JPH08307774A

JPH08307774A - カラーカメラ

Info

Publication number: JPH08307774A
Application number: JP7114334A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Daiho; 雅浩大保
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】画素加算による高感度化を行っても、水平解
像度の劣化が少ないカラーカメラを提供する。【構成】デュアルチャネル読み出し構造の水平シフト
レジスタを有する電荷結合素子１２ないし１４を、水平
方向で加算される２画素の組み合わせが、たとえば、Ｇ
チャネルと、ＲチャネルおよびＢチャネルで１画素周期
分シフトするように駆動され、その駆動結果として得ら
れるサンプリング点がずれた各信号を相補する形で、輝
度マトリックス回路２７が輝度信号を合成するようにカ
ラーカメラを構成する。これにより、輝度信号が広帯域
化されることになり、その結果として、水平画素加算モ
ードを利用した高感度化によって生ずる水平解像度の劣
化が抑制できることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーカメラに係わ
り、特に、電荷結合素子を用いたカラーカメラに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、高画質化を図るために、電荷結合
素子（以下、ＣＣＤと略記する。）の多画素化が進み、
ハイビジョンなどの高精細度テレビジョン方式では、２
００万画素以上の高精細度ＣＣＤが実現されている。ま
た、さらに、高精細度のＣＣＤの開発も進められてお
り、この開発の過程で、パターンの高密度化、クロック
レートの高速化が強いられており、また、単位画素当た
りの感度が低下するといった問題が生じている。

【０００３】パターンの高密度化、クロックレートの高
速化の対応策として提案された技術に、２重チャネル読
み出し構造がある。これは、同一構造の水平シフトレジ
スタをトランスファ電極を挟んで２本並列に配置し、垂
直シフトレジスタからの信号電荷を並行して読み出し、
１画素おきに上下の水平シフトレジスタに振り分けるも
のであり、この構造によれば、パターンルールが緩和で
き、水平クロックレートを半減することができる。

【０００４】また、この２重読み出しシフトレジスタを
利用して、感度向上を図る駆動方法も考えられる。それ
は、２本の水平シフトレジスタの間に配置されたトラン
スファ電極をオフ状態にして、水平方向に隣接する画素
の信号電荷を、２本の水平シフトレジスタへ振り分け
ず、上側の第１チャネルの水平シフトレジスタ上で混合
させるといった方法である。このように、信号振り分け
時に、水平方向に隣接する画素の信号電荷を加算するこ
とによって、信号振幅は増大し、等価的に感度を向上さ
せることが出来ることになる。しかし、この駆動方法で
は、感度が向上する一方で、水平方向の解像度が劣化す
るという問題がある。

【０００５】以下、図１１を用いて、２重読み出しシフ
トレジスタの利用方法を更に具体的に説明する。なお、
図１１は、従来の、２重読み出し水平シフトレジスタを
有するＣＣＤを用いた３板式カラーカメラの概略構成を
示したものであり、まず、この図を用いて、通常の動作
を説明する。

【０００６】この３板式カラーカメラでは、光学レンズ
１１を介して入力された光は、プリズム１２によって、
Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に分光され、それぞれの色成分に対
応したＣＣＤ１３、１４、１５上に結像される。そし
て、それぞれのＣＣＤ内の、フォトダイオード１６によ
って光電変換された信号電荷は、垂直シフトレジスタ１
７に読み出され、さらに垂直方向に転送され、２本並列
に配置された水平シフトレジスタ１８、１９に振り分け
られる。以下、上側の水平シフトレジスタ１８を第１チ
ャネル、下側のシフトレジスタ１９を第２チャネルと呼
ぶことにする。

【０００７】水平シフトレジスタ１８、１９に振り分け
られた信号電荷は、水平方向に転送され、それぞれ、出
力アンプ２０、２１を介して出力される。出力アンプ２
０、２１から出力された信号は、それぞれ、雑音除去回
路を含む標本化回路２２、２９に入力され、雑音除去が
行われる。そして、２チャンネルの標本化回路２２、２
９の出力信号に対して、それぞれ、後段のサンプリング
回路２３、２４において有効信号のサンプリングが行わ
れる。この際、各チャネルの有効信号成分の位相は、互
いに１８０°ずれており、２チャネルの有効信号成分
は、１８０°位相のずれたサンプリングパルスで交互に
サンプリングされ、バッファ回路２５を介して、連続信
号に変換される。そして、その連続信号は、利得制御ア
ンプ２６およびバッファアンプ２８によって増幅されて
出力される。

