JPS6127955B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6127955B2
JPS6127955B2 JP51126593A JP12659376A JPS6127955B2 JP S6127955 B2 JPS6127955 B2 JP S6127955B2 JP 51126593 A JP51126593 A JP 51126593A JP 12659376 A JP12659376 A JP 12659376A JP S6127955 B2 JPS6127955 B2 JP S6127955B2
Authority
JP
Japan
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signal
color
frequency
filter
horizontal
Prior art date
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Expired
Application number
JP51126593A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5350924A (en
Inventor
Yasumi Myagawa
Ryuhei Nakabe
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP12659376A priority Critical patent/JPS5350924A/en
Publication of JPS5350924A publication Critical patent/JPS5350924A/en
Publication of JPS6127955B2 publication Critical patent/JPS6127955B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカラー固体撮像装置に関するもので、
簡単な構成で水平ライン毎に振幅の異なる、従つ
てテレビジヨン画面上では水平ライン毎に明るさ
の異なる現象すなわちライン濃淡を除去し輝度信
号の広帯域化を実現することを目的とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a color solid-state imaging device,
It is an object of the present invention to realize a wide band of luminance signals by eliminating the phenomenon in which the amplitude differs from horizontal line to horizontal line, that is, the brightness differs from horizontal line to horizontal line on a television screen, that is, line shading, with a simple configuration.

被写体光学像をテレビジヨン信号に変換するの
に一般的にはビジコン、プランビコン等の撮像管
が用いられているが近年になつて固体撮像素子が
開発されようやく実用化されつつある。固体撮像
板としてはフオトダイオードのような感光素子と
電荷転送素子との組み合せや、感光素子を格子状
に配列し、これを順次読み出していく方式のフオ
トダイオードアレーなどがある。電荷転送素子に
ついては特開昭46−1211号公報に電荷結合素子
(CCD)としてその原理が説明されているように
半導体基板上に絶縁層を介して2相、3相域は4
相になる構成でもつて配線された電線を設け、こ
の電極は例えば半導体基板がN型であれば負の電
荷をかけることにより、半導体内に空令層を生じ
させ、この電極の電位を順次移動させることによ
つて空乏層も移動していく。この空乏層の中に電
荷を注入しておけば空乏層の移動と共に電荷も移
動する。従つて、例えばフオトダイオードとこの
CCDを組合せ、光によつてフオトダイオードに
生じた電荷をCCDに送り込み、順次CCD内の電
荷を移動させていき、取り出せばよい。この原理
を用いた固体撮像板の一例を第1図を用いて説明
する。
Image pickup tubes such as vidicon and plumbicon are generally used to convert an optical image of a subject into a television signal, but in recent years, solid-state image pickup devices have been developed and are finally being put into practical use. Examples of solid-state imaging plates include a combination of a photosensitive element such as a photodiode and a charge transfer element, and a photodiode array in which photosensitive elements are arranged in a grid pattern and sequentially read out. Regarding the charge transfer device, as explained in Japanese Patent Application Laid-open No. 1211/1983 as a charge coupled device (CCD), the charge transfer device is transferred to a 2-phase and 3-phase region through an insulating layer on a semiconductor substrate.
For example, if the semiconductor substrate is an N type, an electric wire wired in a phase configuration is provided, and by applying a negative charge to this electrode, an air space layer is created in the semiconductor, and the potential of this electrode is sequentially moved. As a result, the depletion layer also moves. If charges are injected into this depletion layer, the charges will also move as the depletion layer moves. Therefore, for example, a photodiode and this
All you have to do is combine a CCD, send the charge generated in the photodiode by light to the CCD, and then sequentially move the charge inside the CCD and take it out. An example of a solid-state imaging plate using this principle will be explained with reference to FIG.

第1図において、11,12,13………,1
Nは各々電荷を垂直方向に転送するCCDであ
り、これを駆動する転送パルスは垂直転送パルス
発生器2より供給される。3はフオトダイオード
のような感光素子で垂直転送CCDに沿つて設け
られ、光の強弱に応じた電荷を発生し、蓄積し
て、ある時間経過した後にこの蓄積した電荷を同
時に垂直転送CCDに注入する。注入された電荷
は矢印の方向に順次転送され、更に水平転送
CCD4内に送に込まれ、水平転送パルス発生器
5からの駆動パルスによつて矢印の方向に転送さ
れ出力端子6より連続した映像信号として取り出
される。この場合に水平転送CCDの転送周波数
HHHD×N (1) 〔ここで、HDは水平走査周波数、Nは1水平走
査線を構成する受光素子数である。〕 で表わされる。
In Figure 1, 11, 12, 13......, 1
N denotes a CCD that transfers charge in the vertical direction, and a transfer pulse for driving this is supplied from a vertical transfer pulse generator 2. 3 is a photosensitive element such as a photodiode, which is installed along the vertical transfer CCD, generates and accumulates charges according to the intensity of light, and after a certain period of time, simultaneously injects the accumulated charges into the vertical transfer CCD. do. The injected charge is transferred sequentially in the direction of the arrow, and then horizontally.
The signal is sent into the CCD 4, transferred in the direction of the arrow by the drive pulse from the horizontal transfer pulse generator 5, and taken out from the output terminal 6 as a continuous video signal. In this case, the transfer frequency of the horizontal transfer CCD
H = HD ×N (1 ) [Here, HD is the horizontal scanning frequency, and N is the number of light-receiving elements constituting one horizontal scanning line. ] It is expressed as .

