固态成像装置和使用固态成像装置的成像系统.pdf

本发明涉及固态成像装置和使用固态成像装置的成像系统。所提供的固态成像装置包括：成像像素，各自被配置为通过光电转换产生成像信号；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，被配置为相加由成像像素产生的成像信号以产生相加成像信号，并被配置为相加由焦点检测像素产生的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数量比要由相加单元使用以产生一个相加成像信号的数量大，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聚焦信号中的每一个的操作被选择性地实施。

权利要求书1.  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，以及其中，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。2.  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，被配置为避免相加由所述多个成像像素产生的多个成像信号，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，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。3.  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，其中，所述多个成像像素中的每一个和所述多个焦点检测像素中的每一个包含：光电转换单元，被配置为通过光电转换产生电荷；浮动扩散区域，被配置为将电荷转换成电压信号；以及传送晶体管，被配置为将来自光电转换单元的电荷传送到浮动扩散区域，以及其中，相加单元包含被配置为允许在相互连接状态与相互断开状态之间切换浮动扩散区域的相加晶体管。4.  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，被配置为避免相加由所述多个成像像素产生的多个成像信号，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，其中，所述多个成像像素中的每一个和所述多个焦点检测像素中的每一个包含：光电转换单元，被配置为通过光电转换产生电荷；浮动扩散区域，被配置为将电荷转换成电压信号；以及传送晶体管，被配置为将来自光电转换单元的电荷传送到浮动扩散区域，以及其中，相加单元包含被配置为允许在相互连接状态与相互断开状态之间切换浮动扩散区域的相加晶体管。5.  根据权利要求1至4中任一项所述的固态成像装置，其中，所述多个成像像素中的每一个和所述多个焦点检测像素中的每一个包 含：光电转换单元，被配置为通过光电转换产生电荷；以及传送晶体管，被配置为将来自光电转换单元的电荷传送到被配置为将电荷转换成电压信号的浮动扩散区域。6.  根据权利要求1和3中任一项所述的固态成像装置，其中，所述多个成像像素中的每一个和所述多个焦点检测像素中的每一个包含：光电转换单元，被配置为通过光电转换产生电荷；以及传送晶体管，被配置为将来自光电转换单元的电荷传送到被配置为将电荷转换成电压信号的浮动扩散区域，其中，通过将来自所述多个成像像素的光电转换单元的电荷并行传送到浮动扩散区域，产生相加成像信号，以及其中，通过将来自所述多个焦点检测像素的光电转换单元的电荷并行传送到浮动扩散区域，产生相加聚焦信号。7.  根据权利要求1至4中任一项所述的固态成像装置，其中，所述多个成像像素和所述多个焦点检测像素形成其中以矩阵布置所述多个成像像素和所述多个焦点检测像素的像素阵列，其中，像素阵列包括有包含成像像素和焦点检测像素的第一像素行、以及包含成像像素且不包含焦点检测像素的第二像素行，其中，固态成像装置还包括各自被配置为传输用于控制传送晶体管的控制信号的多个传送控制线，其中，第一像素行包含给其分配的与成像像素连接的第一传送控制线以及与焦点检测像素连接的第二传送控制线，以及其中，被分配给第一像素行的传送控制线的数量大于被分配给第二像素行的传送控制线的数量。8.  根据权利要求5和6中任一项所述的固态成像装置，其中，所述多个成像像素和所述多个焦点检测像素形成其中以矩阵布置所述多个成像像素和所述多个焦点检测像素的像素阵列，其中，像素阵列包括有包含成像像素和焦点检测像素的第一像素 行、以及包含成像像素且不包含焦点检测像素的第二像素行，其中，固态成像装置还包括各自被配置为传输用于控制传送晶体管的控制信号的多个传送控制线，其中，第一像素行包含给其分配的与成像像素连接的第一传送控制线以及与焦点检测像素连接的第二传送控制线，以及其中，被分配给第一像素行的传送控制线的数量与被分配给第二像素行的传送控制线的数量相同。9.  根据权利要求5和6中任一项所述的固态成像装置，其中，所述多个成像像素和所述多个焦点检测像素形成其中以矩阵布置所述多个成像像素和所述多个焦点检测像素的像素阵列，其中，固态成像装置还包括对每一行布置的传送控制线，传送控制线被配置为传输用于控制传送晶体管的控制信号，以及其中，传送控制线与包含于第一像素行中的焦点检测像素的传送晶体管的栅电极连接，并与包含于与第一像素行不同的第二像素行中的焦点检测像素的传送晶体管的栅电极连接。