【０００８】次に、図１２を用いて、水平シフトレジス
タにおける、通常動作時の信号振り分け動作を説明す
る。なお、この図は、フィールド蓄積モードにおける信
号振り分け動作を模式的に示したものであり、（ａ）
は、信号電荷が転送される様子を２次元的に示した図で
あり、（ｂ）は、信号電荷が転送される様子を、各電極
の駆動状態との関係で示した図である。

【０００９】水平シフトレジスタにおける信号振り分け
動作を説明する前に、まず、垂直シフトレジスタにおけ
る転送過程の概要を説明する。

【００１０】フィールド蓄積モードでは、第１フィール
ドにフォトダイオード１６で光電変換された信号電荷
は、まず、偶数ライン（あるいは奇数ライン）に当たる
画素の電荷が垂直シフトレジスタ１７に読み出され、続
いて、奇数ライン（あるいは偶数ライン）に当たる画素
の電荷が読み出され、両方の信号電荷は、垂直シフトレ
ジスタ１７を転送される過程で混合される。

【００１１】第２フィールドでは、まず、奇数ライン
（あるいは偶数ライン）に当たる画素の電荷が垂直シフ
トレジスタ１７に読み出され、続いて、偶数ライン（あ
るいは奇数ライン）に当たる画素の電荷が読み出され、
両方の信号電荷は、垂直シフトレジスタ１７を転送され
る過程で混合される。

【００１２】すなわち、フィールド蓄積モードでは、上
下方向に隣接する画素が、フィールド毎に組み合わせを
変えながら垂直シフトレジスタ１７を転送される過程で
混合される。

【００１３】次に、図１２を参照して、垂直シフトレジ
スタから水平シフトレジスタへの振り分け手順を時間経
過に従って説明する。

【００１４】垂直シフトレジスタ１７から転送されてき
た信号電荷は、時刻ｔ₁において、最終電極Φ_V3L下に
蓄積される。このうち、偶数列の信号電荷（図では、●
で示してある。）は、時刻ｔ₂に、水平シフトレジスタ
１８に転送され、時刻ｔ₃に、水平シフトレジスタ１９
に転送される。一方、奇数列の信号電荷（□）は、時刻
ｔ₂からｔ₄の間、水平シフトレジスタ１８に留まって
いる。そして、最後に時刻ｔ₅において、転送電極Φ_H1
がオフされ、上下の水平シフトレジスタ１８、１９上の
信号電荷は、共に、転送電極Φ_H1下から転送電極Φ_H2に
転送される。

【００１５】その後、Φ_H1、Φ_H2が交互にオン、オフさ
れることによって、信号電荷は、水平シフトレジスタ上
を出力アンプに向かって転送される。このような一連の
動作によって、通常動作において信号電荷が垂直シフト
レジスタ１７から２本の水平シフトレジスタ１８、１９
に振り分けられる。

【００１６】次に、図１３を参照して、信号を加算して
感度を向上させる動作モードである水平画素加算モード
における垂直シフトレジスタから水平シフトレジスタへ
の振り分け手順を時間経過に従って説明する。

【００１７】通常動作と同様に、フォトダイオード１６
で光電変換された信号電荷は、垂直シフトレジスタ１７
に読み出され、転送の過程で上下に隣接した画素どうし
の信号電荷が混合される。また、この混合される画素の
組み合わせは、フィールド毎に入れ替わる。そして、垂
直シフトレジスタ１７から転送されてきた信号電荷は、
時刻ｔ₁において、最終電極Φ_V3L下に蓄積され、時刻
ｔ₂において、偶数列の信号電荷（●）および奇数列の
信号電荷（□）は、共に、水平シフトレジスタ１８に転
送される。時刻ｔ₃では、Φ_T2は、オフ状態であるの
で、偶数列の信号電荷は、水平シフトレジスタ１９側に
転送されず、水平シフトレジスタ１８上に留まってい
る。そして、時刻ｔ₄において、転送電極Φ_H1より先に
転送電極Φ_H2がオフになり、偶数列の信号電荷は、転送
電極Φ_H1に転送され、奇数列の信号電荷と混合される。
最後に、時刻ｔ₅において、転送電極Φ_H1はオフされ、
隣の転送電極Φ_H2下に転送される。

