JP2591182B2 - カラー固体撮像素子 - 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。

［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。

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。

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。

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

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。

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）。

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。

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。

［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。

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。

［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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

【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)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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。