專利名稱：固態(tài)成像器件和使用該固態(tài)成像器件的成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像器件和使用該固態(tài)成像器件的成像裝置。
背景技術(shù)：
近來，諸如攝像機和電子靜態(tài)相機的成像裝置已廣泛普及。在這
些相機的每一個中，使用諸如CCD型和放大型的固態(tài)成像器件。在這 種固態(tài)成像器件中，具有用于根據(jù)入射光的量生成信號電荷的光電轉(zhuǎn) 換器部件的多個像素形成為柵格形狀。
在放大型固態(tài)成像器件中，通過像素中的光電轉(zhuǎn)換器部件生成并 積聚的信號電荷被導(dǎo)向放大部件，并且從像素輸出通過放大部件放大 的信號。
在放大型固態(tài)成像器件中，例如在日本專利特開平11-177076和 2004-335882中提出一種在放大部件中使用結(jié)型場效應(yīng)晶體管的固態(tài)成 像器件以及在日本專利特開2004-111590中提出一種在放大部件中使用 MOS晶體管的CMOS型固態(tài)成像器件。
在上述專利文獻中公開的傳統(tǒng)固態(tài)成像器件中，光電轉(zhuǎn)換器部件、 放大部件和用于暫時將電荷儲存在其間的電荷儲存部件被放置在每個 像素中。而且，在傳統(tǒng)的固態(tài)成像器件中，在使所有像素同時曝光之 后，在每個光電轉(zhuǎn)換器部件中生成的信號電荷同時傳輸?shù)剿邢袼厣?的每個電荷儲存部件并暫時地儲存，并且信號電荷被依次轉(zhuǎn)換成具有 指定的讀出時序的像素信號。因而，能防止在執(zhí)行電子快門動作，即 所謂的巻簾式快門時，由線之間的各像素的曝光時間差導(dǎo)致的圖像變形。
在諸如相機的成像裝置中，為了實現(xiàn)自動聚焦控制，必須檢測取 像鏡頭的聚焦?fàn)顟B(tài)。以前，焦點檢測器獨立于固態(tài)成像器件設(shè)置。然 而，在此情形中，成本增加，并且裝置增加了焦點檢測器件和焦點檢 測光學(xué)系統(tǒng)的量。
因而，提出了一種固態(tài)成像器件，該固態(tài)成像器件構(gòu)造為用作利 用所謂光瞳分割相位差檢測方法(有時稱為光瞳分割方法或相位差方 法)作為焦點檢測方法的焦點檢測器(例如，日本專利特開
2003-244712)。光瞳分割相位差檢測方法是下述方法，即用于檢測取 像鏡頭的散焦量的方法，使得穿過取像鏡頭的光線束在光瞳處被分成 兩束，從而形成一對分割的圖像，并檢測圖像中的差別(相移量)。
在日本專利特開2003-244712中公開的固態(tài)成像器件中，提供多個 具有上下平分的光電轉(zhuǎn)換器部件(平分成上部和下部)的像素以及多 個具有左右平分的光電轉(zhuǎn)換器部件(平分成右部和左部)的像素。微 型鏡頭與每個像素一一對應(yīng)地設(shè)置在這樣的光電轉(zhuǎn)換器部件上。平分 的光電轉(zhuǎn)換器部件通過微型鏡頭基本與取像鏡頭的出射光瞳成成像關(guān) 系(共軛關(guān)系)地設(shè)置。因而，由于取像鏡頭的出射光瞳與微型鏡頭 之間的距離充分地大于微型鏡頭的尺寸，所以平分的光電轉(zhuǎn)換器部件 將基本上設(shè)置到微型鏡頭的焦點。在上述的關(guān)系中，在每個像素中， 平分的光電轉(zhuǎn)換器部件中的一個選擇性地檢測穿過在給定方向上偏離 出射光瞳的中心的區(qū)域的一束光線，并執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，其中所述區(qū)域 是取像鏡頭的出射光瞳的一部分。而且，在每個像素中，平分的光電 轉(zhuǎn)換器部件中的另一個選擇性地檢測穿過在相反的方向上偏離出射光 瞳的中心的區(qū)域的一束射線，并執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，其中所述區(qū)域是取像 鏡頭的出射光瞳的一部分。
在日本專利特開2003-244712中公開的固態(tài)成像器件中，在焦點檢測時，帶有不同時序的來自具有上下(或左右)平分的光電轉(zhuǎn)換器部 件的每個像素的平分的光電轉(zhuǎn)換器部件中的一個的信號與來自平分的 光電轉(zhuǎn)換器部件中的另一個的信號被傳輸?shù)礁訑U散區(qū)域，并分別讀 出。根據(jù)光瞳分割相位差檢測方法的理論，基于這些信號檢測取像鏡 頭的聚焦?fàn)顟B(tài)。另一方面，在取像鏡頭的聚焦之后照相時，來自平分 的光電轉(zhuǎn)換器部件的兩部分的信號以相同的時序傳輸?shù)礁訑U散區(qū) 域，并添加到像素中以被讀出。因而，由于具有平分的光電轉(zhuǎn)換器部 件的像素沒有引起與缺陷像素相同的狀態(tài)，所以在增強成像性能方面 是優(yōu)秀的。
在曰本專利特開2003-244712中公開的固態(tài)成像器件中，在焦點檢 測時，設(shè)置多個具有上下平分的光電轉(zhuǎn)換器部件的像素和多個具有左 右平分的光電轉(zhuǎn)換器部件的像素的原因是為了通過改變光瞳分割的方 向而在所有方向上精確地檢測聚焦?fàn)顟B(tài)，以便于精確地檢測彼此不同 方向的相移量。當(dāng)使用來自具有上下平分的光電轉(zhuǎn)換器部件并在上下 方向上設(shè)置的多個像素的信號時，能夠精確地檢測在上下方向上的相 移量。另一方面，當(dāng)使用來自具有左右平分的光電轉(zhuǎn)換器部件并在左 右方向上設(shè)置的多個像素的信號時，能精確地檢測在左右方向上的相
移量o
然而，在日本專利特開2003-244712中公開的固態(tài)成像器件中，預(yù) 先確定具有上下平分的光電轉(zhuǎn)換器部件的像素以及具有左右平分的光
電轉(zhuǎn)換器部件的像素，從而不能改變條件。因而，例如，為了提高聚 焦?fàn)顟B(tài)的檢測精度，不能根據(jù)要拍攝的目標(biāo)來將具有上下平分的光電 轉(zhuǎn)換器部件的像素和具有左右平分的光電轉(zhuǎn)換器部件的像素的布置改 變到最優(yōu)布置，從而聚焦?fàn)顟B(tài)的檢測精度不能總是得到充分提高。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述問題做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種固態(tài)成 像器件以及使用該固態(tài)成像器件的成像裝置，該固態(tài)成像器件具有能改變像素中的用作具有在某方向上平分的光電轉(zhuǎn)換器部件的像素，而 不會引起缺陷像素的相似狀態(tài)的自由度，并且能提高聚焦調(diào)節(jié)狀態(tài)的 檢測精度。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種固態(tài)成像器件，用于對通過取 像鏡頭形成的目標(biāo)圖像進行光電轉(zhuǎn)換，該固態(tài)成像器件包括二維設(shè) 置的多個像素；多個像素中的包括四個光電轉(zhuǎn)換器部件的至少部分像 素以及模式設(shè)定構(gòu)件，所述光電轉(zhuǎn)換器部件的每一個位于由在平面圖 中彼此相交的第一方向分割線和第二方向分割線分割的四個區(qū)域的一 個中并執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，所述模式設(shè)定構(gòu)件能根據(jù)控制信號選擇性地在 第一到第三模式中的每一個中設(shè)定。在固態(tài)成像器件中，第一模式是 下述模式添加來自四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于第一方向分割線的一 側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的信號，并且添加來自四個光電轉(zhuǎn)換器部 件中位于第一方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的信號， 并且獨立獲取被添加的兩個信號。第二模式是下述模式添加來自四 個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于第二方向分割線的一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器 部件的信號，并且添加來自四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于第二方向分割 線的另 一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的信號，并且獨立獲取被添加的 兩個信號。第三模式是下述模式添加來自四個光電轉(zhuǎn)換器部件的信 號。