JPS59171382A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はカラービデオカメラ用の固体カラー撮像装置に
関するものである。

〔発明の背景〕

Ｍ　ＯＳやＣＣＤを使った固体撮像素子は性能、蓄産性
が良い、信頼性が高いなどの理由で研究。

開発が活発に進められており、ＭＯ５形固体撮像素子を
使った家庭用カラービデオカメラはすでに実用化されて
いる。特に家庭用カラービデオカメラは低価格を実現す
るため、単板の固体撮像索子を使ったものが有力であり
、受光面のサイズも１インチから２１５インチというよ
うに小さくなる傾向にある。しかしながら、カラービテ
オカメラの性能を大きく左右する解像度につい又は、解
像度を上げることと、単板化することおよび受光面のサ
イズを小さくすることは一般に相反関係にある。

第１図を用い従来のカラー固体撮１＃、木子につい℃以
下に説明する。開−は単板式カラー固体撮像素子の色フ
ィルタ配置を含む平面構造な模式的に示す。

同図におい”（、、（１１〜Ａ６６はそれぞれ上面にモ
ザイク状色フィルタが配置された画素（受光素子と該素
子の信号を読み出すスイッチからなり又いる。）を示し
ている。これらの画素は２次元的に規則的に配列されて
いる。Ｖ１〜Ｖ１２は垂直信号線、５１〜５１２はその
一端に垂直信号線が接続された水平スイッチ、φＨ１〜
φＨ６は水平スイッチ８１〜Ｓ１２のゲートに印加され
る水平走査パルスを示しており、その波形及びタイミン
グを第２図に示す。

第１図におい（モザイク状色フィルタは透明ＣＦ）、黄
色（Ｆ’）、シフ　、ｙ　（（’ｙ　）　％緑（Ｇ）ト
イ５緑をベースにした色フィルタが、１画素単位に配列
されている。同図の構成においては、同色の色フィルタ
が配置された画素からの信号は。

共通の垂ＩＫ出力線に出力されるよう構成されている。

そのため、それぞれの画素からの色信号ｍ、ｙｅ、ｃｙ
、ｇは水平スイッチ８１〜Ｓ１２の他端に出力される。

なお、色信号Ｗ＋　’／’　＋　’３’　＊ｇは原色４
Ｗ号である赤（ｒ）、緑（ｇ）、青（ｈ）を用いると以
下のよ５に表わされる。

ｗ　＝　ｒ　−１−ｇ　＋ｈ ｃｙ＝ｇ＋ｂ −ｙ 又、第１図においては、受光素子からスイッチを介して
垂直出力線Ｖ１〜Ｖ１２へ、＠号を・読み出す機構は図
示していない。詳細は例えは１本出願人による％願昭５
４−５７４２７号１１「カラー固体撮像素子」を参照さ
れたい。

さて、上記構成において、インタ・−レース走査を行う
場合について説明する。インターレース走査で信号読み
出すには、′＝１ずあるフィールドでベアＡの４Ｗ号を
垂直出力線Ｖ１〜Ｖ１２に読み出し、水平走査パルスφ
Ｈ１〜φＨ６Ｋより水平走査を行い１次にベアＢの信号
、続い（ベアＣの信号・・・・・・を順次同様に読み出
す。次のフィールドでは同時に読み出す２水平ラインの
組み合せを垂直方向に１画素分ずらし、ベアα、ベアβ
。

・　５　・ ベアγ・・・・・・と読み出す。

こうして得られた色信号”’＋！１＋ｙ’＊Ｃｙから、
輝度信号Ｙ、赤信号Ｒ１青信号Ｂを以下のようにして得
ることができる。

Ｙ＝ｗ＋！１＝ｙｔ＋ｃ’ｌ＝ｒ＋２１＋ｂ２Ｒ＝　ｗ
　−−１−４−ｙｇ−ｃｙ＝２ｒ　　　　　　・・・・
・・［２１２１３＝　　ｕｌ　−９−ｙｔ　　−１−ａ
ｙ　＝　２１５したがって、上述した構成の単板式カラ
ー固体撮１家素子において、水平方向の画素数を増加す
れば水平解像度が上がるが、単純に画素数を増加すれば
受光サイズが増加してしまう。又、受光すイズを変えず
に画素数を増加するためには画素ピッチを狭くしなげれ
ばならず、同じ開ロ率ヲ潜るためにはレイアウトパター
ンを細密化する必要があり、技術的な問題がある。

