JP2591182B2 - Color solid-state imaging device - Google Patents

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。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color solid-state imaging device, and more particularly, to a single-plate color solid-state imaging device in which color filters are arranged in a mosaic pattern.

［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
たフィールト読み出し方式のものが主として用いられて
いる。[Prior Art] As a single-panel color solid-state imaging device, a field readout type which has a high dynamic resolution and is suitable for an interlace type which is a current television scanning type is mainly used.

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）に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が配置さ
れ、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CrとYeがそれぞれ交互に配
置されており、第１フィールトでは、（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＋１）ラインと（2n＋２）ライン等についても同
様］、第２のフィールドでは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。In this method, as shown in FIG. 4, four types of color filters, cyan Cy, yellow Ye, magenta Mg, and green G are arranged in a 1: 1 ratio for each photoelectric conversion element (photodiode). The signal charges are added and read out in the vertical direction for each field. That is, Cy and Ye are on the (2n-1) line, Mg and G are on the 2n line, and (2n + 1)
Ye and Cy on the line, Mg and G on the (2n + 2) line,
In the (2n + 3) line, Cr and Ye are alternately arranged. In the first field, the pixel signal of the (2n-1) line and the pixel signal of the 2n line are added in the vertical direction [(2n + 1) The same applies to the line and the (2n + 2) line, and the pixel signal of the 2n line and the (2n + 2) line in the second field.
+1) line of pixel signals are added in the vertical direction and [(2n
+2) line and (2n + 3) line, etc.].

この場合に、輝度信号Ｙは水平方向に隣接した画素の
信号電荷の和により、また、色信号Ｃは隣接した画素の
信号電荷の差により得られる。In this case, the luminance signal Y is obtained by the sum of signal charges of horizontally adjacent pixels, and the color signal C is obtained by the difference of signal charges of adjacent pixels.

すなわち、 Ｙ＝Ｇ＋Ye＋Mg＋Cy Ｃ＝（Ｇ＋Ye）−（Mg＋Cy）、または ＝（Ｇ＋Cy）−（Mg＋Ye）。That is, Y = G + Ye + Mg + Cy C = (G + Ye)-(Mg + Cy), or = (G + Cy)-(Mg + Ye).

ここに、 Ye＝Ｇ＋Ｒ Mg＝Ｒ＋Ｂ Cy＝Ｇ＋Ｂ であり、また、フィルタの分光特性は Ｇ−2B〜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、色信号
Ｃは Ｃ〜−（Ｂ−Ｙ）、または 〜−（Ｒ−Ｙ） と近似できる。Here, Ye = G + R Mg = R + B Cy = G + B, and the spectral characteristic of the filter is adjusted so that the approximate expression of G−2B to Y−B G−2R to Y−R holds. The color signal C can be approximated by C〜- (BY) or −- (RY).

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一組み合わせ
のフィルタの画素から得られる。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。That is, the color solid-state imaging device can obtain color signals line by line in each field. Further, the luminance signal is obtained from the pixels of the same combination of filters in the signal of each horizontal line. Therefore, there is no level difference between the lines in the luminance signal.

しかし、このようなフィールト蓄積カラー方式では垂
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素を
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）。However, in such a field accumulation color system, since signals of two vertical pixels are added and read, there is a disadvantage that the vertical resolution is reduced. Therefore, there is a movement to obtain a signal of each horizontal line from a single pixel column in order to obtain a pixel with high vertical resolution, such as an EDTV camera or an electronic still camera. FIG. 5 is an arrangement diagram of color filters of a conventional image sensor of this kind. In this method, the same pixel is divided into two or three regions, and two types of color filters are arranged so as to occupy the same area (FIG. 5 shows an example in which one pixel region is divided into two regions). Has been).

この撮像素子においては、奇数番目のラインでは、Ye
＋Mgの色フィルタとCy＋Ｇの色フィルタの繰り返しであ
り、偶数番目のラインでは、Cy＋Mgの色フィルタとYe＋
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。In this image sensor, the odd-numbered line has Ye
+ Mg color filter and Cy + G color filter. In even-numbered lines, the Cy + Mg color filter and Ye +
This is the repetition of the G color filter. In this method, the luminance signal is obtained from the sum of the signals of horizontally adjacent pixels in each line, and the color signal is obtained from the difference between the signals of horizontally adjacent pixels.

したがって、この方式によれば、各ライン毎に輝度信
号、色信号が求められ、高い解像度の画像が得られる。Therefore, according to this method, a luminance signal and a color signal are obtained for each line, and a high-resolution image is obtained.

