固态成像装置，固态成像装置的驱动方法以及电子设备的制作方法

固态成像装置，固态成像装置的驱动方法以及电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明的实施例公开固态成像装置，固态成像装置的驱动方法以及电子设备。所公开的固态成像装置包括：多个像素，每个像素包括光电转换元件；以及透射率控制元件，设置在多个像素的至少一部分的光电转换元件的光入射侧并且构造为通过外部输入而改变入射光的透射率。
【专利说明】固态成像装置，固态成像装置的驱动方法以及电子设备

【技术领域】
[0001] 本公开涉及包括作为像素的光电转换元件的固态成像装置、该固态成像装置的驱 动方法以及电子设备。

【背景技术】
[0002] 加载在数字视频电子设备、数字静态电子设备、移动电话和智能电话等上的固态 成像装置的不例可包括CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化 物半导体）图像传感器。在CMOS图像传感器中，存储在作为光电转换元件的光电二极管的 p-n结电容器中的光电荷通过M0S晶体管被读出。
[0003] 作为如上所述的固态成像装置，提出了增设所谓自动聚焦功能的装置(例如，日本 未审查专利申请公开No. 2012-37777)和增设所谓全局快门（global shutter)功能的装置 (例如，日本未审查专利申请公开No. 2009-268083)等。


【发明内容】

[0004] 所希望的是提供具有可实现如上所述各种附加功能的像素结构的固态成像装置 和/或用于该固态成像装置的驱动方法。
[0005] 所希望的是提供能实现成像功能和其它附加功能的固态成像装置、该固态成像装 置的驱动方法以及电子设备。
[0006] 根据本公开的实施例，所提供的固态成像装置包括：多个像素，每个像素包括光电 转换元件；以及透射率控制元件，设置在多个像素的至少一部分的光电转换元件的光入射 侧并且构造为通过外部输入而改变入射光的透射率。
[0007] 根据本公开的实施例，所提供的固态成像装置的驱动方法包括：驱动透射率控制 元件，该透射率控制元件设置在每个包括光电转换元件的多个像素的至少一部分的光电转 换元件的光入射侧，该透射率控制元件构造为改变入射光的透射率；以及在通过驱动透射 率控制元件控制透射率的同时从多个像素读出输出信号。
[0008] 根据本公开的实施例，所提供的电子设备具有固态成像装置。该固态成像装置包 括：多个像素，每个像素包括光电转换元件；以及透射率控制元件，设置在多个像素的至少 一部分的光电转换元件的光入射侧并且构造为通过外部输入而改变入射光的透射率。
[0009] 在根据本公开上述实施例的固态成像装置和电子设备中，构造为通过外部输入改 变入射光的透射率的透射率控制元件设置在至少一部分像素的每个光电转换元件的光入 射侧。因此，在控制诸如至少一部分像素的曝光周期和光接收区域的因素的同时能获得输 出信号。因此，例如，能够实现全局快门操作和/或利用图像表面相差的聚焦操作等。
[0010] 在根据本公开上述实施例的用于固态成像装置的驱动方法中，通过在控制于至少 一部分像素的光电转换元件的光入射侧设置的透射率控制元件的透射率的同时从每一个 像素读出输出信号，能够在控制诸如至少一部分像素的曝光周期和光接收区域的因素的同 时获得输出信号。因此，例如，能够实现全局快门操作和/或利用图像表面相差的聚焦操作 等。 toon] 根据本公开上述实施例的固态成像装置和电子设备，因为构造为通过外部输入改 变入射光的透射率的透射率控制元件设置在至少一部分像素的光电转换元件的光入射侧， 所以能够实现例如全局快门功能和/或自动聚焦功能等。因此，能够实现成像功能和其它 附加功能。
[0012] 根据本公开上述实施例的固态成像装置的驱动方法，因为在控制于至少一部分像 素的光电转换元件的光入射侧设置的透射率控制元件的透射率的同时从每个像素读出输 出信号，所以能够实现例如全局快门功能和/或自动聚焦功能等。因此，能够实现成像功能 和其它附加功能。
[0013] 应理解，前面的一般性描述和下面的详细描述二者都是示例性的，并且旨在提供 对权利要求所要求保护的本公开的进一步说明。

【专利附图】

【附图说明】
[0014] 附图旨在提供对本公开的进一步的理解，附图结合在该说明书中并构成该说明书 一部分。附图示出了实施例并与说明书一起用于解释本技术的原理。
[0015] 图1是示出根据本公开第一实施例的固态成像装置的主要部分构造的一个示例 的截面图。
[0016] 图2是示出图1所示的固态成像装置的像素阵列的一个示例的说明性示意图。
[0017] 图3是示出图1所示的调光镜的构造示例的截面图。
[0018] 图4A是示出调光镜的一个示例(透射状态）的示意性截面图。
[0019] 图4B是示出调光镜的一个示例(反射状态）的示意性截面图。
[0020] 图5是示出图1所示的固态成像装置的驱动操作(采用全局快门功能的成像操作） 的一个示例的流程图。
[0021] 图6A是示出图1所示的固态成像装置的驱动操作的一个示例的说明性示意截面 图。
[0022] 图6B是示出继图6A中的操作之后的操作的一个示例的说明性示意截面图。
[0023] 图6C是示出继图6B中的操作之后的操作的一个示例的说明性示意截面图。
[0024] 图6D是示出继图6C中的操作之后的操作的一个示例的说明性示意截面图。
[0025] 图6E是示出继图6D中的操作之后的操作的一个示例的说明性示意截面图。
[0026] 图6F是示出继图6E中的操作之后的操作的一个示例的说明性示意截面图。
[0027] 图7是示出根据修改示例1的像素阵列的一个示例的说明性示意图。
[0028] 图8是示出根据修改示例2的像素阵列的一个示例的说明性示意图。
[0029] 图9是示出根据本公开第二实施例的固态成像装置的主要部分构造的一个示例 的截面图。
[0030] 图10是示出图9所示的固态成像装置的像素阵列的一个示例的说明性示意图。
[0031] 图11是示出图9所示的调光镜的一个布置示例的示意图。
[0032] 图12A是示出图9所示的调光镜的一个构造示例的截面图。
[0033] 图12B是图12A所示的调光镜的截面图。
[0034] 图13是示出图9所示的固态成像装置的驱动操作的一个示例(利用图像表面相差 的聚焦操作和成像操作）的流程图。
[0035] 图14是示出图9所示的固态成像装置的聚焦操作的一个示例的说明性示意截面 图。
[0036] 图15是示出利用图像表面相差的聚焦操作的一个示例的说明性示意图。
[0037] 图16是示出利用图像表面相差的聚焦操作的一个示例的说明性示意图。
[0038] 图17是示出图9所示的固态成像装置的成像操作的一个示例的说明性示意截面 图。
[0039] 图18A是示出根据修改示例3-1的调光镜的一个布置示例的示意图。
[0040] 图18B是示出根据修改示例3-2的调光镜的一个布置示例的示意图。
[0041] 图19A是示出根据修改示例4-1的调光镜的一个布置示例的示意图。
[0042] 图19B是示出根据修改示例4-2的调光镜的一个布置示例的示意图。
[0043] 图20A是示出根据修改示例5-1的调光镜的一个布置示例的示意图。
[0044] 图20B是示出根据修改示例5-2的调光镜的一个布置示例的示意图。
[0045] 图20C是示出根据修改示例5-3的调光镜的一个布置示例的示意图。
[0046] 图21是示出根据本公开第三实施例的固态成像装置的主要部分构造的一个示例 的截面图。
[0047] 图22是示出图21所示的固态成像装置的像素阵列的一个示例的说明性示意图。
[0048] 图23A是示出图21所示的固态成像装置的采用全局快门功能的成像操作的一个 示例的说明性示意截面图。
[0049] 图23B是示出继图23A中的操作之后的操作的一个示例的说明性示意截面图。
[0050] 图23C是示出继图23B中的操作之后的操作的一个示例的说明性示意截面图。
[0051] 图24是示出图9所示的固态成像装置的聚焦操作的一个示例的说明性示意截面 图。
[0052] 图25是示出根据修改示例6-1且包括信号处理部分的固态成像装置的主要部分 构造的一个示例的截面图。
[0053] 图26是用于解释图25所示的信号处理部分的校正操作的一个示例的流程图。
[0054] 图27A是图25所示的信号处理部分保存的透射率/反射率数据的一个示例。
[0055] 图27B是示出用于图25所示的信号处理部分的校正操作的校正运算表达式的一 个推导示例的说明性示意图。
[0056] 图27C是示出用于图25所示的信号处理部分的校正操作的校正运算表达式的一 个推导示例的说明性示意图。
[0057] 图28是示出根据修改示例6-2且包括信号处理部分的固态成像装置的主要部分 构造的一个示例的截面图。
[0058] 图29是用于说明图28所示的信号处理部分的校正操作的一个示例的流程图。
[0059] 图30是示出图28所示的信号处理部分的校正操作中所采用的噪声数据计算操作 的一个示例的流程图。
[0060] 图31是示出根据修改示例6-3且包括信号处理部分的固态成像装置的主要部分 构造的一个示例的截面图。
[0061] 图32是图31所示的信号处理部分的校正操作的一个示例的流程图。
[0062] 图33A是图31所示的信号处理部分保存的透射率-电压特性数据的一个示例。 [0063] 图33B是示出图31所示的信号处理部分的校正操作所带来的强度校正效果(动态 范围扩大）的一个示例的说明性示意图。
[0064] 图34是用于说明在图31所示的信号处理部分的校正操作中采用的最优施加电压 计算操作的一个示例的流程图。
[0065] 图35是示出根据修改示例6-4且包括信号处理部分的固态成像装置的主要部分 构造的一个示例的截面图。
[0066] 图36是图35所示的信号处理部分所保存的数据的一个示例，该数据表明了在包 括光屏蔽膜的情况下和在不包括光屏蔽膜的情况下强度上的对应关系。
[0067] 图37是示出根据修改示例7的固态成像装置的驱动操作的一个示例(视差图像获 得操作）的说明性示意图。
[0068] 图38是示出固态成像装置的一个示例的功能模块图。
[0069] 图39是示出根据一个应用示例的电子设备的一个示例的功能性模块图。

【具体实施方式】
[0070] 下面，将参考附图详细描述本公开的某些实施例。应注意，描述将以下面的顺序进 行。
[0071] 1.第一实施例(实现全局快门功能的固态成像装置的一个示例）
[0072] 2.修改示例1 (相邻的四个像素检测相同波长时的像素布置的一个示例）
[0073] 3.修改示例2 (采用白（W)像素时的像素布置的一个示例）
[0074] 4.第二实施例(实现图像表面相差自动聚焦功能的固态成像装置的一个示例）
[0075] 5.修改示例3-1和3-2 (当两个相邻像素设定到相同波长时调光镜的布置示例）
[0076] 6.修改示例4-1和4-2 (当四个相邻像素设定到相同波长时调光镜的布置示例）
[0077] 7.修改示例5-1和5-3 (当采用W像素时调光镜的布置示例）
