JP2505160B2 - 固体カラ−撮像装置 - Google Patents

固体カラ−撮像装置

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    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80Camera processing pipelines; Components thereof
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  • Signal Processing (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光束分割法により画像表示信号の見掛けの
解像度を向上した固体カラー撮像装置に関する。
〔発明の背景〕
固体撮像器(ソリツドステート・イメージヤ)の解像
度はその結像領域に存在する個別固体光感知器の数に依
存するが、そのいくつかは商業放送に適する高解像度の
テレビジヨン信号を得るに足るだけの個別光感知器を含
まない。撮像器(イメージヤ)の含む個別光感知器の数
を増すことはできるが、与えられた結像領域の個別光感
知器の数を少し増しても撮像器(光感知器)の不良数が
著しく増大するため、処理歩留が比較的低くなる。従つ
て、個別光感知器の数が通常必要数より少い固体撮像器
を用いて高解像度の画像信号を生成する撮像装置が望ま
しい。
固体撮像器の見掛けの解像度を向上するために画像を
表わす光を2つに分割して2つの固体撮像器に投射し、
それぞれ光像を受ける様にすることが知られている。こ
の2つの撮像器はその一方の受ける画像が他方の受ける
画像に対して各画像光感知器(画素)の幅の1/2だけ空
間的に偏位する様に位置決めされ、この空間的偏位によ
つて各撮像器から生ずるサンプル信号が互いに180°離
相した搬送波と側波帯成分を持つ様になる。この撮像器
の一方の出力の時間遅れを用いてその出力サンプル信号
をその空間的偏位を補償するように時間合せした後、2
つの出力信号を組合せることによつて互いに離相した搬
送波とエーリアス成分を相殺すると共に、見掛けの解像
度が向上した信号を得るのである。この技法は米国特許
第4334238号において3個の固体撮像器を有するカラー
テレビジヨンカメラに適用されている。このカメラは、
ブロツク図を第1図に示す様に、被写体12の像を光束分
割プリズム14を介して3つの固体撮像器16、18、20の結
像領域に結像させるレンズ10を有し、光束分割プリズム
14は被写体からの赤Rと青Bの光を表面28から反射し、
緑Gの光だけを界面28を通して供給するプリズムブロツ
ク22、24、26を含んでいる。界面28を通つた緑の光は半
透鏡のような部分反射透過面30により等分されて、その
半部が撮像器18に、他の半部が面30、28で反射されて撮
像器16に向かう。撮像器16、18はその受ける集束像に対
して撮像器18上の画像に一点が撮像器16上の画像の対応
点から1/2画素だけ空間的に偏位するように位置決めさ
れている。この1/2画素の偏位により、撮像器16、18か
ら供給される画像表示サンプル信号の搬送波および側波
帯部分が互いに180°離相するが、ベースバンド信号部
分は不変である。この2つの緑信号はサンプリングパル
ス発生器38に結合された発振器36により引出される180
°離相サンプリング信号をそれぞれ受信する回路32、34
によりサンプリングされて時間合せされる。サンプリン
グ回路32、34の出力は組合されて互いに離相したエーリ
アス成分を消去し、見掛け上解像度を改善して緑信号処
理回路40に供給され、緑映像信号を発生させる。
界面28から反射された赤と緑の光はプリズムブロツク
26から出て光学低域フイルタ42と赤緑色符合化フイルタ
44を通つて撮像器20に達する。光学フイルタ42は光像と
撮像器の画素の間のエーリアシングにより撮像器20の出
力に生じる擬似信号の量を感じ、色符合化フイルタ44は
青色光を阻止しつつ光の赤成分を撮像器20の画素の1つ
おきに入射させると共に、赤色光を阻止しつつ青色光を
残りの画素に入射させる働らきをする。従つて、撮像器
20は被写体12から受けた光の赤色と青色の成分を交互に
(画素ごとに)表わす出力信号を生ずる。サンプリング
回路46、48はそれぞれサンプリングパルス発生器50から
の180°離相サンプリングパルスに応じて赤と青の成分
をサンプリングし、赤と青の処理回路52、54によつてそ
れぞれ赤と青の映像信号を生成する。この構成は緑信号
成分の見掛け解像度を向上し、これは撮像装置の感度が
赤と青の色成分より緑成分に対して高いため好ましい
が、色符合化フイルタを用いるとその透過損失により赤
と青の色成分の感度が50%も減るため不利である。ま
た、この構成では色符合化フイルタを第3の撮像器の色
画素と精密に整合させる必要があり、その上1つの撮像
器の1つおきの画素から赤と青の信号が取出されるた
め、それぞれがその専用の撮像器から取出される場合に
比して当然解像度が悪い。
米国特許第4507679号は1つの色信号の見掛け解像度
を他の色信号のそれを低下させることなく向上させる4
