JPH043152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単板式あるいは二板式のカラー固体撮
像装置に関してとくに高解像度の画像が得られる
カラー固体撮像装置に関する。

２次元固体撮像素子を１個または２個用い、視
覚的に高解像度を必要とする分光感度特性を有す
る画素を被写体像に対応して、市松模様状に配置
したカラー固体撮像装置に関し、水平方向、垂直
方向とも高解像度を得ようとするカラー固体撮像
装置として同一出願人により特開昭55−163971号
公報、特開昭55−163976号公報、特開昭55−
163977号公報ですでに提案している。これらは三
原色信号の低域成分はすべて固体撮像素子の直接
の出力信号から検出し、輝度信号の高域成分とし
ては固体撮像素子の直接の出力信号と、この信号
を１水平走査線に相当する時間（以下1Hという）
遅延した信号とから視覚的に高解像度を必要とす
る第１の分光感度特性を有する画素に対応する信
号を第１画素毎に検出した信号を高域成分の帯域
を決定する帯域波器を通して得ていた。このよ
うな方法で、高解像度の画像を得ることは可能で
あるが、輝度信号にアパーチヤ補正を施したいと
きは、例えば遅延線の反射波を利用するいわゆる
２次微分の輪郭信号を得る回路を必要とする。こ
れに対して既に提案した前記装置においては高域
成分のレベルを低域成分のレベルに対して若干大
きくすることによつても輪郭強調はできるが、こ
のような方法はいわゆる１次微分の輪郭信号で不
自然さがともなう欠点があつた。

本発明は以上のような２次微分の輪郭信号を形
成するが特別にアパーチヤ補正回路を追加しなく
てもその効果が簡単に得られる改善された新規な
カラー固体撮像装置を提案するものである。

本発明は、画素が行および列方向の２次元に配
列され、第ｎとｎ＋１番目の行の垂直方向に隣接
した２画素には緑色フイルタが行方向に同位相で
しかも１画素毎に配置され、第ｎ＋２とｎ＋３番
目の行の垂直方向に隣接した２画素には緑色フイ
ルタが行方向に同位相でしかも１画素毎に前記第
ｎとｎ＋１番目の行と逆位相となるように市松模
様状に配置され、緑色フイルタが配置された残り
の画素の第ｎとｎ＋１番目の行の垂直方向に隣接
した２画素と第ｎ＋２とｎ＋３番目の行の垂直方
向に隣接した２画素には赤と青の色フイルタが行
方向に交互に配置されて構成されたモザイク状色
フイルタが組み合わされた２次元固体固体撮像素
子を、第１のフイールドでは、第ｎ番目の行と第
ｎ＋２番目の行を順次読み出し、同様に第２のフ
イールドでは、第ｎ＋１番目の行と第ｎ＋３番目
の行を順次読出して出力信号を得、この出力信号
から緑色フイルタの画素に対応する信号のみを検
出する第１の検出回路と、この２次元固体撮像素
子の出力信号を１水平走査期間に相当する時間遅
延する遅延手段で遅延させ、２次元固体撮像素子
の出力信号中の緑色フイルタの画素に対応する信
号とこの遅延信号中の緑色フイルタの画素に対応
する信号とを互に内挿させて検出する第２の検出
回路とを備え、第１の検出回路の出力信号をこの
第１の検出回路で適用したサンプリング周波数の
ナイキスト周波数以下の所定の周波数を遮断周波
数とする第１の低域ろ波器を通して低域緑色信号
とし、第２の検出回路の出力信号をこの第２の検
出回路で適用したサンプリング周波数のナイキス
ト周波数以下の所定の周波数を遮断周波数とする
第２の低域ろ波器を通し、この第２の低域ろ波器
の出力信号から第１の低域ろ波器の出力信号を減
算しこの減算した出力信号を前記第１の低域ろ波
器の遮断周波数と等しいかまたはそれ以下で水平
同期周波数より高い周波数を遮断周波数とする高
域ろ波器を通し、輝度信号の高域成分を形成する
ことによつて２次微分の輪郭信号を形成するよう
に構成したもので、自然感のある画像が得られ
る。

