JPH05219513A

JPH05219513A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH05219513A
Application number: JP4012204A
Authority: JP
Inventors: Kazumitsu Yamamoto; 一満山本; Kenichi Sueyoshi; 賢一末吉; Masayuki Sugasawa; 正之菅澤
Original assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Current assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1993-08-27
Also published as: EP0634875A1; US5436661A

Abstract

(57)【要約】【目的】空間画素ずらしを行ってカラーＣＣＤカメラ
の解像度を改善する。【構成】被写体の画像を互いに左右反転した２つの緑
色画像、１つの赤色画像および１つの青色画像に分解
し、４つのＣＣＤ２３Ｇ−１，２３Ｇ−２，２３Ｒ，２
３Ｂでそれぞれ受光し、２つの緑色画像を受光する２つ
のＣＣＤ２３Ｇ−１，２３Ｇ−２において、空間画素ず
らしを行い、一方の緑色画像信号を左右反転した後合成
して緑色信号を作成し、この緑色信号と、赤および青色
信号とを輝度マトリックス３０に供給して輝度信号を作
成するもの。

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、特に被写
体像を赤、緑および青の３原色像に分解してそれぞれ固
体撮像素子によって受光して赤、緑および青色信号を取
り出すようにしたカラー固体撮像装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像装置に使用される固体撮像素子
としては主としてＣＣＤが用いられており、家庭用ビデ
オカメラは勿論、テレビ放送用のカメラとしてもＣＣＤ
カメラが採用されるようになってきた。このようなＣＣ
Ｄカメラの解像度を向上するために、ＣＣＤの受光素子
の個数を増大することに多くの努力が払われてきたが、
微細化技術にも限界があるとともに受光素子数を多くす
ると、１画素当たりの開口面積は減少することになり、
Ｓ／Ｎの低下、感度の低下、ダイナミックレンジの低下
を招くので画素数を増大させることにも限界がある。

【０００３】このような欠点を解消するために、いわゆ
る画素ずらし法が採用されている。図１は画素ずらしを
行った従来のカラーテレビカメラの構成を示すものであ
る。被写体の像を対物レンズ１０によって形成し、これ
を色分解光学系１１によって赤、緑および青色像に分解
し、これらの色画像をそれぞれＣＣＤ１２Ｒ，１２Ｇお
よび１２Ｂによって撮像する。図２Ａに示すように、赤
および青色画像を撮像するＣＣＤ１２Ｒおよび１２Ｂの
受光素子は、緑色画像を撮像するＣＣＤ１２Ｇの受光素
子に対して主走査方向、すなわち水平方向に、受光素子
の配列間隔Ｐのほぼ半分の距離だけずらして配置されて
いる。

【０００４】ＣＣＤ１２Ｒ，１２Ｇおよび１２Ｂから得
られる赤、緑および青色信号をそれぞれ相関二重サンプ
リング回路１３Ｒ，１３Ｇおよび１３Ｂによってサンプ
リングして映像信号を取り出し、これらの映像信号の位
相を合わせるために、緑色信号を受光素子の配列ピッチ
Ｐに半分の距離を走査するに要する時間に等しい遅延時
間τを有する遅延回路１４に通す。このようにして位相
を整合させた赤、緑および青色信号をそれぞれ低域通過
フィルタ１５Ｒ，１５Ｇおよび１５Ｂに通して高域成分
のサンプリングノイズを除去した後、映像処理回路１６
Ｒ，１６Ｇおよび１６Ｂに通して処理し、さらに各映像
信号間の僅かな時間差を補償するために可変遅延回路１
７Ｒ，１７Ｇおよび１７Ｂにそれぞれ通す。

【０００５】さらに、これらの映像信号を輝度マトリッ
クス回路１８に供給し、ここで予め決められた比率、例
えばＮＴＳＣ方式においては0.30:0.59:0.11の比率で混
合して輝度信号Ｙを作成する。このようにして得られる
輝度信号を増幅器１９で増幅する。このように画素ずら
しを行ったカラーテレビカメラにおいては、図２Ｂに示
すように緑色の画素Ｇ間に赤および青色の画素Ｒおよび
Ｂが配置される位置関係で空間的にサンプリングされる
ことになり、したがって、これらの映像信号を混合して
得られる輝度信号の解像度は見掛け上２倍になるととも
に画質を劣化させる原因となる折り返し偽信号成分も低
減されることになることは公知である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の画素ず
らしを行ったカラーテレビカメラにおいては、赤、緑お
よび青色信号をそれぞれ単独で見た場合には、見掛けの
画素数が増大しておらず、したがって解像度も増加せ
ず、折り返し偽信号成分も減少していない。その理由
は、対物レンズとＣＣＤとの間に配置された空間ローパ
スフィルタが、画素ずらしを行って得られた輝度信号Ｙ
において最大の効果が得られるように設計されているた
めである。このことについてさらに詳細に説明する。

