JPH07162873A - 面順次カラーカメラの混色防止装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 面順次カラーカメラにおいて混色を生ずるこ
となく高速度の画像取込を可能にする。 【構成】 被写体（１）の画像光を色分解するカラーフ
ィルタ（３）と、該カラーフィルタ（３）により色分解
された画像光を撮像しかつ電子シャッタ動作が可能な固
体撮像素子（４）と、前記カラーフィルタ（３）の色境
界が固体撮像素子（４）上を通過している混色時間及び
該混色時間以外の時間を示す情報に基づき固体撮像素子
（４）のシャッタ時間を設定するシャッタタイミング制
御装置（５，６，１０）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、面順次カラーカメラの
混色防止装置および方法に関し、特に電子シャッタ動作
が可能な固体撮像素子において色分解用カラーフィルタ
の色境界が固体撮像素子上を通過している混色時間以外
の時間に画像光を蓄積させることにより高速度の画像取
込を可能にする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の固体撮像素子および色分
解用のカラーフィルタを使用した面順次カラーカメラの
動作タイミングを示す。同図の面順次カラーカメラにお
いては、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）、およびＲ（赤色）の
３つのフィルタ領域を有する回転カラーフィルタが固体
撮像素子の９フィールド分の時間で１回同期回転する。
そして、フィールド１〜フィールド３の時間では、緑色
のフィルタ領域が固体撮像素子の撮像面上を通過し、フ
ィルタ４〜６の間は青色の領域が、そしてフィールド７
〜９の間には赤色の領域が通過する。そして、固体撮像
素子は全フィールド時間にわたり被写体の画像光の蓄積
を行ない、フィールドの終りに蓄積した電荷を内部の画
像処理回路に転送する。画像処理回路においては、各色
ごとの転送電荷に対応する信号を記憶し、かつこれらの
記憶された各色の信号を所定の割合で合成してカラー映
像信号を生成しかつ出力する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
の面順次カラーカメラにおいては、色分解カラーフィル
タの境界が撮像素子の撮像面上を通過している時間、Ｔ
Ｍ３、は２つの色信号が撮像面上に投影かつ蓄積され、
混色が発生する。従来の面順次カラーカメラにおいて
は、固体撮像素子のフィールド時間いっぱいに画像蓄積
を行なっていたため、このような混色時間ＴＭ３が含ま
れるフィールドの画像信号出力は混色を生じており使用
できない。このため、このような混色時間ＴＭ３を含む
フィールドの画像信号は捨てられ、最終的なカラー映像
信号を生成するためには使用されていなかった。

【０００４】すなわち、従来の面順次カラーカメラにお
いては、色分解カラーフィルタの色境界が撮像面上を通
過している混色時間を含むフィールドの撮像信号は無視
され、それ以外のフィールドの撮像信号のみを使用して
いたため、高速度の画像取込を行なうことができないと
いう不都合があった。

【０００５】本発明の目的は、このような従来例の構成
における問題点に鑑み、面順次カラーカメラにおいて、
混色時間を含むフィールドの撮像信号をも有効に利用で
きるようにし、もって高速度の画像取込を可能とするこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、被写体の画像光を色分解するカラ
ーフィルタと、該カラーフィルタにより色分解された画
素光を撮像しかつ電子シャッタ動作が可能な固体撮像素
子と、前記カラーフィルタの色境界が前記固体撮像素子
上を通過している混色時間および該混色時間以外の時間
を示す情報に基づき前記固体撮像素子のシャッタ時間を
設定するシャッタタイミング制御装置を備えた面順次カ
ラーカメラの混色防止装置が提供される。

【０００７】上記面順次カラーカメラの混色防止装置に
おいて、少なくともカラーフィルタの色境界が１フィー
ルド期間または１フレーム期間内で前記固体撮像素子上
を通過している混色時間に画素に蓄積された電荷は掃出
し、前記混色時間以外の時間に画素に画像光に応じた電
荷を蓄積するよう構成すると好都合である。

