CN117378213A - 摄像元件及摄像装置 - Google Patents

Abstract

摄像元件具备：多个第1像素，其分别包含于多个区域，具有对光进行光电转换而生成电荷的第1光电转换部，基于由上述第1光电转换部生成的电荷而输出在图像生成中使用的信号，并在第1方向及与上述第1方向交叉的第2方向上设置；第2像素，其具有对光进行光电转换而生成电荷的第2光电转换部，并基于由上述第2光电转换部生成的电荷而输出在焦点检测中使用的信号；第1控制线，其用于控制上述第1像素；以及第2控制线，其用于控制上述第2像素。

Description

摄像元件及摄像装置

技术领域

本发明涉及摄像元件及摄像装置。

本申请基于2021年5月25日提出申请的日本特愿2021-087850号主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

已知一种摄像元件，其层叠像素阵列基板和电路基板而构成，其中该像素阵列基板呈阵列状排列有多个像素，该电路基板呈阵列状排列有将驱动像素的信号向像素阵列基板的像素供给的多个信号处理部(专利文献1)。一直以来，追求焦点检测的精度提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公布第2017/18188号

发明内容

本发明的第1方案的摄像元件具备：多个第1像素，其分别包含于多个区域，具有对光进行光电转换而生成电荷的第1光电转换部，基于由上述第1光电转换部生成的电荷而输出在图像生成中使用的信号，并在第1方向及与上述第1方向交叉的第2方向上设置；第2像素，其具有对光进行光电转换而生成电荷的第2光电转换部，并基于由上述第2光电转换部生成的电荷而输出在焦点检测中使用的信号；第1控制线，其用于控制上述第1像素；以及第2控制线，其用于控制上述第2像素。

本发明的第2方案的摄像元件具备：多个区域，其分别包含多个第1像素和多个第2像素，该多个第1像素具有对光进行光电转换而生成电荷的第1光电转换部，基于由上述第1光电转换部生成的电荷而输出在图像生成中使用的信号，并在第1方向及与上述第1方向交叉的第2方向上设置，该多个第2像素具有对光进行光电转换而生成电荷的第2光电转换部，基于由上述第2光电转换部生成的电荷而输出在焦点检测中使用的信号，并在上述第1方向上配置；第1输出部，其输出来自上述第1像素的信号；以及第2输出部，其输出来自上述第2像素的信号。

本发明的第3方案的摄像装置具备：第1方案或第2方案的摄像元件；以及基于从上述摄像元件输出的信号而生成图像数据的生成部。

附图说明

图1是表示第1实施方式的摄像装置的结构例的图。

图2是表示第1实施方式的摄像元件的一部分的概略结构的一例的图。

图3是表示第1实施方式的摄像元件的像素的结构例的图。

图4是表示第1实施方式的摄像元件的一部分的结构例的图。

图5是表示第1实施方式的摄像元件的像素的动作的一例的图。

图6是用于说明第1实施方式的摄像元件的像素控制部的结构例的图。

图7是表示第1实施方式的摄像元件的像素的动作的一例的图。

图8是表示变形例1的摄像元件的一部分的结构例的图。

图9是表示变形例2的摄像元件的一部分的结构例的图。

图10是表示变形例2的摄像元件的一部分的结构例的图。

图11是表示变形例3的摄像元件的一部分的另一结构例的图。

图12是表示变形例3的摄像元件的一部分的另一结构例的图。

图13是表示变形例3的摄像元件的一部分的另一结构例的图。

图14是表示变形例3的摄像元件的一部分的另一结构例的图。

图15是表示变形例3的摄像元件的一部分的另一结构例的图。

图16是表示变形例4的摄像元件的像素的结构例的图。

具体实施方式

(第1实施方式)

图1是表示作为第1实施方式的摄像装置的一例的相机1的结构例的图。相机1具备摄影光学系统(成像光学系统)2、摄像元件3、控制部4、存储器5、显示部6及操作部7。摄影光学系统2具有包含焦点调节透镜(聚焦透镜)的多个透镜及开口光圈，在摄像元件3上成像出被拍摄体像。此外，摄影光学系统2也可以能够相对于相机1装拆。

摄像元件3是CMOS图像传感器、CCD图像传感器等摄像元件。摄像元件3接收从摄影光学系统2通过后的光束，对由摄影光学系统2形成的被拍摄体像进行拍摄。在摄像元件3中呈二维状(在行方向及列方向上)配置有具有光电转换部的多个像素。光电转换部由光电二极管(PD)构成。摄像元件3对接收到的光进行光电转换而生成信号，并将生成的信号向控制部4输出。

摄像元件3具有摄像像素和AF像素(焦点检测像素)。摄像像素输出在图像生成中使用的信号。AF像素输出在焦点检测中使用的信号。AF像素置换摄像像素的一部分而配置，分散于摄像元件3的拍摄面的大致整个面而配置。此外，在以下的说明中，仅称为像素的情况是指摄像像素及AF像素中的某一方或双方。

存储器5是存储卡等记录介质。在存储器5中记录图像数据、程序等。数据向存储器5的写入以及数据从存储器5的读出由控制部4控制。显示部6显示基于图像数据的图像、快门速度、光圈值等与摄影相关的信息以及菜单画面等。操作部7包括释放按钮、电源开关、用于切换各种模式的开关等各种设定开关等，将基于各个操作的信号向控制部4输出。

