JPS63202196A - 色分離フイルタ - 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 本発明は単板式固体カラーカメラに用いることのできる
色分離フィルタ（以下、色フィルタと略す）に関するも
のである。

従来の技術 近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラの画質改善に
はめざましいものがある。特にマゼンタ要素、緑要素、
シアン要素、黄要素から成る色フィルタを有した固体撮
像素子では、優れた撮像特性が得られる様に色フィルタ
に対して改善が図られている。

上記の色要素からなる色フィルタは、例えば、（イ）曽
根他：”フィールド蓄積モードＣＯＤの単板カラー化方
式”テレビジョン学会誌Ｖｏ１．３７．Ａ１０（１９８
３）、ＰＰ、８５５〜８６２、伸）河野他＝１完全色差
線順次単板カラー化方式“テレビジョン学会技術報告Ｖ
ｏｌ　、８．　Ｆａ　４４　１９８５年２月ＴＥＢＳ１
０１−Ｉ　　ＥＤ８３６、あるいは、（ハ）特願昭８１
−２８２４１９号などで数種類提案されている。

第５図は、特願昭６１−２８２４１９号で出願人が提案
した色フィルタの基本色配置図を示す図であり、この色
フィルタについて以下に説明する。

この色フィルタは、図示するところからも明らかなよう
に、４行２列の色配置を基本構成とするものであシ、第
１行と第３行がマゼンタ要素（Ｍ９）と緑要素ｑの組み
合せから構成され、第２行と第４行がシアン要Ｘ　（−
Ｃｙ）と黄要素（Ｙｅ）の組み合せから構成され、さら
に、緑要素が単独のシアン要素および黄要素よシも厚さ
が薄いシアン要素と黄要素との重ね合せから成っている
。また、第６図では各色要素に対応する固体撮像素子の
ホトダイオード（ＰＤ）の領域を破線で示している。第
６図に、この色フィルタの分光特性図を示す。緑要素の
特徴により、緑要素の分光透過率は単独のシアン要素と
単独の黄要素を重ね合せで作られる緑の分光透過率（第
６図の破線で示す）よシ高い。

この色フィルタを用いると、緑要素の分光透過率が高い
ため感度が上がるとともに垂直誤差が低減される。加え
て、マゼンタ要素の分光透過率でピーク値とアンダーピ
ーク値との差が大きいため、色再現性の面で、赤系統及
び緑系統の色を中心として色Ｓ／Ｎが高くなる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、図示した色フィルタでは、カラー再生時
における色分離特性及び色フイルタ作製の面で次のよう
な問題があった。

第１の問題点は、力２−再生画像において赤色とマゼン
タ色との色相差が小さいことである。すなわち、マゼン
タ、緑、シアン、黄の色要素を用いた色フィルタでは、
色分離特性においてマゼンタと赤の色相差が若干小さい
ことがわかっているが、図示した色フィルタでは、緑要
素の分光特性において、青色波長領域における分光透過
率が高いので、青とその他の色との色分離が悪くなり、
赤とマゼンタ（赤色と青色から成る色）、との色相差が
一層小さくなることである。

第２の問題点は、色フィルタの作製面に関係するもので
ある。すなわち、図示した色フィルタでは、緑を構成す
るシアン要素と黄要素の厚さがそれぞれ単独のシアン要
素及び黄要素の厚さよりものために３工程の合計６エ程
となる。一方、マゼンタ、緑、シアンおよび黄の色要素
から成る通常の色フィルタでは、染色工程は４工程、ま
た、緑要素がシアンと黄要素の単純な重ね合せで作られ
る場合、染色工程が３工程であシ、これらの染色工程数
にくらべて染色工程数が多くなる。したがって、作製時
間が長くなシ、歩留シも低下することである。

本面発は上記問題点に鑑みてなされたもので、再生画像
において垂直色誤差が低減し、高感度。

高色Ｓ／Ｎが実現できるとともに、マゼ／りと赤の色分
離特性が改善でき、染色工程数の削減が図れる色フィル
タを提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために１本発明の色フィルタは４
行２列を基本構成とし、第１行と第３行がマゼンタ要素
、緑要素、の組み合せから構成され、第２行と第４行が
シアン要素と黄要素の組み合せから構成され、さらに、
前記緑要素がシアン要素と黄要素の重ね合せから成ると
ともに、前記緑要素を構成するシアン要素の厚さが前記
シアン要素の厚さより薄く、前記緑要素を構成する黄要
素の厚さが前記黄要素の厚さと同じ厚さに選定された構
造となっている。

