JPS60264169A

JPS60264169A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS60264169A
Application number: JP59121170A
Authority: JP
Inventors: Shoji Nishikawa; 彰治西川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-06-12
Filing date: 1984-06-12
Publication date: 1985-12-27

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】産業上の利用分野高品位テレビシリンシステムにおけるカラーテレビジョ
ンカメラに用いられる固体撮像装置に関する。

従来例の構成とその問題点近年、標準テレビジョンシステム（ＮＴ８Ｇ。

ＰＡＬ、ＳＩＣＣＡＭ等）に代る高解像な高品位テレビ
ジジンシステムとして例えばテレビジョン学会技術報告
ＶＯＬ　７１１ｈ４４　Ｐ３７〜４２　には４倍の帯域
圧縮をして伝送する高品位テレビジョンシステムが提案
されている。

以下に従来の高品位テレビジョンシステムのカメラ部に
ついて説明する。

第１図は従来の高品位テレビジョンシステムのカメラ部
の構成図であシ、１，２．３はそれぞれ赤（ＩＮ）用、
緑（Ｇ）用、青（Ｂ）用撮像管、４はＲ，Ｇ、Ｂの映像
信号より輝度信号（Ｙ）と色差信号（ＣＷ　）と（ＣＭ
　）を得るマトリクス回路、５は前記輝度信号を周期ｔ
１／４即ち周波数５ＷＨ２のクロックでムＤ変換するム
Ｄ変換器、６は１フイールド毎に水平方向にオフセット
の関係になるようにサンプリングするフィールドオフセ
ットサンプリング、７は静止画に必要な帯域を通す静止
画フィルタ、８は動画に必要な帯域を通す動画フィルタ
、９はフレームメモリ１．１０はカメラのパーン、チル
トの動きに対するベクトルを検出する動きベクトル検出
、１１は動きベクトル検出信号によって読み出し時間を
制御されるフレームメモリ２．１２はフレーム間の動き
部分を検出する動画検出、１３は静止画モードと動画モ
ードを動画検出信号で切シ換えるスイッチ、１４はフィ
ールド内で水平走査毎にオフセット関係になるようサン
プリングするサブサンプリングである。

以上のように構成された高品位テレビジョンシステムの
カメラ部について、以下その動作を説明する。

まず、前記Ｒ，Ｇ、Ｂ用撮像管よシ得られる信号をマト
リクス４で合成し輝度信号（７）と色差信号（ＣＷ）と
（ＯＮ　）を得る。次に輝度信号（Ｙ）をムＤ変換器に
おいて、クロック周期ｔ、／４ＳＷＨｚでムＤ変換する
。この人り変換器のタイミングは第２図に示す空間サン
プリング点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに一致する。第２図にお
いて○は４ｎ＋１番目のフィールド、口は４ｎ千２番目
のフィールド、・は４ｎ＋３番目のフィールド、國は４
ｎ＋４番目のフィールドのサンプリング点を示す。即ち
空間間隔ｄが周期ｔ１／４に対応し、水平、垂直にサン
プリング点が正方に配列されている。次に前記フィール
ドオフセットサンプリング６によって第２図に示す空間
サンプリング点ａ、ｂ、ｃ、ｄをサンプリングする。即
ち空間間隔２ｄに相当する周期ｔ１／２でサンプリング
しかつ奇数水平走査と偶数水平走査とのサンプリング点
の位相関係を１８００にし、いわゆる奇数フィールドと
偶数フィールドのサンプリング点の関係をオフセットの
関係にする。

次に前記フィールドオフセットサンプリング６出力の映
像信号を前記静止画フィルタ７、動画フィルタ８によっ
てそれぞれ第３図、第４図に示す斜線部分のみ通過する
２次元ローパスフィルタで帯域制限する。一方前記フイ
ールドオフセットサンプリング６の出力を前記フレーム
メモリＩ（９）で１フレーム期間遅らせた１フレーム前
の信号と前記フィールドオフセットサンプリング６の出
カ即ち現信号とを前記動きベクトル検出１０で比較し、
カメラ部のパーン、チルトの動きに対するベクトルを計
算する。

