JPS631278A - カラ−固体撮像装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、カラー固体撮像装置に関するものであり、特
に単一の固体撮像素子とその受光画素に合わせたカラー
フィルタを用いて、色差順次方式でカラー信号を得るカ
ラー固体撮像装置に於いて、固体撮像素子を駆動するパ
ルスを切り換える事により、フレーム読出しとフィール
ド読出しの切り換えが可能なカラー固体撮像装置を提供
するものである。

従来の技術 固体撮像素子１個とその受光画素に対応してカラーフィ
ルタを配置することによりカラーテレビ信号を受る方法
を第４図〜第６図を用いて説明するＯ まずフレーム読出しに関して説明する。第４図に於いて
、２次元に配された受光画素３０に対応して、ａライン
では第１の受光画素には黄Ｙｅ　　フィルタ３１とマゼ
ンタＭｑ　　フィルタ３２の分割フィルタを配置し、水
平方向の次の受光画素には／アンＣｙ　フィルタ３３と
緑Ｇフィルタ３４０分割フィルタを配置し、交互に順次
配列した色フイルタ列を、ｂラインは、ａラインと同じ
く順次配列した色フイルタ列を、Ｃラインは、第１の受
光素子には黄Ｙｅ　フィルタ３１と緑Ｇフィルタ３４０
分割フィルタを配置し、水平方向の次の受光画素にはシ
アンＣｙ　フィルタ３３とマゼンタＭｑ　フィルタ３２
の分割フィルタを配置し、交互に順次配列した色フイル
タ列を、ｄラインはＣラインと同じく順次配列した色フ
イルタ列を、ｅ、ｆラインは、ａ、ｂラインと同じく順
次配列した色フイルタ列を、以下ａ、ｂ、Ｃ，ｄライン
の色フイルタ列の繰り返しで、固体撮像素子の全画素に
色フイルタ列を順次配置している。また図に於いて、ｎ
（ハ）は奇数フィールドを示し、ｎ（ハ）は偶数フィー
ルドを示している。

上記の構成による撮像素子とカラーフィルタの組み合せ
で、カラーテレビ信号を受る方法を第４図及び第５図を
用いて説明する。

第４図に於て、第１フイールドｎ（ハ）は、ａの水平ラ
インのフォトダイオードを読み出す。その信号Ｓｎは、 ５ｎ−Ｊ（Ｙｅ＋Ｍｇ）＋（Ｃｙ＋Ｇ）ド（（Ｙｅ＋Ｍ
ｇ　）−（Ｃｙ＋Ｇ））　ｓｉｎωｔ＝（２Ｒ＋３Ｇ＋
２Ｂ）−（Ｇ−２Ｒ）ｓｉｎｃ、＋ｔ　　　−＝・（ｉ
）式となり、第１フイールドｎ＋１（ハ）は、Ｃの水平
ラインのフォトダイオードを読み出すからその信号Ｓｎ
＋１は、 Ｓ　ｎ＋　１＝　（（Ｙｅ　＋Ｇ　）＋（Ｃｙ　＋Ｍｇ
　）ド（（Ｙｓ＋Ｇ）−（Ｃｙ＋Ｍｇ））ｓｉｎωｔ＝
（２Ｒ千３Ｇ＋２Ｂ）＋（Ｇ−２Ｂ）ｓｉｎωｔ　　・
−（２）式同様にして、第２フイールドｎ（）Ｉ）′の
信号Ｓｎ’は、Ｓｎ＝　（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）−（Ｇ−
２Ｒ）ｓｉｎωを第２フイールドｎ＋１（Ｈ）　　の信
号Ｓｎ＋１′は、Ｓｎ＋１’＝　（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）
＋（Ｇ−２Ｂ）ｓｉｎωｔとなる。

（１）式、（２）式から明らかなように、Ｓ　ｎ　＋　
Ｓ　ｎ　＋　１　ともにその低域信号成分ＳＹは　５ｙ
＝２Ｒ＋３Ｇ＋３Ｂであり、また色信号成分は、Ｓｎか
らは（Ｇ−２Ｒ）ｓｉｎωｔで、Ｓｎ＋１からは（Ｇ−
２Ｂ）ｓｉｎωｔで表わされる色信号成分が得られる。

