JPS6338920B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＸ−Ｙダイオードマトリツクスや電荷
結合素子（CCD）の如き固体撮像板を使用した
カラー固体撮像装置に関するものである。

この種のカラー固体撮像装置として、単一の撮
像板を用い、水平走査方向に沿つてR.B.Gの光透
過フイルタストライプを繰返し配列したカラース
トライプフイルタを重畳し、水平走査によつて得
られるR.B.Gの順次信号から各色成分信号を分離
し、カラー信号を発生するカラーテレビジヨンカ
メラが知られている。この所謂単板式カラーカメ
ラは３つの撮像板を用いてR.B.Gの信号を個々に
取出すカラー固体撮像装置に比べレジストレーシ
ヨンの問題もなく、小型カラーテレビジヨンカメ
ラとして有用である。しかしながらこのような単
撮像板式カラーカメラで解像度の向上を図るため
には、水平方向の画素数を増加せざるを得ず、こ
のために集積度を上げるか撮像面積を増さねばな
らない。しかしこの高集積化には製造技術上の多
くの問題があるためにできるだけ小面積、少素子
数の撮像板で可能なカラー化の方式が望まれる。

このためにより小面積、少素子数で実効的に解
像度の向上が可能な方式の一例として特願昭50−
128752号が提案されている。

その内容の概略を第１図、第２図で説明する。

第１図はモザイク状カラーフイルタと撮像板の
フオトダイオードの配列を示しこのフイルタと固
体撮像板とは対応しており、この中で１は赤Ｒフ
イルタ、２は緑Ｇフイルタ、３は輝度特性又は全
光透過Ｙフイルタであり、４はフオトダイオード
である。赤Ｒフイルタ、緑Ｇフイルタ、全色透過
Ｙフイルタにそれぞれ対応したフオトダイオード
からの出力信号をそれぞれＲ，Ｇ，Ｙとすれば水
平ライン毎にＲ，Ｙ，Ｒ，Ｙ……の列とＧ，Ｙ，
Ｇ，Ｙ……の列の点順次信号が交互に得られる。

この信号を図示すると第２図のようになる。同
図においてａはＲ，Ｙ，Ｒ，Ｙ……の列を示し、
ｂはＧ，Ｙ，Ｇ，Ｙ……の列を示す。

これらのａおよびｂの波形を低域成分と変調成
分で表現すると、各々以下のようになる。

Sa＝１／２（Ｒ＋Ｙ）＋１／２（Ｒ−Ｙ）sinwt Sb＝１／２（Ｇ＋Ｙ）＋１／２（Ｇ−Ｙ）sinwt 次にこれらの信号から色信号成分としての色差
信号（Ｒ−Ｙ）、（Ｇ−Ｙ）を得て標準カラーテレ
ビジヨン信号に変換するブロツクダイヤグラムを
第３図に示す。

同図において５は第１図で示したモザイク状カ
ラーフイルタを配した固体撮像板であり、その出
力信号の一方のサンプリング回路６で輝度信号成
分の部分のみをサンプリングし、ローパスフイル
タ７を介して高周波成分を除去し輝度信号（この
例ではＹ）とする。

また、撮像板５より得られた信号のうちもう一
方は水平サンプリング周波数の1/2の周波数を中
心とするバンドパスフイルタ８を介してモザイク
状色フイルタで変調された高周波成分のみを分離
し（（Ｒ−Ｙ）sinwtと（Ｇ−Ｙ）sinwt）、同期
検波回路９で同期検波することにより水平ライン
毎に色差信号（Ｒ−Ｙ）と（Ｇ−Ｙ）を得、これ
をローパスフイルタ１０を介して高周波を除去し
た後スイツチ回路１２に供給し、同時に１水平期
間遅延線１１により遅延された信号をスイツチ回
路１２に加え、ここで線順次色差信号を連続した
二つの色差信号に直し、更に一方の色差信号を増
幅器１３により増幅もしくは減衰し２つの色差信
号を適当な比率に調整した後カラーエンコーダー
１４に供給し標準カラーテレビジヨン信号を得
る。なお、１５はパルス発生器であり、この出力
信号を固体撮像板に加えて駆動させると共に、こ
れと同期関係にあるパルスをサンプリング回路６
及び同期検波回路９及びスイツチ回路１２にも供
給している。このようにすれば、輝度信号の帯域
巾は色光に無関係に常に水平サンプリング周波数
の1/4となる。

次に、実際に色差信号を得るための色分解光学
系の説明を以下に述べる。

第４図に一般的なＸ−Ｙダイオードマトリツク
ス方式の撮像板の分光感度特性を示す。撮像板は
波長400nmから1200nmの広範囲にわたつて感度
を有している。この分光特性とカラーテレビジヨ
ンカメラの照明として最も一般的に用いられてい
る第５図に示した色温度3200゜Kのエネルギーの
分光特性を乗算しその結果の最大値を100％とし
て正規化した撮像板の分光感度特性を第６図に示
す。この時点における分光感度は波長400nmから
1100nmまで存在するが、カラーテレビジヨンカ
メラに必要な分光感度は400nmから700nmまでで
あるため第７図ｃ，ｄに示す２枚の赤外線除去フ
イルタを重ねて使用することにより700nm以上の
波長のエネルギーを除去する。このようにして得
られた撮像板の分光感度特性を第８図に示す。こ
の第８図の分光感度特性に第９図に示した赤透過
フイルタｅ、緑透過フイルタｆの分光特性を各々
乗算することにより第１０図に示す分光特性を有
する赤信号ｇ、緑信号ｈを得、全色透過部から得
られる信号ｉを輝度信号として用いる。そして赤
信号ｇと輝度信号ｉの差を色差信号（Ｒ−Ｙ）、
緑信号ｈと輝度信号ｉの差を色差信号（Ｇ−Ｙ）
とする。

