JP2611269B2 - 固体撮像装置の信号処理装置 - Google Patents

固体撮像装置の信号処理装置

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    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、CCD等の固体撮像装置の出力信号をディ
ジタル化して処理するのに適用される固体撮像装置の信
号処理装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、3チップ方式の固体撮像装置では、解像度の向
上のために、1/2絵素ずらし法(空間絵素ずらし法とも
称される)が用いられている。これは、縁のCCDチップ
に対して、絵素のサンプリング周期の1/2だけ青のCCDチ
ップ及び赤のCCDチップをずらして配するものである。
第6図は、1/2絵素ずらし法を用いたCCDの出力信号の周
波数スペクトラムを示し、f1がCCDのサンプリング周波
数である。CCDの出力信号は、光学的ローパスフィルタ
によってその帯域が制限されている。第6図において、
31が固体撮像素子の出力信号のベースバンド成分を示
し、破線で示す32Gが緑成分の1次のサイドバンド成分
を示し、破線で示す32RBが赤及び青成分の1次のサイド
バンド成分を示す。これらのサイドバンド成分は、位相
が逆となり互いに打ち消し合い、サンドバンド成分によ
る折り返しが防止される。
しかしながら、ディジタル処理が適用されるディジタ
ルカメラや、白黒若しくはカラー画像入力処理装置等に
おいては、1/2絵素ずらし法の適用が困難で、同相サン
プリングが主体となる。同相サンプリングでは、第7図
に示されるように、サイドバンド成分33が3チップの出
力信号に関して同相となり、ベースバンド成分31にサイ
ドバンド成分が入り込み、斜線で示すような折り返しひ
ずみが発生する。この点を改善するため、第8図Aにお
いて34Aで示すように、撮像信号のベースバンド成分の
高域側を抑圧するような光学的ローパスフィルタが使用
されていた。この光学的ローパスフィルタに依れば、第
8図Aにおいて、34Bで示すように、サイドバンド成分
の(0〜1/2 f1)の帯域が充分に抑圧され、折り返しひ
ずみの発生を防止することができる。ディジタル信号処
理の場合には、第8図Bにおいて、35で示すようなロー
パスフィルタ(プリフィルタ)により、信号帯域が制限
される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述の第8図Aに示すように、撮像出力信号の帯域を
制限する光学的ローパスフィルタに依れば、折り返しひ
ずみの発生を防止することができる。しかしながら、光
学的ローパスフィルタは、急峻な遮断特性を持たないた
めに、有効帯域(0〜1/2 f1)の高域成分が減衰するた
めに、高域におけるMTF(Modulation Transfer Functio
n)が劣化する欠点がある。
従って、この発明の目的は、後段のディジタル系への
入力信号のスペクトル中の折り返し成分を充分に抑圧で
き、また、高域におけるMTF特性を良好とできる固体撮
像装置の信号処理装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明では、固体撮像素子と、固体撮像素子の出力
信号をA/D変換するA/D変換器と、A/D変換器の出力ディ
ジタル信号を処理するディジタル信号処理回路とを有す
る固体撮像装置の信号処理装置において、 固体撮像素子のサンプリング周波数である第1の周波
数(f1)がディジタル信号処理回路で処理されるディジ
タル信号のクロック周波数である第2の周波数(f2)の
1.5倍以上に設定され、固体撮像素子に設けた光学的ロ
ーパスフィルタによって、入力光学像の(f1−1/2 f2)
とf1の間の周波数帯域の成分が抑圧され、ディジタル信
号処理回路で処理されるディジタル信号の1/2 f2よりも
高い周波数成分が電気的ローパスフィルタで抑圧され
る。
〔作用〕 固体撮像素子のサンプリング周波数である第1の周波
数f1とディジタル信号のクロック周波数である第2の周
波数f2とが(f1≧1.5f2)と設定されているので、有効
帯域(0〜1/2 f1)における高域成分の減衰が小とな
る。従って、高域におけるMTFを良好とできる。また、
(f1〜1/2 f2)とf1の間の帯域の信号が光学的ローパス
フィルタによって抑圧されるので、折り返しひずみの発
生が防止できる。更に、電気的ローパスフィルタによっ
て、1/2 f2よりも高い周波数成分が抑圧されるので、A/
