JPH0474917B2 - - Google Patents
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- JPH0474917B2 JPH0474917B2 JP57208597A JP20859782A JPH0474917B2 JP H0474917 B2 JPH0474917 B2 JP H0474917B2 JP 57208597 A JP57208597 A JP 57208597A JP 20859782 A JP20859782 A JP 20859782A JP H0474917 B2 JPH0474917 B2 JP H0474917B2
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- Japan
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- light
- pixels
- pixel
- color
- color filter
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/30—Coatings
- H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
- H10F77/331—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
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- Optical Filters (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Description
本発明は、単板式カラー撮像装置、すなわち２
次元固体撮像素子を１枚だけ用いてカラー画像信
号を得るカラー固体撮像装置に関する。 受光画素が、隣り合う２水平走査線で互いに1/
２画素ピツチだけずれて配置された第１図に示す
ような固体撮像素子Ａは、２次元的なサンプリン
グ効率が良く少い画素数で高い解像度が得られる
ため有効である。 このように撮像部で受光画素Ｐが三角形格子を
なす撮像素子を用いて単板カラー固体撮像装置と
するためのモザイクフイルターとしては、C1，
C2，C3を各々異なる分光透過特性を有するカラ
ーフイルターとして、第２図に示したような配置
が最適である。その理由は、３種類のフイルター
C1，C2，C3を配置する際に、最も空間的に均一
となり、空間的サンプリングを効率良く行えるか
らである。 即ち、３種のフイルターC1，C2，C3は、水平
方向に３画素を繰り返し周期として配置され且
つ、任意の１画素に着目した時その周囲の６画素
で中央画素とは異なる分光特性の２種のカラーフ
イルターが互い違いに一巡するよう配置されてい
る。 従来、このような目的に用いられてきたカラー
フイルターとしては、その基準をNTSC方式の理
想撮像特性において３原色、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）スペクトルレスポンスのものが考えられて
いる。しかしながらNTSC方式の理想色分解特性
においては、そのスペクトルレスポンスに負の部
分を含んでいるためこれを実際に光学フイルター
として実現できず、従つて従来は理想撮像特性に
近い正のスペクトルレスポンスでこれを近似すべ
く電気的なリニアマトリクス回路で補正を行なつ
ていた。そして実際に上記３種のカラーフイルタ
ーC1，C2，C3の分光特性をどのようにするかを
決定する場合には、いくつかの点に配慮がなされ
る必要がある。 その第１は、上記撮像素子の水平方向解像度を
最大に得るために、隣接する２走査線信号間で処
理を行ない、水平方向画素ピツチRxの1/2毎に輝
度信号成分Ｙが与えられるようにすることであ
る。このためには、カラーフイルターC1，C2，
C3を有する画素の出力信号を各々S1，S2，S3と
した時に輝度信号Ｙが、 Ｙ＝S1＋S2＋S3 ……(1) で与えられるようにするのが良い。更に、NTSC
信号系では Ｙ＝0.30SR＋0.59SG＋0.11SB ……(2) をも満たしている必要がある。但し、SR，SG，SB
は各々NTSC撮像特性におけるフイルターＲ，
Ｇ，Ｂに関する出力信号である。 配慮すべき第２は、輝度信号の主要成分である
Ｇ信号をできる限り広域帯とすることでありこの
ためにはカラーフイルターC1，C2，C3に等しく
Ｇ透過特性を持たせるのが良い。 配慮すべき第３は、固体撮像素子の画質劣化の
主要因となるスミア現像をできる限り抑制するた
め、スミア現像の原因となる長波長側の光をなる
べく素子に照射させないことと、逆に素子感度が
低く、ともすればＳ／Ｎの低い青色光を良く透過
させる部分をもつことである。 配慮すべき第４は、カラーフイルターC1，C2，
C3より３原色Ｒ，Ｇ，Ｂに関する信号SR，SG，
SBを各フイルター出力S1，S2，S3の間で演算して
容易に得られるようにすることである。 ここでの演算とは加減算及び利得調整程度の簡
単な演算でなければならない。 以上のような複数の条件をある程度満たすカラ
ーフイルターとして従来Ｒ，Ｇ，Cy或いはＷ，
Ye，Cyのような組合せが考えられている。ここ
でCyはシアン光透過特性を持ち（Ｇ＋Ｂ）であ
り、Yeは黄色光透過特性を持ち（Ｇ＋Ｒ）、また
Ｗは白色（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）である。 Ｒ，Ｇ，Cyよりなるカラーフイルターでは、
輝度信号Ｙは、Ｒ，Ｇ，Ｂに対する素子感度を
各々α，β，γとして Ｙ＝α・SR＋β・2SG＋γ・SB ……(3) となるのでもしもα＝β＝0.3、γ＝0.1が成り立
