JPH09327025A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動画と高画質の静止画との両方を撮像するこ
とが可能な撮像装置を提供すること。 【解決手段】 順次走査により全画素を独立に読み出す
ＣＣＤに、垂直２行間の信号を混合して撮像するタイプ
の色フィルタを設け、動画モードでは、水平ＣＣＤ内で
垂直２行間の信号を混合して擬似インターレースを行な
う駆動により、２：１インターレースの動画の撮像を行
い、静止画モードでは、垂直２行間の信号を混合せず独
立に読み出して高画質の静止画を撮像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置に係り、特
に、動画と静止画の両方を撮像することが可能な撮像装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤ（Charge Coupled Device
）等の固体撮像素子を用いた撮像装置は、動画を撮像
することを目的としたものが主体である。このような撮
像装置には、単一のＣＣＤを用いる単板式と複数のＣＣ
Ｄを用いる多板式とがあるが、特に家庭用のＶＴＲ一体
型の撮像装置では単板式が多い。

【０００３】このような単板式の撮像装置に関しては、
例えば「テレビジョン学会誌」１９８３年１０月号，第
８９頁〜第９６頁に述べられている（以下、これを公知
例１と呼ぶ）。このような撮像装置において用いるＣＣ
Ｄ（撮像素子）の構成を、図５に示す。図５において、
２１は光電変換素子（フォトダイオード）とその上に設
けた色フィルタよりなる画素、２２は垂直ＣＣＤ（垂直
転送部）、２３は水平ＣＣＤ（水平転送部）、２４は出
力アンプである。

【０００４】この図５に示したＣＣＤでは、Ｃｙ（シア
ン），Ｙｅ（黄），Ｍｇ（マゼンタ）等、光利用率の高
い補色系の色フィルタを用いることによって高感度化を
図っている。また、ＣＣＤから信号を読み出すときに
は、擬似インターレースと呼ばれる方式によって、テレ
ビジョン信号における１フィールド期間（ＮＴＳＣ方式
の場合、約６０分の１秒）に、ＣＣＤのすべての画素に
蓄積した信号を読み出すことができる。この擬似インタ
ーレースは、垂直方向に隣接した２画素の信号を混合す
ることによって行なわれる。すなわち、あるフィールド
ではＣＣＤの第１行目と第２行目，第３行目と第４行
目，……というように、奇数行と偶数行のペアを順番に
作って隣接行の画素信号を混合する。次のフィールドで
は、第２行目と第３行目，第４行目と第５行目，……と
いうように、前のフィールドとは異なる偶数行と奇数行
のペアを順番に作って信号を読み出す。なお、画素信号
の混合は、垂直ＣＣＤ２２において行なう。先ず、奇数
（偶数）行の信号を垂直ＣＣＤ２２に読み出して一段転
送する。こうして偶数（奇数）行の信号が読み出される
垂直ＣＣＤ２２のパケットに、予め奇数（偶数）行の信
号を転送しておく。次に、偶数（奇数）行の信号を読み
出すことにより、垂直ＣＣＤ２２内で奇数と偶数行の信
号とを混合することができる。

【０００５】このようなＣＣＤにおける色フィルタ配列
の基本構成を、図６に示す。図６に示すように、水平２
画素，垂直４画素の基本構成を一単位として、同一パタ
ーンが水平および垂直方向に繰り返し配列されている。
ここで、色フィルタの基本構成における１行目と３行目
において、ＭｇとＧ（緑）の画素の位置が反転している
ところが特徴であって、こうすることにより垂直方向の
画素を混合しても、テレビジョン信号において必要な色
差信号Ｒ−ＹとＢ−Ｙを生成することができる。例え
ば、上記ＭｇとＧの反転を行なわない、２行×２列を基
本単位とする配列を用いて垂直方向の画素信号を混合し
てしまうと、Ｍｇ＋ＣｙとＧ＋Ｙｅの２種類の信号しか
得られず、この２種類の信号から色差信号Ｒ−ＹとＢ−
Ｙを生成することはできない。

