JPH05100110A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動作範囲が拡大された撮像装置を提供する。 【構成】 カラーフィルタ３９の構成単位はシアン色透
過フィルタ要素（Ｃｙ）Ｃ₁₁₁，Ｃ₁₃₁，Ｃ₁₅₁、黄色透
過フィルタ要素（Ｙｅ）Ｃ₁₁₂，Ｃ₁₃₂，Ｃ₁₅₂、マゼン
タ色透過フィルタ要素（Ｍｇ）Ｃ₁₂₁，Ｃ₁₄₂、緑色透過
フィルタ（Ｇ）Ｃ ₁₂₂，Ｃ₁₄₁からなる。このカラーフィ
ルタ３９を通して固体撮像素子２７の撮像面に結像して
得た信号Ａを帯域フィルタ３０を通すことで、（Ｇ−２
Ｂ）または（Ｇ−２Ｒ）の色差信号を得る。１水平走査
期間（１Ｈ）遅延回路３６で、１Ｈ遅延させた信号と、
遅延させることなく供給される信号とから、１水平走査
期間（１Ｈ）毎切換えスイッチ３７で色差信号（Ｇ−２
Ｒ），（Ｇ−２Ｂ）を得る。輝度信号（Ｙ）は信号Ａを
低域通過フィルタ２８で濾波することで得られる。これ
ら信号からエンコーダ３８によって複合映像信号を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、撮像装置、特にカラ
ー固体撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、カラーテレビジョン画像
送受システムでは、ＮＴＳＣ方式，ＰＡＬ方式，ＳＥＣ
ＡＭ方式等が各国で採用されている。これらの画像情報
の検出，描写にはインターレス走査方式が標準となって
いる。

【０００３】一般のカラーテレビジョン受像機にて画像
を再生するには、固体撮像装置もこれらの方式に従う必
要がある。

【０００４】図４はインターレス走査を説明するための
図である。固体撮像素子の撮像面にたとえば文字Ａを結
像して映像信号を取り出す場合、左から右へ、また上か
ら下への各走査に従って光電変換が行なわれ、画像に対
応して、ビデオ信号が検出される。実際にはインターレ
ス走査が行なわれるため、最初は、図４の１Ａ，２Ａ，
３Ａ，……，ＭＡの順に飛び越し走査され、Ａフィール
ドの走査を完了したのち、続いて、それらの中間を埋め
るように、１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，……，ＭＢの順でＢフィ
ールドの走査を完了する。こうしてＡフィールドとＢフ
ィールドの走査で完全な像Ａつまり画面全体（１フレー
ム）が構成される。ＮＴＳＣ方式においては、このよう
にインターレス走査によりテレビジョン画像は毎秒３０
回のフレーム、すなわち、毎秒３０回のＡフィールド走
査と毎秒３０回のＢフィールド走査との和からなってお
り、この標準的な走査方法では各受光要素から１／３０
秒に１回の割合で信号が検出される。このような信号の
読出しをフレーム読み出しという。

【０００５】これに対して、固体撮像素子を備えた撮像
装置の撮像分野で用いられる方式として、以下に示す方
式が考えられている。

【０００６】これは、図４において、まず（１Ａ，１
Ｂ），（２Ａ，２Ｂ），（３Ａ，３Ｂ），……の各二行
の組合せで同時走査をして、それぞれの信号線を通じて
得られた信号を外部回路で混合しながらＡフィールド走
査を行なったのち、続いて（１Ｂ，２Ａ），（２Ｂ，３
Ａ），（３Ｂ，４Ａ），……のように、１行分ずらした
組合せで混合読出しをすることによってＢフィールド走
査をし、１フレーム走査を完了するという方式である。
この場合には、全ての受光要素に対して、各フィールド
ごとすなわち１／６０秒ごとに１回の割合で信号検出が
行なわれることになる。これはフィールド読出しと言わ
れる。特に、固体撮像素子は、撮像管に比べて原理的に
焼付き現象がなく、低残像であるという特徴を有してい
る。この特色をより生かすため、垂直解像度を多少犠牲
にしてもフィールド読出しによるインターレス走査が望
まれる場合が多い。

【０００７】ところで、固体撮像素子を１枚用いて単板
カラーカメラを構成するためには、図５に示すように、
固体撮像素子１１の受光要素とカラーフィルタの色フィ
ルタ要素とが１：１に対応するように調整されて装着さ
れる必要がある。すなわち、受光要素Ａ₁₁，Ａ₁₂，…
…，Ａ₂₁，Ａ₂₂，……，Ａ_mn，……と、色フィルタ要素
Ｃ₁₁，Ｃ₁₂，……，Ｃ₂₁，Ｃ₂₂，……，Ｃ_mn，……と
は、それぞれ正確に対応して配置されなければならな
い。

