JPH0614751B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は単一の固体撮像素子を用いてフレーム画像を
形成する撮像装置に関するものである。

〔従来技術〕

現在使用されている映像信号再生装置としてはテレビジ
ョン受像機が一般的である。このテレビジョン受像機に
入力される信号としては、例えばＰＡＬ方式およびＮＴ
ＳＣ方式等による映像信号があり、これらにはインタレ
ース方式が採用されている。

従って撮像装置としては、テレビジョン受像機への入力
を可能とするため、インタレース方式を採用した映像信
号、すなわち奇数フィールドおよび偶数フィールド信号
を形成する必要がある。このため、撮像装置に利用され
ている撮像素子としては、簡易のフィールド撮影用のも
のを除き殆どがフレーム画像用となっている。

このフレーム画撮像用の撮像素子としては、奇数フィー
ルド用と偶数フィールド用の撮像セルを交互に配置した
ものがある。また、この撮像素子は現状のＬＳＩ技術上
の問題により、水平方向撮像セル数を充分確保できない
ことから、画像の垂直相関性を利用して高解像度化する
必要がある。さらに動画撮像および静止画撮像の両方の
目的に適応し得ることが要求される。

ところが、上記のフレーム対策および垂直相関性等を考
えると、現状の撮像素子は光励起で蓄積された電荷を外
部へ読出す方式であるので、良好な画質を得るためのも
のとしては十分であるとは言い難い。

例えば、従来のＩＬ−ＣＣＤやＸ−Ｙアドレス型ＭＯＳ
等のように、奇数フィールド用と偶数フィールド用の撮
像セルを交互に配置した撮像素子を用いて撮像し、垂直
相関処理を行なうと、遅延線等を設ける必要があるため
回路構成が複雑化し、しかも、垂直相関距離が遠いこと
により偽信号が発生し易いという問題点があった。

また、上記相関距離に係る問題を解決した固体撮像素子
としては、特開昭５９−５０６８４に開示されたＸ−Ｙ
アドレス型ＭＯＳがあるが、これは信号処理系がさらに
１系統必要となり、さらに静止画記録用ヘッドとして奇
偶両フィールド同時書込み可能なものが要求されるの
で、回路およびコスト的に問題がある。

〔目的〕

この発明は前記問題点を解消し、簡単な回路構成であっ
て、偽信号が発生せず、高解像度で高画質のカラーフレ
ーム画像を形成し得、かつ信号のばらつきを防止するこ
とができる撮像装置を提供することを目的とする。

〔実施例〕

ここで説明の都合により実施例の説明に先だち、この発
明に関連する参考例を説明することにする。

まず、第１参考例を第１図ないし第４図に基づいて説明
する。

第１図は色分解フィルタ１の配列例を示す図で、図中
_１，_２，_３……は各水平ラインを表し、その本数
は、例えばＮＴＳＣ方式においては約４９０本ある。奇
数番の水平ライン_１，_３，_５……には緑色光を透
過させる緑色光透過フィルタｇ、赤色光を透過させる赤
色光透過フィルタｒが、偶数番の水平ライン_２，
_４，_６……には緑色光透過フィルタｇと青色光を透
過させる青色透過フィルタｂが交互に繰り返し配してあ
り、一水平ラインの画素数は５７０画素となっている。
この色分解フィルタ１を介して得られる異なる色光によ
り、前記非破壊読出し可能な撮像素子の各画素には色信
号としての電荷が蓄積される。この参考例では、非破壊
読出し可能な撮像素子（以下ＳＩＴと称す）から、２水
平ライン同時読出し方式によって色信号を読出す様にな
っている。図示のｎ_１Ｈ，ｎ_２Ｈ，ｎ_３Ｈ……は奇数フ
ィールドの形成に際して同時に読出される各水平ライン
_１，_２，_３……の組合せを、ｍ_１Ｈ，ｍ_２Ｈ，ｍ
_３Ｈ……は偶数のフィールドの形成に際して同時に読出
される各水平ライン_１，_２，_３……の組合せを表
している。すなわち、奇数フィールドにおけるｎ_１Ｈで
は水平ライン_１と_２，ｎ_２Ｈでは水平ライン_３と
_４という様に順次隣接水平ラインが同時に読出され
る。また、次の偶数フィールドでは、前記奇数フィール
ドの画像信号を補間するために、前記組合せｎ_１Ｈ，ｎ
_２Ｈ…から１水平ラインずらした組合せで読出しが行な
われる。すなわち、ｍ_１Ｈでは水平ライン_２と_３，
ｍ_２Ｈでは水平ライン_４と_５という様に前記奇数フ
ィールドの場合から一水平ラインずらした組合せで２本
の水平ラインが同時に読出される。この後上記組合せで
読出された色信号には垂直相関性を利用した後述の信号
処理が施される。

