JPH0644824B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は例えば電荷結合撮像素子等の固体撮像素子を
用いてなる固体撮像装置に関する。

（従来の技術） 近時、この種の固体撮像装置は焼付きや画像歪がなく、
定残像を実現し得るうえ、省電力化及び小形・軽量化が
図り得ることから、テレビジョンカメラを始めとして、
高画質指向の放送用スタジオカメラ等としても用いられ
ている。

第８図は従来の固体撮像装置を示すもので、レンズ１を
通過した光学像は色分解プリズム２で赤色（以下Ｒと記
す）光、緑色（以下Ｇと記す）光、青色（以下Ｂと記
す）光、に分解された後、固体撮像素子３_Ｒ，３_Ｇ，３
_Ｂに入力される。同時に、この固体撮像素子３_Ｒ，
３_Ｇ，３_Ｂはパルス発生回路４のパルスにより駆動回路
５を介して駆動され、その光学情報をそれぞれ電気信号
に変換する。この各電気信号は増幅器６_Ｒ，６_Ｇ，６_Ｂ
で白バランス調整がなされた後、プロセス回路７_Ｒ，７
_Ｇ，７_Ｂでガンマ補正等の各種非線形処理がなされる。
このうちＧ信号は１水平走査期間（以下１Ｈと記す）遅
延線８，１３及び輪郭補正信号発生回路９に入力され、
垂直及び水平方向の輪郭補正信号が生成される。この
際、垂直方向の輪郭補正は画像信号の立上がり及び立下
がりの部分でそれぞれオーバシュート及びアンダーシュ
ート信号を付加するいわゆる２Ｈ型輪郭補正がなされ
る。固体撮像素子３_Ｒ，３_Ｇ，３_Ｂにおける光学的設置
位置は第９図に示すようにＲ，Ｂ用の固体撮像素子
３_Ｒ，３_Ｂに対してＧ用の固体撮像素子３_Ｇが１ライン
ずれた位置に設定され、上記輪郭補正回路９の出力信号
は、１Ｈ信号であるＧ信号と零Ｈ信号であるＲ，Ｂ信号
にそれぞれ加算回路１０_Ｇ，１０_Ｒ，１０_Ｂへ供給され
加算される。次に、これらＲ，Ｇ，Ｂ信号はエンコーダ
回路１１に入力され、出力端子から標準テレビジョン信
号のＮＴＳＣ信号として出力される。

ところで、上記固体撮像素子３_Ｒ，３_Ｇ，３_Ｂはその水
平解像度が従来の撮像管に比して劣るために、その設置
方式として、各固体撮像素子３_Ｒ，３_Ｇ，３_Ｂ間におけ
る水平方向の設置位置を各画素の無感光部に対して他の
撮像素子の感光部が対応するように水平方向に半画素ピ
ッチだけずらしたいわゆる空間画素ずらし法が採用され
ている。これにより、各固体撮像素子３_Ｒ，３_Ｇ，３_Ｂ
の水平方向の画素数は見掛けの約２倍となり、水平解像
度が２倍となる。すなわち、水平解像度は水平画素で決
まるナイキスト周波数により決定されることから、互い
に半画素ピッチずれている撮像素子のモアレ成分が互い
にπ位相となり、交互に補間してモアレ成分が打消され
て水平ナイキスト成分が２倍化するものである。

しかしながら、上記固体撮像装置では、その画素ずらし
法の構成上、モアレ成分として固体撮像素子３_Ｒ，
３_Ｇ，３_Ｂの２個間においてπ位相が正確に保たれてい
ないと、高解像度効果が急速に低下するという問題を有
していた。これは、Ｇ信号のみに付加される１Ｈ遅延線
８，１３に起因する新たなモアレ成分によるものであ
る。

