JPH0230231B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はＸ−Ｙダイオードマトリツクスや電荷
結合素子（CCD）の如き固体撮像板を使用した
カラー固体撮像装置に関するものである。

従来の技術 この種のカラー固体撮像装置として、単一の撮
像板を用い、水平走査方向に沿つてR.B.Gの光透
過フイルタストライプを繰返し配列したカラース
トライプフイルタを重畳し、水平走査によつて得
られるR.B.Gの順次信号から各色成分信号を分離
し、カラー信号を発生するカラーテレビジヨンカ
メラが知られている。この所謂単板式カラーカメ
ラは３つの撮像板を用いてR.B.Gの信号を個々に
取出すカラー固体撮像装置に比べレジストレーシ
ヨンの問題もなく、小型カラーテレビジヨンカメ
ラとして有用である。しかしながらこのような単
撮像板式カラーカメラでは３絵素で１画素が構成
される。従つて解像度の向上を図るためには、水
平方向の絵素数を増加せざるを得ず、このために
集積度を上げるか撮像面積を増さねばならない。
しかしこの高集積化には製造技術上の多くの問題
があるためにできるだけ小面積、少素子数の撮像
板で高解像度の可能なカラー化の方式が望まれ
る。

このためにより小面積、少素子数で実効的に解
像度の向上が可能なカラー化方式の一例として２
絵素で１画素を構成することが、特願昭50−
128752号が提案されている。

その内容の概略を第６図、第７図で説明する。

第６図はモザイク状カラーフイルタと撮像板の
フオトダイオードの配列を示しこのフイルタと固
体撮像板とは対応しており、この中で１は赤Ｒフ
イルタ、２は緑Ｇフイルタ、３は輝度特性又は全
光透過Ｙフイルタであり、４はフオトダイオード
である。赤Ｒフイルタ１、緑Ｇフイルタ２、全色
透過Ｙフイルタ３にそれぞれ対応したフオトダイ
オード４からの出力信号をそれぞれＲ，Ｇ，Ｙと
すれば水平ライン毎にＲ，Ｙ，Ｒ，Ｙ…の列と
Ｇ，Ｙ，Ｇ，Ｙ…の列の点順次信号が交互に得ら
れる。

この信号を図示すると第７図のようになる。同
図においてａはＲ，Ｙ，Ｒ，Ｙ…の列を示し、ｂ
はＧ，Ｙ，Ｇ，Ｙ…の列を示す。

これらのａおよびｂの波形を低域成分と変調成
分で表現すると、各々以下のようになる。

Sa＝１／２（Ｒ＋Ｙ）＋１／２（Ｒ−Ｙ）sint Sb＝１／２（Ｇ＋Ｙ）＋１／２（Ｇ−Ｙ）sint 次にこれらの信号から色信号成分としての色差
信号（Ｒ−Ｙ）、（Ｇ−Ｙ）を得て標準カラーテレ
ビジヨン信号に変換するブロツクダイヤグラムを
第８図に示す。

同図において５は第６図で示したモザイク状カ
ラーフイルタを配した固体撮像板であり、その出
力信号の一方をサンプリング回路６で輝度信号成
分の部分のみをサンプリングし、ローパスフイル
タ７を介して高周波成分を除去し輝度信号（この
例ではＹ）とする。

また、撮像板５より得られた信号のうちもう一
方は水平サンプリング周波数の1/2の周波数を中
心とするバンドパスフイルタ８を介してモザイク
状色フイルタで変調された高周波成分のみを分離
し（（Ｒ−Ｙ）sintと（Ｇ−Ｙ）sint）、同期検波
回路９で同期検波することにより水平ライン毎に
色差信号（Ｒ−Ｙ）と（Ｇ−Ｙ）を得、これをロ
ーパスフイルタ１０を介して高調波を除去した後
スイツチ回路１２に供給し、同時に１水平期間遅
延線１１により遅延された信号をスイツチ回路１
２に加え、ここで線順次色差信号を連続した二つ
の色差信号に直し、更に一方の色差信号を増幅器
１３により増幅もしくは減衰し２つの色差信号を
適当な比率に調整した後カラーエンコーダー１４
に供給し標準カラーテレビジヨン信号を得る。な
お、１５はパルス発生器であり、この出力信号を
固体撮像板に加えて駆動させると共に、これと同
期関係にあるパルスをサンプリング回路６及び同
期検波回路９及びスイツチ回路１２にも供給して
いる。このようにすれば、輝度信号の帯域巾は色
光に無関係に常に水平サンプリング周波数の1/4
となる。

次に、実際に色差信号を得るための色分解光学
系の説明を以下に述べる。

第９図に一般的なＸ−Ｙダイオードマトリツク
ス方式の撮像板の分光感度特性を示す。撮像板は
波長400nｍから1200nｍの広範囲にわたつて感度
を有している。この分光特性とカラーテレビジヨ
ンカメラの照明として最も一般的に用いられてい
る第１０図に示した色温度3200゜Kのエネルギー
の分光特性を乗算しその結果の最大値を100％と
して正規化した撮像板の分光感度特性を第１１図
に示す。この時点における分光感度は波長400n
ｍから1100nｍまで存在するが、カラーテレビジ
ヨンカメラに必要な分光感度は400nｍから700n
ｍまでであるため第１２図ｃ，ｄに示す特性を有
する２枚の赤外線除去フイルタを重ねて使用する
ことにより700nｍ以上の波長のエネルギーを除
去する。このようにして得られた撮像板の分光感
度特性を第１３図に示す。この第１３図の分光感
度特性に第１４図に示した赤透過フイルタｅ、緑
透過フイルタｆの分光特性を各々乗算することに
より第１５図に示す分光特性を有する赤信号ｇ、
緑信号ｈを得、全色透過部から得られる信号ｉを
輝度信号として用いる。そして赤信号ｇと輝度信
号ｉの差を色差信号（Ｒ−Ｙ）、緑信号ｈと輝度
信号ｉの差を色差信号（Ｇ−Ｙ）とする。

