JPS63141484A - 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〕 本発明は撮像装置に関し、特に、画素が平面内に配列さ
れた一枚の撮像素子から３原色信号を取り出すいわゆる
単板式撮像装置の改良を図ったものである。

〔従来の技術〕

まず、従来例のこの種装置の構成の概要を説明する。

単板式撮像装置において、撮像素子の画素を覆う色フィ
ルターとして、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）を用いる
原色方式と、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）を用いる補色方式があり、原色方式は色再現性や
色のＳ／Ｎが良く補色方式は感度がよいのが一般的な特
徴である。

したがって、色再現性や色のＳ／Ｎを重視する場合には
、通常原色方式が用いられる。

原色方式の従来例を第５図に示す。本従来例では、撮像
素子から−たん緑、赤および青の３原色信号を取り出し
て、これから輝度信号と色差信号を作り出すものである
。

第５図において、５０１は撮像素子、５０２は１水平走
査期間（ＩＨ）遅延線、５０３　、５０４　。

５０５および５０６はサンプルホールド（ＳＨ）回路、
５０７は混合回路、５１３，５１４および５１５は低域
通過フィルター（ＬＰＦ）、５２０はプロセス回路であ
る。

この撮像装置の撮像素子に用いられるカラーフィルター
の一例を第４図（Ａ）および（Ｂ）に示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

つぎに図面を参照しながら、従来例の問題点を説明する
。

第４図（八）および（Ｂ）　に示すカラーフィルターは
、共にいずれも緑（Ｇ）の画素は、水平方向にも、垂直
方向にも、１画素間隔の割合で配置されているが、赤（
Ｒ）または青（Ｂ）の画素は、その１画素間隔の割合が
大きいために色モワレと云われる画質の劣化を生じ易い
。

第４図（八）の場合は、ＲまたはＢの画素が水平方向に
４画素間隔で配置されており、第４図（Ｂ）の場合は、
垂直方向に４画素間隔で配置されている。

したがフて、被写体の像は撮像面で、Ｇの成分が１画素
間隔でサンプリングされるが、ＲまたはＢの成分は水平
または垂直方向に対して４画素間隔でサンプリングされ
る。

解像度については、Ｇの成分が支配的であるから、Ｇの
画素のサンプリング周期で考えればよいが、色について
は当然のことながら、ＧのほかにＲおよびＢも含めたサ
ンプリング周期で考えなければならない。

したがって、解像度がよく、しかも色モワレが少ない撮
像装置が望まれるわけであるが、この従来例の場合は、
どちらか一方の特性を犠牲にしなければならない。

色モワレがないことを優先して設計すれば、サンプリン
グ定理より第４図（Ａ）　に示す色フィルターを用いる
場合は、水平方向に８画素の周期以下の細かい成分のレ
スポンスがないような特性の光学フィルターを設けなけ
ればならない。

また、第４図（Ｂ）　に示す色フィルターを用いる場合
は、垂直方向に８画素の周期以下の細かい成分のレスポ
ンスがないような特性の光学フィルターを必要とする。

しかし、このような場合にはその限界解像度は、画素間
隔の８倍までの周期成分しか得られず、これより細かい
模様は解像できないことになる。

一方、解像度を優先して設計すれば、Ｇの画素周期の２
倍までの周期成分が解像できるようになるが、画素間隔
の８倍以下の細かい周期成分の模様が撮像面に結像して
いる場合には、色モワレとなって映像にあられれる。

通常は、解像度を優先して考えられるので、色モワレの
問題が犠牲となって残される。

上述した光学フィルターの特性を画素間隔の逆数を単位
として、結像面の空間周波数であられし、撮像素子面上
のレスポンスとの関係であられすと第６図のようになる
。

図中、破線で示されるのが色モワレをなくするための光
学フィルター、実線で示されるのが解像度優先の光学フ
ィルターの特性である。

また、この従来例の信号の読出し方は、奇数フィールド
で偶数列の画素の信号を、偶数フィールドで奇数列の画
素の信号を読出す方式を用いているので、Ｇの信号を得
るためにＩＨ遅延線を必要とする。

そこで、本発明の目的は、上述した従来例の欠点を除去
しようとするものである。すなわち、色モワレによる画
質劣化を軽減し、かつ、１水平走査期間の遅延線を不要
とする撮像装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） このような目的を達成するために、本発明では、撮像素
子の構成として、水平方向に緑と赤に感度を有する画素
を交互に配置した画素列と、青と緑に感度を有する画素
を交互に配置した画素列とを、垂直方向に交互に配置す
る平面撮像素子板を用いて奇数列の画素の出力を第１の
信号母線に取り出し、偶数列の画素の出力を第２の信号
母線に取り出すようにする。

