JP2008078922A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低照度被写体を高感度で撮像することができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置は、可視光の全波長域を透過させる無色フィルタ１０を含み、該可視光を第１の電気信号に変換する複数の第１の画素と、可視光のうち第１の波長に分光透過率のピークを有する第１のフィルタ２０を含み、該第１の波長の光を第２の電気信号に変換する複数の第２の画素と、可視光のうち第１の波長と異なる第２の波長に分光透過率のピークを有する第２のフィルタ３０を含み、該第２の波長の光を第３の電気信号に変換する複数の第３の画素と、第１から第３の画素が半導体基板上にマトリクス状に配列された画素領域１０１と、画素領域への或る入射光によって生じた第１から第３の電気信号を受信し、第１から前記第３の電気信号を用いて、第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長に対応する第４の電気信号を算出する演算部１１０とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、固体撮像素子に関する。

固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Complimentary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサが開発されている。半導体プロセスにおけるデザインルールの縮小に伴い、最近では、約２．５μｍ四方の大きさの画素からなる、５メガ画素を超える単板カラーイメージセンサが商品化されている。また、ＣＣＤ（charge-coupled device）においては、約１．８６μm四方の大きさの画素からなる単板カラーイメージセンサを用いたデジタルスチルカメラも商品化されている。

単板カラーイメージセンサでは、ワンチップでカラー画像情報を取得するために、ベイヤー(Ｂａｙｅｒ)配列と呼ばれるＣＦＡ（Ｃｏｌｏｒ−Ｆｉｌｔｅｒ−Ａｒｒａｙ）を画素領域に形成している。ベイヤー配列は、２行２列の画素ブロック内に対角をなすように２つの緑色(Ｇ)画素を配置し、さらに、残りの２画素として赤色(Ｒ) 画素および青色(Ｂ)画素を１画素ずつ配置した構成を有する。このベイヤー配列が最も一般的なＣＦＡ配列として採用されている。緑色画素、赤色画素および青色画素は、それぞれ緑色光、赤色光および青色光を受けて、それらの光強度に基づいた電気信号を出力する画素である。ベイヤー配列がＣＦＡ配列として一般的に採用されている理由は次の通りである。

緑（Ｇ）は、可視光の中で人間の視感に最も大きな影響を与える色であり、テレビジョン規格における輝度信号Yは、式１で表現される。

Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂ （式１）
ここで、Ｇは緑色の光強度、Ｒは赤色の光強度、Ｂは青色の光強度を示す。光強度は、或る強度の光を受けたときに画素が光電効果により発生する電気信号の電圧または電流である。この式１を参照してわかるように、テレビジョン規格における輝度信号は、緑色の光の寄与が最も大きくなるように構成される（特許文献２）。

したがって、ベイヤー配列では、緑色画素の比率を高め、かつ緑色画素を市松状に配置することで、より高いレベルの輝度信号が得られると同時に、輝度信号の解像度を高めることが可能となる。

その他、ＲＧＢ画素および可視光画素Ｗを全て用いたＣＦＡ配列が特許文献１に開示されている。

ＪＩＳ−Ｚ８１２０の定義によれば、可視光線に相当する電磁波の波長は、おおよそ短波長側が３６０ｎｍ〜４００ｎｍ、長波長側が７６０ｎｍ〜８３０ｎｍである。一般的なイメージセンサにおいては、４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の波長範囲の可視光を撮像している。
特開２００４−３０４７０６号公報 特開平８−９３９５号公報

ベイヤー配列のＣＦＡを採用する単板カラーイメージセンサにおいて、緑色画素は、入射光のうち緑色成分を透過し、赤色成分および青色成分を吸収するフィルタを備えている。その緑色透過フィルタを用いると、その透過率のピークは、入射光の８０%ほどに低下してしまう。したがって、従来、入射光の緑色成分の利用率は最大で８０％であった。赤色成分および青色成分の利用率については各々９５％および８０％程度であった。

一方、画素の微細化によって入射光の光量が低下している。これは、画素が微細化された固体撮像装置では低照度被写体の撮像における感度が低下してしまうことを意味する。

カラー画像を撮像する場合に、被写体の色情報を再現するためには互いに波長の異なる３種類の色情報を取得し再現することが必要である。しかし、上述したように、３種類の色情報を得るための色フィルタの透過率は８０〜９５％であり、入射光を十分に利用することができない。また、単色光を透過させる色フィルタを使用している限り、その他の２色の光エネルギーはフィルタに吸収され、損失することになる。即ち、ＲＧＢのそれぞれに対応する色フィルタを用いた固体撮像装置は、低照度被写体の撮像における感度が低い。

そこで、本発明の目的は、低照度被写体を高感度で撮像することができる固体撮像装置を提供することである。

本発明に係る実施形態に従った固体撮像装置は、可視光の全波長域を透過させる無色フィルタを含み、該可視光を第１の電気信号に変換する複数の第１の画素と、可視光のうち第１の波長に分光透過率のピークを有する第１のフィルタを含み、該第１の波長の光を第２の電気信号に変換する複数の第２の画素と、可視光のうち第１の波長と異なる第２の波長に分光透過率のピークを有する第２のフィルタを含み、該第２の波長の光を第３の電気信号に変換する複数の第３の画素と、前記第１から前記第３の画素から成る画素領域へ入射する光によって生じた前記第１から前記第３の電気信号を受信し、前記第１から前記第３の電気信号を用いて、可視光のうち前記第１の波長および前記第２の波長と異なる第３の波長に対応する第４の電気信号を算出する演算部とを備えている。

本発明に係る実施形態に従った固体撮像装置は、可視光の全波長域を透過させる無色フィルタを含み、該可視光を第１の電気信号に変換する第１の画素と、可視光のうち第１の波長に分光透過率のピークを有する第１のフィルタを含み、該第１の波長の光を第２の電気信号に変換する第２の画素と、可視光のうち第１の波長と異なる第２の波長に分光透過率のピークを有する第２のフィルタを含み、該第２の波長の光を第３の電気信号に変換する第３の画素と、前記第１から前記第３の画素から成る画素領域へ入射する光によって生じた前記第１から前記第３の電気信号を受信し、前記第１から前記第３の電気信号を用いて、前記第１から前記第３の画素のそれぞれの輝度信号および色差信号を生成する演算部とを備えている。

本発明による固体撮像装置は、低照度被写体を高感度で撮像することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に従った固体撮像装置を示すブロック図である。固体撮像装置１００は、シリコン基板９０、撮像領域１０１、負荷トランジスタ１０２、相関二重サンプリング（ＣＤＳ（Correlated Double Sampling））回路１０３、Ｖ(Vertical)選択回路１０４、Ｈ(Horizontal)選択回路１０５、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ(Automatic Gain Controller)）１０６、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ(Analog-Digital Converter)）１０７、デジタル増幅器１０８、信号処理プロセッサ（ＤＳＰ（Digital Signal Processor））１１０およびタイミング発生器（ＴＧ(Timing Generator)）１０９を備えている。これらの要素は、１つの半導体チップ上に形成されている。ＡＤＣ１０７およびＣＤＳ回路１０３は、カラム型のＣＤＳ−ＡＤＣ回路として一体に構成してもよい。

