JPS623587A - 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、固体撮像素子を用いたカラー撮像装置に係シ
、特に色分離用の帯域フィルタを不要にし、偽色信号の
発生を少なく抑えた色信号復調回路を備えたカラー固体
撮像装置に関する。

（従来の技術） 電荷結合素子（以下ＣＯＤと略記する。）などの固体撮
像素子を１個用いてカラーテレビジョン信号を得る単板
カラー固体撮像装置は、固体撮像素子の出力信号から輝
度情報を表わす信号と色情報を表わす複数の信号を得る
ように構成されている。その−例として垂直相関周波数
分離方式が周知である。第６図にこの方式の単板カラー
固体撮像装置の一構成を示す。固体撮像素子１には透明
と黄、透明とシアンよう成る２種の色フィルタを重ね合
わせて構成された色フィルタアレイが被写体の実像を結
ぶ位置に置かれている。この色フィルタアレイによって
赤色光と青色光が空間変調され、空間変調の周波数で決
まる搬送波成分（以下変調成分と略記する。）として低
域の輝度信号成分と周波数多重イヒして撮像素子１から
出力される。

この撮像素子１の出力信号を低域フィルタ２と帯域フィ
ルタ３で低域成分と変調成分とに分離し、分離した変調
成分と、これを１水平走査期間（以下ＩＨと略記する。

）の遅延線４で遅延した成分との加算信号及び減算信号
を形成し、この加算及び減算信号を復調器５と６で復調
し、次に低域フィルタ７．８を通して赤及び青信号を取
り出している。この２つの原色信号と前記低域成分とを
用い通常のプロセス回路９．１０．１１及びカラーエン
コーダ１２によってカラーテレビジョン信号を形成して
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 前記第６図に示した従来技術に於て、固体撮像素子１は
周知の通シナイキスト周波数付近でのＭ　Ｔ　Ｆ　（Ｍ
ｏｄｕｊａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎａｆｅｒ　Ｆ’ｕｎｃｔ
ｉｏｎ　）が高く、被写体の水平方向の輪郭部に於て固
体撮像素子の水平方向に隣り合った２画素間で非常に大
きな振幅変化を持って出力信号が得られる。この大きな
振幅変化によって、変調成分を分離する帯域フィルタ３
でリンギングが生じ、これが偽色信号となって画質を劣
化させる。

さらに、固体撮像素子１の出力信号は固体撮像素子１を
駆動するクロックパルスに同期して得られるパルス振幅
変調信号（以下ＰＡＭ信号と略記する。）であシ、映像
信号成分の他にクロックノイズ成分を含んでいる。そこ
で、変調成分を分離する帯域フィルタ３は、とのＰＡＭ
信号からクロックノイズ成分を十分除去できるように通
過帯域外減衰量が大きなものとしなければならない。従
って、第６図の従来方式では帯域フィルタの構成が複雑
になる。また、通過帯域外減衰量が不十分な場合には、
前記のＰＡＭ信号を一旦クロックノイズ成分を除去する
低域フィルタに加えた後に帯域フィルタで変調成分を分
離するような構成や、あるいはＰＡＭ信号を一旦サンプ
ルホールドして映像信号成分のみを分離した後に帯域フ
ィルタで変調成分を分離するような構成にするなど、ク
ロックノイズ成分を除去する手段が必要で、構成が複雑
になる。このように、第６図の方式の従来のカラー固体
撮像装置には、変調成分を分離する帯域フィルタ３に起
因して偽色信号が発生し、また変調成分の復調回路が複
雑であるという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、前記の欠点を除去し、偽色信
号の発生が少く、変調成分の復調回路の構成が簡単なカ
ラー固体撮像装置の提供にある。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
、色フィルタが水平と垂直方向に所定の繰返し周期で配
列されてなる色フィルタアレイが組み合わされ、輝度情
報を表わす信号に色情報を表わす複数の信号が前記色フ
ィルタアレイの水平方向の繰返し周期を周期とする変調
成分として周波数多重化されて得られるように構成され
た固体撮像素子を備えるカラー固体撮像装置であって、
前記固体撮像素子の出力信号の極性を前記色フィルタア
レイの水平方向の繰返し周期に同期し−で画素ごとに交
互に反転させ、前記極性反転された信号の平均値として
前記色情報を表わす複数の変調成分を分離復調して得る
ことを特徴とする。

