固體攝像裝置以及相機的製作方法

2023-06-28 12:27:46

本發明涉及具備配置為矩陣狀的受光用的像素的固體攝像裝置、以及具備該固體攝像裝置的相機。

背景技術：

近年，為了實現數位相機、便攜電話等中的畫質提高，提出了各種固體攝像裝置(例如，參照專利文獻1)。

根據專利文獻1的固體攝像裝置，將構成拜爾排列的一個單元的RGBG像素之中的一個G濾光器置換為IR(紅外線：infrared)濾光器，將RGB濾光器分配為第一模式用且將IR濾光器分配為第二模式用而進行信號處理，從而兼顧白天的顏色再現性和夜晚的靈敏度提高。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：(日本)特開2005-6066號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

但是，在上述以往的技術中，由於濾光器的光學特性的不完全性等，在各像素中混入無用的成分的光，產生得不到高畫質等問題。具體而言，在上述以往的技術中，由於各濾色器的透過特性不完全，各像素中的混色成為問題。例如，在對具有可見光和IR這雙方的成分的光源進行了攝影的情況下，在R像素、G像素及B像素中，不僅入射各自的顏色成分的光，一定程度上還入射IR成分的光。此外，在IR像素中，不僅入射IR成分的光，一定程度上還混入R成分等的光。為了校正這樣的混色，在數位相機等中，使用表示由固體攝像裝置得到的各顏色成分的數字值在軟體上進行校正處理，但在這樣的後處理中，在畫質提高的程度上存在極限。

另外，在將像素用作測距用的傳感器的情況下，混色的問題導致測距中的精度的惡化，此外，在將像素用作試樣的定性或定量分析用的傳感器的情況下，混色的問題導致分析中的精度的惡化。因此，在上述以往的技術中，由於混色，存在信號處理的精度惡化的問題。

因此，本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於，提供能夠抑制由於在多個種類的像素中的各個像素中混入無用的成分的光所引起的信號處理的精度惡化的固體攝像裝置以及具備該固體攝像裝置的相機。

用於解決課題的手段

為了達成上述目的，本發明的一個方式所涉及的固體攝像裝置具備：攝像部，由配置為矩陣狀且保持與根據電荷積蓄期間中的受光量而積蓄的電荷相應的信號的多個像素構成；行選擇電路，控制所述電荷積蓄期間，且從所述多個像素以行為單位選擇像素；以及讀出電路，從由所述行選擇電路選擇的所述像素，讀出在所述像素中保持的信號並進行輸出，構成所述攝像部的多個像素分別被分類為對不同特性的光進行受光的多個種類的像素中的某一個，所述行選擇電路針對所述攝像部中的被配置在同一行的像素，對所述電荷積蓄期間進行控制，以使所述多個種類之中的第一種類的像素的電荷積蓄期間成為第一電荷積蓄期間，所述多個種類之中的與所述第一種類不同的第二種類的像素的電荷積蓄期間成為與所述第一電荷積蓄期間不同的第二電荷積蓄期間。

由此，即使是同一行的像素，也能夠根據像素的種類而設置獨立的電荷積蓄期間，因此通過按像素的每個種類，以與該像素的種類相應的最佳的定時或長度來設置電荷積蓄期間，從而提高信號處理的精度。例如，能夠在各像素中在僅入射來自與該像素的種類對應的光源的光的定時使電荷積蓄，信號處理的精度(畫質、測距精度或分析精度等)的惡化被抑制。

在此，也可以是所述第一種類的像素是對第一波段的光進行受光的像素，所述第二種類的像素是對與所述第一波段不同的第二波段的光進行受光的像素。

由此，通過與波長不同的光源的種類和發光的定時同步地設定各顏色成分用的像素的電荷積蓄期間，從而抑制像素中的混色。例如，能夠設置電荷積蓄期間，以使在IR光的發光期間中，僅IR光用的像素積蓄電荷，可見光用的像素不積蓄電荷。因此，像素中的混色被抑制，信號處理的精度(畫質等)的惡化被抑制。

此外，也可以是所述第一波段是可見光的波段，所述第二波段是紅外光或紫外光的波段。

由此，可見光用的像素和紅外光用的像素中的混色或可見光用的像素和紫外光用的像素中的混色被抑制，畫質等的惡化被抑制。

此外，也可以是所述第一種類的像素是對來自第一方向的光進行受光的像素，所述第二種類的像素是對來自與所述第一方向不同的第二方向的光進行受光的像素。

由此，能夠根據所接受的光的方向不同的光源的種類而設置獨立的電荷積蓄期間，因此通過按像素的每個種類，以與該像素的種類相應的最佳的定時或長度來設置電荷積蓄期間，從而信號處理的精度(使用了基於來自兩個方向的光的信號的測距精度)的惡化被抑制。

此外，也可以是所述來自第一方向的光是在所述第一種類的像素中被入射到像素具有的受光區域之中的全部區域的光，所述來自第二方向的光是在所述第二種類的像素中被入射到像素具有的受光區域之中的一部分區域的光。此時，所述第一電荷積蓄期間和所述第二電荷積蓄期間的期間的長度也可以不同。

