JPS59279A - 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、ＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　
Ｄｅｖｉｃｅ　）等の固体撮像素子にて形成した撮像部
から点順次撮像信号を得るようにした撮像装置に関し、
特に、市松模様状の絵素構造の空間サンプリングによる
偽信号を光学的ローパスフィルタにて抑圧して、撮像画
像の画質の向上を図るようにした撮像装置に関する。

一般に離散的な絵素構造を有するＣＣＤ等の固体撮像素
子を用いた撮像装置では、被写体像を空間サンプリング
して撮像出力を得るために、上記空間サンプリングの周
波数成分が偽信号として撮像出力に重畳され、所謂折返
し歪による画質劣化を伴なうことが知られている。そし
て、電気的な信号処理系において発生する折返し歪は、
上記信号処理系にて輝度レベル調整を行なうことによっ
て抑圧できるのであるが、被写体像を撮像面に結像する
ための光学系において生ずる折返し歪は、電気的な信号
処理では抑圧することができず、該光学系中で光学的に
除去する必要があり、上記空間サンプリング周波数にト
ラップポイントを与える光学的ローパスフィルタによっ
て抑圧するようにしている。

例えば、等方格子状の絵素構造を有する離散的撮像系の
場合には、第１図に示すように、撮像部１の前面側に水
晶板や方解石板等の複屈折特性を有する複屈折板を用い
た光学的ローパスフィルタ２を配設している。上記光学
的ローパスフィルタ２は、複屈折板を構成している結晶
の光学軸と光の波面法線とで定まる平面（以下主断面と
いう。）において、第１図のように入射光が正常光成分
と異常光成分とに分れて通過する性質を有しており、上
記正常光成分の通る光軸と異常光成分の通る光軸との離
間距離をＰｔとした場合に、 １　　　−ｊｐＬ ＨＯＬＰＦ、　−（１＋ｅ）　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・第１式なる第１式にて示されるローパス
フィルタ特性ＨｏＬＰｒｏを被写体像に与える。そして
、上記離間距離Ｐ、を撮像部１の絵素１Ａの間隔ＰＫに
対してＰｔ　””　２　Ｐｘ　　にしておくことにより
、撮像部１における空間サンプリング周波数ｆｓに対し
てトラップポイントを与えることができる。

ところで、−第２図に示すように水平絵素ピッチをＰ、
とし垂直絵素ピッチをＰｙとした市松模様状に各絵素１
１Ａを配列した撮像部１１にて被写体像の空間サンプリ
ングを行なった場合には、水ｖ 垂直方向の空間周波数を■として古なる縦軸とにて第３
図に示される二次元空間座標平面上に、黒点にて示すよ
うな位置に上記空間サンプリングによる周波数成分（ス
ペクトラム）が発生する。

そこで、従来より上記市松絵素構造の撮像部１１に対し
ては、上記第３図に示した空間座標平面における座標（
Ｌ、１）におけるキャリヤのサイド２ バンド成分がゼロ周波数すなわち座標（０，０）に折返
えさるのを防止するように、 １ ＨＯＬＰＦＩ　−７（１−）−ｅ　ｙ）　　　・・・・
・・・・・・・・・・・第２式ＨＯＬＰＦ２−４　（１
＋ｅ−”’）　　　・・・・・・・・・・・・・・・第
３式にて示されるローパスフィルタ特性を与える光学的
ローパスフィルタを上記撮像部１１の前面側に配設して
いた。ここで、上記第２式のローパスフィルタ特性ＨＯ
ＬＰＦＩ　　を第４図中に実線の平行線・の線密度にて
示してあり、また、上記第３式のローパスフィルタ特性
ＨＯＬＰＦＩを第４図に破線の平行線の線密度にて示し
である。しかし、上記市松絵素構造の撮像部１１に対し
て上記ＨＯＬＰＦＩあるいはＨｏｔ、ＰＦ２のローパス
フィルタ特性を与えると、空間サンプリングによる偽信
号の発生の少ない座１　　　　　　１ 標（０，−）あるいは（Ｔ、　０　）についても抑圧し
てしまうので、垂直方向あるいは水平方向の解像度が劣
化するという問題点がある。

そこで本発明は、上述の如き問題点に鑑み、市松模様状
に各絵素を配列した離散的撮像系において、解像度を劣
化させることなく、空間サンプリングによる偽信号を光
学的に十分に抑圧し、画質の良好な撮像を可能にした新
規な構成の撮像装置を提供するものである。

以下、本発明の一実施例について詳細に説明する。

先ず、本発明の具体的な実施例の説明の前に、本発明に
係る撮像装置における二次元空間サンプリングによる偽
信号の抑圧機能の動作原理について、上記第３図に示し
た市松絵素構造の撮像部１１により二次元空間サンプリ
ングを行なう場合を例として説明する。