（作用） 本発明は上述した従来の問題点を解決するために変調成
分の分離を帯域フィルタを用いずに行なうもので、固体
撮像素子からクロックパルスに同期して得られる出力信
号は色フィルタアレイの配列に従い時系列的に各色フィ
ルタに対応した出力となるからこの色フィルタアレイ配
列の繰返し周期に同期して出力信号を色フィルタごとに
極性反転させ、次にこの極性反転された出力信号を低域
フィルタを通すことによって変調成分を分離するように
構成したものである。前述の手段によれば、異なる色フ
ィルタごとの極性反転により、各色フィルタの互いに共
通して透過し得る色光成分に対応する出力信号成分が互
ｒに打消し合って消去され、出力信号の互いに異なる成
分すなわち変調成分のみを分離して得ることができる。

従って、従来変調成分の分離に用いられていた帯域フィ
ルタが不要になり、前述した従来の欠点が解決される。

（実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図である。図
に於て固体撮像素子１３には第２図に一例として示す配
列の色フィルタアレイが組合わされている。第２図の色
フィルタアレイはフレーム蓄積方式の配列であり、図の
通シ垂直方向４画素、水平方向２画素を単位とする繰返
し配列となっており、Ａフィールドでは奇数番目の列、
Ｂフィールドでは偶数番目の列をそれぞれ読み出してイ
ンターレースするようになされている。各色フィルタは
第ｎ番目の走査線に透明−緑（Ｗ−Ｇ）、第ｎ＋１番目
の走査線にシアン−黄（ＣＹ−Ｙａ）が配列されており
、この色フィルタアレイの例では赤色光が透過可能なＷ
及びＹｅフィルタが走査線ごとに逆位相となった市松配
置とし、青色光が透過可能なＷ及びＣＹフィルタが走査
線ごとに同位相となった縦配置としているから、各走査
線の出力信号に含まれる変調成分は第ｎ番目の走査線で
は青と赤の和信号（Ｂ＋Ｒ）、第ｎ＋１番目の走査線で
は差信号（Ｂ−Ｒ）となっている。

第１図の構成図に於て前記色フィルタアレイを組合わさ
れた固体撮像素子１３の出力信号は変調成分を分離する
ための復調回路１４に供給される。

復調回路１４は固体撮像素子１３の出力信号の極性を前
記色フイルタプレイの繰返し周期、すなわち変調成分の
繰返し周期と同期して反転させる極性反転回路１５、駆
動回路１６及び低域フィルタ１７で構成されている。第
２図の色フィルタアレイの例に於ては水平方向に２画素
を単位とする繰返しで色フィルタが配列されているから
変調成分の繰返し周期は固体撮像素子１３を駆動する水
平クロックパルス周期の２倍となっている。駆動回路１
６は固体撮像素子１３を駆動すると共に水平クロックパ
ルスの２倍の周期を持つクロックパルスを極性反転回路
１５に供給する。

第３図（ａ）〜（ｄ）は復調回路１４の動作を説明する
波形図である。同図（ａ）は固体撮像素子１３の出力信
号を示す。図は固体撮像素子１３がＣＣＤである場合の
波形を示す。図（ａ）に於て、周知の通り期間Ｔ１はリ
セット期間、Ｔ１はフィードスルー期間、Ｔ、は出力期
間である。またで４は水平クロックパルス周期でＴ４の
周期ごとに各画素の信号が出力される。図（ａ）に示す
出力信号は前記第２図の第ｎ番目の走査線の場合を示し
、１画素ごとにＷフィルタに対応するＷ信号とＧフィル
タに対応するＧ信号の繰返しとなっている。

次に同図（ｂ）は、駆動回路１６から極性反転回路１５
に供給されるクロックパルスを示す。前記の通シその周
期Ｔ、は水平クロックパルス周期Ｔ４の２倍となってい
る。極性反転回路１５はこのクロックパルスに従って固
体撮像素子１３の出力信号を１画素ごとにＷ信号だけそ
の極性を反転させ、同図（Ｃ）に示す出力信号を得る。

