JPH0614753B2 - カラ−固体撮像装置 - Google Patents

カラ−固体撮像装置

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JPH0614753B2
JPH0614753B2 JP60168771A JP16877185A JPH0614753B2 JP H0614753 B2 JPH0614753 B2 JP H0614753B2 JP 60168771 A JP60168771 A JP 60168771A JP 16877185 A JP16877185 A JP 16877185A JP H0614753 B2 JPH0614753 B2 JP H0614753B2
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八州美 宮川
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、単一の固体撮像素子とその受光画素に対応さ
せた色フィルタとを用いてカラー信号を得るカラー固体
撮像装置に関するものである。
従来の技術 従来は、被写体像よりの光を映像信号に変換するために
撮像管が用いられてきたが、近年になって固体撮像素子
も用いられるようになった。固体撮像素子としては、受
光部も信号読み出し部も電荷結合素子から成るCCD型
撮像素子、あるいはホトダイオードを多数格子状に配列
し、各接点に読み出しスイッチを設け、これを順次切換
えながら映像信号を得るMOS型撮像素子、あるいは受
光部はホトダイオード、信号読み出し部はCCDにより
構成された撮像素子などがある。これらの素子の構造お
よび動作については周知であるので説明は省略する。
上記のような固体撮像素子を1個設け、その受光画素に
対応してカラーフィルタを配置することによりカラーテ
レビ信号を得る方法を第4図を用いて説明する。第4図
において、2次元に配された受光画素1に対応して、a
ラインでは、第1の受光画素には緑(G)フィルタ2、水
平方向の次の受光画素にはマゼンタ(M)フィルタ3を交
互に順次配列した第1の色フィルタ列を、bラインで
は、第1の受光画素はシアン(Cy)フィルタ4、水平
方向の次の受光画素には黄(Ye)フィルタ5を交互に
順次配列した色フィルタ列を、奇数番目の各水平ライン
はaラインの色フィルタ列と同一の配列とし、偶数番目
の水平ラインについては、bラインの色フィルタ及びb
ラインとカラーフィルタの配列を逆に配列した色フィル
タ列を交互に配置している。また、第4図において、n
(H)は奇数フィールドを、n+1(H)は偶数フィールドを
各々示している。
上記の構成の色フィルタと固体撮像素子との組み合せに
よる固体撮像素子の出力信号からカラーテレビジョン信
号を得る方法を次に説明する。本カラー化方式に用いる
固体撮像素子は、隣接した2つの水平ラインを同時に水
平走査し、ホトダイオードへの信号蓄積時間と垂直走査
時間とを同一にしてフレーム残像が発生しないような走
査方法としている。固体撮像素子を撮像管と同じ2:1
インターレース走査すれば、ホトダイオードへの信号蓄
積時間は2フィールド期間となるため、フレーム残像が
発生し、このフレーム残像は、動く被写体を撮像した時
や、カメラをパンした時に大きく目立ち、画像がぼけて
見え、画質を著るしく劣化させる。撮像管では、走査ビ
ーム径が有限であるため、実質的に隣接する走査線の信
号を読み出しており、等価的にフィールド読み出しとな
っており、フレーム残像はあまり発生しない。隣接した
2つの水平ラインを同時に水平走査する方法としては、
垂直方向に隣接したホトダイオードの信号電荷を混合し
た後、読み出す方法や、2つの信号読み出し部により各
々の水平ラインの信号を読み出す方法がある。