第２図は前記ＳＩＴ２からの信号読出し手段２ａを示す
模式図である。この参考例では、２水平ライン毎の２つ
のＧ信号（緑色信号）と、Ｒ信号（赤色信号）およびＢ
信号（青色信号）がそれぞれ独立に読出せる４線出力方
式となっている。この方式を用いることにより、後述の
信号処理において通常必要とされていた色分離のための
サンプルホールドが不用となる。各水平ライン_１，
_２，_３……は垂直スイッチ２ａ_１により選択され、各
画素信号は不図示の水平転送スイッチにより選択され
る。また、各画素蓄積電荷のリセットは垂直リセトスイ
ッチ２ａ_２により行なわれる。この垂直リセットスイッ
チ２ａ_２は、静止画撮像と動画撮像とで動作のタイミン
グが異なる。静止画撮像を行なう場合には、ＳＩＴ２の
全撮像セルに蓄積された不要電荷を同時にリセットし、
所定時間後にシャッタを閉じることによって電荷の蓄積
時間をコントロールする。この後、電荷の蓄積されたＳ
ＩＴ２から、ｎ_１Ｈ，ｎ_２Ｈ……が順次読出された奇数
フィールドの画像信号が形成され、さらに、ｍ_１Ｈ，ｍ
_２Ｈ……が順次読出されて偶数フィールドの画像信号が
形成される。これにより、１フレームの画像信号が得ら
れる。

また、動画撮像では信号を読出した後にリセットと行な
い、次に信号を読出すタイミングにより電荷の蓄積時間
が決定される。この場合、２水平ライン同時読出し方式
では、奇数フィールドと偶数フィールドとで組合せが異
なるため、この点を考慮してリセットを行なうことが望
ましい。例えば第１図において、奇数フィールドのｎ_２
Ｈの信号読出し終了後、偶数フィールドのｍ_１Ｈの読出
しのために２本の水平ライン_２と_３のリセットを行
なえばｍ_１Ｈの読出し時における水平ライン_２，_３
の蓄積時間は等しくなり、この２本の水平ライン_２と
_３より読出される信号のレベル差は無くなる。この効
果は、この参考例の特徴の一つである。なお、他の奇数
フィールドにおける各ｎＨおよび偶数フィールドにおけ
る各ｍＨについても蓄積時間が等しくなる様に電荷のリ
セットを行なう。