【０００７】例えば、40万画素のＣＣＤを用いる場合、
１枚のＣＣＤのサンプリング周波数は約14MHz である。
このＣＣＤを利用して画素ずらしを行った場合の見掛け
上のサンプリング周波数は２倍となり、約28MHz とな
る。したがって、ナイキストのサンプリング定理によ
り、サンプリング周波数の半分の周波数のローパスフィ
ルタをサンプリング回路の前後に入れれば、偽信号は発
生しないことになる。従来の３板式テレビカメラの空間
ローパスフィルタは、これに基づき約14MHz 以上の空間
周波数をカットして画素ずらしを行って得られる輝度信
号において偽信号が発生されるのを阻止するように設計
されている。この様子を図３に付いてさらに説明する。

【０００８】輝度信号は、画素ずらしにより見掛け上１
枚のＣＣＤの場合の２倍のサンプリング周波数となる。
40万画素の場合、14MHz の２倍の28MHz までレスポンス
がある。図３Ａは空間ローパスフィルタが無い場合の輝
度信号および偽信号の周波数レスポンスを示すものであ
り、折り返し偽信号が低域側に大きく現れている。図３
Ｂは14MHz 以上の周波数をカットする空間ローパスフィ
ルタの周波数レスポンスを示すものであり、図３Ｃは図
３Ａの信号に空間ローパスフィルタを入れたときの輝度
信号および偽信号の周波数レスポンスを示すものであ
り、偽信号は非常に小さくなっている。しかしながら、
各色チャネル単独で見た場合、そのサンプリング周波数
はＣＣＤ１枚と変わらず、14MHz のままであり、色信号
および偽信号の周波数レスポンスは図４Ａに示すように
なる（ただし、図では固体撮像素子の画素の開口率が50
% の場合である）。したがって、図３Ｂに示すように14
MHz以上をカットする空間ローパスフィルタを挿入した
ときの色信号および偽信号の周波数レスポンスは図４Ｂ
に示すようになり、偽信号は殆ど低減されないことにな
る。各色チャネルにおいて偽信号を除去するには７MHz
以上をカットする空間ローパスフィルタとする必要があ
るが、この７MHz は560TV ラインに相当するものである
ので、このように遮断周波数の低い空間ローパスフィル
タを使用すると解像度が560TV ライン以下に低下してし
まうことになり、好ましくない。

【０００９】さらに、従来の画素ずらしを行ったカラー
テレビカメラにおいては、例えばＮＴＳＣ方式で規定さ
れている輝度信号Ｙを得るために赤、緑および青色信号
を0.30:0.59:0.11の比率で混合しており、画素ずらしし
た映像信号の混合比率は0.59:0.41 となる。このように
混合比率が１：１からずれると、画素ずらしが１：１か
らずれた分だけ成立しなくなり、所望の解像度が得られ
ない欠点がある。

【００１０】また、図１に示すようにＣＣＤから輝度マ
トリックス回路に到る間に低域通過フィルタや映像処理
回路が設けられているため、空間画素ずらし効果を損な
う原因となる周波数特性の劣化や各色信号間の遅延時間
誤差の影響を受け易く、例えば40万画素のＣＣＤを用い
た場合、約700TV ラインの解像度しか得られない欠点が
ある。特に、ＣＣＤと信号処理回路部分との間の距離が
長い場合には、この間の伝送による周波数特性の劣化や
遅延時間の誤差も加わるため、空間画素ずらしの効果が
さらに損なわれることになる。このように従来の画素ず
らしを行ったテレビカメラにおいては、ＣＣＤから輝度
マトリックス回路までの間で厳密な時間の管理を行う必
要があり、例えば40万画素のＣＣＤを用いる場合に、各
色信号の間で10nsの時間差があると、画素ずらしが最早
成立しなくなってしまう。したがって、各色信号間の時
間差をこの範囲以下に抑える必要があるが、このために
はテレビカメラの信号処理や伝送系においてかなりの手
数が必要となる。

