(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列状に配置され、各々が、前記一表面に形成されて電荷を蓄積することができる光電変換素子、および前記光電変換素子の上方に配置されて該光電変換素子への入射光の波長を制御する色フィルタを有し、５５５〜６０５ｎｍの波長域において互いに異なる分光感度を有する２種類に分類される赤色または緑色の画素を含む多数個の画素と、
前記多数個の画素それぞれに蓄積された電荷に基づいて出力信号を生成することができる出力信号生成部と
を備えた固体撮像素子。
【請求項２】
前記多数個の画素が、前記半導体基板の一表面に設定された有効画素領域から該有効画素領域の周囲に設定された無効画素領域にかけて配置される請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記２種類に分類される画素の一方が、前記無効画素領域内に配置される請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記多数個の画素が赤色画素、緑色画素、および青色画素によって構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記多数個の画素が赤色画素および緑色画素のいずれか一方のみによって構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記多数個の画素が赤色画素と青色画素とによって構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記２種類に分類される画素が赤色画素である請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記分光感度の違いが、前記色フィルタの分光透過率の違いに起因する請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
半導体基板と、前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列状に配置され、各々が、前記一表面に形成されて電荷を蓄積することができる光電変換素子、および前記光電変換素子の上方に配置されて該光電変換素子への入射光の波長を制御する色フィルタを有し、５５５〜６０５ｎｍの波長域において互いに異なる分光感度を有する２種類に分類される赤色または緑色の画素を含む多数個の画素と、前記多数個の画素それぞれに蓄積された電荷に基づいて出力信号を生成することができる出力信号生成部とを備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子上に被写体像を結ぶ撮像光学系と、
前記固体撮像素子からの出力信号をディジタル信号に変換して出力するディジタル信号生成部と、
前記ディジタル信号生成部から出力されたディジタル信号を基に第１赤色信号、第１緑色信号、および第１青色信号を生成し、該第１赤色信号、該第１緑色信号、および該第１青色信号を用いて再生画像用の画素信号を生成する映像信号生成部と、
前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、および前記第１青色信号の供給を受けて、前記被写体に当たっている照明光の色温度の検出、および、前記２種類の画素の一方に入射した光の放射強度と他方に入射した光の放射強度との相対的な差に基づいての前記照明光の種類の判別を行い、前記色温度の検出結果と前記照明光の種類の判別結果とから前記映像信号生成部内での前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、および前記第１青色信号それぞれの利得を調整するオートホワイトバランス回路と
を備えた撮像装置。
【請求項１０】
前記オートホワイトバランス回路が、前記色温度を検出して、その結果を表す色温度信号を出力する色温度検出回路と、
前記照明光の種類を判別して、その結果を表す判別信号を出力する照明光判別回路と、
前記色温度信号および前記判別信号に基づいて、前記映像信号生成部内での前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、および前記第１青色信号それぞれの利得調整に用られる制御信号を生成するホワイトバランス制御回路とを有する請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記映像信号生成部が、前記ディジタル信号生成部から出力されたディジタル信号の供給を受けて前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、および前記第１青色信号を生成する色分離回路と、
前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、前記第１青色信号および前記制御信号の供給を受け、前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、および前記第１青色信号それぞれの利得を調整して第２赤色信号、第２緑色信号、および第２青色信号を出力する利得調整部と、
前記第２赤色信号、前記第２緑色信号、および前記第２青色信号の供給を受けて輝度信号、第１赤色差信号、および第１青色差信号を生成する輝度・色差信号生成部と、
前記第１赤色差信号および前記第１青色差信号の供給を受け、該第１赤色差信号および該第１青色差信号に前記オートホワイトバランス回路での前記照明光の判別結果に応じた色差マトリックス演算を施して、第２赤色差信号および第２青色差信号を生成する色差マトリックス演算部とを有する請求項９又は１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記輝度・色差信号生成部が、さらに、前記第２赤色信号、前記第２緑色信号、および前記第２青色信号の供給を受け、該第２赤色信号、該第２緑色信号、および該第２青色信号に前記オートホワイトバランス回路での前記照明光の判別結果に応じたリニアマトリックス演算を施して、第３赤色信号、第３緑色信号、および第３青色信号を生成するリニアマトリックス演算部を有する請求項１１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子およびオートホワイトバランス機能を備えた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日では、ビデオカメラやディジタルスチルカメラ、あるいは携帯電話やパーソナルコンピュータに搭載されたディジタルカメラ等の多くの撮像装置において、ＣＣＤ（電荷結合素子）型の固体撮像素子やＭＯＳ（金属−酸化物−半導体）型の固体撮像素子がエリア・イメージセンサとして利用されている。
【０００３】
ＣＣＤ型およびＭＯＳ型のいずれの固体撮像素子も、半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の光電変換素子を有し、光の入射によってこれらの光電変換素子に蓄積された電荷に基づいて出力信号（画素信号）を生成する。多くの固体撮像素子では、画素信号を生成するための出力信号生成部が、光電変換素子と一緒に１つの半導体基板に集積される。
【０００４】
出力信号生成部は、その構成によって２つのタイプに大別することができる。１つは、ＣＣＤ型の固体撮像素子での出力信号生成部のように、ＣＣＤによって構成された１種または２種の電荷転送素子を用いて、光電変換素子に蓄積された電荷を電荷検出回路まで転送し、ここで出力信号を生成するタイプの出力信号生成部である。ＣＣＤは、半導体基板の一表面に電荷転送チャネルを形成し、その上に電気的絶縁膜を介して多数の電極を配置することによって構成される。
【０００５】
他の１つは、ＭＯＳ型の固体撮像素子での出力信号生成部のように、トランジスタを介して光電変換素子と出力信号線とを接続し、光電変換素子に蓄積された電荷に応じて前記の出力信号線に発生する電圧信号または電流信号を検出して出力信号を生成するタイプの出力信号生成部である。前記のトランジスタは、光電変換素子と信号線とを所望の時期に電気的に接続するためのスイッチング素子として利用される。
【０００６】
ＣＣＤ型およびＭＯＳ型のいずれであるかに拘わらず、カラー画像を撮像するための撮像装置（以下、「カラー撮像装置」という。）に利用される固体撮像素子は、一般に、光電変換素子の上方に配置された色フィルタアレイを有する。単板式の撮像装置に利用される固体撮像素子では、３色以上の色フィルタによって色フィルタアレイが構成される。２〜４板式の撮像装置に利用される固体撮像素子では、１色または２色の色フィルタによって色フィルタアレイが構成される。いずれの色フィルタアレイにおいても、１つの光電変換素子に１つの色フィルタが対応する。
【０００７】
１個の光電変換素子と、この光電変換素子の上方に配置された１つの色フィルタとは、１個の画素を構成する。本明細書においては、個々の画素を、当該画素が有している色フィルタの色に応じて、例えば赤色画素、緑色画素、青色画素のように表記する。
【０００８】
カラー撮像装置は、固体撮像素子から出力される画素信号を用いて色分離を行い、被写体からの赤色光、緑色光、および青色光それぞれの情報を表す電気信号、すなわち、赤色信号、緑色信号、および青色信号を生成する。そして、これらの信号を用いてガンマ（γ）変換を行った後に輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｒ（本明細書では「赤色差信号Ｃｒ」と称する。）、および色差信号Ｃｂ（本明細書では「青色差信号Ｃｂ」と称する。）を生成し、出力する。
【０００９】
ところで、物体表面からの反射光の分光分布や、物体を透過した光の分光分布は、その物体に照射されている光の分光分布に応じて大きく変化する。ヒトは、これらの反射光また透過光に基づいて物体を認識するので、ヒトが知覚する物体の色も、本来ならば、その物体に照射されている光の分光分布に応じて大きく変化するはずである。
【００１０】
しかしながら、ヒトが知覚する物体の色は、その物体表面からの反射光の分光分布や、その物体を透過した光の分光分布のみによっては決まらない。ヒトは、周囲光に順応して無意識的に色の補正を行っている。このため、物体に照射されている光の分光分布が大きく変化したとしても、ヒトが知覚する物体の色はそれ程大きくは変化しない。
【００１１】
カラー撮像装置は、ヒトによって知覚された被写体像にできるだけ近い色彩の再生画像が得られるように、一般に、オートホワイトバランス機能を備えている。このオートホワイトバランス機能は、被写体に当たっている照明光（太陽光を含む。）の種類に拘わらず、白を白に、灰色を灰色に再現しようとするものである。そのために、上記の色分離によって生成される赤色信号、緑色信号、および青色信号それぞれの利得を撮影時の照明光の種類に応じて制御し、白や灰色を撮影したとき赤、緑、および青それぞれの信号値が等しくなるようにしている。
【００１２】
オートホワイトバランス機能を適切に動作させるためには、被写体に当たっている照明光の種類を正確に判別することが必要となる。
【００１３】
