JP4579043B2 - 固体撮像素子及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、受光した光の光量に応じて電荷を蓄積する複数の受光素子を所定方向に沿って配列した素子列を前記所定方向と交差する交差方向に並列に複数列配置し、光の入射側に所定の色パターンを有するカラーフィルタが設けた固体撮像素子及び当該固体撮像素子を用いて撮像を行う撮像装置に関する。

近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等の固体撮像素子を用いて静止画像或いは動画像の撮影を行うデジタルカメラ等の撮像装置が普及している。この種の撮像装置では、レンズ等の撮像レンズを介して被写体像に対応する光をＣＣＤセンサの受光面上に結像させ、ＣＣＤセンサの各画素で受光した光量に応じて蓄積される電荷を読み出すことにより被写体像を示す画像信号を取得している。

このＣＣＤセンサには、受光した光の光量に応じて電荷を蓄積する複数の受光素子を所定方向に沿って配列した素子列を前記所定方向と交差する交差方向に並列に複数列配置し、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色パターンを有するカラーフィルタを光の入射側に設けて、各々の前記受光素子で何れか色成分の光量に応じた電荷を蓄積し、各素子列の間に設けられた複数の転送路を介して蓄積された電荷を読み出す構成のものがある。この転送路は、各々複数の領域に分かれて各領域毎に電極が設けられており、各領域に順次電圧が印加することにより各受光素子に蓄積された電荷を読み出して転送することができる。また、この転送路は、光を受光するとノイズが発生してスミアが発生するため、各転送路の電極上に遮光膜が形成されて転送路が遮光されている。なお、特許文献１には、ＣＣＤセンサ上に大光量の光を受光すると、遮光膜を通り抜けた光により転送路にスミアが発生するため、転送路毎に電荷の転送方向を逆にしてスミアを軽減させる技術が開示されている。また、特許文献２には、垂直転送路上に設けた電極を単層構造として凹凸を無くし、遮光膜による遮光性を高める技術が開示されている。
特開２００４−１１２７２３公報 特開２００２−１９８５０８公報

ところで、近年、撮像装置は、小型化、薄型化が進み、撮像レンズとＣＣＤセンサとの距離を短くなっている。このように、撮像レンズとＣＣＤセンサとの距離が短くなると受光面の中央部分に比べて周辺部分の各受光素子での光の入射角が大きくなる。

しかしながら、ＣＣＤセンサでは、光の入射角が大きくなると、受光素子に入射した光が遮光膜の端部から当該受光素子に隣接する外側の転送路に入ってスミアが発生し、撮像した画像に色付きを発生させる場合があり、撮像した画像の周辺部分でスミアによる色付きが異なる場合がある、という問題点があった。

すなわち、例えば、ＣＣＤセンサの各素子列の右側に、その素子列の各受光素子に蓄積された電荷を転送するための転送路が設けられた構成の場合、撮像レンズとＣＣＤセンサとの距離が短くなって周辺部分の光の入射角が大きくなると、受光面の右側の周辺部分の各受光素子では、その受光素子の右側に隣接する転送路に、本来当該受光素子に入射するべき光が入射することによりスミアが発生し、受光面の左側の周辺部分の各受光素子では、その受光素子の左側に隣接する転送路に、本来当該受光素子に入射するべき光が入射することによりスミアが発生する。この右側に隣接する転送路は、受光素子自身に蓄積された電荷を転送するための転送路であるが、左側に隣接する転送路は、左隣の受光素子に蓄積された電荷を転送するための転送路であるため、撮像した画像の左右で色付きが異なってしまう場合があった。

なお、特許文献１及び特許文献２の技術では、光の入射角が大きくなって周辺部の各受光素子でスミアが発生した場合に、撮像した画像の周辺部分でのスミアによる色付きの異なりを防止することができない。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、撮像した画像の周辺部分でスミアの発生により異なる色付きが発生することを防止することができる固体撮像素子及び撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の固体撮像素子は、受光した光の光量に応じて電荷を蓄積する複数の受光素子を所定方向に沿って配列した素子列を前記所定方向と交差する交差方向に並列に複数列配置した基板と、前記基板上の光の入射側に設けられ、所定の色パターンを有して各々の前記受光素子に対して何れかの色成分の光を透過するカラーフィルタと、各々の前記素子列に対応して並列に配置され、対応する前記素子列の各受光素子に蓄積された電荷を転送する複数の転送路と、を備えた固体撮像素子であって、前記基板上における撮像レンズから入射した光の光軸に対応する位置を含む前記所定方向に沿った境界線を境として分割した領域の前記素子列と当該素子列に対応する前記転送路との前記交差方向における並び順を逆とし、前記境界線に沿って対応する前記素子列を有しない転送路を備えている。