撮像領域１０１は、光電変換により入射光を電気信号に変換する複数の画素を備えている。複数の画素は、二次元のマトリクス状に配列されている。負荷トランジスタ１０２は、基板電位（図示せず）と撮像領域１０１との間に接続され、撮像領域１０１内の画素に定電流を供給する電流源として機能する。Ｖ選択回路１０４は、撮像領域１０１内の特定の画素を選択し、その画素の信号をＣＤＳ回路１０３へ送る。ＣＤＳ回路１０３は、撮像領域１０１から得られた電気信号からアンプ雑音およびリセット雑音を除去する回路である。ＣＤＳ回路１０３からの信号は、Ｈ選択回路１０５により時系列で出力される。ＡＧＣ回路１０６は、ＣＤＳ回路１０３からの信号の振幅を制御する。ＡＤＣ１０７は、ＣＤＳ１０３からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル増幅器１０８は、このデジタル信号を増幅して出力する。ＴＧ１０９は、負荷トランジスタ１０２、ＣＤＳ回路１０３、Ｖ選択回路１０４、Ｈ選択回路１０５、ＡＧＣ１０６、ＡＤＣ１０７およびデジタル増幅器１０８の動作のタイミングを制御する回路である。さらに、ＤＳＰ１１０は、補間処理、判定処理、色処理、色信号抽出等の信号処理を行う。即ち、ＤＳＰ１１０は、上記デジタル信号からＲＧＢ信号またはＹＵＶ信号を生成する。ＤＳＰは、固体撮像装置１００とは別に設けられてもよく、あるいは、固体撮像装置１００のチップ内に内蔵されてもよい。また、ＴＧ１０９、ＡＧＣ１０６、ＡＤＣ１０７、デジタル増幅器１０８等は、別の半導体チップに形成してもよい。さらに、図１には記載されない信号処理回路を固体撮像装置１００のチップ上に搭載してもよい。

図２は、撮像領域１０１の一部として２行２列の４画素ブロックを示す平面図である。第１の画素Ｗは、可視光の全波長域を透過させる無色フィルタ１０を含み、この可視光を第１の電気信号に変換する。第２の画素Ｒは、可視光のうち赤色の波長に分光透過率のピークを有する第１のフィルタ２０を含み、この波長の赤色光を第２の電気信号に変換する。第３の画素Ｂは、可視光のうち青色の波長に分光透過率のピークを有する第２のフィルタ３０を含み、この波長の青色光を第３の電気信号に変換する。

この４画素ブロックは、２つの第１の画素Ｗ、１つの第２の画素Ｒ、並びに、１つの第３の画素Ｂから成る。画素領域１０１は、この４画素ブロックを１つのユニットとして、このユニットを周期的に繰り返すことによって構成されている。これにより、第１の画素Ｗは、市松模様に配置される。隣り合う第１の画素Ｗ間には、第２の画素Ｒと第３の画素Ｂとが交互に配置される。

このようにＣＦＡが配置された撮像領域１０１は、第ｎ行において、Ｗ、Ｒ、Ｗ、Ｒ・・・の順に配置され、第（ｎ＋１）行において、Ｂ、Ｗ、Ｂ、Ｗ・・・の順に配置され、並びに、第（ｎ＋２）行において、Ｗ、Ｒ、Ｗ、Ｒ・・・の順に配置される。この配列に従って、固体撮像装置１００は、各画素ごとに電気信号を出力する。

この配列から画素Ｗの信号を分離すると、第ｎ行では、ＳＷ、＊、ＳＷ、＊・・・であり、第（ｎ＋１）行では、＊、ＳＷ、＊、ＳＷ・・・であり、第（ｎ＋２）行では、ＳＷ、＊、ＳＷ、＊・・・となり、第（ｎ＋３）行では、＊、ＳＷ、＊、ＳＷ・・・となる。上記配列から画素Ｒの信号を分離すると、第ｎ行では、＊、ＳＲ、＊、ＳＲ・・・となり、第（ｎ＋１）行では、＊、＊、＊、＊・・・となり、第（ｎ＋２）行では、＊、ＳＲ、＊、ＳＲ・・・となり、第（ｎ＋３）行では、＊、＊、＊、＊・・・となる。上記配列から画素Ｂの信号を分離すると、第ｎ行では、＊、＊、＊、＊・・・となり、第（ｎ＋１）行では、ＳＢ、＊、ＳＢ、＊・・・となり、第（ｎ＋２）行では、＊、＊、＊、＊・・・となり、第（ｎ＋３）行では、ＳＢ、＊、ＳＢ、＊・・・となる。ここで、ＳＷ、ＳＲおよびＳＢは、それぞれ第１の画素Ｗ、第２の画素Ｒおよび第３の画素Ｂから得られる電気信号（電圧値または電流値）であり、即ち、可視光強度または各色の光強度を示す。“＊”は、該当する可視光強度または該当する色の光強度が不明であることを示す。例えば、第１の画素Ｗの信号に着目すると、第２の画素Ｒおよび第３の画素Ｂが配置された位置では、可視光強度は不明である。従って、第２の画素Ｒおよび第３の画素Ｂが配置された位置においては“＊”が示されている。第２の画素Ｒの信号に着目すると、第１の画素Ｗおよび第３の画素Ｂが配置された位置では、赤色光の強度は不明である。従って、第１の画素Ｗおよび第３の画素Ｂが配置された位置においては“＊”が示されている。さらに、第３の画素Ｂの信号に着目すると、第１の画素Ｗおよび第２の画素Ｒが配置された位置では、青色光の強度は不明である。従って、第１の画素Ｗおよび第２の画素Ｒが配置された位置においては“＊”が示されている。

