JPH06335006A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH06335006A
JPH06335006A JP5116937A JP11693793A JPH06335006A JP H06335006 A JPH06335006 A JP H06335006A JP 5116937 A JP5116937 A JP 5116937A JP 11693793 A JP11693793 A JP 11693793A JP H06335006 A JPH06335006 A JP H06335006A
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solid
signal
state image
image pickup
wavelength band
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JP5116937A
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Keisuke Suetsugu
圭介 末次
Hiroshi Sugano
宏 菅野
Masayuki Sugawara
正幸 菅原
Koji Mitani
公二 三谷
Yoshihiro Fujita
欣裕 藤田
敏紀 ▲さいとう▼
Toshinori Saitou
Yuichi Ninomiya
佑一 二宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Mobile Communications Co Ltd
Japan Broadcasting Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Matsushita Communication Industrial Co Ltd
Japan Broadcasting Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/61—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise the noise originating only from the lens unit, e.g. flare, shading, vignetting or "cos4"
    • H04N25/611—Correction of chromatic aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/64—Circuits for processing colour signals
    • H04N9/67—Circuits for processing colour signals for matrixing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/64—Circuits for processing colour signals
    • H04N9/73—Colour balance circuits, e.g. white balance circuits or colour temperature control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は固体撮像素子を用いた固体撮像装置
における空間画素ずらし法において、レンズの色収差の
影響を受けにくく、かつ緑の波長帯域を含まない被写体
においても画素ずらしの効果が得られ、さらに赤の波長
帯域と青の波長帯域の光を同一レベル含む被写体につい
ては輝度誤差を抑制しつつ、モアレを完全に抑圧するこ
とが可能となる固体撮像装置を提供することを目的とし
ている。 【構成】 緑の光出力１０４、１０５を２つ、赤の光出
力１０６を１つ、青の光出力１０３を１つ有する光分解
光学系を用いて、２つの緑用固体撮像素子１０８、１０
９の間および、青用と赤用の固体撮像素子１０３、１０
６の間で画素ずらしを行い、これらの出力を合成するこ
とによって輝度信号を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子を用いた固
体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像装置において、解像度を向上さ
せるためには、固体撮像素子の画素数を増加する必要が
