JPS642278B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水平・垂直方向に配列した複数個の
受光素子と、上記受光素子に各々対応して配置さ
れたフイルタ要素からなるモザイク状カラーフイ
ルタを組合せて構成した撮像素子を用いた単板式
のカラー固体撮像装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a mosaic-like color comprising a plurality of light-receiving elements arranged in horizontal and vertical directions and filter elements arranged corresponding to each of the light-receiving elements. The present invention relates to a single-chip color solid-state imaging device using an imaging element configured by combining filters.

〔従来の技術〕 このようなカラー固体撮像装置としては、従来
数多くのものが存在する。それらの内、例えば特
開昭53−75728号公報に示されたものは、受光素
子の位置並びにカラーフイルタの配置に考慮が払
われ、カラーフイルタの被写体像の投影像がモア
レを発生するのを極めて小さくし、品質のよいカ
ラー画像を得るよう構成されている。[Prior Art] There are many conventional color solid-state imaging devices. Among them, for example, the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-75728 takes into consideration the position of the light receiving element and the arrangement of the color filter, and prevents moiré from occurring in the projected image of the subject image on the color filter. It is designed to be extremely small and to obtain high quality color images.

第１図は上記モアレを防止した受光素子の配列
を示すもので、１は固体撮像素子、２は受光素子
である。図に示したように、受光素子が１行ごと
に水平方向に半周期ずれた最密充填の配置となつ
ている。このような受光素子が配列された固体撮
像素子をカラーフイルタなしで白黒用として用い
ると、画素の半周期ごとに信号が得られるため、
解像度の良い映像信号が得られる。 FIG. 1 shows an arrangement of light-receiving elements that prevents the moiré described above, in which 1 is a solid-state image sensor and 2 is a light-receiving element. As shown in the figure, the light-receiving elements are disposed in a close-packed arrangement with each row shifted by half a cycle in the horizontal direction. If a solid-state image sensor with such light-receiving elements arranged is used for black and white without a color filter, a signal is obtained every half cycle of the pixel, so
A video signal with good resolution can be obtained.

しかしながら、従来この固体撮像素子をカラー
撮像用にするために各受光素子に対応して配置さ
れるカラーフイルタには第２図に示すように赤色
Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの３色の透過フイルタを用い
ていた。従つて各フイルタを透過する光の利用率
が良くなかつた。また、隣接する３画素の信号か
ら輝度信号を構成しているため、カラー撮像時に
は、解像度が低下し、上記最密充填配置の特徴が
生かされないという問題があつた。 However, conventionally, in order to use this solid-state image sensor for color imaging, color filters arranged corresponding to each light receiving element include three color transmission filters of red R, green G, and blue B, as shown in Fig. 2. was used. Therefore, the utilization efficiency of the light transmitted through each filter was not good. Furthermore, since the luminance signal is constructed from the signals of three adjacent pixels, there is a problem that the resolution decreases during color imaging, and the characteristics of the close-packed arrangement described above cannot be utilized.

この問題を解決するために、受光素子配列は第
１図に示したものを用い、カラーフイルタとして
は前記３色のうち少なくとも２色はその補色の透
過フイルタに置き換え、光の利用率を向上させる
よう構成し、その２色の補色は加算するとほぼ輝
度信号に近い値となるYeフイルタとCyフイルタ
の組み合せとするものがある。YeフイルタとCy
フイルタが隣接して配置され、少なくとも隣接２
画系で輝度信号が得られるので、従来より解像度
が良くなる。なお、当然の事ながら３原色の原理
からもう１色のフイルタはCy、Yeフイルタと独
立な色フイルタなら任意の色フイルタで良い。以
下、これについて詳しく説明する。 To solve this problem, the light receiving element array shown in Figure 1 is used, and at least two of the three colors are replaced with transmission filters of complementary colors to improve the light utilization efficiency. There is a combination of a Ye filter and a Cy filter in which the two complementary colors have a value almost equal to the luminance signal when added. Ye filter and Cy
the filters are arranged adjacently, at least two adjacent
Since the luminance signal is obtained in the image system, the resolution is better than before. Of course, based on the principle of three primary colors, the other color filter may be any color filter that is independent of the Cy and Ye filters. This will be explained in detail below.

