JP2538867B2 - Single-plate solid-state imaging device - Google Patents

Single-plate solid-state imaging device

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【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は、例えば内視鏡テレビカメラのように特殊な環境下で使用されるカラーテレビジョンカメラに用いられる単板式固体撮像装置に関する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention The present invention relates to a single-plate solid-state imaging device used in a color television camera, which is used in a special environment as endoscopic television camera, for example.

[発明の技術的背景とその問題点] 近時、カラーテレビジョンカメラの撮像装置としては、1枚の固体撮像素子(電荷固体結合素子:CCDを代表させて説明する)を用いた単板式固体撮像装置がよく用いられる。 [Technical Background of the Invention and Problems] Recently, as the imaging device of a color television camera, one of the solid-state imaging device (charge-solid coupling devices: a representative of the CCD will be described) single plate solid with the imaging device is often used. この単板式固体撮像装置のCCD基板上には各画素毎にそれぞれ透過色の異なる色フィルタを形成した色フィルタ部が設けられる。 The color filter portion forming a different color filters transmitting color respectively for each pixel in the CCD substrate single plate type solid-state imaging device is provided. この色フィルタ部の色フィルタ配列構成は、例えば撮像素子としてフィールド蓄積2線加算読出しCCDを用いた周波数インターリーブ方式カラーテレビジョンカメラの場合、一般に第4図(a) Color filter array configuration of the color filter unit, for example, in the case of frequency interleave system color television camera using the field storage 2-wire addition read CCD as an imaging device, generally in FIG. 4 (a)
に示すようになっている。 It is as shown in.

すなわち、第4図(a)は4×4画素を取出して各画素に対する色フィルタ部の色フィルタ配列を示しており、図中Gは緑色透過フィルタ、Cyはシアン色透過フィルタ、Yeは黄色透過フィルタである。 That is, FIG. 4 (a) shows the color filter array of color filter portions for each pixel is taken out 4 × 4 pixels, G in the figure is green transmission filter, Cy is cyan transmission filter, Ye yellow transparent it is a filter. ここで用いられる As used herein,
CCDはフィールド蓄積2線加算読出し制御されるので、 Since CCD is field storage 2-wire addition read control,
奇数フィールド読出し時には図中…,a1,a2,…のように垂直2画素の蓄積電荷が順次加算出力され、偶数フィールド読出し時には図中…,b0,b1,b2,…のように垂直2画素の蓄積電荷が順次加算出力される。 In the figure at the time of odd field read ..., a1, a2, ... vertical two pixels accumulated charge is sequentially added output as in the figure at the time of an even field read ..., b0, b1, b2, ... of the vertical two pixels as accumulated charges are sequentially added output. ここで、上記シアン色Cyは緑色成分Gと青色成分Bとを加算した色であり、また黄色Yeは緑色成分Gと赤色成分Rとを加算した色である。 Here, the cyan color Cy denotes a color obtained by adding the green component G and the blue component B, also yellow Ye is a color obtained by adding the green component G and the red component R. 上記各画素に対する色フィルタの原色成分を同図(b),(c),(d)に示す。 The primary component of the color filters for each pixel drawing (b), (c), shown in (d). この図からわかるように、従来の色フィルタ部では、緑色成分Gは全画素に存在し、赤色成分R及び青色成分Bはそれぞれ8画素中2画素だけ存在するようにしている。 As can be seen from this figure, in the conventional color filter portion, a green component G is present in all the pixels, so that the red component R and the blue component B is present only 2 pixels in eight pixels respectively. このように全画素に緑色成分Gが存在するようにしたのは、一般に被写体の色成分が確率的に緑色成分Gが多く含まれており、 Thus was as green component G in all the pixels are present are generally subject color component includes a number stochastically green component G,
NTSC方式のテレビジョン信号の輝度成分中における緑色成分Gの割合が59%と他の色に比べて大きいことに起因する。 The proportion of the green component G in the luminance component of the television signal of the NTSC system is due to greater than 59% and the other colors.

