JP3450366B2

JP3450366B2 - カラー撮像装置

Info

Publication number: JP3450366B2
Application number: JP36013192A
Authority: JP
Inventors: 昭彦白石
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 2003-09-22
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JPH06205422A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２次元に複数個の画素
が配置されてなる撮像素子を備えたカラー撮像装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体技術の急速な進歩により、
ビデオ信号処理の分野では、ディジタル的に信号処理を
行うようにしたものが本命となりつつある。これは、デ
ィジタル信号処理は、アナログ信号処理に比べてＩＣの
集積化・高精度化、種々の調整の容易さ、Ｓ／Ｎ比の良
さなどの点で有利であるからである。

【０００３】このため、撮像素子においても、小型・軽
量・高信頼性などの長所を持つことから、ディジタル対
応の種々の方式が開発されてきた。その中でビデオカメ
ラや電子スチルカメラ用の撮像素子としては、高解像
度、Ｓ／Ｎ比の良さ、信号処理の容易さなどの観点か
ら、図２８、図２９に示すようなカラーフィルター配置
を持つＣＣＤ型撮像素子が今日最も一般的に用いられて
いる。

【０００４】電子スチルカメラ等で静止画をフレーム撮
影する場合には、図２８のような垂直方向に２画素周期
で相異なる色が繰り返されるカラーフィルター配置を持
つ撮像素子を用いる必要がある。これは、撮像素子で形
成された画素信号が奇数（ｏｄｄ）フィールドと偶数
（ｅｖｅｎ）フィールドとから交互に読み出されるた
め、その両フィールドの出力を同じものとしなければな
らないからである。なお、図中のＰｈは撮像素子の水平
方向のピッチを示し、Ｐｖは垂直方向のピッチを示して
いる。

【０００５】一方、図２９に示すような撮像素子は、垂
直方向に２画素周期で相異なる色が繰り返されるような
カラーフィルター配置とはなっていない。すなわち、こ
の撮像素子は、水平方向に対して２画素周期で相異なる
色を繰り返すカラーフィルターを有している。そして、
そのフィルター配列は、マゼンタＭｇとグリーンＧｒと
が繰り返されるラインと、シアンＣｙとイエローＹｅと
が繰り返されるラインとからなる。また、ＭｇとＧｒは
オフセットサンプリング配列になっており、ＣｙとＹｅ
は正方サンプリング配列になっている。なお、これとは
逆に、ＭｇとＧｒが正方サンプリング配列で、ＣｙとＹ
ｅがオフセットサンプリング配列になっているものもあ
る。

【０００６】そこで、図２９に示したような撮像素子か
ら信号を読み出すときは、通常、画素混合読み出し（あ
るいはフィールド読み出し）と呼ばれる方法が用いられ
る。これは、光電変換された信号電荷を２行ずつ混合し
て読み出す方法である。この方法によれば、信号電荷
は、ＡフィールドではＡ_n-1，Ａ_n，Ａ_n+1，・・・と
いうように読み出される。また、ＢフィールドではＢ
_n-1，Ｂ_n，Ｂ_n+1，・・・というように読み出され
る。

【０００７】この結果、この撮像素子からは、（Ｍｇ＋
Ｃｙ）と（Ｙｅ＋Ｇｒ）、および（Ｃｙ＋Ｇｒ）と（Ｍ
ｇ＋Ｙｅ）の画素信号が交互に出力される。いま便宜上
これら４つの信号を、Ｃ₁＝Ｍｇ＋ＣｙＣ₂＝Ｙｅ＋ＧｒＣ₃＝Ｃｙ＋ＧｒＣ₄＝Ｍｇ＋Ｙｅと呼ぶことにする。

【０００８】このとき、これら４つの信号が得られると
きの空間的な重心の位置の集合は、図３０に示すような
Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄によるサンプリング構造と考え
ることができる。したがって、図２９の撮像素子は、画
素混合読み出しをするときは垂直方向に２画素周期で相
異なる色が繰り返されるカラーフィルター配置を持つ撮
像素子と同様に考えることができる。そして、この画素
信号を基に各フィールドの輝度信号および色信号を形成
することにより、カラー画像を得るようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２
８、図３０に示すようなカラーフィルター配置を持つ撮
像素子を用いた場合、輝度信号や色信号を導出するため
には、１行分飛ばした２つの行データ（例えば、奇数フ
ィールドでは１、３行のデータ、偶数フィールドでは
２、４行のデータ）を用いなくてはならない。

【００１０】このため、垂直方向の空間的に離れた２点
の情報を足し合わせることになるので、垂直方向の相関
性が減少する。これにより、垂直方向に対する解像度が
劣化するとともに、偽色（色モアレ）の発生量が増加す
るという問題があった。特に、電子スチルカメラ等によ
る静止画の撮影を行う場合には、画素混合読み出しをす
ると片方のフィールドの画像しか得られないため、解像
度の高い、いわゆるフレーム画を得ることができなかっ
た。

【００１１】次に、上述のように色モアレが発生する原
因について、図３１、図３２を用いて詳細に説明する。
なお、図中のｆ_Hは水平方向の周波数を示し、ｆ_Vは垂
直方向の周波数を示している。

【００１２】図３１は、図２９のようなカラーフィルタ
ー配置を持つ撮像素子の空間周波数平面（ｆ_H，ｆ_V）
上におけるキャリアの特性を示す図である。また、図３
２は、図３０に示したようなサンプリング構造に基づく
空間周波数平面（ｆ_H，ｆ_V）上におけるキャリアの特
性を示す図である。図３１、図３２において、矢印はＭ
ｇ、Ｇｒ、Ｃｙ、Ｙｅの各色のキャリア、およびＣ₁、
Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄の各色のキャリアをそれぞれ表してお
り、また矢印の向きはその各色の位相関係を表してい
る。

【００１３】ここで、４色全ての位相が揃っているキャ
リアは無彩色光に対して発生するキャリアであり、これ
が輝度信号のキャリア（以下、「輝度キャリア」とい
う）となる。また、それ以外の位相が揃っていないキャ
リアは、無彩色光に対してはそれぞれが完全に打ち消し
合って消滅するが、色差信号の生成時には互いに打ち消
し合うことなく、色モアレとなって現れる色差信号のキ
ャリア（以下、「色キャリア」という）である。

【００１４】図３１によれば、垂直方向の周波数（０，
１／２Ｐｖ）に色キャリアが発生していることがわか
る。この色キャリアは、無彩色の細かい模様の被写体を
撮影した場合に色モアレが発生する原因となる。また、
図３２によれば、垂直方向の比較的低い周波数（０，１
／４Ｐｖ）に色キャリアが発生していることがわかる。
これは、ＮＴＳＣ規格のビデオカメラでは、２４０ＴＶ
本に相当する。この色キャリアは、垂直方向の比較的低
い周波数で色モアレが発生する原因となる。

【００１５】この色モアレの発生は、一般には撮像素子
の前に置かれる光学的ローパスフィルターにより抑制す
るようになされているが、その一方で、この光学的ロー
パスフィルターの使用は、水平方向の解像度の劣化をま
ねく。このため、従来のビデオカメラでは、解像度と色
キャリアが引き起こす色モアレとのトレードオフで光学
的ローパスフィルターを設計し、画質を決定しなければ
ならなかった。

【００１６】この問題について、図３３〜図３７を用い
て詳細に説明する。図３３は、図２８および図３０に示
した撮像素子のベースバンド近傍におけるキャリア成分
の発生位置を示す周波数特性図である。

