JPS59171159A

JPS59171159A - 固体カラ−撮像装置

Info

Publication number: JPS59171159A
Application number: JP58044255A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Nishizawa; 西沢　重喜; Kenji Takahashi; 健二高橋; Shusaku Nagahara; 長原　脩策; Tsutomu Fujita; 努藤田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1984-09-27
Also published as: FR2542919A1

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】発生したん信号電荷を順次読み出してカラー沃像信月を
得る固体カシ−撮像装ｊＮ１’Ｆ＋に七アレの発生を低
減し高画質の映像がイ↓Ｉられる固体カラー撮像装置に
関するものである。

：〔発明の背景〕従来より被写体像からの光を映像信号に変換する手段と
して撮像管が用いられてきたが、近年になって半導体技
術の発展とともに、固体撮像素子も用いられるようにな
ってき／ζ。固体撮像素子としては電荷結合素子を利用
したＣＣＤ形やフ、ｄ−１−ダイオード揖：多数格子状
に配列し各接点にスイッチを設けてこれを順次切換えな
がら映像イバ号を得るいわゆるＭＯＳ形などが提案され
ている。。

固体撮像素子は撮像管と異なり、り（Ｉツク・くルスで
デジタル走査を行なうため、走査の直線１１トが良好で
あり、周辺部で変調度の低−１−を起すことはない。

このような固体撮像素子を用いてカラー撮！、装置を構
成するには、例えばプリズムまたゆ、、ダイ、クロイッ
クミラーな′巧６る３色分解光学゛門：を用゛□い卜て
３色の色光の像を鷺、れぞれ分解し、各色光に対して各
々別の固体撮像素子群を配設することが行なわれている
。この場合１．−一な３色分解光学系を有するため、カ
メラが大形で高価となり、固体撮像素子を用いる利点が
失なわれることになる。

さらにデジタル走査であやために走査の直線性やパルス
幅なども固定で変えら些な−ために３色分解光学系、の
寸法精度４１．収差りどの規格が非常に厳しくなるなど
の欠点があっ苑。

このような欠点を改善した−のと、Ｌ千、は、ストライ
プ状の８色フィルｐｈどを用いて被写体からの光を空間
的にサンイリング１、可能な限シ色分解系を簡素化し、
使用す・る固体撮像素子の数量を低減させた固体撮像装
置が提案されている。

すなわち、第１図に要部平面図で示すように赤。

（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれのフィル久゛か
らなるストライプ色フィルタを固体撮像素子群（図′夾
せず）と組み合わせた固体撮像装置が提案されている。

□　　しかしながら、このようなストライプ色フィルタ
を用いたカラーカメラは縞模様の着物などを撮像した場
合、被写体に含まれる平い、空間→吟成分が色フィルタ
の空間周波数にほぼ一致すると：復調回路で色信号とし
て復調してしまうため、モアレが生じ、画質を著しく低
下させる。また、Ｒ２Ｏ，Ｂの色フィルタでは入射光量
Ω１／３程度２シ：が利用できないため、感度の低下を
招くなどの問題があった。

そこで最近、光利用率の高−補：色系色フィルタ　　　
　　□を用いた第２図に示す色フィルタ配置がテレビ？
　　　　　　□ヨン学会技術報告、ＶＯＬ５　、ＮＯ，
５，ＰＰ５９−６４゜１．８．５６Ａ−ｑ−ｔ’ａｉｇ
ｔｔ？イ、ｂ。　　　　　　１−ヒしかしながら、この
ような色フィルタ配置では　　　　　　□走査の垂直エ
ツジお□よび水平エツジで色モアレを発生する次点があ
った。

〔発明の目的〕

したがって本発明の目的は、モアレの発生を低パ減し、
しかも高品位の映像信号を得ることのでき□・る固体カ
ラー撮像装置を提供す゛ることにある。□〔発明の概要
〕″：′：パ− このような目的を達成するために本発明は、キ□アレの
発生が受晃素子配置しよび□カラニ信号を得・るために
用いる色フィル□りの配置に大□きく左右さ□れること
から、モアレが生じ難い配置にした□もの１である。　
　　　　　　　　　　　　、・□　・１．、・・・、・
。

