JPH0120838B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、CCD（Charge Coupled Device）等
の撮像素子にて形成した撮像面に撮像光を色フイ
ルタを介して照射して色コーデイングされた点順
次撮像信号を出力するようにしたカラー撮像装置
に関し、特に、撮像素子の絵素構造により発生す
るクロマ信号への折り返し成分を光学的フイルタ
により抑圧して、撮像画像の画質の向上を図るよ
うにしたカラー撮像装置に関する。

一般に、CCD等の固体撮像素子を用いたカラ
ー撮像装置では、色信号をサンプリングして取出
すために、撮像面の前面にストライプ状あるいは
モザイク状に各原色（赤色、緑色、青色）通過用
の色フイルタを配設して、該色フイルタを介して
撮像光を撮像素子にて受光することにより色コー
デイングされた撮像出力信号を点順的に得るよう
にしている。例えば、第１図に示すように、撮像
用の各絵素に対応してモザイク状に配列された受
光素子１にて形成された受光部２と、該受光部２
の各受光素子１に照射される撮像光の光量に応じ
て発生される全ての絵素についての一フイールド
分の各信号電荷を蓄積する蓄積素子３にて形成さ
れた蓄積部４と、上記蓄積部４に蓄積されている
各信号蓄荷を一フイールド中に一水平ライン分ず
つ送り出す水平転送レジスタ部５とを備えて成る
フレームトランスフア型CCD１１を用いて、一
チツプの固体カラー撮像装置を構成する場合に
は、第２図に示すようなストライプ状の色フイル
タ６が用いられる。すなわち、色フイルタ６は、
赤色通過フイルタ６_R、緑色通過フイルタ６_Gおよ
び青色通過フイルタ６_Bを一組として水平方向に
順次に配列されて成り、各色通過フイルタ６_R，
６_G，６_Bが、上記CCD１１の垂直ラインの各受光
素子１_a，１_b，１_cに対応している。このような
色フイルタ６を介して撮像光の照射される各受光
素子１_a，１_b，１_cには、被写体像各絵素につい
て赤色成分の光量に対応した信号電荷e_Rが受光素
子１_aにおいて発生し、緑色成分の光量に対応し
た信号電荷e_Gが受光素子１_bにおいて発生し、青
色成分に対応した信号電荷e_Bが受光素子１_cにお
いて発生する。上記各受光素子１_a，１_b，１_cに
得られる各信号電荷e_R，e_G，e_Bを蓄積部４に一フ
イールド毎に垂直転送して該蓄積部４から水平転
送レジスタ部５を介して水平ライン分ずつ読出す
ことによつて、点順次的な撮像出力信号が得られ
る。そして、上記撮像出力信号を所定の標準テレ
ビジヨン方式（例えばNTSC方式）のカラー映像
信号に変換するには、第３図に示すような構成の
信号処理回路１０が用いられている。

すなわち、第３図に示す信号処理回路１０にお
いて、CCD１１から出力される点順次撮像出力
信号は、先ず３個のサンプリングホールド回路１
２_R，１２_G，１２_Bから成る信号分離回路１２に
てサンプリング処理によつて赤色信号E_R、緑色
信号E_Gおよび青色信号E_Bに分離され、３チヤン
ネルの同時信号に変換される。上記３チヤンネル
の同時信号に変換された赤色信号E_R、緑色信号
E_Gおよび青色信号E_Bは、設定色温度の光を照射
した基準白色の画像の撮像を行つたときに同一信
号レベルとなるように、それぞれ電圧可変利得制
御型増幅器１３_R，１３_G，１３_Bによつてレベル
調整され、ホワイトバランス調整がとられる。こ
のようにしてホワイトバランス調整された赤色信
号E_R、緑色信号E_Gおよび青色信号E_Bは、後段側
に配設した各プロセス処理回路１４_R，１４_G，１
４_Bによつてγ補正処理等の非線形信号処理が施
された後、マトリツクス回路１５により輝度信号
および各色度信号に変換されてから、カラーエン
コーダ１６によつて所望の標準テレビジヨン方式
のカラー映像信号に変換される。

上述の如き従来の信号処理回路１０を備えるカ
ラー撮像装置では、CCD１１の撮像面の前面に
配設した色フイルタ６によつて、各絵素毎に三原
色信号中の一の色に対応する信号電荷e_R，e_G，e_B
が得られるように色コーデイングされているの
で、一個の絵素について三原色中の一つの色成分
の光量しか輝度信号に利用することができず、上
記信号電荷e_R，e_G，e_Bに基づく撮像出力信号から
形成される輝度信号E_Yの信号レベルがE_Y＝E_R＋
E_G＋E_Bとなつてしまう。

そこで、本件出願人は、上述の如き従来例の問
題点に鑑み、撮像面の前面に記載される色フイル
タを形成する。赤色通過フイルタあるいは青色通
過フイルタのうちの少なくとも一方に補色フイル
タを用いることにより、撮像光の利用効率の向上
を図るとともに、ホワイトバランスおよび輝度レ
ベルバランスとを確実にした新規な構成のカラー
撮像装置を先に提案している。

