JPS6122668A - 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】 産業上の利用分野 本発明はカラー固体撮像装置、特に単一の固体撮像素子
とガラス基板上に形成した力・ラーフィルタアレイを用
いてカラー信号を得るカラー固体撮像装置に関し、被写
体よりの入射光が、前記カラーフィルタアレイを形成す
るガラス基板の端面により反射して生じるフレアーによ
る妨害信号の発生を防止し良好な画像を得るものである
。

従来例の構成とその問題点 従来は被写体像よシの光を映像信号に変換するために撮
像管が用いられてきたが、近年になって固体撮像素子も
用いられるようになった。固体撮像素子としては受光部
も信号読み出し部も電荷結合素子から成るＣＣＤｍ撮像
素子、あるいはホトダイオードを多数格子状に配列し、
各接点に読み出しスイッチを設け、これを順次切換えな
がら映像信号を得るＭＯ８型撮像素子、あるいは受光部
はホトダイオード、信号読み出し部はＣＯＤにより構成
された撮像素子などがある。

上記のような固体撮像素子を１個とその受光画素に対応
してカラーフィルタを配置することによりカラーテレビ
信号を得る方法を第１図を用いて説明する。

第１図において、２次元に配された受光画素１に対応し
てａラインでは第１の受光画素には緑Ｇフィルタ２、水
平方向の次の受光画素にはマゼンタ間フィルタ３を交互
に順次配列した第１の色フイルタ列を、ｂラインでは第
１の受光画素はシアンｃｙフィルタ４、水平方向の次の
受光画素には黄Ｙｅフィルタ６を交互に順次配列した色
フイルタ列を、奇数番目の各水平ラインはａラインの色
フイルタ列と同一の配列とし、偶数番目の水平ラインに
ついては、ｂラインの色フィルタ及びｂラインとカラー
フィルタの配列を逆に配列した色フイルタ列を交互に配
置している。また、ｎ（Ｈ）は奇数フィールドを、ｎ＋
１（Ｅ（）は偶数フィールドを示す０ 上記の構成の色フィルタと固体撮像素子の組み合せによ
る固体撮像素子の出力信号からカラーテレビジョン信号
を得る方法を次に説明する。

′本カラー化方式に用いる固体撮像素子は、隣接した２
つの水平ラインを同時に水平走査し、ホトダイオードへ
の信号蓄積時間と垂直走査時間を同一にしてフレーム残
像が発生しないような走査方法としている。固体撮像素
子を撮像管と同じ２：１インターレース走査すれば、ホ
トダイオードへの信号蓄積時間は２フイ一ルド期間とな
るためフレーム残像が発生し、このフレーム残像は動く
被写体を撮像した時や、カメラをパンした時に大きく目
立ち、画像がぼやけて見え、画質を著るしく劣化させる
。撮像管では走査ビーム径が有限であるため実質的（Ｃ
隣接する走査線の信号も読み出しており、等測的にフィ
ールド読み出しとなっておりフレーム残像は発生しない
。隣接した２つの水平ラインを同時に水平走査する方法
としては、垂直方向に隣接したホトダイオードの信号電
荷を混合した後、読み出す方法や、２つの信号読み出し
部により各々の水平ラインの信号を読み出す方法がある
。

上記の構成による撮像素子とカラーフィルタアレイの組
み合せで、垂直方向に隣接した２つの水平ラインのホト
ダイオードの信号電荷を混合した後水平走査を行なって
得られた信号からカラーテレビ信号を得る方法を第１図
及び第２図を用いて説明する。

第１図において、第１フイールドｎ（ハ）、ａ、ｂの水
平ラインのホトダイオードを混合して読み出す。その信
号Ｓｎは Ｓ　　＝（（Ｇ＋Ｃｙ）＋（Ｍ＋Ｙｅ））＋（（Ｇ十Ｃ
ｙ）−（Ｍ＋Ｙｅ））ｓｉｎωｔ＝（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ
）＋（Ｇ−２Ｒ）ｓｉｎωｔ　　　　　　・・・・・・
−−−・＝　　（１）但しＣｙ＝Ｇ＋Ｂ　、　Ｍ＝Ｒ＋
　Ｂ　、　Ｙｅ　＝Ｒ＋Ｇω−色フィルタの繰り返し周
波数 となり、第１フイールドｎ＋１（ロ）はｃ、ｄの水平ラ
インのホトダイオードを混合して読み出す。その信号Ｓ
ｎ＋１は Ｓ　ｎ＋１＝（（Ｇ＋Ｙｅ　）　＋（Ｍ＋Ｃｙ　）　）
　＋　（（Ｇ＋Ｙｅ　）−（Ｍ＋Ｃｙ　））ｓｉｎωｔ
＝（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）＋（Ｇ−２Ｅ）ｓｉｎωｔ　　
　・−−−−−−−−−−−−（２）となる。

