专利名称：成像装置和成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成像装置，更具体地讲，涉及一种包括相差检测像素和图像产生像素的成像装置和成像设备。
背景技术：
近年来，使用成像装置拍摄被摄体(诸如，人、动物等)的图像以产生图像数据并记录图像数据的成像设备(诸如，数字静止照相机和数字视频照相机等)已变得普及。例如，使用CMOS (互补金属氧化物半导体)传感器的成像设备现在被广泛地使用。这种CMOS传感器是通过指定X轴(水平方向)和y轴(垂直方向)读取每个像素电路(像素)的图像信号的χ-y寻址类型传感器。因此，在成像设备中，通常针对每行 (水平地或者垂直地)读取图像信号，通过针对每行的读取针对每行顺序地曝光像素。由此，对于每行，曝光定时变得不同，因此，当拍摄移动物体的图像时，发生导致移动物体的图像出现失真的现象(焦平面现象)。因此，例如，已提出这样一种成像设备通过提供保存每个像素的图像信号的保存部分针对所有像素使图像信号的产生定时(曝光定时)相同(例如，参见日本未审专利申请公布 No. 4-281681)。
发明内容
在上述现有技术方法中，通过在曝光的结束定时同时把每个像素的光接收元件中积累的电荷(图像信号)读取到保存部分实现使所有像素的曝光定时相同的全局快门功能。由此，在上述现有技术方法中，可以减小焦平面现象。然而，光接收元件和保存部分在每个像素中布置在同一平面上，因此，与不具有保存部分(不具有全局快门功能)的成像设备相比，成像装置的每个像素的光接收元件的面积减小。由此，因为由聚光面积的减小引起的接收光量的减小和由于可积累电荷的总量的减小导致的动态范围的减小等，图像质量可能恶化。此外，如果一个成像装置具有用于执行相差检测的相差检测像素，则用于产生图像信号的像素的数量减小，因此图像质量可能进一步恶化。因此，例如，减小由具有相差检测功能和全局快门功能的成像设备产生的图像的图像质量的恶化变得很重要。考虑到这些情况提出本发明。希望减小图像质量的恶化。根据本发明的实施例，提供了一种成像装置，包括图像产生像素，包括产生用于产生图像的信号的光接收元件；相差检测像素，包括产生用于通过相差检测执行对焦确定的信号的光接收元件；以及保存部分，保存由图像产生像素中的光接收元件产生的信号，布置在被摄体光被相差检测像素中的遮光层遮蔽的区域中。由此，采取行动以把用于图像产生像素的全局快门功能的保存部分布置在被摄体光被相差检测像素的遮光层遮蔽的区域中。此外，在上述实施例中，与图像产生像素相邻的各像素之中的至少一个像素可以是相差检测像素，并且保存部分布置在图像产生像素中的光接收元件和相差检测像素中的光接收元件之间。由此，采取行动以把保存部分布置在图像产生像素中的光接收元件和相差检测像素中的光接收元件之间。此外，在上述实施例中，与图像产生像素相邻的各像素之中的至少一个像素可以是相差检测像素，并且在相差检测像素中保存部分的沿长度方向的一端和图像产生像素中的光接收元件彼此接近。由此，采取行动以布置像素，以使得在相差检测像素中保存部分的沿长度方向的一端和图像产生像素中的光接收元件彼此接近。此外，在上述实施例中，图像产生像素和相差检测像素可以被布置为使得由沿特定方向布置的图像产生像素所构成的第一行和由沿特定方向布置的相差检测像素所构成的第二行沿与特定方向正交的方向交替布置。由此，采取行动以交替布置图像产生像素的行和相差检测像素的行。此外，在这种情况下，图像产生像素和相差检测像素可以被交替布置，以使得构成第一行中的图像产生像素和构成与第一行相邻的第二行的相差检测像素在正交方向上部分重叠。由此，采取行动以交替布置图像产生像素和相差检测像素，以使得图像产生像素和相差检测像素彼此重叠基本上每个像素的一半。此外，在这种情况下，图像产生像素和相差检测像素可以按照斜的像素阵列布置。由此，采取行动以按照斜的阵列布置图像产生像素和相差检测像素。此外，在这种情况下，相差检测像素可以是相对于特定方向在斜的方向上执行瞳分割的相差检测像素。由此，采取行动以把保存部分布置在相对于特定方向在斜的方向上执行瞳分割的相差检测像素中。此外，在上述实施例中，图像产生像素和相差检测像素可以是大致为正方形的像素并且按照四方晶格布置，每个像素具有平行于特定方向的一侧。由此，采取行动以按照四方晶格栅布置大致为正方形的像素，每个像素具有平行于特定方向的一侧。此外，在上述实施例中，与图像产生像素相邻的各像素之中的至少一个像素可以是相差检测像素，并且，对于每一帧，保存部分可以交替地保存由相差检测像素中的光接收元件产生的信号和由图像产生像素中的光接收元件产生的信号。由此，采取行动以使保存部分交替保存由布置保存部分的相差检测像素中的光接收元件产生的信号和由图像产生像素中的光接收元件产生的信号。此外，根据本发明的另一实施例，提供了一种成像设备，包括成像装置，包括图像产生像素、相差检测像素和保存部分，图像产生像素包括产生用于产生图像的信号的光接收元件，相差检测像素包括产生用于通过相差检测执行对焦确定的信号的光接收元件，保存部分保存由图像产生像素中的光接收元件产生的信号并布置在被摄体光被相差检测像素中的遮光层遮蔽的区域中；对焦确定部分，根据由相差检测像素产生的信号，通过相差检测执行对焦确定；以及控制部分，根据对焦确定部分的对焦确定结果，控制镜头的驱动。由此，采取行动以使得用于全局快门功能的图像产生像素中的保存部分使用布置在被摄体光被相差检测像素中的遮光层遮蔽的区域中的成像装置执行对焦确定。通过本发明，可以产生允许减小图像质量的恶化的优点。