【０００８】さらに、本発明によれば、面順次カラーカ
メラの混色防止方法が提供され、該方法は、被写体の画
像光をカラーフィルタで色分解し、前記カラーフィルタ
により色分解された画像光を電子シャッター機能を有す
る固体撮像素子で撮像し、そして前記カラーフィルタの
色境界が固体撮像素子上を通過している混色時間に画素
に蓄積された電荷を掃出しかつ前記混色時間以外の時間
に前記固体撮像素子の画素に被写体の画像光に応じた電
荷を蓄積する各段階を備えている。

【０００９】

【作用】上記構成に係わる面順次カラーカメラの混色防
止装置においては、前記カラーフィルタによって色分解
された被写体の画像光が前記電子シャッタ動作が可能な
固体撮像素子で順次各色ごとに撮像される。そして、前
記シャッタタイミング制御装置により、前記カラーフィ
ルタの色境界が固体撮像素子上を通過している混色時間
および該混色時間以外の時間を示す情報に基づき固体撮
像素子のシャッタ時間を設定する。したがって、例えば
混色時間以外の時間にのみ撮像素子のシャッタを開くよ
う制御し、混色時間はシャッタを閉じることにより混色
のない画像取込みを行なうことができる。しかも、この
ようなシャッタタイミングの制御は各フィールド内でそ
れぞれ混色時間以外の時間にのみ画像取込みを行なうよ
う制御することができるから、撮像信号をフィールドご
と捨てる必要もなくなり、全てのフィールドが有効に使
用され、その結果高速度の画像取込みが可能となる。

【００１０】具体的には、前記固体撮像素子として例え
ばＣＣＤが使用され、少なくとも前記カラーフィルタの
色境界が１フィールド期間または１フレーム期間内で前
記固体撮像素子上を通過している混色時間に画素に蓄積
された電荷は掃出し、混色時間以外の時間に画像光に応
じた電荷を蓄積する。これにより、固体撮像素子の駆動
回路の各タイミングパルスを制御するのみで適確に混色
防止を計ることが可能になる。

【００１１】さらに、上述の本発明による面順次カラー
カメラの混色防止方法においても、同様にカラーフィル
タの色境界が固体撮像素子上を通過している混色時間に
画素に蓄積された電荷を掃出し、混色時間以外の時間に
固体撮像素子の画素に被写体の画像光に応じた電荷を蓄
積するから、混色のないカラー画像信号を高速度で得る
ことが可能になる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につき
説明する。図１は、本発明に係わる混色防止装置および
方法を実現するための、本発明の一実施例に係わる面順
次カラーカメラの概略の構成を示す。同図の装置は、被
写体１の画像光を撮像素子４の撮像面に結像させる結像
レンズ２と、結像レンズ２と固体撮像素子４の間に回転
可能に配置された色分解のためのカラーフィルタ３とを
備えている。図１の装置はまた、ＣＣＤのような前記撮
像素子４を備えており、この撮像素子４は後に詳細に説
明するように電子シャッタ動作が可能なものとされる。

【００１３】図１の装置はさらに、撮像素子４に駆動パ
ルスを供給する駆動回路５および同期信号発生回路６、
撮像素子４の撮像信号出力を増幅する増幅器７そして増
幅器７から出力された撮像信号を処理して所望のカラー
映像信号を出力する信号処理回路９を備えている。また
回転カラーフィルタ３を回転駆動するためにモータのよ
うなカラーフィルタ駆動装置８が設けられ、さらに回転
カラーフィルタ３の回転を検出するための例えばフォト
インタラプタのような回転検出器１０が設けられ、該回
転検出器１０の出力は前記同期信号発生回路６に入力さ
れている。

【００１４】図２は、図１の装置に使用されている色分
解用の回転カラーフィルタ３の詳細な構造を示す。図２
のカラーフィルタ３は、互いに１２０度の等しい角度で
区分されたＧ，Ｂ，Ｒの各色のフィルタ領域１１，１
２，１３を備えている。フィルタ領域１１は緑色の光の
みを通過させるよう構成され、フィルタ領域１２は青色
の光のみを通過させるよう構成され、かつフィルタ領域
１３は赤色の光のみを通過させるよう構成されている。
このようなカラーフィルタ３は回転軸１４の回りに前記
駆動装置８によって固体撮像素子４の走査タイミングと
同期して回転される。図２には、このような回転カラー
フィルタ３と前記固体撮像素子４の位置関係が示されて
いる。したがって、回転カラーフィルタ３が矢印の方向
に回転する場合に、各フィルタ領域１１，１２，１３の
境界部分が該固体撮像素子４の撮像面上を通過する時間
が混色時間となる。