ある。受光面サイズの同じ素子であれば画素数が増える
ほど、また固体撮像素子を小型化するほど、その分１画
素あたりの受光面積（以下、画素面積という）が減少
し、素子の感度、ダイナミックレンジが不足する。した
がってハイビジョンテレビシステムなどのように高解像
度化を図るほど、解像度と感度、ダイナミックレンジな
どの特性を同時に満足させることが難しくなる。
【０００３】将来、３次元ＩＣ技術など微細加工技術の
進展によるブレークスルーにより、素子の大幅な特性改
善が予想されるが、歩留まりを含めた固体撮像装置に要
求される性能を満たすためには、かなりの時間を要す
る。
【０００４】この問題を解決するため、一つの方法とし
て、感度、ダイナミックレンジが要求仕様に満足できる
よう画素面積を確保した上で、画素数不足による解像度
劣化を複数の素子を用いることで改善する方式が検討さ
れてきた。
【０００５】従来技術として、三原色分解光学系を用い
た３板式撮像装置がある。緑色用固体撮像素子の分解光
学系での固着位置に対して、赤色用および青色用固体撮
像素子を水平方向に画素間隔の半分だけずらして配置
し、各色信号を合成して得られる輝度信号のサンプル点
を増加させ高解像度化を図るもので、いわゆるＲＧＢ空
間画素ずらし法として提案され広く検討されている（文
献：山中、山崎、橋本、阿部、越智：”３ＣＣＤカラー
カメラ方式”、テレビ学技報,ED-395,(Sep.1978)な
ど）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのＲＧ
Ｂ空間画素ずらし法はその効果がレンズの色収差によっ
て妨げられる。色収差には、入射光の波長により結像す
る像の大きさが異なる倍率色収差や、焦点を結ぶ位置が
異なる軸上色収差があるが、異なる色チャンネルで、画
素ずらしをするため画面周辺部においては色収差の影響
により画素ずらしの効果が妨げられる。レンズの設計に
より色収差を少なくする努力も行なわれているが、画面
周辺部でこれをゼロとするのは不可能である。ＮＴＳＣ
方式用２／３インチのレンズは倍率色収差を画面全体
で、±１０ミクロンに抑えることを目標仕様としてい
る。この値は２／３インチ１３０万画素ＣＣＤを例に採
ると、±約１画素間隔に相当する。したがってレンズ色
収差の影響により、最悪１画素の分解能を失ない、画素
ずらし効果が妨げられる。
【０００７】また赤色用および青色用固体撮像素子を同
一位置、即ち同じ像を結像する位置に配置するため緑の
波長帯域を含まない色については画素ずらしの効果はな
かった。
【０００８】本発明はこれらの問題を解決し、レンズの
色収差の影響を受けにくく、かつ緑の波長帯域を含まな
い被写体においても画素ずらしの効果が得られるように
し、ほとんどの色に対して画素ずらしの効果を得ること
のできる固体撮像装置を提供するものである。
【０００９】さらに赤の波長帯域と青の波長帯域の光を
同一レベル含むマゼンダ色および無彩色の被写体につい
ては、輝度誤差を抑制しつつモアレを完全に抑圧するこ
とが可能になる固体撮像装置を提供することを目的とし
ている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達す
るため、１つの入力光に対して緑の波長帯域の光出力を
２つ、赤の波長帯域の光出力を１つ、青の波長帯域の光
出力を１つ合計４つの光出力面を有する光分解光学系
と、各々の光出力を受光するように配置された固体撮像
素子を備えた構成である。
【００１１】特に、緑の波長帯域を受光する２つの固体
撮像素子を、互いに水平走査方向に画素間隔の半分ずら
して配置し、赤の波長帯域を受光する固体撮像素子を２
つの緑の波長帯域を受光する固体撮像素子のいずれか一
方と同じ像を結像する位置に配置し、青の波長帯域を受
光する固体撮像素子をもうひとつの緑の波長帯域を受光
する固体撮像素子と同じ像を結像する位置に配置するこ
とにより構成する。
【００１２】さらに、固体撮像素子から出力された信号
に対応する赤信号と緑信号と青信号が入力され、テレビ
ジョン方式で定まる色信号合成比で各信号を合成し輝度
信号を出力する第１の輝度信号合成回路と、前記赤信号
と前記緑信号と前記青信号の色信号合成比をａ：ｂ：ｃ
（ただしａ＋ｂ＋ｃ＝１）としたとき、前記緑信号の比
率ｂを前記テレビジョン方式で定まる比率に設定し、前
記赤信号と前記青信号の合成比率ａ，ｃは（１−ｂ）／
２で定まるところの互いに同じ比率に設定し合成する第
２の輝度信号合成回路を含んでなり、前記第１および第
２の輝度信号合成回路の出力を合成し輝度信号を出力す
