(57)【要約】  可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを有し、２次元配列された複数の画素セルを備え、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置において、可視光を主に透過させる複数のフィルタを配列した第１の単位配列と、可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとを配列した第２の単位配列とを、行方向と列方向との何れについても交互に配列する。そして、第１の単位配列には、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光の何れかを主に透過させる３種類のフィルタを含むフィルタを配列し、第２の単位配列には、それぞれ赤色光、緑色光、青色光及び赤外光の何れかを主に透過させる４種類のフィルタを配列する。
2007086155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された複数の画素セルを備え、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、
画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、
可視光を主に透過させる複数のフィルタを配列した第１の単位配列と、可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとを配列した第２の単位配列との組合せに従って、フィルタが配されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
第１の単位配列は、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光の何れかを主に透過させる３種類のフィルタを含むフィルタが配列されてなり、
第２の単位配列は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光及び赤外光の何れかを主に透過させる４種類のフィルタが配列されてなる
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】
第１の単位配列は、赤色光を主に透過させるフィルタと青色光を主に透過させるフィルタとを１つずつと、緑色光を主に透過させるフィルタ２つとが正方配列され、かつ、緑色光を主に透過させるフィルタが対角方向に並ぶように配列されてなり、
第２の単位配列は、４種類のフィルタ１つずつが正方配列されてなる
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、
２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、
フィルタは、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとを備えた単位配列が２次元配列されており、
前記緑色光を主に透過させるフィルタと前記赤外光を主に透過させるフィルタとが、行方向または列方向に隣り合う
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、
２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、
フィルタは、可視光及び赤外光の何れかを主に透過させる複数種類のフィルタが１次元配列されてなる単位配列が２次元配列されており、
赤外光を主に透過させるフィルタどうしは、行方向と列方向との何れにも隣り合わない
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
赤外光を主に透過させるフィルタ同士は斜め方向にも隣り合わない
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
単位配列は赤色光、緑色光、青色光及び赤外光の何れかを主に透過させる４種類のフィルタが配列されてなる
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
単位配列はシアン色光、マゼンタ色光、イエロー色光、グリーン色光及び赤外光の何れかを主に透過させる５種類のフィルタが配列されてなる
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、
２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、
少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが正方配列された第１の単位配列と、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが第１の単位配列とは異なるように正方配列された第２の単位配列との組合せに従って、フィルタが配されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
緑色光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが、行方向または列方向に隣り合う
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
可視光を主に透過させるフィルタは、可視光と共に赤外光も透過させる
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１２】
可視光を主に透過させるフィルタは、可視光と共に赤外光も透過させる
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
可視光を主に透過させるフィルタは、可視光と共に赤外光も透過させる
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
可視光を主に透過させるフィルタは、可視光と共に赤外光も透過させる
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、
可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなる
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１６】
可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、
可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなる
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、
可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなる
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、
可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなる
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【請求項２０】
請求項４に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【請求項２１】
請求項５に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【請求項２２】
請求項９に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【請求項２３】
可視光と赤外光とを共に透過させるフィルタを備えた画素セルであるカラー画素セルと、赤外光を主に透過させるフィルタを備えた画素セルである赤外画素セルとを備え、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置において、
カラー画素セル毎に受光量を指標する画素信号であるカラー画素信号を出力するステップと、
赤外画素セル毎に受光量を指標する画素信号である赤外画素信号を出力するステップと、
赤外画素セルが出力した赤外画素信号をカラー画素セル毎にカラー画素信号から差し引いて、当該カラー画素信号に代えるステップと、
を含むことを特徴とする信号処理方法。
【請求項２４】
カラー画素セルは、複数種類の可視光の何れかと赤外光とを共に透過させるフィルタを備える複数種類のカラー画素セルからなり、
複数種類のカラー画素セルと赤外画素セルとを配列した単位配列が２次元配列されており、
カラー画素セルと同じ単位配列に属する赤外画素セルが出力した赤外画素信号を当該カラー画素信号から差し引く
ことを特徴とする請求項２３に記載の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、信号処理方法及びカメラに関し、特に可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを高解像度で行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラに用いられる固体撮像装置は、赤、緑、青の３原色フィルタやシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンの４色補色フィルタを用いてカラー画像を撮像する。
フィルタを経た入射光はフォトダイオードにて受光されるところ、フォトダイオードは人間の可視領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度）より広い波長域（３８０ｎｍ〜１１００ｎｍ程度）の光を受光して信号電荷を発生させるので、赤外光分の誤差が生じて、色再現性が低下する。このため、予め赤外線カット・フィルタ（以下、「ＩＲフィルタ」という。）にて赤外光を除去するのが一般的である。しかしながら、ＩＲフィルタは可視光を１０％〜２０％程度も減衰させてしまうため、固体撮像装置の感度を低下させ、画質の劣化を招く。【０００３】
これに対して、近年、ＩＲフィルタを用いない固体撮像装置が提案されている（特許文献１を参照）。図１は、従来技術に係る固体撮像装置であって、可視光に加えて赤外光を検出する固体撮像装置の主要な構成を示す回路図である。
図１に示されるように、固体撮像装置１１は画素１１０１、垂直シフトレジスタ１１０２、垂直信号線１１０３、行メモリ１１０４、水平シフトレジスタ１１０５、水平信号線１１０６及び出力アンプ１１０７を備えている。画素１１０１は個別にフィルタを備えている。フィルタは、赤色光を主に透過させるフィルタ（以下、「赤フィルタ」という。）（Ｒ）、緑色光を主に透過させるフィルタ（以下、「緑フィルタ」という。）（Ｇ）、青色光を主に透過させるフィルタ（以下、「青フィルタ」という。）（Ｂ）及び赤外色光を主に透過させるフィルタ（以下、「赤外フィルタ」という。）（ＩＲ）の４つを正方配列したものを単位配列１１０８として２次元配列されている。【０００４】
垂直シフトレジスタ１１０２が選択した画素１１０１は、垂直信号線１１０３を通じて行メモリ１１０４に画素信号を転送する。行メモリ１１０４に記憶された画素信号は水平シフトレジスタ１１０５にて順次、選択されると、水平信号線１１０６を経由し、出力アンプ１１０７にて増幅され、出力される。
そして、赤外光を受光した画素１１０１の出力信号を用いて、赤色、緑色及び青色の光を受光した画素１１０１の出力信号を補正する。【０００５】
このようにすれば、ＩＲフィルタを用いることなく、高い色再現性を達成することができる。
【特許文献１】特開２００５−１８４６９０号公報
【特許文献２】特開２００２−１４２２２８号公報