この出力信号は図のようにＷ信号が正極性、Ｇ信号が負
極性となっている。その結果Ｗ信号に含まれているＲ、
　　Ｇ。

Ｂの３原色光全てに対応する信号成分の内Ｇに対応する
信号成分が前記負極性のＧ信号と互いに打消し合い、図
（Ｃ）で示される出力信号の平均値はＷ−Ｇで示される
値となる。この平均値は前記した変調成分Ｂ−１−Ｈに
等しい。従って、極性反転回路１５の出力信号を低域フ
ィルタ１７に供給し、高周波成分を除去すれば同図（ｄ
）に示されるような復調された変調成分Ｂ十Ｒ信号が得
られる。

次に第ｎ＋１番目の走査線からは全く同様にして変調成
分Ｂ−Ｒ信号を復調して得ることができる。

復調回路１４から走査線ごとに線順次に得られるＢ−１
−Ｒ信号とＢ−Ｒ信号は次にＩＨ遅延線１８で遅延され
る。遅延された信号は次に遅延しない元の信号と加算及
び減算される。この加算によって、Ｂ＋Ｒ信号とＢ−Ｒ
信号の互いに逆相成分のＲ成分が消去されて、Ｂ信号が
分離して得られ、同様に減算によって互いに同相成分の
Ｂ成分が消去されて、Ｒ信号が分離して得られる。なお
、ＩＨ遅延線１８Ｕ低域の信号を遅延可能な遅延線を用
いる必要がある。

加算及び減算によって分離されたＲ及びＢ信号は固体撮
像素子１３の出力信号を低域フィルタ２を通すことによ
って得られる輝度信号と共に用いてカラーテレビジョン
信号を形成する。なお第１図の符号２と９〜工２で示す
構成要素は前記第６図の従来例で述べた構成要素と同じ
く低域フィルタ、プロセス回路、カラーエンコーダであ
るので同一符号を付して説明を省略する。

（実施例２） 第４図は本発明の第２の実施例を示す構成図である。本
実施例は、固体撮像素子から得られる変調成分が互いに
異なる２種類の色差信号となるような色フィルタアレイ
を用いるものである。この方式には、例えば首根らによ
りテレビジョン学会技術報告昭和５８年３月ＶＵＬ　６
．　Ａ４５１７）２３頁〜２８頁に「フィールド読出し
方式ＣＯＤのカラー画像評価」と題して発表された論文
に於て、２Ｒ−Ｇ及び２Ｂ−Ｇで表わされる２つの色差
信号を走査線ごとに線順次に取り出し、これらをＩＨ遅
延させて同時化する方式のカラー撮像装置が示されてい
る。

第５図はこの方式の色フィルタアレイの配列を示すもの
である。この色フィルタアレイは、フィールド蓄積方式
の配列で、図に示される通り奇数番目の列にはＹ、とＣ
Ｙフィルタを水平方向に１画素ごとに交互に配列し、偶
数番目の列にはマゼ／り（Ｍｙ）とＧフィルタを水平方
向には１画素ごとに交互で、かつ２列目と４列目で互い
ＫＭＪＩとＧを１８０°入れ替えて配列している。

第４図の構成図に於て、第５図の色フィルタアレイを組
み合わされた固体撮像素子１９は垂直方向の２画素の信
号を固体撮像素子内部で加え合わせて出力する。すなわ
ち、Ａフィールドの第ｎ番目の走査線ではＹｅ＋Ｍ、→
Ｃ！十Ｇ−＋Ｙｓ　＋　ＭＩＦ→・・・・・・の順序で
各色フィルタに対応する信号が加え合わされて出力され
、第ｎ＋１番目の走査線では同様にＹ６十〇＋Ｃ丁＋Ｍ
９→Ｙｅ＋Ｇ→・・・・・・の順序で各色フィルタに対
応する信号が加え合わされた出力信号が得られる。Ｂフ
ィールドに於てもＡフィールドと同じ組み合わせの順序
で出力信号が得られる。前記の各走査線の出力信号には
水平方向に２画素単位の繰返し周期の変調成分が含まれ
、この変調成分は第ｎ番目の走査線では（Ｙθ十Ｍｇ）
　−（Ｃ，−１−Ｇ　）＝　２　Ｒ−Ｇ、、第ｎ＋１番
目の走査線では（Ｙθ＋Ｇ）−（Ｃｙ＋Ｍｙ）＝（）−
２Ｂとなっている。