つならば Ｙ＝0.3SR＋0.6SG＋0.1SB ……(4) となつて、(2)式のNTSC輝度信号の条件をほぼ満
たしている。 次に、Ｗ，Ye，Cyよりなるカラーフイルター
では輝度信号Ｙは、同様にＲ，Ｇ，Ｂに対する素
子感度をα，β，γとして Ｙ＝α・2SR＋β・3SG＋γ・2SB ……(5) となり、この場合にはα＝0.15、β＝0.20、γ＝
0.05であれば(4)式と同一の結果を得る。ところ
が、シリコンを用いた固体撮像素子では、一般に
波長が赤側に片寄る程感度は高くα＞β＞γであ
り、感度のピークは波長700〜900nmにある。 従つて、赤側感度を等価的に抑え、且つスミア
減少を避けるため赤外カツトフイルターが用いら
れてきた。 以上２例のカラーフイルターをβ＝１に規格化
して、α，γを考えれば以下の様になる。 RGCyフイルターの場合；α＝１，γ＝1/3 WYeCyフイルターの場合；α＝3/4，γ＝1/4 即ち、赤側波長の入射光を抑えめにし、スミア現
象を避けたいという観点からは赤側波長が少ない
光量で済むRGCyフイルターが優れ、また青側波
長の入射光をできるだけ透過しＳ／Ｎを良くした
いという観点からは青側素子感度が低くても良い
WYeCyフイルターが優れている。 しかし逆の言い方をすれば、この両者の特徴を
備えたカラーフイルター構成が可能となれば更に
望ましいということになる。 またRGCyフイルターの場合には前記配慮すべ
き第２点を満たしていないため、輝度信号の主要
成分であるＧ信号に素子の配置から可能な最大の
解像度を与えることができないとう欠点を持つて
いる。また、実開昭55−29861号では、輝度信号
を生成する方法として、シアン色（緑＋青）の
Cy透過フイルター及び黄色（緑＋赤）のYe透過
フイルターで得られた第１出力線の出力をローパ
スフイルターを介して（Cy＋Ye）として輝度信
号の低域成分を得、また緑色のＧ透過フイルター
で得られた第２出力線の出力をハイパスフイルタ
ーを介して出力して輝度信号の高域成分を得て、
これらの低域成分と高域成分を加算することで輝
度信号Ｙ得る構成が示されている。 しかしながら、実開昭55−29861号では、輝度
信号の低域成分はCy及びYeの透過フイルターに
よる画素出力の加算、高域成分はＧ透過フイルタ
ーのみの画素出力となつているので、例えばＧ成
分の少ない画素においては高域信号がなくなつて
しまい、画像がボケたようになり、解像度が低下
してしまうことになる。 本発明は、上記のような従来の問題点を解決
し、受光画素の数を増大させることなく、水平方
向の解像度を向上させることができ、画像がボケ
ることもないカラー固体撮像装置を提供すること
を目的とするものである。 すなわち、このような目的を達成するための本
発明のカラー固体撮像装置は、 Ａ 複数の受光画素から成る第１受光画素列と、
複数の受光画素から成り、前記第１受光画素列
に隣接する第２受光画素列とを有し、２本の水
平走査線に対応する前記第１受光画素列と前記
第２受光画素列とが互いに水平方向に1/2画素
ピツチだけずれて配置されて成る固体撮像素子
と、 Ｂ 前記固体撮像素子上に配置され、第１色成分
を透過する分光特性を有する第１カラーフイル
ターと、 Ｃ 前記固体撮像素子上に配置され、前記第１カ
ラーフイルターの分光特性と異なり、第２色成
分を透過する分光特性を有する第２カラーフイ
ルターと、 Ｄ 前記固体撮像素子上に配置され、前記第１及
び第２カラーフイルターの分光特性と異なり、
第３色成分を透過する分光特性を有する第３カ
ラーフイルターと、 Ｅ 前記隣接する第１、第２の受光画素列から３
つの画素を順次選択する画素選択手段であつ
て、 一方の受光画素列から水平方向に隣り合う２
画素を選択すると共に、他方の受光画素列から
前記選択された２画素の境界にその画素中心を
もつ１画素を選択する第１の選択動作と、 前記他方の受光画素列から水平方向に隣り合
う２画素を選択すると共に、前記一方の受光画
素列から前記選択された２画素の境界にその画
素中心をもつ１画素を選択する第２の選択動作
とを、 前記第１の選択動作と第２の選択動作で選択
される各３つの画素のうち２つの画素が重複す
るように交互に繰り返すことにより、選択され
る３つの画素の列方向の中心が1/2ピツチずつ
ずれるように順次選択する画素を切り換える画
素選択手段と、 Ｆ 前記画素選択手段により選択された３画素の
信号を加算して輝度信号を生成する輝度信号算
出手段とを具備し、 Ｇ 前記隣接する前記第１、第２受光画素列の各
受光画素列上には、３画素を繰り返し周期とし
て前記第１、第２及び第３カラーフイルターが
順番に配置されると共に、前記隣接する第１、
第２受光画素列間で半周期（1.5画素）ずれて
配置され、 Ｈ 前記画素選択手段で選択する受光画素を順次
切り換えることで、前記輝度信号算出手段から
１／２画素ピツチ毎に輝度信号を得るようにした
ものである。 次に、本発明の基本的な実施例について説明す
る。本発明の好適な実施例によるカラー固体撮像
装置は、隣接する２本の水平走査線に対応する受
光画素が互いに水平方向に1/2画素ピツチだけず
れて配置されることによりその撮像部が三角形格
子をなす市松状配置の受光画素の集合で構成され
た固体撮像素子に、緑色を透過する分光特性を持
つ第１カラーフイルターと、緑色及び青色の双方
を透過する分光特性を持つ第２カラーフイルター
と、緑色及び青色及び赤色の全色を透過する分光
特性を持つ第３カラーフイルターとの３種類のカ
ラーフイルターからなるモザイクフイルターを組
合せてなるものであり、前記モザイクフイルター
は前述第２図に示したように、前記第１、第２お
よび第３カラーフイルターが水平方向に３画素を
繰り返し周期として配置され、且つ任意の１画素
