JPS60134582A - カラ−固体撮像装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明はカラー固体撮像装置に関し、解像度の向上、
モアレの低減等に着目したものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年ＣＣＤ型、ＭＯＳ型等の固体撮像素子を用いたカラ
ーテレビジョンカメラが実用化されている。特に一般用
カラービデオカメラにあっては、従来Ｏ単管式ビデオカ
メラと同様に１板の固体撮像素子を効果的に用いた単板
式ビデオカメラの開発に努力が注がれている。この種の
ビデオカメラは基本的には固体撮像素子の受光面上に、
画素に対応させてカラーフィルタを設けている。

そして固体撮像素子の出力から、周波数分離あるいは位
相分離等の手段を用いて、色信号をそれぞれ抽出したの
ち、カラーテレビジョン信号を得るものであシ、種々の
方式が提案されている。

以下によく知られている２種類の方式を例にと９その問
題点とともに説明する。

第１図はフトライゾフィルタ内蔵形固体撮像素子を用い
たカラーテレビジランカメラの概略構成図°である。１
ノはカラー撮像のだめのカラーフィルタを内蔵したＣＣ
Ｄ　、　ＭＯＳ形等の固体撮像素子であり、その色配列
は例えば第２図に示すような配列である。ここでＲおよ
びＧは、それぞれ赤および緑の色光のみを透過させるも
のであ’）、ｃｙは緑と青の光（シアン）を透過させる
ものであり Ｃｙ＝Ｇ十Ｂ の出力が得られる。サンプルホールド回路１３゜１４．
１５は、固体撮像装置１１から順次得られるＲ　、Ｇ　
）　Ｂの信号を分離する回路である。

マトリックス回路１６は、Ｃｙ　＊　Ｇ信号よｆｉＢ信
号を得るため回路で、この例では、 Ｂ＝Ｃｙ−Ｇ の演算を行なえば良い。ロー・ぐスフィルタ１２は、輝
度信号（７）を作るためのもので、その構成比は、 Ｙ＝２Ｇ＋Ｒ＋Ｂ となるので、輝度信号として使用するに不都合はない。

しかしながら、色のある被写体を写したときに、モアレ
が生じないように固体撮像素子の水平駆動周波数をｆ８
、色信号の帯域をｆｃとすると、カットオフ周波数Ｈｆ
ｓ　ｆｃを持つローパスフィルタを用いる必要がある。

このようにすると反面、水平方向の解像度が悪くなると
いう欠点がちる。なお１７はカラーエンコータ回路であ
り、入力信号を用いて所定の方式のテレビジ目ン画像信
号に組みたてる。

第３図は、周波数インターリーグ方式カラーテレビジョ
ンカメラの構成例である。

３ノはカラー撮像のためのカラーフィルタを内蔵した固
体撮像素子であシ、その色配列の一例を第４図に示して
いる。ここでＷは緑、赤、青すべての色の光を透過させ
るもので Ｗ＝Ｇ＋Ｒ＋Ｂ の信号を得ることができる。Ｙｅは緑、赤の色（黄色）
を透過させるもので ￥ａ　＝　Ｇ　十Ｒ の信号を得ることができる。またＣｙは緑、青の色の光
を透過させるもので、 Ｃｙ−〇十Ｂ の信号を得ることができる。さらに、Ｇは緑の色の光の
みを透過させる。

上記フィルタを有彩する撮像素子３１より得られる色多
重信号をベースバンド成分と基本波成分であられすと、
第ｎ走査線で得られる信号は、 （Ｇ　十−！−Ｒ＋−！−Ｂ　）　＋工（Ｒ十Ｂ　）ｓ
ｉｎωｔ２　２　π となシ・第ｎ　＋１走査線で得られる信号ｄ１する角周
波数である。これらの信号は、カットｓ オフ周波数−ｚ−ｆｃｔ持つロー・クスフィルタ３２を
通過し、輝度信号（１）となる。