この従来例の場合のホワイトバランスのとり方
に関しては、たとえば3200゜Kの白黒被写体を撮
像した時に赤信号ｇと緑信号ｈの差をなくすに
は、第９図に示した色フイルタｅ，ｆの透過率を
変化させればよい。また赤信号及び緑信号と輝度
信号との間にレベル差が生じないように、第１図
に示す全色透過フイルタ３はその光の透過幅を狭
くし、輝度信号の量を第１０図に示すように赤信
号ｇ：緑信号ｈ：輝度信号ｊ＝１：１：１となる
ようにしている。

つまり、従来はホワイトバランスをとるために
各フイルタの透過率や開口率の値をその形状にて
設定していた。

しかしながら、このようにある色温度に対して
ホワイトバランスがとれるように設定しても、実
際にカラーテレビジヨンカメラを使用する場合に
照明の色温度を3200゜Kの一定に保つことは難し
い。例えば太陽光の下で撮像する場合には、照明
の色温度は2000゜Kから10000゜K程度まで刻々と変
化する。従つて第１０図に示した3200゜Kを標準
状態として設計したテレビジヨンカメラで
5000゜Kの照明下の無彩色の被写体像を撮像すれ
ば、第５図に示すように3200゜Kと5000゜Kとは光
源の分光特性が変化し、被写体のR.G.Bの比率が
大幅にずれ、その結果ホワイトバランスがくずれ
青みがかつたカラー画像となる問題があつた。

従つて本発明は、色温度の変化に極めて容易に
対応出来る信号処理機能を有する色差順次方式の
カラー固体撮像装置を提供するものである。

以下、更にこの色温度の変化に対する色差順次
方式のカラー固体撮像装置のホワイトバランスの
とり方について具体的に色温度が3200゜Kから
5000゜Kに変化した場合について、３つの実施例
について説明する。

まず、従来例と同一のフイルタ構成の実施例に
ついて述べる。

第１０図は、第１図の如き撮像板と色フイルタ
の組み合わせにより、１水平走査線毎に異なつた
色差信号を得る色差順次方式の固体撮像装置を用
いて、色温度3200゜Kの照明で照らされた無彩色
の被写体を撮像した場合に、各撮像素子の出力信
号の大きさが等しい状態、即ちホワイトバランス
が合つている状態を示したものである。このとき
各擦像素子の出力信号の比率はｈ：ｊ：ｇ＝１：
１：１であり、輝度信号ｊを構成する三原色の比
率は赤：緑：青＝0.3：0.6：0.1（各々赤、緑、青
に相当する波長700〜600、600〜500および500〜
400の輝度信号の面積比）となつている。

この状態から照明の色温度を5000゜Kに変えて
無彩色の被写体を撮像した場合の撮像特性を第１
１図に示す。色温度が高くなるため第１０図の場
合に比べて短波長側の色信号成分が多くなり、各
撮像素子の撮像特性は第１１図ｋ，ｌ，ｍのよう
になる。

このとき各撮像素子の出力信号の比率は、ｋ：
ｌ：ｍ＝0.7：１：1.2となり輝度信号ｍを構成す
る三原色の比率は赤：緑：青＝0.2：0.5：0.3とな
つている。（面積比） 一方色差信号は輝度信号Ｙの大きさに比べて相
対的に赤信号が小さくなり、緑色信号が大きくな
るため、3200゜Kでホワイトバランスが合つてい
た状態からバランスがくずれて、撮像板５のｎ(H)
とｎ＋１(H)の水平走査線の出力信号から得られる
色差信号（Ｒ−Ｙ）および（Ｇ−Ｙ）は、各々
（0.7R−Ｙ）（＝０）と（1.2G−Ｙ）（＝０）とな
り、白黒被写体であるにもかかわらず色差信号が
現われてしまう。

なおここで、ホワイトバランスをとるというこ
とは、無彩色の被写体を撮像した時の色差信号を
零とすることであり、つまり、前記の色差信号に
おいてホワイトバランスがとれている状態では次
の関係が満たされている。

3200゜Kでホワイトバランスがとれている時は、
ｎ(H)の水平走査線の出力信号から得られる色差信
号（Ｒ−Ｙ）は、 （Ｒ−Ｙ）＝Ｒ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） （∵Ｙ＝0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.7R−0.6G−0.1B ＝０（∵Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：
１） 即ち、（Ｒ−Ｙ）信号は零である。

また、同様にして、ｎ＋１(H)の水平走査線の出
力信号から得られる色差信号（Ｇ−Ｙ）は、 （Ｇ−Ｙ）＝Ｇ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.4G−0.3R−0.1B ＝０ 即ち、（Ｇ−Ｙ）信号も零である。

ところが、このままで色温度が5000゜Kに変化
すると、各々の水平走査線より得られる色差信号
（Ｒ−Ｙ）および（Ｇ−Ｙ）は、各々（0.7R−
Ｙ）（≠０）と（1.2G−Ｙ）（≠０）となつてし
まう。そこで、本発明者は、この色差信号に含ま
れるたとえば輝度信号Ｙを用いて、各水平走査線
からの色差信号毎に以下のようにしてホワイトバ
ランスを電気的にとり得ることを見い出した。

つまり、（0.7R−Ｙ）、（1.2G−Ｙ）というよう
にホワイトバランスの崩れた色差信号のホワイト
バランスの補正は次式に示すようにＹ信号をホワ
イトバランスの崩れた色差信号に演算することに
より行なうことができる。

