(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、
上記画素アレイ部は、
色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数が斜め画素配列方式で配列され、かつ、
当該斜め画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が斜め画素配列方式で配置され、
上記画素アレイ部は、
上記クリア画素と少なくとも一つの色フィルタ画素とが混在する画素行および／または画素列を含む
撮像装置。
【請求項２】
入射光を分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、
上記画素アレイ部は、
色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数が斜め画素配列方式で配列され、かつ、
当該斜め画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が斜め画素配列方式で配置され、
上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有する
撮像装置。
【請求項３】
上記画素アレイ部は、
色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素がアレイ状に配列され、
上記クリア画素が各色フィルタ画素間に均等に配置されている
請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】
上記画素アレイ部は、
上記クリア画素のみで形成される画素行および画素列を含む
請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項５】
上記画素アレイ部は、
上記クリア画素のみで形成される画素行および画素列を含む
請求項３記載の撮像装置。
【請求項６】
電子シャッター駆動を、上記クリア画素と上記色フィルタ画素とで個別に行う機能を有する
請求項１から５のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項７】
上記クリア画素および／または各色フィルタ画素の読み出しは、複数の画素を含めた画素加算読み出しにより行う
請求項２または６記載の撮像装置。
【請求項８】
上記クリア画素の加算読み出しでは、上記色フィルタ画素よりも近くに配置する画素の加算により行う
請求項７記載の撮像装置。
【請求項９】
加算する画素から一番近い同色の複数の画素の信号を使い、加算する画素を含めた画素から加算した信号を生成する
請求項７または８記載の撮像装置。
【請求項１０】
分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、
上記画素アレイ部は、
色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数アレイ状に配列され、かつ、
当該アレイ画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が配置され、
上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有する
撮像装置。
【請求項１１】
分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、
上記画素アレイ部は、
色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数アレイ状に配列され、かつ、
当該アレイ画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が配置され、
上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有し、
電子シャッター駆動を、上記クリア画素と上記色フィルタ画素とで個別に行う機能を有する
撮像装置。
【請求項１２】
撮像装置と、
上記撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
上記撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、
前記撮像装置は、
分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、
上記画素アレイ部は、
色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数が斜め画素配列方式で配列され、かつ、
当該斜め画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が斜め画素配列方式で配置され、
上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有し、
電子シャッター駆動を、上記クリア画素と上記色フィルタ画素とで個別に行う機能を有する
カメラシステム。
【請求項１３】
撮像装置と、
上記撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
上記撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、
前記撮像装置は、
分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、
上記画素アレイ部は、
色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数アレイ状に配列され、かつ、
当該アレイ画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が配置され、