以下図面を用いて詳細に説明する。

第１図は特開昭55−163971号公報にて記した単
板式カラー固体撮像装置に用いる、固体撮像素子
の各画素とモザイク状色フイルターとの配置関係
図である。いわゆるインターライン配列といわれ
ている配列の場合で本発明はこの配列のカラー撮
像装置に適用できる。第１図にて１は固体撮像素
子で２は受光素子、３はモザイク状色フイルタ
ー、４は緑色光透過フイルター、５は赤色光透過
フイルター、６は青色光透過フイルターである。
第１図の固体撮像素子からカラーテレビジヨン信
号を得るために特願昭54−72015では第２図のよ
うに構成していた。すなわち固体撮像素子１１の
出力信号から第１、第２、第３の分光感度特性を
有する画素に対応する信号をそれぞれ別に検出す
ることによつて三原色信号の低域成分とする。す
なわちサンプルホールド回路１７，２１，２４お
よび低域波器１８，２２，２５とがその働きを
する。一方輝度信号の高域成分としては固体撮像
素子１１の出力信号とこれを1H遅延線１２を通
した信号とからサンプルホールド回路１３にて水
平解像度が水平方向の画素数に相当する値まで得
られる映像信号とし、低域成分との境界の周波数
からサンプル周波数によつて決まる上限の周波数
までを通過させる帯域波器１４にて輝度信号の
高域成分とする。この高域成分の信号と先に説明
した三原色信号の低域成分をそれぞれプロセス増
幅器２０，２３，２６を通してカラーエンコーダ
ー２７に送り、カラーテレビジヨン信号を得る。
このような構成の場合は、アパーチヤ補正を行な
おうとすると、カラーエンコーダー内部の輝度信
号に例えば遅延線の反射を利用したアパーチヤ補
正回路を追加しなければならない。またカラーエ
ンコーダーに加えている輝度信号の高域成分のレ
ベルを低域成分のレベルより若干大きくすること
によつて、輪郭強調が可能であるが、この場合は
１次微分に相当する輪郭信号となり、不自然な画
像となる。

本発明はこのような欠点をなくして簡単な構成
で２次微分に相当する輪郭信号を形成できること
を提案する。すなわち、第１図の固体撮像素子に
第３図の構成の回路を用いれば達成できる。第３
図において第２図と同じ番号を附したブロツクは
第２図の場合とまつたく同じ働きをする。