【００１８】その後、転送電極Φ_H1、Φ_H2が交互に、オ
ン、オフされ、信号電荷は、水平シフトレジスタ１８上
を出力アンプに向かって転送される。このような一連の
動作によって、水平画素加算モードでは、水平方向に互
いに隣接する画素どうしの信号電荷を加算して、等価的
に感度を向上させる。

【００１９】次に、図１４および図１５を用いて、動作
モードによるサンプリング過程の違いを説明する。ま
ず、図１４を用いて、通常動作モードにおけるサンプリ
ング過程を説明する。

【００２０】通常動作モードでは、各ＣＣＤからの２チ
ャネルの出力信号は、それぞれに対応した標本化回路２
２、２９に入力され、内部の演算によって有効信号が抜
き出される。このため、標本化回路２２、２９からは、
それぞれ、図１４（ａ）、（ｃ）に示したような信号が
得られる。そして、サンプリング回路２３、３０に、そ
れぞれ、同図（ｂ）、（ｄ）に示したような、互いに位
相が１８０°ずれたサンプリングパルスが印可されるこ
とによって、（ａ）、（ｃ）に示した信号の有効信号成
分３１が１画素周期３２で交互にサンプリングされ、
（ｅ）に示したような連続信号に変換される。

【００２１】これに対して水平画素加算モードでは、垂
直シフトレジスタ１７から転送されてきた信号電荷は、
第１チャネルの水平シフトレジスタ１８上を転送される
過程で水平方向に隣接する画素同士が混合される。

【００２２】したがって、各ＣＣＤからの２チャネルの
出力信号が入力される標本化回路２２、２９からは、そ
れぞれ、図１５（ａ）、（ｃ）に示したような信号が出
力される。そして、サンプリング回路２３には、同図
（ｂ）に示したようなサンプリングパルスが印可され、
サンプリング回路２９には、（ｄ）に示したように、サ
ンプリングパルスは印可されない。このため、各ＣＣＤ
からの２チャンネルの混合後の信号は、（ｅ）ないし
（ｇ）に示したように、第１チャネルの信号のみを抜き
出した、画素周期３３が通常動作時の２倍で、かつ、信
号振幅３４が２倍のものとなる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】このように、デュアル
チャネル読み出し構造の水平シフトレジスタを有するＣ
ＣＤイメージセンサでは、ＣＣＤ出力信号の出力レベル
を増大させることによって、等価的に感度を向上させる
ことができる。しかしながら、この技術では、水平方向
に隣接する画素の信号電荷を加算することによって感度
を向上させているので、水平方向の解像度が半分に劣化
してしまう。

【００２４】すなわち、図１５に示したように、第２チ
ャネルの信号成分は“０”であるので、第１チャネルの
信号成分のみをサンプリングすることになる。そして、
そのサンプリング周期は、第１チャネルおよび第２チャ
ネルの信号を交互にサンプリングする通常動作時におけ
る周期の２倍になる。

【００２５】そこで、本発明の目的は、画素加算による
高感度化を行っても、水平解像度の劣化が少ないカラー
カメラを提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
（イ）マトリックス状に配置された複数の光電変換素子
と、これら複数の光電変換素子の信号電荷を１ラインご
とに読み出すための信号電荷の転送が２種の転送電極を
交互にオン・オフすることによって行われる第１水平シ
フトレジスタおよび第２水平シフトレジスタと、これら
第１水平シフトレジスタおよび第２水平シフトレジスタ
の間に設けられた第１水平シフトレジスタ上の信号電荷
を第２水平シフトレジスタ上に転送させるためのトラン
スファ電極と、第１水平シフトレジスタ上の信号電荷を
出力する第１出力回路と、第２水平シフトレジスタ上の
信号電荷を出力する第２出力回路とを、それぞれ備えた
３つの電荷結合素子と、（ロ）電気信号に変換すべき光
情報を分光するとともに、色成分ごとに分光された光情
報をそれぞれ電荷結合素子上に結像させるプリズムと、
（ハ）３つの電荷結合素子のうちの１つまたは２つの電
荷結合素子内のトランスファ電極をオフ状態にして、第
１水平シフトレジスタ上に光電変換素子の信号電荷を読
み出すとともに、第１水平シフトレジスタ上で混合し、
混合した信号電荷を２種の転送電極を所定の順番でオン
・オフすることにより、第１水平シフトレジスタ上で転
送させる第１駆動手段と、（ニ）この第１駆動手段によ
る駆動が行われていない３つの電荷結合素子のうちの残
りの電荷結合素子内のトランスファ電極をオフ状態にし
て、対応する第１水平シフトレジスタ上に光電変換素子
の信号電荷を読み出すとともに、読みだした信号電荷を
第１水平シフトレジスタ上で混合し、２種の転送電極を
第１駆動手段における所定の順番とは逆の順番でオン・
オフすることにより、混合した信号電荷を第１水平シフ
トレジスタ上で転送させる第２駆動手段と、（ホ）第１
駆動手段および第２駆動手段の動作によって各電荷結合
素子の各第１出力回路から出力されることになる信号を
それぞれ所定の周期でサンプリングしてサンプリング結
果を出力する３つの信号処理手段と、（ヘ）これら各信
号処理手段の３つのサンプリング結果を用いて輝度信号
を生成する輝度信号生成手段とを具備する。