さてここで、この従来例の場合のホワイトバラ
ンス（無彩色の被写体を映した時に色の疑似信号
がでないように調整する）のとり方に関しては、
たとえば3200゜Kの無彩色の白黒被写体を撮像し
た時に赤信号ｇと緑信号ｈの差をなくすには、第
１４図に示した色フイルタｅ，ｆの透過率を変化
させればよい。また赤信号及び緑信号と輝度信号
との間にレベル差が生じないように、第６図に示
す全色透過フイルタ３はその光の透過幅を狭く
し、輝度信号の量を第１５図に示すように赤信号
ｇ：緑信号ｈ：輝度信号ｊ＝１：１：１となるよ
うにしている。

つまり、従来はホワイトバランスをとるために
各フイルタの透過率や開口率の値をその形状にて
物理的に設定していた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このようにある色温度に対して
ホワイトバランスがとれるように物理的に設定し
ても、実際にカラーテレビジヨンカメラを使用す
る場合に照明の色温度を3200〓の一定に保つこと
は難しい。例えば太陽光の下で撮像する場合に
は、照明の色温度は2000〓から10000〓程度まで
刻々と変化する。従つて第１５図に示した3200〓
を標準状態として設計したテレビジヨンカメラで
5000〓の照明下で無彩色の被写体像を撮像すれ
ば、第１０図に示すように3200〓と5000〓で光源
の分光特性が変化し、被写体のＲ，Ｇ，Ｂの比率
が大幅にずれ、その結果ホワイトバランスがくず
れ青みがかつたカラー画像となる問題があつた。

また、更に従来のＲ，Ｇ，Ｂの３色フイルタを
用いた比較的低い解像度のホワイトバランスの調
整に関しては電気的手段により調整されている。

しかし、本方式の高解像度の色差順次方式のフ
イルタのカラー個体撮像装置は、以下で詳述する
ように、その特性上これとは大きく異なる特有の
構成を有するものであり、従つて、それをそのま
ま流用することは不可能であり、かえつてカラー
画像の致命的な欠陥にもなりかねない。

つまり、本発明を以て初めて、色温度が変化し
てもそのホワイトバランスを極めて容易に調整す
ることができ、加えて高解像度の色差順次方式の
カラーフイルタの固体撮像装置を実用にならしめ
ることが可能となる。本発明は、これを目的とし
た全く新規なカラー化信号方式を有するカラー固
体撮像装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、実質的に第１の色光に感応する第１
の感光素子と実質的に第２の色光に感応する第２
の感光素子とを水平ラインに沿つて順次配列した
第１の感光素子列と、実質的に第３の色光に感応
する第３の感光素子と実質的に第４の色光に感応
する第４の感光素子または前記第２の感光素子と
を水平ラインに沿つて順次配列した第２の感光素
子列と、これら第１の感光素子列と第２の感光素
子列とが垂直方向に交互に配置された撮像素子
と、この撮像素子の前記第１の感光素子列の水平
走査出力信号から第１の色差信号及び前記第２の
感光素子列の水平走査出力信号から第２の色差信
号を検出する検出手段と、前記撮像素子の出力信
号を前記第１の感光素子列から得られた信号と、
前記第２の感光素子列から得られた信号とに分岐
する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された前記
撮像素子の出力信号の極性及び大きさをそれぞれ
調整する第１、第２の調整手段とを備え、前記第
１、第２の調整手段からの出力信号を、前記水平
走査出力信号にもとづいて得られた信号に加算し
てホワイトバランスのとれた色差信号を得ること
を特徴とするものである。

作 用 本発明は、上記した構成により、サンプリング
回路を用いない簡易な構成で、撮像素子の出力信
号から第１の色差信号及び前記第２の第２の色差
信号を得、ホワイトバランスの補正には、撮像素
子の出力信号から高域成分を除去した後、分岐を
行い、その分岐された信号の極性及び大きさをそ
れぞれ第１、第２の調整手段で調整し、第１の色
差信号及び第２の色差信号に加算してホワイトバ
ランスのとれた色差信号を得るものである。

また、第１の色差信号出力手段からの出力を遅
延手段を介することにより第２の色差信号出力手
段からの信号と同時化し、カラー信号が得られ
る。

実施例 以下、特に色温度の変化に容易に対応し、ホワ
イトバランスの調整の極めて容易な色差順次方式
のカラーフフイルタを用いたカラー固体撮像装置
について説明する。

まず、従来例と同一のフイルタ構成の例につい
て述べる。

第１５図は、第６図の如き撮像板と色フイルタ
の組み合わせにより、１水平走査線毎に異なつた
色差信号を得る色差順次方式の固体撮像装置を用
いて、色温度3200〓の照明で照らされた無彩色の
被写体を撮像した場合に、各撮像素子の出力信号
の大きさが等しい状態、即ちホワイトバランスが
合つている状態を示したものである。このとき各
撮像素子の出力色信号の比率はｈ：ｊ：ｇ＝１：
１：１であり、輝度信号ｊを構成する三原色の比
率は赤：緑：青＝0.3：0.6：0.1（各々赤、緑、青
に相当する波長700〜600、600〜500および500〜
400の輝度信号の面積比）となつている。

この状態から照明の色温度を5000〓に変えて無
彩色の被写体を撮像した場合の撮像特性を第１６
図に示す。色温度が高くなるため第１５図の場合
に比べて短波長側の色信号成分が多くなり、各撮
像素子の撮像特性は第１６図ｋ，ｌ，ｍのように
なる。

