CN116528070A - 摄像元件及摄像装置 - Google Patents

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高木彻
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Abstract

本发明提供摄像元件及摄像装置。摄像元件具备：第1光电转换部，其对光进行光电转换而生成电荷；第1输出部，其输出基于由第1光电转换部生成的电荷得到的第1信号；多个第2光电转换部，其对光进行光电转换而生成电荷；多个第2输出部，其输出基于由第2光电转换部生成的电荷得到的第2信号；输出线，其与第1输出部和多个第2输出部连接，输出第1信号及第2信号中的至少一个；第1控制线，其用于控制第1信号从第1输出部向输出线的输出；和第2控制线，其用于控制第2信号从多个第2输出部向输出线的输出。

Description

摄像元件及摄像装置
本申请是中国专利申请号为201980044048.3、进入中国国家阶段日期为2020年12月29日，国际申请日为2019年05月22日、PCT国际申请号为PCT/JP2019/020350、发明名称为“摄像元件及摄像装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及摄像元件及摄像装置。
背景技术
以往，已知一种对多个像素的信号进行相加运算而读出的摄像元件(例如专利文献1)。然而，以往的摄像元件无法获得对任意的多个像素的信号进行相加运算得到的信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-143730号公报
发明内容
根据第一方案，摄像元件具备：第1光电转换部，其对光进行光电转换而生成电荷；第1输出部，其输出基于由上述第1光电转换部生成的电荷得到的第1信号；多个第2光电转换部，其对光进行光电转换而生成电荷；多个第2输出部，其输出基于由上述第2光电转换部生成的电荷得到的第2信号；输出线，其与上述第1输出部和多个上述第2输出部连接，并被输出上述第1信号及上述第2信号中的至少一个；第1控制线，其用于控制上述第1信号从上述第1输出部向上述输出线的输出；和第2控制线，其用于控制上述第2信号从多个上述第2输出部向上述输出线的输出。
根据第二方案，摄像装置具备第一方案的摄像元件、和基于上述第2信号生成图像数据的生成部。
附图说明
图1是示意性地表示摄像装置的结构的剖视图。
图2是从拍摄面侧观察摄像元件的平面图。图2的(a)是摄像元件的整体图，图2的(b)是将其一部分放大的图。
图3是摄像元件的像素及读出电路的电路图。
图4是摄像元件的剖视图。
图5是拍摄像素及焦点检测用像素的剖视图。
附图标记说明
1：摄像装置，2：拍摄透镜，3：摄像元件，4：生成部，5：透镜驱动部，7：第1半导体基板，8：第2半导体基板，BC、BC1、BC2：像素块，HC：水平控制部，VC：垂直控制部，像素30，Gr、Gb：G像素，R：R像素，B：B像素，Z1、Z2：特殊像素，VS、VS1～HS8：垂直选择线，HS、HS1～HS4：水平选择线，ZS：特殊水平选择线，PD：光电二极管，TX：传输晶体管，TR：重置晶体管，TA：放大晶体管，TV：垂直选择晶体管，TH1：特殊水平选择晶体管，TH2：水平选择晶体管，RW：读出线，ADC：读出部，31：感光部，73：彩色滤光片。
具体实施方式
(摄像装置的实施方式)
图1是示意性地表示使用了第1实施方式的摄像元件的摄像装置的结构的剖视图。摄像装置1具备摄像光学系统2、摄像元件3、控制部4、透镜驱动部5及显示部6。
摄像光学系统2使被摄体像在摄像元件3的拍摄面上成像。摄像光学系统2包括透镜2a、聚焦透镜2b及透镜2c。聚焦透镜2b是用于进行摄像光学系统2的焦点调节的透镜。聚焦透镜2b构成为能够在光轴Z方向上移动。
透镜驱动部5具有未图示的致动器。透镜移动部5通过该致动器使聚焦透镜2b在光轴Z方向上移动。摄像元件3拍摄被摄体像并输出信号。摄像元件3具有拍摄像素和AF像素(焦点检测像素)。拍摄像素输出用于图像生成的信号(图像信号)。AF像素输出用于焦点检测的信号(焦点检测信号)。控制部4控制摄像元件3等各部。控制部4对由摄像元件3输出的图像信号施加图像处理等而生成图像数据。控制部4在未图示的记录介质中记录图像数据或者在显示部6中显示基于图像数据的图像。控制部4也能够解释为基于图像信号生成图像的生成部。显示部6例如是具有液晶面板等显示部件的显示装置。
另外，控制部4利用公知的相位差检测方式进行摄像光学系统2的自动焦点调节(AF)所需的焦点检测处理。具体而言，控制部4检测用于使基于摄像光学系统2的像在摄像元件3的拍摄面上成像的聚焦透镜2b的对焦位置。控制部4基于从摄像元件3输出的一对焦点检测信号来检测第1及第2像的像偏移量。控制部4基于检测到的像偏移量，计算出聚焦透镜2b的当前位置与对焦位置之间的偏移量(散焦量)。通过根据散焦量驱动聚焦透镜2b，从而自动地进行焦点调节。
(摄像元件的实施方式)