上記の構成による撮像素子とカラーフィルタとの組み合
せで、垂直方向に隣接した2つの水平ラインのホトダイ
オードの信号電荷を混合した後、水平走査を行なって得
られた信号からカラーテレビジョン信号を得る方法を第
4図及び第5図を用いて説明する。第4図において、第
1フィールドn(H)は、a,bの水平ラインのホトダイオー
ドを混合して読み出す。その信号Snは Sn={(G+Cy)+(M+Ye)}+{(G+C
y)−(M+Ye)}sinωt =(2R+3G+2B)+(G−2R)sinωt…
… 但し Cy=G+B,M=R+B,Ye=R+G ω=色フィルタの繰り返し周波数 となり、第1フィールドn+1(H)は、c,dの水平ラ
インのホトダイオードを混合して読み出す。
その信号Sn+1は Sn+1={(G+Ye)+(M+Cy)}+{(G+
Ye)−(M+Cy)}sinωt =(2R+3G+2B)+(G−2B)sinωt……
となる。上記第1式及び第2式から明らかなように、S
n,Sn+1ともにその低域信号成分SはS=2R
+3G+2Bであり、また色信号成分はSnからは(G
−2R)sinωt,Sn+1からは(G−2B)sinωt
で表わされる色信号成分が得られる。第5図は前記固体
撮像素子出力信号からカラーテレビジョン信号を得るた
めの信号処理部の回路ブロック図で、6は前記の固体撮
像素子、7はローパスフィルタ、8はバンドパスフィル
タ、9は同期検波回路、10は1水平期間遅延回路、1
1はスイッチ回路、12は変調回路、13は加算器、1
4は出力端子、15はパルス発生器である。次に動作を
説明する。固体撮像素子6から得られた信号は、ローパ
スフィルタ7に供給され、高調波成分が除去され、低域
成分のみが分離され、前記のS成分が得られる。この
低域成分を輝度信号として扱い、加算器13へ供給す
る。一方、固体撮像素子6の出力信号は、カラーフィル
タの繰り返し周波数を中心通過周波数とするバンドパス
フィルタ8に供給され、カラーフィルタにより変調され
た色信号成分が分離される。すなわち、Snの信号から
は(G−2R)sinωtの成分が、またSn+1の信号
からは(G−2B)sinωtの成分が分離される。バン
ドパスフィルタにより分離された変調色信号(カラーキ
ャリア)は、同期検波回路9に供給される。同期検波回
路9には、パルス発生器15から、カラーフィルタの繰り
返し周波数に等しいインデックス信号が供給されてお
り、変調色信号は同期検波される。同期検波された信号
は、ローパスフィルタ(図示せず)によりその高調波成
分を除去する事により低域の色差信号となる。すなわ
ち、信号Snから(G−2R)、信号Sn+1から(G
−2B)の色差信号を各々得る事ができる。このように
して得られた色差信号を1水平期間遅延回路10により遅
延し、その遅延した信号と遅延しない信号とをスイッチ
回路11に供給し、パルス発生器15から供給される水平走
査周波数の1/2のパルスにより水平走査毎に切り換える
事により、スイッチ回路11の出力端から(G−2R)及
び(G−2B)の2種類の色差信号を同時に得る。この
2種類の色差信号を変調回路12により色副搬送波で変調
し、色信号を得る。この色信号を加算器13に供給し、前
記輝度信号と加算する事により、出力端子14からカラ
ーテレビジョン信号を得る事ができる。ここで、パルス
発生器15からは、固体撮像素子6へ素子駆動に必要な数
種類のパルスが供給されている。この駆動パルスとイン
デックスパルスとは同期関係にある。
次にパルス発生器15の構成を説明する。パルス発生器15
は、すでに説明したように、信号処理部へ供給する例え
ば同期パルス、ブランキングパルス、バースト信号、色
副搬送波等の各種パルスを発生させると同時に、これら
と同期関係を有する固体撮像素子6の駆動パルスを発生
