CN101461230B - 固态成像器件和使用该固态成像器件的成像装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种固态成像器件，该固态成像器件具有能改变将像素中的哪些像素用作具有在哪个方向上平分的光电转换器部件的像素的自由度。当栅电极(67)被置为高且栅电极(68)被置为高时，光电二极管(31到34)彼此电连接。当栅电极(67)被置为高而栅电极(68)被置为低时，光电二极管(31)和光电二极管(32)以及光电二极管(33)和光电二极管(34)彼此电连接。另一方面，光电二极管(31)和光电二极管(33)以及光电二极管(32)和光电二极管(34)电分离。当栅电极(67)被置为低而栅电极(68)被置为高时，光电二极管(31)和光电二极管(32)以及光电二极管(33)和光电二极管(34)电分离。另一方面，光电二极管(31)和光电二极管(33)以及光电二极管(32)和光电二极管(34)彼此电连接。

Description

固态成像器件和使用该固态成像器件的成像装置
技术领域
本发明涉及一种固态成像器件和使用该固态成像器件的成像装置。
背景技术
近来，诸如摄像机和电子静态相机的成像装置已广泛普及。在这些相机的每一个中，使用诸如CCD型和放大型的固态成像器件。在这种固态成像器件中，具有用于根据入射光的量生成信号电荷的光电转换器部件的多个像素形成为栅格形状。
在放大型固态成像器件中，通过像素中的光电转换器部件生成并积聚的信号电荷被导向放大部件，并且从像素输出通过放大部件放大的信号。
在放大型固态成像器件中，例如在日本专利特开平11-177076和2004-335882中提出一种在放大部件中使用结型场效应晶体管的固态成像器件以及在日本专利特开2004-111590中提出一种在放大部件中使用MOS晶体管的CMOS型固态成像器件。
在上述专利文献中公开的传统固态成像器件中，光电转换器部件、放大部件和用于暂时将电荷储存在其间的电荷储存部件被放置在每个像素中。而且，在传统的固态成像器件中，在使所有像素同时曝光之后，在每个光电转换器部件中生成的信号电荷同时传输到所有像素上的每个电荷储存部件并暂时地储存，并且信号电荷被依次转换成具有指定的读出时序的像素信号。因而，能防止在执行电子快门动作，即所谓的卷帘式快门时，由线之间的各像素的曝光时间差导致的图像变形。
在诸如相机的成像装置中，为了实现自动聚焦控制，必须检测取像镜头的聚焦状态。以前，焦点检测器独立于固态成像器件设置。然而，在此情形中，成本增加，并且装置增加了焦点检测器件和焦点检测光学系统的量。
因而，提出了一种固态成像器件，该固态成像器件构造为用作利用所谓光瞳分割相位差检测方法(有时称为光瞳分割方法或相位差方法)作为焦点检测方法的焦点检测器(例如，日本专利特开2003-244712)。光瞳分割相位差检测方法是下述方法，即用于检测取像镜头的散焦量的方法，使得穿过取像镜头的光线束在光瞳处被分成两束，从而形成一对分割的图像，并检测图像中的差别(相移量)。
在日本专利特开2003-244712中公开的固态成像器件中，提供多个具有上下平分的光电转换器部件(平分成上部和下部)的像素以及多个具有左右平分的光电转换器部件(平分成右部和左部)的像素。微型镜头与每个像素一一对应地设置在这样的光电转换器部件上。平分的光电转换器部件通过微型镜头基本与取像镜头的出射光瞳成成像关系(共轭关系)地设置。因而，由于取像镜头的出射光瞳与微型镜头之间的距离充分地大于微型镜头的尺寸，所以平分的光电转换器部件将基本上设置到微型镜头的焦点。在上述的关系中，在每个像素中，平分的光电转换器部件中的一个选择性地检测穿过在给定方向上偏离出射光瞳的中心的区域的一束光线，并执行光电转换，其中所述区域是取像镜头的出射光瞳的一部分。而且，在每个像素中，平分的光电转换器部件中的另一个选择性地检测穿过在相反的方向上偏离出射光瞳的中心的区域的一束射线，并执行光电转换，其中所述区域是取像镜头的出射光瞳的一部分。
在日本专利特开2003-244712中公开的固态成像器件中，在焦点检测时，带有不同时序的来自具有上下(或左右)平分的光电转换器部件的每个像素的平分的光电转换器部件中的一个的信号与来自平分的光电转换器部件中的另一个的信号被传输到浮动扩散区域，并分别读出。根据光瞳分割相位差检测方法的理论，基于这些信号检测取像镜头的聚焦状态。另一方面，在取像镜头的聚焦之后照相时，来自平分的光电转换器部件的两部分的信号以相同的时序传输到浮动扩散区域，并添加到像素中以被读出。因而，由于具有平分的光电转换器部件的像素没有引起与缺陷像素相同的状态，所以在增强成像性能方面是优秀的。
在日本专利特开2003-244712中公开的固态成像器件中，在焦点检测时，设置多个具有上下平分的光电转换器部件的像素和多个具有左右平分的光电转换器部件的像素的原因是为了通过改变光瞳分割的方向而在所有方向上精确地检测聚焦状态，以便于精确地检测彼此不同方向的相移量。当使用来自具有上下平分的光电转换器部件并在上下方向上设置的多个像素的信号时，能够精确地检测在上下方向上的相移量。另一方面，当使用来自具有左右平分的光电转换器部件并在左右方向上设置的多个像素的信号时，能精确地检测在左右方向上的相移量。
然而，在日本专利特开2003-244712中公开的固态成像器件中，预先确定具有上下平分的光电转换器部件的像素以及具有左右平分的光电转换器部件的像素，从而不能改变条件。因而，例如，为了提高聚焦状态的检测精度，不能根据要拍摄的目标来将具有上下平分的光电转换器部件的像素和具有左右平分的光电转换器部件的像素的布置改变到最优布置，从而聚焦状态的检测精度不能总是得到充分提高。
发明内容
基于上述问题做出本发明，并且本发明的目的是提供一种固态成像器件以及使用该固态成像器件的成像装置，该固态成像器件具有能改变像素中的用作具有在某方向上平分的光电转换器部件的像素，而不会引起缺陷像素的相似状态的自由度，并且能提高聚焦调节状态的检测精度。
根据本发明的第一方面，提供一种固态成像器件，用于对通过取像镜头形成的目标图像进行光电转换，该固态成像器件包括：二维设置的多个像素；多个像素中的包括四个光电转换器部件的至少部分像素以及模式设定构件，所述光电转换器部件的每一个位于由在平面图中彼此相交的第一方向分割线和第二方向分割线分割的四个区域的一个中并执行光电转换，所述模式设定构件能根据控制信号选择性地在第一到第三模式中的每一个中设定。在固态成像器件中，第一模式是下述模式：添加来自四个光电转换器部件中位于第一方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件的信号，并且添加来自四个光电转换器部件中位于第一方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件的信号，并且独立获取被添加的两个信号。第二模式是下述模式：添加来自四个光电转换器部件中位于第二方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件的信号，并且添加来自四个光电转换器部件中位于第二方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件的信号，并且独立获取被添加的两个信号。第三模式是下述模式：添加来自四个光电转换器部件的信号。