［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種の色フィルタが設けられているの
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、色シェーディ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。[Problem to be Solved by the Invention] In the first conventional example described above, since the pixel signals are added in the vertical direction, there is a disadvantage that the resolution is reduced. Although the second conventional example is improved in this respect, since two types of color filters are provided in the same pixel, misalignment in the manufacturing process of the color filters causes positional displacement and overlap of the filters. Missing occurs. Therefore, a signal of a color not included in each color filter is generated, and color shading and flicker occur. Further, the signal amount differs between lines.

よって、本発明の目的とするところは、高解像度の画
素が得られかつ色シェーディング、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。Therefore, an object of the present invention is to provide a color solid-state imaging device capable of obtaining high-resolution pixels and suppressing the occurrence of color shading, flicker and false color signals.

［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、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ものであっ
て、赤色、緑色、青色における透過度が100％である特
性をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂと表すとき、第１の分光特性を
有する画素に対応する色フィルタは、近似的に（B/2＋
Ｇ＋Ｒ）で表される透過度を有するイエロー染料の第１
の染色層によって構成され、第２の分光特性を有する画
素に対応する色フィルタは、前記イエロー染料の第１の
染色層と同等の分光特性を有するイエロー染料の染色層
と近似的に（Ｂ＋Ｇ）で表される透過度を有するシアン
染料の第１の染色層との積層体によってまたは該積層体
と同等の分光特性を有するイエロー染料とシアン染料と
の混合染料の染色層によって構成され、第３の分光特性
を有する画素に対応する色フィルタは、近似的に（Ｂ＋
Ｇ＋R/2）で表される透過度を有するシアン染料の第２
の染色層によって構成され、第４の分光特性を有する画
素に対応する色フィルタは前記シアン染料の第２の染色
層と同等の分光特性を有するシアン染料の染色層と近似
的に（Ｇ＋Ｒ）で表される透過度を有するイエロー染料
の第２の染色層との積層体によってまたは該積層体と同
等の分光特性を有するシアン染料とイエロー染料との混
合染料の染色層によって構成されていることを特徴とし
ている。Means for Solving the Problems A color solid-state imaging device according to the present invention includes a first horizontal line in which pixels having first spectral characteristics and pixels having second spectral characteristics are alternately arranged; A second horizontal line in which pixels having the third spectral characteristic and pixels having the fourth spectral characteristic are alternately arranged, and the transmittance in red, green, and blue is 100. %, The color filter corresponding to the pixel having the first spectral characteristic is approximately (B / 2 +
G + R).
And a color filter corresponding to the pixel having the second spectral characteristic is approximately (B + G) a dye layer of the yellow dye having the same spectral characteristics as the first dye layer of the yellow dye. A first dyed layer of cyan dye having a transmittance represented by the following formula or a dyed layer of a mixed dye of a yellow dye and a cyan dye having the same spectral characteristics as the first layer, The color filter corresponding to the pixel having the spectral characteristic of approximately (B +
G + R / 2)
And a color filter corresponding to a pixel having the fourth spectral characteristic is approximately (G + R) with a cyan dye dye layer having the same spectral characteristics as the second dye layer of the cyan dye. It is constituted by a laminate of a yellow dye having a transmittance represented by a second dye layer or a dye layer of a mixed dye of a cyan dye and a yellow dye having the same spectral characteristics as the laminate. Features.

［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。Example Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。FIG. 1 is a plan view of a color filter array showing one embodiment of the present invention.

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列の画素から得られるよ
うに構成されており、フレーム蓄積駆動や擬似フィール
ド蓄積駆動（テレビジョン学会技術報告1987年２月）に
適するものである。The color filter shown in FIG. 1 is configured so that signals of each horizontal line can be obtained from a single column of pixels in order to secure a vertical resolution. (February 1987).

各画素の色フィルタは、（2n＋１）ラインにおいて、
シアンCyとホワイトイエローWyの繰り返しであり［（2n
＋１）′ラインも同様］、（2n＋２）ラインではホワイ
トシアンWcとイエローYeの繰り返し［（2n＋１）′ライ
ンについても同様］で構成されており、全体として横・
縦に２×４画素の繰り返しパターンとなっている。そし
て、各画素内は単一の分光特性の色フィルタによって占
められている。The color filter of each pixel is:
It is a repetition of cyan Cy and white yellow Wy [(2n
+1) 'line], and the (2n + 2) line is composed of repeating white cyan Wc and yellow Ye [the same applies to the (2n + 1)' line].
It has a repeating pattern of 2 × 4 pixels vertically. Each pixel is occupied by a color filter having a single spectral characteristic.

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Wyは第
２図（ａ）に破線で示すようにＢ（青色）において50％
の透過率を有するイエローであり、また、シアンCyは、
第２図（ａ）で実線で示されるように通常のシアンから
Ｂにおける透過率が50％に低められたフィルタである。
したがって、 ｙ＝B/2＋Ｇ＋Ｒ 、ｙ＝B/2＋Ｇ とあらわすことができる。The spectral characteristics of these color filters are shown in FIG.
As shown in FIG. 2B, white yellow Wy is 50% in B (blue) as shown by a broken line in FIG. 2A.
Yellow, and cyan Cy is
As shown by the solid line in FIG. 2 (a), this filter is a filter in which the transmittance from normal cyan to B is reduced to 50%.
Therefore, y = B / 2 + G + R and y = B / 2 + G.

