JPS5921189A

JPS5921189A - カラ−固体撮像装置

Info

Publication number: JPS5921189A
Application number: JP57130257A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyori Takizawa; 義順瀧澤
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-28
Filing date: 1982-07-28
Publication date: 1984-02-03

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】〔発明の属する技術分野〕　　　　　　　　　　　　　
　・本発明ｅよ、各画素にカラー撮像のための分光感　
　　　□度ｌｈ・性を持たせた２次元固体撮像素子を用
いて、カラ−プレビジョン１言号を得るカラー固体撮像
装置に関する。

〔発明の技術的背舅〕

近年、ＣＣＤ型、！Ａｃ＋ｓ型等の２次元一体撮像１Ｃ
を用いた家庭用小型ビデオカメラの開発が嘔かんである
。この場合、１報られた画素数の固体撮像素子からなる
べく良いカラー再生画像を得る目的で揮々の方式が提某
筋れている。例えば、゛再生情報密度をより大きくしよ
うとすれば、水平走真型、間にひとつのラインのみを胱
出すのでなく、ｃｉｍのラインを同時に読出し、１ｑら
れた原級の信号を演算することによりカラー成分信号を
分離する借成が・Ｈ利である。この点を考慮し、上下隣
り合うふたつの水平画素列の出力信号列を同時に１泣出
し、ｉ！すられる２列の続出イ：４号列を、単管式の周
波数インターリーブ方式の１ｇ号処理方法乞応用して演
ｊＶ処理するカラー固体撮１象装置が特公昭５６−３７
７５（ｉ号公報により１１１１１知のものとなっている
。

以Ｆ　、−、／’記公報に記載のカラー固体撮像装置を
図面を用いて説明し、従来技☆ｆｊの問題点を明らかに
する。第１図はこの従来のカラー固体撮像装置の概略構
成図である。破線で示される固体撮像素子１２２は、被
写体のある特定のカラー成分光に感応する感光部１１と
、この感光ｆ’ｌ）　Ｉ　Ｌに蓄積されたｔに荷を垂直
方向（図では上方）に転送する垂直転送ＣＣＤ　１７と
、垂直転送された電荷を読込み、送ＣＣＤ　Ｉ・４に読
込まれた電荷をゲート１．　（Ｊを介して１メユみ１．
水平転送する第２の水平転送ＣＣＩ）　１５１′１′。

□：ａ″よ：′す＋Ｗｔ□されている。

固体撮鍬素子′１２２上に行列状に多数配設されている
感光け１５１１の分光感度はＪ図示の色配列となってお
り、ｙｅは践（緑＋赤）感光部、Ｃｙはシアン（緑十宵
）感光部、Ｇは緑感光線、ＷｉＩＪ、全色（緑十赤＋１
￥）感光部をそれぞれ示゛ｊ−０被写体をｉ＾□□ 撮像することにより、合一）’（：ＩＶｌｉ　１１には
−、ビれぞれの分光感度に応じて′電荷が発生し、１フ
イ一ルド期間感光部１１に蓄積された電荷は、垂直帰線
期間にそれぞれの感ｙＣ部１・１に隣接する垂直転送Ｃ
ＣＤ　１７に同時に続出式れる。

垂直転送ＣＣＤ　１７に読出された−にｆｉｌｒは１回
の転送で、１ビツト上方に転送され、ＹｅＣｙの色成分
信号からなる水平画素列１２の出力信号列が水平転送Ｃ
ＣＤ　１４に読込まれる。第１の水平転送ＣＣ３）１４
と第２の水平転送ＣＣＤ　１５　、とは、ゲー１−１６
をブ「して連結されており、ゲート１ＧをＩ、ＦＪ　＜
ことにより第１の水平転送ＣＣＤ　１４に読込−まれた
信号列は第２の水平転送ＣＣＩ）　１５に移送される。

