CN108513047A - 图像传感器和摄像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像传感器和摄像设备。在包括多个摄像像素的图像传感器中，各像素包括：微透镜，用于将所述入射光引导至所述多个摄像像素中的相应摄像像素；滤色器，用于使预定波长带的光透过；第一光电转换单元，用于对透过所述滤色器的光进行光电转换；以及第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的下方，其中所述第二光电转换单元和所述第一光电转换单元之间具有预定间隔。所述第一光电转换单元设置有用于从所述第一光电转换单元的第一区域获取第一信号的第一电极和用于从所述第一光电转换单元的第二区域获取第二信号的第二电极。所述第一光电转换单元的针对所述预定波长带的光透过率高于50％。

Description

图像传感器和摄像设备
技术领域
本发明涉及图像传感器和包括图像传感器的摄像设备。
背景技术
近来的技术讨论了使用堆叠有机光电转换膜和硅光电转换单元的图像传感器来提高颜色再现性和高清晰度。在所讨论的图像传感器中，硅光电转换单元吸收除了要由有机光电转换膜所吸收的光的波长带以外的波长带的光，即硅光电转换单元吸收互补色的频带的光。
例如，日本特开2008-258474讨论了如下的图像传感器，其中，在该图像传感器中，从上部起依次形成：以棋盘状图案配置的青色滤色器和黄色滤色器、用于吸收绿色波长带的均匀的有机光电转换膜、以及硅光电转换单元。在这种情况下，透过青色滤色器和黄色滤色器的光中的绿色波长带的光在有机光电转换膜中被吸收，并且被转换成信号，而在有机光电转换膜中没有被吸收的蓝色波长带和红色波长带的光在硅光电转换单元中被吸收，并且被转换成信号。日本专利4817584讨论了没有包括滤色器的图像传感器。在该图像传感器中，形成有机光电转换膜以及第二光电转换单元和第三光电转换单元。有机光电转换膜作为第一光电转换单元配置在第二光电转换单元和第三光电转换单元的上方，并且针对绿色波长带展现出吸收性。第二光电转换单元和第三光电转换单元形成在有机光电转换膜的下方并且形成在硅基板的上方。透过有机光电转换膜的蓝色波长带的光和红色波长带的光进入第二光电转换单元中。然而，在硅基板中，蓝色波长带的光与红色波长带的光相比具有更高的吸收系数，使得蓝色波长带的光在更浅的区域中被吸收。然后，红色波长带的光在更深的区域中被进一步吸收。换句话说，蓝色波长带的光在第二光电转换单元中被充分吸收，并且红色波长带的光大部分在第三光电转换单元中被吸收。以这种方式确定第二光电转换单元和第三光电转换单元的位置和厚度，以使得获取到跨三层的光电转换单元的信号。
发明内容
根据本发明的方面，一种图像传感器，包括用于检测入射光的多个摄像像素，其中所述多个摄像像素中的各像素包括：微透镜，用于将所述入射光引导至所述多个摄像像素中的相应摄像像素；滤色器，用于使预定波长带的光透过；第一光电转换单元，用于对透过所述滤色器的光进行光电转换；以及第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的下方，其中所述第二光电转换单元和所述第一光电转换单元之间具有预定间隔，其中，所述第一光电转换单元设置有用于从所述第一光电转换单元的第一区域获取第一信号的第一电极和用于从所述第一光电转换单元的第二区域获取第二信号的第二电极，以及所述第一光电转换单元针对所述预定波长带的光透过率高于50％。
根据本发明的方面，一种摄像设备，包括：图像传感器，其包括用于检测入射光的多个摄像像素，其中所述多个摄像像素中的各像素包括：微透镜，用于将所述入射光引导至所述多个摄像像素中的相应摄像像素，滤色器，用于使预定波长带的光透过，第一光电转换单元，用于对透过所述滤色器的光进行光电转换，以及第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的下方，其中所述第二光电转换单元和所述第一光电转换单元之间具有预定间隔；以及焦点检测单元，用于基于第一信号和第二信号进行使用相位差方法的焦点检测，其中，所述第一光电转换单元设置有用于从所述第一光电转换单元的第一区域获取所述第一信号的第一电极和用于从所述第一光电转换单元的第二区域获取所述第二信号的第二电极，以及所述第一光电转换单元针对所述预定波长带的光透过率高于50％。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1A是示意性示出根据本发明的典型实施例的图像传感器的基本摄像像素组的框图，以及图1B是示意性示出基本摄像像素组的配置的框图。
图2是示出根据本发明的典型实施例的图像传感器的摄像像素的内部结构的截面图。
