(57)【要約】【課題】  広ダイナミックレンジの画像を生成できる固体撮像装置を提供する。【解決手段】  半導体基板と、その表面近傍に形成されたウエルと、ウエルに行列状に形成された多数の電荷蓄積領域であって、基板表面から第１深さまで形成された第１電荷蓄積領域群と、第１深さより浅い第２深さまで形成された第２電荷蓄積領域群を含み、第１電荷蓄積領域群と第２電荷蓄積領域群の行が列方向に沿って隣接して配置された多数の電荷蓄積領域と、電荷蓄積領域に隣接してウエルに形成された分離領域と、各電荷蓄積領域の列に沿いウエルに形成された垂直転送路と、電荷蓄積領域の行方向に沿い半導体基板上方に形成され、垂直転送路を横断する転送電極と、隣接する第１電荷蓄積領域群、第２電荷蓄積領域群の２画素上に同一色が配置されるように、各電荷蓄積領域上方に形成されたカラーフィルタ群と、各垂直転送路の一端に結合された水平転送路を有する固体撮像装置を提供する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の表面近傍に形成され、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型を有するウエルと、
前記ウエルに行列状に形成された前記第１導電型の多数の電荷蓄積領域であって、前記半導体基板の表面から第１の深さまで形成された第１の電荷蓄積領域群と、前記半導体基板の表面から、前記第１の深さより浅い第２の深さまで形成された第２の電荷蓄積領域群とを含み、第１の電荷蓄積領域群の行と第２の電荷蓄積領域群の行とが列方向に沿って隣接して配置された多数の電荷蓄積領域と、
前記電荷蓄積領域に隣接して前記ウエルに形成された前記第２導電型の分離領域と、
各電荷蓄積領域の列に沿って、前記ウエルに形成された垂直転送路と、
前記電荷蓄積領域の行方向に沿って前記半導体基板上方に形成され、前記垂直転送路を横断する転送電極と、
隣接する前記第１の電荷蓄積領域群、前記第２の電荷蓄積領域群の２画素上に同一色カラーフィルタが配置されるように、前記各電荷蓄積領域上方に形成されたカラーフィルタ群と、
前記各垂直転送路の一端に結合された水平転送路と
を有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の深さが、３μｍ以上８μｍ以下である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２の深さが、０．１μｍ以上２μｍ以下である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
更に、前記半導体基板と前記カラーフィルタ群との間に、前記第２の電荷蓄積領域群の少なくとも一部の上方を覆うように配置された減光膜を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記カラーフィルタ群が青のカラーフィルタ群、緑のカラーフィルタ群、及び、赤のカラーフィルタ群で構成され、前記減光膜が、前記青のカラーフィルタ群下方の電荷蓄積領域に対してのみ形成された請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記カラーフィルタ群が青のカラーフィルタ群、緑のカラーフィルタ群、及び、赤のカラーフィルタ群で構成され、前記減光膜が、前記青のカラーフィルタ群下方の電荷蓄積領域、及び、前記緑のカラーフィルタ群下方の電荷蓄積領域に対して形成され、前記青のカラーフィルタ群下方の電荷蓄積領域に対して形成された前記減光膜は、前記緑のカラーフィルタ群下方の電荷蓄積領域に対して形成された前記減光膜よりも厚い請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記青のカラーフィルタ群下方の電荷蓄積領域に対して形成された前記減光膜の厚さは、０．２μｍ〜０．７μｍであり、前記緑のカラーフィルタ群下方の電荷蓄積領域に対して形成された前記減光膜の厚さは、０．１μｍ〜０．３μｍである請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記多数の電荷蓄積領域は、正方格子状に配列されており、前記減光膜は、前記第２の電荷蓄積領域群の行に、ストライプ状に形成されている請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記減光膜は、ポリシリコンで形成されている請求項４〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第２の電荷蓄積領域群が形成される部分の前記ウエルの深さは、前記第１の電荷蓄積領域群が形成される部分の前記ウエルの深さよりも浅い請求項１〜９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第２の電荷蓄積領域に隣接する前記分離領域は、前記第１の電荷蓄積領域に隣接する前記分離領域よりも浅く形成されている請求項１〜１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
更に、前記第１の電荷蓄積領域群を同一時刻に露光開始し，第1の露光期間経過後の同一時刻に露光終了し、前記第２の電荷蓄積領域群を同一時刻に露光開始し，第２の露光期間経過後の同一時刻に露光終了し、第２の露光期間が第１の露光期間と重複し、第１の露光期間よりも短い露光を行なう制御回路を有する請求項１〜１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記第２の電荷蓄積領域群の露光開始時刻が，前記第１の電荷蓄積領域群の露光開始時刻と同時である請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記半導体基板の裏面側に逆バイアスパルスを印加することで前記第1及び第２の電荷蓄積領域群の露光開始を行う請求項１２または１３に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記制御回路は、露光終了を前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷を前記垂直転送路に読み出すことで行う請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記多数の電荷蓄積領域が正方格子状に配列され、前記垂直転送路が１つの電荷蓄積領域当り、３転送段以上を有し、全ての前記電荷蓄積領域から信号電荷が、同時に前記垂直転