固态成像装置及其驱动方法、以及电子设备与流程

本发明涉及固态成像装置及其驱动方法、以及电子设备。本发明具体地涉及一种固态成像装置及其驱动方法、以及一种电子设备，它们使得可在抑制具有全局快门功能和相位差自动对焦(autofocus；af)功能的固态成像装置的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度。

背景技术：

传统的固态成像装置通过在成像像素中混合相位差检测像素来实现自动对焦功能。这种固态成像装置通过将一对相位差检测像素相应的光电转换单元的不同半边遮光，并利用这对相位差检测像素的相应输出之间的差值实现相位差检测方法的af功能(以下称为相位差af功能)。

也有固态成像装置是通过在每一像素中加入电荷保留单元来实现全局快门功能，所述电荷保留单元用于保留从光电转换单元转移的电荷。这种固态成像装置实现全局快门功能的方法是在所有像素中同时进行电荷的转移和保留，使得所有像素的曝光周期一致。

此外，近年来出现了同时具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置(例如，参见专利文献1和2)。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：jp2007-243744a

专利文献2：jp2012-151774a

技术实现要素：

要解决的技术问题

在专利文献1的技术中，一个相位差检测像素包括两个由光电转换单元和电荷保留单元组成的套组。因此，光电转换单元的光接收区域减小，而且相位差检测像素的灵敏度降低，从而导致相位差检测的精度降低。

在专利文献2的技术中，形成有成像像素和相位差检测像素两种像素组成的套组。因此，整个固态成像装置的有效像素数目减半，而且输出图像的分辨率降低。

鉴于此种情况所提出的本发明使得可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度。

问题的解决方案

根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置，包括成像像素和相位差检测像素，其中，各所述像素包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元，其中，所述成像像素的所述电荷积聚单元被遮光，并且其中，所述相位差检测像素的所述电荷积聚单元的至少一部分避免被遮光。

根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置，包括成对的相位差检测像素，其中，所述相位差检测像素各自包括光电转换单元、电荷保留单元以及转移电极，所述转移电极将电荷从所述光电转换单元转移至所述电荷保留单元，其中，在一对相位差检测像素中，所述光电转换单元与所述电荷保留单元被形成于相对于所述一对相位差检测像素之间的边界成镜像对称的位置处。

根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置，其包括：成像像素；以及相位差检测像素，所述相位差检测像素各自包括光电转换单元和电荷保留单元，其中，在执行相位差检测期间，读取一个所述相位差检测像素中的所述光电转换单元中所积聚的电荷，并且读取另一个所述相位差检测像素中的所述电荷保留单元中所积聚的电荷。

根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置的驱动方法，所述固态成像装置包括用于产生所捕获图像的成像像素和用于执行相位差检测的相位差检测像素，各所述像素包括光电转换单元和电荷积聚单元，所述驱动方法包括以下步骤：在由所述固态成像装置执行相位差检测期间，读取一个所述相位差检测像素中的所述光电转换单元中所积聚的电荷，并且读取另一个所述相位差检测像素中的所述电荷保留单元中所积聚的电荷。

根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置的驱动方法，所述固态成像装置包括用于产生所捕获图像的成像像素和用于执行相位差检测的相位差检测像素，各所述像素包括光电转换单元和电荷积聚单元，所述驱动方法包括以下步骤：在由所述固态成像装置执行所述相位差检测期间，读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元的至少一部分中所积聚的电荷和所述电荷积聚单元的至少一部分中所积聚的电荷；以及在由所述固态成像装置产生所述所捕获图像期间，同时在至少所述成像像素中进行电荷的积聚。

根据本发明的一个方面，提供一种电子设备，其包括如上所述的任一种固态成像装置。

根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置的驱动方法。所述固态成像装置包括用于产生所捕获图像的成像像素和用于执行相位差检测的相位差检测像素，各所述像素包括光电转换单元和电荷积聚单元的像素。所述驱动方法包括以下步骤：在由所述固态成像装置执行所述相位差检测期间，读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中所积聚的电荷；以及在由所述固态成像装置产生所述所捕获图像期间，同时在至少所述成像像素中进行电荷的积聚。

根据本发明的一个方面，提供一种成像装置，其包括像素阵列、第一遮光部以及第二遮光部。所述像素阵列包括：第一成像像素，其包括位于半导体基板中的第一光电转换区域和第一电荷积聚区域；和第一相位差检测像素，其包括位于所述半导体基板中的第二光电转换区域和第二电荷积聚区域，其中，所述半导体基板的第一表面接收光，且所述半导体基板的第二表面与所述第一表面相反。所述第一遮光部设置于所述半导体基板的所述第一表面上方，并且所述第二遮光部设置于所述半导体基板的所述第一表面上方。其中，所述第一遮光部设置于所述第一电荷积聚区域上方，并且其中，所述第二遮光部设置于所述第二电荷积聚区域上方和所述第二光电转换区域的至少一部分上方。

根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置，包括：像素阵列单元，包括排列于其中的用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素；以及驱动控制单元，被构造成用于控制所述像素的驱动。所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元。所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。

所述驱动控制单元在执行所述相位差检测期间读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中所积聚的电荷，并且在产生所述所捕获图像期间，同时在至少所述成像像素中进行电荷的积聚。

所述相位差检测像素可包括遮光膜，所述遮光膜在所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中设置有开口。在一对所述相位差检测像素中，所述开口可被设置于相对于所述芯片上透镜的光轴在所述一对相位差检测像素排列于其中的第一方向上互相对称的位置处。

所述电荷积聚单元可被形成为电荷保留单元，所述电荷保留单元被构造成用于保留来自所述光电转换单元的电荷。

所述光电转换单元与所述电荷保留单元可在所述第一方向上并排形成。所述光电转换单元可在所述一对相位差检测像素的一个中设置有所述开口，并且所述电荷保留单元可在所述一对相位差检测像素的另一个中设置有所述开口。

在执行所述相位差检测期间，所述驱动控制单元可读取所述一个相位差检测像素中的所述光电转换单元中所积聚的电荷，并且读取所述另一个相位差检测像素中的所述电荷保留单元中所积聚的电荷。

所述驱动控制单元可以以下方式控制所述一个相位差检测像素与所述另一个相位差检测像素的驱动：所述光电转换单元的灵敏度与所述一个相位差检测像素中的积聚时间的乘积变得等于所述电荷保留单元的灵敏度与所述另一个相位差检测像素中的积聚时间的乘积。

所述光电转换单元与所述电荷保留单元可在所述第一方向上并排形成。在所述第一方向上所述光电转换单元的大约一半可在所述一对相位差检测像素的一个中设置有所述开口，并且在所述第一方向上所述光电转换单元的大约另一半可在所述一对相位差检测像素的另一个中设置有所述开口。

在所述一对相位差检测像素中，所述光电转换单元与所述电荷保留单元可被形成于相对于所述一对相位差检测像素之间的边界成镜像对称的位置处。在所述一对相位差检测像素的每一个中，所述光电转换单元均可设置有开口。

所述光电转换单元与所述电荷保留单元可在垂直于所述第一方向的第二方向上并排形成。在所述第一方向上的所述光电转换单元与所述电荷保留单元的大约一半可在所述一对相位差检测像素的一个中设置有所述开口，并且在所述第一方向上的所述光电转换单元与所述电荷保留单元的大约另一半可在所述一对相位差检测像素的另一个中设置有所述开口。

在执行所述相位差检测期间，所述驱动控制单元可同时读取所述一个相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷保留单元中所积聚的电荷，并且同时读取所述另一个相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷保留单元中所积聚的电荷。

在所述相位差检测像素中，所述电荷积聚单元可被形成为在所述第一方向上与所述光电转换单元并排的另一光电转换单元。所述光电转换单元可在所述一对相位差检测像素的一个中设置有所述开口，并且所述另一光电转换单元可在所述一对相位差检测像素的另一个中设置有所述开口。

