JPS5810916B2 - カラ−コタイサツゾウソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷結合素子（ＣＣＤ）の如き固体撮像体を使
用したカラー固体撮像装置に関する。

撮像装置としてＣＣＤを使用する場合にあっては、撮像
すべき被写体像に応じた入力光情報は絵素毎にサンプリ
ングされた状態で電気信号に変換されるため、周知のビ
ジコン管などを使用したときとは異り、絵素毎にサンプ
リングされた形の出力信号がこのＣＣＤから得られる。

すなわち、今サンプリング周波数をｆｃとじた場合、各
絵素を水平区間毎に走査することにより、その１水平区
間で得られる出力映像信号ＳＹは第１図で示すように輝
度信号ＳＹの変調成分ＳＤＣのほかに、サンプリング周
波数ｆｃをキャリヤとするサンプリング周波数ｆｃが変
調成分ＳＤＣで変調された側波帯成分ＳＭ（交流成分）
が得られることになる。

但し、図示する例はそのうちの基本波のみ示しである。

この場合、交流成分ＳＭにはサンプリング周波数ｆｃを
中心として上下の側波帯が生ずるので、解像度の劣化を
防止すべ（変調成分ＳＤＣの帯域を十分に採ると、第１
図で示されるように変調成分ＳＤＣの高域成分ＳＤＨ中
にサンプリング周波数ｆｃの側波帯成分が重なり、斜線
の部分が折り返し歪となって生起される。

この状態のまま画像を再生すると、再生画面にちらつき
現象となって現われる。

なお、ＳＤＬは変調成分ＳＤＣの低域成分を示す。

この現象は上述したように、折り返し歪が生ずるためで
あるから、例えば、サンプリング周波数ｆｏの１／２以
下に変調成分ＳＤＣの帯域中を制限すれば、当然折り返
し歪は起らず、画面のちらつきは防止できる。

しかしこのように変調成分ＳＤＣの帯域中を制限するこ
とは解像度の劣化を来すものであるからあまり得策とは
言えない。

一方、解像度の劣化を来たさないように変調成分ＳＤＣ
の帯域中（この例では３．５ＭＨｚ程度）をとり、かつ
折り返し歪が生じないようにするにはサンプリング周波
数ｆｃを充分高く採ればよい。

ところで、サンプリング周波数ｆ。

はＣＣＤにおける水平方向の絵素数Ｎと水平走査周波数
ｆＨとの積ｆｃ−Ｎ−ｆＨ（具体的には水平走査方向の
有効走査時間が考慮される）で求められるから、上述し
たように折り返し歪を除去すべくサンプリング周波数ｆ
ｃを高くするには、それに伴って絵素数Ｎを増加しなけ
ればならず、従ってこの方法ではＣＣＤの製造上の困難
性を惹起する。

いずれにしろ、上述した２つの方法では一方の条件は満
足するも、他方の条件は満足しえない欠点がある。

本発明者はこれらの点を諸種検討し、実験した結果、上
述した２つの方法におけるいずれの条件も十分に満足し
うる撮像装置を開発するに至り、ここに新規かつ有用な
斯種固体撮像体を使用した撮像装置を提案するものであ
る。

以下図面を参照して本発明による撮像装置を説明するも
、本例では固体撮像体として特殊なインターラインシフ
ト方式を採る新規なＣＣＤを使用した場合である。

まず、本発明に適用して好適なこのＣＣＤから説明する
も、この種ＣＣＤの理解を容易にするため、従来例から
説明しよう。

第２図面の簡単な説明図であって、共通の半導体基体１
上にマトリックス状に配列した夫々１絵素として構成さ
れる多数の受光部２（２ａ。

２ｂ）と、水平走査方向における受光部２の数、即ち水
平絵素数と同じ数だけ設けられた垂直方向にのびる垂直
シフトレジスタ３と、更に出力端子側に蓄積キャリヤを
転送させるための水平シフトレジスタ４とから、ＣＣＤ
１０が構成される。