固体撮像素子１１の出力信号とこの出力信号が
1H遅延線１２にて1H遅延した信号とから第１の
分光感度特性を有する画素に対応する信号をふた
つの信号から１画素毎に検出するサンプルホール
ド回路１３の出力信号はその帯域が固体撮像素子
１１の水平方向の画素数に相当する周波数まで広
くなつている。そしてこの水平方向の画素数に対
応するナイキスト周波数を遮断周波数とする低域
波器２９を通し、遅延線３０に送る。遅延線３
０は次の減算器３１において引算する一方の信
号、すなわち、固体撮像素子１１の出力信号から
第１の分光感度特性を有する画素に対応する信号
のみを検出した第１の分光感度特性に対応する信
号の低域成分信号との位相を一致させる遅延線で
ある。減算器３１の信号は第４図ａの点線３３で
示したように低域成分を除去できない場合があ
る。この低域成分を除去できない場合とは隣り合
つたふたつの走査線間に画像の輪郭部が存在する
ときに生ずる。その結果垂直方向の輪郭部がゆる
やかな変化となり、垂直方向の解像度を劣化させ
るおそれがある。この隣り合つたふたつの走査線
間に画像の輪郭部が存在するときに減算回路３１
の出力に低域成分が発生する原理を説明する。今
1H前の走査線の信号が白で現在の走査線の信号
が黒の場合について考えると、遅延線１９の出力
は1H前が白で、現在は黒となつている。一方、
サンプルオールド回路１３の出力は1H前が白で
現在は１画素毎に白と黒のくり返し信号となり、
ちようどナイキスト周波数に一致する信号とな
る。（第４図ｂ）これは1H遅延信号と原信号とを
１画素毎に交互にサンプルしているから容易に理
解できる。この信号は低域波器２９にてナイキ
スト周波数の信号を減衰させ、平均値に相当する
直流信号に変換する。今の場合はちようど白と黒
の中間レベルとなる。すなわち第４図ａの点線３
３で示したようにレベルが1/2となつた低域成分
が発生する。そして減算器３１で演算した結果は
1H前の信号は両信号とも白であるから零レベル
となり、現在の信号は遅延線３０の出力は1/2レ
ベルで、遅延線１９の出力は黒であるから1/2レ
ベル直流信号が得られる。このまま輝度信号の高
域成分としてカラーエンコーダーにて低域成分の
輝度信号に混合すると1H前の信号は低域成分が
白で、高域成分が零となり、輝度信号は白とな
る。そして現在の信号は低域成分は黒で、高域成
分が1/2となり、その結果輝度信号は1/2レベルと
なる（第４図Ｃ）。本来は現在の信号は黒でなけ
ればならない。このことは垂直方向の解像度を劣
化させるおそれがあることを示している。すなわ
ち高域成分の回路系で発生した低域成分３３を除
去することによつて、垂直方向の解像度劣化を防
ぐことができる。第３図において高域波器３２
を減算器３１の出力側に挿入することによつて第
４図の低域成分３３を除去することによつて達成
される。以上の説明は1H前の走査線が白で現在
の走査線が黒の場合について行なつたが、逆に
1H前が黒で現在が白の場合についても同様であ
る。この高域波器３２の遮断周波数は低域成分
の帯域を決める低域波器の遮断周波数に一致さ
せることが望しいが、若干低く選んでもよい。

本発明のこの考え方は第１図のモザイク状色フ
イルターの配列に限定されないことは明らかで第
１の分光感度特性を有する画素が市松模様状のも
のであればすべて適用できる。すなわち第１図に
おいて奇数番目の行の青Ｂフイルターを赤Ｒフイ
ルターにし、偶数番目の行の赤Ｒフイルターを青
Ｂフイルターにした場合についても本発明は適用
できる。このフイルター配列はいわゆるベイヤー
配列といわれているもので、特開昭55−163976号
公報で提案したカラー固体撮像装置に対しても、
高域成分の回路系に第３図の回路ブロツクを挿入
することによつて同様の効果が得られる。

そして本発明では広帯域信号から狭帯域信号を
減算して高域成分に合成しているから輪郭信号は
２次微分の形となり、自然感をそこなわない輪郭
強調が簡単にできるという利点がある。

