(57)【要約】【課題】主感光領域および従感光領域からそれぞれ色味が正しく安定した色バランスの信号を得ることができる固体撮像装置を提供。【解決手段】ディジタルカメラ１０は、受光素子の主感光領域と従感光領域とのそれぞれから順次読み出した画像信号を信号処理部１８に供給し、信号処理部１８に設けた分光感度補正部４８で主感光領域および従感光領域のそれぞれに対応した主感光補正部７０および従感光補正部７２でのそれぞれ色Ｒ，  Ｇ，  Ｂと色ｒ，  ｇ，  ｂが有する、分光感度のずれ量を補正して、得られる画像信号における主感光領域と従感光領域とから得られる画像信号の色バランスを調整している。【選択図】        図１
2004222048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主感光領域と該主感光領域より小さい面積の従感光領域とを含み入射光を電気信号に変換する受光素子が複数、２次元アレイ状に配設された固体撮像素子と、
該固体撮像素子から読み出した画像信号に信号処理を施す信号処理手段とを含み、
該信号処理手段は、前記主感光領域および前記副感光領域それぞれの信号に対する分光感度を補正する感度補正手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記感度補正手段は、前記主感光領域および前記従感光領域の信号それぞれに対して線形マトリックス演算を施す線形演算手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記線形演算手段は、前記主感光領域および前記従感光領域の信号それぞれにおいて前記分光感度を補正する対象の信号から該信号に対して近傍に位置する該対象と同種の感光領域における緑色の信号を定数倍した値を減算することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、前記定数倍は、前記分光感度の補正のうち、赤色に関して前記主感光領域に対する値より前記従感光領域に対する値を大きな値にし、青色に関して前記主感光領域に対する値より前記従感光領域に対する値を小さな値にすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記感度補正手段は、前記主感光領域の緑色に対する赤色を第１の比とし、前記従感光領域の緑色に対する赤色を第２の比とし、第２の比に対する第１の比の関係を基にした前記分光感度における赤色ゲインを第１の補正係数とし、前記主感光領域の緑色に対する青色を第３の比とし、前記従感光領域の緑色に対する青色を第４の比とし、第４の比に対する第３の比の関係を基にした前記分光感度における第２の補正係数とし、
前記主感光領域の赤色に第１の補正係数を乗算して前記従感光領域の赤色を補正し、かつ前記主感光領域の青色に第２の補正係数を乗算して前記従感光領域の青色を補正することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、第１および第２の補正係数は、所定の色温度において定数とすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、第１の補正係数は、前記所定の色温度より低い色温度にて前記所定の色温度における第１の補正係数より低い値にし、前記所定の色温度より高い色温度にて前記所定の色温度における第１の補正係数より高い値にすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置において、第２の補正係数は、前記所定の色温度より低い色温度にて前記所定の色温度における第２の補正係数より高い値にし、前記所定の色温度より高い色温度にて前記所定の色温度における第２の補正係数より低い値にすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
請求項２または５に記載の装置において、前記感度補正手段は、前記主感光領域および前記副感光領域から信号に対してオフセットするオフセット手段を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、本発明は、たとえば分光特性のバランスにずれをともなう固体撮像素子を用いて広ダイナミックレンジを有する画像を得る固体撮像装置等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子は、受光した光を電荷に変換する受光領域を設け、この受光領域で生成された余剰な電荷を基板側に排出する構造、いわゆる縦型オーバーフロードレイン構造を有しているものがある。この受光領域に光が入射すると、固体撮像素子は基板の光吸収によって受光領域の直下に電荷を生成する。縦型オーバーフロードレイン構造では、信号電荷の蓄積において障壁としてオーバーフローバリア領域を形成している。このとき、固体撮像素子には、オーバーフローバリアより浅い位置で発生した電荷が蓄積領域に流入する。固体撮像素子において流入するこの信号電荷が、信号電荷の蓄積に寄与する。
【０００３】
ところで、入射光の波長に着目すると、波長の長い光は、オーバーフローバリア領域よりも深く入射し、この位置で入射光が吸収される。このため、発生した信号電荷は、基板に流れ、信号電荷の蓄積に寄与しない（特許文献１を参照）。これは、固体撮像素子が分光感度の影響を受け、波長依存性があることを意味している。具体的に固体撮像素子の分光感度を例示すると、短波長側は、シリコン基板上の膜が有する吸収特性で制限される。長波長側の理論限界は、シリコンの禁制帯エネルギーで決まり、この場合、１１００  ｎｍである（非特許文献１を参照）。
【０００４】
このような分光感度において、特に、長波長の感度を高くする要請があるとき、固体撮像素子は、オーバーフローバリア領域を基板の奥深くに形成するように設計する提案がされている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−５０７５５号公報