【０００６】ところで、最近は動画だけでなく、静止画
撮像に対する需要も増加してきた。一般に、静止画は、
動画より高い解像度を有することが要求される。静止画
を撮像するためのＣＣＤにも、従来は、前記した図５，
６に示したようなタイプのＣＣＤを用いることが多かっ
たが、このようなＣＣＤを用いて静止画を撮像すると、
充分な垂直解像度が得られないという問題がある。そこ
で、このような問題を解決するためのＣＣＤとして、全
画素読み出しＣＣＤが提案されている。この全画素読み
出しＣＣＤについては、例えば「テレビジョン学会技術
報」；Vol.19,No.45の第１頁〜第６頁に述べられている
（以下、これを公知例２と呼ぶ）。

【０００７】上記の全画素読み出しＣＣＤの構成を図７
に示す。なお、図７において、図５と均等なものには同
一符号を付してある。図７の全画素読み出しＣＣＤで
は、垂直ＣＣＤ２２の段数を、従来のＣＣＤ（図５のＣ
ＣＤ）に対して倍にすることにより、順次走査によって
１フレーム（１画面）の画素信号を混合することなく、
独立に読み出せるようにしたものである。

【０００８】この図７に示したＣＣＤでは、図８に示す
ような、水平２画素，垂直２画素を基本単位とする配列
の色フィルタを用いる。この場合の色フィルタは、光の
３原色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色光を各
々透過する色フィルタが用いられる。各画素の信号は独
立に読み出されるので、図８に示す色フィルタ配列を用
いた場合、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号をＣＣＤの出力信号から直接
出力することができる。

【０００９】かような全画素読み出しＣＣＤを用いれ
ば、垂直方向に隣接した画素の信号を混合せずに１画面
の信号を出力できるため、高い垂直解像度を得ることが
できる。但し、図５に示したＣＣＤと同じ周波数で信号
を読み出す場合には、２：１インターレースのフィール
ド画像を出力することはできない。つまり、ＮＴＳＣ等
の規格に従った動画を生成することはできない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記したようなＣＣＤ
を用いることによって、動画あるいは静止画を撮像する
ことができるが、１台の撮像装置によって、動画と高画
質の静止画とを撮像したい場合がある。このような場
合、前記公知例１によればテレビジョンの標準規格に従
った動画像を生成することができるが、高画質の静止画
を生成することが難しいという問題があった。また、前
記公知例２によれば高画質の静止画を生成することがで
きるが、標準規格に従った動画像を生成することが難し
いという問題があった。

【００１１】本発明の目的は、上記問題を解決し、動画
と高画質の静止画の両方を撮像することが可能な撮像装
置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、光信号を電気信号に変換する複数の画素
を水平および垂直に配列した受光部と、受光部に蓄積し
た信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤと、垂直Ｃ
ＣＤによって転送された信号電荷を水平方向に転送して
出力する水平ＣＣＤとを備え、受光部に配列された全て
の画素に蓄積した信号電荷を独立に順次走査出力する撮
像手段を備えた撮像装置において、受光部に、垂直４画
素，水平２画素を基本単位とし、この基本単位における
第１行目をα，βとし、第３行目をβ，αとし、第２行
目と第４行目を各々γ，δ（但し、α，β，γ，δは各
々光の３原色のうちの少なくとも１種類の色光を透過す
る色フィルタの種類を表わす）とする色フィルタを設
け、また、撮像手段を動画モードおよび静止画モードの
２モードにより駆動する駆動手段と、撮像手段の出力す
る信号を用いて所定のフォーマットに従う映像信号を生
成する信号処理手段と、を設けたものである。

【００１３】静止画モードでは、各画素の信号を順次走
査により独立に読み出して信号処理を行ない、高画質の
静止画を生成する。この静止画モードでは水平帰線期間
に撮像素子（ＣＣＤ）内の垂直ＣＣＤにおいて信号を一
段ずつ転送するのに対し、動画モードでは２段ずつ転送
する。この結果、動画モードでは、垂直ＣＣＤから水平
ＣＣＤへの信号転送時に、垂直方向に隣接する２画素の
信号が水平ＣＣＤ内で混合する。また、あるフィールド
の最初の垂直転送の段数を１段のみとするか、２段とす
るかによって混合する行のペアを切り替え、擬似インタ
ーレースした動画を生成することができる。

