JPS60264183A - 固体撮像装置 - Google Patents

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 高品位テレビジョンシステムにおけるカラーテレビジボ
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（ＮＴＳＣ。

ＰＡＬ　、ＳＩＣＡＭ等）に代る高解像な高品位テレヒ
ショ／システムとして例えばテレビジョン学会技術報告
ＶＯＬ７１１１１１４４Ｐ３７〜４２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
の構成図であり、１．２．３はそれぞれ赤（Ｒ）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（７）と色差信号（ＣＷ）と（Ｃ
Ｎ）ｋ得るマトリクス回路、５は前記輝度信号を周期ｔ
１／４で周波数５ｙＨ２のクロックでムＤ変換するＡＤ
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り換えるスイッチ、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■と色差信号（ＣＷ）と（
ＯＮ）　を得る。次に輝度信号Ｃｒ）をＡＤ変換器にお
いて、クロック周期ｔ、／４でムＤ変換する。このＡＤ
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＋２番目のフィ
ールド、・は４ｎ＋３番目のフィールド、■は４ｎ＋４
番目のフィールドのサンプリング点を示す。即ち７間間
隔ｄが同期ｔ、／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ｔ、／２、周波数ＳＷ／２Ｈ
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１８０°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
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Ｉ９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の出力を助
船フレームメモリ１１１１’ｉ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１０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［１１の出力と前記フィルド
オフセットサンプリング６の出方とは、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［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−
１−１番目のフィールドではサンプリング点＆、４ｎ−
１−２番目のフィールドではサンプリング点す、４ｎ−
１−３番目のフィールドではサンプリング点０，４ｎ＋
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ｔ、で周波数はＳＷ
／４Ｈｚ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（
カメラ部のパターン、チルトも含ム）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、ｉ；＋、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＆を用い
てサンプリング点すと６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、サブサンプル周波数Ｓ　Ｗ　／　４　Ｈｚ
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Ｓ　Ｗ　／　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
ット関係にあり、フィールド間の相関があるため・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Ｓ　Ｗ　／　２　Ｈｚ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Ｓ
　Ｗ　／　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８、
静止した部分に対して、静止画フィルタ了の・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。

前記五り変換器におけるテンブリング周波数ＳＷは高品
位システムにおいて、約６４　ＭＨｚであシ、サンプリ
ング点としては、有効画面内で水平的１５００点、垂直
約１０００点必要であるため、前記Ｒ、Ｇ　、、Ｂ撮像
管の代９にＲ９σ、Ｂ用固体撮像素子を使用すれば、画
素数として水平的１５００、垂直約１０００の固体撮像
素子が必要で、前記マ）　ＩＪ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。

例えば２／３吋サイズの固体撮像素子で景品に実現でき
るのは、水平画素４００．垂直画素５００程度であり、
水平画素１５００　、垂直１０ｏＯ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
ならな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ｐ問題点を解消するもので、非常に
安価な、景品に製造でき°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 本発明は水平方向に所定のピッチで配列された複数の受
光部の水平行を、垂直方向に偶数番目の前記水平行の各
々の受光部が奇数番目の前記水平行の各々の受光部の中
間に位置するよう垂直方向に複数行配列した第１．第２
．第３の固体撮像素子を有し、異なる分光特性を有する
第１．第２゜第３の被写体像の結像面に前記第１．第２
．第３の固体撮像素子を配置し、前記第１．第２．第３
の被写体像とそれぞれに対応する前記第１．第２゜第３
の固体撮像素子の相対位置関係を、前記第１゜第２．第
３の固体撮像素子間で同一位置関係に配置し、前記第１
　、第２．第３の被写体像とそれぞれの前記第１．第２
．第３の固体撮像素子との相互位置関係が、４ｎ−１−
１（ｎは整数）フィールドに対して、４ｎ＋２フイール
ドでは、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１．４ｎ＋３フイールドでは水
皐方向に水平画素間隔の２分の１．４ｎ−１−４フイー
ルドでは水平方向に水平画素間隔の４分の３、垂直方向
に垂直画素間隔の２分の１ずらすよう構成した固体撮像
装置であり、４フイールド毎に振動子によって、第１．
第２．第３の固体撮像素子を移動させることによって、
４フイールド（即ち一画面）における解像度を向上させ
るものである。

実施例の説明 第６図は本発明の実施例における固体撮像装置の構成図
、′第６図は水平方向に４ｄ（ｄは第２図のｄの長さと
同じ）のピッチで受光部ｅｓ　ｏ　、（ＰＤ）が配列さ
れ、垂直方向に２ｈ（ｈは第２図のｈの長さと同じ）の
ピッチで奇数行と偶数行ではそれぞれの受光部が中間に
くるよう配列（この配列を一般的にデルタ配列と呼ぶ）
された固体撮像素子（ここではＣＣＤイメージセンサ−
を用いる。以後ＣＯＤと略す。）の構成図、第、７図は
ＣＯＤの一つの受光部の４フイールドにおけるそれぞれ
の位置を示す配置図である。