【非特許文献１】
和久井幸太郎  監修、映像情報メディア学会  編「テレビジョンカメラの設計技術」、コロナ社、１９９９，ｐ．１８７。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
また、本出願人は、一つの受光領域を相対的に電荷蓄積容量の大きい主感光領域と相対的に電荷蓄積容量の小さい従感光領域とに分けた固体撮像装置を提案してきている。この固体撮像装置は、主感光領域と従感光領域とをポテンシャル障壁によって領域を分離している。ここで、オーバーフローバリアによって主感光領域および従感光領域のそれぞれに信号電荷を蓄積するように形成されるポテンシャルの深さを同じ深さに設計するとき、完全に垂直なポテンシャル障壁を形成することが望まれる。しかしながら、このようなポテンシャル障壁の形成には従感光領域に対して印加する電圧を非常に高い設定が要求されることから、その実現は現実的に困難なものになってしまう。
【０００７】
このことにより、実際のオーバーフローバリアは傾斜を有するポテンシャル障壁となる。結果として、従感光領域は、基板表面から深いところが少なく、長波長の光に対する信号電荷を蓄積しようとしても、蓄積する容量が小さくなる。これは、主感光領域と従感光領域に同じ光を入射しても、従感光領域における長波長の感度が主感光領域に比べて低くなる可能性が高いことを示している。この可能性を考慮して要求を満足するように主感光領域と従感光領域に対してそれぞれ異なるオーバーフローバリアによる深さを形成することは、困難である。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、主感光領域および従感光領域からそれぞれ色味が正しく安定した色バランスの信号を得ることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、主感光領域とこの主感光領域より小さい面積の従感光領域とを含み入射光を電気信号に変換する受光素子が複数、２次元アレイ状に配設された固体撮像素子と、この固体撮像素子から読み出した画像信号に信号処理を施す信号処理手段とを含み、この信号処理手段は、主感光領域および副感光領域それぞれの信号に対する分光感度を補正する感度補正手段を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の固体撮像装置は、受光素子の主感光領域と従感光領域とのそれぞれから順次読み出した画像信号を信号処理手段に供給し、信号処理手段に設けた感度補正手段で主感光領域および副感光領域のそれぞれで異なる分光感度を補正することにより、得られる画像信号における色バランスを調整している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の一実施例を詳細に説明する。
【００１２】
本実施例は、本発明の固体撮像装置をディジタルカメラ１０に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【００１３】
ディジタルカメラ１０は、図３に示すように、光学系１２、撮像部１４、前処理部１６、信号処理部１８、システム制御部２０、操作部２２、タイミング信号発生器２４、ドライバ２６、モニタ２８およびストレージ３０を含んでいる。
【００１４】
光学系１２には、図示しないがメカニカルシャッタ、光学系レンズ、ズーム機構、絞り調節機構、およびオートフォーカス（ＡＦ：  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｆｏｃｕｓ）調節機構が含まれている。光学系１２は、光学レンズを上述した各種の機構を調整して入射光を撮像部１４に送る機能を有している。
【００１５】
ズーム機構は、図示しないが被写界の画角を調整する。ＡＦ調節機構は、複数の光学レンズの配置を自動的に変位調節して被写体を焦点の合った位置関係に調節する機構である。機構のそれぞれには、上述した位置に光学レンズを移動させるためモータが配設されている。これらの機構は、各モータにドライバ２６からそれぞれ供給される駆動信号３２に応動して動作している。
【００１６】
絞り調節機構は、具体的に図示しないが入射光量を調節するＡＥ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）調節機構であり、ドライバ２６からの駆動信号３４に応じてリング部を回転させる。リング部は、羽根を部分的に重ならせてアイリスの形状を丸く形成し、入射する光束を通すようにアイリスを形成する。このようにして絞り調節機構はアイリスの口径を変えている。絞り調節機構は、メカニカルシャッタをレンズシャッタとして光学系レンズに組み込んでもよい。
【００１７】
メカニカルシャッタは、撮像部１４に撮影のとき以外に光が照射されないように遮光するとともに、露光の開始と終了により露光時間を決める機能を有している。メカニカルシャッタには、たとえば一眼レフカメラで使用されているようなフォーカルプレン式がある。この方式は、シャッタ幕が縦または横に走り、この瞬間にできるスリットで露光を行うものである。また、上述したようにレンズシャッタ式を用いてもよい。メカニカルシャッタは、ドライバ２６から供給される駆動信号３６に応じてシャッタを開閉する。
【００１８】