なお、上記説明では各水平ライン同時リセットを行なう
場合について述べたが、各画素毎にリセットを行なえば
完全に各画素の蓄積時間を等しくすることができる。

第３図はＳＩＴ２から読出された色信号の信号処理手段
Ｓ_１を示すブロック図である。

図において、前記ＳＩＴ２から出力されるＲ．Ｇ．Ｂ信
号は、それぞれ殆ど同一の遅延時間を有するアンプ３、
ホワイトバランスアンプ４，５に入力されてホワイトバ
ランスがとられた後、後段のプロセス回路６に入力され
る。プロセス回路６では、クランプおよびγ補正等が行
なわれるが、この際Ｇ．Ｂ．Ｒ信号はそれぞれ同様な構
成の回路に入力されるため、プロセス回路６から出力さ
れるＧ．Ｂ．Ｒ信号は殆ど同一時間遅延された信号とな
る。このプロセス回路６から出力されたＲ．Ｂ信号は加
算器７により各々1/2ずつ加算された後、Ｇ信号と共に
スイッチ合成回路８に入力される。スイッチ合成回路８
ではＧ信号（Ｇ_１＋Ｇ_２）とＲ信号＋Ｂ信号（Ｒ_１＋Ｂ
_２）とがその空間配置に基づき１８０°の位相でスイッ
チ合成される。これにより第４図に示す様にサンプリン
グ折返し成分が各色成分のキャリア周波数で相殺され、
第４図中の斜線部分に示す帯域の解像が可能となる。こ
のスイッチ合成回路８から出力された信号は、約４．２
ＭHzの低域フィルタ９を介した後、ＡＰＣ回路１０で輪
郭強調され、加算器１１に入力される。また、Ｙ_Ｌマト
リックス回路１２では入力されるＲＧＢ信号に基づきＮ
ＴＳＣ方式に準拠した輝度信号Ｙ_Ｎ＝0.3Ｒ＋0.59Ｇ＋
0.11Ｂが形成される。この輝度信号Ｙ_Ｎは減算器１３入
力され、ここで前記スイッチ合成回路８からの出力との
減算が行なわれた後、さらに約１ＭHzの低減フィルタ１
４を経て低域輝度信号Ｙ_Ｌとなる。また、前記ＡＰＣ回
路１０から出力される信号Ｙ（4.2MHz）と低域フィルタ
９を経て得られるＹ_Ｌ（1MHz）を加算器１１で加算する
ことにより高域輝度信号Ｙ_Ｈを得ることができる。すな
わち加算器１１からはＹ′＝Ｙ_Ｌ＋Ｙ_Ｈの信号が得られ
る。そして、この加算器１１からの出力Ｙ′はエンコー
ダ１５に入力される。

一方、色差形成回路１６では、入力されるＲ．Ｇ．Ｂ信
号により、色差信号（Ｒ−Ｙ_Ｌ），（Ｂ−Ｙ_Ｌ）が形成
され、これがそれぞれ低域フィルタ１７，１８を介して
エンコーダ１５に入力される。エンコーダ１５ではこの
色差信号（Ｒ−Ｙ_Ｌ），（Ｂ−Ｙ_Ｌ）と前記加算器１か
らの信号Ｙ′とに基づきＮＴＳＣ信号を形成して出力す
る。

また、静止画撮像の場合には、上記加算回路１１から出
力された信号Ｙ′は、加算器１９で同期信号ＳＹＮＣが
付加された後ＦＭ変調回路２０でＦＭ変調される。ま
た、低域フィルタ１７，１８より出力される色差信号
（Ｒ−Ｙ_Ｌ），（Ｂ−Ｙ_Ｌ）はラインスイッチ回路２１
で線順次信号に変換された後、ＦＭ変調回路２２でＦＭ
変調され、さらにアンプ２３で前記ＦＭ変調された信号
Ｙ′と加算されて磁気ヘッド２４より磁気記録媒体に記
録される。

第５図は第２参考例を示すブロック図である。この第２
参考例は、前記第１参考例においてＧ信号の平均値と
Ｒ．Ｂ信号とのスイッチ合成をプロセス処理の後に行な
ったのに対し、プロセス処理を行なう以前に上記スイッ
チ合成を行なうようにしたものである。これによれば、
前記第１参考例においてスイッチ合成を行なうまでの回
路に高周波特性および各チャンネル間の遅延特性にかな
りの高精度を要したのに比べ、要求される回路精度の緩
和が可能となる。なお、この場合の折返し歪は第６図の
ようになる。

第７図および第８図は第３図参考例を示す図である。こ
の第３参考例は前記第１参考例，第２参考例において２
水平ラインを同時に読出すようにしたのに対し、第７図
に示すように３水平ラインを同時に読出すようにし、さ
らに高画質化を図ったものである。この場合、画像情報
読出し手段としては、垂直スイッチ２ａ_１による水平ラ
インの選択を変えることにより第２図と同様のものを用
いて行なうことができる。例えば、奇数フィールドにお
けるｎ_１Ｈの読出し時には、垂直スイッチ２ａ_１によっ
て３本の水平ライン_１，_２，_３のうち両側の水平
ライン_１と_３が同一信号線上で加算される様に、ま
た、中央の水平ライン_２は他の信号線へ読出される様
に選択する。