图I是表示根据本发明第一实施例的成像设备的功能结构的例子的框图；图2是表示根据本发明第一实施例的成像装置中所包括的像素布置的例子的示意图；图3是表示根据本发明第一实施例的成像装置的区域中的图像产生像素和相差检测像素的布置的顶视图；图4A和图4B是分别表示根据本发明第一实施例的图像产生像素和相差检测像素的顶部结构和截面结构的示意图；图5A和图5B是分别表示具有用于全局快门功能的存储器的一般图像产生像素和一般相差检测像素的顶部结构和截面结构的示意图；图6是表示使用图2中表示的像素布置的根据本发明第一实施例的成像装置中图像产生像素和布置在相差检测像素中的存储器之间的连接的示意图；图7是表示根据本发明第二实施例的成像装置的区域中的图像产生像素和相差检测像素的布置的顶视图；图8是表示作为本发明第一实施例的第一变型的正方形像素以晶格形式布置的成像装置的像素布置的例子的示意图；图9A和图9B是表示作为本发明第一实施例的第二变型的图像产生像素的光接收元件仅连接到存储器的长边(在横向方向上的一端)的像素布置的例子的示意图；图10是表示作为本发明第一实施例的第三变型的图像产生像素的光接收元件仅连接到存储器的长边(在横向方向上的一端)的像素布置的不同于图9A和图9B的例子的示意图；图11是表示在垂直方向上和在水平方向上都布置每两个图9A和图9B中示出的区域的像素布置的示意图。
具体实施例方式在下面，将给出用于执行本发明的实施方式的描述(以下，称为实施例)。将按照下面的次序进行描述。I、第一实施例(成像控制斜的像素阵列的例子)2、第二实施例(成像控制四方晶格阵列的例子)3、变型I、第一实施例成像设备的功能结构的例子图I是表示根据本发明第一实施例的成像设备100的功能结构的例子的框图。成像设备100是拍摄被摄体以产生图像数据(拍摄图像)并记录产生的图像数据作为图像内容(静止图像内容或移动图像内容)的成像设备。在这个方面，在下面，主要描述记录静止图像内容(静止图像文件)作为图像内容(图像文件)的例子。成像设备100包括镜头部分110、操作接受部分120、控制部分130、成像装置 200、信号处理部分140、显示部分151和存储部分152。此外，成像设备100包括相差检测部分160和驱动部分170。镜头部分110聚集来自被摄体的光(被摄体光)。镜头部分110包括变焦镜头111、光圈112和聚焦镜头113。变焦镜头111通过由驱动部分170驱动而沿光轴方向移动以改变焦距，从而调整拍摄图像中所包括的被摄体的放大率。光圈112是通过由驱动部分170驱动的开口的程度的改变调整进入到成像装置 200上的被摄体光量的遮蔽装置。聚焦镜头113通过由驱动部分170驱动而沿光轴方向移动以便调整聚焦。操作接受部分120接受来自用户的操作。例如，当按压快门按钮(图中未示出) 时，操作接受部分120把关于按压的信号提供给控制部分130作为操作信号。控制部分130控制成像设备100的每个部分的操作。在这个方面，在图I中，仅示出主要信号线并且省略其余信号线。例如，当按压快门按钮并且控制部分130接收到用于开始记录静止图像的操作信号时，控制部分130把关于记录静止图像的执行的信号提供给信号处理部分140。成像装置200是对接收的被摄体光执行光电转换以产生电子信号的图像传感器。 成像装置200例如由x-y寻址类型传感器实现，诸如CMOS (互补金属氧化物半导体)等。在成像装置200上，布置根据接收的被摄体光产生用于产生拍摄图像的信号的像素(图像产生像素)和产生用于执行相差检测的信号的像素(相差检测像素)。这里，相差检测是一种检测焦点的方法，其中已经过拍摄镜头的光经受瞳分割以形成一对图像并且测量形成的图像的间隔(图像之间的差异量)从而检测聚焦的程度。此外，使用透射红(R)光的滤色器接收红光的像素(R像素)和使用透射绿(G)光的滤色器接收绿光的像素(G像素)布置在成像装置200上作为图像产生像素。此外，除了 R像素和G像素之外，使用透射蓝(B)光的滤色器接收蓝光的像素(B像素)布置在成像装置200上作为图像产生像素。另外，用于同时执行曝光以免引起曝光定时差异的存储器(保存部分)连接到成像装置200中所包括的每个图像产生像素。也就是说，对于图像产生像素，成像装置200具有全局快门功能。在这个方面，将参照图2描述成像装置200。对于每帧(图像数据)，成像装置200把通过光电转换产生的电子信号(图像信号)提供给信号处理部分140。信号处理部分140对从成像装置200提供的电子信号执行预定信号处理以便校正图像信号。例如，信号处理部分140把从成像装置200提供的电子信号转换成数字电子信号(像素值)，然后执行黑色水平校正、缺陷校正、黑斑校正、混色校正等。信号处理部分140 把已经受校正处理的像素值之中由相差检测像素产生的像素值提供给相差检测部分160。此外，信号处理部分140对已经受校正处理的像素值之中由图像产生像素产生的像素值执行预定信号处理，并产生将要显示在显示部分151上的图像数据或者将要存储在存储部分152中的图像数据。例如，信号处理部分140执行白平衡校正、伽马校正、马赛克校正、图像压缩处理等。信号处理部分140把将要显示在显示部分151上的图像数据提供给显示部分151，并在显示部分151上显示图像。此外，信号处理部分140把将要存储在存储部分152中的图像数据提供给存储部分152，并把数据存储到存储部分152中。显示部分151根据从信号处理部分140提供的图像数据显示图像。