次に前記フィルドオフセットサンプリング６の出力を前
記フレームメモリＩＩ（１１）に記憶し、１フレーム後
に読み出すときに、前記動きベクトル検出１ｏで計算さ
れたベクトル量だけ移動させる。即ち、前記フレームメ
モリＭ　（１１）の出力と前記フィルドオフセットサン
プリング６の凪カとは、カメラ部のパーン、チルトによ
る動きに対して全く同一タイミングの信号が得られるよ
うに前記フレームメモリＩ　（１１）の読み出し時間を
制御して得た出力と前記フィルドオフセット出方を前記
動画検出１２で比較して、カメラ部のパーン。

チルト以外の動き例えばズーム等の動き、あるいは画面
内の部分的な動いた部分を検出する。次に前記動画検出
１２によって検出された信号にょシ前記静止画フィルタ
７と動画フィルタ８の出力を前記スイッチ１３で切シ換
えて、前記サブサンプリング１４に入力し、４ｎ＋１番
目のフィールドではサンプリング点２Ｌ、４ｎ＋２番目
のフィールドではサンプリング点す、４ｎ＋３番目のフ
ィールドではサンプリング点り１４ｎ＋４番目のフィー
ルドではサンプリング点ｄをサンプリングする。

このサンプリングの周期はｔｌとなる。

したがって４フイールドで一画面を構成し、静止画（カ
メラ部のパーン、チルトも含む）の部分に対して、受信
側でフレームメモリーを用いて２次元的に４フイールド
を合成してサンプル点ａ。

ｂ、ｃ、ｄの信号を内挿してサンプル点ｅの信号を得る
ことによって、第３図の斜線に示す空間周波数領域をも
つ映像信号がモニター上に再現できる。動画の部分につ
いてはフィールド間の相関がないため、例えば４ｎ＋１
番目のフィールドの時、そのフィールド内のサンプリン
グ点ａを用いてサンプリング点すとｅの信号を内挿し、
第４図に示す空間周波数領域をもつ映像信号がモニター
上に再現できる。

以上の結果、サブサンプル周期ｔ１即ち周波数ＳＷ／４
　Ｈ，で受信側に伝送しているにもかかわらず、静止画
では水平周波数Ｓｔ／２　Ｈｚの帯域の映像信号が伝送
できるのはフィールド間のサンプリング位置がオフセッ
ト関係にあシフイールド力の相関があるため折返し妨害
を除去できるからである。又動画に関してはフィールド
間の相関がないため、水平周波数ＳＷ／２１（ｚの帯域
の映像信号を伝送すると折返し妨害が生じるので、映像
信号の帯域としてＳＷ／４　Ｈｚにおさえる必要がある
。したがって、画面内の動く部分に対して前記動画フィ
ルタ旧、静止した部分に対して静止画フィルタ７の映像
信号を前記サブサンプリング１４でサンプリングするこ
とによって、折返しの少ない画像を得ることができる。

前記ムＤ変換器におけるサンプリング周波数ＳＷは高品
位システムにおいて約６４　ＭＨｚであり、サンプリン
グ点としては有効画面内で、水平約１５ｏＯ点、垂直約
１０００点必要であるだめ、前記Ｒ，（ｒ、Ｂ撮像管の
代りにＲ，Ｇ、Ｂ用固体撮像素子を使用すれば、画素数
として水平約１５００、垂直約１ｏＯｏの固体撮像素子
が必要で、前記マトリクス以降の処理は撮像管と同様の
処理で同一の映像信号を得ることができるが、例えば２
／３吋サイズの固体撮像素子で容易に実現できるのは、
水平画素４００、垂直画素６００程度であり、水平画素
１６００．垂直１００ｏの固体撮像素子で諸性能を満足
することは現状の技術では不可能である。また１吋サイ
ズ以上のもので製造すれば非常に高価なものとなる。し
たがって固体撮像素子をもちいて高品位テレビジョンシ
ステムのカメラ部を構成しようとすれば、２／３吋サイ
ズの固体撮像素子では不可能であり、非常に高価な１吋
サイズ以上の固体撮像素子を用いなければなら々いとい
う問題点を有していた。

