JPS631277A - 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に関するものであり、特
に単一の固体撮像素子とその受光画素に合わせたカラー
フィルタを用いて、色差順次方式でカラー信号を得るカ
ラー固体撮像装置に於いて、固体撮像素子を駆動するパ
ルスを切り換える事により、フレーム読しとフィールド
読み出しの切り換えが可能なカラー固体撮像装置を提供
するものである。

従来の技術 固体撮像素子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受る方法
を第３図〜第５図を用いて説明する０ 壕ずフレーム読出しに関して説明する。第３図に於いて
、２次元に配された受光画素１５に対応して、ａライン
では第１の受光画素には黄Ｙｅフィルタ１６とマゼンタ
Ｍｑフィルタ１７の分劃フィルタを配置し、水平方向の
次の受光画素にはシアンＣ７フィルタ１８と緑Ｇフィル
タ１９０分割フィルタを配置し、交互に順次配列した色
フイルタ列を、ｂラインは、Ｃラインと同じく順次配列
した色フイルタ列を、Ｃラインは、第１の受光素子には
黄Ｙｅフィルタ１６と緑Ｇフィルタ１９の分割フィルタ
を配置し、水平方向の次の受光画素にはシアンＣ７フィ
ルタ１８とマゼンタＭｑフィルタ１７の分割フィルタを
配置し、交互に順次配列した色フイルタ列を、Ｃライン
はＣラインと同じく順次配列した色フイルタ列を、ｅ、
ｆラインは、ａ、ｂラインと同じく順次配列した色フイ
ルタ列を、以下”　ｌ　ｂ　ｌ　Ｃ１Ｃラインの色フイ
ルタ列の繰り返しで、固体撮像素子の全画素に色フイル
タ列を順次配置している。また図に於いて、ｎ（Ｈ）は
奇数フィールドを示しｎ■′は偶数フィールドを示して
いる。

上記の構成による撮像素子とカラーフィルタの組み合せ
で、カラーテレビ信号を受る方法を第３図及び第４図を
用いて説明する０ 第３図に於て、第１フィールドｎ■は、ａの水平ライン
のフォトダイオードを読み出す。その信号Ｓｎは、 Ｓｎ　＝　（（Ｙｅ＋Ｍｇ　）＋　（Ｃｙ＋Ｇ））＋　
１（Ｙｅ＋Ｍｇ　）−（Ｃｙ＋Ｇ）ｌ　ｓｉｎωｔ＝（
２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）−（Ｇ−２Ｒ）　ｇｉｎωｔ　−−
−−−−（１）となり、第１フィールドｎ＋１（ＥＪは
、Ｃの水平ラインのフォトダイオードを読み出すからそ
の信号Ｓｎ＋１は Ｓｎ＋１’＝（（Ｙｅ＋Ｇ）＋（Ｃｙ＋Ｍｇ月十（（Ｙ
ｅ＋Ｇ）　　（Ｃｙ＋Ｍｑ））ｓｉｎｕｔ＝（２Ｒ＋３
Ｇ＋２Ｂ）＋（Ｇ−２Ｂ）ｓｉｎＯＪｔ　　−（２）と
なる。

同様にして、第２フィールドｎ（ト）′の信号ＳＸはＳ
ｎ’＝（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）−（Ｇ−２Ｒ）ｓｉｎωを
第２フィールドｎ＋１（ト）の信号Ｓｎ＋１′はＳｎ＋
イ＝（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）＋（Ｇ−２Ｂ）ｓｉｎωｔと
なる。

（１）式、（功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５ｙ＝２Ｒ＋３Ｇ＋３Ｂ
であり、また色信号成分は、Ｓｎからは（Ｇ−２Ｒ）　
５ｉｎａ＋ｔ　　で、Ｓｎ＋１からは（Ｇ−２８）ｓｉ
ｎωｔで表わされる色信号成分が得られる。

第４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
４図に於いて、１は前記の固体撮（？素子、２はローパ
スフィルタ、３はバンドパスフィルタ、４は同期検波回
路、６は１水平期間遅延回路、６は１水平周期スイッチ
回路、７は変調回路、８は加算器、９は出力端子、１ｏ
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１から得られた信号
はローパスフィルタ２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８へ供給する。−方固体
撮像素子１の出力信号はカラーフィルタの繰り返し周波
数を中心通過半載とするバンドパスフィルタ３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）ｓｉｎω
ｔの成分を、””ｎ＋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４に供給される。同期検波器４には、パルス発生器
１ｏ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スパスフィルタ（図
示せず）によりその高調波成分を除去する事により低域
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）の色差信号を得ることが出
来る。