【特許文献３】特開２０００−０５９７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、固体撮像装置１１は、赤外光を検出する画素が半数に上る行が１行置きに現れ、また、赤外光を検出する画素が半数に上る行が１列置きに現れる。このため、赤外光を検出する画素が多い行や列では可視光の情報が不足するので、解像度が低下する。
このような問題に対して、例えば、特許文献２に開示の固体撮像装置のように、赤外光に加えて特定の波長域の光を透過させるフィルタを用いれば、可視光の情報が不足するのを解消することができる。【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示のフィルタを得るためには複数のフィルタを積層しなければならないので、固体撮像装置に対する小型化、高画素化の要請に反する。また、３原色それぞれの画素信号を得るためには複雑な演算が必要となり実用に耐えない。
また、このような固体撮像装置は可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像との何れもができて、かつ、何れについても高解像度であることが望ましいのは言うまでも無い。しかしながら、例えば、特許文献３に開示の固体撮像装置では、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とでフィルタを切り替えるので、両方の撮像を同時に行なうことができない。【０００８】
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを同時に高解像度で行うことができ、かつ、小型化、高画素化することができる固体撮像装置、このような固体撮像装置の信号処理方法及びこのような固体撮像装置を備えたカメラ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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、２次元配列された複数の画素セルを備え、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、可視光を主に透過させる複数のフィルタを配列した第１の単位配列と、可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとを配列した第２の単位配列との組合せに従って、フィルタが配されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このようにすれば、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを同時に高解像度で行うことができる。また、赤外光量を検出する画素セルを低減して、可視光によるカラー撮像時の解像度の低下を防止する、固体撮像装置を小型化し、高画素化することができる。
なお、赤外光を主に透過させるフィルタとは、可視光の波長域における透過率が何れの波長についても３０％未満であるフィルタであって、赤外光を透過させるフィルタをいう。この意味において、可視光を主に透過させるフィルタは、赤色光や緑色光、青色光など所定の波長域の可視光について透過率が３０％以上である。【００１１】
この場合において、第１の単位配列は、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光の何れかを主に透過させる３種類のフィルタを含むフィルタが配列されてなり、第２の単位配列は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光及び赤外光の何れかを主に透過させる４種類のフィルタが配列されてなるとすれば良い。また、第１の単位配列は、赤色光を主に透過させるフィルタと青色光を主に透過させるフィルタとを１つずつと、緑色光を主に透過させるフィルタ２つとが正方配列され、かつ、緑色光を主に透過させるフィルタが対角方向に並ぶように配列されてなり、第２の単位配列は、４種類のフィルタ１つずつが正方配列されてなるとすれば更に好適である。【００１２】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、フィルタは、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとを備えた単位配列が２次元配列されており、前記緑色光を主に透過させるフィルタと前記赤外光を主に透過させるフィルタとが、行方向または列方向に隣り合うことを特徴とする。【００１３】
緑色は赤色や青色よりも比視感度（spectral luminous efficiency）が高い。従って、緑色光を検出する画素セルと赤外光を検出する画素セルと隣接配置すれば、可視光によるカラー撮像をする場合に、赤外光を検出する画素セル部分の画素信号の欠損を目立たなくすることができる。その意味において解像度の低下を防止することができる。
本発明に係る固体撮像装置は、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、フィルタは、可視光及び赤外光の何れかを主に透過させる複数種類のフィルタが１次元配列されてなる単位配列が２次元配列されており、赤外光を主に透過させるフィルタどうしは、行方向と列方向との何れにも隣り合わないことを特徴とする。【００１４】
このようにすれば、赤外光を検出する画素セルがあることによって画素信号が欠損する画素を分散させることができる。従って、可視光によるカラー撮像をする場合の解像度の低下を抑えることができる。
本発明に係る固体撮像装置は、赤外光を主に透過させるフィルタ同士が斜め方向にも隣り合わないことを特徴とする。【００１５】
このようにすれば、赤外光を主に透過させるフィルタが、同一行や同一列において２画素毎に配置されるのを避けて、可視光によるカラー撮像の解像度の劣化を防止することができる。
また、単位配列は赤色光、緑色光、青色光及び赤外光の何れかを主に透過させる４種類のフィルタが配列されてなるとしても良いし、シアン色光、マゼンタ色光、イエロー色光、グリーン色光及び赤外光の何れかを主に透過させる５種類のフィルタが配列されてなるとしても良い。【００１６】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが正方配列された第１の単位配列と、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが第１の単位配列とは異なるように正方配列された第２の単位配列との組合せに従って、フィルタが配されていることを特徴とする。【００１７】
このようにすれば、行方向と列方向とのいずれについても、赤外光を検出する画素セルが２画素毎に配置されるのを避けることができる。従って、可視光によるカラー撮像の解像度が低下するのを防止することができる。また、何れの単位配列中にも赤外光を検出する画素セルが含まれるので、赤外光による撮像の解像度も向上させることができる。
また、緑色光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが、行方向または列方向に隣り合うとしても良い。このようにすれば、複雑な演算を経ることなく波長域毎の画像信号を得ることができる。また、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像との何れにおいても解像度を向上させることができる。【００１８】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタが、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなることを特徴とする。このようにすれば、固体撮像装置を小型化し、高画素化することができる。【００１９】
本発明に係るカメラは、本発明に係る固体撮像装置を備えることを特徴とする。このようにすれば、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを同時に高解像度で行うことができ、かつ、小型化、高画素化することができる。
本発明に係る信号処理方法は、可視光と赤外光とを共に透過させるフィルタを備えた画素セルであるカラー画素セルと、赤外光を主に透過させるフィルタを備えた画素セルである赤外画素セルとを備え、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置において、カラー画素セル毎に受光量を指標する画素信号であるカラー画素信号を出力するステップと、赤外画素セル毎に受光量を指標する画素信号である赤外画素信号を出力するステップと、赤外画素セルが出力した赤外画素信号をカラー画素セル毎にカラー画素信号から差し引いて、当該カラー画素信号に代えるステップと、を含むことを特徴とする。【００２０】
このようにすれば、単純な減算のみで波長毎の画像信号を得ることができる。この場合において、カラー画素セルは、複数種類の可視光の何れかと赤外光とを共に透過させるフィルタを備える複数種類のカラー画素セルからなり、複数種類のカラー画素セルと赤外画素セルとを配列した単位配列が２次元配列されており、カラー画素セルと同じ単位配列に属する赤外画素セルが出力した赤外画素信号を当該カラー画素信号から差し引くとすれば更に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術に係る固体撮像装置であって、可視光に加えて赤外光を検出する固体撮像装置の主要な構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの主要な構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置１１２の主要な構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配置を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係るフィルタの構成を示す図であって、（ａ）はフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）の構成、（ｂ）はフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）の構成、（ｃ）はフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、（Ｇ２＋ＩＲ）の構成、（ｄ）は赤外フィルタＩＲの構成を示す。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係るフィルタの分光特性を示すグラフであって、図９（ａ）〜（ｄ）はそれぞれフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）、（Ｂ＋ＩＲ）、及び赤外フィルタ（ＩＲ）の分光特性を示す。
【図１０】本発明の変形例（１）に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【図１１】本発明の変形例（３）に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
３、４、５、６、１１、１１２…………………固体撮像装置
１００………………………………………………デジタルカメラ
１０１………………………………………………レンズマウント
１０２………………………………………………クイックリターンミラー
１０３………………………………………………ファインダスクリーン
１０４………………………………………………サブミラー
１０５………………………………………………焦点検出センサ
１０６………………………………………………シャッタユニット
１０７………………………………………………ペンタプリズム
１０８………………………………………………測光センサ
１０９………………………………………………接眼レンズ
１１０………………………………………………接眼窓
１１１………………………………………………測色センサ
１１３………………………………………………カバーガラス
１２０………………………………………………交換レンズ
