垂直驅(qū)動單元200將控制信號輸出至像素陣列單元100的所有的信號線101。從垂直驅(qū)動單元200輸出的控制信號包括用于控制向信號生成單元150傳輸在上述像素110等處生成的電荷的信號以及用于控制在信號生成單元150處生成圖像信號的信號。

水平傳輸單元300對從像素陣列單元100輸出的圖像信號進(jìn)行處理。與像素110等像素(對應(yīng)于像素陣列單元100的一行)對應(yīng)的輸出信號同時(shí)被輸入至水平傳輸單元300。水平傳輸單元300對輸入的圖像信號進(jìn)行并行串行轉(zhuǎn)換并輸出轉(zhuǎn)換后的圖像信號。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器400將從水平輸出單元300輸出的圖像信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(ad轉(zhuǎn)換)。ad轉(zhuǎn)換后的圖像信號經(jīng)由輸出緩存(未圖示)被輸出至固態(tài)成像裝置20的外部。

[像素的電路構(gòu)造]

圖3是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的像素的構(gòu)造示例的圖。圖3圖示了具有像素110、120、130和140；信號生成單元150以及電荷保持單元151的電路構(gòu)造。

像素110包括光電轉(zhuǎn)換單元111、電荷傳輸單元113和溢出漏極(overflowdrain)112。請注意，電荷傳輸單元113和溢出漏極112是由金屬氧化物半導(dǎo)體(mos；metaloxidesemiconductor)晶體管構(gòu)成的。

除了信號線101之外，電源線vdd和接地線連接至像素110。經(jīng)由電源線vdd和接地線對像素110提供電源。此外，信號線101是由多條信號線(ofd1和tr1)構(gòu)成的。ofd1(overflowdrain1)是用于將控制信號傳送至溢出漏極112的信號線。tr1(transfer1)是用于將控制信號傳送至電荷傳輸單元113的信號線。如圖3中所示，所有這些線被連接至mos晶體管的柵極。當(dāng)通過這些信號線輸入柵極與源極之間的閾值電壓以上的電壓(下文中成為on信號)時(shí)，對應(yīng)的mos晶體管變?yōu)樘幱趯?dǎo)通狀態(tài)。

如圖3中所示，光電轉(zhuǎn)換單元111的正極接地，負(fù)極連接至電荷傳輸單元113的源極和溢出漏極112的源極。溢出漏極112的柵極和漏極分別連接至ofd1和vdd。電荷傳輸單元113的柵極連接至信號線tr1且漏極分別連接至電荷保持單元151的一端。

光電轉(zhuǎn)換元件111生成并蓄積與受光量相對應(yīng)的電荷。光電轉(zhuǎn)換元件111由光電二極管構(gòu)成。用于可見光的可見光轉(zhuǎn)換單元和用于紅外光的紅外光轉(zhuǎn)換單元中的一者對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換元件111。如下文中將要說明地，能夠通過改變針對各個(gè)像素布置的濾色器的特性來構(gòu)成可見光轉(zhuǎn)換單元和紅外光轉(zhuǎn)換單元。

電荷傳輸單元113將由光電轉(zhuǎn)換單元111生成的電荷傳輸至電荷保持單元151。電荷傳輸單元113通過光電轉(zhuǎn)換單元111與電荷保持單元151之間的電導(dǎo)通來傳輸電荷。

溢出漏極112排出由光電轉(zhuǎn)換單元111生成的電荷。溢出漏極112排出在光電轉(zhuǎn)換單元111處生成的過剩的電荷。此外，通過光電轉(zhuǎn)換單元111與vdd之間的電導(dǎo)通，還能夠排出在光電轉(zhuǎn)換單元111中蓄積的所有電荷。

像素120包括光電轉(zhuǎn)換單元121、電荷傳輸單元122和溢出漏極123。

連接至像素120的信號線101是由多條信號線(ofd2和tr2)構(gòu)成的。ofd2(overflowdrain2)是用于將控制信號傳送至溢出漏極123的信號線。tr2(transfer2)是用于將控制信號傳送至電荷傳輸單元122的信號線。ofd2和tr2分別連接至溢出漏極123和電荷傳輸單元122的柵極。由于像素120的其它結(jié)構(gòu)類似于像素110的結(jié)構(gòu)，所以將省略對它們的說明。

像素130包括光電轉(zhuǎn)換單元131、電荷傳輸單元133和溢出漏極132。

連接至像素130的信號線101是由多條信號線(ofd3和tr3)構(gòu)成的。ofd3(overflowdrain3)是用于將控制信號傳送至溢出漏極132的信號線。tr3(transfer3)是用于將控制信號傳送至電荷傳輸單元133的信號線。ofd3和tr3分別連接至溢出漏極132和電荷傳輸單元133的柵極。由于像素130的其它結(jié)構(gòu)類似于像素110的結(jié)構(gòu)，所以將省略對它們的說明。

像素140包括光電轉(zhuǎn)換單元141、電荷傳輸單元142和溢出漏極143。

連接至像素140的信號線101是由多條信號線(ofd4和tr4)構(gòu)成的。ofd4(overflowdrain4)是用于將控制信號傳送至溢出漏極143的信號線。tr4(transfer4)是用于將控制信號傳送至電荷傳輸單元143的信號線。ofd4和tr4分別連接至溢出漏極143和電荷傳輸單元142的柵極。由于像素140的其它結(jié)構(gòu)類似于像素110的結(jié)構(gòu)，所以將省略對它們的說明。

電荷保持單元151保持從像素110、120、130和140傳輸來的電荷。

信號生成單元150生成與電荷保持單元151中保持的信號相對應(yīng)的信號。信號生成單元150包括mos晶體管152至154。

信號線101、信號線102、電源線vdd和接地線連接至信號生成單元150。信號線101是由多條信號線(rst和sel)構(gòu)成的。rst(reset)是用于將控制信號傳送至mos晶體管152的信號線。sel(select)是用于將控制信號傳送至mos晶體管154的信號線。信號線102是用于傳送由信號生成單元150生成的信號的信號線。

如圖3中所示，mos晶體管152的漏極和mos晶體管153的漏極連接至vdd。mos晶體管152的源極和mos晶體管153的柵極連接至電荷保持單元151的與上述電荷傳輸單元113、122、133和142的漏極連接的一端。電荷保持單元151的另一端接地。mos晶體管153的源極連接至晶體管154的漏極，mos晶體管154的源極連接至信號線102。mos晶體管152的柵極和mos晶體管154的柵極分別連接至信號線rst和sel。

mos晶體管153是生成與電荷保持單元151中保持的電荷相對應(yīng)的信號的mos晶體管。mos晶體管154是將由mos晶體管153生成的信號輸出至信號線102作為圖像信號的mos晶體管。請注意，未圖示的恒流源連接至信號線102，并且與mos晶體管153一起構(gòu)成源極跟隨電路。所述恒流源布置在參照圖2說明的水平傳輸單元300中。

mos晶體管152是排出電荷保持單元151中保持的電荷的mos晶體管。mos晶體管152通過電荷保持單元151與vdd之間的電導(dǎo)通排出電荷。

[像素處的操作]

將使用像素110作為示例說明圖3中圖示的像素的操作。首先，當(dāng)導(dǎo)通(on)信號從ofg輸入時(shí)，溢出漏極112變?yōu)閷?dǎo)通，并且vdd被施加至光電轉(zhuǎn)換單元111的負(fù)極。由此，排出了光電轉(zhuǎn)換單元111中蓄積的電荷。然后，在光電轉(zhuǎn)換單元111中重新生成并蓄積與受光量相對應(yīng)的電荷。

