JPS61127290A - 単板式カラ−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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、単板式カラー撮像装置に関するもので、特
にその色フィルタアレイ及びその撮像した色信号の分離
処理回路の改善に係るものである。

〔発明の技術的背景〕

近年、７オトダイオードアレイとＣＣＤ又はＭＯＳを半
導体基板上に形成した固体撮像素子を・　用いるカラー
撮像装置の開発が進んでいる。この中でも単一の固体撮
像素子に色フィルタアレイを組み合せ、カラー画像信号
を得る装置の開発が盛んである。

この種、単板式カラー撮像装置にあっては、例えば第７
図に示すような、赤（６）、ｆ（Ｂ）、緑（Ｇ）の３種
の単色光透過フィルタを、ストライプ状又はモザイク状
に、各画素に対応させている。

固体撮像素子から得られた画像信号は、各画素信号のＲ
，Ｇ、Ｂの３原色信号に分離される。

しかし、上記フィルタアレイ１１を用いた撮像方式では
、原色光入射時には、感応する画素数の割合が低くなり
、有彩色に対する解像が大きく低下するという欠点があ
りた。

この欠点を改善するために、緑色光は、全面を透過する
ようにし、赤色光透過、青色光透過の一方を、各ライン
とも同一位相で変調し、他方を、ラインごとに位相を反
転させて変調した形の読み出し信号を得られるようにし
た方式がある。この方式の装置は、固体撮像素子の出力
信号の高域成分と、この高域成分を１水平期間遅延した
信号とを演算し、検波することによって、赤、青信号を
得ている。そして、前記出力信号の低域成分から輝度信
号を得、また、赤、青信号のマトリックス演算で緑信号
を得ることによってカラー画像信号を得ている。この方
式の装置には、例えば第８図に示すような色フィルタア
レイ１２が用いられる。Ｗは全色光透過部、Ｃｙはシア
ン光透過部、Ｙｅは黄色光透過部である。このフィルタ
アレイの場合、青色光は、全ライン同じ位相で変調され
、赤色光は１ラインごとに反転して変調されている。

上記した色情報の変調方式は、２次元の空間周波数座標
にあられした場合、第９図に示すようになる。ｔｙａは
水平方向の空間周波数、Ｕｖは垂直方向の空間周波数で
あり、固体撮像素子の水平、垂直方向画素数と、読み出
しクロック周波数に関係する。第９図において、青色信
号の光情報はΔ印の位置の空間周波数で変調され、赤色
信号の光情報はＸ印の位置の空間周波数で変調される。

従って、入射光の中に、Δ印、Ｘ印で示された空間周波
数位置の情報が含まれると、これが、青色光の空間周波
数変調キャリア、赤色光の空間周波数変調キャリアに影
響を与え、色偽信号の原因となる。また、赤色光、青色
光の高域成分は、輝度信号に混入する。特に、この方式
では、水平方向の周波数成分に関して、輝度信号と青信
号のクロストークによる偽信号が発生する。一般の被写
体には、水平方向に高い空間周波数成分を持つものが多
く、また人間の目も水平方向には高い周波数感度を持つ
ため上記偽信号が画面上大きく目立つという問題がある
。つまり、青色光透過部は、フィルタアレイからみても
水平方向に配列されるが、目の解偉度の高い水平方向に
おいて、輝度信号の高域に青信号が混入すると、これが
偽信号として目立つことになる 〔発明の目的〕 この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、偽信号
を低減し高解像度を得る単板式カラー撮像装置を提供す
ることを目的とする。　　　゛〔発明の概要〕 この発明では、上記の目的を達成するために、第１の色
光（例えば第１図のＲ部透過光）が１水平走査線ごとに
反転するように二次元的に変調し、第２０色光（例えば
第１図の８部透過光）が２水平走査線ごとに反転するよ
うに二次元的に変調する色フィルタアレイ２４を用い、
この色フィルタアレイ２４を通して、光学像を変調して
固体撮像素子２５に入射させる。そして、固体撮像素子
２５から得られる走査信号と、この走査信号の高域成分
を２水平走査期間遅延させた信号とから、第１及び第２
の色光に対応する信号を取り出し、また走査信号の低域
成分から輝度信号を得るものである。これによって、固
体撮像素子上で多重化される輝度情報と色情報の水平方
向の周波数帯におけるクロストークをなくシ、単一の固
体撮像素子から高解像で、偽信号による画質劣化の少な
いカラー画像を得られ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。