１２１………………………………………………レンズ
２０１、１１０１…………………………………画素
２０２、１１０２…………………………………垂直シフトレジスタ
２０３、１１０３…………………………………垂直信号線
２０４、１１０４…………………………………行メモリ
２０５、１１０５…………………………………水平シフトレジスタ
２０６、１１０６…………………………………水平信号線
２０７、１１０７…………………………………出力アンプ
２０８ａ、２０８ｂ、３０１、４０１…………単位配列
５０１、５０２、６０１、６０２、１１０８…単位配列
７０１………………………………………………二酸化シリコン層
７０２………………………………………………二酸化チタン層
７０３………………………………………………スペーサ層
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る固体撮像装置、信号処理方法及びカメラの実施の形態について、デジタルカメラを例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］  第１の実施の形態
本実施の形態に係るデジタルカメラは固体撮像装置に設けられたフィルタの配置に特徴を有する。【００２４】
（１）  デジタルカメラの構成
先ず、本実施の形態に係るデジタルカメラの構成について説明する。図２は、本実施の形態に係るデジタルカメラの主要な構成を示す断面図である。図２に示されるように、デジタルカメラ１００は、レンズマウント１０１、クイックリターンミラー１０２、ファインダスクリーン１０３、サブミラー１０４、焦点検出センサ１０５、シャッタユニット１０６、ペンタプリズム１０７、測光センサ１０８、接眼レンズ１０９、接眼窓１１０、測色センサ１１１、固体撮像装置１１２、カバーガラス１１３を備える。【００２５】
レンズマウント１０１にはレンズ１２１を備えた交換レンズ１２０が装着される。
被写体光束Ｌは交換レンズ１２１を経由してクイックリターンミラー１０２に入射する。半透明のクイックリターンミラー１０２は被写体光束Ｌを透過光Ｌ１と反射光Ｌ２とに分ける。透過光Ｌ１はオートフォーカスに用いられ、反射光Ｌ２はファインダ観察に用いられる。【００２６】
反射光Ｌ２はファインダスクリーン１０３上に被写体像を結ぶ。この被写体像はペンタプリズム１０７及び接眼レンズ１０９を経てファインダ接眼窓１１０から観察される。また、ペンタプリズム１０７を経た光の一部は測光センサ１０８及び測色センサ１１１に導かれる。
透過光Ｌ１はサブミラー１０４にて反射され、焦点検出センサ１０５に導かれる。【００２７】
レンズ１２１の光軸上、クイックリターンミラー１０２の後方にはシャッタユニット１０６、カバーガラス１１３及び固体撮像装置１１２が配設されている。カバーガラス１１３は固体撮像装置１１２を保護する。
デジタルカメラ１００のシャッターボタン（不図示）が押下されると、クイックリターンミラー１０２が被写体光束Ｌの光路外へ跳ね上がり、シャッタユニット１０６のシャッタ膜１０６ａが開閉して、固体撮像装置１１２が露光される。【００２８】
（２）  固体撮像装置１１２の構成
次に、デジタルカメラ１００が備える固体撮像装置１１２の構成について説明する。固体撮像装置１１２は従来技術に係る固体撮像装置１１と概ね同様の構成を備える一方、フィルタの配置において相違している。以下では、専ら相違点について説明する。
図３は、固体撮像装置１１２の主要な構成を示す回路図である。図３に示されるように、固体撮像装置１１２は画素２０１、垂直シフトレジスタ２０２、垂直信号線２０３、行メモリ２０４、水平シフトレジスタ２０５、水平信号線２０６及び出力アンプ２０７を備えている。【００２９】
上記従来技術にあっては、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）、青フィルタ（Ｂ）及び赤外フィルタ（ＩＲ）の４種類の波長域の光を主に透過させるフィルタを正方配列して単位配列１１０８としたが、本実施の形態においては、２種類の単位配列を用いる。
すなわち、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ１、Ｇ２）及び青フィルタ（Ｂ）の４種類のフィルタを正方配列した単位配列２０８ａと、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ１）、青フィルタ（Ｂ）及び赤外フィルタ（ＩＲ）の４種類のフィルタを正方配列した単位配列２０８ｂとを用いる。そして、これら単位配列２０８ａ、２０８ｂを行方向と列方向との何れについても交互に配列する。【００３０】
このようにすれば、従来技術に係る固体撮像装置１１と比べて、赤外光を受光する画素２０１の数を減じて、緑色光を受光する画素２０１の数を増やしているので、可視光によるカラー撮像の解像度を大幅に高めることができる。また、可視光によるカラー撮像と並行して赤外光による撮像を行うことができる。
［２］  第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタルカメラは上記第１の実施の形態に係るデジタルカメラと概ね同様の構成を備える一方、フィルタの配列において相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。【００３１】
図４は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図４に示されるように、固体撮像装置３は、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）、青フィルタ（Ｂ）、赤外フィルタ（ＩＲ）の４つのフィルタを正方配列して単位配列３０１とする。そして、単位配列３０１内で行方向に緑フィルタと赤外フィルタとが隣接配置されている。このため、固体撮像装置３の全体としても、緑フィルタ（Ｇ）と赤外フィルタ（ＩＲ）とが隣接配置される。【００３２】
緑色は赤色や青色よりも比視感度が高いので、可視光によるカラー撮像をする場合、赤外フィルタと隣接配置すれば、赤外フィルタ部分の画素信号の欠損を目立たなくすることができる。その意味において解像度の低下を防止することができる。
［３］  第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタルカメラは上記第１の実施の形態に係るデジタルカメラと概ね同様の構成を備える一方、やはりフィルタの配列において相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。【００３３】
図５は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図５に示されるように、固体撮像装置４は、青フィルタ（Ｂ）、赤外フィルタ（ＩＲ）、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）が行方向に順次、１次元配列されてなる単位配列４０１を２次元配列したフィルタを備える。
この場合において、列方向に隣接する単位配列は行方向に１画素分ずつずれて配置される。このようにすれば、列方向に赤外フィルタが隣接するのを避けることができる。【００３４】
このようにすれば、行方向と列方向との何れについても赤外フィルタが４画素毎に配置されるので、可視光によるカラー撮像を行うに際して解像度の低下を防ぐことができる。
また、単位配列４０１において、赤外フィルタが緑フィルタに隣接するので、列方向にも赤外フィルタが緑フィルタに隣接する。このようにすれば、緑色は比視感度が高いので、可視光によるカラー撮像する場合に、赤外フィルタ部分の画素信号の欠損を目立たなくすることができる。従って、解像度の低下を防止することができる。【００３５】
また、赤外フィルタが、１列の画素セルにおいて１行おきには配置されず、１行の画素セルにおいて１列おきも配置されない。この意味においても、解像度の低下を防止することができる。
なお、単位配列が正方配列である場合にも、列方向に隣り合う単位配列を行方向に１画素分ずつずらして２次元配列することができる。このようにすれば、列方向については赤外フィルタが４画素毎に配置されるので、解像度の低下を抑えることができる。【００３６】
しかしながら、行方向については赤外フィルタが２画素毎に配置されるので、解像度の低下を抑えることはできない。その意味で、本実施の形態の方が、解像度の低下を抑えて、より優れた画質を実現することができる。
［４］  第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタルカメラは上記第１の実施の形態に係るデジタルカメラと概ね同様の構成を備える一方、やはりフィルタの配置において相違している。以下、専ら相違点に着目して説明する。【００３７】
図６は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図６に示されるように、固体撮像装置５のフィルタは、赤フィルタ（Ｒ）、青フィルタ（Ｂ）、赤外フィルタ（ＩＲ）及び緑フィルタ（Ｇ）の４つが正方配列された単位配列５０１、５０２を行方向と列方向の何れについても交互に配列した２次元配列をとっている。
また、単位配列５０１、５０２は、４つのフィルタが相異なるように配されている。すなわち、単位配列５０１では図中、左上から時計回りに赤外フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタ、青フィルタの順にフィルタが配列される。また、単位配列５０２は左上から時計回りに赤外フィルタ、青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタの順にフィルタが配列されている。この結果、赤外フィルタが緑フィルタに隣接して配置される。【００３８】
このようにすれば、行方向と列方向との何れについても赤外フィルタが４画素毎に配置される。また、比視感度が高い緑色光を主に透過させる緑フィルタが赤外フィルタに隣接する。従って、解像度の低下を抑えることができる。
［５］  第５の実施の形態
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタルカメラは上記第１の実施の形態に係るデジタルカメラと概ね同様の構成を備える一方、やはりフィルタの特性と配列とにおいて相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。【００３９】
（１）  フィルタの配置
先ず、本実施の形態に係るフィルタの配置について説明する。図７は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配置を示す図である。図７に示されるように、固体撮像装置６のフィルタは、２つの単位配列６０１、６０２を行方向と列方向との何れについても交互に配列した２次元配列してなる。【００４０】
この場合において、単位配列６０１は、緑色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｇ２＋ＩＲ）、青色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）、緑色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、及び赤色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）の４つが正方配列されてなる。
また、単位配列６０２は、赤外フィルタ（ＩＲ）、青色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）、緑色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、及び赤色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）の４つが正方配列されてなる。【００４１】
