(57)【要約】【課題】  撮像画素部が構造の異なる画素によって構成される場合に、同一色のフィルタと画素構造との組み合わせの違いによる画質の劣化を防止し、画素の微細化等に関わらず、良好な画質を得る。【解決手段】  異なる構造の画素を含んで構成される撮像画素部に対して原色ベイヤー配列のカラーフィルタを設ける場合に、カラーフィルタの各色成分フィルタが各色成分毎に共通の構造を有する画素に対応して配置されるようにした。具体的には、画素の配列をカラーフィルタの各色成分フィルタに合わせる方法と、カラーフィルタの各色成分フィルタの配置を画素に合わせる方法がある。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換領域を含む複数の画素が２次元配列されるとともに、異なる構造の画素を含んで構成される撮像画素部と、
前記撮像画素部上に各画素に対応して配置され、それぞれ特定の色成分光を画素の光電変換部に供給する複数色の色成分フィルタよりなるカラーフィルタとを有し、
前記カラーフィルタの各色成分フィルタが各色成分毎に共通の構造を有する画素に対応して配置されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記撮像画素部は４つの画素よりなる基本ユニットの集合として構成され、前記カラーフィルタは前記基本ユニットの４つの画素に対し、１つの赤色成分フィルタと１つの青色成分フィルタと２つの緑色成分フィルタを割り当てて構成されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記基本ユニットが２行×２列の四角形領域に配置される４つの画素よりなり、前記カラーフィルタは基本ユニットの第１の対角線方向に２つの緑色成分フィルタが配置され、第２の対角線方向に１つの赤色成分フィルタと１つの青色成分フィルタが配置されていることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記撮像画素部は、前記緑色成分フィルタに割り当てられる構造の第１の画素と、その他の構造の第２の画素とを有し、前記第１の画素が前記緑色成分フィルタに対応して撮像画素部の画素列方向及び画素行方向に１画素おきに配置されていることを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記撮像画素部は、前記緑色成分フィルタに割り当てられる構造の第１の画素と、その他の構造の第２の画素とを有し、前記基本ユニットが撮像画素部の画素行方向に隣接して配置される２つの第２の画素と、この２つの第２の画素のうちの一方の第２の画素の画素列方向の一方に隣接して配置される１つの第１の画素と、他方の第２の画素の画素列方向の他方に隣接して配置される１つの第１の画素とからなる４つの画素よりなり、前記カラーフィルタは基本ユニットの２つの第２の画素に対応して１つの赤色成分フィルタと１つの青色成分フィルタが配置され、２つの第１の画素に対応して２つの緑色成分フィルタが配置されていることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記撮像画素部は、前記緑色成分フィルタに割り当てられる構造の第１の画素と、その他の構造の第２の画素とを有し、前記基本ユニットが撮像画素部の画素列方向に隣接して配置される２つの第２の画素と、この２つの第２の画素のうちの一方の第２の画素の画素行方向の一方に隣接して配置される１つの第１の画素と、他方の第２の画素の画素行方向の他方に隣接して配置される１つの第１の画素とからなる４つの画素よりなり、前記カラーフィルタは基本ユニットの２つの第２の画素に対応して１つの赤色成分フィルタと１つの青色成分フィルタが配置され、２つの第１の画素に対応して２つの緑色成分フィルタが配置されていることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項７】
光電変換領域を含む複数の画素が２次元配列された撮像画素部と、
前記複数の画素の上方に配列されたカラーフィルタとを有し、
前記撮像画素部は複数の第１の画素と、前記第１の画素と異なる構造の複数の第２の画素とを含み、