固体撮像索子１９から得られる出力信号は復調回路２０
に供給され、第１の実施例の場合と同様に極性反転回路
２１で駆動回路２２から供給される変調成分と等しい繰
返し周期を持ったクロックパルスに従って、１画素ごと
に極性が反転され、次いで低域フィルタ２３で高周波成
分を除去されて、前記の２Ｒ−ＧとＧ−２Ｂで表わされ
る２つの色差信号が走査線ごとに線順次に復調されて得
られる。

得られた色差信号は、白バランス回路２４で、固体撮像
素子１９の出力信号を低域フィルタ２５に通して得られ
る低域輝度信号と所定量加減算され、無彩色被写体を撮
像したとき色差信号が零となるように白バランスが調整
される。白バランス調整をされた色差信号は、次ＫＩＨ
遅延線と切り換えスイッチで構成される同時化回路２６
で、走査線ごとに得られる線順次信号から同時に２つの
色差信号が得られるように同時化される。

得られた２つの色差信号と低域フィルタ２及びプロセス
回路１１によって得た輝度信号とを用い、カラーエンコ
ーダ２７でカラーテレビジョン（を号を形成する。なお
、低域フィルタ２とプロセス回路１１け前記第６図の従
来例の構成要素と同一である。

（発明の効果） 以上本発明を２つの実施例によって説明したが、説明に
よって明らかにしたように、本発明は固体撮像素子の出
力信号に含まれる変調成分を分離復調する際に変調成分
の繰返し周期と同期して１画素ごとに交互に出力信号の
極性を反転し、水平方向に隣シ合った２画素の互いに共
通して含まれる信号成分を打ち消して変調成分を得るも
のである。

そこで、本発明によれば、従来変調成分を分離するため
に必要であった帯域フィルタを無くすことができるから
、クロックノイズ成分を除去する必要性から構成が複雑
であった従来例に比較し、構成を非常に簡略化でき、な
おかつ帯域フィルタに起因する偽色信号の発生が除去さ
れた鮮明なカラー画像が得られるカラー固体撮像装置が
実現できる。

なお、実施例の説明では変調成分の繰返し周期は２画素
率位であったが、これは４画素、６画素あるいはそれ以
上を繰返し単位としても同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図は
その実施例で用いる色フィルタアレイの配列を示す模式
図、第３図（ａ）〜（ｄ）は第１図実施例の動作を説明
する波形図、第４図は本発明の第２の実施例を示す構成
図、第５図はその第２の実施例で用いる色フィルタアレ
イの配列を示す模式図、第６図は従来のカラー固４木撮
像装置を示す構成図である。 図に於て、１．　１３１　１９は固体撮像素子、２は低
域フィルタ、３は帯域フィルタ、４はＩＨ遅延線、５，
６は復調器、７，８は低域フィルタ、９．１０．１１は
プロセス回路、１２はカラーエンコーダ、１４ｅ２０は
復調回路、１５．２１は極性反転回路、１６．２２は駆
動回路、１７．２３は低域フィルタ、１８．ＩＨ遅延線
、２４は白バランス回路、２５は低域フィルタ、２６は
同時化回路、２７はカラーエンコーダである。 代理人　　弁理士　　本　庄　伸　介 第２図 第５図 Ｂフ４−ルト ＴＩＴ２Ｔ３　　　　　　　Ｔ４ ンＯ Ｊ４＋Ｉｓめに３ａ４− 俣茅１ωバ勤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 色フィルタが水平と垂直方向に所定の繰返し周期で配列
   されてなる色フィルタアレイが組み合わされ、輝度情報
   を表わす信号に色情報を表わす複数の信号が前記色フィ
   ルタアレイの水平方向の繰返し周期を周期とする変調成
   分として周波数多重化されて得られるように構成された
   固体撮像素子を備えるカラー固体撮像装置に於て、前記
   固体撮像素子の出力信号の極性を前記色フィルタアレイ
   の水平方向の繰返し周期に同期して画素ごとに交互に反
   転させ、前記極性反転された信号の平均値として前記色
   情報を表わす複数の変調成分を分離復調して得ることを
   特徴とするカラー固体撮像装置。