JP2010288150A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】解像度信号のレベルを低下させることなく、被写界深度を拡大することができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】センサ部１１は光学レンズを通った光の波長を分離する、透明（Ｗ）フィルタと少なくとも２色の色フィルタとを有する。センサ部１１により透明フィルタを通過した光がＷ信号に変換され、色フィルタを通過した光が少なくとも第１、第２の色信号にそれぞれ変換される。輪郭抽出回路１３５によりセンサ部１１によって変換されたＷ信号から解像度信号が抽出される。そして、生成回路によりセンサ部１１によって変換されたＷ信号及び色信号からＲ，Ｇ，Ｂ信号が生成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ（charge-coupled device）イメージセンサなどを含む固体撮像装置に関するものであり、例えばイメージセンサ付き携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラなどに使用される。
携帯電話用に搭載されるカメラモジュールでは、携帯電話の薄型化に伴うカメラモジュールの小型化や、例えば携帯電話を落としても壊れにくいカメラモジュールが要求されている。さらに、近年は高画質化の要求から、５００万画素や８００万画素以上といった多画素化が進んでいる。
多画素を持つセンサでは、画素サイズの縮小化にともない被写界深度が浅くなる。被写界深度が浅くなると、オートフォーカス（ＡＦ）機構が必要となる。しかし、ＡＦ機構を持つカメラモジュールは小型化が難しく、落とした場合に壊れやすいなどの課題も生じる。
そこで、ＡＦ機構を使用せずに、被写界深度を深くする方法、言い換えると被写界深度を拡大する方法が要求されている。この被写界深度を深くする方法は、古くから光学マスクを使った研究開発がなされている。被写界深度を深くする方法は、レンズの絞りを絞る以外は、光学レンズ自体で焦点ずれを発生させ、信号処理で補正する方法が提案されている。
例えば、非特許文献１は、瞳孔の中心からその周縁に向けて徐々に振幅透過率を減少させて、わずかによくなった画像をもたらすことを論じている。また、非特許文献２は、反復デジタル復元アルゴリズムを使用し、予めアポダイズされた（apodized）光学システムの光学伝達関数を改善することを論じている。非特許文献３は、焦点深度を増大するためにアポダイザ（apodizer）としてゾーンプレートを使用することを論じている。また、特許文献１〜５では、色収差レンズ、球面収差レンズなどは、焦点ずれをもたらすとしている。逆に言い換えれば、焦点深度を深くすることになる。
しかし、現在、携帯電話やデジタルカメラなどで一般的に使用されている固体撮像素子は、単板式で色フィルタにＧ（緑）画素が２個、Ｒ（赤）画素が１個、Ｂ（青）画素が１個を基本とした２×２配置のベイヤー(Bayer)配列を使用している。また、解像度信号は、Ｇ信号から抽出している。
被写界深度を深くする焦点ずれの方法では、Ｇ信号から得られる解像度信号レベルは焦点深度が深くなる分だけ小さくなる。そこで、解像度信号のレベルを大きく増幅する必要があるが、同時にノイズも増加されるという問題がある。
また、レンズの点像分布関数（ＰＳＦ：Point Spread Function)に対して逆畳み込みを行う逆畳み込み変換フィルタ(ＤＣＦ)で解像度を精鋭化する方法が提案されている。ＰＳＦをレンズの面内で均一にするのは難しい。そのため、ＤＣＦの変換パラメータ量が多量に必要になり、回路規模が増大し、高価なカメラモジュールとなる。特に、携帯電話向けの安価なカメラモジュールでは、特性と価格が合わないという問題がある。
国際公開番号 ＷＯ９６２４０８５（特表平１１−５００２３５号公報） 国際公開番号 ＷＯ９９５７５９９（特表２００２−５１３９５１号公報） 国際公開番号 ＷＯ２００４０６３９８９（特表２００６−５１９５２７号公報） 国際公開番号 ＷＯ２００６０９５１１０（特表２００８−５３２４４９号公報） 特開２０００−９８３０１号公報
M. Mino およびY. Okano、"Improvement in the OTF of a Defocussed Optical System Through the Use of Shaded Apertures"、Applied Optics、１９７１年１０月、第１０巻、第１０号 J. Ojeda-Castaneda等、"High Focal Depth By A podization and Digital Restoration"、Applied Optics、１９８８年６月、第２７巻、第１２号 J. Ojeda-Castaneda等、"ZonePlate for Arbitrarily High Focal Depth"、Applied Optics、１９９０年３月、第２９巻、第７号
本発明は、解像度信号のレベルを低下させることなく、被写界深度を拡大することができる固体撮像装置を提供する。
本発明の第１の実施態様の固体撮像装置は、光学レンズを通った光の波長を分離する、透明（Ｗ）フィルタと少なくとも２色の色フィルタとを有し、前記透明フィルタを通過した光をＷ信号に変換し、前記色フィルタを通過した光を少なくとも第１、第２の色信号にそれぞれ変換するセンサ部と、前記センサ部により変換された前記Ｗ信号から解像度信号を抽出する解像度抽出回路と、前記センサ部により変換された前記Ｗ信号及び前記色信号からＲ，Ｇ，Ｂ信号を生成する生成回路とを具備する。
本発明の第２の実施態様の固体撮像装置は、光学レンズを通った光の波長を分離する３色の色フィルタを有し、前記色フィルタを通過した光を色信号にそれぞれ変換するセンサ部と、前記センサ部により変換された前記色信号から解像度信号を抽出する解像度抽出回路と、前記センサ部により変換された前記色信号からＲ，Ｇ，Ｂ信号を生成する生成回路とを具備する。
本発明によれば、解像度信号のレベルを低下させることなく、被写界深度を拡大することができる固体撮像装置を提供できる。
