JP2006165663A - Image pickup apparatus, digital camera and color image data generating method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To generate high-quality color image data in an image pickup apparatus including a hybrid solid-state image pickup element having a photoelectric conversion film on an upper layer and a photoelectric conversion element made of a silicon on a lower layer. <P>SOLUTION: This apparatus is provided with a solid-state image pickup element 100 including the photoelectric conversion film laminated on the upper part of a semiconductor substrate 1, a plurality of photoelectric conversion elements 2, 4 including two kinds of photoelectric conversion elements arranged on the semiconductor substrate 1, and detecting colors different from a color to be detected by the photoelectric conversion film, and a signal reading circuit arranged on the semiconductor substrate 1 and reading color signals corresponding to signal charges to be accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements 2, 4 and the photoelectric conversion film to the outside; and a color signal generating means for generating a color signal forming one-pixel data on the basis of the signal charges to be accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements 2, 4 and the signal charges to be accumulated in the same type of photoelectric conversion element arranged adjacently to the above photoelectric conversion elements. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、被写体を撮像してカラー画像データを生成する撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging device that images a subject and generates color image data.

従来、カラーフィルタを用いない構成の固体撮像素子として、例えば特許文献1記載の積層型固体撮像素子が提案されている。この積層型固体撮像素子は、半導体基板上方に赤色(R),緑色(G),青色(B)の光を検出する3つの有機材料からなる光電変換膜を積層し、各膜で発生した信号電荷を半導体基板上に形成された蓄積ダイオードに蓄積し、蓄積ダイオードに蓄積した信号電荷を、半導体基板上に形成されている垂直CCD及び水平CCD等の信号読み出し回路で読み出して転送するという構成になっている。この積層型固体撮像素子によれば、光利用効率を向上させ、偽色を抑えて、高画質のカラー画像を生成することが可能となる。   Conventionally, as a solid-state imaging device having a configuration that does not use a color filter, for example, a stacked solid-state imaging device described in Patent Document 1 has been proposed. In this stacked solid-state imaging device, photoelectric conversion films made of three organic materials that detect red (R), green (G), and blue (B) light are stacked above a semiconductor substrate, and signals generated in the respective films are stacked. The charge is stored in a storage diode formed on the semiconductor substrate, and the signal charge stored in the storage diode is read and transferred by a signal readout circuit such as a vertical CCD and a horizontal CCD formed on the semiconductor substrate. It has become. According to this multilayer solid-state imaging device, it is possible to improve light utilization efficiency, suppress false colors, and generate a high-quality color image.

上記積層型固体撮像素子は、半導体基板上方に積層した各光電変換膜を挟む2つの電極膜の一方と半導体基板上に形成された蓄積ダイオードとを接続するコンタクト配線が必要となる。このコンタクト配線の材料は、タングステン、銅、モリブテン等の金属であり、配線構造を形成するためには300度以上の高温が必要となる。一方、半導体基板上方に積層される光電変換膜は、有機材料で構成されているため、200度以上の高温にさらされると明らかに性能が劣化してしまう。上記積層型固体撮像素子は、例えば、コンタクト配線を形成した後、光電変換膜を形成するという製造工程を3度繰り返すため、先に形成した光電変換膜の性能が、コンタクト配線の形成時の温度によって劣化してしまうという問題があった。   The stacked solid-state imaging device requires a contact wiring that connects one of the two electrode films sandwiching each photoelectric conversion film stacked above the semiconductor substrate and a storage diode formed on the semiconductor substrate. The material of the contact wiring is a metal such as tungsten, copper, molybdenum, etc., and a high temperature of 300 ° C. or higher is required to form a wiring structure. On the other hand, since the photoelectric conversion film laminated on the semiconductor substrate is made of an organic material, the performance is obviously deteriorated when exposed to a high temperature of 200 degrees or more. For example, the stacked solid-state imaging device repeats the manufacturing process of forming the photoelectric conversion film three times after forming the contact wiring, so that the performance of the photoelectric conversion film formed earlier depends on the temperature at which the contact wiring is formed. There was a problem that it deteriorated by.

そこで、このような問題を解決する固体撮像素子として、半導体基板上にRとBを検出するシリコンからなる光電変換素子を集積すると共に、その半導体基板上方にGを検出する有機材料からなる光電変換膜を1つ積層したハイブリッド型のものが提案されている(例えば特許文献2参照)。このハイブリッド型の固体撮像素子は、シリコンが300度以上の高温であっても性能劣化しないことから、下層部(光電変換素子やコンタクト配線)を高温プロセスで先に形成した後、光電変換膜を低温プロセスで形成することで製造が可能であり、光電変換膜の性能劣化を防ぐことができる。   Therefore, as a solid-state imaging device that solves such a problem, a photoelectric conversion element made of silicon that detects R and B is integrated on a semiconductor substrate, and a photoelectric conversion made of an organic material that detects G above the semiconductor substrate. A hybrid type in which one film is stacked has been proposed (see, for example, Patent Document 2). Since this hybrid type solid-state imaging device does not deteriorate in performance even when silicon is at a high temperature of 300 ° C. or higher, after forming a lower layer portion (photoelectric conversion device or contact wiring) in a high temperature process first, a photoelectric conversion film is formed. It can be manufactured by forming by a low temperature process, and the performance deterioration of the photoelectric conversion film can be prevented.

特開2002−83946号公報JP 2002-83946 A 特開2003−332551号公報(段落0035)JP2003-332551A (paragraph 0035)

上記ハイブリッド型の固体撮像素子では、上層部の光電変換膜の開口率はほぼ100%となるが、下層部の光電変換素子の開口率は上層部の光電変換膜よりも低い。又、上層部の光電変換膜に接続されるコンタクト配線等の影響で、下層部の光電変換素子に入射できる光の量は上層部の光電変換膜よりも少なくなる。このため、一定光量に対して上層部の光電変換膜で発生する信号電荷は、一定光量に対して下層部の光電変換素子で発生する信号電荷よりも多くなり、感度のばらつきが生じたり、下層部の光電変換素子から得られる信号のSNが劣化したりするといった問題が生じる。   In the hybrid solid-state imaging device, the aperture ratio of the upper photoelectric conversion film is approximately 100%, but the aperture ratio of the lower photoelectric conversion element is lower than that of the upper photoelectric conversion film. Further, the amount of light that can enter the photoelectric conversion element in the lower layer is smaller than that in the upper layer of the photoelectric conversion film due to the influence of contact wiring connected to the photoelectric conversion film in the upper layer. For this reason, the signal charge generated in the upper photoelectric conversion film for a certain amount of light is greater than the signal charge generated in the lower layer photoelectric conversion element for a certain amount of light, resulting in sensitivity variations or lower layer There arises a problem that the SN of the signal obtained from the photoelectric conversion element of the part deteriorates.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、上層部に光電変換膜を有し、下層部にシリコンからなる光電変換素子を有するハイブリッド型の固体撮像素子を含む撮像装置において、高品質のカラー画像データを生成可能にすることにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus including a hybrid solid-state imaging device having a photoelectric conversion film in an upper layer portion and a photoelectric conversion element made of silicon in a lower layer portion. In the present invention, high-quality color image data can be generated.

本発明の撮像装置は、被写体を撮像してカラー画像データを生成する撮像装置であって、半導体基板上方に積層される光電変換膜、前記半導体基板に配列され、前記光電変換膜で検出される色とは異なる色を検出する少なくとも2種類の光電変換素子を含む複数の光電変換素子、及び、前記半導体基板に形成され、前記複数の光電変換素子に蓄積される信号電荷及び前記光電変換膜で発生する信号電荷に応じた色信号を外部に読み出す信号読み出し回路を含む固体撮像素子と、前記複数の光電変換素子のうちの前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷と、該光電変換素子に隣接して配列されている該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷とに基づいて、前記1画素データを構成する色信号を生成する色信号生成手段とを備える。   The imaging device of the present invention is an imaging device that images a subject to generate color image data, and is a photoelectric conversion film stacked above a semiconductor substrate, arranged on the semiconductor substrate, and detected by the photoelectric conversion film A plurality of photoelectric conversion elements including at least two types of photoelectric conversion elements for detecting a color different from a color, a signal charge formed on the semiconductor substrate and accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements, and the photoelectric conversion film. Accumulated in a solid-state imaging device including a signal readout circuit that reads out a color signal corresponding to the generated signal charge to the outside, and a photoelectric conversion device corresponding to one pixel data of the color image data among the plurality of photoelectric conversion devices. Based on the signal charges and the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements that detect the same color as the photoelectric conversion elements arranged adjacent to the photoelectric conversion elements, And a color signal generating means for generating a color signal constituting the data.

この構成により、生成される色信号の感度アップ又はS/N向上を図ることができ、高品質のカラー画像データを生成することが可能となる。   With this configuration, it is possible to increase the sensitivity of the generated color signal or improve the S / N, and it is possible to generate high-quality color image data.

本発明の撮像装置は、前記色信号生成手段が、前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷に応じた色信号と、該光電変換素子に隣接する該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷に応じた色信号とを所定の割合で加算して、前記1画素データを構成する色信号を生成する。   In the imaging apparatus according to the aspect of the invention, the color signal generation unit may detect a color signal corresponding to a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data, A color signal corresponding to the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element that detects the same color as the conversion element is added at a predetermined ratio to generate a color signal constituting the one-pixel data.

この構成により、アナログ又はデジタルの色信号に信号処理を施すことで、カラー画像データを構成する色信号の感度アップ又はS/N向上を図ることができる。   With this configuration, by performing signal processing on an analog or digital color signal, it is possible to increase the sensitivity of the color signal constituting the color image data or improve the S / N.

本発明の撮像装置は、前記信号読み出し回路が、前記複数の光電変換素子に蓄積される信号電荷及び前記光電変換膜で発生する信号電荷をそれぞれ前記半導体基板上の特定方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路から転送されてきた信号電荷を前記特定方向と直交する方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路から転送されてきた信号電荷に応じた色信号を出力する出力部とを含み、前記色信号生成手段は、前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷と、該光電変換素子に隣接する該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷とが前記垂直転送路及び前記水平転送路内で混合されるように前記固体撮像素子を駆動することで、前記1画素データを構成する色信号を生成する。   In the imaging device according to the aspect of the invention, the signal readout circuit transfers a signal charge accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements and a signal charge generated in the photoelectric conversion film in a specific direction on the semiconductor substrate, respectively. A horizontal transfer path for transferring the signal charge transferred from the vertical transfer path in a direction orthogonal to the specific direction, and an output unit for outputting a color signal corresponding to the signal charge transferred from the horizontal transfer path And the color signal generation means detects a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data and the same color as the photoelectric conversion element adjacent to the photoelectric conversion element. A color signal constituting the one-pixel data by driving the solid-state imaging device so that signal charges accumulated in the photoelectric conversion element are mixed in the vertical transfer path and the horizontal transfer path. Generated.

この構成により、光電変換素子に蓄積される信号電荷を混合させることで、カラー画像データを構成する色信号の感度アップ又はS/N向上を図ることができる。   With this configuration, by mixing the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements, it is possible to increase the sensitivity of the color signals constituting the color image data or improve the S / N.

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記半導体基板に設けられ、前記光電変換膜で発生する信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部を有し、前記半導体基板には、前記少なくとも2種類の光電変換素子を交互に配列した行と前記信号電荷蓄積部を配列した行とが、前記行方向の光電変換素子及び信号電荷蓄積部のそれぞれの配列ピッチの略1/2ピッチ行方向にずらして配列される。   The imaging device of the present invention includes a signal charge storage unit in which the solid-state imaging device is provided on the semiconductor substrate and stores signal charges generated in the photoelectric conversion film. The row in which the photoelectric conversion elements are alternately arranged and the row in which the signal charge storage units are arranged are shifted in the row direction by approximately ½ pitch of the arrangement pitch of the photoelectric conversion elements and the signal charge storage units in the row direction. Are arranged.

この構成により、信号読み出し回路として蛇行形状の垂直転送路を採用することが可能となるため、信号電荷の転送容量を増加させることができる。したがって、光電変換膜や光電変換素子の面積を大きくすることができ、より高品質のカラー画像データの生成が可能となる。   With this configuration, it is possible to employ a meandering vertical transfer path as the signal readout circuit, thereby increasing the signal charge transfer capacity. Therefore, the areas of the photoelectric conversion film and the photoelectric conversion element can be increased, and higher-quality color image data can be generated.

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記半導体基板に設けられ、前記光電変換膜で発生する信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部を有し、前記複数の光電変換素子と前記信号電荷蓄積部は、正方格子状に配列され、且つ、それぞれが市松状に配列される。   The imaging device of the present invention includes a signal charge storage unit in which the solid-state imaging device is provided on the semiconductor substrate and stores signal charges generated in the photoelectric conversion film, and the plurality of photoelectric conversion devices and the signal charges The storage units are arranged in a square lattice pattern, and are arranged in a checkered pattern.

この構成により、高解像度のカラー画像データを生成することができる。   With this configuration, high-resolution color image data can be generated.

本発明の撮像装置は、前記信号読み出し回路が、MOSトランジスタと該MOSトランジスタに接続された信号線とを含んで構成され、前記複数の光電変換素子は、前記半導体基板の深さ方向に重層された前記少なくとも2種類の光電変換素子が、前記半導体基板の同一平面上に配列されたものである。   In the imaging device of the present invention, the signal readout circuit includes a MOS transistor and a signal line connected to the MOS transistor, and the plurality of photoelectric conversion elements are stacked in a depth direction of the semiconductor substrate. The at least two types of photoelectric conversion elements are arranged on the same plane of the semiconductor substrate.

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記光電変換膜の上方に、前記複数の光電変換素子の各々に光を集光する複数のマイクロレンズを備える。   In the imaging device according to the aspect of the invention, the solid-state imaging device includes a plurality of microlenses for condensing light on each of the plurality of photoelectric conversion elements above the photoelectric conversion film.

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記光電変換膜と前記複数の光電変換素子との間に、前記複数の光電変換素子の各々に光を集光する複数のマイクロレンズを備える。   In the imaging apparatus according to the aspect of the invention, the solid-state imaging element includes a plurality of microlenses that collect light on each of the plurality of photoelectric conversion elements between the photoelectric conversion film and the plurality of photoelectric conversion elements.

本発明の撮像装置は、前記光電変換膜が緑色の光を検出し、前記少なくとも2種類の光電変換素子は、赤色の光を検出する光電変換素子と青色の光を検出する光電変換素子とを含む。   In the imaging apparatus of the present invention, the photoelectric conversion film detects green light, and the at least two types of photoelectric conversion elements include a photoelectric conversion element that detects red light and a photoelectric conversion element that detects blue light. Including.