このようにすれば、赤外光のみを受光する画素の数を減らすことができるので、従来技術と比べて、可視光によるカラー撮像の解像度を向上させることができる。また、言うまでもなく、赤外光による撮像の解像度も向上させることができる。
（２）  フィルタの構成
次に、本実施の形態に係るフィルタの構成について説明する。図８は、本実施の形態に係るフィルタの構成を示す図であって、図８（ａ）はフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）の構成、図８（ｂ）はフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）の構成、図８（ｃ）はフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、（Ｇ２＋ＩＲ）の構成、図８（ｄ）は赤外フィルタＩＲの構成を示す。【００４２】
図８に示されるように、フィルタは透過させる光の波長域に関わらず、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層７０１と二酸化チタン（ＴｉＯ２）層７０２と交互に２層ずつ積層した２つのλ／４多層膜によって二酸化シリコン層７０３をスペーサ層として挟んだ多層膜干渉フィルタとなっている。
λ／４多層膜を構成する二酸化シリコン層７０１と二酸化チタン層７０２とは光学膜厚を同じくする。光学膜厚とはその層の物理膜厚にその層の材料の屈折率を乗じた値である。また、異なるフィルタ間でも二酸化シリコン層７０１の物理膜厚ｔ２と二酸化チタン層７０２の物理膜厚ｔ３とは同じある。【００４３】
一方、スペーサ層７０３の物理膜厚はフィルタ間で異なる。フィルタ（Ｂ＋ＩＲ）のスペーサ層７０３の物理膜厚ｔ１ａ、フィルタ（Ｒ＋ＩＲ）のスペーサ層７０３の物理膜厚ｔ１ｂ、及びフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、（Ｇ２＋ＩＲ）のスペーサ層７０３の物理膜厚ｔ１ｃは何れも二酸化シリコン層７０１の物理膜厚ｔ２よりも小さい。
そして、フィルタ間でのスペーサ層７０３の物理膜厚の大小関係は以下の通りである。【００４４】
ｔ１ｃ  ＜  ｔ１ｂ  ＜  ｔ１ａ  ＜  ｔ１ｄ
また、赤外フィルタ（ＩＲ）のスペーサ層７０３の物理膜厚ｔ１ｄは二酸化シリコン層７０１の物理膜厚ｔ２に略等しい。
いわゆるλ／４多層膜は光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の誘電体層が交互に積層されてなる。この光学膜厚がλ／４のとき、λ／４多層膜は光学膜厚の４倍の波長λを中心とする波長帯域の光を反射し、遮断する。高屈折率層の誘電体材料を二酸化チタン、低屈折率層の誘電体材料を二酸化シリコンからなるλ／４多層膜に波長５５０ｎｍを中心とする波長帯域の光を反射させるには、各誘電体層の物理膜厚を以下のようにすれば良い。すなわち、
二酸化チタン層  ：  ５５０÷４÷２．５１＝５４．７ｎｍ
二酸化シリコン層：  ５５０÷４÷１．４５＝９４．８ｎｍ
なお、二酸化チタンの屈折率は２．５１、二酸化シリコンの屈折率は１．４５である。【００４５】
波長５５０ｎｍは可視光波長域のほぼ中心波長であり、上述のようなλ／４多層膜は可視光を反射し、遮断する一方、赤外光は透過させるので、赤外フィルタとして用いることができる。上述のように、赤外フィルタのスペーサ層７０３は二酸化シリコン層７０１と物理膜厚を同じくするので、全体としてλ／４多層膜となっている。
本実施の形態においては、このように赤外フィルタとして機能するλ／４多層膜にてスペーサ層を挟んだ多層膜干渉フィルタにて赤外光と特定の波長域の可視光とを透過させるフィルタを実現する。【００４６】
一方、可視光と赤外光との何れも透過させるフィルタにおいては、上述のように、スペーサ層の物理膜厚が二酸化シリコン層７０１の物理膜厚よりも小さく、また、透過させるべき光の波長域に応じて異なっている。スペーサ層の物理膜厚をこのようにすれば、物理膜厚の大きさに応じた波長の可視光を透過させることができる。
この場合において、スペーサ層の物理膜厚の大小に関わらず、何れのフィルタも赤外光を透過させることができる。従って、青色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）、緑色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、及び赤色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）を実現することができる。【００４７】
（３）  フィルタの分光特性
次に、本実施の形態に係るフィルタの分光特性について説明する。図９は、本実施の形態に係るフィルタの分光特性を示すグラフであって、図９（ａ）〜（ｄ）はそれぞれフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）、（Ｂ＋ＩＲ）、及び赤外フィルタ（ＩＲ）の分光特性を示す。何れのグラフも横軸は光の波長を表わし、縦軸は波長毎の透過率を表わす。【００４８】
図９に示されるように、何れのフィルタも二酸化シリコン層７０１と二酸化チタン層７０２が成すλ／４多層膜の反射帯域外、すなわち可視波長域外の波長域においては概ね同様の分光特性を有する。このうち、紫外光については、デジタルカメラの交換レンズにて吸収される。また、仮に、紫外光が固体撮像装置に入射しても、上述のように、フォトダイオードは信号電荷を発生させない。【００４９】
従って、何れのフィルタも赤外光を透過させる他は、それぞれの分光特性に応じた波長の可視光を透過させるのみである。
なお、フォトダイオードは波長３８０ｎｍ以上の光を検出するので、フィルタが紫外光を透過させても何ら問題を生じない。また、紫外光は、カメラの交換レンズによって吸収されるので、その意味においても問題を生じない。【００５０】
（４）  信号処理の方法
次に、上述のようなフィルタを用いて得た画素信号の処理方法について説明する。
図９に示されるように、フィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）、（Ｂ＋ＩＲ）及び赤外フィルタ（ＩＲ）は赤外光について略同一の透過特性を有する。この点に着目すれば、次式によって色毎の画素信号を得ることができる。【００５１】
赤色信号  ＝  （Ｒ＋ＩＲ）信号  −  ＩＲ信号
緑色信号  ＝  （Ｇ＋ＩＲ）信号  −  ＩＲ信号
青色信号  ＝  （Ｂ＋ＩＲ）信号  −  ＩＲ信号
ここで、（Ｒ＋ＩＲ）信号、（Ｇ＋ＩＲ）信号及び（Ｂ＋ＩＲ）信号はフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）を備える画素が出力する画素信号である。また、ＩＲ信号は赤外フィルタ（ＩＲ）を備える画素が出力する画素信号である。上記減算は最も近接して配置された画素どうしで行なわれる。【００５２】
このようにすれば、従来技術のように複雑な演算を経ることなく波長域毎の画素信号を得ることができる。また、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像との何れおいても解像度を向上させることができる。
［６］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。【００５３】
（１）  上記第５の実施の形態においては、専ら、第１の実施の形態に係る固体撮像装置１１２のフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）を赤外光も透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）に置き換えた固体撮像装置について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて他の実施の形態のように配列されたフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）を赤外光も透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）に置き換えても良い。【００５４】
図１０は、本変形例に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図１０に示されるように、第３の実施の形態のように配列されたフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）を赤外光も透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）に置き換えれば、第３の実施の形態の効果と第５の実施の形態の効果との両方を得ることができる。
すなわち、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを高解像度で行うことができる。【００５５】
（２）  上記実施の形態においては特に言及しなかったが、上記実施の形態に係る配列の行方向と列方向とを入れ替えても本発明の効果に変わりは無い。
（３）  上記第３の実施の形態においては、専ら隣り合う行の間でフィルタの配置を一画素分ずらす場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。【００５６】
図１１は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図１１に示されるように、行方向に（Ｇ）、（ＩＲ）、（Ｒ）、（Ｂ）の順に配列されたフィルタが、列方向に隣り合う行どうしでは２画素分ずれて配置されている。
このようにすれば、赤外光を撮像する画素が斜め方向についても隣り合わないので、可視光によるカラー撮像の解像度の劣化を抑えることができる。この場合においても、行方向と列方向とを入れ替えても同様の効果を得ることができる。【００５７】
（４）  上記実施の形態においては特に言及しなかったが、特定波長の可視光を透過させ、赤外光は透過させないフィルタを得るためには次のようにすれば良い。
すなわち、近赤外の波長である８５０ｎｍの４分の１を各層の光学膜厚とするλ／４多層膜を用いれば、８５０ｎｍを中心とする波長域の光を反射する赤外線反射膜を得ることができる。従って、特定波長の可視光を主に透過させるフィルタに加えて、この赤外線反射膜を配設すれば、フォトダイオードに特定波長の可視光のみを入射させることができる。【００５８】
従って、上記実施の形態におけるフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）はそれぞれフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）に赤外線反射膜を組み合わせることで得ることができる。
なお、言うまでも無く、他の構成によってフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）を実現しても本発明の効果は同じである。【００５９】
（５）  上記実施の形態においては、図９に示されるように、所望の波長域以外の波長域においては透過率が０％である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、所望の波長域以外の波長域における透過率が０％より大きくても、同様の効果を奏することができる。
例えば、図８に示すように、多層膜干渉フィルタの層数、すなわち、λ／４多層膜の層数が比較的少ない場合には、所望の波長域以外の波長域における透過率が０％から３０％程度となる。このような場合には、信号処理を施した後に得られる画像において理想的な色再現性は得られないものの、本発明の効果には変わり無い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る固体撮像装置、信号処理方法及びカメラは、特に可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを高解像度で行う技術として有用である。
【図１】
2007086155.tif 000003
【図２】
2007086155.tif 000004
