JPS5875393A - 単板カラ−撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は色分解機能を備えた単板カラー撮像装置に関し
、特に感応するスペクトル帯域が夫々異なる４種の光電
変換素子を用いた固体撮像装置に関するものである、 〜２次元固体撮像素子を１枚用いてカラービデオ信号を
得る単板カラー撮像装置は、少くとも３色の色分解機能
を備える必要があｐ、通常は色フィルタを撮像素子上に
配置して被写体像を各色成分毎に空間サンプリングする
方法が採られている。

この場合限られた画素を有効に用いてサンプリングの効
率を高めることが望ましく、色フィルタの配列に関して
従来から種々の手法が提唱されている。

例えば、輝度信号は高い解像度を必要とするのに対し、
色信号は相対的に低い解像度で目的を達成し得るという
ビデオ信号の特質を利用し、輝度成分の大半を占める緑
色（Ｇ）信号用のＧフィルタのみ水平・垂直方向とも１
素子おきの市松状に配置し、その間の位置に赤色＠）フ
ィルタ及び青色（Ｂ）フィルタを各々繰返しパターンで
配置する手法は効率が高く、ベイヤー配列、インターラ
イン配列等として知られている。しかしこのような配列
上の工夫を行なっても輝度信号の水平解像度は全画素を
輝度信号のために用いた白黒撮像の場合に比べて低く、
ナイキスト限界においては応答は０となる。このような
問題に対して、画像信号は小領域では垂直相関性が高い
とみなして、Ｇ信号を垂直方向に隣接するＧ信号により
画素間補間する手法が知られておシ、これにより水平解
像度は実質的に白黒撮像の場合と同程度にまで高められ
る。

しかしながらビデオ信号では通常インターレース動作が
行なわれている。インターレース動作においては、フィ
ールド内で隣接する水平列間は画素上では２素子分隔た
っているから、この２水平列閏において上記画素間補間
を行なうと垂直解像度は大幅に低下し、垂直方向ナイキ
スト限界のｂにおいても応答は０となる。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、
垂直方向の画素信号間の操作を行なわないことから垂直
解像度は白黒撮像の場合の値をそのまま保ち、水平方向
には画素配列の工夫からインターレース動作による水平
方向画素間補間効果を引き出すことにより、ナイキスト
限界においても十分高い応答を得ることができるカラー
撮像装置を提供するものである。

以下本発明を実施例に従って図面を参照しながら詳説す
る。

第１図は本発明において輝度信号を得る場合の画素配列
を示す図である。即ち、単一で輝度信号を得ることので
きる画素と、各々分光特性が異なりそれぞれの信号を加
算した信号が輝度信号となる３画素の組とが水平方向に
交互に繰返されており、かつ上記単一の画素は上下に相
隣り合う水平列内の３素子組の中央画素と同一水平位置
となるよう配列されている□（以下これを１−３市松配
列と称する。、） いま画素からの光信号が単一の画素ではそのまま、３画
素組では各光信号を加算平均して、両者の信号のデユテ
ィがに３となるように時系列に読み出される場合を考え
る。第２図（ａ）に示すように水平方向ナイキスト限界
の空間周波数の光像を受けた場合、応答は第（ｎ−１）
烈と第ｎ列とで異なっており、第２図（ｂ）の如くなる
。この時両者釜々の応答の水平周期は雨水平列間の垂直
周期より長いから、隣接水平列間で水平方向に画素補間
する効果が生じ、画像全体の応答では平均として第２図
（ｅ）の如くなり、ナイキスト限界においても十分応答
が生じることとなる。

以上の考えを適用して上記１−８市松配列の場合の各水
平空間周波数の光像に対する画像全体の応答を求めると
第８図の実線で示すようになる。

即ち１−８市松配列における水平解像度はナイキスト限
界までの各空間周波数に対して常に有限の応答がありナ
イキスト限界においても５の応答が得られている。これ
は第８図破線で示す通常の市松配列における応答に比べ
、高い空間周波数領域での応答が改善され限界水平解像
度が高められた形となっている〇一方垂直方向に関して
は、本発明においては画素間の操作をしないことにより
垂直解像度の劣化は生じず、白黒撮像の場合と同等の応
答が得られる。

さらに、任意の方向の光像に対する限界解像度の境界を
示すと第４図の実線で示す如くなる。これより第４図破
線で示す市松配列に比べ解像可能周波数領域の拡大が見
られる０特に水平軸寄りないし垂直軸寄りの斜線に対す
る解像度の改善が著しい。