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Ｒ（赤色）において50％の透過率を
有するシアンであり、また、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
からＲにおける透過率が50％に低められたフィルタであ
る。したがって、 Wc＝Ｂ＋Ｇ＋R/2 Ye＝Ｇ＋R/2 とあらわすことができる。Further, white cyan Wc is cyan having a transmittance of 50% in R (red) as shown by a broken line in FIG. 2 (b), and yellow Ye is a solid line in FIG. 2 (b). As shown in the figure, the transmittance of the filter from normal yellow to R is reduced to 50%. Therefore, it can be expressed as Wc = B + G + R / 2 Ye = G + R / 2.

このような分光特性を有するフィルタを用いることに
より各ラインにおいて輝度信号Ｙと色信号Ｃを得ること
ができる。すなわち、2n＋１［（2n＋１）′］ラインに
おいて、 Ｙ＝Wy＋Cy ＝（B/2＋Ｇ＋Ｒ）＋（B/2＋Ｇ） ＝Ｂ＋2G＋Ｒ Ｃ＝Wy−Cy ＝（B/2＋Ｇ＋Ｒ）−（B/2＋Ｇ） ＝Ｒ が得られ、また、2n＋２［（2n＋２）′］ラインにおい
て、 Ｙ＝Ye＋Wc ＝（Ｇ＋R/2）＋（Ｂ＋Ｇ＋R/2） ＝Ｂ＋2G＋Ｒ Ｃ＝Ye−Wc ＝（Ｇ＋R/2）−（Ｂ＋Ｇ＋R/2） ＝−Ｂ が得られる。By using a filter having such spectral characteristics, a luminance signal Y and a chrominance signal C can be obtained in each line. That is, in the 2n + 1 [(2n + 1) '] line, Y = Wy + Cy = (B / 2 + G + R) + (B / 2 + G) = B + 2G + RC = Wy-Cy = (B / 2 + G + R)-(B / 2 + G) = R In the 2n + 2 [(2n + 2) '] line, Y = Ye + Wc = (G + R / 2) + (B + G + R / 2) = B + 2G + RC = Ye-Wc = (G + R / 2)-(B + G + R / 2) =- B is obtained.

本実施例では、このように各単一ラインにより色信
号、輝度信号が得られるので、垂直解像度が改善されて
いる。また、同一画素内には単一で均一のフィルタが存
在するだけであるので、目合わせずれによる色偽信号や
色シェーディングの発生が防止されている。輝度信号に
ついては各ラインの透過率を調整して各ライン間にレベ
ル差が生じないようにする。In this embodiment, since the color signal and the luminance signal are obtained by each single line, the vertical resolution is improved. Further, since only a single and uniform filter exists in the same pixel, generation of a false color signal or color shading due to misalignment is prevented. For the luminance signal, the transmittance of each line is adjusted so that no level difference occurs between the lines.

２種の染料を用いてフィルタを形成する場合、これを
混合染料による単一染色層によって形成することもでき
るが、異なる分光特性の染料による染色層を積層するこ
とによりこれを形成することもできる。When a filter is formed using two kinds of dyes, the filter can be formed by a single dyed layer made of a mixed dye, but can also be formed by laminating dyed layers made of dyes having different spectral characteristics. .

ここでは、積層体を用いるものとして説明すると、
（2n＋１）ラインにおいてホワイトイエローWyは、Ｂ
（青色）の透過率が50％となるイエロー染料の染色層に
よって構成し、Cyは、このイエロー染料の染色層と通常
のシアン染料による染色層との積層体によって構成す
る。Here, assuming that a laminate is used,
In the (2n + 1) line, white yellow Wy is B
(Blue) is constituted by a dye layer of a yellow dye having a transmittance of 50%, and Cy is constituted by a laminate of the dye layer of the yellow dye and a dye layer of a normal cyan dye.

また、（2n＋２）ラインにおいては、ホワイトシアン
Wcは、Ｒ（赤色）の透過率が50％となるシアン染料の染
色層によって構成し、イエローYeは、このシアン染料の
染色層と通常のイエロー染料による染色層との積層体に
よって構成する。In the (2n + 2) line, white cyan
Wc is constituted by a dye layer of a cyan dye having a transmittance of R (red) of 50%, and yellow Ye is constituted by a laminate of the dye layer of the cyan dye and a dye layer of a normal yellow dye.

