CN103024260A - 摄像器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摄像器件。所述摄像器件包括：多个第一像素，所述多个第一像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管，并且设置有对入射至对应的所述第一像素的光的一部分进行遮光的遮光金属膜；以及多个第二像素，所述多个第二像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管，并且未设置有遮光金属膜。所述摄像器件的特征在于，各所述第一像素或各所述第二像素中含有的所述光电二极管每一者均被金属框架包围着。根据本发明，能够提供在不影响焦点检测精度和图像质量等的前提下具有低成本和高自由度的摄像器件。

Description

摄像器件
相关申请的交叉参考
本申请包含与2011年9月26日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-209102所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及摄像器件，具体地，涉及一种被设计成在不影响焦点检测精度和图像质量等的前提下具有低成本和高自由度的摄像器件。
背景技术
过去，已经提出了包含有均形成在一个芯片上的用于输出摄像信号的像素（下文中称为普通像素）和用于检测焦距的像素（下文中称为AF(自动对焦)像素）的摄像器件（例如参见日本专利申请特开第2000-292686号公报）。
根据日本专利申请特开第2000-292686号公报中所披露的技术，在摄像器件的芯片上的多个区域中形成有光瞳分割（pupil-division）微透镜以及用于接收光瞳分割光的成对的受光元件等，并且基于受光元件的输出来进行焦点检测。这使得能够在不添加例如新机构或光学系统从而节省了空间的同时提供更宽的焦点检测区域，还能够提高AF速度并且执行准确的对焦。
另外，为了提高焦点检测精度，必须用入射光从恒定方向上照射AF像素。为此原因，已经提出了采用例如如下结构的技术方案：该结构中，在AF像素的一部分上设置有遮光膜（例如，参见日本专利申请特开第2009-105358号公报）。
根据日本专利申请特开第2009-105358号公报的技术，具有开口的遮光膜被布置在AF像素的光入射侧，并且该开口规定了这样的区域：入射光通过该区域而入射至光电转换部。因此，AF像素的光电转换部选择性地接收通过摄影镜头的出射光瞳之中的某个区域（该区域从出射光瞳的中心在-Y方向上实质上偏心）而射过来的光束，并进行光电转换。
然而，当在AF像素的一部分上布置有遮光膜时，AF像素的电容（也就是说，AF像素的转换效率）可能依赖于遮光膜的布置位置或遮光膜的形状而改变。也即是，各个AF像素间存在着电特性差异。
此外，在上述摄像器件中，跟AF像素相邻的普通像素的电特性可能由于布置在该AF像素上的遮光膜的影响而改变。也即是，跟AF像素相邻的普通像素与不跟该AF像素相邻的另一普通像素之间出现了电特性差异。
于是，AF像素间的电特性差异可能导致所输出的焦距检测用信号的差异，从而导致焦点检测精度的下降。另外，普通像素间的电特性差异可能造成所输出的摄像用信号的差异，从而导致图像质量的显著下降。
此外，在现有的技术中，如上所述，由于与AF像素相邻的普通像素的电特性可能依赖于该AF像素的存在而改变，所以不能在像素阵列中自由地布置AF像素。
发明内容
鉴于上述原因，期望提供一种被设计成在不影响焦点检测精度和图像质量等的前提下具有低成本和高自由度的摄像器件。
本发明的实施例提供了一种摄像器件，所述摄像器件包括：多个第一像素，所述多个第一像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管，并且设置有对入射至对应的所述第一像素的光的一部分进行遮光的遮光金属膜；以及多个第二像素，所述多个第二像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管，并且未设置有遮光金属膜。各所述第一像素或各所述第二像素中含有的所述光电二极管每一者均被金属框架包围着。
可以按照如下方式来设置所述多个第一像素和所述多个第二像素：在所述多个第一像素和所述多个第二像素每一者中，跟某个所述像素内晶体管的端子相连接的配线的一部分与相邻像素的所述金属框架之间的距离是恒定的。
可以按照如下方式来设置所述多个第一像素和所述多个第二像素：在所述多个第一像素和所述多个第二像素每一者中，把各所述像素内晶体管之中的用于将电荷转换为电压信号的那个所述像素内晶体管的栅极端子跟电路中的浮动扩散部（floating diffusion；FD）连接起来的配线与相邻像素中的所述金属框架之间的距离是恒定的。
