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JP2012074763A - 固体撮像装置及び撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置及び撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】開口率を低下させることなく広ダイナミックレンジを実現することができ、高照度下においても撮像可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】半導体基板２０の表面に形成された画素部が二次元状に配列された撮像領域２Ａを有する固体撮像装置であって、撮像領域２Ａは、２行２列の画素部からなる画素ブロックを配列単位として構成され、当該画素ブロックは赤色信号を検出する赤色画素１１Ｒと、青色信号を検出する青色画素１１Ｂと、第１の輝度信号を検出する白色画素１１Ｗ１と、第２の輝度信号を検出する白色画素１１Ｗ２とで構成されており、白色画素１１Ｗ２の受光面上部には、可視光線領域の光透過率を低減させる光減衰フィルタが設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタルスチルカメラなどに搭載される固体撮像装置及び撮像装置に関する。
固体撮像装置がカラー画像を取得する一般的な原理は、各画素の上部に特定の波長帯のみを透過させるカラーフィルタを設け、画素によって異なる色信号を検出し、これらの異なる色信号を信号処理により合成し、画像として再構成するものである。そのため、画素に到達する光は各画素の上部でカラーフィルタによって不必要な波長帯が除去されている反面、画素に到達する光量は撮像面に到達する全光量と比べると小さくなる。そこで、一部の画素に対してカラーフィルタで光を分光せずに利用し、広い透過波長帯を検出することで画素の高感度化を実現する方法が特許文献１に開示されている。
図１５は、特許文献１に記載された従来の固体撮像装置の概略図である。同図に記載された固体撮像装置３００は、固体撮像素子３１２と、赤外光カットフィルタ層３１３と、色フィルタ群３１４とを備える。赤外光カットフィルタ層３１３には、可視光および赤外光に対して透過性を有する開口部３１３ａと、可視光に対して透過性を有するとともに赤外光に対して非透過性を有する非開口部３１３ｂとが設けられている。色フィルタ群３１４は、緑色を透過するフィルタ３１４Ｇ、赤色を透過するフィルタ３１４Ｒ及び青色を透過するフィルタ３１４Ｂを備え、可視光領域をＲ、Ｇ、Ｂ成分に分離する。そして、赤外光カットフィルタ層３１３と色フィルタ群３１４とは、固体撮像素子３１２上において一体的となるように配置されている。固体撮像素子３１２は、色フィルタ群３１４のフィルタ３１４Ｗ（またはフィルタが配置されていない部分）と開口部３１３ａとを通過した可視光および赤外光を含む広波長領域成分を波長領域画素３１２Ａで検知し、その検知信号で輝度信号を生成する。また、フィルタ３１４Ｇ、フィルタ３１４Ｒまたはフィルタ３１４Ｂと非開口部３１３ｂとを通過したＲ、Ｇ、Ｂの各色成分を赤色画素３１２Ｒ、緑色画素３１２Ｇ及び青色画素３１２Ｂで検知し、その各色信号から色差信号を生成する。この構成によれば、分光された波長領域成分のみの信号成分と非分光の広波長領域成分とを、個別の検出部で、独立に、あるいは、同時に取得できることから、色信号と輝度信号とを個別に検出することで高感度な撮像を実現することができる。
また、特許文献２には、白色画素を有して感度の向上を図りつつ、強い入射光量の取り扱いを可能にし、かつ各色画素の出力信号レンジの向上を図った固体撮像装置が開示されている。図１６は、特許文献２に記載された固体撮像装置における画素ブロックの概略図である。同図に記載された固体撮像装置４００は、画素ブロック内に白色光電変換素子４２０Ｗと遮光光電変換素子４２０ＬＳ１及び４２０ＬＳ２を設けられている。つまり、赤色光電変換素子４２０Ｒ、緑色光電変換素子４２０Ｇ及び青色光電変換素子４２０Ｂうちの１つに対し、それぞれ、白色光電変換素子４２０Ｗと遮光光電変換素子４２０ＬＳ１及び４２０ＬＳ２を配置して１画素ブロックが構成され、１画素ブロック内で白色光電変換素子４２０Ｗが遮光光電変換素子４２０ＬＳ１及び４２０ＬＳ２にオーバーフローパス４２２を介して電気的に接続されている。また、オンチップレンズ４２１は、開口している各色光電変換素子４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂならびに白色光電変換素子４２０Ｗの上のみに配置されている。
特開２００７−３２９３８０号公報 特開２００９−２０６２１０号公報
しかしながら、図１５に示された固体撮像装置３００の構造では、広波長領域成分を検出する波長領域画素３１２Ａは高感度であるが、Ｒ、Ｇ、Ｂの分光画素に比べ飽和速度が非常に速いため、高照度下での撮像が困難となる。これは、飽和速度が速くなることにより、ダイナミックレンジを低減させていることを意味しており、非分光信号や広波長領域成分信号の検出による高感度化を達成させる上での共通の課題である。
また、非分光画素の飽和を抑制するために、シャッタや絞りを用いた光量調節を用いることが一般的であるが、Ｒ信号やＢ信号といった弱い分光画素の信号が減少してしまい、Ｓ／Ｎの低下の原因となっている。さらに、図１５に示された構成では、分光を行う非開口部３１３ｂの誘電体積層膜は、特定の波長の光を反射させることで分光を実現していることから、反射光によるフレアやゴーストといった偽信号が発生するという問題を有している。
一方、図１６に示された固体撮像装置４００の構造では、白色光電変換素子４２０Ｗから溢れた光電子が遮光光電変換素子４２０ＬＳ１及び４２０ＬＳ２内に蓄積されるため、実質、白色光電変換領域が増大しており、白色信号の飽和レベルが大きくなるためダイナミックレンジの広域化と高感度化が期待できるが、遮光画素を設けなければならない。このため、光電変換素子の画素開口率を低減させてしまい、高感度化の妨げとなる。さらに、遮光画素の面積を撮像領域内に確保しなければならず、微細化や多画素化が困難となっている。したがって、開口率を低下させることなく高感度化と広ダイナミックレンジ化を両立させることが出来ないという課題を有している。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、開口率を低下させることなく広ダイナミックレンジを実現することができ、高照度下においても撮像できる高感度な白色画素を設けた固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、半導体基板表面に形成されたフォトダイオードを備える画素部が二次元状に配列された撮像領域を有する固体撮像装置であって、前記撮像領域は、２行２列の４つの前記画素部からなる画素ブロックを配列単位として構成され、前記画素ブロックは、第１の色信号を検出する第１の画素部と、前記第１の色信号とは異なる第２の色信号を検出する第２の画素部と、第１の輝度信号を検出する第３の画素部と、第２の輝度信号を検出する第４の画素部とで構成されており、前記第１の画素部及び前記第２の画素部の上部には、所望の色信号に対応する波長帯の光を選択的に透過させるカラーフィルタがそれぞれ設けられており、前記第４の画素部の上部には、可視光線領域の光透過率を低減させる光減衰フィルタが設けられており、前記第３の画素部と前記第４の画素部との受光感度は異なることを特徴とする。
