JPS6319995A - 固体カラ−テレビジヨンカメラ - 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】 本発明は、プリズム及びダイクロイック膜で構成された
三色分解光学系と三個の固体撮像素子を用いた三板式カ
ラーテレビジョンカメラに関するものである。

従来の技術 従来は、被写体像よシ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。固体撮像素子としては、受光
部も信号読出し部も電荷結合素子から成るＣＯＤ型撮像
素子、あるいはホトダイオードを多数格子状に配列し、
各接点に読出スイッチを設け、これを順次切り換えなが
ら映像信号を得るＭＯ３型撮像素子、あるいは受光部は
ホトダイオード、信号読出し部はＣＯＤにより構成され
た撮像素子などがある。前記の受光部がホトダイオード
、信号読出し部はＣＯＤによシ構成された撮像素子も一
般にはＣＯＤ型固体撮像素子と呼ばれている。これらの
素子の構造および動作については周知であるので説明は
省略する。

高画質のカラーテレビジｇ／信号を必要とする放送用あ
るいは業務用カラーテレビジョンカｙ’−ｙとしては、
三板式固体カラーテレビジョンカメラがある。

三板式固体カラーテレビジョンカメラは、上記のような
固体撮像素子を３個と、プリズム式三色分解光学系を用
いて、被写体像を撮像し、電気回路処理によりカラーテ
レビジョン信号を得ている。

これは従来の撮像管を３本用いる３管式カラーテレビジ
ョンカメラとよく似た構成である。

一方、画質は実用に支障の無い程度として、取扱いの簡
単な事が重要視される簡易形のカラーテレビジョンカメ
ラとしては、単板式カラーテレビジョンカメラがある。

単板式固体カラーテレビジコンカメラは、上記のような
固体撮像素子を１個と、固体撮像素子の受光部に対応し
た複数の色フイルタアレイを用いて、被写体の持つ色情
報を空間的に変調し、前記固体撮像素子の出力信号を電
気回路処理してカラーテレビジョン信号を得ている。こ
れは従来の撮像管を１本用いる単管式カラーテレビジョ
ンカメラとよく似た構成である。

前記高品質のカラーテレビジョンカメラはその価格が高
いため生産台数は簡易形のカラーテレビジョンカメラに
比べて１パ一セント程度の生産台数である。昭和６１年
では高品質のカラーテレビジョンカメラの生産台数は３
万台以下であるのをこ対し簡易形のカラーテレビジョン
カメラは３００万台以上生産されている。

一方、固体撮像素子は撮像管に比べて、その取扱いが簡
単で動作等が安定なため業務用や一部の放送用カラーテ
レビジョンカメラに導入が試みられている。

固体撮像素子は他の半導体製品と同様、半導体プロセス
によシ製作されるため同一品種を大量生産する事により
単価を安くする事が可能である。

そのため前記の三板式カラーテレビジョンカメラに用い
る固体撮像素子も単板式カラーテレビジョンカメラに用
いる固体撮像素子と同一品種の固体撮像素子とすること
が望ましく仮に、三板式カラーテレビジョンカメラ専用
の固体撮像素子を製作すればその固体撮像素子は極めて
高価なものとなってしまう。

単板式カラーテレビジョンカメラの撮像素子を含めた光
学系の概略は周知であるが第３図を用いてその概略を説
明する。

第３図において１は被写体、２は撮像レンズ、３は色フ
イルタアレイ、４は受光部がホトダイオード、信号読出
し部はＣＯＤにより構成された撮像素子（以後、ＣＯＤ
と略す）である。色フイルタアレイ３はＣＯＤの受光部
に対応して配置されており、色フイルタアレイ３とＣＣ
Ｄ４とは極めて接近して配置されている。被写体１から
の光情報は撮像レンズ２、色フイルタアレイ３を介して
ＣＣＤ４の受光部に結像される。ｃａｎＯ光電変換面に
は第３図Ｂに示したように倒立した被写体像が結像され
る。第３図Ｂにおいて４はＣＯＤ固体撮像素子のチップ
、５は光電変換面であり前記光電変換面には受光部と信
号電荷の垂直転送段が集積されている、６は信号電荷の
水平転送段、７は信号電荷の検出部であり光電変換によ
り得られた信号電荷を信号電圧に変換する。

