(57)【要約】【課題】光電変換領域の大きさは変えずに入射する光量を調整することで、ダイナミックレンジの拡大を可能とする。【解決手段】入射光を電気信号に変換するもので受光感度および蓄積電荷量が同一の光電変換部１２を有する複数の画素１１と、前記複数の画素１１上に前記入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造（オンチップトップレンズ１４）を備え、前記複数の画素１１は、前記入射領域の第１入射領域１３Ａに入射された入射光を受光する第１画素１１Ａと、前記第１入射領域１３Ａよりも小さい第２入射領域１３Ｂに入射された入射光を受光するもので該第１画素１１Ａよりも感度の低い第２画素１１Ｂとを有することを特徴とする。【選択図】図１
2008099073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素と、
前記複数の画素上に前記入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造を備え、
前記複数の画素は、前記入射領域の第１入射領域に入射された入射光を受光する第１画素と、前記第１入射領域よりも小さい第２入射領域に入射された入射光を受光するもので該第１画素よりも感度の低い第２画素とを有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の画素の配列が水平方向および垂直方向への直交配列である
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記複数の画素の配列は、前記各画素を隣接する画素に走査方向に対して傾斜させた斜め格子配列を成す
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記オンチップ構造は、前記第１画素に入射する入射光の入射領域にオンチップレンズを有する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１画素と、前記第１画素に隣接する前記第２画素とを同色の画素対とする
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記画素に、前記光電変換部から読み出した信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部を有し、
前記電荷電圧変換部は、前記第１画素と、前記第１画素と異なる行にあってかつ隣接する前記第２画素との共有とする
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記各光電変換部の上部に光導波路を有する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項８】
短時間露光の画像と長時間露光の画像の演算により広ダイナミック画像を得る
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１画素と前記第２画素との間に、前記第１画素の過剰電荷を前記第２画素に転送するオーバフローパスを有する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
入射光を集光する集光光学部と、
前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置と、
光電変換された信号を処理する信号処理部とを備え、
前記固体撮像装置は、入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素と、前記複数の画素上に前記入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造を備え、
前記複数の画素は、前記第１入射領域に入射された入射光を受光する第１画素と、前記第１入射領域よりも小さい第２入射領域に入射された入射光を受光するもので該第１画素よりも感度の低い第２画素とを有する
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子がさまざまな場面で使用され、デジタルスチルカメラから車載カメラ、監視カメラなどその用途は多岐にわたっている。そのため要求される特性もそのアプリケーションによって様々である。
【０００３】
しかしながら、それら用途全般において改善要求が高いものとしてダイナミックレンジが挙げられる。一般的に固体撮像素子はダイナミックレンジが狭い。したがって明暗差の大きな場面において、暗い部分を写そうとすると明るい部分が白つぶれを起こし、逆に明るい部分を写そうとすると暗い部分が黒つぶれを起こす。これは受光部の感度がほぼ線形であることによる。つまり被写体がよく写るようにするためには信号レンジの中心を被写体に合わせ、階調も被写体に合わせる必要がある。よって、この明るさから大きくはずれる部分は信号が飽和してしまう。