照明光の種類の判別方法としては、例えば原色系の色フィルタを有する固体撮像素子を備えた撮像機器では、赤色信号と緑色信号との比Ｒ／Ｇ、および青色信号と緑色信号との比Ｂ／Ｇを求め、これらの比Ｒ／Ｇ、Ｂ／Ｇの２次元的な分布に基づいて照明光の種類を推定する方法が知られている。上記の比Ｒ／Ｇ、Ｂ／Ｇは、１フレームの撮影画面全体を対象にして、あるいは、１フレームの撮影画面全体を複数の領域に分割した各領域を対象にして、求められる。
【００１４】
この判別方法では、たとえ撮影シーンが様々な被写体を含んでいたとしても、それらの色彩を平均するとグレーになると仮定している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、普通型白色蛍光灯（一般照明用の予熱始動型直管形白色蛍光灯）によって照明された人物像を撮影すると、ホワイトバランスがたとえ正確に調整されていたとしても、再生画像の色に歪みがでる。特に、ヒトの肌色は黄緑がかった色になる。この歪みを少なくするためには、ホワイトバランス以外の調整を行うことが必要となる。
【００１６】
そのためには、被写体に当たっている照明光が普通型白色蛍光灯からの発光であるか否かを正確に判別することが望まれる。
【００１７】
しかしながら、上述した従来の判別方法では、照明光が太陽光であるのか蛍光灯からの発光であるのかを正確に判別することが困難な撮影シーンが間々ある。例えば、薄暗い太陽光下の葉緑と、普通型白色蛍光灯下または３波長型蛍光灯下のグレーとを識別することが困難であることから、これらの撮影シーンでの照明光を判別することも困難である。
【００１８】
本発明の目的は、被写体に当たっている照明光の種類を精度よく判別することを可能にする固体撮像素子を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、被写体に当たっている照明光の種類を精度よく判別することが可能な撮像装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列状に配置され、各々が、前記一表面に形成されて電荷を蓄積することができる光電変換素子、および前記光電変換素子の上方に配置されて該光電変換素子への入射光の波長を制御する色フィルタを有し、５５５〜６０５ｎｍの波長域において互いに異なる分光感度を有する２種類に分類される赤色または緑色の画素を含む多数個の画素と、前記多数個の画素それぞれに蓄積された電荷に基づいて出力信号を生成することができる出力信号生成部とを備える。
【００２１】
本発明の他の観点によれば、撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列状に配置され、各々が、前記一表面に形成されて電荷を蓄積することができる光電変換素子、および前記光電変換素子の上方に配置されて該光電変換素子への入射光の波長を制御する色フィルタを有し、５５５〜６０５ｎｍの波長域において互いに異なる分光感度を有する２種類に分類される赤色または緑色の画素を含む多数個の画素と、前記多数個の画素それぞれに蓄積された電荷に基づいて出力信号を生成することができる出力信号生成部とを備えた固体撮像素子と、前記固体撮像素子上に被写体像を結ぶ撮像光学系と、前記固体撮像素子からの出力信号をディジタル信号に変換して出力するディジタル信号生成部と、前記ディジタル信号生成部から出力されたディジタル信号を基に第１赤色信号、第１緑色信号、および第１青色信号を生成し、該第１赤色信号、該第１緑色信号、および該第１青色信号を用いて再生画像用の画素信号を生成する映像信号生成部と、前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、および前記第１青色信号の供給を受けて、前記被写体に当たっている照明光の色温度の検出、および、前記２種類の画素の一方に入射した光の放射強度と他方に入射した光の放射強度との相対的な差に基づいての前記照明光の種類の判別を行い、前記色温度の検出結果と前記照明光の種類の判別結果とから前記映像信号生成部内での前記第１赤色信号、前記第１緑色信号、および前記第１青色信号それぞれの利得を調整するオートホワイトバランス回路とを備える。
【００２２】
固体撮像素子における画素の構成を上述の構成にすることにより、上記２種類に分類される画素の一方を透過した光の放射強度と他方を透過した光の放射強度との相対的な差を、当該固体撮像素子からの出力信号を用いて算出することが可能になる。
【００２３】
この差を利用すれば、例えば、被写体に当たっている照明光の種類の判別精度が高い撮像装置を構成することができる。
【００２４】
例えば、普通形蛍光灯は、白色形、昼光色形、および温白色形のいずれであっても、５８０ｎｍ付近に放射のピークを有する。３波長形蛍光灯は、５８０ｎｍ付近よりも長波長側と短波長側とに、それぞれ放射のピークを有している。太陽光やタングステン光（白熱灯からの発光を意味する。以下、同じ。）は、５５５〜６０５ｎｍの波長域内に極端なピークや谷を有していない。
【００２５】
したがって、赤色画素または緑色画素として、５５５〜６０５ｎｍの波長域での分光感度が互いに異なる２種類の画素を用いて固体撮像素子を構成することにより、被写体に当たっている照明光が普通形蛍光灯からの発光であるのか、３波長形蛍光灯からの発光であるのか、太陽光やタングステン光であるのかを精度よく判別することが可能な撮像装置を得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、第１の赤色画素ＰR1、第２の赤色画素ＰR2、緑色画素ＰG 、および青色画素ＰB を備えた半導体装置ＳＡを概略的に示す。個々の画素は、半導体基板ＳＳに形成された光電変換素子（例えばフォトダイオード）と、その上方に配置された色フィルタとを有する。色フィルタの色が、画素の色に対応する。
【００２７】
図１（Ｂ）は、第１の赤色画素ＰR1を構成している第１の赤色フィルタＲ１の分光透過率と、第２の赤色画素ＰR2を構成している第２の赤色フィルタＲ２の分光透過率とを示す。図中の実線Ｌａが第１の赤色フィルタＲ１の分光透過率曲線であり、一点鎖線Ｌｂが第２の赤色フィルタＲ２の分光透過率曲線である。第１の赤色フィルタＲ１と第２の赤色フィルタＲ２とは、互いに異なる分光透過率特性を有する。
【００２８】
その結果として、第１の赤色画素ＰR1の分光感度と第２の赤色画素ＰR2の分光感度とに差が生じる。この分光感度の差を求めることができれば、半導体装置ＳＡは、実質上、第４色目の画素を有することになる。第４色目の画素は、図１（Ｂ）中に破線Ｌｃで示された分光透過率を有する色フィルタを備えていることになる。
【００２９】
例えば固体撮像素子を構成する色フィルタアレイに、分光透過率が互いに異なる２種類の赤色または緑色フィルタを用いることにより、この固体撮像素子からの出力信号を用いて、例えば、被写体に当たっている照明光の種類を高い精度で判別することが可能になる。同様に、撮像装置に固体撮像素子とは別に上記の半導体装置を設けることにより、被写体に当たっている照明光の種類を高い精度で判別することが可能になる。
【００３０】
図２は、第１の実施例による固体撮像素子１００での光電変換素子１０、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）２０、第２電荷転送素子（水平電荷転送素子）４０、および電荷検出回路５０の平面配置を概略的に示す。
【００３１】
図示の固体撮像素子１００は、エリア・イメージセンサとして利用される固体撮像素子であり、半導体基板１の一表面に設定された有効画素領域Ｒｅから無効画素領域Ｒｉにかけて、多数個の光電変換素子１０が複数行、複数列に亘って正方行列状（行数と列数とが異なる場合を含む。）に配置されている。
【００３２】
図２においては、４２個の光電変換素子１０が６行、７列に亘って示されているが、エリア・イメージセンサとして利用される実際の固体撮像素子での光電変換素子１０の総数は、例えば数１０万〜１５００万個程度である。そのうち、単板式の撮像装置に使用される固体撮像素子では８０〜９８％程度の光電変換素子が有効画素領域Ｒｅ内に配置され、残りが無効画素領域Ｒｉ内に配置される。
【００３３】
有効画素領域Ｒｅ内に配置された１個の光電変換素子１０に、再生画像（ただし、静止画）での１組の画素が対応する。再生画像での１組の画素は、赤色画素、緑色画素、および青色画素によって構成される。上記１組の画素のうち、２つの画素は、後述する撮像装置での映像信号生成部において補間処理によって生成された画素信号（出力画素信号または記録画素信号）に基づいて再生される。
【００３４】
無効領域Ｒｉ内に配置された個々の光電変換素子１０は、再生画像用の画素信号を得る際の補間処理にのみ必要であり、再生画像においてこれらの光電変換素子１０に対応する画素はない。
【００３５】
光電変換素子１０の各々は例えば埋込み型のｐｎフォトダイオードによって構成され、平面視上、例えば矩形を呈す。光電変換素子１０に光が入射すると、この光電変換素子１０に電荷が蓄積される。
【００３６】
個々の光電変換素子１０に蓄積された電荷を電荷検出回路５０へ転送するために、１つの光電変換素子列に１つずつ、この光電変換素子列に沿って垂直電荷転送素子２０が配置される。個々の垂直電荷転送素子２０は、例えば４相駆動型のＣＣＤによって構成される。
【００３７】
光電変換素子１０からの電荷の読み出しを制御するために、各垂直電荷転送素子２０は、対応する光電変換素子１０それぞれに１つずつ、読出しゲート３０を有する。図２においては、読出しゲート３０を判りやすくするために、各読出しゲートにハッチングを付してある。
【００３８】
読出しゲート３０に読出しパルス（電位は例えば１５Ｖ程度）を供給すると、この読出しゲート３０に対応する光電変換素子１０から垂直電荷転送素子２０へ電荷が読み出される。光電変換素子１０から垂直電荷転送素子２０への電荷の読出しは、光電変換素子行単位で、または全ての光電変換素子１０に対して同時に行われる。
【００３９】
各垂直電荷転送素子２０は、所定の駆動信号によって駆動されて、対応する光電変換素子１０から読み出した電荷を水平電荷転送素子４０へ転送する。
【００４０】
水平電荷転送素子４０は、例えば２相駆動型のＣＣＤによって構成される。この水平電荷転送素子４０は、所定の駆動信号によって駆動されて、各垂直電荷転送素子２０から受け取った電荷を電荷検出回路５０へ転送する。
【００４１】
電荷検出回路５０は、水平電荷転送素子４０から転送されてくる電荷を順次検出して信号電圧を生成し、この信号電圧を増幅して画素信号を生成する。
【００４２】
この電荷検出回路５０は、例えば、水平電荷転送素子４０の出力端に電気的に接続された出力ゲートと、出力ゲートに隣接して半導体基板１に形成されたフローティングディフュージョン領域（以下、「ＦＤ領域」と略記する。）と、このＦＤ領域に電気的に接続されたフローティングディフュージョンアンプ（以下、「ＦＤＡ」と略記する。）とを用いて構成することができる。
【００４３】
ＦＤ領域をソースとしてリセットトランジスタを構成することにより、ＦＤＡによって検出された後の電荷、あるいは、ＦＤＡによって検出する必要のない電荷をＦＤ領域からリセットトランジスタのドレインへ掃き出して、例えば電源電圧に吸収することができる。