在所述相位差检测像素中，所述光电转换单元与所述电荷积聚单元可被形成于相对于所述芯片上透镜的光轴在预定方向上互相对称的位置处。在执行所述相位差检测期间，所述驱动控制单元可分别读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元中所积聚的电荷以及所述相位差检测像素中的所述电荷保留单元中所积聚的电荷。

所述电荷积聚单元可被形成为电荷保留单元，所述电荷保留单元被构造成用于保留来自所述光电转换单元的电荷。

所述相位差检测像素可包括遮光膜，所述遮光膜在所述光电转换单元与所述电荷积聚单元的一部分中设置有开口。所述开口可被设置于相对于所述芯片上透镜的光轴在所述预定方向上互相对称的位置处。

所述电荷积聚单元可被形成为电荷保留单元，所述电荷保留单元被构造成用于保留来自所述光电转换单元的电荷。所述相位差检测像素可包括转移电极，所述转移电极被构造成用于在所述电荷保留单元上方将电荷从所述光电转换单元转移至所述电荷保留单元。所述转移电极可使用透明导电膜形成。

所述成像像素与所述相位差检测像素至少其中之一可在多个像素之间共用构成元件。

所述多个像素共用的所述构成元件可包括浮动扩散区域、复位晶体管、放大晶体管、以及选择晶体管中的至少一种。

根据本发明的一个方面，提供一种固态成像装置的驱动方法，所述固态成像装置包括：像素阵列单元，包括排列于其中的用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素；以及驱动控制单元，被构造成用于控制所述像素的驱动。所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元。所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。所述驱动方法包括以下步骤：在由所述固态成像装置执行所述相位差检测期间，读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中所积聚的电荷；以及在由所述固态成像装置产生所述所捕获图像期间，同时在至少所述成像像素中进行电荷的积聚。

根据本发明的一个方面，提供一种电子设备，包括固态成像装置，所述固态成像装置包括：像素阵列单元，包括排列于其中的用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素；以及驱动控制单元，被构造成用于控制所述像素的驱动。所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元。所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。

在本发明的一个方面，排列有用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素。所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元。所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。

本发明的有益效果如下：

根据本发明的一个方面，可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置分辨率降低的同时提高相位差检测的精度。

附图说明

图1是示出电子设备实施例的方框图，所述电子设备包括应用本发明技术的图像传感器。

图2是示出图像传感器的实例构型的方框图。

图3示出图像传感器的像素排列的实例。

图4是示出由电子设备执行的成像处理的流程图。

图5是成像像素的实例构型的顶视图。

图6是图5所示成像像素的剖视图。

图7是相位差检测像素的实例构型的顶视图。

图8是图7所示相位差检测像素的剖视图。

图9示出成像像素的操作。

图10示出相位差检测像素的操作。

图11示出相位差检测像素的操作。

图12是相位差检测像素的另一实例构型(修改实例1)的顶视图。

图13是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例2)的顶视图。

图14是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例3)的顶视图。

图15示出相位差检测像素的操作。

图16是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例4)的顶视图。

图17是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例5)的顶视图。

图18是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例5)的顶视图。

图19示出图像传感器的像素排列的另一实例(修改实例6)。

图20是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例6)的顶视图。

图21是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例6的修改型式)的顶视图。

图22是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例7)的剖视图。

图23是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例8)的顶视图。

图24是图23所示相位差检测像素的剖视图。

图25是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例9)的顶视图。

图26是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例10)的顶视图。

图27是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例11)的顶视图。

图28是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例12)的顶视图。

图29是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例13)的顶视图。

图30是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例14)的顶视图。

图31是相位差检测像素的又一实例构型(修改实例15)的顶视图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施例。

[电子设备的功能与构型的实例]

图1是示出电子设备实施例的方框图，所述电子设备包括应用本发明技术的图像传感器。

图1所示的电子设备1被构造成数字照相机，一种具有成像功能等的便携式终端，捕获物体的图像以通过自动对焦(af)功能产生所捕获的图像，并将所捕获的图像记录为静态图像或动态图像。以下描述假定主要记录静态图像。

电子设备1包括透镜单元11、操作单元12、控制单元13、图像传感器14、信号处理单元15、存储单元16、显示单元17、相位差检测单元18、以及驱动单元19。

透镜单元11收集来自物体的光(物体光)。透镜单元11所收集的物体光进入图像传感器14。

透镜单元11包括变焦透镜21、光圈22、以及聚焦透镜23。

变焦透镜21通过驱动单元19的驱动沿光轴方向移动而改变焦距，进而调整所捕获图像中所包含的物体的放大率。光圈22通过驱动单元19的驱动而改变光圈的度数，进而调整进入图像传感器14的物体光的量。聚焦透镜23被驱动单元19驱动沿光轴方向移动，进而调整焦点。

操作单元12接收来自用户的操作。例如，当快门按钮(图未示出)被推动时，操作单元12会将指示该推动的操作信号提供至控制单元13。

控制单元13控制电子设备1的每一组件的操作。

例如，当接收到指示快门按钮推动的操作信号时，控制单元13将记录静态图像的指令提供至信号处理单元15。在显示实时取景图像(即，显示单元17上显示的物体的实时图像)的情形中，控制单元13将产生实时取景图像的指令提供至信号处理单元15。

在用相位差检测方法进行聚焦判断时，控制单元13将执行聚焦判断操作(相位差检测操作)的指令提供至信号处理单元15。相位差检测方法以如下方式检测焦点：将穿过成像透镜的光进行瞳孔分离以形成一对图像，测量(检测相位差)所形成的图像之间的距离(图像之间的偏差量)，从而检测出聚焦程度。

图像传感器14是将接收到的物体光以光电转换方式转换成电信号的固态成像装置。

例如，图像传感器14可被具体实施为互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor；cmos)图像传感器、电荷耦合器件(chargecoupleddevice；ccd)图像传感器等等。在图像传感器14的像素阵列单元中排列有多个像素，产生在所接收物体光的基础上产生所捕获图像的信号的像素(成像像素)以及产生执行相位差检测信号的像素(相位差检测像素)。图像传感器14将光电转换所产生的电信号提供至信号处理单元15。

信号处理单元15对提供自图像传感器14的电信号执行各种信号处理。

例如，当控制单元13提供记录静态图像的指令时，信号处理单元15会产生静态图像的数据(静态图像数据)，执行黑电平校正(blacklevelcorrection)、缺陷校正(defectcorrection)、阴影校正(shadingcorrection)、混色校正(colormixturecorrection)等等，并将结果数据提供至存储单元16。当控制单元13提供产生实时取景图像的指令时，信号处理单元15基于来自图像传感器14中的成像像素的输出信号产生实时取景图像的数据(实时取景图像数据)，执行黑电平校正、缺陷校正、阴影校正、混色校正等等，并将结果数据提供至显示单元17。

当控制单元13提供执行相位差检测操作的指令时，信号处理单元15会基于来自图像传感器14中的相位差检测像素的输出信号产生用于检测相位差的数据(相位差检测数据)，并将该数据提供至相位差检测单元18。

存储单元16记录信号处理单元15所提供的图像数据。存储单元16被构造成例如一个或多个可移除的记录媒体，如磁盘(例如数字多功能光盘(digitalversatiledisc；dvd))和半导体存储器(例如存储卡)。这种记录媒体可被包含在电子设备1中，或者可从电子设备1拆卸。

显示单元17基于信号处理单元15所提供的图像数据显示图像。例如，当信号处理单元15提供实时取景图像数据时，显示单元17会显示实时取景图像。显示单元17被具体实施为例如液晶显示器(liquidcrystaldisplay；lcd)、有机电致发光(electro-luminescence；el)显示器等等。

相位差检测单元18基于信号处理单元15所提供的相位差检测数据计算焦距偏差的量(离焦量)，进而判断是否对于聚焦目标物体(聚焦目标)实现聚焦。当焦点区域中的物体被聚焦时，相位差检测单元18会将指示实现聚焦的信息作为聚焦判断结果提供至驱动单元19。当聚焦目标未被聚焦时，相位差检测单元18会将指示所计算离焦量的信息作为聚焦判断结果提供至驱动单元19。