しかしながら、上記のような従来の単板式固体撮像装置は、緑色成分Gの多い一般被写体を撮像した場合に解像度及びS/N比が良好となって有利であるが、特殊な環境下、例えば撮像環境のほとんどが赤系統の色成分を持つ生体内を撮像した場合には、赤色成分Rが全画素の4 However, conventional single-plate solid-state imaging device as described above, the resolution and S / N ratio when an image more general object of the green component G is advantageously becomes good, special environment, for example imaging when most of the environment is captured through the living body with the color components of the red lines, the red component R is for all the pixels 4
分の1しか存在しないため、解像度及びS/N比の点で不利になってしまう。 Since only minute 1 does not exist, resulting in a disadvantage in terms of resolution and S / N ratio. つまり、上記のような色フィルタ配列構造は、生体内を撮像する内視鏡カラーテレビジョンカメラのように特殊環境を撮像するものには適さない。 That is, the color filter array structure as described above are not suitable for those imaging a special environment, such as an endoscope color television camera for imaging the in vivo.

[発明の目的] この発明は上記のような問題を改善するためになされたもので、色フィルタ部の色フィルタ配列を使用環境に適した構成とし、これによって使用環境撮像時の解像度及びS/N比が極めて良好な映像信号を得ることのできる単板式固体撮像装置を提供することを目的とする。 OBJECT OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the above problems, a configuration suitable color filter array of the color filter unit in the environment of use, whereby in use environment capturing resolution and S / and an object thereof is N ratio to provide a single-plate solid-state imaging device capable of obtaining a very good video signal.

[発明の概要] すなわち、この発明に係る単板式固体撮像装置は、固体撮像素子の各画素に対応して色フィルタが配置され、 SUMMARY OF THE INVENTION That is, the single-plate solid-state imaging device according to the invention is arranged color filters corresponding to each pixel of the solid-state imaging device,
奇数フィールド読出し時においては垂直方向に隣り合う2画素の電荷の加算結果を水平方向に沿って順次出力し、偶数フィールド読出し時においては奇数フィールド読出し時とは垂直方向に1画素ずれた垂直方向に隣り合う2画素の電荷の加算結果を水平方向に沿って順次出力するフィールド蓄積2線加算読出し方式であって、内視鏡の撮像部に採用される単板式固体撮像装置において、 Odd During field read sequentially outputs along the two-pixel addition results of charge adjacent in the vertical direction in the horizontal direction, the vertical direction shifted by one pixel in the vertical direction to the time of odd field read at the time of even field read a field storage 2-wire addition reading method sequentially outputs along the sum of charges of two pixels adjacent in the horizontal direction, in the single-plate solid-state imaging device employed in the imaging unit of the endoscope,
前記色フィルタはすべて赤色が透過色として設定され、 It said color filter is all red is set as a transparent color,
偶数番目の水平走査線上の各画素に対応する色フィルタは交互に透過色として前記赤色に緑色と青色の一方が混入され、奇数番目の水平走査線上の各画素に対応する色フィルタは交互に透過色として前記赤色に前記緑色と前記青色の他方が混入され、前記固体撮像素子の出力から赤色、緑色、青色の各成分が混入した混合成分をローパスフィルにより抽出し、前記固体撮像素子の出力から緑色成分と青色成分をバンドパスフィルタ及びくし形フィルタにより抽出し、前記混合成分と前記緑色成分と前記青色成分を所定の演算処理に供することにより映像信号を得るようにしたことを特徴とするものである。 Color filters corresponding to each pixel of the even-numbered horizontal scanning line one of green and blue to the red as the transparent color is mixed alternately, color filters corresponding to each pixel of the odd-numbered horizontal scanning lines are transmitted alternately the green and the blue and the other is mixed in the red as the color red from the output of the solid-green, the mixing components each component of the blue is mixed and extracted by the low-pass fill, from the output of the solid-state imaging device that the green component and blue component extracted by the band-pass filter and comb filter, characterized in that to obtain a video signal by subjecting the blue component and the mixing component and the green component to a predetermined operation processing it is.