本発明の第１実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサを使用した固体撮像装置の概略的な構成を示す図である。 図１に示した画素補間回路においてＷ，Ｇ，Ｒ，Ｂの各信号の補間処理が行われる様子を示す図である。 図１に示した輪郭抽出回路において輪郭信号が生成される様子を示す図である。 第１実施形態の固体撮像装置における分光感度特性を示す特性図である。 図１に示した光学レンズに球面収差を持つレンズを用いた場合の焦点特性を示す図である。 通常のレンズにおける焦点特性を示す図である。 第１実施形態における球面収差レンズのエリア分割の他の例を示す図である。 図５Ａに示した球面収差レンズの具体的な設計例を示す図である。 図６に示した球面収差レンズの解像度特性を示す図である。 図１に示した光学レンズに色収差を持つレンズを用いた場合の被写界深度を示す図である。 図１に示した光学レンズにおいて物体までの距離とＰＳＦの最大値との関係を示す特性図である。 図１中に示した光学レンズとセンサチップとの間に位相板を配置した場合の被写界深度を示す図である。 図１中に示した光学レンズとセンサチップとの間に位相板を配置した場合の被写界深度を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサを使用した固体撮像装置の概略的な構成を示す図である。 図１０に示した画素補間回路においてＧ、Ｒ、Ｂの各信号の補間処理が行われる様子を示す図である。 第２実施形態の固体撮像装置における分光感度特性を示す特性図である。 本発明の第３実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサを使用した固体撮像装置の概略的な構成を示す図である。 図１３に示した画素補間回路においてＷ、Ｇ、Ｒの各信号の補間処理が行われる様子を示す図である。 第３実施形態の固体撮像装置における分光感度特性を示す特性図である。 第３実施形態における分光感度特性の変形例を示す特性図である。 本発明の第４実施形態の固体撮像装置におけるセンサ部のカラーフィルタの色配列を示す図である。 図１７（ａ）に示したカラーフィルタを持つ固体撮像装置の分光感度特性を示す特性図である。 図１７（ａ）に示したカラーフィルタを持つ固体撮像装置の分光感度特性の変形例を示す特性図である。 図１７（ｂ）に示したカラーフィルタを持つ固体撮像装置の分光感度特性を示す特性図である。 図１７（ｂ）に示したカラーフィルタを持つ固体撮像装置の分光感度特性の変形例を示す特性図である。 本発明の第５実施形態の固体撮像装置におけるセンサ部の拡大図である。 図１９に示したセンサ部におけるＷＧＷＧ画素に対応する部分の断面図である。 第５実施形態の固体撮像装置における分光感度特性を示す特性図である。 本発明の第６実施形態に係る固体撮像装置の第１の変形例を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る固体撮像装置の第２の変形例を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る固体撮像装置の第３の変形例を示す図である。 本発明の実施形態をカメラモジュールに適用した場合のカメラモジュールの断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態の固体撮像装置について説明する。
図１は、第１実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサを使用した固体撮像装置の概略的な構成を示す図である。
図示するように、ＣＭＯＳイメージセンサを含むセンサチップ１の上方には光学レンズ２が配置されている。図１中の破線内がセンサチップ１の詳細な構成を示す。光学レンズ２は、被写体（物体）の光情報を集光する。センサチップ１は、信号処理回路を内蔵し、光学レンズ２により集光された光を電気信号に変換してデジタル画像信号を出力する。後に詳細に説明するが、光学レンズ２は、レンズの収差もしくは光学マスク（例えば、位相板）を用いて焦点深度を拡大している、言い換えると被写界深度を深くしている。
センサチップ１は、センサ部１１、ラインメモリ１２、解像度復元回路１３、信号処理回路１４、システムタイミング発生回路（ＳＧ）１５、コマンドデコーダ１６、及びシリアルインタフェース（シリアルＩ／Ｆ）１７を備える。
センサ部１１には、画素アレイ１１１、及びカラム型アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１１２が配置されている。画素アレイ１１１には、光学レンズ２で集光された光を電気信号に変換する光電変換素子手段としてのフォトダイオード（画素）がシリコン半導体基板上に二次元に配置されている。フォトダイオードの前面には、Ｗ（透明）、Ｂ（青）、Ｇ（緑）、及びＲ（赤）の４種類からなるカラーフィルタがそれぞれ配置されている。カラーフィルタにおける色配列は、基本の４×４画素配列内にＷが市松状に８画素、Ｇが４画素、Ｒが２画素、Ｂが２画素配置されたものとなっている。
センサ部１１の画素アレイ１１１では、フォトダイオード（画素）に入射する光の波長がカラーフィルタにより４つに分離され、分離された光が二次元に配置されたフォトダイオードにより信号電荷に変換される。さらに、信号電荷は、ＡＤＣ１１２によりデジタル信号に変換されて出力される。また、各画素にはカラーフィルタの前面にマイクロレンズが配置されている。
センサ部１１から出力された信号はラインメモリ１２に供給され、例えば垂直７ライン分の信号がラインメモリ１２に蓄積される。この７ライン分の信号が並列に読み出されて、解像度復元回路１３に入力される。
解像度復元回路１３では、複数の画素補間回路１３１〜１３４により、Ｗ，Ｂ，Ｇ，Ｒの各信号が補間処理される。補間処理されたＷ画素信号は輪郭（解像度）抽出回路１３５に供給される。輪郭抽出回路は、例えば高周波信号を抽出する高帯域通過フィルタ回路（ＨＰＦ）を有し、高帯域通過フィルタ回路により輪郭（解像度）信号Ｅｗを抽出する。この輪郭信号Ｅｗはレベル調整回路１３６によりレベルが適宜調整された後、複数の加算回路（解像度合成回路）１３７〜１３９に供給される。
複数の加算回路１３７〜１３９では、画素補間回路１３２〜１３４により補間処理されたＢ，Ｇ，Ｒの各信号と、レベル調整された輪郭信号とが加算される。加算回路１３７〜１３９により加算された信号と、レベル調整回路１３６によりレベルが調整された輪郭信号は、後段の信号処理回路１４に供給される。
信号処理回路１４では、受け取った信号を用いて、一般的なホワイトバランス調整、カラー調整（ＲＧＢマトリックス）、γ補正、及びＹＵＶ変換などの処理が行われ、ＹＵＶ信号形式やＲＧＢ信号形式のデジタル信号ＤＯＵＴ０〜ＤＯＵＴ７として出力される。なお、レベル調整回路１３６で調整された輪郭信号は、後段の信号処理回路１４において輝度信号（Ｙ信号）に加算することもできる。
システムタイミング発生回路（ＳＧ）１５には、外部からマスタクロック信号ＭＣＫが供給される。システムタイミング発生回路１５からは、センサ部１１、ラインメモリ１２、及び解像度復元回路１３の動作を制御するクロック信号が出力される。
さらに、ラインメモリ１２、解像度復元回路１３、及びシステムタイミング発生回路１５の動作は、コマンドデコーダから出力される制御信号により制御される。例えば、外部から入力されるデータＤＡＴＡがシリアルインタフェース１７を介してコマンドデコーダ１６に入力される。そして、コマンドデコーダ１６によりデコードされた制御信号が前述した各回路に入力されることにより、外部から入力されたデータＤＡＴＡに基づいて処理のパラメータ等が制御できる。
