JPH03109892A - Color solid-state image pickup element - Google Patents
Color solid-state image pickup elementInfo
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- Color Television Image Signal Generators (AREA)
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a color solid-state image sensor, and particularly to a single-plate color solid-state image sensor 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
フィールド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-chip color solid-state image pickup device, a field readout type device with good dynamic resolution and suitable for the interlaced type, which is the 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
ォトタイオード）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
ｃｙとＹｅがそれぞれ交互に配置されており、第１フイ
ールドては、（２ｎ、 −１）ラインの画素信号と２ｎ
ラインの画素信号とか縦方向に加算され［（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 −１−３）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 color filters, cyan Cy, yellow Ye, magenta Mg, and green G, are arranged in each photoelectric conversion element (photodiode). , signal charges are added and read out in the vertical direction for each field. That is, (2n-1
) line has cy and Ye, 2n line has Mg and G, (2n+1) line has Ye and cy, (2n+2)
Mg and G are arranged alternately on the line, and cy and Ye are arranged on the (2n+3) line, respectively, and the first field is arranged so that the pixel signal of the (2n, -1) line and the 2n
Line pixel signals are added vertically [(2n+1)
line (same for 2n+2>line, etc.), the second
In the field, there are 2n lines of pixel signals and (2n +1
) line pixel signals are added vertically to [(2n
The same applies to the +2) line, the (2n -1-3) 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 between signal charges of adjacent pixels.
すなわち、
Ｙ ＝ Ｇ ＋ Ｙ ｅ 十Ｍ ｇ→−ｃｙＣ−（Ｇ＋
Ｙｅ）−（Ｍｇ＋Ｃｙ） 、または（Ｇ十Ｃｙ）
（Ｍｇ十Ｙｅ）。That is, Y = G + Y e 10M g→-cyC-(G+
Ye)-(Mg+Cy) or (G+Cy)
(Mg 1 Ye).
ここに、
Ｙｅ−Ｇ＋Ｒ
Ｍｇ＝Ｒ十Ｂ
Ｃ，ｙ＝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） 、才たは
〜−（Ｒ，−Ｙ）
と近似できる。Here, Ye-G+R Mg=R+B C, y=G+B, and the spectral characteristics of the filter are set so that the approximate expression G-2B~Y-B G-2R~'y''-R holds true. Since the color signal C is adjusted, the color signal C can be approximated as C~-(B-Y), or ~-(R,-Y).
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−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, this color solid-state image sensor can obtain color signals line-by-line in each field. Furthermore, the luminance signal is obtained from pixels of the same combination of filters in each horizontal line signal. Therefore, no level difference occurs between lines in the luminance signal.
しかし、このようなフィールド蓄積カラ一方式では垂直
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像
を得るな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 this type of field accumulation color system, signals of two vertical pixels are added and read out, so there is a drawback that the vertical resolution is reduced. Therefore, there is a movement to obtain signals for each horizontal line from a single pixel column in order to obtain images with high vertical resolution, such as in EDTV cameras and electronic still cameras. FIG. 5 is an arrangement diagram of color filters in a conventional image sensor of this type. This means that the same pixel is
The pixel area is divided into three areas, and the two types of color filters are arranged so as to occupy equal areas (FIG. 5 shows an example in which one pixel area is divided into two).
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＋ａの色フィルタの繰り返し
であり、偶数番口のラインでは、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, in odd-numbered lines, Ye
The +Mg color filter and the cy+a color filter are repeated, and in the even-numbered lines, the Cy+Mg color filter and the Ye+G color filter are repeated. In this method, the luminance signal for each line is determined from the sum of the signals of horizontally adjacent pixels, and the color signal is determined 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 an image with high resolution can be 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−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、色シェーデイ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。[Problems to be Solved by the Invention] In the first conventional example described above, pixel signals are added in the vertical direction, so there is a drawback that the resolution is reduced. The second conventional example has improved this point, but since two types of color filters are provided in the same pixel, misalignment in the color filter manufacturing process may cause
Misalignment, overlapping, or missing filters may occur. As a result, signals of colors not present in the individual color filters are generated, and color shading and flicker occur. Furthermore, there were differences in signal amounts between lines.
よって、本発明の目的とするところは、高解像度の画像
が得られかっ色シェーデイング、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 image sensor that can obtain high-resolution images and suppress the occurrence of brown shading, flicker, and color artifacts.