この構成によれば、第４の画素部の飽和速度が第３の画素部に比べて遅いことから、第３の画素部が検出する第１の輝度信号と第４の画素部が検出する第２の輝度信号を、画素ブロックの輝度信号として使うことで、当該画素ブロックの飽和速度を第４の画素部の飽和速度に合わせることができる。これにより、高感度と広ダイナミックレンジを両立する固体撮像装置を実現することができる。
また、前記第４の画素部の受光感度は、前記第１の画素部及び前記第２の画素部のうち分光感度が小さい方の画素部の分光感度以上であり、前記光減衰フィルタは、前記受光感度が前記分光感度以上となる光透過率を有することが好ましい。
これにより、飽和判定は第３の画素部及び第４の画素部の輝度信号のみで可能となり、第４の画素部が飽和しない範囲においては、第１の画素部及び第２の画素部が飽和することを防ぐことができる。よって、色信号のＳ／Ｎの低下を抑制でき、高感度で高精細な画像を取得することが可能となる。
また、前記第３の画素部と前記第４の画素部とは、前記画素ブロック内において、互いに対角を成す位置に設けられていることが好ましい。
これにより、輝度信号の配置ピッチは１行ごと及び１列ごととなるので、輝度の空間分解能が高い状態を維持することが可能となる。
また、前記第１の色信号は青色の信号であり、前記第２の色信号は赤色の信号であってもよい。
これにより、視感度の最も高い緑色信号を輝度信号に置き換えることで、ベイヤー配列に対して色差信号の誤差が最も小さくなり、色Ｓ／Ｎを低下させることなく高感度で高画質な画像を取得することが可能となる。
また、前記第１の色信号は赤色の信号であり、前記第２の色信号は緑色の信号であってもよい。
これにより、視感度の最も小さい青色を検出する画素を白色画素に置き換えることで、色Ｓ／Ｎの低下を抑制し、高感度で高画質な画像を得ることが可能となる。
また、前記第１の色信号はシアンの信号であり、前記第２の色信号はイエローの信号であってもよい。
これにより、より広い波長領域を検出する補色系を用い、さらに視感度の高い緑色を含むシアンとイエローの２色で構成することで、より高感度で高画質な画像を得ることが可能となる。
また、互いに隣接する画素ブロック間では、前記第１の色信号または前記第２の色信号が異なってもよい。
これにより、３色すべての色を撮像領域内に配置することができるとともに、輝度信号を検出する第３及び第４の画素部の各々に、３色すべての色信号画素が接している構造となる。この構造により、輝度信号の色構成の精度が高くなるとともに、減算処理をすることなく３色のカラー画像を生成できる。よって、高感度で高画質な画像を得ることが可能となる。
また、前記第１の色信号及び前記第２の色信号は、それぞれ、青色の信号、緑色の信号及び赤色の信号のいずれかであってもよい。
もしくは、前記第１の色信号及び前記第２の色信号は、それぞれ、シアンの信号、イエローの信号及びマゼンダの信号のいずれかであってもよい。
これらにより、第１及び第２の画素部に、光の３原色または補色系３色を用いることで、高精細なカラー画像を取得することが可能となる。
また、前記光減衰フィルタは、アモルファスシリコンまたはアモルファスゲルマニウムからなる薄膜、もしくはカーボン薄膜から構成されることが好ましい。
これにより、薄膜構造により反射を抑制するとともに可視光線領域の広い範囲にわたり光を減衰させることができる。よって、減算処理などの色補正における偽色信号の発生を抑制し高画質な画像を取得することが可能となる。
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る撮像装置は、上述したいずれかの固体撮像装置と、前記画素部から出力される画素信号を処理する信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、前記画素ブロックにおける前記第１の輝度信号と前記第２の輝度信号とを加算した信号を当該画素ブロックの輝度信号とすることを特徴とする。
上記構成によれば、第４の画素部の飽和速度が第３の画素部のそれに比べて遅いことから、第１の輝度信号と第２の輝度信号とが加算された信号を輝度信号として使うことで、画素ブロックの飽和速度を第４の画素部の飽和速度に合わせることができる。よって、高照度下においても撮像でき、高感度と広ダイナミックレンジを両立する高感度な撮像装置を実現することができる。
また、上述したいずれかの固体撮像装置と、前記画素部から出力される画素信号を処理する信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、前記画素ブロックにおける前記第１の輝度信号が所定期間に飽和するかどうかを判定する判定部と、前記判定部において、前記第１の輝度信号が前記所定期間に飽和すると判定された場合には、当該画素ブロックにおける前記第２の輝度信号を当該画素ブロックの輝度信号として選択する選択部とを備えてもよい。
これにより、第１の輝度信号の飽和判定を信号処理装置で行い、被写体の照度が高い場合には、第２の輝度信号を画素ブロックの輝度信号として選択できる。よって、照度に合わせた輝度信号を選ぶことで広ダイナミックレンジと高感度化を達成することが可能となる。
本発明の固体撮像装置及び撮像装置によれば、撮像領域の配列単位である画素ブロック内に２つの異なる感度を有する白色画素と２つの異なる色信号を検出する色画素とが配置されている。また、撮像面照度に合わせて低感度／高感度の輝度信号を選択できる。よって、高感度で広ダイナミックレンジの画像を撮像でき、高照度下でも撮像が可能な固体撮像装置及び撮像装置を提供することが可能となる。