カラーテレビジヨン信号を得る場合には、この
ような撮像板を3枚用いて、ダイクロイツクミラ
ーで被写体像を三原色に分光し、この光を各々撮
像板で受光し3つの色に相当する電気信号を得る
方法が一般的である。
When obtaining a color television signal, three such image pickup plates are used, and a dichroic mirror separates the subject image into three primary colors, and each image pickup plate receives this light to generate electrical signals corresponding to the three colors. A common method is to obtain

この方法は撮像管を3本用いた3管式カラーテ
レビジヨンカメラ方式と原理は同じである。しか
しながら、3管式カラーテレビジヨンカメラの場
合とは異なりレヂストレーシヨン調整のために非
常に精密な機械的な調整が必要であり、しかも水
平、垂直、回転の3ケ所の調整が必要となる。周
知の通り撮像管は電子ビームを磁界又は電界によ
つて光導電膜上に偏向走査することにより信号を
得ているため、レヂストレーシヨン調整としては
1本の撮像管を基本にして直流的な磁界又は電界
をかけることにより全体の画像の位置を移動させ
目的を達しているが撮像板においては機械的な調
整しかできず、しかも振巾調整はそのままでは不
可能である。この調整箇所を簡略化するか省略す
るために2撮像板方式もしくは単撮像板方式が考
えられる。
The principle of this method is the same as that of a three-tube color television camera system using three image pickup tubes. However, unlike the case of a three-tube color television camera, extremely precise mechanical adjustment is required for registration adjustment, and in addition, adjustment is required in three locations: horizontal, vertical, and rotational. . As is well known, image pickup tubes obtain signals by deflecting and scanning an electron beam onto a photoconductive film using a magnetic field or an electric field. Therefore, registration adjustment can be performed using a direct current method based on a single image pickup tube. The objective is achieved by moving the position of the entire image by applying a strong magnetic or electric field, but the image pickup plate can only be adjusted mechanically, and furthermore, the amplitude cannot be adjusted as it is. In order to simplify or omit this adjustment location, a two-imaging plate system or a single imaging plate system can be considered.

第2図および第3図に一般的に考えられる単撮
像板カラーカメラの方式の一例を示す。第2図は
ストライプ状色フイルタを示しており27,2
8,29は各々赤、青、緑の色光を通過させる色
フイルターエレメントである。このストライプ状
色フイルタを第1図に示した撮像板上に重ねて配
置することにより、出力信号として赤、青、緑色
に相当した電気信号を点順次的に得る。この出力
信号を第3図のブロツクダイヤグラムで示される
処理回路でもつてカラーテレビジヨン信号とす
る。
FIGS. 2 and 3 show an example of a commonly considered single image pickup plate color camera system. Figure 2 shows a striped color filter 27,2
8 and 29 are color filter elements that pass red, blue, and green color lights, respectively. By placing this striped color filter overlappingly on the image pickup plate shown in FIG. 1, electrical signals corresponding to red, blue, and green are obtained point-sequentially as output signals. This output signal is converted into a color television signal by the processing circuit shown in the block diagram of FIG.

第3図において、30は第2図に示すストライ
プ状色フイルタを重ねて配置した固体撮像板であ
り、クロツクパルス発生器31からの駆動パルス
によつて駆動される。その出力信号は増巾器32
を経てサンプリング回路33へ加えられる。クロ
ツクパルス発生器31からの水平転送パルスに同
期したパルスは波形整形回路34を通して各色信
号の位相と巾に波形整形されサンプリング回路に
加えて各色信号に分離する。この分離された信号
はカラーエンコーダー35に加えられ標準カラー
テレビジヨン信号を得る。
In FIG. 3, numeral 30 denotes a solid-state imaging plate on which the striped color filters shown in FIG. The output signal is transmitted to the amplifier 32
The signal is applied to the sampling circuit 33 via the . The pulses synchronized with the horizontal transfer pulses from the clock pulse generator 31 are shaped into the phase and width of each color signal through a waveform shaping circuit 34, and then sent to a sampling circuit where they are separated into each color signal. This separated signal is applied to a color encoder 35 to obtain a standard color television signal.

