CN105247851A

CN105247851A - 能够进行相位差对焦检测的成像传感器相关专利申请的交叉引用

Info

Publication number: CN105247851A
Application number: CN201480029929.5A
Authority: CN
Inventors: 浜田正隆
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2034-05-23
Also published as: EP3005681A4; EP3005681A1; KR20140137951A; KR102028124B1; WO2014189332A1; US9270879B2; US20140347537A1; CN105247851B

Abstract

在一个实施例中，一种成像器件包括：多个像素，被二维地布置并接收图像光。所述多个像素中的至少一个像素包括：微透镜；多个光电转换单元，绕微透镜的光轴偏置；以及控制单元，限制在所述多个光电转换单元中的至少一个光电转换单元处光电转换的电子的产生。

Description

能够进行相位差对焦检测的成像传感器相关专利申请的交叉引用

技术领域

本公开涉及一种成像传感器，更具体地，涉及一种能够检测对焦的相位差的成像传感器。

背景技术

在数字拍摄装置(诸如相机或摄像机)中，期望精确地将焦点设置在物体上，以捕捉清晰静止图像或清晰运动图像。用于自动调整对焦的自动对焦(AF)调整机制的示例包括对比度AF和相位差AF。

对比度AF是这样的机制：在改变对焦透镜的位置同时获得针对由成像传感器产生的图像信号的对比度值，并将对焦透镜移动到与峰值对比度值相对应的位置。

相位差AF是这样的机制：采用单独的感测器件并基于施加到感测器件的光的相位差来检测焦点。

发明内容

技术问题

相位差AF通常比对比度AF更快且更精确。然而，相位差AF需要用于检测焦点的镜子，从而增加了采用相位差AF的拍摄设备的尺寸。此外，可能难以在连续捕捉图像的同时检测到焦点。

因此，为了解决这个问题，引入了一种通过在成像传感器中布置能够执行相位差AF的相位差检测像素来在不需要镜子的情况下执行相位差AF的方法。

然而，在成像像素之间布置的相位差像素的输出与其余像素的输出显著不同。因此，相位差像素被视为输出图像中的缺陷像素，并造成所捕捉图像的劣化。即使相位差检测像素被用作成像像素，也可能产生相同问题。

解决方案

在实施例中，一种成像器件包括：多个像素，被二维地布置并接收图像光。所述多个像素中的至少一个像素包括：微透镜；多个光电转换单元，绕微透镜的光轴偏置；以及控制单元，限制在所述多个光电转换单元中的至少一个光电转换单元处光电转换的电子的产生。

本发明的有益效果

各实施例包括一种能够进行相位差对焦检测的成像器件，其中，相位差检测像素可以被用作成像像素，其中，相位差检测像素能够检测相位差并捕捉图像，而不会劣化图像质量。

实施例还包括一种能够进行相位差对焦检测的成像器件，其中，像素可以在相位差检测像素和成像像素之间切换。

实施例还包括一种能够进行相位差对焦检测的成像器件，其中，当像素在相位差检测像素和成像像素之间切换时，光电二极管或光电晶体管的电荷输出被限制，或者在光电转换单元处的电荷产生被限制。

附图说明

通过参照附图详细描述本公开的各实施例，本公开的以上和其它实施例将变得更清楚，其中：

图1是示出根据实施例的包括成像器件的电子装置的配置的框图；

图2是示出使用图1的成像器件的相位差检测像素的机制的示图；

图3是示出根据实施例的相位差检测像素的竖直像素配置的示图；

图4是根据实施例的实现相位差检测像素的光电转换单元包括两个光电二极管的等效电路的示图；

图5是示出根据实施例的实现相位差检测像素的光电转换单元包括两个光电二极管以及添加到各个光电二极管的复位电路的等效电路的示图；

图6是示出根据另一实施例的实现相位差检测像素的光电转换单元包括两个光电晶体管的等效电路的示图；

图7示出根据另一实施例的实现相位差检测像素的光电转换单元包括两个光电晶体管以及添加到各个光电晶体管的独立传输晶体管的等效电路的示图；

图8是示出根据实施例的实现相位差检测电路的光电转换单元包括两个光电晶体管的等效电路的示图；

图9是示出根据另一实施例的实现相位差检测像素的光电转换单元包括两个光电二极管的等效电路的示图；

图10是示出根据实施例的N型衬底的栅极受控光电晶体管的示意图；

图11是示出根据实施例的N型衬底的栅极受控光电晶体管的示意图；

图12是示出根据实施例的N型衬底的栅极受控光电晶体管的示意图；

图13是示出根据实施例的包括多个光电转换单元的像素的示意图，其中，多个光电转换单元中的每个包括具有P型衬底的光电二极管；

图14是示出根据实施例的能够经由相位差检测进行对焦的成像器件的电路的示意图，其中，从上方观察包括多个光电转换单元的像素；

图15是示出根据实施例的成像器件的电路配置的示意图；

图16是示出能够经由相位差检测进行对焦的成像器件的电路的示意图，其以更详细的方式示出图4A中示出的等效电路；

图17是示出根据实施例的能够经由相位差检测进行对焦的成像器件的电路的示意图；

图18是示出根据实施例的成像器件的电路的平面图；

图19是示出根据实施例的用于相位差自动对焦的成像器件电路的平面图；

图20是示出根据实施例的能够经由相位差检测进行对焦的成像器件的电路配置的平面图；

图21是示出能够经由相位差检测进行对焦的成像器件中的相位差检测像素布置的示例的平面图；

图22是示出能够经由相位差检测进行对焦的成像器件中的相位差检测像素布置的示例的平面图；

图23是示出能够经由相位差检测进行对焦的成像器件中的相位差检测像素布置的示例的平面图；

图24是示出根据实施例的对包括能够经由相位差检测进行对焦的成像器件在内的装置进行操作的序列的流程图；

图25是示出现有技术的相位差检测像素的竖直像素配置的示图。

最佳实施方式

所述多个光电转换单元可以包括多个光电二极管。控制单元可以通过改变所述多个光电二极管中的至少一个光电二极管的电势来限制光电转换的电子的产生。

所述多个光电转换单元可以包括多个光电晶体管。控制单元可以通过改变所述多个光电晶体管中的至少一个光电晶体管的电子产生单元的栅极电势来限制光电转换的电子的产生。

所述多个光电转换单元可以包括多个光电二极管。控制单元可以包括用于释放由光电二极管产生的电子的复位单元，并可以通过释放由所述多个光电二极管中的至少一个光电二极管产生的电子来限制光电转换的电子的产生。