显示部分151 例如由彩色液晶面板实现。存储部分152记录从信号处理部分140提供的图像数据作为图像内容(图像文件)。例如，可移动记录介质(一个或多个记录介质)能够用于存储部分152，诸如盘，例如DVD (数字通用盘)等；半导体存储器等，例如存储卡等。此外，这些记录介质可内置在成像设备100中，或者可以从成像设备100拆下。相差检测部分160根据从信号处理部分140提供的相差检测像素的像素值通过相差检测确定将要对焦的物体(将要聚焦的物体)是否对焦。如果对焦，则相差检测部分160 把指示对焦状态的信息(对焦确定结果信息)提供给驱动部分170。此外，如果将要聚焦的物体离焦，则相差检测部分160计算焦距差的量(离焦量)，并把指示计算的离焦量的信息(例如，指示差的像素的数量的值)提供给驱动部分170作为对焦确定结果信息。在这个方面，相差检测部分160是权利要求中描述的对焦确定部分的例子。驱动部分170驱动变焦镜头111、光圈112和聚焦镜头113。例如，驱动部分170 根据从相差检测部分160输出的对焦确定结果信息计算聚焦镜头113的驱动量，并根据计算的驱动量移动聚焦镜头113。如果对焦，则驱动部分170保持聚焦镜头113的当前位置。 此外，如果离焦，则驱动部分170根据指示离焦量的对焦确定结果信息和聚焦镜头113的位置信息计算驱动量(移动距离)，并根据驱动量移动聚焦镜头113。在这个方面，驱动部分 170是权利要求中描述的控制部分的例子。成像装置中的像素布置的例子图2是表示根据本发明第一实施例的成像装置200中所包括的像素布置的例子的示意图。在该图中，将基于使用XY轴的假设进行描述，也就是说，基于上下方向是Y轴并且左右方向是X轴的假设进行描述。此外，在该图中，假设左下角是XY轴的原点，从底部向上的方向是Y轴的正向侧并且假设从左到右的方向是X轴的正向侧。在这个方面，在该图中， 假设成像装置200中的特定方向(与拍摄图像的水平方向(左右方向)对应的方向)是X 轴方向，并且假设与特定方向正交的方向(与拍摄图像的垂直方向(上下方向)对应的方向)是Y轴方向。此外，假设成像装置200中读取信号的方向是X轴方向(对于每行读取信号)。在该图中，为了方便解释，将使用成像装置200中所包括的各像素之中的部分像素区域(区域210)进行描述。在这个方面，在X轴方向上和在Y轴方向上使用由区域210 显示的像素布置作为一个单位(与区域210对应的像素布置)按照与该区域对应的像素布置的重复图案布置成像装置200中的像素。在该图中，一个像素由具有相对于X轴方向旋转45度的形状的一个正方形(斜正方形)表示。图像产生像素由分别包括代表提供的滤色器(R、G和B)的符号的斜正方形表示。也就是说，图像产生像素的R像素由该图中的R像素211表示，图像产生像素的B像素由该图中的B像素214表示。此外，对于G像素，包括R像素(R像素211)的行(线)中的 G像素由Gr像素(Gr像素212)表示，包括B像素(B像素214)的行(线)中的G像素由 Gb像素(Gb像素213)表示。此外，相差检测像素由增加了白色矩形的灰色斜正方形表示。在这个方面，相差检测像素中的白色矩形表示入射光不会被遮光层遮蔽的光接收元件的光接收侧(遮光层中具有开口部分的一侧)。这里，将描述该图中表示的相差检测像素(相差检测像素221至 224)。
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相差检测像素221是这样的相差检测像素在该相差检测像素上,形成遮光层从而遮蔽相差检测像素221的微镜头上的入射被摄体光之中穿过出瞳的右上半部分(由线y =-X分割的区域的上侧)的被摄体光。也就是说，相差检测像素221遮蔽穿过出瞳的右上半部分的被摄体光，并接收穿过出瞳的左下半部分的被摄体光。相差检测像素222是这样的相差检测像素在该相差检测像素上,形成遮光层从而遮蔽相差检测像素222的微镜头上的入射被摄体光之中穿过出瞳的左下半部分(由线y =-X分割的区域的下侧)的被摄体光。也就是说，相差检测像素222遮蔽穿过出瞳的左下半部分的被摄体光，并接收穿过出瞳的右上半部分的被摄体光。此外，当相差检测像素222 与相差检测像素221作为一对使用时，形成一对图像。相差检测像素223是这样的相差检测像素在该相差检测像素上，形成遮光层从而遮蔽相差检测像素223的微镜头上的入射被摄体光之中穿过出瞳的左上半部分(由线y =X分割的区域的上侧)的被摄体光。也就是说，相差检测像素223遮蔽穿过出瞳的左上半部分的被摄体光，并接收穿过出瞳的右下半部分的被摄体光。相差检测像素224是这样的相差检测像素在该相差检测像素上，形成遮光层从而遮蔽相差检测像素224的微镜头上的入射被摄体光之中穿过出瞳的右下半部分(由线y =X分割的区域的下侧)的被摄体光。也就是说，相差检测像素224遮蔽穿过出瞳的右下半部分的被摄体光，并接收穿过出瞳的左上半部分的被摄体光。此外，当相差检测像素224 与相差检测像素223作为一对使用时，形成一对图像。这里，将描述成像装置200中的像素布置。在成像装置200中，图像产生像素和相差检测像素沿斜的方向以晶格形式布置 (在本发明的实施例中，称为斜的像素阵列)。此外，在成像装置200中，布置图像产生像素的行(线)和布置相差检测像素的行(线)在与读取方向正交的方向(在本发明的第一实施例中假设为列方向)上交替布置。也就是说，如图2中所示，图像产生像素的线、相差检