【００１７】これによれば、図２８、図３０の撮像素子
のいずれを用いた場合にも、輝度キャリアは周波数（±
１／Ｐｈ，０）の位置に発生する。また、どちらの撮像
素子もカラーフィルターの水平方向の繰り返し周期が１
／２Ｐｈであることから、色キャリアは周波数（±１／
２Ｐｈ，０）の位置に発生することがわかる。

【００１８】ところで、これらの撮像素子より得られる
輝度信号は、サンプリング定理によれば、１／２Ｐｈの
周波数まで通過帯域をとることができるはずである。し
たがって、輝度信号の折り返り歪みを発生させないため
には、光学的ローパスフィルターは、ナイキスト周波数
であるｆ_H＝１／２Ｐｈ以上の周波数成分を全て０にカ
ットするものが理想的である。

【００１９】ところが、上述のようにｆ_H＝１／２Ｐｈ
の位置には色キャリアが発生するので、上述のような周
波数特性を持つ光学的ローパスフィルターを用いると、
色差信号の折り返り歪みにより色モアレが発生してしま
う。このため、光学的ローパスフィルターの周波数特性
は、図３４に示すように、色キャリアの発生するｆ_H＝
１／２Ｐｈの周波数より色差信号の帯域の分だけ低く通
過帯域を設定しなければならない。したがって、原理的
な解像度限界よりも低い解像度しか得ることができない
ということになる。

【００２０】次に、図３５に従来の光学的ローパスフィ
ルターの概略的な構成を示す。図３５において、光学的
ローパスフィルター１１０は、水平方向に距離Ｐｈだ
け、入射した光線を２本に分割する複屈折板１１１と、
直線偏光を円偏光にする位相板１１２と、水平方向に距
離Ｐｈ／２だけ、入射した光線を２本に分割する複屈折
板１１３とで構成されている。

【００２１】この光学的ローパスフィルターの伝達特性
（ＭＴＦ特性）は、Ｈ₁（ｆ_H，ｆ_V）＝｜ｃｏｓ（π／２・Ｐｈｆ_H）・ｃｏｓ（πＰｈｆ_H ）｜・・・（１）なる式で表される。

【００２２】そして、これをグラフに表したものが図３
６であり、空間周波数平面（ｆ_H，ｆ_V）上における特
性として表したものが図３７である。図３７において、
点線１１４ａ、１１４ｂ、１１５ａ、１１５ｂは光学的
ローパスフィルター１１０がトラップする共振周波数で
ある。これより、光学的ローパスフィルター１１０は、
輝度信号のキャリア周波数ｆ_H＝１／Ｐｈ、および色差
信号のキャリア周波数ｆ_H＝１／２Ｐｈをトラップする
ことがわかる。

【００２３】また、上述のような特性を持つ光学的ロー
パスフィルター１１０では、（１）式または図３６から
もわかるように、色差信号のキャリア周波数ｆ_H＝１／
２Ｐｈの約８５％の周波数において既にＭＴＦは−１５
ｄｂまで落ち込み、ｆ_H＝１／２ＰｈにいたってはＭＴ
Ｆは０となっている。したがって、このような光学的ロ
ーパスフィルター１１０を用いた従来の撮像素子では、
解像度限界であるｆ_H＝１／２Ｐｈよりも低い解像度し
か得ることができなかった。

【００２４】また、図３６から明らかなように、ｆ_H＝
１／２Ｐｈ以上の周波数成分が十分に抑制されていない
ので、これにより色キャリアの折り返り歪みによる色モ
アレが発生してしまうという問題もあった。

【００２５】近年、画質の向上を図るために、２つの撮
像素子を用いた２板式カラー撮像装置や、それと同程度
の高画質を得ることができるようにした撮像素子を用い
た単板式カラー撮像装置が採用されているが、これらの
カラー撮像装置においても、前述したような色モアレの
発生の問題、および十分な解像度を得ることができない
という問題があった。

【００２６】本発明は以上のような問題にかんがみてな
されたもので、解像度がよく、色モアレが少なく、かつ
静止フレーム画も撮影可能なカラー撮像装置を提供する
ことを目的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明のカラー撮像装置
は、水平方向と垂直方向の２次元に配された複数個の画
素を有する撮像素子を備えたカラー撮像装置において、
上記撮像素子は、所望の画像を得るために必要な水平ラ
イン数の２倍の水平ラインを設け、上記水平ラインを、
第１のカラーフィルタを配した第１の水平ラインと第２
及び第３のカラーフィルタを１画素おきに配した第２の
水平ラインとを交互に並べて構成し、上記第２のカラー
フィルタが配された画素より出力される信号と、それと
同列にある上記第１のカラーフィルタが配された画素よ
り出力される信号との差をとることにより第１の差信号
を形成する第１の形成手段と、上記第３のカラーフィル
タが配された画素より出力される信号と、それと同列に
ある上記第１のカラーフィルタが配された画素より出力
される信号との差をとることにより第２の差信号を形成
する第２の形成手段と、上記第１のカラーフィルタが
配された画素より出力される信号と、上記第１の差信号
および第２の差信号に基づいて得られる信号とを合成す
ることにより輝度信号を形成する演算手段とを有するこ
とを特徴とするものである。

【００２８】また、本発明のカラー撮像装置は、第１の
カラーフィルタが配された第１の撮像素子と、第２及び
第３のカラーフィルタが配された第２の撮像素子と、上
記第２の撮像素子中の第２のカラーフィルタが配された
画素より出力される信号と、撮像面上等価な位置にある
上記第１の撮像素子中の第１のカラーフィルタが配され
た画素より出力される信号との差を取ることにより第１
の差信号を形成する第１の形成手段と、上記第２の撮像
素子中の第３のカラーフィルタが配された画素より出力
される信号と、撮像面上等価な位置にある上記第１の撮
像素子中の第１のカラーフィルタが配された画素より出
力される信号との差を取ることにより第２の差信号を形
成する第２の形成手段と、上記第1の撮像素子の出力
と、上記第１の差信号および第２の差信号に基づいて得
られる信号とを合成することにより輝度信号を形成する
演算手段とを有することを特徴とするものである。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【作用】上述のように構成した本発明によれば、複数個
の撮像素子を利用した多板式カラー撮像装置または水平
ライン数を通常の２倍数設けた撮像素子を利用した単板
式カラー撮像装置において、これらの撮像素子の各画素
には異なる種類の第１〜第３のカラーフィルターを配す
るとともに、第２のカラーフィルターおよび第３のカラ
ーフィルターが配された画素よりそれぞれ得られる信号
と、その各画素と撮像面上等価な位置にある第１のカラ
ーフィルターが配された画素より得られる信号との差を
とることにより２種類の差信号を形成し、この２種類の
差信号に基づいて輝度信号を形成することにより、視感
度に合った良好な輝度信号が容易に得られる。例えば、
第１のカラーフィルターが配された画素より得られる信
号に上記２種類の差信号を合成するようにして補正を加
えて輝度信号を形成することにより、視感度に合った良
好な輝度信号が得られる。また、第１のカラーフィルタ
ーとして視感度と同じ分光特性を持つカラーフィルター
を用い、この第１のカラーフィルターが配された画素よ
り得られる信号に基づいて輝度信号を形成するようにす
れば、処理を簡略化することが可能となる。

【００３７】

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明のカラー撮像装置の第１の実施例
を示すブロック図である。図１において、１は後述する
ような光学的ローパスフィルター５０からの光を電気的
な信号に変換する撮像素子で、後述するような４種類の
カラーフィルターを配置している。

