JPH06153211A

JPH06153211A - 光情報検出装置

Info

Publication number: JPH06153211A
Application number: JP4303647A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Ueda; 信夫植田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】高解像度化、高感度化が容易で、しかも画質
劣化のない光情報検出装置を得る。【構成】被写体２２と、この被写体２２からの光情報
を電気情報に変換する光電変換装置１７との間に、透過
光あるいは遮断光の波長を選択できるとともに、この波
長の選択手段を電気的にオン、オフする機能を有したフ
ィルタ１を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の波長選択性をもつ
フィルタ、特にねじれネマチック（ＴＮ）型液晶を使用
する電気光学フィルタを用いた光情報検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光情報検出装置のうち、２次元的に光情
報を電気情報として検出する装置に固体撮像素子があ
る。固体撮像素子を一つ用いるいわゆる単板式カラーカ
メラは残像、焼付け、画像歪がない、低消費電力であ
る、小形軽量で扱い易い等の特徴をもっている。この単
板式カラーカメラでは、固体撮像素子の各受光面（画
素）に対して光学的色フィルタを設けることにより色分
離を行なっている。このフィルタの色配置には、ストラ
イプ状（例えば特開昭５４ー１１６１２７号公報に開
示）、モザイク状あるいは市松模様状（例えば特開昭６
０ー４８９５３号公報に開示）など各種提案されてい
る。

【０００３】図１４は、特開昭６０ー４８９５３号公報
に示された従来の固体撮像素子の色フィルタの配列を示
したものである。これは、緑色（以下、「Ｇ」とする）
フィルタを１水平行ごとに位相を変えて市松状に配置
し、その間に、赤色（以下、「Ｒ」とする）フィルタと
青色（以下、「Ｂ」とする）フィルタとを、これも１水
平行ごとに交互に配置している。この方式では、輝度信
号の主要成分であるＧに関しては垂直相関を利用して水
平解像度を向上させているものの、市松状にしか存在し
ないので斜め方向の帯域が狭く、斜めの線に対してモア
レと呼ばれる偽信号が発生し易い。また、基本的には
Ｇ，Ｒ，Ｂをサンプルホールド回路により分離している
が、１水平走査期間（以下、「１Ｈ」という）の画素数
を約４５０としても、スイッチ時間は約１４０ｎｓとい
う高速である。そして、これが高品位を目指して多画素
化されると、さらにスイッチ時間が短くなり、スイッチ
動作に伴う信号処理の遅れ、スイッチングノイズ等の悪
影響を及ぼすという欠点が顕著に現われてくる。また、
回路構成が複雑になり、小形、軽量、低消費電力も期待
できない。このことは、ストライプ状色フィルタでも同
様のことが言える。

【０００４】さらに、別の従来例として、特開昭５９ー
１７１１５９号公報に示された固体カラー撮像装置を例
にあげ説明する。図１５は、この従来例の上記固体カラ
ー撮像装置に用いられている色フィルタの要部平面構成
図である。同図において、ｎ行目はシアン（Ｃy）、イ
エロ（Ｙe）の色フィルタ素子の繰り返し、（ｎ＋１）
行目はホワイト（Ｗ）、グリーン（Ｇ）の色フィルタ素
子の繰り返しで、シアンの真下はグリーンの色フィルタ
素子となるように構成されている。しかも、各色フィル
タ素子は、他の色フィルタ素子と相接するように構成さ
れている。

【０００５】図１６は、固体撮像素子の撮像面を構成す
る回路図であり、同図において、光電変換部はマトリッ
クス状に配列した多数の光ダイオード１００とスイッチ
用トランジスタ１０１とからなる受光素子１０２群によ
って構成され、各受光素子１０２から逐次信号を読みだ
すために、例えばＭＯＳ形シフトレジスタからなる水平
走査回路１０３、インタレース走査回路１０４、および
垂直走査回路１０５が設けられている。そして、光によ
り発生した電荷は、光ダイオード１００の接合容量に蓄
えられ、この信号電荷は、インタレース走査回路１０４
および垂直走査回路１０５からのパルスが垂直走査線１
０６を通してトランジスタ１０１を導通させ、かつ、水
平走査回路１０３からのパルスが水平走査線１０７を通
して順次トランジスタ１０８を導通させることにより、
信号線１０９および１１０から出力端Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4
に順次読みだされる。そして、これらのそれぞれの受光
素子１０２は、図１５で説明した色フィルタ素子Ｃy,Ｙ
e,Ｗ,Ｇに対応して配置されている。従って、この水平
信号線１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄは、Ｃ
y,Ｙe,Ｗ，Ｇの各色フィルタに対応して、Ｃy,Ｙｅ，
Ｗ，Ｇの４つの信号を混色することなく独立して取り出
すことができる。このような構成によれば、赤（Ｒ）信
号および青（Ｂ）信号は、それぞれＲ＝Ｗ−Ｃy=Ｙe−
ＧおよびＢ＝Ｗ−Ｃy=Ｃy-Ｇの演算によりそれぞれ得ら
れる。

