KR20160031462A - 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 그 구동 방법, 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

본 기술은, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치에서, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다. 고체 촬상 장치는, 온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와, 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고, 촬상 화소는, 전하 축적부가 차광되어 형성되고, 위상차 검출 화소는, 광전 변환부 및 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성된다. 본 기술은, 예를 들면 CMOS 이미지 센서에 적용할 수 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 그 구동 방법, 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE AND DRIVING METHOD THEREFOR, AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 기술은, 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치에서, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.
종래, 촬상 화소 중에 위상차 검출 화소를 혼재시킴으로써, AF(Auto Focus) 기능을 실현하는 고체 촬상 장치가 있다. 이와 같은 고체 촬상 장치에서는, 한 쌍의 위상차 검출 화소 각각의 광전 변환부의 서로 다른 반분의 영역을 차광하고, 각각의 출력의 차분을 이용함으로써, 위상차 검출 방식의 AF 기능(이하, 위상차 AF 기능이라고 한다)이 실현된다.
또한, 각 화소에, 광전 변환부에서 전송된 전하를 유지하는 전하 유지부를 구비함으로써, 글로벌 셔터 기능을 실현하는 고체 촬상 장치가 있다. 이와 같은 고체 촬상 장치에서는, 전 화소에서의 전하의 전송과 유지를 동시에 행하고, 전 화소에서 노광 기간을 일치시킴으로써, 글로벌 셔터 기능이 실현된다.
또한 근래, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능의 양방을 구비하는 고체 촬상 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2 참조).
일본 특개2007-243744호 공보 일본 특개2012-151774호 공보
특허 문헌 1의 기술에서는, 하나의 위상차 검출 화소 내에, 광전 변환부와 전하 유지부를 2조(組) 구비하도록 하고 있기 때문에, 광전 변환부의 수광면적이 작게 되어 버려, 위상차 검출 화소의 감도가 저하되고, 결과로서, 위상차 검출의 정밀도가 저하되어 버린다.
또한, 특허 문헌 2의 기술에서는, 촬상 화소와 위상차 검출 화소의 2화소를 세트로 형성하도록 하고 있기 때문에, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수가 반감하여, 출력되는 화상의 해상도가 저하되어 버린다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치에서, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 한 측면의 고체 촬상 장치는, 온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와, 상기 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고, 상기 촬상 화소는, 상기 전하 축적부가 차광되어 형성되고, 상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성된다.
상기 구동 제어부에는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부에 축적된 전하를 판독시켜, 상기 촬상 화상을 생성할 때, 적어도 상기 촬상 화소에서의 전하의 축적을 동시에 행하게 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부에 개구부를 마련한 차광막을 마련하고, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 각각에서, 상기 개구부에는, 상기 온 칩 렌즈의 광축에 대해, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소가 배열되는 제1의 방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되도록 할 수 있다.
상기 전하 축적부는, 상기 광전 변환부로부터의 전하를 유지하는 전하 유지부로서 형성되도록 할 수 있다.
상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 상기 제1의 방향으로 나열하여 형성되고, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 전하 유지부에 상기 개구부가 마련되도록 할 수 있다.
상기 구동 제어부에는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부에 축적된 전하를 판독함과 함께, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 판독시킬 수 있다.
상기 구동 제어부에는, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부의 감도와 축적 시간과의 곱과, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 전하 유지부의 감도와 축적 시간과의 곱이 동등하게 되도록, 일방 및 타방의 상기 위상차 검출 화소의 구동을 제어시킬 수 있다.
상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 상기 제1의 방향으로 나열하여 형성되고, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부의 상기 제1의 방향의 개략 반분에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부의 상기 제1의 방향의 다른 개략 반분에 상기 개구부가 마련되도록 할 수 있다.
한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 각각에서, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 경계선에 대해 경면(鏡面) 대칭이 되는 위치에 형성되고, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 각각에서, 상기 개구부는, 상기 광전 변환부에 마련되도록 할 수 있다.
상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 상기 제1의 방향에 수직한 제2의 방향으로 나열하여 형성되고, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부의 상기 제1의 방향의 개략 반분에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부의 상기 제1의 방향의 다른 개략 반분에 상기 개구부가 마련되도록 할 수 있다.
상기 구동 제어부에는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 합쳐서 판독함과 함께, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 합쳐서 판독시킬 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에서, 상기 전하 축적부는, 다른 광전 변환부로서, 상기 광전 변환부와 상기 제1의 방향으로 나열하여 형성되고, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 다른 광전 변환부에 상기 개구부가 마련되도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에서, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부는, 상기 온 칩 렌즈의 광축에 대해, 소정의 방향으로 대칭이 되는 위치에 형성되고, 상기 구동 제어부에는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부에 축적된 전하와, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 별개로 판독시킬 수 있다.
상기 전하 축적부는, 상기 광전 변환부로부터의 전하를 유지하는 전하 유지부로서 형성되도록 할 수 있다.
상기 위상차 검출 화소에는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 일부에 개구부를 마련한 차광막을 마련하고, 상기 개구부는, 상기 온 칩 렌즈의 광축에 대해, 상기 소정의 방향으로 대칭이 되는 위치에 마련되도록 할 수 있다.
상기 전하 축적부는, 상기 광전 변환부로부터의 전하를 유지하는 전하 유지부로서 형성되고, 상기 위상차 검출 화소에는, 상기 전하 유지부의 상층에, 상기 광전 변환부로부터 상기 전하 유지부에 전하를 전송하는 전송 전극을 마련하고, 상기 전송 전극은, 투명 도전막에 의해 형성되도록 할 수 있다.
상기 촬상 화소 및 상기 위상 검출 화소의 적어도 일방은, 구성 요소를 복수의 화소에서 공유하도록 할 수 있다.
복수의 화소에서 공유되는 상기 구성 요소는, 부유 확산 영역, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터 중의 적어도 하나를 포함하도록 할 수 있다.
본 기술의 한 측면의 고체 촬상 장치의 구동 방법은, 온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와, 상기 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고, 상기 촬상 화소는, 상기 전하 축적부가 차광되어 형성되고, 상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성되는 고체 촬상 장치가, 상기 위상차 검출을 행할 때, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부에 축적된 전하를 판독하고, 상기 촬상 화상을 생성할 때, 적어도 상기 촬상 화소에서의 전하의 축적을 동시에 행하는 스텝을 포함한다.
본 기술의 한 측면의 전자 기기는, 온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와, 상기 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고, 상기 촬상 화소는, 상기 전하 축적부가 차광되어 형성되고, 상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성되는 고체 촬상 장치를 구비한다.
본 기술의 한 측면에서는, 온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되고, 촬상 화소는, 전하 축적부가 차광되어 형성되고, 위상차 검출 화소는, 광전 변환부 및 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성된다.
본 기술의 한 측면에 의하면, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치에서, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 기술을 적용한 이미지 센서를 구비하는 전자 기기의 한 실시의 형태를 도시하는 블록도.
도 2은 이미지 센서의 구성례를 도시하는 블록도.
도 3은 이미지 센서의 화소 배치의 예에 관해 설명하는 도면.
도 4은 전자 기기에 의한 촬상 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 5은 촬상 화소의 구성례를 도시하는 상면도.
도 6은 도 5에 도시된 촬상 화소의 단면도.
도 7은 위상차 검출 화소의 구성례를 도시하는 상면도.
도 8은 도 7에 도시된 위상차 검출 화소의 단면도.
도 9은 촬상 화소의 동작에 관해 설명하는 도면.
도 10은 위상차 검출 화소의 동작에 관해 설명하는 도면.
도 11은 위상차 검출 화소의 동작에 관해 설명하는 도면.
도 12은 위상차 검출 화소의 다른 구성례(변형례 1)를 도시하는 상면도.
도 13은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 2)를 도시하는 상면도.
도 14은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 3)를 도시하는 상면도.
도 15은 위상차 검출 화소의 동작에 관해 설명하는 도면.
도 16은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 4)를 도시하는 상면도.
도 17은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 5)를 도시하는 상면도.
도 18은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 5)를 도시하는 상면도.
도 19은 이미지 센서의 화소 배치의 다른 예(변형례 6)에 관해 설명하는 도면.
도 20은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 6)를 도시하는 상면도.
도 21은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 6의 변화)를 도시하는 상면도.
도 22은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 7)를 도시하는 단면도.
도 23은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 8)를 도시하는 상면도.
도 24은 도 23에 도시된 위상차 검출 화소의 단면도.
도 25은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 9)를 도시하는 상면도.
도 26은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 10)를 도시하는 상면도.
도 27은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 11)를 도시하는 상면도.
도 28은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 12)를 도시하는 상면도.
도 29은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 13)를 도시하는 상면도.
도 30은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 14)를 도시하는 상면도.
도 31은 위상차 검출 화소의 또 다른 구성례(변형례 15)를 도시하는 상면도.
이하, 본 기술의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
[전자 기기의 기능 구성례]
도 1은, 본 기술을 적용한 이미지 센서를 구비하는 전자 기기의 한 실시의 형태를 도시하는 블록도이다.
도 1의 전자 기기(1)는, 디지털 카메라나 촬상 기능을 갖는 휴대 단말 등으로서 구성되고, AF(Auto Focus) 기능에 의해, 피사체를 촬상하여 촬상 화상을 생성하고, 정지화상 또는 동화상으로서 기록한다. 이하에서는, 주로 정지화상이 기록되는 것으로 한다.
전자 기기(1)는, 렌즈부(11), 조작부(12), 제어부(13), 이미지 센서(14), 신호 처리부(15), 기억부(16), 표시부(17), 위상차 검출부(18), 및 구동부(19)로 구성된다.