即ち、これによれば、広帯域化が要請される放送用スタ
ジオカメラに適用する場合は、その１Ｈ遅延線８，１３
の構成上、電気信号を超音波に変換した後に、遅延する
いわゆる超音波ガラス遅延線を採用して、入力信号を所
定の周波数で変調してから遅延し、その後、復調して元
の信号を得るように構成することが必要となる。このた
め、信号処理としては、標本化定理が適用されて、復調
後の信号に対して搬送波周波数のナイキスト限界で規定
されるモアレ成分が新たに付加されてしまうという問題
があった。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は上記の高解像度効果が低下するという問題を
解決するためになされたもので、簡易な構成で、かつ可
及的に理論限界の高解像度効果を実現し得るようにした
固体撮像装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は垂直方向に対して空間的相対位置が同位相に
設置され、水平方向に対して１個の設置位置を基準とし
て少なくとも他の１個が前記水平方向の半画素ピッチの
奇数倍ずれて配設された３個の固体撮像素子と、この３
個の固体撮像素子のうち第１の位置に配設された固体撮
像素子の出力信号と前記半画素ピッチの奇数倍ずれて配
設された固体撮像素子の出力信号とから輝度信号の高域
成分を合成する回路と、前記輝度信号の低域成分を前記
３個の固体撮像素子の出力信号の低域成分に付加して広
帯域の３原色信号を合成する加算回路と、前記広帯域３
原色信号から標準テレビジョン信号の混合比で広帯域輝
度信号を合成する回路と、少なくとも１水平走査期間遅
延させる遅延線を有し、該遅延線で遅延した信号を前記
広帯域輝度信号に加算して垂直及び水平方向の輪郭補正
を施す回路とを備えたことを特徴とする。

（作用） 上記構成により、１水平走査期間遅延線を通過する前に
輝度信号の高域成分を合成して該１水平走査期間遅延線
に起因するモアレ成分の発生を阻止し、２個の固体撮像
素子間における正確なπ位相のモアレ成分を実現したも
のである。

（実施例） 以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る固体撮像装置を示す
ものである。すなわち、撮像レンズ２１を介して入射さ
れた光学像は分光特性調整フィルタ２２、光学低域通過
フィルタ（以下、光学ＬＰＦと記す）２３及び１／４波
長板２４を介して色分解光学系２５に入光される。する
と、この色分解光学系２５は入射光を３原色Ｒ，Ｇ，Ｂ
光に分解し、その原色光を固体撮像素子２６_Ｒ，２
６_Ｇ，２６_Ｂの感光面上に結像せしめる。なお、光学Ｌ
ＰＦ２３は固体撮像素子２６_Ｒ，２６_Ｇ，２６_Ｂの１個
の水平方向のサンプリング周波数にトラップ特性を持つ
ように例えば水平方向６００画素の場合で、１０．７Ｍ
Hzの厚さ寸法に形成されている。また、１／４波長板２
４は光学ＬＰＦ２３で偏光された入射光を元に戻すもの
である。

上記固体撮像素子２６_Ｒ，２６_Ｇ，２６_Ｂには例えば垂
直方向５００画素、水平方向６００画素が配列されてお
り、第２図に示すようにテレビジョンのインターレース
用の垂直転送部６２に２個の受光素子６７，６８が対応
されている。１個の垂直転送部６２は４個の電極６３〜
６６に分割されている。そして、上記固体撮像素子２６
_Ｒ，２６_Ｇ，２６_Ｂはパルス発生回路２７からの信号に
より駆動回路２８が発生する固体撮像素子駆動用のパル
スの一部が第２図に示すように４個の端子６１（第２図
参照）に４相の垂直転送パルスとして加えられる。これ
により、各受光素子６７，６８，…の信号電荷はその垂
直ブランキング期間を利用して垂直転送部６２，…に読
出され、その後に水平ブランキング期間を利用して垂直
方向に次々と転送される。そして、垂直転送部６２，…
の最終段６９に転送された信号電荷は水平ブランキング
期間に水平転送部７１に読出され、この水平転送部７１
に対して加えられる２個の端子７０から２相のパルスに
より水平転送されて出力部７２より読出される。

また、上記固体撮像素子２６_Ｒ，２６_Ｇ，２６_Ｂはその
空間的相対配設位置が垂直方向に対しては同一の位相で
配設され（第９図とは異なる）、水平方向に対しては例
えば第３図に示すようにＧ用の固体撮像素子２６_Ｇが
Ｒ，Ｂ用の固体撮像素子２６_Ｒ，２６_Ｂに対して半画素
ピッチずらして配設され、相互の不感光領域に受光素子
が対応されている。そして、これら固体撮像素子２
６_Ｒ，２６_Ｇ，２６_Ｂには上記駆動回路２８からＧ用が
Ｒ，Ｂ用に対して半画素だけずれた水平転送パルスが供
給され、その光学的位置関係に対応される。

