JPH0420091A - カラー固体撮像素子 - 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素子に関し、特に、色フィルタ
がモザイク状に配置された単板式カラー固体撮像素子に
関する。

［従来の技術］ 単板式カラー固体撮像素子としては、動解像度がよく現
行のテレビ走査方式であるインターレース方式に適した
フィールド読み出し方式のものが主として用いられてい
る。

この方式は、第４図に示すように、各光電変換素子（フ
ォトダイオード）（こ１：１に、４種の色フィルタ、シ
アンＣｙ、イエローＹｅ、マゼンタＭｇおよび緑Ｇを配
置し、読み出しは、各フィールド毎に縦方向に信号電荷
を加算して読み出すものである。すなわち、（２ｎ−１
）ラインにはＣｙとＹｅが、２ｎラインにはＭｇとＧが
、（２ｎ＋１）ラインにはＹｅとｃｙが、（２ｎ＋２）
ラインにはＭｇとＧが、そして、（２ｎ＋３＞ラインに
はｃｙとＹｅがそれぞれ交互に配置されており、第１フ
イールドでは、（２ｎ−１）ラインの画素信号と２ｎラ
インの画素信号とが縦方向に加算され［（２ｎ＋ｌ）ラ
インと（２ｎ＋２）ライン等についても同様］、第２フ
イールドでは、２ｎラインの画素信号と（２ｎ＋１）ラ
インの画素信号とが縦方向に加算されて［（２ｎ＋２）
ラインと（２ｎ＋３）ライン等についても同様］出力さ
れる。

この場合に、輝度信号Ｙは水平方向に隣接したｉＩ業の
信号電荷の和により、家な、色差信号Ｃは隣接した画素
の信号電荷の差により得られる。

すなわち、 Ｙ＝Ｇ＋Ｙｅ＋Ｍｇ＋Ｃｙ Ｃ＝　（Ｇ十Ｙｅ　）−（Ｍｇ十Ｃｙ）　、または＝　
（Ｇ＋Ｃｙ）−（Ｍｇ＋Ｙｅ）。

ここに、 Ｙｅ＝Ｇ＋Ｒ Ｍｇ＝Ｒ十Ｂ Ｃｙ＝Ｇ十Ｂ であり、また、フィルタの分光特性は Ｇ−２８〜Ｙ−Ｂ Ｇ−２Ｒ〜Ｙ−Ｒ の近似式が成立するように調節されているので、色差信
号Ｃは Ｃ〜−（Ｂ−Ｙ）、または 〜−（Ｒ−Ｙ） と近似できる。

すなわち、このカラー固体撮像素子は、各フィールドに
おいて線順次に色差信号を得ることができる。また、輝
度信号は、各水平ラインの信号において同−組み合わせ
のフィルタの画素がら得られる。したがって、輝度信号
にはライン間にレベル差は生じない。

しかし、このようなフィールド蓄積カラ一方式では垂直
の２画素の信号を加算して読み出しているので、垂直解
像度の低下という欠点がある。そこで、ＥＤＴＶ用カメ
ラや電子スチルカメラなどのように、高垂直解像度の画
像を得るために、各水平ラインの信号を単一画素列から
得ようとする動きがある。第５図は、この種従来の撮像
素子の色フィルタの配列図である。これは、同一画素内
を２乃至３の領域に分割し、２種のカラーフィルタが等
面積を占めるように配置するものである（第５図には、
一画素領域を２分割する例が示されている）。

この撮像素子においては、ｎ、ｎ’のラインでは、Ｙｅ
＋Ｍｇの色フィルタと、ｃｙ＋ａの色フィルタの繰り返
しであり、ｎ＋１、（ｎ＋１）’ラインでは、Ｃｙ十Ｍ
ｇの色フィルりとＹ　ｅ　十Ｇの色フィルタの繰り返し
である。この方式では、輝度信号は、各ラインとも水平
方向に隣接する画素の信号の和から求められ、また、色
差信号は、水平方向に隣接す−る画素の信号の差から求
められる。したがって、この方式によれば、各ライン毎
に輝度信号、色差信号が求められ、高い垂直解像度の画
像が得られる。