【００１１】さらに、被写体像を形成する対物レンズの
色収差や歪曲により赤、緑および青色像間でレジストレ
ーションエラーが生じ、これによっても画素ずらし効果
が損なわれることになる。テレビカメラ用の対物レンズ
としては現在ズームレンズが一般に用いられているが、
ズームレンズではズーム比によって各色の像の結像位置
が変化する軸上の色収差や画面の周辺での各色の像の結
像倍率が変化する倍率の色収差などの影響によってレジ
ストレーションエラーが大きく発生し易く、画素ずらし
効果が著しく損なわれる欠点がある。このような欠点
は、対物レンズのピントずれによるレジストレーション
エラーによっても生ずるものである。レンズの色収差は
ＮＴＳＣ方式の場合、10μm 以下にすることが目標とさ
れており、またハイビジョンにおいてはその半分にする
ことが望ましいとされている。しかし、2/3 インチ、13
0 万画素のＣＣＤの画素間ピッチは7.6 μm (H) ×5.2
μm (V) であるので、画素ずらしは3.8 μm とする必要
があるが、色収差が5〜10μm もあると全域での画素ず
らしは望めず、特定の条件、例えば画面の中央部で、望
遠側と広角側との中間で、かつF4.0の場合にのみ画素ず
らしが有効といったことになってしまう。

【００１２】さらに、上述した欠点を軽減するために、
いわゆるデュアルグリーン方式と呼ばれるＣＣＤカメラ
が提案されている。このデュアルグリーン方式は、互い
に画素ずらしを行った緑色用のＣＣＤを２枚用い、残り
の１枚のＣＣＤの前面に赤および青色のストライプフィ
ルタまたはモザイクフィルタを配置して赤色信号および
青色信号を取り出すようにしている。この場合には、緑
色信号については、理想的な画素ずらしが成立し、上述
した欠点を解消することができるが、赤および青色信号
については解像度が1/2 に低下してしまう欠点がある。
また、特開昭６０─１５４７８１号公報には、被写体像
を２つの緑色画像とそれぞれ１つの赤および青色画像に
分解し、これら４つの画像を受光する固体撮像素子を互
いに画素ずらしして配置することが開示されている。し
かし、このような固体撮像装置においては、色分解光学
系の構成が複雑であり、大型となり、レンズ取付面から
受光面までの距離として定義されるフランジバックが規
格値の範囲に入らなくなり、従来から使用している既存
のレンズが使用できなくなる欠点がある。これは色分解
光学系において、奇数回の反射による画像の左右反転を
防止しようとしたためである。さらに、この従来の固体
撮像装置においては、異なる色の間で画素ずらしを行っ
ているので、レンズの色収差による影響を受け画素ずら
しが成立する領域がきわめて限られたものとなってしま
う。

【００１３】例えば、130 万画素のＣＣＤを用いる場合
には、水平方向には1250画素であるから、赤および青色
のそれぞれの画素数は625 画素となってしまう。このＣ
ＣＤ１枚の解像度は700TV ラインであるから、赤および
青に関しては350TV ラインの解像度しか持たないことに
なる。一方、現在のハイビジョン放送用のディジタルス
タジオ機器のサンプリング周波数は輝度信号については
74.25MHz、色差信号については37.125MHz となっている
ので、130 万画素のＣＣＤを用いてデュアルグリーン方
式を採用した場合には、輝度信号に関しては見掛け上4
8.6×2=97.2MHzのサンプリング周波数となり、撮像装置
のサンプリング周波数が撮像装置に接続されているディ
ジタル機器のサンプリング周波数を上回るが、色差信号
に関しては赤および青色信号の帯域によって決まってし
まい、24.3MHz のサンプリング周波数となり、ディジタ
ル機器のサンプリング周波数を下回ってしまう。さら
に、赤および青色チャネルにおいては、１枚のＣＣＤに
ストライプフィルタまたはモザイクフィルタを設けてい
るので、ＣＣＤ内での水平転送効率が悪いと赤色チャネ
ルと青色チャネルとが混ざり合ってしまい、色分解が悪
くなる欠点もある。