【０００４】
これに対して、固体撮像素子のダイナミックレンジを広げるための開発は古くから行なわれている。古くから知られているのは露光時間を変えた複数の画像を重ね合わせる手法である。通常、露光の画像に短露光時間の画像を重ねることでフォトダイオード（ＰＤ）が飽和するような強い光の領域を短時間露光の信号で補うものである。しかしながら、この技術は時間差が発生することから画像の同時性が損なわれる問題を有している。
【０００５】
上記技術とは別の技術として、感度の異なる画素を同一平面上に配置し、前記と同じく高輝度光感度を得るものである。ただし、この技術は同一平面上に２つの画素を配列することから解像度の低下という問題を有する。
【０００６】
これに対し、２種類の大きさの画素をハニカム配列にすることで、ＸＹ軸方向の空間解像度の低下を抑制し、感覚的に高い解像度を得る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記述されている発明は、光電変換した電荷を蓄積する蓄積フォトダイオードの大きさを変えることを特徴としている。しかし、この問題点は、大きなフォトダイオード（ＰＤ）においてＳ／Ｎが良いのは正しいものの、小さなフォトダイオード（ＰＤ）は逆にＳ／Ｎが劣化しており、単純にハニカム配列で集積しているのと大差がない点である。また、入射光量の差とともに容量の差をつけたのではフォトダイオード（ＰＤ）の飽和までの時間に差がつかず、画素の検出可能な飽和光量に差がつかない。ダイナミックレンジは、雑音が同程度と仮定した場合で高感度画素のフォトダイオード（ＰＤ）の容量増大による信号増大分、すなわち２倍程度にしかならない。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２８６５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、ダイナミックレンジが、雑音が同程度と仮定した場合で高感度画素のフォトダイオード（ＰＤ）の容量増大による信号増大分、すなわち２倍程度にしかならない点である。
【００１０】
本発明は、光電変換領域の大きさは変えずに入射する光量を調整することで、ダイナミックレンジの拡大を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の固体撮像装置は、入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素と、前記複数の画素上に前記入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造を備え、前記複数の画素は、前記入射領域の第１入射領域に入射された入射光を受光する第１画素と、前記第１入射領域よりも小さい第２入射領域に入射された入射光を受光するもので該第１画素よりも感度の低い第２画素とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の固体撮像装置では、複数の画素上に入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造を備え、前記複数の画素は、前記入射領域の第１入射領域に入射された入射光を受光する第１画素と、前記第１入射領域よりも小さい第２入射領域に入射された入射光を受光するもので該第１画素よりも感度の低い第２画素とを有することから、入射領域の大小によって、第１画素に入射する光量と、第１画素よりも感度の低い第２画素に入射する光量が調節される。すなわち、第１画素に第２画素よりも多くの光量が入射されることになるので、第２画素より第１画素が高感度になる。真にダイナミックレンジを拡げるためには光電変換部の大きさは変えずに入射領域、例えばトップレンズの大きさを変えることが重要である。入射領域の大きさが変わることにより入射する光量が調整された光電変換部であるから、各画素の電荷蓄積容量は同じであるとすれば、光電変換部が飽和するまでの時間に差が生じる。例えば、入射領域の大小による第１画素と第２画素との集光光量比が５：１であれば低感度である第２画素は高感度である第１画素の５倍の光量まで検出することができる。同様に１０：１であれば１０倍光量まで検出することが可能となる。
【００１３】