固体撮像素子は、被写体像を光電変換する機能と走査す
る機能を有する。光電変換は受光部で行い、走査は信号
電荷の転送にょシおこなうが、この走査はテレビジョン
の走査方向と同一でなければならない。従って信号電荷
の転送方向は一義的に決る。つまり光電変換によシ得ら
れた信号電荷は第３図Ｂに矢印で示したように、画面の
垂直方向及び水平方向に転送され電荷検出部から信号電
圧として取シ出される。カラーテレビジョンカメラでは
撮像素子の出力信号を電気回路で処理を行い標準カラー
テレビジョン信号ヲ得る。

三管式カラーテレビジョンカメラに用いられているプリ
ズムとダイクロイック膜を用いた三色分解光学系の原理
は特公昭３８−２３７２４に示されている。しかしなが
ら前記プリズムを用いた三色分解光学系はプリズムの光
路中に空気層が必要な為安定性に問題があることが特開
昭５０−１６６１８等に示されている。つまシ光路中に
空気層の必要なプリズム式三色分解光学系は空気層に混
入する塵を原因とする画ｆ９の傷の発生、機械的振動に
ょシ第１のプリズムと第２のプリズムの平行度のズレを
原因とする色シェーディングの発生等の問題があシ、そ
の為必然的に高価であった。

ところで、固体撮像素子を業務用や一部の放送用カラー
テレビジョンカメラに導入する試みが行われているのは
前述のとおりである。これらのカラーテレビジョンカメ
ラは特に高品質が要求されるスタジオカメラに比較して
、画質が多少劣ってもカメラの機動性や安定性が極めて
重要となる。

そのためカラーテレビジョンカメラの形状、重量、取扱
いの簡便さ、安定性、価格に注意が払われることになる
。前記の条件が存在する上記カラーテレビジョンカメラ
に前記の空気層を有するプリズム式三色分解光学系を用
いる事は得策とならない。

その為、前記の各項目を考慮して提案された三板式カラ
ーテレビジＮ／カメラの光学系の一例を第４図に示す。

第４図において、１は被写体、２は撮像し／ズ、８〜１
０はプリズム、１１〜１３はＣＣＤ１１４−　は青反射
のダイクロイック膜、１６は赤反射のダイクロイック膜
である。プリズム８〜１０は互いに接着されている。前
記の如き三色分解光学系において、被写体１からの光情
報は撮像レンズ２を介して第１のプリズム８に入射し青
反射のダイクロイック膜１４により青色光を鎖線人の方
向に分離する、第１のプリズム８を通過した光は第２の
プリズム９に入射し赤反射のダイクロインク膜１５によ
シ赤色光を鎖線Ｂの方向に分離する、第２のプリズム９
を通過した光は第３のプリズム１０ｉＣ入射し、ガラス
と空気界面による全反射により緑色光を鎖線Ｃの方向に
反射する。各プリズムの射出面にはＣ０Ｄ１１〜１３が
配置されている。

各Ｃ０Ｄ１１〜１３の光電変換面には第４図Ｂに示した
ように倒立した被写体像が結像される。

第４図Ｂに示した三色分解光学系は入射光をダイクロイ
ック膜で１回反射しているため第３図Ｂに示した被写体
像に対して左右（水平方向）が逆となる。

撮像素子と被写体像が第４図Ｂの関係のままで第４図Ｂ
に示した方向に信号電荷を転送し走査を行えば、テレビ
ジョンの走査と垂直方向の走査の関係は一致するが、水
平方向の走査はテレビジヨンの走査方向と逆の関係とな
り標準方式のカラーテレビジョンカメラとしては成立し
なくなる。

上記問題を解決するための従来の方法としては、水平方
向の電荷転送を、第３図に示したものと逆方向に行うＣ
ＣＯを用いれば前記問題点は解決できる。また別の方法
としては第４図で示した各プリズム８〜１ｏの射出面か
ら得られた被写体像を更に１回、鏡により反射させて被
写体像を撮像素子に照射させる方法がある。

発明が解決しようとする問題点 前記の解決方法では簡易形カラーテレビジョンカメラに
用いるＣＯＤと同一品種のＣＯＤを用いることが出来ず
、三板カラーテレビジコンカメラ専用のＣＯＤを製作し
なければならない。その結果三板カラーテレビジョンカ
メラ専用のＣＯＤの単価は高価なものとなってしまう。