上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有し、
電子シャッター駆動を、上記クリア画素と上記色フィルタ画素とで個別に行う機能を有する
カメラシステム。
【請求項１４】
撮像装置と、
上記撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
上記撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、
前記撮像装置は、
分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、
上記画素アレイ部は、
色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数が斜め画素配列方式で配列され、かつ、
当該斜め画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が斜め画素配列方式で配置され、
上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有し、
上記クリア画素と上記色フィルタ画素とで個別に行う電子シャッター駆動を行なう工程を有するカメラシステムの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどの固体撮像素子を備えた撮像装置およびカメラシステムに係り、特に、複数の色フィルタを用いた２次元画素アレイを画素配列やこの画素アレイを順次走査によって露光および読み出し動作を行う撮像装置、カメラシステムおよびその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子の色フィルタの配列としては、色再現性が良好な、色の３原色のうち緑（Ｇ）を２つ、赤（Ｒ）、青（Ｂ）を一つずつ用いたベイヤー配列が知られている。
このベイヤー配列は、色よりも輝度の解像度を重視した配列である。
【０００３】
ところで、このような色フィルタ配列において、良好な色再現性を保持しながら、感度アップをできるように、透明なフィルタを配置した画素配列を有する撮像装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
また、透明なフィルタ配置を改善することにより、画素を微細化しても、信号電荷量および色解像度を確保するようにした撮像装置が提案されている（たとえば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−２３５４２号公報
【特許文献２】特開２００４−３０４７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した撮像装置においては、解像度の向上、色再現性の向上には限界がある。
また、暗い場所と明るい場所での色情報の制御を色フィルタ画素と透明なフィルタ画素とで任意に行うことが困難で、明るさに応じた自然に近い色を生成することは困難である。
【０００６】
本発明は、解像度の向上を図れ、しかも色再現性に優れた撮像装置、カメラシステムおよびその駆動方法を提供することにある。
また、本発明は、明るさに応じた自然に近い色を生成することが可能な撮像装置、カメラシステムおよびその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点の撮像装置は、入射光を分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、上記画素アレイ部は、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数が斜め画素配列方式で配列され、かつ、当該斜め画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が斜め画素配列方式で配置され、上記画素アレイ部は、上記クリア画素と少なくとも一つの色フィルタ画素とが混在する画素行および／または画素列を含む。
【０００８】
好適には、上記画素アレイ部は、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素がアレイ状に配列され、上記クリア画素が各色フィルタ画素間に均等に配置されている。
【０００９】
好適には、上記画素アレイ部は、上記クリア画素のみで形成される画素行および画素列を含む。
また、画素アレイ部は、上記クリア画素のみで形成される画素行および画素列を含む。
【００１０】
本発明の第２の観点の撮像装置は、入射光を分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、上記画素アレイ部は、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数が斜め画素配列方式で配列され、かつ、当該斜め画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が斜め画素配列方式で配置され、上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有する。
【００１１】
好適には、電子シャッター駆動を、上記クリア画素と上記色フィルタ画素とで個別に行う機能を有する。
【００１２】
本発明の第３の観点の撮像装置は、分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、上記画素アレイ部は、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数アレイ状に配列され、かつ、当該アレイ画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が配置され、上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有する。
