(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を備える複数の画素セルがアレイ状に配置され、色配列に従って、各色光の信号レベルを前記画素セルごとに分担して検出する画素アレイと、
前記画素セルごとに対応させて設けられ、前記光電変換素子へ進行する光のうち、前記画素セルが検出対象とする色光を選択的に透過させるカラーフィルタと、
前記カラーフィルタと一体に形成され、前記光電変換素子へ進行する光から赤外光を除去する赤外光除去部と、を有し、
前記赤外光除去部は、前記画素セルごとに対応させて設けられ、前記画素セルが検出対象とする色光に応じて選択波長が設定されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記画素セルごとに対応させて設けられ、前記光電変換素子へ進行する光を集光するマイクロレンズを有し、
前記赤外光除去部は、前記マイクロレンズと前記光電変換素子との間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記赤外光除去部は、無機材料を使用して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
光電変換素子を備える複数の画素セルがアレイ状に配置された画素アレイと、
前記光電変換素子へ進行する光から赤外光を除去する赤外光除去部と、を有し、
前記複数の画素セルは、可視光である各色光の信号レベルを分担して検出する可視光用画素セルと、赤外光を検出する赤外光用画素セルと、を含み、
前記赤外光除去部は、前記可視光用画素セルごとに対応させて設けられ、前記可視光用画素セルが検出対象とする色光に応じて選択波長が設定されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
光電変換素子を備える複数の画素セルがアレイ状に配置された画素アレイと、
前記光電変換素子へ進行する光から赤外光を除去する赤外光除去部と、を有し、
前記複数の画素セルは、可視光である各色光の信号レベルを分担して検出する可視光用画素セルと、紫外光を検出する紫外光用画素セルと、を含み、
前記赤外光除去部は、前記可視光用画素セルごとに対応させて設けられ、前記可視光用画素セルが検出対象とする色光に応じて選択波長が設定されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
被写体像を撮像する固体撮像装置を有し、
前記固体撮像装置は、
光電変換素子を備える複数の画素セルがアレイ状に配置され、色配列に従って、各色光の信号レベルを前記画素セルごとに分担して検出する画素アレイと、
前記画素セルごとに対応させて設けられ、前記光電変換素子へ進行する光のうち、前記画素セルが検出対象とする色光を選択的に透過させるカラーフィルタと、
前記カラーフィルタと一体に形成され、前記光電変換素子へ進行する光から赤外光を除去する赤外光除去部と、を有し、
前記赤外光除去部は、前記画素セルごとに対応させて設けられ、前記画素セルが検出対象とする色光に応じて選択波長が設定されていることを特徴とするカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置及びカメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラモジュールには、可視光を透過して赤外光を除去するための赤外光（ＩＲ）カットフィルタが設けられている。通常、イメージセンサの画素セルに用いられている光電変換素子は、近赤外波長領域にまで感度が及ぶことから、カメラモジュールは、ＩＲカットフィルタにより近赤外光を除去することで、色再現性の悪化を抑制させることが可能となる。
【０００３】
各色光の信号レベルを画素セルごとに分担して検出する画素アレイに対して、従来、ＩＲカットフィルタの波長特性は、全画素アレイについて一定とされている。ＩＲカットフィルタの透過波長領域の上限を短波長側に設定すると、短波長側の色光については除去しきれない光が低減され、不要吸収成分による色再現性の悪化が抑制可能となるのに対して、長波長側の色光についての感度が低下することになる。また、ＩＲカットフィルタの透過波長領域の上限を長波長側に設定すると、長波長側の色光についての感度が大幅に増加するのに対して、短波長側の色光については不要吸収成分の増大による色再現性の悪化を招くこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０６３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、色再現性の低下を抑制可能とする固体撮像装置及びカメラモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、固体撮像装置は、画素アレイと、赤外光除去部と、を有する。画素アレイは、複数の画素セルがアレイ状に配置されている。画素セルは、光電変換素子を備える。画素アレイは、色配列に従って、各色光の信号レベルを画素セルごとに分担して検出する。赤外光除去部は、光電変換素子へ進行する光から赤外光を除去する。赤外光除去部は、画素セルごとに対応させて設けられている。赤外光除去部は、画素セルが検出対象とする色光に応じて選択波長が設定されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態にかかる固体撮像装置であるイメージセンサの概略構成を示す模式図。