【００３９】撮像素子１からは、１画素ごとに撮像信号
が読み出される。撮像素子１から読み出された撮像信号
は、前処理回路２でＣＤＳ（撮像素子１の出力信号のリ
セットノイズやクロックノイズの除去）、ＡＧＣ（入力
信号レベルの適正化）などの処理を受けた後、Ａ／Ｄ変
換器３により、読み出しクロックに同期したタイミング
でＡ／Ｄ変換される。このＡ／Ｄ変換器３は、後で行わ
れる色処理のために、リニアな特性を持つものがよく、
量子化誤差の点から考えると８ｂｉｔ以上の精度でＡ／
Ｄ変換を行うものが望ましい。

【００４０】Ａ／Ｄ変換された信号は、後で行われる２
次元信号処理のために、一度バッファメモリ４に書き込
まれる。そして、処理に必要な信号は、このバッファメ
モリ４から読み出される。

【００４１】輝度信号に対応する信号は、撮像素子１の
画素配列に対応した順序でバッファメモリ４から順次読
み出され、ローパスフィルター５に入力される。ローパ
スフィルター５に入力された信号は、ここで所定の帯域
制限がなされた後、γ変換部１４、エンハンサー１５で
所定の処理を受けて、高域成分を含む輝度信号Ｙ_Hとさ
れる。なお、この高域成分を含む輝度信号Ｙ_Hは、図２
の第２の実施例に示すようにハイパスフィルタ（ＨＰ
Ｆ）２１を用いて得るようにしてもよい。

【００４２】このようにして得られた高域成分を含む輝
度信号Ｙ_Hは、後述するような方法で得られる輝度の低
域成分Ｙ_Lと輝度信号形成回路１６で合成され、輝度信
号Ｙとして出力される。

【００４３】一方、色信号Ｍｇ、Ｇｒ、Ｃｙ、Ｙｅに対
応する信号は、上記と同様にしてバッファメモリ４から
読み出され、４つの補間フィルター６、７、８、９によ
り、各々同時化された色信号Ｍｇ、Ｇｒ、Ｃｙ、Ｙｅと
される。続いて、これら４種の色信号は、ＲＧＢ変換部
１０に入力され、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色信号に変換され
る。なお、この変換は、次に示すマトリクス演算により
行われるものである。

【００４４】

【数１】

【００４５】ここで、マトリクスＡは、撮像素子１のＭ
ｇ、Ｇｒ、Ｃｙ、Ｙｅの分光特性Ｍｇ（λ）、Ｇｒ
（λ）、Ｃｙ（λ）、Ｙｅ（λ）を、ＮＴＳＣ規格で定
められたＲ、Ｇ、Ｂの理想分光特性Ｒ（λ）、Ｇ
（λ）、Ｂ（λ）に近づけるように最適化された３行４
列のマトリクスである。

【００４６】次に、ホワイトバランス部１１で、ＲＧＢ
変換部１０により形成されたＲ、Ｇ、Ｂの３つの信号を
それぞれαＲ、Ｇ、βＢという形に変換することにより
ホワイトバランスがとられる。このホワイトバランスの
調整は、図２に示すように、ホワイトバランスセンサ２
２を用いて得た色温度情報を基に自動で行うようにして
もよい。

【００４７】続いて、ＲＧＢ信号は、γ変換部１２でテ
ーブル変換によりγ変換された後、色差マトリクス部１
３に入力される。色差マトリクス部１３では、次に示す
ようなＮＴＳＣ規格にあった色差変換を行うことによ
り、前述した輝度の低域成分Ｙ_Lと、２つの色差信号Ｒ
−Ｙ、Ｂ−Ｙとが生成される。

【００４８】

【数２】

【００４９】色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙは、それぞれ引き
続くローパスフィルター１８、１９で所定の帯域制限が
なされた後、出力される。また、輝度の低域成分Ｙ
_Lは、ローパスフィルター１７で所定の帯域制限がなさ
れた後、前述したように、高域成分を含む輝度信号Ｙ_H
と輝度信号形成回路１６で合成され、輝度信号Ｙとして
出力される。そして、これらの各信号は、その後に図示
しないＤ／Ａ変換器によりＤ／Ａ変換されてアナログ信
号とされる。

【００５０】この輝度信号形成回路１６による合成は、Ｙ＝Ｙ_H−δ（LPF17 ）＊Ｙ_H＋δＹ_L（０≦δ≦１）・・・（４）で示される変換式により行われるものである。ここで
（LPF17 ）は、ローパスフィルター１７と同じ帯域を持
つローパスフィルターであり、（LPF17 ）＊Ｙ_Hは、ロ
ーパスフィルター１７と同じ帯域制限を高域成分を含む
輝度信号Ｙ_Hに対して行っていることを表している。

【００５１】このような変換を行うのは、一般に、輝度
の低域成分Ｙ_Lは、分光特性上正しい輝度になっている
が、Ｓ／Ｎ比が必ずしもよくなく、また、高域成分を含
む輝度信号Ｙ_Hは、逆にＳ／Ｎ比はよいが、分光特性上
正しい輝度に必ずしもなっていないことによる。

【００５２】ここでδは、輝度の低域成分Ｙ_LのＳ／Ｎ
比がよい場合には、１に固定してよい。この場合、輝度
信号形成回路１６における処理は、高域成分を含む輝度
信号Ｙ_Hのうちの輝度の低域成分Ｙ_Lと同じ帯域の部分
をそっくり輝度の低域成分Ｙ_Lに置き換えることに相当
する。

【００５３】また、高域成分を含む輝度信号Ｙ_Hの分光
特性が本来の輝度の特性に充分近いものであれば、δは
０に固定してよい。この場合は、輝度信号形成回路１６
での処理をまったく行わず、高域成分を含む輝度信号Ｙ
_Hをそのまま輝度信号Ｙとして出力する場合に相当す
る。なお、δの値は、Ｓ／Ｎ比や色再現性などを考慮し
て、被写体の明るさや色の情報などに応じて変化させる
ようにしてもよい。

【００５４】図３、図４は、前述した撮像素子１に配さ
れるカラーフィルター配列の一実施例を示す図である。
このカラーフィルター配列は、Ｍｇ、Ｇｒ、Ｃｙ、Ｙｅ
の４色で構成している。そして、水平方向に対しては２
Ｐｈで相異なる色を繰り返し、垂直方向に対しては２Ｐ
ｖで、かつ水平方向にＰｈだけオフセットして相異なる
色を繰り返すようなオフセットサンプリング構造による
配列としている。

【００５５】なお、このカラーフィルター配列は、必ず
しもこの図３、図４のとおりでなくてもよく、例えば、
ＭｇとＣｙ、あるいはＧｒとＹｅを入れ替えたものであ
ってもよい。更には、これらの４色に限らず、例えば、
レッドＲｄ、ブルーＢｌ、ホワイトＷｈなどの色と、上
記４色とのうちから任意に選んだ４色の組み合わせによ
り配列するようにしてもよい。

【００５６】図５は、このようにカラーフィルターを配
置した撮像素子１のベースバンド近傍におけるキャリア
成分の発生位置を示す周波数特性図である。これによれ
ば、輝度キャリアは水平方向の周波数（±１／Ｐｈ，
０）の位置に発生し、色キャリアは周波数（±１／２Ｐ
ｈ，±１／４Ｐｖ）、（０，±１／２Ｐｖ）の位置に発
生することがわかる。

【００５７】この周波数特性を更に詳細に表したもの
を、図６および図７に示す。図６、図７は、それぞれ図
３、図４に示したカラーフィルター配置を持つ撮像素子
１における周波数特性図である。