本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の有する画素ブロックの回路構成図である。 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の撮像領域における色配列の模式図である。 本発明に係る画素ブロックの各画素についての、蓄積電荷と蓄積時間との関係を表すグラフである。 本発明に係る固体撮像装置の撮像領域における画素の断面概略図である。 アモルファスシリコンの光吸収率と膜厚の関係を表すグラフである。 本実施の形態で用いたカラーフィルタの透過スペクトルを表すグラフである。 本発明の実施の形態１に係るＭＯＳ型イメージセンサの有する低感度白色画素の要部構造断面図である。 本発明の実施の形態１に係るＭＯＳ型イメージセンサの有する低感度白色画素の工程断面図である。 本発明の実施の形態２に係る撮像装置の信号処理についてのフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の撮像領域における色配列の模式図である。 本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置の画素ブロックにおける色配列の模式図である。 本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置の撮像領域における色配置の模式図である。 本発明の実施の形態５に係る変形例を示す固体撮像装置の撮像領域における色配置の模式図である。 特許文献１に記載された従来の固体撮像装置の概略図である。 特許文献２に記載された固体撮像装置における画素ブロックの概略図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に記載された撮像装置２００は、固体撮像装置１００と、レンズ２０１と、駆動回路２０２と、信号処理装置２０３と、外部インターフェイス部２０４とを備えるデジタルカメラである。
信号処理装置２０３は、駆動回路２０２を通して固体撮像装置１００を駆動し、固体撮像装置１００からの出力信号を取り込み、内部処理した信号を、外部インターフェイス部２０４を介して外部に出力する。
固体撮像装置１００は、撮像領域に感度の異なる２つの非分光画素を有し、信号処理装置２０３は、撮像面照度に合わせて上記２つの非分光画素の輝度信号の合計を用いる、またはどちらか一方を選択することにより、撮像領域に入射する光量を調節することが可能である。
この構成によれば、被写体の輝度に合わせて撮像領域に到達する光の透過量を制御することがきることから、高照度下での撮像が可能となる。また、これらをベイヤー配列毎に設置することで低輝度及び高輝度の被写体を同時に階調表現することが可能となる。以下、本発明の要部である固体撮像装置１００について詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の有する画素ブロックの回路構成図である。同図に記載された固体撮像装置１００は、フォトダイオード１１を有する単位画素１が二次元状に配列された撮像領域２と、画素信号を選択するための水平シフトレジスタ３及び垂直シフトレジスタ４と、選択された単位画素１からの信号を外部に与える出力端子５とを備える。
撮像領域２は、複数の単位画素１を含む。図２では、１画素ブロックとなる４個の単位画素１が描かれている。単位画素１は、フォトダイオード１１と、転送用トランジスタ１２と、リセット用トランジスタ１３と、増幅用トランジスタ１４と、選択トランジスタ１５とを備える。転送用トランジスタ１２、リセット用トランジスタ１３、増幅用トランジスタ１４及び選択トランジスタ１５は、それぞれ、ＭＯＳトランジスタで構成されている。
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、画素ブロック内に、単位画素１として受光感度の異なる２つの非分光画素を有している。
図３は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の撮像領域における色配列の模式図である。一般に、カラー画像を取得する色配置は、ベイヤー配列と呼ばれており、２行２列の画素ブロックの一方の対角位置に２つの緑色画素を置き、他方の対角位置に赤色画素と青色画素とを配置した構成である。これに対し、本発明の固体撮像装置１００では、図３に示されるように、２行２列の画素ブロックに属する４画素のうち、２つの画素を、入射光を色分離せず直接検出する白色画素としている。
具体的には、固体撮像装置１００の撮像領域２Ａの有する画素ブロックは、２行２列に配置された４つの単位画素１で構成され、一方の対角位置には、赤色画素１１Ｒと青色画素１１Ｂとが配置され、他方の対角位置には、白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とが配置されている。ここで、赤色画素１１Ｒは、第１の色信号である赤色信号を検出する第１の画素部であり、青色画素１１Ｂは、第２の色信号である青色信号を検出する第２の画素部である。また、白色画素１１Ｗ１は、第１の輝度信号を検出する第３の画素部であり、白色画素１１Ｗ２は、第２の輝度信号を検出する第４の画素部である。このとき、白色画素１１Ｗ２は、フォトダイオード１１の上部に、可視光を吸収して減衰させる光減衰フィルタが設けられており、白色画素１１Ｗ１よりも可視光に対して低感度化されている。光減衰フィルタの詳細については後述する。
上記画素ブロックの構成により、通常ではカラーフィルタによって捨てられてしまう波長領域の光が、白色画素１１Ｗ１及び１１Ｗ２のフォトダイオード１１で光電変換されるので高感度化を実現することが可能となる。また、本発明に係る構成では、感度が異なる白色画素１１Ｗ１及び１１Ｗ２が設けられているので、白色画素１１Ｗ１から第１の輝度信号を取得でき、白色画素１１Ｗ２から第２の輝度信号を取得することができる。
画像解像度は、輝度信号の空間周波数によって決まるため、輝度信号を得るための白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とを対角に配置している。これにより、撮像領域２Ａは、１行ずつ、かつ、１列ずつ輝度信号を検出する単位画素が配置された構成となり、解像度を低下させることなく高感度化を実現できる。
また本実施の形態では第１の色信号を赤色、第２の色信号を青色とし、視感度の最も高い緑色信号が、第１の輝度信号及び第２の輝度信号に置き換えられることとなる。これにより、ベイヤー配列と比較して色差信号の誤差が最も小さくなり、色Ｓ／Ｎを低下させることなく高感度が達成できる。
ＹＣｂＣｒ色差空間は、一つの輝度信号Ｙと二つの色信号Ｃｂ及びＣｒで表現される色空間である。ここで、青色信号をＢ、赤色信号をＲ、第１の輝度信号をＷ１、第２の輝度信号をＷ２とすると、Ｃｂは（Ｙ−Ｂ）であり、Ｃｒは（Ｙ−Ｒ）に特定の係数を掛けたものであり、（Ｗ１＋Ｗ２）を用いて直接（Ｙ−Ｂ）及び（Ｙ−Ｒ）を作り出すことができる。通常、ベイヤー配列における輝度信号Ｙは、Ｙ＝０．２９９×Ｒ ＋ ０．５８７×Ｇ ＋ ０．１１４×Ｂであり、６０％近くが緑色信号から成ることから、緑色を輝度画素である白色画素１１Ｗ１及び１１Ｗ２に置き換えることにより、Ｙ≒Ｗ１、Ｙ≒Ｗ２、またはＹ≒（Ｗ１＋Ｗ２）とすることでＳ／Ｎの低下を抑えて直接色差信号を作り出すことができる。
