JPH054878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は固体撮像素子を用いた撮像装置に関す
る。

（従来技術） 従来、この種の装置にはMOS型と呼ばれるＸ
−Ｙアドレス型の固体撮像素子や、インターライ
ン型のCCD、フレーム転送型のCCD等が良く利
用されている。

その中でフレーム転送型のCCDはMOS型やイ
ンターライン型のものに比較して撮像部に垂直転
送レジスタやスイツチング素子を設けなくて良い
ので構造的に簡単である。その為TV画面の水平
方向に水平画素数をかせぐ事ができる。

第１図はこのような従来のフレーム転送型の
CCDの構成を示す図であり、光電変換を行なう
撮像部１０と撮像部からの電荷を一時的に蓄える
為のメモリー部２０と、メモリー部からの蓄積電
荷をTV同期に従つて電荷転送する水平シフトレ
ジスタ３０と、電荷を電圧信号として読み出す為
の出力アンプ４０とから成つている。この様な
CCD上にはカラー信号を形成する為に必要な色
分解フイルター等の光学手段が例えばオンチツプ
化されている。ここではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）
の各フイルタを有するストライプフイルタを用い
たフレーム転送方式のCCDについて述べる。

ストライプ方式であつて水平方向画素数が約
580素子の場合、水平転送周波数は10.7MHzに相
当するが、この素子数のCCDを用いた場合、通
常、輝度信号としてはCCDの出力信号をそのま
ま高帯域のローパスフイルタ（約3MHz）を通し
て得、又、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の繰り返し周波数
3.58MHzを夫々サンプル・ホールド回路により色
分離を行なう場合が多い。

この場合色信号については、NTSC方式では
500KHzの帯域が必要であるが、この例ではサン
プリング周波数が3.58MHzであつて、そのナイキ
スト周波数まで信号帯域は再現できるので問題は
ない。ところが輝度信号については被写体が無彩
色に近い場合は問題ないが、色飽和度の高い被写
体ではサンプリング周波数が3.58MHz（ナイキス
ト周波数1.8MHz）になるので、折り返し歪がか
なり発生してしまつて画質を著しく低下させてし
まう。この欠点を解決する為には水平画素数を例
えば770として14MHzのクロツクでCCDを駆動し
てやれば良い。このようにすればサンプリング周
波数は約4.77MHz（ナイキスト2.4MHz）となり
通常の受像機では問題にならない。

しかし、14MHz対応のCCDでは水平シフトレ
ジスタと出力アンプ及びクロツクIC、色分離用
サンプルホールド回路上に以下に述べる問題が発
生する。

先ずCCDの出力信号から色信号Ｒ，Ｇ，Ｂを
分離する為には14MHz信号の内の有効な信号成分
の得られる期間が或る程度長くなければならな
い。しかし、デユーテイー比50％の駆動パルスを
用いると信号成分は計算上35nsとなるがその内、
駆動回路のスイツチングの立上り、立下り時間を
差し引くと有効な信号が得られる期間はせいぜい
25nsとなつてしまう。又、クロツクの立上り、立
下りが余りに鋭いとシフトレジスタ内での熱によ
り暗電流が増加してしまい、有効な信号期間は更
に短いものとなり、出力アンプの周波数特性によ
る影響も考慮しなければならない。

又、クロツク信号の発生部に於けるバラツキや
温度変動も相乗的に働きサンプリングが極めて困
難になる欠点がある。

又、例えば１相駆動方式の水平シフトレジスタ
について考えてみると仮想電極部の夫々に対して
ポテンシヤルウエル部とバリア部が含まれるか
ら、素子数が770の場合には770×４＝3080の細分
化された電極が必要となる。これを2/3″のイメー
ジセンサで可能にすれには、水平方向の幅は8.8
mmであるから最小の電極巾は2.8μm以下となり、
現在可能とされている3μmルールでは及ばない。

又、従来の色分離用サンプルホールド回路の構
成は、例えばＲ，Ｇ，Ｂ用の各サンプルホールド
回路と、これら３つの回路への適正な波形の被サ
ンプルホールド信号を供給する為の別のサンプル
ホールド回路とが必要となる欠点もあつた。