ｎ(H)の水平走査線からの色差信号に関しては、
（0.7R−Ｙ）±△（Ｙ）として以下のホワイトバ
ランスの補正を行なう。

△を0.3とし、（0.7R−Ｙ）から0.3Yを減算すれ
ば、 （0.7R−Ｙ）−（0.3Y） ＝0.7（Ｒ−Ｙ） ＝0.7（Ｒ−0.2R−0.5G−0.3B） ＝0.56R−0.35G−0.21B ＝０（∵Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１） となり（Ｒ−Ｙ）信号は零となる。

（但しＹ＝0.2R＋0.5G＋0.3B、色温度5000゜K
で） 同様にｎ＋１(H)の水平走査線が３の色差信号に
関しては、（1.2G−Ｙ）±△（Ｙ）として以下の
ホワイトバランスの補正を行なう。

△を0.2とし、（1.2G−Ｙ）に0.2Yを加算すれば （1.2G−Ｙ）＋（0.2Y） ＝1.2（Ｇ−Ｙ） ＝1.2（Ｇ−0.2R−0.5G−0.3B） ＝0.6G−0.24R−0.36B となり（Ｇ−Ｙ）信号は零となる。

（但しＹ＝0.2R＋0.5G＋0.3B、色温度5000゜K
で） 即ち、ホワイトバランスを補正するには、各水
平走査線が３の各々の色差信号に対して、色差信
号（Ｒ−Ｙ）の方では輝度信号Ｙの量の元の70％
に減衰させ、もう一方の色差信号（Ｇ−Ｙ）の輝
度信号の量を元の120％に増幅すれば各色差信号
（Ｒ−Ｙ）、（Ｇ−Ｙ）は零となりホワイトバラン
スは補正されたことになる。

また、これらホワイトバランスの補正された色
差信号を用いて色差信号の同時化を行ない、電気
回路の簡易化を図ると共に被写体像の垂直エツジ
部に発生する色誤差信号を防止することがはじめ
て可能となる。

次にこの第１の実施例のカラー固体撮像装置の
ブロツク図を第１２図に示し、その各部の波形を
第１３図に示す。

第１２図に於いて番号５〜１４で示す構成要素
は第３図で説明したものと全く同一であるのでそ
の説明は省略する。１６はゲート回路、１７，１
８は増幅器、１９，２０は加算器、２１は増幅器
１７，１８の制御回路である。ゲート回路１６は
ローパスフイルタ７の出力信号をパルス発生回路
１５から供給されるゲートパルスの極性により増
幅器１７もしくは１８へ弁別している。前記ゲー
ト回路１６には１水平周期毎に極性が反転するゲ
ートパルスが供給されている。ここでは、奇数番
目の水平走査では正方向のパルスであり、偶数番
目の水平走査では負方向のパルスである。ゲート
回路１６は正方向のパルスが供給された時は入力
信号を増幅器１７へ供給し、負方向のパルスが供
給された時は入力信号を増幅器１８へ供給する。
前記増幅器１７，１８は入力信号に対して出力信
号の極性及び増幅度が任意に設定できる型式のも
のである。制御回路２１は前記増幅器１７，１８
の極性及び増幅度を独立に設定する制御回路であ
る。加算器１９，２０はローパスフイルタ１０の
出力信号と前記増幅器１７，１８の出力信号を加
算するものである。１水平期間遅延線１１、スイ
ツチ回路１２は色差信号を同時化するものであ
る。

次に動作について説明する。

いま、画面の右半分が白で、左半分が黒の無彩
色の被写体像を色温度5000゜Kの光源で照明し、
第１２図に示すカラー固体撮像装置で撮像したと
きの各部の信号波形を模式的に第１３図に示す。
前記被写体を撮像した時の輝度信号用ローパスフ
イルタ７の出力信号は第１３図ａに示す形とな
る。ここでｎ(H)は奇数番目の水平走査線を示し、
ｎ＋１(H)は偶数番目の水平走査線を示している。
ｎ(H)の水平走査線からは（Ｒ−Ｙ）の色差信号が
得られ、ｎ＋１(H)の水平走査線からは（Ｇ−Ｙ）
の色差信号が得られる。

前述のように、第１２図に示したカラー固体撮
像装置は色温度3200゜Kの光源で照明した時にホ
ワイトバランスが合つているとすれば、色温度
5000゜Kの光源で照明された被写体像を撮像した
場合にはホワイトバランスが崩れている。従つて
色差信号用ローパスフイルタ１０の出力信号はｎ
(H)、ｎ＋１(H)の水平走査線においてそれぞれ
（0.7R−Ｙ）と（1.2G−Ｙ）となる。これを模式
的に示すと第１３図ｂのようになる。

第１３図ｂにおいてｎ(H)では色差信号が負方向
に、ｎ＋１(H)では色差信号が正方向に各々現れ
る。一方ゲート回路１６により１水平走査線毎に
交互に増幅器１７，１８に弁別された輝度信号は
それぞれ第１３図ｃ，ｄに示したようになる。こ
れらの輝度信号は増幅器１７，１８で振幅及び極
性がそれぞれ調整されて第１３図ｅ，ｆに示す波
形（これが補正信号である）となる。前記増幅器
１７，１８の出力信号はそれぞれ加算器１，２０
に供給され、第１３図ｂに示す色差信号と加算さ
れる。その結果第１３図ｇに示すように色差信号
が零となり、ホワイトバランスが補正される。前
記ホワイトバランスの補正された色差信号を１水
平走査期間遅延線１１及びスイツチ回路１２に供
給し、スイツチ回路１２により切り換えることに
より色差信号の同時化をおこなつている。

