JP2507220B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光・電気変換手段を有
するビデオカメラ等の固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ等の撮像装置には、
固体撮像装置が広く用いられている。固体撮像装置に
は、小形軽量、空間分解能が画面で一様、低残像である
等、種々の長所がある。しかし、ＥＤＴＶ、ＨＤＴＶな
ど高画質への要求が一層高まる中で、モアレに代表され
る偽信号除去および高解像度化が課題となっている。図
２（ａ）は、従来の固体撮像装置のブロック図を示して
いる。

【０００３】図２（ａ）において、撮像レンズ４０を通
過した入射光は、光学ＬＰＦ４１、補色フィルタ配列４
２を経て光電変換手段４３に入射される。補色フィルタ
配列４２は、例えば図２（ｂ）に示すように第１列がマ
ゼンタ・グリーンの繰り返し、第２列がイエロー・シア
ンの繰り返し、第３列が第１列と逆にグリーン・マゼン
タの繰り返し、第４列が第２列と同様の配列となってい
る。

【０００４】これらの色フィルタ配列を通過した光は光
電変換手段４３にて光・電気変換を受ける。光電変換手
段４３の出力信号は、第１フィールドにおいては第１列
と第２列の電荷が加算され、同様に第３列と第４列の電
荷が加算されて出力される。第２フィールドにおいては
第２列と第３列の電荷が加算されて出力される。光電変
換手段４３の出力信号は輝度信号処理部４４および色信
号処理部４５に入力される。

【０００５】輝度信号処理部４４においては水平隣接信
号を加算して輝度信号を生成し、第１の出力端４６に出
力する。色信号処理部４５においては水平隣接信号を減
算して第１の色差信号を第２の出力端４７に、第２の色
差信号を第３の出力端４８に出力する。上記の通り、従
来の固体撮像装置の信号処理は処理が簡単であるという
利点があるが、解像度およびモアレに関しては不十分で
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体撮像装置を
使用した場合に得られる２次元周波数特性を図３（ｃ）
に示す。図３（ｃ）において、横軸は水平周波数、縦軸
は垂直周波数を表す。

【０００７】図３（ｃ）に示すように（ナイキスト，０
本）、（ナイキスト，２５０本）、（ナイキスト，５０
０本）、（０，２５０本）、（０，５００本）にモアレ
が発生する。特に（０，２５０本）のモアレは輝度信号
の帯域内であるため、水晶フィルタなどによる帯域制限
を施す事が出来ないため映像出力に対する妨害の影響が
大きい。

【０００８】また水平ナイキストは予め水晶フィルタ等
の光学ローパスフィルタで帯域制限し、更に輝度信号処
理においては水平隣接信号を加算して輝度信号を生成す
るため、水平輝度信号帯域がナイキストの０．８５倍に
劣化する。垂直輝度信号に関しても予め垂直５００本を
光学ローパスフィルタで帯域制限し、更に光電変換手段
４３にて垂直隣接画素を加算するためインタレースの
後、３５０本の解像度しか得られないという課題があっ
た。

【０００９】本発明は、かかる点に鑑み、単板でありな
がら高い輝度解像度を有し、かつモアレの発生しない固
体撮像装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するため、
本発明の固体撮像装置は、撮像レンズを経た入射光が色
選択光学ローパスフィルタおよび光学ローパスフィルタ
により不要な色モアレ成分及び高周波成分を除去され、
所定の補色フィルタ配列を通過した後、全画素同時読み
出し光電変換手段にて光電変換を受け、前記全画素同時
読み出し光電変換手段から出力される補色信号はＨメモ
リ部に入力され、前記Ｈメモリ部の出力信号が輝度信号
処理部と色信号処理部とに入力され、前記輝度信号処理
部に入力された信号から輝度信号が生成されて第１の出
力端に出力され、前記色信号処理部に入力された信号か
ら第１の色信号と第２の色信号とが生成されてそれぞれ
第２の出力端と第３の出力端とに出力される様に構成さ
れている。

【００１１】

【作用】本発明は上記した構成により、色選択光学ロー
パスフィルタと全画素同時読み出し光電変換手段と新規
な色フィルタ配列により色割れを避けると共にモアレを
低減し、更に２次元輝度信号処理により解像度を水平・
垂直共に高く取る事が出来る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明による固体撮像装置の一実施例
を図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本発明
の固体撮像装置の一例を示すブロック図である。

【００１３】図１（ａ）において、撮像レンズ１を経た
入射光は赤成分および青成分を選択的にローパスフィル
タ処理する色選択光学ローパスフィルタ２にて不要な色
モアレ成分を除去され、更に水晶光学ローパスフィルタ
などで構成される光学ローパスフィルタ３により不要な
高周波成分が除去される。

【００１４】色選択光学ローパスフィルタ２としては、
例えば、特開平４−９９１５号公報（特願平２−１１３
３０２号）に示されたものでよい。即ち色選択光学ロー
パスフィルタ２は、屈折率がある波長で等しく、かつ、
異なる屈折率分散をもった材料からできており、少なく
とも１面にプリズムを少なくとも複数毎配列してなる１
毎の複合プリズム面を持つ複数枚の位相格子フィルタ
を、上記フィルタのプリズム面同士が噛み合うように合
成することにより構成されたものである。