なお、後段の信号処理回路１４は、センサチップ１内に形成せず、別チップに分割することもできる。このときは、各Ｂ，Ｇ，Ｒ信号を一般的なベイヤー配列（Ｇが２画素、Ｒが１画素、Ｂが１画素の２×２配列を基本構成とする）に間引いて出力している。
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、図１中の画素補間回路１３１〜１３４において、Ｗ，Ｇ，Ｒ，Ｂの各信号の補間処理が行われる様子を示す図である。なお、図２（ａ）〜図２（ｄ）のそれぞれの上部には補間前の信号を示し、それぞれの下部には補間後の信号を示している。
図２中、矢印が２本の場合は２つの画素の信号の平均値で補間され、矢印が３本の場合は３つの画素の信号の平均値で補間され、矢印が４本の場合は４つの画素の信号の平均値で補間される。
例えば、図２（ａ）に着目すると、４箇所の信号Ｗ１，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ６によって囲まれた位置のＷ信号は、これら４箇所の信号Ｗ１，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ６の平均値によって補間される。また、図２（ｂ）に着目すると、２箇所の信号Ｇ１，Ｇ２の間に位置するＧ信号は、この２箇所の信号Ｇ１，Ｇ２の平均値によって補間され、４箇所の信号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の中央に位置するＧ信号は、これら４箇所の信号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の平均値によって補間される。Ｒ信号及びＢ信号の補間処理は、図２（ｃ）及び図２（ｄ）にそれぞれ示す通りである。
図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、図１中のＷ画素の輪郭抽出回路１３５において、輪郭信号Ｅｗが生成される様子を示す図である。
図３（ａ）に示した方法では、３×３画素のエリアの中心画素に対してゲインが８倍され、その周囲８画素のそれぞれに対してゲインが−１倍され、これら９画素の信号が加算されることにより輪郭信号Ｅｗが生成される。均一被写体では輪郭信号Ｅｗは０となる。一方、縦縞もしくは横縞のパターンが発生すると輪郭信号が発生する。
図３（ｂ）に示した方法では、３×３画素のエリアの中心画素に対してゲインが４倍され、中心画素に対して斜め方向に隣り合う４画素のそれぞれに対してゲインが−１倍され、これら５画素の信号が加算されることにより輪郭信号Ｅｗが生成される。
図３（ｃ）に示した方法では、５×５画素のエリアの中心画素に対してゲインが３２倍され、中心画素を取り囲む８画素のそれぞれに対してゲインが−２倍され、上記８画素をさらに取り囲む１６画素のそれぞれに対してゲインが−１倍され、これら２５画素の信号が加算されることにより輪郭信号Ｅｗが生成される。
輪郭信号の生成には、上記以外にも種々の方法を用いることができる。例えば、３×３画素及び５×５画素以外に７×７画素のエリアを採用してもよく、画素の重み付け（ゲイン）を変更することもできる。Ｗ画素以外のＲ、Ｇ、Ｂの各画素における輪郭信号の生成は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示した場合と同様の方法で実施することができる。その際、７×７画素のエリアを用いて輪郭信号を生成してもよい。
図４は、第１実施形態の固体撮像装置における分光感度特性を示す特性図である。図示するように、Ｂ信号は分光特性のピークが４６０ｎｍ、Ｇ信号は分光特性のピークが５３０ｎｍ、Ｒ信号は分光特性のピークが６００ｎｍになっている。Ｗ信号は、色フィルタに透明層を用いているため、感度が高く、４００ｎｍから６５０ｎｍまでなだらかな特性になっている。このため、Ｗ画素から得られるＷ信号のレベルは、Ｇ信号の約２倍以上を得ることができる。
図５Ａは、図１中に示した光学レンズ２に球面収差を持つレンズを用いた場合の焦点特性を示す。図５Ｂは通常のレンズにおける焦点特性を示し、図５Ｃは球面収差レンズにおけるエリア分割の他の例を示す。
通常のレンズの場合は、図５Ｂに示すように、レンズのどの位置を通った光も同一の焦点距離に集合するように設計されている。球面収差を持つレンズの場合は、図５Ａに示すように、レンズのエリアＡ，Ｂ，Ｃにおいて焦点距離が異なっている。
レンズの各エリアＡ，Ｂ，Ｃの面積は、解像度レベルが同じになることが好ましい。このため、例えば、エリアＡのサイズをレンズ絞りＦ４．２とし、エリアＢのサイズをＦ２．９〜Ｆ４．２とし、エリアＣのサイズをＦ２．４〜Ｆ２．９のサイズにすると、ほぼ３つのエリアの解像度レベルを同じにできる。
球面収差レンズのエリア分割は、円形で無く、例えば図５Ｃに示すように、十字に４分割にしてもよい。このように、４分割以上に分割を増加することにより、より焦点深度を深くすることができる。
図６及び図７に、図５Ａに示した球面収差レンズの具体的な設計例を示す。
図６に示す球面収差レンズは、焦点距離（被写体までの距離）をＡ，Ｂ，Ｃの３分割にゾーン別けをしている。例えば、Ａゾーンは、ぼけが許容される物体までの距離が５０ｃｍ〜∞であり、Ｂゾーンは２０ｃｍ〜５０ｃｍ、Ｃゾーンは１０ｃｍ〜２０ｃｍとなるように設計している。
レンズ設計では、まず、絞りＦ２．４で、物体までの距離が５０ｃｍ〜∞になるレンズを設計する。次に、レンズの形状を変更して物体までの距離が２０ｃｍ〜５０ｃｍになるレンズを設計する。さらに、レンズの形状を変更して物体までの距離が１０ｃｍ〜２０ｃｍになる３つのレンズを設計する。そして、各Ａ，Ｂ，Ｃのエリアのみ切り取り合成することにより、最終的なレンズを形成することで球面収差レンズが完成する。
図７は、図６に示した球面収差レンズの解像度特性を示す。
従来のカメラモジュールでは、球面収差の無い標準レンズを使い、解像度信号はＧ画素（Ｇ信号）から得ている。また、物体までの距離は、約５０ｃｍ〜∞でボケが無いように設計している。この時の解像度特性ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を１００％とする。
図６に示した球面収差レンズを光学レンズ２に適用すると、球面収差レンズ通った光でＧ画素から得られる解像度特性ＭＴＦのレベルは、レンズが３分割されているため、約１／３に低下してしまう。このため、通常の解像度感を得るためには、信号処理で約３倍の信号レベル強調を実施する必要がある。このとき、ノイズも約３倍に強調されてしまうという課題がある。
そこで、本実施形態では、解像度信号をＷ（透明）画素から得ることにより、信号レベルがＧ信号の約２倍得られるため、ノイズの増加を抑えて、解像度特性ＭＴＦを向上させることができる。
図８Ａは、図１中に示した光学レンズ２に色収差を持つレンズを用いた場合の被写界深度を示す図である。