−万、従来から画素数を増加することなく、水平解像度
を上げる方法として、例えば％願昭５１−１５０９０１
号会「固体カラー撮像装置」に開示されている画素の市
松状配置という方法があるが、この方法を単純に第１図
の構成に適用しようとすると次のような問題が発生する
。

第３図に、第１図の構成に画素の市松状配置を適用した
構造を示す。同図において１．（１１〜Ａ６６　、５１
〜．５１２　、　Ｖｉ〜Ｆ１２　、φＨ１〜φＨ１２は
第１図のものと同一物を示し、Ａ、Ｂ、Ｃ，α、β。

γも第１図と同様インターレース走査のためのベアを示
す。■、■、■は各面素上に設けられたモザイク状色フ
ィルタの種類を示している。

奇数行の水平ライン上に位置する画素、４１１〜Ａ１６
Ａ５１〜Ａ５６　、．４５１〜Ａ５６と、偶数行の水平
ライン上に位置する画素、４２１〜Ａ２６　、．４４１
〜Ａ４６゜Ａ６１〜Ａ６６とは、それぞれ水平方向に半
画素ピッチ（１／２ピツチ）ずれている。この構成が画
素の市松状配置である。

同図において、第１図と同様インターレース走査のため
に２水平ライン（例えばベアＡ）の同時読み出しを行な
うと、垂直出力線Ｖ１〜Ｖ１２に接続された画素は、相
隣接する垂直出力線に接続された画素と水平方向に１／
２ピツチずれ℃いるから、出力端で得られる画素、（１
１〜Ａ１６の何月・と画素Ａ２１〜Ａ２６の（ｉ１３−
号は空間的な１／２ピツチのずれに対応した時間的ずれ
を持って出力されなげればならない。そのためＫは、水
平スイッチ５１〜Ｓ１２のゲートに印加する水平走査パ
ルスは、それぞれ異なるタイミングで発生されなげれば
ならない。しかしながら、−水平ライン上の画素数が約
５００個とすると、−水子期間にツヘ生されるべき水平
走査パルスは１０００個必要になる。このような高周波
数の水平走査パルスを発生ずる水平走査回路を構成する
ことは、現状の技術では全く不可能に近い。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した第６図の構成釦おい−〔、高
周波数の水平走査回路を用いずに同等の効果を得ること
が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〕

上記目的を達成゛するため、本発明においては。

第６図の構成の素子から得られる信号を、各色フィルタ
の色別に出力させるとともに、水平ス、　　７　。

インチを６つ同時に開く、３各色フィルタ洗対応した信
号出力が同１＃ｊに出力されるため、各色別の出力端に
遅延回路を設は各画素の空間的位置ずれに対応ｌ−た時
間ずれを上記各色別の信号に与え目的に信号出力を取り
出Ｊ−０このようにすること釦より水平走査パルスの周
波数を第６図に比べ１／３とすることかでき、撮塚装置
の実現をはかることができる。

〔発明の実施例〕

以下１本発明を実施例を用いて詳述する。第４図、第５
図に本発明の一実施例を示す。第４図（α）は素子の色
フィルタ配置を含む平面構成、第５図はイぎ号処理回路
の構成を示している。同図において、第１図、第６図と
同一の記号は同一のものを示している。Ｇ１〜ｏｎは垂
直ゲート線である。なお、ＩＩ！］Ｉ素Ａｎ・４の計細
な構成例を同図ｉｂｌに示した。１１　、１２はそれぞ
れ垂直走査回路、水平走査回路、１３はインターレース
走査用回路、１７はフォトダイオード、１５は所謂垂直
ＭＯＳスイッチを示す。同図においては、垂直ｒｌｉ−
０Ｓスイッチ１５．フォトダイオード１７とも２個ずつ
示しであるが、一般には一個ずつである。