このとき各撮像素子の出力色信号の比率は、
ｋ：ｌ：ｍ＝0.7：１：1.2となり輝度信号ｍを構
成する三原色の比率は赤：緑：青＝0.2：0.5：0.3
となつている。（これも同様にこの色温度での分
光特性の面積比から算出） 一方色差信号は輝度信号Ｙの大きさに比べて相
対的に赤信号が小さくなり、緑色信号が大きくな
るため、3200〓でホワイトバランスが合つていた
状態からバランスがずれて、撮像板５のｎ(H)とｎ
＋１(H)の水平走査線の出力信号から得られる色差
信号（Ｒ−Ｙ）および（Ｇ−Ｙ）は、各々
（0.7R−Ｙ）（≠０）と（1.2G−Ｙ）（≠０）とな
り、白黒被写体であるにもかかわらず色差信号が
現われてしまう。

なおここで、ホワイトバランスをとるというこ
とは、無彩色の被写体を撮像した時、色信号Ｒ，
Ｇ，Ｂの比が１：１：１となること（等価的には
色差信号を零とするこ）、つまり前記の色差信号
においてホワイトバランスがとれている状態では
次の関係が満たされている。

3200〓でホワイトバランスがとれている時は、
ｎ(H)の水平走査線の出力信号から得られる色差信
号（Ｒ−Ｙ）は、 （Ｒ−Ｙ）＝Ｒ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.7R−0.6G−0.1B となる。

（この色温度では、Ｙ＝0.3R＋0.6G＋0.1Bであ
る。） また、同様にして、ｎ＋１(H)の水平走査線の出
力信号から得られる色差信号（Ｇ−Ｙ）は、 （Ｇ−Ｙ）＝Ｇ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.4G−0.3R−0.1B ここでこれらの２種類の色信号が共に零である
時、上記の２式より 0.7R−0.6G＝0.4G−0.3R ∴Ｒ＝Ｇ 従つて、Ｒ＝Ｇ＝Ｂ即ちＲ：Ｇ：Ｂ＝１：１：
１となり、これらの色差信号が共に零の時、ホワ
イトバランスがとれていることになる。

ところが、このままで色温度が5000〓に変化す
ると、各々の水平走査線より得られる色差信号
（Ｒ−Ｙ）および（Ｇ−Ｙ）は、各々（0.7R−
Ｙ）（≠０）と（1.2G−Ｙ）（≠０）となつてホ
ワイトバランスが崩れてしまう。

そこで、本発明者は、この色差信号に含まれる
たとえば輝度信号Ｙを用いて、各水平走査線から
の色差信号毎に以下のようにしてホワイトバラン
スを電気的にとり得ることを見い出した。

つまり、（0.7R−Ｙ）、（1.2G−Ｙ）というよう
にホワイトバランスの崩れた色差信号のホワイト
バランスの補正は次式に示すようにＹ信号をホワ
イトバランスの崩れた色差信号に演算することに
より行なうことができる。

例えば、ｎ(H)の水平走査線からの色差信号に関
しては、（0.7R−Ｙ）±△（Ｙ）として以下のホ
ワイトバランスの補正を行なう。

△を0.3とし、（0.7R−Ｙ）から0.3Yを減算すれ
ば （0.7R−Ｙ）−（0.3Y） ＝0.7（Ｒ−Ｙ） ＝0.7（Ｒ−0.2R−0.5G−0.3B） ＝0.56R−0.35G−0.2B ＝０（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１で） となり（Ｒ−Ｙ）信号は零となる。

（但し、色温度5000〓でＹ ＝0.2R＋0.5G＋
0.3B） 同様にｎ＋１(H)の水平走査線がからの色差信号
に関しては、（1.2G−Ｙ）±△（Ｙ）として以下
のホワイトバランスの補正を行なう。

△を0.2とし、（1.2G−Ｙ）に0.2Yを加算すれば （1.2G−Ｙ）＋（0.2Y） ＝1.2（Ｇ−Ｙ） ＝1.2（Ｇ−0.2R−0.5G−0.3B） ＝0.6G−0.24R−0.36B となり（Ｇ−Ｙ）信号もまた零となる。

即ち、ホワイトバランスを補正するには、各水
平走査線からの各々の色差信号に対して、色差信
号（Ｒ−Ｙ）の方では輝度信号Ｙの量を元の70％
に減衰させ、もう一方の色差信号（Ｇ−Ｙ）の輝
度信号の量を元の120％に増幅すれば、無彩色の
被写体を映した時に、各色差信号（Ｒ−Ｙ）、（Ｇ
−Ｙ）は零となりホワイトバランスは補正されて
いることになる。

また、これらの色差信号のうち出力の早いもの
１水平期間（1H）遅れせ同時化を行つてカラー
信号をえる。ここで注意すべきことは、高解像度
を目的として色差順次方式のカラーフイルタをも
ちいており、そのためら各走査線の色差信号のホ
ワイトバランス補正は同一の走査線から出力され
る信号の一部を用いて電気的に行うとゆうことで
ある。

これがなされず、従来のように単にある走査線
からの信号の一部で補正をおこなつていれば、無
彩色の白黒の水平ストライプ等を映したときに被
写体像の垂直エツジ部に疑似的な色誤差信号が発
生するとゆう致命的な問題となる。