【００１４】このように本発明では、順次走査により全
画素を独立に読み出すＣＣＤ（撮像素子）に、垂直２行
間の信号を混合して撮像するタイプの色フィルタを設
け、動画モードでは、水平ＣＣＤ内で垂直２行間の信号
を混合して擬似インターレースを行なう駆動により２：
１インターレースの動画の撮像を、また、垂直２行間の
信号を混合せず独立に読み出す静止画モードにより、高
画質の静止画を撮像することが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構
成を示すブロック図であり、同図において、１はレン
ズ、２はＣＣＤ、３は増幅回路、４はＡ／Ｄ変換回路、
５は信号処理回路、６は駆動回路、７は制御回路、８は
モード切り替えスイッチ、９は映像信号出力端子であ
る。

【００１６】図１に示した構成において、レンズ１に入
射した光信号はＣＣＤ２の受光部に結像し、電気信号に
変換される。ＣＣＤ２の出力信号は増幅回路３で増幅さ
れ、Ａ／Ｄ変換回路４でアナログ信号からデジタル信号
に変換される。信号処理回路５では、輝度信号と色信号
の生成や、フィルタリング，ガンマ補正，ホワイトバラ
ンス等の公知の信号処理を、動画あるいは静止画に対し
て行なう。また、ここでＪＰＥＧやＭＰＥＧ等の画像圧
縮を行なってもよい。動画撮像と静止画撮像との切り替
えは、モード切り替えスイッチ８によって行なう。モー
ド切り替えスイッチ８によって静止画撮像に設定されて
いる場合には、制御回路７が、信号処理回路５において
は静止画用の信号処理を、駆動回路６においては静止画
用の駆動を行なうように、信号処理回路５および駆動回
路６を制御する。また、動画モードに設定されている場
合には、制御回路７が、信号処理回路５においては動画
用の信号処理を、駆動回路６においては動画用の駆動を
行なうように、信号処理回路５および駆動回路６を制御
する。そして、信号処理回路５において生成された所定
のフォーマットに従う動画または静止画は、映像信号出
力端子９から出力される。

【００１７】図２は本実施形態におけるＣＣＤ２の構成
を示す説明図であって、同図において、２１は画素、２
２は垂直ＣＣＤ、２３は水平ＣＣＤ、２４は出力アンプ
である。画素２１は、特定の色光を透過する色フィルタ
と、この色フィルタを透過した光信号を電気信号に変換
するフォトダイオードとから構成されている。ここでの
色フィルタの配列は、前記図６と全く同様に、Ｍｇ（マ
ゼンタ），Ｇ（緑），Ｃｙ（シアン），Ｙｅ（黄）とい
う、補色系３種の色フィルタと原色系１種の色フィルタ
とを用いており、水平２画素，垂直４画素の基本構成を
一単位として、同一パターンが水平および垂直方向に繰
り返し配列されていて、色フィルタの基本構成における
１行目と３行目において、ＭｇとＧの画素の位置が反転
している。なお、Ｍｇは青と赤の色光を透過する色フィ
ルタであり、同様に、Ｇは緑の色光を、Ｃｙは緑と青の
色光を、Ｙｅは緑と赤の色光を、それぞれ透過する色フ
ィルタである。

