JPS63161793A - 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】 〔発明の目的〕 （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、特に電子
スチルカメラに使用されるものである。

（従来の技術） カラー固体撮像装置は入射光の光電変換を行うフォトダ
イオードを多数マトリクス状に配設した画素部に色フィ
ルタを備え、三色の信号を多重化の形態で取り出すもの
である。このようにして取出された多重化信号は復調回
路によって三原色信号として、あるいは後述するように
輝度信号および色差信号のような三原色信号と等価な信
号に変換され、標準テレビ信号が合成される。

色フィルタとしては補色色差線順次形フィルタと称され
るものが現在多くの製品に用いられている。

第３図はその一例を示すもので、第３図（ａ）において
点線の正方形として表されたフォトダイオード上には色
フィルタが設けられている。同図中Ｙｅはイエローすな
わち緑（Ｇ）十赤（Ｒ）を、Ｃｙはシアンすなわち青（
Ｂ）十緑（Ｇ）を、Ｍｇはマゼンタすなわち青（Ｂ）十
赤（Ｒ）を、Ｇは緑を表している。このような画素部は
フィールドごとに１行ずつずれて上下２行ずつ同時に読
み出される。このような読み出し方式はフィールド蓄積
方式と称されており、その読み出し結果は走査線１につ
いては第４図（ａ）のようになり、これを３色成分で表
せば第４図（Ｃ）のように表され、さらに変化分に着目
すれば第４図（ｅ）のように表される。すなわち、２Ｒ
−Ｇの色差成分が変調された形で得られることになる。

同様に、２行ずれた走査線２についての走査結果は第４
図（ｂ）のようになり、３色成分は第４図（ｄ）に、変
化分は第４図（ｇ）にそれぞれ示される。したがって奇
数番目の走査線からは２Ｒ−Ｇの色差信号が得られ、偶
数番目の走査線からは２Ｂ−Ｇの色差信号が得られる。

なお、第４図（ａ）および第４図（ｂ）の信号を低域フ
ィルタにより平均化すれば第４図（ｆ）に示すようなり
＋３Ｇ／２＋Ｒの輝度信号が得られ、いずれの走査線に
おいても等しい輝度信号成分が得られることがわかる。

以上の動作は１７６０秒ごとに１行ずつ読み出し行をず
らせて奇数フィールドでは１．　２．　３・・・のよう
に、偶数フィールドでは１’、２’、３’・・・のよう
に交互に読み出しが行われる。

第５図に色差順次方式の信号処理回路の概略構成を示す
。レンズ５１、赤外線カットフィルタ５２、水晶ローパ
スフィルタ５３を経て色分離フィルタ５４を有するＣ　
ＣＤ　５５’に人力される。ＣＣＤ５５により得られた
信号はＬＰＦｈ５６および処理部５９によって輝度信号
を得、また、ＢＰＦ５７および検波器６０によって色差
信号を得ている。さらに色差信号はホワイトバランサ６
２においてＣＣＤ信号をＬＰＦ、５８および処理部６１
により得られた信号をもとにホワイトバランスをとって
ＩＨ切替器６４により遅延回路６３で遅延させたものと
させないものとを切替えるようにし、平衡変調器６６を
経て混合器６５で混合およびγ補正を行ってＮＴＳＣ信
号を出力するようにしている。なお、ＣＣＤ５５はロジ
ック回路６７から出力された信号をもとにＣＣＤドライ
バ６８によって駆動される。

以上のようなフィールド蓄積方式は通常のテレビジョン
カメラのように光入力が連続的である場合には読み出し
に全く問題を生じないが、電子スチルカメラのようにシ
ャッタによる一瞬の光入力しかないカメラの場合には、
奇数番目の走査信号の読み出しが終了した時点ですべて
の信号電荷が読み出されて消滅してしまうため、偶数番
目の走査出力がなくなるという問題がある。

この問題を解決するために、第３図（ｂ）に示すような
構成の色フィルタが提案されている。すなわち、感光画
素部の光電変換部を奇数および偶数の走査線に対応させ
て分割して設け、１フイールドで読み出される各画素部
に２種類の色フィルタを形成するようにしている。この
ようなカラー固体撮像素子において隣接する２行分の色
フィルタについて１／３０秒ごとに信号を取出し、偶数
フィールドにおいて１，２．３・・・、奇数フィールド
において１’　、２’　、３’・・・のように読み出す
ことにより完全なインターレース信号が得られることに
なる。この方式はフレーム蓄積方式と称されている。

