(57)【要約】【課題】目的に応じて、被写体歪みを低減するモードや、高ダイナミックレンジを得るモードに切り替えることの可能な固体撮像装置およびそれを備えた電子機器を提供する。【解決手段】本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置は、受光面と、受光面と対向配置された複数の画素とを備えている。各画素は、受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、光電変換部と電荷保持部との間に設けられた第１ポテンシャル障壁と、光電変換部、電荷保持部および第１不純物半導体領域を含む領域の周囲に設けられた第２ポテンシャル障壁とを有している。第１ポテンシャル障壁は、前記第２ポテンシャル障壁よりも低くなっている。【選択図】図４
2020043413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面と、
前記受光面と対向配置された複数の画素と
を備え、
各前記画素は、
前記受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
前記光電変換部と前記電荷保持部との間に設けられた第１ポテンシャル障壁と、
前記光電変換部、前記電荷保持部および前記第１不純物半導体領域を含む領域の周囲に設けられた第２ポテンシャル障壁と
を有し、
前記第１ポテンシャル障壁は、前記第２ポテンシャル障壁よりも低くなっている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１ポテンシャル障壁は、第１不純物半導体領域によって形成され、
前記第２テンシャル障壁は、第２不純物半導体領域によって形成され、
前記第１不純物半導体領域の不純物濃度は、前記第２不純物半導体領域の不純物濃度よりも低くなっている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
各前記画素は、
前記電荷保持部のポテンシャルを制御する第１転送トランジスタと、
前記電荷保持部に保持された電荷をフローティングディフュージョンに転送する第２転送トランジスタと、
前記第１転送トランジスタおよび前記第２転送トランジスタを制御する制御部と
を更に有し、
前記制御部は、撮像モードに応じて前記第１ポテンシャル障壁の高さを制御する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、第１撮像モードのときには、前記第１ポテンシャル障壁を前記第２ポテンシャル障壁よりも低く維持した状態で、前記光電変換部および前記電荷保持部に電荷を溜めさせ、その後、前記第１転送トランジスタおよび前記第２転送トランジスタをオンして、前記光電変換部および前記電荷保持部に溜まった電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、第２撮像モードのときには、前記第１ポテンシャル障壁の高さと前記第２ポテンシャル障壁の高さとの差を狭めた状態で、全ての前記センサ画素の前記電荷保持部に電荷を溜めさせ、その後、前記第２転送トランジスタをオンして、前記電荷保持部に溜まった電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２撮像モードのときには、前記第１転送トランジスタのゲートに負バイアスを印加して、前記第１ポテンシャル障壁の高さと前記第２ポテンシャル障壁の高さとの差を狭める
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
各前記画素は、前記第１ポテンシャル障壁の高さを制御する制御トランジスタを更に有し、
前記制御部は、前記第２撮像モードのときには、前記制御トランジスタのゲートに負バイアスを印加して、前記第１ポテンシャル障壁の高さと前記第２ポテンシャル障壁の高さとの差を狭める
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
入射光に応じた画像データを出力する固体撮像装置と、
前記画像データを処理する信号処理回路と
を備え、
前記固体撮像装置は、
受光面と、
前記受光面と対向配置された複数の画素と
を有し、
各前記画素は、
前記受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
前記光電変換部と前記電荷保持部との間に設けられた第１ポテンシャル障壁と、
前記光電変換部、前記電荷保持部および前記第１不純物半導体領域を含む領域の周囲に設けられた第２ポテンシャル障壁と
を有し、
前記第１ポテンシャル障壁は、前記第２ポテンシャル障壁よりも低くなっている
電子機器。
【請求項９】
ローリングシャッター動作に対応する第１撮像モード、およびグローバルシャッター動作に対応する第２撮像モードのいずれかをユーザに選択させるインターフェースを更に備え、
前記固体撮像装置は、ユーザによる選択に応じて、前記第１撮像モードに対応する動作および前記第２撮像モードに対応する動作のいずれかの動作を実行する
請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】
ローリングシャッター動作に対応する第１撮像モード、およびグローバルシャッター動作に対応する第２撮像モードのいずれかを前記画像データに基づいて選択し、選択した撮像モードに対応する動作の実行を前記固体撮像装置に指示するモード制御部を更に備え、
前記固体撮像装置は、前記モード制御部による指示に応じて、前記第１撮像モードに対応する動作および前記第２撮像モードに対応する動作のいずれかの動作を実行する
請求項８に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置などの電子機器に用いられている。固体撮像装置としては、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された電荷を、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを介して読み出すＣＭＯＳ（complementary MOS）イメージセンサがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６８０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、ローリングシャッター方式で撮像が行われた場合、フォーカルプレーンと呼ばれる被写体歪みが生じることがある。そこで、フォトダイオードで光電変換して蓄積された電荷を電荷保持部へ一括して転送し、その後、電荷保持部に保持された電荷を順次読み出すグローバルシャッター方式で撮像を行うことが考えられる。しかし、このようにした場合には、ローリングシャッター方式の場合と比べて、フォトダイオードの面積が小さくなってしまい、ダイナミックレンジが狭くなってしまう。従って、従来では、目的に応じて、ＣＭＯＳイメージセンサを選択しなければならないという問題があった。従って、目的に応じて、被写体歪みを低減するモードや、高ダイナミックレンジを得るモードに切り替えることの可能な固体撮像装置およびそれを備えた電子機器を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置は、受光面と、受光面と対向配置された複数の画素とを備えている。各画素は、受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、光電変換部と電荷保持部との間に設けられた第１ポテンシャル障壁と、光電変換部、電荷保持部および第１不純物半導体領域を含む領域の周囲に設けられた第２ポテンシャル障壁とを有している。第１ポテンシャル障壁は、前記第２ポテンシャル障壁よりも低くなっている。
【０００６】
本開示の一実施の形態に係る電子機器は、入射光に応じた画像データを出力する固体撮像装置と、画像データを処理する信号処理回路とを備えている。電子機器に設けられた固体撮像装置は、上記の固体撮像装置と同一の構成を有している。
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置および電子機器では、光電変換部と電荷保持部との間に設けられた第１ポテンシャル障壁が、光電変換部、電荷保持部および第１不純物半導体領域を含む領域の周囲に設けられた第２ポテンシャル障壁よりも低くなっている。これにより、例えば、光電変換部および電荷保持部の双方に溜まった電荷をフローティングディフュージョンに転送させたり、各画素の光電変換部に溜まった電荷を電荷保持部に一括転送させた後、電荷保持部に溜まった電荷をフローティングディフュージョンに転送させたりすることが可能となる。ここで、光電変換部および電荷保持部の双方に電荷を溜める場合、光電変換部だけに電荷を溜める場合と比べて、各画素の飽和電荷量を増やすことができ、高ダイナミックレンジを得ることができる。また、各画素の光電変換部に溜まった電荷を電荷保持部に一括転送させる場合、被写体歪みを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を表す図である。
【図２】図１のセンサ画素および読み出し回路の回路構成の一例を表す図である。
【図３】図１のセンサ画素の平面構成の一例を表す図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す図である。
【図５】図３のＡ−Ａ線における１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図６】ＤＲ拡大モードにおける１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図７】ＧＳモードにおける１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図８】ＧＳモードにおける１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図９】ＤＲ拡大モードおよびＧＳモードにおける飽和電荷量の一例を表す図である。