このようにして得られた色差信号を１水平期間遅延線５
により遅延し、その遅延した信号と遅延しない信号をス
イッチ回路６に供給し、パルス発生器から供給される水
平走査周波数の４の・・ルスにより１水乎走査毎に切り
換える事によりスイッチ回路６の出力端から（Ｇ−２Ｒ
）及び（Ｇ−２Ｂ）の２種類の色差信号を同時シて得る
。この２種類の色差信号を変調器７により色副搬送波で
変調し色信号を得る。この色信号を加算器８に供給し、
前記、輝度信号と加算する事により出力端子９からカラ
ーテレビジョン信号を得る事が出来る。ここで、パルス
発生器１０からは固体撮像素子１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までもない
。

次に、フィールド読出しに関して説明する。第５図に於
て、２次元に配された受光画素１５に対応してａライン
では第１の受光画素には黄Ｙｅフィルタ１６、水平方向
の次の受光画素にはシアンＣ７フィルタ１８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
受光画素はマゼンタＭｑフィルタ１７、水平方向の次の
受光画素には緑Ｇフィルタ１９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、図に於いて、ｎ（ロ）は奇数フィー
ルドをｎ但は偶数フィールドを示している。フィールド
読出しの場合は、隣接した２つの水平ラインを同時に水
平走査し、フォトダイオードへの信号蓄積時間と垂直走
査時間を同一にする走査方法としている。

上記の構成による撮像素子とカラーフィルタの組み合せ
で、垂直方向に＠接した２つの水平ラインのフォトダイ
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５図及び
第４図を用いて説明する。

第５図に於いて、第１フィールドｎ（５）は、ａ。

ｂの水平ラインのフォトダイオードを混合して読み出す
。その信号Ｓ　は Ｓｎ＝　（（Ｙ　ｅ＋Ｍｇ　）　＋　（Ｃｙ＋Ｇ　））
＋（（Ｙｅ　＋Ｍｇ　）−（Ｃｙ＋Ｇ）　ｌ　ｓ　ｉｎ
ωｔ＝　（２Ｒ＋３Ｇ−ｔ−２８）−（Ｇ−２Ｒ）　ｓ
　ｉｎωｔとなり（１）式と同じになる。

同様に第１フィールドｎ＋１（）ｌはｃ、ｄの水平ライ
ンのフォトダイオードを混合して読み出すのでその信号
Ｓｎ＋１は Ｓ　ｎ＋１　＝　（（Ｙｅ　＋Ｇ）　＋　（Ｃｙ＋Ｍｇ
　）　ｌ＋（（Ｙｅ＋Ｇ　）−（Ｃｙ＋Ｍｇ　）　１ｓ
ｉｎｒｖ　ｔ＝（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）＋（Ｇ−２８）ｓ
ｉｎωｔとなり（２）式と同じになる。従ってカラーテ
レビ信号を作成する信号処理は第４図に示す様にフレー
ム読出しと同じ処理で良い。

フレーム読出しの場合は、−水平ライン単独で信号を作
成するので、垂直解像度は固体撮像素子の垂直方向画素
数と、テレビジョン信号の水平走査１腺本数に応じて、
高くとれる利点があるが、固体撮像素子フォトダイオー
ドの信号蓄積時間が１フレ一ム周期となるため、フレー
ム残像が発生する欠点を有する。

また、フィールド読出しの場合は、フォトダイオードの
信号蓄積時間が１フィールドであるので、フレーム残像
が発生しない利点があるが、垂直方向に隣接した２つの
水平ラインのフォトダイオードの信号電荷を混合した後
水平走査を行なうので、垂直解像度が低下する。

発明が解決しようとする問題点 前記の様に、フレーム読出し、フィールド読み出しは互
い（で相反する利点、欠点があり、互いの利点のみを出
すために、カラー固体撮像装置上に２つの読み出しの電
気的な切り換え器を用いても第３図及び第６図で示す異
なったカラーフィルタの取り換えを行なわなければなら
ず構成上切換えは不可能であった。