第３図はカラーフイルタ３の構成を示すもの
で、Ye領域は黄色透過フイルタ（以下Yeフイル
タと略記する。）、Cy領域はシアン色透過フイル
タ（以下Cyフイルタと略記する。）Ｇ領域は緑色
透過フイルタ（以下Ｇフイルタと略記する。）で
ある。 FIG. 3 shows the configuration of the color filter 3. The Ye area is a yellow transmission filter (hereinafter abbreviated as Ye filter), the Cy area is a cyan color transmission filter (hereinafter abbreviated as Cy filter), and the G area is green. It is a transmission filter (hereinafter abbreviated as G filter).

このようなカラーフイルタに対応する固体撮像
素子の要部構成と結線図を第４図に示す。 FIG. 4 shows a main part configuration and a wiring diagram of a solid-state image sensing device compatible with such a color filter.

図において、４は水平走査回路、５は垂直走査
回路、６はインタレース切換回路である。この切
換回路６によつて、隣接する２行分の水平ライン
が同時に選択され、さらに１フイールドごとにそ
の組み合わせを１行分ずらしてインタレース走査
を行なわせることができる。この走査方式は残像
を少なくし、Ｓ／Ｎを改善する上にも有用なもの
で、回路の構成と動作については、例えば特開昭
54−37427号公報に詳しく記載されている。７は
水平読み出しスイツチ、８は垂直読み出しスイツ
チ、９は受光素子、受光素子９の配置は第４図で
は明確に示さなかつたが第１図に示す如くなつて
いる。 In the figure, 4 is a horizontal scanning circuit, 5 is a vertical scanning circuit, and 6 is an interlace switching circuit. This switching circuit 6 simultaneously selects two adjacent horizontal lines, and further shifts the combination by one line for each field to perform interlaced scanning. This scanning method is useful for reducing afterimages and improving S/N. For example, the circuit configuration and operation can be found in
It is described in detail in Publication No. 54-37427. 7 is a horizontal readout switch, 8 is a vertical readout switch, 9 is a light receiving element, and although the arrangement of the light receiving element 9 is not clearly shown in FIG. 4, it is as shown in FIG. 1.

１０，１１，１２は信号出力線である。第４図
の結像からわかるように、カラーフイルタ３の３
種のフイルタに対応して３つの出力線で取り出
す。 10, 11, and 12 are signal output lines. As can be seen from the image formation in FIG.
It is extracted using three output lines corresponding to the type of filter.

固体撮像素子１の３つの出力線１０，１１，１
２にはそれぞれYe、Cy、Ｇ信号が得られるの
で、第５図に示す如く、極めて簡単な信号処理回
路でNTSCのカラー映像信号が得られる。 Three output lines 10, 11, 1 of solid-state image sensor 1
Since the Ye, Cy, and G signals are obtained in each of the signals, an NTSC color video signal can be obtained with an extremely simple signal processing circuit, as shown in FIG.

第５図において、１３は前置増幅器、１４は低
域フイルタ、１５はプロセス増幅器、１６は加算
回路、１７，１８は減算回路、１９は減算回路、
２０はNTSCエンコーダ、２１は出力端子、２２
は遅延回路である。 In FIG. 5, 13 is a preamplifier, 14 is a low-pass filter, 15 is a process amplifier, 16 is an addition circuit, 17 and 18 are subtraction circuits, 19 is a subtraction circuit,
20 is the NTSC encoder, 21 is the output terminal, 22
is a delay circuit.

固体撮像素子１から得られる３つの信号Ye，
Cy、およびＧ信号はそれぞれ前置増幅器１３、
低域フイルタ１４、プロセス増幅器１５によつ
て、増幅され帯域制限され、直流再生される。上
記３つの信号のうちYe信号とCy信号を加算回路
１６で加算して輝度信号Ｙを作る。一方、色信号
Ｒ、Ｂ信号は、Ye信号およびCy信号からＧ信号
を減算回路１７，１８でそれぞれ減算して作る。
こうして得られたＲ、Ｂ信号とＹ信号から減算回
路１９によつて色差信号Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙ信号
を作り、NTSCエンコーダ２０にＹ信号と共に入
力し、NTSCカラー映像信号を作る。なお遅延回
路２２はそれぞれ信号処理の時間ずれを合わせる
もので、１画素の走査時間の半分の遅延時間を有
する。 Three signals Ye obtained from the solid-state image sensor 1,
The Cy and G signals are each sent to a preamplifier 13,
The low-pass filter 14 and the process amplifier 15 amplify and band-limit the signal, and reproduce the direct current. Of the above three signals, the Ye signal and the Cy signal are added in an adder circuit 16 to generate a luminance signal Y. On the other hand, the color signals R and B are generated by subtracting the G signal from the Ye signal and the Cy signal in subtraction circuits 17 and 18, respectively.
From the R, B and Y signals obtained in this way, color difference signals R-Y and B-Y are generated by the subtraction circuit 19, and are inputted together with the Y signal to the NTSC encoder 20 to generate an NTSC color video signal. Note that the delay circuits 22 each adjust the time difference of signal processing, and have a delay time that is half the scanning time of one pixel.