[0078] 8.第三实施例(实现全局快门功能和图像表面相差自动聚焦功能二者的固态成像 装置的一个示例）
[0079] 9.修改示例6-1 (考虑透射率/反射率的校正处理的一个示例）
[0080] 10.修改示例6-2 (噪声校正处理的一个示例）
[0081] 11.修改示例6-3 (用于扩大动态范围的强度校正处理的一个示例）
[0082] 12.修改示例6-4 (考虑光屏蔽膜的校正处理的一个示例）
[0083] 13.修改示例7 (执行为获得用于立体影像的视差图像的驱动操作的一个示例）
[0084] 14.固态成像装置的整体构造的示例
[0085] 15.应用不例（电子设备的一个不例）
[0086] 〈第一实施例〉
[0087] [构造]
[0088] (像素结构）
[0089] 图1示出了根据本公开第一实施例的固态成像装置的主要部分构造的一个示例。 图2示出了本实施例的像素阵列(颜色阵列）的一个示例。根据本实施例的固态成像装置 例如可由CO) (Charge Coupled Device,电荷f禹合器件）或C0MS图像传感器等构造，并且 具有多个像素二维地设置在成像像素区域(后面描述为像素部分la)中的构造。另外，尽管 它可为后侧照射型、前侧照射型和纵向分光镜型（longitudinal spectroscopic type)中 的任何一种，但是这里作为示例将给出后侧照射型结构。每个像素包括光电转换元件，该光 电转换元件例如可由光电二极管等构造并且可检测例如红（R)、绿（G)和蓝（B)等的任一波 长。在本实施例中，多个像素当中的两个像素 al和a2构造为一组(像素对10A)，并且像素 al和a2被交替地(或顺序地)驱动以从像素对10A获得信号电荷(输出信号DO)。该固态成 像装置包括信号处理部分18,该信号处理部分18构造为对从像素对10A获得的输出信号执 行预定的信号处理。
[0090] 尽管只要像素 al和a2构成共同检测相同波长的一组像素则像素 al和a2可设置 为相邻或分开，但是所希望的是它们相邻设置。例如，每组两个相邻R像素、每组两个相邻 G像素或每组两个相邻B像素可构成像素对10A，以总体上形成如图2所示的Bayer阵列。 以预定比例包括各颜色的像素对10A的阵列定义为单元阵列U。像素 al和a2的每一个的 尺寸(开口宽度)例如可为约2 μ m。这些像素 al和a2包括各自的光电二极管(光电二极管 12A和12B)来作为光电转换元件。
[0091] 光电二极管12A和12B的每一个可形成在基板11内，并且光电二极管12A和12B 可具有相同的构造，尽管为了方便起见由不同的附图标记标示，基板11例如由厚度例如为 约3μπι的硅（Si)制成。光电二极管12A和12B的表面可具有不平坦的形式(例如，作为周 期性的不平坦结构，R像素可具有约55nm的高度和约180nm的节距，G像素可具有约35nm 的高度和约120nm的节距，并且B像素可具有约25nm的高度和约90nm的节距)。包括转移 晶体管Trl和Tr2的像素晶体管以及浮置扩散（FD13)形成在基板11的前表面侧。
[0092] 转移晶体管Trl是开关元件，用于转移光电二极管12A中存储的电荷到FD13。转 移晶体管Tr2是开关元件，用于转移光电二极管12B中存储的电荷到FD13。
[0093] FD13可设置一个以例如用于一个像素对10A，就是说在像素 al和a2之间共享。 FD13通过基板11内形成的配线层连接到信号处理部分18。因为如上所述FD13在像素 al 和a2之间共享，所以来自光电二极管12A和12B的信号的读出被交替地(或顺序地）执行。 另外，因为FD13在像素 al和a2之间共享，所以与FD不在像素之间共享的情况相比能更加 减小转移时产生的噪声的影响。
[0094] 在本实施例中，调光镜(调光镜14A和14B)设置在光电二极管12A和12B的各自 的光入射侧。这里，（对于所有像素而言）调光镜14A (或调光镜14B)逐个像素地设置且设 置为覆盖光电二极管12A (或光电二极管12B)的光接收表面的整个区域。就是说，在本实 施例中，例如在成像像素区域内，可为所有像素对10A设置调光镜14A和14B。这些调光镜 14A和14B对应于本公开一个实施例中的"透射率控制元件"的一个具体示例。
[0095] (调光镜 14A 和 14B)
[0096] 调光镜14A和14B是可通过外部输入(从外部输入的驱动信号）而改变(调整）入 射光透射率的元件，并且可由例如利用所谓变色现象的元件(变色元件）构造。变色元件的 示例可包括利用电压改变特性的电致变色元件、利用温度改变特性的热致变色元件、利用 气体反应的气致变色元件、利用光改变特性的光致变色元件等。在如此构造的调光镜14A 和14B中，例如，每个调光镜的状态可以通过外部输入而经由衰减状态(半透射状态）在透 射状态(透射率相对高的状态）和反射状态(透射率相对低的状态）之间可逆地变换(转换)。 因此，在本实施例中，能够控制例如光电二极管12A和12B的曝光时间，并且还能够使光电 二极管12A和12B暂时地用作存储区域。这些调光镜14A和14B例如可埋设在绝缘层111 中，该绝缘层111形成在基板11的后表面(光接收侧的表面)上。绝缘层111例如可由氧化 硅(例如Si0 2)和/或氮化硅(例如SiN)等制成。滤色层15形成在绝缘层111上。
[0097] 图3示出了当电致变色元件用作调光镜14A和14B时的一个具体构造示例。因为 电致变色元件在上述变色元件当中响应特性好且能以约IV的电压数字化控制电致变色元 件的透射率，所以电致变色元件可很好地用作调光镜14A和14B。图4A示出了处于透射状 态的调光镜14A (14B)的层叠结构的一个示例，并且图4B示出了处于反射状态的调光镜 14A (14B)的层叠结构的一个示例。调光镜14A和14B的每一个例如可为约1. 5μπι厚，并 且连接到各自的驱动电路17。驱动电路17能分别控制调光镜14Α和14Β的电压。
[0098] 调光镜14Α和14Β的每一个可包括一对电极141Α和141Β，并且例如在该一对电 极141Α和141Β之间插设有电致变色层140。尽管用于电致变色层140的材料示例可包 括镁-镍基合金，但是也可采用氧化钨、镁-钛基合金、普鲁士蓝型混合物等。电极141Α 和141Β连接到驱动电路17,并且例如透射率至少为约90%的透明导电膜用作电极141Α和 141Β的每一个。这样的透明导电膜的示例可包括透射率至少为95%的诸如石墨烯和碳纳米 管等的碳纳米材料或者透射率至少为约90%的ΙΤ0 (铟锡氧化物)。
[0099] 另外，除电致变色层140之外的层可设置在电极141Α和141Β之间。例如，可设置 催化剂层(例如，钯（Pd)、钼（Pt)、银（Ag)等)、缓冲层(例如，铝（Α1))、固态电解质层(例如， 氧化钽（Ta 205))、离子存储层(例如，钨青铜(例如HxW03))等。
[0100] 在上述构造中，驱动电路17通过电极141A和141B控制施加到电致变色层140的 电压以改变调光镜14A和14B的透射率。例如，通过施加正（+ :正号）电压到光入射侧的电 极141A和负（-:负号）电压到光出射侧的电极141B，可控制调光镜14A (14B)为透射状态 (图4A)。另一方面，通过施加负（-)电压到光入射侧的电极141A和正（+ )电压到光出射侧 的电极141B，可控制调光镜14A (14B)为反射状态（图4B)。就是说，通过施加极性相反的 电压到调光镜14A (14B)的电极141A和141B并分时转换电压，能够在透射状态和反射状 态之间分时转换调光镜14A (14B)的状态。
[0101] 应注意，在本实施例中，相对于波长（R、G、B)的每一个而言，在调光镜14A和14B 的每一个上的入射光的反射率或透射率例如可设定到" 1"，并且所希望的是这样的反射率 和透射率：在该反射率和透射率下通过以预定周期(例如，一帧周期）施加例如IV的电压而 能实现透射状态和反射状态之间的状态转换。另外，透射状态和反射状态之间的转变时间 (响应时间）由电致变色层140的构造、材料质量和施加电压等决定。此外，所希望的是透射 率或反射率的波长依赖特性的变化在可见光范围（约300nm以上至约800nm以下的范围）内 是均匀的。
[0102] 滤色层15可用于使例如R、G和B中的任一波长被选择性传输。滤色层15可为例 如颜料或染料等被混合在树脂中的类型，并且其厚度例如可为约〇.7μπι。这里，滤色层15 对于每个像素对10Α而言着色为不同的颜色，以在两个相邻的像素 al和a2中检测相同的 波长。例如，芯片上透镜16可设置在滤色层15上。应注意，没有示出的平坦化层、保护层 等可形成在芯片上透镜16和滤色层15之间。另外，所谓的内透镜还可形成在滤色层15和 调光镜14A和14B之间。
[0103] 芯片上透镜16例如可由无机或有机透明材料制成，并且用于将入射在固态成像 装置上的光聚集到光电二极管12A (或光电二极管12B)中。尽管芯片上透镜16可设置在 每个像素 al(或像素 a2)上，但是它可设置为跨过像素 al和a2,如稍后描述的第三实施例。 然而，从成像分辨率的角度看，优选为一个像素 al (或像素 a2)设置一个芯片上透镜16。
[0104] 信号处理部分18是用于通过对从每个像素对10A获得的输出信号D0 (信号电荷） 执行预定的信号处理(诸如复位、选择、放大、A/D转换、伽玛校正、白平衡调节等的各种信号 处理）而输出图像信号Dout的电路部分。
[0105] [操作]
[0106] 在本实施例的固态成像装置中，当光经由芯片上透镜16入射到像素 al和a2上 时，入射光线（详细而言，如稍后所描述的那样入射光中已经传输通过调光镜14A和14B光 线）被光电二极管12A和12B接收（吸收）并且经受光电转换。因此，在光电二极管12A和 12B中产生信号电荷(例如，电子)，并且所产生的信号电荷以预定的时间传输到FD13 (通过 使转移晶体管Trl和Tr2导通)。以这样的方式从各像素 al和a2读出的信号电荷被作为输 出信号D0输入到信号处理部分18中。输出信号D0经受信号处理部分18的预定的信号处 理，然后作为图像信号Dout输出到外部(或者存储在没有示出的存储部分等中）。应注意， 由稍后描述的周边电路部分130执行驱动以从各像素 al和a2读出输出信号D0。
[0107] 这里，在本实施例中，输出信号DO通过驱动调光镜14A和14B且同时控制调光镜 14A和14B的透射率而从像素 al和a2获得。因此，可实现如下描述的采用该全局快门功能 的成像操作(第一成像操作)。
[0108] 图5是示出通过采用如上所述的调光镜14A和14B的全局快门功能而实现的成像 操作的一个示例的流程图。图6A至图6F示意性地示出了像素对10A中执行的曝光、光电 转换、信号电荷存储和信号电荷读出的一系列操作的示例。
[0109] 在本实施例中，首先，像素 al和a2之一的调光镜(这里，假设为调光镜14A)被控 制到透射状态，并且另一个像素的调光镜(调光镜14B)被控制到反射状态(步骤S110)。因 此，在像素 al中入射光L1透射通过调光镜14A而在像素 a2中入射光L2被调光镜14B反 射，像素 al被曝光，如图6A所示。结果，在像素 al中，透射通过调光镜14A的光经受光电 二极管12A的光电转换(步骤S111)。