［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、光電変換素子（フ
ォトダイオード）と色フィルタとの組み合わせにより異
なる分光特性を有せしめられた画素を有するものであっ
て、第１の水平ラインにおいては、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
されており、そして、第１の分光特性を有する画素から
の信号と第２の分光特性を有する画素からの信号の和に
より輝度信号が、また、その差から赤色信号が得られ、
第２の水平ラインにおいては、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
ており、そして、第３の分光特性を有する画素からの信
号と第４の分光特性を有する画素からの信号の和により
輝度信号が、また、その差から青色信号が得られるもの
である。[Means for Solving the Problems] A color solid-state image sensor according to the present invention has pixels having different spectral characteristics due to a combination of a photoelectric conversion element (photodiode) and a color filter, In the horizontal line, pixels having the first spectral characteristic and pixels having the second spectral characteristic are arranged alternately, and the signal from the pixel having the first spectral characteristic and the second spectral characteristic are arranged alternately. A luminance signal is obtained from the sum of signals from pixels having characteristics, and a red signal is obtained from the difference.
In the second horizontal line, pixels having the third spectral characteristic and pixels having the fourth spectral characteristic are arranged alternately, and a signal from the pixel having the third spectral characteristic and a signal from the pixel having the fourth spectral characteristic are arranged alternately. A luminance signal is obtained from the sum of signals from pixels having spectral characteristics, and a blue signal is obtained from the difference thereof.
［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 in Figure 1 is designed to ensure vertical resolution.
It is constructed so that the signal of each horizontal line can be obtained from a single column of pixels, and is suitable for frame accumulation drive and pseudo field accumulation drive (Television Society Technical Report, 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［（２
ｎ＋２）’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２Ｙ４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 (2n+1> line,
It is a repetition of cyan cy and white yellow wy [
(The same goes for the 2n+1>' line], (2n+2> line repeats white cyan Wc and yellow Ye [(2
The same applies to the n+2)' line].
The overall pattern is a repeating pattern of 2Y4 pixels horizontally and vertically. Each pixel is occupied by a color filter with 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が
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、
Ｗ ｙ ＝ Ｂ ／ ２ 十Ｇ −１−ＲＣ３／＝Ｂ／
２＋Ｇ
とあられすことができる。The spectral characteristics of these color filters are shown in Figures 2 (a) and (b).
), where white yellow wy is the second
50% in B (blue) as shown by the broken line in figure (a)
Furthermore, cyan cy is a filter in which the transmittance of normal cyan is reduced to 50% as shown by the solid line in FIG. 2(a). Therefore, W y = B / 2 10G -1-RC3/=B/
2+G can cause a hailstorm.
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、
Ｗ ｃ ＝ Ｂ ＋ Ｇ ＋ Ｒ／ ２Ｙ ｅ ＝ Ｇ
＋ Ｒ／ ２
とあられすことができる。Furthermore, white cyan Wc is cyan having a transmittance of 50% in R (red) as shown by the broken line in FIG. 2(b), and yellow Ye is cyan as shown by the solid line in FIG. As shown in , this filter has a transmittance lowered to 50% from normal yellow to R. Therefore, W c = B + G + R/2Y e = G
+R/2 can be called.
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 ＝ Ｗ ｙ 十Ｃｙ
＝ （Ｂ／２＋Ｇ−１−Ｒ）＋ （Ｂ／２＋Ｇ）＝ Ｂ
＋ ２ Ｇ ＋ Ｒ
ｃ＝ｗｙ−ｃｙ
（Ｂ／２＋Ｇ＋Ｒ＞−（Ｂ／２＋Ｇ）
＝Ｒ
が得られ、また、２ｎ−１−２［（２ｎ＋２）’ ］ラ
インにおいて、
Ｙ＝Ｙｅ＋Ｗｃ
（Ｇ＋Ｒ，／２ ＞＋ （Ｂ＋２＋Ｒ／２ ）Ｂ＋２０
＋Ｒ
Ｃ＝ Ｙ ｅ −Ｗ ｃ
−（Ｇ＋Ｒ／２）−（Ｂ十〇＋Ｒ／２ ）＝−Ｂ
が得られる。By using a filter having such spectral characteristics, a luminance signal Y and a color signal C can be obtained in each line. That is, in the 2n+1 [(2n+1)'] line, Y = W y + Cy = (B/2+G-1-R) + (B/2+G) = B
+ 2 G + R c=wy-cy (B/2+G+R>-(B/2+G) = R is obtained, and in the 2n-1-2 [(2n+2)' ] line, Y=Ye+Wc (G+R,/ 2 >+ (B+2+R/2)B+20
+RC=Ye-Wc-(G+R/2)-(B10+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−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
ェーデイ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, each single line provides a color signal,
Since a luminance signal is obtained, vertical resolution is improved. Furthermore, since there is only a single, uniform filter within the same pixel, the occurrence of color false signals and color shading due to misalignment is prevented. As for the luminance signal, the transmittance of each line is adjusted so that there is no level difference 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 forming a filter using two types of dyes, this can be formed by a single dyed layer using a mixed dye, but it can also be formed by stacking dyed layers using dyes with different spectral characteristics. .