【図１０Ａ】ＤＲ拡大モードにおける蓄積開始時の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１０Ｂ】ＤＲ拡大モードにおける蓄積時（ＰＤ未飽和）の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１０Ｃ】ＤＲ拡大モードにおける蓄積時（ＰＤ飽和、オーバーフロー）の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１０Ｄ】ＤＲ拡大モードにおける蓄積完了時の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１０Ｅ】ＤＲ拡大モードにおける読み出し時の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１１】ＤＲ拡大モードにおけるタイミングチャートの一例を表す図である。
【図１２Ａ】ＧＳモードにおける蓄積開始時の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１２Ｂ】ＧＳモードにおける蓄積時（ＰＤ未飽和）の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１２Ｃ】ＧＳモードにおける蓄積完了時の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１２Ｄ】ＧＳモードにおける読み出し時の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１２Ｅ】ＧＳモードにおけるＭＥＭへの転送時の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１３】ＧＳモードにおけるタイミングチャートの一例を表す図である。
【図１４】ＧＳモードにおけるタイミングチャートの一変形例を表す図である。
【図１５】図１のセンサ画素および読み出し回路の回路構成の一変形例を表す図である。
【図１６】図１のセンサ画素の平面構成の一変形例を表す図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す図である。
【図１８】図１６のＡ−Ａ線における１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図１９】図１のセンサ画素の平面構成の一変形例を表す図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す図である。
【図２１】図１９のＡ−Ａ線における１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図２２】ＤＲ拡大モードにおけるタイミングチャートの一例を表す図である。
【図２３】ＧＳモードにおけるタイミングチャートの一例を表す図である。
【図２４】図１のセンサ画素の平面構成の一変形例を表す図である。
【図２５】図２４のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す図である。
【図２６】図２４のＡ−Ａ線における１次元ポテンシャルの一例を表す図である。
【図２７】図３のＡ−Ａ線における断面構成の一変形例を表す図である。
【図２８】図１５のＡ−Ａ線における断面構成の一変形例を表す図である。
【図２９】図１８のＡ−Ａ線における断面構成の一変形例を表す図である。
【図３０】図２３のＡ−Ａ線における断面構成の一変形例を表す図である。
【図３１】上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置を備えた電子機器の概略構成の一例を表す図である。
【図３２】図３１の電子機器におけるＤＲ拡大モードおよびＧＳモードの切り替え動作のフローチャートの一例を表す図である。
【図３３】上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置を備えた電子機器の概略構成の一変形例を表す図である。
【図３４】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図３５】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（固体撮像装置）…図１〜図１３
２．変形例（固体撮像装置）…図１４〜図３０
３．適用例（撮像システム）…図３１〜図３３
４．移動体への応用例…図３４、図３５
【００１０】
＜１．実施の形態＞
[構成]
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置１について説明する。固体撮像装置１は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等からなる上面照射型のイメージセンサである。固体撮像装置１は、被写体からの光を受光して光電変換し、画像信号を生成することで画像を撮像する。固体撮像装置１は、入射光に応じた画素信号を出力する。
【００１１】
上面照射型のイメージセンサとは、被写体からの光が入射する受光面と、半導体基板の裏面との間に、被写体からの光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変換部が設けられている構成のイメージセンサである。なお、本開示は、ＣＭＯＳイメージセンサへの適用に限られるものではない。
【００１２】
図１は、本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置１の概略構成の一例を表す。固体撮像装置１は、画素アレイ部１０と、ロジック回路２０とを備えている。画素アレイ部１０は、複数のセンサ画素１１と、複数の読み出し回路１２（後述）とを有している。センサ画素１１は、本開示の「画素」の一具体例に相当する。各センサ画素１１は、光電変換を行って受光量に応じた電荷を出力する。複数のセンサ画素１１は、受光面１０Ａ（後述）と対向配置されており、画素アレイ部１０において、行列状に配置されている。各読み出し回路１２は、センサ画素１１から出力された電荷に基づく画素信号を出力する。複数の読み出し回路１２は、例えば、画素アレイ部１０において、１つのセンサ画素１１ごとに１つずつ設けられている。なお、複数の読み出し回路１２は、画素アレイ部１０において、複数のセンサ画素１１ごとに１つずつ設けられていてもよい。
【００１３】
画素アレイ部１０は、複数の画素駆動線ＨＳＬと、複数のデータ出力線ＶＳＬとを有している。画素駆動線ＨＳＬは、センサ画素１１に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される配線であり、例えば、行方向に延在している。データ出力線ＶＳＬは、各読み出し回路１２から出力された画素信号をロジック回路２０に出力する配線であり、例えば、列方向に延在している。
【００１４】
ロジック回路２０は、例えば、垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２、水平駆動回路２３およびシステム制御回路２４を有している。ロジック回路２０（具体的には水平駆動回路２３）は、センサ画素１１ごとの出力電圧を外部機器に出力することにより、外部機器に画像データを提供する。
【００１５】
垂直駆動回路２１は、例えば、複数のセンサ画素１１を所定の単位画素行ごとに順に選択する。「所定の単位画素行」とは、同一アドレスで画素選択可能な画素行を指している。例えば、１つの読み出し回路１２に１つのセンサ画素１１が割り当てられている場合、「所定の単位画素行」は、１画素行を指している。また、例えば、複数のセンサ画素１１が１つの読み出し回路１２を共有する場合、読み出し回路１２を共有する複数のセンサ画素１１のレイアウトが２画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、２画素行を指している。同様に、読み出し回路１２を共有する複数のセンサ画素１１のレイアウトが４画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、４画素行を指している。垂直駆動回路２１は、画素駆動線ＨＳＬを介して、各センサ画素１１内のトランジスタ（例えば、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧ）を制御し、さらに、各読み出し回路１２内のトランジスタ（例えば、リセットトランジスタＲＳＴおよび選択トランジスタＳＥＬ）を制御する。
【００１６】
カラム信号処理回路２２は、例えば、垂直駆動回路２１によって選択された行の各センサ画素１１から出力される画素信号に対して、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）処理を施す。カラム信号処理回路２２は、例えば、ＣＤＳ処理を施すことにより、画素信号の信号レベルを抽出し、各センサ画素１１の受光量に応じた画素データを保持する。カラム信号処理回路２２は、例えば、データ出力線ＶＳＬごとにカラム信号処理部を有している。カラム信号処理部は、例えば、シングルスロープＡ／Ｄ変換器を含んでいる。シングルスロープＡ／Ｄ変換器は、例えば、比較器およびカウンタ回路を含んで構成されている。水平駆動回路２３は、例えば、カラム信号処理回路２２に保持されている画素データを順次、外部に出力する。システム制御回路２４は、例えば、ロジック回路２０内の各ブロック（垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２および水平駆動回路２３）の駆動を制御する。
【００１７】
図２は、センサ画素１１および読み出し回路１２の回路構成の一例を表す。図２には、１つの読み出し回路１２に１つのセンサ画素１１が割り当てられている場合が例示されている。各センサ画素１１は、互いに共通の構成要素を有している。各センサ画素１１は、例えば、フォトダイオードＰＤと、第１転送トランジスタＴＲＸと、第２転送トランジスタＴＲＧと、電荷保持部ＭＥＭと、フローティングディフュージョンＦＤと、排出トランジスタＯＦＧと、排出フローティングディフュージョンＯＦＤとを有している。第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧは、例えば、ＮＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。フォトダイオードＰＤは、本開示の「光電変換部」の一具体例に相当する。
【００１８】
フォトダイオードＰＤは、受光面１０Ａ（後述）を介して入射した光を光電変換する。フォトダイオードＰＤは、光電変換を行って受光量に応じた電荷を発生する。フォトダイオードＰＤは、例えば、ＰＮ接合型の光電変換素子である。フォトダイオードＰＤのカソードが第１転送トランジスタＴＲＸのソースに電気的に接続されており、フォトダイオードＰＤのアノードが基準電位線（例えばグラウンドＧＮＤ）に電気的に接続されている。