10.  根据权利要求5和6中任一项所述的固态成像装置，其中，所述多个成像像素和所述多个焦点检测像素形成其中以矩阵布置所述多个成像像素和所述多个焦点检测像素的像素阵列，以及其中，固态成像装置还包括互连，所述互连被配置为将包含于第一像素行中的焦点检测像素的传送晶体管的栅电极和包含于与第一像素行不同的第二像素行中的焦点检测像素的传送晶体管的栅电极相互连接，所述互连由与形成栅电极的材料相同的材料形成。11.  根据权利要求1和2中任一项所述的固态成像装置，其中，所述多个成像像素中的每一个和所述多个焦点检测像素中的每一个包含：光电转换单元，被配置为通过光电转换产生电荷；浮动扩散区域，被配置为将电荷转换成电压信号；以及传送晶体管，被配置为将来自光电转换单元的电荷传送到浮动扩散区域，以及其中，在通过相加单元相加信号的多个像素中，浮动扩散区域经由导电部件相互连接。12.  根据权利要求1至11中任一项所述的固态成像装置，其中，来自成像像素的电压信号和来自焦点检测像素的电压信号基于相互不同的控制信号被读出。13.  根据权利要求1至12中任一项所述的固态成像装置，其中，所述多个成像像素中的每一个和所述多个焦点检测像素中的每一个包含放大器晶体管，所述放大器晶体管被配置为放大成像信号和聚焦信号中的一个以输出放大信号，以及其中，相加单元在放大器晶体管的前级中产生相加聚焦信号。14.  根据权利要求1至13中任一项所述的固态成像装置，其中，包含于所述多个焦点检测像素中的每一个焦点检测像素中的光电转换单元的一部分被遮光部分覆盖，以及其中，包含于所述多个成像像素中的每一个成像像素中的光电转换单元是如下之一：防止被遮光部分覆盖，以及以比包含于所述多个焦点检测像素中的每一个焦点检测像素中的光电转换单元的所述部分的面积小的面积被遮光部分覆盖。15.  一种成像系统，包括：根据权利要求1至14中任一项所述的固态成像装置；以及信号处理器，被配置为处理从固态成像装置输出的聚焦信号，以获得关于到对象的距离的信息。

说明书固态成像装置和使用固态成像装置的成像系统
技术领域
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
在日本专利申请公开No.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。
在日本专利申请公开No.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。
日本专利申请公开No.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。
如日本专利申请公开No.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
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
(第一实施例)
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×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n像素行到第(n+5)像素行)×3列(从第(N-1)像素列到第(N+1)像素列)的像素电路。
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。
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。
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。
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。
在图1中，例如，在第n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(n+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。
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16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。
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n行中的传送控制线表示为TX(n)或TXs(n)。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)。
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(n) 和TXs(n)被分配给第n像素行，并且两个传送控制线TX(n+4)和TXs(n+4)被分配给第(n+4)像素行。
