JP2744577B2 - 固体撮像装置の映像位相調整回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置から読み
出される映像信号の位相調整回路に関するものであり、
特に、被写体の光学像を赤、緑及び青の三原色に分解
し、分解した三原色像をそれぞれ固体撮像素子によって
受光して赤、緑及び青色信号を取り出すようにした固体
撮像装置の映像位相調整回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、放送用テレビカメラとして、固体
撮像素子を使用した３板式テレビカメラが採用されるこ
とが多くなってきている。図１に、３板式テレビカメラ
の概略構成図を示す。この構成では、被写体１の像をレ
ンズ２により結像し、この像を赤、緑及び青色の３色分
解プリズム３により３色に分解する。分解した各色の被
写体像をそれぞれ固体撮像素子４Ｒ，Ｇ及びＢにより電
気信号に変換し、この信号を信号処理装置５Ｒ，５Ｇ及
び５Ｂにそれぞれ送り、テレビカメラの出力信号として
必要な信号処理を行う。処理が行われた信号は、合成装
置６に送られて放送方式で定められている所定の比率で
各色の信号を混合し、カメラの映像信号出力とするか、
又は、各色の信号を独立してカメラの外部に出力し、外
部の装置で赤、緑及び青色の各信号の合成を行ってカラ
ー映像を映出するようにしている。

【０００３】次に固体撮像素子の動作原理を説明するた
めに、最も一般的な固体撮像素子であるインターライン
CCD について図２を参照して説明する。なお、他の撮像
素子も本発明に関してはほとんど同じ動作原理である。
インターラインCCD １１は、光を電荷に変える受光素子
１２を垂直方向及び平行方向にマトリックス状に配置し
ている。撮像素子の撮像面に結像した被写体像は、受光
素子１２の各点で分割されて電荷に変えられる。電荷
は、各列の受光素子１２に隣接する垂直CCD １３に移さ
れる。垂直CCD １３には、垂直転送パルスφV1, φV2,
φV3及びφV4が印加されており、これらのパルスにより
垂直転送された電荷は水平CCD １４に移される。水平CC
D １４には、水平転送パルスφH1及びφH2が印加されて
おり、これらのパルスにより水平転送され、最後に出力
アンプ１５により増幅されて出力端子１６に出力され
る。ここで垂直転送パルスφV1, φV2, φV3及びφV4の
間隔は、各テレビジョン方式における垂直同期周波数に
同期しなければならない。また水平転送パルスφH1及び
φH2は、水晶発振器等を原発振とし、これをそのまま又
はカウントダウンして生成するが、水晶発振器等の発振
周波数は各テレビジョン方式の水平同期周波数に同期し
なければならない。したがって、垂直転送パルス及び水
平転送パルスの１画素ごとの間隔はそれぞれ同一の間隔
で与えられている。

【０００４】受光素子１２は、垂直方向及び水平方向に
等間隔で配置するとともに転送パルスも垂直方向及び水
平方向に等間隔で与えられるために、インタラインCCD
１１から出力される映像信号は、撮像素子の撮像面に結
像した被写体像を水平方向及び垂直方向に等間隔に分割
した信号となる。

【０００５】レンズを介して被写体の像を撮像素子上に
結像する場合、レンズの倍率色収差により赤、緑及び青
色間の結像にずれが生じる。倍率色収差は、波長により
結像倍率が異なるために生じ、テレビカメラではレジス
トレーションエラーとなって現れる。また、歪曲（レン
ズの歪み）により結像がひずむ。撮像素子の駆動速度は
一定であるため、等間隔に置かれた受光素子からは、撮
像した位置に応じてそのまま時間変化なしに出力映像信
号が得られる。したがって、レンズの収差や歪曲により
生じた撮像素子の結像面での被写体像の歪みは、補正さ
れることなく撮像素子から出力され、固体撮像素子を使
用したカメラで撮像した場合には出力映像信号中にこの
ような収差、歪曲などに基づくレジストレーションエラ
ーが必然的に生じることになる。