に着目したときにその周囲の６画素まで中央の前
記１画素のカラーフイルターの分光特性とは異な
る２種の分光特性のカラーフイルターが互い違い
に一巡するように配置されてなるものである。又
は前記固体撮像素子から、隣接する２本の水平走
査線に対応する受光画素の各水平走査線信号を同
時並列に読出し得るようにし、最終的にNTSC方
式のカラー信号を得るために、前記固体撮像素子
とモザイクフイルタに加えて、前記固体撮像素子
から読出された隣接する２本の各水平走査線信号
から第１カラーフイルターによる緑Ｇ信号と第２
カラーフイルターによるシアンCy信号と第３カ
ラーフイルターによる白Ｗ信号とを抽出するサン
プリング手段と、前記Ｇ，Cy，Ｗ信号を加算し
て輝度信号Ｙを生成する加算回路手段と、前記
Ｇ，Cy信号の差（Cy−Ｇ）を演算して青Ｂ信号
を生成する第１減算回路手段と、前記Cy，Ｗ信
号の差（Ｗ−Cy）を演算して赤Ｒ信号を生成す
る第２減算回路手段を組合せるものとする。 一般にカラーフイルターC1，C2，C3を、撮像
素子の分光感度が波長によらず一定である場合の
NTSC理想撮像特性に近い光学的な原色フイルタ
ーであるＲ，Ｇ，Ｂを用いて下記の如く表わすこ
とができる。 C1 C2 C3＝ａ ｂ ｃ ｄ ｅ ｆ ｇ ｈ ｉＲ Ｇ Ｂ ……（６） 但し、（０≦ａ〜ｉ≦１） また上記Ｒ，Ｇ，Ｂに対する撮像素子のレスポ
ンスを前述の如く、α，β，γとする時、 α＝∫〓R2／〓R1Ｉ（λ）・Ｒ（λ）・α（λ）dλ
／∫〓R2／〓R1Ｉ（λ）・Ｒ（λ）dλ……(7) 但し、λR1，λR2はＲフイルターの限界波長、
Ｉ（λ）は入射光、Ｒ（λ）はＲフイルターの分光
透過率、α（λ）は素子の分光感度である。Ｇ及
びＢフイルターに対する感度β，γも同様に取扱
われる。これらのα，β，γを用いればカラーフ
イルターC1，C2，C3に対する出力信号S1，S2，
S3は C1 C2 C3＝ａ ｂ ｃ ｄ ｅ ｆ ｇ ｈ ｉdsR βsG γsB ……（８） で表わして良い。 (1)式の様に、輝度信号が、これら３信号の和で
与えられ、且つNTSCの理想撮像特性を表わす(2)
式を考慮すれば、 （ａ＋ｄ＋ｇ）α：（ｂ＋ｅ＋ｈ）β：（ｃ＋ｆ
＋ｉ）γ＝0.30：0.59：0.11 ……(9) 今、フイルタC1，C2，C3の全てにＧを含ませ
ようとすればｂ＝ｅ＝ｈとしなければならない。
即ち、Ｇを含むフイルター色光としては４種類に
限られ、全色透過フイルターＷ（＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）、
黄色Ye（＝Ｒ＋Ｇ）、シアンCy（＝Ｇ＋Ｂ）及び
Ｇとなる。そしてこれら４種類のフイルターから
３種を取り出す組合せも４通りとなる。 これら４通りの組合せはWYeCy，GYeCy，
WYeG及びWCyGでありこれらに対するＹ信号
及びそのＹ信号がNTSCに適合する(4)式となるた
めのα，β，γの値をβ＝１として表１に示し
た。
次元固体撮像素子を１枚だけ用いてカラー画像信
号を得るカラー固体撮像装置に関する。 受光画素が、隣り合う２水平走査線で互いに1/
２画素ピツチだけずれて配置された第１図に示す
ような固体撮像素子Ａは、２次元的なサンプリン
グ効率が良く少い画素数で高い解像度が得られる
ため有効である。 このように撮像部で受光画素Ｐが三角形格子を
なす撮像素子を用いて単板カラー固体撮像装置と
するためのモザイクフイルターとしては、C1，
C2，C3を各々異なる分光透過特性を有するカラ
ーフイルターとして、第２図に示したような配置
が最適である。その理由は、３種類のフイルター
C1，C2，C3を配置する際に、最も空間的に均一
となり、空間的サンプリングを効率良く行えるか
らである。 即ち、３種のフイルターC1，C2，C3は、水平
方向に３画素を繰り返し周期として配置され且
つ、任意の１画素に着目した時その周囲の６画素
で中央画素とは異なる分光特性の２種のカラーフ
イルターが互い違いに一巡するよう配置されてい
る。 従来、このような目的に用いられてきたカラー
フイルターとしては、その基準をNTSC方式の理
想撮像特性において３原色、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）スペクトルレスポンスのものが考えられて
いる。しかしながらNTSC方式の理想色分解特性
においては、そのスペクトルレスポンスに負の部
分を含んでいるためこれを実際に光学フイルター
として実現できず、従つて従来は理想撮像特性に
近い正のスペクトルレスポンスでこれを近似すべ
く電気的なリニアマトリクス回路で補正を行なつ
ていた。そして実際に上記３種のカラーフイルタ
ーC1，C2，C3の分光特性をどのようにするかを
決定する場合には、いくつかの点に配慮がなされ
る必要がある。 その第１は、上記撮像素子の水平方向解像度を
最大に得るために、隣接する２走査線信号間で処
理を行ない、水平方向画素ピツチRxの1/2毎に輝
度信号成分Ｙが与えられるようにすることであ
る。このためには、カラーフイルターC1，C2，
C3を有する画素の出力信号を各々S1，S2，S3と
した時に輝度信号Ｙが、 Ｙ＝S1＋S2＋S3 ……(1) で与えられるようにするのが良い。更に、NTSC
信号系では Ｙ＝0.30SR＋0.59SG＋0.11SB ……(2) をも満たしている必要がある。但し、SR，SG，SB
は各々NTSC撮像特性におけるフイルターＲ，
Ｇ，Ｂに関する出力信号である。 配慮すべき第２は、輝度信号の主要成分である
Ｇ信号をできる限り広域帯とすることでありこの
ためにはカラーフイルターC1，C2，C3に等しく
Ｇ透過特性を持たせるのが良い。 配慮すべき第３は、固体撮像素子の画質劣化の
主要因となるスミア現像をできる限り抑制するた
め、スミア現像の原因となる長波長側の光をなる