图2的(a)是从拍摄面侧、即图1的－Z侧观察本发明的实施方式的摄像元件3的图。摄像元件3具有在图2的x方向及y方向上排列的多个像素30。在图2中省略一部分而描绘，但像素30可以在x方向及y方向上分别排列有多个、例如达到1000个以上。
在多个像素30所排列的区域(拍摄区域)的、图中左端设有水平控制部HC，在拍摄区域的图中上端设有垂直控制部VC。
摄像元件3具有多个像素块BC。在图2中，1个像素块BC具有由以虚线示出的边界线BB包围的、在x方向及y方向上排列的多个像素30。关于像素块BC各自之中的多个像素30，如后所述，各自的输出部与1根输出线连接，并与1个读出部连接。此外，像素块BC各自之中的多个像素30也可以与多根输出线连接，并与多个读出部连接。
在图2中，为了便于说明而对与1个像素块BC相当的部分标注了阴影线。其中，由以虚线示出的各边界线BB包围的各区域分别是像素块BC。多个像素30被分割而排列在多个像素块BC中。
在图2所示的例子的情况下，在x方向上排列4个且在y方向上排列4个的合计16个像素30构成1个像素块BC。
1个像素块BC内的x方向及y方向上的像素的排列数不限于4个，也可以是6个或8个等其他数量。在x方向和y方向上排列数也可以不同。
另外，像素块BC的外轮廓形状不限于图2所示的长方形，可以是包含多个像素30的任意形状。在该情况下，边界线BB的形状并非单纯的直线，而是成为多根直线弯折而连接的形状。
图2的(b)是将图2的(a)所示的像素块BC中的、在x方向上相邻的2个像素块BC1及像素块BC2放大而示出的图。
如图2的(b)所示，在多个像素30设有例如具有(红)、G绿)、B(蓝)的不同光谱特性的3个彩色滤光片(滤色片)中的某一个。R的彩色滤光片主要使红色的波长范围的光透射，G的彩色滤光片主要使绿色的波长范围的光透射，B的彩色滤光片主要使蓝色的波长范围的光透射。像素通过所配置的彩色滤光片而具有不同的光谱特性。像素30存在对红(R)光具有感光度的像素(以下称为R像素R)、对绿(G)光具有感光度的像素(以下称为G像素G)、和对蓝(B)光具有感光度的像素(以下称为B像素B)。这些像素30以所谓的拜耳阵列排列。G像素Gb是在与B像素B相同的x方向上配置的G像素，G像素Gr是在与R像素R相同的x方向上配置的G像素。
像素块BC1具有以拜耳阵列排列的、各4个G像素Gb、G像素Gr、R像素R、B像素B。这些像素30均是为了在摄像元件3的拍摄面上形成的光学像的拍摄而使用的拍摄像素Gb、Gr、R、B(以下也总称为拍摄像素30c)。
关于像素块BC2，其内部的像素30的排列与像素块BC1大致相同，但在像素块BC1中配置有B像素B的部位的一部分像素置换为与上述的拍摄像素30c不同的特殊像素Z1及Z2(也总称为特殊像素ZZ)。
特殊像素ZZ例如是AF像素，关于其结构将后述。
特殊像素ZZ不限于AF像素，也可以是感光度与上述的拍摄像素30c的任一个都不同的像素。另外，也可以是具有光谱特性与上述的拍摄像素30c的任一个都不同的彩色滤光片的像素。
特殊像素ZZ也能够解释为第1像素。相对于此，拍摄像素30c也能够解释为第2像素。
像素块BC2作为多个像素30而至少包括1个特殊像素ZZ并具有多个拍摄像素30c。
多个像素块BC中的至少1个像素块BC如像素块BC2那样由至少1个特殊像素ZZ和多个拍摄像素30c构成。多个像素块BC中的至少1个像素块BC也可以如像素块BC1那样全部由拍摄像素30c构成。
与各像素30的后述的选择部TV连接的垂直选择线VS1～VS8(也总称为垂直选择线VS)从图2的(a)所示的垂直控制部VC沿y方向延伸。与各拍摄像素30c的后述的选择部TH2连接的水平选择线HS1～HS4(也总称为水平选择线HS)从水平控制部HC沿x方向延伸。与各特殊像素Z1及Z2的后述的选择部连接的特殊水平选择线ZS从水平控制部HC沿x方向延伸。
如图2的(b)所示，垂直选择线VS1～VS8分别由在y方向上排列的多个像素30共用，水平选择线HS1～HS4分别由在x方向上排列的多个拍摄像素30c共用。特殊水平选择线ZS由在x方向上排列的多个特殊像素ZZ共用。
图3是对于图2的(b)所示的像素块BC2内的位于右下的、由双点划线PB包围的4个像素30(纵向上排列2个、横向上排列2个)而示出其电气回路的概要的放大图。关于这4个像素30，如图2的(b)的双点划线PB内所示，左上是G像素Gb、右上是特殊像素Z2、左下是R像素R、右下是G像素Gr。
4个像素(Gb、Z2、R、Gr)基本而言均是所谓的4晶体管型的CMOS型摄像元件，但如后所述，所谓的选择晶体管的结构与通常的4晶体管型的CMOS型摄像元件不同。
在各像素(Gb、Z2、R、Gr)中，作为光电转换部的光电二极管PD对入射光进行光电转换而生成电荷，并暂时蓄积所生成的电荷。传输晶体管TX基于从未图示的传输控制线输送到其栅极的传输信号，将蓄积在光电二极管PD中的电荷向形成电容CC的浮动扩散(FD)区域FD传输。根据所传输的电荷而在FD区域FD生成的电压施加于放大晶体管TA的栅极，由此，放大晶体管TA输出与由光电二极管PD生成的电荷相应的信号。
在放大晶体管TA的输入侧(漏极)施加电源电压VDD。重置晶体管TR通过将FD区域FD的电荷向电源电压VDD侧排出，从而将FD区域FD的电压重置为电源电压VDD。