【図３】
2007086155.tif 000005
【図４】
2007086155.tif 000006
【図５】
2007086155.tif 000007
【図６】
2007086155.tif 000008
【図７】
2007086155.tif 000009
【図８】
2007086155.tif 000010
【図９】
2007086155.tif 000011
【図１０】
2007086155.tif 000012
【図１１】
2007086155.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月4日(2008.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された複数の画素セルを備え、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、
画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、
可視光を主に透過させる複数のフィルタを配列した第１の単位配列と、可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとを配列した第２の単位配列との組合せに従って、フィルタが配されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
第１の単位配列は、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光の何れかを主に透過させる３種類のフィルタを含むフィルタが配列されてなり、
第２の単位配列は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光及び赤外光の何れかを主に透過させる４種類のフィルタが配列されてなる
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】
第１の単位配列は、赤色光を主に透過させるフィルタと青色光を主に透過させるフィルタとを１つずつと、緑色光を主に透過させるフィルタ２つとが正方配列され、かつ、緑色光を主に透過させるフィルタが対角方向に並ぶように配列されてなり、
第２の単位配列は、４種類のフィルタ１つずつが正方配列されてなる
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、
２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、
フィルタは、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとを備えた単位配列が２次元配列されており、
前記緑色光を主に透過させるフィルタと前記赤外光を主に透過させるフィルタとが、行方向または列方向に隣り合う
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、
２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、
フィルタは、可視光及び赤外光の何れかを主に透過させる複数種類のフィルタが１次元配列されてなる単位配列が２次元配列されており、
赤外光を主に透過させるフィルタどうしは、行方向と列方向との何れにも隣り合わない
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
赤外光を主に透過させるフィルタ同士は斜め方向にも隣り合わない
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
単位配列は赤色光、緑色光、青色光及び赤外光の何れかを主に透過させる４種類のフィルタが配列されてなる
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
単位配列はシアン色光、マゼンタ色光、イエロー色光、グリーン色光及び赤外光の何れかを主に透過させる５種類のフィルタが配列されてなる
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、
２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、
少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが正方配列された第１の単位配列と、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが第１の単位配列とは異なるように正方配列された第２の単位配列との組合せに従って、フィルタが配されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
緑色光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが、行方向または列方向に隣り合う
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
可視光を主に透過させるフィルタは、可視光と共に赤外光も透過させる
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１２】
可視光を主に透過させるフィルタは、可視光と共に赤外光も透過させる
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
可視光を主に透過させるフィルタは、可視光と共に赤外光も透過させる
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
可視光を主に透過させるフィルタは、可視光と共に赤外光も透過させる
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、
可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなる
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１６】
可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、
可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなる
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、
可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなる
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、
可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなる
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【請求項２０】
請求項４に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【請求項２１】
請求項５に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【請求項２２】
請求項９に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【請求項２３】
可視光と赤外光とを共に透過させるフィルタを備えた画素セルであるカラー画素セルと、赤外光を主に透過させるフィルタを備えた画素セルである赤外画素セルとを備え、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置において、
カラー画素セル毎に受光量を指標する画素信号であるカラー画素信号を出力するステップと、
赤外画素セル毎に受光量を指標する画素信号である赤外画素信号を出力するステップと、
赤外画素セルが出力した赤外画素信号をカラー画素セル毎にカラー画素信号から差し引いて、当該カラー画素信号に代えるステップと、
を含むことを特徴とする信号処理方法。
【請求項２４】
カラー画素セルは、複数種類の可視光の何れかと赤外光とを共に透過させるフィルタを備える複数種類のカラー画素セルからなり、
複数種類のカラー画素セルと赤外画素セルとを配列した単位配列が２次元配列されており、
カラー画素セルと同じ単位配列に属する赤外画素セルが出力した赤外画素信号を当該カラー画素信号から差し引く
ことを特徴とする請求項２３に記載の信号処理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、信号処理方法及びカメラに関し、特に可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを高解像度で行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラに用いられる固体撮像装置は、赤、緑、青の３原色フィルタやシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンの４色補色フィルタを用いてカラー画像を撮像する。
フィルタを経た入射光はフォトダイオードにて受光されるところ、フォトダイオードは人間の可視領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度）より広い波長域（３８０ｎｍ〜１１００ｎｍ程度）の光を受光して信号電荷を発生させるので、赤外光分の誤差が生じて、色再現性が低下する。このため、予め赤外線カット・フィルタ（以下、「ＩＲフィルタ」という。）にて赤外光を除去するのが一般的である。しかしながら、ＩＲフィルタは可視光を１０％〜２０％程度も減衰させてしまうため、固体撮像装置の感度を低下させ、画質の劣化を招く。
【０００３】
これに対して、近年、ＩＲフィルタを用いない固体撮像装置が提案されている（特許文献１を参照）。図１は、従来技術に係る固体撮像装置であって、可視光に加えて赤外光を検出する固体撮像装置の主要な構成を示す回路図である。
図１に示されるように、固体撮像装置１１は画素１１０１、垂直シフトレジスタ１１０２、垂直信号線１１０３、行メモリ１１０４、水平シフトレジスタ１１０５、水平信号線１１０６及び出力アンプ１１０７を備えている。画素１１０１は個別にフィルタを備えている。フィルタは、赤色光を主に透過させるフィルタ（以下、「赤フィルタ」という。）（Ｒ）、緑色光を主に透過させるフィルタ（以下、「緑フィルタ」という。）（Ｇ）、青色光を主に透過させるフィルタ（以下、「青フィルタ」という。）（Ｂ）及び赤外色光を主に透過させるフィルタ（以下、「赤外フィルタ」という。）（ＩＲ）の４つを正方配列したものを単位配列１１０８として２次元配列されている。
【０００４】
垂直シフトレジスタ１１０２が選択した画素１１０１は、垂直信号線１１０３を通じて行メモリ１１０４に画素信号を転送する。行メモリ１１０４に記憶された画素信号は水平シフトレジスタ１１０５にて順次、選択されると、水平信号線１１０６を経由し、出力アンプ１１０７にて増幅され、出力される。
そして、赤外光を受光した画素１１０１の出力信号を用いて、赤色、緑色及び青色の光を受光した画素１１０１の出力信号を補正する。
【０００５】
このようにすれば、ＩＲフィルタを用いることなく、高い色再現性を達成することができる。
【特許文献１】特開２００５−１８４６９０号公報
【特許文献２】特開２００２−１４２２２８号公報
【特許文献３】特開２０００−０５９７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、固体撮像装置１１は、赤外光を検出する画素が半数に上る行が１行置きに現れ、また、赤外光を検出する画素が半数に上る行が１列置きに現れる。このため、赤外光を検出する画素が多い行や列では可視光の情報が不足するので、解像度が低下する。