ここで、上記固体撮像素子２６_Ｒ，２６_Ｇ，２６_Ｂの各
出力信号は増幅器２９_Ｒ，２９_Ｇ，２９_Ｂで所定のレベ
ルに増幅されるとともに白バランス調整がなされた後、
プロセス回路３０_Ｒ，３０_Ｇ，３０_Ｂに導かれてガンマ
補正及び白クリップ等の非線形処理が施される。このプ
ロセス回路３０_Ｒ，３０_Ｇ，３０_Ｂの出力はその一部が
それぞれ遮断周波数５ＭHzの第１乃至第３のＬＰＦ３１
_Ｒ，３１_Ｇ，３１_Ｂを通ってナイキスト限界以上の成分
が除去された後、第１乃至第３の加算器３７_Ｒ，３
７_Ｇ，３７_Ｂに加えられる。

一方、上記プロセス回路３０_Ｒ，３０_Ｇ，３０_Ｂの出力
信号における他の一部は輝度信号の高域成分合成回路３
２の第１の広帯域輝度信号合成回路３３に導かれて広帯
域輝度信号Ｙ_Ｗが合成される。この第１の広帯域輝度信
号合成回路３３は例えば第４図に示すようにその端子８
１，８２，８３に対してＥ_Ｇ，Ｅ_Ｒ，Ｅ_Ｂ信号が供給さ
れると共に、その端子８７，８８にはそれぞれゲートパ
ルスＰ_Ｇ，Ｐ_ＲＢが第５図に示す所定のタイミングで供
給される。このＥ_Ｒ，Ｅ_Ｂ信号は増幅器８４，８５でレ
ベル調整された後、加算回路８６で加算され、Ｅ_Ｇ信号
と同レベルに調整される。そして、第１の広帯域輝度信
号合成回路３３はＥ_Ｇ，Ｅ_Ｒ＋Ｅ_Ｂ信号の各ゲート回路
９０，９１が並列接続されており、このゲート回路９
０，９１のゲート出力はトランジスタ９２を介して出力
端子８９に導出される。しかして、上記広帯域輝度信号
Ｙ_ＷはＥ_Ｇ，Ｅ_Ｒ＋Ｅ_Ｂ信号が互いにπ位相ずれている
ので、互いにπ位相の関係にあるゲートパルスＰ_Ｇ，Ｐ
_ＲＢでゲートした後に、補間することにより得られる。
これにより、広帯域輝度信号Ｙ_Ｗのナイキスト周波数は
理論的に２倍の１０．７４ＭHzとなり、水平解像度が約
８００ＴＶ本となる。なお、増幅器８４，８５の増幅率
は無彩色被写体の場合、Ｅ_Ｇ，Ｅ_Ｒ＋Ｅ_Ｂ信号のレベル
を等しく設定することにより、再生画像の全体としての
解像感が向上される。

次に、広帯域輝度信号Ｙ_Ｗは上記第１乃至第３のＬＰＦ
３１_Ｒ，３１_Ｇ，３１_Ｂと同じ遮断周波数の第４のＬＰ
Ｆ３４を通してナイキスト限界以上の不要な高域成分が
除去されてＹ_Ｌ信号となされて減算回路３６に導かれ
る。同時に、広帯域輝度信号Ｙ_Ｗは第４のＬＰＦ３４と
同じ遅延時間を有した第１の遅延線３５を介して上記減
算回路３６に導かれ、該減算回路３６で上記Ｙ_Ｌ信号が
減算されて高域成分Ｙ_Ｈ（＝Ｙ_Ｗ−Ｙ_Ｌ）を得る。そし
て、このＹ_Ｈ信号は第１乃至第３の加算回路３７_Ｒ，３
７_Ｇ，３７_Ｂに導かれ、広帯域の３原色信号である
Ｅ_Ｒ′（＝Ｅ_ＲＬ＋Ｙ_Ｈ），Ｅ_Ｇ′（＝Ｅ_ＧＬ＋
Ｙ_Ｈ），Ｅ_Ｂ′（＝Ｅ_ＢＬ＋Ｙ_Ｈ）となされる。