控制部4具有CPU、GPU、FPGA、ASIC等器件以及ROM、RAM等存储器。控制部4读入保存于存储器的程序并执行，控制相机1的各部分。控制部4具有摄像控制部4a、图像数据生成部4b和焦点检测部4c。

摄像控制部4a将控制摄像元件3的信号向摄像元件3供给，控制摄像元件3的动作。摄像控制部4a在进行静态图像摄影的情况、进行动态图像摄影的情况、在显示部6显示被拍摄体的实时图像(实时取景图像)的情况下等，使摄像元件3拍摄被拍摄体像并输出信号。

图像数据生成部4b对从摄像元件3的摄像像素输出的信号进行各种图像处理而生成图像数据(静态图像数据、动态图像数据)。图像处理中包含灰度转换处理、颜色插补处理等图像处理。此外，图像数据生成部4b也可以还使用从AF像素输出的信号来生成图像数据。

焦点检测部4c进行摄影光学系统2的自动焦点调节(AF)所需的焦点检测处理。焦点检测部4c检测用于使基于摄影光学系统2的像在摄像元件3的拍摄面上合焦(成像)的聚焦透镜的合焦位置(直到合焦位置为止的聚焦透镜的移动量)。焦点检测部4c使用从摄像元件3的一对AF像素(AF像素对)输出的第1信号及第2信号并利用相位差检测方式计算出散焦量。

焦点检测部4c对第1信号和第2信号进行相关运算而计算出像偏移量，其中，该第1信号是对基于从摄影光学系统2的射出光瞳的第1区域通过后的第1光束得到的像进行拍摄而生成的信号，该第2信号是对基于从第2区域通过后的第2光束得到的像进行拍摄而生成的信号。焦点检测部4c基于规定的换算式将该像偏移量换算为散焦量。焦点检测部4c基于计算出的散焦量计算出直到合焦位置为止的聚焦透镜的移动量。通过根据移动量驱动聚焦透镜，从而自动地进行焦点调节。像这样，控制部4以使基于摄影光学系统2得到的被拍摄体的像在摄像元件3上合焦的方式控制聚焦透镜的位置。

图2是表示第1实施方式的摄像元件的一部分的概略结构的一例的图。摄像元件3将设置多个像素的第1基板111和设置后述的控制部的第2基板112层叠而构成。第1基板111及第2基板112分别使用半导体基板而构成。设于第1基板111的电路以及设于第2基板112的电路通过电极、凸块等连接部而电连接。

第1基板111具有呈二维状配置的多个摄像像素10及AF像素13(13a、13b)。第1AF像素13a及第2AF像素13b分别具有对向光电转换部入射的光的一部分进行遮光的遮光部。第1AF像素13a的遮光部和第2AF像素13b的遮光部的位置不同。

第1AF像素13a及第2AF像素13b各自的遮光部以从摄影光学系统2的射出光瞳的彼此不同的区域通过后的光向光电转换部入射的方式配置。由此，第1AF像素13a的光电转换部接收从摄影光学系统2的射出光瞳的第1区域及第2区域中的第1区域通过后的光束。第2AF像素13b的光电转换部接收从摄影光学系统2的射出光瞳的第1区域及第2区域中的第2区域通过后的光束。

第1基板111具有分别配置摄像像素10、第1AF像素13a及第2AF像素13b的多个区域20。在图2所示的例子中，图示出6个区域20。这6个区域20分别示出将第1基板111的配置像素的区域分为包含规定数量像素的区域时的一个区域。此外，各区域20可以局部重叠，也可以不重叠。关于各区域20的像素数量，可以是3像素×3像素的9像素，也可以是4像素×4像素的16像素，可以是任意数量。在以下的说明中，将区域20称为像素块20。

在摄像元件3的多个像素块20各自中，在作为第1方向的行方向(水平方向)以及作为与第1方向交叉的第2方向的列方向(垂直方向)上配置有多个摄像像素10。此外，在图中，标注了斜线的像素是AF像素13。在图2所示的例子中，在像素块20设有7个摄像像素10、1个第1AF像素13a及1个第2AF像素13b。第1AF像素13a及第2AF像素13b在行方向上排列配置。在第1基板111中，像素块20在行方向及列方向上设有多个。

第2基板112具有控制部30(以下，称为像素控制部)、控制部40(以下，称为垂直控制部)和控制部50(以下，称为水平控制部)。像素控制部30针对每个像素块20而设置。在图2中，图示出6个像素控制部30。在第2基板112中，像素控制部30在行方向及列方向上设有多个。

像素控制部30(1，1)相对于像素块20(1，1)设置。像素控制部30(1，2)相对于像素块20(1，2)设置，像素控制部30(1，3)相对于像素块20(1，3)设置。另外，像素控制部30(2，1)、30(2，2)、30(2，3)分别相对于像素块20(2，1)、20(2，2)、20(2，3)设置。

在第2基板112中配置各像素控制部30的区域的周围，如图2所示设有垂直控制部40及水平控制部50。垂直控制部40及水平控制部50也可以说相对于多个像素块20设置。另外，如图2所示，在第2基板112设有信号线41、信号线51、信号线52及信号线110。