【００１３】
本発明の第４の観点の撮像装置は、分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、上記画素アレイ部は、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数アレイ状に配列され、かつ、当該アレイ画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が配置され、上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有し、電子シャッター駆動を、上記クリア画素と上記色フィルタ画素とで個別に行う機能を有する。
【００１４】
本発明の第５の観点のカメラシステムは、撮像装置と、上記撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、上記撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、前記撮像装置は、分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、上記画素アレイ部は、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数が斜め画素配列方式で配列され、かつ、当該斜め画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が斜め画素配列方式で配置され、上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有し、電子シャッター駆動を、上記クリア画素と上記色フィルタ画素とで個別に行う機能を有する。
【００１５】
本発明の第６の観点のカメラシステムは、撮像装置と、上記撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、上記撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、前記撮像装置は、分光感度特性の異なる複数の画素がアレイ状に配列され、上記画素を透過した光を電気信号に変換する画素アレイ部を有し、上記画素アレイ部は、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある第１の色フィルタ画素、ピークが青色にある第２の色フィルタ画素、ピークが緑色にある第３の色フィルタ画素のうち、少なくとも上記第１の色フィルタ画素と上記第２の色フィルタ画素が複数アレイ状に配列され、かつ、当該アレイ画素配列の任意の行、列の任意の位置に、上記第１の色フィルタ画素、上記第２の色フィルタ画素、および上記第３の色フィルタ画素に対して透過率の高いクリア画素が配置され、上記クリア画素専用の読み出しチャネルと、上記色フィルタ画素専用の読み出しチャネルとを個別に有し、電子シャッター駆動を、上記クリア画素と上記色フィルタ画素とで個別に行う機能を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、解像度の向上を図れ、しかも色再現性に優れた撮像装置を実現できる。
また、本発明は、明るさに応じた自然に近い色を生成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の要部の構成例を示すブロック図である。
【００１９】
本撮像装置１０は、図１に示すように、画素アレイ部（ＡＲＹ）１１、クリア画素用水平スキャン回路（ＣＨＳＣＡＮ）１２、カラー画素用水平スキャン回路（ＣＬＲＨＳＣＡＮ）１３、垂直スキャン回路（ＶＳＣＡＮ）１４−１，１４−２、タイミング制御部１５、電源部１６、クリア画素用アナログフロントエンド部（ＣＡＦＥ）１７、およびカラー画素用アナログフロントエンド部（ＣＬＲＡＦＥ）１８を有する。
【００２０】
画素アレイ部１１は、たとえばセンサ単位画素が所定の配列形態をもってアレイ状に配列されている。
また、画素アレイ部１１には、画素配列の各行（ロウ）に転送選択線、リセット線、セレクト線が配線され、画素配列の各列（カラム）に信号線が配線されている。
【００２１】
図２は、本実施形態の単位画素の一例を示す回路図である。図２では、ＣＭＯＳセンサを一例として示している。
【００２２】
図２の単位画素１１０は、フォトダイオード１１１、転送トランジスタ１１２、増幅トランジスタ１１３、セレクトトランジスタ１１４、リセットトランジスタ１１５、およびフローティングノードＮＤ１１１を有している。
【００２３】
フォトダイオード１１１は、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷（たとえば電子）に光電変換して蓄積する。
転送トランジスタ１１２は、フォトダイオード１１１のカソードとフローティングノードＮＤ１１１との間に接続され、ゲートが転送選択線ＴＲＦＬに接続されており、導通（オン）することにより、フォトダイオード１１１に蓄積されている信号電荷をフローティングノードＮＤ１１１に転送する機能を有している。
増幅トランジスタ１１３とセレクトトランジスタ１１４は電源電位ＶＤＤと信号線ＳＧＮＬとの間に直列に接続されている。
増幅トランジスタ１１３はゲートがフローティングノードＮＤ１１１に接続され、フローティングノードＮＤ１１１の電位を増幅しセレクトトランジスタ１１４を介して信号線ＳＧＮＬに出力する。
セレクトトランジスタ１１４のゲートはセレクト線ＳＥＬＬに接続されている。
リセットトランジスタ１１５は、ソースがフローティングノードＮＤ１１１に接続され、ドレインが所定電位線に接続され、ゲートがリセット線ＲＳＴＬに接続され、フローティングノードＮＤ１１１の電位をリセットする機能を有している。
【００２４】
画素配列の各行に配線される転送選択線ＴＲＦＬ、セレクト線ＳＥＬＬ、リセット線ＲＳＴＬは、垂直スキャン回路１４により選択的に駆動され、信号線ＳＧＮＬはクリア画素用水平スキャン回路１２、カラー画素用水平スキャン回路１３に画素から読み出した信号を選択的に転送する。