前記カラーフィルタに含まれる同一色成分のフィルタは前記第１の画素または第２の画素のどちらか一方の画素上に配置されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１の画素と前記第２の画素とは、前記光電変換領域に蓄積された電荷を読み出す読み出しトランジスタの形成位置が異なることを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１の画素と前記第２の画素とは、前記光電変換領域の受光面積が異なることを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の２次元画素配列による撮像画素部とカラーフィルタとを有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、デジタルカメラや携帯電話機に搭載される小型カメラとして、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサといった固体撮像装置が知られている。この固体撮像装置は、それぞれフォトダイオード等の光電変換領域を設けた多数の画素を縦横２次元配列で配置した撮像画素部を有し、各画素によって撮像光を信号電荷に変換し、この信号電荷を電気信号に変換して２次元画像の撮像信号を得るようになっている。
ＣＣＤイメージセンサでは、各画素のフォトダイオードで得られた信号電荷をＣＣＤ転送レジスタによって出力部に転送し、一括して電気信号に変換して出力する。また、ＣＭＯＳイメージセンサでは、各画素毎にフォトダイオードとトランジスタ回路を設け、各画素のフォトダイオードで得られた信号電荷を各画素のトランジスタ回路にて電気信号に変換し、信号線を通して出力する。
【０００３】
そして、このような固体撮像装置では、カラー画像を撮影する構成として、撮像画素部上に例えばＲＧＢ３原色フィルタをモザイク状に配列して隣接する画素のグループでＲＧＢの各色成分波長の光を受光し、ＲＧＢの色成分画像信号からカラー画像信号を得るようになっている。
そして、このようなカラーフィルタの色配列として、１つのＲ画素と１つのＢ画素と２つのＧ画素で１つのグループを構成し、２×２画素のマトリクス状に配置した、いわゆる原色ベイヤー配列のカラーフィルタが用いられている。（例えば、ＣＣＤの場合の例として特許文献１参照。）
なお、以下の説明において、Ｒ＋Ｇ＋２Ｂの１グループを構成する４つの画素を基本ユニットというものとする。
原色ベイヤー配列では、基本ユニット内に２つのＧフィルタを対角線上に設けることにより、輝度階調の抽出に有利な構造となっている。
【特許文献１】特開２０００−２０１３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような固体撮像装置において、画素の微細化や各画素内のトランジスタ数の減少（ＣＭＯＳの場合）を進めて行くと、各画素の形状（構造）が全て共通でなく、異なる構造となる場合がある。
図５はこのような従来の原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
図示のように、基本的には多数の画素１０Ａ、１０Ｂが縦横方向にマトリクス状に配置されており、２×２＝４画素の基本ユニット１２に対応して、ＲＧＢの原色ベイヤー配列のカラーフィルタ２０が配置されている。なお、図では基本ユニット及びカラーフィルタを破線の枠で示している。
そして、図示の例では、画素内にＡを付して示した画素１０Ａと、Ｂを付して示した画素１０Ｂが異なる構造をもつものとなっており、各基本ユニット１２には片側（図示の例では上側）にＡ構造を有する２つの画素１０Ａが配置され、もう片側（図示の例では下側）にＢ構造を有する２つの画素１０Ｂが配置されている。
【０００５】
しかしながら、上述のような異なる構造の画素で構成した固体撮像装置に原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた場合、ライン（画素行）ごとの輝度ムラ（縞模様）が生じるなど、画質の劣化を招く場合がある。
この原因は、原色ベイヤー配列の基本ユニットにおいて、同一色のＧフィルタに対し、構造の異なる画素が割り振られていることによるものと考えられる。
図６及び図７は、構造の異なる画素の例を示す図であり、図６は読み出しトランジスタの形成位置が異なる場合の例を示し、図７は光電変換領域の受光面積が異なる場合の例を示している。
例えば、図６に示す画素３０Ａと画素３０Ｂは、光電変換領域３１から電荷を読み出すための読み出しトランジスタ（読み出しゲート）３２が異なる位置に形成されている。このため、画素３０Ａと画素３０Ｂとでは斜め光に対する受光特性が異なっている。
