器14的像素陣列單元中排列有多個(gè)像素，產(chǎn)生在所接收物體光的基礎(chǔ)上產(chǎn)生所捕獲圖像的信號(hào)的像素(成像像素)以及產(chǎn)生執(zhí)行相位差檢測(cè)信號(hào)的像素(相位差檢測(cè)像素)。圖像傳感器14將光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的電信號(hào)提供至信號(hào)處理單元15。
[0082]信號(hào)處理單元15對(duì)提供自圖像傳感器14的電信號(hào)執(zhí)行各種信號(hào)處理。
[0083]例如，當(dāng)控制單元13提供記錄靜態(tài)圖像的指令時(shí)，信號(hào)處理單元15會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)圖像的數(shù)據(jù)(靜態(tài)圖像數(shù)據(jù))，執(zhí)行黑電平校正(black level correct1n)、缺陷校正(defect correct1n)、陰影校正(shading correct1n)、混色校正(color mixturecorrect1n)等等，并將結(jié)果數(shù)據(jù)提供至存儲(chǔ)單元16。當(dāng)控制單元13提供產(chǎn)生實(shí)時(shí)取景圖像的指令時(shí)，信號(hào)處理單元15基于來(lái)自圖像傳感器14中的成像像素的輸出信號(hào)產(chǎn)生實(shí)時(shí)取景圖像的數(shù)據(jù)(實(shí)時(shí)取景圖像數(shù)據(jù))，執(zhí)行黑電平校正、缺陷校正、陰影校正、混色校正等等，并將結(jié)果數(shù)據(jù)提供至顯示單元17。
[0084]當(dāng)控制單元13提供執(zhí)行相位差檢測(cè)操作的指令時(shí)，信號(hào)處理單元15會(huì)基于來(lái)自圖像傳感器14中的相位差檢測(cè)像素的輸出信號(hào)產(chǎn)生用于檢測(cè)相位差的數(shù)據(jù)(相位差檢測(cè)數(shù)據(jù))，并將該數(shù)據(jù)提供至相位差檢測(cè)單元18。
[0085]存儲(chǔ)單元16記錄信號(hào)處理單元15所提供的圖像數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)單元16被構(gòu)造成例如一個(gè)或多個(gè)可移除的記錄媒體，如磁盤(pán)(例如數(shù)字多功能光盤(pán)(digital versatile disc ；DVD))和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(例如存儲(chǔ)卡)。這種記錄媒體可被包含在電子設(shè)備I中，或者可從電子設(shè)備I拆卸。
[0086]顯示單元17基于信號(hào)處理單元15所提供的圖像數(shù)據(jù)顯示圖像。例如，當(dāng)信號(hào)處理單元15提供實(shí)時(shí)取景圖像數(shù)據(jù)時(shí)，顯示單元17會(huì)顯示實(shí)時(shí)取景圖像。顯示單元17被具體實(shí)施為例如液晶顯示器(liquid crystal display ;LCD)、有機(jī)電致發(fā)光(electro-luminescence ；EL)顯不器等等。
[0087]相位差檢測(cè)單元18基于信號(hào)處理單元15所提供的相位差檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算焦距偏差的量(離焦量)，進(jìn)而判斷是否對(duì)于聚焦目標(biāo)物體(聚焦目標(biāo))實(shí)現(xiàn)聚焦。當(dāng)焦點(diǎn)區(qū)域中的物體被聚焦時(shí)，相位差檢測(cè)單元18會(huì)將指示實(shí)現(xiàn)聚焦的信息作為聚焦判斷結(jié)果提供至驅(qū)動(dòng)單元19。當(dāng)聚焦目標(biāo)未被聚焦時(shí)，相位差檢測(cè)單元18會(huì)將指示所計(jì)算離焦量的信息作為聚焦判斷結(jié)果提供至驅(qū)動(dòng)單元19。
[0088]驅(qū)動(dòng)單元19驅(qū)動(dòng)變焦透鏡21、光圈22、以及聚焦透鏡23。例如，驅(qū)動(dòng)單元19基于提供自相位差檢測(cè)單元18的聚焦判斷結(jié)果來(lái)計(jì)算聚焦透鏡23的驅(qū)動(dòng)量，并且根據(jù)計(jì)算出的驅(qū)動(dòng)量移動(dòng)聚焦透鏡23。