撮像部１４は、図示しないが光学ローパスフィルタおよび色フィルタが配された固体撮像素子を備えている。光学ローパスフィルタは、入射光の空間周波数をナイキスト周波数以下にするフィルタである。固体撮像素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ：  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）で、一つの受光素子の受光面が受光面積の大きい主感光領域と受光面積の狭い従感光領域とに分けられ、主感光領域および従感光領域のそれぞれに蓄積した信号電荷を垂直転送路に読み出すトランスファゲート（ＴＧ：  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｇａｔｅ）が配設されている。固体撮像素子については後段でさらに説明する。固体撮像素子にもドライバ２６から駆動信号３８が供給されている。駆動信号３８は、固体撮像素子の動作モードに応じた水平駆動信号φＨ、垂直駆動信号φＶおよびＯＦＤ（Ｏｖｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｄｒａｉｎ）信号等である。撮像部１４は、固体撮像素子からで得られたアナログ電圧信号４０を前処理部１６に出力する。固体撮像素子は、飽和量を考慮して主感光領域から先に信号電荷を読み出して、次に従感光領域から信号電荷を読み出している。固体撮像素子は、一つの受光素子に対して上述した順序で各領域の信号電荷が独立にインターレース読出しされている。
【００１９】
前処理部１６には、ノイズ除去に相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：  ＣＤＳ）回路、ゲイン調整アンプ（ＧＣＡ：  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、およびＡ／Ｄ変換器（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が含まれている。ＣＤＳ回路には、タイミング信号発生器２４からサンプリング信号としてＣＤＳパルス４２が供給され、Ａ／Ｄ変換器には、変換クロック信号４４が供給されている。前処理部１６は、供給されるアナログ信号４０に対してノイズ除去、波形整形、ディジタル化を行って得られた撮像データのすべてをディジタルデータ４６として信号処理部１８に出力する。
【００２０】
信号処理部１８は、図１に示すように、分光感度補正部４８、画像加算部５０、ヒストグラム算出部５２、ガンマ変換部５４、同時化処理部５６、補正部５８、圧縮／伸長処理部６０、カードインタフェース部６２、画像縮小部６４および画像メモリ６６，  ６８を有している。
【００２１】
分光感度補正部４８は、主感光補正部７０および従感光補正部７２を含んでいる。主感光補正部７０は、主感光領域から得られた信号、すなわち画素データに対する分光感度を補正する機能を有している。また、従感光補正部７２は、従観光領域から得られた信号、すなわち画素データに対する分光感度を補正する機能を有している。
【００２２】
さらに説明すると、主感光補正部７０は、図２に示すように、オフセット部７４、リニアマトリックス（ＬＭＴＸ：  Ｌｉｎｅａｒ  ＭａＴｒｉＸ）部７６およびホワイトバランス（ＷＢ：Ｗｈｉｔｅ  Ｂａｌａｎｃｅ）ゲイン部７８を有し、従感光補正部７２もオフセット部８０、ＬＭＴＸ部８２およびＷＢゲイン部８４を有している。主感光補正部７０と従感光補正部７２は、補正する対象が主感光領域からの画素データと従感光領域からの画素データという点で異なるだけでそれぞれ同様の処理を行う。上述した各部について以下に説明する。
【００２３】
オフセット部７４，  ８０は、たとえば長時間露出にともなって黒レベルが上がる、いわゆる黒浮きを補正する機能を有している。すなわち、黒の基準レベル（ペデスタルレベル）が一定になるように上昇分のレベルを減じる機能である。
【００２４】
ＬＭＴＸ部７６，  ８２は、固体撮像素子の分光感度における色の重なりを解消する機能をそれぞれ有し、この機能を実現させるために演算機能を有している。分光感度における色の重なりとは、本実施例において色Ｒと色Ｂとの各分光特性に対する色Ｇの分光特性の重複領域を意味している。ＬＭＴＸ部７６，  ８２は、色Ｒおよび色Ｂの分光特性が正しく表現されるように、対象とする色Ｒ，  Ｂの画素に隣接する色Ｇの画素または近傍に位置する色Ｇの画素からの画素データに定数を乗算し、対象の画素データから乗算結果を減じる演算を行う。対象の画素データをＲ（ｘ，ｙ），  Ｂ（ｘ，ｙ）、ｒ（ｘ，ｙ），  ｂ（ｘ，ｙ）、定数Ｌ＿ＲＧ，  Ｌ＿ＢＧ、Ｌ＿ｒｇ，  Ｌ＿ｂｇ、対象に対して周囲に位置する色Ｇの画素データＧ（ｘ＋１，ｙ）、補正された対象の画素データＲｃ（ｘ，ｙ），  Ｂｃ（ｘ，ｙ）、ｒｃ（ｘ，ｙ），  ｂｃ（ｘ，ｙ）とすると、演算は、それぞれ、
【００２５】
【数１】
Ｒｃ（ｘ，ｙ）＝Ｒ（ｘ，ｙ）−Ｌ＿ＲＧ＊Ｇ（ｘ＋１，ｙ）                            ・・・（１）
Ｂｃ（ｘ，ｙ）＝Ｂ（ｘ，ｙ）−Ｌ＿ＢＧ＊Ｇ（ｘ＋１，ｙ）                            ・・・（２）
ｒｃ（ｘ，ｙ）＝ｒ（ｘ，ｙ）−Ｌ＿ｒｇ＊Ｇ（ｘ＋１，ｙ）                            ・・・（３）
ｂｃ（ｘ，ｙ）＝ｂ（ｘ，ｙ）−Ｌ＿ｂｇ＊Ｇ（ｘ＋１，ｙ）                            ・・・（４）
となる。
ここで、演算における主感光領域の定数Ｌ＿ＲＧ，  Ｌ＿ＢＧと従感光領域の定数Ｌ＿ｒｇ，  Ｌ＿ｂｇは、Ｌ＿ＲＧ＜Ｌ＿ｒｇ，  Ｌ＿ＢＧ＞Ｌ＿ｂｇの関係にすることが好ましい。これは、従感光領域における色ｒの信号に含まれる短波長成分を主感光領域における色Ｒの信号に含まれる短波長成分より少なくし、従感光領域における色ｂの信号に含まれる長波長成分を主感光領域における色Ｂの信号に含まれる長波長成分より多くすることを意味する。
【００２６】
