JPH08251604A - 固体カラー撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】単板式カラー撮像装置を用いた画素ずらしによ
る高解像度撮像で、絵素の演算に用いる画素の空間的広
がりを小さくして、高解像な映像信号を得る。 【構成】レンズ６０を通って入射する入射光は、水平方
向に光路をずらす手段６１により、２フィールド毎にず
らし無し、撮像素子の＋２／３画素ピッチずらし、−２
／３画素ピッチずらしを行って、ＣＣＤ撮像素子１で撮
像される。垂直方向の２画素の電荷が混合された撮像素
子出力信号４０は、ＣＤＳ回路６により信号成分のみを
抽出した後、ＡＧＣアンプ７、Ｓ／Ｈ回路６３、Ａ／Ｄ
コンバータ６４を介してデジタルデータとされ、６フィ
ールド分のメモリー６５に記憶される。空間的位置が近
くＣｙ＋ＧまたはＣｙ＋Ｍｇから成るデータとＹｅ＋Ｍ
ｇまたはＹｅ＋Ｇから成るデータが交互に読み出され、
この信号３ライン分をカメラ信号処理回路により演算す
ることで、輝度信号と色信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体カラー撮像装置に関
し、更に詳しくはひとつの固体撮像素子を用いて解像度
の高い良質のカラー映像を得る撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤなどの固体撮像素子で光学画像を
撮影したときの解像度は、ＣＣＤの画素数で決まってい
る。このため、解像度を上げるためには画素数を増やす
ことが考えられるが、画素サイズを小さくしなければチ
ップサイズが大きくなって、非常に高価なものとなって
しまう。集積度を上げて画素サイズを小さくすると光電
変換の感度が低くなり、撮像素子としての感度が低下す
るとともに、Ｓ／Ｎ比が悪化してしまう欠点がある。

【０００３】これを解決する方法として、撮像素子の画
素数を変えずに入射光と撮像素子の相対的位置を画素の
１／Ｎ（Ｎ＝２，３，・・・）づつずらして撮像し、解
像度を上げる方法が提案されている。

【０００４】例えば特開昭５８−１１１５８０公報の如
く、撮像素子を１フレーム期間を周期として水平方向に
水平セルピッチ長より小さく振動させることにより、水
平方向の空間的サンプリング点を２倍とすることで水平
解像度を２倍とする方法がある。また、特開昭５８−６
４８７５号公報の如く、撮像素子の前面に配置した電気
光学素子を用いて入射光の光軸をフィールド毎に水平方
向または垂直方向に曲げ、画素ピッチの半分だけずらす
ことにより解像度を水平方向で２倍、垂直方向で２倍の
合計４倍とする方法がある。

【０００５】しかしながら、これらは白黒撮像装置ある
いは撮像素子を３個用いて各撮像素子は単色を扱えば良
い３板式カラー撮像装置に適用した場合は効果がある
が、撮像素子１個でカラー撮像する単板式カラー撮像装
置の場合は、所定の色フィルタを通して電荷蓄積した複
数の画素を組み合せて演算により輝度信号と色信号を分
離し取り出すため、単純に空間サンプリング点を増やし
ただけでは組み合せるべき画素は、結局のところ元の画
素ピッチとなってしまい、用いた画素の広がりは変わら
ないため、解像度の向上はほとんど期待できない。

【０００６】画素ずらし撮像を単板式カラー撮像装置に
適用した先例としては、特開昭５９−１７４０８５公報
の如く、補色市松模様の色フィルタを持つ撮像素子を１
フレーム期間を周期として水平方向に画素ピッチの１／
２の振幅と画素ピッチの３／２の振幅の２つの振幅で振
動させ、高解像度化を図ると同時に色モアレを抑えた方
法や、特開昭６２−２２６７８９公報の如く、３画素で
１周期をなす色フィルタ周期の１／２の振幅で撮像素子
を１フレーム期間を周期として水平方向に振動させ、輝
度信号はフィールド間で位相反転することにより高解像
度化効果を得ると同時に、色信号はフィールド間で１／
３画素ピッチの奇数倍の位置に発生する空間スペクトル
が反転するのでフレーム間で打ち消しあい、偽色信号の
発生が減らせるというものがあったが、何れも輝度信号
と色信号を分離し取り出すための信号処理で用いる画素
信号は同一フィールド内の信号であり、演算で用いる画
素の広がりは変わらないため、解像度の向上は僅かでし
かない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の単板式カラー撮
像装置の高解像度化技術では、原色フィルタを持つも
の、あるいは補色フィルタを持つもののいづれにして
も、所定の色フィルタを通して電荷蓄積した複数の画素
から演算して得る輝度信号の絵素のピッチ、および色信
号の絵素のピッチは見かけ上小さくなるが、演算に用い
る画素は同一フィールド内の画素であるため、演算に用
いる画素の広がりは小さくならず、アパーチャ効果によ
り解像度が思ったほど向上しないと言う問題がある。