信号线41针对在纵向、即垂直方向(列方向)上排列的每多个像素控制部30而设置。信号线41与在垂直方向上排列的各像素控制部30和垂直控制部40连接。信号线41是传输对像素控制部30进行控制的信号CNTX的信号线(以下，称为垂直控制线)。在图2中，图示出传输信号CNTX1的垂直控制线41、传输信号CNTX2的垂直控制线41和传输信号CNTX3的垂直控制线41。

垂直控制线41各自能够与所传输的信号CNTX的数量相对应地由多个信号线构成。在图2所示的例子中，传输信号CNTX1的垂直控制线41能够与信号CNTX1的位数相对应地由多个信号线构成。另外，分别传输信号CNTX2、信号CNTX3的2个垂直控制线41能够分别与信号CNTX2、信号CNTX3的位数相对应地由多个信号线构成。垂直控制部40将信号CNTX向垂直控制线41供给，控制像素控制部30的动作。

信号线51针对在横方向、即水平方向(行方向)上排列的每多个像素控制部30而设置。信号线51与在水平方向上排列的各像素控制部30和水平控制部50连接。信号线51是传输对像素控制部30进行控制的信号CNTY的信号线(以下，称为水平控制线)。在图2中，图示出传输信号CNTY1的水平控制线51和传输信号CNTY2的水平控制线51。

水平控制线51各自能够与所传输的信号CNTY的数量相对应地由多个信号线构成。在图2所示的例子中，传输信号CNTY1的水平控制线51能够与信号CNTY1的位数相对应地由多个信号线构成。另外，传输信号CNTY2的水平控制线51能够与信号CNTY2的位数相对应地由多个信号线构成。水平控制部50将信号CNTY向水平控制线51供给，控制像素控制部30的动作。

信号线52与水平控制部50和多个像素控制部30连接。信号线52与设于第2基板112的多个像素控制部30共通地连接。信号线52是传输为了控制像素而使用的信号VCNT的信号线(以下，称为像素驱动线)，从水平控制部50供给信号VCNT。像素驱动线52与所传输的信号VCNT的位数相对应地由多个信号线构成。此外，像素驱动线52可以与全部像素控制部30共通地设置，也可以针对在水平方向上排列的每多个像素控制部30而设置。

像素控制部30由垂直控制部40及水平控制部50控制，将控制摄像像素10的信号向像素块20的各摄像像素10供给，控制各摄像像素10的动作。本实施方式的像素控制部30构成输出对摄像像素10的光电转换部11的电荷的蓄积时间进行控制的信号的输出部的一部分。像素控制部30向摄像像素10的各晶体管的栅极供给信号，将晶体管设为ON状态(连接状态、导通状态、短路状态)或OFF状态(切断状态、非导通状态、开放状态、截止状态)。

像素控制部30基于信号CNTX、信号CNTY和信号VCNT，将后述的信号TX、信号RST等信号向像素块20内的各摄像像素10输出。像素控制部30、垂直控制部40及水平控制部50通过控制向像素块20的摄像像素10输入的信号TX、信号RST等，从而控制在像素块20的各摄像像素10中进行电荷蓄积的期间。此外，像素控制部(输出部)30的一部分或全部也可以配置于第1基板111。

信号线110针对在水平方向(行方向)上配置的每多个AF像素而设置。在图2所示的例子中，图示出与像素块20(1，1)～(1，3)的多个第1AF像素13a及第2AF像素13b共通地连接的信号线110、和与像素块20(2，1)～(2，3)的多个第1AF像素13a及第2AF像素13b共通地连接的信号线110。信号线110与水平控制部50和各像素块20的多个AF像素13连接。信号线110是传输对AF像素13进行控制的信号的信号线(控制线)。信号线110包含传输在AF像素13的控制中使用的信号TX的信号线，从水平控制部50供给信号TX。另外，信号线110包含传输在AF像素13的控制中使用的信号RST的信号线，从水平控制部50供给信号RST。

水平控制部50经由信号线110将控制AF像素13的信号向像素块20的各AF像素13供给，控制各AF像素13的动作。本实施方式的水平控制部50构成输出对AF像素13的光电转换部11的电荷的蓄积时间进行控制的信号的输出部的一部分。水平控制部50向AF像素13的各晶体管的栅极供给信号，将晶体管设为ON状态或OFF状态。

水平控制部50将信号TX、信号RST等信号经由信号线110向像素块20内的各AF像素13输出。水平控制部50通过控制向像素块20的AF像素13输入的信号TX、信号RST等，从而控制在像素块20的各AF像素13中进行电荷的蓄积的期间。此外，水平控制部(输出部)50的一部分或全部也可以配置于第1基板111。

图3是表示第1实施方式的摄像元件的像素的结构例的图。像素10具有光电转换部11、传输部12、浮动扩散部(FD)14、排出部15、放大部16和选择部17。此外，在本实施方式中，AF像素13的电路结构与摄像像素10的电路结构相同。光电转换部11是光电二极管PD，将入射的光转换成电荷，并蓄积光电转换得到的电荷。

传输部12由通过利用TX控制的晶体管M1构成，将光电转换部11与FD14电连接或电切断。传输部12将由光电转换部11进行光电转换得到的电荷向FD14传输。晶体管M1是传输晶体管。FD14的电容C蓄积(保持)传输至FD14的电荷，将其转换为除以电容值而得到的电压。FD14是蓄积部14，蓄积由光电转换部11生成的电荷。