[0110] 然后，像素 al的调光镜14A被控制到反射状态(从透射状态转换到反射状态）（步 骤S112)。因此，光电二极管12A进入在曝光周期(调光镜14A被控制到透射状态的周期） 中执行光电转换所产生的信号电荷(例如，电子e)被存储的状态(步骤S113)，如图6B所示。 就是说，通过控制调光镜14A，能够控制像素 al的曝光周期并且光电二极管12A可用作暂时 存储信号电荷的存储区域。
[0111] 之后，转移晶体管Trl导通以将光电二极管12A中存储的信号电荷读出到FD13中 (步骤S114)。在上述情况下，转移晶体管Tr2截止。因此，获得来自像素 al的输出信号D0， 如图6C所示。以上述方式在像素 al中实现曝光、光电转换、信号电荷存储和信号电荷读出 这些操作(步骤S110至步骤S114)。在所有的像素对10A中执行一系列的步骤S110至步骤 S114 (称为步骤S11)中的各操作。
[0112] 另一方面，像素 a2的调光镜14B被控制到透射状态并且调光镜14A被控制到反射 状态(调光镜14A保持在反射状态)，这与来自上述光电二极管12A的信号的读出时间同步 (步骤S114)或者在执行信号读出后即刻执行(步骤S120)。因此，入射光L2透射通过像素 a2中的调光镜14B而入射光L1被像素al中的调光镜14A反射，像素a2被曝光，如图6D 所示。结果，在像素a2中，透射通过调光镜14B的光经受光电二极管12B的光电转换(步骤 S121)。
[0113] 然后，像素a2的调光镜14B被控制到反射状态(从透射状态转换到反射状态）（步 骤S122)。因此，光电二极管12B进入在曝光周期(调光镜14B被控制到透射状态的周期） 中通过光电转换所产生的信号电荷(例如，电子e)被存储的状态(步骤S123)，如图6E所示。 就是说，通过控制调光镜14B，能够控制像素a2的曝光周期并且光电二极管12B可用作信号 被暂时存储的存储区域。
[0114] 之后，转移晶体管Tr2导通以将光电二极管12B中存储的信号电荷读出到FD13 中（步骤S124)。在上述情况下，转移晶体管Trl截止。因此，获得来自像素a2的输出信号 D0。以上述方式在像素a2中实现曝光、光电转换、信号电荷存储和信号电荷读出这些操作 (步骤S120至步骤S124)。在所有的像素对10A中执行一系列步骤S120至步骤S124(称为 步骤S12)中的各操作。然后，通过在像素对10A上交替且重复地执行上述步骤S11和步骤 S12直到停止成像(步骤S125中的Y)而获得时间连续的图像。
[0115] 通过从像素al和a2交替地读出输出信号D0并控制调光镜14A和14B的透射率， 能在像素部分的表面内将光电二极管12A和12B的每一个的曝光周期控制为恒定。
[0116] 这里，在常规的CMOS图像传感器中，因为在曝光开始后光电二极管中存储的信号 电荷被从每个像素或每个像素行顺序读出，所以每个像素的曝光周期不能保持恒定并且在 成像时可能发生失真(例如，在物体运动时)。作为改善这种失真的功能，可给出全局快门功 能。然而，在常规的全局快门功能中，光电转换产生的电荷被传输到并存储的存储区域需另 外地单独设置。因此，减小了光电二极管区域(光接收区域)，并且减小了用于获得适当输出 信号的入射光量范围(动态范围)。这可能成为问题，特别是在这样的环境下：例如，在很强 的阳光下，在晴天的白雪覆盖的山上，在晴天的海岸线上，等等。因此，存在这样一种技术， 通过在光电二极管区域和存储区域之间设置溢流通道且通过溢流通道将光电二极管区域 溢流的光电荷传输到存储区域来避免动态范围的减小。另外，还存在这样一种技术，通过设 计来调制存储区域和光电二极管区域之间的势垒，从而保持存储区域中溢流的光电荷。已 进行了各种设计以补偿由于如上所述的在全局快门功能中存在存储区域而引起的缺点。然 而，可能需要安装光屏蔽膜以屏蔽存储区域和用于传输的多个晶体管，因此结构可能会变 得复杂。另外，随着像素精细化和驱动电压减小的发展，传输结构可能变得更加复杂。结 果，传输通道的电势设计可能变得复杂，由于传输失败噪声可能增加，并且图像质量可能显 著下降。
[0117] 另一方面，在本实施例中，通过控制调光镜14A和14B，能够控制所有像素(所有像 素对10A)中的像素al和a2的曝光周期恒定，因此能够如上所述减少成像的失真。就是说， 能够实现全局快门功能。另外，因为能使光电二极管12A和12B暂时用作存储区域，所以不 必另外地单独设置存储区域。因此，能够避免在常规全局快门功能中发生的动态范围减小， 并且也能够获得简化传输通道设计以减少传输噪声的效果。
[0118] 另外，通过读出信号并将调光镜14A和14B二者控制为透射状态，还能够实现不采 用全局快门功能的成像操作。另外，可通过外部信号的输入来设定是否执行采用全局快门 功能的成像操作。通过以上述方式控制调光镜14A和14B，能够对全局快门功能的采用/不 采用进行自由的转换。
[0119] 在根据本实施例的固态成像装置中，如上所述，执行从像素 al和a2读出输出信号 D0的驱动并同时控制设置在像素对10A的光电二极管12A和12B的光入射侧的调光镜14A 和14B的透射率。因此，能够控制每个像素的曝光周期，并且能够执行例如全局快门功能。 就是说，能够实现成像功能和其它附加功能。
[0120] 〈修改示例1>
[0121] 尽管在上述第一实施例中已经示例性描述了像素对10A包括两个像素的情况，但 是像素对10A可包括三个或更多个像素。例如，通过对于相同波长而言设定四个相邻的像 素，可形成如图7所示的Bayer阵列。上述驱动可通过使作为像素对10A的这四个像素成 为一组而实现。在此情况下，浮置扩散可被四个像素共享。
[0122] 〈修改示例2>
[0123] 备选地，除了 R、G和B三个像素之外可采用W (白色）像素。例如，R、G、B和W四 个像素可构造为单元阵列U1，如图8所示。在此情况下，可不为W像素设置滤色片，或者在 可见光区域(例如，约300nm以上至约800nm以下)不吸收的膜可形成在例如芯片上透镜16 之下。通过以上述方式利用W像素，能够增加亮度。
[0124] 〈第二实施例〉
[0125] 下面，将描述根据本公开第二实施例的固态成像装置。在下面的描述中，相同的附 图标记标示与第一实施例相同的构成元件，并且其描述被适当省略。
[0126] [构造]
[0127] (像素结构）
[0128] 图9示出了根据本公开第二实施例的固态成像装置的主要部分构造的一个示例。 图10示出了本实施例的像素阵列(颜色阵列)的一个示例。图11示出了像素对中的调光镜 的布置的一个示例。根据本实施例的固态成像装置可以以与第一实施例相同的方式由例如 C⑶或CMOS图像传感器等构造，并且具有多个像素二维地设置在成像像素区域(稍后描述 的像素部分la)中的构造。另外，还是在本实施例中，多个像素当中的两个像素 al和a2形 成为一组(像素对10A)，并且通过以与第一实施例相同的方式交替(或顺序)驱动像素 al和 a2而从像素对10A获得信号电荷(输出信号D0)。像素 al和a2分别包括光电二极管12A 和12B，并且可检测例如R、G和B的任一波长。
[0129] 同样在本实施例中，只要像素 al和a2构成共同检测相同波长的一组像素，则像素 al和a2 (像素对10A)可设置为相邻或分开。例如，像素可为Bayer阵列的形式，该Bayer 阵列以与上述第一实施例相同的方式包括R、G和B的单元阵列U，如图10所示。另外，分 别为像素 al和a2设置转移晶体管Trl和Tr2,并且在本实施例中FD也在像素 al和a2之 间共享。另外，调光镜(调光镜20A和20B)设置在光电二极管12A和12B的光入射侧，并且 滤色片15和芯片上透镜16形成在调光镜20A和20B上。为像素 al和a2的每一个设置芯 片上透镜16。调光镜20A和20B对应于本公开一个实施例中的"透射率控制元件"的一个 具体示例。
[0130] 以与上述第一实施例中的调光镜14A和14B相同的方式，调光镜20A和20B可以 例如埋设在于基板11的后表面(光接收侧表面)上形成的绝缘层111中。另外，调光镜是能 够通过外部输入而改变(调整)入射光的透射率的元件并且由如上所述的变色元件构造。因 此，可执行驱动以例如也可在调光镜20A和20B中可逆地进行透射状态和反射状态之间的 转变(转换)。
[0131] 然而，在本实施例中，调光镜20A和20B设置为仅覆盖光电二极管12A和12B的各 自的光接收表面的一部分(仅面对光电二极管12A和12B的各自的光接收表面的一部分)。 例如，调光镜20A和20B可形成在像素 al和a2的一半或更小的区域中，并且每个调光镜的 宽度d可设定到例如像素宽度的一半或更小(例如，约Ιμπι)，如图11所示。另外，调光镜 20Α和20Β可设置成相对以相对于像素对10Α而言形成间隙(狭缝)，并且调光镜20Α和20Β 例如可相对于像素对10Α的边界线C对称设置。然而，调光镜20Α和20Β的诸如设置方式、 宽度等的布局不限于如上所述。可进行任何的布局，只要能够通过控制调光镜20Α和20Β 的透射率(控制光屏蔽状态）而限制整个像素对10Α的光接收区域即可。
[0132] 另外，尽管将稍后描述细节，但是调光镜20Α和20Β不必设置在所有的像素上，而 是可选择性地设置在一部分像素上(一个或多个像素对10Α上)。
[0133] 图12Α示出了电致变色元件用作调光镜20Α和20Β的一个构造示例。图12Β示出 了调光镜20Α (20Β)的层叠结构的一个示例。调光镜20Α和20Β的每一个的厚度例如可为 约1. 5 μ m，类似于上述第一实施例的调光镜14Α和14Β，并且调光镜20Α和20Β连接到各自 的驱动电路17。通过驱动电路17能分别控制调光镜20A和20B的电压。另外，调光镜20A 和20B的每一个的层叠结构也与上述第一实施例中的调光镜14A和14B的每一个相同，并 且调光镜20A和20B的每一个包括一对电极141A和141B，在该一对电极141A和141B之间 插设有由上述材料制成的电致变色层140等。
[0134] 在上述构造中，每个驱动电路17通过控制经由电极141A和141B施加到电致变色 层140的电压而改变每个调光镜20A和20B的透射率。例如，通过施加正（+ )电压到光入 射侧的电极141A和负（-)电压到光出射侧的电极141B (以与图4A相同的方式）能控制调 光镜20A (20B)处于透射状态。另一方面，通过施加负（_)电压到光入射侧的电极141A和 正（+ )电压到光出射侧的电极141B (以与图4B相同的方式）能控制调光镜20A (20B)处于 反射状态。以与上述调光镜14A和14B相同的方式，通过控制电压同样能在如上所述的调 光镜20A (20B)中实现透射状态和反射状态之间的转换
[0135] 在本实施例中，通过如上所述控制调光镜20A和20B的透射率，能控制例如光电二 极管12A和12B的光接收区域。