렌즈부(11)는, 피사체로부터의 광(피사체광)을 집광한다. 렌즈부(11)에 의해 집광된 피사체광은, 이미지 센서(14)에 입사된다.
렌즈부(11)는, 줌렌즈(21), 조리개(22), 포커스 렌즈(23)를 구비하고 있다.
줌렌즈(21)는, 구동부(19)의 구동에 의해 광축 방향으로 이동함에 의해 초점 거리를 변동시켜, 촬상 화상에 포함되는 피사체의 배율을 조정한다. 조리개(22)는, 구동부(19)의 구동에 의해 개구의 정도를 변화시켜, 이미지 센서(14)에 입사한 피사체광의 광량을 조정한다. 포커스 렌즈(23)는, 구동부(19)의 구동에 의해 광축 방향으로 이동함에 의해 포커스를 조정한다.
조작부(12)는, 유저로부터의 조작을 접수한다. 조작부(12)는, 예를 들면, 셔터 버튼(도시 생략)이 압하된 경우, 그 취지의 조작 신호를 제어부(13)에 공급한다.
제어부(13)는, 전자 기기(1)의 각 부분의 동작을 제어한다.
예를 들면, 제어부(13)는, 셔터 버튼이 압하된 취지의 조작 신호를 접수한 경우, 정지화상의 기록의 지시를, 신호 처리부(15)에 공급한다. 또한, 제어부(13)는, 표시부(17)에, 피사체의 리얼 타임의 화상인 라이브 뷰 화상을 표시하는 경우, 라이브 뷰 화상의 생성의 지시를, 신호 처리부(15)에 공급한다.
또한, 제어부(13)는, 위상차 검출 방식에 의해 포커스의 합초(合焦) 판정을 행하는 경우, 합초 판정을 행하는 동작(위상차 검출 동작)의 지시를, 신호 처리부(15)에 공급한다. 위상차 검출 방식이란, 촬상 렌즈를 통과한 광을 동분할(瞳分割)하여 한 쌍의 상을 형성하고, 형성되는 상의 간격(상의 사이의 어긋남량)를 계측(위상차를 검출)함에 의해 합초의 정도를 검출하는 초점 검출 방법이다.
이미지 센서(14)는, 수광한 피사체광을 전기 신호에 광전 변환하는 고체 촬상 장치이다.
예를 들면, 이미지 센서(14)는, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서나 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 등에 의해 실현된다. 이미지 센서(14)의 화소 어레이부에는, 복수의 화소로서, 수광한 피사체광에 의거하여 촬상 화상을 생성하기 위한 신호를 생성하는 화소(촬상 화소)와, 위상차 검출을 행하기 위한 신호를 생성하는 화소(위상차 검출 화소)가 배치된다. 이미지 센서(14)는, 광전 변환에 의해 발생한 전기 신호를 신호 처리부(15)에 공급한다.
신호 처리부(15)는, 이미지 센서(14)로부터 공급된 전기 신호에 대해 각종의 신호 처리를 시행한다.
예를 들면, 신호 처리부(15)는, 제어부(13)로부터 정지화상의 기록의 지시가 공급되고 있는 경우, 정지화상의 데이터(정지화상 데이터)를 생성하고, 흑레벨 보정, 결함 보정, 셰이딩 보정, 혼색 보정 등을 행하여, 기억부(16)에 공급한다. 또한, 신호 처리부(15)는, 제어부(13)로부터 라이브 뷰 화상의 생성의 지시가 공급되고 있는 경우, 이미지 센서(14)에서의 촬상 화소로부터의 출력 신호에 의거하여, 라이브 뷰 화상의 데이터(라이브 뷰 화상 데이터)를 생성하고, 흑레벨 보정, 결함 보정, 셰이딩 보정, 혼색 보정 등을 행하여, 표시부(17)에 공급한다.
또한, 신호 처리부(15)는, 제어부(13)로부터 위상차 검출 동작의 지시가 공급되고 있는 경우, 이미지 센서(14)에서의 위상차 검출 화소로부터의 출력 신호에 의거하여, 위상차를 검출하기 위한 데이터(위상차 검출용 데이터)를 생성하여, 위상차 검출부(18)에 공급한다.
기억부(16)는, 신호 처리부(15)로부터 공급된 화상 데이터를 기록한다. 기억부(16)는, 예를 들면, DVD(Digital Versatile Disc) 등의 디스크나 메모리 카드 등의 반도체 메모리 등, 하나 또는 복수의 리무버블한 기록 매체로서 구성된다. 이들의 기록 매체는, 전자 기기(1)에 내장되도록 하여도 좋고, 전자 기기(1)로부터 착탈 가능하게 하도록 하여도 좋다.
표시부(17)는, 신호 처리부(15)로부터 공급된 화상 데이터에 의거하여, 화상을 표시한다. 예를 들면, 표시부(17)는, 신호 처리부(15)로부터 라이브 뷰 화상 데이터가 공급된 경우, 라이브 뷰 화상을 표시한다. 표시부(17)는, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display)나 유기 EL(Electro-Luminescence) 디스플레이 등에 의해 실현된다.
위상차 검출부(18)는, 신호 처리부(15)로부터 공급된 위상차 검출용 데이터에 의거하여, 포커스의 어긋남의 양(디포커스량)를 산출함으로써, 포커스를 맞추는 대상의 물체(합초 대상물)에 대해 포커스가 맞아 있는지의 여부를 판정한다. 위상차 검출부(18)는, 포커스 에어리어에서의 물체에 포커스가 맞아 있는 경우, 합초하고 있음을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서, 구동부(19)에 공급한다. 또한, 위상차 검출부(18)는, 합초 대상물에 포커스가 맞지 않은 경우, 산출한 디포커스량을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서, 구동부(19)에 공급한다.
구동부(19)는, 줌렌즈(21), 조리개(22), 및 포커스 렌즈(23)를 구동시킨다. 예를 들면, 구동부(19)는, 위상차 검출부(18)로부터 공급된 합초 판정 결과에 의거하여, 포커스 렌즈(23)의 구동량을 산출하고, 그 산출한 구동량에 응하여 포커스 렌즈(23)를 이동시킨다.
구체적으로는, 구동부(19)는, 포커스가 맞아 있는 경우에는, 포커스 렌즈(23)의 현재의 위치를 유지시킨다. 또한, 구동부(19)는, 포커스가 맞지 않은 경우에는, 디포커스량을 나타내는 합초 판정 결과 및 포커스 렌즈(23)의 위치에 의거하여 구동량(이동 거리)를 산출하고, 그 구동량에 응하여 포커스 렌즈(23)를 이동시킨다.
[이미지 센서의 구성례]
도 2는, 이미지 센서(14)의 구성례를 도시하는 블록도이다.
이미지 센서(14)는, 화소 어레이부(111), 수직 구동부(112), 칼럼 처리부(113), 수평 구동부(114), 및 시스템 제어부(115)로 구성된다. 화소 어레이부(111), 수직 구동부(112), 칼럼 처리부(113), 수평 구동부(114), 및 시스템 제어부(115)는, 도시하지 않은 반도체 기판(칩)상에 형성되어 있다.
화소 어레이부(111)에는, 상술한 촬상 화소 및 위상차 검출 화소가 행렬형상으로 2차원 배치되어 있다. 또한, 이하에서는, 촬상 화소 및 위상차 검출 화소를, 단지 「화소」라고도 한다.
화소 어레이부(111)에는 또한, 행렬형상의 화소 배열에 대해 행마다 화소 구동선(116)이 도면의 좌우 방향(화소행의 화소의 배열 방향)에 따라 형성되고, 열마다 수직 신호선(117)이 도면의 상하 방향(화소열의 화소의 배열 방향)에 따라 형성되어 있다. 화소 구동선(116)의 일단은, 수직 구동부(112)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
수직 구동부(112)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(111)의 각 화소를, 구동 신호에 의해, 전 화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동하는 화소 구동부이다. 수직 구동부(112)는, 그 구체적인 구성에 관해서는 도시를 생략하지만, 판독 주사계와 소출(掃出) 주사계의 2개의 주사계를 갖는 구성으로 되어 있다.
판독 주사계는, 화소로부터 신호를 판독하기 위해, 화소 어레이부(111)의 화소를 행 단위로 차례로 선택 주사한다. 행 구동(롤링 셔터 동작)의 경우, 소출에 대해서는, 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행하여지는 판독 행에 대해, 그 판독 주사보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 소출 주사가 행하여진다. 또한, 글로벌 노광(글로벌 셔터 동작)의 경우는, 일괄 전송보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 일괄 소출이 행하여진다.
이 소출에 의해, 판독 행의 화소의 광전 변환 소자로부터 불필요한 전하가 소출된다(리셋된다). 그리고, 불필요 전하의 소출(리셋)에 의해, 이른바 전자 셔터 동작이 행하여진다. 여기서, 전자 셔터 동작이란, 광전 변환 소자의 전하를 버리고, 새롭게 노광을 시작하는(전하의 축적을 시작하는) 동작인 것을 말한다.
판독 주사계에 의한 판독 동작에 의해 판독된 신호는, 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 입사한 광량에 대응하는 것이다. 행 구동의 경우는, 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 소출 타이밍으로부터, 급회의 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이, 화소에서의 전하의 축적 시간(노광 기간)이 된다. 글로벌 노광의 경우는, 일괄 소출부터 일괄 전송까지의 기간이 축적 시간(노광 기간)이 된다.
수직 구동부(112)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 화소로부터 출력되는 화소 신호는, 수직 신호선(117)의 각각을 통하여 칼럼 처리부(113)에 공급된다. 칼럼 처리부(113)는, 화소 어레이부(111)의 화소열마다, 선택행의 각 화소로부터 수직 신호선(117)을 통하여 출력되는 화소 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행함과 함께, 신호 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 유지하거나, 신호 처리부(15)(도 1)에 공급한다.