請求項１に記載の固体撮像素子は、基板に、受光した光の光量に応じて電荷を蓄積する複数の受光素子を所定方向に沿って配列した素子列が前記所定方向と交差する交差方向に並列に複数列配置され、所定の色パターンを有して各々の前記受光素子に対して何れかの色成分の光を透過するカラーフィルタが前記基板上の光の入射側に設けられ、転送路が各々の前記素子列に対応して並列に配置され、当該転送路により対応する前記素子列の各受光素子に蓄積された電荷が転送されており、基板上における撮像レンズから入射した光の光軸に対応する位置を含む前記所定方向に沿った境界線を境として分割した領域の前記素子列と当該素子列に対応する前記転送路との前記交差方向における並び順が逆とされ、前記境界線に沿って対応する前記素子列を有しない転送路を備えている。

このように、請求項１に記載の発明によれば、基板上における撮像レンズから入射した光の光軸に対応する位置を含む前記所定方向に沿った境界線を境として分割した領域の前記素子列と当該素子列に対応する前記転送路との交差方向における並び順を逆としているので、境界線を境として分割した領域の両側で並び順が対称となり、撮像した画像の周辺部分でスミアの発生により異なる色付きが発生することを防止することができる。

なお、請求項１項記載の発明は、請求項２に記載の発明のように、前記境界線に対して前記素子列の各受光素子の位置を対称としてもよい。

また、請求項２記載の発明は、請求項３に記載の発明のように、前記境界線に対して前記カラーフィルタの色パターンを対称としてもよい。

また、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の発明は、請求項４に記載の発明のように、前記境界線に沿って前記分割した領域を電気的に分離する電荷分離層をさらに備えてもよい。

一方、上記目的をするために、請求項５に記載の撮像装置は、請求項１記載の固体撮像素子と、前記固体撮像素子より転送された前記受光素子毎の電荷の電荷量に基づいて画像データを生成する生成手段と、前記ノイズ電荷転送路により転送されたノイズによる電荷の電荷量に基づいて前記画像データからノイズを取り除く補正を行う補正手段と、を備えている。

請求項５に記載の撮像装置では、生成手段により、請求項１記載の固体撮像素子より転送された前記受光素子毎の電荷の電荷量に基づいて画像データが生成され、補正手段により、前記対応する素子列を有しない転送路から得られる電荷の電荷量に基づいて前記画像データからノイズを取り除く補正が行われる。

このように、請求項５に記載の発明によれば、請求項１記載の固体撮像素子により、撮像した画像の周辺部分でスミアの発生により異なる色付きが発生することを防止することができる。また、固体撮像素子より転送された受光素子毎の電荷の電荷量に基づいて画像データを生成し、対応する素子列を有しない転送路から得られた電荷の電荷量に基づいて画像データからノイズを取り除く補正を行っているので、画質を向上させることができる。

このように、本発明によれば、境界線を境として分割した領域の前記素子列と当該素子列に対応する前記転送路との前記交差方向における並び順を逆とすることにより、撮像した画像の周辺部分でスミアの発生により異なる色付きが発生することを防止することができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１に示すように、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の概略構成が示されている。このデジタルカメラ１０は、被写体像を結像させるためのレンズを含んで構成された光学ユニット２０と、上記レンズの光軸後方に配設されたＣＣＤ２２と、ＣＣＤ２２からの出力信号に基づき被写体像を示すデジタル画像データを生成すると共に光学ユニット２０の各部、ＣＣＤ２２等を駆動するためのタイミング信号を生成する信号処理部４０と、デジタルカメラ１０の全体的な動作を司る主制御部６０と、ＣＣＤ２２を駆動する垂直・水平ドライバ２４と、光学ユニット２０に含まれるシャッタ及び絞り機構を駆動するシャッタ・アイリスモータドライバ２６と、光学ユニット２０に含まれる焦点調整モータを駆動するフォーカスモータドライバ２８と、光学ユニット２０に含まれるズームモータを駆動するズームモータドライバ３０と、を含んで構成されている。

なお、信号処理部４０及び主制御部６０は１チップＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）として構成されており、これによってデジタルカメラ１０の小型化、高信頼性化、及び低コスト化が図られている。

また、デジタルカメラ１０は、ＣＣＤ２２による撮像によって得られた被写体像や各種情報を表示する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）７２と、主としてＣＣＤ２２による撮像によって得られたデジタル画像データを記憶するＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic RAM）７４と、各種のパラメータやプログラム等を記憶したフラッシュＲＯＭ７６と、を含んで構成されている。

主制御部６０は、主制御部６０全体の動作を司るＣＰＵ（中央演算処理装置）６１と、所定容量のラインバッファを内蔵すると共に、ホワイトバランスの変動を調整するホワイトバランス調整回路（ＷＢ）６２Ａ及びＲＧＢデータをＹＣ信号に変換するＹ／Ｃ変換回路（Ｙ／Ｃ）６２Ｂを含んで構成された撮像制御部６２と、撮影されたデジタル画像データに対して所定の圧縮形式で圧縮処理を施すと共に、圧縮処理されたデジタル画像データに対して伸張処理を施す圧縮・伸張部６３と、メディア制御部６４と、ＬＣＤ制御部６５と、がバスＢＵＳを介して相互に接続されて構成されている。