[0136] 信号处理部分18是用于通过对从如上所述的每个像素对10A获得的输出信号D0 (信号电荷）执行预定的信号处理(诸如复位、选择、放大、A/D转换、伽玛校正、白平衡调节等 的各种信号处理)而输出图像信号Dout的电路部分。然而，尽管将稍后描述细节，但是在本 实施例中还包括运算操作电路部分(相差运算操作电路部分18A)，该运算操作电路部分(相 差运算操作电路部分18A)用于在要执行聚焦操作（自动聚焦模式)时在输出信号D0的基础 上执行聚焦操作的相差检测、比较等。
[0137] [操作]
[0138] 在根据本实施例的固态成像装置中，当光经由芯片上透镜16入射到像素 al和a2 上时，以与上述第一实施例相同的方式入射光线被光电二极管12A和12B接收（吸收）且经 受光电转换。因此，信号电荷(例如，电子）在光电二极管12A和12B中产生，并且所产生的 信号电荷以预定的时间传输到FD13。从各像素 al和a2读出的信号电荷作为输出信号DO 而被输入信号处理部分18中。
[0139] 这里，以与上述第一实施例相同的方式，在该实施例中也可通过驱动调光镜20A 和20B并控制调光镜20A和20B的透射率而从像素 al和a2交替地获得输出信号D0。此 时，如稍后所描述的，在本实施例中可执行利用图像表面相差的聚焦操作和成像操作(第二 成像操作)。
[0140] 图13是示出如上所述的采用调光镜20A和20B执行聚焦操作和成像操作的一个 示例的流程图。图14示意性地示出了在执行聚焦操作（自动聚焦模式）时像素对10A中的 曝光、光电转换、信号电荷存储和信号电荷读出这些状态的一个示例。图17示意性地示出 了在执行成像操作(成像模式)时像素对10A中的曝光、光电转换、信号电荷存储和信号电荷 读出这些状态的一个示例。
[0141] (聚焦操作：自动聚焦模式）
[0142] 在本实施例中，首先，像素 al和a2的调光镜20A和20B二者被控制到反射状态(步 骤S130)。然后，设置在固态成像装置的光入射侧的成像透镜(照相机镜头）沿着光轴前后 运动(步骤S131 )。在像素 al和a2上的入射光L当中通过没有被调光镜20A和20B覆盖的 区域的光线入射到光电二极管12A和12B上，如图14所示。入射光线经受光电二极管12A 和12B的光电转换，并且产生信号电荷(例如，电子e)(步骤S132)。通过控制调光镜20A 和20B为反射状态调光镜20A和20B可用作狭缝，并且如上所述地控制像素对10A的光接 收区域。
[0143] 然后，通过交替(顺序)地导通转移晶体管Trl和Tr2,输出信号D0 (指输出信号Da 和Db)经由FD13交替地被从光电二极管12A和12B读出（步骤S133)。在光接收区域被如 上所述限定的情况下，读出的输出信号Da和Db具有彼此不同的相位。这些输出信号Da和 Db被输入到信号处理部分18中。
[0144] 在信号处理部分18中，相差运算操作电路部分18A在输出信号Da和Db的基础上 计算相差abl (例如，图15)(步骤S134)。这里，相差运算操作电路部分18A事先保存成 像透镜在焦点上时获得的相差以作为基准相差(基准相差ab)，并且相差运算操作电路部分 18A比较基准相差ab与计算得到的相差abl以确定在焦点上/不在焦点上（步骤S135)。 结果，当相差abl与基准相差ab匹配时，确定"在焦点上"（步骤S135中的Y)，并且处理继 续到下面的步骤(成像操作）。另一方面，当确定的结果是相差abl不匹配基准相差ab (例 如，见图16)时，确定"不在焦点上"（步骤S135中的N)，并且返回到上述步骤S131再一次 执行上述步骤S131至步骤S135的处理操作。以上述方式，在调光镜20A和20B被控制到 反射状态且运动成像透镜的同时执行相差检测和比较。重复执行这一系列处理操作直到获 得"在焦点上"的确定结果，由此焦点被自动确定。
[0145] (成像操作：成像模式）
[0146] 接下来，在执行常规的成像时(在已经执行上述聚焦操作后)，像素 al和a2的调光 镜20A和20B二者被控制到透射状态(步骤S140)。因此，像素 al和a2上的入射光线L不 被调光镜20A和20B屏蔽，几乎所有的入射光线L都入射到光电二极管12A和12B上。入 射光线L经受光电二极管12A和12B的光电转换，并且产生信号电荷(例如，电子e)(步骤 S141)。然后，通过交替(顺序）导通转移晶体管Trl和Tr2,输出信号D0经由FD13而从光 电二极管12A和12B交替读出（步骤S142)。然后，重复执行步骤S141和步骤S142,直到完 成成像(步骤S143中的Y)。所获得的输出信号DO输入到信号处理部分18中。
[0147] 通过控制调光镜20A和20B到透射状态且通过以上述方式从像素对10A读出输出 信号D0,能够由光电二极管12A和12B的整个区域接收光，就是说，能够实现光电转换而不 限制光接收区域。
[0148] 这里，在常规的CMOS图像传感器中采用图像表面相差执行的自动聚焦功能例如 可以如下。就是说，狭缝以预定的间隔设置在图像传感器的光接收表面中，并且经由狭缝入 射的光线的相位通过前后移动成像透镜而改变(导致发生相差)。该自动聚焦功能是通过比 较该相差与在焦点上的状态下的相差而自动调焦的功能。然而，在此情况下，因为占据每个 像素几乎一半面积的狭缝设置在光接收表面上，所以减小了实质的光接收区域。因此，降低 了灵敏度。另外，当具有大量噪声（白点）的像素设置在用于相差检测且具有如上形成的狭 缝的像素周围时，图像校正变得困难并使得图像质量下降。因此，存在这样的技术等，通过 例如在三个像素的组中在各像素中于渐渐偏离光轴的位置处设置狭窄的狭缝并且对来自 这三个像素的光量位置变化执行校正运算处理，可在抑制灵敏度降低的同时检测相差。然 而，因为如上所述的在光接收表面中设置狭缝的技术会形成光屏蔽区域，所以难以使获得 的输出等于没有狭缝的像素的输出。
[0149] 另一方面，在本实施例中，通过控制调光镜20A和20B的状态，可根据操作模式（自 动聚焦模式或成像模式)而改变像素 al和a2中的光接收区域(光接收面积)。因此，能够实 现图像表面相差自动聚焦功能而不降低执行常规成像时的灵敏度。另外，借助于可逆地控 制调光镜20A和20B的透射率，通过外部输入信号使模式在自动聚焦模式和成像模式之间 自由地转换来执行成像。
[0150] 在根据本实施例的固态成像装置中，如上所述，在控制于像素对10A的光电二极 管12A和12B的光入射侧设置的调光镜20A和20B的透射率的同时执行从像素 al和a2读 出输出信号D0的驱动。因此，能够控制每个像素中的光接收区域，并且能采用例如图像表 面相差而实现自动聚焦功能。就是说，能实现成像功能和其它附加功能。
[0151] 下面，将描述调光镜20A和20B的设置示例以作为上述第二实施例的修改示例。
[0152] 〈修改示例3_1>
[0153] 图18A示出了根据修改示例3-1的调光镜20A和20B的一个设置示例。调光镜20A 和20B可设置在像素阵列的所有像素中，在该像素阵列中两个像素构成一个像素对10A，如 图18A所示。通过如上所述在所有像素(所有像素对10A)中设置调光镜20A和20B，能将焦 点调整到成像区域的任意位置。另外，在此情况下，通过信号处理部分18执行的信号处理 以采用来自某像素的周围像素的输出信号内插该像素的输出信号，可补偿亮度上的降低。 另外，尽管可每个像素单独地执行向调光镜20A和20B施加电压，但是通过执行每个像素列 (或像素行）的电压施加能够降低功耗。
[0154] 〈修改示例3_2>
[0155] 图18B示出了根据修改示例3-2的调光镜20A和20B的一个设置示例。调光镜 20A和20B可设置在像素阵列的一部分像素对10A (例如，包括G像素的像素对10A)中，在 该像素阵列中两个像素构成一个像素对10A，如图18B所示。
[0156] 〈修改示例4_1>
[0157] 图19A示出了根据修改示例4-1的调光镜20A和20B的一个设置示例。调光镜 20A和20B可设置在像素阵列(例如，图7中的像素阵列）的所有像素中，在该像素阵列中四 个像素构成一个像素对10A，如图19A所示。因此，能将焦点调整到成像区域的任意位置。 另外，通过如上所述由信号处理部分18执行插入，能够补偿亮度上的降低。此外，通过每个 像素列（或像素行）地施加电压到调光镜20A和20B，能够降低功耗。
[0158] 〈修改示例4_2>
[0159] 图19B不出了根据修改不例4-2的调光镜20A和20B的一个设置不例。调光镜 20A和20B可设置在像素阵列（例如，图7中的像素阵列）的一部分像素对10A (例如，包括 G像素的像素对10A)中，在该像素阵列中四个像素构成一个像素对10A，如图19B所示。
[0160] 〈修改示例5_1>
[0161] 图20A不出了根据修改不例5-1的调光镜20A和20B的一个设置不例。调光镜 20A和20B可设置在采用W像素的像素阵列(例如，图8中的像素阵列）的所有像素中，如图 20A所示。因此，能够将焦点调整到成像区域的任意位置。另外，因为采用W像素，所以即使 在所有像素中均设置调光镜20A和20B也能抑制亮度上的降低。此外，通过每个像素列(或 像素行）地施加电压到调光镜20A和20B，能够降低功耗。
[0162] 〈修改示例5_2>
[0163] 图20B示出了根据修改示例5-2的调光镜20A和20B的一个设置示例。调光镜 20A和20B可设置在采用W像素的像素阵列（例如，图8中的像素阵列）的R、G和B的每个 像素中，并且调光镜可设置为覆盖W像素的光电二极管的光接收表面的整个区域(就是说， 类似于上述第一实施例中的调光镜14A和14B)。
[0164] 〈修改示例5_3>
[0165] 图20C示出了根据修改示例5-3的调光镜20A和20B的一个设置示例。调光镜 20A和20B可设置在采用W像素的像素阵列（例如，图8中的像素阵列的一部分像素对10A (例如，包括G像素的像素对10A)中，如图20C所示。
[0166] 〈第三实施例〉
[0167] 下面，将描述根据本公开第三实施例的固态成像装置。在下面的描述中，相同的附 图标记标示与上述第一和第二实施例相同的构成元件，并且其描述将被适当省略。
[0168] [构造]
[0169] (像素结构）
[0170] 图21示出了根据第三实施例的固态成像装置的主要部分构造的一个示例。图22 示出了本实施例的像素阵列(颜色阵列)的一个示例。以与上述第一和第二实施例相同的方 式，根据本实施例的固态成像装置例如可由CCD或CMOS图像传感器等构造并且具有多个像 素二维地设置在成像区域(稍后描述的像素部分la)中的构造。另外，还是在本实施例中， 以与上述第一和第二实施例相同的方式，在多个像素中两个像素组成一个像素对，并且通 过交替(或顺序）驱动这两个像素而从像素对获得信号电荷(输出信号D0)。每个像素包括 光电二极管，并且例如可检测R、G、B等任一波长。
[0171] 然而，本实施例构造为使两个相邻像素对(像素对10A1和10A2)检测相同的波长。 具体而言，一个像素对10A1包括像素 all和al2,另一个像素对10A2包括像素 al3和al4， 这四个像素 all至al4共同检测相同的波长。例如如图22所示，像素 all至al4可并排相 邻设置并且总体上形成R、G和B的Bayer阵列。