【００４４】
上述した構成を有する固体撮像素子１００では、各垂直電荷転送素子２０、水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路５０によって出力信号生成部が構成される。
【００４５】
図２においては図示を省略しているが、固体撮像素子１００では、従来のＣＣＤ型固体撮像素子と同様に、半導体基板１上に第１の電気的絶縁膜、各種の電極、第２の電気的絶縁膜、光遮蔽膜、層間絶縁膜、パッシベーション膜、および平坦化膜が順次積層され、その上に色フィルタアレイが配置される。必要に応じて、色フィルタアレイの上方にマイクロレンズアレイが配置される。
【００４６】
固体撮像素子１００の特徴の１つは、色フィルタアレイの構成、ひいては画素の分光感度にある。
【００４７】
図３は、固体撮像素子１００を構成している色フィルタアレイ６０を概略的に示す上面図である。色フィルタアレイ６０と、その下の部材との位置関係を判りやすくするために、同図には、光電変換素子１０、水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、それぞれ隠れ線によって併記してある。また、有効画素領域Ｒｅと無効画素領域Ｒｉとの平面視上の境界を二点鎖線で示している。この境界上にも、色フィルタアレイ６０において互いに隣接する色フィルタ同士の境界が存在する。
【００４８】
色フィルタアレイ６０は、所謂ベイヤー方式の原色系色フィルタアレイであるが、２種類の赤色フィルタＲ１、Ｒ２が使用されているという点で、従来の原色系色フィルタアレイと大きく異なる。
【００４９】
赤色フィルタの配置にのみ着目すると、赤色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２とが行方向および列方向のいずれについても交互に配置されている。図中の参照符号Ｇは緑色フィルタを示し、参照符号Ｂは青色フィルタを示す。個々の色フィルタＲ１、Ｒ２、Ｇ、Ｂは、平面視上、矩形を呈する。
【００５０】
赤色フィルタＲ１は、その下の光電変換素子１０と共に赤色画素ＰＲ１を構成し、赤色フィルタＲ２は、その下の光電変換素子１０と共に赤色画素ＰＲ２を構成する。緑色フィルタＧは、その下の光電変換素子１０と共に緑色画素ＰＧを構成し、青色フィルタＢは、その下の光電変換素子１０と共に青色画素ＰＢを構成する。
【００５１】
図４は、図３に示した赤色フィルタＲ１、Ｒ２それぞれの分光透過率を示す。同図中の実線Ｌ１が赤色フィルタＲ１の分光透過率曲線であり、一点鎖線Ｌ２が赤色フィルタＲ２の分光透過率曲線である。参考のため、従来の赤色フィルタの分光透過率の一例を、図４中に破線Ｌ３で併記する。いずれの分光透過率曲線も、シミュレーションによって求めたものである。
【００５２】
赤色フィルタＲ１は、赤色顔料の１種であるＰＲ２０９と黄色顔料の１種であるＰＹ１３９とを透明樹脂に分散させて得たカラーレジンによって形成される。赤色フィルタＲ２は、２種類の赤色顔料ＰＲ１７７、ＰＲ２５４と１種類の黄色顔料ＰＹ１３９とを透明樹脂に分散させて得たカラーレジンによって形成される。赤色フィルタＲ１、Ｒ２それぞれの平均膜厚は、いずれも、１〜３μｍの範囲内である。
【００５３】
図４から明らかなように、赤色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２とは、互いに異なる分光透過率特性を有し、特に、５５０〜６０５ｎｍの波長域での分光透過率が大きく異なる。５５０〜６０５ｎｍの波長域においては、赤色フィルタＲ１の分光透過率の方が赤色フィルタＲ２の分光透過率よりも高い。
【００５４】
個々の画素（光電変換素子１０）に蓄積される電荷の量は、光電変換素子１０が飽和しない限りは、入射光量の増加に伴って増加する。個々の画素信号の強度は、その基となった電荷の量、換言すれば、その基となった電荷を蓄積した光電変換素子１０への入射光量を反映する。
【００５５】
したがって、赤色フィルタＲ１を有する赤色画素ＰＲ１に蓄積された電荷に基づく画素信号と、赤色フィルタＲ２を有する赤色画素ＰＲ２に蓄積された電荷に基づく画素信号との間には、強度差が生じる。
【００５６】
図５は、赤色画素ＰＲ１および赤色画素ＰＲ２それぞれの分光感度を示す。いずれの分光感度も、シミュレーションによって求めたものである。
【００５７】
同図中の実線Ｌ１１が赤色画素ＰＲ１の分光感度曲線であり、一点鎖線Ｌ１２が赤色画素ＰＲ２の分光感度曲線である。参考のため、従来の赤色画素の分光感度の一例を、図５中に破線Ｌ１３で併記する。
【００５８】
図５から明らかなように、固体撮像素子１００は、５５５〜６０５ｎｍの波長域の光に対する感度が互いに大きく異なる２種類の分光感度を有する。
【００５９】
この分光感度の相違を利用して、赤色画素ＰＲ１に入射した光の放射強度と、赤色画素ＰＲ２に入射した光の放射強度との相対的な差を、事実上、求めることができる。この相対的な差を、以下、「Ｙｅ感度値」という。
【００６０】
固体撮像素子を利用した撮像装置での信号処理を勘案すると、上記のＹｅ感度値は、実用上は、画素信号をディジタル信号に変換することによって得られた信号を用いて算出するのが適当である。
【００６１】
例えば、下式（Ｉ）、（II）、（III） または（IV）によって表される比を求めることにより、Ｙｅ感度値を求めることができる。
【００６２】
【数１】
0003950715.tif 000002
【００６３】
【数２】
0003950715.tif 000003
【００６４】
【数３】
0003950715.tif 000004
【００６５】
【数４】
0003950715.tif 000005
【００６６】
ここで、上記の各式（Ｉ）〜（IV）で用いる係数の各々は、各色フィルタＲ１、Ｒ２、Ｇ、Ｂの分光透過率特性等に応じて適宜選定される。多くの場合、これらの係数は０（ゼロ）または正の値をとるが、特に式（IV）で用いる係数ｋ35、ｋ36については、負の値をとることもある。
【００６７】
また、出力平均値ＳR1、ＳR2、ＳG 、ＳB の各々は、必ずしも、固体撮像素子１００から出力される１フレーム分の全ての画素信号を利用して求めなければならいというものではない。赤色フィルタＲ１、Ｒ２の分布状態に応じて、互いに近接する１組または複数組の赤色フィルタＲ１、Ｒ２と、これらに近接する１つまたは複数の緑色フィルタＧおよび／または青色フィルタＢとを対象に、上記の出力平均値ＳR1およびＳR2、ならびに、ＳG および／またはＳB を求めることもできる。さらには、１フレームの撮影画面全体を複数の領域に分割して領域毎に求めることもできる。
【００６８】
被写体に当たっている照明光の種類を正確に判別するうえからは、１フレームの撮影画面全体を複数の領域、例えば６４の領域に分割し、領域毎にＹｅ感度値を求めることが好ましい。１フレームの撮影画面全体を複数の領域に分割すると共に、この撮影画面における主要被写体の位置を例えばスポット測光と同様にして指定し、その位置に懸かっている領域についてＹｅ感度値を求めることもできる。
【００６９】
上記の式（Ｉ）〜（IV）の中でも式（IV）を用いれば、赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、および青色フィルタＢの各々を薄膜化した場合（それぞれの膜厚を例えば２μｍ程度以下にした場合）でもＹｅ感度値を求めやすくなる。
【００７０】
色フィルタを薄膜化すると、漏れ光、すなわち、本来ならばその色フィルタによって遮断することが望まれる波長域の光でありながら当該色フィルタを透過してしまう光が増加する。上記の式（IV）では、出力平均値ＳG 、ＳB を出力平均値ＳR1、ＳR2から差し引くので、５５５ｎｍよりも短波長域における赤色フィルタＲ１、Ｒ２からの漏れ光の影響を抑制することができる。
【００７１】
前述したように、普通形蛍光灯は５８０ｎｍ付近に放射のピークを有し、３波長形蛍光灯は、５８０ｎｍ付近よりも長波長側と短波長側とに、それぞれ放射のピークを有している。太陽光やタングステン光（白熱灯からの発光）は、５５５〜６０５ｎｍの波長域内に極端なピークや谷を有していない。
【００７２】
固体撮像素子１００を用いて、上記の各係数を実験的に予め選定しておくことによりＹｅ感度値を求めれば、この固体撮像素子１００に入射した光が普通形蛍光灯からの発光であるのか、３波長形蛍光灯からの発光であるのか、白熱灯からの発光や太陽光であるのかを、正確に区別することが可能になる。
【００７３】
したがって、固体撮像素子１００を用いて撮像装置を構成すれば、被写体に当たっている照明光が普通形蛍光灯からの発光であるのか、３波長形蛍光灯からの発光であるのか、白熱灯からの発光や太陽光であるのかを、従来と比べてより正確に区別することが可能になる。
【００７４】
固体撮像素子１００を用いた撮像装置の構成について、以下、具体的に説明する。
【００７５】
図６は、実施例による撮像装置（例えばディジタルスチルカメラ）を概略的に示す。同図に示す撮像装置２００は、第１の実施例による固体撮像素子１００をエリア・イメージセンサとして用いた装置である。
【００７６】
固体撮像素子１００については既に説明したので、ここではその説明を省略する。
【００７７】
この撮像装置２００においては、撮像光学系２１０によって、固体撮像素子１００上に被写体の光学像が結像される。撮像光学系２１０は、例えば、複数枚の光学レンズ、光学レンズを光軸方向に移動させるための光学レンズ駆動機構、光学絞り、光学絞りを開閉する光学絞り開閉機構、オプティカルローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、メカニカルシャッタ等を含んで構成される。図６においては、１枚の光学レンズ２１２によって撮像光学系２１０を代表して示す。図中の矢印Ｌは光を示す。
【００７８】
固体撮像素子１００は、駆動回路２１５およびタイミング信号発生回路２１７から供給される駆動信号によって駆動されて、画素信号を出力する。
【００７９】
駆動回路２１５は、タイミング信号発生器２１７から供給される信号に基づいて垂直電荷転送素子２０（図２参照）用の駆動信号、読出しパルス等の信号を生成し、これらの信号を固体撮像素子１００に供給する。駆動回路２１５は、例えば垂直ドライバ、ＤＣ電源等を含んで構成される。
【００８０】
タイミング信号発生器２１７は、水平電荷転送素子４０（図２参照）用の駆動信号や電荷検出回路５０（図２参照）用の信号を生成し、これらの信号を固体撮像素子１００に供給する。また、撮像装置２００内の種々の回路の動作タイミングの統一をとるためのタイミング信号を生成し、このタイミング信号を各回路に供給する。
【００８１】
固体撮像素子１００から出力された画素信号は、ディジタル信号生成部２２０へ供給されてディジタル信号に変換される。このディジタル信号生成部２２０は、例えば、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）２２２と、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ回路）２２４と、アナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）２２６とを有する。