−ｊ′なわち；第３□図は本発明に係わ・る補色系色フ
ィルタの配置を示したものであるら÷ａ補色系台・。

色フィルタを用いるのは入射・光の利用率を大・・き←
することと隣接する各絵素ご、どの信号変化を小；さ・
くして輝度信号と・し九場合に生ずるリプルを小さ。

くするためである。ＭＯ８形固体撮像素子に・第３図に
示す色フィルタ配装置を用いた場合、Ｒ１・・Ｇお・よ
びＢの各分光感度・比は実験によればＲ＋Ｇｌζ４：５
！１である。ここで、フィールド残像を、無、くすため
、２行同時読み出しにｊよ′ダ各行の゛信号を、読み出
せば、シアン（Ｃｙ）ｉ□、イエロ（管、）・、ホラ。

イト（Ｗ）。

グリノ（Ｇ）の加算信号をそのまま輝度信号（Ｙ）に用
いることがで′き−る。□つまシ、ｙ＝　０．２７Ｒ＋
０．６６＜；＋０．０７Ｂとなシ、ＮＴＳＣ方式におけ
るＹ＝０．３０・Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１ＢＫ比較的
近い値か得１られ漬ｔま１□た第３図に示す色フィルタ
配置を珀い、畳光素手配置において、壱行ずつ同一に読
本用して水平の・□映像信号釡褥・丸場谷、テレビ１面
上で水平方向に映不ストライプ模様を撮像したとき□に
は、モアレは極めて発生し難いが、垂□直方尚のス「ラ
イプ模様を撮像したときには□モアレが発生上やすい欠
点を有する。そ□こセ１本発明においては水晶め□複屈
折現象を利用上た水′晶フィルタを用い、２次元状に・
配置されｆｃ、受光素・子群の水平方向で互いに隣接す
る受光素子”に入射光を分解して当てる方法をとること
に上り、″毒アレ抑圧をｑなっている。つまシ、モアレ
発蛋方面を・１方・向に片寄せ、□その方向のみ水晶フ
ィル□：・夛でイケレ抑圧を□行なっている。そして、
第２図に糸した従来め色フィルタ配置では水平および垂
直の□エツジ郁でモアレが生ずるため、２枚の水晶ツ准
ルタが必要であったのに対して本発明に係わる色フィル
タ配置では水晶フィルタ全１枚に低減できる特徴を有し
ている。

〔発明の実施例〕

次に、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第３図は本発明による固体カラー撮像装置に用いる色フ
ィルタの一実施例を示す要部平面構成図である。同図に
おいて、ｎ行目はシアン（Ｃｙ）　、イエロ（ｙｅ　）
の色フィルタ素子の繰り返し、（ｎ＋１　）行目はホワ
イト（Ｗ）、グリノ（Ｇ）の色フィルタ素子の繰り返し
でシアンの真下はホワイト、イエロの真］：はグリノの
色フィルタ素子となるように構成されている。ｔ〜かも
各色フィルタ素子は他の色フィルタ素子と相接するよう
に構成されている。

第４図は固体撮像素子の撮像面を構成する回路図であり
、同図において、光電変換部はマトリックス状に配列し
た多数の光ダイオ−ド１とスイッチ用トランジスタ２と
からなる受光素子３群によって構成され、各受光素子３
から逐次信号を読み出すために例えばＭＯ８形シフトレ
ジスタからなる水平走置回路４．インタレース走査回路
５および垂直走査回路６が設けられている。そして、光
により発生した電荷ｄ２、光ダイオード１の接合容量に
蓄えられ、この信号電荷はインク１／−ス走渣［１路５
および垂直走査回路６からのパルスが垂部走査線７全通
してトランジスタ２を導通させ、かつ水平走査回路４か
らのパルスが水平走査線８全通して順次トランジスタ９
を導通させルコトにより、信号線１０および１１がら出
力端Ｓ＋＋Ｓｚ＋Ｓ３＋Ｓ４に順次読み出される。そし
て、これらのそれぞれの受光素子３は第３図で説明した
色フィルタ素子Ｃ，，Ｙｅ、Ｗ、ＧＫ対応して配置され
ている。したがって、この水平信号線１１Ａ、１１Ｂ。