【００２７】すなわち、請求項１記載の発明では、いわ
ゆる、デュアルチャネル読み出し構造の水平シフトレジ
スタを有する電荷結合素子を、第１駆動手段および第２
駆動手段によって駆動することにより、水平方向で加算
される２画素の組み合わせが、たとえば、Ｇチャネル
と、ＲチャネルおよびＢチャネルで１画素周期分シフト
するようにする。そして、これらサンプリング点がずれ
た各信号を相補する形で、輝度信号を合成する。これに
より、輝度信号を広帯域化することができるようにな
り、水平画素加算モードを利用した高感度化で生ずる水
平解像度の劣化が抑制できることになる。

【００２８】なお、各電荷結合素子に接続される信号処
理手段としては、それぞれ、第１出力手段の出力の雑音
除去を行う第１標本化回路と、第２出力手段の出力の雑
音除去を行う第２標本化回路と、第１標本化回路の出力
のサンプリングを行う第１サンプリング回路と、第２標
本化回路の出力のサンプリングを行う第２サンプリング
回路と、第１サンプリング回路および第２サンプリング
回路の出力を混合するバッファ回路と、このバッファ回
路の出力を増幅する利得制御アンプと、この利得制御ア
ンプに接続されたバッファアンプとを備えた回路を、第
１サンプリング回路によるサンプリングだけが所定の周
期で行われるように制御したものを用いることができ
る。また、その際、各利得制御アンプに、各電荷結合素
子の出力のホワイトバランスをとらせることが望まし
い。

【００２９】また、第２駆動手段としては、第１駆動手
段が２種の転送電極のオン・オフするときに用いる信号
と同じ信号を、所定のタイミングで反転させた信号によ
って２種の転送電極のオン・オフを行うものを用いるこ
とが出来る。

【００３０】

【実施例】以下、実施例につき本発明を詳細に説明す
る。

【００３１】図１に、本発明の一実施例による３板式カ
ラーカメラの概略構成を示す。まず、この図を用いて、
実施例の３板式カラーカメラの動作の概要を説明する。

【００３２】従来の技術と同様に、この３板式カラーカ
メラでは、光学情報は、光学レンズ１１およびプリズム
１２を介して各成分に対応ずけられたＣＣＤ１３〜１５
上に結合される。各ＣＣＤにおいて、フォトダイオード
１６で光電変換された信号電荷は、垂直シフトレジスタ
１７に読み出され、垂直シフトレジスタ１７上を垂直方
向に転送され、通常モードでは、２本のシフトレジスタ
１８、１９に振り分けられる。

【００３３】しかし、高感度化のために設定された水平
画素加算モードでは、２本の水平シフトレジスタ１８、
１９の間に配置されたトランスファ電極Φ_T2がオフ状態
に設定され、上部に位置する水平シフトレジスタ１８か
ら下部の水平シフトレジスタ１９への信号電荷の転送は
行われず、隣接する２画素分の信号電荷は、水平シフト
レジスタ１８上で転送される過程で混合される。このと
き、加算する２画素の組み合わせは、水平シフトレジス
タ１８の駆動を変えることによって、シフトすることが
出来る。

【００３４】そして、混合された信号電荷は、水平シフ
トレジスタ１８上を転送され、出力アンプ２０を介して
出力される。一方、下部の水平シフトレジスタ１９上
は、電荷は転送されないので、出力アンプ２１からはゼ
ロレベルの信号が出力される。出力アンプ２０、２１の
出力は、それぞれ、後段の、雑音除去回路を含む標本化
回路２２、２９に入力され、雑音成分が除去される。

