(57)【要約】【課題】高感度画素と低感度画素を効率よく配置し、効率よく利用することができる固体撮像素子を提供する。【解決手段】複数の低感度画素１０と複数の高感度画素２０がそれぞれ正方格子状に配列され、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向Ｘ及び列方向Ｙにずれた位置に配列されている。低感度画素１０と高感度画素２０の検出電荷は、垂直転送部３１によって列方向Ｙに転送される。列方向に隣接する低感度画素１０及び高感度画素２０の電荷は、互いに異なる垂直転送部３１を介して転送される。【選択図】図１
2004055786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子であって、
前記光電変換素子からの電荷を前記列方向に転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、
前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、
前記光電変換素子は、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列され、相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子と、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列され、相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子とを含み、
前記高感度光電変換素子と前記低感度光電変換素子は、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されており、
前記垂直転送部は、列方向に配設された複数の前記光電変換素子に対応して前記半導体基板に形成された複数本の垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極と、前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域とを含み、
前記垂直転送チャネルは、前記光電変換素子の間を全体として列方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、
前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間を全体として行方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、
列方向に隣接する前記光電変換素子の前記電荷読み出し領域は、互いに異なる前記垂直転送チャネルとの間に形成されている固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記垂直転送電極は、１つの光電変換素子に対応して４つ設けられ、列方向に隣接する他の光電変換素子に対応する４つの垂直転送電極と合わせて、８相の垂直転送パルスによって駆動されるものである固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記垂直転送電極は、１つの光電変換素子に対応して２つ設けられ、列方向に隣接する他の光電変換素子に対応する２つの垂直転送電極と合わせて、４相の垂直転送パルスによって駆動されるものである固体撮像素子。
【請求項４】
半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子であって、
前記光電変換素子からの電荷を前記列方向に転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、
前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、
前記光電変換素子は、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列され、相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子と、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列され、相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子とを含み、
前記高感度光電変換素子と前記低感度光電変換素子は、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されており、
前記垂直転送部は、列方向に配設された複数の前記光電変換素子に対応して前記半導体基板に形成された複数本の垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極と、前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域とを含み、
前記垂直転送チャネルは、前記光電変換素子の間を全体として列方向に延在する蛇行形状が２つ接続された形状を呈するものであり、
前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間を全体として行方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、