したがって本発明によれば、色フィルタはすべて赤色が透過色として設定されているので、内視鏡の撮像対象であるところの赤色成分が主体的な生体を良好な解像度及びS/N比で撮像することができる。 Therefore, according to the present invention, all color filters are red is set as a transparent color, imaging red component where an imaging target of the endoscope proactive biological good resolution and S / N ratio can do. また、本願発明はフィールド蓄積2線加算読出し方式の単板式固体撮像装置であるが、偶数番目の水平走査線上の各画素に対応する色フィルタは交互に透過色として赤色に緑色と青色の一方が混入され、奇数番目の水平走査線上の各画素に対応する色フィルタは交互に透過色として赤色に緑色と青色の他方が混入されているので、偶数フィールド読出し時と奇数フィールド読出し時とに関わらず固体撮像素子の出力には赤色、緑色、青色の各成分が同じ混合率で含まれることになり、偶数フィールド読出し時と奇数フィールド読出し時とで信号処理手順を相違させる必要がない。 Although the present invention is a single-plate solid-state imaging device of the field storage 2-wire addition read method, the color filters corresponding to each pixel of the even-numbered horizontal scanning line has one of green and blue to red as transparent colors in turn It is mixed, since green and blue other red as the color filters transmitting color alternately corresponding to each pixel of the odd-numbered horizontal scanning lines are mixed, irrespective of the time of even field read and during an odd field readout red output of the solid-state imaging device, green, will be the components of the blue is included in the same mixing ratio, there is no need to different signal processing procedure at the time of even field read and during an odd field reading.

[発明の実施例] 以下、第1図乃至第2図を参照してこの発明の一実施例を詳細に説明する。 [Example of the Invention] Hereinafter, with reference to Figure 1 to Figure 2 illustrating an embodiment of the present invention in detail.

第1図(a)はフィールド蓄積2線加算読出しCCDを用いた周波数インターリーブ方式の生体内視鏡テレビジョンカメラに用いられる単板式固体撮像装置にこの発明を適用した場合の色フィルタ部の色フィルタ配列構成を示すものである。 Figure 1 (a) the color of the color filter portion of the case of applying the invention to a single-plate solid-state imaging device used in vivo endoscopic television camera of the frequency interleave system which uses the field storage 2-wire addition read CCD filter It shows the sequence arrangement. すなわち、第1図(a)は第4図(a)の場合と同様に4×4画素を取出して各画素に対する色フィルタ部の色フィルタ配列を示しており、図中Rは赤色透過フィルタ、Mgはマゼンタ色透過フィルタ、 That is, FIG. 1 (a) shows the color filter array of color filter portions for each pixel is taken out 4 × 4 pixels as in the case of FIG. 4 (a), reference numeral R the red transmission filter, Mg is magenta color transmission filters,
Yeは黄色透過フィルタである。 Ye is yellow transmission filter. ここで用いられるCCDはフィールド蓄積2線加算読出し制御されるので、奇数フィールド読出し時には図中…,a1,a2,…のように垂直2 Here, since the CCD used is field storage 2-wire addition read control, in the figure at the time of odd field read ..., a1, a2, as ... vertical 2
画素の蓄積電荷が順次加算出力され、偶数フィールド読出し時には図中…,b0,b1,b2,…のように垂直2画素の蓄積電荷が順次加算出力される。 Pixel accumulated charge is sequentially added output, in the figure during the even field read ..., b0, b1, b2, ... vertical two pixels stored charge of are sequentially added output as. ここで、上記マゼンタ色 Here, the magenta color
Mgは赤色成分Rと青色成分Bと加算した色(R+B)であり、また黄色Yeは赤色成分Rと緑色成分Gとを加算した色(R+G)である。 Mg is a color obtained by adding a red component R and the blue component B (R + B), also yellow Ye is a color obtained by adding the red component R and green component G (R + G). 上記各画素に対する色フィルタの原色成分を同図(b),(c),(d)に示す。 The primary component of the color filters for each pixel drawing (b), (c), shown in (d). この図からわかるように、上記色フィルタ部では、赤色成分Rは全画素に存在し、緑色成分G及び青色成分Bはそれぞれ8画素中2画素だけ存在するようにしている。 As can be seen from this figure, in the color filter unit, the red component R is as present in all the pixels, the green component G and the blue component B is present only 2 pixels in eight pixels respectively. これは、内視鏡カメラの場合被写体が生体内であり、ほとんが赤みを帯びていることに対応させるためである。 This is because, in the case of the endoscopic camera is subject in vivo, in order to correspond to the photons is reddish.

