JPH0378388A - カラー固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はカラー固体撮像素子に係り、更に詳しくは電
子スチルカメラに適したカラー固体撮像素子に関する。

（従来の技術） 一般に、カラービデオカメラや電子スチルカメラに使用
するカラー固体撮像素子は、異なる色フィルタ要素を互
いに直交する第１及び第２の方向、例えば水平走査方向
と垂直走査方向にそれぞれ２行２列に配列して構成され
る単位のモザイクフィルタを複数個、各単位のモザイク
フィルタを第１及び第２の方向に順次配列し構成される
色フィルタと、この色フィルタを構成しているフィルタ
要素の各々と対応する位置に配置した光電変換セルによ
り構成される撮像部とから成っている。

色フィルタ要素の配列の仕方を大別すると、次の二種類
に分類できる。すなわち、第５図に示すように純な赤（
ｒｅｄ　、　Ｒ）　、純な緑（Ｇ　ｒｅｅｎ、　Ｇ　）
純な青（ｂｌｕθ、Ｂ）の三原色を色フィルタ要素に用
いた原色系モザイクフィルタと、第６図に示すような純
な赤紫（マゼンタ■ａｇｅｎｔａ　、　Ｍｇ　）　。

純す青緑（シフ：／、　ｃｙａｎ、　　Ｃｙ　）及び黄
（ｙｅｌ　ｌｏｗ。

Ｙｅ）の色フィルタ要素を用いた補色系モザイクフィル
タの配列法とがある。

上述した三原色Ｒ，Ｇ、ＢとＣｙ、Ｍｇ　、Ｙｅは互い
に補色関係にあることは第７図（ａ）、■、（Ｃ）。

（社）、（ｅ）かられかる。すなわち、可視光領域のス
ペクトルを大きく分けると、Ｂ（４００〜５００ｎ■）
Ｇ　（５００〜６００ｎ＋＊）及びＲ（６００〜７０Ｑ
　ｎｍ）となる。

そして、これら三群のスペクトルの二つずつを加法混色
すると、 Ｒ十Ｇ−Ｙｏｌ　　これを−Ｂと書く、Ｇ＋Ｂ−Ｃｙ　
、　　　これを−Ｒと書く、Ｂ＋Ｒ・・・Ｍｇ、　　　
これを−Ｇと書く、Ｙｅは可視光領域、すなわち白（Ｗ
）からＢを引いたものであるから、−Ｂと表わしたもの
である。したがって、ＹｅとＢを加法混色すれば白とな
り、 Ｙｅ＋Ｂ＝−Ｂ＋Ｂ−Ｗ であり、両者は補色関係にある。

このような表わし方を使うと、ＹｅとＣｙを重ねると。

Ｙθ＋Ｃｙ−−Ｂ−Ｒ であるから、白（Ｗ−Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）の中からＧだけが残
り、緑となる。同様に、 ＣＦ　＋Ｍｇ■−Ｒ−Ｇ■Ｂ Ｍｇ　＋　−−Ｇ−Ｂ−Ｒ となる。

原色系モザイクフィルタの色フィルタ要素配列は、色Ｓ
　／Ｎ、色再現性はよいが、感度、解像度が劣る。また
、補色系モザイクフィルタの色フィルタ配列は感度、解
像度はよいが、色Ｓ　／Ｎ、色再現性が劣る。しかし、
補色系モザイクフィルタの色配列の中でも、第６図に示
すように、第１及び第２の方向にそれぞれＭｇ、Ｇ及び
Ｃｙ、Ｙｅを配列した色フィルタ要素配列の補色系フィ
ルタ配列は、色の変調度が大きくとれ、色Ｓ／Ｎがそれ
ほど悪くないため、カラービデオカメラでは総合的なバ
ランスが最もよい配列とされている。

（発明が解決しようとする課１ｉ） ところが、上述した補色系モザイクフィルタの配列から
輝度信号を得るには、垂直走査方向のニラインの相関を
使う必要があり、垂直走査方向の解像度が劣化し、電子
スチルカメラのような静止画像では好ましくない。

また、原色系モザイクフィルタのフィルタ要素配列法を
電子スチルカメラに適用すると、感度の点で多画素化に
適しないという不具合があった。

そこで、この発明は従来の電子スチルカメラにおける上
述した不具合な点を除去し、垂直走査方向の解像度が優
れ、しかも感度が高く、多画素化でき、電子スチルカメ
ラに適したカラー固体撮像素子を提供しようとするもの
である。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 以上の目的を達成するため、この発明のカラー固体撮像
素子は基本的に第１図に示す構成にした（請求項（１）
）。すなわち、第１図に示すように異なる色フィルタ要
素を垂直走査方向及び水平走査方向へ、それぞれ２行及
び２列に配列して一単位のモザイクフィルタ３０の複数
単位を、水平走査方向及び垂直走査方向へ、それぞれ単
位のモザイクフィルタ同士を隣接させて配列して形成さ
れる色フィルタ３２と、 当該色フィルタ３２を形成する複数単位のモザイクフィ
ルタ３０．３０を形成する各色フィルタ要素（Ｍｇ、Ｙ
θ’　、Ｍｇ、Ｙｅ’　、・・・）と対応する位置に設
けた光電変換セルで構成される撮像部とから成るカラー
固体撮像素子において、前記単位のモザイフィルタ３０
は、第１行が緑色の透過率が赤色成分の透過率よりも大
きい黄色フィルタ要素Ｙθ′と、マゼンタフィルタ要素
Ｍｇで構成され、第２行は当該第１行と等しく緑色成分
の透過率が赤色成分の透過率よりも大きい黄色フィルタ
要素Ｙｅ’　と、シアンフィルタ要素Ｃｙとにより構成
したことを特徴とするものである。