このＣＣＤ１０から撮像出力を得るには、まず各受光部
２で蓄積された光情報に基づく少数キャリヤを一旦垂直
ライン毎に、垂直シフトレジスタ３に転送（パラレル転
送）し、次いで各垂直シフトレジスタ３により順次垂直
方向に転送（シリアル転送）すると共に、水平シフトレ
ジスタ４を通じてその蓄積キャリヤを１水平走査線毎に
読出す。

このようにすれば、水平シフトレジスタ４の出力端子に
目的の撮像出力を得ることができる。

ここで、受光部２の垂直列と垂直シフトレジスタ３とが
交互に空間配置されているから、この転送方式を一般に
はインターラインシフト（又はインターライントランス
ファ）方式と称するものである。

なお、第２図に示される複数の矢印はキャリヤの転送方
向を示すが、インターレース的な走査方式を採用する場
合では破線矢印が成る偶数フィールドでの転送を示すこ
とになる。

依って、奇数フィールドでは実線矢印のみ転送される。

本発明において使用される固体撮像体は第２図に示した
この基本構成を踏襲し、なおかつ特に水平解像度を劣化
させることな（垂直シフトレジスタの本数を減少させう
るようにしたものを使用するものである。

すなわち、このＣＣＤは垂直シフトレジスタの両側に、
絵素を交互に配し、これら２つの絵素列から得られる光
情報をこの垂直シフトレジスタで転送するように構成し
たものである。

第３図以下を参照してこのＣＣＤを説明するも、第２図
に示したＣＣＤにおいて、その水平走査方向に関して、
奇数番目の絵素を２ａとし、偶数番目の絵素を２ｂとす
る。

又、奇数番目の水平走査線を５ａで、偶数番目のそれを
５ｂで示そう。

第３図において、１０はこのＣＣＤの要部を全体として
示すも、夫々オーバーフロードレイン領域６で囲まれる
領域７が水平走査方向に関する単位領域となされ、この
単位領域７内には垂直方向に延びる２本の絵素列と、共
用の垂直シフトレジスタ３′とが設けられる。

ここで、垂直シフトレジスタ３′の両側に設けられたこ
れら絵素列内に存する絵素は垂直方向に関し、各水平走
査区間毎に連続して設けられるのではなく、１Ｈ（Ｈは
水平走査期間）おきに設けられるものである。

すなわち、例えば垂直シフトレジスタ３′の左側に存す
る絵素列は垂直方向における奇数番目の絵素のみ有し、
一方、右側に存する絵素列はこれとは逆に偶数番目の絵
素のみ有する。

なお、絵素２と垂直シフトレジスタ３′との間に設けら
れている領域８は蓄積キャリヤを各シフトレジスタ３′
に移すために設けられたゲート領域を示す。

そして、夫々の領域２ａ、２ｂ、８に設けられた電極を
符号φａ、φＩで示す。

又、本例では２相クロツクでキャリヤ転送を行うように
した場合であるので、垂直シフトレジスタ３′の転送電
極は２つφ１．φ２である。

なお、インタレース方式を採る場合には第１０図で示す
ように隣り合う水平走査区間における絵素を１組とし、
これらが１つおきに配される。

実線矢印は奇数フィールドでの、破線矢印は偶数フィー
ルドでの転送を示す。

又、このようにインタレース方式を採る場合では、ＩＨ
おきに対応する電極同士を結線しなければならない。

従って、蓄積用電極に関して奇数フィールドでは電極φ
ａが使用され、偶数フィールドでは他方の電極φｂが使
用される。

同様にゲーＩ・電極も、蓄積用電極と同じく奇数フィー
ルドではφＩ、偶数フィールドではφ■が使用される。

第３図で示した固体撮像体１０の横断面図及び縦断面図
を第４図及び第５図に示す。

本例では半導体基体１としてＮ型のものが使用され、そ
の上面１ａの所望とする個所にはＳｉＯ２等の絶縁層９
を介して上述した電極が被着形成される。

そして、この基体１にはチャンネルストッパとなる領域
１１が形成される。

なお、この領域１１内に形成されるオーバーフロードレ
イン領域６はＰ＋型である。

以上のような市松模様に受光部２を構成するとその詳細
な説明は省略するが、原理的には水平方向の絵素数の１
／２に垂直シフトレジスタの数を減少させうると共に、
水平方向の絵素数そのものも、従来に比べ１／２にする
ことができる。