【００１５】さらに、カラーフィルタ３の、例えばフィ
ルタ領域１１と１２の境界線の外周部分には不透明領域
１５が形成されており、この不透明領域１５は前記図１
の回転検出器１０によってカラーフィルタ３の回転に応
じた信号を得るために使用される。

【００１６】本発明に係わる装置に使用される固体撮像
素子としては電子シャッタ動作が可能なものが使用され
る。すなわち電荷蓄積型の画素を有し、蓄積時間を制御
することができ、かつリセット動作が可能なものが使用
される。図３の（ａ）は、このような電子シャッタ動作
が可能であり、図１の面順次カラーカメラに使用される
固体撮像素子４の構成例を示す。同図の固体撮像素子は
２次元的にマトリクス状に配置された複数の受光素子、
すなわちフォトダイオード１６と、該フォトダイオード
１６から画像光に対応する電荷信号を図示しないフィー
ルドシフトゲートを介して受入れ縦方向に、すなわち図
面では上から下方向に、転送する垂直転送ＣＣＤ１７
と、各垂直転送ＣＣＤ１７から順次転送されてきた垂直
方向の画素からの映像信号電荷を順次水平方向に転送す
る水平転送ＣＣＤ１８を備えている。また、水平転送Ｃ
ＣＤ１８の出力を映像信号出力として外部に取出すため
に増幅器１９が設けられている。

【００１７】このような固体撮像素子においては、図示
しない被写体の画像光が各画素、すなわちフォトダイオ
ード１６に照射され、各画素の位置における画像光の強
度に応じた電荷が図示しないフィールドシフトゲートを
介してｎ番目のフィールドとｎ＋１番目のフィールドの
間に各フォトダイオード１６に隣接する垂直転送ＣＣＤ
１７に転送される。そして、垂直転送ＣＣＤ１７はこの
ようにして各フォトダイオード１６から入力される画像
電荷を順次転送し水平転送ＣＣＤ１８に与える。水平転
送ＣＣＤは、また垂直転送ＣＣＤ１７から供給される電
荷を順次水平方向に転送し、増幅器１９を介して映像信
号出力として外部に供給する。

【００１８】このような固体撮像素子は、図３の（ｂ）
に示すようなフィールドシフトゲートパルスの１周期ご
とに１フィールド分の画像情報が得られるよう駆動され
る。そして、各フォトダイオード１６における画像電荷
の蓄積は、蓄積開始パルスの例えば立下り時点から開始
され、フィールドシフトゲートパルスの立上り時点まで
行なわれる。すなわち、蓄積開始パルスの立下りからフ
ィールドシフトゲートパルスの立上りまでの期間が画像
光の蓄積期間となる。したがって、１つのフィールド期
間における、この蓄積期間の前の期間は画像電荷が蓄積
されず掃出される。また、蓄積期間の間に各画素に蓄積
された画素電荷は蓄積期間の終了後、すなわち各フィー
ルドの終りに転送され外部に出力される。

【００１９】次に、以上のような構成を有する面順次カ
ラーカメラの動作を混色防止動作を中心として説明す
る。図１において、被写体１からの画像光は結像レンズ
２によって固体撮像素子４の撮像面上に結像される。同
期信号発生回路６からの制御信号に基づき、撮像素子駆
動回路５が所定のフィールド周期で固体撮像素子４に駆
動パルスを入力し画像の掃出し、蓄積、転送などの動作
を行なわせる。この場合、同期信号発生回路６からカラ
ーフィルタ駆動装置８にも制御信号が入力され、カラー
フィルタ３の回転と固体撮像素子４の走査が同期するよ
う制御される。