本実施例によれば、色差信号を構成する輝度信
号成分の大きさを調整することにより、ホワイト
バランスを補正している。そのため照明の色温度
が変化しても簡単にホワイトバランスを合わせる
ことができる。

本発明では、輝度信号成分をゲート回路１６に
より１水平走査線毎に増幅器１７及び１８に交互
に弁別した後、信号量を所定の大きさに調整する
と共に信号の極性を調整して補正信号を得て、ホ
ワイトバランスの崩れた色差信号に加算しホワイ
トバランスの調整を行なつている。

そのため、ホワイトバランスの崩れた色差信号
を同時化し、補正信号を、輝度信号を１水平走査
期間遅延線を用いて遅延した信号と遅延しない輝
度信号とにより得て、前記ホワイトバランスの崩
れた色差信号に対して加算もしくは減算すること
によりホワイトバランスを調整する方法（図示せ
ず）に比べて１水平走査期間遅延線が不必要であ
り回路の簡易化が図れる。また前記のホワイトバ
ランスの補正方法ではｎ＋１(H)の水平走査により
得た色差信号のホワイトバランスの補正にｎ(H)と
ｎ＋１(H)の輝度信号成分を用いるため、特に被写
体像の垂直エツジ部ではホワイトバランスが完全
に補正されずその結果、被写体像の垂直エツジ部
に色差信号が発生する。本発明ではホワイトバラ
ンスの補正された色差信号を同時化しているた
め、被写体像の垂直エツジ部に色誤差信号が発生
することはない。

本実施例ではサンプリングにより分離された輝
度信号Ｙを用いてホワイトバランスを補正した
が、第２図ａ，ｂに示す出力信号からＹ信号成分
でなくＲ，Ｇ成分をサンプリングにより分離し補
正信号として用いてもよい。

次に、本発明の第２の実施例を第１４図〜第１
６図を用いて説明する。前述と同様に一例として
輝度信号を含む信号を補正信号として説明する
が、第１の実施例と異なる点は、カラーフイルタ
として第１４図に示すようなモザイクフイルタ２
３，２４，２５を用いている点、および第１６図
に示すように輝度信号をサンプリング回路６およ
びローパスフイルタ７を介してではなく、撮像板
５の出力を直接ローパスフイルタ２６を通して得
ている点であり、構成自体は第１の実施例と同じ
である。

第１４図において、２２は第１図に示した固体
撮像板のフオトダイオードを示し、モザイク状色
フイルタ２３，２４，２５がこのフオトダイオー
ドと一定の関係になるように重ねてある。このモ
ザイク状色フイルタの使用色フイルタの一例を示
すと２３は赤透過フイルタ、２４は緑透過フイル
タ、２５は輝度特性フイルタ又は全光透過フイル
タであり、水平ラインに沿つて受光素子２個に対
して３種類の色フイルタ１組の割合で配置されて
いる例えば第１の水平ラインでは輝度、緑、赤…
…の順に繰返して配置され、次の水平ラインには
輝度、赤、緑の順に繰返して配置され、これが垂
直方向に交互に繰返して設けられている。色フイ
ルタの巾は垂直方向では受光素子間隔と等しく或
は２：１インターレースの場合には受光素子間隔
の２倍にされており、水平方向では例えば一対の
受光素子の両方にまたがるある水平ラインの色フ
イルタの巾は次の水平ラインの同色フイルタと受
光素子の総合感度にほぼ等しく、かつ二つの受光
素子に各々ほぼ等分されるように決めて配置され
る。また白黒被写体に対して各フイルタを介した
受光素子の感度は各々ほぼ等しくすることが望ま
しく、このために各色フイルタの透過率を変化さ
せたり或は光通過巾を変えたりしてその目的を達
することができる。

第１５図は第１４図の固体撮像板で被写体像を
撮像したときの出力波形の模式図である。

第１５図においてＴの期間は１個の受光素子よ
り得る出力信号期間であり、実際にはパルス状に
生ずるが説明を簡単にするためにこのようにして
いる。

第１５図ａはある奇数番目ｎ(H)水平ラインの出
力信号波形であり、ｂは次の水平ラインｎ＋１(H)
の出力信号である。このうち２６は輝度特性又は
全光透過フイルタ部に相当する信号成分Ｙであり
２７は緑フイルタＧ、２８は赤フイルタＲ部に相
当する信号成分を示している。

いま、受光素子１個から得られる信号を１とし
て第１５図ａに示した信号を低域成分と変調色信
号成分で表わすと Sa＝１／２（１／３Ｇ＋２／３Ｒ＋１／３Ｇ＋２／３Ｙ
）＋１／２ （（１／３Ｇ＋２／３Ｒ）−（１／３Ｇ＋２／３Ｙ））
sinwt ＝１／３（Ｇ＋Ｒ＋Ｙ）＋１／３（Ｒ−Ｙ）sinwt となり、第１５図ｂに示した信号を低域成分と変
調色信号成分で表すと Sa＝１／２（１／３Ｒ＋２／３Ｇ＋１／３Ｒ＋２／３Ｙ
）＋１／２ （（１／３Ｒ＋２／３Ｇ）−（１／３Ｒ＋２／３Ｙ））
sinwt ＝１／３（Ｇ＋Ｒ＋Ｙ）＋１／３（Ｇ−Ｙ）sinwt と表すことができる。

前記の式から明らかなように低域成分はいずれ
の水平ラインにおいても全く同じであり、変調色
信号成分については水平ライン毎に交互に（Ｒ−
Ｙ）信号と（Ｇ−Ｙ）信号が生ずることになる。
この場合には前述の実施例のように輝度信号部分
Ｙのみをサンプリングして輝度信号を取出さなく
ても、水平ライン毎に振巾が変動するいわゆるラ
イン濃淡現象が生じないので、輝度信号は第１６
図に示すように、サンプリング周波数の１／２以下 を通過するローパスフイルタ２６を介するのみで
取出すことができ高解像の輝度信号を得ることが
できる。