各像素(Gb、Z2、R、Gr)的放大晶体管TA的输出侧(源极侧)与垂直选择晶体管TV的输入侧连接。垂直选择晶体管TV的栅极与垂直选择线VS7或VS8连接，根据从图2的(a)所示的垂直控制部VC送来的控制信号，垂直选择晶体管TV成为导通或非导通。
拍摄像素(Gb、R、Gr)的垂直选择晶体管TV的输出侧与水平选择晶体管TH2的输入侧连接。水平选择晶体管TH2的栅极与水平选择线HS3或HS4连接，根据从图2的(a)所示的水平控制部HC送来的控制信号，水平选择晶体管TH2成为导通或非导通。
在实施方式的摄像元件3的拍摄用像素(Gb、R、Gr)中，水平选择晶体管TH2及垂直晶体管TV中的一方或双方能够解释为拍摄像素(Gb、R、Gr)的输出部(作为第2像素的输出部，能够解释为第2输出部)。
或者，也能够将放大晶体管TA解释为输出部(第2输出部)。第2输出部也可以包括水平选择晶体管TH2及垂直晶体管TV中的一方或双方、和放大晶体管TA。
另一方面，特殊像素Z2的垂直选择晶体管TV的输出侧与特殊水平选择晶体管TH1的输入侧连接。特殊水平选择晶体管TH1的栅极与特殊水平选择线ZS连接，根据从图2的(a)所示的水平控制部HC送来的控制信号，特殊水平选择晶体管TH1成为导通或非导通。
在实施方式的摄像元件3的特殊像素Z2中，特殊水平选择晶体管TH1及垂直晶体管TV中的一方或双方也能够解释为输出部(作为第1像素的输出部，能够解释为第1输出部)。
或者，也能够将放大晶体管TA解释为输出部(第1输出部)。第2输出部也可以包括水平选择晶体管TH1及垂直晶体管TV中的一方或双方、和放大晶体管TA。
特殊水平选择线ZS控制第1像素(特殊像素ZZ)的输出部即第1输出部(选择晶体管TH1)，因此也能够解释为第1控制线。
另外，水平选择线HS控制第2像素(拍摄像素30c)的输出部即第2输出部(选择晶体管TH2)，因此也能够解释为第2控制线。
另外，垂直选择线VS也能够解释为第3控制线。
像素块BC2内的拍摄像素(Gb、R、Gr)的水平选择晶体管TH2的输出部、以及像素块BC2内的特殊像素Z2内的特殊水平选择晶体管TH1的输出部均与1个输出线RW连接。输出线RW与读出像素30的信号的读出部连接。读出部例如具有将从像素30输出的模拟信号转换为数字信号的AD转换部。另外，输出线RW与对像素30内的放大晶体管TA等供给电流的电流源CS连接。
如上所述，垂直控制部VC及水平控制部HC通过控制向垂直选择线VS及水平选择线HS输出的控制信号的电压，使像素块BC2内的任意的1个以上的像素(Gb、Z2、R、Gr)的信号(放大晶体管TA的输出)向输出线RW输出。读出部读出像素块BC2内的像素(Gb、Z2、R、Gr)的信号。
本实施方式的摄像元件3的像素30的包括重置动作在内的拍摄动作与以往的4晶体管型的CMOS型摄像元件大致相同。即，在用于拍摄或焦点检测的曝光动作之前，重置晶体管TR及传输晶体管TX与电源电压VDD导通，FD区域FD及光电二极管PD被重置为电源电压VDD。之后，传输晶体管TX变为非导通，利用光电二极管PD进行用于拍摄或焦点检测的曝光。
本实施方式的摄像元件3的读出部能够读出对1个像素块BC内的任意数量的像素30的信号进行相加运算(合计、binning)而得到的相加信号。
例如，在显示部6显示实时取景图像(即时取景图像)的情况或进行动态图像拍摄的情况下，控制部4基于对多个像素30的信号进行相加运算而得到的相加信号生成图像数据。基于相加信号生成的图像数据成为比摄像元件的总像素数少的像素数的图像数据。另外，通过对多个像素30的信号进行相加运算，在各像素30的信号中混入的噪声被平滑化，因此，控制部4能够生成噪声更少的图像。由于对像素块BC内的任意数量的像素30的信号进行相加运算，所以垂直控制部VC及水平控制部HC使任意数量的像素30的信号同时向输出线RW输出。读出部将同时输出到输出线RW的、像素块BC内的任意数量的像素30的信号作为相加信号而读出。此外，任意数量的像素30也可以不同时向输出线RW输出信号。任意数量的像素30只要在彼此的信号向输出线RW输出的期间输出彼此的信号即可。
此外，在本实施方式的摄像元件3中，多个像素30的信号被进行所谓的源极跟随器相加运算。因此，读出部所读出的信号的值并非各像素30的信号值之和，而是近似于各像素30的信号值的平均值。
输出相加信号的多个像素30优选是同色的像素。垂直控制部VC及水平控制部HC控制向垂直选择线VS及水平选择线HS输出的控制信号的电压，选择1个像素块BC内的多个同色的像素30，并使这些信号经由垂直选择晶体管TV、水平选择晶体管TH向输出线RW输出。读出部将输出至输出线RW的、被选择的同色的像素30的信号作为相加信号而读出。
参照图2的(b)来说明基于垂直控制部VC及水平控制部HC的控制、和基于读出部的信号读出。
例如，在对图2的(b)所示的像素块BC2内的全部R像素R的信号进行相加运算而使其输出的情况下，垂直控制部VC对与R像素连接的垂直选择线VS5及VS7发送使垂直选择晶体管TV导通的信号。垂直控制部VC例如供给电源电压。另一方面，垂直控制部VC对未与R像素连接的垂直选择线VS6及VS8发送使垂直选择晶体管TV非导通(不导通)的信号。垂直控制部VC例如供给接地电压。