それぞれの前記垂直転送チャネルは、１列の前記高感度光電変換素子からの電荷の転送と隣接する１列の前記低感度光電変換素子からの電荷の転送とに共用されるものである固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子に関し、特に相対的に高感度の光電変換素子と相対的に低感度の光電変換素子を含む固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラに利用される固体撮像素子は、光電変換素子によって画像信号に対応する電荷を検出するため、一般にダイナミックレンジを広げるのが困難である。そこで、広ダイナミックレンジの画像を得るため、高感度撮影と低感度撮影を短時間で連続して行い、取得した２枚の画像を合成するという処理が採用されている。しかし、合成する２枚の画像は、同時刻の画像でないため動きのある被写体を撮影すると、不自然な画像になるという問題がある。
【０００３】
別の解決手段は、固体撮像素子に相対的に高感度の光電変換素子（以下、「高感度画素」と記述する場合もある。）と、相対的に低感度の光電変換素子（以下、「低感度画素」と記述する場合もある。）を有する固体撮像素子を利用することである。図３は、いわゆるハニカム構造の固体撮像装置であって、高感度の光電変換素子と、低感度の光電変換素子とを有する従来の固体撮像素子の概略構成を示す図である。
【０００４】
図３の固体撮像素子は、複数の低感度画素１０と複数の高感度画素２０によって、光強度を電荷信号に変換するものであり、複数の垂直転送部３０（図３では、一部にのみ符号を付してある。）、水平転送部４０を経て、出力部５０に信号電荷を転送し、出力部５０から信号電荷に対応する電圧信号５１を出力するものである。
【０００５】
低感度画素１０及び高感度画素２０（図３では、一部にのみ符号を付してある。）は、それぞれ、行方向Ｘとこれに直交する列方向Ｙに正方格子状に配列されている。低感度画素１０の配列ピッチと高感度画素２０の配列ピッチは、同じであり、低感度画素１０と高感度画素２０は、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向Ｘ及び列方向Ｙにずれた位置に配列されている。低感度画素１０及び高感度画素２０を構成するフォトダイオード等の光電変換素子の感度を変化させるには、光電変換素子の受光面の面積を変化させてもよいし、光電変換素子上方に設けたマイクロレンズによって、集光面積を変化させてもよい。これらの方法は、いずれも周知であるので説明を省略する。
【０００６】
また、図３の固体撮像素子は、カラー画像信号を検出するために、低感度画素１０及び高感度画素２０の上方にカラーフィルタ（図示せず）を有する。カラーフィルタの配列方法は任意であるが、広ダイナミックレンジの画像を得るためには、低感度画素１０の配列と高感度画素２０の配列を同一にするのが好ましい。図３では、カラーフィルタがベイヤー配列となっており、対応する光電変換素子は、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光に対応する電荷を検出する。以下、高感度画素２０によって検出される赤色光、緑色光、青色光に対応する信号をＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号（あるいは単に、Ｒ、Ｇ、Ｂ）、低感度画素１０によって検出される赤色光、緑色光、青色光に対応する信号をｒ信号、ｇ信号、ｂ信号（あるいは単に、ｒ、ｇ、ｂ）と、記述する場合もある。
【０００７】
垂直転送部３０は、低感度画素１０及び高感度画素２０からの電荷を列方向Ｙに転送するもので、半導体基板上に形成された複数本の垂直転送チャネル（図示せず）、垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極１０１〜１０４、低感度画素１０及び高感度画素２０の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域（図３では、模式的に矢印で示してある。）を含む。
【０００８】
垂直転送チャネルは、低感度画素１０及び高感度画素２０の間を全体として列方向Ｙに延在する蛇行形状を呈するものであり、その上方に形成された垂直転送電極１０１〜１０４によって、電荷が蓄積、転送される領域が区分される。垂直転送電極１０１〜１０４は、低感度画素１０及び高感度画素２０それぞれに対応して４つ設けられ（図では、１行分の高感度画素に対応するもののみに符合を付してある。）、低感度画素１０及び高感度画素２０の間を全体として行方向Ｘに延在する蛇行形状を呈するものである。図３では、電荷が蓄積、転送される領域区分の形状を接続して記載してあるが、実際には、ほぼ同一の幅の導電体で形成される。
【０００９】
垂直転送電極１０１〜１０４には、端子１１１〜１１４を介して４相の垂直転送パルスが印加され、垂直転送チャネルの電荷が列方向Ｙに転送される。垂直転送パルスは、垂直転送部３０と水平転送部４０の間の転送電極１０５、１０６にも印加され、垂直転送パルスの１周期毎に、１行分の低感度画素１０及び高感度画素２０で検出された電荷が、水平転送部４０に送られる。低感度画素１０及び高感度画素２０から垂直転送チャネルへの読出しは、垂直電荷転送開始直後の第１相パルス（端子１１１に印加される垂直転送パルス）、及び第３相パルス（端子１１３に印加される垂直転送パルス）に読出しパルスを重畳させることによって行う。
【００１０】