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種固態(tài)成像器件，用于對通過取 像鏡頭形成的目標(biāo)圖像進行光電轉(zhuǎn)換，該固態(tài)成像器件包括二維設(shè) 置的多個像素；多個像素中的包括四個光電轉(zhuǎn)換器部件的至少一部分 像素以及模式設(shè)定構(gòu)件，所述光電轉(zhuǎn)換器部件的每一個位于由在平面 圖中彼此相交的第一方向分割線和第二方向分割線分割的四個區(qū)域的 一個中并執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，所述模式設(shè)定構(gòu)件能根據(jù)控制信號選擇性地 在第一到第三模式中的每一個中設(shè)定。在固態(tài)成像器件中，第一模式 是下述模式將四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于第一方向分割線的一側(cè)中 的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接，并且將四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于第一方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接，而將四個光 電轉(zhuǎn)換器部件中位于相對于第一方向分割線不同側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器部件 電分隔。第二模式是下述模式將四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于第二方 向分割線的一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接，并且將四個光電轉(zhuǎn) 換器部件中位于第二方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電 連接，而將四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于相對于第二方向分割線的不同 側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器部件電分隔。第三模式是下述模式將四個光電轉(zhuǎn)換 器部件中位于第一方向分割線的一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件以及四 個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于第一方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換 器部件電連接，并且將四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于第二方向分割線的 一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件以及四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于第二方 向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接。
在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選地，四個光電轉(zhuǎn)換器部件中相對于 第一或第二分割線彼此鄰近的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的每一個之間的間 隔當(dāng)兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接時具有光電轉(zhuǎn)換功能，而當(dāng)兩個光電 轉(zhuǎn)換器部件電分隔時不具有光電轉(zhuǎn)換功能。
在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選地，模式設(shè)定構(gòu)件包括沿第一分割 線設(shè)置的第一柵電極和沿第二分割線設(shè)置的第二柵電極。
在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選地，第一柵電極構(gòu)成將四個光電轉(zhuǎn) 換器部件中位于第二分割線一側(cè)的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的半導(dǎo)體區(qū)域 設(shè)定為源極或漏極的MOS晶體管的柵極，以及將四個光電轉(zhuǎn)換器部件 中位于第二分割線另一側(cè)的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)定為 源極或漏極的MOS晶體管的柵極，而第二柵電極構(gòu)成將四個光電轉(zhuǎn)換 器部件中位于第一分割線一側(cè)的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)
定為源極或漏極的MOS晶體管的柵極，以及將四個光電轉(zhuǎn)換器部件中
位于第一分割線另一側(cè)的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)定為源
極或漏極的MOS晶體管的柵極。在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選地，第一和第二柵電極由透明材料 構(gòu)造。
在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選地，第一和第二柵電極由多晶硅構(gòu)造。
在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選地至少一部分像素包括第一和第二 電荷儲存部件，用于儲存從四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于對角的兩個各 自光電轉(zhuǎn)換器部件傳輸?shù)碾姾?；放大器，用于根?jù)給定部件的電荷量 輸出信號；第一傳輸柵極，用于將電荷從位于對角的兩個光電轉(zhuǎn)換器 部件中的光電轉(zhuǎn)換器部件的一側(cè)傳輸?shù)降谝浑姾蓛Υ娌考?；第二傳?柵極，用于將電荷從位于對角的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件中的光電轉(zhuǎn)換器 部件的另一側(cè)傳輸?shù)降诙姾蓛Υ娌考?；第三傳輸柵極，用于將電荷 從第一傳輸柵極傳輸?shù)浇o定部件；以及第四傳輸柵極，用于將電荷從 第二傳輸柵極傳輸?shù)街付ú考?br> 在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選地至少一部分像素包括電荷釋放柵 極，用于從四個光電轉(zhuǎn)換器部件的至少一個光電轉(zhuǎn)換器部件中釋放電 荷。
在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選地，用于將光導(dǎo)向四個光電轉(zhuǎn)換器 部件的微型鏡頭一一對應(yīng)地設(shè)置到至少一部分像素的每一個。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種成像裝置，該成像裝置包括根 據(jù)第一方面或第二方面的固態(tài)成像器件以及信號處理器，該信號處理 器用于基于在第一模式或第二模式下從至少一部分像素中的所選像素 的每一個中獲得的信號來輸出表示取像鏡頭的聚焦?fàn)顟B(tài)的檢測信號。
在本發(fā)明的第三方面中，優(yōu)選地，根據(jù)目標(biāo)確定取像鏡頭的聚焦調(diào)節(jié)狀態(tài)的檢測是基于第一和第二模式中的哪一種模式。
在本發(fā)明的第三方面中，優(yōu)選地，包括鏡頭控制器，用于基于來 自信號處理器的檢測信號來控制取像鏡頭的聚焦調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種固態(tài)成像器件以及使用該固態(tài)成像器 件的成像裝置，該固態(tài)成像器件具有能改變將哪些像素用作具有在哪 個方向上平分的光電轉(zhuǎn)換器部件的像素，而不會引起缺陷像素的相似 狀態(tài)的自由度，并從而能提高聚焦調(diào)節(jié)狀態(tài)的檢測精度。


圖l是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子相機的框圖。
圖2是顯示圖1中所示的固態(tài)成像器件的概略構(gòu)造的電路圖。
圖3是顯示圖2中所示的像素的電路圖。
圖4是典型地顯示圖2中所示的像素的平面圖。
圖5是顯示預(yù)定的動作狀態(tài)的沿圖4中的A-A'線的剖視圖。
圖6是顯示另一動作狀態(tài)的沿圖4中的A-A'線的剖視圖。
圖7是沿圖4中的B-B'線的剖視圖。
圖8是沿圖4中的C-C'線的剖視圖。