出力部を有する光束分割器を含むカラーテレビジヨンカ
メラに関するもので、その出力部の2つを用いて実質的
に上記同様にして高解像度の緑信号を取出し、第3、第
4の出力部に対応して付属する専用の固体撮像器から赤
と青の信号を取出すようになつている。この構成による
と赤、青の映像信号の解像度を低下させずに緑映像信号
の解像度を向上することができるが、4出力プリズムと
4つの固体撮像器を要する。
従つて、1つの色信号の見掛け解像度を他の色信号の
それを低下せずに向上させるが、出力部と固体撮像器を
それぞれ3つ持つ光束分割系しか必要としないカメラが
必要とされる。この様な3出力構造は4出力構造より簡
単で電力消費も少い。
〔発明の概要〕
この発明の原理により、固体カラー撮像装置は入来光
束を少くとも第1および第2の光束に分割する光学手段
と、その第1および第2の光束を受ける様になつた第1
および第2の固体撮像器を含み、その第1の光束は第1
の色帯域内の光に対応し、第2の光束はその第1の色帯
域並びに第2の色帯域内の光に対応する。第1の撮像器
の受ける光束は第2の撮像器の受ける光束に対して偏移
し、出力信号が(例えばテレビジヨンカメラで)処理さ
れるとき、第2の色帯域内の光に応じて発生する信号よ
り第1の色帯域内の光に応じて発生する信号の方が見掛
け解像度が良くなる様になつている。
〔詳細な説明〕
第2図はこの発明による固体カラー撮像装置を示すも
ので、3つのプリズムブロツク202、204、206から成り
被写体208からの入射光束をスペクトル分布(すなわち
色帯域)の異る3つの光束に分割する光束分割器200を
含んでいる。各プリズムブロツク202〜206はそれぞれ出
口210、212、214を有し、その各出口に設けられた3つ
の固体撮像器216、218、220にそれぞれ画像を表わす光
束を供給する。撮像器216、218、220はアール・シー・
エー社(RCA Corp.)から販売されているSID 504型CCD
撮像器のようなフレーム転送型のCCD撮像器で構成する
ことができる。
プリズムブロツク206は入射光束の赤色成分を反射
し、緑色と青色成分をプリズムブロツク202に通過させ
る赤色反射層を含む界面222を有し、その反射された赤
色成分はまたプリズム206の入射面224で反射され、出口
214から光学低域フイルタ228を介して撮像器220に入射
する。光学低域フイルタ228は撮像器220から供給される
赤信号にエーリアシングを生ずることがある空間周波数
を持つ光束内の成分を除くために用いられる。緑と青の
光はプリズムブロツク202を通つて入射光束の青色成分
を反射する層232を有する界面230に達する。ここで反射
された青色成分は更にプリズム202の表面234で反射さ
れ、出口210を通つて撮像器216に入射する。界面230は
また平行緑色反射縞等の緑色反射パタンを持つ層236を
含み、その層236は緑色光の一部を反射して表面234を介
して撮像器216に入射させると共に、緑色光の残部を透
過してプリズムブロツク204の出口212から撮像器218に
入射させる。層236が等間隔等幅の緑色反射縞から成る
ときは、緑色光が撮像器216、218間に等分される(即ち
両撮像器に緑色光の1/2ずつが供給される)。必要に応
じて縞の幅と間隔を変え、緑色光の分割比率を変えるこ
ともできる。上記界面230と同様の界面を有する光束分
割器の更に詳細な説明は、米国特許第4555163号明細書
に見ることができる。そこで説明されているように、ス
トライプ・ピツチ(周波数)は、伝達チャンネルのエー
リアスを生じないように十分細かい。例えば、ストライ
プ周波数は、少なくても540線対/インチであれば、0.5
インチの画像幅で、5MHzのバンド幅に対して4:3の横縦
比を有する1インチのセンサでは十分である。総合すれ
ば、撮像器216の各画素が青と緑の2つの色光を受け、
撮像器218の各画素が緑の色光だけを受けることにな
る。
撮像器216、218はそれぞれ出口210、212を有し、撮像
器218上に結像した光束内の一点が撮像器216上に結像し
た光束内の対応点に対して偏位するようになつている。
撮像器220は撮像器216と光学的に整合している。両撮像
器216、218は前述の様に緑色光を受け、その出力信号を
組合せて入射光の緑色成分を表わす見掛け解像度の向上
した信号を生成することができる。前述のように、緑は
代表的撮像装置の感度と大抵の照明の色温度の関係上通
常映像信号中最も重要な成分であるから、これは好都合
である。その上撮像器216はその結像領域内の各画素に
青色光を受けるから、青色光表示画像出力信号の解像度
と感度が色符合化フイルタを使用しないため第1図の撮
像器20から取出される青信号の2倍になる。撮像器216
は青と緑の光を受けるが、青色光は一般に撮像器のダイ
ナミツクレンジ能力の比較的小部分しか利用しないた
め、その大部分を緑色光に応動するために残す。このた
め緑色光を撮像器216に向けられる部分が撮像器218に向
けられる部分より少なくなる様に、例えば20対80または
25対75になる様に配分することが望ましいこともある。
何れの場合も撮像器216は青と緑の光を受ける。