「発明が解決しようとする課題］ 上述した第１の従来例では、垂直方向に画素信号を加算
するものであったので、解像度の低下という欠点があっ
た。第２の従来例はこの点については改善されているが
、同一画素内に２種の色フィルタを設けたものであるの
で、色フィルタの製造工程における目合わせずれにより
、フィルタの位置ずれ、重なり、欠落等が生じる。その
ため、個々の色フィルタにない色の信号が発生すること
になったり、色シェーデイングやフリッカが発生する。

さらに、ライン間で信号量に差が生じたりした。

よって、本発明の目的とするところは、高解像度の画像
が得られかっ色シェーデイング、フリッカや色偽信号の
発生が抑制されたカラー固体撮像素子を提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によるカラー固体撮像素子は、光電変換素子（フ
ォトダイオード）と色フィルタとの組み合わせにより異
なる分光特性を有するようになされた画素を有するもの
であって、第１の水平ラインにおいては、第１の分光特
性を有する画素と第２の分光特性を有する画素とが交互
に配置されており、第２の水平ラインにおいては、第３
の分光特性を有する画素と第４の分光特性を有する画素
とが交互に配置されており、そして、前記第１の分光特
性を有する画素に対応する色フィルタは、受光部の全体
を覆う、緑色に一定の透過度を有するマゼンタ色フィル
タ上に前記画素の受光面積の半分の面積のイエロー色フ
ィルタを積層したものであり、前記第２の分光特性を有
する画素に対応する色フィルタは、受光部の全体を覆う
シアン色フィルタ上に前記画素の受光面積の半分の面積
のイエロー色フィルタを積層したものであり、前記第３
の分光特性を有する色フィルタは、受光部の全体を覆う
イエロー色フィルタ上に前記画素の受光面積の半分の面
積のシアン色フィルタを積層したものであり、かつ、前
記第４の分光特性を有する画素に対応する色フィルタは
、受光部の全体を覆う、緑色に一定の透過度を有するマ
ゼンタ色フィルタ上に前記画素の受光面積の半分の面積
のシアン色フィルタを積層したものである。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示す色フィルタ配列の平
面図である。

第１図の色フィルタは、垂直解像度を確保するために、
各水平ラインの信号を単一ラインの画素から得られるよ
うに構成されており、フレーム蓄積駆動あるいは擬似フ
ィールド蓄積駆動（テレビジョン学会技術報告１９８’
７年２月）に適するものである。

各画素の色フィルタは、第１図の右側に示されるように
、ｎ、ｎ’ラインにおいては、ホワイトシアンｗｙと擬
似シアンＣｙ′との繰り返しで構成されており、（ｎ＋
１）、（ｎ＋１）’ラインにおいては、擬似イエローＹ
ｅ′とホワイトシアンＷｃとの繰り返しによって構成さ
れている。したがって、この色フイルタアレイは、横・
縦に２×４画素の繰り返しパターンにより構成されてい
る。

これら各色フィルタの分光特性は、第２図（ａ）、（ｂ
）に示すとおりであって、ホワイトイエローＷ、ｙは第
２図（ａ＞に破線で示すようにＢ（青色）およびＧ（緑
色）において５０％の透過率を有するイエローであり、
また、擬似シアンＣｙ′は、第２図（ａ）で実線で示す
ように、通常のシアンよりＢにおける透過率が５０％に
低められたものである。したがって、 Ｗｙ＝Ｂ／２十Ｇ／２＋Ｒ （ｙ′＝Ｂ／２＋Ｇ とあられすことができる。

また、ホワイトシアンＷｃは、第２図（、ｂ）において
破線で示されるように、ＧおよびＲ（赤色）において、
５０％の透過′率を有するシアンであり、また、擬似イ
エローＹｅ’は、第２図（ｂ）において実線で示される
ように、通常のイエローよりＲにおける透過率が５０％
に低められたものである。したがって、 Ｗ　ｃ　＝　Ｂ　十Ｇ　／　２　＋　Ｒ／　２Ｙｅ′＝
Ｇ＋Ｒ／２ とあられすことができる。