この方式による輝度信号の帯域巾を第4図を用
いて説明する。この方式において白黒被写体を撮
像した場合に各色フイルタを介した受光素子の出
力信号をほぼ等しくなるようにしておけば輝度信
号帯域巾は受光素子数相当分すなわち水平クロツ
ク周波数Aの1/2の周波数Bまでの帯域巾を持
つ。しかしながら擬似色信号防止のための空間周
波数フイルタを光路中に挿入してストライプ状色
フイルタの繰返し周波数、すなわち水平クロツク
周波数の1/3周波数D附近を空間周波数的に減衰
させる必要のあることや、輝度信号として用いる
ためにストライプ状色フイルタで空間変調された
周波数成分をローパスフイルタやトラツプ等で除
去するために帯域巾は水平クロツク周波数の1/3
周波数より狭くなる。また色純度の高い被写体を
撮像した場合には実効素子数が1/3になるために
輝度信号帯域巾は更に狭くなり水平クロツク周波
数Aの1/6周波数Cまでとなつて蓄しい解像度の
低下をまねく。
The bandwidth of the luminance signal according to this method will be explained using FIG. 4. When a monochrome subject is imaged using this method, if the output signals of the light-receiving elements through each color filter are made almost equal, the luminance signal bandwidth will be equal to the number of light-receiving elements, that is, a frequency equal to 1/2 of the horizontal clock frequency A. It has a bandwidth of up to B. However, it is necessary to insert a spatial frequency filter in the optical path to prevent false color signals and attenuate the repetition frequency of the striped color filter, that is, around 1/3 frequency D of the horizontal clock frequency, in terms of spatial frequency. The bandwidth is 1/3 of the horizontal clock frequency in order to remove frequency components spatially modulated by a striped color filter for use as a luminance signal using a low-pass filter, trap, etc.
narrower than the frequency. Furthermore, when capturing an image of a subject with high color purity, the effective number of elements is reduced to 1/3, so the luminance signal bandwidth becomes even narrower to 1/6 frequency C of horizontal clock frequency A, resulting in a significant drop in resolution. cause

なお第4図の点線で示したものは白黒被写体撮
像時の、実線は色純度の高い被写体撮像時の総合
の輝度信号帯域特性である。また第5図に示した
のは複屈折水晶フイルタを用いた空間周波数フイ
ルタの特性である。従つて、この方法で解像度の
向上を図るためには水平方向の素子数を増加せざ
るを得ず、このために集積度を上げるか撮像面積
を増やさねばならない。しかしこのような解決方
法では製造技術上多くの問題があるためにできる
だけ小面積、小素子数の撮像板で可能なカラー化
の方式が望まれる。
Note that the dotted line in FIG. 4 is the overall luminance signal band characteristic when a monochrome object is imaged, and the solid line is the overall luminance signal band characteristic when an object with high color purity is imaged. Also shown in FIG. 5 are the characteristics of a spatial frequency filter using a birefringent crystal filter. Therefore, in order to improve resolution using this method, it is necessary to increase the number of elements in the horizontal direction, which requires increasing the degree of integration or increasing the imaging area. However, such a solution has many problems in terms of manufacturing technology, and therefore, a color system is desired that allows an image pickup plate with as small an area and a small number of elements as possible.

このために従来考えられているものよりも小面
積、少素子数で実効的に解像度の向上が可能な方
式の一例として特願50−128752を提案している。
その内容の概略を以下に説明する。
For this reason, Japanese Patent Application No. 50-128752 is proposed as an example of a method that can effectively improve resolution with a smaller area and fewer elements than conventionally considered methods.
The outline of its contents will be explained below.

第6図はモザイク状のカラーフイルタの配列を
示し、67は赤、68は青、69は輝度特性又は
全光透過のフイルタエレメントである。この場
合、赤とシアン、青と異色のような組合せでもよ
い。このような配列にすれば、水平ライン毎に
R、Y、R、Y………の列とB、Y、B、Y……
…の列の点順次信号が得られる。この信号を図示
すると、第7図のようになる。第7図においてA
はR、Y、R、Y………の列を示し、BはB、
Y、B、Y………の列を示す。第7図において
は、青成分が赤成分の2倍の大きさのマゼンタ
(赤+青)色の被写体を撮像したときの撮像出力
信号である。この時の各色フイルタR(赤)、B
(青)、W(全色透過)フイルタの場合である。W
=(R+G+2B)であるので、各出力信号はR、
2B、Y=(R+2B)となり、第7図においてはY
信号が最も大きくなる。
FIG. 6 shows a mosaic arrangement of color filters, in which 67 is red, 68 is blue, and 69 is a filter element with luminance characteristics or total light transmission. In this case, combinations such as red and cyan, or blue and a different color may be used. If you arrange it like this, each horizontal line will have columns of R, Y, R, Y... and B, Y, B, Y...
A column of point sequential signals is obtained. This signal is illustrated in FIG. 7. In Figure 7, A
indicates the column R, Y, R, Y..., B indicates B,
The columns Y, B, Y... are shown. FIG. 7 shows an image pickup output signal when a magenta (red+blue) color object is imaged in which the blue component is twice the size of the red component. At this time, each color filter R (red), B
(blue), W (all-color transmission) filter. W
= (R+G+2B), so each output signal is R,
2B, Y=(R+2B), and in Figure 7, Y
The signal is the loudest.