上記のように色フィルタ部を形成されたCCDから得られる信号を処理してビデオ信号を生成する回路は第2図に示すように構成される。 Circuit for generating a video signal by processing a signal obtained from the CCD formed a color filter unit as described above is constructed as shown in Figure 2. すなわち、図中11は光学系、 That is, reference numeral 11 is an optical system,
12は色フィルタ部、13はCCDで、このCCD13から出力される映像信号はローパスフィルタ(LPF)14及びバンドパスフィルタ(BPF)15に供給される。 12 color filter unit, 13 is a CCD, a video signal output from the CCD13 is supplied to a low pass filter (LPF) 14 and a band pass filter (BPF) 15. ローパスフィルタ1 A low-pass filter 1
4の出力は映像信号の4R+B+G成分となる。 The output of 4 becomes 4R + B + G component of the video signal. また、バンドパスフィルタ15の出力はB+GとB−Gが1水平走査期間毎に交互に現われる信号となって、1H(水平走査期間)遅延線161、加算器164及び減算器163で構成されるくし形フィルタ16でB成分とG成分に分離される。 The output of the bandpass filter 15 is a signal B + G and B-G appear alternately every horizontal scanning period, and a 1H (horizontal scanning period) delay line 161, the adder 164 and the subtracter 163 They are separated in the comb filter 16 to a B component and the G component. これらの色信号成分はそれぞれ検波器17,18によって検波されて色信号となり、さらにローパスフィルタ19,20によって帯域制限された後、上記ローパスフィルタ14の出力と共にマトリクス・エンコーダ21に供給される。 These color signals components are detected by the respective detectors 17, 18 become color signals, after being further band-limited by the low-pass filter 19 and 20, are supplied to a matrix encoder 21 with the output of the low pass filter 14. このマトリクス・エンコーダ21は入力された4R+B+G、G The matrix encoder 21 is inputted 4R + B + G, G
及びBを演算処理してビデオ信号を生成するものである。 And it is intended to generate a video signal of B to the arithmetic processing. このようにして得られたビデオ信号は全画素が赤色成分Rに反応しているため、赤色成分の多い生体内を撮像したとき、極めて解像度及びS/N比が良好である。 Since the video signal obtained in the all pixels is responding to the red component R, when imaging the inside of large biological the red component is extremely resolution and S / N ratio is good.

したがって、上記のように構成した単板式固体撮像装置は、特に生体内を撮像する内視鏡カメラに用いて有効なものとなる。 Thus, the single-plate solid-state imaging device configured as described above is a valid using the endoscope camera for particular imaging the in vivo.

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば水中カメラの撮像装置に適用する場合には上記実施例の場合の赤色成分Rと青色成分Bとを入替えて考えればよい。 The present invention is not limited to the above embodiments, for example, it may be considered by replacing the red component R and the blue component B in the case of the above embodiment when applied to the imaging apparatus of the underwater camera. つまり、撮像する環境に都合のよい色成分について全画素が反応するように色フィルタ配列を構成すればよい。 In other words, all pixels for good color component convenient environment for imaging may be configured to color filter arrangement to react. 第3図(a)にその構成を示し、同図(b),(c),(d)に各画素の原色成分の配列を示す。 In FIG. 3 (a) shows the configuration, FIG. (B), (c), shows the sequence of the primary color components of each pixel in (d).