このように３つの出力線に３つのフイルタの出
力が別々に取り出されるので、信号処理は極めて
単純になる。また、上述の信号処理からわかるよ
うに1.5画素毎に輝度信号が得られることになり、
単板カラーカメラとして解像度の高い映像信号が
得られる。さらに従来のＲ、Ｂフイルタに代えて
Cy，Yeの補色フイルタを用いているので、Ｒ、
Ｂ、Ｇフイルタを用いたものに比べて、光の利用
率も高くなり、感度が良い。 Since the outputs of the three filters are taken out separately to the three output lines in this way, signal processing becomes extremely simple. Also, as you can see from the signal processing above, a luminance signal is obtained every 1.5 pixels,
A high-resolution video signal can be obtained as a single-chip color camera. Furthermore, instead of the conventional R and B filters,
Since complementary color filters of Cy and Ye are used, R,
Compared to those using B and G filters, the light utilization rate is higher and the sensitivity is better.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、第３図のものはＧフイルタとい
う原色フイルタを使つているので、光の利用率の
点ではまだ改善の余地がある。 However, since the one shown in FIG. 3 uses a primary color filter called a G filter, there is still room for improvement in terms of light utilization.

さらに、第３図を第２図と比較すると、Ｇ成分
は全画素で検出されるに対し、Ｒ、Ｂ成分は第２
図と同じ位置でしか検出されないことになり、サ
ンプリングの数が少なく、細かなＲ、Ｂ成分のあ
る被写体では、モアレの発生という問題が生じ
る。 Furthermore, when comparing Figure 3 with Figure 2, the G component is detected in all pixels, while the R and B components are detected in the second
This results in detection only at the same position as shown in the figure, which causes a problem of moiré for objects with a small number of samplings and fine R and B components.

本発明の目的は、このような問題を解決するこ
とにある。 An object of the present invention is to solve such problems.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

これらの問題を解決するために、カラーフイル
タとして、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色光成分をそれぞれ所定
の比率で透過する３色透過形フイルタを新しく導
入する。３色透過形フイルタとは、従来の全色透
過フイルタ（いわゆるホワイト・フイルタ）のよ
うに、Ｒ，Ｇ，Ｂを色光成分をほぼ同一比率で透
過させるものでなく、また、従来の補色フイルタ
と呼ばれるように、２原色を透過させて、１原色
を透過させないようにしたフイルタとも異なり、
カラーフイルタの出力信号を信号処理する際、信
号処理を考慮して、意味のある所定の比率で３原
色を透過させるものである。すなわち、本発明の
カラーフイルタは、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色光成分を透過
し、かつ、この各色光成分のうち少なくとも緑色
光成分を所定量減衰透過させるように構成された
ものである。 In order to solve these problems, a new three-color transmission filter is introduced as a color filter, which transmits R, G, and B color light components at predetermined ratios. A three-color transmission filter does not transmit R, G, and B color light components at approximately the same ratio like a conventional all-color transmission filter (so-called white filter), and it is different from a conventional complementary color filter. As it is called, it is different from a filter that allows two primary colors to pass through and blocks one primary color from passing through.
When processing the output signal of the color filter, the three primary colors are transmitted at a meaningful predetermined ratio in consideration of the signal processing. That is, the color filter of the present invention is configured to transmit R, G, and B color light components, and transmit at least a green light component among these color light components at a predetermined amount attenuated.

〔作用〕[Effect]

３色透過形フイルタを原色フイルタ、例えばＧ
フイルタの代りに用いれば当然の事ながら光の利
用率が上がり、感度が向上する。また、３色透過
率フイルタは、Ｒ，Ｇ，Ｂの色光成分を含んでい
るので、従来に比べ、Ｒ、Ｂ成分のサンプリング
点を増加したことになり、モアレの減少にも効果
がある。 The three-color transmission filter is replaced by a primary color filter, such as G.
If used in place of a filter, the efficiency of light utilization will naturally increase and the sensitivity will improve. Furthermore, since the three-color transmittance filter includes R, G, and B color light components, the number of sampling points for the R and B components is increased compared to the conventional filter, which is also effective in reducing moiré.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