구체적으로는, 칼럼 처리부(113)는, 신호 처리로서 적어도, 노이즈 제거 처리, 예를 들면 CDS(Correlated Double Sampling ; 상관 이중 샘플링) 처리를 행한다. 이 칼럼 처리부(113)에 의한 CDS 처리에 의해, 리셋 노이즈나 증폭 트랜지스터의 임계치 편차 등의 화소 고유의 고정 패턴 노이즈가 제거된다. 칼럼 처리부(113)에 노이즈 제거 처리 이외에, 예를 들면, A/D(Analog/Digital) 변환 기능을 갖게 하여, 신호 레벨을 디지털 신호로 출력하는 것도 가능하다.
수평 구동부(114)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(113)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 순번대로 선택한다. 이 수평 구동부(114)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(113)에서 신호 처리된 화소 신호가 순번대로 신호 처리부(118)에 출력된다.
시스템 제어부(115)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성되고, 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 수직 구동부(112), 칼럼 처리부(113) 및 수평 구동부(114) 등의 구동 제어를 행한다.
[화소 어레이부의 화소 배치]
다음에, 도 3을 참조하여, 화소 어레이부(111)의 화소 배치에 관해 설명한다.
도 3에서는, 왼쪽부터 오른쪽으로 향하는 방향(행방향)을 X방향, 아래로부터 위로 향하는 방향(열방향)을 Y방향, 속(奧)으로부터 앞을 향하는 방향을 Z방향이라고 한다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 화소 어레이부(111)에는, 복수의 촬상 화소(121)가, XY 평면상에 행렬형상으로 2차원 배치되어 있다. 촬상 화소(121)는, R화소, G화소, 및 B화소로 이루어지고, 이들은, 베이어 배열에 따라 규칙적으로 배치되어 있다.
또한, 화소 어레이부(111)에는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소(121)의 중에, 복수의 위상차 검출 화소(122)가 배치되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122)는, 그 수광 영역의 X방향 우측이 차광된 A화소와, 수광 영역의 X방향 좌측이 차광된 B화소로 이루어지고, 이들의 화소가, 화소 어레이부(111)에서의 화소행 중의 소정의 1행에서, 촬상 화소(121)의 일부를 치환함으로써, 특정한 패턴으로 규칙적으로(도 3의 경우, A화소와 B화소가 교대로)배치되어 있다.
또한, 도 3에 도시된, 화소 어레이부(111)에서의 촬상 화소(121) 및 위상차 검출 화소(122)의 배치는, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 다른 패턴으로 배치되도록 하여도 좋다. 예를 들면, 화소 어레이부(111)의 2행분의 폭으로 A화소와 B화소를 배치하여도 좋다. 또한, 위상차 검출 화소(122)를, 그 수광 영역의 Y방향 상측이 차광된 A화소와, 수광 영역의 Y방향 하측이 차광된 B화소에 의해 구성하고, 그들을 Y방향(열방향)으로 배치하여도 좋다.
[전자 기기의 촬상 처리에 관해]
여기서, 도 4의 플로 차트를 참조하여, 전자 기기(1)에 의한 촬상 처리에 관해 설명한다.
도 4의 촬상 처리는, 전자 기기(1)의 전원이 온 되면 시작된다. 이때, 표시부(17)에는, 라이브 뷰 화상이나 도시하지 않은 측광부에 의해 측광된 휘도 정보 등이 표시된다.
스텝 S11에서, 신호 처리부(15)는, 이미지 센서(14)로부터 위상차 검출 화소(122)의 화소 데이터(출력 신호)를 판독한다. 이때, 위상차 검출 화소(122)의 A화소의 화소 데이터와 B화소의 화소 데이터의 각각이, 동시에 판독되어도 좋고, 다른 타이밍에서 판독되어도 좋다. 신호 처리부(15)는, 판독한 출력 신호에 의거하여, 위상차 검출용 데이터를 생성하고, 위상차 검출부(18)에 공급한다.
스텝 S12에서, 위상차 검출부(18)는, 신호 처리부(15)로부터 공급된 위상차 검출용 데이터에 의거하여, 디포커스량을 산출한다.
스텝 S13에서, 위상차 검출부(18)는, 산출한 디포커스량의 절대치가, 소정의 값보다 작은지의 여부를 판정함에 의해, 합초 대상물에 대해 포커스가 맞아 있는지의 여부를 판정한다.
스텝 S13에서, 포커스가 맞지 않았다고 판정된 경우, 위상차 검출부(18)는, 산출한 디포커스량을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서, 구동부(19)에 공급하고, 처리는 스텝 S14로 진행한다.
스텝 S14에서, 구동부(19)는, 디포커스량을 나타내는 합초 판정 결과, 및, 현재의 포커스 렌즈(23)의 위치에 의거하여 구동량(이동 거리)를 산출하고, 그 구동량에 응하여 포커스 렌즈(23)를 이동시킨다. 그 후, 처리는 스텝 S11로 되돌아와, 그 이후의 처리가 반복된다.
한편, 스텝 S13에서, 포커스가 맞아 있다고 판정된 경우, 위상차 검출부(18)는, 합초하고 있음을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서, 구동부(19)에 공급하고, 처리는 스텝 S15로 진행한다. 이때, 구동부(19)는, 포커스 렌즈(23)의 현재의 위치를 유지시킨다.
스텝 S15에서, 조작부(12)는, 셔터 버튼이 조작되었는지의 여부를 판정한다. 스텝 S15에서, 셔터 버튼이 조작되지 않았다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S11로 되돌아와, 그 이후의 처리가 반복된다.
한편, 스텝 S15에서, 셔터 버튼이 조작되었다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S16으로 진행하고, 신호 처리부(15)는, 이미지 센서(14)로부터 전 화소의 화소 데이터(출력 신호)를 판독한다. 이때, 적어도 촬상 화소(121)의 화소 데이터는, 전하의 축적과 유지가 동시에 행하여진 후, 행마다 판독된다. 그리고, 신호 처리부(15)는, 판독 출력 신호에 의거하여, 정지화상 데이터를 생성하고, 흑레벨 보정, 결함 보정, 셰이딩 보정, 혼색 보정 등을 행하고, 스텝 S17에서, 기억부(16)에 기억시킨다.
이상의 처리에 의하면, 글로벌 셔터 기능에 의해 동시성이 유지되고, 위상차 AF 기능에 의해 핀트가 안 맞아 흐려지는 일이 없는 화상을 얻을 수 있다.
이하에서는, 상술한 바와 같이 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능의 실현을 양립시키는 화소 어레이부(111)에서의 촬상 화소(121) 및 위상차 검출 화소(122)의 구성 및 동작에 관해 상세히 기술한다.
[촬상 화소의 구성례]
우선, 도 5 및 도 6을 참조하여, 촬상 화소(121)의 구성례에 관해 설명한다. 도 5는, 촬상 화소(121)의 상면도를 도시하고 있고, 도 6은, 도 5 우측의 파선(a-a')으로의 촬상 화소(121)의 단면도를 도시하고 있다.
도 5 좌측에 도시되는 바와 같이, 촬상 화소(121)는, 포토 다이오드(PD)(201), 메모리부(MEM)(202), 제1 전송 게이트(203), 부유 확산 영역(FD)(204), 제2 전송 게이트(205), 리셋 트랜지스터(206), 증폭 트랜지스터(207), 선택 트랜지스터(208), 및 전하 배출부(209)를 구비하고 있다.
포토 다이오드(201)는, 예를 들면, N형 기판에 형성되는 P형 웰층에 대해, P형층을 기판 표면측에 형성하여 N형 매입층을 매입함에 의해 형성된다.
메모리부(202)는, 본 기술에서의 전하 축적부로서 형성되고, 전하를 유지하는 전하 유지부로서 기능한다. 포토 다이오드(201)와 메모리부(202)는, X방향(행방향)으로 나열하여 형성된다.
제1 전송 게이트(203)는, 폴리실리콘으로 이루어지는 게이트 전극과 절연막을 포함하도록 구성된다. 제1 전송 게이트(203)는, 절연막을 통하여, 포토 다이오드(201)와 메모리부(202)와의 사이, 및 메모리부(202)의 상부를 덮도록 형성되고, 도시하지 않은 콘택트를 통하여 게이트 전극에 구동 신호(TRX)가 인가됨에 의해, 포토 다이오드(201)에 축적되어 있는 전하를, 메모리부(202)에 전송한다.
제2 전송 게이트(205)는, 폴리실리콘으로 이루어지는 게이트 전극과 절연막을 포함하도록 구성된다. 제2 전송 게이트(205)는, 절연막을 통하여, 메모리부(202)와 부유 확산 영역(204)과의 사이를 덮도록 형성되고, 도시하지 않은 콘택트를 통하여 게이트 전극에 구동 신호(TRG)가 인가됨에 의해, 메모리부(202)에 축적되어 있는 전하를, 부유 확산 영역(204)에 전송한다.
리셋 트랜지스터(206)는, 도시하지 않은 전원과 부유 확산 영역(204)과의 사이에 접속되어 있고, 게이트 전극에 구동 신호(RST)가 인가됨에 의해 부유 확산 영역(204)을 리셋한다.
증폭 트랜지스터(207)는, 드레인 전극이 도시하지 않은 전원에 접속되고, 게이트 전극이 부유 확산 영역(204)에 접속되어 있고, 부유 확산 영역(204)의 전압을 판독한다.
선택 트랜지스터(208)는, 예를 들면, 드레인 전극이 증폭 트랜지스터(207)의 소스 전극에, 소스 전극이 수직 신호선(116)(도 2)에 각각 접속되어 있고, 게이트 전극에 구동 신호(SEL)가 인가됨으로써, 화소 신호를 판독하여야 할 화소를 선택한다.