D変換或いはダウンサンプリングした場合に、折り返し
ひずみが発生することが防止できる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例について第1図,第2図及
び第3図を参照して説明する。
第1図において、1はレンズ,2は光学的ローパスフィ
ルタ,3はダイクロイック・プリズムである。ダイクロイ
ック・プリズム3により、入力光学像が赤,緑,青の3
原色光に分解される。各色の入力光を受光するCCD4R,4
G,4Bが設けられている。これらのCCD4R,4G,4Bには、CCD
ドライバ5が周波数f1(例えば20.25MHz)のクロック信
号を供給する。CCDドライバ5は、タイミングジェネレ
ータ6の出力信号からCCDに対するクロック信号を生成
する。
CCD4R,4G,4Bは夫々には、A/D及び信号処理回路7R,7G,
7Bが接続されている。A/D及び信号処理回路7R,7G,7B
は、互いに同一の構成を有しているので、第1図では、
A/D及び信号処理回路7Gに関してのみ、その構成が示さ
れている。即ち、CCD4Gの出力信号がプリアンプ8及び
ローパスフィルタ9を介してアナログ処理回路10に供給
され、アナログ処理回路10の出力信号がA/D変換器11に
供給される。A/D変換器11からのディジタル撮像信号が
ディジタル処理系12に供給される。ディジタル処理系12
には、他のA/D及び信号処理回路7R及び7Bからのディジ
タル撮像信号が供給される。
アナログ処理回路10は、ゲインコントロール回路,プ
リニー回路等から構成されている。ディジタル処理系12
は、γ補正,イメージエンハンサ,エンコーダ等から構
成されている。ディジタルVTR,ディジタルスイッチャが
ディジタル処理系12に含まれる場合もある。
A/D変換器11には、タイミングジェネレータ6から周
波数f2(例えば13.5MHz)のサンプリングクロックが供
給される。このサンプリングクロックは、ディジタル処
理系12に供給され、ディジタル信号処理に用いられる。
ローパスフィルタ9は、(0〜1/2 f2)のパス帯域を有
している。
上述の光学的ローパスフィルタ2は、第2図におい
て、実線で示すように、(0〜f2)の帯域を通過させる
と共に、周波数f2より高い帯域の成分を充分に抑圧する
特性21を有している。CCDのサンプリング周波数f1は、
(1.5f2=20.25MHz)であり、撮像出力信号のサイドバ
ンド成分は、第2図において破線で示す周波数スペクト
ル22を有する。従って、有効帯域(0〜1/2 f2)に入り
込み、折り返しひずみを生じさせる成分23が充分に抑圧
される。また、光学的ローパスフィルタ2の特性21は、
上記の有効帯域における高域成分を減衰させないので、
高域におけるMTF特性を良好とできる。
光学的ローパスフィルタ21が急峻なロールオフ特性を
持つことは困難なため、A/D変換によって折り返しひず
みが発生することを防止する目的で、急峻なロールオフ
特性を持つローパスフィルタ9が設けられている。ロー
パスフィルタ9は、第2図において、24で示すローパス
特性を有し、撮像信号の帯域が(0〜1/2 f2)に制限さ
れる。撮像信号のベースバンド成分25がA/D変換器11に
おいてサンプリング周波数f2(=13.5MHz)でA/D変換さ
れる。第2図において、一点鎖線で示すように、A/D変
換によって、サイドバンド成分26が発生する。このサイ
ドバンド成分26は、有効帯域内に入り込まず、折り返し
ひずみが生じない。
第3図は、この発明の一実施例におけるCCDのサンプ
リング周波数f1及びA/D変換のサンプリング周波数の他
のいくつかの例を示す。第3図Aは、(f1=21.5MHz=6
fsc,fsc:カラーサブキャリア周波数)(f2=13.5MHz)
の例である。第3図Bは、(f1=20.25MHz)(f2=14.3
2MHz=4fsc)の例である。第3図Cは、(f1=27MHz)
(f2=13.5MHz)の例である。第3図Dは、(f1=28.6M
Hz=8fsc)(f1=13.5MHz)の例である。
上述の例からも理解されるように、CCDのサンプリン
グ周波数f1は、A/D変換のサンプリング周波数f2の1.5倍
以上とされ、また、光学的ローパスフィルタ2の特性21
は、(f1−1/2 f2)〜(f1+1/2 f2)の帯域を有効に抑
圧するものとされる。
第4図は、この発明の他の実施例を示す。前述の一実
施例と同様に3チップ式のCCDカラーカメラにおいて、
各CCDに対してA/D及び信号処理回路が接続される。第4
図では、簡単のため緑のCCD4Gに対して接続されるA/D及