第７図において、Ｗは４ｎ＋１フイールド、Ｘは４ｎ＋
２フイルド、ｙは４ｎ＋３フイールド、Ｚは４ｎ−１−
４フイールドのＣＯＤの受光部の位置を示す。

第５図において、２１はレンズ、２２は分解光学系、２
３，２４．２５は水平方向に水平空間周波数１／２ａの
帯域をもつ光学ローパスフィルタ１．２６，２７．２８
はＣＯＤで、赤、青、緑の被写体像の結像面に配置され
るＲＣＣＤ　、ＧＯＯＤ　。

５ＣＣＤ、２９’、３０．３１はＲｃｃｎ２ｅ。

ＧＯＣＤ２７　、Ｂ’Ｃ０Ｄ２８の受光部をそれぞれの
フィールドで第７図に示すごとく移動させる振動子、３
２はＲＣＣＤ２６　、ＧＯＣＤ２７゜ＢＣＯＤ２８の出
力２を演算して輝度信号（１）と二つの色差信号（ＧＷ
）　（ＯＮ）　を得るマトリクス、３３は振動子で移動
させたフィールド毎のＣＯＤの水平方向の移動距離を時
−間約に換算して補正するタイミング補正回路、３４は
タイミング補正回路３３よシ得られる信号をそれぞれ内
挿して２倍のサンプリング周波数にする内挿回路、３５
は内挿回路３４出力’（ＨＡＤ変換するＡＤ変換器であ
り、以下、７は静止画７オルタ、８は動画フィルタ、９
はフレームメモリＩ、１０は動きベクトル検出、１１は
フレームメモリ■、１２は動画検出であり従来例第１図
と同じ構成のものである。

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
て以下その動作を説明する。

まず、被写体より得られる光がレンズ２１全通して分解
光学系２２で、赤、青、緑の分光特性を有する５被写体
像に分解され、それぞれ水平空間周波数１　／２　ｃｌ
の帯域をもつ光学ローパスフィルタを通して、ＲＣＣＤ
２６．ＧＯＣＤ２７．ＢＣＯＤ２８へ被写体像として結
像される。ＲＣＣＤ　２６゜Ｇｃｃｎ２７．ｎｃｃｎ２
ｓの出力をマトリクス３２で演算し輝度信号（１）と二
つの色差信号（ＣＷ　。

ＯＮ）を得る。

ＲＯＣＤ２６　、ＧＯＣＤ２７　、ＢＯＧＤ２Ｂは、第
７図に示すととく４ｎ＋１フイールドに対し、４ｎ＋２
フイールドでは水平方向にｄ１垂直方向。

にり、４ｎ−１−３フイールドでは水平方向に２ｄ。

４ｎ＋４フイールドでは水平方向に３ｄ、垂直方向にｈ
ずらして撮像したものであるので、マトリクス３２より
得られる輝度信号α）を水平方向の移動量に対応する時
間だけタイミング補正回路３３で補正する。これは被写
体像に対してＣＯＤ’（Ｈ水平方向に移動すると、被写
体像に対するｑＣＤ出力の時間関係が違ってくるので補
正したものである。したがって、タイミング補正回路３
３で４ｎ＋１フイールドに対し４ｎ“＋２フイールドで
はｔ、／４　、４　ｎ　ｆ３フィールドではｔ、／２，
４ｎ−４−４フイールドでは３ｔ＋／４だけ遅延させる
。

次に内挿回路３４によ、って内挿し、ＲＣＣＤ２８゜Ｇ
ＯＣＤ、２７　、ＢＣｉＣＤ２Ｂでサンプルされるサン
プル周波数に対し２倍のサンプル周波数に変換する。こ
れを第８図を用いて説明する。第８図において、Ａ　、
Ｂ　、Ｃはタイミング補正回路３４で得られる任意のフ
ィールドのｎ−１行目、ｎ行目。

ｎ＋１行目の信号であり、例えば４ｎ＋１フイールドで
あればり、工、コｌ　ｋ＋　１１　”は、第２図のサン
プリング点ａに相当する。内挿回路３４によ−＋てｎ−
１行目のり、ｎ行目のｊ、に、ｎ−１−１行目の１を用
いて、ｎ行目の信号へ内挿し、ｎ行目の信号として第８
図りに示すｐ＆倍信号得、同様にしてｑの信号信号も得
る。これはタイミング補正回路３４よシ得られるｎ行目
の信号（第８図Ｂ）のサンプリング点の中間点の信号と
して、その中間点の周シのｎ−１行目、ｎ行目、ｎ＋１
行／ 目の信号を演算することにより得、この演算された信号
をｎ行目の中間点へ挿入することによって第８図りに示
すごとくサンプリング周波数かもとの周波数に対して２
倍のものが得られる。したがって内挿回路３４の出力は
、奇数フィールドにおいては、第２図に示すサンプリン
グ点’　ｌ　ｂ％偶数フィールドにおいては第２図に示
すサンプリン度信号を得、動画フィルタ８全通して動画
用輝度信号を得、またＡＤｉ換器７出力よりフレームメ
モ１月９と動きベクトル１０とフレームメモ’Ｊ−１よ
って静止画用輝度信号と動画用輝度信号をスイッチ１３
で切り換え、さらにサブサンプリング１４で従来例第１
図と同様にしてサブサンプリング出力を得る。但しサン
プリング点は内挿回路３４で内挿された信号でなく、内
挿回路３４０入力信号に相当する所の信号をサンプリン
グする。