すなわち、水平絵素ピッチをＰ、とし垂直絵素ピッチを
Ｐｙとした市松模様状の絵素構造の撮像部１１にて被写
体像の二次空間サンプリングを行なう場合には、上記撮
像部１１にてサンプリングされる水平方向の空間周波数
をＵと垂直方向の全縦軸とにて示される二次元空間座標
平面上で、上記二次元空間サンプリングによるスペクト
ラム分布を示すと、撮像部１１のある一つの絵素１１Ａ
の空間位置を座標原点（０，０）として、この座標原点
（０，０）に対して最も接近した位置にあンド成分が上
記座標原点（０，０）すなわちセロ周波数に折返される
ことによる折返し歪が画質、−劣化の要因となる。そこ
で、本発明では、上記二１ して平行で座標（Ｔ、−２−）を通る直線とにてトラッ
プ特性が示される第２の光学的ローパスフィルタを重ね
て用いる。

例えば、 なる第４式にて示されるローパスフィルタ特性ＨＯＬＰ
Ｆａ　　を有する第１の光学的ローパスフィルタと、 なる第５式にて示されるローパスフィルタ特性Ｈｏｈｐ
ｒｂ　　を有する第２の光学的ローパスフィルタとを重
ねて用いることによって、第５図の二次元通る各直線に
てトラップ特性が示されるローパスフィルタ特性ＨＯＬ
ＰＦＣ −？°“））　　　　　　・・・・・・・・・・・・・
・・第６式を二次元空間に与えることができる。

上記ＨｏＬＰＦＣなるローパスフィルタ特性を与えた−
１．、、−Ｅ、Ｂ、−雀）のキャリヤのサイドバント成
分とともに、各座標（’１．０）、（０゜１）、（−１
，０）、（０，−１）のキャリヤのサイドバンド成分に
よる座標原点（０，０）への折返しを、光学的に十分に
抑圧することができる。

で、画像の水平方向および垂直方向の解像度の劣化が極
めて少ない。なお、上記第１および第２の光学的ローパ
スフィルタは、第６図に示すようなえるようにしても解
像度を確保し、且つ折返し歪を抑圧することができる。

次に、第７図に示すように、緑色撮像用の絵素Ｇを直交
配列し、赤色撮像用の絵素Ｒと青色撮像用の絵素Ｂとを
市松模様状に配列したｌチップＣＣＤイメージセンサ２
１を用いたカラー撮像装置に本発明を適用した場合の具
体的な実施例について説明する。ここで、上記イメージ
センサ２１は、インターレースを考慮して二水平ライン
分ずつ同じ絵素配列となっており、被写体像の二次元空
間サンプリングによる周波数成分のスペクトラム分布が
第８図のように二次元空間座標平面上に示されるＯ れる第１の光学的ローパスフィルタ３１と、座標性が示
される第２の光学的ローパスフィルタ３２とを第９図に
示すようにＣＣＤイメージセンサ２１の前面側に縦続的
に配置しである。上記各光学的ローパスフィルタ３１．
３２としては、水晶板等の複屈折特性を有する複屈折板
が用いられ、上記イメージセンサ２１の水平絵素ピッチ
をＰ、とし垂直絵素ピッチをＰｙとして、 ｚ　ｒ　＝ｅ−Ｊ　ＰＸ　Ｌｌ −１−ｊＰｙＶ ω　　　＝ｅ にて与えられる ＨＯＬＰＦＡ−ｊ（１＋Ｚ−’　・Ｇｌ−’）　（１＋
Ｚ−’　・ω’）・・・・・・・・・・・・・・・第７
式なるローパスフィルタ特性ＨＯＬＰＦＡを第１の光学
的ローパスフィルタ３１が有シ、 Ｈ０ＬＰＦ８一番（１＋Ｚ−”　・ω−”）（１＋ｚ７
’・ω”）・・・・・・・・・・・・・・・第８式なる
ローパスフィルタ特性ＨＯＬＰＦＢを第２の光学的ロー
パスフィルタ３２が有している。

なお、上記各光学的ローパスフィルタ３１，３２間には
、第１の光学的ローパスフィルタ３１．にて分けられた
正常光成分と異常光成分とを通常光に戻すための１波長
板３３が配設されている。

上述の如き第１および第２の光学的ローパスフィルタ３
１．３２を介して撮像光が照射されるＣＣＤイメージセ
ンサ２１では、第１０図に示すように市松模様状の空間
サンプリングによる周波数成分がゼロ周波数への折返し
歪として問題となる一パスフィルタ３１．３２により抑
圧されるので、折返し歪による画質劣化の極めて少ない
撮像動作を行なうことができる。しかも、上記光学的ロ
ー乎、および垂直の解像度を劣化させることが極めて少
ない。