【００１８】次に、本実施形態のＣＣＤ２を用いて、静
止画および動画を撮像するための駆動方法について説明
する。

【００１９】静止画を撮像する場合は、順次走査によっ
て全ての画素の信号を独立に読み出す。すなわち、先
ず、垂直帰線期間に全ての画素の信号を垂直ＣＣＤ２２
に読み出す。垂直ＣＣＤ２２は、画素から読み出した信
号を水平帰線期間に１段ずつ水平ＣＣＤ２３に向かって
転送する。垂直ＣＣＤ２２における転送を終えた信号
は、垂直帰線期間に水平ＣＣＤ２３に転送され、水平帰
線期間に水平ＣＣＤ２３内を転送された後、順次出力ア
ンプ２４から出力される。以上の動作によって全ての画
素を出力するために要する時間は、１フレーム（約１／
３０秒）である。なお、この駆動方法は通常の全画素読
み出しＣＣＤにおける駆動方法と同様である。

【００２０】続いて、動画を撮像する場合の駆動方法に
ついて説明する。ここでいう動画とは、ＮＴＳＣ等の規
格に基づく２：１インターレースに対応した画像であっ
て、ＮＴＳＣの場合、約１／６０秒に１枚のフィールド
画像を生成する必要がある。そこで、図５に示した従来
のＣＣＤにおける動作と同様に、垂直方向に隣接する２
行の信号を混合して読み出したい。しかし、図２のＣＣ
Ｄ２は全ての画素を同時に読み出すように設計するた
め、一般に図５のＣＣＤのように奇数行と偶数行の信号
を別々に読み出して、垂直ＣＣＤ内で隣接画素の信号を
混合することはできない。奇数行と偶数行の信号を別々
に読み出すには、信号読み出しのためのゲートを奇数行
と偶数行とで独立に設ける必要があり、素子構造が複雑
化してしまう。

【００２１】そこで、動画撮像時には、水平帰線期間に
垂直ＣＣＤ２２を２段ずつ転送する。図４に垂直ＣＣＤ
２２の駆動パルス波形の例を示す。図４に示した波形
は、垂直ＣＣＤ２２を２相駆動する場合のパルス波形で
あって、水平ブランキング期間における波形を示してい
る。図４の（ａ）は静止画を撮像する場合であって、垂
直ＣＣＤ２２内を１段だけ転送する。図４の（ｂ）が２
段転送する場合のパルス波形である。垂直ＣＣＤ２２の
転送を終了すると、画素信号は水平ＣＣＤ２３に転送さ
れることになるが、垂直方向に２段ずつ転送すれば、水
平ＣＣＤ２３内で垂直方向に隣接する２画素の信号を混
合することができる。このような駆動を行なえば、１フ
ィールド期間に全ての画素の信号を読み出すことがで
き、２：１インターレースの動画を出力できることにな
る。

【００２２】以上のような動作によってＣＣＤ２から出
力された画素信号を用いて、信号処理回路５において３
原色信号であるＲ，Ｇ，Ｂ信号を生成し、さらに、生成
した３原色信号を用いて輝度信号および色差信号を生成
する。

【００２３】まず、静止画モ−ドにおける信号の生成方
法について説明する。静止画モ−ドの場合は各画素の信
号を独立に読み出すので、Ｍｇ，Ｇ，Ｃｙ，Ｙｅの各画
素信号からＲ，Ｇ，Ｂ信号を生成する。補色信号Ｍｇ，
Ｃｙ，ＹｅとＲ，Ｇ，Ｂ信号との関係は、 Ｍｇ＝Ｒ＋Ｂ ……（１）式 Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂ ……（２）式 Ｙｅ＝Ｇ＋Ｒ ……（３）式 上記の（１）式〜（３）式で表すことができる。

【００２４】したがって、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号は、例えば、
次の（４）式〜（６）式を用いて求めることができる。 Ｒ＝Ｙｅ＋Ｍｇ−Ｃｙ ……（４）式 Ｇ＝Ｃｙ＋Ｙｅ−Ｍｇ ……（５）式 Ｂ＝Ｃｙ＋Ｍｇ−Ｙｅ ……（６）式 上記の（４）式〜（６）式によって求めたＲ，Ｇ，Ｂ信
号には、必要に応じてホワイトバランス補正やガンマ補
正等の公知の処理を行なっても良い。なお、Ｇ信号は画
素信号から直接得るようにしてもよい。