なお、図３では記載していないが、垂直転送チャネルの間には、チャネルストップが形成される。また、図３では、垂直転送電極１０１〜１０４を低感度画素１０及び高感度画素２０に比べて大きく示しているが、実際には、もっと小さい。
【００１１】
水平転送部４０は、垂直転送部３０からの電荷を、行方向Ｘに転送するものであり、水平転送チャネル及び水平転送電極（いずれも図示せず）を含む。水平転送電極には、端子１２１、１２２を介して２相の水平転送パルスが印加され、垂直転送部３０から転送された、１行分の低感度画素１０と１行分の高感度画素２０の信号電荷が、出力部５０に転送される。
【００１２】
次に、図３に示した固体撮像素子の駆動について説明する。被写界からの入射光の強度に応じて低感度画素１０及び高感度画素２０に蓄積された電荷は、第１相及び第３相の垂直転送パルスに重畳される読み出しパルスによって、垂直転送チャネルに読み出される。そして、垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。次いで、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部５０に送られ、電荷量に対応する電圧信号５１が出力される。
【００１３】
以上のように、図３に示す従来の固体撮像素子は、水平転送部から高感度画素信号と低感度画素信号が交互に出力されるので、広ダイナミックレンジの画像信号を生成することができる。例えば、図３の初段の水平転送においては、「ＧｇＲｒＧｇＲｒＧｇＲｒ・・・ＧｇＲｒ」の順に出力され、次段の水平転送においては、「ＧｇＢｂＧｇＢｂＧｇＢｂ・・・ＧｇＢｂ」の順に出力される。
【００１４】
しかし、広ダイナミックレンジの画像信号を得るために高感度画素信号と低感度画素信号の両方の信号を必要とするのは、記録すべき静止画を撮影する場合のみであって、動画の撮影時や、カメラのビューファインダ表示用の画像の作成には、一般に高感度画素信号のみで充分である。したがって、交互に出力される低感度画素信号と高感度画素信号との分離等、無駄な処理が行う必要があり、処理時間の増大することになる。また、不要な信号電荷を転送することになり、消費電力の増加も無視できない。
【００１５】
信号電荷の読み出しを高感度画素信号と低感度画素信号の２回に分けて読み出すようにし、低感度画素信号が不要な場合は省力することも可能であるが、低感度画素信号が必要な場合は、本来１回で読み出せるものを２回に分けて行うため、処理時間が増大することになる。特開２００１−８１０４公報に記載された固体撮像素子のように、水平転送部に転送路を高感度画素用と低感度画素用に２つ設けるものも提案されているが、ＡＤ変換等周辺要素の増加を伴う、また、消費電力増加は避けられない。
【００１６】
また、垂直転送部を形成する領域は、想定される電荷転送量に応じて確保する必要があるが、図３のような配置とする場合、低感度画素の検出電荷を転送する領域も高感度画素用の領域と同じ領域を占めるため、必要以上の領域の確保が必要で生じ、撮像素子の高密度化の妨げとなっている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高感度画素と低感度画素を効率よく配置し、効率よく利用することができる固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子であって、前記光電変換素子からの電荷を前記列方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、前記光電変換素子は、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列され、相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子と、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列され、相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子とを含み、前記高感度光電変換素子と前記低感度光電変換素子は、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されており、前記垂直転送部は、列方向に配設された複数の前記光電変換素子に対応して前記半導体基板に形成された複数本の垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極と、前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域とを含み、前記垂直転送チャネルは、前記光電変換素子の間を全体として列方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間を全体として行方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、列方向に隣接する前記光電変換素子の前記電荷読み出し領域は、互いに異なる前記垂直転送チャネルとの間に形成されている固体撮像素子。
【００１９】
本発明によれば、列方向に隣接する光電変換素子の電荷を、異なる垂直転送チャネルによって転送するので、２行分の高感度画素の電荷又は２行分の低感度画素の電荷を同時に水平転送部に転送することができる。したがって、電荷の読み出しを２回に分けても、処理時間が低下せず、高感度画素の電荷のみの読み出しは、さらに短時間で行うことができる。また、１画素分の電荷転送チャネルを列方向２画素分の領域に配置することができるため、電荷転送チャネルの幅を狭くすることができ、高密度化を図ることができる。
