JPS58182978A - カラ−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】 本発明はカラー固体撮像装置、特に１枚の固体撮像素子
の前面に色分離用フィルタ（以下色フィルタと称する）
を配置することによりカラー信号を得るいわゆる単板式
カラー固体撮像装置に関する。

固体撮像素子を１枚用いて単板カラー固体撮像装置を構
成するためには、第１図に示すように固体撮像素子の前
面に、固体撮像素子の各絵素１１に対応する色の配列を
もつ色フイルタ群１２を配置する。

簡単の之め撮像素子の画素群をＡ１１〜Ａ４４゜Ａ’　
１１−ｉ　Ａ’　４４ｚ　色フイルタ群１２の各色フイ
ルタ要素を０１１〜Ｃ４４’　”１１〜Ｃ′４４として
あられしている。

ここで、色フイルタ要素０１１〜Ｃ４４は、第１、フィ
ールド、色フイルタ要素Ｃ′１１〜Ｃ′４４は、第２フ
イールド走査に対応するもので、固体撮像素子のいわゆ
る飛び越し走査方式を考慮した色フィルタ配置となって
いる。

固体撮像素子に用いらｎる色フイルタ９素の配列はカラ
ーカメラの特性を決定づけるたけでなく、カメラ価・格
にも大きな影響を及ぼす。

従来、この色フイルタ群１２の各色フイルり要素Ｃ１，
〜Ｃ４４，およびＣ′１１〜Ｃ′４４としては、光透過
フィルタ、青透過フィルタ、緑透過フィルりのような原
色光だけを通過させる色フィルタ要素が用いら几てきた
が、このような色フイルりは入射光の光量損失が大きい
という欠点があった。

この欠点を除去するため最近では、Ｗ（透明すなわち赤
色、緑色、青色光成分を透過させる）フィルタおよびＣ
ｙ　（シアン透過すなわち青色と緑色成分を透過）フィ
ルタ、Ｙｅ（黄色光透過すなわち赤色と緑色光成分を透
過）フィルタの補色型の色フイルタ要素を用いて、光の
利用効率を高め、同装置の感度の向上をはかる色フィル
タが提案さ几ている。

このような色フィルタの構成を第２図（ａ）に示す。

（第２図（ａ）では、説明のため、その一部のみが描か
れている。） 第２図（ａ）において、色フィルタは、Ｗ（透明フィル
タ）、Ｃｙ（シアンフィルタ）＋Ｙｅ（黄色フィルタ）
の３種類の色フイルタ要素から構成されている。また、
第１フイールドに対応するｎＨ。

（ｎ＋１　）Ｈ，（ｎ＋２）Ｈ，（ｎ＋３）Ｈの各ライ
ンと、第２フイールドに対応するｎＨ’　、　（ｎ＋１
　）　Ｈ’、　（ｎ＋２）Ｈ’　、　（ｎ＋３３Ｈ’）
各ラインとで構成さｎている。

第１フイールドと第２フイールドの色フィルタの配置関
係を見ると、１フィルタ要素分だけ、互いに水平方向に
ずれた配置となっている。このため、輝度情報に最も寄
与する透明フィルタＷは、色フイルタ群上（撮像面上）
で最も均一かつ、最も高密度に分布した市松状配置とな
り、従来の色フィルタで見られるような方向によって、
解像度特性が著しく異なるという欠点が除去さ几る。

第２図（ｂ）は第２図（ａ）のｎＨ，（ｎ＋２）Ｈライ
ンの原色成分を示したもので、青成分が変調さｎた形と
なる。第２図（ｃ）は、（ｎ＋１　）Ｈ、（ｎ＋３）Ｈ
ラインの原色成分を示したもので、赤成分が変調された
形となる。したがって素子出力信号は、青成分が変調さ
れたＴＶライン、赤成分が変調されたＴＶラインがくり
返えされることになる。