根据本发明的第二方面，提供一种固态成像器件，用于对通过取像镜头形成的目标图像进行光电转换，该固态成像器件包括：二维设置的多个像素；多个像素中的包括四个光电转换器部件的至少一部分像素以及模式设定构件，所述光电转换器部件的每一个位于由在平面图中彼此相交的第一方向分割线和第二方向分割线分割的四个区域的一个中并执行光电转换，所述模式设定构件能根据控制信号选择性地在第一到第三模式中的每一个中设定。在固态成像器件中，第一模式是下述模式：将四个光电转换器部件中位于第一方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件电连接，并且将四个光电转换器部件中位于第一方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件电连接，而将四个光电转换器部件中位于相对于第一方向分割线不同侧的光电转换器部件电分隔。第二模式是下述模式：将四个光电转换器部件中位于第二方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件电连接，并且将四个光电转换器部件中位于第二方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件电连接，而将四个光电转换器部件中位于相对于第二方向分割线的不同侧的光电转换器部件电分隔。第三模式是下述模式：将四个光电转换器部件中位于第一方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件以及四个光电转换器部件中位于第一方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件电连接，并且将四个光电转换器部件中位于第二方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件以及四个光电转换器部件中位于第二方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件电连接。
在本发明的第二方面中，优选地，四个光电转换器部件中相对于第一或第二分割线彼此邻近的两个光电转换器部件的每一个之间的间隔当两个光电转换器部件电连接时具有光电转换功能，而当两个光电转换器部件电分隔时不具有光电转换功能。
在本发明的第二方面中，优选地，模式设定构件包括沿第一分割线设置的第一栅电极和沿第二分割线设置的第二栅电极。
在本发明的第二方面中，优选地，第一栅电极构成将四个光电转换器部件中位于第二分割线一侧的两个光电转换器部件的半导体区域设定为源极或漏极的MOS晶体管的栅极，以及将四个光电转换器部件中位于第二分割线另一侧的两个光电转换器部件的半导体区域设定为源极或漏极的MOS晶体管的栅极，而第二栅电极构成将四个光电转换器部件中位于第一分割线一侧的两个光电转换器部件的半导体区域设定为源极或漏极的MOS晶体管的栅极，以及将四个光电转换器部件中位于第一分割线另一侧的两个光电转换器部件的半导体区域设定为源极或漏极的MOS晶体管的栅极。
在本发明的第二方面中，优选地，第一和第二栅电极由透明材料构造。
在本发明的第二方面中，优选地，第一和第二栅电极由多晶硅构造。
在本发明的第二方面中，优选地至少一部分像素包括第一和第二电荷储存部件，用于储存从四个光电转换器部件中位于对角的两个各自光电转换器部件传输的电荷；放大器，用于根据给定部件的电荷量输出信号；第一传输栅极，用于将电荷从位于对角的两个光电转换器部件中的光电转换器部件的一侧传输到第一电荷储存部件；第二传输栅极，用于将电荷从位于对角的两个光电转换器部件中的光电转换器部件的另一侧传输到第二电荷储存部件；第三传输栅极，用于将电荷从第一传输栅极传输到给定部件；以及第四传输栅极，用于将电荷从第二传输栅极传输到指定部件。
在本发明的第二方面中，优选地至少一部分像素包括电荷释放栅极，用于从四个光电转换器部件的至少一个光电转换器部件中释放电荷。
在本发明的第二方面中，优选地，用于将光导向四个光电转换器部件的微型镜头一一对应地设置到至少一部分像素的每一个。
根据本发明的第三方面，提供一种成像装置，该成像装置包括根据第一方面或第二方面的固态成像器件以及信号处理器，该信号处理器用于基于在第一模式或第二模式下从至少一部分像素中的所选像素的每一个中获得的信号来输出表示取像镜头的聚焦状态的检测信号。
在本发明的第三方面中，优选地，根据目标确定取像镜头的聚焦调节状态的检测是基于第一和第二模式中的哪一种模式。
在本发明的第三方面中，优选地，包括镜头控制器，用于基于来自信号处理器的检测信号来控制取像镜头的聚焦调节。
根据本发明，能够提供一种固态成像器件以及使用该固态成像器件的成像装置，该固态成像器件具有能改变将哪些像素用作具有在哪个方向上平分的光电转换器部件的像素，而不会引起缺陷像素的相似状态的自由度，并从而能提高聚焦调节状态的检测精度。
附图说明
图1是显示根据本发明的实施例的电子相机的框图。
图2是显示图1中所示的固态成像器件的概略构造的电路图。
图3是显示图2中所示的像素的电路图。
图4是典型地显示图2中所示的像素的平面图。
图5是显示预定的动作状态的沿图4中的A-A’线的剖视图。
图6是显示另一动作状态的沿图4中的A-A’线的剖视图。
图7是沿图4中的B-B’线的剖视图。
图8是沿图4中的C-C’线的剖视图。
图9是显示图1中所示的固态成像装置的动作状态的时序图。
图10是显示图1中所示的固态成像装置的另一动作状态的时序图。
图11是显示图1中所示的固态成像装置的又一动作状态的时序图。
图12是显示图1中所示的电子静态相机的动作示例的流程图。
具体实施方式
下文参照附图来说明根据本发明的固态成像器件和使用该固态成像器件的成像装置。
图1是示出作为根据本发明的实施例的成像装置的电子相机1的框图。电子相机1装有取像镜头2。在孔径光阑聚焦和缩小光圈时，通过镜头控制器2a控制取像镜头2。固态成像器件3的成像表面设置在取像镜头2的像侧空间中。