この移送な終えた時点でゲート１６を閉じ、垂直転送Ｃ
Ｃ＋）　１７を躯！ｌ１ＪＪシ、１ピツＩ・の転送をひ
え？Ｊ：、（Ｊ、Ｗの色成分信号からなるε（５２の水
平画素列すの出力信号列が第１の水平転送ＣＣＩ）　１
４に読込゛まれる７、以−ヒ、２回の垂直転送ならびに
ゲート１６の開閉を水５ｆｌ帰線期間中に、′また第１
．第２の水平転送ＣＣＬ）　１４．１５の駆動全水平走
互期間中に繰返し連続して行えば、水平転送ＣＧ’ｌ）
　１４’、”１５の出力端子１８．１９からは、上下隣
りばう第１．第２の水平画素列１２．１３の水平読出し
信号列が同時に得られる。なお、水平転送ＣＣＩ）　１
４．１５　ｆ’Ｊ１．２相ｓｍｇ動のＣＣＪ）を想定し
ており、図中、水平転送ＣＣＩ）　１４゜Ｉ５の１ビツ
トは１２３で示すμ［１くふた°りの部分に分けた。

出力端子１８．１９より供給ちれる水平ｒ尻出し信号列
をそれぞれＦＢＩ　、　Ｐ、とし、被写体がほぼ白色光
の場ばを想定してＩ！ｌ、　、　Ｉ（、をフーリエ級該
に展開すると次のようになる。

炒　　　□ １”’　ｌ　Ｈ）！Ｉ、、けプリアンン″１．ｏ工、　
１０２にシ犀びかれＪ曽中畠される。プリアンプ１ｏｔ
、　ｔｏｍの出力は、中心円１皮数がｆ、でるるバンド
パスフィルタ（ＢＰＦ’）　１０３．１０４にそれぞれ
導かれ、一番こて元ｒ　ｇ２の変調成分が抽出される。

ま外向じ七プリアンプ１０１．１０２の出力は加算器１
０５に導ひかれ加算された後、ローパスフィルタ（Ｌｌ
・Ｆ）□１０Ｇに導びかれ低域成行が抽出される。

１３円’　１０３．１０４が供給するｇ、　＋　ｂ２の
変調成分は加涛。

器」０７お」、び減算器１ｏ８’　ｉ双方に導ひかれる
。これら加算器１０７、臓ｎ器１０８の出力を振幅検波
器１０９、’１１０に導びくことにより、検〆皮器１０
９の出力として＾゛色（１号Ｊ３が、また検波器１１０
の出力として赤色（ｔｊ’　Ｍ几が得ら〕しる。一方、
輝ｔｎ信号とじては、Ｊ、Ｉ’ｌ”　１０（３が出力す
る低域成分が、そ、のまｔ、　Ｊ−ｊＪいられる。１試
上の如くして倚、られる□赤ＩＬ輝、度信号は、カラー
エンコーダ１２０に導び力、・れ、Ｎ’ｌ”ＳＣ等のカ
ラープレビジョン信号が合成される。

〔背景技術の問題点〕

上記した従来例では、同時に読み出さＩ、Ｌ九２ライン
分の水平読出し信号を加算したものを輝度信号としてい
るため、垂直解像度が悪い。１だ、水平解像度も、実用
に供するためには、一層の向上が望まれる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の問題点を除去すべくなされたもので、
２水平走査ライン信号同時絖出し形の固体撮像素子を用
いたカラー固体撮像装置の水平および垂直解像度を同時
に向上させることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明のカラー固体撮像装置は、固体撮像素子上に配設
される水平画素列を、隣接するもの同士その空間位相が
■８σずれるように配置する。そして１８９°位矩がず
れ不２．同時に続出さ些るふたつの水平走査ライン信竺
を力、１１算（１，七の高鴨成分を輝度信号の高域盛分
と−ｉ７る。ｔ７ｉｃｓ同時に呼出されるふたつや水平
−１素列情１．あるフィーノード走査で霞　　　　　　
　　１１は第１夕ｌ■と第？、、ダ＋ＪＬｉ４３Ｆり目と第４タ
リ目、・・・、とし、次のフィールド走査では第２列目
と第３列目、第４クリ目と第５タリ目、・・・、となる
ようにインターレース走査大行い、イイーノＬ、ド毎に
！ＩｊＣ出きれる信ｇ瀘ｔｉ−数列のもρと偶数列のも
のとに切り換わるｌラインの信号の低域ｊ〜、分を輝度
信号の低域成分とする。