このような問題に対して、例えば、特許文献２に開示の固体撮像装置のように、赤外光に加えて特定の波長域の光を透過させるフィルタを用いれば、可視光の情報が不足するのを解消することができる。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示のフィルタを得るためには複数のフィルタを積層しなければならないので、固体撮像装置に対する小型化、高画素化の要請に反する。また、３原色それぞれの画素信号を得るためには複雑な演算が必要となり実用に耐えない。
また、このような固体撮像装置は可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像との何れもができて、かつ、何れについても高解像度であることが望ましいのは言うまでも無い。しかしながら、例えば、特許文献３に開示の固体撮像装置では、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とでフィルタを切り替えるので、両方の撮像を同時に行なうことができない。
【０００８】
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを同時に高解像度で行うことができ、かつ、小型化、高画素化することができる固体撮像装置、このような固体撮像装置の信号処理方法及びこのような固体撮像装置を備えたカメラ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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、２次元配列された複数の画素セルを備え、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、可視光を主に透過させる複数のフィルタを配列した第１の単位配列と、可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとを配列した第２の単位配列との組合せに従って、フィルタが配されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このようにすれば、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを同時に高解像度で行うことができる。また、赤外光量を検出する画素セルを低減して、可視光によるカラー撮像時の解像度の低下を防止する、固体撮像装置を小型化し、高画素化することができる。
なお、赤外光を主に透過させるフィルタとは、可視光の波長域における透過率が何れの波長についても３０％未満であるフィルタであって、赤外光を透過させるフィルタをいう。この意味において、可視光を主に透過させるフィルタは、赤色光や緑色光、青色光など所定の波長域の可視光について透過率が３０％以上である。
【００１１】
この場合において、第１の単位配列は、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光の何れかを主に透過させる３種類のフィルタを含むフィルタが配列されてなり、第２の単位配列は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光及び赤外光の何れかを主に透過させる４種類のフィルタが配列されてなるとすれば良い。また、第１の単位配列は、赤色光を主に透過させるフィルタと青色光を主に透過させるフィルタとを１つずつと、緑色光を主に透過させるフィルタ２つとが正方配列され、かつ、緑色光を主に透過させるフィルタが対角方向に並ぶように配列されてなり、第２の単位配列は、４種類のフィルタ１つずつが正方配列されてなるとすれば更に好適である。
【００１２】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、フィルタは、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとを備えた単位配列が２次元配列されており、前記緑色光を主に透過させるフィルタと前記赤外光を主に透過させるフィルタとが、行方向または列方向に隣り合うことを特徴とする。
【００１３】
緑色は赤色や青色よりも比視感度（spectral luminous efficiency）が高い。従って、緑色光を検出する画素セルと赤外光を検出する画素セルと隣接配置すれば、可視光によるカラー撮像をする場合に、赤外光を検出する画素セル部分の画素信号の欠損を目立たなくすることができる。その意味において解像度の低下を防止することができる。
本発明に係る固体撮像装置は、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、フィルタは、可視光及び赤外光の何れかを主に透過させる複数種類のフィルタが１次元配列されてなる単位配列が２次元配列されており、赤外光を主に透過させるフィルタどうしは、行方向と列方向との何れにも隣り合わないことを特徴とする。
【００１４】
このようにすれば、赤外光を検出する画素セルがあることによって画素信号が欠損する画素を分散させることができる。従って、可視光によるカラー撮像をする場合の解像度の低下を抑えることができる。
本発明に係る固体撮像装置は、赤外光を主に透過させるフィルタ同士が斜め方向にも隣り合わないことを特徴とする。
【００１５】
このようにすれば、赤外光を主に透過させるフィルタが、同一行や同一列において２画素毎に配置されるのを避けて、可視光によるカラー撮像の解像度の劣化を防止することができる。
また、単位配列は赤色光、緑色光、青色光及び赤外光の何れかを主に透過させる４種類のフィルタが配列されてなるとしても良いし、シアン色光、マゼンタ色光、イエロー色光、グリーン色光及び赤外光の何れかを主に透過させる５種類のフィルタが配列されてなるとしても良い。
【００１６】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置であって、２次元配列された複数の画素セル毎に、可視光または赤外光を主に透過させるフィルタを備え、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが正方配列された第１の単位配列と、少なくとも緑色の可視光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが第１の単位配列とは異なるように正方配列された第２の単位配列との組合せに従って、フィルタが配されていることを特徴とする。
【００１７】
このようにすれば、行方向と列方向とのいずれについても、赤外光を検出する画素セルが２画素毎に配置されるのを避けることができる。従って、可視光によるカラー撮像の解像度が低下するのを防止することができる。また、何れの単位配列中にも赤外光を検出する画素セルが含まれるので、赤外光による撮像の解像度も向上させることができる。
また、緑色光を主に透過させるフィルタと赤外光を主に透過させるフィルタとが、行方向または列方向に隣り合うとしても良い。このようにすれば、複雑な演算を経ることなく波長域毎の画像信号を得ることができる。また、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像との何れにおいても解像度を向上させることができる。
【００１８】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光を主に透過させるフィルタをなす多層膜干渉フィルタが、２つのλ／４多層膜にて、当該λ／４多層膜を構成する各層の光学膜厚と異なる光学膜厚を有する誘電体層を挟んでなり、可視光を主に透過させるフィルタに含まれる２つのλ／４多層膜、並びに赤外光を主に透過させるフィルタをなすλ／４多層膜はそれぞれ、光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の無機材料からなる誘電体層が交互に積層されてなることを特徴とする。このようにすれば、固体撮像装置を小型化し、高画素化することができる。
【００１９】
本発明に係るカメラは、本発明に係る固体撮像装置を備えることを特徴とする。このようにすれば、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを同時に高解像度で行うことができ、かつ、小型化、高画素化することができる。
本発明に係る信号処理方法は、可視光と赤外光とを共に透過させるフィルタを備えた画素セルであるカラー画素セルと、赤外光を主に透過させるフィルタを備えた画素セルである赤外画素セルとを備え、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを行なう固体撮像装置において、カラー画素セル毎に受光量を指標する画素信号であるカラー画素信号を出力するステップと、赤外画素セル毎に受光量を指標する画素信号である赤外画素信号を出力するステップと、赤外画素セルが出力した赤外画素信号をカラー画素セル毎にカラー画素信号から差し引いて、当該カラー画素信号に代えるステップと、を含むことを特徴とする。
【００２０】
このようにすれば、単純な減算のみで波長毎の画像信号を得ることができる。この場合において、カラー画素セルは、複数種類の可視光の何れかと赤外光とを共に透過させるフィルタを備える複数種類のカラー画素セルからなり、複数種類のカラー画素セルと赤外画素セルとを配列した単位配列が２次元配列されており、カラー画素セルと同じ単位配列に属する赤外画素セルが出力した赤外画素信号を当該カラー画素信号から差し引くとすれば更に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る固体撮像装置、信号処理方法及びカメラの実施の形態について、デジタルカメラを例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］  第１の実施の形態
本実施の形態に係るデジタルカメラは固体撮像装置に設けられたフィルタの配置に特徴を有する。
【００２２】
（１）  デジタルカメラの構成
先ず、本実施の形態に係るデジタルカメラの構成について説明する。図２は、本実施の形態に係るデジタルカメラの主要な構成を示す断面図である。図２に示されるように、デジタルカメラ１００は、レンズマウント１０１、クイックリターンミラー１０２、ファインダスクリーン１０３、サブミラー１０４、焦点検出センサ１０５、シャッタユニット１０６、ペンタプリズム１０７、測光センサ１０８、接眼レンズ１０９、接眼窓１１０、測色センサ１１１、固体撮像装置１１２、カバーガラス１１３を備える。
【００２３】
レンズマウント１０１にはレンズ１２１を備えた交換レンズ１２０が装着される。
被写体光束Ｌは交換レンズ１２１を経由してクイックリターンミラー１０２に入射する。半透明のクイックリターンミラー１０２は被写体光束Ｌを透過光Ｌ１と反射光Ｌ２とに分ける。透過光Ｌ１はオートフォーカスに用いられ、反射光Ｌ２はファインダ観察に用いられる。
【００２４】
反射光Ｌ２はファインダスクリーン１０３上に被写体像を結ぶ。この被写体像はペンタプリズム１０７及び接眼レンズ１０９を経てファインダ接眼窓１１０から観察される。また、ペンタプリズム１０７を経た光の一部は測光センサ１０８及び測色センサ１１１に導かれる。
透過光Ｌ１はサブミラー１０４にて反射され、焦点検出センサ１０５に導かれる。
【００２５】
レンズ１２１の光軸上、クイックリターンミラー１０２の後方にはシャッタユニット１０６、カバーガラス１１３及び固体撮像装置１１２が配設されている。カバーガラス１１３は固体撮像装置１１２を保護する。
デジタルカメラ１００のシャッターボタン（不図示）が押下されると、クイックリターンミラー１０２が被写体光束Ｌの光路外へ跳ね上がり、シャッタユニット１０６のシャッタ膜１０６ａが開閉して、固体撮像装置１１２が露光される。
【００２６】
（２）  固体撮像装置１１２の構成
次に、デジタルカメラ１００が備える固体撮像装置１１２の構成について説明する。固体撮像装置１１２は従来技術に係る固体撮像装置１１と概ね同様の構成を備える一方、フィルタの配置において相違している。以下では、専ら相違点について説明する。
