JP2003259380A - 固体撮像素子およびこれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原色系の色フィルタを有する固体撮像素子を
備えた従来の撮像機器では、例えば、被写体に当たって
いる照明光が太陽光であるのか蛍光灯からの発光である
のかを正確に判別することが困難な撮影シーンが間々あ
る。 【解決手段】 分光感度の違いによって２種類に分類さ
れる赤色または緑色の画素を用いて固体撮像素子を構成
し、この固体撮像素子を用いて撮像装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びオートホワイトバランス機能を備えた撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】今日では、ビデオカメラやディジタルス
チルカメラ、あるいは携帯電話やパーソナルコンピュー
タに搭載されたディジタルカメラ等の多くの撮像装置に
おいて、ＣＣＤ（電荷結合素子）型の固体撮像素子やＭ
ＯＳ（金属−酸化物−半導体）型の固体撮像素子がエリ
ア・イメージセンサとして利用されている。

【０００３】ＣＣＤ型およびＭＯＳ型のいずれの固体撮
像素子も、半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘っ
て行列状に配置された多数個の光電変換素子を有し、光
の入射によってこれらの光電変換素子に蓄積された電荷
に基づいて出力信号（画素信号）を生成する。多くの固
体撮像素子では、画素信号を生成するための出力信号生
成部が、光電変換素子と一緒に１つの半導体基板に集積
される。

【０００４】出力信号生成部は、その構成によって２つ
のタイプに大別することができる。１つは、ＣＣＤ型の
固体撮像素子での出力信号生成部のように、ＣＣＤによ
って構成された１種または２種の電荷転送素子を用い
て、光電変換素子に蓄積された電荷を電荷検出回路まで
転送し、ここで出力信号を生成するタイプの出力信号生
成部である。ＣＣＤは、半導体基板の一表面に電荷転送
チャネルを形成し、その上に電気的絶縁膜を介して多数
の電極を配置することによって構成される。

【０００５】他の１つは、ＭＯＳ型の固体撮像素子での
出力信号生成部のように、トランジスタを介して光電変
換素子と出力信号線とを接続し、光電変換素子に蓄積さ
れた電荷に応じて前記の出力信号線に発生する電圧信号
または電流信号を検出して出力信号を生成するタイプの
出力信号生成部である。前記のトランジスタは、光電変
換素子と信号線とを所望の時期に電気的に接続するため
のスイッチング素子として利用される。

【０００６】ＣＣＤ型およびＭＯＳ型のいずれであるか
に拘わらず、カラー画像を撮像するための撮像装置（以
下、「カラー撮像装置」という。）に利用される固体撮
像素子は、一般に、光電変換素子の上方に配置された色
フィルタアレイを有する。単板式の撮像装置に利用され
る固体撮像素子では、３色以上の色フィルタによって色
フィルタアレイが構成される。２〜４板式の撮像装置に
利用される固体撮像素子では、１色または２色の色フィ
ルタによって色フィルタアレイが構成される。いずれの
色フィルタアレイにおいても、１つの光電変換素子に１
つの色フィルタが対応する。

【０００７】１個の光電変換素子と、この光電変換素子
の上方に配置された１つの色フィルタとは、１個の画素
を構成する。本明細書においては、個々の画素を、当該
画素が有している色フィルタの色に応じて、例えば赤色
画素、緑色画素、青色画素のように表記する。

【０００８】カラー撮像装置は、固体撮像素子から出力
される画素信号を用いて色分離を行い、被写体からの赤
色光、緑色光、および青色光それぞれの情報を表す電気
信号、すなわち、赤色信号、緑色信号、および青色信号
を生成する。そして、これらの信号を用いてガンマ
（γ）変換を行った後に輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｒ（本
明細書では「赤色差信号Ｃｒ」と称する。）、および色
差信号Ｃｂ（本明細書では「青色差信号Ｃｂ」と称す
る。）を生成し、出力する。

【０００９】ところで、物体表面からの反射光の分光分
布や、物体を透過した光の分光分布は、その物体に照射
されている光の分光分布に応じて大きく変化する。ヒト
は、これらの反射光また透過光に基づいて物体を認識す
るので、ヒトが知覚する物体の色も、本来ならば、その
物体に照射されている光の分光分布に応じて大きく変化
するはずである。

【００１０】しかしながら、ヒトが知覚する物体の色
は、その物体表面からの反射光の分光分布や、その物体
を透過した光の分光分布のみによっては決まらない。ヒ
トは、周囲光に順応して無意識的に色の補正を行ってい
る。このため、物体に照射されている光の分光分布が大
きく変化したとしても、ヒトが知覚する物体の色はそれ
程大きくは変化しない。

【００１１】カラー撮像装置は、ヒトによって知覚され
た被写体像にできるだけ近い色彩の再生画像が得られる
ように、一般に、オートホワイトバランス機能を備えて
いる。このオートホワイトバランス機能は、被写体に当
たっている照明光（太陽光を含む。）の種類に拘わら
ず、白を白に、灰色を灰色に再現しようとするものであ
る。そのために、上記の色分離によって生成される赤色
信号、緑色信号、および青色信号それぞれの利得を撮影
時の照明光の種類に応じて制御し、白や灰色を撮影した
とき赤、緑、および青それぞれの信号値が等しくなるよ
うにしている。

【００１２】オートホワイトバランス機能を適切に動作
させるためには、被写体に当たっている照明光の種類を
正確に判別することが必要となる。

【００１３】照明光の種類の判別方法としては、例えば
原色系の色フィルタを有する固体撮像素子を備えた撮像
機器では、赤色信号と緑色信号との比Ｒ／Ｇ、および青
色信号と緑色信号との比Ｂ／Ｇを求め、これらの比Ｒ／
Ｇ、Ｂ／Ｇの２次元的な分布に基づいて照明光の種類を
推定する方法が知られている。上記の比Ｒ／Ｇ、Ｂ／Ｇ
は、１フレームの撮影画面全体を対象にして、あるい
は、１フレームの撮影画面全体を複数の領域に分割した
各領域を対象にして、求められる。

【００１４】この判別方法では、たとえ撮影シーンが様
々な被写体を含んでいたとしても、それらの色彩を平均
するとグレーになると仮定している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】例えば、普通型白色蛍
光灯（一般照明用の予熱始動型直管形白色蛍光灯）によ
って照明された人物像を撮影すると、ホワイトバランス
がたとえ正確に調整されていたとしても、再生画像の色
に歪みがでる。特に、ヒトの肌色は黄緑がかった色にな
る。この歪みを少なくするためには、ホワイトバランス
以外の調整を行うことが必要となる。

【００１６】そのためには、被写体に当たっている照明
光が普通型白色蛍光灯からの発光であるか否かを正確に
判別することが望まれる。

【００１７】しかしながら、上述した従来の判別方法で
は、照明光が太陽光であるのか蛍光灯からの発光である
のかを正確に判別することが困難な撮影シーンが間々あ
る。例えば、薄暗い太陽光下の葉緑と、普通型白色蛍光
灯下または３波長型蛍光灯下のグレーとを識別すること
が困難であることから、これらの撮影シーンでの照明光
を判別することも困難である。

【００１８】本発明の目的は、被写体に当たっている照
明光の種類を精度よく判別することを可能にする固体撮
像素子を提供することである。

【００１９】本発明の他の目的は、被写体に当たってい
る照明光の種類を精度よく判別することが可能な撮像装
置を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、(i) 半導体基板と、(ii)前記半導体基板の一表面に
複数行、複数列に亘って行列状に配置され、各々が、前
記一表面に形成されて電荷を蓄積することができる光電
変換素子、および前記光電変換素子の上方に配置されて
該光電変換素子への入射光の波長を制御する色フィルタ
を有し、分光感度の違いによって２種類に分類される赤
色または緑色の画素を含む多数個の画素と、(iii) 前記
多数個の画素それぞれに蓄積された電荷に基づいて出力
信号を生成することができる出力信号生成部とを備えた
固体撮像素子が提供される。

【００２１】本発明の他の観点によれば、(i) 分光感度
の違いによって２種類に分類される赤色または緑色の画
素を含む多数個の画素を備え、被写体の光学像を電気信
号に変換して出力することができる固体撮像素子と、(i
i)前記固体撮像素子上に被写体像を結ぶ撮像光学系と、
(iii) 前記固体撮像素子からの出力信号をディジタル信
号に変換して出力するディジタル信号生成部と、(iv)前
記ディジタル信号生成部から出力されたディジタル信号
を基に第１赤色信号、第１緑色信号、および第１青色信
号を生成し、該第１赤色信号、該第１緑色信号、および
該第１青色信号を用いて再生画像用の画素信号を生成す
る映像信号生成部と、(v) 前記第１赤色信号、前記第１
緑色信号、および前記第１青色信号の供給を受けて、前
記被写体に当たっている照明光の色温度の検出、およ
び、前記２種類の画素の一方に入射した光の放射強度と
他方に入射した光の放射強度との相対的な差に基づいて
の前記照明光の種類の判別を行い、前記色温度の検出結
果と前記照明光の種類の判別結果とから前記映像信号生
成部内での前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、およ
び前記第１青色信号それぞれの利得を調整するオートホ
ワイトバランス回路とを備えた撮像装置が提供される。

【００２２】固体撮像素子における画素の構成を上述の
構成にすることにより、上記２種類に分類される画素の
一方を透過した光の放射強度と他方を透過した光の放射
強度との相対的な差を、当該固体撮像素子からの出力信
号を用いて算出することが可能になる。

【００２３】この差を利用すれば、例えば、被写体に当
たっている照明光の種類の判別精度が高い撮像装置を構
成することができる。

【００２４】例えば、普通形蛍光灯は、白色形、昼光色
形、および温白色形のいずれであっても、５８０ｎｍ付
近に放射のピークを有する。３波長形蛍光灯は、５８０
ｎｍ付近よりも長波長側と短波長側とに、それぞれ放射
のピークを有している。太陽光やタングステン光（白熱
灯からの発光を意味する。以下、同じ。）は、５５５〜
６０５ｎｍの波長域内に極端なピークや谷を有していな
い。

【００２５】したがって、赤色画素または緑色画素とし
て、５５５〜６０５ｎｍの波長域での分光感度が互いに
異なる２種類の画素を用いて固体撮像素子を構成するこ
とにより、被写体に当たっている照明光が普通形蛍光灯
からの発光であるのか、３波長形蛍光灯からの発光であ
るのか、太陽光やタングステン光であるのかを精度よく
判別することが可能な撮像装置を得ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）は、第１の赤色画素Ｐ
_R1、第２の赤色画素Ｐ_R2、緑色画素Ｐ_G 、および青色画
素Ｐ_B を備えた半導体装置ＳＡを概略的に示す。個々の
画素は、半導体基板ＳＳに形成された光電変換素子（例
えばフォトダイオード）と、その上方に配置された色フ
ィルタとを有する。色フィルタの色が、画素の色に対応
する。

【００２７】図１（Ｂ）は、第１の赤色画素Ｐ_R1を構成
している第１の赤色フィルタＲ１の分光透過率と、第２
の赤色画素Ｐ_R2を構成している第２の赤色フィルタＲ２
の分光透過率とを示す。図中の実線Ｌａが第１の赤色フ
ィルタＲ１の分光透過率曲線であり、一点鎖線Ｌｂが第
２の赤色フィルタＲ２の分光透過率曲線である。第１の
赤色フィルタＲ１と第２の赤色フィルタＲ２とは、互い
に異なる分光透過率特性を有する。