本発明の撮像装置は、前記光電変換膜が有機材料を含んで構成される。   In the imaging apparatus of the present invention, the photoelectric conversion film is configured to include an organic material.

本発明のデジタルカメラは、前記撮像装置を用いて撮像を行う。   The digital camera of the present invention performs imaging using the imaging device.

本発明のカラー画像データ生成方法は、被写体を撮像してカラー画像データを生成するカラー画像データ生成方法であって、半導体基板上方に積層される光電変換膜、前記半導体基板に配列され、前記光電変換膜で検出される色とは異なる色を検出する少なくとも2種類の光電変換素子を含む複数の光電変換素子、及び、前記半導体基板に形成され、前記複数の光電変換素子に蓄積される信号電荷及び前記光電変換膜で発生する信号電荷に応じた色信号を外部に読み出す信号読み出し回路を含む固体撮像素子の、前記複数の光電変換素子のうちの前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷と、該光電変換素子に隣接して配列されている該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷とに基づいて、前記1画素データを構成する色信号を生成する色信号生成ステップを有する。   The color image data generation method of the present invention is a color image data generation method for capturing a subject and generating color image data, a photoelectric conversion film stacked above a semiconductor substrate, arranged on the semiconductor substrate, and A plurality of photoelectric conversion elements including at least two types of photoelectric conversion elements for detecting a color different from the color detected by the conversion film, and a signal charge formed on the semiconductor substrate and accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements And a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data among the plurality of photoelectric conversion elements of a solid-state imaging device including a signal readout circuit that reads out a color signal corresponding to a signal charge generated in the photoelectric conversion film. A signal charge accumulated in the conversion element and a signal accumulated in the photoelectric conversion element that detects the same color as the photoelectric conversion element arranged adjacent to the photoelectric conversion element. Based on the charge, having a color signal generating step of generating a color signal constituting the one pixel data.

本発明のカラー画像データ生成方法は、前記色信号生成ステップが、前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷に応じた色信号と、該光電変換素子に隣接する該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷に応じた色信号とを所定の割合で加算して、前記1画素データを構成する色信号を生成する。   In the color image data generation method of the present invention, the color signal generation step includes a color signal corresponding to a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data, and an adjacent to the photoelectric conversion element. The color signal corresponding to the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element that detects the same color as the photoelectric conversion element is added at a predetermined ratio to generate a color signal constituting the one-pixel data.

本発明のカラー画像データ生成方法は、前記信号読み出し回路が、前記複数の光電変換素子に蓄積される信号電荷及び前記光電変換膜で発生する信号電荷をそれぞれ前記半導体基板上の特定方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路から転送されてきた信号電荷を前記特定方向と直交する方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路から転送されてきた信号電荷に応じた色信号を出力する出力部とを含み、前記色信号生成ステップは、前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷と、該光電変換素子に隣接する該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷とが前記垂直転送路及び前記水平転送路内で混合されるように前記固体撮像素子を駆動することで、前記1画素データを構成する色信号を生成する。   In the color image data generation method of the present invention, the signal readout circuit transfers signal charges accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements and signal charges generated in the photoelectric conversion films in specific directions on the semiconductor substrate, respectively. A vertical transfer path, a horizontal transfer path for transferring the signal charge transferred from the vertical transfer path in a direction orthogonal to the specific direction, and a color signal corresponding to the signal charge transferred from the horizontal transfer path are output. The color signal generation step includes a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data and the same color as the photoelectric conversion element adjacent to the photoelectric conversion element. By driving the solid-state imaging device so that the signal charges accumulated in the photoelectric conversion element for detecting the light are mixed in the vertical transfer path and the horizontal transfer path, It generates color signals constituting the data.

本発明によれば、上層部に光電変換膜を有し、下層部にシリコンからなる光電変換素子を有するハイブリッド型の固体撮像素子を含む撮像装置において、高品質のカラー画像データを生成することができる。   According to the present invention, high-quality color image data can be generated in an imaging apparatus including a hybrid solid-state imaging device having a photoelectric conversion film in an upper layer portion and a photoelectric conversion element made of silicon in a lower layer portion. it can.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子100の表面模式図である。図2は、図1のI―I線断面模式図である。
半導体基板1の表面部には、シリコンからなる複数の光電変換素子2,4及び複数の信号電荷蓄積部3が、行方向(図1のX方向)及び列方向(図1のY方向)に配列されている。本実施形態において、光電変換素子2と光電変換素子4とを併せた数は、信号電荷蓄積部3の数と等しいものとする。信号電荷蓄積部3の数は、固体撮像素子100から得られる色信号に基づいて生成可能なカラー画像データの最大画素データ数に等しい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of the surface of a solid-state image sensor 100 for explaining the first embodiment of the present invention. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II of FIG.
On the surface portion of the semiconductor substrate 1, a plurality of photoelectric conversion elements 2, 4 and a plurality of signal charge storage portions 3 made of silicon are arranged in the row direction (X direction in FIG. 1) and the column direction (Y direction in FIG. 1). It is arranged. In the present embodiment, the total number of photoelectric conversion elements 2 and photoelectric conversion elements 4 is equal to the number of signal charge storage units 3. The number of signal charge storage units 3 is equal to the maximum number of pixel data of color image data that can be generated based on the color signal obtained from the solid-state imaging device 100.

図1に示すように、奇数行には、赤色(R)を検出すると共に、それに応じた赤色の信号電荷を発生して蓄積する光電変換素子(フォトダイオード、以下R光電変換素子という)2と、青色(B)を検出すると共に、それに応じた青色の信号電荷を発生して蓄積する光電変換素子(フォトダイオード、以下B光電変換素子という)4とが交互に配列されており、偶数行には緑色の信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部3(蓄積ダイオード)が配列されている。奇数行は、R光電変換素子2から配列が開始される行と、B光電変換素子4から配列が開始される行とが列方向に交互に配列されている。奇数行と偶数行とは、それぞれの行方向の配列ピッチの略1/2だけ行方向にずらして配列されている。   As shown in FIG. 1, in an odd-numbered row, a photoelectric conversion element (photodiode, hereinafter referred to as an R photoelectric conversion element) 2 that detects red (R) and generates and accumulates a red signal charge corresponding to the red (R) , Photoelectric conversion elements (photodiodes, hereinafter referred to as B photoelectric conversion elements) 4 that detect blue (B) and generate and store blue signal charges corresponding thereto are alternately arranged in even rows. A signal charge storage section 3 (storage diode) that stores green signal charges is arranged. In the odd-numbered rows, rows where arrangement starts from the R photoelectric conversion elements 2 and rows where arrangement starts from the B photoelectric conversion elements 4 are alternately arranged in the column direction. The odd-numbered rows and the even-numbered rows are arranged so as to be shifted in the row direction by about ½ of the arrangement pitch in the row direction.

半導体基板1の表面の上方には、緑色の光を検出すると共に、それに応じた緑色の信号電荷を発生する光電変換膜19(図2参照)が積層されている。光電変換膜19に設けられた画素電極膜5は、信号電荷蓄積部3と、それに隣接するR光電変換素子2またはB光電変換素子4とを覆うように設けられている。光電変換膜19は、有機材料を含んで構成される。   A photoelectric conversion film 19 (see FIG. 2) that detects green light and generates a green signal charge corresponding to the green light is stacked above the surface of the semiconductor substrate 1. The pixel electrode film 5 provided on the photoelectric conversion film 19 is provided so as to cover the signal charge storage unit 3 and the R photoelectric conversion element 2 or the B photoelectric conversion element 4 adjacent thereto. The photoelectric conversion film 19 includes an organic material.

半導体基板1の表面部には、光電変換素子2,4及び信号電荷蓄積部3に蓄積された信号電荷をY方向に転送する垂直転送路6(垂直CCD)が設けられており、半導体基板1の下辺部には垂直転送路6から転送されてきた信号電荷をX方向に転送する水平転送路7(水平CCD)と、記水平転送路7から転送されてきた信号電荷に応じた色信号を出力する出力部8とが設けられている。垂直転送路6、水平転送路7、及び出力部8は、特許請求の範囲の信号読み出し回路を構成している。   A vertical transfer path 6 (vertical CCD) for transferring the signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements 2 and 4 and the signal charge accumulation unit 3 in the Y direction is provided on the surface portion of the semiconductor substrate 1. A horizontal transfer path 7 (horizontal CCD) for transferring the signal charge transferred from the vertical transfer path 6 in the X direction and a color signal corresponding to the signal charge transferred from the horizontal transfer path 7 are provided on the lower side of An output unit 8 for outputting is provided. The vertical transfer path 6, the horizontal transfer path 7, and the output unit 8 constitute a signal readout circuit in the scope of claims.

垂直転送路6は、X方向に配列される光電変換素子2,4の間と、X方向に配列される信号電荷蓄積部3の間に、それぞれ2つづつ設けられ、且つ、光電変換素子列と信号電荷蓄積部列の間を蛇行してY方向に延びるように形成されている。   Two vertical transfer paths 6 are provided between the photoelectric conversion elements 2 and 4 arranged in the X direction and between the signal charge storage units 3 arranged in the X direction. Are formed so as to meander between the signal charge storage portion columns and extend in the Y direction.

このような構成にすることにより、X方向に隣り合う垂直転送路6同士が、光電変換素子又は信号電荷蓄積部同士の間で隣接することができるため、ここの部分に垂直転送路同士を接続する配線を設けることができる。したがって、インターラインCCDのような構成に比べて、垂直転送路6の信号電荷転送容量を大きくすることができ、光電変換素子2,4や信号電荷蓄積部3に蓄積される信号電荷量の増大にも十分対応することができる。   By adopting such a configuration, the vertical transfer paths 6 adjacent in the X direction can be adjacent between the photoelectric conversion elements or the signal charge storage units. Therefore, the vertical transfer paths are connected to this portion. Wiring can be provided. Therefore, the signal charge transfer capacity of the vertical transfer path 6 can be increased as compared with a configuration like an interline CCD, and the amount of signal charge stored in the photoelectric conversion elements 2 and 4 and the signal charge storage unit 3 is increased. Can also cope with.

尚、図1に示す垂直転送路6の構成は、特開平10―136391号公報に詳細が記載されているため、これを参照されたい。   The configuration of the vertical transfer path 6 shown in FIG. 1 is described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 10-136391, so please refer to this.

R光電変換素子2,信号電荷蓄積部3,B光電変換素子4に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート20(図1では模式的に矢印で示してある)から垂直転送路6に読み出されて水平転送路7まで転送され、その後に水平転送路7によって出力部8まで転送された後、出力部8から各信号電荷に応じた色信号(赤色信号,緑色信号,青色信号)が出力される。このようにして、固体撮像素子100から赤色信号,緑色信号,青色信号が読み出される。   The signal charges accumulated in the R photoelectric conversion element 2, the signal charge accumulation unit 3, and the B photoelectric conversion element 4 are read out to the vertical transfer path 6 from the read gate 20 (shown schematically by arrows in FIG. 1). Then, after being transferred to the horizontal transfer path 7 and then transferred to the output unit 8 by the horizontal transfer path 7, color signals (red signal, green signal, blue signal) corresponding to each signal charge are output from the output unit 8. The In this way, a red signal, a green signal, and a blue signal are read from the solid-state imaging device 100.

R光電変換素子2、B光電変換素子4、及び信号電荷蓄積部3の各読み出しゲート20は、R光電変換素子2、B光電変換素子4、及び信号電荷蓄積部3のそれぞれの左側に配置された垂直転送路6側に設けられる。つまり、信号電荷蓄積部3の左側に配置された垂直転送路6は、緑色の信号電荷のみを転送するための専用の転送路となり、光電変換素子2,4の左側に配置された垂直転送路6は、赤色及び青色の信号電荷のみを転送するための専用の転送路となる。   Each readout gate 20 of the R photoelectric conversion element 2, the B photoelectric conversion element 4, and the signal charge storage unit 3 is disposed on the left side of each of the R photoelectric conversion element 2, the B photoelectric conversion element 4, and the signal charge storage unit 3. Provided on the vertical transfer path 6 side. That is, the vertical transfer path 6 disposed on the left side of the signal charge storage unit 3 is a dedicated transfer path for transferring only the green signal charge, and the vertical transfer path disposed on the left side of the photoelectric conversion elements 2 and 4. 6 is a dedicated transfer path for transferring only red and blue signal charges.

図2に示すように、n型半導体基板1の表面部にはpウェル層11が形成され、pウェル層11の表面部の青色(B)画素領域にはn領域4が形成され、pウェル層11とn領域4との間に、B光電変換素子4としてのフォトダイオードが形成され、発生した信号電荷は、n領域4に蓄積される。   As shown in FIG. 2, a p-well layer 11 is formed on the surface portion of the n-type semiconductor substrate 1, an n-region 4 is formed in the blue (B) pixel region on the surface portion of the p-well layer 11, and the p-well A photodiode as the B photoelectric conversion element 4 is formed between the layer 11 and the n region 4, and the generated signal charge is accumulated in the n region 4.

図示の例では、2つのn領域4の間のpウェル層11の表面部にn領域3が形成され、このn領域3が、緑色の信号電荷蓄積部3となる。各n領域3,4の右側には、夫々少し離間してn領域6が設けられ、夫々のn領域6が、図1に示す垂直転送路6を構成する。n領域6の表面部にはn領域3,4まで達する読み出し電極12を兼用する転送電極が形成され、各転送電極の上には、遮光膜13が設けられている。読み出し電極12と重なるpウェル層11の部分が、図1の読み出しゲート20に相当する。   In the illustrated example, an n region 3 is formed on the surface portion of the p-well layer 11 between the two n regions 4, and this n region 3 becomes the green signal charge storage unit 3. An n region 6 is provided on the right side of each of the n regions 3 and 4 so as to be slightly separated from each other, and each n region 6 constitutes the vertical transfer path 6 shown in FIG. A transfer electrode that also serves as the readout electrode 12 reaching the n regions 3 and 4 is formed on the surface portion of the n region 6, and a light shielding film 13 is provided on each transfer electrode. The portion of the p-well layer 11 that overlaps the read electrode 12 corresponds to the read gate 20 in FIG.

各n領域3,4の左側面部及び表面部にはp+領域14が設けられ、隣接垂直転送路6との分離が図られると共に、表面部の欠陥準位低減が図られる。半導体基板1の最表面には、図示しない酸化シリコン膜が形成され、その上に、上記の転送電極12が形成される。   A p + region 14 is provided on the left side surface portion and the surface portion of each of the n regions 3 and 4 so as to be separated from the adjacent vertical transfer path 6 and to reduce the defect level of the surface portion. A silicon oxide film (not shown) is formed on the outermost surface of the semiconductor substrate 1, and the transfer electrode 12 is formed thereon.

n領域4の上方の遮光膜13の開口位置の上部には、青色を透過するカラーフィルタ15が設けられる。カラーフィルタ15及び遮光膜13,転送電極12は透明の絶縁層17内に埋設される。   A color filter 15 that transmits blue is provided above the opening position of the light shielding film 13 above the n region 4. The color filter 15, the light shielding film 13, and the transfer electrode 12 are embedded in a transparent insulating layer 17.