當(dāng)經(jīng)過了預(yù)定的曝光期間之后從tr1輸入on信號時(shí)，電荷傳輸單元113變?yōu)閷?dǎo)通。由此，光電轉(zhuǎn)換單元111與電荷保持單元151之間的狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并且光電轉(zhuǎn)換單元111中蓄積的電荷被傳輸至電荷保持單元151并被保持。由于mos晶體管153的柵極連接至電荷保持單元151，所以生成了基于電荷保持單元151中保持的電荷的信號。在此情況下，如果從sel輸入on信號，則mos晶體管154變?yōu)閷?dǎo)通，并且由mos晶體管153生成的信號被輸出至信號線102。

此后，當(dāng)從rst輸入on信號并且mos晶體管152變?yōu)閷?dǎo)通時(shí)，vdd被施加至電荷保持單元151，并且被保持的電荷被排出。

電荷傳輸單元113、122、133和142的源極共同地連接至電荷保持單元151。因此，通過對控制電荷傳輸單元113、122、133和142的tr1至tr4進(jìn)行控制，能夠生成并輸出基于在像素110、120、130和140之中的期望的像素處生成的電荷的圖像信號。

如上所述，各像素的操作相互并沒有不同。然而，通過改變光電轉(zhuǎn)換單元(光電轉(zhuǎn)換單元111、121、131和141)的特性，能夠使用各像素作為可見光像素或紅外光像素。具體地，通過改變布置于各像素的濾色器，能夠改變光電轉(zhuǎn)換單元的特性。這樣的濾色器是選擇將要入射至光電轉(zhuǎn)換單元的光的過濾器。通過布置僅透過可見光的濾色器，能夠使光電轉(zhuǎn)換單元成為針對可見光的可見光轉(zhuǎn)換單元并且使具有這樣的可見光轉(zhuǎn)換單元的像素成為可見光像素。同時(shí)，在布置有僅透過紅外光的濾色器的情況下，能夠使光電轉(zhuǎn)換單元成為針對紅外光的紅外光轉(zhuǎn)換單元并且使具有這樣的紅外光轉(zhuǎn)換單元的像素成為紅外光像素。下面將詳細(xì)說明濾色器的布置。

本文中，將把電荷保持單元和共同地連接至電荷保持單元的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元稱為轉(zhuǎn)換區(qū)塊。在圖3中，圖示了電荷保持單元151和四個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元(光電轉(zhuǎn)換單元111、121、131、141)構(gòu)成轉(zhuǎn)換區(qū)塊的示例。在這些轉(zhuǎn)換區(qū)塊之中，將設(shè)置有多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換區(qū)塊稱為可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊。此外，將設(shè)置有多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換區(qū)塊稱為紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊。另外，將可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的電荷保持單元稱為可見光電荷保持單元，并且將紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的電荷保持單元稱為紅外光電荷保持單元。如稍后所述地，可見光電荷保持單元在不同的期間內(nèi)排他地保持分別由多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元生成的電荷。另一方面，紅外光電荷保持單元同時(shí)共同地保持分別由多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元生成的電荷。用于生成與紅外光電荷保持單元中保持的電荷相對應(yīng)的信號的信號生成單元150將被稱為紅外光信號生成單元。

[像素的排布]

圖4是示出了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的像素的排布示例的圖。圖4是布置有四個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)塊的平面圖。此外，將在圖4中左上方的轉(zhuǎn)換區(qū)塊與參照圖3說明的像素等相關(guān)聯(lián)的情況下進(jìn)行說明。然而，將省略對溢出漏極112、123、132和143的說明。如圖4中所示，電荷保持單元151布置在像素110、120、130和140的中央。各像素的電荷傳輸單元113、122、133和142分別相鄰于電荷保持單元151布置，并且光電轉(zhuǎn)換單元111、121、131和141相鄰于這些電荷傳輸單元布置。信號生成單元150被布置為與這些轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的各者相鄰。如果圖4中所示的光電轉(zhuǎn)換單元111、121、131和141被來自拍攝對象的光照射，則進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。也即是，在光電轉(zhuǎn)換單元111等中，圖4中所示的區(qū)域?qū)?yīng)于接收可見光等的光接收表面。

此外，在像素中分別布置有濾色器119、129、139和149。在各像素處記載的字母r、g、b和z表示濾色器的類型。這里，標(biāo)示有字母z的像素120和像素140的濾色器129和149是透過紅外光的濾色器。因此，光電轉(zhuǎn)換單元111和131以及圖4中左下方的轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的光電轉(zhuǎn)換單元161、171、181和191對應(yīng)于可見光轉(zhuǎn)換單元，并且具有這些可見光轉(zhuǎn)換單元的像素110、130、160、170、180和190對應(yīng)于可見光像素。同時(shí)，光電轉(zhuǎn)換單元121和141對應(yīng)于紅外光轉(zhuǎn)換單元，并且具有這些紅外光轉(zhuǎn)換單元的像素120和140對應(yīng)于紅外光像素。從圖4可以清楚地得知，紅外光轉(zhuǎn)換單元的光接收表面具有與可見光轉(zhuǎn)換單元的光接收表面的尺寸基本相同的尺寸。

此外，圖4中的左上方的轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元(光電轉(zhuǎn)換單元121和141)、兩個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元(光電轉(zhuǎn)換單元111和131)以及紅外光電荷保持單元(電荷保持單元151)，并且對應(yīng)紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊。此外，與該轉(zhuǎn)換區(qū)塊相鄰地布置的信號生成單元150對應(yīng)于生成與紅外光電荷保持單元(電荷保持單元151)中保持的電荷相對應(yīng)的信號的紅外光信號生成單元。以類似的方式，圖4中右上方的轉(zhuǎn)換區(qū)塊也對應(yīng)于紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊。同時(shí)，圖4中左下方的轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括四個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元(光電轉(zhuǎn)換單元161、171、181和191)和可見光電荷保持單元(電荷保持單元159)，并且對應(yīng)于可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊。以類似的方式，圖4中的右下方的轉(zhuǎn)換區(qū)塊也對應(yīng)于可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊。在這樣的可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中，r、g和b像素以拜爾陣列布置。

[像素的橫截面]

圖5是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的像素的構(gòu)造示例的示意圖。圖5是沿著圖4中的a-a’線截取的橫截面圖。將以像素110和140作為示例進(jìn)行說明。圖5中的光電轉(zhuǎn)換單元111和141分別是由p型半導(dǎo)體區(qū)域517以及埋入在p型半導(dǎo)體區(qū)域517內(nèi)的n型半導(dǎo)體區(qū)域511和512構(gòu)成的。光電轉(zhuǎn)換在形成于這些半導(dǎo)體區(qū)域之間的界面處的pn結(jié)處進(jìn)行，并且生成與受光量相對應(yīng)的電荷。在此情況下，在n型半導(dǎo)體區(qū)域511和512中蓄積生成的電荷中的電子。在光電轉(zhuǎn)換單元的上方依次布置有濾色器119或149、平坦化膜503和微透鏡501。平坦化膜503使像素的表面平坦化。微透鏡501是使照射至像素的光聚焦在光電轉(zhuǎn)換單元上的透鏡。在濾色器119和149之間布置有遮光膜502。遮光膜502遮擋從相鄰像素傾斜入射的光。

此外，在p型半導(dǎo)體區(qū)域517中，在像素間布置有分隔區(qū)域513。分隔區(qū)域513是用于分隔像素并且遮擋從相鄰像素傾斜入射的光的區(qū)域。電荷保持單元151布置在像素110和像素140的中間部分。電荷保持單元151是由n型半導(dǎo)體區(qū)域514構(gòu)成的。n型半導(dǎo)體區(qū)域514是被稱為浮動擴(kuò)散區(qū)(fd)并且連接至信號生成單元150(未圖示)的區(qū)域。如圖5中所示，由于電荷保持單元151布置在分隔區(qū)域513的正下方，因此被分隔區(qū)域513遮光。電荷傳輸單元113和142布置在電荷保持單元151與光電轉(zhuǎn)換單元111和141之間。柵極電極515和516分別布置于電荷傳輸單元113和142處。當(dāng)導(dǎo)通(on)電壓被施加至所述柵極電極，位于光電轉(zhuǎn)換單元111或141與電荷保持單元151之間的p型半導(dǎo)體區(qū)域517變?yōu)閷?dǎo)通，并且電荷傳輸單元113和142變?yōu)閷?dǎo)通。