复位单元可以包括用于释放电子的复位电路。复位单元可以独立于输出单元。

所述多个像素中包括所述多个光电转换单元的至少一个像素可以仅被布置在成像器件的特定区域处。

在仅被布置在所述特定区域处的像素中，光电转换单元沿相同方向偏置的像素可以沿与相应光电转换单元偏置的方向相同的方向来布置。

所述多个像素中包括沿水平方向偏置的光电转换单元的像素可以沿水平方向布置在成像器件中。

所述多个像素中包括沿竖直方向偏置的光电转换单元的像素可以沿竖直方向布置在成像器件中。

成像器件中包括的所述多个像素中的每个像素可以分别包括相应的多个光电转换单元。

各自均包括相应的多个光电转换单元的所述多个像素包括沿水平方向和竖直方向偏置的多个光电转换单元。

根据另一实施例，一种成像器件包括：多个像素，被二维地布置并接收图像光。所述多个像素中的至少一个像素包括：微透镜；多个光电转换单元，绕微透镜的光轴偏置；以及控制单元，选择第一输出模式或第二输出模式，其中，第一输出模式用于输出在所述多个光电转换单元处光电转换的电子，第二输出模式用于仅输出在所述多个光电转换单元之一处光电转换的电子。在第二输出模式下限制在至少一个光电转换单元处光电转换的电子的产生。

控制单元可以选择第一输出模式用于成像操作。控制单元可以选择第二输出模式用于相位差对焦操作。

在第一输出模式下，可以组合并输出在所述多个光电转换单元处光电转换的电子。

所述至少一个像素还可以包括：读出单元，输出在所述多个光电转换单元处光电转换的电子。

读出单元可以包括：多个读出晶体管，用于选择性地从所述多个光电转换单元输出光电转换的电子。

在第二输出模式下，可以通过选择性地操作所述多个读出晶体管，来仅输出在所述多个光电转换单元中的一个光电转换单元处光电转换的电子。

包括所述多个光电转换单元的所述至少一个像素可以仅被布置在成像器件的特定区域处。

在仅被布置在所述特定区域处的所述至少一个像素中，所述多个光电转换单元沿相同方向偏置的像素可以沿与相应光电转换单元偏置的方向相同的方向来布置。

包括所述多个光电转换单元的所述至少一个像素沿水平方向和竖直方向布置在成像器件中。当沿竖直方向布置的像素对应于第一输出模式时，控制单元可以针对沿水平方向布置的像素选择第二输出模式。当沿水平方向布置的像素对应于第一输出模式时，控制单元可以针对沿竖直方向布置的像素选择第二输出模式。

沿水平方向布置的像素和沿竖直方向布置的像素相交的点处的像素可以包括沿水平方向和竖直方向偏置的多个光电转换单元。

成像器件中包括的所述多个像素中的每个像素均可以包括所述多个光电转换单元。各自均包括相应的多个光电转换单元的所述多个像素可以包括沿水平方向和竖直方向偏置的所述多个光电转换单元。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解，对在附图中示出的实施例进行参考，并且使用特定语言来描述这些实施例。然而，并非意在由该特定语言来限制本发明的范围，并且本发明应被解释为包括本领域普通技术人员通常所能想到的所有实施例。本文中使用的术语用于描述具体实施例的目的，而并非意在限制本发明的示例性实施例。在实施例的描述中，当对相关技术的某些详细解释被认为可能非必要地模糊本发明的要点时，将省略这些详细解释。

虽然可以使用诸如“第一”、“第二”等术语来描述各组件，但是这些组件不应受以上术语限制。以上术语仅用于将组件彼此区分。

在本说明书中使用的术语仅用于描述具体实施例，而并非意在限制本发明。单数形式的表述包括复数表述，除非上下文中有明确的不同意思。在本说明书中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语意在指示存在在说明书中公开的特征、数目、步骤、动作、组件、部分或它们的组合，但并非意在排除可存在或者可添加一个或多个其它特征、数目、步骤、动作、组件、部分或它们的组合的可能性。

下面将参照附图更详细地描述各实施例。相同或者相对应的组件由相同附图标记表示，而不论图号如何，并且省略多余解释。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任意和所有组合。

图1是示出根据实施例的包括成像器件108的电子装置100(例如，数字图像处理装置、数码相机、摄像机或具有图像捕捉能力的其它电子装置)的配置的框图。

参照图1，电子装置100和镜头1000被示出为可拆离的，成像器件108还可以与电子装置100集成在一起。此外，电子装置100能够通过使用成像器件108执行相位差自动对焦(AF)和对比度AF两者。

电子装置100的镜头1000包括成像透镜101，成像透镜101包括对焦透镜102。电子装置100可以执行用于驱动对焦透镜102的对焦检测功能。镜头1000包括：用于驱动对焦透镜102的透镜驱动单元103，用于检测对焦透镜102的位置的透镜位置检测单元104，以及用于控制对焦透镜102的透镜控制单元105。透镜控制单元105经由接口129与电子装置100的CPU106交互关于对焦检测的信息。

电子装置100包括成像器件108，并通过捕捉透过成像透镜101的来自对象的光来产生图像信号。成像器件108可以包括多个光电转换单元(未示出)和传输路径(未示出)，所述传输路径通过移动来自光电转换单元的电子来读出图像信号。

