JPS6094588A - カラ−ビデオカメラ装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は色再現性にすぐれかつ高感度高解像度な画質が
得られるカラービデオカメラ装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来の家庭用カラービデオカメラシステムとしては、単
管周波数分離方式カラーカメラ、固体撮像素子を用いた
固体カラーカメラ等があった。該家庭用カラービデオカ
メラシステムで高品位テレビシステムへの対応を考えた
際に高解像度化の一例として水平、垂直の空間周波数を
各々２倍にする事を考える。該単管周波数分離方式カラ
ーカメラで水平方向の解像度を向上するには、従来５．
５８ＭＨｚ相当の撮像管のストライプフィルタの幅を７
．１６　ＭＨｚ相当のストライプフィルタの幅、すなわ
ちストライプの幅を／２ＶＣする必要がある。また、ビ
ームをターゲットヘランディングさせるためのメツシュ
とストライプフィルタとの干渉ビートのレベルを低減ス
るためにメツシュの本数をやはり２倍に増加させる必要
がある。これらの加工には高精度な加工技術が要求され
困難である。また、キャリア周波数は、走査線を２倍に
することから水平走査時、　１ 間かヲになることで、　ＮＴＳＣで７．１６　ＭＨｚの
ストライプで１４．５２＃＃ｚとなる。撮像管のターゲ
ットは容量性であるため、高周波になる程出力レベルは
低下していく傾向にあり等測的に三角ノイズが発生し高
域ではＳ／Ｈの劣化が生じる。

さらに、ビームスポット径に対し、フィルタの幅が相対
的に小さくなるため、キャリア自体の出力レベルが低下
し、　ｓ７ｙをさらに劣化させる。

このため１急信号Ｓ／Ｎが極端に悪くなり、実用に耐え
ない。この他、該周波数分離方式カラーカメラにおいて
は撮像管、コイルアセンブリ等の変調度特性むらに起因
する色シーーディングという画質劣化の要因や、ＲとＢ
の分離、ラインクローリングの軽減のため、それぞれ、
くシ形フィルタ処理を行なうことによる色信号の垂直方
向への２Ｈにわたるにじみが生じ、高品位。

高解像度化が困齢である。

一方、固体カラーカメラでは、上述した単管周波数分離
方式カラーカメラに比べ色再現性に優し、ヘースバンド
で色情報を得る事が可能な事から色シーーディングがな
い等良好な画質を得られる利点がある。しかし、該固体
カラーカメラで、該高解像度化を実現させるには水平。

垂直方向の画素数を各々２倍にする必要がある。

固体撮像素子の画素数を現状の該固体撮像素子と同チッ
プサイズで行なうには現在の半導体技術では困難である
事、チップサイズを大きくして画素数を増やすことは歩
留りの悪化ケ引き起す等の問題があり、家庭用など一般
大衆に供給することが可能な程度の低コストで高解像度
化を実現する事は現状では不可能である。

〔発明の目的〕

本発明は該カラービデオカメラシステムでの欠点を除去
し１色再現性にすぐれかつ高感度高解像度な画質が得ら
れ高品位テレビシステムへの対応可能なカラービデオカ
メラ装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するため１本発明においては。撮像
管と固体撮像素子各々の利点が各々の欠点を補うもので
あることに着目し、高品位テレビシステムへの対応を目
的として、広帯域の輝度情報を得るための撮像管と色む
らのない色再現性の高い色情報を得るための固体撮像素
子を具備したカラービデオカメラ装置を提供する。

〔発明の実施例〕

以下０本発明の実施例を示す。第１図において、１は被
写体、４は撮像管、６は固体撮像素子を示し、これらの
間の光路上に主レンズ２゜ハーフミラ−３，水晶フィル
タ５を配置している。本発明のカラービデオカメラシス
テムでは。

輝度信号を得る撮像管４１１信号を得る固体撮像素子６
を具備しており、主レンズ２から両方の撮像装置までの
焦点距離は等しくする必要がある。該焦点距離を等しく
取るにはハーフミラ−５から各々の撮像装置の受光面ま
での光路長を等しく取れば良く、その配置例を第１図、
第２図、第３図を使って説明する。第１図では。

ハーフミラ−３で分岐される光路Ｂを被写体１かも該撮
像管４への光路に対し９０°の角度！もたせた方向に取
り、該光路Ｂ上には水晶フィルタが具備されており、ま
た、光路Ａと光路Ｂが等しくなる位置に該撮像管４と該
固体撮像素子６を配置する構造を取っている。この様な
配置によって、カメラヘッドに撮像管と固体撮像素子を
実装する際、その実装容積は最小となりほぼ単管カラー
カメラと同等な実装容積でおさまり。