また、例えば、図７に示す画素４０Ａと画素４０Ｂは、光電変換領域４１の大きさが異なっている（なお、読み出しトランジスタ（読み出しゲート）４２の形成位置は共通である）。この場合にも、画素４０Ａと画素４０Ｂとでは受光特性が異なっている。
そこで本発明の目的は、撮像画素部が構造の異なる画素によって構成される場合に、同一色のフィルタと画素構造との組み合わせの違いによる画質の劣化を防止し、画素の微細化等に関わらず、良好な画質を得ることが可能な固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明にかかる固体撮像装置は、光電変換領域を含む複数の画素が２次元配列されるとともに、異なる構造の画素を含んで構成される撮像画素部と、前記撮像画素部上に各画素に対応して配置され、それぞれ特定の色成分光を画素の光電変換部に供給する複数色の色成分フィルタよりなるカラーフィルタとを有し、前記カラーフィルタの各色成分フィルタが各色成分毎に共通の構造を有する画素に対応して配置されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる固体撮像装置は、光電変換領域を含む複数の画素が２次元配列された撮像画素部と、前記複数の画素の上方に配列されたカラーフィルタとを有し、前記撮像画素部は複数の第１の画素と、前記第１の画素と異なる構造の複数の第２の画素とを含み、前記カラーフィルタに含まれる同一色成分のフィルタは前記第１の画素または第２の画素のどちらか一方の画素上に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にかかる固体撮像装置によれば、カラーフィルタの各色成分フィルタが各色成分毎に共通の構造を有する画素に対応して配置されていることから、撮像画素部が構造の異なる画素によって構成される場合に、同一色のフィルタと画素構造との組み合わせの違いによる画質の劣化を防止し、画素の微細化等に関わらず、良好な画質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本例の固体撮像装置は、異なる構造の画素を含んで構成される撮像画素部に対して原色ベイヤー配列のカラーフィルタを設ける場合に、カラーフィルタの各色成分フィルタが各色成分毎に共通の構造を有する画素に対応して配置されるようにしたものである。
具体的には、画素の配列をカラーフィルタの各色成分フィルタに合わせる方法と、カラーフィルタの各色成分フィルタの配置を画素に合わせる方法がある。
前者としては、撮像画素部の２行×２列の四角形領域に配置される４つの画素よりなる基本ユニットに対し、カラーフィルタは基本ユニットの第１の対角線方向に２つの緑色成分フィルタが配置され、第２の対角線方向に１つの赤色成分フィルタと１つの青色成分フィルタが配置されている。そこで、このカラーフィルタの緑色成分フィルタに割り当てられる構造の第１の画素を撮像画素部の画素列方向及び画素行方向に１画素おきに配置することにより、カラーフィルタの緑色成分フィルタが基本ユニット内の第１の画素に必ず対応して配置されるようにする。この場合には、カラーフィルタは従来のままで、画素の配置変更だけで実現できる。
【０００９】
また、後者としては、構造の異なる第１の画素と第２の画素を有し、共通の構造をもつ画素毎に画素行方向または画素列方向に連続して配置されている。そこで、カラーフィルタ側では、まず、第２の画素に対応する１つの赤色成分フィルタと１つの青色成分フィルタを基本ユニットの中央に位置する２つの第２の画素上に配置し、２つの緑色成分フィルタについては、２つの第２の画素を挟んではす向かい構造で斜めに対向配置される２つの第１の画素上に配置する。したがって、この場合の基本ユニットは、ほぼクランク形状領域に配置された４つの画素によって構成され、その対角線上に２つの第１の画素及び緑色成分フィルタが配置されることになる。この場合には、画素の配置を従来と同様に設けることができ、カラーフィルタの変更のみで実現できる。
このような構造により、カラーフィルタの各色成分フィルタと画素の構造とを一致させて配置することができ、各色成分フィルタに対する画素構造のバラツキによる画質の劣化を防止することが可能となる。