発明の目的本発明は上記従来例の問題点を解消するもので、非常に
安価な、容易に製造できる固体撮像素子を用いた高品位
テレビジョンシステムの固体撮像装置を提供することを
目的とする。

発明の構成本発明は二つの同一被写体像の結像面に配置した第１．
第２の固体撮像素子を設け、前記被写体像に対する前記
第１．第２の固体撮像素子の相対位置関係を、前記第１
と第２の固体撮像素子の間で、前記固体撮像素子の水平
方向に水平方向の画素間隔の２分の１に相当する長さだ
けずらし、前記被写体像と前記第１および第２の固体撮
像素子との相対位置関係を、奇数フィールドと偶数フィ
ールドとで前記固体撮像素子の水平方向に水平方向の画
素間隔の４分の１、垂直方向に垂直力、向の画素間隔の
２分の１ずらす固体撮像装置であり、第」、第２の固体
撮像素子で水平方向の画素合成を行い、フィールド毎に
被写体像に対する固体撮像素子の画素位置をかえるよう
に構成された固体撮像装置であシ、水平方向に４倍、垂
直方向に２倍の画素の固体撮像素子と等価な解像度を持
つ固体撮像装置が得られる。

実施例の説明第５図は本発明の第１の実施例における固体撮像素子、
第６図は第１の実施例に用いる水平画素間隔４ｄ（ｄは
第２図と同じ）、垂直画素間隔２ｈ（ｈは第２図と同じ
）で受光部が正方配列された第１あるいは第２の固体撮
像素子（ここでは固体撮像素子としてＣＣＤイメージセ
ンサを用いる。

以下ＣＯＤと略す）、第７図は第１．第２のＣＯＤの被
写体像に対する奇数フィールド、偶数フィールドにおけ
る相対配置図である。第７図において人、Ｂはそれぞれ
ｃａｎ　１とＣＧＤＩの奇数フィールドにおける受光部
、Ａ′、Ｂ′はそれぞれＣＯＤ　ＩとＣＧＤＩの偶数フ
ィールドにおける受光部を示す。

第５図において、２ｏはレンズ、２１は第８図に示す斜
線部分を通過させる光学ローパスフィルタ、２２は同一
分光特性を有する二つの被写体像を作る分解光学系、２
３．２４は前記二つの被写体像の結像面に配置される第
６図に示す前記ＣＯＤで、かつ、前記被写体像とそれに
対応する前記二つのｃａｎの相対位置関係が水平方向に
水平画素間隔４ｄの２分の１、即ち２ｄずらして配置さ
れたＣ０ＤＩとＣＣＤ■、２５．２６はＣＯＤ１２３と
ＣＯＤ　ｌ　２４を前記ＣＣＤの水平方向に水平画素間
隔４ｄの４分の１、即ちｄ１垂直方向に垂直画素間隔２
ｈの２分の１、即ちｈだけフィールド毎にずらすための
振動子％２７はＣＧＩ）１２４の出力を二つのＣＣＤの
ずれ量２ｄに相当する時間ｔＶ２だけ遅延させる遅延線
ｌ、２８はＣＣＤ１２３とＣＣＤ１２４の信号を合成す
る合成回路、２９は振動子２５．２６によって生じる前
記被写体とＣ０Ｄ（２ｓ　、ＯＯＤ■２４との相対位置
関係の水平方向ずれ量６１時間にしてｔ１／４の時間を
補正する遅延線Ｉ、３０は前記合成回路出力と遅延線ｌ
出力とをフィールド毎に順次選択するフィルドセレクタ
であり、なお、６はムＤ変換器％７は静止画フィルタ、
８は動画フィルタ、９はフレームメモリＩ、１ｏは動き
ベクトル検出、１１はフレームメモリ％１２は動画検出
で、これらは従米例第１図の構成と同じものである。

