JPS6090484A - 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】 産業上の利用分野 本発明はカラー固体撮像装置に関するものであり、更に
詳述すＪ′Ｌば単一の固体撮像素子とカラーフィルタを
用いてカラ−１ｄ号を得るカラー固体撮像装置において
、阪写体よりの入射光中に含まれる水平方向エツジ部の
輝度信号の高域成分が色信号に混入して発生する色信号
妨害の発生を妨止し良好な画像を得るものである。

従来列の構成とその問題点 従来は被写体像よりの光を映鐵信号に変換するために撮
像管が用いられてきたが、近年になって固体撮像素子も
用いられるようになった。固体撮像素子としては受光部
も信号読み出し部も電荷結合素子から成るｃＣＤ型撮像
素子、あるいはホトダイオードを多数格子状に配列し、
各接点に読み出しスイッチを設け、これを順次切換えな
がら映像信号を得るＭＯ８型撮像素子、あるいは受光部
はホトダイオード、信号読み出し部はＣＯＤにより構成
された撮像素子などがある。

上記のような固体撮像素子を１個とその受光画素に対応
してカラーフィルタを配置することによりカラーテレビ
信号を得る方法を第１図を用いて説明する。

第１図において、２次元に配された受光画素１に対応し
てａラインでは第１の受光画素には緑Ｇフィルタ２、水
平方向の次の受光画素にはマゼンタ間フィルタ３を父互
に順次配列したｇｌの色フィルタ列を、ｂラインでは第
１の受光画素はンアンＣｙフィルタ４、水平方向の次の
受光画素には黄Ｙｅフィルタ６を交互に順次配列した色
フイルタ列を、奇数脣目の谷水乎ラインばａラインの色
フイルタ列と同一の配列とし、偶数前月の水平ラインに
ついては、ｂラインの色ンイルタ及びｂラインとカラー
フィルタの配列を逆に配列した色フイルタ列を交互に配
置している。また、ｎ（財）は奇数フィールドを、ｎ＋
１（Ｅ（）は偶数フィールドを示す。

上記の構成の色フィルタと固体撮像素子の組み合せによ
る固体撮像素子の出力信号からカラーテレビジョン信号
をｔ４Ｊる方法を次に説明する。

本カラー化方式に用いる固体撮像素子は、隣接した２つ
の水平ラインを同時に水平走査し、ホトダイオードへの
信号蓄積時間と垂直走査時間を同一にしてル−ム残像が
発生しないような走査方法としている。固体撮像素子を
撮像管と同じ２：１インタ一レース走食すれば、ホトダ
イオードへの信号蓄積時間は２フィールド期間となるた
めフレーム残像が発生し、このフレーム残像は動く被写
体を撮像した時や、カメラをパンした時に大きく目立ち
、画像が量けて見え、画質を著るしく劣化させる。撮像
管では走査ビーム径が有限であるため実質的に隣接する
走丘線の１Ｂ号も読み出しており、等制約にフィールド
読み出しとなっており２レーム残像は発生しない。隣接
した２つの水平ラインを同時に水平走査する方法として
は、垂直方向に隣接したホトダイオードの信号電荷を混
合した後、読み出す方法や、２つの信号読み出し部によ
り各々の水平ラインの信号を読み出す方法かある。

上記の構成による撮像素子とカラーフィルタの組み合せ
で、垂直方向に隣接した２つの水平ラインのホトダイオ
ードの信号電荷を混合した後水平走査を行なって得られ
た信号からカラーテレビ信号を得る方法を第１図又び第
２図を用いて説明する。