驱动单元19驱动变焦透镜21、光圈22、以及聚焦透镜23。例如，驱动单元19基于提供自相位差检测单元18的聚焦判断结果来计算聚焦透镜23的驱动量，并且根据计算出的驱动量移动聚焦透镜23。

具体而言，当实现聚焦时，驱动单元19会将聚焦透镜23保持在当前位置。当未实现聚焦时，驱动单元19会基于指示离焦量的聚焦判断结果以及聚焦透镜23的位置来计算驱动量(移动距离)，并且根据该驱动量来移动聚焦透镜23。

[图像传感器的实例构型]

图2是示出图像传感器14的实例构型的方框图。

图像传感器14包括像素阵列单元111、垂直驱动单元112、列处理单元113、水平驱动单元114、以及系统控制单元115。像素阵列单元111、垂直驱动单元112、列处理单元113、水平驱动单元114、以及系统控制单元115形成于半导体基底(芯片)上(图未示出)。

在像素阵列单元111中，上述成像像素与相位差检测像素以二维方式排列于矩阵中。在以下描述中，成像像素与相位差检测像素也被简称为“像素”。

此外，对于像素阵列单元111中排列成矩阵的像素阵列，像素驱动线116沿图的左右方向(像素行的像素排列方向)形成于相应的行中，而垂直信号线117则沿图的上下方向(像素列的像素排列方向)形成于相应的列中。像素驱动线116的一个端子连接至与每一行垂直驱动单元112相对应的输出端子。

垂直驱动单元112包括移位寄存器(shiftregister)、地址解码器等等，而且垂直驱动单元112是像素驱动单元，其通过驱动信号以行为单位或以类似方式同时驱动像素阵列单元111中的所有像素。尽管图未示出垂直驱动单元112的具体构型，垂直驱动单元112包括两个扫描系统，读取扫描系统和清扫扫描系统。

读取扫描系统以行为单位选择性地依序扫描像素阵列单元111中的像素，以从像素读取信号。在行驱动(卷帘快门操作)中，关于清扫，对即将被读取扫描系统进行读取扫描的已读行进行清扫扫描，比读取扫描提前一段时间，这段时间对应于快门速度。在全局曝光(全局快门操作)中，集体清扫的执行比集体转移提前一段时间，这段时间对应于快门速度。

该清扫操作清除(复位)了来自已读行像素的光电转换元件的无用电荷。通过清扫(复位)无用电荷，执行所谓的电子快门操作。此处，电子快门操作是指丢弃光电转换元件的电荷并重新开始曝光(开始电荷的积聚)的操作。

读取扫描系统通过读取操作所读取的信号对应于在前一读取操作或电子快门操作之后进入的光量。在行驱动中，从读取操作的前一读取定时或电子快门操作的前一清扫定时到读取操作的当前读取定时之间的时间段作为像素中的电荷积聚时间(曝光时间)。在全局曝光中，从集体清扫到集体转移之间的时间段作为积聚时间(曝光时间)。

垂直驱动单元12选择性扫描的像素行的像素所输出的像素信号通过相应的垂直信号线117被提供至列处理单元113。对于像素阵列单元111的每一像素列，列处理单元113对从所选行的像素通过垂直信号线117输出的像素信号执行预定的信号处理，并在信号处理之后暂时保留像素信号，或者将像素信号提供至信号处理单元15(图1)。

具体而言，列处理单元113至少执行去噪处理(例如相关双采样(correlateddoublesampling；cds)处理)作为信号处理。由列处理单元113执行的该cds处理移除复位噪声和像素特定固定图案噪声，如放大晶体管的阈值变化。除去噪处理之外，列处理单元113还可具有模拟/数字(a/d)转换功能，例如，并通过数字信号输出信号电平。

水平驱动单元114包括移位寄存器、地址解码器等，并且依序选择与列处理单元113的像素列相对应的单元电路。通过水平驱动单元114所执行的该选择性扫描，已被列处理单元113执行信号处理的像素信号被依序输出至信号处理单元118。

系统控制单元115包括用于产生各种定时信号的定时产生器等，并基于定时产生器所产生的各种定时信号执行垂直驱动单元112、列处理单元113、水平驱动单元114等的驱动控制。

[像素阵列单元的像素排列]

接下来，参照图3描述像素阵列单元111的像素排列。

在图3中，从左向右的方向(行方向)被称为x方向，从下向上的方向(列方向)被称为y方向，而从后向前的方向被称为z方向。

如图3所示，在像素阵列单元111中，多个成像像素121在xy平面上以二维方式排列成矩阵。成像信号121包括规则地排列成拜耳(bayer)阵列的r像素、g像素、以及b像素。

此外，在像素阵列单元111中，多个相位差检测像素122排列于以二维方式排列成矩阵的所述多个成像像素121之间。具体而言，相位差检测像素122包括a像素和b像素，在x方向上a像素的光接收区域的右侧被遮光，而在x方向上b像素的光接收区域的左侧被遮光。这些像素取代像素阵列单元111中像素行的预定行中的成像像素121的一部分，规则地排列成特定图案(在图3中，a像素与b像素交替排列)。

注意，像素阵列单元111中的成像像素121与相位差检测像素122的排列并非限制于图3所示的排列，而是可采用其他图案的排列。例如，a像素与b像素可被排列于宽度为两行的像素阵列单元111。作为另外一种选择，相位差检测像素122可包括在y方向上光接收区域的上侧被遮光的a像素以及在y方向上光接收区域的下侧被遮光的b像素，而且这些像素可沿y方向(列方向)排列。

[电子设备的成像处理]

此处参照图4的流程图来描述电子设备1的成像处理。

图4所述的成像处理在电子设备1的电源开关打开时开始。此时，显示单元17上显示光度测定单元(图未示出)通过光度测定而获得的实时取景图像、亮度信息等。

在步骤s11中，信号处理单元15从图像传感器14读取相位差检测像素122的像素数据(输出信号)。此时，相位差检测像素122的a像素的像素数据以及b像素的像素数据可被同时读取或者可在不同的定时被读取。信号处理单元15基于所读取的输出信号产生相位差检测数据，并且将相位差检测数据提供至相位差检测单元18。

在步骤s12中，相位差检测单元18基于信号处理单元15所提供的相位差检测数据计算离焦量。

在步骤s13中，相位差检测单元18判断所计算的离焦量的绝对值是否小于预定值，进而判断是否对于聚焦目标实现聚焦。

当在步骤s13中判定没有实现聚焦时，相位差检测单元18将指示所计算的离焦量的信息作为聚焦判断结果提供至驱动单元19，并且处理继续至步骤s14。

在步骤s14中，驱动单元19基于指示离焦量的聚焦判断结果以及聚焦透镜23的当前位置来计算驱动量(移动距离)，并根据该驱动量移动聚焦透镜23。然后，处理返回至步骤s11，并且重复后面的处理。

当在步骤s13中判定实现聚焦时，相位差检测单元18将指示实现聚焦的信息作为聚焦判断结果提供至驱动单元19，并且处理继续至步骤s15。此时，驱动单元19将聚焦透镜23保持在当前位置。

在步骤s15中，操作单元12判断快门按钮是否被操作。当在步骤s15中判定快门按钮未被操作时，处理返回至步骤s11，并且重复后面的处理。

当在步骤s15中判定快门按钮被操作时，处理继续至步骤s16，并且信号处理单元15从图像传感器14读取所有像素的像素数据(输出信号)。此时，在同时执行电荷的积聚和保留之后，逐行读取至少成像像素121的像素数据。然后，信号处理单元15基于所读取的输出信号产生静态图像数据，执行黑电平校正、缺陷校正、阴影校正、混色校正等，并且在步骤s17中将结果数据存储于存储单元16中。

上述处理使得可获得因全局快门功能而保持同时性以及因相位差af功能而没有离焦的图像。

像素阵列单元111中的成像像素121和相位差检测像素122的构型和操作能够如上所述实现全局快门功能和相位差af功能两种功能，以下将进行详细描述。

[成像像素的实例构型]