第５図は前記固体撮像素子出力信号からカラーテレビ信
号を得るための信号処理部の概要を示すものである。第
５図に於いて、３５は前記の固体撮像素子、３６　ｈロ
ーパスフィルタ、３７はバンドパスフィルタ、３８は同
期検波回路、３９は１水平期間遅延回路、４ｏは１水平
周期スイッチ回路、４１は変調回路、４２は加算器、４
３は出力端子、４４はパルス発生器である。

次に動作を説明する。固体撮像素子３５から得られた信
号はローパスフィルタ３６に供給され高調波成分を除去
し低域成分のみを分離し前記のＳＹ酸成分得る。この低
域成分を輝度信号として扱い加算器４２へ供給する。−
方固体撮像素子３５の出力信号はカラーフィルタの繰り
返し周波数を中心通過帯域とするバンドパスフィルタ３
７に供給され、カラーフィルタにより変調された色信号
成分を分離する。すなわちＳｎの信号からは（Ｇ−２Ｒ
）ｓｉｎωｔ　の成分を、Ｓｎ＋、の信号からは、（Ｇ
−２Ｂ）ｇｉｎωｔの成分を分離する。バンドパスフィ
ルタにより分離された変調色信号（カラーキャリア）は
同期検波器３８に供給される。同期検波器３８には、パ
ルス発生器４４から、カラーフィルタの繰り返し周波数
に等しいインデックス信号が供給されており、変調色信
号は同期検波される。同期検波された信号はローパスフ
ィルタ（図示せず）によりその高調波成分を除去する事
により低域の色差信号となる。ｆなわち信号Ｓｎから（
Ｇ−２Ｒ）、Ｓｎ＋１から（Ｇ−２Ｂ）の色差信号を得
ることが出来る。

このようにして得られた色差信号を１水平期間遅延線３
９により遅延し、その遅延した信号と遅延しない信号を
スイッチ回路４０に供給し、パルス発生器から供給でれ
る水平走査用ｅ数の３’２のパルスにより１水平走査毎
に切り換える事によりスイッチ回路４０の出力端から（
Ｇ−２Ｒ）及び（Ｇ−２Ｂ）の２種類の色差信号を同時
に得る。この２種類の色差信号を変調器４１により色副
搬送波で変調し色信号を得る。この色信号を加算器４２
に供給し、前記、輝度信号と加算する事により出力端子
４３からカラーテレビジョン信号を得る事が出来る。

ここで、パルス発生器４４からは固体撮像素子３６へ素
子駆動に必要な数種類のパルスが供給されており、この
駆動パルスとインデックスパルス等は同期関係にある事
は言うまでもない。

次に、フィールド読出しに関して説明する。第６図に於
て、２次元に配された受光画素３０に対応してａライン
では第１の受光画素には黄Ｙｅ　フィルタ３１、水平方
向の次の受光画素にはシアンａｙ　フィルタ３３を交互
に順次配列した第１の色フイルタ列を、ｂラインでは第
１の受光画素はマゼンタ狗フィルタ３２、水平方向の次
の受光画素には緑Ｇフィルタ３４を交互に順次配列した
色フイルタ列を、奇数番目の各水平ラインはａラインの
色フイルタ列と同一の配列とし、偶数番目の水平ライン
については、ｂラインの色フィルタ及びｂラインとカラ
ーフィルタの配列を逆に配列した色フイルタ列を交互に
配置している。また、図に於いて、ｎ（ハ）は奇数フィ
ールドをｎ（ハ）は偶数フィールドを示している。フィ
ールド読出しの場合は、隣接した２つの水平ラインを同
時に水平走査し、フォトダイオードへの信号蓄積時間と
垂直走査時間を同一にする走査方法としている。

上記の構成による撮像素子とカラーフィルタの組み合せ
で、垂直方向に隣接した２つの水平ラインのフォトダイ
オードの信号電荷を混合した後水平走査を行なって得ら
れた信号からカラーテレビ信号を得る方法を第６図及び
第６図を用いて説明する。