固态成像器件3通过成像控制器4的指令驱动并输出信号。从固态成像器件3输出的信号或者是成像信号或者是焦点检测信号。不管怎样，通过信号处理器5和A/D转换器6处理信号，并将信号暂时储存在存储器7中。存储器7连接到数据总线8。数据总线8与镜头控制器2a、成像控制器4、微处理器9、焦点计算器(检测处理器)10、记录器11、图像压缩器12和图像处理器13相连。微处理器9与诸如释放按钮的操作部件9a相连。记录器11可移除地与记录介质11a相连。下文将参照图12来说明电子相机1的动作。
图2是显示图1中所示的固态成像器件3的概略构造的电路图。固态成像器件3具有形成为栅格形状的多个像素20和用于从像素20输出信号的外围电路。在图2中，像素的数量是16，即四个水平行和四个垂直列。然而，本发明不限于此。尽管由20表示的虚线显示了像素的轮廓，但是在下文说明像素的特定构造和电路。
在本实施例中，除了不执行光电转换的虚拟或光学黑体之外(换言之，在所谓的有效像素区域中)，每个像素20具有相同的电路和平面结构。根据来自外围电路的驱动信号，像素20或者输出成像信号或者输出焦点检测信号。而且，能使全部像素同时复位它们的光电转换器部件，从而能使它们的曝光时间和时序相同。
外围电路由垂直扫描电路21、水平扫描电路22、与垂直扫描电路21和水平扫描电路22相连的驱动信号线23和24、用于从像素接收信号的垂直信号线25、用于连接到垂直信号线25的恒流电源26、相关双采样电路(CDS)27、用于接收从相关双采样电路27输出的信号的水平信号线28以及输出放大器29等。
垂直扫描电路21和水平扫描电路22基于来自电子相机1的成像控制器4的指令输出驱动信号。每个像素通过驱动信号线23接收从垂直扫描电路21输出的驱动信号，并被驱动，将成像信号或焦点检测信号输出到垂直信号线25。垂直扫描电路21输出多个驱动信号。因此，存在多个驱动信号线23。这在下文进行说明。
从像素20输出的信号通过相关双采样电路27执行预定的降噪，并根据来自水平扫描电路22的驱动信号通过水平信号线28和输出放大器29输出。
图3是显示图2中所示的像素20的电路图。像素20包括作为四个光电转换器部件的4个钉扎光电二极管31到34，用于生成和储存电荷；第一和第二电荷储存部件35、36，用于分别储存从两个对角设置的钉扎光电二极管32、33传输的电荷；作为第一和第二传输部件的第一和第二传输晶体管37、38，用于分别将电荷从钉扎光电二极管32、33传输到第一和第二电荷储存部件35、36；作为给定部件的浮动扩散区域(FD)40；作为第三和第四传输栅极部件的第三和第四传输晶体管37、38，用于分别将电荷从第一和第二电荷储存部件35、36传输到FD40；作为放大部件的放大晶体管43，用于根据FD 40的电荷量来输出信号；作为第一复位部件的FD复位晶体管44，用于释放FD40的电荷；作为选择开关的选择晶体管45，用于通过放大晶体管43从像素20输出信号以及作为第二复位部件(电荷释放部件)的PD复位晶体管46，用于从钉扎光电二极管31释放电荷(由钉扎光电二极管31到34产生的不用的电荷)。
此外，像素20包括用于电连接和分离钉扎光电二极管31和32的连接/分离晶体管51、用于电连接和分离钉扎光电二极管33和34的连接/分离晶体管52、用于电连接和分离钉扎光电二极管31和33的连接/分离晶体管53以及用于电连接和分离钉扎光电二极管32和34的连接/分离晶体管51以及用于电连接和分离钉扎光电二极管31的连接/分离晶体管54。
第一到第四传输晶体管37、38、41和42、放大晶体管43、FD复位晶体管44、选择晶体管45、PD复位晶体管46、连接/分离晶体管51到54由MOS晶体管构成。在本实施例中，除了放大晶体管43之外，这些晶体管当栅电极置为高时导通，而当栅电极置为低时截止。
连接/分离晶体管51、52的栅电极互相连接，并共同连接到每个像素行，并且从垂直扫描电路21通过驱动信号线23提供驱动信号(控制信号)φPDB1。连接/分离晶体管53、54的栅电极互相连接，并共同连接到每个像素行，并且从垂直扫描电路21通过驱动信号线23提供驱动信号(控制信号)φPDB2。
在本实施例中，当φPDB1被置为高，而φPDB2被置为低时，连接/分离晶体管51、52导通，而连接/分离晶体管53、54截止，从而钉扎光电二极管31、32被电连接，并且钉扎光电二极管33、34被电连接，另一方面，钉扎光电二极管31、33被电分离，并且钉扎光电二极管32、34被电分离。结果，钉扎光电二极管31到34作为整体基本等同于上下平分(平分成上部和下部)的光电转换器部件。在下文的说明中，将此状态称为PD上下平分状态。
当φPDB1被置为低，而φPDB2被置为高时，连接/分离晶体管51、52截止，而连接/分离晶体管53、54导通，从而钉扎光电二极管31、32被电分离，并且钉扎光电二极管33、34被电分离，另一方面，钉扎光电二极管31、33被电连接，并且钉扎光电二极管32、34被电连接。结果，钉扎光电二极管31到34作为整体基本等同于左右平分(平分成左部和右部)的光电转换器部件。在下文的说明中，将此状态称为PD左右平分状态。
当φPDB1被置为高，并且φPDB2被置为高时，连接/分离晶体管51到54导通，从而钉扎光电二极管31、32被电连接，钉扎光电二极管33、34被电连接，钉扎光电二极管被31、33电连接，并且钉扎光电二极管32、34被电连接。结果，钉扎光电二极管31到34作为整体基本等同于合体的光电转换器部件。在下文的说明中，将此状态称为PD的合体状态。
在本实施例中，设有第一和第二电荷储存部件35、36，并且钉扎光电二极管31到34中产生的电荷在传输到FD40之前暂时地储存在第一和第二电荷储存部件35、36中。因此，能够使关于所有像素的曝光时间和时序相同，从而不仅能确保图像信号的同步性，而且能确保在焦点检测时的信号的同步性。然而，本发明不限于此，并且本发明可构造为执行卷帘式快门，而不提供电荷储存部件35、36。
第一传输晶体管37将电荷从钉扎光电二极管32传输到第一电荷储存部件35。在诸如PD上下平分状态、PD左右平分状态或PD合体状态的不同状态下发生曝光，生成电荷的位置不同。第二传输晶体管38将电荷从钉扎光电二极管33传输到第二电荷储存部件36。在诸如PD上下平分状态、PD左右平分状态或PD合体状态的不同状态下发生曝光，生成电荷的位置也不同。
第一和第二传输晶体管37、38的栅电极互相连接，并共同连接到每个像素行，并且从垂直扫描电路21通过驱动信号线23提供驱动信号φTGA。根据驱动信号φTGA，第一和第二传输晶体管37、38以给定的时序同时导通，并且电荷分别同时从两个钉扎光电二极管32、33传输到电荷储存部件35、36。然而，本发明不限于此，例如，能单独向每个栅电极提供驱动信号，以便使第一和第二传输晶体管37、38同时处于导通状态。