すなわち、本発明は、横方向に、緑と赤に感度を有する
画素を交互に配置した画素列と、横方向に、青と緑に感
度を有する画素を交互に配置した′画素列とを、縦方向
に、交互に２次元配置した撮像素子を有する撮像装置に
おいて、奇数列の画素の出力を第１の信号母線に取り出
す第１の取出手段と、偶数列の画素の出力を第２の信号
母線に取り出す第２の取出手段と、奇数列の緑の画素の
信号を読み出す第１のタイミングにサンプリングを行な
う第１のサンプルホールド手段と、奇数列の赤の画素の
信号を読み出す第１のタイミングと逆位相の第２のタイ
ミングによりサンプリングを行なう第２のサンプルホー
ルド手段と、偶数列の緑の画素の信号を読出す第２のタ
イミングによりサンプリングを行なう第３のサンプルホ
ールド手段と、偶数列の青の画素の信号を読出す第１の
タイミングによりサンプリングを行なう第４のサンプル
ホールド手段と、第１および第３のサンプルホールド手
段からの出力を混合して緑成分の信号を取り出す第３の
取出手段と、第２のサンプルホールド手段から赤成分の
信号を取り出す第４の取出手段と、第４のサンプルホー
ルド手段から青成分の信号を取り出す第５の取出手段と
を具えたことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明によれば、緑の画素は連続して取り出され、赤お
よび青の画素は１画素間隔で交互に取り出すことができ
、色フィルターの良好な特性に合った信号処理を行うこ
とができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明の実施例を第１図、第２図および第３図を用いて
説明する。

第１図は、本発明の撮像装置に塔載される撮像素子に用
いられ、その画素を覆う３原色カラーフィルターの一実
施例の配列図であり、既にベイアー配列として知られて
いるものである。

第２図は本発明による一実施例の構成を示すブロック図
、第３図は本発明による一実施例の動作を示すサンプリ
ングタイミングの波形図である。

第２図において、２００は撮像素子、２０１および２０
２はそれぞれ第１および第２の信号母線である。

２１１．２１２，２１３および２１４はそれぞれ第１、
第２、第３および第４のサンプラーであり、撮像素子２
００の画素から読み出された信号をサンプルホールドす
る。

２２１．２２２および２２３は低域通過フィルタであり
、それぞれＧ、ＲおよびＢ各信号成分の搬送周波数を除
去する。

２３０はプロセス回路、２５１は混合回路である。２６
１〜２７２はスイッチであり、各画素信号を取り出す走
査を行なう。２８１〜２９２は画素であり、それぞれ配
列された色フィルタで覆われ、緑、赤および青の色信号
を生み出す。

以下に、第２図について動作を説明する。

撮像素子２００の点線で囲まれる中の各画素は、第１図
に示された３原色カラーフィルターで覆われている。

２８１．２８３，２８７，２８９は奇数列〔第（２ｎ−
１）列、ｎ：自然数〕の緑（Ｇ）のフィルターで覆われ
た画素、２８２，２８８は奇数列（（２ｎ−１）列〕の
赤（Ｒ）のフィルターで覆われた画素を示し、ＧとＲと
は交互に水平方向に配置されている。

また２８４，２８６，２９０，２９２は偶数列〔第２ｎ
列〕の青（Ｂ）のフィルターで覆われた画素、２８５，
２９１は偶数列〔第２ｎ列〕の緑（Ｇ）のフィルターで
覆われた画素を示しており、ＢとＧとは交互に水平方向
に配置されている。

そして奇数列のＧと偶数列のＧとは水平方向に１画素ず
れている。

また、２０１は奇数列の画素の信号を読み出すための第
１の信号母線、２０２は偶数列の画素の信号を読み出す
ための第２の信号母線を示している。

２６１〜２７２は各画素と第１および第２の信号母線と
をそれぞれ接続あるいは遮断するためのスイッチを示し
ており、これらのスイッチを順次開閉することより走査
が行なわれる。

また第１の信号母線２０１に接続される２１１は第１の
サンプラー、２１２は第２のサンプラー、第２の信号母
線２０２に接続される２１３は第３のサンプラー、２１
４は第４のサンプラーをそれぞれ示している。

２５１は第１および第３のサンプラーの出力を混合する
混合器、２２１はＧの成分の搬送周波数を除去するため
のフィルター、２２２および２２３は、それぞれ、赤お
よび青の信号成分の補間な行なうための低域通過フィル
ター、モして２３０はプロセス回路を示している。

第１〜第４のサンプラー２１１，２１２゜２１３および
２１４にそれぞれ供給されている二種類のサンプリング
パルスＳＰＩおよびＳＦ３は第３図に示すように互に逆
位相のタイミングパルスである。