【図２】図１に示すイメージセンサを備えるカメラモジュールの概略構成を示すブロック図。
【図３】図２に示すカメラモジュールを備える電子機器であるデジタルカメラの構成を示すブロック図。
【図４】ＤＳＰの構成を示すブロック図。
【図５】カラーフィルタ及びＩＲカットフィルタの分光特性を説明する図。
【図６】第２の実施形態にかかる固体撮像装置であるイメージセンサの概略構成を示す模式図。
【図７】第３の実施形態にかかる固体撮像装置であるイメージセンサにおける画素セルの配列を説明する図。
【図８】ベイヤー配列を説明する図。
【図９】各画素セルにおける分光特性を説明する図。
【図１０】不足色成分の信号値の生成において、既得色成分の信号値を参照する画素の例を示す図。
【図１１】第４の実施形態にかかるカメラモジュールの斜視概略図。
【図１２】イメージセンサの上面模式図。
【図１３】第５の実施形態にかかる固体撮像装置であるイメージセンサにおける画素セルの配列を説明する図。
【図１４】各画素セルにおける分光特性を説明する図。
【図１５】不足色成分の信号値の生成において、既得色成分の信号値を参照する画素の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置及びカメラモジュールを詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる固体撮像装置であるイメージセンサの概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示すイメージセンサを備えるカメラモジュールの概略構成を示すブロック図である。図３は、図２に示すカメラモジュールを備える電子機器であるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【００１０】
デジタルカメラ１は、カメラモジュール２、記憶部３及び表示部４を有する。カメラモジュール２は、被写体像を撮像する。記憶部３は、カメラモジュール２により撮影された画像を格納する。表示部４は、カメラモジュール２により撮影された画像を表示する。表示部４は、例えば、液晶ディスプレイである。
【００１１】
カメラモジュール２は、被写体像の撮像により、記憶部３及び表示部４へ画像信号を出力する。記憶部３は、ユーザの操作等に応じて、表示部４へ画像信号を出力する。表示部４は、カメラモジュール２あるいは記憶部３から入力される画像信号に応じて、画像を表示する。
【００１２】
カメラモジュール２は、レンズユニット１１、イメージセンサ１２、アナログデジタル変換器（analog  to  digital  converter；ＡＤＣ）１３及びデジタルシグナルプロセッサ（digital  signal  processor；ＤＳＰ）１４を有する。レンズユニット１１は、被写体からの光を取り込み、イメージセンサ１２にて被写体像を結像させる。
【００１３】
イメージセンサ１２は、レンズユニット１１により取り込まれた光を信号電荷に変換し、被写体像を撮像する。イメージセンサ１２は、アレイ状に配置された複数の画素セル２１を有する。図１は、一つの画素セル２１と、その画素セル２１に積層されている要素とを断面構成として示している。
【００１４】
画素セル２１は、光電変換素子２３と検出部（図示省略）とを備える。光電変換素子２３は、半導体基板２２の表面に形成された不純物拡散領域の一部により構成されている。光電変換素子２３は、入射光量に応じた電荷を発生させる。検出部は、光電変換素子２３からの信号電荷を電圧に変換する。画素アレイは、例えばベイヤー配列に従って、各色光の信号レベルを画素セル２１ごとに分担して検出する。
【００１５】
画素セル２１の上には、配線部２４、カラーフィルタ２５、ＩＲカットフィルタ２６及びマイクロレンズ２７が、保護層２８を介して積層されている。配線部２４は、画素セル２１からの電荷の転送や、遮光に使用される。
【００１６】
カラーフィルタ２５及びＩＲカットフィルタ２６は、マイクロレンズ２７及び光電変換素子２３の間の光路中に配置されている。カラーフィルタ２５は、画素セル２１ごとに対応させて設けられている。カラーフィルタ２５は、光電変換素子２３へ進行する光のうち、画素セル２１が検出対象とする色光を選択的に透過させる。