これを標準カラーテレビジヨン信号に変換する
信号処理系のブロツクダイヤグラムを第8図に示
す。第8図において、80は第4図で示したモザ
イクカラーフイルタを配した固体撮像板でその出
力信号の一方をサンプリング回路81で輝度信号
成分の点のみをサンプリングし、ローパスフイル
タ82を介して高周波成分を除去し輝度信号とす
る。一方固体撮像板80より得られた信号のうち
もう一方を水平駆動周波数の1/2の周波数を中心
とするバンドパスフイルタ83を介してモザイク
状色フイルタで変調された高周波成分を分離し同
期検波回路84で同期検波することにより色差信
号(R−Y)又は(B−Y)を得、ローパスフイ
ルタ85を介して一方は直接、もう一方は1水平
期間遅延線86を介してスイツチ回路87へ加
え、ここで線順次色差信号を連続した2つの色差
信号に直して後エンコーダー88に供給して標準
カラーテレビジヨン信号に変換する。なお89は
パルス発生器であり、この信号を固体撮像板に加
えて固体撮像板を駆動すると共にこれと同期関係
にあるパルスをサンプリング回路81及び同期検
波回路84にも供給している。このようにすれば
輝度信号の帯域巾は色純度に無関係に常に水平駆
動周波数の1/4、サンプリング周波数の1/2にな
る。これは従来例よりも白黒被写体撮像時の輝度
信号の帯域特性は狭いが高域の振巾は大きくとれ
るので画像は鮮明になる。この時の綜合輝度信号
特性を第9図実線に示す。
A block diagram of a signal processing system for converting this into a standard color television signal is shown in FIG. In FIG. 8, reference numeral 80 denotes a solid-state image pickup plate equipped with the mosaic color filter shown in FIG. The components are removed to produce a luminance signal. On the other hand, the other signal obtained from the solid-state image pickup plate 80 is passed through a bandpass filter 83 whose center is 1/2 of the horizontal drive frequency, and the high frequency component modulated by a mosaic color filter is separated and synchronously detected. A color difference signal (R-Y) or (B-Y) is obtained by synchronous detection in a circuit 84, one directly through a low-pass filter 85, and the other through a one horizontal period delay line 86 to a switch circuit 87. In addition, the line-sequential color difference signal is converted into two consecutive color difference signals and then supplied to an encoder 88 for conversion into a standard color television signal. A pulse generator 89 applies this signal to the solid-state image pickup plate to drive the solid-state image pickup plate, and also supplies pulses in a synchronous relationship with the solid-state image pickup plate to the sampling circuit 81 and the synchronous detection circuit 84. In this way, the bandwidth of the luminance signal will always be 1/4 of the horizontal drive frequency and 1/2 of the sampling frequency, regardless of color purity. This means that the band characteristics of the luminance signal when photographing a black-and-white subject are narrower than in the conventional example, but the amplitude in the high range can be increased, resulting in a clearer image. The combined luminance signal characteristics at this time are shown by the solid line in FIG.

今、第6図に示すカラーフイルタエレメントを
含む各個の綜合感度特性を白黒像の被写体撮像時
に等しくしておけば白黒像に限つていえば出力信
号をサンプリングすることなくローパスフイルタ
のみを介して高周波成分を除去すれば輝度信号の
帯域巾は水平駆動周波数の1/2まで広げられる。
この関係を第9図に示す。
Now, if the overall sensitivity characteristics of each individual including the color filter element shown in Fig. 6 are made equal when capturing a black and white image of the subject, then in the case of black and white images, the output signal will not be sampled and the high frequency signal will be transmitted through only the low pass filter. By removing the component, the bandwidth of the luminance signal can be expanded to 1/2 of the horizontal drive frequency.
This relationship is shown in FIG.

第9図においてAは水平駆動周波数であり、B
はサンプリング周波数とするとサンプリングの定
理により輝度信号帯域はサンプリング周波数の1/
2つまりC点までしか得られないが、サンプリン
グすることなくローパスフイルタのみを用いると
すればB点まで帯域巾は広がる。つまり点線の帯
域巾を有することになる。実際には前に説明した
ように擬似信号除去のために空間周波数フイルタ
を挿入して光学的なボケを生ぜしめるためにもう
少し帯域巾は狭くなる。その特性例を第10図に
示す。
In FIG. 9, A is the horizontal drive frequency, and B
is the sampling frequency. According to the sampling theorem, the luminance signal band is 1/1 of the sampling frequency.
2, that is, only up to point C, but if only a low-pass filter is used without sampling, the bandwidth will expand up to point B. In other words, it has the bandwidth shown by the dotted line. In reality, as explained earlier, a spatial frequency filter is inserted to remove spurious signals and optical blur is produced, so the bandwidth becomes a little narrower. An example of its characteristics is shown in FIG.

なお着色被写体の場合には色によつても異なる
が色純度の高いものの帯域巾はC点までと狭くな
る。しかし一般の被写体は大体において色純度は
低く、従つてほとんどの場合には帯域巾の広い状
態で使用することになり、実質的には解像度が上
つたことになる。しかしながら色彩のある被写体
の場合には第7図の波形からも明らかなように水
平ライン毎に振巾の異なるいわゆるライン濃淡が
生ずる。
Note that in the case of colored objects, the bandwidth of objects with high color purity is narrow up to point C, although this varies depending on the color. However, general objects generally have low color purity, and therefore, in most cases, a wide bandwidth is used, which essentially results in an increase in resolution. However, in the case of a colored subject, so-called line shading occurs in which the amplitude differs for each horizontal line, as is clear from the waveform in FIG.