【００１５】色フィルタ配列４としては、例えば図１
（ｂ）に示すように第１の色フィルタ１２としてホワイ
ト、第２の色フィルタ１３としてグリーン、第３の色フ
ィルタ１４としてイエロー、第４の色フィルタ１５とし
てシアンを使用する。

【００１６】図３は色モアレ発生位置を示す２次元周波
数特性図である。図１（ｂ）に示すような色フィルタ配
列を使用する場合は、図３（ａ）に示すような色モアレ
が発生する。この時、色選択光学ローパスフィルタ２の
零点を水平ナイキストもしくは垂直２５０本のいずれか
に設定する。すなわち色モアレの発生周波数を零点に設
定する。光学ローパスフィルタ３の零点は水平ナイキス
ト、水平サンプリング（水平ナイキストの２倍）、およ
び垂直１０００本に同時に設定する。垂直５００本近傍
に更に零点を与えフリッカを抑圧しても良い。ＨＤＴＶ
用としては水平ナイキスト、水平サンプリング、および
垂直２０００本に同時に設定し、垂直１０００本近傍に
更に零点を与えフリッカを抑圧しても良い。

【００１７】図３（ａ）において（ナイキスト，２５０
本）に対しては赤および青成分は色選択光学ローパスフ
ィルタ２と光学ローパスフィルタ３とによる２重の零点
が与えられる。従って（ナイキスト，２５０本）におけ
る赤および青成分を復調する場合に充分な帯域制限が成
されているため、復調後の色信号への偽信号の混入を回
避する事ができる。また、緑信号は光学ローパスフィル
タ３の１重の零点が存在するだけであるので、緑信号の
高周波成分から広帯域の輝度信号を得る事が出来る。

【００１８】図５は色選択光学ローパスフィルタ２と光
学ローパスフィルタ３による空間周波数特性を示す周波
数特性図である。

【００１９】図５（ａ）は色選択光学ローパスフィルタ
２単体の特性であり、緑成分は平坦な特性であるが赤お
よび青信号は低域通過特性となっておりナイキスト周波
数に零点が存在する。図５（ｂ）は色選択光学ローパス
フィルタ２と光学ローパスフィルタ３の双方による空間
周波数特性を示す特性であり、緑信号がナイキスト周波
数で１次の零点となっており赤および青信号はナイキス
ト周波数で２次の零点となって緑信号に比べて減衰量が
大きくなるため折り返し成分を充分に抑圧できる。図６
は折り返し成分抑圧の状態を示す周波数特性図である。

【００２０】図６（ａ）は通常の水晶フィルタなどの光
学ローパスフィルタを使用した場合の周波数特性図であ
り、赤、青、緑信号共にナイキスト周波数で零点となる
余弦波特性となっている。この場合、補色方式によるカ
ラー化においては図６（ｂ）のように、ナイキスト周波
数を中心として赤信号、および青信号のキャリアが発生
し、ベースバンドの赤信号帯域、および青信号帯域に斜
線で示したように折り返し信号が混入して偽信号として
映像信号に現れる。

【００２１】図６（ｃ）は本実施例の構成により色選択
光学ローパスフィルタ２と水晶フィルタなどの光学ロー
パスフィルタ３を使用した場合の周波数特性図であり、
緑信号は共にナイキスト周波数で零点となる余弦波特性
となっており、赤信号および青信号はナイキスト周波数
で例えば２次の余弦波特性と成っている。この場合、同
様に補色方式によるカラー化において図６（ｄ）のよう
にナイキスト周波数を中心として赤信号および青信号の
キャリアが発生するが、ベースバンドの赤信号帯域およ
び青信号帯域に斜線で示したように混入する折り返し信
号は図６（ｂ）に比べて充分に抑圧され、偽信号として
映像信号に現れる量も減少する。

【００２２】なお、上記実施例の説明では色選択光学ロ
ーパスフィルタ２と光学ローパスフィルタ３の特性を１
次の余弦波特性としたが、２次以上もしくは更に一般の
低域通過特性としたものを使用しても良い。

【００２３】前記色フィルタ配列４としては図４
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような配列としても良
い。それぞれの配列に対応する色モアレは図３（ｂ）、
（ｄ）、（ｅ）に示すようになる。前記色フィルタ配列
を通過した光は全画素同時読み出し光電変換手段５にて
光電変換を受ける。図１（ａ）の色フィルタ配置４を採
用した場合、全画素同時読み出し光電変換手段５を使用
するため現フィールドの色情報と次フィールドの色情報
とが同時に得られる為、色割れが発生しない。前記全画
素同時読み出し光電変換手段５の出力信号は全画素の信
号が独立同時に１フィールド内で出力される。