【００２０】また、回転検出器１０によって回転カラー
フィルタ３の不透明領域１５が検出され、これによって
回転カラーフィルタの回転位置などに関する情報が同期
信号発生回路６に入力される。同期信号発生回路６は、
回転検出器１０からの信号などに基づき、回転カラーフ
ィルタ３の回転位置と固体撮像素子４の撮像面の位置な
どから回転カラーフィルタ３の色境界が固体撮像素子４
の上を通過している期間、すなわち混色期間を検出す
る。同期信号発生回路６は、この混色期間を示す信号を
撮像素子駆動回路５に入力する。撮像素子駆動回路５
は、同期信号発生回路６からの信号に基づき、混色期間
が終了した後に蓄積開始パルスを生成し固体撮像素子４
に入力する。固体撮像素子４は、蓄積開始パルスが入力
されるまでは画像電荷を掃出すよう動作しているが、蓄
積開始パルスが駆動回路５から入力されると、画像電荷
の蓄積を開始する。この画像電荷の蓄積は各フィールド
期間の終りまで続けられ、各フィールド期間の終りに蓄
積された電荷が外部に転送される。

【００２１】次に、図４を参照して、固体撮像素子の動
作につきさらに詳細に説明する。図４の（ａ）は、３フ
ィールドで回転カラーフィルタが１回転する場合を示し
ている。なお、回転カラーフィルタの回転は前述のよう
に固体撮像素子の走査に同期しており、１色のカラーフ
ィルタは少なくとも１フィールド期間以上の通過時間を
有する必要がある。図４の（ａ）においては、各フィー
ルドの始めの時間ＴＭ１が混色期間となっている。した
がって、この混色期間に撮像素子の画素に蓄積される信
号は掃出し動作を行なうことで排除する。そして、混色
期間ＴＭ１の終りに蓄積開始パルスが与えられ画素電荷
の蓄積が開始される。すなわち、固体撮像素子の全画素
に同じ色の光が入射している期間のみ蓄積動作を行な
う。このような蓄積動作は各フィールド期間の終りまで
続けられ、フィールド期間の終りに外部に転送され出力
される。このようにして、いずれのフィールド期間をも
犠牲にすることなく画像取込みに使用することが可能と
なり、高速度の撮像が行なわれる。

【００２２】なお、混色期間の決定、したがって蓄積開
始のタイミング設定は、回転カラーフィルタの構造、フ
ィルタ３の回転軸１４と撮像素子４の位置関係、撮像素
子４の撮像面の画面サイズ、カラーフィルタ３の回転速
度などによってあらかじめ決定できる。

【００２３】次に、図４の（ｂ）は、回転カラーフィル
タ３が６フィールドで１回転する場合を示している。こ
の場合は、フィールド１とフィールド２は例えば緑色
（Ｇ）、フィールド３とフィールド４は青色（Ｂ）、フ
ィールド５とフィールド６は赤色（Ｒ）の画像光が撮像
されるが、フィールド１、フィールド３およびフィール
ド５の始めにＴＭ２なる混色期間が存在する。したがっ
て、この混色期間ＴＭ２が終了した後に蓄積開始パルス
が出力され画像情報の蓄積が開始される。なお、フィー
ルド２、フィールド４、フィールド６は混色期間を含ま
ないが、それぞれ同じ色の直前のフィールド、すなわち
フィールド１、フィールド３、フィールド５と同じ蓄積
期間とするため、蓄積開始パルスのタイミングは各フィ
ールドの始めに混色期間ＴＭ２がある場合と同様のタイ
ミングになっている。この例においても、混色期間を含
むフィールドを犠牲にすることなく使用でき、したがっ
て高速度の画像取込が行なわれる。

【００２４】図５は、以上のようなシャッタ時間の制
御、すなわち画像蓄積期間の制御による効果を示すため
の説明図である。図５の（ａ１）および（ａ２）は、と
もに前記図４の（ａ）の場合と同じタイミングでカラー
フィルタを回転させた場合を示す。そして、本発明のよ
うに電子シャッタ制御により蓄積開始パルスを与えない
場合は色分解フィルタの境界が撮像素子の撮像領域を通
過する混色期間、すなわちこの場合は各フィールドの始
めの期間ＴＭ１、も画像光の蓄積を行なうため、映像信
号出力として純粋の各色Ｇ，Ｂ，Ｒの信号と異なる混色
信号が出力されている。これに対し、本発明によるシャ
ッタ制御を行なう場合は混色期間の終りに蓄積開始パル
スを与えるから、色分解フィルタの境界通過期間は電荷
の蓄積を行なわず、（ａ２）に示すように各フィールド
期間において混色のない映像信号が出力されている。