べく素子に照射させないことと、逆に素子感度が
低く、ともすればＳ／Ｎの低い青色光を良く透過
させる部分をもつことである。 配慮すべき第４は、カラーフイルターC1，C2，
C3より３原色Ｒ，Ｇ，Ｂに関する信号SR，SG，
SBを各フイルター出力S1，S2，S3の間で演算して
容易に得られるようにすることである。 ここでの演算とは加減算及び利得調整程度の簡
単な演算でなければならない。 以上のような複数の条件をある程度満たすカラ
ーフイルターとして従来Ｒ，Ｇ，Cy或いはＷ，
Ye，Cyのような組合せが考えられている。ここ
でCyはシアン光透過特性を持ち（Ｇ＋Ｂ）であ
り、Yeは黄色光透過特性を持ち（Ｇ＋Ｒ）、また
Ｗは白色（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）である。 Ｒ，Ｇ，Cyよりなるカラーフイルターでは、
輝度信号Ｙは、Ｒ，Ｇ，Ｂに対する素子感度を
各々α，β，γとして Ｙ＝α・SR＋β・2SG＋γ・SB ……(3) となるのでもしもα＝β＝0.3、γ＝0.1が成り立
つならば Ｙ＝0.3SR＋0.6SG＋0.1SB ……(4) となつて、(2)式のNTSC輝度信号の条件をほぼ満
たしている。 次に、Ｗ，Ye，Cyよりなるカラーフイルター
では輝度信号Ｙは、同様にＲ，Ｇ，Ｂに対する素
子感度をα，β，γとして Ｙ＝α・2SR＋β・3SG＋γ・2SB ……(5) となり、この場合にはα＝0.15、β＝0.20、γ＝
0.05であれば(4)式と同一の結果を得る。ところ
が、シリコンを用いた固体撮像素子では、一般に
波長が赤側に片寄る程感度は高くα＞β＞γであ
り、感度のピークは波長700〜900nmにある。 従つて、赤側感度を等価的に抑え、且つスミア
減少を避けるため赤外カツトフイルターが用いら
れてきた。 以上２例のカラーフイルターをβ＝１に規格化
して、α，γを考えれば以下の様になる。 RGCyフイルターの場合；α＝１，γ＝1/3 WYeCyフイルターの場合；α＝3/4，γ＝1/4 即ち、赤側波長の入射光を抑えめにし、スミア現
象を避けたいという観点からは赤側波長が少ない
光量で済むRGCyフイルターが優れ、また青側波
長の入射光をできるだけ透過しＳ／Ｎを良くした
いという観点からは青側素子感度が低くても良い
WYeCyフイルターが優れている。 しかし逆の言い方をすれば、この両者の特徴を
備えたカラーフイルター構成が可能となれば更に
望ましいということになる。 またRGCyフイルターの場合には前記配慮すべ
き第２点を満たしていないため、輝度信号の主要
成分であるＧ信号に素子の配置から可能な最大の
解像度を与えることができないとう欠点を持つて
いる。また、実開昭55−29861号では、輝度信号
を生成する方法として、シアン色（緑＋青）の
Cy透過フイルター及び黄色（緑＋赤）のYe透過
フイルターで得られた第１出力線の出力をローパ
スフイルターを介して（Cy＋Ye）として輝度信
号の低域成分を得、また緑色のＧ透過フイルター
で得られた第２出力線の出力をハイパスフイルタ
ーを介して出力して輝度信号の高域成分を得て、
これらの低域成分と高域成分を加算することで輝
度信号Ｙ得る構成が示されている。 しかしながら、実開昭55−29861号では、輝度
信号の低域成分はCy及びYeの透過フイルターに
よる画素出力の加算、高域成分はＧ透過フイルタ
ーのみの画素出力となつているので、例えばＧ成
分の少ない画素においては高域信号がなくなつて
しまい、画像がボケたようになり、解像度が低下
してしまうことになる。 本発明は、上記のような従来の問題点を解決
し、受光画素の数を増大させることなく、水平方
向の解像度を向上させることができ、画像がボケ
ることもないカラー固体撮像装置を提供すること
を目的とするものである。 すなわち、このような目的を達成するための本
発明のカラー固体撮像装置は、 Ａ 複数の受光画素から成る第１受光画素列と、
複数の受光画素から成り、前記第１受光画素列
に隣接する第２受光画素列とを有し、２本の水
平走査線に対応する前記第１受光画素列と前記
第２受光画素列とが互いに水平方向に1/2画素
ピツチだけずれて配置されて成る固体撮像素子
と、 Ｂ 前記固体撮像素子上に配置され、第１色成分
を透過する分光特性を有する第１カラーフイル
ターと、 Ｃ 前記固体撮像素子上に配置され、前記第１カ
ラーフイルターの分光特性と異なり、第２色成
分を透過する分光特性を有する第２カラーフイ
ルターと、 Ｄ 前記固体撮像素子上に配置され、前記第１及
び第２カラーフイルターの分光特性と異なり、
第３色成分を透過する分光特性を有する第３カ
ラーフイルターと、 Ｅ 前記隣接する第１、第２の受光画素列から３
つの画素を順次選択する画素選択手段であつ
て、 一方の受光画素列から水平方向に隣り合う２
画素を選択すると共に、他方の受光画素列から
前記選択された２画素の境界にその画素中心を
もつ１画素を選択する第１の選択動作と、 前記他方の受光画素列から水平方向に隣り合
う２画素を選択すると共に、前記一方の受光画
素列から前記選択された２画素の境界にその画
素中心をもつ１画素を選択する第２の選択動作
とを、 前記第１の選択動作と第２の選択動作で選択
される各３つの画素のうち２つの画素が重複す
るように交互に繰り返すことにより、選択され
る３つの画素の列方向の中心が1/2ピツチずつ
ずれるように順次選択する画素を切り換える画
素選択手段と、 Ｆ 前記画素選択手段により選択された３画素の
信号を加算して輝度信号を生成する輝度信号算
出手段とを具備し、 Ｇ 前記隣接する前記第１、第２受光画素列の各
受光画素列上には、３画素を繰り返し周期とし
て前記第１、第２及び第３カラーフイルターが
順番に配置されると共に、前記隣接する第１、
第２受光画素列間で半周期（1.5画素）ずれて