なお、デジタルカメラ１０は、図示しないモード切替えスイッチを切替えることにより静止画像撮影モードと動画像撮影モードの切替えが可能であり、上記圧縮・伸張部６３は、静止画像撮影モードで撮影されたデジタル画像データに対して所定の静止画像圧縮方式（本実施の形態では、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Coding Expert Group）方式）での圧縮処理及び伸張処理を行う一方、静止画像撮影モードで撮影されたデジタル画像データに対して所定の動画像圧縮方式（本実施の形態では、ＭＰＥＧ（Moving Picture Expert Group）−２方式）での圧縮処理及び伸張処理を行う。

メディア制御部６４は、可搬型の記憶メディア７０と接続されており、メディア制御部６４によって記憶メディア７０に対する各種情報の書き込みや当該記憶メディア７０に書き込まれている各種情報の読み出しが制御される。なお、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０では、記憶メディア７０としてスマートメディア（登録商標）を適用している。

また、ＬＣＤ制御部６５には上記ＬＣＤ７２が接続されており、ＬＣＤ７２にはＬＣＤ制御部６５の制御下で各種情報が表示される。なお、ＬＣＤ７２は、ＣＣＤ２２による連続的な撮像によって得られた動画像（スルー画像）を表示してファインダとして使用することができる。

また、ＳＤＲＡＭ７４及びフラッシュＲＯＭ７６は主制御部６０のバスＢＵＳに接続されている。従って、ＣＰＵ６１は、ＳＤＲＡＭ７４及びフラッシュＲＯＭ７６に記憶されている各種データに随時アクセスすることができる。

一方、信号処理部４０は、相関２重サンプリング（Correlated Double Sampling）回路（ＣＤＳ）４２と、ゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）４４と、Ａ／Ｄコンバータ４６と、タイミングジェネレータ４８と、を含んで構成されている。

ＣＣＤ２２の出力端は、上記のＣＤＳ４２、ＧＣＡ４４、及びＡ／Ｄコンバータ４６を順に介して撮像制御部６２に接続されている。ＣＣＤ２２から出力された信号は、ＣＤＳ４２によって相関２重サンプリング処理が施され、ＧＣＡ４４によってＣＣＤ２２におけるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）毎の所定の感度調整処理が施された後、各画素毎のＲ、Ｇ、Ｂ信号としてＡ／Ｄコンバータ４６に出力される。Ａ／Ｄコンバータ４６は、ＧＣＡ４４から順次出力されたＲ、Ｇ、Ｂ信号を各々所定ビット数のデジタル信号（以下、「デジタル画像データ」という。）に変換して上述した撮像制御部６２に出力する。

撮像制御部６２は内蔵しているラインバッファにＡ／Ｄコンバータ４６から順次入力されるデジタル画像データを蓄積して一旦ＳＤＲＡＭ７４に格納する。

ＳＤＲＡＭ７４に格納されたデジタル画像データは、ＣＰＵ６１の制御下でＷＢ６２Ａに読み出され、これらに光源種に応じたデジタルゲインをかけることでホワイトバランス調整を行なうと共に、ガンマ処理及びシャープネス処理を行なって所定のデジタル画像データを生成し、更に、Ｙ／Ｃ６２ＢにてＹＣ信号処理して輝度信号Ｙとクロマ信号Ｃｒ、Ｃｂ（以下、「ＹＣ信号」という。）を生成し、ＹＣ信号を再びＳＤＲＡＭ７４に格納する。

なお、ＬＣＤ７２をファインダとして使用する場合には、生成したＹＣ信号を、ＬＣＤ制御部６５に順次出力し、ＬＣＤ７２にてスルー画像が表示されることになる。

デジタルカメラ１０は、撮影者によって静止画像撮影モードが選択され、図示しないシャッターボタンが押圧操作されると、ＳＤＲＡＭ７４に格納された上記ＹＣ信号を、圧縮・伸張部６３において所定の静止画像圧縮方式で圧縮した後にメディア制御部６４を介して記憶メディア７０に記憶する。一方、撮影者によって動画像撮影モードが選択され、図示しないシャッターボタンが押圧操作されると、ＳＤＲＡＭ７４に格納された上記ＹＣ信号を、圧縮・伸張部６３において随時所定の動画像圧縮方式で圧縮して記憶メディア７０に記憶させて動画像の記録を行い、再度シャッターボタンが押圧操作されるとＹＣ信号を圧縮処理を停止して動画像の記録を停止する。

一方、上記タイミングジェネレータ４８には垂直・水平ドライバ２４、シャッタ・アイリスモータドライバ２６、及び撮像制御部６２が接続されている。

タイミングジェネレータ４８は、撮像制御部６２により制御されており、垂直・水平ドライバ２４にＣＣＤ２２を駆動させるためのタイミング信号を出力し、また、シャッタ・アイリスモータドライバ２６に光学ユニット２０に備えられたメカシャッター及び絞り機構を駆動させるためのタイミング信号を出力する。

また、フォーカスモータドライバ２８及びズームモータドライバ３０は、各々主制御部６０（より詳しくはＣＰＵ６１）に接続されており、フォーカスモータドライバ２８は光学ユニット２０に備えられた焦点調整モータに、ズームモータドライバ３０は光学ユニット２０に備えられたズームモータに、各々接続されている。

