JPS59154889A - 固体カラ−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】 本発明は固体撮像素子を３枚用いる３板式固体カラー撮
像装置に関するものである。

第１図に固体撮像素子の一例として２ライン同時読出し
方式のＭＯ８形撮像素子の構造を示す。本撮像素子はＸ
位置選択用の水平走査回路１．Ｙ位置選択用垂直走査回
路２．フォトダイオード３と。

ＭＯＳトランジスタ（以下ＭＯ８Ｔと略す）スイッチ４
とをマトリクス状に配置した撮像部５からなる。

ＭＯ８Ｔスイッチ４は水平信号線６に出力された垂直走
査パルスによって開閉される垂直スイッチを構成してお
り、Ｙ方向に並んだ各ＭＯ８Ｔスイッチ４のドレインは
垂直信号出力線７．８によって共通接続され、水平走査
パルスで開閉される水平スイッチ用ＭＯ８Ｔ　　９．１
０を介して２本の信号出力線１１゜１２にそれぞれ接続
されている。各フォトダイオード（画素）は水平解像度
の上昇をはかるため、１ライ・毎に水平画素ピ・チハ半
分（％Ｐ□）ずつ互いにずれた位置に配置されており、
ＭＯ８Ｔスイッチ４．９．１０を順次切り換えると、奇
数ライン目のフオドダイオードからの信号は信号出力線
１１から。

これと、！’ｉ’ＰＨ水平方向にずれた位置に配置され
ている偶数ライン目のフォトダイオードからの信号は信
号出力線１２から次々と読出される。従って連続する２
本の水平信号線６に同時に走査パルスを加え、この２ラ
インのフォトダイオードからの信号を読みだすと、　ｔ
ｉｔ−像信号の水平方向サンプリング周波数が２倍にな
る。よって信号出力線１１．１２から得られる出力を各
々プリアンプ１３．１４で増幅した後、ブリアンカ４の
出力に前述した！ＡＰＨの水平位置ずれに相当する分の
時間補正を遅延回路１５で施こし、加算回路１６でプリ
アンプ１３の出力に加えると、この出力からは通常の画
素配置の固体撮像素子に比べ約２倍の水平解像度をもつ
映像信号１７が得られる。

第２図は第１図で説明した固体撮像素子を３枚用いた３
板式ノＪラー撮像装置のブロック図である。

レンズ２０を通った光は色分解プリズム２１で例えばＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）３色に分解されＲ用、Ｇ用
。

Ｂ用の各固体撮像素子２２．２３．２４で光電変換され
る。

各固体撮像素子２２．２３．２４の２本の出力は各々プ
リアンプ２５〜３０で増幅され、このうちプリアンプ２
６゜２８、３０の出力は前述した時間補正を行なうため
遅延回路３１〜３３に加える。こうして得られる出力３
４と３５、３６と３７．３８と３９を加算器４０〜４２
でそれぞれ加算する。こうすると加算器／ＩＯ〜４２の
出力からは高解像度のＲ，Ｇ、ｎ信号４３〜４５が得ら
れる。この信号４３〜４５を各々のプロセス回路４６〜
４８でガンマ補正等を施し、その後マトリクス回路４９
．５０．５１で合成し輝度信号（Ｙ信号）５２及び２つ
のクロマ信号（Ｃ信号）５３．５４を１する。Ｙ信号５
２とＣ信号５３．５４はエンコーダ回路５５で処理され
、標準テレビジョン信号５６となる。

ところで固体撮像素子の欠点として垂直スミア現象があ
る。これは感光性のあるエリアがフォトダイオードの部
分のみであるべきなのが、実際の素子では以下に述べる
ようにフォｉ・ダイオードの周辺部にも感光性領域が存
在することによる。

第３図は−１−記固体撮像素子の１画素分を拡大して示
した図であり、１画素はフォトダイオード６０とその一
部をソース電極としたＭＯ８Ｔスイッチ６１（第１図の
４の対応）とからなる。６１　ＧはＭＯ８Ｔスイッチ６
１のゲート電極、６２はＭＯ８Ｔスイッチ６１のドレイ
ン電ｌＮ６１Ｄに接続された垂直信号線（第１図７．８
に対応）である。ゲート電極６１　Ｇと垂直信号線６２
は多層配線されており、互に絶縁されている。