而且，水平控制部HC对与R像素连接的水平选择线HS2及HS4发送使水平选择晶体管TH2导通的信号，并对未与R像素连接的水平选择线HS1及HS3发送使水平选择晶体管TH2非导通的信号。
通过以上的垂直控制部VC及水平控制部HC的控制，配置在垂直选择线VS5及VS7、与水平选择线HS2及HS4相交叉的位置处的4个R像素R中，垂直选择晶体管TV及水平选择晶体管TH2均成为导通状态。因此，这4个R像素R的信号同时向输出线RW输出。4个R像素R的信号通过同时向输出线RW输出而被进行相加运算。读出部将输出至输出线RW的、4个R像素R的信号作为相加信号而读出。
此外，水平控制部HC通过仅对水平选择线HS2发送使水平选择晶体管TH2导通的信号、且对水平选择线HS2以外的水平选择线HS发送使水平选择晶体管TH2非导通的信号，从而能够使配置在水平选择线HS2、与垂直选择线VS5及VS7相交叉的位置处的2个R像素R的信号同时向输出线RW输出。上述2个R像素R的信号通过同时向输出线RW输出而被进行相加运算。由此，读出部能够读出上述2个R像素R的相加信号。
或者，垂直控制部VC通过仅对垂直选择线VS5发送使垂直选择晶体管TV导通的信号，从而能够使配置在垂直选择线VS5、与水平选择线HS2及HS4相交叉的位置处的2个R像素R的信号同时向输出线RW输出。上述2个R像素R的信号通过同时向输出线RW输出而被进行相加运算。由此，读出部能够读出上述2个R像素R的相加信号。
另外，垂直控制部VC及水平控制部HC能够仅使1个像素块BC2内的1个R像素R的信号向输出线RW输出。由此，读出部能够仅读出1个R像素R的信号。在该情况下，只要由垂直控制部VC对垂直选择线VS5或VS7发送使垂直选择晶体管TV导通的信号、并且对2根水平线HS2或HS4发送使水平选择晶体管TH2导通的信号即可。
在像素块BC2中，4个B像素B中的2个像素置换为特殊像素Z1及Z2，但B像素B的信号的读出与上述的R像素R的信号的读出大致相同。
在对像素块BC2内的全部B像素B的信号进行相加运算而使其输出的情况下，水平控制部HC将使水平选择晶体管TH2导通的信号发送至水平选择线HS1。另外，水平控制部HC对水平选择线HS1以外的水平选择线HS发送使水平选择晶体管TH2非导通的信号，并且对特殊水平选择线ZS发送使特殊水平选择晶体管TH1非导通的信号。
而且，垂直控制部VC将使垂直选择晶体管TV导通的信号发送至垂直选择线VS6及VS8，由此，2个B像素B的信号同时向输出线RW输出。2个B像素B的信号通过同时向输出线RW输出而被进行相加运算。读出部读出2个B像素B的相加信号。另外，通过垂直控制部VC将使垂直选择晶体管TV导通的信号发送至垂直选择线VS6或VS8，从而读出部能够读出1个B像素B的信号。
通过水平控制部HC对特殊水平选择线ZS发送使特殊水平选择晶体管TH1非导通的信号，从而特殊像素Z1及Z2的信号不向输出线RW输出。因此，特殊像素Z1及Z2的信号不会混入到B像素B的信号。
此外，与特殊水平选择线ZS并排配置的水平选择线HS3不与特殊像素Z1及Z2内的特殊水平选择晶体管TH1连接。因此，无论水平控制部HC对水平选择线HS3发送何种信号，都不会在B像素B的信号中混入特殊像素Z1及Z2的信号。
然而，由于水平选择线HS3被在x方向上与像素块BC2相邻的像素块BC1等其他像素块BC共用，所以关于水平控制部HC对水平选择线HS3发送的信号，优选发送适于其他像素块BC中的读出的信号。
像素块BC2内的G像素G(G像素Gb及G像素Gr)的信号的读出也与上述的R像素R及B像素B的信号的读出相同。垂直控制部VC及水平控制部HC对垂直选择线VS及水平选择线HS中的与要读出的G像素G连接的选择线，发送控制垂直选择晶体管TV及水平选择晶体管TH2的信号。由此，读出部能够读出1个G像素G的信号或多个G像素G的相加信号。
此时，水平控制部HC对特殊水平选择线ZS发送使特殊水平选择晶体管TH1非导通的信号，以使得在向输出线RW输出的G像素G的信号中不会混入特殊像素Z1及Z2的信号。
在读出特殊像素Z1的信号的情况下，垂直控制部VC及水平控制部HC对与特殊像素Z1连接的垂直选择线VS6及特殊水平选择线ZS分别发送使垂直选择晶体管TV及特殊水平选择晶体管TH1导通的信号，使特殊像素Z1的信号向输出线RW输出。另外，在读出特殊像素Z2的信号的情况下，垂直控制部VC及水平控制部HC对与特殊像素Z2连接的垂直选择线VS8及特殊水平选择线ZS分别发送使垂直选择晶体管TV及特殊水平选择晶体管TH1导通的信号，使特殊像素Z2的信号向输出线RW输出。读出部将输出至输出线RW的特殊像素Z1或Z2的信号读出。在读出特殊像素Z1或Z2的信号的情况下，垂直控制部VC及水平控制部HC对垂直选择线VS6及垂直选择线VS8以外的垂直选择线VS及水平选择线HS分别发送使垂直选择晶体管TV及水平选择晶体管TH2非导通的信号。