[0089]具體而言，當(dāng)實(shí)現(xiàn)聚焦時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元19會(huì)將聚焦透鏡23保持在當(dāng)前位置。當(dāng)未實(shí)現(xiàn)聚焦時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元19會(huì)基于指示離焦量的聚焦判斷結(jié)果以及聚焦透鏡23的位置來(lái)計(jì)算驅(qū)動(dòng)量(移動(dòng)距離)，并且根據(jù)該驅(qū)動(dòng)量來(lái)移動(dòng)聚焦透鏡23。
[0090][圖像傳感器的實(shí)例構(gòu)型]
[0091]圖2是示出圖像傳感器14的實(shí)例構(gòu)型的方框圖。
[0092]圖像傳感器14包括像素陣列單元111、垂直驅(qū)動(dòng)單元112、列處理單元113、水平驅(qū)動(dòng)單元114、以及系統(tǒng)控制單元115。像素陣列單元111、垂直驅(qū)動(dòng)單元112、列處理單元113、水平驅(qū)動(dòng)單元114、以及系統(tǒng)控制單元115形成于半導(dǎo)體基底(芯片)上(圖未示出)。
[0093]在像素陣列單元111中，上述成像像素與相位差檢測(cè)像素以二維方式排列于矩陣中。在以下描述中，成像像素與相位差檢測(cè)像素也被簡(jiǎn)稱為“像素”。
[0094]此外，對(duì)于像素陣列單元111中排列成矩陣的像素陣列，像素驅(qū)動(dòng)線116沿圖的左右方向(像素行的像素排列方向)形成于相應(yīng)的行中，而垂直信號(hào)線117則沿圖的上下方向(像素列的像素排列方向)形成于相應(yīng)的列中。像素驅(qū)動(dòng)線116的一個(gè)端子連接至與每一行垂直驅(qū)動(dòng)單元112相對(duì)應(yīng)的輸出端子。
[0095]垂直驅(qū)動(dòng)單元112包括移位寄存器(shift register)、地址解碼器等等，而且垂直驅(qū)動(dòng)單元112是像素驅(qū)動(dòng)單元，其通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)以行為單位或以類似方式同時(shí)驅(qū)動(dòng)像素陣列單元111中的所有像素。盡管圖未示出垂直驅(qū)動(dòng)單元112的具體構(gòu)型，垂直驅(qū)動(dòng)單元112包括兩個(gè)掃描系統(tǒng)，讀取掃描系統(tǒng)和清掃掃描系統(tǒng)。
[0096]讀取掃描系統(tǒng)以行為單位選擇性地依序掃描像素陣列單元111中的像素，以從像素讀取信號(hào)。在行驅(qū)動(dòng)(卷簾快門(mén)操作)中，關(guān)于清掃，對(duì)即將被讀取掃描系統(tǒng)進(jìn)行讀取掃描的已讀行進(jìn)行清掃掃描，比讀取掃描提前一段時(shí)間，這段時(shí)間對(duì)應(yīng)于快門(mén)速度。在全局曝光(全局快門(mén)操作)中，集體清掃的執(zhí)行比集體轉(zhuǎn)移提前一段時(shí)間，這段時(shí)間對(duì)應(yīng)于快門(mén)速度。
[0097]該清掃操作清除(復(fù)位)了來(lái)自已讀行像素的光電轉(zhuǎn)換元件的無(wú)用電荷。通過(guò)清掃(復(fù)位)無(wú)用電荷，執(zhí)行所謂的電子快門(mén)操作。此處，電子快門(mén)操作是指丟棄光電轉(zhuǎn)換元件的電荷并重新開(kāi)始曝光(開(kāi)始電荷的積聚)的操作。
[0098]讀取掃描系統(tǒng)通過(guò)讀取操作所讀取的信號(hào)對(duì)應(yīng)于在前一讀取操作或電子快門(mén)操作之后進(jìn)入的光量。在行驅(qū)動(dòng)中，從讀取操作的前一讀取定時(shí)或電子快門(mén)操作的前一清掃定時(shí)到讀取操作的當(dāng)前讀取定時(shí)之間的時(shí)間段作為像素中的電荷積聚時(shí)間(曝光時(shí)間)。在全局曝光中，從集體清掃到集體轉(zhuǎn)移之間的時(shí)間段作為積聚時(shí)間(曝光時(shí)間)。