第６図に於いて、第１フイールドｎ（ハ）は、ａ。

ｂの水平ラインのフォトダイオードを混合して読み出す
。その信号Ｓｎは Ｓｎ＝　（（Ｙｅ　＋Ｍｇ　）＋（Ｃｙ＋Ｇ　）　）＋
（（Ｙｅ＋Ｍｇ　）−（Ｃｙ＋Ｇ　））ｓ　ｉｎωｔ＝
　（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）−（Ｇ−２Ｒ）ｓ　１ｎｃｏ　
ｔとなり（１）式と同じになる。

同様に第１フイールドｎ＋１（ハ）はｃ、ｄの水平ライ
ンのフォトダイオードを混合して読み出すのでその信号
Ｓｎ＋１は Ｓｎ＋、＝（（Ｙｅ＋Ｇ）＋（Ｃｙ＋Ｍｇ））＋（（Ｙ
ｅ＋Ｇ）−（Ｃｙ−＋Ｍｑ））Ｉｉｉｎωｔ＝（２Ｒ＋
３Ｇ＋２Ｂ　）＋　（Ｇ−２Ｂ　）　ｓ　ｉ　ｎ　（，
１ｔとなり（２）式と同じになる。従ってカラーテレビ
信号を作成する信号処理は第６図に示す様にフレーム読
出しと同じ処理で良い。

フレーム読出しの場合は、１水平ライン単独で信号を作
成するので、垂直解像度は固体撮像素子の垂直方向画素
数と、テレビジョン信号の水平走査線本数に応じて、高
くとれる利点があるが、固体撮像素子フォトダイオード
の信号蓄積時間が１フレ一ム周期となるため、フレーム
残像が発生する欠点を有する。

また、フィールド読出しの場合は、フォトダイオードの
信号蓄積時間が１フイールドであるので、フレーム残像
が発生しない利点があるが、垂直方向に隣接した２つの
水平ラインのフォトダイオードの信号電荷を混合した後
水平走査を行なうので、垂直解像度が低下する。

発明が解決しようとする問題点 前記の様に、フレーム読出し、フィールド読出しは互い
に相反する利点、欠点があり、互いの利点のみを出すた
めに、カラー固体撮像装置上に２つの読み出しの電気的
な切り換え器を用いても、第４図及び第６図で示す異な
ったカラーフィルタの取り換えを行なわなければならず
、構成上切換えは不可能であった。

本発明は、以上の点に鑑み、カラーフィルタの取り換え
を行なわずに、電気的な切換え器のみで、フレーム読出
しとフィールド読出しを切り換えることが可能な、色差
順次方式を用いたカラー固体撮像装置を提供することを
目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は、前記問題点を解決するために、受光画素が２
次元に配された固体撮像素子と、色差信号が順次出力さ
れる様に前記固体撮像素子の一つの受光画素に対して分
割された２色の色フィルタを配置し、前記固体撮像素子
の光電変換素子としてのフォトダイオードの信号蓄積時
間を一フレーム期間とし、前記固体撮像素子の一つの水
平ライン上の信号列が一水平走査線上の信号になるよう
な第１の機能と、前記フォトダイオードの信号蓄積時間
を一フィールド期間とし、奇数フィールドに於いて前記
固体撮像素子の奇数（又は偶数）番目のラインの信号列
で走査線上の信号を形成し、偶数フィールドに於いて前
記固体撮像素子の偶数（又は奇数）番目のラインの信号
列で走査線上の信号を形成する第２の機能とを、電気的
に切り換えるように構成したものである。

作　　用 本発明は上記の構成によって、唯１つのフィルタを備え
たものでありながら基本的には、垂直解像度に対して有
利なフレーム読出し方式を行ない、特に光量が十分な場
所でカメラ撮影をする場合、フィールド読出しに電気的
に切り換え、垂直解像度を劣化させる事なく、フレーム
残像のない良好なカラー画質を得ることが出来るもので
ある。