在对特殊像素Z1及Z2的信号进行相加运算而读出的情况下，垂直控制部VC及水平控制部HC对垂直选择线VS6及垂直选择线VS8和特殊水平选择线ZS分别发送使垂直选择晶体管TV及特殊水平选择晶体管TH1导通的信号，使特殊像素Z1及Z2的信号同时向输出线RW输出。特殊像素Z1及Z2的信号通过同时向输出线RW输出而被进行相加运算。由此，读出部读出特殊像素Z1及Z2的相加信号。
以上，说明了像素块BC2内的像素30的信号的读出，但这在其他像素块BC中也是同样的。各像素块BC内的各像素30的信号输出至在各像素块BC内分别设置的输出线RW，并由读出部读出。此外，垂直选择线VS、水平选择线HS及特殊水平选择线ZS也可以由多个像素块BC共有。例如，水平选择线HS1～HS4也可以与如像素块BC1那样相对于像素块BC2在x方向上排列的其他像素块BC内的各像素30连接。另外，垂直选择线VS5～VS8也可以与相对于像素块BC2在y方向上排列的其他像素块BC内的各像素30连接。
由各像素块BC的读出部读出的信号经由未图示的输出电路从摄像元件3输出。
此外，读出特殊像素ZZ和拍摄像素30c的各信号的顺序是任意的。例如，垂直控制部VC及水平控制部HC经由垂直选择线VS及水平选择线HS首先按顺序选择特殊像素Z1及Z2，并且读出部读出其信号。之后，垂直控制部VC及水平控制部HC经由垂直选择线VS及水平选择线HS选择拍摄像素30c，并且读出部读出其信号。
像素块BC2内的特殊像素ZZ的像素数(Z1及Z2这2个)比拍摄像素30c的像素数(Gb、Gr、R、B合计14个)少，因此，特殊像素ZZ的信号的读出所需的时间比拍摄像素的信号的读出所需的时间短。也就是说，特殊像素ZZ的信号的读出能够比拍摄像素30c的信号的读出高速地进行。例如，在特殊像素ZZ是AF像素的情况下，通过使特殊像素ZZ的信号的读出比拍摄像素30c的信号的读出先进行，控制部4能够高速地进行焦点检测。
另外，也可以在1个像素块BC设置2个读出部。也可以是，使1个输出线RW与2个读出部连接，从而2个读出部分别读出特殊像素ZZ的信号和拍摄像素30c的信号。由此，读出部能够以最佳的增益等读出条件分别读出特殊像素ZZ的信号和拍摄像素30c的信号。
图4是表示本实施方式的摄像元件3的像素30部分的截面的图。需要说明的是，在图4中，仅示出摄像元件3整体中的、一部分的截面。图4中所示的x方向及z方向与图1中所示的各方向相同。摄像元件3是所谓的背面照射型的摄像元件。摄像元件3对从纸面上方向入射的光进行光电转换。摄像元件3具备第1半导体基板7和第2半导体基板8。
如上所述，摄像元件3具有多个像素30。1个像素30包括设于第1半导体基板7的像素上部30x、和设于第2半导体基板8的像素下部30y。1个像素上部30x包含1个微透镜74、1个彩色滤光片73、1个光电二极管PD的受光部31等。
第1半导体基板7具备：受光层71，其包括包含于像素上部30x的光电二极管PD的受光部31；和布线层72，其形成有传输晶体管TX、放大晶体管TA等晶体管。受光层71配置在第1半导体基板7的与布线层72相反的一侧(背面侧)。在受光层71以二维状配置有多个受光部31。
像素上部30x包括作为对入射光进行光电转换的部分的受光部31，因此也能够解释为拍摄部。
在第2半导体基板8配置有包含于像素下部30y的垂直选择晶体管TV、水平选择晶体管TH2、特殊水平选择晶体管TH1、垂直选择线VS、水平选择线HS、特殊水平选择线ZS、和读出部及电流源CS等。
在布线层72的表面配置有多个凸块75。在第2半导体基板8的与布线层72相对的面上配置有与多个凸块75对应的多个凸块76。多个凸块75与多个凸块76彼此接合。第1半导体基板7与第2半导体基板8经由多个凸块75和多个凸块76而电连接。
此外，上述的分别配置于第1半导体基板7及第2半导体基板8的电路要素的结构是一例，其中的若干结构物配置在第1半导体基板7及第2半导体基板8中的哪一个都可以。例如，也可以是，将包含光电二极管PD的受光部31的受光层71、传输晶体管TX、放大晶体管TA及垂直选择晶体管TA形成于第1半导体基板7，并将水平选择晶体管TH2、特殊水平选择晶体管TH1、水平选择线HS、特殊水平选择线ZS、读出部及电流源CS配置于第2半导体基板8。
也可以是，将包含光电二极管PD的受光部31的受光层71、传输晶体管TX、放大晶体管TA、垂直选择晶体管TA、水平选择晶体管TH2、特殊水平选择晶体管TH1、水平选择线HS、特殊水平选择线ZS形成于第1半导体基板7，并将读出部及电流源CS配置于第2半导体基板8。
垂直控制部VC及水平控制部HC配置于第1半导体基板7及第2半导体基板8中的哪一个都可以。
然而，若在第1半导体基板7配置大量电路要素，则将无法充分地确保在第1半导体基板7配置受光部31的面积或体积，因此读出部ADC及电流源CS优选配置于第2半导体基板8。
对于各像素30的彩色滤光片73，配置有与各像素的光谱感光度特性相配合的彩色滤光片。
另外，在像素30中的特殊像素ZZ也配置有彩色滤光片73。在特殊像素ZZ是AF像素的情况下，G的彩色滤光片设置为彩色滤光片73。此外，设于特殊像素ZZ的彩色滤光片73也可以是使入射光的整个波长范围透射的滤光片。另外，设于特殊像素ZZ的彩色滤光片73也可以是光谱特性与配置于拍摄像素30c的彩色滤光片73中的任一个都不同的彩色滤光片。