【０００６】図１７は、図１６に示した個体撮像素子の
出力端Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4に接続される信号処理回路の一
例を示す要部ブロック図である。同図において、図１６
に示した出力端Ｓ1（Ｗ），Ｓ2（Ｙe），Ｓ3（Ｇ），Ｓ
4（Ｃy）から得られるＷ，Ｙe，Ｇ，Ｃy信号は、それぞ
れ対応する入力端Ｓ1´，Ｓ2´，Ｓ3´，Ｓ4´を介して
プリアンプ１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄに
入力されて増幅された後、青（Ｂ）信号を得るために、
Ｂ＝Ｗ−ＹeおよびＢ＝Ｃy−Ｇ、また、赤（Ｒ）信号を
得るために、Ｒ＝Ｗ−ＣyおよびＲ＝Ｙe−Ｇの演算を、
引算回路１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄでそ
れぞれ行い、引算回路１１２Ａおよび１１２ＢからはＢ
信号、引算回路１１２Ｃおよび１１２ＤからはＲ信号が
得られる。一方、輝度信号Ｙは、Ｗ，Ｙｅ，Ｇ，Ｃyの
各信号を加算回路１１３に入力し、ローパスフィルタ１
１４でクロックパルスなどの高周波の雑音成分を除去す
れば得られる。また、図１５で説明した色フィルタ配置
を用いた場合、垂直方向のストライプ等を撮像すると、
モアレが生ずる欠点を有する。そこで図１８にしめすよ
うに、光学的ローパスフィルタである水晶フィルタ１１
５を、個体撮像素子１１６への外部光Ｌの入力光路中に
挿入してモアレを低減している。

【０００７】この方式では、サンプル・ホールドは行わ
ないため、図１４に示した色フィルタの欠点は除くこと
ができる。しかし、ＲとＢは互いに位相がπずれている
が、Ｂと輝度信号は同相であり、分離したＢ信号の中に
輝度信号成分が残留するという原理上の問題点がある。
これは、再生画像上ではドットクロールまたはクロスカ
ラーと呼ばれる画質劣化の大きな原因となっている。ま
た、図１５のような配列の色フィルタでも、水晶フィル
タ１１５などを挿入してモアレを低減する必要があっ
た。

【０００８】さらに、色フィルタの配列によらず、従来
のカラー撮像素子の色分離フィルタは空間的なフィルタ
（個体撮像素子の各画素に１つの波長選択性をもつフィ
ルタが対応している）であるため、著しく総画素に対し
解像度が低くなっている。例えば、図１４，図１５のフ
ィルタでは、フルカラーを得るために４画素（Ｒ，Ｇ，
ＢあるいはＣy,Ｙe,Ｗ，Ｇ）必要であるから、総画素数
がＮである場合、実際はＮ／４と同等の画像しか得られ
ないことになる。従って、ＨＤＴＶ（Ｈｉ−Ｄｉｆｉｎ
ｉｔｉｏｎＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）用の撮像素子を製
造する場合、撮像素子の配線パターンが極端に微細にな
るか、撮像素子のチップ面積が巨大となるため歩留まり
が悪くなる。また、色フィルタも同様に微細となり、安
定した製造が難しくなるとともに、撮像素子全体でみた
場合、従来の空間フィルタでは、１つの色に対する入射
光量がＲ，Ｇ，Ｂの場合１／３程度になるため、感度低
下を招く結果になっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の光情報検出装置
の一つであるカラー個体撮像装置は、以上のように構成
されているので、高解像度化、高感度化が困難で、モア
レやドットクロール、クロスカラーなどの画質劣化を伴
うとともに、回路構成が複雑となり、小型軽量、低消費
電力化も期待できないなどの問題点があった。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、高解像度化、高感度化が容易
で、画質劣化のない光情報検出装置を得ることを目的と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明における光情報
検出装置は、対象物と光電変換装置との間に、電気的に
オン、オフできる波長選択手段を設けたものである。

【００１２】請求項２の発明に係る光情報検出装置は、
中心波長がほぼ光の三原色あるいはそれらと補色関係に
ある三色となる波長選択手段と、前記波長選択手段を電
気的にオン、オフできる機能を有するフィルタからの透
過光より画像信号を得る撮像手段と、前記撮像手段から
の前記フィルタにより選択された色光毎に得られる画像
信号を区別して記憶する第一記憶手段と、前記第一記憶
手段からの画像信号よりカラー画像を構成する演算手段
を備えたものである。

【００１３】請求項３の発明に係る光情報検出装置は、
前記第一記憶手段からの画像信号より特定色の領域を検
出するキー信号作成手段と、前記演算手段からの画像と
外部からの画像を前記キー信号作成手段の出力により切
り換えるか、あるいはそれら二つの画像信号の加算比率
を可変する合成手段とを備えたものである。

【００１４】請求項４の発明に係る光情報検出装置は、
対象物の分光分布特性を予め記憶させておく第二記憶手
段と、前記第一記憶手段の三色の成分毎に記憶された画
像信号と前記第二記憶手段の分光分布特性データとを比
較する色成分判定手段を備えたものである。

【００１５】請求光５の発明に係る光情報検出装置は、
前記波長選択手段の各中心波長と発光の中心波長がそれ
ぞれ略略等しい複数の発光手段と、前記フィルタと、一
つの受光手段を備えたものである。

【００１６】

【作用】この発明における電気的にオン、オフできる波
長選択手段は、対象物から発するあるいは反射してくる
光を受ける切り換え可能なカラーフィルタまたは可視光
以外の波長に選択性をもつフィルタであって、色（波
長）選択偏光手段から成り、偏光スイッチング手段を、
偏光系の少なくとも１つの色（波長）選択偏光手段と光
電変換手段との間に配置している。制御手段が偏光スイ
ッチング手段に接続され、対象物からの光の色（波長）
を光電変換装置に選択的に出力する。

【００１７】請求項２の発明における第一記憶手段は、
波長選択手段で選択された色（波長）成分毎に撮像素子
からの画像データを記憶し、データの同時化を行うよう
に読みだされる。