【００１７】
Ｒ光を検出する画素セル２１に対応させて設けられたカラーフィルタ２５は、Ｒ光を透過させ、Ｇ光及びＢ光を遮蔽する。Ｇ光を検出する画素セル２１に対応させて設けられたカラーフィルタ２５は、Ｇ光を透過させ、Ｒ光及びＢ光を遮蔽する。Ｂ光を検出する画素セル２１に対応させて設けられたカラーフィルタ２５は、Ｂ光を透過させ、Ｒ光及びＧ光を遮蔽する。
【００１８】
ＩＲカットフィルタ２６は、画素セル２１ごとに対応させて設けられている。ＩＲカットフィルタ２６は、光電変換素子２３へ進行する光から赤外光を除去する。マイクロレンズ２７は、画素セル２１ごとに対応させて設けられている。マイクロレンズ２７は、光電変換素子２３へ進行する光を集光する。
【００１９】
イメージセンサ１２は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の信号値をベイヤー配列に対応する順序で取り込むことにより、アナログ画像信号を生成する。ＡＤＣ１３は、イメージセンサ１２からの画像信号をアナログ方式からデジタル方式へ変換する。ＤＳＰ１４は、ＡＤＣ１３からのデジタル画像信号に対して種々の画像処理を施す。
【００２０】
カメラモジュール２は、イメージセンサ１２内のマイクロレンズ２７と光電変換素子２３との間の光路中にＩＲカットフィルタ２６を配置することで、例えばレンズユニット１１にＩＲカットフィルタ２６を設ける場合に比べて、レンズユニット１１を簡易な構成にできる。なお、ＩＲカットフィルタ２６は、イメージセンサ１２内のうち、マイクロレンズ２７に対してレンズユニット１１側に配置しても良い。
【００２１】
図４は、ＤＳＰの構成を示すブロック図である。ＤＳＰ１４は、デモザイク部３１、自動露出（auto  exposure；ＡＥ）部３２、自動ホワイトバランス（auto  white  balance；ＡＷＢ）部３３、カラーマトリクス部３４、ガンマ補正部３５及びＹＵＶ変換部３６を有する。
【００２２】
デモザイク部３１は、ベイヤー配列の順序で伝達されてくるデジタル画像信号の補間処理（デモザイク処理）により、ＲＧＢの信号（感度信号）を生成する。ＡＥ部３２は、ＲＧＢの感度信号のＡＥ調整を実施する。ＡＷＢ部３３は、ＲＧＢの感度信号のＡＷＢ調整を実施する。
【００２３】
カラーマトリクス部３４は、ＲＧＢの感度信号に対して、色再現性を得るためのカラーマトリクス演算処理（色再現性処理）を実施する。ガンマ補正部３５は、ＲＧＢの感度信号に対して、画像の階調を補正するためのガンマ補正を実施する。ＹＵＶ変換部３６は、ＲＧＢの感度信号から輝度（Ｙ）信号及び色差（ＵＶ）信号を生成することにより、画像信号をＲＧＢ形式からＹＵＶ形式（例えば、ＹＵＶ４２２など）へ変換する。
【００２４】
ＩＲカットフィルタ２６は、例えば、互いに屈折率が異なる層を周期的に積層させたフォトニックカラーフィルタとする。ＩＲカットフィルタ２６は、例えば、積層構造のうちの少なくとも一つの層の厚さを色光ごとに異ならせることで、画素セル２１が検出対象とする色光に応じて、選択的に透過させる波長に差が設けられている。
【００２５】
ＩＲカットフィルタ２６は、無機材料、例えば、ＳｉＯ２やＴｉＯ２を積層させて構成されている。ＩＲカットフィルタ２６は、例えば、スパッタリング、真空蒸着等の真空成膜法により製造する。無機材料を使用することで、画素セル２１ごとに波長特性に差を持たせたＩＲカットフィルタ２６を形成することができる。
【００２６】
図５は、カラーフィルタ及びＩＲカットフィルタの分光特性を説明する図である。図５中、縦軸は分光透過率、横軸は波長とする。説明中の波長はいずれも例として示すものであって、適宜変更可能であるものとする。
【００２７】
Ｂ光用のカラーフィルタ２５の分光透過率は、４５０ｎｍ付近で最大となり、４５０ｎｍ付近から長波長となるに従い徐々に低下していくものの、図中破線で示すように５７０ｎｍ付近からは若干の上昇が見られる。
【００２８】
Ｇ光用のカラーフィルタ２５の分光透過率は、５４０ｎｍ付近で最大となり、５４０ｎｍ付近から長波長となるに従い徐々に低下していくものの、図中破線で示すように６４０ｎｍ付近からは若干の上昇が見られる。
【００２９】
Ｒ光用のカラーフィルタ２５の分光透過率は、６３０ｎｍ付近で最大となり、６３０ｎｍ付近から長波長となるに従い徐々に低下していくものの、図中破線で示すように６６０ｎｍ付近からは若干の上昇が見られる。
【００３０】
イメージセンサ１２は、各カラーフィルタ２５で除去しきれない光が不要吸収成分となって、本来の検出対象とする色光とともに画素セル２１に取り込まれることで、色再現性の悪化を生じさせることとなる。
【００３１】