[0172] 在像素 all至al4中，光电二极管12A1至12A4形成在基板11中，并且转移晶体 管Trl和Tr2以及一个FD13以与上述第一实施例的固态成像装置相同的方式设置在像素 对10A1和10A2的每一个中。像素对10A1和10A2的每一个的FD13连接到信号处理部分 18。另外，调光镜14A1至14A4设置在光电二极管12A1至12A4的光入射侧，以覆盖各光接 收表面的整个区域。这些调光镜14A1至14A4例如可由电致变色元件构造，类似于上述第 一实施例中的调光镜14A和14B，并且调光镜的每一个构造为使其状态可通过如上所述的 电压控制而在透射状态和反射状态之间可逆地转换。滤色层15和芯片上透镜16形成在这 些调光镜14A1至14A4上。
[0173] 另外，在本实施例中，芯片上透镜16设置为不对应于像素 all至al4的每一个而 是对应于像素对10A1和10A2的每一个(一个芯片上透镜16形成为跨过像素 all和al2或 者像素 al3和al4)。另外，像素对10A1和10A2的每一个的宽度dl例如可为约2. 5 μ m，并 且调光镜14A1至14A4的每一个的宽度d2例如可为约1 μ m。
[0174] 信号处理部分18是用于通过对从如上所述的每个像素对10A获得的输出信号DO (信号电荷）执行预定的信号处理(诸如复位、选择、放大、A/D转换、伽玛校正、白平衡调节等 的各种信号处理）而输出图像信号Dout的电路部分。另外，以与上述第二实施例相同的方 式在本实施例中还进一步包括相差运算操作电路部分18A，该相差运算操作电路部分18A 用于执行聚焦操作的相差检测、比较等。
[0175] [操作]
[0176] 在根据本实施例的固态成像装置中，当光经由芯片上透镜16入射到像素 all至 al4上时，以与上述第一实施例相同的方式入射光线被光电二极管12A1至12A4接收(吸收） 并且经受光电转换。因此，信号电荷(例如，电子）在光电二极管12A1至12A4中产生，并且 所产生的信号电荷以预定的定时传输到FD13。从各像素 all至al4读出的信号电荷作为输 出信号D0被输入到信号处理部分18。
[0177] 这里，在本实施例中，芯片上透镜16对应于像素对10A1和10A2的每一个而设置， 并且在驱动这些像素对10A1和10A2中的调光镜14A1至14A4的同时获得输出信号D0。因 此，在本实施例中，如下面所描述的那样，能够实现上述第一实施例的全局快门功能和上述 第二实施例的图像表面相差自动聚焦功能二者。图23A至图23C示意性地示出了在采用全 局快门功能执行成像操作时曝光、光电转换、电荷信号存储和电荷信号读出这一系列操作 的示例。图24示意性地示出了在采用图像表面相差执行聚焦操作时曝光、光电转换、电荷 信号存储和电荷信号读出这些状态的一个示例。
[0178] (采用全局快门功能的成像操作）
[0179] 在执行采用全局快门功能的成像操作时，例如可执行如下的驱动操作。首先，像素 对10A1和10A2中一个像素(例如，像素 all和al3)的调光镜(调光镜14A1和14A3)被控制 到透射状态，并且除上述调光镜之外的调光镜(调光镜14A2和14A4)被控制到反射状态，如 图23A所示。因此，在像素 all中入射光L1透射通过调光镜14A1，同时在像素 al2中入射 光L2被调光镜14A2反射，像素对10A1中的像素 all被曝光。在像素 al3中入射光L3透 射通过调光镜14A3,同时在像素 al4中入射光L4被调光镜14A4反射，像素对10A2中的像 素 al3被相似地曝光。结果，透射通过调光镜14A1和14A3的光线经受像素 all和al3中 的光电二极管12A1和12A3的光电转换。
[0180] 然后，像素 all和al3的调光镜14A1和14A3被控制到反射状态(从透射状态转换 到反射状态)，如图23B所示。因此，光电二极管12A1和12A3进入曝光周期(调光镜14A1 和14A3被控制到透射状态的周期）中的光电转换所产生的信号电荷(例如，电子e)被存储 的状态。以与上述第一实施例相同的方式在本实施例中也如上所述地控制像素 all和al3 的曝光周期，并且光电二极管12A1和12A3用作暂时保存信号电荷的存储区域。
[0181] 之后，在各像素对10A1和10A2中，转移晶体管Trl导通，光电二极管12A1和12A3 中存储的信号电荷读出到FD13,如图23C所示。因此，获得来自像素 all和al3的每一个的 每个输出信号D0。以上述方式在像素 all和al3中执行曝光、光电转换、信号电荷存储和信 号电荷读出这一系列操作。在所有的像素对10A1和10A2中执行这一系列操作。
[0182] 另一方面，像素 al2和al4的调光镜14A2和14A4被控制到透射状态并且调光镜 14A1和14A3被控制到反射状态，这与来自上述光电二极管12A1和12A3的信号的读出时间 同步或者在执行信号读出（调光镜14A1和14A3保持在反射状态）后即刻执行。因此，入射 光L2和L4透射通过像素 al2和al4中的调光镜14A2和14A4,入射光L1和L3被像素 al 1 和al3中的调光镜14A1和14A3反射，像素 al2和al4被曝光。
[0183] 与上述像素 all和al3 -样，以上述方式也在像素 al2和al4上执行曝光、光电转 换、电荷信号存储和电荷信号读出这些操作。因此，以与上述第一实施例相同的方式，像素 al2和al4的曝光周期被控制，另外光电二极管12A2和12A4暂时用作存储区域。然后，转 移晶体管Tr2导通，信号从各像素对10A1和10A2中的光电二极管12A2和12A4读出。因 此，也从像素 al2和al4获得输出信号D0。
[0184] 通过如上所述从像素 all和al2并从像素 al3和al4交替地读出输出信号DO并 且控制调光镜14A1至14A4的透射率，能够在像素部分的表面中将光电二极管12A1至12A4 的每一个的曝光周期控制为恒定。另外，也能够使光电二极管12A1至12A4的每一个暂时 用作存储区域。因此，能够实现全局快门功能，其具有与上述第一实施例获得的效果相同的 效果。
[0185] (采用图像表面相差的聚焦操作）
[0186] 在执行采用图像表面相差的聚焦操作时，例如可执行如下的驱动操作。就是说，像 素对10A1和10A2中一个像素(例如，像素 all和al4)的调光镜14A1和14A4被控制到反 射状态，像素对10A1和10A2中另一个像素(像素 al2和al3)的调光镜14A2和12A3被控 制到透射状态，如图24所示。另外，固态成像装置的光入射侧设置的成像透镜(照相机镜头） 沿着光轴前后运动。在像素 all至al4上的入射光L1至L4当中，通过控制调光镜14A1和 14A4为反射状态且控制调光镜14A2和14A3为透射状态，入射光L1和L4被调光镜14A1和 14A4反射。另一方面，入射光L2和L3透射通过调光镜14A2和14A3并且入射到光电二极 管12A2和12A3上。这些入射光经受光电二极管12A2和12A3的光电转换，并且产生信号 电荷(例如，电子e)。以与上述第二实施例相同的方式，在本实施例中，调光镜14A1至14A4 用作狭缝，并且通过如上所述控制调光镜14A1至14A4来控制像素对10A1和10A2的光接 收区域。
[0187] 然后，通过导通对应于光电二极管12A2和12A3的转移晶体管Tr2和Trl，输出信 号D0 (输出信号Da和Db)从光电二极管12A2和12A3经由FD13读出。在光接收区域被如 上所述地限制的状态下，读出的输出信号Da和Db具有彼此不同的相位。这些输出信号Da 和Db被输入到信号处理部分18中。
[0188] 在信号处理部分18中，相差运算操作电路部分18A在输出信号Da和Db的基础上 计算相差，比较计算相差与事先已经保存的基准相差，并且确定在焦点上/不在焦点上。当 作为确定结果而获得"在焦点上"时，操作可移动到例如常规的成像操作或者采用上述全局 快门功能的成像操。另一方面，当作为确定结果而获得"不在焦点上"时，再一次执行上述一 系列处理操作。如上所述通过控制调光镜14A1和14A4为反射状态且调光镜14A2和14A3 为透射状态并且同时移动成像透镜，执行相差检测和比较。通过重复执行这一系列处理操 作直到作为确定结果而获得"在焦点上"，焦点被自动地确定。因此，能够实现图像表面相差 自动聚焦功能，其具有与上述第二实施例相同的效果。
[0189] 在根据本实施例的固态成像装置中，如上所述，在控制于两个相邻像素对10A1和 10A2的光电二极管12A1至12A4的光入射侧设置的调光镜14A1至14A4的透射率的同时， 执行从像素 all至al4读出输出信号D0的驱动。因此，能够控制每个像素的曝光周期和光 接收区域，并且因此能够实现全局快门功能和图像表面相差自动聚焦功能二者。就是说，能 够实现成像功能和其它附加功能。
[0190] 接下来，将描述在图像处理部分18中执行的校正处理的一个示例，以作为根据上 述第一至第三实施例的固态成像装置的修改示例(修改示例6-1至6-4)。另外，在修改示例 7中，将描述采用根据第一至第三实施例的固态成像装置的像素结构的其它驱动操作示例。 应注意，在下面的描述中，相同的附图标记标示与上述第一至第三实施例相同的构成元件， 并且其描述将被适当省略。另外，在除修改示例6-4之外的修改示例的描述中，采用根据第 一至第三实施例的固态成像装置当中的根据第一实施例的固态成像装置的像素结构(像素 对10A)来进行描述。
[0191] 〈修改示例6_1>
[0192] 图25示出了根据修改示例6-1的固态成像装置的主要部分构造的一个示例。与 根据上述第一实施例等的装置类似，根据本修改示例的固态成像装置例如可由CCD或CMOS 图像传感器等构造。在根据本修改示例的固态成像装置中，信号处理部分18包括输出校正 电路18B。
[0193] 输出校正电路18B是用于通过考虑调光镜14A和14B的每一个的有效的透射率 (透射率Rt)和反射率(反射率Rr)而执行输出信号D0 (具体而言，基于输出信号D0的信号） 的校正的电路部分。尽管在上述第一实施例等中已经描述了假定调光镜14A和14B的每一 个的透射率和反射率的每一个被设定到理想的"1"，但是实际上由于调光镜14A和14B的每 一个的漏光(或光损耗）而存在透射率和反射率的每一个没有达到1的情况。在此情况下， 执行考虑透射率Rt和反射率Rr的输出校正处理。
[0194] 具体而言，在以与上述第一实施例相同的方式控制调光镜14A和14B的透射率的 同时，在光电二极管12A中执行曝光、光电转换、信号电荷存储和信号电荷读出这一系列操 作(上述第一实施例中的步骤S11)，如图26所示。然后，当来自光电二极管12A的输出信 号D0输入到信号处理部分18中时，信号处理部分18执行针对如此输入的输出信号D0考 虑透射率和反射率的校正处理(步骤S210)。然后，在以与上述第一实施例相同的方式控制 调光镜14A和14B的透射率的同时，在光电二极管12B中执行曝光、光电转换、信号电荷存 储和信号电荷读出这一系列操作(上述第一实施例中的步骤S12)。然后，当来自光电二极管 12B的输出信号DO输入到信号处理部分18中时，信号处理部分18基于如此输入的输出信 号DO并考虑透射率和反射率而执行校正处理(步骤S211)。这一系列处理操作（步骤S11、 S210、S12和S211)反复执行，直到成像完成(步骤S212中的Y)。