なお、本発明は、原色ベイヤー配列以外のカラーフィルタを設ける場合にも同様に適用できるものである。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の実施例１による原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
図示のように、本例の固体撮像装置においても、図５に示す従来例と同様に、多数の画素１１０Ａ、１１０Ｂが縦横方向にマトリクス状に配置されており、２×２＝４画素の四角形領域に配置される基本ユニット１１２に対応して、ＲＧＢの原色ベイヤー配列のカラーフィルタ１２０が配置されている。なお、図では基本ユニット及びカラーフィルタを破線の枠で示している。
そして、図示の例では、図５に示す画素配列に比較して、各画素列が一列おきに１画素ずつ縦方向（画素列方向）にずれた構造となっており、この結果、図１に示すように、Ａ構造を有する画素（第２の画素）１１０ＡとＢ構造を有する画素（第１の画素）１１０Ｂとが縦横両方に１画素毎に交互に配置されている。
したがって、このような画素配置に対し、図５で説明したものと同様の色成分フィルタ配置を有するカラーフィルタ１２０を設けた場合、基本ユニット１１２内の２つの緑色成分フィルタはＢ構造を有する２つの画素（第１の画素）１１０Ｂに対応して配置されることになる。また、赤色成分フィルタ及び青色成分フィルタについては、図５に示す従来例と同様に、Ａ構造を有する２つの画素（第２の画素）１１０Ａに対応して配置されることになる。
この結果、各色成分フィルタと画素の構造とを揃えることができ、画質の向上を図ることが可能となる。
【実施例２】
【００１１】
図２は本発明の実施例２による原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
本例においても、図１に示す例と同様に、多数の画素２１０Ａ、２１０Ｂが縦横方向にマトリクス状に配置されており、２×２＝４画素の基本ユニット２１２に対応して、ＲＧＢの原色ベイヤー配列のカラーフィルタ２２０が配置されている。なお、図では基本ユニット及びカラーフィルタを破線の枠で示している。
そして、図示の例では、図５に示す画素配列に比較して、各画素行が一行おきに１画素ずつ横方向（画素行方向）にずれた構造となっており、この結果、図２に示すように、Ａ構造を有する画素（第２の画素）とＢ構造を有する画素（第１の画素）とが縦横両方に１画素毎に交互に配置されている。
したがって、このような画素配置に対し、図５で説明したものと同様の色成分フィルタ配置を有するカラーフィルタ２２０を設けた場合、基本ユニット内の２つの緑色成分フィルタはＢ構造を有する２つの画素（第１の画素）に対応して配置されることになる。また、赤色成分フィルタ及び青色成分フィルタについては、図５に示す従来例と同様に、Ａ構造を有する２つの画素（第２の画素）に対応して配置されることになる。
この結果、本例においても、各色成分フィルタと画素の構造とを揃えることができ、画質の向上を図ることが可能となる。
【実施例３】
【００１２】
図３は本発明の実施例３による原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
図示のように、本例の固体撮像装置は、図５に示す従来例と同様に、Ａ構造を有する画素（第２の画素）３１０ＡとＢ構造を有する画素（第１の画素）３１０Ｂとが１画素行毎に設けられているが、基本ユニット及びカラーフィルタの構成が異なっている。
つまり、本例では、Ａ構造を有する横（行）方向に隣接する２つの画素（第２の画素）３１０Ａに対応して赤色成分フィルタと青色成分フィルタを基本ユニット３１２の中央に隣接配置し、２つの緑色成分フィルタについては、２つの第２の画素３１０Ａを挟んではす向かい構造で斜めに対向配置されるＢ構造を有する２つの画素（第１の画素）３１０Ｂ上に配置したものである。すなわち、基本ユニット３１２内で一方（図中左側）の第２の画素３１０Ａに対して一方の第１の画素３１０Ｂが画素列方向の一方（図中下側）に隣接して配置され、他方（図中右側）の第２の画素３１０Ａに対して他方の第１の画素３１０Ｂが画素列方向の他方（図中上側）に隣接して配置されている。
したがって、この場合の基本ユニット３１２は、ほぼクランク形状領域に配置された４つの画素３１０Ａ、３１０Ｂによって構成され、その対角線上に２つの第１の画素３１０Ｂ及び緑色成分フィルタが配置されることになる。