Ｂ光を検出対象とする画素セル２１に対応させるＩＲカットフィルタ２６は、５７０ｎｍ付近よりも長波長側の光を遮蔽するように波長特性が設定されている。かかるＩＲカットフィルタ２６をＢ光用のカラーフィルタ２５に組み合わせることで、５７０ｎｍ付近より長波長側についても、図中実線で示すように分光透過率を徐々に減衰させる。
【００３２】
Ｇ光を検出対象とする画素セル２１に対応させるＩＲカットフィルタ２６は、６４０ｎｍ付近よりも長波長側の光を遮蔽するように波長特性が設定されている。かかるＩＲカットフィルタ２６をＧ光用のカラーフィルタ２５に組み合わせることで、６４０ｎｍ付近より長波長側についても、図中実線で示すように分光透過率を徐々に減衰させる。
【００３３】
Ｒ光を検出対象とする画素セル２１に対応させるＩＲカットフィルタ２６は、６６０ｎｍ付近よりも長波長側の光を遮蔽するように波長特性が設定されている。かかるＩＲカットフィルタ２６をＲ光用のカラーフィルタ２５に組み合わせることで、６６０ｎｍ付近より長波長側についても、図中実線で示すように分光透過率を徐々に減衰させる。
【００３４】
このように、ＩＲカットフィルタ２６は、対応する画素セル２１が検出対象とする色光に応じて選択波長が設定されている。選択波長に差が設けられたＩＲカットフィルタ２６を適用することで、イメージセンサ１２は、イメージセンサ１２全体に対して波長特性が一様とされた従来のフィルタを使用する場合に比べて、画素セル２１における不要吸収成分を効果的に除去することが可能となる。これにより、イメージセンサ１２は、色再現性の悪化を抑制させることができる。
【００３５】
カメラモジュール２は、不要吸収成分を低減可能とすることで、カラーマトリクス部３４でのカラーマトリクス演算の係数を小さくすることができる。カメラモジュール２は、カラーマトリクス演算の係数を小さくすることでゲインを小さくでき、ノイズが低減された画像を得ることが可能となる。
【００３６】
ＩＲカットフィルタ２６は、全ての色光について互いに選択波長を異ならせるものに限られない。少なくとも、一つの色光に対応するＩＲカットフィルタ２６が、他の色光に対応するＩＲカットフィルタ２６とは選択波長に差が設けられたものであれば良いものとする。
【００３７】
例えば、Ｇ光を検出対象とする画素セル２１上のＩＲカットフィルタ２６と、Ｂ光を検出対象とする画素セル２１上のＩＲカットフィルタ２６とは、透過波長領域の上限を共通波長、例えば６２０ｎｍ付近などとしても良い。また、Ｒ光を検出対象とする画素セル２１は、本来的に、他の色光を検出対象とする場合に比べて不要吸収成分を少なくできることから、ＩＲカットフィルタ２６の透過波長領域の上限を例えば可視領域より長波長側としても良い。
【００３８】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態にかかる固体撮像装置であるイメージセンサの概略構成を示す模式図である。第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。イメージセンサ４０は、アレイ状に配置された複数の画素セル２１を有する。図６は、一つの画素セル２１と、その画素セル２１に積層されている要素とを断面構成として示している。
【００３９】
イメージセンサ４０は、マイクロレンズ２７と光電変換素子２３との間の光路中に配置されたフォトニックカラーフィルタ４１を有する。フォトニックカラーフィルタ４１は、画素セル２１ごとに対応させて設けられている。フォトニックカラーフィルタ４１は、光電変換素子２３へ進行する光のうち、画素セル２１が検出対象とする色光を選択的に透過させるとともに、赤外光を除去する。フォトニックカラーフィルタ４１は、カラーフィルタの機能と赤外光除去部の機能とを兼ね備え、これらを一体としたものに相当する。なお、フォトニックカラーフィルタ４１は、マイクロレンズ２７と一体に構成しても良い。
【００４０】
フォトニックカラーフィルタ４１は、互いに屈折率が異なる層を周期的に積層させた積層構造をなしている。フォトニックカラーフィルタ４１は、積層構造のうちの少なくとも一つの層の厚さを色光ごとに異ならせることで、画素セル２１が検出対象とする色光に応じて、選択的に透過させる光の波長に差が設けられている。
【００４１】
フォトニックカラーフィルタ４１は、無機材料、例えば、ＳｉＯ２やＴｉＯ２を積層させて構成されている。フォトニックカラーフィルタ４１は、例えば、スパッタリング、真空蒸着等の真空成膜法により製造する。無機材料を使用することで、画素セル２１ごとに波長特性に差を持たせたフォトニックカラーフィルタ４１を形成することができる。
【００４２】