【００２５】また、図５の（ｂ１）および（ｂ２）は、
前記図４の（ｂ）に対応するもので、２つの連続する各
色のフィールドの内前のフィールドの始めに混色期間Ｔ
Ｍ２があり、この混色期間のため、本発明によるシャッ
タ制御を行なわない場合は（ｂ１）に示すように混色期
間において混色した映像信号が出力されている。これに
対し、本発明によるシャッタ制御を行なう場合は、全て
のフィールドにおいてそれぞれ混色のない映像信号が得
られている。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、固体撮
像素子の撮像領域上をカラーフィルタの色境界が通過す
る混色期間において、固体撮像素子の画素に蓄積する信
号電荷は掃出しにより排除するから、混色がなく極めて
高品質のカラー画像の撮像が可能になる。また、従来の
ように混色期間を含むフィールド全体を除去する必要が
なく、全てのフィールドで有効に撮像動作が行なわれる
から、極めて高速度の画像取込が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる混色防止装置を含む
面順次カラーカメラの概略の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１のカラーカメラに使用されている色分解フ
ィルタの構成を示す説明図である。

【図３】図１のカラーカメラに使用されている固体撮像
素子の構成例を示す概略的平面図（ａ）及び該固体撮像
素子に供給される制御パルスを示す概略的信号波形図
（ｂ）である。

【図４】図１のカラーカメラにおける撮像動作をそれぞ
れカラーフィルタが３フィールドで１回転する場合
（ａ）および６フィールドで１回転する場合（ｂ）につ
き説明するための信号波形図である。

【図５】図１のカラーカメラにおける電子シャッタ制御
による効果を説明するための説明的波形図である。

【図６】従来の面順次カラーカメラの動作を説明するた
めの波形図である。

【符号の説明】

１ 被写体 ２ 結像レンズ ３ 色分解回転カラーフィルタ ４ 固体撮像素子 ５ 撮像素子駆動回路 ６ 同期信号発生回路 ７ 増幅器 ８ カラーフィルタ駆動装置 ９ 信号処理回路 １０ 回転検出器 １１，１２，１３ 色フィルタ領域 １４ 回転軸 １５ 不透明領域 １６ フォトダイオード １７ 垂直転送ＣＣＤ １８ 水平転送ＣＣＤ １９ 増幅器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体の画像光を色分解するカラーフィ
   ルタ、 前記カラーフィルタにより色分解された画像光を撮像し
   かつ電子シャッタ動作が可能な固体撮像素子、および前
   記カラーフィルタの色境界が前記固体撮像素子上を通過
   している混色時間および該混色時間以外の時間を示す情
   報にもとづき前記固体撮像素子のシャッタ時間を設定す
   るシャッタタイミング制御装置、 を具備することを特徴とする面順次カラーカメラの混色
   防止装置。
2. 【請求項２】 少なくとも前記カラーフィルタの色境界
   が１フィールド期間または１フレーム期間内で前記固体
   撮像素子上を通過している混色時間に画素に蓄積された
   電荷は掃き出し、前記混色時間以外の時間に画素に画像
   光に応じた電荷を蓄積することを特徴とする請求項１に
   記載の面順次カラーカメラの混色防止装置。
3. 【請求項３】 被写体の画像光をカラーフィルタで色分
   解する段階、 前記カラーフィルタにより色分解された画像光を電子シ
   ャッタ機能を有する固体撮像素子で撮像する段階、およ
   び前記カラーフィルタの色境界が前記固体撮像素子上を
   通過している混色時間に画素に蓄積された電荷を掃き出
   し、前記混色時間以外の時間に前記固体撮像素子の画素
   に被写体の画像光に応じた電荷を蓄積する段階、 を具備することを特徴とする面順次カラーカメラの混色
   防止方法。