전하 배출부(209)는, 노광 시작시에 게이트 전극에 구동 신호(OFG)가 인가됨으로써, 포토 다이오드(201)에 축적된 전하를 N형층의 드레인에 배출한다.
또한, 도 5 우측에 도시되는 바와 같이, 촬상 화소(121)는, 예를 들면 텅스텐(W)으로 이루어지는 차광막(210)를 구비한다. 차광막(210)은, 메모리부(202)를 차광하도록 형성되어 있고, 차광막(210)에는, 포토 다이오드(201)에 광(피사체광)을 수광시키기 위한 개구부(211)와, 제2 전송 게이트(205)내지 전하 배출부(209)의 게이트 전극과 배선(214)(도 6)을 콘택트로 접속하기 위한 개구부(212)가 마련되어 있다.
또한, 촬상 화소(121)는, 가장 상층에, 온 칩 렌즈(213)를 구비하고 있다. 온 칩 렌즈(213)는, 그 광축이, 개구부(211)(포토 다이오드(201)의 수광 영역)의 중심과 일치하도록 형성되어 있다.
또한, 도 6에 도시되는 바와 같이, 촬상 화소(121)에서의 온 칩 렌즈(213)의 하층에는, R화소, G화소, 및 B화소에 응한 분광 특성을 갖는 컬러 필터(215)가 형성되어 있다.
[위상차 검출 화소의 구성례]
다음에, 도 7 및 도 8을 참조하여, 위상차 검출 화소(122)의 구성례에 관해 설명한다. 도 7은, 위상차 검출 화소(122) 중의, 우측 차광된 위상차 검출 화소(122A)(A화소), 및 좌측 차광된 위상차 검출 화소(122B)(B화소) 각각의 상면도를 도시하고 있고, 도 8은, 도 7의 파선(a-a', b-b')에서의 위상차 검출 화소(122A, B) 각각의 단면도를 도시하고 있다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)와, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하는 촬상 화소(121)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
위상차 검출 화소(122A)에서, 차광막(210)은, 메모리부(202)를 차광하도록 형성되어 있고, 포토 다이오드(201)에 광을 수광시키기 위한 개구부(221A)가 마련되어 있다. 한편, 위상차 검출 화소(122B)에서, 차광막(210)은, 포토 다이오드(201)를 차광하도록 형성되어 있고, 메모리부(202)에 광을 수광시키기 위한 개구부(221B)가 마련되어 있다.
또한, 개구부(221A)와 개구부(221B)는, 그 형상이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 각각 동일한 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축과 위상차 검출 화소(122A)에서의 개구부(221A)의 우측(메모리부(202)측)의 변과의 거리가, 그 광축과 위상차 검출 화소(122B)에서의 개구부(221B)의 좌측(포토 다이오드(201)측)의 변과의 거리와 동등하게 되는 위치에 형성되어 있다.
즉, 한 쌍의 위상차 검출 화소(122)(122A, 122B)에서, 차광막(210)의 개구부(221A, 221B)는, 온 칩 렌즈(222)의 광축에 대해, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다.
또한, 위상차 검출 화소(122)에서의 온 칩 렌즈(222)의 위치는, 촬상 화소(121)에서의 온 칩 렌즈(213)의 위치와는 다르지만, 위상차 검출 화소(122)에서의 온 칩 렌즈(222)의 크기는, 촬상 화소(121)에서의 온 칩 렌즈(213)의 크기와 동일한 것이 바람직하다.
또한, 도 8에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(122)에서의 온 칩 렌즈(222)의 하층에는, 컬러 필터는 형성되지 않는다.
이상의 구조에 의하면, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
다음에, 촬상 화소(121) 및 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작에 관해 설명한다.
[촬상 화소의 동작에 관해]
우선, 도 9를 참조하여, 촬상 화소(121)의 동작에 관해 설명한다. 도 9를 참조하여 설명하는 촬상 화소(121)의 동작(구동)는, 촬상 화상이 생성될 때에 행하여진다.
도 9 상단에는, 촬상 화소(121)의 선택 트랜지스터(208), 리셋 트랜지스터(206), 제1 전송 게이트(203), 제2 전송 게이트(205), 및 전하 배출부(209) 각각에 인가되는 구동 신호를 나타내는 타이밍 차트가 도시되어 있다.
또한, 도 9 하단에는, 도 9 상단의 타이밍 차트에서의 시각(t1 내지 t4)에서의 촬상 화소(121)의 포텐셜도가 도시되어 있다.
시각(t1)에서는, 모든 촬상 화소(121)에서, 입사광량에 응한 전하가 포토 다이오드(PD)(201)에 축적된다.
그 후, 모든 구동 신호가 오프 된 상태에서, 구동 신호(RST)가 온 되고, 구동 신호(TRG)가 온 된 후, 시각(t2)에서, 구동 신호(TRX)가 온 되면, 포토 다이오드(201)에 축적된 전하가, 메모리부(MEM)(202)에 전송된다.
그 후, 구동 신호(TRX)가 오프 됨으로써, 메모리부(202)에 전하가 유지된 상태가 된다. 그리고, 구동 신호(RST)가 오프 됨과 함께, 구동 신호(OFG)가 온 된다. 도 9 상단의 타이밍 차트에 도시되는 바와 같이, 구동 신호(OFG)가 오프 되어 있는 기간이, 촬상 화소(121)에서의 축적 시간(T)이 된다.
시각(t3)에서, 구동 신호(SEL, RST)가 온 되면, 포토 다이오드(201)에 전하가 축적되지 않는 상태가 된다.
시각(t4)에서, 구동 신호(TRG)가 온 되면, 메모리부(202)에 유지되어 있던 전하가, 부유 확산 영역(FD)(204)에 전송된다.
이상의 동작에 의하면, 촬상 화상을 생성할 때에, 모든 촬상 화소(121)에서의 전하의 축적을 동시에 행할 수 있기 때문에, 글로벌 셔터 기능을 실현하는 것이 가능해진다.
[위상차 검출 화소(A화소)의 동작에 관해]
다음에, 도 10을 참조하여, 위상차 검출 화소(122A)(A화소)의 동작에 관해 설명한다. 도 10을 참조하여 설명하는 위상차 검출 화소(122A)의 동작(구동)은, 촬상 화상이 생성될 때에 행하여지는 외에, 위상차 검출할 때에 행하여진다.
도 10 상단에는, 위상차 검출 화소(122A)의 선택 트랜지스터(208), 리셋 트랜지스터(206), 제1 전송 게이트(203), 제2 전송 게이트(205), 및 전하 배출부(209) 각각에 인가되는 구동 신호를 나타내는 타이밍 차트가 도시되어 있다.
또한, 도 10 하단에는, 도 10 상단의 타이밍 차트에서의 시각(t11 내지 t14)에서의 위상차 검출 화소(122A)의 포텐셜도가 도시되어 있다.
또한, 도 10에 도시되는 위상차 검출 화소(122A)의 동작은, 도 9를 참조하여 설명한 촬상 화소(121)의 동작과 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
단, 도 10 상단의 타이밍 차트에 도시되는, 위상차 검출 화소(122A)에서의 축적 시간(Ta)은, 도 9 상단의 타이밍 차트에 도시되는, 촬상 화소(121)에서의 축적 시간(T)과 동일하여도 좋고, 달라도 좋다.
[위상차 검출 화소(B화소)의 동작에 관해]
다음에, 도 11을 참조하여, 위상차 검출 화소(122B)(B화소)의 동작에 관해 설명한다. 도 11을 참조하여 설명하는 위상차 검출 화소(122B)의 동작(구동)도 또한, 촬상 화상이 생성될 때에 행하여지는 외에, 위상차 검출할 때에 행하여진다.
도 11 상단에는, 위상차 검출 화소(122B)의 선택 트랜지스터(208), 리셋 트랜지스터(206), 제1 전송 게이트(203), 제2 전송 게이트(205), 및 전하 배출부(209) 각각에 인가되는 구동 신호를 나타내는 타이밍 차트가 도시되어 있다.
또한, 도 11 하단에는, 도 11 상단의 타이밍 차트에서의 시각(t21 내지 t24)에서의 위상차 검출 화소(122B)의 포텐셜도가 도시되어 있다.
구동 신호(OFG)가 항상 온 된 상태에서, 시각(t21)에서, 입사광량에 응한 전하가 메모리부(MEM)(202)에 축적된다. 구동 신호(OFG)가 항상 온 됨으로써, 포토 다이오드(PD)(201)에는 전하가 축적되지 않게 된다.
그 후, 구동 신호(RST)가 온 되고, 구동 신호(TRG)가 온 되면, 메모리부(202)에 축적된 전하가 리셋된다.
시각(t22)에서는, 리셋된 후로부터의 입사광량에 응한 전하가 메모리부(202)에 축적된다.
구동 신호(RST)가 오프 된 후, 시각(23)에서, 구동 신호(SEL, RST)가 온 되면, 부유 확산 영역(FD)(204)이 리셋된다.
시각(t24)에서, 구동 신호(TRG)가 온 되면, 메모리부(202)에 유지되어 있던 전하가, 부유 확산 영역(204)에 전송된다. 도 11 상단의 타이밍 차트에 도시되는 바와 같이, 메모리부(202)를 리셋하기 위해 구동 신호(TRG)가 온 된 후에, 시각(t24)에서 구동 신호(TRG)가 온 될 때까지의 기간이, 위상차 검출 화소(122B)에서의 축적 시간(Tb)이 된다.