帯域フィルタを用いることによってこの色変調成分を直
接抽出することができる。

第３図を用いて同色フィルタを備えたカラー固体撮像装
置より画信号を再生する動作を説明する。

まず撮像素子３１から得らｎる信号を帯域フィルり３２
を介して、検波出力回路３３に導き、Ｒ又はＢの色信号
成分を取り出す。次にこのＲ，Ｂ信号をプロセス回路３
４を介して、ローパスフィルタ３８を通過して得らｎた
輝度信号との差をとり、Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙの色差信号をつ
くる。この２種類の色差信号を１Ｈ遅延回路３５．ＩＨ
切換回路３６全通しプロセス回路３９を通っ７’ｃＹ信
号と共に工／コーダ回路３７に加えて、カラー標準信号
を得る。

この色フィルタを備えたカラー固体撮像装置は、従来の
原色フィルタを用いた場合にくらべ、色フィルタのコス
ト、回路構成の簡単さの点で非常に有利である。

しかし、一方、このカラー固体撮像装置は次のような欠
点をもっている。

Ｗ・　Ｃ７、Ｙｅの各フィルタ要素は、各々３種類（Ｒ
，Ｇ、Ｂの各党）、２種類（Ｇ、Ｈの各党）。

２種類（Ｇ、Ｒの各党）の原色光を通す。そのためＷ　
、　　Ｃｙ　、　　ＹｅＯ色フィルタを透過する光量は
、Ｗ、Ｃｙ、Ｙｅ各フィルタが同じ面積を有するためＷ
フィルタが最大で、ＹｅとＣＹフィルタの順番になる。

したがって、例えば、白色光が入射した場合、各フィル
タに対応している撮像素子上の画素中に生ずる光電荷量
は第４図に示すようになる。

第４図よりわかるように撮像素子上の画素はすべて同じ
飽和電荷量をもつため、Ｗフィルタに対応する画素が一
番早く飽和してしまい、Ｃｙ、Ｙｅフィルタに対応する
画素は未飽和の状態となる。

撮像素子の動作範囲はＷフィルタに相当する画素の飽和
のため、他の画素は、まだ蓄積能力があるにも拘わらず
制限をうける。この結果、　　Ｃｙ、Ｙｅフィルタ部に
対応する画素中の信号電荷量Ｓ′は、Ｗフィルタの場合
の信号電荷量Ｓにくらべ小さくなり雑音Ｎはすべての画
素で一定であるとすると、（Ｓ／Ｎ）　　＞（Ｓ／Ｎ）
　　　　　となり、素子Ｗ　　　　　　　　　　　　　
　　　　Ｃｙ、Ｙｅ特性を犠牲にすることになる。

この現象は、補色型フィルタを用いた場合に一般的に生
ずる問題点である。

また、固体撮像素子を用いる場合、撮像管の場合と異な
り撮像素子固有の現象であるスミアが生する。この発生
原因は、第５図の固体撮像素子の要部断面図に示すよう
に、固体撮像素子の感光部６１以外の部分、特に、素子
基板５２の深部に入６４に混入することによる。このス
ミア電荷６３は感光部５１で発生した信号電荷５５と混
合さｎ、信号出力として読みださｎる。−その結果第６
図に示すように、例えば被写体として正方形状のパター
ンを撮像したときには、モニタ画面上で正方形Ａの垂直
方向に尾を引き偽似信号Ｂとなって現われ、画質を著し
く劣化させる。とくに、ｗ、ｃｙ。

Ｙｅ　　フィルタを用い、第３図の色分離方式を用いた
場合には、このスミアの部分が緑色に着色し、画質劣化
の大きな原因となる。

本発明は上記従来の欠点を除去する色フィルタを用いた
固体撮像装置を提供するものである。

本発明のカラー固体撮像装。置に用いるカラーフィルタ
の一実施例を第７図に示す。同フィルタは透明と黄色の
フィルタ要素が交互に配さｎ友第１の一次元要素と、透
明とシアンのフィルタ要素が交互に配さｎた第２の一次
元要素とが、前記透明のフィルタ要素が市松状になるよ
うに交互に配さｎ、前記透明のフィルタ要素の透過光量
が元じゃへい膜によって減少させられている。