【００２５】また、輝度信号Ｙは、 Ｙ＝Ｍｇ＋Ｇ＋Ｃｙ＋Ｙｅ ……（７）式 上記の（７）式で求めることができる。

【００２６】なおまた、輝度信号Ｙは、（７）式によら
ず、（４）式〜（６）式によって求めたＲ，Ｇ，Ｂ信号
から、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号と輝度信号Ｙとの関係式である、 Ｙ＝０．３Ｒ＋０．６Ｇ＋０．１Ｂ ……（８）式 上記の（８）式を用いて求めるようにしても良い。

【００２７】また、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは、以上の
ようにして求めた輝度信号ＹとＲ，Ｇ，Ｂ信号とを用い
て演算することにより生成することができる。

【００２８】一方、動画モ−ドの場合は、ＣＣＤ２から
信号を読み出す際に、前述したように垂直方向に隣接し
た画素の信号を混合して読み出すので、出力される画素
信号は、Ｍｇ＋Ｃｙ，Ｇ＋Ｙｅ，Ｇ＋Ｃｙ，Ｍｇ＋Ｙｅ
の４種類の信号となる。この画素信号を用いて、例え
ば、 Ｒ＝１／２０｛−（Ｍｇ＋Ｃｙ）−７（Ｇ＋Ｙｅ）＋３（Ｇ＋Ｃｙ） ＋９（Ｍｇ＋Ｙｅ）｝ ……（９）式 Ｇ＝１／１０｛−（Ｍｇ＋Ｃｙ）＋３（Ｇ＋Ｙｅ）＋３（Ｇ＋Ｃｙ） −（Ｍｇ＋Ｙｅ）｝ ……（１０）式 Ｂ＝１／２０｛９（Ｍｇ＋Ｃｙ）＋３（Ｇ＋Ｙｅ）−７（Ｇ＋Ｃｙ） −（Ｍｇ＋Ｙｅ）｝ ……（１１）式 上記の（９）式〜（１）式によってＲ，Ｇ，Ｂ信号を生
成できる。

【００２９】また、輝度信号Ｙは各画素信号を加算して
生成すれ良く、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは、静止画の場
合と同様に、生成したＲ，Ｇ，Ｂ信号とＹ信号とから演
算して生成することができる。

【００３０】以上説明した例では、ＣＣＤの色フィルタ
としてＭｇ，Ｇ，Ｃｙ，Ｙｅを用いた配列の場合であっ
たが、この他、図３の（ａ）に示したような、全色透過
フィルタＷ（全色）を用いた補色・原色系のフィルタ配
列や、図３の（ｂ）に示したような、原色系のフィルタ
配列を用いても良い。

【００３１】以上説明したように、本実施形態では、動
画と、高画質の静止画との両方を撮像することができ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、動画と、
高画質の静止画とを撮像することが可能な撮像装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示
すブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る撮像装置における、
ＣＣＤの模式化した説明図である。