ＷＢゲイン部７８，  ８４は、色ごとに従感光領域のＷＢゲインを主感光領域のＷＢゲインに対する補正量により補正して分光感度を調整する機能をそれぞれ有している。補正量αは赤色、補正量βは青色の補正値である。ただし、この補正機能は、たとえば顕著に大きな輝線を持つ光源に対して厳密な補正を行うことはできない。しかしながら、この補正機能は、少なくとも、ブロードな一定の色温度を持つ光源に対して好適なものである。
【００２７】
定義から、従感光領域からの色ｒに対するゲインｒ＿ｇａｉｎは、α＊Ｒ＿ｇａｉｎであり、従感光領域からの色ｂに対するゲインｂ＿ｇａｉｎは、β＊Ｂ＿ｇａｉｎである。また、ゲインは、それぞれの色に対する色Ｇの比として定義している（Ｒ＿ｇａｉｎ＝Ｇ／Ｒ，  Ｂ＿ｇａｉｎ＝Ｇ／Ｂ，  ｒ＿ｇａｉｎ＝ｇ／ｒ，  ｂ＿ｇａｉｎ＝ｇ／ｒ）。この定義は後述する検出枠に対応している。したがって、補正量α，  βは、所定の色温度として、たとえば色温度５０００Ｋにおいて、
【００２８】
【数２】
α（５０００）＝（Ｒ／Ｇ）／（ｒ／ｇ）＝（Ｒ／ｒ）＊（ｇ／Ｇ）                        ・・・（５）
β（５０００）＝（Ｂ／Ｇ）／（ｂ／ｇ）＝（Ｂ／ｂ）＊（ｇ／Ｇ）                        ・・・（６）
から算出する。実際にはカメラ製造時の画質調整工程においてたとえば、色温度５０００Ｋの光源に対して補正量α，  βを算出する。この算出値を保存しておく。
【００２９】
さらに、ＷＢゲイン部７８，  ８４は、画像を複数に領域分割し、各領域に対して算出した検出枠から得られる補正量α，  βでゲイン補正を行うようにしてもよい。補正量α，  βは、検出枠（Ｒ／Ｇ，  Ｂ／Ｇ）を座標とするプロットに対する値で設定する。これらの関係をシステム制御部２０の図示しないＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）に格納し、使用時に対応する補正量α，  βをシステム制御部２０から読み出して制御バス８６を介してＷＢゲイン部７８，  ８４に供給し、ＷＢゲイン部７８，  ８４にてゲイン調整する。このゲイン調整についてはさらに後段で動作を説明する。
【００３０】
なお、分光感度補正部４８は、主感光補正部７０および従感光補正部７２において、少なくとも、図２に示すＬＭＴＸ部７６，  ８２およびＷＢゲイン部７８，  ８４のいずれか一方を含むとよい。
【００３１】
図１に戻って、信号処理部１８には、画像信号としてディジタルデータ４６がデータバス８８，  ９０を介して画像メモリ６６，  ６８にそれぞれ供給される。また、画像メモリ６６，  ６８は、一時的に格納した主感光領域と従感光領域からのディジタルデータを分光感度補正部４８に送って、ディジタルデータに対して分光感度を補正し、再び画像メモリ６６，  ６８に格納する。図１に示す信号処理部１８における分光感度補正部４８〜画像縮小部６４は、制御バス８６を介してシステム制御部２０から供給される制御信号１０２に応じて制御される。信号処理部１８には、図３に示すタイミング信号発生器２４から図示しないタイミング信号が供給されている。このタイミング信号は、水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤおよび後述する各部の動作クロック等を含んでいる。
【００３２】
図１に戻って、次に画像加算部５０は、画像メモリ６６と画像メモリ６８とからそれぞれ、分光感度補正された主感光領域のディジタルデータと従感光領域のディジタルデータとが供給され、これらのディジタルデータを画素ごとに加算して得られる画像データを広ダイナミック化する機能を有している。広ダイナミック化は、ヒストグラム算出部５２から供給されるシーン判定信号９２に応じて行われる。画像加算部５０は、たとえばハイライトシーンを含むと判定したシーン判定信号９２の供給に応じて画像加算処理に移行する。画像加算処理は、制御バス８６を介してシステム制御部２０から供給される制御信号に応じて画素ごとにそれぞれ対応する主感光領域と従感光領域とを加算する。画像加算部５０は、これらの処理に応じて生成された画像データをデータバス８８を介して画像メモリ６６に記憶する。
【００３３】
ガンマ変換部５４は、たとえばガンマ補正用のルックアップテーブルを有している。ガンマ補正部５４は、画像メモリ６６から供給される画像データをルックアップテーブルのデータを用いてガンマ補正する。ガンマ補正部５４は、ガンマ補正した画像データを画像メモリ６６に格納する。
【００３４】
なお、このガンマ補正後の画像データは、図示しないが評価値算出部にも供給する。評価値算出部は、絞り値・シャッタ速度、ホワイトバランス調整値および階調補正値を算出する演算回路を含み、この演算回路にて、供給される画像データを基に適切な各パラメータを演算処理により積算値を算出する。この場合、図３に示す信号処理部１８は、算出された積算値９４をパラメータとしてシステム制御部２０に供給する。この評価値算出部は、信号処理部１８への配設に限定することなく、システム制御部２０に配設するようにしてもよい。このとき、信号処理部１８は、ガンマ補正した画像データをシステム制御部２０に供給すればよい。
【００３５】
ところで、たとえば撮像部１４に単板式の原色の色フィルタを使用していることから、実際に受光素子（実画素）が配設されていても、配設された色フィルタセグメント以外の色に対応した画素データは存在しない。そこで、図１に戻って、同時化処理部５６は、対象の画素に対して色フィルタセグメントにない原色を周囲の画素データを用いて補間により算出する演算回路を有している。この演算回路により、対象の画素に対する３つの原色が同時に揃えることができる。この処理を同時化と呼んでいる。
【００３６】
また、ディジタルカメラ１０が撮像部１４に、いわゆるハニカム配列の固体撮像素子を配設していると、実際には受光素子のない仮想画素が設定されることになる。同時化処理部５６は、この仮想画素についても周囲の実画素や補間により得られた画素データを駆使することによって新たな画素データを生成してもよい。同時化処理部５６は、色Ｇの画素データや輝度データＹを用いて補間処理し、生成する画素データを広帯域化してもよい。同時化した画像データが画像メモリ６６に供給される。