圖9是顯示圖1中所示的固態(tài)成像裝置的動作狀態(tài)的時序圖。 圖10是顯示圖1中所示的固態(tài)成像裝置的另一動作狀態(tài)的時序圖。 圖ll是顯示圖l中所示的固態(tài)成像裝置的又一動作狀態(tài)的時序圖。 圖12是顯示圖1中所示的電子靜態(tài)相機的動作示例的流程圖。
具體實施例方式
下文參照附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件和使用該固態(tài)成 像器件的成像裝置。
圖l是示出作為根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像裝置的電子相機l的框 圖。電子相機1裝有取像鏡頭2。在孔徑光闌聚焦和縮小光圈時，通過鏡頭控制器2a控制取像鏡頭2。固態(tài)成像器件3的成像表面設(shè)置在取像鏡 頭2的像側(cè)空間中。
固態(tài)成像器件3通過成像控制器4的指令驅(qū)動并輸出信號。從固態(tài) 成像器件3輸出的信號或者是成像信號或者是焦點檢測信號。不管怎 樣，通過信號處理器5和A/D轉(zhuǎn)換器6處理信號，并將信號暫時儲存在存 儲器7中。存儲器7連接到數(shù)據(jù)總線8。數(shù)據(jù)總線8與鏡頭控制器2a、成像 控制器4、微處理器9、焦點計算器(檢測處理器)10、記錄器ll、圖 像壓縮器12和圖像處理器13相連。微處理器9與諸如釋放按鈕的操作部 件9a相連。記錄器ll可移除地與記錄介質(zhì)lla相連。下文將參照圖12來 說明電子相機l的動作。
圖2是顯示圖1中所示的固態(tài)成像器件3的概略構(gòu)造的電路圖。固態(tài) 成像器件3具有形成為柵格形狀的多個像素20和用于從像素20輸出信 號的外圍電路。在圖2中，像素的數(shù)量是16，即四個水平行和四個垂直 列。然而，本發(fā)明不限于此。盡管由20表示的虛線顯示了像素的輪廓， 但是在下文說明像素的特定構(gòu)造和電路。
在本實施例中，除了不執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的虛擬或光學(xué)黑體之外(換 言之，在所謂的有效像素區(qū)域中)，每個像素20具有相同的電路和平 面結(jié)構(gòu)。根據(jù)來自外圍電路的驅(qū)動信號，像素20或者輸出成像信號或 者輸出焦點檢測信號。而且，能使全部像素同時復(fù)位它們的光電轉(zhuǎn)換 器部件，從而能使它們的曝光時間和時序相同。
外圍電路由垂直掃描電路21、水平掃描電路22、與垂直掃描電路 21和水平掃描電路22相連的驅(qū)動信號線23和24、用于從像素接收信號 的垂直信號線25、用于連接到垂直信號線25的恒流電源26、相關(guān)雙采 樣電路(CDS) 27、用于接收從相關(guān)雙采樣電路27輸出的信號的水平信 號線28以及輸出放大器29等。掃描電路22基于來自電子相機1的成像控 制器4的指令輸出驅(qū)動信號。每個像素通過驅(qū)動信號線23接收從垂直掃 描電路21輸出的驅(qū)動信號，并被驅(qū)動，將成像信號或焦點檢測信號輸 出到垂直信號線25。垂直掃描電路21輸出多個驅(qū)動信號。因此，存在 多個驅(qū)動信號線23。這在下文進行說明。
從像素20輸出的信號通過相關(guān)雙采樣電路27執(zhí)行預(yù)定的降噪，并 根據(jù)來自水平掃描電路22的驅(qū)動信號通過水平信號線28和輸出放大器 29輸出。
圖3是顯示圖2中所示的像素20的電路圖。像素20包括作為四個光 電轉(zhuǎn)換器部件的4個釘扎光電二極管31到34，用于生成和儲存電荷；第 一和第二電荷儲存部件35、 36，用于分別儲存從兩個對角設(shè)置的釘扎 光電二極管32、 33傳輸?shù)碾姾?；作為第一和第二傳輸部件的第一和?二傳輸晶體管37、 38，用于分別將電荷從釘扎光電二極管32、 33傳輸 到第一和第二電荷儲存部件35、36;作為給定部件的浮動擴散區(qū)域(FD) 40;作為第三和第四傳輸柵極部件的第三和第四傳輸晶體管37、 38， 用于分別將電荷從第一和第二電荷儲存部件35、 36傳輸?shù)紽D40;作為 放大部件的放大晶體管43，用于根據(jù)FD40的電荷量來輸出信號；作為 第一復(fù)位部件的FD復(fù)位晶體管44，用于釋放FD40的電荷；作為選擇開 關(guān)的選擇晶體管45，用于通過放大晶體管43從像素20輸出信號以及作 為第二復(fù)位部件(電荷釋放部件)的PD復(fù)位晶體管46，用于從釘扎光 電二極管31釋放電荷(由釘扎光電二極管31到34產(chǎn)生的不用的電荷)。
此外，像素20包括用于電連接和分離釘扎光電二極管31和32的連 接/分離晶體管51、用于電連接和分離釘扎光電二極管33和34的連接/分 離晶體管52、用于電連接和分離釘扎光電二極管M和33的連接/分離晶 體管53以及用于電連接和分離釘扎光電二極管32和34的連接/分離晶體 管51以及用于電連接和分離釘扎光電二極管31的連接/分離晶體管54。
14第一到第四傳輸晶體管37、 38、 41和42、放大晶體管43、 FD復(fù)位晶體管44、選擇晶體管45、 PD復(fù)位晶體管46、連接/分離晶體管51到54由MOS晶體管構(gòu)成。在本實施例中，除了放大晶體管43之外，這些晶體管當(dāng)柵電極置為高時導(dǎo)通，而當(dāng)柵電極置為低時截止。
連接/分離晶體管51、 52的柵電極互相連接，并共同連接到每個像素行，并且從垂直掃描電路21通過驅(qū)動信號線23提供驅(qū)動信號(控制信號)0PDB1。連接/分離晶體管53、 54的柵電極互相連接，并共同連接到每個像素行，并且從垂直掃描電路21通過驅(qū)動信號線23提供驅(qū)動信號(控制信號)妙DB2。
在本實施例中，當(dāng)0PDB1被置為高，而0PDB2被置為低時，連接/分離晶體管51、 52導(dǎo)通，而連接/分離晶體管53、 54截止，從而釘扎光電二極管31、 32被電連接，并且釘扎光電二極管33、 34被電連接，另一方面，釘扎光電二極管31、 33被電分離，并且釘扎光電二極管32、34被電分離。結(jié)果，釘扎光電二極管31到34作為整體基本等同于上下平分(平分成上部和下部)的光電轉(zhuǎn)換器部件。在下文的說明中，將此狀態(tài)稱為PD上下平分狀態(tài)。
當(dāng)々PDB1被置為低，而(/)PDB2被置為高時，連接/分離晶體管51、52截止，而連接/分離晶體管53、 54導(dǎo)通，從而釘扎光電二極管31、 32被電分離，并且釘扎光電二極管33、 34被電分離，另一方面，釘扎光電二極管31、 33被電連接，并且釘扎光電二極管32、 34被電連接。結(jié)果，釘扎光電二極管31到34作為整體基本等同于左右平分(平分成左部和右部)的光電轉(zhuǎn)換器部件。在下文的說明中，將此狀態(tài)稱為PD左右平分狀態(tài)。
當(dāng)0PDB1被置為高，并且0PDB2被置為高時，連接/分離晶體管51到54導(dǎo)通，從而釘扎光電二極管31、 32被電連接，釘扎光電二極管33、34被電連接，釘扎光電二極管被31、 33電連接，并且釘扎光電二極管32、 34被電連接。結(jié)果，釘扎光電二極管31到34作為整體基本等同于合體的光電轉(zhuǎn)換器部件。在下文的說明中，將此狀態(tài)稱為PD的合體狀態(tài)。
在本實施例中，設(shè)有第一和第二電荷儲存部件35、 36，并且釘扎光電二極管31到34中產(chǎn)生的電荷在傳輸?shù)紽D40之前暫時地儲存在第一和第二電荷儲存部件35、 36中。因此，能夠使關(guān)于所有像素的曝光時間和時序相同，從而不僅能確保圖像信號的同步性，而且能確保在焦點檢測時的信號的同步性。然而，本發(fā)明不限于此，并且本發(fā)明可構(gòu)造為執(zhí)行巻簾式快門，而不提供電荷儲存部件35、 36。
第一傳輸晶體管37將電荷從釘扎光電二極管32傳輸?shù)降谝浑姾蓛Υ娌考?5。在諸如PD上下平分狀態(tài)、PD左右平分狀態(tài)或PD合體狀態(tài)的不同狀態(tài)下發(fā)生曝光，生成電荷的位置不同。第二傳輸晶體管38將電荷從釘扎光電二極管33傳輸?shù)降诙姾蓛Υ娌考?6。在諸如PD上下平分狀態(tài)、PD左右平分狀態(tài)或PD合體狀態(tài)的不同狀態(tài)下發(fā)生曝光，生成電荷的位置也不同。
第一和第二傳輸晶體管37、 38的柵電極互相連接，并共同連接到每個像素行，并且從垂直掃描電路21通過驅(qū)動信號線23提供驅(qū)動信號0TGA。根據(jù)驅(qū)動信號0TGA，第一和第二傳輸晶體管37、 38以給定的時序同時導(dǎo)通，并且電荷分別同時從兩個釘扎光電二極管32、 33傳輸?shù)诫姾蓛Υ娌考?5、 36。然而，本發(fā)明不限于此，例如，能單獨向每個柵電極提供驅(qū)動信號，以便使第一和第二傳輸晶體管37、 38同時處于導(dǎo)通狀態(tài)。