すなわち、本件出願人が先に提案したカラー撮
像装置では、第４図に分光特性を示すように、撮
像光の三原色成分のうちの緑色成分Ｇ長波長側に
遮断特性を合わせた図中に実線にて示す分光特性
のシアン色通過フイルタ２０_Cyすなわち赤色成分
Ｒに対する補色フイルタ、あるいは、上記緑色成
分Ｇの短波長側に遮断特性を合わせた図中に破線
にて示す分光特性の黄色通過フイルタ２０_Yeすな
わち青色成分Ｂに対する補色フイルタが、少なく
とも青色用あるいは赤色用のフイルタの一方に用
いられて成る第５図に示す如き構成の色フイルタ
２１によつて光学的に色コーデイングして撮像を
行うように構成される。上記色フイルタ２１は、
上述の第１図に示したフレームトランスフア型
CCD１１を撮像素子として用いて固体カラー撮
像装置に適用する場合には、CCD１１の受光素
子の水平ライン方向の配列ピツチに合つた繰返し
ピツチＴにて配列したストライツプ状に形成され
る。

例えば、第５図に示す色フイルタ２１では、そ
れぞれストライプ状に形成された全色通過フイル
タすなわち白色通過フイルタ２０_Wと、黄色通過
フイルタ２０_Yeとシアン色通過フイルタ２０_Cyと
を一組としてピツチＴをもつて水平方向に順次に
配列して成る。上記白色通過フイルタ２０_Wは、
撮像光中の白色成分Ｗすなわち三原色成分で示す
赤色成分Ｒ、緑色成分Ｇおよび青色成分Ｂの全て
の色成分を含んだ Ｗ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ ……第１式 なる白色成分Ｗを通過する。また、黄色通過フイ
ルタ２０_Yeは、 Ye＝Ｇ＋Ｒ ……第２式 にて示される撮像光中の黄色成分Yeを通過する。
さらに、シアン色通過フイルタ２０_Cyは、 Cy＝Ｇ＋Ｂ ……第３式 にて示される撮像光中のシアン色成分Cyを通過
する。そこで、上述の如き色フイルタ２１を
CCD１１の撮像面の前面に配設して撮像を行う
と、白色通過フイルタ２０_Wに対応する位置の受
光素子１_aでは、撮像光の白色成分Ｗの光量に応
じた e_W＝e_R＋e_G＋e_B ……第４式 なる信号電荷e_Wが得られ、また、黄色フイルタ
２０_Cyに対応する位置の受光素子１_bでは、撮像
光の黄色成分Yeの光量に応じた e_Cy＝e_G＋e_R ……第５式 なる信号電荷e_Yeが得られ、さらに、シアン色通
過フイルタ２０_Cyに対応する位置の受光素子で
は、撮像光のシアン色成分Cyの光量に応じた e_Cy＝e_G＋e_B ……第６式 なる信号電荷e_Cyが得られる。

上記色フイルタ２１を配設したCCD１１の各
受光素子１_a，１_b，１_cによつて得られる各信号
電荷e_W，e_Ye，e_Cyを点順次撮像出力信号として得
て、次の信号処理を行えば、輝度信号E_Y、およ
び各原色信号E_R，E_G，E_Bを得ることができる。

すなわち、輝度信号E_Yは、上記各信号電荷e_W，
e_Ye，e_Cyによる点順次撮像出力信号を補色に対す
る色信号のままで取扱つて E_Y＝E_W＋E_Ye＋E_Cy＝（E_R＋E_G＋E_B）＋（E_G＋E_R）＋（
E_G＋E_B） ＝２・E_R＋３・E_G＋２・E_B ……第７式 なる信号合成を行うことにより、原色通過フイル
タにより色コーデイングする場合に比較して約３
倍の信号レベルにて得ることができる。

また、各原色信号E_R，E_G，E_Bは、上記点順次
撮像出力信号を同時信号に変換してから、 E_W−E_Cy＝（E_R＋E_G＋E_B）−（E_G＋E_B）＝E_R ……第８式 なる信号合成を行うことにより赤色信号E_Rが得
られ、 E_Cy＋E_Ye−E_W＝（E_G＋E_B）＋（E_G＋E_R）−（E_R＋E_G＋E_B
）＝E_G……第９式 なる信号合成を行うことにより緑色成分E_Gが得
られ、さらに、 E_W−E_Cy＝（E_R＋E_G＋E_B）−（E_G＋E_R）＝E_B ……第10式 なる信号合成を行うことにより青色信号E_Bが得
られる。

なお、上述の信号処理によつて得られた各原色
信号E_R，E_G，E_Bから輝度信号E_Yを形成したので
は、輝度信号E_Yの信号レベルを上げることがで
きない。

ここで、一般に、緑色通過フイルタは第４図中
にハツチングを施して示すような緑色成分Ｇを通
過させるような帯域通過の分光特性を必要とする
ので、その長波長側および短波長側の各遮断特性
を正確に設定するのが製造上極めて困難である
が、上述の第５図に示したような構成の色フイル
タ２１では、高域通過あるいは低域通過の分光特
性を有するシアン色通過フイルタ２０_Cyおよび黄
色通過フイルタ２０_Yeを用いて、各フイルタ２０
_Ｃｙ，２０_Yeの遮断特性を緑色成分Ｇの長波長側お
よび短波長側に合わせるので、従来の原色通過フ
イルタによる色フイルタに比較して、その分光特
性を正確に設定できるとともに製造が容易であ
る。