配置され、 Ｈ 前記画素選択手段で選択する受光画素を順次
切り換えることで、前記輝度信号算出手段から
１／２画素ピツチ毎に輝度信号を得るようにした
ものである。 次に、本発明の基本的な実施例について説明す
る。本発明の好適な実施例によるカラー固体撮像
装置は、隣接する２本の水平走査線に対応する受
光画素が互いに水平方向に1/2画素ピツチだけず
れて配置されることによりその撮像部が三角形格
子をなす市松状配置の受光画素の集合で構成され
た固体撮像素子に、緑色を透過する分光特性を持
つ第１カラーフイルターと、緑色及び青色の双方
を透過する分光特性を持つ第２カラーフイルター
と、緑色及び青色及び赤色の全色を透過する分光
特性を持つ第３カラーフイルターとの３種類のカ
ラーフイルターからなるモザイクフイルターを組
合せてなるものであり、前記モザイクフイルター
は前述第２図に示したように、前記第１、第２お
よび第３カラーフイルターが水平方向に３画素を
繰り返し周期として配置され、且つ任意の１画素
に着目したときにその周囲の６画素まで中央の前
記１画素のカラーフイルターの分光特性とは異な
る２種の分光特性のカラーフイルターが互い違い
に一巡するように配置されてなるものである。又
は前記固体撮像素子から、隣接する２本の水平走
査線に対応する受光画素の各水平走査線信号を同
時並列に読出し得るようにし、最終的にNTSC方
式のカラー信号を得るために、前記固体撮像素子
とモザイクフイルタに加えて、前記固体撮像素子
から読出された隣接する２本の各水平走査線信号
から第１カラーフイルターによる緑Ｇ信号と第２
カラーフイルターによるシアンCy信号と第３カ
ラーフイルターによる白Ｗ信号とを抽出するサン
プリング手段と、前記Ｇ，Cy，Ｗ信号を加算し
て輝度信号Ｙを生成する加算回路手段と、前記
Ｇ，Cy信号の差（Cy−Ｇ）を演算して青Ｂ信号
を生成する第１減算回路手段と、前記Cy，Ｗ信
号の差（Ｗ−Cy）を演算して赤Ｒ信号を生成す
る第２減算回路手段を組合せるものとする。 一般にカラーフイルターC1，C2，C3を、撮像
素子の分光感度が波長によらず一定である場合の
NTSC理想撮像特性に近い光学的な原色フイルタ
ーであるＲ，Ｇ，Ｂを用いて下記の如く表わすこ
とができる。 C1 C2 C3＝ａ ｂ ｃ ｄ ｅ ｆ ｇ ｈ ｉＲ Ｇ Ｂ ……（６） 但し、（０≦ａ〜ｉ≦１） また上記Ｒ，Ｇ，Ｂに対する撮像素子のレスポ
ンスを前述の如く、α，β，γとする時、 α＝∫〓R2／〓R1Ｉ（λ）・Ｒ（λ）・α（λ）dλ
／∫〓R2／〓R1Ｉ（λ）・Ｒ（λ）dλ……(7) 但し、λR1，λR2はＲフイルターの限界波長、
Ｉ（λ）は入射光、Ｒ（λ）はＲフイルターの分光
透過率、α（λ）は素子の分光感度である。Ｇ及
びＢフイルターに対する感度β，γも同様に取扱
われる。これらのα，β，γを用いればカラーフ
イルターC1，C2，C3に対する出力信号S1，S2，
S3は C1 C2 C3＝ａ ｂ ｃ ｄ ｅ ｆ ｇ ｈ ｉdsR βsG γsB ……（８） で表わして良い。 (1)式の様に、輝度信号が、これら３信号の和で
与えられ、且つNTSCの理想撮像特性を表わす(2)
式を考慮すれば、 （ａ＋ｄ＋ｇ）α：（ｂ＋ｅ＋ｈ）β：（ｃ＋ｆ
＋ｉ）γ＝0.30：0.59：0.11 ……(9) 今、フイルタC1，C2，C3の全てにＧを含ませ
ようとすればｂ＝ｅ＝ｈとしなければならない。
即ち、Ｇを含むフイルター色光としては４種類に
限られ、全色透過フイルターＷ（＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）、
黄色Ye（＝Ｒ＋Ｇ）、シアンCy（＝Ｇ＋Ｂ）及び
Ｇとなる。そしてこれら４種類のフイルターから
３種を取り出す組合せも４通りとなる。 これら４通りの組合せはWYeCy，GYeCy，
WYeG及びWCyGでありこれらに対するＹ信号
及びそのＹ信号がNTSCに適合する(4)式となるた
めのα，β，γの値をβ＝１として表１に示し
た。
【表】
表１より明らかな如くWYeCy及びWYeGの組
合せは赤側波長光透過が多く必要でありスミアの
点で不適当である。また青側波長光透過点から残
る２つの内、WCyGがGYeCyより優れているこ
とが知られる。 よつて、本発明の好適な実施例では、カラーフ
イルターとしてWCyGの組合わせを提案するもの
である。 その１実施例としてもつとも単純なものは、表
１に示した如きα：β：γ＝3/2：１：1/4という
素子感度を有する撮像素子を実現した場合であ
り、その時 C1 C2 C3＝010 011 111Ｒ Ｇ Ｂ ……（10） で与えられる。これを第３図に示した。 即ち、一般的なPN接合フオトダイオード受光
部を持つ固定撮像素子で、例えばα：β：γ＝
６：４：１というような感度比になるようカラー
フイルタ以外もう１枚の感度補正用フイルターを
赤外カツトフイルターと兼用して設けるものであ
る。このフイルターを用いた場合、Ｒ及びＢ信号
は各各（Ｗ−Cy），（Cy−Ｇ）という減算で容易
に得られる。 また、このようなフイルター配置の適用可能な
固体撮像素子はCCD（Charge Coupled Device）
でもMOS型デバイスでも、受光部画素が市松状
に配置されたものであれば良い。さらに垂直方向
に奇数番目と偶数番目の水平走査線信号が同時並
列に読出し可能なものであれば1H遅延線が不要
となるので好都合である。 本発明の他の実施例として、素子感度α，β，
γをシリコンフオトダイオードで代表的な感度比
α：β：γ＝５：４：２として実現した例を示
す。 (9)式において（ａ＋ｄ＋ｇ）・α＝0.30とする
ためａ＝ｄ＝０，ｇ＝１とすればα＝0.30でなけ
ればならない。この時β＝0.24，γ＝0.12とな
る。従つて（ｂ＋ｅ＋ｈ）×0.24＝0.60より、ｂ