【０００８】外部からの光１３がカラーフィルタ１２の
各色フィルタ要素Ｃ₁₁，Ｃ₁₂，……，Ｃ_mn，……を通っ
た後、光信号として各受光要素Ａ₁₁，Ａ₁₂，……Ａ_mn，
……，に照射され、信号電荷に変換される。この信号電
荷は、フィールド読出しにおいては、たとえばＡフィー
ルドにおける行２１，２２の読出し時にはＡ₁₁とＡ₂₁、
Ａ₁₂とＡ₂₂というように、受光要素２個分の信号電荷が
混合されて読出される。また、行２３，２４の読出し時
には、Ａ₃₁とＡ₄₁、Ａ₃₂とＡ₄₂、Ａ₃₃とＡ₄₃、……、行
２５と行２６の読出し時には、Ａ₅₁とＡ₆₁、Ａ₅₂と
Ａ₆₂、Ａ₅₃とＡ₆₃、……というように受光要素２個分の
信号電荷が混合されて読出される。

【０００９】次に、Ｂフィールドにおける行２２と行２
３の読出し時には、Ａ₂₁とＡ₃₁、Ａ ₂₂とＡ₃₂、Ａ₂₃とＡ
₃₃、……というように２受光要素分の信号電荷が混合さ
れて読出される。

【００１０】図６はフィールド読出し方式を用いたカラ
ーフィルタの構成単位を示す。このカラーフィルタの構
成単位は、全色透過フィルタ要素（Ｗ）Ｃ₁₁，Ｃ₃₁，Ｃ
₅₁と、緑色透過フィルタ要素（Ｇ）Ｃ₁₂，Ｃ₃₂，Ｃ
₅₂と、黄色透過フィルタ要素（Ｙｅ）Ｃ₂₁，Ｃ₄₂と、シ
アン色透過フィルタ要素（Ｃｙ）Ｃ₂₂，Ｃ₄₁とからなっ
ている。図において、２１〜２５は行を示している。

【００１１】なお、全色透過フィルタ要素（Ｗ）は赤，
青および緑の原色成分の光を透過させ、黄色透過フィル
タ要素（Ｙｅ）は赤および緑の原色成分の光を、またシ
アン色透過フィルタ要素（Ｃｙ）は青および緑の原色成
分の光をそれぞれ透過させる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このカラーフィルタに
おいては、その構成要素の中に光透過率の高い全色透過
フィルタ要素（Ｗ）が使用されているので、その要素部
分において高感度特性を有するという長所がある。しか
し、カラーフィルタの構成要素であるＣｙ，Ｙｅ，Ｗ，
Ｇの色フィルタ透過率が異なっているために、それらに
対応する各画素からの信号電流が大きく異なる。すなわ
ち、緑色透過フィルタ要素（Ｇ）がもっとも光の利用率
が小さいために、緑色透過フィルタ要素（Ｇ）が飽和す
るのに全色透過フィルタ要素（Ｗ）の約３倍の光量を必
要とする。このため、すべてのフィルタ構成単位の透過
光量が互いに等しい理想的なカラーフィルタに比べて、
図６に示したカラーフィルタを使用した撮像装置では、
その動作範囲が全色透過フィルタ要素（Ｗ）の部分で決
定されてしまい、固体撮像素子の各画素、特に緑色透過
フィルタ要素（Ｇ）の動作範囲を十分に使用できないこ
とから、動作範囲の狭いものになっている。

【００１３】この発明は上記カラーフィルタによっても
たらされる不都合を排除し、動作範囲を拡大した撮像装
置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の撮像装置は、
水平方向および垂直方向に二次元配列された受光要素群
を有し、垂直方向に隣接する２個の受光要素の出力が混
合されて読み出される固体撮像素子と、その前面に配置
された、フィルタ要素が行列状に配列され、単位配列が
二次元状に配置されたカラーフィルタとを有し、カラー
フィルタのフィルタ要素における単位配列が２列４行に
配列された第１，第２，第３および第４のフィルタ要素
からなり、さらに単位配列の第１列においては第１，第
２，第１および第３のフィルタ要素が順次配列され、ま
た、第２列においては第４，第３，第４および第２のフ
ィルタ要素が順次配列されていて、これら第１，第２，
第３および第４のフィルタ要素がシアン色，マゼンタ
色，緑色，および黄色からなるグループから選ばれ、か
つそれぞれの色が異なったものである。