作　　用 この構造によれば、緑要素の透過光のうち青色光成分が
減少し、さらにフィルタの作製工程中の染色工程数が削
減できる。

実施例 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。第１図（ａ）は本発明にかかる色フィルタの基
本色配置図である。本発明の色フィルタもマゼンタ、緑
、シアン、黄の色要素から成る４行２列を基本構成とし
、緑要素がシアン要素と黄要素の重ね合せから出来てい
る。ところで、色配置に関して、第６図で示した色フィ
ルタと比較すると、第３行のマゼンタ要素と緑要素およ
び第４行のシアン要素と黄要素の配置が異なる。しかし
ながら、信号処理及び合成される映像信号は基本的に同
じである。

第１図（ロ）に本発明の色フィルタの断面構造すなわち
、第１図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。

同図において、１はシアン要素、２は黄要素、３は中間
膜、４は保護膜、モして６は透明ガラス基板である。こ
の構造では、シアン要素と黄要素の重ね合せ部が緑要素
となるが、緑要素を構成している黄要素２の上のシアン
要素の厚さが単独のシアン要素の厚さより薄くなってい
る。一方、緑要素を構成している黄要素の厚さは単独の
部分と同じである。ところで、色要素中の染料密度は一
定であることから、シアン要素の透過率は厚さによって
決まる。゛すなわち、単独のシアン要素の透過率よりも
緑要素を構成しているシアン要素の透過率の方が高いこ
とになる。

第２図に本発明の色フィルタの分光特性を示す。

上記の理由により、緑要素の分光透過率Ｇが緑色波長領
域の一部から赤色波長領域にかけて、シアン要素の分光
透過率ａｙよりも高くなっている。

次に、本発明の色フイルタ付固体撮像素子を用いた場合
の画素信号の取り出し及び特性について説明する。第３
図は本発明の色フイルタ付固体撮像素子の撮像部の一部
（６行×４列で示す）を示す図であり、固体撮像素子か
ら垂直２画素の信号が混合されて取り出される。すなわ
ち、第１フイール）”　（７）　ｎ−１行からＳＭｇ＋
Ｓｃｙ、ＳＧ＋５Ｙ１１．・・・ｎ行から８Ｍ９＋ＳＹ
ｏ、ＳＧ十Ｓｃア・・・・・・の信号が取シ出される。

ここで、ＳＭｇ、ＳＧ　、Ｓｃア、ＳＹｏは光情報がそ
れぞれマゼンタ、緑、シアン、および黄の色要素を通し
て固体撮像素子の各ホトダイオードで光電変換された信
号量を表わしている。第２フイールドでは、画素信号の
混合の組み合せが１行異なり、第３図に示すｎ−２′行
、ｎ−１’行。

ｎ＋１′行の組み合せで信号が取シ出されるが、第１フ
イールドの場合と同様の信号を得ることができる。

固体撮像素子から取シ出された信号を用いて、輝度信号
ＹＬ及び色差信号Ｃ１，Ｃ２が次の様につくられる。

ＹＬ”ＳＭＱ＋ＳＣｙ＋ＳＧ　＋ＳＹｅ　　”””””
・・（１）Ｃ１＝（ＳＭｑ＋５Ｙｅ）−（ＳＧ　＋ＳＣ
ｙ””・・”””Ｃ２＝（ＳＭｇ＋ＳＣア）−（ｓＧ十
５ｙｅ）・””””Ｇ’）（２）、＠式の形で得られる
色差信号では、色フィルタの分光特性を改善して、ＳＭ
、−、ＳＧ”、　ＳＣ，？ＳＹｅ　　とするならば、垂
直偽色信号が発生せず、垂直色誤差が目立たないことが
、前に示した文献←）が解っている。

、なお、第６図で示した既提案の色フィルタでは。

各画素信号間で上記の関係式が成り立っているため、垂
直色誤差が目立たなかった。一方、本発明の色フィルタ
を既提案の色フィルタと比較した場合、シアン要素、黄
要素の分光特性は基本的には同じで、緑要素の分光特性
が青色波長領域で若干低下し、また、マゼンタ要素の分
光特性が全波長域で若干低下している。