第3図は第2図の撮像装置を含むテレビジヨンカメラ
のブロツク図である。前記同様の素子は同様の引用数字
で示してある。クロツク信号およびサンプリング信号発
生器302は親発振器304からの基準信号に応じて多相クロ
ツク信号C1、C2、C3を発生し、この信号はそれぞれ撮像器
216、218、220に印加されてそれを動作させ、公知のよ
うにその各出力に画像表示電荷サンプルを生成させる。
信号回復回路306、308、310はこの撮像器からの電荷サ
ンプルに応じて対応する電圧信号を発生する。その信号
回復回路306、308、310は例えばクロツク信号およびサ
ンプリングパルス信号発生器302からのサンプリングパ
ルスS1、S2、S3を受ける公知の相関2重サンプリング回路
で構成できる。前述の様に、撮像器216、218の受ける画
像間の空間的偏位のため、これらの撮像器から供給され
る画像表示電荷サンプルは180°離相している。このた
め信号発生器302はクロツク信号S1、S2を(その出力の+
−の符合で示す様に)互いに180°離相する様に発生す
る。この結果信号回復回路306、308、310から供給され
る映像信号は時間的に一致する。信号回復回路306の出
力信号は入射光の青色成分の全部と緑色成分の半部を表
わし、信号回復回路308の出力信号は緑色成分の他の半
部を表わし、信号回復回路310の出力信号は赤色成分を
表わす。減算器312は信号回復回路306、308の出力信号
を減算してその出力に青色表示信号を生成し、加算器31
4はその出力信号を加算して青色と緑色の成分に対応す
る信号を生成する。前述のように、この加算により生ず
る緑色信号はエーリアス成分が少く、見掛け解像度が高
い。減算器316は加算器314の出力の青と緑の色信号から
青色信号を差引いて緑色信号を生成する。通常のカメラ
の信号処理回路318はこの赤、緑、青の各信号を処理し
て公知の様に合成映像信号を生成する。
前述の様に入射光の緑色成分を撮像器216、218間に50
対50以外の比率で配分すると、信号回復回路306、308で
その出力に等振幅の信号が生ずる様に適当な利得が与え
られ、これによつてこの装置のエーリアス消去性能が保
存される。
以上この発明の原理を推奨実施例について述べたが、
別の実施例も考えられる。例えば、上記実施例では入射
光をその原色成分に分割する光束分割器を用いたが、上
記米国特許第4555163号記載のように補色成分の様な他
の成分に分割する光束分割器も使用し得ることは明らか
である。また各撮像器からの信号の時間合せを180°離
相のサンプリング信号を用いてこれらの信号をサンプリ
ングすることにより行つたが、信号路の1つに信号遅延
器を挿入してこれを行つてもよい。例えば、撮像器の1
つの出力にCCD段を追加してその出力信号を他の撮像器
からの出力信号に時間合せすることもできる。最後に、
青と緑の色成分の代りに赤と緑の色成分を同じ撮像器に
用いる方がよいこともある。例えば撮像器の感度が赤よ
り青に対して高い場合はそれが言える。以上の様な変形
はすべてこの発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術による固体カラーテレビジヨンカメラ
のブロツク図、第2図はこの発明による固体カラー撮像
装置の構造を示す一部ブロツク概略図、第3図は第2図
の固体カラー撮像装置を含むカラーテレビジヨンカメラ
のブロツク図である。 218…第1の撮像器、216…第2の撮像器、220…第3の
撮像器、230…光分割用光学手段、312、314、316…信号
組合せ手段。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光入力に来る画像表示の光を a)緑の画像成分を表わす光を第1の光の出口に供給
    し、 b)緑と青の両方の画像成分を表わす光を第2の光の出
    口に供給し、 c)赤の画像成分を表わす光を第3の光の出口に供給す
    る ように分割する光学手段と、 上記第1,第2,第3の出口に供給されたそれぞれの画像成
    分に反応する光受領面をそれぞれ有する第1、第2及び
    第3の固体撮像器とを含み、 上記第1と第2の撮像器は、第1と第2の光の出口に対
    して光受領面上に各画像が焦点を結ぶ関係に位置してお
    り、1画素幅の2分の1相対的にずらして配置されてい
    る ことを特徴とする固体カラー撮像装置。
  2. 【請求項2】上記第3の固体撮像器の出力に応答し、赤
    色の信号出力を生成する手段と、 上記第1と第2の固体撮像器のそれぞれの出力間の相違
    に応答し、青色の信号出力を生成する手段と、 上記第1と第2の固体撮像器のそれぞれの出力を結合す
    る加算手段と、 上記青色の信号出力を上記加算手段の出力から減算し、
    緑色の信号出力を生成する手段と、 上記赤色信号出力、上記青色信号出力および上記緑色信
    号出力に応答する合成映像信号形成手段と を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    撮像装置。
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