以下、この本実施例についてその動作を詳しく説明する
。

撮像面の走査は垂直方向の隣り合う２列の画素を同時に
読出すようにする。２フイールドで１フレームを構成す
る方式の場合を例にとると、奇数フィールドでは第２列
と第３列、第４列と第５列・・・すなわちｎを自然数と
すると第２ｎ列と第（２ｎ＋１）列の画素を同時に読出
す。

また、偶数フィールドでは、−列ずらして、第１列と第
２列との１水平走査周期の半分の位置から始めて、第３
列と第４列、・・・（２ｎ−１）列と２ｎ列との画素を
同時に読出す。

たとえば、テレビジョンのＮＴＳＣ方式の場合、水平走
査線は奇数フィールドと偶数フィールド合せて５２５木
であるが、実際には、垂直ブランキング期間があり、画
面に表われる有効走査線数は４８８本乃至４８９木であ
る。オプチカルブラックを含めると、垂直方向に５００
画素程度必要となる。

したがって、例えば垂直方向に５０１列設けて、奇数フ
ィールドで、第２列と第３列から始めて、第５００列と
第５０１列まで読出し偶数フィールドで第１列と第２列
から始めて第４９９列と第５００列までそれぞれ同時に
読出す。

このような読出し方式は、撮像管を用いるカメラの場合
の走査ビームによるターゲット膜面の信号読出しの方法
と殆んど同じであり、それらの実績から残像が少なく、
解像度劣化も少ないことが知られている。

以下に、撮像素子からの信号の読出し方式について説明
する。

奇数フィールドの場合、スイッチ２６４と２６７とを同
時に閉じて、第２ｎ列の第１行に位置するＢの画素２８
４の信号を第２信号母線２０２に読出し、第（２ｎ＋１
）列の第１行に位置するＧの画素２８７の信号を第１の
信号母線２０１に読出す。

次にスイッチ２６５と２６８とを同時に閉じて第２ｎ列
の第２行に位置するＧの画素２８５の信号を母線２０２
に、第（２ｎ＋１）列の第２行に位置するＲの画素２８
８の信号を母線２０１に読出す。同じ動作を繰返して第
２ｎ列と第（２ｎ＋１）列との同時読出しを行なう。

そして第５００列と第５０１列の水平走査期間の中間位
置まで、このような動作を繰返して奇数フィールドの信
号読出しを終え、ついで、偶数フィールドの読出しに診
る。

偶数フィールドでは第１列と第２列との水平走査期間の
中間位置の画素から読出しを始める。そして第（２ｎ−
１）列と第２ｎ列の読出しに移りスイッチ２６１と２６
４とを同時に閉じて第（２ｎ−１）列の第１行に位置す
るＧの画素２８１の信号を母線２０１に読出し、第２ｎ
列の第１行に位置するＢの画素２８４の信号を母線２０
２に読出す。

次にスイッチ２６２と２６５とを同時に閉じて第（２ｎ
−１）列の第２行に位置するＲの画素２８２の信号を母
線２０１に読出し、第２ｎ列の第２行に位置するＧの画
素２８５の信号を母線２０２に読出す。以下同じ動作を
繰返して第（２ｎ−１）列と第２ｎ列との同時読出しを
行なう。

そして、第４９９列と第５００列まで、このような動作
を繰返して、偶数フィールドの信号読出を終える。

第１の信号母線２０１には、パルスＳＰＩでサンプリン
グされるサンプラー２１１と、パルスＳＰ２でサンプリ
ングされるサンプラー２１２とを接続し、第２の信号母
線２０２には、パルスＳＰ２でサンプリングされるサン
プラー２１３と、パルスＳＰ２でサンプリングされるサ
ンプラー２１４とを接続している。

このサンプリングパルスＳＰ１は水平方向の奇数行の画
素の読出し時間に対応しＳＦ３は偶数行の画素の読出し
時間に対応している。

すなわち、第（２ｎ−１）列、第１行のＧの画素２８１
のスイッチ２６１と、第２ｎ列第１行のＢの画素２８４
のスイッチ２６４とを同時に閉じている時間内に、母線
２０１に読出されているＧの信号を、パルスＳＰＩでゲ
ートされるサンプラー２１１でサンプリングし、母線２
０２に読出されているＢの信号を、パルスＳＰＩでゲー
トされるサンプラー２１４でサンプリングする。

そして次のタイミングすなわち第（２ｎ−１）列第２行
のＲの画素２８２のスイッチ２６２と第２ｎ列第２行の
Ｇの画素２８５のスイッチ２６５とを同時に閉じている
時間内に母線２０１に読出されている赤の信号を、パル
スＳＰ２でゲートされるサンプラー２１２でサンプリン
グし、母線２０２に読出されているＧの信号を、パルス
ＳＰ２でゲートされるサンプラー２１３でサンプリング
する。