第３図は、本発明の他の実施例を示す色フィルタ配列
の平面図である。各フィルタの分光特性は先の実施例と
同様であって第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、（2n＋１）ラインのフィル
タ配列に対して（2n＋１）′ラインのフィルタ配列の位
相が反転しており、そして、（2n＋２）ラインのフィル
タ配列に対して（2n＋２）′ラインのフィルタ配列の位
相が反転している点である。このように、水平ライン毎
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のサンプ
リング・ポイントが等価的に２倍になるため、水平方向
の色偽信号等の発生を減少させることができる。FIG. 3 is a plan view of a color filter array showing another embodiment of the present invention. The spectral characteristics of each filter are the same as in the previous embodiment and are as shown in FIG. The difference between this embodiment and the previous embodiment is that the filter arrangement of the (2n + 1) 'line is inverted with respect to the filter arrangement of the (2n + 1) line, and the filter arrangement of the (2n + 2) line is reversed. On the other hand, the point is that the phase of the filter arrangement of the (2n + 2) 'line is inverted. In this way, by inverting the phase of the color filter for each horizontal line, in a vertically correlated image, the color sampling points in the horizontal direction are equivalently doubled. Generation of a false signal or the like can be reduced.

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、各画素の色フィルタ
を画素内において単一の分光特性をもつものとし、各ラ
イン毎に輝度信号と色信号を得ることができるものであ
るので、本発明によれば、垂直色偽信号の発生がなく、
また、色シェーディ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き
る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the color filter of each pixel has a single spectral characteristic within the pixel, and a luminance signal and a color signal can be obtained for each line. Therefore, according to the present invention, there is no occurrence of a vertical color false signal,
Further, it is possible to provide a color solid-state imaging device having high vertical resolution without occurrence of color shading or flicker.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

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。FIG. 1 is a plan view of a color filter array showing one embodiment of the present invention, FIGS. 2 (a) and 2 (b) are spectral characteristic diagrams of each color filter, and FIG. FIG. 4 is a plan view of a conventional color filter array for field readout, and FIG. 5 is an example of a conventional color filter array for frame readout.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項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
交互に配置されたカラー固体撮像素子において、赤色、
緑色、青色における透過度が100％である特性をそれぞ
れＲ、Ｇ、Ｂと表すとき、第１の分光特性を有する画素
に対応する色フィルタは、近似的に（B/2＋Ｇ＋Ｒ）で
表される透過度を有するイエロー染料の第１の染色層に
よって構成され、第２の分光特性を有する画素に対応す
る色フィルタは、前記イエロー染料の第１の染色層と同
等の分光特性を有するイエロー染料の染色層と近似的に
（Ｂ＋Ｇ）で表される透過度を有するシアン染料の第１
の染色層との積層体によってまたは該積層体と同等の分
光特性を有するイエロー染料とシアン染料との混合染料
の染色層によって構成され、第３の分光特性を有する画
素に対応する色フィルタは、近似的に（Ｂ＋Ｇ＋R/2）
で表される透過度を有するシアン染料の第２の染色層に
よって構成され、第４の分光特性を有する画素に対応す
る色フィルタは前記シアン染料の第２の染色層と同等の
分光特性を有するシアン染料の染色層と近似的に（Ｇ＋
Ｒ）で表される透過度を有するイエロー染料の第２の染
色層との積層体によってまたは該積層体と同等の分光特
性を有するシアン染料とイエロー染料との混合染料の染
色層によって構成されていることを特徴とするカラー固
体撮像素子。A first horizontal line in which pixels having a first spectral characteristic and pixels having a second spectral characteristic are alternately arranged; a pixel having a third spectral characteristic and a fourth spectral characteristic; In the color solid-state imaging device in which the pixels having the following are alternately arranged and the second horizontal line in which the pixels are alternately arranged,
When the characteristics of 100% transmittance in green and blue are represented by R, G, and B, respectively, the color filter corresponding to the pixel having the first spectral characteristic is approximately represented by (B / 2 + G + R). A color filter corresponding to a pixel having a second spectral characteristic, which is constituted by a first dye layer of a yellow dye having a transmittance, is formed of a yellow dye having a spectral characteristic equivalent to that of the first dye layer of the yellow dye. First of cyan dye having a transmittance approximately represented by (B + G) with the dyed layer
A color filter corresponding to a pixel having a third spectral characteristic, which is constituted by a laminated layer with a dyed layer or a dyed layer of a mixed dye of a yellow dye and a cyan dye having the same spectral characteristics as the laminated body, Approximately (B + G + R / 2)
And a color filter corresponding to the pixel having the fourth spectral characteristic has a spectral characteristic equivalent to that of the second dye layer of the cyan dye. Approximately (G +
R) a laminate of a yellow dye having a transmittance represented by R) and a second dye layer, or a dye layer of a mixed dye of a cyan dye and a yellow dye having the same spectral characteristics as the laminate. A color solid-state imaging device.