“＊”で示された可視光強度または各色の光強度は、演算部としてのＤＳＰ１１０において補間処理により算出される。補間処理方法としては、上下方向、左右方向および斜め方向に隣接する同種のＣＦＡを有する画素からの信号を相加平均すればよい。例えば、第２の画素Ｒにおける可視光強度は、第２の画素Ｒの上下および左右に隣接する４つの第１の画素Ｗからの信号ＳＷを平均することによって算出される。この４つの信号ＳＷの平均値を第２の画素Ｒにおける可視光強度とすればよい。第３の画素Ｂにおける可視光強度も同様に求めることができる。第２の画素Ｒにおける青色の光強度は、第２の画素Ｒの斜めに隣接する４つの第３の画素Ｂからの信号ＳＢを平均することによって算出される。同様に、第３の画素Ｂにおける赤色の光強度は、第３の画素Ｂの斜めに隣接する４つの第２の画素Ｒからの信号ＳＲを平均することによって算出される。さらに、第１の画素Ｗにおける赤色の光強度は、第１の画素Ｗの上下または左右に隣接する２つの第２の画素Ｒからの信号ＳＲを平均することによって算出される。第１の画素Ｗにおける青色の光強度は、第１の画素Ｗの上下または左右に隣接する２つの第３の画素Ｂからの信号ＳＢを平均することによって算出される。このような補間処理を実行することによって、撮像領域の全画素におけるＳＷ、ＳＲ、ＳＢの３種類の色情報が得られる。この補間処理は、３行３列の９画素ブロックからの信号を用いて実行している。しかし、補間処理に用いる画素数は、補間処理能力に応じて任意に設定可能である。また、上記補間処理は、相加平均を用いたが、相加平均以外の方法を用いても差し支えない。

この段階では、各画素において信号ＳＷ、ＳＲおよびＳＢの３種類の色情報が得られている。ここで得られた信号ＳＲおよびＳＢは、光３原色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））のうち赤（Ｒ）および青（Ｂ）についての電気信号である。しかし、緑（Ｇ）についての信号ＳＧは未だ不明のままである。ＤＳＰ１１０は、各画素において第１の電気信号ＳＷ、第２の電気信号ＳＲおよび第３の電気信号ＳＢを用いて第４の電気信号としてのＳＧを算出する。

図３は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色フィルタおよび可視光（Ｗ）フィルタのそれぞれの光透過率を示すグラフである。横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は各カラーフィルタの光透過率を示す。ラインＬＷに示すように、第１の画素Ｗに用いられる無色フィルタは、可視光領域の全波長域において９５％を超える高い透過率を有する。ラインＬＲに示すように、第２の画素Ｒに用いられる第１のフィルタは、赤色の波長に分光透過率のピークを有するが、その分光透過率は約９５％である。ラインＬＢに示すように、第３の画素Ｂに用いられる第２のフィルタは、青色の波長に分光透過率のピークを有するが、その分光透過率は約８０％である。尚、従来技術で用いられている緑色の波長に分光透過率のピークを有するフィルタ（以下、第３のフィルタという）の分光透過率は、ラインＬＧに示すように、約８０％である。

図４は、図３に示すカラーフィルタを備えた各画素の分光感度特性を示すグラフである。横軸は入射光の波長であり、縦軸は光信号の強度を示す。図４に示すように、第１の画素Ｗは、可視光の全波長領域に亘って高い分光感度を有する。図４に示すグラフに示すように、第１の画素Ｗの感度ＳＳＷは、第２の画素Ｒの各感度ＳＳＲ、第３の画素Ｂの各感度ＳＳＢ、および、第３のフィルタを備えた画素（以下、第４の画素という）の感度ＳＳＧのいずれよりも高い。

この分光感度特性は、第１から第３のフィルタの透過率が無色フィルタの透過率よりも低いことに起因する。そこで、第１から第３のフィルタの各透過率および画素の分光感度特性によって決定される比例定数をそれぞれＫｒ、ＫｂおよびＫｇとすると、式２が成立する。
ＳＷ＝Ｋｒ×ＳＲ＋Ｋｂ×ＳＢ＋Ｋｇ×ＳＧ （式２）

図３および図４に示した具体例では、係数Ｋｒ、ＫｂおよびＫｇは、それぞれ１．０３、１．２３および１．２３である。これらの比例定数を用いると、ＳＧは、式３のように表される。
ＳＧ＝（ＳＷ−Ｋｒ×ＳＲ−Ｋｂ×ＳＢ）／Ｋｇ＝０．８２ＳＷ−０．８４ＳＲ−ＳＢ （式３）
ＤＳＰ１１０は、デジタル増幅器１０８から得た信号ＳＷ、ＳＲおよびＳＢを式３に代入することによって信号ＳＧを算出する。

このように、本実施形態では、ＤＳＰ１１０は、第２の電気信号ＳＲおよび第３の電気信号ＳＢにそれぞれ第１のフィルタの透過率および第２のフィルタの透過率を考慮して得られた係数ＫｒおよびＫｂをそれぞれ乗算する。ＤＳＰ１１０は、この乗算によって得られた第１の結果（ＳＲ（Ｋｒ）−ＳＢ（Ｋｂ））を第１の電気信号ＳＷから減算する。ＤＳＰ１１は、この減算によって得られた第２の結果（ＳＷ−ＳＲ（Ｋｒ）−ＳＢ（Ｋｂ））を第３のフィルタの透過率を考慮して得られた係数Ｋｇで除算する。これにより、ＤＳＰ１１０は、第４の電気信号ＳＧを算出する。式３のように、第４の電気信号ＳＧは、可視光の信号ＳＷから赤色信号ＳＲの成分および青色信号ＳＢの成分を減算することによって得られる。以下、この方法を“減算法”という。この減算法を実行することによって、図５に示す信号ＳＧ１を得ることできる。信号ＳＧ０は、実際に第３のフィルタを備えた画素を用いて得られた信号である。信号ＳＧ１は、信号ＳＧ０と緑色の波長域でほぼ合致している。これは、減算法によって信号ＳＧ０をほぼ正確に算出することができることを意味する。

ＤＳＰ１１０は、減算法だけでなく、除算を用いて第４の電気信号ＳＧを算出してもよい。例えば、ＤＳＰ１１０は、式４を用いて信号ＳＧを算出してもよい。
ＳＧ＝ＳＷ×（ＳＷ×Ｋｇ／（Ｋｒ×ＳＲ＋Ｋｂ×ＳＢ）−１） （式４）
式４を用いた方法を以下、“除算法”という。除算法において、ＤＳＰ１１０は、第２の電気信号ＳＲおよび第３の電気信号ＳＢのそれぞれに第１のフィルタの分光透過率によって決定される係数Ｋｒおよび第２のフィルタの分光透過率によって決定される係数Ｋｂを乗算し、この乗算によって得られた結果を互いに加算し、この加算によって得られた結果（Ｋｒ×ＳＲ＋Ｋｂ×ＳＢ）で第１の電気信号ＳＷを除算し、この除算によって得られた結果から１を減算し、この減算によって得られた結果を第１の電気信号ＳＷに乗算する。これにより、信号ＳＧが算出される。

この除算法を実行することによって、図５に示す信号ＳＧ２を得ることできる。信号ＳＧ２は、信号ＳＧ０と緑色の波長域でほぼ合致している。これは、除算法によって信号ＳＧ０をほぼ正確に算出することができることを意味する。