本実施形態にかかるイメージセンサ４０は、第１の実施形態と同様に、画素セル２１における不要吸収成分を効果的に除去可能とすることで、色再現性の悪化を抑制させることができる。カメラモジュール２は、イメージセンサ４０内のマイクロレンズ２７と光電変換素子２３との間の光路中にフォトニックカラーフィルタ４１を配置することで、例えばレンズユニット１１にＩＲカットフィルタを設ける場合に比べて、レンズユニット１１を簡易な構成にできる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態にかかる固体撮像装置であるイメージセンサにおける画素セルの配列を説明する図である。図８は、ベイヤー配列を説明する図である。図８に示すベイヤー配列では、２行２列の画素ブロック中の対角にＲ用画素及びＢ用画素が配置され、残りの対角に２個のＧ用画素が配置されている。
【００４４】
図７に示すように、本実施形態のイメージセンサは、ベイヤー配列を構成する２行２列の画素ブロック中、２個のＧ用画素のうちの一つが赤外（ＩＲ）用画素に置き換えられた構成をなしている。本実施形態のイメージセンサは、４画素を１組として、ＲＧＢの３つの色情報の他に赤外光の情報を取得する。カメラモジュールは、赤外光の情報を利用する画像処理を可能とする。
【００４５】
イメージセンサは、Ｒ光を検出するＲ用画素セルと、Ｇ光を検出するＧ用画素セルと、Ｂ光を検出するＢ用画素セルと、赤外光を検出するＩＲ用画素セルと、を備える。Ｒ用画素セル、Ｇ用画素セル、Ｂ用画素セルは、可視光であるＲＧＢの信号レベルを分担して検出する可視光用画素セルである。本実施形態において、可視光用画素セルは、例えば第１の実施形態の各色光用画素セルと同様に構成されている。
【００４６】
ＩＲ用画素セルは、各色光用画素セルにおけるカラーフィルタ２５及びＩＲカットフィルタ２６（図１参照）に代えて、ＩＲ透過フィルタが設けられている。ＩＲ透過フィルタは、赤外光を透過させ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光を遮蔽する。
【００４７】
ＩＲ透過フィルタは、例えば、可視光用画素セルのＩＲカットフィルタ２６と同様に、フォトニックカラーフィルタとする。ＩＲ透過フィルタは、無機材料、例えば、ＳｉＯ２やＴｉＯ２を積層させた積層構造をなしている。ＩＲ透過フィルタを構成する各層は、赤外光を選択的に透過可能とする厚さを持たせて構成されている。ＩＲ透過フィルタは、例えば、スパッタリング、真空蒸着等の真空成膜法により製造する。なお、本実施形態において、可視光用画素セルは、第２の実施形態の各色光用画素セルと同様に、フォトニックカラーフィルタ４１（図６参照）を備える構成としても良い。
【００４８】
図９は、各画素セルにおける分光特性を説明する図である。説明中の波長はいずれも例として示すものであって、適宜変更可能であるものとする。可視光用画素セルについては、カラーフィルタ２５及びＩＲカットフィルタ２６の組み合わせによる分光透過率特性、あるいはフォトニックカラーフィルタ４１による分光透過率特性を表している。ＩＲ用画素セルについては、ＩＲ透過フィルタの分光透過率特性を表している。
【００４９】
Ｂ用画素セルでは、第１の実施形態と同様、５７０ｎｍ付近から長波長となるにしたがって、図中実線で示すように分光透過率を徐々に減衰させる。さらに、Ｂ用画素セルには、６７０ｎｍから７３０ｎｍのうちのいずれか（例えば７３０ｎｍ）より長波長の光を完全にカット可能とする特性を持たせる。
【００５０】
Ｇ用画素セルでは、第１の実施形態と同様、６４０ｎｍ付近から長波長となるにしたがって、図中実線で示すように分光透過率を徐々に減衰させる。さらに、Ｇ用画素セルには、Ｂ用画素セルと同様、６７０ｎｍから７３０ｎｍのうちのいずれか（例えば７３０ｎｍ）より長波長の光を完全にカット可能とする特性を持たせる。
【００５１】
Ｒ用画素セルでは、第１の実施形態と同様、６６０ｎｍ付近から長波長となるにしたがって、図中実線で示すように分光透過率を徐々に減衰させる。さらに、Ｒ用画素セルには、Ｂ用画素セル及びＧ用画素セルと同様、６７０ｎｍから７３０ｎｍのうちのいずれか（例えば７３０ｎｍ）より長波長の光を完全にカット可能とする特性を持たせる。
【００５２】
ＩＲ用画素セルのＩＲ透過フィルタは、７３０ｎｍ以上の波長を持つ光を透過させる特性を持たせる。ＩＲ透過フィルタの分光透過率は、８００ｎｍ付近で最大となる。イメージセンサは、画素アレイ内にＩＲ用画素セルを配置し、かつＩＲ用画素セルにて検出対象とする波長の光を可視光用画素セルではカットする。イメージセンサは、可視光である各色光の情報を可視光用画素セルにより取得するとともに、ＩＲ用画素セルにより赤外光の情報を取得することができる。
【００５３】
図１０は、不足色成分の信号値の生成において、既得色成分の信号値を参照する画素の例を示す図である。デモザイク部３１（図４参照）は、画素ごとの既得色成分の信号値の補間処理により、画素ごとの不足色成分の信号値を生成する。デモザイク部３１は、ＩＲ用画素については、不足色成分であるＲ、Ｇ及びＢの各信号値を算出する。
【００５４】
デモザイク部３１は、不足色成分の信号値の生成において、例えば、３行３列の画素ブロックに含まれる９個の画素の信号値を参照する。デモザイク部３１は、例えば、次に示す各式により、ＩＲ用画素における不足色成分の各信号値を算出する。