另一方面，向第三和第四传输晶体管41、42单独提供驱动信号。第三传输晶体管41的栅电极与每个像素行相连，并且从垂直扫描电路21通过驱动信号线23提供驱动信号φTGB。第四传输晶体管41的栅电极与每个像素行相连，并且从垂直扫描电路21通过驱动信号线23提供驱动信号φTGC。根据这些驱动信号φTGB和φTGC，第三和第四传输晶体管41、42以给定的时序变为导通状态，并以独立的时序或在相同的时序，将电荷从第一和第二电荷储存部件35、36传输到FD40。
选择晶体管45的栅电极与每个像素行相连，并且从垂直扫描电路21通过驱动信号线23提供驱动信号φS。FD复位晶体管44的栅电极与每个像素行相连，并且从垂直扫描电路21通过驱动信号线23提供驱动信号φFDR。PD复位晶体管46的栅电极与每个像素行相连，并且从垂直扫描电路21通过驱动信号线23提供驱动信号φPDR。
在本实施例中，所有有效像素具有相同的结构，并且这些像素能或者输出焦点检测信号或者图像信号。然而，本发明不限于此，并且焦点检测区可设置到固态成像器件3的给定位置，而可将用于输出焦点检测信号的像素设置在该区域中。
在图3中，钉扎光电二极管31到34的一个端子、电荷储存部件35、36的一个端子以及FD40的一个端子方便地显示为接地。然而，如从下文说明的图5到图8中将理解的，它们变成P阱62的电位。
图4是典型地示出图2中所示的像素的平面图。图5和图6是沿图4中的A-A’线的剖视图。图5示出第二栅电极被置为低(换言之，φPDB2为低)，并且使连接/分离晶体管51为截止的状态。图7是沿图4中的B-B’线的剖视图。图8是沿图4中的C-C’线的剖视图。在图5到图8中，省略了微型镜头。在图4到图8中，省略了除了像素20中的线的电连接之外的驱动线。
为简单起见，互相正交的X轴、Y轴和Z轴如图4中所示定义。认为基板61的表面平行于XY面。在X方向，箭头称为+X方向，而相反的方向称为-X方向，Y方向也是如此。在本说明书中，X方向是右左方向，+X方向是右侧，而-X方向是左侧，Y方向是上下方向，+Y方向是上侧，而-Y方向是下侧。
如图5到图8中所示，在N型硅基板61上形成P型阱62。在P型阱62上形成N型电荷储存层3，并且通过在电荷储存层63的表面侧上添加P型耗尽防止层64构成钉扎光电二极管31到34。这里，尽管采用钉扎光电二极管的构造，但是本发明不限于此，并且可以省略耗尽防止层。
如图4中所示，四个钉扎光电二极管31到34设置在由Y方向上的分割线B-B’和X方向上的分割线D-D’分割的四个区域中，分割线B-B’和分割线D-D’在从Z方向看的平面中相交。在四个区域中，钉扎光电二极管31设置在左上区域中，钉扎光电二极管32设置在右上区域中，钉扎光电二极管33设置在左下区域中，而钉扎光电二极管34设置在右下区域中。靠近分割线B-B’和D-D’的交叉点设置这些钉扎光电二极管31到34，并且围绕交叉点旋转地对称设置钉扎光电二极管31到34。如图4中所示，设置用于将入射光导向钉扎光电二极管31到34的微型镜头65。微型镜头设置为使得其中心线通过分割线B-B’和D-D’的交叉点。因此，通过微型镜头65引导的入射光在光瞳处分开并导向每个钉扎光电二极管31到34。为降低阴影效应，例如，微型镜头可设置为使得在位于有效像素区的中心附近的像素中，微型镜头的中心到达分割线B-B’和D-D’的交叉点。另一方面，在有效像素区的外围中，微型镜头的中心从该交叉点到达被移位的位置。
如图4到7中所示，沿分割线B-B’设置第一栅电极67，沿分割线D-D’设置第二栅电极68。通过薄的二氧化硅层66在钉扎光电二极管31和32之间以及钉扎光电二极管33和34之间上形成第二栅电极68。因此，第二栅电极68形成MOS晶体管(连接/分离晶体管51)的栅极以及MOS晶体管(连接/分离晶体管52)的栅极，其中MOS晶体管(连接/分离晶体管51)由作为源极或漏极的钉扎光电二极管31的电荷储存层63和钉扎光电二极管32的电荷储存层63构成，并且MOS晶体管(连接/分离晶体管52)由作为源极或漏极的钉扎光电二极管33的电荷储存层63和钉扎光电二极管34的电荷储存层63构成。将驱动信号φPDB1从线路(未示出)提供到第二栅电极68。
类似地，通过薄的二氧化硅层66在钉扎光电二极管31和33之间以及钉扎光电二极管32和34之间上形成第一栅电极67。因此，第一栅电极67形成MOS晶体管(连接/分离晶体管53)的栅极以及MOS晶体管(连接/分离晶体管54)的栅极，其中MOS晶体管(连接/分离晶体管53)由作为源极或漏极的钉扎光电二极管31的电荷储存层63和钉扎光电二极管33的电荷储存层63构成，并且MOS晶体管(连接/分离晶体管54)由作为源极或漏极的钉扎光电二极管32的电荷储存层63和钉扎光电二极管34的电荷储存层63构成。将驱动信号φPDB2从线路(未示出)提供到第一栅电极68。
在第一和第二栅电极67、68相交的点处，第二栅电极68的栅电极通过绝缘层在栅电极67上经过，如图7中所示。
在本实施例中，当第二栅电极68置为低(φPDB2为低)时，如图5中所示，由于在连接/分离晶体管51的通道区域中没生成反转层，所以连接/分离晶体管51截止。另一方面，当第二栅电极68置为高(φPDB2为高)时，由于在连接/分离晶体管51的通道区域中生成反转层69，所以连接/分离晶体管51导通。同样可适用于其它连接/分离晶体管52到54。
尽管当使连接/分离晶体管51到54的栅电压变为零电位(基板1的电压)时，连接/分离晶体管51到54截止，但是当与零电位的差变大时，可使连接/分离晶体管51到54导通。而且，尽管当使连接/分离晶体管51到54的栅电压变为零电位(基板1的电压)时，连接/分离晶体管51到54导通，但是当施加低于零电位的负电压时，可使连接/分离晶体管51到54截止。当连接/分离晶体管51到54被构造为在没有施加栅极电压时截止时，当将正电压施加到栅极电压时连接/分离晶体管51到54导通，而当连接/分离晶体管51到54构造为在没有施加栅极电压时导通时，当将负电压施加到栅极电压时连接/分离晶体管51到54截止。
在本实施例中，第一和第二栅电极67、68由诸如ITO膜的透明材料制成。因此，入射光不会被第一和第二栅电极67、68遮挡，并到达位于第一和第二栅电极67、68之下的钉扎光电二极管31到34之间的区域。因此，例如，如图6中所示，当连接/分离晶体管51导通时，由于在钉扎光电二极管31和32之间形成的反转层69具有光电转换功能，所以能提高入射光的使用效率。另一方面，如图5中所示，当连接/分离晶体管51截止时，由于没有形成反转层69，所以钉扎光电二极管31和32之间的区域不具有光电转换功能。在这一点上，同样可适用于于钉扎光电二极管31到34之间的其它区域。