図３は、固体撮像装置１１２の主要な構成を示す回路図である。図３に示されるように、固体撮像装置１１２は画素２０１、垂直シフトレジスタ２０２、垂直信号線２０３、行メモリ２０４、水平シフトレジスタ２０５、水平信号線２０６及び出力アンプ２０７を備えている。
【００２７】
上記従来技術にあっては、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）、青フィルタ（Ｂ）及び赤外フィルタ（ＩＲ）の４種類の波長域の光を主に透過させるフィルタを正方配列して単位配列１１０８としたが、本実施の形態においては、２種類の単位配列を用いる。
すなわち、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ１、Ｇ２）及び青フィルタ（Ｂ）の４種類のフィルタを正方配列した単位配列２０８ａと、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ１）、青フィルタ（Ｂ）及び赤外フィルタ（ＩＲ）の４種類のフィルタを正方配列した単位配列２０８ｂとを用いる。そして、これら単位配列２０８ａ、２０８ｂを行方向と列方向との何れについても交互に配列する。
【００２８】
このようにすれば、従来技術に係る固体撮像装置１１と比べて、赤外光を受光する画素２０１の数を減じて、緑色光を受光する画素２０１の数を増やしているので、可視光によるカラー撮像の解像度を大幅に高めることができる。また、可視光によるカラー撮像と並行して赤外光による撮像を行うことができる。
［２］  第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタルカメラは上記第１の実施の形態に係るデジタルカメラと概ね同様の構成を備える一方、フィルタの配列において相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。
【００２９】
図４は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図４に示されるように、固体撮像装置３は、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）、青フィルタ（Ｂ）、赤外フィルタ（ＩＲ）の４つのフィルタを正方配列して単位配列３０１とする。そして、単位配列３０１内で行方向に緑フィルタと赤外フィルタとが隣接配置されている。このため、固体撮像装置３の全体としても、緑フィルタ（Ｇ）と赤外フィルタ（ＩＲ）とが隣接配置される。
【００３０】
緑色は赤色や青色よりも比視感度が高いので、可視光によるカラー撮像をする場合、赤外フィルタと隣接配置すれば、赤外フィルタ部分の画素信号の欠損を目立たなくすることができる。その意味において解像度の低下を防止することができる。
［３］  第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタルカメラは上記第１の実施の形態に係るデジタルカメラと概ね同様の構成を備える一方、やはりフィルタの配列において相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。
【００３１】
図５は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図５に示されるように、固体撮像装置４は、青フィルタ（Ｂ）、赤外フィルタ（ＩＲ）、赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）が行方向に順次、１次元配列されてなる単位配列４０１を２次元配列したフィルタを備える。
この場合において、列方向に隣接する単位配列は行方向に１画素分ずつずれて配置される。このようにすれば、列方向に赤外フィルタが隣接するのを避けることができる。
【００３２】
このようにすれば、行方向と列方向との何れについても赤外フィルタが４画素毎に配置されるので、可視光によるカラー撮像を行うに際して解像度の低下を防ぐことができる。
また、単位配列４０１において、赤外フィルタが緑フィルタに隣接するので、列方向にも赤外フィルタが緑フィルタに隣接する。このようにすれば、緑色は比視感度が高いので、可視光によるカラー撮像する場合に、赤外フィルタ部分の画素信号の欠損を目立たなくすることができる。従って、解像度の低下を防止することができる。
【００３３】
また、赤外フィルタが、１列の画素セルにおいて１行おきには配置されず、１行の画素セルにおいて１列おきも配置されない。この意味においても、解像度の低下を防止することができる。
なお、単位配列が正方配列である場合にも、列方向に隣り合う単位配列を行方向に１画素分ずつずらして２次元配列することができる。このようにすれば、列方向については赤外フィルタが４画素毎に配置されるので、解像度の低下を抑えることができる。
【００３４】
しかしながら、行方向については赤外フィルタが２画素毎に配置されるので、解像度の低下を抑えることはできない。その意味で、本実施の形態の方が、解像度の低下を抑えて、より優れた画質を実現することができる。
［４］  第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタルカメラは上記第１の実施の形態に係るデジタルカメラと概ね同様の構成を備える一方、やはりフィルタの配置において相違している。以下、専ら相違点に着目して説明する。
【００３５】
図６は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図６に示されるように、固体撮像装置５のフィルタは、赤フィルタ（Ｒ）、青フィルタ（Ｂ）、赤外フィルタ（ＩＲ）及び緑フィルタ（Ｇ）の４つが正方配列された単位配列５０１、５０２を行方向と列方向の何れについても交互に配列した２次元配列をとっている。
また、単位配列５０１、５０２は、４つのフィルタが相異なるように配されている。すなわち、単位配列５０１では図中、左上から時計回りに赤外フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタ、青フィルタの順にフィルタが配列される。また、単位配列５０２は左上から時計回りに赤外フィルタ、青フィルタ、緑フィルタ、赤フィルタの順にフィルタが配列されている。この結果、赤外フィルタが緑フィルタに隣接して配置される。
【００３６】
このようにすれば、行方向と列方向との何れについても赤外フィルタが４画素毎に配置される。また、比視感度が高い緑色光を主に透過させる緑フィルタが赤外フィルタに隣接する。従って、解像度の低下を抑えることができる。
［５］  第５の実施の形態
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタルカメラは上記第１の実施の形態に係るデジタルカメラと概ね同様の構成を備える一方、やはりフィルタの特性と配列とにおいて相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。
【００３７】
（１）  フィルタの配置
先ず、本実施の形態に係るフィルタの配置について説明する。図７は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配置を示す図である。図７に示されるように、固体撮像装置６のフィルタは、２つの単位配列６０１、６０２を行方向と列方向との何れについても交互に配列した２次元配列してなる。
【００３８】
この場合において、単位配列６０１は、緑色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｇ２＋ＩＲ）、青色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）、緑色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、及び赤色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）の４つが正方配列されてなる。
また、単位配列６０２は、赤外フィルタ（ＩＲ）、青色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）、緑色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、及び赤色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）の４つが正方配列されてなる。
【００３９】
このようにすれば、赤外光のみを受光する画素の数を減らすことができるので、従来技術と比べて、可視光によるカラー撮像の解像度を向上させることができる。また、言うまでもなく、赤外光による撮像の解像度も向上させることができる。
（２）  フィルタの構成
次に、本実施の形態に係るフィルタの構成について説明する。図８は、本実施の形態に係るフィルタの構成を示す図であって、図８（ａ）はフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）の構成、図８（ｂ）はフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）の構成、図８（ｃ）はフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、（Ｇ２＋ＩＲ）の構成、図８（ｄ）は赤外フィルタＩＲの構成を示す。
【００４０】
図８に示されるように、フィルタは透過させる光の波長域に関わらず、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層７０１と二酸化チタン（ＴｉＯ２）層７０２と交互に２層ずつ積層した２つのλ／４多層膜によって二酸化シリコン層７０３をスペーサ層として挟んだ多層膜干渉フィルタとなっている。
λ／４多層膜を構成する二酸化シリコン層７０１と二酸化チタン層７０２とは光学膜厚を同じくする。光学膜厚とはその層の物理膜厚にその層の材料の屈折率を乗じた値である。また、異なるフィルタ間でも二酸化シリコン層７０１の物理膜厚ｔ２と二酸化チタン層７０２の物理膜厚ｔ３とは同じある。
【００４１】
一方、スペーサ層７０３の物理膜厚はフィルタ間で異なる。フィルタ（Ｂ＋ＩＲ）のスペーサ層７０３の物理膜厚ｔ１ａ、フィルタ（Ｒ＋ＩＲ）のスペーサ層７０３の物理膜厚ｔ１ｂ、及びフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、（Ｇ２＋ＩＲ）のスペーサ層７０３の物理膜厚ｔ１ｃは何れも二酸化シリコン層７０１の物理膜厚ｔ２よりも小さい。
そして、フィルタ間でのスペーサ層７０３の物理膜厚の大小関係は以下の通りである。
【００４２】
ｔ１ｃ  ＜  ｔ１ｂ  ＜  ｔ１ａ  ＜  ｔ１ｄ
また、赤外フィルタ（ＩＲ）のスペーサ層７０３の物理膜厚ｔ１ｄは二酸化シリコン層７０１の物理膜厚ｔ２に略等しい。
いわゆるλ／４多層膜は光学膜厚を同じくし、屈折率を異にする２種類の誘電体層が交互に積層されてなる。この光学膜厚がλ／４のとき、λ／４多層膜は光学膜厚の４倍の波長λを中心とする波長帯域の光を反射し、遮断する。高屈折率層の誘電体材料を二酸化チタン、低屈折率層の誘電体材料を二酸化シリコンからなるλ／４多層膜に波長５５０ｎｍを中心とする波長帯域の光を反射させるには、各誘電体層の物理膜厚を以下のようにすれば良い。すなわち、
二酸化チタン層  ：  ５５０÷４÷２．５１＝５４．７ｎｍ
二酸化シリコン層：  ５５０÷４÷１．４５＝９４．８ｎｍ
なお、二酸化チタンの屈折率は２．５１、二酸化シリコンの屈折率は１．４５である。
【００４３】
波長５５０ｎｍは可視光波長域のほぼ中心波長であり、上述のようなλ／４多層膜は可視光を反射し、遮断する一方、赤外光は透過させるので、赤外フィルタとして用いることができる。上述のように、赤外フィルタのスペーサ層７０３は二酸化シリコン層７０１と物理膜厚を同じくするので、全体としてλ／４多層膜となっている。
本実施の形態においては、このように赤外フィルタとして機能するλ／４多層膜にてスペーサ層を挟んだ多層膜干渉フィルタにて赤外光と特定の波長域の可視光とを透過させるフィルタを実現する。