以上のように構成された本実施例の固体撮像装置につい
て、その動作を説明する。

まず、被写体より得られる光をレンズ２０と第７図の斜
線で示す水平方向に空間周波数１／２ｄの通過域をもつ
光学ローパスフィルタ２１に通し。

更に前記分解光学系２２で同一の被写体像を二つに分解
し、この被写体像をそれぞれＣ０ＤＩ２３とＣＣＤ１２
４に結像する。

ＣＣＤ１２３と００Ｄ１２４の位置関係は第７図に示す
ごとく水平方向に２ｄずれているが、ＣＣ；ＤＩ２３と
ＣＣＤ１２４の出力はそれぞれ第９図（ＩＬ）　、　（
ＦＪ）に示すタイミングの信号であり％　ｈｒ　’　＊
　ｊはそれぞれ第７図に示すＣ０ＤＩ２３の受光部ム１
１＋Ａ１２＋ム１５に対応し−ｋ＃　（ｌ　ｊｍはそれ
ぞれ第７図に示すＣＣＤ１２４の受光部Ｂ１１　ｒ　Ｂ
１２　ｘ　Ｂ１５に対応する０次に遅延線１２７により、ＣＣＤＩとＣＧＤＩの画素の
ずれ量２ｄに相当する時間ｔ１／２だけ、Ｃ０ＤＩ２３
の出力を遅延させ第９図（０）の信号を得。

次にＣＣＤＩ２３と遅延線Ｉ２７との出力を合成し、第
９図（＋１）に示す信号を得る。また振動子２９と３゜
ＣＣＤ１２４の受光部ＢをＢ′の位置に移動させるよう
奇数フィールドに対し偶数フィールドで、水平方向にＣ
ＯＤの水平画素間隔４ｄの４分の１即ちｄ％垂直方向に
垂直画素間隔２ｈの２分の１即ちｈだけずらせる。

偶数フィールドより得られる合成回路２８の出力は第９
図（６）であり、第９図（ｅ）のＯ、Ｐ　、　Ｑ　、　
Ｒ。

Ｓ、Ｕは第７図ム＜１１　Ｂ’１１　＋ム１□＋”１２
＋Ａ′１ｓ＋Ｂｉｓの位置で得られる信号に相当する。

したがって。

合成回路２８の出力として、奇数フィールドでは第９図
（ｄ）、偶数フィールドでは第９図（６）の信号が得ら
れる。振動子２５と２６によって、奇数フィールドの画
素の位置に対しての偶数フィールドの画素の水平ずれ量
６１時間にしてｔ１／４だけ、偶数フィールドにおける
合成回路出力第９図（＋５）を遅延線１２９で遅延させ
第９図（ｆ）の信号を得る。次にフィルドセレクタ３０
によって奇数フィールドでは合成回路２８出力第８図（
ｄ）、偶数フィールドでは遅延線Ｉ２９出力第８図（ｆ
）ｔｌ−選択する。

仁のフィルドセレクタ４３で得られる信号のサップリン
グ点を二次元に直すと、第７図に示されるム、Ｂ、Ａ’
、Ｂ’に相当し、これらはまた第２図のサンプリング点
ａ、ｂ、ｃ、１に相当する〇したがって、第６図のムＤ
変換器６で得られる信号は第１図のフィールドオフセッ
トサンプリング６で得られる信号とサンプリングのタイ
ミングにおいて同一である。第６図のムＤ変換器６出力
からサブサンプリング１４までの処理は第１図のフィー
ルドオフセットサンプリング６からサブサンプリング１
４までの処理と同一であり、同様の映像信号が得られる
。

以上のように本実施例によれば、二つの被写体像に対し
、Ｃ，ＣＤの水平画素間隔４ｄの２分の１即ち２ｄだけ
お互にずれた二つのＣＯＤをフィールド毎に水平方向に
水平画素間隔４ｄの４分の１即ちｄ、垂直方向に垂直画
素間隔２ｈの２分の１即ちｈだけ被写体像に対して振動
子を用いて振動させることにより、一つのＣＣＤの画素
数に対して水平方向に４倍、垂直方向に２倍の画素をも
つことになり、画素数の少ない、即ち安価なＣ（ｉＤで
高解像度な映像を得ることができ、高品位テレビジョン
信号の輝度信号として十分使用しうる。