【００１５】

【作用】この発明の撮像装置においては、単色および２
色のフィルタ要素を上述のような特定の位置関係で配列
したカラーフィルタを、固体撮像素子の前面に配置して
いるので、各フィルタ要素を通過する光量差が互いに少
なくなり、動作範囲が拡大される。そして、このカラー
フィルタが前面に配置された固体撮像素子から、水平方
向および垂直方向に二次元配列された受光要素群の、垂
直方向に隣接する２個の受光要素の出力を混合して読み
出すので、色差信号を容易に得ることが可能となる。

【００１６】

【実施例】この発明の撮像装置で用いられる色フィルタ
は、マゼンタ色透過フィルタ要素，シアン色透過フィル
タ要素，緑色透過フィルタ要素，およびシアン色透過フ
ィルタ要素が２列４行に配列されて一つの単位が構成さ
れ、フィールド読出し方式において用いられるものであ
る。

【００１７】図１（ｂ）はこの発明の撮像装置で用いら
れるカラーフィルタの構成単位の一例を示す。この構成
単位は、シアン色透過フィルタ要素（Ｃｙ）Ｃ₁₁₁，Ｃ
₁₃₁，Ｃ₁₅₁、黄色透過フィルタ要素（Ｙｅ）Ｃ₁₁₂，Ｃ
₁₃₂，Ｃ₁₅₂、マゼンタ色透過フィルタ要素（Ｍｇ）Ｃ
₁₂₁，Ｃ₁₄₂、緑色透過フィルタ（Ｇ）Ｃ₁₂₂，Ｃ₁₄₁から
なる。図において、１２１〜１２５は各行を示してい
る。

【００１８】なお、シアン色透過フィルタ要素（Ｃｙ）
は青および緑の原色成分の光を透過させ、黄色透過フィ
ルタ要素（Ｙｅ）は赤および緑の原色成分の光を、また
マゼンタ色透過フィルタ要素（Ｍｇ）は青および赤の原
色成分の光をそれぞれ透過する。

【００１９】次に、図１（ｂ）に示したカラーフィルタ
を備えた固体撮像素子より取り出される電気出力信号に
ついて説明する。

【００２０】図２（ａ）は、図１（ｂ）に示したカラー
フィルタの２受光要素同時読出しまたは２行同時読出し
を行なった場合のＡフィールドにおける奇数行（たとえ
ば図１（ｂ）の行１２１，１２２の同時読出しであり、
ここでは２行を一纏めにして奇数行としている）の電気
出力を示す。図２（ｂ）は、同様にＡフィールドにおけ
る偶数行（図１（ｂ）の行１２３，１２４の同時読出
し）の電気出力を示す。図２（ｃ）はＢフィールドにお
ける奇数行（図１（ｂ）の行１２２，１２３の同時読出
し）の電気出力を示す。図２（ｄ）は、Ｂフィールドに
おける偶数行（図１（ｂ）の行１２４，１２５の同時読
出し）の電気出力を示す。これらの図において、縦軸は
電圧ｖを、また横軸は時間ｔをそれぞれ表わしている。
ただし、出力波形は理解を容易にするため、各受光要素
に対応する色フィルタの原色成分の赤，緑，青をそれぞ
れＲ，Ｇ，Ｂで示した。

【００２１】図２（ａ）〜（ｄ）において、それぞれ、
色差信号を作るために帯域フィルタを通過させることに
よって、たとえばＡフィールドおよびＢフィールドの各
行ではそれぞれ次のような色差信号が得られる。

【００２２】 Ａフィールドの奇数行（図２（ａ））： （Ｃｙ＋Ｍｇ）−（Ｙｅ＋Ｇ）＝（Ｒ＋Ｇ＋２Ｂ）−（Ｒ＋２Ｇ） ＝２Ｂ−Ｇ Ａフィールドの偶数行（図２（ｂ））： （Ｃｙ＋Ｇ）−（Ｙｅ＋Ｍｇ）＝（２Ｇ＋Ｂ）−（２Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） ＝Ｇ−２Ｒ Ｂフィールドの奇数行（図２（ｃ））： （Ｍｇ＋Ｃｙ）−（Ｇ＋Ｙｅ）＝（Ｒ＋Ｇ＋２Ｂ）−（Ｒ＋２Ｇ） ＝２Ｂ−Ｇ Ｂフィールドの偶数行（図２（ｄ））： （Ｇ＋Ｃｙ）−（Ｍｇ＋Ｙｅ）＝（２Ｇ＋Ｂ）−（２Ｒ＋Ｇ＋Ｂ） ＝Ｇ−２Ｒ 輝度信号（Ｙ）については、図２（ａ）〜（ｄ）の信号
を低域通過フィルタを通過させることによって得られ、
すべてのラインの輝度信号（Ｙ）は次式のとおりとな
る。