画素Ａ１１〜Ａｎｔｎには、色フィルｐ　Ｆ　、　Ｙｅ
　、Ｃｙが例丞されている。Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ６は信号出
力線であり−それぞれ出力端子１８　、１９．２０に色
（３号ｗ　、　ｙｔ　、　Ｃｙを出力する。インターレ
ース走査回路１６は公知であるが、その内在な簡単に説
明すると、インター　レース走査のために、垂直走査回
路１１の出力である垂直走査パルスを垂直グー）ｉ０１
〜Ｇｅｌに分配する。止ず、あるフィールドでは、第１
の垂直走査パルスを垂直ゲート線Ｇ１　、　Ｇ２に同時
に印加、第２の爪面走査パルスを垂面ゲ・−ト線に５　
、　Ｇ４に同時に印加することにより、ベアＡ、ベアＢ
・・・・・−を選択子るよつ動作する。次のフィールド
では、同様にしてベアα、ベアβ・・・・・・を選択す
るよう動作する。

第５図の信号処理回路において、２１は第４図の素子全
体を丞丁。２２−１　、２２−２　、２２−１は出力端
１８　、１９．２０にあられれた色信号＋Ｌ′。

’／’　ｍ　’３’を増幅するプリアンプ、２５−２．
２３・　８　・ −３は遅延回路、２４−２　、２４−３は遅延回路２５
−２．２３−５の出力端子、２５，２６．２７はそれぞ
れ演算回路、２Ｂ、２９．５０は出力端子であり、それ
ぞれ輝度信号、青信号、赤信号が得られる。遅延回路２
３　、２４はそれぞれ空間ずれに対応し、た時間ずれを
各色信号に与えるよう機能する。

例えば、第４図（ａｌに示すＧ１．Ｇ２の２行が選択さ
Ｊまた時、最初のタイミングφＨ１ではＧ１で選択され
たホトダイオード、４１１と、（１２およびＧ２で選択
されたホトダイオ−ドＡ２１が同時に読出されるがホト
ダイオード、４１１かもみて、４２１　、．４１２はそ
れぞれ１／２ピツチ、１ピツチずれているので出力信号
を遅らせる必要がある。遅延時間は画素の読み出し周期
なｒＨとすると、おのおの１、、’５　ＴＨ、２１５Ｔ
Ｈである。以上のことを第６図を用いて説明すると、第
４図（α）に示す各色フィルタに対応する信号ｗ　、　
ｙｓ　、　ｃｙは第６図に示すタイミングで出力される
。こねを遅延回路２５−２．２５−３　　により出力端
子２４−２　、２４−３に出力される信号３”’Ｉ’￥
のように空間配置に対応したタイミングになおすのであ
る。このあと演算回路２５，２６．２７により輝度（ｍ
号Ｙ、宵イｄ号Ｂ、赤イｇ号Ｒを出力端子２８，２９．
３０に得る。このときＹ、Ｒ，Ｂは次のような演算によ
ってイ１トることかできる。

Ｙ　＝　＋ｕ　＋ｙｔ　＋ｃｙ Ｒ＝　ｗ　−ｃｙ　　　　　　　　・…◆（３）１３　
＝　ｗ−ｙｇ このとき遅延回路２３−２．２５−３によって与える遅
延量・は胱出し周期ＴＩＩに対しおのおの％ＴＨ、２／
６ＴＢである。第６図においてＹ、Ｒ。