上記ＣＣＩ）イメージセンサ２１から読出される点順次
撮像出力すなわち赤色撮像出力ＥＲ，緑色撮像出力Ｅｏ
、青色撮像出力Ｅｓのうち、ＥＲ倍信号Ｅａ倍信号同時
化回路４１に供給されＥＧ倍信号垂直輪郭補償回路４２
に供給される。

上記同時化回路４会は、供給されるＥＲ／ＥＢ信号に対
して、 Ｈ，Ｐ（Ｚ、ω）　＝　’（４＋Ｚ−’　＋Ｚ＋ω−２
＋ω２）・・・・・・・・・・・・・・・第９式なる第
９式にて示される伝達関数ＨＩＰを与えるポストフィル
タとして働き、ＥＲ倍信号ＥＢ倍信号を同時化する。こ
こで、上記伝達関数Ｈ＋ｐ（ｚ、ω）はｌ　Ｈｌ−Ｈの
等高純が第１１図のよ７にＴ今れ、このポストフィルタ
によって座標（Ｔ、τ）のキャリヤ成分は組方抑圧され
る。そして、上記同時化回路４１にて同時化されたＥＲ
倍信号ＥＢ倍信号、それぞれ水平輪郭補償回路４３．４
４に供給される。

上記各水平輪郭補償回路４３．４４は、それぞれ上記Ｅ
Ｒ倍信号Ｅｅ倍信号ついて、 ＨＩＥ１＝’、　（６（Ｚ”＋Ｚ））　　　・・・・・
・・・・第１Ｏ式−なる伝達関数ＨＩＥＩを与えること
により水平輪郭補償を行なう。すなわち、上記ＥＲ倍信
号よびＥＢ倍信号、上記同時化回路４１における同時化
処理によって ＨＩｐ（ｚ、Ｑ）＝＋（６＋Ｚ　十Ｚ）・・・・・・第
１１式なる伝達特性が与えられ水平解像度が劣化するの
であるが、上記各水平輪郭補償を行なうことにより、水
平高域成分に関してＥａ倍信号同等な伝達特性として座
標（１，０）のキャリヤをバランスさせることができる
。

また、上記垂直輪郭補償回路４２は、ＥＧ倍信号ついて
、 Ｈｖｕ：＝’（４（ω−２＋ω２））　　・・・・・・
・・・第１２式なる伝達関数Ｈｖ　Ｉ　Ｅを与えること
により、上記光学的ローパスフィルタ３１．３２のロー
パスフィルタ特性Ｈｏｔ、ｔ＋ｒ３ ＨＯＬＰＦ３　＝ＨＯＬＰＦｌ　１ＨｏＬｐｆ゛ｚ−−
！−（１＋Ｚ−”・ω−’）（１＋Ｚ−’・ω１）４ ・・・・・・・・・・・・・・・第１３式による垂直解
像度の劣化を、偽信号を含まないＥａ信号成分にて補償
する。

上記垂直輪郭補償されたＥｏ倍信号および水平輪郭補償
されたＥＲ倍信号Ｅｅ倍信号、それぞれ同時化回路４５
，４６．４７を介して三色同時信号に変換されてから、
各プロセス処理回路４８゜４９．５０を介してマトリク
ス回路５１に供給される。このマトリクス回路５１は、
上記ＥＲ倍信号ＢＧ倍信号ＥＢ倍信号ら輝度信号ＥＹを
合成するとともに各色差信号Ｅ、、ｇＱを合成する。上
記輝度信号Ｅｙは水平輪郭補償回路５２を介して水平輪
郭補償されてエンコーダ５５に供給される。

