JPS61296876A - 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〕 本発明は固体撮像装置に係り、特に広帯域な輝度信号と
、エツジにせ色信号が少ない色信号（色差信号）を得る
ことができ、高い位置合せ精度を必要としない色分解フ
ィルタ方式に関する０ 〔発明の背景〕 家庭用カラービデオカメラは、撮像素子として固体撮像
素子を１枚、あるいは撮像管を１本用いるのが主流とな
っている。これらの単板、あるいは単管カラービデオカ
メラにおいては、ひとつの撮像素子から輝度信号および
色信号を得るために撮像素子の受光面に色分解フィルタ
を設けている。

広帯域の輝度信号と、エツジ部にせ信号の少ない色信号
を得るための色分解フィルタ方式としての従来の１例が
、特開昭５３−５０９２３号公報に示されている。この
方式は固体撮像素子の１受光セルに２種類の色分解フィ
ルタをならべて設けることによって上記の広帯域輝度信
号とエツジ部にせ信号の少ない色信号を得ることができ
るものである。しかしこの方式では色分解フィルタの位
置のあわせ精度が直接的に分光特性を左右するという問
題がある。またひとつの色分解フィルタの寸法を小さく
する必要が生ずる場合もあり、そのとき色分解フィルタ
を高精度で均質に製作することが困難となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、広帯域な輝度信号とエツジ部にせ信号
の少ない色信号を得ることができ、かつ色分解フィルタ
の位置あわせに高精度を必要としない固体撮像装置を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、色分解フィルタの分光特性として、従来の赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｅ）−′Ｐそれらの補色である
シアン（Ｃｙ）　、マゼンタ（Ｍｎ）　、黄ＣＹ＠　）
に限定せず、それらの中間的な分光特性の色分解フィル
タを用いることを特徴とする。

中間的な分光特性の色分解フィルタを用いることにより
、ひとつの受光セルに２種類の色分解フィルタを設ける
のと同等の効果を得ながら、色分解フィルタの位置あわ
せなどを容易にする。

〔発明の実施例〕

以下、方発明の第１の実施例を第１図〜第６図により説
明する。第１図は固体撮像素子の受光面における受光セ
ルと色分解フィルタの配列を示すものである。同図で１
はひとつの受光セル、２〜５は受光セル上に設けられた
色分解フィルタで、８ヶ単位でくり返す。以下の説明の
ため、同図の左上を原点として下方同に第１行。

２行、・・・、右方向に第１列、２列、・・・と呼ぶ。

はじめに、本撮像素子の信号読み出しの方法を説明する
。奇数フィールドでは第１行、第３行。

と順次奇数行の受光セルの信号を読み出す。それぞれの
行における読み出し順序は第１列、第２列、第３列と列
順に連続的である。偶数フィールドでは偶数行の受光セ
ルの信号を奇数フィールドと同様に読み田す。続いて本
発明の特徴的部分である色分解フィルタの分光特性を第
２図〜第５図を開いて説明する。第２図は色分解フィル
タ２の分光特性を示すものである。以下、本明細書で色
分解フィルタの分光特性というときには、色分解フィル
タの分光透過率と、受光セルのみの分光特性と、赤外光
を低減する赤外カットフィルタ（以下の例では信号量が
透過帯域の信号量の１／２となる波長が６７０ｎｍのも
ので示す。）を総合した分光特性を示すものとする。

本図はＷ（金色透過）とＣｙの分光特性とあわせて色分
解フィルタ２の分光特性、（Ｗ＋Ｃア）を示している。

以下同様に第３図は色分解フィルタ３の分光特性２　（
Ｇ十ＹＩ！　）、第４図は色分解フィルタ４の分光特性
ヲ（Ｃｙ十Ｇ）、第５図は色分解フィルタ５の分光特性
、（Ｗ＋Ｙ、）を示す。次に本実施例で、撮像素子から
得られた信号から輝度及び色信号を生成する方法を説明
する。はじめにＷ　、　Ｃｙ、　Ｙｏ、　Ｇの成分組成
を示す。それぞれ、 Ｗ　＝　Ｒ＋　Ｇ　＋　Ｂ Ｃｙ＝　　　Ｇ＋Ｂ Ｙ８−Ｒ＋Ｇ Ｇ＝　　　Ｇ である。また譚＆　（Ｙ）信号の成分組成はほぼ次のと
おりである。