【０００８】本発明の目的は、高解像度を得るために絵
素を演算する際のアパーチャ効果を軽減した高解像度単
板式カラー撮像装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成すべ
く、本発明においては１フィールドの映像を構成するの
に入射光を撮像素子の画素配列の水平方向および垂直方
向にずらして入射させて撮像した複数のフィールドの撮
像信号を用いる。複数のフィールドの撮像信号を一旦メ
モリーに蓄積した後に、空間的に近接した所定の色フィ
ルタを通して電荷蓄積された画素信号を読み出して輝度
信号の絵素の演算、および色信号の絵素の演算を行う。

【００１０】

【作用】これにより、輝度信号の絵素、および色信号の
絵素のもととなる画素の空間的な広がりが狭くなり、高
解像の輝度信号ならびに色信号が得られる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。

【００１２】単板式カラー撮像装置は、例えば図２に示
すインターライントランスファ型ＣＣＤ撮像素子１（以
下、単に「撮像素子」と記す）を用い、この撮像素子１
上の感光部２に所定の色フィルタを組み合せて入射光に
対応して蓄積された電荷が、所定の時間間隔で垂直転送
ＣＣＤ３および水平転送ＣＣＤ４を経て出力端子５より
取り出される。第３図に上記感光部に組み合わされる色
フィルタの一例としてＭｇ（マゼンタ）Ｇ（グリーン）
Ｙｅ（イエロー）Ｃｙ（シアン）フィルタによる補色市
松コーディングの例を示すが、このＭｇＧＹｅＣｙ補色
市松コーディングにおける色フィルタ周期は、水平方向
は２画素、垂直方向は４画素である。

【００１３】電荷の蓄積モードは動解像度が有利なフィ
ールド読み出しを用いるものとして、このＭｇＧＹｅＣ
ｙ補色市松システムにおけるカラー撮像について説明す
る。

【００１４】フィールド読み出しでは毎フィールド、画
素に蓄積された電荷を読み出すが、図３に示すように、
奇数フィールドではｉライン目とｉ＋１ライン目、ｉ＋
２ライン目とｉ＋３ライン目、・・・の垂直方向の２画
素の電荷を混合し、偶数フィールドではｉ＋１ライン目
とｉ＋２ライン目、ｉ＋３ライン目とｉ＋４ライン目、
・・・の垂直方向の２画素の電荷を混合して、フィール
ド間のラインがインターレースするように水平方向の信
号を作る。この電荷混合は、通常垂直転送ＣＣＤ部分で
行われるが、全画素を独立して読み出し、後で電気的に
加算してもよい。

【００１５】奇数フィールドも偶数フィールドも得られ
る信号は、垂直方向のひとつの列に着目すると、第１の
ラインではＣｙ＋Ｇ、第２のラインではＣｙ＋Ｍｇとな
り、以下Ｃｙ＋Ｇ、Ｃｙ＋Ｍｇ、・・・と繰り返し並ん
だ信号が得られ、その隣りの列では、第１のラインでは
Ｙｅ＋Ｍｇ、第２のラインではＹｅ＋Ｇとなり、以下Ｙ
ｅ＋Ｍｇ、Ｙｅ＋Ｇ、・・・と繰り返し並んだ信号が得
られる。

【００１６】図４はＭｇＧＹｅＣｙ補色市松システムで
輝度信号とクロマ信号を得るための信号処理の一例を示
すブロック図である。

【００１７】タイミングジェネレータ５８により駆動さ
れる撮像素子１は、垂直方向の２画素の電荷が混合され
て水平転送ＣＣＤ４に送られ、出力信号４０となる。こ
の信号はＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｒａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ
Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路６により信号成分のみを抽出
した後、ＡＧＣアンプ７により所定のレベルまで増幅
し、Ｓ／Ｈ回路８、９で２相のサンプリングパルスによ
り水平方向に隣接する２つの混合画素の信号を交互にサ
ンプリングする。

【００１８】Ｓ／Ｈ回路８の出力信号４１をＳ1 とし、
Ｓ／Ｈ回路９の出力信号４２をＳ2とすると、第１のラ
インでは、 Ｓ1 ＝Ｃｙ＋Ｇ Ｓ2 ＝Ｙｅ＋Ｍｇ 第２のラインでは、 Ｓ1 ＝Ｃｙ＋Ｍｇ Ｓ2 ＝Ｙｅ＋Ｇ となり、以下繰り返しとなる。