Ｂ信号はおのおの低域フィルタを通過させることにより
連続した所定の信号を得ることができる。

次に第７図に本発明の他の実施例を示す。同図は信号処
理回路の例であり、第８図は動作説明のための各部の波
形図である。同図において第１図〜第６図と閤−の記号
は同一のものを示している。第７図において第５図の遅
延回路２３−２．２３−３のかわりに４ｇ号蓄積回路３
１−１１、！＋１−２．５１−３を用い、パルス発生回
路４０により一定のタイミングで蓄積した４Ｈ−ｆ＋ケ
抗み出し、遅延回路と等価な働きをさせる。第９図に信
号蓄積回路３１−１の構成の例を示す。３１−２゜３１
−５も同様の回路である。第９図においてプリアンプ２
２−１の出力信号をトランジスタ３２−１に加え信号量
に応じた電流をコンデンサ３６−１から流し出す。この
とき、スイッチトランジスタ５４−１は開放になってい
るが一定のタイミングで閉じることによりコンデンサ５
３−１に血流が流れ込み蓄積信号菫に見合った′電流が
流れ、出力端子に電圧が発生する。スイッチトランジス
タ５４−１を閉じるパルスタ、イはングφＷの選び方に
より蓄えた４４号を読み出すタイミングを制御できるた
め１等価的に遅延回路を構成することができる。さて、
第７図においてパルス発生回路４０は素子２１の読出し
タイミングφ〃に同期し、しかも周波数が６倍で位相が
１２０°ずつ異なる３種のパルスタイミングφＷ、φ３
”　ｓφｏｙを発生す・　１１　・ る。このパルスタイミングにより４Ｗ号蓄積回路３１−
１．３１−２．３１−５が開閉する。この動作を第８図
の信号波形により説明する。素子２１からＴＨの周期で
読み出された信号Ｆ　、　Ｙｅ　、　Ｃｙはプリアンプ
２２−１　、２２−２．２２−３で増幅した後、＠−号
蓄積回路５１−１　、３１−２．３１−６に加えられる
。この回路では例えばｒ信号ではＴｔｔの期間、蓄積さ
れφＷのタイミングで読出されるため実質的にＴｘの時
間だけ遅延した信号ｒが得られる。また、φｙ−１φａ
ｙはφｒｎｉ対しておのおの１／３　Ｔｆｆ　、　２／
３　ＴＨ遅れているため出カイぎ号Ｙｔ’　、　Ｃｙ’
　ＬＩＦ’ＶＣＮ　Ｌ、　”Ｃ１１５ＴＨ、２１５ＴＨ
遅れる。このような回路処理により出力端子２４−１　
、２４−２　、２４−３には空間的なづれに対応した信
号Ｆ’　、　’ｋｌ’　、　Ｃｙ’を得ることができる
。このとき％Ｗ倍信号必ずしも信号蓄積回路５１−１を
通す必要はないが、他の信号と信号処理を同一にするこ
とにより１８号の特性差をなくすことを狙いとしている
。そこでＷ′倍信号遅延ｉｔ　Ｔｗは任意の値であり０
でも良い。

・１２・ 以上、詳述してきた第１．叱２の実施例から明らかなよ
うに、本発明によって第６図の絵索配館を持った固体撮
像素子を茜速のシフトレジスタを用いずに構成できるた
め高′ＮＮ像度の性能を容易に得ることができる。さら
に本発明においては、複数の色フィルタの色別圧出カイ
ｑ号をとり出す構成を有しているため１色情号間の混色
が全くない。

さらに又、本発明においては、各色フィルタに対応した
出力端を設けたことにより、緑色をベースにした補色フ
ィルタを用いる時に問題となる。いわゆるハイライトク
リ−ンを容易に対策できる利点がある。ハイライトグリ
ーンとは尚照度の白色が緑色に着色する現象で、各色フ
ィルタに対応する画素の相対感度が異なり１画素の信号
電荷が飽和する飽和光量が異なるために生じる現象であ
る。ハイライトグリーンを簡易な回ｒ６でかつ高精度に
対策する手段はすでに出願した特願昭５５−１１０２２
３月・「撮像装置直」に述べ１あるように、それによる
と、第１０図に示−すように、プリアンプ２２のバイア
ス電圧ｆａｒ　（＋Ｄｌ　ｖＶ＋＋（ｙｅ）　？　’ｖ
　ＣＣ，ｙ）　　をり、剤整し、それぞれの飽和光是゛
点を一致させれｉｑ！：よい。本発明の構成によれＵ′
、この叡（弊力く鞘めて簡単に打える。