放大部16由栅极(端子)与FD14连接的晶体管M3构成，将基于蓄积于FD14的电容C中的电荷得到的信号放大并输出。晶体管M3的漏极(端子)及源极(端子)分别与电源线(电源电压VDD)、选择部17连接。放大部16的源极经由选择部17与信号线18连接。晶体管M3是放大晶体管。放大部16和选择部17构成输出部，该输出部生成并输出基于由光电转换部11生成的电荷得到的信号。

排出部15由通过信号RST控制的晶体管M2构成，将由FD14蓄积的电荷重置。排出部(重置部)14排出蓄积于FD14的电荷，重置FD14的电压。晶体管M2是重置晶体管。

选择部17由通过信号SEL控制的晶体管M4构成，将放大部16与信号线18电连接或电切断。选择部17的晶体管M4在ON状态的情况下将来自放大部16的信号向信号线18输出。晶体管M4是选择晶体管。

图4是表示第1实施方式的摄像元件的一部分的结构例的图。在图4中，示出了设于摄像元件3的多个像素块20中的一个像素块20、一个电流源25和一个处理部26。

电流源25经由信号线18与各像素(摄像像素10、AF像素13)连接。电流源25生成用于从像素读出信号的电流，并将所生成的电流向信号线18和各像素的放大部16及选择部17供给。电流源25针对每个像素块20而配置。

处理部26包含模拟/数字转换部(AD转换部)而构成。处理部26将从各像素经由信号线18输入的作为模拟信号的像素的信号转换为数字信号。此外，处理部26也可以具有将经由信号线18输入的像素的信号以规定的增益(放大率)放大的放大部。该情况下，处理部26也可以将由放大部放大后的像素的信号转换为数字信号。

转换为数字信号后的像素的信号在处理部26中被实施相关双采样、修正信号量的处理等信号处理之后，向相机1的控制部4输出。此外，也可以在未图示的信号处理部中进行针对像素的信号的相关双采样等信号处理。该情况下，处理部26将转换为数字信号后的像素的信号向信号处理部输出。信号处理部针对所输入的像素的信号进行相关双采样等信号处理之后，将处理后的信号向控制部4输出。

此外，上述的电流源25及处理部26可以配置于第1基板111，也可以配置于第2基板112。另外，处理部26也可以分开配置于第1基板111和第2基板112，还可以配置于与第1基板111和第2基板112不同的基板。

在本实施方式中，像素控制部30输出在摄像像素10中的电荷蓄积的控制中使用的信号TX、信号RST，与像素控制部30不同的水平控制部50输出在AF像素13中的电荷蓄积的控制中使用的信号TX、信号RST。因此，能够独立地(分别)控制在像素块20内的摄像像素10及AF像素13各自中进行电荷的蓄积的时间(电荷蓄积时间)。像素控制部30控制像素块20的摄像像素10的电荷蓄积时间，水平控制部50控制像素块20的AF像素13的电荷蓄积时间。以下，进一步说明本实施方式的摄像元件3。

图5是表示第1实施方式的摄像元件的像素的动作的一例的图。在图5所示的时间图中，横轴表示时刻，示出了向摄像元件3的像素输入的控制信号。在图5中，被输入高电平(例如电源电压VDD)的控制信号(信号RST、信号TX、信号SEL)的晶体管成为ON状态，被输入低电平(例如接地电压)的控制信号的晶体管成为OFF状态。

在图5所示的时刻t1，信号RST为高电平，因此排出部15的晶体管M2为ON状态。在时刻t2，信号TX成为高电平，由此传输部12的晶体管M1成为ON状态。由于信号RST及信号TX均为高电平，所以电源线(电源电压VDD)、FD14和光电转换部11电连接。由此，光电转换部11的电荷被排出，光电转换部11的电压被重置。

在时刻t3，信号TX成为低电平，由此，传输部12的晶体管M1成为OFF状态，光电转换部11与FD14电气性分离。光电转换部11蓄积对来自被拍摄体的光进行光电转换而生成的电荷。由于信号RST为高电平，所以FD14的电荷被排出，FD14的电压成为重置电压。

在时刻t4，信号RST成为低电平，由此，排出部15的晶体管M2成为OFF状态。另外，在时刻t4，信号SEL成为高电平，由此，选择部17的晶体管M4成为ON状态。由此，基于重置电压的信号、即将FD14的电荷重置后的信号通过放大部16及选择部17而输出至信号线18。基于重置电压的信号作为暗信号经由信号线18输入至处理部26。暗信号是基于重置电压的模拟信号，通过处理部26而被转换为数字信号。

在时刻t5，信号TX成为高电平。通过信号TX成为高电平，从而传输部12的晶体管M1成为ON状态，光电转换部11与FD14电连接。由此，由光电转换部11进行光电转换得到的电荷传输至FD14。另外，由于信号SEL为高电平，所以与传输至FD14的电荷相应的信号、即基于由光电转换部11生成的电荷得到的信号(像素信号)通过放大部16及选择部17而输出至信号线18。像素信号经由信号线18输入至处理部26。像素信号是基于由光电转换部11进行光电转换得到的电荷而生成的模拟信号，由处理部26从时刻t6进行AD转换而被转换为数字信号。