又、このような複数の水平シフトレジスタを有
する撮像装置に於ては、色分離フイルターとして
RGBGR……の如き繰り返しのものが使われる事
も考えられるが、その場合にはCCDの出力から
色分離を行なう為の信号処理回路が複雑化する問
題があつた。

（目的） 本発明の目的は上述の如き諸欠点を除いた現状
のプロセス技術でも生産可能な撮像素子を提供す
る事にある。また、この様な撮像素子に適した色
分解フイルタを利用する事により、良好な画質が
得られる固体撮像装置を提供する事にある。

（実施例） 以下実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

第２図は本発明に適した撮像素子の一例を示す
図であつて、フレーム転送部CCDの水平読み出
し用のシフトレジスタを２つ設けたものである。
３０，５０がこのレジスタである。４０，６０は
夫々レジスタ３０，５０の出力電荷信号を電圧信
号に変換する為のアンプである。

次にシフトレジスタ３０，５０の駆動法を第３
図を用いて説明する。

第３図に於て１５はCCDの撮像部１０上に貼
り合わされた色分解フイルタであるが、ここでは
説明上撮像部１０からメモリー部２０に転送され
た各色フイルターに対応する電荷を表わすものと
する。尚、色フイルタ１５の一例として黄色透過
Ye、シアン透過Cy、白色透過Ｗ、緑色透過Ｇの
各フイルタから成るストライプ状のフイルタを考
えているが、他の色の組み合わせでも良いし、モ
ザイク状のフイルタであつても良い。

メモリー部からの電荷は１水平ライン毎に水平
シフトレジスタに転送される。その内、Yeフイ
ルタとＷフイルタに対応した電荷は夫々水平シフ
トレジスタ３０に転送され、CyフイルタとＧフ
イルタに対応した電荷はレジスタ３０を通つてレ
ジスタ５０に転送される。この結果、水平シフト
レジスタ３０にはYeとＷに対応した電荷が、レ
ジスタ５０にはCyとＧに対応した電荷が一時的
に蓄積される。

従つて撮像部１０の画素の空間周波数が14.3M
Hzに相当するものとすれば、水平シフトレジスタ
３０と５０は7.16MHzのクロツクで駆動される事
になる。

従つて各レジスタの構造は従来の構造と比較し
た場合２倍の電極巾となるので製造プロセスは非
常に容易となる。

第４図は色フイルタとして本発明に係るYe，
Cy，Ｗ，Ｇ方式を採用したときの信号処理回路
ブロツクの一例を示す図で、CCD６０は制御手
段としてのクロツク信号発生回路６２からのパル
スに基づき所定の電圧レベルのパルスを形成する
ドライバ回路６１により駆動される。このCCD
６０の出力アンプからは前述の様に、YeとＷの
点順次信号Ｓ１とCyとＧの点順次信号Ｓ２とが
出力される。これらの点順次信号Ｓ１とＳ２は色
差分信号形成手段としての減算器６３において、
Ｇ成分が除去され、色差分信号Ｒ−ＢとＲ＋Ｂの
繰返し信号となる。この色差分信号は次段のサン
プルホールド回路６４，６５でＲ−ＢとＲ＋Ｂ信
号に分離され、クロツクノイズを除去する低域フ
イルタ６６，６７に導かれる。低域フイルタ６
６，６７は通常のNTSC規格に基づく1MHz程度
の通過帯域を有するフイルタであるが、本実施例
のＲ−ＢとＲ＋Ｂ信号の繰返しは3.58MHzである
ので、色忠実度の高い色差分信号が得られる。こ
こまでにＲ−ＢとＲ＋Ｂの信号が得られているの
で、後はこれらを加算及び減算すれば色信号Ｒと
色信号Ｂを作る事ができる。このための働きをす
るのが加算器６８と減算器６９である。