Ｙ−Ｒ＋２０＋Ｂ 本実施例では先に示した信号読み出しと色分解フィルタ
の配置とにより、第３行（第ｆｌＬ＋１行も同じ）〔以
下ルは整数〕を読み出すときには−（Ｗ＋Ｃｙ）と了（
Ｇ＋Ｙ、）の信号が順次読み出され、第ル＋２行（第ル
＋３行も同じ）を読み出すときには−（Ｃ，＋Ｇ）と、
（Ｗ＋Ｙｏ）の信号が順次読み出される。そこで第３行
（第ｎ＋１）を読み出すときに得られる信号を加減算す
ると次のＹ＋　、　ＣＩ倍信号得られる。

Ｙ＋　；（Ｗ　＋　Ｃｙ　）　”　２　（Ｇ　”　”ｅ
　）　　第１式％式％ Ｃ，−−（Ｗ＋Ｃｙ）−Ｈ（Ｇ＋Ｙ、　）　　第２式Ｂ 同様に第ル＋２行（第ｎ＋１）を読み出す時に得られる
信号を加減すると次のＹ２　、　Ｃ２信号が得られる。

Ｙ２−（Ｃｙ　”　Ｇ　）　＋　２　（Ｗ　＋　Ｙｅ　
）　　第３式％式％ Ｃ２−、（Ｗ＋Ｙｅ）−、（Ｃｙ十Ｇ）　　　第４式結
局、各行から輝度信号が得られ、また１行ごとにＢ、Ｈ
の信号が交互に得られる。（色線順次と呼ばれる。）一
般に色信号の、必要帯域は輝度信号より狭いので、Ｂ、
Ｒは１水平期間遅延させて次の水平走査期間の信号にも
用いればよい０ なお、第２〜第５図では本発明の色分解フィルタの分光
特性をそれぞれ規格化して示しており、相対的な信号量
は示していない。相対的な信号量比に対応して輝度及び
色信号を得るための加減算に適当な係数をかければよい
。

こうして得られる輝度および色信号の分光特性の例を第
６図に示す。

続いて本実施例の効果を示す。本実施例では水平方向の
色分解フィルタのくり返し周期が２絵素ピツチであり、
Ｗ、Ｃｙ、Ｙ、、Ｇの色分解フィルタひとつづつをそれ
ぞれ１受光セルに対応して設ける場合の水平方向の色分
解フィルタのくり返し周期（４絵素ピツチ）の半分とな
る。

すなわち水平方向のサンプリング数が２倍になったこと
に相当し、広帯域の輝度信号が得られることになる。ま
た色信号についてもサンプリング数が２倍になったこと
に相当し、水平方向のエツジに生ずるにせ信号が減少す
る。この原理と効果を換言すると、サンプリング周波数
が２倍になったことにより、輝度および色信号に生じる
モアレの中心周波数の水平方向成分が２倍になった、と
言うことができる。モアレ及び、モアレの算出方法につ
いてはｒ高解像度ＭＯ８形単板カラーカメラのモアレ検
討Ｊ　（１９８４年テレビジョン学会全国大会予稿集、
志賀他）を参照していただきたい。

また色信号を得るために垂直絵素間の加減算を行なわな
いので垂直エツジに生じるにせ色信号が小さい。

本発明によると受光セル間隔分の色分解フィルタの合せ
ずれは許容されるため、１受光素子に２種類の色分解フ
ィルタをならべて設ける場合に要求される高い位置あわ
せ精度などを必要とせずに上記の効果を得ることができ
る。

続いて本発明の第２の実施例を＃！１図、第７図〜第９
図を用いて説明する。第２の実施例でも受光セルと色分
解フィルタの配列は第１の実施例と同じく第１図に示し
たとおりであり、信号の読み出し方法も同じである。本
実施例の第１の実施例との違いは色分解フィルタの分光
特性である。以下その分光特性を第７図、第８図を用い
て説明する。第７図は（本例での）色分解フィルタ２の
分光特性子（Ｍｕ　＋　Ｃｙ　）と、色分解フィルタ３
の分光特性Ｔ　（Ｇ十Ｙ。）を示しており、第８図は色
分解フィルタ４の分光特性−！−（Ｇ＋Ｃｙ）と、色分
解フィルタ５の分光特性、　（ｙ、　＋　Ｍｎ　’）を
示している。ただしＭｎはマゼンタを表わし、 ＭニーＲ＋Ｂ である。本実施例で、第ル行を読み出すときに得られる
信号を加減算したものをＹ、　、　Ｃ，、第ル＋２行を
読み出すときに得られる信号を加減算したものをＹ４　
、　Ｃａとすると、それらは次の様になる。