本実施の形態に係る光学ユニット２０に含まれるレンズは、複数枚のレンズを有し、焦点距離の変更（変倍）が可能なズームレンズとして構成され、図示しないレンズ駆動機構を備えている。このレンズ駆動機構には上述したズームモータ及び焦点調整モータが含まれており、各々ＣＰＵ６１の制御下でズームモータドライバ３０及びフォーカスモータドライバ２８から供給された駆動信号によって駆動する。

ＣＰＵ６１は、光学ズーム倍率を変更する際、ズームモータドライバ３０を介してズームモータを駆動制御することによって光学ユニット２０に含まれるレンズの焦点距離を変化させる。

また、ＣＰＵ６１は、ＣＣＤ２２による撮像によって得られた画像のコントラストが最大となるようにフォーカスモータドライバ２８を介して焦点調整モータを駆動制御することによって合焦制御を行う。すなわち、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０では、合焦制御として、読み取られた画像のコントラストが最大となるようにレンズの位置を設定する所謂ＴＴＬ（Through The Lens）方式を採用しており、被写体がＬＣＤ７２に表示されるフレーム内に所定の位置に位置した状態で、撮影者によって図示しないシャッターボタンが半押されることによって、自動的に合焦制御がなされるように構成されている。

図２には、本実施の形態に係るＣＣＤ２２の詳細な構成が示されている。なお、本実施の形態に係るＣＣＤ２２には、本発明の出願人によって提案されているハニカムＣＣＤを採用している。

ＣＣＤ２２は、複数の受光素子８０を所定ピッチ（本実施の形態では、Ｐｖ（μｍ））で垂直方向に沿って配列した素子列８２を垂直方向と交差する水平方向に所定間隔（本実施の形態では、Ｐｈ（μｍ）））で並列に複数列配置されている。なお、本実施の形態に係るＣＣＤ２２は、互いに隣り合った素子列８２の各受光素子８０を垂直方向に１／２ピッチだけずらしており、受光素子８０が、所謂ハニカム状に配列されている。

また、ＣＣＤ２２は、受光素子８０の前面に形成された開口部８５を迂回するように配置され、かつ受光素子８０からの信号（電荷）を取り出して垂直方向に転送する垂直転送路８６と、垂直転送路８６の垂直方向下側に配置され、垂直転送路８６から転送されてきた信号を外部へ転送する水平転送路８８と、を備えている。この垂直転送路８６は、各々の素子列８２に対して水平方向における受光した光の光軸と反対となる側の素子列８２に対応して当該素子列８２と隣接しており、当該隣接した素子列８２の各受光素子８０に蓄積された電荷を読み出して転送しており、垂直転送路８６に対して光軸側の素子列８２との間には、画素分離層９４が設けられて電気的に分離されている。

また、ＣＣＤ２２は、光学ユニット２０から入射した光の光軸に対応する位置を含む垂直方向に沿った境界線に沿って隣り合う垂直転送路８６を電気的に絶縁して分離する中央分離層８９が設けられている。よって、本実施の形態に係るＣＣＤ２２は、境界線に対して素子列８２、画素分離層９４及び垂直転送路８６の並び順が対称な構造となっている。

図３は、本実施の形態に係るＣＣＤ２２のマイクロレンズ及びカラーフィルタ等を除いた構成を示す部分拡大図であり、図４（Ａ）は、図３のＶ１−Ｖ１線におけるマイクロレンズ及びカラーフィルタ等を付加した断面図であり、図４（Ｂ）は、図３のＶ２−Ｖ２線におけるマイクロレンズ及びカラーフィルタ等を付加した断面図である。

図３及び図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ２２は、半導体基板９０を基板として用いており、半導体基板９０は、大きく分けてシリコン等のｎ型半導体基板９０ａとｐ型不純物添加領域（ｐ−ウエル）９０ｂとから構成されており、受光素子８０として、このｐ型不純物添加領域９０ｂ内に埋込型のフォトダイオードが埋め込まれて形成されている。

また、垂直転送路８６は、ｐ型不純物添加領域９０ｂ内にｎ型不純物添加領域として形成されている。垂直転送路８６と、この垂直転送路８６に信号電荷を読み出す側の受光素子８０との間には、読み出しゲート用チャネル９２が設けられている。また、垂直転送路８６と他の受光素子８０との間には、上述したように、ｐ+型不純物添加領域である画素分離層９４が設けられている。この画素分離層９４により、受光素子８０と垂直転送路８６とが電気的に分離されると共に、垂直転送路８６同士も相互に接触しないように分離される。

一方、半導体基板９０の表面には、この読み出しゲート用チャネル９２に沿ってｎ型不純物添加領域９３が露出している。そして、受光素子８０で発生した信号電荷は、ｎ型不純物添加領域９３に一時的に蓄積された後、読み出しゲート用チャネル９２を介して隣接する垂直転送路８６に読み出される。なお、本実施の形態に係るＣＣＤ２２では、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、中央分離層８９に対して受光素子８０、ｎ型不純物添加領域９３、読み出しゲート用チャネル９２、垂直転送路８６、画素分離層９４の並び順が対称な構造となっている。このため、中央分離層８９の右側領域では、ｎ型不純物添加領域９３に蓄積された電荷が、図３の矢印Ａ方向に隣接する左側の垂直転送路８６に読み出され、中央分離層８９の左側領域では、ｎ型不純物添加領域９３に蓄積された電荷が、図３の矢印Ｂ方向に隣接する右側の垂直転送路８６に読み出される。