图3是示出根据本发明的典型实施例的图像传感器的摄像像素中的透过滤色器的入射至第一光电转换单元的光的入射强度的波长依赖性的图。
图4示出根据本发明的典型实施例的图像传感器的摄像像素中的光会聚点。
图5A、5B和5C各自示出根据本发明的第一典型实施例的图像传感器的摄像像素的下部透明电极的形状的示例或者根据第二典型实施例的摄像像素的上部透明电极的形状的示例。
图6示意性示出根据本发明的典型实施例的图像传感器和光瞳分割。
图7示意性示出根据本发明的典型实施例的图像偏移量和散焦量之间的关系。
图8是示出根据本发明的第二典型实施例的图像传感器的摄像像素的内部结构的截面图。
图9是示出根据本发明的典型实施例的摄像设备的框图。
图10是示意性示出如何从第一光电转换单元和第二光电转换单元获取信号的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图来详细说明本发明的各种典型实施例。应当注意，以下作为本典型实施例中的示例所述的组件的尺寸、材料、形状、相对位置等不意图限制本发明的范围，并且可以根据典型实施例应用于的设备的结构或各种条件而适当改变。
以下将详细说明本发明的第一典型实施例。作为根据本典型实施例的图像传感器的示例，将提供如下图像传感器的说明，其中该图像传感器包括具有22.32毫米的水平尺寸和14.88毫米的垂直尺寸、并包含水平方向上的6000个有效像素和垂直方向上的4000个有效像素的有效像素区域。图1A示意性示出具有两行和两列的基本像素组101作为配置在图像传感器的摄像面上的多个摄像像素的一部分。基本像素组101包括像素(R像素)102和像素(B像素)103。像素(R像素)102具有针对与红色相对应的波长带的光谱灵敏度。像素(B像素)103具有针对与蓝色相对应的波长带的光谱灵敏度。基本像素组101还包括各自具有针对与绿色相对应的波长带的光谱灵敏度的两个像素(G像素)104和105。
在图1B中，模式图示出从摄像面的上方观看到的本典型实施例的图像传感器106，并且基本像素组101以二维方式配置在摄像面上。在本发明书中，为了说明的目的，配置多个摄像像素的摄像面与xy平面平行，并且与xy平面垂直的方向是z方向。
基本像素组101的摄像像素102、103、104和105具有除了滤色器206以外的同样的基本结构，并且将关注于摄像像素102来说明摄像像素102、103、104和105的结构。图2是示出图1A中的摄像像素102的沿zx平面的截面图。
n型硅基板201在n型硅基板201的正面侧设置有通过离子注入所形成的第二光电转换单元202。如从z方向观看的，在第二光电转换单元202的上方，层叠第一光电转换单元204，以在第二光电转换单元202和第一光电转换单元204之间夹持光波导203。沿z方向继续，在第一光电转换单元204的上方，设置滤色器206和微透镜207以会聚并引导入射至摄像像素102的光。
设置传输门214，以向电容器213传输从在第二光电转换单元202中进行光电转换的入射光所得到的电荷。将传输至电容器213的电荷转换成电压信号。在本典型实施例中，在图像生成处理中，使用在第二光电转换单元202中所获取到的信号作为摄像信号。
光波导203以在xy平面内、光波导203内侧的折射率的实部高于光波导203外侧的折射率的实部的方式构造而成。光波导203内部针对可见光是透明的，并且可以由满足折射率的实部的上述关系的任何高折射材料制成。这种示例包括但不限于具有由SiOx制成的外部以及由SiNx制成的内部的光波导。
在第一光电转换单元204的上部，以使得延伸跨过附近像素的方式形成上部透明电极205。在第一光电转换单元204的下部，形成与附近像素电气地分离的下部透明电极208和209。下部透明电极208和209的电极图案与入射光学系统的光瞳区域的分割和图案化相当。然后，属于通过被分割并图案化的不同光瞳区域的入射光束的光被光电转换成电荷，并且可以经由下部透明电极208和209中的相应下部透明电极输出该电荷作为电信号。来自不同的下部透明电极208和209的电信号与光学地光瞳分割的光束相对应。在本典型实施例中，使用经由光瞳分割的相位差方法来在焦点检测处理中使用第一光电转换单元204中所获取到的信号。
具有用于可见光带的光接收灵敏度的各种材料(诸如有机光电转换膜或量子点膜等)适用于第一光电转换单元204，并且特别地，期望是针对可见光带具有恒定光接收灵敏度的材料。在本典型实施例中，第一光电转换单元204包括有机光电转换膜，并且形成用于有效率地将电荷输送至电极的层结构，诸如第一光电转换单元204与上部透明电极205之间所形成的电子块层以及第一光电转换单元204与下部透明电极208和209之间的空穴块层等。第一光电转换单元204是针对多个像素共通的共通膜层。