首先，参照图5和图6描述成像像素121的实例构型。图5是成像像素121的顶视图，图6是成像像素121沿图5右侧虚线a-a’的剖视图。

如图5左侧所示，成像像素121包括光电二极管(pd)201、存储器单元(mem)202、第一转移门极(transfergate)203、浮动扩散区域(fd)204、第二转移门极205、复位晶体管206、放大晶体管207、选择晶体管208、以及放电单元209。

光电二极管201例如是以如下方式形成：在形成于n型基底中的p型阱层中埋置n型埋置层，其中基底表面侧上形成p型层。

存储器单元202被形成为本发明的电荷积聚单元，并作为用于保留电荷的电荷保留单元。光电二极管201与存储器单元202在x方向(行方向)上并排形成。

第一转移门极203包括由多晶硅和绝缘膜制成的门极。第一转移门极203被形成为使用位于光电二极管201与存储器单元202之间的绝缘膜来覆盖二者之间的空间以及存储器单元202的上部，并且通过经由触点(图未示出)将驱动信号trx施加至门极而将光电二极管201中所积聚的电荷转移至存储器单元202。

第二转移门极205包括由多晶硅和绝缘膜制成的门极。第二转移门极205被形成为使用位于存储器单元202与浮动扩散区域204之间的绝缘膜来覆盖二者之间的空间，并且通过经由触点(图未示出)将驱动信号trg施加至门极而将存储器单元202中所积聚的电荷转移至浮动扩散区域204。

复位晶体管206连接于电源(图未示出)与浮动扩散区域204之间，并通过将驱动信号rst施加至门极而使浮动扩散区域204复位。

放大晶体管207的漏极连接至电源(图未示出)，其门极连接至浮动扩散区域204，放大晶体管207读取浮动扩散区域204的电压。

选择晶体管208的漏极连接至放大晶体管207的源极，选择晶体管208的源极连接至垂直信号线117(图2)，例如，选择晶体管208选择像素，通过将驱动信号sel施加至门极从该像素读取像素信号。

通过在曝光开始的时间将驱动信号ofg施加至门极，放电单元209将光电二极管201中积聚的电荷释放至n型层的漏极。

此外，如图5右侧所示，成像像素121包括例如由钨(w)制成的遮光膜210。遮光膜210被形成为将存储器单元202遮光。遮光膜210设置有开口211和开口212，开口211用于使光电二极管201能够接收光(物体光)，开口212用于通过触点将第二转移门极205的门极连接至布线214(图6)的放电单元209。

此外，成像像素121包括位于最上层的芯片上透镜213。芯片上透镜213被形成为使得其光轴与开口211(光电二极管201的光接收区域)的中心重合。

注意，如图6所示，在成像像素121中，滤色片215形成于芯片上透镜213下方，滤色片215具有与r像素、g像素、或b像素相对应的光谱特性。

[相位差检测像素的实例构型]

接下来，参照图7和图8描述相位差检测像素122的实例构型。图7显示相位差检测像素122中右侧被遮光的相位差检测像素122a(a像素)以及左侧被遮光的相位差检测像素122b(b像素)的顶视图。图8显示相位差检测像素122a和122b沿图7的虚线a-a’和b-b’的剖视图。

注意，图7和图8所示的相位差检测像素122a和122b与参照图5和图6所描述的成像像素121以相似方式形成的相关部分此处不再进行描述。

在相位差检测像素122a中，遮光膜210被形成为将存储器单元202遮光，并且设置有用于使光电二极管201能够接收光的开口221a。在相位差检测像素122b中，遮光膜210被形成为将光电二极管201遮光，并且设置有用于使存储器单元202能够接收光的开口221b。

开口221a与开口221b优选地具有相同的形状。

芯片上透镜222形成于相位差检测像素122a和122b每一者的相同位置处。具体而言，在相位差检测像素122a和122b中，芯片上透镜222形成在相位差检测像素122a中芯片上透镜222的光轴与开口221a的右侧(存储器单元202侧)边之间的距离等于相位差检测像素122b中芯片上透镜222的光轴与开口221b的左侧(光电二极管201侧)边之间的距离的位置处。

即，在这对相位差检测像素122(122a和122b)中，遮光膜210的开口221a和221b被设置于在x方向(相位差检测像素122a和122b排列的方向)上相对于芯片上透镜222的光轴互相对称的位置处。

注意，相位差检测像素122中的芯片上透镜222的位置不同于成像像素121中的芯片上透镜213的位置；然而，相位差检测像素122中的芯片上透镜222的尺寸优选地与成像像素121中的芯片上透镜213的尺寸相同。

如图8所示，相位差检测像素122中的芯片上透镜222下方没有形成滤色片。

使用上述结构时，可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率下降的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

接下来将描述成像像素121以及相位差检测像素122a和122b的操作。

[成像像素的操作]

首先，参照图9描述成像像素121的操作。当产生所捕获图像时，执行参照图9所描述的成像像素121的操作(驱动)。

图9的上半部分显示驱动信号被施加至成像像素121的选择晶体管208、复位晶体管206、第一转移门极203、第二转移门极205、以及放电单元209的时序图。

图9的下半部分显示在图9上半部分所示时序图中的t1至t4期间成像像素121的电势图。

在时间t1处，与入射光量相对应的电荷积聚于所有成像像素121的光电二极管(pd)201中。

之后，在所有驱动信号均断开的状态中，驱动信号rst接通，而且驱动信号trg接通。然后，在时间t2处，当驱动信号trx接通时，光电二极管201中积聚的电荷被转移至存储器单元(mem)202。

之后，驱动信号trx断开，使得电荷保留于存储器单元202中。然后，驱动信号rst断开，驱动信号ofg接通。如图9上半部分的时序图所示，驱动信号ofg断开的时间段是成像像素121中的积聚时间t。

在时间t3处，当驱动信号sel和rst接通时，光电二极管201被带入无电荷积聚于其中的状态。

在时间t4处，当驱动信号trg接通时，保留于存储器单元202中的电荷被转移至浮动扩散区域(fd)204。

上述操作使得在产生所捕获图像期间，可同时在所有成像像素121中积聚电荷，因此能够实现全局快门功能。

[相位差检测像素(a像素)的操作]

接下来，参照图10描述相位差检测像素122a(a像素)的操作。当产生所捕获图像时执行参照图10所描述的相位差检测像素122a的操作(驱动)，当检测到相位差时也执行该操作。

图10的上半部分显示驱动信号被施加至相位差检测像素122a的选择晶体管208、复位晶体管206、第一转移门极203、第二转移门极205、以及放电单元209的时序图。

图10的下半部分显示在图10上半部分的时序图中时间t11至t14期间相位差检测像素122a的电势图。

图10所示的相位差检测像素122a的操作与参照图9所描述的成像像素121的操作相似，此处不再赘述。

注意，图10上半部分的时序图所示的相位差检测像素122a中的积聚时间ta可能与图9上半部分的时序图所示的成像像素121中的积聚时间t相同或不同。

[相位差检测像素(b像素)的操作]

接下来，参照图11描述相位差检测像素122b(b像素)的操作。同样，当产生所捕获图像时执行参照图11所述的相位差检测像素122b的操作(驱动)，而且当检测到相位差时也执行该操作。

图11的上半部分显示驱动信号被施加至相位差检测像素122b的选择晶体管208、复位晶体管206、第一转移门极203、第二转移门极205、以及放电单元209的时序图。

图11的下半部分显示在图11上半部分的时序图中时间t21至t24期间相位差检测像素122b的电势图。

在驱动信号ofg总是接通的状态下，在时间t21处，与入射光量相对应的电荷积聚于存储器单元(mem)202中。因为驱动信号ofg总是接通，所以电荷不会积聚于光电二极管(pd)201中。

