JPS61129995A - カラ−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 本発明はカラー固体撮像装置に関するものであり、更に
詳述すれば単一の固体撮像素子とその受光画素に対応さ
せた色フィルタを用いてカラー信号を得るカラー固体撮
像装置において、折シ返し歪の少ない良質の輝度信号を
得るものである。

従来の技術 従来は被写体像よりの光を映像信号に変換するために撮
像管が用いられてきたが、近年になって固体撮像素子も
用いられるようになった０固体撮ｅ素子としては受光部
も信号読み出し部も電荷結合素子から成るＣＣＤ型撮鐵
素子、あるいはホトダイオードを多数格子状に配列し、
各接点に読み出しスイッチを設け、これを順次切換えな
がら映像信号を得るＭＯ８型撮像素子、あるいは受光部
はホトダイオード、信号読み出し部はＣＯＤにより構成
された撮鐵素子などがある。これらの素子の構造、動作
については周知であるので説明は省略する。

カラーテレビ信号を得る方法を第４図を用いて説明する
。

第４図において、２次元に配された受光画素２１に対応
してａラインではＭｌの受光画素には緑Ｇフィルタ２２
、水平方向の次の受光画素にはマゼンタＭフィルタ２３
を交互に順次配列した第１の色フイルタ列を、ｂライン
では第１の受光画素はシアンＣｙフィルタ２４、水平方
向の次の受光画素には黄Ｙｓフィルタ２６を交互に順次
配列した色フイルタ列を、奇数番目の各水平ラインはａ
ラインの色フイルタ列と同一の配列とし、偶数番目の水
平ラインについては、ｂラインの色フィルタ及びｂライ
ンとカラーフィルタの配列を逆に配列した色フイルタ列
を交互に配置している。また、図において、ｎ（Ｈ）は
奇数フィールドをｎ＋１（Ｈ）は偶数フィールドを示し
ている。

上記の構成の色フィルタと固体撮像素子の組み合せによ
る固体撮像素子の出力信号からカラーテレビジ目ン信号
を得る方法を次に説明する。

本カラー化方式に用いる固体撮像素子は、隣接した２つ
の水平ラインを同時に水平走査し、ホトダイオードへの
信号蓄積時間と垂直走査時間を同一にしてフレーム残像
が発生しないような走査方法としている。固体撮像素子
を撮像管と同じ２：１インターレース走査すれば、ホト
ダイオードへの信号蓄積時間は２フイ一ルド期間となる
ためフレーム残像が発生し、このフレーム残像は動く被
写体を撮像した時や、カメラをパンした時に大きく目立
ち、画像が畳けて見え、画質を著るしく劣化させる。撮
像管では走査ビーム径が有限であるため実質的に隣接す
る走査線の信号を読み出しており、等価的にフィールド
読み出しとなっておりフレーム残像はあ′まシ発生しな
い。隣接した２つの水平ラインを同時に水平走査する方
法としては、垂直方向に隣接したホトダイオードの信号
電荷を混合した後、読み出す方法や、２つの信号読み出
し部により各々の水平ラインの信号を読み出す方法があ
る。

上記の構成による撮像素子とカラーフィルタの組み合せ
で、垂直方向に隣接した２つの水平ラインのホトダイオ
ードの信号電荷を混合した後水平走査を行なって得られ
た信号からカラーテレビ信号を得る方法を第４図及び第
５図を用いて説明する０ 第４図において、第１フイールドｎ■は、”Ｔｂの水平
ラインのホトダイオードを混合して読み出す。その信号
Ｓｎは Ｓ　　＝（（Ｇ＋Ｃｙ）＋（Ｍ＋Ｙｅ））＋（（Ｇ＋Ｃ
ｙ）−（Ｍ＋Ｙｅ））ｓｉｎωｔ ＝（２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ）＋（Ｇ−２Ｒ）ｓｉｎωｔ　　
’−”’・＋・Ｃ）式％式％ ω＝色フィルタの繰り返し周波数 となり、第１フイールドｎ　＋　１（Ｈ）は、ｃ、ｄの
水平ラインのホトダイオードを混合して読み出す。