尚、係数Ｋｒ、ＫｇおよびＫｂは、計算を簡単にするために、全て１にしてもよい。それにより、式３は式５のように簡単化され、式４は式６のように簡単化される。ＤＳＰ１１０は、式５および式６を用いて信号ＳＧを算出してもよい。式５および式６は、式３および式４に比べて正確性に欠けるものの、比較的簡単である。
ＳＧ＝ＳＷ−ＳＲ−ＳＢ （式５）
ＳＧ＝ＳＷ×（ＳＷ／（ＳＲ＋ＳＢ）−１） （式６）

図６は、入射光の照度と固体撮像装置１００の信号出力との関係を示すグラフである。このグラフによれば、照度がＩ３〜Ｉ４の範囲において、画素Ｗからの出力ＶＷ、画素Ｒからの出力ＶＲおよび画素Ｂからの出力ＶＢは、いずれも飽和しておらず、かつ、ノイズレベルよりも大きい。従って、ＤＳＰ１１０は、上述の式３〜式６のいずれかを用いて信号ＳＧを算出することができる。

しかし、出力ＶＷで示すように、照度がＩ４を超えると、画素Ｗが飽和してしまう。また、出力ＶＢで示すように、照度がＩ３を下回ると、出力ＶＢがノイズレベルを下回ってしまう。即ち、本実施形態による固体撮像装置１００は、照度Ｉ３〜Ｉ４の範囲において、式３〜式６のいずれかを用いて信号ＳＧを算出することができるものの、照度がＩ３を下回る場合および照度がＩ４を超える場合には単に式３〜式６のいずれかを用いただけでは信号ＳＧを算出することができない。一方、従来技術による画素Ｒ、画素Ｇおよび画素Ｂを備えた装置では、出力ＶＲ、ＶＧおよびＶＢを参照してわかるように、照度Ｉ３〜Ｉ５の範囲で信号ＳＲ、ＳＧおよびＳＢを検出することができる。

そこで、本実施形態におけるＤＳＰ１１０は、Ｉ３を下回る低照度領域およびＩ４を超える高照度領域において、図７に示す演算を行う。まず、ＤＳＰ１１０は、撮像領域１０１から得た信号を用いて上述の補間処理を実行する（Ｓ１０）。これにより、各画素における信号ＳＷ、ＳＲおよびＳＢを得ることができる。図６に示す出力ＶＷ、ＶＲおよびＶＢは、信号ＳＷ、ＳＲおよびＳＢの電圧に相当する。

次に、信号ＳＷの出力ＶＷを予め設定された飽和値ＶＷ１と比較する（Ｓ３０）。飽和値ＶＷ１は、照度Ｉ４における画素Ｗの出力を予め設定した値である。出力ＶＷが飽和値ＶＷ１以下である場合、出力ＶＷ、ＶＲおよびＶＢは、全て飽和レベル以下であることが分かる。即ち、入射光の照度がＩ４以下であることが分かる。出力ＶＷが飽和値ＶＷ１以下である場合、次に、信号ＳＲの照度ＶＲをノイズレベルＶＲ１と比較する（Ｓ４０）。ノイズレベルＶＲ１は、照度Ｉ７における画素Ｒの出力を予め設定した値である。出力ＶＲが飽和値ＶＲ１以上である場合、次に、信号ＳＢの照度ＶＢをノイズレベルＶＢ１と比較する（Ｓ５０）。ノイズレベルＶＢ１は、照度Ｉ３における画素Ｂの出力を予め設定した値である。ステップＳ５０で出力ＶＢが飽和値ＶＢ１以上である場合、出力ＶＷ、ＶＲおよびＶＢは、ノイズレベル以上であるということが分かる。即ち、入射光の照度がＩ３以上であることが分かる。この場合、入射光の照度はＩ３〜Ｉ４の範囲内であるので、ＤＳＰ１１０は、信号ＳＷ、ＳＲおよびＳＢを式３〜式６に用いて信号ＳＧを算出することができる。これにより、信号ＳＲ、ＳＧおよびＳＢが生成され得る（Ｓ６０）。その後、信号ＳＲ、ＳＧおよびＳＢは、固体撮像装置１００から出力される（Ｓ１２０）。

ステップＳ３０において、出力ＶＷが飽和値ＶＷ１を超える場合、出力ＶＷは飽和レベルを超えることが分かる。即ち、入射光の照度がＩ４を超えることがわかる。この場合、ＤＳＰ１１０は、式７を演算することによって、出力ＶＷを算出する（Ｓ７０）。
ＶＷ＝Ｋ１×ＶＲ＋Ｋ２×ＶＢ （式７）
ここで、係数Ｋ１およびＫ２は、照度がＩ３〜Ｉ４の領域において、入射光として、たとえば白色光を用いた場合のＶＷ、ＶＲ、ＶＢの関係を考慮して予め設定された定数である。出力ＶＷは、式７のように出力ＶＲおよびＶＢの一次関数で表すことができる。式７を演算することによって、飽和状態にある画素Ｗに入射する光の照度に対応した出力ＶＷを得ることができる。尚、図６では、照度および出力は、いずれも対数表示されている。また、照度がＩ６を超え、出力ＶＲおよびＶＢも飽和レベルに達した場合には、式７では正確な出力ＶＷを算出することはできず、ＶＷは飽和する。ただし、Ｉ５以上の照度は、従来技術においても飽和レベルであるので、Ｉ６以上の照度の場合に出力ＶＷが飽和しても差し支えない。

次に、式７によって得られたＶＷを飽和値ＶＷ１と比較する（Ｓ８０）。緑色光の照度が大きいために出力ＶＷが飽和している場合、式７では正確な出力ＶＷを算出することはできない。そこで、ステップＳ８０において、ＤＳＰ１１０は、出力ＶＷの飽和の原因が緑色光の高照度であるか否かを判断している。式７によって得られた出力ＶＷが飽和値ＶＷ１以上である場合には、可視光、赤色光または青色光（緑色光を含んでもよい）によって出力ＶＷが飽和している。この場合には、ＤＳＰ１１０は、第１の色処理を実行する（Ｓ１００）。一方、式７によって得られた出力ＶＷが飽和値ＶＷ１より小さい場合には、可視光、赤色光または青色光以外の緑色光によって出力ＶＷが飽和している。この場合、式７によって得られた出力ＶＷよりも飽和値ＶＷ１の方が実際のＶＷに近いと考えられる。従って、ＤＳＰ１１０は、飽和値ＶＷ１を出力ＶＷに代入し（Ｓ９０）、第１の色処理を実行する。