另一方面，向第三和第四傳輸晶體管41、 42單獨提供驅(qū)動信號。第三傳輸晶體管41的柵電極與每個像素行相連，并且從垂直掃描電路21通過驅(qū)動信號線23提供驅(qū)動信號0TGB。第四傳輸晶體管41的柵電極與每個像素行相連，并且從垂直掃描電路21通過驅(qū)動信號線23提供驅(qū)動信號0TGC。根據(jù)這些驅(qū)動信號0TGB和0TGC，第三和第四傳輸晶體管41、 42以給定的時序變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并以獨立的時序或在相同的時序，將電荷從第一和第二電荷儲存部件35、 36傳輸?shù)紽D40。
選擇晶體管45的柵電極與每個像素行相連，并且從垂直掃描電路21通過驅(qū)動信號線23提供驅(qū)動信號0S。 FD復(fù)位晶體管44的柵電極與每個像素行相連，并且從垂直掃描電路21通過驅(qū)動信號線23提供驅(qū)動信號0FDR。 PD復(fù)位晶體管46的柵電極與每個像素行相連，并且從垂直掃描電路21通過驅(qū)動信號線23提供驅(qū)動信號0PDR。
在本實施例中，所有有效像素具有相同的結(jié)構(gòu)，并且這些像素能或者輸出焦點檢測信號或者圖像信號。然而，本發(fā)明不限于此，并且焦點檢測區(qū)可設(shè)置到固態(tài)成像器件3的給定位置，而可將用于輸出焦點檢測信號的像素設(shè)置在該區(qū)域中。
在圖3中，釘扎光電二極管31到34的一個端子、電荷儲存部件35、36的一個端子以及FD40的一個端子方便地顯示為接地。然而，如從下文說明的圖5到圖8中將理解的，它們變成P阱62的電位。
圖4是典型地示出圖2中所示的像素的平面圖。圖5和圖6是沿圖4中的A-A'線的剖視圖。圖5示出第二柵電極被置為低(換言之，0PDB2為低)，并且使連接/分離晶體管51為截止的狀態(tài)。圖7是沿圖4中的B-B'線的剖視圖。圖8是沿圖4中的C-C'線的剖視圖。在圖5到圖8中，省略了微型鏡頭。在圖4到圖8中，省略了除了像素20中的線的電連接之外的驅(qū)動線。
為簡單起見，互相正交的X軸、Y軸和Z軸如圖4中所示定義。認(rèn)為基板61的表面平行于XY面。在X方向，箭頭稱為+X方向，而相反的方向稱為-X方向，Y方向也是如此。在本說明書中，X方向是右左方向，十X方向是右側(cè)，而-X方向是左側(cè)，Y方向是上下方向，+￥方向是上側(cè)，而-Y方向是下側(cè)。
如圖5到圖8中所示，在N型硅基板61上形成P型阱62。在P型阱62 上形成N型電荷儲存層3，并且通過在電荷儲存層63的表面?zhèn)壬咸砑覲 型耗盡防止層64構(gòu)成釘扎光電二極管31到34。這里，盡管采用釘扎光 電二極管的構(gòu)造，但是本發(fā)明不限于此，并且可以省略耗盡防止層。
如圖4中所示，四個釘扎光電二極管31到34設(shè)置在由Y方向上的分 割線B-B'和X方向上的分割線D-D，分割的四個區(qū)域中，分割線B-B，和分 割線D-D'在從Z方向看的平面中相交。在四個區(qū)域中，釘扎光電二極管 31設(shè)置在左上區(qū)域中，釘扎光電二極管32設(shè)置在右上區(qū)域中，釘扎光 電二極管33設(shè)置在左下區(qū)域中，而釘扎光電二極管34設(shè)置在右下區(qū)域 中?？拷指罹€B-B'和D-D'的交叉點設(shè)置這些釘扎光電二極管31到34， 并且圍繞交叉點旋轉(zhuǎn)地對稱設(shè)置釘扎光電二極管31到34。如圖4中所 示，設(shè)置用于將入射光導(dǎo)向釘扎光電二極管31到34的微型鏡頭65。微 型鏡頭設(shè)置為使得其中心線通過分割線B-B'和D-D'的交叉點。因此， 通過微型鏡頭65引導(dǎo)的入射光在光瞳處分開并導(dǎo)向每個釘扎光電二極 管31到34。為降低陰影效應(yīng)，例如，微型鏡頭可設(shè)置為使得在位于有 效像素區(qū)的中心附近的像素中，微型鏡頭的中心到達分割線B-B'和 D-D'的交叉點。另一方面，在有效像素區(qū)的外圍中，微型鏡頭的中心 從該交叉點到達被移位的位置。
如圖4到7中所示，沿分割線B-B'設(shè)置第一柵電極67，沿分割線D-D' 設(shè)置第二柵電極68。通過薄的二氧化硅層66在釘扎光電二極管31和32 之間以及釘扎光電二極管33和34之間上形成第二柵電極68。因此，第 二柵電極68形成MOS晶體管(連接/分離晶體管51)的柵極以及MOS晶 體管(連接/分離晶體管52)的柵極，其中MOS晶體管(連接/分離晶體 管51)由作為源極或漏極的釘扎光電二極管31的電荷儲存層63和釘扎 光電二極管32的電荷儲存層63構(gòu)成，并且MOS晶體管(連接/分離晶體 管52)由作為源極或漏極的釘扎光電二極管33的電荷儲存層63和釘扎光電二極管34的電荷儲存層63構(gòu)成。將驅(qū)動信號0PDB1從線路(未示 出)提供到第二柵電極68。
類似地，通過薄的二氧化硅層66在釘扎光電二極管31和33之間以 及釘扎光電二極管32和34之間上形成第一柵電極67。因此，第一柵電 極67形成MOS晶體管(連接/分離晶體管53)的柵極以及MOS晶體管(連 接/分離晶體管54)的柵極，其中MOS晶體管(連接/分離晶體管53)由 作為源極或漏極的釘扎光電二極管31的電荷儲存層63和釘扎光電二極 管33的電荷儲存層63構(gòu)成，并且MOS晶體管(連接/分離晶體管54)由 作為源極或漏極的釘扎光電二極管32的電荷儲存層63和釘扎光電二極 管34的電荷儲存層63構(gòu)成。將驅(qū)動信號0PDB2從線路(未示出)提供 到第一柵電極68。
在第一和第二柵電極67、 68相交的點處，第二柵電極68的柵電極 通過絕緣層在柵電極67上經(jīng)過，如圖7中所示。
在本實施例中，當(dāng)?shù)诙烹姌O68置為低(0PDB2為低)時，如圖5 中所示，由于在連接/分離晶體管51的通道區(qū)域中沒生成反轉(zhuǎn)層，所以 連接/分離晶體管51截止。另一方面，當(dāng)?shù)诙烹姌O68置為高(0PDB2 為高)時，由于在連接/分離晶體管51的通道區(qū)域中生成反轉(zhuǎn)層69，所 以連接/分離晶體管51導(dǎo)通。同樣可適用于其它連接/分離晶體管52到 54。
盡管當(dāng)使連接/分離晶體管51到54的柵電壓變?yōu)榱汶娢?基板l的 電壓)時，連接/分離晶體管51到54截止，但是當(dāng)與零電位的差變大時， 可使連接/分離晶體管51到54導(dǎo)通。而且，盡管當(dāng)使連接/分離晶體管51 到54的柵電壓變?yōu)榱汶娢?基板l的電壓)時，連接/分離晶體管51到54 導(dǎo)通，但是當(dāng)施加低于零電位的負(fù)電壓時，可使連接/分離晶體管51到 54截止。當(dāng)連接/分離晶體管51到54被構(gòu)造為在沒有施加?xùn)艠O電壓時截 止時，當(dāng)將正電壓施加到柵極電壓時連接/分離晶體管51到54導(dǎo)通，而當(dāng)連接/分離晶體管51到54構(gòu)造為在沒有施加?xùn)艠O電壓時導(dǎo)通時，當(dāng)將
負(fù)電壓施加到柵極電壓時連接/分離晶體管51到54截止。
在本實施例中，第一和第二柵電極67、 68由諸如ITO膜的透明材料 制成。因此，入射光不會被第一和第二柵電極67、 68遮擋，并到達位 于第一和第二柵電極67、 68之下的釘扎光電二極管31到34之間的區(qū)域。 因此，例如，如圖6中所示，當(dāng)連接/分離晶體管51導(dǎo)通時，由于在釘扎 光電二極管31和32之間形成的反轉(zhuǎn)層69具有光電轉(zhuǎn)換功能，所以能提 高入射光的使用效率。另一方面，如圖5中所示，當(dāng)連接/分離晶體管51 截止時，由于沒有形成反轉(zhuǎn)層69，所以釘扎光電二極管31和32之間的 區(qū)域不具有光電轉(zhuǎn)換功能。在這一點上，同樣可適用于于釘扎光電二 極管31到34之間的其它區(qū)域。
代替ITO膜，第一和第二柵電極67、 68可通過多晶硅構(gòu)造。在多晶 硅的情形中，盡管透射率在某種程度上小于ITO膜的透射率，但是由于 它能容易地形成為精細結(jié)構(gòu)，所以從總體考慮，存在多晶硅能進一步 降低光量損失的情況。
在本發(fā)明中，盡管在入射光的利用效率方面是不利的，但是第一 和第二柵電極67、 68可通過遮光材料構(gòu)成。
如從上文的說明中理解的，在本實施例中，第一和第二柵電極67、 68形成一種模式設(shè)定方法，能夠根據(jù)控制信號(0PDB2和0PDB1)， 選擇性地設(shè)定模式，諸如PD上下平分狀態(tài)(第一模式)、PD左右平分 狀態(tài)(第二模式)以及PD合體狀態(tài)(第三模式)。在PD上下平分狀態(tài) 中，添加釘扎光電二極管31、 32的信號，并且添加釘扎光電二極管33、 34的信號，并且獨立獲取這些添加的信號。在PD左右平分狀態(tài)中，添 加釘扎光電二極管31、 33的信號，并且添加釘扎光電二極管32、 34的 信號，并且獨立獲取這些添加的信號。在PD合體狀態(tài)中，添加釘扎光 電二極管31到34的信號。即使將釘扎光電二極管31到34構(gòu)造為彼此完全電分離，通過適當(dāng) 地設(shè)置電荷儲存部件和傳輸開關(guān)以便根據(jù)控制信號獨立地使用或添加