＝ｅ＝ｈ5/6、（ｅ＋ｆ＋ｉ）×0.12＝0.10より、
ｆ＝ｉ＝5/12，ｃ＝０とし、(10)式に対応して、 C1 C2 C3＝０ ５／６ ０ ０ ５／６ ５／12 １ ５／６ ５／12Ｒ Ｇ Ｂ
……（11） るフイルターが考えられる。尚、この場合、Ｒを
S3，S2より簡単に求められるようにするためｆ＝
ｉ＝5/12と等しくした。 この場合、式(11)に示したフイルターの出力信号
S1，S2，S3は、 S1 S2 S3＝０ ５／６ ０ ０ ５／６ ５／12 １ ５／６ ５／120.30SR 0.24SG 0.12SB＝０ ０ 0.30.2 0.2 0.2０ 0.5 0.5SR SG SB ……（12） となるので、Ｒ＝Ｇ＝Ｂの無彩色被写体に対して
は S1：S2：S3＝0.2：0.7：1.0 となる。この比は強光線による信号飽和時の偽着
色及び低彩度被写体に対する解像度特性の点で等
しくするのが望ましく、これを補正すれば、 C1 C2 C3＝０ ０ ６／25１ ２／７ １／５０ １／７ １／10Ｒ Ｇ Ｂ
……（13） なるカラーフイルターが最終的に与えられる。式
(13)を実用的範囲で満たすフイルター分光特性の１
例を第４図に示した。 この場合の信号処理としてはS1，S2，S3のうち
の２信号例えばS2，S3を適当に増幅した後加算し
てＹ信号を、減算によりＲ，Ｂ信号が得られる。
S2に対する増幅率は3.5倍、S3に対する増幅率は
５倍である。 第５図に第４図の分光特性のカラーフイルター
を用いた撮像装置の信号処理回路を示した。 レンズ５１及び色温度変換フイルター５２を通
して得られた像は、２走査線信号同時読出し可能
な固体撮像素子５３上に結像する。固体撮像素子
５３は第３図に示したフイルターの各信号を時系
列に発生し、信号の位相関係も1/2画素ずれてい
るものとしている。 撮像素子５３の２本の出力信号は各々プリアン
プ５４，５５で等しく増幅される。 撮像素子のＧ信号出力位相を基準0°にとつて以
下説明を行なう。 また、Ｇ信号は２走査線信号に交互にあらわれ
るのでその時間感覚TSを１周期360°にとる。即ち
水平方向画素ピツチPxに対して１周期は3/2Px
に対応する。またサンプリング周波数fs＝１／
TS、fS′＝fS／２とする。 プリアンプの出力の２走査線信号は、３つのア
ナログスイツチ５６，５７，５８を用いて切換周
波数fS′で切換えられ、３信号として出力される。 アナログスイツチ５６はＧ信号を中心とする信
号を２走査線信号から抜き出すのに用いられ、５
７，５８は各々Cy信号、Ｗ信号を中心とする信
号を抜き出すのに用いられる。従つて、アナログ
スイツチの切換え位相は５６が180°（0°±180°）、
５７が60°（240°±180°）、５８が300°（120°±18
0°）
となつている。５９は利得１のバツフアーアンプ
である。６０および６１は各々利得が前述のよう
に3.5，５倍のアンプとなつている。これら３つ
のアンプの出力を３つのサンプリング位相の異な
るサンプルアンドホールド回路６２，６３，６４
による周波数fSでサンプリングすればサンプルア
ンドホールド回路６２の出力にはＧ信号が常に出
力され、６３，６４の出力には各々Cy信号、Ｗ
信号が常に出力される。 これら３信号を加算回路６５で加算しLPF６
８で所要帯域を通過させれば輝度信号Ｙが端子７
２に与えられる。また２つの減算回路６６，６７
により（Cy−Ｇ）及び（Ｗ−Cy）を求め、これ
らをLPF６９，７０を通せば出力端子７１及び
７３に各々Ｂ信号、Ｒ信号が与えられるというも
のである。 以上のように本発明によれば、輝度信号は低域
から高域まで３つのカラーフイルターを使用して
画素出力しているので、実開昭55−29861号のよ
うに画像がボケルようなことがなく、高解像度の
絵を得ることができる。更に、受光画素数を増大
させることなく、1/2画素ピツチ毎に輝度信号を
得ることができ、飛躍的に解像度を向上させるこ
とができる。 また、前述した実施例によれば、赤側透過光が
抑えられているためスミア現象が発生しにくく、
しかも青側透過光を多くできるという利点がある
ので高性能のカラー固体撮像装置を実現すること
ができる。 また各カラーフイルターより得られる信号間の
極めて簡単な演算で３原色に関する信号を得るこ
とができ、信号処理回路が簡略化できることもひ
とつの利点である。
合せは赤側波長光透過が多く必要でありスミアの
点で不適当である。また青側波長光透過点から残
る２つの内、WCyGがGYeCyより優れているこ
とが知られる。 よつて、本発明の好適な実施例では、カラーフ
イルターとしてWCyGの組合わせを提案するもの
である。 その１実施例としてもつとも単純なものは、表
１に示した如きα：β：γ＝3/2：１：1/4という
素子感度を有する撮像素子を実現した場合であ
り、その時 C1 C2 C3＝010 011 111Ｒ Ｇ Ｂ ……（10） で与えられる。これを第３図に示した。 即ち、一般的なPN接合フオトダイオード受光
部を持つ固定撮像素子で、例えばα：β：γ＝
６：４：１というような感度比になるようカラー
フイルタ以外もう１枚の感度補正用フイルターを
赤外カツトフイルターと兼用して設けるものであ
る。このフイルターを用いた場合、Ｒ及びＢ信号
は各各（Ｗ−Cy），（Cy−Ｇ）という減算で容易
に得られる。 また、このようなフイルター配置の適用可能な
固体撮像素子はCCD（Charge Coupled Device）
でもMOS型デバイスでも、受光部画素が市松状
に配置されたものであれば良い。さらに垂直方向
に奇数番目と偶数番目の水平走査線信号が同時並
列に読出し可能なものであれば1H遅延線が不要
となるので好都合である。 本発明の他の実施例として、素子感度α，β，
γをシリコンフオトダイオードで代表的な感度比