第１の色処理（Ｓ１００）は、まず、或る置換対象画素の色情報を最寄の未飽和画素の色情報を用いて置換する。例えば、ＤＳＰ１１０は、出力ＶＷが飽和している置換対象画素の左右に隣接しかつ出力ＶＷが飽和していない画素の色情報（出力ＶＷｐ、ＶＲｐ、ＶＢｐとする）を式８に代入する。これにより算出された（ＶＷ’、ＶＲ’、ＶＢ’）を当該置換対象画素の色情報とする。この場合、ＤＳＰ１１０は、撮像領域１０１の或る行において、当該置換対象画素の直前に読み出された画素の色情報で当該置換対象画素の色情報を用いればよい。
ＶＷ’＝（ＶＷ／ＶＷｐ）×ＶＷｐ
ＶＲ’＝（ＶＷ／ＶＷｐ）×ＶＲｐ （式８）
ＶＢ’＝（ＶＷ／ＶＷｐ）×ＶＢｐ

次に、ステップＳ６０において、ＤＳＰ１１０は、置換後の置換対象画素の色情報（ＶＷ’、ＶＲ’、ＶＢ’）を（ＳＷ、ＳＲ、ＳＢ）として式３に代入し、ＳＧを算出する。算出されたＳＧは、置換対象画素の第４の電気信号ＶＧ’に該当する。これにより、置換対象画素の色情報（ＶＲ’、ＶＧ’、ＶＢ’）が得られる。

代替的に、ＤＳＰ１１０は、置換対象画素の上下に隣接する画素の色情報により当該置換対象画素の色情報を置換することができる。この場合、ＤＳＰ１１０は、撮像領域１０１の或る行の直前に読み出された行をメモリ（図示せず）に格納しておき、上下に隣接する画素の色情報で当該置換対象画素の色情報を置換すればよい。

より詳細には、ＤＳＰ１１０は、左右または上下に隣接する画素の色情報の照度を置換対象画素の照度に適合させる演算を行い、その演算結果を置換対象画素の色情報として置換する。例えば、置換対象画素の色情報を（ＶＷ’、ＶＲ’、ＶＢ’）とし、その置換対象画素の左右または上下に隣接する画素の可視光、赤色、青色の各色情報を（ＶＷｐ、ＶＲｐ、ＶＢｐ）とする。この場合、色置換処理は、式８および式３（または式４）を演算することにより行われる。左右方向に連続した複数の画素においてＶＷが飽和している場合には、時系列の信号読出し中に最初に発生したＶＷ飽和画素において色置換処理が行われ、以降のＶＷ飽和画素においては直前に色置換処理が行われた画素信号を用いて色置換処理が行われる。上下方向に連続した複数の画素においてＶＷが飽和している場合も同様である。

さらに、代替的に、ＤＳＰ１１０は、画素の色情報を無彩色化して演算してもよい。例えば、Ｉ４を超える高照度またはＩ３を下回る低照度においては、人間の視覚では色彩情報の認識率が低下するため、無彩色の輝度情報だけで充分である場合がある。このような場合、画素の色情報を無彩色化して演算しても差し支えない。むしろ、無彩色化して演算することは、ＤＳＰ１１０に負荷をかけないという観点から好ましい。より詳細には、ＤＳＰ１１０は、まず、式９を実行する。
ＶＷ’＝（ＶＷ／Ｗ０）×Ｗ０
ＶＲ’＝（ＶＷ／Ｗ０）×Ｒ０ （式９）
ＶＢ’＝（ＶＷ／Ｗ０）×Ｂ０
ここで、（Ｗ０、Ｒ０、Ｂ０）は、無色フィルタ１０の分光透過率、第１のフィルタ２０の分光透過率および第２のフィルタ３０の分光透過率によって予め設定される定数である。式９によって（Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０）の輝度をＶＷに適合させている。尚、無彩色信号（Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０）は、Ｒ０：Ｇ０：Ｂ０＝１：１：１となる信号である。

次に、ステップＳ６０において、（ＶＷ’、ＶＲ’、ＶＢ’）を（ＳＷ、ＳＲ、ＳＢ）として式３（または式４）に代入することによって、ＳＧとして置換対象画素の第４の電気信号ＶＧ’が得られる。これにより得られた（ＶＲ’，ＶＧ’，ＶＢ’）を置換対象画素の出力とする。式９の演算は式８の演算よりも簡単であるので、無彩色化による演算は、ＤＳＰ１１０に負荷をかけない。第１の色処理の実行後、ステップＳ６０に示すように、ＤＳＰ１１０は、信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢを生成する。

代替的に、無彩色は、Ｒ０：Ｇ０：Ｂ０＝１：１：１であることから、ＶＲ’：ＶＧ’：ＶＢ’＝１：１：１となることが分かる。従って、ＤＳＰ１１０は、式９のうち、ＶＲ’＝（ＶＷ／Ｗ０）×Ｒ０またはＶＢ’＝（ＶＷ／Ｗ０）×Ｂ０のいずれか一方を計算するだけでもよい。例えば、ＤＳＰ１１０は、ＶＲ’＝（ＶＷ／Ｗ０）×Ｒ０を計算し、この計算結果をＶＢ’およびＶＧ’に適用する。これにより、式３（または式４）の実行が不要になる。即ち、図７のステップＳ６０を実行することなく、ステップＳ１２０において、信号（ＳＲ、ＳＧ、ＳＢ）を出力することができる。

一方、ステップＳ４０において出力ＶＲがノイズレベルＶＲ１よりも小さい場合、並びに、ステップＳ５０において出力ＶＢがノイズレベルＶＢ１よりも小さい場合、第２の色処理を実行する（Ｓ１１０）。第２の色処理は、式８を用いた置換処理でもよく、式９を用いた無彩色化処理でもよい。しかし、第２の色処理は、第１の色処理と異なる処理であってもよい。例えば、第１の色処理が式８を用いた置換処理であり、第２の色処理が式９を用いた無彩色化処理であってもよい。また、その逆でもよい。

例えば、Ｉ１〜Ｉ３においては、第１の画素Ｗからの出力ＶＷはノイズレベル以上であるが、第２の画素Ｒからの出力ＶＲは、低照度によってノイズレベル未満である。この場合、ＤＳＰ１１０は、第２の色処理として第２の画素Ｒに近接しかつ出力ＶＲおよびＶＢがノイズレベル以上である画素からの出力ＶＷ、ＶＲおよびＶＢを用いて式８を演算する。このとき、この第２の画素Ｒからの出力ＶＷも用いる。これにより、第２の画素Ｒにおける（ＶＷ’、ＶＲ’、ＶＢ’）が得られる。

代替的に、ＤＳＰ１１０は、第２の色処理として画素の色情報を無彩色化して演算してもよい。例えば、補間処理によって得られた第２の画素Ｒにおける第１の電気新ＳＷ（出力ＶＷ）を式９に適用することよって（ＶＷ’、ＶＲ’、ＶＢ’）が得られる。

第２の色処理の実行後、ステップＳ６０に示すように、ＤＳＰ１１０は、信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢを生成する。第２の色処理によって、入射光の照度がＩ３以下の低照度であっても、信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢを得ることができる。