第１図に２いて、第１フイールドｎ（ロ）、ａ、ｂの水
平ラインのホトダイオードを混合して読み出す０その信
号Ｓｎは ５ｎ＝（（ｔ；＋Ｃｙ　）　＋（ＭトＹｅ　）　ｌ　＋
　（（Ｃｉ＋Ｃｙ　）−（Ｒ４＋’Ｙｅ　）　）　ｓ　
ｉ　ｎωｔ＝（２Ｒ＋３（＝ｉ＋２Ｂ）＋（Ｇ−２１（
）ｓｉｎωｔ　・−（１）式％式％ ＯＪ−色ノ、ｒルタの操り返し周波数 となり、第１フイールドｎ＋１に）はｃ、ｄの水平ライ
ンのホトダイオードをｌ見合して読み出す。その１Ｂ号
Ｓｎ　、−１は Ｓｎ＋１＝（（＋ｊ＋’Ｙｅ）＋（Ｍ＋０７））＋　（
（Ｇ＋’Ｙｅ）−（Ｍ＋＋ｊｙ））ｓｔｎωｔ＝　（２
１（＋３Ｕ＋２Ｊ３　）　＋　（Ｇ−２Ｂ　）　ｓｉｎ
ωｔ・・−（２）式（１）式、（２）式から明らかなよ
うに、Ｓｎ、Ｓｎ＋１ともにその低域伝号成分Ｓｙは５
ｙ＝２１ｔ　＋　３　＋Ａ　＋３Ｂであり、また色信号
成分はＳｎからは （Ｕ　２　Ｍ　）　８ｉｎωｔＳｎ＋１からは（ｄ−２
８）ｓｉｎωｔで表わされる色信号成分が得られる。第
２図は＠記固体撮像素子出力信号からカラーテレビ信号
を＋４＋るための信号処理ｆＬｄｌの１既要を示すもの
である。第２図において、６Ｉ″ｉ前記の固体撮像素子
、７はローパスフィルタ、８はバンドパスフィルタ、９
は同期検波回路、１Ｑは１水平期間遅延回路、１１はス
イッチ回路、１２は変調回路、１３は加算器、１４は出
力端子、１６はパルス発生器である。次に動作を説明す
る。固体撮像素子６から得られた信号はローパスフィル
タ７に供給され高調波成分を除去し低域成分のみを分離
し前記のＳＹ酸成分得る。この低域成分を輝度信号とし
て扱い加算器１３へ供給する。一方固体撮像素子６の出
力信号はカラーフィルタの繰り返し周波数を中心通過帯
域とするバンドパスフィルタ８に供給され、カラーフィ
ルタにより変調された色信号成分を分離する。すなわち
Ｓｎの信号からは（Ｕ−２Ｒ）ｓｉｎωｔの成分を、”
ｎ＋１の信号からは（ｕ−２１３）ｓｉｎωｔの成分を
分離する。バンドパスフィルタ８により分離された変調
色信号（カラーキャリア）は同期検波器９に供給される
。同期検波器９にはパルス発生器１６から、カラーフィ
ルタの繰り返し周波数に等しいインデックス信号が供給
されており、変調色信号は同期検波される。四期恢波さ
れた信号はローパスフィルタ（図示せず）によりその高
調波成分を除去する事により低域の色差信号となる。す
なわち信号Ｓｎから（に−２Ｎ）。

Ｓｎ＋１から（ｕ−２Ｂ）の色差信号を得る事ができる
。このようにして１（Ｉられた色差信号を１水平期間遅
延線１０により遅延し、その遅延した信号と遅延しない
信号をスイッチ回路１１に供給し、パルス発生器１６か
ら供給される水平走査周Ｖ数１　。

のシのハルスにより１水平走査毎に切シ換える事により
スイッチ回路１１の出力端から（Ｕ−２Ｒ）及び（Ｕ−
２Ｂ）の２種類の色差信号を同時に得る。この２種類の
色差信号を変調器１２により色刷１般送波で変調し色信
号を得る。この色信号を加算器１３に供給し、前記輝度
信号と刀目算する事により出力端子１４からカラーテレ
ビ信号を得る事ができる。ここでパルス発生器１５から
は固体撮像素子６へ素子駆動に必要な数独類のパルスが
供給されており、′この駆動パルスとインデックスパル
ス等は同期関係にある事は言うまでもない。

次に第１図に示した固体撮像素子のＭＴＦ及び輝度信号
帯域、カラーキャリアの分布について第３図を用いて説
明する。第１図において、１画素に占めるホトダイオー
ドの水平方向の割合は−ととする。第１図から明らかな
ように固体撮像素子はその入力信号である被写体よりの
信号をホトダイオードによりサンプリングする。このサ
ンプリングは離散した、すなわちサンプリング周期に対
してアパーチャに対応する時間は−であるため固体撮像
素子のＭＴＦは第３図Ａに示す如くナイキスト周波数以
上においても高い１直となる。また第３図Ｂに示す如く
輝度信号帯域イはナイキスト周波数まで潜る事ができ、
カラーキャリア帯域０はナイキスト周波数を中心として
帯域を有する。このとき固体撮像素子のＭＴＦはナイキ
スト周波数近傍では十分高い。なお、第３図ハ、Ｂにお
いてｆは入力周波数、ｆｎはナイキスト周波数を示し、
第３図Ｂにおいてハはバンドパスフィルタ帯域を示す。

したがって第３図Ｂに示した帯域をＭするバンドパスフ
ィルタを用いてカラーキャリア信号、すなわち変調色信
号成分を分離すれば、カラーキャリア信号の帯域内にル
１［度信号成分が混入する事は第３図Ａ、Ｂから明らか
である。特に固体撮像素子は撮像管に比べてＭＴＦが極
めて高いため（（輝度信号成分の混入による色１８号妨
害は大きく現われる。

この色信号妨害は高域成分を多く含む水平方向に輝度信
号成分が変化する水平エツジ部で発生する。それゆえ、
無彩色の水平エツジ部に妨害信号が現われ着色が起こり
画質を者るしく劣化させてしまう。