【００１４】さらに、本願人は上述した欠点を解消する
ために、赤、緑および青色の各チャネルにおいて画素ず
らしを行うことができるようにそれぞれの色の画像を２
分割し、それぞれ画素ずらしを行った２枚のＣＣＤで撮
像するようにした固体撮像装置を特願平３─２９７２２
５号において提案している。このような固体撮像装置に
おいては理想的な画素ずらしを実現することができる
が、被写体像を６つの画像に分割するための色分解光学
系が大型となり、規格のフランジバック内に収まらなく
なってしまい、既存のレンズを使用することができない
という欠点がある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、上述した従来の欠点を解消するために、被写体の像
を赤、緑および青の３原色の像に分解するとともにこれ
らの３原色の像の内の１つの色の像をさらに２分割して
４つの画像とし、これら４つの画像の内の１つの画像に
ついては他の画像に対して左右反転した画像とする色分
解光学系と、この色分解光学系によって２分割された同
じ色の像をそれぞれ受光するように配置され、受光素子
がその配列間隔のほぼ半分だけ水平走査方向に互いにず
らして配置された第１および第２の固体撮像素子と、前
記色分解光学系によってそれぞれ１つの像として分割さ
れた２つの像の一方を受光するように配置された第３の
固体撮像素子と、前記色分解光学系によってそれぞれ１
つの像として分割された２つの像の他方を受光するよう
に配置された第４の固体撮像素子と、前記色分解光学系
によって左右反転された画像を受光する固体撮像素子か
ら左右反転された画像信号を得る手段と、前記同じ色の
画像を受光する第１および第２の固体撮像素子から得ら
れる画像信号を合成して得られる第１の色信号と、前記
第３の固体撮像素子から得られる第２の画像信号と、前
記第４の固体撮像素子から得られる第３の画像信号とを
合成して輝度信号を作成する輝度マトリックスとを具え
ることを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】このような本発明の固体撮像装置においては、
特定の色、例えば緑色の画像を２つに分割し、これらの
緑色画像を受光する２つの固体撮像素子に対して空間画
素ずらしを行うとともに輝度信号を得るための信号処理
を施す前に画素ずらしを行った固体撮像素子からの画像
信号を合成して信号を得るようにしているため、40万画
素のＣＣＤを例にとると、緑色チャネルのサンプリング
周波数は28MHz となり、図３Ａに示す輝度信号の周波数
レスポンスと同じ周波数レスポンスを有するものとな
り、したがって14MHz 以上をカットする空間ローパスフ
ィルタを用いても偽信号を大幅に減少させることができ
る。また、画素ずらしを行った２つの画像信号は１：１
の理想的な比率で加算されるため、常に画素ずらしが成
立し、解像度を改善することができる。さらに、特定の
色チャネルでのみ画素ずらしを行っているので対物レン
ズの収差やピントのずれによって色画像間にレジストレ
ーションエラーが生じても、画素ずらし効果が損なわれ
るようなことはない。また、固体撮像素子の出力側であ
って、信号処理部の前段で混合を行うようにした場合に
は、撮像部と信号処理部との間の伝送路が長い場合であ
っても、映像信号処理回路系で周波数特性の劣化や遅延
時間誤差があっても画素ずらし効果が損なわれることは
なく、常に高い解像度が得られることになるとともにダ
イナミックレンジも２倍となる。さらに、画素ずらしを
行わない色チャネル、例えば赤および青色チャネル用に
それぞれ１枚の固体撮像素子を設けるので、これらの色
の解像度が劣化することがないとともにＣＣＤ内での水
平方向の転送効率が悪くても赤色信号と青色信号とが混
ざり合ったりするようなことはない。また、色分解光学
系は従来の色分解プリズムの内部にダイクロイック面ま
たはハーフミラーを１つ設けただけのものであるから、
全体の寸法は大きくならず、したがって規格のフランジ
バック内に収まり、既存のレンズをそのまま利用するこ
とができる。ただし、このような色分解光学系を使用す
るために、１つの画像については、他の画像に対して左
右が反転したものとなる。したがって、この画像を受光
する固体撮像素子を読み出すときに左右反転して読み出
すか、通常のように読み出した後に、左右反転するよう
な処理を施す必要があるが、これは電気的な処理で比較
的簡単に行うことができる。