０）式、（２）式から明らかなように、Ｓｎ、Ｓｎ＋１
ともにその低域信号成分ＳＹはＳ　ｙ　＝　２　Ｒ＋　
３　Ｇ　＋３　Ｂであり、また色信号成分はＳｎからは （Ｇ−２Ｒ）ｓｉｎωｔＳｎ−１−１からは（Ｇ−２Ｂ
）ｓｉ口ωｔで表わされる色信号成分が得られる。第２
図は前記固体撮像素子出力信号からカラーテレビ信号を
得るための信号処理部の概要を示すものである。第２図
において、６は前記の固体撮像素子、７はローパスフィ
ルタ、８はバンドパスフィルタ、９Ｒ同期検波回路、１
０は１水平期間遅延回路、１１はスイッチ回路、１２は
変調回路、１３は加算器、１４は出力端子、１６はパル
ス発生器である。次に動作を説明する。固体撮像素子６
から得られた信号はローパスフィルタ７に供給され高調
波成分を除去し低域成分のみを分離し前記のＳＹ酸成分
得る。この低域成分を輝度信号として扱い加算器１３へ
供給する。一方固体撮像素子６の出力信号はカラーフィ
ルタの繰り返し周波数を中心通過帯域とするバンドパス
フィルタ８に供給され、カラーフィルタにより変調され
た色信号成分を分離する。すなわちＳｎの信号からは（
Ｇ−２Ｒ）ｓｉｎωｔの成分を、Ｓｎ＋１の信号からは
（Ｇ　−２Ｂ　）ｓｉｎωｔの成分を分離する。バンド
パスフィルタ８により分離された変調色信号（カラーキ
ャリア）は同期検波器９に供給される。同期検波器９に
はパルス発生器１６から、カラーフィルタの繰り返し周
波数に等しいインデックス信号が供給されており、変調
色信号は同期検波される。同期検波された信号はローパ
スフィルタ（図示せず）によりその高調波成分を除去す
る事によシ低域の色差信号となる。

すなわち信号Ｓｎから（Ｇ−２Ｒ）　、ｓｎ＋１から（
Ｇ−２Ｂ）の色差信号を得る事ができる。このようにし
て得られた色差信号を１水平期間遅延線１ｏにより遅延
し、その遅延し７た信号と遅延しない信号をスイッチ回
路１１に供給し、パルス発生器１５から供給される水平
走査周波数の％のパルスによ多１水平走査毎に切シ換え
る事によりスイッチ回路１１の出力端から（Ｇ−２Ｒ）
及び（Ｇ−２Ｂ）の２種類の色差信号を同時に得る。

この２種類の色差信号を変調器１２によシ色副搬送波で
変調し色信号を得る。この色信号を加算器１３に供給し
、前記輝度信号と加算する事により出力端子１４からカ
ラーテレビ信号を得る事ができる。ここでパルス発生器
１６からは固体撮像素子６へ素子駆動に必要な数種類の
パルスが供給されており、この駆動パルスとインデック
スパルス等は同期関係にある事は言う捷でもない。

次に前述のカラーフィルタアレイと固体撮像素子の機械
的な関係及び接着の手段を第３図を用いて説明する。

第３図は第１図に示した固体撮像素子とカラーフィルタ
アレイの断面図である。

第３図において、１７は固体撮像素子であり、その受光
面側には受光画素１８が二次元に配置されている。１９
はガラス基板であり、そのガラス基板の固体撮像素子側
は第１図に示すカラーフィルタ２０が二次元に配置され
ている。前記のガラス基板１９は透明な材質の接着剤２
１により固体撮像素子１７に接着されている。

カラーフィルタ２０と固体撮像素子１７の接着剤の厚さ
は数μｍ〜１ｏ数μｍ程度であり、ガラス基板は３ｏＯ
〜５００μｍ程度のものを用いるがとこでは説明の便宜
上接着剤層を厚く図示している。２２はワイヤ（金線あ
るいはアルミニウム線）であり固体撮像素子１７へ電圧
あるいは信号を受給するものである。２４はＩＣパッケ
ージである。

次にガラス基板１９と固体撮像素子１７との接着手順を
説明する。

まずＩＣパッケージ２３上に固体撮像素子１７を接着し
た後、固体撮像素子１７を所定の測定回路に装着し固体
撮像素子１７の各性能を確認し、良品と判断されれば、
受光面上のゴミ、ホコリを除去する。