【００８２】
ＣＤＳ回路２２２は、固体撮像素子１００からの画素信号に含まれる雑音信号を低減させる。
【００８３】
ＡＧＣ回路２２４は、ＣＤＳ回路２２２からの出力信号のレベルを適正範囲に保つ。
【００８４】
Ａ／Ｄ変換回路は、ＡＧＣ回路２２４からの出力信号をディジタル信号に変換する。このＡ／Ｄ変換回路２２６から出力されたディジタル信号が、映像信号生成部２３０へ供給される。
【００８５】
映像信号生成部２３０は、供給されたディジタル信号を基に第１赤色信号、第１緑色信号、および第１青色信号を生成し、これら第１赤色信号、第１緑色信号、および第１青色信号を用いて再生画像用の画素信号を生成する。
【００８６】
オートホワイトバランス回路２６０は、映像信号生成部２３０から第１赤色信号、第１緑色信号、および第１青色信号の供給を受けて、被写体に当たっている照明光の色温度の検出、および照明光の種類の判別を行う。そして、色温度の検出結果と照明光の種類の判別結果とから、映像信号生成部２３０内での第１赤色信号、第１緑色信号、および第１青色信号それぞれの利得を調整し、これによってホワイトバランスをとる。
【００８７】
映像信号生成部２３０およびオートホワイトバランス回路２６０の具体的構成については、後に図８を用いて詳述する。
【００８８】
表示部２７０は、映像信号生成部２３０から供給される再生画像用の画素信号（出力画素信号）に基づいて、静止画または動画を表示する。この表示部２７０は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置によって構成される。
【００８９】
記録部２７５は、映像信号生成部２３０から供給される再生画像用の画素信号（記録画素信号）を、例えばメモリカード等の記録媒体に記録する。
【００９０】
上述した撮像光学系２１０、タイミング信号発生回路２１７、ＡＧＣ回路２２４、映像信号生成部２３０、オートホワイトバランス回路２６０等の動作を制御するために、制御部２８０が配置される。
【００９１】
制御部２８０は、モードセレクタ２９０によって選択された動作モードに応じて、また、シャッタボタン２９５の状態に応じて、タイミング信号発生回路２１７、映像信号生成部２３０、オートホワイトバランス回路２６０等の動作を制御する。この制御部２８０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）によって構成される。
【００９２】
モードセレクタ２９０は、撮像装置２００の動作モードを選択するための選択スイッチである。撮像装置２００は、例えば、自動露出（ＡＥ）モード、自動合焦（ＡＦ）モード、ディジタルズームモード、静止画モード、動画モード、連写モード等の動作モードを有している。モードセレクタ２９０は、撮像装置２００の使用者によって操作される。
【００９３】
例えば、モードセレクタ２９０によって静止画モードが選択されているときにシャッタボタン２９５が半押しにされると、まず、１フレーム分の画素信号が固体撮像素子１００によって生成され、これらの画素信号に基づいて、映像信号生成部２３０において測距信号や全露光量に関する信号が生成される。制御部２８０は、映像信号生成部２３０から供給される全露光量に関する信号に基づいて撮像光学系２１０中の光学絞り開閉機構の動作およびＡＧＣ回路２２４を制御し、測距信号に基づいて光学レンズ駆動機構の動作を制御する。撮像光学系２１０が被写体に合焦し、露出が適正値に調整されるまで、必要に応じて複数フレーム分の画素信号が固体撮像素子１００によって生成される。
【００９４】
ホワイトバランスの調整は、撮像光学系２１０が被写体に合焦し、露出が適正値に調整された後に、更に１フレーム分の画素信号を固体撮像素子１００によって生成し、これらの画素信号に基づいて行うことが好ましい。
【００９５】
この後、シャッタボタン２９５を全押しにすると、焦点、露出、ホワイトバランスが適切に制御された静止画が撮影される。
【００９６】
以下、撮像装置２００の特徴部分の１つである信号処理について更に詳細に説明するが、その前に、撮像装置２００の分光感度について先ず説明する。
【００９７】
図７は、撮像装置２００において固体撮像素子１００から出力される画素信号に基づいた赤色画素ＰＲ１、赤色画素ＰＲ２、緑色画素ＰＧ、および青色画素ＰＢそれぞれの分光感度を示す。さらに、赤色画素ＰＲ１の分光感度と赤色画素ＰＲ２の分光感度との差をとることによって求められる第４色目の分光感度（以下、「Ｙｅ感度」ということがある。）を示す。
【００９８】
同図中の実線Ｌ２１が赤色画素ＰＲ１の分光感度曲線であり、一点鎖線Ｌ２２が赤色画素ＰＲ２の分光感度曲線である。また、二点鎖線Ｌ２３が緑色画素ＰＧの分光感度曲線であり、破線Ｌ２４が青色画素ＰＢの分光感度曲線である。Ｙｅ感度は、同図中に太い実線Ｌ２５で示されている。いずれの分光感度曲線も、シミュレーションによって求めたものである。
【００９９】
なお、緑色フィルタＧは、緑色顔料ＰＧ７、ＰＧ３６、および黄色顔料ＰＹ１５０を透明樹脂に分散させて得たカラーレジンによって形成され、青色フィルタＢは、青色顔料ＰＢ１５：６、および紫色顔料ＰＶ２３を透明樹脂に分散させて得たカラーレジンによって形成されたものである。赤色フィルタＲ１、Ｒ２それぞれの材料については、前述した通りである。いずれの色フィルタも、その平均膜厚は１〜３μｍの範囲内である。
【０１００】
撮像装置２００は、被写体に当たっている照明光の種類を上述したＹｅ感度を利用して判別し、ホワイトバランスを調整する。
【０１０１】
図８は、撮像装置２００が有する映像信号生成部２３０およびオートホワイトバランス回路２６０それぞれについての主要部の一例を示す。以下の説明は、Ｙｅ感度値を前述した式（Ｉ）に基づいて求める場合を例にとり、行う。
【０１０２】
映像信号生成部２３０は、色分離回路２３５、露光量検出回路２３７、利得調整部２４０、輝度・色差信号生成部２５０、色差マトリックス演算部ＣＤＭ、信号圧縮回路２５９等を有し、全露光量に関する信号、合焦信号、再生画像用の画素信号（出力画素信号、記録画素信号）を生成する。
【０１０３】
これらの信号を生成するにあたっては、まず、ディジタル信号生成部２２０によって生成されたディジタル信号が色分離回路２３５によって第１赤色信号、第１緑色信号ＳＧ、および第１青色信号ＳＢに分離される。第１赤色信号は、赤色画素ＰＲ１に蓄積した電荷に由来する第１Ａ赤色信号ＳＲ１と、赤色画素ＰＲ２に蓄積した電荷に由来する第１Ｂ赤色信号ＳＲ２とに分けられる。第１緑色信号ＳＧは緑画素ＰＧに蓄積した電荷に由来し、第１青色信号ＳＢは青色画素ＰＢに蓄積した電荷に由来する。
【０１０４】
各第１色信号ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＧ、ＳＢは、露光量検出回路２３７、測距回路（図示せず）、利得調整部２４０、およびオートホワイトバランス回路２６０に供給される。
【０１０５】
露光量検出回路２３７は、供給された第１色信号ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＧ、ＳＢを用いて全露光量に関する信号ＳＥを生成し、この信号ＳＥを制御部２８０に供給する。測距回路は、必要に応じて複数フレーム分の画素信号を取り込みつつ、合焦信号を制御部２８０に供給する。制御部２８０は、これらの信号に基づいて撮像光学系２１０を制御し、露出を適正値にすると共に、撮像光学系２１０を被写体に合焦させる。
【０１０６】
ホワイトバランスの調整は、前述のように、露出が適正値に制御されると共に撮像光学系２１０が被写体に合焦した後に、更に１フレーム分の画素信号を固体撮像素子１００によって生成し、これらの画素信号に基づいて行うことが好ましい。
【０１０７】
ホワイトバランスの調整は、色分離回路２３５から利得調整部２４０へ供給された第１色信号ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＧ、ＳＢそれぞれの利得を、オートホワイトバランス回路２６０からの制御信号によって調整することで行われる。
【０１０８】
利得調整部２４０は、第１利得調整回路２４２、第２利得調整回路２４４、第３利得調整回路２４６、および第４利得調整回路２４８によって構成される。
【０１０９】
第１利得調整回路２４２は、色分離回路２３５から第１Ａ赤色信号ＳＲ１の供給を受けると共に、オートホワイトバランス回路２６０から制御信号Ｃ１の供給を受けて、所定の利得に調整された第２Ａ赤色信号ＳＲ１'を出力する。
【０１１０】
第２利得調整回路２４４は、色分離回路２３５から第１Ｂ赤色信号ＳＲ２の供給を受けると共に、オートホワイトバランス回路２６０から制御信号Ｃ２の供給を受けて、所定の利得に調整された第２Ｂ赤色信号ＳＲ２'を出力する。
【０１１１】
第３利得調整回路２４６は、色分離回路２３５から第１緑色信号ＳＧの供給を受けると共に、オートホワイトバランス回路２６０から制御信号Ｃ３の供給を受けて、所定の利得に調整された第２緑色信号ＳＧ'を出力する。
【０１１２】
第４利得調整回路２４８は、色分離回路２３５から第１青色信号ＳＢの供給を受けると共に、オートホワイトバランス回路２６０から制御信号Ｃ４の供給を受けて、所定の利得に調整された第２青色信号ＳＢ'を出力する。
【０１１３】
これらの第２色信号ＳＲ１'、ＳＲ２'、ＳＧ'、ＳＢ'は、ホワイトバランスのとれた色信号である。
【０１１４】
上記の制御信号Ｃ１〜Ｃ４を生成するオートホワイトバランス回路２６０は、色温度検出回路２６２、照明光判別回路２６５、およびホワイトバランス制御回路２６８を有し、例えば次のようにして制御信号Ｃ１〜Ｃ４を生成する。
【０１１５】
まず、色分離回路２３５から第１色信号ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＧ、ＳＢの供給を受けた色温度検出回路２６２が、被写体に当たっている照明光の色温度を前記の各第１色信号を用いて検出し、検出結果を表す信号Ｓctを出力する。
【０１１６】
また、色分離回路２３５から第１色信号ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＧの供給を受けた照明光判別回路２６５が、これら第１色信号それぞれの出力平均値を算出し、前記の式（Ｉ）に基づいてＹｅ感度値を演算する。そして、この演算結果から被写体に当たっている照明光の種類を判別し、判別結果を表す信号Ｓｄを出力する。
【０１１７】
なお、前記の式（Ｉ）で使用する係数ｋ1、ｋ2、ｋ3、ｋ4の値は、前述したように、赤色画素ＰＲ１、赤色画素ＰＲ２、および緑色画素ＰＧそれぞれの分光感度特性に応じて、また、利得調整回路２４２、２４４、２４６、２４８それぞれの利得について撮像装置２００の出荷時に設定される初期値に応じて、予め適宜選定される。
【０１１８】
Ｙｅ感度値は、固体撮像素子１００の製造上のばらつき（例えば色フィルタの膜厚ばらつき）や、撮像装置２００の製造上のばらつき（例えば赤外線カットフィルタのばらつき）の影響を受け、撮像装置同士の間でばらつく。照明光の判別に誤りが生じるのを抑制するうえからは、例えば、撮像装置２００の出荷時に一定の撮影光源の下にグレー板を撮影し、そのとき照明光判別回路２６５で算出される前述した式（Ｉ）の値が一定値となるように、当該照明光判別回路２６５での利得を調整しておくことが好ましい。