由此，在各像素中，僅在與入射到各像素的光的強度相應的長度的期間積蓄電荷。例如，能夠將光入射到受光區域之中的一部分區域的第二種類的像素的電荷積蓄期間設定得比光入射到受光區域之中的全部區域的第一種類的像素的電荷積蓄期間長。因此，針對對強度弱的光進行受光的第二種類的像素，抑制由於光量不足引起的信號處理的精度惡化。

另外，也可以是所述第一電荷積蓄期間和所述第二電荷積蓄期間是一部分重複的期間。

此外，也可以是所述讀出電路在從構成所述攝像部的全部所述第一種類的像素讀出了所述信號後，從構成所述攝像部的全部所述第二種類的像素讀出所述信號。

由此，即使在第一種類的像素與第二種類的像素中讀出方法(電路動作)不同的情況下，直至從同一種類的全部像素的讀出結束為止，不需要切換讀出方法，其結果，切換讀出方法的頻度變低，避免電路的動作變得不穩定。

此外，也可以是所述讀出電路將從所述第一種類的像素讀出的信號以第一倍率進行放大，將從所述第二種類的像素讀出的信號以與所述第一倍率不同的第二倍率進行放大。

由此，直至從同一種類的全部像素讀出信號結束為止，不變更放大的倍率就行，因此切換放大的倍率的頻度變低，避免電路的動作變得不穩定。

此外，為了達成上述目的，本發明的一方式所涉及的相機是具備上述任一種固體攝像裝置的相機。

由此，即使是同一行的像素，也能夠根據像素的種類而設置獨立的電荷積蓄期間，因此通過按像素的每個種類，以與該像素的種類相應的最佳的定時或長度來設置電荷積蓄期間，從而信號處理的精度(畫質、測距精度或分析精度等)的惡化被抑制。

發明效果

根據本發明所涉及的固體攝像裝置以及相機，抑制由於在多個種類的像素中的各個像素中混入無用的成分的光所引起的信號處理的精度惡化。

附圖說明

圖1是本發明的實施方式一中的固體攝像裝置的電路圖。

圖2是圖1所示的攝像部和讀出電路(像素電流源、鉗位電路以及S/H電路)的詳細的電路圖。

圖3是構成圖1所示的讀出電路的列ADC的詳細的電路圖。

圖4是表示圖1所示的固體攝像裝置的主要的動作的時序圖。

圖5是表示圖1所示的固體攝像裝置的電荷積蓄的定時的圖。

圖6是本發明的實施方式二中的固體攝像裝置的電路圖。

圖7是表示構成圖6所示的攝像部的各像素的構造的剖面圖以及表示各像素的水平方向與靈敏度的關係的圖。

圖8是表示圖6所示的固體攝像裝置的電荷積蓄的定時的圖。

圖9是表示入射到GL像素以及GR像素的光的強度的差分與至被攝體的距離的關係的圖。

圖10是本發明的實施方式三中的相機的外觀圖。

圖11是表示圖10所示的相機的結構的一例的框圖。

具體實施方式

以下，參照附圖具體說明本發明的一方式所涉及的固體攝像裝置以及相機。

另外，以下說明的實施方式都表示本發明的一具體例。以下的實施方式所示的數值、材料、結構要素、結構要素的配置位置以及連接方式、動作定時等是一例，其意不在於限定本發明。此外，關於以下的實施方式中的結構要素之中表示最上位概念的獨立權利要求中沒有記載的結構要素，作為任意的結構要素進行說明。

(實施方式一)

首先，說明本發明的實施方式一中的固體攝像裝置。

圖1是本發明的實施方式一中的固體攝像裝置10的電路圖。該固體攝像裝置10是輸出與來自被攝體的受光量相應的電信號的影像傳感器(在本實施方式中，為CMOS影像傳感器)，具備攝像部20、行選擇電路25以及讀出電路30。在本實施方式中，固體攝像裝置10是能夠同時拍攝可見光圖像和紅外光圖像(包含近紅外光圖像)這雙方的影像傳感器。

攝像部20是由配置為矩陣狀且保持與根據電荷積蓄期間中的受光量而積蓄的電荷相應的信號的多個像素21構成的電路。構成該攝像部20的多個像素21分別被分類為對不同特性的光進行受光的多個種類的像素(在本實施方式中，為G像素21a、R像素21b、B像素21c、IR像素21d)中的某一個。另外，G像素21a、R像素21b、B像素21c以及IR像素21d分別是具有G(綠)濾光器、R(紅)濾光器、B(藍)濾光器、以及IR(紅外)濾光器的像素，如圖1所示，以將拜爾排列之中的一個G像素置換為IR像素而成的排列來配置。IR濾光器例如也可以通過將R濾光器和B濾光器層疊來製作。R濾光器和B濾光器都具有透過IR成分的特性，因此穿過R濾光器和B濾光器這雙方的光主要成為IR成分的光。

此外，在本實施方式的攝像部20中，按每2列量的像素21，配置有在列方向上配置的一根列信號線22。也就是說，該攝像部20由位於列信號線22的左右的兩個像素構成一個單元(也就是說，按在行方向上排列的每2個受光元件設置一個放大電晶體)，具備所謂橫2像素1單元的結構。