次に固体撮像素子１７の受光面上に例えば紫外線で硬化
する接着剤を塗布し、ガラスフィルタ１９を受光面上に
置き、受光画素とカラーフィルタを第１図に示す関係に
位置合せを行なう。その後ガラス基板１９の表面に第３
図に示す方向にわずかに圧力を加え、カラーフィルタア
レイと受光面との接着層を薄くする。この時、圧力が強
すぎるとカラーフィルタが受光面に直接、接触しカラー
フィルタを破損するので適度な圧力とする必要がある。

その後紫外線を照射し、接着剤を硬化させる。

このとき、最初に塗布した接着剤のうち、受光面とカラ
ーフィルタアレイ面の接着層に残留する部分以外の接着
剤は第３図に示すようにガラス基板端面に残る。

ガラス基板端面に残った接着剤は硬化している八め除去
できない。また接着剤が硬化する以前に除去しようとす
れば、ワイヤ２２が切断される危険性が強い。仮にワイ
ヤが切断された場合、ワイヤを再び固体撮像素子１７に
接続しようとしても固体撮像素子のワイヤボンド用７４
２１部に接着剤が装着しているためワイヤを前記ノくラ
ド部に接続できない。

したがって、フィルタアレイ（ガラス基板）を固体撮像
素子に接着した状態の断面図は第３図に示すような形状
となる。

前記のフィルタアレイ（ガラス基板１９）と固体撮像素
子１７の構成から成る固体撮像装置により、第４図に示
すようなカメラアングルで被写体を撮像し、モニター画
面に映出すると第５図に示す如きフレアＮによる擬似信
号が現われる。

前記フレアによる擬似信号の発生は画質を著るしく損ね
る。特に室内における撮像では第４図に示したようなカ
メラアングル（画角ω）が多いため、カラー固体撮像装
置にとって重大な問題となる。なお第４図で画角ωは固
体撮像素子の受光面ρ端部に相当する。

次に前述の如くガラス基板を固体撮像素子の受光面に接
着する構成のカラー固体撮像装置におけるフレアの発生
原因を第６図、第７図を用いて説明する。

第６図は第３図に示したガラス基板の端面を含む破線Ａ
で囲んだ部分の拡大図である。

第６図において番号１７〜２１は第３図の番号と同一で
あるのでその説明は省略する。

接着剤２１の屈折率はガラス基板１９の屈折率（ｎ＝１
．４）とほぼ同一のものを用いている。

第４図に示したカメラアングル（画角）で被写体を撮像
した場合には、螢光灯からの入射光は第６図に示した光
路を辿る。

すなわち、螢光灯からの光はレンズの周辺部を通過する
ため、光軸中心（レンズ中心から固体撮像素子の中心を
結ぶ線）からθ。傾斜して入射する。この入射光が、ガ
ラス基板の端面に付着した接着剤２１のＢ点に入射子る
。入射光は屈折率に従ってθ１〈θ２の角度を保って屈
折し、０点に到達し、θ３−０４の角度を保って入射光
は反射されＤ点に到達する。Ｄ点には受光画素が存在す
るため前記入射光により光信号電荷が発生し、その結果
フレアによる擬似信号が発生する。

第７図は第３図に示した場合と異なりガラス基板の端面
に接着剤が付着していない場合のフレアによる擬似信号
の発生を説明するだめの図である。

第７図において番号１７〜２１は第３図の番号と同一で
あるので説明は省略する。

第４図に示したカメラアングル（画角）で被写体を撮像
した場合には、螢光灯からの入射光は第６図に示した光
路を辿る。

すなわち、螢光灯からの光はレンズの周辺部を通過する
ため、光軸中心（レンズ中心から固体撮像素子の中心を
結ぶ線）からθ。傾斜してガラス基板に入射する。この
入射光はガラス基板の屈折率に従ってθ。くθ１の角度
を保って屈折しＥ点に到達し、θ２−０３の角度を保っ
て反射されＦ点に到達する。

Ｆ点には受光画素が存在するため前記入射光により光信
号電荷が発生し、その結果フレアによる擬似信号が第６
図に示す如く発生する０第６図を用いて説明したように
フレアによる擬似信号は撮像した画像の画質を著るしく
損ねるためカラー固体撮像装置にとって重大な問題とな
る。

発明の目的 本発明は、フレアによる擬似信号妨害すなわち被写体よ
シの入射光がカラーフィルタアレイを形成するガラス基
板の端面あるいはガラス基板の端面に付着した接着剤に
より、受光画素の存在する方向に屈折される事により発
生する擬似信号を除去し、良好なカラー画像を得ること
のできるカラー固体撮像装置を提供することを目的とす
る。