【００５８】これらの周波数特性を、図３１、図３２に
示した従来の撮像素子における周波数特性と比較する
と、本実施例においては、垂直方向の周波数（０，１／
４Ｐｖ）の位置にも、水平方向の周波数（１／２Ｐｈ，
０）の位置にも色キャリアが発生していないことがわか
る。このため、これらの色キャリアからの折り返りによ
り発生する色モアレが生じにくくなる。更に、周波数
（１／２Ｐｈ，０）の位置に色キャリアが発生しないた
め、原理的な解像度限界であるｆ_H＝１／２Ｐｈまでの
解像度を得ることができる。

【００５９】次に、図８に前述した光学的ローパスフィ
ルター５０の概略的な構成を示す。図８において、光学
的ローパスフィルター５０は、水平方向に対して４５°
の方向に第１の距離ｄ₁だけ、入射した光線を２本に分
割する複屈折板５１より成る第１の光学部材と、水平方
向に第２の距離ｄ₂だけ、入射した光線を２本に分割す
る複屈折板５２より成る第２の光学部材と、水平方向に
対して−４５°の方向に第１の距離ｄ₁だけ、入射した
光線を２本に分割する複屈折板５３より成る第３の光学
部材とにより構成している。これらの複屈折板５１〜５
３の作用により、入射した光線は、図９に示すような軌
跡をたどることになる。

【００６０】この光学的ローパスフィルター５０は、第
１の距離ｄ₁について、１．６ＰｈＰｖ／｜Ｐｈｓｉｎθ＋２Ｐｖｃｏｓθ｜≦ｄ₁≦２．４ＰｈＰｖ／｜Ｐｈｓｉｎθ＋２Ｐｖｃｏｓθ｜（０≦θ≦π／２）・・・（５）の不等式で示される条件を満足するように構成してい
る。

【００６１】すなわち、第１の距離ｄ₁が不等式（５）
で示す下限を越えると、色キャリアによる折り返り歪
み、特に色モアレの発生を抑制することができない。逆
に、上限を越えると、充分な解像度を得ることができな
くなる。したがって、色モアレを防止し、かつ充分な解
像度を得るためには、第１の距離ｄ₁は不等式（５）を
満足する必要があるのである。

【００６２】ところで、この光学的ローパスフィルター
５０の伝達特性（ＭＴＦ特性）は、次の式で表される。Ｈ₂（ｆ_H，ｆ_V）＝｜ｃｏｓ（πｄ₂ｆ_H）・ｃｏｓ（π／√２・ｄ₁（ｆ_H＋ｆ_V））・ｃｏｓ（π／√２・ｄ₁（ｆ_H−ｆ_V））｜・・・（６）

【００６３】ここで、例えばＮＴＳＣ方式で、表示画面
の縦横比が３：４の場合に用いられる撮像素子であっ
て、その有効画素数が水平方向に６４０、垂直方向に４
８０程度の撮像素子においては、ほぼ次の関係が成り立
つ。Ｐｈ＝Ｐｖ・・・（７）そこで、本実施例では、第１の距離ｄ₁および第２の距
離ｄ₂を、ｄ₁＝２√２／３・Ｐｈ、ｄ₂＝Ｐｈ／２・・・（８）としている。

【００６４】この（８）式の条件を満たすＭＴＦ特性
は、図１０に示すようなグラフで表される。また、空間
周波数平面（ｆ_H，ｆ_V）上における特性は、図１１の
ように表される。図１１において、点線５４ａ、５４
ｂ、５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ａは、光学的ローパ
スフィルター５０がトラップする共振周波数である。こ
れより、光学的ローパスフィルター５０は輝度、色差両
信号のすべてのキャリア周波数をトラップしていること
がわかる。

【００６５】また、図１０からわかるように、解像度限
界周波数ｆ_H＝１／２Ｐｈ以上の周波数成分を充分抑制
しているので、輝度の折り返し歪みが発生することがな
い。したがって、これにより色モアレを低減することが
できる。更に、（６）、（７）、（８）式および図１０
から明らかなように、ＭＴＦは、ｆ_H≦１／２Ｐｈの周
波数領域では、−１５ｄｂを越えて落ち込むことはない
ので、ほぼ解像度限界周波数ｆ_H＝１／２Ｐｈまで解像
度を確保することができる。

【００６６】一方、現在広く用いられている、輝度信号
のサンプリング周波数が色差信号の搬送周波数ｆ_SCの４
倍になる撮像素子では、ほぼ次の関係が成り立つ。Ｐｈ＝１．２Ｐｖ・・・（９）このときは、第１の距離ｄ₁および第２の距離ｄ₂を、ｄ₁＝Ｐｈ、ｄ₂＝Ｐｈ／２・・・（１０）とすれば、上述の効果と同等の効果が得られる。

【００６７】上述のように本実施例によれば、一方で
は、光学的ローパスフィルター５０の特性上、限界解像
度まで高い解像度を得ることができ、他方では、撮像素
子１のカラーフィルター配列による作用および光学的ロ
ーパスフィルター５０の特性により、色モアレを充分抑
制することができる。したがって、光学的ローパスフィ
ルター５０の設計の際に、解像度と色モアレとのトレー
ドオフを考える必要がなくなり、解像度を優先した設計
をすることができるようになる。このため、光学的ロー
パスフィルター５０を薄くコンパクトにすることができ
るので、撮像光学系全体をコンパクトに構成することが
可能になる。

【００６８】次に、第３の実施例について、図１２に基
づいて説明する。図１２において、図１の構成要素と対
応する部分には同一符号を付してあり、これらの基本的
動作は図１におけるものと同一であるので、ここでは詳
細な説明は省略する。

【００６９】本実施例では、Ａ／Ｄ変換器３の前段にゲ
イン調整回路２０を配設し、このゲイン調整回路２０に
より、Ｍｇ、Ｇｒ、Ｃｙ、Ｙｅの各画素で得られる撮像
信号のゲインを、無彩色の被写体に対し均一になるよう
に調整しているところに特徴がある。なお、このゲイン
調整は、図１２に示すように、Ａ／Ｄ変換前のアナログ
信号に対して行ってもよいが、Ａ／Ｄ変換器３の量子化
精度が充分ある場合は、Ａ／Ｄ変換の後に行ってもよ
い。

【００７０】このようなゲイン調整を行うことにより、
輝度信号に不用な変調成分が重畳することがなくなるば
かりでなく、色信号にも次に示すような改善をもたらす
ことができる。

【００７１】いま、（２）式に示した変換式において、
マトリクスＡを、Ａ＝（ａ_ij）（ｉ＝１，２，３；ｊ＝１，２，３，４）・・・（１１）とする。

【００７２】一方、ゲイン調整回路２０により、Ｍｇ、
Ｇｒ、Ｃｙ、Ｙｅの各画素のゲインを無彩色の被写体に
対し均一になるように調整しているため、Ｍｇ、Ｇｒ、
Ｃｙ、Ｙｅのベースバンド成分は、周波数空間上のある
関数φ（ｆ_H，ｆ_V）を用いて、Ｍｇ（ｆ_H，ｆ_V）＝Ｇｒ（ｆ_H，ｆ_V）＝Ｃｙ（ｆ_H，ｆ_V）＝Ｙｅ（ｆ _H ，ｆ_V）＝φ（ｆ_H，ｆ_V）・・・（１２）と表すことができる。