【００２０】
本発明の固体撮像素子における前記垂直転送電極は、１つの光電変換素子に対応して４つ設けられ、列方向に隣接する他の光電変換素子に対応する４つの垂直転送電極と合わせて、８相の垂直転送パルスによって駆動されるものである。
【００２１】
また、本発明の固体撮像素子における前記垂直転送電極は、１つの光電変換素子に対応して２つ設けられ、列方向に隣接する他の光電変換素子に対応する２つの垂直転送電極と合わせて、４相の垂直転送パルスによって駆動されるものである。
【００２２】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子であって、前記光電変換素子からの電荷を前記列方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、前記光電変換素子は、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列され、相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子と、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列され、相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子とを含み、前記高感度光電変換素子と前記低感度光電変換素子は、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの１／２だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されており、前記垂直転送部は、列方向に配設された複数の前記光電変換素子に対応して前記半導体基板に形成された複数本の垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極と、前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域とを含み、前記垂直転送チャネルは、前記光電変換素子の間を全体として列方向に延在する蛇行形状が２つ接続された形状を呈するものであり、前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間を全体として行方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、それぞれの前記垂直転送チャネルは、１列の前記高感度光電変換素子からの電荷の転送と隣接する１列の前記低感度光電変換素子からの電荷の転送とに共用されるものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１に、第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図１の固体撮像素子における複数の低感度画素１０、複数の高感度画素２０、水平転送部４０、及び出力部５０の構成は、図３の固体撮像素子と同一であるので説明を省略する。
【００２４】
垂直転送部３１（図１では、一部にのみ符号を付してある。）は、低感度画素１０及び高感度画素２０からの電荷を列方向Ｙに転送するもので、半導体基板上に形成された複数本の垂直転送チャネル（図示せず）、垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極２０１〜２０８、低感度画素１０及び高感度画素２０の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域（図１では、模式的に矢印で示してある。）を含む。
【００２５】
垂直転送チャネルは、低感度画素１０及び高感度画素２０の間を全体として列方向Ｙに延在する蛇行形状を呈するものであり、その上方に形成された垂直転送電極２０１〜２０８によって、電荷が蓄積、転送される領域が区分される。垂直転送電極２０１〜２０８は、列方向Ｙに隣接する２つの低感度画素１０及び高感度画素２０それぞれに対応して８つ設けられ（図では、２行分の高感度画素に対応するもののみに符合を付してある。）、図３の垂直転送電極１０１〜１０４と同様、低感度画素１０及び高感度画素２０の間を全体として行方向Ｘに延在する蛇行形状を呈するものである。また、実際に、ほぼ同一の幅の導電体で形成される点も、図３の垂直転送電極１０１〜１０４と同様である。
【００２６】
垂直転送電極２０１〜２０８には、端子２１１〜２１８を介して８相の垂直転送パルスが印加され、垂直転送チャネルの電荷が列方向Ｙに転送される。垂直転送パルスは、垂直転送部３０と水平転送部４０の間の転送電極２０９、２１０にも印加され、垂直転送パルスの１周期毎に、２行分の低感度画素１０又は高感度画素２０で検出された電荷が、水平転送部４０に送られる。垂直転送チャネルへの電荷の読出しは、低感度画素１０からの読み出しと高感度画素２０からの読み出しとで分けて行われる。低感度画素１０からの読み出し時には、垂直電荷転送開始直後の第１相パルス（端子２１１に印加される垂直転送パルス）、及び第５相パルス（端子２１５に印加される垂直転送パルス）に読出しパルスを重畳させることによって行う。また、高感度画素２０からの読み出し時には、垂直電荷転送開始直後の第３相パルス（端子２１３に印加される垂直転送パルス）、及び第７相パルス（端子２１７に印加される垂直転送パルス）に読出しパルスを重畳させることによって行う。