水平スキャン回路１２，１３、垂直スキャン回路１４は、タイミング制御部１５により駆動タイミングが制御される。
【００２５】
図３は、本実施形態の画素アレイ部１１の画素配列の一例を模式的に示す図である。
【００２６】
図３の画素アレイ部１１は、図３に示すように、斜め画素配列を採用し、かつ、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある色フィルタ画素Ｒ、ピークが緑色にある色フィルタ画素Ｇ、ピークが青色にある色フィルタ画素Ｂに対して透過率の高いクリア画素Ｃを上下斜め方向に均等に挿入し、解像度の偏りをなくすようにした画素配列として形成されている。
なお、クリア画素Ｃは白色である必要なはい。
図３の画素配列においては、第０行、第０列を含む偶数行、偶数列は、色フィルタ画素のみで形成され、奇数行、奇数列はクリア画素Ｃのみで形成されている。
【００２７】
図４は、各色フィルタ画素Ｒ，Ｇ，Ｂとクリア画素Ｃの分光特性を概念的に示す図である。
図４において、横軸が波長を、縦軸が相対出力をそれぞれ示している。
図４から分かるように、クリア画素Ｃは可視光領域(波長３６０ｎｍから７００ｎｍ)の略全域にわたって感度を持っている。
すなわち、クリア画素Ｃでは、広い波長領域成分を持っていることから（全ての色信号は含まれる）クリア画素との境目の色再現をしやすい。
【００２８】
以下、画素アレイ部１１の特徴的な構成について、図５から図１３に関連付けてさらに具体的に説明する。
【００２９】
本実施形態の画素アレイ部１１は、図５に示すように、いわゆる正方単位画素ＲＧＰＸＬを、カラム方向軸ＣＡＸを中心として所定角度θ（θ＝０度〜９０度の間）回転させたいわゆる斜め画素ＯＢＬＰＸＬとして配置している。
【００３０】
このような斜め画素ＯＢＬＰＸＬの配列を採用することによる利点を、図６に関連付けて説明する。なお、図６では、ベイヤー配列を例としている。
正方画素ＲＧＰＸＬの画素ピッチＰＴＣを１とすると、斜め画素ＯＢＬＰＸＬの画素ピットは、回転角度θが４５度のとき１／√２となり、画素の大きさを変えずに画素ピッチを小さくできる。
【００３１】
そして、本実施形態においては、図７に示すように、この斜め画素配列のベイヤー配列の４つの色フィルタ画素Ｒ，Ｇ，Ｇ，Ｂの真ん中にクリア画素Ｃを挿入して、基本的な斜め画素配列ユニットが形成されている。
ベイヤー配列の残しておくことで、信号処理系の色の補間処理が容易にできる。
【００３２】
以上の構成を有する画素アレイ部１１に対する駆動時の読み出し方式として、クリア画素Ｃと、色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂとは、を別のチャネルによって読み出す。
本実施形態においては、たとえば、図８に示すように、クリア画素専用読み出しチャネルＣＨ−Ａと色フィルタ画素専用読み出しチャネルＣＨ−Ｂを別にし、クリア画素Ｃと色フィルタ画素Ｒ，Ｇ，Ｂの読み出しを独立に行うように構成されている。
図８の例では、図中の上側にクリア画素用水平スキャン回路１２がチャネルＣＨ−Ａの読み出し処理系として配置され、図中の下側に色フィルタ画素（カラー画素）用水平スキャン回路１３がチャネルＣＨ−Ｂの読み出し系として配置されている。
そして、本実施形態においては、奇数列に配線されている信号線ＳＧＮＬ−Ｏがクリア画素用水平スキャン回路１２に接続され、偶数列に配線されている信号線ＳＧＮＬ−Ｅが色フィルタ画素（カラー画素）用水平スキャン回路１３に接続される。
【００３３】
さらに、本実施形態においては、クリア画素Ｃと色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂを別チャネルで読み出す方式を採用していることに加えて、電子シャッター(ローリングシャッター)の時間、速度、後段の処理でのゲインを、クリア画素Ｃと色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂで独立に変えるように構成される。
【００３４】
図９は、本実施形態における電子シャッターの駆動方式を模式的に示す図である。
【００３５】
本実施形態においては、図９に示すように。ローリングシャッターの時間をクリア画素とカラー画素の蓄積時間を変えて読み出すことができる。
また、シャッター速度をクリア画素と色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂとで、独立に変えることもできる。
たとえば、明るい所ではクリア画素のシャッターを早く切り、クリア画素の飽和を防ぎ、暗い所では逆にクリア画素のシャッターを遅く切ることで、感度を上げる。
このように構成することにより、明るい所では色情報を多く、暗い所では色情報を少なくし、自然な色を作ることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態においては、高速読み出しを実現するために、いわゆる加算読み出し法を採用している。
【００３７】
図１０は、読み出しチャネルＣＨ−Ａにおけるクリア画素Ｃの読み出し法を説明するための図であって、９画素が加算読む出す場合を示す図である。
図１１は、読み出しチャネルＣＨ−Ｂにおける色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂの読み出し法を説明するための図であって、９画素が加算読む出す場合を示す図である。
図１０および図１１に示すように、９画素で加算することでベイヤー配列の真ん中にクリア画素Ｃを持ってくる配置をくずすことなく、補間処理が容易にできる。
【００３８】
図１２は、読み出しチャネルＣＨ−Ａにおけるクリア画素Ｃの読み出し法を説明するための図であって、５画素が加算読む出す場合を示す図である。