【００２３】Ｙ＝４Ｒ＋６Ｇ＋４Ｂ 次に、図１（ａ）を参照しながら、この発明の一実施例
の固体撮像装置について説明する。この実施例では、カ
ラーフィルタ３９として図１（ｂ）に示したフィルタを
使用し、固体撮像素子２７として水平方向３８０画素、
垂直方向５１２画素の２受光要素同時読出し方式の固体
撮像素子を用いた。

【００２４】カラーフィルタ３９を通して固体撮像素子
２７の撮像面に結像すると、この素子２７から上述した
信号Ａが出力される。信号Ａを中心周波数３.５８ＭＨ
ｚ、帯域１ＭＨｚの帯域フィルタ３０、および検波回路
３１を通すことによって、（Ｇ−２Ｂ）、または（Ｇ−
２Ｒ）の色差信号を得る。色差信号（Ｇ−２Ｂ），（Ｇ
−２Ｒ）は、奇数行毎，偶数行毎に（Ｇ−２Ｂ），（Ｇ
−２Ｒ）の繰返しで得られるために、プロセス回路３２
で適宜処理してから、１水平走査期間（１Ｈ）遅延回路
３６で１Ｈ遅延させた信号と、遅延させることなく供給
される信号とから、１水平走査期間（１Ｈ）毎切換えス
イッチ３７で（Ｇ−２Ｒ），（Ｇ−２Ｂ）なる色差信号
を同時に得られるようにする。このようにして得られた
２種の色差信号（Ｇ−２Ｒ），（Ｇ−２Ｂ）をエンコー
ダ３８に供給する。

【００２５】一方、輝度信号（Ｙ）については、信号Ａ
を帯域３.５８ＭＨｚの低域通過フィルタ２８で濾波す
ることによって得ることができ、その出力信号をプロセ
ス回路２９で必要に応じて適宜処理してからエンコーダ
３８に供給し、エンコーダ３８によって前記色差信号
（Ｇ−２Ｒ），（Ｇ−２Ｂ）とで複合信号を得る。

【００２６】以上のように、この実施例におけるフィル
タでの、カメラ感度を決定づける輝度信号Ｙは次式のと
おりとなる。

【００２７】Ｙ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ 一方、図６で示したフィルタの輝度信号Ｙは次式のとお
りである。

【００２８】Ｙ＝２Ｒ＋４Ｇ＋２Ｂ これらの比較から明らかなように、感度そのものに関し
てはこの実施例におけるフィルタが図６に示したフィル
タに比べて若干低下している。

【００２９】ところが、この実施例におけるフィルタで
は、各構成要素が緑色透過フィルタ要素（Ｇ），マゼン
タ色透過フィルタ要素（Ｍｇ），黄色透過フィルタ要素
（Ｙｅ）およびシアン色透過フィルタ要素（Ｃｙ）の、
単色あるいは２色の色フィルタ要素で構成されているた
めに、各フィルタ要素を通過する光量の差が少なくな
り、カラー固体撮像素子としての動作範囲が３ｄＢ程度
拡大する。

【００３０】すなわち、この実施例におけるフィルタ素
子の動作範囲は、マゼンタ色透過フィルタ要素（Ｍ
ｇ），黄色透過フィルタ要素（Ｙｅ）およびシアン色透
過フィルタ要素（Ｃｙ）の２色の色フィルタ要素で決定
されるが、これら色フィルタ要素の光量は単色の色フィ
ルタ要素である緑色透過フィルタ要素（Ｇ）の光量の約
２倍であり、これにより特に緑色透過フィルタ要素
（Ｇ）の動作範囲が広くなり、全体としての動作範囲が
拡大する。

【００３１】図３にフィルタ素子の他の例を示す。これ
は、図に示すように、２列４行のフィルタ要素の単位配
列が二次元的に配置されており、単位配列の第１列がマ
ゼンタ色（Ｍｇ），シアン色（Ｃｙ），マゼンタ色（Ｍ
ｇ），黄色（Ｙｅ）の繰返しで構成され、第２列が緑色
（Ｇ），黄色（Ｙｅ），緑色（Ｇ），シアン色（Ｃｙ）
の繰返しで配列されたものである。