所述遮光金属膜和所述金属框架可以由用于形成把各所述像素内晶体管的预定端子连接起来的配线的同一金属膜制成。
所述第一像素被设置用来检测焦距，并且所述第二像素被设置用来输出摄像信号。
根据本发明的上述实施例，设置有多个第一像素和多个第二像素。所述多个第一像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管并且设置有对入射至对应的所述第一像素的光的一部分进行遮光的遮光金属膜。所述多个第二像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管并且未设置有遮光金属膜。此外，各所述第一像素或各所述第二像素中含有的所述光电二极管每一者均被金属框架包围着。
根据本发明的上述实施例，能够提供在不影响焦点检测精度和图像质量等的前提下具有低成本和高自由度的摄像器件。
附图说明
图1图示了具有普通像素和AF像素的摄像器件的一种结构；
图2图示了具有普通像素和AF像素的摄像器件的另一结构；
图3图示了普通像素的结构和AF像素的结构；
图4A和图4B图示了普通像素的电路结构；
图5A和图5B图示了普通像素的电路结构；
图6A和图6B图示了AF像素的电路结构；
图7图示了在现有的包含普通像素和AF像素的摄像器件中的电路布局；
图8图示了当采用本发明的实施例时在包含普通像素和AF像素的摄像器件中的电路布局。
具体实施方式
下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。
首先，将说明摄像器件的结构。过去，已经提出了包含有用于输出摄像信号的像素（下文中称为普通像素）和用于检测焦距的像素（下文中称为AF(自动对焦)像素）的摄像器件。
图1图示了包含有普通像素和AF像素的摄像器件的结构。如图1中所示，在摄像器件10中，交替地布置有普通像素的行和AF像素的行，各普通像素以图1中的写有“N”的矩形来表示，各AF像素以图1中的写有“AF”的矩形来表示。
此外，在另一示例中，普通像素和AF像素可以被布置为如图2中所示。在如图2中所示的摄像器件20中，在布置了一行AF像素之后，布置两行普通像素。
另外，存在这样的摄像器件：其中，在一行AF像素之后，布置三行、四行或更多行普通像素。此外，也能够采用如下的结构：其中，在一行普通像素之后，布置两行、三行或更多行AF像素。
图3图示了普通像素的结构和AF像素的结构。
图3的左边部分图示了普通像素51。如该图中所示，普通像素51是由光电二极管51a和片上透镜（on-chip lens）51b形成的。在该图中，假设该图的上侧为光电二极管的受光面，并且该光电二极管被设置用来产生与进入受光面的入射光的强度相对应的电流。此外，当需要时，在光电二极管51a的受光面上设置有滤色器等。
图3的右边部分图示了AF像素52。如该图中所示，AF像素52包括光电二极管52a、片上透镜52b和遮光膜52c。在该图中，假设该图的上侧为光电二极管的受光面，并且该光电二极管被设置用来产生与进入受光面的入射光的强度相对应的电流。此外，当需要时，在光电二极管52a的受光面上设置有滤色器等。
为了提高焦点检测精度，必须用入射光从恒定方向上照射AF像素。为此，在AF像素52上设置有遮光膜52c。遮光膜52c以如下方式设置着：其对在特定方向上向光电二极管52a的受光面入射的光进行遮光。作为遮光膜52c的示例，可以使用也用来形成电路板上的配线图形的铜膜。通过这样的设置，在用来形成驱动电路等的配线的图形化工序中，同时也将遮光膜图形化。这使得能够在不增加特殊的制造工序的前提下制造出包含普通像素和AF像素的摄像器件。
顺便提及地，图3中所示的结构是示意性结构。在实际的普通像素和AF像素中，还设置有像素内晶体管等。
接着，将参照图4A至图6B来说明现有的普通像素或AF像素的具体结构。
图4A和图4B图示了普通像素的电路结构。图4A是普通像素的电路图，而图4B是普通像素的电路布局。图4A和图4B分别图示了用于形成摄像器件的普通像素的电路结构。
如图4A中所示，在该电路中设置有四个像素内晶体管。与TG（传输栅极）线相连接的传输晶体管将累积于光电二极管中的电荷传输至FD（浮动扩散部）。此外，设置有与RST线相连接的复位晶体管。另外，设置有用来将FD中的电荷转换为电压信号的转换晶体管。另外，在该电路中，设置有与SEL线相连接的选择晶体管。
图4B图示了当普通像素是由两段（MT1和MT2）形成时MT1的结构。如图4B中所示，转换晶体管（AMP）被布置在图4B中的光电二极管的下侧。该AMP的栅极端子通过在图4B中从FD向下延伸的配线与FD连接。