另外，在时刻t6，信号TX成为低电平，传输部12的晶体管M1成为OFF状态。在时刻t7，信号SEL成为低电平，选择部17的晶体管M4成为OFF状态。另外，在时刻t7，信号RST成为高电平，排出部15的晶体管M2成为ON状态。

处理部26使用转换为数字信号的暗信号和像素信号进行相关双采样等信号处理。摄像像素10的像素信号在由处理部26实施了相关双采样等信号处理之后，输出至相机1的控制部4。此外，第1AF像素13a的像素信号及第2AF像素13b的像素信号在被实施了基于处理部26的信号处理之后，作为一对信号(第1信号及第2信号)输出至控制部4。

图5所示的时刻t3至时刻t5的期间是上述的电荷蓄积时间，成为进行电荷的蓄积动作的期间。摄像元件3的各像素对从摄影光学系统2通过而入射的光进行光电转换并蓄积电荷。像素(摄像像素10、AF像素13)基于在电荷蓄积时间的期间蓄积的电荷量生成像素信号，并输出至信号线18。

本实施方式的像素控制部30向像素块20的摄像像素10供给信号TX及信号RST，控制摄像像素10的电荷蓄积时间。另外，水平控制部50向像素块20的AF像素13供给信号TX及信号RST，控制AF像素13的电荷蓄积时间。

图6是用于说明第1实施方式的摄像元件的像素控制部的结构例的图。像素控制部30具有选择电路部31和缓冲器32。选择电路部31由通过垂直控制部40及水平控制部50而被控制的多路复用器构成。从垂直控制部40经由垂直控制线41向选择电路部31输入信号CNTX，从水平控制部50经由水平控制线51向选择电路部31输入信号CNTY。

另外，通过由多个信号线构成的像素驱动线52从水平控制部50向选择电路部31输入彼此不同的多种信号VCNT。这些多种信号VCNT的例如成为高电平或低电平的定时彼此不同。选择电路部31基于信号CNTX及信号CNTY，从所输入的多种信号VCNT中选择经由缓冲器32向像素块20的摄像像素10输出的信号。选择电路部31将例如根据信号CNTX及信号CNTY的信号电平的组合而选择的信号VCNT作为信号TX向缓冲器32输出。

缓冲器32对从选择电路部31输出的信号TX进行缓冲(放大)，并经由信号线100向像素块20的各摄像像素10供给信号TX。信号线100针对每个像素控制部30、即每个像素块20而设置。信号线100是将第2基板112的像素控制部30与第1基板111的像素块20连结的信号线，使用电极、凸块等形成。

信号线100与像素块20的多个摄像像素10共通地连接。信号线100与从像素控制部30向像素块20输出的信号相对应地由多个信号线构成。信号线100包含传输在摄像像素10的控制中使用的信号TX的信号线(控制线)，被从缓冲器32供给信号TX。在摄像像素10中，经由信号线100向传输部12的晶体管M1的栅极输入控制传输部12的信号TX。

垂直控制部40及水平控制部50通过控制向各像素控制部30的选择电路部31输入的信号CNTY、信号CNTX，从而能够单独地(独立地)控制向各像素块20的摄像像素10供给的信号TX。

另外，虽然在图6中未图示，但像素控制部30具有输出对像素块20的摄像像素10的排出部15进行控制的信号RST的选择电路部及缓冲器等。信号线100包含传输在摄像像素10的控制中使用的信号RST的信号线，被从像素控制部30的缓冲器供给信号RST。在摄像像素10中，经由信号线100向排出部15的晶体管M2的栅极输入控制排出部15的信号RST。垂直控制部40及水平控制部50通过控制各像素控制部30，从而能够单独地控制向各像素块20的摄像像素10供给的信号RST。

此外，像素控制部30也可以由逻辑电路(AND电路、OR电路等)、锁存电路、缓冲器等构成。该情况下，像素控制部30可以基于从垂直控制部40及水平控制部50输入的寄存器设定值而生成信号TX、信号RST等并向摄像像素10输出。垂直控制部40及水平控制部50能够向各像素控制部30输出寄存器设定值，单独地控制向各像素块20供给的信号TX。另外，垂直控制部40及水平控制部50能够单独地控制从像素控制部30向各像素块20供给的信号RST。

水平控制部50包含逻辑电路、锁存电路、缓冲器等而构成，生成对像素块20的AF像素13的传输部12进行控制的信号TX，并经由信号线110向像素块20的各AF像素13供给信号TX。信号线110如上所述是将第2基板112的水平控制部50与第1基板111的像素块20连结的信号线，使用电极、凸块等形成。在AF像素13中，经由信号线110向传输部12的晶体管M1的栅极输入控制传输部12的信号TX。

另外，水平控制部50生成对像素块20的AF像素13的排出部15进行控制的信号RST，并经由信号线110向像素块20的各AF像素13供给信号RST。在AF像素13中，经由信号线110向排出部15的晶体管M2的栅极输入控制排出部15的信号RST。

像这样，从像素控制部30经由信号线100向像素块20的摄像像素10供给信号TX、信号RST。另外，从水平控制部50经由信号线110向像素块20的AF像素13供给信号TX、信号RST。因此，像素控制部30及水平控制部50能够在摄像像素10与AF像素13中单独地控制使传输部12的晶体管M1及排出部15的晶体管M2导通截止的定时，设定摄像像素10和AF像素13各自的电荷蓄积时间(曝光时间)。