図４は、本発明に係る画素ブロックの各画素についての、蓄積電荷と蓄積時間との関係を表すグラフである。同図に記載されたグラフの横軸は、各画素の露光時間を表し、縦軸は、各画素への蓄積電荷量を表す。露光時間をｔ、蓄積電荷量をＱとすると、このグラフにおける傾きＱ／ｔが、各画素の受光感度と定義される。本発明の実施の形態では、白色画素１１Ｗ１の受光感度である全光感度が最も大きく、白色画素１１Ｗ２の受光感度である全光感度は、白色画素１１Ｗ１の全光感度よりも小さく設定されている。また、白色画素１１Ｗ２の全光感度は、その上に配置される光減衰フィルタの透過率を制御することにより、赤色信号を検出する赤色画素１１Ｒ及び青色画素を検出する青色画素１１Ｂの受光感度である分光感度よりも大きくなるように設定されている。上記設定により、輝度信号が飽和しない領域では、赤色信号及び青色信号は飽和しない。
上記設定によれば、飽和判定は白色画素１１Ｗ１及び１１Ｗ２の輝度信号のみで可能となり白色画素１１Ｗ２が飽和しない範囲においては、赤色画素１１Ｒ及び青色画素１１Ｂが飽和することを防ぐことができることから、色信号のＳ／Ｎの低下を抑制でき、高感度で高精細な画像を得ることが可能となる。
以下、白色画素１１Ｗ１よりも低感度である白色画素１１Ｗ２の導入により、ダイナミックレンジを広くすることができる原理について詳細に説明する。
白色画素は、分光せず全波長域の光を光電変換するので高感度であるが、その反面、速い時間で飽和電荷量に達してしまう。図４のグラフでは、白色画素１１Ｗ１においては、時刻ｔ１で蓄積電荷が飽和し、白色画素１１Ｗ２においては、時刻ｔ２で蓄積電荷が飽和することを表している。このとき、例えば、時刻ｔ１までを露光時間と設定すると、赤色画素１１Ｒ及び青色画素１１Ｂの信号レベルが低いため、Ｓ／Ｎの低下の原因となる。
しかし、白色画素１１Ｗ２の信号レベルは、白色画素１１Ｗ１の信号レベルに比べて低いため、輝度信号Ｙとして、Ｙ≒（Ｗ１＋Ｗ２）とすることにより、実質上Ｗ２の飽和レベルが輝度信号Ｙの飽和レベルとなり、輝度信号Ｙが飽和するまでの露光時間を大きくすることが可能となる。Ｙの蓄積時間を大きくすることにより、赤色画素１１Ｒ及び青色画素１１Ｂの蓄積電荷量も多くなるので、画素ブロック全体のＳ／Ｎを向上させることが可能となる。
信号処理装置２０３は、以上説明した白色画素１１Ｗ１及び１１Ｗ２の特性差を用いて、（Ｗ１＋Ｗ２）を用いた輝度信号の算出を行う。そして、算出された輝度信号に含まれる色信号成分の比率を算出することにより、また、赤色画素１１Ｒによる赤色信号及び青色画素１１Ｂによる青色信号に対して白色画素１１Ｗ１及び１１Ｗ２から得られた信号強度を用いることにより、生成されたカラー画像のＳ／Ｎを向上させることができる。
なお、本実施の形態において、信号処理装置２０３は、撮像装置２００が備えているものとしているが、固体撮像装置１００の内部に設置され、固体撮像装置１００が画素ブロックの輝度信号の処理をしてもよい。
白色画素１１Ｗ２の全光感度は、白色画素１１Ｗ１の全光感度と比較して透過率α分だけ低く設定されているため、第２の輝度信号Ｗ２をＷ２／αとすることで、第１の輝度信号Ｗ１と第２の輝度信号とは同一の受光感度となる。このとき、各色の白色画素に含まれる比率は、それぞれ、式１〜式３のようになる。
赤色比率Ｒｒ：Ｒ／（Ｗ２／α） （式１）
青色比率Ｂｒ：Ｂ／（Ｗ２／α） （式２）
緑色比率Ｇｒ：｛（Ｗ２／α）−Ｒ−Ｂ｝／（Ｗ２／α） （式３）
ここで、画素ブロック全体の輝度Ｙを（Ｗ１＋Ｗ２）で構成したとすると、全体の色強度は、それぞれ、式４〜式６のように表される。
赤色強度Ｒｉ：（Ｗ１＋Ｗ２）×赤色比率Ｒｒ （式４）
青色強度Ｂｉ：（Ｗ１＋Ｗ２）×青色比率Ｂｒ （式５）
緑色強度Ｇｉ：（Ｗ１＋Ｗ２）×緑色比率Ｇｒ （式６）
通常のベイヤー配列では、輝度信号ＹはＲ、Ｇ、Ｂの信号強度に視感度係数を掛けて算出されるため、ノイズ成分が増加する。
一方、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００では、輝度信号として生データ（Ｗ１＋Ｗ２）が用いられ、当該輝度信号のＳ／Ｎはベイヤー配列の輝度信号よりも大きい。これにより、Ｓ／Ｎの大きな輝度信号を用いて色強度を算出することから、各色強度のＳ／Ｎも向上する。しかし、緑色信号に関しては、緑色比率Ｇｒを算出する際に減算処理が入るため、ベイヤー配列に比べるとＳ／Ｎが低下する。また、色差信号はこの演算で得られた赤色強度Ｒｉと青色強度Ｂｉを用いても作り出すことができる。輝度信号においても、（Ｗ１＋Ｗ２）ではなく、Ｙ＝０．２９９×Ｒｉ＋０．５８７×Ｇｉ＋０．１１４×Ｂｉとして再作成することもできる。
上記構成によれば、白色画素１１Ｗ２の飽和速度が白色画素１１Ｗ１のそれに比べて遅いことから、第１の輝度信号Ｗ１と第２の輝度信号Ｗ２とが加算された信号を輝度信号として使うことで、画素ブロックの飽和速度を白色画素１１Ｗ２の飽和速度に合わせることができる。よって、高照度下においても撮像でき、高感度と広ダイナミックレンジを両立する固体撮像装置及び小型で高感度な撮像装置を実現することができる。
図５は、本発明に係る固体撮像装置の撮像領域における画素の断面概略図である。上述したように、本発明に係る画素ブロックは、白色画素１１Ｗ１に対応する白色画素３１、赤色画素１１Ｒ及び青色画素１１Ｂに対応する色信号検出画素３２、白色画素１１Ｗ２に対応する低感度白色画素３３の３種類の画素から構成されている。そして、色信号検出画素３２が２画素、白色画素３１及び低感度白色画素３３がそれぞれ１画素ずつで画素ブロックを構成している。図５では、白色画素３１、色信号検出画素３２及び低感度白色画素３３は、便宜上直線上に配置されているが、実際には、図３に示されたように、２行２列を構成し、一方の対角位置に色信号検出画素３２が配置され、他方の対角位置に白色画素３１と低感度白色画素３３とが配置されている。
フォトダイオード１１は、シリコンの半導体基板２０の内部に、イオン注入により形成されており、入射した光信号を光電変換して電気信号として読み出す。半導体基板２０の上には、トランジスタのゲート及びゲート配線２２が設けられており、それらを電気的に接続するための金属配線２３が層間膜２４を隔てて設けられている。
白色画素３１においては、金属配線２３及び層間膜２４からなる配線層の上方には、層間膜２５を介して誘電体膜２９が配置され、その上方に平坦化膜２７を隔てて設置されたマイクロレンズ２８が形成されている。白色画素３１は非分光画素であるため、カラーフィルタは配置されず、可視光線領域に透明な誘電体膜２９が配置されている。誘電体膜２９は、例えば、ＳｉＯ2膜が用いられる。これは、層間膜２４及び２５が、主に、ＳｉＯ2から構成されることから、反射や屈折を防ぐために同一材料を用いた方が望ましいためである。