【００３５】水平画素加算モードでは、第２チャネルの
サンプリング回路３０は、オフ状態に設定され、第１チ
ャネルのサンプリング回路２３の出力信号だけが、次の
バッファ回路２５に出力される。そして、各色信号のバ
ッファ回路２５の出力信号は、それぞれ、利得制御アン
プ２６とバッファアンプ２８を介して、“Ｒch”、“Ｇ
ch”、“Ｂch”として出力される。また、各色成分の利
得制御アンプ２６からの３種の出力信号は、輝度マトリ
ックス回路２７に入力されており、輝度マトリックス回
路２７において、輝度信号成分が合成される。

【００３６】次に、図２を用いて、フィールド蓄積モー
ドにおいて、上部の水平シフトレジスタ１８上で隣接す
る２画素の信号電荷が混合される過程の説明を行う。な
お、この図は、フィールド蓄積モードにおける信号振り
分け動作を模式的に示したものであり、（ａ）は、信号
電荷が転送される様子を２次元的に示した図であり、
（ｂ）は、信号電荷が転送される様子を、各電極の駆動
状態との関係で示した図である。

【００３７】通常の加算モードでは、フォトダイオード
１６で光電変換された信号電荷は、垂直シフトレジスタ
１７に読み出され、転送の過程で上下に隣接した画素ど
うしの信号電荷が混合される。フィールド蓄積モードで
は、この混合される画素の組み合わせは、フィールド毎
に入れ替わる。そして、垂直シフトレジスタ１７から転
送されてきた信号電荷は、時刻ｔ₁において最終電極Φ
_V3Lに蓄積される。

【００３８】そして、時刻ｔ₂において、偶数列の垂直
シフトレジスタの信号電荷（図では、●で示してあ
る。）、および奇数列の垂直シフトレジスタの信号電荷
（□）は、共に、水平シフトレジスタ１８に転送され
る。時刻ｔ₃では、トランスファ電極Φ_T2は、オフ状態
であるので、偶数列の信号電荷は、水平シフトレジスタ
１９側に転送されず、水平シフトレジスタ１８上に留ま
っている。

【００３９】そして、時刻ｔ₄において、転送電極Φ_H2
がオフになり、偶数列の信号電荷は、転送電極Φ_H1に転
送され、奇数列の信号電荷と混合される。最後に時刻ｔ
₅において、転送電極Φ_H1がオフされ、混合された信号
電荷は、隣の転送電極Φ_H2下に転送される。その後、Φ
_H1、Φ_H2が交互にオン、オフされ、信号電荷は、水平シ
フトレジスタ１８上を出力アンプ２０に向かって転送さ
れる。

【００４０】次に、図３を用いて、水平方向に加算する
２画素の組み合わせをシフトする場合の駆動手順を説明
する。

【００４１】本駆動モードにおいても、フォトダイオー
ド１６で光電変換された信号電荷が垂直シフトレジスタ
１７上を転送され、時刻ｔ₁において、最終電極Φ_V3L
に蓄積される。そして、時刻ｔ₂において、偶数列の垂
直シフトレジスタの信号電荷（●）および奇数列の垂直
シフトレジスタの信号電荷（□）は、共に、水平シフト
レジスタ１８に転送される。時刻ｔ₃では、トランスフ
ァ電極Φ_T2は、オフ状態であるので、偶数列の信号電荷
は、水平シフトレジスタ１９側に転送されず、水平シフ
トレジスタ１８上に留まっている。

【００４２】時刻ｔ₄において、通常転送モードでは、
転送電極Φ_H1はオン、転送電極Φ_H2がオフ状態に設定さ
れるが、このモードでは、（ｂ）に示してあるように、
転送電極Φ_H1はオフ、転送電極Φ_H2がオン状態になるよ
うに、Φ_H1、Φ_H2が、反転制御パルス４０によって制御
されている。

【００４３】これにより、時刻ｔ₄では、奇数列の信号
電荷が転送電極Φ_H1下から転送電極Φ_H2下に転送され、
転送電極Φ_H2下に留まっている偶数列の信号電荷と混合
されることになる。最後に、混合された信号電荷は、時
刻ｔ₅において転送電極Φ_H2がオフされるため、隣の転
送電極Φ_H1下に転送される。その後、通常加算モードと
同様に、Φ_H1とΦ_H2が交互にオン、オフされ、信号電荷
は出力アンプ２０側に転送されていく。

【００４４】実施例の３板式カラーカメラでは、これら
２つの加算モードを併用して各ＣＣＤを駆動することに
よって、１つのＣＣＤの加算画素の位置関係が、他の２
つの加算画素の位置関係に対して、１画素周期シフトす
るようにする。