行選擇電路25是對攝像部20中的電荷積蓄期間進行控制，且從構成攝像部20的多個像素21以行為單位選擇像素21的電路。該行選擇電路25作為攝像部20中的電荷積蓄期間的控制，通過電子快門，針對攝像部20中的被配置在同一行的像素，控制電荷積蓄期間，以使多個種類之中的第一種類的像素的電荷積蓄期間成為第一電荷積蓄期間，多個種類之中的與第一種類不同的第二種類的像素的電荷積蓄期間成為與第一電荷積蓄期間不同的第二電荷積蓄期間。第一種類的像素是對第一波段(在此，為可見光的波段)的光進行受光的像素，在本實施方式中，是G像素21a、R像素21b、B像素21c。此外，第二種類的像素是對與第一波段不同的第二波段(在此，為紅外光)的光進行受光的像素，在本實施方式中，是IR像素。

讀出電路30是從由行選擇電路25選擇的像素21，讀出在該像素21中保持的信號(像素信號)並進行輸出的電路，具有像素電流源31、鉗位電路32、S/H(樣本保持)電路33、以及列ADC34。像素電流源31是將用於經由列信號線22從像素21讀出信號的電流供應至列信號線22的電路。鉗位電路32是用於通過相關2重採樣來去除在像素21中產生的固定模式噪聲的電路。S/H電路33是保持從像素21輸出至列信號線22的像素信號的電路。列ADC34是將由S/H電路33進行了樣本保持的像素信號轉換為數字的電路。

圖2是圖1所示的攝像部20、及讀出電路30的像素電流源31、鉗位電路32以及S/H電路33的詳細的電路圖。另外，在本圖中，僅圖示了與一根列信號線22關聯的電路。此外，關於攝像部20，僅圖示了偶數行的像素。

B像素21c具備PD(受光元件)40、FD(浮動擴散)41、復位電晶體42、轉送電晶體43、放大電晶體44以及行選擇電晶體45。PD(受光元件)40是對所接受的綠色光進行光電轉換的元件，產生與該B像素21c的受光量相應的電荷。FD(浮動擴散)41是保持由PD40及46產生的電荷的電容器。復位電晶體42是用於施加用於對PD40及46、以及FD41進行復位的電壓的開關電晶體。轉送電晶體43是用於將在PD40中積蓄的電荷轉送至FD41的開關電晶體。放大電晶體44是對FD41中的電壓進行放大的電晶體。行選擇電晶體45是用於將放大電晶體44與列信號線22連接，由此將來自該B像素21c的像素信號輸出至列信號線22的開關電晶體。

另一方面，IR像素21d具備PD(受光元件)46以及轉送電晶體47。PD(受光元件)46是對所接受的近紅外光進行光電轉換的元件，產生與該IR像素21d的受光量相應的電荷。轉送電晶體47是用於將在PD46中積蓄的電荷轉送至FD41的開關電晶體。

行選擇電路25按攝像部20的每行，作為控制信號，輸出復位信號RST、奇數列轉送信號TRAN1、偶數列轉送信號TRAN2、以及行選擇信號SEL。復位信號RST被供應至復位電晶體42的柵極，奇數列轉送信號TRAN1被供應至B像素21c的轉送電晶體43的柵極，偶數列轉送信號TRAN2被供應至IR像素21d的轉送電晶體47的柵極，行選擇信號SEL被供應至行選擇電晶體45的柵極。

另外，在本圖中，作為像素21，僅示出了被配置在偶數行的B像素21c以及IR像素21d，關於被配置在奇數行的G像素21a以及R像素21b，也分別具備與G像素21a以及R像素21b相同的結構。

像素電流源31按每條列信號線22，具備與列信號線22連接的電流源電晶體50。電流源電晶體50在從像素21讀出像素信號時，對由行選擇信號SEL選擇的像素21供應固定電流，從而能夠從所選擇的像素21向列信號線22讀出。

鉗位電路32按每條列信號線22，具備在列信號線22上連接了一端的鉗位電容51、與鉗位電容51的另一端連接的鉗位電晶體52。該鉗位電路32為了在進行從像素21的讀出時，求得FD41被復位時的電壓(復位電壓)與在PD40(46)中積蓄的電荷被轉送至FD41後的電壓(讀取電壓)之間的差分作為像素信號(相關2重採樣)而設置。因此，在從像素21讀出像素信號時，為了將鉗位電容51的另一端固定為固定的電位(鉗位電位)，鉗位電晶體52作為開關電晶體而發揮作用。

S/H電路33按每條列信號線22，具備對由鉗位電路32求得的像素信號進行採樣的採樣電晶體53、和保持採樣後的像素信號的保持電容54。

圖3是構成圖1所示的讀出電路30的列ADC34的詳細的電路圖。列ADC34是按每條列信號線22設置的AD轉換器的匯集，具備斜波生成器60、按每條列信號線22設置的比較器61(61a～61c)以及計數器62(62a～62c)。斜波生成器60生成電壓以一定的斜率變化的斜波。比較器61將由S/H電路33進行了樣本保持的像素信號的電壓與斜波生成器60生成的斜波的電壓進行比較，將像素信號的電壓達到斜波的電壓的時刻(比較信號)通知給計數器62。計數器62接受從外部輸入的固定頻率的時鐘信號的供應，對從斜波生成器60開始生成斜波起至從比較器61收取比較信號為止的期間輸入的時鐘的個數進行計數及閂鎖，並進行輸出。