以上は単板式のカラー固体撮像装置について説
明したが、特開昭55−163978号公報で提案した２
板式のカラー固体撮像装置にも本発明の考え方を
適用できる。

第５図は特願昭54−72033で提案したカラー固
体撮像装置の色フイルターと固体撮像素子との配
置関係を示した図である。２個の固体撮像素子は
光学像に対して水平方向に１画素の1/2間隔ずら
した位置においている。このような配置関係にす
ると視覚的に高解像度を必要とする第１の分光感
度特性を有する画素が被写体像に対して市松模様
状に配置されたのと等価となる。したがつて単板
式カラー固体撮像装置の場合とまつたく同様の考
え方が適用できる。第６図はこの２個の固体撮像
素子から広帯域の緑信号と狭帯域の緑信号、赤信
号、青信号を分離する回路ブロツク図である。同
図において入力端子５１には第５図の第１の固体
撮像素子４２の出力信号が加えられ、入力端子５
２には第２の固体撮像素子４４の出力信号が加え
られている。入力端子５１の信号はサンプル回路
５５に送られると同時に、1H遅延線５３に送ら
れ、1H遅延した信号もサンプル回路５５に送ら
れる。一方入力端子５２の信号はサンプル回路５
６に送られると同時に、1H遅延線５４に送られ、
1H遅延した信号もサンプル回路５６に送られる。
サンプル回路５５と５６は両方組合わせてひとつ
の機能を有するように構成している。すなわちサ
ンプル回路５５は撮像素子４２の各画素に対応す
る信号のところをサンプルし、サンプル回路５６
は撮像素子４４の各画素に対応する信号のところ
をサンプルする。そしてこのふたつのサンプル回
路はそれぞれ内部に２個のサンプル回路を持ち、
それぞれ1H遅延した信号と遅延しない信号とを
分担してサンプルしている。一方の1H遅延しな
い信号のサンプル出力と他方の1H遅延する信号
のサンプル信号とをそれぞれサンプル回路の外部
で接続し、ホールドすることによつて１個の撮像
素子の水平方向の画素数の２倍のサンプル周波数
の信号となり、増幅器５７と５８に送られる。増
幅器５７は固体撮像素子４２からの遅延しない信
号と固体撮像素子４４からの1H遅延線５４を通
つた信号とを１画素毎に交互にサンプルした信号
のバツフアである。増幅器５８は固体撮像素子４
４からの遅延しない信号と固体撮像素子４２から
の1H遅延線５３を通つた信号とを１画素毎に交
互にサンプルした信号のバツフアである。したが
つて第５図のフイルター配列から考えて、増幅器
５７の出力信号は緑色光に感応する画素の信号
（緑信号）だけをサンプルした信号と、赤色光に
感応する画素の信号（赤信号）と青色光に感応す
る画素の信号（青信号）とを２サンプル毎に交互
にサンプルした信号とが1H毎に交互に得られる。
増幅器５８の出力信号は増幅器５７の出力信号と
は逆の関係にある。すなわち、増幅器５７の出力
に緑信号が得られているときは増幅器５８の出力
には赤信号と青信号が得られている。そして切換
器５９にて1H毎に増幅器５７と５８の出力を切
換えることによつて切換器５９の出力には広帯域
の緑信号が得られ、出力端子６０から送り出され
る。

一方固体撮像素子４２と４４の出力信号を切換
回路６１に送り、切換回路６１の２出力のうち１
出力には緑信号だけが得られるように切換える。
切換回路６１の他の出力には赤信号と青信号が交
互に替わる信号だけが得られるように切り換え
る。すなわち切換回路６１は1H毎にふたつの入
力信号を切換えている。切換回路６１の第１の出
力の緑信号をサンプルするサンプル回路６４は固
体撮像素子の出力信号からクロツクノイズ分を除
去するために設けた回路でサンプル周波数は１個
の固体撮像素子の水平方向のクロツク周波数に等
しい。そして切換回路６２は固体撮像素子４２か
らの信号をサンプルしているときと固体撮像素子
４４からの信号をサンプルしているときと位相が
２分の１画素分異なつているため、サンプル信号
を切換えている。サンプル回路６４の出力は緑信
号の低域信号として出力端子６５に送る切換回路
６１の第２の出力は赤信号と青信号とが含まれて
いる信号で、サンプル回路６６と６８に送る。サ
ンプル回路６６では赤信号部のみをサンプルし、
赤信号として出力端子６７に送る。サンプル回路
６８は青信号部のみをサンプルし、青信号として
出力端子６９に送る。

サンプル回路６６，６８のサンプル周波数は固
体撮像素子４２，４４のクロツク周波数の２分の
１である。

こうして得られた各信号からカラー信号を得
る。この場合のブロツク図を第７図に示す。すな
わち第６図における各出力信号６０，６５，６
７，６９からの信号はそのまま第７図の同一番号
によつて示される端子に加えられる。第７図に示
す信号処理回路は本発明の最も重要な点である。
端子６０には広帯域の緑信号、端子６５には狭帯
域の緑信号、端子６７には狭帯域の赤信号、端子
６９には狭帯域の青信号とそれぞれ分離された信
号が加えられている。第７図では附号にすべて′
を附したがもとの附号は第３図の附号と同じもの
で基本的な動作は第３図と同様である。すなわ
ち、広帯域の緑信号から狭帯域の緑信号を引きそ
の高域成分信号に低域成分が混入してくるのでそ
れをとり除く高域波器を通していることが特徴
である。第２図において本発明の根本とするとこ
ろは低域波器２９′、遅延線３０′、減算器３
１′、高域波器３２′の部分である。その結果各
信号の信号帯域は第４図に示した場合とほとんど
同様である。ただし広帯域の緑信号のサンプリン
グ周波数f_GWSは２個の固体撮像素子を駆動する駆
動周波数f_Cの２倍となつているところだけが異な
る。すなわち、第１図の配列の単板式に比べて第
５図の配列の二板式の方が、信号帯域が２倍にな
つていることを示している。