第１図（＆）は、この発明の一実施例に係る色フィルタ
アレイ２４の基本配列構造を示している。

Ｗは金色光透過部、Ｇは緑色光透過部、Ｙｅは黄色光透
過部、Ｃｙはシアン光透過部である。そして、６異なる
分光特性を有した各色フィルタが、画素に対して１対１
に対応づけられる。そして、この色フィルタアレイ２４
を通して被写体の光学像が結像される固体撮像素子２５
（第２図に示す）は、奇数フィールドで、第１ａライン
、第２＆ライン、第３１ライン・・・に対応する画素行
の信号を読み出し、偶数フィールドで、第１ｂライン、
第２ｂライン、第３ｂライン・・・に対応する画素行の
信号を読み出すように駆動される。

従って、上記の色フィルタアレイ２４によると、第１の
色光（例えばＲ）に対しては水平走査線ごとに水平方向
の空間周波数の変調位相が反転し、第２０色光（例えば
Ｂ）に対しては２水平走査線ごとに水平方向の空間周波
数の変調位相が反転することになる。そしてこの場合、
第１、第２の色光は、同一の水平空間周波数成分を持つ
空間周波数によって変調される。第１図の（ｂ）　ｅ　
（ｃ）　、　（ｄ）は、色フィルタアレイ２４を異なる
分光特性毎に分解して示している。

上記の色フィルタアレイ２４を有した単板式カラー撮像
装置は、第２図に示すように構成されている。Ｖ＆偉レ
ンズ２１を通った光は、視感度補正フィルタ２２及び光
学ローパスフィルタ２３を透過した後、色フィルタアレ
イ２４によって変調され、固体撮像素子２５の感光面領
域に結像する。この固体撮像素子２５からの信号は、ロ
ー／４スフイルタ２６を通して輝度信号（イ）として使
用される。また、固体撮像素子２５からの信号のうち、
バンド／ヤスフィルタ２７を通りた信号は、２水平走査
期間の遅延時間を有する２Ｈ遅延回路２８、加算器２９
及び減算器３０に入力される。加算器２９では、２Ｈ遅
延４回路２８からの信号と実時間の信号とが加算され、
その加算出力信号は、検波器３ノで検波され、この検波
出力信号が赤色信号となる。また、減算器３０では、２
Ｈ遅延回路２８からの信号と　　　　・実時間の信号と
の減算処理が行なわれ、その減算出力信号は、検波器３
２で検波され、この検波出力信号が青色信号となる。こ
のようにし得られた、輝度信号、赤色信号、青色信号が
利用されてカラー画像信号が得られる。

次に上記の色フィルタアレイ２４及び信号処理システム
によって、赤色信号、青色信号の分離ができることを更
に説明する。

第１図の各ラインから得られる変調成分は、図面上、左
側のフィルタの透過光と、右側のフィルタの透過光の差
によって得られる。例えば、左がＷ、右がＧならば、Ｗ
−Ｇ、左がＣ７，右がＹｓならば、Ｃｙ−Ｙｓである。

よりて、第１＆ラインからは、Ｒ−）−Ｂ、第２ａライ
ンからは−Ｒ＋Ｂ。

第３１ラインからはＲ−Ｂ、第４８ラインからは、−Ｒ
−Ｂが変調成分として得られる。（奇数フィールド）。

この変調成分と、２水平走査期間遅延した変調成分とが
加算されると、 第１ａラインと第３ａラインの加算では、（Ｒ＋Ｂ）＋
（Ｒ−Ｂ）＝２Ｒ 第２ａラインと第４＆ラインの加算では（−Ｒ＋Ｂ　）
＋（−Ｒ−Ｂ　）＝−２Ｒとなり、これらの変調成分を
検波することによって赤色信号が得られる。また、 第１＆ラインと第３ａラインの減算では、（Ｒ＋Ｂ　）
−（Ｒ−Ｂ　）＝２Ｂ 第２ａラインと第４ａラインの減算では、（−Ｒ＋Ｂ）
−（−Ｒ−Ｂ）＝２Ｂ となり、これらの変調成分を検波することによって青色
信号が得られる。

第３図は、この発明の装置における色フィルタアレイに
よって、変調される空間周波数を２次元空間周波数座標
で表している。ＵＨは水平方向の空間周波数、Ｕｖは垂
直方向の空間周波数である。

Ｏ印の位置の空間周波数によって、２ライン毎に変調位
相が反転する信号情報（上記の例では青色信号情報）が
変調され、Ｘ印の位置の空間周波数によって、１ライン
毎に変調位相が反転する信号情報（上記の例では赤色信
号情報）が変調される。

上記のように、本発明によると、色光の変調は、斜め方
向のみとなる。つまり、第１図の凡を着目しても、Ｂを
着目しても、斜め方向配列となる。従って、人間の目の
解像度の高い方向、つまシ水平方向、垂直方向への高周
波成分によるクロストークは低減される。