第ｎ走査線および第ｎ　＋　１走査線の走査時は共に、 Ｙ＝２Ｇ十Ｒ十Ｂ という構成比となシ、輝度信号として使用するに不都合
はない。

次に、ローパスフィルタ３３は、緑信号を得るための信
号を作るもので、ｆｃのカットオフ周波数を持ち、出力
信号（１）は、先の輝度信号（Ｙ）と同様にどちらの走
査線走査時でも Ｙ＝２０＋Ｒ十Ｂ という合成比よりなる。この信号量は、マトリックス回
路３１０において、後で説明するよりに得た赤、青信号
が減算されることによって、緑信号Ｇとなる。

次に１赤、青信号の合成法について説明する。

撮像素子３１よシ得られた色多重信号は、通過イルタ３
４にょシ、基本波成分のみが抽出される。また、１水平
走査時間の遅延量を持っＩＨ遅延線３５からは、１つ前
の水平走査線の基本波成分が導出される。

従って加算器３６においては、 一；　（Ｒ十Ｂ　）　ｓｉｎωｔ−ｔ、−（Ｒ−Ｂ　）
ｓｉｎωｔ　＝　−；　Ｒ５１ｎωを減算器３７におい
ては、 ４、、（Ｒ十Ｂ　）　ｓｉｎωｔ　−４（Ｒ−Ｂ　）　
ｓｉａωｔ＝４Ｂｓｉｎωｔの演算・出力が得られる。

ここで各出力をみると、それぞれＲ，Ｂだけからなる正
弦波信号であり、検波器３８．３９によって検波を行え
ば、赤信号Ｒと青信号Ｂを得ることができる。これら２
つの信号Ｒ及びＢは、先に述べたように、信号Ｇを作る
ために用いられるとともに、信号Ｙ。

Ｇとともに、カラーエンコーメ回路３１１に入力され、
カラーテレビジョン信号に組みたてられる。

以上が周波数インターリーブ方式のカラーテレビジョン
カメラの原理である。従って、輝度８ 信号の帯域は、２　／ｃになり、先に説明したストライ
プフィルタによるものよシも水平方向の解像度は良くな
る。

しかしながら、色分離に関しては、垂直相関がちること
を利用しているので、走査線間に大きな輝度差があった
場合、色分離ができないという問題がある。例えば、第
ｎ＋１走査線の明るさが第ｎ走査線の２倍であったとす
ると、加算器の出力は、 ４ 一；；　（Ｒ＋Ｂ　）ｓｉｎωｔ　＋Ｈ（Ｒ−Ｂ　）ｓ
ｉｎωｔ　＝４　（３Ｒ−Ｂ　）ｓｉｎωｔとなり、 減算器の出力は、 ４ ；　（Ｒ＋Ｂ　）ｓｉｎｃｃ＋ｔ　−−；　（Ｒ−Ｂ　
）ｓｉｎωｔ　＝　４　（３Ｒ−Ｂ　）ｓｉｎωｔとな
る。このように、信号ＲｊＢを分離できないいわゆる垂
直偽信号が出力され、画質を悪化させる原因が残ってい
る。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に対処すべくなされたもので、高解
像度でモアレが少なく、かっ色偽信号の少ないカラー固
体撮像装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明では、固体撮像素子に設けられた色フィルタが、
水平方向の等測的な３画素に対して、同一の面積で４種
の色フイルタ部を配列して第１の水平列とし、ｉｌの水
平列では水平方向に瞬接していない色フイルタ部が第１
の水平列に対して垂直方向に瞬接する列を第２の水平列
とし、第１．第２の水平列が順次垂直方向に交互に配列
され、かつ垂直方向に瞬接する色フイルタ部の分°光の
和が等しくなるように設定される。

そして、第１．第２の水平列に関する読み出し信号の和
から輝度信号の高域成分を得、また同期検波によシ色信
号を得、さらには、第１．第２の水平列に関する信号の
いずれかよシ輝度信号の低域成分を得るようにしたもの
である。