上記の色信号妨害を除去する従来例を次に説明する。

上記の色信号妨害を除去するには被写体よりの入射光に
含まれるカラーギヤリアは号周波数近傍の周波数成分を
除去すればよい。それゆえ従来は複屈折水晶板を用いて
前記被写体よりの入射光に含まれるカラーキャリア信号
周波数近傍の周波数成分を除去している。第４図Ａに前
記複屈折水晶板の周波数特性を示し、同図Ｂに固体ｆｆ
ｉ像素子のＭＴＦ特性と複屈折水晶板の周波数特性を合
せたＭＴＦ特性及びバンドパスフィルタの特性を示し、
イは複屈折水晶板の特性×固体１最］象素子のＭＴＦを
示シ、口はバンドパスフィルタの特性を示し、ノ・は色
信号成分を示す。複屈折水晶板はその特性上、第４図Ａ
に示す周波１１．特性を有するため、第４図Ｂから明ら
かなように、被写体よりの入射光中に含まれる高域成分
がバンドパスフィルタの通過帯域中になおも存在する（
第４図Ｂに・・ツチングにより図示した成分）。この成
分は輝度信号の高域成分であるにもかかわらず、色信号
成分として検出され、これが前記色信号妨害となって画
質を劣化させる。本従来例では、前述の複屈折水晶板を
用いない゛場合に比較すると、色信号妨害の改善度は大
きいが、良好な画質を得るには十分ではないＯ発明の目
的 本発明は、被写体よりの入射光の水平方向のエツジに含
寸れる輝度信号の高域成分による色ｆ５号妨害を除去し
、良好なカラー画像を得ることができるカラー固体撮像
装置を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は、受光画素が二次元に配された固体撮像素子の
各画素に対応させて水平走査方向に複数個の繰り返しか
らなるカラーフィルタアレイヲ配置したカラー固体撮像
素子において、結鍛光学系の光路中に、変調色信号周波
数以下および変調色信号周波数の１．５倍近傍の周波数
に減衰極周波数を有する光学的ローパスフィルタに配置
したカラー固体撮像装置であり、被写体よりの入射光に
含まれる輝度信号の高域成分のうち変調色信号周波数成
分の近傍の色信号妨害となる周波数成分を減衰させ、色
信号妨害の発生しない良好なカラーテレビ信づをイｆｆ
るものである。

実施例の説明 以下、本発明による実〃山例を説明する。

色信号妨害は第４図１３に示した如く、変調色信号周波
数の近傍、すなわち、ナイキスト周波数の上、下に存在
する輝度信号の高酸成分が色信号として検出されるため
に発生する。

したがって、第４図Ｂで示した色信号妨害の成分を減衰
させれば色信号妨害は除去できる。しかしながら、変調
色信号周波数以下の成分を減衰させる事は水平方向の帯
域を制限させることになり、水平解像度の低下を招くこ
とになるので、変調色信号周波数以下の輝度信号の高域
成分を減衰させる事は避けなければならない。それゆえ
本発明は変調色信号周波数以上の成分を減衰させ色信号
妨害を除去するものである。

第６図は本発明による光学的ローパスフィルタの構成を
示す図である。

第５図（Ｃおいて、１６．１７は前述の固体撮像素子及
びカラーフィルタであり、第１図に示した固体撮像素子
とカラーフィルタの関係を・Ｈするものである。１８．
１９は峻屈折水晶板、２ｏは移相板、２１１ｄ、撮像レ
ンズである。本実施列では虚像レンズ２１とカラーフィ
ルタ１７の間に複屈折水晶板１８．１９及び移相板２０
力・ら成る光学的ローパスフィルタを配置している。こ
こで複屈折水晶板１８．１９の厚さは各々異なった厚さ
としている。すなわち複屈折水晶板１９は前記変調色信
号周波数近傍の梁間周波数を減衰させる特性を有し、複
屈折水晶板１８は変調色信号周波数以上で変調Ｉ！！、
信号周波数の２倍以下の空間周波数を減衰させる特性を
有するものである。

複屈折水晶板は周知のように、複屈折水晶板に入射した
光束は第６図に示すように常光線へと異常光線Ｂとに分
かれ、その結果固体撮像素子１６には間隔ｄだけ分ｇｆ
ｆシた二重凶が生じ、間隔ｄに相当する周波数成分が減
衰する。前記常光線へと異常光線Ｂとの分１ηａ幅ｄと
ｇ屈折水晶板の板厚の関係は ここでｄ：分離幅、ｔ：板厚、ｎｏ：常光線の屈折率、
ｎ８：異１・）（光線の屈折率、分離幅が最大になる光
学軸においては ｄ／ｌ＝　６．８９３　ｐｔｎ／１ｔｕｎである。