通常のレンズは光の波長によって屈折率が異なるため、色収差が発生する。このため、材質の異なるレンズを組み合わせることで、この色収差を補正している。本実施形態では、この色収差を積極的に活用することで被写界深度を拡大している。
図８Ａに示すように、ピーク波長が４６０ｎｍのＢ信号に関しては、物体（被写体）までの距離が１５ｃｍの時、センサチップ１にピントが合うようにレンズ２を設計している。さらに、ピーク波長が５３０ｎｍのＧ信号に関しては、被写体（物体）までの距離が５０ｃｍの時、またピーク波長が６００ｎｍのＲ信号に関しては、被写体（物体）までの距離が２ｍの時に、それぞれセンサチップ１にピントが合うように、色収差を使ってレンズ２を設計している。
図８Ｂは、本実施形態で使用される光学レンズ２において、物体までの距離と、各ピーク波長Ｂ＝４６０ｎｍ，Ｇ＝５３０ｎｍ，Ｒ＝６００ｎｍにおけるＰＳＦ（点像分布関数）の最大値との関係を示す特性図である。さらに、図８Ｂには、Ｗ（透明）画素における４００〜６５０ｎｍの各単一波長におけるＰＳＦのピーク値の変化を合わせて示している。すなわち、Ｗ画素では約１５ｃｍから無限大まで連続的に高いＰＳＦが得られる。
Ｗ（透明）画素を用いない場合は、各Ｂ，Ｇ，ＲのＰＳＦの最大レベルのクロスレベルが約５０％近辺になっている必要がある。５０％より大幅に低下すると、その距離での解像度レベルが低下するため、解像度が劣化するという問題が発生する。一方、Ｗ（透明）画素を用いることで、Ｂ，Ｇ，Ｒの間隔を拡大することができるため、焦点深度をさらに拡大できる。
図９Ａ及び図９Ｂは、図１中に示した光学レンズ２とセンサチップ１との間に位相板３を配置した場合の被写界深度を示す図である。
図示するように、位相板３はレンズ２とセンサチップ１との間に配置される。位相板３は光の通過するエリアに応じて、光の位相を変調することにより焦点距離を変更することができる。よって、図９Ａ、図９Ｂに示すように焦点深度を延ばすこと、言い換えると、被写界深度を拡大することができる。
例えば、図９Ａに示すように、物体までの距離が１０ｃｍ〜２０ｃｍでは、レンズ２の下部領域がセンサチップ１面でジャストピントの信号を得ている。図９Ｂに示すように、物体までの距離が５０ｃｍ〜∞では、レンズ２の上部領域がセンサチップ１面でジャストピントの信号を得ている。物体までの距離が２０ｃｍ〜５０ｃｍでは、レンズ２の中心領域がセンサチップ１面でジャストピントの信号を得ている。
位相板３は、格子状に凹凸を形成したものや、平行平面ガラス板の一部に屈折率の異なる透明薄膜を付けたものが使われる。また、位相板３として、水晶板、レンチキュラー、クリスチャンセンフィルタなどを用いることもできる。
なお、位相板(phase plate)とは、光に位相差を与えるために、光学系内に入れる透明板を言う。基本的には次の二種がある。（１）互いに垂直な主軸方向に振動する直線偏光成分を通過させ、この二成分間に必要な位相差を与える結晶板で、二分の一波長板、四分の一波長板などがある。（２）平行平面ガラス板の一部分に屈折率ｎ、厚さｄの等方性の透明薄膜を付けたもの。透明薄膜の付いた部分と付かない部分とを透過する光の間に、位相差ができる。
以上説明したように第１実施形態では、球面収差あるいは色収差を持つ光学レンズを用いること、または位相板を光学レンズとセンサチップ間に配置することにより、被写界深度を拡大することができる。また、被写界深度を拡大することにより低下した解像度信号の対策として、透明フィルタを通った光から得たＷ信号を用いて解像度信号を求めることにより、信号レベルが高くＳＮ比が良い解像度信号を生成することができる。
第１実施形態によれば、被写界深度を深くするこができるため、ＡＦ（オートフォーカス）機構が不要となる。この効果として、カメラモジュールの高さを低くでき、薄型のカメラ付き携帯電話が容易に製造できる。また、ＡＦのメカ機構が不要になるため、ショックなどの衝撃に強いカメラが提供できる。さらに、ＡＦ動作では、タイムラグが発生するため、シャッタチャンスを逃す可能性が高いが、本実施形態では、ＡＦを使わないため、タイムラグが発生せず、シャッタチャンスに強いカメラが提供できる。
また、固定焦点カメラにマクロ切換えを備えたカメラがあるが、このようなカメラではマクロ切換えのスイッチが逆になっていて、ボケた画像を撮影する失敗が多々発生する。しかし、本実施形態では、切換えが不要となるため、ボケた画像を撮影する失敗がない。また、ＡＦや、マクロ切換えなどのメカ機構が不要となるため、製品コストを低減することができる。また、レンズの設計製造が容易にでき、材質、構成など、標準レンズと同じに形成できるため、製品コストがアップすることがない。さらに、信号処理回路も回路規模が小さくできるため、小型で安価な固体撮像装置、さらにはカメラモジュールを提供できる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態の固体撮像装置について説明する。
図１０は、第２実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサを使用した固体撮像装置の概略的な構成を示す図である。
この固体撮像装置は、被写体の光情報を集光する光学レンズ２と、信号処理回路を内蔵し、光学レンズ２により集光された光信号を電気信号に変換してデジタル画像信号を出力するセンサチップ１とから構成されている。光学レンズ２として、球面収差レンズあるいは色収差レンズを用いて被写界深度を拡大している。また、光学レンズ２とセンサチップ１との間に光学マスク（位相板など）を配置して被写界深度を拡大している。
本実施形態におけるセンサチップ１が第１実施形態の構成と異なる点は、センサ部１１Ａの画素アレイ１１１Ａにおけるカラーフィルタの色配列が、基本の２×２画素配列内にＧ画素が２画素、Ｂ画素が１画素、Ｒ画素が１画素それぞれ配置された一般的なベイヤー配列となっていることである。
このようなカラーフィルタの色配列の変更に伴い、解像度復元回路１３Ａの一部も変更されている。すなわち、本実施形態の解像度復元回路１３Ａでは、Ｗ信号の入力が無いので、第１実施形態で備えていたＷ信号の画素補間回路１３１及び輪郭抽出回路１３５が省略されている。
また、Ｂ信号の輪郭抽出回路１４０、Ｇ信号の輪郭抽出回路１４１、及びＲ信号の輪郭抽出回路１４２からそれぞれ得た輪郭信号が輪郭信号合成回路１４３により合成されて、輪郭信号Ｅｗが生成される。さらに、輪郭信号Ｅｗはレベル調整回路１３６によりレベルが調整される。また、画素補間回路１３２，１３３，１３４から出力された各Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の帯域が同じに成るように、ＬＰＦ（低帯域通過フィルタ回路）１４４，１４５，１４６を追加している。これらＬＰＦ１４４，１４５，１４６の出力に、レベル調整回路１３６によりレベル調整された輪郭信号が加算回路１３７，１３８，１３９により加算されている。