【００２８】その結果として、第１の赤色画素Ｐ_R1の分
光感度と第２の赤色画素Ｐ_R2の分光感度とに差が生じ
る。この分光感度の差を求めることができれば、半導体
装置ＳＡは、実質上、第４色目の画素を有することにな
る。第４色目の画素は、図１（Ｂ）中に破線Ｌｃで示さ
れた分光透過率を有する色フィルタを備えていることに
なる。

【００２９】例えば固体撮像素子を構成する色フィルタ
アレイに、分光透過率が互いに異なる２種類の赤色また
は緑色フィルタを用いることにより、この固体撮像素子
からの出力信号を用いて、例えば、被写体に当たってい
る照明光の種類を高い精度で判別することが可能にな
る。同様に、撮像装置に固体撮像素子とは別に上記の半
導体装置を設けることにより、被写体に当たっている照
明光の種類を高い精度で判別することが可能になる。

【００３０】図２は、第１の実施例による固体撮像素子
１００での光電変換素子１０、第１電荷転送素子（垂直
電荷転送素子）２０、第２電荷転送素子（水平電荷転送
素子）４０、および電荷検出回路５０の平面配置を概略
的に示す。

【００３１】図示の固体撮像素子１００は、エリア・イ
メージセンサとして利用される固体撮像素子であり、半
導体基板１の一表面に設定された有効画素領域Ｒｅから
無効画素領域Ｒｉにかけて、多数個の光電変換素子１０
が複数行、複数列に亘って正方行列状（行数と列数とが
異なる場合を含む。）に配置されている。

【００３２】図２においては、４２個の光電変換素子１
０が６行、７列に亘って示されているが、エリア・イメ
ージセンサとして利用される実際の固体撮像素子での光
電変換素子１０の総数は、例えば数１０万〜１５００万
個程度である。そのうち、単板式の撮像装置に使用され
る固体撮像素子では８０〜９８％程度の光電変換素子が
有効画素領域Ｒｅ内に配置され、残りが無効画素領域Ｒ
ｉ内に配置される。

【００３３】有効画素領域Ｒｅ内に配置された１個の光
電変換素子１０に、再生画像（ただし、静止画）での１
組の画素が対応する。再生画像での１組の画素は、赤色
画素、緑色画素、および青色画素によって構成される。
上記１組の画素のうち、２つの画素は、後述する撮像装
置での映像信号生成部において補間処理によって生成さ
れた画素信号（出力画素信号または記録画素信号）に基
づいて再生される。

【００３４】無効領域Ｒｉ内に配置された個々の光電変
換素子１０は、再生画像用の画素信号を得る際の補間処
理にのみ必要であり、再生画像においてこれらの光電変
換素子１０に対応する画素はない。

【００３５】光電変換素子１０の各々は例えば埋込み型
のｐｎフォトダイオードによって構成され、平面視上、
例えば矩形を呈す。光電変換素子１０に光が入射する
と、この光電変換素子１０に電荷が蓄積される。

【００３６】個々の光電変換素子１０に蓄積された電荷
を電荷検出回路５０へ転送するために、１つの光電変換
素子列に１つずつ、この光電変換素子列に沿って垂直電
荷転送素子２０が配置される。個々の垂直電荷転送素子
２０は、例えば４相駆動型のＣＣＤによって構成され
る。

【００３７】光電変換素子１０からの電荷の読み出しを
制御するために、各垂直電荷転送素子２０は、対応する
光電変換素子１０それぞれに１つずつ、読出しゲート３
０を有する。図２においては、読出しゲート３０を判り
やすくするために、各読出しゲートにハッチングを付し
てある。

【００３８】読出しゲート３０に読出しパルス（電位は
例えば１５Ｖ程度）を供給すると、この読出しゲート３
０に対応する光電変換素子１０から垂直電荷転送素子２
０へ電荷が読み出される。光電変換素子１０から垂直電
荷転送素子２０への電荷の読出しは、光電変換素子行単
位で、または全ての光電変換素子１０に対して同時に行
われる。

【００３９】各垂直電荷転送素子２０は、所定の駆動信
号によって駆動されて、対応する光電変換素子１０から
読み出した電荷を水平電荷転送素子４０へ転送する。

【００４０】水平電荷転送素子４０は、例えば２相駆動
型のＣＣＤによって構成される。この水平電荷転送素子
４０は、所定の駆動信号によって駆動されて、各垂直電
荷転送素子２０から受け取った電荷を電荷検出回路５０
へ転送する。

【００４１】電荷検出回路５０は、水平電荷転送素子４
０から転送されてくる電荷を順次検出して信号電圧を生
成し、この信号電圧を増幅して画素信号を生成する。

【００４２】この電荷検出回路５０は、例えば、水平電
荷転送素子４０の出力端に電気的に接続された出力ゲー
トと、出力ゲートに隣接して半導体基板１に形成された
フローティングディフュージョン領域（以下、「ＦＤ領
域」と略記する。）と、このＦＤ領域に電気的に接続さ
れたフローティングディフュージョンアンプ（以下、
「ＦＤＡ」と略記する。）とを用いて構成することがで
きる。

【００４３】ＦＤ領域をソースとしてリセットトランジ
スタを構成することにより、ＦＤＡによって検出された
後の電荷、あるいは、ＦＤＡによって検出する必要のな
い電荷をＦＤ領域からリセットトランジスタのドレイン
へ掃き出して、例えば電源電圧に吸収することができ
る。

【００４４】上述した構成を有する固体撮像素子１００
では、各垂直電荷転送素子２０、水平電荷転送素子４
０、および電荷検出回路５０によって出力信号生成部が
構成される。

【００４５】図２においては図示を省略しているが、固
体撮像素子１００では、従来のＣＣＤ型固体撮像素子と
同様に、半導体基板１上に第１の電気的絶縁膜、各種の
電極、第２の電気的絶縁膜、光遮蔽膜、層間絶縁膜、パ
ッシベーション膜、および平坦化膜が順次積層され、そ
の上に色フィルタアレイが配置される。必要に応じて、
色フィルタアレイの上方にマイクロレンズアレイが配置
される。

【００４６】固体撮像素子１００の特徴の１つは、色フ
ィルタアレイの構成、ひいては画素の分光感度にある。

【００４７】図３は、固体撮像素子１００を構成してい
る色フィルタアレイ６０を概略的に示す上面図である。
色フィルタアレイ６０と、その下の部材との位置関係を
判りやすくするために、同図には、光電変換素子１０、
水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、それぞ
れ隠れ線によって併記してある。また、有効画素領域Ｒ
ｅと無効画素領域Ｒｉとの平面視上の境界を二点鎖線で
示している。この境界上にも、色フィルタアレイ６０に
おいて互いに隣接する色フィルタ同士の境界が存在す
る。

【００４８】色フィルタアレイ６０は、所謂ベイヤー方
式の原色系色フィルタアレイであるが、２種類の赤色フ
ィルタＲ１、Ｒ２が使用されているという点で、従来の
原色系色フィルタアレイと大きく異なる。

【００４９】赤色フィルタの配置にのみ着目すると、赤
色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２とが行方向および列
方向のいずれについても交互に配置されている。図中の
参照符号Ｇは緑色フィルタを示し、参照符号Ｂは青色フ
ィルタを示す。個々の色フィルタＲ１、Ｒ２、Ｇ、Ｂ
は、平面視上、矩形を呈する。

【００５０】赤色フィルタＲ１は、その下の光電変換素
子１０と共に赤色画素ＰＲ１を構成し、赤色フィルタＲ
２は、その下の光電変換素子１０と共に赤色画素ＰＲ２
を構成する。緑色フィルタＧは、その下の光電変換素子
１０と共に緑色画素ＰＧを構成し、青色フィルタＢは、
その下の光電変換素子１０と共に青色画素ＰＢを構成す
る。

【００５１】図４は、図３に示した赤色フィルタＲ１、
Ｒ２それぞれの分光透過率を示す。同図中の実線Ｌ１が
赤色フィルタＲ１の分光透過率曲線であり、一点鎖線Ｌ
２が赤色フィルタＲ２の分光透過率曲線である。参考の
ため、従来の赤色フィルタの分光透過率の一例を、図４
中に破線Ｌ３で併記する。いずれの分光透過率曲線も、
シミュレーションによって求めたものである。

【００５２】赤色フィルタＲ１は、赤色顔料の１種であ
るＰＲ２０９と黄色顔料の１種であるＰＹ１３９とを透
明樹脂に分散させて得たカラーレジンによって形成され
る。赤色フィルタＲ２は、２種類の赤色顔料ＰＲ１７
７、ＰＲ２５４と１種類の黄色顔料ＰＹ１３９とを透明
樹脂に分散させて得たカラーレジンによって形成され
る。赤色フィルタＲ１、Ｒ２それぞれの平均膜厚は、い
ずれも、１〜３μｍの範囲内である。

【００５３】図４から明らかなように、赤色フィルタＲ
１と赤色フィルタＲ２とは、互いに異なる分光透過率特
性を有し、特に、５５０〜６０５ｎｍの波長域での分光
透過率が大きく異なる。５５０〜６０５ｎｍの波長域に
おいては、赤色フィルタＲ１の分光透過率の方が赤色フ
ィルタＲ２の分光透過率よりも高い。

【００５４】個々の画素（光電変換素子１０）に蓄積さ
れる電荷の量は、光電変換素子１０が飽和しない限り
は、入射光量の増加に伴って増加する。個々の画素信号
の強度は、その基となった電荷の量、換言すれば、その
基となった電荷を蓄積した光電変換素子１０への入射光
量を反映する。

【００５５】したがって、赤色フィルタＲ１を有する赤
色画素ＰＲ１に蓄積された電荷に基づく画素信号と、赤
色フィルタＲ２を有する赤色画素ＰＲ２に蓄積された電
荷に基づく画素信号との間には、強度差が生じる。

【００５６】図５は、赤色画素ＰＲ１および赤色画素Ｐ
Ｒ２それぞれの分光感度を示す。いずれの分光感度も、
シミュレーションによって求めたものである。

【００５７】同図中の実線Ｌ１１が赤色画素ＰＲ１の分
光感度曲線であり、一点鎖線Ｌ１２が赤色画素ＰＲ２の
分光感度曲線である。参考のため、従来の赤色画素の分
光感度の一例を、図５中に破線Ｌ１３で併記する。

【００５８】図５から明らかなように、固体撮像素子１
００は、５５５〜６０５ｎｍの波長域の光に対する感度
が互いに大きく異なる２種類の分光感度を有する。

【００５９】この分光感度の相違を利用して、赤色画素
ＰＲ１に入射した光の放射強度と、赤色画素ＰＲ２に入
射した光の放射強度との相対的な差を、事実上、求める
ことができる。この相対的な差を、以下、「Ｙｅ感度
値」という。

【００６０】固体撮像素子を利用した撮像装置での信号
処理を勘案すると、上記のＹｅ感度値は、実用上は、画
素信号をディジタル信号に変換することによって得られ
た信号を用いて算出するのが適当である。

【００６１】例えば、下式（Ｉ）、（II）、（III） ま
たは（IV）によって表される比を求めることにより、Ｙ
ｅ感度値を求めることができる。

【００６２】

【数１】

【００６３】

【数２】

【００６４】

【数３】

【００６５】

【数４】

【００６６】ここで、上記の各式（Ｉ）〜（IV）で用い
る係数の各々は、各色フィルタＲ１、Ｒ２、Ｇ、Ｂの分
光透過率特性等に応じて適宜選定される。多くの場合、
これらの係数は０（ゼロ）または正の値をとるが、特に
式（IV）で用いる係数ｋ₃₅、ｋ₃₆については、負の値を
とることもある。