图5A和图5B图示了普通像素的电路结构。图5A是普通像素的电路图，而图5B是普通像素的电路布局。图5B图示了当普通像素是由两段（MT1和MT2）形成时MT1和MT2的结构。在图5B中，除了含有图4B中所示的那些部件之外，还设置有TG线、SEL线和RST线。
图5A和图5B均图示了用于形成摄像器件的普通像素的电路结构。
图6A和图6B图示了AF像素的电路结构。图6A是AF像素的电路图，而图6B是AF像素的电路布局。该AF像素的电路图与普通像素的电路图是相同的。图6B图示了当AF像素是由两段（MT1和MT2）形成时MT1和MT2的结构。如图6B中所示，在该AF像素中，在光电二极管上设置有遮光膜。该遮光膜与GND图形被形成为一体。图6B的其它部分与图5B中的普通像素的那些部分相同。
图6A和图6B均图示了用于形成摄像器件的AF像素的电路结构。
图4A至图6B中所示的FD的电容受到存在于这些图中从FD向下延伸的配线附近的金属的影响。当FD的电容改变时，转换晶体管（AMP）的转换效率也改变。通常，当如图中所示在从FD向下延伸的配线附近存在着金属时，转换晶体管的转换效率降低。也即是，像素的电特性依赖于在该像素附近存在有金属而改变，并且当用于形成像素的电路相互之间出现了电特性差异时，像素间就出现了转换效率差异。
图7图示了在现有的含有普通像素和AF像素的摄像器件中的电路布局。在图7中，像素101至像素105在纵方向上布置成一排。图7中仅图示了摄像器件的一部分，但是实际上设置有更多的像素。
图7中的像素101、像素103和像素105是AF像素并且分别设置有遮光膜101a、遮光膜103a和遮光膜105a。像素102和像素104是普通像素并且未设置有遮光膜。
顺便提及地，假设图7中的各像素的电路的布局均与在上文中参照图5B或图6B说明的电路布局相同。也即是，像素101至像素105每一者均具有与在上文中参照图5B或图6B说明的电路布局相同的布局。
如前面所述，当从像素的电路中的FD沿图中向下的方向延伸的配线（把FD与AMP的栅极端子连接起来的配线）附近存在金属时，转换晶体管的转换效率降低。在图7中的像素102下方，存在着作为AF像素的像素103。由于像素102的把FD与AMP的栅极端子连接起来的配线靠近像素103的遮光膜103a，所以像素102的AMP的转换效率相对较低。
另一方面，在图7中的像素104下方，也存在着作为AF像素的像素105。然而，由于像素104的把FD与AMP的栅极端子连接起来的配线不靠近像素105的遮光膜105a，所以像素104的AMP的转换效率高于像素102的AMP的转换效率。
也即是，由于像素103的遮光膜103a形成在光电二极管的左侧，所以遮光膜103a就靠近布置于像素103上方的像素102的把FD与AMP的栅极端子连接起来的配线。另一方面，由于像素105的遮光膜105a仅形成在光电二极管的下侧，所以遮光膜105a不是很靠近布置于像素105上方的像素104的把FD与AMP的栅极端子连接起来的配线。
如上所述，例如，与AF像素相邻的普通像素的转换效率依赖于该AF像素的遮光膜的形状而改变。在图7中，已经说明的是交替地布置普通像素行和AF像素行的情况。然而，例如，在具有上文中参照图2说明的那种结构的摄像器件中，像素间的转换效率差异变得更加明显。
另外，本文中，仅说明了普通像素的转换效率的改变。然而，例如，AF像素的转换效率也会依赖于与该AF像素相邻的另一AF像素的遮光膜的形状而改变。
如上所述，在现有的摄像器件中，例如，AF像素间的电特性差异会导致所输出的焦点检测信号的差异，从而导致焦点检测精度的下降。此外，在现有的摄像器件中，例如，普通像素间的电特性差异会造成所输出的摄像信号的差异，从而导致图像质量的显著下降。
因此，本发明的实施例减小了像素间的电特性差异。具体地，像素的电路是以如下方式形成的：例如，以具有预定厚度（宽度）的配线包围着光电二极管。
图8图示了当采用本发明的实施例时在含有普通像素和AF像素的摄像器件中的电路布局。在图8的示例中，像素151至像素153在纵方向上布置成一排。图8仅图示了摄像器件的一部分，但是实际上设置有更多的像素。
图8中的像素151和像素153是AF像素并且分别设置有遮光膜151a和遮光膜153a。像素152是普通像素并且未设置有遮光膜。
另外，在图8中，像素151至像素153分别设置有包围框架（surrounding frame）151b至包围框架153b，各包围框架均是将对应的光电二极管包围着的配线并且具有预定的厚度（宽度）。