第８図は第３参考例の信号処理手段Ｓ_３の要部を示すブ
ロック図で、この実施例ではＳＩＴ２から４つの色信号
が出力される。例えばｎ_１Ｈの読出しの場合、中央水平
ライン_２の色信号（以下メイン信号と称す）Ｇ_２とＢ
_２、両側水平ライン_１，_３の色信号（以下サブ信号
と称す）を加算したＧ信号（Ｇ_１＋Ｇ_３）およびＲ信号
（Ｒ_１＋Ｒ・_３）が出力される。この場合、前記加算さ
れたサブ信号はメイン信号より信号レベルが６ｄＢ高く
なるので、プロセス回路６とアンプ３ａ，３ｂおよびホ
ワイトバランスアンプ４，５との間にアッテネータ２
５，２６，２７，２８を挿入し、プロセス回路６へ入力
されるＲ．Ｇ．Ｂ信号の信号レベルを一致させている。
これにより偽信号を補正することができ、この効果はこ
の発明の特徴の一つである。また、アンプ３ａ，３ｂお
よびホワイトバランスアンプ４，５から出力される色信
号は１フィールド毎にメイン信号とサブ信号とに切換わ
りながら出力される。このため、スイッチＳＷ１，ＳＷ
２，ＳＷ３，ＳＷ４を切換えて前記アッテネータ２５，
２６，２７，２８を選択的に使用する様になっている。
このために回路構成が簡単になり、この効果はこの発明
の特徴の一つである。このスイッチＳＷ１，ＳＷ２，Ｓ
Ｗ３，ＳＷ４はフィールド切換信号ＦＳに応じて切換わ
り、スイッチＳＷ１，ＳＷ３がアッテネータ２５、２７
に接続されている場合（例えば奇数フィールドの場合）
には、他のスイッチＳＷ２，ＳＷ４はアンプ３ｂ、およ
びホワイトバランスアンプ５の出力に直接接続され、ス
イッチＳＷ２，ＳＷ４がアッテネータ２６，２８に接続
されている場合（例えば偶数フィールドの場合）にはス
イッチＳＷ１，ＳＷ３はアンプ３ａおよびホワイトバラ
ンスアンプ４の出力に直接接続される。そして、例えば
ｎ_１Ｈの読出し時を考えた場合、プロセス回路６から出
力された色信号（Ｇ_１＋Ｇ_３）とＧ２は加算器２９で加
算され、同じくプロセス回路６から出力された色信号
（Ｒ_１＋Ｒ_３）とＢ_２は加算器３０で加算される。この
後、各加算器２９，３０から出力される色信号はスイツ
チ合成回路８でスイッチ合成される。また、色差形成回
路１６には、色信号（Ｒ_１＋Ｒ_３）とＢ_２に加え、Ｇ信
号としてメイン信号（この場合Ｇ_２）のみが入力され
る。このメイン信号（Ｇ_２）のみの入力は、前記フィー
ルド切換信号によって切変るスイッチＳＷ５によって行
われる。この後、色差形成回路１６では、これら色信号
を用いて低域輝度信号Ｙ_Ｌを形成するため、良好な垂直
解像度が得られる。さらに高域輝度信号はスイッチ合成
回路８からの信号と前記低域輝度信号Ｙ_Ｌとを用いて前
記第３図に示したものと同様の信号処理を行なうことに
より得ることができるが、この場合前述の様に３本の水
平ライン_１，_２，_３の信号を合成しているため、
第９図に示す如く折返し歪の相殺効果は一層向上する。
これはこの発明の特徴の一つである。また、３１，３２
はホワイトバランス用の色差減算回路であり、ここで同
一水平ラインの色信号に基づき（Ｒ−Ｇ）（Ｂ−Ｇ）信
号を形成することができるため、後段のホワイトバラン
ス回路３３によるホワイトバランス効果も向上する。

第１０図は第４参考例における信号処理手段Ｓ_４の要部
を示すブロック図で、この第４参考例は前記第３参考例
におけるスイッチ合成をプロセス処理を行なう以前に行
なうようにしたものであり、前記第２参考例の場合と同
様、要求される回路精度の緩和が可能となる。