在光波导203的各侧，设置有电子配线部210和211。使用电子配线部210和211来将用于读取信号电荷的信号或用于切换的信号发送至各元件。电子配线部210和211被光波导203外侧的低折射率材料包覆并被绝缘。电子配线部210和211包括对针对诸如电容器213等的n型硅基板201所设置的元件进行遮光的功能。
在本典型实施例中，第一光电转换单元204的厚度以入射在第一光电转换单元204上的光(特别是可视光)的50％以下被吸收(透过率高于50％)、而其余透过第一光电转换单元204的方式来设置。在本典型实施例中，假定如下：该厚度以这种光吸收的预定比率被调节成约10％的方式来设置。该设置不限于上述设置，并且可以将透过第一光电转换单元204的光与被第一光电转换单元204吸收的光的比率确定为预定比率。这是为了根据从第一光电转换单元204获取到的信号来生成要记录的图像，并且根据从位于第一光电转换单元204的下方的第二光电转换单元202所获取到的信号来进行焦点检测。焦点检测中的使用仅是暂时的，因此在第一光电转换单元204中的吸收率被设置成50％以下。因而，期望基于从各光电转换单元输出的信号的用途来确定被第一光电转换单元204吸收的光的比率。
在本典型实施例中，例如通过将同一颜色的9个附近摄像像素的输出信号相加来使用从第一光电转换单元204输出的信号。因而，即使在第一光电转换单元204中仅吸收约10％的光，也通过相加来获得充分的信号强度。与此相对，在忽略散射和细微的吸收的情况下，第二光电转换单元202可以接收来自滤色器206的光的约90％。因而，可以在无需将同一颜色的附近像素的信号相加的情况下，利用第二光电转换单元202来获取高分辨率图像。这里，该分辨率由于从第一光电转换单元204输出的信号的相加而变得低于从第二光电转换单元202获取到的图像的分辨率。具体地，第一光电转换单元204的一个像素的面积大于第二光电转换单元202的一个像素的面积。
尽管在本典型实施例中要用于相加的像素数量(相加单位)是9个，但是通过使用两个以上的像素进行相加来产生同样的有利效果。这里，将第一光电转换单元204的透过率的倒数和要用于相加的像素数量设置成大致相等，这可以将从第一光电转换单元204和第二光电转换单元202输出的信号调节成均匀的输出电平。
图10是示出如何从第一光电转换单元204和第二光电转换单元202获取信号的示意图。在本典型实施例中，作为从第一光电转换单元204获取信号的周期的帧频与作为从第二光电转换单元202获取信号的周期的帧频不同。更具体地，将用于从第一光电转换单元204获取信号的周期设置成比从第二光电转换单元202获取信号的周期快。这样，在以低分辨率进行高帧频的焦点调节和摄像(运动图像拍摄或实时取景(LV)摄像)的同时，在该时间内的定时实现以相对高分辨率进行帧频略低的摄像(静止图像拍摄)。换句话说，将来自第一光电转换单元204的信号用在LV摄像或运动图像拍摄中，这使得能够进行恒定的高速焦点调节并且执行使用来自第二光电转换单元202的信号的静止图像拍摄。
图3是示出透过滤色器206的光的强度的波长依赖性、即滤色器206的透过光谱的示意图。例如，透过具有厚度t[nm]的光电转换膜的波长λ0的光强度是exp(-α(λ0)·t)，其中α(λ0)[/nm]是第一光电转换单元204(有机光电转换膜)在光谱的峰波长λ0处的的吸收系数。因而，可以利用这种公式来确定光电转换膜的厚度。该方法不限于上述方法，并且可以使用除了关注于峰波长的方法以外的方法，诸如基于对整个波长上的光强度进行积分的情况下的透过比率的确定方法等，或者可以组合使用多个方法。
如上所述，光电转换膜的吸收系数α依赖于波长λ，因此针对透过R、G和B的滤色器206的光的吸收系数不同。与此相对，所配置的光电转换膜的厚度在整个图像传感器上基本上是均匀的，以使得即使入射在R像素、G像素和B像素的光电转换膜上的光的强度是恒定的，透过各光电转换膜的光的强度在R像素、G像素和B像素之间也有所不同。换句话说，在光电转换膜处所获得的光强度的RGB比率与在第二光电转换单元202处所获得的光强度的RGB比有所不同。
在这种情况下，可以例如通过调节滤色器206的厚度来将在第一光电转换单元中要吸收的光强度的RGB比率和在第二光电转换单元202中要吸收的光强度的RGB比率调节成相同水平、或者接近值。然而，还可能存在难以针对所有的波长带(RGB)通过调节滤色器206的厚度来设置RGB比率的情况。在这种情况下，可以以关注的两个波长带(例如G和R)的RGB比率就吸收和透过光强度而言在第一光电转换单元204和第二光电转换单元202中匹配的方式设置两个滤色器206之间的厚度关系。
可选地，如下方法是有效的：关注于对于光电转换膜上的焦点检测而言是重要的绿色波长带，并且利用光电转换膜的厚度来设置该波长带的光在光电转换膜中的吸收和透过之间的比率。