成像器件控制单元107产生用于成像器件108捕捉图像的定时信号。此外，在电子累积在相应的扫描线之后，成像器件控制单元107顺序地读出图像信号。

读出的图像信号被模拟信号处理单元109和模拟到数字(A/D)转换单元110转换成数字信号，并被输入到图像输入控制器111，并由图像输入控制器111进行处理。

被输入到图像输入控制器111的数字图像信号由自动白平衡(AWB)检测单元116、自动曝光(AE)检测单元117和AF检测单元118处理，以分别进行AWB计算、AE计算和AF计算。这里，AF检测单元118在对比度AF期间输出检测到的关于对比度值的值，而在相位差AF期间向CPU106输出像素信息以进行相位差计算。CPU106可以通过对多个像素列信号执行相关来执行相位差计算。结果，可以计算出焦点的位置或焦点的方向。

图像信号还存储在同步动态随机存取存储器(SDRAM)或存储器119中。数字信号处理单元112通过执行诸如伽马校正等一系列图像信号处理，产生可显示的实时取景图像或捕捉到的图像。压缩/解压缩单元113根据压缩格式(诸如JPEG压缩格式或H.264压缩格式)对图像信号进行压缩或者对压缩的图像信号进行解压缩以用于回放。包括由压缩/解压缩单元113压缩的图像信号的图像文件可经存储器控制器121发送到存储卡122并存储在存储卡122中。关于待显示图像的数据存储在视频随机存取存储器(VRAM)120中，并且待显示图像经显示控制器114显示在液晶显示器(LCD)或其他显示单元115上。CPU106控制上述一个或多个组件的整体操作。电可擦可编程只读存储器(EEPROM)123存储并维护用于校正成像器件108的像素缺陷的数据或调整数据。操作控制台124从操作电子装置100的用户接收各种命令的输入。操作控制台124可以包括各种按钮，诸如快门释放按钮、主按钮、模式转盘和菜单按钮。电子装置100还可以包括辅助光控制单元125。

图2是示出使用图1的成像器件108的相位差检测像素的机制的一个示例的示图。

来自对象的透过成像透镜101的光通过微透镜阵列14，并被引导到光接收像素R15和L16。遮光板(lightscreen)17和18或者用于限制成像透镜101的光瞳12和13的限制光圈被布置在光接收像素R15和L16的一部分。此外，来自成像透镜101的光轴10之上的光瞳12的光被引导到光接收像素L16，而来自成像透镜101的光轴10之下的光瞳13的光被引导到光接收像素R15。通过微透镜阵列14将投射到光瞳12和13的光反向地引导到光接收像素R15和L16称为光瞳分割(pupildivision)。

通过微透镜阵列14进行光瞳分割的光接收像素R15和L16的连续输出表现出相同的形状，但是相对于位置表现出不同的相位。其原因在于，来自成像透镜101的离心地形成的光瞳12和13的光的图像形成位置彼此不同。因此，当来自离心地形成的光瞳12和13的光的焦点彼此不一致时，光接收像素R15和L16表现出不同的输出相位。另一方面，当来自离心光瞳12和13的光的焦点彼此一致时，图像形成在相同位置。此外，可以根据焦点差来确定焦点的方向。

例如，在前对焦(frontfocus)状态下，光接收像素R15的输出的相位相比于对焦相位进一步向左偏移，而光接收像素L16的输出的相位相比于对焦相位进一步向右偏移。相反，后对焦(backfocus)指示对象处于后对焦状态。在此情况下，光接收像素R15的输出的相位相比于对焦相位进一步向右偏移，而光接收像素L16的输出的相位相比于对焦相位进一步向左偏移。光接收像素R15和L16的相位之间的偏移量可以转换为焦点之间的偏差量。

图25示出现有技术的相位差检测像素的竖直像素配置。为了便于解释，图25示出R列像素和L列像素彼此相邻布置。参照图25，示出了微透镜201、表面层202、滤色器层203、布线层204、光电二极管层205和206以及衬底层209。图25中所示的结构被示出为比实际的层结构更简化。来自对象的光通过微透镜201并到达每个像素的光电二极管层。在接收到光时，光电二极管产生电子，并且电子成为像素信息。由光电二极管产生的电子可以被布线层204输出。从对象入射的光是通过成像透镜的出射光瞳的整个光通量，并且可以基于像素的位置获取关于对象的位置的亮度信息。滤色器层203通常采用三种颜色，包括红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)。在其他实施例中，滤色器层203可以采用三种颜色，包括青色(C)、品红(M)和黄色(Y)。接着，遮光膜被布置在成像器件的光圈处以从R列和L列获取信号。该结构可以包括光电二极管层205和206、R列遮光膜207和L列遮光膜208。然而，遮光膜的位置并不限于图25中所示，遮光层可以位于透镜和光电二极管之间的任意不同位置处。

然而，在上述图25的结构中，一旦制造完成，像素差检测像素就被固定在成像器件中，因此在捕捉图像时相位差检测像素变为缺陷像素。此外，在AF期间不使用的相位差检测像素也成为缺陷像素。缺陷像素劣化捕捉到的图像的质量。

图3示出根据实施例的相位差检测像素的竖直像素配置。图3示出从上往下顺序布置的微透镜21、表面层22、滤色器层23、布线层24、光电转换层25、26和27及28、29和30、以及衬底层20。图3中示出的结构与图25中示出的结构之间的一个区别在于光电转换层25、26、27、28、29和30。如图3所示，光电转换单元可以在每个像素处被划分成两个。光电转换单元可以包括光电二极管或光电晶体管。此外，如果用作相位差检测像素，则为了激活R列像素，划分的光电转换单元的第一部分的右组25和27可以接通，而划分的光电转换单元的第一部分的左组25和26可以断开。相反，为了激活L列像素，划分的光电转换单元的第二部分的左组28和29可以接通，而划分的光电转换单元的第二部分的右组28和30可以断开。L列像素和R列像素的位置可以反转，并且如果R列像素与L列像素都接通，则相位差检测像素还可以用作成像像素。这里，根据实施例，接通和断开可以在光电转换单元处切换，或者如下所述在光电转换单元的读出线处切换。

