JPH04310090A - カラー固体撮像装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラー撮像系を小型化し
たカラー固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、イメージガイドを用いることなく、
対物レンズの焦点面に固体撮像素子を配設することによ
り、この固体撮像素子で光電変換した画像信号を得られ
るようにした固体撮像素子を内蔵した電子内視鏡が広く
用いられるようになった。

【０００３】例えば、従来のカラー固体撮像装置の第１
の従来例として、図６に示すようにカラーフィルタを配
置したものがある。この装置では、１フレーム中の一方
のフィールド、例えばＡフィールド（偶数フィールド）
、他方のＢフィールド（奇数フィールド）各々において
、上下２画素の受光画素を混合して読み出すようにして
いる。

【０００４】例えば、Ａフィールドの偶数列においては
、 ｎラインは　　　　　　Ｃｙ＋Ｍｇ＝Ｇ＋Ｂ＋Ｒ＋Ｂ＝
Ｒ＋Ｇ＋２Ｂｎ＋１ラインは　　Ｙｅ＋Ｍｇ＝Ｒ＋Ｇ＋
Ｒ＋Ｂ＝２Ｒ＋Ｇ＋Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　
　の成分比となる。又、Ａフィールドの奇数フィールド
においては、 ｎラインは　　　　　　Ｙｅ＋Ｇ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｇ＝Ｒ＋２
Ｇｎ＋１ラインは　　Ｃｙ＋Ｇ＝Ｇ＋Ｂ＋Ｇ＝２Ｇ＋Ｂ
の成分比となっている。

【０００５】Ｂフィールドの偶数列においては、ｎライ
ンは　　　　　　Ｍｇ＋Ｙｅ＝Ｒ＋Ｂ＋Ｒ＋Ｇ＝２Ｒ＋
Ｇ＋Ｂｎ＋１ラインは　　Ｍｇ＋Ｃｙ＝Ｒ＋Ｂ＋Ｇ＋Ｂ
＝Ｒ＋Ｇ＋２Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　の成
分比となり、奇数フィールドにおいては、ｎラインは　
　　　　　Ｇ＋Ｃｙ＝Ｇ＋Ｇ＋Ｂ＝２Ｇ＋Ｂｎ＋１ライ
ンは　　Ｇ＋Ｙｅ＝Ｇ＋Ｒ＋Ｇ＝Ｒ＋２Ｇの成分比とな
る。

【０００６】このようにして、混合して読出すことによ
り、図６に示す画素ユニットをカラー１画素単位とする
と縦方向の画素数は垂直走査線に等しい。

【０００７】一方、第２の従来例として特開平２−３０
５０７９号公報には、１つの画素の受光電荷をそのまま
読み出し、これを偶数フィールド、奇数フィールドとも
全く同様に行うことにより、垂直方向の画素数を走査線
数の２分の１にして、低価格化を図るようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】第１の従来例に示す
ような一般的な固体撮像素子では、垂直方向の画素数は
走査線数と同じだけ必要である。近年電子内視鏡や超小
型ＴＶカメラの需要が高まってきているが、これらはで
きるだけ小型にするため超小型の固体撮像素子が必要で
ある。しかし上述のような画素数の多い固体撮像素子は
、あまり小型に作ることができない。

【０００９】それに対して第２の従来例に示された固体
撮像素子においては、垂直方向の画素数が走査線数の２
分の１であり、固体撮像素子の縦方向の大きさを約２分
の１にすることができる。しかし像の垂直方向を光学的
に２分の１の長さに圧縮しないと、縦横が同じ比率で撮
像されず、画像が歪んでしまう。そこで第２の従来例の
図面（この公報の第２図）に見られるようなアフォーカ
ルレンズを用いて像の垂直方向を圧縮しているが、アフ
ォーカルレンズは高価であり、またこれを設けることに
よって電子内視鏡やＴＶカメラの小型化がかえって妨げ
られてしまう。

【００１０】本発明は上述した点にかんがみてなされた
もので、アフォーカルレンズのような特殊な光学系を用
いることなく、小型化することのできるカラー固体撮像
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【問題点を解決する手段及び作用】本発明は、各画素の
前に配置された各カラーフィルタを経た光を光電変換す
るカラー固体撮像素子を有し、ドライブ信号の印加によ
り、各フィールド毎に、垂直方向に隣接する２画素の受
光電荷を混合して読み出すカラー固体撮像装置において
、前記垂直方向に隣接する２画素を合体して１画素にす
ると共に、各画素のピッチを垂直及び水平方向に同一比
率で縮小し、各フィールド毎に、独立に読み出すカラー
固体撮像素子を設けることによって、アフォーカルレン
ズのような特殊な光学系を用いることなく、小型化する
ことのできるカラー固体撮像装置を実現している。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を具体的に説明
する。図１ないし図３は本発明の第１実施例に係り、図
１（ａ）は第１実施例における画素配列を示し、図１（
ｂ）及び図１（ｃ）は比較のための従来例係る画素配列
を示し、図２は第１実施例におけるカラーフィルタの配
列を示し、図３は読み出されて表示される場合の画素配
置を示す。