ビデオカメラの小型軽量化の′進められている今日にお
いて重要なメリットである。また、光軸の分岐がハーフ
ミラ−３のみでなされる事から。

分岐された元軸の調整が該ハーフミラ−３の調整で済む
事から機械的精度を上げ易い構成である。第２図は、撮
像管６１と固体撮像素子６０を平行に配置した例である
。主レンズ２６ヲ通過した入射光はハーフミラ−２７を
通過する光路Ｃと該。

ハーフミラ−で反射される光路りとに分岐する〇該光路
Ｃ上には水晶フィルタが具備されており。

また該光路り上には、ミラー２８が具備され、該光路り
を折り曲げている。該撮像管５１と該固体撮像素子！＋
０は、光路Ｃと光路りの距離が等しい位置に配置される
。この際、光路Ｃ上に固体撮像素子を配置することで、
カメラヘッドへの該撮像管３１．該固体撮像素子６０の
実装容積を小さくする事が可能である。第２図に示す配
置例では第１図に示した配置例に比ベカメラヘッドの容
積が大きくまた構造も多少複雑になるのであるが、該撮
像管３１．該固体撮像素子３０の受光面が平行に甚ぷの
で、各々の受光面のあおり１回転等のずれに対する機械
的謂整が容易な構造である。また、撮像管と固体撮像素
子を平行に並べる様な構成は、第３図に示すプリズム３
６．ミラー５４　、５５を用い【光路を分岐する事でも
可能である。この際、固体撮像素子３８と撮像管６９の
位置関係は任意で、光路Ｅ、光路Ｆのいずれの側に撮像
管を配置しても実装容積に影響がない。

ただし、この際水晶フィルタ３７は該固体撮像索子６８
の配置される側の光路上に置く。

水晶フィルタはその複屈折特性により空間周波数の高域
遮断を行ない固体撮像素子においてサンプリングに起因
する折返しの偽信号の抑圧を行なうものである。しかし
、撮像管への光路上に該水晶フィルタがあると、その特
性により空間周波数の高域が遮断される事がら、高帯域
な輝度信号が得られず、解像度の劣化を招く。

したがって、該水晶フィルタは、撮像管への光路上へ挿
入される事は許されない。また、該水晶フィルタを通過
できる入射光の空間周波数の帯域は１色差信号の帯域に
より限定される。次に、第１図にお〜・て１本発明のカ
ラービデオカメラシステムの動作について説明する。レ
ンズ２よりの入射光はハーフミラ−３によって２つに分
けられ各々撮像管４．固体撮像素子６へ導かれる。この
際、固体撮像素子としてＭＯＳセンサを用いた場合、撮
像管に比べ感度が悪い。したがって入射光量は、固体撮
像素子の感度に合わせて多く取り込む必要がある。しか
し、撮像管の感度は高いのでハーフミラ−３での透過光
と反射光の分配化を変えてやり両撮像装置の感度をそろ
えてやる必要がある。該撮像管４では輝度情報を得るも
ので核撮像管４より得られる輝度信号電流はプリアンプ
７へ導かれ所望の電圧レベルに増幅され、ローパスフィ
ルタ８により必要な帯域に制限された後に、ブラウン管
のｌ特性を補正するためのｌ処理が行なわれ、輝度信号
ＹＨとなる。この撮像管はストライプフィルタを必要と
しないため、帯域を十分に拡げる事が可能であり、高解
像度な画質を得る事ができる。該固体撮像素子６は色情
報を得るものである。したがって該固体撮像素子６では
広帯域な輝度信号ＹＨを得る必要はない。また、従来の
固体撮像索子では、輝度信号の高域成分は輝度信号の内
に占める比率の高いＧ信号の高域成分でおきかえられて
おり、単板で色信号、輝度信号を得る様な固体撮像素子
では第４図に示す様な緑市松の色フィルタ配置を行ない
Ｇのサンプリング周波数をあげ、輝度信号の高域成分を
得ている。また、緑市松フィルタでは２線同時読み出し
による垂直相関で色信号、輝度信号を得るため垂直方向
のサンプリングによる折返しの偽信号を生じやすく画質
劣化の要因となる。本カラービデオカメラシステムでは
、固体撮像素子より広帯域な輝度信号を得る必要はなく
この様なＧフィルタに他の二色（Ｒ，Ｂ）の２倍の絵素
な割り当てる緑市松のフィルタ配置を施す必要はなく、
ＲＧＢの各々の色フィルタの占める割合が均等な色フィ
ルタ配置が適当である。