その信号Ｓｎ＋１は Ｓｎ＋１　＝　（（Ｇ＋Ｙｅ　）＋　（Ｍ＋Ｃｙ　）　
）＋　（（Ｇ＋Ｙｅ　）−（Ｍ＋Ｃｙ　））ｓｉｎωｔ ＝　（２Ｒ＋ｓＧ＋２Ｂ）＋（Ｇ−２Ｂ）ｓｉｎωｔ　
　−・−・（２）式（１）式、（２）式から明らか・な
ように、Ｓｎ、Ｓｎ＋１ともにその低域信号成分ＳＹは
５ｙ＝２Ｒ＋３Ｇ＋３Ｂであり、また色信号成分はＳｎ
からは（Ｇ−２Ｒ）ｓｉｎＯ＋ｔＳｎ＋１　からは（Ｇ
−２Ｂ　）ｓｉｎωｔで表わされる色信号成分が得られ
る。第５図は前記固体撮像素子出力信号からカラーテレ
ビ信号を得るための信号処理部の概要を示すものである
。第５図において、２６は前記の固体撮像素子、２７は
ローパスフィルタ、２８はバンドパスフィルタ、２９は
同期検波回路、３ｏは１水平期間遅延回路、３１はスイ
ッチ回路、３２は変調回路、３３は加算器、３４は出力
端子、３５はパルス発生器である。次に動作を説明する
。

固体撮像素子２６から得られた信号はローパスフィルタ
２７に供給され高調波成分を除去し低域成分のみを分離
し前記のＳＹ酸成分得る。この低域成分を輝度信号とし
て扱い加算器３３へ供給する。

一方固体撮像素子２６の出力信号はカラーフィルタの繰
り返し周波数を中心通過帯域とするバンドパスフィルタ
２８に供給され、カラーフィルタにより変調された色信
号成分を分離する。すなわちＳｎの信号からは（Ｇ　−
２Ｒ）　ｓｉｎωｔの成分を、Ｓｎ＋、の信号からは（
Ｇ−２Ｂ）ｓｉｎθノｔの成分を分離する。バンドパス
フィルタにより分離された変調色信号（カラーキャリア
）は同期検波器２９に供給される。同期検波器２９には
パルス発生器３５から、カラーフィルタの繰り返し周波
数に等しいインデックス信号が供給されており、変調色
信号は同期検波される。同期検波された信号はローパス
フィルタ（図示せず）によりその高調波成分を除去する
事により低域の色差信号となる０すなわち信号Ｓｎから
（Ｇ　　２　Ｒ）　＋　Ｓｎ＋１　から（Ｇ−２Ｂ）の
色差信号を得る事ができる。このようにして得られた色
差信号を１水平期間遅延線３０により遅延し、その遅延
した信号と遅延しない信号をスイッチ回路３１に供給し
、パルス発生器から供給される水平走査周波数の１／２
のパルスにより水平走査毎に切り換える事によりスイッ
チ回路３１の出力端から（Ｇ−２Ｒ）及び（Ｇ−２Ｂ）
の２種類の色差信号を同時に得る。この２種類の色差信
号を変調器３２により色副搬送波で変調し色信号を得る
。この色信号を加算器３３に供給し、前記、輝度信号と
加算する事により出力端子３４からカラーテレビ信号を
得る事ができる。

ここでパルス発生器３５からは固体撮像素子２６へ素子
駆動に必要な数種類のパルスが供給されており、この駆
動パルスとインデックスパルス等は同期関係にある事は
言うまでもない。

次に前記色フィルタを備えた固体撮像素子で水平エツジ
部を有する白黒の被写体（例えばグレースケール）を撮
像した場合の固体撮像素子の出力信号の周波数スペクト
ラムを第６図に示す。

第６図において実線Ａは固体撮像素子のＭＴＦ（Ｍｏｄ
ｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ
）であり、Ｂ及びＤは前記色フィルタにより変調を受け
た変調色信号成分である。（水平方向のエツジ部を有し
ない被写体、例えば全面白色の被写体像を撮像した場合
には側波帯は発生せず第６図りに示したようにサンプリ
ング周波数Ｔ　（ＭＨｚ　）の−の周波数にカラーキャ
リアが発生するのみである。）固体撮像素子出力信号か
らテレビジョン信号の輝度信号を得る方法は、第５図で
説明したように固体撮像素子出力信号を第６図Ｃに示し
た特性を有するローパスフィルタに供給して、等価的な
サンプリング周波数Ｔ　（ＭＨｚ　）のｉ以下の帯域の
信号を得、この帯域制限された低域成分を輝度信号とし
て用いる。

このようにして得られた輝度信号の帯域内には第６図か
ら明らかなように、色フィルタにより変調を受は念変調
色信号成分の側帯波が存在する。

この側帯波は被写体に含まれる水平エツジ部が多く、カ
ッ水平エツジ部のコントラスト変化が急峻な程、大きな
エネルギーを有する０ 発明が解決しようとする問題点 常連のようにして得られた輝度信号は、その帯域内に変
調色信号成分による側帯波が含まれるため、輝度信号成
分中に折り返し歪となって現われる。この折り返し歪が
輝度信号帯域内に存在すると、例えば被写体としてグレ
ースケールを撮像した場合、第７図に示すようにグレー
スケールの水平エツジ部に折り返し歪が現われて、ギザ
ギザが生じ不自然な画像となって画質を著るしく損ねて
しまう欠点がある。・ 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、簡易な構成
の回路を追加することにより、折り返し歪の発生しない
良好な輝度信号特性を有するカラー固体撮像装置を提供
することを目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、二次元に配された
複数の受光画素に対応して水平方向に２画素の繰り返し
を有する色フィルタを備えた固体撮像素子出力信号を２
個のサンプルホールド回路に供給し、各々異なる１画素
おきにサンプルホールドし、前記２個のサンプルホール
ド回路出力信号を異なる比率で加算した信号を、ローパ
スフィルタに供給し、変調色信号の中心周波数以上の高
域成分を除去した信号を得、その信号を輝度信号として
用いるものである。