【００１９】
第１転送トランジスタＴＲＸは、フォトダイオードＰＤと第２転送トランジスタＴＲＧとの間に接続されており、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルを制御する。例えば、第１転送トランジスタＴＲＸがオンしたとき、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルが深くなる。また、例えば、第１転送トランジスタＴＲＸがオフしたとき、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルが浅くなる。第１転送トランジスタＴＲＸがオンすると、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷が、第１転送トランジスタＴＲＸを介して、電荷保持部ＭＥＭに転送される。第１転送トランジスタＴＲＸのドレインが第２転送トランジスタＴＲＧのソースに電気的に接続されており、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートは画素駆動線ＨＳＬに接続されている。
【００２０】
第１転送トランジスタＴＲＸは、さらに、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに印加される制御信号に応じて、後述の第１ポテンシャル障壁４０（図５参照）の高さ（ポテンシャルφｘ）を制御する。例えば、第１転送トランジスタＴＲＸがオンしたとき、第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）が深くなる。また、例えば、第１転送トランジスタＴＲＸがオフした場合であって、かつ第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに負バイアスが印加されたときには、第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）が、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに負バイアスが印加されていないときと比べて、浅くなる。このとき、第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）と、後述の第２ポテンシャル障壁５０の高さ（ポテンシャルφＴＲＧ，φＯＦＧ）との差が、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに負バイアスが印加されていないときと比べて、狭まる。
【００２１】
電荷保持部ＭＥＭは、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を一時的に保持する領域である。電荷保持部ＭＥＭは、フォトダイオードＰＤから転送された電荷を保持する。
【００２２】
第２転送トランジスタＴＲＧは、第１転送トランジスタＴＲＸとフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続されており、第２転送トランジスタＴＲＧのゲートに印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＭＥＭに保持されている電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。例えば、第１転送トランジスタＴＲＸがオフし、第２転送トランジスタＴＲＧがオンすると、電荷保持部ＭＥＭに保持されている電荷が、第２転送トランジスタＴＲＧを介して、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。第２転送トランジスタＴＲＧのドレインがフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されており、第２転送トランジスタＴＲＧのゲートは画素駆動線ＨＳＬに接続されている。
【００２３】
フローティングディフュージョンＦＤは、第１転送トランジスタＴＲＸおよび第２転送トランジスタＴＲＧを介してフォトダイオードＰＤから出力された電荷を一時的に保持する浮遊拡散領域である。フローティングディフュージョンＦＤには、例えば、リセットトランジスタＲＳＴが接続されるとともに、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬが接続されている。
【００２４】
排出トランジスタＯＦＧは、フォトダイオードＰＤと電源線ＶＤＤとの間に接続されており、排出トランジスタＯＦＧのゲートに印加される制御信号に応じて、フォトダイオードＰＤを初期化（リセット）する。例えば、排出トランジスタＯＦＧがオンすると、フォトダイオードＰＤの電位が電源線ＶＤＤの電位レベルにリセットされる。すなわち、フォトダイオードＰＤの初期化が行われる。また、排出トランジスタＯＦＧは、例えば、第１転送トランジスタＴＲＸと電源線ＶＤＤの間にオーバーフローパスを形成し、フォトダイオードＰＤから溢れた電荷を電源線ＶＤＤに排出する。排出トランジスタＯＦＧのドレインが電源線ＶＤＤに接続されるとともに、排出トランジスタＯＦＧのソースがフォトダイオードＰＤと第１転送トランジスタＴＲＸとの間に接続されており、排出トランジスタＯＦＧのゲートが画素駆動線ＨＳＬに接続されている。
【００２５】
リセットトランジスタＲＳＴは、フローティングディフュージョンＦＤと電源線ＶＤＤとの間に接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのゲートに印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＭＥＭからフローティングディフュージョンＦＤまでの各領域を初期化（リセット）する。例えば、第２転送トランジスタＴＲＧおよびリセットトランジスタＲＳＴがオンすると、電荷保持部ＭＥＭおよびフローティングディフュージョンＦＤの電位が電源線ＶＤＤの電位レベルにリセットされる。すなわち、電荷保持部ＭＥＭおよびフローティングディフュージョンＦＤの初期化が行われる。リセットトランジスタＲＳＴのドレインが電源線ＶＤＤに接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのソースがフローティングディフュージョンＦＤに接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのゲートが画素駆動線ＨＳＬに接続されている。
【００２６】
増幅トランジスタＡＭＰでは、ゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続されており、ドレインが電源線ＶＤＤに接続されており、ソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続されている。増幅トランジスタＡＭＰは、フォトダイオードＰＤでの光電変換によって得られる電荷を読み出すソースフォロワ回路の入力部となっている。増幅トランジスタＡＭＰは、増幅トランジスタＡＭＰのソースが選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに接続されていることから、垂直信号線ＶＳＬの一端に接続される定電流源とソースフォロワ回路を構成する。増幅トランジスタＡＭＰは、フォトダイオードＰＤでの光電変換によって得られる電荷を画素信号に変換し、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに出力する。
【００２７】
選択トランジスタＳＥＬでは、ドレインが増幅トランジスタＡＭＰのソースに接続されており、ソースが垂直信号線ＶＳＬに接続されており、ゲートが画素駆動線ＨＳＬに接続されている。選択トランジスタＳＥＬは、選択トランジスタＳＥＬのゲートに印加される制御信号に応じて、増幅トランジスタＡＭＰから出力される画素信号の垂直信号線ＶＳＬへの出力を制御する。選択トランジスタＳＥＬは、制御信号がオンすると導通状態となり、選択トランジスタＳＥＬに連結されたセンサ画素１１が選択状態となる。センサ画素１１が選択状態になると、増幅トランジスタＡＭＰから出力される画素信号が垂直信号線ＶＳＬを介してカラム信号処理回路２２に読み出される。
【００２８】
次に、センサ画素１１の構成について詳細に説明する。図３は、センサ画素１１の平面構成の一例を表す。図４は、図３のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す。図５は、図３のＡ−Ａ線における１次元ポテンシャルの一例を表す。図３〜図５は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。図４には、不純物濃度の濃さが、「Ｐ＋」、「Ｐ−」、「Ｎ−」、「Ｎ＋」、「Ｎ＋＋」といった表現で示されている。ここで、「Ｐ＋」は「Ｐ−」よりもｐ型不純物（アクセプタ）の濃度が高いことを示している。「Ｐ−」と記載された箇所では、例えば、ｐ型不純物（アクセプタ）の濃度が１×１０１６ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲内の値となっている。「Ｎ＋」は「Ｎ−」よりもｎ型不純物（ドナー）の濃度が高いことを示している。「Ｎ＋＋」は「Ｎ＋」よりもｎ型不純物（ドナー）の濃度が高いことを示している。「Ｎ−」と記載された箇所では、例えば、ｎ型不純物（ドナー）の濃度が１×１０１６ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲内の値となっている。
【００２９】
センサ画素１１は、半導体基板３０上に形成されている。半導体基板３０は、例えば、シリコン基板である。半導体基板３０は、半導体基板３０の上面およびその近傍にｐウェル層３２を有しており、ｐウェル層３２よりも深い箇所にｎ型半導体層３１を有している。ｐウェル層３２は、半導体基板３０の上面およびその近傍に形成されたｐ型半導体領域である。ｐウェル層３２には、ｎ型半導体領域３３およびｐ型半導体領域３４が形成されている。ｐ型半導体領域３４は、半導体基板３０の上面に形成されており、ｎ型半導体領域３３と接している。ｎ型半導体領域３３およびｐ型半導体領域３４は、半導体基板３０の厚さ方向（法線方向）に積層されており、フォトダイオードＰＤを構成している。半導体基板３０の上面のうち、ｐ型半導体領域３４の形成されている領域が受光面１０Ａとなっている。