從釘扎光電二極管31到34讀出的信號，也能實現(xiàn)類似的信號添加模式， 諸如PD上下平分狀態(tài)、PD左右平分狀態(tài)和PD合體狀態(tài)，從而本發(fā)明可 包括這種構(gòu)造。然而，如本實施例中所示，當(dāng)釘扎光電二極管31到34 能根據(jù)控制信號分離或連接時，能減少外部電荷儲存部件和傳輸開關(guān) 的數(shù)量，并且能簡化布線，從而是非常需要的。
此外，在第一和第二電荷儲存部件35、 36與釘扎光電二極管32、 33之間，分別通過薄的二氧化硅膜66形成柵電極71、 72。第一和第二 傳輸晶體管37、 38構(gòu)造為MOS晶體管，其柵極是柵電極71、 72，其源 極和漏極分別是電荷儲存部件35、 36和釘扎光電二極管32、 33。
用未示出的線路使柵電極71、 72彼此連接。因此，根據(jù)驅(qū)動信號 0TGA，第一和第二傳輸晶體管37、 38同時導(dǎo)通和截止。因此，同時將 各電荷從釘扎光電二極管32、 33傳輸?shù)较鄳?yīng)的電荷儲存部件35、 36。
電荷儲存部件35、 36包括在P型阱62上形成的N型層73、 74。第一 和第二傳輸晶體管37、 38的柵電極71、 72設(shè)置在兩個N型層73、 74的上 部。以該方式，電荷儲存部件35、 36通過柵電極71、 72和N型層73、 74 構(gòu)造為MOS電容器。
當(dāng)柵電極71、 72被施加有低電壓時，電荷儲存部件35、 36的表面 的界面狀態(tài)達到P型阱62的釘扎勢并用空穴填充。暗電流的大小主要取 決于界面狀態(tài)的電子占有概率。因而，通過如上所述向柵電極71、 72 施加電壓而用空穴填充界面狀態(tài)，能大幅地降低電荷儲存部件35、 36 的暗電流。
在圖4中，通過將單獨形成在P型阱上的兩個N型區(qū)75、 76與布線77電連接而將FD40構(gòu)造為實質(zhì)上的一個浮動擴散區(qū)域。電荷從兩個電 荷儲存部件35和36的任一個傳輸?shù)紽D40。
通過薄的二氧化硅膜66在第一和第二電荷儲存部件35、 36與作為 FD40的N型擴散層之間形成柵電極78、 79。第三和第四傳輸晶體管41 、 42構(gòu)造為MOS晶體管，使柵電極78、 79作為柵極，而電荷儲存部件35、 36的N型層71、 72和FD40的N型擴散區(qū)作為源極或漏極。
第三傳輸晶體管41的柵電極78和第四傳輸晶體管42的柵電極79獨 立形成，并且從垂直掃描電路21供給獨立的驅(qū)動信號0TGB和0TGC。 因而，根據(jù)各驅(qū)動信號^TGB和(/)TGC獨立驅(qū)動第三和第四傳輸晶體管 41、 42。因此，第三和第四傳輸晶體管4K 42能同時或者以不同的時 序?qū)㈦姾蓮牡谝缓偷诙姾蓛Υ娌考?5、 36傳輸?shù)紽D40。
此外，如圖8中所示，除了N型擴散層76之外，N型擴散層81到83 也沿圖4中的線C-C'形成。N型層81通過未示出的布線連接到電源VDD。 通過薄的二氧化硅膜66在N型層81、 82上形成柵電極84。放大晶體管43 構(gòu)造為MOS晶體管，使柵電極84作為柵極，而N型層81、 82作為源極或 漏極。柵電極84通過布線77連接到FD40 (N型層75、 76)。
通過薄的二氧化硅膜66在N型層82與83之間的間隔上形成柵電極
85。 選擇晶體管45構(gòu)造為MOS晶體管，使柵電極85作為柵極，而N型層 82、 83作為源極或漏極。
通過薄的二氧化硅膜66在N型層76與81之間的間隔上形成柵電極
86。 FD復(fù)位晶體管44構(gòu)造為MOS晶體管，使柵電極86作為柵極，而N 型層76、 81作為源極或漏極。
如圖5和圖6中所示，N型層87形成在P阱62中。通過薄的二氧化硅 膜66在N型層87與釘扎光龜二極管31之間的間隔上形成柵電極88。 PD復(fù)位晶體管46構(gòu)造為MOS晶體管，使柵電極88作為柵極，而N型層87 和釘扎光電二極管31的電荷儲存層63作為源極或漏極。通過未示出的 布線將驅(qū)動信號(/)PDR提供到柵電極88。
第二復(fù)位部件(這里，PD復(fù)位晶體管46)釋放釘扎光電二極管31 到34中的不需要的電荷。在不需要的電荷中，存在操作電子快門時的 復(fù)位電荷以及接收強入射光時的溢出電荷。在任一情形中，不需要的 電荷可通過第一復(fù)位部件(這里，F(xiàn)D復(fù)位晶體管44)傳輸?shù)紽D40。當(dāng) 以這種方式進行時，不需放置第二復(fù)位部件。
此外，在釘扎光電二極管31到34以及每個N型層周圍形成厚的二氧 化硅膜70，并且每個元件是分離的。
接下來，參照圖9到圖11來說明用于從固態(tài)成像器件3中讀出信號 的時序的示例。
圖9是示出用于讀出成像信號的驅(qū)動信號(換言之，用于從在PD 合體狀態(tài)下曝光的像素中讀出信號的驅(qū)動信號)的時序圖。圖10是示 出用于從在PD左右平分狀態(tài)下曝光的像素中讀出焦點檢測信號的驅(qū)動 信號的時序圖。圖11是示出用于從在PD上下平分狀態(tài)下曝光的像素中 讀出焦點檢測信號的驅(qū)動信號的時序圖。
對于垂直掃描，每一水平行選擇一個信號線，并順次移動到下一 行。在每個選擇的行中，執(zhí)行圖9到圖11中所示的動作，并輸出圖中所 示的驅(qū)動信號。在垂直方向上在整個像場中重復(fù)掃描。當(dāng)掃描在底行 處完成時，在垂直返回時段已經(jīng)過去之后，選擇動作返回到頂行。圖9 到圖ll僅示出了第一和第二行中的驅(qū)動信號。
首先，參照圖9、圖2和圖3說明用于讀出成像信號的動作示例。在 此動作中，所有像素20在曝光時基本變?yōu)镻D合體狀態(tài)。在此動作中，所有像素同時曝光。
在圖9中，時段T1是當(dāng)同時驅(qū)動所有有效像素時的時段。換言之， 關(guān)于時段T1中的驅(qū)動脈沖，在所有行中輸出相同的驅(qū)動信號。時段T2
是用于讀出第一行的時段，時段T3是用于讀出第二行的時段，時段T4 是用于讀出第三行的時段，并且圖中所示的驅(qū)動信號僅輸出到選擇的 行。同樣的情形對于下文說明的圖10和圖11也成立。
首先，在從時段T11的起點到時段T14的終點的時段中，通過將 0PDB1和0PDB2置為高，所有有效像素變?yōu)镻D合體狀態(tài)。因而，釘扎 光電二極管31到34作為整體基本等同于合體的光電轉(zhuǎn)換器。在此時段 中，執(zhí)行下文說明的時段T11到T14的動作。
首先，在時段T11中，將0PDR置為高，從而PD復(fù)位晶體管46導(dǎo)通。 用此動作，將儲存在釘扎光電二極管31到34中的所有有效像素中的不 需要的電荷釋放到電源VDD。換言之，釘扎光電二極管31到34復(fù)位。 所有有效像素中的釘扎光電二極管31到34在時段T11結(jié)束的時間處開 始曝光。在這種情況下，在本實施例中，如上所述，在釘扎光電二極 管31到34的區(qū)域中進行入射光的光電轉(zhuǎn)換。
在時段T12中，將0FDR置為高，從而FD復(fù)位晶體管44導(dǎo)通。同時， 在時段T13中，將0TGB和0TGC置為高，從而第三和第四傳輸晶體管41、 42同時導(dǎo)通。用此動作，將儲存在FD40以及第一和第二電荷儲存部件 35、 36中的電荷釋放到電源VDD。換言之，將所有有效像素中的FD40 以及第一和第二電荷儲存部件35、 36復(fù)位。
在時段T14中，將0TGA置為高，從而第一和第二傳輸晶體管37、 38導(dǎo)通。儲存在所有有效像素中的連接的釘扎光電二極管31到34中的 以及它們之間的間隔中的所有電荷被分別地傳輸?shù)降谝缓偷诙姾蓛?存部件35、 36。在時段T14中，只有第一和第二傳輸晶體管37、 38中的一個晶體管可以導(dǎo)通。這里，圖9中所示的時段T15 (從(/)PDR被置為低 的時間到0TGA導(dǎo)通的時間的時段)變?yōu)槠毓鈺r間。曝光時間T15對于 所有有效像素是相同的時段和相同的時序。因而，所有有效像素能獲 得成像信息，而不會在時序上犯錯。
然后，在時段T16中，第一行中的0S被置為高，從而選擇晶體管45 導(dǎo)通。因而，選擇第一行中的像素，并將來自第一行中的像素的信號 輸出到垂直信號線25。
同時，在時段T17中，第一行中的0FDR被置為高，從而FD復(fù)位晶 體管44導(dǎo)通。用此動作，復(fù)位FD40。在時段T17的最后，換言之，從伸DR 被置為低的時間到時段T19開始的時間的時段(時段T18)，在復(fù)位FD40 時，將第一行的放大晶體管43的輸出通過垂直信號線25儲存在CDS電路 27中。
在時段T19中，0TGB和0TGC被置為高，從而第三和第四傳輸晶體 管41、 42同時導(dǎo)通。因而，儲存在電荷儲存部件35、 36中的電荷被合 并并一起傳輸?shù)紽D40，其中在每個像素中設(shè)置兩個電荷儲存部件35、 36。根據(jù)儲存在FD40中的電荷放大的電勢通過垂直信號線25傳輸?shù)?CDS電路27。在CDS電路27中，將先前在復(fù)位時儲存的輸出的差作為第 一行的圖像信號輸出。然后，根據(jù)水平掃描電路的驅(qū)動信號通過水平 信號線28和輸出放大器29輸出第一行的圖像信號。