本発明は、以上の点に鑑み、カラーフィルタの取り換え
を行なわずに、電気的な切換え器のみで、フレーム読み
出しとフィールド読み出しを切り換えることが可能な、
色差順次方式を用いたカラー固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は、前記問題点を解決するために、受光画素が２
次元に配された固体撮像素子と、色差信号が順次出力さ
れる様に前記固体撮像素子の一つの受光画素に対して分
割された２色の色フィルタを配置し、前記固体撮像素子
の光電変換素子としてのフォトダイオードの信号蓄積時
間を一フレーム期間とし、前記固体撮像素子の一つの水
平ライン上の信号列が一水平走査線上の信号になる様な
第１の機能と、前記フォトダイオードの信号蓄積時間を
一フィールド期間とし前記固体撮像素子の隣接した２つ
の水平ラインを同時に水平走査し、隣接した２つの水平
ラインの各画素の信号電荷を混合して読み出し、色信号
については、隣接するフィールド（隣接する第１フィー
ルドと第２フィールド又は隣接する第２フィールドと第
１フィールド）が同じ信号になる様に構成された第２の
機能とを、電気的に切り換えるように構成したものであ
る。

作　　用 本発明は上記の構成によって、唯ひとつのフィルタを備
えたものでありながら基本的には、垂直解像度に対して
有利なフレーム読み出し方式を行ない、フィード読み出
しに電気的に切り換え、感度、輝度信号の垂直解像度を
劣下させる事なく、フレーム残像のない良好なカラー画
質を得ることが出来るものである。

実施例 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明の一実施例として構成されたカラー固体
撮像装置のブロック図を示す。従来例ですでに説明した
ものは、同じ記号で示す。固体撮像素子１上の色フィル
タ配列は、第２図に示す一画素２分割フィルタの構成で
ある。１１は１フイ一ルド分の信号を記憶する１フィー
ルドメモリでアリ、１２の１フィールドスイツチにより
、現信号と、１フィールド前の信号のどちらかが選択さ
れる。１３はフレーム読出しフィールド読出し切換えス
イッチで、このスイッチを電気的に切り換えることによ
り、パルス発生器１０の固体撮像素子１に於ける電荷読
み出しパルスがフレーム読出しの時は、フレーム間隔で
発生し、フィールド読出しの時は、フィールド間隔で発
生する。１４は信号切換えスイッチで、フレーム読出し
の時は、バンドパスフィルタ３０入力は固体撮像素子１
の出力がそのまま入力され、フィールド読出しの時は、
１フィールドスイツチ１２の出力が入力さする０ 次に、第２図と第１図を用（八て信号の流れを説明する
。第２図は従来例で説明した第３図と同じフィルタ配列
で、１つの受光画素に対して分割された２色のカラーフ
ィルタが配置されている。フレーム読出しの時は、すで
に従来例で説明したが、・　フィールド読出しの時は、
第１フィールドｎ（ハ）は、ａ、ｂの水平ラインのフォ
トダイオードを混合して読み出す。その信号Ｓｎは、 ５ｎ＝（αｅ　＋Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｍｇ　）＋　（Ｃｙ　＋
Ｇ＋Ｃｙ＋Ｇ　）　）＋　（（Ｙｅ＋Ｍｅ＋Ｙｅ＋Ｍｇ
）−（Ｃｙ＋Ｇ＋Ｃｙ＋Ｇ）ｌ　ｓ　ｉｎωｔ＝２　（
２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ　）　−２（Ｇ−２Ｒ）　ｓ　ｉｎω
ｔ　−・（３）となり（１）式と同じ構成となる。

同様に第１フィールドｎ＋１（ハ）はｃ、ｄの水平ライ
ンのフォトダイオードを混合して読み出すのでその信号
Ｓｎ＋１は、 Ｓｎ＋１＝ｉ（Ｙｅ＋Ｇ＋Ｙｅ＋Ｇ）＋（Ｃｙ＋Ｍｇ＋
Ｃｙ＋Ｍｇ）］＋　（（Ｙｅ十〇＋Ｙｅ＋Ｇ）−（Ｃｙ
＋Ｍｇ＋Ｃｙ＋Ｍｇ）ｌ　ｓ　ｉｎωｔ＝２（２Ｒ＋３
Ｇ＋２Ｂ）＋２（Ｇ−２Ｂ）ｓｉｎωｔ・・（４）（！
：なり（層成と同じ構成となる。

