JP2003332543A - 固体撮像素子と撮像装置 - Google Patents
固体撮像素子と撮像装置Info
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Abstract
を撮影した場合にも肌色の色再現性を良好にする。 【解決手段】 赤色の光を透過する赤色フィルタと、緑
色の光を透過する緑色フィルタと、青色の光を透過する
青色フィルタとが設けられた固体撮像素子において、赤
色フィルタを設けたフォトダイオードのピーク感度値を
値100としたとき、赤色フィルタ付フォトダイオードの
分光感度として、波長420nmの光に対して値3以上(好ま
しくは値5以上)の感度を有し、且つ、波長435nmの光に
対する感度(S435)と波長420nmの光に対する感度との比
(S435/S420)の値を0.7以下(好ましくは0.5以下)とす
る。これにより、蛍光灯下で撮影したときの肌色の赤味
不足が抑制される。
Description
ンサ等の固体撮像素子に係り、特に、肌色の再現性に優
れた固体撮像素子とこの固体撮像素子を搭載した撮像装
置に関する。
91号公報に記載されている従来の固体撮像素子の平面
図である。この固体撮像素子は、所謂、ハニカム画素配
置と呼ばれ、多数の緑(G)の色フィルタを持つフォト
ダイオードが縦横に所定間隔で配置され、その各行,各
列の各フォトダイオードに対して、1/2ピッチづつず
らした位置に、青(B)と赤(R)の各色フィルタを持
つフォトダイオードが交互に配置される構造となってい
る。図示する例では、「R」「G」「B」と記載された
8角形の枠が夫々赤,緑,青の色フィルタを示し、対応
するフォトダイオードは、その下側(紙面の下側)に配
置される。より正確には、8角形の枠がフォトダイオー
ドの形を表し、赤,緑,青の色フィルタは、8角形の枠
より大きなサイズ(例えば8角形や4角形)で設けられ
る。
各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、矢印aに
示す様に各フォトダイオードの脇に形成されている垂直
転送路20に読み出され、この信号電荷は、矢印bに示
す様に垂直転送路20に沿って転送されて水平転送路2
1に至り、今度は矢印cに示す様に水平転送路21に沿
って転送され、固体撮像素子から読み出される。各画素
(フォトダイオード)から読み出される信号電荷量は、
各フォトダイオードの受光光量に応じた値となる。
ードの表面には色フィルタが重ねて設けられるが、この
色フィルタは、例えば顔料や染料を用いて製造される。
図12は、従来の各色フィルタを設けたフォトダイオー
ドの分光感度を示し、各色フィルタR,G,Bは夫々赤
色,緑色,青色に相当する波長の光を透過し、それ以外
の波長の光をカットする様になっている。即ち、図12
に示すように従来の赤色フィルタRは、波長580nm
以上の光を透過し、それより低い波長の光は一律にカッ
トする様に製造されている。尚、図12の赤色フィルタ
Rで530nm付近に小さなピークがあるが、これはあ
まり意味がないため、以下、このピークは無視して説明
する。
たデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮
像装置で各種シーンを撮影する場合、様々な照明光源の
下で撮影が行われるため、どの様な光源の下で撮影され
てもホワイトバランスが合うように、カメラが自動的に
R,G,B信号のゲイン調整を行ったり、あるいは撮影
者が手動でホワイトバランスを合わせる様にしている。
せられていても、F6光源といわれる普通型白色蛍光灯
の下で撮影が行われると、肌色がYG(黄緑)味になっ
てしまうことが良く知られている。これは、太陽光の下
で撮影された時の肌色が良好な肌色になるようにリニア
マトリクスや色差マトリクスが調整されていても、F6
光源の分光分布が580nm付近の波長域に偏っている
ために起きる現象である。また同様に、F12光源とい
われる電球色蛍光灯の下での撮影においても、肌色がY
G味になる傾向がある。
従来通り良好な肌色の色再現性を保ち、F6光源やF1
2光源の下での撮影では肌色のYG味を軽減して色再現
性を高めた固体撮像素子とこの固体撮像素子を搭載した
撮像装置を提供することにある。
撮像素子は、赤色の光を透過する赤色フィルタと、緑色
の光を透過する緑色フィルタと、青色の光を透過する青
色フィルタとが設けられた固体撮像素子において、前記
赤色フィルタを設けたフォトダイオードのピーク感度値
を値100としたとき、該赤色フィルタ付フォトダイオ
ードの分光感度として波長420nmの光に対して値3
以上の感度を有し、且つ、波長435nmの光に対する
感度(S435)と波長420nmの光に対する感度と
の比(S435/S420)の値を0.7以下としたこ
とを特徴とする。
られる「赤色」の信号電荷量が、赤色より低い波長域の
光によって増量され、しかも、撮影光源(蛍光灯)のピ
ーク波長と異なる波長域の光で増量されるため、蛍光灯
の光で撮影した場合にはホワイトバランスゲインに大き
な影響を与えることがないので、太陽光撮影で最適化さ
れた色差マトリクスを用いたときの、蛍光灯撮影時の赤