【００１９】加算器１０の出力信号４３をＹ0 とし、補
色を原色の和で置き換えると、 Ｙ0 ＝２Ｒ＋３Ｇ＋２Ｂ となる。同様にして加算器（減算器）１１の出力信号４
４は、第１のラインでの出力信号をＣR とすると、 ＣR ＝２Ｒ−Ｇ 第２のラインでの出力信号を−ＣB とすると、 −ＣB ＝Ｇ−２Ｂ となり、以下繰り返しとなるから、結局、色差線順次信
号を得ることができる。

【００２０】色差線順次信号からあるラインの色信号を
得るためには、得たいラインの色差信号と、その上下の
ラインの色差信号を平均して空間位置を合わせて同時化
した信号から演算すれば良い。２次元マトリクス回路１
２および４個の１ＨＤＬ１３で３つのラインを同時化、
演算を行い、Ｙ’信号４５、ＣR ’信号４６、ＣB ’信
号４７を得る。さらに、ＲＧＢマトリクス回路１４によ
り原色分離してＲ信号４８、Ｇ信号４９、Ｂ信号５０を
得る。

【００２１】得られたＲＧＢ信号はホワイトバランス回
路１５、１６、１７でホワイトバランスをとり、γ補正
回路１８、１９、２０を経て色差マトリクス回路２１に
よりＲ−Ｙ信号５１とＢ−Ｙ信号５２を作成し、ＬＰＦ
２２、２３で高域成分を除去した後、モジュレータ２４
でクロマサブキャリアを変調し、ＢＰＦ２５を経てクロ
マ信号５６となり、クロマ信号出力端子３８に出力され
る。

【００２２】一方、ＡＧＣ回路７の出力をＬＰＦ２６に
より変調色信号成分を除去し、γ補正回路２７および色
信号とのディレー合わせのための１ＨＤＬ２８を通し
て、輝度信号の高域成分ＹH 信号５３を得る。また、ホ
ワイトバランス調整後のＲＧＢ信号からマトリクス回路
２９により低域の輝度信号を作成し、γ補正回路３０を
経て輝度信号の低域成分ＹL 信号５４を得る。加算器
（減算器）３１でＹL −ＹH 信号５５とし、ＬＰＦ３２
で高域成分を除去した信号は、ＹH 信号５３に対してＨ
ＡＰＣ回路３３とディレー回路３４からなるＨアパコン
処理回路で処理後の信号と加算器３５で加算され、さら
に同期信号発生回路３７の出力と加算器３６で加算され
て、輝度信号５７となり、輝度信号出力端子３９より出
力される。

【００２３】尚、図４およびこれに関する上記説明で
は、高輝度部分に発生する垂直色偽信号を抑圧するクロ
マサプレス処理、およびＶアパコン処理等は省略してあ
る。

【００２４】前述のように、このＭｇＧＹｅＣｙ補色市
松システムでは、信号処理でクロマ信号を作る過程で、
水平方向ではＳ1 とＳ2 の２画素を用い、垂直方向では
混合した２画素×３ライン分の６画素を用いている。つ
まり、ひとつの絵素は水平方向２画素、垂直方向６画素
の合計１２画素から作られている。

【００２５】輝度信号においては、低域成分はクロマ信
号と同様であるが、高域成分は水平方向ではＳ1 とＳ2
の２画素を用い、垂直方向では混合した２画素×１ライ
ン分の２画素を用いており、解像度は後者で決まるの
で、ひとつの絵素は水平方向２画素、垂直方向２画素の
合計４画素から作られている。

【００２６】図５は本発明の水平方向の解像度を上げる
原理説明図である。ここでは水平方向の信号を考えれば
良いので、垂直方向の２画素は混合して、第１のライン
上にあるＳ1 ＝Ｃｙ＋Ｇ、Ｓ2 ＝Ｙｅ＋Ｍｇの混合画素
５９の空間的な重心位置を示している。

【００２７】入射光は第１のフィールドと第２のフィー
ルドにおける位置は同一とし、これを基準とすると、後
述の光路をずらす手段により第３のフィールドと第４の
フィールドは、水平方向の色フィルタ周期の１／３にあ
たる２／３画素ピッチだけ右にずらし、第５のフィール
ドと第６のフィールドは、同じく色フィルタ周期の１／
３にあたる２／３画素ピッチだけ左にずらす。

