JPS58131880A - 単板カラ−撮像装置 - Google Patents

単板カラ−撮像装置

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JPS58131880A
JPS58131880A JP57013681A JP1368182A JPS58131880A JP S58131880 A JPS58131880 A JP S58131880A JP 57013681 A JP57013681 A JP 57013681A JP 1368182 A JP1368182 A JP 1368182A JP S58131880 A JPS58131880 A JP S58131880A
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JP
Japan
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photoelectric conversion
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signal
horizontal
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JP57013681A
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JPS6351633B2 (ja
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Yasushi Watanabe
恭志 渡辺
Shigehiro Miyatake
茂博 宮武
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Sharp Corp
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

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】 本発明は色分解機能を備えた固体撮像装置に関し、特に
感応スペクトル帯域の異なる4種の光電変換素子を用い
た単板カラー撮像装置に関するものである。
2次元固体撮像素子を単板にてカラー化するには、通常
色フィルタを撮像素子上に配置して被写体像を各色成分
毎に空間サンプリングする方法が採られている。この場
合限られた画素を有効に用いてサンプリングの効率を高
めることが望ましく、色フィルタの配列に関して従来よ
り種々の手法が提唱されている。
例えば、輝度信号は高い解像度を必要とするのに対し色
信号は相対的に低い解像度で可能であるというビデオ信
号の特質を利用し、輝度成分の大半を占める緑色(G)
信号用のGフィルタのみ水平・垂直の両方向とも1素子
おきの市松状に配置し、その間の位置に赤色(R)フィ
ルタ及び青色(B)フィルタを各々繰返しパターンで配
置する手法は効率が高く、ベイヤー配列、インターライ
ン配列等として知られている。しかしこのような配列上
の]:夫を行なっても、輝度信号の解像度は全画素を輝
度信号のために用いた白黒撮像の場合に比べ低く、特に
斜方解像度の劣化が大きい。対角線方向では1/2の応
答である。
また特開昭55−675号公報においては、色フィルタ
を白色(W)フィルタ、黄色(Ye)フィルタ。
緑色(G)フィルタ及びシアン色(Cy)フィルタの4
種用い、各々1素子ずつ2行2列の4素子組とし、これ
を単位とした繰返し配列により2次元のフィルタを構成
して、4素子組内の演算により各色信号を得ると共に、
輝度信号は4素子組内の垂直方向2素子間の加算により
、水平方向には1素子型位で得る技術が記載されている
。これによれば輝度信号水平解像度は白黒撮像の場合と
同程度まで得られる。
しかしながらビデオ信号では通常インターレース動作が
行なわれている。従って1系列の信号によりL記輝度信
号を得るためには大容量のフィールドメモリを用いなけ
ればならない。このような間融を回避する手法として、
例えば特願昭56−173980 に1水平走査線(I
H)分のメモリを用いるのみで水平 垂直の両方向とも
に白黒撮像の場合と同程度の解像度を得ることが可能と
なる方法が提案されている。ただこの手法は信号処理が
やや複雑である。