【００１８】請求項３の発明におけるキー信号作成手段
は、波長選択手段で選択された色（波長）成分から特定
の色（波長）領域を分割するキー信号を作り出す。

【００１９】請求項４の発明における第二記憶手段は、
対象物の分光分布特性を三原色に分解した形で記憶さ
れ、撮像装置からの三原色データと色成分判定手段で比
較される。

【００２０】請求項５の発明における発光手段は、波長
選択手段の複数の中心波長と各々略略等しい中心波長で
発光する。

【００２１】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
するが、まず、本発明の特徴的な手段である波長選択手
段につき、その構成と動作を図１で説明する。なお、本
実施例では上記波長選択手段を切り換え可能なフィルタ
として説明を行う。

【００２２】切り換え可能なフィルタ、特に、ねじれネ
マチック（ＴＮ）型液晶を使用した電気光学カラーフィ
ルタは、既に知られており、例えば、白黒の陰極線管
（ＣＲＴ）スクリーン前面に配置して、フィールド順次
のフルカラー画像を得ることができる。そのカラーフィ
ルタの構成は、それを用いた表示装置とともに、米国特
許第２，６３８，８１６号、４，００３，０８１号、
４，０１９，８０８号、４，０９７，１２８号、３，７
０３，３２９号、あるいは１９７９年１０月発行のＩＢ
ＭテクニカルディスクロージャブレティンＶｏｌ．２２
Ｎｏ．５ｎｏ１７６９ページから１７７２ページのＡ．
Ｎ．ブリンソン（Ｂｒｉｎｓｏｎ）およびＡ．Ｄ．エド
ガー（Ｅｄｇａｒ）著「白黒ＣＲＴ表示をカラー表示に
変換する液晶装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｉｓｔａｌＡ
ｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＣｏｎｖｅｒｔｉｎｇＢ
ｌａｃｋａｎｄＷｈｉｔｅＣＲＴＤｉｓｐｌａ
ｙｉｎｔｏＣｏｌｏｒｅｄＤｉｓｐｌａｙ」など
に示されているが、ここでは、ロルフ・エス・バトンに
よる特開昭６０ー１２１４１９号公報「カラーフィルタ
及びそれを用いるカラー表示装置」の請求項１に記載の
カラーフィルタを例に、その構成および動作を説明す
る。

【００２３】図１は切り換え可能なカラーフィルタ１の
好適な実施例であって、３個の色選択偏光フィルタ、す
なわち、リニア偏光フィルタ２，４および６を含み、こ
れにて偏光系８を構成する。偏光フィルタ２，４および
６の各々は、直交する第一および第二偏光状態、すなわ
ち偏光軸を有する。偏光フィルタ２，４、６の第一偏光
軸は、それぞれ吸収軸１０，１２，１４である。各偏光
フィルタの吸収軸は、他の偏光フィルタの吸収軸を通過
した色とは異なる色の少なくとも１色のリニア偏光光線
を通過させる。好適な実施例では、吸収軸１０，１２，
１４はそれぞれ赤，緑，青の原色光を通過させる。各偏
光フィルタ２，４，６の第二軸は、それぞれ透過軸１
６，１８，２０であり、リニア偏光の白色光線を通過さ
せる。

【００２４】光源２２から放射した光線は、まず偏光系
８の入力手段をなす偏光フィルタ２に入力される。この
光線は、偏光素子を通過する光学路２４を形成する各偏
光フィルタと光学的に結合されている。３原色のうち、
１つまたは白色光線が偏光系８の出力手段をなす偏光フ
ィルタ６を通過して出力されるが、これについては後述
する。

【００２５】一対の偏光回転スイッチ（液晶素子）２６
および２８の各々は、偏光フィルタ２，４および６の隣
接するフィルタ間に配置されて、リニア偏光の入射光線
を制御回路３０の出力信号に応じて０゜と９０゜間で選
択的に回転する。偏光回転スイッチ２６は、偏光フィル
タ２と４の間、偏光回転スイッチ２８は偏光フィルタ４
と６の間に配置する。この実施例では、偏光回転スイッ
チ２６と２８は各々ＴＮ液晶素子であって、誘電異方性
を特徴とする液晶材料の混合物を有し、制御回路３０に
より素子に印加したＡＣ電圧信号の周波数の関数でその
サイン（正、負）が変化する。

【００２６】以上のように、偏光フィルタ２，４および
６で形成される切り換え可能なカラーフィルタ１と偏光
回転スイッチ２６および２８を光源２２の前面に配置す
る。

【００２７】この光源２２は、対象物自体が発光してい
る場合と、ある照明下でその照明光が対象物に反射して
いる場合が考えられるが、どちらの場合も多くの波長の
光を放射して赤，緑および青色の光を生じる。

【００２８】同期回路３６は、後述する光電変換装置、
すなわち撮像素子の駆動と、偏光回転スイッチのオン、
オフのタイミングをとる回路であり、例えば、偏光フィ
ルタが赤，緑および青で構成されている場合、従来例と
同じフルカラーの撮像装置を実現する場合、基本的に３
つのインターバルを有する。

【００２９】制御回路３０は、各出力線３８，４０に異
なる周波数の２つのＡＣ電圧信号の一方を印加すること
により、同期回路３６の出力信号に応答する。制御回路
３０の出力線３８，４０は、それぞれ液晶素子２６，２
８のスイッチング制御入力端に接続される。制御回路３
０から約２００〜５００Ｈｚの比較的低周波のＡＣ電圧
信号を印加すると、液晶素子は「オフ」状態となり、こ
の素子を通過する光線の偏光面を９０゜回転する。制御
回路３０から約８０〜１００ＫＨｚの比較的高周波出力
ＡＣ電圧を印加すると、液晶素子は「オン」状態とな
り、この素子を通過する光線の偏光面の回転は行わな
い。