【００１７】

【実施例】図５は本発明による固体撮像装置の一実施例
の構成を示す図である。本例においては、被写体の像を
先ず３原色像に分解し、さらに緑色像を２個の画像に分
解するようにした色分解光学系を使用するものである。
すなわち、対物レンズ２０によって形成される被写体の
像を、空間ローパスフィルタ２１を経て色分解光学系２
２の入射面２２ａに入射させる。この色分解光学系２２
の第１ダイクロイック面２２ｂは緑色の光の半分を反射
し、半分を透過するとともに赤および青色の光を透過す
るものである。この第１のダイクロイック面２２ｂで反
射された緑色光は入射面２２ａで反射され、第１の出射
面２２ｃから出射される。第１のダイクロイック面２２
ｂを透過した光は次に第２のダイクロイック面２２ｄに
入射するが、この第２のダイクロイック面は緑色光を反
射し、赤および青色光を透過するように構成されてい
る。この第２のダイクロイック面２２ｄで反射された緑
色光は第２の出射面２２ｅから出射する。第２のダイク
ロイック面２２ｄを透過した光は第３のダイクロイック
面２２ｆに入射する。この第３のダイクロイック面２２
ｆは赤色光を透過し、青色光を透過する特性を有してい
る。この第３のダイクロイック面２２ｆで反射された青
色光は第３の出射面２２ｇから出射し、第３のダイクロ
イック面を透過した赤色光は第４の出射面２２ｈから出
射する。このようにして第１および第２の出射面２２ｃ
および２２ｅから２つの緑色画像が得られ、第３および
第４の出射面２２ｇおよび２２ｈからそれぞれ青色画像
および赤色画像が得られることになり、これらの画像を
第１〜第４のＣＣＤ２３Ｇ１，２３Ｇ２，２３Ｂおよび
２３Ｒによって受光するようにする。本例の色分解光学
系２２においては、従来用いられている３色分解プリズ
ムの内部に１つのダイクロイック面（第３のダイクロイ
ック面２２ｆ）を追加したものであるから、レンズ２０
の取付面から各ＣＣＤの受光面までの距離として定義さ
れるフランジバックの規格値の範囲内に入り、従来から
使用されてきたレンズをそのまま使用することができ、
新たにレンズを設計する必要がない。

【００１８】上述した色分解光学系２２を使用する場合
には、緑色画像は２回反射、赤色画像は反射を受けない
が、青色画像は１回反射となるので、青色画像について
のみ左右反転した画像となる。本例においては、このよ
うに左右反転した青色画像を受光するＣＣＤから読み出
した信号の左右を反転して通常の画像信号を得るため
に、第３のＣＣＤ２３Ｂから読み出した青色画像信号を
反転回路２４に供給する。また、共に緑色画像を受光す
る第１および第２のＣＣＤ２３Ｇ−１および２３Ｇ−２
の画素は画素ピッチの1/2 だけ水平走査方向にずらして
空間画素ずらしを行うように配置する。第１のＣＣＤ２
３Ｇ−１から読み出された第１の緑色画像信号を画素ピ
ッチの1/2 に相当する期間、すなわちＣＣＤの水平読み
出しクロックの周期の半分に等しい期間だけ遅延する遅
延回路２５に通した後、加算器２６において、第２のＣ
ＣＤ２３Ｇ−２から読み出された第２の緑色画像信号と
１：１の比率で合成して緑色信号を作成する。本発明に
おいては、このように画素ずらしを行った２つのＣＣＤ
から読み出された画像信号を１：１の比率で加算するの
で、理想的な画素ずらし効果を得ることができる。ま
た、第１および第２の緑色信号の混合は、周波数特性の
劣化や遅延時間差など画素ずらしの成立を阻害する要因
が導入される以前に行われるので、高い解像度が得られ
ることになる。さらに、画素ずらしを同じ色信号につい
て行うので、レンズ２０の色収差の影響を受けることが
ない利点もある。

【００１９】このようにして反転回路２４から出力され
る青色信号、第４のＣＣＤ２３Ｒから読み出された赤色
信号および加算器２６から出力される緑色信号をそれぞ
れ信号処理回路２７、２８および２９に供給して所定の
処理を施す。これらの信号処理回路２７、２８および２
９で行われる処理としては、相関二重サンプリング、ガ
ンマ補正、ゲインコントロール、ニー処理などがある。
このような処理を施した後に、青色信号、赤色信号およ
び緑色信号を輝度マトリックス回路３０に供給し、これ
らを所定の割合で混合して輝度信号を作成する。このよ
うに本例の固体撮像装置においては、緑色チャネルにお
いて２枚のＣＣＤを設けて画素ずらしを行っているの
で、サンプリング周波数は28MHz となり、14MHz 以上を
カットする空間ローパスフィルタ２１と相俟って偽信号
成分をきわめて小さく抑えることができ、解像度の高い
画像信号を得ることができる。また、周波数特性を劣化
させたり遅延時間誤差を与える恐れのある信号処理を行
う以前に信号合成を行っているとともに１：１の比率で
混合しているので、画素ずらし効果を常に最大限に得る
ことができる。また、対物レンズ２０の収差によって３
原色像にレジストレーションエラーが発生しても、画素
ずらしは緑色チャネルのみで行っているので、画素ずら
しの効果が損なわれるようなことはない。さらに、色分
解光学系２２は従来のものと寸法が殆ど変わらないため
フランジバックの規格値に収めることができ、既存のレ
ンズをそのまま使用することができる。