本発明は例えばこのような特殊な構成を採る固体撮像体
を利用してカラーの固体撮像装置を構成したものである
。

第６図はこの装置に適用して好適な色フィルタ２０の一
例を示すが、これは図にも示されるように水平走査方向
に向って絵素毎に分割された複数の透過領域を有する。

奇数番目の水平走査線５ａに対応する透過領域２１Ａ、
２１Ｂと、階数番目の水平走査線５ｂに対応する透過領
域２１Ｃ，２１Ｄとは水平方向における絵素の配列ピッ
チをτＨとした場合、１／２・τＨだげ相対的にずれる
ように夫々の透過領域が形成されるものである、すなわ
ち、ＣＣＤ１０と同様市松模様に合わせて、ジグザグな
領域として形成されている。

そして、水平走査方向における奇数番目の分割領域２１
Ａ（又は２１Ｃ）同士及び偶数番目の分割領域２１Ｂ（
又は２１Ｄ）同士は夫々同一の色光が透過するように選
定されると共に、これら透過色光にあって、緑色光Ｇは
共通に得られ、赤色光Ｒ又は青色光Ｂに関してはそのい
ずれか一方又は双方が信号処理帯域内に線順次的に得ら
れるように分割領域２１Ａ〜２１Ｄにおける透過色光が
選定される。

本例では（Ｒ−Ｂ）成分とＲ成分とが線順次的に得られ
るようにする場合の１つの例を示す。

第６図に示すはその具体例である。

この例では（Ｒ−Ｂ）とＲとが１水平走査区間毎に交互
に得られるようにするため、図のように領域２１Ａは黄
色光Ｙｌ、領域２１Ｂはシアン色光Ｃｙ、領域２１Ｃは
白色光Ｗそして最後の領域２１Ｄはシアン色光Ｃｙが夫
々の領域における透過色光として選定されるものである
。

ここで、色フィルタ２０と固体撮像体１０との位置関係
を図示すれば、第７図のようになる。

すなわち、１絵素の領域内に少くとも市松模様の受光部
２が位置するようにその相対的な位置関係が選定される
ものである。

以上のように色フィルタ２０を構成すれば、ＣＣＤ１０
上には所望とした被写体の色分解像が得られるもので、
本発明ではこのような構成を採る色フィルタ２０と、前
述したＣＣＤ１０を使用して目的とするカラー固体撮像
装置を具現したものである。

つぎに、本発明に適用して好適な信号処理系について説
明する。

第８図において、Ｔは本発明装置における系統図を全体
として示し、被写体２５は光学レンズ系２６を介してＣ
ＣＤ１０上に投影される。

ところで、この例においては解像度に直接影響を及ぼす
緑色光Ｇに関しては比較的広帯域特性となるように、従
って他の色光Ｒ，Ｂに関しては解像度に影響を及ぼさな
い程度の帯域（５００〜１０００ｋＨｚ）に、すなわち
狭帯域特性となるように夫々の色光における通過帯域特
性が選定される。

それがため、本例では図示せずも、上記特性が得られる
ような光学的ローパスフィルタが光路ｌ上に配されるも
のである。

ここで、ＣＣＤ１０から得られる撮像信号の周波数スペ
クトル及び各原色光の位相関係に注目してみよう。

第９図Ａは奇数番目の水平走査線５ａ上を走査したとき
に得られる撮像信号Ｓｏのスペクトル及び位相の図であ
って、第１の領域２１Ａかも得られる色信号の位相を基
準にすれば、１／２ｆｃ（ｆｃはサンプリング周波数）
の位置には、図のように夫々１８０°の位相差をもって
ＲとＢが得られる。