図１３は、読み出しチャネルＣＨ−Ｂにおける色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂの読み出し法を説明するための図であって、５画素が加算読む出す場合を示す図である。
図１２および図１３に示すように、５画素加算の場合も、イヤー配列の真ん中にクリア画素Ｃを持ってくる配置をくずすことはなく、９画素加算よりも近い場所の画素を加算することで色再現性がよくなる。
読み出し速度の観点からは、９画素加算読み出しの方が有利である。
【００３９】
このように加算読み出し法に従って読み出したクリア画素Ｃの読み出し信号は水平スキャン回路１２を介してクリア画素用ＡＦＥ１７に転送される。
また、色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂの読み出し信号は水平スキャン回路１３を介してクリア画素用ＡＦＥ１８に転送される。
ＡＦＥ１７，１８において、読み出し信号に対して増幅処理等のアナログ処理を行い、デジタル信号に変換されて後段の信号処理部に転送される。
【００４０】
図１４は、本実施形態の後段信号処理部の構成例を示すブロック図である。
【００４１】
この信号処理部２０は、図１４に示すように、ホワイトバランス調整部２１、カラー画素部の補間処理部２２、輝度調整部２３、およびクリア画素部の補間処理部２４を有する。
【００４２】
ホワイトバランス調整部２１は，ＡＦＥ１７，１８から転送されたクリア画素信号Ｃ、色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいてホワイトバランス調整を行う。
【００４３】
図１５は、本実施形態における明るい場所でのホワイトバランス調整処理を説明するための図である。
図１６は、本実施形態における暗い場所でのホワイトバランス調整処理を説明するための図である。
【００４４】
ホワイトバランス調整部２１は、明るい場所の場合では、色フィルタ画素(カラー画素)Ｇの信号を基準にして、クリア画素Ｃ、他の色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｂの信号を調整する。
一方、ホワイトバランス調整部２１は、暗い場所では、クリア画素Ｃの信号を基準にして、色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂの信号を調整する。
【００４５】
補間処理部２２は、ホワイトバランス調整後の色フィルタ画素(カラー画素)部のみで補間処理を行う。
【００４６】
輝度調整部２３は、色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度信号と、クリア画素Ｃの輝度信号の調整を行い、輝度信号Ｙを出力する。
【００４７】
補間処理部２４は、輝度信号を基にホワイト画素での補間処理を行い、色信号ＳＣを出力する。
【００４８】
以上、本実施形態の撮像装置１０の各部の構成および機能について説明した。
次に、画素アレイ部の構造について説明する。
【００４９】
図１７は、本実施形態に係る画素アレイ部の一部の断面を簡略的に示す図である。
図１７において、３０は半導体基板を示し、３１は素子分離領域を示し、４１〜４３はマイクロレンズを示している。
半導体基板３０には、素子分離領域３１の間に、色フィルタ画素(カラー画素)のＮ−センサ領域３２，３３、クリア画素のＮ−センサ領域３４が形成されている。
また、３５〜３７はＰ＋層を示し、３８はＰ−層を示している。
本実施形態においては、クリア画素のＮ−センサ領域３４のみＮ−イオンを、色フィルタ画素(カラー画素)のＮ−センサ領域３２，３３深く打ち込み、高波長側の感度を上げている。たとえば、近赤外の波長領域まで感知できるように構成されている。
【００５０】
図１８は、本実施形態に係る画素アレイ部の一部の他の構成例の断面を簡略的に示す図である。
図１８の画素アレイ部は、クリア画素Ｃのマイクロレンズ４１の位置を、他の色フィルタ画素(カラー画素)の高さの位置と変え調整するように構成されている。
これにより、集光率を上げることができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、画素アレイ部１１は、斜め画素配列を採用し、かつ、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある色フィルタ画素Ｒ、ピークが緑色にある色フィルタ画素Ｇ、ピークが青色にある色フィルタ画素Ｂに対して透過率の高いクリア画素Ｃを上下斜め方向に均等に挿入し、解像度の偏りをなくすようにした画素配列として形成され、クリア画素専用読み出しチャネルＣＨ−Ａと色フィルタ画素専用読み出しチャネルＣＨ−Ｂを別にし、クリア画素Ｃと色フィルタ画素Ｒ，Ｇ，Ｂの読み出しを独立に行うように構成され、クリア画素Ｃと色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂを別チャネルで読み出す方式を採用していることに加えて、電子シャッター(ローリングシャッター)の時間、速度、後段の処理でのゲインを、クリア画素Ｃと色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂで独立に変えるように構成されていることから、以下の効果を得ることができる。
【００５２】
画素を、たとえば４５度回転させることで、画素ピッチを1/√2にし、解像度を上げることができる。また一般的な画素配列で同じピッチにするよりも面積を二倍にすることができ、感度をあげることができ、かつ、この斜め画素配列のカラーコーティングにクリア（透明）な画素を入れることでさらなる感度の向上が可能になる。
また、ベイヤー配列の真ん中にクリア画素を配置した場合、色の補間処理が容易になる。
また、クリア画素Ｃと色フィルタ画素（カラー画素）Ｒ,Ｂ,Ｇでは独立にシャッター時間やゲインを変えることができるので、明るい所ではクリア画素の出力を控えめにし、暗い所では出力を大きくして、目で見ている時と同じようなより自然な絵を作り出せる。