ここでは、積層体を用いるものとして説明すると、（２
ｎ ＋１． ）ラインにおいてホワイトイエローＷ、ｙ
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、Ｃ，ｙ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, if we explain using a laminate, (2
n+1. ) line white yellow W, y
is constituted by a yellow dye dyed layer with a transmittance of 50% for B (blue), and C and y are constituted by a laminate of this yellow dye dyed layer and a normal cyan dye dyed layer.
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 Ｙ ｅ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 addition, in the (2n+2) line, white cyan Wc is composed of a dyed layer of cyan dye with a transmittance of 50% for R (red), and yellow Ye is composed of a dyed layer of cyan dye and normal yellow. It is composed of a laminate with a layer dyed with a 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・ポイントが等測的に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 shown in FIG. This embodiment differs from the previous embodiment in that the phase of the (2n+1)′ line filter array is inverted with respect to the (2n+1) line filter array, and the (2n+2) line filter array is inverted in phase. This is the point where the phase of the filter array of the (2n+2>' line is inverted with respect to the array. In this way,
By inverting the phase of the color filter for each horizontal line, in vertically correlated images, the horizontal color sampling points are isometrically doubled, thereby eliminating horizontal color artifacts, etc. can reduce the occurrence of
［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、色シェーデイ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でき
る。[Effects of the Invention] As explained above, in 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, it is possible to provide a color solid-state image sensor that does not generate vertical color false signals, does not generate color shading or flicker, and has high vertical resolution.
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ず色
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 an embodiment of the present invention, FIGS. 2(a) and (b) are spectral characteristic diagrams of each color filter, and FIG. FIG. 4 is a plan view of a color filter array without showing an example. FIG. 4 is an example of a conventional field readout color filter arrangement, and FIG. 5 is a conventional frame readout color filter arrangement example.
Claims (2)
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、第１の水平ラ
インにおいては、前記第１の分光特性を有する画素から
の信号と前記第２の分光特性を有する画素からの信号の
和から輝度信号が、それらの信号の差から赤色信号が得
られ、第２の水平ラインにおいては、前記第３の分光特
性を有する画素からの信号と前記第４の分光特性を有す
る画素からの信号の和から輝度信号が、それらの信号の
差から青色信号が得られることを特徴とするカラー固体
撮像素子。(1) a first horizontal line in which pixels having a first spectral characteristic and pixels having a second spectral characteristic are alternately arranged;
In a color solid-state image sensor in which second horizontal lines in which pixels having the third spectral characteristic and pixels having the fourth spectral characteristic are alternately arranged, in the first horizontal line, A luminance signal is obtained from the sum of the signal from the pixel having the first spectral characteristic and the signal from the pixel having the second spectral characteristic, and a red signal is obtained from the difference between these signals, and in the second horizontal line. is characterized in that a luminance signal is obtained from the sum of a signal from a pixel having the third spectral characteristic and a signal from a pixel having the fourth spectral characteristic, and a blue signal is obtained from the difference between these signals. Color solid-state image sensor.
タは、青色に対して一定の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
染色層と通常の分光特性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、赤色に対して一定の透過度を有
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
ン染料の染色層と通常の分光特性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請求項１記載の
カラー固体撮像素子。(2) The color filter corresponding to the pixel having the first spectral characteristic is constituted by a first dyed layer of yellow dye having a certain transmittance to blue, and corresponds to the pixel having the second spectral characteristic. The color filter is made of a laminate of a dyed layer of yellow dye having the same spectral characteristics as the first dyed layer of yellow dye and a first dyed layer of cyan dye which has normal spectral characteristics, or the laminate. A color filter corresponding to a pixel having a third spectral characteristic is composed of a dyed layer of a mixed dye of a yellow dye and a cyan dye having spectral characteristics equivalent to that of a cyan dye having a certain transmittance for red. a second dyeing layer; a fourth dyeing layer;
The color filter corresponding to the pixel having the spectral characteristics is composed of a dyed layer of cyan dye having the same spectral characteristics as the second dyed layer of cyan dye and a second dyed layer of yellow dye that has normal spectral characteristics. 2. The color solid-state imaging device according to claim 1, wherein the color solid-state image sensor is constituted by a laminate or a dyed layer of a mixed dye of a cyan dye and a yellow dye having the same spectral characteristics as the laminate.
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|---|---|---|---|
| JP24733889A JP2591182B2 (en) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | Color solid-state imaging device |
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|---|---|
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| JP2591182B2 JP2591182B2 (en) | 1997-03-19 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61296876A (en) * | 1985-06-26 | 1986-12-27 | Hitachi Ltd | Solid-state image pickup device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2591182B2 (en) | 1997-03-19 |
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