送路に読み出されうる請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記制御回路は、信号電荷を前記垂直転送路に読み出した後、前記垂直転送路を駆動し、前記第１の電荷蓄積領域群の信号電荷の行と前記第２の電荷蓄積領域群の信号電荷の行とを交互に前記水平転送路に出力する機能を有する請求項１６に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記第１の電荷蓄積領域群が、正方格子状に配列され、前記第２の電荷蓄積領域群が前記第１の電荷蓄積領域群の格子間位置に配置されて全体としてハニカム配列を構成し、前記第１の電荷蓄積領域群と前記第２の電荷蓄積領域群が異なる行、異なる列を構成し、前記垂直転送路が１つの電荷蓄積領域当り、４転送段以上を有し、全ての前記電荷蓄積領域から信号電荷が、同時に前記垂直転送路に読み出されうる請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記制御回路は、信号電荷を前記垂直転送路に読み出した後、前記垂直転送路を駆動し、前記第１の電荷蓄積領域群の信号電荷と前記第２の電荷蓄積領域群の信号電荷を水平方向に交互に配列した信号電荷行を前記水平転送路に出力する機能を有する請求項１８に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
前記制御回路が、前記第２の電荷蓄積領域群の露光期間外、かつ前記第１の電荷蓄積領域群の露光期間内に補助光源を発光させる機能を有する請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に広ダイナミックレンジの固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
広ダイナミックレンジ化にはいくつかの制約が伴う。各画素は、通常フォトダイオードで形成される電荷蓄積領域に、入射光量に比例したキャリア（電子）を蓄積する。出力電圧は、蓄積電荷量に比例した値となる。電荷蓄積領域に蓄積できる電荷量は、ある値（飽和電荷量）までに制限される。画素を微細化すると、飽和電荷量も小さくなる傾向にある。検出できる蓄積電荷量の下限を改良しても限度があり、1つの画素が検出できる受光量の範囲は制限される。広ダイナミックレンジを実現するためには、何らかの付加的な手段が必要となる。
【０００３】
広ダイナミックレンジを実現する固体撮像装置の撮像方法として、（ｉ）通常画素と低感度画素の２種類の画素から得られた画像信号を合成する方法（たとえば、特許文献１参照）や、（ｉｉ）露光時間の異なる２枚の画像情報を合成して１枚の画像を形成する方法（たとえば、特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
（ｉ）の方法においては、低照度側（シャドウ）での感度を犠牲にしないため、高照度側（ハイライト）での入射エネルギを抑制することで広ダイナミックレンジを実現する。たとえば、遮光膜の開口面積を小さくする、ＮＤフィルタを積層する、マイクロレンズを形成しない、マイクロレンズの集光効率を下げる、などの手段により低感度画素を構成し、入射信号量に対する出力信号の増加を抑制している（たとえば、特許文献１、３、または４参照）。
【０００５】
しかし、近年の固体撮像素子の多画素（微細）化の傾向に伴い、たとえば遮光膜の開口サイズを小さくする方法で画素の低感度化を図ろうとすると、入射光の波長に近い開口サイズ（たとえば、０．７μｍ×０．７μｍ以下）を精確にパターニングしたりエッチングしたりする必要があり、加工ばらつきが生じやすい。このため低感度画素の感度が一定しない、という問題が生じる。
【０００６】
また、ＮＤフィルタの積層には、フィルタを所定濃度に調整することの困難性が付随する。
【０００７】
更に、マイクロレンズを設けない画素を選択的に形成し、当該画素を低感度化した場合には、シェーディングを改善する手法である「マイクロレンズずらし」を行うことができないという問題がある。
【０００８】
また、マイクロレンズの形状を変化させ、集光効率を下げる方法を採用すると、レンズの加工形状のばらつきにより、低感度画素の感度を一定化することが難しい場合がある。
【０００９】
このように、微細化した光学系の光学要素の形状を変えることによる画素の低感度化は、半導体微細加工上等の制約から好ましくない場合が多い。
【００１０】
（ｉｉ）の方法は、低感度画素と高感度画素の感度比を大きく変化させることが容易である反面、撮影時刻が異なる（時間差のある）２枚の絵（フレームあるいはフィールド）を合成するため、たとえば被写体が動く場合には、前後のフレームあるいはフィールド間でずれが生じ、正確な合成画像が再現できないという欠点がある。
【００１１】
撮影時間差による欠点を改善した固体撮像装置の駆動方法が提案されている（たとえば、特許文献５、または、非特許文献１参照）。
【００１２】
特許文献５に記載の駆動方法によれば、長時間露光、及び所定の信号電荷群の垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）への読み出し後に短時間露光が開始されるため、被写体が動いた場合の被写体ずれが改善される。なお、この駆動方法においては、一方の信号電荷群をＶＣＣＤから水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）に転送した後、他方の信号電荷群を、ＶＣＣＤに読み出し、ＨＣＣＤへ転送する。
【００１３】
非特許文献１に記載の駆動方法によれば、ＮＴＳＣ方式（飛び越し走査）における動画撮像を前提に、偶数または奇数フィールド内で撮影時間差による欠点を改善することができる。
【００１４】
近年、デジタルスチルカメラにおいては、手振れ制御、あるいは、動く被写体に対する撮影能力の向上、更には、ストロボフラッシュを使用できない夜景、星空、花火などの様々な撮影シーンに対応できることが求められている。このようなニーズに対しては、高ＩＳＯ感度の撮像装置を用いることにより、高速シャッタを切ることができるようにすることで対応している。しかし、画素自体の高感度化に伴い、広ダイナミックレンジを達成するためには、高照度側（ハイライト）の入射光エネルギを、一層抑制する必要がある。
【００１５】