これらＥ_Ｒ′，Ｅ_Ｇ′，Ｅ_Ｂ′信号はその一部が第２の
広帯域輝度信号合成回路３８に導かれ、ＮＴＳＣ信号の
混合比０．３０：０．５９：０．１１で混合されて輝度
信号となされ、輪郭補正回路５２に導かれる。この輪郭
補正回路５２はその第１及び第２の１Ｈ遅延線４１，４
２、輪郭補正信号発生回路４３及び第４の加算回路４４
で輝度信号Ｙが生成される。

また、上記Ｅ_Ｒ′，Ｅ_Ｇ′，Ｅ_Ｂ′信号の他の一部はＱ
信号合成回路３９及びＩ信号合成回路４０に導かれ、
０．２１：−０．２８：０．３１及び０．６０：−０．
２８：−０．３２の混合比でそれぞれ混合され、ＮＴＳ
Ｃ方式のＱ及びＩ信号が生成される。このＱ信号及びＩ
信号はそれぞれ遮断周波数が０．５ＭHzの第５のＬＰＦ
４６及び遮断周波数１．５ＭHzの第６のＬＰＦ４７で帯
域制限がなされた後、変調・合成回路４８で直交変調さ
れて変調色信号が生成される。そして、輝度信号系はそ
の本線が第１の１Ｈ遅延線４１を通過しているので、垂
直方向の位相を合せる為に、変調色信号も第３の１Ｈ遅
延線４９を経て変調色信号Ｃが生成される。

ここで、上記輝度信号Ｙ及び変調色信号ＣはＮＴＳＣ合
成回路５０に導かれて、該ＮＴＳＣ合成回路５０で所望
の標準テレビジョン方式におけるカラー映像信号に合成
され、その端子５１に導出される。

このように、上記固体撮像装置は１水平走査期間遅延線
を通過する前に固体撮像素子２６_Ｒ，２６_Ｇ，２６_Ｂの
出力信号より輝度信号の高域成分を合成して、この高域
成分に対して固体撮像素子２６_Ｒ，２６_Ｇ，２６_Ｂの低
域成分を付加して広帯域の３原色信号を合成し、その
後、この広帯域の３原色信号から広帯域輝度信号を合成
して、その広帯域輝度信号に対して垂直及び水平の輪郭
補正を施すように構成した。これによれば、１水平走査
期間遅延線に起因するモアレ成分の発生が確実に阻止さ
れるので、可及的に固体撮像素子２６_Ｒ，２６_Ｇ，２６
_Ｂの各２個間における正確なπ位相のモアレ成分が実現
され、交互に信号の補間を施すことによりモアレ成分が
確実に打消されるために、理論限界までの高解像度効果
の実現が可能となる。

また、これによれば、輝度信号を解像度に関連する高域
成分と色再現性に影響を与える低域成分とに分け、低域
成分でＮＴＳＣの混合成分と一致するようにしているの
で、上記高解像度を維持しつつ、高精度な色再現性を実
現することができる。

なお、上記実施例では、第１の広帯域輝度信号合成回路
３３の入力をプロセス回路３０_Ｒ，３０_Ｇ，３０_Ｂの出
力であるＥ_Ｒ，Ｅ_Ｇ，Ｅ_Ｂから求めたが、これに限るこ
となく、例えば増幅器２９_Ｒ，２９_Ｇ，２９_Ｂの出力信
号から求めることも可能である。但し、この場合は輝度
信号の高域成分合成回路に新たなプロセス回路を付加す
る必要がある。