此外，如下的另一方法是有效的：以将在光电转换膜的吸收光谱中的与具有低吸收的波长带相对应的颜色的像素的光电转换膜中的吸收和透过之间的比率调节成预定值(在本典型实施例中为1：9)的方式，来设置第一光电转换单元204的膜厚度。与此相对，关注于具有高吸收的波长带，这使得具有低吸收的波长带的光能够充分透过。
此外，关注于透过R像素、G像素和B像素的滤色器206中的各滤色器的光中的、具有最高强度的波长带的光，这还使得能够利用光电转换膜的厚度来设置光电转换膜中的吸收和透过之间的比率。
即使通过各种方法来调节光电转换膜中的吸收光的强度和透过光的强度之间的RGB比率，RGB比率针对吸收和透过也可能有偏差。在这种情况下，预先检测偏差量，并且在摄像之后，给定该偏差量作为来自光电转换膜的输出信号和来自第二光电转换单元202的输出信号之间的校正量，从而校正并给出两个图像。
图4是示出根据本典型实施例的图像传感器的摄像像素102中的图像高度的中央附近如何会聚光的示意图。图4示出平行光如由箭头组401、即入射光401指定的那样从摄像像素102的外部行进至微透镜207的情况。入射光401在摄像像素10中形成光会聚点402，并且光会聚点402被设置成使得在z方向上位于第一光电转换单元204的中央附近并且在x方向上位于下部透明电极208和209之间。如这里所使用的，术语“光会聚点”是指包括在光束的截面被假定为圆形的情况下直径最小的区域的微小区域，并且光会聚点例如与具有强度分布1/e^2的高斯光束中的束腰区域相当。因而，可以说，微透镜207的焦点的位置大致与第一光电转换单元204在z方向上的位置相对应。
尽管在本实施例中，光会聚点被设置成位于在x方向上分离的下部透明电极208和209之间，但是下部透明电极208和209的分离方向不限于x方向。例如，光会聚点期望被设置成位于参与所关注的光瞳分割方向上的相位差检测的下部透明电极208和209之间的在xy平面内的位置。
在本典型实施例中，如图5A所示，在两个下部透明电极502和503在xy平面内的像素区域501中沿x方向分离的状态下，进行光瞳分割。可选地，在本典型实施例中，可以在如图5B中由下部透明电极504、505、506和507或者在如图5C中由下部透明电极508、509、510和511所示那样沿x方向和y方向这两者进行光瞳分割。更具体地，光瞳分割的方向、分割数和下部透明电极的形状不限于此。上部透明电极和下部透明电极的材料的示例包括但不限于氟掺杂氧化锡(FTO)和掺锡氧化铟(ITO)。
为了控制根据本典型实施例的图像传感器中的第二光电转换单元202处的曝光时间，该图像传感器包括电子快门机构。在本典型实施例中，假定在图像传感器的摄像像素102的第二光电转换单元202中包括全局快门机构，以控制曝光时间。具体地，传输门214将第二光电转换单元202处所生成的电荷传输至电容器213。针对图像传感器中的多个像素使传输定时同步，从而使用全局快门来实现摄像。如上所述，利用全局快门机构使用来自第二光电转换单元202的信号来执行静止图像拍摄中的曝光，这使得即使在使用来自第一光电转换单元204的信号来进行运动图像拍摄期间，也可以进行具有较少卷帘式快门失真的静止图像拍摄。
图6示意性示出光瞳分割和根据本典型实施例的图像传感器之间的对应关系。线604表示要拍摄的被摄体的位置(被摄体面)，并且经由位于位置605处的摄像光学系统来在图像传感器的表面的位置(以下称为摄像面606)上形成被摄体图像。此外，线609表示图像传感器中所包括的摄像像素的第一光电转换单元204的中央在z方向上的位置。对于图像传感器的各像素，沿x方向被分离成两个的与下部透明电极602相对应的光电转换单元和与下部透明电极603相对应的光电转换单元接收分别通过光瞳部分区域607和光瞳部分区域608中的不同光瞳区域的光束。
针对各像素，从与下部透明电极602相对应的光电转换单元和与下部透明电极603相对应的光电转换单元中选择特定的光电转换单元的信号。获得与成像光学系统的光瞳部分区域607和608中的特定光瞳部分区域相对应的视差图像。例如，针对各像素选择与下部透明电极602相对应的光电转换单元的信号，以使得获得具有与成像光学系统的光瞳部分区域607相对应的有效像素数的分辨率的视差图像。这同样适用于与下部透明电极603相对应的光电转换单元。
此外，针对各像素，将与下部透明电极602相对应的光电转换单元的信号和与下部透明电极603相对应的光电转换单元的信号相加，以使得可以生成具有有效像素数的分辨率的图像。
在本典型实施例中，如图6所示，摄像像素的位置离图像传感器的中央越远，微透镜的位置越向摄像像素的中央偏心。这是为了进行针对来自成像光学系统的主光线的方向的倾斜的调节，这是因为离图像传感器的中央越远的部分处，方向倾斜越大。