垂直転送路８６の表面には、半導体基板９０の表面には、フォトダイオード間を通過するように水平方向に延びた転送電極９６（図４参照）が形成されており、転送電極９６のうち読み出し信号が印加される電極の下方にある読み出しゲート用チャネル９２から信号電荷が転送される。

転送電極９６は、各受光素子８０に対して異なる位相で駆動する４つの転送電極９６を１組として、垂直方向に複数組配列されており、タイミングジェネレータ４８からのタイミング信号により垂直・水平ドライバ２４から４つの転送電極９６に対して順次位相の異なる電圧が印加されて４相駆動（φ１〜φ４）行い、受光素子８０で発生した電荷を垂直方向に転送する。異なる位相で駆動する転送電極９６の各々は、狭いギャップ（転送電極の配列方向の間隔）９８を介して同一平面状に形成した単層電極で構成されている。

転送電極９６が形成された半導体基板９０の表面は、透明樹脂等で構成された表面保護膜１００（図４参照）により覆われ、この表面保護膜１００上には、遮光膜１０２が形成されている。遮光膜１０２は、各受光素子８０毎に、受光領域であるｐ+型不純物添加領域９０ｂに受光される光を透過させる光透過部として、例えば八角形状の開口部８５を有している。遮光膜１０２の縁部は、受光領域の中心方向に延在させられており、遮光膜１０２により受光素子８０の開口形状が画定されている。

遮光膜１０２及び遮光膜１０２から露出している表面保護膜１００上には、透明樹脂で形成された平坦化膜１０４を介して、赤色（Ｒ）フィルタ１０６Ｒ、緑色（Ｇ）フィルタ１０６Ｇ及び青色（Ｂ）フィルタ１０６Ｂを備えたカラーフィルタ１０６が形成されている。Ｒフィルタ１０６Ｒ、Ｇフィルタ１０６Ｇ及びＢフィルタ１０６Ｂは、個々の受光素子８０に対応して、ＲＧＢの各色が所定の色パターンで配置されている。また、カラーフィルタ１０６上には、平坦化膜１０８を介して、複数のマイクロレンズ１１０を備えたマイクロレンズアレイが形成されている。なお、図２、図３、図６、図７、及び図９において受光素子８０に‘Ｒ’が記入された受光素子８０の前面に形成された開口部８５はＲフィルタ１０６Ｒで覆われており、‘Ｇ’が記入された受光素子８０の前面に形成された開口部８５はＧフィルタ１０６Ｇで覆われており、‘Ｂ’が記入された受光素子８０の前面に形成された開口部８５はＢフィルタ１０６Ｂで覆われており、‘Ｒ’が記入された受光素子８０は赤色光を、‘Ｇ’が記入された受光素子８０は緑色光を、‘Ｂ’が記入された受光素子８０は青色光を、各々受光するものとされている。

ところで、図５に示すように、デジタルカメラ１０は薄型化が進み、光学ユニット２０とＣＣＤ２２との距離を短くなると、ＣＣＤ２２の受光面の中央部分に比べて周辺部分の各受光素子８０の光の入射角が大きくなる。そして、光の入射角が大きくなると、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように遮光膜１０２の端部から当該受光素子に隣接する外側の転送路に入ってスミアを発生させてしまう。

しかし、本実施の形態に係るＣＣＤ２２は、上述したように境界線に対して素子列８２及び垂直転送路８６の並び順が対称な構造となっている。これにより、受光面の右側の周辺部分の受光素子８０では、右隣の素子列８２の受光素子８０に蓄積された電荷を転送する右側の垂直転送路８６にスミアが発生し、受光面の左側の周辺部分の受光素子８０では、左隣の素子列８２の受光素子８０に蓄積された電荷を転送する左側の垂直転送路８６にスミアが発生する。よって、共に隣の素子列８２の垂直転送路８６に対してスミアを発生させるので、撮像した画像の周辺部での異なる色付きの発生を防止することができる。

また、本実施の形態に係るＣＣＤ２２は、中央分離層８９が設けらているため、例えば、ＣＣＤ２２に明るいスポットが当たり、その周辺の画素まで電荷があふれ出して画像が白くなるブルーミングが発生した場合であっても、中央分離層８９で止めることができる。なお、中央分離層８９を設けたことにより境界線部分で素子列８２間の幅が大きくなるが、中央分離層８９の幅を小さくすることにより画質に影響を少なく抑えることができる。