絶縁層17の表面には、図1で説明した透明の画素電極膜5が区分けして形成され、各画素電極膜5とn領域3とは、縦配線18によって接続される。この縦配線18は、接続される画素電極膜5及びn領域3以外とは電気的に絶縁される。各画素電極膜5の上には、半導体基板1全面にわたる光電変換膜19が積層され、その上に、共通の透明の対向電極膜20が形成される。画素電極膜5は、光電変換膜19における光電変換領域を決定するものであり、対向電極膜20と画素電極膜5で挟まれた光電変換膜19の領域が、光電変換領域となる。そして、信号電荷蓄積部3には、この光電変換領域で発生した信号電荷が蓄積される。   The transparent pixel electrode film 5 described with reference to FIG. 1 is formed on the surface of the insulating layer 17, and each pixel electrode film 5 and the n region 3 are connected by a vertical wiring 18. The vertical wiring 18 is electrically insulated from other than the pixel electrode film 5 and the n region 3 to be connected. A photoelectric conversion film 19 over the entire surface of the semiconductor substrate 1 is laminated on each pixel electrode film 5, and a common transparent counter electrode film 20 is formed thereon. The pixel electrode film 5 determines a photoelectric conversion region in the photoelectric conversion film 19, and a region of the photoelectric conversion film 19 sandwiched between the counter electrode film 20 and the pixel electrode film 5 becomes a photoelectric conversion region. The signal charge accumulating unit 3 accumulates signal charges generated in the photoelectric conversion region.

尚、図2はB光電変換素子4と信号電荷蓄積部3とを含む部分の断面を示したが、R光電変換素子2と信号電荷蓄積部3とを含む部分の断面については、図2においてn領域4がn領域2となり、カラーフィルタ15が赤色を透過する赤色用カラーフィルタになる以外は同様の構成であるため、その説明を省略する。   2 shows a cross section of a portion including the B photoelectric conversion element 4 and the signal charge storage unit 3. However, a cross section of a portion including the R photoelectric conversion element 2 and the signal charge storage unit 3 is illustrated in FIG. Since the configuration is the same except that the n region 4 becomes the n region 2 and the color filter 15 becomes a red color filter that transmits red, the description thereof is omitted.

斯かる構成の固体撮像素子100に光が入射すると、入射光の内の緑色の波長領域の光は光電変換膜19に吸収され、緑色の信号電荷が光電変換膜19内に発生するが、この信号電荷は、画素電極膜5にバイアス電位を印加することで、縦配線18を通ってn領域3に流れ込み、ここで蓄積される。   When light is incident on the solid-state imaging device 100 having such a configuration, light in the green wavelength region of the incident light is absorbed by the photoelectric conversion film 19 and a green signal charge is generated in the photoelectric conversion film 19. By applying a bias potential to the pixel electrode film 5, the signal charge flows into the n region 3 through the vertical wiring 18 and is accumulated therein.

入射光のうちの赤色(R)及び青色(B)の波長領域の光は光電変換膜19を透過し、赤色光は赤色用カラーフィルタを透過してn領域2に入射する。これにより、赤色光の光量に応じた信号電荷が発生しn領域2に蓄積される。同様に、青色光はカラーフィルタ15を透過してn領域4に入射し、青色光の光量に応じた信号電荷がn領域4に蓄積される。   Of the incident light, light in the red (R) and blue (B) wavelength regions passes through the photoelectric conversion film 19, and the red light passes through the red color filter and enters the n region 2. As a result, signal charges corresponding to the amount of red light are generated and accumulated in the n region 2. Similarly, the blue light passes through the color filter 15 and enters the n region 4, and signal charges corresponding to the amount of blue light are accumulated in the n region 4.

各n領域2,3,4に蓄積された赤色,緑色,青色の各信号電荷は、読み出し電極12に高電位が加わることで垂直転送路6に読み出され、ここから水平転送路7まで転送され、水平転送路7において出力部8まで転送された後、出力部8から各信号電荷に応じた色信号が出力される。   The red, green, and blue signal charges accumulated in each of the n regions 2, 3, and 4 are read out to the vertical transfer path 6 when a high potential is applied to the readout electrode 12, and transferred from here to the horizontal transfer path 7. Then, after being transferred to the output unit 8 in the horizontal transfer path 7, a color signal corresponding to each signal charge is output from the output unit 8.

以上のように、本実施形態の固体撮像素子100によれば、垂直転送路6の電荷転送容量を、インターライン型CCDよりも大きくすることができる。図2に示すような構成の固体撮像素子100において、信号読み出し回路として電荷転送容量の大きい垂直転送路を採用することは、画素電極膜5の面積や光電変換素子の大きさの拡大を図ることに繋がり、より高品質のカラー画像データを生成することが可能になる。   As described above, according to the solid-state imaging device 100 of the present embodiment, the charge transfer capacity of the vertical transfer path 6 can be made larger than that of the interline CCD. In the solid-state imaging device 100 configured as shown in FIG. 2, adopting a vertical transfer path having a large charge transfer capacity as a signal readout circuit increases the area of the pixel electrode film 5 and the size of the photoelectric conversion element. It is possible to generate higher quality color image data.

又、本実施形態の固体撮像素子100によれば、既存のCCD型イメージセンサの信号読み出し方式をそのまま適用可能となり、製造コストの低減を図ることができる。   Further, according to the solid-state imaging device 100 of the present embodiment, the signal readout method of the existing CCD image sensor can be applied as it is, and the manufacturing cost can be reduced.

又、本実施形態の固体撮像素子100によれば、半導体基板1として、既存の単板式カラーCCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサの設計をそのまま利用して半導体基板1を製造し、既存のセンサで設ける必要のある緑色のカラーフィルタの代わりに縦配線18を形成し、上層部に画素電極膜5,光電変換膜19,対向電極膜20を形成するだけで製造することができるため、製造コストの低減を図ることができる。   In addition, according to the solid-state imaging device 100 of the present embodiment, as the semiconductor substrate 1, the semiconductor substrate 1 is manufactured by using the design of an existing single-plate color CCD image sensor or CMOS image sensor as it is. In this case, the vertical wiring 18 is formed instead of the green color filter that needs to be provided in the above, and the pixel electrode film 5, the photoelectric conversion film 19, and the counter electrode film 20 are formed on the upper layer portion. Can be reduced.

尚、本実施形態の固体撮像素子100においては、図3に示すように、対向電極膜20の上部にマイクロレンズ50を搭載し、赤色,青色の入射光を各n領域2,4の遮光膜13開口内側に集光するのが好ましい。又、図4に示すように、カラーフィルタ15及び赤色カラーフィルタと画素電極膜5との間にマイクロレンズ60を搭載し、赤色,青色の入射光を各n領域2,4の遮光膜13開口内側に集光するのが好ましい。   In the solid-state imaging device 100 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, a microlens 50 is mounted on the counter electrode film 20, and the incident light of red and blue is shielded from light in the n regions 2 and 4, respectively. It is preferable to condense inside the 13 openings. Further, as shown in FIG. 4, a micro lens 60 is mounted between the color filter 15 and the red color filter and the pixel electrode film 5 so that the incident light of red and blue is opened in the light shielding film 13 in each of the n regions 2 and 4. It is preferable to condense inside.

又、R光電変換素子2,B光電変換素子4,信号電荷蓄積部3の配置や、R光電変換素子2,B光電変換素子4,画素電極膜5の大きさや形状等は、図1に示したものに限らず、図5や図6に示したような構成をとることもできる。図5及び図6において図1と同様の構成には同一符号を付してある。   The arrangement of the R photoelectric conversion element 2, the B photoelectric conversion element 4, the signal charge storage unit 3, the size and shape of the R photoelectric conversion element 2, the B photoelectric conversion element 4, and the pixel electrode film 5 are shown in FIG. The configuration shown in FIGS. 5 and 6 is not limited to the above. 5 and 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

図5に示した構成は、R光電変換素子2及びB光電変換素子4と、画素電極膜5とが重ならないようにしたものである。このような構成にした場合には、画素電極膜5と光電変換素子2,4とが重ならないため、画素電極膜5をアルミニウムやタングステン等の透明でない金属で形成することが可能になり、その製造が容易になるという利点がある。又、図5のような構成にした場合には、緑色信号の重心位置が、信号電荷蓄積部3の位置と完全に一致するため、信号処理が容易であるという利点がある。   The configuration shown in FIG. 5 is such that the R photoelectric conversion element 2 and the B photoelectric conversion element 4 and the pixel electrode film 5 do not overlap. In such a configuration, since the pixel electrode film 5 and the photoelectric conversion elements 2 and 4 do not overlap, the pixel electrode film 5 can be formed of a non-transparent metal such as aluminum or tungsten. There is an advantage that manufacture becomes easy. Further, the configuration as shown in FIG. 5 has an advantage that the signal processing is easy because the position of the center of gravity of the green signal completely coincides with the position of the signal charge storage unit 3.

又、本実施形態では、固体撮像素子100の半導体基板に、赤色を検出する光電変換素子と、青色を検出する光電変換素子の2種類の光電変換素子を設けた構成としているが、これに限らず、2種類以上の光電変換素子を設けた構成であっても良い。   In the present embodiment, the semiconductor substrate of the solid-state image sensor 100 is provided with two types of photoelectric conversion elements, ie, a photoelectric conversion element that detects red and a photoelectric conversion element that detects blue, but the present invention is not limited thereto. Instead, a configuration in which two or more types of photoelectric conversion elements are provided may be used.

又、本実施形態では、信号読み出し回路をCCD型イメージセンサと同様に電荷転送路で構成したが、各n領域2,3,4の脇に信号読み出し用のMOSトランジスタを形成し、従来のCMOS型イメージセンサと同様に各n領域2,3,4から色信号を読み出すことも可能である。   In this embodiment, the signal readout circuit is constituted by a charge transfer path as in the CCD type image sensor. However, a signal readout MOS transistor is formed beside each of the n regions 2, 3, and 4, and the conventional CMOS is used. Similarly to the type image sensor, it is also possible to read the color signal from each of the n regions 2, 3, and 4.

固体撮像素子100は、図2に示すように、下層部に設けられたR光電変換素子2やB光電変換素子4の開口率が、上層部に設けられた光電変換膜19の開口率よりも遥かに低い。又、一定光量の入射光が固体撮像素子100に入射した場合、下層部に設けられたR光電変換素子2やB光電変換素子4に入射する光の量は、カラーフィルタ、遮光膜13、縦配線18、及び開口率等の影響により、光電変換膜19に入射する光の量よりも少なくなる。このため、上層部で得られる色信号の感度と下層部で得られる色信号の感度にばらつきが生じたり、下層部で得られる色信号のS/N(信号対雑音比)が劣化したりして、固体撮像素子100から得られる色信号を用いてカラー画像データを生成した場合、その品質が低下してしまう。以下、上記感度ばらつきやS/Nの劣化を防ぐことが可能な撮像装置について説明する。   As shown in FIG. 2, in the solid-state imaging device 100, the aperture ratio of the R photoelectric conversion element 2 and the B photoelectric conversion element 4 provided in the lower layer portion is higher than the aperture ratio of the photoelectric conversion film 19 provided in the upper layer portion. Much lower. In addition, when a certain amount of incident light is incident on the solid-state imaging device 100, the amount of light incident on the R photoelectric conversion element 2 and the B photoelectric conversion element 4 provided in the lower layer is the color filter, the light shielding film 13, The amount of light incident on the photoelectric conversion film 19 is smaller due to the influence of the wiring 18 and the aperture ratio. For this reason, the sensitivity of the color signal obtained in the upper layer part and the sensitivity of the color signal obtained in the lower layer part may vary, or the S / N (signal to noise ratio) of the color signal obtained in the lower layer part may deteriorate. Thus, when color image data is generated using color signals obtained from the solid-state imaging device 100, the quality of the image data is degraded. Hereinafter, an imaging apparatus capable of preventing the sensitivity variation and the S / N deterioration will be described.

本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置は、被写体を撮影してカラー画像データを生成することが可能なものであり、例えばデジタルカメラである。   An image pickup apparatus for explaining a first embodiment of the present invention is capable of shooting a subject and generating color image data, and is a digital camera, for example.

図7は、本発明の第一実施形態を説明するためのデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図7のデジタルカメラは、撮像部31と、アナログ信号処理部32と、A/D変換部33と、駆動部34と、ストロボ35と、デジタル信号処理部36(特許請求の範囲の色信号生成手段に該当)と、圧縮/伸張処理部37と、表示部38と、システム制御部39と、内部メモリ40と、メディアインタフェース41と、記録メディア42と、操作部43とを備える。デジタル信号処理部36、圧縮/伸張処理部37、表示部38、システム制御部39、内部メモリ40、及びメディアインタフェース41は、システムバス44に接続されている。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a digital camera for explaining the first embodiment of the present invention.
The digital camera shown in FIG. 7 includes an imaging unit 31, an analog signal processing unit 32, an A / D conversion unit 33, a drive unit 34, a strobe 35, and a digital signal processing unit 36. A compression / decompression processing unit 37, a display unit 38, a system control unit 39, an internal memory 40, a media interface 41, a recording medium 42, and an operation unit 43. The digital signal processing unit 36, compression / decompression processing unit 37, display unit 38, system control unit 39, internal memory 40, and media interface 41 are connected to a system bus 44.

撮像部31は、撮影レンズ等の光学系及び図1に示した固体撮像素子100によって被写体の撮影を行うものであり、アナログの色信号(赤色信号、青色信号、及び緑色信号)を出力する。アナログ信号処理部32は、撮像部31で得られた色信号に所定のアナログ信号処理を施す。A/D変換部33は、アナログ信号処理部32で処理後のアナログの色信号をデジタル変換する。   The imaging unit 31 captures a subject with an optical system such as a photographic lens and the solid-state imaging device 100 shown in FIG. 1, and outputs analog color signals (red signal, blue signal, and green signal). The analog signal processing unit 32 performs predetermined analog signal processing on the color signal obtained by the imaging unit 31. The A / D converter 33 digitally converts the analog color signal processed by the analog signal processor 32.