【００６７】また、出力平均値Ｓ_R1、Ｓ_R2、Ｓ_G 、Ｓ_B
の各々は、必ずしも、固体撮像素子１００から出力され
る１フレーム分の全ての画素信号を利用して求めなけれ
ばならいというものではない。赤色フィルタＲ１、Ｒ２
の分布状態に応じて、互いに近接する１組または複数組
の赤色フィルタＲ１、Ｒ２と、これらに近接する１つま
たは複数の緑色フィルタＧおよび／または青色フィルタ
Ｂとを対象に、上記の出力平均値Ｓ_R1およびＳ_R2、なら
びに、Ｓ_G および／またはＳ_B を求めることもできる。
さらには、１フレームの撮影画面全体を複数の領域に分
割して領域毎に求めることもできる。

【００６８】被写体に当たっている照明光の種類を正確
に判別するうえからは、１フレームの撮影画面全体を複
数の領域、例えば６４の領域に分割し、領域毎にＹｅ感
度値を求めることが好ましい。１フレームの撮影画面全
体を複数の領域に分割すると共に、この撮影画面におけ
る主要被写体の位置を例えばスポット測光と同様にして
指定し、その位置に懸かっている領域についてＹｅ感度
値を求めることもできる。

【００６９】上記の式（Ｉ）〜（IV）の中でも式（IV）
を用いれば、赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、および
青色フィルタＢの各々を薄膜化した場合（それぞれの膜
厚を例えば２μｍ程度以下にした場合）でもＹｅ感度値
を求めやすくなる。

【００７０】色フィルタを薄膜化すると、漏れ光、すな
わち、本来ならばその色フィルタによって遮断すること
が望まれる波長域の光でありながら当該色フィルタを透
過してしまう光が増加する。上記の式（IV）では、出力
平均値Ｓ_G 、Ｓ_B を出力平均値Ｓ_R1、Ｓ_R2から差し引く
ので、５５５ｎｍよりも短波長域における赤色フィルタ
Ｒ１、Ｒ２からの漏れ光の影響を抑制することができ
る。

【００７１】前述したように、普通形蛍光灯は５８０ｎ
ｍ付近に放射のピークを有し、３波長形蛍光灯は、５８
０ｎｍ付近よりも長波長側と短波長側とに、それぞれ放
射のピークを有している。太陽光やタングステン光（白
熱灯からの発光）は、５５５〜６０５ｎｍの波長域内に
極端なピークや谷を有していない。

【００７２】固体撮像素子１００を用いて、上記の各係
数を実験的に予め選定しておくことによりＹｅ感度値を
求めれば、この固体撮像素子１００に入射した光が普通
形蛍光灯からの発光であるのか、３波長形蛍光灯からの
発光であるのか、白熱灯からの発光や太陽光であるのか
を、正確に区別することが可能になる。

【００７３】したがって、固体撮像素子１００を用いて
撮像装置を構成すれば、被写体に当たっている照明光が
普通形蛍光灯からの発光であるのか、３波長形蛍光灯か
らの発光であるのか、白熱灯からの発光や太陽光である
のかを、従来と比べてより正確に区別することが可能に
なる。

【００７４】固体撮像素子１００を用いた撮像装置の構
成について、以下、具体的に説明する。

【００７５】図６は、実施例による撮像装置（例えばデ
ィジタルスチルカメラ）を概略的に示す。同図に示す撮
像装置２００は、第１の実施例による固体撮像素子１０
０をエリア・イメージセンサとして用いた装置である。

【００７６】固体撮像素子１００については既に説明し
たので、ここではその説明を省略する。

【００７７】この撮像装置２００においては、撮像光学
系２１０によって、固体撮像素子１００上に被写体の光
学像が結像される。撮像光学系２１０は、例えば、複数
枚の光学レンズ、光学レンズを光軸方向に移動させるた
めの光学レンズ駆動機構、光学絞り、光学絞りを開閉す
る光学絞り開閉機構、オプティカルローパスフィルタ、
赤外線カットフィルタ、メカニカルシャッタ等を含んで
構成される。図６においては、１枚の光学レンズ２１２
によって撮像光学系２１０を代表して示す。図中の矢印
Ｌは光を示す。

【００７８】固体撮像素子１００は、駆動回路２１５お
よびタイミング信号発生回路２１７から供給される駆動
信号によって駆動されて、画素信号を出力する。

【００７９】駆動回路２１５は、タイミング信号発生器
２１７から供給される信号に基づいて垂直電荷転送素子
２０（図２参照）用の駆動信号、読出しパルス等の信号
を生成し、これらの信号を固体撮像素子１００に供給す
る。駆動回路２１５は、例えば垂直ドライバ、ＤＣ電源
等を含んで構成される。

【００８０】タイミング信号発生器２１７は、水平電荷
転送素子４０（図２参照）用の駆動信号や電荷検出回路
５０（図２参照）用の信号を生成し、これらの信号を固
体撮像素子１００に供給する。また、撮像装置２００内
の種々の回路の動作タイミングの統一をとるためのタイ
ミング信号を生成し、このタイミング信号を各回路に供
給する。

【００８１】固体撮像素子１００から出力された画素信
号は、ディジタル信号生成部２２０へ供給されてディジ
タル信号に変換される。このディジタル信号生成部２２
０は、例えば、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回
路）２２２と、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ回路）２２
４と、アナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回
路）２２６とを有する。

【００８２】ＣＤＳ回路２２２は、固体撮像素子１００
からの画素信号に含まれる雑音信号を低減させる。

【００８３】ＡＧＣ回路２２４は、ＣＤＳ回路２２２か
らの出力信号のレベルを適正範囲に保つ。

【００８４】Ａ／Ｄ変換回路は、ＡＧＣ回路２２４から
の出力信号をディジタル信号に変換する。このＡ／Ｄ変
換回路２２６から出力されたディジタル信号が、映像信
号生成部２３０へ供給される。

【００８５】映像信号生成部２３０は、供給されたディ
ジタル信号を基に第１赤色信号、第１緑色信号、および
第１青色信号を生成し、これら第１赤色信号、第１緑色
信号、および第１青色信号を用いて再生画像用の画素信
号を生成する。

【００８６】オートホワイトバランス回路２６０は、映
像信号生成部２３０から第１赤色信号、第１緑色信号、
および第１青色信号の供給を受けて、被写体に当たって
いる照明光の色温度の検出、および照明光の種類の判別
を行う。そして、色温度の検出結果と照明光の種類の判
別結果とから、映像信号生成部２３０内での第１赤色信
号、第１緑色信号、および第１青色信号それぞれの利得
を調整し、これによってホワイトバランスをとる。

【００８７】映像信号生成部２３０およびオートホワイ
トバランス回路２６０の具体的構成については、後に図
８を用いて詳述する。

【００８８】表示部２７０は、映像信号生成部２３０か
ら供給される再生画像用の画素信号（出力画素信号）に
基づいて、静止画または動画を表示する。この表示部２
７０は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置によって
構成される。

【００８９】記録部２７５は、映像信号生成部２３０か
ら供給される再生画像用の画素信号（記録画素信号）
を、例えばメモリカード等の記録媒体に記録する。

【００９０】上述した撮像光学系２１０、タイミング信
号発生回路２１７、ＡＧＣ回路２２４、映像信号生成部
２３０、オートホワイトバランス回路２６０等の動作を
制御するために、制御部２８０が配置される。

【００９１】制御部２８０は、モードセレクタ２９０に
よって選択された動作モードに応じて、また、シャッタ
ボタン２９５の状態に応じて、タイミング信号発生回路
２１７、映像信号生成部２３０、オートホワイトバラン
ス回路２６０等の動作を制御する。この制御部２８０
は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）によって構成さ
れる。

【００９２】モードセレクタ２９０は、撮像装置２００
の動作モードを選択するための選択スイッチである。撮
像装置２００は、例えば、自動露出（ＡＥ）モード、自
動合焦（ＡＦ）モード、ディジタルズームモード、静止
画モード、動画モード、連写モード等の動作モードを有
している。モードセレクタ２９０は、撮像装置２００の
使用者によって操作される。

【００９３】例えば、モードセレクタ２９０によって静
止画モードが選択されているときにシャッタボタン２９
５が半押しにされると、まず、１フレーム分の画素信号
が固体撮像素子１００によって生成され、これらの画素
信号に基づいて、映像信号生成部２３０において測距信
号や全露光量に関する信号が生成される。制御部２８０
は、映像信号生成部２３０から供給される全露光量に関
する信号に基づいて撮像光学系２１０中の光学絞り開閉
機構の動作およびＡＧＣ回路２２４を制御し、測距信号
に基づいて光学レンズ駆動機構の動作を制御する。撮像
光学系２１０が被写体に合焦し、露出が適正値に調整さ
れるまで、必要に応じて複数フレーム分の画素信号が固
体撮像素子１００によって生成される。

【００９４】ホワイトバランスの調整は、撮像光学系２
１０が被写体に合焦し、露出が適正値に調整された後
に、更に１フレーム分の画素信号を固体撮像素子１００
によって生成し、これらの画素信号に基づいて行うこと
が好ましい。

【００９５】この後、シャッタボタン２９５を全押しに
すると、焦点、露出、ホワイトバランスが適切に制御さ
れた静止画が撮影される。

【００９６】以下、撮像装置２００の特徴部分の１つで
ある信号処理について更に詳細に説明するが、その前
に、撮像装置２００の分光感度について先ず説明する。

【００９７】図７は、撮像装置２００において固体撮像
素子１００から出力される画素信号に基づいた赤色画素
ＰＲ１、赤色画素ＰＲ２、緑色画素ＰＧ、および青色画
素ＰＢそれぞれの分光感度を示す。さらに、赤色画素Ｐ
Ｒ１の分光感度と赤色画素ＰＲ２の分光感度との差をと
ることによって求められる第４色目の分光感度（以下、
「Ｙｅ感度」ということがある。）を示す。

【００９８】同図中の実線Ｌ２１が赤色画素ＰＲ１の分
光感度曲線であり、一点鎖線Ｌ２２が赤色画素ＰＲ２の
分光感度曲線である。また、二点鎖線Ｌ２３が緑色画素
ＰＧの分光感度曲線であり、破線Ｌ２４が青色画素ＰＢ
の分光感度曲線である。Ｙｅ感度は、同図中に太い実線
Ｌ２５で示されている。いずれの分光感度曲線も、シミ
ュレーションによって求めたものである。

【００９９】なお、緑色フィルタＧは、緑色顔料ＰＧ
７、ＰＧ３６、および黄色顔料ＰＹ１５０を透明樹脂に
分散させて得たカラーレジンによって形成され、青色フ
ィルタＢは、青色顔料ＰＢ１５：６、および紫色顔料Ｐ
Ｖ２３を透明樹脂に分散させて得たカラーレジンによっ
て形成されたものである。赤色フィルタＲ１、Ｒ２それ
ぞれの材料については、前述した通りである。いずれの
色フィルタも、その平均膜厚は１〜３μｍの範囲内であ
る。

【０１００】撮像装置２００は、被写体に当たっている
照明光の種類を上述したＹｅ感度を利用して判別し、ホ
ワイトバランスを調整する。

【０１０１】図８は、撮像装置２００が有する映像信号
生成部２３０およびオートホワイトバランス回路２６０
それぞれについての主要部の一例を示す。以下の説明
は、Ｙｅ感度値を前述した式（Ｉ）に基づいて求める場
合を例にとり、行う。