在p型半導(dǎo)體區(qū)域517的下方布置有層間絕緣層519和配線層518。配線層518傳送像素110和140的信號并且構(gòu)成參照圖3說明的信號線101和102。層間絕緣層519使各配線層518相互絕緣。

以此方式，由于射向圖5中的電荷保持單元151的光被分隔區(qū)域513遮光，所以減小了暗電流。

[距離測量的原理]

圖6是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的測距方法的圖。圖6中的發(fā)射的紅外光具有從紅外光發(fā)射單元60發(fā)出的紅外光的波形。此外，反射的紅外光具有發(fā)射的紅外光被拍攝對象反射并入射至固態(tài)成像裝置20而獲得的紅外光的波形。固態(tài)成像裝置20的z像素接收反射的紅外光，將反射的紅外光轉(zhuǎn)換成紅外光信號并進(jìn)行曝光。在此情況下，使用兩個(gè)z像素設(shè)定不同的曝光期間并且生成紅外光信號。第一曝光期間和第二曝光期間表示為兩個(gè)z像素設(shè)定的曝光期間的關(guān)系，并且波形的二值化的值“1”的期間對應(yīng)于曝光期間。

如圖6中所示，發(fā)射的紅外光的脈沖寬度被調(diào)制為50％的占空比并且從紅外光發(fā)射單元60發(fā)出所述發(fā)射的紅外光。同時(shí)，反射的紅外光具有相位相對于發(fā)射的紅外光延遲的波形。圖6中的d表示相位的延遲。這對應(yīng)于從發(fā)射的紅外光被拍攝對象反射直至發(fā)射的紅外光到達(dá)固態(tài)成像裝置20的時(shí)間長度。通過測量該時(shí)間長度，能夠計(jì)算出到拍攝對象的距離。

設(shè)定與發(fā)射的紅外光同步的曝光期間作為圖6中的第一曝光期間。同時(shí)，設(shè)定相位相對于發(fā)射的紅外光移位了180°的曝光期間作為第二曝光期間。在第一曝光期間內(nèi)，在圖6中的期間701內(nèi)對反射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。在第二曝光期間內(nèi)，在圖6中的期間702內(nèi)對反射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。期間701與期間702的比率根據(jù)相位的延遲而改變。也即是，隨著相位延遲d變得越大，期間701變得越短，而期間702變得越長。因此，通過計(jì)算在第一曝光期間和第二曝光期間內(nèi)由z像素生成的紅外光信號的比率，就能夠計(jì)算出相位延遲d。

這里，當(dāng)設(shè)定了第一曝光期間和第二曝光期間的z像素的紅外光信號分別為s1和s2，并且發(fā)射的紅外光的周期為t時(shí)，能夠使用下面的公式計(jì)算出d。

d＝s2×(s1+s2)×t/2

能夠使用下面的公式計(jì)算出到拍攝對象的距離l。

l＝d×c/2(公式1)

其中，c為光速。例如，在到拍攝對象的距離為10米的情況下，d大約為33ns。在此情況下，通過將t設(shè)定為例如100ns(發(fā)射的紅外光的調(diào)制頻率為10mhz)，能夠測量距離。由參照圖1說明的距離測量單元50進(jìn)行對紅外光發(fā)射單元60的脈沖調(diào)制紅外光的輸出的控制以及距離的計(jì)算。

以此方式，能夠通過使用兩個(gè)z像素計(jì)算出到拍攝對象的距離。請注意，由于反射的紅外光在傳播的過程中衰減，所以需要通過反復(fù)地發(fā)射紅外光并且蓄積由z像素生成的電荷來提高紅外光信號的電平。

[固態(tài)成像裝置的操作]

圖7是示出了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。圖7中的像素的排布類似于參照圖4說明的像素的排布。通過布置在圖7的上側(cè)的兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620和630中的z像素(za、zb、zc和zd)形成的像素組660來測量距離。za和zc與zb和zd屬于不同的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊，并且連接至不同的紅外光電荷保持單元621和631。通過為za和zc與zb和zd采用參照圖6說明的第一曝光期間和第二曝光期間來測量距離。同時(shí)，圖7中的可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊610包括可見光電荷保持單元611?？梢姽廪D(zhuǎn)換區(qū)塊610被設(shè)置用來使用可見光進(jìn)行成像。

圖8是圖示了在本技術(shù)的第一實(shí)施例中成像期間與測距期間之間的關(guān)系的圖。如圖8所示，固態(tài)成像裝置20在進(jìn)行用于生成拍攝對象的圖像信號的成像之后測量到拍攝對象的距離。作為進(jìn)行成像和距離測量所用的期間的成像期間和測距期間交替地重復(fù)。在成像期間內(nèi)，在可見光像素內(nèi)從第一線開始依次地執(zhí)行復(fù)位、曝光和信號輸出。這里，復(fù)位是指排出光電轉(zhuǎn)換單元中蓄積的電荷。對一行包括的所有像素進(jìn)行復(fù)位，并且開始曝光。在經(jīng)過了預(yù)定的曝光期間之后，基于通過光電轉(zhuǎn)換生成的電荷的圖像信號被生成并輸出。由此，該行的曝光結(jié)束。通過對所有行進(jìn)行上述過程能夠獲得一幀(其對應(yīng)于一個(gè)屏幕的圖像信號)。然后，移至測距期間。

在測距期間內(nèi)，在紅外光像素中從第一線開始依次地執(zhí)行復(fù)位、曝光和信號輸出。在此情況下，生成并輸出用于距離測量的紅外光信號。

[成像方法]

圖9是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例的成像方法的圖。圖9圖示了可見光轉(zhuǎn)換區(qū)域610的成像方法并且圖示了輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系。圖9中所示的信號對應(yīng)于參照圖3所述的信號。在這些信號中，在輸入信號中，二值化的波形的值為“1”的期間對應(yīng)于on(導(dǎo)通)信號的輸入。此外，將使用與參照圖3說明的組件的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記說明可見光電荷保持單元611之外的組件(電荷傳輸單元和溢出漏極)的附圖標(biāo)記。

首先，on信號被輸入至ofd1至ofd4，使得溢出漏極112、123、132和143導(dǎo)通(t1)。由此，排出光電轉(zhuǎn)換單元111、121、131和141中蓄積的電荷，并且執(zhí)行復(fù)位。在復(fù)位結(jié)束之后，停止將on信號輸入至ofd1至ofd4，以使溢出漏極112、123、132和143不導(dǎo)通(t2)。由此，在光電轉(zhuǎn)換單元111、121、131和141中重新生成并蓄積通過光電轉(zhuǎn)換獲得的電荷。也即是，開始曝光。

在經(jīng)過預(yù)定的曝光期間之后，將on信號輸入至rst，以使信號生成單元150的mos晶體管152導(dǎo)通(t3)。由此，排出可見光電荷保持單元611中的電荷。同時(shí)，將on信號輸入至sel，以使信號生成單元150的mos晶體管154導(dǎo)通。由此，當(dāng)在后續(xù)操作中電荷被傳輸至可見光電荷保持單元611并被保持在其中時(shí)，基于該電荷的可見光信號被輸出至信號線102。