次に、第６図は上述の色フイルタ２１を配設し
たCCD１１を用いて構成したカラー撮像装置の
信号処理回路の具体的な回路構成を示すブロツク
図である。

第６図に示す具体例において、撮像レンズ３１
により被写体像を結像する撮像光が赤外線カツト
フイルタ３２を介して照射されるCCD１１の撮
像面には、上述の如き色コーデイング用の色フイ
ルタ２１が配設されているとともに、後述する光
学的ローパスフイルタ１００が配設されている。
そして、上記色フイルタ２１を介して色コーデイ
ングされた撮像光を受光して撮像出力信号を出力
するCCD１１は、基準クロツク信号発生器３３
からの基準クロツク信号に応じて作動する第１お
よび第２の駆動回路３４，３５により垂直転送ク
ロツク信号φ_Vおよび水平転送クロツク信号φ_Hが
供給され、各転送クロツク信号φ_V，φ_Hに従つて
信号電荷e_W，e_Ye，e_Cyの転送動作を行い、信号電
荷e_W，e_Ye，e_Cyに基づいた点順次撮像出力信号を
出力する。

そして、上記CCD１１から出力される点順次
撮像出力信号は、前置増幅器３６を介して輝度信
号ライン系に設けた輝度レベル調整器５１および
色信号ライン系に設けた信号分離回路４０に供給
される。上記信号分離回路４０は、３個のサンプ
リング・ホールド回路４０_W，４０_Ye，４０_Cyか
ら成り、第１のサンプリング・ホールド回路４０
_Ｗによつて点順次撮像出力信号中の白色成分の信
号電荷e_Wによる白色信号E_Wをサンプリングし、
第２のサンプリング・ホールド回路４０_Yeによつ
て同様に黄色信号E_Yeをサンプリングし、さらに
第３のサンプリング・ホールド回路４０_Cyによつ
て黄色信号E_Cyをサンプリングして、各色信号
E_W，E_Ye，E_Cyを同時信号に変換する。上記信号
分離回路４０によつて同時信号に変換された各色
信号E_W，E_Ye，E_Cyは、第１および第２のマトリ
ツクス回路４１，４２に供給されている。

上記第１のマトリクス回路４１では、各色信号
E_W，E_Ye，E_Cyについて上述の第８式、第９式お
よび第10式にて示した信号合成を行つて赤色信号
E_R、緑色信号E_Gおよび青色信号E_Bを形成する。

上記第１のマトリツクス回路４１により形成さ
れた赤色信号E_R、緑色信号E_Gおよび青色信号E_B
は、ホワイトバランス調整器４３を構成している
各電圧可変利得制御増幅器４３_R，４３_G，４３_B
を介して信号レベルの調整がなされた後、それぞ
れプロセス回路４４_R，４４_G，４４_Bによりγ補
正等の非線形信号処理が施されて第３のマトリツ
クス回路４５に供給される。上記第３のマトリツ
クス回路４５では、上記各色信号E_R′，E_G′，
E_B′に基いてE_R′−E_G′なる色差信号およびE_B′−
E_G′なる色差信号を形成し、各色差信号をカラー
エンコーダ６０に供給するとともに、スイツチ回
路４６を介して各利得制御用増幅器４７_R，４７_B
に供給している。ここで、E_R′，E_G′，E_B′はガン
マ補正のなされた各色信号を示している。上記カ
ラーエンコーダ６０では、上記基準クロツク信号
発生器３３からの基準クロツク信号によつて作動
する同期信号発生器３７から供給される同期信号
に基いて、上記第３のマトリツクス回路４５から
の色差信号E_R′−E_G′，E_B′−E_G′と、後述する輝
度信号ライン系を介して供給される輝度信号
E_Y′とから、NTSC方式のカラー映像信号を合成
して出力する。

ここで、上記ホワイトバランス調整器４３は、
緑色信号E_G用の増幅器４３_Gの利得は固定されて
おり、赤色信号E_Rおよび青色信号E_B用の各増幅
器４３_R，４３_Bの利得が可変設定自在になつてお
り、ホワイトバランス調整操作時に、設定色温度
の光を照射した基準白色の画像を撮像して、スイ
ツチ回路４６を介して各利得制御用増幅器４７_R，
４７_Bに供給される第３のマトリツクス回路４５
からの各色差信号E_R′−E_G′，E_B′−E_G′の各信号
レベルに応じて上記赤色信号E_Rおよび青色信号
E_B用の各増幅器４３_R，４３_Bが自動利得制御さ
れ、各色信号E_R，E_G，E_Bの信号レベルが等しく
なるように上記各増幅器４３_R，４３_Bの利得設定
がなされる。

また、輝度信号ライン系は、上述の前置増幅器
３６の出力側に縦続接続した輝度レベル調整器５
１、プロセス処理回路５２およびアパーチヤ補正
回路５３から構成されている。上記輝度レベル調
整器５１は制御信号発生器５０からの制御信号に
よつて利得が点順的に制御される１チヤンネルの
電圧可変利得制御増幅器５１Ａにて構成されてお
り、上記CCD１１から前置増幅器３６を介して
供給される点順次撮像出力信号の信号レベルを点
順次信号の状態で調整する。上記制御信号発生器
５０は、色信号ライン系に設けられている第２の
マトリツクス回路４２によつて、 E_W−E_Ye＝E_B ……第11式 E_W−E_Cy＝E_R ……第12式 なる信号合成を得つて得られらる各色信号E_B，
E_Rのタイミングを示すタイミング信号がそれぞ
れバツフア増幅器４８ａ，４８ｂを介して供給さ
れているとともに、上記同期信号発生器３７から
の同期信号が供給されており、上記各タイミング
信号と同期信号とから各色信号E_R，E_G，E_Bのタ
イミングに同期した制御信号を上記電圧可変利得
制御増幅器５１Ａに供給する。