接着，以下将说明根据本典型实施例的视差图像之间的在图像偏移量和散焦量方面的关系。
图7示意性示出视差图像之间的在图像偏移量和散焦量方面的关系。假定根据本典型实施例的图像传感器(未示出)被配置在摄像面606中，并且如图6所示，将成像光学系统的出射光瞳分割成两个部分(具体为光瞳部分区域607和608)。
如下这样定义散焦量d。将从被摄体的成像位置到摄像面的距离定义为大小|d|。将针对被摄体的成像位置相对于摄像面位于被摄体侧的前焦点状态定义为负的符号(d<0)。将针对被摄体的成像位置相对于摄像面位于被摄体的相对侧的后焦点状态定义为正的符号(d>0)。将针对被摄体的成像位置位于摄像面上的聚焦状态定义为d＝0。在图7中，被摄体701表示聚焦状态(d＝0)的示例，以及被摄体702表示前焦点状态(d<0)的示例。前焦点状态(d<0)和后焦点状态(d>0)统称为散焦状态(|d|>0)。
在前焦点状态(d<0)中，在来自被摄体702的光束中，通过光瞳部分区域607(608)的光束被会聚，然后在以光束的重心位置G1(G2)作为中心的宽度P1(P2)上扩散，并且在摄像面606上形成模糊图像。通过与下部透明电极601相对应的光电转换单元和与下部透明电极602相对应的光电转换单元来接收模糊图像，从而形成视差图像。这样，在根据与下部透明电极601相对应的光电转换单元的信号和与下部透明电极602相对应的光电转换单元的信号所生成的视差图像上，在重心位置G1(G2)中，将被摄体702记录为在宽度P1(P2)上模糊的被摄体图像。被摄体图像的模糊宽度P1(P2)基本上随着散焦量d的大小|d|的增大而成比例地增大。同样，视差图像之间的被摄体图像的图像偏移量p(＝G1-G2)的大小|p|基本上随着散焦量d的大小|d|的增大而成比例地增大。这同样适用于后焦点状态(d>0)，除了视差图像之间的被摄体图像的图像偏移的方向与前焦点状态的情况下的方向相反以外。在聚焦状态(d＝0)下，视差图像的被摄体图像的重心位置与(p＝0)相对应，并且没有图像偏移发生。
为此，使用与下部透明电极601相对应的光电转换单元的信号和与下部透明电极602相对应的光电转换单元的信号。在这样获得的两个(多个)视差图像中，随着视差图像的散焦量的大小增大，多个视差图像之间的图像偏移量的大小增大。使用来自根据本典型实施例的图像传感器的第一光电转换单元的信号、利用相关计算来计算视差图像之间的图像偏移量，这使得可以经由基于光瞳分割的相位差检测方法来进行使用焦点检测信号的焦点检测。
以下将说明本发明的第二典型实施例。根据本典型实施例的图像传感器的有效像素数和像素配置与第一典型实施例相同。图像传感器的摄像面上的基本像素组101的配置也与第一典型实施例相同，并且基本像素组101在摄像面上以二维方式配置。基本像素组101中所包括的各摄像像素的内部结构的详情与第一典型实施例中有所不同，因而以下将说明其详情。
在本典型实施例中，除了滤色器206以外，基本像素组101中所包括的各摄像像素的基本结构与第一典型实施例相同。图8是示出根据本典型实施例的像素的截面图。在本典型实施例中，设置第二光电转换单元902作为与第一典型实施例中的第二光电转换单元202相对应的光电转换单元。作为共通电极的共通电极905配置在第一光电转换单元904和第二光电转换单元902之间。在第一光电转换单元904的上面，设置有与第一典型实施例的下部透明电极208和209相对应并且被分离且参与基于光瞳分割的相位差检测方法的焦点检测的上部透明电极908和909。尽管在图8所示的截面中从各像素分离第一光电转换单元904和第二光电转换单元902，但是在制造方面，针对各像素期望第一光电转换单元904和第二光电转换单元902各自是共通膜层。
上部透明电极908和909分别连接至电容器914和912，并且连接至读取电路。下部透明电极903被配置在第二光电转换单元902的下表面。下部透明电极903包括诸如Ti或Cu等的均匀电极，并且被设置成使得将第二光电转换单元902中所生成的电荷传输至电容器913。下部透明电极903不必须使光透过至下部，因而下部透明电极903不必须是透明电极。下部透明电极903还用作用于降低入射光对硅基板901上所设置的各元件的影响的遮光部。在本典型实施例中，假定以透过第一光电转换单元904的入射光的预定百分比是约90％的方式来设置膜厚度。在本典型实施例中，从第一光电转换单元904输出的信号用于将来自同一颜色的9个附近摄像像素的输出信号相加。因而，即使仅约10％的光在第一光电转换单元904中被吸收，也经由相加获得充分的信号强度。与此相对，在忽略散射和细微的吸收的情况下，第二光电转换单元902可以接收来自滤色器206的约90％的光。因而，可以在无需将来自同一颜色的附近像素的信号相加的情况下，使用第二光电转换单元902来获取到高分辨率图像。以这种方式设置预定百分比使得能够使用第一光电转换单元904、以相对略低的分辨率来进行高帧频的焦点调节和摄像(运动图像拍摄或LV摄像)。此外，还可以在上述操作期间的特定定时实现以相对高的分辨率来进行帧频略低的摄像(静止图像拍摄)。