色信号検出画素３２においては、配線層の上方には、層間膜２５を介してカラーフィルタ２６が配置され、その上方に平坦化膜２７を隔てて設置されたマイクロレンズ２８が形成されている。
低感度白色画素３３においては、配線層の上方には、層間膜２５を介して光吸収膜３０が配置され、その上方に平坦化膜２７を隔てて設置されたマイクロレンズ２８が形成されている。上記構成により、マイクロレンズ２８で集光された光が、誘電体膜２９、カラーフィルタ２６または光吸収膜３０を通過し、フォトダイオード１１で光電変換される。低感度白色画素３３は、カラーフィルタは配置されず、光吸収膜３０が配置されることで光を減衰させている。
上記光減衰フィルタを搭載した固体撮像装置によれば、被写体の輝度に合わせて撮像領域に到達する光の透過量を制御することが可能となり、高照度下での撮像が可能となる。また、これらを画素ブロック毎に設置することで低輝度と高輝度の被写体を同時に階調表現することが可能となる。
次に、白色画素１１Ｗ２の上に配置された光吸収膜３０である光減衰フィルタについて説明する。本実施の形態に係る光減衰フィルタは、アモルファスシリコン薄膜からなる。
図６は、アモルファスシリコンの光吸収率と膜厚の関係を表すグラフである。アモルファスシリコンは可視光線領域の波長域において、ブロードで高い光吸収性を有することが知られている。
一方、ポリシリコンなどの結晶性シリコンは、４００ｎｍ程度から長波長側で光吸収係数が大きく減少することが知られているため、本発明に係る光減衰フィルタには、アモルファスシリコンが最適である。成膜方法にも依存するが、アモルファスシリコンの吸収係数βは約１０００００〜５０００００程度であり、非常に大きい。本実施の形態に係るアモルファスシリコンは、例えば、スパッタにより作製される。この場合の吸収係数βは、約２０００００である。
図６に示されたグラフにおいて、β＝２０００００であり膜厚が１５０ｎｍという薄膜では、９５％以上の光を吸収することができる。本発明に係る光減衰フィルタは、白色画素１１Ｗ２の全光感度が赤色画素１１Ｒ及び青色画素１１Ｂの分光感度以上となるよう、設定されなければならない。
図７は、本実施の形態で用いたカラーフィルタの透過スペクトルを表すグラフである。各色信号は全光量の約１／３であることから、アモルファスシリコンの光吸収率は６６．７％以下であることが望ましく、β＝２０００００の場合の膜厚は、５５ｎｍ以下でなければならない。本実施の形態では、例えば、アモルファスシリコンの膜厚を２５ｎｍと設定している。このときの光吸収率は４０％である。
なお、本実施の形態では、アモルファスシリコンを用いたが、光減衰フィルタには吸収性の薄膜であり、可視光線領域でブロードな光吸収を有する材料が求められる。そこで、アモルファスゲルマニウムや炭素薄膜もバンドギャップが小さい吸収性の材料であり、光吸収膜として適用することができる。
これにより、薄膜で反射を抑制するとともに可視光線領域の広い範囲にわたって光を減衰させるので、減算処理などの色補正により偽色信号が発生することを抑制できる。よって、高画質な画像を取得することが可能となる。
次に、アモルファスシリコンを光吸収膜とした低感度白色画素の製造方法の一例について説明する。本製造方法は、光減衰フィルタの形成プロセスを必要とする。本実施の形態では、アモルファスシリコンを配線最上層の上部に配置したため、最上層配線以降の製造プロセスについて詳細について説明する。
図８は、本発明の実施の形態１に係るＭＯＳ型イメージセンサの有する低感度白色画素の要部構造断面図である。また、図９は、本発明の実施の形態１に係るＭＯＳ型イメージセンサの有する低感度白色画素の工程断面図である。
まず、図８及び図９（ａ）に示されるように、半導体基板２０にイオン注入によって拡散領域５２が形成されており、半導体基板２０上に画素部の撮像部５１と周辺回路部５０が形成されている。トランジスタ５４は素子分離部５３によって電気的に分離されている。トランジスタ５４は、例えば、図２に記載された転送用トランジスタ１２、リセット用トランジスタ１３、増幅用トランジスタ１４、選択トランジスタ１５及び１７のいずれかに相当する。トランジスタ５４の形成後、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）などの絶縁体層間膜５６を成膜し、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）やエッチバックによって平坦化した後、ドライエッチングによってコンタクトホールを形成し、メタルＣＶＤ法によって金属プラグ５５を形成する。金属プラグ５５が露出した状態でアルミをスパッタなどで成膜し、ドライエッチングでパターニングすることで配線層５７を作製する。このプロセス構成を繰り返すことで多層配線構造を作ることができる。本実施の形態に係る固体撮像装置は２層配線であるため、１層目の配線層５７の上部に絶縁体層間膜５８を形成して平坦化し、金属プラグを形成後、２層目の配線層５９を形成する。
次に、図９（ｂ）に示されるように、光減衰フィルタ形成工程に移る。絶縁体層間膜６１の一部としてＢＰＳＧを成膜する。
次に、図９（ｃ）に示されるように、スパッタによりアモルファスシリコンを成膜し、白色画素１１Ｗ２の開口部のみを残してアモルファスシリコンをエッチングで除去することにより、アモルファスシリコン層６２を形成する。
次に、図９（ｄ）に示されるように、アモルファスシリコン層６２の上部に、再びＢＰＳＧを成膜し、ＣＭＰを用いて平坦化することで絶縁体層間膜６１を形成する。
その後、絶縁体層間膜６１の上に形成された平坦化膜上部に、マイクロレンズを形成する。このように光減衰フィルタとしてアモルファスシリコンを用いることで、低温かつ薄膜で製造が可能であることから、シリコンプロセスの適合性にも優れており、固体撮像装置を低コストで容易に作製することができる。
なお、光減衰フィルタの設置場所は配線最上層の上部である必要はなく、本実施の形態で示した構造は一例である。つまり、光減衰フィルタは、マイクロレンズから画素までの光路内に配置すればよい。例えば、シリコン基板表面から１層目のアルミ配線までにアモルファスシリコンを成膜する場合は、当該アルミ配線までに低融点の金属が含まれていないため、ＣＶＤなどの手法でアモルファスシリコンを成膜することも可能となる。
（実施の形態２）
本実施の形態に係る撮像装置は、実施の形態１に係る撮像装置と比較して、信号処理装置２０３が、白色画素１１Ｗ１の輝度信号が飽和するかどうかを判定し、白色画素１１Ｗ１が検出する第１の輝度信号Ｗ１と白色画素１１Ｗ２が検出する第２の輝度信号のいずれか一方を画素ブロックの輝度信号として選択する点のみが異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