图4是示出根据实施例的实现相位差检测像素的光电转换单元包括两个光电二极管的等效电路的示图。

参照图4，读出金属氧化物半导体(MOS)晶体管35的源电极连接到光电二极管36和37的阴极。读出定时线32连接到读出MOS晶体管35的栅电极。连接到读出MOS晶体管35的漏电极的线31可连接到放大晶体管或复位晶体管。具有预定电势的线34连接到光电二极管36的阳极。切换MOS晶体管38连接到另一光电二极管37的阳极。在上述实施例中，切换MOS晶体管38是用于接通和断开光电二极管37的输出的开关。然而，根据实施例，切换MOS晶体管38可以替换为并非开关但是干扰光电二极管37处电子的产生(例如，以防止或减少电子的产生)的其他部件。切换MOS晶体管38的栅电极可以连接到相位差检测像素控制线33。

图5是示出根据另一实施例的实现相位差检测像素的光电转换单元包括两个光电二极管和添加到各个光电二极管的复位电路的等效电路的示图。

参照图5，读出MOS晶体管76的源电极连接到光电二极管72和光电二极管73的阴极。读出定时线98连接到读出MOS晶体管76的栅电极。光电二极管72和73的光电转换单元分别连接到复位晶体管74和75。具有预定电势的线93连接到光电二极管72和73的阳极。连接到读出MOS晶体管76的漏电极的线99提供输出端子。复位晶体管74和75不仅可以用于复位电子，还可以实时释放由光电转换单元产生的电子。例如，通过接通连接到复位晶体管74的栅电极的端子96和连接到复位晶体管75的栅电极的端子97，光电二极管72或光电二极管73中一个光电二极管的电子经由线94和95被释放，因此电子不累积。结果，仅光电二极管72或光电二极管73中另一个光电二极管的电子累积。因此，可以得到仅光电二极管72或光电二极管73之一的输出。因此，提供了相位差检测结构。

图6是示出根据实施例的实现相位差检测电路的光电转换单元包括两个光电晶体管的等效电路的示图。

参照图6，光电晶体管45和46的漏电极连接到具有预定电势的线41。光电晶体管45的栅极接收光。当光被接收并被光电转换时，电子移动到源电极。源电极连接到读出MOS晶体管47的漏电极，并且读出MOS晶体管47的源电极可以经由线44连接到放大晶体管或复位晶体管。读出MOS晶体管47的栅电极连接到读出定时线43。

光电晶体管46也接收光并对光进行光电转换。此外，相位差检测像素控制线42可以连接到光电晶体管46的栅电极。这里，相位差检测像素控制线42可以是用于控制光电晶体管46的栅电流以及接通和断开光电转换输出的控制线。

图7示出根据另一实施例的实现相位差检测像素的光电转换单元包括两个光电二极管的等效电路的示图，其中，所述两个光电二极管中的每个均包括独立的传输晶体管。

参照图7，读出传输晶体管213和214分别连接到光电二极管211和212的阴极。此外，读出定时线216和217分别连接到传输晶体管213和214的栅电极。具有预定电势的线218连接到光电二极管211和212的阳极。因此，当传输晶体管213和214接通时，光电二极管211和212的电子通过输出端子221被输出。公共复位晶体管215连接到传输晶体管213和214的输出端。复位晶体管215具有公共电子复位功能。例如，通过通过线219接通复位晶体管215可以经由线220使光电二极管211和212释放。

图8是示出根据实施例的N型衬底的栅极受控光电晶体管的示意图。

参照图8，通过在N型衬底59上布置N型层58来形成源极层，并且通过在N型层58上布置P型层57来形成栅极层。此外，栅极层具有开口，使得光51可以经由开口入射。通过在P型区域57中形成N型区域56来形成漏极层，并且N型衬底59连接到具有预定电势的线54。遮光层55被布置为覆盖除了包括开口的栅极层之外的结构。N型衬底的栅极受控光电晶体管通过将控制栅电极52连接到栅极层并将漏电极53连接到漏极层来形成。上述N型衬底的栅极受控光电晶体管可以通过控制栅电极52的电势来控制光电晶体管的光电转换输出的接通和断开。

图9是示出根据实施例的N型衬底的栅极受控光电晶体管的示意图。

参照图9，根据该实施例的N型衬底的栅极受控光电晶体管包括N型衬底70、N型源极层69以及P型栅极层67和68。栅极层67和68中各自均可以具有开口，使得光61可以经由开口入射。此外，N型衬底的栅极受控光电晶体管还包括N型漏极层66、遮光层65、具有预定电势的线64、控制栅电极62和漏电极63。

下面对图9所示的N型衬底的栅极受控光电晶体管的描述将描述图8所示的N型衬底的栅极受控光电晶体管与图9所示的N型衬底的栅极受控光电晶体管之间的各种差别。首先，通过将包括开口的栅极层划分为两部分并在它们之间布置沟道阻止部71，来形成第一栅极层67和第二栅极层68。用于控制光电晶体管的光电转换输出的接通和断开的控制栅电极62形成在第二栅极层68上，而在第一栅极层67上没有电极形成。漏极层66用作针对第一栅极层67和第二栅极层68的漏极层。因此，当光61入射并且控制栅电极62接通时，在第一栅极层67和第二栅极层68中流过的电子被输出。然而，如果控制电极62断开，则仅在第一栅极层67中流过的电子被输出。

图10是示出根据实施例的实现多个光电晶体管的N型衬底的栅极受控光电晶体管的示意图。

参照图10，N型衬底的栅极受控光电晶体管包括N型衬底92、N型源极层91以及P型栅极层88和90。栅极层88和90中各自均可以具有开口，使得光81可以经由开口入射。此外，N型衬底的栅极受控光电晶体管还包括N型漏极层87和89、遮光层86、具有预定电势的线85、控制栅电极82以及漏电极83和84。

由于图10所示的N型衬底的栅极受控光电晶体管与图9所示的N型衬底的栅极受控光电晶体管类似，因此，下面给出的对图10所示的N型衬底的栅极受控光电晶体管的描述将描述图10所示的N型衬底的栅极受控光电晶体管与图9所示的N型衬底的栅极受控光电晶体管之间的各种差别。多个光电转换单元包括多个光电晶体管，其中，栅极层88和90与漏极层87和89是完全分开的。此外，漏电极83和84的输出端连接在一起，并同时读出。这里，可以布置单独的读出晶体管(未示出)。根据实施例，控制栅电极82仅布置在一个光电晶体管处以控制多个光电晶体管的电子输出。然而，本实施例不限于此，并且控制栅电极可以布置在这两个光电晶体管处，并且这两个光电晶体管的输出可以被选择性地开关。