测像素的线、图像产生像素的线、相差检测像素的线......在Y轴方向上交替布置。另外，
图像产生像素和相差检测像素交替布置以部分重叠(基本上每半个像素)。在这个方面，成像装置200中的像素布置是斜的像素阵列，因此，布置图像产生像素的列和布置相差检测像素的列交替布置，从而图像产生像素和相差检测像素在列方向(X轴方向)上也针对每半个像素彼此重叠。此外，在成像装置200中，布置相差检测像素221和相差检测像素224的线以及布置相差检测像素222和相差检测像素223的线布置以交替地把图像产生像素的行夹在中间。相差检测像素221和相差检测像素222布置在从左下指向右上的一条线(线y = X) 中，相差检测像素223和相差检测像素224布置在从右下指向左上的一条线(线y = -X) 中。也就是说，一对相差检测像素布置在一条斜线中。此外，在成像装置200中，当排除布置相差检测像素的线时，通过仅布置图像产生像素形成Bayer阵列。另外，当仅布置图像产生像素时，在行方向(X轴方向)和列方向(Y 轴方向)上的图像产生像素的间隔变得彼此相同。也就是说，在成像装置200中，虽然既布置相差检测像素又布置图像产生像素，但在行方向上和在列方向上的图像产生像素的距离变得均匀并且图像产生像素按照Bayer阵列布置。由此，不需要补充与相差检测像素的位置对应的图像数据。
在这个方面，在成像装置200中，用于图像产生像素的全局快门功能的存储器布置在相差检测像素的遮蔽区域(被摄体光的遮蔽区域)下方。因此，将参照图3通过关注图中表示的区域240中所包括的像素描述布置在相差检测像素的遮蔽区域下方的存储器(保存部分)。图像产生像素和相差检测像素的布置的例子图3是表示根据本发明第一实施例的成像装置200的区域240中的图像产生像素和相差检测像素的布置的顶视图。在这个方面，假设XY轴，也就是说，在该图中，假设左右方向是X轴，上下方向是Y轴。在该图中，表示了图2的区域210中表示的区域240中的图像产生像素和相差检测像素的布置以及每个像素的光接收元件(光接收元件251和272)和布置在图像产生像素中的存储器(存储器271)。此外，在该图中，图像产生像素的光接收元件(光接收元件 251)和与光接收元件251连接的存储器(存储器271)之间的连接关系由指示电子信号(电荷)的流向的箭头(箭头261)表不。光接收元件251和272把接收的光转换成电子信号(存储根据光量的电荷)以产生具有根据接收的光量的强度的电子信号。光接收元件251和272包括例如光电二极管 (PD)。在这个方面，光接收元件251是图像产生像素的光接收元件，光接收元件272是相差检测像素的光接收元件。此外，布置光接收元件251以使得光接收表面的面积尽可能大以便没有损失地接收由每个图像产生像素的微镜头聚集的光。另一方面，光接收元件272应该接收未被遮光层遮蔽的被摄体光，因此布置具有与接收未被遮蔽的被摄体光的区域对应的尺寸的光接收元件272。存储器271暂时存储由光接收元件251在曝光时间段(曝光定时)中存储的电荷。 存储器271布置在由相差检测像素的遮光层遮蔽被摄体光的区域(遮蔽区域)中。此外， 存储器271连接到与布置存储器271的相差检测像素相邻的图像产生像素之中的一个图像产生像素的光接收元件，在曝光时间段结束时接收存储在该光接收元件中的电荷，并暂时保存该电荷。当在成像装置200中读取信号时，顺序读取由连接到每个图像产生像素的存储器271保存的电荷。在这个方面，由成像装置200中的所有图像产生像素同时执行在曝光时间段结束时从光接收元件到保存部分的电荷的转移操作。也就是说，同时把电荷从所有图像产生像素转移到存储器271，由此实现全局快门功能。在这个方面，如箭头261中所示，布置相差检测像素从而允许相差检测(允许一对图像的形成的布置)，不存在未连接到存储器271的图像产生像素。图像产生像素和相差检测像素的截面结构的例子图4A和图4B是分别表示根据本发明第一实施例的图像产生像素和相差检测像素的顶部结构和截面结构的示意图。在这个方面，如图4A中所示，将基于以下的假设进行描述在左侧具有遮蔽侧且右侧具有开口部分的相差检测像素和B像素在左侧和右侧彼此相邻地布置(相差检测像素在右侧，B像素在左侧)。此外，假设相差检测像素的存储器和B像素的光接收元件连接。图4B表示沿图4A中显示的线LI截取的截面结构。在图4B中，分别表示了 B像素320和相差检测像素310的微镜头(微镜头321和311)以及B像素320和相差检测像素310的光接收元件(光接收元件323和光接收元件313)。此外，在图4B中，表示了连接到B像素320的光接收元件(光接收元件323)的存储器(存储器324)以及布置在B像素 320和相差检测像素310的边缘上的导线(导线331、332和333)。在这个方面，假设相差检测像素310不包括滤色器。微镜头321是用于把被摄体光聚集在光接收兀件323上的镜头。此外，微镜头311 是用于把被摄体光聚集在光接收元件313上的镜头。光接收元件323和313把接收的光转换成电子信号(光电转换)以产生具有根据接收的光量的强度的电子信号。在这个方面，光接收元件323是图3中显示的光接收元件 251的截面结构，光接收元件313是图3中显示的光接收元件272的截面结构，因此这里将省略对它们的描述。导线331、332和333是用于连接图像产生像素和相差检测像素中的各电路的导线。此外，导线331、332和333由金属制成，因此用作遮蔽被摄体光的遮光层。