接著，停止將on信號輸入至rst以使mos晶體管152不導(dǎo)通，并且將on信號輸入至tr1以使像素110的電荷傳輸單元113導(dǎo)通(t4)。由此，光電轉(zhuǎn)換單元111中蓄積的電荷被傳輸至可見光電荷保持單元611。此外，基于傳輸至可見光電荷保持單元611的電荷的信號“g”被輸出至信號線102。該信號對應(yīng)于像素110處的可見光信號(與綠光相對應(yīng)的圖像信號)。光電轉(zhuǎn)換單元111中蓄積的電荷向可見光電荷保持單元611進(jìn)行傳輸，這使得像素110處的曝光期間停止，并且處理移至參照圖8說明的信號輸出。

接下來，停止向tr1輸入on信號，并且on信號被輸入至rst(t5)。由此，排出保持在可見光電荷保持單元611中的電荷，并且像素110處的信號輸出結(jié)束。

接著，停止將on信號輸入至rst，并且將on信號輸入至tr2以使像素120的電荷傳輸單元122導(dǎo)通(t6)。由此，光電轉(zhuǎn)換單元121中蓄積的電荷被傳輸至可見光電荷保持單元611，并且基于傳輸?shù)碾姾傻男盘枴癰”被輸出至信號線102。該信號對應(yīng)于像素120中的可見光信號(與藍(lán)光相對應(yīng)的圖像信號)。然后，停止向tr2輸入on信號，并且將on信號輸入至rst(t7)。由此，排出可見光電荷保持單元611中的電荷并且結(jié)束像素120的信號輸出。

然后，停止將on信號輸入至rst，并且將on信號輸入至tr3以使像素130的電荷傳輸單元133導(dǎo)通(t8)。由此，光電轉(zhuǎn)換單元131中蓄積的電荷被傳輸至可見光電荷保持單元611，并且基于傳輸?shù)碾姾傻男盘枴皉”被輸出至信號線102。該信號對應(yīng)于像素130處的可見光信號(與紅光相對應(yīng)的圖像信號)。然后，停止向tr3輸入on信號，并且將on信號輸入至rst(t9)。由此，排出可見光電荷保持單元611中的電荷并且結(jié)束像素130的信號輸出。

然后，停止將on信號輸入至rst，并且將on信號輸入至tr4以使像素140的電荷傳輸單元142導(dǎo)通(t10)。由此，光電轉(zhuǎn)換單元141中蓄積的電荷被傳輸至可見光電荷保持單元611，并且基于傳輸?shù)碾姾傻男盘枴癵”被輸出至信號線102。該信號對應(yīng)于像素140處的可見光信號(與綠光相對應(yīng)的圖像信號)。然后，停止向tr4和sel輸入on信號。由此，結(jié)束了像素140的信號輸出。

在針對所有線進(jìn)行了參照圖9說明的處理之后，結(jié)束了針對一個(gè)屏幕的成像期間。以此方式，在可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊610內(nèi)，分別由四個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元111、121、131和141生成的電荷在不同的期間(t4、t6、t8和t10)內(nèi)排他地被保持在可見光電荷保持單元611中。也即是，由多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷被獨(dú)占地保持在可見光電荷保持單元中。

[距離測量]

圖10是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的測距方法的圖。圖10圖示了像素組660中的測距方法。圖10圖示了像素組660的z像素處的輸入信號、發(fā)射的紅外光、反射的紅外光以及在紅外光電荷保持單元621和631處的保持電荷量之間的關(guān)系。請注意，參照圖7說明的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620和630的信號對應(yīng)于參照圖3說明的信號。也即是，在像素組660的z像素之中，za和zc的信號分別對應(yīng)于圖3中的像素120和140處的信號。以類似的方式，zb和zd的信號分別對應(yīng)于圖3中的像素110和130處的信號。除了紅外光電荷保持單元621和631之外，將使用與參照圖3說明的組件的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行說明。

首先，on信號輸入至紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620和630的rst，以使mos晶體管152導(dǎo)通。同時(shí)，將on信號輸入至紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的ofd2和ofd4以及紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的ofd1和ofd3，以使溢出漏極123、143、112和132導(dǎo)通(t1)。由此，保持在紅外光電荷保持單元621和631中的電荷被排出。此外，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的光電轉(zhuǎn)換單元121和141以及紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的光電轉(zhuǎn)換單元111和131中蓄積的電荷被排出，并且進(jìn)行復(fù)位。在復(fù)位結(jié)束之后，停止上述的對rst和ofd的on信號輸入。

然后，從紅外光發(fā)射單元60發(fā)出紅外光，將on信號輸入至紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的tr2和tr4，并且將on信號輸入至紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的ofd1和ofd3。由此，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620中，電荷傳輸單元122和142變?yōu)閷?dǎo)通，并且在光電轉(zhuǎn)換單元121和141處基于發(fā)射紅外光生成的電荷被保持在紅外光電荷保持單元621中。同時(shí)，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630中，溢出漏極112和132變?yōu)閷?dǎo)通，并且光電轉(zhuǎn)換單元111和131被復(fù)位。

接著，停止從紅外光發(fā)射單元60發(fā)射紅外光，并且停止將on信號輸入至紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的tr2和tr4以及紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的ofd1和ofd3。同時(shí)，將on信號輸入至紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的ofd1和ofd3和紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的tr2和tr4(t4)。由此，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620中，溢出漏極123和143變?yōu)閷?dǎo)通，并且光電轉(zhuǎn)換單元121和141被復(fù)位。同時(shí)，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630中，電荷傳輸單元113和133變?yōu)閷?dǎo)通，并且在光電轉(zhuǎn)換單元111和131處基于反射紅外光生成的電荷被保持在紅外光電荷保持單元631中。

接下來，停止將on信號輸入至紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的ofd1和ofd3以及紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的tr2和tr4(t5)。此后，重復(fù)t3和t4的操作預(yù)定的次數(shù)。由此，在紅外光電荷保持單元621和631中蓄積基于反射紅外光的電荷。

接著，將on信號輸入至紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的sel和紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的sel。由此，紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的mos晶體管154和紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的mos晶體管154變?yōu)閷?dǎo)通，并且基于紅外光電荷保持單元621和631中保持的電荷的紅外光信號分別被輸出。然后，停止向紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的sel和紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的sel輸入on信號，并且測距期間結(jié)束(t7)。

如上所述，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的za和zc中進(jìn)行與發(fā)射的紅外光同步的光電轉(zhuǎn)換。也即是，在za和zc中設(shè)定參照圖6中說明的第一曝光期間。同時(shí)，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的zb和zd中，在相位相對于發(fā)射的紅外光位移了180°的期間內(nèi)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。也即是，在zb和zd中設(shè)定參照圖6中說明的第二曝光期間。距離測量單元50根據(jù)來自這些z像素的紅外光信號計(jì)算到拍攝對象的距離。

以此方式，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620中，電荷傳輸單元122和142同時(shí)變?yōu)閷?dǎo)通，并且由兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元121和141分別生成的電荷同時(shí)共同地被保持在紅外光電荷保持單元621中(t3)。以此方式，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630中，電荷傳輸單元113和133同時(shí)變?yōu)閷?dǎo)通，并且由兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元111和131分別生成的電荷同時(shí)共同地被保持在紅外光電荷保持單元631中(t4)。也即是，由多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷同時(shí)共同地被保持在紅外光電荷保持單元中。請注意，電荷傳輸單元122和142是權(quán)利要求書中記載的紅外光電荷傳輸單元的示例。

同時(shí)，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的g像素和r像素中，通過采用參照圖9說明的成像方法生成可見光信號。也即是，有這些像素中包含的可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷在不同的期間內(nèi)被排外地保持在紅外光電荷保持單元621中。在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630的b像素和g像素中也類似地保持電荷。

[測距步驟]