【００２０】図５に示した実施例においては、青色画像
を左右反転したが、第３のダイクロイック面２２ｆの特
性を、赤色光を反射し、青色光を透過するように選択す
れば、赤色画像が左右反転されることになる。これらの
実施例においては、画素すらしを行ったＣＣＤ間では画
像の反転はないので、ディジタル反転回路における厳密
な時間管理が必要でない利点がある。

【００２１】図６は本発明による固体撮像装置の他の実
施例の構成を示すものである。本例においては、色分解
光学系３１の構成を前例とは相違させ、２つの緑色画像
の間で画素ずらしを行うようにしたものである。すなわ
ち、色分解光学系３１の第１ダイクロイック面３１ｂを
青色光を反射し、それ以外の光を透過するように構成
し、この第１ダイクロイック面３１ｂで反射される青色
光を入射面３１ａで反射させて第１の出射面３１ｃから
出射させる。第１のダイクロイック面３１ｂを透過した
光は次に第２のダイクロイック面３１ｄに入射するが、
この第２のダイクロイック面は赤色光を反射し、これ以
外の光を透過するように構成する。この第２のダイクロ
イック面３１ｄで反射された赤色光は第２の出射面３１
ｅから出射する。第２のダイクロイック面３１ｄを透過
した緑色光はハーフミラー３１ｆに入射し、ここでその
半分が反射され、第３の出射面３１ｇから出射し、半分
は透過して第４の出射面３１ｈから出射する。

【００２２】このようにして得られる１つの青色画像、
１つの青色画像および２つの緑色画像をそれぞれ第１〜
第４のＣＣＤ２３Ｒ、２３Ｂおよび２３Ｇ−１，２３Ｇ
−２で受光する。この場合、共に緑色画像を受光する第
３および第４のＣＣＤ２３Ｇ−１，２３Ｇ−２において
は空間画素ずらしを行い、一方のＣＣＤの画素を他方の
ＣＣＤの画素に対して水平方向に画素ピッチの半分だけ
ずらせる。ただし、この第３ＣＣＤ２３Ｇ−１で受光さ
れる画像は他のＣＣＤで受光される画像に対して左右反
転となっているので、第３のＣＣＤから読み出される第
１の緑色信号を反転回路２４で反転した後、加算器２６
に供給するように構成する。また、第４のＣＣＤ２３Ｇ
−２から読み出される第２の緑色信号は遅延回路２５で
画素ピッチの半分に相当する時間だけ遅延させて加算器
２６に供給する。加算器２６においてはこれら第１およ
び第２の緑色信号を１：１の比率で混合して画素ずらし
によって見掛け上解像度が改善された緑色信号を作成す
る。このようにして作成した緑色信号、第１のＣＣＤ２
３Ｂから読み出された青色信号、第２のＣＣＤ２３Ｒか
ら読み出された赤色信号および加算器２６から出力され
る緑色信号をそれぞれ信号処理回路２７、２８および２
９を経て輝度マトリックス回路３０に供給して輝度信号
を作成する。

【００２３】図７は上述した反転回路２４の詳細な構成
を示すものである。左右反転された画像を受光するＣＣ
Ｄから読み出された画像信号を先ず、Ａ／Ｄ変換器３３
に供給してディジタル信号に変換した後、第１のスイッ
チ３４を経て第１のラインメモリ３５または第２のライ
ンメモリ３６にアドレスを付加して格納する。これらの
ラインメモリ３５および３６を読み出すときは、アドレ
スの順序を逆にして読み出す。これらのラインメモリ３
５および３６から読み出した信号は第１のスイッチ３４
と同期して駆動される第２のスイッチ３７を経てＤ／Ａ
変換器３８に供給して出力する。第１および第２のスイ
ッチ３４および３７は１Ｈ（水平走査周期）毎に切り換
え、第１のラインメモリに記憶しているときには第２の
ラインメモリから読み出すようにする。図７において、
実線で示すのは１Ｈ目、破線で示すのは２Ｈ目、鎖線で
示すのは３Ｈ目における信号の流れである。ただし、３
Ｈ目においては、第１のラインメモリ３５に画像信号が
格納されるが、図面を明瞭とするために省略してある。
このようにして左右反転された画像を受光するＣＣＤか
ら読み出された画像信号を反転することができる。ただ
し、このような反転回路を使用すると、他のＣＣＤから
読み出された信号に対して１Ｈ遅延されることになる
が、左右反転像を受光するＣＣＤを他のＣＣＤに対して
垂直方向に１Ｈだけ予めずらして配置しておけば良い。
また、本例の反転回路におけるＡ／Ｄ変換およびＤ／Ａ
変換におけるクロックはＡ／Ｄ変換およびＤ／Ａ変換に
おける解像度の劣化を防ぐためにＣＣＤの読み出しクロ
ック以上の周波数で行えば良いが、ＣＣＤのクロックと
の干渉を防ぐためにＣＣＤのクロックと同じクロックで
Ａ／Ｄ変換およびＤ／Ａ変換を行うのが好適である。さ
らに、例えば130 万画素のＣＣＤを使用する場合、１ク
ロックは20nsとなり、画素ずらしは10nsの間隔で行われ
ることになる。したがって、Ｄ／Ａ変換された出力の時
間管理は厳密に行う必要がある。