【０１１９】
色温度検出回路２６２からの出力信号Ｓctと、照明光判別回路２６５からの出力信号Ｓｄは、ホワイトバランス制御回路２６８に供給される。
【０１２０】
ホワイトバランス制御回路２６８は、例えば、被写体に当たっている照明光の色温度および種類と、生成すべき制御信号との対応関係を示すデータが記録された記憶素子（図示せず。）を有し、上記の出力信号Ｓct、Ｓｄに基づいて所定のデータを記憶素子から読み込んで、前述した制御信号Ｃ１〜Ｃ４を生成する。
【０１２１】
これらの制御信号Ｃ１〜Ｃ４によって利得調整部２４０での利得を調整することにより、ホワイトバランスのとれた第２Ａ赤色信号ＳＲ１'、第２Ｂ赤色信号ＳＲ２'、第２緑色信号ＳＧ'、および第２青色信号ＳＢ'を得ることができる。必要に応じて、各制御信号Ｃ１〜Ｃ４に基づいてＡＧＣ回路２２４（図６参照）での利得も調整される。
【０１２２】
なお、第２Ａ赤色信号ＳＲ１'および第２Ｂ赤色信号ＳＲ２'はホワイトバランスのとれた色信号であるので、後工程においては互いに区別することなく、２つを合わせて１つの赤色信号として扱うこともできる。
【０１２３】
映像信号生成部２３０は、撮像光学系２１０が被写体に合焦し、露出が適正値に調整され、ホワイトバランスがとれるように利得調整部２４０での利得が調整された後にシャッタボタン２９５（図６参照）が全押しにされると、再生画像用の画素信号（出力画素信号、記録画素信号）を生成する。
【０１２４】
以下、再生画像用の画素信号を生成する際の信号処理について、具体的に説明する。
【０１２５】
まず、上述のようにしてホワイトバランスのとれた第２Ａ赤色信号ＳＲ１'、第２Ｂ赤色信号ＳＲ２'、第２緑色信号ＳＧ'、および第２青色信号ＳＢ'が利得調整部２４０によって生成され、これらの色信号ＳＲ１'、ＳＲ２'、ＳＧ'、ＳＢ'が輝度・色差信号生成部２５０に供給される。
【０１２６】
輝度・色差信号生成部２５０は、例えば、補間処理回路（図示せず。）、γ変換回路２５３、輝度・色差信号生成回路２５４等を用いて構成される。必要に応じて、図示のように、リニアマトリックス演算部ＬＭが設けられる。図８においては、リニアマトリックス演算部ＬＭ、γ変換回路２５３、および輝度・色差信号生成回路２５４によって、輝度・色差信号生成部２５０を代表して示す。以下の説明は、図示の内容に従って行う。
【０１２７】
リニアマトリックス演算部ＬＭは、リニアマトリックス演算回路２５１と第２の記憶素子２５２とを有する。
【０１２８】
利得調整部２４０で生成された第２色信号ＳＲ１'、ＳＲ２'、ＳＧ、ＳＢは、リニアマトリックス演算回路２５１に供給される。照明光判別回路２６５からの出力信号Ｓｄ、および色温度検出回路２６２からの出力信号Ｓctが、リニアマトリックス演算部ＬＭに供給される。
【０１２９】
信号ＳｄまたはＳctの供給を受けたリニアマトリックス演算部ＬＭでは、この信号ＳｄまたはＳctに応じた所定の演算係数が、第２の記憶素子２５２からリニアマトリックス演算回路２５１へ供給される。第２の記憶素子２５２には、照明光判別回路２６５および色温度検出回路２６２で判別可能な照明光の種類毎に、所定の演算係数が１組ずつ予め記憶される。
【０１３０】
リニアマトリックス演算回路２５１は、この演算係数を用いて第２色信号ＳＲ１'、ＳＲ２'、ＳＧ'、およびＳＢ'に例えば下式（Ｖ）のリニアマトリックス演算を施して、第３Ａ赤色信号Ｓｒ１、第３Ｂ赤色信号Ｓｒ２、第３緑色信号Ｓｇ、および第３青色信号Ｓｂを生成する。
【０１３１】
【数５】
0003950715.tif 000006
【０１３２】
上記の演算を行うことにより、第２Ａ赤色信号ＳＲ１'と第２Ｂ赤色信号ＳＲ２'との違いを打ち消すことが可能であり、この違いを打ち消すことによって、均一な画像の再生が容易になる。偽色の発生を抑制するうえからは、下式（VI）で表される演算をリニアマトリックス演算回路２５１で行うことが好ましい。
【０１３３】
【数６】
0003950715.tif 000007
【０１３４】
リニアマトリックス演算回路２５１で生成された第３Ａ赤色信号Ｓｒ１、第３Ｂ赤色信号Ｓｒ２、第３緑色信号Ｓｇ、および第３青色信号Ｓｂが、リニアマトリックス演算部ＬＭからの出力信号となる。
【０１３５】
なお、第３Ａ赤色信号Ｓｒ１と第３Ｂ赤色信号Ｓｒ２とは、互いに区別することなく扱うことができる。以下の説明においては、第３Ａ赤色信号Ｓｒ１と第３Ｂ赤色信号Ｓｒ２とを区別せずに、これらの赤色信号を第３赤色信号Ｓｒと総称する。
【０１３６】
γ変換回路２５３は、第３赤色信号Ｓｒ、第３緑色信号Ｓｇ、および第３青色信号Ｓｂの供給を受けてこれらにγ変換を施し、第４赤色信号Ｓｒ'、第４緑色信号Ｓｇ'、および第４青色信号Ｓｂ'を生成する。これらの第４色信号Ｓｒ'、Ｓｇ'、Ｓｂ'が輝度・色差信号生成回路２５４へ供給される。
【０１３７】
輝度・色差信号生成回路２５４は、第４色信号Ｓｒ'、Ｓｇ'、およびＳｂ'を用いて、輝度信号Ｙ、第１赤色差信号Ｃｒ、および第１青色差信号Ｃｂを生成する。これらの信号Ｙ、Ｃｒ、Ｃｂが輝度・色差信号生成部２５０の出力信号となる。
【０１３８】
これらの出力信号のうち、第１赤色差信号Ｃｒおよび第１青色差信号Ｃｂは色差マトリックス演算部ＣＤＭに供給され、輝度信号Ｙは信号圧縮回路２５９に供給される。
【０１３９】
色差マトリックス演算部ＣＤＭは、色差マトリックス演算回路２５６と第１の記憶素子２５７とを有する。
【０１４０】
輝度・色差信号生成部２５０で生成された第１色差信号Ｃｒ、Ｃｒｂは、色差マトリックス演算回路２５６に供給される。照明光判別回路２６５からの出力信号Ｓｄ、および色温度検出回路２６２からの出力信号Ｓctも、色差マトリックス演算部ＣＤＭに供給される。
【０１４１】
信号ＳｄまたはＳctの供給を受けた色差マトリックス演算部ＬＭでは、この信号ＳｄまたはＳctに応じた所定の演算係数が、第１の記憶素子２５７から色差マトリックス演算回路２５６へ供給される。第１の記憶素子２５７には、照明光判別回路２６５および色温度検出回路２６２で判別可能な照明光の種類毎に、所定の演算係数が１組ずつ予め記憶される。
【０１４２】
色差マトリックス演算回路２５６は、この演算係数を用いて第１色差信号Ｃｒ、Ｃｂに色差マトリックス演算を施して、第２赤差色信号Ｃｒ'および第２青色差信号Ｃｂ'を生成する。これらの第２差色信号Ｃｒ'、Ｃｂ'が、色差マトリックス演算部ＣＤＭからの出力信号となる。
【０１４３】
第２色差信号Ｃｒ'、Ｃｂ'は信号圧縮回路２５９に供給され、この信号圧縮回路２５９において前述の輝度信号Ｙと共に圧縮されて、映像信号生成部２３０からの出力信号Ｓout 、すなわち、出力画素信号または記録画素信号となる。
【０１４４】
映像信号生成部２３０で出力画素信号および記録画素信号のいずれを生成するかは、モードセレクタ２９０（図６参照）によって選択可能なモード毎に、予め決められる。
【０１４５】
上述した構成を有する撮像装置２００について、照明光判別回路２６５による照明光の判別能をシミュレーションした。
【０１４６】
このシミュレーションでは、撮像装置２００を用いてグレー板、日本人の肌、および広葉樹の葉を各種の照明光下で撮影する場合を想定し、それぞれの想定下において照明光判別回路２６５で算出されるＹｅ感度値を求めた。Ｙｅ感度値の算出に用いる前記の式（Ｉ）中での係数ｋ1 およびｋ2 は共に０．２５とし、係数ｋ3 およびｋ4 は共に１とした。
【０１４７】
図９は、上記のシミュレーション結果を示す。同図中のＤ７５は標準の光Ｄ75を意味し、Ｄ６５は標準の光Ｄ65を意味し、Ｄ５０は標準の光Ｄ50を意味する。白熱灯、普通型白色蛍光灯、３波長型蛍光灯は、いずれも照明光の光源である。
【０１４８】
同図から明らかなように、照明光判別回路２６５で算出されるＹｅ感度値は、照明光が普通型白色蛍光灯からの発光である場合には、他の照明光である場合に比べて、いずれの被写体についても明らかに高い値を示す。
【０１４９】
一方、照明光が３波長型蛍光灯からの発光である場合には、他の照明光である場合に比べて、いずれの被写体についても明らかに低い値を示す。
【０１５０】
したがって、撮像装置２００によれば、被写体に当たっている照明光が普通形白色蛍光灯からの発光であるのか、３波長形蛍光灯からの発光であるのか、白熱灯からの発光や太陽光であるのかを、従来と比べてより正確に区別することが可能である。
【０１５１】
なお、図９には示されていないが、照明光が普通型昼光色蛍光灯、または普通型温白色蛍光灯であったとしても、その分光放射特性からして、照明光が普通型白色蛍光灯である場合と同様の結果を得ることが可能であると期待される。
【０１５２】
被写体に当たっている照明光の種類さえ正確に判別することができれば、その種類と色温度とから、例えば３波長型蛍光灯での昼光色、昼白色、および電球色の区別も可能となり、適切なホワイトバランスをとることができる。
【０１５３】
さらに、照明光の種類さえ正確に判別することができれば、リニアマトリックス演算部ＬＭ、または色差マトリックス演算部ＣＤＭで使用する演算係数を照明光の種類毎に所定の値に予め選定しておくことにより、適切なホワイトバランスを維持したまま、再生画像での特定の色を、ヒトが実際に知覚する色に近づけることが容易になる。例えば、被写体である人物が普通型白色蛍光灯によって照明されていたとしても、適切なホワイトバランスを有し、被写体である人物の肌の色が実際に知覚される肌の色に極めて近い再生画像を得ることが容易になる。
【０１５４】
あるいは、普通型白色蛍光灯下で撮影した人物の肌色を、所望の光源下での肌色、例えば標準の光Ｄ65下での肌色と同じ色味に再現することも可能となる。
【０１５５】
次に、第２の実施例による固体撮像素子について説明する。
図１０は、第２の実施例による固体撮像素子１１０での光電変換素子１０、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）２０、第２電荷転送素子（水平電荷転送素子）４０、および電荷検出回路５０の平面配置を概略的に示す。
【０１５６】
この固体撮像素子１１０は、(i) 多数個の光電変換素子１０が画素ずらし配置されている点、(ii)個々の垂直電荷転送素子２０が蛇行形状を有する点、および(iii) 後述する色フィルタアレイの構成を除き、前述した第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の構成を有する。
【０１５７】
ここで、本明細書でいう「画素ずらし配置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子列中の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列中の光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換素子のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当たる光電変換素子行中の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子行中の光電変換素子の各々が、光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／２、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、多数個の光電変換素子を複数行、複数列に亘って行列状に配置する際の一形態である。