また、上記実施例では、色信号をＩ，Ｑ信号から求めた
場合で説明したが、これに限ることなく、例えば
Ｅ_Ｒ′，Ｅ_Ｇ′，Ｅ_Ｂ′＝−０．３０：−０．５９：
０．８９のＥ_Ｂ′−Ｅ_Ｙ′及びＥ_Ｒ′：Ｅ_Ｇ′：Ｅ_Ｂ′
＝０．７０：−０．５９：−０．１１のＥ_Ｒ′−Ｅ_Ｙ′
の２つの色差信号より求めるように構成することも可能
である。この場合、直交変調用の２つの副搬送波はそれ
ぞれ所定の位相に変更される。

さらに、上記実施例では、固体撮像素子２６_Ｇを固体撮
像素子２６_Ｒ，２６_Ｇに対して水平方向に半画素ピッチ
ずらして配設したが、これに限ることなく、これら固体
撮像素子２６_Ｇ，２６_Ｒ，２６_Ｂのうち少なくとも１個
を他の２個に対して半画素ピッチずらして配設すること
で同様の効果を期待できる。

また、さらに上記実施例では、固体撮像素子２６_ＧのＧ
信号が固体撮像素子２６_Ｒ，２６_ＢのＲ，Ｂ信号に対し
て半画素分ずれるように駆動回路の駆動パルスにおける
水平転送系のパルスを設定するように構成したが、これ
に限ることなく、第６図及び第７図に示すように構成す
ることも可能である。すなわち、固体撮像素子２６_Ｇ，
２６_Ｒ，２６_Ｂから出力された同位相のＧ，Ｒ，Ｂ信号
をクランパーＣＰで画素毎にクランプしてサンプルホー
ルド（Ｓ／Ｈ）パルスＳＨ１で信号部分をサンプルホー
ルドし、Ｅ_Ｂ１，Ｅ_Ｇ１，Ｅ_Ｒ１信号を得ると共に、該
サンプルホールドパルスＳＨ１に対してπ位相ずれたサ
ンプルホールドパルスＳＨ２によりＥ_Ｇ１信号を再度サ
ンプルホールドするように構成するものである。これに
より、Ｅ_Ｇ２信号はＥ_Ｂ１，Ｅ_Ｒ１信号に対して半画素
ずれ、固体撮像素子２６_Ｇ，２６_Ｒ，２６_Ｂの空間的配
置と同様の信号を得るもので、以後については、前述し
た第１図と同様の信号処理が施されるものである。

よって、この発明は上記各実施例に限ることなく、その
他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実
施し得ることはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、簡易な構成
で、かつ可及的に理論限界の高解像度効果を実現し得る
ようにした固体撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る固体撮像装置を示す
回路構成図、第２図は第１図の固体撮像素子の概略構成
を示す図、第３図は第１図の固体撮像素子の空間的相対
位置を示す図、第４図は第１図の広帯域輝度信号合成回
路を示す回路構成図、第５図は第４図の動作を示すタイ
ミングチャート、第６図及び第７図はこの発明の他の実
施例を示す図、第８図及び第９図は従来の固体撮像装置
を説明するために示した図である。 ２６_Ｒ，２６_Ｇ，２６_Ｂ……固体撮像素子、３２……輝
度信号の高域成分合成回路、３７_Ｒ，３７_Ｇ，３７_Ｂ…
…広帯域３原色合成用加算回路、３８……広帯域輝度信
号合成回路、５２……輪郭補正回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直方向に対して空間的相対位置が同位相
   に設置され、水平方向に対して１個の設置位置を基準と
   して少なくとも他の１個が前記水平方向の半画素ピッチ
   の奇数倍ずれて配設された３個の固体撮像素子と、 この３個の固体撮像素子のうち第１の位置に配設された
   固体撮像素子の出力信号と前記半画素ピッチの奇数倍ず
   れて配設された固体撮像素子の出力信号とから輝度信号
   の高域成分を合成する回路と、 前記輝度信号の高域成分を前記３個の固体撮像素子の出
   力信号の低域成分に付加して広帯域の３原色信号を合成
   する加算回路と、 前記広帯域３原色信号から標準テレビジョン信号の混合
   比で広帯域輝度信号を合成する回路と、 少なくとも１水平走査期間遅延させる遅延線を有し、該
   遅延線で遅延した信号を前記広帯域輝度信号に加算して
   垂直及び水平方向の輪郭補正を施す回路と を具備したことを特徴とする個体撮像装置。