【００２８】各奇数フィールドで得られた混合画素の空
間的位置を並べると、図５下部に示すようにＳ1 ＝Ｃｙ
＋ＧとＳ2 ＝Ｙｅ＋Ｍｇとが交互に、かつピッチを狭く
して並ぶことが分る。第２のラインでも混合画素がＳ1
＝Ｃｙ＋Ｍｇ、Ｓ2 ＝Ｙｅ＋Ｇとなるだけで全く同じで
ある。また、偶数フィールドにおいても奇数フィールド
と全く同じである。

【００２９】輝度信号の絵素およびクロマ信号の絵素
は、前述のように水平方向は２画素から作られるので、
空間的に水平方向に狭いピッチで得られた混合画素を用
いることで、高解像度化が可能となる。

【００３０】図６は同様の結果を得るための入射光の別
のずらし方の例である。入射光は第１のフィールドと第
２のフィールドにおける位置は同一とし、これを基準と
すると、第３のフィールドと第４のフィールドは、水平
方向の色フィルタ周期の１／３にあたる２／３画素ピッ
チだけ右にずらし、第５のフィールドと第６のフィール
ドは、同じく色フィルタ周期の２／３にあたる４／３画
素ピッチだけ右にずらす。第５図との違いは、狭いピッ
チで並べるための混合画素の採用元となる画素番号の配
列が異なっているだけであり、本質的な違いはない。

【００３１】さらに高解像度化をするためには、得られ
る混合画素Ｓ1 ＝Ｃｙ＋ＧとＳ2 ＝Ｙｅ＋Ｍｇとが交互
に並べば良いので、入射光をずらす量は一般的に水平方
向の色フィルタ周期の画素数をＡとすると、ずらす量が
画素ピッチのＡ×ｍ／（Ａ×ｎ＋１）倍（但しｍ，ｎ＝
１，２，３，…）で、色フィルタ周期を越えない量とす
れば良い。

【００３２】図１は水平方向の解像度を上げるために空
間的に近接した混合画素を取り出すための一実施例を示
すブロック図である。レンズ６０を通って入射する入射
光は、後述の光路をずらす手段６１でフィールド毎に所
定の量だけ光路をずらされて、各画素に色フィルタが付
いた撮像素子１に入射する。タイミングジェネレータ５
８により駆動される撮像素子１は垂直方向の２画素の電
荷が混合されて出力信号４０となる。この信号はＣＤＳ
回路６により信号成分のみを抽出した後、ＡＧＣアンプ
７により所定のレベルまで増幅され、Ｓ／Ｈ回路６３で
各混合画素に対応する信号値がサンプリングされ、Ａ／
Ｄコンバータ６４によりデジタルデータとされる。

【００３３】メモリー６５は１フィールド分のデータ量
×６枚の容量を持ち、書き込みのポートと読み出しのポ
ートが独立しているデュアルポートメモリーである。ア
ドレスコントローラ７０は混合画素信号の撮像素子１内
の空間的位置とメモリーアドレスが対応するように書き
込みアドレスを制御する。例えば、ひとつのフィールド
内のデータは連続したアドレスに順次書き込まれ、フィ
ールド毎にページを切り換えて行く。そして、最後のペ
ージを書き込み終えると、次のフィールドは再び最初の
ページに戻って書き込みを行う。従って、メモリーには
奇数フィールド３枚分と偶数フィールド３枚分の合計６
フィールド分のデータが常に整然と記憶されていること
になる。

【００３４】読み出し側はアドレスコントローラ７０に
より、記憶されている６枚のフィールドデータのうち、
出力するフィールドが奇数フィールドの時には奇数フィ
ールド分３枚の中から、出力するフィールドが偶数フィ
ールドの時には偶数フィールド分３枚の中から、空間的
位置が近くＣｙ＋ＧまたはＣｙ＋Ｍｇから成るＳ1 と、
Ｙｅ＋ＭｇまたはＹｅ＋Ｇから成るＳ2 が交互に並ぶよ
うに混合画素データを選んで順次読み出す。

【００３５】読み出す混合画素の空間的位置のピッチが
撮像素子の画素ピッチの１／３となっているのでデータ
量は３倍となり、従って読み出しのクロックおよびその
後のブロックのクロックは書き込みのクロックに比して
３倍としなければならない。読み出したデータはラッチ
回路６６でラッチされ、Ｄ／Ａコンバータ６７でアナロ
グ信号とした後、Ｓ／Ｈ回路６８でサンプリングされ、
出力端子６９より出力される。