【０１５８】
上記の「光電変換素子列内での光電変換素子のピッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によって１／２から外れてはいるものの、得られる固体撮像素子の性能およびその画像の画質からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／２」についても同様である。
【０１５９】
図１０に示した構成要素と機能上共通する構成要素が全て図２に示されている。図２に示した構成要素と機能上共通する構成要素には図２で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１６０】
多数個の光電変換素子１０を画素ずらし配置した場合には、垂直電荷転送素子２０の各々を図１０に示すような蛇行形状にすることによって、光電変換素子１０の集積度を高めやすくなる。
【０１６１】
図１１は、固体撮像素子１１０を構成している色フィルタアレイ１１５を概略的に示す上面図である。色フィルタアレイ１１５と、その下の部材との位置関係を判りやすくするために、同図には、光電変換素子１０、水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、それぞれ隠れ線によって併記してある。また、有効画素領域Ｒｅと無効画素領域Ｒｉとの平面視上の境界を二点鎖線で示している。この境界上にも、色フィルタアレイ１１５において互いに隣接する色フィルタ同士の境界が存在する。
【０１６２】
色フィルタアレイ１１５は、赤色フィルタと青色フィルタとが交互に繰り返し配置された第１の色フィルタ行と、緑色フィルタのみによって構成された第２の色フィルタ行とを有し、これらが交互に繰り返し配置されている。第２の色フィルタ行を挟んでその両側に位置する第１の色フィルタ行の各々では、赤色フィルタと青色フィルタとの配列が互いに逆になっている。
【０１６３】
この色フィルタアレイ１１５は、５５０〜６０５ｎｍの波長域での分光透過率が互いに異なる２種類の赤色フィルタＲ１１、Ｒ１２を有する。
【０１６４】
これらの赤色フィルタＲ１１、Ｒ１２の配置にのみ着目すると、有効画素領域Ｒｅ内には赤色フィルタＲ１２だけが配置されている。無効画素領域Ｒｉにおいては、有効画素領域Ｒｅの直ぐ外側に赤色フィルタＲ１２が配置され、その外側に赤色フィルタＲ１１が配置されている。
【０１６５】
図中の参照符号Ｇは緑色フィルタを示し、参照符号Ｂは青色フィルタを示す。図１１においては個々の色フィルタＲ１１、Ｒ１２、Ｇ、Ｂを菱形で表しているが、実際の固体撮像素子では、個々の色フィルタは例えば正方形を呈する。
【０１６６】
赤色フィルタＲ１１は、その下の光電変換素子１０と共に赤色画素ＰＲ１１を構成し、赤色フィルタＲ２は、その下の光電変換素子１０と共に赤色画素ＰＲ１２を構成する。緑色フィルタＧは、その下の光電変換素子１０と共に緑色画素ＰＧを構成し、青色フィルタＢは、その下の光電変換素子１０と共に青色画素ＰＢを構成する。
【０１６７】
２種類の赤色画素ＰＲ１１、ＰＲ１２のうち、赤色フィルタＰＲ１２のみが有効画素領域Ｒｅ内に配置されるので、赤色画素ＰＲ１１、ＰＲ１２それぞれの分光感度特性を、有効画素領域Ｒｅ内に２種類の赤色画素を配置する場合に比べて、更に大きく異ならせることができる。換言すれば、赤色フィルタＲ１１、Ｒ１２それぞれの分光透過率特性を、更に大きく異ならせることができる。
【０１６８】
本実施例では、紫色顔料の１つであるＰＶ２３と、赤色顔料の１種であるＰＲ８１と、黄色顔料の１種であるＰＹ１３９とを透明樹脂に分散させて得たカラーレジンによって、赤色フィルタＲ１１を形成した。赤色フィルタＲ１２は、赤色顔料の１種であるＰＲ２５４と、黄色顔料の１種であるＰＹ１３９とを透明樹脂に分散させて得たカラーレジンによって形成した。赤色フィルタＲ１１、Ｒ１２それぞれの平均膜厚は、いずれも、１〜３μｍの範囲内である。
【０１６９】
上述した固体撮像素子１１０は、第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の効果を奏する。
【０１７０】
固体撮像素子１１０を用いて撮像装置を作製する場合、その構成は、図６および図８に示した構成と同様にすることができる。ただし、固体撮像素子１１０においては多数個の光電変換素子１０が画素ずらし配置されているので、映像信号生成部２３０（図８参照）での補間処理の方法が、固体撮像素子１００を用いて構成された撮像装置での補間処理と異なってくる。
【０１７１】
多数個の光電変換素子が画素ずらし配置されている固体撮像素子を用いて構成された撮像装置では、行方向に隣り合う光電変換素子同士の間、および列方向に隣り合う光電変換素子の間にも恰も光電変換素子が存在するかのように、補間処理によって再生画像用の画素信号を生成することができる。
【０１７２】
図１２は、固体撮像素子１１０を用いて構成された撮像装置の分光感度を示す。同図には、赤色画素ＰＲ１１の分光感度曲線が実線Ｌ３１によって示され、赤色画素ＰＲ１２の分光感度曲線が一点鎖線Ｌ３２によって示されている。
【０１７３】
図１２から明らかなように、赤色画素ＰＲ１１の分光感度と、赤色画素ＰＲ１２の分光感度とは、５５０〜６０５ｎｍの波長域において互いに大きく異なっている。
【０１７４】
前述した式（IV）における分子の値を、ｋ34＝０．６６、ｋ35＝０（ゼロ）、ｋ36＝０．１３の下に求めることによって得たＹｅ感度（分光感度）を、図１２中に太い実線Ｌ３３で示す。
【０１７５】
なお、図１２に示した分光感度曲線は、いずれも、固体撮像素子１１０を用いた撮像装置において当該固体撮像素子１１０から出力される画素信号についてのシミュレーションから求めたものである。
【０１７６】
式（IV）を用いてＹｅ感度値を求める場合、照明光判別回路２６５には、第１Ａ赤色信号ＳＲ１、第１Ｂ赤色信号ＳＲ２、第１緑色信号ＳＧ、および第１青色信号ＳＢ（図８参照）を供給する。この場合、第１Ａ赤色信号ＳＲ１は赤色画素ＰＲ１１に蓄積した電荷に由来し、第１Ｂ赤色信号ＳＲ２は赤色画素ＰＲ１２に蓄積した電荷に由来する。第１緑色信号ＳＧは緑画素ＰＧに蓄積した電荷に由来し、第１青色信号ＳＢは青色画素ＰＢに蓄積した電荷に由来する。
【０１７７】
図１２に示すＹｅ感度を有する撮像装置について、図９を用いて既に説明したシミュレーションと同様のシミュレーションを行った。
【０１７８】
このシミュレーションでは、前述した式（IV）を用いてＹｅ感度値を算出し、その際、係数ｋ31〜ｋ36の各値を、ｋ31＝０（ゼロ）、ｋ32＝０．３、ｋ33＝１、ｋ３４＝０．６６、ｋ35＝０（ゼロ）、ｋ36＝０．１３とした。また、色フィルタアレイ１１５における緑色フィルタＧおよび青色フィルタＢは、それぞれ、図７に示した分光感度と同じ分光感度が得られるものとした。
【０１７９】
図１３は、上記のシミュレーションの結果を示す。同図から明らかなように、このシミュレーションによっても、図９を用いて既に説明したシミュレーションと同様の結果が得られた。
【０１８０】
被写体に当たっている照明光が普通形白色蛍光灯からの発光であるのか、３波長形蛍光灯からの発光であるのか、白熱灯からの発光や太陽光であるかのを、従来と比べてより正確に区別することが可能である。
【０１８１】
次に、第３の実施例による固体撮像素子について説明する。
図１４は、第３の実施例による固体撮像素子１２０を構成している色フィルタアレイ１２５を概略的に示す上面図である。図示の固体撮像素子１２０は、色フィルタアレイ１２５の構成を除き、前述した第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の構成を有する。
【０１８２】
図１４に示した構成要素のうち、図３に示した構成要素と共通する構成要素には図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。同図には、色フィルタアレイ１２５と、その下の部材との位置関係を判りやすくするために、光電変換素子１０、水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、それぞれ隠れ線によって併記してある。また、有効画素領域Ｒｅとその外側の無効画素領域との平面視上の境界を二点鎖線で示している。この境界上にも、色フィルタアレイ１２５において互いに隣接する色フィルタ同士の境界が存在する。
【０１８３】
固体撮像素子１２０は３板式の撮像装置に使用される３個の固体撮像素子の１つであり、色フィルタアレイ１２５は、赤色フィルタＲ１、Ｒ２のみによって構成されている。行方向および列方向のいずれについても、赤色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２とが交互に繰り返し配置されている。
【０１８４】
この固体撮像素子１２０を用いて３板式の撮像装置を構成することにより、図６に示した撮像装置２００と同様の効果を奏する撮像装置を得ることが可能である。
【０１８５】
次に、第４の実施例による固体撮像素子について説明する。
図１５は、第４の実施例による固体撮像素子１３０を構成している色フィルタアレイ１３５を概略的に示す上面図である。図示の固体撮像素子１３０は、色フィルタアレイ１３５の構成を除き、前述した第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の構成を有する。
【０１８６】
図１５に示した構成要素のうち、図３に示した構成要素と共通する構成要素には図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。同図には、色フィルタアレイ１３５と、その下の部材との位置関係を判りやすくするために、光電変換素子１０、水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、それぞれ隠れ線によって併記してある。また、有効画素領域Ｒｅとその外側の無効画素領域との平面視上の境界を二点鎖線で示している。この境界上にも、色フィルタアレイ１２５において互いに隣接する色フィルタ同士の境界が存在する。
【０１８７】
固体撮像素子１３０は２板式の撮像装置に使用される２個の固体撮像素子のうちの１つであり、色フィルタアレイ１２５は、赤色フィルタＲ１と、赤色フィルタＲ２と、青色フィルタＰＢとによって構成されている。
【０１８８】
赤色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２とが交互に繰り返し配置された第１色フィルタ列と、青色フィルタＢのみによって構成された第２色フィルタ列とが、交互に配置されている。１つの第２色フィルタ列を間に介して隣り合う２つの第１色フィルタ列では、赤色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２との配置が互いに逆になっている。
