JPH05236483A - カラービデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像素子からのシリアルな出力信号を色
信号ごとに分離する際にサンプリング処理によるノイズ
の混入を避ける。 【構成】 ＣＣＤイメージセンサ５は２種類の色信号を
含むシリアルな信号「ＣＣＤ ＯＵＴ」を出力する。Ｃ
ＣＤイメージセンサ５には相関二重サンプリングを行う
ＣＤＳ回路１２，１３が並列接続されている。出力信号
「ＣＣＤ ＯＵＴ」は、ＣＤＳ回路１２，１３にそれぞ
れ入力される。基準パルスＤＳＰはＣＤＳ回路１２，１
３にともに入力される。サンプリングパルスＤＳＤ１は
ＣＤＳ回路１２に、サンプリングパルスＤＳＤ２はＣＤ
Ｓ回路１３に入力され、各々のＣＤＳ回路１２，１３は
１回のサンプルホールドで色信号Ｃ１，Ｃ２を出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子を用いたカ
ラービデオカメラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素
子が実用化されて以来、業務用あるいは民生用のムービ
ービデオカメラ，スチルビデオカメラなど、撮像用の様
々な形態のビデオカメラが製品化されている。これらの
ビデオカメラは、固体撮像素子の光電面に光学的に結像
された被写体像をビデオ信号に変換して出力するもの
で、こうして得られたビデオ信号はＣＲＴやビデオプリ
ンタによりそのまま画像再生に用いられたり、あるいは
ビデオテープ等の記録媒体に記録される。また、近年で
はカラービデオカメラが普通になっているが、カラービ
デオカメラは、固体撮像素子の使用枚数から単板式のも
のと多板式のものとに大別される。

【０００３】単板式カラービデオカメラでは、１個の固
体撮像素子からシリアルに出力されてくる出力信号を赤
色，緑色，青色の色ごとの信号成分に分離できるように
するために、固体撮像素子の前面には色分離フィルタが
組み込まれている。色分離フィルタは、例えば赤色，緑
色，青色、あるいはシアン，マゼンタ，イエローの各基
本色光を各々透過する微少なカラーフィルターを固体撮
像素子の各画素の前面を覆うように所定パターンで配列
したもので、その配列パターンに基づいて固体撮像素子
からのシリアルな出力信号が各基本色光ごとの色信号に
対応づけされる。また多板式カラービデオカメラには、
基本色光ごとに固体撮像素子を個別に用いた３板式のも
のの他、２板式のものがある。２板式カラービデオカメ
ラの場合、１個の固体撮像素子からのシリアルな出力信
号を例えば２種の色信号に分離したり、色信号と輝度信
号とに分離するために、やはり前述したような色分離フ
ィルターが必要となる。

【０００４】固体撮像素子からのシリアルな出力信号を
２種の色信号に対応づけするには、例えば図８に示した
色分離フィルタが用いられる。この色分離フィルタ２
は、水平走査方向（横方向）の第１列にシアン（Ｃｙ）
透過フィルタとイエロー（Ｙｅ）透過フィルタとを交互
に並べ、第２列にはグリーン（Ｇ）透過フィルタとマゼ
ンタ（Ｍｇ）透過フィルタとを交互に並べ、さらに第３
列には第１列と同じ配列でシアン（Ｃｙ）透過フィルタ
とイエロー（Ｙｅ）透過フィルタとを並べ、第４列には
第２列とは逆の配列順になるようにグリーン（Ｇ）透過
フィルタとマゼンタ（Ｍｇ）透過フィルタとを交互に配
列したフィルタパターンとなっている。

【０００５】Ａフィールドの第１水平走査では、図中に
Ａ１で示したように色分離フィルタ２の第１，第２列の
背後にある画素からの電荷が固体撮像素子の垂直転送路
内で混合されて読み出され、次の第２走査では第３，第
４列の背後にある画素からの電荷が固体撮像素子の垂直
転送路内で混合されて読み出される。またＢフィルード
の第１，第２水平走査では、図中にＢ１，Ｂ２で示した
ように、色分離フィルタ２の第２，第３列、そして第
４，第５列の背後にある画素からの電荷が固体撮像素子
の垂直転送路内で混合されて読み出される。この読み出
し手法によれば、Ａ，Ｂいずれのフィールドであって
も、その１水平走査期間中には同じ組み合わせのフィル
タエリアＳ１，Ｓ２を通して得た２種の色信号が交互に
繰り返して固体撮像素子から出力されるようになるか
ら、その繰り返し周期ごとにサンプリングを行うことに
よって、これらの色信号を分離して取り出すことができ
る。