【００３７】
補正部５８は、同時化した３原色の画像データに所定の係数を乗算し、色差マトリクス処理を行う。また、補正部５８は、この他にも生成した輝度データＹに対して輪郭強調処理を施したり、生成した色データＣｂ，  Ｃｒに色強調処理を施す機能を有している。補正部５８は、輝度データＹ、色データＣｂ，  Ｃｒから色差データを生成し、このように得られた画像データは画像メモリ６６に供給される。なお、ＲＡＷデータ記録する場合、補正部５８および圧縮／伸長処理部６０の処理は行わない。
【００３８】
圧縮／伸長処理部６０は、静止画や動画（ムービ）モードにおいて供給される画像データ（Ｙ／Ｃ）や色差データ等にＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  ｃｏｄｉｎｇ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）やＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  ｃｏｄｉｎｇ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）−１，  ＭＰＥＧ−２等の規格でそれぞれ、圧縮処理を施す。圧縮／伸長処理部６０は、圧縮処理した画像データをカードインタフェース部６２に供給する。カードインタフェース部６２は、ストレージ３０のカード記録媒体との書込み／読出しにおける電気的な特性を調整したり、タイミング調整したりする機能を有し、処理された画像データ９６をストレージ３０に出力している。また、圧縮／伸長処理部６０は、ストレージ部３０に記録した画像データ９６を読み出し、カードインタフェース部６２を介して伸長処理を施す。この伸長処理は、圧縮処理の逆処理である。
【００３９】
画像縮小部６４は、生成した画像データや再生にともなって伸長した画像データ（Ｙ／Ｃや色差データ）に対してＲＧＢ変換を行い、このＲＧＢ変換した画像データをモニタ２８が表示可能な画素サイズにする機能を有している。画像表示におけるサイズは、間引き処理によって破綻のない画像を生成する。画像縮小部６４は、生成した画像データ９８をモニタ２８に供給する。
【００４０】
画像メモリ６６，  ６８には、画像データ４６が入力され、一時的に記憶される。画像メモリ６６は、受光素子の内、主感光領域から得られる画素データを格納するメモリである。また、画像メモリ６８は、受光素子の内、従感光領域から得られる画素データを格納するメモリである。ディジタルカメラ１０は、一枚の画像を形成するためにメモリを２個用いている。画像メモリ６６，  ６８は、繰り返し読出しを行う場合、不揮発性メモリを用いることが好ましい。
【００４１】
この他、信号処理部１８は、図示しない信号発生回路を制御信号に応動して動作させる。信号発生回路は、複数の周波数を生成することができるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路を有している。信号発生回路は、源発の発振周波数を基準クロックとして逓倍して複数種類のクロック信号を生成し、図示しないがシステム制御部２０およびタイミング信号発生器２４に出力している。
【００４２】
図３に戻って、システム制御部２０は、カメラ全体の汎用な部分やディジタル処理を行う部分を制御するマイクロコンピュータまたはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。システム制御部２０は、図示しないが係数を格納するＥＥＰＲＯＭや動作手順の指示プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を含んでいる。システム制御部２０は、操作部２２から供給されるモードや操作のトリガを指示する指示信号１００に応じてディジタルカメラ１０を静止画撮影モードまたは動画撮影モードに設定し、図示しないレリーズシャッタボタンから撮像タイミングの報知を受けて、積算値９４に応じた制御信号１０２，  １０４，  １０６をそれぞれ、生成する。生成した制御信号１０２，  １０４，  １０６は、それぞれ、信号処理部１８、タイミング信号発生器２４およびドライバ２６に供給される。
【００４３】
システム制御部２０は、信号処理部１８内におけるライン補間や信号発生回路に対する制御および信号処理を行う上での制御も考慮した制御信号１０２を生成し、ストレージ３０における制御信号１０８により読出し／書込み制御も行っている。また、図示しないが、システム制御部２０は、前処理部１６における動作タイミング制御も行っている。
【００４４】
操作部２２は、図示しないがモード選択部およびレリーズシャッタボタンを含んでいる。モード選択部は、静止画撮影モードと動画撮影モードのうち、いずれのモードにするか選択を行う。モード選択部は、選択したモードを指示信号１００としてシステム制御部２０に出力する。レリーズシャッタボタンは、２段階のストロークを有するボタンで、第１段のストロークでディジタルカメラ１０を予備撮像の段階（Ｓ１）にし、第２段のストロークで本撮像の段階（Ｓ２）にするトリガタイミングを指示信号１００としてシステム制御部２０に出力する。操作部２２には、この他、ズーム選択スイッチおよび十字ボタンを設けてもよく、液晶表示パネルに表示される条件を選択する機能を持たせてもよい。
【００４５】