之后，当驱动信号rst接通且驱动信号trg接通时，积聚于存储器单元202中的电荷复位。

在时间t22处，与复位后的入射光量相对应的电荷积聚于存储器单元202中。

在驱动信号rst断开后，在时间t23处，当驱动信号sel和rst接通时，浮动扩散区域(fd)204复位。

在时间t24处，当驱动信号trg接通时，积聚于存储器单元202中的电荷被转移至浮动扩散区域204。如图11上半部分的时序图所示，从接通驱动信号trg以复位存储器单元202到时间t24处接通驱动信号trg的时间段是相位差检测像素122b中的积聚时间tb。

注意，图11中的时间t21至t24可分别与图10中的时间t11至t14相同。

上述操作使得可在执行相位差检测期间，同时从相位差检测像素122a和相位差检测像素122b进行读取，因此能够在保持相位差检测像素122a与相位差检测像素122b的同时性的同时实现相位差af功能。

相位差检测像素122a中的积聚时间ta和相位差检测像素122b中的积聚时间tb可分别设定，并且优选地根据相应像素的敏感度(输出)进行优化。具体而言，每一积聚时间均被设定成使得相位差检测像素122a的敏感度与积聚时间ta的乘积等于相位差检测像素122b的敏感度与积聚时间tb的乘积，即，使得能够满足(相位差检测像素122a的敏感度)×(积聚时间ta)＝(相位差检测像素122b的敏感度)×(积聚时间tb)。

以这种方式，可使用于相位差检测的信号在所述一对相位差检测像素的每一者中是一致的，并且可提高相位差检测的精度。

以下将描述相位差检测像素的修改实例。

<修改实例1>

[相位差检测像素的实例构型]

图12示出相位差检测像素122的另一实例构型。

注意，图12所示的相位差检测像素122a和122b与图7所示的相位差检测像素122a和122b以相似方式形成的相关部分此处不再赘述。

如图12所示，在相位差检测像素122a中，光电二极管201左侧的大约一半设置有开口221a。在相位差检测像素122b中，光电二极管201右侧的大约一半设置有开口221b。

此外，如图12所示，开口221a和221b被形成为在y方向上的长度尽可能长。具体而言，开口221a和221b在y方向上的长度被设定成大于成像像素121的开口211(图5)在y方向上的长度。

开口221a与开口221b优选地具有相同的形状。

芯片上透镜222形成于相位差检测像素122a和122b每一者的相同位置处。具体而言，在相位差检测像素122a和122b中，芯片上透镜222形成在相位差检测像素122a中芯片上透镜222的光轴与开口221a的右侧(存储器单元202侧)边之间的距离等于相位差检测像素122b中芯片上透镜222的光轴与开口221b的左侧(光电二极管201侧)边之间的距离的位置处。

即，在这对相位差检测像素122a和122b中，遮光膜210的开口221a和221b被设置于在x方向(相位差检测像素122a和122b排列的方向)上相对于芯片上透镜222的光轴互相对称的位置处。

在图12的相位差检测像素122a和122b的每一者中，芯片上透镜222被形成为使得其光轴与光电二极管201的光接收区域的中心重合。即，图12的相位差检测像素122a和122b中芯片上透镜222的位置与成像像素121中芯片上透镜213的位置相同。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图12所示相位差检测像素122a和122b的每一者的操作均与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例2>

[相位差检测像素的实例构型]

图13示出相位差检测像素122的又一实例构型。

注意，图13所示的相位差检测像素122a和122b与图7所示的相位差检测像素122a和122b以相似方式形成的相关部分此处不再赘述。

在图13所示的相位差检测像素122a和122b中，光电二极管201和存储器单元202形成于在x方向上互相对称的位置处。具体而言，在相位差检测像素122a中，光电二极管201形成于左侧，存储器单元202形成于右侧，而在相位差检测像素122b中，存储器单元202形成于左侧，光电二极管201形成于右侧。

如图13所示，相位差检测像素122a设置有开口221a，用于使形成于相位差检测像素122a左侧的光电二极管201能够接收光。相位差检测像素122b形成有开口221b，用于使形成于相位差检测像素122b右侧的光电二极管201能够接收光。

开口221a与开口221b优选地具有相同的形状。

芯片上透镜222形成于相位差检测像素122a和122b每一者中的相同位置处。具体而言，在相位差检测像素122a和122b中，芯片上透镜222形成在相位差检测像素122a中芯片上透镜222的光轴与开口221a的右侧(存储器单元202侧)边之间的距离等于相位差检测像素122b中芯片上透镜222的光轴与开口221b的左侧(存储器单元202侧)边之间的距离的位置处。

即，在这对相位差检测像素122a和122b中，遮光膜210的开口221a和221b被设置于在x方向(相位差检测像素122a和122b排列的方向)上相对于芯片上透镜222的光轴互相对称的位置处。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图13所示的相位差检测像素122a和122b的操作与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例3>

[相位差检测像素的实例构型]

图14示出相位差检测像素122的又一实例构型。

注意，图14所示的相位差检测像素122a和122b与图7所示的相位差检测像素122a和122b以相似方式形成的相关部分此处不再赘述。

在图14所示的相位差检测像素122a和122b每一者中，光电二极管201、存储器单元202等被形成为通过将图7所示的相位差检测像素122a和122b向左旋转90度而得到的状态。即，在相位差检测像素122a和122b中，光电二极管201与存储器单元202在y方向上并排形成。

注意，在此实例中，同样在成像像素121中，光电二极管201、存储器单元202、以及遮光膜210中的开口211被形成为通过将图5所示的成像像素121向左旋转90度而得到的状态。

如图14所示，在相位差检测像素122a中，光电二极管201和存储器单元202每一者的左侧大约一半设置有开口221a。在相位差检测像素122b中，光电二极管201和存储器单元202每一者的右侧大约一半设置有开口221b。

此外，如图14所示，开口221a和221b被形成为在y方向上的长度尽可能地长。

开口221a与开口221b优选地具有相同的形状。

芯片上透镜222形成于相位差检测像素122a和122b每一者的相同位置处。具体而言，在相位差检测像素122a和122b中，芯片上透镜222形成在相位差检测像素122a中芯片上透镜222的光轴与开口221a的右侧边之间的距离等于相位差检测像素122b中芯片上透镜222的光轴与开口221b的左侧边之间的距离的位置处。

即，在这对相位差检测像素122a和122b中，遮光膜210的开口221a和221b被设置于在x方向(相位差检测像素122a和122b的排列方向)上相对于芯片上透镜222的光轴互相对称的位置处。

在图14所示的相位差检测像素122a和122b的每一者中，芯片上透镜222被形成为使得其光轴与光电二极管201的光接收区域的中心重合。即，图14所示相位差检测像素122a和122b中芯片上透镜222的位置与成像像素121中芯片上透镜的位置相同。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率下降的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

以下将描述本实例中的成像像素121以及相位差检测像素122a和122b的操作。成像像素121的驱动与参照图9所描述的驱动相似，此处不再赘述。

[相位差检测像素的操作]

接下来，参照图15描述相位差检测像素122a和122b的操作。在本实例中，相位差检测像素122a和122b执行相同的操作。

图15的上半部分显示驱动信号被施加至相位差检测像素122(122a和122b)的选择晶体管208、复位晶体管206、第一转移门极203、第二转移门极205、以及放电单元209的时序图。

图15的下半部分显示在图15上半部分所示时序图中的t31至t34期间相位差检测像素122的电势图。

在时间t31处，与入射光量相对应的电荷积聚于所有相位差检测像素122中的光电二极管(pd)201和存储器单元(mem)202的每一者中。

之后，在所有驱动信号均断开的状态下，驱动信号rst接通。然后，在时间t32处时，当驱动信号trx接通时，积聚于光电二极管201中的电荷被转移至存储器单元202。

注意，由于驱动信号trg在时间t31至时间t32期间未接通，因此存储器单元202的电荷未复位，而且积聚于光电二极管201中的电荷与积聚于存储器单元202中的电荷在时间t32处相结合。

之后，驱动信号trx断开，使得电荷保留于存储器单元202中。然后，驱动信号rst接通，并且驱动信号ofg接通。如图15的上半部分的时序图所示，驱动信号ofg断开的时间段是本实例的相位差检测像素122中的积聚时间。