以上説明したように、本発明のカラー固体撮像
素子では水平、垂直とも画素的によつて決まる限
界解像度まで見かけ上何上させることができ、か
つ輪郭信号についても、２次微分の形の輪郭信号
が附加でき、自然感をそこなわない鮮鋭度の良好
なカラー画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる固体撮像素子と色フイ
ルター配列との配置関係図の１例、第２図は第１
図の撮像素子からカラー信号を得る従来のブロツ
ク図、第３図は第１図の撮像素子からカラー信号
を得る本発明のブロツク図、第４図は本発明のカ
ラー撮像装置の各信号の帯域を説明するための
図、第５図は本発明に用いる２個の固体撮像素子
の各画素配列と色フイルター配列との配置関係図
の他の１例、第６図は第５図の固体撮像素子から
４つの信号に分離するブロツク図、第７図は第６
図を受けてカラー信号を得る本発明のブロツク図
を示す。 なお図において、１，１１，４２，４４は固体
撮像素子、２，４５は受光素子、３，４１，４３
は色フイルター、４，４６は緑色光透過フイルタ
ー、５，４７は赤色光透過フイルター、６，４８
は青色光透過フイルター、１２，５３，５４は
1H遅延線、１３，１７，２１，２４，６４，６
６，６８はサンプルホールド回路、１４は帯域
波器、１５，１９，１９′，３０，３０′は遅延
線、１８，１８′，２２，２２′，２５，２５′は
低域波器、２０，２０′，２３，２３′，２６，
２６′はプロセス増幅器、２７，２７′はカラーエ
ンコーダー、２８，７０はカラーTV信号出力端
子、２９，２９′は低域波器、３１，３１′は減
算器、３２，３２′は高域波器、５１，５２は
固体撮像素子からの入力端子、５５，５６はサン
プル回路、５７，５８はバツフア増幅器、５９，
６１，６２は切換器、６３はパルス信号発生器、
６０は広帯域緑信号の端子、６５は狭帯域緑信号
の端子、６７は赤信号の端子、６９は青信号の端
子を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 画素が行および列方向の２次元に配列され、
   第ｎとｎ＋１番目の行の垂直方向に隣接した２画
   素には緑色フイルタが行方向に同位相でしかも１
   画素毎に配置され、第ｎ＋２とｎ＋３番目の行の
   垂直方向に隣接した２画素には緑色フイルタが行
   方向に同位相でしかも１画素毎に前記第ｎとｎ＋
   １番目の行と逆位相で配置され、前記緑色フイル
   タが配置された残りの画素の第ｎとｎ＋１番目の
   行の垂直方向に隣接した２画素と第ｎ＋２とｎ＋
   ３番目の行の垂直方向に隣接した２画素には赤と
   青の色フイルタが行方向に交互に配置されて構成
   されたモザイク状色フイルタが組み合わされた２
   次元固体撮像素子を少なくとも備え、前記２次元
   固体撮像素子を第１のフイールドでは、第ｎ番目
   の行と第ｎ＋２番目の行を順次読み出し、同様に
   第２のフイールドでは、第ｎ＋１番目の行と第ｎ
   ＋３番目の行を順次読出して出力信号を得、この
   出力信号から前記緑色フイルタの画素に対応する
   信号のみを検出する第１の検出回路と、前記２次
   元固体撮像素子の出力信号を１水平走査期間に相
   当する時間遅延する遅延手段で遅延させ、前記２
   次元固体撮像素子の出力信号中の前記緑色フイル
   タの画素に対応する信号と前記遅延信号中の前記
   緑色フイルタの画素に対応する信号とを互に内挿
   させて検出する第２の検出回路とを備え、前記第