【００３６】出力端子６９に出力される混合画素信号
は、データ量が３倍となっているのでデータレートは３
倍となるが、Ｓ1 とＳ2 が交互に並んでいるので、図４
におけるＡＧＣアンプ７の出力信号と同じと考えること
ができ、その後の処理を３倍のクロックあるいは帯域で
行えば、図４に基づいて前述した信号処理と同じ信号処
理で輝度信号およびクロマ信号が得られる。しかも、演
算に用いる混合画素の空間的位置のピッチが狭くなって
いるため、高解像度の輝度信号、クロマ信号が得られる
ことになる。

【００３７】図７は本発明の垂直方向の解像度を上げる
原理説明図である。撮像素子の垂直方向の２画素を混合
した信号を第１のラインでは、 Ｓ1 ＝Ｃｙ＋Ｇ Ｓ2 ＝Ｙｅ＋Ｍｇ とし、第２のラインでは、 Ｓ1 ＝Ｃｙ＋Ｍｇ Ｓ2 ＝Ｙｅ＋Ｇ とすると、水平方向の２画素の差分Ｓ2 −Ｓ1 は、第１
のラインでは ＣR ＝２Ｒ−Ｇ 第２のラインでは、 −ＣB ＝Ｇ−２Ｂ となり、奇数番のラインと偶数番のラインで繰り返すの
で、結局ＣR と−ＣB が交互に並ぶ。図７では撮像素子
のラインの出力信号をＣR 、−ＣB を用いて表現してい
るが、その空間的位置は垂直方向の混合した２画素の中
央に位置する。

【００３８】入射光は第１のフィールドにおける位置を
基準とすると、後述の光路をずらす手段により第２のフ
ィールドでは１画素ピッチだけ下にずらし、第３のフィ
ールドでは垂直方向の色フィルタ周期の１／３にあたる
４／３画素ピッチだけ上にずらし、第４のフィールドで
は第３のフィールドに比して１画素ピッチだけ下にずら
し、第５のフィールドでは同じく色フィルタ周期の１／
３にあたる４／３画素ピッチだけ下にずらし、第６のフ
ィールドでは第５のフィールドに比して１画素ピッチだ
け下にずらす。

【００３９】各奇数フィールドおよび各偶数フィールド
で得られたＣR 、−ＣB 信号の空間的位置を各々並べる
と、図７右部に示すようにＣR 、−ＣB が交互に、かつ
ピッチを狭くして並ぶことが分る。

【００４０】前述のように、輝度信号の絵素は、垂直方
向は混合した２画素×１ライン分の２画素から作られ、
クロマ信号の絵素は、垂直方向は混合した２画素×３ラ
イン分の６画素から作られるので、空間的に垂直方向に
狭いピッチで得られたライン信号ＣR 、−ＣB を用いる
ことで、高解像度化が可能となる。

【００４１】さらに高解像度化をするためには、得られ
るＣR 、−ＣB 信号が交互に並べば良いので、入射光を
ずらす量は一般的に垂直方向の色フィルタ周期の画素数
をＢとすると、ずらす量が画素ピッチのＢ×ｍ／（Ｂ×
ｎ＋１）倍（但しｍ，ｎ＝１，２，３，・・・）で色フ
ィルタ周期を越えない量とすれば良い。

【００４２】但し、フィールド読み出しにおいては、ラ
イン信号を得るために垂直方向の２画素を混合している
ことによる空間的広がりがあるため、画素ずらしを行っ
て得たライン信号の空間的位置のピッチは撮像素子のラ
インの空間的位置のピッチの１／３であるにもかかわら
ず、得られる解像度は２倍となる。

【００４３】垂直方向の解像度を上げるために空間的に
近接した混合画素を取り出すための一実施例を示すブロ
ック図は、水平方向の解像度を上げるための一実施例を
示すブロック図と同一の図１で示される。

【００４４】レンズ６０を通って入射する入射光は、後
述の光路をずらす手段６１でフィールド毎に所定の量だ
け光路をずらされて、各画素に色フィルタが付いた撮像
素子１に入射する。タイミングジェネレータ５８により
駆動される撮像素子１は垂直方向の２画素の電荷が混合
されて出力信号４０となる。この信号はＣＤＳ回路６に
より信号成分のみを抽出した後、ＡＧＣアンプ７により
所定のレベルまで増幅され、Ｓ／Ｈ回路６３で各混合画
素に対応する信号値がサンプリングされ、Ａ／Ｄコンバ
ータ６４によりデジタルデータとされる。