このように、感度が向上することによりＳ／Ｎ比の改善を図ることが可能となり、感度向上による低照度での高速読み出しを実現することができる。
高速読み出し時には、たとえば９画素加算をすることで、加算後も加算前と同じ配列になり、色作りでの信号処理が容易にできる利点がある。
【００５３】
なお、上述の説明においては、画素アレイ部１１は、図３に示すように、斜め画素配列を採用し、かつ、色フィルタを含む分光感度特性のピークが赤色にある色フィルタ画素Ｒ、ピークが緑色にある色フィルタ画素Ｇ、ピークが青色にある色フィルタ画素Ｂに対して透過率の高いクリア画素Ｃを上下斜め方向に均等に挿入し、解像度の偏りをなくすようにした画素配列として形成されている例を説明した。
しかし、本発明は図３の画素配列に限らず、クリア画素を挿入した画素配列として種々の形態を採用することが可能であり、上述の効果と同様の効果を得ることが可能である。
以下、画素配列の他の構成例について説明する。
【００５４】
図１９は、本実施形態に係る画素アレイ部の第２の画素配列例を示す図である。
【００５５】
図１９の画素アレイ部１１Ａの画素配列は、図３の画素配列の色フィルタ(カラー画素)Ｇの配置位置にクリア画素Ｃが配置され、図３のクリア画素Ｃの配置位置に色フィルタ(カラー画素)Ｇが配置されている。
図１９の画素配列においては、第０行を含む偶数行は色フィルタ画素Ｂとクリア画素Ｃが一画素ごとに配置して形成され、第０列を含む偶数列は、色フィルタ画素Ｒとクリア画素Ｃが一画素ごとに配置して形成され、奇数行、奇数列は色フィルタ画素Ｇのみで形成されている。
【００５６】
この画素配列を採用した場合も、クリア画素専用読み出しチャネルＣＨ−Ａと色フィルタ画素専用読み出しチャネルＣＨ−Ｂを別にし、クリア画素Ｃと色フィルタ画素Ｒ，Ｇ，Ｂの読み出しを独立に行うように構成され、クリア画素Ｃと色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂを別チャネルで読み出す方式を採用していることに加えて、電子シャッター(ローリングシャッター)の時間、速度、後段の処理でのゲインを、クリア画素Ｃと色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂで独立に変えるように構成される。
【００５７】
ただし、同一行にクリア画素Ｃと色フィルタ画素ＲまたはＢが混在することになることか、色フィルタ画素(カラー画素)用の配線とクリア画素Ｃ用の配線が必要となる。
【００５８】
図２０は、同一行にクリア画素と色フィルタ画素が混在する場合の構成例を示す図である。
この場合、図２０に示すように、一行に色フィルタ画素(カラー画素)用のシャッター配線とクリア画素配線、具体的には、カラー画素用リセット配線ＲＳＴＬ１とクリア画素用リセット配線ＲＳＴＬ２が配線される。
単位画素の構成は、図２と同様であることから詳細な説明は省略する。
【００５９】
図２１は、本実施形態に係る画素アレイ部の第３の画素配列例を示す図である。
【００６０】
図２１の画素アレイ部１１Ｂの画素配列は、すべての行、列にクリア画素が入っている配列である。
この画素配列では、クリア画素は飛び飛びになっているが、この場合も図２０と同様の構成を採用することにより、カラー画素の部分とは独立にシャッターを切ることができ、また独立に読み出すことができる。
【００６１】
図２２は、本実施形態に係る画素アレイ部の第４の画素配列例を示す図である。
【００６２】
図２２の画素アレイ部１１Ｃの画素配列は、第０行、第０列を除く各行、列にクリア画素が入っている配列である。
この画素配列においても、クリア画素は飛び飛びになっているが、この場合も図２０と同様の構成を採用することにより、カラー画素の部分とは独立にシャッターを切ることができ、また独立に読み出すことができる。
【００６３】
図２３は、本実施形態に係る画素アレイ部の第５の画素配列例を示す図である。
【００６４】
図２３の画素アレイ部１１Ｄの画素配列は、図３の画素配列の奇数行における色フィルタ(カラー画素)Ｇの配置位置と色フィルタ(カラー画素)Ｒとが入れ替えて配置されている。
図２３の画素配列においては、図３の配列と同様に、奇数行、奇数列はクリア画素Ｃのみで形成されている。
そして、図２３の画素配列においては、第０列から順番に、色フィルタ(カラー画素)Ｇのみの画素列、クリア画素Ｃの画素列、色フィルタ(カラー画素)Ｒ，Ｂが混在する画素列、が配置され、この組み合わせを繰り替えされている。
この画素配列においても、カラー画素の部分とは独立にシャッターを切ることができ、また独立に読み出すことができる。
【００６５】
図２４は、本実施形態に係る画素アレイ部の第６の画素配列例を示す図である。
【００６６】
図２４の画素アレイ部１１Ｅの画素配列は、図３の画素配列の奇数行のうち第３行、第７行、第１１行、第１５行における色フィルタ(カラー画素)Ｇの配置位置にクリア画素Ｃを配置して、クリア画素を増やし、さらに感度向上を図れるように形成されている。
この画素配列においても、カラー画素の部分とは独立にシャッターを切ることができ、また独立に読み出すことができる。
【００６７】
図２５は、本実施形態に係る画素アレイ部の第７の画素配列例を示す図である。
【００６８】
図２５の画素アレイ部１１Ｆの画素配列は、色フィルタ画素（カラー画素）Ｇをなくし、第０行、第０列を含む偶数行は色フィルタ画素（カラー画素）ＲとＢが交互に配置された画素行および画素列が形成されている。
この場合、色信号の情報は、図４に示す分光特性を有するクリア画素の情報および／または色フィルタ（カラー画素）Ｒ，Ｂの情報を基に生成する。
この画素配列においても、カラー画素の部分とは独立にシャッターを切ることができ、また独立に読み出すことができる。
【００６９】
図２６は、本実施形態に係る画素アレイ部の第８の画素配列例を示す図である。
【００７０】