なお、以」―詳述してきた本発明によれば、色フィルタ
■、■、■は第４図（α）Ｋ示したようなｒ　、　３・
ｅ、Ｃｙに限定されるものではないことは汀うまでもな
い。色フィルタ■、■、■とじて例えＣｊ：次のような
邑フィルタを採用できる。

・■：Ｒ４■６　Ｇ、　　■：Ｃｙ ・■：　Ｙｅ、■二〇、■二Ｂ ・■；　Ｙｃ、■：Ｇ、■：Ｃｙ 又、不発１１４はｈ＄ｆ　ＯＳ型の固体撮像素子を例示
してきたが、他の型の固体撮像素子、例えば、フ１／−
ムトランスファーＣＣ１）型、インターラインＣＣＤ型
、Ａ、ｆ　ＣＤ　型（受光部が第２図に示−ｆ構造で、
水平読み出し部にｃ　ｃ　ｎやＢ　１１１）　。

Ｂ　Ｃ１）等の電荷転送素子を用いたものであり既に公
知）の固体撮像索子にも適用可能である。

これらの素子において、水平読み出し部を複数並列に設
置する構造は公知であるので、第４図ｆａｌに相当する
実施例はここでは詳述しない。

〔発明の効果〕

」′？ｌＪ−，粁述してきた本発明によれば、限られた
画素数の固体撮１象索イで、解像度の良い、■、かも色
分離の良い固体撮像装置を実物できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の色フィルタ配置の固体撮像素子の一例を
示す模式図、第２図は動作説明のための波形図、第３図
は本発明を適用するのに好適な固体撮像素子の概略構成
図、第４図及び第５図は本発明による固体撮像装置の一
実施例を示すブロック図、第６図は動作説明のためのタ
イミングチャート図、第７図は本発明の他の一実施例を
示すブロック図、第８図はその動作説明のだめのタイミ
ングチャート図、第９図は信号蓄＠１田路の一例を示す
回路図、第１０図はハイライトグリーン対策を行なう−
Ｘ体回路の例を示すブロック図である。 １１・・・重置走査回路　　１２・・・水平正金回路・
１５・ １３・・・インターレース走査回路 １７・・・フォトダイオード １８〜２０・・・出力端子　　２１・・・撮像素子２２
−１〜２２−５・・・プリアンプ ２５−２　、２３−５・・・遅延回路 ２５〜２７・・・演斜回路 ・１６　・ ”）−’　　　−’）− ０玄　（Ｘ　　鳴　　ｙ ＄　ｑ　ｌ セ　　θ　　図 トー　ＴＨ−−−−＠ 第　９　記 ：１１−１ ＄ＩＯ回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｔ　相異なる三種の分光特性を有する感光素子が周期的
   に配列された光電変換部と、該光電変換部に蓄積した電
   荷を順次読み出す信号読み出し部と、読み出された信号
   からカラー映像イ８号を作成する信号処理部とを有する
   固体撮像装置において、上記感光素子は垂直方向に相隣
   接する感光素子が水平方向に半ピツチずれるよう　配列
   されており、上記信号読み出し部は分光特性の種類別に
   設けた三本の信号出力線にそれぞれの信−号電荷を同一
   タイミングで出力する構成を有し、かつ上記信号処理部
   は上記感光素子の水平方向の空間配置に対応しない時系
   列で読み出された信号電荷を、遅延手段により上記空間
   配置に対応した時系列に変換する手段を有することを特
   徴とする固体撮像装置。