る回路から構成される。
【００１３】
【作用】本発明は上記の構成により、同じ緑色用固体撮
像素子にて画素ずらしを行うことにより、画面周辺部に
おけるレンズの色収差の影響を受けにくくし、さらに赤
色用および青色用の固体撮像素子も同様に水平方向に互
いにずらして配置することにより、緑の波長帯域を含ま
ない被写体、つまり赤と青の波長帯域のみの被写体につ
いても画素ずらしの効果が得られ、よって赤および青の
純色を除くすべての色に対して画素ずらしの効果を得ら
れることになる。
【００１４】さらに輝度信号の高域成分においては赤信
号と青信号を同一比率として合成することにより、赤の
波長帯域と青の波長帯域の光を同一レベル含むマゼンダ
色および無彩色の被写体については、輝度誤差を抑制し
つつモアレを完全に抑圧することが可能になる。
【００１５】
【実施例】本発明の第１の実施例の固体撮像装置に関し
て図１〜図３を用いて説明する。図１は本発明の第１の
実施例に関わる固体撮像装置における、分解光学系およ
びその結像面における各色チャンネルの固体撮像素子の
固着位置を示している。
【００１６】図１において、被写体１０１から発した光
はレンズ１０２を通って入射し、まず青色光が反射面１
１１で反射され、出力光Ｂ１０３となり、青色用固体撮
像素子１０７へ入射する。反射面１１１を透過した光の
うち、反射面１１２では赤色光が反射され出力光Ｒ１０
６となり赤色用固体撮像素子１１０へ入射する。さらに
反射面１１２を透過して残った緑色光はハーフミラー１
１３で２つに分けられ出力光Ｇａ１０４、出力光Ｇｂ１
０５となり、各々第１の緑色用固体撮像素子１０８、第
２の緑色用固体撮像素子１０９へ入射する。
【００１７】次に図２を用いて各固体撮像素子の固着位
置についてさらに詳しく説明する。図２は本発明の固体
撮像素子の光学的位置関係を示す図である。
【００１８】図２において、（ａ）は固体撮像素子Ａ２
０１であり第１の緑色用固体撮像素子１０８に対応し、
その画素を白丸で示している。同様に（ｂ）は固体撮像
素子Ｂ２０２であり第２の緑色用固体撮像素子１０９に
対応し、その画素を黒丸で示している。
【００１９】固体撮像素子ＡとＢは、図２（ｃ）に示す
ように、互いに水平方向に画素間隔の半分ずれた光学像
をサンプルするように水平方向にずらして固着されてい
る。このためこの２つの固体撮像素子の出力を利用する
ことにより、水平方向に２倍の帯域を持つ信号を得るこ
とができる。また、同様に赤色用固体撮像素子１１０と
青色用固体撮像素子１０７も互いに水平方向に画素間隔
の半分ずらして固着される。
【００２０】以上のように構成された固体撮像装置に関
してその動作を説明する。図３は光学像と固体撮像素子
のサンプル点の位置関係を示した概念図である。
【００２１】図３において、波形３０１は被写体によっ
てきまる光学像であり、二重丸で固体撮像素子によるサ
ンプル点を示している。また、赤色用固体撮像素子３０
２、青色用固体撮像素子３０３、第１の緑色用固体撮像
素子３０４、第２の緑色用固体撮像素子３０５の画素に
よる水平方向の相対的なサンプリング位置を示してい
る。これよりわかるように被写体像は２つの緑色用固体
撮像素子により２倍のサンプリング周波数でサンプルさ
れ、また赤と青の固体撮像素子により同様に２倍のサン
プリング周波数でサンプルされている。
【００２２】従来の方法では異なる色チャンネルで画素
ずらしをするため、画面周辺部においてはレンズの色収
差の影響により画素ずらしの効果が妨げられ、また赤色
用および青色用固体撮像素子を同じ像を結像する位置に
配置するため緑の波長帯域を含まない色については画素
ずらしの効果は得られなかった。
【００２３】しかし、本発明の実施例では同じ緑色用固
体撮像素子同士で画素ずらしを行うため、画面周辺部で
もレンズの色収差の影響を受けにくく、また同様に青色
用と赤色用の固体撮像素子もずらして配置するため、緑
の波長帯域を含まない被写体、つまり赤と青の波長帯域
のみの被写体についても、２倍のサンプル点が得られ、
その輝度信号の広帯域化が可能となり、画素ずらしの効
果が得られる。よって赤および青の純色を除くすべての
色に対して画素ずらしの効果を得られることになる。
【００２４】次に本発明の第２の実施例の固体撮像装置
に関して説明する。図４に本発明の第２の実施例におけ
る固体撮像装置の輝度信号合成回路のブロック図を示
す。
【００２５】はじめに図４における本実施例の構成を説
明する。撮像板４０１〜４０４は、第１の実施例で述べ
た構成と同様のものである。第１の緑色用固体撮像素子