固体撮像装置１００の有する画素ブロックには、画素感度の異なる白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とが含まれていることから、撮像面の照度に応じて第１の輝度信号Ｗ１及び第２の輝度信号Ｗ２のいずれか一方を輝度信号として選択することにより、広ダイナミックレンジを実現することができる。
信号処理装置２０３は、画素ブロックにおける第１の輝度信号Ｗ１が所定期間に飽和するかどうかを判定する判定部と、当該判定部において、第１の輝度信号Ｗ１が所定期間に飽和すると判定された場合には、当該画素ブロックにおける第２の輝度信号Ｗ２を当該画素ブロックの輝度信号として選択する選択部とを備える。
例えば、一つの撮像面に輝度の高い被写体と輝度の低い被写体とを撮像する場合、輝度の低い被写体の撮像には高感度である第１の輝度信号Ｗ１を輝度信号として用い、輝度の高い被写体は低感度のＷ２を用いることで同一画角内でのダイナミックレンジを拡大することができる。このときの信号処理フローを図１０を用いて説明する。
図１０は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の信号処理についてのフローチャートである。
まず、信号処理装置２０３は、画素ブロックごとに白色画素１１Ｗ１の輝度信号測定を行う（Ｓ１１）。
次に、信号処理装置２０３の判定部は、白色画素１１Ｗ１の画素感度から白色画素１１Ｗ１が飽和するかどうかを判定する（Ｓ１２）。これは、ステップＳ１１で測定された輝度信号より、図４で示されたＱ／ｔ、つまり受光感度を算出することにより判定される。
このとき、算出された受光感度から、必要露光時間で第１の輝度信号Ｗ１が飽和する、または、飽和レベルに近いと判定された場合には（ステップＳ１２でＹｅｓ）、信号処理装置２０３の選択部は、輝度信号として低感度な第２の輝度信号Ｗ２を選択する（Ｓ１３）。逆に、被写体の照度が低いため輝度信号が小さく、必要露光時間で第１の輝度信号Ｗ１が飽和しない場合は（ステップＳ１２でＮｏ）、高感度な第１の輝度信号Ｗ１を選択する（Ｓ１４）。
その後、信号処理装置２０３は、固体撮像装置１００に対し、必要露光時間で被写体の撮像を行わせ（Ｓ１５）、画素ブロックごとに選択した白色画素１１Ｗ１または１１Ｗ２の信号を輝度信号として選択し、カラー画像の生成を行う。これにより、広いダイナミックレンジを実現することができる。
上記構成によれば、白色画素１１Ｗ１が検出する第１の輝度信号Ｗ１の飽和判定を、信号処理装置で行い、照度が高い場合は白色画素１１Ｗ２が検出する第２の輝度信号Ｗ２を輝度信号として選択できる。よって、照度に合わせた輝度信号を選ぶことにより、広ダイナミックレンジと高感度化が達成された撮像装置を実現することが可能となる。
なお、必要露光時間とは感度が最も低い赤色画素１１Ｒや青色画素１１ＢのＳ／Ｎが十分取れる時間を意味しており、撮像装置の使用者が任意で決めることも可能である。
また、本実施の形態において、信号処理装置２０３は、撮像装置２００が備えているものとしているが、固体撮像装置の内部に設置され、固体撮像装置が画素ブロックの輝度信号の上記処理をしてもよい。
（実施の形態３）
本実施の形態に係る固体撮像装置は、実施の形態１に係る固体撮像装置と比較して、画素ブロックを構成する単位画素の配置構成が異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１１は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の撮像領域における色配列の模式図である。同図に記載された撮像領域２Ｂの有する画素ブロックは、ベイヤー配列における青色画素と緑色画素の１つとを、白色画素に置きかえた構成となっている。図１１に示されるように、２行２列の画素ブロックに属する４画素のうち、２つの画素を、入射光を色分離せず直接検出する白色画素としている。具体的には、撮像領域２Ｂの有する画素ブロックは、２行２列に配置された４つの単位画素１で構成され、一方の対角位置には、赤色画素１１Ｒと緑色画素１１Ｇとが配置され、他方の対角位置には、白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とが配置されている。ここで、赤色画素１１Ｒは、第１の色信号である赤色信号を検出する第１の画素部であり、緑色画素１１Ｇは、第２の色信号である緑色信号を検出する第２の画素部である。また、白色画素１１Ｗ１は、第１の輝度信号を検出する第３の画素部であり、白色画素１１Ｗ２は、第２の輝度信号を検出する第４の画素部である。このとき、白色画素１１Ｗ２は、フォトダイオード１１の上部に、可視光を吸収して減衰させる光減衰フィルタが設けられており、白色画素１１Ｗ１よりも可視光に対して低感度化されている。
青色画素は輝度信号の構成において最も視感度が低い色である。そのため、視感度が低い青色成分ほど色Ｓ／Ｎを必要としない。そこで、高い色Ｓ／Ｎが必要である緑色画素１１Ｇを残し、視感度の低い青色画素を白色画素１１Ｗ１または１１Ｗ２に置き換えた構造においても、画質の劣化を抑制して高感度な撮像が可能となる。このとき、青色信号は白色画素から緑色及び赤色信号の差分を取るという式７の減算処理により算出される。
青色信号：Ｂ＝（Ｗ２／α）―Ｇ−Ｒ （式７）
実施の形態１で述べたように、減算処理はノイズを大きくすることからＳ／Ｎの低下の原因となるが、視感度の低い青色に対して行うことで色再現の劣化を抑制することが可能となる。この構成により、画質の劣化が無く、高感度で広ダイナミックレンジの撮像が可能となる。
つまり、上期構成によれば、視感度の最も小さい青色信号を検出する画素を白色画素に置き換えることで、色Ｓ／Ｎの低下を抑制し、高感度で高画質な画像を得ることが可能となる。
また、上記画素ブロックの構成により、通常ではカラーフィルタによって捨てられてしまう波長領域の光が、白色画素１１Ｗ１及び１１Ｗ２のフォトダイオード１１で光電変換されるので高感度化を実現することが可能となる。また、本発明に係る構成では、感度が異なる白色画素１１Ｗ１及び１１Ｗ２が設けられているので、白色画素１１Ｗ１から第１の輝度信号を取得でき、白色画素１１Ｗ２から第２の輝度信号を取得することができる。
画像解像度は、輝度信号の空間周波数によって決まるため、輝度信号を得るための白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とを対角に配置している。これにより、撮像領域２Ｂは、１行ずつ、かつ、１列ずつ輝度信号を検出する単位画素が配置された構成となり、解像度を低下させることなく高感度化を実現できる。