また第４図で示した各プリズム８〜１０の射出面から得
られた被写体像を更に１回、鏡により反射させて被写体
像を撮像素子に照射させればプリズムに反射用の面を設
けなければならないのでプリズムが大きくなシ高価とな
る等の問題がある。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明の固体カラーテレビ
ジョンカメラは倒立実像を撮像した場合に標準のテレビ
ジ＝Ｉ／と走査方向が適合する固体撮像素子を用い、前
記固体撮像素子の受光面と撮像レンズとの間に奇数回の
反射を行うプリズム式三色分解光学系を配置して被写体
を撮像し、撮像素子出力信号を電気回路処理して標準カ
ラーテレビジョン信号を得る際、前記電気回路処理して
得られた信号を切り換え器、メモリー回路を用いて水平
方向の走査を逆方向に変換することにより標準のテレビ
ジョンの水平走査に適合した標準カラーテレビジョン信
号を得る。

作用 上記構成によれば、倒立実像を撮像した場合の標準のテ
レビジ＝Ｉ／と走査方向が適合するＣＯＤを用い、前記
ＣＯＤの受光面と撮（Φレンズとの間に奇数回の反射を
行うプリズム及びダイクロイック膜から構成された三色
分解光学系を配置して被写体を撮像し、ＣＯＤ出力信号
を第１の切り換え器を介して第１のメモリー回路に記憶
させ、次の水平走査の期間に第２の切り換え器を介して
第２のメモリーに記憶させると同時に前記第１のメモリ
ーに記憶させた前記ＣＯＤの出力信号を記録した順番と
逆の順番に読み出すことにより、標準のテレビジョンの
水平走査と逆に水平走査しているカラーテレビジョン信
号の水平方向の走査を正規の走査方向に変換し標準のテ
レビジョンの水平走査に適合した標準カラーテレビジョ
ン信号を得る。

実施例 以下、本発明の第１の実施例を第１図に基づいて説明す
る。

第１図は本発明における三板式カラーテレビジョンカメ
ラの光学系、信号処理系の構成図である。

第１図において、１は被写体、２は撮像レンズ、８〜１
ｏは青、赤、緑の各色について１回の反射を行うプリズ
ム、１１．１３はＣＯＤ、１４は青反射のダイクロイッ
ク膜、１６は赤反射のダイクロイック膜である。プリズ
ム８〜１０は互いに接着されている。１６はパルス発生
器、１７〜１９は増幅器、２０はマトリックス回路、２
１は変調器、２２は加算器、２３は切り換え器、２４．
２６はメモリー、２６は切り換え器、２７は信号出力端
子である。

被写体像１は撮像し／ズ２およびプリズム８〜１ｏ、ダ
イクロイック膜１４．１５を介してＣ０Ｄ１１〜１３の
受光面に結像される。各ＣＯＤ出力信号は各々増幅器１
７〜１９に供給され任意の信号振幅に増幅される、増幅
器出力信号はマトリックス回路２０に供給され輝度信号
Ｙ１色度信号工。

Ｑに変換される。色度信号Ｉ、Ｑは変換器２１に供給さ
れ色副搬送波によシ変調され変調色信号となる、前記変
調色信号と輝度信号Ｙは加算器２２に供給されカラーテ
レビジョン信号となる、加算器出力信号は切り換え器２
３．２６を介してメモリー２４若しくはメモリー２５に
供給される、メモ！Ｊ−２４，メモリー２５の出力信号
は切り換え器２６若しくは切り換え器２３を介して信号
出力端子２７から出力信号として取シ出される。パルス
発生器１６からはＣＯＤ　、変調器、切り換え器。

メモリーにそれぞれ必要なパルスが供給されている。

次に本発明による実施例の動作について説明する。

被写体１からの光情報は撮像レンズ２．プリズム８〜１
０．グイクロイック膜１４１１６により青、赤、緑の各
色成分に分離されＣＣＤ１１〜１３の受光面に王立の実
像として結像される。Ｃ０Ｄ１１〜１３は前述の倒立実
像を撮像した場合に標準のテレビシコンと走査方向が適
合するものである。前記ＣＯＤの出力信号を増幅器１７
〜１９により任意の信号振幅に増幅し、前記増幅器出力
信号をマトリックス回路２０に供給し青、赤、緑の各色
成分を適切な比率で演算することにより輝度信号Ｙ１色
度信号Ｉ、Ｑをえる。色度信号Ｉ、Ｑを変調器２１に供
給し互いに９０度位相の異なった色副搬送波により各々
変調し変調色信号を得る。

前記変調色信号と輝度信号Ｙを加算器２２に供給しカラ
ーテレビジョン信号を得る。この時点ては水平方向の走
査はテレビジョンの走査方向と逆の関係となり標準方式
のカラーテレビジョン信号としては成立していないこと
になる。