本発明の撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置と、光電変換された信号を処理する信号処理部とを備え、前記固体撮像装置は、入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する画素を複数備え、前記画素に、前記光電変換部から読み出した信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部へ電荷の転送、前記電荷電圧変換部の信号電荷の増幅、前記電荷電圧変換部の信号電荷のリセットを行うトランジスタ群とを有し、前記各光電変換部は受光感度および蓄積電荷量が同一であり、入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造を備え、前記複数の画素は、前記第１入射領域に入射された入射光を受光する第１画素と、前記第１入射領域よりも小さい第２入射領域に入射された入射光を受光するもので該第１画素よりも感度の低い第２画素とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の撮像装置では、本願発明の固体撮像装置を用いることから、上記説明したのと同様に、第１画素と第２画素とに入射される光の入射領域の大きさが変わることにより入射する光量が調整され、かつ、受光感度および蓄積電荷量が同一の光電変換部であるから、各画素の電荷蓄積容量は同じであるので、光電変換部が飽和するまでの時間に差が生じる。例えば、入射領域の大小による第１画素と第２画素との集光光量比が５：１であれば低感度である第２画素は高感度である第１画素の５倍の光量まで検出することができる。同様に１０：１であれば１０倍光量まで検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の固体撮像装置によれば、入射領域の大きさが変わることにより入射する光量が調整された光電変換部であるから、各画素の電荷蓄積容量は同じであるとすれば、光電変換部が飽和するまでの時間に差が生じるので、広ダイナミックレンジの固体撮像装置を提供できるという利点がある。
【００１６】
本発明の撮像装置によれば、本願発明の固体撮像装置を用いることから、上記説明したのと同様に、ダイナミックレンジを広くすることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第１実施例）を、図１の平面レイアウト図によって説明する。
【００１８】
図１に示すように、固体撮像装置１には、入射光を電気信号に変換する光電変換部１２を有する複数の画素１１と、上記複数の画素１１上に入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造が備えられている。上記複数の画素１１は、水平方向および垂直方向への直交配列となる、いわゆる正方画素配列となっていて、上記入射領域の第１入射領域１３Ａに入射された入射光を受光する第１画素１１（１１Ａ）と、上記第１入射領域１３Ａよりも小さい第２入射領域１３Ｂに入射された入射光を受光するもので該第１画素１１Ａよりも感度の低い第２画素１１（１１Ｂ）とを有する。また、上記オンチップ構造は、第１画素１１Ａに入射する入射光の第１入射領域１３Ａにオンチップトップレンズ１４を有するものである。なお、第２画素１１Ｂの光電変換部１２上にはオンチップトップレンズは形成されていない。また、上記各画素１１の光電変換部１２は、受光感度および蓄積電荷量が同一のものからなるとすれば、例えば受光面積が全ての光電変換部１２において同一となっている。
【００１９】
また、図２に示すように、上記第１画素１１Ａと、この第１画素１１Ａに隣接する第２画素１１Ｂとは、同色の画素対となっている。すなわち、画素上に、同色のカラーフィルタが設置されている。一例として、図示したように、水平方向２画素ずつを組にして同色に配列することが望ましい。これは行一括で読み出し動作をすることが一般的であるためで、第１画素１１Ａの高感度信号と第２画素１１Ｂの低感度信号が同じ行で出力された方が複数行分のラインメモリが必要ないからである。仮に、垂直方向に同色カラーフィルタを配列すると、同色の高輝度信号と低輝度信号とが別の行で出力されるため、信号処理のために先に読んだ信号を蓄えておくためのメモリが余計に必要になってしまうので、後記実施例のような特定の画素要素共有を行なう場合でなければ実施の必要性は低い。
【００２０】
また、前記図１に示すように、各画素１１には、光電変換部１２から読み出した信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部１５と、信号増幅手段となる増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ等を有するトランジスタ群１６とが備えられている。
【００２１】
上記第１実施例の構成では、出力は高感度および低感度の２枚分のハニカム画素配列出力が得られる。理論上、垂直方向および水平方向の空間解像度は下地の正方配列にほぼ同等にできる。また、高感度画素である第１画素１１Ａ、低感度画素である第２画素１１Ｂの双方が線形領域にある光量においてはゲイン調整により本来の正方画素配列の解像度を得ることが可能である。
【００２２】
上記固体撮像装置１では、高感度な第１画素１１Ａおよび低感度な第２画素１１Ｂの配置構成により解像度の劣化の少ない広ダイナミックレンジの固体撮像装置を提供できる。また、上記固体撮像装置１の集光構造により異なる大きさのオンチップトップレンズ１４からの集光を効率よく行なうことが可能である。