ここで、一般に色フイルタにより被写体像を光
学的に空間サンプリングして色コーデイングを行
つて各色信号を得るようなカラー撮像装置では、
上記空間サンプリングによる周波数成分によつて
サブキヤリアが変調されて、折返し歪が発生する
ので、電気的な信号処理系における上記折返し歪
を無くすように輝度レベル調整を行う必要があ
る。例えば第７図Ａに示すように各絵素が等間隔
に配列された理想的な絵素構成のCCD１１で原
色通過フイルタにて形成した色フイルタを介して
撮像を行う場合には、第７図Ｂに示すように、各
色信号E_R，E_G，E_Bが互いに等しい位相角θ₁，θ₂，
θ₃をもつて上記色フイルタのピツチＴにて定まる
サンプリング周波数1/Tの位置に現われるので、
無彩色画像に対して各色信号E_R，E_G，E_Gの信号
レベルl_R，l_G，l_Bを l_R＝l_G＝l_B ……第13式 となるようにレベル調整を行えば、折り返し歪を
無くすことができる。しかも、この場合、上記輝
度レベルバランスと上述のホワイトバランスとが
両立する。

しかし、この具体例のように、補色フイルタに
て形成した色フイルタ２１を介して被写体像を空
間サンプリングして色コーデイングするようにし
た場合には、ホワイトバランスは三原色信号につ
いてレベル調整を行ない、輝度レベルバランスは
補色信号について行なわなければならず、上記ホ
ワイトバランスと輝度レベルバランスとが両立し
なくなつてしまう。例えば、この具体例における
色フイルタ２１の分光特性で考えると、シアン色
通過フイルタ２０_Cyにおける赤色成分Ｒの通過係
数をr_Cy、緑色成分Ｇの通過係数をg_Cyとし、白色
通過フイルタ２０_Wにおける赤色成分Ｒの通過係
数r_W、緑色成分Ｇの通過係数をg_w、青色成分Ｂ
の通過係数をb_Wとし、さらに、黄色通過フイル
タ２０_Yeにおける緑色成分Ｇの通過係数をg_Ye、
青色成分Ｂの通過係数をb_Yeとして、各フイルタ
２０_Cy，２０_W，２０_Yeによる通過光量Y_Cy，Y_W，
Y_Yeにて示される上記色フイルタ２１の分光特性
は、 となるので、上記色フイルタ２１を介して撮像さ
れる赤色成分Ｒは Ｒ＝−｛Y_Cy・（g_W・b_Ye−b_W・g_Ye）＋Y_W・（−b_W・g
_Ye）＋Y_Ye・（g_Cy・b_W）｝／｜ｒ・ｇ・ｂ｜……第15式
となる。ここで、r_Cy＝r_W＝ｒ、g_Cy＝g_W＝g_Ye＝
ｇ、b_W＝b_Ye＝ｂとすれば、上記赤色成分Ｒは、 Ｒ＝ｂ・ｇ／｜ｒ・ｇ・ｂ｜（Y_W−Y_Ye） ……第16式 なる第16式にて求めることができる。今、ある色
温度の照明時に上記第16式が保証されているとす
れば、 G_Cy（ｒ＋ｇ）＝G_W（ｒ＋ｇ＋ｂ） ＝G_Ye（ｇ＋ｂ） ……第17式 となるようにレベル調整を行えば輝度レベルバラ
ンスをとることができる。このようにして、輝度
レベルバランスをとつてから分解して得られる各
原色信号についてホワイトバランスをとるために
は、信号レベルY_Cy，Y_W，Y_Yeに戻してやる必要
が生じ、複雑な信号処理を行わねばならなくな
る。

また、一般に、CCD１１の絵素構造は、第８
図Ａに示すように、各色信号用の受光素子１_a，
１_b，１_cが１組ずつオーバフロードレインOFDに
よつて仕切られているので、所定ピツチＴで各受
光素子１_a，１_b，１_cを配列しても、得られる色
信号の位相角θ₁₂，θ₂₃，θ₁₃が互いに等しくならな
い。従つて、このような絵素構造のCCD１１で
は、原色フイルタを用いて被写像の空間サンプリ
ングを行つた場合の輝度レベルバランスには、 cosθ₁₂＝l₃ ²−l₁ ²−l₂ ²／2l₁l₂ ……第18式 cosθ₂₃＝l₁ ²＋l₃ ²−l₂ ²／2l₁l₃ ……第19式 なる一般式が成立する範囲で、各信号レベルl₁，
l₂，l₃を設定する必要がある。

しかし、上述の如き第６図に示した信号処理回
路を用いるこの具体例では、ホワイトバランスと
輝度レベルバランスとを独立に行うことができる
ので、上述の第８図Ａに示した絵素構造のCCD
１１で補色フイルタにて形成した色フイルタ２１
により色コーデイングした撮像出力信号を得て、
ホワイトバランスおよび輝度レベルバランスの確
実に調整することができる。

なお、上述の具体例において適用した色フイル
タ２１以外でも、上記シアン色通過フイルタ２０
_Ｃｙあるいは黄色通過フイルタ２０_Yeを赤色あるい
は青色の色コーデイング用に用いて形成した色フ
イルタであれば良い。

例えば、第９図Ａに示すように、シアン色通過
フイルタ２０_Cy、黄色通過フイルタ２０_Yeおよび
緑色に対する補色フイルタすなわちマゼンタ色通
過フイルタ２０Ｍにて形成した色フイルタ２１Ａ
を用いる場合には、 E_Y＝E_M＋E_Ye＋E_Cy＝（E_R＋E_B）＋（E_G＋E_R）＋（E_G＋
E_B）＝２・E_R＋２・E_G＋２・E_B……第20式 なる信号合成にて輝度信号E_Yを形成することが
でき、また各原色信号E_R，E_G，E_Bは次のような
信号合成により形成することができる。