次に、この発明の実施例を説明する。

第１１図ないし第１４図はこの発明を示す図で、３水平
ライン同時読出しにおいて第１１図に示すような配列を
有する色分解フィルタ１ｂを用いたもので、その配列は
いずれの水平列および垂直列においても、隣接する任意
の３個の色透過フィルタを特定すれば、必ずｒ，ｇ，ｂ
の組合わせとなり得る配列となっている。この色分解フ
ィルタ１ｂを用いることにより、メイン信号からは常に
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号が得られ、この信号から低域輝度信号を
形成すれば垂直相関は高域輝度信号のみに寄与すること
となり、垂直解像度が低下する虞れはなくなる。さら
に、輝度信号の形成において、いずれの垂直列にもＲ．
Ｇ．Ｂ信号が存在するので、スイッチ合成処理に替え、
単なる加算処理を施こすだけで良いという効果がある。
そして、Ｎ１Ｈの読み出し後Ｎ２Ｈの読み出しには、１
つの水平ライン_３を重複して水平ライン_３，_４，
_５を読み出している。

ここで、撮像素子に非破壊素子を用いており、バイポー
ラトランジスタのベースに蓄積された光電荷によって、
このトランジスタのコレクタのバイアス電位を変調して
エミッタフォロワ動作でエミッタから読み出すような素
子であるために１回の露光によって発生した上記光電荷
をリセットしない限り、この同じ非破壊素子から光電荷
によって変調された信号成分を複数回に亙って読み出す
ことができる。また、画像信号読み出し手段２ｂは第１
２図に示すように、２線出力方式となっており、製造上
の簡略化を図れる。同図において、垂直スイッチ２ｂ_１
による水平ラインの選択を変えることによって３つの水
平ラインずつ、及び奇数フィールドに対して偶数フィー
ルドでは１水平ラインずれた組み合わせで読み出すこと
ができる。例えば、奇数フィールドにおけるｎ１Ｈの読
出し時には、垂直スイッチ２ｂ_１によって３本の水平ラ
イン_１，_２，_３が選択され、両側の水平ライン
_１と_３が一方の信号線上で加算されるように、また、
中央の水平ライン_２は他の信号線へ読み出される。

偶数フィールドにおけるｎ１Ｈの読み出し時には、３本
の水平ライン_２，_３，_４が選択される。

第１３図はこの発明の信号処理手段のＳ_５の要部を示す
ブロック図であり、ＳＩＴのａ１及びＡ２から３つの色
信号が出力される。例えば、ｎ２Ｈの読み出しの場合、
Ａ２の中央水平ライン_２の色信号Ｇ_２、Ｒ_２、Ｂ_２と
出力され、Ａ１から両側水平ライン_１、_３の色信号
を加算した色信号（Ｒ_１＋Ｂ_３）（Ｇ_１＋Ｇ_３）（Ｇ_１
＋Ｂ_３）が出力される。

また、動画撮影では撮像信号を読み出した後にリセット
スイッチ２ｂ_２により蓄積電荷のリセットが行われる。
このリセットにより、次に読み出す信号電荷の蓄積時間
が決定される。奇数フィールドと偶数フィールドとで組
み合わせが異なるため、この点を考慮してリセットを行
うことが必要である。例えば、奇数フィールドのｎ２Ｈ
の信号読み出し終了後、偶数フィールドのｍ１Ｈの読み
出しのために３本の水平ライン_２と_３と_４のリセ
ットを行えば、偶数フィールドのｍ１Ｈの読み出し時に
おける水平ライン_２，_３，_４より読み出される信
号のレベル差はなくなる。