以上詳細に説明したように、第１の実施の形態のＣＣＤ２２は、受光した光の光量に応じて電荷を蓄積する複数の受光素子を所定方向（ここでは、垂直方向）に沿って配列した素子列を前記所定方向と交差する交差方向（ここでは、水平方向）に並列に複数列配置した基板（ここでは、半導体基板９０）と、前記基板上の光の入射側に設けられ、所定の色パターンを有して各々の前記受光素子に対して何れかの色成分の光を透過するカラーフィルタと、各々の前記素子列に対応して並列に配置され、対応する前記素子列の各受光素子に蓄積された電荷を転送する複数の転送路（ここでは、垂直転送路８６）と、を備えており、前記基板上における撮像レンズ（ここでは、光学ユニット２０）から入射した光の光軸に対応する位置を含む前記所定方向に沿った境界線を境として分割した領域の前記素子列と当該素子列に対応する前記転送路との前記交差方向における並び順を逆としているので、撮像した画像の周辺部分でスミアの発生により異なる色付きが発生することを防止することができる。

また、第１の実施の形態のＣＣＤ２２は、前記境界線に沿って前記分割した領域を電気的に分離する電荷分離層（ここでは、中央分離層８９）をさらに備えているので、一方の領域にスミアやブルーミング等のノイズが発生しても他方の領域へのノイズの影響を防ぐことができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、ＣＣＤ２２の素子列８２の各受光素子８０及び垂直転送路８６の位置を及び、カラーフィルタ１０６の色パターンを境界線に対して対称とした場合の形態例について説明する。

図６には、第２の実施の形態に係るＣＣＤ２２の詳細な構成が示されている。なお、同図の図２と同一の構成要素については図２と同一符号箇所を付して、その説明を省略する。

第２の実施の形態に係るＣＣＤ２２は、中央分離層８９に対して、素子列８２の各受光素子８０及び垂直転送路８６の位置が対象となっている。また、カラーフィルタ１０６の色パターンも中央分離層８９に対して対称となっている。

このように、受光素子８０及び垂直転送路８６の位置を対称とすることにより、左右の周辺部の受光素子８０での光の入射角が同じとなるため、同じ位置でスミアが発生する。また、カラーフィルタ１０６の色パターンを対称とすることにより、左右での色の違いが無くなる。このため、異なる色付き発生を防止することがでいる。

次に、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０の撮像時の動作について説明する。

デジタルカメラ１０は、撮影スタンバイ状態となり、光学ユニット２０を介してＣＣＤ２２の受光面上に光を受光すると、当該ＣＣＤ２２の受光素子８０において光電変換が行われて、受光した光を光量に応じて各受光素子８０に電荷が蓄積される。

タイミングジェネレータ４８は、撮影スタンバイ状態となると、垂直・水平ドライバ２４に対してＣＣＤ２２の各受光素子８０に蓄積された電荷を読み出すタイミングを制御するタイミング信号を出力する。

垂直・水平ドライバ２４は、入力した当該タイミング信号に応じて転送電極９６に対して順次位相の異なる電圧が印加されて４相駆動（φ１〜φ４）行い、受光素子８０で発生した信号電荷を垂直方向に転送させ、水平転送路８８を介して蓄積された電荷の読み出し、信号として出力させる。

ＣＣＤ２２から出力された信号は、信号処理部４０のＣＤＳ４２にいより相関２重サンプリング処理が施され、ＧＣＡ４４によりＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）毎の所定の感度調整処理が施され、Ａ／Ｄコンバータ４６によりデジタル画像データに変換されて、撮像制御部６２に出力される。

ところで、図６に示されるように、カラーフィルタ１０６の色パターンを対称としたことにより中央分離層８９の位置に対応する素子列８２のデータが抜けることとなる。

そこで、本実施の形態に係るデジタルカメラ１０では、撮像制御部６２において、図７に示すように、中央分離層８９上に擬似的な受光素子８０Ａを仮定し、デジタル画像データにより示される画像から当該擬似的な受光素子８０Ａに対応する位置のデータを当該位置に対して両側の対称で且つ前記擬似的な受光素子と同色であるＧ色の画素のデータに基づいて補完する補完処理を行い補完した後にデジタル画像データを一旦ＳＤＲＡＭ７４に格納する。

次に、図８を参照しつつ、上述した補完処理を実行する際のデジタルカメラ１０の作用を説明する。なお、図８は、当該補完処理の流れを示すフローチャ−トである。

同図のステップ２００では、デジタル画像データにより示される画像から擬似的な受光素子８０Ａと同色の両隣の素子列８２のデータ（階調値）を読み込む。すなわち、図７に示すＬ１とＬ２の素子列８２に対応するデータを読み込み。

次のステップ２０２では、読み込んだ同色の両隣の素子列８２のデータに基づいて各々の擬似的な受光素子８０Ａと両隣となる画素の階調値を平均して当該擬似的な受光素子８０Ａの画素の階調値してデータを補完する。

次のステップ２０４では、補完したデジタル画像データを一旦ＳＤＲＡＭ７４に格納して処理終了となる。

以上詳細に説明したように、第２の実施の形態のＣＣＤ２２は、境界線に対して素子列の各受光素子の位置を対称としているので、左右の周辺部の受光素子８０での光の入射角が同じとなり、同じ位置でスミアが発生するため、撮像した画像の周辺部分でスミアの発生により異なる色付きが発生することを防止することができる。