実施例 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明の一実施例として構成されたインターラ
イン電荷結合型固体撮像素子（以下「Ｉ　Ｌ−ＣＣＤＪ
と記す）の概略構成図を示す。

１及び１′は光電変換素子としての多数個のフォトダイ
オード、２は垂直転送レジスタであり、この垂直転送レ
ジスタ２は、垂直転送ゲート３〜６により構成されてい
る。７は信号読み出しゲートであり、等測的に垂直転送
ゲート３および５と共通になっている。８ａ〜８ｄは電
荷読み出しノ（ルスや垂直転送パルス（いずれも後述す
る）を含むＣＣＤＣＤ駆動信号−１〜ｖ４給される端子
、９は水平転送レジスタであり、この水平転送レジスタ
９は、水平転送ゲー）１０．１１を含めて構成されてい
る。１２ａ、１２ｂは水平転送パルスＨ。

Ｈ２が供給される端子、１３転電荷検出部であり、転送
されてきた信号電荷を信号電圧に変換する出力部を構成
している。この電荷検出部１３は、通常フローティング
・ディフユージョン・アンプで構成されている。１４は
出力端子である。１６は垂直転送レジスタ３０オーバー
フロードレイン、１６はオーバーフロードレイン１６に
制御電圧を供給する端子である。１７は垂直転送レジス
タ６のオーバーフロードレイン、１８はオーバーフロー
ドレイン１７に制御電圧を供給する端子である。

１９は固体撮像素子である。

フォトダイオード１及び１は被写体より、光学レンズ、
第４図に示す色フィルタを通って来た入射光を光電変換
し信号電荷を得る。光電変換により得られた信号電荷は
端子８ａ〜８ｄに電荷読出しパルスが入力されることで
、信号読出しゲート７を介して垂直転送レジスタ２を構
成する垂直転送ゲート３〜６へ読み込まれる。その後端
子８ａ〜８ｄより供給された垂直転送パルスにより、垂
直方向すなわち水平転送レジスタ９の方向へ順次転送さ
れ、−水平ライン毎に水平転送レジスタ９に読み込まれ
る。水平転送レジスタ９に読み込まれた信号電荷は、端
子１２ａ、１２ｂから供給される水平転送パルスＨ１，
Ｈ２により電荷検出部１３へ順次転送され、電荷検出部
１３により電圧に変換され、出力端子１４から点順次画
像信号として得られる。この様にして得られた点順次画
像信号を第５図の信号処理を行なうことにより、テレビ
ジョン信号を得る。

第２図（ａ）、（ロ）、　（Ｃ）　、　（ｃｌ）はフレ
ーム読出し時のＩＬ−ＣＣＤ１ｓの端子８ａ〜ａｄに供
給されるＣＣＤＣＤ駆動信号−１〜ｖ４イミングチャー
トで２０〜２３は光電変換素子としてのフォトダイオー
ド１及び１に蓄積された信号電荷を垂直転送レジスタ２
に読み込むための電荷読出しパルス、２４は垂直転送レ
ジスタ２に読み込まれた信号電荷を水平転送レジスタ９
の方向へ順次転送する垂直転送パルスである。電荷読出
しパルス２ｏから電荷読出しパルス２２までの間にフォ
トダイオード１に蓄積された信号電荷がＩＬ−ＣＣＤ１
ｓの動作に基づいて第１フイールドの信号となり、電荷
読出しパルス２２から電荷読出しパルス２３までの間に
フォトダイオード１に蓄積された信号電荷がＸＬ−ＣＣ
Ｄ１９の動作に基づいて第２フイールドの画像信号とな
る。このときオーバーフロードレイン１５．１７は、電
荷があふれた時のみ動作する様に端子電圧１６．１８を
設定しておく。