【００３０】
ｐウェル層３２のうち、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートと対向する箇所には、電荷保持部ＭＥＭが形成されている。電荷保持部ＭＥＭは、半導体基板３０の上面から所定の深さに形成されている。電荷保持部ＭＥＭは、ｐウェル層３２内に形成されたｎ型不純物の半導体領域によって構成されている。半導体基板３０の上面と電荷保持部ＭＥＭとの間には、ｐ型半導体領域３７が形成されている。
【００３１】
ｐウェル層３２のうち、フォトダイオードＰＤと電荷保持部ＭＥＭとの間には、第１ポテンシャル障壁４０が形成されている。つまり、センサ画素１１は、フォトダイオードＰＤと電荷保持部ＭＥＭとの間に、第１ポテンシャル障壁４０を備えている。第１ポテンシャル障壁４０は、フォトダイオードＰＤと電荷保持部ＭＥＭとの間に形成されたｐ型半導体領域３６およびｎ型半導体領域３５によって形成されている。ｐ型半導体領域３６は、半導体基板３０の上面に形成されており、ｐ型半導体領域３４とｐ型半導体領域３７との間に形成されている。ｐ型半導体領域３６は、第１転送トランジスタＴＲＸと対向する箇所に形成されている。第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）は、後述の第２ポテンシャル障壁５０の高さ（ポテンシャルφＴＲＧ，φＯＦＧ）よりも低くなっている。ｐ型半導体領域３６のｐ型不純物（アクセプタ）の濃度は、ｐウェル層３２、ｐ型半導体領域３４およびｐ型半導体領域３７のｐ型不純物（アクセプタ）の濃度よりも低くなっている。ｎ型半導体領域３５は、ｐ型半導体領域３６の直下に形成されており、ｎ型半導体領域３３と電荷保持部ＭＥＭとの間に形成されている。ｎ型半導体領域３５は、第１転送トランジスタＴＲＸと対向する位置に形成されている。ｎ型半導体領域３５のｎ型不純物（ドナー）の濃度は、ｎ型半導体領域３３および電荷保持部ＭＥＭのｎ型不純物（ドナー）の濃度よりも低くなっている。
【００３２】
フォトダイオードＰＤ、電荷保持部ＭＥＭおよび第１ポテンシャル障壁４０を含む領域の周囲には、第２ポテンシャル障壁５０が形成されている。つまり、センサ画素１１は、電荷保持部ＭＥＭおよび第１ポテンシャル障壁４０を含む領域の周囲に、第２ポテンシャル障壁５０を備えている。第２ポテンシャル障壁５０は、電荷保持部ＭＥＭおよび第１ポテンシャル障壁４０を含む領域の周囲に形成されたｐウェル層３２によって形成されている。ｐウェル層３２のうち、第２転送トランジスタＴＲＧのゲートと対向する箇所のポテンシャルφＴＲＧ）、およびｐウェル層３２のうち、排出トランジスタＯＦＧと対向する箇所のポテンシャルφＯＦＧ）は、ｐ型半導体領域３６のポテンシャルφｘよりも高くなっている。ポテンシャルφＴＲＧおよびポテンシャルφＯＦＧは、互いに等しくなっていてもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００３３】
第２ポテンシャル障壁５０の周囲には、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出フローティングディフュージョンＯＦＤが形成されている。つまり、センサ画素１１は、第２ポテンシャル障壁５０の周囲に、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出フローティングディフュージョンＯＦＤを備えている。フローティングディフュージョンＦＤおよび排出フローティングディフュージョンＯＦＤは、ともに、ｐウェル層３２内に形成されたｎ型不純物濃度の高い半導体領域によって構成されている。
【００３４】
[撮像モード]
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置１の撮像モードについて説明する。
【００３５】
固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、例えば後述の操作部２５０からの撮像指令に従って、撮像モードを選択し、選択した撮像モードに対応する動作を実行する。撮像指令として、例えば、ＤＲ（Dynamic Range）拡大モードでの撮像指令、およびＧＳ(Global Shutter)モードでの撮像指令が含まれている。ＤＲ拡大モードは、本開示の「第１撮像モード」の一具体例に相当する。ＧＳモードは、本開示の「第２撮像モード」の一具体例に相当する。ＤＲ拡大モードは、例えば室外などの明るい環境下での撮像に適した撮像モードであり、ＤＲ拡大モードでの撮像指令は、ローリングシャッター方式での撮像指令である。ＧＳモードは、例えばサッカーの試合などの、動きのある被写体の連続撮像（動画撮像）に適した撮像モードであり、ＧＳモードでの撮像指令は、グローバルシャッター方式での撮像指令である。このように、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、複数の撮像方式（ローリングシャッター方式、グローバルシャッター方式）に対応可能となっている。
【００３６】
図６は、ＤＲ拡大モードにおける１次元ポテンシャルの一例を表す。図７、図８は、ＧＳモードにおける１次元ポテンシャルの一例を表す。図９は、ＤＲ拡大モードおよびＧＳモードにおける飽和信号量の一例を表す。
【００３７】
（ＤＲ拡大モード）
ＤＲ拡大モードでは、第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）が第２ポテンシャル障壁５０の高さ（ポテンシャルφＴＲＧ，φＯＦＧ）よりも低くなっている。そのため、フォトダイオードＰＤに溜まった電荷が電荷保持部ＭＥＭにオーバーフローするので、フォトダイオードＰＤにおける光電変換によって生じた電荷は、フォトダイオードＰＤだけでなく電荷保持部ＭＥＭにも溜まる。従って、ＤＲ拡大モードにおける飽和電荷量Ｑｓ１は、フォトダイオードＰＤにおける飽和電荷量ＰＤＱｓと、電荷保持部ＭＥＭにおける飽和電荷量ＭＥＭＱｓとの和となる。
【００３８】
（ＧＳモード）
ＧＳモードでは、例えば、図７に示したように、前フレームの電荷が電荷保持部ＭＥＭに蓄積されている間、第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）は、ＤＲ拡大モードにおける第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）よりも浅くなっている。このとき、前フレームの電荷が電荷保持部ＭＥＭに蓄積されている間、第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）と、第２ポテンシャル障壁５０の高さ（ポテンシャルφＴＲＧ，φＯＦＧ）との差は、ＤＲ拡大モードにおけるそれと比べて、小さくなっている。そのため、フォトダイオードＰＤに溜まった電荷（現フレームの電荷）は、電荷保持部ＭＥＭにオーバーフローしない。つまり、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードにおいてフォーカルプレーン現象が生じないように、第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）を制御する。従って、ＧＳモードにおける飽和電荷量Ｑｓ２は、フォトダイオードＰＤにおける飽和電荷量ＰＤＱｓと等しくなる。
【００３９】
なお、例えば、図８に示したように、ＧＳモードにおいて、前フレームの電荷が電荷保持部ＭＥＭに蓄積されている間、ポテンシャルφＯＦＧが深くなっていてもよい。このとき、ポテンシャルφＯＦＧがポテンシャルφＴＲＧよりも深くなっており、かつ、ポテンシャルφｘよりも深くなっている。これにより、フォトダイオードＰＤに溜まった電荷（現フレームの電荷）は、電荷保持部ＭＥＭにオーバーフローせず、フォトダイオードＰＤにおける飽和電荷量ＰＤＱｓを超える電荷は、ポテンシャルφＯＦＧを超えて、排出フローティングディフュージョンＯＦＧに排出される。つまり、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードにおいてブルーミングが生じないように、ポテンシャルφＯＦＧを制御する。従って、この場合にも、ＧＳモードにおける飽和電荷量Ｑｓ２は、フォトダイオードＰＤにおける飽和電荷量ＰＤＱｓと等しくなる。
【００４０】
[ＤＲ拡大モードにおける撮像手順]
次に、ＤＲ拡大モードにおける撮像手順について説明する。
【００４１】
図１０Ａは、ＤＲ拡大モードにおける蓄積開始時の１次元ポテンシャルの一例を表す。図１０Ｂは、ＤＲ拡大モードにおける蓄積時（ＰＤ未飽和）の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。図１０Ｃは、ＤＲ拡大モードにおける蓄積時（ＰＤ飽和）の１次元ポテンシャルの一例を表す。図１０Ｄは、ＤＲ拡大モードにおける蓄積完了時の１次元ポテンシャルの一例を表す。図１０Ｅは、ＤＲ拡大モードにおける読み出し時の１次元ポテンシャルの一例を表す。図１１は、ＤＲ拡大モードにおけるタイミングチャートの一例を表す。
【００４２】
まず、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、撮像を開始する前に、第２転送トランジスタＴＲＧ、排出トランジスタＯＦＧおよびリセットトランジスタＲＳＴをオンして、フォトダイオードＰＤや、フローティングディフュージョンＦＤ、排出フローティングディフュージョンＯＦＤに残留する余分な電荷を外部に排出する。その後、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、撮像を開始する。具体的には、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧがオフしている状態で、電荷の蓄積を開始する（図１０Ａ）。つまり、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ポテンシャルφｘをポテンシャルφＴＲＧ，φＯＦＧよりも低く維持した状態（つまりオーバーフローしやすい状態）で、フォトダイオードＰＤおよび電荷保持部ＭＥＭに電荷を溜めさせる。すると、フォトダイオードＰＤにおける光電変換によって生じた電荷は、フォトダイオードＰＤに溜まり始める（図１０Ｂ）。
【００４３】