また、第２の実施の形態のＣＣＤ２２は、前記境界線に対して前記カラーフィルタの色パターンを対称としているので、分割した領域での色の違いが無くなる。このため、異なる色付き発生を防止することがでいる。

さらに、第２の実施の形態のデジタルカメラ１０は、生成手段（ここでは、信号処理部４０）により、固体撮像素子（ＣＣＤ２２）より転送された前記受光素子毎の電荷の電荷量に基づいて画像データを生成し、補完手段（撮像制御部６２）により、前記境界線上に前記カラーフィルタの色パターンに対応した色の擬似的な受光素子を仮定し、前記画像データにより示される画像の当該擬似的な受光素子に対応する位置のデータを、当該位置に対して両側の対称で且つ前記擬似的な受光素子に対応させた色と同色の画素のデータに基づいて補完しているので、画質の劣化を防止することができる。

なお、第２の形態のステップ２０２では、各々の擬似的な受光素子８０Ａのデータを当該擬似的な受光素子８０Ａと同色の両隣の素子列８２の両隣となる画素の階調値を平均する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、該擬似的な受光素子８０Ａと同色の両隣で、各々複数の素子列８２を定めて水平方向に沿った各画素の階調値を該擬似的な受光素子８０Ａの位置との距離に応じて加重平均して求めてもよい。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、各垂直転送路８６が光の光軸側の素子列８２と隣接するように構成して、境界線を境として分割した領域の素子列８２と当該素子列８２に対応する転送路８６との前記交差方向における並び順を逆とする形態例について説明する。

図９には、第３の実施の形態に係るＣＣＤ２２の詳細な構成が示されている。なお、同図の図２と同一の構成要素については図２と同一符号箇所を付して、その説明を省略する。

第３の実施の形態に係るＣＣＤ２２は、各垂直転送路８６が水平方向における受光した光の垂直転送路８６に対して光軸側の素子列８２に対応して当該素子列８２と隣接しており、垂直転送路８６に対して光軸側と反対となる側には、画素分離層９４が設けられて電気的に分離されている。よって、本実施の形態に係るＣＣＤ２２は、境界線に対して素子列８２、画素分離層９４及び垂直転送路８６の並び順が対称な構造となっている。

このように、各垂直転送路８６が光の光軸側に隣接した素子列８２の各受光素子８０に蓄積された電荷を転送するものとしたことにより、受光面の周辺部分での光の入射角が大きくなった場合に、受光面の右側の周辺部分の受光素子８０では、当該受光素子８０に蓄積された電荷を転送する右側の垂直転送路８６にスミアが発生し、受光面の左側の周辺部分の受光素子８０においても、当該受光素子８０に蓄積された電荷を転送する左側の垂直転送路８６にスミアが発生する。よって、共に受光素子８０自身に蓄積された電荷を転送する垂直転送路８６に対してスミアを発生させるので、撮像した画像の周辺部での色付きの発生を防止することができる。

また、第３の実施の形態に係るＣＣＤ２２は、受光した光の光軸が通る位置に垂直方向に沿って定めた境界線に沿って垂直転送路８６と同様の構成の対応する素子列８２を有しないノイズ電荷転送路１２０が設けられている。このノイズ電荷転送路１２０の両側は、画素分離層９４が設けられて電気的に何れの素子列８２とも分離されている。

ところで、ＣＣＤ２２は、大光量の光を受光すると、遮光膜１０２を通り抜けた光により各垂直転送路８６及びノイズ電荷転送路１２０にスミアが発生する。このノイズ電荷転送路１２０は、何れの素子列８２とも分離されているため、スミア等のノイズの発生による電荷が蓄積される。

信号処理部４０は、ＣＣＤ２２から出力された信号からノイズ電荷転送路１２０による信号を抽出し、ノイズデータとして撮像制御部６２に出力する。

撮像制御部６２では、当該ノイズデータに基づいて画像データからノイズを取り除く補正処理を行い、補正したデジタル画像データを一旦ＳＤＲＡＭ７４に格納する。

次に、図１０を参照しつつ、上述した補正処理を実行する際のデジタルカメラ１０の作用を説明する。なお、図１０は、当該補完処理の流れを示すフローチャ−トである。

同図のステップ３００では、ノイズデータにより示されるノイズ電荷転送路１２０に蓄積されていた電荷量が所定量未満であるか否かを判定し、否定判定でなった場合はステップ３０２へ移行し、肯定判定となった場合は処理終了となる。

すなわち、ノイズ電荷転送路１２０に蓄積された電荷を画像とした場合に、白筋状となるようなスミアが発生している場合、当該電荷量に基づく補正を行った場合、過剰補正となってしまうため、ノイズ電荷転送路１２０に蓄積された電荷が所定値未満の場合に補正を行う。なお、所定量は白筋状となるようなスミアの発生したと判定できる適切な値に定められている、
ステップ３０２では、ノイズデータにより示される電荷量が多いほど、輝度を下げるように画像データにより示される画像全体の階調値の補正を行い、処理終了となる。