び信号処理回路7Gのみが示されている。
CCD4Gからの撮像出力信号は、プリアンプ8を介して
アナログ処理回路10に供給される。アナログ処理回路10
の出力信号がA/D変換器11によりディジタル信号に変換
される。A/D変換器11の出力信号がディジタルローパス
フィルタ13によって帯域制限され、次段のダウンサンプ
リング回路14に供給される。ダウンサンプリング回路14
の出力信号がディジタル処理系12に供給される。ディジ
タル処理系12には、図示せずも、他の赤及び青のチャン
ネルのA/D及び信号処理回路の出力信号も供給される。
A/D変換器11及びディジタルローパスフィルタ13に
は、周波数f3のクロック信号が供給され、ダウンサンプ
リング回路14及びディジタル処理系12には、周波数f4の
クロック信号が供給される。ダウンサンプリング回路14
は、サンプリング周波数f3(>f4)のディジタル撮像信
号を周波数f4のディジタル撮像信号に変換するサンプリ
ングレート変換回路である。CCDのサンプリング周波数f
1は、周波数f4の整数倍に選定され、(f1=f3)と選定
される。例えば、(f1=f3=27MHz)(f4=13.5MHz)と
される。
第5図は、この発明の他の実施例の周波数スペクトラ
ムであり、第5図Aは光学的ローパスフィルタの特性21
及び撮像信号のサイドバンド成分22を示す。前述の一実
施例と同様に、光学的ローパスフィルタは、(f1−1/2
f4)〜(f1+1/2 f4)の帯域を有効に抑圧するものとさ
れる。
第5図Bは、ディジタルローパスフィルタ13のローパ
ス特性27を示す。(f1=f3=27MHz)とされているの
で、ベースバンド成分25に入り込む折り返し成分23は、
充分に抑圧される。この第5図Bに示すスペクトルを持
つディジタル信号がダウンサンプリング回路14に供給さ
れるので、ダウンサンプリング回路14からは、第5図C
に示す周波数スペクトルを有するディジタル撮像信号が
得られる。このダウンサンプリング回路14から得られる
ディジタル撮像信号は、折り返し成分を含まないもので
ある。
〔発明の効果〕
この発明に依れば、光学的ローパスフィルタの特性が
有効帯域の高域成分をも充分に通過させると共に、折り
返しひずみの周波数成分を充分に抑圧するものとされて
いるので、高域のMTF特性の劣化を防止できると共に、
折り返しひずみを防止することができる。また、この発
明では、ディジタル処理系で処理される信号のサンプリ
ング周波数f2(又はf4)の1/2よりも高い周波数成分を
電気的ローパスフィルタにより抑圧するので、A/D変換
或いはダウンサンプリングによって折り返しひずみが発
生することが防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例のブロック図、第2図はこ
の発明の一実施例の説明に用いる周波数スペクトラム、
第3図はこの発明の一実施例における周波数の具体例の
いくつかを示す周波数スペクトラム、第4図はこの発明
の他の実施例のブロック図、第5図はこの発明の他の実
施例の説明に用いる周波数スペクトラム、第6図,第7
図及び第8図は従来の固体撮像装置の説明に用いる周波
数スペクトラムである。 図面における主要な符号の説明 2:光学的ローパスフィルタ、 4R,4G,4B:CCD、 7R,7G,7B:A/D及び信号処理回路、 9:ローパスフィルタ、11:A/D変換器、 12:ディジタル処理系、 13:ディジタルローパスフィルタ、 14:ダウンサンプリング回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固体撮像素子と、上記固体撮像素子の出力
    信号をA/D変換するA/D変換器と、上記A/D変換器の出力
    ディジタル信号を処理するディジタル信号処理回路とを
    有する固体撮像装置の信号処理装置において、 上記固体撮像素子のサンプリング周波数である第1の周
    波数(f1)を上記ディジタル信号処理回路で処理される
    ディジタル信号のクロック周波数である第2の周波数
    (f2)の1.5倍以上に設定し、上記固体撮像素子に設け
    た光学的ローパスフィルタによって、入力光学像の(f1
    −1/2 f2)とf1の間の周波数帯域の成分を抑圧し、上記
    ディジタル信号処理回路で処理されるディジタル信号の
    1/2 f2よりも高い周波数成分を電気的ローパスフィルタ
    で抑圧するようにしたことを特徴とする固体撮像装置の
    信号処理装置。
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