次にこの第１の例のカラー固体撮像装置のブロ
ツク図を第１図に示し、その各部の波形を第２図
に示す。

第１図に於いて番号５〜14で示す構成要素は第
８図で説明したものと全く同一であるのでその説
明は省略する。１６はゲート回路、１７，１８は
増幅器、１９，２０は加算器、２１は増幅器１
７，１８の制御回路である。ゲート回路１６はロ
ーパスフイルタ７の出力信号をパルス発生回路１
５から供給されるゲートパルスの極性により増幅
器１７もしくは１８へ弁別している。前記ゲート
回路１６には１水平周期毎に極性が反転するゲー
トパルスが供給されている。ここでは、奇数番目
の水平走査では正方向のパルスであり、偶数番目
の水平走査では負方向のパルスである。ゲート回
路１６は正方向のパルスが供給された時は入力信
号を増幅器１７へ供給し、負方向のパルスが供給
された時は入力信号を増幅器１８へ供給する。前
記増幅器１７，１８は入力信号に対して出力信号
の極性及び増幅度が任意に設定できる型式のもの
である。制御回路２１は前記増幅器１７，１８の
極性及び増幅度を独立に設定する制御回路であ
る。加算器１９，２０はローパスフイルタ１７の
出力信号と前記増幅器１７，１８の出力信号を加
算するものである。１水平期間遅延線１１、スイ
ツチ回路１２は色差信号を同時化するものであ
る。

次に動作について説明する。

いま、画面の右半分が白で、左半分が黒の無彩
色の被写体像を色温度5000〓の光源で照明し、第
１図に示すカラー固体撮像装置で撮像したときの
各部の信号波形を模式的に第２図に示す。前記被
写体を撮像した時の輝度信号用ローパスフイルタ
７の出力信号は第２図ａに示す形となる。ここで
ｎ(H)は奇数番目の水平走査線を示し、ｎ＋１(H)は
偶数番目の水平走査線を示している。ｎ(H)の水平
走査線からは（Ｒ−Ｙ）の色差信号が得られ、ｍ
＋１(H)の水平走査線からは（Ｇ−Ｙ）の色差信号
が得られる。

前述のように、第１図に示したカラー固体撮像
装置は色温度3200〓の光源で照明した時にホワイ
トバランスが調整されて合つているとすれば、色
温度5000〓の光源で照明された被写体像を撮像し
た場合にはホワイトバランスが崩れる。従つて色
差信号用ローパスフイルタ１０の出力信号はｎ
(H)、ｎ＋１(H)の水平走査線においてそれぞれ
（0.7R−Ｙ）と（1.2G−Ｙ）となる。これを模式
的に示すと第２図ｂのようになる。第２図ｂにお
いてｎ(H)では色差信号が負方向に、ｎ＋１(H)では
色差信号が正方向に各々現れる。一方ゲート回路
１６により１水平走査線毎に交互に増幅器１７，
１８に弁別された輝度信号はそれぞれ第２図ｃ，
ｄに示したようになる。これらの輝度信号は増幅
器１７，１８で振幅及び極性がそれぞれ調整され
て第２図ｅ，ｆに示す波形（これが補正信号であ
る）となる。前記増幅器１７，１８の出力信号は
それぞれ加算器１９，２０に供給され、第２図ｂ
に示す色差信号と加算される。その結果第２図ｇ
に示すように色差信号が零となり、ホワイトバラ
ンスが補正される。前記ホワイトバランスの補正
された色差信号を１水平走査期間遅延線１１及び
スイツチ回路１２に供給し、スイツチ回路１２に
より切り換えることにより色差信号の同時化をお
こなつている。

この例によれば、色差信号を構成する輝度信号
成分の大きさを各水平走査ライン毎に調整するこ
とにより、ホワイトバランスを補正している、そ
のため照明の色温度が変化しても簡単にホワイト
バランス合わせることができる。

また、輝度信号成分をゲート回路１６により１
水平走査線毎に増幅器１７及び１８に交互に弁別
した後、信号量を所定の大きさに調整すると共に
信号の極性を調整して補正信号を得て、ホワイト
バランスの崩れた色差信号に加算しホワイトバラ
ンスの調整を行なつている。

そのため、ホワイトバランスの崩れた色差信号
を同時化し、補正信号を、輝度信号を１水平走査
期間遅延線を用いて遅延した信号と遅延しない輝
度信号とにより得て、前記ホワイトバランスの崩
れた色差信号に対して加算もしくは減算すること
によりホワイトバランスを調整する方法（図示せ
ず）に比べて１水平走査期間遅延線が不必要であ
り回路の簡易化が図れる。また、この前記のホワ
イトバランスの補正方法ではｎ＋１(H)の水平走査
により得た色差信号のホワイトバランスの補正に
ｎ(H)とｎ＋１(H)の輝度信号成分を用いるため、特
に被写体像の垂直エツジ部ではホワイトバランス
が完全に補正されずその結果、被写体像の垂直エ
ツジ部に色誤差信号が発生する。本発明ではホワ
イトバランスの補正された色差信号を同時化して
いるため、被写体像の垂直エツジ部に色誤差信号
が発生することはない。

本例ではサンプリングにより分離された輝度信
号Ｙを用いてホワイトバランスを補正したが、第
７図ａ，ｂに示す出力信号からＹ信号成分でなく
Ｒ，Ｇ成分をサンプリングにより分離し補正信号
として用いてもよい。

次に、第２の例を第３図〜第１６図を用いて説
明する。前述の例と異なる点は、カラーフイルタ
として第３図に示すようなモザイクフイルタ２
３，２４，２５を用いている点、および第１６図
に示すように輝度信号をサンプリング回路６およ
びローパスフイルタ７を介してではなく、撮像板
５の出力を直接ローパスフイルタ２６を通して得
ている点であり、構成自体は第１の例と同じであ
る。