代替ITO膜，第一和第二栅电极67、68可通过多晶硅构造。在多晶硅的情形中，尽管透射率在某种程度上小于ITO膜的透射率，但是由于它能容易地形成为精细结构，所以从总体考虑，存在多晶硅能进一步降低光量损失的情况。
在本发明中，尽管在入射光的利用效率方面是不利的，但是第一和第二栅电极67、68可通过遮光材料构成。
如从上文的说明中理解的，在本实施例中，第一和第二栅电极67、68形成一种模式设定方法，能够根据控制信号(φPDB2和φPDB1)，选择性地设定模式，诸如PD上下平分状态(第一模式)、PD左右平分状态(第二模式)以及PD合体状态(第三模式)。在PD上下平分状态中，添加钉扎光电二极管31、32的信号，并且添加钉扎光电二极管33、34的信号，并且独立获取这些添加的信号。在PD左右平分状态中，添加钉扎光电二极管31、33的信号，并且添加钉扎光电二极管32、34的信号，并且独立获取这些添加的信号。在PD合体状态中，添加钉扎光电二极管31到34的信号。
即使将钉扎光电二极管31到34构造为彼此完全电分离，通过适当地设置电荷储存部件和传输开关以便根据控制信号独立地使用或添加从钉扎光电二极管31到34读出的信号，也能实现类似的信号添加模式，诸如PD上下平分状态、PD左右平分状态和PD合体状态，从而本发明可包括这种构造。然而，如本实施例中所示，当钉扎光电二极管31到34能根据控制信号分离或连接时，能减少外部电荷储存部件和传输开关的数量，并且能简化布线，从而是非常需要的。
此外，在第一和第二电荷储存部件35、36与钉扎光电二极管32、33之间，分别通过薄的二氧化硅膜66形成栅电极71、72。第一和第二传输晶体管37、38构造为MOS晶体管，其栅极是栅电极71、72，其源极和漏极分别是电荷储存部件35、36和钉扎光电二极管32、33。
用未示出的线路使栅电极71、72彼此连接。因此，根据驱动信号φTGA，第一和第二传输晶体管37、38同时导通和截止。因此，同时将各电荷从钉扎光电二极管32、33传输到相应的电荷储存部件35、36。
电荷储存部件35、36包括在P型阱62上形成的N型层73、74。第一和第二传输晶体管37、38的栅电极71、72设置在两个N型层73、74的上部。以该方式，电荷储存部件35、36通过栅电极71、72和N型层73、74构造为MOS电容器。
当栅电极71、72被施加有低电压时，电荷储存部件35、36的表面的界面状态达到P型阱62的钉扎势并用空穴填充。暗电流的大小主要取决于界面状态的电子占有概率。因而，通过如上所述向栅电极71、72施加电压而用空穴填充界面状态，能大幅地降低电荷储存部件35、36的暗电流。
在图4中，通过将单独形成在P型阱上的两个N型区75、76与布线77电连接而将FD40构造为实质上的一个浮动扩散区域。电荷从两个电荷储存部件35和36的任一个传输到FD40。
通过薄的二氧化硅膜66在第一和第二电荷储存部件35、36与作为FD40的N型扩散层之间形成栅电极78、79。第三和第四传输晶体管41、42构造为MOS晶体管，使栅电极78、79作为栅极，而电荷储存部件35、36的N型层71、72和FD40的N型扩散区作为源极或漏极。
第三传输晶体管41的栅电极78和第四传输晶体管42的栅电极79独立形成，并且从垂直扫描电路21供给独立的驱动信号φTGB和φTGC。因而，根据各驱动信号φTGB和φTGC独立驱动第三和第四传输晶体管41、42。因此，第三和第四传输晶体管41、42能同时或者以不同的时序将电荷从第一和第二电荷储存部件35、36传输到FD40。
此外，如图8中所示，除了N型扩散层76之外，N型扩散层81到83也沿图4中的线C-C’形成。N型层81通过未示出的布线连接到电源VDD。通过薄的二氧化硅膜66在N型层81、82上形成栅电极84。放大晶体管43构造为MOS晶体管，使栅电极84作为栅极，而N型层81、82作为源极或漏极。栅电极84通过布线77连接到FD40(N型层75、76)。
通过薄的二氧化硅膜66在N型层82与83之间的间隔上形成栅电极85。选择晶体管45构造为MOS晶体管，使栅电极85作为栅极，而N型层82、83作为源极或漏极。
通过薄的二氧化硅膜66在N型层76与81之间的间隔上形成栅电极86。FD复位晶体管44构造为MOS晶体管，使栅电极86作为栅极，而N型层76、81作为源极或漏极。
如图5和图6中所示，N型层87形成在P阱62中。通过薄的二氧化硅膜66在N型层87与钉扎光电二极管31之间的间隔上形成栅电极88。PD复位晶体管46构造为MOS晶体管，使栅电极88作为栅极，而N型层87和钉扎光电二极管31的电荷储存层63作为源极或漏极。通过未示出的布线将驱动信号φPDR提供到栅电极88。
第二复位部件(这里，PD复位晶体管46)释放钉扎光电二极管31到34中的不需要的电荷。在不需要的电荷中，存在操作电子快门时的复位电荷以及接收强入射光时的溢出电荷。在任一情形中，不需要的电荷可通过第一复位部件(这里，FD复位晶体管44)传输到FD40。当以这种方式进行时，不需放置第二复位部件。
此外，在钉扎光电二极管31到34以及每个N型层周围形成厚的二氧化硅膜70，并且每个元件是分离的。
接下来，参照图9到图11来说明用于从固态成像器件3中读出信号的时序的示例。
图9是示出用于读出成像信号的驱动信号(换言之，用于从在PD合体状态下曝光的像素中读出信号的驱动信号)的时序图。图10是示出用于从在PD左右平分状态下曝光的像素中读出焦点检测信号的驱动信号的时序图。图11是示出用于从在PD上下平分状态下曝光的像素中读出焦点检测信号的驱动信号的时序图。
对于垂直扫描，每一水平行选择一个信号线，并顺次移动到下一行。在每个选择的行中，执行图9到图11中所示的动作，并输出图中所示的驱动信号。在垂直方向上在整个像场中重复扫描。当扫描在底行处完成时，在垂直返回时段已经过去之后，选择动作返回到顶行。图9到图11仅示出了第一和第二行中的驱动信号。
首先，参照图9、图2和图3说明用于读出成像信号的动作示例。在此动作中，所有像素20在曝光时基本变为PD合体状态。在此动作中，所有像素同时曝光。
在图9中，时段T1是当同时驱动所有有效像素时的时段。换言之，关于时段T1中的驱动脉冲，在所有行中输出相同的驱动信号。时段T2是用于读出第一行的时段，时段T3是用于读出第二行的时段，时段T4是用于读出第三行的时段，并且图中所示的驱动信号仅输出到选择的行。同样的情形对于下文说明的图10和图11也成立。
首先，在从时段T11的起点到时段T14的终点的时段中，通过将φPDB1和φPDB2置为高，所有有效像素变为PD合体状态。因而，钉扎光电二极管31到34作为整体基本等同于合体的光电转换器。在此时段中，执行下文说明的时段T11到T14的动作。