図２６の画素アレイ部１１Ｇの画素配列は、色フィルタ画素（カラー画素）Ｇを図２５画素配列からさらになくし、クリア画素Ｃのもの画素行を増やし、また全ての列にクリア画素Ｃを含む画素列が形成されている。
この場合、色信号の情報は、図４に示す分光特性を有するクリア画素の情報および／または色フィルタ（カラー画素）Ｒ，Ｂの情報を基に生成する。
この画素配列においても、カラー画素の部分とは独立にシャッターを切ることができ、また独立に読み出すことができる。
【００７１】
図２７は、本実施形態に係る画素アレイ部の第９の画素配列例を示す図である。
【００７２】
図２７の画素アレイ部１１Ｈの画素配列は、色フィルタ画素（カラー画素）Ｇを図２５画素配列からさらになくし、クリア画素Ｃのもの画素行を増やし、また全ての列にクリア画素Ｃを含む画素列が形成されている。この場合、色フィルタ画素（カラー画素）を含む画素行は、色フィルタ画素（カラー画素）Ｂのみとクリア画素Ｃを含む画素行と、色フィルタ画素（カラー画素）Ｂのみとクリア画素Ｃを含む画素行として形成されている。
この場合、色信号の情報は、図４に示す分光特性を有するクリア画素の情報および／、または色フィルタ（カラー画素）Ｒ，Ｂの情報を基に生成する。
この画素配列においても、カラー画素の部分とは独立にシャッターを切ることができ、また独立に読み出すことができる。
【００７３】
以上、斜め画素配列の構成例について説明したが、画素配列において、カラー画素の部分とは独立にシャッターを切ることができ、また独立に読み出すことができるといった特徴的な構成は、斜め画素配列のみではなく、たとえば図２８〜図３６に示すような、正方配列の画素配列にも適用でき、斜め配列の場合と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
図２８は図４の斜め画素配列を正方配列とした例を示し、図２９は図１９の斜め画素配列を正方配列とした例を示し、図３０は図２１の斜め画素配列を正方配列とした例を示し、図３１は図２２の斜め画素配列を正方配列とした例を示し、図３２は図２３の斜め画素配列を正方配列とした例を示し、図３３は図２４の斜め画素配列を正方配列とした例を示し、図３４は図２５の斜め画素配列を正方配列とした例を示し、図３５は図２６の斜め画素配列を正方配列とした例を示し、図３６は図２７の斜め画素配列を正方配列とした例を示している。
【００７５】
また、正方配列において、図３７に示すように、図２０と同様、一行に色フィルタ画素(カラー画素)用のシャッター配線とクリア画素配線、具体的には、カラー画素用リセット配線ＲＳＴＬ１とクリア画素用リセット配線ＲＳＴＬ２が配線される。
単位画素の構成は、図２と同様であることから詳細な説明は省略する。
【００７６】
さらに、図３８に示すように、正方配列（または斜め配列）において、各色フィルタ画素およびクリア画素ごとにシャッター配線を持つよう構成することも可能である。
この場合、カラー画素用リセット配線ＲＳＴＬ１、ＲＳＴＬ３とクリア画素用リセット配線ＲＳＴＬ２が配線される。
単位画素の構成は、図２と同様であることから詳細な説明は省略する。
【００７７】
図３９は、本発明の実施形態に係るカメラシステムの構成の概略を示すブロック図である。
【００７８】
本カメラシステム５０は、撮像デバイス５１と、この撮像デバイス５１の画素領域に入射光を導く光学系、たとえば入射光（像光）を撮像面上に結像させるレンズ５２と、撮像デバイス５１を駆動する駆動回路５３と、撮像デバイス５１の出力信号を処理する信号処理回路５４などを有する構成となっている。
【００７９】
このカメラシステム５０において、撮像デバイス５１として、上記実施形態に係る撮像装置が用いられる。
【００８０】
駆動回路５３は、図１におけるタイミング制御部にも相当する回路であって、撮像デバイス４１を駆動する。
信号処理回路５４は、撮像デバイス５１の出力信号Ｖｏｕｔに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。
【００８１】
このように、本カメラシステムによれば、先述した実施形態に係る撮像装置を撮像デバイス５１として用いることにより、高速動作を確保できることから、小回路規模・低消費電力にて雑音の少ない、高画質の撮像画像を得ることができる。
【００８２】
なお、本発明の撮像装置は、１チップとして形成された撮像装置であっても、複数のチップの集合体として形成されたモジュールタイプの撮像装置であってもよい。複数チップの集合体として形成された撮像装置である場合、撮像を行うセンサチップ、デジタル信号処理を行う信号処理チップなどに分かれて形成され、さらに、光学系を含むこともある。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の要部の構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の単位画素の一例を示す回路図である。
【図３】本実施形態の画素アレイ部１１の画素配列の一例を模式的に示す図である。
【図４】各色フィルタ画素Ｒ，Ｇ，Ｂとクリア画素Ｃの分光特性を概念的に示す図である。
【図５】斜め画素配列について説明するための図である。
【図６】斜め画素配列を採用することによる利点を説明するための図である。
【図７】ベイヤー配列の４つの色フィルタ画素Ｒ，Ｇ，Ｇ，Ｂの真ん中にクリア画素Ｃを挿入した基本的な斜め画素配列ユニットを示す図である。
【図８】本実施形態における画素アレイ部に対する駆動時の読み出し方式を説明するための図である。
【図９】本実施形態における電子シャッターの駆動方式を模式的に示す図である。
【図１０】読み出しチャネルＣＨ−Ａにおけるクリア画素Ｃの読み出し法を説明するための図であって、９画素が加算読む出す場合を示す図である。
【図１１】読み出しチャネルＣＨ−Ｂにおける色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂの読み出し法を説明するための図であって、９画素が加算読む出す場合を示す図である。