另外，像素控制部30及水平控制部50能够在摄像像素10和AF像素13中单独地控制使排出部15的晶体管M2导通截止的定时。像素控制部30及水平控制部50也可以控制基于排出部15将光电转换部11的电荷排出的定时，调整开始电荷的蓄积的时刻。

像素控制部30及水平控制部50能够以使电荷蓄积时间在摄像像素10和AF像素13中不同的方式进行控制，也能够以使电荷蓄积时间在摄像像素10和AF像素13中相同的方式进行控制。

在像素控制部30也设有输出上述的信号SEL的缓冲器、控制电路等。像素控制部30进行依次选择像素块20内的各像素并从所选择的像素读出信号的控制。像素控制部30的控制电路经由缓冲器将信号SEL向像素块20的各像素供给，使各像素的信号依次向上述的信号线18输出。像素块20的摄像像素10及AF像素13由像素控制部30依次选择。此外，也可以将输出信号SEL的缓冲器及控制电路等设于水平控制部50内，由水平控制部50进行从像素块20内的各像素依次读出信号的控制。

图7是表示第1实施方式的摄像元件的像素的动作的一例的图。纵轴表示像素块20内的像素(的位置)，横轴表示进行各像素的重置动作及读出动作的定时(时刻t)。在图7中，示意性地示出进行蓄积于像素的电荷的排出(重置动作)、和从像素读出基于蓄积于像素的电荷得到的信号的动作(读出动作)的像素的转变。

在图7所示的例子中，针对像素块20的每个像素一边进行扫描一边进行重置动作和读出动作。图7的(a)表示某一像素块20A(例如像素块20(1，1))的像素的动作例，图7的(b)表示另一像素块20B(例如像素块20(1，2))的像素的动作例。

如图7的(a)及图7的(b)所示，水平控制部50同时(并行地)进行像素块20(1，1)的AF像素13的重置动作和像素块20(1，2)的AF像素13的重置动作。像素控制部30(1，1)进行图7的(a)所示的像素块20(1，1)的摄像像素的重置动作和像素块20(1，1)的摄像像素10及AF像素13的读出动作。像素控制部30(1，2)进行图7的(b)所示的像素块20(1，2)的摄像像素的重置动作和像素块20(1，2)的摄像像素10及AF像素13的读出动作。像素控制部30及水平控制部50通过如图7所示在摄像像素10与AF像素13中以不同的定时进行重置动作，能够在摄像像素10与AF像素13中设定不同的电荷蓄积时间。

摄像元件3也可以根据被拍摄体的亮度控制AF像素13的电荷蓄积时间。摄像元件3能够在被拍摄体亮的情况下缩短AF像素13的电荷蓄积时间，高速地读出AF像素对(第1AF像素13a、第2AF像素13b)的第1信号及第2信号，能够缩短焦点调节所需要的时间。另外，摄像元件3能够在被拍摄体暗的情况下延长AF像素13的电荷蓄积时间，抑制使用第1信号及第2信号的焦点检测的精度降低。

另外，在本实施方式中，如图2及图6所示，各像素块20的多个AF像素中的位于同一行的AF像素13均与同一信号线110共通地连接，根据从信号线110供给的信号TX等控制电荷蓄积时间。因此，能够抑制第1信号与第2信号的相关性降低，能够防止使用第1信号及第2信号的焦点检测的精度降低。

根据上述的实施方式，得到以下的作用效果。

(1)摄像元件3具备：多个第1像素(摄像像素10)，其分别包含于多个区域(像素块20)，具有对光进行光电转换而生成电荷的第1光电转换部，基于由第1光电转换部生成的电荷输出在图像生成中使用的信号，并在第1方向及与第1方向交叉的第2方向上设置；第2像素(AF像素13)，其具有对光进行光电转换而生成电荷的第2光电转换部，并基于由第2光电转换部生成的电荷输出在焦点检测中使用的信号；第1输出部，其输出控制第1像素的信号；以及第2输出部，其输出控制第2像素的信号。在本实施方式中，像素控制部30输出控制摄像像素10的信号，水平控制部50输出控制AF像素13的信号。因此，能够独立地控制像素块20内的摄像像素10和AF像素13。

(2)在本实施方式中，由像素控制部30控制像素块20的摄像像素10的电荷蓄积时间，由水平控制部50控制像素块20的AF像素13的电荷蓄积时间。因此，摄像元件3能够在像素块20内的摄像像素10和AF像素13中单独地设定电荷蓄积时间。

以下这样的变形也在本发明的范围内，也能够将变形例的一个或多个与上述的实施方式组合。

(变形例1)

在上述的实施方式中，使用图2及图6说明了设置从水平控制部50向第1基板111延伸的信号线110的例子。如图8所示，信号线110也可以从水平控制部50延伸至像素控制部30的位置，从像素控制部30的位置向第1基板111延伸。

(变形例2)

在上述的实施方式中，说明了水平控制部50输出控制AF像素13的信号TX、信号RST等的例子，但也可以由像素控制部30输出控制AF像素13的信号TX、信号RST等。该情况下，像素控制部30也作为输出对AF像素13的电荷蓄积时间进行控制的信号的输出部的一部分发挥功能。