圖11是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例中的測距處理步驟的示例的圖。在測量距離時(shí)，在成像系統(tǒng)1中執(zhí)行圖11中的處理。將使用圖7中所示的符號說明處理步驟。

首先，紅外光發(fā)射單元60向拍攝對象發(fā)射紅外光(步驟s901)。然后，設(shè)定有第一曝光期間的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620進(jìn)行紅外光的曝光(步驟s902)。在經(jīng)過了預(yù)定的曝光期間后，有曝光生成的電荷被保持在紅外光電荷保持單元621中(步驟s903)。停止紅外光發(fā)射單元60發(fā)射紅外光(步驟s904)。接著，設(shè)定有第二曝光期間的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊630進(jìn)行紅外光的曝光(步驟s905)，并且生成的電荷被保持在紅外光電荷保持單元631中(步驟s906)。然后，判定曝光次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定的曝光次數(shù)(步驟s907)。在曝光次數(shù)沒有達(dá)到預(yù)定的曝光次數(shù)的情況下(步驟s907：否)，再次從步驟s901開始執(zhí)行處理。

另一方面，在曝光次數(shù)達(dá)到了預(yù)定的曝光次數(shù)的情況下(步驟s907：是)，生成基于紅外光電荷保持單元621和631中保持的電荷的紅外光信號(步驟s908)。最后，距離測量單元50基于生成的紅外光信號計(jì)算出距離(步驟s909)。

在本技術(shù)的第一實(shí)施例中，如參照圖7所述，在為像素組660的za和zc以及zb和zd分別設(shè)定第一曝光期間和第二曝光期間的情況下進(jìn)行曝光。由此，能夠同時(shí)獲取基于第一曝光期間和第二曝光期間的紅外光信號，使得能夠縮短測距期間。此外，通過使用具有與可見光像素中的可見光轉(zhuǎn)換單元的光接收表面的尺寸相同的尺寸的光接收表面并且顯然并行連接的兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，能夠提高紅外光轉(zhuǎn)換單元的靈敏度。這是因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)換單元的靈敏度(即，單位時(shí)間內(nèi)的電荷生成量)與光電轉(zhuǎn)換單元的受光面積成比例。

通過構(gòu)造面積是可見光轉(zhuǎn)換單元的面積的兩倍的紅外光轉(zhuǎn)換單元也能夠提高靈敏度。然而，存在著這樣的問題：大面積的光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷傳輸單元傳輸電荷需要花費(fèi)更多的時(shí)間。在參照圖5說明的光電轉(zhuǎn)換單元141的n型半導(dǎo)體區(qū)域512中，主要通過電荷的擴(kuò)散來傳輸蓄積的電荷。另一方面，在本技術(shù)的第一實(shí)施例中，如上所述，使用分別具有與可見光像素中的可見光轉(zhuǎn)換單元的光接收表面的尺寸相同的尺寸的光接收表面的兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元，因而能夠使傳輸電荷所需的時(shí)長與可見光轉(zhuǎn)換單元中傳輸電荷所需的時(shí)長相同。

此外，圖7中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620和630是彼此相鄰地布置的。因此，由這些紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊生成的紅外光信號能夠被認(rèn)為是基于同一拍攝對象的紅外光信號。與紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620和630彼此分離地布置的情況相比，能夠提高距離測量的精度。

此外，可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊形成有四個(gè)可見光像素并且以拜爾陣列的形式構(gòu)成。同時(shí)，本技術(shù)第一實(shí)施例中的像素組660也形成有4個(gè)z像素。由此，能夠簡化像素陣列單元100中的z像素的排布。通過用紅外光像素替換像素陣列單元100的可見光像素構(gòu)成了固態(tài)成像裝置20。在此情況下，由于可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的數(shù)量與形成有z像素的像素組660的數(shù)量相同，所以能夠針對整個(gè)像素陣列單元100在不改變r(jià)像素、g像素和b像素的比例的情況下用紅外光像素替換可見光像素。

另外，在本技術(shù)的第一實(shí)施例中，z像素的尺寸被形成為與可見光像素的尺寸基本相同。由此，由于z像素和可見光像素能夠共用除了濾色器的構(gòu)造之外的半導(dǎo)體基板中的擴(kuò)散層、配線圖案等的構(gòu)造，所以能夠基于相同的設(shè)計(jì)規(guī)則制造z像素和可見光像素。

以此方式，根據(jù)本技術(shù)的第一實(shí)施例，通過并列地使用具有與可見光像素的尺寸基本相同的尺寸的兩個(gè)z像素，能夠提高z像素的靈敏度。由此，能夠提高測距的精度。

[變形例]

在上述實(shí)施例中，雖然可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊構(gòu)造有r像素、g像素和b像素這三種像素作為可見光像素，但是可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊可以構(gòu)造有還包括用于白光的w像素的四種像素。例如，能夠采用這樣的構(gòu)造：拜爾陣列中的兩個(gè)g像素中的一個(gè)像素被w像素取代。

圖12是圖示了本技術(shù)的第一實(shí)施例的變形例的可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。在圖12中，字母w標(biāo)示的像素對應(yīng)于w像素，并且在該像素中布置有透過白光的濾色器。此外，在圖12中，由于可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊611的數(shù)量與形成有z像素的像素組660的數(shù)量相同，因此能夠針對整個(gè)像素陣列單元100在不改變r(jià)像素、g像素b像素和w像素的比例的情況下用紅外光像素替換可見光像素。

<第二實(shí)施例>

在上述實(shí)施例中，使用由2個(gè)z像素和2個(gè)可見光像素構(gòu)成的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊來測量距離。相對地，在本技術(shù)的第二實(shí)施例中，使用由4個(gè)z像素構(gòu)成的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊來測量距離。通過這種方式，可以減少連接到z像素的信號線的數(shù)量。

[固態(tài)成像裝置的操作]

圖13是示出本技術(shù)第二實(shí)施例中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。圖13中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620與參照圖7說明的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的不同之處在于，所有像素均由z像素構(gòu)成。即，圖13中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620采用其中由圖7中的z像素形成的像素組660與紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的像素相匹配的構(gòu)成。因此，在圖13中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的z像素處，電荷傳輸單元和溢出漏極可以在4個(gè)像素處同時(shí)進(jìn)行操作。由于紅外光信號使用4個(gè)z像素生成，因此可以提高z像素的靈敏度，從而可以提高距離測量的精度。由于除此之外的固態(tài)成像裝置20和成像系統(tǒng)1的其它構(gòu)成與本技術(shù)第一實(shí)施例中的固態(tài)成像裝置20和成像系統(tǒng)1的類似，因此將省略對它們的說明。

圖14是示出本技術(shù)第二實(shí)施例中的成像期間和測距期間之間的關(guān)系的圖。本技術(shù)第二實(shí)施例的測距期間與參照圖8說明的測距期間的不同之處在于，在成像時(shí)間之后執(zhí)行作為兩個(gè)測距期間的第一測距期間和第二測距期間。

[成像方法]

圖15是示出本技術(shù)第二實(shí)施例的成像方法的圖。相同的信號被輸入到上述的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620的所有z像素的電荷傳輸單元和溢出漏極。由于在圖15中的第一測距期間和第二測距期間的操作類似于參照圖10說明的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620和630中的操作，因此將省略對它們的說明。

以這種方式，根據(jù)本技術(shù)的第二實(shí)施例，通過使用由4個(gè)z像素構(gòu)成的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊來測量距離，可以使用共用信號作為將要供給到z像素的信號。通過這種方式，可以減少信號線的數(shù)量。