在时间t33处，当驱动信号sel和rst接通时，光电二极管201被带入无电荷积聚于其中的状态。

在时间t34处，当驱动信号trg接通时，保留于存储器单元202中的电荷被转移至浮动扩散区域(fd)204。

以此种方式，在相位差检测像素122a中，积聚于右侧被遮光的光电二极管201和存储器单元202中的电荷被同时读取，并且在相位差检测像素122b中，积聚于左侧被遮光的光电二极管201和存储器单元202中的电荷被同时读取。

上述操作使得可在执行相位差检测期间，同时从相位差检测像素122a和相位差检测像素122b进行读取，因此能够在保持相位差检测像素122a和相位差检测像素122b的同时性的同时实现相位差af功能。

<修改实例4>

[相位差检测像素的实例构型]

图16示出相位差检测像素122的又一实例构型。

注意，图16所示的相位差检测像素122a和122b与图7所示的相位差检测像素122a和122b以相似方式形成的相关部分此处不再赘述。

在图16所示的相位差检测像素122a和122b的每一者中，光电二极管201、存储器单元202等被形成为通过将图7所示的相位差检测像素122a和122b向左旋转90度而得到的状态。即，在相位差检测像素122a和122b中，光电二极管201和存储器单元202在y方向上并排形成。

注意，在本实例中，同样在成像像素121中，光电二极管201、存储器单元202、以及遮光膜210中的开口211被形成为通过将图5所示的成像像素121向左旋转90度而得到的状态。

如图16所示，在相位差检测像素122a中，光电二极管201左侧的大约一半设置有开口211a。在相位差检测像素122b中，光电二极管201右侧的大约一半设置有开口221b。

此外，如图16所示，开口221a和221b被形成为在x方向和y方向上的长度尽可能地长。具体而言，开口221a和221b在x方向上的长度被设定为大于成像像素121的开口211在x方向上的长度的一半，并且开口221a和221b在y方向上的长度被设定为大于成像像素121的开口211在y方向上的长度。

芯片上透镜222形成于相位差检测像素122a和122b的每一者的相同位置处。具体而言，在相位差检测像素122a和122b中，芯片上透镜222形成在相位差检测像素122a中芯片上透镜222的光轴与开口221a的右侧边之间的距离等于相位差检测像素122b中芯片上透镜222的光轴与开口221b的左侧边之间的距离的位置处。

即，在这对相位差检测像素122a和122b中，遮光膜210的开口221a和221b被设置于在x方向(相位差检测像素122a和122b排列的方向)上相对于芯片上透镜222的光轴互相对称的位置处。

在图16的相位差检测像素122a和122b的每一者中，芯片上透镜222被形成为使得其光轴与光电二极管201的光接收区域的中心重合。即，图16的相位差检测像素122a和122b中芯片上透镜222的位置与成像像素121中芯片上透镜213的位置相同。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图16所示的相位差检测像素122a和122b的每一者的操作均与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例5>

[相位差检测像素的实例构型]

图17和图18示出相位差检测像素122的又一实例构型。

注意，图17和图18所示的相位差检测像素122(122a和122b)与图7所示的相位差检测像素122a和122b以相似方式形成的相关部分此处不再赘述。

图17的相位差检测像素122与图7的相位差检测像素122a和122b的不同之处在于，图17的相位差检测像素122设置光电二极管231来取代存储器单元202。光电二极管231被形成为本发明的电荷积聚单元，并且用作能够积聚与入射光量相对应的电荷的光电转换单元。如图17所示，光电二极管201和光电二极管231在x方向(行方向)上并排形成。

如上所述，相位差检测像素121不包括存储器单元202，因此在本实例中不执行全局快门操作。注意，成像像素121具有图5所示的构型，并且包括存储器单元202，因此能够执行全局快门操作。

如图18所示，相位差检测像素122a设置有开口221a，用于使位于左侧的光电二极管201能够接收光。相位差检测像素122b设置有开口221b，用于使位于右侧的光电二极管231能够接收光。

开口221a与开口221b优选地具有相同的形状。

芯片上透镜222形成于相位差检测像素122a和122b的每一者的相同位置处。具体而言，在相位差检测像素122a和122b中，芯片上透镜222形成在相位差检测像素122a中芯片上透镜222的光轴与开口221a的右侧(光电二极管231侧)边之间的距离等于相位差检测像素122b中芯片上透镜222的光轴与开口221b的左侧(光电二极管201侧)边之间的距离的位置处。

即，在这对相位差检测像素122a和122b中，遮光膜210的开口221a和221b被设置于在x方向(相位差检测像素122a和122b排列的方向)上相对于芯片上透镜222的光轴互相对称的位置处。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，如上所述，图18所示的相位差检测像素122a和122b不执行全局快门操作。因此，作为其操作，其执行逐行或逐像素依序读取电荷的卷帘快门操作。

以上描述了基于所述一对相位差检测像素的每一者的输出信号执行相位差检测的构型。以下将描述一个相位差检测像素具有一对相位差检测像素功能的构型。

<修改实例6>

[像素阵列单元的像素排列]

首先，参照图19描述本实例的像素阵列单元111的像素排列。

如图19所示，在像素阵列单元111中，多个成像像素121在xy平面上以二维方式排列成矩阵。成像像素121包括规则地排列成拜耳(bayer)阵列的r像素、g像素、以及b像素。

此外，在像素阵列单元111中，多个相位差检测像素311排列于以二维方式排列成矩阵的多个成像像素121之间。具体而言，相位差检测像素311包括具有a像素和b像素两种像素功能的ab像素，在x方向上a像素的光接收区域的右侧被遮光，而在x方向上b像素的光接收区域的左侧被遮光。这些像素取代了像素阵列单元111的像素行中预定行的成像像素121的一部分，规则地排列成特定图案。

[相位差检测像素的实例构型]

接下来，参照图20描述像素阵列单元111中的相位差检测像素311的实例构型。

注意，图20所示的相位差检测像素311与参照图5所描述的成像像素121以相似方式形成的相关部分此处不再赘述。

在相位差检测像素311中，遮光膜210设置有用于使光电二极管201能够接收光的开口321a以及用于使存储器单元202能够接收光的开口321b。

开口321a与开口321b优选地具有相同的形状。

在相位差检测像素311中，芯片上透镜322形成在其光轴与开口321a的右侧(存储器单元202侧)边之间的距离等于其光轴与开口321b的左侧(光电二极管201侧)边之间的距离的位置处。

即，在相位差检测像素311中，遮光膜210的开口321a和321b被设置于在x方向(开口321a和321b排列的方向)上相对于芯片上透镜322的光轴互相对称的位置处。

注意，相位差检测像素311中的芯片上透镜322的位置和尺寸优选地与成像像素121中的芯片上透镜322的位置和尺寸相同。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

图20所示相位差检测像素311的操作对应于依序执行的参照图9所描述的操作以及参照图10所描述的操作。即，在相位差检测像素311中，在执行相位差检测期间，积聚于光电二极管201中的电荷与积聚于存储器单元202中的电荷被分开读取。

在图20的相位差检测像素311中，光电二极管201和存储器单元202二者均设置有开口，而且无需被遮光；因此，如图21所示，相位差检测像素311可不包括遮光膜210。

在此种情形中，在相位差检测像素311中，光电二极管201和存储器单元202被设置于在x方向(光电二极管201和存储器单元202排列的方向)上相对于芯片上透镜322的光轴互相对称的位置处。

<修改实例7>

顺便一提，在上述相位差检测像素的各构型中，其中在存储器单元202设置有开口的构型中，第一转移门极203形成于存储器单元202上方以覆盖存储器单元202的上部；因此，存储器单元202可能无法获得充足的光接收特性。