另外，斜波生成器60為了將列ADC34中的轉換增益設為可變，能夠選擇性地生成至少兩種斜率的斜波。在本實施方式中，從第一種類的像素讀出的信號以第一倍率進行放大，從第二種類的像素讀出的信號以與第一倍率不同的第二倍率進行放大。具體而言，斜波生成器60為了針對來自G像素21a、R像素21b以及B像素21c的像素信號，以第一倍率(例如，2倍(×2))進行AD轉換，生成更平緩的斜率的斜波，另一方面，為了針對來自IR像素21d的像素信號，以第二倍率(例如，1倍(×1))進行AD轉換，生成更陡峭的斜率的斜波。

接著，說明以上那樣構成的本實施方式中的固體攝像裝置10的動作。

圖4是表示本實施方式中的固體攝像裝置10的主要的動作的時序圖。圖4(a)表示固體攝像裝置10的攝像部20中的電子快門所進行的PD復位的動作，圖4(b)表示從固體攝像裝置10的攝像部20中的像素的讀出動作(像素信號(復位電壓和讀取電壓)的讀出)。

如圖4(a)所示，在由電子快門進行的PD復位中，根據來自行選擇電路25的復位信號RST而成為對象的像素21的復位電晶體42暫時接通，同時，關於奇數列的像素21，根據來自行選擇電路25的奇數列轉送信號TRAN1而轉送電晶體43(關於偶數列的像素21，根據來自行選擇電路25的偶數列轉送信號TRAN2而轉送電晶體47)也暫時接通。由此，該像素21的PD40(或PD46)通過施加一定的電壓(圖2中的電壓V)而被復位，從其緊後起，開始與受光量相應的電荷積蓄。

此外，如圖4(b)所示，在從像素的讀出動作中，根據來自行選擇電路25的行選擇信號SEL而行選擇電晶體45接通的期間，根據來自行選擇電路25的復位信號RST而復位電晶體42暫時接通之後，關於奇數列的像素21，根據來自行選擇電路25的奇數列轉送信號TRAN1而像素21的轉送電晶體43(關於偶數列的像素21，根據來自行選擇電路25的偶數列轉送信號TRAN2而轉送電晶體47)暫時接通。在復位電晶體42接通的期間，FD41被復位，此時的FD41的電壓(復位電壓)經由放大電晶體44以及行選擇電晶體45被讀出至列信號線22，在轉送電晶體43(47)接通的期間，從PD40(或PD46)向FD41轉送電荷，此時的FD41的電壓(讀取電壓)經由放大電晶體44以及行選擇電晶體45被讀出至列信號線22，在鉗位電路32中，求得復位電壓與讀取電壓的差分(像素信號)，該差分(像素信號)通過列ADC34轉換為數字值。

圖5是表示本實施方式中的固體攝像裝置10的電荷積蓄的定時的圖。另外，在本圖的上部，還一併圖示了被攝體中的(或朝向被攝體的)可見用光源(無近紅外成分)以及近紅外用光源的射出定時。在此，關於可見用光源，示出了在太陽光或照明光下，由被攝體反射的可見光始終入射到固體攝像裝置10的情況。另一方面，關於近紅外用光源，示出了設置與固體攝像裝置10的動作同步地照射近紅外光的光源，從該光源在圖5所示的定時(脈衝性)向被攝體照射強近紅外光，由被攝體反射的近紅外光被入射到固體攝像裝置10的情況。在此，「強近紅外光」意味著入射到固體攝像裝置10的近紅外光的強度與入射到固體攝像裝置10的可見光的強度相比非常大那樣的(能夠忽略入射到固體攝像裝置10的可見光的強度(RBG成分)的程度的)強度的近紅外光。

此外，在圖5的表示電荷積蓄的定時的圖中，縱軸表示構成攝像部20的像素21的行(行1～行n)，橫軸表示時間。此外，從左上向右下的方向傾斜走向的單虛線表示IR像素21d中的PD復位(由電子快門進行的PD的復位)的定時，向同樣的方向傾斜走向的單實線表示從IR像素21d的讀出(像素信號(復位電壓和讀取電壓)的讀出)的定時。另一方面，向同樣的方向傾斜走向的雙虛線表示RGB像素(R像素21b、G像素21a以及B像素21c)中的PD復位(由電子快門進行的PD的復位)的定時，向同樣的方向傾斜走向的雙實線表示從RGB像素的讀出(像素信號(復位電壓和讀取電壓)的讀出)的定時。

另外，關於成為從像素讀出的對象的攝像部20的行，在從IR像素21d的讀出中，僅讀出攝像部20中的偶數行的像素，在從RGB像素的讀出中，讀出攝像部20中的全部行(奇數行以及偶數行)的像素。