車載用途の固体撮像装置においては、ストロボのような補助光源による暗所の撮像を期待することはできない。車載用固体撮像装置では、夜間は高感度撮像が重視される。しかし、固体撮像装置が搭載されている車両の周囲には、高輝度被写体、たとえば対向車のヘッドライト等が存在する。そのため、すべての画素を高感度画素とした場合、高輝度被写体像は、白トビ（白つぶれ）してしまう。したがって、車載用途の固体撮像装置は、低感度画素と高感度画素とを備え、その感度比を１／１０００〜１／１０００００程度に落とす必要がある。
【００１６】
【特許文献１】特開昭５９−２１０７７５号公報
【特許文献２】特開昭６２−１０８６７８号公報
【特許文献３】特開２０００−１２５２０９号公報
【特許文献４】特開２００３−２１８３４３号公報
【特許文献５】特開２０００−１３８８６３号公報
【非特許文献１】H.Komobuchi,et al., “1/4 inch NTSC format Hyper-D Range IL-CCD”, IEEE Workshop on CCD’s and Advanced Image sensors, SS-1,1995
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、広ダイナミックレンジの画像を生成することのできる固体撮像装置を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、広ダイナミックレンジの画像を短時間で生成することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、同時性を有する広ダイナミックレンジの画像を短時間で生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一観点によれば、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面近傍に形成され、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型を有するウエルと、前記ウエルに行列状に形成された前記第１導電型の多数の電荷蓄積領域であって、前記半導体基板の表面から第１の深さまで形成された第１の電荷蓄積領域群と、前記半導体基板の表面から、前記第１の深さより浅い第２の深さまで形成された第２の電荷蓄積領域群とを含み、第１の電荷蓄積領域群の行と第２の電荷蓄積領域群の行とが列方向に沿って隣接して配置された多数の電荷蓄積領域と、前記電荷蓄積領域に隣接して前記ウエルに形成された前記第２導電型の分離領域と、各電荷蓄積領域の列に沿って、前記ウエルに形成された垂直転送路と、前記電荷蓄積領域の行方向に沿って前記半導体基板上方に形成され、前記垂直転送路を横断する転送電極と、隣接する前記第１の電荷蓄積領域群、前記第２の電荷蓄積領域群の２画素上に同一色カラーフィルタが配置されるように、前記各電荷蓄積領域上方に形成されたカラーフィルタ群と、前記各垂直転送路の一端に結合された水平転送路とを有する固体撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
広ダイナミックレンジの画像を生成することのできる固体撮像装置が提供される。
【００２２】
広ダイナミックレンジの画像信号が、短時間で得られる。
【００２３】
同時性を有する広ダイナミックレンジの画像を短時間で生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１Ａ，１Ｂは、正方（テトラゴナル）格子配列の画素行列とハニカム配列の画素行列を示す。
【００２５】
図１Ａの正方格子配列においては、多数の画素ＰＩＸは、横方向（水平方向）に一定のピッチＰＨ、縦方向（垂直方向）に一定のピッチＰＶで正方格子状に配列している。例えば、横方向ピッチＰＨと縦方向ピッチＰＶは等しい（ＰＨ＝ＰＶ）。画素の横方向の並びを行、縦方向の並びを列と呼ぶ。画素上には、赤Ｒ，緑Ｇ，青Ｂの３原色のカラーフィルタが配置されている。以下、各画素をその上のカラーフィルタに従い、Ｒ，Ｇ，Ｂで呼ぶことがある。
【００２６】
列方向において、奇数列のＢ１，Ｂ２，Ｇ１，Ｇ２，偶数列のＧ１，Ｇ２，Ｒ１，Ｒ２のように、同色の画素が２つずつ並んで配列されている。横方向においては、２つずつの同色画素の組が、Ｂ１，Ｂ２の右隣にＧ１，Ｇ２，その右隣にＢ１，Ｂ２のように、同じ列方向位置に配置されている。上側の画素群Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１を第１の画素群、下側の画素群Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２を第２の画素群と呼ぶ。たとえば第１の画素群は、高感度の画素群であり、第２の画素群は、低感度の画素群である。第１の画素群と第２の画素群の上下関係は反転してもよい。
【００２７】
画素の各列に沿って（図では各列の右側に）、垂直電荷転送路ＶＣＣＤがそれぞれ１本配置されている。垂直電荷転送路ＶＣＣＤは、画素（行）当り３以上の転送段を有する。複数の垂直電荷転送路ＶＣＣＤの下端に、横方向に水平電荷転送路ＨＣＣＤが結合され、その一端に出力アンプＯＡが接続されている。転送路ＶＣＣＤ，ＨＣＣＤ上には、（読み出し電極を兼ねる）転送電極が配置される。各画素に蓄積された信号電荷は、画素ＰＩＸから垂直電荷転送路ＶＣＣＤに読み出され、垂直電荷転送路ＶＣＣＤを下向きに転送され、垂直電荷転送路ＶＣＣＤ下端から水平電荷転送路ＨＣＣＤに送り込まれ、水平電荷転送路ＨＣＣＤを左向きに転送され、出力アンプを介して出力される。
【００２８】
図１Ｂのハニカム配列においては、第１種の画素群Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１が正方格子状に配置され、水平方向、垂直方向に約半ピッチずれた位置に第２の画素群Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２が配置される。第２の画素群も正方格子を構成する。第２の画素群は、正方格子状の第１の画素群の格子間位置に配置されるともいえる。
【００２９】
右上から左下に向かう対角線方向に沿って、同色の画素が２つずつ並んでいる。図示の配置においては、左下に第１の画素群Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１が配置され、右上に第２の画素群Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２が配置されている。この関係は反転してもよい。また、２つの同色画素を左上から右下に向かう対角線方向に並べてもよい。
【００３０】