なお、本実施の形態では、解像度を最大限にするために白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とを対角に配置したが、低感度である白色画素１１Ｗ２の全光感度を緑色画素１１Ｇの分光感度と同等にした場合には、白色画素１１Ｗ１と緑色画素１１Ｇとを対角に配置した構成でもよい。
（実施の形態４）
本実施の形態に係る固体撮像装置は、実施の形態１に係る固体撮像装置と比較して、画素ブロックを構成する単位画素の配置構成が異なる。以下、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１２は、本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置の画素ブロックにおける色配列の模式図である。同図に記載された画素ブロックは、実施の形態１の図３に記載された画素ブロックにおける赤色画素１１Ｒと青色画素１１Ｂとを、それぞれ、シアン画素１１Ｃｙ及びイエロー画素１１Ｙｅに置きかえた構成となっている。
つまり、第１の画素部及び第２の画素部で検出する第１の色信号及び第２の色信号が、補色系の２色となっている。特に、画素感度の観点から、上記補色系の２色は、視感度の高い緑成分が含まれるシアンとイエローが望ましい。
本発明に係る固体撮像装置では、画素ブロック内に白色画素が配置され、感度が全く異なる画素が同一ブロック内に混在することになり、色検出画素と白色画素の感度差（飽和速度差）を有してしまう。しかしながら、本実施の形態に係る画素ブロックの配列によれば、補色系は原色系に比べて検出波長領域が広域なため、色検出画素であるシアン画素１１Ｃｙ及びイエロー画素１１Ｙｅの分光感度が高い。よって、色信号画素の感度と白色画素の感度がより近くなるため、画素ブロック全体の感度が最も高い構成となる。よって、高ダイナミックレンジで超高感度な撮像が可能となる。
（実施の形態５）
実施の形態１〜実施の形態４では、ベイヤー配列に含まれる３色のうち、１色を削除して白色画素を設けていた。画素ブロックの配列を、従来のベイヤー配列⇒本発明の配列、というように模式的に表現すると、ＲＧＢ⇒ＲＢ＋Ｗ、ＲＧＢ⇒ＲＧ＋Ｗ、ＭｇＣｙＹｅ⇒ＣｙＹｅ＋Ｗとなる。ここで、Ｍｇは、マゼンダを表す。上記表現から解るように、本発明の実施の形態１〜４に係る画素ブロックの配列では、色情報が一つ欠落することによる色再現性の低下は避けられない。この課題に対し、色配置の空間周波数を低下させて３色すべてを配置することで、減算処理を用いずに色再現性を確保することができる。
図１３は、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置の撮像領域における色配置の模式図である。同図に記載された撮像領域２Ｃは、２種類の２行２列の画素ブロックを交互に配置した構造となっている。例えば、第１の画素ブロックは、一方の対角位置に白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とを有し、他方の対角位置に第１の画素部である赤色画素１１Ｒと第２の画素部である緑色画素１１Ｇとを有する。また、第２の画素ブロックは、一方の対角位置に白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とを有し、他方の対角位置に第１の画素部である青色画素１１Ｂと第２の画素部である緑色画素１１Ｇとを有する。第１の画素ブロックと第２の画素ブロックとは、互いに隣接し、２次元状に交互に配置されている。つまり、互いに隣接する画素ブロック間では、第１の色信号が異なっている。
なお、上記構成の変形例として、例えば、第１の画素ブロックが、他方の対角位置に第１の画素部である赤色画素１１Ｒと第２の画素部である青色画素１１Ｂとを有し、第２の画素ブロックが、他方の対角位置に第１の画素部である赤色画素１１Ｒと第２の画素部である緑色画素１１Ｇとを有してもよい。つまり、互いに隣接する画素ブロック間では、第２の色信号が異なっていてもよい。
上記配列により、白色画素１１Ｗ１及び１１Ｗ２のそれぞれは、３色すべての色信号画素（赤色画素１１Ｒ、緑色画素１１Ｇ、青色画素１１Ｂ）と接することとなる。これにより、第１の輝度信号Ｗ１及び第２の輝度信号Ｗ２の色再現は、これらの白色画素に接する色信号の比率で決定することが可能となる。よって、輝度信号を構成する色成分は、隣接するＲとＢと２つのＧとを用いて高精度に表すことが可能となる。
例えば、色信号の生データをそのまま用いて輝度信号Ｗ（Ｗ１またはＷ２）を色成分に分解するとＷ＝Ｒ＋Ｂ＋２Ｇとなり、白色画素に加算処理で色を与えることができる。これにより、信号処理装置２０３は、画素ブロックのカラー画像を減算処理することなく生成できる。ここで、上記２Ｇの代わりに、Ｇの平均値を用いてもよい。または視感度を考慮してＹ＝０．２９９×Ｒ＋０．５８７×Ｇ＋０．１１４×Ｂとしてもよい。
また、本実施の形態では、色信号としてＲＧＢの三原色を用いたが、ＣｙＭｇＹｅの補色系であってもよい。
図１４は、本発明の実施の形態５に係る変形例を示す固体撮像装置の撮像領域における色配置の模式図である。同図に記載された撮像領域２Ｄは、２種類の２行２列の画素ブロックを交互に配置した構造となっている。第１の画素ブロックは、一方の対角位置に白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とを有し、他方の対角位置に第１の画素部であるシアン画素１１Ｃｙと第２の画素部であるイエロー画素１１Ｙｅとを有する。また、第２の画素ブロックは、一方の対角位置に白色画素１１Ｗ１と白色画素１１Ｗ２とを有し、他方の対角位置に第１の画素部であるマゼンダ画素１１Ｍｇと第２の画素部であるイエロー画素１１Ｙｅとを有する。第１の画素ブロックと第２の画素ブロックとは、互いに隣接し、２次元状に交互に配置されている。つまり、互いに隣接する画素ブロック間では、第１の色信号が異なっている。なお、互いに隣接する画素ブロック間では、第２の色信号が異なっていてもよい。
上記配列のように、色信号画素を補色系とした場合は、実施の形態４でも説明したように、検出波長領域が広域なためさらなる高感度が実現できる。
以上、実施の形態１〜５で説明したように、本発明の固体撮像装置及び撮像装置は、広いダイナミックレンジを有し、小型で光量調節機能を有する高機能高性能のカメラを提供することができる。