α：β：γ＝５：４：２として実現した例を示
す。 (9)式において（ａ＋ｄ＋ｇ）・α＝0.30とする
ためａ＝ｄ＝０，ｇ＝１とすればα＝0.30でなけ
ればならない。この時β＝0.24，γ＝0.12とな
る。従つて（ｂ＋ｅ＋ｈ）×0.24＝0.60より、ｂ
＝ｅ＝ｈ5/6、（ｅ＋ｆ＋ｉ）×0.12＝0.10より、
ｆ＝ｉ＝5/12，ｃ＝０とし、(10)式に対応して、 C1 C2 C3＝０ ５／６ ０ ０ ５／６ ５／12 １ ５／６ ５／12Ｒ Ｇ Ｂ
……（11） るフイルターが考えられる。尚、この場合、Ｒを
S3，S2より簡単に求められるようにするためｆ＝
ｉ＝5/12と等しくした。 この場合、式(11)に示したフイルターの出力信号
S1，S2，S3は、 S1 S2 S3＝０ ５／６ ０ ０ ５／６ ５／12 １ ５／６ ５／120.30SR 0.24SG 0.12SB＝０ ０ 0.30.2 0.2 0.2０ 0.5 0.5SR SG SB ……（12） となるので、Ｒ＝Ｇ＝Ｂの無彩色被写体に対して
は S1：S2：S3＝0.2：0.7：1.0 となる。この比は強光線による信号飽和時の偽着
色及び低彩度被写体に対する解像度特性の点で等
しくするのが望ましく、これを補正すれば、 C1 C2 C3＝０ ０ ６／25１ ２／７ １／５０ １／７ １／10Ｒ Ｇ Ｂ
……（13） なるカラーフイルターが最終的に与えられる。式
(13)を実用的範囲で満たすフイルター分光特性の１
例を第４図に示した。 この場合の信号処理としてはS1，S2，S3のうち
の２信号例えばS2，S3を適当に増幅した後加算し
てＹ信号を、減算によりＲ，Ｂ信号が得られる。
S2に対する増幅率は3.5倍、S3に対する増幅率は
５倍である。 第５図に第４図の分光特性のカラーフイルター
を用いた撮像装置の信号処理回路を示した。 レンズ５１及び色温度変換フイルター５２を通
して得られた像は、２走査線信号同時読出し可能
な固体撮像素子５３上に結像する。固体撮像素子
５３は第３図に示したフイルターの各信号を時系
列に発生し、信号の位相関係も1/2画素ずれてい
るものとしている。 撮像素子５３の２本の出力信号は各々プリアン
プ５４，５５で等しく増幅される。 撮像素子のＧ信号出力位相を基準0°にとつて以
下説明を行なう。 また、Ｇ信号は２走査線信号に交互にあらわれ
るのでその時間感覚TSを１周期360°にとる。即ち
水平方向画素ピツチPxに対して１周期は3/2Px
に対応する。またサンプリング周波数fs＝１／
TS、fS′＝fS／２とする。 プリアンプの出力の２走査線信号は、３つのア
ナログスイツチ５６，５７，５８を用いて切換周
波数fS′で切換えられ、３信号として出力される。 アナログスイツチ５６はＧ信号を中心とする信
号を２走査線信号から抜き出すのに用いられ、５
７，５８は各々Cy信号、Ｗ信号を中心とする信
号を抜き出すのに用いられる。従つて、アナログ
スイツチの切換え位相は５６が180°（0°±180°）、
５７が60°（240°±180°）、５８が300°（120°±18
0°）
となつている。５９は利得１のバツフアーアンプ
である。６０および６１は各々利得が前述のよう
に3.5，５倍のアンプとなつている。これら３つ
のアンプの出力を３つのサンプリング位相の異な
るサンプルアンドホールド回路６２，６３，６４
による周波数fSでサンプリングすればサンプルア
ンドホールド回路６２の出力にはＧ信号が常に出
力され、６３，６４の出力には各々Cy信号、Ｗ
信号が常に出力される。 これら３信号を加算回路６５で加算しLPF６
８で所要帯域を通過させれば輝度信号Ｙが端子７
２に与えられる。また２つの減算回路６６，６７
により（Cy−Ｇ）及び（Ｗ−Cy）を求め、これ
らをLPF６９，７０を通せば出力端子７１及び
７３に各々Ｂ信号、Ｒ信号が与えられるというも
のである。 以上のように本発明によれば、輝度信号は低域
から高域まで３つのカラーフイルターを使用して
画素出力しているので、実開昭55−29861号のよ
うに画像がボケルようなことがなく、高解像度の
絵を得ることができる。更に、受光画素数を増大
させることなく、1/2画素ピツチ毎に輝度信号を
得ることができ、飛躍的に解像度を向上させるこ
とができる。 また、前述した実施例によれば、赤側透過光が
抑えられているためスミア現象が発生しにくく、
しかも青側透過光を多くできるという利点がある
ので高性能のカラー固体撮像装置を実現すること
ができる。 また各カラーフイルターより得られる信号間の
極めて簡単な演算で３原色に関する信号を得るこ
とができ、信号処理回路が簡略化できることもひ
とつの利点である。
第１図は本発明に用いられる固体撮像素子の受
光画素配置パターンを示す配置図、第２図はその
カラーフイルター配置の一般例を示す配置図、第
３図は本発明の固体撮像装置のカラーフイルター
配置を示す配置図、第４図は前図のカラーフイル
ターの分光特性の一例を示す線図、第５図は信号
処理系の一例を示す回路図である。 Ａ……固体撮像素子、Ｐ……受光画素、C1，
C2，C3……カラーフイルター、５２……色温度
変換フイルター、５３……固体撮像素子、５４，
５５……プリアンプ、５６，５７，５８……アナ
ログスイツチ、５６，６０，６１……アンプ、６
２，６３，６４……サンプルホールド回路、６５
……加算回路、６６，６７……減算回路、６８，
６９，７０……ローパスフイルター。
光画素配置パターンを示す配置図、第２図はその
カラーフイルター配置の一般例を示す配置図、第
３図は本発明の固体撮像装置のカラーフイルター
配置を示す配置図、第４図は前図のカラーフイル
ターの分光特性の一例を示す線図、第５図は信号
処理系の一例を示す回路図である。 Ａ……固体撮像素子、Ｐ……受光画素、C1，
C2，C3……カラーフイルター、５２……色温度