【図３】本発明の他の実施形態に係る撮像装置におけ
る、ＣＣＤの水平２画素，垂直４画素の色フィルタ配列
を示す説明図である。

【図４】本発明の一実施形態に係る撮像装置における、
ＣＣＤの駆動パルス波形を示す説明図である。

【図５】従来技術におけるＣＣＤの模式化した説明図で
ある。

【図６】図５のＣＣＤにおける、水平２画素，垂直４画
素の色フィルタ配列を示す説明図である。

【図７】従来技術におけるＣＣＤの模式化した説明図で
ある。

【図８】図７のＣＣＤにおける、水平２画素，垂直２画
素の色フィルタ配列を示す説明図である。

【符号の説明】

１ レンズ ２ ＣＣＤ（撮像素子） ３ 増幅回路 ４ Ａ／Ｄ変換回路 ５ 信号処理回路 ６ 駆動回路 ７ 制御回路 ８ モード切り替えスイッチ ２１ 画素 ２２ 垂直ＣＣＤ ２３ 水平ＣＣＤ ２４ 出力アンプ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号を電気信号に変換する複数の画素
   を水平および垂直に配列した受光部と、該受光部に蓄積
   した信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤと、該垂
   直ＣＣＤによって転送された信号電荷を水平方向に転送
   して出力する水平ＣＣＤとを備え、上記受光部に配列さ
   れた全ての画素に蓄積した信号電荷を独立に順次走査出
   力する撮像手段を備えた撮像装置において、 上記撮像手段の上記受光部に、垂直４画素，水平２画素
   を基本単位とし、該基本単位における第１行目をα，β
   とし、第３行目をβ，αとし、第２行目と第４行目を各
   々γ，δ（但し、α，β，γ，δは各々光の３原色のう
   ちの少なくとも１種類の色光を透過する色フィルタの種
   類を表わす）とする色フィルタを設け、 また、上記撮像手段を動画モードおよび静止画モードの
   ２モードにより駆動する駆動手段と、上記撮像手段の出
   力する信号を用いて所定のフォーマットに従う映像信号
   を生成する信号処理手段と、を設けたことを特徴とする
   撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、 前記αはＭｇ（マゼンタ）、前記βはＧ（緑）、前記γ
   はＣｙ（シアン）、前記δはＹｅ（黄）の色光を透過す
   る色フィルタであることを特徴とする撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載において、 前記αはＷ（全色）、前記βはＧ（緑）、前記γはＣｙ
   （シアン）、前記δはＹｅ（黄）の色光を透過する色フ
   ィルタであることを特徴とする撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載において、 前記αはＲ（赤）、前記βはＧ（緑）、前記γはＢ
   （青）、前記δはＧ（緑）の色光を透過する色フィルタ
   であることを特徴とする撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１つに記載にお
   いて、 前記駆動手段は、前記静止画モードでは、各画素の信号
   を順次走査により独立に読み出すフレーム撮像を行な
   い、 前記動画モードでは、前記垂直ＣＣＤにおいて、信号を
   ２段ずつ転送することにより、前記水平ＣＣＤ内で垂直
   方向に隣接する２画素の信号を混合すると共に、１フィ
   ールド期間で前記受光部の全ての画素の信号を読み出す
   ことを特徴とする撮像装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載において、 フィールドにおける前記垂直ＣＣＤの第１回目の転送段
   数を１段と２段とに交互に切り替えることによって、混
   合する行のペアを切り替え、擬似インターレース読み出
   しを行なうことを特徴とする撮像装置。
7. 【請求項７】 光信号を電気信号に変換する複数の画素
   を水平および垂直に配列した受光部と、該受光部に蓄積
   した信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤと、該垂
   直ＣＣＤによって転送された信号電荷を水平方向に転送
   して出力する水平ＣＣＤとを備え、上記受光部に配列さ
   れた全ての画素に蓄積した信号電荷を独立に順次走査出
   力する撮像手段を備えた撮像装置において、 上記撮像手段の上記受光部に、垂直４画素，水平２画素
   を基本単位とし、該基本単位における第１行目をα，β
   とし、第３行目をβ，αとし、第２行目と第４行目を各
   々γ，δ（但し、α，β，γ，δは各々光の３原色のう
   ちの少なくとも１種類の色光を透過する色フィルタの種
   類を表わす）とする色フィルタを設けたことを特徴とす
   る撮像装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載において、 前記αはＭｇ（マゼンタ）、前記βはＧ（緑）、前記γ
   はＣｙ（シアン）、前記δはＹｅ（黄）の色光を透過す
   る色フィルタであることを特徴とする撮像装置。
9. 【請求項９】 請求項７記載において、 前記αはＷ（全色）、前記βはＧ（緑）、前記γはＣｙ
   （シアン）、前記δはＹｅ（黄）の色光を透過する色フ
   ィルタであることを特徴とする撮像装置。
10. 【請求項１０】 請求項７記載において、 前記αはＲ（赤）、前記βはＧ（緑）、前記γはＢ
    （青）、前記δはＧ（緑）の色光を透過する色フィルタ
    であることを特徴とする撮像装置。