次に第６図に於いて、フレーム読出しフィールド読出し
切換スイッチ４６をフィールド読出し側にした時のＩＬ
−ＣＣＤ１９の端子８　ａ　〜８　ｄに供給されるＣＣ
ＤＣＤ駆動信号−１〜ｖ４イミングチャートを第３図（
ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）　、　（ｄ）に示す。２
５〜２８は光電変換素子としてのフォトダイオード１及
び１に蓄積された信号電荷を垂直転送レジスタ２に読み
込むための電荷読出しパルス、２９は垂直転送レジスタ
２に読み込まれた信号電荷を水平転送レジスタ９の方向
へ順次転送する垂直転送ノ５ルスである。電荷読出しパ
ルス２６から電荷読出しパルス２６までの間にフォトダ
イオード１に蓄積された信号電荷がＩＬ−ＣＣＤ１９の
動作に基づいて第２フイールドの信号四となり、電荷読
出しパルス２８から電荷読出しパルス２７までの間にフ
ォトダイオード１に蓄積された信号電荷がＩＬ−ＣＣＤ
１９の動作に基づいて第１フイールドの信号（Ｂ）とな
る。電荷読出しパルス２６から電荷読出しパルス２５ま
での間にフォトダイオード１に蓄積された信号（ｑおよ
び、電荷読出しパルス２７から電荷読出しパルス２８ま
での間にフォトダイオード１に蓄積された信号ｐは、そ
のままにすると、垂直転送レジスタ２に於いて信号（ｑ
は信号（至）と混合され、又信号口は信号■と混合され
、第６図に示す信号処理で色差順次出力が得られないの
で、信号（ｑは端子１６に制御信号を与えることにより
、オーバーフロードレイン１６に掃き出し、信号ｑは、
端子１ｅに制御信号を与え、オーバーフロードレイン１
７に掃き出す。信号（至）および信号（至）により、映
像信号が形成され、このときフォトダイオード１はフィ
ールド読出しなので、フレーム残像は発生しない。

発明の詳細 な説明した様に、本発明のカラー固体撮像装置は、１画
素２分割の唯ひとつのカラーフィルタを用い、電気的な
スイッチによって素子駆動パルスを切換えることができ
、基本的にはフレーム読出しで動作させ、光量が十分な
場所でカメラ撮映をする時には、フィールド読出しに切
換えて動作させることによって、垂直解像度は劣化せず
、フレーム残像をなくすことが可能であるから、状態に
応じて最も良好なカラー画質を得ることができるという
優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＩＬ−ＣＯＤの構成図、第
２図は本実施例のフレーム読出し時のＣＯＤ駆動信号の
タイミングチャート、第３図は本実施例のフィールド読
出し時のＯＣＤ駆動信号のタイミングチャート、第４図
はフレーム読出しに用いるカラーフィルタの配置図、第
６図は固体撮像素子から得られた信号をカラーテレビジ
ョン信号に変換する信号処理部のブロック図、第６図は
従来のフィールド読出しに用いるカラーフィルタの配置
図である。 １．１・・・・・・フォトダイオード、２・・・・・・
垂直転送レジスタ、９・・・・・・水平転送レジスタ、
１５．１８・・ト・オーバーフロードレイン、１９・・
・・・・Ｉ　Ｌ　−ＣＣＤ　１２Ｑ〜２３．２６〜２８
・・・・・・電荷読出しパルス、３０・・・・・・受光
画素、４４・・・・・・パルス発生器、４５・・・・フ
レーム読出しフィールド読出し切換スイッチ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光画素が２次元に配された固体撮像素子と、色差信号
   が順次出力される様に前記固体撮像素子の一つの受光画
   素に対して分割された２色の色フィルタを配置し、前記
   固体撮像素子の光電変換素子としてのフォトダイオード
   の信号蓄積時間を一フレーム期間とし、前記固体撮像素
   子の一つの水平ライン上の信号列が一水平走査線上の信
   号になるような第１の機能と、前記フォトダイオードの
   信号蓄積時間を一フィールド期間とし、奇数フィールド
   に於いて前記固体撮像素子の奇数（又は偶数）番目のラ
   インの信号列で走査線上の信号を形成し、偶数フィール
   ドに於いて前記固体撮像素子の偶数（又は奇数）番目の
   ラインの信号列で走査線上の信号を形成する第２の機能
   とを電気的に切り換える構成を有したことを特徴とする
   カラー固体撮像装置。