（Ｒの信号値）＝（Ｒ１＋Ｒ２）／２
（Ｇの信号値）＝（Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４）／４
（Ｂの信号値）＝（Ｂ１＋Ｂ２）／２
【００５５】
なお、各式中、「Ｒ１」及び「Ｒ２」の項は、それぞれ、画素ブロックに含まれる２つのＲ用画素が検出したＲ成分の信号値とする。「Ｇ１」、「Ｇ２」、「Ｇ３」及び「Ｇ４」の項は、それぞれ、画素ブロックに含まれる４つのＧ用画素が検出したＧ成分の信号値とする。「Ｂ１」及び「Ｂ２」の項は、それぞれ、画素ブロックに含まれる２つのＢ用画素が検出したＢ成分の信号値とする。ＤＳＰ１４（図４参照）において、ＡＥ部３２は、可視光成分を対象とするＡＥ調整を実施する。ＡＷＢ部３３は、可視光成分を対象とするＡＷＢ調整を実施する。
【００５６】
なお、デモザイク部３１は、本実施形態で説明する方法によるデモザイク処理を実施する場合に限られず、いずれの方法によりデモザイク処理を実施するものであっても良い。デモザイク処理は、例えば、色再現性、信号対ノイズ比（ＳＮ比）及び解像度等の向上のための変更を適宜しても良い。
【００５７】
カメラモジュールは、本実施形態のイメージセンサを適用することで、赤外光の検出のための専用のイメージセンサを別途追加すること無く、各色光の情報とともに赤外光の情報を得ることができる。カメラモジュールは、通常のベイヤー配列の場合と比較して、一部のＧ用画素がＩＲ画素に置き換えられる分、検出される色情報が少なくなるのと引き換えに、赤外光の情報を使用する機能の追加が可能となる。
【００５８】
カメラモジュールは、例えば、赤外光の輝度情報を使用することで、低照度環境下における高感度な画像撮影が可能となる。また、カメラモジュールは、本実施形態のイメージセンサを赤外光源と組み合わせて、いわゆるジェスチャー認識システムを構成するものとしても良い。ジェスチャー認識システムは、物体で反射した赤外光を検出し、物体の動きを認識可能とする。
【００５９】
本実施形態にかかるイメージセンサは、可視光用画素セルについては、第１の実施形態と同様に不要吸収成分を効果的に除去可能とすることで、色再現性の悪化を抑制させることができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態にかかるカメラモジュールの斜視概略図である。カメラモジュール５０は、イメージセンサ５１と、４個の撮像レンズ５３とを有する。各撮像レンズ５３は、２行２列のレンズレットを構成する。各撮像レンズ５３は、被写体から光を取り込むレンズユニットを構成する。
【００６１】
図１２は、イメージセンサの上面模式図である。イメージセンサ５１は、Ｒ用画素アレイ５２Ｒ、Ｂ用画素アレイ５２Ｂ、Ｇ用画素アレイ５２Ｇ及びＩＲ用画素アレイ５２ＩＲを有する。なお、各画素アレイ５２Ｒ、５２Ｂ、５２Ｇ及び５２ＩＲは、受光面のみを図示することとし、他の構成の図示を省略している。
【００６２】
Ｒ用画素アレイ５２Ｒは、Ｒ用画素セルがアレイ状に配置されている。Ｂ用画素アレイ５２Ｂは、Ｂ用画素セルがアレイ状に配置されている。Ｇ用画素アレイ５２Ｇは、Ｇ用画素セルがアレイ状に配置されている。ＩＲ用画素アレイ５２ＩＲは、ＩＲ用画素セルがアレイ状に配置されている。可視光用画素セルであるＲ用画素セル、Ｇ用画素セル及びＢ用画素セルは、第３の実施形態の各色光用画素セルと同様に構成されている。ＩＲ用画素セルは、第３の実施形態のＩＲ用画素セルと同様に構成されている。
【００６３】
イメージセンサ５１において、Ｒ用画素アレイ５２Ｒ、Ｂ用画素アレイ５２Ｂ、Ｇ用画素アレイ５２Ｇ及びＩＲ用画素アレイ５２ＩＲは、２行２列のマトリクスをなしている。なお、撮像レンズ５３は、Ｒ用画素アレイ５２Ｒ、Ｂ用画素アレイ５２Ｂ、Ｇ用画素アレイ５２Ｇ及びＩＲ用画素アレイ５２ＩＲのそれぞれに対応するように設けられている。
【００６４】
カメラモジュール５０は、各画素アレイ５２Ｒ、５２Ｂ及び５２Ｇにより取り込まれた各信号値により、デモザイク処理を経ずに、ＲＧＢの各色成分からなるカラー画像を合成可能とする。カメラモジュール５０は、カラー画像の合成後は、第１の実施形態と同様に、カラーマトリクス演算処理、ホワイトバランス調整及びガンマ補正を実施する。また、カメラモジュール５０は、ＩＲ用画素アレイ５２ＩＲにより、赤外光の情報を得ることができる。
【００６５】
カメラモジュールは、本実施形態のイメージセンサ５１を適用することで、第３の実施形態と同様、赤外光の検出のための専用のイメージセンサを別途追加すること無く、各色光の情報とともに赤外光の情報を得ることができる。本実施形態にかかるイメージセンサ５１は、可視光用画素セルについては、第１の実施形態と同様に不要吸収成分を効果的に除去可能とすることで、色再現性の悪化を抑制させることができる。