以上に示した輝度信号におけ′る条件を満たし、かつカ
ラービデオ信号として必要な色信号を同時に得ることの
できる画素配列の方法としては、以下の各配列が可能で
ある− 第５図（ａ）は白色感応素子間、緑色感応素子（Ｇ）、
青色感応素子（Ｂ）及び赤色感応素子（Ｒ）を用いた配
列例である。この場合、Ｇ、Ｒ，Ｂ各信号の単純加算に
より８素子組の輝度信号を得ることができる。

第５図（ｂ）は白色感応素子■、黄色感応素子（Ｙｅχ
マゼンタ色感応素子（Ｍａ）及び７アン色感応素子（Ｃ
ｙ）を用いた配列例である。この場合はＹｅ、　Ｍａ。

Ｃｎ１ｌ算信号のｂにより３素子組の輝度信号を得るこ
とができる。

なお、第５図（ａ）ないしくｂ）の配列においては縦縞
模様のような水平方向の輝度変化が大きい光像に対して
、前者ではＹｅ−Ｂ系、後者ではＭａ−Ｇ系の偽似色信
号が発生する。これを回避する手段として第５図（ａ）
に対する例を第６図（ａ）、（ｂ）に示す。即ち、これ
らの例では各垂直列において常にＧ、Ｒ。

３画素が均等に含まれているため縦縞模様に対しても特
定の色の偏りを生じない。第５図（ｂ）に対しても同様
の配列替えにより偽似色信号の発生を抑えることが可能
である。

第７図は、第５図（ａ）の場合における色信号の抽出の
仕方を示す図である。輝度（２）信号は上述の如くＷと
Ｇ＋Ｂ＋Ｒとから構成される。赤色＠）信号はＲとＷ−
Ｇ−Ｂとにより構成され、青色但）信号はＢとＷ−Ｇ−
Ｒとによって構成されるから時系列の演算は第７図の如
くなる。第５図（ｂ）の配列の場合は、Ｙ信号は上述の
如くＷと２　（Ｙｅ　＋Ｍａ　＋　ＣＹ）とから構成さ
れ、Ｒ信号は（ｗ−ｃｙ）と（Ｙｅ＋Ｍａ−Ｗ）により
、Ｂ信号は（Ｗ−Ｙｅ）と（Ｍａ＋Ｃｙ　Ｗ）により各
々構成される。

第８図は第７図に示した信号分離・演算の回路構成を示
すブロック図であるの第５図（ａ）に示す感光素子配列
の固体撮像素子１からの信号は分岐され、サンプルホー
ルド回路２，８．４及び５により各々Ｗ、Ｇ、Ｂ及びＲ
信号のみが抽出される。

サンプルホールド回路８，４及び５からの出力は分岐さ
れ各１出力が加算回路６（より加算合成され、その出力
はスイッチング回飴９へ導かれるＯスイッチング回路９
ではサンプルホールド回路２からの分岐された１出力と
上記加算回路６からの出力がデユティ１：３となるよう
交互にスイッチングされ、Ｙ信号１２が出力きれるＯ他
方、サンプルホールド回路２，３及び５から各々分岐さ
れた各１出力は加減算回路７により合成されその出力は
スイッチング回路ｌＯへ導かれる・、スイッチング回路
ｌＯではサンプルホールド回路４からの分岐されたｌ出
力と上記加減算回路７からの出力がデユティ１：８ない
し２：２となるよう交互にスイッチングきれ、Ｂ信号１
３が出力される。さらにサンプルホールド回路２，３及
び４から各々分岐された各１出力は加減算回路８により
合成されその出力はスイッチング回路１１．へ導かれる
０スイッチング回路１１ではサンプルホールド回路５か
らの分岐された］出力と上記加減算回路８からの出力が
デユティ１：３ないし２：２となるよう交互にスイッチ
ングされ、Ｒ信号１４が出力される。なお、回路１０及
び１１にスイッチング回路を用いず代りに加算平均回路
とし、Ｒ信号は’（Ｗ−Ｇ−Ｂ−Ｒ）、Ｂ信号は±（Ｗ
−Ｇ＋Ｂ−Ｒ）により２ 得ることも可能である。感光素子配列が第５図（ｂ）の
場合においても同様の回路構成によりＹ、Ｒ。

Ｂ信号を分離・抽出することが可能である０以上説明し
てきたように、本発明によれば単一の撮像素子により輝
度信号１成分と色信号２成分を同時に得ているにもかか
わらず、輝度信号は水平・垂直ともに白黒撮像の場合と
同程度まで解像度が得られる上、垂直方向の画素間操作
を必要としないため回路構成が簡単である単板カラー撮
像装置を得ることが可能となる。