【０００６】このようなレジストレーション補正を電気
的に行うものとしては、映像信号を一度デジタルメモリ
に取り込んだ後、メモリの読み出しの制御を行う方法が
特開昭61-89791号公報、特開平02-282984 号公報、特開
平02-284591 号公報等に開示されており、また水平およ
び垂直転送信号を発生する電圧制御発振器の発振周波数
を変化させる方法が特開平01-251888 号公報に記載さ
れ、水平転送パルスの水平周波数を調整する方法が特開
昭58-59690号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、映像信
号を一度デジタルメモリに取り組んだ後メモリの読み出
しの制御を行う場合、デジタルメモリ等に取り込むため
にA/D 変換等の操作が必要となり、量子化ノイズ等の方
式限界が存在する、という欠点がある。また、水平転送
パルスおよび垂直転送パルスを発生する電圧制御発振器
の発振周波数を変化させる場合や水平転送パルスの周波
数を調整する場合には、周波数を動かすために発振周波
数が不安定となりやすく、周波数制御自体が困難になる
欠点がある。特に、短時間内に周波数を変化させた場
合、電圧制御発振器がそれに応答して速やかに発振周波
数を変化させることができず、レジストレーションエラ
ーを精度良く補正することができない。映像信号に補正
を行う場合、映像期間内に行った補正の電圧制御発振器
の発振周波数の変化を水平ブランキング期間内に元の周
波数に戻す必要がある。映像期間に比べて水平ブランキ
ング期間は非常に短く電圧制御発振器の応答をこれに追
従させるのは困難である。

【０００８】本発明は、上述した従来の方式の欠点を解
消し、固体撮像装置のレジストレーションエラーの補
正、特に水平方向における補正を高精度に行うことがで
きる固体撮像装置の映像位相調整回路を提供することを
目的とするものである。本発明はさらに、画面の幾何学
的寸法に特殊効果を与えることができるようにした固体
撮像装置の映像位相調整回路を提供しようとするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
映像位相調整回路は、赤、緑及び青の三原色の色ごとに
基準転送パルスを発生させる手段と、レジストレーショ
ンエラーを補正するために、各色ごとにレジストレーシ
ョンエラーの情報を入力することにより前記基準転送パ
ルスの位相を変化させる可変デジタル遅延手段とを具え
ることを特徴とするものである。さらに本発明の固体撮
像装置の映像位相調整回路は、画面の幾何学的寸法に対
する特殊効果を得るために、各色ごとに特殊効果に対応
した情報を入力することにより前記基準水平転送パルス
の位相を変化させる可変デジタル遅延手段とを具えるこ
とを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明の固体撮像装置の映像位相調整回路で
は、色ごとにレジストレーションエラーの情報を遅延デ
ータとして入力することにより、入力パルスをその遅延
データ分だけ遅延することができる可変デジタル遅延手
段を設けている。例えば入力パルスが８ビットで、１遅
延データごとの遅延時間がｔの場合には、遅延データ00
000000を可変デジタル遅延手段に入力すると、0 ・ｔ遅
延した出力パルス（遅延されないパルス）を出力する。
以下の説明において、遅延データの左端を最下位ビット
とし、右端を最上位ビットとする。また、遅延データ10
000000、01000000をそれぞれ入力すると、 1・t 、 2・
t 遅延した出力パルスをそれぞれ出力する。同様に、遅
延データ11111111を入力すると255 ・t 遅延した出力パ
ルス（最大遅延パルス）を出力する。したがって出力パ
ルスとしては、遅延データに応じて 0・t 〜255 ・t 遅
延したものが出力される（図３参照）。