このような分光特性を有するフィルタを用いることによ
り、冬草−のラインにおいて、水平方向に隣接する画素
からの信号の和および差から輝度信号Ｙ、色差信号Ｃを
求めることができる。すなわち、ｎ、ｎ′ラインにおい
て、 Ｙ＝Ｗ３／’＋Ｃ３／ ＝　（Ｂ／２＋Ｇ／２±Ｒ）−１−（Ｂ／２＋ｃ）＝Ｂ
＋１．５Ｇ＋Ｒ ｃ＝ｗｙ−ｃｙ ＝　（Ｂ／２＋Ｇ／２＋’Ｒ）−（Ｂ／２＋Ｇ）Ｒ−Ｇ
／２ が得られ、また、ｎ＋１、（ｎ＋１）′ラインにおいて
、 Ｙ＝Ｙｅ’＋Ｗｃ ＝　（Ｇ＋Ｒ／２）＋　（Ｂ十Ｇ／２＋Ｒ／２）＝Ｂ＋
１．５０＋Ｒ Ｃ＝Ｙｅ　　−Ｗｃ ＝　（Ｇ＋Ｒ／２）−（Ｂ十Ｇ／２＋Ｒ／２）＝−Ｅｌ
＋Ｇ／２ が得られる。すなわち、各水平ラインにおいて、輝度信
号が得られ、また、ｎ、ｎ’ラインからは赤色差信号が
、ｎ＋１、（ｎ＋１＞’ラインからは青色差信号が線順
次に得られる。而して、前述したように、これら色差信
号Ｒ−Ｇ／２、−Ｂ＋Ｇ／２は、それぞれ色差信号Ｒ−
Ｙ、Ｙ−Ｂを近似しうるものである。そしてこのように
各単一垂直ラインから色差信号および輝度信号が得られ
るので、実施例の色フイルタアレイを用いることにより
垂直解像度を改善することができる。

これらの各色フィルタは、具体的には第１図の左側に示
されるように構成される。すなわち、ホワイトイエロー
ｗｙは画素の受光部の全体をＧ（緑色）において５０％
の透過度を有するマゼンタ（ＷＭ）で覆い、その上に半
分の面積を覆うようにイエロー色を積層することにより
形成される。

一方、擬似シアンＣｙ′は、画素の受光部全体をシアン
Ｃｙで覆い、このシアン色フィルタ上に受光面積の半分
を覆うようにイエロー色を積層したもの（積層部は緑色
）である、また、擬似イエロー　Ｙ　ｅ　’は、受光部
の全体を覆うイエロー色フイルタ層上に半分の面積を覆
うようにシアン色を積層したもの（積層部は緑色）であ
る。そして、ホワイトシアンＷｃは、受光部の全体をＧ
（緑色）において５０％の透過度を有するマゼンタ（Ｗ
　Ｍ）で覆い、そのマゼンタ（Ｗｍ＞フィルタ上に半分
の面積を占めるようにシアン色フィルタを積層すること
により形成されたものである。

各画素において、第１図の左側に示されるように、半分
の面積を占めるフィルタを、受光部の中心部に設けるよ
うにすれば、製造工程において、上下方向あるいは左右
方向に目合わせずれがあったとしても、各画素の分光特
性に変化が生しることはない、また、積層する色フィル
タの面積が多少異なったとしても、混色が生じることは
なく、２色の色フィルタの比率が変わるのみである。こ
のように、本発明においては、各画素においては第１図
の右側に示すような単一のフィルタが設けられたものと
等価であるので、第５図の従来例のように、同一の画素
内に複数のフィルタが混在するものと異なって、目合わ
せずれにより色シェーデイングやフリッカあるいは色偽
信号が発生することがない。