E_Ye＋E_M−E_Cy＝２・E_R E_Ye＋E_Cy−E_M＝２・E_G E_Cy＋E_M−E_Ye＝２・E_B ……第21式 また、第９図Ｂに示すように、シアン色通過フ
イルタ２０_Cyと黄色通過フイルタ２０_Yeと緑色通
過フイルタ２０_Gとから形成した色フイルタ２１
Ｂを用いれば、各信号E_Y，E_R，E_G，_Bを次のよう
な信号合成により形成することができる。

E_Y＝E_Cy＋E_Ye＋E_G＝E_R＋３・E_G＋E_B
……第22式 E_Ye−E_G＝E_R E_G＝E_G E_Cy−E_G＝E_B ……第23式 さらに、第９図Ｃに示すようにシアン色通過フ
イルタ２０_Cyと赤色通過フイルタ２０_Rと緑色通
過フイルタ２０_Gとで形成した色フイルタ２１Ｃ
を用いれば、各信号E_Y，E_R，E_G，E_Bを次のよう
な信号処理により形成することができる。

E_Y＝E_R＋E_G＋E_Cy＝E_R＋２・E_G＋E_B ……第24式 E_R＝E_R E_G＝E_G E_Cy−E_G＝E_B ……第25式 さらにまた第９図Ｄに示すように黄色通過フイ
ルタ２０_Yeと緑色通過フイルタ２０Ｇと青色通過
フイルタ２０_Bとで形成した色フイルタ２１Ｄを
用いれば、各信号E_Y，E_R，E_G，E_Bを次のような
信号合成により形成することができる。

E_Y＝E_G＋E_B＋E_Ye＝E_R＋2E_G＋E_B ……第26式 E_Cy−E_G＝E_R E_G＝E_G E_B＝E_B ……第27式 上述の具体例の説明から明らかなように、撮像
光の色コーデイング用の色フイルタを介して撮像
を行つて得られる点順次撮像色信号出力のうちの
少なくとも一色分が三原色以外の色成分の色信号
となるように上記フイルタの分光特性が設定され
ているカラー撮像装置において、上記点順次撮像
色信号出力から輝度信号を形成して出力する輝度
信号ライン中に輝度レベル調整器を配設するとと
もに、上記輝度レベル調整器の前段側の点順次撮
像色信号を分離して三原色信号に変換して出力す
る色信号ライン中にホワイトバランス調整器を配
設したことを特徴としたことにより、原色フイル
タを用いて色コーデイングする場合よりも撮像光
の利用効率を高め、高感なカラー撮像を行うこと
ができ、しかも、ホワイトバランスと輝度レベル
バランスとを確実に調整することができる。

ところで、上述の如くCCD等の固体撮像素子
を用いたカラー撮像装置において、電気的な信号
処理系にて生ずる側帯波成分すなわち撮像素子の
絵素構造による空間サンプリングの周波数成分に
よつてサブキヤリアが変調されて生ずる折返し歪
は、信号処理系中の輝度レベル調整によつて無く
すことができるが、上記撮像素子の撮像面に被写
体像を結像するための光学系において生ずる折返
し歪は上記光学系中で光学的に除去する必要があ
る。

例えば、上述の第７図Ａに示したような等間隔
絵素構造のCCD１１の場合、該CCD１１からの
撮像出力信号は、 Ｏ（ｔ）＝｛l_R′〓δ（ｔ−ｎ・Ｔ）＋l_G′〓δ（ｔ
−ｎ・Ｔ−Ｔ／３） ＋l_B′〓δ（ｔ−ｎ・Ｔ−２／３・Ｔ）｝〓re
ct（ｔ／Ｔ／３）……第28式 なる第28式にて近似的に示すことができる。ただ
し、第28式において、l_R′＝l_R（ｔ）〓ｆ（ｔ）、
l_B′＝l_B（ｔ）〓ｆ（ｔ）、l_G′＝l_G（ｔ）〓ｆ（ｔ）
で
あり、ｌ（ｔ）は被写体投映像の強度分布を示し、
ｆ（ｔ）は撮像レンズのMTFおよびCCD開口に
よるLPF効果の広がり関数を示し、rect（ ）は
サンプルホールド効果を示す関数である。そし
て、上記第28式はフーリエ変換すると、 Ｏ（ｆ）＝〔L_R′（ｆ）〓〓δ（ｆ−１／Ｔ・ｎ）＋
L_G′（ｆ）〓〓δ（ｆ−１／Ｔ・ｎ）e^-j2〓 ^n/3 ＋L_B′（ｆ）〓〓δ（ｆ−１／Ｔｎ）e^-j2〓 ^2
n/3〕×sinc（ππ／３ｆ）……第29式 なる第29式となる。そこで、Ｐなる単一繰返し周
波数の無彩色被写像の撮像を行つた場合には、 L_R′（ｆ）＝L_G′（ｆ）＝L_B′（ｆ）＝
δ（ｆ−Ｐ）＋δ（ｆ＋Ｐ）／２ となつて、 Ｏ（ｆ）＝sinc（πＴ／３Ｐ）・〔〓δ（ｆ＋Ｐ−１
／Ｔｎ）＋〓δ（ｆ±Ｐ−１／Ｔｎ）・e^-j2〓 ^n/3 ＋〓δ（ｆ±Ｐ−１／Ｔｎ）・e^-j2〓 ^2n/3〕…
…第30式 なる第30式にて示される撮像出力信号が得られ
る。上記第30式にて示される撮像出力信号の周波
数成分は、第１０図のように分布されており、第
１０図において（１／Ｔ−Ｐ）に存在する周波数成 分が折り返し周波数成分となつている。なお、
NTSC信号では、第１１図に示すように変調軸が
設定されている。