本典型实施例的像素中的光的光会聚点被设置成在z方向上位于第一光电转换单元904的中央附近，并且在x方向上位于上部透明电极908和909之间。在本典型实施例中，光会聚点被设置成位于沿x方向分离的上部透明电极908和909之间。然而，上部透明电极908和909的分割方向不限于x方向。期望地，光会聚点被设置成位于参与所关注的光瞳分割方向上的相位差检测的上部透明电极908和909之间的在xy平面内的位置。
以下将详细说明本发明的第三典型实施列。以下将参考附图来说明根据本典型实施例的摄像设备的结构的具体示例。图9是示出根据本典型实施例的包括上述典型实施例中所述的图像传感器106的摄像设备的功能结构的示例的框图。数字照相机是摄像设备的示例。摄像设备包括图像传感器的摄像功能。摄像设备可以是移动电话、监视照相机或移动照相机。在根据本典型实施例的摄像设备中，来自图像传感器106的第一光电转换单元904的两个视差图像用在基于光瞳分割的相位差检测的焦点调节中，并且同时还用在运动图像拍摄和LV摄像中。此时，将从同一颜色的9个附近像素的分离的下部透明电极中的配置彼此相对应的下部透明电极所获取到的信号相加。由于对9个像素执行相加处理以获得一个像素，因此通过使用来自第一光电转换单元904的信号所获得的图像具有降低的分辨率，但是能够执行高速的焦点调节。基于透过第一光电转换单元904的且被位于下方的第二光电转换单元902接收的光的信号用在静止图像拍摄中。透过滤色器206的约90％的光经由光波导到达分离了预定间隔的第二光电转换单元902。因而，从第二光电转换单元902获取到作为从第一光电转换单元904获取到的信号的约9倍的大信号，并且在静止图像拍摄中无需将像素的信号相加的情况下获取到高分辨率图像。在静止图像拍摄中，经由图像传感器驱动电路823来进行全局快门摄像，以将由于例如卷帘式快门所引起的图像失真最小化。
根据本典型实施例的数字照相机例如是镜头可更换型单镜头反光照相机，并且包括镜头单元800(未示出)和照相机主体820。镜头单元800经由由图9的中央的虚线表示的安装件M而安装至照相机主体820。
镜头单元800包括光学系统(第一透镜组801、光圈802、第二透镜组803、调焦透镜组(以下简称为“调焦透镜”)804)以及驱动/控制系统。因而，镜头单元800是包括调焦透镜804的摄像镜头，并且形成被摄体的光学图像。镜头单元800还包括根据本典型实施例的控制单元。
第一透镜组801配置在镜头单元800的前端，并且沿光轴方向OA可移动地保持。光圈802不仅包括用于调节摄像期间的光量的功能，而且还用作用于控制静止图像拍摄的曝光时间的机械快门。根据本典型实施列的图像传感器设置有用于使用第二光电转换单元902的信号的静止图像拍摄的全局快门机构，因而使用光圈的机械快门不必须用在静止图像拍摄中。例如，如果在使用第一光电转换单元904的信号来进行运动图像拍摄期间使用机械快门来进行静止图像拍摄，则运动图像拍摄在静止图像曝光时间期间被中断。为了避免这种情况，使用设置在图像传感器侧的全局快门机构来进行静止图像拍摄，以使得可以在运动图像不受影响的同时拍摄静止图像。光圈802和第二透镜组803可沿光轴方向OA一体化地移动，并且与第一透镜组801连动地移动，从而实现变焦功能。调焦透镜804还可沿光轴方向OA移动，并且镜头单元800聚焦的被摄体距离(焦距)根据位置而改变。经由沿光轴方向OA控制调焦透镜804的位置来进行用于调节镜头单元800的焦距的焦点调节。
驱动/控制系统包括变焦致动器811、光圈致动器812和调焦致动器813。驱动/控制系统还包括变焦驱动电路814、光圈驱动电路815、调焦驱动电路816、镜头微处理器(MPU)817和镜头存储器818。
变焦驱动电路814使用变焦致动器811沿光轴方向OA驱动第一透镜组801和第二透镜组803，以控制镜头单元800的光学系统的视角。光圈驱动电路815使用光圈致动器812来驱动光圈802，并且控制光圈802的开口直径和打开/关闭操作。调焦驱动电路816使用调焦致动器813来沿光轴方向OA驱动调焦透镜804，以改变镜头单元800的光学系统的焦距。调焦驱动电路816使用调焦致动器813来检测调焦透镜804的当前位置。