【０１０２】映像信号生成部２３０は、色分離回路２３
５、露光量検出回路２３７、利得調整部２４０、輝度・
色差信号生成部２５０、色差マトリックス演算部ＣＤ
Ｍ、信号圧縮回路２５９等を有し、全露光量に関する信
号、合焦信号、再生画像用の画素信号（出力画素信号、
記録画素信号）を生成する。

【０１０３】これらの信号を生成するにあたっては、ま
ず、ディジタル信号生成部２２０によって生成されたデ
ィジタル信号が色分離回路２３５によって第１赤色信
号、第１緑色信号ＳＧ、および第１青色信号ＳＢに分離
される。第１赤色信号は、赤色画素ＰＲ１に蓄積した電
荷に由来する第１Ａ赤色信号ＳＲ１と、赤色画素ＰＲ２
に蓄積した電荷に由来する第１Ｂ赤色信号ＳＲ２とに分
けられる。第１緑色信号ＳＧは緑画素ＰＧに蓄積した電
荷に由来し、第１青色信号ＳＢは青色画素ＰＢに蓄積し
た電荷に由来する。

【０１０４】各第１色信号ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＧ、ＳＢ
は、露光量検出回路２３７、測距回路（図示せず）、利
得調整部２４０、およびオートホワイトバランス回路２
６０に供給される。

【０１０５】露光量検出回路２３７は、供給された第１
色信号ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＧ、ＳＢを用いて全露光量に
関する信号ＳＥを生成し、この信号ＳＥを制御部２８０
に供給する。測距回路は、必要に応じて複数フレーム分
の画素信号を取り込みつつ、合焦信号を制御部２８０に
供給する。制御部２８０は、これらの信号に基づいて撮
像光学系２１０を制御し、露出を適正値にすると共に、
撮像光学系２１０を被写体に合焦させる。

【０１０６】ホワイトバランスの調整は、前述のよう
に、露出が適正値に制御されると共に撮像光学系２１０
が被写体に合焦した後に、更に１フレーム分の画素信号
を固体撮像素子１００によって生成し、これらの画素信
号に基づいて行うことが好ましい。

【０１０７】ホワイトバランスの調整は、色分離回路２
３５から利得調整部２４０へ供給された第１色信号ＳＲ
１、ＳＲ２、ＳＧ、ＳＢそれぞれの利得を、オートホワ
イトバランス回路２６０からの制御信号によって調整す
ることで行われる。

【０１０８】利得調整部２４０は、第１利得調整回路２
４２、第２利得調整回路２４４、第３利得調整回路２４
６、および第４利得調整回路２４８によって構成され
る。

【０１０９】第１利得調整回路２４２は、色分離回路２
３５から第１Ａ赤色信号ＳＲ１の供給を受けると共に、
オートホワイトバランス回路２６０から制御信号Ｃ１の
供給を受けて、所定の利得に調整された第２Ａ赤色信号
ＳＲ１'を出力する。

【０１１０】第２利得調整回路２４４は、色分離回路２
３５から第１Ｂ赤色信号ＳＲ２の供給を受けると共に、
オートホワイトバランス回路２６０から制御信号Ｃ２の
供給を受けて、所定の利得に調整された第２Ｂ赤色信号
ＳＲ２'を出力する。

【０１１１】第３利得調整回路２４６は、色分離回路２
３５から第１緑色信号ＳＧの供給を受けると共に、オー
トホワイトバランス回路２６０から制御信号Ｃ３の供給
を受けて、所定の利得に調整された第２緑色信号ＳＧ'
を出力する。

【０１１２】第４利得調整回路２４８は、色分離回路２
３５から第１青色信号ＳＢの供給を受けると共に、オー
トホワイトバランス回路２６０から制御信号Ｃ４の供給
を受けて、所定の利得に調整された第２青色信号ＳＢ'
を出力する。

【０１１３】これらの第２色信号ＳＲ１'、ＳＲ２'、Ｓ
Ｇ'、ＳＢ'は、ホワイトバランスのとれた色信号であ
る。

【０１１４】上記の制御信号Ｃ１〜Ｃ４を生成するオー
トホワイトバランス回路２６０は、色温度検出回路２６
２、照明光判別回路２６５、およびホワイトバランス制
御回路２６８を有し、例えば次のようにして制御信号Ｃ
１〜Ｃ４を生成する。

【０１１５】まず、色分離回路２３５から第１色信号Ｓ
Ｒ１、ＳＲ２、ＳＧ、ＳＢの供給を受けた色温度検出回
路２６２が、被写体に当たっている照明光の色温度を前
記の各第１色信号を用いて検出し、検出結果を表す信号
Ｓctを出力する。

【０１１６】また、色分離回路２３５から第１色信号Ｓ
Ｒ１、ＳＲ２、ＳＧの供給を受けた照明光判別回路２６
５が、これら第１色信号それぞれの出力平均値を算出
し、前記の式（Ｉ）に基づいてＹｅ感度値を演算する。
そして、この演算結果から被写体に当たっている照明光
の種類を判別し、判別結果を表す信号Ｓｄを出力する。

【０１１７】なお、前記の式（Ｉ）で使用する係数
ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃、ｋ₄の値は、前述したように、赤色画素
ＰＲ１、赤色画素ＰＲ２、および緑色画素ＰＧそれぞれ
の分光感度特性に応じて、また、利得調整回路２４２、
２４４、２４６、２４８それぞれの利得について撮像装
置２００の出荷時に設定される初期値に応じて、予め適
宜選定される。

【０１１８】Ｙｅ感度値は、固体撮像素子１００の製造
上のばらつき（例えば色フィルタの膜厚ばらつき）や、
撮像装置２００の製造上のばらつき（例えば赤外線カッ
トフィルタのばらつき）の影響を受け、撮像装置同士の
間でばらつく。照明光の判別に誤りが生じるのを抑制す
るうえからは、例えば、撮像装置２００の出荷時に一定
の撮影光源の下にグレー板を撮影し、そのとき照明光判
別回路２６５で算出される前述した式（Ｉ）の値が一定
値となるように、当該照明光判別回路２６５での利得を
調整しておくことが好ましい。

【０１１９】色温度検出回路２６２からの出力信号Ｓct
と、照明光判別回路２６５からの出力信号Ｓｄは、ホワ
イトバランス制御回路２６８に供給される。

【０１２０】ホワイトバランス制御回路２６８は、例え
ば、被写体に当たっている照明光の色温度および種類
と、生成すべき制御信号との対応関係を示すデータが記
録された記憶素子（図示せず。）を有し、上記の出力信
号Ｓct、Ｓｄに基づいて所定のデータを記憶素子から読
み込んで、前述した制御信号Ｃ１〜Ｃ４を生成する。

【０１２１】これらの制御信号Ｃ１〜Ｃ４によって利得
調整部２４０での利得を調整することにより、ホワイト
バランスのとれた第２Ａ赤色信号ＳＲ１'、第２Ｂ赤色
信号ＳＲ２'、第２緑色信号ＳＧ'、および第２青色信号
ＳＢ'を得ることができる。必要に応じて、各制御信号
Ｃ１〜Ｃ４に基づいてＡＧＣ回路２２４（図６参照）で
の利得も調整される。

【０１２２】なお、第２Ａ赤色信号ＳＲ１'および第２
Ｂ赤色信号ＳＲ２'はホワイトバランスのとれた色信号
であるので、後工程においては互いに区別することな
く、２つを合わせて１つの赤色信号として扱うこともで
きる。

【０１２３】映像信号生成部２３０は、撮像光学系２１
０が被写体に合焦し、露出が適正値に調整され、ホワイ
トバランスがとれるように利得調整部２４０での利得が
調整された後にシャッタボタン２９５（図６参照）が全
押しにされると、再生画像用の画素信号（出力画素信
号、記録画素信号）を生成する。

【０１２４】以下、再生画像用の画素信号を生成する際
の信号処理について、具体的に説明する。

【０１２５】まず、上述のようにしてホワイトバランス
のとれた第２Ａ赤色信号ＳＲ１'、第２Ｂ赤色信号ＳＲ
２'、第２緑色信号ＳＧ'、および第２青色信号ＳＢ'が
利得調整部２４０によって生成され、これらの色信号Ｓ
Ｒ１'、ＳＲ２'、ＳＧ'、ＳＢ'が輝度・色差信号生成部
２５０に供給される。

【０１２６】輝度・色差信号生成部２５０は、例えば、
補間処理回路（図示せず。）、γ変換回路２５３、輝度
・色差信号生成回路２５４等を用いて構成される。必要
に応じて、図示のように、リニアマトリックス演算部Ｌ
Ｍが設けられる。図８においては、リニアマトリックス
演算部ＬＭ、γ変換回路２５３、および輝度・色差信号
生成回路２５４によって、輝度・色差信号生成部２５０
を代表して示す。以下の説明は、図示の内容に従って行
う。

【０１２７】リニアマトリックス演算部ＬＭは、リニア
マトリックス演算回路２５１と第２の記憶素子２５２と
を有する。

【０１２８】利得調整部２４０で生成された第２色信号
ＳＲ１'、ＳＲ２'、ＳＧ、ＳＢは、リニアマトリックス
演算回路２５１に供給される。照明光判別回路２６５か
らの出力信号Ｓｄ、および色温度検出回路２６２からの
出力信号Ｓctが、リニアマトリックス演算部ＬＭに供給
される。

【０１２９】信号ＳｄまたはＳctの供給を受けたリニア
マトリックス演算部ＬＭでは、この信号ＳｄまたはＳct
に応じた所定の演算係数が、第２の記憶素子２５２から
リニアマトリックス演算回路２５１へ供給される。第２
の記憶素子２５２には、照明光判別回路２６５および色
温度検出回路２６２で判別可能な照明光の種類毎に、所
定の演算係数が１組ずつ予め記憶される。

【０１３０】リニアマトリックス演算回路２５１は、こ
の演算係数を用いて第２色信号ＳＲ１'、ＳＲ２'、Ｓ
Ｇ'、およびＳＢ'に例えば下式（Ｖ）のリニアマトリッ
クス演算を施して、第３Ａ赤色信号Ｓｒ１、第３Ｂ赤色
信号Ｓｒ２、第３緑色信号Ｓｇ、および第３青色信号Ｓ
ｂを生成する。

【０１３１】

【数５】

【０１３２】上記の演算を行うことにより、第２Ａ赤色
信号ＳＲ１'と第２Ｂ赤色信号ＳＲ２'との違いを打ち消
すことが可能であり、この違いを打ち消すことによっ
て、均一な画像の再生が容易になる。偽色の発生を抑制
するうえからは、下式（VI）で表される演算をリニアマ
トリックス演算回路２５１で行うことが好ましい。

【０１３３】

【数６】

【０１３４】リニアマトリックス演算回路２５１で生成
された第３Ａ赤色信号Ｓｒ１、第３Ｂ赤色信号Ｓｒ２、
第３緑色信号Ｓｇ、および第３青色信号Ｓｂが、リニア
マトリックス演算部ＬＭからの出力信号となる。

【０１３５】なお、第３Ａ赤色信号Ｓｒ１と第３Ｂ赤色
信号Ｓｒ２とは、互いに区別することなく扱うことがで
きる。以下の説明においては、第３Ａ赤色信号Ｓｒ１と
第３Ｂ赤色信号Ｓｒ２とを区別せずに、これらの赤色信
号を第３赤色信号Ｓｒと総称する。

