固态成像装置和使用固态成像装置的成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及其上安装有焦点检测器件的固态成像装置、以及使用该固态成像装置的成像系统。
【背景技术】
[0002]在日本专利申请公开N0.2011-60815中，公开了其中在成像表面上设置焦点检测像素(用于自动聚焦(AF)的像素)的相位差检测系统的焦点检测器件。相位差检测系统是其中通过检测焦点检测像素之间的图像间隔(相位差)来检测光学系统的焦点调节状态的焦点检测系统。焦点检测器件的焦点检测像素各自包含出于将通过光学系统的光束选择性地引入到焦点检测像素的光电转换单元中的目的而遮蔽光电转换单元中的开口的一部分的遮光层。
[0003]在日本专利申请公开N0.2013-102383中，公开了通过将来自成像像素的信号的放大因子和来自相位差检测系统的AF像素的信号的放大因子设定为相互不同来提高AF像素的信号的S/N比的固态成像装置。
[0004]日本专利申请公开N0.2011-60815中公开的固态成像装置的焦点检测像素各自包含用于遮蔽开口的一部分的遮光层。与成像像素中的开口相比，这使得焦点检测像素中的开口变窄，由此焦点检测像素的输出信号趋于比成像像素的小。因此，存在其中不能获得用于检测焦点的足够灵敏度的情况。
[0005]如日本专利申请公开N0.2013-102383中公开的那样，在这种结构中提高检测焦点的灵敏度的一种方式是增大AF像素的放大因子。但是，当增大放大因子时，与来自像素的信号一起输出的噪声也可被放大，由此，依赖于噪声源，S/N比可能不被提高。特别地，当亮度低时，从像素输出的信号的S/N比低，由此，可能出现焦点检测性能降低的问题。另一方面，关于成像像素，不仅需要较高灵敏度，而且需要较高分辨率成像。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个实施例，提供一种固态成像装置，包括:多个成像像素，各自被配置为通过光电转换产生成像信号；多个焦点检测像素，各自被配置为通过光电转换产生聚焦信号；以及相加单元，被配置为相加由所述多个成像像素产生的多个成像信号以产生相加成像信号，并被配置为相加由所述多个焦点检测像素产生的多个聚焦信号以产生相加聚焦信号，其中，要由相加单元使用以产生一个相加聚焦信号的聚焦信号的数量比要由相加单元使用以产生一个相加成像信号的成像信号的数量大，并且用于输出相加聚焦信号的操作和用于在没有相加的情况下输出所述多个聚焦信号中的每一个的操作被选择性地实施。
[0007]从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。
【附图说明】
[0008]图1示出根据本发明第一实施例的像素电路结构的一部分。
[0009]图2是示出根据本发明第一实施例的像素结构的布局的平面图。
[0010]图3是示出用于驱动图1所示的像素电路的定时的定时图。
[0011]图4是示出根据本发明第二实施例的像素结构的布局的平面图。
[0012]图5是示出根据本发明第三实施例的像素结构的布局的平面图。
[0013]图6是示出根据本发明第四实施例的像素结构的布局的平面图。
[0014]图7示出根据本发明第五实施例的像素电路结构的一部分。
[0015]图8示出根据本发明第六实施例的成像系统的结构。
【具体实施方式】
[0016]现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。在整个附图中，使用类似的附图标记来指示类似的组件，并且有时省略相似组件的冗余描述。
[0017](第一实施例)
[0018]本发明的第一实施例涉及诸如CMOS图像传感器的固态成像装置的像素结构及其驱动方法。图1示出根据本发明第一实施例的成像区域的像素电路结构，示出了其中以矩阵布置多个像素的像素阵列10的一部分。在像素阵列10中，例如，在1920列X 1080行的像素行和像素列中布置像素。图1例示像素阵列10中的6行(从第η像素行到第(η+5)像素行)Χ3列(从第(N-1)像素列到第(Ν+1)像素列)的像素电路。