在图4B中， 表示了导线331、332和333以使得这三种导线相对于光轴布置在各层中。此外，导线332具有围绕相差检测像素310的中心突出的一个导线。这个突出部分遮蔽了穿过光接收元件313和微镜头311之间的出瞳的右半部分的被摄体光。另一方面， 穿过出瞳的左半部分的被摄体光穿过该突出部分和导线333之间的部分(遮光层的开口部分)，并由光接收元件313接收。存储器324暂时保存在曝光时间段中由光接收元件323存储的电荷。在这个方面，存储器324具有图3中显示的存储器271的截面结构，因此这里将省略对它的描述。如图4B中所示，存储器324布置在由突出导线332的突出部分遮蔽被摄体光的区域(遮蔽区域)中。此外，存储器324靠近与存储器324连接的光接收元件(光接收元件323)(以便使它容易连接)。如图4B中所示，用于图像产生像素的全局快门功能的存储器(存储器324)布置在相差检测像素310的遮蔽区域中，因此可以扩大图像产生像素的光接收元件(光接收元件323)的光接收区域。这里，将描述布置在成像装置200中的相差检测像素221至224。虽然在截面结构中截面方向不同，但相差检测像素221和223具有基本上与图4B中表示的截面结构相同的截面结构。也就是说，存储器分别布置在与存储器连接的图像产生像素的光接收元件和相差检测像素221和223的光接收元件之间。此外，在相差检测像素222和224的情况下，连接到存储器的图像产生像素和相差检测像素之间的位置关系不同于图4B中的位置关系。在相差检测像素222和224中，连接到存储器的图像产生像素的光接收元件和存储器的沿纵向方向的一端彼此相邻。然而，该结构与图4B中的结构在以下几点上相同存储器布置在具有大的突出部分的导线332下方并且连接到存储器的光接收元件与存储器相邻。因此，将省略相差检测像素221至224的各截面结构的描述。具有存储器的一般图像产生像素的截面结构的例子图5A和图5B是表不具有用于全局快门功能的存储器的一般图像产生像素和一般相差检测像素的顶部结构和截面结构的示意图。图5A是表示具有用于全局快门功能的存储器的一般图像产生像素和一般相差检测像素的顶视图。在这个方面，在图5A中，为了方便解释，假设图像产生像素和相差检测像素是具有平行于X轴的一侧的正方形像素。图5A表示具有用于全局快门功能的存储器的图像产生像素(图像产生像素380) 和一般相差检测像素(相差检测像素390)。在图像产生像素380中，表示了包括由白色区域表示的图像产生像素380的光接收元件的虚线框(光接收元件383)和表示图像产生像素380的存储器的网纹区域(存储器384)。另外，在图像产生像素380中，由表示电荷的流动的箭头(箭头371)表示光接收元件383和存储器384之间的连接关系。此外，在相差检测像素390中，由虚线框表示相差检测像素390的光接收元件(光接收元件393)。如图5A中所示，在包括存储器的一般图像产生像素中，光接收元件383和存储器 384共享每个图像产生像素的区域。也就是说，通过为图像产生像素提供用于全局快门功能的存储器，光接收元件383的光接收表面的面积减小。由此，由光接收元件接收的光量减小，并且能够存储在光接收元件383中的电荷量减小。这导致拍摄图像的图像质量的恶化。接下来，将参照图5B分别描述具有用于全局快门功能的存储器的一般图像产生像素和一般相差检测像素的截面结构。在这个方面，图5B表示沿图像产生像素380的X轴方向线(线Lll)截取的截面结构。此外，图5B表示沿相差检测像素390的X轴方向线(线L12)截取的截面结构。图5B表示微镜头381、滤色器382、光接收元件383、存储器384以及导线386和 387作为图像产生像素380的截面结构。此外图5B表示微镜头391、光接收元件393以及导线396和397作为相差检测像素390的截面结构。在这个方面，假设相差检测像素390 不具有滤色器。微镜头381和391以及光接收元件383和393与图4中显示的微镜头和光接收元件相同，因此将省略对它们的描述。导线386、387、396和397是用于按照与图4中显示的导线相同的方式连接图像产生像素中以及相差检测像素中的各电路的导线。导线387具有围绕图像产生像素380的中心突出的一个导线，以便防止光照射在图像产生像素380的存储器384上。如果存储器384暴露于被摄体光，则在存储器384中发生光电转换，并且存储电荷，因此突出的导线遮蔽存储器384以便防止被摄体光照射在存储器384上。存储器384按照与图4中显示的存储器324相同的方式暂时保存在曝光时间段中由光接收元件383存储的电荷。此外，存储器384在图像产生像素380的区域之中由导线 387遮蔽的区域中形成在光接收元件383的同一表面上。此外，相差检测像素390的光接收元件(光接收元件393)的一半由遮光层覆盖。 也就是说，尺寸与不具有用于全局快门功能的存储器的一般图像产生像素的尺寸相同的光接收元件布置在一般相差检测像素390中。如图5B中所示，在具有用于全局快门功能的存储器的一般图像产生像素中，与不包括存储器的情况相比，光接收元件383的光接收表面的面积显著减小。另一方面，如图4B 中所示，在根据本发明第一实施例的图像产生像素中，用于全局快门功能的图像产生像素的存储器布置在相差检测像素的遮光层下方。因此，在根据本发明第一实施例的图像产生像素中，可以使图像产生像素的光接收元件的面积与不提供存储器的情况的图像产生像素的光接收元件的面积相同。