【００３０】従って、最初のインターバル中は、出力線
３８に低周波が現われて液晶素子２６を「オフ」状態に
なし、出力線４０には高周波信号が現われて液晶素子２
８を「オン」状態にする。そこで、赤色光線が偏光フィ
ルタ２の吸収軸１０を通過し、白色光線が透過軸１６を
通過する。液晶素子２６は「オフ」状態であるので、偏
光フィルタ２を通過する光線の偏光面は９０゜回転され
て、赤色光線が偏光フィルタ４の透過軸１８に入射し、
白色光線が吸収軸１２に入射する。偏光フィルタ４はそ
の吸収軸１２を介して緑色光線のみを、また透過軸１８
を介して赤色光線を通過させる。また、液晶素子２８は
「オン」状態であるので、そこを通過する光線の偏光面
は変化しない。偏光フィルタ６はその吸収軸１４に入射
する緑の光を通過させないが、その透過軸２０に入射す
る赤色光線を通過させる。従って、第一インターバル
中、光源２２からの赤色以外の光線は除去される。

【００３１】第二のインターバル中は、出力線３８，４
０に現われる低周波信号が両液晶素子２６，２８を共に
「オフ」状態にする。そこで液晶素子２６が「オフ」状
態であった第一インターバルと同様に偏光フィルタ４は
吸収軸１２に緑色光のみを、また透過軸１８に赤色光を
通過させる。液晶素子２８も「オフ」状態であるので、
それを通る光の偏光面は９０゜回転され、赤色光は偏光
フィルタ６の吸収軸１４に入射し、緑色光は透過軸２０
に入射する。偏光フィルタ６は吸収軸１４をどの光も通
過させず、透過軸２０から緑色光を通過させる。従っ
て、この期間中は光源２２のうち緑色以外の光線は除去
される。

【００３２】第三インターバル中は、出力線３８に現わ
れる高周波信号成分は液晶素子２６を「オン」状態に
し、出力線４０上の低周波信号が液晶素子２８を「オ
フ」状態にする。偏光フィルタ２の吸収軸１０を赤色光
が通過し、透過軸１６を白色光が通過する。液晶素子２
６は「オン」状態であるので、それを通過する光の偏光
面は不変である。偏光フィルタ４は吸収軸１２にどの光
も通過させず、透過軸１８に白色光を通過させる。液晶
素子２８は「オフ」状態であるので、それを通る白色光
の偏光面は９０゜回転させ、白色光が偏光フィルタ６の
吸収軸１４に入射して青色光のみを通過させる。従っ
て、第三インターバル中は、光源２２からの光線中青色
以外は除去される。

【００３３】白色光の出力状態は、両液晶素子２６，２
８が「オン」状態の時出力され、偏光フィルタを通過す
る光の偏光面を回転させない。偏光フィルタ２の吸収軸
１０を赤色光は通過するが、偏光フィルタ４の吸収軸１
２で阻止される。白色光は透過軸１６，１８および２０
を通過する。

【００３４】表１は、上述した液晶素子２６，２８の各
スイッチング状態において得た光出力の色をまとめて示
している。

【００３５】

【表１】

【００３６】上述した切り換え可能なフィルタは、各偏
光フィルタの偏光軸を他の偏光フィルタの偏光軸に対し
て０゜または９０゜とし、かつ平行面とすることによ
り、出力光の色を三原色の一つまたは白色にできること
がわかった。

【００３７】これは、各インターバル毎に光源２２に存
在する画像情報に対応する色の光像を得られることを意
味する。

【００３８】上記のようなカラーフィルタ１を、従来の
色分離用カラーフィルタを装着していない撮像素子の前
面に配置し、ある対象物を撮像した場合、各インターバ
ルで図２に示すような画像が得られる。すなわち、図２
（Ａ）のような撮像画像中、第一のインターバルでは、
赤色成分だけがフィルタを通過するので、赤（領域
（ａ））、黄（領域（ｂ））、白（領域（ｃ））の部分
の光情報が撮像素子で検出される。黄色は赤と緑の混
色、白は赤と緑と青の混色と考えられるからである。第
二のインターバルでは、緑色の成分だけがフィルタを通
過するので、緑（領域（ｂ））、黄（領域（ｂ））、白
（領域（ｃ））の部分が、同様に第三のインターバルで
は青（領域（ｄ））、白（領域（ｃ））の部分が撮像素
子で検出されるので、図２（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の信
号を同時化して合成すれば、元の画像（Ａ）が得られる
ことになる。これが本発明の実施例１の原理である。

【００３９】次に、図３を用いて本発明の一実施例の構
成を説明する。同図において、２２は例えば図２（Ａ）
に示したような撮像対象物（被写体）、５０は光情報検
出装置、４１は撮影用の光学レンズ、１は図１で示した
カラーフィルタ、１７は撮像素子、１２はプリアンプ、
４２，４３，４４は各インターバルで検出されるＲ，
Ｇ，Ｂ成分信号を記憶するフィールドメモリで、各々２
フィールド分の記憶素子から構成されている。４５はフ
ィールドメモリからの出力（Ｒ，Ｇ，Ｂ）より輝度信号
や色差信号を生成する演算回路、４６はフィールドメモ
リ４２，４３，４４の書き込み・読み出しのタイミング
等を制御するメモリコントロール回路、４７は各回路の
動作タイミングを決定するための基準クロックを発生す
る基準クロック発生回路、４８は撮像素子１７の蓄積電
荷を転送するための駆動回路である。４９はプリアンプ
からのアナログ信号をメモリに書き込むためディジタル
信号に変換するアナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）
である。

