JPS63138895A

JPS63138895A - 撮像素子

Info

Publication number: JPS63138895A
Application number: JP61284190A
Authority: JP
Inventors: Kunio Imai; 邦雄今井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1988-06-10
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JP2554063B2

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］この発明は、テレビジョンカメラに用いる固体撮像素子
に関し、特にカラーフィルターを用いないでひとつの光
学画素から、複数の色成分を分離可能に得るカラー撮像
素子に関する。

［従来の技術］現在、民生用ビデオカメラは小型、軽量、安価といった
要求からひとつの平面撮像素子からカラー画像を作り出
す方法が取られているが、これには、色再現がよくない
とか色のモワレや偽信号が出るなど画質上改善すべき問
題が残っている０本来、輝度情報と色情報は光学像の同
一画素から得るべきであるが、現実には、平面的に配置
した複数の着色画素から演算を行ってこれらの情報をそ
れぞれ独立に得ていることに上述した問題の根本的な原
因があると考えられる。

例えば、従来例のひとつとして、第４図に示すカラーフ
ィルター配列の撮像素子の場合について説明する。第４
図は緑の補色であるマゼンタ（Ｍｇ）　、赤の補色であ
るシアン（Ｃｙ）、青の補色である黄（Ｙｅ）のフィル
ターおよび３原色のひとつ緑（Ｇ）のフィルターで覆わ
れた画素から成る。これら相隣る４画素から輝度信号と
色信号を次のようにして得る。すなわち、３原色の成分
、緑、赤および青をそれぞれＧ、Ｒおよび８であられす
と輝度信号と色差信号は次式で示される。

輝度信号はＹ　＝　Ｍｇ＋　Ｇ　＋　Ｃｙ＋　Ｙｅ−３Ｇ＋　２８
＋　２Ｂ　　　　（１）色差信号は一方、ＮＴＳＣやＰＡＬなどの方式では輝度信号と色差
信号は次のように表わされる。すなわち輝度信号　Ｙ＝
０．５９Ｇ　＋０．３ＯＲ＋Ｏ，ｌＩＢ　　（３）色差
信号ＮＴＳＣ方式についてはさらに反時計方向に３３°回転
した！およびＱ軸の座標に変換する必要がある。

第（２）式と第（４）式を比べてみれば明らかなように
、第４図のカラーフィルターの場合、第（４）式のトＹ
に対応する第（２）式の信号は２Ｒ−ＧでありＢ成分を
含んでおらず、また第（４）式のＢ−Ｙに対応する第（
２）式の信号は２Ｂ−ＧでありＲ成分を含んでいない。

したがって第４図に示すカラーフィルター配列の場合、
ＮＴＳＣやＰＡＬで要求される正しい色再現ができない
、正しい色再現を得るには相隣る４画素から３原色成分
Ｒ，Ｇ、Ｂを一旦取出して、それから輝度信号と色差信
号を作らなければならないが、これを実行するには回路
規模がさらに大きくなる。

一方、放送・業務用のカメラは第５図に示すように三つ
の撮像素子を用いている。レンズ２０１を通して得られ
た映像を色分解光学系、例えばダイクロイックプリズム
２１０で３原色Ｂ、Ｒ，Ｇに分解し、それぞれ三つの撮
像素子２２１．２２２．２２３で検出する。つまり映像
を構成する全ての光学画素がそれぞれ３原色成分に分解
される。そして、１画素毎の３原色信号から輝度信号と
色差信号を作り出している。白色光に対して１画素毎か
ら得られる映像信号の３原色成分が等しくなるように光
学系および撮像素子の分光感度比率を補正したのち、第
（３）式で示す輝度信号と第（４）式で示す色差信号を
得ているので正しい色再現が得られる。

しかし、この方式にもひとつの問題がある。それは、本
質的にレジストレーションずれ（Ｒ，Ｇ、Ｂの色ずれ）
の問題をもっていることである。これを第６図を用いて
説明する。プリズムによって分解された３原色成分Ｂ、
Ｒ，Ｇは三つの撮像素子２２１゜２２２．２２３の間で
、全ての画素について一致していなければならない、す
なわちレンズを通してプリズムに入射する画像面の着目
する画素について撮像素子２２１，２２２．２２３の座
標（Ｘｓ　、Ｙａ）　ｌ　（ｘｎ　、ｙＲ）　ｌ　（Ｘ
ｓ　。