〔発明の実、流側〕

以下、本発明の一実、流側な図、を用い−Ｃ杆細に説明
する。第２図悼本発明ＣＤ　ｑｔシラ一体撮像装置の概
略構成図であや。本発明では、一体撮像素子２１の奇数
行と偶数行の水平画素列の配列を１／／２画ｑｐ　（ｉ
ａｏ−ずらしている。、こ９ため１．世直転送ＣＣＩ）
は苛鯵行の水平画素７１Ｊ　ｉの転送ＣＣＤ　２２と偶
数行用の転送ＣＣＤ　２３との２種を別六一般け、る、
：必要がある。、したが？て、用意する垂直転送ＣＯＤ
は、前記の従来例□と比較して２倍必要である□。この
とき、感光ｉ（μ２４を固体素子−４リユ上□に密に配
置させ、感度劣化を□防ぐよ□うにするため、感光部２
４は垂直転送ＣＣＩ）　２２．２：（上に光導電膜な使
って形成しである。垂直転送ＣＣＤ　ｌに感）し部をノ
ビ成する技術自体は、積層型固体撮像素子□とし“Ｃ周
知であり（プレビジョン学会技術報告′ｒＦ！ｎ５７Ｇ
−２）、この点に関する説明は省く。

感光部２４０分光感度は、図示の色配列となっており、
ｌ（ｔ　ｉ図に示しだ従来例と同じである。また転送動
作も従来例で述べたものと全く同様であり、説明は省く
。転送が行われた結果、−Ｅ下部り合う水平画素列２Ｍ
、２（ｉの読出し信号Ｑ」［□、それぞれ出力端子１８
．１９に同時に得られるが、これらふたつの信号の（ｉ
７．相は１８０°ずれている。出力端子１８゜１９に導
びかれた読出し信号Ｖ、プリプレグ１０ｆ、　１０２に
より増幅された後、加五器２１６により加鍔される。加
算された胱出し信号は、ＢＰＦ２１′８により帯域制限
され輝度信号の高域成分Ｙｉ＋となる。、ｉた、プリア
ンプ１０１のｍ力はＬＰＦ２１７によ□り低域濾波され
輝度信号の低域成分ＹＬとされる。これらＹｌｌＹＬは
加↓１器２１９により加算され、輝度・ｆｆｔ弓Ｙとな
り、□エンコーダ２２０に導ひかれる。

次ニ、インターレース走査について述べる。第１フイー
ルドの走査では、−に記の如く、水平画素列２５以下の
奇数列の読出しくｉ号、すなわちＹｅ。

Ｃｙ倍信号水平転送ＣＣＤ　１５に読み込まれ、水平画
素列２６以下の偶数列の胱出し信号である（１．・Ｗ信
号は、水平転送ＣＣＤ　１４に絖み込まれる。その結果
、Ｙｅ、Ｃｙ倍信号出力端子１Ｂ・より、まだＧ。

Ｗ信号は出力端子１９より出力される。第２フイールド
の走査では、まず１・行目の読出し信号、この場合水平
画素列２５の胱出し信号が水平転送ＣＣＤ　１４に読み
込まれたならば、・垂面帰線期間中に水平転送を行うこ
とで、ηだみ込んだ前記１行目の暁出し信号を読み捨て
てしまう。そして、第１フイールド走査とは逆に、水平
１ｌＴｉｌａ列２６以下の偶数列の胱出し信号、すなわ
ちＧ、Ｗ信号を水平転送ＣＯＤ”１５に読み込み、爵数
列の読出し信号であるＹｅ、　Ｃｙ倍信号水平転送Ｃ，
ＣＩ）　１４に読み込む。