[0019]像素阵列10包含输出成像信号的成像像素100和输出相位差检测系统的焦点检测信号的焦点检测像素200。像素中的每一个包含光电转换单元11、浮动扩散区域12、传送晶体管13、放大器晶体管14、选择晶体管15和复位晶体管16。晶体管中的每一个可由N沟道MOSFET等形成。
[0020]多个像素的光电转换单元11和传送晶体管13与成像像素100的浮动扩散区域12连接。换句话说，一组的浮动扩散区域12、放大器晶体管14、选择晶体管15和复位晶体管16被多个光电转换单元11和传送晶体管13共享。
[0021]类似地，在焦点检测像素200中，一组的浮动扩散区域12、放大器晶体管14、选择晶体管15和复位晶体管16被多个光电转换单元11和传送晶体管13共享。
[0022]在图1所示的例子中，在列方向上并排的两个成像像素100共享一个浮动扩散区域12以形成两像素共享成像像素101。并且，在列方向上并排的四个焦点检测像素200共享一个浮动扩散区域12以形成四像素共享焦点检测像素201。
[0023]在图1中，例如，在第η像素行中，成像像素100和焦点检测像素200被混合布置，但一个行可仅包含焦点检测像素200。并且，例如，在第(η+4)像素行中，布置成像像素100，但不布置焦点检测像素200。并且，关于像素行中的每一行，可以布置成像像素100和焦点检测像素200以外的像素，诸如光学黑色(OB)像素。
[0024]接下来，描述成像像素100和焦点检测像素200的详细的结构和驱动方法。光电转换单元11是当光入射于其上时通过光电转换产生电荷的光电转换元件，诸如光电二极管。传送晶体管13连接于光电转换单元11与浮动扩散区域12之间，并且将由光电转换单元11产生的电荷传送到浮动扩散区域12。浮动扩散区域12与传送晶体管13、放大器晶体管14和复位晶体管16连接。浮动扩散区域12包含作为寄生电容存在于浮动扩散区域12与地之间的等价电容21，并且产生根据从光电转换单元11传送的电荷的电压。浮动扩散区域12处的电压被输入到放大器晶体管14的栅电极。放大器晶体管14经由选择晶体管15输出与前级中的浮动扩散区域12处的电压对应的输出到垂直输出线OUT。注意，第N列中的垂直输出线表示为OUT(N)。以这种方式，由光电转换单元11产生的电荷被转换成电压信号以被输出到垂直输出线OUT。复位晶体管16连接于浮动扩散区域12与像素电源线之间，并且具有当复位晶体管I6被接通时将浮动扩散区域12处的电压复位到预定电压的功能。选择晶体管15具有选择成像信号要被输出到的行的功能。
[0025]作为第一传送控制线的传送控制线TX与成像像素100的传送晶体管13的栅电极连接。作为第二传送控制线的传送控制线TXs与焦点检测像素200的传送晶体管13的栅电极连接。传送控制线TX和TXs中的每一个在每一行中被共享，并且第η行中的传送控制线表示为TX (η)或TXs (η)。当经由传送控制线TX或TXs传输的控制信号被输入到传送晶体管13时，传送晶体管13被控制为接通(连接)或关断(断开)。
[0026]分配给包含成像像素100和焦点检测像素200两者的像素行的传送控制线的数量和分配给包含成像像素100但不包含焦点检测像素200的像素行的传送控制线的数量相同。例如，两个传送控制线TX(η)和TXs(n)被分配给第η像素行，并且两个传送控制线TX (η+4)和TXs (η+4)被分配给第(η+4)像素行。
[0027]复位控制线RES与复位晶体管16的栅电极连接，并且向其供给复位控制信号。当供给复位控制信号时，复位晶体管16被控制为接通或关断。选择控制线SEL与选择晶体管15的栅电极连接，并且向其供给选择控制信号。当供给选择控制信号时，选择晶体管15被控制为接通或关断。与传送控制线TX和TXs的情况类似，第η行中的复位控制线RES和选择控制线SEL分别表示为RES (η)和SEL (η)。
[0028]图2是示出根据本发明第一实施例的像素结构的布局的平面图。省略了对与图1所示的电路中的组件类似的组件的描述。并且，没有示出复位