在特殊像素ZZ是用于接收红外光的像素的情况下，彩色滤光片73是红外光的透射率高而可见光的透射率低的滤光片。另外，在特殊像素ZZ是用于接收可见光的像素的情况下，彩色滤光片73是对于可见光的整个波长范围而透射率高的滤光片。
此外，也可以通过使特殊像素ZZ的彩色滤光片73的平均透射率与拍摄像素30c的彩色滤光片73的平均透射率不同等，而使特殊像素ZZ的感光度与拍摄像素30c的感光度不同。在此，平均透射率是指针对由受光部31进行光电转换的光的全部波长而言的透射率的平均。
关于特殊像素ZZ的感光度，也可以通过使特殊像素ZZ的受光部31的面积与拍摄像素30c的受光部31的面积不同、或者使对受光部31的离子注入的条件不同，而使特殊像素ZZ的感光度与拍摄像素30c的感光度不同。
通过使特殊像素ZZ与拍摄像素30c的感光度不同，特殊像素ZZ及拍摄像素30c输出彼此不同的信号。通过基于不同的信号生成图像数据，能够使图像的画质(分辨率、灰度、颜色)提高。
图5是表示特殊像素ZZ是AF像素的情况的一例。在图5中，从图4所示的摄像元件3的剖视图中省略了第2半导体基板8。
特殊像素Z1在彩色滤光片73与第1半导体基板7的边界部设有对受光部31的右侧进行遮光的遮光部75R。另一方面，特殊像素Z2在其边界部设有对受光部31的左侧进行遮光的遮光部75L。
向特殊像素Z1入射的光中的相对于与摄像元件3的入射面垂直的方向PL向－x方向倾斜而入射的光LL被遮光部75R遮光。另一方面，向特殊像素Z2入射的光中的、相对于与摄像元件3的入射面垂直的方向PL向+x方向倾斜而入射的光LR被遮光部75L遮光。
其结果是，特殊像素Z1及Z2的针对分别从不同的入射方向入射的光的感光度降低，相反而言，针对分别从不同的入射方向入射的光的感光度相对变高。
若将该摄像元件3适用于图1的摄像装置，则特殊像素Z1及Z2成为针对在摄像光学系统2的光瞳面上分别从不同位置通过的光的感光度高的元件，因此作为像面相位差对焦检测用的像素发挥功能。
此外，设置遮光部75R、75L的位置并不限于上述的彩色滤光片73与第1半导体基板7的边界部，可以设于从微透镜74到第1半导体基板7之间的任意位置。
在以上的摄像元件的实施方式中，各像素30的排列并非必须限于拜耳阵列。另外，水平选择线HS、特殊水平选择线ZS也可以并非沿摄像元件3的长边方向而是沿短边方向延伸，垂直选择线VS也可以并非沿摄像元件3的短边方向而是沿长边方向延伸。
另外，对各像素30的信号的输出进行控制的水平选择线HS、特殊水平选择线ZS及垂直选择线VS也可以并非在水平方向(x方向)及垂直方向(y方向)上延伸。而且，水平选择线HS、特殊水平选择线ZS及垂直选择线VS也可以由多个像素30共有。
根据上述的实施方式，能够得到以下的作用效果。
(1)以上的实施方式的摄像元件3具有：第1光电转换部(第1像素ZZ中的光电二极管PD)，其对光进行光电转换而生成电荷；第1输出部TH1，其输出基于由第1光电转换部生成的电荷得到的第1信号；多个第2光电转换部(拍摄像素30c中的光电二极管PD)，其对光进行光电转换而生成电荷；多个第2输出部TH2，其输出基于由第2光电转换部生成的电荷得到的第2信号；输出线RW，其与第1输出部TH1和多个第2输出部TH2连接，输出第1信号及第2信号中的至少一个；第1控制线(特殊水平选择线ZS)，其用于控制第1信号从第1输出部TH1向输出线RW的输出；和第2控制线(水平选择线HS)，其用于控制第2信号从多个第2输出部TH2向输出线RW的输出。
由于设为这样的结构，所以能够选择与输出线RW连接的多个像素中的、任意1个或多个像素30的输出而使其向输出线RW输出。
(2)另外，构成为，第1输出部TH1在与基于第2输出部TH2进行的第2信号的输出不同的定时，输出第1信号，由此，能够以任意顺序进行基于第1光电转换部得到的第1信号或基于第2光电转换部得到的第2信号的读出。
(3)另外，构成为，在第1输出部TH1输出第1信号的期间，以第2输出部TH2不输出第2信号的方式，经由第2控制线(水平选择线HS)控制第2输出部TH2，由此，能够防止基于第2光电转换部得到的第2信号向基于第1光电转换部得到的第1信号的输出的混入，能够输出更准确的信号。
(4)另外，构成为，在第2输出部TH2输出第2信号的期间，以第1输出部TH1不输出第1信号的方式，经由第1控制线(特殊水平选择线ZS)控制第1输出部TH1，由此，能够防止基于第1光电转换部得到的第1信号向基于第2光电转换部得到的第2信号的输出的混入，能够输出更准确的信号。
(5)另外，构成为，在多个第2输出部TH2同时输出多个第2信号的期间，以第1输出部TH1不输出第1信号的方式，经由第1控制线(特殊水平选择线ZS)控制第1输出部TH1，由此，能够防止基于第1光电转换部得到的第1信号向基于第2光电转换部得到的第2信号的输出的混入，能够输出更准确的信号。