<第三實(shí)施例>

在上述第一實(shí)施例中，使用由2個(gè)z像素和2個(gè)可見光轉(zhuǎn)換像素構(gòu)成的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊來測量距離。相對地，在本技術(shù)的第三實(shí)施例中，使用由1個(gè)z像素和3個(gè)可見光轉(zhuǎn)換像素構(gòu)成的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊來測量距離。通過這種方式，可以使用其中以四個(gè)相進(jìn)行反射的紅外光的曝光的方案的測距方法。

[固態(tài)成像裝置的操作]

圖16是示出了本技術(shù)第三實(shí)施例中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。圖16中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620，630，640和650與參照圖7說明的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620和630的不同之處在于，每個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620，630，640和650由1個(gè)z像素和3個(gè)可見光轉(zhuǎn)換像素構(gòu)成。此外，圖16中的由z像素形成的像素組660跨越這四個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊配置，并且跨越兩條線配置。由于除此之外的固態(tài)成像裝置20和成像系統(tǒng)1的其它構(gòu)成與本技術(shù)第一實(shí)施例中的固態(tài)成像裝置20和成像系統(tǒng)1的類似，因此將省略對它們的說明。

[測距的原理]

圖17是示出本技術(shù)第三實(shí)施例中的測距方法的圖。在圖17所示的測距方法中，通過發(fā)射振幅經(jīng)正弦波調(diào)制的紅外光并測量反射的紅外光的相位延遲來測量距離。圖17的a示出了發(fā)射的紅外光和反射的紅外光之間的關(guān)系。如果發(fā)射的紅外光在圖17a中在正x軸方向上表示，則反射的紅外光具有根據(jù)距拍攝對象的距離而延遲的相位的波形。如果該延遲用表示，則可以用下式表示。

其中q是反射波的波峰值，r表示相位前進(jìn)90°的反射波的波峰值。

圖17的b示出了用于獲取q和r的方法。在發(fā)射的紅外光的一個(gè)周期中，對90°的每個(gè)相位測量反射的紅外光的波峰值。當(dāng)這些波峰值用p1～p4表示時(shí)，q和r可以用下式表示。

q＝|(p1-p3)/2|

r＝|(p2-p4)/2|

以這種方式，通過計(jì)算p1和p3以及p2和p4之間的差值，可以消除反射的紅外光之外的紅外光的影響。可以使用下式計(jì)算。

參照圖6說明的d可以如下計(jì)算。

接下來，使用公式1計(jì)算出到拍攝對象的距離l。這里，通過在對于發(fā)射的紅外光的一個(gè)周期將相位相隔90°進(jìn)行曝光，蓄積生成的電荷并將電荷轉(zhuǎn)換成紅外光信號來獲取p1～p4。在圖17的b中，它們表示為第一至第四曝光期間。

如上所述，在圖17所示的測距方法中，由于通過使用4個(gè)z像素并計(jì)算差值來測量距離，因此可以消除反射的紅外光之外的紅外光的影響。因此，與參照圖6說明的測距方法相比，可以高精度地進(jìn)行測量。

[成像方法]

圖18是示出本技術(shù)第三實(shí)施例的成像方法的圖。假設(shè)其中針對圖18中的za，zb，zc和zd分別設(shè)定參照圖17說明的第一至第四曝光期間的情況。首先，將on信號輸入到紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620，630，640和650的rst，以排出由紅外光電荷保持單元621，631，641和651保持的電荷(t1)。請注意，在下面的說明中將省略紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的名稱。

在信號輸入到rst的同時(shí)，on信號被輸入到ofd4，ofd3，ofd2和ofd1，并且光電轉(zhuǎn)換單元111，121，131和141被復(fù)位。復(fù)位結(jié)束后，停止將on信號輸入到rst和ofd1～ofd4(t2)。

然后，開始紅外光的發(fā)射，并將on信號輸入到tr4，ofd3，ofd2和ofd1(t3)。通過這種方式，在像素140處進(jìn)行基于反射的紅外光的曝光，并且電荷蓄積在紅外光電荷保持單元621中。

然后，停止將on信號輸入到tr4和ofd3，并將on信號輸入到tr3，ofd4，ofd2和ofd1(t4)。通過這種方式，在像素130處進(jìn)行基于反射的紅外光的曝光，并且電荷蓄積在紅外光電荷保持單元631中。

然后，停止將on信號輸入到tr3和ofd2，并將on信號輸入到tr2，ofd4，ofd3和ofd1(t5)。通過這種方式，在像素120處進(jìn)行基于反射的紅外光的曝光，并且電荷蓄積在紅外光電荷保持單元641中。

然后，停止將on信號輸入到tr2和ofd1，并將on信號輸入到tr1，ofd4，ofd3和ofd2(t6)。通過這種方式，在像素110處進(jìn)行基于反射的紅外光的曝光，并且電荷蓄積在紅外光電荷保持單元651中。

然后，停止將on信號輸入到tr1和ofd4(t7)。此后，從t3到t6的操作重復(fù)預(yù)定次數(shù)。通過這種方式，基于反射的紅外光的電荷蓄積在紅外光電荷保持單元621，631，641和651中。

然后，將on信號輸入到紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620和630的sel(t8)。通過這種方式，產(chǎn)生基于保持在紅外光電荷保持單元621，631中的電荷的紅外光信號。然后，停止將on信號輸入到紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620和630的sel，并將on信號輸入到紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊640和650的sel(t9)。通過這種方式，產(chǎn)生基于保持在紅外光電荷保持單元641和651中的電荷的紅外光信號。如參照圖16說明的，由于z像素的像素組660跨越兩條線配置，因此需要針對每條線輸入sel的信號以獲取紅外光信號。然后，停止將on信號輸入對紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊640和650的sel，測距期間結(jié)束(t10)。

通過上述的基于保持在紅外光電荷保持單元621，631，641和651中的電荷獲取紅外光信號，可以獲得相位偏移90°的紅外光信號。距離測量單元50基于這些紅外光信號測量距拍攝對象的距離。

以這種方式，根據(jù)本技術(shù)的第三實(shí)施例，可以使用其中反射的紅外光的曝光以分離的4個(gè)相進(jìn)行的方案的測距方法。通過這種方式，可以消除反射的紅外光以外的紅外光的影響，從而可以提高距離測量的精度。

<第四實(shí)施例>

在上述的第三實(shí)施例中，像素組660的z像素彼此相鄰配置。相對地，在本技術(shù)的第四實(shí)施例中，在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中，z像素在拜耳陣列中配置在g像素的位置。通過這種方式，可以促進(jìn)去馬賽克處理。

[固態(tài)成像裝置的操作]

圖19是示出本技術(shù)的第四實(shí)施例中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的圖。圖19中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620，630，640和650由1個(gè)z像素和3個(gè)可見光轉(zhuǎn)換像素構(gòu)成。然而，圖19中的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620，630，640和650與參照圖16說明的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊620，630，640和650的不同在于，z像素在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換區(qū)塊的拜耳陣列中配置在g像素的位置。由于除此之外的固態(tài)成像裝置20和成像系統(tǒng)1的其它構(gòu)成與本技術(shù)第三實(shí)施例中的固態(tài)成像裝置20和成像系統(tǒng)1的類似，因此將省略對它們的說明。此外，作為測距方法，以與本技術(shù)的第三實(shí)施例類似的方式，可以使用其中反射的紅外光的曝光以分離的4個(gè)相進(jìn)行的方案的測距方法。

如上所述，圖像處理單元40可以對從固態(tài)成像裝置20輸出的可見光信號進(jìn)行去馬賽克處理。這種去馬賽克處理是用于內(nèi)插各像素中的不足的彩色信號的處理，并且在其中將處理應(yīng)用于z像素的情況下，需要內(nèi)插與紅色光、綠色光和藍(lán)光這三個(gè)相對應(yīng)的信號?？梢酝ㄟ^計(jì)算由在對應(yīng)于相應(yīng)顏色的可見光像素中的配置在z像素周圍的可見光像素所輸出的可見光信號的平均值來執(zhí)行該內(nèi)插。然而，對于與z像素中的綠色光相對應(yīng)的可見光信號，可以使用包括在同一紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的g像素的信號來進(jìn)行內(nèi)插。通過這種方式，可以簡化對應(yīng)于綠色光的可見光信號的去馬賽克處理。