【０１８９】
この固体撮像素子１３０を用いて２板式の撮像装置を構成することにより、図６に示した撮像装置２００と同様の効果を奏する撮像装置を得ることが可能である。
【０１９０】
次に、第５の実施例による固体撮像素子について説明する。
図１６は、第５の実施例による固体撮像素子１４０を構成している色フィルタアレイ１４５を概略的に示す上面図である。図示の固体撮像素子１４０は、色フィルタアレイ１４５の構成を除き、前述した第１の実施例による固体撮像素子１００と同様の構成を有する。
【０１９１】
図１６に示した構成要素のうち、図３に示した構成要素と共通する構成要素には図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。同図には、色フィルタアレイ１４５と、その下の部材との位置関係を判りやすくするために、光電変換素子１０、水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路を、それぞれ隠れ線によって併記してある。また、有効画素領域Ｒｅとその外側の無効画素領域との平面視上の境界を二点鎖線で示している。この境界上にも、色フィルタアレイ１２５において互いに隣接する色フィルタ同士の境界が存在する。
【０１９２】
固体撮像素子１４０は単板式の撮像装置に使用される固体撮像素子であり、色フィルタアレイ１４５は、赤色フィルタＲと、緑色フィルタＧ１と、緑色フィルタＧ２と、青色フィルタＢとによって構成されている。
【０１９３】
緑色フィルタＧ１と緑色フィルタＧ２とでは、５５５〜６０５ｎｍの波長域での分光透過率が互いに異なる。緑色フィルタの配置にのみ着目すると、２つの緑色フィルタＧ１、Ｇ２のうちの緑色フィルタＧ１のみを含む色フィルタ行と、２つの緑色フィルタＧ１、Ｇ２のうちの緑色フィルタＧ２のみを含む色フィルタ行とが交互に配置されている。
【０１９４】
この固体撮像素子１４０を用いて単板式の撮像装置を構成した場合でも、図６に示した撮像装置２００と同様に、Ｙｅ感度値を求めることができるので、撮像装置２００と同様の効果を奏する撮像装置を得ることが可能である。
【０１９５】
固体撮像素子１４０を用いた撮像装置においてＹｅ感度値を求めるにあたっては、例えば、前述した式（Ｉ）〜（IV）での「Ｒ」を「Ｇ」に、「赤」を「緑」にそれぞれ読み替えることによって得られる式を用いて演算する。中でも、式（IV）での「Ｒ」を「Ｇ」に、「赤」を「緑」にそれぞれ読み替えることによって得られる式を用いて演算することが好ましい。
【０１９６】
以上、実施例による固体撮像素子および製造装置について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。
【０１９７】
例えば、Ｙｅ感度値の算出自体は、５５５〜６０５ｎｍの波長域における分光感度特性が互いに異なる２種類の赤色画素または２種類の緑色画素に光が入射しさえすれば、それらが固体撮像素子においてどのように分布していたとしても可能である。これら２種類の画素を固体撮像素子においてどのように分布させるかは、目的とする固体撮像素子または撮像装置の用途や、目的とする固体撮像素子または撮像装置に求められる性能等に応じて適宜選定可能である。
【０１９８】
種々の撮影シーンにおいて被写体に当たっている照明光の種類をできるだけ正確に判別するうえからは、２種類の赤色画素または２種類の緑色画素を有効画素領域内に均等に分散させることが好ましい。この場合、偽色の発生や色むらの発生を抑えるうえから、２種類の画素（赤色画素または緑色画素）同士の間での分光特性の差をなるべく小さくすることが好ましい。
【０１９９】
さらに偽色の発生を抑えるうえからは、有効画素領域内には１種類の赤色画素のみを配置するか、２種類配置する場合でも、その一方の数をできるだけ少なくすることが好ましい。２種類の赤色画素の一方を無効画素領域にのみ配置するようにすれば、偽色の発生を抑制しやすくなる。２種類の緑色画素を用いる場合についても同様である。
【０２００】
２種類の赤色画素の一方を無効画素領域にのみ配置する場合には、これら２種類の赤色画素として、６４０ｎｍ付近よりも長波長側においても分光感度特性が互いに異なるものを用いることができる。このような２種類の赤色画素を用いて固体撮像素子を構成した場合、この固体撮像素子を用いた撮像装置では、前述した式（Ｉ）または式（IV）での分子の式に基づいて算出したＹｅ感度（分光感度）に、６４０ｎｍ付近よりも長波長域での分光感度（以下、この分光感度を「ＬＲ感度」という。）が付け加えられる。図１２に太い実線Ｌ３３で示したＹｅ感度は、ＬＲ感度が付加された一例である。
【０２０１】
Ｙｅ感度にＬＲ感度を付加することにより、太陽光またはタングステン光（白熱灯からの発光）と３波長型蛍光灯からの発光との判別能を高めることが可能になる。この場合、５５５〜６０５ｎｍの波長域におけるＹｅ感度のピーク値Ｙｅp と、６４０ｎｍよりも長波長域におけるＹｅ感度（ＬＲ感度）のピーク値ＬＲp との比Ｙｅp／ＬＲpが０．５以下、好ましくは０．４以下となるか、または２．０以上、好ましくは２．５以上となるように、これら２種類の赤色画素の分光感度特性を選定することが好ましい。比Ｙｅp／ＬＲpが前述の範囲から外れると、普通型白色蛍光灯からの発光と太陽光またはタングステン光とを判別し難くなる。
【０２０２】
Ｙｅ感度値の算出は、互いに近接する２種類の赤色画素と、これらの赤色画素に近接する緑色画素や青色画素とを対象にして、または、互いに近接する２種類の緑色画素と、これらの緑色画素に近接する赤色画素や青色画素とを対象にして、これらの画素から読み出した信号を利用して行うことが好ましい。
【０２０３】
画素の分光感度は、例えば、当該画素を構成する色フィルタの分光透過率を適宜選定することによって、制御することができる。色フィルタの分光透過率は、例えば、その色フィルタに含有させる顔料や染料の種類および量に応じて、あるいは、その膜厚に応じて変化する。
【０２０４】
例えば、同一の顔料組成の下に顔料含有率を変えることにより、赤色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２とを作製することができる。あるいは、膜厚だけを変えることによって、赤色フィルタＲ１と赤色フィルタＲ２とを作製することができる。これらの場合には、赤色画素ＰＲ１と赤色画素ＰＲ２との分光感度特性の差が極めて小さくなるので、有効画素領域Ｒｅ内に赤色画素ＰＲ１と赤色画素ＰＲ２とを配置するうえで好ましい。
【０２０５】
Ｙｅ感度にＬＲ感度をも付加させるか否かに拘わらず、色フィルタアレイの製造ばらつきに起因するＹｅ感度の変動を抑えるうえからは、２種類の緑色フィルタを用いるよりも、２種類の赤色フィルタを用いる方が好ましい。赤色フィルタは、膜厚変動に対する分光透過率特性の安定性が緑色フィルタよりも高い。
【０２０６】
例えば顔料によって着色された赤色フィルタを作製する場合、赤色顔料としてはＰＲ８１、ＰＲ１７７、ＰＲ２０９、ＰＲ２５４等を用いることができる。赤色顔料の他にＰＹ１３８、ＰＹ１３９、ＰＹ１５０、ＰＹ１８５等の黄色顔料や、ＰＧ７、ＰＶ２３等の顔料を併用することにより、赤色顔料のみを用いて着色された赤色フィルタとは分光透過率特性の異なる赤色フィルタを得ることができる。
【０２０７】
勿論、染料によって着色された色フィルタを用いることも可能である。
色フィルタの分光透過率特性が同じ場合でも、光電変換素子の上方に存在する色フィルタ以外の層の光透過特性を変えることにより、互いに分光感度特性が異なる２種類の画素を形成することが可能である。例えば、固体撮像素子において多用されるシリコン窒化膜の膜厚を特定の光電変換素子上において厚く、あるいは薄くすることにより、互いに分光感度特性が異なる２種類の画素を形成することができる。
【０２０８】
個々の光電変換素子の上方にマイクロレンズを配置する場合には、このマイクロレンズに色フィルタとしての機能を付加することもできる。
【０２０９】
あるいは、５５５〜６０５ｎｍの波長域での分光透過率特性が互いに異なる２種類のマイクロレンズを所望のパターンで配置することによって、分光感度が互いに異なる２種類の画素を形成することもできる。
【０２１０】
固体撮像素子の構成は、目的とする固体撮像素子の用途や性能等に応じて種々変更可能である。
【０２１１】
固体撮像素子において多数個の光電変換素子を正方行列状に配置した場合、垂直電荷転送素子の構成は、１行の光電変換素子行あたり例えば２〜４本の垂直転送電極を備えた構成にすることができる。多数個の光電変換素子を画素ずらし配置した場合には、垂直電荷転送素子の構成を、１行の光電変換素子行あたり例えば１〜４本の垂直転送電極を備えた構成にすることができる。
【０２１２】
多数個の光電変換素子を正方行列状に配置する場合および画素ずらし配置する場合のいずれにおいても、垂直電荷転送素子や水平電荷転送素子を何相の駆動信号で駆動するかは適宜選定可能である。水平電荷転送素子は、１つの垂直電荷転送素子あたり２本以上の水平転送電極を配置することによって構成可能である。
【０２１３】
固体撮像素子は、ＭＯＳ型の固体撮像素子であってもよい。
図１７（Ａ）は、エリア・イメージセンサとして利用されるＭＯＳ型の固体撮像素子での光電変換素子および出力信号生成部の配置を概略的に示す。
【０２１４】
図示の固体撮像素子３００では、半導体基板３０１の一表面に複数行、複数列に亘って多数個の光電変換素子３１０が正方行列状に配置される。１個の光電変換素子３１０に１つずつ、図示を省略したスイッチング回路が接続される。
【０２１５】
１つの光電変換素子列に１本ずつ、この光電変換素子列に沿って出力信号線３３０が配置され、これらの出力信号線３３０に１つずつ、負荷トランジスタ３４０が接続される。各出力信号線３３０は、信号生成部３５０に接続される。
【０２１６】
光電変換素子３１０に光が入射すると、この光電変換素子３１０に電荷が蓄積される。図示を省略したスイッチング回路の動作を適宜制御することにより、光電変換素子３１０に蓄積された電荷に応じた大きさの電気信号を、対応する出力信号線３３０に発生させることができる。この電気信号は信号生成部３５０によって検出されると共に、所定の出力信号（画素信号）に変換されて出力される。この出力が、固体撮像素子３００の出力となる。
【０２１７】
個々の光電変換素子３１０に接続されたスイッチング回路の動作を光電変換素子行単位で制御するために、行読出し走査部３６０と行リセット走査部３６５とが半導体基板３０１に配置される。
【０２１８】
行読出し走査部３６０は、各スイッチング回路の動作を制御して、光電変換素子３１０とこれに対応する出力信号線３３０との電気的な接続を制御する。行リセット走査部３６５は、各スイッチング回路の動作を制御して、光電変換素子３１０に蓄積された電荷の掃き出し動作を制御する。
【０２１９】
これらの制御に必要な信号を伝達するために、行選択信号線３２４およびリセット信号線３２７が、それぞれ、１行の光電変換素子行に１本ずつ対応して配置される。また、１行の光電変換素子行もしくは１列の光電変換素子列に１本ずつ対応して、電源電圧供給線３２５が配置される。各スイッチング回路は、これらの信号線および供給線にも電気的に接続可能である。
【０２２０】