味不足が抑制される。
オードは、波長420nmの光に対する感度の値が5以
上であり、前記比の値が0.5以下であることを特徴と
する。この構成により、更に赤味の不足が抑制され、肌
色がより肌色として再現される。
ダイオードは、波長545nmにおける感度の値が15
以下であることを特徴とする。この構成により、波長5
45nmの光による赤色としての信号電荷量の増量が抑
制され、肌色の色相悪化が抑制でき、肌色の再現性が一
層良好となる。
固体撮像素子を搭載することで、達成される。この構成
により、光源種類による肌色の赤味不足が抑制された肌
色の色再現性の優れた画像が撮像可能となる。
て、図面を参照して説明する。
12光源(電球色蛍光灯)の下で肌色がYG味となる理
由を考察する。図13は、太陽光(D65光源)とF6
光源とF12光源の同一照度における分光放射分布を示
す図である。F6光源もF12光源も、約545nm,
約435nm,約405nmに鋭いピークをもっている
(図13で、点線で示すF6光源の約405nm,約4
35nmのピークと、実線で示すF12光源の約405
nm,約435nmのピークは重なっている。)。
ピークは存在せず、おおむねなだらかな分光分布となっ
ている。即ち、F6光源やF12光源の上記のピーク位
置における放射エネルギは、同じ波長における太陽光の
放射エネルギより大きい。CCDやCMOSセンサ等の
固体撮像素子の赤色に対する分光感度(赤色フィルタ付
フォトダイオードの分光感度)が、F6光源やF12光
源のピーク波長に対して感度を有していると、F6光源
やF12光源の下で撮影したとき、肌色から赤味が失わ
れ、結果としてYG(黄緑)味の肌色になってしまう。
ピーク波長に対する感度を持った場合、その分を含めた
ホワイトバランスをとれば、当然に、3本のピーク波長
に対する感度を持たなかった場合に比べて赤色信号に掛
けられるホワイトバランスのゲインが小さくなるためで
ある。
他の色全般に渡って色再現性が良好になるように色差マ
トリクスが決められるが、この色差マトリクスの機能に
よって、赤色分光感度として上記3本のピーク波長に対
する感度を多少有していても、良好な色再現性が得られ
る様になっている。
る感度の分と、ホワイトバランスゲインとが変更になっ
たことにより、肌色中の赤色信号値が適正値からずれて
も、これを適正値に戻す様に色差マトリクスが決定され
るためである。このようにして、太陽光の下での肌色再
現性は良好な状態になる。
した場合、夫々のホワイトバランスを合わせると、赤色
信号に掛けられるホワイトバランスゲインの大きさは、
上記3本のピーク波長に対する感度を持たなかった場合
に比べて小さくなり、太陽光の場合よりも一層小さくな
ってしまう。これは、上記3本のピーク波長に対する感
度による赤色出力値の増加量が太陽光撮影の場合よりも
大きくなっているからである。このため、上記の様に太
陽光で決めた色差マトリクスを用い、F6光源やF12
光源で撮影して得た肌色を再現すると、肌色中の赤色信
号値は適正値より小さくなってしまい、赤味不足のYG
味の肌色になってしまう。
2光源のピーク波長の谷間に副感度(赤色の光に対する
感度を主感度といい、赤色以外の光に対する感度を副感
度ということとする。)を持たせ、YG味になっている
F6光源やF12光源での撮影時に得られた肌色の赤味
を増し、良好な肌色を再現するようにする。具体的に
は、400nm以下および410nm〜430nmの波
長域に副感度を持たせる。
は、435nmと405nmで感度値が低く、400n
m以下および410nm〜430nmでは感度値を高く
するのが望ましい。実質的には、F6光源やF12光源
の405nmでのピークエネルギは、太陽光(D65)
との差がさほど大きくないので、435nmの副感度の
値を低くし、且つ、430nm以下の副感度の値を高く
するのが良い。
の最大値を“100”(図12参照)としたとき、S4
20(“S”を付けることで、この例では420nmで
の感度を意味するものとして使用する。以下、同じ)を
“5”以上とし、S435/S420の比を“0.5”
以下としたとき、最も好ましい結果が得られる。
±5nmでの放射エネルギが極めて高いので、ここに赤
色分光感度を持たせることは極めて好ましくなく、S5
45の値は小さいほど、具体的には“15”以下が良
い。
説明する。図1は、低波長域に副感度を持たせた本発明
の2つの実施形態(イ)(ロ)に係る赤色フィルタ付フ
ォトダイオードの分光感度を示すグラフである。赤色フ
ィルタ付フォトダイオードの特性しか図示していない
が、緑色フィルタ付フォトダイオードと青色フィルタ付
フォトダイオードの分光感度特性は、図12に示す従来
のものと同じである。
フィルタは、従来の赤色フィルタと比較して、560n
m以上の波長に対しては同じであるが、それ以下の波長
の光に対し、特に、435nm以下の波長に対して副感
度を設けている(図12参照)。即ち、青色の波長域の
光も赤色フィルタを透過させ、透過光量に応じてフォト
ダイオードに蓄積される信号電荷量を増量させている。
しかも、副感度を設ける波長域として光源(蛍光灯)の
ピーク波長の谷間の波長域を選択し、副感度を設けたこ