镜头MPU 817执行针对镜头单元800的全部计算和控制，并控制变焦驱动电路814、光圈驱动电路815和调焦驱动电路816。此外，镜头MPU 817经由安装件M而连接至照相机MPU825，并且通信命令和数据。例如，镜头MPU817检测调焦透镜804的位置并响应于来自照相机MPU 825的请求而发送镜头位置信息的通知。该镜头位置信息包括与例如调焦透镜804在光轴方向OA上的位置、在光学系统没有移动的状态下出射光瞳在光学方向OA上的直径、用于限制出射光瞳的光束的镜头框在光轴方向OA上的位置和直径有关的信息。镜头MPU 817响应于来自照相机MPU 825的请求来控制变焦驱动电路814、光圈驱动电路815和调焦驱动电路816。将自动焦点检测所需的光学信息预先存储在镜头存储器818中。照相机MPU 825通过例如执行例如内置的非易失性存储器或镜头存储器818中所存储的程序来控制镜头单元800的操作。
照相机主体820包括光学系统(光学低通滤波器821和图像传感器106)、以及驱动/控制系统。镜头单元800的第一透镜组801、光圈802、第二透镜组803和调焦透镜804以及照相机主体820的光学低通滤波器821构成摄像光学系统。
光学低通滤波器821降低拍摄图像中的伪色和摩尔纹。图像传感器106是上述典型实施例中所述的图像传感器，并且包括层叠光电转换单元的结构。特别地，根据本典型实施例的图像传感器106包括第一光电转换单元904中的光瞳分割功能，并且能够根据使用基于来自第一光电转换单元904的信号的图像数据来进行基于相位差检测的相位差自动调焦(AF)。图像处理电路824根据从图像传感器106的第一光电转换单元904所获取到的图像数据来生成相位差AF用数据以及运动图像。图像处理电路824根据从第二光电转换单元902获取到的图像数据来生成静止图像，并且根据从光电转换单元获取到的图像数据来生成显示和记录用的图像数据。
驱动/控制系统包括图像传感器驱动电路823、图像处理电路824、照相机MPU 825、显示单元826、操作开关组827、存储器828和摄像面相位差检测单元829。
图像传感器驱动电路823控制图像传感器106的操作，对所获取到的运动和静止图像信号进行模拟/数字(A/D)转换，并且将转换后的信号发送至照相机MPU 825。图像处理电路824对图像传感器106所获取到的各图像数据执行在数字照相机中共通执行的图像处理，诸如伽马转换、白平衡调节处理、颜色插值处理和压缩/编码处理。图像处理电路824还生成相位差AF用的信号。
照相机MPU 825执行与照相机主体820有关的全部计算和控制，并且控制图像传感器驱动电路823、图像处理电路824、显示单元826、操作开关组827、存储器828和摄像面相位差检测单元829。照相机MPU 825经由安装件M的信号线而连接至镜头MPU 817，并且与MPU817相通信以发送或接收命令或数据。照相机MPU 825向镜头MPU 817发送例如透镜位置获取请求、用于将光圈、调焦透镜、变焦透镜驱动预定驱动量的请求、以及用于获取与镜头单元800有关的固有的光学信息的请求。照相机MPU 825包括用于存储用于控制照相机操作的程序的内置的只读存储器(ROM)825a和用于存储变量的内置的随机存储器(RAM)825b。照相机MPU 825还包括用于存储各种参数的内置的电可擦除可编程ROM(EEPROM)825c。根据本典型实施例的摄像设备可以设置要连接至照相机MPU 825的通信单元(未示出)。通信单元不限于诸如通用串行总线(USB)或局域网(LAN)等的有线通信单元，并且可以是诸如无线LAN等的无线通信单元。根据本典型实施例的摄像设备能够经由通信单元从诸如个人计算机和智能电话等的外部装置获取控制信号，并且还能够基于所获取到的控制信号来分发图像数据等。
显示单元826例如包括液晶显示器(LCD)，并且显示与例如照相机的摄像模式、摄像前的预览图像、摄像后的确认用图像、焦点检测期间的聚焦状态显示图像有关的信息。操作开关组827包括电源开关、释放(摄像触发)开关、变焦操作开关和摄像模式选择开关。作为根据本典型实施例的记录单元的存储器828是可安装且可拆卸的闪速存储器，并且记录拍摄图像。在如本典型实施例中那样获取来自两个不同的光电转换单元的图像作为运动图像和静止图像的情况下，可以将存储器828的区域分割成用于运动图像和静止图像的区域来准备存储器828。
摄像面相位差检测单元829使用来自从图像处理电路824获取到的第一光电转换单元的焦点检测用数据、经由相位差检测方法来进行焦点检测处理。更具体地，图像处理电路824生成根据通过摄像光学系统的一对光瞳区域的光束所生成的来自第一光电转换单元的一对图像数据作为焦点检测用数据。然后，摄像面相位差检测单元829基于该对图像数据的偏移量来检测焦点偏移量。这样，根据本典型实施实施例的摄像面相位差检测单元829基于图像传感器106的输出来执行相位差AF(摄像面相位差AF)，而无需使用专用的AF传感器。