上記実施例では、ホワイトイエローｗｙとホワイトシア
ンＷｃは、それぞれＧにおいて５０％の透過率を有する
ものであったが、この透過率は何度の色温度の白色光が
入射したときの各色の変調成分の差を最小にするかに応
じて変更されるものである０通常、ホワイトイエローｗ
ｙのＧにおける透過率は、擬似シアンＣｙ′のそれの５
０〜６０％に設定され、また、ホワイトシアンＷｃのＧ
における透過率は、擬似イエローＹｅ’のそれの３０〜
５０％に設定される。その場合に、ホワイトイエローｗ
ｙと擬似シアンＣｙ′のＧにおける透過率の和は、ホワ
イトシアンＷｃと擬似イエローＹｅ′のＧにおける透過
率の和と等しくすることが望ましい。

また、上記の実施例では、ホワイトイエローＷｙと擬似
シアンＣｙ′のＢにおける透過率を５０％としていたが
、これは、ホワイトシアンＷｃのＢにおける透過率が１
００％であり、擬似イエローＹｅ′のＢにおける透過率
が０％であることを前提としている。この前提が満たさ
れない場合には、ホワイトイエローｗｙと擬似シアンＣ
ｙ’のＢにおける透過率は、それぞれホワイトシアンＷ
Ｃと擬似イエローＹｅ’のＢにおける透過率の和の１／
２とする。同様に、ホワイトシアンＷｃと擬似イエロー
Ｙｅ’のＲにおける透過率は、それぞれホワイトイエロ
ーｗｙと擬似シアンＣｙ′のＲにおける透過率の和の１
／２とする。

第３図は、本発明の他の実施例を示す色フィルタの平面
図である。各フィルタの分光特性は、先の実施例と同様
で第２図に示すとおりである。この実施例の先の実施例
と相違する点は、ｎ、ｎ＋１ラインのフィルタ配列に対
して、ｎ’、（ｎ＋１）′ラインのフィルタ配列の位相
がそれぞれ反転している点である。このように、水平ラ
インごとに色フィルタの位相を反転させることにより、
垂直方向に相関性のある画像では、水平方向における色
サンプリング・ポイントが等価的に２倍になるため、水
平方向の色偽信号の発生を減少させることができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明は、各画素の色フィルタを
、該画素の受光面上全体を覆う第１の色フィルタと受光
面の半分の面積を覆う第２の色フィルタとの積層体によ
って構成し、単一画素列から輝度信号と赤色あるいは青
色の色差信号を線順次に得るものであるので、本発明に
よれば、各色に対し垂直色偽信号の発生がなく、また、
色シェーデイングやフリッカの発生がなく、かつ垂直解
像度の高いカラー固体撮像素子を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す色フィルタ配列の平
面図、第２図（ａ）、＜ｂ＞は、それぞれ各色フィルタ
の分光特性図、第３図は、本発明の他の実施例を示す色
フィルタ配列の平面図、第４図は、従来のフィールド読
み出しの色フィルタの配列例、第５図は、従来のフレー
ム読み出しの色フィルタの配列例である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　第１の分光特性を有する画素と第２の分光特性を有す
   る画素とが交互に配置された第１の水平ラインと、第３
   の分光特性を有する画素と第４の分光特性を有する画素
   とが交互に配置された第２の水平ラインとが交互に配置
   された固体撮像素子において、前記第１の分光特性を有
   する画素に対応する色フィルタは、当該画素の受光部の
   全体を覆う緑色に一定の透過度を有するマゼンタ色フィ
   ルタと該受光部の半分を覆うイエロー色フィルタとの積
   層体で構成され、前記第２の分光特性を有する画素に対
   応する色フィルタは、当該画素の受光部の全体を覆うシ
   アン色フィルタと該受光部の半分を覆うイエロー色フィ
   ルタとの積層体で構成され、前記第３の分光特性を有す
   る画素に対応する色フィルタは、当該画素の受光部の全
   体を覆うイエロー色フィルタと該受光部の半分を覆うシ
   アン色フィルタとの積層体で構成され、かつ、前記第４
   の分光特性を有する画素に対応する色フィルタは、当該
   画素の受光部の全体を覆う緑色に一定の透過度を有する
   マゼンタ色フィルタと該受光部の半分を覆うシアン色フ
   ィルタとの積層体で構成されていることを特徴とするカ
   ラー固体撮像素子。