その結果、第２フイールド走査では、出／Ｊ端子′１８
からｏ、ｖＢｑ・号が、また出力端子１６からは）′ｅ
、　Ｃｙ　ｌｉ号が出力されることになる。しだがって
、出力端子１８．１９より出力される続出しく８号は、
フ・イールド毎に音数列のものと偶数列のものとが交互
に入れ換わり、インー多−レース走査が行われることに
なる。

輝度信号の低域成分Ｙは、前述した如く出力端子１８か
ら出力される続出し信−づを低域城波したものであるが
、上述のインターレース走査が行われることにより、第
１フイールド走査ではＹｅ。

Ｃｙ倍信号ら、また第２フイールドではＧ１ｗ信号から
）′　が作られることになる。　　　　　□一方、色分
１１ｉｆｉの方法は、ｗ、理的に妹第１図を用いて説明
した従来の方法と何ら変わることはないが、本発明のカ
ラー固体撮像装置で１１、同時に品力端子１８．１９よ
り出力される続出Ｌ　（ｉ号の位相が１８σずれており
、これを修正した後、色分離を行わねばならない。また
、前述のインターレース走査が行われているため、出力
端子ｉｓ、ｘ９より供給される続出し信号はプイールド
毎に奇数列のものど偶″数列のものとが入れ換わるが、
これを考慮しなくてはならない。し九がつ°〔、第１図
に示しだ従来例と同様に、ｒｊ”ＩＰＩ”’　Ｍ＋ａに
はＹ’ｅ、　Ｃｉ倍信号、“またＢｌ）Ｉ”　１０４に
はＧ、Ｗ信号が供給さ：れる上うにスイッチ回路２Ｌｌ
＋が設け□られ一〇いる。スイッチ回路２１５はツイー
ルド毎に出力端子１８．’１９から出力さ　　　：れる
読出し信号を切換えてＢｐｐ　ｒｏ３．１０４に導びく
切換回路である。第１フイールド走査では切換片３００
が集線の状態となり、第２フイールドでは破線の状態と
なることで、ＢＰＦ　１０３にはＹｅ、Ｃｙ倍信号、Ｂ
ＰＦ　１０４にはＧ、Ｗ信号が、インターレース走査に
かかわらず、常に導ひかれることになる。

また、１８σの位相差妊、Ｙｅ、Ｃｙ倍信号１８０°遅
延させることにより解消されるため、　　ヰｆｌｉ！羽
げ→遅延回路２′２１にＹｅ、　Ｃｙ倍信号一旦導びい
た麦に、ＩＩＰＩ”　１０３に供給するものでるる。

上記Ｌｖ　Ｍ相合せ等め修正を終えた後ｅよ、従来の方
法と全く同様に色分離が行われ、’ＩＬ、１３成分の分
離が果される。また、分離されだｒｔ、ｂ成分と共に色
差信号合成のために用いられる輝度信号Ｙｃは、同時に
読出されるふたつの読出し信号を加Ｊ’ｌｉ　Ｌ、たも
のを使用するため、加科、器２１（ｉの出力を＝　１．
ＩＩＦ　２２２で帯域制限してイりる。以」二の様にし
てｉＪｖられたｙ、、ＩＬ、ｕ＠倍信号搬送色（８号合
成回路２２３に？ｎ１ひかれ、搬送色信号Ｃが合成され
る。′搬送色イに号Ｃは輝度信号Ｙ・と共にエンコータ
゛２２０に９（給されＮＴ’ＳＣ等のカシ−’ｌ’　Ｖ
信−りが合成される。

〔発明の他の実施例〕

第３図に本発明の他の実施例を示う゛。これは撮ｆ＃！
素子としてＭ（用型の感光部１」を有し、これより得ら
れる（ＦＪ号を、水平走査用電荷転送素子４２゜４３を
用いで出力する型の固体撮像素子である。

