固態(tài)成像裝置和使用固態(tài)成像裝置的成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及其上安裝有焦點檢測器件的固態(tài)成像裝置、以及使用該固態(tài)成像裝置的成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在日本專利申請公開N0.2011-60815中，公開了其中在成像表面上設(shè)置焦點檢測像素(用于自動聚焦(AF)的像素)的相位差檢測系統(tǒng)的焦點檢測器件。相位差檢測系統(tǒng)是其中通過檢測焦點檢測像素之間的圖像間隔(相位差)來檢測光學(xué)系統(tǒng)的焦點調(diào)節(jié)狀態(tài)的焦點檢測系統(tǒng)。焦點檢測器件的焦點檢測像素各自包含出于將通過光學(xué)系統(tǒng)的光束選擇性地引入到焦點檢測像素的光電轉(zhuǎn)換單元中的目的而遮蔽光電轉(zhuǎn)換單元中的開口的一部分的遮光層。
[0003]在日本專利申請公開N0.2013-102383中，公開了通過將來自成像像素的信號的放大因子和來自相位差檢測系統(tǒng)的AF像素的信號的放大因子設(shè)定為相互不同來提高AF像素的信號的S/N比的固態(tài)成像裝置。
[0004]日本專利申請公開N0.2011-60815中公開的固態(tài)成像裝置的焦點檢測像素各自包含用于遮蔽開口的一部分的遮光層。與成像像素中的開口相比，這使得焦點檢測像素中的開口變窄，由此焦點檢測像素的輸出信號趨于比成像像素的小。因此，存在其中不能獲得用于檢測焦點的足夠靈敏度的情況。
[0005]如日本專利申請公開N0.2013-102383中公開的那樣，在這種結(jié)構(gòu)中提高檢測焦點的靈敏度的一種方式是增大AF像素的放大因子。但是，當(dāng)增大放大因子時，與來自像素的信號一起輸出的噪聲也可被放大，由此，依賴于噪聲源，S/N比可能不被提高。特別地，當(dāng)亮度低時，從像素輸出的信號的S/N比低，由此，可能出現(xiàn)焦點檢測性能降低的問題。另一方面，關(guān)于成像像素，不僅需要較高靈敏度，而且需要較高分辨率成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種固態(tài)成像裝置，包括:多個成像像素，各自被配置為通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生成像信號；多個焦點檢測像素，各自被配置為通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生聚焦信號；以及相加單元，被配置為相加由所述多個成像像素產(chǎn)生的多個成像信號以產(chǎn)生相加成像信號，并被配置為相加由所述多個焦點檢測像素產(chǎn)生的多個聚焦信號以產(chǎn)生相加聚焦信號，其中，要由相加單元使用以產(chǎn)生一個相加聚焦信號的聚焦信號的數(shù)量比要由相加單元使用以產(chǎn)生一個相加成像信號的成像信號的數(shù)量大，并且用于輸出相加聚焦信號的操作和用于在沒有相加的情況下輸出所述多個聚焦信號中的每一個的操作被選擇性地實施。
[0007]從參照附圖對示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的進一步的特征將變得明顯。
【附圖說明】
[0008]圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的像素電路結(jié)構(gòu)的一部分。
[0009]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的像素結(jié)構(gòu)的布局的平面圖。
[0010]圖3是示出用于驅(qū)動圖1所示的像素電路的定時的定時圖。
[0011]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的像素結(jié)構(gòu)的布局的平面圖。
[0012]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的像素結(jié)構(gòu)的布局的平面圖。
[0013]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的像素結(jié)構(gòu)的布局的平面圖。
[0014]圖7示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的像素電路結(jié)構(gòu)的一部分。
[0015]圖8示出根據(jù)本發(fā)明第六實施例的成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0016]現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在整個附圖中，使用類似的附圖標(biāo)記來指示類似的組件，并且有時省略相似組件的冗余描述。
[0017](第一實施例)