【０００６】前記色分離フィルタ２を用いたときのよう
に、一水平走査期間中に固体撮像素子から２種類の色信
号を含む出力信号が得られる場合、これまでは図１０に
示した回路構成により色信号の分離を行っている。撮像
用レンズ３により得られた被写体像は、ＣＣＤイメージ
センサ５の光電面に結像される。ＣＣＤイメージセンサ
５の光電面には図８の色分離フィルタが組み込まれ、そ
の出力信号「ＣＣＤＯＵＴ」にはフィルタエリアＳ１，
Ｓ２を通して得られた２種の色信号が含まれている。Ｃ
ＣＤイメージセンサ５は、周知の駆動パルスを受けて電
荷蓄積，電荷転送及び電荷読み出しの基本的な動作を行
うとともに、電荷の読み出しを開始する前には、不要電
荷のリセット動作及び電荷読み出しの基準レベルを設定
するためのプレチャージ動作を行う。このリセット動作
やプレチャージ動作のために、「ＣＣＤ ＯＵＴ」は図
１１に示したような波形となる。この波形のＸ領域はリ
セット動作により電圧が上昇した部分で、Ｙ領域はプレ
チャージ動作により基準電圧レベルに維持された部分と
なっている。

【０００７】信号電荷の読み出しはプレチャージ動作後
に行われ、フィルタエリアＳ１，Ｓ２を通して蓄積され
た信号電荷に対応した色信号Ｃ１，Ｃ２は、破線で示し
た基準レベルとの差分信号として得られる。このよう
に、基準レベルとの相関値として色信号Ｃ１，Ｃ２を得
るためには、ＣＤＳ回路（Corelated Double Samplin
g：相関二重サンプリング回路）６が用いられる。そし
てＣＤＳ回路６には、基準レベルサンプリング用の基準
パルスＤＳＰと、色信号Ｃ１，Ｃ２のデータ領域をサン
プルホールドするためのサンプリングパルスＤＳＤとが
供給され、ＣＤＳ回路６からは色信号Ｃ１，Ｃ２のデー
タ部分だけが繰り返される出力信号「ＣＤＳＯＵＴ」が
得られるようになる。こうして得られた出力信号「ＣＤ
Ｓ ＯＵＴ」は、次に色分離回路７に入力される。色分
離回路７は、サンプリングパルスＳＰ１，ＳＰ２を入力
するサンプルホールド回路から構成されており、ＣＤＳ
回路６からの出力信号「ＣＤＳ ＯＵＴ」をサンプリン
グパルスＳＰ１，ＳＰ２でそれぞれサンプルホールド
し、フィルタエリアＳ１，Ｓ２を通して得た信号を色信
号Ｃ１，Ｃ２として個別に出力する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、相関二
重サンプリング回路を用いた従来の色信号分離手法の場
合、図１０あるいは図１１から分るように、まずＣＣＤ
イメージセンサ５からの出力信号「ＣＣＤ ＯＵＴ」の
内、色信号Ｃ１，Ｃ２を含むデータ部分だけをＣＤＳ回
路６でサンプルホールドし、次にこのサンプルホールド
により得られた出力信号「ＣＤＳ ＯＵＴ」の中から色
信号Ｃ１，Ｃ２を分離するために、色分離回路７で２度
目のサンプルホールドを行っている。しかしながら、よ
く知られるように、サンプリング処理を行うと、サンプ
リングパルス自体のスイッチングノイズの他、サンプリ
ングパルスの周期に起因する折り返しノイズがデータに
重畳されてしまうことがある。このようなスイッチング
ノイズや折り返しノイズは、サンプリングパルスの周期
が短く、またサンプリングの回数が多くなるほど顕著に
現れる。したがって、上述したようにＣＤＳ回路６によ
るサンプルホールドの後に、再び色分離回路７によるサ
ンプルホールドを行うと、スイッチングノイズや折り返
しノイズが発生しやすく、最終的に得られる再生画像の
画質を劣化させる大きな原因になる。

【０００９】本発明は上記従来技術の問題点を解決する
ためになされたもので、固体撮像素子から得られる出力
信号から色信号を分離するにあたり、サンプリング処理
を行う回数を減らし、サンプリングパルスのスイッチン
グノイズや折り返しノイズの混入を防ぐようにしたカラ
ービデオカメラを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、固体撮像素子からのシリアルな出力信号中
の基準レベルと信号レベルとの相関値をサンプリングす
るサンプリング回路を前記複数色分だけ固体撮像素子に
並列接続し、これらのサンプリング回路に、前記基準レ
ベル検出用の基準パルスを供給するとともに、前記信号
レベル検出用のサンプリングパルスを色ごとにずらして
供給し、それぞれのサンプリング回路により各々異なっ
た色に対応する相関値をサンプルホールドして色信号を
得るようにしたものである。