【００２７】
低感度画素１０の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域は、列方向に隣接する２つの低感度画素１０で、互いに異なる垂直転送チャネルとの間に形成されている。すなわち、端子２１１に印加される第１相パルス印加時の読み出しは、図示上、低感度画素１０の右側の垂直転送チャネルに読み出され、端子２１５に印加される第５相パルス印加時の読み出しは、図示上、低感度画素１０の左側の垂直転送チャネルに読み出される。
【００２８】
また、高感度画素２０の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域についても同様であり、端子２１３に印加される第３相パルス印加時の読み出しは、図示上、高感度画素２０の右側の垂直転送チャネルに読み出され、端子２１７に印加される第７相パルス印加時の読み出しは、図示上、高感度画素２０の左側の垂直転送チャネルに読み出される。
【００２９】
また、垂直転送チャネルの間には、図３の固体撮像素子と同様チャネルストップが形成されるが、画素の周囲部分については、図３のものと異なる。すなわち、画素の周囲部分については、電荷読み出し領域を設けない側に設ける。
【００３０】
次に、図１に示す固体撮像素子の駆動について説明する。被写界からの入射光の強度に応じて低感度画素１０及び高感度画素２０に蓄積された電荷は、別々に読み出される。まず、第３相及び第７相の垂直転送パルスに読み出しパルスを重畳すると、高感度画素２０の電荷が垂直転送チャネルに読み出される。そして、垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。そして、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部５０に送られ、電荷量に対応する電圧信号５１が出力される。
【００３１】
この時、列方向に隣接する高感度画素２０の電荷は、互いに異なる垂直転送チャネルに読み出され、同時に水平転送チャネルに転送されるので、例えば、図１の固体撮像素子における高感度画素２０の水平転送においては、「ＧＢＲＧＧＢＲＧＧＢＲＧ・・・ＧＢＲＧ」の順に出力される。
【００３２】
高感度画素２０の電荷の転送終了後、低感度画素１０の電荷の転送を行う場合は、第１相及び第５相の垂直転送パルスに読み出しパルスを重畳して、低感度画素１０の電荷が垂直転送チャネルに読み出す。そして、読み出された電荷は、同様に垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。そして、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部５０に送られ、電荷量に対応する電圧信号５１が出力される。この場合、出力部５０から「ｇｂｒｇｇｂｒｇ・・・ｇｂｒｇ」の順に出力される。
【００３３】
低感度画素１０の電荷信号を必要としない場合は、省略すればよく、連続して次の画像撮影が可能となるので、動画撮影時には、撮影間隔を短くすることができる。また、垂直転送電極の駆動を８相で行っているので、垂直転送電極４相分の多きさの区画に転送電荷を蓄積できることになり、電荷転送チャネルの幅を狭くすることができる。
【００３４】
図１の固体撮像素子の垂直転送電極は、図３に示す従来の固体撮像素子とものと同様の構成としたが、さらに簡単にすることもできる。すなわち、垂直転送電極２１１と２１２、２１３と２１４、２１５と２１６、２１７と２１８をまとめて４つの電極とし、これらを４相の垂直転送パルスによって駆動するものである。　このような構成とすると、垂直転送の滑らかさが多少なくなるが、出力信号は、全く同一である。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図２に、第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図２の固体撮像素子における複数の低感度画素１０、複数の高感度画素２０、水平転送部４０、及び出力部５０の構成は、図３の固体撮像素子と同一であるので説明を省略する。
【００３６】
垂直転送部３２（図２では、一部にのみ符号を付してある。）は、低感度画素１０及び高感度画素２０からの電荷を列方向Ｙに転送するもので、半導体基板上に形成された複数本の垂直転送チャネル（図示せず）、垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極３０１〜３０４、低感度画素１０及び高感度画素２０の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域（図２では、模式的に矢印で示してある。）を含む。
【００３７】
垂直転送チャネルは、低感度画素１０及び高感度画素２０の間を全体として列方向Ｙに延在する蛇行形状が２つ接続された形状を呈するものであり、その上方に形成された垂直転送電極３０１〜３０４によって、電荷が蓄積、転送される領域が区分される。蛇行形状が２つ接続された形状を有するので、図２では、垂直転送チャネルは、低感度画素１０を囲むような形状となっている。図２のように、低感度画素の面積を小さく形成する場合は、低感度画素１０を囲むように形成するが、低感度画素１０と高感度画素２０の面積を同じにする場合は、どちらの画素を囲んでもよい。