上述のように、従来の装置は、Ｉ３〜Ｉ５の照度の範囲の入射光を検出することができた。これに対し、本実施形態による固体撮像装置１００は、補間処理（Ｓ１０）、出力ＶＷの算出処理（Ｓ７０）、第１および第２の色処理（Ｓ１００、Ｓ１１０）によって、Ｉ１〜Ｉ６の照度の範囲の入射光を検出することができる。即ち、本実施形態によれば、Ｉ３以下の低照度の入射光を検出することができる。

上述のように、本実施形態による固体撮像装置は、入射光エネルギーを９５％以上利用することができる無色フィルタを備えた無色画素Ｗを導入し、尚且つ、入射光エネルギーの利用効率が低い単色光フィルタを備えた画素Ｇを省略した。入射光エネルギーの利用効率が低い画素Ｇに代えて、その利用効率が高い画素Ｗを導入することによって、本実施形態は、入射光エネルギーの利用効率を高めながら、３種類の色情報（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を得ることができる。即ち、入射光エネルギーの利用効率が低い画素Ｇに代えて、その利用効率が高い画素Ｗを導入することによって、低照度の入射光を高感度で検出することができる。これは、装置全体のさらなる微細化にもつながる。

尚、本実施形態では、画素Ｇを省略したが、画素Ｇの代わりに画素Ｂを省略してもよい。画素Ｂの入射光エネルギーの利用効率は、画素Ｇのそれとほぼ等しい（約８０％）からである。

（第２の実施形態）
いわゆる、ＲＧＢ出力に替わるＹＵＶ出力の場合にも、第１の実施形態と同様の信号処理を適用することができる。第２の実施形態は、ＹＵＶ出力に第１の実施形態を適用した実施形態である。第２の実施形態による固体撮像装置の構成は、第１の実施形態による固体撮像装置の構成と同様でよい。

図８に示すように、第２の実施形態は、図７の信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢの生成ステップ（Ｓ６０）に代えて信号ＳＹ、ＳＵ、ＳＶの生成ステップ（Ｓ１３０）を具備し、図７の信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢの出力ステップ（Ｓ１２０）に代えて信号ＳＹ、ＳＵ、ＳＶの出力ステップ（Ｓ１４０）を具備する。また、第２の実施形態は、無彩色化処理も第１の実施形態と異なる。

ステップＳ１３０における信号ＳＹ、ＳＵ、ＳＶの生成は次のように行われる。

輝度信号ＳＹは式１０で表される。
ＳＹ＝０．３０ＳＲ＋０．５９ＳＧ＋０．１１ＳＢ （式１０）
ここで、本実施形態によるＣＦＡには画素Ｇが無いので、ＤＳＰ１１０は、上述の補間処理により得られる各画素の信号ＳＷ、ＳＲ、ＳＢから信号ＳＹ、ＳＵ、ＳＶ信号を算出する。そのためには、式３および式１０を用いて、式１１のように信号ＳＹを得ることができる。
ＳＹ＝０．３０ＳＲ＋０．５８×（０．８２ＳＷ−０．８４ＳＲ−ＳＢ）＋０．１１ＳＢ＝０．４８Ｗ−０．１９Ｒ−０．４７Ｂ （式１１）
さらに、色差信号ＳＵおよびＳＶは、式１２および式１３のように表すことができる。
ＳＵ＝０．４９２×（ＳＢ−ＳＹ）＝０．４９２×（０．５３ＳＢ＋０．１９ＳＲ−０．４８ＳＷ）＝０．２６ＳＢ＋０．０９ＳＲ−０．２４ＳＷ （式１２）
ＳＶ＝０．８７７×（ＳＲ−ＳＹ）＝０．８７７×（０．５２ＳＲ＋０．４７ＳＢ−０．４８ＳＷ）＝０．４６ＳＲ＋０．４１ＳＢ−０．４２ＳＷ （式１３）

無彩色化処理に関しては、（ＳＵ，ＳＶ）＝（０，０）とすればよい。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に従来よりも低照度の入射光を検出することができるという効果を有する。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、輝度信号ＳＹとして、信号ＳＷまたは補間後の信号をそのまま使用する。第３の実施形態のその他の構成および処理は、第２の実施形態と同様でよい。

輝度信号ＳＹおよび色差信号ＳＵ、ＳＶは、それぞれ式１４から式１６のように表すことができる。
ＳＹ＝ＳＷ （式１４）
ＳＵ＝０．４９２×（ＳＢ−ａＳＹ） （式１５）
ＳＶ＝０．８７７×（ＳＲ−ｂＳＹ） （式１６）
ただし、ａ，ｂは、青色透過フィルタおよび赤色透過フィルタの分光透過率とフォトダイオードの分光感度とにより定まる定数である。

第３の実施形態によれば、信号ＳＴ、ＳＵ、ＳＶを生成するための処理（Ｓ１３０）が簡単になる。よって、ＤＳＰ１１０の負荷が軽減される。さらに、信号ＳＷを信号ＳＹに直接用いるため、輝度信号ＳＹのＳ／Ｎ比が改善される。

（画素配列の変形例）
次に、撮像領域１０１における画素配列の変形例について説明する。

図９は、行方向に並んだ２つの画素Ｗと、行方向に並んだ１つの画素Ｒおよび１つの画素Ｂとにより構成された２行２列の４画素ブロックからなる画素配列を示している。この４画素ブロックを１つのユニットとして繰り返し配置すると、画素Ｗは、行方向にストライプ状に配列される。隣り合う画素Ｗの行間には、画素Ｒおよび画素Ｂが繰り返し配置される。本変形例によれば、第１から第３の実施形態と同様にＤＳＰ１１０が信号ＳＧを算出することができる。従って、本変形例は、第１から第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、図９の画素配列によれば、行単位での信号読み出しを行うというＣＭＯＳセンサの特徴を利用して、画素Ｗの行のみを選択的に読み出すことができる。これにより、モノクロ画像ではあるが、高いフレームレートで高感度な撮像を行うことができる。

図１０は、画素Ｗがストライプ状に配列されている点で図９の配列と同じである。しかし、図９の配列では、或る列における画素配列は、Ｗ、Ｒ、Ｗ、Ｒ・・・またはＷ、Ｂ、Ｗ、Ｂ・・・の順であるのに対し、図１０の配列では、画素配列は、Ｗ、Ｂ、Ｗ、Ｒ・・・またはＷ、Ｂ、Ｗ、Ｒ・・・の順である。このように図１０に示す変形例は、４行２列の８画素ブロックを１つのユニットとして構成されている。本変形例は、図９に示す変形例と同様の効果を有する。さらに、図１０に示す変形例では、画素Ｒと画素Ｂとが交互に配列されるので、信号ＳＲおよびＳＢの色解像度が向上する。