【００４５】メモリー６５は１フィールド分のデータ量
×６枚の容量を持ち、書き込みのポートと読み出しのポ
ートが独立しているデュアルポートメモリーである。ア
ドレスコントローラ７０は混合画素信号の撮像素子１内
の空間的位置とメモリーアドレスが対応するように書き
込みアドレスを制御する。例えば、ひとつのフィールド
内のデータは連続したアドレスに順次書き込まれ、フィ
ールド毎にページを切り換えて行く。そして、最後のペ
ージを書き込み終えると、次のフィールドは再び最初の
ページに戻って書き込みを行う。従って、メモリーには
奇数フィールド３枚分と偶数フィールド３枚分の合計６
フィールド分のデータが常に整然と記憶されていること
になる。

【００４６】読み出し側はアドレスコントローラ７０に
より、記憶されている６枚のフィールドデータのうち、
出力するフィールドが奇数フィールドの時には奇数フィ
ールド分３枚の中から、出力するフィールドが偶数フィ
ールドの時には偶数フィールド分３枚の中から、空間的
位置が近いＣR のラインと−ＣB のラインが交互に並ぶ
ように混合画素データを選んで順次読み出す。

【００４７】読み出すラインの空間的位置のピッチが撮
像素子のラインピッチの１／３となっているのでデータ
量は３倍となり、従って読み出しのクロックおよびその
後のブロックのクロックは書き込みのクロックに比して
３倍としなければならない。

【００４８】読み出したデータはラッチ回路６６でラッ
チされ、Ｄ／Ａコンバータ６７でアナログ信号とした
後、Ｓ／Ｈ回路６８でサンプリングされ、出力端子６９
に出力される。

【００４９】出力端子６９に出力される混合画素信号
は、データ量が３倍となっているのでデータレートは３
倍となるが、ＣR のラインと−ＣB のラインが交互に並
んでいるので、図４におけるＡＧＣアンプ７の出力信号
と同じと考えることができ、その後の処理を３倍のクロ
ックあるいは帯域で行えば、先に図４に基づいて説明し
たのと同じ信号処理で輝度信号およびクロマ信号が得ら
れる。しかも、演算に用いるラインの空間的位置のピッ
チが狭くなっているため、高解像度な輝度信号、クロマ
信号が得られることになる。

【００５０】水平方向の高解像度化と垂直方向の高解像
度化の両方を行う場合は、メモリーの容量を増やして両
方の画素ずらしによる撮像信号を記憶し、水平方向に空
間的に狭いピッチで並ぶ混合画素Ｓ1 とＳ2 を交互に選
び、かつ垂直方向に空間的に狭いピッチで並ぶＣR と−
ＣB のラインを交互に選んで読み出し、演算して輝度信
号の絵素、クロマ信号の絵素を作れば良い。

【００５１】図８は入射光の光路をずらす手段の一実施
例である。ガラス板７１は片側を回転運動の支点となる
ようにヒンジ７２で鏡筒７７に固定され、他方は可動コ
イル７３を支持する非磁性のボビン７４が固着されて、
可動コイル７３は鉄片７５と永久磁石７６からなる磁気
回路のギャップ中におかれている。これはボイスコイル
モータの構造であり、駆動回路６２からの信号で可動コ
イル７３に通電することにより可動コイル７３は推力Ｆ
［Ｎ］＝Ｂ×Ｌ×Ｉを受けて、それを支持するボビン７
４と共に直線運動をする。ごく僅かの直線運動とすれ
ば、ガラス板はヒンジ７２を支点に僅かに傾くことにな
る。ここで、Ｂ［Ｔ］はギャップ中の磁束密度、Ｌ
［ｍ］は磁界中の導体長さ、Ｉ［Ａ］は通電電流をあら
わす。

【００５２】レンズ６０を通った入射光７２は、ガラス
板７１を通って撮像素子１に到達するが、ガラス板７１
が入射光７２に対して垂直になっている第１の状態では
入射光はまっすぐに進み、破線で示すようにガラス板７
１を傾けた第２の状態では入射光７２は屈折して進むた
め、ガラス板７１を透過した後の光路は、傾きの角度に
応じてずれる。

【００５３】４１万画素１／３インチＣＣＤ撮像素子の
画素ピッチは、水平方向６．３５μｍ、垂直方向７．４
μｍ程度であるので、ガラス板の板厚を１．０ｍｍ、屈
折率を１．５とすると、水平方向に光路を２／３画素ピ
ッチ、つまり、４．２３３μｍずらすためにはガラス板
を０．７２８度傾ければ良く、これはガラス板７１のヒ
ンジ側端からボビン７４固着端までの長さが１５ｍｍの
時、可動コイル７３のストロークが１９１μｍあれば良
いことになる。