撮影に際しては、駆動部34を介して光学系及び固体撮像素子100の制御が行われる。固体撮像素子100は、操作部43の一部であるレリーズボタン(図示せず)の操作によるレリーズスイッチ(図示せず)オンを契機として、所定のタイミングで、駆動部34に含まれるタイミングジェネレータ(図7ではTGと記載)からの駆動信号によって駆動され、R光電変換素子2,B光電変換素子4,信号電荷蓄積部3に蓄積された信号電荷に応じたアナログの色信号がアナログ信号処理部32に出力される。本実施形態では、固体撮像素子100からの色信号の読み出しを、固体撮像素子100の奇数行と偶数行の2回に分けて読み出すインターレース読み出しにより行うが、奇数行と偶数行とを一緒に読み出すプログレッシブ読み出しを採用することも可能である。駆動部34は、システム制御部39によって所定の駆動信号を出力する。   At the time of shooting, the optical system and the solid-state image sensor 100 are controlled via the drive unit 34. The solid-state imaging device 100 has a timing generator (included in the drive unit 34) at a predetermined timing when a release switch (not shown) is turned on by operating a release button (not shown) that is a part of the operation unit 43. The analog color signal corresponding to the signal charge that is driven by the drive signal from the TG) and is stored in the R photoelectric conversion element 2, the B photoelectric conversion element 4, and the signal charge storage unit 3 is an analog signal processing unit. 32. In the present embodiment, the color signal is read from the solid-state image sensor 100 by interlaced readout that reads the odd-numbered and even-numbered rows of the solid-state image sensor 100 in two times. Progressive readout can also be employed. The drive unit 34 outputs a predetermined drive signal by the system control unit 39.

デジタル信号処理部36は、A/D変換部33からのデジタルの色信号に対して、操作部43によって設定された動作モードに応じたデジタル信号処理を行う。デジタル信号処理部36が行う処理には、黒レベル補正処理(OB処理)、リニアマトリクス補正処理、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正処理、カラー画像データ生成処理、及びY/C変換処理等が含まれる。デジタル信号処理部36は、例えばDSPで構成される。   The digital signal processing unit 36 performs digital signal processing according to the operation mode set by the operation unit 43 on the digital color signal from the A / D conversion unit 33. The processing performed by the digital signal processing unit 36 includes black level correction processing (OB processing), linear matrix correction processing, white balance adjustment processing, gamma correction processing, color image data generation processing, Y / C conversion processing, and the like. . The digital signal processing unit 36 is configured by a DSP, for example.

圧縮/伸張処理部37は、デジタル信号処理部36で得られたY/Cデータに対して圧縮処理を施すとともに、記録メディア42から得られた圧縮画像データに対して伸張処理を施す。   The compression / decompression processing unit 37 performs compression processing on the Y / C data obtained by the digital signal processing unit 36 and also performs decompression processing on the compressed image data obtained from the recording medium 42.

表示部38は、例えばLCD表示装置を含んで構成され、撮影されてデジタル信号処理を経たカラー画像データに基づくカラー画像を表示する。記録メディア42に記録された圧縮画像データを伸張処理して得た画像データに基づく画像の表示も行う。また、撮影時のスルー画像、デジタルカメラの各種状態、操作に関する情報の表示等も可能である。   The display unit 38 includes, for example, an LCD display device, and displays a color image based on color image data that has been photographed and has undergone digital signal processing. An image is also displayed based on image data obtained by decompressing the compressed image data recorded on the recording medium 42. It is also possible to display a through image at the time of shooting, various states of the digital camera, information on operations, and the like.

内部メモリ40は、例えばDRAMであり、デジタル信号処理部36やシステム制御部39のワークメモリとして利用される他、記録メディア42に記録される撮影画像データを一時的に記憶するバッファメモリや表示部38への表示画像データのバッファメモリとしても利用される。メディアインタフェース41は、メモリカード等の記録メディア42との間のデータの入出力を行うものである。   The internal memory 40 is, for example, a DRAM and is used as a work memory for the digital signal processing unit 36 and the system control unit 39, and also a buffer memory and a display unit for temporarily storing photographed image data recorded on the recording medium 42 38 is also used as a buffer memory for display image data to 38. The media interface 41 inputs and outputs data with a recording medium 42 such as a memory card.

システム制御部39は、所定のプログラムによって動作するプロセッサを主体に構成され、撮影動作を含むデジタルカメラ全体の制御を行う。   The system control unit 39 is mainly configured by a processor that operates according to a predetermined program, and controls the entire digital camera including a shooting operation.

操作部43は、デジタルカメラ使用時の各種操作を行うものである。   The operation unit 43 performs various operations when using the digital camera.

図7に示すデジタルカメラは、カラー画像データの1画素データを構成する緑色信号については、固体撮像素子100の上層部から得られる緑色信号をそのまま用い、カラー画像データの1画素データを構成する赤色信号,青色信号については、下層部から得られる赤色信号,青色信号を用いてカラー画像データの画素数分の赤色信号,青色信号を生成することで、カラー画像データを生成する。つまり、本実施形態のデジタルカメラは、カラー画像データの画素数に等しい数の緑色信号のみを出力する固体撮像素子と、カラー画像データの画素数に等しい数の赤色信号及び青色信号のみを出力する固体撮像素子の2つの固体撮像素子を用いてカラー画像データを生成するデジタルカメラと同じ処理を行うものであり、公知の2板式や3板式CCD型イメージセンサを備えるデジタルカメラと同様の処理によってカラー画像データを生成する。   The digital camera shown in FIG. 7 uses the green signal obtained from the upper layer part of the solid-state imaging device 100 as it is for the green signal constituting one pixel data of the color image data, and the red constituting the one pixel data of the color image data. As for the signal and the blue signal, the color signal data is generated by generating the red signal and the blue signal corresponding to the number of pixels of the color image data using the red signal and the blue signal obtained from the lower layer. That is, the digital camera of the present embodiment outputs only a solid-state imaging device that outputs only the number of green signals equal to the number of pixels of color image data, and only the number of red signals and blue signals equal to the number of pixels of color image data. The same processing as that of a digital camera that generates color image data using two solid-state imaging devices is used, and color processing is performed in the same manner as a digital camera having a known two-plate or three-plate CCD image sensor. Generate image data.

以下、図7に示すデジタルカメラの動作について説明する。
レリーズスイッチがオンとなると、駆動部34によって固体撮像素子100が駆動され、固体撮像素子100により被写体の撮像が行われる。まず、R光電変換素子2,B光電変換素子4に蓄積された信号電荷に応じた赤色信号及び青色信号が固体撮像素子100からアナログ信号処理部32に出力され、次に、信号電荷蓄積部3に蓄積された信号電荷に応じた緑色信号が固体撮像素子100からアナログ信号処理部32に出力される。赤色信号,青色信号,緑色信号は、アナログ信号処理部32、A/D変換部33を経て、デジタル信号処理部36に入力される。
The operation of the digital camera shown in FIG. 7 will be described below.
When the release switch is turned on, the solid-state imaging device 100 is driven by the drive unit 34, and the subject is imaged by the solid-state imaging device 100. First, a red signal and a blue signal corresponding to the signal charges accumulated in the R photoelectric conversion element 2 and the B photoelectric conversion element 4 are output from the solid-state imaging device 100 to the analog signal processing unit 32, and then the signal charge accumulation unit 3. A green signal corresponding to the signal charge accumulated in the signal is output from the solid-state imaging device 100 to the analog signal processing unit 32. The red signal, the blue signal, and the green signal are input to the digital signal processing unit 36 through the analog signal processing unit 32 and the A / D conversion unit 33.

デジタル信号処理部36は、入力された赤色信号,青色信号,緑色信号を、各色信号が得られたn領域2,3,4の配置と対応付けて内部メモリ40上でマッピングする。   The digital signal processing unit 36 maps the input red signal, blue signal, and green signal on the internal memory 40 in association with the arrangement of the n regions 2, 3, and 4 from which the respective color signals are obtained.

以下では、カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子2又は4を中心とする3行3列の9つの光電変換素子から得られた色信号と、カラー画像データの1画素データに対応する信号電荷蓄積部3を中心とする3行3列の9つの信号電荷蓄積部3から得られた色信号とを用いて、デジタル信号処理部36によるカラー画像データ生成処理を説明する。   In the following, color signals obtained from nine photoelectric conversion elements 3 in 3 columns centering on photoelectric conversion elements 2 or 4 corresponding to one pixel data of color image data and one pixel data of color image data The color image data generation processing by the digital signal processing unit 36 will be described using the color signals obtained from the nine signal charge storage units 3 in 3 rows and 3 columns centering on the signal charge storage unit 3 to be processed.

図8は、内部メモリ40にマッピングされた色信号を示す図である。図8(a)は、カラー画像データの1画素データに対応する信号電荷蓄積部3を中心とする9つの信号電荷蓄積部3から得られた色信号(図では“G”で示す)をマッピングした状態を示す図であり、図8(b)は、カラー画像データの1画素データに対応するR光電変換素子2を中心とする9つの光電変換素子から得られた色信号(図では赤色信号を“R”、青色信号を“B”で示す)をマッピングした状態を示す図である。尚、図1に示す構成では、緑色信号の重心位置は、実際には画素電極膜5の中心位置になるが、本実施形態では、緑色信号の重心位置を信号電荷蓄積部3の位置とした。   FIG. 8 is a diagram illustrating color signals mapped to the internal memory 40. FIG. 8A shows mapping of color signals (indicated by “G” in the figure) obtained from nine signal charge storage units 3 centering on the signal charge storage unit 3 corresponding to one pixel data of color image data. FIG. 8B shows a color signal (red signal in the figure) obtained from nine photoelectric conversion elements centering on the R photoelectric conversion element 2 corresponding to one pixel data of the color image data. FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which “R” is indicated, and a blue signal is indicated by “B”). In the configuration shown in FIG. 1, the barycentric position of the green signal is actually the center position of the pixel electrode film 5, but in this embodiment, the barycentric position of the green signal is the position of the signal charge storage unit 3. .

図8では、各色信号において、カラー画像データの1画素データに対応する点をサンプル点と定義し、各サンプル点に符号a〜iを付した。   In FIG. 8, in each color signal, a point corresponding to one pixel data of the color image data is defined as a sample point, and symbols a to i are attached to the sample points.

デジタル信号処理部36は、図8に示す各サンプル点に赤色信号、青色信号、緑色信号の3色の信号を持たせて1画素データを生成する処理を行う。   The digital signal processing unit 36 performs processing for generating one pixel data by giving each sample point shown in FIG. 8 signals of three colors, a red signal, a blue signal, and a green signal.

以下、各サンプル点にカラー画像データを生成するときの信号処理について説明する。   Hereinafter, signal processing when generating color image data at each sample point will be described.

各サンプル点には、緑色信号が存在しており、この緑色信号については、上述したように十分な信号量が得られており、S/Nも良好であるため、デジタル信号処理部36は、各サンプル点における緑色信号を、そのまま1画素データを構成する緑色信号とする(図9(a)参照)。   At each sample point, a green signal is present. For this green signal, a sufficient signal amount is obtained as described above, and the S / N is also good. The green signal at each sample point is directly used as a green signal constituting one pixel data (see FIG. 9A).

赤色信号と青色信号については、R光電変換素子2,B光電変換素子4に蓄積された信号電荷に応じた色信号であるため、上述したように信号量が少なく、S/Nが良くない。   Since the red signal and the blue signal are color signals corresponding to the signal charges accumulated in the R photoelectric conversion element 2 and the B photoelectric conversion element 4, as described above, the signal amount is small and the S / N is not good.

そこで、デジタル信号処理部36は、赤色信号のあるサンプル点については、そのサンプル点にある赤色信号と、そのサンプル点に隣接するサンプル点にある赤色信号(そのサンプル点にある信号が得られた光電変換素子に隣接して配列されている該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子からの信号)とを用いて、赤色信号のあるサンプル点に、1画素データを構成する赤色信号を生成する(図9(b)参照)。   Therefore, the digital signal processing unit 36 obtains a red signal at the sample point and a red signal at the sample point adjacent to the sample point (a signal at the sample point is obtained for a sample point with the red signal. A signal from a photoelectric conversion element that detects the same color as the photoelectric conversion element arranged adjacent to the photoelectric conversion element), and a red signal that constitutes one pixel data at a sample point of the red signal Generate (see FIG. 9B).

例えば、サンプル点aと、それに隣接するサンプル点f〜iにある各赤色信号に予め定めた係数を乗じて、係数を乗じた後の各赤色信号を積算して得られる信号を、サンプル点aにおける1画素データを構成する赤色信号とする。この係数は例えば、1/5(図10(a)参照)や1等の任意の数値にすることができる。   For example, a signal obtained by multiplying each red signal at the sample point a and the adjacent sample points f to i by a predetermined coefficient and multiplying each coefficient by the coefficient is obtained as a sample point a. The red signal constituting one pixel data in FIG. This coefficient can be an arbitrary numerical value such as 1/5 (see FIG. 10A), 1 or the like.

係数を1/5とした場合、新しく生成したサンプル点aの赤色信号の信号量は、1つのR光電変換素子2から得られる赤色信号の信号量とほぼ同じであり、赤色信号の感度を上げることはできないが、その分、S/Nは良くすることができる。一方、係数を1とした場合、新しく生成したサンプル点aの赤色信号の信号量は、1つのR光電変換素子2から得られる赤色信号の信号量の5倍にすることができるため、赤色信号の感度を上げることはできるが、その分、S/Nは劣化する。   When the coefficient is 1/5, the signal amount of the red signal at the newly generated sample point a is almost the same as the signal amount of the red signal obtained from one R photoelectric conversion element 2, and the sensitivity of the red signal is increased. I can't do that, but the S / N can be improved accordingly. On the other hand, when the coefficient is 1, the signal amount of the red signal at the newly generated sample point a can be five times the signal amount of the red signal obtained from one R photoelectric conversion element 2. However, the S / N deteriorates accordingly.

デジタル信号処理部36は、青色信号についても同様に、青色信号のあるサンプル点については、そのサンプル点にある青色信号と、そのサンプル点に隣接するサンプル点にある青色信号(そのサンプル点にある信号が得られた光電変換素子に隣接して配列されている該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子からの信号)とを用いて、青色信号のあるサンプル点に、1画素データを構成する青色信号を生成する。   Similarly, with respect to the blue signal, the digital signal processing unit 36 also has a blue signal at the sample point and a blue signal at the sample point adjacent to the sample point (at the sample point). Signal from a photoelectric conversion element that detects the same color as the photoelectric conversion element arranged adjacent to the photoelectric conversion element from which the signal was obtained), and one pixel data at a sample point with a blue signal A blue signal is generated.