また、この発明のカラー固体撮像素子の第２（請求項（
２））は、第２図の構成にした。すなわち、第１図に示
すカラー固体撮像素子における複数単位のモザイクフィ
ルタ群を、水平走査方向に対して単位のモザイクフィル
タ同士が互いに隣接して配列され、垂直走査方向に対し
ては第２行配列の単位のモザイクフィルタ３１を構成す
る色フィルタ要素（Ｙｅ’、Ｍｇ、・・・）は第１行配
列の単位のモザイクフィルタ３１を構成する色フィルタ
要素（Ｙθ’、Ｍｇ）に対して、水平走査方向に一画素
ずらして配列して成ることを特徴とする。

（作用） 以上のように、異なる色フィルタ素子を垂直走査方向及
び水平走査方向へそれぞれ、２行及び２列に配列して一
単位を形成するモザイクフィルタを、第１行が緑色成分
の透過率が赤色成分の透過率よりも大きい黄色（Ｙｅ’
）フィルタ要素と、マゼンタ（Ｍｇ　）要素で構成し、
第２行は緑色成分の透過率が赤色成分の透過率よりも大
きい黄色（Ｙｅ’）フィルタ要素と、シアン（ＣＹ　）
フィルタ要素で構成しているから、この発明のカラー固
体撮像素子から出力されるカラー映像信号は、色フィル
タの一単位のモザイクフィルタの第１行に対応してＭｇ
−Ｙｅ’の色差の変調成分が得られ、第２行に対応した
ＣＹ−Ｙｅ’の色差の変調成分が得られる。

また、Ｙθ′が単位のモザイクフィルタの全ラインに配
置されている故、信号処理により無彩色被写体の垂直解
像度を限界まで得ることが可能である。また、補色系の
色フィルタ要素配列を用いているため、感度がよく、電
子スチルカメラに適用すると、総合的な画質のバランス
が取れる。

（実施例） 次に、図面を参照してこの発明のカラー固体撮像素子の
一実施例にってい説明する。

第１図及び第２図は実施例のカラー固体撮像素子の色フ
ィルタを構成する単位のモザイクフィルタの配列状態を
示す平面図、第３図は単位のモザイクフィルタの各色フ
ィルタ素子の分光特性を示す波長（ｒｖ）対透過率の特
性曲線図である。

第１図及び第２図に示すように、本実施例にかかる色フ
ィルタを構成する一単位のモザイクフィルタは、第１行
がＭｇフィルタ要素とＹθ′フィルタ要素とからなり、
第２行がｃｙフィルタ要素とＹθ′フィルタ要素とから
なっている。なお、第１図では一単位のモザイクフィル
タが水平走査方向及びこれを直交する垂直方向に整然と
配列されている。（第２図では垂直方向には１画素分づ
つずれて配列されている。） ここで、それぞれの色フィルタ要素の分光特性は、第３
図に示すように Ｍｇ　Ｊ＝？Ｒ十Ｂ Ｃｙ　　→Ｇ＋Ｂ Ｙｅ’　　→Ｇ＋　　　　　　Ｒ のように選ばれている。すなわち、マゼンタ（Ｍｇ）フ
ィルタ要素をシアン（Ｃｙ　）フィルタ要素は通常のフ
ィルタ要素を用い、黄色（Ｙｅ’）フィルタ要素は通常
の黄色（Ｙｅ　）フィルタ要素と比較して赤色波長領域
の透過率が小さくなっている。

第４図に上記の色フィルタを用いた本発明のカラー固体
撮像素子を含むカラー撮像装置のブロック図を示す。第
１図または第２図に示す色フィルタ配列を持つ固体撮像
素子１から読み出される撮像信号はバッファ２を介し、
ＩＨ遅延線３により２ラインのパラレル信号に変換され
る。その後ＩＨ切換え４，５によりＭｇ、Ｙｅ’のライ
ンとＣｙ、Ｙｅ’のラインが選択される。ＩＨ切換え４
選択されたＭｇ、Ｙｅ’ラインの信号はサンプルホール
ド回路６．７によりＭｇの信号とＹｅ’の信号が離され
、それぞれ別々にホワイトバランス１０．１１と、ガン
マ補正１４．１５が施される。

一方、切換え５で選択されたＣｙ、Ｙｅ’の信号はサン
プルホールド回路８．９によりｃｙの信号とＹｅ’の信
号が分離され、それぞれ別々にホワイトバランス１２．
１３とガンマ補正１６．１７が施される。