第３図において、２２は第１図に示した固体撮
像板のフオトダイオードを示し、モザイク状色フ
イルタ２３，２４，２５がこのフオトダイオード
と一定の関係になるように重ねてある。このモザ
イク状色フイルタの使用色フイルタの一例を示す
と２３は赤透過フイルタ、２４は緑透過フイル
タ、２５は輝度特性フイルタ又は全光透過フイル
タであり、水平ラインに沿つて受光素子２個に対
して３種類の色フイルタ１組の割合で配置されて
いる例えば第１の水平ラインでは輝度、緑、赤…
の順に繰返して配置され、次の水平ラインには輝
度、赤、緑の順に繰返して配置され、これが垂直
方向に交互に繰返して設けられている。色フイル
タの巾は垂直方向では受光素子間隔と等しく或か
２：１インターレースの場合には受光素子間隔の
２倍にされており、水平方向では例えば一対の受
光素子の両方にまたがるある水平ラインの色フイ
ルタの巾は次の水平ラインの同色フイルタと受光
素子の総合感度にほぼ等しく、かつ二つの受光素
子に各々ほぼ等分されるように決めて配置され
る。また白黒被写体に対して各フイルタを介した
受光素子の感度は各々ほぼ等しくすることが望ま
しく、このために各色フイルタの透過率を変化さ
せたり或は光通過巾を変えたりしてその目的を達
することができる。

第４図は第３図の固体撮像板で被写体像を撮像
したときの出力波形の模式図である。第４図にお
いてＴの期間は１個の受光素子より得る出力信号
期間であり、実際にはパルス状に生ずるが説明を
簡単にするためにこのようにしている。第４図ａ
はある奇数番目ｎ(H)水平ラインの出力信号波形で
あり、ｂは次の水平ラインｎ＋１(H)の出力信号で
ある。このうち２６は輝度特性又は全光透過フイ
ルタ部に相当する信号成分Ｙであり２７は緑フイ
ルタＧ、２８は赤フイルタＲ部に相当する信号成
分を示している。

いま、受光素子１個から得られる信号を１とし
て第４図ａに示した信号を低域成分と変調色信号
成分で表わすと Sa＝１／２（１／３Ｇ＋２／３Ｒ＋１／３Ｇ＋２／３Ｙ
） ＋１／２（（１／３Ｇ＋２／３Ｒ）−（１／３Ｇ＋２
／３Ｙ）） sint ＝１／３（Ｇ＋Ｒ＋Ｙ）＋１／３（Ｒ−Ｙ）sint となり、１５図ｂに示した信号を低域成分と変調
色信号成分で表すと Sb＝１／２（１／３Ｒ＋２／３Ｇ＋１／３Ｒ＋２／３Ｙ
） ＋１／２（（１／３Ｒ＋２／３Ｇ）−（１／３Ｒ＋２
／３Ｙ）） sint ＝１／３（Ｇ＋Ｒ＋Ｙ）＋１／３（Ｇ−Ｙ）sint と表すことができる。

前記の式から明らかなように低域成分はいずれ
の水平ラインにおいても全く同じであり、変調色
信号成分については水平ライン毎に交互に（Ｒ−
Ｙ）と信号（Ｇ−Ｙ）信号が生ずることになる。
この場合には前述の例のように輝度信号部分Ｙの
みをサンプリングして輝度信号を取出さなくて
も、水平ライン毎に振巾が変動するいわゆるライ
ン濃淡現象が生じないので、輝度信号は第１６図
に示すように、サンプリング周波数の1/2以下を
通過するローパスフイルタ２６を介するのみで取
出すことができ高解像の輝度信号を得ることがで
きる。

以下、動作について説明する。

撮像板出力信号はローパスフイルタ２６に供給
され不必要な高域成分を除去した後、輝度信号と
して使用するためカラーエンコーダ１４に供給さ
れる。一方、撮像板出力信号に含まれる変調色信
号はバンドパスフイルタ８により分離した後、同
期検波器９に供給し同期検波する。前記、同期検
波器出力信号はその信号に含まれる不必要な高域
成分をローパスフイルタ１０により除去し色差信
号（（Ｒ−Ｙ）と（Ｇ−Ｙ））となる。さらに撮像
板出力信号は第１の例と同様にサンプリング回路
６により、第４図に示したＴ期間の画素信号を１
画素おきにサンプリングし、その高域成分をロー
パスフイルタ７により除去した後、ゲート回路１
６に供給され１水平走査周期毎に増幅器１７及び
１８に弁別される。増幅器１７及び１８は制御回
路２１から供給される制御信号により信号の大き
さ及び信号の極性が任意に調整される。前記信号
の大きさ及び信号の極性が調整された各信号は加
算器１９，２０に供給されホワイトバランスの崩
れた色差信号と加算されホワイトバランスの補正
を行なう。前記増幅器１７及び１８の出力信号が
ホワイトバランスの補正信号である。前記ホワイ
トバランスの補正された色差信号を１水平走査期
間遅延線１１及びスイツチ回路１２に供給し、ス
イツチ回路１２により切り換えることにより色差
信号の同時化をおこなつている。

ここで、撮像板出力信号を１画像おきにサンプ
リングして得た信号（（２／３Ｙ＋１／３Ｇ）および （２／３Ｙ＋１／３Ｒ））により各水平走査線毎にホワ
イ トバランスを補正する方法について詳細に説明す
る。

第４図は有彩色の被写体像を撮像した時の撮像
素子出力信号波形である。

いま、色温度が3200〓の照明を用いて無彩色の
被写体像を照明し、第４図に示した固体撮像板で
撮像したときにホワイトバランスを調整した状態
から、照明の色温度を5000〓に変えれば当然なが
らホワイトバランスは崩れてしまう。