   １の検出回路の出力信号をこの第１の検出回路で
   適用したサンプリング周波数のナイキスト周波数
   以下の所定の周波数を遮断周波数とする第１の低
   域ろ波器を通し、低域緑色信号とし、前記第２の
   検出回路の出力信号をこの第２の検出回路で適用
   したサンプリング周波数のナイキスト周波数以下
   の所定の周波数を遮断周波数とする第２の低域ろ
   波器を通し、この第２の低域ろ波器の出力信号か
   ら第１の低域ろ波器の出力信号を減算しこの減算
   した出力信号を前記第１の低域ろ波器の遮断周波
   数と等しいかまたはそれ以下で水平同期周波数よ
   り高い周波数を遮断周波数とする高域ろ波器を通
   し、輝度信号の高域成分を形成することを特徴と
   するカラー固体撮像装置。 ２ 画素が行および列方向の２次元に配列された
   ２次元固体撮像素子２個と、入射光を２分割する
   光学系とを有し、前記２個の２次元固体撮像素子
   のうちの第１の２次元固体撮像素子は、第ｎとｎ
   ＋１番目の行の全画素には緑色フイルタが配置さ
   れ、第ｎ＋２とｎ＋３番目の行の垂直方向に隣接
   した２画素に赤と青のフイルタが行方向に同位相
   でしかも１画素毎に交互に配置され、前記２個の
   ２次元固体撮像素子のうちの第２の２次元固体撮
   像素子は、第ｎ＋２とｎ＋３番目の行の全画素に
   は緑色フイルタが配置され、第ｎとｎ＋１番目の
   行の垂直方向に隣接した２画素には赤と青の色フ
   イルタが行方向に同位相でしかも１画素毎に交互
   に配置され、前記光学系により２分されたふたつ
   の同一の内容の光学像に対して前記第１と第２の
   ２次元固体撮像素子とを空間的に水平走査線方向
   に１画素間隔の２分の１ずらした位置に配置した
   カラー固体撮像装置において、前記第１と第２の
   ２次元固体撮像素子を第１のフイールドでは、第
   ｎ番目の行と第ｎ＋２番目の行を順次読み出し、
   同様に第２のフイールドでは、第ｎ＋１番目の行
   と第ｎ＋３番目の行を順次読出して出力信号を
   得、前記第１あるいは第２の２次元固体撮像素子
   の出力信号から前記緑色フイルタの画素に対応す
   る信号のみを検出する第１の検出回路と、前記第
   １と第２の２次元固体撮像素子の出力信号を１水
   平走査期間に相当する時間遅延する第１と第２の
   遅延手段で遅延させ、前記第１と第２の２次元固
   体撮像素子の出力信号中の前記緑色フイルタの画
   素に対応する信号と前記第１と第２の遅延手段で
   遅延させた第１と第２の遅延信号中の前記緑色フ
   イルタの画素に対応する信号とを互に内挿させて
   検出する第２の検出回路とを備え、前記第１の検
   出回路の出力信号をこの第１の検出回路で適用し
   たサンプリング周波数のナイキスト周波数以下の
   所定の周波数を遮断周波数とする第１の低域ろ波
   器を通し、低域緑色信号とし、前記第２の検出回
   路の出力信号をこの第２の検出回路で適用したサ
   ンプリング周波数のナイキスト周波数以下の所定
   の周波数を遮断周波数とする第２の低域ろ波器を
   通し、この第２の低域ろ波器の出力信号から第１
   の低域ろ波器の出力信号を減算しこの減算した出
   力信号を前記第１の低域ろ波器の遮断周波数と等
   しいかまたはそれ以下で水平同期周波数より高い
   周波数を遮断周波数とする高域ろ波器を通し、輝
   度信号の高域成分を形成することを特徴とするカ
   ラー固体撮像装置。