[0195] 这里，在上述步骤S210和S211中，信号处理部分18具体由输出校正电路18B执 行如下的校正处理。就是说，信号处理部分18 (输出校正电路18B)事先针对调光镜14A和 14B上入射的光的波长测量透射率Rt和反射率Rr，并且保持测量的结果(在下文，称为透射 率/反射率数据)。针对可见光范围（约300nm以上至约800nm以下)的波长的透射率Rt和 反射率Rr示于图27A中，以作为透射率/反射率数据的一个示例。然后，通过下面的采用 这样的透射率/反射率数据的校正运算操作来执行输出校正。
[0196] 就是说，假设调光镜14A和14B的每一个上的入射光量为Ic，则在调光镜14A和 14B处于透射状态的周期（tl)中光电二极管12A和12B的每一个接收的光量定义为Ic X Rt (图27B)。另一方面，在调光镜14A和14B处于反射状态的周期（t2)中由于泄漏光(透 射光)而接收的光量定义为Ic X (Ι-Rr)(图27C)。然而，假设入射光量Ic在tl和t2的 周期中不变(例如，tl+t2= -个帧的周期)。因为在这些周期tl和t2中输出信号D0根据通 过调光镜14A和14B的透射光而获得，所以在采用每一个均具有透射率Rt和反射率Rr的 调光镜14A和14B时接收光量I (对应于输出信号D0的接收光量）由下面的公式（1)表不。 因此，由下面公式（2)能够获得入射光量Ic。通过根据公式（2)校正输出信号D0,能够抑制 由可能发生在调光镜14A和14B的透射状态中的光损耗以及可能发生在调光镜14A和14B 的反射状态中的光泄漏而引起的噪声的影响。
[0197] I=Ic X Rt+Ic x (l-Rr)x t2/tl... (1)
[0198] Ic=I/{Rt+Ic x (l-Rr)x (2)
[0199] 如本修改示例那样，信号处理部分18可考虑透射率和反射率而校正输出信号DO， 这样能够在减少图像质量下降的同时实现上述各种功能(例如，全局快门功能等)，即使调 光镜14A和14B的每一个的透射率或反射率不是理想的"1"时。
[0200] 〈修改示例6_2>
[0201] 图28示出了根据修改示例6-2的固态成像装置的主要部分构造的一个示例。以 与上述第一实施例等相同的方式，根据本修改的固态成像装置例如由CCD或CMOS图像传感 器等构造。在根据本修改示例的固态成像装置中，信号处理部分18包括噪声校正电路18C。
[0202] 噪声校正电路18C是用于执行校正的电路部分，以从输出信号D0 (或者基于输出 信号D0的信号）去除信号输入通道中产生的噪声部分(在传输通道中的噪声部分)，例如信 号输入通道从光电二极管12A和12B的每一个经由FD13而到输入信号处理部分18。
[0203] 具体而言，信号处理部分18通过噪声校正电路18C以下面的方式来执行噪声校正 处理。就是说，首先，在以与上述第一实施例相同的方式控制调光镜14A和14B的透射率的 同时在光电二极管12A中执行曝光、光电转换、信号电荷存储和信号电荷读出这一系列操 作(上述第一实施例中的步骤S11)。然后，在来自光电二极管12A的输出信号D0输入到信 号处理部分18中时，信号处理部分18对如此输入的输出信号D0执行噪声校正处理(步骤 S220)。然后，在以与上述第一实施例相同的方式控制调光镜14A和14B的透射率的同时在 光电二极管12B中执行曝光、光电转换、信号电荷存储和信号电荷读出这一系列操作(上述 第一实施例中的步骤S12)。然后，在来自光电二极管12B的输出信号DO输入到信号处理部 分18中时，信号处理部分18基于如此输入的输出信号DO执行噪声校正处理(步骤S221)。 这一系列处理操作(步骤Sll、S220、S12和S221)重复地执行，直到成像完成(步骤S222中 的Y)。
[0204] 这里，在上述步骤S220和S221中，信号处理部分18具体地通过噪声校正电路18C 执行如下的校正处理。就是说，信号处理部分18事先测量噪声部分(对于像素 al和a2,噪 声部分分别为Dxl和Dx2)，并且保存如此测量的噪声部分Dxl和Dx2。然后执行校正，以从 如此输入的输出信号减去噪声部分Dxl (或噪声部分Dx2)。例如，可对从像素 al获得的输 出信号D0执行减去噪声部分Dxl的校正，并且可对从像素 a2获得的输出信号D0执行减去 噪声部分Dx2的校正。就是说，校正后获得的信号Dc由下面的公式（3)表示。
[0205] Dc=D0 - Dxl (or Rx2) . . . (3)
[0206] 另外，噪声部分Dxl和Dx2例如可以以下面的方式来测量。就是说，首先，调光镜 14A和14B二者被控制到反射状态(步骤S230)，如图30所示。在此状态下，在光电二极管 12A和12B中执行光电转换和信号电荷存储(步骤S231)。然后，转移晶体管Trl导通(转移 晶体管Tr2截止)，并且从光电二极管12A读出信号(步骤S232)。在如上所述的所谓黑状态 (非曝光状态)下从光电二极管12A获得的信号被保存为噪声部分Dxl (步骤S233)。然后， 转移晶体管Tr2导通(转移晶体管Trl截止)，并且从光电二极管12B读出信号(步骤S234)。 在如上所述的所谓黑状态(非曝光状态)下从光电二极管12B获得的信号被保存为噪声部分 Dx2 (步骤 S235)。
[0207] 与本修改不例一样，信号处理部分18可对输出信号D0执行噪声校正，由此能够在 减少传输噪声等的影响的同时实现上述的各种功能(例如，全局快门功能等)。
[0208] 〈修改示例6_3>
[0209] 图31示出了根据修改示例6-3的固态成像装置的主要部分构造的一个示例。以 与上述第一实施例等相同的方式，根据本修改示例的固态成像装置例如可以由CCD或CMOS 图像传感器等构造。在根据本修改示例的固态成像装置中，信号处理部分18包括强度校正 电路18D。另外，在本修改示例中，调光镜14A和14B由如上所述的电致变色元件构造，并且 例如可由驱动电路17来电压控制。用于将施加到调光镜14A和14B的电压反馈到强度校 正电路18D的电路(反馈电路17A)形成在驱动电路17中。
[0210] 强度校正电路18D是用于通过根据输出信号D0 (或者基于输出信号D0的信号)校 正信号强度而执行所谓动态范围扩大功能的电路部分。
[0211] 具体而言，信号处理部分18通过强度校正电路18D以下面的方式来执行强度校正 处理。就是说，首先，在以与上述第一实施例相同的方式控制调光镜14A和14B的透射率的 同时在光电二极管12A中执行曝光、光电转换、信号电荷存储和信号电荷读出这一系列操 作(上述第一实施例中的步骤SI 1 )，如图32所示。然后，当来自光电二极管12A的输出信号 D0输入到信号处理部分18中时，信号处理部分18对如此输入的输出信号D0执行强度校正 处理(步骤S240)。然后，在以与上述第一实施例相同的方式控制调光镜14A和14B的透射 率的同时在光电二极管12B中执行曝光、光电转换、信号电荷存储和信号电荷读出这一系 列操作(上述第一实施例中的步骤S12)执行。然后，在来自光电二极管12B的输出信号D0 输入到信号处理部分18中时，信号处理部分18基于如此输入的输出信号DO执行强度校正 处理(步骤S241)。这一系列处理操作(步骤S11、S240、S12和S241)重复地执行，直到成像 完成(步骤S242中的Y)。
[0212] 这里，在上述步骤S240和S241中，信号处理部分18通过强度校正电路18D执行如 下的校正处理。就是说，信号处理部分18事先保留关于透射率与施加到调光镜14A和14B 的每一个的电压的关系的数据(在下文，称为电压/透射率数据)。图33A示出了电压/透 射率数据的一个示例。
[0213] 在本修改示例中，施加到调光镜14A和14B的每一个的电压Vc (在相应调光镜被 控制到透射状态时施加的电压）可通过外部输入信号而手动地事先设定(用户输入等)，从 而例如调光镜14A和14B的每一个进入半透射状态(透射率没有达到1的状态)。备选地， 所施加的电压Vc可被自动优化(稍后描述)而成为边际电压(或近边际电压)，在该边际电压 (或近边际电压）下在光电二极管12A和12B的每一个中发生光饱和。在任何一种情况下， 通过采用上述电压/透射率数据由施加电压Vc的值给定有效透射率Rt的值（〈1)，动态范 围（亮度D)可从D1延伸到D2,如图33B所示。就是说，信号处理部分18通过下面的公式 (4)所表示的校正运算操作来执行强度校正。然而，假设I是输出信号的强度且Id是校正 后的信号强度。
[0214] Id=I X (1/Rt) ... (4)
[0215] 图34是示出自动设定施加电压Vc的操作的一个示例的流程图。在此情况下，在 改变施加到调光镜14A的电压V的同时从像素对10A的像素之一(这里，作为示例为像素 al)读出信号，并且测量在光电二极管12A中发生光饱和的边际电压值。具体而言，首先， 电压V (初始电压V0)被施加到调光镜14A以控制调光镜14A为透射状态(步骤S250)。此 时，调光镜14B被控制到反射状态。应注意，尽管对初始电压V0没有具体的限制，但是，例 如它可设定为如下的电压。就是说，透射率达到"1"时的电压设定为参考电压，并且施加到 调光镜14A的电压V逐步变化以使得透射率从基准电压逐步下降(稍后描述的步骤S254)。 具体而言，电压V的值可逐步变化(例如，每次0. IV)以使得透射率从1逐渐下降到RtO,然 后到Rtl，...，然后下降到Rt (光饱和的边际透射率）（l>RtO>Rtl>. ..，>Rt)。例如，获得 透射率RtO的电压(低于基准电压一个阶段的电压）可选择为电压V0。
[0216] 由此，在光电二极管12A中执行曝光、光电转换和信号电荷存储(步骤S251)。其 后，通过导通转移晶体管Trl，输出信号D0从光电二极管12A读出（步骤S252)。以这样的 方式获得对应于透射率Rt〇和电压V0的输出。然后，确定获得的输出是否发生变化(步骤 S253)。具体而言，比较对应于透射率RtO和电压V0的输出与对应于上述透射率1和基准电 压的输出，并且从输出之差与阈值之间的关系确定是否发生变化。结果，在输出没有发生变 化时(步骤S253中的N)，施加到调光镜14A的电压V改变到如上所述的值(步骤S254)。然 后，返回到上述步骤S251再一次执行信号读出（步骤S252)和输出变化的确定(步骤S253)。 结果，当输出发生变化(步骤S253中的Y)时，此时施加到调光镜14A的电压V保存为最优 值(施加电压Vc)(步骤S255)。以这样的方式设定上述的施加电压Vc。应注意，以这样的 方式设定施加电压Vc也可在成像开始之后执行而不限于在执行成像之前，并且可执行多 次而不限于一次。
[0217] 信号处理部分18可如本修改示例那样对输出信号D0执行强度校正。因此，能够 在扩大动态范围的同时实现上述各种功能(例如，全局快门功能等)。特别是，在强度校正用 于W像素时，能大大减少噪声。