【００６６】
イメージセンサ５１は、色成分ごとの画素アレイと赤外成分についての画素アレイとを設けることにより、各色成分および赤外成分の光の漏れ出しによる画素セル間でのクロストークを回避することができる。イメージセンサ５１は、クロストークの抑制により、色再現性や感度を大幅に向上させることが可能となる。また、イメージセンサ５１は、検出対象とする光の波長域に応じて設計が最適化された撮像レンズ５３を使用可能とすることで、軸上色収差を大幅に軽減させることが可能となる。
【００６７】
（第５の実施形態）
図１３は、第５の実施形態にかかる固体撮像装置であるイメージセンサにおける画素セルの配列を説明する図である。本実施形態のイメージセンサは、ベイヤー配列を構成する２行２列の画素ブロック中、２個のＧ用画素のうちの一つが紫外（ＵＶ）用画素に置き換えられた構成をなしている。本実施形態のイメージセンサは、４画素を１組として、ＲＧＢの３つの色情報の他に紫外光の情報を取得する。カメラモジュールは、紫外光の情報を利用する画像処理を可能とする。
【００６８】
イメージセンサは、Ｒ光を検出するＲ用画素セルと、Ｇ光を検出するＧ用画素セルと、Ｂ光を検出するＢ用画素セルと、紫外光を検出するＵＶ用画素セルと、を備える。Ｒ用画素セル、Ｇ用画素セル、Ｂ用画素セルは、可視光であるＲＧＢの信号レベルを分担して検出する可視光用画素セルである。本実施形態において、可視光用画素セルは、例えば第１の実施形態の各色光用画素セルと同様に構成されている。
【００６９】
ＵＶ用画素セルは、各色光用画素セルにおけるカラーフィルタ２５及びＩＲカットフィルタ２６（図１参照）に代えて、ＵＶ透過フィルタが設けられている。ＵＶ透過フィルタは、紫外光を透過させ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光を遮蔽する。
【００７０】
ＵＶ透過フィルタは、例えば、可視光用画素セルのＩＲカットフィルタ２６と同様に、フォトニックカラーフィルタとする。ＵＶ透過フィルタは、無機材料、例えば、ＳｉＯ２やＴｉＯ２を積層させた積層構造をなしている。ＵＶ透過フィルタを構成する各層は、紫外光を選択的に透過可能とする厚さを持たせて構成されている。ＵＶ透過フィルタは、例えば、スパッタリング、真空蒸着等の真空成膜法により製造する。なお、本実施形態において、可視光用画素セルは、第２の実施形態の各色光用画素セルと同様に、フォトニックカラーフィルタ４１（図６参照）を備える構成としても良い。
【００７１】
図１４は、各画素セルにおける分光特性を説明する図である。説明中の波長はいずれも例として示すものであって、適宜変更可能であるものとする。可視光用画素セルについては、カラーフィルタ２５及びＩＲカットフィルタ２６の組み合わせによる分光透過率特性、あるいはフォトニックカラーフィルタ４１による分光透過率特性を表している。ＵＶ用画素セルについては、ＵＶ透過フィルタの分光透過率特性を表している。
【００７２】
Ｂ用画素セルでは、第１の実施形態と同様、５７０ｎｍ付近から長波長となるにしたがって、分光透過率を徐々に減衰させる。さらに、Ｂ用画素セルでは、４３０ｎｍ付近から短波長となるにしたがって、図中実線で示すように分光透過率を徐々に減衰させる。なお、図中、Ｂについての分光特性に続けて表した破線は、従来知られるＢ光用のカラーフィルタにおける分光特性の例を示すものである。
【００７３】
Ｇ用画素セルでは、第１の実施形態と同様、６４０ｎｍ付近から長波長となるにしたがって、分光透過率を徐々に減衰させる。さらに、Ｇ用画素セルでは、４３０ｎｍ付近から短波長となるにしたがって、図中実線で示すように分光透過率を徐々に減衰させる。なお、図中、Ｇについての分光特性に続けて表した破線は、従来知られるＧ光用のカラーフィルタにおける分光特性の例を示すものである。
【００７４】
Ｒ用画素セルでは、第１の実施形態と同様、６６０ｎｍ付近から長波長となるにしたがって、分光透過率を徐々に減衰させる。さらに、Ｒ用画素セルでは、５１０ｎｍ付近から短波長となるにしたがって、図中実線で示すように分光透過率を徐々に減衰させる。なお、図中、Ｒについての分光特性に続けて表した破線は、従来知られるＲ光用のカラーフィルタにおける分光特性の例を示すものである。
【００７５】
ＵＶ用画素セルのＵＶ透過フィルタは、５１０ｎｍ以下の波長を持つ光を透過させる特性を持たせる。ＵＶ透過フィルタの分光透過率は、４００ｎｍ付近で最大となる。イメージセンサは、画素アレイ内にＵＶ用画素セルを配置し、かつＵＶ用画素セルにて検出対象とする波長の光を可視光用画素セルではカットする。イメージセンサは、可視光である各色光の情報を可視光用画素セルにより取得するとともに、ＵＶ用画素セルにより紫外光の情報を取得することができる。
【００７６】