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n行中的复位控制线RES和选择控制线SEL分别表示为RES(n)和SEL(n)。
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，没有示出复位控制线RES和选择控制线SEL。
焦点检测像素200的光电转换单元11的上表面的一部分(在图2中，左侧)被遮光膜202覆盖。遮光膜202是由诸如铝的几乎不透射或不透射光的材料形成的薄膜。遮光膜202被布置于光电转换单元11的光接收表面与在光接收表面之上形成的微透镜(未示出)之间。但是，遮光膜202可被布置于微透镜之上。成像像素100的光电转换单元11不被遮光部分覆盖，或者，在比焦点检测像素200的光电转换单元11的被遮光膜202覆盖的部分的面积小的面积中被遮光部分覆盖。
在共享浮动扩散区域12的多个焦点检测像素200中，在各像素中形成的所有遮光膜202将光电转换单元的同一侧遮光。即，在图2中，在像素200中的每一个中，左侧被遮光。这仅允许通过焦点检测像素200的右侧的光束在光电转换单元11中形成图像，并且从焦点检测像素200输出第一聚焦信号。像素阵列10还包含如下的焦点检测像素(未示出)：对于该焦点检测像素，与图2所示的情况相反，仅右侧被遮光。在该像素中，仅通过左侧的光束在光电转换单元11中形成图像，并且输出第二聚焦信号。以这种方式，可以获得通过不同光学系统的两种类型的焦点检测信号。通过比较信号中的相位来检测焦点。
如上所述，通过由遮光膜202将焦点检测像素200的光电转换单元11的一半遮光，实现焦点检测。但是，光电转换单元11的一半被 覆盖以减少入射于其上的光量，由此，焦点检测像素200的每个像素的灵敏度比成像像素100的低。
在本实施例中，采用其中浮动扩散区域12被同一侧被遮光的像素共享的焦点检测像素200的结构。因此，可在浮动扩散区域12中相加从多个焦点检测像素200的光电转换单元11输出的电荷。换句话说，相加多个聚焦信号。这里，通过相加多个聚焦信号产生的信号被称为相加聚焦信号。并且，在成像像素100中，也使用类似的结构，使得可在浮动扩散区域12中相加从多个成像像素100的光电转换单元11输出的电荷。换句话说，相加多个成像信号。这里，通过相加多个成像信号产生的信号被称为相加成像信号。
在焦点检测像素200中，来自同一侧被遮光的四个像素的输出信号被相加以产生一个相加聚焦信号。另一方面，在成像像素100中，来自两个像素的输出信号被相加以产生一个相加成像信号。即，对于焦点检测像素200要相加的输出信号的数量为四个，并且对于成像像素100要相加的输出信号的数量为两个。因此，要相加的信号的数量被设定，使得对于每个像素具有较低灵敏度的焦点检测像素200，更多的信号被相加以被输出。这减少或解决了出于上述原因的较低灵敏度的问题，并且实现焦点检测像素200的较高灵敏度。注意，当来自n个像素的信号被相加以形成一个信号时，该状态在这里被称为“相加数为n”。并且，其中n个像素的浮动扩散区域12被电连接以被多个像素共享的状态被称为“共享数为n”。其中不进行相加或共享的状态有时被称为“相加数为1”或“共享数为1”。
另一方面，为了获得鲜锐(sharp)的图像，要求成像像素100具有高分辨率。关于成像像素100，仅相加两个像素，并且成像像素100的相加数比焦点检测像素200的相加数小。由此，由于多个像素的相加信号导致的图像的鲜锐度的损失受到抑制。出于上述的原因，根据本实施例的固态成像装置获得成像像素的较高分辨率和焦点检测像素的较高灵敏度两者，并且改善了图像的分辨率以及低亮度时的焦点检测性能。
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。描述了图1所示的像素电路的示例性的一组控制脉冲。关于所有的控制脉冲，高电平意味着晶体管接通。并且，用于供给控制脉冲的定时由定时控制单元(未示出)控制。在本实施例中，通过供给到像素的控制脉冲相加信号。由此，控制脉冲供给单元是相加单元的例子或者相加单元。
在时间T1处，所有像素的TX和TXs从低电平转变到高电平。在时间T2处，所有像素的TX和TXs从高电平转变到低电平。并且，在从时间T1到时间T2的时段期间，所有像素的PSEL处于低电平，并且所有像素的PRES处于高电平。换句话说，在从时间T1到时间T2的时段期间，传送晶体管13接通，选择晶体管15关断，并且复位晶体管16接通。该操作将光电转换单元11中积累的电子经由浮动扩散区域12排出到复位晶体管16的漏极以将像素电路复位。接下来，从时间T2到时间T3的时段是光电转换单元11被曝光以产生电子的曝光时段301。
在时间T4处，第n行和第(n+1)行中的成像像素100的TX(n)和TX(n+1)从低电平转变到高电平。在时间T5处，TX(n)和TX(n+1)从高电平转变到低电平。该操作接通第n行和第(n+1)行中的传送晶体管13，并且在曝光时段301期间产生的电子从成像像素100被传送到浮动扩散区域12。这导致电子从多个成像像素100的光电转换单元11被并行传送到浮动扩散区域12，并且来自第n行和第(n+1)行中的成像像素100的信号输出被相加。