[0218] 〈修改示例6_4>
[0219] 图35示出了根据修改示例6-4的固态成像装置的主要部分构造的一个示例。以 与上述第一实施例等相同的方式，根据本修改示例的固态成像装置例如可以由CCD或CMOS 图像传感器等构造。因为尤其是在上述第三实施例的像素结构中根据本修改示例的固态成 像装置能有效工作，所以作为示例通过采用上述第三实施例中的像素对10A1和10A2的构 造来进行描述。连接到像素对10A1和10A2的信号处理部分18包括输出校正电路18E。另 夕卜，在像素对10A1和10A2中，光屏蔽膜21设置在像素all和al2之间以及像素al3和al4 之间。
[0220] 输出校正电路18E是用于执行校正的电路部分，以基于输出信号D0补偿由光屏蔽 膜21引起的光量衰减。尽管用于屏蔽FD13、转移晶体管Trl和Tr2等的光屏蔽膜21设置 在像素all和al2之间以及像素al3和al4之间，但是由于这些光屏蔽膜21的存在光电二 极管12A1至12A4上的入射光线会受到限制并且发生光量衰减。因此，可事先保存例如如图 36所示的光量相关性的数据(示出光屏蔽膜存在和光屏蔽膜不存在的情况下光量之间的关 系的特性示意图)，并且利用这些数据校正输出信号D0。
[0221] 信号处理部分18可以以上述方式对输出信号DO执行考虑光屏蔽膜21的存在的 校正。因此，能在限制光量衰减的同时实现上述各种功能(例如，全局快门功能等)。
[0222] 〈修改示例7>
[0223] 图37是用于说明根据修改示例7的固态成像装置的驱动操作(视差图像获得操 作)一个示例的示意图。尽管在根据上述第一实施例等的固态成像装置中信号从像素对10A 中的像素al和a2交替读出，但是通过执行如上所述的信号读出驱动也能获得例如用于立 体影像的右、左视差图像。在此情况下，例如，可基于从像素al和a2时间连续地获得的输出 信号来产生图像信号。具体而言，在第一帧中产生基于来自像素al的输出信号的图像，然 后在第二帧中产生基于来自像素a2的输出信号的图像，如图37所示。因为小的视差可由 于上述像素对10A中的像素al和a2之间的位置差异而产生，所以也能产生相差图像。然 后，以相同的方式，右和左视差图像交替地产生于第三帧、第四帧，...，等等。
[0224] 〈固态成像装置的整体构造〉
[0225] 图38是示出上述实施例的每一个中描述的固态成像装置的整体构造的一个示例 的功能模块图。该固态成像装置例如可由CMOS图像传感器构造，包括作为成像像素区域的 像素部分la，并且还包括电路部分130,电路部分130例如包括行扫描部分131、水平选择部 分133、列扫描部分134和系统控制部分132。电路部分130可设置在像素部分la的周边 区域中，或者可通过与像素部分la层叠而设置(在面对像素部分la的区域中）。应注意，在 上述实施例等中，电路部分130的一部分对应于信号处理部分18的一部分或全部。
[0226] 像素部分la可包括例如二维地设置成矩阵的多个单元像素(像素P)(对应于上述 像素al、a2或all至al4)。像素驱动线Lread (具体而言，行选择线和复位控制线）可布 线到像素P并例如用于每个像素行，并且垂直信号线Lsig可布线到像素P并用于每个像素 列。像素驱动线Lread用于传输驱动信号，该驱动信号用于从每个像素读出信号。像素驱 动线Lread的一端连接到与行扫描部分131的每一行对应的输出端。
[0227] 行扫描部分131是由移位寄存器、地址记录器等构造的像素驱动部分，并且用于 例如逐行地驱动像素部分la中的每个像素P。在已经被行扫描部分131选择性扫描的像素 行中，从每个像素P输出的每个信号经由每个垂直信号线Lsig供应到水平选择部分133。 水平选择部分133由放大器、水平开关等构造并设置为用于每个垂直信号线Lsig。
[0228] 列扫描部分134由移位寄存器、地址解码器等构造并且用于在执行扫描的同时顺 序驱动水平选择部分133的各水平开关。经由各垂直信号线Lsig传输的来自各像素的信 号通过行扫描部分134执行的选择性扫描而顺序传输到水平信号线135并且经由相应的水 平信号线135而被输出。
[0229] 系统控制部分132用于接收从外部提供的时钟信号以及指示操作模式的数据，并 且用于输出固态成像装置1的内部信息等数据。另外，系统控制部分132包括定时发生器 以用于产生各种定时信号，并且系统控制部分132基于相应的定时发生器产生的各种定时 信号来控制行扫描部分131、水平选择部分133和列扫描部分134等的驱动。
[0230] 〈应用示例〉
[0231] 根据上述任一实施例等的固态成像装置可应用于具有成像功能的所有类型的电 子设备，例如该电子设备包括诸如数字相机、视频照相机等的照相机系统以及具有成像功 能的移动电话等。图39示出了作为一个示例的电子设备2 (照相机）的示意性构造。电子 设备2例如可为视频照相机并用于拍摄静态图像或拍摄运动图像，并且电子设备2例如可 包括固态成像装置1 (对应于根据上述任一实施例等的固态成像装置)、光学系统(成像透 镜）310、快门装置311、用于驱动固态成像装置1和快门装置311的驱动部分313 (包括上 述电路部分130)、信号处理部分312 (包括上述信号处理部分18)、用户界面314和监视器 315。
[0232] 光学系统310用于将来自物体的图像光(入射光)引导到固态成像装置1的像素部 分la。该光学系统310可由多个光学透镜构成。快门装置311用于控制固态成像装置1的 光施加周期和光屏蔽周期。驱动部分313用于控制固态成像装置1的传输操作和快门装置 311的快门操作。信号处理部分312用于对来自固态成像装置1的信号输出执行各种信号 处理。经受信号处理后的图像信号Dout输出到监视器315。备选地，图像信号Dout可存储 在诸如存储器等的存储介质中。在用户界面314中，可进行拍照情景设计(动态范围设计、 光波长设计(太赫光线、可见光线、红外线、紫外线、X-射线等)）等，并且该设计(经由用户界 面314输入的输入信号)被传送到驱动部分313,并且基于该输入信号由固态成像装置1执 行所希望的成像。
[0233] 如上所述的照相机的示例可包括数字单镜头反射照相机。在数字单镜头反射照相 机中，在根据上述任一实施例等的调光镜处产生的反射光可被提供到五角棱镜，以将调光 镜用作拍照的辅助监视器。在上述情况下，调光镜可形成在绝缘膜层上，并倾斜以用光照射 五角棱镜。
[0234] 尽管如上所述已经采用示范性实施例、修改示例及应用示例进行了描述，但是本 公开的内容不限于上述实施例等而是可以以各种方式修改。例如，尽管在上述实施例等中 已经示例性地描述了像素对包括检测相同波长的两个像素的情况，但是像素对中包括的像 素不必是检测相同波长的类型。例如，即使将检测彼此不同波长的像素分组为一个像素对， 也可实现如上所述的各种功能，只要能通过信号处理部分对输出信号执行适当的颜色校正 处理。
[0235] 另外，尽管在上述实施例等中已经示例性地描述了固态成像装置应用于照相机的 情况，但是一般而言能将该固态成像装置用于执行光（电磁波）成像的电子设备中，例如，内 诊镜、影像芯片（视网膜修复）和生物传感器等。还存在这样的情况：在具有可佩戴传感器 的情况下，体温由热-电装置转换成电压以用作施加到调光镜的电压。
[0236] 尽管在上述实施例等中作为示例已经采用了后侧照明型固态成像装置进行了描 述，但是本公开的内容也可应用于前侧照明型固态成像装置。
[0237] 另外，在根据本公开任一实施例的固态成像装置中，不必包括上述实施例等中描 述的所有构成元件并且还可包括上述元件之外的一个或多个元件。
[0238] 此外，本技术包括这里描述的和这里结合的各种实施例的一部分或全部的任何可 能的组合。
[0239] 通过本公开的上述示范性实施例至少能获得下面的构造。
[0240] ( 1) -种固态成像装置，包括：
[0241] 多个像素，每个像素包括光电转换元件；以及
[0242] 透射率控制元件，设置在该多个像素的至少一部分的光电转换元件的光入射侧并 且构造为通过外部输入而改变入射光的透射率。
[0243] (2)根据（1)的固态成像装置，其中该多个像素包括一个或多个像素对，每个像素 对包括第一像素和第二像素，该第一像素和该第二像素构造为检测彼此相同的波长并且设 置为彼此相邻。
[0244] (3)根据（2)的固态成像装置，其中该一个或多个像素对的每一个包括在该第一像 素和该第二像素之间共享的浮置扩散。
[0245] ( 4 )根据（2 )或（3 )的固态成像装置，其中该透射率控制元件设置为面对每个像素 的光电转换元件的光接收表面的整个区域。
[0246] (5)根据（2)或（3)的固态成像装置，其中该透射率控制元件设置为面对包括在该 一个或多个像素对中的该第一像素和该第二像素的每一个的光电转换元件的光接收表面 的一部分。
[0247] (6)根据（5)的固态成像装置，其中该透射率控制元件设置为在该像素对的一个或 每个中形成间隙。
[0248] (7)根据（4)的固态成像装置，还包括芯片上透镜，该芯片上透镜设置在该透射率 控制元件的光入射侧且跨过该一个或多个像素对的该第一像素和该第二像素，
[0249] 其中检测彼此相同的波长的两个像素对设置为彼此相邻。
[0250] ( 8 )根据（1)至（7 )任何一项的固态成像装置，其中该透射率控制元件是电致变色 元件、热致变色元件、光致变色元件和气致变色元件中的一种。
[0251] (9)根据（1)至（8)任何一项的固态成像装置，还包括信号处理部分，该信号处理 部分构造为对从该多个像素获得的输出信号执行信号处理，并且该信号处理部分构造为对 该输出信号执行考虑该透射率控制元件的透射率和反射率的校正处理。
[0252] (10)根据（1)至（9)任何一项的固态成像装置，还包括信号处理部分，该信号处理 部分构造为对从该多个像素获得的输出信号执行信号处理，并且该信号处理部分构造为对 该输出信号执行噪声校正处理。
[0253] (11)根据（1)至（10)任何一项的固态成像装置，还包括信号处理部分，该信号处 理部分构造为对从该多个像素获得的输出信号执行信号处理，并且该信号处理部分构造为 对该输出信号执行强度校正处理。
[0254] (12)根据（7)的固态成像装置，还包括信号处理部分，该信号处理部分构造为对从 该多个像素获得的输出信号执行信号处理，该信号处理部分构造为对该输出信号执行考虑 设置于该第一像素和该第二像素之间的光屏蔽膜的校正处理。
[0255] ( 13) -种固态成像装置的驱动方法，该方法包括：
[0256] 驱动透射率控制元件，该透射率控制元件设置在每个包括光电转换元件的多个像 素的至少一部分的光电转换元件的光入射侧，该透射率控制元件构造为改变入射光的透射 率；以及
[0257] 在通过驱动该透射率控制元件控制透射率的同时从该多个像素读出输出信号。
[0258] (14)根据（13)的驱动固态成像装置的方法，其中
[0259] 该多个像素包括一个或多个像素对，每个像素对包括第一像素和第二像素，该第 一像素和该第二像素构造为检测彼此相同的波长并且设置为彼此相邻，并且