図１５は、不足色成分の信号値の生成において、既得色成分の信号値を参照する画素の例を示す図である。デモザイク部３１（図４参照）は、画素ごとの既得色成分の信号値の補間処理により、画素ごとの不足色成分の信号値を生成する。デモザイク部３１は、ＵＶ用画素については、不足色成分であるＲ、Ｇ及びＢの各信号値を算出する。
【００７７】
デモザイク部３１は、不足色成分の信号値の生成において、例えば、３行３列の画素ブロックに含まれる９個の画素の信号値を参照する。デモザイク部３１は、例えば、次に示す各式により、ＵＶ用画素における不足色成分の各信号値を算出する。
（Ｒの信号値）＝（Ｒ１＋Ｒ２）／２
（Ｇの信号値）＝（Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４）／４
（Ｂの信号値）＝（Ｂ１＋Ｂ２）／２
【００７８】
なお、各式中、「Ｒ１」及び「Ｒ２」の項は、それぞれ、画素ブロックに含まれる２つのＲ用画素が検出したＲ成分の信号値とする。「Ｇ１」、「Ｇ２」、「Ｇ３」及び「Ｇ４」の項は、それぞれ、画素ブロックに含まれる４つのＧ用画素が検出したＧ成分の信号値とする。「Ｂ１」及び「Ｂ２」の項は、それぞれ、画素ブロックに含まれる２つのＢ用画素が検出したＢ成分の信号値とする。ＤＳＰ１４（図４参照）において、ＡＥ部３２は、可視光成分を対象とするＡＥ調整を実施する。ＡＷＢ部３３は、可視光成分を対象とするＡＷＢ調整を実施する。
【００７９】
なお、デモザイク部３１は、本実施形態で説明する方法によるデモザイク処理を実施する場合に限られず、いずれの方法によりデモザイク処理を実施するものであっても良い。デモザイク処理は、例えば、色再現性、ＳＮ比及び解像度等の向上のための変更を適宜しても良い。
【００８０】
カメラモジュールは、通常のベイヤー配列の場合と比較して、一部のＧ用画素がＵＶ画素に置き換えられる分、検出される色情報が少なくなるのと引き換えに、紫外光の情報を使用する機能の追加が可能となる。
【００８１】
カメラモジュールは、例えば、広い被写界深度を得るために、近接距離の被写体の撮影に紫外光の情報を利用しても良い。従来、広い被写界深度を得るために、ＥＤｏＦ（extended  depth  field）用の固定焦点レンズを使用することがある。変調伝達関数（modulation  transfer  function；ＭＴＦ）のピークは、長波長の成分ほど遠距離側となる。近接距離においては、ＲＧＢの各色光ではＲ光がＭＴＦのピークから遠くなるため、Ｒ成分にボケが生じ易くなる。また、遠距離から無限遠においては、ＲＧＢの各色光ではＢ光がＭＴＦのピークから遠くなるため、Ｂ成分にボケが生じ易くなる。
【００８２】
さらに、ＥＤｏＦ固定焦点カメラは、被写界深度を広く確保していることで、オートフォーカスカメラに比べてＭＴＦのピークが低い。ＥＤｏＦ固定焦点カメラは、ＭＴＦのピークが低い分、輪郭強調を比較的強めに施すこととなる。近接距離でのＲ成分のボケや、遠距離から無限遠でのＢ成分のボケは、輪郭強調によって助長されてしまい、画質を劣化させる要因となり得る。
【００８３】
カメラモジュールは、近接撮影には紫外光の情報を使用することで、ＲＧＢの各色光についてはＭＴＦのピークに大きな差を設ける必要を無くすことが可能となる。これにより、カメラモジュールは、広い被写界深度の確保により、バーコード読み取りや文字認識等の近接撮影と通常の撮影を可能とするとともに、画質の劣化を抑制させることが可能となる。
【００８４】
本実施形態にかかるイメージセンサは、可視光用画素セルについては、第１の実施形態と同様に不要吸収成分を効果的に除去可能とすることで、色再現性の悪化を抑制させることができる。
【００８５】
さらに、本実施形態にかかるイメージセンサは、第４の実施形態のイメージセンサ５１（図１２参照）と同様に、色成分ごとの画素アレイと紫外成分についての画素アレイとを設けることとしても良い。この場合も、カメラモジュールは、広い被写界深度を確保し、画質劣化を抑制させることができる。イメージセンサは、第４の実施形態と同様、クロストークの抑制により色再現性の向上、感度の向上を可能とし、かつ軸上色収差の軽減が可能となる。
【００８６】
各実施形態にかかるイメージセンサ１２、４０、５１を適用するカメラモジュール２、５０は、デジタルカメラ１以外の電子機器、例えばカメラ付き携帯電話等であっても良い。
【００８７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８８】
２、５０  カメラモジュール、１２、４０、５１  イメージセンサ、２１  画素セル、２３  光電変換素子、２５  カラーフィルタ、２６  ＩＲカットフィルタ、２７  マイクロレンズ、４１  フォトニックカラーフィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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