(6)另外，构成为，具备第3控制线(垂直选择线VS)，其用于控制第1信号从第1输出部TH1向输出线RW的输出、以及第2信号从第2输出部TH2向输出线RW的输出中的至少一方，第1输出部TH1经由第1控制线(特殊水平选择线ZS)和第3控制线(垂直选择线VS)而被控制，第2输出部TH2经由第2控制线(水平选择线HS)和第3控制线(垂直选择线VS)而被控制，由此，能够更任意地选择从输出线RW读出输出的像素30。
(7)另外，构成为，第1控制线(特殊水平选择线ZS)和第2控制线(水平选择线HS)沿第1方向设置，第3控制线(垂直选择线VS)沿与第1方向交叉的第2方向设置，由此，能够简便地进行从输出线RW读出输出的像素30的选择。
(8)另外，构成为，具有遮光部，该遮光部对向第1光电转换部入射的光的一部分进行遮光，由此，能够使入射光向第1光电转换部的入射角度与感光度的关系不同于入射光向第2光电转换部的入射角度与感光度的关系。
(9)另外，构成为，第1输出部TH1输出用于焦点检测的第1信号，第2输出部TH2输出用于图像生成的第2信号，由此，能够将第1像素ZZ作为像面相位差对焦检测用的像素使用。
(10)另外，构成为，第1光电转换部是具有与第2光电转换部不同的感光度的光电转换部，由此，能够使第1像素ZZ和第2像素(拍摄像素30c)分别具有最佳的感光度。
(11)另外，构成为，第2光电转换部对从具有第1光谱特性的第1滤光片透射过的光进行光电转换，由此，能够使摄像元件3具有所期望的光谱感光度。
(12)另外，构成为，第1光电转换部对从具有与第1光谱特性不同的第2光谱特性的第2滤光片透射过的光进行光电转换，由此，能够使第1像素(特殊像素ZZ)具有对其而言最佳的光谱感光度。
(13)另外，构成为，具备控制部(选择晶体管TV、TH1、TH2)，该控制部与第1控制线(特殊水平选择线ZS)和第2控制线(水平选择线HS)连接，控制第1信号从第1输出部TH1向输出线RW的输出、和第2信号从第2输出部TH2向输出线RW的输出，由此，能够更简便地进行从第1输出部TH1向输出线RW的输出的控制、和从第2输出部TH2向输出线RW的输出的控制。
(14)另外，也可以构成为，控制部(选择晶体管TV、TH1、TH2)与具有第1光电转换部及多个第2光电转换部的拍摄部(像素上部30x)层叠。由此，无需在配置拍摄部(像素上部30x)的第1半导体基板7上配置控制部(选择晶体管TV、TH1、TH2)，能够将拍摄部(像素上部30x)内的受光部31的面积及体积确保为充分的大小，能够提高摄像元件3的感光度。
(15)另外，也可以构成为，具备读出部ADC，该读出部ADC与具有第1光电转换部及多个第2光电转换部的拍摄部(像素上部30x)层叠，并从输出线RW读出第1信号及第2信号中的至少一个。在该结构中，由于读出部ADC层叠配置于具有拍摄部(像素上部30x)的第1半导体基板7之外的第2半导体基板8等，所以能够将拍摄部(像素上部30x)内的受光部31的面积及体积确保为充分的大小，能够提高摄像元件3的感光度。
(16)另外，构成为，读出部ADC是将第1信号及第2信号中的至少一个从模拟信号转换为数字信号的转换部，由此，读出部ADC生成数字信号，因此读出部ADC以后的信号处理系统的设计等变得容易。
(17)另外，也能够设为以下结构，即，具备与具有第1光电转换部及多个第2光电转换部的拍摄部(像素上部30x)层叠的第1读出部和第2读出部，该第1读出部从输出线RW读出第1信号，该第2读出部从输出线RW读出第2信号。根据该结构，能够通过分别的读出部对第1光电转换部和多个第2光电转换部进行读出，因此能够对各个像素进行最佳的读出。
(18)另外，能够设为以下结构，即，第1读出部是将第1信号从模拟信号转换为数字信号的第1转换部，第2读出部是将第2信号从模拟信号转换为数字信号的第2转换部。根据该结构，能够以分别的模拟数字转换器对第1光电转换部和多个第2光电转换部的输出进行转换，能够对各个像素进行最佳的读出。
(19)另外，能够设为以下结构，即，第1输出部TH1和第2输出部TH2是选择晶体管，第1控制线(特殊水平选择线ZS)和第2控制线(水平选择线HS)是用于控制选择晶体管的控制线。根据该结构，能够以简便的结构形成第1输出部TH1和第2输出部TH2。
(20)实施方式的摄像装置具备以上的(1)至(19)中任一项的结构的摄像元件3、和基于第2信号生成图像数据的生成部4。
根据该结构，能够选择与摄像元件3的输出线RW连接的像素30中的、任意的一个或多个像素30的输出，并使该输出向输出线RW输出而将其读出。
在上述中说明了各种实施方式及变形例，但本发明并不限定于这些内容。另外，各实施方式及变形例既可以分别单独地适用，也可以组合使用。在本发明的技术构思的范围内能够想到的其他方案也包括在本发明的范围内。
以下的优先权基础申请的公开内容作为引用文而编入于此。
日本专利申请2018年第99061号(2018年5月23日提出申请)。

Claims (19)

1.一种摄像元件，具备：
第1光电转换部，其对光进行光电转换而生成电荷；
第1输出部，其输出基于由所述第1光电转换部生成的电荷得到的第1信号；
多个第2光电转换部，其对光进行光电转换而生成电荷；
多个第2输出部，其输出基于由所述第2光电转换部生成的电荷得到的第2信号；
