JP2920953B2 - カラー固体撮像素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はカラー固体撮像素に関し、特に色フィルタが
モザイク状に配置された単板式カラー固体撮像素子に関
する。

［従来の技術］ 単板式カラー固体撮像素子としては、動解像度がよく
現行のテレビ走査方式であるインターレース方式に適し
たフィールド読み出し方式のものが主として用いられて
いる。

この方式は、第４図に示すように、各光電交換素子
（フォトダイオード）に1:1に、４種の色フィルタ、シ
アンCy、イエローYe、マゼンタMgおよび縁Ｇが配置さ
れ、読み出しは、各フィールド毎に縦方向に信号電荷を
加算して読み出すものである。すなわち、（2n−１）ラ
インにはCyとYeが、2nラインにはMgとＧが、（2n＋１）
ラインにはYeとCyが、（2n＋２）ラインにはMgとＧが、
そして（2n＋３）ラインにはCyとYeがそれぞれ交互に配
置されており、第１フィールドでは、（2n−１）ライン
の画素信号と2nラインの画素信号とが縦方向に加算され
［（2n＋１）ラインと（2n＋２）ライン等についても同
様］、第２フィールドでは、2nラインの画素信号と（2n
＋１）ラインの画素信号とが縦方向に加算されて［（2n
＋２）ラインと（2n＋３）ライン等についても同様］出
力される。

この場合に、輝度信号Ｙは水平方向に隣接した画素の
信号電荷の和により、また、色信号Ｃは隣接した画素の
信号電荷の差により得られる。

すなわち、 Ｙ＝Ｇ＋Ye＋Mg＋Cy Ｃ＝（Ｇ＋Ye）−（Mg＋Cy）、または ＝（Ｇ＋Cy）−（Mg＋Ye）。

ここに、 Ye＝Ｇ＋Ｒ Mg＝Ｒ＋Ｂ Cy＝Ｇ＋Ｂ であり、また、フィルタの分光特性は Ｇ−2B〜Ｙ−Ｂ Ｇ−2R〜Ｙ−Ｒ の近似式が成立するように調節されているので、色信号
Ｃは Ｃ〜−（Ｂ−Ｙ）、または 〜−（Ｒ−Ｙ） と近似できる。

すなわち、このカラー固体撮像素子は、各フィールド
において線順次に色信号を得ることができる。また、輝
度信号は、各水平ラインの信号において同一組み合わせ
のフィルタの画素から得られる。したがって、輝度信号
にはライン間にレベル差は生じない。

しかし、このようなフィールド蓄積カラー方式では垂
直の２画素の信号を加算して読み出しているので、垂直
解像度の低下という欠点がある。そこで、EDTV用カメラ
や電子スチルカメラなどのように高垂直解像度の画像を
得るために、各水平ラインの信号を単一画素列から得よ
うとする動きがある。第５図は、この種従来の撮像素子
の色フィルタの配列図である。これは、同一画素内を２
乃至３の領域に分割し、２種のカラーフィルタが等面積
を占めるように配置するものである（第５図には、一画
素領域を２分割する例が示されている）。

この撮像素子においては、ｎ、ｎ′のラインでは、Ye
＋Mgの色フィルタと、Cy＋Ｇの色フィルタの繰り返しで
あり、ｎ＋１、（ｎ＋１）′ラインでは、Cy＋Mgの色フ
ィルタとYe＋Ｇの色フィルタの繰り返しである。この方
式では、輝度信号は各ラインとも水平方向に隣接する画
素の信号の和から求められ、また、色信号は、水平方向
に隣接する画素の信号の差から求められる。したがっ
て、この方式によれば、各ライン毎に輝度信号、色信号
が求められ、高い垂直解像度の画素が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した第１の従来例では、垂直方向に画素信号を加
算するものであったので、解像度の低下という欠点があ
った。第２の従来例はこの点については改善されている
が、同一画素内に２種の色フィルタを設けたものである
ので、色フィルタの製造工程における目合わせずれによ
り、フィルタの位置ずれ、重なり、欠落等が生じる。そ
のため、個々の色フィルタにない色の信号が発生するこ
とになったり、色シェーディングやフリッカが発生す
る。さらに、ライン間で信号量に差が生じたりした。