次に第２フィールドｎ（Ｈ）ｔｊ　ｂ　、　ａの水平ラ
インのフォトダイオードを（混合して読み出すのでその
信号Ｓｎ′は Ｓ　’＝（（Ｙｅ＋Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ）　＋（Ｃｙ＋Ｇ＋
Ｃｙ＋Ｍｇ　）　）＋　（（Ｙｅ＋Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ）−
（Ｃｙ＋Ｇ＋Ｃｙ＋Ｍｇ）ｌ　ｓ　ｉ　ｎωｔ＝２（２
Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）＋２（Ｒ−Ｂ）ｓｉｎωｔ　　・＝（
６））となり、低域信号成分ＳＹは５Ｙ＝２　（２Ｒ＋
３Ｇ＋２Ｂ）テ３）式、（殉式と同じであるが、色信号
成分２　（Ｒ−Ｂ　）　ｓｉｎωｔは、（３）式、（４
）式と全く異なった形である。

同様に、第２フィールドｎ　＋　１　（）１４″ｊ：、
ｄ、ｅの水平ラインのフォトダイオードを混合して読み
出すのでその信号Ｓｎ＋１′は Ｓｎ＋了＝　（（Ｙｅ＋Ｇ＋Ｙｅ＋Ｍｇ　）＋　（Ｃｙ
＋Ｍｇ＋Ｃｙ　十Ｇ））＋　（（Ｙｅ＋Ｇ＋Ｙｅ　＋Ｍ
ｇ　）−（Ｃｙ　十Ｍｇ十Ｃｙ＋Ｇ）ｌ　ｓ　ｉ　ｎθ
ノｔ＝２　（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ　）＋２　（Ｒ−Ｂ　）
　ｓ　ｉｎωｔ　−（６）となり、低域信号成分ＳＹは ５Ｙ＝２（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）で（３）式、（４）式と
同じであるが色信号成分２（Ｒ−Ｂ）ｓｉｎθ＞１は全
く異なった形である。ここで第２フィールドの色信号成
分を第１図に示す１フィールドメモリ１１と１フィール
ドスイツチ１２を用いることにより、第１フィールドの
色信号成分を遅延させることにより Ｓｎ’＝２（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）−２（Ｇ−２Ｒ）ｓｉ
ｎωＳｎ＋４＝２　（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ　）＋２（Ｇ−
２Ｂ）　ｓｉｎωとする事が出来、色信号成分も第１図
に示す信号処理によりカラーテレビジョン信号に変換す
ることが出来る。

発明の詳細 な説明した様に、本発明のカラー固体撮像装置は、１画
素２分割のカラーフィルタと１フィールドメモリを用い
て、電気的なスイッチで素子駆動パルスを切換えること
ができ、基本的にはフレーム読出しで撮像し、低残像が
必要な撮影の時には、フィールド読出しに切換えて動作
させることによって感度、輝度信号の垂直解像度は劣化
せず、フレーム残像をなくすことが可能であるから、状
況により良好なカラー画質を得ることができるという優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のフレーム読出し。 フィールド読出し切り換え可能なカラー固体撮像装置の
ブロック図、第２図は本発明のカラーフィルタの配置図
、第３図は従来のフレーム読出しのカラーフィルタの配
置図、第４図は従来のカラー固体撮像装置のブロック図
、第５図は従来のフィールド読出しのカラーフィルタの
配置図である。 １・・・・・・固体撮像素子、１０・・・・・・パルス
発生器、１１・・・・・・１フィールドメモリ、１２・
・・・・・１フィールドスイツチ、１３・・・・フレー
ム読出しフィード読出し切換スイッチ、１５・・・・・
・受光画素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光画素が２次元に配された固体撮像素子と、色差信号
   が順次出力される様に前記固体撮像素子の一つの受光画
   素に、分割された２色の色フィルタを配置し、前記固体
   撮像素子の光電変換素子としてのフォトダイオードの信
   号蓄積時間を一フレーム期間とし、前記固体撮像素子の
   一つの水平ライン上の信号列が一水平走査線上の信号に
   なるような第１の機能と、前記フォトダイオードの信号
   蓄積時間を一フィールド期間とし、前記固体素子の隣接
   した２つの水平ラインを同時に水平走査し、隣接した２
   つの水平ラインの各画素の信号電荷を混合して読み出し
   、色信号については隣接するフィールド（隣接する第１
   フィールドと第２フィールド又は隣接する第２フィール
   ドと第１フィールド）が同じ信号になるように構成され
   た第２の機能とを、電気的に切り換えるように構成した
   ことを特徴とするカラー固体撮像装置。