第６図に本発明の実施例のフイルタ構成を示
す。第３図における配置でYeフイルタとCyフイ
ルタはそのままにしておき、Ｇフイルタの代りに
３色透過形Mg′フイルタ（うすいマゼンタ色透過
フイルタ）を置換したものである。Mg′フイルタ
はそのフイルタ分光特性Mg′（λ）が、撮像素子
の分光感度特性をＳ（λ）と、照明の光源の分光
組成をＩ（λ）、NTSCの理想撮像特性をＲ（λ）、
Ｇ（λ）、Ｂ（λ）とすると、従来の補色フイルタ
であるMgフイルタの出力信号がＲ（λ）＋Ｂ（λ）
で与えられるのに対して、ここの３色透過形フイ
ルタMg′では、 0.8R（λ）＋0.4G（λ）＋0.8B（λ） ＝ｋ（Mg′（λ）・Ｓ（λ）・Ｉ（λ）） の出力信号が得られる。 FIG. 6 shows a filter configuration according to an embodiment of the present invention. In the arrangement shown in FIG. 3, the Ye filter and Cy filter are left as they are, and the G filter is replaced with a three-color transmission type Mg' filter (light magenta color transmission filter). The Mg' filter has a filter spectral characteristic Mg' (λ), which is the spectral sensitivity characteristic of the image sensor as S(λ), the spectral composition of the illumination light source as I(λ), and the ideal imaging characteristic of NTSC as R(λ). ,
If G(λ) and B(λ), the output signal of the Mg filter, which is a conventional complementary color filter, is R(λ) + B(λ).
On the other hand, for the three-color transmission filter Mg', 0.8R (λ) + 0.4G (λ) + 0.8B (λ) = k (Mg' (λ)・S (λ)・An output signal of I(λ)) is obtained.

ただしｋは比例系数である。 However, k is a proportional series.

よつて、上式を書きなおすと、 Mg′（λ） ＝−0.8R（λ）＋0.4G（λ）＋0.8B（λ）／kS（λ）
・Ｉ（λ）………(1) に近い特性を示すもので、うすいマゼンタ色透過
フイルタである。 Therefore, rewriting the above equation, Mg′ (λ) = −0.8R (λ) + 0.4G (λ) + 0.8B (λ) / kS (λ)
・I(λ): It exhibits characteristics close to (1), and is a light magenta transparent filter.

このようなMg′の出力信号とYe信号、Cy信号
の減算を行うと Mg′−Ye＝（0.8R＋0.4G ＋0.8B）−（Ｒ＋Ｇ）＝−0.2R−0.6G ＋0.8B＝Ｂ−（0.2R＋0.6G 0.2B）＝Ｂ−Ｙ Mg′−Cy＝（0.8R＋0.4G ＋0.8B）−（Ｂ＋Ｇ）＝0.8R−0.6G −0.2B＝Ｒ−（0.2R＋0.6G ＋0.2B）＝Ｒ−Ｙ となる。第７図にこのフイルタ配置の信号信理回
路を示す。第５図では、Ｒ、Ｂ信号を演算してか
ら色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを演算する回路が必要
である。これに対し、第７図では直接色差信号を
得ることができるため、回路の簡単化を図れる。 By subtracting the output signal of Mg', Ye signal, and Cy signal, Mg'-Ye = (0.8R + 0.4G + 0.8B) - (R + G) = -0.2R-0.6G +0.8B = B- (0.2R+0.6G 0.2B)=B−Y Mg′−Cy=(0.8R+0.4G +0.8B)−(B+G)=0.8R−0.6G −0.2B=R−(0.2R+0.6G +0.2B )=RY. FIG. 7 shows a signal logic circuit with this filter arrangement. In FIG. 5, a circuit is required that calculates the R and B signals and then calculates the color difference signals R-Y and B-Y. On the other hand, in FIG. 7, color difference signals can be obtained directly, so the circuit can be simplified.

さらに第６図から分るように、Mg′−Cyや
Mg′−Yeの意味は、カラーフイルタ配置におけ
る水平方向や斜め方向の画素間の変調成分を示し
ている。この変調成分が色差信号に等しく構成さ
れているという事は、無彩色光の被写体では、変
調成分が零となり、無彩色光によるモアレの発生
がないという特徴を有する。 Furthermore, as shown in Figure 6, Mg′−Cy and
The meaning of Mg'-Ye indicates the modulation component between pixels in the horizontal direction or diagonal direction in the color filter arrangement. The fact that this modulation component is configured to be equal to the color difference signal has the characteristic that the modulation component becomes zero for an object of achromatic light, and no moiré occurs due to achromatic light.