なお、Ｇは各透過領域２１Ａ、２１Ｂから夫々得られる
ので、１／２ｆｃでは変調されない。

そのため、Ｇの成分は存在しない。

ｆｃの位置ではＲ−Ｂはすべて同相になる。

なお、図において使用した符号にあって添字「Ｒ，Ｇ、
Ｂ」は夫々Ｒ−Ｂの各色成分に対応するものであって、
例えば、５ＤＲ（又は５ＤＢ）はＲ（又はＢ）成分に関
する変調成分を指す。

従って、これら変調成分ＳＤＲ，ＳＤＢは夫々狭帯域で
ある。

偶数番目から得られる撮像信号ＳＥの周波数スペクトラ
ム及び位相は同図Ｂのようになる。

その詳細な説明は省略するも、１／２ｆｃでの位相は、
Ｒ成分のみえられるから、同図ＡのＲ成分を基準にした
場合、９０°だけ進相している。

次に、このような位相関係を踏えて、再び第８図の回路
系を説明しよう。

１水平走査期間毎に順次交互に得られる撮像信号５Ｏ９
ＳＥは夫々ローパスフィルタ２８に供給されるが、ここ
の通過帯域は第９図Ｃで示すようにＲ−Ｂ夫々の側波帯
成分、ＳＭＲ〜ＳＭＢが折り返えされる帯域を含まない
ように選定されるものであって、本例では後述する説明
より自ずと明らかになろうが、２．０〜３．５ ＭＥｚ
程度の帯域まで通過しうるように構成されるものである
。

ローパスフィルタ２８を経た撮像信号５Ｏ９ＳＥは直接
マトリックス回路３５に供給される。

次に、上記した撮像信号５Ｏ２ＳＥより色成分の復調系
（検波系）を説明する。

この図において、４０は色復調系を示し、撮像信号５Ｏ
２ＳＥはバンドパスフィルタ２９に供給され、１／２ｆ
ｃを含む信号帯域が抽出される（第９図Ｅ）。

抽出された側波帯成分は復調器３１Ｒと１Ｈの遅延回路
３０に供給され、１Ｈの遅延出力はさらに他の復調器３
１Ｂに供給される。

従って、夫々の復調軸を適当に定めれば、ある水平ライ
ンでは、復調器３１ＢからＢ成分を復調でき、他方の復
調器３１ＲからＲ成分を復調できる。

そして、次の水平ラインでは復調器３１Ｂ、３１Ｒの復
調軸を上述の関係とは逆になるように選択すれば、復調
器３１ＢからはＢ成分を、他方の復調器３１ＲからはＲ
成分を夫々復調できる。

これらの復調出力を上述したローパスフィルタ２８の出
力と共に夫々後段のマトリックス３５に供給すれば、そ
の出力端子３５ａ〜３５ｃより所望の映像信号、例えば
ＮＴＳＣ方式の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｒ−Ｙ。

Ｂ−Ｙを得ることができる。

以上説明したように本発明では第３図で示す特殊な構成
を施した１個のＣＣＤ１０と第６図で示す色フィルタ２
０とを使用すると共に、垂直相関を利用して隣り合う水
平走査区間の撮像信号を加算して目的とするカラーの撮
像出力信号を得るようにしたものである。

この場合、撮像信号を加算しても、上述した理由に基づ
き側波帯成分は残余することなく完全に除去されるから
、折り返し歪の生起を防止しうる。

依って本発明装置による映像信号に基いた画像を映出し
ても画面はちらつくことなく常に良質の画像を映出でき
る特徴を有する。

そして、本発明では折り返し歪を完全に除去できるから
、次のような特徴を併せて有する。

即ち従来では解像度を劣化させることなく構成するには
輝度信号の帯域を３．５ＭＨｚ以上必要とし、今４．０
ＭＨｚとすれば、この状態で折り返し歪を生起しないよ
うにするには水平走査方向の絵素数Ｎは５００個以上必
要とするが、このように絵素数Ｎが多くなればなる程一
般にＣＣＤそのものの製造が困難となるため、このよう
な従来装置では安価に提供できない大きな欠点がある。