させる。第6図に一般的な構成のパルス発生器の概要を
示す。第6図において、16は原発振器、17は1/4分周
器、18は1/455分周器、19は1/2分周器、20は1/525分周
器、21は1/2分周器、22は水平部デコーダ、23は垂直部
デコーダ、24は複合部デコーダであり、一般的にはこれ
らが1チップのICで構成され、同期信号発生ICとし
て市販されている。25は1/2分周器、26は1/4分周器、27
はm段のシフトレジスタ、28はn段のシフトレジスタ、
29は水平部デコーダ、30は垂直部デコーダ、31は複合部
デコーダであり、これらが1チップのICで構成されて
いる。
次に動作を説明する。ここではカラー方式をNTSC方
式とし、固体撮像素子の水平方向の有効画素数を384画
素、垂直方向の有効画素数を590画素として説明する。
同期信号発生部は周知であるので説明を簡単にする。原
発振器16の発振周波数は、周知のように色副搬送波の4
倍の周波数であり、その発振周波数は14.31818MHzであ
る。この原発振器出力信号を1/4分周器17に供給し、1/4
分周して、3.5795MHzの色副搬送波を得る。また、原発
振器出力信号を1/455分周器18へ供給し、1/455分周した
信号を得る。この1/455分周された信号を1/2分周器19へ
供給し、1/2分周する。この1/2分周された信号が1水平
周期の信号となる。また、前記1/455分周された信号は1
/525分周器20に供給され、1/525分周される。1/525分周
された信号が1垂直周期の信号(垂直駆動信号)とな
る。1/525分周された信号は、1/2分周器21へ供給され、
1/2分周される。この1/2分周された信号が1フレーム周
期の信号となる。周知のように、色副搬送波は、原発振
周波数を1/4分周して得、水平周期の信号(例えば水平
駆動信号)は、原発振周波数を1/910分周して得るた
め、水平駆動信号と色副搬送波との相対位相は、1水平
周期毎に180°異なる。
次に撮像素子駆動パルス発生部の動作について説明す
る。原発振器出力信号を1/2分周器25へ供給し、1/2分周
して、7.16MHzの水平転送クロックφやリセットパル
スφを得る。更に原発振器出力信号を1/4分周器26へ
供給し、1/4分周して3.5795MHzのインデックスパルス
φIDを得る。水平駆動信号をm段のシフトレジスタ27の
データ端子へ供給し、原発振器出力信号をシフトレジス
タ27のクロック端子へ供給し、前記水平駆動信号をm段
シフトする。そして、m段のシフトレジスタ27の任意の
出力端子からの信号を用いて、撮像素子駆動パルス(例
えば垂直転送パルス)を作成する。また垂直駆動信号を
n段のシフトレジスタ28のデータ端子へ供給し、水平駆
動信号をシフトレジスタ28のクロック端子へ供給し、前
記垂直駆動パルスをn水平期間シフトする。そしてn段
のシフトレジスタ28の任意の出力端子からの信号を用い
て、撮像素子駆動パルス(例えばフォトダイオード電荷
読み出しパルス)を作成する。水平駆動信号と水平転送
クロックφおよびインデックスパルスφIDとの相対
位相を常に正しく保つため、1/2分周器25および1/4分周
器26にはクリア端子が設けられており、このクリア端子
には、前記m段のシフトレジスタ27の任意の出力端子の
信号を供給して、各水平走査の始めに、1/2分周器25お
よび1/4分周器26をクリアしている。
上記の構成により得られた撮像素子駆動パルスを固体撮
像素子6に供給して被写体像を撮像した時の、変調色信
号(カラーキャリア)とインデックスパルスおよび色副
搬送波との位相関係を第7図を用いて説明する。第7図
において、(a)は固体撮像素子出力信号に含まれる色信
号成分をバンドパスフィルタ8により分離して得た変調
色信号成分(カラーキャリア)、(b)は上記のパルス発