输出线，其与所述第1输出部和多个所述第2输出部连接，并被输出所述第1信号及所述第2信号中的至少一个；
第1控制线，其用于控制所述第1信号从所述第1输出部向所述输出线的输出；
第2控制线，其用于控制所述第2信号从多个所述第2输出部向所述输出线的输出；和
第3控制线，其用于控制所述第1信号从所述第1输出部向所述输出线的输出、以及所述第2信号从所述第2输出部向所述输出线的输出中的至少一方，
所述第1输出部经由所述第1控制线和所述第3控制线而被控制，
所述第2输出部经由所述第2控制线和所述第3控制线而被控制。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第1输出部在与基于所述第2输出部进行的所述第2信号的输出不同的定时输出所述第1信号。
3.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
在所述第1输出部输出所述第1信号的期间，以所述第2输出部不输出所述第2信号的方式，经由所述第2控制线控制所述第2输出部。
4.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
在所述第2输出部输出所述第2信号的期间，以所述第1输出部不输出所述第1信号的方式，经由所述第1控制线控制所述第1输出部。
5.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
在多个所述第2输出部同时输出多个所述第2信号的期间，以所述第1输出部不输出所述第1信号的方式，经由所述第1控制线控制所述第1输出部。
6.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第1控制线和所述第2控制线沿第1方向设置，
所述第3控制线沿与所述第1方向交叉的第2方向设置。
7.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述摄像元件具有遮光部，该遮光部对向所述第1光电转换部入射的光的一部分进行遮光。
8.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第1输出部输出用于焦点检测的所述第1信号，
所述第2输出部输出用于图像生成的所述第2信号。
9.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第1光电转换部是具有与所述第2光电转换部不同的感光度的光电转换部。
10.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第2光电转换部对从具有第1光谱特性的第1滤光片透射过的光进行光电转换。
11.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第1光电转换部对从具有与第1光谱特性不同的第2光谱特性的第2滤光片透射过的光进行光电转换。
12.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述摄像元件具备控制部，该控制部与所述第1控制线和所述第2控制线连接，控制所述第1信号从所述第1输出部向所述输出线的输出、和所述第2信号从所述第2输出部向所述输出线的输出。
13.根据权利要求12所述的摄像元件，其中，
所述控制部与具有所述第1光电转换部及多个所述第2光电转换部的拍摄部层叠。
14.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述摄像元件具备读出部，该读出部与具有所述第1光电转换部及多个所述第2光电转换部的拍摄部层叠，并从所述输出线读出所述第1信号及所述第2信号中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的摄像元件，其中，
所述读出部是将所述第1信号及所述第2信号中的至少一个从模拟信号转换为数字信号的转换部。
16.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述摄像元件具备与具有所述第1光电转换部及多个所述第2光电转换部的拍摄部层叠的第1读出部和第2读出部，该第1读出部从所述输出线读出所述第1信号，该第2读出部从所述输出线读出所述第2信号。
17.根据权利要求16所述的摄像元件，其中，
所述第1读出部是将所述第1信号从模拟信号转换为数字信号的第1转换部，
所述第2读出部是将所述第2信号从模拟信号转换为数字信号的第2转换部。
18.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第1输出部和所述第2输出部是选择晶体管，
所述第1控制线和所述第2控制线是用于控制所述选择晶体管的控制线。
19.一种摄像装置，具备：
权利要求1至18中任一项记载的摄像元件；和
基于所述第2信号生成图像数据的生成部。
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