感光部りは、フォトダイオード４１０とムイＯＳゲ−ト
４１１　、垂直信号線４１２とからなる。フォトダ・イ
オード４１０？ま水平走査ラインごとに水平方向の配列
の位相が１８０°異なることは、第２図の本発明の実施
ｆｌＪと同じである。カラー撮像に必要なフォトダイオ
ード４１０の分光感度特性は、撮像部４１上に形成され
た色フィルタにより決まる。第４図の、、場合は、帛゛
数ンインにはＹｅ、　Ｃｙの、画素が、偶数ラインには
Ｇ、Ｗの画、素が配列されでいる。

フォトダイオード４１０に蓄積された電荷は、ＭＯＳゲ
ー１−４１１を開くこと、により、垂直イバ・５線４１
２に読み出される。八（０８ゲー）−，４１１の開閉は
垂直走査レジスタ４Ｇにより行なわれる。垂直走査レジ
スタ４Ｇは上下隣り合う２つの水平走配ライン上のＭＩ
Ｊ８ゲートを同時に囲い−Ｃ，行ぐことにより垂直走査
を行なう。インターレースは同時に読み出される上下の
組み合わせを、フィールドごとに変えることで行なう。

同時に＾瓦み串された２水平走査ライン上の各画素の信
号は、各画素に接続された垂１６Ｉ読み出し線４１２を
通り、転送グー）４４．４５佃゛し”〔、水平走　　　
□青用電荷転送素子４２．４３に読み出される。この転
送グー）　４４．４．５は垂直信号線４１２に読み出さ
れた　　　□信号γ！　（’ｄｊを効率的に水手転送用
電荷転送素子４２゜４３に転送するだめのものである。

本撮像素子の、１合、２つの水平走査用電荷転送　　　
□素子４２．４３を同一のｉ′動パルスで動作させると
得られる２つの水平走査信号は画素が１８０“ずれて配
置・されているにもかかわらず同位相で出力される。

したがって、信号の空間位相を１８０°ずらしため、水
平走査用電荷転送素子４３の出力側に１７ｉ画素時。

間に相当する遅延線２２１を入れる。１／２画素時間遅
延された信号と水平転送用電荷転送素子４’　２　：Ｓ
出力信号とは加算器４１３により加詐され、バンドパス
フィルタ２１８で帯域制限されたものが輝雇イー号高域
分Ｙ１１となる。また輝度信号低減分ＹＬは、　□これ
ら２倍号をフィールドごとにスイッチ４．８で、、□′
選択し、・−バーフイ・・夕２１７で帯域制限したも：
′のである。

Ｉｔ、１１’色１１号を演ｎにより得る時は、２水平走
査信号間に位相差があってはならないので、水平走査用
電荷転送素子４２．４３の出力をそのままバンドパスフ
ィルタ１０３．１０４に導へ、以下演詐を行なう。

弓からＮ’Ｉ’Ｓ　Ｃ等のノノラーテレビジョン信号を
得る手１１１【は、第２図の実施例の場合と同じである
。

〔発明の効果〕

」二連したふたつの実施例では、空間位相が１８σずイ
′シたふたつので、平読み出し信号な力１１ｎしたもの
から輝度信号の西域外を、捷たフィールトイσに奇数列
□と憾数列が４．換えて読み出されるひとつの水ヰ１み
出しイΔ号から輝度信号の低減分をイトＧいる。

□と□の堕とにする本発明の効果を、第４図の解像度、
（時性を醤す＋ｆｉ波数特性図を用いて説明する。

、第・４１ＸＩＩ’（ａ）の３１で示される周波数千ｆ
ｌ生は、第２ニジ？よ４”ｉ３．図中のＬ円２２１７に
導びかれる読み出１し信号、□すなわち１水平画素列よ
り得られる読み出し信号の水平解像度特性を示すもので
ある。ナイキスト限界周波数４ｆＮは、固体撮像素子の
水平転送周波数の１／２となっている。寸た、３２で示
される周辣敷特性は、第２図および第３図中の水平解像
最ｌｒη性を示すものである。１３１）Ｆ　２１８に導
びかれる信号は、空間位相が１８０°ずれているふたつ
の水平読み出し信号を加羽、シたものであるため、その
帯域は、撮像される破写体に垂直相関性のある場合には
、特性３１の帯域の２倍に□まで広がる。