ホワイトバランスが合つている状態において各
水平走査線毎に得られる色差信号（Ｒ−Ｙ）と
（Ｇ−Ｙ）は次にように表すことができる。

（Ｒ−Ｙ）＝Ｒ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.7R−0.6G−0.1B ＝０（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１で） 但し、色温度3200〓でＹ＝（0.3R＋0.6G＋
0.1B） 同様に、 （Ｇ−Ｙ）＝Ｇ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.4G−0.3R−0.1B ＝０ 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号が共に零のときは、ホワイトバランスがと
れており無彩色の被写体の場合、疑似の色信号は
現れない。

次に照明の色温度が5000〓に変化してホワイト
バランスが崩れ、色差信号が各々（0.7R−Ｙ）、
（1.2G−Ｙ）になつたとすれば、前記ホワイトバ
ランスが崩れた状態の色差信号は次のように表す
ことができる。

（0.7R−Ｙ） ＝0.7R−（0.2R＋0.5G＋0.3B） ＝0.5R−0.5G−0.3B （信号の絶対値は−0.3となる。） （1.2G−Ｙ） ＝1.2G−（0.2R＋0.5G＋0.3B） ＝0.7G−0.2R−0.3B （信号の絶対値は−0.2となる。） 但し、色温度5000〓でＹ ＝0.2R＋0.5G＋
0.3B） 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零とならずに各水平走査線より得られる
色信号成分のうちｎ(H)の水平走査線から得られる
（Ｒ−Ｙ）信号には負方向の信号が、ｎ＋１(H)の
水平走査線から得られる（Ｇ−Ｙ）信号には正方
向の信号が現れ、無彩色の被写体を撮像している
にもかかわらず色信号が現れることになる。

このホワイトバランスの崩れた色差信号のホワ
イトバランスを合わせるには（0.7R−Ｙ）およ
び（1.2G−Ｙ）の色差信号に撮像素子出力信号
を各水平走査線からの信号に対して加算もしくは
減算し、色差信号を零にすればよい。

そのため、第４図、第１６図で示したように撮
像素子出力信号のうち１画素おきの信号をサンプ
リング分離して得た信号の振幅及び極性を各水平
走査線毎に任意に調整し、前記ホワイトバランス
の崩れた色差信号に加えればホワイトバランスを
合わせることができる。

次にこの第４図に示した２６（Ｙ）と２７(G)、
２６（Ｙ）と２８（Ｒ）の信号をサンプリング分
離して前記ホワイトバランスの崩れた色差信号に
加えてホワイトバランスを合わせる場合について
説明する。ホワイトバランスを合わせるには次式
に示すようにホワイトバランスの崩れた色差信号
に前記サンプリング分離して得た信号 （（２／３Ｙ＋１／３Ｇ）および（２／３Ｙ＋１／３
Ｒ）を 用いて演算する。

ｎ(H)の水平走査線から色差信号（Ｒ−Ｙ）に関
しては、 0.7（Ｒ−Ｙ） ＝（0.7R−Ｙ）±△（２／３Ｙ＋１／３Ｇ） ＝（0.7R−Ｙ）±△（0.13R ＋0.55G＋0.2B） ここでホワイトバランスを合わせるには前記△
を０，34とし前記（0.7R−Ｙ）に加算すればホ
ワイトバランスを合わせることができる。

0.7（Ｒ−Ｙ） ＝（0.7R−Ｙ）＋0.34（0.13R ＋0.55G＋0.2B） ＝（0.7R−Ｙ）＋（0.044R ＋0.187G＋0.068B） ＝（0.544R＋0.312G −0.232B） （信号の絶対値は零となる。） 同様にｎ＋１(H)の水平走査線からの色差信号
（Ｇ−Ｙ）に関しては、 1.2（Ｇ−Ｙ） ＝（1.2G−Ｙ）±△（２／３Ｙ＋１／３Ｒ） ＝1.2（Ｇ−Ｙ）±△（0.35R ＋0.33G＋0.2B） ここでホワイトバランスを合わせるには前記△
を0.227として前記（1.2G−Ｙ）から減算すれば
ホワイトバランスを合わせることができる。

1.2（Ｇ−Ｙ） ＝（1.2G−Ｙ）−0.227（0.35R ＋0.33G＋0.2B） ＝（0.625G−0.279R−0.346B） （信号の絶対値は零となる。） 但し、Ｙ＝（0.2R＋0.5G＋0.3B） 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零となり完全にホワイトバランスの合つ
た色差信号を得ることができる。

なお、上記のようにしてホワイトバランスを調
整した場合、色差信号を構成する三原色の比率は
補正信号の量により変化することは、前式から明
らかである。

例えば（Ｒ−Ｙ）信号では （0.7R−0.6G−0.1B） …3200〓 （0.544R−0.312G−0.232B） …50000〓 （Ｇ−Ｙ）信号では （0.4G−0.3R−0.1B） …3200〓 （0.625G−0.279R−0.346B） …5000〓 と変化する、これはカラーテレビジヨンカメラに
おける色再現性が変化することを意味するが、色
再現性については周知のように色差信号をマトリ
ツクスすることにより改善することが可能であ
り、多少の変化に対しては許容される。

しかしながら、カラーテレビジヨンカメラにお
いてはホワイトバランスは最重要なものである。
特に無彩色の被写体を撮像しているときに色信号
が現れる現象に対して人間の検知限は極めて高い
ためホワイトバランスは色再現性などに対して更
に重要な項目である。