次に輝度信号の作り方を述べる。輝度信号は点
順次信号Ｓ１とＳ２を輝度信号形成手段としての
加算器７０で加算すれば元の空間サンプリング時
の位相（即ちYe，Cy，Ｗ，Ｇの位相）になるの
で、これを低域フイルタ７１でクロツクノイズを
除去し4.2MHzの擬似輝度信号Ｙを得る。上述の
場合水平シフトレジスタ３０と５０を同相で駆動
した場合は、CCD出力Ｓ２と加算器７０の間に
水平シフトレジスタ駆動周波数の半ピツチ分の、
即ち１／２×7.16MHz＝70nsの遅延線を挿入すれば 良い。第５図は上述の輝度信号を原理的に模式化
して示した図である。図示ａは補色信号Ye，
Cy，Ｗ，Ｇに占める原色信号の割合をＲ：Ｇ：
Ｂ＝１：１：１の時を表わしたものであり、この
図からも明らかなように比較的バランスの良い輝
度信号になる事が解る。この輝度信号の低域成分
はフイルタである程度平均化されるが、色再現に
必要な1MHz程度の帯域信号として考えると、Ｙ
＝Ｒ＋2G＋Ｂ0.25R＋0.5G＋0.25Bと、近似的
にNTSC規格にマツチした信号となる。

ところでこの場合、ＲとＧとＢの透過率は色フ
イルタの設計である程度調節可能であり、また通
常固体撮像素子の感度は、Ｇ，Ｒに比べてＢは低
い。図示ｂは上述の理由によりＢの感度をＲとＧ
に対して半分に設定したときの輝度信号の模式図
であり、この時はさらにNTSC規格のＹに近い
Ｒ，Ｇ，Ｂの構成比となる。即ちこの時Ｙ＝
0.29R＋0.57G＋0.14Bとなる。

また本実施例の輝度信号はベースバンドにＧ成
分がすべて含まれているので解像度が非常に高
く、またＲ成分は7.16MHzで変調されているの
で、そのナイキストである3.58MHzまでは完全に
復調出来る。しかしＢ成分については3.58MHzの
変調信号であるので、一般に1.79MHz以上におい
ては折り返し歪が発生する可能性があるが、この
Ｂ成分については輝度信号に占める割合が少な
く、変調度も小さいので実際上問題はない。従つ
て輝度信号帯域としては4.5〜5MHzが得られるこ
とになる。上述の様にして、NTSC等の信号を発
生させるに必要な色信号Ｒ，Ｂと擬似輝度信号Ｙ
は得られたので、後はこれらの信号をプロセス回
路により直流再生、ガンマ補正、ホワイトクリツ
プ等の信号処理を行つて輝度信号Y′を色差信号
Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを作り、エンコーダ回路（図示省
略）へ接続すればNTSC信号となる。

第６図は色フイルタ構成を変えた本発明の第２
の実施例を示す色フイルタ図である。本実施例で
は、特にフレーム転送型CCDに適しており第１
フイールドでは、電荷蓄積時図示oddに示すＬに
撮像部電荷が加算され、第２フイールドにおいて
も同様図示evenに示す矢印方向電荷が加算され
るので、CCD出力信号はYe，Cy，Ｗ，Ｇとな
る。尚、図中１００は１画素を示し、各フイール
ド毎に転送電極に印加されるバイアス電圧を切換
える事により、ポテンシヤルウエルが101又は102
の位置の間で切換わるよう構成されている。

第７図は本発明の色フイルタ構成の第３の実施
例であり、本実施例の特徴はモザイクフイルタ方
式を採用した事により第４図実施例の信号処理回
路よりもさらに簡単な回路構成としたものであ
る。特に本実施例は電子写真の様な撮像装置に最
適である。

以下第８図の信号処理回路ブロツク図を利用し
て動作を説明する。

CCD６０の出力は、先ず奇数フイールドのｎ
水平ラインではＳ１からYe，ＷがＳ２からは
Cy，Ｇの繰り返し信号となるので、色差分信号
形成手段としての減算器６３の出力としては色差
分信号Ｒ−Ｂ，Ｒ＋Ｂの繰り返し信号が得れる。
この信号を次段の低域フイルタ６６を通すとＢ成
分が相殺されて色信号Ｒだけとなる。