その後、フォトダイオードＰＤが飽和すると、フォトダイオードＰＤに溜まった電荷が電荷保持部ＭＥＭにオーバーフローし始める（図１０Ｃ）。そして、フォトダイオードＰＤにおける光電変換が完了したとき、フォトダイオードＰＤにおける光電変換によって生じた所定の量の電荷が、フォトダイオードＰＤおよび電荷保持部ＭＥＭに蓄積される（図１０Ｄ）。その後、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、リセットトランジスタＲＳＴをオンして、もう一度、フローティングディフュージョンＦＤに残留する余分な電荷を外部に排出した後、第１転送トランジスタＴＲＸおよび第２転送トランジスタＴＲＧをオンして、ポテンシャルφｘ，φＴＲＧを深くすることで、フォトダイオードＰＤおよび電荷保持部ＭＥＭに溜まった電荷をフローティングディフュージョンＦＤに排出（転送）する（図１０Ｅ）。
【００４４】
このとき、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、選択トランジスタＳＥＬをオンしておく。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電位に対応する信号レベルの画素信号を増幅トランジスタＡＭＰで生成し、生成された画素信号が選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに出力される。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、この一連の動作を、所定の単位画素行ごとに行う。このようにして、ＤＲ拡大モードにおける撮像が行われる。
【００４５】
[ＧＳモードにおける撮像手順]
次に、ＧＳモードにおける撮像手順について説明する。
【００４６】
図１２Ａは、ＧＳモードにおける蓄積開始時の１次元ポテンシャルの一例を表す。図１２Ｂは、ＧＳモードにおける蓄積時（ＰＤ未飽和）の１次元ポテンシャルの一例を表す図である。図１２Ｃは、ＧＳモードにおける蓄積完了時の１次元ポテンシャルの一例を表す。図１２Ｄは、ＧＳモードにおける読み出し時の１次元ポテンシャルの一例を表す。図１３は、ＧＳモードにおけるタイミングチャートの一例を表す。
【００４７】
まず、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、撮像を開始する前に、第２転送トランジスタＴＲＧ、排出トランジスタＯＦＧおよびリセットトランジスタＲＳＴをオンして、フォトダイオードＰＤや、フローティングディフュージョンＦＤ、排出フローティングディフュージョンＯＦＤに残留する余分な電荷を外部に排出する。その後、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、撮像を開始する。具体的には、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＧおよび排出トランジスタＯＦＧがオフしている状態で、電荷の蓄積を開始する（図１２Ａ）。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、この状態で、電荷の蓄積を開始する。すると、フォトダイオードＰＤにおける光電変換によって生じた電荷は、フォトダイオードＰＤに溜まり始める（図１２Ｂ）。その後、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、フォトダイオードＰＤにおける光電変換が完了する前に、第１転送トランジスタＴＲＸをオンして、第１ポテンシャル障壁４０のポテンシャルφｘと、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルを深くすることで、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を電荷保持部ＭＥＭに転送する（図１２Ｃ）。このとき、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、この転送動作を、全てのセンサ画素１１に対して同時に行う。
【００４８】
固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、フォトダイオードＰＤにおける光電変換が完了したとき、第１転送トランジスタＴＲＸをオフして、第１ポテンシャル障壁４０のポテンシャルφｘと、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルを浅くする（図１２Ｄ）。これにより、現フレームの撮像による電荷が電荷保持部ＭＥＭに閉じ込められる。このとき、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに負バイアスを印加することで、ポテンシャルφｘを、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに対して負バイアスを印加していないときよりも浅くする。つまり、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに対して負バイアスを印加することで、ポテンシャルφｘとポテンシャルφＴＲＸ，φＯＦＧとの差を狭める。このとき、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ポテンシャルφｘとポテンシャルφＴＲＸ，φＯＦＧとの差を狭めた状態で、全てのセンサ画素１１の電荷保持部ＭＥＭに電荷を溜めさせる。これにより、次フレームの撮像によってフォトダイオードＰＤに溜まった電荷が、現フレームの撮像による電荷が溜まっている電荷保持部ＭＥＭにオーバーフローするのを防ぐ。
【００４９】
その後、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、リセットトランジスタＲＳＴをオンして、もう一度、フローティングディフュージョンＦＤに残留する余分な電荷を外部に排出した後、第２転送トランジスタＴＲＧをオンして、ポテンシャルφＴＲＧを深くすることで、電荷保持部ＭＥＭに蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに排出（転送）する（図１２Ｅ）。このとき、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、選択トランジスタＳＥＬをオンしておく。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電位に対応する信号レベルの画素信号を増幅トランジスタＡＭＰで生成し、生成された画素信号が選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに出力される。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、この読み出し動作を、所定の単位画素行ごとに行う。このようにして、ＧＳモードにおける撮像が行われる。
【００５０】
なお、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに負バイアスを印加する代わりに、例えば、図１４に示したように、読み出し動作時に、排出トランジスタＯＦＧをオンしてもよい。このようにした場合には、現フレームの撮像による電荷が電荷保持部ＭＥＭに溜まっている時に、次フレームの撮像が行われないので、次フレームの撮像によってフォトダイオードＰＤに溜まった電荷が、現フレームの撮像による電荷が溜まっている電荷保持部ＭＥＭにオーバーフローするのを防ぐ。
【００５１】
[効果]
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
【００５２】
ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、ローリングシャッター方式で撮像が行われた場合、フォーカルプレーンと呼ばれる被写体歪みが生じることがある。そこで、フォトダイオードで光電変換して蓄積された電荷を電荷保持部へ一括して転送し、その後、電荷保持部に保持された電荷を順次読み出すグローバルシャッター方式で撮像を行うことが考えられる。しかし、このようにした場合には、ローリングシャッター方式の場合と比べて、フォトダイオードの面積が小さくなってしまい、ダイナミックレンジが狭くなってしまう。従って、従来では、目的に応じて、ＣＭＯＳイメージセンサを選択しなければならないという問題があった。
【００５３】
一方、本実施の形態では、フォトダイオードＰＤと電荷保持部ＭＥＭとの間に設けられた第１ポテンシャル障壁４０が、フォトダイオードＰＤ、電荷保持部ＭＥＭ、ｎ型半導体領域３５、ｐ型半導体領域３６およびｐ型半導体領域３７を含む領域の周囲に設けられた第２ポテンシャル障壁５０よりも低くなっている。これにより、例えば、フォトダイオードＰＤおよび電荷保持部ＭＥＭの双方に溜まった電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送させたり、各センサ画素１１のフォトダイオードＰＤに溜まった電荷を電荷保持部ＭＥＭに一括転送させた後、電荷保持部ＭＥＭに溜まった電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送させたりすることが可能となる。ここで、フォトダイオードＰＤおよび電荷保持部ＭＥＭの双方に電荷を溜める場合、フォトダイオードＰＤだけに電荷を溜める場合と比べて、各センサ画素１１の飽和電荷量を増やすことができ、高ダイナミックレンジを得ることができる。また、各センサ画素１１のフォトダイオードＰＤに溜まった電荷を電荷保持部ＭＥＭに一括転送させる場合、被写体歪みを低減することができる。その結果、目的に応じて、被写体歪みを低減するモード（ＧＳモード）や、高ダイナミックレンジを得るモード（ＤＲ拡大モード）に切り替えることができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、第１ポテンシャル障壁４０がｐ型半導体領域３６によって形成されており、第２ポテンシャル障壁５０がｐウェル層３２によって形成されており、ｐ型半導体領域３６の不純物濃度がｐウェル層３２の不純物濃度よりも低くなっている。これにより、ｐ型半導体領域３６およびｐウェル層３２の不純物濃度の制御により、第１ポテンシャル障壁４０のポテンシャルφｘや第２ポテンシャル障壁５０のポテンシャルφＴＲＧ，φＯＦＧを制御することができる。