作　　用 本発明は上記した構成により、変調色信号による側帯波
成分が含まれる固体撮像素子出力信号を２個のサンプル
ホールド回路に供給し、各々異なる１画素おきにサンプ
ルホールドし、前記２個のサンプルホールド回路出力信
号を異なる比率で加算することにより変調色信号成分の
側帯波を相殺し、輝度信号帯域内に発生する側帯波成分
、すなわち折り返し歪成分を除去し、ローパスフィルタ
により帯域を変調色信号の中心周波数のｉ以下に制限し
た輝度信号を得るものである。

実施例 第１図は本発明の輝度信号処理方式の一実施例を示すブ
ロック図である。第１図において、１は第４図に示した
色フィルタを備えた固体撮像素子、２．３はサンプルホ
ールド回路であり信号入力端子４，５１．ｖンプリング
パルス入力端子６，７、出力端子８，９を有する。１ｏ
は加算器であり、２つの入力端子１１．１２を有し、入
力端子１１゜１２から入力される入力信号を任意の異な
る比率で加算し、出力信号を出力端子１３から得る。１
４はローパスフィルタであり、前記加算器出力信号を入
力端子１５から供給し、出力信号を出力端子１６から得
る。１γはパルス発生器であり基本的には第５図に示し
たパルス発生器３６と同じであり１８，１９．２０の出
力端子を有する。パルス発生器出力端子１８からは固体
撮像素子１の各種駆動用パルスが出力され、固体撮像素
子へ供給される。パルス発生器出力端子１９　、２０か
らは位相が１８０’異なったサンプリングパルスが出力
されている。出力端子１９　、２０から出力されるテン
プリングパルスはサンプルホールド回路２゜３のサンプ
リングパルス入力端子６，７を介してサンプルホールド
回路２，３へ供給される。

以上のように構成された本実施例のカラー固体撮像装置
の輝度信号処理方式について以下その動作を説明する。

第２図とは水平二ノジを有する被写体の例であり左側が
灰色（グレー）、右側が白となっている。

第２図すは色フィルタを備えていない固体撮像素子（白
黒の固体撮像素子）を用いて第２図ａの被写体を撮像し
た時の固体撮像素子出力信号の模式図である。期間Ｔが
一画素である。また区間ＸＸ／の間が灰色撮像時と白撮
像時の出力信号の中間レベルとなっているのは、固体撮
像素子とレンズの間に挿入した光学的ローパスフィルタ
により被写体像に含まれる変調色信号の周波数成分が除
去されたためであり、前記光学的ローパスフィルタは単
一の撮像素子（撮像管も含む）と色フィルタの組み合せ
によりカラーテレビジョン信号を得る方式のカラーカメ
ラにおいては必要不可欠なものであり、その効果等につ
いては周知であるので説明は省略する。

第２図Ｃは第４図に示した色フィルタと固体撮像素子の
組み合せにより第２図ａに示した被写体を撮像した場合
の固体撮像素子出力信号の波形である。この波形は６ペ
ージに示した（１）式もしくは（２）式と一致している
。つまり、被写体の灰色及び白色部においても（Ｒ２Ｒ
）ｓｉｎＯｌｔ　あるいは（Ｇ２Ｂ）Ｓｉｎｏ＋ｔの変
調色信号成分が存在し、灰色から白色への水平エンジ部
においては、前記変調色信号成分の他に、輝度信号のレ
ベル変化による変調成分も現われている。第２図ｄは第
２図Ｃの信号成分の高域成分を示したものであり、前述
の変調色信号成分及び輝度信号のレベル変化による変調
成分を示したものである０ 第２図Ｃに示した固体撮像素子出力信号の周波数スペク
トラムを第３図＆に示す。第２図Ｃから明らかなように
、カラーキャリアＤ１及び側帯波Ｂが大きく存在せる。

次に本実施例における動作について説明する。

第１図に示した本実施例は固体撮像素子出力信号をサン
プルホールド回路２及び３に供給して各々１個おきの画
素出力信号をサンプルホールドして、前記２個のサンプ
ルホールド回路出力信号ヲ異なる比率で加算し、カラー
キャリアを相殺するとともに輝度信号帯域内に混入する
カラーキャリアの側帯波を除去して折り返し歪のない良
好な輝度信号を得るものである。