さらに具体的に言うと同フィルタは透明、シアン、透明
、黄色のくり返しでｍ　＠　（ｍは正の整数〕のフィル
タ要素列が列方向に配列されてなる第１および第２のフ
ィルタ要素列を行方向に交互にｎ行（ｎは正の整数）配
列し、前記第１のフィルタ要素列内の透明フィルタ要素
列内の透明フィルタ要素に前記第２のフィルタ要素列内
の黄色フィルタ要素またはシアンフィルタ要素が相隣り
あうようにしてなるｍ行ｎ列の色分離用フィルタであり
、透明フィルタ要素の面積を黄色、シアンフィルタ要素
の面積よりも、光透へい部６１を設けることによって小
さくしていることを特徴とする。

第８図に、インターライン転送方式〇ＣＤ（画素数が垂
直５１２×水平３８３）に、・この色フィルタを適用し
た場合のカラー固体撮像装置の構成を示す。

同図を用いて同装置の画像再生方法を説明する。

第８図のインターライン転送方式Ｃ０Ｄ（以下、１、Ｔ
−ＣＯＤと略す）撮像素子８１から得られる信号、すな
わちＷ、ＣＶがくり返されるｎＨライン（第７図参照）
およびＹｅ、Ｗがくり返えされる（ｎ＋１）Ｈ信号を第
９図（ａ）　、　（ｂ）に示す。第９図においてΔＷ、
ΔＣｙ、ΔＹｅは、すでに述べたスミアによって生じた
出力電圧を示している。このお スミアによりつけ加ムったΔＷ、ΔＣｙ、ΔＹｅは回路
処理上、Ｈ−Δａｙ−ΔＹｅ−Δ　ａえて実用上火きな
問題は生じない。

Ｗフィルタ要素の形状は白色光（１’ｔＧ、＝Ｂ　）が
入射したとき、Ｗ　、　Ｃｙ、　Ｙｅに対応する画素出
力が等しくなるように小さくしている。

第９図（ａ）　、　（ｂ）に示すｎＨおよび（ｎ＋１）
Ｈの出力信号は次式で表わさｎる。

・−・・・・−・・・（１） ｓｉｎ　（ωｔ＋π）＋　　　　　・争・・・・〜・・
・・（２）この出力信号を第８図のローパスフィルタ８
２全通して得られる出力Ｙ′ユ、Ｙ′ｎ＋１はとなる。

一方、色信号成分は、中心角周波数ωの帯域フィルタ８
３、検波回路８４を通すことにより１Ｈ毎に色素Ｃｎ、
Ｃｎ＋１すなわち、 Ｃｎ：　Ｗ　−Ｃ７−−−−−−−−−−−（５）・−
・・・・・・・・−（６） Ｃｎ＋１＝Ｗ−Ｙｅ が得られる。

但し、白色光が入射した場合ｗ−ａｙ−○。

Ｙｅ−Ｗ＝Ｏが成立し、色差信号はスミアΔの影響は受
けない。

ローパスフィルタ８２の出力がＹ／ｎとＹｌｎ＋１とは
、等しくなＡため、これらの出力に、同一ラインより得
らｆＬｆｃ色差信号Ｃｎ、Ｃｎ＋１を加え次式のように
輝度信号レベルＹｎ、Ｙｎ＋１を同じにする。

ここで色差信号Ｃｙ　−Ｗ　、　Ｙｅ　−Ｗは同一ライ
ンから同時にＣｙ−Ｗ、Ｙｅ−Ｗ信号を得ることはでき
ないため、遅延回路８５と、１Ｈ毎切換回路８６により
、同時信号となり、輝度信号とともにエンコーダ回路８
６に加えらｎ、標準カラー信号となる。

以上の画像再生方法において、Ｗフィルタの面積を少な
くすることによって、Ｃｙ　−Ｗ　、　Ｙｅ　−Ｗを色
差信号として使用できる。そのためｃｙ　−ｗ。

Ｙｅ−Ｗの色差信号にはスミア成分Δを含壕ない。

したがって、カラー再生画像上では、輝度信号に含まｎ
るＹ＝Ｗ十Δのうちのスミア偽似信号は白色となって現
わｎ、偽似信号が緑色等に着色することはない。このた
め、カラー再生画像は、スミア部が着色する場合にくら
べ、非常に見やすくなる。