【０１３６】γ変換回路２５３は、第３赤色信号Ｓｒ、
第３緑色信号Ｓｇ、および第３青色信号Ｓｂの供給を受
けてこれらにγ変換を施し、第４赤色信号Ｓｒ'、第４
緑色信号Ｓｇ'、および第４青色信号Ｓｂ'を生成する。
これらの第４色信号Ｓｒ'、Ｓｇ'、Ｓｂ'が輝度・色差
信号生成回路２５４へ供給される。

【０１３７】輝度・色差信号生成回路２５４は、第４色
信号Ｓｒ'、Ｓｇ'、およびＳｂ'を用いて、輝度信号
Ｙ、第１赤色差信号Ｃｒ、および第１青色差信号Ｃｂを
生成する。これらの信号Ｙ、Ｃｒ、Ｃｂが輝度・色差信
号生成部２５０の出力信号となる。

【０１３８】これらの出力信号のうち、第１赤色差信号
Ｃｒおよび第１青色差信号Ｃｂは色差マトリックス演算
部ＣＤＭに供給され、輝度信号Ｙは信号圧縮回路２５９
に供給される。

【０１３９】色差マトリックス演算部ＣＤＭは、色差マ
トリックス演算回路２５６と第１の記憶素子２５７とを
有する。

【０１４０】輝度・色差信号生成部２５０で生成された
第１色差信号Ｃｒ、Ｃｒｂは、色差マトリックス演算回
路２５６に供給される。照明光判別回路２６５からの出
力信号Ｓｄ、および色温度検出回路２６２からの出力信
号Ｓctも、色差マトリックス演算部ＣＤＭに供給され
る。

【０１４１】信号ＳｄまたはＳctの供給を受けた色差マ
トリックス演算部ＬＭでは、この信号ＳｄまたはＳctに
応じた所定の演算係数が、第１の記憶素子２５７から色
差マトリックス演算回路２５６へ供給される。第１の記
憶素子２５７には、照明光判別回路２６５および色温度
検出回路２６２で判別可能な照明光の種類毎に、所定の
演算係数が１組ずつ予め記憶される。

【０１４２】色差マトリックス演算回路２５６は、この
演算係数を用いて第１色差信号Ｃｒ、Ｃｂに色差マトリ
ックス演算を施して、第２赤差色信号Ｃｒ'および第２
青色差信号Ｃｂ'を生成する。これらの第２差色信号Ｃ
ｒ'、Ｃｂ'が、色差マトリックス演算部ＣＤＭからの出
力信号となる。

【０１４３】第２色差信号Ｃｒ'、Ｃｂ'は信号圧縮回路
２５９に供給され、この信号圧縮回路２５９において前
述の輝度信号Ｙと共に圧縮されて、映像信号生成部２３
０からの出力信号Ｓ_out 、すなわち、出力画素信号また
は記録画素信号となる。

【０１４４】映像信号生成部２３０で出力画素信号およ
び記録画素信号のいずれを生成するかは、モードセレク
タ２９０（図６参照）によって選択可能なモード毎に、
予め決められる。

【０１４５】上述した構成を有する撮像装置２００につ
いて、照明光判別回路２６５による照明光の判別能をシ
ミュレーションした。

【０１４６】このシミュレーションでは、撮像装置２０
０を用いてグレー板、日本人の肌、および広葉樹の葉を
各種の照明光下で撮影する場合を想定し、それぞれの想
定下において照明光判別回路２６５で算出されるＹｅ感
度値を求めた。Ｙｅ感度値の算出に用いる前記の式
（Ｉ）中での係数ｋ₁ およびｋ₂ は共に０．２５とし、
係数ｋ₃ およびｋ₄ は共に１とした。

【０１４７】図９は、上記のシミュレーション結果を示
す。同図中のＤ７５は標準の光Ｄ₇₅を意味し、Ｄ６５は
標準の光Ｄ₆₅を意味し、Ｄ５０は標準の光Ｄ₅₀を意味す
る。白熱灯、普通型白色蛍光灯、３波長型蛍光灯は、い
ずれも照明光の光源である。

【０１４８】同図から明らかなように、照明光判別回路
２６５で算出されるＹｅ感度値は、照明光が普通型白色
蛍光灯からの発光である場合には、他の照明光である場
合に比べて、いずれの被写体についても明らかに高い値
を示す。

【０１４９】一方、照明光が３波長型蛍光灯からの発光
である場合には、他の照明光である場合に比べて、いず
れの被写体についても明らかに低い値を示す。

【０１５０】したがって、撮像装置２００によれば、被
写体に当たっている照明光が普通形白色蛍光灯からの発
光であるのか、３波長形蛍光灯からの発光であるのか、
白熱灯からの発光や太陽光であるのかを、従来と比べて
より正確に区別することが可能である。

【０１５１】なお、図９には示されていないが、照明光
が普通型昼光色蛍光灯、または普通型温白色蛍光灯であ
ったとしても、その分光放射特性からして、照明光が普
通型白色蛍光灯である場合と同様の結果を得ることが可
能であると期待される。

【０１５２】被写体に当たっている照明光の種類さえ正
確に判別することができれば、その種類と色温度とか
ら、例えば３波長型蛍光灯での昼光色、昼白色、および
電球色の区別も可能となり、適切なホワイトバランスを
とることができる。

【０１５３】さらに、照明光の種類さえ正確に判別する
ことができれば、リニアマトリックス演算部ＬＭ、また
は色差マトリックス演算部ＣＤＭで使用する演算係数を
照明光の種類毎に所定の値に予め選定しておくことによ
り、適切なホワイトバランスを維持したまま、再生画像
での特定の色を、ヒトが実際に知覚する色に近づけるこ
とが容易になる。例えば、被写体である人物が普通型白
色蛍光灯によって照明されていたとしても、適切なホワ
イトバランスを有し、被写体である人物の肌の色が実際
に知覚される肌の色に極めて近い再生画像を得ることが
容易になる。

【０１５４】あるいは、普通型白色蛍光灯下で撮影した
人物の肌色を、所望の光源下での肌色、例えば標準の光
Ｄ₆₅下での肌色と同じ色味に再現することも可能とな
る。

【０１５５】次に、第２の実施例による固体撮像素子に
ついて説明する。図１０は、第２の実施例による固体撮
像素子１１０での光電変換素子１０、第１電荷転送素子
（垂直電荷転送素子）２０、第２電荷転送素子（水平電
荷転送素子）４０、および電荷検出回路５０の平面配置
を概略的に示す。

【０１５６】この固体撮像素子１１０は、(i) 多数個の
光電変換素子１０が画素ずらし配置されている点、(ii)
個々の垂直電荷転送素子２０が蛇行形状を有する点、お
よび(iii) 後述する色フィルタアレイの構成を除き、前
述した第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の
構成を有する。

【０１５７】ここで、本明細書でいう「画素ずらし配
置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子列中の各光電
変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列中の
光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換
素子のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当
たる光電変換素子行中の各光電変換素子に対し、偶数番
目に当たる光電変換素子行中の光電変換素子の各々が、
光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／
２、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行また
は偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光
電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、
多数個の光電変換素子を複数行、複数列に亘って行列状
に配置する際の一形態である。

【０１５８】上記の「光電変換素子列内での光電変換素
子のピッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造
誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸
め誤差等の要因によって１／２から外れてはいるもの
の、得られる固体撮像素子の性能およびその画像の画質
からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値
をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光
電変換素子のピッチの約１／２」についても同様であ
る。

【０１５９】図１０に示した構成要素と機能上共通する
構成要素が全て図２に示されている。図２に示した構成
要素と機能上共通する構成要素には図２で用いた参照符
号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。

【０１６０】多数個の光電変換素子１０を画素ずらし配
置した場合には、垂直電荷転送素子２０の各々を図１０
に示すような蛇行形状にすることによって、光電変換素
子１０の集積度を高めやすくなる。

【０１６１】図１１は、固体撮像素子１１０を構成して
いる色フィルタアレイ１１５を概略的に示す上面図であ
る。色フィルタアレイ１１５と、その下の部材との位置
関係を判りやすくするために、同図には、光電変換素子
１０、水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、
それぞれ隠れ線によって併記してある。また、有効画素
領域Ｒｅと無効画素領域Ｒｉとの平面視上の境界を二点
鎖線で示している。この境界上にも、色フィルタアレイ
１１５において互いに隣接する色フィルタ同士の境界が
存在する。

【０１６２】色フィルタアレイ１１５は、赤色フィルタ
と青色フィルタとが交互に繰り返し配置された第１の色
フィルタ行と、緑色フィルタのみによって構成された第
２の色フィルタ行とを有し、これらが交互に繰り返し配
置されている。第２の色フィルタ行を挟んでその両側に
位置する第１の色フィルタ行の各々では、赤色フィルタ
と青色フィルタとの配列が互いに逆になっている。

【０１６３】この色フィルタアレイ１１５は、５５０〜
６０５ｎｍの波長域での分光透過率が互いに異なる２種
類の赤色フィルタＲ１１、Ｒ１２を有する。

【０１６４】これらの赤色フィルタＲ１１、Ｒ１２の配
置にのみ着目すると、有効画素領域Ｒｅ内には赤色フィ
ルタＲ１２だけが配置されている。無効画素領域Ｒｉに
おいては、有効画素領域Ｒｅの直ぐ外側に赤色フィルタ
Ｒ１２が配置され、その外側に赤色フィルタＲ１１が配
置されている。

【０１６５】図中の参照符号Ｇは緑色フィルタを示し、
参照符号Ｂは青色フィルタを示す。図１１においては個
々の色フィルタＲ１１、Ｒ１２、Ｇ、Ｂを菱形で表して
いるが、実際の固体撮像素子では、個々の色フィルタは
例えば正方形を呈する。

【０１６６】赤色フィルタＲ１１は、その下の光電変換
素子１０と共に赤色画素ＰＲ１１を構成し、赤色フィル
タＲ２は、その下の光電変換素子１０と共に赤色画素Ｐ
Ｒ１２を構成する。緑色フィルタＧは、その下の光電変
換素子１０と共に緑色画素ＰＧを構成し、青色フィルタ
Ｂは、その下の光電変換素子１０と共に青色画素ＰＢを
構成する。

【０１６７】２種類の赤色画素ＰＲ１１、ＰＲ１２のう
ち、赤色フィルタＰＲ１２のみが有効画素領域Ｒｅ内に
配置されるので、赤色画素ＰＲ１１、ＰＲ１２それぞれ
の分光感度特性を、有効画素領域Ｒｅ内に２種類の赤色
画素を配置する場合に比べて、更に大きく異ならせるこ
とができる。換言すれば、赤色フィルタＲ１１、Ｒ１２
それぞれの分光透過率特性を、更に大きく異ならせるこ
とができる。

【０１６８】本実施例では、紫色顔料の１つであるＰＶ
２３と、赤色顔料の１種であるＰＲ８１と、黄色顔料の
１種であるＰＹ１３９とを透明樹脂に分散させて得たカ
ラーレジンによって、赤色フィルタＲ１１を形成した。
赤色フィルタＲ１２は、赤色顔料の１種であるＰＲ２５
４と、黄色顔料の１種であるＰＹ１３９とを透明樹脂に
分散させて得たカラーレジンによって形成した。赤色フ
ィルタＲ１１、Ｒ１２それぞれの平均膜厚は、いずれ
も、１〜３μｍの範囲内である。

