JPH0420090A - カラー固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はカラー固体撮像素子に関し、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、各光電変換素子（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および緑Ｇを配置
し、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リ、第１フイ
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番こ加算され［（２ｎ＋１）ラ
インと（２ｎ＋２）ライン等についても同様］、第２フ
イールドで４！、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、才な、色差信号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、色差信
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−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一方式では垂直
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−画素内
を２乃至３の領域に分割し、２種のカラーフィルりが等
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、奇数番目のラインでは、Ｙ　
ｅ　＋　Ｍ　ｇの色フィルタとＣｙ十Ｇの色フィルタの
繰り返しであり、偶数番目のラインでは、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力１ら求められ、また、色差信号は
、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
、色差信号が求められ、高い解像度の画像が得られる。

［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１１）ては改善されてい
るが、同−画素内に２種の色フィルタが設けられている
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、色シェーデイ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、高解像度の画像
が得られかっ色シェーデフイング、フリッカや色偽信号
の発生が抑制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、光電変換素子（フ
ォトダイオード）と色フィルタとの組み合わせにより異
なる分光特性を有するようになされた画素を有するもの
であって、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、その差から赤色差信号が
得られ、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
和により輝度信号が、また、その差から青色差信号が得
られるものである。

［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列の画素から得られるように
構成されており、フレーム蓄積駆動や擬似フィールド蓄
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、（２ｎ＋１）ラインにおいて、
シアンＣｙ’とホワイトイエローｗｙの繰り返しであり
［（２ｎ＋１）′ラインについても同様］、（２ｎ＋２
）ラインではホワイトシアンＷｃとイエローＹｅ′の繰
り返し［（２ｎ＋２）′う・インについても同様コで構
成されており、全体として横・縦に２×４画素の繰り返
しパターンとなっている。そして、各画素内は単一の分
光特性の色フィルタによって占められている。

この色フィルタ配列は、２ｎ＋１、（２ｎ＋１）′列お
よび２ｎ＋２、（２ｎ＋２）′列のような縦方向に隣接
する２画素の色フィルタが同じであるため、電子スチル
カメラの場合に用いるノンインターレースのフィールド
蓄積読み出しが可能であり、これによって感度を２倍に
上げることもできる。

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）およびＧ（緑
色）において５０％の透過率を有するフィルタであり、
また、シアンｃｙは、第２図（ａ）で実線で示されるよ
うに、通常のシアンからＢにおける透過率が５０％に低
められたフィルタである。したがって、 Ｗｙ＝Ｂ／２十Ｇ／２＋Ｒ Ｃｙ′＝Ｂ／２＋Ｇ とあられすことができる。

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）およびＧにおいて５０
％の透過率を有するフィルタであり、また、イエローＹ
ｅ’は、第２図（ｂ）において実線で示されるように、
通常のイエローからＲにおける透過率が５０％に低めら
れたフィルタである。したがって、 Ｗ　ｃ　＝　Ｂ　＋　Ｇ　／　２　＋　Ｒ／　２Ｙｅ′
＝Ｇ＋Ｒ／２ とあられすことができる。

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
り各ラインにおいて輝度信号Ｙと色差信号Ｃを得ること
ができる。すなわち、２ｎ＋１　［（２ｎ＋１＞”　］
ラインにおいて、 Ｙ　＝　Ｗ　ｙ　＋　Ｃｙ ＝（Ｂ／２＋Ｇ／２＋Ｒ）　＋（Ｂ／２＋Ｇ）＝Ｂ＋１
．　５０＋Ｒ ｃ＝ｗｙ−ｃｙ （Ｂ／２十Ｇ、／２＋Ｒ）−（Ｂ／２＋Ｇ）＝Ｒ−Ｇ／
２ が得られ、また、２ｎ＋２　［（２ｎ＋２）　′］ライ
ンにおいて、 Ｙ＝Ｙｅ′＋Ｗｃ ＝　（Ｇ＋Ｒ／２＞＋　（Ｂ千〇／２＋Ｒ／２＞＝Ｂ±
１．５Ｇ＋Ｒ Ｃ＝Ｙｅ′−Ｗｃ ＝　（Ｇ＋Ｒ／２）−（Ｂ十Ｇ／２＋Ｒ／２）＝−Ｂ＋
Ｇ／２ が得られる。

これら各色差信号は、それぞれ、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｙ−
Ｂに近似できるものである。