【００１３】第１実施例におけるカラー固体撮像装置を
構成するカラー固体撮像素子１は、図１（ａ）に示すよ
うな画素配列であり、比較のために、第１の従来例の画
素配置を図１（ｂ）に示し、この図１（ｂ）の上下方向
に隣接する２画素を合体して１画素にした画素配置をし
ている。ここで便宜上、図１（ｂ）における画素配置に
おいて、画素の垂直方向（縦方向）のピッチの長さを３
ａ、水平方向（横方向）のピッチの長さを６ａとする。 又、この図１（ｂ）における第１行の画素を１１，１２
，１３，…、第２行目の画素を２１，２２，２３，…、
第３行目の画素を３１，３２，３３，…で表わす。

【００１４】図１（ｂ）の第１の従来例では、前述のよ
うに各画素の受光電荷はＡフィールドにおいては、画素
１１と２１，画素１２と２２，画素１３と２３，…が混
合されて読み出され、Ｂフィールドにおいては画素２１
と３１，画素２２と３２，画素２３と３３…が混合され
て読み出される。よって、ＡフィールドとＢフィールド
を合わせた１フレームの走査線を考えたとき、そのピッ
チは垂直方向の画素ピッチ、すなわち長さ３ａとなる。

【００１５】図１（ｂ）の垂直方向に隣合う２画素を合
体して１画素にした図１（ｃ）に示すカラー固体撮像素
子では画素ピッチは垂直、水平方向とも長さ６ａとなる
。これに対し、第１実施例におけるカラー固体撮像素子
１は、図１（ａ）に示すように、画素ピッチを垂直方向
及び水平方向（縦横方向）同比率で縮小したもので、こ
の図に示す例では、６分の４に縮小している。つまり、
垂直、水平方向とも画素ピッチは長さ４ａである。尚、
各画素は図１（ｂ）と同様の番号で示す。

【００１６】又、このカラー固体撮像素子１のカラーフ
ィルタは、各画素の前に配置され、このカラーフィルタ
の配置を図２に示す。図２において、画素１１，１２，
１３，…の前にはそれぞれＲ＋Ｇ＋２Ｂ，Ｒ＋２Ｇ，Ｒ
＋Ｇ＋２Ｂ，…のフィルタｆ１１，ｆ１２，ｆ２３…が
配置され、画素２１，２２，２３，…の前にはそれぞれ
２Ｒ＋Ｇ＋Ｂ，２Ｇ＋Ｂ，２Ｒ＋Ｇ＋Ｂ，…のフィルタ
ｆ２１，ｆ２２，ｆ２３，…が配置されている。

【００１７】又、このカラー固体撮像素子１は、図示し
ないドライブ回路により駆動され、Ａフィールド、Ｂフ
ィールドとも各画素独立にすべて読み出されるようにな
っている。例えばインタレース表示の場合には図３に示
すように実線で示す画素１１，１２，１３，…２１，２
２，２３，…が順次読み出された後、点線で示す画素１
１，１２，１３，…２１，２２，２３，…が同様に読み
出されてインタレース表示による１フレームの画像が形
成される。ノンインタレース表示の場合には、画素１１
，１２，１３，…１１，１２，１３，…２１，２２，２
３，…２１，２２，２３，…のように２ラインづつ繰り
返しで読み出される。

【００１８】従って、１つの画素が１フレームの走査線
２本に対応することになり、走査線１本に対して垂直方
向は２分の１画素、即ち長さ２ａのピッチが対応する。 垂直方向と水平方向のピッチＰｖ，Ｐｈの比率を考える
と、 図１（ｂ）では　　Ｐｖ：Ｐｈ＝３：６＝１：２図１（
ａ）では　　Ｐｖ：Ｐｈ＝２：４＝１：２となり、図１
（ａ）のカラー固体撮像素子は、図１（ｂ）のカラー固
体撮像素子と同じ比率であり、第２の従来例において必
要であったアフォーカルレンズのような特殊な光学系を
用いる必要がない。

【００１９】固体撮像素子のような半導体においては、
ミクロンオーダーの微小な導体をどこまで細かく配設で
きるかが、素子の小型化の限界を決めるが、図１（ｂ）
において最小画素ピッチが長さ３ａであるのに対し、図
１（ａ）においては最小画素ピッチは長さ４ａであるか
ら、図１（ａ）のカラー固体撮像素子１の製造は容易で
ある。 そしてこの図１（ａ）のカラー固体撮像素子１は、図１
（ｂ）の素子に比べて垂直、水平方向とも６分の４、す
なわち３分の２のサイズに小型化できる。

【００２０】次にカラー撮像について説明する。前述の
ように図６のカラーフィルタ配列では、Ａフィールドの
偶数列においてはｎラインではＣｙ＋Ｍｇ＝Ｒ＋Ｇ＋２
Ｂ、ｎ＋１ラインではＹｅ＋Ｍｇ＝２Ｒ＋Ｇ＋Ｂの成分
比となる。図２に示すようにこの実施例では、対応する
画素ｆ１１ではＲ＋Ｇ＋２Ｂ、画素ｆ２１では２Ｒ＋Ｇ
＋Ｂの成分比になっている。同様に、図１（ｂ）のＡフ
ィールドの奇数列において、ｎラインはＹｅ＋Ｇ＝Ｒ＋
２Ｇ，ｎ＋１ラインはＣｙ＋Ｇ＝２Ｇ＋Ｂの成分比にな
っている。

