JP2001007307A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度が高く、かつ、後処理が容易なカラー撮
像用の固体撮像素子の実現を課題とする。 【解決手段】 撮像部と電荷転送部１とを有しカラー映
像を撮像する固体撮像素子において、１つのセンサ３上
に色フィルタとしてマゼンタ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）、シ
アン（Ｃｙ）から選ばれた異なった２つの補色フィルタ
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子に関
し、特に色フィルタを有するカラー映像撮像用の固体撮
像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー画像の取り込みを目的とする固体
撮像素子には、画像信号を取り込むためのセンサー上
に、半導体表面と平行にＯＣＣＦ（On Chip Color Filt
er：オンチップカラーフィルタ）と呼ばれる色フィルタ
が配置されている。図４は、従来のカラー撮像用固体撮
像素子の構成を示す平面図であり、図５は図４の固体撮
像素子のセンサ部分の直線ａ−ｂでの断面図である。図
４および図５において、符号１は垂直転送部、符号３は
センサ、符号４は遮光部、符号５は色フィルタを示して
いる。

【０００３】色フィルタ５には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、
青（Ｂ）からなる原色系のフィルタを配置した原色フィ
ルタと、マゼンタ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）、シアン（Ｃ
ｙ）からなる補色系のフィルタを配置した補色フィルタ
とがある。補色フィルタにはマゼンタ（Ｍｇ）、黄（Ｙ
ｅ）、シアン（Ｃｙ）のほかに原色の緑（Ｇ）を含める
場合もある。

【０００４】原色フィルタの配列の一例としては、図６
に示されるように個々のフィルタが配列されたベイヤ配
列があり、補色フィルタの配列の一例としては、図７に
示されるように個々のフィルタが配列された補色市松配
列がある。なお、図６、図７において、Ｖ１〜Ｖ４は垂
直転送相を示している。このような配列を有する色フィ
ルタを搭載した各センサ３から垂直レジスタ１に信号電
荷を読み出す際、読み出された各出力信号は、各センサ
３上の色フィルタ５に依存した信号になる。

【０００５】この場合の、原色フィルタと補色フィルタ
の長所、短所をあげると、次のようになる。原色フィル
タは、補色フィルタよりも色再現性の点では優れている
が、感度の点では劣る。逆に、補色フィルタは、原色フ
ィルタに比べて高感度であるが、色再現性の点では劣っ
ている。したがって、色再現性の向上を目的として原色
フィルタを用いている固体撮像素子では、感度が悪くな
るという欠点がある。とくに、ベイヤ配列を主に採用し
ている全画素系の固体撮像素子等においては、感度の点
で決して優れているとはいえない。一方、補色フィルタ
を用いると、色再現性を改善し原色信号や色差信号に変
換するためには、複雑なマトリックス回路などでの処理
を経なければならないという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
カラー撮像用の固体撮像素子においては、原色フィルタ
を用いると感度が悪くなるという問題があり、補色フィ
ルタを用いると色再現性の面で劣って後処理が複雑にな
るという問題があった。本発明は、比較的簡単な方法で
この点を解決して、比較的感度が高く、かつ、後処理が
容易なカラー撮像用の固体撮像素子の実現を課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は、受光光量に応じた電気信号を出力する複
数の受光手段と、この受光手段上に設けられ特定色を通
過する色フィルタ手段とを具備し、カラー映像を撮像す
る固体撮像素子において、１つの前記受光手段上に前記
色フィルタ手段として２つの異なった補色を受光する補
色フィルタ手段を設けたことを特徴とする。これによ
り、１つの受光手段で２つの異なった補色の和の信号を
受光し、この２つの異なった補色の和を１つの原色に補
正することができ、高感度で、後処理が容易なカラー撮
像用の固体撮像素子を実現することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる固体撮像素
子を添付図面を参照にして詳細に説明することにする。

【０００９】図１は、本発明の固体撮像素子の構成を示
す平面図であり、図２は図１の固体撮像素子のセンサ部
分の直線ａ−ｂでの断面図である。図１および図２にお
いて、符号１は垂直転送部、符号２は読み出し部、符号
３はセンサ、符号４は遮光部を表し、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｃｙ
は補色フィルタを、Ｒ、Ｇ、Ｂは垂直転送部１に読み出
された信号電荷を示し、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれは補色フ
ィルタの組み合わせが対応する原色を示している。