（発明の実施例〕 以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。

まず、第５図、第６図を参照して本発明の基本原理を説
明する。第５図は３画素４フイルターを例示してその出
力信号について説明するだめのものである。色フィルタ
５１は、ＦＡＩＦ、１Ｆ、　ＩＦＤという４つの色フイ
ルタ部からなシ、それぞれの光量は、 −Ａ　、旦Ｂ　、−Ｃ、３−Ｄ ３ ４　４　４　４ を透過するように設定されている。

光センサ５２は、Ｐｘ　ｒ　Ｐｙ　、　ｐ２という感光
部、つまシ画素部から成シ、それぞれの画累部は、入射
した光量に比例した値の出力ｘ、ｙ、ｚを出力すること
ができる。従って、出力ｘ、ｙ。

固体撮像素子の出力をベースバンド成分と基本波成分で
表わすと、 となる。（２）式に（１）式を代入するととなシ、この
信号を■ωｔの位相で同期検波すると、 が得られｓｉｎωｔの位相で同期検波すると、−（Ｃ＋
３Ｄ−３４−Ｂ　） ８π か得られる。

上記の２つの信号とベースバンド成分 ”（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）とからカラーテレビジョン信号に
必要な３つの信号を得ることができる。

ここで、ＳＲ１Ｓ、　ｌ　ＳＢをそれぞれ赤、緑、青信
号とし、■μｓωｔの位相で青信号が得られ、■５ｉｎ
６）ｔの位相で赤信号が得られ、■ベースバンド信号に
緑信号が含まれ、■垂直方向に降接するすなわち、水平
方向には隣接していないフィルタの分光の和は等しいと
いり条件を満たすフィルタをめる。この条件を式であら
れすと、Ｂ十ＣＤ　Ａ”＝ａＳＢ Ｃ＋３Ｄ−３Ａ−Ｂ＝ｂＳＲ・・・（４）Ａ＋Ｃ＝Ｂ＋
Ｄ＝ｃＳＢ＋ｄＳＲ＋ｅＳ０となる。（４）式を解くと
次のようになる。

・・・（５） となる。

（５）式にａ＝２　）　ｂ＝４　、　ｃ＝１　、　ｄ＝
１　、　ｅ＝２を代入すると、 というフィルタがめられる。このフィルタは、１つの水
平列から、３つの色信号が得られるので、原理的に垂直
偽色信号は生じない。

また本発明では、第６図に示すように、各フィルタ部と
も市松状に配列されているので、第１の水平列と第２の
水平列では、その色信号キャリア成分が位相反転して得
られる。従って、縦縞を、写した時に生じる偽色信号は
水平列ごとに反転するので、第１の水平列から得られる
色信号と、第２の水平列から生じる色信号とを加え合わ
せることにより、偽色信号を改谷することができる。こ
の加算処理は、同期検波の前で行うこともでき、その場
合には、第１列と第２列の信号の減算を行なうことにな
る。

またベースバンド成分は、（６）式の透過特性を持つフ
ィルタを使用した時には、 １　１１ 、（Ａ十Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）＝８．＋Ｈ８Ｒ＋Ｈ８゜という構
成比となシ、輝度信号として使用するには不都合はない
。また、垂直方向に瞬接するフィルタの透過特性の和は
、 １ Ａ十〇＝Ｂ＋Ｄ＝２（ｓＧ＋百ＳＲ＋Σｓ、）という一
定の値を持ち、色のキャリアを含まず、ベースバンドと
同じ構成比なので、これを輝度信号の高域成分として使
用することにより、固体撮像素子の水平限界解像度まで
の輝度信号を得ることができる。

従って本発明によると、水平方向、垂直方向ともに高解
像度でモアレが少なく偽色信号の少ない良好な装置を実
現できる。

第７図は、上記の基本原理に基づいて実現された実施例
である。

７１は、カラー撮像の為の色フィルタを内蔵した固体撮
像素子であシ、その色フィルタの配列は、例えば、第８
図に示すような色フイルタアレイである。８１はフォト
ダイオード等の光電変換素子である。そして、色フイル
タアレイは、各光電変換素子の感光部に対して図に示す
ようにＷ（金色光透過）、Ｙｅ（黄色透過）、Ｇ（緑色
透過）、Ｃｙ（シアン透過）が配列されている。第７図
に戻って説明するに、ローツクスフイルタフ２は、固体
撮像素子７１の駆動周波数をｆい色信号の帯域をｆｃと
すれば、カットオｓｃ フ周波数−−ｆｃをもつローパスフィルタとなり、これ
を通過した信号は、輝度信号の低域成分ＹＬとなり、そ
の構成比は、 ＹＬ＝　８６＋医ＳＲ十ΣＳ。