【００１１】例えば平常時の遅延データが、水平転送パ
ルスの周期を遅延又は短縮していない状態である111100
00であるとする。ここで１転送周期パルスごとに遅延デ
ータを１づつ増加、すなわち遅延データを00001000、10
001000、01001000と変えていくと（図４ａ〜ｄ）、順次
の入力パルスに対する遅延データが変更されて、可変デ
ジタル遅延手段の出力パルスの間隔は広くなる（図４
ｅ）。また、１クロックごとに遅延データを１づつ減
少、すなわち遅延データを01110000、10110000、001100
00と変えていくと（図５ａ〜ｄ）、順次の入力パルスに
対する遅延データが変更されて、可変デジタル遅延手段
の出力パルスの間隔は順次に狭くなる（図５ｅ）。この
ように、遅延データを可変遅延素子の最小単位ごとに変
化させることによって出力パルスの間隔を可変遅延素子
の最小単位ごとに変化させることができ、見掛け上パル
ス周波数が変化することになるが、本発明では転送パル
スの周波数を変化させるのではなく、その位相を変化さ
せるものである。

【００１２】これらの操作を１ライン中に適宜行うこと
により、固体撮像装置の水平方向におけるレジストレー
ションエラーを補正することができ、例えば、図７に示
すように１ライン中、画面の右半分にて固体画像素子の
転送周波数を可変遅延素子の最小単位ごとに高くするこ
とにより画面の右半分の画像を可変遅延素子の最小単位
ごとに縮小することができる。したがって本発明の固体
撮像装置の映像位相調整回路により、固体撮像素子の１
画素ごとの転送パルスの間隔、すなわち位相を制御する
ことができるので、固体撮像装置のレジストレーション
エラーの補正を正確に行うことができる。また、上述し
た遅延データを画面の幾何学的寸法に対する特殊効果を
得るように設定することによって所望の特殊効果を容易
かつ正確に実現することができる。

【００１３】

【実施例】図７は、本発明による固体撮像装置の映像位
相調整回路の一実施例の構成を示すブロック図である。
本例においては、水平転送パルス発生器から出力される
クロックパルス及び水平転送開始位置(H CLR) を遅延デ
ータにより遅延するようにしたものである。水晶発振器
２１から発振される駆動パルスを転送駆動パルスジェネ
レーター２２に供給し、赤、緑及び青色の垂直転送パル
ス、H CLR 及びクロックに変換する。これらのH CLR 及
びクロックを各色ごとに可変デレーライン２３Ｒ，２３
Ｇ及び２３Ｂに供給し、上記垂直転送パルスは各色ごと
にCCD ２４Ｒ，２４Ｇ及び２４Ｂに供給する。上記H CL
R 及びクロックは、各色ごとに遅延データ入力装置２５
Ｒ，２５Ｇ及び２５Ｂに供給される遅延データに従って
可変デレーライン２３Ｒ，２３Ｇ及び２３Ｂで所定の時
間だけ遅延されて遅延H CLR 及び遅延クロックを生成す
る。これらの遅延H CLR 及び遅延クロックを各色ごと
に、水平転送パルス作成回路２６Ｒ，２６Ｇ及び２６Ｂ
に供給し、水平転送パルスに変換する。これらの水平転
送パルスを上記垂直転送パルスとともに、各色ごとにCC
D ２４Ｒ，２４Ｇ及び２４Ｂに供給する。これらのCCD
２４Ｒ，２４Ｇ及び２４Ｂには被写体像を３色分解光学
系によって分解した各色の像を入射させる。

【００１４】図８に、水平転送パルスの形成方法を示
す。本例では、可変デレーライン２３Ｒ，２３Ｇ及び２
３Ｂはそれぞれ、遅延データ入力装置２５Ｒ，２５Ｇ及
び２５Ｂから遅延データを受けることにより、入力パル
スをその遅延データ分だけ遅延することができるように
構成されている。ここで、１データごとの遅延時間がＴ
の場合を考える。１転送周期パルスごとに遅延データを
１づつ増加、すなわち遅延時間を0T,1T ─5Tと変えてい
くと（図８ａ〜ｆ）、順次の入力パルスの遅延時間は連
続的に長くなり、可変デレーライン２３Ｒ，２３Ｇ及び
２３Ｂの出力パルスは見かけ上周波数が遅くなる（図８
ｇ）。逆に、１転送周期パルスごとに遅延データを１づ
つ減少すると、順次の入力パルスの遅延時間は連続的に
短くなり、可変デレーラインの出力パルスは見かけ上周
波数が早くなる。これらの操作を１ライン中に適宜行う
ことにより１画素ごとの水平転送パルスの間隔を変える
ことができるので、固体撮像装置の水平方向のレジスト
レーションエラーを正確に補正することができる。