なお、ガンマ補正回路は図示しなかつたが、第
５図ではＹ、Ｒ、Ｂ信号を演算する加算回路１
６、減算回路１７，１８の後に挿入する。また第
７図ではプロセス増幅器の後に挿入する。 Although the gamma correction circuit is not shown in the figure, in FIG.
6. Insert after subtraction circuits 17 and 18. Moreover, in FIG. 7, it is inserted after the process amplifier.

また実施例では撮像素子の出力方式として３線
式を示したが、２線式にして信号分離用のスイツ
チ回路を設けてもよい。 Further, in the embodiment, a three-wire system is shown as the output system of the image pickup device, but a two-wire system may be used and a switch circuit for signal separation may be provided.

本実施例では第１図の如く、受光素子を１行ず
つ半同期ずらす撮像素子を取り上げて説明した
が、とくにこれに限定されない。 Although the present embodiment has been described using an image pickup device in which the light receiving elements are shifted half synchronously one row at a time as shown in FIG. 1, the present invention is not limited to this.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、説明したように、新しいカラーフイルタ
の概念である３色透過形フイルタを用いることに
よつて信号処理回路が簡単化され、また、カラー
フイルタの変調成分が無彩色な被写体に対して零
になり、モアレの発生を防止できる。また光の利
用率が上がり、感度の向上が図れる。 As explained above, by using a three-color transmission filter, which is a new color filter concept, the signal processing circuit can be simplified, and the modulation component of the color filter can be reduced to zero for an achromatic subject. This prevents moiré from occurring. In addition, the light utilization rate increases and sensitivity can be improved.

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

第１図は固体撮像素子を構成する受光素子の配
列を示す図、第２図及び第３図は従来のカラーフ
イルタの構成図、第４図はカラー固体撮像装置の
要部構成図、第５図は従来のカラー固体撮像装置
に使用する信号処理回路の構成図、第６図は本発
明のカラーフイルタの構成図、第７図は本発明の
カラー固体撮像装置に使用する信号処理回路の構
成図である。 １……固体撮像素子、２，９……受光素子、３
……カラーフイルタ、４……水平走査回路、５…
…垂直走査回路、６……インターレース切換回
路。 FIG. 1 is a diagram showing the arrangement of light-receiving elements constituting a solid-state image sensor, FIGS. 2 and 3 are configuration diagrams of a conventional color filter, FIG. 4 is a configuration diagram of main parts of a color solid-state imaging device, and FIG. FIG. 6 is a configuration diagram of a signal processing circuit used in a conventional color solid-state imaging device, FIG. 6 is a configuration diagram of a color filter of the present invention, and FIG. 7 is a configuration diagram of a signal processing circuit used in a color solid-state imaging device of the present invention. It is a diagram. 1... Solid-state image sensor, 2, 9... Light receiving element, 3
...Color filter, 4...Horizontal scanning circuit, 5...
...Vertical scanning circuit, 6...Interlace switching circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 水平・垂直方向に配列された複数個の受光素
子と、この受光素子の各々に対応して配置された
色光透過フイルタ要素からなるモザイク状カラー
フイルタと、上記受光素子における検出信号を読
出し処理し輝度信号と２つの色差信号を出力する
手段とを備えたカラー固体撮像装置において、上
記色光透過フイルタ要素は、黄色透過フイルタ、
シアン色透過フイルタ及び３色透過形フイルタを
有し、この３色透過形フイルタは、赤色、緑色及
び青色の各色光成分を透過し、かつ、この各色光
成分のうち緑色光成分を所定量減衰透過させるよ
うに構成し、上記２つの色差信号は上記減衰透過
させるように構成した色光透過フイルタ要素に対
応する受光素子における検出信号を用いて得るこ
とを特徴とするカラー固体撮像装置。1. A mosaic color filter consisting of a plurality of light receiving elements arranged in the horizontal and vertical directions, colored light transmitting filter elements arranged corresponding to each of the light receiving elements, and reading and processing of detection signals from the light receiving elements. In a color solid-state imaging device including means for outputting a luminance signal and two color difference signals, the color light transmission filter element includes a yellow transmission filter,
It has a cyan color transmission filter and a three-color transmission type filter, and this three-color transmission type filter transmits red, green, and blue color light components, and attenuates the green light component by a predetermined amount among the color light components. A color solid-state imaging device configured to transmit the color light, and wherein the two color difference signals are obtained using a detection signal in a light receiving element corresponding to the color light transmission filter element configured to attenuate and transmit the color light.