以下、動作について説明する。

撮像板出力信号はローパスフイルタ２６に供給
され不必要な高域成分を除去した後、輝度信号と
して使用するためカラーエンコーダー１４に供給
される。

一方、撮像板出力信号に含まれる変調色信号は
バンドパスフイルタ８により分離した後、同期検
波器９に供給し同期検波する。前記、同期検波器
出力信号はその信号に含まれる不必要な高域成分
をローパスフイルタ１０により除去し色差信号
（（Ｒ−Ｙ）と（Ｇ−Ｙ））となる。さらに撮像板
出力信号は第１の実施例と同様にサンプリング回
路６により、第１５図に示したＴ期間の画素信号
を１画素おきにサンプリングし、その高域成分を
ローパスフイルタ７により除去した後、ゲート回
路１６に供給され１水平走査周期毎に増幅器１７
及び１８に弁別される。増幅器１７及び１８はは
制御回路２１から供給される制御信号により信号
の大きさ及び信号の極性が任意に調整される。前
記信号の大きさ及び信号の極性が調整された各信
号は加算器１９，２０に供給されホワイトバラン
スの崩れた色差信号と加算されたホワイトバラン
スの補正を行なう。前記増幅器１７及び１８の出
力信号がホワイトバランスの補正信号である。前
記ホワイトバランスの補正された色差信号を１水
平走査期間遅延線１１及びスイツチ回路１２に供
給し、スイツチ回路１２により切り換えることに
より色差信号の同時化をおこなつている。

ここで、撮像板出力信号を１画素おきにサンプ
リングして得た信号（（２／３Ｙ＋１／３Ｇ）および （２／３Ｙ＋１／３Ｒ））により各水平走査線毎にホワ
イ トバランスを補正する方法について詳細に説明す
る。

第１５図は有彩色の被写体像を撮像した時の撮
像素子出力信号波形である。

いま、色温度が3200゜Kの照明を用いて無彩色
の被写体像を照明し、第１５図に示した固体撮像
板で撮像したときにホワイトバランスが合つてい
る状態から、照明の色温度を5000゜Kに変えれば
当然ながらホワイトバランスは崩れてしまう。

ホワイトバランスが合つている状態において各
水平走査線毎に得られる色差信号（Ｒ−Ｙ）と
（Ｇ−Ｙ）は次にように表すことができる。

（Ｒ−Ｙ）＝Ｒ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.7R−0.6G−0.1B ＝０（∵Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１） 但し、Ｙ＝（0.3R＋0.6G＋0.1B） 同様に、 （Ｇ−Ｙ）＝Ｇ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.4G−0.3R−0.1B ＝０ 但し、Ｙ＝（0.3R＋0.6G＋0.1B） 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零となり色信号は現れない。

次に照明の色温度が5000゜Kに変化してホワイ
トバランスが崩れ、色差信号が各々（0.7R−
Ｙ）、（1.2G−Ｙ）になつたとすれば、前記ホワ
イトバランスが崩れた状態の色差信号は次のよう
に表すことができる。

（0.7R−Ｙ） ＝0.7R−（0.2R＋0.5G＋0.3B） ＝0.5R−0.5G−0.3B （信号の絶対値は−0.3となる。） （1.2G−Ｙ） ＝1.2G−（0.2R＋0.5G＋0.3B） ＝0.7G−0.2R−0.3B （信号の絶対値は−0.2となる。） 但し、Ｙ＝（0.2R＋0.5G＋0.3B） 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零とならずに各水平走査線より得られる
色信号成分のうちｎ(H)の水平走査線から得られる
（Ｒ−Ｙ）信号には負方向の信号が、ｎ＋１(H)の
水平走査線から得られる（Ｇ−Ｙ）信号には正方
向の信号が現れ、無彩色の被写体を撮像している
にもかかわらず色信号が現れることになる。

このホワイトバランスの崩れた色差信号のホワ
イトバランスを合わせるには（0.7R−Ｙ）およ
び（1.2G−Ｙ）の色差信号に撮像素子出力信号
を各水平走査線からの信号に対して加算もしくは
減算し、色差信号を零にすればよい。

そのため、第１５図、第１６図で示したように
撮像素子出力信号のうち１画素おきの信号をサン
プリング分離して得た信号の振幅及び極性を各水
平走査線毎に任意に調整し、前記ホワイトバラン
スの崩れた色差信号に加えればホワイトバランス
を合わせることができる。

次にこの第１５図に示した２６Ｙと２７Ｇ，２
６Ｙと２８Ｒの信号をサンプリング分離して前記
ホワイトバランスの崩れた色差信号に加えてホワ
イトバランスを合わせる場合について説明する。
ホワイトバランスを合わせるには次式に示すよう
にホワイトバランスの崩れた色差信号に前記サン
プリング分離して得た信号（（２／３Ｙ＋１／３Ｇ）お よび（２／３Ｙ＋１／３Ｒ）を用いて演算する。

ｎ(H)の水平走査線からの色差信号（Ｒ−Ｙ）に
関しては、0.7R−Ｙに、下記のような演算を施
せばよい。

（0.7R−Ｙ）±△（２／３Ｙ＋１／３Ｇ） ＝（0.7R−Ｙ）±△（0.133R＋0.667G＋0.2B） ここでホワイトバランスを合わせるには前記△
を0.30として前記（0.7R−Ｙ）に加算すればホワ
イトバランスを合わせることができる。