【０１６９】上述した固体撮像素子１１０は、第１の実
施例による固体撮像素子１００と同様の効果を奏する。

【０１７０】固体撮像素子１１０を用いて撮像装置を作
製する場合、その構成は、図６および図８に示した構成
と同様にすることができる。ただし、固体撮像素子１１
０においては多数個の光電変換素子１０が画素ずらし配
置されているので、映像信号生成部２３０（図８参照）
での補間処理の方法が、固体撮像素子１００を用いて構
成された撮像装置での補間処理と異なってくる。

【０１７１】多数個の光電変換素子が画素ずらし配置さ
れている固体撮像素子を用いて構成された撮像装置で
は、行方向に隣り合う光電変換素子同士の間、および列
方向に隣り合う光電変換素子の間にも恰も光電変換素子
が存在するかのように、補間処理によって再生画像用の
画素信号を生成することができる。

【０１７２】図１２は、固体撮像素子１１０を用いて構
成された撮像装置の分光感度を示す。同図には、赤色画
素ＰＲ１１の分光感度曲線が実線Ｌ３１によって示さ
れ、赤色画素ＰＲ１２の分光感度曲線が一点鎖線Ｌ３２
によって示されている。

【０１７３】図１２から明らかなように、赤色画素ＰＲ
１１の分光感度と、赤色画素ＰＲ１２の分光感度とは、
５５０〜６０５ｎｍの波長域において互いに大きく異な
っている。

【０１７４】前述した式（IV）における分子の値を、ｋ
₃₄＝０．６６、ｋ₃₅＝０（ゼロ）、ｋ₃₆＝０．１３の下
に求めることによって得たＹｅ感度（分光感度）を、図
１２中に太い実線Ｌ３３で示す。

【０１７５】なお、図１２に示した分光感度曲線は、い
ずれも、固体撮像素子１１０を用いた撮像装置において
当該固体撮像素子１１０から出力される画素信号につい
てのシミュレーションから求めたものである。

【０１７６】式（IV）を用いてＹｅ感度値を求める場
合、照明光判別回路２６５には、第１Ａ赤色信号ＳＲ
１、第１Ｂ赤色信号ＳＲ２、第１緑色信号ＳＧ、および
第１青色信号ＳＢ（図８参照）を供給する。この場合、
第１Ａ赤色信号ＳＲ１は赤色画素ＰＲ１１に蓄積した電
荷に由来し、第１Ｂ赤色信号ＳＲ２は赤色画素ＰＲ１２
に蓄積した電荷に由来する。第１緑色信号ＳＧは緑画素
ＰＧに蓄積した電荷に由来し、第１青色信号ＳＢは青色
画素ＰＢに蓄積した電荷に由来する。

【０１７７】図１２に示すＹｅ感度を有する撮像装置に
ついて、図９を用いて既に説明したシミュレーションと
同様のシミュレーションを行った。

【０１７８】このシミュレーションでは、前述した式
（IV）を用いてＹｅ感度値を算出し、その際、係数ｋ₃₁
〜ｋ₃₆の各値を、ｋ₃₁＝０（ゼロ）、ｋ₃₂＝０．３、ｋ
₃₃＝１、ｋ３４＝０．６６、ｋ₃₅＝０（ゼロ）、ｋ₃₆＝
０．１３とした。また、色フィルタアレイ１１５におけ
る緑色フィルタＧおよび青色フィルタＢは、それぞれ、
図７に示した分光感度と同じ分光感度が得られるものと
した。

【０１７９】図１３は、上記のシミュレーションの結果
を示す。同図から明らかなように、このシミュレーショ
ンによっても、図９を用いて既に説明したシミュレーシ
ョンと同様の結果が得られた。

【０１８０】被写体に当たっている照明光が普通形白色
蛍光灯からの発光であるのか、３波長形蛍光灯からの発
光であるのか、白熱灯からの発光や太陽光であるかの
を、従来と比べてより正確に区別することが可能であ
る。

【０１８１】次に、第３の実施例による固体撮像素子に
ついて説明する。図１４は、第３の実施例による固体撮
像素子１２０を構成している色フィルタアレイ１２５を
概略的に示す上面図である。図示の固体撮像素子１２０
は、色フィルタアレイ１２５の構成を除き、前述した第
１の実施例による固体撮像素子１００と同様の構成を有
する。

【０１８２】図１４に示した構成要素のうち、図３に示
した構成要素と共通する構成要素には図３で用いた参照
符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。同
図には、色フィルタアレイ１２５と、その下の部材との
位置関係を判りやすくするために、光電変換素子１０、
水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、それぞ
れ隠れ線によって併記してある。また、有効画素領域Ｒ
ｅとその外側の無効画素領域との平面視上の境界を二点
鎖線で示している。この境界上にも、色フィルタアレイ
１２５において互いに隣接する色フィルタ同士の境界が
存在する。

【０１８３】固体撮像素子１２０は３板式の撮像装置に
使用される３個の固体撮像素子の１つであり、色フィル
タアレイ１２５は、赤色フィルタＲ１、Ｒ２のみによっ
て構成されている。行方向および列方向のいずれについ
ても、赤色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２とが交互に
繰り返し配置されている。

【０１８４】この固体撮像素子１２０を用いて３板式の
撮像装置を構成することにより、図６に示した撮像装置
２００と同様の効果を奏する撮像装置を得ることが可能
である。

【０１８５】次に、第４の実施例による固体撮像素子に
ついて説明する。図１５は、第４の実施例による固体撮
像素子１３０を構成している色フィルタアレイ１３５を
概略的に示す上面図である。図示の固体撮像素子１３０
は、色フィルタアレイ１３５の構成を除き、前述した第
１の実施例による固体撮像素子１００と同様の構成を有
する。

【０１８６】図１５に示した構成要素のうち、図３に示
した構成要素と共通する構成要素には図３で用いた参照
符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。同
図には、色フィルタアレイ１３５と、その下の部材との
位置関係を判りやすくするために、光電変換素子１０、
水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、それぞ
れ隠れ線によって併記してある。また、有効画素領域Ｒ
ｅとその外側の無効画素領域との平面視上の境界を二点
鎖線で示している。この境界上にも、色フィルタアレイ
１２５において互いに隣接する色フィルタ同士の境界が
存在する。

【０１８７】固体撮像素子１３０は２板式の撮像装置に
使用される２個の固体撮像素子のうちの１つであり、色
フィルタアレイ１２５は、赤色フィルタＲ１と、赤色フ
ィルタＲ２と、青色フィルタＰＢとによって構成されて
いる。

【０１８８】赤色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２とが
交互に繰り返し配置された第１色フィルタ列と、青色フ
ィルタＢのみによって構成された第２色フィルタ列と
が、交互に配置されている。１つの第２色フィルタ列を
間に介して隣り合う２つの第１色フィルタ列では、赤色
フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２との配置が互いに逆に
なっている。

【０１８９】この固体撮像素子１３０を用いて２板式の
撮像装置を構成することにより、図６に示した撮像装置
２００と同様の効果を奏する撮像装置を得ることが可能
である。

【０１９０】次に、第５の実施例による固体撮像素子に
ついて説明する。図１６は、第５の実施例による固体撮
像素子１４０を構成している色フィルタアレイ１４５を
概略的に示す上面図である。図示の固体撮像素子１４０
は、色フィルタアレイ１４５の構成を除き、前述した第
１の実施例による固体撮像素子１００と同様の構成を有
する。

【０１９１】図１６に示した構成要素のうち、図３に示
した構成要素と共通する構成要素には図３で用いた参照
符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。同
図には、色フィルタアレイ１４５と、その下の部材との
位置関係を判りやすくするために、光電変換素子１０、
水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、それぞ
れ隠れ線によって併記してある。また、有効画素領域Ｒ
ｅとその外側の無効画素領域との平面視上の境界を二点
鎖線で示している。この境界上にも、色フィルタアレイ
１２５において互いに隣接する色フィルタ同士の境界が
存在する。

【０１９２】固体撮像素子１４０は単板式の撮像装置に
使用される固体撮像素子であり、色フィルタアレイ１４
５は、赤色フィルタＲと、緑色フィルタＧ１と、緑色フ
ィルタＧ２と、青色フィルタＢとによって構成されてい
る。

【０１９３】緑色フィルタＧ１と緑色フィルタＧ２とで
は、５５５〜６０５ｎｍの波長域での分光透過率が互い
に異なる。緑色フィルタの配置にのみ着目すると、２つ
の緑色フィルタＧ１、Ｇ２のうちの緑色フィルタＧ１の
みを含む色フィルタ行と、２つの緑色フィルタＧ１、Ｇ
２のうちの緑色フィルタＧ２のみを含む色フィルタ行と
が交互に配置されている。

【０１９４】この固体撮像素子１４０を用いて単板式の
撮像装置を構成した場合でも、図６に示した撮像装置２
００と同様に、Ｙｅ感度値を求めることができるので、
撮像装置２００と同様の効果を奏する撮像装置を得るこ
とが可能である。

【０１９５】固体撮像素子１４０を用いた撮像装置にお
いてＹｅ感度値を求めるにあたっては、例えば、前述し
た式（Ｉ）〜（IV）での「Ｒ」を「Ｇ」に、「赤」を
「緑」にそれぞれ読み替えることによって得られる式を
用いて演算する。中でも、式（IV）での「Ｒ」を「Ｇ」
に、「赤」を「緑」にそれぞれ読み替えることによって
得られる式を用いて演算することが好ましい。

【０１９６】以上、実施例による固体撮像素子および製
造装置について説明したが、本発明は上述した実施例に
限定されるものではない。

【０１９７】例えば、Ｙｅ感度値の算出自体は、５５５
〜６０５ｎｍの波長域における分光感度特性が互いに異
なる２種類の赤色画素または２種類の緑色画素に光が入
射しさえすれば、それらが固体撮像素子においてどのよ
うに分布していたとしても可能である。これら２種類の
画素を固体撮像素子においてどのように分布させるか
は、目的とする固体撮像素子または撮像装置の用途や、
目的とする固体撮像素子または撮像装置に求められる性
能等に応じて適宜選定可能である。

【０１９８】種々の撮影シーンにおいて被写体に当たっ
ている照明光の種類をできるだけ正確に判別するうえか
らは、２種類の赤色画素または２種類の緑色画素を有効
画素領域内に均等に分散させることが好ましい。この場
合、偽色の発生や色むらの発生を抑えるうえから、２種
類の画素（赤色画素または緑色画素）同士の間での分光
特性の差をなるべく小さくすることが好ましい。

【０１９９】さらに偽色の発生を抑えるうえからは、有
効画素領域内には１種類の赤色画素のみを配置するか、
２種類配置する場合でも、その一方の数をできるだけ少
なくすることが好ましい。２種類の赤色画素の一方を無
効画素領域にのみ配置するようにすれば、偽色の発生を
抑制しやすくなる。２種類の緑色画素を用いる場合につ
いても同様である。

【０２００】２種類の赤色画素の一方を無効画素領域に
のみ配置する場合には、これら２種類の赤色画素とし
て、６４０ｎｍ付近よりも長波長側においても分光感度
特性が互いに異なるものを用いることができる。このよ
うな２種類の赤色画素を用いて固体撮像素子を構成した
場合、この固体撮像素子を用いた撮像装置では、前述し
た式（Ｉ）または式（IV）での分子の式に基づいて算出
したＹｅ感度（分光感度）に、６４０ｎｍ付近よりも長
波長域での分光感度（以下、この分光感度を「ＬＲ感
度」という。）が付け加えられる。図１２に太い実線Ｌ
３３で示したＹｅ感度は、ＬＲ感度が付加された一例で
ある。