【００２３】
なお、従来技術のようなＳ／Ｎ向上のための光電変換部（例えばフォトダイオード）１２の容量増大は別手法で行なえば問題はない。また、高感度画素の標準感度光量における出力信号と飽和出力信号の差は２倍〜３倍程度にしておいたほうが検出回路の精度上都合がよい。よって、光電変換部１２の面積に差をつけてまで光電変換部容量を増大する必要性は低い。さらに、従来技術のようにフォトダイオード（ＰＤ）の面積を変えると、画素の均一性が損なわれ、集積しにくくなるという問題は発生しない。
【００２４】
次に、本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第２実施例）を、図３の平面レイアウト図によって説明する。
【００２５】
図３に示すように、固体撮像装置２には、入射光を電気信号に変換する光電変換部１２を有する複数の画素１１と、上記複数の画素１１上に入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造が備えられている。上記複数の画素１１は、水平方向および垂直方向への直交配列となる、いわゆる正方画素配列となっていて、上記入射領域の第１入射領域１３Ａに入射された入射光を受光する第１画素１１（１１Ａ）と、上記第１入射領域１３Ａよりも小さい第２入射領域１３Ｂに入射された入射光を受光するもので該第１画素１１Ａよりも感度の低い第２画素１１（１１Ｂ）とを有する。また、上記オンチップ構造は、第１画素１１Ａに入射する入射光の第１入射領域１３Ａにオンチップトップレンズ１４を有するものである。なお、第２画素１１Ｂの光電変換部１２上にはオンチップトップレンズは形成されていない。また、上記各画素１１の光電変換部１２は、受光感度および蓄積電荷量が同一のものからなるとすれば、例えば受光面積が全ての光電変換部１２において同一となっている。
【００２６】
また、固体撮像装置２では、複数の画素１１Ａ、１１Ｂ間で、電荷電圧変換部２１を共有する画素構成になっている。この場合には、共有要素の配置と色配列に相性がある。行一括読み出しをすることを前提とした場合、垂直方向の画素１１Ａ、１１Ｂの画素トランジスタが共有である必要がある。ここで、全画素読み出しが前提であれば前記第１実施例と同様に同色カラーフィルタを水平方向に並べるのが好ましい。ただし、垂直方向隣接の画素共有で、かつ、フローティングディフュージョンＦＤでの電荷加算により演算を行なうのであれば縦方向に同色隣接した方が読み出し時間の短縮に効果がある。
【００２７】
また、前記第１、第２実施例の固体撮像装置１、２では、出力はハニカム配列となっているが、正方画素配列でかつ広ダイナミックレンジを得る構成の要望がある。
【００２８】
そのような構成例を、本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第３実施例）として、図４の平面レイアウト図によって説明する。
【００２９】
図４に示すように、固体撮像装置３には、入射光を電気信号に変換するもので受光感度および蓄積電荷量が同一の光電変換部１２を有する複数の画素１１と、上記複数の画素１１上に入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造が備えられている。上記複数の画素１１は、隣接する画素に対して行方向もしくは列方向にずらして配列された、いわゆるハニカム画素配列となっている。ここでは、一例として、走査方向に対して斜め４５度方向に傾斜した斜め正方格子画素配列とした。
【００３０】
上記入射領域の第１入射領域１３Ａに入射された入射光を受光する第１画素１１（１１Ａ）と、上記第１入射領域１３Ａよりも小さい第２入射領域１３Ｂに入射された入射光を受光するもので該第１画素１１Ａよりも感度の低い第２画素１１（１１Ｂ）とを有する。また、上記オンチップ構造は、第１画素１１Ａに入射する入射光の第１入射領域１３Ａにオンチップトップレンズ１４を有するものである。なお、第２画素１１Ｂｎｏ光電変換部１２上にはオンチップトップレンズは形成されていない。また、上記各画素１１の光電変換部１２は、受光感度および蓄積電荷量が同一のものからなることから、例えば受光面積が全ての光電変換部１２において同一となっている。
【００３１】
上記固体撮像装置３では、高感度な第１画素１１Ａと、第１画素１１Ａより低感度な第２画素１１Ｂとを配したことにより、２枚の正方格子配列画像が得られる。カラーフィルタの配置はどの方向に連続しても構わない。高感度な第１画素１１Ａと低感度な第２画素１１Ｂの同時性を得る必要があるのであれば２行同時読み出しが必要でも可能であり、垂直信号線を各列に配置すればよい。
【００３２】