そして、他の奇数フィールドにおける各ｎＨ及び偶数フ
ィールドにおける各ｍＨについても蓄積時間が等しくな
るよう同様に電荷のリセットを行う。

第１３図は、この発明における信号処理手段Ｓ_５を示す
ブロック図である。図において、ＳＩＴ２から出力され
る２個の色信号Ａ_１，Ａ_２はそれぞれ加算器３４でその
まま加算されて輝度信号Ｙとなる。このとき無彩色画像
を撮像した場合の理想状態では、第１４図のように折返
し歪は10.7ＭHzで発生する。従ってフィルタ特性をかな
り楽に設計することができる。また、スイッチＳＷ６は
フィールド切換信号に応じて１フィールド毎に切換わる
ものであり、常にメイン信号を取り出し得るようになっ
ている。このスイッチＳＷ６を介して取り出された色信
号は、サンプルホールド回路３４，３５，３６により
Ｒ．Ｇ．Ｂ信号に色分離され、プロセス回路６には前記
Ｇ信号およびホワイトバランスアンプ４，５を経たＲ．
Ｂ信号が入力される。なお、この場合のサンプルホール
ドコマンドパルスＳＣとしては、１Ｈ毎に２画素分ずつ
Ｒ．Ｇ．Ｂ信号をずらすようにする必要がある。

〔効果〕

以上説明したように、この発明によれば、複数行を同時
に読み出し、かつ、各複数行を互いに重複させることに
よって、第１図に示すような各複数行を重複させない場
合に比して各水平走査線の感度重心を近付けるとがで
き、これによって垂直方向のモアレの発生を防止し、垂
直解像度を向上させることができる。

また、１水平走査線あたりの読み出し情報量が多くなる
ため、後段の信号処理の自由度を増すことができる。さ
らに、この発明によれば、１水平走査線毎の３行分の信
号の読み出し後に、この３行のうちの少なくとも１行を
含む次の読み出し時に同時に読み出される３行づつのリ
セットを行うことにより、同時に読み出される３行の蓄
積時間が常に等しくなるようにするとができ、これによ
って各行毎の信号のばらつきを防止することできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に関連する第１参考例に用いる色分解
フィルタの配列例を示す説明図、第２図は第１参考例の
信号読み出し手段を示す説明図、第３図は第１参考例に
おける信号処理手段を示すブロック図、第４図は第３図
に示したものにおける折返し歪を表す図、第５図は第２
参考例の信号処理手段を示すブロック図、第６図は第５
図に示したものにおける折返し歪を表す図、第７図は第
３参考例に用いる色分解フィルタの配列例を示す説明
図、第８図は第３参考例の信号処理手段を示すブロック
図、第９図は第８図に示したものにおける折返し歪を表
す図、第１０図は第４参考例の信号処理手段の要部を示
すブロック図、第１１図はこの発明に用いる色分解フィ
ルタの配列例を示す説明図、第１２図はこの発明の信号
読み出し手段を示す説明図、第１３図はこの発明の信号
処理手段を示すブロック図、第１４は第１３図に示した
ものにおける折返し歪を示す図である。 １：色分解フィルタ ２：非破壊読出し可能な撮像素子 ２ａ：画像情報読出し手段 Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，Ｓ_５：信号処理手段 ｇ１，ｇ２，ｇ３……：緑色光フィルタ ｂ１，ｂ２，ｂ３……：青色光フィルタ ｒ１，ｒ２，ｒ３……：赤色光フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−9478（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−56123（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−149187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−20012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−119286（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−157092（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】赤色フィルタと緑色フィルタと青色フィル
   タとを各行に配列するとともに、これら３色の色フィル
   タが連続する３行の垂直方向に含まれる配列とされ、こ
   れらを行方向及び列方向に繰り返し配列させた色分解フ
   ィルタと、 水平及び垂直方向に配列された複数の非破壊読み出し可
   能な撮像セルを有する撮像手段と、 互いに垂直方向に隣接した３行の信号を１水平走査線分
   の画像情報として同時に読み出すとともに、引き続く１
   水平走査期間毎に各々同時に読み出される３行の少なく
   とも１行分互いに重複させ、３行の信号のうち中央の行
   からの信号と上下２行の加算信号とを別の出力線に読み
   出させる画像情報読み出し手段と、 上記各撮像セルを所定のタイミングでリセットするリセ
   ット手段と、 上記画像情報読み出し手段からの読み出された画像情報
   によって１枚分の画像信号を得る信号処理手段とを備
   え、 上記リセット手段は一方のフィールドでの前記１水平走
   査線毎の３行分の信号の読み出し後に、他方のフィール
   ドで同時に読み出される３行づつのリセットを行うもの
   であることを特徴とする撮像装置。