【００４５】図４に、“Ｇch”が１画素周期シフトする
ように設定した場合の、“Ｇch”のＣＣＤの加算画素の
位置関係に対する、“Ｒch”、“Ｂch”のＣＣＤの加算
画素の位置関係を模式的に示す。なお、この図に示した
例は、フィールド蓄積モードで使用する場合に関するも
のであり、図中、“１Ｈ（１Ｆ）”と符号を付した信号
電荷が第１フィールドで１番目に読み出されるラインの
電荷であり、“２Ｈ（１Ｆ）”と符号を付した信号電荷
が第１フィールドで２番目に読み出されるラインの電荷
である。同様に、“１Ｈ（２Ｆ）”、“２Ｈ（２Ｆ）”
と符号を付した信号電荷は、それぞれ、第２フィールド
で１番目、２番目に読み出されるラインの電荷である。
また、電荷の周囲に付した矢印は、最終的にＣＣＤから
読み出される電荷がどの光電変換素子の出力を混合した
ものであるかを示したものであるが、既に説明したよう
に、実際の水平方向の信号電荷の加算は、水平シフトレ
ジスタ上で行われる。

【００４６】このように、この図に示したケースでは、
加算画素の位置関係は、フィールド毎、ライン毎には変
化しない。なお、フレーム蓄積モードで使用する場合に
は、加算画素の位置関係は、図５に示したものとなる。

【００４７】以下、図６を用いて、“Ｇch”を通常加算
モードで、“Ｒch”および“Ｂch”を加算画素シフトモ
ードで動作させた場合を例に、実施例の３板式カラーカ
メラのサンプリング過程を説明する。

【００４８】加算画素シフトモードの“Ｒch”のＣＣＤ
では、垂直シフトレジスタ１７から転送されてきた信号
電荷は、第１チャネルの水平シフトレジスタ１８上で水
平方向に隣接する画素同士が混合され、有効信号電圧
は、２倍になって、第１チャネルの出力アンプ２０から
出力される。

【００４９】一方、第２チャネルの水平シフトレジスタ
１９には、信号電荷は転送されないので、出力アンプ２
１から出力される信号の有効信号電圧はゼロである。従
って、標本化回路２２、２３内の演算によって、それぞ
れ、（ａ）、（ｃ）に示したような信号が得られること
になる。

【００５０】そして、加算画素シフトモードに設定され
たときには、既に説明したように、サンプリング回路２
３、３０では第１チャネルの有効信号電圧のみをサンプ
リングするために、第１チャネルのサンプリングパルス
（ｂ）のみがオンにされ、第２チャネルのサンプリング
パルス（ｄ）はオフにされる。これにより、２チャネル
の信号の混合後の信号は、第１チャネルの有効信号電圧
のみが抜き出されたものとなり、（ｅ）に示してあるよ
うに、画素周期が２倍、かつ、信号電圧が２倍の信号と
なる。“Ｂch”の信号についても、同様のサンプリング
過程を経て、（ｇ）に示したような信号が得られる。

【００５１】また、通常加算モードの“Ｇch”のＣＣＤ
においても、垂直シフトレジスタ１７から転送されてき
た信号電荷は、水平方向に隣接する画素の信号電荷同士
で、第１のチャネルの水平シフトレジスタ１８上を転送
される過程で混合されるが、最初にオフされる転送電極
がΦ_H2からΦ_H1に変わる。

【００５２】つまり、混合される過程で転送電極Φ_H1、
Φ_H2に印可される駆動パルスの極性を反転させることに
よって、混合される画素の組み合わせが通常加算モード
の場合に対し、１画素周期シフトされる。そして、水平
シフトレジスタ１８上を転送されるが、転送パルスの位
相は、通常加算モード時に対して、１８０°ずれた関係
になっている。従って、“Ｇch”のサンプリング後の波
形は、（ｆ）に示したように、“Ｒch”および“Ｂch”
の信号波形に対し、１８０°ずれた位相関係となる。

【００５３】そして、各色成分のサンプリング後の信号
は、バッファ回路２４を介して，利得制御アンプ２５に
入力される。この利得制御アンプ２５では、ある規定の
光源下で無彩色（白）を撮像したときに，３つの色成分
のレベルが等しくなるようにホワイトバランスがとられ
る。輝度マトリックス回路２７は、このような動作によ
って得られた各色成分の信号を交互にサンプリングし
て、（ｈ）に示したような色信号方式によって決まる輝
度信号における各色信号の成分比を掛け合わせた輝度信
号成分を得る。