首先，在时段T11中，将φPDR置为高，从而PD复位晶体管46导通。用此动作，将储存在钉扎光电二极管31到34中的所有有效像素中的不需要的电荷释放到电源VDD。换言之，钉扎光电二极管31到34复位。所有有效像素中的钉扎光电二极管31到34在时段T11结束的时间处开始曝光。在这种情况下，在本实施例中，如上所述，在钉扎光电二极管31到34的区域中进行入射光的光电转换。
在时段T12中，将φFDR置为高，从而FD复位晶体管44导通。同时，在时段T13中，将φTGB和φTGC置为高，从而第三和第四传输晶体管41、42同时导通。用此动作，将储存在FD40以及第一和第二电荷储存部件35、36中的电荷释放到电源VDD。换言之，将所有有效像素中的FD40以及第一和第二电荷储存部件35、36复位。
在时段T14中，将φTGA置为高，从而第一和第二传输晶体管37、38导通。储存在所有有效像素中的连接的钉扎光电二极管31到34中的以及它们之间的间隔中的所有电荷被分别地传输到第一和第二电荷储存部件35、36。在时段T14中，只有第一和第二传输晶体管37、38中的一个晶体管可以导通。这里，图9中所示的时段T15(从φPDR被置为低的时间到φTGA导通的时间的时段)变为曝光时间。曝光时间T15对于所有有效像素是相同的时段和相同的时序。因而，所有有效像素能获得成像信息，而不会在时序上犯错。
然后，在时段T16中，第一行中的φS被置为高，从而选择晶体管45导通。因而，选择第一行中的像素，并将来自第一行中的像素的信号输出到垂直信号线25。
同时，在时段T17中，第一行中的φFDR被置为高，从而FD复位晶体管44导通。用此动作，复位FD40。在时段T17的最后，换言之，从φFDR被置为低的时间到时段T19开始的时间的时段(时段T18)，在复位FD40时，将第一行的放大晶体管43的输出通过垂直信号线25储存在CDS电路27中。
在时段T19中，φTGB和φTGC被置为高，从而第三和第四传输晶体管41、42同时导通。因而，储存在电荷储存部件35、36中的电荷被合并并一起传输到FD40，其中在每个像素中设置两个电荷储存部件35、36。根据储存在FD40中的电荷放大的电势通过垂直信号线25传输到CDS电路27。在CDS电路27中，将先前在复位时储存的输出的差作为第一行的图像信号输出。然后，根据水平扫描电路的驱动信号通过水平信号线28和输出放大器29输出第一行的图像信号。
同样地，在时段T3中，读出第二行。驱动信号与第一行相同。图9中的时段T26到时段T29对应于时段T16到时段T19。
顺便提及，在读出完成之后(在φS截止之后)，φPDR可一直被置为高。
如从上文的说明中理解的，由于每个像素使φPDB1、φPDB2被置为高，并在从时段T11的开始到时段T14的结束的时段中使四个钉扎光电二极管31到34合体，所以能照常输出图像信号。而且，由于沿分割线B-B’、D-D’设置的栅电极67、68透射入射光，所以能增强入射光的利用效率并提高灵敏度。而且，从上文的说明中明显的是能使所有像素的曝光时序相同的电子快门是可能的。无疑用于复位每行的卷帘式快门的动作也是可能的。
此外，由于在上述固态成像器件3中，所有像素具有相同的构造，所以在读出图像信号时，不需要对一部分像素进行修正。当用于检测焦点的像素和用于成像的像素是不同的构造时，在读出图像信号时，必须对一部分像素进行修正。
参照图10、图2和图3说明用于读出在PD左右平分状态下曝光的焦点检测信号的动作示例。在此动作中，所有像素20在曝光时基本变为PD左右平分状态。在此动作中，所有像素同时曝光。
当将在左右方向上排成线的需要的像素行用作焦点检测线传感器以获得焦点检测信号时，执行该动作。在图10中所示的动作示例中，读出在PD左右平分状态下曝光的所有有效像素的左半的信号(在本实施例中，添加从钉扎光电二极管31和33之间的区域中被光电转换的信号)和右半的信号(在本实施例中，添加从钉扎光电二极管32和34之间的区域中被光电转换的信号)。将以该方式读出的所有像素的信号暂时储存在图1中所示的存储器7中，然后当在焦点计算器处执行焦点检测处理时，从存储器7中选择性地使用仅仅关于需要的像素行的信号。在图10中所示的动作示例中，尽管通过读出所有像素来获得焦点检测信号，但是也可减少除需要的像素行外的像素，并且不需要读出这些像素。
首先，在时段T31中，φPDR被置为高，从而PD复位晶体管46导通，并且φPDB1和φPDB2被置为高，从而PD复位晶体管46变为PD合体状态。用此动作，将储存在所有有效像素的钉扎光电二极管31到34中的不需要的电荷释放到电源VDD。换言之，复位钉扎光电二极管31到34。所有有效像素的钉扎光电二极管31到34在时段T31结束时开始曝光。此时，在本实施例中，如上所述，即使在钉扎光电二极管31到34之间的区域上也执行入射光的光电转换。
尽管在时段T31终止之后φPDB1被置为低，但是即使在时段T31终止之后，φPDB2保持被置为高，直到时段T34终止。因而，在时段T31终止后直到时段T34终止的时段中，所有有效像素变为PD左右平分状态，并且每个像素的钉扎光电二极管31到34作为整体基本等同于左右平分(平分成左部和右部)的光电转换器部件。在此时段中，执行根据下文说明的时段T32到T34的动作。
在时段T32中，φFDR被置为高，从而FD复位晶体管44导通。同时，在时段T33中，φTGB和φTGC被置为高，从而第三和第四传输晶体管41、42同时导通。用此动作，将储存在FD40以及第一和第二电荷储存部件35、36中的电荷释放到电源VDD。换言之，使所有有效像素的FD40以及电荷储存部件35、36复位。
在时段T34中，φTGA被置为高，从而第一和第二传输晶体管37、38导通。结果，储存在所有有效像素的右侧的钉扎光电二极管32和34中的电荷通过第一传输晶体管37传输到第一电荷储存部件35。另一方面，储存在所有有效像素的左侧的钉扎光电二极管31和33中的电荷通过第二传输晶体管38传输到第二电荷储存部件36。这里，图10中所示的时段T35(从φPDR被置为低到φTGA导通的时段)是曝光时段。曝光时段T35对于所有有效像素是相同的时段和相同的时序。因而，在不改变时序的情况下，所有有效像素能获得焦点检测信息。除了在PD左右平分状态下执行曝光之外，到目前为止(时段T1)的时段的动作与参照图9说明的用于获得图像信号的动作相同。
然后，在时段T36中，第一行的φS被置为高，从而选择晶体管45导通。因此，选择第一行的像素，并将信号从第一行的像素输出到垂直信号线25。
同时，在时段T37中，第一行的φFDR被置为高，并且FD复位晶体管44导通。用此动作，复位FD40。在时段T37结束时，换言之，在φFDR被置为低之后到时段T39开始的时段(时段T38)期间，将在复位FD40时来自第一行的放大晶体管43的输出通过垂直信号线25储存在CDS电路27中。