次に、デジタル信号処理部36は、1画素データを構成する赤色信号又は青色信号が存在していないサンプル点に、1画素データを構成する赤色信号又は青色信号を補間する処理を行う。この補間は公知の様々な手法を用いることができる。例えば、サンプル点aに青色信号を補間する場合には、サンプル点aの周辺のサンプル点b〜eにある各青色信号に、予め定めた係数を乗じて、係数を乗じた後の各青色信号を積算して得られる信号を、サンプル点aにおける1画素データを構成する青色信号とする。この係数は例えば1/4(図10(b)参照)や1等の任意の数値にすることができる。   Next, the digital signal processing unit 36 performs a process of interpolating the red signal or blue signal constituting one pixel data at a sample point where the red signal or blue signal constituting one pixel data does not exist. Various known methods can be used for this interpolation. For example, when a blue signal is interpolated at the sample point a, each blue signal after multiplying each blue signal at the sample points b to e around the sample point a by a predetermined coefficient is multiplied by the coefficient. A signal obtained by integrating the signals is a blue signal constituting one pixel data at the sample point a. This coefficient can be an arbitrary numerical value such as 1/4 (see FIG. 10B), 1 or the like.

このようにしてデジタル信号処理部36は、各サンプル点に1画素データを構成する赤色信号,青色信号,緑色信号を持たせる処理を行う。   In this way, the digital signal processing unit 36 performs processing for giving each sample point a red signal, a blue signal, and a green signal that constitute one pixel data.

カラー画像データを構成する赤色信号及び青色信号の生成は、感度を優先するのか、S/Nを優先するのかを、デジタルカメラの動作モードに応じて決定することが可能である。例えば、撮影ISO感度が高く設定された場合や光量が足りないシーンでの撮影の場合等には、上記係数を1にして感度をアップさせたカラー画像データを生成したり、撮影ISO感度が低く設定された場合や光量が多すぎるシーンでの撮影の場合等には、上記係数を1/4や1/5にしてS/Nを良好にしたカラー画像データを生成したりすれば良い。   In the generation of the red and blue signals constituting the color image data, it is possible to determine whether to give priority to sensitivity or to give priority to S / N according to the operation mode of the digital camera. For example, when the shooting ISO sensitivity is set high or when shooting in a scene where the amount of light is insufficient, color image data with increased sensitivity is generated by setting the above coefficient to 1, or the shooting ISO sensitivity is low. In the case of setting or when shooting in a scene with too much light, color image data with a good S / N may be generated by setting the coefficient to 1/4 or 1/5.

サンプル点のマップ上の座標を、サンプル点aを原点として(m,n)としたとき、赤色信号が存在するサンプル点に、1画素データを構成する赤色信号、青色信号、緑色信号を生成する際の上記処理を数式で示すと以下のようになる。   When the coordinates on the map of the sample points are (m, n) with the sample point a as the origin, the red signal, blue signal and green signal constituting one pixel data are generated at the sample point where the red signal exists. The above process at the time is expressed by the following formula.

以下の式において、k(m,n)は座標(m,n)のサンプル点に設定される係数、g(m,n)は座標(m,n)のサンプル点における1画素データの生成処理前の緑色信号(1画素データに対応する信号電荷蓄積部3から得られた緑色信号)、b(m,n)は座標(m,n)のサンプル点における1画素データの生成処理前の青色信号(1画素データに対応するB光電変換素子4から得られた青色信号)、r(m,n)は座標(m,n)のサンプル点における1画素データの生成処理前の赤色信号(1画素データに対応するR光電変換素子2から得られた赤色信号)、G(m,n)は座標(m,n)のサンプル点における1画素データの生成処理後の緑色信号、B(m,n)は座標(m,n)のサンプル点における1画素データの生成処理後の青色信号、R(m,n)は座標(m,n)のサンプル点における1画素データの生成処理後の赤色信号である。   In the following expression, k (m, n) is a coefficient set at the sample point of coordinates (m, n), and g (m, n) is a process for generating one pixel data at the sample point of coordinates (m, n). The previous green signal (green signal obtained from the signal charge accumulating unit 3 corresponding to one pixel data), b (m, n) is the blue color before generation processing of one pixel data at the sample point of coordinates (m, n) The signal (blue signal obtained from the B photoelectric conversion element 4 corresponding to one pixel data), r (m, n) is a red signal (1 before the pixel data generation processing at the sample point of coordinates (m, n)) Red signal obtained from the R photoelectric conversion element 2 corresponding to pixel data), G (m, n) is a green signal after generation processing of one pixel data at a sample point of coordinates (m, n), B (m, n) n) is a process for generating one pixel data at a sample point of coordinates (m, n). Blue signal after, R (m, n) is the red signal after generation processing of one pixel data at the sample point coordinates (m, n).

G(m,n)=g(m,n)
B(m,n)=k(m,n+1)*b(m,n+1)+k(m−1,n)*b(m−1,n)+k(m+1,n)*b(m+1,n)+k(m,n−1)*b(m,n−1)
R(m,n)=k(m−1,n+1)*r(m−1,n+1)+k(m+1,n+1)*r(m+1,n+1)+k(m,n)*r(m,n)+k(m−1,n−1)*r(m−1,n−1)+k(m+1,n−1)*r(m+1,n−1)
ただし、b(m,n)は、加算処理後の新しく生成した青色信号とする。
G (m, n) = g (m, n)
B (m, n) = k (m, n + 1) * b (m, n + 1) + k (m-1, n) * b (m-1, n) + k (m + 1, n) * b (m + 1, n) + K (m, n-1) * b (m, n-1)
R (m, n) = k (m-1, n + 1) * r (m-1, n + 1) + k (m + 1, n + 1) * r (m + 1, n + 1) + k (m, n) * r (m, n) + K (m-1, n-1) * r (m-1, n-1) + k (m + 1, n-1) * r (m + 1, n-1)
However, b (m, n) is a newly generated blue signal after the addition process.

一方、青色信号が存在するサンプル点に、1画素データを構成する赤色信号、青色信号、緑色信号を生成する際の上記処理を数式で示すと以下のようになる。   On the other hand, the above processing when generating a red signal, a blue signal, and a green signal constituting one pixel data at a sample point where a blue signal exists is expressed as follows.

G(m,n)=g(m,n)
B(m,n)=k(m−1,n+1)*b(m−1,n+1)+k(m+1,n+1)*b(m+1,n+1)+k(m,n)*b(m,n)+k(m−1,n−1)*b(m−1,n−1)+k(m+1,n−1)*b(m+1,n−1)
R(m,n)=k(m,n+1)*r(m,n+1)+k(m−1,n)*r(m−1,n)+k(m+1,n)*r(m+1,n)+k(m,n−1)*r(m,n−1)
ただし、r(m,n)は、加算処理後の新しく生成した赤色信号とする。
G (m, n) = g (m, n)
B (m, n) = k (m-1, n + 1) * b (m-1, n + 1) + k (m + 1, n + 1) * b (m + 1, n + 1) + k (m, n) * b (m, n) + K (m-1, n-1) * b (m-1, n-1) + k (m + 1, n-1) * b (m + 1, n-1)
R (m, n) = k (m, n + 1) * r (m, n + 1) + k (m-1, n) * r (m-1, n) + k (m + 1, n) * r (m + 1, n) + K (m, n-1) * r (m, n-1)
However, r (m, n) is a newly generated red signal after the addition process.

以上のように本実施形態のデジタルカメラによれば、被写体を撮影してカラー画像データを生成する際、カラー画像データの各画素データを構成する赤色信号及び青色信号の感度をアップさせたり、又はS/Nを向上させたりすることができるため、高品質のカラー画像データを生成することができる。   As described above, according to the digital camera of the present embodiment, when the color image data is generated by photographing the subject, the sensitivity of the red signal and the blue signal constituting each pixel data of the color image data is increased, or Since the S / N can be improved, high-quality color image data can be generated.

尚、以上の説明では、デジタル信号処理部36によってカラー画像データを生成するものとしたが、デジタル信号処理部36の行う処理を、アナログ信号処理部32において行うことも可能である。この場合、アナログ信号処理部32は、撮像部31から入力されたアナログの赤色信号,青色信号,緑色信号を用い、上記デジタル信号処理部36が行ったのと同じ処理を行って、アナログのカラー画像データを生成すれば良い。又、アナログ信号処理部32では、赤色信号同士の加算処理や青色信号同士の加算処理をローパスフィルタを用いて行うことも可能である。   In the above description, the color image data is generated by the digital signal processing unit 36. However, the processing performed by the digital signal processing unit 36 may be performed by the analog signal processing unit 32. In this case, the analog signal processing unit 32 uses the analog red signal, blue signal, and green signal input from the imaging unit 31 to perform the same processing as that performed by the digital signal processing unit 36 to generate an analog color signal. Image data may be generated. Further, the analog signal processing unit 32 can perform addition processing between red signals and addition processing between blue signals using a low-pass filter.

又、以上の説明では、撮像部31から出力された色信号に信号処理を行うことで、高品質のカラー画像データを生成可能としているが、信号処理ではなく、色信号の読み出し方法を制御することでも、同様の効果を得ることが可能である。   In the above description, it is possible to generate color image data of high quality by performing signal processing on the color signal output from the imaging unit 31, but control the color signal readout method instead of signal processing. It is possible to obtain the same effect.

この場合は、駆動部34が、固体撮像素子100から色信号を読み出す駆動制御を行う際に、1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷と、その光電変換素子に隣接して配列されている該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷とが、垂直転送路6及び水平転送路7において混合されるように固体撮像素子100を駆動すれば良い。   In this case, when the drive unit 34 performs drive control to read out the color signal from the solid-state imaging device 100, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element corresponding to one pixel data and the photoelectric conversion element are adjacent to each other. The solid-state imaging device 100 may be driven so that signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements that detect the same color as the arranged photoelectric conversion elements are mixed in the vertical transfer path 6 and the horizontal transfer path 7. .

例えば、1画素データに対応する光電変換素子を、図1に示す固体撮像素子100の3行目の左から2番目のR光電変換素子2とすると、駆動部34は、R光電変換素子2に蓄積される信号電荷と、R光電変換素子2に隣接して配列されている4つのR光電変換素子2の各々に蓄積される4つの信号電荷とが垂直転送路6及び水平転送路7において混合されるように駆動パルスのタイミングを制御する。
又、駆動部34は、B光電変換素子4についても同様に、B光電変換素子4に蓄積される信号電荷と、B光電変換素子4に隣接して配列されている4つのB光電変換素子4の各々に蓄積される4つの信号電荷とが垂直転送路6及び水平転送路7において混合されるように駆動パルスのタイミングを制御する。
For example, when the photoelectric conversion element corresponding to one pixel data is the second R photoelectric conversion element 2 from the left in the third row of the solid-state imaging device 100 illustrated in FIG. The signal charges accumulated and the four signal charges accumulated in each of the four R photoelectric conversion elements 2 arranged adjacent to the R photoelectric conversion element 2 are mixed in the vertical transfer path 6 and the horizontal transfer path 7. The timing of the drive pulse is controlled as described above.
Similarly, for the B photoelectric conversion element 4, the drive unit 34 also includes signal charges accumulated in the B photoelectric conversion element 4 and four B photoelectric conversion elements 4 arranged adjacent to the B photoelectric conversion element 4. The timing of the drive pulse is controlled so that the four signal charges accumulated in each of the signal charges are mixed in the vertical transfer path 6 and the horizontal transfer path 7.

そして、デジタル信号処理部36は、固体撮像素子100から得られた赤色信号及び青色信号を用いて信号補間処理を行い、固体撮像素子100から得られた緑色信号と共にカラー画像データを生成すれば良い。   The digital signal processing unit 36 may perform signal interpolation processing using the red signal and the blue signal obtained from the solid-state image sensor 100 and generate color image data together with the green signal obtained from the solid-state image sensor 100. .

この場合は、固体撮像素子100から得られる赤色信号及び青色信号の数がそれぞれ1/5となってしまうため、解像度が落ちてしまうが、デジタル信号処理部36が行う処理で用いる係数を1にしたのと同様の効果を得ることができる。したがって、固体撮像素子100からは高感度の赤信号,青信号,緑信号を取り出すことができ、高品質のカラー画像データを生成することができる。   In this case, the number of red signals and blue signals obtained from the solid-state imaging device 100 is reduced to 1/5, and the resolution is reduced. However, the coefficient used in the processing performed by the digital signal processing unit 36 is set to 1. The same effect can be obtained. Therefore, high-sensitivity red signals, blue signals, and green signals can be extracted from the solid-state imaging device 100, and high-quality color image data can be generated.

又、以上の説明では、固体撮像素子100のR光電変換素子2,B光電変換素子4,信号電荷蓄積部3の配列を図1に示したものとしたが、これに限らず、例えば図11に示したような配列にすることもできる。図11において図1と同様の機能を持つ構成には同一符号を付してある。又、図11のI−I断面を示す図は、図2に示す断面図において、左側にあるn領域4をn領域2とし、カラーフィルタ15を赤色のカラーフィルタにしたものと同じである。   In the above description, the arrangement of the R photoelectric conversion element 2, the B photoelectric conversion element 4, and the signal charge accumulation unit 3 of the solid-state imaging device 100 is shown in FIG. It can also be arranged as shown in. In FIG. 11, components having the same functions as those in FIG. 11 is the same as the cross section shown in FIG. 2 in which the n region 4 on the left side is the n region 2 and the color filter 15 is a red color filter.

図11に示す固体撮像素子は、半導体基板1にR光電変換素子2,B光電変換素子4,信号電荷蓄積部3が正方格子状に配列されており、且つ、R光電変換素子2及びB光電変換素子4と信号電荷蓄積部3がそれぞれ市松状に配列された構成となっている。そして、垂直転送路6は蛇行しておらず、各列に沿って直線状にY方向に延びている。   In the solid-state imaging device shown in FIG. 11, the R photoelectric conversion element 2, the B photoelectric conversion element 4, and the signal charge storage unit 3 are arranged in a square lattice pattern on the semiconductor substrate 1, and the R photoelectric conversion element 2 and the B photoelectric conversion element are arranged. The conversion element 4 and the signal charge storage unit 3 are arranged in a checkered pattern. The vertical transfer path 6 is not meandering and extends in the Y direction linearly along each column.

図11に示す固体撮像素子において、例えば、R光電変換素子2,B光電変換素子4,信号電荷蓄積部3から得られる色信号が内部メモリ上に図12のようにマッピングされる場合、デジタル信号処理部36は、図12中の斜線を付したサンプル点については、そのサンプル点の色信号と、そのサンプル点に隣接する点の同一色の色信号とを所定の割合で加算して、高感度又はS/Nの良好な色信号を生成する。そして、生成した赤色信号及び青色信号と緑色信号をそれぞれ用いて公知の手法で同時化処理や信号補間処理を行い、各サンプル点について、R,G,Bの3色の色信号を持たせることで、カラー画像データを生成する。図11の構成によれば、高品質のカラー画像データを生成することができると共に、信号補間によって高解像度を実現することができる。   In the solid-state imaging device shown in FIG. 11, for example, when the color signal obtained from the R photoelectric conversion device 2, the B photoelectric conversion device 4, and the signal charge storage unit 3 is mapped on the internal memory as shown in FIG. The processing unit 36 adds the color signal of the sample point and the color signal of the same color of the point adjacent to the sample point at a predetermined ratio for the sample points with hatched lines in FIG. A color signal with good sensitivity or S / N is generated. Then, the generated red signal, blue signal and green signal are respectively used to perform synchronization processing and signal interpolation processing by a known method so that each sample point has three color signals of R, G and B. Thus, color image data is generated. According to the configuration of FIG. 11, high-quality color image data can be generated, and high resolution can be realized by signal interpolation.