ｙａ）が全て等しい、つまり次式が成立つ必要がある。

ｘａ　＝ＸＲ＝ＸＧ　　かつ　ｙａ　＝’／ｌｔ　−’
／ａ　　（５）この条件が崩れるとレジストレーション
ずれが起こる。撮像管の場合はこれを電気的に補正する
ことができる。すなわちＲ，Ｇ、Ｂの画面の中の輪郭を
抽出してそれらの時間差を検出し、走査ビームを偏向す
る鋸歯状波の直流分をその時間差に対応して制御するこ
とで補正される。

しかし、固体撮像素子の場合は電気的に制御することが
できない、固体の場合、撮像管のターゲットの充電変換
ＩＩＩ（サチコン膜等）のように画素が連続しているわ
けではなく１画素ずつ孤立していてその絶対位置が決っ
ているので機械的に撮像素子を勅かして合せるよりほか
に方法がない。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上述した従来の欠点、すなわち色再現が不正確
であること、およびレジストレーションずれを解決でき
、しかも回路構成の簡単なカラー撮像素子を提供するこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］このような目的を達成するために、本発明のカラー撮像
素子は光の入射窓と入射窓より入射した光を複数の色に
分解する色分解光学系と、複数の色に分解された光を別
々に電気信号に変換する光電変換部により構成された光
学画素を複数個平面内に設けたことを特徴とする。

［作　用］本発明によれば民生用のビデオカメラの色再現性を３管
（板）並みに向上させ、その上複雑な色信号処理回路が
不要となるので、調整工数の削減をもたらす。

また、本発明によれば放送・業務用ビデオカメラもひと
つの撮像素子（すなわち単板）で実現できる。３管（板
）の高画質を維持しつつ、レジストレーションずれが全
く起こらない信頼性の高いビデオカメラを実現すること
ができる。

［実施例］以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に画素構成の実施例を示す。同図において破線で
囲んだ全体４００がひとつの画素を示している。ひとつ
の画素への入射光線は窓４１０によフて制限される。窓
４１０は余分の光が映像に悪影響を及ぼさないために設
けられる。この窓を通過して入射した光線４０１は色分
解光学系４２０に入る。

色分解光学系４２０は次のように構成されている。

すなわち、入射光線に対して４５°の角度をなし、青の
成分を反射し、緑および赤の成分を透過させるダイクロ
イックミラー４２１、ダイクロイックミラー４２１より
反射された光線に対して４５°の角度をなし全反射をす
るミラー４２２．ダイクロイックミラー４２１を通過し
た光線に対して４５′の角度をなし、赤の成分を反射し
、残り（緑）の成分を透過する第２のダイクロイックミ
ラー４２３．ダイクロイラミクラ−４２３の反射光線に
対して４５°の角度をなし、赤成分を全反射するミラー
４２４より構成されている。この色分解光学系４２０で
３原色に分解された光は光電変換部４３０で電気信号に
変換される。

色分解光学系４２０に入射した光線は次のように分解さ
れる。すなわち、入射光４０１は第１のダイクロツクミ
ラー４２１により青（Ｂ）成分が反射され、緑および赤
が通過する。ダイクロイックミラー４２１により反射さ
れた光（青）はミラー４２２により反射されて光電変換
素子４３１に入射し、電気信号に変換され、青（Ｂ）の
成分が取り出される。第１のダイクロイックミラー４２
１を通過した光は第２のダイクロイックミラー４２３で
赤成分が反射され、さらにミラー４２４で反射されて光
電変換素子４３３に入射し電気信号に変換され、赤（Ｒ
）の成分が取り出される。そして、第２のダイクロイッ
クミラー４２３を通過した光は光電変換素子４３２に入
射し、電気信号に変換され、緑（Ｇ）の成分が取り出さ
れる。なお、Ｒ，Ｇ、Ｂ以外の色に分解しても良いこと
は言うまでもない、また、３色でなく２色でも良い。

光電変換素子としてＣＣＤ型あるいはＭＯＳ型さらに従
来より撮像管のターゲツト面に用いられている酸化鉛Ｐ
ｂＯや三硫化アンチモン（ＳｂｚＳｓ）あるいはセレン
を主材料とした光電変換膜を用いてもよい。ただし、光
電変換膜の場合、Ｒ，Ｇ、Ｂｍ６光電変換部が絶縁され
ていなければならない。