加算回路１３７〜１３９により加算された信号は、後段の信号処理回路１４に供給される。信号処理回路１４では、受け取った信号を用いて、一般的なホワイトバランス調整、カラー調整（ＲＧＢマトリックス）、γ補正、ＹＵＶ変換などの処理が行われ、ＹＵＶ信号形式やＲＧＢ信号形式のデジタル信号ＤＯＵＴ０〜ＤＯＵＴ７として出力される。なお、レベル調整回路１３６で調整した輪郭信号は、後段の信号処理回路１４において輝度信号（Ｙ信号）に加算することもできる。
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、図１０中の画素補間回路１３２〜１３４において、Ｇ、Ｒ、Ｂの各信号の補間処理が行われる様子を示す図である。なお、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）のそれぞれの上部には補間前の信号を示し、それぞれの下部には補間後の信号を示している。
図１１中、矢印が２本の場合は２つの画素の信号の平均値で補間され、矢印が３本の場合は３つの画素の信号の平均値で補間され、矢印が４本の場合は４つの画素の信号の平均値で補間される。
例えば、図１１（ａ）に着目すると、４箇所の信号Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ６によって囲まれた位置のＧ信号は、これら４箇所の信号Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ６の平均値によって補間される。また、図１１（ｃ）に着目すると、４箇所の信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５の中央に位置するＢ信号は、この４箇所の信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５の平均値によって補間される。さらに、２箇所の信号Ｂ１，Ｂ２の間に位置するＢ信号は、この２箇所の信号Ｂ１，Ｂ２の平均値によって補間される。
図１２は、第２実施形態の固体撮像装置における分光感度特性を示す特性図である。図示するように、Ｂ信号は分光特性のピークが４６０ｎｍ、Ｇ信号は分光特性のピークが５３０ｎｍ、Ｒ信号は分光特性のピークが６００ｎｍになっている。
第２実施形態では、第１実施形態と同様に、球面収差あるいは色収差を持つ光学レンズを用いること、または位相板を光学レンズとセンサチップ間に配置することにより、被写界深度を拡大することができる。また、被写界深度を拡大することにより低下した解像度信号の対策として、Ｂ，Ｇ，Ｒのフィルタを通った光から得た各信号を用いて解像度信号を求めることにより、レベルが高くＳＮ比が良い解像度信号を生成することができる。
第２実施形態におけるその他の構成及び効果は、第１実施形態と同様であり、説明は省略する。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態の固体撮像装置について説明する。
図１３は、第３実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサを使用した固体撮像装置の概略的な構成を示す図である。
この固体撮像装置は、被写体の光情報を集光する光学レンズ２と、信号処理回路を内蔵し、光学レンズ２により集光された光信号を電気信号に変換してデジタル画像信号を出力するセンサチップ１とから構成されている。光学レンズ２として、球面収差レンズあるいは色収差レンズを用いて被写界深度を拡大している。また、光学レンズ２とセンサチップ１との間に光学マスク（位相板など）を配置して被写界深度を拡大している。
本実施形態におけるセンサチップ１が第１の実施形態の構成と異なる点は、センサ部１１Ｂの画素アレイ１１１Ｂにおけるカラーフィルタの色配列が、基本の２×２画素配列内にＷ画素が市松状に２画素、Ｇ画素が１画素、Ｒ画素が１画素それぞれ配置されたものとなっていることである。このようなカラーフィルタの採用により、第１実施形態のセンサ部１１と比べて、第３実施形態ではＲ信号の出力が４×４画素配列内に４個と２倍になっている。
解像度復元回路１３Ｂでは、Ｂ信号が無いため、Ｂ信号を生成するＢ信号生成回路１４７を備えている。Ｗ画素数とＧ画素数とＲ画素数が異なるため、同一の信号帯域となるようにＬＰＦ（ローパスフィルタ）１４８，１４５，１４６をそれぞれ備えている。そして、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を通過したＷ，Ｇ，Ｒ信号である信号ＷＬＰＦ，ＧＬＰＦ，ＲＬＰＦから、Ｂ信号生成回路１４７において、“ＢＬＰＦ＝ＷＬＰＦ−ＧＬＰＦ−ＲＬＰＦ”によりＢ信号ＢＬＰＦが生成される。
解像度の復元は、Ｂ、Ｇ、Ｒの各信号ＢＬＰＦ，ＧＬＰＦ，ＲＬＰＦと、レベル調整後の輪郭信号とが加算されることでなされる。
加算回路１３７〜１３９により加算された信号は、後段の信号処理回路１４に供給される。信号処理回路１４では、受け取った信号を用いて、一般的なホワイトバランス調整、カラー調整（ＲＧＢマトリックス）、γ補正、ＹＵＶ変換などの処理が行われ、ＹＵＶ信号形式やＲＧＢ信号形式のデジタル信号ＤＯＵＴ０〜ＤＯＵＴ７として出力される。なお、レベル調整回路１３６で調整した輪郭信号は、後段の信号処理回路１４において輝度信号（Ｙ信号）に加算することもできる。
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、図１３中の画素補間回路１３１，１３３，１３４において、Ｗ、Ｇ、Ｒの各信号の補間処理が行われる様子を示す図である。なお、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）のそれぞれの上部には補間前の信号を示し、それぞれの下部には補間後の信号を示している。
図１４中、矢印が２本の場合は２つの画素の信号の平均値で補間され、矢印が３本の場合は３つの画素の信号の平均値で補間され、矢印が４本の場合は４つの画素の信号の平均値で補間される。
例えば、図１４（ａ）に着目すると、４箇所の信号Ｗ１，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ６によって囲まれた位置のＷ信号は、これら４箇所の信号Ｗ１，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ６の平均値によって補間される。また、図１４（ｃ）に着目すると、４箇所の信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４，Ｒ５の中央に位置するＲ信号は、この４箇所の信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４，Ｒ５の平均値によって補間され、２箇所の信号Ｒ１，Ｒ２の間に位置するＲ信号は、この２箇所の信号Ｒ１，Ｒ２の平均値によって補間される。