[0260] 采用该第一像素和该第二像素之间共享的浮置扩散，对该第一像素和该第二像素 顺序或交替执行该输出信号的读出。
[0261] (15)根据（14)的驱动固态成像装置的方法，还包括执行第一成像操作，
[0262] 其中该透射率控制元件设置为面对每个像素的光电转换元件的光接收表面的整 个区域，并且
[0263] 其中该执行第一成像操作包括：
[0264] 在该一个或多个像素对中在控制该第一像素中的该透射率控制元件为透射状态 且该第二像素中的该透射率控制元件为反射状态的同时，将该第一像素暴露到光；
[0265] 在该第一像素暴露到光之后，在控制该第一像素和该第二像素的每一个的该透射 率控制元件为反射状态的同时在该第一像素中存储电荷；
[0266] 在读出该第一像素中存储的电荷以作为输出信号时，通过控制该第二像素中的该 透射率控制元件为透射状态而将该第二像素暴露到光；
[0267] 在该第二像素暴露到光之后，在控制该第一像素和该第二像素的每一个的该透射 率控制元件为反射状态的同时在该第二像素中存储电荷；以及
[0268] 在读出该第二像素中存储的电荷以作为输出信号时，通过控制该第一像素中的该 透射率控制元件为透射状态而将该第一像素暴露到光。
[0269] ( 16)根据（14)的驱动固态成像装置的方法，还包括执行聚焦操作和执行第二成像 操作，
[0270] 其中该透射率控制元件设置为面对包括在该一个或多个像素对中的该第一像素 和该第二像素的每一个的光电转换元件的光接收表面的一部分，
[0271] 其中该执行聚焦操作包括：
[0272] 在该一个或多个像素对中在控制该第一像素和该第二像素的每一个的该透射率 控制元件为反射状态的同时，从该第一像素和该第二像素的每一个读出输出信号；
[0273] 基于从该第一像素和该第二像素读出的该输出信号来检测该第一像素和该第二 像素之间的相差；以及
[0274] 通过比较所检测的相差与事先已经保留的基准相差来确定在焦点上或不在焦点 上，并且
[0275] 其中该执行第二成像操作包括：在该一个或多个像素对中在控制该第一像素和该 第二像素的每一个的该透射率控制元件为透射状态的同时，从该第一像素和该第二像素的 每一个读出输出信号。
[0276] (17)根据（16)的驱动固态成像装置的方法，其中该执行聚焦操作包括：
[0277] 当确定在焦点上时移动到该第二成像操作；以及
[0278] 当确定不在焦点上时，通过顺序执行移动透镜位置、读出该输出信号、检测该相差 和比较该检测的相差而再一次确定在焦点上或不在焦点上。
[0279] (18)根据（15)的驱动固态成像装置的方法，还包括执行聚焦操作，
[0280] 其中跨过该第一像素和该第二像素的芯片上透镜设置在该一个或多个像素对的 该透射率控制元件的光入射侧，并且检测彼此相同的波长的两个像素对设置为彼此相邻，
[0281] 其中对该像素对的每一个执行该第一成像操作，并且
[0282] 其中该执行聚焦操作包括：
[0283] 对于该两个像素对的每一个而言，在控制该第一像素和该第二像素中的一方的该 透射率控制元件为反射状态且另一方的该透射率控制元件为透射状态的同时从该像素对 的每一个读出输出信号；
[0284] 基于读出的该输出信号检测该两个像素对之间的相差；以及
[0285] 通过比较所检测的相差与事先已经保留的基准相差来确定在焦点上或不在焦点 上。
[0286] ( 19)根据（14)的驱动固态成像装置的方法，还包括基于从该第一像素和该第二像 素的每一个时间连续地获得的输出信号而产生用于立体影像的右视差图像和左视差图像。
[0287] (20) -种设置有固态成像装置的电子设备，该固态成像装置包括：
[0288] 多个像素，每个像素包括光电转换元件；以及
[0289] 透射率控制元件，设置在该多个像素的至少一部分的光电转换元件的光入射侧并 且构造为通过外部输入而改变入射光的透射率。
[0290] 本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据 设计需要和其他因素可以进行各种修改、组合、部分组合和替换。
[0291] 相关申请的交叉引用
[0292] 本申请要求2013年3月19日提交的日本优先权专利申请JP2013-056935的权益， 其全部内容通过引用结合于此。
【权利要求】
1. 一种固态成像装置，包括： 多个像素，每个像素包括光电转换元件；以及 透射率控制元件，设置在该多个像素的至少一部分的光电转换元件的光入射侧并且构 造为通过外部输入而改变入射光的透射率。
2. 根据权利要求1所述的固态成像装置，其中该多个像素包括一个或多个像素对，每 个像素对包括第一像素和第二像素，该第一像素和该第二像素构造为检测彼此相同的波长 并且设置为彼此相邻。
3. 根据权利要求2所述的固态成像装置，其中该一个或多个像素对的每一个包括在该 第一像素和该第二像素之间共享的浮置扩散。
4. 根据权利要求2所述的固态成像装置，其中该透射率控制元件设置为面对每个像素 的光电转换元件的光接收表面的整个区域。
5. 根据权利要求2所述的固态成像装置，其中该透射率控制元件设置为面对包括在该 一个或多个像素对中的该第一像素和该第二像素的每一个的光电转换元件的光接收表面 的一部分。
6. 根据权利要求5所述的固态成像装置，其中该透射率控制元件设置为在该像素对的 一个或每个中形成间隙。
7. 根据权利要求4所述的固态成像装置，还包括芯片上透镜，该芯片上透镜设置在该 透射率控制元件的光入射侧且跨过该一个或多个像素对的该第一像素和该第二像素， 其中检测彼此相同的波长的两个像素对设置为彼此相邻。
8. 根据权利要求1所述的固态成像装置，其中该透射率控制元件是电致变色元件、热 致变色元件、光致变色元件和气致变色元件中的一种。
9. 根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括信号处理部分，该信号处理部分构造 为对从该多个像素获得的输出信号执行信号处理，并且该信号处理部分构造为对该输出信 号执行考虑该透射率控制元件的透射率和反射率的校正处理。
10. 根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括信号处理部分，该信号处理部分构造 为对从该多个像素获得的输出信号执行信号处理，并且该信号处理部分构造为对该输出信 号执行噪声校正处理。
11. 根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括信号处理部分，该信号处理部分构造 为对从该多个像素获得的输出信号执行信号处理，并且该信号处理部分构造为对该输出信 号执行强度校正处理。
12. 根据权利要求7所述的固态成像装置，还包括信号处理部分，该信号处理部分构造 为对从该多个像素获得的输出信号执行信号处理，并且该信号处理部分构造为对该输出信 号执行考虑设置于该第一像素和该第二像素之间的光屏蔽膜的校正处理。
13. -种固态成像装置的驱动方法，该方法包括： 驱动透射率控制元件，该透射率控制元件设置在每个包括光电转换元件的多个像素的 至少一部分的光电转换兀件的光入射侧，该透射率控制兀件构造为改变入射光的透射率； 以及 在通过驱动该透射率控制元件控制透射率的同时从该多个像素读出输出信号。
14. 根据权利要求13所述的固态成像装置的驱动方法，其中 该多个像素包括一个或多个像素对，每个像素对包括第一像素和第二像素，该第一像 素和该第二像素构造为检测彼此相同的波长并且设置为彼此相邻，并且 采用该第一像素和该第二像素之间共享的浮置扩散，对该第一像素和该第二像素顺序 或交替执行该输出信号的读出。
15. 根据权利要求14所述的固态成像装置的驱动方法，还包括执行第一成像操作， 其中该透射率控制元件设置为面对每个像素的光电转换元件的光接收表面的整个区 域，并且 其中该执行第一成像操作包括： 在该一个或多个像素对中在控制该第一像素中的该透射率控制元件为透射状态且该 第二像素中的该透射率控制元件为反射状态的同时，将该第一像素暴露到光； 在该第一像素暴露到光之后，在控制该第一像素和该第二像素的每一个的该透射率控 制元件为反射状态的同时在该第一像素中存储电荷； 在读出该第一像素中存储的电荷以作为输出信号时，通过控制该第二像素中的该透射 率控制元件为透射状态而将该第二像素暴露到光； 在该第二像素暴露到光之后，在控制该第一像素和该第二像素的每一个的该透射率控 制元件为反射状态的同时在该第二像素中存储电荷；以及 在读出该第二像素中存储的电荷以作为输出信号时，通过控制该第一像素中的该透射 率控制元件为透射状态而将该第一像素暴露到光。
16. 根据权利要求14所述的固态成像装置的驱动方法，还包括执行聚焦操作和执行第 二成像操作， 其中该透射率控制元件设置为面对包括在该一个或多个像素对中的该第一像素和该 第二像素的每一个的光电转换元件的光接收表面的一部分， 其中该执行聚焦操作包括： 在该一个或多个像素对中在控制该第一像素和该第二像素的每一个的该透射率控制 元件为反射状态的同时，从该第一像素和该第二像素的每一个读出输出信号； 基于从该第一像素和该第二像素读出的该输出信号来检测该第一像素和该第二像素 之间的相差；以及 通过比较所检测的相差与事先已经保留的基准相差来确定在焦点上或不在焦点上，并 且 其中该执行第二成像操作包括：在该一个或多个像素对中在控制该第一像素和该第二 像素的每一个的该透射率控制元件为透射状态的同时，从该第一像素和该第二像素的每一 个读出输出信号。
17. 根据权利要求16所述的固态成像装置的驱动方法，其中该执行聚焦操作包括： 当确定在焦点上时移动到该第二成像操作；以及 当确定不在焦点上时，通过顺序执行移动透镜位置、读出该输出信号、检测该相差和比 较该检测的相差而再一次确定在焦点上或不在焦点上。
18. 根据权利要求15所述的固态成像装置的驱动方法，还包括执行聚焦操作， 其中跨过该第一像素和该第二像素的芯片上透镜设置在该一个或多个像素对的该透 射率控制元件的光入射侧，并且检测彼此相同的波长的两个像素对设置为彼此相邻， 其中对该像素对的每一个执行该第一成像操作，并且 其中该执行聚焦操作包括： 对于该两个像素对的每一个而言，在控制该第一像素和该第二像素中的一方的该透射 率控制元件为反射状态且另一方的该透射率控制元件为透射状态的同时从该像素对的每 一个读出输出信号； 基于读出的该输出信号检测该两个像素对之间的相差；以及 通过比较所检测的相差与事先已经保留的基准相差来确定在焦点上或不在焦点上。
19. 根据权利要求14所述的固态成像装置的驱动方法，还包括基于从该第一像素和该 第二像素的每一个时间连续地获得的输出信号而产生用于立体影像的右视差图像和左视 差图像。
20. -种设置有固态成像装置的电子设备，该固态成像装置包括： 多个像素，每个像素包括光电转换元件；以及 透射率控制元件，设置在该多个像素的至少一部分的光电转换元件的光入射侧并且构 造为通过外部输入而改变入射光的透射率。
【文档编号】H04N5/357GK104065894SQ201410089943
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】久保井信行 申请人:索尼公司