即ち、下記に示すような信号になる。

（0.7R−Ｙ）＋0.30（0.133R＋0.667G＋0.2B） ＝（0.7R−Ｙ）＋（0.040R＋0.20G＋0.06B） ＝0.54R−0.30G−0.24B） （信号の絶対値は零となる。） 同様にｎ＋１(H)の水平走査線からの色差信号
（Ｇ−Ｙ）に関しては、1.2G−Ｙに下記のような
演算を施せばよい。

（1.2G−Ｙ）±△（２／３Ｙ＋１／３Ｒ） ＝1.2G−Ｙ±△（0.467R＋0.33G＋0.2B） ここで、ホワイトバランスを合わせるには、前
記△を0.2として前記（1.2G−Ｙ）から減算すれ
ばホワイトバランスを合わせることができる。

即ち、下記に示すような信号になる。

（1.2G−Ｙ）−0.2（0.467R＋0.33G＋0.2B） ＝（0.633G−0.293R−0.34B） （信号の絶対値は零となる。） 但し、Ｙ＝（0.2R＋0.5G＋0.3B） 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零となり完全にホワイトバランスの合つ
た色差信号を得ることができる。

なお、上記のようにしてホワイトバランスを調
整した場合、色差信号を構成する三原色の比率は
補正信号の量により変化することは、前式から明
らかである。

例えば（Ｒ−Ｙ）信号では （0.7R−0.6G−0.1B） ……3200゜K （0.54R−0.30G−0.24B） ……5000゜K （Ｇ−Ｙ）信号では （0.4G−0.3R−0.1B） ……3200゜K （0.633G−0.293R−0.34B） ……5000゜K と変化する、これはカラーテレビジヨンカメラに
おける色再現性が変化することを意味するが、色
再現性については周知のように色差信号をマトリ
ツクスすることにより改善することが可能であ
り、多少の変化に対しては許容される。

しかしながら、カラーテレビジヨンカメラにお
いてはホワイトバランスは最重要なものである。
特に無彩色の被写体を撮像しているときに色信号
が現れる現象に対して人間の検知限は極めて高い
ためホワイトバランスは色再現性などに対して更
に重要な項目である。

本実施例によれば、撮像素子出力信号のうち１
画素おきの信号をサンプリング分離して信号量を
所定の大きさに調整し、信号の極性を調整した
後、ホワイトバランスの崩れた色差信号に加算す
ることによりホワイトバランスを調整している、
そのため照明の色温度が変化しても簡単にホワイ
トバランスを合わせることができる。また補正信
号をゲート回路１６により１水平走査線毎に交互
に弁別した後、信号量を所定の大きさに調整しホ
ワイトバランスの補正を行なつている。そのた
め、ホワイトバランスの崩れた色差信号を同時化
し、補正信号を、輝度信号を１水平走査期間遅延
線を用いて遅延した信号と遅延しない輝度信号と
により得て、前記ホワイトバランスの崩れた色差
信号に対しても加算もしくは減算することにより
ホワイトバランスを補正する方法（図示せず）に
比べて１水平走査期間遅延線が不必要であり回路
の簡易化が図れる。また前記のホワイトバランス
の補正方法ではｎ＋１(H)の水平走査により得た色
差信号のホワイトバランスの補正にｎ(H)とｎ＋１
(H)の輝度信号成分を用いるため、特に被写体像の
垂直エツジ部ではホワイトバランスが完全に補正
されずその結果、被写体像の垂直エツジ部に色誤
差信号が発生する。本発明ではホワイトバランス
の補正された色差信号を同時化しているため、被
写体像の垂直エツジ部に色誤差信号が発生するこ
とはない。

以上、第１及び第２の実施例では撮像素子出力
信号のうち１画素おきの信号をサンプリング分離
してその信号量を所定の大きさに調整したのち、
撮像素子出力信号に加算もしくは減算することに
よりホワイトバランスを調整し、前記ホワイトバ
ランスの補正された色差信号を１水平走査期間遅
延線１１及びスイツチ回路１２に供給し、スイツ
チ回路１２により切り換えることにより色差信号
の同時化をおこなつている。本発明では一つの水
平走査により得られた撮像板出力信号から色差信
号及びホワイトバランスの補正信号を得て、ホワ
イトバランスの補正を行なつた後、色差信号の同
時化を行なつている。そのためカラー固体撮像装
置の回路構成の簡易化が図れ、かつ被写体像の垂
直エツジ部に色誤差信号が発生することはない。

次に本発明の第２の実施例を説明する。

第３の実施例は第１６図に示した第２の実施例
よりも更に回路構成を簡単にするために、第１６
図に示したカラー固体撮像装置の構成要素からサ
ンプリング回路６、ローパスフイルタ７を省略
し、ゲート回路１６の入力信号として、ローパス
フイルタ２６の出力信号を用いたものである。

まず、ホワイトバランス補正について説明す
る。

色温度が32000゜Kの照明を用いて無彩色の被写
体像を照明し、第１４図に示した固体撮像板で撮
像したときにホワイトバランスが合つている状態
での各色差信号は前述のように （Ｒ−Ｙ）＝Ｒ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.7R−0.6G−0.1B ＝０ 同様に、 （Ｇ−Ｙ）＝Ｇ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.4G−0.3R−0.1B ＝０ 但し、Ｙ＝（0.3R＋0.6G＋0.1B）となる。

従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零となり色信号成分は現れない。

次に照明の色温度が5000゜Kに変化してホワイ
トバランスが崩れ、色差信号が各々（0.7R−
Ｙ）、（1.2G−Ｙ）になつたとすれば、前記ホワ
イトバランスが崩れた状態の色差信号は次のよう
に表すことができる。