因此，例如相位差检测像素122b设置有用透明导电膜形成的第一转移门极361来取代第一转移门极203，如图22所示。

氧化铟锡(ito)、氧化锌、氧化锡等被用作透明导电膜的材料。例如，第一转移门极361的透明度优选地为80％或以上。

此种构型使得存储器单元202能够获得充足的光接收特性。

注意，可将这种构型应用于图14的相位差检测像素122b、图20和图21的相位差检测像素311、以及图7(图8)的相位差检测像素122b。

在上述构型中，相位差检测像素在左侧和右侧被遮光；然而，根据像素排列，相位差检测像素可在上侧和下侧被遮光，或者可被倾斜地遮光。

<修改实例8>

[相位差检测像素的实例构型]

图23和图24示出相位差检测像素122的又一实例构型。图23是顶视图，图24是沿图23的虚线a-b的剖视图。

注意，图23所示的相位差检测像素122a和122b与图7所示的相位差检测像素122a和122b以相似方式形成的相关部分此处不再赘述。

在图23所示的实例构型中，相位差检测像素122a和122b整体地形成于一个芯片上，以在x方向上相邻排列。在相位差检测像素122a和122b中，光电二极管201和存储器单元202被形成于在x方向上互相对称的位置处。换言之，相位差检测像素122a和122b被排列成使得例如光电二极管201和存储器单元202等构成元件相对于y轴(其作为相位差检测像素122a与122b之间的边界)成镜像对称。

具体而言，当在相位差检测像素122a中光电二极管201形成于左侧而存储器单元202形成于右侧时，则在相位差检测像素122b中存储器单元202形成于左侧而光电二极管201形成于右侧。

相位差检测像素122a设置有开口211a，用于使形成于相位差检测像素122a左侧的光电二极管201能够接收光。相位差检测像素122b设置有开口221b，用于使形成于相位差检测像素122b右侧的光电二极管201能够接收光。

开口221a与开口221b优选地具有相同的形状。

芯片上透镜222形成于相位差检测像素122a和122b的每一者的相同位置处。具体而言，在相位差检测像素122a和122b中，芯片上透镜222形成在相位差检测像素122a中芯片上透镜222的光轴与开口221a的右侧(存储器单元202侧)边之间的距离等于相位差检测像素122b中芯片上透镜222的光轴与开口221b的左侧(存储器单元202侧)边之间的距离的位置处。

即，在这对相位差检测像素122a和122b中，遮光膜210的开口221a和221b被设置于在x方向(相位差检测像素122a和122b排列的方向)上相对于芯片上透镜222的光轴互相对称的位置处。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图23所示相位差检测像素122a和122b的操作与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例9>

[相位差检测像素的实例构型]

图25示出相位差检测像素122的又一实例构型。

注意，图25所示的相位差检测像素122a和122b与图7所示的相位差检测像素122a和122b以相似方式形成的相关部分此处不再赘述。

在图25所示的实例构型中，相位差检测像素122a和122b整体地形成于一个芯片上，以在x方向上相邻排列。在相位差检测像素122a和122b中，光电二极管201和存储器单元202被形成于在x方向上互相对称的位置处。换言之，相位差检测像素122a和122b被排列成使得例如光电二极管201和存储器单元202等构成元件关于y轴(其作为相位差检测像素122a与122b之间的边界)成镜像对称。

具体而言，当在相位差检测像素122a中光电二极管201形成于左侧而存储器单元202形成于右侧时，则在相位差检测像素122b中存储器单元202形成于左侧而光电二极管201形成于右侧。

在相位差检测像素122a中，形成于相位差检测像素122a左侧的光电二极管201的上侧大约一半设置有开口221a。在相位差检测像素122b中，形成于相位差检测像素122b右侧的光电二极管201的上侧大约一半设置有开口221b。

开口221a与开口221b优选地具有相同的形状。

芯片上透镜222形成于相位差检测像素122a和122b的每一者的相同位置处。具体而言，在相位差检测像素122a和122b中，芯片上透镜222形成在相位差检测像素122a中芯片上透镜222的光轴与开口221a的右侧(存储器单元202侧)边之间的距离等于相位差检测像素122b中芯片上透镜222的光轴与开口221b的左侧(光电二极管201侧)边之间的距离的位置处。

即，在这对相位差检测像素122a和122b中，遮光膜210的开口221a和221b被设置于在x方向(相位差检测像素122a和122b排列的方向)上关于芯片上透镜222的光轴互相对称的位置处。换言之，开口221a和221b也关于作为相位差检测像素122a与122b之间的边界的y轴成镜像对称。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图25所示相位差检测像素122a和122b的每一者的操作均与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例10>

[相位差检测像素的实例构型]

图26示出相位差检测像素122的又一实例构型。

图26所示的相位差检测像素122a和122b与图7所示的相位差检测像素122a和122b以相似方式形成的相关部分此处不再赘述。

在图26所示的实例构型中，与图23所示的相位差检测像素122a和122b(修改实例8)一样，相位差检测像素122a和122b整体地形成于一个芯片上，以在x方向上相邻排列，并且被排列成使得构成元件关于y轴(其作为相位差检测像素122a与122b之间的边界)成镜像对称。

注意，浮动扩散区域204、复位晶体管206、放大晶体管207、以及选择晶体管208由两个像素(相位差检测像素122a和122b)共用。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图26所示的相位差检测像素122a和122b的操作均与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例11>

[相位差检测像素的实例构型]

图27示出相位差检测像素122的又一实例构型。

在图27的实例构型中，将关于x轴成镜像对称的构型增加至图26所示实例构型(修改实例10)的下侧；因此，四个像素(相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2)整体地形成于一个芯片上，以两个像素×两个像素的方式相邻排列。对于图27的实例构型，像素阵列单元111中至少两个连续行或列的成像像素121需要被相位差检测像素122取代。

在图27的实例构型中，浮动扩散区域204、复位晶体管206、放大晶体管207、以及选择晶体管208由四个像素(相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2)共用。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图27所示的相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2的操作与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例12>

[相位差检测像素的实例构型]

图28示出相位差检测像素122的又一实例构型。

图28的实例构型是通过将图23所示的实例构型(修改实例8)以z轴为旋转轴旋转90度得到的。即，图28所示的相位差检测像素122a和122b整体地形成于一个芯片上，以在y方向上相邻排列。在相位差检测像素122a和122b中，光电二极管201和存储器单元202被形成于在y方向上互相对称的位置处。换言之，相位差检测像素122a和122b被排列成使得例如光电二极管201和存储器单元202等构成元件相对于x轴(其作为相位差检测像素122a与122b之间的边界)成镜像对称。

对于图28的实例构型，在像素阵列单元111中，相位差检测像素122在y方向(列方向)上并排排列。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图28所示的相位差检测像素122a和122b的操作与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例13>

[相位差检测像素的实例构型]

图29示出相位差检测像素122的又一实例构型。

在图29的实例构型中，通过将图25所示的实例构型(修改实例9)以z轴作为旋转轴旋转90度而获得两种构型，这两种构型在x轴方向上并排排列；因此，四个像素(相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2)整体地形成于一个芯片上，以两个像素×两个像素的方式相邻排列。

对于图29的实例构型，像素阵列单元111中至少两个连续行或列的成像像素121需要被相位差检测像素122取代。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图29所示的相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2的操作与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例14>

[相位差检测像素的实例构型]

图30示出相位差检测像素122的又一实例构型。

在图30的实例构型中，将相对于x轴成镜像对称的构型增加至图28所示实例构型(修改实例12)的右侧；因此，四个像素(相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2)整体地形成于一个芯片上，以两个像素×两个像素的方式相邻排列。对于图30的实例构型，像素阵列单元111中至少两个连续行或列的成像像素121需要被相位差检测像素122取代。

在图30的实例构型中，浮动扩散区域204、复位晶体管206、放大晶体管207、以及选择晶体管208由四个像素(相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2)共用。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图30所示的相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2的操作与参照图10所描述的操作相似。

<修改实例15>

[相位差检测像素的实例构型]