또한, 도 10에서 시각(t11 내지 t14)과, 도 11에서 시각(t21 내지 t24)은, 각각 동일 시각으로 할 수 있다.
이상의 동작에 의하면, 위상차 검출을 행할 때, 위상차 검출 화소(122A)의 판독과, 위상차 검출 화소(122B)의 판독을 동시에 행할 수 있기 때문에, 위상차 검출 화소(122A)와 위상차 검출 화소(122B)의 동시성을 유지하면서, 위상차 AF 기능을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 위상차 검출 화소(122A)에서의 축적 시간(Ta)과, 위상차 검출 화소(122B)에서의 축적 시간(Tb)은, 개별적으로 설정되도록 할 수 있고, 각각의 화소의 감도(출력)에 응하여, 최적화하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A)의 감도와 축적 시간(Ta)과의 곱이, 위상차 검출 화소(122B)의 감도와 축적 시간(Tb)과의 곱과 동등하게 되도록, 즉,
(위상차 검출 화소(122A)의 감도) × (축적 시간(Ta))
= (위상차 검출 화소(122B)의 감도) × (축적 시간(Tb))
을 충족시키도록, 각각의 축적 시간이 설정되도록 한다.
이에 의해, 위상차 검출에 사용되는 신호를, 한 쌍의 위상차 검출 화소 각각에서 균일하게 할 수 있고, 위상차 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있도록 된다.
이하에서는, 위상차 검출 화소의 변형례에 관해 설명한다.
<변형례 1>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 12는, 위상차 검출 화소(122)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
또한, 도 12에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)와, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
도 12에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(122A)에서는, 포토 다이오드(201)의 좌측의 개략 반분에 개구부(221A)가 마련되어 있다. 한편, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 포토 다이오드(201)의 우측의 개략 반분에 개구부(221B)가 마련되어 있다.
또한, 도 12에 도시되는 바와 같이, 개구부(221A, 221B)는, 그 Y방향의 길이가 가능한 한 길어지도록 형성되도록 한다. 구체적으로는, 개구부(221A, 221B)의 Y방향의 길이는, 촬상 화소(121)의 개구부(211)(도 5)의 Y방향의 길이보다도 긴 길이가 된다.
또한, 개구부(221A)와 개구부(221B)는, 그 형상이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 각각 동일한 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축과 위상차 검출 화소(122A)에서의 개구부(221A)의 우측(메모리부(202)측)의 변과의 거리가, 그 광축과 위상차 검출 화소(122B)에서의 개구부(221B)의 좌측(포토 다이오드(201)측)의 변과의 거리와 동등하게 되는 위치에 형성되어 있다.
즉, 한 쌍의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 차광막(210)의 개구부(221A, 221B)는, 온 칩 렌즈(222)의 광축에 대해, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다.
또한, 도 12의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축이, 각각의 포토 다이오드(201)의 수광 영역의 중심과 일치하도록 형성되어 있다. 즉, 도 12의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서의 온 칩 렌즈(222)의 위치는, 촬상 화소(121)에서의 온 칩 렌즈(213)의 위치와 동일하게 된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 12에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작은, 각각 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 2>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 13은, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있다.
또한, 도 13에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)와, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
도 13에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B) 각각에서는, 포토 다이오드(201)와 메모리부(202)가, X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A)에서는, 포토 다이오드(201)가 좌측에, 메모리부(202)가 우측에 형성되어 있음에 대해, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 메모리부(202)가 좌측에, 포토 다이오드(201)가 우측에 형성되어 있다.
도 13에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(122A)에서는, 그 좌측에 형성되어 있는 포토 다이오드(201)에 광을 수광시키기 위한 개구부(221A)가 마련되어 있다. 한편, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 그 우측에 형성되어 있는 포토 다이오드(201)에 광을 수광시키기 위한 개구부(221B)가 마련되어 있다.
또한, 개구부(221A)와 개구부(221B)는, 그 형상이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 각각 동일한 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축과 위상차 검출 화소(122A)에서의 개구부(221A)의 우측(메모리부(202)측)의 변과의 거리가, 그 광축과 위상차 검출 화소(122B)에서의 개구부(221B)의 좌측(메모리부(202)측)의 변과의 거리와 동등하게 되는 위치에 형성되어 있다.
즉, 한 쌍의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 차광막(210)의 개구부(221A, 221B)는, 온 칩 렌즈(222)의 광축에 대해, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 13에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작은, 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 3>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 14는, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있다.
또한, 도 14에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)와, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
도 14에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B) 각각에서는, 포토 다이오드(201)나 메모리부(202) 등이, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)를 좌(左)로 90도 회전시킨 상태가 되도록 형성되어 있다. 즉, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서는, 포토 다이오드(201)와 메모리부(202)는 Y방향으로 나열하여 형성되어 있다.
또한, 본 예에서는, 촬상 화소(121)에서도, 포토 다이오드(201)나 메모리부(202), 차광막(210)에서의 개구부(211)가, 도 5에 도시되는 촬상 화소(121)를 좌로 90도 회전시킨 상태가 되도록 형성되어 있다.
도 14에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(122A)에서는, 포토 다이오드(201) 및 메모리부(202) 각각의 좌측의 개략 반분에 개구부(221A)가 마련되어 있다. 한편, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 포토 다이오드(201) 및 메모리부(202) 각각의 우측의 개략 반분에 개구부(221B)가 마련되어 있다.
또한, 도 14에 도시되는 바와 같이, 개구부(221A, 221B)는, 그 Y방향의 길이가 가능한 한 길어지도록 형성되도록 한다.
또한, 개구부(221A)와 개구부(221B)는, 그 형상이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 각각 동일한 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축과 위상차 검출 화소(122A)에서의 개구부(221A)의 우측의 변과의 거리가, 그 광축과 위상차 검출 화소(122B)에서의 개구부(221B)의 좌측의 변과의 거리와 동등하게 되는 위치에 형성되어 있다.
즉, 한 쌍의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 차광막(210)의 개구부(221A, 221B)는, 온 칩 렌즈(222)의 광축에 대해, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다.
또한, 도 14의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축이, 각각의 포토 다이오드(201)의 수광 영역의 중심과 일치하도록 형성되어 있다. 즉, 도 14의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서의 온 칩 렌즈(222)의 위치는, 촬상 화소(121)에서의 온 칩 렌즈(213)의 위치와 동일하게 된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
여기서, 본 예에서의 촬상 화소(121) 및 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작에 관해 설명하는데, 촬상 화소(121)의 구동은, 도 9를 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 되기 때문에, 그 설명은 생략한다.
[위상차 검출 화소의 동작에 관해]
다음에, 도 15를 참조하여, 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작에 관해 설명한다. 본 예에서는, 위상차 검출 화소(122A, 122B) 함께 같은 동작을 한다.
도 15 상단에는, 위상차 검출 화소(122)(122A, 122B)의 선택 트랜지스터(208), 리셋 트랜지스터(206), 제1 전송 게이트(203), 제2 전송 게이트(205), 및 전하 배출부(209) 각각에 인가되는 구동 신호를 나타내는 타이밍 차트가 도시되어 있다.
또한, 도 15 하단에는, 도 15 상단의 타이밍 차트에서의 시각(t31 내지 t34)에서의 위상차 검출 화소(122)의 포텐셜도가 도시되어 있다.
시각(t31)에서는, 모든 위상차 검출 화소(122)에서, 입사광량에 응한 전하가 포토 다이오드(PD)(201) 및 메모리부(MEM)(202) 각각에 축적된다.
그 후, 모든 구동 신호가 오프 된 상태에서, 구동 신호(RST)가 온 된 후, 시각(t32)에서, 구동 신호(TRX)가 온 되면, 포토 다이오드(201)에 축적된 전하가, 메모리부(202)에 전송된다.
또한, 시각(t31) 내지 시각(t32)에서, 구동 신호(TRG)는 온 되지 않기 때문에, 메모리부(202)의 전하는 리셋되지 않고, 시각(t32)에서는, 포토 다이오드(201)에 축적된 전하와 메모리부(202)에 축적된 전하가 합산된다.
그 후, 구동 신호(TRX)가 오프 됨으로써, 메모리부(202)에 전하가 유지된 상태가 된다. 그리고, 구동 신호(RST)가 오프 됨과 함께, 구동 신호(OFG)가 온 된다. 도 15 상단의 타이밍 차트에 도시되는 바와 같이, 구동 신호(OFG)가 오프 되어 있는 기간이, 본 예의 위상차 검출 화소(122)에서의 축적 시간이 된다.
시각(t33)에서, 구동 신호(SEL, RST)가 온 되면, 포토 다이오드(201)에 전하가 축적되지 않은 상태가 된다.
시각(t34)에서, 구동 신호(TRG)가 온 되면, 메모리부(202)에 유지되어 있던 전하가, 부유 확산 영역(FD)(204)에 전송된다.
이와 같이 하여, 위상차 검출 화소(122A)에서는, 우측이 차광된 포토 다이오드(201) 및 메모리부(202)에 축적된 전하가 합쳐서 판독되고, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 좌측이 차광된 포토 다이오드(201) 및 메모리부(202)에 축적된 전하가 합쳐서 판독된다.
이상의 동작에 의해서도, 위상차 검출을 행할 때, 위상차 검출 화소(122A)의 판독과, 위상차 검출 화소(122B)의 판독을 동시에 행할 수 있기 때문에, 위상차 검출 화소(122A)와 위상차 검출 화소(122B)의 동시성을 유지하면서, 위상차 AF 기능을 실현하는 것이 가능해진다.
<변형례 4>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 16은, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있다.
또한, 도 16에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)와, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
도 16에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B) 각각에서는, 포토 다이오드(201)나 메모리부(202) 등이, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)를 좌로 90도 회전시킨 상태가 되도록 형성되어 있다. 즉, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서는, 포토 다이오드(201) 및 메모리부(202)는 Y방향으로 나열하여 형성되어 있다.