本発明は以上のような間顆点に鑑みてなされたものであ
り、高い水平・垂直及び斜方解像度を得ることができ、
かつ信号処理も比較的容易な単板カラー撮像装置を提供
するものである。以下図面夕配列を示したものである。
まずカラーフィルタの種類として、2色の和が全可視領
域に応答をもち同形の分光特性となる相異なる2組とす
る。第1図では(W、G)の組と(Cy、Ye)の組で
ある。
ここでW+G=Cy+Ye=B+2G+Rとなって上記
条件を満たしている。その他(R,Cy)と(B、Ye
)の組合せ等ももちろん可能である。次に上記2組を組
単位のまま1行4列の縦1列に並べた4素子組単位にし
、同4素子組を水平・垂直の両方向に繰返し配列する。
ここで2素子組内では水平方向に1素子毎に交互する配
列とする。ここでさらに偏度信号Yは、Y二0.1 ]
 B+0.59G+0.30Rであり、第1図の配列に
おいては近似的にB+2G−1−Rで表わされる。従っ
てW十GないしCy十Yeの加算により得ることができ
る。しかるに第1図においては任意の水平方向に隣接す
る2画素が一]二記組合せを形成するから、輝度信号は
水平方向に隣接する2画素間で加算し、かつこの操作を
1画素毎に水平方向へ移動して行なうことにより各画素
の輝度信号を得ることが可能となる。第2図はこの操作
を示した図である。(a)の如き矩形波入射光像に対し
て、(1))に示す配列の画素で受光した場合、上記2
画素間の加算を1画素毎に繰返すと、出力は(c)の如
くなる。この操作により得られる水平解像度の計算値は
第3図の如くなる。ここで横軸は矩形波入射光像の水平
空間周波数、縦軸は応答である。
これより、全画素独立した白黒撮像におけるナイキスト
限界fN近傍まで応答が得られる。垂直方向には画素間
の操作を何ら行なっていないため、白黒撮像時と同等の
ナイキスト限界までの応答が得られる。
第4図は解像可能な限界空間周波数領域を求めた計算結
果である。ここで(1)はGフィルタ市松配列の場合の
応答であり、(2)は本発明における上記信号処理の場
合の応答である。これより、斜方解像度はG市松配列よ
り優れていることが判明する。
さらに上記信号処理の長所として、受光素子の配置が等
間隔でない場合にも正しい応答を得ることが可能となる
。第5図(a)に示すように受光素子が2素子単位で不
均等配置されている場合、各画素信号をそのまま再生す
ると位相に誤差を生じる。
しかし第5図(b)に示すように本信号処理法において
はこのような場合にも位相関係は正しく保たれるO 色信号は次のようにして形成される。第1図の配列にお
いてはR=W−Cy−=Ye−G及びB=W−Ye−C
y−Gで表わされる。従って水平方向に隣接する2画素
、及び同画素から1水平列おいて隔てた水平列」−にあ
りかつ同画素と同一水平位置にある2画素を選出すれば
これら4画素は常にW、G、Cy、Ye得る。またこの
操作は水平方向に1画素ずつ移動して繰返されるから水
平方向の色の解像度が高く、水平方向の偽色信号の発生
も少ない。さらに、[。
記4画素間の演算は、R信号、B信号ともにト側2素子
と下側2素子間で2組の減算操作を行ない両派算値の加
算平均により行なオっれるが、l1記2組の減算操作は
ト下方向に関し互いに反対であり、従って横縞模様のよ
うな垂直方向に輝度変化の大きい入射光像に対しても偽
色信号を牛しることが非常に少なくなる。
第6図は、以にに記した輝度信号及び色信υ・をンター
レース動作で駆動し、実時間(OH)信号とIH遅延(
IH)信号を同時に読み出すと第6図(a)。
(b)の如くなる。次に各素子毎に対応して発生ずる(
C) 、 (d)に示す2つのクロックSl、S2によ
って上記OH信号、IH信号各々をサンプルホールドす
ると(e) 、 (f) 、 (g) 、 (h)に示
す信号波形が得られる。
ここで(e)信号と(f)信号を単純に加算するのみで
(i)に示すように輝度信号Yが直接得られる。即ち常
に水平に隣接する2画素間の加算であり、かつこの操作
を水平方向に1画素ずつ移動して繰返す形となっている
。またR信号は(e) −(f)  (g) + (h
)の関係により、(j)に示すように容易に得られる。
同様にB信号は士C(e) −(f) +(!g) −
(h) )の関係により(k)に示すように容易に得ら
れる。但し、後者は符号がIH毎に反転するため補正す
る必要がある。これらR信号及びB信号は1水平列おい