【００５４】また、垂直方向に光路を４／３画素ピッ
チ、つまり、９．８６７μｍずらすためにはガラス板を
１．６９５度傾ければ良く、これは前述と同じ寸法のガ
ラス板の場合、ストロークは４４４μｍとなる。

【００５５】なお、図８では一方向に傾ける構造である
が、水平方向と垂直方向の両方に傾けたい場合は、光路
途中に光路をずらす機構を互いに傾き軸が直交するよう
に２組設ければ良い。また、当然のことであるが、ガラ
ス板のかわりにプラスチック板を用いても良い。

【００５６】図９は入射光の光路をずらす手段の他の実
施例である。レンズ６０を透過した入射光７２は縦方向
および横方向の両方向の偏光成分を持つが、偏光板７８
で偏光面を一方向、例えば縦方向の直線偏光とされる。
第１のＴＮ液晶７９は駆動回路６２より駆動電圧が印加
されているので、偏光方向は変化せずにそのまま通過し
て第１の水晶板８０に入射する。

【００５７】良く知られているように、水晶板には複屈
折の性質があり、光軸を入射光軸に対して例えば４５度
傾けておくことにより、偏光方向によって直進する常光
線と屈折して進む異常光線を水晶板の厚さに応じた幅だ
け分離することができる。水晶板８０の光軸８３を入射
光軸に対して横方向に４５度傾けておくと、縦方向の偏
光光線は常光線となるので、前記の入射光はそのまま水
晶板を直進し、第２のＴＮ液晶８１も駆動電圧が印加さ
れているため、偏光方向は変化せずにそのまま通過し
て、第２の水晶板８２に入射する。この水晶板８２の光
軸８４は常光線の偏光面は縦方向で、異常光線の屈折す
る向きが水晶板８０とは逆向きなるように、水晶板８０
の光軸８３に対して直交し、入射光軸に対して横方向に
４５度傾けておく。前記の入射光は縦方向の偏光光線な
のでそのまま水晶板を直進し、撮像素子１へ入射する。

【００５８】図１０は第１の水晶板８０では入射光は横
方向へ屈折して光路がずれ、第２の水晶板８２では直進
する例である。駆動電圧が印加されていない第１のＴＮ
液晶７９に入射してきた縦方向の直線偏光の入射光は、
偏光方向が９０度回転して横方向の直線偏光となり、第
１の水晶板８０に入射する。横方向の偏光光線は異常光
線となるので、前記の入射光は水晶板で屈折し、横方
向、図１０では向こう側へ光路がずれた出射光８５とな
る。第２のＴＮ液晶８１も駆動電圧が印加されていない
ため、偏光方向は９０度回転して縦方向の直線偏光とな
り、第２の水晶板８２に入射する。この入射光はそのま
ま水晶板を直進し、撮像素子１へ入射するので、結局レ
ンズ６０への入射光は横方向向こう側にずれて撮像素子
１へ入射することになる。

【００５９】図１１は第１の水晶板８０では入射光は直
進し、第２の水晶板８２では横方向へ屈折して光路がず
れる例である。駆動電圧が印加されている第１のＴＮ液
晶７９に入射してきた縦方向の直線偏光の入射光は、偏
光方向が変化せずにそのまま通過して第１の水晶板８０
に入射する。縦方向の偏光光線は常光線となるので、前
記の入射光はそのまま水晶板を直進する。駆動電圧が印
加されていない第２のＴＮ液晶８１では、偏光方向は９
０度回転して横方向の直線偏光となり、第２の水晶板８
２へ入射する。横方向の偏光光線は異常光線となるの
で、前記の入射光は水晶板で屈折し、横方向、図１１で
は手前側へ光路がずれた出射光８６となり、撮像素子１
へ入射するので、結局レンズ６０への入射光は横方向手
前側にずれて撮像素子１へ入射することになる。

【００６０】一例として水晶板の常光線に対する屈折率
を１．５４６３、異常光線に対する屈折率を１．５５５
５とすると、前述のガラス板を傾ける実施例の場合と同
じだけの量の光路をずらす場合、水平方向の光路ずらし
に対しては、水晶板の厚さを０．７１４ｍｍとし、垂直
方向の光路ずらしに対しては、水晶板の厚さを１．６６
３ｍｍとすれば良い。

【００６１】また、垂直方向と水平方向の両方に光路を
ずらしたい場合は、図８で説明した光路をずらす手段
を、互いにずれる方向が直交するように２組設け、その
中間に偏光面を一方向にそろえるためのＴＮ液晶を挟め
ば良い。