또한, 본 예에서는, 촬상 화소(121)에서도, 포토 다이오드(201)나 메모리부(202), 차광막(210)에서의 개구부(211)가, 도 5에 도시되는 촬상 화소(121)를 좌로 90도 회전시킨 상태가 되도록 형성되어 있다.
도 16에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(122A)에서는, 포토 다이오드(201)의 좌측의 개략 반분에 개구부(221A)가 마련되어 있다. 한편, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 포토 다이오드(201)의 우측의 개략 반분에 개구부(221B)가 마련되어 있다.
또한, 도 16에 도시되는 바와 같이, 개구부(221A, 221B)는, 그 X방향 및 Y방향의 길이가 가능한 한 길어지도록 형성되도록 한다. 구체적으로는, 개구부(221A, 221B)의 X방향의 길이는, 촬상 화소(121)의 개구부(211)의 X방향의 길이의 반보다도 긴 길이가 되고, 개구부(221A, 221B)의 Y방향의 길이는, 촬상 화소(121)의 개구부(211)의 Y방향의 길이보다도 긴 길이가 된다.
또한, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 각각 동일한 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축과 위상차 검출 화소(122A)에서의 개구부(221A)의 우측의 변과의 거리가, 그 광축과 위상차 검출 화소(122B)에서의 개구부(221B)의 좌측의 변과의 거리와 동등하게 되는 위치에 형성되어 있다.
즉, 한 쌍의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 차광막(210)의 개구부(221A, 221B)는, 온 칩 렌즈(222)의 광축에 대해, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다.
또한, 도 16의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축이, 각각의 포토 다이오드(201)의 수광 영역의 중심과 일치하도록 형성되어 있다. 즉, 도 16의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서의 온 칩 렌즈(222)의 위치는, 촬상 화소(121)에서의 온 칩 렌즈(213)의 위치와 동일하게 된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 16에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작은, 각각 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 5>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 17 및 도 18은, 위상차 검출 화소(122)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
또한, 도 17 및 도 18에 도시되는 위상차 검출 화소(122)(122A, 122B)와, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
도 17의 위상차 검출 화소(122)는, 도 7의 위상차 검출 화소(122A, 122B)와, 메모리부(202)에 대신하여, 포토 다이오드(231)를 마련한 점에서 다르다. 포토 다이오드(231)는, 본 기술에서의 전하 축적부로서 형성되고, 입사광량에 응한 전하를 축적하는 광전 변환부로서 기능한다. 도 17에 도시되는 바와 같이, 포토 다이오드(201)와 포토 다이오드(231)는, X방향(행방향)으로 나열하여 형성된다.
이와 같이, 본 예에서는, 위상차 검출 화소(122)는, 메모리부(202)를 구비하지 않기 때문에, 글로벌 셔터 동작을 행하지 않는다. 단, 촬상 화소(121)는, 도 5에 도시되는 구성을 가지며, 메모리부(202)를 구비하고 있기 때문에, 글로벌 셔터 동작을 행할 수가 있다.
도 18에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(122A)에서는, 좌측에 배치되어 있는 포토 다이오드(201)에 광을 수광시키기 위한 개구부(221A)가 마련되어 있다. 한편, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 우측에 배치되어 있는 포토 다이오드(231)에 광을 수광시키기 위한 개구부(221B)가 마련되어 있다.
또한, 개구부(221A)와 개구부(221B)는, 그 형상이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 각각 동일한 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축과 위상차 검출 화소(122A)에서의 개구부(221A)의 우측(포토 다이오드(231)측)의 변과의 거리가, 그 광축과 위상차 검출 화소(122B)에서의 개구부(221B)의 좌측(포토 다이오드(201)측)의 변과의 거리와 동등하게 되는 위치에 형성되어 있다.
즉, 한 쌍의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 차광막(210)의 개구부(221A, 221B)는, 온 칩 렌즈(222)의 광축에 대해, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 바와 같이, 도 18에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)는, 글로벌 셔터 동작을 행하지 않기 때문에, 그 동작으로서는, 행마타 또는 화소마다 순차적으로 전하의 판독을 행하는 롤링 셔터 동작이 행하여진다.
이상에서는, 한 쌍의 위상차 검출 화소 각각의 출력 신호에 의거하여, 위상차 검출을 행하는 구성에 관해 설명하여 왔지만, 이하에서는, 하나의 위상차 검출 화소에, 한 쌍의 위상차 검출 화소의 기능을 갖게 하도록 한 구성에 관해 설명한다.
<변형례 6>
[화소 어레이부의 화소 배치]
우선, 도 19를 참조하여, 본 예의 화소 어레이부(111)의 화소 배치에 관해 설명한다.
도 19에 도시되는 바와 같이, 화소 어레이부(111)에는, 복수의 촬상 화소(121)가, XY 평면상에 행렬형상으로 2차원 배치되어 있다. 촬상 화소(121)는, R화소, G화소, 및 B화소로 이루어지고, 이들은, 베이어 배열에 따라 규칙적으로 배치되어 있다.
또한, 화소 어레이부(111)에는, 행렬형상으로 2차원 배치되는 복수의 촬상 화소(121)의 중에, 복수의 위상차 검출 화소(311)가 배치되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(311)는, 그 수광 영역의 X방향 우측이 차광된 A화소와, 수광 영역의 X방향 좌측이 차광된 B화소의 2화소분의 기능을 갖는 AB화소로 이루어지고, 이 화소가, 화소 어레이부(111)에서의 화소행 중의 소정의 1행에서, 촬상 화소(121)의 일부를 치환함으로써, 특정한 패턴으로 규칙적으로 배치되어 있다.
[위상차 검출 화소의 구성례]
다음에, 도 20을 참조하여, 화소 어레이부(111)에서의 위상차 검출 화소(311)의 구성례에 관해 설명한다.
또한, 도 20에 도시되는 위상차 검출 화소(311)와, 도 5를 참조하여 설명하는 촬상 화소(121)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
위상차 검출 화소(311)에서, 차광막(210)에는, 포토 다이오드(201)에 광을 수광시키기 위한 개구부(321A)와, 메모리부(202)에 광을 수광시키기 위한 개구부(321B)가 마련되어 있다.
또한, 개구부(321A)와 개구부(321B)는, 그 형상이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 위상차 검출 화소(311)에서, 온 칩 렌즈(322)는, 그 광축과 개구부(321A)의 우측(메모리부(202)측)의 변과의 거리가, 그 광축과 개구부(321B)의 좌측(포토 다이오드(201)측)의 변과의 거리와 동등하게 되는 위치에 형성되어 있다.
즉, 위상차 검출 화소(311)에서, 차광막(210)의 개구부(321A, 321B)는, 온 칩 렌즈(322)의 광축에 대해, 개구부(321A, 321B)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다.
또한, 위상차 검출 화소(311)에서의 온 칩 렌즈(322)의 위치 및 크기는, 촬상 화소(121)에서의 온 칩 렌즈(213)의 위치 및 크기와 동일한 것이 바람직하다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 20에 도시되는 위상차 검출 화소(311)의 동작은, 도 9를 참조하여 설명한 동작과, 도 10을 참조하여 설명한 동작을 순차적으로 행한 것으로 된다. 즉, 위상차 검출 화소(311)에서는, 위상차 검출을 행할 때, 포토 다이오드(201)에 축적된 전하와, 메모리부(202)에 축적된 전하가, 별개로 판독된다.
또한, 도 20의 위상차 검출 화소(311)에서는, 포토 다이오드(201) 및 메모리부(202)의 어느 것에도 개구부가 마련되고, 모두 차광될 필요가 없기 때문에, 도 21에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(311)가, 차광막(210)를 구비하지 않도록 할 수도 있다.
이 경우, 위상차 검출 화소(311)에서는, 포토 다이오드(201) 및 메모리부(202)가, 온 칩 렌즈(322)의 광축에 대해, 포토 다이오드(201) 및 메모리부(202)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다.
<변형례 7>
그런데, 상술한 위상차 검출 화소의 구성 중, 메모리부(202)에 개구부가 마련된 구성에서는, 메모리부(202)의 상층에, 메모리부(202)의 상부를 덮도록 제1 전송 게이트(203)가 형성되기 때문에, 메모리부(202)에서, 충분한 수광 특성을 얻을 수가 없을 우려가 있다.
그래서, 도 22에 도시되는 바와 같이, 예를 들면, 위상차 검출 화소(122B)에서, 제1 전송 게이트(203)에 대신하여, 투명 도전막에 의해 형성되는 제1 전송 게이트(361)를 마련하도록 한다.
투명 도전막의 재료로서는, ITO(산화인듐주석), 산화아연, 산화주석 등이 사용된다. 제1 전송 게이트(361)의 투과율은, 예를 들면 80% 이상인 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의해, 메모리부(202)에서, 충분한 수광 특성을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 이 구성은, 도 7(도 8)의 위상차 검출 화소(122B) 외에, 도 14의 위상차 검출 화소(122B)나, 도 20 및 도 21의 위상차 검출 화소(311)에 적용 가능하다.
상술한 구성에서는, 위상차 검출 화소는, 우측 차광 및 좌측 차광의 구성을 취하고 있지만, 화소 배치에 응하여, 상측 차광 및 하측 차광의 구성을 취하도록 하여도 좋고, 비스듬히 차광되도록 하여도 좋다.
<변형례 8>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 23 및 도 24는, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있고, 도 23는 상면도를, 도 24는 도 23의 파선(a-b)에서의 단면도를 도시하고 있다.