图像产生像素和布置在相差检测像素中的存储器之间的连接的例子图6是表示使用图2中表示的像素布置的根据本发明第一实施例的成像装置200 中图像产生像素和布置在相差检测像素中的存储器之间的连接的示意图。在这个方面，图6表示图2中显示的区域210，在图3中表示了区域240，因此在这里将省略对它们的描述。如图6中所示，布置图像产生像素的行(线)和布置相差检测像素的行(线)交替布置，由此多个相差检测像素与图像产生像素相邻。因此，容易布置与图像产生像素的光接收元件连接的存储器。此外，布置沿斜的方向执行瞳分割的相差检测像素，并且布置矩形存储器和光接收元件，它们沿斜的方向指向的一侧在相差检测像素中，使得可以使用相差检测像素的区域。另外，提供沿斜的方向执行瞳分割的相差检测像素，并且布置矩形存储器。 因此，可以缩短图像产生像素的光接收元件和连接到该光接收元件的存储器之间的距离。以这种方式，根据本发明的第一实施例，用于图像产生像素的全局快门功能的保存部分布置在相差检测像素的遮蔽区域中，从而可以减小图像产生像素中的光接收元件的面积的减少。也就是说，根据本发明的第一实施例，可以减小由具有全局快门功能的成像装置产生的图像的图像质量的恶化。2、本发明的第二实施例在本发明的第一实施例中已描述了这样的例子仅图像产生像素连接到布置在相差检测像素的遮蔽区域中的存储器。由此，对于由图像产生像素产生的图像信号，缓解了在拍摄移动体时移动体的图像失真的现象(焦平面现象)。然而，相差检测像素未连接到存储器，因此当拍摄移动体时移动体的图像失真。通过由相差检测像素的图像信号产生的图像的失真，认为相差检测部分160中的对焦确定的精度恶化。因此，在本发明的第二实施例中，将参照图7描述这样的成像装置的情况相差检测像素的光接收元件也连接到存储器。图像产生像素和相差检测像素的布置的例子图7是表示根据本发明第二实施例的成像装置的区域(区域540)中的图像产生像素和相差检测像素的布置的顶视图。在这个方面，图7是图3的变型并且不同之处仅在于这一点电荷从相差检测像素的光接收元件转移到存储器。因此，把相同标号给予相同元件，在这里将省略对它们的描述。在图7中，表示了指示从相差检测像素到存储器的电荷转移的箭头(箭头541)。 如箭头541所示，相差检测像素的光接收元件(光接收元件272)连接到布置在每个相差检测像素的遮光层的位置的存储器(存储器271)。也就是说，与布置存储器271的相差检测像素相邻的四个图像产生像素之中的一个像素的光接收元件和布置存储器271的相差检测像素的光接收元件连接到存储器271。这里，将描述在相差检测像素的光接收元件和图像产生像素的光接收元件都连接到存储器271的情况下成像设备的操作。在根据本发明第二实施例的成像装置中，图像产生像素的光接收元件和相差检测像素的光接收元件连接到一个存储器。也就是说，当(在执行全局快门时)通过存储器读取信号时，难以在一帧的读取时间段中读取图像产生像素信号或相差检测像素信号。因此，在本发明的第二实施例中，仅读取图像产生像素的信号的帧时间段和仅读取相差检测像素的信号的帧时间段交替重复。以这种方式，根据本发明的第二实施例，在读取相差检测像素的信号时实现全局快门功能，由此可以提闻对焦确定的精度。3、变型在本发明的第一和第二实施例中已描述了这样的例子相对于X轴方向旋转45度的正方形像素按照晶格形式布置(斜的晶格布置)，另外，图像产生像素的线和相差检测像素的线交替布置。然而，本发明不限于此，并且能够应用于具有各种形状和各种布置的像素。因此，将参照图8描述像素是正方形但不旋转(正方形晶格布置)的情况的例子。此外，将参照图9A至图11描述不同于本发明的第一和第二实施例的斜的晶格布置的例子。成像装置中的像素布置的例子图8是表示作为本发明第一实施例的第一变型的正方形像素以晶格形式布置的成像装置的像素布置的例子的示意图。在图8中，为了方便描述，将使用成像装置中所包括的各像素之中的部分像素(8 行X8列的像素)的区域(区域610)进行描述。在这个方面，成像装置中的像素布置是使用由区域610显示的像素布置作为一个单位的布置，与该单位对应的像素布置(与区域610 对应的像素布置)在X轴方向上和在Y轴方向上重复。以与本发明的第一实施例相同的方式，在区域610中，布置图像产生像素的行和布置相差检测像素的行交替布置。当排除布置相差检测像素的行时，布置B像素和G像素的行以及布置R像素和G像素的行交替布置，因此图像产生像素(R像素611、Gr像素612、 Gb像素613和B像素614)形成Bayer阵列。此外，在相差检测像素(相差检测像素621至624)中，表示了指示光接收元件(光接收元件642)的白色区域和指示存储器(存储器641)的网纹区域。相差检测像素621是这样的相差检测像素在该相差检测像素上，形成遮光层，从而遮蔽相差检测像素621的微镜头上的入射被摄体光之中穿过出瞳的右半部分的被摄体光。也就是说，相差检测像素621遮蔽在出瞳的右侧和左侧(在X轴方向上的+和-侦D 的瞳分割光之中的右半部分光，并接收作为瞳分割光的左半部分的光。相差检测像素622是这样的相差检测像素在该相差检测像素上,形成遮光层,从而遮蔽相差检测像素622的微镜头上的入射被摄体光之中穿过出瞳的左半部分的被摄体光。也就是说，相差检测像素622遮蔽在出瞳的右侧和左侧(在X轴方向上的+和-侦D 的瞳分割光之中的左半部分光，并接收作为瞳分割光的右半部分的光。此外，当相差检测像素622与相差检测像素621作为一对使用时，形成一对图像。