同樣地，在時段T3中，讀出第二行。驅(qū)動信號與第一行相同。圖9 中的時段T26到時段T29對應(yīng)于時段T16到時段T19。
順便提及，在讀出完成之后(在0S截止之后)，0PDR可一直被置為高。
如從上文的說明中理解的，由于每個像素使徙DB1、 0PDB2被置為高，并在從時段T11的開始到時段T14的結(jié)束的時段中使四個釘扎光
電二極管31到34合體，所以能照常輸出圖像信號。而且，由于沿分割 線B-B'、 D-D'設(shè)置的柵電極67、 68透射入射光，所以能增強入射光的 利用效率并提高靈敏度。而且，從上文的說明中明顯的是能使所有像 素的曝光時序相同的電子快門是可能的。無疑用于復(fù)位每行的巻簾式 快門的動作也是可能的。
此外，由于在上述固態(tài)成像器件3中，所有像素具有相同的構(gòu)造， 所以在讀出圖像信號時，不需要對一部分像素進行修正。當(dāng)用于檢測 焦點的像素和用于成像的像素是不同的構(gòu)造時，在讀出圖像信號時， 必須對一部分像素進行修正。
參照圖IO、圖2和圖3說明用于讀出在PD左右平分狀態(tài)下曝光的焦 點檢測信號的動作示例。在此動作中，所有像素20在曝光時基本變?yōu)?PD左右平分狀態(tài)。在此動作中，所有像素同時曝光。
當(dāng)將在左右方向上排成線的需要的像素行用作焦點檢測線傳感器 以獲得焦點檢測信號時，執(zhí)行該動作。在圖10中所示的動作示例中， 讀出在PD左右平分狀態(tài)下曝光的所有有效像素的左半的信號(在本實 施例中，添加從釘扎光電二極管31和33之間的區(qū)域中被光電轉(zhuǎn)換的信 號)和右半的信號(在本實施例中，添加從釘扎光電二極管32和34之
間的區(qū)域中被光電轉(zhuǎn)換的信號)。將以該方式讀出的所有像素的信號 暫時儲存在圖1中所示的存儲器7中，然后當(dāng)在焦點計算器處執(zhí)行焦點 檢測處理時，從存儲器7中選擇性地使用僅僅關(guān)于需要的像素行的信 號。在圖10中所示的動作示例中，盡管通過讀出所有像素來獲得焦點 檢測信號，但是也可減少除需要的像素行外的像素，并且不需要讀出
這些像素。
首先，在時段T31中，(APDR被置為高，從而PD復(fù)位晶體管46導(dǎo)通， 并且0PDB1和0PDB2被置為高，從而PD復(fù)位晶體管46變?yōu)镻D合體狀態(tài)。用此動作，將儲存在所有有效像素的釘扎光電二極管31到34中的
不需要的電荷釋放到電源VDD。換言之，復(fù)位釘扎光電二極管31到34。 所有有效像素的釘扎光電二極管31到34在時段T31結(jié)束時開始曝光。此 時，在本實施例中，如上所述，即使在釘扎光電二極管31到34之間的 區(qū)域上也執(zhí)行入射光的光電轉(zhuǎn)換。
盡管在時段T31終止之后0PDB1被置為低，但是即使在時段T31終 止之后，0PDB2保持被置為高，直到時段T34終止。因而，在時段T31 終止后直到時段T34終止的時段中，所有有效像素變?yōu)镻D左右平分狀 態(tài)，并且每個像素的釘扎光電二極管31到34作為整體基本等同于左右 平分(平分成左部和右部)的光電轉(zhuǎn)換器部件。在此時段中，執(zhí)行根 據(jù)下文說明的時段T32到T34的動作。
在時段T32中，々FDR被置為高，從而FD復(fù)位晶體管44導(dǎo)通。同時， 在時段T33中，0TGB和0TGC被置為高，從而第三和第四傳輸晶體管41、 42同時導(dǎo)通。用此動作，將儲存在FD40以及第一和第二電荷儲存部件 35、 36中的電荷釋放到電源VDD。換言之，使所有有效像素的FD40以 及電荷儲存部件35、 36復(fù)位。
在時段T34中，0TGA被置為高，從而第一和第二傳輸晶體管37、 38導(dǎo)通。結(jié)果，儲存在所有有效像素的右側(cè)的釘扎光電二極管32和34 中的電荷通過第一傳輸晶體管37傳輸?shù)降谝浑姾蓛Υ娌考?5。另一方 面，儲存在所有有效像素的左側(cè)的釘扎光電二極管31和33中的電荷通 過第二傳輸晶體管38傳輸?shù)降诙姾蓛Υ娌考?6。這里，圖10中所示 的時段T35 (從0PDR被置為低到0TGA導(dǎo)通的時段)是曝光時段。曝光 時段T35對于所有有效像素是相同的時段和相同的時序。因而，在不改 變時序的情況下，所有有效像素能獲得焦點檢測信息。除了在PD左右 平分狀態(tài)下執(zhí)行曝光之外，到目前為止(時段T1)的時段的動作與參 照圖9說明的用于獲得圖像信號的動作相同。然后，在時段T36中，第一行的0S被置為高，從而選擇晶體管45 導(dǎo)通。因此，選擇第一行的像素，并將信號從第一行的像素輸出到垂 直信號線25。
同時，在時段T37中，第一行的^FDR被置為高，并且FD復(fù)位晶體 管44導(dǎo)通。用此動作，復(fù)位FD40。在時段T37結(jié)束時，換言之，在0FDR 被置為低之后到時段T39開始的時段(時段T38)期間，將在復(fù)位FD40 時來自第一行的放大晶體管43的輸出通過垂直信號線25儲存在CDS電 路27中。
在時段T39中，0TGB被置為高，從而第三傳輸晶體管41導(dǎo)通。因 而，儲存在第一電荷儲存部件35中的電荷傳輸?shù)紽D40。根據(jù)電荷的量 放大的電勢通過垂直信號線25傳輸?shù)紺DS電路27。在CDS電路27中，將 先前在復(fù)位FD40時儲存的輸出的差輸出為第一行中像素的左右方向中 的一側(cè)的光瞳信號輸出。根據(jù)水平掃描電路22的驅(qū)動信號通過水平信 號線28和輸出放大器29輸出第一行中像素的左右方向的一惻的這些光 瞳信號輸出。
然后，在時段T40中，使第一行的(/)FDR為高，并且FD復(fù)位晶體管 44導(dǎo)通。利用此動作，F(xiàn)D40復(fù)位。在時段T40的結(jié)束，換言之，在^FDR 被置為低之后到時段T42開始的時段(時段T38)期間，在復(fù)位FD40時 來自第一行的放大晶體管43的輸出通過垂直信號線25儲存在CDS電路 27中。
在時段T42中，0TGC被置為高，從而第四傳輸晶體管42導(dǎo)通。因 而，儲存在第二電荷儲存部件36中的電荷傳輸?shù)紽D40。將根據(jù)電荷的 量放大的電勢通過垂直信號線25傳輸?shù)紺DS電路27。在CDS電路27中， 將先前在復(fù)位FD40時儲存的輸出的差輸出為第一行中像素的左右方向 的一側(cè)的光瞳信號輸出。根據(jù)水平掃描電路22的驅(qū)動信號通過水平信 號線28和輸出放大器29輸出第一行中的像素的左右方向的另一側(cè)的這些光瞳信號輸出。
利用這些動作，能獲得第一行中的像素的左右方向的一側(cè)的光瞳 信號輸出以及左右方向的另一側(cè)的光瞳信號輸出。
類似地，讀出后面的行。驅(qū)動信號與第一行相同。圖10中的時段
T46到T52對應(yīng)于時段T36到T42。
在讀出完成之后(在0S截止之后)，0PDR可一直被置為高。如從 上文的說明中理解的，由于在從時段T31結(jié)束到時段T34結(jié)束的時段中， 通過使0PDB1置為低而使0PDB2置為高，每個像素變?yōu)樘幱赑D左右平 分狀態(tài)中，所以能獲得每個像素的左右方向中的一側(cè)的光瞳信號輸出 和左右方向中的另一側(cè)的光瞳信號輸出。而且，由于沿分割線B-B'、 D-D'設(shè)置的柵電極67、 68透射入射光，所以能增加入射光的利用效率 并提高焦點檢測信號的靈敏度。而且，從上文的說明中明顯的是在獲 得焦點檢測信號時，在所有有效像素上曝光時序相同的電子快門是可 用的。
接下來，參照圖ll、圖2和圖3說明用于讀出在PD上下平分狀態(tài)下 曝光的焦點檢測信號的動作示例。在此動作中，所有像素20在曝光時 基本變?yōu)樘幱赑D上下平分狀態(tài)。在此動作中，所有像素同時曝光。
當(dāng)將在上下方向上排列的期望的像素列用作焦點檢測線傳感器以 獲得焦點檢測信號時，執(zhí)行此動作。在圖ll中所示的動作示例中，讀 出在PD上下平分狀態(tài)下曝光的所有有效像素的上半分信號(在本實施 例中，添加從釘扎光電二極管31和32之間的區(qū)域中光電轉(zhuǎn)換的信號) 和下半分信號(在本實施例中，添加從釘扎光電二極管33和34之間的 區(qū)域中光電轉(zhuǎn)換的信號)。將以這種方式讀出的所有像素的信號暫時 儲存在圖1中所示的存儲器7中，然后當(dāng)在焦點計算器處執(zhí)行焦點檢測 處理時，從存儲器7中選擇性地使用僅僅關(guān)于期望的像素列的信號。在圖ll中所示的動作示例中，盡管通過讀出所有像素來獲得焦點檢測信 號，但是不需要讀出除期望的像素列之外的像素，或者可以減少除期 望的像素列之外的像素。
圖11中所示的動作基本與上述圖10中所示的動作相似。不同點在
于(/)PDBl與(/)PDB2互換。換言之，在圖l中所示的動作中，0PDB1在從 時段T31的開始到時段T34的結(jié)束的時段中導(dǎo)通，而妙DB2僅在時段T31 中導(dǎo)通。