図１５は、第３実施形態の固体撮像装置における分光感度特性を示す特性図である。本実施形態では、Ｂ画素が無いため、分光特性のカーブはＷとＧとＲの３種類となる。Ｇ信号は分光特性のピークが５３０ｎｍ、Ｒ信号は分光特性のピークが６００ｎｍになっている。Ｗ信号は、透明層なために、感度が高く、４００ｎｍから６５０ｎｍまでなだらかな特性になっている。
図１６は、第３実施形態における分光感度特性の変形例を示す特性図である。Ｗ画素の分光特性Ｗｂを図１６に示すように形成することにより、Ｂ信号のＳＮ比を改善することができる。Ｂ信号は、“Ｂ＝Ｗ−Ｇ−Ｒ”で算出して求める。このため、図１５に示すＷ画素の分光特性では、より大きなＧ信号とＲ信号を減算する必要がある。しかし、この変形例では、Ｗ信号のＧとＲ領域における感度を低下させ、図１６に示すように信号Ｗｂを形成している。これにより、Ｂ信号の算出時におけるＧ信号とＲ信号の減算量を約１／２とすることができる。また、信号Ｗｂは、Ｂ信号領域での感度が大きいため、生成したＢ信号の色再現性も改善できる。
このような信号Ｗｂの分光特性は、図１２に示したＢ信号の分光特性を持つＢの色フィルタを薄く形成すること、もしくは、Ｂの色フィルタはＢの顔料材とポリマー材とを混合しているため、Ｂの顔料材を少なくし、ポリマー材を多くすることで実現できる。
第３実施形態では、第１実施形態と同様に、球面収差あるいは色収差を持つ光学レンズを用いること、または位相板を光学レンズとセンサチップ間に配置することにより、被写界深度を拡大することができる。また、被写界深度を拡大することにより低下した解像度信号の対策として、透明フィルタを通った光から得たＷ信号を用いて解像度信号を求めることにより、レベルが高くＳＮ比が良い解像度信号を生成することができる。また、透明フィルタのＧ波長領域とＲ波長領域の透明度を低下させることで、生成するＢ信号のＳＮ比と色再現性を改善することができる。
第３実施形態におけるその他の構成及び効果は、第１実施形態と同様であり、説明は省略する。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態の固体撮像装置について説明する。第４実施形態では、第３実施形態においてセンサ部のカラーフィルタの色配列を変更した例を示す。
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、第４実施形態の固体撮像装置におけるセンサ部のカラーフィルタの色配列を示す図である。
図１７（ａ）では、センサ部のカラーフィルタの色配列が、基本の２×２画素配列内にＷ画素が市松状に２画素、Ｒ画素が１画素、Ｂ画素が１画素それぞれ配置されている。この色配列では、Ｇ信号が無いため、Ｇ信号は“Ｇ＝Ｗ−Ｂ−Ｒ”から算出する。
また、図１７（ｂ）では、カラーフィルタの色配列が、基本の２×２画素配列内にＷ画素が市松状に２画素、Ｇ画素が１画素、Ｂ画素が１画素それぞれ配置されている。この色配列では、Ｒ信号が無いため、Ｒ信号は“Ｒ＝Ｗ−Ｂ−Ｇ”から算出する。
図１８Ａは、図１７（ａ）に示したカラーフィルタを持つ固体撮像装置の分光感度特性を示す特性図である。
図１７（ａ）に示したカラーフィルタはＧ画素が無いため、図１８Ａに示すように、分光特性のカーブはＷとＢとＲの３種類となる。Ｂ信号は分光特性のピークが４６０ｎｍ、Ｒ信号は分光特性のピークが６００ｎｍになっている。Ｗ信号は、透明層なために、感度が高く、４００ｎｍから６５０ｎｍまでなだらかな特性になっている。
図１８Ｂは、図１７（ａ）に示したカラーフィルタを持つ固体撮像装置の分光感度特性の変形例を示す特性図である。
Ｗ画素の分光特性Ｗｇを図１８Ｂに示すように形成することにより、Ｇ信号のＳＮ比を改善することができる。Ｇ信号は、“Ｇ＝Ｗ−Ｂ−Ｒ”で算出して求める。このため、図１８Ａに示すＷ画素の分光特性では、より大きなＢ信号とＲ信号を減算する必要がある。しかし、この変形例では、Ｗ信号のＢとＲ領域における感度を低下させ、図１８Ｂに示すように信号Ｗｇを形成している。これにより、Ｇ信号の算出時におけるＢ信号とＲ信号の減算量を約１／２とすることができる。また、信号Ｗｇは、Ｇ信号領域での感度が大きいため、生成したＧ信号の色再現性も改善できる。
このような信号Ｗｇの分光特性は、従来のＧ信号の分光特性を持つＧの色フィルタを薄く形成すること、もしくは、Ｇの色フィルタはＧの顔料材とポリマー材とを混合しているため、Ｇの顔料材を少なくし、ポリマー材を多くすることで実現できる
図１８Ｃは、図１７（ｂ）に示したカラーフィルタを持つ固体撮像装置の分光感度特性を示す特性図である。
図１７（ｂ）に示したカラーフィルタはＲ画素が無いため、図１８Ｃに示すように、分光特性のカーブはＷとＢとＧの３種類となる。Ｂ信号は分光特性のピークが４６０ｎｍ、Ｇ信号は分光特性のピークが５３０ｎｍになっている。Ｗ信号は、透明層なために、感度が高く、４００ｎｍから６５０ｎｍまでなだらかな特性になっている。
図１８Ｄは、図１７（ｂ）に示したカラーフィルタを持つ固体撮像装置の分光感度特性の変形例を示す特性図である。
Ｗ画素の分光特性Ｗｒを図１８Ｄに示すように形成することにより、Ｒ信号のＳＮ比を改善することができる。Ｒ信号は、“Ｒ＝Ｗ−Ｂ−Ｇ”で算出して求める。このため、図１８Ｃに示すＷ画素の分光特性では、より大きなＢとＧ信号を減算する必要がある。しかし、この変形例では、Ｗ信号のＢとＧ領域における感度を低下させ、図１８Ｄに示すように信号Ｗｒを形成している。これにより、Ｒ信号の算出時におけるＢ信号とＧ信号の減算量を約１／２とすることができる。また、信号Ｗｒは、Ｒ信号領域での感度が大きいため、生成したＲ信号の色再現性も改善できる。
このような信号Ｗｒの分光特性は、従来のＲ信号の分光特性を持つＲの色フィルタを薄く形成すること、もしくは、Ｒの色フィルタはＲの顔料材とポリマー材とを混合しているため、Ｒの顔料材を少なくし、ポリマー材を多くすることで実現できる。
第４実施形態では、第１実施形態と同様に、球面収差あるいは色収差を持つ光学レンズを用いること、または位相板を光学レンズとセンサチップ間に配置することにより、被写界深度を拡大することができる。また、被写界深度を拡大することにより低下した解像度信号の対策として、透明フィルタを通った光から得たＷ信号を用いて解像度信号を求めることにより、レベルが高くＳＮ比が良い解像度信号を生成することができる。
第４実施形態におけるその他の構成及び効果は、第１実施形態と同様であり、説明は省略する。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態の固体撮像装置について説明する。
Ｗ画素は、Ｇ画素の約２倍の信号を得ることができる。このため、Ｗ画素が早く飽和するという課題がある。この対策として、ワイドダイナミックレンジ（ＷＤＲ）などの特殊な動作によりＷ画素の飽和を改善する方法がある。