【０２０１】Ｙｅ感度にＬＲ感度を付加することによ
り、太陽光またはタングステン光（白熱灯からの発光）
と３波長型蛍光灯からの発光との判別能を高めることが
可能になる。この場合、５５５〜６０５ｎｍの波長域に
おけるＹｅ感度のピーク値Ｙｅ _p と、６４０ｎｍよりも
長波長域におけるＹｅ感度（ＬＲ感度）のピーク値ＬＲ
_p との比Ｙｅ_p／ＬＲ_pが０．５以下、好ましくは０．４
以下となるか、または２．０以上、好ましくは２．５以
上となるように、これら２種類の赤色画素の分光感度特
性を選定することが好ましい。比Ｙｅ_p／ＬＲ_pが前述の
範囲から外れると、普通型白色蛍光灯からの発光と太陽
光またはタングステン光とを判別し難くなる。

【０２０２】Ｙｅ感度値の算出は、互いに近接する２種
類の赤色画素と、これらの赤色画素に近接する緑色画素
や青色画素とを対象にして、または、互いに近接する２
種類の緑色画素と、これらの緑色画素に近接する赤色画
素や青色画素とを対象にして、これらの画素から読み出
した信号を利用して行うことが好ましい。

【０２０３】画素の分光感度は、例えば、当該画素を構
成する色フィルタの分光透過率を適宜選定することによ
って、制御することができる。色フィルタの分光透過率
は、例えば、その色フィルタに含有させる顔料や染料の
種類および量に応じて、あるいは、その膜厚に応じて変
化する。

【０２０４】例えば、同一の顔料組成の下に顔料含有率
を変えることにより、赤色フィルタＲ１と赤色フィルタ
Ｒ２とを作製することができる。あるいは、膜厚だけを
変えることによって、赤色フィルタＲ１と赤色フィルタ
Ｒ２とを作製することができる。これらの場合には、赤
色画素ＰＲ１と赤色画素ＰＲ２との分光感度特性の差が
極めて小さくなるので、有効画素領域Ｒｅ内に赤色画素
ＰＲ１と赤色画素ＰＲ２とを配置するうえで好ましい。

【０２０５】Ｙｅ感度にＬＲ感度をも付加させるか否か
に拘わらず、色フィルタアレイの製造ばらつきに起因す
るＹｅ感度の変動を抑えるうえからは、２種類の緑色フ
ィルタを用いるよりも、２種類の赤色フィルタを用いる
方が好ましい。赤色フィルタは、膜厚変動に対する分光
透過率特性の安定性が緑色フィルタよりも高い。

【０２０６】例えば顔料によって着色された赤色フィル
タを作製する場合、赤色顔料としてはＰＲ８１、ＰＲ１
７７、ＰＲ２０９、ＰＲ２５４等を用いることができ
る。赤色顔料の他にＰＹ１３８、ＰＹ１３９、ＰＹ１５
０、ＰＹ１８５等の黄色顔料や、ＰＧ７、ＰＶ２３等の
顔料を併用することにより、赤色顔料のみを用いて着色
された赤色フィルタとは分光透過率特性の異なる赤色フ
ィルタを得ることができる。

【０２０７】勿論、染料によって着色された色フィルタ
を用いることも可能である。色フィルタの分光透過率特
性が同じ場合でも、光電変換素子の上方に存在する色フ
ィルタ以外の層の光透過特性を変えることにより、互い
に分光感度特性が異なる２種類の画素を形成することが
可能である。例えば、固体撮像素子において多用される
シリコン窒化膜の膜厚を特定の光電変換素子上において
厚く、あるいは薄くすることにより、互いに分光感度特
性が異なる２種類の画素を形成することができる。

【０２０８】個々の光電変換素子の上方にマイクロレン
ズを配置する場合には、このマイクロレンズに色フィル
タとしての機能を付加することもできる。

【０２０９】あるいは、５５５〜６０５ｎｍの波長域で
の分光透過率特性が互いに異なる２種類のマイクロレン
ズを所望のパターンで配置することによって、分光感度
が互いに異なる２種類の画素を形成することもできる。

【０２１０】固体撮像素子の構成は、目的とする固体撮
像素子の用途や性能等に応じて種々変更可能である。

【０２１１】固体撮像素子において多数個の光電変換素
子を正方行列状に配置した場合、垂直電荷転送素子の構
成は、１行の光電変換素子行あたり例えば２〜４本の垂
直転送電極を備えた構成にすることができる。多数個の
光電変換素子を画素ずらし配置した場合には、垂直電荷
転送素子の構成を、１行の光電変換素子行あたり例えば
１〜４本の垂直転送電極を備えた構成にすることができ
る。

【０２１２】多数個の光電変換素子を正方行列状に配置
する場合および画素ずらし配置する場合のいずれにおい
ても、垂直電荷転送素子や水平電荷転送素子を何相の駆
動信号で駆動するかは適宜選定可能である。水平電荷転
送素子は、１つの垂直電荷転送素子あたり２本以上の水
平転送電極を配置することによって構成可能である。

【０２１３】固体撮像素子は、ＭＯＳ型の固体撮像素子
であってもよい。図１７（Ａ）は、エリア・イメージセ
ンサとして利用されるＭＯＳ型の固体撮像素子での光電
変換素子および出力信号生成部の配置を概略的に示す。

【０２１４】図示の固体撮像素子３００では、半導体基
板３０１の一表面に複数行、複数列に亘って多数個の光
電変換素子３１０が正方行列状に配置される。１個の光
電変換素子３１０に１つずつ、図示を省略したスイッチ
ング回路が接続される。

【０２１５】１つの光電変換素子列に１本ずつ、この光
電変換素子列に沿って出力信号線３３０が配置され、こ
れらの出力信号線３３０に１つずつ、負荷トランジスタ
３４０が接続される。各出力信号線３３０は、信号生成
部３５０に接続される。

【０２１６】光電変換素子３１０に光が入射すると、こ
の光電変換素子３１０に電荷が蓄積される。図示を省略
したスイッチング回路の動作を適宜制御することによ
り、光電変換素子３１０に蓄積された電荷に応じた大き
さの電気信号を、対応する出力信号線３３０に発生させ
ることができる。この電気信号は信号生成部３５０によ
って検出されると共に、所定の出力信号（画素信号）に
変換されて出力される。この出力が、固体撮像素子３０
０の出力となる。

【０２１７】個々の光電変換素子３１０に接続されたス
イッチング回路の動作を光電変換素子行単位で制御する
ために、行読出し走査部３６０と行リセット走査部３６
５とが半導体基板３０１に配置される。

【０２１８】行読出し走査部３６０は、各スイッチング
回路の動作を制御して、光電変換素子３１０とこれに対
応する出力信号線３３０との電気的な接続を制御する。
行リセット走査部３６５は、各スイッチング回路の動作
を制御して、光電変換素子３１０に蓄積された電荷の掃
き出し動作を制御する。

【０２１９】これらの制御に必要な信号を伝達するため
に、行選択信号線３２４およびリセット信号線３２７
が、それぞれ、１行の光電変換素子行に１本ずつ対応し
て配置される。また、１行の光電変換素子行もしくは１
列の光電変換素子列に１本ずつ対応して、電源電圧供給
線３２５が配置される。各スイッチング回路は、これら
の信号線および供給線にも電気的に接続可能である。

【０２２０】制御部３７０が半導体基板３０１上に配置
されて、信号生成部３５０、行読出し走査部３６０、お
よび行リセット走査部３６５の動作を制御する。

【０２２１】図１７（Ｂ）は、スイッチング回路の一例
を示す。同図に示すスイッチング回路３２０は、出力用
トランジスタ３２１、行選択用トランジスタ３２２、お
よびリセット用トランジスタ３２３を含む。これらのト
ランジスタは、例えばＭＯＳ型トランジスタである。

【０２２２】出力用トランジスタ３２１と行選択用トラ
ンジスタ３２２とが直列に接続され、出力用トランジス
タ３２２のゲートに光電変換素子３１０が、行選択用ト
ランジスタ３２２のゲートに行選択信号線３２４が接続
される。出力用トランジスタの残りの一端が電源電圧供
給線３２５に接続され、行選択用トランジスタ３２２の
残りの一端が出力信号線３３０に接続される。

【０２２３】リセット用トランジスタ３２３は、出力用
トランジスタ３２２と光電変換素子３１０とを接続する
配線２２６に接続されると共に、電源電圧供給線３２５
にも接続され、そのゲートにはリセット信号線３２７が
接続される。

【０２２４】各スイッチング回路３２０、各出力信号線
３３０、各負荷トランジスタ３４０、信号生成部３５
０、行読出し走査部３６０、および行リセット走査部３
６５は、出力信号生成部を構成する。

【０２２５】行読出し走査部３６０から行選択信号線３
２４に読出し信号が供給されると、この行選択信号線３
２４に接続されている行選択用トランジスタ３２２がオ
ンになる。出力用トランジスタ３２１と、これに対応す
る出力信号線３３０とが電気的に接続される。

【０２２６】出力用トランジスタ３２１のゲートに印加
される電圧の値は、この出力用トランジスタ３２１に接
続されている光電変換素子３１０に蓄積された電荷に応
じて変化する。したがって、出力用トランジスタ３２１
に流れるドレイン電流の大きさも、光電変換素子３１０
に蓄積された電荷に応じて変化する。結果的に、行選択
用トランジスタ３２２がオンになると、光電変換素子３
１０に蓄積された電荷に応じた電気信号が出力用信号線
３３０に発生する。

【０２２７】行リセット走査部３６５からリセット信号
線３２７にリセット信号が供給されると、このリセット
信号線３２７に接続されているリセット用トランジスタ
３２３がオンになる。このリセット用トランジスタ３２
３に対応する光電変換素子３１０が電源電圧供給線３２
５に接続され、光電変換素子３１０に蓄積されていた電
荷が電源電圧供給線３２５に排出される。

【０２２８】ＭＯＳ型の固体撮像素子３００において
も、ＣＣＤ型の固体撮像素子と同様に、半導体基板３０
１の上方に光遮蔽膜、層間絶縁膜、パッシベーション
膜、平坦化膜が順次配置され、その上に色フィルタアレ
イが配置される。必要に応じて、色フィルタアレイの上
方にマイクロレンズアレイが配置される。

【０２２９】ＣＣＤ型の固体撮像素子およびＭＯＳ型の
固体撮像素子のいずれを用いて撮像装置を構成する場合
においても、映像信号生成部の構成は図８に示したもの
に限定されるものではない。

【０２３０】例えば、図８に示した実施例による撮像装
置２００では、第１〜第４利得調整回路２５１〜２５４
を利用してホワイトバランスをとっているが、第１緑色
信号ＳＧについては利得調整を変えないことも可能であ
る。本明細書において第１緑色信号ＳＧについていう
「利得調整」は、第１緑色信号ＳＧの利得を変えない場
合も含むものとする。例えば、ＡＥ機能による露出制御
に対して補正が不要な場合には、ホワイトバランスをと
るにあたって第１緑色信号ＳＧの利得を変えなくてもよ
い。

【０２３１】また、図８においては、２つの利得調整回
路２４２、２４４によって第１Ａ赤色信号ＳＲ１および
第１Ｂ赤色信号ＳＲ２の利得を調整しているが、赤色フ
ィルタＲ１、Ｒ２が有効画素領域内に配置されている場
合には、第１Ａ赤色信号ＳＲ１および第１Ｂ赤色信号Ｓ
Ｒ２それぞれの利得を１つの利得調整回路によって調整
することも可能である。