タイミング信号発生器２４は、信号処理部１８から供給されるクロック信号（図示せず）を基準にシステム制御部２０から供給される制御信号１０４に応じてタイミング信号を生成する。タイミング信号は、垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、水平転送信号および電子シャッタパルス等がある。また、タイミング信号発生器２４は、ＣＤＳパルス４２および変換クロック信号４４も生成して前処理部１６に供給している。タイミング信号発生器２４は、これら生成した垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、水平転送信号および電子シャッタパルスを含むタイミング信号１１０をドライバ２６に供給している。
【００４６】
ドライバ２６は、供給されるタイミング信号１１０や制御信号１０６を基に駆動信号３２〜３８を生成する駆動回路を有している。ドライバ２６は、制御信号１０６を基に駆動信号３２，  ３４，  ３６を光学系１２の光学レンズおよび絞り調節機構にそれぞれ供給してＡＦ調節やＡＥ調節を行わせる。ドライバ２６は、操作部２２のレリーズシャッタボタンから供給される本撮像のタイミングに応動してメカニカルシャッタの開閉を行う駆動信号３６をメカニカルシャッタに出力する。また、ドライバ２６は、タイミング信号１１０を基に生成した駆動信号３８を撮像部１４の固体撮像素子に供給し、各受光素子の主感光領域と従感光領域に信号電荷を露光期間中に蓄積させ、蓄積した信号電荷を前述した条件に応じた制御により独立または同時に垂直転送レジスタに読み出して、水平転送レジスタに転送させ、さらに水平転送レジスタ、出力アンプを経てアナログ電圧信号４０を出力している。
【００４７】
モニタ２８は、図示しない表示コントローラにより供給される画像データ９８が表示デバイスにて動作することにより画像表示される。モニタ２８には、一般的に液晶モニタが用いられる。液晶モニタには、液晶表示コントローラが配設されている。液晶コントローラは、画像データ９８を基に液晶分子の並び方や電圧の印加によりスイッチング制御している。この制御により液晶モニタは、画像を表示する。モニタ２８は、液晶モニタに限定されず、小型、画像の確認および電力の消費が抑えられる表示機器であれば、十分に用いることができることは言うまでもない。
【００４８】
ストレージ３０は、半導体メモリ等を記録媒体として用いて、信号処理部１８から供給される画像データ９６を記録する。記録媒体には、光ディスクや光磁気ディスク等を用いてもよい。ストレージ３０は、各記録媒体に適したピックアップやピックアップと磁気ヘッドを組み合わせて記録再生用ヘッドを用いてデータの書込み／読出しを行う。データの書込み／読出しは、図示しないがシステム制御部２０の制御に応じて行われる。
【００４９】
次に撮像部１４の構成要素として稠密に配設する固体撮像素子の一受光素子１１２に着目して図４に示すそれぞれの線におけるポテンシャルを図５に示す。また、受光素子１１２は、垂直転送レジスタ１１４を隣接した位置に形成している。受光素子１１２を稠密に形成することにより、結果として垂直転送レジスタ１１４は、各受光素子１１２を迂回することになり、蛇行するように形成される。
【００５０】
図４に示すように、受光素子１１２の受光部は、本実施例において八角形の感光領域とし、この受光部をたとえば、Ｌ字状に分離部１１６で分割されている。分割された感光領域は、相対的に広い感光領域を主感光領域１１８と狭い感光領域を従感光領域１２０とする。受光素子１１２を切断線ＩＶ−ＩＶ、Ｖ−ＶおよびＶＩ−ＶＩに沿う方向に切断し、このときの各切断線におけるポテンシャルを示す。切断線ＩＶ−ＩＶは、受光素子１１２を水平面に対して垂直に所定の深さで切断した際に得られる軌跡である。また、切断線Ｖ−ＶおよびＶＩ−ＶＩは、それぞれ受光素子１１２の主感光領域および従感光領域における水平面に対して垂直に所定の深さで切断した線と、さらに、この線のある位置から基板側に抜ける線とを表した線である。
【００５１】
図５（ａ）は、主感光領域１１８に蓄積した信号電荷を読み出すトランスファゲート１２２、主感光領域１１８、分離部１１６および従感光領域１２０に蓄積した信号電荷を読み出すトランスファゲート１２４のポテンシャルを順次表している。図５（ｂ）は、トランスファゲート１２２、主感光領域１１８、縦型オーバーフロードレインのポテンシャルをそれぞれ表し、図５（ｃ）は、それぞれ、トランスファゲート１２４、従感光領域１２０および縦型オーバーフロードレインのポテンシャルである。
【００５２】
図５（ａ）において、分離部１１６は、通常の印加電圧でポテンシャルの山を形成することにより主感光領域１１８と従感光領域１２０とを分けている。分離部１１６のポテンシャルは、極端に高い電圧を印加するとポテンシャルの山における広い裾野を形成することなく、矩形的な形のポテンシャルを形成する。しかしながら、このような電圧を印加することは、エネルギーの面を考慮すると、非効率なので実際には行われない。したがって、分離部１１６のポテンシャルは、裾野の広い山型になる。このとき、山の裾野が占める範囲は主感光領域１１８と従感光領域１２０において、たとえ、同程度の裾野範囲であっても、相対的に狭い従感光領域１２０の開口１２６は従感光領域として利用可能な範囲が小さくなり、主感光領域１１８の開口１２７に比べてより大きな割合で影響を受ける。この影響は、主感光領域１１８における色Ｒ，  Ｇ，  Ｂと従感光領域１２０とにおける色ｒ，  ｇ，  ｂとの面積にともなう信号電荷生成の比率が一致しないことを意味する。したがって、色バランスが主感光領域１１８と従感光領域１２０とでの崩れまたは不一致の第１の原因となる。
【００５３】