この発明は上記の実施例に限定されるものではなく、各
種の色フィルタアレイの構成で実現できる。上記の実施
例のフィルタアレイを原色信号で分解した場合、赤色光
透過部、青色光透過部のツクターンは、第４図（−）　
（ｂ）　（ｃ）の示すＧのパターン、Ｒのパターン及び
Ｂのパターンであるが、第４図（、）　（ｂ）　（ｄ）
で示すツクターンの組合せを得る色フィルタアレイであ
っても良い。また、逆にＲのパターンとＢのＡ？ターン
の分光特性を入れかえたパターンの組合せであってもよ
い。

第５図（ａ）　、　（ｂ）　＃　（ｅ）の色フィルタア
レイ５ａ。

５ｂ、５−ｃは、本発明の基本的な考えに基づくフィル
タアレイであり、上記の実施例と同様な信号処理によっ
てカラー画像信号を得ることができる。

第６図は、上記の信号処理によって同様なカラー画像信
号を得ることのできる色フィルタアレイの例である。即
ち、第６図（、）　（ｂ）　（、）の各色フィルタアレ
イ６＊、６ｂ、６ｃを有する固体撮像素子は、垂直方向
に関しては２画素分の情報を加算して読み出し、この加
算の組み合せを７・イールドごとに変えてインターレー
ス動作を得る方式のものである。奇数フィールドにおい
ては、１　’　ｒ　２　ａ　＋　３　ｍ・・・で示され
た行の画素の組み合せで情報が読み出され、偶数フィー
ルドでは、ｌｂ、２ｂ、３ｂ・・・で示された行の画素
の組み合せで情報が読み出される。

〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、色光の変調方向
はフィルタ構造によって斜め方向のみとなる。したがっ
て、人間の目の解像の高い方向、また実際の被写体にも
多く含まれる水平、垂直方向の高周波成分によるクロス
トークが低減される。よって、水平、垂直両方向の解像
度を向上でき、色偽信号の発生確率も小さくなる。

さらに、固体撮像素子では、偽信号の発生を押えるため
に、光学ローパスフィルタが用いられる。この場合、人
間の目の解像力の低い斜め方向の空間周波数に対して低
い周波数に帯域制限を行なうことができるが、このよう
な光学ローパスフィルタと本発明とを組み合せることに
よって、一層偽信号の発生レベルを低下させることが可
能となる。−例として、第３図と第９図の点鎖線と点線
で示す空間周波数位置にそれぞれトラップ周波数を持つ
３つの光学ローパスフィルタを組み合わせて使用した場
合を考えると、第９図のΔ印の位置の空間周波数キャリ
アにくらべて、第３図の○印の位置の空間周波数キャリ
アを用いた方が、光学ローパスフィルタの応答は、約８
０チとなシ、偽信号の発生レベルを約２０チ低下させる
ことができる。このように、本発明は、高解像でかつ偽
信号の少ないカラー画像を得るのに寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る色フィルタアレイの
脆明図、 第２図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、 第３図はこの発明による色信号の変調周波数の説明図、 第４図は、この発明に係る色フィルタアレイの分光特性
の組み合せ例を説明するための図、第５図、第６図はそ
れぞれこの発明に適用できる色フィルタアレイの各棟側
を示す図、第７図、第８図は従来の色フィルタアレイを
示す説明図、 第９図は従来の撮像装置における色信号の変調周波数の
説明図である。 ２４・・・色フィルタアレイ、２５・・・固体撮像素子
、２６・・・ローパスフィルタ、２７・・・ノ譬ンドパ
スフィルタ、２８・・・２Ｈ遅延回路、２９・・・加算
器、３０・・・減算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 二次元的に画素を配置して感光面を構成する固体撮像素
   子と、前記固体撮像素子の画ピッチに合わせて前記感光
   面に入射する入射光を変調する色フィルタアレイと、前
   記固体撮像素子の画素配置の水平方向への線順次走査に
   よってこの固体撮像素子から光電変換出力を読み出す手
   段と、この手段により読み出された読み出し信号の高周
   波成分を２水平走査期間遅延させる手段と、前記読み出
   し信号と前記遅延手段からの遅延信号の加算と減算によ
   り第１及び第２の色信号を得る手段とを具備し、 前記色フィルタアレイは、第１及び第２の色光を同一の
   水平空間周波数成分を持つ空間周波数によって変調し、
   前記第１の色光に対しては１水平走査線ごとに水平方向
   の変調位相が反転し、前記第２の色光に対しては２水平
   走査線ごとに水平方向の変調位相が反転するように、異
   なる分光特性の色フィルタが配列されて成ることを特徴
   とする単板式カラー撮像装置。