また、Ｗフィルタの面積が小さくなることによっテ、Ｗ
Ｉ　０５’　ｌ　”　各フィルタの透過光量のバランス
がよくなり、撮像素子の動作範囲が広がるという利点を
持つ。

上記の実施例のカラー撮像装置ではＷフィルタの面積：
　Ｃｙ　（Ｙｅ）　フィルタの面積＝０．７：１とする
ことにより、撮像素子の動作範囲は、３ｄＢ向土し、ス
ミア偽似信号は緑色とならずに白色光となって、スミア
着色による画質劣化はなくなり、視覚上、大きな効果が
得ら几た。

以上に述べたように、すでに提案されているＷフィルタ
を市松状に配し、補色フィルタＣｙ、Ｙｅフィルタを用
いた色フィルタのＷフィルタ部の面積をＣｙ、　Ｙｅフ
ィルタの面積より小さくし、色分離方式に工夫を加えた
本発明のカラー固体撮像装置は大巾な性能改善かはかｎ
た。

また本発明のカラー固体撮像装置は、ｗ、ｃｙ。

Ｐｅ　フィルタ要素からなる色フィルタであｎばどのよ
うな配列のものにも適用可能であることは言う丑でもな
く、本発明のカラー固体撮像装置においては従来のＷ　
、　Ｃｙ　、　Ｙｅからなる色フィルタと同じ配置のた
めｗ、ｃｙ、ｙθからなる色フィルタの優位性が失なわ
れることはない。

以下余白

【図面の簡単な説明】

第１図は固体撮像素子の画素と色フィルタとの配置関係
を説明するだめの図、第２図（ａ）〜（Ｃ）はすてに提
案きれたカラー固体撮像装置に用いる色フィルタの配置
およびその原色成分を説明するための図、第３図は同装
置に用いる映像処理回路のブロック図、第４図は同フィ
ルタにおけるｗ、ｃｙ。 Ｙｅノイルタ要素の透過光量の差異にもとづく画素内の
信号電荷量の状態を説明するだめの図、第５図は同装置
の固体撮像素子の要部断面図、第６図はスミア現象によ
る画像劣化を示す図、第７図は本発明のカラー固体撮像
装置における色フィルタの一実施例を示す図、第８図は
本発明のカラー固体撮像装置に用いる映像処理回路のフ
ロック図第９図体）　、　（ｂ）は本発明のカラー固体
撮像装置の信号処理の方法を説明するための図である。 １１・・・・絵素、１２・曲・色フィルタ併、３１・・
・・・・撮像素子、３２・・・・・・帯域フィルタ、３
３・・・・・・検波出力回路、３４・・・・・・プロセ
ス回路、３５・・・・・遅延回路、３６・・・・・・１
Ｈ切換回路、３７・・・・・・エンヨー１−回Ｍ、３Ｂ
・・・・・・ローパスフィルタ、３９゛°°゛°。 プロセス回路、６１・・・・・・感光部、６２・・・・
・・素子基板、５３・・・・・・スミア電荷、６４・・
・・・・垂直信号線、５６・・・・・・信号電荷、Ａ・
・・・・・信号出力、Ｂ・・・・・・スミアによる偽似
出力、８１・・・・・撮像素子、８２・・・・・・ロー
パスフィルタ、８３・・・・・・帯域フィルタ、８６・
・・・・・１Ｈ遅延回路、８６・・・・・・１Ｈ切換ス
イツチ、８６・・・・・・エンコーダ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第ｚｙＡ 第３図 第４図 ■ 光量（令色入射光ｇ−Ｇ−８・υ 第５図 第６図 ７図 〔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透明と黄色のフィルタ要素゛が交互に配された第一の一
   次元要素と、透明とシアンのフィルタ要素が交互に配さ
   れた第２′ｖｙ−次元要素とが、前切透明のフィルタ要
   素が市松状になるように配され、前記透明のフィルタ要
   素の面積を、前記シアンのフィルタ要素あるいは前記黄
   色のフィルタ要素の面積よりも小さくしたことを特徴と
   するカラー固体撮像装置。