感光領域は本来フォトダイオード形成領域のみであるこ
とが望ましいが、　ＭＯ８Ｔスイッチ６１のドレイン６
１Ｄも感光性を持つ。また、ドレイン６１Ｄの周辺に発
生したキャリアもドレイン６１Ｄに集められるため２周
辺部も感光性を持つ。垂直信号線６２には、上下に並ん
だ数百のＭＯ８Ｔスイッチ６１のスヘてのドレイン６］
、Ｄが接続されているので、夫々のトランジスタ上およ
びその周辺に投影された光情報は、垂直信号線６２に混
合加算されて蓄積される。すなわち、各垂直信号線６２
には投影された絵柄の垂直方向の積分値に比例した電荷
が蓄積することになる。

このため９例えば第４図（ａ）に示すような黒地に白色
部のある絵柄を撮像すると、モニタ画面上では第４図（
ｂ）のように白色部の一ヒ下方向にうすい尾引き現象を
生じ２画質を損う結果となる。このような固体撮像素子
に固有のノイズ成分を垂直スミア成分（又はライン感光
成分）と呼んでいる。この垂直スミア成分は、上述した
タイプの固体撮像素子のみならず、水平走査回路（シフ
トレジスタ）１のかわりにＣＣＤなどの電荷転送型素子
を用いた固体撮像素子においても発生し、固体撮像装置
の大きな欠点になっていた。

通常前述の２ライン同時読出し形固体操像素子では、連
続する２ラインの画素からの信号をペアにして順次対応
する２本の水平信号線６に同時に走査パルスを加えるこ
とにより読出し、このベアを第１フィールドでは１と２
ライン目、３と４ライン目、・・・・・・ｎ−］とルラ
イン目、第２フィールド、　では２と３ライン目、４と
５ライン目、ｎとル＋１１ライン目、というように組換
えてインタレース走査を行なう。これを第１フイールド
で１．３．５・・・・・・と奇数ライン目を、第２フイ
ールドで２．４．６・川・・と偶数ライン口の信号を順
次対応する１本の水平信号線６に走査パルスを加えるこ
とにより読出す１ライン詩出しの通常のインタレース法
に変えることも勿論可能である。この場合走査パルスが
加えられろことによって読出されろ前述の垂直スミア成
分を含む各ラインの映像信号は、第１フイールドでは信
号出力線１１から奇数ラインの映像信号が、第２フイー
ルドでは信号出力線１２から偶数ラインの映像信号が順
次得られろ。ところで前述の様に垂直スミア成分はフォ
トダイオードからの信号の有無に係わりなく対応する垂
直信号線７，８に投影された絵柄の垂直方向の積分値電
荷として蓄積されるので、走査パルスを加えなかったラ
インからの出力として、この蓄積された垂直スミア成分
がもう一方の信号出力線、即ち、第１フイールドでは信
号出力線１２より、第２フイールドでは信号出力線１１
から出力される。例えば第４図ｔａ）のような被写体を
撮像すると、第１フイールドではプリアンプ１３の出力
からは第５図に示す垂直スミア成分を含む映ず原信号７
０が、プリアンプ１４からは垂直スミア成分７１のみが
得られ、第２フイールドでは同様にプリアンプ１４から
垂直スミア成分を含む映像信号７０が、プリアンプ１３
より垂直スミア成分７１が得られる。従って第６図に示
すように、プリアンプ１３の出力と遅延回路１５で遅延
時間補正を施こした後のプリアンプ１４の出力をフィー
ルドパルス７９で駆動されるスイッチ７３．７４でフィ
ールドごとに切換え、差動増幅器７５の正入力端子７６
に常に垂直スミア成分を含む映像信号７０が、負入力端
子７７に垂直スミア成分７１のみが加わるようにすれば
差動増幅器７５で垂直スミア成分が相殺され出カフ８か
らは垂直スミア成分のない映像信号が得られる。