[0018]本發(fā)明的第一實施例涉及諸如CMOS圖像傳感器的固態(tài)成像裝置的像素結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動方法。圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的成像區(qū)域的像素電路結(jié)構(gòu)，示出了其中以矩陣布置多個像素的像素陣列10的一部分。在像素陣列10中，例如，在1920列X 1080行的像素行和像素列中布置像素。圖1例示像素陣列10中的6行(從第η像素行到第(η+5)像素行)Χ3列(從第(N-1)像素列到第(Ν+1)像素列)的像素電路。
[0019]像素陣列10包含輸出成像信號的成像像素100和輸出相位差檢測系統(tǒng)的焦點檢測信號的焦點檢測像素200。像素中的每一個包含光電轉(zhuǎn)換單元11、浮動擴散區(qū)域12、傳送晶體管13、放大器晶體管14、選擇晶體管15和復(fù)位晶體管16。晶體管中的每一個可由N溝道MOSFET等形成。
[0020]多個像素的光電轉(zhuǎn)換單元11和傳送晶體管13與成像像素100的浮動擴散區(qū)域12連接。換句話說，一組的浮動擴散區(qū)域12、放大器晶體管14、選擇晶體管15和復(fù)位晶體管16被多個光電轉(zhuǎn)換單元11和傳送晶體管13共享。
[0021]類似地，在焦點檢測像素200中，一組的浮動擴散區(qū)域12、放大器晶體管14、選擇晶體管15和復(fù)位晶體管16被多個光電轉(zhuǎn)換單元11和傳送晶體管13共享。
[0022]在圖1所示的例子中，在列方向上并排的兩個成像像素100共享一個浮動擴散區(qū)域12以形成兩像素共享成像像素101。并且，在列方向上并排的四個焦點檢測像素200共享一個浮動擴散區(qū)域12以形成四像素共享焦點檢測像素201。
[0023]在圖1中，例如，在第η像素行中，成像像素100和焦點檢測像素200被混合布置，但一個行可僅包含焦點檢測像素200。并且，例如，在第(η+4)像素行中，布置成像像素100，但不布置焦點檢測像素200。并且，關(guān)于像素行中的每一行，可以布置成像像素100和焦點檢測像素200以外的像素，諸如光學(xué)黑色(OB)像素。
[0024]接下來，描述成像像素100和焦點檢測像素200的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方法。光電轉(zhuǎn)換單元11是當(dāng)光入射于其上時通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電荷的光電轉(zhuǎn)換元件，諸如光電二極管。傳送晶體管13連接于光電轉(zhuǎn)換單元11與浮動擴散區(qū)域12之間，并且將由光電轉(zhuǎn)換單元11產(chǎn)生的電荷傳送到浮動擴散區(qū)域12。浮動擴散區(qū)域12與傳送晶體管13、放大器晶體管14和復(fù)位晶體管16連接。浮動擴散區(qū)域12包含作為寄生電容存在于浮動擴散區(qū)域12與地之間的等價電容21，并且產(chǎn)生根據(jù)從光電轉(zhuǎn)換單元11傳送的電荷的電壓。浮動擴散區(qū)域12處的電壓被輸入到放大器晶體管14的柵電極。放大器晶體管14經(jīng)由選擇晶體管15輸出與前級中的浮動擴散區(qū)域12處的電壓對應(yīng)的輸出到垂直輸出線OUT。注意，第N列中的垂直輸出線表示為OUT(N)。以這種方式，由光電轉(zhuǎn)換單元11產(chǎn)生的電荷被轉(zhuǎn)換成電壓信號以被輸出到垂直輸出線OUT。復(fù)位晶體管16連接于浮動擴散區(qū)域12與像素電源線之間，并且具有當(dāng)復(fù)位晶體管I6被接通時將浮動擴散區(qū)域12處的電壓復(fù)位到預(yù)定電壓的功能。選擇晶體管15具有選擇成像信號要被輸出到的行的功能。
[0025]作為第一傳送控制線的傳送控制線TX與成像像素100的傳送晶體管13的柵電極連接。作為第二傳送控制線的傳送控制線TXs與焦點檢測像素200的傳送晶體管13的柵電極連接。傳送控制線TX和TXs中的每一個在每一行中被共享，并且第η行中的傳送控制線表示為TX (η)或TXs (η)。當(dāng)經(jīng)由傳送控制線TX或TXs傳輸?shù)目刂菩盘柋惠斎氲絺魉途w管13時，傳送晶體管13被控制為接通(連接)或關(guān)斷(斷開)。
[0026]分配給包含成像像素100和焦點檢測像素200兩者的像素行的傳送控制線的數(shù)量和分配給包含成像像素100但不包含焦點檢測像素200的像素行的傳送控制線的數(shù)量相同。例如，兩個傳送控制線TX(η)和TXs(n)被分配給第η像素行，并且兩個傳送控制線TX (η+4)和TXs (η+4)被分配給第(η+4)像素行。
[0027]復(fù)位控制線RES與復(fù)位晶體管16的柵電極連接，并且向其供給復(fù)位控制信號。當(dāng)供給復(fù)位控制信號時，復(fù)位晶體管16被控制為接通或關(guān)斷。選擇控制線SEL與選擇晶體管15的柵電極連接，并且向其供給選擇控制信號。當(dāng)供給選擇控制信號時，選擇晶體管15被控制為接通或關(guān)斷。與傳送控制線TX和TXs的情況類似，第η行中的復(fù)位控制線RES和選擇控制線SEL分別表示為RES (η)和SEL (η)。
[0028]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的像素結(jié)構(gòu)的布局的平面圖。省略了對與圖1所示的電路中的組件類似的組件的描述。并且，沒有示出復(fù)位