【００１０】本発明では、図１および図２に示したよう
に、各々のセンサ３の上部に半導体表面と平行に複数の
補色系フィルタのマゼンタ（以下Ｍｇで表す）、黄（以
下Ｙｅで表す）、シアン（以下Ｃｙで表す）を配列す
る。このとき、各センサ３から垂直転送部１に読み出さ
れる出力信号は、補色信号ではなく、原色信号として読
み出され、補色フィルタを用いてベイヤ配列と同等の信
号電荷の読み出しを行うことができる。つまり、図１に
示す配列の出力信号は、図２（ａ）に示すベイヤ配列の
出力信号に対応する。

【００１１】図１において、原色赤（以下Ｒで表す）の
出力信号は補色のＭｇフィルタと補色のＹｅフィルタを
垂直転送部と平行に縦に並べて配列することによって得
られる。また、原色緑（以下Ｇで表す）の出力信号は補
色のＹｅフィルタと補色のＣｙフィルタを縦に並べて配
列することによって得られ、原色青（以下Ｂで表す）の
出力信号は補色のＣｙフィルタと補色のＭｇフィルタを
縦に並べて配列することによって得られる。

【００１２】ここで、補色フィルタを図３のように垂直
転送部１に対して垂直に横に並べた場合を考えると、読
み出される出力信号は、若干ではあるが読みだし部２に
近い方の補色フィルタに依存しやすくなる。このために
補色フィルタの配列は図１のように、縦に並べるほうが
効果的である。図１に示す配列の場合、各補色フィルタ
が占める領域はそれぞれ、Ｍｇ：Ｙｅ＝１：１、Ｙｅ：
Ｃｙ＝１：１、Ｃｙ：Ｍｇ＝１：１である。ここでの比
率はそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号を読み出す場合であり、
読み出したい、すなわち、出力させたい信号の種類に合
わせて比率を変えても良い。

【００１３】通常、補色Ｙｅ、Ｍｇ、Ｃｙと原色Ｒ、
Ｇ、Ｂとの関係は、

【００１４】 Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇ Ｍｇ＝Ｒ＋Ｂ （１） Ｃｙ＝Ｂ＋Ｇ で表せる。

【００１５】この式（１）から、図１に示す配列を行っ
た場合、各センサ３から垂直転送部に読み出される出力
信号は、

【００１６】 Ｍｇ＋Ｙｅ＝２Ｒ＋Ｇ＋Ｂ Ｙｅ＋Ｃｙ＝Ｒ＋２Ｇ＋Ｂ （２） Ｃｙ＋Ｍｇ＝Ｒ＋Ｇ＋２Ｂ となる。

【００１７】この式（２）は、例えば、Ｒの出力信号を
読み出すべき配列Ｍｇ＋Ｙｅからは２Ｒ＋Ｇ＋Ｂに相当
する出力信号が止み出されることを意味している。ここ
で、この式に含まれるＧおよびＢの成分は、固体撮像素
子の外部で補正することができるため、これを念頭に置
いてＧ＋Ｂを省略すれば、Ｍｇ＋Ｙｅ＝２Ｒとなって、
Ｒの出力成分を読み出すことになる。同様に、他の２つ
の場合も、それぞれ、Ｙｅ＋Ｃｙ＝２Ｇ、Ｃｙ＋Ｍｇ＝
２Ｂと表せ、それぞれ、ＧとＢの出力成分を得ることが
できる。

【００１８】本発明では、１つのセンサ３上に２種類の
補色フィルタ設け、センサ３を半分ずつ覆って使用して
いるため、実際に各センサ３から出力される信号の式
は、

【００１９】 Ｍｇ／２＋Ｙｅ／２＝Ｒ Ｙｅ／２＋Ｃｙ／２＝Ｇ （３） Ｃｙ／２＋Ｍｇ／２＝Ｂ で表されることになる。以上のように、１つのセンサ３
上に複数の補色フィルタを配列することによって、原色
の出力信号を得ることが可能になる。したがって、高感
度のセンサ３を実現することが可能になった。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
発明は、受光光量に応じた電荷を発生する複数の受光手
段と、この受光手段上にそれぞれ設けられた特定色を通
過する色フィルタ手段とを有する撮像部と、この撮像部
で得られた電荷を転送する電荷転送部を具備し、カラー
映像を撮像する固体撮像素子において、１つの受光手段
上に色フィルタ手段として異なった補色を通過する２つ
の補色フィルタ手段を設けたことを特徴とする。これに
より、比較的感度が高く、かつ、後処理が容易なカラー
撮像用の固体撮像素子を実現することができる。