となるので、輝度信号として使用するに不都合はない。

８ バンドパスフィルター３は、通過ｖｒ域（−Ｈ−５ −ｆｃ）〜−を持つバンドパスフィルタでアシ、固体撮
像素子７１からの出力の輝度信号の高域成分と、変調さ
れた色信号を通過させる。被写体に垂直相関がある所で
は、輝度信号は、走査線に対して同相であられれ、変調
された色信号は、走査線に対して逆相であられれる。

ここで、ｌ水平走査期間の遅延量を有したｌＨ遅延回路
７４と、加算器７５の結線回路は、走査線に対して同相
の信号を出力するくし形フィルタを構成しておシ、前記
バンドパスフィルタ２３の出力が入力され、輝度信号の
高域成分（ＹＨ）を出力する。この高域成分（ＹＭ）の
構成比は、 Ａ＋Ｂ＝Ｂ＋Ｄ＝２Ｓ０＋ＳＲ＋Ｓ。

であ如、ＹＬと同じ構成比である。従って、加算器７６
で、先の成分（ＹＬ）と（ＹＨ）とを加算し、水平方向
、垂直方向のどちらにも高解像度を持つ輝度信号（７）
を得ることができる◇一方、減算器７７は、走査線に対
して逆相にあられれる信号をとりだすためのくし形フィ
ルタを前記１Ｈ遅延回路７４とともに構成している。そ
して、その出力には、直交変調された色信号 を出力する。

次に、固体撮像素子７１の出力が入カーＬ起るローパス
フィルタ７８は、緑信号を得るための信号を作るもので
、そのカットオフ周波数はｆｃとスル。このローパスフ
ィルタ７８の出力（７）は、１　１’ ｙ　＝　８．＋Ｈ８Ｒ＋７８Ｂ という構成比となる。この出力（７）は、ＬＨ遅延回路
７９と加算器７１０によシ構成されるくし形フィルタに
入力される。このくし形フィルタには、信号＠）および
（Ｂ）と同じ垂直解像度特性がもたせられ、これによυ
垂直偽色信号の発生を防止するように図られている。そ
して、加算器７１０の出力から、マトリックス回路７１
１において、赤、青信号が減算され、これによって、マ
トリックス回路７１１からは、緑信号（Ｇ）が出力され
る。

赤信号（６）、青信号（Ｂ）は、先の減算器７７の出力
が同期検波器７１５，７１３で同期検波されることによ
って得られた信号である。

上記のように得られた輝度信号（至）、赤信号＠）、青
信号（Ｂ）、緑信号（Ｇ）は、カラーエンコーダ回路７
１４に入力され、ここでカラーテレビジョン信号に組み
たてられる。このようにして得た信号は、水平、垂直と
もに高解像度で偽色信号の少ない信号となる。

第９図は、本発明の他の実施例である。９１は、２つの
水平列の信号が同時に出力される固体撮像素子である。

またその色フィルタの配列は、第８図に示した例と同じ
である。固体撮像素子９ノから同時に読み出される２つ
の出力は、加算器９２において加算され、Ｙ　＝　２Ｇ
　＋　Ｒ＋　Ｂなる合成比の信号となシ、輝度信号とし
て使用するのに不都合はない。