ところでこの様な（第１図に示す構成の）固体撮像素子
では前述の様に隣接する２ラインの画素からの信号を同
時に読出すことで通常の１ライン読出し方式と同じ画素
数で約２倍の水平解像度を得ていたので、これを上記の
１ライン読出し方法による垂直スミア除去の構成として
使用すると、水平解像度は向上せず２ライン同時読出し
方式に較べて劣化することになる。

本発明は、３板式カラー撮像装置において９例えばＧ用
撮像素子とＪ　　Ｒ用撮像素子を互いに画素補間するよ
うに配置し水平解像度を劣化させることなく垂直スミア
を除去する方法である。以下実施例を用いて本発明の詳
細な説明する。

本発明の第１の実施例におけろ信号価ｆ【１１回路のブ
ロック図を第７図に、Ｒ，Ｇ、Ｂ用の撮像素子の光学的
空間配置と水平りＯｙり位相及び信号出力位相を第８図
に示す。

前述の様に、２ライン同時読出し形撮像素子を）１ライ
ン読み出しで使用し、第１フイールドでは１．３．５・
・・ライン口の画素からの信号を、第２フイールドでは
２，４．６・・・ライン目を請み出し、インタレース走
査を行なう。こうすると遅延時間補正を施こした後のプ
リアンプ出力（３４，３５）、　（３６，３７）　、　
（３８，３９）の各々Ｒ，Ｇ。

Ｂの片方の出力は、映像信号士垂直スミア成分、他方は
垂直スミア成分のみであり、フィールド毎にこれが入れ
換わる。従って前述したようにこれをフィールド切換ス
イッチ８０〜８５を用い差動増幅器８６〜８８の正入力
端に常に映像信号十垂直スミア成分が、負入力端に垂直
スミア成分のみが人力されるようにフィールド毎に切換
えると、垂直スミア成分が相殺され出力からは垂直スミ
アのない映像信号８９〜９１が得られる。

ところで、この２ライン同時読出し形撮像素子は前述し
たように上記１ライン読出し法を用いると水平解像度が
向上しない。第８図のＲ，Ｇ、Ｂ各撮像素子の光学的空
間配置はこの欠点を補なうためのものであり、ＲとＢ用
固体撮像素子１．０１．、１０２をＧ用固体撮像素子１
０３に対し％水平画素ピッチ（％ＰＨ）ずらし互いに画
素補間しである。こうしておいてＲ，Ｂ用の水平走査パ
ルス１０４の位相をＧ用の水平走査パルス１０５に対し
１．８０度進め。

信号を読み出すと、Ｇ及びＲ，Ｂの信号出力はそれぞれ
１０６　、１０７に示すように互いに１８０度位相のず
れたものになる。従ってマトリクス回路４９において、
少なくとも色信号帯域以上の映像信号の高域成分では、
Ｇ：Ｒ＋Ｂ＝１：１になるように輝度信号を合成すると
、輝度信号は１０８に示すように、　　Ｇｌ　　ｌ　Ｒ
’　Ｂｌ　　ｌ　Ｇ２１　Ｒ”　Ｂ２１・・・　と、互
いに”Ａ　ＰＨ空間的にずれた位置にあるＧとＲ−Ｂ画
素からの信号成分が交互に並んだものとなる。

これは無彩色の被写体に対する輝度信号のサンプリング
周波数が同じ画素数を２ライン同時読出し法で使用した
ときと同じになったことを意味し。

輝度信号の水平解像度が向上する。なおりラー信号につ
いては変わらないが、標準テレビジョン方式ではカラー
マ）　ＩＪクス回路５０．５１で合成された２つのカラ
ー信号の帯域は輝度信号の％程度に制限され、また通常
高解像度を要求される被写体は無彩色に近いものが多い
ので２本発明を用いれば。