以上のようにして、静止画に対してはそれぞれのフィー
ルドで第２図に示されるａ、ｂ、ｃ、ｄのサンプリング
点の信号が順次得られ、従来例第１図のものと同様な信
号が得られる。動画検出のために、内挿回路３４全通し
た信号を使用することによって、奇数フレームと偶数フ
レームとのサンプリング点を一致させることができ、し
たがって、静止画に対して偶数フレームと奇数７レーム
ではほぼ同一の信号が得られ、誤作の少ない動画検出が
できる。

以上のように本実施例によればデルタ配列されたＣＯＤ
を赤、緑、青の分光特性を有する被写体像の結像面にそ
れぞれ配置し、全てのＣＯＤを第７図に示すごとくフィ
ールド毎に移−動するよう構成することによって、通常
の固体撮像装置に対し静止画では水平方向に４倍、垂直
方向に２倍の解像度をもち、動画では水平方向に２倍、
垂直方向に２倍の解像度をもつ固体撮像装置が得られる
。

さらに、デルタ配列されたＣＯＤより得られる輝度信号
を内挿回路で内挿することによって静止画に対しフレー
ム毎にほぼ同一信号が得られるため、１フレームメモリ
による動画の検出が可能である。

なお、実施例において振動子２９，３０．３１を用いて
ＣＯＤを移動させたが、ＣＯＤを固定して被写体像を移
動させてもよい６また固体撮像素子として、ＣＯＤイメ
ージセンサ−を用■たが、垂直ブランキング期間内に全
受光部からそれぞれ転送段へ読み出す固体撮像素子であ
れば、他の方式の固体撮像素子でもよい。さらにタイミ
ング補正回路３３はそれぞれのフィールドにおける水平
方向のずれ量に相当する時間だけそれぞれのＣＯＤの読
み出しパルスのタイミングを補正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２３．２４．２５の
空間周波数特性を第３図に示すものを用いることによっ
て、静止画フィルタ７を省略できることは言うまでもな
い。

発明の効果 本発明は、デルタ配列された三つのｃａｎｅそれぞれ赤
、緑、青の各光特性を有する被写体像の結像図に配置し
、三つのＣＯＤの受光部が各々のフィールドで第７図の
配置になるように移動させるよう構成することによって
、同等のＣＯＤ′ｆ：用いた固体撮像装置に対して、静
止画では水平方向に４倍、垂直方向には２倍の解像度が
得られ、また動画検出においてもデルタ配列ＣＯＤを使
用しているため、デルタ配列ＣＯＤ出力よシ得られる輝
度信号を内挿することによって誤差の少ない１フレーム
検出による動画検出ができ、かつインターラインＣＯＤ
によって起るフレーム残像（１）。

イー°ルドで奇数ラインあるいは偶数ラインの受光部か
らの信号しか読み出さないためにおこる残像）がない固
体撮像装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

ｉＩ図１ｄ従来例の高品位テレ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
ング点を示すサンプリング配置図、第３図、第４図は二
次元の光学ローパスフィルタの特性図、第５図は本発明
の実施例における固体金てのＣＯＤの受光部のそれぞれ
のフィールドにおける移動図、第８図は第６図の実施例
における各部の波形図である。− ２２・・・・・・分解光学系、２６．２７．２８・・・
・・ＣＯＤ、２９，３０．３１・・・山振動子、３３・
・・・・・タイミング補正回路、３４・−川・・内挿回
路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　・男　ほか１名２
図 ３図 水平乎７＃１Ｗｌｌ彼秋 ４図 水平り聞屓浅玖 ＊　ＩＲ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水平方向に所定のピッチで配列された複数の受光部の水
   平行を、垂直方向に偶数番目の前記水平行の各々の受光
   部が奇数番目の前記水平行の各々の受光部の中間に位置
   するよう垂直方向に複数行配列した第１．第２．第３の
   固体撮像素子を有限具なる分光特性を有する第１．第２
   ．第３の被写体像の結像面に前記第１．第２．第３の固
   体撮像素子を配置し、前記第１．第２．第３の被写体像
   とそれぞれに対応する前記第１．第２．第３の固体撮像
   素子の受光部の相対位置関係を、前記第１゜第２．第３
   の固体撮像素子間で同一位置関係に配置し、前記第１．
   第２．第３の被写体像とそれぞれの前記第１．第２．第
   ３の固体撮像素子の受光部との相互位置関係が４ｎ−１
   −１（ｎは整数）フィールドに対シて４ｎ＋２フイール
   ドでは、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１．４ｎ＋３フイールドでは水
   平方向に水平画素間隔の２分の１．４ｎ−１−４フイー
   ルドでは水平方向に水平画素間隔の４分の３、垂直方向
   に垂直画素間隔の２分の１ずらしてなることを特徴とす
   る固体撮像装置。