図１１は、画素Ｗがストライプ状に配列されている点で図９の配列と同じである。しかし、図１１の配列では、隣り合う画素Ｗの行間には、画素Ｒ、画素Ｂおよび画素Ｗが繰り返し配置される。このように、図１１の変形例は、２行３列の６画素ブロックを１つのユニットとして構成されている。本変形例は、図９に示す変形例と同様の効果を有する。さらに、図１１に示す変形例では、画素Ｒ、Ｂ、Ｗを含む行のみを読み出すことによって高いフレームレートでカラー画像を撮像することができる。

図１２は、画素Ｗがストライプ状に配列されている点で図９の配列と同じである。しかし、図１２の配列では、隣り合う画素Ｗの行間には、画素が、Ｗ、Ｒ、Ｗ、Ｂ・・・またはＷ、Ｂ、Ｗ、Ｒ・・・の順に繰り返し配置されている。図１２に示す変形例は、４行４列の１６画素ブロックを１つのユニットとして構成されている。本変形例は、図９に示す変形例と同様の効果を有する。図１２に示す変形例では、画素Ｒ、Ｂ、Ｗを含む行のみを読み出すことによって、高いフレームレートのカラー画像を撮像することができる。さらに、図１２に示す変形例は、図１１に示す変形例より１ユニットにおける画素Ｗの比率が７５％と高い。よって、通常の撮像条件においても、本変形例は、より高感度な撮像が可能となる。

図１３に示す画素は、半導体基板上において四角形に形成されている。しかし、画素は、画素Ｗ、Ｒ、Ｂの配列方向に対して辺が傾斜するように配置されている。より詳細には、各画素は、撮像面の縦横軸に対して４５°傾斜した正方形に形成されている。画素領域１０１内において隣接する画素同士は隙間なく配置されている。画素Ｗは行方向にストライプ状に配置され、その画素Ｗの行間にはＷ、Ｒ、Ｂが繰り返し配置されている。図１３に示す画素領域は、４行４列の１６画素ブロックを１つのユニットとして構成されている。

図１３に示す変形例は、図９に示す変形例と同様の効果を有する。さらに、図１３に示す変形例は、通常の撮像モードにおいて、１ユニットにおける画素Ｗの比率は８７．５％と高いので、極めて高感度な撮像が可能となる。

図１４に示す各画素は、長方形を成し、その幅は高さの２倍である。隣接する画素行は、互いに半ピッチずつずらされて配置されている。画素Ｗは、１行おきに行方向に配列され、ストライプ状に設けられている。隣り合う画素Ｗの行間には、画素Ｗ、Ｒ、Ｂが繰り返し配置されている。図１４に示す変形例は、４行４列の１６画素ブロックを１つのユニットとして構成されている。図１４に示す変形例は、図９に示す変形例と同様の効果を有する。さらに、図１４に示す変形例は、通常の撮像モードにおいて、１ユニットにおける画素Ｗの比率は、図１３に示す変形例のそれと同様に高いので、極めて高感度な撮像が可能となる。

なお、図１０〜図１４に示す画素配列を用いた固体撮像素子では、３行３列よりも広い画素ブロックが、補間処理を行うために必要となる。従って、ＤＳＰ１１０は、補間処理を実行するときに、補間対象の画素と補間に用いられるデータを出力する画素との距離を考慮した重み付け平均処理を行うことが必要になる。

画素Ｗ以外の画素Ｒおよび画素ＢにＩＲカットフィルタを設けてもよい。これにより、画素Ｒ、Ｂは近赤外光を受光することなく、より正確な信号を検出することができる。さらに、画素Ｗは近赤外光も検出するので、より高感度な撮像が可能となる。

上記実施形態では、ＣＦＡは、画素Ｗ、ＲおよびＢの組み合わせにより構成されていた。しかし、画素Ｗ、ＲおよびＢのうち、画素ＲおよびＢは、光の３原色であるＲ、Ｇ、Ｂから任意の２色を選択してよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第１の実施形態に従った固体撮像装置の図。 撮像領域１０１の平面図。 フィルタの光透過率を示すグラフ。 画素の分光感度特性を示すグラフ。 減算法および割算法の結果を示すグラフ。 入射光の照度と信号出力との関係を示すグラフ。 信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢを生成するための処理のフロー図。 信号ＳＹ、ＳＵ、ＳＶを生成するための処理のフロー図。 画素配列の変形例を示す図。 画素配列の変形例を示す図。 画素配列の変形例を示す図。 画素配列の変形例を示す図。 画素配列の変形例を示す図。 画素配列の変形例を示す図。

符号の説明

９０…半導体基板
１００…固体撮像装置
１０１…画素領域
１１０…演算部
１０…無色フィルタ
２０…第１のフィルタ
３０…第２のフィルタ
Ｗ…第１の画素
Ｒ…第２の画素
Ｂ…第３の画素

Claims (20)