【００４０】被写体２２から発せられた光は光学レンズ
系４１を通り、撮像素子１７の感光部（図示せず）に焦
点を結ぶ。その光路の途中にカラーフィルタ１を設置
し、制御回路３０からの出力線３８，４０で上述したよ
うにカラーフィルタ１内の偏光回転スイッチを制御し、
フィルタの偏光特性を変え、透過してくる光の色成分を
表１に示したごとく決定する。すなわち、第一，第二，
第三インターバルでは、各々Ｒ，Ｇ，Ｂ成分しか撮像素
子１７に到達しない。従来のカラーフィルタと違う点
は、各インターバル中撮像素子の全画素が一つの色成分
に対し、その成分の強さに依って電荷蓄積量（光電変換
量）を変えるということである。従って、Ｎ画素ある撮
像素子はＮ画素だけの解像度を得られるわけである。

【００４１】撮像素子１７の出力はプリアンプで増幅さ
れ、次のＡ／Ｄ４９でディジタル信号に変換され、フィ
ールドメモリ４２，４３，４４に記憶される。本実施例
の場合、フィールド順次であるため、同時にはＲ，Ｇ，
Ｂの情報が得られないので、一度メモリに格納し、１フ
ィールド分の情報が得られた後、同期式にメモリから
Ｒ，Ｇ，Ｂの情報を読み出し、合成する必要がある。そ
のメモリの書き込み、読み出しを行うのがメモリコント
ロール回路４６で、それを用いた時の撮像素子出力とメ
モリのタイミングコントロールを図４で説明する。本実
施例での撮像素子は、ＮＴＳＣ標準テレビジョン信号を
出力するものとして、フィールド周期１／６０秒で説明
を行う。

【００４２】図４において、撮像素子出力としてＲ，
Ｇ，Ｂ成分の信号が時間的に直列（順次）に出力され
る。各Ｒ，Ｇ，Ｂチャンネルの電荷蓄積時間とフィール
ドメモリの書き込み時間の和は、同等に表されている
が、これは感度の低いチャンネルの時間長を長くとった
りすることも可能である。とにかく、１フィールド（１
／６０秒）の１／３程度（１／１８０秒）の間に、露光
し、電荷蓄積を行い、電荷を転送し、フィールドメモリ
へ書き込むわけである。第ｎフィールドでの撮像素子の
出力は、２フィールド分あるフィールドメモリ４２，４
３あるいは４４の第一のフィールドメモリの方に記憶さ
れる。この時、第二のフィールドメモリは、その前のフ
ィールド（ｎ−１）の各チャンネルの信号を１フィール
ドかけて読み出している。次の第（ｎ＋１）フィールド
では、撮像素子１７からの各チャンネル出力は第二のフ
ィールドメモリに記憶され、第一のフィールドメモリ
は、前のフィールドで記憶された各チャンネルの信号を
やはり１／６０秒かけて各チャンネル同期して読み出さ
れる。このように、本実施例では、前のフィールドの各
チャンネルの信号を同期して読み出すことで、被写体本
来の画像を再構成することができる。

【００４３】この実施例と従来例を感度の面から比較し
た場合、電荷蓄積時間が約１／３になっているが、光を
受ける受光素子（画素）数が４倍になっているため約４
／３倍となることがわかる。

【００４４】上記実施例１ではＲ，Ｇ，Ｂのフィルタを
通過してきた情報よりフルカラー画像を構成するような
例を示したが、一つの色情報だけを検出したり、三原色
の割合から色の判別を行うようなことも可能である。こ
のような実施例として、まずクロマキーと呼ばれる特殊
効果技術への応用を揚げ説明する。

【００４５】クロマキーとは、図５（Ａ）に示したよう
に、対象となる画像（この実施例では車）を一定色相
（この実施例では青：ブルーバック）を背景にして撮影
し、色の情報を手だてに領域を分割する。すなわち、背
景の部分では、例えば論理レベルＬに、車の部分では論
理レベルＨになるようなキー信号を作りだし、これより
図５（Ａ）と図５（Ｂ）（外部からの入力画像信号）を
ある割合で加算して、あるいは切り換えて、新たな一つ
の画像をつくり出す技術である。

【００４６】従来のクロマキー装置には、二つの同期検
波器で色信号の位相を見い出すラインクロマキーがある
が、画面合成の境界部でジッタを生じたり、クロマキー
バックのかぶりによる青い縁取りが出たりして見苦しい
画像になることがあった。そこで、最近は、この点を改
善したソフトクロマキーが一般に用いられている（日本
放送協会編「放送技術双書４」テレビジョン番組製作技
術・１３０〜１３３ページ参照）。その回路構成を図６
に、信号分布とキー波形を図７に示す。

【００４７】図７（ａ）のようにクロマキーブルーと被
写体との境界部を拡大してみると、撮像素子の画素の並
びは図７（ｂ）のようになっているので、クロマキーブ
ルー信号と被写体信号は図７（ｃ）のように互いに交差
したすそ特性をもっている。上記のラインクロマキーで
は、図７（ｅ）のように波形整形したキー信号に作り替
え、これで二つの映像信号をスイッチングゲートしてい
る。これに対して、ソフトクロマキーでは、図７（ｄ）
のようにクロマキーブルー信号のレベル分布そのままの
なだらかな波形のキー信号を得て、これで二つの映像信
号をソフトゲートしている。このようにソフトクロマキ
ーでは、クロマキーブルーの波形をそのまま直線性とＳ
／Ｎ比を劣化させることなく抽出し、これで増幅器をリ
ニアゲートさせることによってはめ込み画像の輪郭が背
景画像に自然になじんだ画面合成を実現させている。