本実施例では、このように各単一ラインにより色差信号
、輝度信号が得られるので、垂直解像度が改善されてい
る。また、同−画素内には単一で均−なフィルタが存在
するだけであるので、目合わせずれによる色偽信号や色
シェーデイングの発生が防止されている。輝度信号につ
いては、各ラインの透過率が一致しているので各ライン
間にレベル差は生じない。

次に、これら各フィルタの構成方法について説明する。

２種の染料を用いてフィルタを形成する場合、これを混
合染料による単一染色層によって形成することもできる
が、異なる分光特性の染料による染色層を積層すること
によりこれを形成することもできる。

ここでは、積層体を用いるものとして説明すると、（２
ｎ＋１）ラインにおいては、ホワイトイエローｗｙは、
Ｂ（青色）の透過率が５０％となるイエロー染料の染色
層とＧ（緑色）における透過率が５０％となるマゼンタ
染料の染色層との積層体によって楕成し、シアンＣｙ′
は、Ｂの透過率が５０％となるイエロー染料の染色層と
通常のシアン染料による染色層との積層体によって構成
する。

また、（２ｎ＋２）ラインにおいては、ホワイトシアン
Ｗｃは、Ｒ（赤色）の透過率が５０％となるシアン染料
の染色層とＧにおける透過率が５０％となるマゼンタ染
料の染色層との積層体によって構成し、イエローＹｅ’
は、Ｒの透過率が５０％となるシアン染料の染色層と通
常のイエロー染料による染色層との積層体によって構成
する。

上記実施例では、ホワイトイエローｗｙとホワイトシア
ンＷｃは、それぞれＧにおいて５０％の透過率を有する
ものであったが、この透過率は、何度の色温度の白色光
が入射したときの変調成分の差を最小にするかに応じて
、変更されるものである。通常、ホワイトイエローのＧ
における透過率は、シアンＣｙ′のそれの５０〜６０％
に設定され、また、ホワイトシアンＷｃのＧにおける透
過率は、イエローＹｅ’のそれの３０〜５０％に設定さ
れる。その場合、ホワイトイエローｗｙとシアンＣｙ’
のＧにおける透過率の和は、ホワイトシアンＷｃとイエ
ローＹｅ’のＧにおける透過率の和と等しくすることが
望ましい。

また、上記実施例では、ホワイトイエローＷ、ｙとシア
ンＣｙ′のＢにおける透過率を５０％としていたが、こ
れは、ホワイトシアンＷｃのＢにおける透過率が１００
％であり、イエローＹｅ’のＢにおける透過率が０％で
あることを前提としている。この前提条件が満たされな
い場合には、ホワイトイエローｗｙとシアンＣｙ′のＢ
における透過率は、それぞれホワイトシアンＷｃとイエ
ローＹｅ’とのＢにおける透過率の和の１／２とする。

同様にホワイトシアンＷｃとイエローＹｅのＲにおける
透過率は、それぞれホワイトイエローＷｙとシアンＣｙ
′とのＲにおける透過率の和の１／２とする。

第３図は、本発明の他の実施例を示す色フィルタ配列の
平面図である。各フィルタの分光特性は先の実施例と同
様であって第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、（２ｎ＋１）ラインのフィル
タ配列に対して（２ｎ＋１）’ラインのフィルタ配列の
位相が反転しており、そして、（２ｎ＋２）ラインのフ
ィルり配列に対して（２，ｎ＋２）’ラインのフィルタ
配列の位相が反転している点である。このように、水平
ライン毎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
のサンプリング・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
画素内において単一の分光特性をもつものとし、各ライ
ン毎に輝度信号と色差信号を得ることができるものであ
るので、本発明によれば、垂直色偽信号の発生がなく、
また、色シェーデイ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子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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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の水平ラインとが交互に配置
   されたカラー固体撮像素子において、第１の水平ライン
   においては、前記第１の分光特性を有する画素からの信
   号と前記第２の分光特性を有する画素からの信号の和か
   ら輝度信号が、それらの信号の差から赤色差信号が得ら
   れ、第２の水平ラインにおいては、前記第３の分光特性
   を有する画素からの信号と前記第４の分光特性を有する
   画素からの信号の和から輝度信号が、それらの信号の差
   から青色差信号が得られることを特徴とするカラー固体
   撮像素子。