発明の構成 本発明は、ガラス基板上に複数のカラーフィルタを形成
したカラーフィルタアソ２と、受光画素が二次元に配さ
れた固体撮像素子とを有し、前記カラーフィルタアレイ
と前記固体撮像素子の受光面とを接着剤により貼り合せ
たカラー固体撮像装置において、前記カラーフィルタア
レイを形成するガラス基板の全ての端面に光を吸収する
物質を塗布し、擬似信号を発生するフレア成分の光路を
遮断することにより、フレアによる擬似信号の発生を除
去し、擬似信号の発生しない良好なカラー固体撮像装置
を得るものである。

実施例の説明 以下、本発明による実施例を第８図、第９図を用いて説
明する。

第８図、第９図は本発明によるカラーフィルタアレイを
形成するガラス基板２４と固体撮像素子１７、接着剤２
１．カラーフィルタ２０．受光画素の関係を示す図であ
る。

本発明によるガラス基板はその全ての端面に光を吸収す
る物質２６、例えば油性の黒色塗料を塗布している。

次に第８図における動作を説明する。

第４図に示したカメラアングル（画角）で被写体を撮像
した場合には螢光灯からの入射光は第８図に示した光路
を辿る。

つまり、螢光灯からの光は光軸中心からθ。傾斜′して
入射する。この入射光が、ガラス基板２４の端面に付着
した接着剤２１のＢ点に入射する。

入射光は屈折率に従ってθ１くθ２の角度を保って屈折
し、０点に到達し、θ３−０４の角度を保って入射光は
反射されＧ点に到達するがＧ点には光を吸収する物質（
例えば油性の黒色塗料）が塗布されているため入射光は
Ｇ点で吸収され、受光面へ前記フレア成分が到達しなく
なる。すなわちフレア成分の光路を途中で遮断するため
、フレアによる擬似信号は発生しなくなり、良好なカラ
ー画像を得ることができる。

次に第９図に示す場合の動作を説明する。

第４図に示したカメラアングル（画角）で被写体を撮像
した場合に螢光灯からの入射光は第９図に示した光路を
辿る。

螢光灯からの入射光は光軸中心からθ。傾斜してガラス
基板２４へ入射する。この入射光はガラス基板２４の屈
折率に従ってθ。くθ１の角度を保って屈折しＨ点に到
達するがＨ点には光を吸収する物質、例えば油性の黒色
塗料が塗布されている正め、入射光はＨ点で吸収され、
受光面へ前記フレア成分が到達しなくなり、したがって
フレアによる擬似信号は発生しなくなり、良好なカラー
画像を得ることができる。

更に、ガラス基板の端面に梨地仕上げ（スリガラス）加
工を施し、その後、光を吸収する物質、例えば油性の黒
色塗料を塗布すると、更に効果は高い。

発明の効果 本発明によれば、フレアによる擬似信号妨害、すなわち
被写体よりの入射光がカラーフィルタアレイを形成する
ガラス基板の端面、あるいはガラス基板の端面に付着し
た接着剤により受光画素の存在する方向に屈折されるこ
とにより発生する擬似信号を除去することができるため
、良好なカラー画像を得るカラー固体撮像装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は単板式カラー化方式の固体撮像素子とカラーフ
ィルタアレイを示す模式図、第２図は第１図に示した固
体撮像素子からカラーテレビ信号を得る信号処理のブロ
ック図、第３図鉢カラーフィルタアレイを形成したガラ
ス基板と固体撮像素子を接着した状態の断面図、第４図
はフレアによる擬似信号が発生しやすいカメラアングル
の説明図、第６図は第４図のカメラアングルで撮像した
ときのモニター画面を示す図、第６図、第７図はガラス
基板端面での反射、屈折によりフレアが発生する原因を
説明する図、第８図、第９図は本発明によるガラス基板
端面に光を吸収する物質を塗布してフレアの発生を防止
する実施例を示す図である。 １７・・・・・・固体撮像素子、１８・・・・・・受光
画素、１９・・・・・・ガラス基板、２ｏ・・・・・・
カラーフィルタ、２１・・・・・・接着剤、２６・・・
・・・光を吸収する物質。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 第４、図 モニターＩ！！、ｌｆＱ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ガラス基板上に複数のカラーフィルタを形成したカラ
   ーフィルタアレイと、受光画素が二次元に配された固体
   撮像素子とを有し、前記カラーフィルタアレイと前記固
   体撮像素子の受光面とを接着剤により貼り合せてなり、
   かつ前記ガラス基板の全ての端面に、光を吸収する物質
   を配置してなる事を特徴とするカラー固体撮像装置。