このように、本実施の形態では、半導体基板３０への不純物拡散によって第１ポテンシャル障壁４０および第２ポテンシャル障壁５０を形成することができるので、特異なプロセスを用いなくても、第１ポテンシャル障壁４０および第２ポテンシャル障壁５０を形成することができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、撮像モードに応じて第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）を制御する。具体的には、ＤＲ拡大モードのときには、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）を第２テンシャル障壁５０の高さ（ポテンシャルφＴＲＧ，φＯＦＧ）よりも低く維持する。これにより、フォトダイオードＰＤに溜まった電荷を電荷保持部ＭＥＭにオーバーフローさせることができる。その結果、センサ画素１１の電荷飽和量を、フォトダイオードＰＤの電荷飽和量ＰＤＱｓと、電荷保持部ＭＥＭの電荷飽和量ＭＥＭＱｓの和に拡大することができる。一方、ＧＳモードのときには、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、電荷保持部ＭＥＭに電荷を閉じ込める際に、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに負バイアスを印加して、第１ポテンシャル障壁４０の高さ（ポテンシャルφｘ）を、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに負バイアスを印加していないときよりも浅くする。これにより、フォトダイオードＰＤに次フレームの電荷を溜めた場合であっても、フォトダイオードＰＤに溜まった次フレームの電荷が、現フレームの電荷が溜まった電荷保持部ＭＥＭにオーバーフローするのを防ぐことができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＤＲ拡大モードのときには、第１ポテンシャル障壁４０を第２ポテンシャル障壁５０よりも低く維持した状態で、フォトダイオードＰＤおよび電荷保持部ＭＥＭに電荷を溜めさせ、その後、第１転送トランジスタＴＲＸおよび第２転送トランジスタＴＲＧをオンして、フォトダイオードＰＤおよび電荷保持部ＭＥＭに溜まった電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。これにより、センサ画素１１の電荷飽和量を、フォトダイオードＰＤの電荷飽和量ＰＤＱｓと、電荷保持部ＭＥＭの電荷飽和量ＭＥＭＱｓの和に拡大することができる。
【００５７】
また、本実施の形態では、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードのときには、第１ポテンシャル障壁４０の高さと第２ポテンシャル障壁５０の高さとの差を狭めた状態で、全てのセンサ画素１１の電荷保持部ＭＥＭに電荷を溜めさせ、その後、第２転送トランジスタＴＲＧをオンして、電荷保持部ＭＥＭに溜まった電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送させる。これにより、被写体歪みを低減することができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードのときには、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに負バイアスを印加して、第１ポテンシャル障壁４０の高さと第２ポテンシャル障壁５０の高さとの差を狭める。これにより、簡単な制御により、被写体歪みを低減することができる。
【００５９】
＜２．変形例＞
以下に、上記実施の形態に係る固体撮像装置１の変形例について説明する。
【００６０】
[変形例Ａ]
上記実施の形態において、各センサ画素１１において、例えば、図１５、図１６、図１７、図１８に示したように、排出トランジスタＯＦＧおよび排出ローティングディフュージョンＯＦＤが省略されていてもよい。この場合、第２ポテンシャル障壁５０のうち、排出トランジスタＯＦＧの形成されていた箇所のポテンシャルφＳｉは、ｐウェル層３２のポテンシャルとなる。このように、排出トランジスタＯＦＧおよび排出ローティングディフュージョンＯＦＤが省略されている場合であっても、目的に応じて、被写体歪みを低減するモード（ＧＳモード）や、高ダイナミックレンジを得るモード（ＤＲ拡大モード）に切り替えることができる。
【００６１】
[変形例Ｂ]
上記実施の形態において、各センサ画素１１が、例えば、図１９、図２０、図２１に示したように、第１ポテンシャル障壁４０の高さを制御する制御トランジスタＴＲＹを更に有していてもよい。この場合、制御トランジスタＴＲＹのゲートと対向する箇所に、第１ポテンシャル障壁４０が形成されており、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートと対向する箇所には、第１ポテンシャル障壁４０は形成されていない。
【００６２】
この場合、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＤＲ拡大モードの図１０Ｅのフェーズにおいて、第１転送トランジスタＴＲＸ、第２転送トランジスタＴＲＧおよび制御トランジスタＴＲＹをオンして、ポテンシャルφｘ，φＴＲＧを深くすることで、フォトダイオードＰＤおよび電荷保持部ＭＥＭに溜まった電荷をフローティングディフュージョンＦＤに排出（転送）する（図２２）。
【００６３】
また、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードの図１２Ｃのフェーズにおいて、フォトダイオードＰＤにおける光電変換が完了する前に、第１転送トランジスタＴＲＸおよび制御トランジスタＴＲＹをオンして、第１ポテンシャル障壁４０のポテンシャルφｘと、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルを深くすることで、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を電荷保持部ＭＥＭに転送する（図２３）。また、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードの図１２Ｄのフェーズにおいて、フォトダイオードＰＤにおける光電変換が完了したとき、第１転送トランジスタＴＲＸおよび制御トランジスタＴＲＹをオフして、第１ポテンシャル障壁４０のポテンシャルφｘと、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルを浅くする（図２３）。さらに、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードの図１２Ｄのフェーズにおいて、制御トランジスタＴＲＹのゲートに負バイアスを印加することで、ポテンシャルφｘを、第１転送トランジスタＴＲＸのゲートに対して負バイアスを印加していないときよりも浅くする。また、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードの図１２Ｅのフェーズにおいて、リセットトランジスタＲＳＴをオンして、もう一度、フローティングディフュージョンＦＤに残留する余分な電荷を外部に排出した後、第２転送トランジスタＴＲＧをオンして、ポテンシャルφＴＲＧを深くすることで、電荷保持部ＭＥＭに蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに排出（転送）する（図２３）。
【００６４】
このように、本変形例では、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードのときに、制御トランジスタＴＲＹのゲートに負バイアスを印加して、第１ポテンシャル障壁４０の高さと第２ポテンシャル障壁５０の高さとの差を狭めることができる。つまり、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルの制御と、第１ポテンシャル障壁４０のポテンシャルの制御とを互いに独立に制御することができる。
【００６５】
なお、本変形例において、各センサ画素１１において、例えば、図２４、図２５、図２６に示したように、排出トランジスタＯＦＧおよび排出ローティングディフュージョンＯＦＤが省略されていてもよい。この場合、第２ポテンシャル障壁５０のうち、排出トランジスタＯＦＧの形成されていた箇所のポテンシャルφＳｉは、ｐウェル層３２のポテンシャルとなる。このように、排出トランジスタＯＦＧおよび排出ローティングディフュージョンＯＦＤが省略されている場合であっても、目的に応じて、被写体歪みを低減するモード（ＧＳモード）や、高ダイナミックレンジを得るモード（ＤＲ拡大モード）に切り替えることができる。
【００６６】
[変形例Ｃ]
上記実施の形態およびその変形例において、固体撮像装置１は、裏面照射型の照射型のイメージセンサであってもよい。裏面照射型のイメージセンサとは、被写体からの光が入射する受光面と、各画素を駆動させるトランジスタ等の配線が設けられた配線層との間に、被写体からの光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変換部が設けられている構成のイメージセンサである。
【００６７】
例えば、図２７、図２８、図２９、図３０に示したように、各センサ画素１１が、半導体基板３０の裏面に接する遮光層３８と、フォトダイオードＰＤと電荷保持部ＭＥＭとの間であってかつｎ型半導体領域３５の直下に設けられた遮光壁３９とを有している。遮光層３８は、フォトダイオードＰＤと対向する箇所に開口を有しており、その開口の底面には半導体基板３０の裏面が露出している。そして、半導体基板３０の裏面のうち、開口の底面に露出している領域が受光面１０Ａとなっている。遮光層３８および遮光壁３９は、例えば、タングステンなどの金属で構成されており、外部からの光の、電荷保持部ＭＥＭへの入射を遮る。遮光層３８および遮光壁３９が設けられていることにより、外部からの光の、電荷保持部ＭＥＭへの入射が遮られるので、電荷保持部ＭＥＭに光が入射することにより発生するノイズを低減することができる。
【００６８】
本変形例では、固体撮像装置１が裏面照射型の照射型のイメージセンサとなっている。この場合であっても、上記の実施の形態と同様、目的に応じて、被写体歪みを低減するモード（ＧＳモード）や、高ダイナミックレンジを得るモード（ＤＲ拡大モード）に切り替えることができる。