よって本発明の目的とするところは、高解像度の画素
が得られかつ色シェーディング、フリッカや色偽信号の
発生が制御されたカラー固体撮像素子を提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によるカラー固体撮像素子は、光電交換素子
（フォトダイオード）と色フィルタとの組み合せにより
異なる分光特性を有せしめられた画素を有するものであ
って、２本ずつ連続して配置される第１の水平ラインに
おいては、第１の分光特性を有する画素と第２の分光特
性を有する画素とが交互に配置されており、そして、第
１の分光特性を有する画素からの信号と第２の分光特性
を有する画素からの信号の和により輝度信号が、また、
その差から赤色信号が得られ、２本ずつ連続して配置さ
れる第２の水平ラインにおいては、第３の分光特性を有
する画素と第４の分光特性を有する画素とが交互に配置
されており、そして、第３の分光特性を有する画素から
の信号と第４の分光特性を有する画素からの信号の和に
輝度信号が、また、その差から青色信号が得られるもの
である。また、その差から青色信号が得られるものであ
る。

そして、前記第１の分光特性を有する画素に対応する
色フィルタは、透明色フィルタ上に前記画素の受光領域
の対角の位置でその半分の面積にイエロー色を蓄積した
ものであり、前記第２の分光特性を有する画素に対応す
る色フィルタは、シアン色フィルタ上に前記画素の受光
領域の対角の位置でその半分の面積にイエロー色を積層
したものであり、前記第３の分光特性を有する色フィル
タはイエロー色フィルタ上に前記画素の受光領域の対角
の位置でその半分の面積にシアン色を積層したものであ
り、かつ、前記第４の分光特性を有する画素に対応する
色フィルタは、透明色フィルタ上に前記画素の受光領域
の対角の位置でその半分の面積にシアン色を積層したも
のである。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示す色フィルタ配列の
平面図である。

第１図の色フィルタは、垂直解像度を確保するため
に、各水平ラインの信号を単一ラインの画素から得られ
るように構成されており、フレーム蓄積駆動あるいは擬
似フィールド蓄積駆動（テレビジョン学会技術報告1987
年２月）に適するものである。

各画素の色フィルタは、第１図の（ｂ）に示されるよ
うに、ｎ、ｎ′ラインにおいては、ホワイトシアンWyと
擬似シアンCy′との繰り返しで構成されており、（ｎ＋
１）、（ｎ＋１）′ラインにおいては、擬似イエローY
e′とホワイトシアンWcとの繰り返しによって構成され
ている。したがって、この色フィルタアレイは、横・縦
に２×４画素の繰り返しパターンにより構成されてい
る。

これら各色フィルタの分光特性は、第２図（ａ）、
（ｂ）に示すとおりであって、ホワイトイエローWyは第
２図（ａ）に破線で示すようにＢ（青色）において50％
の透過率を有するイエローであり、また、擬似シアンC
y′は、第２図（ａ）で実線で示すように、通常のシア
ンよりＢにおける透過率が50％に低められたものであ
る。したがって、 Wy＝B/2＋Ｇ＋Ｒ Cy′＝B/2＋Ｇ とあらわすことができる。

また、ホワイトシアンWcは、第２図（ｂ）において破
線で示されるように、Ｒ（赤色）において50％の透過率
を有するシアンであり、また、擬似イエローYe′は、第
２図（ｂ）において実線で示されるように、通常のイエ
ローよりＲにおける透過率が50％に低められたものであ
る。したがって、 Wc＝Ｂ＋Ｇ＋R/2 Ye′＝Ｇ＋R/2 とあらわすことができる。

このような分光特性を有するフィルタを用いることに
より、各単一のラインにおいて、水平方向に隣接する画
素からの信号を和および差から輝度信号Ｙ、色信号Ｃを
求めることができる。すなわち、ｎ、ｎ′ラインにおい
て、 Ｙ＝Wy＋Cy′ ＝（B/2＋Ｇ＋Ｒ）＋（B/2＋Ｇ） ＝Ｂ＋2G＋Ｒ Ｃ＝Wy−Cy′ ＝（B/2＋Ｇ＋Ｒ）−（B/2＋Ｇ） ＝Ｒ が得られ、また、ｎ＋１、（ｎ＋１）′ラインにおい
て、 Ｙ＝Ye′＋Wc ＝（Ｇ＋R/2）＋（Ｂ＋Ｇ＋R/2） ＝Ｂ＋2G＋Ｒ Ｃ＝Ye′−Wc （Ｇ＋R/2）−（Ｂ＋Ｇ＋R/2） ＝−Ｂ が得られる。すなわち、各ラインにおいて輝度信号が、
また、ｎ、ｎ′ラインからは赤色信号が、ｎ＋１、（ｎ
＋１）′ラインからは青色信号が線順次に得られる。そ
してこのように各単一垂直ラインから色信号および輝度
信号が得られるので、実施例の色フィルタアレイを用す
ることにより垂直解像度を改善することができる。