以這種方式，根據(jù)本技術(shù)的第四實(shí)施例，通過將z像素在拜耳陣列中配置在g像素的位置，在去馬賽克時(shí)，可以使用包括在同一紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的g像素的可見光信號進(jìn)行內(nèi)插。通過這種方式，可以簡化可見光信號的去馬賽克處理。

<5.第五實(shí)施例>

在上述的本技術(shù)的第四實(shí)施例中，在z像素處生成的電荷被一對電荷傳輸單元和電荷保持單元所傳送和保持。相對地，在本技術(shù)的第五實(shí)施例中，使用兩對電荷傳輸單元和電荷保持單元。通過這種方式，可以提高距離測量的精度。

[像素的配置]

圖20是示出本技術(shù)的第五實(shí)施例的像素的配置例的圖。作為圖20中的z像素(za)的像素140與參照圖4說明的z像素140的不同之處在于，還設(shè)置有電荷傳輸單元144和電荷保持單元155。請注意，圖20中的其它z像素(zb，zc和zd)與參照圖4說明的z像素以類似的方式而不同。

[像素的電路構(gòu)成]

圖21是示出本技術(shù)的第五實(shí)施例的像素的構(gòu)成例的圖。圖21示出了紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的z像素140、信號生成單元150和電荷保持單元151和155的電路構(gòu)成。

圖21中的像素140不必須包括溢出漏極143。代替的是，進(jìn)一步設(shè)置有電荷傳輸單元144。此外，信號線101包括tr5而不是ofd4。傳輸5(tr5)是用于將控制信號傳輸?shù)诫姾蓚鬏攩卧?44的信號線。如圖21所示，光電轉(zhuǎn)換單元141的陽極接地，陰極連接到電荷傳輸單元142和144的源極。電荷傳輸單元142和144的柵極分別連接到tr4和tr5。電荷傳輸單元142的漏極以與參照圖3說明的像素140類似的方式連接到電荷保持單元151的一端。另一方面，電荷傳輸單元144的漏極連接到電荷保持單元155的一端。

信號生成單元150與參照圖3說明的信號生成單元150的不同之處在于，還設(shè)置有mos晶體管156～158。如圖21所示，mos晶體管156和157的漏極連接到vdd。mos晶體管156的源極和mos晶體管157的柵極連接到上述電荷傳輸單元144的漏極所連接到的電荷保持單元155的一端。電荷保持單元155的另一端接地。mos晶體管157的源極連接到mos晶體管158的漏極，并且mos晶體管158的源極連接到信號線102。如圖21所示，信號線102由兩條信號線構(gòu)成，并且發(fā)送分別從mos晶體管154和158輸出的信號。mos晶體管156和mos晶體管158的柵極分別連接到信號線rst和sel。

mos晶體管157是根據(jù)保持在電荷保持單元155中的電荷產(chǎn)生信號的mos晶體管。mos晶體管158是將由mos晶體管157產(chǎn)生的信號作為圖像信號輸出到信號線102的mos晶體管。mos晶體管156是排出保持在電荷保持單元155中的電荷的mos晶體管。

以這種方式，在圖21中的像素140處，由光電轉(zhuǎn)換單元141生成的電荷可以被分離并傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?51和155。由于除此之外的像素的構(gòu)成類似于參照圖3說明的像素等的構(gòu)成，因此將省略對它們的說明。此外，作為本技術(shù)的第五實(shí)施例中的測距方法，可以使用參照圖6說明的測距方法。由于除此之外的固態(tài)成像裝置20和成像系統(tǒng)1的其它構(gòu)成與本技術(shù)第一實(shí)施例中的固態(tài)成像裝置20和成像系統(tǒng)1的類似，因此將省略對它們的說明。

[成像方法]

圖22是示出本技術(shù)的第五實(shí)施例的成像方法的圖。圖22示出了在參照圖20說明的像素140處的輸入信號和輸出信號之間的關(guān)系等。

首先，將on信號輸入到rst，tr4和tr5(t1)。通過這種方式，光電轉(zhuǎn)換單元141被復(fù)位，并且保持在電荷保持單元151和155中的電荷被排出。復(fù)位結(jié)束后，停止上述的將on信號輸入到rst，tr4和tr5(t2)。

然后，從紅外光發(fā)射單元60發(fā)射紅外光，并將on信號輸入到tr4(t3)。通過這種方式，由光電轉(zhuǎn)換單元141生成的基于反射的紅外光的電荷被保持在電荷保持單元151中。

然后，停止紅外光發(fā)射單元60的紅外光的發(fā)射，停止將on信號輸入到tr4。同時(shí)，將將on信號輸入到tr5(t4)。通過這種方式，由光電轉(zhuǎn)換單元141生成的基于反射的紅外光的電荷被保持在電荷保持單元155中。

此后，將t3和t4的操作重復(fù)預(yù)定次數(shù)。通過這種方式，基于反射的紅外光的電荷蓄積在電荷保持單元151和155中。

然后，將on信號輸入到sel(t6)。通過這種方式，分別輸出基于保持在電荷保持單元151和155中的電荷的紅外光信號。然后，停止將on信號輸入到sel，測距期間結(jié)束(t7)。距離測量單元50基于輸出的紅外光信號計(jì)算距離。

請注意，在紅外光的受光靈敏度不足的情況下，也可以以類似的方式在zb，zc和zd處產(chǎn)生紅外光信號，并將它們相加而用于距離的計(jì)算。

以這種方式，與發(fā)射的紅外光同步的基于光電轉(zhuǎn)換的電荷被蓄積在電荷保持單元151中。另一方面，作為在其中相對于發(fā)射的紅外光相位偏移180°的時(shí)機(jī)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的結(jié)果而獲得的電荷被蓄積在電荷保持單元155中。即，利用一個(gè)像素，可以執(zhí)行參照圖6說明的第一和第二曝光期間。因此，與利用不同的像素執(zhí)行第一和第二曝光期間的情況相比，可以減小光電轉(zhuǎn)換中的靈敏度的變化等的影響，從而可以提高距離測量的精度。此外，由于由光電轉(zhuǎn)換單元141生成的所有電荷均被傳輸?shù)诫姾杀３謫卧?51和155，所以在像素140處設(shè)置溢出漏極不是必須的。

以這種方式，根據(jù)本技術(shù)的第五實(shí)施例，利用一個(gè)像素可以產(chǎn)生測量距離所需的兩個(gè)紅外光信號。通過這種方式，可以減少光電轉(zhuǎn)換中的靈敏度的變化等的影響，從而可以提高距離測量的精度。

[變形例]

在上述的本技術(shù)第五實(shí)施例中，在其中z像素的電荷傳輸單元和電荷保持單元被加到其中z像素在拜耳陣列中配置在g像素的位置的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊上的構(gòu)成中，進(jìn)行距離的測量。相對地，在本技術(shù)的第一實(shí)施例中，也可以在其中電荷傳輸單元和電荷保持單元被加到z像素上的構(gòu)成中進(jìn)行距離的測量。具體地，電荷傳輸單元被加到參照圖4說明的像素120的光電轉(zhuǎn)換單元121和像素140的光電轉(zhuǎn)換單元141上。進(jìn)一步設(shè)置所添加的電荷保持單元共同連接到其上的電荷保持單元。通過這種方式，可以減少光電轉(zhuǎn)換中的靈敏度的變化等的影響，使得在紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊由兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元和兩個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成的情況下，可以提高距離測量的精度。