【００７３】ここで、各色のベースバンド成分は補間フ
ィルタ６、７、８、９等の２次元フィルタにより充分な
帯域制限がされているものとすると、図６、図７におけ
る周波数（０，１／２Ｐｖ）の位置にあるキャリア成分
はそれぞれ、Ｍｇ（ｆ_H，ｆ_V）＝Ｇｒ（ｆ_H，ｆ_V）＝−φ（ｆ_H，ｆ_V）、Ｃｙ（ｆ _H ，ｆ_V）＝Ｙｅ（ｆ_H，ｆ_V）＝φ（ｆ_H，ｆ_V）、Ｍｇ（ｆ_H，ｆ_V）＝Ｇｒ（ｆ_H，ｆ_V）＝φ（ｆ_H，ｆ_V）、Ｃｙ（ｆ_H ，ｆ_V）＝Ｙｅ（ｆ_H，ｆ_V）＝−φ（ｆ_H，ｆ_V）・・・（１３）となる。

【００７４】したがって、ＲＧＢ信号のこの点でのキャ
リア成分は、（２）、（１１）、（１２）、（１３）式
により、Ｒ（ｆ_H，ｆ_V）＝±（−ａ₁₁−ａ₁₂＋ａ₁₃＋ａ₁₄）φ（ｆ_H，ｆ_V）、Ｇ（ｆ_H，ｆ_V）＝±（−ａ₂₁−ａ₂₂＋ａ₂₃＋ａ₂₄）φ（ｆ_H，ｆ_V）、Ｂ（ｆ_H，ｆ_V）＝±（−ａ₃₁−ａ₃₂＋ａ₃₃＋ａ₃₄）φ（ｆ_H，ｆ_V）・・・（１４）のように表される。

【００７５】これによれば、マトリクスＡの各行で、第
１列と第２列の係数の和が第３列と第４列の係数の和に
等しければ、すなわち、ａ_i1＋ａ_i2＝ａ_i3＋ａ_i4 （ｉ＝１，２，３）・・・（１５）という関係が成り立てば、この点（０，１／２Ｐｖ）に
おけるＲＧＢ信号のキャリア成分は消滅し、この点にお
ける色キャリアは発生しない。同様に、この（１５）式
の関係が成り立てば、図７において点（０，１／２Ｐ
ｖ）と原点対称な点（０，−１／２Ｐｖ）におけるキャ
リア成分も消滅し、この点における色キャリアも発生し
ない。

【００７６】すなわち、ＲＧＢ変換部１０ａにおけるマ
トリクスＡを、（１５）式に示す条件を満足するように
構成することにより、色信号の垂直方向のキャリア成分
を消滅させることができるので、これにより無彩色の細
かい模様の被写体で発生する色モアレを低減することが
可能となる。

【００７７】なお、ゲイン調整回路２０によるゲイン調
整が、各色温度で正確に行うことができる場合には、ホ
ワイトバランス部１１でのホワイトバランス調整は行う
必要がない。

【００７８】なお、本実施例においては、ゲイン調整回
路２０の有無によらず、出力の輝度信号Ｙ、色差信号Ｒ
−Ｙ、Ｂ−Ｙをノンインターレースで出力してもインタ
ーレースで出力してもよい。ノンインターレースで出力
した場合は、カードカメラなどでの画像圧縮に有利であ
り、コンピューター入力にも適している。また、インタ
ーレースで出力した場合は、ビデオカメラや、スチルビ
デオカメラに用いることができる。このときは、出力信
号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器が出力端に必
要となる。

【００７９】また、上述の補間処理、帯域制限、ＲＧＢ
変換処理などの各処理はいずれも線型的な処理である。
このため、これらの処理の順序が前後しても結果は同じ
になるので、使用するハードウェアに応じて、これらの
各処理部の順序を入れ変えて構成してもよい。したがっ
て、これらの順序を変更するだけで、以上説明したブロ
ック図と等価になるものは、全て本発明に含まれる。

【００８０】以上説明したように第１〜第３の実施例に
よれば、撮像素子１に配置するカラーフィルターをオフ
セットサンプリング配列にするとともに、光学的ローパ
スフィルター５０を一定条件を満たすように構成する。
更に、撮像素子１より出力される信号からＲＧＢ信号を
形成する際に行われるマトリクス演算を、すべての行に
おける任意の２つの列の係数の和を残りの２つの係数の
和に等しくした３行４列のマトリクスを用いて行うこと
により、水平方向および垂直方向に発生する色キャリア
を少なくすることができ、これらの色キャリアにより引
き起こされる水平方向および垂直方向の色モアレを低減
することができる。更に、解像度限界に発生する色モア
レを消滅させることができるので、解像度限界まで高い
解像度を得ることができる。

【００８１】ところで、カラー撮像装置における画質の
向上は、Ｓ−ＶＨＳやハイバンド８ｍ／ｍなどの高画質
フォーマットの導入により、昨今、急激に進展してい
る。これに対応して、カメラ部での画質も向上させる必
要があるが、１つの撮像素子のみを用いる単板式カラー
撮像装置では限界に近づいている。したがって、一部機
種においては２つの撮像素子を用いる２板式カラー撮像
装置が採用されているのが現状である。

【００８２】図３８は、この２板式カラー撮像装置の構
成例を示す図である。図３８において、レンズ１２１に
より取り込まれた入射光は、プリズム１２２により２つ
の光路に分離され、輝度信号用撮像素子１２３と色信号
用撮像素子１２４とに結像される。

【００８３】輝度信号用撮像素子１２３から取り出され
た信号は輝度信号処理回路１２５で所定の処理が施さ
れ、エンコーダ１２７に導かれる。他方、色信号用撮像
素子１２４から取り出された信号は色信号処理回路１２
６でＲ，Ｇ，Ｂに分離処理され、エンコーダ１２７に導
かれる。そして、これらの輝度信号および色信号がエン
コーダ１２７でＮＴＳＣ信号に変換されて出力端子１２
８より取り出される。

【００８４】従来より、輝度信号用撮像素子１２３およ
び色信号用撮像素子１２４には、例えば、図３９
（ａ）、（ｂ）に示すようなカラーフィルター配置を持
つものがそれぞれ用いられていた。これから明らかなよ
うに、輝度信号用撮像素子１２３には、グリーンＧのカ
ラーフィルターが一面に配されている。また、色信号用
撮像素子１２４は、レッドＲおよびブルーＢのカラーフ
ィルターが垂直ストライプ状に配されている。

【００８５】２板式カラー撮像装置では、これら２つの
撮像素子１２３、１２４が別々に設置されるため、各撮
像素子１２３、１２４の特性をそれぞれ最適なものとす
ることができる。更に、情報量としても単板式カラー撮
像装置に対して２倍の情報量が得られるので、単板式カ
ラー撮像装置では得られない高画質を得ることができ
る。

【００８６】ところが、この２板式カラー撮像装置で
は、光学系が著しく複雑になるとともに、２つの撮像素
子１２３、１２４に対応して駆動回路が２個分必要とな
る。したがって、小型軽量およびローコストを目標とし
たカラー撮像装置においては、従来の２板式カラー撮像
装置では大きく、重く、高価なものとなっていた。

【００８７】これに対し、単板式カラー撮像装置であっ
ても２板式カラー撮像装置と同程度の高画質を得ること
ができるようにした撮像素子として、例えば、特開平２
−１８３６７７号公報に示されたようなものがある。

【００８８】これは、図４０に示すように、総水平ライ
ン数を所望の走査線数の２倍設け、Ｙで示される輝度信
号用の水平ライン群と、ＲおよびＢで示される色信号用
の水平ライン群とを交互に並べる。そして、これら２種
類のラインの信号を１組として読み出して所定の信号処
理を行うようにしたものである。なお、Ｙで示されるカ
ラーフィルターは、その分光特性が視感度に合うように
予め設計されたカラーフィルターである。