また、入射光の吸収は、受光素子１１２の深さ方向に見て、浅い方から分光的に色Ｂ，  色Ｇ，  色Ｒの順で生じる特徴がある。この傾向は、主感光領域１１８および従感光領域１２０の感光領域にかぎらず、見受けられる。この特徴は、分光的に深い領域まで入射光が入射し、そこで信号電荷を生成した場合、基板側に生成した信号電荷が捨てられることを意味する。これらの点を考慮すると、分光的には長波長側の分光感度、特に、色Ｒの感度が著しく低下する。これが第２の原因である。この色Ｒに不感という事実も鑑みて、狭い従感光領域１２０では、現実的な対応として高電圧を印加してポテンシャルの谷も深く形成することなく、通常の電圧を印加する程度でポテンシャルを形成することにより破線ＢＬが示す程度のレベルに従感光領域１２０のポテンシャルベースを設定している。また、この設定により、受光素子１１２は、従感光領域１２０の信号電荷を掃き出し易くしている。
【００５４】
図５（ｂ）および図５（ｃ）において、縦型オーバーフロードレイン（ＯＦＤ：ＯｖｅｒＦｌｏｗ  Ｄｒａｉｎ）のピークレベルが主感光領域１１８および従感光領域１２０それぞれの飽和レベル１２８を表している。
【００５５】
前述したように、これらの原因を踏まえて、波長に対する分光感度を主感光領域１１８と従感光領域１２０とのそれぞれについて図６に示す。主感光領域１１８の分光感度特性は実線で示す。また、従感光領域１２０の分光感度特性は破線で示す。両分光感度特性を比較すると、主感光領域における色Ｒ，  Ｇ，  Ｂのピーク１３０，  １３２，  １３４は、従感光領域における色ｒ，  ｇ，  ｂのピーク１３６，  １３８，  １４０より長波長側にある。換言すると、従感光領域における各色のピークは、短波長側にシフトすることがわかる。
【００５６】
なお、図６の分光感度特性は、ＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）遮断フィルタを考慮しない場合の特性を示している。
【００５７】
この他、図６の分光感度特性が示すように、各色の分光感度特性は、色Ｇの端部、ウィング領域が色Ｒ，  Ｂのウィング領域とオーバーラップしている。このオーバーラップを解消するため、色Ｒ，  Ｂに対して重複する色Ｇのウィング領域に相当する量を減じる処理により色再現性を高めている。この処理を図２に示すＬＭＴＸ部７６，  ８２でそれぞれ行っている。補正に用いる色Ｇの画素は、前述したように、色Ｒ，  Ｂの対象画素の隣または近傍の画素を用いる。式（１）〜式（４）では、隣の画素を使用するように座標を指定している。
【００５８】
式（１）〜式（４）のそれぞれにて色Ｒ，  ｒ，  Ｂ，  ｂに用いる係数Ｌ＿ＲＧ，  Ｌ＿ｒｇ，  Ｌ＿ＢＧ，  Ｌ＿ｂｇは、Ｌ＿ｒｇ＞Ｌ＿ＲＧ，  Ｌ＿ｂｇ＜Ｌ＿ＢＧの関係にする。この第１の関係は、従感光領域１２０から得られる色ｒ信号に含まれる短波長成分を主感光領域１１８の色Ｒに含まれる短波長成分を少なくする。第２の関係は、従感光領域１２０から得られる色ｂ信号に含まれる長波長成分を主感光領域１１８の色Ｂに含まれる長波長成分を多くする。ＬＭＴＸ部７６，  ８２にて使用するこれらの係数は、あらかじめ、システム制御部２０のＥＥＰＲＯＭに格納しておき、ディジタルカメラ１０の起動時にＬＭＴＸ部７６，  ８２に読み出しておくことが好ましい。具体的な係数としては、Ｌ＿ＲＧ＝１６／２５６，  Ｌ＿ＢＧ＝８／２５６，  Ｌ＿ｒｇ＝３２／２５６，  Ｌ＿ｂｇ＝４／２５６とするとよい。
【００５９】
これらの演算処理をＬＭＴＸ部７６，  ８２において行うことにより、従感光領域から得られた色Ｒ，  Ｂに対する分光感度の短波長へのシフトを軽減することができる。
【００６０】
色バランス調整は、ＬＭＴＸ部７６，  ８２による演算に限定されるものでなく、ＷＢゲイン部７８，  ８４を用いても行うことができる。この調整について以下に説明する。
【００６１】
ＷＢゲイン部７８，  ８４では、所定の色温度に対する補正が行われる。補正量αを赤色、補正量βを青色の補正値である。これらの補正量α、βは、前述した式（５），式（６）からそれぞれ、得られる。カメラ製造の画質調整工程において所定の色温度を５０００  Ｋとした場合、補正量α，  βを算出する。算出の具体例としてα（５０００）＝１．４，  β（５０００）＝１がある。補正量α，  βは、システム制御部２０のＥＥＰＲＯＭに記憶させておく。色温度によらず、α（５０００），  β（５０００）で補正しても、本来の色味が残るＷＢゲインを行うことができる。ここで述べる本来の色味とは、低色温度領域で赤色が強く、高色温度領域で青色が強く再現されることをいう。このような調整でも好ましいＷＢ調整を与えることが多く、違和感を与えずに広ダイナミックレンジ処理を行うことができる。
【００６２】
ところで、補正量α，  βは、図７に示す関係にある。これは、低色温度領域で赤色が強く、高色温度領域で青色が強く再現されることから、補正量αが低色温度領域で小さくて済み、高色温度領域で少ない赤味が大きくなるように補正することを意味する。また、補正量βは低色温度領域で少ない青味を大きくするように大きくし、高色温度領域では本来青味が強いから小さな補正量で済むことを意味している。
【００６３】
図６に示したように、ＩＲ−遮断フィルタを考慮しない場合、補正量の定義に合わせて主感光領域と従感光領域との同色同士による比は、図８に示すように、色温度依存性に定性的な傾向が得られる。色温度５０００  Ｋより低い色温度において比Ｒ／ｒ，  Ｂ／ｂはともに大きく、ｇ／Ｇが小さい傾向にある。また、色温度５０００  Ｋより高い色温度においてＲ／ｒ，  Ｂ／ｂはともに小さく、ｇ／Ｇが大きい傾向にある。
【００６４】
上述した検討は、ＩＲ−遮断フィルタを搭載しない場合についての記述である。ここで、より現実に近い状況としてＩＲ−遮断フィルタを搭載したディジタルカメラ１０について考える。このＩＲ−遮断フィルタを考慮すると、従感光領域１２０の色ｒの成分は、分光感度特性によらず、ＩＲ−遮断フィルタにより入射光からすでに削られている。このことから、色温度依存性は、図９に示すように、比Ｒ／ｒが色温度によらず変化しない。他の比は、図８と同じ傾向を示している。この傾向を分光感度特性で表すと、図１０に示すように、色Ｒ，  ｒのピーク１３０，  １３６は同じ波長の位置になる。色ｒの感度は、他の色ｇ，  ｂに比べて小さいことから、補正量α（５０００）＝１．４の補正を行うことが望ましい。補正量αの定義から、補正量αは緑色における比ｇ／Ｇの色温度依存性に支配されるから、さらなる厳密な補正には比ｇ／Ｇによる補正を考慮することが好ましい。