以上、本発明の固体撮像装置及び撮像装置について、実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明に係る固体撮像装置及び撮像装置は、上記実施の形態に限定されるものではない。実施の形態１〜５における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態１〜５に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る固体撮像装置または撮像装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
なお、実施の形態１では、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置を例に挙げたが、本発明は、これにとらわれることなく、ＣＣＤ型の固体撮像装置でも同様の効果が得られる。
本発明は、特にデジタルカメラに有用であり、広いダイナミックレンジ及び高画質の画像が必要な固体撮像装置及びカメラに用いるのに最適である。
１ 単位画素
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 撮像領域
３ 水平シフトレジスタ
４ 垂直シフトレジスタ
５ 出力端子
１１ フォトダイオード
１１Ｂ、３１２Ｂ 青色画素
１１Ｃｙ シアン画素
１１Ｇ、３１２Ｇ 緑色画素
１１Ｍｇ マゼンダ画素
１１Ｒ、３１２Ｒ 赤色画素
１１Ｗ１、１１Ｗ２、３１ 白色画素
１１Ｙｅ イエロー画素
１２ 転送用トランジスタ
１３ リセット用トランジスタ
１４ 増幅用トランジスタ
１５ 選択トランジスタ
２０ 半導体基板
２２ ゲート及びゲート配線
２３ 金属配線
２４、２５ 層間膜
２６ カラーフィルタ
２７ 平坦化膜
２８ マイクロレンズ
２９ 誘電体膜
３０ 光吸収膜
３２ 色信号検出画素
３３ 低感度白色画素
５０ 周辺回路部
５１ 撮像部
５２ 拡散領域
５３ 素子分離部
５４ トランジスタ
５５ 金属プラグ
５６、５８、６１ 絶縁体層間膜
５７、５９ 配線層
６２ アモルファスシリコン層
１００、３００、４００ 固体撮像装置
２００ 撮像装置
２０１ レンズ
２０２ 駆動回路
２０３ 信号処理装置
２０４ 外部インターフェイス部
３１２ 固体撮像素子
３１２Ａ 波長領域画素
３１３ 赤外光カットフィルタ層
３１３ａ 開口部
３１３ｂ 非開口部
３１４ 色フィルタ群
３１４Ｂ、３１４Ｇ、３１４Ｒ、３１４Ｗ フィルタ
４２０Ｂ 青色光電変換素子
４２０Ｇ 緑色光電変換素子
４２０ＬＳ１、４２０ＬＳ２ 遮光光電変換素子
４２０Ｒ 赤色光電変換素子
４２０Ｗ 白色光電変換素子
４２１ オンチップレンズ
４２２ オーバーフローパス

Claims (12)

  1. 半導体基板表面に形成されたフォトダイオードを備える画素部が二次元状に配列された撮像領域を有する固体撮像装置であって、
    前記撮像領域は、２行２列の４つの前記画素部からなる画素ブロックを配列単位として構成され、
    前記画素ブロックは、
    第１の色信号を検出する第１の画素部と、
    前記第１の色信号とは異なる第２の色信号を検出する第２の画素部と、
    第１の輝度信号を検出する第３の画素部と、
    第２の輝度信号を検出する第４の画素部とで構成されており、
    前記第１の画素部及び前記第２の画素部の上部には、所望の色信号に対応する波長帯の光を選択的に透過させるカラーフィルタがそれぞれ設けられており、
    前記第４の画素部の上部には、可視光線領域の光透過率を低減させる光減衰フィルタが設けられており、前記第３の画素部と前記第４の画素部との受光感度は異なる
    固体撮像装置。
  2. 前記第４の画素部の受光感度は、前記第１の画素部及び前記第２の画素部のうち分光感度が小さい方の画素部の分光感度以上であり、
    前記光減衰フィルタは、前記受光感度が前記分光感度以上となる光透過率を有する
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記第３の画素部と前記第４の画素部とは、前記画素ブロック内において、互いに対角を成す位置に設けられている
    請求項１及び２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第１の色信号は青色の信号であり、
    前記第２の色信号は赤色の信号である
    請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第１の色信号は赤色の信号であり、
    前記第２の色信号は緑色の信号である
    請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第１の色信号はシアンの信号であり、
    前記第２の色信号はイエローの信号である
    請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  7. 互いに隣接する画素ブロック間では、前記第１の色信号または前記第２の色信号が異なる
    請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  8. 前記第１の色信号及び前記第２の色信号は、それぞれ、青色の信号、緑色の信号及び赤色の信号のいずれかである
    請求項７に記載の固体撮像装置。
  9. 前記第１の色信号及び前記第２の色信号は、それぞれ、シアンの信号、イエローの信号及びマゼンダの信号のいずれかである
    請求項７に記載の固体撮像装置。
  10. 前記光減衰フィルタは、アモルファスシリコンまたはアモルファスゲルマニウムからなる薄膜、もしくはカーボン薄膜から構成される
    請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  11. 請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    前記画素部から出力される画素信号を処理する信号処理装置とを備え、
    前記信号処理装置は、前記画素ブロックにおける前記第１の輝度信号と前記第２の輝度信号とを加算した信号を当該画素ブロックの輝度信号とする
    撮像装置。
  12. 請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    前記画素部から出力される画素信号を処理する信号処理装置とを備え、
    前記信号処理装置は、前記画素ブロックにおける前記第１の輝度信号が所定期間に飽和するかどうかを判定する判定部と、
    前記判定部において、前記第１の輝度信号が前記所定期間に飽和すると判定された場合には、当該画素ブロックにおける前記第２の輝度信号を当該画素ブロックの輝度信号として選択する選択部とを備える
    撮像装置。
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