第１の画素群の半ピッチを、改めてピッチとして、行、列を定義すると、各列、各行には、１つおきに画素が配置され、同一行、同一列には、第１の画素群または第２の画素群のみが配列されている。第１の画素群、第２の画素群はそれぞれ正方格子を構成している。第１の画素群の行、第２の画素群の行が列方向に交互に配列している点は図１Ａの正方格子配列と同様である。
【００３１】
なお、後述するように、各列に沿って垂直電荷転送路が蛇行して配置され、複数の垂直電荷転送路の一端に水平電荷転送路が結合される。垂直電荷転送路は、行当り２転送段を有し、画素当たり４転送段を有する。
【００３２】
図２は、実施例による固体撮像装置の受光部の一部の概略的な断面図である。本図には、図１Ｂに示したハニカム配列の固体撮像装置において、Ｂのカラーフィルタが形成された連続する２画素であるＢ１（高感度画素）及びＢ２（低感度画素）についての断面を示した。
【００３３】
たとえばｎ型のシリコン基板である半導体基板２１の表面近傍に、低濃度のｐ型ウエル２２が、エピタキシャル成長またはエピタキシャル成長とイオン注入で形成される。
【００３４】
ｐ型ウエル２２内にイオン注入でｎ型の不純物が添加され、フォトダイオードの電荷蓄積領域（画素Ｂ１については、電荷蓄積領域２３ａ、画素Ｂ２については、電荷蓄積領域２３ｂ）が形成される。
【００３５】
画素Ｂ１の電荷蓄積領域２３ａの形成深さ（半導体基板２１表面からの深さ）は、たとえば２．５μｍ以上８μｍ以下であり、３μｍ以上の深さに形成することが好ましい。また、画素Ｂ２の電荷蓄積領域２３ｂの形成深さは、たとえば０．１μｍ以上２．５μｍ以下であり、２μｍ以下の深さに形成することが好ましい。なお、従来の固体撮像装置のフォトダイオードにおける電荷蓄積領域の形成深さは約２．５μｍである。したがって画素Ｂ１については、従来の固体撮像素子よりも深い深さまで電荷蓄積領域２３ａを形成し、画素Ｂ２については、浅い深さまで電荷蓄積領域２３ｂを形成することになる。
【００３６】
埋め込み領域２４ａ、２４ｂは、ｐ型不純物を高濃度にイオン注入して形成され、それぞれ電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂを半導体基板２１表面から埋め込む。
【００３７】
ｎ型半導体基板２１、ｐ型ウエル２２、電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂは、それぞれ縦型バイポーラ接合トランジスタ構造を形成し、電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂに蓄積される電子に対して、ｐ型ウエル２２がポテンシャルバリアを形成する。ｎ型半導体基板２１にオーバーフロードレイン電圧ＶＯＤを印加することでバリア高を調節でき、半導体基板２１に蓄積電荷を引き抜くことができる（基板抜きシャッタ）。
【００３８】
電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂに隣接して、それぞれ読み出しゲートを兼ねたｐ型の分離領域２９ａ、２９ｂを介して、ｎ型チャネル領域の垂直電荷転送路２５ａ、２５ｂが、イオン注入で形成される。
【００３９】
分離領域２９ａ、２９ｂ及び垂直電荷転送路２５ａ、２５ｂ上方には絶縁膜３３を介して、それぞれ垂直転送電極２６ａ、２６ｂが、化学気相堆積（ＣＶＤ）とパターニング等で形成される。図示した垂直転送電極２６ａ、２６ｂは、読み出し電極を兼ねる転送電極を含み、分離領域２９ａ、２９ｂ上方から電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂに向かって延在する。
【００４０】
隣り合う画素Ｂ１及びＢ２間には、高濃度ｐ型の分離領域（チャネルストップ領域）２８ａ、２８ｂが、イオン注入で形成される。
【００４１】
分離領域（チャネルストップ領域）２８ａ、２８ｂは、隣り合う画素間で、電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂ、垂直電荷転送路２５ａ、２５ｂ等の電気的な分離を行うための領域である。絶縁膜３３は、たとえばシリコン表面に熱酸化により形成された酸化シリコン膜、ＯＮＯ膜（酸化膜/窒化膜/酸化膜の積層）等である。
【００４２】
垂直転送電極２６ａ、２６ｂは、たとえばポリシリコンで形成される第１層〜第３層垂直転送電極を含む。これらはアモルファスシリコンで形成することも可能である。垂直転送電極２６ａ、２６ｂは、印加される電圧で、垂直電荷転送路２５ａ、２５ｂ及び読み出しゲートのポテンシャルを制御することによって、電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂに蓄積された電荷を垂直電荷転送路２５ａ、２５ｂに読み出し、読み出された電荷を垂直電荷転送路２５ａ、２５ｂの列方向に転送する。
【００４３】
垂直転送電極２６ａ、２６ｂ上方には、それぞれ絶縁性の酸化シリコン膜を介して、たとえばタングステン（Ｗ）により遮光膜２７ａ、２７ｂが形成されている。遮光膜２７ａ、２７ｂには、それぞれ電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂの上方に開口部が形成されている。
【００４４】
入射光量に応じて電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂに蓄積された信号電荷は、それぞれ垂直電荷転送路２５ａ、２５ｂに読み出され、垂直転送電極２６ａ、２６ｂへ印加される駆動信号（転送電圧）により、垂直転送路２５ａ、２５ｂ内を転送される。遮光膜２７ａ、２７ｂは、上述のように電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂ上方に開口部を有し、受光部に入射する光が電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂ以外の領域に入射するのを防止する。
【００４５】
遮光膜２７ａ、２７ｂ上方には、たとえばＢＰＳＧ(boro-phospho silicate glass)でつくられた平坦化膜３０が形成され、その平坦な表面上に、カラーフィルタ３１（本図においては、Ｂのカラーフィルタ）が形成される。
【００４６】
たとえば平坦化膜３０内に、低感度画素Ｂ２の電荷蓄積領域２３ｂの上方を覆うように、減光膜３２がポリシリコンで形成される。減光膜３２の厚さは、０．２μｍ〜０．７μｍ、たとえば０．５μｍであり、ＣＶＤ法を用いて形成する。
【００４７】