相差检测像素623是这样的相差检测像素在该相差检测像素上，形成遮光层，从而遮蔽相差检测像素623的微镜头上的入射被摄体光之中穿过出瞳的上半部分的被摄体光。也就是说，相差检测像素623遮蔽在出瞳的上侧和下侧(在Y轴方向上的+和-侦D 的瞳分割光之中的上半部分光，并接收作为瞳分割光的下半部分的光。相差检测像素624是这样的相差检测像素在该相差检测像素上，形成遮光层，从而遮蔽相差检测像素624的微镜头上的入射被摄体光之中穿过出瞳的下半部分的被摄体光。也就是说，相差检测像素624遮蔽在出瞳的上侧和下侧(在Y轴方向上的+和-侦D 的瞳分割光之中的上半部分光，并接收作为瞳分割光的下半部分的光。此外，当使用相差检测像素624与相差检测像素623作为一对时，形成一对图像。此外，在图8中，每个图像产生像素的光接收元件(光接收元件671)和与光接收元件671连接的存储器(存储器641)之间的连接关系由指示电荷(图像信号)的流动的箭头(箭头661)表示。如图8中所示，在区域610中，正方形像素按照晶格形式布置(正方形晶格布置)， 布置图像产生像素的行和布置相差检测像素的行交替布置。布置图像产生像素和相差检测像素，使得图像产生像素连接到布置在它上方的相差检测像素的存储器的列和图像产生像素连接到布置在它下方的相差检测像素的存储器的列交替布置。如图8中所示，在正方形像素以晶格形式布置的成像装置中，可以把用于图像产生像素的全局快门功能的保存部分布置在相差检测像素的遮蔽区域中。图9A和图9B是表示作为本发明第一实施例的第二变型的图像产生像素的光接收元件仅连接到存储器的长边(在横向方向上的一端)的像素布置的例子的示意图。图9A是表示成像装置中的部分像素区域(区域710)中的图像产生像素和相差检测像素的布置的顶视图，其中图像产生像素的光接收元件仅连接到存储器的长边(在横向方向上的一端)。在这个方面，图9A是与图3对应的附图。虽然像素的数量、相差检测像素的布置图案和与图像产生像素的光接收元件连接的存储器的布置位置等不同，但图9A以与图3相同的方式表示像素阵列。因此，把相同标号给予相同元件，并且在这里将省略对它们的描述。在图9A中，示出了表示顺序布置相差检测像素222的斜线的虚线箭头(箭头721) 和表示顺序布置相差检测像素221的斜线的虚线箭头(箭头722)。在这里，将描述这种变型的像素布置。在区域710中显示的布置中，所有图像产生像素的光接收元件与将要连接的对应存储器的长边(在横向方向上的一端)相邻(参考区域710中的每个箭头261)。也就是说，存储器布置在包括将要连接的存储器的相差检测像素的光接收元件和图像产生像素的光接收元件之间。由此，在这种变型中，对于所有图像产生像素，图像产生像素的光接收元件和存储器之间的连接表面的面积变得均匀。也就是说，与连接到存储器的长边的图像产生像素和连接到存储器的短侧的图像产生像素混合的本发明的第一实施例相比，通过这种变型的布置(区域710)，可以使图像产生像素的结构均匀。由此，可以减小由图像产生像素的结构的变化引起的噪声，并由此提高拍摄图像的图像质量。图9B表示在垂直方向上和在水平方向上布置每两个图9A中示出的区域710的布置。如图9B中所示，在所有图像产生像素的光接收元件连接到与该元件连接的对应存储器的长边(在横向方向上的一端)的情况下，可以布置相差检测像素以形成一对图像。图10是表示作为本发明第一实施例的第三变型的图像产生像素的光接收元件仅连接到存储器的长边(在横向方向上的一端)的像素布置的不同于图9A和图9B的例子的示意图。在这个方面，图10中表示的区域(区域810)是与图9A对应的图。虽然像素的数量、相差检测像素的布置图案和与图像产生像素的光接收元件连接的存储器的布置位置等不同，但图10以与图9A相同的方式表示像素阵列。因此，把相同标号给予相同元件，并且在这里将省略对它们的描述。在图10中，示出了表示顺序布置相差检测像素221的斜线的虚线箭头(箭头821) 和表示顺序布置相差检测像素222的斜线的虚线箭头(箭头822)。另外，在图10中，示出了表示顺序布置相差检测像素224的斜线的虚线箭头(箭头823和箭头824)和表示顺序布置相差检测像素223的斜线的虚线箭头(箭头825和箭头826)。图11是表示在垂直方向上和在水平方向上布置每两个图10中示出的区域810的像素布置的示意图。图11表示在垂直方向上和在水平方向上布置每两个图10中示出的区域810的像素布置(区域840)。如图11中所示，当在垂直方向和水平方向上布置多个区域810时，形成在右上至左下方向上执行瞳分割的七个相差检测像素顺序布置的多行(箭头841和842)， 并且形成在左上至右下方向上执行瞳分割的七个相差检测像素顺序布置的多行(箭头843 和 844)。也就是说，如图10和图11中所示，在图像产生像素的光接收元件连接到存储器的长边的情况下，也可以布置像素以通过在左上至右下方向上进行瞳分割产生一对图像以及通过在右上至左下方向上进行瞳分割产生一对图像。在这个方面，在图9和图10中，已描述了图像产生像素的光接收元件仅连接到存储器的长边(在横向方向上的一端)的情况。然而，本发明不限于此。例如，在图像产生像素的光接收元件仅连接到存储器的短侧(在纵向方向上的一端)的情况下，虽然连接表面的面积变小，但可以减小由图像产生像素的结构的变化引起的噪声，并由此提高拍摄图像的图像质量。以这种方式，根据本发明的实施例，用于图像产生像素的全局快门功能的存储器布置在相差检测像素的遮蔽区域中，从而可以抑制具有全局快门功能的成像装置的光接收元件的面积的减小。