在时段T39中，φTGB被置为高，从而第三传输晶体管41导通。因而，储存在第一电荷储存部件35中的电荷传输到FD40。根据电荷的量放大的电势通过垂直信号线25传输到CDS电路27。在CDS电路27中，将先前在复位FD40时储存的输出的差输出为第一行中像素的左右方向中的一侧的光瞳信号输出。根据水平扫描电路22的驱动信号通过水平信号线28和输出放大器29输出第一行中像素的左右方向的一侧的这些光瞳信号输出。
然后，在时段T40中，使第一行的φFDR为高，并且FD复位晶体管44导通。利用此动作，FD40复位。在时段T40的结束，换言之，在φFDR被置为低之后到时段T42开始的时段(时段T38)期间，在复位FD40时来自第一行的放大晶体管43的输出通过垂直信号线25储存在CDS电路27中。
在时段T42中，φTGC被置为高，从而第四传输晶体管42导通。因而，储存在第二电荷储存部件36中的电荷传输到FD40。将根据电荷的量放大的电势通过垂直信号线25传输到CDS电路27。在CDS电路27中，将先前在复位FD40时储存的输出的差输出为第一行中像素的左右方向的一侧的光瞳信号输出。根据水平扫描电路22的驱动信号通过水平信号线28和输出放大器29输出第一行中的像素的左右方向的另一侧的这些光瞳信号输出。
利用这些动作，能获得第一行中的像素的左右方向的一侧的光瞳信号输出以及左右方向的另一侧的光瞳信号输出。
类似地，读出后面的行。驱动信号与第一行相同。图10中的时段T46到T52对应于时段T36到T42。
在读出完成之后(在φS截止之后)，φPDR可一直被置为高。如从上文的说明中理解的，由于在从时段T31结束到时段T34结束的时段中，通过使φPDB1置为低而使φPDB2置为高，每个像素变为处于PD左右平分状态中，所以能获得每个像素的左右方向中的一侧的光瞳信号输出和左右方向中的另一侧的光瞳信号输出。而且，由于沿分割线B-B’、D-D’设置的栅电极67、68透射入射光，所以能增加入射光的利用效率并提高焦点检测信号的灵敏度。而且，从上文的说明中明显的是在获得焦点检测信号时，在所有有效像素上曝光时序相同的电子快门是可用的。
接下来，参照图11、图2和图3说明用于读出在PD上下平分状态下曝光的焦点检测信号的动作示例。在此动作中，所有像素20在曝光时基本变为处于PD上下平分状态。在此动作中，所有像素同时曝光。
当将在上下方向上排列的期望的像素列用作焦点检测线传感器以获得焦点检测信号时，执行此动作。在图11中所示的动作示例中，读出在PD上下平分状态下曝光的所有有效像素的上半分信号(在本实施例中，添加从钉扎光电二极管31和32之间的区域中光电转换的信号)和下半分信号(在本实施例中，添加从钉扎光电二极管33和34之间的区域中光电转换的信号)。将以这种方式读出的所有像素的信号暂时储存在图1中所示的存储器7中，然后当在焦点计算器处执行焦点检测处理时，从存储器7中选择性地使用仅仅关于期望的像素列的信号。在图11中所示的动作示例中，尽管通过读出所有像素来获得焦点检测信号，但是不需要读出除期望的像素列之外的像素，或者可以减少除期望的像素列之外的像素。
图11中所示的动作基本与上述图10中所示的动作相似。不同点在于φPDB1与φPDB2互换。换言之，在图1中所示的动作中，φPDB1在从时段T31的开始到时段T34的结束的时段中导通，而φPDB2仅在时段T31中导通。
因此，在图11中所示的动作中，由于在从时段T31的结束到时段T34的结束的时段期间，通过使φPDB1置为高而使φPDB2置为低，每个像素变为处于PD上下平分状态中，所以能获得每个像素的上下方向中的一侧的光瞳信号输出和上下方向中的另一侧的光瞳信号输出。而且，由于沿分割线B-B’、D-D’设置的栅电极67、68透射入射光，所以提高了入射光的利用效率并且能提高焦点检测信号的灵敏度。而且，从上文的说明中明显的是在获得焦点检测信号时，在所有有效像素上的曝光时序相同的电子快门是可用的。
如从上述说明中理解的，在上述固态成像器件3中，通过执行图10中所示的动作，能从在左右方向上排列的任意期望的像素线中获得用于检测在左右方向上的相移的焦点检测信号(左右方向中的一侧的光瞳信号输出和左右方向中的另一侧的光瞳信号输出)。而且，在上述固态成像器件3中，通过执行图11中所示的动作，能从在上下方向上排列的任意期望的像素线中获得用于检测在上下方向上的相移的焦点检测信号(上下方向中的一侧的光瞳信号输出和上下方向中的另一侧的光瞳信号输出)。
因而，上述固态成像器件3不会引起类似缺陷像素的效果，但能够自由改变哪个像素用作具有在哪个方向上平分的光电转换器部件的像素，从而能获得如下优点：能提高焦点检测的精度。
在光瞳分割相位差检测方法中，为了在图像帧的中心、上部或下部处检测焦点，必须在垂直方向(上下方向)上以线传感器的形状设置左右平分光电二极管，并且为了在图像帧的中心、左部或右部处检测焦点，必须在水平方向(左右方向)上以线传感器的形状设置上下平分光电二极管。上述固态成像器件3能在水平方向(左右方向)上以及在垂直方向(上下方向)上执行焦点检测，而与相同的像素构造无关。
接下来，参照图1和图12来说明根据本实施例的电子相机1的动作示例。
当半压操作部件9a中的释放按钮(步骤S1)时，根据该半压操作，电子相机1中的微处理器9驱动成像控制器4。为了确认目标，成像控制器4通过给定的公知方法从所有像素或给定像素中读出用于确认目标的成像信号，并储存在存储器7中。在这种情况下，当要读出所有像素时，例如执行图9中所示的相同动作。图像处理器通过使用图像确认技术从该信号中确认目标(步骤S2)。例如，在面部确认模式中，确认作为目标的面部。图像处理器13拾取目标的中心坐标和纵向方向(步骤3)。
然后，基于在步骤S3中拾取的中心坐标和纵向方向，微处理器9将根据用于最适于聚焦状态精确检测的自动聚焦的线传感器的像素线的坐标(位置和纵向方向)设定到目标(步骤S4)。基于步骤S2中的确认结果，微处理器9设定用于焦点检测的摄影条件(孔径光阑、聚焦状态、快门速度等)(步骤S5)。
微处理器9随后移动镜头控制器2a以变为诸如通过步骤S5设定的孔径光阑的条件，并且驱动成像控制器4以变为通过步骤S5设定的快门速度条件和通过步骤S4设定的像素线坐标，并读出自动聚焦信号以储存在存储器7中(步骤S6)。此时，当在步骤S4中设定的像素线是在左右方向上排列的像素线时，通过图10中所示的动作读出用于自动聚焦的图像信号。另一方面，当在步骤S4中设定的像素线是在上下方向上排列的像素线时，通过图11中所示的动作读出用于自动聚焦的图像信号。