生部で得たインデックスパルスφID、(c)は固体撮像
素子6の水平転送クロックφ、(d)は原発振器出力信
号(14.32MHz)、(e)〜(h)は色副搬送波である。(b)の
インデックス信号は同期検波回路9へ供給され、(e)〜
(h)の色副搬送波は変調回路12へ供給される。
発明が解決しようとする問題点 ところが、第5図および第6図に示した構成の固体カラ
ーカメラを実際に製作し、動作させてみると、色フリッ
カの発生が認められた。またこの色フリッカの大きさ
は、第5図に示す固体カラーカメラの電源投入状態によ
り4種類のレベルが存在することが確認できた。次にそ
の理由について説明する。一般的に、製作された電気回
路は、その回路に供給する複数の信号間で、電磁的結
合、静電的結合、電源線のインピーダンスが有限である
等の理由から、必ず相互干渉が生じる。前述の色フリッ
カにつても相互干渉が原因である。第7図(b)(c)に示し
たφID,φは水平駆動信号HD立上りに対して常に同
一の位相となる。したがって変調色信号も第7図(a)で
示した形となる。但し第7図(a)は(G−2R)sinωt
のラインの信号とし、被写体像が赤系の場合であるとす
る。被写体像が緑系の場合は第7図(a)と逆極性の波形
となる。第6図に示した構成により色副搬送波を作成す
る場合には、固体カラーカメラの電源投入直後の1/4分
周器26のフリップフロップの出力の状態(論理「1」も
しくは「0」)により色副搬送波の位相は第7図(e)〜
(h)の状態のいずれか1つの状態となる。いま色副搬送
波が第7図(e)の状態とすれば、色副搬送波が変調色信
号成分に干渉して等価的に変調色信号成分が小さくな
る。逆に色副搬送波が第7図(g)の状態にあるとすれ
ば、色副搬送波が変調色信号成分に干渉して等価的に変
調色信号成分が大きくなる。また色副搬送波が第7図
(f)あるいは(h)の状態にあれば、色副搬送波が変調色信
号成分に干渉しても基本的には変調色信号成分は変化し
ない。但し実際の電気回路では、色副搬送波(f)(h)のパ
ルス比率が50:50とはならないため、変調色信号成分は
若干の変化を受ける。このとき(f)の場合と(h)の場合と
では各々異なった変化をする。固体カラーカメラの電源
投入により色フリッカの発生レベルが異なり、4種類の
色フリッカ状態を呈するのは以上の理由による。この色
フリッカは画質を著しく損ねてしまう。
本発明は上記従来の欠点を解消するもので、色フリッカ
が少なく、しかも固体カラーカメラの電源投入の状態に
よる色フリッカのレベル差の変化も少ないカラー固体撮
像装置を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解説するため、本発明のカラー固体撮像装
置は、二次元に配された複数の受光画素に対応して水平
方向に2画素の繰り返しを有する色フィルタを備えた固
体撮像素子と、原発振器と、この原発振器の出力信号を
1/2分周して第1の信号を得る第1の1/2分周器と、この
第1の1/2分周器からの第1の信号を1/2分周して第2の
信号を得る第2の1/2分周器と、前記第1の信号を各水
平周期で位相が一致するように1/2分周して第3の信号
を得る第3の1/2分周器とを備え、前記第1の信号から
水平走査パルスを得、前記第2の信号を色副搬送波と
し、前記第3の信号を前記固体撮像素子から分離して得
た変調色信号の同期検波用信号として用いる構成とした
ものである。
作用 上記構成によれば、原発振器の出力信号を1/2分周して
得た第1の信号を基準として、固体撮像素子の水平転送
クロックパルスφを作成し、前記第1の信号を2個の
1/2分周器に順次供給して各々1/2分周して、色副搬送波
信号と同期検波用インデックス信号φIDとを作成する
ことにより、φIDおよび変調色信号(カラーキャリ