第7図において、n(H)とn+1(H)の走査による
信号出力をSo、So+1とすれば、各走査による信
号の一般式は次式で与えられる。
In FIG. 7, if the signal outputs from scanning n(H) and n+1(H) are denoted by S o and S o+1 , the general expression of the signal from each scanning is given by the following equation.

o=(R+Y)+(R−Y)siot =(2R+G+B)+(R−Y)siot (2) So+1=(B+Y)+(B−Y)siot =(R+G+2B)+(B−Y)siot (3) ただし、Y=R+G+B、 ωはR、B、Yのくり返し角周波数 第7図で説明したように、青色がかつたマゼン
タ色の被写体を撮像した場合にはSo、So+1は次
式で与えられる。但し、このマゼンタ色の分光特
性はR:G:B=1:0:2であるとする。
S o = (R + Y) + (R - Y) siot = (2R + G + B) + (R - Y) siot (2) S o +1 = (B + Y) + (B - Y) siot = ( R+G+2B)+(B-Y) siot (3) However, Y=R+G+B, ω is the repetition angular frequency of R, B, and Y. As explained in Figure 7, a magenta-colored subject with a hint of blue is imaged. In this case, S o and S o+1 are given by the following equations. However, it is assumed that the spectral characteristics of this magenta color are R:G:B=1:0:2.

o=(R+Y)+(R−Y)siot=(R+R+2B)+(R−(R+2B))siot =(2R+2B)+(−2B)siot (4) So+1=(B+Y)+(B−Y)siot=(2B+R+2B)+(2B−(R+2B))siot =(R+4B)+(−R)siot (5) となり、水平ライン毎にSo、So+1の低域成分を
構成するR、G、B成分が異なるために、有色の
被写体を撮像した場合水平ライン毎に振巾が異な
り、テレビ画面では水平ライン毎に明るさの異な
るいわゆるライン濃淡現象が生じる。
S o = (R + Y) + (R - Y) siot = (R + R + 2B) + (R - (R + 2B)) siot = (2R + 2B) + (-2B) siot (4) S o +1 = (B+Y)+(B-Y) siot = (2B+R+2B) + (2B-(R+2B)) siot = (R+4B)+(-R) siot (5) So, for each horizontal line, S o , S o+1 , the R, G, and B components that make up the low-frequency components are different, so when capturing an image of a colored subject, the amplitude differs for each horizontal line, and on a TV screen, the brightness differs for each horizontal line. A so-called line shading phenomenon occurs.

従つて、このライン濃淡さえ除去できれば大巾
な解像度の向上が図れる。本発明は極めて簡単な
構成でライン濃淡を除去し輝度信号の広帯域化を
実現せんとするものであり、以下その一実施例を
説明する。
Therefore, if even this line shading can be removed, the resolution can be greatly improved. The present invention aims to eliminate line shading and widen the band of luminance signals with an extremely simple configuration, and one embodiment thereof will be described below.

第11図に本発明の一実施例におけるカラー固
体撮像装置のブロツクダイヤグラムを示す。第1
1図において、80,83〜89は第8図の同符
号のものと全く同じものである。
FIG. 11 shows a block diagram of a color solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 1st
In FIG. 1, 80, 83 to 89 are exactly the same as those having the same reference numerals in FIG.

固体撮像板80よりの出力信号はバンドパスフ
イルタ83及び加算器111に供給される。バン
ドパスフイルタ83により色フイルタで空間的に
変調された信号成分を分離する。分離された変調
信号成分を同期検波器84に供給する。同期検波
器84には同期検波に用いる基準信号がパルス発
生器89から供給されている。この基準信号は
CCDの水平転送クロツクパルスと同期関係にあ
り、その周波数は色フイルタの水平方向の繰り返
し周波数に等しい。
The output signal from the solid-state imaging plate 80 is supplied to a bandpass filter 83 and an adder 111. A bandpass filter 83 separates the signal components spatially modulated by the color filter. The separated modulated signal components are supplied to a synchronous detector 84. A reference signal used for synchronous detection is supplied to the synchronous detector 84 from a pulse generator 89 . This reference signal is
It is synchronous with the horizontal transfer clock pulse of the CCD, and its frequency is equal to the horizontal repetition frequency of the color filter.

同期検波器では、前記基準信号により変調信号
を同期検波する。同期検波器に供給される基準信
号の位相を反転すれば同期検波された出力信号の
極性が反転することは公知である。
The synchronous detector performs synchronous detection of the modulated signal using the reference signal. It is well known that by inverting the phase of the reference signal supplied to the synchronous detector, the polarity of the synchronously detected output signal can be inverted.