【００１１】

【実施例】本発明を用いたカラービデオカメラの構成を
概略的に示した図３において、被写体像は撮像用レンズ
３，オプティカルローパスフィルタ８を介してＣＣＤイ
メージセンサ５に結像される。ＣＣＤイメージセンサ５
の光電面には図８に示した色分離フィルタ２が組み込ま
れ、ＣＣＤ駆動パルス発生器１０及びＣＣＤドライバ１
１によりＣＣＤイメージセンサ５が駆動される。そして
ＣＣＤイメージセンサ５から、その一水平走査期間にシ
リアルに出力される出力信号「ＣＣＤ ＯＵＴ」には、
フィルタエリアＳ１，Ｓ２を通して得られた色信号が一
定の繰り返し周期で含まれている。

【００１２】ＣＣＤイメージセンサ５には、それぞれ相
関二重サンプリングを行う２個のＣＤＳ回路１２，１３
が並列接続されている。これらのＣＤＳ回路１２，１３
は、出力信号「ＣＣＤ ＯＵＴ」から２種類の色信号Ｃ
１，Ｃ２を分離して出力するための色分離装置として用
いられ、このためＣＤＳ回路１２，１３にはＣＣＤ駆動
パルス発生器１０からサンプリングパルスが供給される
ようになっている。

【００１３】図１に示したようにＣＤＳ回路１２，１３
には出力信号「ＣＣＤ ＯＵＴ」が同時に供給される。
そしてＣＣＤ駆動パルス発生器１０からは、基準パルス
ＤＳＰがＣＤＳ回路１２，１３の両者に供給されるとと
もに、一方のＣＤＳ回路１２には色信号Ｃ１のデータサ
ンプリング用のサンプリングパルスＤＳＤ１が、他方の
ＣＤＳ回路１３には色信号Ｃ２のデータサンプリング用
のサンプリングパルスＤＳＤ２が供給される。これらの
基準パルスＤＳＰ，サンプリングパルスＤＳＤ１，ＤＳ
Ｄ２は、ＣＣＤイメージセンサ５の駆動に同期して発生
され、例えば基準パルスＤＳＤは出力信号「ＣＣＤ Ｏ
ＵＴ」の転送パルスを遅延して用いることができ、サン
プリングパルスＤＳＤ１，ＤＳＤ２は前記基準パルスを
分周して用いることができる。

【００１４】図２は、上記回路を用いて出力信号「ＣＣ
Ｄ ＯＵＴ」から色信号Ｃ１，Ｃ２を分離する過程を示
す。基準パルスＤＳＰにより基準レベルが検知された
後、サンプリングパルスＤＳＤ１がＣＤＳ回路１２に入
力された時点で、ＣＤＳ回路１２は基準レベルと信号レ
ベルとの差分信号を相関値としてサンプルホールドし、
これを色信号Ｃ１として出力する。次の位相では、同様
に基準パルスＤＳＰにより基準レベルが検知された後、
サンプリングパルスＤＳＤ２がＣＤＳ回路１３に入力さ
れた時点で、ＣＤＳ回路１３は基準レベルと信号レベル
との差分信号を相関値としてサンプルホールドし、これ
を色信号Ｃ２として別チャンネルに出力する。サンプリ
ングパルスＤＳＤ１，ＤＳＤ２は同一周期をもち、しか
も半波長だけずれているから、上記のサンプリング処理
を繰り返すことによって、ＣＤＳ回路１２，１３からは
色信号Ｃ１，Ｃ２が分離して出力される。

【００１５】こうして得られた色信号Ｃ１，Ｃ２は、図
８に示した色分離フィルタ２を通して得られたものであ
るため、それぞれ「Ｃｙ＋Ｇ」，「Ｙｅ＋Ｍｇ」の色光
の光量に対応したものとなっている。こうして最初の水
平走査により得られた色信号Ｃ１，Ｃ２は次に色分離マ
トリクス回路１５に供給され、また次の水平走査によっ
て得られた色信号Ｃ１，Ｃ２（それぞれ「Ｃｙ＋Ｍ
ｇ」，「Ｙｅ＋Ｇ」の色光に対応）も色分離マトリクス
回路１５に供給される。色分離マトリクス回路１５は、
各水平走査ごとの色信号Ｃ１，Ｃ２により輝度信号Ｙ_H
をリサンプリング処理により算出し、また２水平走査ご
とに得られる２組みの色信号Ｃ１，Ｃ２により原色信号
Ｒ（赤信号），Ｇ（緑信号），Ｂ（青信号）をマトリク
ス演算により算出する。