类似地，在时间T4处，第n行到第(n+3)行中的焦点检测像素200的TXs(n)、TXs(n+1)、TXs(n+2)和TXs(n+3)从低电平转变到高电平。在时间T5处，TXs(n)、TXs(n+1)、TXs(n+2)和TXs(n+3)从高电平转变到低电平。该操作接通第n行到第(n+3)行中的传送晶体管13，并且在曝光时段301期间产生的电子从焦点检测像素200被传送到浮动扩散区域12。这导致电子从多个焦点检测像素200的光电转换单元11被并行传送到浮动扩散区域12，并且来自 第n行到第(n+3)行中的焦点检测像素200的信号输出被相加。
在时间T6处，第(n+2)行和第(n+3)行中的成像像素100的TX(n+2)和TX(n+3)从低电平转变到高电平。在时间T7处，TX(n+2)和TX(n+3)从高电平转变到低电平。该操作接通第(n+2)行和第(n+3)行中的传送晶体管13，并且在曝光时段301期间产生的电子从成像像素100被传送到浮动扩散区域12。这相加来自第(n+2)行和第(n+3)行中的成像像素100的信号输出。
类似地，在时间T8处，第(n+4)行和第(n+5)行中的成像像素100的TX(n+4)和TX(n+5)从低电平转变到高电平。在时间T9处，TX(n+4)和TX(n+5)从高电平转变到低电平。该操作接通第(n+4)行和第(n+5)行中的传送晶体管13，并且在曝光时段301期间产生的电子从成像像素100被传送到浮动扩散区域12。这相加来自第(n+4)行和第(n+5)行中的成像像素100的信号输出。
通过上述的操作，即使在同一像素行中存在成像像素100和焦点检测像素200，也可分别经由传送控制线TX和传送控制线TXs单独地控制从成像像素100的传送和从焦点检测像素200的传送以读取信号。因此，成像像素100的相加数和焦点检测像素200的相加数可相互不同。具体而言，在本实施例中，对成像像素100相加来自两个像素的信号，并且对焦点检测像素200相加来自四个像素的信号。结果，通过将焦点检测像素200的相加数配置为大于成像像素100的相加数，可以获得焦点检测像素200的高灵敏度输出。另一方面，成像像素100的相加数被设定为小于焦点检测像素200的相加数，并且由于相加导致的分辨率的劣化被减小。通过采用上述的像素电路结构和驱动定时，可布置获得成像像素的较高分辨率和焦点检测像素的较高灵敏度两者、并且改善图像的分辨率以及低亮度时的焦点检测性能的固态成像装置。
注意，在本实施例中，两个成像像素100共享一个放大器晶体管14，并且四个焦点检测像素200共享一个放大器晶体管14。具体而言，成像像素100的共享数为两个，并且焦点检测像素200的共享数为四 个。但是，作为变更例，成像像素100的共享数和焦点检测像素200的共享数可相同。例如，四个成像像素100可共享一个放大器晶体管14。并且，对于这种结构，类似地如上面描述的那样设定用于驱动的定时，由此，可分别经由传送控制线TX和传送控制线TXs单独地控制从成像像素100的传送和从焦点检测像素200的传送。因此，即使从元件结构的观点看两种类型的像素的共享数相同，也可以在其中像素的相加数相互不同的状态下驱动成像像素100和焦点检测像素200。由此，可以获得类似的效果。随着像素的共享数变大，每个像素的晶体管的数量可更多地被减小，由此，光电转换单元11的面积可变大。结果，可以提高灵敏度。
(第二实施例)
以下描述本发明的第二实施例。注意，在第二到第四实施例中，在成像像素100的共享数是一个即不进行像素的相加并且焦点检测像素的共享数是两个的假设下，描述像素的共享数。作为变更例，成像像素的共享数和焦点检测像素的共享数可相同。
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。在第二实施例中，除了共享数不同以外，像素电路结构与第一实施例中的类似。并且，第二实施例与第一实施例的不同在于，仅在存在焦点检测像素200的行中布置焦点检测像素200的传送控制线TXs，并且不在不存在焦点检测像素200的行中布置传送控制线TXs。换句话说，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大于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。例如，给第n像素行分配一个传送控制线TX(n)，并且给第(n+1)像素行分配两个传送控制线TX(n+1)和TXs(n+1)。不必在不存在焦点检测像素200的行中发送用于驱动焦点检测像素200的控制信号，由此，可在没有传送控制线TXs的情况下根据图3所示的定时图驱动像素电路。
根据本实施例，不在不存在焦点检测像素200的行中布置传送控制线TXs，由此，可减少由形成传送控制线TXs的互连阻挡入射光导 致的光量减少，以提高灵敏度。这使得能够获得具有高S/N比的信号。
(第三实施例)
以下参照图5描述本发明的第三实施例。第三实施例与第一实施例的不同在于，根据第三实施例的固态成像装置不包含焦点检测像素200的传送控制线TXs。而是，同一传送控制线TX与共享浮动扩散区域12的多个焦点检测像素200的传送晶体管13的栅电极17连接。