同期検波された変調信号はローパスフイルタ8
5に供給され1水平期間遅延線86スイツチ回路
87により回路処理されて、カラーエンコーダー
88に供給される。
The synchronously detected modulated signal is passed through a low pass filter 8.
5, is subjected to circuit processing by a one horizontal period delay line 86 and a switch circuit 87, and is then supplied to a color encoder 88.

同期検波された変調信号は加算器111にも供
給される。加算器111では検波された変調信号
と撮像素子出力信号とを加算している。
The synchronously detected modulated signal is also supplied to an adder 111. The adder 111 adds the detected modulation signal and the image sensor output signal.

このとき、ローパスフイルタ112から得られ
る低域信号の振幅が1水平走査線毎に変動しない
ように、撮像素子出力信号に加算する検波された
信号はその極性と振幅を設定する。
At this time, the polarity and amplitude of the detected signal to be added to the image sensor output signal are set so that the amplitude of the low-frequency signal obtained from the low-pass filter 112 does not vary from one horizontal scanning line to another.

しかしながら、この極性及び振幅は(2)、(3)、
(4)、(5)で示した数式から明らかなように一義的に
決る。その理由を次に説明する。
However, this polarity and amplitude are (2), (3),
As is clear from the formulas shown in (4) and (5), it is determined uniquely. The reason for this will be explained next.

第7図に示した波形は青味がかつたマゼンタ
(青+赤)色の被写体を撮像した時の撮像素子出
力信号を示したものである。この時の各色フイル
タはR、B、Yフイルタであり、Rは赤色透過、
Bは青色透過、Yは全光透過の分光特性を有して
いる。Y=(R+G+B)であるから各色フイル
タに対応する信号はR、B、(R+B)となる。
被写体の赤と青の比率を1:2とするとこの時、
o、So+1の各出力信号、即ち第7図A,Bの出
力信号は、 So=(R+Y)+(R−Y)siot =(2R+2B)+(−2B)siot (6) So+1=(2B+Y)+(2B−Y)siot =(R+4B)+(−R)siot (7) のようになる。
The waveform shown in FIG. 7 shows an image sensor output signal when an object of magenta (blue+red) color with a bluish tinge is imaged. The color filters at this time are R, B, and Y filters, where R is red transparent;
B has a spectral characteristic of transmitting blue light, and Y has a spectral characteristic of transmitting all light. Since Y=(R+G+B), the signals corresponding to each color filter are R, B, and (R+B).
If the ratio of red and blue of the subject is 1:2, then,
The output signals of S o and S o+1 , that is , the output signals of A and B in FIG. t (6) S o+1 = (2B+Y) + (2B-Y) siot = (R+4B) + (-R) siot (7)

従つて、前記のSo、So+1の信号振幅、信号の
分光特性を等しくするにはSoには2Bを、So+1
はRをそれぞれ加算すれば、2つの信号はともに
(2R+4B)となり等しい信号振幅及び信号の分光
特性を呈することになる。
Therefore, in order to equalize the signal amplitudes and spectral characteristics of the signals of S o and S o+1, add 2B to S o and R to S o+1 , then both the two signals become equal. (2R+4B), which results in equal signal amplitude and signal spectral characteristics.

つまり、撮像素子出力信号から分離した低域信
号に、撮像素子出力信号から分離した変調信号を
同期検波してその信号を反転して、前記低域信号
に加算すれば良いことがわかる。
In other words, it can be seen that the modulated signal separated from the image sensor output signal is synchronously detected on the low band signal separated from the image sensor output signal, the signal is inverted, and the inverted signal is added to the low band signal.

従つて、撮像素子出力信号から分離した低域信
号から変調信号を同期検波した信号を減算しても
同様の効果が得られる。
Therefore, the same effect can be obtained by subtracting the signal obtained by synchronously detecting the modulation signal from the low-frequency signal separated from the image sensor output signal.

更にライン濃淡現象を除去する作用を第12図
を用いて説明する。
Furthermore, the effect of eliminating the line shading phenomenon will be explained using FIG. 12.

第12図は、第7図の場合と比べてY信号に対
してR、B信号の大きさが逆転した場合の例であ
る。
FIG. 12 is an example in which the magnitudes of the R and B signals are reversed with respect to the Y signal compared to the case of FIG. 7.

第12図における撮像素子と色フイルタの組合
せは、R、B、Yの各色フイルタの分光特性がR
は赤透過、Bは青透過、Yは輝度信号特性即ち、
Y=(0.3R+0.6G+0.1B)の特性を有する色フイ
ルタと撮像素子の組合せとしたものである。
In the combination of the image sensor and the color filter in FIG. 12, the spectral characteristics of the R, B, and Y color filters are R
is red transmission, B is blue transmission, Y is luminance signal characteristic, i.e.,
This is a combination of a color filter and an image sensor having a characteristic of Y=(0.3R+0.6G+0.1B).