１１ｃ、１１Ｄは（：’ｙ、Ｙｅ、Ｗ、Ｇの各色フィル
タに対応してＣｙ、ｙｅ、Ｗ、Ｇの４つの情％　ｆ　７
ｆｔ、色することなく、独立してＪ収り出すことができ
る。なお、この回路においてはインタｌメースを行ない
、かつフィールド残像をなくすため、ラインペア切換形
の２行同時読み出しを行なっている。

このような構成によれば、赤（Ｒ）信号および冑（Ｂ）
信号は、それぞれＲ＝Ｗ−Ｃｙ＝Ｙｏ−ＧおよびＢ　＝
Ｗ−Ｃｙ＝Ｃｙ−ａの演算によりそれぞれ得られる。丑
だ、輝度信号（Ｙ）はｙ＝ｗ十ｃｙ＋ｙ、　十Ｇの演算
を行なうことにより得られる。

第５図は第４図に示した固体撮像素子の出力端５ＩＩＳ
２１Ｓ３１Ｓ４に接続される信号処理回路の一例を示す
要部ブロック図である。同図において、第４図に示した
出力端５ｌ（Ｗ）　＋　５ｚ（ｙｅ）＋　Ｓ：３（Ｇ）
。

５４（Ｃｙ）から得られるＷ、Ｙ、、Ｇ、Ｃｙ倍信号、
それぞれ対応する入力端Ｓ’ｌ　＋　８　’２１　Ｓ　
’３１　Ｓ　’４を介してプリアンプ１２Ａｌ　１２ｎ
＋　１２ｃ、１２鰍力されて増幅された後、？ｒ（Ｂ）
信号金イ４ＩるためにＢ＝Ｗ−Ｙ。

およびＢ＝Ｃｙ−Ｇ、ｔた赤（Ｒ）信号全行るためにＲ
＝Ｗ−ＣｙおよびＲ＝Ｙｅ−Ｇのそれぞれの演＞１．に
引算回路１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ，１３Ｄで行ない、引
算１刊路１３人および１３ＢからはＢ信焉、引算回路１
３ｃおよび１３ＤからはＲ信号が得られる。一方、輝度
信号ＹはＷ、Ｙ、　、　Ｇ、　Ｃｙの各信号全加算回路
１４に入力し２、ローパスフィルタ１５でクロックパル
スなどの１局周波の雑音成分を除宏すれば得られる。

また、第；３図で説明した色フィルタ配ｔ＋￥金用いた
場合、垂直方向のストライブ等を撮像すると、モアレが
生ずる欠点を有する。そこで本発明においては、第６図
に示すように光学的ローパスフィルタである水晶フィル
タ１６ｆ：固体撮像素子１７への外部光りの入力光路中
に挿入しでモアレ全低減している。この場合、水晶フィ
ルタ１６でずらず距離ｔは第３図に示す受光素子３の配
置における水千走貴方向の画素繰り返しピンチである。

また、ずらず方向は受光素子３而における水５１Ｌ走査
方向である。

第７図は不発明による固体カラー撮像装ｆハ゛の曲の実
施例として信号出力線を２本とした場合の固体撮像素子
の撮像面を構成する回路図であり、前述の図と同６己号
は同一要素となるのでその説明は省略する。同図におい
て、色フィルｌ　ａｔ　ｆｉ−ｚ　ハｉ　４図の場合と
同様に第３図に示す配置を用いる。このような構成にお
いては、出力端ＳｌからはＷとＧ、出力端Ｓ２からはＣ
ｙとＹｅがそｔぞれイ４戸トれる。第８図はその出力信
号波形を示したものである。同図から明らかな・ように
・、出力端Ｓ１と８２との信号の差をとシ、検波すれば
、Ｒ信号が得られる。一方、出力端Ｓ１と８２との信号
を加算してバンドパスフィルタを通過させて検波すれば
Ｂ信号が得られる。この場合の信号処理回路を第９図に
示す。同図において、入力端Ｓ′１およびＳ′２から入
力された信□号はプ、リアンブ１２Ａおよび１２Ｂでそ
れぞれ増幅゛される。その後、引算回路１３Ａにプリア
ンプ１２Ａおよび１２１からの出力信号を入力し、検波
回路１９′Ａを通すことによってＲ信号が得られる。一
方、プリアンプ１２Ａおよび１２ｇからの出力信号を加
算回路１４Ａに入力し、バンドパスフィルタ１８および
検波回路１９Ｂを通過させることによってＢ信号が得ら
れる。また、輝度信号Ｙはプリアンプ１２ムおよび１２
　ｍからの出力信号を加算回路１４ｍに通し、ローパス
フィル、り１５でクロックパルスなど高周波の雑音を除
去すれば得られる。なお、垂直ストライプ・を撮像し光
場合に生ずる七アレを低減する方法として水晶フィルタ
を用いることは第５図で説明した実施例と同じである。