次に、本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第４実施例）として、複数画素で画素トランジスタを共有する構成を図５の平面レイアウト図によって説明する。
【００３３】
図５に示すように、固体撮像装置４には、入射光を電気信号に変換する光電変換部（例えばフォトダイオード）１２を有する複数の画素１１が備えられている。上記複数の画素１１は、隣接する画素に対して行方向もしくは列方向にずらして配列された、いわゆるハニカム画素配列となっている。ここでは、一例として、走査方向に対して斜め４５度方向に傾斜した斜め正方格子画素配列とした。上記複数の画素１１のうち斜め方向に隣接し合う二つの画素１１（１１Ａ）、１１（１１Ｂ）間に、光電変換部１２から読み出した信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部１３が配置され、この電荷電圧変換部１３は上記二つの画素１１Ａ、１１Ｂに共有されている。さらに、上記二つの画素１１Ａ、１１Ｂに共有されるトランジスタ群２１が配置されている。このように固体撮像装置４は、斜め方向に電荷電圧変換部１３のフローティングディフュージョンＦＤを共有する型にしたことで、電荷加算による演算が可能となり、高速読み出しに効果がある。
【００３４】
また、上記複数の画素１１上に入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造が備えられている。上記入射領域の第１入射領域１３Ａに入射された入射光を受光する第１画素１１（１１Ａ）と、上記第１入射領域１３Ａよりも小さい第２入射領域１３Ｂに入射された入射光を受光するもので該第１画素１１Ａよりも感度の低い第２画素１１（１１Ｂ）とを有する。また、上記オンチップ構造は、第１画素１１Ａに入射する入射光の第１入射領域１３Ａにオンチップトップレンズ１４を有するものである。なお、第２画素１１Ｂｎｏ光電変換部１２上にはオンチップトップレンズは形成されていない。また、上記各画素１１の光電変換部１２は、受光感度および蓄積電荷量が同一のものからなることから、例えば受光面積が全ての光電変換部１２において同一となっている。
【００３５】
また、前記第１実施例と同様に、上記第３、第４実施例では、高感度な第１画素１１Ａと低感度な第２画素１１Ｂが線形領域にある光量であればゲイン調整により、本来のハニカム配列の画像を取得することが可能である。すなわち垂直方向・水平方向の解像度はそれぞれ２倍になる。
【００３６】
上記第１〜第４実施例の各固体撮像装置１〜４では、複数の画素１１上に入射光の入射領域を大小に分けるオンチップ構造を備え、前記複数の画素１１は、前記入射領域の第１入射領域１３Ａに入射された入射光を受光する第１画素１１Ａと、前記第１入射領域１３Ａよりも小さい第２入射領域１３Ｂに入射された入射光を受光するもので第１画素１１Ａよりも感度の低い第２画素１１Ｂとを有することから、入射領域の大小によって、第１画素１１Ａに入射する光量と、第１画素１１Ａよりも感度の低い第２画素１１Ｂに入射する光量が調節される。すなわち、第１画素１１Ａに第２画素１１Ｂよりも多くの光量が入射されることになるので、第２画素１１Ｂより第１画素１１Ａが高感度になる。真にダイナミックレンジを拡げるためには光電変換部１２の大きさは変えずに入射領域、例えばオンチップトップレンズ１４の大きさを変えることが重要である。入射領域の大きさが変わることにより入射する光量が調整され、かつ、受光感度および蓄積電荷量が同一の光電変換部であるから、各画素１１の電荷蓄積容量は同じであるので、光電変換部１２が飽和するまでの時間に差が生じる。例えば、入射領域の大小による第１画素１１Ａと第２画素１１Ｂとの集光光量比が５：１であれば低感度である第２画素１１Ｂは高感度である第１画素１１Ａの５倍の光量まで検出することができる。同様に１０：１であれば１０倍光量まで検出することが可能となる。
【００３７】
上記第１〜第４実施例に共通する課題として集光構造が挙げられる。大小２種類の集光構造が必要であることと、特に大きいトップレンズを有する画素はＰＤのＦ値依存性がよくなくてはならない。ここでＣＭＯＳイメージセンサはメタル配線層が高くメタル開口が狭く高いことから集光難による混色が発生しやすいという課題がある。
【００３８】
これに対して、本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第５実施例）として、集光難による混色を抑制するための集光構造を、図６の概略構成断面図によって説明する。
【００３９】