【００８９】ところが、以上のような２板式カラー撮像
装置または単板式カラー撮像装置を用いた場合にも、前
述したような色モアレの発生の問題、および十分な解像
度を得ることができないという問題があった。すなわ
ち、図３９、図４０に示した撮像素子の周波数特性を示
すと、ともに図４１のようになる。これから明らかなよ
うに、水平方向の周波数（±１／２Ｐｈ，０）、（±１
／Ｐｈ，０）の位置には色キャリアが発生している。し
たがって、この色キャリアの作用により色モアレが発生
してしまい、更に、本来解像できるはずの周波数成分を
解像することができなかった。

【００９０】以下に、このような単板式カラー撮像装置
または２板式カラー撮像装置を用いた場合における上述
のような問題を解決するための第４〜第８の実施例につ
いて説明する。なお、第４、第５の実施例は単板式カラ
ー撮像装置を示し、第６〜第８の実施例は２板式カラー
撮像装置を示している。また、各実施例を示す構成図に
おいて、同一符号を付した部分は同一の構成部分である
ことを意味する。

【００９１】図１３は、第４の実施例を示すブロック図
である。図１３において、撮像素子６１は所望の走査線
数の２倍のライン数を備えた撮像素子で、図１４に示す
ような配置のカラーフィルターを有している。この撮像
素子６１には、奇数ラインにはＧフィルターが配され、
偶数ラインにはＲフィルターとＢフィルターとが交互に
配されている。ここでは、奇数ラインのＧフィルターの
うち、偶数ラインのＲフィルターと同列のものをＧ₁と
し、Ｂフィルターと同列のものをＧ₂としている。

【００９２】撮像素子６１より出力される撮像信号は、
色分離部６３、６４によりＧ₁信号とＧ₂信号、および
Ｒ信号とＢ信号とにそれぞれ分離される。なお、この色
分離処理に際しては、図１４の奇数ラインと偶数ライン
とを１組として同時に読み出して処理することにより、
処理を簡略化することができる。

【００９３】分離された各信号はそれぞれホワイトバラ
ンス部６５、６６でホワイトバランスのための適切なゲ
インがかけられ、続くγ変換部６７、６８でγ変換され
る。このホワイトバランスの処理は、Ｒ，Ｂ信号に対し
てのみ行ってもよい。この場合、Ｇ₁，Ｇ₂信号に対し
てはホワイトバランスのゲインはかけられない。

【００９４】加算器６９では、γ変換部６７、６８より
出力されたＧ₁信号とＲ信号との差がとられ、差信号Ｒ
−Ｇ₁が形成される。また、加算器７０では、γ変換部
６７、６８より出力されたＧ₂信号とＢ信号との差がと
られ、差信号Ｂ−Ｇ₂が形成される。

【００９５】これらの差信号Ｒ−Ｇ₁、Ｂ−Ｇ₂は色差
信号処理回路７２に入力され、以下示す変換式により色
差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙにそれぞれ変換される。続いて、
図示しないローパスフィルタ等により、所望の周波数帯
域を持つ色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙがそれぞれ生成され
る。

【００９６】

【数３】

【００９７】ここで、空間周波数平面上の（１／２Ｐ
ｈ，０）の位置にある無彩色の被写体が撮像素子６１に
より採取されるとする。この被写体は周期２Ｐｈの縦縞
であり、このような被写体に対しては、Ｒ＝Ｇ₁，Ｂ＝Ｇ₂ となるため、加算器６９、７０より出力される差信号Ｒ
−Ｇ₁、Ｂ−Ｇ₂はいずれも零となる。

【００９８】ゆえに、色差信号処理回路７２から出力さ
れる色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙも零となり、出力されな
い。このことは、周波数（１／２Ｐｈ，０）の位置にお
ける色キャリアが消滅することを意味している。別の解
釈をすれば、周波数（１／２Ｐｈ，０）上でのＲ信号の
キャリアとＧ₁信号のキャリアとは同位相であり、ま
た、Ｂ信号のキャリアとＧ₂信号のキャリアとは同位相
である。したがって、これらの差信号Ｒ−Ｇ₁、Ｂ−Ｇ
₂のこの周波数でのキャリアを消滅させることができる
ため、色キャリアが発生しないのである。

【００９９】加算器６９、７０より出力された差信号Ｒ
−Ｇ₁、Ｂ−Ｇ₂は輝度補正信号形成回路７３にも入力
される。この輝度補正信号形成回路７３は、これらの差
信号Ｒ−Ｇ₁、Ｂ−Ｇ₂に対する定数乗算器および加算
器とで構成されている。すなわち、輝度補正信号形成回
路７３では、Ｓ＝Ｃ₁（Ｒ−Ｇ₁）＋Ｃ₂（Ｂ−Ｇ₂）・・・（１７）なる変換式により差信号Ｒ−Ｇ₁、Ｂ−Ｇ₂から輝度補
正信号Ｓが形成される。なお、Ｃ₁，Ｃ₂は定数で、例
えば、Ｃ₁＝０．３０，Ｃ₂＝０．１１とすることがで
きる。

【０１００】一方、γ変換部６７より出力されたＧ₁，
Ｇ₂信号は、輝度信号処理回路７１に入力され、適切な
ローパスフィルタリング、エンハンスメント等の処理が
行なわれる。そして、前述のようにして形成された輝度
補正信号Ｓが加算器７４で加算される。このように
Ｇ₁，Ｇ₂信号に輝度補正信号Ｓを加算することによ
り、輝度信号の分光特性が補正され、視感度に合った良
好な輝度信号を得ることができる。

【０１０１】以上説明したように本実施例によれば、周
波数ｆ_H＝１／２Ｐｈにおける色キャリアを消滅させる
ことができるので、色モアレの発生量が少なく、解像度
の高いカラー撮像装置を得ることができる。

【０１０２】次に、第５の実施例について説明する。図
１５は、本実施例の構成を示すブロック図である。図１
５において、撮像素子６２は所望の走査線数の２倍のラ
インを備えた撮像素子で、図１６に示すような配置のカ
ラーフィルターを有している。この撮像素子６２には、
奇数ラインには分光特性が視感度に合うように予め設計
されたＹフィルターが配され、偶数ラインにはＲフィル
ターとＢフィルターとが交互に配されている。ここで
は、奇数ラインのＹフィルターのうち、偶数ラインのＲ
フィルターと同列のものをＹ₁とし、Ｂフィルターと同
列のものをＹ₂としている。

【０１０３】本実施例では、前述の第４の実施例と同様
に、色分離部７５、６４により分離されたＹ₁信号とＹ
₂信号、およびＲ信号とＢ信号とから、加算器６９、７
０により差信号Ｒ−Ｙ₁，Ｂ−Ｙ₂が形成される。ここ
で形成される各差信号は、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙであ
るので、色差信号処理回路７６では（１６）式で示した
ような色差信号への変換処理は行なわなくてよい。ま
た、輝度信号処理回路７１には予め視感度に合わせられ
たＹ₁信号およびＹ₂信号が入力されるので、（１７）
式で示したような輝度補正信号Ｓの形成処理を行う必要
もなくなる。したがって、本実施例においては、第４の
実施例に比べて処理を簡略化することができる。

【０１０４】このように構成された本実施例において
も、第４実施例と同様に周波数ｆ_H＝１／２Ｐｈにおけ
る色キャリアを消滅させることができるので、色モアレ
の発生量が少なく、解像度の高いカラー撮像装置を得る
ことができる。