又、本実施形態で説明したカラー画像データ生成のための信号処理や電荷混合処理は、図13に示すような構成の固体撮像素子200にも適用することができる。   Further, the signal processing and charge mixing processing for generating color image data described in the present embodiment can be applied to the solid-state imaging device 200 having the configuration shown in FIG.

図13は、本実施形態の固体撮像素子の別の構成例を示す概略断面図である。図13には、カラー画像データの1画素データに対応する部分のみを示してあるが、実際には図13の固体撮像素子が同一平面上で2次元状に配列される。   FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another configuration example of the solid-state imaging device of the present embodiment. FIG. 13 shows only a portion corresponding to one pixel data of the color image data, but actually, the solid-state imaging devices of FIG. 13 are two-dimensionally arranged on the same plane.

図13に示す固体撮像素子200は、P型半導体基板(例えば、シリコン基板)70表面からその内部に向かって、N型半導体層67、P型半導体層68、N型半導体層69がこの順に重層された構造となっている。N型半導体層67にはMOSトランジスタ62が接続され、N型半導体層69にはMOSトランジスタ64が接続されている。P型半導体基板70及びP型半導体層68はそれぞれバイアス電位Vbに保たれている。   In the solid-state imaging device 200 shown in FIG. 13, an N-type semiconductor layer 67, a P-type semiconductor layer 68, and an N-type semiconductor layer 69 are stacked in this order from the surface of a P-type semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) 70 to the inside thereof. It has a structured. A MOS transistor 62 is connected to the N-type semiconductor layer 67, and a MOS transistor 64 is connected to the N-type semiconductor layer 69. The P-type semiconductor substrate 70 and the P-type semiconductor layer 68 are each maintained at the bias potential Vb.

P型半導体基板70の上方には、図2に示した固体撮像素子100の上層部と同じように、画素電極膜5と対向電極膜20によって挟まれた光電変換膜19が、支持部71を介して積層されている。そして、対向電極膜20はバイアス電位Vbに保たれ、画素電極膜5には、MOSトランジスタ63が接続されている。   Above the P-type semiconductor substrate 70, the photoelectric conversion film 19 sandwiched between the pixel electrode film 5 and the counter electrode film 20, like the upper layer part of the solid-state imaging device 100 shown in FIG. Are stacked. The counter electrode film 20 is maintained at the bias potential Vb, and a MOS transistor 63 is connected to the pixel electrode film 5.

MOSトランジスタ62,63,64は、それぞれに共通のリセット用のMOSトランジスタ61と、それぞれに共通の増幅用のMOSトランジスタ65に接続され、MOSトランジスタ65には信号選択用のMOSトランジスタ66が接続されている。各MOSトランジスタ同士と固体撮像素子200とは信号線によって接続されている。MOSトランジスタ61〜66及びそれらと固体撮像素子200とを接続する信号線が、信号読み出し回路60を構成する。信号読み出し回路60は、P型半導体基板70に形成されており、XYアドレス方式によって色信号を読み出す。   The MOS transistors 62, 63, 64 are connected to a common reset MOS transistor 61 and a common amplification MOS transistor 65, respectively, and a signal selection MOS transistor 66 is connected to the MOS transistor 65. ing. Each MOS transistor and the solid-state imaging device 200 are connected by a signal line. The MOS transistors 61 to 66 and the signal lines connecting them to the solid-state imaging device 200 constitute a signal readout circuit 60. The signal readout circuit 60 is formed on the P-type semiconductor substrate 70, and reads out color signals by the XY address method.

N型半導体層67とP型半導体層68のPN接合の接合部のP型半導体基板70の表面からの深さは、青色の光を吸収する深さとなっている。したがって、N型半導体層67とP型半導体層68との間のPN接合は、それらの2つの領域の間に、青色の光を検出してそれに応じた信号電荷を蓄積するフォトダイオード72(B光電変換素子72)を形成する。   The depth of the junction of the PN junction between the N-type semiconductor layer 67 and the P-type semiconductor layer 68 from the surface of the P-type semiconductor substrate 70 is a depth that absorbs blue light. Therefore, the PN junction between the N-type semiconductor layer 67 and the P-type semiconductor layer 68 has a photodiode 72 (B) that detects blue light and accumulates signal charges corresponding thereto between the two regions. A photoelectric conversion element 72) is formed.

N型半導体層69とP型半導体基板70のPN接合の接合部のP型半導体基板70の表面からの深さは、赤色の光を吸収する深さとなっている。したがって、N型半導体層69とP型半導体基板70との間のPN接合は、それらの2つの領域の間に、赤色の光を検出してそれに応じた信号電荷を蓄積するフォトダイオード73(R光電変換素子73)を形成する。   The depth of the junction of the PN junction between the N-type semiconductor layer 69 and the P-type semiconductor substrate 70 from the surface of the P-type semiconductor substrate 70 is a depth that absorbs red light. Therefore, the PN junction between the N-type semiconductor layer 69 and the P-type semiconductor substrate 70 detects the red light between these two regions and accumulates the signal charge corresponding thereto. A photoelectric conversion element 73) is formed.

光電変換膜19,B光電変換素子72,R光電変換素子73に信号電荷が蓄積された後、画素電極膜5とN型半導体層67とN型半導体層69にバイアス電位を加えると、光電変換膜19の両端,B光電変換素子72の両端,R光電変換素子73の両端に電位差が生じるため、この電位差が信号読み出し回路60によって読み出され、光電変換膜19,B光電変換素子72,R光電変換素子73の各々に蓄積された信号電荷に応じた色信号が、固体撮像素子200から出力される。   When signal charges are accumulated in the photoelectric conversion film 19, the B photoelectric conversion element 72, and the R photoelectric conversion element 73, when a bias potential is applied to the pixel electrode film 5, the N-type semiconductor layer 67, and the N-type semiconductor layer 69, photoelectric conversion is performed. Since a potential difference occurs between both ends of the film 19, both ends of the B photoelectric conversion element 72, and both ends of the R photoelectric conversion element 73, this potential difference is read by the signal readout circuit 60, and the photoelectric conversion film 19, B photoelectric conversion element 72, R A color signal corresponding to the signal charge accumulated in each of the photoelectric conversion elements 73 is output from the solid-state imaging element 200.

図7に示すデジタルカメラにおいて、固体撮像素子100の代わりに固体撮像素子200を用いた場合、各サンプル点に対応する固体撮像素子200の同一位置から赤色信号,青色信号,緑色信号を全て得ることができる。このため、3板式のカラーCMOS型イメージセンサと同様の方法でカラー画像データを生成することができる。そして、赤色信号と青色信号については、上述したような信号処理(サンプル点における色信号と、サンプル点に隣接する同じ色の色信号とを所定の割合で加算する処理)や、電荷混合処理(1画素データに対応する光電変換素子に蓄積された信号電荷と、その光電変換素子に隣接して配列されている同一色を検出する光電変換素子に蓄積された信号電荷とを混合する処理)を行うことで、感度アップ又はS/Nの向上を図ることができ、高品質のカラー画像データを生成することができる。   In the digital camera shown in FIG. 7, when the solid-state image sensor 200 is used instead of the solid-state image sensor 100, all red signals, blue signals, and green signals are obtained from the same position of the solid-state image sensor 200 corresponding to each sample point. Can do. For this reason, color image data can be generated by the same method as a three-plate color CMOS image sensor. For the red signal and the blue signal, signal processing as described above (processing for adding the color signal at the sample point and the color signal of the same color adjacent to the sample point at a predetermined ratio) or charge mixing processing ( A process of mixing the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element corresponding to one pixel data and the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element for detecting the same color arranged adjacent to the photoelectric conversion element) By doing so, sensitivity can be increased or S / N can be improved, and high-quality color image data can be generated.

又、固体撮像素子200は、赤色信号,青色信号,緑色信号を同一位置から得ることができるため、同時化処理が不要となり、カラー画像データの生成処理を簡略化することができる。   In addition, since the solid-state imaging device 200 can obtain the red signal, the blue signal, and the green signal from the same position, the synchronization process is unnecessary, and the generation process of the color image data can be simplified.

尚、半導体基板70の深さ方向に光電変換素子を複数重層した構成のカラーイメージセンサについては、特表2002−513145号公報に詳細が記載されているので、これを参照されたい。   The color image sensor having a structure in which a plurality of photoelectric conversion elements are stacked in the depth direction of the semiconductor substrate 70 is described in detail in Japanese Patent Application Publication No. 2002-513145, so please refer to this.

又、固体撮像素子200も固体撮像素子100と同様、対向電極膜20の上方又は半導体基板70と画素電極膜5との間に、R光電変換素子72及びB光電変換素子73の受光領域に光を集光するマイクロレンズを設けることが好ましい。   Similarly to the solid-state image sensor 100, the solid-state image sensor 200 also emits light to the light receiving regions of the R photoelectric conversion element 72 and the B photoelectric conversion element 73 above the counter electrode film 20 or between the semiconductor substrate 70 and the pixel electrode film 5. It is preferable to provide a microlens that collects light.

又、固体撮像素子200は、半導体基板に赤色を検出する光電変換素子と、青色を検出する光電変換素子の2種類の光電変換素子を設けた構成としているが、これに限らず、2種類以上の光電変換素子を設けた構成であっても良い。   In addition, the solid-state imaging device 200 has a configuration in which two types of photoelectric conversion elements, that is, a photoelectric conversion element that detects red color and a photoelectric conversion element that detects blue color are provided on a semiconductor substrate. The photoelectric conversion element may be provided.

又、本実施形態では、固体撮像素子の上層部に設ける光電変換膜を緑色を検出する光電変換膜とし、下層部に設ける光電変換素子を赤色及び青色を検出する光電変換素子としているが、これに限らない。本発明を実現するためには、上層部に設ける光電変換膜で検出する色と、下層部に設ける光電変換素子で検出する色とが異なっていれば良い。例えば、上層部に赤色を検出する光電変換膜を設け、下層部に青色と緑色を検出する光電変換素子を設けた構成や、上層部に青色を検出する光電変換膜を設け、下層部に赤色と緑色を検出する光電変換素子を設けた構成にすることも可能である。緑色は人間の視感度が他の色に比べて高いため、最も受光面積を大きくとることのできる上層部の光電変換膜を、緑色を検出するものにすることで、人間の感覚に近いカラー画像データを生成することができる。   In this embodiment, the photoelectric conversion film provided in the upper layer part of the solid-state image sensor is a photoelectric conversion film that detects green, and the photoelectric conversion element provided in the lower part is a photoelectric conversion element that detects red and blue. Not limited to. In order to realize the present invention, the color detected by the photoelectric conversion film provided in the upper layer portion may be different from the color detected by the photoelectric conversion element provided in the lower layer portion. For example, a photoelectric conversion film that detects red is provided in the upper layer part, a photoelectric conversion element that detects blue and green is provided in the lower part, or a photoelectric conversion film that detects blue is provided in the upper part, and a red color is provided in the lower part. It is also possible to provide a photoelectric conversion element that detects green and green. Since green has a higher human visibility than other colors, the upper layer photoelectric conversion film, which can take the largest light receiving area, detects the green color, making it a color image that is close to the human sense. Data can be generated.

(第二実施形態)
図1に示したように、緑色信号についてはカラー画像データの全画素データ数分が出力されるが、赤色及び青色信号についてはそれぞれカラー画像データの全画素データ数分が出力されないような固体撮像素子の場合は、赤色信号及び青色信号を補間する処理を行うため、偽色が発生する恐れがある。本実施形態では、この偽色の発生を抑えることが可能な信号処理について説明する。この信号処理は、図7に示すデジタル信号処理部36又はアナログ信号処理部32で実行される。
(Second embodiment)
As shown in FIG. 1, solid-state imaging is performed such that the total number of pixel data of color image data is output for the green signal, but the total number of pixel data of color image data is not output for the red and blue signals. In the case of an element, since a process of interpolating a red signal and a blue signal is performed, a false color may occur. In the present embodiment, signal processing capable of suppressing the occurrence of this false color will be described. This signal processing is executed by the digital signal processing unit 36 or the analog signal processing unit 32 shown in FIG.

以下では、カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子2又は4を中心とする3行3列の9つの光電変換素子から得られた色信号と、カラー画像データの1画素データに対応する信号電荷蓄積部3を中心とする3行3列の9つの信号電荷蓄積部3から得られた色信号とを用いて、信号処理方法を説明する。   In the following, color signals obtained from nine photoelectric conversion elements 3 in 3 columns centering on photoelectric conversion elements 2 or 4 corresponding to one pixel data of color image data and one pixel data of color image data A signal processing method will be described using the color signals obtained from the nine signal charge storage units 3 in 3 rows and 3 columns centering on the signal charge storage unit 3 to be processed.

図14は、内部メモリ40にマッピングされた色信号を示す図である。図14(a)は、カラー画像データの1画素データに対応する信号電荷蓄積部3を中心とする9つの信号電荷蓄積部3から得られた色信号(図では“G”で示す)をマッピングした状態を示す図であり、図14(b)は、カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子4を中心とする9つの光電変換素子から得られた色信号(図では赤色信号を“R”、青色信号を“B”で示す)をマッピングした状態を示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating color signals mapped to the internal memory 40. FIG. 14A shows mapping of color signals (indicated by “G” in the figure) obtained from nine signal charge storage units 3 centering on the signal charge storage unit 3 corresponding to one pixel data of color image data. FIG. 14B shows a color signal obtained from nine photoelectric conversion elements centered on the photoelectric conversion element 4 corresponding to one pixel data of the color image data (red signal in the figure). It is a figure which shows the state which mapped "R" and a blue signal are shown by "B".

図14において、各色信号のサンプル点には符号a〜iを付した。又、図14において、サンプル点aの座標を原点(m,n)とし、座標(m,n)に設定される係数をk(m,n)とする。又、座標(m,n)にある緑色信号をg(m,n)、座標(m,n)にある赤色信号をr(m,n)、座標(m,n)にある青色信号をb(m,n)とする。   In FIG. 14, sample points of each color signal are denoted by symbols a to i. In FIG. 14, the coordinates of the sample point a are the origin (m, n), and the coefficient set at the coordinates (m, n) is k (m, n). Also, the green signal at coordinates (m, n) is g (m, n), the red signal at coordinates (m, n) is r (m, n), and the blue signal at coordinates (m, n) is b. (M, n).