上述したものは偶数フィールドの読出しに対応するサン
プリングの説明であるが、奇数フィールドの読出しに対
応するサンプリングについても同様の構成、同様のタイ
ミングで読出し動作が行なわれる。

パルスＳＰＩでサンプリングするサンプラー２１１とＳ
Ｆ３でサンプリングするサンプラー２１３には、画素の
奇数行と偶数行に対応するＧの信号が読み出されており
、これらを混合するだけでＧの信号が作られる。

したがってＩＨ遅延線を用いる必要がない。そして画素
ピッチに対応する周波数成分を除去するフィルター２２
１を介してＧの出力信号が得られる。

またサンプラー２１２でサンプリングされるＲの信号と
サンプラー２１４でサンプリングされるＢの信号はそれ
ぞれＧの半分の帯域の低域通過フィルター２２２と２２
３を介して出力される。

このようにして得られた３原色の信号をプロセス回路２
３０により処理してビデオカメラ、の出力とする。

以上の説明で明らかなように、本発明による撮像装置は
水平、垂直方向に１画素ピッチてＧの画素が存在するた
めに解像度は画素ピッチで決まり、ＲおよびＢの画素は
２画素ピッチで存在するため色モワレが従来の方法に比
べて極めて小さく、しかも、緑の信号を得るためにＩＨ
遅延線を用いる必要がない。

なお、撮像素子を覆う色フィルターとして、奇数列と、
偶数列とを入れ換えた構成、すなわち、奇数列に青、緑
の繰返し、偶数列に緑、赤の繰返しのものを用いた構成
の場合、第２図に示す実施例において、サンプラー２１
１〜２１４に供給するサンプリングパルスＳＰ１とＳＦ
３を入れ換えれば同じ出力が得られる。

また、色フィルターとして赤と青を入れ換えた場合、出
力の赤と青が入れ換わるだけである。

これらのことは、本発明による考え方の域を出るもので
はない。

〔発明の効果） 以上から明らかなように本発明によれば、色モワレが少
なく、かっ色再現性がよい撮像装置が得られ、さらに色
信号処理に１水平走査期間遅延線を用いないで済ませる
ことのできる撮像装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における撮像素子用カラーフィルタの
一実施例の構成を示す配列図、第２図は、本発明による
一実施例の構成を示すブロック図、 第３図は、本発明による一実施例の動作を示す波形図、 第４図（Ａ）および（Ｂ）は、従来の撮像素子用カラー
フィルタの一例の構成を示す配列図、第５図は、従来の
撮像装置例の構成を示すブロック図、 第６図は、従来例の光学フィルタの通過域を示す特性図
である。 ２００．５０１・・・撮像素子、 ５０２・・・ＩＨ遅延線、 ２０１．２０２・・・信号母線、 ２１１．２１２，２１３，２１４，５０３゜５０４．５
０５，５０６・・・サンプラー（ＳＨ回路）、 ２２１．２２２，２２３，５１３，５１４゜５１５・・
・低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、２３０．５２０・・・
プロセス回路、 ２５１．５０７・・・混合回路、 ２６１、　２６２．　２６３．　２６４．　２６５゜２
６６、　２６７、　２６８．　２６９．　２７０゜２７
１．２７２・・・スイッチ、 ２８１、　２８２．　２８３．　２８４．　２８５゜２
８６、　２８７．　２８８．　２８９．　２９０゜２９
１．２９２・・・画素。 本七口月１３わ・ける撮像系手用カラ！カルタの一莢太
乞イ列め才背久を示す配列図 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 横方向に、緑と赤に感度を有する画素を交互に配置した
   画素列と、横方向に、青と緑に感度を有する画素を交互
   に配置した画素列とを、縦方向に、交互に２次元配置し
   た撮像素子を有する撮像装置において、 奇数列の画素の出力を第１の信号母線に取り出す第１の
   取出手段と、 偶数列の画素の出力を第２の信号母線に取り出す第２の
   取出手段と、 奇数列の緑の画素の信号を読み出す第１のタイミングに
   サンプリングを行なう第１のサンプルホールド手段と、 奇数列の赤の画素の信号を読み出す前記第１のタイミン
   グと逆位相の第２のタイミングによりサンプリングを行
   なう第２のサンプルホールド手段偶数列の緑の画素の信
   号を読出す前記第２のタイミングによりサンプリングを
   行なう第３のサンプルホールド手段と、 偶数列の青の画素の信号を読出す前記第１のタイミング
   によりサンプリングを行なう第４のサンプルホールド手
   段と、 前記第１および前記第３のサンプルホールド手段からの
   出力を混合して緑成分の信号を取り出す第３の取出手段
   と、 前記第２のサンプルホールド手段から赤成分の信号を取
   り出す第４の取出手段と、 前記第４のサンプルホールド手段から青成分の信号を取
   り出す第５の取出手段と を具えたことを特徴とする撮像装置。