また、容色差信号Ｅ、　、　ＥＱは、それぞレローバス
フィルタ５３．５４を介して帯域制限されて上記エンコ
ーダ５５に供給される。

上記エンコーダ５５は、輝度信号Ｅｙ、各色差信号Ｅｌ
、ＥＱからＮＴＳＣ方式に適合した複合カラーテレビジ
ョン信号を合成して出力する。

上述の如く本発明によれば、水平絵素ピッチ・をＰｘ　
とし垂直絵素ピッチをＰ、とした市松模様状の絵素構造
の撮像部により被写体像の二次元空間サンプリングを行
なう離散的撮像系において、上記撮像部にてサンプリン
グされる水平方向の空間周波数をＵとし垂直方向の空間
周波数を■としてＰｘｕＰ■ −なる横軸と一六コなる縦軸とにて示される二２π １ 次元空間座標平面上で、座標（／Ｔ、Ｔ）を通り各座標
軸と交叉する直線と該直線に対して平行で座１ 標（−７，−Ｔ−）を通る直線とにてトラップ特性が示
される第１の光学的ローパスフィルタと、座１ 標（−Ｔ、Ｔ）を通り各座標軸と交叉する直線と１ 該直線に対して平行で座標（Ｈ，−Ｔ）を通る直線とに
てトラップ特性が示される第２の光学的ローパスフィル
タとを上記撮像部の前面側に縦続的に配設したことを特
徴としたことによって、撮像部の絵素構造に基因する光
学系における折返し歪を上記各光学的ローパスフィルタ
にて十分に抑圧することができ、しかも各光学的ローパ
スフィルタによる解像度の劣化も極めて少なくすること
ができ、市松絵素構造の撮像部から画質の良好な撮像出
力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な光学的ローパスフィルタを設けた撮像
装置の模式的構成図である。 第２図は、本発明に適用される撮像部の絵素構造を示す
模式的な平面図である。第３図は上記撮像部にて被写体
像を二次元空間サンプリングした場合の該サンプリング
による周波数成分の分布状態を二次元空間座標平面上に
示したスペクトラム分布図である。 第４図は従来より一般的に用いられている光学的ローパ
スフィルタにて与えられるローパスフィルタ特性を二次
元空間座標平面上に示した特性図である。 第５図は発明に係る撮像装置における光学的ローパスフ
ィルタにて与えられるローパスフィルタ特性を二次元空
間座標平面上に示した特性図である。第６図は同じくロ
ーパスフィルタ特性の変形例を示す特性図である。 第７図は本発明の一実施例に適用した撮像部の絵素構造
を示す模式的な平面図である。第８図は上記撮像部によ
る二次元空間サンプリングによる周波数成分の分布状態
を二次元空間座標平面上に示したスペクトラム分布図で
ある。第９図は上記撮像部を用いたカラー撮像装置の一
実施例の信号処理系の構成を示すブロック図である。第
１０図はこの実施例における光学的ローパスフィルタの
特性を二次元空間座標平面上に示す特性図である。 第１１図は同じく同時化回路にて与えられるフィルタ特
性を示す特性図である。 １１．２１・・・・・・・・・・・・・・・撮像部１１
Ａ、２１Ａ・・・・・・・・・絵素３１．３２・・・・
・・・・・・・・・・・光学的ローパスフィルタ第１図 第２図 口　　口　　口 第３図 第４図 第６図 第７図 −ロ０困囚口囚 第１１図 Ｐｙｖ ］］薯 昭和５８Ｆ　１月１７０ 特許庁長官　若　杉　和　夫　　殿 １、事件の表示 昭和５７年　特許願第１１０２８７号 ３、補正をする者 事ｆ１との関係　　　　特許出願人 性　所東京部品用区北品用６丁目７番３５号氏名（２１
ｓ）ソニー株式会社 （名称）　代表者　　大　賀　典　雄 ４、代理　人 〒１０５ 自発 （７−］）　　　明細書の第３頁第１５行目にある記載
’ｒ　Ｉ（ｏｒ、ｐＦＯ−・・・・・・・・・第１式ｊ
を１　　　　　−ｊｅｔω １”　Ｈｏｔ、ＰＦＯ−＝（１＋ｅ　　　）・・・・・
・・・・第１式」と訂正する。 （７−２）　　　明細書の第４頁第１７行目にある記載
ｒＨｏＩＪＰＦ１−　　　　・・・・・・・・・第２式
」をｒＨｏｂｐｒ、＝　７（１＋ｅ　　ｙ）　　・＝・
−・・＝第２式」と訂正する。 （７−３）　　　明細書の第４頁最終行にある記載１’
　Ｈｏｔ、’ｐｒｚ　＝　　　　　・・・・・・・・・
第３式」を［１（。ｌ、Ｐ、Ｆ２−女（１＋υＵ）　・
・・・・・・・・第３式」と訂正する。 （７−４）　　　明細書の第１Ｏ頁第１３行目にある記
載ｒ　Ｈｏｒ、ｐｒ人＝　　　　　・・・・・・・・・
第７式」を［１−ＩＯＬＰＦＡ−↓（１＋Ｚ−’−（＝
１−’）・・・・・・・・・第７式」と訂正２ する。 （７−５）　　　明細書の第１０頁最終行にある記載［
Ｈｏ■、＋・［８：　　　　　・・・・・・・・・第８
式」を［１１０１，ＰＦＩｌ−↓（１＋Ｚ−’　−ω’
　）−・−・＝第８式」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水平絵素ピッチをＰＸとし垂直絵素ピ・ノチをＰｙとし
   た市松模様状の絵素構造の撮像部により被写体像の二次
   元空間サンプリングを行なう離散的撮像系において、上
   記撮像部にてサンプリングされる水平方向の空間周波数
   をＵとし垂直方向の空間トラップ特性が示される第１の
   光学的ローノ々スフ２の光学的ローパスフィルタとを上
   記撮像部の前前側に縦続的に配設したことを特徴とする
   撮像装置。