なお、本発明の実施例として撮像素子内感光素子配列が
第５図（ａ）ないしくｂ）に示す配列である場合につい
て説明してきたが、これら配列に限定されることはなく
、白色感応素子が水平方向に８素子おきに繰返し、上下
に隣接する水平列間で互いに素子間中央の水平位置を占
める配列であり、残余の位置に各々分光特性が異なりか
つ各分光特性を加算したものが白色となる８素ｆが組と
なって配列されている限りは、３素子の分光特性がいか
なるものであっても、また３素子組内の順列が各場所毎
にいかなる並び方であっても、本発明は適用可能である
。

【図面の簡単な説明】

・１：・″ 第１図は本発明における輝度信号を得る場合の画素の組
合せの図、第２図は第１図の画素配置における水平方向
矩形波応答を示す図で、（ａ）はナイキ凶１限界周波数
の入射光像、（ｂ）は画素応答、（ｃ）は画素応答の平
均を示す図、第３図は第１図の画素配置における水平方
向の矩形波応答を示す図、第４図は第１図の画素配置に
おける応答可能な空間周波数の範囲を示す図、第５図（
ａ）、（ｂ）は第１図の画素配置を実現するだめの感光
素子配列の例を示す図、第６図（ａ）、（ｂ）は第５図
（ａ）の画素配列を改良した画素配列の例を示す図、第
７図は第５図（ａ）の画素配列の場合において輝度信号
と色信号を分離・抽出するタイミングを示す図、第８図
は第７図の信号処理を実現するだめの回路ブロック図を
示す。 １：単板カラー撮像素子、２；　８．４．５：サンプル
ホールド回路、６，７．８：加減算回路。 ９ニスイツチング回路、１０，１１ニスイツチング回路
ないし加算平均回路。 代理人　弁理士　　福　士　愛　彦 太平９１１冒１１＠： う〕 ３１０カ 第４Ｕ４ ｔσノ　　　　　　　　　　　　　　　　ｔｂノ第５図 第６ｒ２１ Ｙ　イ言ａ）（＋）／−？十　　＋ノｔ＋ノン十　十　
啼ノＲ信号　　　／＋　　−−ノｌ＋ノ／＋　　−−ノ
ｔ＋ノ８　イ色号４　　　　　＋　−ノｔ＋ノｔ′−十
　−ノ（＋Ｈ−翔）７「鴫 竿８　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水平・垂直方向に配列された受光素子群からなる撮
   像装置であって、それぞれ感応するスペクトル帯域の異
   なる４種の光電変換素子が各１素子ずつ水平方向に隣接
   して並べられた４素子を組とし、該４素子組が水平方向
   に繰返し配列されてなるカラー撮像装置において、第１
   の光電変換素子は可視領域全スペ、クトル帯域に感応し
   、第２の光電変換素子、第゛８の光電変換素子及び第４
   ０元電変換素子各々の感応スペクトル特性の加算が上記
   第１の光電変換素子の感応スペクトル特性と相似形とな
   るように特徴付けられており、上記第１の光電変換素子
   は水平方向には８素子おきでかつ相隣る水平列間におい
   て互いに素子間中央の水平位置となるよう配置され、残
   余の位置に上記第２の光電変換素子、第３の光電変換素
   子及び第４の光電変換素子名々が３素子組を単位として
   配置されてなることを特徴とする単板カラー撮像装置。 ２、上記第１０光電変換素子は白色スペクトル特性を持
   ち、上記第２の光電変換素子は緑色スペクトル特性を持
   ち、上記第３の光電変換素子は青色スペクトル特性を持
   ち、上記第４の光電変換素子は赤色スペクトル特性を持
   つことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の単板カ
   ラー撮像装置。 ８、上記第１の光電変換素子は白色スペクトル特性を持
   ち、上記第２の光電変換素子は黄色スペクトル特性を持
   ち、上記第８の光電変換素子はマゼンタ色スペクトル特
   性を持ち、上記第４の光電変換素子はシアン色スペクト
   ル特性を持つことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の単板カラー撮像装置。 ４、上記第１の光電変換素子が単独で導出する信号と、
   上記第２の光電変換素子、第３の光電変換素子及び第４
   の光電変換素子の各々から導出された信号の加算平均と
   は、前者と後者の信号デユティがに３となるようにそれ
   ぞれ時系列に読み出されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の単板カラー撮像装置。