如本圖所示，在該固體攝像裝置10中，IR像素21d的電荷積蓄期間(從IR像素21d的PD復位至讀出為止)與RGB像素的電荷積蓄期間(從RGB像素的PD復位至讀出為止)相比被設定為較長的期間。並且，IR像素21d的電荷積蓄期間和RGB像素的電荷積蓄期間被設定為一部分重複。

然而，來自近紅外用光源的近紅外光入射到固體攝像裝置10的期間是IR像素21d的電荷積蓄期間之中不是RGB像素的電荷積蓄期間的期間。具體而言，是從RGB像素的讀出結束時至RGB像素的PD復位的開始時之內(由兩根點劃線夾著的區間)的期間。因此，在IR像素21d的電荷積蓄期間中，雖然可見光和近紅外光這雙方入射到固體攝像裝置10，但如上所述，近紅外光的強度與可見光相比非常大，能夠忽略可見光的強度，因此在IR像素21d中積蓄與近紅外光的強度相應的電荷，而基本不會受到可見光的影響。

另一方面，與近紅外光相比可見光的強度小，但在RGB像素的電荷積蓄期間中，僅可見光入射到固體攝像裝置10，因此在RGB像素中積蓄與可見光的強度相應的電荷，而不會受到近紅外光的影響。而且，在本實施方式中，列ADC34在從電荷量相對少的RBG像素讀出時，以比從IR像素21d讀出時的轉換增益(例如，1倍(×1))高的轉換增益(例如，2倍(×2))進行AD轉換。因此，在列ADC34中，作為相對小的信號的來自RGB像素的像素信號與來自IR像素21d的像素信號相比，以較高的倍率被放大。

這樣，在本實施方式的固體攝像裝置10中，在第一種類的像素(在本實施方式中，RGB像素)和第二種類的像素(在本實施方式中，IR像素)中，電荷積蓄期間被獨立設定，因此對與各自的種類的像素對應的種類的光源的射出定時進行調整的自由度增加，能夠實現提高各自的種類的像素的S/N比的攝影。由此，從固體攝像裝置10輸出的數位訊號所示的像素信號的S/N比被提高，信號處理的精度(在此，畫質)的惡化被抑制。

另外，根據圖5中的IR像素21d的讀出定時(單實線)和RGB像素的讀出定時(雙實線)不重複可知，在本實施方式的固體攝像裝置10中，在完成構成攝像部20的全部行的IR像素21d的讀出後，進行構成攝像部20的全部行的RBG像素的讀出。也就是說，在本實施方式的固體攝像裝置10中，讀出電路30在從構成攝像部20的全部第一種類的像素讀出了信號後，從構成攝像部20的全部第二種類的像素讀出信號。由此，避免由於頻繁地進行列ADC34的轉換增益的切換引起的電路的不穩定的動作。

此外，在通過R濾光器和B濾光器的層疊來製作IR濾光器的情況下，一般來說，這樣的IR濾光器中，IR以外的成分也以某種程度透過。也就是說，IR像素中的混色成為問題。在如本實施方式那樣，能夠使用強到能夠忽略可見用光源的強度的程度的近紅外用光源的情況下，能夠忽略其混色成分，但在不能增大近紅外用光源的強度的情況下，IR像素中的混色成為問題。在該情況下，也可以將圖5所示的兩種光源的射出定時、以及兩種像素的電荷積蓄期間進行調換。

也就是說，針對近紅外用光源，設定為近紅外光始終入射到固體攝像裝置10，針對可見用光源，設定為可見光與固體攝像裝置10的動作同步地以脈衝性入射到固體攝像裝置10。其結果，在RGB像素的電荷積蓄期間之中不是IR像素21d的電荷積蓄期間的期間中，可見光被入射到固體攝像裝置10，在IR像素21d的電荷積蓄期間中，僅近紅外光被入射到固體攝像裝置10。由此，通過IR像素21d，能夠得到不受到可見光的影響的僅近紅外光的強度，即使不使用強近紅外光，IR像素21d中的混色也被抑制。

另外，在本實施方式中，在RGB像素和IR像素中將電荷積蓄期間設定為不同的定時，但不限於這樣的設定，也可以依賴於攝影環境或攝影對象，將R像素、G像素、B像素、以及IR像素之中的任一個的電荷積蓄期間設定為不同的定時。

此外，在本實施方式中，攝像部20由RBG像素和IR像素構成，但也可以由RBG像素和UV(紫外光)像素構成。此時，代替近紅外光的光源而使用紫外光的光源即可。由此，在UV像素用於試樣的分析(紫外分光計等)的情況下，使用了紫外光的信號處理的精度的惡化被抑制，分析精度被提高。

以上那樣，本實施方式中的固體攝像裝置10具備由配置為矩陣狀且保持與根據電荷積蓄期間中的受光量而積蓄的電荷相應的信號的多個像素21構成的攝像部20、控制電荷積蓄期間且從多個像素21以行為單位選擇像素21的行選擇電路25、以及從由行選擇電路25選擇的像素21讀出在該像素21中保持的信號並進行輸出的讀出電路30。並且，構成攝像部20的多個像素21分別被分類為對不同特性的光進行受光的多個種類的像素中的某一個，行選擇電路25針對攝像部20中的被配置在同一行的像素，控制電荷積蓄期間，以使多個種類之中的第一種類的像素的電荷積蓄期間成為第一電荷積蓄期間，多個種類之中的與第一種類不同的第二種類的像素的電荷積蓄期間成為與第一電荷積蓄期間不同的第二電荷積蓄期間。