なお、本図にはハニカム配列の場合を示したが、画素の断面構造は正方格子配列の場合も基本的には同一である。
【００４８】
図２を用いて説明したように、各画素においては、信号電荷は半導体基板表面近傍に形成された電荷蓄積領域に蓄積される。蓄積される電荷量は、電荷蓄積領域における光吸収率に直接的に関係し、電荷蓄積領域における光吸収率は、電荷蓄積領域の形成深さと、入射する光の波長に依存する。
【００４９】
図３は、電荷蓄積領域における光吸収率の入射光波長依存性を表すグラフである。本図を参照しながら、実施例による固体撮像装置の効果について説明する。
【００５０】
グラフの横軸には、入射光の波長を単位「ｎｍ」で示し、縦軸には、電荷蓄積領域内の光吸収率を、単位「％」で示す。本グラフには、電荷蓄積領域の形成深さ（半導体基板表面からの形成深さ）が、２．５μｍ、３．５μｍ、５μｍ、及び１０μｍの４つの場合について、両者の関係を表した。
【００５１】
黒四角を結んだ曲線は、電荷蓄積領域の形成深さが２．５μｍのときの、入射光の波長と電荷蓄積領域内の光吸収率との関係を示す。白三角を結んだ曲線、白四角を結んだ曲線、及び白丸を結んだ曲線は、それぞれ電荷蓄積領域の形成深さが３．５μｍ、５μｍ、及び１０μｍのときの、両者の関係を示す。
【００５２】
グラフから、図示されている範囲の波長の光に対して、電荷蓄積領域の形成深さが深くなるほど、電荷蓄積領域内の光吸収率が高くなることがわかる。また、概ね５５０ｎｍ以上の波長範囲では、電荷蓄積領域の形成深さに対する電荷蓄積領域内の光吸収率の増加率は、波長が長くなるにしたがって大きくなる傾向が認められる。更に、概ね５００ｎｍ以下の波長範囲では、シリコンの吸収係数が大きいため、電荷蓄積領域内の光吸収率は、電荷蓄積領域の形成深さに大きくは依存せず、非常に高い。
【００５３】
したがって、従来の固体撮像装置のフォトダイオードよりも、電荷蓄積領域の形成深さを深くした画素Ｂ１においては（なお、前述のように、従来における形成深さは約２．５μｍであった。）、Ｒ（中心波長約６５０ｎｍ）、Ｇ（中心波長約５５０ｎｍ）、Ｂ（中心波長約４５０ｎｍ）の順で感度を向上させることができる。
【００５４】
一方、従来の固体撮像装置のフォトダイオードよりも、電荷蓄積領域の形成深さを浅くした画素Ｂ２においては、Ｂの感度（短波長における感度）はほとんど変わらないが、ＧからＲになる（長波長側に移る）にしたがい、感度を低下させることができる。
【００５５】
ただし、上述のように、感度の電荷蓄積領域の形成深さに対する依存性は、フォトダイオードに入射する光の波長が短くなるほど（すなわち特にＢのフォトダイオードにおいて）小さくなる。このため、画素Ｂ２においては、感度の減衰が十分に行われない場合がある。
【００５６】
画素Ｂ２の電荷蓄積領域上方に減光膜を形成することは、画素Ｂ２における感度の低下を達成するもう一つの方法である。電荷蓄積領域の形成深さを浅くすることとあわせて、画素Ｂ２の感度調整を容易に行うことができる。
【００５７】
減光膜を形成するポリシリコンの光吸収率の波長依存性は、同一元素（Ｓｉ）を対象としているため、図３に示したグラフと同傾向を示す。したがって、減光膜をたとえば厚さ０．５μｍに形成した場合、５００ｎｍ以下の短波長光は、ほとんど減光膜に吸収され、残余のわずかの光のみが電荷蓄積領域に入射する。このように電荷蓄積領域に入射する光を減ずることによって、画素Ｂ２における感度を低下させることができる。
【００５８】
減光膜は、画素Ｂ２だけでなく、画素Ｇ２、画素Ｒ２にも形成してもよい。ただし、ポリシリコンの長波長域（たとえば波長６００ｎｍ以上）の光に対する吸収率は低いため、たとえばＲ光（長波長光）については、遮断効果は高くない。したがって、画素Ｒ２については、主に電荷蓄積領域の形成深さを浅くすることで、感度の低下を実現する。しかし、減光膜を形成することによる不都合性が大きくない場合は、たとえば製造を簡易にする観点から、画素Ｒ２にも減光膜を形成してもよい。電荷蓄積領域の形成深さと減光膜とで、感度の調整の度合いを調整する。
【００５９】
図４は、実施例による固体撮像装置において、Ｇのカラーフィルタが形成された連続する２画素であるＧ１（高感度画素）及びＧ２（低感度画素）を示す概略的な断面図である。
【００６０】
図２に示したＢ１及びＢ２の断面とは、カラーフィルタ３１の色が緑であることのほかに、電荷蓄積領域２３ａ、２３ｂの深さ、及び、低感度画素Ｇ２に設けられた減光膜３２の厚さにおいて異なる。
【００６１】
減光膜３２の厚さは、画素の色によって異ならせることができる。緑色の画素においては、青色の画素においてよりも、電荷蓄積領域の形成深さによって感度を調整することが容易であるため、画素Ｇ２の減光膜３２の厚さは、画素Ｂ２のそれよりも薄く、たとえば０．１μｍ〜０．３μｍに形成する。
【００６２】
電荷蓄積領域の形成深さの調節に付加して、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素の感度を調節するための方法として、また、ホワイトバランスを改善するための方法として、Ｂ画素以外の画素、ことにＧ画素に、減光膜３２を設けることができる。
【００６３】
実施例による固体撮像装置は、電荷蓄積領域を従来より深い位置にまで形成して高感度画素を作製する一方で、電荷蓄積領域を従来より浅い位置まで形成して低感度画素を作製した。また、低感度画素においては、Ｂについては高い必要性で、ＧについてはＢよりも低い必要性で、減光膜を設け、低感度化を実現した。更に、Ｒについても場合によっては、減光膜を形成することが有効である旨を記した。
【００６４】
実施例による固体撮像装置は、高感度側と低感度側の両方から広ダイナミックレンジ化を実現した固体撮像装置である。
【００６５】
図５は、実施例の変形例による固体撮像装置の受光部の一部の概略的な断面図である。本図には、図１Ｂに示したハニカム配列の固体撮像装置において、Ｂのカラーフィルタが形成された連続する２画素であるＢ１（高感度画素）及びＢ２（低感度画素）についての断面を示したが、以下説明する特徴は、Ｂ、Ｇ、Ｒすべてに共通する。
【００６６】
図５に示す変形例は、図２に示す実施例と比較したとき、ウエル２２の形成深さが一様でなく、電荷蓄積領域２３ａの形成深さが深い高感度画素Ｂ１においては深く、電荷蓄積領域２３ｂの形成深さが浅い低感度画素Ｂ２においては浅く形成されている点において異なる。この構造を採用することにより、オーバーフロードレイン電圧ＶＯＤを印加したとき、低感度画素Ｂ２で発生した過剰電荷を、半導体基板２１裏面側に排出することが容易になる。更に、これに伴って、オーバーフロードレイン電圧ＶＯＤの増大を防止することができる。