【００４４】
一方、可視光と赤外光との何れも透過させるフィルタにおいては、上述のように、スペーサ層の物理膜厚が二酸化シリコン層７０１の物理膜厚よりも小さく、また、透過させるべき光の波長域に応じて異なっている。スペーサ層の物理膜厚をこのようにすれば、物理膜厚の大きさに応じた波長の可視光を透過させることができる。
この場合において、スペーサ層の物理膜厚の大小に関わらず、何れのフィルタも赤外光を透過させることができる。従って、青色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）、緑色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、及び赤色光と赤外光との両方を透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）を実現することができる。
【００４５】
（３）  フィルタの分光特性
次に、本実施の形態に係るフィルタの分光特性について説明する。図９は、本実施の形態に係るフィルタの分光特性を示すグラフであって、図９（ａ）〜（ｄ）はそれぞれフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）、（Ｂ＋ＩＲ）、及び赤外フィルタ（ＩＲ）の分光特性を示す。何れのグラフも横軸は光の波長を表わし、縦軸は波長毎の透過率を表わす。
【００４６】
図９に示されるように、何れのフィルタも二酸化シリコン層７０１と二酸化チタン層７０２が成すλ／４多層膜の反射帯域外、すなわち可視波長域外の波長域においては概ね同様の分光特性を有する。このうち、紫外光については、デジタルカメラの交換レンズにて吸収される。また、仮に、紫外光が固体撮像装置に入射しても、上述のように、フォトダイオードは信号電荷を発生させない。
【００４７】
従って、何れのフィルタも赤外光を透過させる他は、それぞれの分光特性に応じた波長の可視光を透過させるのみである。
なお、フォトダイオードは波長３８０ｎｍ以上の光を検出するので、フィルタが紫外光を透過させても何ら問題を生じない。また、紫外光は、カメラの交換レンズによって吸収されるので、その意味においても問題を生じない。
【００４８】
（４）  信号処理の方法
次に、上述のようなフィルタを用いて得た画素信号の処理方法について説明する。
図９に示されるように、フィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）、（Ｂ＋ＩＲ）及び赤外フィルタ（ＩＲ）は赤外光について略同一の透過特性を有する。この点に着目すれば、次式によって色毎の画素信号を得ることができる。
【００４９】
赤色信号  ＝  （Ｒ＋ＩＲ）信号  −  ＩＲ信号
緑色信号  ＝  （Ｇ＋ＩＲ）信号  −  ＩＲ信号
青色信号  ＝  （Ｂ＋ＩＲ）信号  −  ＩＲ信号
ここで、（Ｒ＋ＩＲ）信号、（Ｇ＋ＩＲ）信号及び（Ｂ＋ＩＲ）信号はフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）を備える画素が出力する画素信号である。また、ＩＲ信号は赤外フィルタ（ＩＲ）を備える画素が出力する画素信号である。上記減算は最も近接して配置された画素どうしで行なわれる。
【００５０】
このようにすれば、従来技術のように複雑な演算を経ることなく波長域毎の画素信号を得ることができる。また、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像との何れおいても解像度を向上させることができる。
［６］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
【００５１】
（１）  上記第５の実施の形態においては、専ら、第１の実施の形態に係る固体撮像装置１１２のフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）を赤外光も透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）に置き換えた固体撮像装置について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて他の実施の形態のように配列されたフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）を赤外光も透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）に置き換えても良い。
【００５２】
図１０は、本変形例に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図１０に示されるように、第３の実施の形態のように配列されたフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）を赤外光も透過させるフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）に置き換えれば、第３の実施の形態の効果と第５の実施の形態の効果との両方を得ることができる。
すなわち、可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを高解像度で行うことができる。
【００５３】
（２）  上記実施の形態においては特に言及しなかったが、上記実施の形態に係る配列の行方向と列方向とを入れ替えても本発明の効果に変わりは無い。
（３）  上記第３の実施の形態においては、専ら隣り合う行の間でフィルタの配置を一画素分ずらす場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
【００５４】
図１１は、本実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。図１１に示されるように、行方向に（Ｇ）、（ＩＲ）、（Ｒ）、（Ｂ）の順に配列されたフィルタが、列方向に隣り合う行どうしでは２画素分ずれて配置されている。
このようにすれば、赤外光を撮像する画素が斜め方向についても隣り合わないので、可視光によるカラー撮像の解像度の劣化を抑えることができる。この場合においても、行方向と列方向とを入れ替えても同様の効果を得ることができる。
【００５５】
（４）  上記実施の形態においては特に言及しなかったが、特定波長の可視光を透過させ、赤外光は透過させないフィルタを得るためには次のようにすれば良い。
すなわち、近赤外の波長である８５０ｎｍの４分の１を各層の光学膜厚とするλ／４多層膜を用いれば、８５０ｎｍを中心とする波長域の光を反射する赤外線反射膜を得ることができる。従って、特定波長の可視光を主に透過させるフィルタに加えて、この赤外線反射膜を配設すれば、フォトダイオードに特定波長の可視光のみを入射させることができる。
【００５６】
従って、上記実施の形態におけるフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）はそれぞれフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）及び（Ｂ＋ＩＲ）に赤外線反射膜を組み合わせることで得ることができる。
なお、言うまでも無く、他の構成によってフィルタ（Ｒ）、（Ｇ）及び（Ｂ）を実現しても本発明の効果は同じである。
【００５７】
（５）  上記実施の形態においては、図９に示されるように、所望の波長域以外の波長域においては透過率が０％である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、所望の波長域以外の波長域における透過率が０％より大きくても、同様の効果を奏することができる。
例えば、図８に示すように、多層膜干渉フィルタの層数、すなわち、λ／４多層膜の層数が比較的少ない場合には、所望の波長域以外の波長域における透過率が０％から３０％程度となる。このような場合には、信号処理を施した後に得られる画像において理想的な色再現性は得られないものの、本発明の効果には変わり無い。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る固体撮像装置、信号処理方法及びカメラは、特に可視光によるカラー撮像と赤外光による撮像とを高解像度で行う技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術に係る固体撮像装置であって、可視光に加えて赤外光を検出する固体撮像装置の主要な構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの主要な構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置１１２の主要な構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る固体撮像装置のフィルタの配置を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係るフィルタの構成を示す図であって、（ａ）はフィルタ（Ｂ＋ＩＲ）の構成、（ｂ）はフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）の構成、（ｃ）はフィルタ（Ｇ１＋ＩＲ）、（Ｇ２＋ＩＲ）の構成、（ｄ）は赤外フィルタＩＲの構成を示す。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係るフィルタの分光特性を示すグラフであって、図９（ａ）〜（ｄ）はそれぞれフィルタ（Ｒ＋ＩＲ）、（Ｇ＋ＩＲ）、（Ｂ＋ＩＲ）、及び赤外フィルタ（ＩＲ）の分光特性を示す。
【図１０】本発明の変形例（１）に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【図１１】本発明の変形例（３）に係る固体撮像装置のフィルタの配列を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
３、４、５、６、１１、１１２…………………固体撮像装置
１００………………………………………………デジタルカメラ
１０１………………………………………………レンズマウント
１０２………………………………………………クイックリターンミラー
１０３………………………………………………ファインダスクリーン
１０４………………………………………………サブミラー
１０５………………………………………………焦点検出センサ
１０６………………………………………………シャッタユニット
１０７………………………………………………ペンタプリズム
１０８………………………………………………測光センサ
１０９………………………………………………接眼レンズ
１１０………………………………………………接眼窓
１１１………………………………………………測色センサ
１１３………………………………………………カバーガラス
１２０………………………………………………交換レンズ
１２１………………………………………………レンズ
２０１、１１０１…………………………………画素
２０２、１１０２…………………………………垂直シフトレジスタ
２０３、１１０３…………………………………垂直信号線
２０４、１１０４…………………………………行メモリ
２０５、１１０５…………………………………水平シフトレジスタ
２０６、１１０６…………………………………水平信号線
２０７、１１０７…………………………………出力アンプ
２０８ａ、２０８ｂ、３０１、４０１…………単位配列
５０１、５０２、６０１、６０２、１１０８…単位配列
７０１………………………………………………二酸化シリコン層
７０２………………………………………………二酸化チタン層
７０３………………………………………………スペーサ層
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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