[0099]垂直驅(qū)動(dòng)單元12選擇性掃描的像素行的像素所輸出的像素信號(hào)通過(guò)相應(yīng)的垂直信號(hào)線117被提供至列處理單元113。對(duì)于像素陣列單元111的每一像素列，列處理單元113對(duì)從所選行的像素通過(guò)垂直信號(hào)線117輸出的像素信號(hào)執(zhí)行預(yù)定的信號(hào)處理，并在信號(hào)處理之后暫時(shí)保留像素信號(hào)，或者將像素信號(hào)提供至信號(hào)處理單元15(圖1)。
[0100]具體而言，列處理單元113至少執(zhí)行去噪處理(例如相關(guān)雙采樣(correlateddouble sampling ;CTS)處理)作為信號(hào)處理。由列處理單元113執(zhí)行的該⑶S處理移除復(fù)位噪聲和像素特定固定圖案噪聲，如放大晶體管的閾值變化。除去噪處理之外，列處理單元113還可具有模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換功能，例如，并通過(guò)數(shù)字信號(hào)輸出信號(hào)電平。
[0101]水平驅(qū)動(dòng)單元114包括移位寄存器、地址解碼器等，并且依序選擇與列處理單元113的像素列相對(duì)應(yīng)的單元電路。通過(guò)水平驅(qū)動(dòng)單元114所執(zhí)行的該選擇性掃描，已被列處理單元113執(zhí)行信號(hào)處理的像素信號(hào)被依序輸出至信號(hào)處理單元118。
[0102]系統(tǒng)控制單元115包括用于產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)的定時(shí)產(chǎn)生器等，并基于定時(shí)產(chǎn)生器所產(chǎn)生的各種定時(shí)信號(hào)執(zhí)行垂直驅(qū)動(dòng)單元112、列處理單元113、水平驅(qū)動(dòng)單元114等的驅(qū)動(dòng)控制。
[0103][像素陣列單元的像素排列]
[0104]接下來(lái)，參照?qǐng)D3描述像素陣列單元111的像素排列。
[0105]在圖3中，從左向右的方向(行方向)被稱為X方向，從下向上的方向(列方向)被稱為Y方向，而從后向前的方向被稱為Z方向。
[0106]如圖3所示，在像素陣列單元111中，多個(gè)成像像素121在XY平面上以二維方式排列成矩陣。成像信號(hào)121包括規(guī)則地排列成拜耳(Bayer)陣列的R像素、G像素、以及B像素。
[0107]此外，在像素陣列單元111中，多個(gè)相位差檢測(cè)像素122排列于以二維方式排列成矩陣的所述多個(gè)成像像素121之間。具體而言，相位差檢測(cè)像素122包括A像素和B像素，在X方向上A像素的光接收區(qū)域的右側(cè)被遮光，而在X方向上B像素的光接收區(qū)域的左側(cè)被遮光。這些像素取代像素陣列單元111中像素行的預(yù)定行中的成像像素121的一部分，規(guī)則地排列成特定圖案(在圖3中，A像素與B像素交替排列)。
[0108]注意，像素陣列單元111中的成像像素121與相位差檢測(cè)像素122的排列并非限制于圖3所示的排列，而是可采用其他圖案的排列。例如，A像素與B像素可被排列于寬度為兩行的像素陣列單元111。作為另外一種選擇，相位差檢測(cè)像素122可包括在Y方向上光接收區(qū)域的上側(cè)被遮光的A像素以及在Y方向上光接收區(qū)域的下側(cè)被遮光的B像素，而且這些像素可沿Y方向(列方向)排列。
[0109][電子設(shè)備的成像處理]
[0110]此處參照?qǐng)D4的流程圖來(lái)描述電子設(shè)備I的成像處理。
[0111]圖4所述的成像處理在電子設(shè)備I的電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)開(kāi)始。此時(shí)，顯示單元17上顯示光度測(cè)定單元(圖未示出)通過(guò)光度測(cè)定而獲得的實(shí)時(shí)取景圖像、亮度信息等。
[0112]在步驟Sll中，信號(hào)處理單元15從圖像傳感器14讀取相位差檢測(cè)像素122的像素?cái)?shù)據(jù)(輸出信號(hào))。此時(shí)，相位差檢測(cè)像素122的A像素的像素?cái)?shù)據(jù)以及B像素的像素?cái)?shù)據(jù)可被同時(shí)讀取或者可在不同的定時(shí)被讀取。信號(hào)處理單元15基于所讀取的輸出信號(hào)產(chǎn)生相位差檢測(cè)數(shù)據(jù)，并且將相位差檢測(cè)數(shù)據(jù)提供至相位差檢測(cè)單元18。