【０１０５】次に、第６の実施例について説明する。図
１７は、本実施例の構成を示すブロック図である。図１
７において、撮像素子８１、８２は、それぞれ図１８
（ａ）、（ｂ）に示すような配置のカラーフィルターを
有している。すなわち、撮像素子８１には輝度信号用の
Ｇフィルターが一面に配されている。一方、撮像素子８
２には色信号用のＲフィルターおよびＢフィルターが垂
直ストライプ状に配されている。ここでは、撮像素子８
１のＧフィルターのうち、撮像素子８２のＲフィルター
群と撮像面上等価な位置にあるものをＧ₁とし、Ｂフィ
ルター群と等価な位置にあるものをＧ₂としている。

【０１０６】本実施例は、このように２つの撮像素子８
１、８２を備えているところに特徴があり、その他の部
分については、図１３に示した第４の実施例と同じであ
る。各部の動作も第４の実施例と同様にして行なわれ
る。したがって、本実施例においても周波数ｆ_H＝１／
２Ｐｈにおける色キャリアを消滅させることができ、色
モアレの発生量が少なく、解像度の高いカラー撮像装置
を得ることができる。

【０１０７】次に、第７の実施例について説明する。図
１９は、本実施例の構成を示すブロック図である。図１
９において、撮像素子８３、８４はそれぞれ図２０
（ａ）、（ｂ）に示すような配置のカラーフィルターを
有している。すなわち、撮像素子８３には輝度信号用の
Ｇフィルターが一面に配されている。一方、撮像素子８
４には色信号用のＲフィルターおよびＢフィルターが２
ライン毎に水平ストライプ状に配されている。ここで
は、撮像素子８３のＧフィルターのうち、撮像素子８４
のＲフィルター群と撮像面上等価な位置にあるものをＧ
₁とし、Ｂフィルター群と等価な位置にあるものをＧ₂
としている。

【０１０８】このようなフィルター配置を持つ撮像素子
において色キャリアは、図２３に示すような位置に発生
する。

【０１０９】撮像素子８３、８４は、いずれもインター
レース方式により１水平ラインおきに走査され、それぞ
れからＧ₁，Ｇ₂信号およびＲ，Ｂ信号が読み出され
る。これらの信号は、それぞれホワイトバランス部６
５、６６およびγ変換部６７、６８により所定の処理が
施された後、１Ｈ遅延回路８５、８６によりＧ₁信号と
Ｇ₂信号、およびＲ信号とＢ信号とにそれぞれ分離され
る。

【０１１０】そして、このようにして分離されたＧ₁信
号とＲ信号、およびＧ₂信号とＢ信号とから加算器６
９、７０で差信号Ｒ−Ｇ₁、Ｂ−Ｇ₂が形成される。続
いて、色差信号処理回路７２により色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ
−Ｙが形成されるとともに、不図示のローパスフィルタ
等により所望の帯域制限がなされる。

【０１１１】ここで、周波数（０，１／４Ｐｖ）の位置
にある無彩色の被写体が撮像素子８３、８４により採取
されるとすると、このような被写体に対しては、Ｒ＝Ｇ₁，Ｂ＝Ｇ₂ が成り立つ。したがって、差信号Ｒ−Ｇ₁、Ｂ−Ｇ₂、
ひいては色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙが零となり、出力され
ない。

【０１１２】このことは、周波数（０，１／４Ｐｖ）の
位置における色キャリアが消滅することを意味してい
る。別の解釈をすれば、周波数（０，１／４Ｐｖ）上で
のＲ信号のキャリアとＧ₁信号のキャリアとは同位相で
あり、また、Ｂ信号のキャリアとＧ₂信号のキャリアと
は同位相である。したがって、これらの差信号Ｒ−
Ｇ₁、Ｂ−Ｇ₂のこの周波数でのキャリアを消滅させる
ことができるため、色キャリアが発生しないのである。

【０１１３】輝度信号処理回路７１、輝度補正信号形成
回路７３および加算器７４による処理は、前述の第４の
実施例と同様である。これにより、輝度信号の分光特性
が補正され、視感度に合った良好な輝度信号を得ること
ができる。

【０１１４】撮像素子８３、８４をノンインターレース
方式で走査する場合は、撮像素子８４のフィルター配置
は、図２１（ｂ）に示すように、Ｒフィルター群とＢフ
ィルター群とが１ライン毎に繰り返される水平ストライ
プ状の配置とすればよい。この場合も撮像素子８３のＧ
₁フィルターとＧ₂フィルターの配置は、図２１（ａ）
に示すように、撮像素子８４のフィルター配置に対応し
て決められる。この配置によれば、色キャリアは、図２
４に示すような位置に発生する。

【０１１５】この場合は、前述のインターレース方式で
信号を読み出す場合と同様に装置を動作させることによ
り、周波数（０，１／２Ｐｖ）の位置のキャリアを消滅
させることができ、これにより良好な画像を得ることが
できる。更に、信号を１フレーム分記憶させておくメモ
リを利用すれば、インターレース画像を得ることも可能
である。

【０１１６】更に、撮像素子８３、８４のフィルター配
置は、図２２（ａ）、（ｂ）に示すような配置としても
よい。ここでは、撮像素子８４には、図２２（ｂ）のよ
うにＲフィルターとＢフィルターとがオフセット状に配
されている。その配置に対応して撮像素子８３のＧ₁フ
ィルターとＧ₂フィルターも、図２２（ａ）のようにオ
フセット状に配されている。この配置によれば、色キャ
リアは、図２５に示すような位置に発生する。

【０１１７】この場合も前述と同様の処理を施すことに
より、周波数（±１／２Ｐｈ，１／２Ｐｖ）の位置の色
キャリアを消滅させることができ、これにより良質な画
像を得ることができる。

【０１１８】なお本実施例では、１水平信号期間（１
Ｈ）毎に差信号Ｒ−Ｇ₁と差信号Ｂ−Ｇ₂とが切り換え
られるため、色差信号処理回路７２における（１６）式
で示される変換処理、および輝度補正信号形成回路７３
における（１７）式で示される輝度補正信号Ｓの形成処
理により所望の色差信号および輝度補正信号Ｓを得るた
めには、各回路への入力信号を１Ｈ毎に切り換えるなど
の処理が必要となる。

【０１１９】次に、第８の実施例について説明する。図
２６は、本実施例の構成を示すブロック図である。図２
６において、撮像素子８７、８８は、それぞれ図２７
（ａ）、（ｂ）に示すような配置のカラーフィルターを
有している。すなわち、撮像素子８７には輝度信号用の
Ｙフィルターが一面に配されている。一方、撮像素子８
８には色信号用のＲフィルターおよびＢフィルターが垂
直ストライプ状に配されている。ここでは、撮像素子８
７のＧフィルターのうち、撮像素子８８のＲフィルター
群と撮像面上等価な位置にあるものをＹ₁とし、Ｂフィ
ルター群と等価な位置にあるものをＹ₂としている。

【０１２０】本実施例は、このように２つの撮像素子８
７、８８を備えているところに特徴があり、その他の部
分については、図１５に示した第５の実施例と同じであ
る。各部の動作も第５の実施例と同様にして行なわれ
る。したがって、本実施例においても周波数ｆ_H＝１／
２Ｐｈにおける色キャリアを消滅させることができ、色
モアレの発生量が少なく、解像度の高いカラー撮像装置
を得ることができる。また、本実施例の場合、第６の実
施例および第７の実施例に比べて輝度信号の形成処理を
簡略化することができる。

【０１２１】なお、本実施例においては、撮像素子８８
に配するカラーフィルターとして、図２７（ｂ）に示す
ものを用いた場合について説明したが、これに限定する
ものではなく、図２０（ｂ）、図２１（ｂ）、図２２
（ｂ）に示したいずれのカラーフィルターを用いてもよ
い。この場合は、撮像素子８７におけるＹ₁信号とＹ₂
信号の分離処理を、それぞれ図２０（ａ）、図２１
（ａ）、図２２（ａ）におけるＧ₁信号とＧ₂信号の分
離処理と同様の処理にすればよい。