1. 可視光の全波長域を透過させる無色フィルタを含み、該可視光を第１の電気信号に変換する複数の第１の画素と、
   可視光のうち第１の波長に分光透過率のピークを有する第１のフィルタを含み、該第１の波長の光を第２の電気信号に変換する複数の第２の画素と、
   可視光のうち第１の波長と異なる第２の波長に分光透過率のピークを有する第２のフィルタを含み、該第２の波長の光を第３の電気信号に変換する複数の第３の画素と、
   前記第１から前記第３の電気信号を受信し、前記第１から前記第３の電気信号を用いて、前記第１の波長および前記第２の波長と異なる第３の波長に対応する第４の電気信号を算出する演算部とを備えた固体撮像装置。
2. 前記第１の波長および前記第２の波長は、光の三原色のうちの２色の波長であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記演算部は、前記第２の電気信号および前記第３の電気信号のそれぞれに前記第１のフィルタの分光透過率によって決定される係数および前記第２のフィルタの分光透過率によって決定される係数を乗算し、この乗算によって得られた結果をともに前記第１の電気信号から減算し、この減算によって得られた結果に基づいて前記第４の電気信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記演算部は、前記第２の電気信号および前記第３の電気信号のそれぞれに前記第１のフィルタの分光透過率によって決定される係数および前記第２のフィルタの分光透過率によって決定される係数を乗算し、この乗算によって得られた結果を互いに加算し、この加算によって得られた結果で前記第１の電気信号を除算し、この除算によって得られた結果から１を減算し、この減算によって得られた結果を前記第１の電気信号に乗算することによって前記第４の電気信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
5. 前記演算部は、前記第１の画素に隣接する前記第２および第３の画素からの前記第２および前記第３の電気信号を用いて、前記第１の画素における前記第１の波長による第２の電気信号および前記第２の波長による第３の電気信号を補間し、
   前記第２の画素に隣接する前記第１および第３の画素からの前記第１および前記第３の電気信号を用いて、前記第２の画素における前記可視光による第１の電気信号および前記第２の波長による第３の電気信号を補間し、
   前記第３の画素に隣接する前記第１および第２の画素からの前記第１および前記第２の電気信号を用いて、前記第３の画素における前記可視光による第１の電気信号および前記第１の波長による第２の電気信号を補間し、
   前記各画素において補間後の前記第１から前記第３の電気信号を用いて前記第４の電気信号を算出することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
6. 前記画素領域は、前記第１の画素を２つ含みかつ前記第２および前記第３の画素を１つずつ含む４画素ブロックを１つのユニットとして、該ユニットを周期的に繰り返すことによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
7. 前記第１の画素は、１行置きにストライプ状に配置されており、
   前記第２および前記第３の画素は、隣接する前記第１の画素の行間に１つずつ交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
8. 前記第１の画素は、１行置きにストライプ状に配置されており、
   前記第１から前記第３の画素は、隣接する前記第１の画素の行間に１つずつ繰り返し配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
9. 前記第１の画素は、１行置きにストライプ状に配置されており、
   前記第１から前記第３の画素は、隣接する前記第１の画素の行間において、前記第１の画素、前記第２の画素、前記第１の画素、前記第３の画素の順に繰り返し配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
10. 前記第１から前記第３の画素は、四角形に形成されており、該第１から第３の画素の配列方向に対して辺が傾斜するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
11. 前記第２および前記第３の画素は、近赤外線光をカットする赤外カットフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
12. 可視光の全波長域を透過させる無色フィルタを含み、該可視光を第１の電気信号に変換する複数の第１の画素と、
    可視光のうち第１の波長に分光透過率のピークを有する第１のフィルタを含み、該第１の波長の光を第２の電気信号に変換する複数の第２の画素と、
    可視光のうち第１の波長と異なる第２の波長に分光透過率のピークを有する第２のフィルタを含み、該第２の波長の光を第３の電気信号に変換する複数の第３の画素と、
    前記第１から前記第３の画素から成る画素領域へ入射する光によって生じた前記第１から前記第３の電気信号を受信し、前記第１から前記第３の電気信号を用いて、前記第１から前記第３の画素のそれぞれの輝度信号および色差信号を生成する演算部とを備えた固体撮像装置。
13. 前記演算部は、前記第１の画素に隣接する前記第２および第３の画素からの前記第２および前記第３の電気信号を用いて、前記第１の画素における前記第１の波長による第２の電気信号および前記第２の波長による第３の電気信号を補間し、
    前記第２の画素に隣接する前記第１および第３の画素からの前記第１および前記第３の電気信号を用いて、前記第２の画素における前記可視光による第１の電気信号および前記第２の波長による第３の電気信号を補間し、
    前記第３の画素に隣接する前記第１および第２の画素からの前記第１および前記第２の電気信号を用いて、前記第３の画素における前記可視光による第１の電気信号および前記第１の波長による第２の電気信号を補間し、
    前記各画素において補間後の前記第１から前記第３の電気信号を用いて前記輝度信号および色差信号を生成する第４の電気信号を算出することを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
14. 前記演算部は、前記輝度信号として補間後の前記第１の電気信号を用いることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
15. 前記第１の画素からの第１の電気信号が高照度によって設定値を超えた場合に、前記演算部は、該第１の画素の第２の電気信号および第３の電気信号と、該第１の画素に近接しかつ第１の電気信号が設定値以下である画素の第１から第３の電気信号とを用いて、該第１の画素における第１から第３の電気信号を算出し、この算出された第１から第３の電気信号を用いて、該第１の画素の第４の電気信号を算出することを特徴とする請求項５または請求項１３記載の固体撮像装置。
16. 前記第１の画素からの出力が高照度によって設定値を超えた場合に、前記演算部は、該第１の画素の第２の電気信号および第３の電気信号と、前記第２の電気信号、前記第３の電気信号および前記第４の電気信号の比が１：１：１を満たすように前記無色フィルタの分光透過率、前記第１のフィルタの分光透過率および前記第２のフィルタの分光透過率に基づいて決定された定数とを用いて該第１の画素の第１から第３の電気信号を算出し、この算出された第１から第３の電気信号を用いて前記第４の電気信号を算出することを特徴とする請求項５または請求項１３記載の固体撮像装置。
17. 前記第１の画素からの出力が高照度によって設定値を超えた場合に、前記演算部は、該第１の画素の第２の電気信号および第３の電気信号と、前記第２の電気信号、前記第３の電気信号および前記第４の電気信号の比が１：１：１を満たすように前記無色フィルタの分光透過率、前記第１のフィルタの分光透過率および前記第２のフィルタの分光透過率に基づいて決定された定数とを用いて該第１の画素の第２または第３の電気信号を算出し、この算出された第２または第３の電気信号を用いて前記第４の電気信号を算出することを特徴とする請求項５または請求項１３記載の固体撮像装置。
18. 前記第２の画素からの第２の電気信号または前記第３の画素からの第３の電気信号が低照度によって設定値未満になった場合に、前記演算部は、該第２の画素または該第３の画素に近接しかつ第２および第３の電気信号が設定値以上である画素からの第１から第３の電気信号と、前記無色フィルタの分光透過率、前記第１のフィルタの分光透過率および前記第２のフィルタの分光透過率によって決定される定数とを用いて、該第２の画素あるいは該第３の画素における第１から第３の電気信号を算出し、この算出された第１から第３の電気信号を用いて前記第４の電気信号を算出することを特徴とする請求項５または請求項１３記載の固体撮像装置。
19. 前記第２の画素または前記第３の画素からの出力が低照度によって設定値未満になった場合に、前記演算部は、前記第２の画素または前記第３の画素における第１の電気信号と、前記第２の電気信号、前記第３の電気信号および前記第４の電気信号の比が１：１：１を満たすように前記無色フィルタの分光透過率、前記第１のフィルタの分光透過率および前記第２のフィルタの分光透過率に基づいて決定された定数とを用いて前記第２の画素または前記第３の画素の第１から第３の電気信号を算出し、この算出された第１から第３の電気信号を用いて前記第４の電気信号を算出することを特徴とする請求項５または請求項１３記載の固体撮像装置。
20. 前記第２の画素または前記第３の画素からの出力が低照度によって設定値未満になった場合に、前記演算部は、前記第２の画素または前記第３の画素における第１の電気信号と、前記第２の電気信号、前記第３の電気信号および前記第４の電気信号の比が１：１：１を満たすように前記無色フィルタの分光透過率、前記第１のフィルタの分光透過率および前記第２のフィルタの分光透過率に基づいて決定された定数とを用いて前記第２の画素または前記第３の画素の第２または第３の電気信号を算出し、この算出された第２または第３の電気信号を用いて前記第４の電気信号を算出することを特徴とする請求項５または請求項１３記載の固体撮像装置。

Images