そこで、色コーデイング用の色フイルタが赤色
通過フイルタ６_R、緑色通過フイルタ６_Gおよび青
色通過フイルタ６_Bの三原色フイルタ６にて形成
されている場合に、光学系における折り返し歪成
分は、120゜ずつの位相差を持つので、NTSC信号
の変調軸にて変調した信号は、 C_f＝0.63・cos（2πf_fｔ）_R×cos（2πf_cｔ＋2π13.5
゜／360）＋0.45・cos（2πf_fｔ−2πn／３）_B ×cos（2πf_cｔ−2π103゜／360）＋0.59・cos（2
πf_fｔ−4πn／３）_G×cos（2πf_cｔ−2π209゜／360）
……第31式 なる第31式にて示すことができる。ここで、第31
式において、f_f＝ｎ／Ｔ−Ｐ、f_cはNTSC信号のサブ キヤリヤの周波数である。上記第31式にて示され
る信号成分は、f_c±f_fの両側帯波成分を持つてい
るが、色搬送波帯域側に近い下側帯波成分すなわ
ちf_c−f_f＝Ｐ−（f_c−ｎ／Ｔ）の成分の位相関係を見 ると、第１２図Ａおよび第１２図Ｂのようになつ
ている。ここで、第１２図Ａはｎ＝１すなわち
１／Ｔなる周波数の信号成分を示し、第１２図Ｂは ｎ＝２すなわち２／Ｔなる周波数の信号成分を示し ている。上記第１２図Ａに示した１／Ｔなる周波数 の信号成分は、位相関係が略同相になるためその
合成ベクトルが零にならず各信号レベルを加算し
た大きな信号レベルにて色差の帯域内に落込んで
撮像画像に対して妨害波となる。また上記第１２
図Ｂに示した２／Ｔなる周波数の信号成分は、その 合成ベクトルが略零になるので妨害波とはならな
い。上記、１／Ｔなる周波数の信号成分の信号レベ ルを小さくするには、ｎ＝１で色信号帯域内に落
込むＰ成分を、CCD１１にてサンプリングする
前に抑圧する必要があり、水晶板等の光学的ロー
パスフイルタを用いれば良い。一枚の水晶板にて
形成した光学的ローパスフイルタは、ｎ＝2N＋
１（ただし、Ｎ＝１、２……）がトラツプポイン
トとなるような第１３図に示すようなフイルタ特
性を有していることが知られている。すなわち、
水晶板等の複屈折物質９０では、光の波面法線と
結晶の光学軸ｙとの定める主断面を第１４図に示
してあるように、正常光成分と異常光成分とに分
れて結晶中を通過するので、上記結晶を通過した
正常光成分と異常光成分との通路間の距離を2d
とすれば、電気的なトランスバーサルフイルタと
等価な第32式にて示すようなローパスフイルタ特
性H_L（ｆ）を与えることができる。

H_L（ｆ）＝１／２e^+j2〓^fd＋１／２e^-j2〓^fd ＝cos（2πfd） ……第32式 第32式から明らかなように、 2d＝Ｔ／２ とすることにより、上述の第１３図に示したよう
なローパスフイルタ特性を与えることができる。
上記第１３図に示すようなフイルタ特性の光学的
ローパスフイルタをカラー撮像装置の光学系に配
設すれば、１／Ｔなる周波数の信号成分が光学系に おいて抑圧されるので、三原色フイルタにて形成
した色フイルタに２色コーデイングする場合に空
間サンプリングによる折返し歪の除去に有効であ
る。

また、上述の第９図Ｃに示したような色フイル
タ２１_Cすなわち赤色通過フイルタ２０_R、シアン
色通過フイルタ２０_Lyおよび緑色通過フイルタ２
０_Gに形成した色フイルタ２１Ｃにて色コーデイ
ングを行う場合には、上述の第30式にて示される
ような折返し歪成分が発生するが、各色信号E_R，
E_Cy，E_Gがマトリクス回路４１にて各原色信号
E_R，E_G，E_Bに分解され、青色信号成分E_Bは上記
第25式の信号合成により形成される。この場合各
色信号E_R，E_Cy，E_Gの信号レベルをl_R，l_Cy，l_Gす
るとl_B＝l_Cy−l_Gであり、l_R＝l_G＝l_Cyの状態を仮定と
すると、l_B＝l_G／２となるので、略２倍の（0.59／ 0.45）×２の増幅を行う必要がある。上記マトリ
クス回路以後の信号中の折返し歪成分も、同様に
略２倍に増幅されるので、 C_f＝0.63・cos（2πf_fｔ）cos（2πf_fｔ＋2π13.5゜
／360）＋0.45 ×0.5゜／0.45×２・cos｛2πf_fｔ＋（−2πn／３
−4πn／３＋ｎ）／２｝ cos（2πf_cｔ−2π103゜／360）＋0.59・cos（2
πf_fｔ−4πn／３）cos（2πf_cｔ−2π209゜／360）…
…第33式 第33式にて折返し歪成分を示すことができる。
上記第33式にて示される信号の下側帯波成分は、
第１５図Ａおよび第１５図Ｂに示すような位相関
係を有している。上記第１５図Ａはｎ＝１すなわ
ち１／Ｔなる周波数の信号成分を示し、第１５図Ｂ はｎ＝２すなわち２／Ｔなる周波数の信号成分を示 している。上記第１５図Ａおよび第１５図Ｂから
明らかなように、この場合には、ｎ＝１とともに
ｎ＝２の高次成分も含めて光学系において抑圧し
なければ折返し歪を除去することができない。