图11是示出根据实施例的包括多个光电转换单元的像素的示意图，其中，每个光电转换单元包括具有P型衬底的光电二极管。

参照图11，通过在P型衬底1117上形成P-阱层1116，掩埋N型层1112和1114，并在其上形成P型层1113和1115，来形成两个掩埋型光电二极管PD。接着，在与光电二极管PD所形成的区域靠近的区域处形成包括栅电极1104和绝缘层1109的传输栅极TG，并在与传输栅极TG所形成的区域靠近的区域处形成N型浮置扩散FS层(111)。在与N型浮置扩散FD层(111)靠近的区域处形成包括栅电极RS(103)的复位栅极RG，并在与复位栅极RG所形成的区域靠近的区域处形成N型扩散层D(110)。在掩埋型光电二极管PD中，P型层1113和1115(可以是高浓度的P型层)可以分别形成在N型层1112和1114上。

N型层1112和1114、N型浮置扩散层FD(111)以及传输栅极TG实现MOS晶体管Tr1，而N型浮置扩散层FD(111)、N型扩散层D(110)以及传输栅极RS(103)实现MOS晶体管Tr2。接着，MOS晶体管T3的栅极连接到N型浮置扩散层FD(111)。由光电二极管产生的电子通过电压电势VPD(101)由MOS晶体管T3放大，并且当由MOS晶体管T4的栅极确定输出像素时，经由竖直输出线LV118输出电子。在这种情况下，根据实施例的成像器件的每个像素可以包括两个光电二极管和四个晶体管，其中，控制电极PX(105)连接到一光电二极管的一端以改变电势，使得由该光电二极管产生的电子不发射到N型浮置扩散层FD(111)。通过对控制电极PX(105)进行控制，当像素检测到相位差时，可以仅输出由一个光电二极管产生的电子。

图12是示出根据实施例的能够经由相位差检测进行对焦的成像器件(例如，成像器件108)的电路的示意图，其中，从上方观察包括多个光电转换单元的像素1120。如图12所示，像素1120包括微透镜1127。像素1120包括绕微透镜1127的光轴在相同方向上偏置的光电二极管1121和1122。这里，基于成像器件的位置，微透镜1127的光轴与两个光电二极管1121和1122之间的位置关系可以改变。例如，随着光电二极管1121和1122距微透镜1127的光轴的距离增加，光电二极管1121和1122相对于微透镜1127之间的位置关系可能偏离所希望的位置关系。

光电二极管1121和1122包括公共读出单元1123。传输晶体管Tr21和Tr22布置在光电二极管1121和1122与公共读出单元1123之间，并与到传输信号线T1(126)的布线连接。这里，光电二极管1121和1122被布置为使得它们的开口具有相同的面积。因此，虽然光电二极管1122比光电二极管1121大，但是由于开口以外的部分被遮光，因此光电二极管1121和光电二极管1122两者被设置为相同的灵敏度。接着，电子控制单元1124被布置在光电二极管1122的遮光部分，并且连接有控制线PX(125)。如果像素1120要用作相位差检测像素，则电子控制单元1124可以接通以防止电子的产生和输出。如果像素1120用作成像像素，则电子控制单元1124可以断开，使得光电二极管1121和光电二极管1122都可以输出电子。

图13是示出能够经由相位差检测进行对焦的成像器件的电路的示意图，其中，两个像素1120(如图12所示)和1130彼此连接，并且放大晶体管和复位晶体管由这两个像素1120共享。

参照图13，与像素1120一样，右像素1130包括两个光电二极管1131和1132、电子控制单元1134、读出单元1133以及传输晶体管Tr31和Tr32。电子输出线1135连接到右像素1130的读出单元1133，并连接到由左像素1120和右像素1130共享的放大晶体管单元Tr41(137)。可以选择传输信号线T1(126)(对于像素1120)或传输信号线T2(136)(对于像素1130)，并且输出来自像素1120或像素1130之一的电子。

放大的信号从布置在图像信号读出线V(139)之间的读出选择晶体管Tr51的端子1138发送到输出线LV(140)，并输出为像素输出。另外，在由左像素1120和右像素1130共享的读出单元1133处，复位晶体管Tr61可以布置在输出线1140的端子1141和复位线RS(142)之间，因此两个像素1120和1130的电子可以被同时释放。如果像素1120和像素1130用作相位差检测像素，则电子控制单元1124和电子控制单元1134可以由来自控制线PX(125)的控制信号控制，因此像素1120和像素1130可以被同时控制。此外，成像器件可以使用二维布置的单元(每个单元包括像素1120和像素1130)来执行相位差检测。虽然像素1120和像素1130如图所示水平地彼此连接，但是本公开不限于此，像素1120和像素1130可以竖直地或成对角地布置在成像器件中。

图14是示出根据实施例的能够经由相位差检测进行对焦的成像器件的电路的示意图。

在图14中，多个光电转换单元在竖直方向上偏置，而所述多个光电转换单元在图12中在水平方向上偏置。

参照图14，与图12中一样，像素150包括微透镜157以及绕微透镜157的光轴在竖直方向上偏置的光电二极管151和152。此外，像素150包括由光电二极管151和152共享的读出单元153，布置在光电二极管151和152、读出单元153与传输信号线T1(156)之间的电子传输晶体管Tr71和Tr72，布置在光电二极管152的遮光层处的电子控制单元154以及控制单元控制线PX(155)和155。根据实施例，为了将像素150用作竖直方向上的相位差检测像素，电子控制单元154接通以防止或减少电子产生。此外，如果像素150用作成像像素，则电子控制单元154断开以输出电子。结果，光电二极管151和光电二极管152两者均产生电子，从而输出组合的电子输出。如上所述的相位差检测像素在竖直方向上的布置允许检测对比度沿竖直方向分布的对象的焦点。