固体撮像素子出力信号は第２図Ｃに示したように灰色あ
るいは白色の被写体像を撮像した状態でも変調色信号成
分が存在している（（１）式、（２）式参照）。つまり
水平方向に隣接する撮像素子出力信号量はバランスして
いない。第２図Ｃに示した撮像素子出力信号をサンプル
ホールド回路２及び３へ供給し、パルス発生器１７から
出力されるサンプリングパルスによりサンプルホールド
する。すンプルホールド回路２に供給されるサンプリン
グパルスは第３図ｅに示す位相のパルスであり、サンプ
ルホールド回路３に供給されるサンプリングパルスは第
３図ｆに示す位相のパルスである。サンプリングパルス
ｅとｆは１８ｏＯの位相差を有している。前記のサンプ
リングパルスにより入力信号をサンプルホールドした出
力信号はサンプルホールド回路出力端子８，９から得ら
れる。サンプルホールド回路２の出力信号は第２図すに
示す波形、サンプルホールド回路３の出力信号は第２図
ｑに示す波形となる。これら２つのサンプルホールド回
路出力信号を加算器１ｏに供給し、加算器出力信号に対
する２つの入力信号の比率が同一となるように、すなわ
ち、第２図ｉに示すＹ　−Ｙ’及びｚ−ｚ’の期間に変
調色信号成分（カラーキャリア）が発生しないように前
記２つのサンプルホールド回路出力信号の比率を変えて
加算する。第３図ｉはそのようにして得られた加算器出
力信号の模式図である。

以上のようにして得られた加算器出力信号の高域成分を
第２図ｊに示す。この信号ｊは前記の高域成分を示した
波形ｄに比べて高域成分は大幅に少なくなっており、ま
た変調色信号成分はなくなっている。第３図すに加算器
１０に供給する信号の周波数スペクトラムを示す。第３
図すにおいてｈは第３図りの周波数スペクトラムであり
、第３図すのｑは第３図ｑの周波数スペクトラムである
。

第３図ｅ、ｆに示したようにサンプリングパルスに１８
００の位相差を持たせているため、側帯波等の位相は相
対的に反転する。また第３図すにおいては、加算器入力
端子であるため側帯波のレベルは異なっている。したか
って加算比率を変化させてｑ＋　ｈともに同一のレベル
となるように加算すれば側帯波は相殺され折り返し歪は
発生しなくなる。第３図Ｃに加算器出力信号の周波数ス
ベクＭＨｚ　　）以上の高域成分を除去し帯域制限した
信号をローパスフィルタ出力端子１６から得て、その信
号を輝度信号として用いる。

第１図で用いたサンプルホールド回路は周知のサンプル
ホールドでよい、また加算器は三端子式可変抵抗器の両
端から入力信号を供給し、中間タップから出力信号を得
るようにすればよい。

また色信号処理回路は第５図に示したものと同じでよい
。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、きわめて簡易
な構成で、輝度信号帯域内に発生する折り返し歪成分を
除去でき、折り返し歪のない良好な画質を得ることがで
きるので実用的にきわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における折り返し歪を除去する輝度信号
処理回路を示すブロック図、第２図は第１図における各
部の波形を示す図、第３図は第２図における周波数スペ
クトラムを示す図、第４図は固体撮像素子の画素と色フ
ィルタの関係を示す図、第５図は従来の技術による信号
処理方式を示すブロック図、第６図は第６図における固
体撮像素子出力信号の周波数スペクトラムを示す図、第
７図は従来の技術により折り返し歪が発生した輝　　　
　。 度信号の再生画（モニターテレビ画面）を示す図である
。 ２．３・・・・・サンプルホールド回路、１０・・・・
・・加算器、４，５・・・・・・信号入力端子、６，７
・・・・・・丈ンフリングパルス入力端子、８，９・・
・・・サンプルホールド回路出力端子、１１，１２・・
・・・信号入力端子、１３・・・・・・加算器出力端子
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｆＪ
ｊＪ図 第２図 秤量 第２図 碕間 埼「４ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二次元に配された複数の受光画素に対応して水平方向に
   ２画素の繰り返しを有する色フィルタを備えた固体撮像
   素子出力信号を２個のサンプルホールド回路により各々
   異なる１画素おきにサンプルホールドし、前記２個のサ
   ンプルホールド回路出力信号を異なる比率で加算し、前
   記加算して得た信号を、変調色信号の中心周波数以下の
   周波数帯域に帯域制限した信号を輝度信号として用いる
   事を特徴とするカラー固体撮像装置。