４０１からの信号は半画素分の遅延時間を持つ遅延線４
１３を通して合成増幅回路４０５へ入力され、第２の緑
色用固体撮像素子４０２からの信号は直接、合成増幅回
路４０５へ入力され、合成されて広帯域の緑信号とな
る。赤色用固体撮像素子４０３の出力は半画素分の遅延
時間を持つ遅延線４１４を通って増幅回路４０６へ、青
色用固体撮像素子４０４の出力は直接、増幅回路４０７
に入力、増幅される。
【００２６】各々の増幅器４０５、４０６、４０７の出
力はそれぞれ輝度信号合成回路Ａ４０８、輝度信号合成
回路Ｂ４０９の入力となる。輝度信号合成回路Ａ４０８
の出力はハイパスフィルタ４１０を通り、輝度信号合成
回路Ｂ４０９の出力はローパスフィルタ４１１を通り最
終段のＭＩＸ加算回路４１２に入力される。これら２つ
の信号はＭＩＸ加算され最終的な固体撮像装置の輝度信
号出力４１５となる。
【００２７】次に２つの輝度信号合成回路４０８、４０
９における信号合成比について説明する。輝度信号合成
回路Ａ４０８、輝度信号合成回路Ｂ４０９はそれぞれ入
力赤信号（Ｒ）、緑信号（Ｇ）、青信号（Ｂ）に対し
て、次式を満たす輝度信号出力（Ｙ）を生成する。
【００２８】Ｙ=αＲ+βＧ+γＢ（ただしα、β、γは
α＋β＋γ＝１を満たす定数）ここで、輝度信号合成回
路Ａ４０８では緑信号の合成比率βをテレビジョン方式
で定まる比率に設定し、赤信号と青信号の合成比率α、
γは（１−β）／２で定まる互いに同じ比率に設定し合
成する。
【００２９】また前記輝度信号合成回路Ｂ４０９ではテ
レビジョン方式で定まる比率に設定する。よって、ハイ
ビジョンテレビシステムにおいては 輝度信号合成回路Ａ４０８で α=0.1423 β=0.7154
γ=0.1423 輝度信号合成回路Ｂ４０９で α=0.2125 β=0.7154
γ=0.0721 ＮＴＳＣテレビジョンシステムにおいては 輝度信号合成回路Ａ４０８で α=0.2065 β=0.587
γ=0.2065 輝度信号合成回路Ｂ４０９で α=0.299 β=0.587
γ=0.114 という合成比率が算出される。
【００３０】このように高域での輝度信号を生成するた
めの比率の設定を輝度信号のなかで占める割合の大きい
緑信号を正規の比率とし、赤信号および青信号を同一比
率とすることにより、第１の実施例の効果に加え、赤の
波長帯域と青の波長帯域の光を同一レベル含むマゼンダ
色および無彩色の被写体については輝度誤差を抑制しつ
つモアレを完全に抑圧することが可能になる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明では、画面周辺部に
おけるレンズの色収差の影響を受けにくくし、また緑の
波長帯域を含まない被写体、つまり赤と青の波長帯域の
光のみの被写体についても画素ずらしの効果を得、赤お
よび青の純色を除くすべての色に対して画素ずらしの効
果を得ることを可能とする。
【００３２】さらに、赤の波長帯域と青の波長帯域の光
を同一レベル含むマゼンダ色および無彩色の被写体につ
いては、輝度誤差を抑制しつつモアレを完全に抑圧する
ことを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
分解光学系、およびその結像面における各色チャンネル
の固体撮像素子の固着位置を示す図
【図２】本発明の固体撮像素子の光学的位置関係を示す
図
【図３】光学像と固体撮像素子のサンプル点の位置関係
を示した概念図
【図４】本発明の第２の実施例における固体撮像装置の
輝度信号合成回路ブロック図
【符号の説明】
１０３ 出力光Ｂ １０４ 出力光Ｇａ １０５ 出力光Ｇｂ １０６ 出力光Ｒ １０７ 青色用固体撮像素子 １０８ 第１の緑色用固体撮像素子 １０９ 第２の緑色用固体撮像素子 １１０ 赤色用固体撮像素子 ３０２ Ｒ撮像板 ３０３ Ｂ撮像板 ３０４ Ｇａ撮像板 ３０５ Ｇｂ撮像板 ４０８ 輝度信号合成回路Ａ ４０９ 輝度信号合成回路Ｂ ４１２ ＭＩＸ加算回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末次 圭介 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 菅野 宏 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 菅原 正幸 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 三谷 公二 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 藤田 欣裕 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 ▲サイトウ▼ 敏紀 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内 (72)発明者 二宮 佑一 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】１つの入力光に対して緑の波長帯域の光出