又本実施例で示した二枚で一組のＣＯＤをＲ、Ｇ。

Ｂそれぞれに設けることによって、カラーの高品位テレ
ビジョン信号を得ることができることも明白である。

以下本発明の第２の実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第１０図は本発明の第２の実施例を示す固体撮像装置の
構成図であり、第１１図は第２の実施例に用いる固体撮
像素子で、水平画素間隔４ｄ、垂直画素間隔２ｈで受光
部が一水平走査毎にオフセットの関係に配列即ちデルタ
配列されたＧＣＤであり、第１２図は第１．第２のＣＯ
Ｄの被写体像に対する奇数フィールド、偶数フィールド
における相対配置図である。第１２図において人、Ｂは
それぞれＣＣＤ１とＧＧＤＩの奇数フィール、ドにおけ
る受光部、Ａ′、Ｂ′はそれぞれ（：ｔＣＤ　ｌとＣＧ
ＤＩの偶数フィールドにおける受光部を示す。

第１０図において、２０はレンズ、２５．２６は振動子
、２７は遅延線Ｉ、２９は遅延線１［、３゜はフィルド
セレクタ％６はムＤ変換器で、以上は第１図の構成と同
様なものである。第１図の構成と異なるのは第３図の斜
線で示す通過域をもつ光学ローパスフィルタ６０と、水
平走査毎にオフセット関係に配された受光部をもつＣ０
Ｄ１２３とＣＣＤＩ２４とを、第１１図に示すごとくそ
れぞれの被写体像に対する位置関係が、水平方向に水平
画素間隔４ｄの２分の１即ち２ｄずらせて配置したこと
である。

上記のように構成された第２の実施例の固体撮像装置に
ついて、以下その動作を説明する。

まず、レンズ２ｏを通し、さらに分解光学系２２を通し
て得られる二つの被写体像を光学ローパスフィルタ６０
で第３図の斜線で示す空間周波領域に制限する。

次に、第１１図のデルタ配列された受光部をもつＣＣＤ
、１（５１）とＣＧＤＩ（５２）とを光電変換して信号
出力を得る。奇数フィールドと偶数フィー＼沙・におけるＣＣＤＩ６１とＣＣＤ１５２の受光部に対
する被写体像の位置関係は第１２図に示すごとくなるよ
うに、フィールド毎に水平方向にｄ％垂直方向にｈだけ
振動子２５．２６で移動する。第１フイールドにおりて
は、ＣＧＤＩ（５１）　の出力第１３図（ＩＬ）がフィ
ルドセレクタ３０’およびフレームセレクタ５３を通し
てムＤ変換器へ出力され、第２フイールドにおいては、
ＣＧＤＩ（５１）の出力第１３図（ｄ）が遅延線■で水
平画素間隔４ｄの４分の１即ちｄに対応する時間ｔ１／
４遅延して第１３図（ｅ）となり、更にフィルドセレク
タＩ　（３０）−およびフレームセレクタ（６３）を通
してムＤ変換器へ出力され、第３フイールドにおいては
、ｃｃｎ■（６２）の出力第１３図Φ）が、二枚のＣＯ
Ｄの水平画素づらし間隔２ｄに対応する時間ｔ１／２を
遅延線Ｉ（２７）で遅延させられ第１３図（ｃ）となシ
更にフィルドセレクタＩ（３０）およびフレームセレク
タ（６３）を通してムＤ変換器へ出力され、第４フイー
ルドにおいてはＣＣＤ１５２の出力第１３図（ｆ）が第
３フイールドと同様にして、遅延線Ｉ２７を通して遅延
されて第１３図−）とな、す、更に遅延線Ｉ２９を通し
て第１ａ図色）となり、更にフィルドセレクタ■３０お
よびフレームセレクタ６３を通してムＤ変換器６へ出力
される、即ち、ムＤ変換器入力としてＷＪ１フィールド
では第１３図（ＩＬ）、第２フイールドでは第１３図（
ｅ）、第３フイールドでは第１３図（０）、第４フイー
ルドでは第１３図（ｈ）の信号が得られ、この第１３図
（ａ）　、　（８）　、　（０）　、　（ｈ）はそれぞ
れ従来例第２図のａ、ｃ、ｂ、ｄのサンプリング点に対
応する。したがって静止画に対して第１０図のムＤ変換
器６出力は、従来例第１図のサブサンプリング１４の出
力と等価となる。