【００５４】ちなみに、ハイビジョン方式では、輝度信
号Ｙは、Ｙ＝ 0.212Ｒ+0.701Ｇ+0.087Ｂと表されるた
め、図６（ｈ）に示した信号波形における各信号レベル
の比は、およそ、Ｒ：Ｂ：Ｇ＝２：７：１となる。

【００５５】以上説明したように、実施例の３板式カラ
ーカメラでは、各色成分の信号レベルが２倍になるのに
加えて、輝度信号成分において、加算画素モードで生ず
る水平解像度の劣化が抑制されることになる。したがっ
て、この３板ＣＣＤカラーカメラでは、低照度時におい
ても、解像度、Ｓ／Ｎが共に良好な、高品質な画像が得
られることになる。

【００５６】なお、図４および図５には、“Ｇch”と他
のチャネルでの画素の位置関係が互いにシフトするよう
にした場合の例を示したが、これらの関係は、フィール
ド間、ライン間で変化せず、一定である。しかし、“Ｇ
ch”の加算画素の位置関係に対して、“Ｒch”、“Ｂc
h”のＣＣＤの加算画素の位置関係をシフトさせる場合
でも、図７および図８に模式的に示したように、さらに
それらの位置関係がフィールド周期で入れ替わるように
設定することもできる。なお、図７は、フィールド蓄積
モードの場合の位置関係を示した図であり、図８は、フ
レーム蓄積モードの場合の位置関係を示した図である。

【００５７】また、図９および図１０に示したように、
“Ｇch”の加算画素の位置関係に対して、“Ｒch”、
“Ｂch”のＣＣＤの加算画素の位置関係をシフトさせる
場合において、それらの位置関係がライン周期で入れ替
わるように設定することもできる。なお、図９は、フィ
ールド蓄積モードの場合の位置関係を示した図であり、
図１０は、フレーム蓄積モードの場合の位置関係を示し
た図である。

【００５８】また、実施例では、“Ｇch”を基準にし
て、“Ｒch”、“Ｂch”をシフトさせる場合を説明した
が、“Ｒch”あるいは“Ｂch”を基準としても良いこと
は当然である。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
輝度信号成分を、互いにサンプリング点がシフトした色
成分の信号を用いて生成しているので、輝度信号成分が
広帯域化され、その結果として、水平画素加算モードに
よって高感度化を行った際に問題となる水平解像度の劣
化が抑制できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による３板式カラーカメラの
概略構成を示すブロック図である。

【図２】通常加算モード時において、水平シフトレジス
タ上で隣接する２画素の信号電荷が混合される過程を模
式的に示した説明図である。

【図３】加算画素シフトモード時において、水平シフト
レジスタ上で隣接する２画素の信号電荷が混合される過
程を模式的に示した説明図である。

【図４】フィールド蓄積モードにおける、Ｇchの加算画
素と、ＲchおよびＢchの加算画素の位置関係を示した説
明図である。

【図５】フレーム蓄積モードにおける、Ｇchの加算画素
と、ＲchおよびＢchの加算画素の位置関係を示した説明
図である。

【図６】Ｇchを通常加算モードで、ＲchおよびＢchを加
算画素シフトモードとした場合の各信号の時間変化を示
したタイミングチャートである。

【図７】フィールド蓄積モードにおける、加算画素の位
置関係がフィールド周期で入れ替わる場合のＧchの加算
画素と、ＲchおよびＢchの加算画素の位置関係を示した
説明図である。

【図８】フレーム蓄積モードにおける、加算画素の位置
関係がフィールド周期で入れ替わる場合のＧchの加算画
素と、ＲchおよびＢchの加算画素の位置関係を示した説
明図である。

【図９】フィールド蓄積モードにおける、加算画素の位
置関係がライン周期で入れ替わる場合のＧchの加算画素
と、ＲchおよびＢchの加算画素の位置関係を示した説明
図である。

【図１０】フレーム蓄積モードにおける、加算画素の位
置関係がライン周期で入れ替わる場合のＧchの加算画素
と、ＲchおよびＢchの加算画素の位置関係を示した説明
図である。