【００３２】このカラーフィルタにおいても、図１
（ｂ）のカラーフィルタと同様、上記実施例に適用する
ことで、色差信号（Ｇ−２Ｒ），（Ｇ−２Ｂ）が得られ
る。

【００３３】なお、固体撮像素子として、上記実施例で
は２受光要素同時読出方式の固体撮像素子に関して説明
したが、２行同時読出方式の固体撮像素子においても、
上記の色分離フィルタおよび処理回路を用いることがで
きるのは言うまでもないことである。

【００３４】

【発明の効果】この発明の撮像装置は、単位配列が２列
４行に配列された第１，第２，第３および第４のフィル
タ要素からなり、さらに単位配列の第１列が第１，第
２，第１および第３のフィルタ要素を順次配列した構成
であり、また、第２列が第４，第３，第４および第２の
フィルタ要素を順次配列した構成であって、これら第
１，第２，第３および第４のフィルタ要素がシアン色，
マゼンタ色，緑色，および黄色からなるグループから選
ばれ、かつそれぞれの色が異なったカラーフィルタを使
用し、このカラーフィルタを固体撮像素子の前面に配置
して、その受光要素の出力を読み出す構成であるので、
各フィルタ要素を通過する光量差が互いに少なくなり、
その動作範囲を拡大することができる。そして、固体撮
像素子の受光要素群の一方向に隣接する２個の受光要素
の出力を混合して読み出すことで、色差信号を容易に得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はこの発明の一実施例の固体撮像装置の
ブロック図 （ｂ）はこの実施例で用いられるカラーフィルタの構成
単位の一例を示す図

【図２】（ａ）〜（ｄ）は図１（ｂ）に示したカラーフ
ィルタの原色成分を説明する図

【図３】この発明の撮像装置で用いられるカラーフィル
タの他の構成単位例を示す図

【図４】テレビジョン走査方式におけるインターレス走
査を説明するための図

【図５】固体撮像素子の受光要素とカラーフィルタの色
フィルタ要素との関係を説明するための図

【図６】フィールド読出し方式で使用されるカラーフィ
ルタの構成単位を説明するための図

【符号の説明】

２７ 固体撮像素子 ２８ 低域通過フィルタ ２９ プロセス回路 ３０ 帯域フィルタ ３１ 検波回路 ３２ プロセス回路 ３６ １水平走査期間（１Ｈ）遅延回路 ３７ １水平走査期間（１Ｈ）毎切換えスイッチ ３８ エンコーダ ３９ カラーフィルタ Ｃ₁₁₁，Ｃ₁₃₁，Ｃ₁₅₁ シアン色透過フィルタ要素 Ｃ₁₁₂，Ｃ₁₃₂，Ｃ₁₅₂ 黄色透過フィルタ要素 Ｃ₁₂₁，Ｃ₁₄₂ マゼンタ色透過フィルタ要素 Ｃ₁₂₂，Ｃ₁₄₁ 緑色透過フィルタ要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 進 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平本 政夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平方向および垂直方向に二次元配列され
   た受光要素群を有し、垂直方向に隣接する２個の受光要
   素の出力が混合されて読み出される固体撮像素子と、前
   記固体撮像素子の前面に配置された、フィルタ要素が行
   列状に配列され、単位配列が二次元状に配置されたカラ
   ーフィルタとを有し、前記カラーフィルタのフィルタ要
   素における前記単位配列が２列４行に配列された第１，
   第２，第３および第４のフィルタ要素からなり、前記単
   位配列の第１列は前記第１，第２，第１および第３のフ
   ィルタ要素が順次配列されて構成され、また、前記単位
   配列の第２列は前記第４，第３，第４および第２のフィ
   ルタ要素が順次配列されて構成されており、前記第１，
   第２，第３および第４のフィルタ要素がシアン色，マゼ
   ンタ色，緑色，および黄色からなるグループから選ば
   れ、かつそれぞれの色が異なっている撮像装置。
2. 【請求項２】第１，第２，第３，第４のフィルタ要素が
   それぞれシアン色，マゼンタ色，緑色，黄色である請求
   項１記載の撮像装置。
3. 【請求項３】第１，第２，第３，第４のフィルタ要素が
   それぞれ緑色，黄色，シアン色，マゼンタ色である請求
   項１記載の撮像装置。