【００１６】色分離マトリクス回路１５からの原色信号
Ｒ，Ｇ，Ｂ及び輝度信号Ｙ_H は、次にゲインコントロー
ル回路１６に入力される。ゲインコントロール回路１６
は、原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂの各信号レベルのバランスに基
づき、各色チャンネルごとにゲインを調節して自動的に
ホワイトバランス調節を行う。もちろん、外部入力され
たホワイトバランス調節用のデータに基づいて各色チャ
ンネルごとのゲイン調節を行うこともできる。

【００１７】ところで、以上の回路処理によって得られ
た原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、色分離フィルタ２を構成して
いる個々のカラーフィルタの分光透過率に影響された値
となっているため、実際の被写体がもつ色相や色の飽和
度を正しく反映したものになっていないことが多い。こ
のためリニアマトリクス回路１８が用いられ、原色信号
Ｒ，Ｇ，Ｂに対し、色分離フィルタ２の各カラーフィル
タの分光透過率に対応した補正係数に基づいてマトリク
ス演算が行われる。この演算に用いられる補正係数はマ
イクロコンピュータ２０に予め設定されている。もちろ
ん、外部入力された色補正用のデータに基づいて各色チ
ャンネルごとの補正ゲイン調整を行うこともできる。

【００１８】信号処理回路２２は補正後の原色信号Ｒ，
Ｇ，Ｂ及び輝度信号Ｙ_H を受け、またマイクロコンピュ
ータ２０からの補正データの入力を受けて、画像再生時
の条件を満足するようにγ補正，ニー・ホワイトクリッ
プ処理などを行う。引続き原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂ及び輝度
信号Ｙ_H は帯域補正回路２４に入力される。単板式カラ
ービデオカメラは、一般に色信号について帯域が狭いの
が難点となっているが、帯域補正回路２４はこの難点を
解決するために、輝度信号Ｙ_H は高域でも帯域が広いこ
とを利用し、色信号の帯域不足を輝度信号Ｙ_H を利用し
て補うようにしている。

【００１９】帯域補正後の原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂはそのま
ま外部出力端子にＲＧＢ信号として出力される一方、エ
ンコーダ２５ではこれらの原色信号Ｒ，Ｇ，ＢをＮＴＳ
Ｃ方式のコンポジット信号に変換してＮＴＳＣ外部出力
端子に出力する。したがって、用途，再生機器に応じて
ＲＧＢ信号，ＮＴＳＣコンポジット信号のいずれでも利
用することができる。なお、Ｓ映像信号の出力も望まれ
る場合には、エンコーダ２５にＳ映像信号への出力機能
を付加しておけばよい。

【００２０】上記のように撮像及び映像信号の処理が行
われる過程で、Ａフィールドの第１水平走査期間には、
ＣＣＤイメージセンサ５からのシリアルな出力信号「Ｃ
ＣＤＯＵＴ」の中には、フィルタエリアＳ１（「Ｃｙ＋
Ｇ」），Ｓ２（「Ｙｅ＋Ｍｇ」）通して得られた色信号
Ｃ１，Ｃ２が含まれている。この出力信号「ＣＣＤＯＵ
Ｔ」は、そのままＣＤＳ回路１２，１３に並列に供給さ
れ、図２に示したように、ＣＣＤ駆動パルス発生器１０
から入力される基準パルスＤＳＰと、この基準パルスＤ
ＳＰの２倍の周期をもち、互いに半周期ずれているサン
プリングパルスＤＳＤ１，ＤＳＤ２により、ＣＤＳ回路
１２，１３でそれぞれ独立した色信号Ｃ１，Ｃ２が得ら
れるようになる。ＣＤＳ回路１２，１３ではそれぞれ１
回のサンプルホールド処理が行われるだけであるから、
サンプリング処理により色信号Ｃ１，Ｃ２に重畳される
スイッチングノイズや折り返しノイズをほとんど目立た
ないように抑えることができる。