以上のように本実施例によれば、１水平走査毎に、受光
部が水平画素間隔の半分ずれた。いわゆるデルタ配列さ
れたＣＣＤを、互いに、被写体像に対して水平方向に水
平画素間隔の半分ずらして配置しフィルド毎に水平方向
に水平画素間隔の４分の１％垂直方向に垂直画素間隔の
２分の１だけ振動子によって移動させて、静止画に対し
て非常に簡単な構成で高解像度な輝度信号を得ることが
できる。また、この２枚のＣＯＤをそれぞれＲ１Ｇ、Ｈ
に対して設けることによりカラー信号を有する高解像度
な輝度信号を得ることも明白である。

なお、第１および第２の実施例において、振動子を用い
てＣＯＤを移動させたが、ｃａｎを固定し、被写体像を
移動させてもよい。

また、第１および第２の実施例において、固体撮像素子
としてＣＯＤを用いたが、全受光部から転送部へ同時に
読み出す固体撮像素子であればよい０さらに、第１および第２の実施例で遅延線Ｉ（２７）と
遅延線Ｉ　（２９）を用いているが、固体撮像素子の読
み出しパルスの位相をフィールド毎に可変することによ
って省略できる。また、光学ローパスフィルタをレンズ
と分解光学系との間に挿入しているが、それぞれのＣＯ
Ｄの前面に挿入しても同様の結果が得られることは言う
までもないことである。

発明の効果本発明は二つの被写体像に対しお互に水平方向に水平画
素間隔の半分ずらして配置された二枚の固体撮像素子を
、フィールド毎に水平方向に水平画素間隔の４分の１、
垂直方向に垂直画素間隔の２分の１ずらすことによって
、非常に安価なあるいは容易に製造できる固体撮像素子
を用いて高解像度のテレビジョン信号を得ることができ
る。また１フイールドで全受光部より信号を読み出すた
め、インターライン型００Ｄによって起るフレーム残像
（１フイールドで奇数ライン％あるいは偶数ラインの受
光部からの信号しか読みださないためにおこる残像）が
ない固体撮像装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高品位テンビジョンシステムのカメラ部
の構成図、第２図は第１図における各部のサンプリング
位置を示すサンプリング配置図。第３図、第４図は二次元の空間ローパスフィルタの特性
図、第５図は本発明の第１の実施例における固体撮像装
置の構成図、第６図は第１の実施例に用いるＣＯＤイメ
ージセンサ−の構成図、第７図は２枚の第６図に示すＣ
ＯＤイメージセンサ−の奇数フィールドと偶数フィール
ドにおける受光部の配置図、第８図は第１の実施例に用
いる空間ローパスフィルタの空間周波数特性図、第９図
は第１の実施例の構成図における各部の波形図、第１０
図は本発明の第２の実施例における固体撮像装置の構成
図、第１１図は第２の実施例における一ＣＯＤイメージ
センサーの構成図、第１２図は２枚の第１１図に示すＣ
ＯＤイメージセンサ−の奇数フィールドおよび偶数フィ
ールドにおける受光部の配置図、第１３図は第２の実施
例の構成図の′　各部における波形図でらる。２１・・・・・・光学ローパスフィルタ、２２・・・・
・・分解光学系、２３．２４・・・・・・ＣＯＤイメー
ジセンサ−１２５，２６・・・・・・振動子％２８・・
・・・・合成回路。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
２１！３　図水宇墾７ＩＩＷｌ逮に第４図水平′ｇ！聞毘式牧　鞍第７図一８図２Ｒ♀空１１用誠敷区　−−−一−− 邑　ぞ　已　ヱ　Ｓ　ｔ１綜第１２図第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

二つの同一被写体像の結像面に配置した第１゜第２の固
体撮像素子を設け、前記被写体像に対する前記第１．第
２の固体撮像素子の相対位置関係を、前記第１と第２の
固体撮像素子の間で前記固体撮像素子の水平方向に水平
方向の画素間隔の２分の１に相当する長さだけずらし、
前記被写体像と前記第１および第２の固体撮像素子との
相対位置関係を、奇数フィールドと偶数フィールドとで
前記固体撮像素子の水平方向に水平方向の画素間隔の４
分の１、垂直方向に垂直方向の画素間隔の２分の１ずら
してなることを特徴とする固体撮像装置。