ア)と色副搬送波との位相関係を一定の関係に保つこと
ができ、色フリッカレベルを少なくし、固体カラーカメ
ラの電源投入の状態により色フリッカレベルが大きく異
なるのを防止し、良好な画質の固体カラーカメラを得る
ことができる。
実施例 以下、本発明の一実施例を第1図〜第3図に基づいて説
明する。
第1図は本発明の一実施例におけるカラー固体撮像装置
の固体撮像素子駆動パルス発生部および信号処理用パル
ス発生部の回路ブロック図で、41は原発振器、42〜44は
1/2分周器であり、1/2分周器44はクリア端子を備えてい
る。45はm段シフトレジスタ、46はn段シフトレジス
タ、47は水平部デコーダ、48は垂直部デコーダ、49は複
合部デコーダ、50は1/455分周器、51は1/2分周器、52は
1/525分周器、53は1/2分周器、54は水平部デコーダ、55
は垂直部デコーダ56は複合部デコーダである。
原発振器41の出力信号は、1/2分周器42と1/455分周器50
とm段シフトレジスタ45のクロック入力端子とに供給さ
れている。1/2分周器42の出力信号は、1/2分周器43,44
のクロック入力端子および水平部デコーダ47へ供給され
ている。1/455分周器50の出力信号は、1/2分周器51およ
び1/525分周器52へ供給されている。1/525分周器52の出
力信号は、1/2分周器53へ供給されている。水平部デコ
ーダ54には、1/455分周器50の各段の信号および1/2分周
器51の出力信号が供給され、その出力信号は、複合部デ
コーダ56へ供給されていると共に、必要に応じて水平周
器のパルス、例えば水平駆動信号HDとして出力端子から
得られる。垂直部デコーダ55には、1/525分周器52の各
段の信号および1/2分周器53の出力信号が供給され、そ
の出力信号は、複合部デコーダ56へ供給されるととも
に、必要に応じて垂直周期のパルス、例えば垂直駆動信
号VDとして出力端子から得られる。複合部デコーダ56か
らは、同期信号C.SYNCや複合ブランキング信号C.BLKが
出力される。m段シフトレジスタ45のデータ端子には、
水平部デコーダ54の出力信号である。水平駆動信号HDが
供給されている。水平部デコーダ47には、m段シフトレ
ジスタ45の各段の出力信号および1/2分周器42の出力信
号が供給されている。水平部デコーダ47からは、複数の
種類の信号が出力されており、その一部は複合部デコー
ダ56へ供給され、また1/2分周器44のクリア端子へも供
給されている。1/2分周器42の出力信号は、水平部デコ
ーダ47により任意にデコードされて水平転送クロックパ
ルスφが得られる。n段シフトレジスタ46のクロック
端子には、前記水平駆動信号HDが、データ端子には、垂
直駆動信号VDが各々供給されており、垂直部デコーダ48
の入力端子には、n段シフトレジスタ46の各段の出力信
号が供給されている。垂直部デコーダ48の出力信号は、
複合部デコーダ49へ供給されると共に、フォトダイオー
ド電荷読み出しパルスとして出力される。複合部デコー
ダ49からは、垂直転送パルスが出力されている。
第2図は第1図に示した回路の要部の回路ブロック図
で、57は水平部デコーダ47の一部を構成し、水平転送ク
ロックパルスφを作成するラッチ・ゲート回路であ
る。1/2分周器42,43は各々入力クロックの立下りエッジ
で動作するD型フリップフロップで構成され、1/2分周
器44は入力クロックの立上りエッジで動作し、クリア端
子を有するD型フリップフロップで構成されている。
第3図は第2図に示す回路の各部信号波形図で、(a)は
変調色信号、(b)は1/2分周器44の出力である同期検波用
インデックス信号、(c)は1/2分周器42の出力である水平
転送クロックパルス、(d)は原発振器41の出力である14.