图9是表示变形例2的摄像元件的一部分的结构例的图。在图9所示的例子中，像素控制部30具有缓冲器33。另外，从垂直控制部40经由信号线42向选择电路部31输入信号CNTX_AF，从水平控制部50经由信号线53向选择电路部31输入信号CNTY_AF。而且，从水平控制部50经由信号线54向选择电路部31输入彼此不同的多种信号VCNT_AF。

选择电路部31基于信号CNTX_AF及信号CNTY_AF，从所输入的多种信号VCNT_AF选择经由缓冲器33向像素块20的AF像素13输出的信号。缓冲器33经由信号线120向像素块20的各AF像素13供给信号TX。信号线120与像素块20的多个AF像素13共通地连接。在AF像素13中，经由信号线120向传输部12的晶体管M1的栅极输入控制传输部12的信号TX。

垂直控制部40及水平控制部50能够通过控制向各像素控制部30的选择电路部31输入的信号CNTX_AF、信号CNTY_AF，从而单独地控制向各像素块20的AF像素13供给的信号TX。此外，在像素控制部30也设有对AF像素13输出信号RST的选择电路部及缓冲器等。与信号TX的情况同样地，从像素控制部30向AF像素13供给信号RST。本变形例的摄像元件3能够以使AF像素13的电荷蓄积时间针对每个像素块20而不同的方式进行控制，也能够以使电荷蓄积时间在全部像素块20中相同的方式进行控制。

图10是表示变形例2的摄像元件的一部分的另一结构例的图。从水平控制部50经由信号线55向像素控制部30输入信号EN_CNT_AF。像素控制部30根据信号EN_CNT_AF切换摄像像素10的电荷蓄积时间的控制和AF像素13的电荷蓄积时间的控制。

在信号EN_CNT_AF为低电平的情况下，像素控制部30的选择电路部31将基于信号CNTX及信号CNTY从多个信号VCNT选择出的信号向摄像像素10供给，设定摄像像素10的电荷蓄积时间。在信号EN_CNT_AF为高电平的情况下，选择电路部31将基于信号CNTX及信号CNTY从多个信号VCNT_AF选择出的信号向AF像素13供给，设定AF像素13的电荷蓄积时间。在本变形例中，不需要上述的信号CNTX_AF及信号CNTY_AF，能够减少在摄像元件3配置的布线，能够使芯片面积减小。

(变形例3)

在上述的实施方式中，说明了针对每个像素块20设置电流源25及处理部26的例子。然而，如图11所示，也可以按在纵向、即列方向上排列的多个像素的列即像素列来配置电流源25及处理部26。另外，如图12或图13所示，也可以设置与摄像像素10连接的电流源25及处理部26、和与AF像素13连接的电流源25及处理部26。

在图12所示的例子中，处理部26a是输出来自摄像像素10的信号的输出部26a，处理部26b是输出来自AF像素13的信号的输出部26b。在图13所示的例子中，处理部26a～26c是输出来自摄像像素10的信号的输出部26a～26c，处理部26d是输出来自AF像素13的信号的输出部26d。能够独立地进行摄像像素10的信号的读出和AF像素13的信号的读出。此外，如图14或图15所示，也可以设为针对每多个像素块20配置与AF像素13连接的电流源25及处理部26而由多个像素块20的AF像素13共有的结构。

(变形例4)

在上述的实施方式中，使用图3说明了像素的结构，但各像素的结构不限于此。图16是表示变形例4的摄像元件的像素的结构例的图。在图16所示的例子中，像素包含第1传输部12a和第2传输部12b而构成。

第1传输部12a由通过信号TX1控制的晶体管M1a构成，将光电转换部11与电源线(电源电压VDD)电连接或电切断。第1传输部12a是排出部12a，排出蓄积于光电转换部11的电荷，重置光电转换部11的电压。晶体管M1a是重置晶体管。第1传输部12a的晶体管M1a也可以说是将由光电转换部11进行光电转换得到的电荷向电源线传输的传输晶体管。

第2传输部12b由通过信号TX2控制的晶体管M1b构成，将光电转换部11与FD14电连接或电切断。第2传输部12b将由光电转换部11进行光电转换得到的电荷向FD14传输。晶体管M1b是传输晶体管。

摄像元件3也可以控制基于第1传输部(排出部)12a排出光电转换部11的电荷的定时，设定开始电荷的蓄积的时刻。例如，像素控制部30输出对摄像像素10的第1传输部12a进行控制的信号TX1，控制摄像像素10的电荷蓄积时间。水平控制部50输出对AF像素13的第1传输部12a进行控制的信号TX1，控制AF像素13的电荷蓄积时间。此外，也可以是像素控制部30控制摄像像素10及AF像素13各自的电荷蓄积时间。

(变形例5)

在上述的实施方式中，说明了依次选择像素块20内的各像素并从所选择的像素读出信号的例子。然而，也可以针对像素块20的每个像素设置信号线18及电流源25等，并同时(并行地)从像素块20的全部像素进行信号的读出。

(变形例6)

在上述的实施方式中，说明了摄像元件3层叠第1基板111和第2基板112而构成的例子。然而，第1基板111和第2基板112也可以不层叠。

(变形例7)

在上述的实施方式及变形例中，说明了作为光电转换部而使用光电二极管的例子。然而，也可以作为光电转换部而使用光电转换膜(有机光电膜)。

(变形例8)