第５図、第６図にこの色フィルタ配置の例を示す。この
様なフィルタ配置を施す事でＲ，Ｇ、Ｈの各々の信号の
Ｓ／Ｎを均等にでき、また垂直相関を用いず一線読み出
しＫより色信号を取り出す事が可能となり垂直方向のサ
ンプリングによる折り返しの偽信号の生ずる周波数が第
４図のフィルタ配置に比べ２倍となり偽信号が生じにく
くなり画質劣化の要因となりにくくなる。第５図ではＲ
＝Ｇ、Ｂの色フィルタをストライプ状に配置したもので
１本カラービデオカメラシステムに使われる固体撮像素
子に用いる色フィルタの基本的な配置例である。また第
６図は、第５図における水平解像度を改善したもので、
１ライン毎に半絵累ずらず事で水平解像度を擬似的に２
倍に上げる事が可能である。また本実施例では、良好な
色再現性を得るためにＲ，Ｇ、Ｈの原色フィルタを用い
たが、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（ＭＱ）、イエロー（
Ｙｇ）の補色フィルタを用いる事も可能である。本カラ
ービデオカメラシステＡｉｃおいて、高品位テレビシス
テムへの対応を考える際、該固体撮１１素子は現状のも
のに対し上記の様なフィルタ配置を施す事で対応が充分
可能である。高品位テレビシステムとしては。

５２５本ノンインターレス方式と１０４９本インターレ
ス方式があげられる。いずれの場合も、その水平垂直の
空間周波数は現行のものに対し２倍となる。したがって
、その色信号帯域は、現行のＮＴＳＣにおいてその色信
号帯域５００ＫＨｚに対し、その４倍の２ＭＨｚとなる
。また、空間周波数が２倍となる事で走査線数は２倍に
なる。よって、水平走査時間はちとなりその周期は３１
．４ＫＨｚであり、またサンプリング周波数には１２Ｍ
Ｈｚ程度必要である。したがって水平方向に配置される
絵素数はおよそ３０６個であり。これは現在用いられて
いる固体撮像素子の水平方向の絵素数より少なく、同チ
ップサイズで絵素を大きくでき、開口率をあげられる。

また、垂直方向の絵素配置に対しても現状の固体撮像素
子で約４８０個程度あるので充分に対応できる。５２５
本ノンインターレス方式においては、固体撮像素子に第
５図、第６図の例にある様なフィルタ配置を施し一線読
み出しとする事で可能であり。

また１０４９本インターレス方式においても５２５本ノ
ンインターレス方式と同様にノンインターレス読み出し
でフィールド補間を行なう事で可能である。２１１イン
ターレスした走査線１０４９本のテレビ画＋ＩＪの等測
的な走査線数はその走査線数の６０％程度の６２９本は
どと見なされ、５２５本ノンインターレス方式に比べ２
０％程度の画質の向上にしかならない。また１人間の目
には色の解１象度が低く、垂直解像度の劣化は水平解像
度の劣化より目につぎにくいなどの視覚特性がある点か
ら１０４９本インターレス方式においても色信号をノン
インターレスで読み出シフイールド抽間を行なっても画
質の劣化とはなりにくい。

また、　１０４９本インターレス方式における固体撮像
素子からの色信号のインターレス読み出しを考えるには
、固体撮像素子の垂直方向の絵素サイズを４とし垂直方
向の絵素数を倍にする必要がある。この際に、第６図の
様なフィルタ配置を行ない、２線同時読み出しを行なれ
ば、水平解像度の劣化なくその水平方向゛のサンプリン
グ周波数を４とでき水平方向の絵素数が低減され、。

水平方向の絵素サイズを大きくでき、開口率を上げられ
る。さらに、垂直方向の絵素サイズがちとなった分析返
しによる偽信号の発生もさらに低減される。

第１図に示す固体撮像素子６は、上述の様な構成のフィ
ルタが配置され、各々の色フィルタの下には光情報を検
出、蓄積するキャパシタが構成され、各々の色情報を別
個に取り出す事を可能としたものである。このベースバ
ンドで取り出される色信号電流（ｒ、ｙ、Ａ）はプリア
ンプ１０で所望な電圧レベルに増幅され、ローパスフィ
ルタ１１　、１２　、１３で必要な帯域に制限される。