由此，即使是同一行的像素，也能夠根據像素的種類而設置獨立的電荷積蓄期間，因此通過按像素的每個種類，以與該像素的種類相應的最佳的定時或長度來設置電荷積蓄期間，從而信號處理的精度被提高。例如，能夠在各像素中在僅入射來自與該像素的種類對應的光源的光的定時使電荷積蓄，信號處理的精度(畫質、測距精度或分析精度等)的惡化被抑制。

在此，第一種類的像素21是對第一波段的光進行受光的像素，第二種類的像素21是對與第一波段不同的第二波段的光進行受光的像素。由此，與波長不同的光源的種類和發光的定時同步地設定各顏色成分用的像素的電荷積蓄期間，從而像素中的混色被抑制。例如，能夠設置電荷積蓄期間，以使在可見光的發光期間中，僅可見光用的像素積蓄電荷，IR用的像素不積蓄電荷。因此，像素中的混色被抑制，信號處理的精度(畫質等)的惡化被抑制。

更詳細而言，第一波段是可見光的波段，第二波段是紅外光或紫外光的波段。由此，可見光用的像素和紅外光用的像素中的混色或可見光用的像素和紫外光用的像素中的混色被抑制，畫質等的惡化被抑制。

此外，讀出電路30在從構成攝像部20的全部第一種類的像素21讀出了信號後，從構成攝像部20的全部第二種類的像素21讀出信號。由此，即使在第一種類的像素與第二種類的像素中讀出方法(電路動作)不同的情況下，直至結束從同一種類的全部像素的讀出為止，不需要切換讀出方法，其結果，切換讀出方法的頻度變低，避免電路的動作變得不穩定。

此外，讀出電路30將從第一種類的像素21讀出的信號以第一倍率進行放大，將從第二種類的像素21讀出的信號以與第一倍率不同的第二倍率進行放大。由此，直至從同一種類的全部像素結束讀出信號為止，不變更放大的倍率就可，因此切換放大的倍率的頻度變低，避免電路的動作變得不穩定。

(實施方式二)

接著，說明本發明的實施方式二中的固體攝像裝置。

圖6是本發明的實施方式二中的固體攝像裝置10a的電路圖。該固體攝像裝置10a是輸出與來自被攝體的受光量相應的電信號的影像傳感器(在本實施方式中，CMOS影像傳感器)，具備攝像部20a、行選擇電路25a以及讀出電路30。在本實施方式中，固體攝像裝置10a是具有可見光圖像的拍攝和測距功能的影像傳感器。另外，關於與實施方式一相同的結構要素賦予同一標號，省略其說明。

構成攝像部20a的多個像素21分別被分類為對不同特性的光進行受光的多個種類的像素(在本實施方式中，G像素21a、R像素21b、B像素21c、GL像素21e、GR像素21f)中的某一個。GL像素21e以及GR像素21f是測距用的G像素。左右並排的一對GL像素21e以及GR像素21f用於算出距這些像素中拍攝到的被攝體的距離。

如本圖所示，在該攝像部20a中，以將拜爾排列之中的一個G像素置換為GL像素21e或GR像素21f的排列配置有像素21。另外，在本實施方式中，GL像素21e以及GR像素21f被配置為在行方向以及列方向上隔1個像素而交替排列，但不限於這樣的配置，也可以隔2個像素以上而並排配置。此外，也可以以相對於攝像部整體不均勻的密度來配置。

圖7是表示構成圖6所示的攝像部20a的各像素(G像素21a、R像素21b、B像素21c、GL像素21e、GR像素21f)的構造的剖面圖，以及表示各像素的水平方向與靈敏度的關係的圖。圖7(a)表示G像素21a、R像素21b以及B像素21c的剖面，圖7(b)表示GL像素21e的剖面，圖7(c)表示GR像素21f的剖面。另外，在圖7中，省略了各像素的濾色器的圖示。

如圖7(a)所示，在G像素21a、R像素21b以及B像素21c中，以嵌入矽基板等基板28的方式形成PD28a，以覆蓋PD28a以及基板28的方式形成絕緣層27，在絕緣層27上形成有濾色器(未圖示)和微透鏡26。

此外，如圖7(b)所示，在GL像素21e中，除了圖7(a)所示的G像素21a、R像素21b以及B像素21c的結構要素之外，還形成遮擋從左方向入射來的光的遮光部27a。

此外，如圖7(c)所示，在GR像素21f中，除了圖7(a)所示的G像素21a、R像素21b以及B像素21c的結構要素之外，還形成遮擋從右方向入射來的光的遮光部27b。