制御部３７０が半導体基板３０１上に配置されて、信号生成部３５０、行読出し走査部３６０、および行リセット走査部３６５の動作を制御する。
【０２２１】
図１７（Ｂ）は、スイッチング回路の一例を示す。同図に示すスイッチング回路３２０は、出力用トランジスタ３２１、行選択用トランジスタ３２２、およびリセット用トランジスタ３２３を含む。これらのトランジスタは、例えばＭＯＳ型トランジスタである。
【０２２２】
出力用トランジスタ３２１と行選択用トランジスタ３２２とが直列に接続され、出力用トランジスタ３２２のゲートに光電変換素子３１０が、行選択用トランジスタ３２２のゲートに行選択信号線３２４が接続される。出力用トランジスタの残りの一端が電源電圧供給線３２５に接続され、行選択用トランジスタ３２２の残りの一端が出力信号線３３０に接続される。
【０２２３】
リセット用トランジスタ３２３は、出力用トランジスタ３２２と光電変換素子３１０とを接続する配線２２６に接続されると共に、電源電圧供給線３２５にも接続され、そのゲートにはリセット信号線３２７が接続される。
【０２２４】
各スイッチング回路３２０、各出力信号線３３０、各負荷トランジスタ３４０、信号生成部３５０、行読出し走査部３６０、および行リセット走査部３６５は、出力信号生成部を構成する。
【０２２５】
行読出し走査部３６０から行選択信号線３２４に読出し信号が供給されると、この行選択信号線３２４に接続されている行選択用トランジスタ３２２がオンになる。出力用トランジスタ３２１と、これに対応する出力信号線３３０とが電気的に接続される。
【０２２６】
出力用トランジスタ３２１のゲートに印加される電圧の値は、この出力用トランジスタ３２１に接続されている光電変換素子３１０に蓄積された電荷に応じて変化する。したがって、出力用トランジスタ３２１に流れるドレイン電流の大きさも、光電変換素子３１０に蓄積された電荷に応じて変化する。結果的に、行選択用トランジスタ３２２がオンになると、光電変換素子３１０に蓄積された電荷に応じた電気信号が出力用信号線３３０に発生する。
【０２２７】
行リセット走査部３６５からリセット信号線３２７にリセット信号が供給されると、このリセット信号線３２７に接続されているリセット用トランジスタ３２３がオンになる。このリセット用トランジスタ３２３に対応する光電変換素子３１０が電源電圧供給線３２５に接続され、光電変換素子３１０に蓄積されていた電荷が電源電圧供給線３２５に排出される。
【０２２８】
ＭＯＳ型の固体撮像素子３００においても、ＣＣＤ型の固体撮像素子と同様に、半導体基板３０１の上方に光遮蔽膜、層間絶縁膜、パッシベーション膜、平坦化膜が順次配置され、その上に色フィルタアレイが配置される。必要に応じて、色フィルタアレイの上方にマイクロレンズアレイが配置される。
【０２２９】
ＣＣＤ型の固体撮像素子およびＭＯＳ型の固体撮像素子のいずれを用いて撮像装置を構成する場合においても、映像信号生成部の構成は図８に示したものに限定されるものではない。
【０２３０】
例えば、図８に示した実施例による撮像装置２００では、第１〜第４利得調整回路２５１〜２５４を利用してホワイトバランスをとっているが、第１緑色信号ＳＧについては利得調整を変えないことも可能である。本明細書において第１緑色信号ＳＧについていう「利得調整」は、第１緑色信号ＳＧの利得を変えない場合も含むものとする。例えば、ＡＥ機能による露出制御に対して補正が不要な場合には、ホワイトバランスをとるにあたって第１緑色信号ＳＧの利得を変えなくてもよい。
【０２３１】
また、図８においては、２つの利得調整回路２４２、２４４によって第１Ａ赤色信号ＳＲ１および第１Ｂ赤色信号ＳＲ２の利得を調整しているが、赤色フィルタＲ１、Ｒ２が有効画素領域内に配置されている場合には、第１Ａ赤色信号ＳＲ１および第１Ｂ赤色信号ＳＲ２それぞれの利得を１つの利得調整回路によって調整することも可能である。
【０２３２】
リニアマトリックス演算部ＬＭは、省略することも可能であるし、輝度・色差信号生成部２５０内に設けずに色分離回路２３５と利得調整部２４０との間に設けることもできる。
【０２３３】
リニアマトリックス演算部ＬＭを色分離回路２３５と利得調整部２４０との間に設ける場合には、色分離回路２３５からの出力信号がリニアマトリックス演算部ＬＭへの入力信号となり、その出力信号が露光量検出回路２３７、利得調整部２４０、およびオートホワイトバランス回路２６０それぞれの入力信号となるように撮像装置を構成することができる。このようにして構成された撮像装置では、リニアマトリックス演算部ＬＭからの出力信号が、図８に示した撮像装置２００でいう第１赤色信号、第１緑色信号、第１青色信号に相当する。
【０２３４】
あるいは、色分離回路２３５からの出力信号が露光量検出回路２３７、オートホワイトバランス回路２６０、およびリニアマトリックス演算部ＬＭへの入力信号となり、リニアマトリックス演算部ＬＭからの出力信号が利得調整部２４０への入力信号となるように撮像装置を構成することもできる。このようにして構成された撮像装置では、図８に示した撮像装置２００と同様に、色分離回路２３５からの出力信号が第１赤色信号、第１緑色信号、第１青色信号となる。
【０２３５】
色分離回路２３５は、映像信号生成部に設けずにディジタル信号生成部２２０内に設けることもできる。この場合の色分離回路２３５は、その出力信号がＡＧＣ回路２２４（図６参照）の入力信号となるように配置される。
【０２３６】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能であることは、当業者に自明であろう。
【０２３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被写体に当たっている照明光の種類を精度よく判別にすることを可能にする固体撮像素子、および、被写体に当たっている照明光の種類を精度よく判別することが可能な撮像装置が提供される。色再現性に優れた撮像装置を提供することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、第１の赤色画素、第２の赤色画素、緑色画素、および青色画素を備えた半導体装置を示す概略図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した第１の赤色画素を構成している第１の赤色フィルタの分光透過率と、同図に示した第２の赤色画素を構成している第２の赤色フィルタの分光透過率とを示すグラフである。
【図２】第１の実施例による固体撮像素子での光電変換素子、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、第２電荷転送素子（水平電荷転送素子）、および電荷検出回路の平面配置を示す概略図である。
【図３】図２に示した固体撮像素子を構成している色フィルタアレイを概略的に示す上面図である。
【図４】図３に示した２種類の赤色フィルタそれぞれの分光透過率を示すグラフである。
【図５】図３に示した固体撮像素子の分光感度を示すグラフである。
【図６】実施例による撮像装置を示す概略図である。
【図７】図６に示した撮像装置の分光感度を示すグラフである。
【図８】図６に示した撮像装置が有するオートホワイトバランス回路および映像信号生成部それぞれについての主要部の一例を示す概略図である。
【図９】図６に示した撮像装置が有する照明光判別能についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】第２の実施例による固体撮像素子での光電変換素子、第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、第２電荷転送素子（水平電荷転送素子）、および電荷検出回路の平面配置を示す概略図である。
【図１１】図１０に示した固体撮像素子を構成している色フィルタアレイを概略的に示す上面図である。
【図１２】図１０に示した固体撮像素子を用いて構成された撮像装置の分光感度を示すグラフである。
【図１３】図１０に示した固体撮像素子を用いて構成された撮像装置が有する照明光判別能についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１４】第３の実施例による固体撮像素子を構成している色フィルタアレイを概略的に示す上面図である。
【図１５】第４の実施例による固体撮像素子を構成している色フィルタアレイを概略的に示す上面図である。
【図１６】第５の実施例による固体撮像素子を構成している色フィルタアレイを概略的に示す上面図である。
【図１７】図１７（Ａ）は、エリア・イメージセンサとして利用されるＭＯＳ型固体撮像素子での光電変換素子および出力信号生成部の配置を示す概略図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）に示した光電変換素子に接続されるスイッチング回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１、３０１…半導体基板、  １０、３１０…光電変換素子、  ２０…第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、  ３０…読出しゲート、  ４０…第２電荷転送素子（水平電荷転送素子）、  ５０…電荷検出回路、  ６０、１１５、１２５、１３５、１４５…色フィルタアレイ、  １００、１１０、１２０、１３０、１４０、３００…固体撮像素子、  ２００…撮像装置、  ２１０…撮像光学系、  ２２０…ディジタル信号生成部、２３０…映像信号生成部、２３５…色分離回路、２４０…利得調整部、２５０…輝度・色差信号生成部、  ２６０…オートホワイトバランス回路、  ２６２…色温度検出回路、  ２６５…照明光判別回路、  ２６８…ホワイトバランス制御回路、  ３３０…出力信号線、  ３４０…負荷トランジスタ、  ３５０…信号生成部、  ３６０…行読出し走査部、  ３６５…行リセット走査部、  ３７０制御部、  Ｒｅ…有効画素領域、  Ｒｉ…無効画素領域、  Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１、Ｒ１２…赤色フィルタ、  Ｇ…緑色フィルタ、  Ｂ…青色フィルタ、  ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ１１、ＰＲ１２…赤色画素、  ＰＧ…緑色画素、  ＰＢ…青色画素、  ＬＭ…リニアマトリックス演算部、  ＣＤＭ…色差マトリックス演算部。
【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】
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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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【図１６】
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【図１７】
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