【００４８】図６はソフトクロマキー装置の回路構成を
示しており、図中の一点鎖線内（Ａ）は、通常のクロマ
キー装置にほぼ等しい構成であり、ここでハードキーを
得ている。また、（Ｂ）はソフトキー発生部であり、
（ｃ）は色消去部である。ソフトキー発生部（Ｂ）で
は、ＮＡＭ回路の入力でハードキーとソフトキーのどち
らか一方のみとするモードと、二つのキー信号をミック
スするモードを合わせて、三つのキーモードが使い分け
られるようにしてある。

【００４９】このようなソフトクロマキー装置でも、通
常のカラーフィルタを用いたカメラからのＲ，Ｇ，Ｂ入
力は各色成分が同時に読みだされているため、カラーフ
ィルタの配列により前述したドットクロールやクロスカ
ラーなどの妨害成分が発生し、クロマキーのキー信号が
精度良く得られなかった。これはまた、前述したよう
に、撮像素子の画素密度がカラーフィルタによって実質
低下していることも原因にあげられる。ブルーバックと
被写体との色分離の難しさは、画素間隔が広がれば広が
るほどその度合は増してくる。さらに、従来のクロマキ
ー装置は、図６からもわかるように、非常に回路規模が
大きく、民生用のカメラ等小型軽量安価を狙うものには
適していなかった。

【００５０】実施例２．このような点に鑑みてなされた
のが本実施例２におけるクロマキー装置（図８）であ
る。これは実施例１（図３）にキー信号作成回路５１と
加算回路５２と外部入力端子５３を付加しただけの構成
である。それ以外の部分は実施例１と全く同じ回路で同
じ動作であるので、説明を省略するが、Ｒ，Ｇ，Ｂのフ
ィールドメモリ４２，４３，４４からの出力により、キ
ー信号作成回路５１でクロマキー信号を作り、その信号
の大きさにより、演算回路４５からの画像信号と外部入
力端子５３からの画像信号をある割合で加算するように
したものである。

【００５１】このクロマキー装置の中心となるキー信号
作成回路５１の構成を図９に示す。ここでは、Ｒ，Ｇ，
Ｂ信号は、各々フィールドメモリ４２，４３，４４から
読み出された８ビットのディジタル信号とする。この
Ｒ，Ｇ各８ビットのデータを加算回路５４で加算した出
力を、除算回路５５でＢ８ビットのデータにより除算す
る。この除算回路５５の出力を、ディジタル−アナログ
変換器（Ｄ／Ａ）５６によりアナログ値に変換し、図８
の加算回路５２の制御端子に入力する。この制御端子の
電圧値により、演算回路４５から画像信号のゲインと外
部入力端子５３からの画像信号のゲインを変えるように
構成する。

【００５２】例えば、図５（Ａ）のようなブルーバック
の中に被写体（車）がある場合、ブルーバックではＢ成
分が大きくＲ，Ｇ成分は０であるため除算器５５の出力
は０となるので、そのＤ／Ａ変換出力電圧５７は０とな
る。この０出力電圧５７によって、外部入力端子５３か
らの画像信号はそのまま加算器５２に入力され、演算回
路４５からの画像信号は０にする。すなわち、スイッチ
ング動作を行って、外部入力端子５３からの信号だけを
通過させるように動作する。また、被写体とブルーバッ
クの境界部では、なだらかにＢとＲ＋Ｇ成分が図７
（ｃ）のように変化するので、除算回路５５の出力は徐
々に大きくなってくる。この出力の増大に対応して、演
算回路４５側のゲインを０から次第に大きくすること
で、加算回路５２の加算比率をリニアに変えてやれば、
ソフトクロマキーと同様被写体とブルーバックの境界部
分もきれいにつなぐことができる。

【００５３】以上のように構成すれば非常に簡単な回路
でクロマキーを作成でき、また、実施例１と同様のフィ
ールド順次カラー方式をとっているので、解像度が高い
ため精度の良い画面合成が可能となる。さらに、このク
ロマキーにおけるキー作成を用いれば、画像の特定色の
領域を抽出することができるため、テレビビジョン放送
等で使われている色変換や色補正なども簡単に実現でき
る。また、撮像素子の前に電気光学フィルタを置くこと
で、その撮像装置を検知器として用いることもできる。
例えば、監視用のカメラとして本実施例２のような光情
報検出装置を用いれば、赤色の領域を検出し火災の発生
などをすばやく、しかも少ない回路で検知できるように
なる。

【００５４】上記実施例１，２では、撮像素子を用いた
いわゆるビデオカメラをもとに説明したが、これはビデ
オカメラに限定されるものではなく、同様の撮像素子を
用いたカラーイメージスキャナのスキャナ部にも応用が
可能である。この場合、上記実施例１，２のようにＲ，
Ｇ，Ｂの三原色ではなく、フィルタの波長選択性を変
え、マゼンタ，シアン，イエローなどにしても全くその
効果はかわらない。

【００５５】実施例３．次に、実施例１と同様の撮像素
子とカラーフィルタを用いて、撮像対象物の色を識別
し、それをもとに対象物を仕訳する色識別装置を構成す
ることができる。この装置の構成を図１０で説明する。
実施例１の図３中の演算回路４５を除き、新たに色成分
判定回路６０と第二記憶手段としてリードオンリメモリ
（ＲＯＭ）６１を追加したものである。