此外，上述實(shí)施例是用于體現(xiàn)本技術(shù)的示例，并且各實(shí)施例中的事項(xiàng)與權(quán)利要求書中的發(fā)明特定事項(xiàng)具有對應(yīng)關(guān)系。同樣地，由相同的名稱表示的實(shí)施例中的事項(xiàng)和權(quán)利要求書中的發(fā)明特定事項(xiàng)彼此具有對應(yīng)關(guān)系。然而，本技術(shù)不限于實(shí)施例，并且在不脫離本技術(shù)的精神的情況下，可以在本技術(shù)的范圍內(nèi)體現(xiàn)實(shí)施例的各種變形。

此外，在上述的實(shí)施例中說明的處理順序可以作為具有一系列順序的方法來對待，或者可以作為用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行一系列順序的程序和存儲程序的記錄介質(zhì)來對待。作為記錄介質(zhì)，可以使用硬盤、cd(壓縮盤)、md(minidisc)、dvd(數(shù)字通用盤)、存儲卡和藍(lán)光盤(注冊商標(biāo))。

在本說明書中記載的效果僅僅是示例，這些效果不受限制，并且可能存在其它效果。

另外，本技術(shù)也可以如下構(gòu)成。

(1)一種固態(tài)成像裝置，其包括：

可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊，其包括可見光電荷保持單元和多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元中，用于接收可見光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的可見光的光接收量生成電荷，所述可見光電荷保持單元被構(gòu)造成在彼此不同的期間內(nèi)排他地保持由所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷；和

紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊，其包括紅外光電荷保持單元和多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元中，具有與所述可見光轉(zhuǎn)換單元的光接收面的尺寸基本相同的尺寸并且被構(gòu)造用于接收紅外光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的紅外光的光接收量生成電荷，所述紅外光電荷保持單元被構(gòu)造成共同并同時(shí)地保持由所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷。

(2)根據(jù)(1)所述的固態(tài)成像裝置，

其中所述可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括所述可見光電荷保持單元和4個(gè)所述可見光轉(zhuǎn)換單元。

(3)根據(jù)(2)所述的固態(tài)成像裝置，

其中所述紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括所述紅外光電荷保持單元和4個(gè)所述紅外光轉(zhuǎn)換單元。

(4)根據(jù)(2)所述的固態(tài)成像裝置，

其中所述紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括：

兩個(gè)所述紅外光轉(zhuǎn)換單元；

兩個(gè)所述可見光轉(zhuǎn)換單元；和

所述紅外光電荷保持單元，所述紅外光電荷保持單元被構(gòu)造成在保持由所述兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元生成的電荷的情況下共同并同時(shí)地保持由所述兩個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷，并且在保持由所述兩個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元生成的電荷的情況下在彼此不同的期間內(nèi)排他地保持由所述兩個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷。

(5)根據(jù)(2)至(4)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，

其中所述可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括所述可見光電荷保持單元和4個(gè)所述可見光轉(zhuǎn)換單元，其中作為被構(gòu)造成根據(jù)紅光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的紅光轉(zhuǎn)換單元、作為被構(gòu)造成根據(jù)綠光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的綠光轉(zhuǎn)換單元和作為被構(gòu)造成根據(jù)藍(lán)光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)光轉(zhuǎn)換單元以拜爾陣列的形式配置。

(6)根據(jù)(2)至(4)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，

其中所述可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括：作為被構(gòu)造成根據(jù)紅光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的紅光轉(zhuǎn)換單元、作為被構(gòu)造成根據(jù)綠光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的綠光轉(zhuǎn)換單元、作為被構(gòu)造成根據(jù)藍(lán)光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的藍(lán)光轉(zhuǎn)換單元、作為被構(gòu)造成根據(jù)白光生成電荷的所述可見光轉(zhuǎn)換單元的白光轉(zhuǎn)換單元；以及所述可見光電荷保持單元。

(7)根據(jù)(1)至(6)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，

其中所述紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊還包括紅外光電荷傳輸單元，其被構(gòu)造成通過在所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元與所述紅外光電荷保持單元之間同時(shí)導(dǎo)電而將由所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷傳輸?shù)剿黾t外光電荷保持單元。

(8)根據(jù)(1)至(7)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，還包括

紅外光信號生成單元，其被構(gòu)造成根據(jù)保持在所述紅外光電荷保持單元中的電荷而產(chǎn)生信號。

(9)一種成像系統(tǒng)，包括：

紅外光發(fā)射單元，其被構(gòu)造成向拍攝對象發(fā)射紅外光；

可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊，其包括可見光電荷保持單元和多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元中，用于接收可見光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的可見光的光接收量生成電荷，所述可見光電荷保持單元被構(gòu)造成在彼此不同的期間內(nèi)排他地保持由所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷；和

紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊，其包括紅外光電荷保持單元和多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元中，具有與所述可見光轉(zhuǎn)換單元的光接收面的尺寸基本上相同的尺寸并且接收發(fā)射的且被所述拍攝對象反射的紅外光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的紅外光的光接收量生成電荷，所述紅外光電荷保持單元被構(gòu)造成共同并同時(shí)地保持由所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷；

紅外光信號生成單元，其被構(gòu)造成根據(jù)保持在所述紅外光電荷保持單元中的電荷而產(chǎn)生信號；和

距離測量單元，其被構(gòu)造成通過基于產(chǎn)生的所述信號來測量從在所述紅外光發(fā)射單元處的發(fā)射到在所述紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊的所述紅外光轉(zhuǎn)換單元處的光接收的時(shí)長，來測量距所述拍攝對象的距離。

(10)一種測距方法，包括：

向拍攝對象發(fā)射紅外光的紅外光發(fā)射步驟；

根據(jù)保持在包括多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元的紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的紅外光電荷保持單元中的電荷而產(chǎn)生信號的紅外光信號產(chǎn)生步驟，在所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元中，具有與可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊中的可見光轉(zhuǎn)換單元的光接收面的尺寸基本相同的尺寸并且接收發(fā)射的和被所述拍攝對象反射的紅外光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的紅外光的光接收量生成電荷，所述紅外光電荷保持單元被構(gòu)造成共同并同時(shí)地保持由所述多個(gè)紅外光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷，所述可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊包括可見光電荷保持單元和多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元，在所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元中，用于接收可見光的光接收面被配置和構(gòu)造成根據(jù)接收的可見光的光接收量生成電荷，所述可見光電荷保持單元被構(gòu)造成在彼此不同的期間內(nèi)排他地保持由所述多個(gè)可見光轉(zhuǎn)換單元分別生成的電荷；和

通過基于產(chǎn)生的所述信號來測量從所述紅外光的發(fā)射到在所述紅外光區(qū)塊的所述紅外光轉(zhuǎn)換單元處的光接收的時(shí)長來測量距所述拍攝對象的距離的測距步驟。

附圖標(biāo)記列表

1成像系統(tǒng)

10透鏡

20固態(tài)成像裝置

30信號處理單元

40圖像處理單元

50距離測量單元

60紅外光發(fā)射單元

100像素陣列單元

110，120，130，140，160，170，180，190像素

111，121，131，141，161，171，181，191光電轉(zhuǎn)換單元

112，123，132，143溢出漏極

113，123，133，142，144電荷傳輸單元

119，129，139，149濾色器

150信號生成單元

151，155，159電荷保持單元

152～154，156～158mos晶體管

200垂直驅(qū)動單元

300水平傳輸單元

400模數(shù)轉(zhuǎn)換器

610可見光轉(zhuǎn)換區(qū)塊

611可見光電荷保持單元

620，620，640，650紅外光轉(zhuǎn)換區(qū)塊

621，631，641，651紅外光電荷保持單元