【００２１】図４は前記ＣＤＳ回路１２，１３に供給さ
れる基準パルスＤＳＰと、サンプリングパルスＤＳＤ
１，ＤＳＤ２を作るためのさらに具体的な例を示してい
る。基準パルスＤＳＰは、ＣＣＤイメージセンサ５の駆
動パルスに同期して得ることができ、またサンプリング
パルスＤＳＤ１，ＤＳＤ２は、基準パルスＤＳＰの位相
を半周期程度ずらしたサンプリング化パルスＤＳＤと、
その２倍の周期をもちデューティ比が１／２の制御パル
スＸ１，Ｘ２（Ｘ１の反転パルス）により得ることがで
きる。サンプリング化パルスＤＳＤと制御パルスＸ１，
Ｘ２を、図のように結線したアンドゲート３５，３６を
通すことによって、図５に示したように、色信号Ｃ１，
Ｃ２の繰り返し周期に対応したサンプリングパルスＤＳ
Ｄ１，ＤＳＤ２が得られるようになる。

【００２２】上記実施例は、色分離フィルタ２を用いて
１水平走査期間中に２種類の色信号Ｃ１，Ｃ２を得るカ
ラービデオカメラに係るものであるが、図９に示した色
分離フィルタ３０を用いたカラービデオカメラの場合に
は、図６のようにＣＣＤイメージセンサ５に３個のＣＤ
Ｓ回路３１，３２，３３が並列接続される。色分離フィ
ルタ３０は、赤色透過フィルタ（Ｒ），緑色透過フィル
タ（Ｇ），青色透過フィルタ（Ｂ）を縦ストライプにし
たものである。この色分離フィルタ３０を用いると、１
水平走査期間にフィルタエリアがＳ１，Ｓ２，Ｓ３の順
に変化し、３種類の色信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３がシリアル
に出力される。この出力信号「ＣＣＤＯＵＴ」をそれぞ
れＣＤＳ回路３１，３２，３３に供給し、前述した基準
パルスＤＳＰを各ＣＤＳ回路に一斉に入力するととも
に、図７に示したように位相をずらしたサンプリングパ
ルスＤＳＤ１，ＤＳＤ２，ＤＳＤ３をそれぞれのＣＤＳ
回路に入力することによって、各ＣＤＳ回路３１，３
２，３３から各々独立した色信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を得
ることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のカラー
ビデオカメラにおいては、複数の色信号を含んで固体撮
像素子からシリアルに出力されてくる信号を、色信号の
種類数と同じ数だけ固体撮像素子に並列接続したサンプ
リング回路に入力し、各々のサンプリング回路で各チャ
ンネルごとに色信号をサンプリングするから、各色チャ
ンネルごとに１回のサンプリング処理だけで色信号を得
ることができ、サンプリング回数が増えることによって
目立ってくるスイッチングノイズや折り返しノイズを低
減させ、再生画像の品質を向上させるうえで非常に効果
的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた色信号分離用の回路構成図であ
る。

【図２】図１の回路構成による作用を示すタイムチャー
トである。

【図３】本発明を用いたビデオカメラの概略構成図であ
る。

【図４】色信号分離用の基準パルス及びサンプリングパ
ルスの発生回路を含む回路構成図である。

【図５】図４の回路構成による作用を示すタイムチャー
トである。

【図６】本発明の他の実施例を示す回路構成図である。

【図７】図６の回路構成による作用を示すタイムチャー
トである。

【図８】色分離フィルタの一例を示す模式図である。

【図９】色分離フィルタの他の例を示す模式図である。

【図１０】従来の色信号分離用の回路構成図である。

【図１１】図１０の回路構成による作用を示すタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

２，３０ 色分離フィルタ ３ 撮像用レンズ ５ ＣＣＤイメージセンサ ６，７，１１，１２，３１，３２，３３ ＣＤＳ回路 １０ ＣＣＤ駆動パルス発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉山 宏 東京都港区西麻布２ー26ー30 富士写真フ イルム株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平走査期間中に、一定の繰り返し周期
   で複数色分の色信号を含んだ出力信号をシリアルに出力
   する固体撮像素子を用いたカラービデオカメラにおい
   て、 固体撮像素子の出力信号の基準レベルと信号レベルとの
   相関値をサンプリングするサンプリング回路を前記複数
   色分だけ固体撮像素子に並列接続し、これらのサンプリ
   ング回路に、前記基準レベル検出用の基準パルスを供給
   するとともに、前記信号レベル検出用のサンプリングパ
   ルスを色ごとにずらして供給し、それぞれのサンプリン
   グ回路で各々異なった色に対応する相関値をサンプルホ
   ールドして色信号を得ること特徴とするカラービデオカ
   メラ。