[0113]在步驟S12中，相位差檢測(cè)單元18基于信號(hào)處理單元15所提供的相位差檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算離焦量。
[0114]在步驟S13中，相位差檢測(cè)單元18判斷所計(jì)算的離焦量的絕對(duì)值是否小于預(yù)定值，進(jìn)而判斷是否對(duì)于聚焦目標(biāo)實(shí)現(xiàn)聚焦。
[0115]當(dāng)在步驟S13中判定沒(méi)有實(shí)現(xiàn)聚焦時(shí)，相位差檢測(cè)單元18將指示所計(jì)算的離焦量的信息作為聚焦判斷結(jié)果提供至驅(qū)動(dòng)單元19，并且處理繼續(xù)至步驟S14。
[0116]在步驟S14中，驅(qū)動(dòng)單元19基于指示離焦量的聚焦判斷結(jié)果以及聚焦透鏡23的當(dāng)前位置來(lái)計(jì)算驅(qū)動(dòng)量(移動(dòng)距離)，并根據(jù)該驅(qū)動(dòng)量移動(dòng)聚焦透鏡23。然后，處理返回至步驟S11，并且重復(fù)后面的處理。
[0117]當(dāng)在步驟A13中判定實(shí)現(xiàn)聚焦時(shí)，相位差檢測(cè)單元18將指示實(shí)現(xiàn)聚焦的信息作為聚焦判斷結(jié)果提供至驅(qū)動(dòng)單元19，并且處理繼續(xù)至步驟S15。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元19將聚焦透鏡23保持在當(dāng)前位置。
[0118]在步驟S15中，操作單元12判斷快門(mén)按鈕是否被操作。當(dāng)在步驟S15中判定快門(mén)按鈕未被操作時(shí)，處理返回至步驟S11，并且重復(fù)后面的處理。
[0119]當(dāng)在步驟S15中判定快門(mén)按鈕被操作時(shí)，處理繼續(xù)至步驟S16，并且信號(hào)處理單元15從圖像傳感器14讀取所有像素的像素?cái)?shù)據(jù)(輸出信號(hào))。此時(shí)，在同時(shí)執(zhí)行電荷的積聚和保留之后，逐行讀取至少成像像素121的像素?cái)?shù)據(jù)。然后，信號(hào)處理單元15基于所讀取的輸出信號(hào)產(chǎn)生靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)，執(zhí)行黑電平校正、缺陷校正、陰影校正、混色校正等，并且在步驟S17中將結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元16中。
[0120]上述處理使得可獲得因全局快門(mén)功能而保持同時(shí)性以及因相位差A(yù)F功能而沒(méi)有離焦的圖像。
[0121]像素陣列單元111中的成像像素121和相位差檢測(cè)像素122的構(gòu)型和操作能夠如上所述實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)功能和相位差A(yù)F功能兩種功能，以下將進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0122][成像像素的實(shí)例構(gòu)型]
[0123]首先，參照?qǐng)D5和圖6描述成像像素121的實(shí)例構(gòu)型。圖5是成像像素121的頂視圖，圖6是成像像素121沿圖5右側(cè)虛線a-a’的剖視圖。
[0124]如圖5左側(cè)所示，成像像素121包括光電二極管(PD) 201、存儲(chǔ)器單元(MEM) 202、第一轉(zhuǎn)移門(mén)極(transfer gate) 203、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(FD) 204、第二轉(zhuǎn)移門(mén)極205、復(fù)位晶體管206、放大晶體管207、選擇晶體管208、以及放電單元209。
[0125]光電二極管201例如是以如下方式形成:在形成于N型基底中的P型阱層中埋置N型埋置層，其中基底表面?zhèn)壬闲纬蒔型層。