【００６２】なお、本発明の用途の場合、ＴＮ液晶の役
割は偏光面を無変化とするか、９０度回転を与えるかの
制御であるから、そのような用途に使える素子であるな
らば何でも良く、例えば、液晶光軸の制御が可能な強誘
電液晶を用いても良いことは言うまでもない。

【００６３】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、ひとつの
固体撮像素子を用いる単板式カラー撮像装置において、
輝度信号の絵素および色信号の絵素を得るために用いる
撮像素子の画素として、空間的に狭いピッチの画素を用
いることが出来るので、高解像度の輝度信号および色信
号を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 解像度を上げる為に空間的に近接した画素、
またはラインを取り出す為の一実施例を示すブロック図
である。

【図２】 インターライントランスファ型のＣＣＤ撮像
素子を示す図である。

【図３】 単板式カラー撮像装置に用いられる色フィル
タの一例で、ＭｇＧＹｅＣｙ補色市松配列を示す図であ
る。

【図４】 ＭｇＧＹｅＣｙ補色市松配列のカメラ信号処
理を示すブロック図である。

【図５】 画素ずらしにおけるずらし量の一例と、画素
の水平方向の空間的位置、および狭い画素ピッチが得ら
れることを説明する図である。

【図６】 画素ずらしにおけるずらし量の他の例と、画
素の水平方向の空間的位置、および狭い画素ピッチが得
られることを説明する図である。

【図７】 画素ずらしによるラインの垂直方向の空間的
位置と、狭いラインピッチが得られることを説明す図で
ある。

【図８】 画素ずらしを行う為に入射光の光路をずら
す、光路移動装置の一例である。

【図９】 画素ずらしを行う為に入射光の光路をずら
す、光路移動装置の他の例である。

【図１０】 図９の手段で水平方向に光路をずらす動作
を説明する図である。

【図１１】 図９の手段で水平方向に図１０とは逆方向
に光路をずらす動作を説明する図である。

【符号の説明】

１ 撮像素子 １２ ２次元マトリクス回路 １３ １ＨＤＬ×４ １４ ＲＧＢマトリクス回路 ２１ 色差マトリクス回路 ２４ モジュレータ部 ３８ クロマ信号出力端子 ３９ 輝度信号出力端子 ５８ タイミングジェネレータ ６１、６１Ａ、６１Ｂ 光路移動装置 ６５ メモリー ７１ ガラス基板 ７３ 可動コイル ７４ ボビン ７６ 永久磁石 ７８ 偏光板 ７９、８１ ＴＮ液晶 ８０、８２ 水晶板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に二次元に配列された画素
   あるいは画素領域で光電変換されて蓄積された信号電荷
   を読み出す読み出し部を有する撮像素子と、 該撮像素子の各々の画素上に設けられた所定の波長光を
   選択透過する色フィルタと、 入射光を上記画素配列の水平方向および垂直方向にずら
   して入射させる手段と、 上記撮像素子から読み出された信号電荷をデジタル信号
   に変換するＡ／Ｄコンバータと、 該デジタル信号を記憶するメモリーとを有し、 上記色フィルタは垂直方向あるいは水平方向の少なくと
   も一方が複数の色フィルタが周期的に並ぶものとし、 しかして上記入射光を水平方向あるいは垂直方向の少な
   くとも一方にずらすにあたり、水平方向の場合では水平
   方向の色フィルタ周期の画素数をＡとすると、ずらす量
   が画素ピッチのＡ×ｍ／（Ａ×ｎ＋１）倍（但しｍ，ｎ
   ＝１，２，３，・・・）で色フィルタ周期を越えず、垂
   直方向の場合では垂直方向の色フィルタ周期の画素数を
   Ｂとすると、ずらす量が画素ピッチのＢ×ｍ／（Ｂ×ｎ
   ＋１）倍（但しｍ，ｎ＝１，２，３，・・・）で色フィ
   ルタ周期を越えないことを特徴とする固体カラー撮像装
   置。
2. 【請求項２】 入射光軸に略垂直に置いた透明なガラス
   板あるいはプラスチック板を傾斜させることにより入射
   光を画素配列の垂直方向および水平方向にずらすことを
   特徴とする、請求項１に記載の固体カラー撮像装置。
3. 【請求項３】 入射光を互いに直交する直線偏光にする
   偏光手段と、該偏光手段からの光を偏光方向により所定
   の量ずらす光学異方性をもった水晶板を有することを特
   徴とする、請求項１に記載の固体カラー撮像装置。
4. 【請求項４】 色フィルタが黄色、シアン色、マゼンタ
   色、緑色の４色を用いた補色市松配置であることを特徴
   とする、請求項１に記載の固体カラー撮像装置。