JP2008113029A - 固体撮像装置とその動作方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板に形成された複数の画素であって、各画素が電気的に分離された第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とを含む複数の光電変換素子を有する複数の画素と、半導体基板上方に形成され、各画素の上方に1つの開口を有する遮光膜と、を有し、遮光膜は、開口内に第1及び第2の光電変換素子の各々を少なくとも一部露出させ、開口内に露出する面積の光電変換素子面積に対する比が、第1と第2の光電変換素子で異なり、少なくとも第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とは飽和露光量が異なる。
【選択図】図1
Description
R0 = R1 + R2 (1)
が成立する。飽和出力電圧は最大蓄積電荷量に比例するので、
Vsat0 = Vsat1 + Vsat2 (2)
が成立する。飽和露光量は、
となる。
Vsat1+Vsat2 = (x+1)Vsat2、
R1+R2 = (y+1)R2
となる。従って、非分割ホトダイオードの飽和露光量は、
となる。
SE2/SE0 = (y+1)/(x+1) (5)
となる。式(5)の値を1よりも大きくすることが、光ダイナミックレンジの拡大になる。式(5)から、yを大きく、xを小さくするほど、非分割ホトダイオードの飽和露光量SE0に比べ、分割ホトダイオードの副ホトダイオードの飽和露光量SE2を大きくできることが判る。ホトダイオードを分割し、副ホトダイオードの飽和露光量を増大することにより、光ダイナミックレンジを飛躍的に拡大することができる。
2 副ホトダイオード
8 画素
9 開口
10 VCCD
11 HCCD
12 出力回路
13 素子分離領域
14 分離領域
15、16 転送部
19 遮光膜
20 シリコン基板
21 p型層
22 チャネル
23 転送電極
24 絶縁層
25 素子分離領域
27、28 VCCD
29〜32 転送電極
41〜43 ホトダイオード
CF カラーフィルタ
XL マイクロレンズ
S シャッタ
Claims (14)
- 半導体基板と、
前記半導体基板に形成された複数の画素であって、各画素が電気的に分離された第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とを含む複数の光電変換素子を有する複数の画素と、
前記半導体基板上方に形成され、各画素の上方に1つの開口を有する遮光膜と、
を有し、前記遮光膜は、前記開口内に前記第1及び第2の光電変換素子の各々を少なくとも一部露出させ、該開口内に露出する面積の光電変換素子面積に対する比が、前記第1と第2の光電変換素子で異なり、少なくとも第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とは飽和露光量が異なる固体撮像装置。 - 前記第1の光電変換素子の露光量に対する信号電荷の発生量である感度をR1,最大蓄積電荷量による出力電圧である飽和出力をVsat1,前記第2の光電変換素子の感度をR2,飽和出力をVsat2、Vsat1/Vsat2=x、R1/R2=yとした時、(y+1)/(x+1)が1より大きい請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記(y+1)/(x+1)が、2〜10の範囲内である請求項2記載の固体撮像装置。
- 前記第2の光電変換素子は、前記遮光膜によってその平面領域の半分以上が覆われている請求項1〜3のいずれか1項記載の固体撮像装置。
- さらに、前記半導体基板上方に形成され、前記各画素において、前記開口の上方を覆うカラーフィルタを有する請求項1〜4のいずれか1項記載の固体撮像装置。
- さらに、前記半導体基板上方に形成され、前記各画素において、前記開口の上方を覆うマイクロレンズを有する請求項1〜5のいずれか1項記載の固体撮像装置。
- さらに、前記各画素の近傍に配置された電荷読み出し手段と、
前記第1の光電変換素子に蓄積された電荷を前記電荷読み出し手段に転送するための第1の転送制御電極と、
前記第1の転送制御電極とは電気的に分離され、前記第2の光電変換素子に蓄積された電荷を前記電荷読み出し手段に転送するための第2の転送制御電極と、
を有する請求項1〜6のいずれか1項記載の固体撮像装置。 - 前記第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とを併せた総体の形状が菱形又は面取りした菱形であり、その1辺に沿って前記第1の転送制御電極が配置され、他の1辺に沿って前記第2の転送制御電極が配置されている請求項7記載の固体撮像装置。
- 前記第1の光電変換素子が画素の中央部と菱形の前記1辺に配置され、前記第2の光電変換素子が少なくとも前記他の1辺に配置されている請求項8記載の固体撮像装置。
- 前記複数の画素が、水平方向、垂直方向に2次元的に配置され、隣接する水平ライン上に配置された画素群の水平方向の位置がずれている請求項1〜9のいずれか1項記載の固体撮像装置。
- 半導体基板と、前記半導体基板に形成された複数の画素であって、各画素が電気的に分離された第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とを含む複数の光電変換素子を有する複数の画素と、前記半導体基板上方に形成され、各画素の上方に1つの開口を少なくとも有する遮光膜と、を有し、前記遮光膜は、前記開口内に前記第1及び第2の光電変換素子の各々を少なくとも一部露出させ、該開口内に露出する面積の光電変換素子面積に対する比が、前記第1と第2の光電変換素子で異なり、第1の光電変換素子と第2の光電変換素子とは飽和露光量が異なる固体撮像装置の動作方法であって、
第1の信号読み出し期間に前記第1の光電変換素子から第1の信号電荷を読み出す工程と、
第1の信号読み出し期間に続く第2の信号読み出し期間に前記第2の光電変換素子から第2の信号電荷を読み出す工程と、
を含む固体撮像装置の動作方法。 - 前記第1の信号読み出し期間の開始に際し、前記複数の画素を遮光状態にする請求項11記載の固体撮像装置の動作方法。
- さらに、前記第1の信号電荷から生成された第1の画像信号と、前記第2の信号電荷から生成された第2の画像信号とを合成する工程を有する請求項11又は12記載の固体撮像装置の動作方法。
- 前記第1の画像信号と前記第2の画像信号を合成する際、飽和露光量が相対的に小さい画像信号の所定のレベルを越える成分を切り取ることにより最大出力を均一化する請求項13記載の固体撮像装置の動作方法。
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