【０２３２】リニアマトリックス演算部ＬＭは、省略す
ることも可能であるし、輝度・色差信号生成部２５０内
に設けずに色分離回路２３５と利得調整部２４０との間
に設けることもできる。

【０２３３】リニアマトリックス演算部ＬＭを色分離回
路２３５と利得調整部２４０との間に設ける場合には、
色分離回路２３５からの出力信号がリニアマトリックス
演算部ＬＭへの入力信号となり、その出力信号が露光量
検出回路２３７、利得調整部２４０、およびオートホワ
イトバランス回路２６０それぞれの入力信号となるよう
に撮像装置を構成することができる。このようにして構
成された撮像装置では、リニアマトリックス演算部ＬＭ
からの出力信号が、図８に示した撮像装置２００でいう
第１赤色信号、第１緑色信号、第１青色信号に相当す
る。

【０２３４】あるいは、色分離回路２３５からの出力信
号が露光量検出回路２３７、オートホワイトバランス回
路２６０、およびリニアマトリックス演算部ＬＭへの入
力信号となり、リニアマトリックス演算部ＬＭからの出
力信号が利得調整部２４０への入力信号となるように撮
像装置を構成することもできる。このようにして構成さ
れた撮像装置では、図８に示した撮像装置２００と同様
に、色分離回路２３５からの出力信号が第１赤色信号、
第１緑色信号、第１青色信号となる。

【０２３５】色分離回路２３５は、映像信号生成部に設
けずにディジタル信号生成部２２０内に設けることもで
きる。この場合の色分離回路２３５は、その出力信号が
ＡＧＣ回路２２４（図６参照）の入力信号となるように
配置される。

【０２３６】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能であることは、当業者に自明であろう。

【０２３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被写体に当たっている照明光の種類を精度よく判別にす
ることを可能にする固体撮像素子、および、被写体に当
たっている照明光の種類を精度よく判別することが可能
な撮像装置が提供される。色再現性に優れた撮像装置を
提供することが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は、第１の赤色画素、第２の赤色画
素、緑色画素、および青色画素を備えた半導体装置を示
す概略図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した第
１の赤色画素を構成している第１の赤色フィルタの分光
透過率と、同図に示した第２の赤色画素を構成している
第２の赤色フィルタの分光透過率とを示すグラフであ
る。

【図２】第１の実施例による固体撮像素子での光電変換
素子、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、第２電
荷転送素子（水平電荷転送素子）、および電荷検出回路
の平面配置を示す概略図である。

【図３】図２に示した固体撮像素子を構成している色フ
ィルタアレイを概略的に示す上面図である。

【図４】図３に示した２種類の赤色フィルタそれぞれの
分光透過率を示すグラフである。

【図５】図３に示した固体撮像素子の分光感度を示すグ
ラフである。

【図６】実施例による撮像装置を示す概略図である。

【図７】図６に示した撮像装置の分光感度を示すグラフ
である。

【図８】図６に示した撮像装置が有するオートホワイト
バランス回路および映像信号生成部それぞれについての
主要部の一例を示す概略図である。

【図９】図６に示した撮像装置が有する照明光判別能に
ついてのシミュレーション結果を示すグラフである。

【図１０】第２の実施例による固体撮像素子での光電変
換素子、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、第２
電荷転送素子（水平電荷転送素子）、および電荷検出回
路の平面配置を示す概略図である。

【図１１】図１０に示した固体撮像素子を構成している
色フィルタアレイを概略的に示す上面図である。

【図１２】図１０に示した固体撮像素子を用いて構成さ
れた撮像装置の分光感度を示すグラフである。

【図１３】図１０に示した固体撮像素子を用いて構成さ
れた撮像装置が有する照明光判別能についてのシミュレ
ーション結果を示すグラフである。

【図１４】第３の実施例による固体撮像素子を構成して
いる色フィルタアレイを概略的に示す上面図である。

【図１５】第４の実施例による固体撮像素子を構成して
いる色フィルタアレイを概略的に示す上面図である。

【図１６】第５の実施例による固体撮像素子を構成して
いる色フィルタアレイを概略的に示す上面図である。

【図１７】図１７（Ａ）は、エリア・イメージセンサと
して利用されるＭＯＳ型固体撮像素子での光電変換素子
および出力信号生成部の配置を示す概略図であり、図１
７（Ｂ）は、図１７（Ａ）に示した光電変換素子に接続
されるスイッチング回路の一例を示す回路図である。

【符号の説明】

１、３０１…半導体基板、 １０、３１０…光電変換素
子、 ２０…第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、
３０…読出しゲート、 ４０…第２電荷転送素子（水
平電荷転送素子）、 ５０…電荷検出回路、 ６０、１
１５、１２５、１３５、１４５…色フィルタアレイ、
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、３００…固
体撮像素子、 ２００…撮像装置、 ２１０…撮像光学
系、 ２２０…ディジタル信号生成部、２３０…映像信
号生成部、２３５…色分離回路、２４０…利得調整部、
２５０…輝度・色差信号生成部、 ２６０…オートホワ
イトバランス回路、 ２６２…色温度検出回路、 ２６
５…照明光判別回路、２６８…ホワイトバランス制御回
路、 ３３０…出力信号線、 ３４０…負荷トランジス
タ、 ３５０…信号生成部、 ３６０…行読出し走査
部、 ３６５…行リセット走査部、 ３７０制御部、
Ｒｅ…有効画素領域、 Ｒｉ…無効画素領域、 Ｒ１、
Ｒ２、Ｒ１１、Ｒ１２…赤色フィルタ、 Ｇ…緑色フィ
ルタ、 Ｂ…青色フィルタ、 ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ１
１、ＰＲ１２…赤色画素、 ＰＧ…緑色画素、 ＰＢ…
青色画素、 ＬＭ…リニアマトリックス演算部、 ＣＤ
Ｍ…色差マトリックス演算部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C024 DX01 EX52 GX22 GY02 GY31 5C065 BB02 BB14 DD01 DD17 EE05 EE06 5C066 AA01 CA08 DA05 DC06 EA14 KE04 KM02 KM05

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列
   状に配置され、各々が、前記一表面に形成されて電荷を
   蓄積することができる光電変換素子、および前記光電変
   換素子の上方に配置されて該光電変換素子への入射光の
   波長を制御する色フィルタを有し、分光感度の違いによ
   って２種類に分類される赤色または緑色の画素を含む多
   数個の画素と、 前記多数個の画素それぞれに蓄積された電荷に基づいて
   出力信号を生成することができる出力信号生成部とを備
   えた固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記２種類に分類される画素それぞれの
   分光感度が、５５５〜６０５ｎｍの波長域において互い
   に異なる請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記多数個の画素が、前記半導体基板の
   一表面に設定された有効画素領域から該有効画素領域の
   周囲に設定された無効画素領域にかけて配置される請求
   項１または請求項２に記載の固体撮像素子。
4. 【請求項４】 前記２種類に分類される画素の一方が、
   前記無効画素領域内に配置される請求項３に記載の固体
   撮像素子。
5. 【請求項５】 前記多数個の画素が赤色画素、緑色画
   素、および青色画素によって構成される請求項１〜請求
   項４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
6. 【請求項６】 前記多数個の画素が赤色画素および緑色
   画素のいずれか一方のみによって構成される請求項１〜
   請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
7. 【請求項７】 前記多数個の画素が赤色画素と青色画素
   とによって構成される請求項１〜請求項４のいずれか１
   項に記載の固体撮像素子。
8. 【請求項８】 前記２種類に分類される画素が赤色画素
   である請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固体
   撮像素子。
9. 【請求項９】 前記分光感度の違いが、前記色フィルタ
   の分光透過率の違いに起因する請求項１〜請求項８のい
   ずれか１項に記載の固体撮像素子。
10. 【請求項１０】 分光感度の違いによって２種類に分類
    される赤色または緑色の画素を含む多数個の画素を備
    え、被写体の光学像を電気信号に変換して出力すること
    ができる固体撮像素子と、 前記固体撮像素子上に被写体像を結ぶ撮像光学系と、 前記固体撮像素子からの出力信号をディジタル信号に変
    換して出力するディジタル信号生成部と、 前記ディジタル信号生成部から出力されたディジタル信
    号を基に第１赤色信号、第１緑色信号、および第１青色
    信号を生成し、該第１赤色信号、該第１緑色信号、およ
    び該第１青色信号を用いて再生画像用の画素信号を生成
    する映像信号生成部と、 前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、および前記第１
    青色信号の供給を受けて、前記被写体に当たっている照
    明光の色温度の検出、および、前記２種類の画素の一方
    に入射した光の放射強度と他方に入射した光の放射強度
    との相対的な差に基づいての前記照明光の種類の判別を
    行い、前記色温度の検出結果と前記照明光の種類の判別
    結果とから前記映像信号生成部内での前記第１赤色信
    号、前記第１緑色信号、および前記第１青色信号それぞ
    れの利得を調整するオートホワイトバランス回路とを備
    えた撮像装置。
11. 【請求項１１】 前記オートホワイトバランス回路が、 前記色温度を検出して、その結果を表す色温度信号を出
    力する色温度検出回路と、 前記照明光の種類を判別して、その結果を表す判別信号
    を出力する照明光判別回路と、 前記色温度信号および前記判別信号に基づいて、前記映
    像信号生成部内での前記第１赤色信号、前記第１緑色信
    号、および前記第１青色信号それぞれの利得調整に用ら
    れる制御信号を生成するホワイトバランス制御回路とを
    有する請求項１０に記載の撮像装置。
12. 【請求項１２】 前記映像信号生成部が、 前記ディジタル信号生成部から出力されたディジタル信
    号の供給を受けて前記第１赤色信号、前記第１緑色信
    号、および前記第１青色信号を生成する色分離回路と、 前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、前記第１青色信
    号および前記制御信号の供給を受け、前記第１赤色信
    号、前記第１緑色信号、および前記第１青色信号それぞ
    れの利得を調整して第２赤色信号、第２緑色信号、およ
    び第２青色信号を出力する利得調整部と、 前記第２赤色信号、前記第２緑色信号、および前記第２
    青色信号の供給を受けて輝度信号、第１赤色差信号、お
    よび第１青色差信号を生成する輝度・色差信号生成部
    と、 前記第１赤色差信号および前記第１青色差信号の供給を
    受け、該第１赤色差信号および該第１青色差信号に前記
    オートホワイトバランス回路での前記照明光の判別結果
    に応じた色差マトリックス演算を施して、第２赤色差信
    号および第２青色差信号を生成する色差マトリックス演
    算部とを有する請求項１０または請求項１１に記載の撮
    像装置。
13. 【請求項１３】 前記輝度・色差信号生成部が、さら
    に、 前記第２赤色信号、前記第２緑色信号、および前記第２
    青色信号の供給を受け、該第２赤色信号、該第２緑色信
    号、および該第２青色信号に前記オートホワイトバラン
    ス回路での前記照明光の判別結果に応じたリニアマトリ
    ックス演算を施して、第３赤色信号、第３緑色信号、お
    よび第３青色信号を生成するリニアマトリックス演算部
    を有する請求項１２に記載の撮像装置。
14. 【請求項１４】 前記２種類に分類される画素それぞれ
    の分光感度が、５５５〜６０５ｎｍの波長域において互
    いに異なる請求項１０〜請求項１３のいずれか１項に記
    載の撮像装置。