Ｙｓ　＝　Ｙ４−　（Ｍｎ＋　Ｃｙ　＋　Ｇ　＋　Ｙ６
　）　　　第５式％式％ Ｃｓ＝、Ｂ（Ｍｎ＋（ｙ）（Ｇ十Ｙ。）・・・第６式Ｃ
４−２（Ｍｎ＋Ｙａ）−（Ｇ＋Ｃｙ）　　・＝第７式第
９図はＹｓ　、　Ｃｓ　、　Ｃａの分光特性を示したも
のである。Ｙｓはほぼ輝度信号の分光特性を示し、Ｃ！
はほぼＢ−Ｙ１Ｃ４はほぼＲ−Ｙの分光特性を示してい
る。結局、各行から輝度信号が得られ、また１行おきに
Ｂ−ＹＳＲ−Ｙの信号が得られることになる。（色差線
順次と呼ばれる。）本例でも色差信号は１水平期間遅延
させて次の水平走査期間の信号にも用いればよい。

なお、本例でもｊＩ７１ｍ、第８図では色分解フィルタ
の分光特性をそれぞれ規格化して示しており相対的な信
号量は示していない。相対的な信号Ｉ比に対応して輝度
及び色差信号を得るための加減算に適当な係数をかけれ
ばよい。

絖いて本実施例に特有の効果を説明する。本実施例では
各行から独立に色差信号を得ることができ、すなわち垂
直方向の絵素間の加減算なしに色差信号が得られるため
、無彩色の垂直エツジに対してにせ色差信号が全く生じ
ない。またスメアについても色差成分は零となるので色
付を生じない。

続いて本発明の第３の実施例を第１０図及び第２〜第６
図を用いて説明する。第１０図は第１図と同じく固体撮
像素子の受光面における受光セルと色分解フィルタの配
列を示すものであり、１はひとつの受光セル示し、６〜
９は受光セル上に設けられた色分解フィルタで４ヶ単位
でくり返す。はじめに本撮像素子の読み出し方法を説明
する。奇数フィールドでははじめの水平走査期間に第１
行と第２行を読み出し、次の水平走査期間に第３行と第
４行を、以下第２ｒＬ＋１行、第２ｒＬ＋２行を順次読
み出す。それぞれの水平走査期間においては列順に上下
２行を同時に読み出す。偶数フィールドでははじめの水
平走査期間に第２行と第３行を読み出し、次の水平走査
期間に第４行と第５行を、以下第２ｒＬ行、第２ｒＬ＋
１行を順次読み出す。それぞれの水平走査期間における
読み出しは奇数フィールドと同じである。本実施例では
、色分解フィルタ６の分光特性をＩ（Ｗ＋Ｃｙ）、色分
解フィルタ７の分光特性をヲ（Ｇ＋Ｙｏ）、色分解フィ
ルり８の分光特性を７（Ｃｙ十Ｇ）、色分解フィルタ９
の分光特性を、（Ｗ＋Ｙ、）とする。それぞれの色分解
フィルタの特性は第２図〜第５図に示されたものである
。本実施例では先に示した第１の実施例と同様に、第１
式〜第４式に示した加減算により輝度および色信号を得
ることができる。第１の実施例との差は色信号が線順次
でなく、すべての水平走査期間で得られることである。

本実施に特有の効果は各信号線がフィールド毎に読み出
されるため残像が生じにくいことと、２行ごとの信号か
ら垂直線素間の加減算なしに色信号が得られるため、無
彩色の垂直エツジに生じるにせ色信号が４行ごとの信号
から色信号を得る第１の実施例よりさらに小さいことで
ある。

続いて本発明の第４の実施例を第１０図及び第７図〜第
９図を用いて説明する。第４の実施例でも受光セルと色
分解フィルタの配列は第３の実施例と同じく第１０図に
示したとおりであり、信号の読み出し方法も同じである
。本実施例の第３の実施例との違いは色分解フィルタの
分光特性である。本実施例では色分解フィルタ乙の分光
特性を１（Ｍｎ十〇ｙ）、色分解フィルタ７の分光特性
をＨ（Ｇ＋Ｙｅ）、色分解フィルタ８の分光特性を２　
（Ｇ＋Ｃｙ）　、色分解フィルタ９の分光特性をＴ　（
ｙｏ＋　Ｍｕ　）とする。それぞれの色分解フィルタの
特性は第７〜第８図に示したとおりである。本実施例で
は先に示した第２の実施例と同様に、第５式〜第７式に
示した加減算により輝度および色差信号を得ることがで
きる。得られるＹ　、Ｒ−Ｙ　、ＢＹ信号は第９図に示
すとおりである。第２の実施例との差は色差信号がすべ
ての水平走査期間で得られることである。本実施例に特
有の効果は第５の実施例と同様に残像が生じにくいこと
と、２行ごとの信号から色差信号が得られるため、無彩
色の条件がくずれたとき垂直エツジ部に生じるにせ色信
号が、４行ごとの信号から色差信号が得られる第２の実
施例より小さいことである。