とで、蛍光灯撮影の場合にはホワイトバランスゲインに
与える影響を小さくしている。
赤色フィルタを有する固体撮像素子を搭載したデジタル
スチルカメラの分光感度特性を示すグラフである。比較
のために、図12の従来の赤色フィルタR(従来)を搭
載したカメラの分光感度特性も一緒に示している。この
デジタルスチルカメラでは、太陽光(D65光源)にて
ホワイトバランスをとった後、色再現性が良好になるよ
うに夫々最適な色差マトリクスを決めている。
チルカメラの赤色(R)分光感度の、上記“S42
0”,“S435/S420”,“S545”の値の一
覧を従来例と共に示す。
を持つデジタルスチルカメラで肌色を撮影したときの再
現色をシミュレーションで求めたグラフである。撮影光
源としては、各種太陽光(D50,D55,D65,D
75)の他に、F6光源、昼光蛍光灯、F12光源、白
熱灯を用いており、縦軸に、D65光源による撮影で得
られる肌色の色相角を基準とした肌色の色相角を示す。
撮像素子を搭載したデジタルスチルカメラを用い、F6
光源下やF12光源下で肌色を撮影した場合、従来に比
べて色相角がプラス方向(YG味方向)にずれにくいこ
とが分かる。これは、赤色フィルタの下側にあるフォト
ダイオードが、赤色の光の他に、本来は赤色ではない波
長420nm付近の光を受光することで受光光量が増し
(「赤色」として得られる信号電荷量が増し)、これに
より、撮像画像データの赤味が増すためである。
来例との間の色相角のYG味方向に対するズレの差は小
さいが、人間の目は肌色に対しては敏感なため、肌色の
再現色を人の目で見たとき、赤味が不足するか否かは大
きな差として認識される。
色フィルタを製造する場合、従来はPR254番とPY
139番の顔料(Pはピグメントの略、Rは赤の略、Y
はイエローの略である。)を混合していたのに対し、実
施形態(イ)ではPR254番とPY185番を混合す
ることで容易に得ることができる。また、実施形態
(ロ)の赤色フィルタは、PR254番を多目に、PY
185番を少な目にすることで得ることができる。
ば良いかを調べたシミュレーション結果を示す図であ
る。今、図4に示す様に、デジタルスチルカメラの赤色
の分光感度のうち青色波長領域(特に、波長450nm
以下)における洩れを少しずつ変えた3種類の特性をR
1,R2,R3とする。
は認知されず、50%の確率で色相差を認知するには色
相差として“0.6”が必要である(例えば、財団法
人、日本色彩研究所編「色彩ワンポイント」2巻参
照)。つまり、肌色の色相を改善するに当たって、改善
前の色相に対して“0.6”以上の色相差の絶対値が確
保できれば、改善効果があるといえる。
型の赤色分光感度に対して、短波長部分のみに赤色の分
光感度R1,R2,R3(R1<R2<R3)を図4の
様に付与し、どれだけの色相改善がなされるかを検証す
る。赤のピーク波長605nmの感度を“100”とし
たときの各分光感度R1,R2,R3の“S420”,
“S435/S420”,“S545”の値を従来例と
比較して示した表が、次の表2である。
R1,R2,R3を用いた場合、太陽光(D65光源)
での撮影時において、夫々、肌色および一般色が忠実に
再現されるように色差マトリクスを最適化する。そし
て、各種の撮影光源の下で撮影をした時に再現される肌
色の色度を計算する(このときの青(B),緑(G)の
感度は図12と同じである。)。
光源やF12光源での肌色の色相角は好ましい方向に改
善されていることが分かる。どの程度の改善がなされた
かを色相差で表したのが図6である。この図6におい
て、横軸がR分光感度のS420であり、縦軸が色相差
である。この図6によれば、F12光源において、D6
5光源を基準としたとき、色相差の絶対値が“0.6”
となるのはS420の値が略“5.0”となるときであ
ることが分かる。即ち、“S420≧5.0”となるR
分光感度を用いれば、F12光源で撮影した肌色が有意
に改善されることになる。同様に、この図6によれば、
“S420≧8.0”にすると、F6光源の肌色も有意
に改善されることが分かる。
どの程度の値であれば有意に肌色の色相が改善されるか
を調べたシミュレーション結果を示す図である。図7に
示す様に、このシミュレーションでも感度特性Ra,R
b,Rcの3つを定める。感度特性Raとして、395
nm〜430nmの範囲において値“10.6”の副感
度(図中に台形上の特性として示される。)を付与す
る。
ュレーションで説明したように、F6光源による肌色が
有意に改善される範囲の感度値である。そして、435
nmに感度を付与した感度特性Rb,Rc(Rb<R
c)を作る。感度特性Ra,Rb,Rcの“S42
0”,“S435/S420”,“S545”の値の一
覧を従来例と共に表にしたのが、次の表3である。
よる撮影で肌色及び一般色が忠実に再現されるように色
差マトリクスを最適化し、その上で、各種光源の下で撮
影した時に再現される肌色の色度を計算する。この計算
の結果得られたデータが図8に示すグラフである。この
図8は、F6光源の下で撮影した肌色の色相改善度を示
し、横軸がS435/S420の値であり、縦軸が色相
差である。この図8によれば、色相差の絶対値が“0.