それゆえ、前記加算器２２で得られたカラーテレビジョ
ン信号を切り換え器２３を介して１水平期間にわたって
記憶するメモリー２４に供給し１水平期間の前記カラー
テレビジョン信号を記憶させる。連続する次の１水平期
間の前記カラーテレビジョン信号を切り換え器２６を介
してメモリー２５に供給し１水平期間の前記カラーテレ
ビジョン信号を記憶させる。この時メモリー２４に記憶
された前記カラーテレビジョン信号をメモリー２４に記
録した順番と逆の順番に読み出し、切り換え器２６を介
して信号出力端子２７から出力信号として取りだす。更
に連続する次の１水平期間では、１水平期間の前記カラ
ーテレビジョン信号を切り換え器２６を介してメモリー
２４に供給し１水平期間の前記カラーテレビジョン信号
を記憶させる。

この時メモリー２５に記憶された前記カラーテレビジョ
ン信号をメモリー２５に記録した順番と逆の順番に読み
出し、切り換え器２３を介して信号出力端子２７から出
力信号として取り出す。

このようにすればカラーテレビジタン信号の水平方向の
走査を正規の走査方向に変換でき標準のテレビジョンの
水平走査に適合した標準カラーテレビジョン信号を信号
出力端子２７からえることができる。

ここでメモ！Ｊ−２４，２５は双方向に信号を転送する
ことのできるＣＯＤを用いた１水平期間遅延線で構成す
ることができる。

以下、本発明の第２の実施例を第２図に基づいて説明す
る。

第２図は本発明における三板式カラーテレビジョンカメ
ラの光学系、信号処理系の構成図であシ、第１の実施例
と異なるのは信号処理をディジタル回路で行っている。

第２図において、１は被写体、２は撮像レンズ、８〜１
０は青、赤、緑の各色について１回の反射を行うプリズ
ム、１１〜１３はＣＣＩ）、１４は青反射のダイクロイ
ック膜、１６は赤反射のダイクロイック膜である。プリ
ズム８〜１ｏは互いに接着されている。１６はパルス発
生器、１７〜１９は増幅器、３１はマトリックス回路、
３２は変調器、３３は加算器、３４は切り換え器、３５
．３６はメモリー、３７は切り換え器、２７は信号出力
端子、２８〜３０は人／Ｄ変換器、３２はＤ／Ａ変換器
である。

被写体像１は撮像レンズ２およびプリズム８〜１０、ダ
イクロイック膜１４，１．５を介してＣ０Ｄ１１〜１３
の受光面に結像される。各ｃａｐ出力信号は各々増幅器
１７〜１９に供給され任意の信号振幅に増幅される。増
幅された信号はム／Ｄ変換器２８〜３０に供給され任意
のビット数に量子化される。人／Ｄ変換器出力信号はデ
ィジタル回路で構成された７２ックス回路３２に供給さ
れ輝度信号Ｙ９色度信号Ｉ、Ｑに変換される。色度信号
１．Ｑはディジタル回路で構成された変調器３２に供給
され色副搬送波によシ変調され変調色信号となる。前記
変調色信号と輝度信号Ｙはディジタル回路により構成さ
れた加算器３３に供給されカラーテレビジョン信号とな
る。加算器出力信号はディジタル回路で構成された切り
換え器３４若しくは３７を介してメモリー３５若しくは
３６に供給される。メモＩＪ−１３６，メモリー３６の
出力信号は切り換え器３７若しくは３４を介してＤ／Ａ
変換器３７に供給されＤ／ム変換され信号出力端子２７
かも出力信号として取り出される。

パルス発生器１６からはＯＣＤ　、変調器、切り換え器
、メモ！Ｊ−、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／ム変換器にそれぞれ
必要なパルスが供給されている。

次に本発明による第２の実施例の動作について説明する
。

被写体１からの光情報は撮像レンズ２．プリズム８〜１
０．ダイクロイック膜１４．１５によシ青、赤、緑の各
色成分に分離されＣＧＤｌ　１〜１３の受光面に倒立の
虚像として結像される。Ｃ０Ｄ１１〜１３は前述の倒立
実像を撮像した場合に標準のテレビジョンと走査方向が
適合するものである、前記ＣＯＤの出力信号を増幅器１
７〜１９により任意の信号振幅に増幅し、前記増幅器出
力信号をム／Ｄ変換器２８〜３ｏに供給し任意のビット
数に量子化する。ム／Ｄ変換器出力信号をディジタル回
路で構成されたマトリック回路３２に供給し青、赤、緑
の各色成分を適切な比率で演算することにより輝度信号
Ｙ１色度信号Ｉ、Ｑをえる。