【００５６】この色識別装置は、例えば野菜や果物など
の仕分け、あるいは工業製品の欠陥の発見などに用いら
れている。これは、予め対象物の一つの状態（例えば野
菜や果物の鮮度や甘味についての出荷判定基準）を測定
しておき、そのデータをＲＯＭ６１に記憶させて、実際
の仕分け作業時には、その記憶データと仕分けされる対
象物の測定データを比較し、出荷判定基準を越えるか否
かを判定するものである。

【００５７】例えば、果物の熟している時のＲ，Ｇ，Ｂ
のデータを、フィールドメモリ４２，４３，４４から各
々読み出して、それらを熟した時のデータとしてＲＯＭ
６１に記憶する。あるいは、熟していない状態の果物の
Ｒ，Ｇ，Ｂデータを同様にフィールドメモリから出力
し、ＲＯＭ６１に記憶してもよい。実際の果物の仕分け
に際しては、次々果物を撮像素子で撮像し、実施例１で
説明した様に順次Ｒ，Ｇ，Ｂ成分を取り出す。フィール
ドメモリ４２，４３，４４から読みだしたデータは、色
成分判定回路に入力されるが、ここで外部からエリア信
号６３を入力し、比較する画像の領域、すなわち対象と
なる果物の画像を指定する。すると、その部分だけの
Ｒ，Ｇ，Ｂデータが選択され、それらのデータとＲＯＭ
６１に格納されているＲ，Ｇ，Ｂデータが順次比較され
る。比較結果はＲ，Ｇ，Ｂの３次元空間のノルム（距
離）として表わされ、熟した時のデータに近いかどうか
の判定がなされる。

【００５８】このようにして判定された結果６２より、
対象となる果物を出荷してよい物かそうでない物かを自
動的に仕分けしていくことが可能となる。本実施例３の
場合も、解像度が高いため、対象物が小さくても、ある
いは一度にたくさんの対象を撮像する場合、撮像レンズ
が広角となるため対象画像が小さくなっても容易に色を
識別することが可能となる。

【００５９】以上の各実施例では、従来のフルカラー画
像をフルカラー画像として撮像し、フルカラー画像とし
て再構成したり、色情報を検出したりする例を揚げてき
たが、従来白黒あるいは単一色での情報伝送を行ってい
たものを、本発明に係るカラーフィルタと光電変換素子
を用いることで情報伝送量を大幅に向上させることがで
きる。

【００６０】例えば、図１１は赤外線などを用いたリモ
ートコントロール装置であり、図中の７０，７１，７２
は赤外線などの発光素子、７３，７７，８１は赤外線フ
ィルタ、７４，７８，８２は集光レンズ、７５，７９，
８３は赤外線などの受光素子、７６，８０，８４は受光
素子からの出力信号から伝送されてきた信号内容を復号
するデコーダ回路である。通常は、７０，７３，７４，
７５，７６からなる一組のリモートコントロール装置
で、例えばテレビなどのいわゆるリモコンが実現されて
いるわわけであるが、複数の情報伝送を同時に行う場合
は、図１１のように複数組のリモートコントロール装置
が必要になってくる。すなわち、発光素子７０，７１，
７２の光の波長を変え、フィルタ７３，７７，８１の波
長選択性を各々の発光素子に対応させることで同時伝送
を行っていた。しかしながら、このような方法では伝送
チャンネルが増えればそれだけリモトコントロール装置
数も増大し、多くのハードウェアが必要になる。

【００６１】このような点を回避するために、図１２に
示すような光伝送システムが考えられている。すなわ
ち、発光素子７０，７１，７２のそれぞれにおいて、発
光素子の区別をつけるためのＩＤパルスを伝送データの
前に付加し、デコーダ回路７６の出力で、まずＩＤパル
スを読みとり、どの発光素子からの伝送データであるか
判別する。この後、伝送データを読むことで一組の受光
系（７３，７４，７５，７６）で多くの発光素子のデー
タを受けることが可能となる。しかし、この場合、図１
１のシステムに比べてデコーダ回路７６の回路は非常に
複雑になる。なぜなら、各発光素子のＩＤパルスの周波
数やデューティ比の違いを検出するとともに、ＩＤパル
スと伝送データの違いも検出しなければならないからで
ある。

【００６２】実施例４．本発明の実施例４はこのような
問題点を改善するためのもので、図１３にその構成を示
す。同図において、８５は赤色の発光素子、８６は緑色
の発光素子、８７は青色の発光素子である。受光系は、
集光レンズ４１、電気光学フィルタ１、受光素子８８、
デコーダ回路８９および電気光学フィルタの制御回路３
０で構成されている。

【００６３】次に、動作を説明する。各色の発光素子８
５，８６，８７は同時に発光し、光伝送を行う。この
時、受光系の電気光学フィルタは、実施例１で説明した
波長選択性をオン、オフできるようなカラーフィルタ１
で、制御回路３０からの信号３８，４０により、例えば
Ｒ，Ｇ，Ｂの選択を表１に従って行うものとする。すな
わち、例えばＲ，Ｇ，Ｂのフィルタを順次切り換えてい
くことと等価となる。この信号３８および４０をデコー
ダ回路８９にも入力し、現在どの色のフィルタが働いて
いるかわかるようにすれば、非常に簡単な回路で多くの
発光素子からの情報を受けることができる。このよう
に、発光側は同時に信号を伝送し、受光側で順次Ｒ，
Ｇ，Ｂ信号としてデコードしていけば少なくとも３チャ
ンネル分の信号伝送は可能となる。