在上述的实施方式及变形例中说明的摄像元件及摄像装置可以适用于相机、内置于智能手机、平板电脑、PC的摄像头、车载摄像头、搭载于无人航空器(无人驾驶飞机、无线电控制机等)的摄像头等。

在上述中，说明了各种实施方式及变形例，但本发明不限定于这些内容。在本发明的技术构思的范围内想到的其他方案也包含于本发明的范围内。

附图标记说明

1：摄像装置，3：摄像元件，4：控制部，10：摄像像素，11：光电转换部，13：AF像素，14：蓄积部，15：排出部，16：放大部，17：选择部，20：像素块，25：电流源，26：处理部，30：像素控制部，31：选择电路部，32：缓冲器，40：垂直控制部，50：水平控制部，111：第1基板，112：第2基板。

Claims (20)

1.一种摄像元件，其具备：

多个第1像素，其分别包含于多个区域，具有对光进行光电转换而生成电荷的第1光电转换部，基于由所述第1光电转换部生成的电荷而输出在图像生成中使用的信号，并在第1方向及与所述第1方向交叉的第2方向上设置；

第2像素，其具有对光进行光电转换而生成电荷的第2光电转换部，并基于由所述第2光电转换部生成的电荷而输出在焦点检测中使用的信号；

第1控制线，其用于控制所述第1像素；以及

第2控制线，其用于控制所述第2像素。

2.如权利要求1所述的摄像元件，其中，

所述第1控制线输出对所述第1光电转换部的电荷的蓄积时间进行控制的信号，

所述第2控制线输出对所述第2光电转换部的电荷的蓄积时间进行控制的信号。

3.如权利要求1或2所述的摄像元件，其中，

具备：

排出由所述第1光电转换部生成的电荷的第1排出部；和

排出由所述第2光电转换部生成的电荷的第2排出部，

所述第1控制线输出对所述第1排出部进行控制的信号，

所述第2控制线输出对所述第2排出部进行控制的信号。

4.如权利要求1或2所述的摄像元件，其中，

具备：

对由所述第1光电转换部生成的电荷进行蓄积的第1蓄积部和向所述第1蓄积部传输电荷的第1传输部；以及

对由所述第2光电转换部生成的电荷进行蓄积的第2蓄积部和向所述第2蓄积部传输电荷的第2传输部，

所述第1控制线输出对所述第1传输部进行控制的信号，

所述第2控制线输出对所述第2传输部进行控制的信号。

5.如权利要求1至4中任一项所述的摄像元件，其中，

所述第2控制线针对每多个所述区域而设置。

6.如权利要求1至4中任一项所述的摄像元件，其中，

所述第2控制线输出对多个所述区域所包含的多个所述第2像素进行控制的信号。

7.如权利要求1至4中任一项所述的摄像元件，其中，

所述第2控制线具有用于对多个所述区域所包含的多个所述第2像素进行控制的控制线。

8.如权利要求1至4中任一项所述的摄像元件，其中，

所述第2控制线针对每个所述区域而设置。

9.如权利要求1至4中任一项所述的摄像元件，其中，

所述第2控制线具有用于对所述区域所包含的所述第2像素进行控制的控制线。

10.如权利要求1至9中任一项所述的摄像元件，其中，

具备：

设置所述第1像素和所述第2像素的第1基板；以及

设置所述第1控制线和所述第2控制线且层叠于所述第1基板的第2基板。

11.如权利要求1至9中任一项所述的摄像元件，其中，

具备：

设置所述第1像素、所述第2像素和所述第2控制线的第1基板；以及

设置所述第1控制线且层叠于所述第1基板的第2基板。

12.如权利要求1至11中任一项所述的摄像元件，其中，

所述第2像素在所述区域中在所述第1方向上配置有多个。

13.如权利要求1至12中任一项所述的摄像元件，其中，

所述第1控制线针对每个所述区域而设置。

14.如权利要求1至13中任一项所述的摄像元件，其中，

具备处理部，该处理部对从所述第1像素输出的信号以及从所述第2像素输出的信号进行处理。

15.如权利要求14所述的摄像元件，其中，

所述处理部针对每个所述区域而设置。

16.如权利要求1至13中任一项所述的摄像元件，其中，

具备：

对从所述第1像素输出的信号进行处理的第1处理部；和

对从所述第2像素输出的信号进行处理的第2处理部。

17.如权利要求16所述的摄像元件，其中，

所述第1处理部及所述第2处理部针对每个所述区域而设置。

18.如权利要求16所述的摄像元件，其中，

所述第1处理部针对每个所述区域而设置，

所述第2处理部针对每多个所述区域而设置。

19.一种摄像元件，其具备：

多个区域，其分别包含多个第1像素和多个第2像素，该多个第1像素具有对光进行光电转换而生成电荷的第1光电转换部，基于由所述第1光电转换部生成的电荷而输出在图像生成中使用的信号，并在第1方向及与所述第1方向交叉的第2方向上设置，该多个第2像素具有对光进行光电转换而生成电荷的第2光电转换部，基于由所述第2光电转换部生成的电荷而输出在焦点检测中使用的信号，并在所述第1方向上配置；

第1输出部，其输出来自所述第1像素的信号；以及

第2输出部，其输出来自所述第2像素的信号。

20.一种摄像装置，其具备：

权利要求1至19中任一项所述的摄像元件；以及

基于从所述摄像元件输出的信号而生成图像数据的生成部。