【図１２】読み出しチャネルＣＨ−Ａにおけるクリア画素Ｃの読み出し法を説明するための図であって、５画素が加算読む出す場合を示す図である。
【図１３】読み出しチャネルＣＨ−Ｂにおける色フィルタ画素(カラー画素)Ｒ，Ｇ，Ｂの読み出し法を説明するための図であって、５画素が加算読む出す場合を示す図である。
【図１４】本実施形態の後段信号処理部の構成例を示すブロック図である。
【図１５】本実施形態における明るい場所でのホワイトバランス調整処理を説明するための図である。
【図１６】本実施形態における暗い場所でのホワイトバランス調整処理を説明するための図である。
【図１７】本実施形態に係る画素アレイ部の一部の断面を簡略的に示す図である。
【図１８】本実施形態に係る画素アレイ部の一部の他の構成例の断面を簡略的に示す図である。
【図１９】本実施形態に係る画素アレイ部の第２の画素配列例を示す図である。
【図２０】斜め画素配列において同一行にクリア画素と色フィルタ画素が混在する場合の構成例を示す図である。
【図２１】本実施形態に係る画素アレイ部の第３の画素配列例を示す図である。
【図２２】本実施形態に係る画素アレイ部の第４の画素配列例を示す図である。
【図２３】本実施形態に係る画素アレイ部の第５の画素配列例を示す図である。
【図２４】本実施形態に係る画素アレイ部の第６の画素配列例を示す図である。
【図２５】本実施形態に係る画素アレイ部の第７の画素配列例を示す図である。
【図２６】本実施形態に係る画素アレイ部の第８の画素配列例を示す図である。
【図２７】本実施形態に係る画素アレイ部の第９の画素配列例を示す図である。
【図２８】図４の斜め画素配列を正方配列とした例を示す図である。
【図２９】図１９の斜め画素配列を正方配列とした例を示す図である。
【図３０】図２１の斜め画素配列を正方配列とした例を示す図である。
【図３１】図２２の斜め画素配列を正方配列とした例を示す図である。
【図３２】図２３の斜め画素配列を正方配列とした例を示す図である。
【図３３】図２４の斜め画素配列を正方配列とした例を示す図である。
【図３４】図２５の斜め画素配列を正方配列とした例を示す図である。
【図３５】図２６の斜め画素配列を正方配列とした例を示す図である。
【図３６】図２７の斜め画素配列を正方配列とした例を示す図である。
【図３７】正方配列において同一行にクリア画素と色フィルタ画素が混在する場合の構成例を示す図である。
【図３８】正方配列において、各色フィルタ画素およびクリア画素ごとにシャッター配線を持つ構成例を示す図である。
【図３９】本発明の実施形態に係るカメラシステムの構成の概略を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０・・・撮像装置、１１・・・画素アレイ部（ＡＲＹ）、１２・・・クリア画素用水平スキャン回路（ＣＨＳＣＡＮ）、１３・・・カラー画素用水平スキャン回路（ＣＬＲＨＳＣＡＮ）、１４・・・垂直スキャン回路（ＶＳＣＡＮ）、１５・・・タイミング制御部、１６・・・電源部、１７・・・クリア画素用アナログフロントエンド部（ＣＡＦＥ）、１８・・・カラー画素用アナログフロントエンド部（ＣＬＲＡＦＥ）、２０・・・信号処理部、２１・・・ホワイトバランス調整部、２２・・・カラー画素部の補間処理部、２３・・・輝度調整部、２４・・・クリア画素部の補間処理部、５０・・・カメラシステム、５１・・・撮像デバイス、５２・・・レンズ、５３・・・駆動回路、５４・・・信号処理回路。
【図１】
0004449936.tif 000002
【図２】
0004449936.tif 000003
【図３】
0004449936.tif 000004
【図４】
0004449936.tif 000005
【図５】
0004449936.tif 000006
【図６】
0004449936.tif 000007
【図７】
0004449936.tif 000008
【図８】
0004449936.tif 000009
【図９】
0004449936.tif 000010
【図１０】
0004449936.tif 000011
【図１１】
0004449936.tif 000012
【図１２】
0004449936.tif 000013
【図１３】
0004449936.tif 000014
【図１４】
0004449936.tif 000015
【図１５】
0004449936.tif 000016
【図１６】
0004449936.tif 000017
【図１７】
0004449936.tif 000018
【図１８】
0004449936.tif 000019
【図１９】
0004449936.tif 000020
【図２０】
0004449936.tif 000021
【図２１】
0004449936.tif 000022
【図２２】
0004449936.tif 000023
【図２３】
0004449936.tif 000024
【図２４】
0004449936.tif 000025
【図２５】
0004449936.tif 000026
【図２６】
0004449936.tif 000027
【図２７】
0004449936.tif 000028
【図２８】
0004449936.tif 000029
【図２９】
0004449936.tif 000030
【図３０】
0004449936.tif 000031
【図３１】
0004449936.tif 000032
【図３２】
0004449936.tif 000033
【図３３】
0004449936.tif 000034
【図３４】
0004449936.tif 000035
【図３５】
0004449936.tif 000036
【図３６】
0004449936.tif 000037
【図３７】
0004449936.tif 000038
【図３８】
0004449936.tif 000039
【図３９】
0004449936.tif 000040