因此，在圖11中所示的動作中，由于在從時段T31的結(jié)束到時段T34 的結(jié)束的時段期間，通過使0PDB1置為高而使0PDB2置為低，每個像 素變?yōu)樘幱赑D上下平分狀態(tài)中，所以能獲得每個像素的上下方向中的 一側(cè)的光瞳信號輸出和上下方向中的另一側(cè)的光瞳信號輸出。而且， 由于沿分割線B-B'、 D-D'設(shè)置的柵電極67、 68透射入射光，所以提高 了入射光的利用效率并且能提高焦點檢測信號的靈敏度。而且，從上 文的說明中明顯的是在獲得焦點檢測信號時，在所有有效像素上的曝 光時序相同的電子快門是可用的。
如從上述說明中理解的，在上述固態(tài)成像器件3中，通過執(zhí)行圖IO 中所示的動作，能從在左右方向上排列的任意期望的像素線中獲得用 于檢測在左右方向上的相移的焦點檢測信號(左右方向中的一側(cè)的光 瞳信號輸出和左右方向中的另一側(cè)的光瞳信號輸出)。而且，在上述 固態(tài)成像器件3中，通過執(zhí)行圖ll中所示的動作，能從在上下方向上排 列的任意期望的像素線中獲得用于檢測在上下方向上的相移的焦點檢 測信號(上下方向中的一側(cè)的光瞳信號輸出和上下方向中的另一側(cè)的 光瞳信號輸出)。
因而，上述固態(tài)成像器件3不會引起類似缺陷像素的效果，但能夠 自由改變哪個像素用作具有在哪個方向上平分的光電轉(zhuǎn)換器部件的像 素，從而能獲得如下優(yōu)點能提高焦點檢測的精度。在光瞳分割相位差檢測方法中，為了在圖像幀的中心、上部或下 部處檢測焦點，必須在垂直方向(上下方向)上以線傳感器的形狀設(shè) 置左右平分光電二極管，并且為了在圖像幀的中心、左部或右部處檢 測焦點，必須在水平方向(左右方向)上以線傳感器的形狀設(shè)置上下 平分光電二極管。上述固態(tài)成像器件3能在水平方向(左右方向)上以 及在垂直方向(上下方向)上執(zhí)行焦點檢測，而與相同的像素構(gòu)造無 關(guān)。
接下來，參照圖1和圖12來說明根據(jù)本實施例的電子相機1的動作 示例。
當(dāng)半壓操作部件9a中的釋放按鈕(步驟S1)時，根據(jù)該半壓操作， 電子相機1中的微處理器9驅(qū)動成像控制器4。為了確認(rèn)目標(biāo)，成像控制 器4通過給定的公知方法從所有像素或給定像素中讀出用于確認(rèn)目標(biāo) 的成像信號，并儲存在存儲器7中。在這種情況下，當(dāng)要讀出所有像素 時，例如執(zhí)行圖9中所示的相同動作。圖像處理器通過使用圖像確認(rèn)技 術(shù)從該信號中確認(rèn)目標(biāo)(步驟S2)。例如，在面部確認(rèn)模式中，確認(rèn) 作為目標(biāo)的面部。圖像處理器13拾取目標(biāo)的中心坐標(biāo)和縱向方向(步 驟3)。
然后，基于在步驟S3中拾取的中心坐標(biāo)和縱向方向，微處理器9 將根據(jù)用于最適于聚焦?fàn)顟B(tài)精確檢測的自動聚焦的線傳感器的像素線 的坐標(biāo)(位置和縱向方向)設(shè)定到目標(biāo)(步驟S4)?；诓襟ES2中的 確認(rèn)結(jié)果，微處理器9設(shè)定用于焦點檢測的攝影條件(孔徑光闌、聚焦 狀態(tài)、快門速度等)(步驟S5)。
微處理器9隨后移動鏡頭控制器2a以變?yōu)橹T如通過步驟S5設(shè)定的 孔徑光闌的條件，并且驅(qū)動成像控制器4以變?yōu)橥ㄟ^步驟S5設(shè)定的快門 速度條件和通過步驟S4設(shè)定的像素線坐標(biāo)，并讀出自動聚焦信號以儲存在存儲器7中(步驟S6)。此時，當(dāng)在步驟S4中設(shè)定的像素線是在左 右方向上排列的像素線時，通過圖10中所示的動作讀出用于自動聚焦 的圖像信號。另一方面，當(dāng)在步驟S4中設(shè)定的像素線是在上下方向上
排列的像素線時，通過圖ll中所示的動作讀出用于自動聚焦的圖像信 號。
然后，微處理器9從在步驟S6中獲得的儲存在存儲器7中的所有像 素的信號中拾取在步驟S4中設(shè)定的坐標(biāo)的像素線中的每個像素的信 號，基于這些信號，使焦點計算器10根據(jù)光瞳分割相位差檢測方法計 算以獲得散焦量(步驟S7)。
然后，微處理器9使鏡頭控制器2a根據(jù)在步驟S7中計算的散焦量調(diào) 節(jié)取像鏡頭2以達到聚焦?fàn)顟B(tài)。微處理器9隨后設(shè)定用于攝影的攝影條 件(孔徑光闌、快門速度等)。
然后，微處理器9使鏡頭控制器2a設(shè)定孔徑光闌等以變?yōu)樵诓襟ES9 中設(shè)定的條件，并利用在步驟S9中設(shè)定的快門時間條件等，與操作部 件9a中的釋放按鈕的全壓同步地驅(qū)動成像控制器4，從而通過讀出圖像 信號來執(zhí)行拍攝(步驟SIO)。此時，通過上述圖9中所示的動作讀出 圖像信號。該圖像信號通過成像控制器4儲存在存儲器7中。
之后，如果需要，微處理器9基于操作部件9a的指令在圖像處理器 13或圖像壓縮器12中進行需要的處理，并且使記錄器輸出處理的信號 以儲存在記錄介質(zhì)lla中。
在根據(jù)本實施例的電子相機1中，由于通過基于根據(jù)目標(biāo)的優(yōu)化的 位置處的像素線的信號檢測聚焦?fàn)顟B(tài)來執(zhí)行自動聚焦，所以能夠高精 度地執(zhí)行自動聚焦。
盡管上文對本發(fā)明的實施例進行了說明，但是本發(fā)明不限于該實施例。
例如，在CMOS型圖像傳感器中，各種像素結(jié)構(gòu)已經(jīng)是公知的。 本發(fā)明能應(yīng)用于那些圖像傳感器。而且，本發(fā)明能應(yīng)用于除CMOS型圖 像傳感器外的各種圖像傳感器。
此外，在本實施例中，盡管連接/分離晶體管51到54是MOS晶 體管，但是它們也可以是例如結(jié)型場效應(yīng)晶體管(J-FET)。
權(quán)利要求
1. 一種固態(tài)成像器件，用于光電轉(zhuǎn)換通過取像鏡頭形成的目標(biāo)圖像，所述固態(tài)成像器件包括二維設(shè)置的多個像素；所述多個像素中的至少一部分像素包括四個光電轉(zhuǎn)換器部件以及模式設(shè)定構(gòu)件，所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件的每一個位于由在平面圖中彼此相交的第一方向分割線和第二方向分割線分割的四個區(qū)域的一個中并執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，所述模式設(shè)定構(gòu)件能根據(jù)控制信號選擇性地在第一到第三模式中的每一個中設(shè)定；所述第一模式是下述模式添加來自所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第一方向分割線的一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的信號，并且添加來自所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第一方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的信號，并且獨立地獲取所添加的兩個信號；所述第二模式是下述模式添加來自所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第二方向分割線的一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的信號，并且添加來自所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第二方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的信號，并且獨立地獲取所添加的兩個信號；以及所述第三模式是下述模式添加來自所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件的信號。