また、該固体撮像素子６より得られる色信号はＲｏＧ、
Ｈの形で取り出されるので、マトリクス処理を受ける事
なくそのままの形で理想的なｒ補正１４　、１５　、１
６が受けられ正しい色再現性が得られる。該固体撮像素
子６で補色フィルタを用いた場合には、グリアンカ０の
後に色復調マトリクスを置き、ここでＲ，Ｇ、Ｂの色信
号へ変換する事で以下の信号処理を受けられる。ｌ補正
を受けた色信号ＲＬ　、　ＧＬ　、　ＢＬは色差マトリ
クス１７へ導かれ、ビデオ信号を生成するために必要な
色差信号、Ｒ−ＹＬとＢ　−Ｙｔが得られる。また、該
固体撮像素子に代り撮像管より色情報を得るシステムで
は１色情報は単一周波数分離方式により取り出す事にな
る。この場合、赤信号と青信号の分離にはひとつのフィ
ールドにおける２本の相隣るラインの垂直相関によって
分離されるので色情報は２本のラインに広がり、さらに
ラインクローリングを軽減するためにくし形フィルタが
必要になり、ここでも１ライフ色情報が広がり計６ライ
ンにわたる色にじみとなり、高解像度化が困難である。

ま、た、変藺度特性に起因した色むらによる画質劣化も
起る。固体撮像素子では１色情報は多重化されず、ベー
スバンドで取り出せる事からこの様な色にじみ１色むら
による画質劣化はなく１色差信号検出用としては最適で
ある。このａ！に、撮像管より輝度信号を生成し、固体
撮像素子より色信号を生成する回路構成を持つカラービ
デオカメラシステムでは。

現状の技術において広帯域な輝度信号を抽出できる事で
高解像度化にも対応でき、ペースノくンドで色信号が抽
出できる事から１色むら１色にじみによる画質劣化を生
じない色再現性の良い色情報も得られる。したがって、
高品位テレビシステムを実現する際に、撮像管のみによ
って構成されるカラービデオカメラシステムや固体撮像
素子のみによって構成されるカラービデオカメラシステ
ムでの対応を考える際に生じる多くの問題は１本カラー
ビデオカメラシステムにおいて解消され、かつ現状の技
術で対応できる事から安価であり、最も実現性の高いシ
ステムであると原える。

本カラービデオカメラシステムでは、撮像管ト固体撮像
素子におけるレジストレーションの調整が必要である。

従来、５管式カラービデオカメラで生じるレジストレー
ジ璽ンは、　Ｒ，Ｇ、Ｈの色すれとして表われる。つま
り、輝度変化がある際にその境界に誤った色が生じ１画
質の著しい劣化となる。本カラービデオカメラシステム
において撮像管と固体撮像素子の間に生ずるレジストレ
ージ習ンは、輝度信号ＹＨと色差信号Ｒ−Ｙｔ　、　Ｂ
−Ｙｔ、のずれとして表われる。これは。

輝度変化が起っても誤った色が生じる様な事はなく画質
の著しい劣化とはなり得ない。したがって、レジストレ
ーションの調整に要求される精度も低いものとなり調整
が極めて簡単に行なえる。ここで生ずるレジストレージ
肩ンのずれは、輝度信号と色差信号のずれであり、また
色差信号には輝度信号成分が含まれている事より。

Ｙマトリクス１８を設け１色信号＆’　、Ｇｌ’　＋　
Ｂｌ’を使い該Ｙマトリクス１８によって輝度信号ＹＬ
を生成し、撮像管４より得られる輝度信号ＹＨとの位相
のずれを検出する事で該レジストレージ覆ンのずれを検
知可能とし、該レジストレージ璽ンの調整を容易にでき
る。このＹマトリクス１８で得られる輝度信号ＹＬは、
レジストレージ禦ン詞整のためだけに使用されるもので
あるので高画質の輝度信号を得る必要がなく、簡単な構
成で実現できる。

従来の３管式カラーカメラでは電子ビームの偏向を変え
て、レジストレージ璽ンの調整を行ない、また従来の３
板式固体カラーカメラにおいては、撮像素子面にマトリ
クス状に配列された絵素群をずらす様な機械的な調整を
行なう。

したがって固体撮像素子のレジストレージ茸ン調整には
、撮像面のあおり６回転、水平、垂直方向を高精度で合
わせる必要があり高性能な機械的レジストレージぎン機
構を要する。本カラービデオカメラシステムでは、撮像
管と固体撮像素子を持っており、そのレジストレージ璽
ン調整には、固体撮ＩＪｊ！素子側の機械的調整は必要
とせず、撮像管側で電子ビームの偏向コイルに補正信号
を重畳する形で行なう。この様に、撮像管側で信号処理
によるレジストレーションの調整を行なえば、第７図に
示すレジストレージ１ンｌ整回路を用いる事でレジスト
レージ冒ン調整の自動化も可能となる。第７図において
４０はメモリ、４１はＤ／Ａ変換器、４２はローノ（ス
フイルタ、４３は偏向回路、４４は偏向コイルである。