또한, 도 23에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)와, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
도 23에 도시되는 구성례의 경우, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 동일 칩상에 X방향으로 인접하여 배치되어 일체적으로 형성된다. 위상차 검출 화소(122A, 122B) 각각에서는, 포토 다이오드(201)와 메모리부(202)가, X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 형성되어 있다. 환언하면, 위상차 검출 화소(122A)와 위상차 검출 화소(122B)는, 양자의 경계가 되는 Y축에 대해, 포토 다이오드(201), 메모리부(202) 등의 구성 요소가 경면(鏡面) 대칭이 되도록 배치되어 구성된다.
구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A)에서는, 포토 다이오드(201)가 좌측에, 메모리부(202)가 우측에 형성되어 있음에 대해, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 메모리부(202)가 좌측에, 포토 다이오드(201)가 우측에 형성되어 있다.
위상차 검출 화소(122A)에서는, 그 좌측에 형성되어 있는 포토 다이오드(201)에 광을 수광시키기 위한 개구부(221A)가 마련되어 있다. 한편, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 그 우측에 형성되어 있는 포토 다이오드(201)에 광을 수광시키기 위한 개구부(221B)가 마련되어 있다.
또한, 개구부(221A)와 개구부(221B)는, 그 형상이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 각각 동일한 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축과 위상차 검출 화소(122A)에서의 개구부(221A)의 우측(메모리부(202)측)의 변과의 거리가, 그 광축과 위상차 검출 화소(122B)에서의 개구부(221B)의 좌측(메모리부(202)측)의 변과의 거리와 동등하게 되는 위치에 형성되어 있다.
즉, 한 쌍의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 차광막(210)의 개구부(221A, 221B)는, 온 칩 렌즈(222)의 광축에 대해, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 23에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작은, 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 9>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 25는, 위상차 검출 화소(122)의 다른 구성례를 도시하고 있다.
또한, 도 25에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)와, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
도 25에 도시되는 구성례의 경우, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 동일 칩상에 X방향으로 인접하여 배치되어 일체적으로 형성된다. 위상차 검출 화소(122A, 122B) 각각에서는, 포토 다이오드(201)와 메모리부(202)가, X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 형성되어 있다. 환언하면, 위상차 검출 화소(122A)와 위상차 검출 화소(122B)는, 양자의 경계가 되는 Y축에 대해, 포토 다이오드(201), 메모리부(202) 등의 구성 요소가 경면 대칭이 되도록 배치되어 구성된다.
구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A)에서는, 포토 다이오드(201)가 좌측에, 메모리부(202)가 우측에 형성되어 있음에 대해, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 메모리부(202)가 좌측에, 포토 다이오드(201)가 우측에 형성되어 있다.
위상차 검출 화소(122A)에서는, 그 좌측에 형성되어 있는 포토 다이오드(201)의 상측의 개략 반분에 개구부(221A)가 마련되어 있다. 한편, 위상차 검출 화소(122B)에서는, 그 우측에 형성되어 있는 포토 다이오드(201)의 상측의 개략 반분에 개구부(221B)가 마련되어 있다.
또한, 개구부(221A)와 개구부(221B)는, 그 형상이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 각각 동일한 위치에 형성되어 있다. 구체적으로는, 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 온 칩 렌즈(222)는, 그 광축과 위상차 검출 화소(122A)에서의 개구부(221A)의 우측(메모리부(202)측)의 변과의 거리가, 그 광축과 위상차 검출 화소(122B)에서의 개구부(221B)의 좌측(포토 다이오드(201)측)의 변과의 거리와 동등하게 되는 위치에 형성되어 있다.
즉, 한 쌍의 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 차광막(210)의 개구부(221A, 221B)에 관해서는, 온 칩 렌즈(222)의 광축에 대해, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가 배열되는 X방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되게 된다. 환언하면, 개구부(221A, 221B)에 대해서도, 위상차 검출 화소(122A)와 위상차 검출 화소(122B)의 경계가 되는 Y축에 대해 경면 대칭이 되도록 형성되어 있다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 25에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작은, 각각 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 10>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 26은, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 26에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)는, 도 7에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)에서, 마찬가지로 하여 형성되는 부분에 관해서는, 그 설명을 생략한다.
도 26에 도시되는 구성례의 경우, 위상차 검출 화소(122A, 122B)가, 도 23(변형례 8)에 도시된 위상차 검출 화소(122A, 122B)와 마찬가지로, 동일 칩상에 이웃하여 배치되어 일체적으로 형성되고, 양자의 경계가 되는 Y축에 대해, 구성 요소가 경면 대칭이 되도록 배치되어 구성된다.
단, 부유 확산 영역(204), 리셋 트랜지스터(206), 증폭 트랜지스터(207), 및 선택 트랜지스터(208)를, 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 2화소에서 공유된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 26에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작은, 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 11>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 27은, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 27의 구성례는, 도 26에 도시된 구성례(변형례 10)의 하측에, X축에 대한 경면 대칭이 되는 구성을 추가함에 의해, 동일 칩상에 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 4화소를 2화소×2화소에 인접 배치하여 일체적으로 형성한 것이다. 또한, 도 27의 구성례의 경우, 화소 어레이부(111)에서의 적어도 연속한 2행분 또는 2열분의 촬상 화소(121)를 위상차 검출 화소(122)로 치환할 필요가 있다.
도 27의 구성례의 경우, 부유 확산 영역(204), 리셋 트랜지스터(206), 증폭 트랜지스터(207), 및 선택 트랜지스터(208)가, 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 4화소에서 공유된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 27에 도시되는 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 동작은, 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 12>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 28은, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 28의 구성례는, 도 23에 도시된 구성례(변형례 8)를, Z축을 회전축으로 하여 90도 회전한 것이다. 즉, 도 28에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)는, 동일 칩상에 Y방향으로 인접하여 배치되어 일체적으로 형성된다. 위상차 검출 화소(122A, 122B) 각각에서는, 포토 다이오드(201)와 메모리부(202)가, Y방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 형성되어 있다. 환언하면, 위상차 검출 화소(122A)와 위상차 검출 화소(122B)는, 양자의 경계가 되는 X축에 대해, 포토 다이오드(201), 메모리부(202) 등의 구성 요소가 경면 대칭이 되도록 배치되어 구성된다.
도 28의 구성례의 경우, 화소 어레이부(111)에서 Y방향(열방향)으로 위상차 검출 화소(122)를 나열하여 배치한 것으로 된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 28에 도시되는 위상차 검출 화소(122A, 122B)의 동작은, 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 13>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 29는, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 29의 구성례는, 도 25에 도시된 구성례(변형례 9)를, Z축을 회전축으로 하여 90도 회전하고, 그것을 X축방향으로 2개 나열함에 의해, 동일 칩상에 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 4화소를 2화소×2화소에 인접 배치하여 일체적으로 형성한 것이다.
도 29의 구성례의 경우, 화소 어레이부(111)에서의 적어도 연속한 2행분 또는 2열분의 촬상 화소(121)를 위상차 검출 화소(122)로 치환할 필요가 있다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 29에 도시되는 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 동작은, 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 14>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 30은, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 30의 구성례는, 도 28에 도시된 구성례(변형례 12)의 우측에, X축에 대한 경면 대칭이 되는 구성을 추가함에 의해, 동일 칩상에 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 4화소를 2화소×2화소에 인접 배치하여 일체적으로 형성한 것이다. 또한, 도 30의 구성례의 경우, 화소 어레이부(111)에서의 적어도 연속한 2행분 또는 2열분의 촬상 화소(121)를 위상차 검출 화소(122)로 치환할 필요가 있다.
도 30의 구성례에서는, 부유 확산 영역(204), 리셋 트랜지스터(206), 증폭 트랜지스터(207), 및 선택 트랜지스터(208)가, 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 4화소에서 공유된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 30에 도시되는 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 동작은, 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
<변형례 15>
[위상차 검출 화소의 구성례]
도 31은, 위상차 검출 화소(122)의 또 다른 구성례를 도시하고 있다.
도 31의 구성례는, 도 25에 도시된 구성례(변형례 9)를, Z축을 회전축으로 하여 90도 회전하고, 그 우측에, X축에 대한 경면 대칭이 되는 구성을 추가함에 의해, 동일 칩상에 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 4화소를 2화소×2화소에 인접 배치하여 일체적으로 형성한 것이다. 또한, 도 31의 구성례의 경우, 화소 어레이부(111)에서의 적어도 연속한 2행분 또는 2열분의 촬상 화소(121)를 위상차 검출 화소(122)로 치환할 필요가 있다.
도 31의 구성례에서는, 부유 확산 영역(204), 리셋 트랜지스터(206), 증폭 트랜지스터(207), 및 선택 트랜지스터(208)가, 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 4화소에서 공유된다.
이상의 구조에 의해서도, 글로벌 셔터 기능과 위상차 AF 기능을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서, 위상차 검출 화소의 수광 영역의 면적을 작게 하는 일도 없고, 또한, 고체 촬상 장치 전체의 유효 화소수를 줄일 필요도 없어지기 때문에, 해상도의 열화를 억제하면서, 위상차 검출의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 31에 도시되는 위상차 검출 화소(122A1, 122A2, 122B1, 122B2)의 동작은, 도 10을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 된다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 위상차 검출 화소(122)에 관해서만, 복수의 화소로 부유 확산 영역(204), 리셋 트랜지스터(206), 증폭 트랜지스터(207), 및 선택 트랜지스터(208)를 공유하는 예를 나타냈지만, 복수의 촬상 화소(121)에서도, 이들을 공유할 수 있다.
본 기술은, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와,
상기 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고,
상기 촬상 화소는, 상기 전하 축적부가 차광되어 형성되고,
상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성되는 고체 촬상 장치.