光電変換素子からの信号の読み出し方について第２図を
用いて説明する。

第２図において、５０１は光が入射する側の透明電極を
示し、例えば酸化スズ（ＳｎＯ□）を用いる。

５０２は反対側の電極を示している。これら電極の間に
挟まれている５１０はひとつのカラー成分画素を示す、
５２！は画素の信号を読出すスイッチ、５２２は読出さ
れた信号電流を電圧に変換する負荷抵抗、５２３は電源
を示す。

１画素あたりの光電変換部５１０は電気的にはコンデン
サに並列に高抵抗が接続されているのと等価と見なされ
る。また、この並列抵抗は可視光が入射すると光の強さ
が大きいほど抵抗値が小さくなる゛特性を有している０
画面走査はこの画素と直列に接続されるスイッチ５２１
を例えば１７３０秒または１７６０秒に一度の割合で閉
じることにより行われる。

スイッチが閉じられると電源５２３から負荷抵抗５２２
を介して光電変換部５１０のコンデンサを充電する。こ
の充電電流は、コンデンサの電荷が少ない状態（電圧が
低い状態）のとき大ぎい。入射光が強いとき抵抗値が小
さくなるので放電時定数が小さくなる。その結果、電荷
の放電が大きくなり、電荷の少ない状態となりスイッチ
を閉じたとき充電電流が大きく流れ負荷抵抗の両端に大
きな電圧が得られる。

この画素を水平、垂直方向に配置して全体でひとつの撮
像素子とする。

第３図に実施例を示す０図において、６１Ｇは撮像素子
、６５０〜６５２は第１図に示した１画素、６７０〜６
７２は各光学画素から３原色信号を読み出すためのスイ
ッチ、６６１．６６２および６６３は各画素から３原色
信号を読み出すための母線、６２１，６２２゜６２３は
信号母線から読み出した信号電流を電圧に変換する負荷
抵抗、６２４はこれら負荷抵抗を介して画素の容量分に
電流を供給するための電源、６３１．６３２．６３３は
３原色信号電圧を増幅するための増幅器を示す０画面の
走査は画素ｌ！５０の信号をスイッチ６７０を構成する
三つのスイッチを同時に閉じることにより３原色信号を
同時に読み出し、続いて隣りの画素６５１の信号をスイ
ッチ６７１を閉じることにより読み出す、この動作を繰
り返すことにより１画面の信号を読み出すことができる
。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、民生用ビデオカメ
ラの画質を３管（または板）カメラ並みに向上させ、そ
の上複雑な色信号処理回路が不要となるので調整工数の
削減−をもたらす。

また、本発明によれば、放送・業務用ビデオカメラもひ
とつの撮像素子（すなわち単板）で実現でき、３管（板
）カメラの高画質を維持しつつ、レジストレーションず
れの全く起こらない信頼性の高いビデオカメラが実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像素子の１画素分の断面図、第２図は第１図に示した３原色光電変換部の１原色あた
りの光電変換部からの信号読出しの説明図、第３図は本発明による撮像素子から１画面の信号を読出
す方法を説明する図、第４図は従来の民生用ビデオカメラの撮像素子の一例に
おけるカラーフィルター配列図、第５図は従来の放送・
業務用ビデオカメラの色分解光学系と撮像素子の配置を
示す図、第６図は第５図に示す撮像系のレジストレーシ
ョンずれを説明する図である。２０１・・・レンズ、２１０・・・ダイクロイックプリズム、２２１．２２２
，２２３・・・撮像素子、４００・・・画素、４０１・・・入射光、４１Ｇ・・・窓、４２０・・・色分解光学系、４２１．４２３・・・ダイクロイックミラー、４２２．
４２４・・・ミラー、４３０・・・光電変換部、４３１．４３２，４３３・・・光電変換素子、５０１・
・・透明電極、５０２・・・電極、５１０・・・カラー成分画素、６１０・・・撮像素子、６３１．６３２，６３３・・・増幅器、６５０．８５１
．６５２・・・画素、８６１．６６２，６６３・・・母線、６７０．６７１，６７２・・・スイッチ。第１図第２図第５図第６図環１魚素子撮イ象」−ヒ子

Claims

【特許請求の範囲】

光の入射窓と該入射窓より入射した光を複数の色に分解
する色分解光学系と、複数の色に分解された光を別々に
電気信号に変換する光電変換部により構成された光学画
素を複数個平面内に設けたことを特徴とするカラー撮像
素子。