由此，可以抑制由光收集面积的减小引起的接收光量的减小，并减小由动态范围的减小等等引起的图像质量的恶化。此外，如本发明的第一实施例所示，虽然相差检测像素和图像产生像素布置在光接收元件上，但通过采用斜的像素阵列，图像产生像素之间的间隔变得均匀，因此图像质量提闻。此外，根据本发明的实施例，相差检测像素的数量变得大于既具有相差检测像素又具有图像产生像素的现有技术光接收元件的数量。因此，可以提高相差检测的精度。此外，根据本发明的实施例，可以使相差检测像素的尺寸和图像产生像素的尺寸相同，因此容易设计并制造成像装置。在这个方面，在本发明的实施例中，已基于以下假设进行了描述图像产生像素中所包括的滤色器是三原色(RGB)的滤色器。然而，本发明不限于此。例如，本发明也能够以相同方式应用于图像产生像素具有互补色的滤色器的情况。此外，在本发明的实施例中，已基于配线层布置在光接收元件的正面(光入射平面侧)的正面照射图像传感器的假设进行了描述。然而，本发明不限于此。在配线层布置在光接收元件的背面(光入射平面侧的相反侧)的背面图像传感器的情况下，通过把存储器布置在由相差检测像素的遮光层遮蔽的区域上，也可以以与本发明的实施例相同的方式实现该图像传感器。此外，在本发明的实施例中，已基于以下假设进行了描述图像产生像素的光接收元件具有正方形形式，并且相差检测像素的光接收元件和存储器具有分割成两个部分的正方形的形式(矩形)。然而，本发明不限于此。在图像产生像素的光接收元件具有多边形形式或圆形形式的情况下，可以以与本发明的实施例相同的方式实现该图像传感器。在这个方面，本发明的实施例是执行本发明的例子。如本发明的实施例中具体所述，本发明的实施例的项和权利要求中的特定项分别具有对应关系。以相同的方式，权利要求中的本发明的特定项和具有相同名称的本发明的实施例分别具有对应关系。然而，本发明不限于实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在实施例中做出各种修改。此外，在本发明的实施例中描述的处理过程可构造为一系列过程的方法。此外，该处理过程可构造为用于执行所述一系列过程的程序或者存储该程序的记录介质。对于记录介质，例如，能够使用CD (压缩盘)、MD (迷你盘)、DVD (数字通用盘)、存储卡、蓝光盘(注册商标)等。本申请包含与2011年I月21日提交给日本专利局的日本优先权专利申请JP 2011-010323公开的主题相关的主题，该专利申请的全部内容通过引用包含于此。
权利要求
1.一种成像装置，包括图像产生像素，包括产生用于产生图像的信号的光接收元件；相差检测像素，包括产生用于通过相差检测执行对焦确定的信号的光接收元件；以及保存部分，保存由图像产生像素中的光接收元件产生的信号，布置在被摄体光被相差检测像素中的遮光层遮蔽的区域中。
2.如权利要求I所述的成像装置，其中与图像产生像素相邻的各像素之中的至少一个像素是相差检测像素，并且保存部分布置在图像产生像素中的光接收元件和相差检测像素中的光接收元件之间。
3.如权利要求I所述的成像装置，其中与图像产生像素相邻的各像素之中的至少一个像素是相差检测像素，并且在相差检测像素中保存部分的沿长度方向的一端和图像产生像素中的光接收元件彼此接近。
4.如权利要求I所述的成像装置，其中图像产生像素和相差检测像素被布置为使得由沿特定方向布置的图像产生像素所构成的第一行和由沿特定方向布置的相差检测像素所构成的第二行沿与特定方向正交的方向交替布置。
5.如权利要求4所述的成像装置，其中图像产生像素和相差检测像素被交替布置，以使得构成第一行中的图像产生像素和构成与第一行相邻的第二行的相差检测像素在正交方向上部分重叠。
6.如权利要求5所述的成像装置，其中图像产生像素和相差检测像素按照斜的像素阵列布置。
7.如权利要求6所述的成像装置，其中相差检测像素是相对于特定方向在斜的方向上执行瞳分割的相差检测像素。
8.如权利要求4所述的成像装置，其中图像产生像素和相差检测像素是大致为正方形的像素并且按照四方晶格布置，每个像素具有平行于特定方向的一侧。
9.如权利要求I所述的成像装置，其中与图像产生像素相邻的各像素之中的至少一个像素是相差检测像素，以及对于每一帧，保存部分交替地保存由相差检测像素中的光接收元件产生的信号和由图像产生像素中的光接收元件产生的信号。
10.一种成像设备，包括成像装置，包括图像产生像素、相差检测像素和保存部分，图像产生像素包括产生用于产生图像的信号的光接收元件，相差检测像素包括产生用于通过相差检测执行对焦确定的信号的光接收元件，保存部分保存由图像产生像素中的光接收元件产生的信号并布置在被摄体光被相差检测像素中的遮光层遮蔽的区域中；对焦确定部分，根据由相差检测像素产生的信号，通过相差检测执行对焦确定；以及控制部分，根据对焦确定部分的对焦确定结果，控制镜头的驱动。
全文摘要
本发明涉及一种成像装置和成像设备。成像装置包括图像产生像素，包括产生用于产生图像的信号的光接收元件；相差检测像素，包括产生用于通过相差检测执行对焦确定的信号的光接收元件；以及保存部分，保存由图像产生像素中的光接收元件产生的信号，布置在被摄体光被相差检测像素中的遮光层遮蔽的区域中。
文档编号H04N5/243GK102611850SQ20121000975
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月13日 优先权日2011年1月21日
发明者喜多光昭 申请人:索尼公司