也即是，以包围着矩形光电二极管的四侧的方式设置有配线，且所述配线的厚度未使光电二极管的受光面的面积大幅减小。顺便提及地，包围框架151b至包围框架153b（它们分别是像素151至像素153的电路）与对应的GND图形被形成为一体。也即是，各包围框架的一部分是与对应的遮光膜一体化的。
当采用图8中所示的结构时，例如，像素152的包围框架152b存在于像素151的把FD与AMP的栅极端子连接起来的配线附近。此外，像素153的包围框架153b存在于像素152的把FD与AMP的栅极端子连接起来的配线附近。这使得能够让各像素的把FD与AMP的栅极端子连接起来的配线与该配线附近的金属之间的距离是恒定的，并且能够让像素间的电特性差异最小化。
也即是，通过采用本发明的实施例，能够消除像素间的转换效率差异。这使得能够防止例如由于AF像素间的电特性差异而导致的焦点检测精度的下降以及由于普通像素间的电特性差异而导致的图像质量的下降。另外，如上所述，由于包围框架151b至包围框架153b（它们分别是像素151至像素153的电路）与对应的GND图形被形成为一体，所以不需要改变像素的电路的制造材料并且不需要改变制造工序。
因此，通过采用本发明的实施例，能够提供一种被设计成在不影响焦点检测精度和图像质量等的前提下具有低成本和高自由度的摄像器件。
应当理解的是，本发明的实施方案不限于上述实施例，而是能够在不背离本发明的精神的情况下进行各种变化。
顺便提及地，本发明的实施例能够采用下面的方案。
（1）一种摄像器件，所述摄像器件包括：多个第一像素，所述多个第一像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管，并且具有对入射至对应的所述第一像素的光的一部分进行遮光的遮光金属膜；以及多个第二像素，所述多个第二像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管，并且未设置有遮光金属膜，所述摄像器件的特征在于，各所述第一像素或各所述第二像素中含有的所述光电二极管每一者均被金属框架包围着。
（2）根据（1）中所述的摄像器件，其特征在于，所述多个第一像素和所述多个第二像素以如下这样的方式布置着：在所述多个第一像素和所述多个第二像素每一者中，跟某个所述像素内晶体管的端子相连接的配线的一部分与相邻像素的所述金属框架之间的距离是恒定的。
（3）根据（1）中所述的摄像器件，其特征在于，所述多个第一像素和所述多个第二像素以如下这样的方式布置着：在所述多个第一像素和所述多个第二像素每一者中，把各所述像素内晶体管之中的用于将电荷转换为电压信号的那个所述像素内晶体管的栅极端子跟电路中的浮动扩散部连接起来的配线与相邻像素中的所述金属框架之间的距离是恒定的。
（4）根据（1）至（3）中任一者所述的摄像器件，其特征在于，所述遮光金属膜和所述金属框架是由用于形成把各所述像素内晶体管的预定端子连接起来的配线的同一金属膜制成的。
（5）根据（1）至（4）中任一者所述的摄像器件，其特征在于，所述第一像素被设置用来检测焦距，并且所述第二像素被设置用来输出摄像信号。

Claims (5)

1.一种摄像器件，所述摄像器件包括：
多个第一像素，所述多个第一像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管，并且设置有对入射至对应的所述第一像素的光的一部分进行遮光的遮光金属膜；以及
多个第二像素，所述多个第二像素每一者均包含光电二极管和像素内晶体管，并且未设置有遮光金属膜，
其特征在于，各所述第一像素或各所述第二像素中含有的所述光电二极管每一者均被金属框架包围着。
2.根据权利要求1所述的摄像器件，其特征在于，所述多个第一像素和所述多个第二像素以如下方式设置着：在所述多个第一像素和所述多个第二像素每一者中，跟某个所述像素内晶体管的端子相连接的配线的一部分与相邻像素的所述金属框架之间的距离是恒定的。
3.根据权利要求1所述的摄像器件，其特征在于，所述多个第一像素和所述多个第二像素以如下方式设置着：在所述多个第一像素和所述多个第二像素每一者中，把各所述像素内晶体管之中的用于将电荷转换为电压信号的那个所述像素内晶体管的栅极端子跟电路中的浮动扩散部连接起来的配线与相邻像素中的所述金属框架之间的距离是恒定的。
4.根据权利要求1所述的摄像器件，其特征在于，所述遮光金属膜和所述金属框架由用于形成把各所述像素内晶体管的预定端子连接起来的配线的同一金属膜制成。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的摄像器件，其特征在于，
所述第一像素被设置用于检测焦距，并且
所述第二像素被设置用于输出摄像信号。
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