【００６４】なお、上記実施例４では、リモートコント
ローラを例に揚げ説明したが、これは制御信号の伝送ば
かりでなく、画像（映像）信号をＲ，Ｇ，Ｂ成分に分解
して（すなわちコンポーネントで）伝送することも考え
られる。ハイビジョン信号等の広帯域信号では、発光お
よび受光素子の帯域がそのような広帯域信号伝送には不
足であるので、３チャンネル（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に分解して
１チャンネル当りの伝送帯域を低減する必要がある。発
光素子８５，８６，８７にＲ，Ｇ，Ｂ成分を各々変調し
た信号を入力し、電気光学フィルタ１を介して受光素子
８８で受ける。この受光素子８８からの出力信号をデコ
ーダ８９の代わりに復調回路を設けることで画像信号を
得ることができる。復調回路からの出力信号は当然Ｒ，
Ｇ，Ｂ成分がフィールド順次で出てくるので、本発明の
実施例１のようにこれらの信号を同時化するような記憶
手段を必要とすることは言うまでもない。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば対象物
と光電変換装置との間に、透過光あるいは遮断光の波長
を選択でき、その波長の選択手段を電気的にオン、オフ
する機能を有したフィルタを設けたので、高解像度で高
感度な光情報検出装置が得られる効果がある。

【００６６】また、Ｒ，Ｇ，Ｂ成分毎にフィールドメモ
リに記憶され、その記憶データをもとにキー信号作成回
路でクロマキー信号を作り、そのクロマキー信号により
二つの画像信号の加算比率を変えられる合成手段を設け
たので、簡単な回路構成で画像のエッジ部もきれいなク
ロマキー装置が得られるとともに、色変換、色補正ある
いは色検知器としても使うことが可能となる。

【００６７】また、予め対象物のある状態における色成
分をメモリに記憶しておき、実際の対象物一つ一つと色
成分判定回路で比較するようにしたので、簡単な回路構
成でしかも高い精度で物体のもつ色の判定を自動的に行
えるようになる。

【００６８】また、中心波長の異なる複数の発光素子
と、波長の選択手段を電気的にオン、オフできるフィル
タを受光素子の前に配置したので、複数の伝送チャンネ
ルを一つの受光系で賄うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるカラーフィルタの構
成図である。

【図２】実施例１のカラーフィルタを通過してくる色成
分の説明図である。

【図３】実施例１による光情報検出装置の構成を示すブ
ロック回路図である。

【図４】実施例１の撮像素子出力とフィールドメモリの
タイミングを示す図である。

【図５】この発明の実施例２におけるクロマキー機能の
原理を説明する図である。

【図６】従来のソフトクロマキー装置の回路構成を示す
ブロツク回路図である。

【図７】この従来のクロマキー装置における信号分布と
キー信号波形を示す図である。

【図８】実施例２のクロマキー装置の構成を示すブロッ
ク回路図である。

【図９】実施例２のキー信号作成装置の構成を示すブロ
ック回路図である。

【図１０】この発明の実施例３における色識別装置の構
成を示すブロック回路図である。

【図１１】従来のリモートコントロール装置の構成を示
す図である。

【図１２】従来のリモートコントロール装置の他の構成
例を示す図である。

【図１３】この発明の実施例４におけるリモートコント
ロール装置の構成を示すブロック回路図である。

【図１４】従来の撮像素子の色分離用カラーフィルタの
構成例を示す図である。

【図１５】従来の撮像素子の色分離用カラーフィルタの
他の構成例を示す図である。

【図１６】固体撮像素子の撮像面を構成する回路図であ
る。

【図１７】固体撮像素子出力信号の処理回路例を示すブ
ロック回路図である。

【図１８】光学的ローパスフィルタを用いた固体撮像素
子の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１フィルタ２波長選択手段４波長選択手段６波長選択手段１７撮像手段（撮像素子）４２第一記憶手段（フィールドメモリ）４３第一記憶手段（フィールドメモリ）４４第一記憶手段（フィールドメモリ）４５演算手段５０光情報検出装置５１キー信号作成手段５２合成手段（加算器）６１第二記憶手段（ＲＯＭ）６２色成分判定手段８５発光手段（発光素子）８６発光手段（発光素子）８７発光手段（発光素子）８８受光手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物と、前記対象物からの光情報を電
気情報に変換する光電変換装置との間に、透過光あるい
は遮断光の波長を選択でき、前記波長の選択手段を電気
的にオン、オフする機能を有したフィルタを備えたこと
を特徴とする光情報検出装置。
【請求項２】中心波長がほぼ光の三原色あるいはそれ
らと補色関係にある三色となる波長選択手段と、前記波
長選択手段を電気的にオン、オフできるフィルタの透過
光より画像信号を得る撮像手段と、前記撮像手段からの
前記フィルタにより選択された色光毎に得られる画像信
号を区別して記憶する第一記憶手段と、前記第一記憶手
段からの画像信号よりカラー画像を構成する演算手段を
備えたことを特徴とする光情報検出装置。
【請求項３】前記第一記憶手段からの画像信号より特
定色の領域を検出するキー信号作成手段と、前記演算手
段からの画像と外部からの画像を前記キー信号作成手段
の出力により切り換えるか、あるいはそれら二つの画像
信号の加算比率を可変する合成手段とを備えたことを特
徴とする請求項２に記載の光情報検出装置。
【請求項４】対象物の分光分布特性を予め記憶させて
おく第二記憶手段と、前記第一記憶手段の三色の成分毎
に記憶された画像信号と前記第二記憶手段の分光分布特
性データとを比較する色成分判定手段を備えたことを特
徴とする請求項２に記載の光情報検出装置。
【請求項５】前記波長選択手段の各中心波長と発光の
中心波長がそれぞれほぼ等しい複数の発光手段と、前記
フィルタと、一つの受光手段を備えたことを特徴とする
請求項２に記載の光情報検出装置。