如上所述，根据本典型实施例的数字照相机能够基于从图像传感器的第一光电转换单元所获取到的信号来执行相位差AF。此外，在从第一光电转换单元获取到的信号用在运动图像拍摄和LV像素中的情况下，从第二光电转换单元获取到的信号可以用在静止图像拍摄中。
尽管已经说明了本发明的典型实施例，但是本发明的范围不限于上述典型实施例，但是可以在本发明的精神内应用各种修改和改变。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (11)

1.一种图像传感器，包括用于检测入射光的多个摄像像素，其中所述多个摄像像素中的各像素包括：
微透镜，用于将所述入射光引导至所述多个摄像像素中的相应摄像像素；
滤色器，用于使预定波长带的光透过；
第一光电转换单元，用于对透过所述滤色器的光进行光电转换；以及
第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的下方，其中所述第二光电转换单元和所述第一光电转换单元之间具有预定间隔，
其中，所述第一光电转换单元设置有用于从所述第一光电转换单元的第一区域获取第一信号的第一电极和用于从所述第一光电转换单元的第二区域获取第二信号的第二电极，以及
所述第一光电转换单元针对所述预定波长带的光透过率高于50％。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述微透镜的焦点的位置与所述第一光电转换单元的位置大致一致，以及
所述第一信号和所述第二信号具有基于所述第一电极和所述第二电极的位置的视差。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述第一光电转换单元包括所述多个摄像像素共通的膜层，
在所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元之间设置由高折射率材料制成的光波导，以及
经由所述光波导以所述预定间隔设置所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述第一光电转换单元包括所述多个摄像像素共通的第一膜层，
所述第二光电转换单元包括所述多个摄像像素共通的第二膜层，
所述第一膜层和所述第二膜层包括所述多个摄像像素共通的共通电极，以及
经由所述共通电极以所述预定间隔设置所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述预定波长带是可见光的波长带。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，还包括：
相加单元，用于对多个第一信号进行相加和对多个第二信号进行相加，其中所述多个第一信号和所述多个第二信号是从所述多个摄像像素中的两个以上的不同摄像像素的多个所述第一光电转换单元中读取的。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，
所述相加单元是针对所述第一信号和所述第二信号的各个相加单位设置的。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，
所述第一光电转换单元针对所述预定波长带的光透过率的倒数与所述相加单元的所述第一信号和所述第二信号的相加数量相等。
9.一种摄像设备，包括：
图像传感器，其包括用于检测入射光的多个摄像像素，其中所述多个摄像像素中的各像素包括：
微透镜，用于将所述入射光引导至所述多个摄像像素中的相应摄像像素，
滤色器，用于使预定波长带的光透过，
第一光电转换单元，用于对透过所述滤色器的光进行光电转换，以及
第二光电转换单元，其设置在所述第一光电转换单元的下方，其中所述第二光电转换单元和所述第一光电转换单元之间具有预定间隔；以及
焦点检测单元，用于基于第一信号和第二信号进行使用相位差方法的焦点检测，
其中，所述第一光电转换单元设置有用于从所述第一光电转换单元的第一区域获取所述第一信号的第一电极和用于从所述第一光电转换单元的第二区域获取所述第二信号的第二电极，以及
所述第一光电转换单元针对所述预定波长带的光透过率高于50％。
10.根据权利要求9所述的摄像设备，其中，还包括：
控制单元，用于对从所述第一光电转换单元读取信号的读取周期以及从所述第二光电转换单元读取信号的读取周期进行控制，
其中，所述控制单元进行控制，以使得从所述第一光电转换单元读取信号的读取周期短于从所述第二光电转换单元读取信号的读取周期。
11.根据权利要求9所述的摄像设备，其中，还包括：
通信单元，其能够经由通信从外部装置获取控制信号。
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