[発明の効果] 以上詳述したようにこの発明によれば、色フィルタはすべて赤色が透過色として設定されているので、内視鏡の撮像対象であるところの赤色成分が主体的な生体を良好な解像度及びS/N比で撮像することができる。 According to the present invention as has been described in detail [Effect of the invention], since all the color filters are red is set as a transparent color, red component where an imaging target of the endoscope proactive biological it can be imaged with good resolution and S / N ratio. また、 Also,
本願発明はフィールド蓄積2線加算読出し方式の単板式固体撮像装置であるが、偶数番目の水平走査線上の各画素に対応する色フィルタは交互に透過色として赤色に緑色と青色の一方が混入され、奇数番目の水平走査線上の各画素に対応する色フィルタは交互に透過色として赤色に緑色と青色の他方が混入されているので、偶数フィールド読出し時と奇数フィールド読出し時とに関わらず固体撮像素子の出力には赤色、緑色、青色の各成分が混合した同じ状態で含まれることになり、偶数フィールド読出し時と奇数フィールド読出し時とで信号処理手順を相違させる必要がない。 The present invention is a single-plate solid-state imaging device of the field storage 2-wire addition read method, the color filters corresponding to each pixel of the even-numbered horizontal scanning line one of green and blue are mixed in the red as transparent colors in turn , the color filter corresponding to each pixel of the odd-numbered horizontal scanning lines are mixed green and blue other red as transparent colors in turn, the solid-state imaging regardless the time of even field read and during an odd field readout red in the output of the device, green, will be the components of the blue is included in the same state of mixing, there is no need to different signal processing procedure at the time of even field read and during an odd field reading.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図はこの発明に係る単板式固体撮像装置の一実施例を示し、内視鏡カメラに適用した場合の色フィルタ部の色フィルタ配列構成及び各画素毎の原色成分を示す図、 Figure 1 illustrates one embodiment of a single-plate solid-state imaging device according to the present invention, shows the primary color components of a color filter array arrangement and each pixel of a color filter portion when applied to an endoscope camera,
第2図は同実施例による色フィルタ配列構成時のビデオ信号生成回路の構成を示すブロック回路図、第3図はこの発明に係る他の実施例を説明するための図、第4図は従来の単板式固体撮像装置の色フィルタ配列構成及び各画素毎の原色成分を示す図である。 Figure 2 is a block circuit diagram showing a configuration of a video signal generating circuit at the time of color filter array arrangement according to the embodiment, FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment according to the present invention, Figure 4 is conventional in is a diagram showing a primary component of the color filter array structure and each pixel of the single-plate solid-state imaging device. R……赤色成分、G……緑色成分、B……青色成分、Cy R ...... red component, G ...... green component, B ...... blue component, Cy
……シアン色成分、Ye…黄色成分、Mg……マゼンタ色成分、11……光学系、12……色フィルタ部、13……CCD、1 ...... cyan color component, Ye ... yellow component, Mg ...... magenta color component, 11 ...... optics, 12 ...... color filter unit, 13 ...... CCD, 1
4……ローパスフィルタ、15……バンドパスフィルタ、1 4 ...... low-pass filter, 15 ...... band-pass filter, 1
6……くし形フィルタ、17,18……検波器、19,20……ローパスフィルタ、21……マトリクス・エンコーダ。 6 ...... comb filter, 17, 18 ...... detector, 19, 20 ...... low pass filter, 21 ...... matrix encoder.

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】固体撮像素子の各画素に対応して色フィルタが配置され、奇数フィールド読出し時においては垂直方向に隣り合う2画素の電荷の加算結果を水平方向に沿って順次出力し、偶数フィールド読出し時においては奇数フィールド読出し時とは垂直方向に1画素ずれた垂直方向に隣り合う2画素の電荷の加算結果を水平方向に沿って順次出力するフィールド蓄積2線加算読出し方式であって、内視鏡の撮像部に採用される単板式固体撮像装置において、 前記色フィルタはすべて赤色が透過色として設定され、 1. A are arranged color filters corresponding to each pixel of the solid-state imaging device, and sequentially outputs along the sum of charges of two pixels adjacent in the vertical direction in the horizontal direction at the time of odd field reading, the even during field reading a field storage 2-wire addition reading method sequentially outputs along the sum of charges of two pixels that during the odd field read adjacent in the vertical direction shifted by one pixel in the vertical direction in the horizontal direction, in the endoscope single-plate solid-state imaging device employed in the imaging unit, all the color filters are red is set as a transparent color,
    偶数番目の水平走査線上の各画素に対応する色フィルタは交互に透過色として前記赤色に緑色と青色の一方が混入され、奇数番目の水平走査線上の各画素に対応する色フィルタは交互に透過色として前記赤色に前記緑色と前記青色の他方が混入され、 前記固体撮像素子の出力から赤色、緑色、青色の各成分が混入した混合成分をローパスフィルタにより抽出し、 Color filters corresponding to each pixel of the even-numbered horizontal scanning line one of green and blue to the red as the transparent color is mixed alternately, color filters corresponding to each pixel of the odd-numbered horizontal scanning lines are transmitted alternately the green and the blue and the other is mixed in the red as the color red from the output of the solid-green, the mixing components each component of the blue is mixed and extracted by the low-pass filter,
    前記固体撮像素子の出力から緑色成分と青色成分をバンドパスフィルタ及びくし形フィルタにより抽出し、前記混合成分と前記緑色成分と前記青色成分を所定の演算処理に供することにより映像信号を得るようにしたことを特徴とする単板式固体撮像装置。 The extracted with solid bandpass filter and comb filter to green component and blue component from an output of the image pickup device, so as to obtain a video signal by subjecting the blue component and the mixing component and the green component to a predetermined operation processing single-plate solid-state imaging device, characterized in that the.
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