【００６７】
また、変形例は、分離領域の形成深さが異なる点においても、実施例とは異なる。すなわち、高感度画素Ｂ１の電荷蓄積領域２３ａを取り囲む（電荷蓄積領域２３ａに隣接する）分離領域２８ｂ及び２９ａの形成深さは深く、低感度画素Ｂ２の電荷蓄積領域２３ｂを取り囲む（電荷蓄積領域２３ｂに隣接する）分離領域２９ｂの形成深さは浅い。この構造を採用することにより、画素間における信号電荷のクロストーク（混色）を改善することができる。
【００６８】
図６Ａ及び図６Ｂは、実施例または変形例による固体撮像装置の受光部の一部の概略的な平面図である。図１Ａに示した正方格子配列の固体撮像装置についての平面図を示した。本図を参照して、信号電荷移動の概略、及び、減光膜の形成位置について説明する。
【００６９】
図６Ａを参照する。正方格子配列の画素（高感度画素Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１、及び、低感度画素Ｂ２、Ｇ２、Ｒ２）の各列右側に沿って垂直電荷転送路２５が形成されている。垂直電荷転送路２５は、画素当たり３転送段を有し、全画素の情報（信号電荷）を、一括して垂直電荷転送路２５に読み出すこと（プログレッシブ読み出し）が可能である。画素（１行）当たり３転送段を形成するために、１行当り３転送電極が必要である。
【００７０】
転送電極は、３層ポリシリコン電極で構成される。下層ポリシリコン電極ＥＬ，中層ポリシリコン電極ＥＭ，上層ポリシリコン電極ＥＵが酸化シリコン膜等の絶縁膜を介して積層され、３層ポリシリコン電極を構成する。３層ポリシリコン電極は、上下画素間の配線領域を通り、垂直電荷転送路２５上では各転送段上にそれぞれ配置されるようにパターニングされる。垂直電荷転送路２５は駆動信号φ１、φ２、φ３で３相駆動される。読み出し電圧を兼ねる駆動信号は、２つの配線で供給される。第１の画素群（高感度画素群）と第２の画素群（低感度画素群）を別タイミングで読み出し可能なように、例えば駆動信号φ２を、φ２Ａとφ２Ｂの２種で構成し、奇数行と偶数行にそれぞれ供給する。すなわち、フォトダイオードから垂直電荷転送路２５に信号電荷を読み出すパルスを供給する信号線には、高感度画素が並んだラインと低感度画素が並んだラインとに対して独立の駆動信号（φ２Ａ及びφ２Ｂ）を供給する。例えば、列方向に沿って、中層ポリシリコン電極ＥＭには、駆動信号φ２Ａとφ２Ｂの配線が交互に接続される。
【００７１】
本図においては、信号電荷が画素から垂直電荷転送路２５に読み出される方向を矢印で示した。信号電荷は、垂直電荷転送路２５内を水平電荷転送路ＨＣＣＤに向かう方向に転送され、水平電荷転送路ＨＣＣＤに移動された後は、水平電荷転送路ＨＣＣＤ内を、出力アンプＯＡに向かう方向に転送される。
【００７２】
図６Ａには、遮光膜に形成された開口部を、画素領域内に点線で示し、開口部上方を覆うように形成された減光膜を、点線を囲む実線で示した。図６Ａに示す態様においては、減光膜は、選択的に低感度画素上方に形成される。
【００７３】
低感度画素Ｂ２上方には、減光膜３２ａが形成され、低感度画素Ｇ２上方には、減光膜３２ａより薄い減光膜３２ｂが形成される。低感度画素Ｒ２上方には、減光膜は形成されない。
【００７４】
図６Ａに示すように、選択的に低感度画素上方に減光膜を形成することにより、低感度画素の感度調整やホワイトバランスの向上を、きめ細かに、正確に行うことができる。
【００７５】
図６Ｂを参照する。図６Ｂに示す態様においては、減光膜は、低感度画素の形成されている行の上方に、ストライプ状に形成されている。Ｇ２とＲ２とが交互に並ぶ行（図６Ｂにおいては中ほどの行）上方の減光膜３２ｃと、Ｂ２とＧ２とが交互に並ぶ行（図６Ｂにおいては下の行）上方の減光膜３２ｃとは、たとえば厚さが等しい。減光膜３２ｃを、均一の厚さで、ストライプ状に形成する構成を採用すると、製造を容易にするとともに、パターニングによる感度のばらつきを少なくすることができる。
【００７６】
なお、Ｇ２とＲ２とが交互に並ぶ行上方の減光膜３２ｃと、Ｂ２とＧ２とが交互に並ぶ行上方の減光膜３２ｃの厚さを異ならせてもよい。その場合、感度の調整をより緻密に行うことができる。
【００７７】
図７Ａ〜図７Ｆを参照して、実施例による固体撮像装置（正方格子配列を有する固体撮像装置）の駆動方法を説明する。
【００７８】
図７Ａは、正方格子配列を有する固体撮像装置の駆動信号のタイミングチャートである。上からオーバーフロードレイン電圧ＶＯＤ，第２の画素群（低感度画素群）の垂直駆動信号φ２Ｂ，第１の画素群（高感度画素群）の垂直駆動信号φ２Ａ，水平駆動信号φＨを示す。
【００７９】
図７Ｂ〜７Ｆは、図７Ａに示すタイミングｔ３〜ｔ５での電荷の様子を示す概略的平面図である。タイミングｔ１〜ｔ２に、オーバーフロードレイン電圧ＶＯＤが高電圧となり、各画素ＰＩＸの蓄積電荷は基板に引き抜かれ、画素ＰＩＸがクリアされて新たな露光が開始される。駆動信号φ２Ｂはタイミングｔ３で高電位の読出電圧となり、その後タイミングｔ４で駆動信号φ２Ａが高電位の読出電圧となる。
【００８０】
図７Ｂに示すように、タイミングｔ２からｔ３に至るまでの短期間ｔＳ、全画素ＰＩＸで入射光に応じた信号電荷の蓄積が行われる。
【００８１】
図７Ｃに示すように、タイミングｔ３で駆動信号φ２Ｂが読み出し電圧となり、φ２Ｂを印加された低感度画素ＰＩＸから垂直電荷転送路ＶＣＣＤに短期間ｔＳの蓄積電荷が読み出される。φ２Ａを印加された画素では読み出しは生ぜず、入射光に応じた電荷蓄積が継続する。
【００８２】
図７Ｄに示すようにタイミングｔ３〜ｔ４では、入射光に応じた信号電荷の蓄積が行われる。垂直電荷転送路ＶＣＣＤは、タイミングｔ３で読み出した電荷を保持する。
【００８３】
図７Ａに示すように、タイミングｔ４で駆動信号φ２Ａが読み出し電圧になる。図７Ｅに示すように、タイミングｔ４で駆動信号φ２Ａが読み出し電圧となり、φ２Ａを印加された高感度画素ＰＩＸから垂直電荷転送路ＶＣＣＤにタイミングｔ２からｔ４までの長期間ｔＬの蓄積電荷が読み出される。
【００８４】
図７Ａに示すように、タイミングｔ５以後、垂直電荷転送路では駆動（転送）信号φ１、φ２、φ３が印加され垂直転送が行われる。水平電荷転送路では、２相駆動信号φＨ１、φＨ２が印加される。
【００８５】
図７Ｆに示すように、垂直電荷転送路ＶＣＣＤで電荷転送が行われ，短期間露光の蓄積電荷の行（低感度画素の行）、長期間露光の蓄積電荷の行（高感度画素の行）が交互に水平電荷転送路ＨＣＣＤに供給される。水平電荷転送路ＨＣＣＤは、垂直電荷転送路ＶＣＣＤから供給される電荷を１行ずつ出力アンプＯＡに向かって転送する。信号電荷は、出力アンプＯＡを介して外部に読み出される。