本例によれば、撮像素子出力信号のうち１画素
おきの信号をサンプリング分離して信号量を所定
の大きさに調整し、信号の極性を調整した後、ホ
ワイトバランスの崩れた色差信号に加算すること
によりホワイトバランスを調整している、そのた
め照明の色温度が変化しても簡単にホワイトバラ
ンスを合わせることができる。また補正信号をゲ
ート回路１６により１水平走査線毎に交互に弁別
した後、信号量を所定の大きさに調整しホワイト
バランスの補正を行なつている。そのため、ホワ
イトバランスの崩れた色差信号を同時化し、補正
信号を、輝度信号を１水平走査期間遅延線を用い
て遅延した信号と遅延しない輝度信号とにより得
て、前記ホワイトバランスの崩れた色差信号に対
しても加算もしくは減算することによりホワイト
バランスを補正する方法（図示せず）に比べて１
水平走査期間遅延線が不必要であり回路の簡易化
が図れる。また前記のホワイトバランスの補正方
法ではｎ＋１(H)の水平走査により得た色差信号の
ホワイトバランスの補正にｎ(H)とｎ＋１(H)の輝度
信号成分を用いるため、特に被写体像の垂直エツ
ジ部ではホワイトバランスが完全に補正されずそ
の結果、被写体像の垂直エツジ部に色誤差信号が
発生する。本発明ではホワイトバランスの補正さ
れた色差信号を同時化しているため、被写体像の
垂直エツジ部に色誤差信号が発生することはな
い。

以上、第１及び第２の例では撮像素子生力信号
のうち１画素おきの信号をサンプリング分離して
その信号量を所定の大きさに調整したのち、撮像
素子出力信号に加算もしくは減算することにより
ホワイトバランスを調整し、前記ホワイトバラン
スの補正された色差信号を１水平走査期間遅延線
１１及びスイツチ回路１２に供給し、スイツチ回
路１２により切り換えることにより色差信号の同
時化をおこなつている。本発明では一つの水平走
査により得られた撮像板出力信号から色差信号及
びホワイトバランスの補正信号を得て、ホワイト
バランスの補正を行なつた後、色差信号の同時化
を行なつている。そのためカラー固体撮像装置の
回路構成の簡易化が図れ、かつ被写体像の垂直エ
ツジ部に色誤差信号が発生することはない。

以下本発明の一実施例について説明する。

本実施例は、第５図に示したカラー固体撮像装
置よりもさらに回路構成を簡単にするために、第
５図に示したカラー固体撮像装置の構成要素から
サンプリング回路６、ローパスフイルタ７を省略
し、ゲート回路１６の入力信号として、ローパス
フイルタ２６の出力信号を用いたものである。

このときのホワイトバランス補正について以下
で説明する。

色温度が3200〓の照明を用いて無彩色の被写体
像を照明し、第３図に示した固体撮像板で撮像し
たときにホワイトバランスを調整すると、各色差
信号は前述のように （Ｒ−Ｙ）＝Ｒ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.7R−0.6G−0.1B ＝０（Ｒ：Ｇ：Ｂ：＝１：１：１で） 同様に、 （Ｇ−Ｙ）＝Ｇ−（0.3R＋0.6G＋0.1B） ＝0.4G−0.3R−0.1B ＝０ 但し、色温度3200〓で Ｙ＝（0.3R＋0.6G＋0.1B）となる。

従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零となり、無彩色の被写体を映したとき
には疑似色信号成分は現れずホワイトバランスは
とれている。

次に照明の色温度が5000〓に変化してホワイト
バランスが崩れ、色差信号が各々（0.7R−Ｙ）、
（1.2G−Ｙ）になつたとすれば、前記ホワイトバ
ランスが崩れた状態の色差信号は次のように表す
ことができる。

（0.7R−Ｙ） ＝0.7R−（0.2R＋0.5G＋0.3B） ＝0.5R−0.5G−0.3B （信号の絶対値は−0.3となる。） （1.2G−Ｙ） ＝1.2G−（0.2R＋0.5G＋0.3B） ＝0.7G−0.2R−0.3B （信号の絶対値は＋0.2となる。） 但し、色温度5000〓で Ｙ＝（0.2R＋0.5G＋0.3B） 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零とならずに色信号成分のうち（Ｒ−
Ｙ）信号には負方向の信号が、（Ｇ−Ｙ）信号に
は正方向の信号が現れ、無彩色の被写体を撮像し
ているにもかかわらず色信号が現れることにな
る。

前記ホワイトバランスの崩れた色差信号のホワ
イトバランスを合わせるには（0.7R−Ｙ）、
（1.2G−Ｙ）の色差信号に撮像素子出力信号を加
算もしくは減算し、色差信号を零にすればよい。

そのため、撮像素子出力信号から高域成分を除
去した信号２／３（Ｙ＋Ｒ＋Ｇ）を得、前記信号の 振幅及び極性を任意に調整し、前記ホワイトバラ
ンスの崩れた色差信号に加えればホワイトバラン
スを合わせることができる。

つまり、ホワイトバランスを合わせるには次式
に示すようにホワイトバランスの崩れた色差信号
にローパスフイルタ２６の出力信号を演算する。

0.7（Ｒ−Ｙ） ＝（0.7R−Ｙ）±△（２／３Ｙ＋２／３Ｇ＋２／３Ｒ
） ＝（0.7R−Ｙ）±△（0.8R＋Ｇ ＋0.2B） この△を0.15として前記（0.7R−Ｙ）に加算す
れば以下のようにホワイトバランスを合わせるこ
とができる。

0.7（Ｒ−Ｙ） ＝（0.7R−Ｙ）＋0.15（0.8R＋Ｇ＋0.2B） ＝（0.7R−Ｙ）＋（0.12R＋0.15G ＋0.03B） ＝（0.62R−0.35G−0.27B） ＝０（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１で） 同様に 1.2（Ｇ−Ｙ） ＝（1.2G−Ｙ）±△（２／３Ｙ＋２／３Ｇ＋２／３Ｒ
） ＝（1.2G−Ｙ）±△（0.8R ＋Ｇ＋0.2B） この△を0.1として前記（1.2G−Ｙ）から減算
すれば以下のようにホワイトバランスを合わせる
ことができる。