次にｎ＋１水平ラインでは、CCD出力信号と
して、Ｓ１からはCy，Ｗが、Ｓ２としてはYe，
Ｇの繰り返し信号が得られるので、これらの信号
を減算すると減算器６３の出力はＢ−Ｒ，Ｂ−Ｒ
の繰り返し信号となり、結局今度はＲ成分が相殺
されて色信号Ｂだけを得る事ができる。

即ち１水平ライン毎に色信号ＲとＢが得られる
事になる。輝度信号の合成方法は第４図実施例と
同じであるので説明は省略する。

上述の様にして得たＲ，Ｂの線順次信号と輝度
信号Ｙをプロセス回路７２に入力すれば、輝度信
号と線順次色差信号が得られる。

この様に本実施例の色フイルタを採用すれば、
サンプルホールド回路が不必要で、また低域フイ
ルタやプロセス回路も２系統で良く非常に簡単な
撮像装置となる。本実施例では色信号として線順
次色差信号を形成する様にしているが、回路を追
加すれば同時色差信号も得る事が出来る事は言う
までもない。

第９図は第７図実施例の色フイルタ構成を変え
たもので上述と同様な効果を得る事が可能であ
る。

また、上述の実施例においては、輝度信号形成
手段としての加算器７０の後にローパスフイルタ
７１を設けているため、輝度信号中のクロツクノ
イズをより確実に除去することができる。

（効果） 上述の説明から明らかなように、本発明によれ
ば光電変換して得られる信号を２つの水平転送部
に分割して読み出すように構成することによつ
て、水平転送周波数を低く抑えることができる。

また、本発明によれば、上述の２つの水平転送
部を同相で駆動するために、駆動回路も簡単な構
成で済む。

さらに、本発明によれば信号成分にノイズとし
て重畳した転送パルスを、同相のものについては
輝度信号形成過程における加算処理し、逆相のも
のについては色信号形成過程における減算処理し
て除去することができるため、特に特別な手段を
用いることなく上記転送パルスを容易に除去する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフレーム転送型CCDの構成図、
第２図は本発明に係る撮像素子の一例を示す図、
第３図は第２図示素子の信号読み出し方法を説明
する図、第４図は第３図信号処理ブロツク図、第
５図Ａ，Ｂはフイルタ特性に応じた輝度信号模式
図、第６図は本発明に係るフイルタの組み合わせ
の第２の例を示す図、第７図は本発明の撮像素子
の信号読み出し方法の第２の例を示す図、第８図
は第７図示の方法に係る信号処理ブロツクの第２
実施例を示す図、第９図は本発明に係る色フイル
ターの他の構成例を示す図。 １０……撮像部、２０……メモリ部、３０，５
０……水平シフトレジスタ、４０，６０……出力
アンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の色配置の色分離フイルタと、この色分
   離フイルタを介して被写体から入射する撮像光を
   光電変換する複数の光電変換素子と、各光電変換
   素子からの信号を出力するための２チヤネルの水
   平転送部と、各水平転送部の出力を加算すると輝
   度信号を得ることができるとともに減算すると色
   信号を得ることができるように各光電変換素子か
   らの出力を上記各水平転送部に分配する分配部と
   を有する撮像手段と、 上記各水平転送部を同相で駆動する駆動パルス
   を形成する駆動手段と、 上記駆動パルスに同期して駆動され、上記各水
   平転送部に分割された信号の位相を互いに180゜ず
   らす位相制御手段と、 位相が互いに180゜ずらされるとともに上記駆動
   パルスが重畳した上記信号を加算処理して上記駆
   動パルスが除去された輝度信号を形成する輝度信
   号形成手段と、 上記駆動パルスが重畳した上記信号を互いに減
   算処理して上記駆動パルスを除去するとともに複
   数の原色信号を生成し、これら原色信号を複数チ
   ヤネルに分配する色信号形成手段と、 上記輝度信号形成手段及び色信号形成手段の各
   出力信号に基づいて所定のテレビジヨン方式に準
   拠した輝度信号及び色差信号を形成するプロセス
   手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。