在本實施方式中，G像素21a、R像素21b以及B像素21c相當於對來自第一方向的光進行受光的第一種類的像素。在此，來自第一方向的光意味著在第一種類的像素中被入射到像素具有的受光區域之中的全部區域的光。也就是說，第一種類的像素(G像素21a、R像素21b以及B像素21c)是接受被入射到受光區域之中的全部區域的光、也就是說、強度強的光的像素。另一方面，GL像素21e以及GR像素21f相當於對來自與第一方向不同的第二方向的光進行受光的第二種類的像素。在此，來自第二方向的光意味著在第二種類的像素中被入射到像素具有的受光區域之中的一部分區域的光。也就是說，第二種類的像素(GL像素21e以及GR像素21f)是接受被入射到受光區域之中的一部分區域的光、也就是說、由於遮光部27a以及27b而強度弱的光的像素。

行選擇電路25a是對攝像部20a中的電荷積蓄期間進行控制，且從構成攝像部20a的多個像素21以行為單位選擇像素21的電路。該行選擇電路25a作為攝像部20a中的電荷積蓄期間的控制，通過電子快門，針對攝像部20a中的被配置在同一行的像素，對電荷積蓄期間進行控制，以使多個種類之中的第一種類的像素的電荷積蓄期間成為第一電荷積蓄期間，多個種類之中的與第一種類不同的第二種類的像素的電荷積蓄期間成為與第一電荷積蓄期間不同的第二電荷積蓄期間，在上述方面與實施方式一相同。其中，在本實施方式中，第一種類的像素是對來自第一方向的光進行受光的像素(G像素21a、R像素21b、B像素21c)，第二種類的像素是對來自第二方向的光進行受光的像素(GL像素21e以及GR像素21f)。因此，在本實施方式中，行選擇電路25a對電荷積蓄期間進行控制，以使第一電荷積蓄期間與第二電荷積蓄期間的長度不同。

具體而言，行選擇電路25a如圖8所示，對電荷積蓄期間進行控制，以使接受強度弱的光的第二種類的像素(GL像素21e以及GR像素21f)的電荷積蓄期間比接受強度強的光的第一種類的像素(G像素21a、R像素21b、B像素21c)的電荷積蓄期間長。由此，接受由於遮光部27a以及27b而強度弱的光的第二種類的像素(GL像素21e以及GR像素21f)中的光量不足引起的信號處理的精度(在此，測距精度)的惡化被抑制。

另外，使用了左右並排的一對GL像素21e以及GR像素21f的測距利用下面原理(相位差)，通過使用了從固體攝像裝置10a輸出的數字值的運算來進行。

也就是說，從圖7所示的剖面圖可知，通過GL像素21e以及GR像素21f，判明從不同的兩個方向入射的光的強度。被攝體越處於遠方，來自被攝體的光越接近平行光，不被遮光部27a以及27b遮光地入射到GL像素21e以及GR像素21f的PD28a的光量變多。因此，被攝體越處於遠方，入射到GL像素21e以及GR像素21f的光的強度的差分(左右的圖像信號的差)越接近於零。

圖9是表示被入射到GL像素21e以及GR像素21f的光的強度的差分(左右的圖像信號的差)與至被攝體的距離的關係的圖。利用圖9所示的關係，能夠根據GL像素21e以及GR像素21f的光量的差分，算出至被攝體的距離。也就是說，檢測從同一被攝體射出並分離為左右方向而得到的左右的圖像信號的相位差，對檢測到的相位差實施規定的運算，從而算出至被攝體的距離。

以上那樣，根據本實施方式中的固體攝像裝置10a，根據所接受的光的方向不同的光源的種類而設置獨立的電荷積蓄期間。也就是說，接受強度弱的光的第二種類的像素(GL像素21e以及GR像素21f)的電荷積蓄期間與接受強度強的光的第一種類的像素(G像素21a、R像素21b、B像素21c)的電荷積蓄期間相比被設定為較長。由此，接受由於遮光部27a以及27b而強度弱的光的第二種類的像素(GL像素21e以及GR像素21f)的光量不足所引起的信號處理的精度(在此，測距精度)的惡化被抑制。

另外，在本實施方式中，測距用的一對像素(GL像素21e以及GR像素21f)左右相離而配置，但也可以上下相離而配置。這是因為能夠以與上述同樣的原理來測定距離。

這樣，本實施方式中的固體攝像裝置10a具備由配置為矩陣狀且保持與根據電荷積蓄期間中的受光量而積蓄的電荷相應的信號的多個像素21構成的攝像部20a、和控制電荷積蓄期間且從多個像素21以行為單位選擇像素21的行選擇電路25a、以及從由行選擇電路25a選擇的像素21讀出在該像素21中保持的信號並進行輸出的讀出電路30。並且，構成攝像部20a的多個像素21分別被分類為對不同特性的光進行受光的多個種類的像素中的某一個，行選擇電路25a針對攝像部20a中的被配置在同一行的像素，控制電荷積蓄期間，以使多個種類之中的第一種類的像素的電荷積蓄期間成為第一電荷積蓄期間，多個種類之中的與第一種類不同的第二種類的像素的電荷積蓄期間成為與第一電荷積蓄期間不同的第二電荷積蓄期間。

在此，第一種類的像素21是對來自第一方向的光進行受光的像素，第二種類的像素21是對來自與第一方向不同的第二方向的光進行受光的像素。由此，能夠根據所接受的光的方向不同的光源的種類而設置獨立的電荷積蓄期間，因此通過按像素的每個種類，以與該像素的種類相應的最佳的定時或長度來設置電荷積蓄期間，從而信號處理的精度(使用了基於來自兩個方向的光的信號的測距精度)的惡化被抑制。