1.2（Ｇ−Ｙ） ＝（1.2G−Ｙ）−0.1（0.8R＋Ｇ＋0.2B） ＝（0.6G−0.28R−0.32B） ＝０＝（Ｇ：Ｒ：Ｂ＝１：１：１で） 但し、色温度5000〓で Ｙ＝（0.2R＋0.5G＋0.3B） 従つて、（Ｒ−Ｙ）及び（Ｇ−Ｙ）の２つの色
差信号は零となり完全にホワイトバランスの合つ
た色差信号を得ることができる。

なお、上記のようにしてホワイトバランスを調
整した場合、色差信号を構成する三原色（Ｒ、
Ｇ、Ｂ）の比率は補正信号の量により変化するこ
とは、前式から明らかである。

例えば（Ｒ−Ｙ）信号では （0.7R−0.6G−0.1B） …3200〓 （0.62R−0.35G−0.27B） …5000〓 （Ｇ−Ｙ）信号では （0.4G−0.3R−0.1B） …3200〓 （0.6G−0.28G−0.32B） …5000〓 と変化するが、ホワイトバランスは完全に補正さ
れている。

前記ホワイトバランスの補正された色差信号を
１水平走査期間遅延線１１及びスイツチ回路１２
に供給し、スイツチ回路１２により切り換えるこ
とにより色差信号の同時化をおこなつている。本
発明では一つの水平走査により得られた撮像板出
力信号から色差信号及びホワイトバランスの補正
信号を得て、ホワイトバランスの補正を行なつた
後、色差信号の同時化を行なつている。そのため
カラー固体撮像装置の回路構成の容易化が図れ、
かつ被写体像のエツジ部に色誤差信号が発生する
ことはない。

発明の効果 以上のように本発明によれば高解像度のために
１水平走査毎に異なる色差信号を読み出す色差順
次方式のカラー固体撮像装置において、奇数遇数
の各水平走査ライン毎に出力される色差信号毎に
電気的にホワイトバランスを補正する。ついで１
水平期間（1H）遅延回路を用いて、これら２種
類の色差信号の同時化を行ない、色信号を得る。

従つて、例えば白黒のストライプライン等の無
彩色の被写体を映した場合でも、その白黒部の境
界エツジ部に色誤差信号が発生することはない。

さらに、サンプリング回路を必要としないの
で、カラー固体撮像装置の回路構成そのものも簡
単となる。

さらに、簡単な構成で容易に広範囲な色温度の
照明下のホワイトバランスの調整ができるのでカ
ラー固体撮像装置を広範囲な色温度の照明で使用
することが可能となる。

以上、本発明のホワイトバランス補正方法を特
長とする色差順次方式のフアイルタもつカラー個
体撮像装置に於て、はじめて室内あるいは野外等
の撮像条件を選ばない実用的でかつ単板高解像度
で安価なのカラー個体撮像装置を可能にするもの
であり、工業上の価値ははかりしれないものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は色差順次方式のフイルタを持つカラー
固体撮像装置のブロツク図、第２図はその要部の
出力信号波形図、第３図は色フイルタと撮像板上
のフオトダイオードの位置関係図、第４図は撮像
板の出力信号波形図、第５図はさらに他の例のブ
ロツク図、第６図は撮像板とモザイク状色フイル
タを組み合わせた色差順次方式の概念図、第７図
は同撮像板の出力信号波形図、第８図はカラー固
体撮像装置のブロツク図、第９図は固体撮像板の
分光感度特性図、第１０図は各色温度の分光分布
特性図、第１１図は固体撮像板に3200〓の色温度
特性を乗算した分光感度特性図、第１２図は赤外
除去フイルタの分光特性図、第１３図は第１１図
の分光感度特性に第１２図の分光感度特性を乗算
した分光感度特性図、第１４図は赤、緑フイルタ
の分光特性図、第１５図は第１３図の分光特性に
第１４図のフイルタの分光特性を乗算した各受光
素子の分光特性図、第１６図は色温度5000〓にお
ける各受光素子の分光特性図、第１７図は本発明
の一実施例におけるカラー固体撮像装置のブロツ
ク図である。 ５……撮像板、１１……1H遅延線、１４……
カラーエンコーダ、１５……パルス発生回路、１
６……ゲート回路、１７，１８……増幅器、１
９，２０……加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的に第１の色光に感応する第１の感光素
   子と実質的に第２の色光に感応する第２の感光素
   子とを水平ラインに沿つて順次配列した第１の感
   光素子列と、 実質的に第３の色光に感応する第３の感光素子
   と実質的に第４の色光に感応する第４の感光素子
   または前記第２の感光素子とを水平ラインに沿つ
   て順次配列した第２の感光素子列と、 前記第１の感光素子列と前記第２の感光素子列
   とが垂直方向に交互に配列された撮像素子と、 この撮像素子の前記第１の感光素子列の水平走
   査出力信号から第１の色素信号及び前記第２の感
   光素子列の水平走査出力信号から第２の色差信号
   を検出する検出手段と、 前記撮像素子の出力信号を前記第１の感光素子
   列から得られた信号と、前記第２の感光素子列か
   ら得られた信号とに分岐する分岐手段と、 前記分岐手段で分岐された前記撮像素子の出力
   信号の極性及び大きさをそれぞれ調整する第１、
   第２の調整手段とを備え、 前記第１、第２の調整手段からの出力信号を、
   前記各水平走査出力信号にもとづいて得られた信
   号に加算してホワイトバランスのとれた色差信号
   を得ることを特徴とするカラー固体撮像装置。