【００６５】
一方、補正量βを考えるとき、比Ｂ／ｂと比ｇ／Ｇとの色温度依存性は、前述した通り逆傾向にある。このことから、図７に示した色温度依存性に対する補正量βは、現段階において定性的なものとして十分に満足する説明を与えることができるとは言い難い状況にあるが、現象の一つとして得られる確かな一つの事実である。
【００６６】
色温度依存性は、図７から明らかなように、色温度５０００  Ｋより低色温度領域で補正量α（＝１．４）に対して小さく、補正量β（＝１）に対して大きく、色温度５０００  Ｋより高色温度領域で補正量αに対して大きく、補正量βに対して小さい。このため、色温度依存性を考慮した補正量α，  βを用いて、従感光領域１２０の色ｒ，  ｂに対するＷＢゲインを補正するとき、低色温度領域のＷＢゲイン、色ｒのｒ＿ｇａｉｎは正しいゲインよりも大きく、色ｂのｂ＿ｇａｉｎは正しいゲインよりも小さく算出される。また、高色温度領域のＷＢゲイン、色ｒのｒ＿ｇａｉｎは正しいゲインより小さく、色ｂのｂ＿ｇａｉｎは正しいゲインより大きく算出される。
【００６７】
この傾向を考慮にして、ＷＢゲイン部７８は、さらにＷＢゲイン部７８が有する画面を分割した各ブロック毎の光源判別に使用する検出枠Ｒ／Ｇ，  Ｂ／Ｇを求める機能を用い、図１１に示すような、得られたプロット位置に対応する補正量α，  βを適用する。この適用により、補正量α，  βの色温度依存性を吸収する制御が可能になる。主感光領域１１８と従感光領域１２０に生じる色味のずれを補正して輝度によらない安定した色バランス処理を行うことができる。
【００６８】
以上のように構成することにより、主感光領域１１８と従感光領域１２０のＬＭＴＸ処理におけるパラメータを分光感度特性を考慮して変更した値を用いて色バランスを調整して、特に、従感光領域に対する調整において輝度によらない、安定した色バランスを得ることができる。
【００６９】
また、違和感を感じない範囲で従感光領域１２０に対して補正することにより、簡便に色バランスを調整しても安定した色バランスを得ることができる。違和感を感じない範囲は、所定の色温度に対して選ばれる。
【００７０】
さらに、所定の色温度に対する低色温度領域や高色温度領域の色温度依存性を考慮してあらかじめ設定した従感光領域に対するＷＢゲイン、色ｒ＿ｇａｉｎ，  ｂ＿ｇａｉｎを用いることにより、色バランスが適切に調整され、輝度によらない、安定した色バランスを得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置によれば、受光素子の主感光領域と従感光領域とのそれぞれから順次読み出した画像信号を信号処理手段に供給し、信号処理手段に設けた感度補正手段で主感光領域および副感光領域のそれぞれで異なる分光感度を補正することにより、得られる画像信号における色バランスを調整することにより、特に、従感光領域に対する調整において輝度によらない、安定した色バランスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置を適用したディジタルカメラにおける信号処理部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の分光感度補正部における主感光補正部および従感光補正部の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の固体撮像装置を適用したディジタルカメラにおける概略的な構成を示すブロック図である。
【図４】図３の撮像部に配設する固体撮像素子の一受光素子に対する受光素子の切断方向ＩＶ−ＩＶ、Ｖ−ＶおよびＶＩ−ＶＩを示す図である。
【図５】図４の各方向に切った線において得られるポテンシャルの描像を示す図である。
【図６】図４の受光素子でＩＲ−遮断フィルタを使わずに得られる波長に対する主感光領域および従感光領域の分光感度を示すチャートである。
【図７】図２のＷＢゲイン部において色温度に対するＷＢゲイン補正係数である補正量α，  βの関係を示すグラフである。
【図８】図３のディジタルカメラにおいてＩＲ−遮断フィルタを考慮していない、色温度５０００  Ｋに対する比Ｒ／ｒ，  Ｂ／ｂおよびｇ／Ｇの色温度依存性を示す図である。
【図９】図３のディジタルカメラにおいてＩＲ−遮断フィルタを考慮して、色温度５０００  Ｋに対する比Ｒ／ｒ，  Ｂ／ｂおよびｇ／Ｇの色温度依存性を示す図である。
【図１０】図３のディジタルカメラにおいてＩＲ−遮断フィルタを考慮して得られる波長に対する主感光領域および従感光領域の分光感度を示すチャートである。
【図１１】所定の色温度に対する色温度依存性を考慮し、検出枠に対応した補正量αおよびβを示す図である。
【符号の説明】
１０  ディジタルカメラ
１２  光学系
１４  撮像部
１６  前処理部
１８  信号処理部
２０  システム制御部
２２  操作部
２４  タイミング信号発生器
２６  ドライバ
２８  モニタ
３０  ストレージ
４８  分光感度補正部
７０  主感光補正部
７２  従感光補正部
７６，  ８２  ＬＭＴＸ部
７８，  ８４  ＷＢゲイン部
【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】
2004222048.tif 000010
【図９】
2004222048.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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