前記の組合せを用いて、赤成分の大きいマゼン
タ色の被写体を撮像したときの水平走査の出力信
号を模式的に示したものが第12図a,bであ
る。赤色が強いマゼンタの被写体の分光特性が
R:B=4:1程度の場合aのRの大きさは4程
度、Bの大きさは1程度、Yの大きさは1.3程度
となる。
FIGS. 12a and 12b schematically show horizontal scanning output signals when a magenta object with a large red component is imaged using the above combination. When the spectral characteristics of a magenta subject with a strong red color are approximately R:B=4:1, the magnitude of R of a is approximately 4, the magnitude of B is approximately 1, and the magnitude of Y is approximately 1.3.

上記の被写体を撮像した時の隣接する水平走査
による撮像素子出力信号Sa,Sbは次式であらわ
される。
The image sensor output signals Sa and Sb from adjacent horizontal scans when the above object is imaged are expressed by the following equations.

Sa=(4R+1.3Y)+(4R−1.3Y)siot=(5.2R+0.1B)+(2.8R −0.1B)siot (8) Sb=(B+1.3Y)+(B−1.3Y)siot=(1.1B+1.2R)+(0.9B −1.2R)siot (9) 第12図c,dは第12図a,bに示した信号
の変調成分である。
Sa = (4R + 1.3Y) + (4R - 1.3Y) siot = (5.2R + 0.1B) + (2.8R - 0.1B) siot (8) Sb = (B + 1.3Y) + (B - 1.3 Y) siot = (1.1B + 1.2R) + (0.9B - 1.2R) siot (9) Figures 12c and d are the modulation components of the signals shown in Figure 12a and b.

ここで、注目すべき点は、cとdとでは変調成
分(交流成分)の極性が互いに逆相である事であ
る。
What should be noted here is that the polarities of the modulation components (AC components) in c and d are opposite to each other.

c,dに示した信号波形の基本波成分は次式で
表すことができる。
The fundamental wave components of the signal waveforms shown in c and d can be expressed by the following equation.

Sc=(4R−1.3Y)siot ={(4R−(1.2R+0.1B)}siot =(2.8R−0.1B)siot (10) Sd=−(B−1.3Y)siot =−(0.9B−1.2R)siot (11) これらの信号をsinωt なる基準信号で同期
検波することによりScからは(2.8R−0.1B)な
る色差信号が低域信号として得られ、Sdからは
(0.9B−1.2R)なる色差信号が低域信号として得
られる。
Sc=(4R−1.3Y) siot ={(4R−(1.2R+0.1B)} siot =(2.8R−0.1B) siot (10) Sd=−(B−1.3Y) siot = -(0.9B-1.2R) siot (11) By synchronously detecting these signals with the reference signal sinωt, a color difference signal of (2.8R-0.1B) is obtained as a low-frequency signal from Sc. A color difference signal of (0.9B-1.2R) is obtained as a low frequency signal from Sd.

第12図e,fはc,dに示した波形を同期検
波した波形(同期検波器84の出力信号)であ
る。これは低周波成分である。従つて第12図e
は正方向に表われる低域信号、第12図fは負方
向に表われる低域信号である。
12e and f are waveforms obtained by synchronously detecting the waveforms shown in c and d (output signals of the synchronous detector 84). This is a low frequency component. Therefore, Figure 12e
is a low frequency signal appearing in the positive direction, and FIG. 12f is a low frequency signal appearing in the negative direction.

上記のようにして変調成分を同期して得られた
信号を各々極性を反転して撮像素子出力信号に加
算し、不要な高域成分を低域通過フイルタにより
従去すれば、隣接する水平走査により得られる低
域信号、即ち輝度信号の大きさ及び信号を構成す
る各色信号成分の比率は次式に示すように等しく
なる。
By inverting the polarity of the signals obtained by synchronizing the modulation components as described above and adding them to the image sensor output signal, and removing unnecessary high-frequency components using a low-pass filter, adjacent horizontal scanning The magnitude of the low-frequency signal, that is, the luminance signal, obtained by , and the ratio of each color signal component constituting the signal are equal as shown in the following equation.

Sg=(5.2R+0.1B)−(2.8R−0.1B) =(2.4R+0.2B) (12) Sh=(1.1B+1.2R)−(0.9B−1.2R) =(2.4R+0.2B) (13) 第12図g,hに示した図は、変調成分を同期
検波して得られた信号を各々、極性を反転して撮
像素子出力信号に加算した様子を示すものであ
る。つまり実線で示した信号の大きさが隣接する
水平走査間で等しいことを示している。
Sg = (5.2R + 0.1B) - (2.8R - 0.1B) = (2.4R + 0.2B) (12) Sh = (1.1B + 1.2R) - (0.9B - 1.2R) = (2.4R + 0.2B) ( 13) The diagrams shown in FIGS. 12g and 12h show how the signals obtained by synchronously detecting the modulation components are each added to the image sensor output signal with the polarity inverted. In other words, the magnitude of the signal indicated by the solid line is equal between adjacent horizontal scans.