丑た複屈折水晶板は旋光性があるので、複屈折水晶板を
第６図に示す如く複数枚重ねて使用する時には前記の旋
光性を補正するため複屈折水晶板の間に移相板２０を配
置する必要がある。

次に第６図〜第７図を用いて詳細に説明する。

第６図において、被写体よりの入射光はレンズにより集
束され固体撮像素子１６上に結像されるがこの撮像レン
ズ２１と固体撮像素子１６の間には光学的ローパスフィ
ルタ１８〜２０がある。レンズにより集束された被写体
像は、複屈折水晶板１９により第６図に示した原理によ
り、分離中ｄ２（図示せず）に相当する周波数成分が減
衰され（二重像となる）、かつ旋光を受けた被写体像を
移相板２０で補正し二重像となった被写体像は複屈折水
晶板１８により分離幅ｄに相当する周波数成分が減衰さ
れ（四厘像となる）、カラーフィルタ１７により空間変
調を受け、固体撮像素子１６に結像される。ここで複屈
折水晶板１９．１８の周波数特性を第７図Ａに示し両者
の総合特性を同図Ｂに示し、複屈折水晶板の周波数特性
と固体撮像素子のＭＴＦの総合特性及びバンドパスフィ
ルタの特性を同図Ｃに示す。第７図Ａ−Ｃにおいて、イ
は複屈折水晶板１９の特性を、口は複屈折水晶板１８の
特性を、ハは複屈折水晶板の総合特性を、二は複屈折水
晶板の特性×固体虚像素子のＭＴＦを、ホはバンドパス
フィルタの特性を、へは色信号妨害成分を示す。第７図
Ｃから明らかなように色信号妨害となる輝度信号の高域
成分は従来例に比べて大幅に減少する。これは実用上十
分なレベルである。また変調色信号周波数以下の周波数
特性（は従来例と比較して殆んど低下しないので水平方
向の解像度低下は殆んど招かない。

本実施クリにおいて（ｌＪ：２枚目の複屈折水晶板の減
衰極をナイキスト周波数の１．５倍の位置に設定したが
、これは、固体撮像素子のＭＴＦ及び色信号妨害の大小
により前記位置の近傍で壬意に選択すれば良い。ただし
変調色信号周波数に近すぎると水平方向の解像度の劣化
を招く事になる。実験によればｆ／ｆｎ＝１及び１．６
近傍が最適でめった。

また実施例は水平方向に２１１！！Ｉ素の繰り返しのカ
ラーフィルタ場合で説明したが３画素繰シ返しの場合に
も同様に応用できる事は百うまでもない。

また本実施例では光学的ローパスフィルタとして複屈折
水晶板を用いて説明したが、二次元画像の特定の方向の
空間周波数成分を選択的に低下させる特性を有するもの
であれば他の物質を使用する事も可能である。

発明の効果 本発明によれば、固体撮像素子とカラーフィルタの組み
合せによるカラー固体撮像装置において、被写体よりの
入射光の水平方向のエツジに含まれる輝度信号の高域成
分による色信号妨害を水平方向の解像度を殆んど低下さ
せることなく実用上十分に除去し、良好なカラーフィル
を肖る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は゛単板式カラー化方式の固体虚像素子とカラー
フィルタアレイを示す配置図、第２図は第１図に示した
固体撮像素子から力２−テレビ信号を得る信号処理部の
ブロック図、第３図ｉ＋　、　Ｂは固体虚像素子のＭｌ
“Ｆ特性および信号帯域特性を示す図、第４図へ、Ｂは
従来の光学的ローパスフィルタ特性と色信号妨害成分を
示す図、第６図は本発明の一実施例における光学的ロー
パスフィルタの構成図、第６図は複屈折水晶板の分離幅
を示す原理図、第７図Ａ−Ｃは第５図に示した実施例に
おける光学的ローパスフィルタの特性図及び色信号妨害
が減少した様子を示す図である。 １６・・・・・・固体撮像素子、１７・・・・・・カラ
ーフィルり、１８．１９・・・・・・接方（（所水晶板
、２Ｑ・・・・・・移相板、２１・・・・・・撮像レン
ズ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 Ｆ　λ力凰涙）（ ｆｎ°ナイキス）ル庚Ｔ（ 第４図 第５図　ヴ）７ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光画素が二次元に配された固体撮像素子と、前記固体
   撮像素子の各画素に対応させて配置した水平走査方向に
   複故個の繰り返しを有するカラーフィルタアレイとを１
   ＋ｉｉｉえ、結像光学系の光路中に、変調色信号周波数
   近傍ｊ、・よび変調色１言号周波数の１．６倍近傍の周
   波数に減哀極周彼数を有する光学的ローパスフィルタを
   配置する事を特徴とするカシ−固体虚像装置。