(2)
상기 구동 제어부는,
상기 위상차 검출을 행할 때, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부에 축적된 전하를 판독하고,
상기 촬상 화상을 생성할 때, 적어도 상기 촬상 화소에서의 전하의 축적을 동시에 행하는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3)
상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부에 개구부를 마련한 차광막을 구비하고,
한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 각각에서, 상기 개구부는, 상기 온 칩 렌즈의 광축에 대해, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소가 배열되는 제1의 방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4)
상기 전하 축적부는, 상기 광전 변환부로부터의 전하를 유지하는 전하 유지부로서 형성되는 상기 (1)부터 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(5)
상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 상기 제1의 방향으로 나열하여 형성되고,
한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 전하 유지부에 상기 개구부가 마련되는 상기 (4)에 기재된 고체 촬상 장치.
(6)
상기 구동 제어부는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부에 축적된 전하를 판독함과 함께, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 판독하는 상기 (5)에 기재된 고체 촬상 장치.
(7)
상기 구동 제어부는, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부의 감도와 축적 시간과의 곱과, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 전하 유지부의 감도와 축적 시간과의 곱이 동등하게 되도록, 일방 및 타방의 상기 위상차 검출 화소의 구동을 제어하는 상기 (6)에 기재된 고체 촬상 장치.
(8)
상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 상기 제1의 방향으로 나열하여 형성되고,
한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부의 상기 제1의 방향의 개략 반분에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부의 상기 제1의 방향의 다른 개략 반분에 상기 개구부가 마련되는 상기 (4)에 기재된 고체 촬상 장치.
(9)
한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 각각에서, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 경계선에 대해 경면 대칭이 되는 위치에 형성되고,
한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 각각에서, 상기 개구부는, 상기 광전 변환부에 마련되는 상기 (4)에 기재된 고체 촬상 장치.
(10)
상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 상기 제1의 방향에 수직한 제2의 방향으로 나열하여 형성되고,
한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부의 상기 제1의 방향의 개략 반분에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부의 상기 제1의 방향의 다른 개략 반분에 상기 개구부가 마련되는 상기 (4)에 기재된 고체 촬상 장치.
(11)
상기 구동 제어부는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 합쳐서 판독함과 함께, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 합쳐서 판독하는 상기 (10)에 기재된 고체 촬상 장치.
(12)
상기 위상차 검출 화소에서, 상기 전하 축적부는, 다른 광전 변환부로서, 상기 광전 변환부와 상기 제1의 방향으로 나열하여 형성되고,
한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 다른 광전 변환부에 상기 개구부가 마련되는 상기 (3)에 기재된 고체 촬상 장치.
(13)
상기 위상차 검출 화소에서, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부는, 상기 온 칩 렌즈의 광축에 대해, 소정의 방향으로 대칭이 되는 위치에 형성되고,
상기 구동 제어부는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부에 축적된 전하와, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 별개로 판독하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(14)
상기 전하 축적부는, 상기 광전 변환부로부터의 전하를 유지하는 전하 유지부로서 형성되는 상기 (13)에 기재된 고체 촬상 장치.
(15)
상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 일부에 개구부를 마련한 차광막을 구비하고,
상기 개구부는, 상기 온 칩 렌즈의 광축에 대해, 상기 소정의 방향으로 대칭이 되는 위치에 마련되는 상기 (13) 또는 (14)에 기재된 고체 촬상 장치.
(16)
상기 전하 축적부는, 상기 광전 변환부로부터의 전하를 유지하는 전하 유지부로서 형성되고,
상기 위상차 검출 화소는, 상기 전하 유지부의 상층에, 상기 광전 변환부로부터 상기 전하 유지부에 전하를 전송하는 전송 전극을 구비하고,
상기 전송 전극은, 투명 도전막에 의해 형성되는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(17)
상기 촬상 화소 및 상기 위상 검출 화소의 적어도 일방은, 구성 요소를 복수의 화소에서 공유하는 상기 (1)부터 (16)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(18)
복수의 화소에서 공유되는 상기 구성 요소는, 부유 확산 영역, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터 중의 적어도 하나를 포함하는 상기 (17)에 기재된 고체 촬상 장치.
(19)
온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와,
상기 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고,
상기 촬상 화소는, 상기 전하 축적부가 차광되어 형성되고,
상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성되는 고체 촬상 장치가,
상기 위상차 검출을 행할 때, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부에 축적된 전하를 판독하고,
상기 촬상 화상을 생성할 때, 적어도 상기 촬상 화소에서의 전하의 축적을 동시에 행하는 스텝을 포함하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.
(20)
온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와,
상기 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고,
상기 촬상 화소는, 상기 전하 축적부가 차광되어 형성되고,
상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성되는 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기.
1 : 전자 기기
14 : 이미지 센서
111 : 화소 어레이부
121 : 촬상 화소
122 : 위상차 검출 화소
201 : 포토 다이오드
202 : 메모리부
203 : 제1 전송 게이트
210 : 차광막
211 : 개구부
213 : 온 칩 렌즈
221A, 221B : 개구부
222 : 온 칩 렌즈
231 : 포토 다이오드
311 : 위상차 검출 화소
321A, 321B : 개구부
322 : 온 칩 렌즈
361 : 제1 전송 게이트

Claims (20)

  1. 온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와,
    상기 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고,
    상기 촬상 화소는, 상기 전하 축적부가 차광되어 형성되고,
    상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 제어부는,
    상기 위상차 검출을 행할 때, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부에 축적된 전하를 판독하고,
    상기 촬상 화상을 생성할 때, 적어도 상기 촬상 화소에서의 전하의 축적을 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부에 개구부를 마련한 차광막을 구비하고,
    한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 각각에서, 상기 개구부는, 상기 온 칩 렌즈의 광축에 대해, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소가 배열되는 제1의 방향으로 서로 대칭이 되는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전하 축적부는, 상기 광전 변환부로부터의 전하를 유지하는 전하 유지부로서 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 상기 제1의 방향으로 나열하여 형성되고,
    한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 전하 유지부에 상기 개구부가 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 제어부는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부에 축적된 전하를 판독함과 함께, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 판독하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동 제어부는, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부의 감도와 축적 시간과의 곱과, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 전하 유지부의 감도와 축적 시간과의 곱이 동등하게 되도록, 일방 및 타방의 상기 위상차 검출 화소의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 상기 제1의 방향으로 나열하여 형성되고,
    한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부의 상기 제1의 방향의 개략 반분에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부의 상기 제1의 방향의 다른 개략 반분에 상기 개구부가 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 각각에서, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 경계선에 대해 경면 대칭이 되는 위치에 형성되고,
    한 쌍의 상기 위상차 검출 화소의 각각에서, 상기 개구부는, 상기 광전 변환부에 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부는, 상기 제1의 방향에 수직한 제2의 방향으로 나열하여 형성되고,
    한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부의 상기 제1의 방향의 개략 반분에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부의 상기 제1의 방향의 다른 개략 반분에 상기 개구부가 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구동 제어부는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 합쳐서 판독함과 함께, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 합쳐서 판독하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 위상차 검출 화소에서, 상기 전하 축적부는, 다른 광전 변환부로서, 상기 광전 변환부와 상기 제1의 방향으로 나열하여 형성되고,
    한 쌍의 상기 위상차 검출 화소 중, 일방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 광전 변환부에 상기 개구부가 마련되고, 타방의 상기 위상차 검출 화소에서는, 상기 다른 광전 변환부에 상기 개구부가 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 위상차 검출 화소에서, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부는, 상기 온 칩 렌즈의 광축에 대해, 소정의 방향으로 대칭이 되는 위치에 형성되고,
    상기 구동 제어부는, 상기 위상차 검출을 행할 때, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부에 축적된 전하와, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 전하 유지부에 축적된 전하를 별개로 판독하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전하 축적부는, 상기 광전 변환부로부터의 전하를 유지하는 전하 유지부로서 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 일부에 개구부를 마련한 차광막을 구비하고,
    상기 개구부는, 상기 온 칩 렌즈의 광축에 대해, 상기 소정의 방향으로 대칭이 되는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전하 축적부는, 상기 광전 변환부로부터의 전하를 유지하는 전하 유지부로서 형성되고,
    상기 위상차 검출 화소는, 상기 전하 유지부의 상층에, 상기 광전 변환부로부터 상기 전하 유지부에 전하를 전송하는 전송 전극을 구비하고,
    상기 전송 전극은, 투명 도전막에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 촬상 화소 및 상기 위상 검출 화소의 적어도 일방은, 구성 요소를 복수의 화소에서 공유하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    복수의 화소에서 공유되는 상기 구성 요소는, 부유 확산 영역, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  19. 온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와,
    상기 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고,
    상기 촬상 화소는, 상기 전하 축적부가 차광되어 형성되고,
    상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성되는 고체 촬상 장치가,
    상기 위상차 검출을 행할 때, 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부에 축적된 전하를 판독하고,
    상기 촬상 화상을 생성할 때, 적어도 상기 촬상 화소에서의 전하의 축적을 동시에 행하는 스텝을 포함한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.
  20. 온 칩 렌즈와, 광전 변환부와, 전하 축적부를 구비하는 화소로서, 촬상 화상을 생성하기 위한 촬상 화소와, 위상차 검출을 행하기 위한 위상차 검출 화소가 배열되어 이루어지는 화소 어레이부와,
    상기 화소의 구동을 제어하는 구동 제어부를 구비하고,
    상기 촬상 화소는, 상기 전하 축적부가 차광되어 형성되고,
    상기 위상차 검출 화소는, 상기 광전 변환부 및 상기 전하 축적부의 적어도 일방의, 적어도 일부가 차광되지 않도록 형성되는 고체 촬상 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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