て隔てた2水平列上にあり同一水平位置上の水平方向に
隣接し合う2画素組間の演算となっており、かつこの操
作を水平方向に1画素ずつ移動して繰返す形となってい
る。
のカラーフィルタを備えた固体撮像素子Iがらの信号1
は分岐され、一方は直接、他方はIH遅延線2を介して
、サンプルホールド回路3.4.5゜6へ入力さねる。
回路3と5及び回路4と6は各4同一のクロックS1及
びS2で駆動され、出力信号として7.8.9.10が
?+4られる。こh−らは第6図における(e)、 (
f)、 (g)、 (h)に同一順序でr1応している
。各信号7.8,9.10は分岐され、7及び8からの
各1信号は加算回路11で加神されて輝度信号Yが出ノ
Jされる。捷た信号7.8゜9、IOからの各1信号は
加減算回路12により加減算され、R信号Rが出力さね
、る。同様に信号7゜8.9.10からの別の各1信号
は加減算回路13で加減算される。回路13からの出力
のうち一方は直接、他方は符号反転回路14を介[−7
で、IH毎に交互するスイッチング回路15へ導かれ、
符号修正され千B信号Bが出力される。上記出力信号Y
、R,Bは各々第6図(i)、 (j)、 (k)に対
応している。
なお、第6図々び第7図の説明においては、第1図(a
)に示すカラーフィルタ配列を用いた場合であったが、
第1図(b)に示すカラーフィルタ配列の場合はそれぞ
れ第8図、第9図のように変更される。第8図は第6図
に比べ、クロックS1及びS2は同一であるが、各色信
号の順序が異々す、従って第6図(i)及び(k)と同
一の信号処理により、第8図(j)及び(k)の出力信
号が得られる。以上のことから信号処理回路第7図は第
9図のように変更さね。
る。ここで加減算回路11.12.18までは両者同一
である。回路12.13からの出力16゜17は第8図
(J)、 (k)にそれぞれ対応している。両信号は各
々一方は直接、他方は符号反転回路14を介してスイッ
チング回路18.19へ導かれる。
回路18.19は2H毎に交互するが両者の間でIH位
相が異なっている。回路18.19からの出力はIH毎
に交互するスイッチング回路20で切換えられ、R信号
のみ及びB信号のみが出力さね5る。第1図(b)カラ
ーフィルタの場合は、第1図(a)カラーフィルりの場
合に生じる青信号の水平方向偽信号が現われにくい特長
がある。
以」二説明[7てきたように、本発明によれば輝度信号
の解像度が特に斜方向において優れ、偽色信号の発生も
抑えられると共に、画素配列ピッチが水平方向2画素組
内で不均一であっても位相誤差を生じず、しかも信号処
1111が比較的容易なΦ板カラー撮像装置を構成する
ことができる。
なお、本発明の実施例と12て撮像素子上に色フィルタ
が配置されている場合につ(八て税1明したがそのこと
に限定さね、ることはなく、各光電変換素子そのものが
分光特性の異なる性質を持っている場合につ(八でも本
発明の請求範囲に含まれることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (b)は本発明の実施例における色フ
イルタ配列図、第2図は本発明において輝度信号を形成
する手法を示すタイミング図で(a)は人削光像、(b
)は画素へ5列、(c)は出力応答を示す図、第3図は
本発明により得らn2る輝度信号の水平解像度の計算値
を糸す図、第4図は本発明により得られ、る輝度信号の
解像可能空間周波数領域を示す図で、(1)はGフィル
タ市松配列の場合、(2)は本発明の場合を示し、第5
図は受光素子ピッチが不均等である場合の撮像画像の位
相ずれを示す模式図で(a)は通常の読出法の場合、(
b)は本発明による読出法の場合を示し、第6図及び第
8図は各々第1図(a)及び(1))に示す色フィルタ
を用いた場合の本発明を実施するためのタイミングを示
す図で、撮像素子からの実時間信号(a)とIH遅延信
号(b)、サンプルホールド用クロック(C)及び(d
)、サンプルホールドされた各種出力信号(e)、 (
f)、 (g)、 (h)、合成された輝度信号(i)
及び色信号(i)、 (k)をそれぞれ表わし、第7図
及び第9図は第6図及び第8図に示した信号処理を実現
するための回路ブロック図を示す。 1:中板カラー撮像素子、2:IH遅延線、3.4,5
.6:サンプルホールド回路、  11:加算回路、 
 12.13:加減算回路、 14:符号反転回路、 