以上のような処理がなされた信号は以下の信号処理によ
り、輝度信号と２つの色差信号が得られる。

輝度信号高域成分： Ｙ）ｌ　−０，２５（Ｍｇ　＋Ｎａ　１　　＋ｃｙ＋Ｙ
ｅ　２　’　）　　　　　　　　　　（＋）輝度信号低
域成分（Ｍｇ　Ｙｅ　’　ライン）：ｙｔ−１−ａＩ　
（Ｍｇ−Ｙｅｌ　　）＋β１（Ｃｙ　−Ｙｅ　２　　）
　＋Ｎａ　＋　’　（２）輝度信号低域成分（Ｃｙ　Ｙ
ｅ　’　ライン）：ＹＬ２−ａｌ　（Ｍｇ　　Ｙｅｌ　
　）＋β１（Ｃ）’　　Ｙｅ　２　　）　＋Ｎａ　２　
’　（３）色差信号： Ｒ−Ｙ　−ａ　ｒｙ　（Ｍｇ　−Ｙｅ　Ｈ）＋β「ｙ（
Ｃｙ−Ｙｅ２　　）　　　　　　（４）Ｂ−Ｙ−ａｂｙ
（Ｍｇ−Ｙｅ＋　　）＋βｂｙ（Ｃｙ−Ｙｅ２　）　　
　　　　（５）ここでＹｏｌ　はＭｇ　Ｙθ′ラインの
Ｙｅ’の信号であり、Ｙｅ２　　はＣｙ　Ｙｅ　’　ラ
インのＹｅの信号である。またα、β、αｒｙ、　　β
ｒｙ、　　ａｂｙ。

ａｂｙはマトリックス係数であり、色フィルタの分光特
性で決まる。上記（２）、　（３）をみるとわかるよう
に無彩色被写体で垂直方向に変化する場合、輝度信号は
そのラインのＹｅ’で置き換えられるので画素の限界ま
で解像度はとれる。

また色フィルタを構成するモザイクフィルタが補色系の
モザイクフィルタであるため、原色系モザイクフィルタ
を配列した場合に比べて感度が良い。

ただし、本発明は以上の実施例に限定さるものではなく
要素を逸脱しない範囲で補色系モザイクフィルタの色フ
ィルタ要素を種々変形した配列にすることができること
はいうまでもない。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、この発明にかかるカラ
ー固体撮像素子によれば、色フィルタが補色系のモザイ
クフィルタで構成するため感度、解像度が良いばかりで
はなく、垂直方向の解像度も無彩色時に画素数の限界ま
で割れるので、電子スチルカメラに適したカラー固体撮
像素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明のカラー固体撮像素子におけ
る色フィルタを構成するモザイクフィルタの構成を示す
平面図、第３図は同色フィルタにおける各色フィルタ要
素の分光特性を示す図、第４図は本発明の一実施例に係
るカラー固体撮像装置の回路構成ブロック図、第５図及
び第６図は従来の色フィルタにおける色フィルタ要素の
原色系モザイク配列と補色系モザイクの構成を示す図、
第７図（２）２■、（Ｃ）、（社）、（ｅ）は可視光領
域の三原色Ｒ，Ｇ。 Ｂと補色関係にあるスペクトル域を示す波長対透過率の
関係を示す特性曲線図である。 １：固体撮像素子 ６〜９：サンプルホールド回路 １０〜１３：ホワイトバランス回路 １４〜１７：ガンマ補正回路 ３０．３１．：単位の補色系モザイクフィルタ３２．３
３７色フィルタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）異なる色フィルタ要素を垂直走査方向及び水平走
   査方向へ、それぞれ２行及び２列に配列して一単位を形
   成するモザイクフィルタの複数単位を、水平走査方向及
   び垂直走査方向へ、それぞれ単位のモザイクフィルタ同
   士を隣接させて配列して形成される色フィルタと、 当該色フィルタを形成する複数単位のモザイクフィルタ
   を形成する各色フィルタ要素と対応する位置に設けた光
   電変換セルで構成される撮像部とから成るカラー固体撮
   像素子において、 前記単位のモザイクフィルタは、第１行が緑色の透過率
   が赤色成分の透過率よりも大きい黄色フィルタ要素と、
   マゼンタフィルタ要素で構成し、第２行は当該第１行と
   等しく緑色成分の透過率が赤色成分の透過率よりも大き
   い黄色フィルタ要素と、シアンフィルタ要素とにより構
   成したことを特徴とするカラー固体撮像素子。
2. （２）請求項（１）記載において、複数単位のモザイク
   フィルタ群を、水平走査方向に対して単位のモザイクフ
   ィルタ同士が互いに隣接して配列し、垂直走査方向に対
   しては第２行配列の単位のモザイクフィルタを構成する
   色フィルタ要素は第１行配列の単位のモザイクフィルタ
   を構成する色フィルタ要素に対して、水平走査方向に一
   画素ずらして配列して成ることを特徴とするカラー固体
   撮像素子。