ところで第１〜第４の実施例のひとつの変形Ｔ　（Ｇ＋
Ｙｌｌ　）の色分解フィルタの位置を置き換えたような
例が考えられる。この変形例の特性は第１の実施例と同
じであり、製造上の難易などで選択をすればよい。

また第１〜第４の実施例の第２の変形として、例えば第
４の実施例でＹ５やＹ４信号の高域からバンドパスフィ
ルターで変調された色差信号を抜き取る例がある。ここ
でこの変調の周波数がＮＴＳＣ方式のサブキャリヤと一
致するような方法とすると、色差信号を外部回路で変調
する必要がなく信号処理が容易となる。

さらに、以上のすべての実施例では色信号あるいは色差
信号を得るために、垂直絵素間の加減算が不要である色
分解フィルタの配置を示したが、色分解フィルタの水平
・垂直配置を置き換えて、水平絵素間の加減算が不要で
ある配置とすることが可能である。こうすると、無彩色
の水平エツジに生じるにせ色信号を低減、あるいは零と
することができる。

なお本発明では加算して輝度信号を得るための信号、例
えは第１の実施例ではＴ（Ｗ＋Ｃｙ）。

；（Ｇ＋Ｙｏ）、７（Ｃ，＋Ｇ）、Ｔ（Ｗ＋Ｙｏ）。

の無彩色被写体に対する信号量比のばらつきがＷ　、　
Ｃｙ、　Ｙ、　、　Ｇの信号量比のばらつきより小さい
ため輝度信号に生じるモアレがＷ　、ｃｙｓ　ｙｏＩＧ
の色分解フィルタを用いたものより小さくなるという効
果もある。これについても参考文献２を参照していただ
きたい。

〔発明の効果〕

本発明によれば加算して輝度信号を得るための信号の各
々のくり返し周期が短かくなるため、広帯域の輝度信号
を得ることができる。また色信号（色差信号）を得るた
めの減算を水平・垂直の一方向のみとすることができる
ため、垂直あるいは水平の無彩色エツジに生じるにせ色
信号（にせ色差信号）を小さくしたり、零にしたりする
ことができる。なお本発明では上記効果を得るための色
分解フィルタの位置合せ精度が、現状で確立されている
ひとつの受光セルにひとつの色分解フィルタを合わせる
程度で良い。

【図面の簡単な説明】

第１図と第１０図は本発明の一実施例の固体撮像素子の
受光面における受光セルと色分解フィルタの配列を示す
模式図、 第２〜第６図は本発明の第１．第３の実施例を説明する
ための分光特性図、 第７〜第９図は本発明の第２．第４の実施例を説明する
ための分光特性図である。 １・・・受光セル、 ２〜９・・・色分解フィルタ。 第２１！１　　　　　　　第５已 秦４目　　　　　　　発５図 ３ｓＯ＄　４５１７　ｍ　５ｆＯ−≦Ｉτσ’　　　　
１５０４１Ｘ７　ａ７　ＪＸ）　ｍ　６００６Ｘ）　ｇ
。 修〜　　　　　　　　　　　　　　　（ｊＬ幻第１０目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光電変換素子群と、該光電変換素子群に複数種の光
   学フィルタを具備した固体撮像装置において、第１の光
   学フィルタを設けた光電変換素子（Ｐ＿１）から得られ
   る信号（Ｓ＿１）と第２の光学フィルタを設けた光電変
   換素子（Ｐ＿２）から得られる信号（Ｓ＿２）と、第３
   の光学フィルタを設けた光電変換素子（Ｐ＿３）から得
   られる信号（Ｓ＿３）と第４の光学フィルタを設けた光
   電変換素子（Ｐ＿４）から得られる信号（Ｓ＿４）につ
   いて、 Ｓ＿１とＳ＿２の加算信号とＳ＿３とＳ＿４の加算信号
   はそれぞれ輝度信号であり、 Ｓ＿１とＳ＿２の減算信号（Ｃ＿１）が第１種の色信号
   、Ｓ＿３とＳ＿４の減算信号（Ｃ＿２）が第２種の色信
   号であることを特徴とする固体撮像装置。