+5.18.19,20:スイッチンク回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l)それぞれ感応するスペクトル帯域の異なる4種の光
    電変換素子が水平・垂直方向に配列されてなるカラー撮
    像装置において、第1の光電変換素子の感応スペクトル
    特性と第2の光電変換素子の感応スペクトル特性を加算
    した特性は可視領域全域にわたって有限の応答を持ち、
    第3の光電変換素子の感応スペクトル特性と第4の充電
    変換素子の感応スペクトル特性を加算した特性は、上記
    第1の光電変換素子と第2の光電変換素子名々の感応ス
    ペクトル特性の加算特性と相似形であって、上記4種の
    光電変換素子が各1素子ずつ垂直方向に隣接して並べら
    れた4素子を組とし、該4素子組が水平・垂直の両方向
    に繰返し配列されてなり、上記第1の光電変換素子と第
    2の光電変換素子は上記4素子組の上半2素子の位置を
    占め、上記第3の光電変換素子と第4の光電変換素子は
    」二記4素子組の下半2素子の位置を占めており、かつ
    −に記1―半及び下半2素子内の配列は各水平列におい
    て、第1の光電変換素子と第2の光電変換素子の間で、
    ないしは第3の光電変換素子と第4の光電変換素子の間
    で、水平方向に1素子毎に交互に配列されてなることを
    特徴とする単板カラー撮像装置。 2)上記第1の光電変換素子は余色に感応し、−1−記
    第2の充電変換素子は緑色に感応し、−に記第3の光電
    変換素子は黄色に感応し、−上記第4の光電変換素子は
    シアン色に感応することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記−成の単板カラー撮像装置。 3)それぞれ感応するスペクトル帯域の異なる4種の光
    電変換素子が水平・垂直方向に配列されてなるカラー撮
    像装置において、第1の光電変換素子の感応スペクトル
    特性と第2の光電変換素子の感応スペクトル特性を加算
    した特性は可視領域全域にわたって有限の応答を持ち、
    第3の光電変換素子の感応スペクトル特性と第4の光電
    変換素子の感応スペクトル特性を加算した特性は、上記
    第1の光電変換素子と第2の光電変換素子各々の感応ス
    ペクトル特性の加算特性と相似形であって、上記4種の
    光電変換素子が各1素子ずつ垂直方向に隣接して並べら
    れた4素子を組とし、該4素子組が水平・垂直の両方向
    に繰返し配列されてなり、上記第1の光電変換素子と第
    2の光電変換素子は上記4素子組の上半2素子の位置を
    占め、上記第3の光電変換素子と第4の光電変換素子は
    上記4素子組の下半2素子の位置を占めており、かつ上
    記上半及び下半2素子内の配列は各水平列において、第
    1の光電変換素子と第2の光電変換素子の間で、ないし
    は第3の光電変換素子と第4の光電変換素子の間で、水
    平方向に1素子毎に交互に配列されてなり、−に配光電
    変換素子列から出力された信号が入力されて輝度信号及
    び色信号を形成する信号処理回路とを備えてなることを
    特徴とする単板カラー撮像装置。 4) 上記単板カラー撮像装置から輝度信号を得る手段
    として、水平方向に隣接する2素子の信号を加算平均し
    て1画素信号とし、かつ同操作を1素子ずつ水平方向へ
    移動して繰返すことを特徴とする特許請求の範囲第3項
    記載の酢飯カラー撮像装置。 5)−1−記屯板カラー撮像装置から色信号を得る手段
    として、水平方向に隣接した2素子と、該素子から1水
    平列おいて隔てた水平列上にありかつ」−記2素子と同
    一水平位置にある2素子間で、演算することにより得る
    ことを特徴とする特i乍精求の範囲第3項記載の単板カ
    ラー撮像装置。 6)上記色信号を得る手段において、上記4素子間の演
    算により得られた信号を1画素信号とし、かつ上記操作
    を1素子ずつ水平方向へ移動して繰返すことを特徴とす
    る特許請求の範囲第5項記載の単板カラー撮像装置。
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