以下、各サンプル点にカラー画像データを生成するときの信号処理について説明する。   Hereinafter, signal processing when generating color image data at each sample point will be described.

図15は、本実施形態のデジタルカメラのデジタル信号処理部が行う信号処理を説明するためのフローチャートである。
デジタル信号処理部36は、固体撮像素子100から緑色信号(第1の色信号)、赤色信号(第2の色信号)、及び青色信号(第3の色信号)を取得し(S1)、各サンプル点a〜iの赤色又は青色信号から、それらのサンプル点と同一のサンプル点にある緑色信号を減算して、各サンプル点について赤色信号と緑色信号の差分である色信号x(第4の色信号)と、青色信号と緑色信号の差分である色信号y(第4の色信号)を生成する(S2,図16参照)。座標(m,n)にある色信号xをx(m,n)、座標(m,n)にある色信号yをy(m,n)とすると、x(m,n)及びy(m,n)は以下の式(1)、(2)により求まる。
FIG. 15 is a flowchart for explaining signal processing performed by the digital signal processing unit of the digital camera of this embodiment.
The digital signal processing unit 36 acquires a green signal (first color signal), a red signal (second color signal), and a blue signal (third color signal) from the solid-state imaging device 100 (S1). A green signal at the same sample point as the sample points a to i is subtracted from the red or blue signal of the sample points a to i, and a color signal x (fourth difference) between each of the sample points is the difference between the red signal and the green signal. Color signal) and a color signal y (fourth color signal) which is the difference between the blue signal and the green signal are generated (see S2, FIG. 16). If the color signal x at the coordinates (m, n) is x (m, n) and the color signal y at the coordinates (m, n) is y (m, n), x (m, n) and y (m , N) is obtained by the following equations (1) and (2).

x(m,n)=r(m,n)−g(m,n) (1)
y(m,n)=b(m,n)−g(m,n) (2)
x (m, n) = r (m, n) -g (m, n) (1)
y (m, n) = b (m, n) -g (m, n) (2)

次に、デジタル信号処理部36は、各サンプル点に色信号x及び色信号yの2つが存在するように、色信号xや色信号yの信号補間を行う(S3,図17参照)。例えば、色信号xの存在しないサンプル点に、そのサンプル点の周辺の色信号xを用いて色信号xを補間したり、色信号yの存在しないサンプル点に、そのサンプル点の周辺の色信号yを用いて色信号yを補間したりする。信号補間については様々な手法があるので、ここでは説明を省略する。   Next, the digital signal processing unit 36 performs signal interpolation of the color signal x and the color signal y so that two color signals x and y exist at each sample point (see S3 and FIG. 17). For example, the color signal x is interpolated by using the color signal x around the sample point at the sample point where the color signal x does not exist, or the color signal around the sample point is obtained at the sample point where the color signal y does not exist. The color signal y is interpolated using y. Since there are various methods for signal interpolation, description thereof is omitted here.

次に、デジタル信号処理部36は、各サンプル点にある緑色信号、色信号x、又は色信号yと、各サンプル点の周辺のサンプル点にある緑色信号、色信号x、又は色信号yとを所定の割合で加算して、各サンプル点に、色信号xをぼかした色信号X(第5の色信号),色信号yをぼかした色信号Y(第5の色信号),緑色信号をぼかした色信号G’を生成する(S4)   Next, the digital signal processing unit 36 transmits the green signal, the color signal x, or the color signal y at each sample point, and the green signal, the color signal x, or the color signal y at the sample points around each sample point. Are added at a predetermined ratio, and at each sample point, a color signal X (fifth color signal) obtained by blurring the color signal x, a color signal Y (fifth color signal) obtained by blurring the color signal y, and a green signal A color signal G ′ with a blurred image is generated (S4).

デジタル信号処理部36は、例えば、サンプル点aにある色信号xと、サンプル点aの周辺のサンプル点b〜iにある各色信号xに予め定めた係数を乗じて、係数を乗じた後の各色信号xを積算して得られる信号を、サンプル点aの色信号Xとする(図18(a)参照)。
又、サンプル点aにある色信号yと、サンプル点aの周辺のサンプル点b〜iにある各色信号yに予め定めた係数を乗じて、係数を乗じた後の各色信号yを積算して得られる信号を、サンプル点aの色信号Yとする(図18(b)参照)。
又、サンプル点aにある緑色信号と、サンプル点aの周辺のサンプル点b〜iにある各緑色信号に予め定めた係数を乗じて、係数を乗じた後の各緑色信号を積算して得られる信号を、サンプル点aの色信号G’とする(図18(c)参照)。
For example, the digital signal processing unit 36 multiplies the color signal x at the sample point a and each color signal x at the sample points b to i around the sample point a by a predetermined coefficient, and then the coefficient. A signal obtained by integrating the color signals x is defined as a color signal X at the sample point a (see FIG. 18A).
Also, the color signal y at the sample point a and the color signals y at the sample points b to i around the sample point a are multiplied by a predetermined coefficient, and each color signal y after being multiplied by the coefficient is integrated. The obtained signal is set as the color signal Y of the sample point a (see FIG. 18B).
Also, the green signal at the sample point a and the green signals at the sample points b to i around the sample point a are multiplied by a predetermined coefficient, and the respective green signals after multiplication are multiplied. The obtained signal is a color signal G ′ of the sample point a (see FIG. 18C).

各サンプル点に設定する係数としては、例えば、図19(a)に示すようにサンプル点aに重み付けしたものや、図19(b)に示すように各点に均等にしたものを用いる。   As a coefficient set to each sample point, for example, a weighted sample point a as shown in FIG. 19A or a coefficient equal to each point as shown in FIG. 19B is used.

座標(m,n)のサンプル点に生成する色信号X(m,n),色信号Y(m,n),色信号G’(m,n)は以下の式(3)、(4)、(5)により求まる。   The color signal X (m, n), color signal Y (m, n), and color signal G ′ (m, n) generated at the sample point of coordinates (m, n) are expressed by the following equations (3) and (4). , (5).

G’(m,n)=k(m−1,n+1)*g(m−1,n+1)+k(m,n+1)*g(m,n+1)+k(m+1,n+1)*g(m+1,n+1)+k(m−1,n)*g(m−1,n)+k(m,n)*g(m,n)+k(m+1,n)*g(m+1,n)+k(m−1,n−1)*g(m−1,n−1)+k(m,n−1)*g(m,n−1)+k(m+1,n−1)*g(m+1,n−1) (3)   G ′ (m, n) = k (m−1, n + 1) * g (m−1, n + 1) + k (m, n + 1) * g (m, n + 1) + k (m + 1, n + 1) * g (m + 1, n + 1) ) + K (m−1, n) * g (m−1, n) + k (m, n) * g (m, n) + k (m + 1, n) * g (m + 1, n) + k (m−1, n-1) * g (m-1, n-1) + k (m, n-1) * g (m, n-1) + k (m + 1, n-1) * g (m + 1, n-1) ( 3)

X(m,n)=k(m−1,n+1)*x(m−1,n+1)+k(m,n+1)*x(m,n+1)+k(m+1,n+1)*x(m+1,n+1)+k(m−1,n)*x(m−1,n)+k(m,n)*x(m,n)+k(m+1,n)*x(m+1,n)+k(m−1,n−1)*x(m−1,n−1)+k(m,n−1)*x(m,n−1)+k(m+1,n−1)*x(m+1,n−1) (4)   X (m, n) = k (m-1, n + 1) * x (m-1, n + 1) + k (m, n + 1) * x (m, n + 1) + k (m + 1, n + 1) * x (m + 1, n + 1) + K (m-1, n) * x (m-1, n) + k (m, n) * x (m, n) + k (m + 1, n) * x (m + 1, n) + k (m-1, n) −1) * x (m−1, n−1) + k (m, n−1) * x (m, n−1) + k (m + 1, n−1) * x (m + 1, n−1) (4 )

Y(m,n)=k(m−1,n+1)*y(m−1,n+1)+k(m,n+1)*y(m,n+1)+k(m+1,n+1)*y(m+1,n+1)+k(m−1,n)*y(m−1,n)+k(m,n)*y(m,n)+k(m+1,n)*y(m+1,n)+k(m−1,n−1)*y(m−1,n−1)+k(m,n−1)*y(m,n−1)+k(m+1,n−1)*y(m+1,n−1) (5)   Y (m, n) = k (m-1, n + 1) * y (m-1, n + 1) + k (m, n + 1) * y (m, n + 1) + k (m + 1, n + 1) * y (m + 1, n + 1) + K (m-1, n) * y (m-1, n) + k (m, n) * y (m, n) + k (m + 1, n) * y (m + 1, n) + k (m-1, n) −1) * y (m−1, n−1) + k (m, n−1) * y (m, n−1) + k (m + 1, n−1) * y (m + 1, n−1) (5 )

色信号xは、もともと赤色信号から緑色信号を減算した信号であるため、ぼけた色信号Xにぼけた色信号G’を加算すると、ぼけた赤色の色信号Rを得ることができる。同様に、色信号yは、青色信号から緑色信号を減算した信号であるため、ぼけた色信号Yにぼけた色信号G’を加算すると、ぼけた青色の色信号Bを得ることができる。デジタル信号処理部36は、以下の式(6)、(7)により、ぼけた色信号R及び色信号Bを求める(S5)。   Since the color signal x is originally a signal obtained by subtracting the green signal from the red signal, when the blurred color signal G ′ is added to the blurred color signal X, the blurred red color signal R can be obtained. Similarly, since the color signal y is a signal obtained by subtracting the green signal from the blue signal, when the blurred color signal G ′ is added to the blurred color signal Y, a blurred blue color signal B can be obtained. The digital signal processing unit 36 obtains the blurred color signal R and color signal B by the following equations (6) and (7) (S5).

R(m,n)=X(m,n)+G’(m,n) (6)
B(m,n)=Y(m,n)+G’(m,n) (7)
ここで、R(m,n):座標(m,n)のサンプル点にあるぼけた色信号R、B(m,n):座標(m,n)のサンプル点にあるぼけた色信号B
R (m, n) = X (m, n) + G ′ (m, n) (6)
B (m, n) = Y (m, n) + G ′ (m, n) (7)
Here, R (m, n): blurred color signal R at the sample point of coordinates (m, n), B (m, n): blurred color signal B at the sample point of coordinates (m, n)

最後に、デジタル信号処理部36は、ぼけた色信号Rとぼけた色信号Bから、1画素データを構成する赤色の色信号R’と、1画素データを構成する青色の色信号B’とを以下の式(8)、(9)により求め、1画素データを構成する緑色の色信号G’’を以下の式(10)により求める(S6)。   Finally, the digital signal processing unit 36 generates a red color signal R ′ constituting one pixel data and a blue color signal B ′ constituting one pixel data from the blurred color signal R and the blurred color signal B. The green color signal G ″ constituting one pixel data is obtained by the following equations (8) and (9), and the following equation (10) is obtained (S6).

R’(m,n)=R(m,n)+{g(m,n)−G’(m,n)}=X(m,n)+g(m,n) (8)
B’(m,n)=B(m,n)+{g(m,n)−G’(m,n)}=Y(m,n)+g(m,n) (9)
G’’(m,n)=G’(m,n)+{g(m,n)−G’(m,n)}=g(m,n) (10)
ここで、R’(m,n):座標(m,n)のサンプル点に生成する色信号R’、B’(m,n):座標(m,n)のサンプル点に生成する色信号B’、G’’(m,n):座標(m,n)のサンプル点に生成する色信号G’’
R ′ (m, n) = R (m, n) + {g (m, n) −G ′ (m, n)} = X (m, n) + g (m, n) (8)
B ′ (m, n) = B (m, n) + {g (m, n) −G ′ (m, n)} = Y (m, n) + g (m, n) (9)
G ″ (m, n) = G ′ (m, n) + {g (m, n) −G ′ (m, n)} = g (m, n) (10)
Here, R ′ (m, n): a color signal R ′ generated at the sample point of coordinates (m, n), B ′ (m, n): a color signal generated at the sample point of coordinates (m, n) B ′, G ″ (m, n): a color signal G ″ generated at a sample point of coordinates (m, n)

デジタル信号処理部36は、以上の信号処理により、各サンプル点に赤色信号R’,青色信号B’,緑色信号G’’を生成する。   The digital signal processing unit 36 generates a red signal R ′, a blue signal B ′, and a green signal G ″ at each sample point by the above signal processing.

以上のように、本実施形態の信号処理によれば、全てのサンプル点について存在している緑色信号を利用して、1画素データを構成する色信号R’及び色信号B’を生成しているため、各サンプル点にある赤色信号又は青色信号のみを用いて色信号R’及び色信号B’を生成する場合に比べて、偽色を目立たなくすることができる。   As described above, according to the signal processing of the present embodiment, the color signal R ′ and the color signal B ′ constituting one pixel data are generated using the green signal existing for all the sample points. Therefore, compared with the case where the color signal R ′ and the color signal B ′ are generated using only the red signal or the blue signal at each sample point, the false color can be made inconspicuous.

尚、以上の説明では、図15のS5において、色信号R、Bを一旦生成しているが、ここで色信号R、Bを生成せず、S4の後、色信号Xに緑色信号を直接加算して色信号R’を生成し、色信号Yに緑色信号を直接加算して色信号B’を生成することも可能である。   In the above description, the color signals R and B are once generated in S5 of FIG. 15. However, the color signals R and B are not generated here, and the green signal is directly applied to the color signal X after S4. It is also possible to generate a color signal R ′ by adding the color signals and add a green signal directly to the color signal Y to generate a color signal B ′.

又、以上の説明では、図15のS4において、各サンプル点に色信号X、色信号Y、色信号G’を生成しているが、S2の処理後に色信号xが存在するサンプル点(赤色信号が存在しているサンプル点と等価)については、そのサンプル点に存在している赤色信号を、そのまま色信号R’として扱うことができるため、そのサンプル点については、色信号Xを生成してから緑色信号を加算して色信号R’を生成する処理は行わなくても良い。   Further, in the above description, the color signal X, the color signal Y, and the color signal G ′ are generated at each sample point in S4 of FIG. 15. However, the sample point (red color) where the color signal x exists after the process of S2. (Equivalent to the sample point where the signal exists), the red signal existing at the sample point can be handled as it is as the color signal R ′, so that the color signal X is generated for the sample point. Thereafter, the process of adding the green signal to generate the color signal R ′ may not be performed.

同様に、S2の処理後に色信号yが存在するサンプル点(青色信号が存在しているサンプル点と等価)については、そのサンプル点に存在している青色信号を、そのまま色信号B’として扱うことができるため、そのサンプル点については、色信号Yを生成してから緑色信号を加算して色信号B’を生成するする処理は行わなくても良い。   Similarly, for the sample point where the color signal y exists after the processing of S2 (equivalent to the sample point where the blue signal exists), the blue signal present at the sample point is handled as the color signal B ′ as it is. Therefore, the processing for generating the color signal B ′ by generating the color signal Y and then adding the green signal may not be performed for the sample point.