图15是示出根据实施例的成像器件的电路的示意图。

参照图15，像素160包括绕微透镜(未示出)的光轴布置的光电二极管161和162。像素160包括公共读出单元163，布置在光电二极管161、读出单元163和传输信号线TL1(164)之间的晶体管Tr81，以及包括光电二极管162、读出单元163和传输信号线TL(165)的传输晶体管Tr82。

根据实施例，当像素160被用作相位差检测像素时，可以通过断开传输信号线TL1(164)防止光电二极管161的电子输出，来仅输出来自光电二极管162的电子。

当像素160被用作成像像素时，可以通过接通传输信号线TL1(164)，输出来自两个光电二极管161和162的电子。然而，本实施例不限于此，并且可以根据场合需求，选择用于输出电子的具体光电二极管。因此，本实施例允许相位差检测像素的配置的灵活性。

图16是示出根据实施例的用于相位差AF的成像器件的示意图。图16更详细地示出图4中示出的等效电路。

参照图16，从上方示出了包括多个光电转换单元的两个像素231和232。虽然像素231包括微透镜，但是为了便于解释，没有在图16中示出微透镜。参照图16，像素231包括绕微透镜的光轴在相同方向上偏置的光电二极管233和234。光电二极管233和234包括公共读出单元235，其中，传输晶体管TR83在光电二极管233和234、读出单元235与传输线信号T1(126)的布线之间。这里，复位单元布置在光电二极管233和234的公共读出单元235的相对侧。如图所示，复位晶体管Tr84和Tr85布置在光电二极管233和234、复位端子236和237与复位信号线RS1和RS2之间。因此，在成像操作期间，可以通过选择性地接通复位晶体管Tr84或Tr85中某一个来复位光电二极管233或234之一的电子，来防止电子输出，其中，像素231用作相位差检测像素。此外，如果两个复位晶体管都接通，则由光电二极管233和234产生的电子经由释放线VRS从复位端子236和237释放，而不输出到公共读出单元235。此外，在成像操作期间，复位晶体管断开，使得光电二极管233和234两者均输出电子。像素231和232两者具有相同的结构，并且将省略对像素232的详细描述。

此外，来自两个光电二极管233和234的输出即来自像素231的电子输出和来自像素232的电子输出可以包括公共读出单元235和公共读出单元238(用于像素232的光电二极管PD1和PD2)以及传输晶体管TR83和Tr87。电子输出线239连接到像素231的电子输出单元235和像素232的电子输出单元238，并连接到由左像素231和右像素232共享的放大晶体管TR88。像素231和232的输出经由选择的传输线T1(126)和T2中的一个被输出。

放大的信号经由布置在图像信号读出线V之间的读出晶体管TR89的端子240连接到输出线LV，并输出为像素输出。成像器件可以利用布置成二维形状的单元执行相位差检测，在单元中，两个像素231和232彼此组合。虽然两个像素231和232水平地彼此连接，但是本公开不限于此，并且像素可以竖直地或成对角地布置在成像器件中。

图17是示出根据实施例的能够经由相位差检测进行对焦的成像器件的电路的示意图。

图17示出四个光电转换单元被布置为使用水平方向和垂直方向上的两个相位差检测像素的像素。像素170包括绕微透镜(未示出)的光轴布置的光电转换单元171、172、173和174。

像素170包括：光电转换单元171、172、173和174的公共读出单元180；配置在公共读出单元180、光电转换单元171和传输信号线TU1(186)之间的传输晶体管Tr91；配置在公共读出单元180、光电转换单元172和传输信号线TU1(186)之间的传输晶体管TR92；配置在公共读出单元180、光电转换单元173和传输信号线TD1(187)之间的传输晶体管Tr93；以及配置在公共读出单元180、光电转换单元174和传输信号线TD1(187)之间的传输晶体管Tr94。相位差检测像素170的输出可以经由传输信号线TU1(186)或传输信号线TD1(187)之一输出。

公共读出单元180连接到电子输出线181，其中，公共读出单元180的前端连接到放大晶体管Tr95的端子182。因此，相位差检测像素的输出被传输晶体管Tr95放大。放大的信号经由输出线LV(185)从布置在图像信号读取线V184的一部分处的读出选择晶体管Tr96的端子183输出。此外，公共电子输出线181的端子182包括配置在输出线LV(185)的端子188和复位线RS(189)之间的复位晶体管Tr97。复位晶体管Tr97可以响应于复位信号而释放四个光电转换单元171、172、173和174的电子。

根据实施例，如果选择使用像素170作为相位差检测像素，则可以通过基于来自相位差检测像素控制线PX(186)的控制信号控制电子控制单元175和176，来同时控制两个光电转换单元172和174。例如，在检测水平相位差的情况下，控制单元175和176接通，使得像素170用作用于检测水平相位差的相位差检测像素。此外，可以通过基于来自另一条相位差检测像素控制线PY(179)的控制信号控制电子控制单元177和178，来同时控制两个光电转换单元172和174。在这种情况下，为了检测竖直相位差，控制单元177和178可以接通，使得像素170用作用于检测竖直相位差的相位差检测像素。

然而，图17所示的实施例不限于此。相位差检测像素可以通过线PX(186)和线PY(189)或者线TU1(186)和线TD1(187)来控制。因此，可以在像素170用作竖直相位差检测像素时，对R列和L列进行切换。此外，如果由单独的线构成的电子控制单元被添加到光电转换单元171，则可以在像素170用作水平相位差检测像素时，对R列和L列进行切换。此外，在图17所示的实施例中，即使相位差检测像素控制线PY(179)被省略，也可以控制竖直相位差检测像素。换言之，图17所示的实施例包括图12至图15中所示的所有实施例，其中，可以通过限制光电转换单元的电子产生或者限制所产生电子的输出来在水平方向和竖直方向两者上检测相位差。此外，虽然如图所示布置了四个光电转换单元171、172、173和174，但是本发明不限于此，一个像素170可以包括多于四个的光电转换单元。