【００２４】上述したように反転回路を設ける位置は映
像処理ブロック上での位置はなるべく前の方が良く、信
号処理回路の前段に設けるのが最良であるが、映像処理
回路の中に設けても良い。

【００２５】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば
上述した実施例においては、左右反転した画像を受光す
るＣＣＤから読み出した信号を反転回路で反転したが、
左右反転して信号の読み出しを行うことができるような
ＣＣＤを使用する場合にはこのような反転回路は必要で
ない。このようなＣＣＤは、例えばソニー社よりＩＣＸ
０４６ＡＬなる型式番号で市販されている。このＣＣＤ
は通常のような読み出しを行うことができるとともに水
平転送レジスタの駆動方法を切り換えて鏡像出力（左右
反転された出力）をも可能としているものである。さら
に、上述した実施例においては、緑色画像に対して空間
画素ずらしを行ったが、他の色、すなわち青または赤色
の画像に対して空間画素ずらしを行うようにしても良
い。

【００２６】

【発明の効果】上述したように本発明による固体撮像装
置においては、特定の１つの色チャネルにおいて画素ず
らしを行うようにしたので、空間ローパスフィルタの遮
断周波数を低くすることなく折り返し偽信号を減少させ
ることができ、したがって解像度を大幅に向上すること
ができる。また、画素ずらしを行うに当たり２つの同一
の色信号を１：１の比率で混合するので理想的な画素ず
らしを行うことができる。さらに、周波数特性の劣化や
遅延時間誤差が導入される以前に画素ずらしを完了する
ので画素ずらしの効果が損なわれるようなことはないと
ともに時間の管理を厳密に行う必要もない。また、対物
レンズの収差やズーム比やピントずれによって色画像間
にレジストレーションエラーが生じてもこれが画素ずら
しに影響を及ぼすことはない。勿論、従来のデュアルグ
リーン方式でグリーンチャネルのＣＣＤを２個使用する
ことによりＣＣＤ１個当たりの光量が半分となるため、
ダイナミックレンジの拡大の効果はそのまま得られるこ
とになる。

【００２７】さらに、画素ずらしを行わない色チャネル
に対しても１つの固体撮像素子を設けているので、これ
らの色信号の解像度が劣化するようなこともない。ま
た、色分解光学系は従来のものにダイクロイック面また
はハーフミラーを１つ追加するだけであるので、寸法は
大きくならず、したがってフランジバックの規格内の収
めることができ、その結果として既存のレンズをそのま
ま使用することができる利点もある。

【００２８】本発明による解決手法は将来200 万画素の
ＣＣＤが開発された場合でも非常に有利である。2/3 イ
ンチ200 万画素ＣＣＤのサンプリング周波数はハイビジ
ョンのスタジオ規格と同じ74.25MHzとなることが予想さ
れるが、ＣＣＤのサンプリング周波数とハイビジョンに
おけるディジタルサンプリング周波数とが同じになった
場合、画素数はそれ以上は必要でないとする見方もある
が、レスポンス特性や偽信号を考えると空間画素ずらし
を行うことが有効である。ＣＣＤもハイビジョンのディ
ジタル処理も基本的にはアナログ信号をサンプリングす
るものであり、このサンプリング周波数の1/2 の周波数
であるナイキスト周波数以上の帯域をカットしなければ
偽信号が現れることになる。この帯域のカットにはＣＣ
Ｄの場合水晶ローパスフィルタが使用され、ハイビジョ
ンにおけるディジタル処理には電気的フィルタが使用さ
れるが、電気的フィルタは理想的な特性を有するものが
実現できるが、水晶ローパスフィルタはナイキスト周波
数の近傍におけるレスポンスの低下が大きく、理想的は
ものを得ることは困難であり、したがって偽信号が残留
することになる。これに対して画素ずらしを行うと、レ
スポンスの低下を抑止しながら偽信号を除去することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来の空間画素ずらしを行ったＣＣＤカ
ラーテレビカメラの構成を示す図である。