図６に示すように、半導体基板１０には、高感度な第１画素１１Ａおよび低感度な第２画素１１Ｂの光電変換部１２（フォトダイオード）が形成され、その上部が光学的に開口（光透過）されるように、絶縁膜６１中に金属配線（遮光膜も含む）６２が形成されている。上記絶縁膜６１表面は平坦化されていて、その上面に、光電変換部１２へ入射光を集光する層内レンズ６３が形成されている。この層内レンズ６３は、第１画素１１Ａ上方に形成されているものも、第２画素１１Ｂ上方に形成されているものも、同一形状を有する。さらに層内レンズ６３上に平坦化膜６４を介してカラーフィルター層６５が形成され、さらに平坦化膜６６を介して、高感度画素の第１画素１１Ａに入射光を導くオンチップトップレンズ１４が形成されている。一方、低感度な第２画素１１Ｂ上方にはオンチップトップレンズは形成されていない。第２画素１１Ｂ上方の一部にオンチップトップレンズ１４が形成されているが、これは、第１画素１１Ａに入射光を導くレンズである。なお、低感度な第２画素１１Ｂは、オンチップトップレンズ１４が形成される面における開口が画素セル面積に対して十分小さいため、オンチップトップレンズがなくとも層内レンズ６３のみで集光できる。
【００４０】
次に、本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第６実施例）として、半導体基板表面に直交する方向に光波を伝播する、いわゆる導波路を有する集光構造を、図７の概略構成断面図によって説明する。
【００４１】
図７に示すように、半導体基板１０には、高感度な第１画素１１Ａおよび低感度な第２画素１１Ｂの光電変換部１２（フォトダイオード）が形成され、その上部が光学的に開口（光透過）されるように、絶縁膜６１中に金属配線（遮光膜も含む）６２が形成されている。この絶縁膜６１中には、光電変換部１２に入射光を効率よく導くための導波路７１が形成されている。
【００４２】
上記絶縁膜６１表面は平坦化されていて、その上面に、光電変換部１２へ入射光を集光する層内レンズ６３が形成されている。この層内レンズ６３は、第１画素１１Ａ上方に形成されているものも、第２画素１１Ｂ上方に形成されているものも、同一形状を有する。さらに層内レンズ６３上に平坦化膜６４を介してカラーフィルター層６５が形成され、さらに平坦化膜６６を介して、高感度画素の第１画素１１Ａに入射光を導くオンチップトップレンズ１４が形成されている。一方、低感度な第２画素１１Ｂ上方にはオンチップトップレンズは形成されていない。
【００４３】
上記導波路７１が形成されていることによって、固体撮像装置、特にはＣＭＯＳイメージセンサの金属配線層の高さは問題にならなくなる。また、裏面照射型のセンサであれば集光面に配線層がないため、集光構造を特に変えることなく集光可能となる。
【００４４】
次に、本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第７実施例）として、上記第１〜第６実施例の構成において、さらにダイナミックレンジを拡大する一例を、図８のタイミングチャートによって説明する。
【００４５】
上記第１〜第６実施例の構成において、図８に示すように、短時間露光画像を重ね合わせると、さらにダイナミックレンジを拡げることが可能となる。
【００４６】
上記第１〜第６実施例の構成では、画素間に感度差がつけられているため、１／１０程度の短時間露光を併用すれば、さらに１／１０や１／１００の低感度画像が２枚取得可能となる。高速に動作するＣＭＯＳイメージセンサでは、読み出し時間にかかる時間のため短時間蓄積でもフレームレートは上がらなくなる。すなわち１枚の画像を複数回で取得すると時間がかかり、対象の移動や装置のぶれに弱くなる。これが２枚の画像取得であれば、短時間蓄積の読み出しをしている間に次の長時間蓄積を始めることが可能であるので、フレームレートの低下を抑制できる。
【００４７】
次に、本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第８実施例）として、上記第１〜第６実施例の構成においてダイナミックレンジを拡大する一例を、図９の平面レイアウト図およびＡ−Ａ線断面図によって説明する。
【００４８】
上記第１〜第６実施例の構成では、オンチップトップレンズのサイズ調整で入射光量に差を発生させることを特徴としている。しかし、高感度な第１画素１１Ａと、これよりも低感度な第２画素１１Ｂのトップレンズ形状の折り合いがつかない場合、図９に示すように、低感度な第２画素１１Ｂに光入射を行なわず、高感度な第１画素１１Ａからの信号電荷のオーバーフローパス８１を通じたオーバフローを利用することも可能である。
【００４９】
具体的には、半導体基板（ウエル領域）１０を高感度な第１画素１１Ａが形成される領域と第１画素１１Ａより低感度な第２画素１１Ｂが形成される領域とが素子分離領域（図示せず）で区分されている。この半導体基板１１中に形成された上記第１画素１１Ａの光電変換部１２Ａおよび上記第２画素１１Ｂの光電変換部１２Ｂ間にオーバフローパス８１が形成されている。このオーバフローパス８１は、例えばイオン注入等により不純物を導入することで形成される。また、半導体基板１０上の第１画素１１Ａ、第２画素１１Ｂには、それぞれのトランジスタ群２１のトランジスタＴｒが形成されている。
【００５０】