【００１５】図９ａに、CCD ２４Ｒ，２４Ｇ及び２４Ｂ
の動作を、図９ｂに遅延データを入力しない場合の水平
転送パルス及びCCD 出力を、図９ｃに遅延データを入力
した場合の水平転送パルス及びCCD 出力をそれぞれ示
す。図９ａにおいて、画素Ａで蓄積された電荷は、垂直
CCD ３１を経て水平CCD ３２の「４」に転送される。水
平CCD ３２は、水平転送パルスにより駆動され、図９ｂ
に示すように遅延データが入力されていないとCCD 出力
は時刻ｔで出力される。一方図９ｃに示すように、遅延
データが入力されるとCCD 出力は時刻ｔ′で出力され、
CCD 出力はｔ′−ｔだけ遅延されたことになる。

【００１６】図１０に、撮像素子結像面上での被写体像
の補正方法を示す。撮像素子結像面４１上で被写体像４
２がレンズの歪みにより図のように結像された場合、水
平走査線４３上では時刻ｔで出力される。被写体像４１
をレンズの歪みの影響を受けない被写体像４４にしたい
場合、上述したように水平転送パルスの間隔を適切に遅
延させることにより、水平走査線４３上では時刻ｔ′で
出力させるようにする。このようにして水平転送パルス
を遅延しない場合には時刻ｔで出力されるはずの信号を
時刻ｔ′まで遅らせることにより、レンズの歪みの影響
を補正することができる。同様に、被写体像４２の右半
分での歪みを補正するには、水平転送パルスの間隔を適
切に短縮させることにより水平走査線４３上では時刻u
で出力されるはずの信号を時刻u ′まで映像信号の位相
を変化させることにより実施することができる。

【００１７】なお、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）の左
側の図で、走査線の始まりの点を移動するためには、水
平移動開始位置(H CLR) を図形に従い変化させる。以上
の操作を赤、緑及び青色の撮像素子ごとに独立して行う
ことにより、レンズの収差や歪曲により生じた撮像素子
の結像面での被写体像の歪みに対して、レジストレーシ
ョンエラーの補正を行うことができ、例えば台形状の歪
曲（図１１ａの実線）、ピンクッション状の歪曲（図１
１ｂの実線）、リニア状の歪曲（図１１ｃの実線）は、
点線で示すような遅延を与えることにより補正できる。

【００１８】図１２に図７に示した本発明の実施例の構
成の一部を、図１３に図１２のミックスアンプにより生
成される補正波形を、図１４に図１３の波形をA/D 変換
した波形をそれぞれ示し、以下遅延データの決定方法の
一例を説明する。図１２において、遅延データ入力装置
５０は図７の遅延データ入力装置２５Ｒ，Ｇ及びＢにそ
れぞれ相当し、可変デレーライン５１及び５２は可変デ
レーライン２３Ｒ，Ｇ及びＢにそれぞれ相当し、水平転
送パルス作成回路５３は、水平転送パルス作成回路２６
Ｒ，Ｇ及びＢにそれぞれ相当する。なお本例では、可変
デレーライン５１及び５２は８ビットのものとする。

【００１９】遅延データ入力装置５０は、補正波形作成
回路としてのミックスアンプ５４、A/D 変換器５５及び
ラッチ５６から構成されており、水平転送パルス作成回
路５３は、1/2 分周器５７、AND ゲート５８、EX-OR ゲ
ート５９及び６０から構成されている。なお、ミックス
アンプ５４は撮像管カメラのレジストレーション補正回
路と同一の回路である。ミックスアンプ５４に水平のこ
ぎり波形(H SAW) 、垂直のこぎり波形(V SAW) 、水平パ
ラボラ波形(H PARABORA)及び垂直パラボラ波形(V PARAB
ORA)を入力し、図１３に示すようなアナログ補正波形を
形成する。このような補正波形をA/D 変換器５５に供給
し、８ビットA/D 変換を行うと、図１４に示すように時
刻０から時刻Ａまでの間で遅延データが、水平転送パル
スの周期を遅延又は短縮していない状態である11110000
で一定で、時刻Ａから時刻Ｂまでで少しずつ増加して最
終的に遅延データ11111111になるデータが得られる。こ
こで、時刻Ａから時刻Ｂまでの間では遅延データは直線
的に増大しているが、この間の水平転送パルスの間隔は
一定である。したがって、この期間に水平転送パルスの
間隔を図６に示すように漸次短くする場合には遅延デー
タは一定の割合で増大させるのではなく、時間の経過と
共に急激に増大させる必要がある。