图18是示出能够经由相位差检测进行对焦的成像器件中的相位差检测像素布置的示例的平面图。

参照图18，相位差检测像素可以沿水平方向布置在成像器件的特定位置处。例如，相位差检测像素可以布置在其它正常成像像素191的RGB拜耳(Bayer)布置中的四个像素中的每个R(红色)像素处。实现相位差L列的相位差检测像素192和实现相位差R列的相位差检测像素193可以布置为如图18所示。根据实施例的相位差检测像素192和193在对焦操作期间操作为具有如实线所示的开口，并且在成像操作期间操作为具有如虚线所示的正常像素开口。

图19是示出能够经由相位差检测进行对焦的成像器件中的相位差检测像素布置的示例的平面图。这里，假设像素被布置为RGB拜耳布置。

参照图19，相位差检测像素可以以与图18中所示的不同方式沿水平方向布置在成像器件的特定位置处。例如，相位差检测像素可以布置在正常成像像素191之间的RGB拜耳布置的四个像素(例如，红色像素、第一绿色像素、第二绿色像素和蓝色像素)中的每个像素处，其中，在如图19所示经由相位差检测进行对焦的情况下由四个像素产生Y信号。此外，相位差检测像素可以根据每个Y信号被交替地作为R列或L列进行处理。因此，相位差L列和相位差R列可以交替地布置在每个拜耳布置的相同线上。换言之，L列相位差检测像素192和R列相位差检测像素193可以布置在每四个水平和竖直像素处。虽然示出的布置被认为是当采用现有技术的像素时会使得缺陷像素明显的布置，但是根据实施例的相位差检测像素不会成为缺陷像素，因此可以采用这种布置。

图20是示出能够经由相位差检测进行对焦的成像器件中的相位差检测像素布置的示例的平面图。这里，假设像素被布置为RGB拜耳布置中。

参照图20，相位差检测像素可以以与图19中所示的不同方式沿水平方向布置在成像器件的特定位置处。例如，相位差检测像素可以布置在正常成像像素191之间的RGB拜耳布置的四个像素中的全部RGB像素处。然而，在经由相位差检测进行对焦的情况下，从四个像素产生Y信号的列被用作L列或R列。这里，如图20所示，相位差L列可以根据拜耳模式沿水平方向连续布置，而相位差R列可以紧接在相位差L列之下沿水平方向连续布置。换言之，根据实施例，L列相位差检测像素192的两列和R列相位差检测像素193的两列可以被布置为检测相位差。

图21是示出根据实施例的能够经由相位差检测进行对焦的整个成像器件的平面图，其示出相位差检测像素的布置的示例。然而，与实际布置相比，像素的数量和像素的布置减小并简化。

参照图21，像素N191是每个像素包括一个光电转换单元的正常像素。像素HA192是如以上参照图18至图20所述的每个像素包括至少两个光电转换单元的水平相位差检测像素。根据实施例，成像器件的相位差检测像素可以布置在3行中。然而，本公开不限于此，相位差检测像素可以由成像装置自动布置或者根据用户输入布置在必要位置处。此外，如上所述，在成像操作期间，像素HA192用作正常像素。

图22是示出不仅能够检测水平相位差还能够检测竖直相位差的整个成像器件的平面图。

参照图22，像素N191是每个都包括一个光电转换单元的正常像素。如以上参照图18至图20所述，像素HA194是每个都包括至少两个光电转换单元的水平相位差检测像素。能够检测相位差的成像器件还可以包括如以上参照图14所述的用于检测竖直相位差的竖直相位差检测像素VA195。此外，能够检测水平和竖直相位差两者的水平和竖直相位差检测像素HVA196可以布置在水平和竖直相位差检测像素相交的点处，从而增加成像器件的相位差对焦的精度。

图23是示出根据实施例的整个成像器件的平面图，其中，所有像素都能够检测水平和竖直相位差。

参照图23，布置在成像器件处的所有像素对应于像素HVA196，从而能够如以上参照图17所述检测水平和竖直相位差。因此，可以沿水平方向或竖直方向在任意点处检测对焦。

图24是示出根据实施例的操作包括能够经由相位差检测进行对焦的成像器件(例如，成像器件108)的电子装置(例如，电子装置100)的操作的序列的流程图。

参照图24，当电子装置100的AF开始按钮S1被按下(例如，半按快门释放按钮)时，确定AF区域是否被选择为多AF区域(操作S101)。如果选择了多AF区域，则将成像器件中包括的所有相位差检测像素切换为相位差检测模式，使得相位差检测像素按R列和L列布置以用于相位差检测(操作S102)。因此，相位差检测像素接通。由于上文描述了将成像器件切换到相位差检测模式的操作，因此将省略对其的详细描述。接着，通过在所有AF区域执行对焦检测来确定主对象，并自动地选择用于执行AF的AF区域(操作S103)。接着，在选择的AF区域处执行相位差检测，并且基于相位差检测的结果执行AF(操作S104)。当完成对焦时，处理进行到操作S106。

在操作S101，如果选择的AF区域不是多AF区域(例如，选择在用户选择的AF区域执行AF)，则处理进行到操作S105。在操作S105，接通在选择的AF区域处的相位差检测像素以在选择的AF区域处配置适于检测相位差的R列和L列。

接着，在操作S104，在选择的AF区域处执行相位差检测，并且基于相位差检测的结果执行AF。当完成对焦时，处理进行到操作S106。

在操作S106，电子装置100等待直到输入快门释放信号S2(例如，完全按下快门释放按钮)。当输入快门释放信号S2时，成像器件中的相位差检测像素被切换到成像像素模式。因此，相位差检测像素断开(S108)。由于上文描述了将成像器件切换到成像模式的操作，因此将省略对其的详细描述。当相位差检测像素断开时，在操作S108捕捉图像，从而完成序列。

根据以上实施例，在图像像素中，相位差检测像素不是缺陷像素，并可用作成像像素，而不会在输出图像中造成图像质量劣化。此外，即使增加相位差检测像素的数量以提高AF效率，图像质量也不会劣化。

在这里引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请以及专利)通过引用合并于此，就如同每篇参考文献被单独特别地指示为通过引用而被合并且在此整体上被阐述。