これらの各色フィルタは、具体的には第１図の（ａ）
に示されるように構成される。すなわち、ホワイトイエ
ローWyは画素の受光部の半分が透明フィルタで他の半分
はイエローYeで占められており、そして、このフィルタ
は透明フィルタの上に半分の面積を覆うようにイエロー
色を積層することにより形成される。一方擬似シアンC
y′は、画素の受光部の半分が縁色Ｇで他の半分がシア
ンCyで覆われるものであるが、このフィルタは、シアン
色フィルタ上に受光面積の半分を覆うようにイエロー色
を積層したもの（積層部が縁色）である。また、擬似イ
エローYe′は受光部の半分が縁色Ｇで他の半分がイエロ
ーYeで覆われているが、これは、イエロー色フィルタ層
上に半分の面積を覆うようにシアン色を積層したもので
ある。そして、ホワイトシアンWcは受光部の半分が透明
フィルタで他の半分がシアンCyで覆われているが、これ
は透明フィルタ上に半分の面積を占めるようにシアン色
を積層することにより形成されるものである。

各画素において、第１図の（ａ）に示されるように、
受光部を４分割すれば製造工程において、上下方向、左
右方向に目合わせずれがあったとしても各画素の分光特
性に変化は生じない。すなわち、本発明においては、各
画素においては第１図（ｂ）に示すように単一のフィル
タが設けられたものと等価であるので、第５図の従来例
のように同一の画素内に複数のフィルタが混在するもの
と異なって、目合わせずれにより色シェーディングやフ
リッカが発生することがない。

第３図は、本発明の他の実施例を示す色フィルタの平
面図である。各フィルタの分光特性は、先の実施例と同
様で第２図に示すとおりである。この実施例の先の実施
例と相違する点は、ｎ、ｎ＋１ラインのフィルタ配列に
対して、ｎ′、（ｎ＋１）′ラインのフィルタ配列の位
相がそれぞれ反転している点である。このように、水平
ラインごとに色フィルタの位相を反転させることによ
り、垂直方向に相関性のある画像では、水平方向におけ
る色サンプリング・ポイントが等価的に２倍になるた
め、水平方向の色偽信号等の発生を減少させることがで
きる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、各画素の色フィルタ
を、該画素の受光面上全体を覆う第１の色フィルタと受
光面の半分の面積を覆う第２の色フィルタとの積層体に
よって構成し、単一画素列から赤色あるいは青色の色信
号を線順次に得るものであるので、本発明によれば、各
色に対し垂直色偽信号の発生がなく、また、色シェーデ
ィングやフリッカの発生がなく、かつ垂直解像度の高い
カラー固体撮像素を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す色フィルタ配列の平
面図、第２図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ各色フィルタ
の分光特性図、第３図は、本発明の他の実施例を示す色
フィルタ配列の平面図、第４図は、従来のフィールド読
み出しの色フィルタの配列例、第５図は、従来のフレー
ム読み出しの色フィルタの配列例である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 5/20 - 5/28 H04N 9/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の分光特性を有する画素と第２の分光
   特性を有する画素とが交互に配置された第１の水平ライ
   ンと、第３の分光特性を有する画素と第４の分光特性を
   有する画素とが交互に配置された第２の水平ラインとが
   同種の水平ラインが２本連続して配置される態様にて交
   互に配置された固体撮像素子において、前記第１の分光
   特性を有する画素に対応する色フィルタは、当該画素の
   受光部の全体を覆う透明色フィルタと該受光部の半分を
   対角の位置にて覆うイエロー色フィルタとの積層体で構
   成され、前記第２の分光特性を有する画素に対応する色
   フィルタは、当該画素の受光部の全体を覆うシアン色フ
   ィルタと該受光部の半分を対角の位置にて覆うイエロー
   色フィルタとの積層体で構成され、前記第３の分光特性
   を有する画素に対応する色フィルタは、当該画素の受光
   部の全体を覆うイエロー色フィルタと該受光部の半分を
   対角の位置にて覆うシアン色フィルタとの積層体で構成
   され、かつ、前記第４の分光特性を有する画素に対応す
   る色フィルタは、当該画素の受光部の全体を覆う透明色
   フィルタと該受光部の半分を対角の位置にて覆うシアン
   色フィルタとの積層体で構成されていることを特徴とす
   るカラー固体撮像素子。