6”以上であるのは、S435/S420の値が“0.
5”以下の場合であることが分かる。
でF12光源での撮影で肌色の色相が悪化することを検
証したシミレーション結果を示す図である。図9に示す
実線の感度特性R2は、図4に示した感度特性R2と同
一である。この感度特性R2に対して、S545の値を
変えた2種類の感度特性R22,R21(R22>R2
1)を作る。感度特性R2,R21,R22の“S42
0”,“S435/S420”,“S545”の値を一
覧表示したのが、次の表4である。
様である。)において、D65光源での撮影時に肌色お
よび一般色が忠実に再現される様に色差マトリクスを最
適化し、その上で各種光源で撮影したときに再現される
肌色の色度を計算する。この計算結果を示すグラフが図
10であり、横軸がS545の値であり、縦軸が色相差
である。この図10によれば、F12光源において肌色
が有意に改善されるのは、即ち、色相差の絶対値が
“0.6”以上となるのは、S545の値が“15”以
下であることが分かる。
子は、図11で説明したハニカム配列構造のCCDに限
らず、ベイヤー方式のCCDでもよく、また、CCDに
限らず、CMOSセンサでも良く、F6光源,F12光
源での撮影時に肌色の再現性が向上する。また、これら
の固体撮像素子を搭載したデジタルスチルカメラやデジ
タルビデオカメラ等の撮像装置で肌色を撮像した場合、
光源がF6光源やF12光源であっても肌色の再現性が
優れた画像を撮像することができる。
の下で肌色を撮影した場合でも肌色の再現色が赤味不足
で黄緑(YG)味になるのを抑制することが可能とな
る。
像素子で用いる赤色フィルタ付フォトダイオードの分光
感度特性を示すグラフである。
タ付固体撮像素子を搭載したデジタルスチルカメラの分
光感度特性を示すグラフである。
カメラでの肌色の色相角の変動を示すグラフである。
複数のR感度特性を示すグラフである。
肌色の色相角変動量を示すグラフである。
した肌色の色相改善度を示すグラフである。
つ変化させた分光感度特性を示すグラフである。
色色相の改善度を示すグラフである。
た分光感度特性を示すグラフである。
よる肌色色相の改善度を示すグラフである。
図である。
の分光感度特性を示すグラフである。
ネルギ分布を示すグラフである。
シミュレーションで用いたR分光感度特性
Claims (4)
- 【請求項1】 赤色の光を透過する赤色フィルタと、緑
色の光を透過する緑色フィルタと、青色の光を透過する
青色フィルタとが設けられた固体撮像素子において、前
記赤色フィルタを設けたフォトダイオードのピーク感度
値を値100としたとき、該赤色フィルタ付フォトダイ
オードの分光感度として波長420nmの光に対して値
3以上の感度を有し、且つ、波長435nmの光に対す
る感度(S435)と波長420nmの光に対する感度
との比(S435/S420)の値を0.7以下とした
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項2】 前記赤色フィルタ付フォトダイオード
は、波長420nmの光に対する感度の値が5以上であ
り、前記比の値が0.5以下であることを特徴とする請
求項1に記載の固体撮像素子。 - 【請求項3】 前記赤色フィルタ付フォトダイオード
は、波長545nmにおける感度の値が15以下である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体
撮像素子。 - 【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
の固体撮像素子を搭載したことを特徴とする撮像装置。
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JP2002137305A JP4342149B2 (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 固体撮像素子と撮像装置 |
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