しかし、本発明では輝度信号の帯域を広げても折り返し
歪が生じないから、その帯域を４．０ＭＨｚ程度に選ん
でも４００個程程度済み、ＣＣＤ１０の製造が容易にな
ると共に安価に提供できる犬なる効果を有する。

また、上述した実施例では、出力信号の変調成分のうち
、特に垂直解像度に影響を及ぼす低域部分は演算処理を
施すことなく取出すことができるので、垂直方向におけ
る解像度は劣化しないので水平及び垂直両方向における
解像度を高めうる実益がある。

なお、上述した実施例で、ＣＣＤ１０は市松模様のもの
でなくてもよい。

固体撮像体はこのほかにダイオードアレーなとでも使用
しうる。

フレームシフト方式のＣＣＤでも勿論よい。

そして本発明において使用しうる色フィルタ２０は第６
図に示す実施例に限られず、すなわち（Ｒ−Ｂ）とＲと
が１水平走査区間毎に交互に得られるようにした場合が
第６図の例であり、それに応じた信号処理系を説明して
きた。

本発明において採用しうる色フィルタはＲ，Ｂに関しそ
のうちのいずれか一方又は双方が信号処理帯域内に線順
次的に得られるものであればよい。

従って、採用しうる透過色光の組合せは少くともぐ表−
１〉に示す如く２１組の組合せが可能である。

上に掲げたく表−１〉における若干の説明を次に付記し
よう。

組合せ例１〜５はいずれも第６図の変形例である。

組合せ例６〜９は（Ｒ＋Ｂ ）が線順次で得られる場合
である。

組合せ例１０〜１５はＲとＢが線順次に、そして残りの
組合せ例はＲ又はＢのいずれか一方が線順次に得られる
場合を示す。

以上の事柄を整理するとく表−２〉のようになる。

このように本発明では幾多の変形例を採りうるので、目
的に応じ任意所望とする色フィルタを選びうる実益も有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の撮像装置によって得られる撮像信号の周
波数スペクトル図、第２図は本発明の説明に供するイン
ターラインシフト方式を採る固体撮像装置の要部の構成
図、第３図は本発明に適用して好適な固体撮像体の一例
を示す第２図と同様な構成図、第４図はその横断面図、
第５図は同様にその縦断面図、第６図は本発明に適用し
て好適な色フィルタの一部の構成図、第７図はその一部
を示す図、第８図は本発明装置の一例を示す系統図、第
９図は側波帯成分の位相関係を含めた撮像信号の周波数
スペクトル図、第１０図は第３図の他の例を示す構成図
である。 １０は電荷結合素子（ＣＣＤ）、２５は被写体、２０は
色フィルタ、２９はバンドパスフィルタ、３０は遅延回
路、２（２ａ、２ｂ）は受光部、５ａ、５ｂは水平走査
方向を示す線、τＨは絵素の配列ピッチ、２１Ａ〜２１
Ｄは色光透過領域である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１個の固体撮像体と、これらの前面に配される色フィ
   ルタとを備え、この色フィルタは水平走査方向に向って
   複数に分割された分割領域を有し、上記水平走査方向に
   おける奇数番目の分割領域同士及び偶数番目の分割領域
   同士は夫々同一の色光が透過するように選定され、かつ
   、これらの透過色光にあって、緑成分は共通に得られ、
   赤成分又は青成分に関してはそのいずれか一方又は双方
   が信号処理帯域内に線順次的に得られるように上記分割
   領域における透過色光が選定され、上記固体撮像体に投
   影された色分解像に基づく撮像出力がローパスフィルタ
   に供給されてこれより輝度成分が形成されると共に、上
   記撮像出力がバンドパスフィルタに供給されてこれより
   サンプリングキャリヤよりも低域側の周波数帯域に存在
   する色成分が抽出され、抽出されたこの色成分が復調さ
   れることによって赤及び青成分が形成され、これらの色
   成分と上記輝度成分からカラー映像信号が形成されてな
   ることを特徴とするカラー固体撮像装置。