変換フイルター、５３……固体撮像素子、５４，
５５……プリアンプ、５６，５７，５８……アナ
ログスイツチ、５６，６０，６１……アンプ、６
２，６３，６４……サンプルホールド回路、６５
……加算回路、６６，６７……減算回路、６８，
６９，７０……ローパスフイルター。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ａ 複数の受光画素から成る第１受光画素列
と、複数の受光画素から成り、前記第１受光画
素列に隣接する第２受光画素列とを有し、２本
の水平走査線に対応する前記第１受光画素列と
前記第２受光画素列とが互いに水平方向に1/2
画素ピツチだけずれて配置されて成る固体撮像
素子と、 Ｂ 前記固体撮像素子上に配置され、第１色成分
を透過する分光特性を有する第１カラーフイル
ターと、 Ｃ 前記固体撮像素子上に配置され、前記第１カ
ラーフイルターの分光特性と異なり、第２色成
分を透過する分光特性を有する第２カラーフイ
ルターと、 Ｄ 前記固体撮像素子上に配置され、前記第１及
び第２カラーフイルターの分光特性と異なり、
第３色成分を透過する分光特性を有する第３カ
ラーフイルターと、 Ｅ 前記隣接する第１、第２の受光画素列から３
つの画素を順次選択する画素選択手段であつ
て、 一方の受光画素列から水平方向に隣り合う２
画素を選択すると共に、他方の受光画素列から
前記選択された２画素の境界にその画素中心を
もつ１画素を選択する第１の選択動作と、 前記他方の受光画素列から水平方向に隣り合
う２画素を選択すると共に、前記一方の受光画
素列から前記選択された２画素の境界にその画
素中心をもつ１画素を選択する第２の選択動作
とを、 前記第１の選択動作と第２の選択動作で選択
される各３つの画素のうち２つの画素が重複す
るように交互に繰り返すことにより、選択され
る３つの画素の列方向の中心が1/2ピツチずつ
ずれるように順次選択する画素を切り換える画
素選択手段と、 Ｆ 前記画素選択手段により選択された３画素の
信号を加算して輝度信号を生成する輝度信号算
出手段とを具備し、 Ｇ 前記隣接する前記第１、第２受光画素列の各
受光画素列上には、３画素を繰り返し周期とし
て前記第１、第２及び第３カラーフイルターが
順番に配置されると共に、前記隣接する第１、
第２受光画素列間で半周期（1.5画素）ずれて
配置され、 Ｈ 前記画素選択手段で選択する受光画素を順次
切り換えることで、前記輝度信号算出手段から
１／２画素ピツチ毎に輝度信号を得ることを特徴
とするカラー固体撮像装置。 ２ 前記第１カラーフイルターは、緑色を透過す
る分光特性を有し、また、前記第２カラーフイル
ターは、緑色及び青色の双方を透過する分光特性
を有し、また、前記第３カラーフイルターは、緑
色及び青色及び赤色の全色を透過する分光特性を
有す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 前記輝度信号算出手段は、前記固体撮像素子
から読み出された隣接する２本の各水平走査線信
号から前記第１カラーフイルターによる緑Ｇ信号
と、前記第２カラーフイルターによるシアンCy
信号と前記第３カラーフイルターによる白Ｗ信号
とを抽出し、前記Ｇ，Cy，Ｗ信号を加算して輝
度信号を生成することを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載のカラー固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57208597A JPS5999762A (ja) | 1982-11-30 | 1982-11-30 | カラ−固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57208597A JPS5999762A (ja) | 1982-11-30 | 1982-11-30 | カラ−固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5999762A JPS5999762A (ja) | 1984-06-08 |
| JPH0474917B2 true JPH0474917B2 (ja) | 1992-11-27 |
Family
ID=16558833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57208597A Granted JPS5999762A (ja) | 1982-11-30 | 1982-11-30 | カラ−固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5999762A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2920380B2 (ja) * | 1988-11-09 | 1999-07-19 | キヤノン株式会社 | 色信号処理装置 |
| KR100866718B1 (ko) * | 2005-06-17 | 2008-11-05 | 도판 인사츠 가부시키가이샤 | 촬상 소자 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5637588U (ja) * | 1979-08-29 | 1981-04-09 |
-
1982
- 1982-11-30 JP JP57208597A patent/JPS5999762A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5999762A (ja) | 1984-06-08 |
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