（0.7R−Ｙ） ＝0.7R−（0.2R＋0.5G＋0.3B） ＝0.5R−0.5G−0.3B （信号の絶対値は−0.3となる。） （1.2G−Ｙ） ＝1.2G−（0.2R＋0.5G＋0.3B） ＝0.7G−0.2R−0.3B （信号の絶対値は＋0.2となる。） 但し、Ｙ＝（0.2R＋0.5G＋0.3B） 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零とならずに色信号成分のうち（Ｒ−
Ｙ）信号には負方向の信号が、（Ｇ−Ｙ）信号に
は正方向の信号が現れ、無彩色の被写体を撮像し
ているにもかかわらず色信号が現れることにな
る。

前記ホワイトバランスの崩れた色差信号のホワ
イトバランスを合わせるには（0.7R−Ｙ）、
（0.2G−Ｙ）の色差信号に撮像素子出力信号を加
算もしくは減算し、色差信号を零にすればよい。

そのため、撮像素子出力信号から高域成分を除
去した信号１／３（Ｙ＋Ｒ＋Ｇ）を得、前記信号の 振幅及び極性を任意に調整し、前記ホワイトバラ
ンスの崩れた色差信号に加えればホワイトバラン
スを合わせることができる。

ホワイトバランスを合わせるには次式に示すよ
うにホワイトバランスの崩れた色差信号に前記サ
ンプリング分離して得た信号を演算する。0.7R
−Ｙについては下記のように演算を施す。

（0.7R−Ｙ）±△（１／３Ｙ＋１／３Ｇ＋１／３Ｒ） ＝（0.7R−Ｙ）±△（0.4R＋0.5G＋0.1B） この△を0.3として前記（0.7R−Ｙ）に加算す
れば以下のようにホワイトバランスを合わせるこ
とができる。

すなわち具体的に値を入れて示すと、 （0.7R−Ｙ）＋0.3（0.4R＋0.5G−0.1B） ＝（0.7R−Ｙ）＋（0.12R＋0.15G0.03B） ＝（0.62R−0.35G−0.27B） ＝０（∵Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１） 同様に、1.2G−Ｙについては下記のように演
算を施す。

（1.2G−Ｙ）±△（１／３Ｙ＋１／３Ｇ＋１／３Ｒ） ＝（0.2G−Ｙ）±△（0.4R＋0.5G＋0.1B） この△を0.2として前記（1.2G−Ｙ）から演算
すれば以下のようにホワイトバランスを合わせる
ことができる。

即ち、具体的に値を入れて示すと、 （1.2G−Ｙ）−0.2（0.4R＋0.5G＋0.1B） ＝（0.6G−0.28R−0.32B） ＝０（∵Ｇ：Ｒ：Ｂ＝１：１：１） 但し、Ｙ＝（0.2R＋0.5G＋0.3B） 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零となり完全にホワイトバランスの合つ
た色差信号を得ることができる。

なお、上記のようにしてホワイトバランスを調
整した場合、色差信号を構成する三原色（R.G.
B.）の比率は補正信号の量により変化すること
は、前式から明らかである。

例えば（Ｒ−Ｙ）信号では （0.7R−0.6G−0.1B） ……3200゜K （0.62R−0.35G−0.27B） ……5000゜K （Ｇ−Ｙ）信号では （0.4G−0.3R−0.1B） ……3200゜K （0.6G−0.28G−0.32B） ……5000゜K と変化するが、ホワイトバランスは完全に補正さ
れている。

前記ホワイトバランスの補正された色差信号を
１水平走査期間遅延線１１及びスイツチ回路１２
に供給し、スイツチ回路１２により切り換えるこ
とにより色差信号の同時化をおこなつている。本
発明では一つの水平走査により得られた撮像板出
力信号から色差信号及びホワイトバランスの補正
信号を得て、ホワイトバランスの補正を行なつた
後、色差信号の同時化を行なつている。そのため
カラー固体撮像装置の回路構成の容易化が図れ、
かつ被写体像のエツジ部に色誤差信号が発生する
ことはない。尚、前述した実施例１では、バンド
パスフイルタ、同期検波器を用いて固体撮像素子
出力信号から、ホワイトバランスの崩れた色差信
号を一旦分離し、前記分離されたホワイトバラン
スの崩れた色差信号に、サンプリング分離して得
た輝度信号Ｙを補正信号として演算することによ
りホワイトバランスの補正をおこなつているが、
予め固体撮像素子出力信号から色差信号を分離し
なくても補正信号をサンプリング分離して得て、
前記サンプリングして得られた補正信号の大きさ
（信号のレベル）を所定の大きさならびに極性を
調整して、前記固体撮像素子出力信号に演算（固
体撮像素子出力信号とサンプリングして得られた
補正信号Ｙとを減算）することによつてホワイト
バランスの補正のとれた色差信号を得ることは可
能である。

つまり、第１図に示したような固体撮像素子と
色フイルタの組み合わせにおいて、照明の色温度
5000度Ｋとなつてホワイトバランスが崩れた状態
では、第１０図に示した各撮像素子の出力信号の
比率はｈ：ｊ：ｇ＝１：１：１からｋ：１：ｍ＝
0.7：１：1.2となり、また輝度信号を構成する三
原色の比率は、赤：緑：青＝0.2：0.5：0.3とな
る。

前記の照明の色温度の状態において固体撮像素
子の２つの水平走査線、ｎ(H)とｎ＋１(H)における
信号は、低域成分と変調成分で表現すると次式の
ように示すことができる。