图31示出相位差检测像素122的又一实例构型。

在图31的实例构型中，通过将图25所示的实例构型(修改实例9)以z轴作为旋转轴旋转90度而得到一构型，将相对于x轴成镜像对称的构型增加至该构型的右侧；因此，四个像素(相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2)整体地形成于一个芯片上，以两个像素×两个像素的方式相邻排列。对于图31的实例构型，像素阵列单元111中至少两个连续行或列的成像像素121需要被相位差检测像素122取代。

在图31的实例构型中，浮动扩散区域204、复位晶体管206、放大晶体管207、以及选择晶体管208由四个像素(相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2)共用。

使用上述结构时，同样可在抑制具有全局快门功能和相位差af功能的固态成像装置1的分辨率降低的同时提高相位差检测的精度，因为相位差检测像素的光接收区域的面积未减小，而且整个固态成像装置的有效像素的数目无需减少。

注意，图31所示的相位差检测像素122a1、122a2、122b1、及122b2的操作与参照图10所描述的操作相似。

注意，本实施例显示的实例中，仅对于相位差检测像素122而言，多个像素共用浮动扩散区域204、复位晶体管206、放大晶体管207、以及选择晶体管208；然而，也可由多个成像像素121共用这些元件。

本发明并非限制于上述实施例，而是可在本发明的范围内呈现多种修改型式。

此外，本发明也可被如下构造。

(1)一种固态成像装置，包括：

像素阵列单元，包括排列于其中的用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素；以及

驱动控制单元，被构造成用于控制所述像素的驱动，

其中所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元，以及

其中所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。

(2)如(1)所述的固态成像装置，其中所述驱动控制单元

在执行所述相位差检测期间读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中所积聚的电荷，以及

在产生所述所捕获图像期间，同时在至少所述成像像素中进行电荷的积聚。

(3)如(1)或(2)所述的固态成像装置，

其中所述相位差检测像素包括遮光膜，所述遮光膜在所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中设置有开口，以及

其中在一对所述相位差检测像素中，所述开口被设置于相对于所述芯片上透镜的光轴在所述一对相位差检测像素排列于其中的第一方向上互相对称的位置处。

(4)如(1)至(3)中任一项所述的固态成像装置，其中所述电荷积聚单元被形成为电荷保留单元，所述电荷保留单元被构造成用于保留来自所述光电转换单元的电荷。

(5)如(4)所述的固态成像装置，

其中所述光电转换单元与所述电荷保留单元在所述第一方向上并排形成，以及

其中在所述一对相位差检测像素的一个中，所述光电转换单元设置有所述开口，并且在所述一对相位差检测像素的另一个中，所述电荷保留单元设置有所述开口。

(6)如(5)所述的固态成像装置，其中在执行所述相位差检测期间，所述驱动控制单元读取所述一个相位差检测像素中的所述光电转换单元中所积聚的电荷，并且读取所述另一个相位差检测像素中的所述电荷保留单元中所积聚的电荷。

(7)如(6)所述的固态成像装置，其中所述驱动控制单元以以下方式控制所述一个相位差检测像素与所述另一个相位差检测像素的驱动：所述一个相位差检测像素中的所述光电转换单元的灵敏度与积聚时间的乘积变得等于所述另一个相位差检测像素中的所述电荷保留单元的灵敏度与积聚时间的乘积。

(8)如(4)所述的固态成像装置，

其中所述光电转换单元与所述电荷保留单元在所述第一方向上并排形成，以及

其中在所述一对相位差检测像素的一个中，所述光电转换单元的所述第一方向上的大约一半中设置有所述开口，并且在所述一对相位差检测像素的另一个中，在所述光电转换单元的所述第一方向上的大约另一半中设置有所述开口。

(9)如(4)所述的固态成像装置，

其中在所述一对相位差检测像素中，所述光电转换单元与所述电荷保留单元被形成于相对于所述一对相位差检测像素之间的边界成镜像对称的位置处，以及

其中在所述一对相位差检测像素的每一个中，所述光电转换单元均设置有所述开口。

(10)如(4)所述的固态成像装置，

其中所述光电转换单元与所述电荷保留单元在垂直于所述第一方向的第二方向上并排形成，以及

其中在所述一对相位差检测像素的一个中，所述光电转换单元与所述电荷保留单元的在所述第一方向上的大约一半中设置有所述开口，并且在所述一对相位差检测像素的另一个中，所述光电转换单元与所述电荷保留单元的在所述第一方向上的大约另一半中设置有所述开口。

(11)如(10)所述的固态成像装置，其中在执行所述相位差检测期间，所述驱动控制单元同时读取所述一个相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷保留单元中所积聚的电荷，并且同时读取所述另一个相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷保留单元中所积聚的电荷。

(12)如(3)所述的固态成像装置，

其中在所述相位差检测像素中，所述电荷积聚单元被形成为在所述第一方向上与所述光电转换单元并排的另一光电转换单元，以及

其中在所述一对相位差检测像素的其中一个中，所述光电转换单元设置有所述开口，并且在所述一对相位差检测像素的另一个中，所述另一光电转换单元设置有所述开口。

(13)如(1)或(2)所述的固态成像装置，

其中在所述相位差检测像素中，所述光电转换单元与所述电荷积聚单元被形成于相对于所述芯片上透镜的光轴在预定方向上互相对称的位置处，以及

其中在执行所述相位差检测期间，所述驱动控制单元分别读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元中所积聚的电荷以及所述相位差检测像素中的所述电荷保留单元中所积聚的电荷。

(14)如(13)所述的固态成像装置，其中所述电荷积聚单元被形成为电荷保留单元，所述电荷保留单元被构造成用于保留来自所述光电转换单元的电荷。

(15)如(13)或(14)所述的固态成像装置，

其中所述相位差检测像素包括遮光膜，所述遮光膜在所述光电转换单元与所述电荷积聚单元的一部分中设置有开口，以及

其中所述开口被设置于相对于所述芯片上透镜的光轴在所述预定方向上互相对称的位置处。

(16)如(1)或(2)所述的固态成像装置，

其中所述电荷积聚单元被形成为电荷保留单元，所述电荷保留单元被构造成用于保留来自所述光电转换单元的电荷，

其中所述相位差检测像素包括转移电极，所述转移电极被构造成用于在所述电荷保留单元上方将电荷从所述光电转换单元转移至所述电荷保留单元，以及

其中所述转移电极是使用透明导电膜形成。

(17)如(1)至(16)中任一项所述的固态成像装置，其中所述成像像素与所述相位差检测像素至少其中之一在多个像素之间共用构成元件。

(18)如(17)所述的固态成像装置，其中所述多个像素共用的所述构成元件包括浮动扩散区域、复位晶体管、放大晶体管、以及选择晶体管中的至少一种。

(19)一种固态成像装置的驱动方法，所述固态成像装置包括

像素阵列单元，包括排列于其中的用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素；以及

驱动控制单元，被构造成用于控制所述像素的驱动，

其中所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元，以及

其中所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成，

所述驱动方法包括以下步骤：

在由所述固态成像装置执行所述相位差检测期间，读取所述相位差检测像素中的所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分中所积聚的电荷；以及

在由所述固态成像装置产生所述所捕获图像期间，同时在至少所述成像像素中进行电荷的积聚。

(20)一种电子设备，包括：

固态成像装置，包括：

像素阵列单元，包括排列于其中的用于产生所捕获图像的成像像素以及用于执行相位差检测的相位差检测像素，作为包括芯片上透镜、光电转换单元、以及电荷积聚单元的像素；以及

驱动控制单元，被构造成用于控制所述像素的驱动，

其中所述成像像素形成有被遮光的所述电荷积聚单元，并且

其中所述相位差检测像素以所述光电转换单元与所述电荷积聚单元至少其中之一的至少一部分避免被遮光的方式形成。

参考符号列表

1电子设备

14图像传感器

111像素阵列单元

121成像像素

122相位差检测像素

201光电二极管

202存储器单元

203第一转移门极

210遮光膜

211开口

213芯片上透镜

221a,221b开口

222芯片上透镜

231光电二极管

311相位差检测像素

321a,321b开口

322芯片上透镜

361第一转移门极