この様な色フィルタの分光特性により、上記の関係式　
ＳＣ，→ＳＹ、が成り立つとともにＳＭｇ＋ＳＧ″：ま
でも成立する。

なお、本発明の色フィルタでは、光源の色温度４３００
にで上記の関係式の等号が完全に成り立つ様、分光特性
が設計されている。この様に分光特性を設計した場合に
は、通常の撮像条件（光源の色温度３２００に〜５５０
０Ｋ）−世、垂直色誤差は問題にならない。

ところで、本発明の色フィルタでは、既提案の色フィル
タと比べてマゼンタ及び緑要素の透過率が下がるため、
やや感度が低下することになるが、この感度低下は実用
上支障をきたすことのないものであり、既提案の色フィ
ルタと同様に高感度であった。

次に、既提案の色フィルタを用いた場合の特性（高色Ｓ
／Ｎであるが、マゼンタと赤の色分離がよくない）をも
とに、本発明の色フィルタを用いた場合のカラー特性に
ついて説明する。

既提案の色フィタの分光特性と本発明の色フィルタの分
光特性とを比べると、本発明の色フィルタは既提案の色
フィルタに対して、緑要素の透過光量において青色量が
少ない（これを信号量で一ΔＳＢ　　と表わす）。すな
わち、前者及び後者を用いた場合を比較すると各画素信
号量に関してマゼンタ、シアン、黄の色要素を通して光
電変換される信号量は基本的に変らないが、緑要素を通
して光電変換される信号量では次の関係が成り立つ。

５Ｇ＝ＳＧ＋ＪＳＢ　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・＠）ここで、ＳＣ２は既提案の色フ
ィルタの緑要素を通して光電変換された信号量である。

（イ）式を使って、本発明の色フィルタを用いた場合に
得られる色差信号Ｃ１ｔｃ２（＠　ｔに）式）を書き直
すと次の様になる。

Ｃ１＝〔（ＳＭｇ＋５Ｙｏ）−（ＳＧ′＋Ｓｃア）〕＋
ΔｓＢ、、４ｓ）Ｃ２＝［：（ＳＭｇ＋Ｓｃ、）　（Ｓ
Ｇ’＋ＳＹ、）］＋ΔｓＢ−＜ｅｓところで、に）、に
）式で、大カッコ内の式は、既提案の色フィルタを用い
た場合に得られる色差信号である。したがって、既提案
の色フィルタに比べて、本発明の色フィルタでは色差信
号がΔＳＢ変化する。

色差信号Ｃ１，Ｃ２がＮＴＳＣ方式のＲ−Ｙ及びＢ−Ｙ
信号と等価であることから（文献（ロ））、色再現性の
変化も色ベクトル図（Ｃ１及びＣ２信号を直交軸とした
図）上でわかる。

色差信号の変化は青色関係の色であるので、マゼンタ、
？、シアンの色相及び色飽和度が変化することになる。

第４図に既提案及び本発明の色フィルタを用いた場合の
色ベクトル図（カラーパーチャートを撮像した場合のシ
ミュレーシ町ン）を示す。第４図で示すように、両色フ
ィルタの、赤（５）、黄（Ｙｅ　）　、緑（Ｇ）の色再
現性は変らないが、マゼンタヒ（）、青（ロ）、シアン
（Ｃｙ）は変化している。

本発明の色フィルタを用いると、特に、赤とマゼ／りの
色相差が開き（θ、くＣ２）、色分離が良くなることが
わかる。

その他、本発明の色フィルタでは、緑色及び赤色透過光
量が増え、青色透過光量が減少することにより、カラー
固体撮像素子から得られる輝度特性が、理想撮像特性（
素子から得られる信号で。

５Ｒ２ＳＧ、ＳＢの比が３：６：１である）に近づく。

以上の様に本発明の色フィルタを用いることによシ、垂
直色誤差の低減、高感度化、および既提案の色フィルタ
並みの高色Ｓ／Ｎ化と、赤とマゼンタの色分離の改善、
さらには輝度特性の改善までも図ることができた。

次に色フイルタ作製工程上の利点を説明する。

本発明の色フィルタでは、第１図（ロ）からもわかる様
にマゼンタ、黄要素の形成面では何等問題ないが、シア
ン要素として、単独のシアン要素と緑要素を構成するシ
アン要素を存在させる必要があり、しかも、両者の厚さ
が異なるため、その形成に配属を払わねばならない。通
常の方法ではシアン要素の厚い部分と薄い部分とを各別
に、すなわち２回に分けて形成しなければならない。