　　　　　□ 第１０図は第７図に示す固体カラー撮像素子から得られ
る信号の信号処理回路の他の実施例を示す要部ブロック
図であシ、図中同一記号は同一部分を示す。同図におい
て、出力端Ｓ１からは第８図に示すようなＷとＧ・、出
力端Ｓ２からは・同様にＣｙとＹ。が得られ□る。そこ
でこれらの信号をサンプリング回路２０ムと２０Ｂとで
各色に分離する。

なお、２１はサンプリングパルス発生回路である。

ここで、各色に分離された後、Ｒ信号はＲ＝Ｗ−Ｃｙお
よびＲ工Ｙ、−Ｇの演算、Ｂ信号はＢ＝Ｗ−Ｙ＠および
Ｂ　＝　Ｃｙ−Ｇの演算を行えば得ることができる。

また、輝度信号を得る方法およびモアレ低減法は前述し
た第９図で説明・した実施例と全く同様である。　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　。

第１１・図は第７図に示す固体カラー撮像素子から得ら
れる出力信号の信号処理回路のさらに他の□実施例を示
゛す要・部ブロツ夛図であシ、図中同−記・号は同一部
分を示す。同図にお・いて、ダリアノブ１２Ａおよび１
２Ｂから出力される信号を引算回路１３ムに入力し、そ
９後、検線回路１９ムで検波すれば、第８−に示す出力
信号波形図から、ＢＡらか、なようにＲ信号が得られ不
。−万１、Ｂ信号を得るためには入力端多′２から得ら
れる。信号を＝画、素分・のみ遅延回路２２で遅延を行
ないくの信号とプリアンプ１２Ａから出力された信号と
を引算回１路、１３Ｂおよび検波回路１９Ｂに通すばＲ
，信号と、同様に、、、得られる。なお、輝度信号Ｙお
、よびモアレ対軍、は第９図で説明した実施例と、全ぐ
同様である。、、。

第１２図は本発叩によ仝同伴カラー［１撮、像装置に係
わる色フィルタの他の実施例の、要、部平、面図である
。同図において、ｎ行・目はＣ，ｌ　ＹｅＯ色フィルタ
素子の繰シ率し１．（ｎ＋、１・）行目はｑ、　Ｌ、、
Ｗの色フィルタ素子の繰、りＭＬで１．９．１の、真、
工時Ｇ・、Ｙ６の真下はＷｆ？色フイ、シタ。岑子々な
るように、、構成されている。・　・・　　・・・　　
・・・・　・　・′□　　゛このように構成され企色フ
・イ、ルタ配置を第４．図に示す固体撮像素子の栄光素
、子配・烈に適用した。場合、第４図に示す出力端８１
か、らはＧ、出、刃端Ｓ２・〃々らはＹ、、出力端Ｓ３
からはＷ、出力端Ｓ４からはＣ，ｙの信号がそ、れぞれ
得られる。そして、これ、、と全く同僧となる。一方、
第・７図で説明、した２線　　　　□出力形や固体撮像
素子に第１２図に示す色フイ、ルタ配置を、適用した場
合は、その信置処理回路は、第　　　　１□１．９図工
説明した実施例とは異なり、検波回路１９Ａ）からはＢ
信号、検波回路１９　ｓ・からはＲ信号がそ　　　　１
コれぞれ得ら杆る。また、第１０図に示す信号部、理　
　　　１１１１：１゜、、回路ではサンプリイブ回路２０Ａおよび２０１１０
　　　　′□：・’１１、出力信号が、・第１３図に示すように変化するが、
本　　　　１質的には同、じマあるので、その説明は省
略する。