这里示出和描述的具体实施方式是本发明的示例，而并非意在以任何方式限制本发明的范围。为了简洁，可以不对系统(以及系统的各操作组件中的组件)的传统电子元件、控制系统、软件开发和其它功能方面进行详细描述。此外，呈现的各附图中示出的连线或连接器意在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理或逻辑连接。应注意，可以在实际设备中存在许多替换或额外的功能关系、物理连接或逻辑连接。此外，没有项目或组件对于本发明的实践是必要的，除非该元件被特别描述为“重要的”或“必要的”。

这里描述的装置可以包括：处理器；用于存储由处理器执行的程序数据的存储器；诸如硬盘驱动器的永久存储器；用于处理与外部设备的通信的通信端口；以及包括显示器、触摸面板、按键、按钮等的用户接口设备。当涉及软件模块时，这些软件模块可存储为可以由处理器执行的程序指令或计算机可读代码，所述软件模块可以存储在非暂时性计算机可读介质(诸如磁存储介质(例如，磁带、硬盘、软盘)、光记录介质(例如，CD-ROM、数字多功能盘(DVD)等)和固态存储器(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、拇指驱动器等))上。计算机可读记录介质还可以分布在联网的计算机系统上，从而计算机可读代码以分布式方式被存储和执行。该计算机可读记录介质可以被计算机读取，存储在存储器中并由处理器执行。

此外，使用本文的公开，本发明所属领域的普通程序员可以容易地实现用于实现和使用本发明的功能程序、代码和代码段。

可以按功能块组件和各种处理步骤来描述本发明。这样的功能块可由被配置为执行指定功能的任意数量硬件和/或软件组件来实现。例如，本发明可以采用可在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下执行各种功能的各种集成电路组件，例如，存储器元件、处理元件、逻辑元件、查找表等。类似地，在使用软件编程或软件元件来实现本发明的元件的情况下，可通过数据结构、对象、进程、例程或其它编程元件的任何组合实现的各种算法，使用任何编程或脚本语言(诸如C、C++、汇编等)实现本发明。可在一个或多个处理器上执行的算法中实现功能性方面。此外，本发明可采用用于电子配置、信号处理和/或控制、数据处理等的任意数量传统技术。最后，本文描述的所有方法的步骤可以以任何合适的顺序执行，除非在本文中另外指出或者明显与上下文相矛盾。

在描述本发明的上下文中(尤其在权利要求书的上下文中)使用的术语“一”、“一个”和“该”以及类似指代词应被理解为覆盖单数和复数两者。此外，在这里，数值范围的列举仅意在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简略方式，除非本文另外指出，并且每个单独值包含在说明书中，就如图该单独值在本文中被单独列举。最后，本文描述的所有方法的步骤可以以任何合适的顺序执行，除非在本文中另外指出或者明显与上下文相矛盾。本文提供的任何和所有示例或者示例性语言(例如“诸如”)的使用仅意在更好地说明本发明，并且不对本发明的范围加以限制，除非另外声明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员将清楚多种改变和适应性修改。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行形式和细节上的各种改变。

Claims

1.一种成像器件，包括：

多个像素，被二维地布置并接收图像光，

其中，所述多个像素中的至少一个像素包括：

微透镜；

多个光电转换单元，绕微透镜的光轴偏置；以及

控制单元，限制在所述多个光电转换单元中的至少一个光电转换单元处光电转换的电子的产生。

2.如权利要求1所述的成像器件，其中，所述多个光电转换单元包括多个光电二极管；以及

控制单元通过改变所述多个光电二极管中的至少一个光电二极管的电势来限制光电转换的电子的产生。

3.如权利要求1所述的成像器件，其中，所述多个光电转换单元包括多个光电晶体管；以及

控制单元通过改变所述多个光电晶体管中的至少一个光电晶体管的电子产生单元的栅极电势来限制光电转换的电子的产生。

4.如权利要求1所述的成像器件，其中，所述多个光电转换单元包括多个光电二极管；以及

控制单元包括用于释放由所述多个光电二极管产生的电子的复位单元，并通过释放由所述多个光电二极管中的至少一个光电二极管产生的电子来限制光电转换的电子的产生。

5.如权利要求4所述的成像器件，其中，复位单元包括用于释放电子的复位电路；并且复位单元独立于输出单元。

6.如权利要求1所述的成像器件，其中，所述多个像素中包括所述多个光电转换单元的至少一个像素仅被布置在成像器件的特定区域处。

7.如权利要求6所述的成像器件，其中，在仅被布置在所述特定区域处的像素中，光电转换单元沿相同方向偏置的像素沿着与相应的光电转换单元偏置的方向相同的方向来布置。

8.如权利要求7所述的成像器件，其中，所述多个像素中包括沿水平方向偏置的光电转换单元的像素沿水平方向布置在成像器件中。

9.如权利要求7所述的成像器件，其中，所述多个像素中包括沿竖直方向偏置的光电转换单元的像素沿竖直方向布置在成像器件中。

10.如权利要求1所述的成像器件，其中，成像器件中包括的所述多个像素中的每个像素分别包括相应的多个光电转换单元。

11.如权利要求10所述的成像器件，其中，各自均包括相应的多个光电转换单元的所述多个像素包括沿水平方向和竖直方向偏置的多个光电转换单元。

12.如权利要求1所述的成像器件，其中，控制单元选择第一输出模式或第二输出模式，其中，第一输出模式用于输出在所述多个光电转换单元处光电转换的电子，第二输出模式用于仅输出在所述多个光电转换单元之一处光电转换的电子；

其中，在第二输出模式下限制在至少一个光电转换单元处光电转换的电子的产生。

13.如权利要求12所述的成像器件，其中，在第一输出模式下，组合并输出在所述多个光电转换单元处光电转换的电子。

14.如权利要求12所述的成像器件，其中，所述至少一个像素还包括：读出单元，输出在所述多个光电转换单元处光电转换的电子。

15.如权利要求15所述的成像器件，其中，读出单元包括：多个读出晶体管，用于选择性地从所述多个光电转换单元输出光电转换的电子，以及

在第二输出模式下，通过选择性地操作所述多个读出晶体管，来仅输出在所述多个光电转换单元中的一个光电转换单元处光电转换的电子。