【００２１】また、本発明の請求項２の発明は、異なっ
た補色を通過する２つの補色フィルタ手段は、マゼンタ
（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）のフィルタ手段
中から選ばれた異なった２つであることを特徴とする。
これにより、原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応した信号を容易
に読み出すことができ、後処理が一層容易なカラー撮像
用の固体撮像素子を実現することができる。

【００２２】また、本発明の請求項３の発明は、異なっ
た補色を通過する２つの補色フィルタ手段は受光手段上
で垂直転送部に対して平行な方向に並べられることを特
徴とする。これにより、異なった２つの補色フィルタの
影響が対等になり、色むらのないカラー撮像用の固体撮
像素子を実現することができる。

【００２３】また、本発明の請求項４の発明は、撮像部
において受光手段は、マゼンタ（Ｍｇ）と黄（Ｙｅ）の
補色フィルタ手段を有する受光手段を原色の赤（Ｒ）
に、黄（Ｙｅ）とシアン（Ｃｙ）の補色フィルタ手段を
有する受光手段を原色の緑（Ｇ）に、シアン（Ｃｙ）と
マゼンタ（Ｍｇ）の補色フィルタ手段を有する受光手段
を原色の青（Ｂ）に対応させたベイヤ配列に配置されて
いることを特徴とする。これにより、原色フィルタの場
合のベイヤ配列の特徴を生かしたフィルタ配列を補色フ
ィルタを用いて実現することができ、後処理が容易なカ
ラー撮像用の固体撮像素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像素子の構成を示す平面図。

【図２】図１に示す固体撮像素子のセンサ部分の断面
図。

【図３】図１と補色フィルタの配置が異なる場合の固体
撮像素子の平面図。

【図４】従来の固体撮像素子の構成を示す平面図。

【図５】図４に示す固体撮像素子のセンサ部分の断面
図。

【図６】原色フィルタ配列の一例であるベイヤ配列を有
する固体撮像素子の構成を示す平面図。

【図７】補色フィルタ配列の一例である補色市松配列を
有する固体撮像素子の構成を示す平面図。

【符号の説明】

１…垂直転送部、２…読み出し部、３…センサ、４…遮
光部、５…色フィルタ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光光量に応じた電荷を発生する複数の
   受光手段と、この受光手段上にそれぞれ設けられた特定
   色を通過する色フィルタ手段とを有する撮像部と、この
   撮像部で得られた電荷を転送する電荷転送部を具備し、
   カラー映像を撮像する固体撮像素子において、 １つの前記受光手段上に前記色フィルタ手段として異な
   った補色を通過する２つの補色フィルタ手段を設けたこ
   とを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記異なった補色を通過する２つの補色
   フィルタ手段は、マゼンタ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）、シア
   ン（Ｃｙ）のフィルタ手段中から選ばれた異なった２つ
   であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素
   子。
3. 【請求項３】 前記異なった補色を通過する２つの補色
   フィルタ手段は前記受光手段上で前記垂直転送部に対し
   て平行な方向に並べられることを特徴とする請求項１に
   記載の固体撮像素子。
4. 【請求項４】 前記撮像部において前記受光手段は、マ
   ゼンタ（Ｍｇ）と黄（Ｙｅ）の補色フィルタ手段を有す
   る受光手段を原色の赤（Ｒ）に、黄（Ｙｅ）とシアン
   （Ｃｙ）の補色フィルタ手段を有する受光手段を原色の
   緑（Ｇ）に、シアン（Ｃｙ）とマゼンタ（Ｍｇ）の補色
   フィルタ手段を有する受光手段を原色の青（Ｂ）に対応
   させたベイヤ配列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。