【００２０】このようにして形成された８ビットの遅延
データをラッチ５６に供給し、可変デレーライン５１か
らの出力クロックでラッチした後、可変デレーライン５
１及び５２のアドレスに入力して遅延量を決定する。ラ
ッチを行うのは、可変デレーライン５１から１クロック
分の信号が出力される前に遅延データが変わるのを防ぐ
ためであり、可変デレーライン５１の内部でラッチされ
ていればこの動作は不要である。

【００２１】可変デレーライン５１からは、時刻０から
時刻Ａまではクロックパルスの間隔は変わらないが、時
刻Ａから時刻Ｂまではそれに比べて間隔が少し狭いクロ
ックパルスが出力される。一方、H CLR もクロックと同
じ遅延量だけ遅延されるが、これはCCD 出力のH CLR を
決定するためである。

【００２２】可変デレーライン５１からの出力クロック
は、1/2 分周器５７で1/2 分周され、H CLR とAND ゲー
ト５８でAND され、EX-OR ゲート５９及び６０により互
いに位相が反転したパルスとなるが、これがCCD の水平
転送パルスとなる。なお、入力クロックが水平転送パル
スと同じ周波数の場合には、1/2 分周器５７は必要でな
い。ここで出力クロックを1/2 分周し、これとH CLR と
をアンドゲートしてCCD 水平転送パルスを作っている
が、これはCCD の駆動に必要なリセットパルス及びS/H
パルスを作る場合、２倍の周波数のクロックから作る方
がパルス位相調整をしやすいからである。回路が複雑に
なってもよい場合、可変デレーライン５１を通過させる
入力クロックはCCD 水平転送パルスと同じものでよく、
この場合もまた1/2 分周器５７は必要でない。

【００２３】以上の操作により、CCD の水平転送パルス
は時間０からＡまでは通常のパルス幅で時刻Ａから時刻
Ｂまでは少し狭いパルス幅となり、CCD の出力映像は時
刻０から時刻Ａまでは通常で、時刻Ａから時刻Ｂまでは
縮んだものとなる（図７参照）。ミックスアンプ５４の
出力は、ミックス比等を変えることにより種々の波形に
変形することができる。すなわち、CCD 映像出力を種々
の波形に時間的に縮めたり延ばしたりすることができ、
結果的にレジストレーションエラーの補正を行うことが
できる。ミックスアンプ５４の波形制御をマイクロコン
ピュータ等で行ってもよく、撮像管カメラのAUTO SET U
P がこれに相当する。また８ビットデータの再生方法と
しては、一画面分の補正データを計算により求めること
により行ってもよい。なお、遅延データの作り方は上述
した方法に限られるものではなく、種々の方法が考えら
れ、例えばマイクロコンピュータ等で直接制御して作成
してもよい。

【００２４】上述した実施例で使用する可変デレーライ
ンとしては種々の型式のものを使用することができる
が、例えば、NTSC,PAL-B（昭程電線），HDTV（エルメッ
ク（株））等の市販の可変デレーラインを用いることも
できる。さらに、上述した実施例においては、色ごとの
レジストレーションエラーを補正するように水平転送パ
ルスの位相を制御するようにしたが、本発明はこのよう
なレジストレーションエラーの補正に限定されるもので
はなく、画面の幾何学的な寸法に対する特殊効果を得る
こともできる。例えば、図１０において実線で示された
円形の被写体を破線で示すような楕円として映出するこ
とができる。