第６図（ａ）は、上述のようなカラー固体撮像装置にお
ける色フィルタの構造を示す平面図であり、同図（ｂ）
　、　（Ｃ）　、　（ｄ）は断面図である。第６図（ｂ
）に示すように、半導体基板１０１内にフォトダイオー
ド１０２が形成され、この上に絶縁膜１０３を挟んで第
１の色フィルタ１０４および第２の色フィルタ１０５が
形成されている。第６図（ａ）の平面図に示されている
ように、１つのフォトダイオードの受光面は２つの部分
に分割され、一方は第１の色フィルタ１０４により、他
方は第２の色フィルタ１０５により、それぞれ覆われて
いる。このようにして、各フォトダイオードの受光面を
２種類の色フィルタで覆えば、第３図（ｂ）に示すよう
なカラー固体撮像装置が形成できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、第６図（ｂ）に示した構造は理想的なも
のであって、実際には２つの色フィルタをこのように同
一平面上に形成することは、不可能である。したがって
、従来の装置では、第６図（Ｃ）に示すような二層構造
が採られている。すなわち、まず第１の色フィルタ１０
４を下層として形成した後、中間層１０６を形成し、続
いて第２の色フィルタ１０５を上層として形成する。と
ころが、このような構造では、第１の色フィルタ１０４
の端部と第２の色フィルタ１０５の端部とが、フォトダ
イオード１０２の受光面の分割線上で正確に隙間なく合
わさるように、各色フィルタを形成しなければならない
。このため、かなり高精度な位置制御が必要になるが、
一般に製造工程上でのマスク合せのずれ、傾きなどの影
響があるため、高精度な位置合せは非常に難しくなる。

特に、貼り合せ色フィルタを用いる場合には、貼り合せ
用の接着剤層の不安定さが加わるために、位置合せ精度
はさらに低下することになる。

第６図（ｄ）に示すように、下層となる第１の色フィル
タ１０４を受光部の全面に、上層となる第２の色フィル
タ１０５を受光部の−・方の分割面に、それぞれ形成す
ることができれば、製造工程時の位置制御は非常に容易
になるが、従来のカラー固体撮像装置では次のような理
由から、このような構造を採ることができない。まず、
第７図のグラフを参照する。第７図（ａ）〜（ｄ）は、
第６図（ｂ）に示す理想的な構造において、第１の色フ
ィルタ１０４および第２の色フィルタ１０５の組合わせ
が、それぞれＹｅ／Ｍｇ５Ｇｙ／ＧＳＣｙ／Ｍｇ。

Ｙｅ／Ｇである場合のフォトダイオード１０２の分光特
性を示すグラフである。ところが、第６図（ｄ）に示す
構造では、このような分光特性を得ることができないの
である。たとえば、Ｙ　ｅ　／　Ｍ　ｇの組合わせを第
６図（ｄ）に示す構造にすると、青（Ｂ）が第１の色フ
ィルタ１０４によって受光面の全領域においてカットさ
れてしまうため、青（Ｂ）の波長域については透過率が
０％となってしまうのである。このため、従来のカラー
固体撮像装置では、色フィルタを第６図（ｄ）の構造で
形成することはできず、結局第６図（Ｃ）の構造を採ら
ざるを得なかったのである。したがって、前述のように
精度良い位置合せが必要とされ、製造が非常に困難とな
っていたのである。

そこで本発明は、製造時の位置合せ精度が比較的低くで
き、容易に製造を行うことが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〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、二次元平面状に配列された複数の光電変換部
を有し、この各光電変換部の受光面を２分割し、それぞ
れの分割面に透過波長の異なる２種類の色フィルタを設
けたカラー固体撮像装置において、 各光電変換部の受光面の全領域を覆う第１の色フィルタ
層と、受光面の一方の分割面のみを覆う第２の色フィル
タ層とにより２種類の色フィルタを形成し、かつ、第２
の色フィルタ層を原色のフィルタとし、第１の色フィル
タ層を原色の加色混合として得られる補色のフィルタと
し、製造時の位置合せ精度を比較的低くできるようにし
たものである。

（作　用） 本発明によれば、受光面の全領域を原色の色フィルタで
覆い、分割面のみを補色のフィルタで覆うようにしたた
め、従来のカラー固体撮像装置と同様の分光特性を得る
ことができる。しかも、２つの色フィルタ層を上下二層
に形成することが可能なため、比較的低い位置合せ精度
で製造が可能となる。

（実施例） 以下、本発明を図示する一実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るカラー固体撮像装置
の平面図である。ここで、第３図（ｂ）と同様に、各フ
ォトダイオードは点線の正方形として表されており、こ
の上に色フィルタの層が設けられている。その断面構造
は第２図の断面図に明示されているように、半導体基板
１０１内にフォトダイオード１０２が形成され、絶縁膜
１０３を挟んで第１のフィルタ層１０４が設けられてお
り、この上に中間層１０６を挟んで、第２のフィルタ層
１０５が形成されている。ここで、第１のフィルタ層１
０４は、フォトダイオード１０２の受光面の全領域を覆
うように形成されており、第２のフィルタ層１０５は、
受光面の半分に分割された一方（図では右側分割面）の
みを覆うように形成されている。このような構造は、前
述した第６図（ｄ）の構造に相当するものであり、比較
的低い位置合せ精度で製造が可能である。