さらに、上記色フイルタ２１として上述の第５
図に示したように白色通過フイルタ２１_w、黄色
通過フイルタ２１_Yeおよびシアン色通過フイルタ
２０_Cyにて形成した場合には、上述の如く第８式
ないし第10式にて示すような合成処理により各色
信号E_R，E_G，E_Bを形成することになり、白色成
分の信号レベルl_Wをl_W＝３、各色成分の信号レベ
ルをl_Cy＝l_Ye＝２の仮定すると、 なる第34式にて示されるような折返し歪成分が発
生する。上記折返し歪成分の下側帯波成分は、第
１６図Ａおよび第１６図Ｂに示すような位相関係
を有しており、ｎ＝１およびｎ＝２の周波数の信
号成分を光学的に抑圧する必要がある。

そこで、本発明においては、上記ｎ＝１および
ｎ＝２なる周波数成分に対してトラツプポイント
を有する第１７図に示すようなフイルタ特性の光
学的ローパスフイルタ１００を、撮像用の光学系
に配設し、光学系における空間サンプリングによ
る折返し歪を除去することにより、妨害波の無い
撮像を行うようにしている。すなわち、上述の第
６図に示したカラー撮像装置では、上記光学的ロ
ーパスフイルタ１００を、CCD１１の撮像面の
前面に配設することにより、CCD１１の撮像面
に結像される被写体像の1/Tおよび2/Tなる各周
波数成分を光学的に抑圧することにより、光学系
における折返し歪成分を除去するようにしてあ
る。

上記光学的ローパスフイルタ１００としては、
例えば、第１８図に示すように、2d₁なる分離距
離を有する第１の水晶板１００Ａと、該第１の水
晶板１００Ａの光学的主断面Ａに対して45゜方向
の各光学的主断面Ｂ，Ｃを有し且つ各光学的主断
面Ｂ，Ｃが互に90゜をなすような第２および第３
の水晶板１００Ｂ，１００Ｃを積層することによ
り形成したものを用いることができる。なお、上
記第２および第３の水晶板１００Ｂ，１００Ｃは
各分離距離2d₂、2d₃が互いに等しく、d₂＝d₃＝２
√２d₁に設定されている。上述の如き構成の光学
的ローパスフイルタ１００では、第１９図に模式
的に示すような光束路を通つて光が通過する。す
なわち、第１の水晶板１００Ａ上の点（P₀）に
垂直に入射された光は、上記水晶板１００Ａの光
学的主断面Ａに対して直交する方向に振動する正
常光成分と上記光学的主断面Ａと平行な方向に振
動する異常光成分とに第２０図Ａに示すように分
離され、上記水晶板１００Ａの屈折されずに通過
する正常光成分が点（P₀₁）を通つて第２の水晶
板１００Ｂに入射され、また、上記異常光成分が
屈折されて点（P₀₁′）を通つて上記第２の水晶板
１００Ｂに入射される。上記第２の水晶板１００
Ｂ上の各点（P₀₁，P₀₂）に入射された光は、上記
水晶板１００Ｂの光学的主断面Ｂに対して直交す
る方向に振動する正常光成分と上記光学的主断面
Ｂと平行な方向に振動する異常光成分とに第２０
図Ｂに示すように分離される。上記第２の水晶板
１００Ｂ上の上記点（P₀₁）に入射された光は、
正常光成分が点（P₀₂）を通つて第３の水晶板１
００Ｃに入射され、また、上記異常光成分が点
（P₀₂′）を通つて上記第３の水晶板１００Ｃに入
射される。また、上記第２の水晶板１００Ｂ上の
点（P₀₁′）に入射された光は、正常光成分が点
（P₁₂）を通つて上記第３の水晶板１００Ｃに入射
され、また、異常光成分が点（P₁₂′）を通つて上
記第３の水晶板１００Ｃに入射される。ここで、
上記第２および第３の水晶板１００Ｂ，１００Ｃ
は、上述のように互いに90゜をなす光学的主断面
Ｂ，Ｃを有しているので、上記第２の水晶板１０
０Ｂの正常光成分が上記第３の水晶板１００Ｃの
異常光成分となり、また、上記第２の水晶板１０
０Ｂの異常光成分が上記第３の水晶板１００Ｃの
正常光成分となる。従つて、上記第３の水晶板１
００Ｃ上の各点（P₀₂，P₁₂）に入射される上記第
２の水晶板１００Ｂの正常光成分は、全て上記第
３の水晶板１００Ｃの異常光成分として各点
（P₀₃′，P₁₃′）を通つて出射され、また、上記第３
の水晶板１００Ｃ上の各点（P₀₂′，P₁₂′）に入射
される上記第２の水晶板１００Ｂの異常光成分
は、全て上記第３の水晶板１００Ｃの正常光成分
として各点（P₂₃，P₃₃）を通つて出射される。す
なわち、上記光学的ローパスフイルタ１００で
は、上記第１の水晶板１００Ａ上の点（P₀）に
入射された光を上記第３の水晶板１００Ｃから第
２０図Ｃに示すように１直線に並んだ４点
（P₀₃′，P₁₃′，P₂₃，P₃₃）を通過する光成分に分解
して出射することになる。なお、第２０図中の各
矢印は、各光成分の振動方向を示している。従つ
て、上記点P₀に入射された光をCCD１１により
受光する場合には、その水平ラインにおいて、 O_L（ｆ）＝１／４（e^+j2〓^f1d1＋e^-j2〓^f1d1）＋１／
４（e^+j2〓^f23d2＋e^-j2〓^{f2 3d1}） ＝１／２cos（2πf₁d₁）＋１／２cos（2πf₂3d
₁）……第35式 なる第35式にて示されるような光学的ローパスフ
イルタ特性O_L（ｆ）が与えられた状態で撮像を行
うことになる。上記第35式にて示すフイルタ特性
O_L（ｆ）を図示すると上述の第１７図に示したも
のとなる。