[0126]存儲(chǔ)器單元202被形成為本發(fā)明的電荷積聚單元，并作為用于保留電荷的電荷保留單元。光電二極管201與存儲(chǔ)器單元202在X方向(行方向)上并排形成。
[0127]第一轉(zhuǎn)移門(mén)極203包括由多晶硅和絕緣膜制成的門(mén)極。第一轉(zhuǎn)移門(mén)極203被形成為使用位于光電二極管201與存儲(chǔ)器單元202之間的絕緣膜來(lái)覆蓋二者之間的空間以及存儲(chǔ)器單元202的上部，并且通過(guò)經(jīng)由觸點(diǎn)(圖未示出)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)TRX施加至門(mén)極而將光電二極管201中所積聚的電荷轉(zhuǎn)移至存儲(chǔ)器單元202。
[0128]第二轉(zhuǎn)移門(mén)極205包括由多晶硅和絕緣膜制成的門(mén)極。第二轉(zhuǎn)移門(mén)極205被形成為使用位于存儲(chǔ)器單元202與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域204之間的絕緣膜來(lái)覆蓋二者之間的空間，并且通過(guò)經(jīng)由觸點(diǎn)(圖未示出)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)TRG施加至門(mén)極而將存儲(chǔ)器單元202中所積聚的電荷轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域204。
[0129]復(fù)位晶體管206連接于電源(圖未示出)與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域204之間，并通過(guò)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)RST施加至門(mén)極而使浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域204復(fù)位。
[0130]放大晶體管207的漏極連接至電源(圖未示出)，其門(mén)極連接至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域204，放大晶體管207讀取浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域204的電壓。
[0131]選擇晶體管208的漏極連接至放大晶體管207的源極，選擇晶體管208的源極連接至垂直信號(hào)線117 (圖2)，例如，選擇晶體管208選擇像素，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)SEL施加至門(mén)極從該像素讀取像素信號(hào)。
[0132]通過(guò)在曝光開(kāi)始的時(shí)間將驅(qū)動(dòng)信號(hào)OFG施加至門(mén)極，放電單元209將光電二極管201中積聚的電荷釋放至N型層的漏極。
[0133]此外，如圖5右側(cè)所示，成像像素121包括例如由鎢(W)制成的遮光膜210。遮光膜210被形成為將存儲(chǔ)器單元202遮光。遮光膜210設(shè)置有開(kāi)口 211和開(kāi)口 212，開(kāi)口 211用于使光電二極管201能夠接收光(物體光)，開(kāi)口 212用于通過(guò)觸點(diǎn)將第二轉(zhuǎn)移門(mén)極205的門(mén)極連接至布線214 (圖6)的放電單元209。
[0134]此外，成像像素121包括位于最上層的芯片上透鏡213。芯片上透鏡213被形成為使得其光軸與開(kāi)口 211 (光電二極管201的光接收區(qū)域)的中心重合。
[0135]注意，如圖6所示，在成像像素121中，濾色片215形成于芯片上透鏡213下方，濾色片215具有與R像素、G像素、或B像素相對(duì)應(yīng)的光譜特性。[相位差檢測(cè)像素的實(shí)例構(gòu)型]
[0136]接下來(lái)，參照?qǐng)D7和圖8描述相位差檢測(cè)像素122的實(shí)例構(gòu)型。圖7顯示相位差檢測(cè)像素122中右側(cè)被遮光的相位差檢測(cè)像素122A(A像素)以及左側(cè)被遮光的相位差檢測(cè)像素122B(B像素)的頂視圖。圖8顯示相位差檢測(cè)像素122A和122B沿圖7的虛線a-a’和b_b’的#1]視圖。
[0137]注意，圖7和