ＷＤＲを使わない場合には、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示す画素サイズを適用することが有効な手段となる。図１９（ａ）に、ＷＲＧＢカラーフィルタの４×４画素配列を示す。この画素配列は、市松状に配置したＷ画素の面積を小さくし、他のＲ，Ｇ，Ｂの画素面積をＷ画素に対して相対的に大きくしている。
例えば、図１９（ｂ）に示すように、通常の１．７５μｍサイズの画素では、Ｗ画素を１．５２５μｍサイズとし、他のＲ，Ｇ，Ｂ画素を１．９７５μｍサイズに形成することにより、他のＲ，Ｇ，Ｂ画素に対してＷ画素の感度を相対的に約６０％に低減することができる。１．７５μｍサイズとは、一辺が１．７５μｍの正方形であることをいう。
Ｒ，Ｇ，Ｂ画素は、Ｗ画素の面積を小さくした分、１．９７５（＝１．７５＋０．２２５）μｍサイズに大きくできるため、従来の１．７５ｕｍサイズの画素に対して、１．２７倍の高感度化が実現できる。
図２０に、水平方向に配列されたＷＧＷＧ画素に対応するセンサ部の断面図を示す。フォトダイオード（ＰＤ）が形成されたシリコン半導体基板２０の上方には色フィルタ２１が配置され、さらに色フィルタ２１の上方にはマイクロレンズ２２，２３Ａ，２３Ｂが配置されている。
フォトダイオード（ＰＤ）の受光面の面積は、画素Ｗ，Ｇに対して、さらに画素Ｒ，Ｂ（図示しない）に対してすべて同じ面積になっている。この面積は、標準的な色温度を想定した場合に発生する信号電荷量に応じて、サイズを最適化して良い。
図１９（ａ）の平面図に示した画素Ｗに対応して、図２０に示すように、マイクロレンズ２２とＷ色フィルタの面積を、Ｇ色フィルタのそれら（マイクロレンズ２３Ａ，２３ＢとＧ色フィルタの面積）より小さく設定している。すなわち、感度の高いＷ画素の面積を小さくし、Ｗ画素より感度の低いＧもしくはＲ，Ｂ画素の面積を大きくしている。
このように面積を異ならせることで、標準的な色温度、例えば５５００ＫのときのＷ画素とＧ画素の信号量を同等にしている。Ｗ画素の高感度のメリットを利用し、Ｗ画素に入射する面積を小さくし、他のＲ，Ｇ，Ｂ画素の面積を大きくすることでセンサ部の高感度化を実現できる。
マイクロレンズの曲率については、面積が大きいＲ，Ｇ，Ｂ画素に対応するマイクロレンズ２３Ｂの曲率を大きくし、面積が小さいＷ画素に対応するマイクロレンズ２２の曲率を小さくしている。マイクロレンズの曲率を変えるには、例えば、マイクロレンズの形成を、Ｗ画素ではマイクロレンズ２２を１回の塗布プロセスで形成し、面積の大きいＲ，Ｇ，Ｂ画素ではマイクロレンズ２３Ａ，２３Ｂを２回以上の塗布プロセスで形成することで実現できる。
図２１に、図１９（ａ）に示したＷＲＧＢカラーフィルタを用いた場合の分光特性を示す。Ｗ画素の信号レベルが小さく、その分Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の信号が増加していることが分かる。入射するＷ画素の信号量が減少するため、波長５５０ｎｍ以上のＲ，Ｇの信号の裾野のレベル浮き（混色）が低減している。この結果、色再現性を改善するためのカラーマトリックス係数を小さくすることができ、ＳＮ比の劣化を低減している。
このように、高感度化のために用いるＷ（透明）の色フィルタから得られるＷ信号はＧ信号の約２倍の感度を有する。よって、信号のバランスが崩れる問題やＷ画素からのリークにより混色が大きくなり、色再現性改善のためのカラーマトリックス係数が大きくなるため、ＳＮ比が劣化する問題があった。
しかし、本実施形態は、高感度のＷ画素の面積を小さくし、その分を他のＲＧＢ色画素の面積を大きくすることにより、色信号のＳＮ比を改善すると共に、ＷとＧ画素の信号レベルが同じになるように調整することができる。その結果、カラーマトリックス係数を小さくできるため、ＳＮ比の劣化を回避することができる。
即ち、Ｗ画素を小さくすることにより、フォトダイオードが形成されたシリコン基板２０内で発生する混色を低減できるため、カラーマトリックス処理によるＳＮ比の劣化を低減できる。さらに、実効的な光が入射するＲＧＢ画素の面積を大きくすることにより、感度が高くなるためＳＮ比が改善できる。
また、Ｗ画素の感度を低下させる方法として、Ｒ，Ｇ，Ｂなどの色フィルタ材料を混ぜ合わせて、グレー（Ｇｒａｙ）化することで、感度を低下させることもできる。また、色フィルタ材料はＲ，Ｇ，Ｂに限定されない。
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態として、第１，第２，第３実施形態における解像度復元回路の変形例について説明する。図２２に第３実施形態における解像度復元回路の変形例を、図２３に第２実施形態における解像度復元回路の変形例を、図２４に第１実施形態における解像度復元回路の変形例をそれぞれ示す。
図２２に、図１３に示した解像度復元回路の変形例を示す。この変形例では、解像度復元回路１３Ｃに、光学レンズのＰＳＦ（Point Spread Function）の逆畳み込み変換フィルタ（ＤＣＦ）１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃを用いている。焦点深度を深くした光学レンズから得られるＰＳＦは、図２２に示すように、なだらかなカーブになっている。ここで、求めた逆畳み込み変換フィルタ（ＤＣＦ）１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０ＣでＷ，Ｇ，Ｒの各信号を演算することにより、出力として急峻なＰＳＦカーブが得られる。すなわち、ボケた画像のボケを改善した画像が得られる。Ｂ信号は、画素補間回路１３１の後段のＢ信号生成回路１４６において、“Ｂａ＝Ｗａ−Ｇａ−Ｒａ”の演算を実施することで得られる。
次に、図１０に示した解像度復元回路の変形例を図２３に示す。この変形例では、解像度復元回路１３Ｄが有するＤＣＦ１５０Ｄ，１５０Ｂ，１５０Ｃにより、ボケたＰＳＦを急峻なＰＳＦに改善している。画素補間回路１３２，１３３，１３４にて画素補間処理された信号をＤＣＦ１５０Ｄ，１５０Ｂ，１５０Ｃにより処理して、後段の信号処理回路１４へ出力している。
次に、図１に示した解像度復元回路の変形例を図２４に示す。この変形例の解像度復元回路１３Ｅでは、Ｗ画素から得たＷ信号の解像度信号抽出にＤＣＦ１５０Ａを用いている。一般に、光学レンズのＰＳＦは、レンズ全面で均一にすることは難しい。特に、中心から広がるほど、ＰＳＦの広がりは大きくなる。このため、レンズ全面で最適なＤＣＦ処理を行うと、ＤＣＦのパラメータが多量となるため回路規模が増大する。
そこで、最低限の広がりを改善するＤＣＦ処理を均一に実施する。ＤＣＦ１５０Ａにより処理された信号から輪郭抽出回路１５１により輪郭抽出処理を実施し、さらにレベル調整回路１５２によりレベルの調整を行って高周波数帯域のエッジ信号とする。
さらに、Ｗ信号の中周波数帯域のエッジ信号を抽出するために、以下の処理を行う。Ｗ画素の画素補間回路１３１によりＷ信号を補間処理した信号から、輪郭抽出回路１３５により輪郭抽出を行い、さらにレベル調整回路１３６によりレベルの調整を行って中周波数帯域のエッジ信号を抽出する。