しかしながら、シアン膜塗布工程で、材料の粘度や塗布
条件を調整することによシ、黄要素上の膜厚を他部分の
膜厚よシ薄くできる。その結果、３回の染色工程で第２
回に示す色フイルタ分光特性が実現でき工程数が削減さ
れる。

以上のように、４行２列を基本構成とし、第１行と第３
行がマゼンタ要素、緑要素の組み合せから構成され、第
２行と第４行がシアン要素と黄要素の組み合せから構成
され、さらに、前記緑要素がシアン要素と黄要素の重ね
合せから成るとともに、前記緑要素を構成するシアン要
素の厚さが前記シアン要素の厚さより薄く、前記緑要素
を構成する黄要素の厚さが前記黄要素の厚さと等しく設
定された本発明の構造によれば、前記緑要素の分光透過
率が前記シアンのそれよシも緑色波長領域の一部から赤
色液算領域にかけて高い分光特性を有する色フィルタが
得られる。

なお、上記の実施例では、色要素の形成がガラス基板上
になされたが、この基板が固体撮像素子そのものであっ
てもよい。

また、色フィルタの４行２列からなる基本構成の各行、
各列の色要素であるが、第２図（ａ）で示したように、
１行１列目がマゼンタ要素、１行２列目が緑要素、２行
１列目がシアン要素、２行２列目が黄要素、３行１列目
がマゼンタ要素、３行２列目が緑要素、４行１列目が黄
要素、４行２列目がシアン要素である配置、あるいは、
この配置にかえて、１行１列目がマゼンタ要素、１行２
列目が緑要素、２行１列目がシアン要素、２行２列目が
黄要素、３行１列目が緑要素、３行２列目がマゼンタ要
素、４行１列目がシアン要素、４行２列目が黄要素であ
る配置としてもよい。

発明の詳細 な説明したところから明らかなように、本発明の色フィ
ルタを固体撮像素子に装置するならば。

■　垂直色誤差が低減される。

■　高感度化が実現される。

■　高色−８ＺＮ化が実現される。

■　マゼンタと赤の色分離が改善される。

■　輝度特性が、理想撮像特性に近づく。

など、幾多の効果が奏されるところとなり、総合的にみ
て優れた画像が実現できる。また、色フィルタの製作面
でも、３回の染色工程を経て色フィルタを実現可能であ
り、高い作業能率が実現される効果も奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の色フィルタの基本色配置図、同
図（ハ）は同色フィルタの断面図、第２図は同色フィル
タの分光特性図、第３図は同色フィルタ付固体撮像素子
の撮像部の１部を示す図、第４図は既提案及び本発明の
色フィルタを用いた場合の色再現性を示す色ベクトル図
、第６図は既提案の色フィルタの基本色配置図、第６図
は同色フィルタの分光特性図である。 １・・・・・・シアン要素、２・・・・・・黄要素、３
・・・・・・中間膜、４・・・・・・保護膜、６・・・
・・・透明ガラス基板。 第１図　　　　　　　　　ｌ−シアン番素（ａ）　　　
　　　２−１ｔ＃責 （ｂ） 烟剣預智井 区 ｑ 憾 第３図 峰４−２＠　　嘴　瞥

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）４行２列を基本構成とし、第１行と第３行がマゼ
   ンタ要素、緑要素の組み合せから構成され、第２行と第
   ４行がシアン要素と黄要素の組み合せから構成され、さ
   らに、前記緑要素がシアン要素と黄要素の重ね合せから
   成るとともに、前記緑要素を構成するシアン要素の厚さ
   が前記シアン要素の厚さより薄く、前記緑要素を構成す
   る黄要素の厚さが前記黄要素の厚さと同じ厚さに選定さ
   れていることを特徴とする色分離フィルタ。
2. （２）４行２列の基本構成の１行１列目がマゼンタ要素
   、１行２列目が緑要素、２行１列目がシアン要素、２行
   ２列目が黄要素、３行１列目がマゼンタ要素、３行２列
   目が緑要素、４行１列目が黄要素、４行２列目がシアン
   要素であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の色分離フィルタ。
3. （３）４行２列の基本構成の１行１列目がマゼンタ要素
   、１行２列目が緑要素、２行１列目がシアン要素、２行
   ２列目が黄要素、３行１列目が緑要素、３行２列目がマ
   ゼンタ要素、４行１列目がシアン要素、４行２列目が黄
   要素であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の色分離フィルタ。