    力を２つ、赤の波長帯域の光出力を１つ、青の波長帯域
    の光出力を１つ、合計４つの光出力面を有する光分解光
    学系と、各々の光出力を受光するように配置された固体
    撮像素子を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項２】緑の波長帯域を受光する２つの固体撮像素
    子の配置位置を、互いに水平走査方向に画素間隔の半分
    ずらすことにより、緑の波長帯域を有する画像の水平走
    査方向のサンプル点を倍とすることを特徴とする請求項
    １記載の固体撮像装置。
  3. 【請求項３】赤の波長帯域を受光する固体撮像素子の配
    置位置を２つの緑の波長帯域を受光する固体撮像素子の
    いずれか一方と同じ像を結像する位置に設定し、青の波
    長帯域を受光する固体撮像素子の配置位置をもうひとつ
    の緑の波長帯域を受光する固体撮像素子と同じ像を結像
    する位置とすることを特徴とする請求項１記載の固体撮
    像装置。
  4. 【請求項４】固体撮像素子から出力された信号に対応す
    る赤信号と緑信号と青信号が入力され、テレビジョン方
    式で定まる色信号合成比で各信号を合成し輝度信号を出
    力する第１の輝度信号合成回路と、前記赤信号と前記緑
    信号と前記青信号の色信号合成比をａ：ｂ：ｃ（ただし
    ａ＋ｂ＋ｃ＝１）としたとき、前記緑信号の比率ｂを前
    記テレビジョン方式で定まる比率に設定し、前記赤信号
    と前記青信号の合成比率ａ，ｃは（１−ｂ）／２で定ま
    るところの互いに同じ比率に設定し合成する第２の輝度
    信号合成回路を含んでなり、前記第１および第２の輝度
    信号合成回路の出力を合成し輝度信号出力とすることを
    特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
JP5116937A 1993-05-19 1993-05-19 固体撮像装置 Pending JPH06335006A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5116937A JPH06335006A (ja) 1993-05-19 1993-05-19 固体撮像装置
KR1019940010584A KR0141891B1 (ko) 1993-05-19 1994-05-16 비데오 카메라
US08/245,192 US5471323A (en) 1993-05-19 1994-05-17 Solid state video camera having improved chromatic aberration suppression and moire suppression
EP94107715A EP0625859B1 (en) 1993-05-19 1994-05-18 Solid state video camera
DE69408718T DE69408718T2 (de) 1993-05-19 1994-05-18 Festkörpervideokamera

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5116937A JPH06335006A (ja) 1993-05-19 1993-05-19 固体撮像装置

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ID=14699402

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EP (1) EP0625859B1 (ja)
JP (1) JPH06335006A (ja)
KR (1) KR0141891B1 (ja)
DE (1) DE69408718T2 (ja)

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