【０１２２】以上説明した第４〜第８の実施例において
は、ビデオカメラ等の動画像撮像装置に対しても、電子
スチルカメラ等の静止画像撮像装置に対しても、色モア
レが少なく、解像度の高い良好な画像を得ることができ
る。

【０１２３】

【０１２４】

【０１２５】

【０１２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、カ
ラー撮像装置が、複数個の撮像素子を利用した多板式カ
ラー撮像装置または水平ライン数を通常の２倍数設けた
撮像素子を利用した単板式カラー撮像装置である場合
は、これらの撮像素子の各画素には異なる種類の第１〜
第３のカラーフィルターを配し、第２のカラーフィルタ
ーおよび第３のカラーフィルターが配されたそれぞれの
画素より得られる信号と、その各画素と撮像面上等価な
位置にある第１のカラーフィルターが配された画素より
得られる信号とから２種類の差信号を形成し、この差信
号に基づいて輝度信号を形成するようにしたので、良質
な画像を容易に得ることができる。例えば、第１のカラ
ーフィルターが配された画素より得られる信号に対して
この差信号を用いて適正な補正を加えて輝度信号を形成
することで、Ｓ／Ｎ比の良好な画像を得ることができ
る。また、第１のカラーフィルターとして、上述の補正
分を予め考慮して構成した輝度信号用のカラーフィルタ
ーを用い、これにより得られる信号に基づいて輝度信号
を形成することで、良質な画像を得ることができること
はもちろん、その輝度信号形成処理を簡略化することが
できる。

【０１２７】

【０１２８】また、これらの処理をディジタル的に行う
ようにしたので、性能の均質、安定などの点で利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー撮像装置の第１の実施例を示す
ブロック図である。

【図２】本発明のカラー撮像装置の第２の実施例を示す
ブロック図である。

【図３】第１の実施例および第２の実施例に用いる撮像
素子のフィルター配置を示す図である。

【図４】第１の実施例および第２の実施例における撮像
素子のフィルター配置を示す図である。

【図５】第１の実施例および第２の実施例に用いる撮像
素子の周波数特性図である。

【図６】第１の実施例および第２の実施例に用いる撮像
素子の周波数特性図である。

【図７】第１の実施例および第２の実施例に用いる撮像
素子の周波数特性図である。

【図８】本発明の光学的ローパスフィルターの構成図で
ある。

【図９】本発明の光学的ローパスフィルターによる光路
を示す図である。

【図１０】本発明の光学的ローパスフィルターのＭＴＦ
特性図である。

【図１１】本発明の光学的ローパスフィルターの周波数
特性図である。

【図１２】本発明のカラー撮像装置の第３の実施例を示
すブロック図である。

【図１３】本発明のカラー撮像装置の第４の実施例を示
すブロック図である。

【図１４】第４の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。

【図１５】本発明のカラー撮像装置の第５の実施例を示
すブロック図である。

【図１６】第５の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。

【図１７】本発明のカラー撮像装置の第６の実施例を示
すブロック図である。

【図１８】第６の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。

【図１９】本発明のカラー撮像装置の第７の実施例を示
すブロック図である。

【図２０】第７の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。

【図２１】第７の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。

【図２２】第７の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。

【図２３】第７の実施例に用いる撮像素子の周波数特性
図である。

【図２４】第７の実施例に用いる撮像素子の周波数特性
図である。

【図２５】第７の実施例に用いる撮像素子の周波数特性
図である。

【図２６】本発明のカラー撮像装置の第８の実施例を示
すブロック図である。

【図２７】第８の実施例に用いる撮像素子のフィルター
配置を示す図である。

【図２８】従来のカラー撮像装置に用いる撮像素子のフ
ィルター配置を示す図である。

【図２９】従来のカラー撮像装置に用いる撮像素子のフ
ィルター配置を示す図である。

【図３０】図２９の撮像素子について、画素混合読み出
しをしたときのサンプリング構造を示す図である。

【図３１】図２８のフィルター配置に基づく周波数特性
図である。

【図３２】図３０のフィルター配置に基づく周波数特性
図である。

【図３３】図２８、図３０のフィルター配置に基づく周
波数特性図である。

【図３４】従来の光学的ローパスフィルターの通過帯域
を示す特性図である。

【図３５】従来の光学的ローパスフィルターの構成図で
ある。

【図３６】従来の光学的ローパスフィルターのＭＴＦ特
性図である。

【図３７】従来の光学的ローパスフィルターの周波数特
性図である。

【図３８】従来の２板式カラー撮像装置の概略構成を示
すブロック図である。

【図３９】従来の２板式カラー撮像装置に用いる撮像素
子のフィルター配置を示す図である。

【図４０】従来の２板式カラー撮像装置に相当する画質
を得るための単板式カラー撮像装置に用いる撮像素子の
フィルター配置を示す図である。

【図４１】図３９、図４０のフィルター配置に基づく周
波数特性図である。

【符号の説明】

１撮像素子３Ａ／Ｄ変換器４バッファメモリ１０、１０ａＲＧＢ変換部２０ゲイン調整回路５０光学的ローパスフィルター５１、５２、５３複屈折板５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂ光
学的ローパスフィルターがトラップする周波数の軌跡６１、６２、８１、８２、８３、８４、８７、８８撮
像素子６３、６４、７５色分離部６９、７０加算器７１輝度信号処理回路７２、７６色差信号処理回路７３輝度補正信号形成回路７４加算器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水平方向と垂直方向の２次元に配された
複数個の画素を有する撮像素子を備えたカラー撮像装置
において、上記撮像素子は、所望の画像を得るために必要な水平ライン数の２倍の水
平ラインを設け、上記水平ラインを、第１のカラーフィルタを配した第１
の水平ラインと第２及び第３のカラーフィルタを１画素
おきに配した第２の水平ラインとを交互に並べて構成
し、上記第２のカラーフィルタが配された画素より出力され
る信号と、それと同列にある上記第１のカラーフィルタ
が配された画素より出力される信号との差をとることに
より第１の差信号を形成する第１の形成手段と、上記第３のカラーフィルタが配された画素より出力され
る信号と、それと同列にある上記第１のカラーフィルタ
が配された画素より出力される信号との差をとることに
より第２の差信号を形成する第２の形成手段と、上記第１のカラーフィルタが配された画素より出力され
る信号と、上記第１の差信号および第２の差信号に基づ
いて得られる信号とを合成することにより輝度信号を形
成する演算手段とを有することを特徴とするカラー撮像
装置。
【請求項２】第１のカラーフィルタが配された第１の
撮像素子と、第２及び第３のカラーフィルタが配された第２の撮像素
子と、上記第２の撮像素子中の第２のカラーフィルタが配され
た画素より出力される信号と、撮像面上等価な位置にあ
る上記第１の撮像素子中の第１のカラーフィルタが配さ
れた画素より出力される信号との差を取ることにより第
１の差信号を形成する第１の形成手段と、上記第２の撮像素子中の第３のカラーフィルタが配され
た画素より出力される信号と、撮像面上等価な位置にあ
る上記第１の撮像素子中の第１のカラーフィルタが配さ
れた画素より出力される信号との差を取ることにより第
２の差信号を形成する第２の形成手段と、上記第1の撮像素子の出力と、上記第１の差信号および
第２の差信号に基づいて得られる信号とを合成すること
により輝度信号を形成する演算手段とを有することを特
徴とするカラー撮像装置。