Sn＝1/2（0.7R＋Ｙ）＋1/2（0.7R−Ｙ）sinwt Sn＋１＝1/2（0.2G＋Ｙ） ＋1/2（1.2G−Ｙ）sinwt 従つて、前記SnとSn＋１の信号にサンプリン
グ分離して得られた補正信号としての輝度信号Ｙ
（Ysinwt）を演算すればホワイトバランスの補正
された色差信号を得ることができる。

つまりｎ(H)においては前記Snなる信号に−
（0.15Ysinwt） （この信号は前記固体撮像素子の出力信号から
サンプリングして得られたＹ信号のレベルを0.15
の大きさに調整し極性を反転させたものである）
を加算することによりホワイトバランスが補正さ
れる。

S′n＝Sn＋（−0.15Ysinwt） ＝0.35（Ｒ＋Ｙ）＋0.35（Ｒ−Ｙ）sinwt この信号をさらにバンドパスフイルタおよび同
期検波器を通せば、0.35（Ｒ−Ｙ）sinwtから（Ｒ
−Ｙ）のホワイトバランスのとれた色差信号を得
る。

同様にして、ｎ＋１(H)においては、前記Snな
る信号に （0.1Ysinwt）なる補正信号を加算することに
よりホワイトバランスの補正された色差信号を得
ることができる。

つまり、ホワイトバランスのとれた色差信号を
得るためには必ずしも色差信号をまず分離する必
要はなく、本発明は各水平ライン毎に固体撮像素
子の出力信号をサンプリング分離し、信号レベル
ならびに極性を調整して補正信号を得、各水平走
査出力信号にもとづいて得られた信号に加算し、
ホワイトバランスのとれた色差信号を得ることを
可能とするものである。

以上説明したように、本発明によれば１水平走
査毎に異なる色差信号を読み出す色差順次方式の
カラー固体撮像装置において、完全にホワイトバ
ランスを補正した色差信号を用いて色差信号の同
時化を行ない、前記同時化された信号により色信
号を作成するため、無彩色の被写体の垂直方向の
エツジ部に色誤差信号が発生することはなく、カ
ラー固体撮像装置の構成も簡単となる。さらに、
簡単な構成で容易に広範囲な色温度の照明下のホ
ワイトバランスの調整ができるのでカラー固体撮
像装置を広範囲な色温度の照明で使用することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は撮像板とモザイク状色フイルタを組み
合わせた色差順次方式の概念図、第２図は同撮像
板の出力信号波形図、第３図はカラー固体撮像装
置のブロツク図、第４図は固体撮像板の分光感度
特性図、第５図は各色温度の分光分布特性図、第
６図は固体撮像板に3200゜Kの色温度特性を乗算
した分光感度特性図、第７図は赤外除去フイルタ
の分光特性図、第８図は第６図の分光感度特性に
第７図の分光感度特性を乗算した分光感度特性
図、第９図は赤、緑フイルタの分光特性図、第１
０図は第８図の分光特性に第９図のフイルタの分
光特性を乗算した各受光素子の分光特性図、第１
１図は色温度5000゜Kにおける各受光素子の分光
特性図、第１２図は本発明の一実施例によるカラ
ー固体撮像装置のブロツク図、第１３図はその要
部の出力信号波形図、第１４図は本発明の他の実
施例に用いる色フイルタと撮像板上のフオトダイ
オードの位置関係図、第１５図は撮像板の出力信
号波形図、第１６図はさらに他の実施例のブロツ
ク図である。 ５……撮像板、１４……カラーエンコーダ、１
９，２０……加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の色光に感応する第１の感光素子と第２
   の色光に感応する第２の感光素子とを水平ライン
   に沿つて順次配列した第１の感光素子列と、第３
   の色光に感応する第３の感光素子と前記第２の感
   光素子とを水平ラインに沿つて順次配列した第２
   の感光素子列と、前記第１の感光素子列と前記第
   ２の感光素子列とが垂直方向に交互に配列された
   撮像素子と、この撮像素子の水平走査出力信号か
   ら１画素おきの信号をサンプリングするサンプリ
   ング手段と、前記サンプリング手段からの出力を
   第１の感光素子列から得られたものと第２の感光
   素子列から得られたものとに分岐する分岐手段
   と、前記分岐手段で分岐された出力信号の極性お
   よび大きさをそれぞれ調整する第１、第２の調整
   手段とを備え、第１、第２の調整手段からの出力
   を前記各水平走査出力信号にもとづいて得られた
   信号に加算してホワイトバランスのとれた信号を
   得ることを特徴とするカラー固体撮像装置。 ２ 実質的に第１の色光に感応する第１の感光素
   子と実質的に第２の色光に感応する第２の感光素
   子とを水平ラインに沿つて順次配列した第１の感
   光素子列と、実質的に第３の色光に感応する第３
   の感光素子と実質的に第４の色光に感応する第４
   の感光素子とを水平ラインに沿つて順次配列した
   第２の感光素子列と、前記第１の感光素子列と前
   記第２の感光素子列とが垂直方向に交互に配列さ
   れた撮像素子と、この撮像素子の水平走査出力信
   号から１画素おきの信号をサンプリングするサン
   プリング手段と、前記サンプリング手段からの出
   力を第１の感光素子列から得られたものと第２の
   感光素子列から得られたものとに分岐する分岐手
   段と、前記分岐手段で分岐された出力信号の極性
   および大きさをそれぞれ調整する第１、第２の調
   整手段とを備え、第１、第２の調整手段からの出
   力を前記各水平走査出力信号にもとづいて得られ
   た信号に加算してホワイトバランスのとれた信号
   を得ることを特徴とするカラー固体撮像装置。