水平層１象度向」二に寄与するのは、読み出し信号の高
帯域成分であるから、３２で示される周波数特性を有す
る加初読み出し信号をＩＩＰＩ”　２１８に導びきＪＱ
３４　ｍ　Ｑ＞）、Ｄ：３４ア４８うオ、６５．□＋、
ｔ　’（％、。オ、ヶー岬度１ａ月の高域成分Ｙ、Ｉと
することにより、水平１　′解像度ｅよ２倍向上するこ
とになる。

一方、垂直層１象度な考えた場合、従来の如くふたつの
水平読み出し信号を加泗、シたものから輝度　□（１ｊ
ｉ刊を：ｌ４）−ｒｌいだのでｅよ、垂直相関性のない
場合、垂直解像度は劣化してしまう。垂直解像度向上に
ｖｒ力するのは、読み出し信号の低域成分であるから、
本発明でしょ、３１で示される周伴数特性を有する１水
平画素列の読み出し匍゛号をＬＰＦ　、２１７に導びき
、’ｆ；（！塾４図（１））の３３で示される低減分を
得、これを輝度信号の低域成分Ｙ１．としている。この
ＹＬと上記Ｙ１１とを加譜、したものを輝度信号Ｙとし
て用いることにより、本発明のカシ−固体撮像装置は、
垂直ノゲｒ１象度を損うことなく、従来に比して２倍の
水平解像度を得ることに成功しているの−Ｃある。　　
　□

【図面の簡単な説明】

：第１図は従来のカラー固体撮像装置の模式的な：、、
・構成図、１゛図１、第３図ケ」：本発明のメＪラー固
体”イル枯：直の模徒的な（１゛り成図、第４１ゾ１は
ｈ１℃み１．ｌｊ　Ｌ　（信号、→）彫波薮特性図でｉ
。、　２４・・・感光部、２５．２６　・＝画素列、’Ｙ
　Ｉｇ　　・・・輝阜、信号の低域成分、Ｙｌｌ　　・
・・節度信号の高域成分、ｙｃ　　・・・色信号合成用
輝度信号。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被写体の異なるカラー成分光に感応する感光部が
水乎抗出し方向に規則的に配置されてなる第１および第
２のふたつの水平画素列を垂直読出し方向に交互に繰返
し配列してなる固体坤像素子を具備し、１４接する前記
第１．第２の水平画素列の出力信号列をそれぞれ独立し
−〔同時に仇出し、１↓Ｉられる２列の信号を処理する
ことによりカラーテレビジョン信号を得るカラー固体撮
像装置において、前記ｇＴｃ　１　、第２の水平画素列は空間位相を１８
０゜ずらして交互に繰返し配列されていることを特徴と
するカラー固体撮像装置。
（２）第１．第２の水３じ画素列から読出される出力信
号列に含まれる色信号成分の比が、宵：緑：赤＝１：２
：１であることを特徴とする特許請ｊこの範囲第１項記幀の
／Ｊクラ一体撮像装置。
（３）第１およびｌ（、２のいずれか一方の水平画素列
から読出される出−）ｙ　（１号列を低域濾波しカラー
テレビジョン信号を構成する輝度信号の低域成分とし、
前記ｇ＋口＋！２の水平画素列から読出される出力信号
列双方を加算！これを帯域制限したものを前記輝度信号
の佇Ｊ域成分とし、この高１威成分と前記低域成分とを
加掬したものを輝度信号とすることを特徴とする特ｊＦ
ｉＪｆ求、の範囲第１項記載のイＪラー固体操像装置。