そして、中周波数帯域と高周波数帯域の２つのエッジ信号を加算することにより、中周波数から高周波数までのエッジ信号を生成することができる。これにより、固体撮像装置における解像度感を安価で確実に改善することができる。
なお、ＤＣＦ１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄのパラメータは、回路規模に応じてエリアで変更することもできる。また、同様に図２２のＷ画素のＤＣＦ１５０Ａの後に図１のように、輪郭抽出回路１３５を設けて輪郭抽出を実施し、レベル調整回路図１３６、輪郭信号加算回路１３７，１３８，１３９を設けて処理することもできる。
また、同様に図２３の各Ｂ、Ｇ、Ｒ信号のＤＣＦ１５０Ｄ，１５０Ｂ，１５０Ｃの後に図１０のように各輪郭抽出回路１４０，１４１，１４２を設けて輪郭抽出を実施し、輪郭信号合成回路１４３、レベル調整回路図１３６、輪郭信号加算回路１３７，１３８，１３９を設けて処理することもできる。
次に、本発明の実施形態を、携帯電話などに使われているカメラモジュールに適用した一例を示す。図２５は、本発明の実施形態をカメラモジュールに適用した場合のカメラモジュールの断面図である。
センサチップ１は、ガラスエポキシなどの基板３上に接着剤で固定されている。センサチップ１のパッドは、ワイヤーボンディング４により基板３の接続端子に接続されている。図示しないが、基板３では基板の側面もしくは底面に接続端子が引き出されている。
センサチップ１の上方には、赤外（ＩＲ）カットガラス５、２枚の光学レンズ２、及び２枚のレンズ２間に設けられた絞り６が配置されている。光学レンズ２及び絞り６は、レンズバレル７にプラスチックなどの樹脂で固定されている。さらに、レンズバレル７はレンズホルダ８上に固定されている。なお、実施形態では、必要に応じてセンサチップ１とレンズ２との間に位相板が配置される。
一般に、光学レンズ２の枚数は、センサチップに形成される画素数が増加するのにしたがって枚数が多くなる。例えば、３．２Ｍの画素を持つセンサチップを備えたカメラモジュールでは、３枚レンズが多く使われている。
なお、センサチップ１は、例えば図１あるいは図１０，図１３，図２２，図２３，図２４に示した各実施形態において破線で囲んだＣＭＯＳイメージセンサである。さらに、センサチップ１は、これらＣＭＯＳイメージセンサに他の機能を付加したものであってもよい。
本発明の実施形態では、被写界深度を拡大するために、カラー固体撮像装置に用いる光学レンズに、レンズの収差を持つ光学レンズを利用する。もしくは、光学レンズの光軸上に位相板を配置する。言い換えると、光学レンズとセンサチップとの間に位相板を配置する。そして、光電変換素子の光電変換可能な波長領域から解像度信号を抽出し、各Ｒ，Ｇ，Ｂ信号もしくは輝度信号に解像度信号を合成する。特に、Ｗ（透明）画素から得たＷ信号を用いることにより、解像度信号レベルを大きくすることができる。
また、前述した各実施形態はそれぞれ、単独で実施できるばかりでなく、適宜組み合わせて実施することも可能である。さらに、前述した各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、各実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。
１…センサチップ、２…光学レンズ、３…基板、４…ワイヤーボンディング、５…赤外（ＩＲ）カットガラス、６…絞り、７…レンズバレル、８…レンズホルダ、１１，１１Ａ，１１Ｂ…センサ部、１２…ラインメモリ、１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ…解像度復元回路、１４…信号処理回路、１５…システムタイミング発生回路（ＳＧ）、１６…コマンドデコーダ、１７…シリアルインタフェース（シリアルＩ／Ｆ）、２０…シリコン半導体基板、２１…色フィルタ、２２，２３Ａ，２３Ｂ…マイクロレンズ、１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ…画素アレイ、１１２…カラム型アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）、１３１〜１３４…画素補間回路、１３５…輪郭（解像度）抽出回路、１３６…レベル調整回路、１３７〜１３９…加算回路（解像度合成回路）、１４０〜１４２…輪郭（解像度）抽出回路、１４３…輪郭信号合成回路、１４４，１４５，１４６…ＬＰＦ（低帯域通過フィルタ回路）、１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ…逆畳み込み変換フィルタ（ＤＣＦ）、１５１…輪郭（解像度）抽出回路、１５２…レベル調整回路。

Claims (6)

  1. 光学レンズを通った光の波長を分離する、透明（Ｗ）フィルタと少なくとも２色の色フィルタとを有し、前記透明フィルタを通過した光をＷ信号に変換し、前記色フィルタを通過した光を少なくとも第１、第２の色信号にそれぞれ変換するセンサ部と、
    前記センサ部により変換された前記Ｗ信号から解像度信号を抽出する解像度抽出回路と、
    前記センサ部により変換された前記Ｗ信号及び前記色信号からＲ，Ｇ，Ｂ信号を生成する生成回路と、
    を具備することを特徴とする固体撮像装置。
  2. 光学レンズを通った光の波長を分離する３色の色フィルタを有し、前記色フィルタを通過した光を色信号にそれぞれ変換するセンサ部と、
    前記センサ部により変換された前記色信号から解像度信号を抽出する解像度抽出回路と、
    前記センサ部により変換された前記色信号からＲ，Ｇ，Ｂ信号を生成する生成回路と、
    を具備することを特徴とする固体撮像装置。
  3. 前記透明フィルタは、前記色フィルタの波長領域の透過率を低くした透明層を具備することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記解像度抽出回路は、高周波信号を抽出する高帯域通過フィルタ回路を有し、前記高帯域通過フィルタ回路により前記解像度信号を抽出することを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記センサ部が有する色フィルタが２色であるとき、前記生成回路は前記Ｗ信号と前記第１、第２の色信号から第３の色信号を生成する回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 前記透明フィルタ及び前記色フィルタの前面にマイクロレンズがそれぞれ配置され、前記透明フィルタの前面に配置されたマイクロレンズは、前記色フィルタの前面に配置されたマイクロレンズよりサイズが小さいことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
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