上述の説明から明らかなように、本発明によれ
ば水平方向にＴなるピツチで繰り返し配列された
色フイルタであつて、１繰り返し周期中の複数の
単位フイルタのうち、少なくとも１つが補色成分
を通過するようになされた色フイルタを介して撮
像光を色コーデイングして撮像を行い、点順次撮
像信号を出力する構成のカラー撮像装置におい
て、少なくとも1/Tおよび2/Tなる各周波数成分
に対してトラツプポイントが存在する光学的フイ
ルタを撮像用の光学系に配設したことを特徴とし
たことにより、撮像素子の絵素構造に基因して発
生されるクロマ信号への折り返し歪成分を光学系
において抑圧するので、妨害波を含まず画質の良
好な撮像を行うことが可能になり、所期の目的を
十分に達成できる。

なお、上記光学的ローパスフイルタは、水晶板
の他に位相差フイルタ等を利用しても形成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、フレームトランスフア型CCDの構
造を模式的に示す平面図である。第２図は、上記
CCDにより一チツプの固体カラー撮像装置を構
成する場合に、色コーデイング用に従来より用い
られている原色フイルタの構成を示す模式的な平
面図である。第３図は従来の固体カラー撮像装置
における信号処理回路の構成を示すブロツク図で
ある。第４図は本発明に係るカラー撮像装置に適
用される色フイルタの分光特性を示す特性線図で
ある。第５図は、本発明に係るカラー撮像装置に
適用される色フイルタの構成例を示す模式的な平
面図である。第６図は上記第１図に示したCCD
を用いて固体カラー撮像装置を構成する場合の発
明の一実施例に適用される信号処理回路の構成例
を示すブロツク図である。第７図Ａ，Ｂは、理想
的な絵素構造を有するCCDを用いる場合の輝度
レベルバランス調整操作を説明するための説明図
である。第８図Ａ，Ｂは、具体的に実現されてい
る絵素構造のCCDを用いる場合の輝度レベルバ
ランス調整操作を説明するための説明図である。
第９図Ａ、第９図Ｂ、第９図Ｃ、第９図Ｄは、本
発明に係るカラー撮像装置に適用可能な各色フイ
ルタの構成例をそれぞれ示す模式的な平面図であ
る。第１０図は、空間サンプリングを行う撮像装
置における信号の周波数分布図である。第１１図
はNTSC信号の変調軸を示す説明図である。第１
２図は三原色フイルタにて色コーデイングした場
合の折り返し歪の発生状況を説明するための説明
図である。第１３図は上記折り返し歪を除去する
に必要な光学的ローパスフイルタのフイルタ特性
を示す特性線図である。第１４図は１枚の水晶板
によるフイルタの動作を説明するための模式的な
光学的主断面図である。第１５図および第１６図
は補色フイルタを用いて色コーデイングする場合
の折り返し歪の発生状況を説明するための各説明
図である。第１７図は上記折り返し歪を除去する
のに必要な光学的ローパスフイルタのフイルタ特
性を示す特性線図である。第１８図は上記光学的
ローパスフイルタの構成例を示す模式的斜視図で
ある。第１９図および第２０図は上記光学フイル
タにおける光の通過状態を説明するための各模式
図である。 １１……CCD、２０_Ye，２０_Cy，２０_W，２０
_Ｍ，２０_G，２０_R，２０_B……各色通過フイルタ、
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ……色コ
ーデイング用の色フイルタ、４０……信号分離回
路、４０_W，４０_Ye，４０_Cy……サンプリングホ
ールド回路、４１，４２，４５……マトリツクス
回路、４３……ホワイトバランス調整器、４３_R，
４３_G，４３_B，５１Ａ……電圧制御型可変利得増
幅器、４４_R，４４_G，４４_B，５２……プロセス
処理回路、４６……スイツチ回路、５０……制御
信号発生器、５１……輝度レベルバランス調整
器、６０……カラーエンコーダ、１００……光学
的ローパスフイルタ、１００Ａ，１００Ｂ，１０
０Ｃ……水晶板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水平方向にＴなるピツチで繰り返し配列され
   た色フイルタであつて、１繰り返し周期中の複数
   の単位フイルタのうち、少なくとも１つが補色成
   分を通過するようになされた色フイルタを介して
   撮像光を色コーデイングして撮像を行い、点順次
   撮像信号を出力する構成のカラー撮像装置におい
   て、少なくとも1/Tおよび2/Tなる各周波数成分
   に対してトラツプポイントが存在する光学的フイ
   ルタを撮像用の光学系に配置したことを特徴とす
   るカラー撮像装置。