【００３８】
垂直転送電極３０１〜３０４は、低感度画素１０及び高感度画素２０それぞれに対応して２つ設けられ（図では、１行分の高感度画素に対応するもののみに符合を付してある。）、図３の垂直転送電極１０１〜１０４と同様、低感度画素１０及び高感度画素２０の間を全体として行方向Ｘに延在する蛇行形状を呈するものである。また、実際に、ほぼ同一の幅の導電体で形成される点も、図３の垂直転送電極１０１〜１０４と同様である。
【００３９】
垂直転送電極３０１〜３０４には、端子３１１〜３１４を介して４相の垂直転送パルスが印加され、垂直転送チャネルの電荷が列方向Ｙに転送される。垂直転送パルスは、垂直転送部３２と水平転送部４０の間の転送電極３０５、３０６にも印加され、垂直転送パルスの１周期毎に、１行分の低感度画素１０又は高感度画素２０で検出された電荷が、水平転送部４０に送られる。垂直転送チャネルへの電荷の読出しは、低感度画素１０からの読み出しと高感度画素２０からの読み出しとで分けて行われる。低感度画素１０からの読み出し時には、垂直電荷転送開始直後の第１相パルス（端子３１１に印加される垂直転送パルス）に読出しパルスを重畳させることによって行う。また、高感度画素２０からの読み出し時には、垂直電荷転送開始直後の第３相パルス（端子３１３に印加される垂直転送パルス）に読出しパルスを重畳させることによって行う。
【００４０】
１つの垂直転送チャネルは、その垂直転送チャネルが囲む低感度画素１０の電荷と、その垂直転送チャネルに隣接する高感度画素１０の電荷の転送に共用される。また、垂直転送チャネルの間には、図３の固体撮像素子と同様チャネルストップが形成される。
【００４１】
次に、図２に示す固体撮像素子の駆動について説明する。被写界からの入射光の強度に応じて低感度画素１０及び高感度画素２０に蓄積された電荷は、別々に読み出される。まず、第３相の垂直転送パルスに読み出しパルスを重畳すると、高感度画素２０の電荷が垂直転送チャネルに読み出される。そして、垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。そして、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部５０に送られ、電荷量に対応する電圧信号５１が出力される。
【００４２】
この時、１行分の高感度画素２０の電荷が、それぞれの垂直転送チャネルに読み出され、同時に水平転送チャネルに転送されるので、例えば、図２の固体撮像素子における高感度画素２０の初段の水平転送においては「ＧＲＧＲＧＲ・・・ＧＲ」の順に出力され、次段の水平転送においては「ＢＧＢＧＢＧ・・・ＢＧ」の順に出力される。
【００４３】
高感度画素２０の電荷の転送終了後、低感度画素１０の電荷の転送を行う場合は、第１相の垂直転送パルスに読み出しパルスを重畳して、低感度画素１０の電荷が垂直転送チャネルに読み出す。そして、読み出された電荷は、同様に垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。そして、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部５０に送られ、電荷量に対応する電圧信号５１が出力される。この場合、初段の水平転送においては「ｒｇｒｇｒｇ・・・ｒｇ」の順に出力され、次段の水平転送においては「ｇｂｇｂｇｂ・・・ｇｂ」の順に出力される。
【００４４】
低感度画素１０の電荷信号を必要としない場合は、図１の場合と同様省略すればよく、連続して次の画像撮影が可能となるので、動画撮影時には、撮影間隔を短くすることができる。また、垂直転送チャネルが蛇行形状を２つ接続された形状となって幅が広くなっているので、低感度画素１０と高感度画素２０の行方向Ｘのピッチを狭くすることができる。
【００４５】
なお、以上の説明では、高感度画素及び低感度画素の色フィルタを、ＲＧＢの減色ベイヤー配列としたが、シアン、緑、黄色、マゼンタの市松補色フィルタ配列、あるいはストライプフィルタでもよい。また、画素単位の色フィルタをなくし、３板構成のカラー撮像装置用のものとしてもよい。
【００４６】
さらに、低感度画素の色フィルタをなくして低感度画素の信号を補間処理に利用することにより、高解像度の画像を得ることも可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高感度画素と低感度画素を効率よく配置し、効率よく利用することができる固体撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図２】第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図３】従来の固体撮像素子の概略構成を示す図
【符号の説明】
１０・・・低感度画素
２０・・・高感度画素
３０、３１、３２・・・垂直転送部
４０・・・水平転送部
５０・・・出力部
５１・・・電圧信号
１０１〜１０４、２０１〜２０８、３０１〜３０４・・・垂直転送電極
１０５、１０６、２０９、２１０、３０５，３０６・・・転送電極
１２１、１２２・・・水平転送パルス用端子
１１１〜１１４、２１１〜２１８、３１１〜３１４・・・垂直転送パルス用端子
【図１】
2004055786.tif 000003
【図２】
2004055786.tif 000004
【図３】
2004055786.tif 000005