なお、第１図に示す平面図における色表示は、上方から
見て露出している色フイルタ部分の色のみを表示したも
のであり、実際には各フォトダイオードの左半分に示さ
れた色の色フィルタ層は、右半分に示された色の色フィ
ルタ層の下層に潜りこんでいることになる。たとえば、
第１図の左上のフォトダイオードでは、Ｗと示された白
色の色フィルタ層（第１の色フィルタ層１０４）は、Ｒ
と示された赤色の色フィルタ層（第２の色フィルタ層１
０５）の下の領域にまで延びていることになる。この様
子は第２図の断面図より容易に理解できよう。この第１
図に示す本発明に係る装置の色配列を第３図（ｂ）に示
す従来装置の色配列と比較すると、本発明の特徴がはっ
きりする。第１図の配列では、各フォトダイオードにつ
いて、図の右側に示された色フィルタ層（第２の色フィ
ルタ層１０５）は、常に原色（Ｒ，Ｇ、　Ｂ）の色フィ
ルタ層であり、図の左側に示された色フィルタ層（第１
の色フィルタ層１０４）は、原色の加色混合として表さ
れる補色（Ｗ−Ｒ＋Ｇ＋Ｂ、Ｙｅ−Ｒ＋Ｇ、Ｃｙ■Ｇ十
Ｂ）の色フィルタ層である。

このような色配置を行うことにより、本装置では従来装
置と同様の分光特性を実現できる。たとえば、第１図の
左上のＷ／Ｈの組合わせでは、従来装置のＹ　ｅ　／　
Ｍ　ｇの組合わせと同じ分光特性を得ることができるの
である。すなわち、従来のＹｅ／Ｍｇの組合わせでは、
（Ｒ＋Ｇ）＋　（Ｒ＋Ｂ）−２Ｒ＋Ｇ＋Ｂという第７図
（ａ）に示す分光特性が得られ、本装置のＷ／Ｈの組合
わせでは、（Ｒ＋Ｇ十Ｂ）＋Ｒ−２Ｒ＋Ｂ＋Ｇとなり、
やはり第７図（ａ）に示す分光特性が得られるのである
。結局、第１図の色配置を有する本装置は、第３図（ａ
）に示す色配置を有する従来装置と全く同じ分光特性を
有することになる。したがって、従来装置と全く同様に
画像の形成が可能である。

【発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば、カラー固体撮像装置にお
いて、受光面の全領域を原色の色フィルタで覆い、分割
面のみを補色のフィルタで覆うようにしたため、２つの
色フィルタ層を上下二層に形成することが可能になり、
従来のカラー固体撮像装置と同様の分光特性を確保しつ
つ、比較的低い位置合せ精度で製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るカラー固体撮像装置の
平面図、第２図は第１図に示す装置の−光電変換部の断
面図、第３図は従来のカラー固体撮像装置の平面図、第
４図は第３図に示す装置における読出し走査時の色別読
出し特性を示す図、第５図は一般的なカラー固体撮像装
置からの読出し信号の処理系のブロック図、第６図は一
光電変換部の構成を示す断面図、第７図は従来のカラー
固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。 １０１・・・半導体基板、１０２・・・フォトダイオー
ド、１０３・・・絶縁膜、１０４・・・第１の色フィル
タ層、１０５・・・第２の色フィルタ層、１０６・・・
中間層。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ３面の浄貨（内容に変更なし： 第１図 （ｂ）　　　　　　　（ｄ）　　　　　　　（＃）１７
」 ０ｌ （（１）　　　　　　　　　　　　　Ｃｂ）（ｃ）　　
　　　　　　　　　　（ｄ）第７図 手続ネ１１３正書 昭和６２年２月５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次元平面状に配列された複数の光電変換部を有し
   、この各光電変換部の受光面を２分割し、それぞれの分
   割面に透過波長の異なる２種類の色フィルタを設けたカ
   ラー固体撮像装置において、 各光電変換部の受光面の全領域を覆う第１の色フィルタ
   層と、前記受光面の一方の分割面のみを覆う第２の色フ
   ィルタ層とにより２種類の色フィルタを形成し、かつ、
   前記第２の色フィルタ層を原色のフィルタとし、前記第
   １の色フィルタ層を前記原色の加色混合として得られる
   補色のフィルタとしたことを特徴とするカラー固体撮像
   装置。 ２、第２の色フィルタ層が第１の色フィルタ層の上層に
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のカラー固体撮像装置。 ３、原色のフィルタが、赤、緑、青の三原色からなり、
   補色のフィルタが、シアン、黄、白からなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のカラー
   固体撮像装置。