【００８６】
図８Ａは、固体撮像装置のシステム構成を示す。駆動信号を発生する制御回路ＣＴＬは撮像チップとは別のチップに形成しても、同一チップに集積化してもよい。固体撮像素子１０からの出力信号は、画素単位で出力調整部１１に供給され、選択部１２で短時間露光の信号電荷は直接、長時間露光の信号電荷は信号スライス部１３でチョッピングされ、飽和電圧を揃えて、メモリを備えた出力合成部１５に送られ、行単位で加算が行われる。信号スライス部１３は、あらかじめ蓄積できる信号電荷量の上限値を設定しておき、この信号電荷量を超える電荷量を廃棄する。出力合成部１５は、低感度画素の信号電荷と、信号スライス部１３でカットされた高感度画素の信号電荷の同色２画素分の信号を合成し、合成信号ＳＣとして出力する。
【００８７】
図８Ｂは、合成信号の性質を示すグラフである。横軸は露光エネルギ密度（照度）を示し、縦軸は出力信号及び合成信号の電圧を示す。短期間露光（低感度画素）の出力信号をｔＳで示し、長期間露光（高感度画素）の出力信号をｔＬで示す。
【００８８】
長期間露光ｔＬでは、電荷蓄積期間が長いので、露光エネルギ密度が低くても出力信号は速やかに立ち上がる。速やかな立ち上がりは、速い飽和となる。飽和エネルギより大きい露光エネルギの識別はできない。
【００８９】
短期間露光ｔＳでは、電荷蓄積期間が短いので、露光エネルギ密度の増加に対する出力信号の増加は緩やかであり、飽和する露光エネルギ密度は高くなる。合成信号ＳＣは、長期間露光の出力信号ｔＬと短期間露光の出力信号ｔＳを加算するので、立ち上がりは速く，飽和は高エネルギ密度の信号が得られる。長期間露光の出力信号が飽和する露光エネルギ密度を基準とすると、広ダイナミックレンジ化が達成できる。
【００９０】
短期間露光と長期間露光とは重複して行なわれ、出力信号は同時に出力されるので、同時性の高い、広ダイナミックレンジの画像を短時間で得られる。車輌用衝突防止モニタなど、相対的に高速度で移動する物体のモニタ等にも適した特性が得られる。短期間と長期間の比を選択することにより、所望のダイナミックレンジを得ることができる。例えば、戸外の監視用モニタ等の感度、ダイナミックレンジを外界や対象物の明るさに応じて調整することもできる。
【００９１】
なお、短期間露光と長期間露光とを同時に開始し、短期間露光終了の後長期間露光を終了する場合を説明したが、短期間露光の期間が長期間露光の期間に含まれるなら同様の効果を得られる。各画素ごとまたは各行ごとにクリア機構を設ければ、露光開始を選択的に行うことができる。
【００９２】
図９Ａ、及び、図９Ｂはハニカム配列の画素を有する固体撮像装置の構成、動作を示す。
【００９３】
図９Ａに示すように、ハニカム配列の画素は、第１の正方格子配列の第１の画素群（高感度画素群）の画素ＰＩＸ１とその格子間位置に配置される第２の正方格子配列の第２の画素群（低感度画素群）の画素ＰＩＸ２から構成される。画素ＰＩＸ１及び画素ＰＩＸ２は、同色のカラーフィルタを有する。各画素列に沿って垂直電荷転送路ＶＣＣＤが蛇行しつつ、縦方向に延在し、列間にはチャネルストップ領域ＣＳが形成されている。水平方向に隣接する画素間には、２つの垂直電荷転送路ＶＣＣＤが配置され、斜め方向に隣接する画素間には１つの垂直電荷転送路ＶＣＣＤが配置される。
【００９４】
各画素の上側、下側を回り込むように２電極が配置され、垂直電荷転送路ＶＣＣＤと交差して水平方向に延在する。各列において、画素は１つ置きに配置されているので、１画素当たり２行の４電極が４転送段を形成する。４相駆動信号φ１、φ２、φ３、φ４が、繰り返し転送電極に印加される。なお、ハニカム配列の固体撮像装置の構成、製造技術に関しては例えば、特開平１０−１３６３９１号、特開２００１−１１１０２７号（ＵＳＰ６，９１４，６３３）の実施例の欄の記載を参照できる。
【００９５】
駆動信号φ１とφ３が読み出し信号を兼ねるとする。φ３が読み出し電圧になると、矢印で示すように第２の画素群の画素ＰＩＸ２の蓄積電荷が右側に隣接する垂直電荷転送路ＶＣＣＤに読み出される。
【００９６】
図９Ｂは、その後、他の駆動信号φ１が読み出し電圧になった時を示す。第１の画素群の画素ＰＩＸ１の蓄積電荷が右側に隣接する垂直電荷転送路ＶＣＣＤに読み出される。第１の画素群の信号電荷は第２の画素群の信号電荷とは異なる垂直電荷転送路ＶＣＣＤに読み出される。４相駆動を開始する前に電荷位置を調整すると、同一行に第１の画素群の電荷と第２の画素群の電荷が交互に配置されるようになる。
【００９７】
なお、ハニカム配列においては、正方格子配列とは異なり、第１の画素群（高感度画素群）の読み出しゲート電極と、第２の画素群（低感度画素群）の読み出しゲート電極は、別に設けられているので、新たな信号線を配線する必要はない。
【００９８】
図１０Ａは、ハニカム配列の固体撮像素子の駆動信号のタイミングチャートを示し、図１０Ｂ〜図１０Ｅは、図１０Ａ中に示されるタイミングｔ３〜ｔ５での電荷の様子を示す概略的平面図である。なお、図１０Ｂ〜図１０Ｅにおいては、行方向位置、列方向位置を判り易くするように、蛇行するＶＣＣＤを直線的に示している。
【００９９】
図１０Ａに示すタイミングｔ１〜ｔ２に、オーバーフロードレイン電圧ＶＯＤが高電圧となり、各画素の蓄積電荷は基板に引き抜かれ、全画素ＰＩＸがクリアされて新たな露光が開始される。駆動信号φ３はタイミングｔ３で高電位となり、その後タイミングｔ４で駆動信号φ１が高電位となる。
【０１００】
図１０Ｂに示すように、タイミングｔ２からｔ３に至るまでの短期間ｔＳ、全画素ＰＩＸで入射光に応じた信号電荷の蓄積が行われる。タイミングｔ３で駆動信号φ３が読み出し電圧となり、φ３を印加された第２の画素群の画素ＰＩＸ２から垂直電荷転送路ＶＣＣＤに短期間ｔＳの蓄積電荷が読み出される。φ１を印加された画素では読み出しは生ぜず、入射光に応じた電荷蓄積が継続する。
【０１０１】
図１０Ｃに示すようにタイミングｔ３〜ｔ４では、入射光に応じた信号電荷の蓄積が行われる。垂直電荷転送路ＶＣＣＤは、タイミングｔ３で読み出した電荷を保持する。
【０１０２】
図１０Ａに示すように、タイミングｔ４で駆動信号φ１が読み出し電圧になる。
図１０Ｄに示すように、タイミングｔ４で駆動信号φ１が読み出し電圧となり、φ１を印加された画素ＰＩＸ１から垂直電荷転送路ＶＣＣＤにタイミングｔ２からｔ４までの長期間ｔＬの蓄積電荷が読み出される。
【０１０３】