【図１１】従来の３板式カラーカメラの概略構成を示す
ブロック図である。

【図１２】従来の３板式カラーカメラにおいて、通常モ
ード時に水平シフトレジスタ上に信号電荷が振り分けら
れる過程を模式的に示した説明図である。

【図１３】従来の３板式カラーカメラにおいて、加算モ
ード時に水平シフトレジスタ上で隣接する２画素の信号
電荷が混合される過程を模式的に示した説明図である。

【図１４】従来の３板式カラーカメラにおける通常動作
モード時のサンプリング過程を説明するためのタイミン
グチャートである。

【図１５】従来の３板式カラーカメラにおける加算モー
ド時のサンプリング過程を説明するためのタイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

１１レンズ１２プリズム１３、１４、１５電荷結合素子（ＣＣＤ）１６光電変換素子（フォトダイオード）１７垂直シフトレジスタ１８、１９水平シフトレジスタ２０、２１出力アンプ２２、２９標本化回路２３、３０サンプリング回路２５バッファ回路２６利得制御回路２７輝度マトリックス回路２８バッファアンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス状に配置された複数の光電
変換素子と、これら複数の光電変換素子の信号電荷を１
ラインごとに読み出すための信号電荷の転送が２種の転
送電極を交互にオン・オフすることによって行われる第
１水平シフトレジスタおよび第２水平シフトレジスタ
と、これら第１水平シフトレジスタおよび第２水平シフ
トレジスタの間に設けられた第１水平シフトレジスタ上
の信号電荷を第２水平シフトレジスタ上に転送させるた
めのトランスファ電極と、前記第１水平シフトレジスタ
上の信号電荷を出力する第１出力回路と、前記第２水平
シフトレジスタ上の信号電荷を出力する第２出力回路と
を、それぞれ備えた３つの電荷結合素子と、電気信号に変換すべき光情報を分光するとともに、色成
分ごとに分光された光情報をそれぞれ前記電荷結合素子
上に結像させるプリズムと、前記３つの電荷結合素子のうちの１つまたは２つの電荷
結合素子内のトランスファ電極をオフ状態にして、前記
第１水平シフトレジスタ上に前記光電変換素子の信号電
荷を読み出すとともに、第１水平シフトレジスタ上で混
合し、混合した信号電荷を前記２種の転送電極を所定の
順番でオン・オフすることにより、第１水平シフトレジ
スタ上で転送させる第１駆動手段と、この第１駆動手段による駆動が行われていない前記３つ
の電荷結合素子のうちの残りの電荷結合素子内のトラン
スファ電極をオフ状態にして、対応する第１水平シフト
レジスタ上に前記光電変換素子の信号電荷を読み出すと
ともに、読みだした信号電荷を第１水平シフトレジスタ
上で混合し、前記２種の転送電極を第１駆動手段におけ
る前記所定の順番とは逆の順番でオン・オフすることに
より、混合した信号電荷を第１水平シフトレジスタ上で
転送させる第２駆動手段と、前記第１駆動手段および第２駆動手段の動作によって前
記各電荷結合素子の各第１出力回路から出力されること
になる信号をそれぞれ所定の周期でサンプリングしてサ
ンプリング結果を出力する３つの信号処理手段と、これら各信号処理手段の３つのサンプリング結果を用い
て輝度信号を生成する輝度信号生成手段とを具備するこ
とを特徴とするカラーカメラ。
【請求項２】前記信号処理手段が、第１出力手段の出
力の雑音除去を行う第１標本化回路と、第２出力手段の
出力の雑音除去を行う第２標本化回路と、前記第１標本
化回路の出力のサンプリングを行う第１サンプリング回
路と、前記第２標本化回路の出力のサンプリングを行う
第２サンプリング回路と、第１サンプリング回路および
第２サンプリング回路の出力を混合するバッファ回路
と、このバッファ回路の出力を増幅する利得制御アンプ
と、この利得制御アンプに接続されたバッファアンプと
を備えた回路を、前記第１サンプリング回路によるサン
プリングだけが前記所定の周期で行われるように制御し
たものであることを特徴とする請求項１記載のカラーカ
メラ。
【請求項３】前記各利得制御アンプが、各電荷結合素
子の出力のホワイトバランスをとるものであることを特
徴とする請求項２記載のカラーカメラ。
【請求項４】前記第２駆動手段が、前記第１駆動手段
が２種の転送電極のオン・オフするときに用いる信号と
同じ信号を、所定のタイミングで反転させた信号によっ
て２種の転送電極のオン・オフを行うものであることを
特徴とする請求項１ないし請求項３記載のカラーカメ
ラ。