該レジストレーシーン調整回路は１画面をマトリクス状
に細分化し、その各領域に対応するメモリ４０を用意す
る。該メモリ４０にはあらかじめ必要なデータがデジタ
ル値で蓄えられており。

これを走査に同期させて読み出し、読み出されたデジタ
ル値はルｑ変換器４１でアナログ信号へ変換され、ロー
パスフィルタ４２でデータ間の補間を行ない偏向コイル
電流へ重畳される。該メモリは関数発生器として動作し
、これに蓄えられるデータにより任意の偏向補正波形が
作られ。

複雑なレジストレージ冒ンのずれも補正可能である。ま
た１本カラービデオカメラシステムにおけるレジストレ
ーションの調整は撮像管の偏向を変える事で調整可能で
ある事から、第８図に示す様なレジストレージ腸ン調整
回路を用いる事も可能である。第８図において、４５は
ボリューム、４６は関数発生器、４７は偏向回路、４Ｂ
は偏向コイルである。該回路では、関数発生器４６によ
り、のこぎり波やパラボラ波の補正波を発生し、該補正
波を偏向コイル電流へ重畳する事で該レジストレーシー
ンの調整を行なう。該補正波はボリューム４５によりＨ
周期、ｒ周期においてその極性、利得が可変可能で、該
ボリュー４５を調整する事で適当な補正波が得られる。

第８図に示す該レジストレージ旙ン調整回路は。

任意な補正波を作り出す事はできないが１本カラービデ
オカメラシステムにおけるレジストレージ璽ンに対する
調整の精度が要求されない事から充分に対応できる回路
である。

〔発明の効果〕

以上述べてきた様に本発明によるカラービデオカメラシ
ステムでは、高品位テレビシステムを実現する忙あたり
、撮像管のみにより構成されるカラービデオカメラや、
固体撮像素子のみより構成されるカラービデオカメラに
よる対応を考えた除虫じる多くの問題を解消でき、また
複数の撮像装置を用いる場合に生ずるレジストレージ厘
ンの調整も信号処理による簡単な調整で済み、高解像度
、高画質、高感度な高品位テレビシステムを低コストで
提供できるので家庭用高品位テレビシステムに最適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明によるカラービデオカメラシステムの
一実施例を示すブロック図、第２図。 第３図は、撮像管と固体撮像素子の配置例を示す構成図
、第４図は、単板カラーカメラにおける色フィルタの配
置例を示す概略平面図、第５図、第６図は本発明のカラ
ービデオカメラにおける固体撮像素子の色フィルタの配
置例を示す概略平面図、第７図、第８図は本発明に適用
できるレジストレーシーンの調整回路の実施例を示すブ
ロック図である。 １．２５．３２・・・被写体、２，２６．３５・・・レ
ンズ。 ３．２７・・・ハーフミラ−，４，３１，３９・、・撮
像管。 ５．２９．３７・・・水晶フィルタ、６，５０．５８・
・・固体撮像素子、７．１０・・・プリアンプ２８・・
・ローパスフィルタ（広帯域）、ｑ　、１４，１５．１
６・・・ｌ補正。 １１．１２．１３・・・ローパスフィルタｌＥ？！［）
。 １８・・・Ｙマトリクス、１７・・・色差マトリクス、
１９・・・輝度信号Ｙ、、　２０　、２１・・・色差信
号Ｒ−ＹＬ、Ｂ−ＹＬ。 ２８　、３４　、３５・・ベラ−１２２・・・輝度信号
ＹＬ、４０・・・メモ！Ｊ、４１・・・ＤｌＡ　ｉ　換
器、４２・・・ローパスフィルタ。 ４５　、４７・・・偏向回路、　４４　、４８・・・偏
向コイル、４５・・・ボリー−ム、４６・・・関数発生
器。 代理人弁理士　高　橋　明　夫 第２図 名３図 第４７図 第５図 第１頁の続き ■発明者　増１）美智雄 ０発　明　者　野　１）　勝 横浜市戸塚区吉田町２９旙地　株式会社日立製作所家電
研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 輝度１８号を得る撮像管と色分解フィルターを使用し１
   色信号を得る固体撮像素子を具備し。 該撮像管より得られる輝度信号及び該固体撮像素子より
   得られる色差信号により、ビデオ信号を合成することを
   特徴とするカラービデオカメラ装置。