【００２１】また、図２に示すこの実施例では、対応す
る画素ｆ１２ではＲ＋２Ｇ、画素ｆ２２では２Ｇ＋Ｂの
成分比になっている。従って、この第１実施例によれば
、図１（ｂ）を小型化したものとなり、且つ図１（ｂ）
と同様にカラー撮像できることになる。又、この実施例
では、単に各画素を順次読出すのみで垂直方向に隣接す
る画素を加算するような混合を行わなくて良いので、固
体撮像素子とか周辺回路の構成が簡単になったり、高速
化できる。

【００２２】尚、この実施例ではＡフィールド、Ｂフィ
ールドで同じ画像を用いているので、画像の垂直解像度
の低下が心配されるが、その低下量はあまり多くなく、
実用上さしつかえない程度である。

【００２３】図４は本発明の第２実施例の固体撮像装置
６１を示す。この実施例は第１実施例よりも解像度を向
上させたものであり、振動子６２は、固体撮像素子本体
６３の前面に配置されたカラーフィルタ部６４を１フレ
ームで１回、垂直方向Ｄｖに振動する。この場合、固体
撮像素子本体６３は、図５（ａ）に示すように画素配置
され、垂直方向Ｄｖの画素１１，２１，３１…等、各画
素の垂直方向Ｄｖの長さはこの方向Ｄｖのすきま（垂直
方向Ｄｖに隣り合う画素の間の長さ）と同一になってい
る。尚、固体撮像素子６３は、ドライブ手段６５でドラ
イブされる。

【００２４】一方、カラーフィルタ部６４は、図５（ｂ
）に示すように、画素１１，２１，３１，…をそれぞれ
覆うカラーフィルタと、該カラーフィルタの垂直方向Ｄ
ｖに隣接して各カラーフィルタを透明にした透明フィル
タとを有する構造になっている。例えば、振動子６２に
よりカラーフィルタ部６４が一方に振動された状態では
、図５（ｂ）に示す状態となる。

【００２５】この状態は例えば偶数フィールドの状態に
対応し、全画素は透明にした透明フィルタを経た光を受
光する状態となり、全画素から独立に輝度信号が得られ
ることになる。この状態から振動子６２により、他方に
移動されると、奇数フィールドの状態になり、各画素に
は図２に示したカラーフィルタが対応したものとなる。 従って、この状態では、図２に示した場合と同様にカラ
ー撮像され、同様の色信号が得られる。

【００２６】従って、上記輝度信号と色信号をフィール
ドメモリに記憶して読出すことにより、解像度の高いカ
ラー画像を得ることができる（第１実施例では垂直方向
に隣り合う２ラインから輝度信号が得られるのに対し、
第２実施例では各ラインから輝度信号が得られるので解
像度を向上できる）。又、この実施例では、感度を高く
することもできる。

【００２７】尚、本発明は図６に示すカラーフィルタの
場合に適用できるものに限らず、各フィールド毎に垂直
方向に隣接する２画素を混合して読み出すカラー固体撮
像素子に対しては同様に適用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、各フ
ィールド毎に垂直方向に隣接する２画素の受光電荷を混
合して読み出すカラー固体撮像装置に対し、垂直方向に
隣接する２画素を合体して１画素にし、且つ画素のピッ
チを垂直及び水平方向同比率で縮小し、各フィールド毎
に独立して読み出すようにしているので、小型のカラー
撮像手段を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における各画素の配置を示
す説明図。

【図２】第１実施例におけるカラーフィルタの配置を示
す説明図。

【図３】図１のカラー固体撮像素子を読出して表示する
場合の様子を示す説明図。

【図４】本発明の第２実施例の構成図。

【図５】第２実施例における画素配置と、カラーフィル
タの配置を示す説明図。

【図６】従来例おけるカラー固体撮像素子のカラーフィ
ルタの配置及び読出しを示す説明図。

【符号の説明】

１………カラー固体撮像素子 １１，１２，１３，…３１，３２，３３…画素ｆ１１，
ｆ１２２，…ｆ２３，…カラーフィルタ６１……カラー
固体撮像装置 ６２……振動子 ６３……固体撮像素子本体 ６４……カラーフィルタ部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　各画素の前に配置された各カラーフィ
   ルタを経た光を光電変換するカラー固体撮像素子を有し
   、ドライブ信号の印加により、各フィールド毎に、垂直
   方向に隣接する２画素の受光電荷を混合して読み出すカ
   ラー固体撮像装置において、前記垂直方向に隣接する２
   画素を合体して１画素にすると共に、各画素のピッチを
   垂直及び水平方向に同一比率で縮小し、各フィールド毎
   に、独立に読み出すカラー固体撮像素子を設けたことを
   特徴とするカラー固体撮像装置。