又、本実施形態の信号処理においては、図15のS1の処理の前に、第一実施形態で説明したような信号処理(各サンプル点にある赤色信号又は青色信号と、それに隣接するサンプル点にある赤色信号又は青色信号とを所定の割合で加算して、新たな赤色信号又は青色信号を生成する処理)を行っておき、この信号処理によって得られた赤色信号及び青色信号を用いて、図15のS1以降の処理を行うことが好ましい。このようにすることで、偽色が目立たず、且つ、感度アップ又はS/N向上がなされたカラー画像データを生成することができる。   Further, in the signal processing of this embodiment, before the processing of S1 in FIG. 15, the signal processing as described in the first embodiment (the red signal or the blue signal at each sample point and the sample points adjacent thereto). And adding a red signal or blue signal at a predetermined ratio to generate a new red signal or blue signal), and using the red signal and blue signal obtained by this signal processing, It is preferable to perform the processing after S1 in FIG. By doing so, it is possible to generate color image data in which false colors are not conspicuous and sensitivity is increased or S / N is improved.

本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の表面模式図Schematic diagram of the surface of a solid-state imaging device for explaining the first embodiment of the present invention 図1のI―I線断面模式図Fig. 1 is a schematic cross-sectional view taken along line II 本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子にマイクロレンズを搭載した状態の断面模式図1 is a schematic cross-sectional view of a state in which a microlens is mounted on a solid-state imaging device for explaining a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子にマイクロレンズを搭載した状態の断面模式図1 is a schematic cross-sectional view of a state in which a microlens is mounted on a solid-state imaging device for explaining a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の光電変換素子及び信号電荷蓄積部の別の配列例を示す図The figure which shows another example of an arrangement | sequence of the photoelectric conversion element of the solid-state image sensor and signal charge storage part for describing 1st embodiment of this invention 本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の光電変換素子及び信号電荷蓄積部の別の配列例を示す図The figure which shows another example of an arrangement | sequence of the photoelectric conversion element of the solid-state image sensor and signal charge storage part for describing 1st embodiment of this invention 本発明の第一実施形態を説明するためのデジタルカメラの概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the digital camera for describing 1st embodiment of this invention 本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子から得られる色信号をメモリ上にマッピングした状態を示す図The figure which shows the state which mapped on the memory the color signal obtained from the solid-state image sensor for describing 1st embodiment of this invention カラー画像データ生成処理を説明するための図The figure for demonstrating color image data generation processing カラー画像データ生成処理に用いる係数を示す図The figure which shows the coefficient used for color image data generation processing 本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す図The figure which shows another structural example of the solid-state image sensor for demonstrating 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例から得られる色信号をメモリ上にマッピングした状態を示す図The figure which shows the state which mapped the color signal obtained from another structural example of the solid-state image sensor for describing 1st embodiment of this invention on memory 本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の別の構成例を示す概略断面図Schematic sectional view showing another configuration example of the solid-state imaging device for explaining the first embodiment of the present invention 本発明の第二実施形態を説明するための固体撮像素子から得られる色信号をメモリ上にマッピングした状態を示す図The figure which shows the state which mapped on the memory the color signal obtained from the solid-state image sensor for describing 2nd embodiment of this invention 本発明の第二実施形態における信号処理を説明するためのフローチャートThe flowchart for demonstrating the signal processing in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態における信号処理方法を説明するための図The figure for demonstrating the signal processing method in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態における信号処理方法を説明するための図The figure for demonstrating the signal processing method in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態における信号処理方法を説明するための図The figure for demonstrating the signal processing method in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態における信号処理方法にて用いる係数の一例を示す図The figure which shows an example of the coefficient used with the signal processing method in 2nd embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 固体撮像素子
1 半導体基板
2 R光電変換素子
3 信号電荷蓄積部
4 B光電変換素子
5 画素電極膜
6 垂直転送路
7 水平転送路
8 出力部
18 縦配線
20 読み出しゲート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Solid-state image sensor 1 Semiconductor substrate 2 R photoelectric conversion element 3 Signal charge storage part 4 B photoelectric conversion element 5 Pixel electrode film 6 Vertical transfer path 7 Horizontal transfer path 8 Output part 18 Vertical wiring 20 Read gate

Claims (14)

被写体を撮像してカラー画像データを生成する撮像装置であって、
半導体基板上方に積層される光電変換膜、前記半導体基板に配列され、前記光電変換膜で検出される色とは異なる色を検出する少なくとも2種類の光電変換素子を含む複数の光電変換素子、及び、前記半導体基板に形成され、前記複数の光電変換素子に蓄積される信号電荷及び前記光電変換膜で発生する信号電荷に応じた色信号を外部に読み出す信号読み出し回路を含む固体撮像素子と、
前記複数の光電変換素子のうちの前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷と、該光電変換素子に隣接して配列されている該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷とに基づいて、前記1画素データを構成する色信号を生成する色信号生成手段とを備える撮像装置。
An imaging device that images a subject and generates color image data,
A plurality of photoelectric conversion elements including at least two types of photoelectric conversion elements that are arranged on the semiconductor substrate and that are arranged on the semiconductor substrate and detect a color different from the color detected by the photoelectric conversion film; A solid-state imaging device including a signal readout circuit which is formed on the semiconductor substrate and reads out a color signal corresponding to a signal charge accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements and a signal charge generated in the photoelectric conversion film;
Of the plurality of photoelectric conversion elements, signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements corresponding to one pixel data of the color image data, and the same color as the photoelectric conversion elements arranged adjacent to the photoelectric conversion elements An image pickup apparatus, comprising: a color signal generation unit configured to generate a color signal constituting the one-pixel data based on a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element for detecting the color.
請求項1記載の撮像装置であって、
前記色信号生成手段は、前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷に応じた色信号と、該光電変換素子に隣接する該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷に応じた色信号とを所定の割合で加算して、前記1画素データを構成する色信号を生成する撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1,
The color signal generation unit detects a color signal corresponding to a signal charge stored in a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data and the same color as the photoelectric conversion element adjacent to the photoelectric conversion element. An image pickup apparatus that adds a color signal corresponding to a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element to be generated at a predetermined ratio to generate a color signal constituting the one-pixel data.
請求項1記載の撮像装置であって、
前記信号読み出し回路は、前記複数の光電変換素子に蓄積される信号電荷及び前記光電変換膜で発生する信号電荷をそれぞれ前記半導体基板上の特定方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路から転送されてきた信号電荷を前記特定方向と直交する方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路から転送されてきた信号電荷に応じた色信号を出力する出力部とを含み、
前記色信号生成手段は、前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷と、該光電変換素子に隣接する該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷とが前記垂直転送路及び前記水平転送路内で混合されるように前記固体撮像素子を駆動することで、前記1画素データを構成する色信号を生成する撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1,
The signal readout circuit includes a vertical transfer path for transferring a signal charge accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements and a signal charge generated in the photoelectric conversion film in a specific direction on the semiconductor substrate, and a vertical transfer path from the vertical transfer path, respectively. A horizontal transfer path that transfers the transferred signal charge in a direction orthogonal to the specific direction, and an output unit that outputs a color signal corresponding to the signal charge transferred from the horizontal transfer path,
The color signal generation means is a photoelectric conversion element that detects a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data and the same color as the photoelectric conversion element adjacent to the photoelectric conversion element. An image pickup apparatus that generates a color signal constituting the one-pixel data by driving the solid-state image pickup device so that accumulated signal charges are mixed in the vertical transfer path and the horizontal transfer path.
請求項1〜3のいずれか記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、前記半導体基板に設けられ、前記光電変換膜で発生する信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部を有し、前記半導体基板には、前記少なくとも2種類の光電変換素子を交互に配列した行と前記信号電荷蓄積部を配列した行とが、前記行方向の光電変換素子及び信号電荷蓄積部のそれぞれの配列ピッチの略1/2ピッチ行方向にずらして配列される撮像装置。
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The solid-state imaging device includes a signal charge accumulation unit that is provided on the semiconductor substrate and accumulates signal charges generated in the photoelectric conversion film, and the semiconductor substrate includes the at least two types of photoelectric conversion elements alternately. An imaging apparatus in which the arranged rows and the rows in which the signal charge storage units are arranged are arranged in a row direction that is approximately ½ pitch of the arrangement pitch of the photoelectric conversion elements and the signal charge storage units in the row direction.
請求項1〜3のいずれか記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、前記半導体基板に設けられ、前記光電変換膜で発生する信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部を有し、
前記複数の光電変換素子と前記信号電荷蓄積部は、正方格子状に配列され、且つ、それぞれが市松状に配列される撮像装置。
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The solid-state imaging device includes a signal charge accumulation unit that is provided on the semiconductor substrate and accumulates signal charges generated in the photoelectric conversion film,
The imaging device in which the plurality of photoelectric conversion elements and the signal charge storage unit are arranged in a square lattice shape and are arranged in a checkered pattern.
請求項1又は2記載の撮像装置であって、
前記信号読み出し回路は、MOSトランジスタと該MOSトランジスタに接続された信号線とを含んで構成され、
前記複数の光電変換素子は、前記半導体基板の深さ方向に重層された前記少なくとも2種類の光電変換素子が、前記半導体基板の同一平面上に配列されたものである撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1 or 2,
The signal read circuit includes a MOS transistor and a signal line connected to the MOS transistor,
The plurality of photoelectric conversion elements are imaging devices in which the at least two types of photoelectric conversion elements stacked in the depth direction of the semiconductor substrate are arranged on the same plane of the semiconductor substrate.
請求項1〜6のいずれか記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、前記光電変換膜の上方に、前記複数の光電変換素子の各々に光を集光する複数のマイクロレンズを備える撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 6,
The solid-state imaging device is an imaging device including a plurality of microlenses for condensing light on each of the plurality of photoelectric conversion elements above the photoelectric conversion film.
請求項1〜6のいずれか記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、前記光電変換膜と前記複数の光電変換素子との間に、前記複数の光電変換素子の各々に光を集光する複数のマイクロレンズを備える撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 6,
The solid-state imaging device is an imaging device including a plurality of microlenses that collect light on each of the plurality of photoelectric conversion elements between the photoelectric conversion film and the plurality of photoelectric conversion elements.
請求項1〜8のいずれか記載の撮像装置であって、
前記光電変換膜は、緑色の光を検出し、
前記少なくとも2種類の光電変換素子は、赤色の光を検出する光電変換素子と青色の光を検出する光電変換素子とを含む撮像装置。
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The photoelectric conversion film detects green light,
The at least two types of photoelectric conversion elements are imaging devices including a photoelectric conversion element that detects red light and a photoelectric conversion element that detects blue light.
請求項1〜9のいずれか記載の撮像装置であって、
前記光電変換膜は、有機材料を含んで構成される撮像装置。
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 9,
The photoelectric conversion film is an imaging device including an organic material.
請求項1〜10のいずれか記載の撮像装置を用いて撮像を行うデジタルカメラ。   A digital camera that performs imaging using the imaging apparatus according to claim 1. 被写体を撮像してカラー画像データを生成するカラー画像データ生成方法であって、
半導体基板上方に積層される光電変換膜、前記半導体基板に配列され、前記光電変換膜で検出される色とは異なる色を検出する少なくとも2種類の光電変換素子を含む複数の光電変換素子、及び、前記半導体基板に形成され、前記複数の光電変換素子に蓄積される信号電荷及び前記光電変換膜で発生する信号電荷に応じた色信号を外部に読み出す信号読み出し回路を含む固体撮像素子の、前記複数の光電変換素子のうちの前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷と、該光電変換素子に隣接して配列されている該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷とに基づいて、前記1画素データを構成する色信号を生成する色信号生成ステップを有するカラー画像データ生成方法。
A color image data generation method for generating color image data by imaging a subject,
A plurality of photoelectric conversion elements including at least two types of photoelectric conversion elements that are arranged on the semiconductor substrate and that are arranged on the semiconductor substrate and detect a color different from the color detected by the photoelectric conversion film; A solid-state imaging device including a signal readout circuit that is formed on the semiconductor substrate and that reads out a color signal corresponding to a signal charge accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements and a signal charge generated in the photoelectric conversion film; A signal charge accumulated in a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data among a plurality of photoelectric conversion elements and the same color as the photoelectric conversion elements arranged adjacent to the photoelectric conversion element Color image data generation method including a color signal generation step for generating a color signal constituting the one-pixel data based on a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element to be detected
請求項12記載のカラー画像データ生成方法であって、
前記色信号生成ステップは、前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷に応じた色信号と、該光電変換素子に隣接する該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷に応じた色信号とを所定の割合で加算して、前記1画素データを構成する色信号を生成するカラー画像データ生成方法。
The color image data generation method according to claim 12,
The color signal generation step detects a color signal corresponding to a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data and the same color as the photoelectric conversion element adjacent to the photoelectric conversion element. A color image data generation method for generating a color signal constituting one pixel data by adding a color signal corresponding to a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element to be added at a predetermined ratio.
請求項12記載のカラー画像データ生成方法であって、
前記信号読み出し回路は、前記複数の光電変換素子に蓄積される信号電荷及び前記光電変換膜で発生する信号電荷をそれぞれ前記半導体基板上の特定方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路から転送されてきた信号電荷を前記特定方向と直交する方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路から転送されてきた信号電荷に応じた色信号を出力する出力部とを含み、
前記色信号生成ステップは、前記カラー画像データの1画素データに対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷と、該光電変換素子に隣接する該光電変換素子と同一色を検出する光電変換素子に蓄積される信号電荷とが前記垂直転送路及び前記水平転送路内で混合されるように前記固体撮像素子を駆動することで、前記1画素データを構成する色信号を生成するカラー画像データ生成方法。
The color image data generation method according to claim 12,
The signal readout circuit includes a vertical transfer path for transferring a signal charge accumulated in the plurality of photoelectric conversion elements and a signal charge generated in the photoelectric conversion film in a specific direction on the semiconductor substrate, and a vertical transfer path from the vertical transfer path, respectively. A horizontal transfer path that transfers the transferred signal charge in a direction orthogonal to the specific direction, and an output unit that outputs a color signal corresponding to the signal charge transferred from the horizontal transfer path,
In the color signal generation step, a signal charge accumulated in a photoelectric conversion element corresponding to one pixel data of the color image data and a photoelectric conversion element that detects the same color as the photoelectric conversion element adjacent to the photoelectric conversion element are detected. Color image data generation method for generating color signals constituting the one-pixel data by driving the solid-state imaging device so that accumulated signal charges are mixed in the vertical transfer path and the horizontal transfer path .
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