2. —種固態(tài)成像器件，用于光電轉(zhuǎn)換通過取像鏡頭形成的目標(biāo)圖像，所述固態(tài)成像器件包括二維設(shè)置的多個像素；所述多個像素中的至少一部分像素包括四個光電轉(zhuǎn)換器部件以及模式設(shè)定構(gòu)件，所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件的每一個位于由在平面圖中彼此相交的第一方向分割線和第二方向分割線分割的四個區(qū)域的一個中并執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，所述模式設(shè)定構(gòu)件能根據(jù)控制信號選擇性地在第一到第三模式中的每一個中設(shè)定；所述第一模式是下述模式將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第一方向分割線的一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接，并且將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第一方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接，而將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于相對于所述第一分割線的不同側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器部件電分離；所述第二模式是下述模式將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第二方向分割線的一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接，并且將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第二方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接，而將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于相對于所述第二分割線的不同側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器部件電分離；所述第三模式是下述模式將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第一方向分割線的一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件以及所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第一方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接，并且將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第二方向分割線的一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件以及所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第二方向分割線的另一側(cè)中的兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像器件，其中所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中相對于所述第一分割線或所述第二分割線彼此鄰近的所述兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的每一個之間的間隔當(dāng)所述兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電連接時具有光電轉(zhuǎn)換器功能，而當(dāng)所述兩個光電轉(zhuǎn)換器部件電分離時不具有光電轉(zhuǎn)換器功能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像器件，其中所述模式設(shè)定構(gòu)件包括沿所述第一分割線設(shè)置的第一柵電極和沿所述第二分割線設(shè)置的第二柵電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像器件，其中所述第一柵電極構(gòu)成將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第二分割線的一側(cè)的所述兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)定為源極或漏極的MOS晶體管的柵極，以及將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第二分割線另一側(cè)的所述兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)定為源極或漏極的MOS晶體管的柵極，以及所述第二柵電極構(gòu)成將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第一分割線一側(cè)的所述兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)定為源極或漏極的MOS晶體管的柵極，以及將所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于所述第一分割線另一側(cè)的所述兩個光電轉(zhuǎn)換器部件的半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)定為源極或漏極的MOS晶體管的柵極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像器件，其中所述第一柵電極和所述第二柵電極由透明材料構(gòu)造。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像器件，其中所述第一柵電極和所述第二柵電極由多晶硅構(gòu)造。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像器件，其中所述至少一部分像素包括第一電荷儲存部件和第二電荷儲存部件，用于儲存從所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件中位于對角的兩個各自光電轉(zhuǎn)換器部件傳輸?shù)碾姾?；放大器，用于根?jù)給定部件的電荷量輸出信號；第一傳輸柵極，用于將電荷從位于對角的所述兩個光電轉(zhuǎn)換器部件中的光電轉(zhuǎn)換器部件的一側(cè)傳輸?shù)剿龅谝浑姾蓛Υ娌考?；第二傳輸柵極，用于將電荷從位于對角的所述兩個光電轉(zhuǎn)換器部件中的光電轉(zhuǎn)換器部件的另一側(cè)傳輸?shù)剿龅诙姾蓛Υ娌考?；第三傳輸柵極，用于將電荷從所述第一傳輸柵極傳輸?shù)剿鼋o定部件;以及第四傳輸柵極，用于將電荷從所述第二傳輸柵極傳輸?shù)剿鼋o定部件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到8的任一項所述的固態(tài)成像器件，其中所述至少一部分像素包括電荷釋放柵極，用于從所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件的至少一個光電轉(zhuǎn)換器部件中釋放電荷。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像器件，其中用于將光導(dǎo)向所述四個光電轉(zhuǎn)換器部件的微型鏡頭一一對應(yīng)地設(shè)置到至少一部分像素的每一個像素。
11. 一種成像裝置，所述成像裝置包括根據(jù)權(quán)利要求i到io的任一項所述的固態(tài)成像器件以及信號處理器，所述信號處理器基于在所述第一模式或所述第二模式下從至少一部分像素中的選擇的像素的每一個像素中獲得的信號來輸出指示所述取像鏡頭的聚焦?fàn)顟B(tài)的檢測信號。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的成像裝置，其中根據(jù)所述目標(biāo)確定所述取像鏡頭的聚焦調(diào)節(jié)狀態(tài)的檢測是基于所述第一模式和所述第二模式中的哪一種模式。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的成像裝置，其中包括鏡頭控制器，用于基于來自所述信號處理器的所述檢測信號來控制所述取像鏡頭的聚焦調(diào)節(jié)。
全文摘要
提供一種固態(tài)成像器件，該固態(tài)成像器件具有能改變將像素中的哪些像素用作具有在哪個方向上平分的光電轉(zhuǎn)換器部件的像素的自由度。當(dāng)柵電極(67)被置為高且柵電極(68)被置為高時，光電二極管(31到34)彼此電連接。當(dāng)柵電極(67)被置為高而柵電極(68)被置為低時，光電二極管(31)和光電二極管(32)以及光電二極管(33)和光電二極管(34)彼此電連接。另一方面，光電二極管(31)和光電二極管(33)以及光電二極管(32)和光電二極管(34)電分離。當(dāng)柵電極(67)被置為低而柵電極(68)被置為高時，光電二極管(31)和光電二極管(32)以及光電二極管(33)和光電二極管(34)電分離。另一方面，光電二極管(31)和光電二極管(33)以及光電二極管(32)和光電二極管(34)彼此電連接。
文檔編號H04N5/369GK101461230SQ20078002062
公開日2009年6月17日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月3日
發(fā)明者大河內(nèi)直紀(jì), 手塚洋二郎, 鈴木智 申請人:株式會社尼康