、−さらに第１１．図に示す信号処理回路では検、、波
（９）路　　　　□・、１９ＡからＢ、信号、検波回路
１１９Ｂからは旦信、号　　　　□・がそれぞれ得られ
、本質的には変化することは、な、い。　　　、・、、
、、、。

、、なお１．第１．２図で説明した色フィルタの配、置
も第３図に示、した色フィルタ配置と同様に水、平エツ
ジ方、向のみにモ、アレが出現しゃ・すいため、水晶フ
イルタ１枚を用いてモアレの抑圧を行なう。

〔発明の効果〕

以−ヒ説明したように本発明による色フィルタ配置によ
れば、縦方向のストライプ模様を撮像したときのみ、す
なわち走査の水平エツジでのみモアレを発生しやすい色
フィルタ配置をとることにより、モアレ抑圧に必要な水
晶フィルタを２枚から１枚に低減できるという極めて優
れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の色フィルタ配置を７］テす
平面図、第３図は本発明による固体カラー撮像装置に用
いる色フィルタ配置の一実施例を示す要部平面図、第４
図は本発明による固体カラー撮像装置に用いる受光素子
配列を示す回路図、第５図は本発明による固体カラー撮
像装置に用いる信号処理回路の一実施例を示す回路図、
第６図は本発明による固体カラー撮像装置に用いる水晶
フィルタを説明する図、第７図は本発明による固体カラ
ー撮像装置に用いる受光素子配列の他の実施例を示す回
路図、第８図は出方信号波形図を示す図、第９図ないし
第１３図は本発明による固体カラー撮像装置に用いる信
号処理回路の他の実施例を示す回路図である３、１・・・・光ダイオ−ド、２−・・・スイッヂ用トラン
ジスタ、３・・・・受光素子、４・・・・水平走査国視
路、５・・・・インタレ−スメｊＩ査回路、６・・・・
垂直走査回路、Ｉ・・・・翔直走査線、８・・・・水平
走査線、９・・・・トランジスタ、１０・・・・信号線
、１１．１１Ａ、１１Ｂ。１１（！、１１Ｔ）・・・・水平信号線、１２Ａ、１２
ｎ、１２ｃ。１２Ｄ・・・・フ゛リアンブ、１３Ａ、１３１１，１３
Ｃ，１３１１・・・・引詩回路、１４，１４Ａ、１４ｎ
・・・・加３９回ｍ、１５・・・・ローパスフィルタ、
１６・・・・水晶フィルタ、１γ・・・・固体撮像素子
、１８・φ・＋１バンドパスフィル：’、１９Ａ１１９
１１・・・・検波回路、２０Ａ、２０Ｂ・・・・ザ／プ
リング回路、２１・・・・ザンプリングパルス発ｔ１−
回路、２２・・・・遅延回路。第１図　　　　　　　　　　　第２図第３図第４図　　６第７図５　６第８図 □峙ｒ？

Claims

【特許請求の範囲】

１．２次元状に配置された受光素子群と、前記受光素子
からの出力信号を順次出力端に読み出す手段とを有し、
前記受光素子の各々に対応してモザイク状の色フィルタ
素子が１個ずつ配設されてなる固体カラー撮像装置にお
いて、前記モザイク状色フィルタ素子の隣接する任意の
４個が全透過の第１のフィルタ素子と、グリフ色フィル
タ素子からなる第２のフィルタ素子と、該第２のフィル
タ素子の透過光成分を透過しかつ互いに異なる透過光成
分を有する補色フィルタからなる第３．第４のフィルタ
素子と、前記出力端に出力される前記受光素子の隣接す
る２行の信号から輝度信号および２つの色情骨を分離す
る信号処理手段とを備えたことを特徴とする固体カラー
撮像装置。２、前記受光素子群の被写体側に複屈折現象を呈する水
晶フィルタを有する固体撮像索子を用いることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の固体カラー撮像装置。