上記構成の第１画素１１Ａ、第２画素１１Ｂを有する固体撮像装置８では、第１画素１１Ａおよび第２画素１１Ｂの周辺にある他の画素からオーバーフローが発生しないように、素子分離を弱めることで、低感度画素として使用することが可能である。
【００５１】
また、高感度な第１画素１１Ａの余剰電荷のうち、一定の割合の電荷が低感度の第２画素１１Ｂへ流入し、その他は破棄される必要があることから、第１画素１１Ａの主のオーバーフローパスは別に設け、低感度の第２画素１１Ｂは周囲の関係しない高感度な画素からの流入を抑制するように、素子分離を強化することが好ましい。この構成では高感度な第１画素１１Ａの余剰電荷が発生した時点、すなわち飽和した時点から低感度の第２画素１１Ｂが機能するため、高感度な第１画素１１Ａと低感度な第２画素１１Ｂは排他的利用になるが、集光構造が１種類でよいため光学設計がしやすくなる利点がある。
【００５２】
次に、本発明の撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を、図１０のブロック図によって説明する。
【００５３】
図１０に示すように、撮像装置５０は、撮像部５１に固体撮像装置（図示せず）を備えている。この撮像部５１の集光側には像を結像させる結像光学系５２が備えられ、また、撮像部５１には、それを駆動する駆動回路、固体撮像装置で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部５３が接続されている。また上記信号処理部によって処理された画像信号は画像記憶部（図示せず）によって記憶させることができる。このような撮像装置５０において、上記固体撮像素子には、前記実施の形態で説明した固体撮像装置１または固体撮像装置２を用いることができる。
【００５４】
本発明の撮像装置５０では、本願発明の固体撮像装置を用いることから、上記説明したのと同様に、ダイナミックレンジを広くすることができる。よって、画素特性、例えば広ダイナミックレンジ化が可能になるという利点がある。
【００５５】
なお、本発明の撮像装置５０は、上記構成に限定されることはなく、固体撮像装置を用いる撮像装置であれば如何なる構成のものにも適用することができる。
【００５６】
上記各実施例で説明した固体撮像装置は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。また、本発明は、固体撮像装置のみではなく、撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置として、高画質化の効果が得られる。ここで、撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器のことを示す。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時における像の撮りこみだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を示した平面レイアウト図である。
【図２】第１実施例の固体撮像装置の色配列例を示した平面レイアウト図である。
【図３】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を示した平面レイアウト図である。
【図４】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を示した平面レイアウト図である。
【図５】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第４実施例）を示した平面レイアウト図である。
【図６】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第５実施例）を示した概略構成断面図である。
【図７】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第６実施例）を示した概略構成断面図である。
【図８】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第７実施例）を示したタイミングチャート図である。
【図９】本発明の固体撮像装置の一実施の形態（第８実施例）を示した平面レイアウト図およびＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】本発明の撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…固体撮像装置、１１…画素、１１Ａ…第１画素、１１Ｂ…第２画素、１３Ａ…第１入射領域、１３Ｂ…第２入射領域、１４…オンチップトップレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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