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。第N列的第(n+1)行和第(n+2)行中的焦点检测像素200共享浮动扩散区域。此外，第N列中的第(n+1)行和第(n+2)行中的焦点检测像素200中的传送晶体管13的栅电极17各自与传送控制线TX(n+1)连接。
在时间T4处，传送控制线TX(n+1)从低电平转变到高电平，并且在时间T5处从高电平转变到低电平。第(n+1)行中的焦点检测像素200和第(n+2)行中的焦点检测像素200中的光电转换单元11中的电荷被同时传送到浮动扩散区域12。这样，可以相加来自第(n+1)行和第(n+2)行中的焦点检测像素200的信号。
根据本实施例，与第一实施例的情况不同，焦点检测像素200不包含传送控制线TXs，由此，可减少由形成传送控制线TXs的互连阻挡入射光导致的光量减少，以提高灵敏度。这使得能够获得具有高S/N比的信号。并且，像素行均不包含传送控制线TXs，由此，与第二实施例的情况中相比，可更有效地获得具有高S/N比的信号。
(第四实施例)
以下参照图6描述本发明的第四实施例。根据第四实施例的像素电路从电路图的观点看具有与第三实施例中相同的电路结构，但互连被不同地布置。具体而言，在共享浮动扩散区域12的多个焦点检测像素200的传送晶体管13中，形成传送晶体管13的栅电极之间的连接部分18的互连由导电部件形成，并且还与焦点检测像素200的栅电极17连接。从简化处理的观点看，优选传送晶体管13的栅电极17和传送晶体管13的栅电极之间的连接部分18采用同一步骤中同一材料所 形成的互连。
根据本实施例，可使用光电转换单元11上的互连进行连接，由此，难以阻挡入射光。因此，与如第三实施例中那样通过由光电转换单元11的上层中的互连形成的传送控制线TX进行连接的情况相比，可以增加入射于光电转换单元11上的光量。因此，传感器的灵敏度得到提高，使得可以获得具有高S/N比的信号。
(第五实施例)
以下参照图7描述本发明的第五实施例。第五实施例与第一实施例的不同在于，相加单元19或相加晶体管19被布置于相互连接多个浮动扩散区域的互连上。当相加晶体管19接通时，相应的浮动扩散区域12相互连接，并且，当相加晶体管19关断时，相应的浮动扩散区域12相互断开。利用该结构，可通过接通或关断相加晶体管改变相加数，由此，可根据诸如要成像的物体的亮度的拍摄条件选择任意的相加数。
根据该结构，即使对于其中入射光量小且像素输出小的拍摄条件，通过根据拍摄条件增加焦点检测像素的相加数，也可增大焦点检测像素的输出。由此，传感器的灵敏度得到提高，使得可以获得具有高S/N比的信号。
(第六实施例)
图8示出根据本发明第六实施例的成像系统的结构，该成像系统使用根据第一到第五实施例中的任一个的固态成像装置。成像系统800包括光学单元810、固态成像装置820、图像信号处理单元(信号处理器)830、存储器/通信单元840、定时控制单元850、系统控制单元860和再现/显示单元870。作为固态成像装置820，使用以上作为第一、第二、第三、第四或第五实施例描述的包含成像像素100和焦点检测像素200的固态成像装置。
诸如镜头的作为光学系统的光学单元810在固态成像装置820的二维布置多个成像像素100和焦点检测像素200的像素阵列10上将来自对象的光成像，以形成对象的图像。固态成像装置820在基于来自 定时控制单元850的信号的定时输出根据在成像像素100或焦点检测像素200上成像的光的信号。从固态成像装置820输出的信号被输入到图像信号处理单元830。图像信号处理单元830根据由程序等确定的方法执行诸如将输入信号转换成图像数据的信号处理。并且，图像信号处理单元830通过处理从固态成像装置输出的聚焦信号，获得调节焦点所需要的关于到对象的距离的信息。通过图像信号处理单元830的处理获得的信号作为图像数据被发送到存储器/通信单元840。存储器/通信单元840向再现/显示单元870发送用于形成图像的信号，以导致再现/显示单元870再现或显示运动图像或静止图像。另外，存储器/通信单元840从图像信号处理单元830接收信号，以与系统控制单元860通信，并在记录介质(未示出)上记录用于形成图像的信号。
系统控制单元860集体控制成像系统800的操作，并且控制光学单元810、定时控制单元850、存储器/通信单元840和再现/显示单元870的驱动。并且，系统控制单元860包含存储器(未示出)，该存储器例如为记录介质。控制成像系统800的操作所需要的程序等被记录于该存储器中。并且，系统控制单元860根据例如用户操作将用于切换驱动模式的信号供给到成像系统800中。具体而言，供给用于改变要被读出或复位的行、改变伴随电子变焦的视角、变动伴随电子图像稳定化的视角等的信号。定时控制单元850基于系统控制单元860的控制，控制用于驱动固态成像装置820和图像信号处理单元830的定时。
根据本实施例的固态成像装置820获得成像像素100的较高分辨率和焦点检测像素200的较高灵敏度两者。因此，通过安装根据本实施例的固态成像装置820，可以实现可形成具有高分辨率的图像且即使当亮度低时也可令人满意地检测焦点的成像系统800。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。