エンコーダ回路５５で合成された標準テレビジョン信号
５６の実質的な水平解像度の向上になる。

第９図は本発明の第２の実施例におけるＲ、Ｇ。

Ｂ用各固体撮像素子の空間的配置を示す図である。

これは、Ｒ，Ｂ用固体撮像素子１０１，１０２をＧ用固
体撮像素子１０３に対し垂直方向に１画素分ずらして配
置しである。ここで、−ヒ下、左右端を除＜Ｒ。

Ｇ、Ｂ　用各固体撮像素子の画素の配置関係は前述筒１
の実施例と全く同一である。

従ってＲ，Ｂ用固体撮像素子１．０１，１０２の垂直走
査回路に加える走査パルスのタイミングをＧ用垂直走査
パルスに対してずらし、第１フイールドでＧ用固体撮像
素子の１．、３．５・・・ライン目の信号とＲ９Ｂ用固
体操像素子の２．４．６・・・ライン目の信号を同時に
読出し、また第２フイールドではＧ用固体撮像素子の２
．４．６・・・ライン口とＲ，Ｂ用固体撮像素子３．５
．７・・・ライン目の信号を同時に読出すと、信号処理
回路は第１の実施例と同じものを用いて全（同一の効果
が得られる。

以上の説明では、Ｂ用固体撮像素子をＲ用固体撮像素子
と光学的に重ねて、Ｇ用固体撮像素子と互いに画素補間
するように配置したが、Ｂ信号の輝度信号に寄与する割
合は少ないので、輝度信号の高置、波帯域部での合成比
をＲ：Ｇ＝１：１にすればＢ用固体撮像素子の光学的配
置に係わりなく。

前述とほぼ同等の効果が得られる。

以上説明したように９本発明を用いれば固体撮像装置の
大きな欠点である垂直スミアを水平解像度の劣化を生ず
ることなく、大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２ライン同時読出し形固体撮像素子の構造を示
す図、第２図は従来の３板式カラーカメラの信号処理回
路のブロック図、第３図は固体撮像素子の１つの画素の
構造を示す図、第４図は垂直スミア現象を説明する図、
第５図は１ライン読出しを行なった際の各信号波形図、
第６図は垂直スミア補正回路の基本ブロック図、第７図
は本発明の信号処理回路のブロック図、第８図は本発明
の第１の実施例におけるＲ、Ｇ、Ｂ各固体撮像素子の空
間的配置および各信号位相関係を示す図、第９図は本発
明第２の実施例におけるＲ、Ｇ、Ｂ各固体撮像素子の空
間的配置を示す図である。 １：水平走査回路、２：垂直走査回路、３：フォトダイ
オード、４−：ＭＯＳ　　トランジスタスイッチ、５：
撮像部、６：水平信号線、７．８：垂直信号出力線、　
　９．１０：水平スイッチ、　１１．１２　：信号出力
線、２５〜３０：Ｒ，Ｇ、Ｂ各々のプリアンプ、３１〜
３３：遅延回路、３４〜３９：各プリアンプ出力、４６
〜４８：プロセス回路、４９〜５１：マトリクス回路、
５５：エンコーダ回路、８０〜８５：フィールド切換ス
イッチ、８６〜８８：差動増幅器、　１０Ｌ１０２：　
Ｒ、Ｂ用固体撮像素子、１０３・：Ｇ用固体撮像素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の画素（フォトダイオード）ラインを水平１ライン
   毎に％水平画素ピッチずつ互いにずらして配置し、連続
   する水平２ラインごとの信号を順次同時に取り出す２本
   の信号出力線を有する３つの固体撮像素子と、該各固体
   撮像素子をインタレース走査することにより、上記各２
   本の信号出力線のうちの一方の信号出力線から取り出さ
   れる垂直スミア成分を含む各映像信号より、」−記者他
   方の信号出力線から出力される走査によらない垂直スミ
   ア成分のみを各々差し引き、垂直スミアのない各映像信
   号を得る手段を有する３板式固体カラー撮像装置であり
   、上記１つの固体撮像素子に対してすくなくとも他の１
   つの固体撮像素子の光学的空間配置を互いに画素補間す
   るようにずらして配置したことを！特徴とする固体カラ
   ー撮像装置。