32MHzのパルス、(e)(f)は色副搬送波である。1/2分周
器42は入力クロックパルスの立下りエッジで動作する。
1/2分周器44のクリア端子には水平部デコーダ47の出力
信号が供給されているが、その理由は、φの位相とφ
IDの位相とを各水平走査毎に一致させるためである。
つまり第7図で説明したように、固体撮像素子6の出力
信号は、その水平転送クロックパルスφにより転送さ
れて出力される。ここで第1図および第6図から明らか
なように、φとHDとは原発振器41の出力信号を各々1/
2,1/910分周して得ているため、φの位相とHDの立上
りの位相との関係は各水平走査毎に同相となる。しか
し、φIDとHDとは原発振器41の出力信号を各々1/4,1
/910分周して得ているため、φの位相とHDの立上りの
位相との関係は1水平走査毎に逆相となり、同期検波用
インデックス信号として不都合である。このため、φ
の位相とHDの立上りの位相との関係を各水平走査毎に同
相とするために、各水平走査の始めの部分で1/2分周器4
4をクリアしている。このクリア用パルスは、水平部デ
コーダから供給されるが、クリアパルスのパルス幅は狭
くても充分である。水平転送クロックパルスφは、1/
2分周器42の出力信号を水平部デコーダ47で得たパルス
で任意にゲートして作成しているが、基本的な位相関係
は1/2分周器42の出力信号と同じである。第3図(e)は色
副搬送波で、1/2分周器43の出力波形であり、この1/2分
周器43は、第3図(c)に示す1/2分周器42の出力信号の立
上エッジで動作する。色副搬送波は、連続した信号でな
ければならないので、1/2分周器43にクリア端子を設け
て、各水平走査毎に色副搬送波の位相をHDの立上り位相
に合致させることはできない。そのため、固体カラーカ
メラの電源投入直後、つまり1/2分周器43のクロック入
力端子に最初のクロックが入力されるまでの時間に、1/
2分周器43のQ端子が論理的に「1」であるか「0」で
あるかにより、色副搬送波の位相は第3図(e)あるいは
(f)のいずれかとなる。第3図(a)の変調色信号は、従来
例の第7図(a)と同一の変調色信号(カラーキャリア)
である。
以上の構成により、φIDとφと色副搬送波とを作成
すれば、各々の相対位相関係は第3図に示すようにな
る。これは第7図の従来例では変調色信号の位相に対し
て色副搬送波の位相が4種類存在したのに対して、2種
類となっている。第3図(e)(f)の色副搬送波が(a)の変
調色信号成分に干渉しても、基本的には変調色信号成分
は変化しない。従来例で説明したように、実際の電気回
路では、色副搬送波(e)(f)のパルス比率が50:50と
はならないために、色副搬送波の位相が(e)の場合と(f)
の場合とでは、(a)の変調色信号成分への干渉が若干異
なるために、色フリッカレベルは電源投入時の1/2分周
器43の状態により若干異なる。しかしながら、本実施例
では、変調色信号成分と色副搬送波とが同相とはならな
いため、従来例に比べ大幅な色フリッカレベルは改善と
なる。
なお上記実施例においては、色フリッカの発生原因を、
色副搬送波が変調色信号成分に干渉する場合として説明
したが、色副搬送波が固体撮像素子の駆動パルスのうち
信号電荷検出部〔周知のCCD固体撮像素子のフローテ
ィングディフィージョンアンプ(Flowting Diffusion Am
plifier)〕のリセット端子に供給するリセットパルスに
干渉した場合も、色フリッカが乗じるが、本発明はその
場合にも勿論有効に動作する。
発明の効果 以上述べたごとく本発明によれば、色副搬送波信号が変
調色信号あるいは固体撮像素子の駆動パルスに干渉して
発生する色フリッカを低減でき、良好な画質のカラー固
体撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるカラー固体撮像装置
の固体撮像素子駆動パルス発生部および信号処理用パル
ス発生部の回路ブロック図、第2図は第1図に示す回路
の要部の回路ブロック図、第3図は第2図に示す回路の
各部信号波形図、第4図は固体撮像素子の画素と色フィ
ルタとの関係の説明図、第5図は固体撮像素子を用いた
信号処理回路の回路ブロック図、第6図は従来のカラー
固体撮像装置における固体撮像素子駆動パルス発生部お
よび信号処理用パルス発生部の回路ブロック図、第7図
は第6図に示す回路の各部信号波形図である。 41……原発振器、42,44……1/2分周器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二次元に配された複数の受光画素に対応し
    て水平方向に2画素の繰り返しを有する色フィルタを備
    えた固体撮像素子と、原発振器と、この原発振器の出力
    信号を1/2分周して第1の信号を得る第1の1/2分周器
    と、この第1の1/2分周器からの第1の信号を1/2分周し
    て第2の信号を得る第2の1/2分周器と、前記第1の信
    号を各水平周期で位相が一致するように1/2分周して第
    3の信号を得る第3の1/2分周器とを備え、前記第1の
    信号から水平走査パルスを得、前記第2の信号を色副搬
    送波とし、前記第3の信号を前記固体撮像素子から分離
    して得た変調色信号の同期検波用信号として用いる構成
    としたカラー固体撮像装置。
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