【００６９】
＜３．適用例＞
本開示は、固体撮像装置への適用に限られるものではない。すなわち、本技術は、固体撮像装置のほかに光学レンズ系等を有するカメラモジュール、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、撮像機能を有する携帯端末装置（例えばスマートフォンやタブレット型端末）、又は画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、固体撮像装置を有する電子機器全般に対して適用可能である。
【００７０】
図３１は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１を備えた電子機器２の構成例を示すブロック図である。
【００７１】
電子機器２は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末装置などの電子機器である。電子機器２は、例えば、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１、ＤＳＰ回路２１０、フレームメモリ２２０、表示部２３０、記憶部２４０、操作部２５０および電源部２６０を備えている。ＤＳＰ回路２１０が、本開示の「信号処理回路」の一具体例に相当する。電子機器２において、ＤＳＰ回路２１０、フレームメモリ２２０、表示部２３０、記憶部２４０、操作部２５０および電源部２６０は、バスライン２７０を介して相互に接続されている。
【００７２】
上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１は、入射光に応じた画像データを出力する。ＤＳＰ回路２１０は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１から出力される信号（画像データ）を処理する信号処理回路である。フレームメモリ２２０は、ＤＳＰ回路２１０により処理された画像データを、フレーム単位で一時的に保持する。表示部２３０は、例えば、液晶パネルや有機EL（Electro  Luminescence）パネル等のパネル型表示装置からなり、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１で撮像された動画又は静止画を表示する。記憶部２４０は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１で撮像された動画又は静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録する。操作部２５０は、ユーザによる操作に従い、電子機器２が有する各種の機能についての操作指令を発する。電源部２６０は、ＤＳＰ回路２１０、フレームメモリ２２０、表示部２３０、記憶部２４０および操作部２５０の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【００７３】
次に、電子機器２における撮像手順について説明する。
【００７４】
図３２は、電子機器２におけるＤＲ拡大モードおよびＧＳモードの切り替え動作のフローチャートの一例を表す。ユーザは、操作部２５０を操作することにより撮像モードを選択する（ステップＳ１０１）。操作部２５０は、例えば、ローリングシャッター動作に対応する撮像モード（ＤＲ拡大モード）、およびグローバルシャッター動作に対応する撮像モード（ＧＳモード）のいずれかをユーザに選択させるインターフェース（画面）を表示する。ユーザは、例えば、そのインターフェース（画面）を見ながら、いずれか一方の撮像モードを選択する。
【００７５】
操作部２５０は、ユーザによって選択された撮像モードがＤＲ拡大モードである場合には、ＤＲ拡大モードでの撮像指令を固体撮像装置１に送信する（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ユーザによる選択に応じて、ＤＲ拡大モードに対応する動作およびＧＳモードに対応する動作のいずれかの動作を実行する。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＤＲ拡大モードでの撮像指令を受信した場合には、例えば図１０Ａ〜図１０Ｅおよび図１１に示した手順で、ローリングシャッター方式の撮像を行う（ステップＳ１０４）。
【００７６】
一方、操作部２５０は、ユーザによって選択された撮像モードがＧＳモードである場合には、ＧＳモードでの撮像指令を固体撮像装置１に送信する（ステップＳ１０２，Ｓ１０５）。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ユーザによる選択に応じて、ＤＲ拡大モードに対応する動作およびＧＳモードに対応する動作のいずれかの動作を実行する。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、ＧＳモードでの撮像指令を受信した場合には、例えば図１２Ａ〜図１２Ｅおよび図１３に示した手順で、グローバルシャッター方式の撮像を行う（ステップＳ１０６）。
【００７７】
固体撮像装置１は、撮像により得られた画像データをＤＳＰ回路２１０に出力する。ＤＳＰ回路２１０は、固体撮像装置１から入力された画像データに対して所定の信号処理を行う（ステップＳ１０７）。ＤＳＰ回路２１０は、所定の信号処理後の画像データをフレームメモリ２２０に保持させ、フレームメモリ２２０は、必要に応じて、画像データを記憶部２４０に記憶させる（ステップＳ１０８）。このようにして、電子機器２における撮像が行われる。
【００７８】
電子機器２では、電子機器２では、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１が用いられている。これにより、目的に応じて、被写体歪みを低減するモード（ＧＳモード）や、高ダイナミックレンジを得るモード（ＤＲ拡大モード）に切り替えることができる。
【００７９】
電子機器２では、ＤＲ拡大モードおよびＧＳモードのいずれかをユーザに選択させるインターフェース（画面）が表示される。これにより、ユーザは、ユーザの目的に応じた適切なモードでの撮像が可能となる。
【００８０】
なお、電子機器２は、例えば、図３３に示したように、ＤＲ拡大モードおよびＧＳモードのいずれかを、固体撮像装置１から得られた画像データに基づいて選択し、選択した撮像モードに対応する動作の実行を固体撮像装置１に指示するモード制御部２８０を更に備えていてもよい。このようにした場合には、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、モード制御部２８０による指示に応じて、ＤＲ拡大モードに対応する動作およびＧＳモードに対応する動作のいずれかの動作を実行する。従って、ユーザの、撮像モードに対する知識が不足しているときであっても、適切なモードを自動的に選択することができる。
【００８１】
＜４．応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【００８２】
図３４は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【００８３】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図３４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
【００８４】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【００８５】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【００８６】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【００８７】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であってもよいし、赤外線等の非可視光であってもよい。
【００８８】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【００８９】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｉｖｅｒ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【００９０】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【００９１】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【００９２】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図３４の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【００９３】
図３５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【００９４】
図３５では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【００９５】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【００９６】
なお、図３５には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【００９７】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【００９８】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【００９９】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０１００】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０１０１】
以上、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、ノイズの少ない高精細な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
【０１０２】