【図２】図２ＡおよびＢは同じく画素ずらしを行ったＣ
ＣＤの画素の配列を示す平面図である。

【図３】図３Ａは空間ローパスフィルタを入れないとき
の輝度信号および偽信号の周波数レスポンスを示すグラ
フ、図３Ｂは空間ローパスフィルタの周波数レスポンス
を示すグラフ、図３Ｃは空間ローパスフィルタを入れた
ときの輝度信号および偽信号の周波数レスポンスを示す
グラフである。

【図４】図４Ａは従来の固体撮像装置における色信号お
よび偽信号の周波数レスポンスを示すグラフ、図４Ｂは
空間ローパスフィルタを入れたときの色信号および偽信
号の周波数レスポンスを示すグラフである。

【図５】図５は本発明による固体撮像装置の一実施例の
構成を示す図である。

【図６】図６は本発明による固体撮像装置の他の実施例
の構成を示す図である。

【図７】図７は本発明による固体撮像装置に用いる反転
回路の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２０対物レンズ２１空間ローパスフィルタ２２色分解光学系２３Ｒ，２３Ｂ，２３Ｇ−１，２３Ｇ−２ＣＣＤ２４反転回路２５遅延回路２６加算器２７，２８，２９信号処理回路３０輝度マトリックス３１色分解光学系３３Ａ／Ｄ変換器３４，３７第１，第２のスイッチ３５，３６第１，第２のラインメモリ３８Ｄ／Ａ変換器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年４月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】このようにして得られる１つの赤色画像、
１つの青色画像および２つの緑色画像をそれぞれ第１〜
第４のＣＣＤ２３Ｒ、２３Ｂおよび２３Ｇ−１，２３Ｇ
−２で受光する。この場合、共に緑色画像を受光する第
３および第４のＣＣＤ２３Ｇ−１，２３Ｇ−２において
は空間画素ずらしを行い、一方のＣＣＤの画素を他方の
ＣＣＤの画素に対して水平方向に画素ピッチの半分だけ
ずらせる。ただし、この第３ＣＣＤ２３Ｇ−１で受光さ
れる画像は他のＣＣＤで受光される画像に対して左右反
転となっているので、第３のＣＣＤから読み出される第
１の緑色信号を反転回路２４で反転した後、加算器２６
に供給するように構成する。また、第４のＣＣＤ２３Ｇ
−２から読み出される第２の緑色信号は遅延回路２５で
画素ピッチの半分に相当する時間だけ遅延させて加算器
２６に供給する。加算器２６においてはこれら第１およ
び第２の緑色信号を１：１の比率で混合して画素ずらし
によって見掛け上解像度が改善された緑色信号を作成す
る。このようにして作成した緑色信号、第１のＣＣＤ２
３Ｂから読み出された青色信号、第２のＣＣＤ２３Ｒか
ら読み出された赤色信号および加算器２６から出力され
る緑色信号をそれぞれ信号処理回路２７、２８および２
９を経て輝度マトリックス回路３０に供給して輝度信号
を作成する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体の像を赤、緑および青の３原色の
像に分解するとともにこれらの３原色の像の内の１つの
色の像をさらに２分割して４つの画像とし、これら４つ
の画像の内の１つの画像については他の画像に対して左
右反転した画像とする色分解光学系と、この色分解光学系によって２分割された同じ色の像をそ
れぞれ受光するように配置され、受光素子がその配列間
隔のほぼ半分だけ水平走査方向に互いにずらして配置さ
れた第１および第２の固体撮像素子と、前記色分解光学系によってそれぞれ１つの像として分割
された２つの像の一方を受光するように配置された第３
の固体撮像素子と、前記色分解光学系によってそれぞれ１つの像として分割
された２つの像の他方を受光するように配置された第４
の固体撮像素子と、前記色分解光学系によって左右反転された画像を受光す
る固体撮像素子から左右反転された画像信号を得る手段
と、前記同じ色の像を受光する第１および第２の固体撮像素
子から得られる画像信号を合成して得られる第１の画像
信号と、前記第３の固体撮像素子から得られる第２の画
像信号と、前記第４の固体撮像素子から得られる第３の
画像信号とを合成して輝度信号を作成する輝度マトリッ
クスとを具えることを特徴とする固体撮像装置。