従つて水平解像度を約2倍弱向上させることが
可能となり、比較的少素子数のものでその目的を
達することが可能となる。なお説明は単板のカラ
ー撮像板を用いた場合について行なつたが2枚を
用いたものでもよい、又原色、補色のフイルタの
組み合せでもよい。
Therefore, it is possible to improve the horizontal resolution by about twice as much, and it is possible to achieve this objective with a relatively small number of elements. Although the description has been given on the case where a single color imaging plate is used, two plates may be used, or a combination of primary color and complementary color filters may be used.

以上のように本発明によれば同一解像度を得る
には水平素子数は少なくて良好なカラー画像が得
られる。また同一素子数では高解像度のカラー画
像が得られる。さらにフイルタ構成も簡単なもの
でよく、回路構成もわずかの附加機能ですむので
簡単になり、低コストのカラー固体撮像装置を得
ることができる。
As described above, according to the present invention, the number of horizontal elements is small in order to obtain the same resolution, and a good color image can be obtained. Furthermore, a high resolution color image can be obtained with the same number of elements. Furthermore, the filter configuration can be simple, and the circuit configuration can be simplified as only a few additional functions are required, making it possible to obtain a low-cost color solid-state imaging device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は感光素子と電荷転送素子を組み合わせ
た固体撮像板の一例を示す平面図、第2図は3色
のストライプ状フイルタの一例を示す図、第3図
は第2図に示したストライプ状カラーフイルタを
第1図に示す固体撮像板貼りつけることによつて
カラー信号を得る従来のカラー固体撮像装置を示
すブロツク図、第4図は第3図のカラー固体撮像
装置による輝度信号帯域を示す図、第5図は空間
周波数フイルタの特性図、第6図はモザイク状色
フイルタの特性図、第7図A,Bは第6図に示す
フイルタを用いた場合の撮像板の出力波形図、第
8図は第6図のフイルタと固体撮像数を組み合わ
せた素子を用いたカラー固体撮像装置のブロツク
図、第9図は水平駆動周波数、サンプリング周波
数を輝度信号帯域の関係を示す図、第10図は光
学的ローパスフイルタの特性図、第11図は本発
明の一実施例におけるカラー固体撮像装置を示す
ブロツク図、第12図a,b,c,d,e,f,
g,hは第11図における各部の電圧波形を示す
図である。 80……固体撮像板、83……バンドパスフイ
ルタ、84……同期検波器、85……ローパスフ
イルタ、86……1水平期間遅延線、87……ス
イツチ回路、88……エンコーダ、111……加
算器、112……ローパスフイルタ。
Figure 1 is a plan view showing an example of a solid-state imaging plate that combines a photosensitive element and a charge transfer element, Figure 2 is a diagram showing an example of a three-color striped filter, and Figure 3 is a plan view showing an example of a three-color striped filter. A block diagram showing a conventional color solid-state imaging device that obtains color signals by pasting a color filter on a solid-state imaging board as shown in FIG. Figure 5 is a characteristic diagram of the spatial frequency filter, Figure 6 is a characteristic diagram of a mosaic color filter, and Figures 7A and B are output waveform diagrams of the imaging plate when the filter shown in Figure 6 is used. , FIG. 8 is a block diagram of a color solid-state imaging device using an element that combines the filter and solid-state imaging number shown in FIG. FIG. 10 is a characteristic diagram of an optical low-pass filter, FIG. 11 is a block diagram showing a color solid-state imaging device in an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a, b, c, d, e, f,
g and h are diagrams showing voltage waveforms at various parts in FIG. 11. 80... Solid-state image pickup plate, 83... Band pass filter, 84... Synchronous detector, 85... Low pass filter, 86... 1 horizontal period delay line, 87... Switch circuit, 88... Encoder, 111... Adder, 112...Low pass filter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1の分光特性を有する第1の色フイルタ
と、実質的に輝度特性と等しい特性の第2の色フ
イルタと、第3の分光特性を有する第3の色フイ
ルタを有し、水平ラインに沿つて第1と第2の色
フイルタと感光素子の組合せを交互に繰り返し設
けた第1の感光素子列と、第2と第3の色フイル
タと感光素子の組合せを交互に繰り返し設けた第
2の感光素子列とを垂直走査方向に繰り返し配列
した感光素子群を有し、上記感光素子群の出力信
号から、前記色フイルタによる変調成分と低域成
分とをそれぞれ取り出し、前記低域成分から、前
記変調成分を色フイルタの繰り返し周波数で同期
検波して得られた信号を減算することを特徴とす
るカラー固体撮像装置。
1 A first color filter having a first spectral characteristic, a second color filter having a characteristic substantially equal to the luminance characteristic, and a third color filter having a third spectral characteristic, A first photosensitive element row in which combinations of first and second color filters and photosensitive elements are alternately and repeatedly provided, and a second row in which combinations of second and third color filters and photosensitive elements are alternately and repeatedly provided. A photosensitive element group having a photosensitive element row repeatedly arranged in a vertical scanning direction, extracts a modulation component by the color filter and a low frequency component from the output signal of the photosensitive element group, and from the low frequency component, A color solid-state imaging device characterized in that a signal obtained by synchronously detecting the modulation component at a repetition frequency of a color filter is subtracted.
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