またローパスフィルタ９３は、信号（Ｑを得るためのＹ
＝２Ｇ十Ｒ十Ｂなる合成比の信号をつくるためのもので
、必要とされる色信号の帯域ｆ。と等しいカットオフ周
波数特性を持つ。さらに、固体撮像素子９）の出力が加
えられる同期検波器９４゜９５は、撮像素子９ノからの
色多重信号をＲとＢの基準位相でそれぞれ同期検波をし
、信号（恥と（Ｂ）をそれぞれ出力する。マトリックス
回路９６は、先の実施例と同様に、信号（Ｇ）を得る回
路である。このようにして得られた信号（Ｙ）■〕（Ｂ
）（Ｇ）は、カラーエンコーダ回路９７に入力されて、
カラーテレビジョン信号に組みたてられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、水平、垂直方向ともに
高解像度でモアレが少なく偽色信号の少ない良好な信号
を得ることのできるカラー固体撮像装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は色ストライプフイルタ内蔵の固体撮像素子を用
いた撮像装置の概略構成図、第２胚はカラーストジイグ
フイ′ルタの例を示す平面図、 第３図は、周波数インターリープ方式撮像装置の概略構
成図、 第４図は周波数インターリーグ方式用カラーフィルタの
色配列例を示す図、 第５図は本発明の基本的な原理説明図、第６図は本発明
に係る色フィルタの配列方法を説明するだめの図、 第７図は本発明の一実施例を示す構成説明図＼第８図は
本発明に係る色フィルタの配列例を示す平面図、 第９図は本発明の他の実施例を示す構成説明図である。 ７１．９１・・・固体撮像素子、７１０．９３・・・ロ
ーパスフィルタ、７１１．９６・・・マトリックス回路
、７１４．９７・・・カラーエンコーダ回路、７３・・
・バンドパスフィルタ、７４．７８・・・１Ｈ遅延回路
、７５，７６．７９，９２・・・加算器、２７・・・減
算器、７１２，７１３，９４．９５・・・同期検波器。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第２図 第３図 第４図 第５図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）固体撮像素子と、この固体撮像素子の受光画素に
   対応させられた色フィルタとを有し、前記色フィルタは
   、水平方向の等測的な３画素に対して４種の色フイルタ
   部を同一の面積で前記画素の一部を分割する如く配列さ
   れた第１の水平列と、この第１の水平列の４種の色フイ
   ルタ部の配列順が変わシ、第１の水平列では水平方向に
   隣接しなかった色フイルタ部が、第１の水平列との関係
   で垂直方向に瞬接するように配列された第２の水平列と
   を順次垂直方向に配列し、かつ垂直方向に隣接する色フ
   ィルタの透過光の和が何れの箇所でも等しくなるように
   選定され、前記固体撮像素子から順次出力される前記第
   １の水平列に関する信号と第２の水平列に関する信号を
   加算して輝度信号の高域成分を得る手段と、前記固体撮
   像素子の出力を用いて色信号を得る同期検波手段と、前
   記固体撮像素子から出力される水平列の信号から輝度信
   号の低域成分を得る手段とを具備したことを特徴とする
   カラー固体撮像装置。 （２ン　前記固体撮像素子の第１．第２の水平列に関す
   る信号は同時に読み出され、前記輝度信号の低域成分３
   手段は、フィールド毎に選択される前記第１．第２の水
   平列に関する信号をフィールド毎に用いて得ることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のカラー固体撮像装
   置。 （３）前記固体撮像素子の第１．第２の水平列に関する
   信号は同時に読み出され、前記輝度信号の低域成分を得
   る手段は、前記第１．第２の水平列に俣すゐ信号の和を
   得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカラ
   ー固体撮像装置。 （４）前記固体撮像素子の色フィルタは、水平方向に１
   ．５画素分の全色透過領域と、１．５画素分の第１の色
   光をしゃ断する透過領域とが交互に繰シ返えされ、垂直
   方向には、１つの水平列ごとに金色透過領域と第１の色
   光をしゃ断する透過領域が交互に繰シ返えされる第１の
   フィルタと、この第１のフィルタと同じ形状で第１の色
   光をしゃ断する透過領域が第２の色光をしゃ断する透過
   領域として置換されている第２のフィルタとが、第１あ
   るいは第２の色光をしゃ断する透過領域と全色透過領域
   との境界を垂直方向に一致させ、水平方向には、０．７
   ５画素分すれるように配されたととを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項又は第３項記載の何れか１つ
   のカラー固体撮像装置。