図１０Ａに示すように、タイミングｔ５以後、垂直電荷転送路では４層駆動信号φ１、φ２、φ３、φ４が印加され垂直転送が行われる。水平電荷転送路では、２相駆動信号φＨ１、φＨ２が印加される。
【０１０４】
図１０Ｅに示すように、垂直電荷転送路ＶＣＣＤで電荷転送が行われ，短期間露光の蓄積電荷、長期間露光の蓄積電荷が交互に配列された２画素行分の電荷行が水平電荷転送路ＨＣＣＤに供給される。水平電荷転送路ＨＣＣＤは、ＶＣＣＤから供給される２画素行分の電荷行を出力アンプＯＡに向かって転送する。信号電荷は、出力アンプＯＡを介して外部に読み出される。
【０１０５】
固体撮像装置のシステムは、図８Ａに示したものと同様でよいが、選択部１２は、行毎の切り替えではなく、電荷毎の切り替えを行い、２行分の信号画素行を各行に分離する。出力合成部１５は、信号画素を一旦メモリし、対応する２画素毎に加算する。
【０１０６】
出力信号と合成信号の特性は図８Ｂに示したものと同様である。
【０１０７】
ハニカム配列の固体撮像素子においては、正方格子配列の場合とは異なり、ある垂直電荷転送路ＶＣＣＤを転送される電荷は、高感度画素から読み出された電荷、または低感度画素から読み出された電荷のいずれかであって、双方が混在することはない。高感度画素と低感度画素とで、垂直転送路ＶＣＣＤを共有しないため、垂直転送路ＶＣＣＤにおいては双方の画素信号が互いに干渉せず、画質を向上させることができる。
【０１０８】
図１１Ａは、変形例による駆動信号のタイミングチャートを示す。図１０Ａに示したタイミングチャートと比較すると、ストロボ等の補助光源発光信号ＳＴＲが追加されている。補助光源により、低照度（暗）部の画像情報が得やすくなる。高感度画素群による撮像に特に有効である。ストロボ発光信号ＳＴＲは、短期間露光ｔＳが終了した後、即ちタイミングｔ３以後、長期間露光ｔＬが終了する前、即ちタイミングｔ４以前にトリガされる。
【０１０９】
短期間露光には影響を与えず、長期間露光の積分露光エネルギを増大させることができる。なお、ストロボ発光により光量は確保できるので、長期間露光の蓄積電荷読み出しは補助光源発光後の任意のタイミングまで早めてもよい。
【０１１０】
なお、ハニカム配列の撮像装置の場合も、短期間露光ｔＳ後長期間露光ｔＬ終了前に補助光源を発光させることができる。短期間露光と長期間露光の開始タイミングが異なる場合は、補助光源の発光は短期間露光期間外で、長期間露光期間内に行なえばよい。
【０１１１】
図１１Ｂは、補助光源を発光させた時の特性を示すグラフである。短期間露光ｔＳの特性は、補助光源発光の影響を受けない。長期間露光ｔＬの特性は、ストロボ発光エネルギ密度分、低照度側にシフトすると考えられる。このため、ダイナミックレンジをさらに拡げることができる。
【０１１２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、２画素を１組として、露光期間が２種類の並行露光を行なう場合を説明したが、３画素（３行）以上を１組として、露光期間が３種類以上の並行露光を実行してもよい。その他、種々の変更、改良、組合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
動画を撮像する場合、静止画を撮像する場合の双方に利用可能である。特に、８０ｄＢ以上のダイナミックレンジが必要な場合、動く被写体を撮影する場合、被写体情報を高速に信号処理する必要がある場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】１Ａ，１Ｂは、正方（テトラゴナル）格子配列の画素行列とハニカム配列の画素行列を示す平面図である。
【図２】実施例による固体撮像装置の受光部の一部の概略的な断面図である。
【図３】電荷蓄積領域における光吸収率の入射光波長依存性を表すグラフである。
【図４】実施例による固体撮像装置において、Ｇのカラーフィルタが形成された連続する２画素であるＧ１（高感度画素）及びＧ２（低感度画素）を示す概略的な断面図である。
【図５】実施例の変形例による固体撮像装置の受光部の一部の概略的な断面図である。
【図６】６Ａ及び６Ｂは、実施例または変形例による固体撮像装置の受光部の一部の概略的な平面図である。
【図７】実施例による固体撮像装置（正方格子配列を有する固体撮像装置）の駆動方法を説明するための図である。
【図８】８Ａは、固体撮像装置のシステム構成を示す図であり、８Ｂは、合成信号の性質を示すグラフである。
【図９】９Ａ及び９Ｂは、ハニカム配列の画素を有する固体撮像装置の構成、動作を示す図である。
【図１０】１０Ａは、ハニカム配列の固体撮像素子の駆動信号のタイミングチャートであり、１０Ｂ〜１０Ｅは、１０Ａ中に示されるタイミングｔ３〜ｔ５での電荷の様子を示す概略的平面図である。
【図１１】１１Ａは、変形例による駆動信号のタイミングチャートであり、１１Ｂは、補助光源を発光させた時の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１５】
１０  固体撮像素子
１１  出力調整部
１２  選択部
１３  信号スライス部
１５  出力合成部
２１  半導体基板
２２  ウエル
２３ａ、ｂ  電荷蓄積領域
２４ａ、ｂ  埋め込み領域
２５、２５ａ、ｂ  垂直電荷転送路
２６ａ、ｂ  垂直転送電極
２７ａ、ｂ  遮光膜
２８ａ、ｂ  分離領域
２９ａ、ｂ  分離領域
３０  平坦化膜
３１  カラーフィルタ
３２、３２ａ〜ｃ  減光膜
３３  絶縁膜
ＰＩＸ  画素
ＰＨ  水平方向ピッチ
ＰＶ  垂直方向ピッチ
ＶＣＣＤ  垂直電荷転送路
ＨＣＣＤ  水平電荷転送路
ＯＡ  出力アンプ
ＶＯＤ  オーバーフロードレイン電圧
ＥＬ  下層ポリシリコン電極
ＥＭ  中層ポリシリコン電極
ＥＵ  上層ポリシリコン電極
Φ１、Φ２Ａ、Φ２Ｂ、Φ３  駆動信号
ＣＴＬ  制御回路
ＳＣ  合成信号
ＣＳ  チャネルストップ領域
【図１】
2007266036.tif 000003
【図２】
2007266036.tif 000004
【図３】
2007266036.tif 000005
【図４】
2007266036.tif 000006
【図５】
2007266036.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007266036.tif 000009
【図８】
2007266036.tif 000010
【図９】
2007266036.tif 000011
【図１０】
2007266036.tif 000012
【図１１】
2007266036.tif 000013