この結果、本例においても、各色成分フィルタと画素の構造とを揃えることができ、画質の向上を図ることが可能となる。
なお、図３（ａ）（ｂ）では異なる構造を有する画素３１０Ａ、３１０Ｂを基本ユニットとして組み合わせる場合の方法を示しており、本実施例３のような画素配置で、異なる構造の画素３１０Ａ、３１０Ｂを斜めに組み合わせる方法（図３（ａ））と、縦に組み合わせる方法（図３（ｂ））の２通りが考えられる。図３（ｃ）（ｄ）に示す例では、異なる構造の画素３１０Ａ、３１０Ｂを縦に組み合わせて緑色成分フィルタを配置した例であるが、同様に斜めに組み合わせて緑色成分フィルタを配置してもよい。
【実施例４】
【００１３】
図４は本発明の実施例４による原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
図示のように、本例の固体撮像装置は、Ａ構造を有する画素（第２の画素）４１０ＡとＢ構造を有する画素（第１の画素）４１０Ｂとが１画素列毎に設けられているが、基本ユニット４１２及びカラーフィルタ４２０の構成が異なっている。
つまり、本例では、Ａ構造を有する縦（列）方向に隣接する２つの画素（第２の画素）４１０Ａに対応して赤色成分フィルタと青色成分フィルタを基本ユニット４１２の中央に隣接配置し、２つの緑色成分フィルタについては、２つの第２の画素４１０Ａを挟んではす向かい構造で斜めに対向配置されるＢ構造を有する２つの画素（第１の画素）４１０Ｂ上に配置したものである。すなわち、基本ユニット４１２内で一方（図中上側）の第２の画素４１０Ａに対して一方の第１の画素４１０Ｂが画素行方向の一方（図中左側）に隣接して配置され、他方（図中下側）の第２の画素４１０Ａに対して他方の第１の画素４１０Ｂが画素行方向の他方（図中右側）に隣接して配置されている。
したがって、この場合の基本ユニット４１２は、ほぼクランク形状領域に配置された４つの画素４１０Ａ、４１０Ｂによって構成され、その対角線上に２つの第１の画素及び緑色成分フィルタが配置されることになる。
この結果、本例においても、各色成分フィルタと画素の構造とを揃えることができ、画質の向上を図ることが可能となる。
なお、図４（ａ）（ｂ）では異なる構造を有する画素４１０Ａ、４１０Ｂを基本ユニットとして組み合わせる場合の方法を示しており、本実施例４のような画素配置で、異なる構造の画素４１０Ａ、４１０Ｂを斜めに組み合わせる方法（図４（ａ））と、横に組み合わせる方法（図４（ｂ））の２通りが考えられる。図４（ｃ）（ｄ）に示す例では、異なる構造の画素４１０Ａ、４１０Ｂを縦に組み合わせて緑色成分フィルタを配置した例であるが、同様に斜めに組み合わせて緑色成分フィルタを配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１による原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
【図２】本発明の実施例２による原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例３による原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例４による原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
【図５】従来例による原色ベイヤー配列のカラーフィルタを用いた固体撮像装置の撮像画素部の画素配置例を示す平面図である。
【図６】読み出しトランジスタの形成位置が異なる場合の画素の例を示す平面図である。
【図７】光電変換領域の受光面積が異なる場合の画素の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１１０Ａ、１１０Ｂ、２１０Ａ、２１０Ｂ、３１０Ａ、３１０Ｂ、４１０Ａ、４１０Ｂ……画素、１１２……基本ユニット、１２０……カラーフィルタ。
【図１】
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【図２】
2005110104.tif 000004
【図３】
2005110104.tif 000005
【図４】
2005110104.tif 000006
【図５】
2005110104.tif 000007
【図６】
2005110104.tif 000008
【図７】
2005110104.tif 000009