色度信号Ｉ、Ｑをディジタル回路で構成された変調器３
２に供給し互いに９０度位相の異なった色副搬送波によ
り各々変調し変調色信号を得る。前記変調色信号と輝度
信号Ｙをディジタル回路で構成された加算器３３に供給
しカラーテレビジョン信号を得る。この時点では水平方
向の走査はテレビジョンの走査方向と逆の関係となり標
準方式のカラーテレビジタン信号としては成立していな
いことになる。

それゆえ、前記加算器３３で得られたカラーテレビジョ
ン信号をディジタル回路で構成された切り換え器３４を
介してディジタル回路で構成されたメモリー３６に供給
し１水平期間の前記カラーテレビジタン信号を記憶させ
る。

連続する次の１水平期間の前記カラーテレビジョン信号
を切り換え器３７を介してメモリー３６に記憶させる。

この時メモリー３５に記憶された前記カラーテレビジジ
ン信号はメモリー３５に記録した順番と逆の順番に読出
し、切り換え器３４を介してＤ／ム変換器３８に供給し
アナログ信号の出力信号として取シ出す。更に連続する
次の１水平期間では、１水平期間の前記カラーテレビジ
ョン信号を切り換え器３７を介してメモリー３６に供給
し１水平期間の前記カラーテレビジジン信号を記憶させ
る。この時メモリー３６に記憶された前記カラーテレビ
ジョン信号はメモリー３６に記憶された順番と逆の順番
に読み出され前記切り換え器３７を介して信号出力端子
２７から出力信号として取り出す。

このようにすればカラーテレビジジン信号の水平方向の
走査を正規の走査方向に変換でき標準のテレビジョンの
水平走査に適合した標準カラーテレビシラン信号を信号
出力端子２７からえることができる。

ここでメモ！Ｊ−３５，３６は双方向に信号を転送する
ことのできるシフトレジスタで構成することができる。

実施例１，２では固体撮像素子出力信号をカラーテレビ
ジョン信号に変換した後で切り換え器。

メモリー回路を用いて水平走査の走査方向を逆方向に変
換したが、撮像素子出力信号を切り換え器。

メモリー回路を用いて水平走査の走査方向を逆方向に変
換し、その後、電気回路による信号処理を行い標準カラ
ーテレビジョン信号を得ても良いことは明白である。

例えば、第２図における各ム／Ｄ変換器２８〜３ｏの後
に切り換え器３４．３７及びメモリー回路３５．３６を
各々設け、水平走査方向を逆方向に変換した信号を得、
その後電気回路による信号処理を行えばよい。

発明の効果 以上述べた如く本発明によれば、倒立実像を撮像した場
合に標準のテレビジョンと走査方向が適合するＣＯＤを
用いることができるので簡易形カラーテレビジョンカメ
ラに用いるＣＯＤと同一品種のＣＯＤを用いることが出
来るので安価なＣＣＩ）を三板式カラーテレビジョンカ
メラに使用することができる。その結果カラーテレビジ
ョンカメラの価格を安くすることが可能となる。さらに
空気層のないプリズムを使用することが出来るためカラ
ーテレビジョンカメラの安定性１機動性、形状。

重量に有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における固体カラーテレ
ビジョンカメラのブロック図、第２図は本発明の第２の
実施例における固体カラーテレビジョンカメラのブロッ
ク図、第３図は単板式カラーテレビジａ　／カメラの構
成図、第４図は空気層の無いプリズム式三色分解光学系
を示す構成図である。 ８〜１ｏ・・・・・・プリズム、２４．２５・・・・・
・メモリー、２３　、２６・・・・・・切り換え器、１
１〜１３・・・・・・ａｎ０ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名□＼ 区　　　　　　　　　　　　　　　＼−第　３　図 （Ａ’）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 倒立実像を撮像した場合に標準のテレビジョンと走査方
   向が適合する二次元固体撮像素子を用い、前記固体撮像
   素子の受光面と撮像レンズとの間に三色について各々奇
   数回の反射を行うプリズム式三色分解光学系を配置し、
   前記固体撮像素子の出力信号を第１の切り換え器を介し
   て第１のメモリー回路に記憶させ、次の水平走査の期間
   に第２の切り換え器を介して第２のメモリーに記憶させ
   ると同時に、前記第１のメモリーに記憶させた信号を記
   録した順番と逆の順番に前記第１の切り換え器を介して
   読み出すことを特徴とする固体カラーテレビジョンカメ
   ラ。