【００２５】

【発明の効果】上述したように本発明の固体撮像装置の
映像位相調整回路によれば、色ごとにレジストレーショ
ンエラーの情報を入力することにより、入力パルスをそ
の遅延データ分だけ遅延することができる可変デジタル
遅延手段を設けており、遅延データに従う可変デジタル
遅延手段によって固体撮像素子の水平転送パルスの位相
を制御することにより１画素ごとの水平転送パルスの間
隔を変えることができるので、固体撮像装置の水平方向
のレジストレーションエラーを高精度で補正することが
できるという効果を有する。また、遅延データを画面の
幾何学的寸法に対する特殊効果に応じて設定することに
よって所望の特殊効果を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】３板式テレビカメラの概略構成図である。

【図２】インタラインCCD の動作の説明図である。

【図３】（ａ）は可変デレーラインへの入力パルスを、
（ｂ）〜（ｅ）は遅延された出力パルスをそれぞれ示
す。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は遅延データを加えていく様子
を示し、（ｅ）はその結果得られる出力パルスを示す。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は遅延データを減らしていく様
子を示し、（ｅ）はその結果得られる出力パルスを示
す。

【図６】レジストレーション補正を水平方向に対して行
った結果得られる画面の右半分の映像が縮んだ様子を示
す。

【図７】本発明による固体撮像装置の映像位相調整回路
の一実施例の構成を示す。

【図８】（ａ）〜（ｆ）は遅延データを加えていく様子
を示し、（ｇ）は見かけ上周波数が遅くなった出力パル
スを示す。

【図９】（ａ）は、CCD の動作を、（ｂ）は遅延データ
を入力しない場合の水平転送パルス及びCCD 出力を、
（ｃ）は遅延データを入力した場合の水平転送パルス及
びCCD 出力をそれぞれ示す。

【図１０】本発明において被写体像のレジストレーショ
ンエラーを補正する様子を示す線図である。

【図１１】（ａ）は、台形状の歪みを、（ｂ）はピンク
ッション状の歪みを、（ｃ）はリニア状の歪みを修正す
る様子をそれぞれ示す。

【図１２】図７の遅延データ入力装置及び水平転送パル
ス作成回路の構成を示す。

【図１３】図１１のミックスアンプにより得られる補正
波形を示す。

【図１４】図１３の波形をA/D 変換した波形を示す。

【符号の説明】

１ 被写体 ２ レンズ ３ 三色分解プリズム ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ 固体撮像素子 ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ 信号処理装置 ６ 合成装置 １１ インタラインCCD １２ 受光素子 １３，３１ 垂直CCD １４，３２ 水平CCD １５ 出力アンプ １６ 出力端子 １７ カメラ出力範囲 １８ CCD 画素 ２１ 水晶発振器 ２２ 転送駆動パルスジェネレーター ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ，５１，５２ 可変デレーライ
ン ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ CCD ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ，５０ 遅延データ入力装置 ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ，５３ 水平転送パルス作成回
路 ４１ 撮像素子結像面 ４２，４４ 被写体像 ４３ 水平走査線 ５０ 遅延データ ５４ ミックスアンプ ５５ A/D 変換器 ５６ ラッチ ５７ 1/2 分周器 ５８ AND ゲート ５９，６０ EX-OR ゲート

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】赤、緑及び青の三原色の色ごとに基準水平
   転送パルスを発生させる手段と、 レジストレーションエラーを補正するために、各色ごと
   にレジストレーションエラーの情報を入力することによ
   り前記基準水平転送パルスの位相を変化させる可変デジ
   タル遅延手段とを具えることを特徴とする固体撮像装置
   の映像位相調整回路。
2. 【請求項２】赤、緑及び青の三原色の色ごとに基準水平
   転送パルスを発生させる手段と、 画面の幾何学的寸法に対する特殊効果を得るために、各
   色ごとに特殊効果に対応した情報を入力することにより
   前記基準水平転送パルスの位相を変化させる可変デジタ
   ル遅延手段とを具えることを特徴とする固体撮像装置の
   映像位相調整回路。