【００２４】全画素同時読みだし光電変換手段は例えば
１９８９年のテレビジョン学会技術報告、ＶＯＬ．１
３，ＮＯ．１１，ＰＰ７９〜８４，ＴＥＢＳ’８９−１
４，ＥＤ’８９−１８（Feb.1989）に記載されているも
のでよい。前記全画素同時読みだし光電変換手段５の出
力信号はＨメモリ部６に入力される。前記Ｈメモリ部６
の出力信号が輝度信号処理部７と色信号処理部８とに入
力された後、前記輝度信号処理部７に入力された信号か
ら輝度信号が生成されて第１の出力端９に出力され、前
記色信号処理部８に入力された信号から第１の色信号と
第２の色信号とが生成されてそれぞれ第２の出力端１０
と第３の出力端１１とに出力される。

【００２５】また、上記の説明では色フィルタとしてホ
ワイトを使用する例を示したがホワイトの透過率を低下
させグレーとすると各フォトダイオード間の出力電荷量
のバランスがとれるため望ましい。ただし、輝度信号処
理部７および色信号処理部８にてグレーにゲインを与え
てグレーを使用した事によるモアレ発生を抑圧するとよ
い。更に、ホワイトをマゼンタとしても差し支えない。
また、全画素同時読みだし光電変換手段５とメモリ部６
の間にアナログ・ディジタル変換手段を使用し以下の信
号処理を全てディジタル信号処理とした固体撮像装置と
してもよい。

【００２６】また、上記の説明においては色選択光学ロ
ーパスフィルタ２の次に光学ローパスフィルタ３を配置
する例を示したが順序を入れ換えても構わない。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の固体撮像装置は、
単板方式でありながら従来例に比べて解像度を水平・垂
直共に高く取ることができ、しかも色モアレの少ない固
体撮像装置を実現できる。また、解像度向上をアパーチ
ャ補正量低減に当ててＳＮ劣化を回避する事もできる。
また、本発明によればフィールド順次に伴う色割れ現象
が発生しない。更には、フィールド間の走査線内挿を実
施できるため高画質な電子ズームもしくは手振れ補正を
行う事もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例における固体撮像装
置を示すブロック図 （ｂ）は同色フィルタ配列図

【図２】（ａ）は従来例の固体撮像装置を示すブロック
図 （ｂ）は同補色フィルタ配列図

【図３】（ａ）は図１（ｂ）に示す色フィルタ配列を使
用した場合のモアレ発生状況を示す２次元周波数特性図 （ｂ）は図４（ａ）の色フィルタ配列使用時の２次元周
波数特性図 （ｃ）は従来のモアレ発生状況を示す２次元周波数特性
図 （ｄ）は図４（ｂ）の色フィルタ配列使用時の２次元周
波数特性図 （ｅ）は図４（ｃ）の色フィルタ配列使用時の２次元周
波数特性図

【図４】（ａ）は本発明の固体撮像装置の色フィルタ配
列を示す模式図 （ｂ）は同他の色フィルタ配列を示す模式図 （ｃ）は同その他の色フィルタ配列を示す模式図

【図５】（ａ）は色選択光学ローパスフィルタ単体の空
間周波数特性を示す周波数特性図 （ｂ）は色選択光学ローパスフィルタと光学ローパスフ
ィルタの双方による空間周波数特性を示す周波数特性図

【図６】（ａ）は本発明の固体撮像装置の色モアレ抑圧
を説明するための水晶フィルタなどの光学ローパスフィ
ルタ使用時の周波数特性図 （ｂ）は同補色方式によるカラー化における周波数特性
図 （ｃ）は色選択光学ローパスフィルタと水晶フィルタな
どの光学ローパスフィルタ使用時の周波数特性図 （ｄ）は同補色方式によるカラー化における周波数特性
図

【符号の説明】

１ 撮像レンズ ２ 色選択光学ローパスフィルタ ３ 光学ローパスフィルタ ４ 補色フィルタ配列 ５ 全画素同時読みだし光電変換手段 ６ Ｈメモリ部 ７ 輝度信号処理部 ８ 色信号処理 ９ 第１の出力端 １０ 第２の出力端 １１ 第３の出力端 １２ 第１の色フィルタ １３ 第２の色フィルタ １４ 第３の色フィルタ １５ 第４の色フィルタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像レンズを経た入射光が色選択光学ロー
   パスフィルタおよび光学ローパスフィルタにより不要な
   色モアレ成分及び高周波成分を除去され、所定の補色フ
   ィルタ配列を通過した後、全画素同時読み出し光電変換
   手段にて光電変換を受け、前記全画素同時読み出し光電
   変換手段から出力される補色信号はＨメモリ部に入力さ
   れ、前記Ｈメモリ部の出力信号が輝度信号処理部と色信
   号処理部とに入力され、前記輝度信号処理部に入力され
   た信号から輝度信号が生成されて第１の出力端に出力さ
   れ、前記色信号処理部に入力された信号から第１の色信
   号と第２の色信号とが生成されてそれぞれ第２の出力端
   と第３の出力端とに出力される事を特徴とした固体撮像
   装置。