然后，微处理器9从在步骤S6中获得的储存在存储器7中的所有像素的信号中拾取在步骤S4中设定的坐标的像素线中的每个像素的信号，基于这些信号，使焦点计算器10根据光瞳分割相位差检测方法计算以获得散焦量(步骤S7)。
然后，微处理器9使镜头控制器2a根据在步骤S7中计算的散焦量调节取像镜头2以达到聚焦状态。微处理器9随后设定用于摄影的摄影条件(孔径光阑、快门速度等)。
然后，微处理器9使镜头控制器2a设定孔径光阑等以变为在步骤S9中设定的条件，并利用在步骤S9中设定的快门时间条件等，与操作部件9a中的释放按钮的全压同步地驱动成像控制器4，从而通过读出图像信号来执行拍摄(步骤S10)。此时，通过上述图9中所示的动作读出图像信号。该图像信号通过成像控制器4储存在存储器7中。
之后，如果需要，微处理器9基于操作部件9a的指令在图像处理器13或图像压缩器12中进行需要的处理，并且使记录器输出处理的信号以储存在记录介质11a中。
在根据本实施例的电子相机1中，由于通过基于根据目标的优化的位置处的像素线的信号检测聚焦状态来执行自动聚焦，所以能够高精度地执行自动聚焦。
尽管上文对本发明的实施例进行了说明，但是本发明不限于该实施例。
例如，在CMOS型图像传感器中，各种像素结构已经是公知的。本发明能应用于那些图像传感器。而且，本发明能应用于除CMOS型图像传感器外的各种图像传感器。
此外，在本实施例中，尽管连接/分离晶体管51到54是MOS晶体管，但是它们也可以是例如结型场效应晶体管(J-FET)。

Claims (11)

1.一种固态成像器件，用于光电转换通过取像镜头形成的目标图像，所述固态成像器件包括：
二维设置的多个像素；
所述多个像素中的至少一部分像素包括四个光电转换器部件以及模式设定构件，所述四个光电转换器部件的每一个位于由在平面图中彼此相交的第一方向分割线和第二方向分割线分割的四个区域的一个中并执行光电转换，所述模式设定构件能根据控制信号选择性地在第一到第三模式中的每一个中设定；
所述第一模式是下述模式：将所述四个光电转换器部件中位于所述第一方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件电连接，并且将所述四个光电转换器部件中位于所述第一方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件电连接，而将所述四个光电转换器部件中位于相对于所述第一分割线的不同侧的光电转换器部件电分离；
所述第二模式是下述模式：将所述四个光电转换器部件中位于所述第二方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件电连接，并且将所述四个光电转换器部件中位于所述第二方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件电连接，而将所述四个光电转换器部件中位于相对于所述第二分割线的不同侧的光电转换器部件电分离；
所述第三模式是下述模式：将所述四个光电转换器部件中位于所述第一方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件以及所述四个光电转换器部件中位于所述第一方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件电连接，并且将所述四个光电转换器部件中位于所述第二方向分割线的一侧中的两个光电转换器部件以及所述四个光电转换器部件中位于所述第二方向分割线的另一侧中的两个光电转换器部件电连接，
其中所述四个光电转换器部件中相对于所述第一分割线或所述第二分割线彼此邻近的所述两个光电转换器部件的每一个之间的间隔当所述两个光电转换器部件电连接时具有光电转换器功能，而当所述两个光电转换器部件电分离时不具有光电转换器功能。
2.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述模式设定构件包括沿所述第一分割线设置的第一栅电极和沿所述第二分割线设置的第二栅电极。
3.根据权利要求2所述的固态成像器件，其中所述第一栅电极构成将所述四个光电转换器部件中位于所述第二分割线的一侧的所述两个光电转换器部件的半导体区域设定为源极或漏极的MOS晶体管的栅极，以及将所述四个光电转换器部件中位于所述第二分割线另一侧的所述两个光电转换器部件的半导体区域设定为源极或漏极的MOS晶体管的栅极，以及
所述第二栅电极构成将所述四个光电转换器部件中位于所述第一分割线一侧的所述两个光电转换器部件的半导体区域设定为源极或漏极的MOS晶体管的栅极，以及将所述四个光电转换器部件中位于所述第一分割线另一侧的所述两个光电转换器部件的半导体区域设定为源极或漏极的MOS晶体管的栅极。
4.根据权利要求2所述的固态成像器件，其中所述第一栅电极和所述第二栅电极由透明材料构造。
5.根据权利要求3所述的固态成像器件，其中所述第一栅电极和所述第二栅电极由多晶硅构造。
6.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述至少一部分像素包括：
第一电荷储存部件和第二电荷储存部件，用于储存从所述四个光电转换器部件中位于对角的两个各自光电转换器部件传输的电荷；
放大器，用于根据给定部件的电荷量输出信号；
第一传输栅极，用于将电荷从位于对角的所述两个光电转换器部件中的光电转换器部件的一侧传输到所述第一电荷储存部件；
第二传输栅极，用于将电荷从位于对角的所述两个光电转换器部件中的光电转换器部件的另一侧传输到所述第二电荷储存部件；
第三传输栅极，用于将电荷从所述第一传输栅极传输到所述给定部件；以及
第四传输栅极，用于将电荷从所述第二传输栅极传输到所述给定部件。
7.根据权利要求1到6的任一项所述的固态成像器件，其中所述至少一部分像素包括电荷释放栅极，用于从所述四个光电转换器部件的至少一个光电转换器部件中释放电荷。
8.根据权利要求1到6的任一项所述的固态成像器件，其中用于将光导向所述四个光电转换器部件的微型镜头一一对应地设置到至少一部分像素的每一个像素。
9.一种成像装置，所述成像装置包括根据权利要求1到8的任一项所述的固态成像器件以及信号处理器，所述信号处理器基于在所述第一模式或所述第二模式下从至少一部分像素中的选择的像素的每一个像素中获得的信号来输出指示所述取像镜头的聚焦状态的检测信号。
10.根据权利要求9所述的成像装置，其中根据所述目标确定所述取像镜头的聚焦调节状态的检测是基于所述第一模式和所述第二模式中的哪一种模式。
11.根据权利要求9所述的成像装置，其中包括镜头控制器，用于基于来自所述信号处理器的所述检测信号来控制所述取像镜头的聚焦调节。
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