以上、実施の形態およびその変形例、適用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
【０１０３】
また、本開示は、以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
受光面と、
前記受光面と対向配置された複数の画素と
を備え、
各前記画素は、
受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
前記光電変換部と前記電荷保持部との間に設けられた第１ポテンシャル障壁と、
前記光電変換部、前記電荷保持部および前記第１不純物半導体領域を含む領域の周囲に設けられた第２ポテンシャル障壁と
を有し、
前記第１ポテンシャル障壁は、前記第２ポテンシャル障壁よりも低くなっている
固体撮像装置。
（２）
前記第１ポテンシャル障壁は、第１不純物半導体領域によって形成され、
前記第２テンシャル障壁は、第２不純物半導体領域によって形成され、
前記第１不純物半導体領域の不純物濃度は、前記第２不純物半導体領域の不純物濃度よりも低くなっている
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
各前記画素は、
前記電荷保持部のポテンシャルを制御する第１転送トランジスタと、
前記電荷保持部に保持された電荷をフローティングディフュージョンに転送する第２転送トランジスタと、
前記第１転送トランジスタおよび前記第２転送トランジスタを制御する制御部と
を更に有し、
前記制御部は、撮像モードに応じて前記第１ポテンシャル障壁の高さを制御する
（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記制御部は、第１撮像モードのときには、前記第１ポテンシャル障壁を前記第２ポテンシャル障壁よりも低く維持した状態で、前記光電変換部および前記電荷保持部に電荷を溜めさせ、その後、前記第１転送トランジスタおよび前記第２転送トランジスタをオンして、前記光電変換部および前記電荷保持部に溜まった電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する
（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記制御部は、第２撮像モードのときには、前記第１ポテンシャル障壁の高さと前記第２ポテンシャル障壁の高さとの差を狭めた状態で、全ての前記センサ画素の前記電荷保持部に電荷を溜めさせ、その後、前記第２転送トランジスタをオンして、前記電荷保持部に溜まった電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する
（３）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記制御部は、前記第２撮像モードのときには、前記第１転送トランジスタのゲートに負バイアスを印加して、前記第１ポテンシャル障壁の高さと前記第２ポテンシャル障壁の高さとの差を狭める
（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
各前記画素は、前記第１ポテンシャル障壁の高さを制御する制御トランジスタを更に有し、
前記制御部は、前記第２撮像モードのときには、前記制御トランジスタのゲートに負バイアスを印加して、前記第１ポテンシャル障壁の高さと前記第２ポテンシャル障壁の高さとの差を狭める
（５）に記載の固体撮像装置。
（８）
入射光に応じた画像データを出力する固体撮像装置と、
前記画像データを処理する信号処理回路と
を備え、
前記固体撮像装置は、
受光面と、
前記受光面と対向配置された複数の画素と
を有し、
各前記画素は、
受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
前記光電変換部と前記電荷保持部との間に設けられた第１ポテンシャル障壁と、
前記光電変換部、前記電荷保持部および前記第１不純物半導体領域を含む領域の周囲に設けられた第２ポテンシャル障壁と
を有し、
前記第１ポテンシャル障壁は、前記第２ポテンシャル障壁よりも低くなっている
電子機器。
（９）
ローリングシャッター動作に対応する第１撮像モード、およびグローバルシャッター動作に対応する第２撮像モードのいずれかをユーザに選択させるインターフェースを更に備え、
前記固体撮像装置は、ユーザによる選択に応じて、前記第１撮像モードに対応する動作および前記第２撮像モードに対応する動作のいずれかの動作を実行する
（８）に記載の電子機器。
（１０）
ローリングシャッター動作に対応する第１撮像モード、およびグローバルシャッター動作に対応する第２撮像モードのいずれかを前記画像データに基づいて選択し、選択した撮像モードに対応する動作の実行を前記固体撮像装置に指示するモード制御部を更に備え、
前記固体撮像装置は、前記モード制御部による指示に応じて、前記第１撮像モードに対応する動作および前記第２撮像モードに対応する動作のいずれかの動作を実行する
（８）に記載の電子機器。
【０１０４】
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置および電子機器によれば、光電変換部と電荷保持部との間に設けられた第１ポテンシャル障壁を、光電変換部、電荷保持部および第１不純物半導体領域を含む領域の周囲に設けられた第２ポテンシャル障壁よりも低くするようにしたので、例えば、光電変換部および電荷保持部の双方に溜まった電荷をフローティングディフュージョンに転送させたり、各画素の光電変換部に溜まった電荷を電荷保持部に一括転送させた後、電荷保持部に溜まった電荷をフローティングディフュージョンに転送させたりすることが可能となる。ここで、光電変換部および電荷保持部の双方に電荷を溜める場合、光電変換部だけに電荷を溜める場合と比べて、各画素の飽和電荷量を増やすことができ、高ダイナミックレンジを得ることができる。また、各画素の光電変換部に溜まった電荷を電荷保持部に一括転送させる場合、被写体歪みを低減することができる。従って、目的に応じて、被写体歪みを低減するモードや、高ダイナミックレンジを得るモードに切り替えることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１…固体撮像装置、２…電子機器、１０…画素アレイ部、１０Ａ…受光面、１１…センサ画素、１２…読み出し回路、２０…ロジック回路、２１…垂直駆動回路、２２…カラム信号処理回路、２３…水平駆動回路、２４…システム制御回路、３０…半導体基板、３１…ｎ型半導体層、３２…ｐウェル層、３３…ｎ型半導体領域、３４…ｐ型半導体領域、３５…ｎ型半導体領域、３６…ｐ型半導体領域、３７…ｐ型半導体領域、３８…遮光層、３９…遮光壁、４０…第１ポテンシャル障壁、５０…第２ポテンシャル障壁、２１０…ＤＳＰ回路、２２０…フレームメモリ、２３０…表示部、２４０…記憶部、２５０…操作部、２６０…電源部、２７０…バスライン、２８０…モード制御部、１２０００…車両制御システム、１２００１…通信ネットワーク、１２０１０…駆動系制御ユニット、１２０２０…ボディ系制御ユニット、１２０３０…車外情報検出ユニット、１２０３１…撮像部、１２０４０…車内情報検出ユニット、１２０４１…運転者状態検出部、１２０５０…統合制御ユニット、１２０５１…マイクロコンピュータ、１２０５２…音声画像出力部、１２０５３…車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、１２０６１…オーディオスピーカ、１２０６２…表示部、１２０６３…インストルメントパネル、１２１００…車両、１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５…撮像部、１２１１１，１２１１２，１２１１３，１２１１４…撮像範囲、ＡＭＰ…増幅トランジスタ、ＦＤ…フローティングディフュージョン、ＭＥＭ…電荷保持部、ＯＦＤ…排出フローティングディフュージョン、ＯＦＧ…排出トランジスタ、ＰＤ…フォトダイオード、ＲＳＴ…リセットトランジスタ、ＳＥＬ…選択トランジスタ、ＴＲＸ…第１転送トランジスタ、ＴＲＧ…第２転送トランジスタ、ＴＲＹ…第３転送トランジスタ、ＶＳＬ…垂直信号線、φｘ，φＴＲＧ，φＯＦＧ，φＳｉ…ポテンシャル。
【図１】
2020043413.tif 000003
【図２】
2020043413.tif 000004
【図３】
2020043413.tif 000005
【図４】
2020043413.tif 000006
【図５】
2020043413.tif 000007
【図６】
2020043413.tif 000008
【図７】
2020043413.tif 000009
【図８】
2020043413.tif 000010
【図９】
2020043413.tif 000011
【図１０Ａ】
2020043413.tif 000012
【図１０Ｂ】
2020043413.tif 000013
【図１０Ｃ】
2020043413.tif 000014
【図１０Ｄ】
2020043413.tif 000015
【図１０Ｅ】
2020043413.tif 000016
【図１１】
2020043413.tif 000017
【図１２Ａ】
2020043413.tif 000018
【図１２Ｂ】
2020043413.tif 000019
【図１２Ｃ】
2020043413.tif 000020
【図１２Ｄ】
2020043413.tif 000021
【図１２Ｅ】
2020043413.tif 000022
【図１３】
2020043413.tif 000023
【図１４】
2020043413.tif 000024
【図１５】
2020043413.tif 000025
【図１６】
2020043413.tif 000026
【図１７】
2020043413.tif 000027
【図１８】
2020043413.tif 000028
【図１９】
2020043413.tif 000029
【図２０】
2020043413.tif 000030
【図２１】
2020043413.tif 000031
【図２２】
2020043413.tif 000032
【図２３】
2020043413.tif 000033
【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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