以上詳細に説明したように、第３の実施の形態のＣＣＤ２２は、境界線に沿って対応する素子列を有しない転送路（ここでは、垂直転送路８６）を備えたので、光を受光した際に転送路に生じるノイズによる電荷を取得することができる。

また、第３の実施の形態のデジタルカメラ１０は、生成手段により、固体撮像素子より転送された前記受光素子毎の電荷の電荷量に基づいて画像データを生成し、補正手段（ここでは、撮像制御部６２）により、前記対応する素子列を有しない転送路から得られる電荷の電荷量に基づいて前記画像データからノイズを取り除く補正を行っているので、撮像した画像の画質を向上させることができる。

なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係るＣＣＤ２２は、垂直転送路８６の位置を交差方向における受光した光の光軸側と反対となる側の素子列８２と隣接するものとした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第３の実施の形態に係るＣＣＤ２２と同様に、垂直転送路８６の位置を交差方向における受光した光の光軸側の素子列８２と隣接するものとしてもよい。また、第３の実施の形態に係るＣＣＤ２２を、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係るＣＣＤ２２と同様に、垂直転送路８６の位置を交差方向における受光した光の光軸側と反対となる側の素子列８２と隣接するものとしてもよい。境界線を境として素子列８２と当該素子列８２に対応する転送路８６との交差方向における並び順を逆とした構成であれば何れの構成であっても、撮像した画像の周辺部分でスミアの発生により異なる色付きが発生することを防止することができる。

また、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、ＣＣＤ２２に中央分離層８９を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第３の実施の形態のように、ノイズ電荷転送路１２０を設けて画像データからノイズを取り除く補正を行うものとしてもよい。この場合も、撮像した画像の画質を向上させることができる。

また、第３の形態では、ＣＣＤ２２にノイズ電荷転送路１２０を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態のように、中央分離層８９を設けるものとしてもよい。この場合も、一方の領域にスミアやブルーミング等のノイズが発生しても他方の領域へのノイズの影響を防ぐことができる。

また、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態では、原色系のカラーフィルタ１０６を用いたが補色系のカラーフィルタ１０６を用いてよく。また、色の配列は何れのパターンであってもよい。

また、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態で説明したＣＣＤ２２の構成及びデジタルカメラ１０の構成（図１〜図７、図９参照。）は、一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

さらに、第２の実施の形態及び第２の実施の形態で説明した補完処理、補正処理の流れ（図８、図１０参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

第１の実施の形態に係るデジタルカメラの主要構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係るＣＣＤの構成を示す平面図である。 第１の実施の形態に係るＣＣＤの撮像部の部分拡大平面図である。 （Ａ）ＣＣＤのＶ１−Ｖ１線断面図、（Ｂ）ＣＣＤのＶ２−Ｖ２線断面図である。 第１の実施の形態に係る光学ユニットとＣＣＤとの位置関係を示す図である。 第２の実施の形態に係るＣＣＤの構成を示す平面図である。 第２の実施の形態に係るＣＣＤの擬似的な受光素子の位置を示す平面図である。 第２の実施の形態に係る補完処理の流れを示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係るＣＣＤの構成を示す平面図である。 第３の実施の形態に係る補正処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ デジタルカメラ
２２ ＣＣＤ
４０ 信号処理部
６２ 撮像制御部
８０ 受光素子
８２ 素子列
８６ 垂直転送路
８９ 中央分離層
９０ 半導体基板
１０６ カラーフィルタ
１２０ ノイズ電荷転送路

Claims (5)

1. 受光した光の光量に応じて電荷を蓄積する複数の受光素子を所定方向に沿って配列した素子列を前記所定方向と交差する交差方向に並列に複数列配置した基板と、前記基板上の光の入射側に設けられ、所定の色パターンを有して各々の前記受光素子に対して何れかの色成分の光を透過するカラーフィルタと、各々の前記素子列に対応して並列に配置され、対応する前記素子列の各受光素子に蓄積された電荷を転送する複数の転送路と、を備えた固体撮像素子であって、
   前記基板上における撮像レンズから入射した光の光軸に対応する位置を含む前記所定方向に沿った境界線を境として分割した領域の前記素子列と当該素子列に対応する前記転送路との前記交差方向における並び順を逆とし、
   前記境界線に沿って対応する前記素子列を有しない転送路を備えた
   固体撮像素子。
2. 前記境界線に対して前記素子列の各受光素子の位置を対称とした
   請求項１記載の固体撮像素子。
3. 前記境界線に対して前記カラーフィルタの色パターンを対称とした
   請求項２記載の固体撮像素子。
4. 前記境界線に沿って前記分割した領域を電気的に分離する電荷分離層
   をさらに備えた請求項１乃至請求項３の何れか一方記載の固体撮像素子。
5. 請求項１記載の固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子より転送された前記受光素子毎の電荷の電荷量に基づいて画像データを生成する生成手段と、
   前記対応する素子列を有しない転送路から得られる電荷の電荷量に基づいて前記画像データからノイズを取り除く補正を行う補正手段と、
   を備えた撮像装置。

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