更詳細而言，來自第一方向的光是在第一種類的像素21中被入射到像素21具有的受光區域之中的全部區域的光，來自第二方向的光是在第二種類的像素21中被入射到像素21具有的受光區域之中的一部分區域的光。與其對應，第一電荷積蓄期間與第二電荷積蓄期間的期間的長度不同。由此，在各像素中，僅與入射到各像素的光的強度相應的長度的期間積蓄電荷。例如，能夠將光入射到受光區域之中的一部分區域的第二種類的像素的電荷積蓄期間設定得比光入射到受光區域之中的全部區域的第一種類的像素的電荷積蓄期間更長。因此，關於對強度弱的光進行受光的第二種類的像素，由於光量不足引起的信號處理的精度的惡化被抑制。

(實施方式三)

接著，說明本發明的實施方式三中的相機。

上述的實施方式一以及二中的固體攝像裝置10以及10a能夠作為攝像機、數字靜態相機、或面向便攜電話等行動裝置的相機模塊等攝像裝置所具備的攝像設備(圖像輸入裝置)來應用。

圖10表示本發明的實施方式三中的相機70的外觀圖。圖11是表示本發明的實施方式三所涉及的相機70的結構的一例的框圖。該相機70除了攝像設備72之外，例如具備使入射光(像光)在攝像面上成像的透鏡71，作為向該攝像設備72的攝像部導入入射光(對被攝體像進行成像)的光學系統。進而，該相機70具備對攝像設備72進行驅動的控制器74、以及對攝像設備72的輸出信號進行處理的信號處理部73。

攝像設備72輸出將通過透鏡71在攝像面上成像的像光以像素為單位轉換為電信號而得到的圖像信號。作為該攝像設備72，使用實施方式一或二中的固體攝像裝置10或10a。

信號處理部73是對從攝像設備72輸出的圖像信號，進行包含用於白平衡、測距的運算等的各種信號處理的DSP(數位訊號處理器：Digital Signal Processor)等。控制器74是對攝像設備72、信號處理部73進行控制的系統處理器等。

由信號處理部73處理的圖像信號例如被記錄至存儲器等記錄介質。被記錄至記錄介質的圖像信息通過印表機等被硬拷貝。此外，由信號處理部73處理後的圖像信號在液晶顯示器等監視器中作為動態圖像被放映。

如上所述，在數字靜態相機等攝像裝置中，搭載上述的固體攝像裝置10或10a作為攝像設備72，從而實現信號處理的精度(畫質、測距精度或分析精度)高的相機。

以上，基於實施方式一～三說明本發明所涉及的固體攝像裝置以及相機，但本發明不限定於這些實施方式。只要不脫離本發明的主旨，也可以將本領域技術人員想到的各種變形施加於實施方式而成的方式、以及將實施方式中的任意的結構要素組合而實現的其他方式也包含於本發明的範圍內。

例如，在實施方式一的攝像部20中，IR像素21d在攝像部20的行方向以及列方向上隔1個像素而配置，但也可以隔2個以上的像素而配置。關於IR像素的配置方式，考慮所要求的IR圖像的解析度適當決定即可。

此外，也可以在一個攝像部中，配置從RGB像素、IR像素、UV像素、以及測距用像素(GL像素以及GR像素)中任意地選擇的2個以上的種類的像素。例如，也可以是RGB像素、IR像素、UV像素、以及測距用像素(GL像素以及GR像素)被配置在攝像部。由此，實現能夠同時進行基於紫外、可見、紅外的攝像(或分析)和測距的高性能的固體攝像裝置。此時，關於電荷積蓄期間，也可以設置3個以上的種類的電荷積蓄期間。

此外，在上述實施方式中，攝像部具備橫2像素1單元的結構，但不限於此，也可以具備按每1個受光元件設置一個放大電晶體的1像素1單元、按在列方向上並排的每2個受光元件設置一個放大電晶體的縱2像素1單元、按在列方向以及行方向上鄰接的每4個受光元件設置一個放大電晶體的4像素1單元的結構。

工業實用性

本發明作為固體攝像裝置以及相機，特別能夠利用於信號處理的精度高的攝像機、數字靜態相機、還有面向便攜電話等行動裝置的相機等。

標號說明：

10、10a 固體攝像裝置

20、20a 攝像部

21 像素

21a G像素

21b R像素

21c B像素

21d IR像素

21e GL像素

21f GR像素

22 列信號線

25、25a 行選擇電路

27 絕緣層

27a、27b 遮光部

28 基板

28a PD(受光元件)

30 讀出電路

31 像素電流源

32 鉗位電路

33 S/H電路

34 列ADC

40、46 PD(受光元件)

41 FD(浮動擴散)

42 復位電晶體

43、47 轉送電晶體

44 放大電晶體

45 行選擇電晶體

50 電流源電晶體

51 鉗位電容

52 鉗位電晶體

53 採樣電晶體

54 保持電容

60 斜波生成器

61 比較器

62 計數器

70 相機

71 透鏡

72 攝像設備

73 信號處理部

74 控制器