JPS62291269A - 固体カラ−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】 ３、発明の詳細な説明 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電荷結合撮像素子等の固体撮像素子を用いた固
体カラー撮像装置に関する。

（従来の技術） 固体撮像素子を用いたテレビジ曹ンカメラは小型・軽量
で扱い易い、低消９電力である。焼付きや画像歪がない
、低残像である等の特徴を有するので、従来設置が非常
に困難であると思われていた場所にも監視カメラとして
用いられたり、あるいは医用の生体内視鏡に用いられた
りしている。

監視カメラの一例を第１０図に示す。同図の監視カメラ
はズームレンズ（１）及びカメラ本体（２）から構成さ
れている。固体撮像素子を用いたことによりカメラ本体
（２）はズームレンズ（１）よりも小さくまとまってお
り、全体の大きさはズームレンズ（１）により左右され
る。すなわち、カメラネ体（２）は小型であるのだが、
ズームレンズ（１）はある程度以上には小さくできない
ので、カメラの設置場所に関して制約を受けてしまうと
いう問題点があった。たとえばパイプの中に監視カメラ
を設置する場合には、パイプの径が細くなってくるとズ
ームレンズ（１）の大きさにより制約を受けてしまう。

逆に全体形状を小型にして軽量化するためにレンズ系を
ズーム機能なしの単レンズ構成にすると、より細いパイ
プの中にも挿入できるようになるのであるが、しかし画
岱をズームすることができなくなるという問題点があっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したように従来の固体カラー撮像装置は小型軽量化
しようとするとズームレンズを取り外さざるを得なかっ
た。

本発明はこのような点にかんがみてなされたもので、固
体撮像素子の駆動パルスを工夫することにより、ズーム
レンズを使わなくても簡易に画像の拡大が可能な固体カ
ラー撮像装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は再生画像上のある指定領域からの画像信号が通
常動作のときのｎ”　（ｎは２以上の正の整数）倍て拡
大されるように、２次元的に配列された複数の受光素子
上に色フィルタを設けた固体撮像素子を駆動するための
パルスの周波数モードを前記指定領域と他の領域の読出
し走査期間で切換える手段と、固体撮像素子からの出力
信号のうち、指定領域に相当するラインからの信号を遅
延手段を用いて遅延して出力することによりライン補間
信号を得るライン補間手段と、固体撮像素子及びライン
補間手段の出力信号から赤色光及び緑色光、青色光の各
成分を分離する色分離手段とを具備するようにした。

（作用） 以上の構成によれば、指定領域の再生画像はｎ！倍に拡
大される。

（実施例） 以下１本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図に本発明になる固体カラー撮像装置の一実施例のブロ
ック図を、また第２図に第１図の装置を適用した生体内
視鏡装置を示した。この第２図については後述する。図
において、αυは撮像レンズ、　ＱＢは光学的低域通過
フィルタ（以下。

光学ＬＰＦという）、α３は分光特性補正フィルタ。

Ｕは色フィルタ、　（Ｉ！９は固体撮像素子、たとえば
電荷結合撮像素子（以下、　ＣＣＤ撮像素子という）で
ある。このＣＣＤＣＣ撮像素子を第３図に示した。ＣＣ
Ｄ撮像素子（１９にはたとえば垂直方向４９２画素、水
平方向７８０画素の有効画素が配列されており、テレビ
ジラン方式のインターレース走査に対応するように垂直
転送ＣＣＤ１４υの１段に対して２つの受光素子＋４３
　、　＋４３が対応するように構成されている。この図
は垂直転送Ｃ０Ｄ（４１）の１段目のみを示しているが
。

他の各段及び他の垂直転送部についても同様な構造であ
る。垂直転送ＣＣＤ（４υの１段に対しては、４つのｔ
極圓乃至（４ηが設けられ、各電極に対応する１端子群
（４８１には４相の垂直転送パルスが供給される。

これにより手直プラ／キング期間に受光素子の信号電荷
が垂直転送部に続出され、垂直転送部の信号電荷が水平
ブランキング期間中に垂直方向へ１段ずつ次々と転送さ
れる。垂直転送周波数は通常１５．７３ＫＨｚである。

垂直転送部の最終段まで転送された信号電荷は、水平ブ
ランキング期間に水平転送ＣＣＤ（４９に読出される。

水平転送ＣＣＤ５０には、２つの端子による端子群６０
を介して２相のパルスが供給され、これによって水平転
送ＣＣＤ（４１の信号電荷は高速で水平転送され、出力
部６１）から読出される。この水平転送周波数は、　Ｃ
ＣＤ撮像素子の水平方向の画素数が約８００の場合、約
１４．３２ＭＨｚとなる。

また水平転送ＣＣＤＱ！ｌに隣接して掃出し用ゲート６
３と掃出し用ドレイン□□□が設けられている。掃出し
用ゲート■には通常は低レベルの電圧が与えられている
が、これを高レベルにし、かつ水平転送ＣＣＤ四の２相
の電極端子６（Ｊｌを低レベルにすることにより、水平
転送ＣＣＤ（４９内の信号電荷を掃出し用ドレイン（至
）に掃出することかできる。

各受光素子上には第４図に示すような色フィルタａ−が
設けられている。赤色（几）光透過フィルタ（１４１）
　、緑色（Ｇ）光透過フィルタ（１４２）　、７色（Ｉ
３）光透過フィルタ（１４３）が縦長ストライプ状に水
平方向に繰返し配列された構成をしている。また。

光学ＬｐｐＱ′ｌＪはＣＣＤ撮１家素子（田の２次元サ
ンプリングに伴う偽信号を防屯するために設けられてお
り。

色フィルタ（１４）の水平方向の繰返し周波数４．７７
ＭＨｚの点と、その２倍の嵩調波である９、５５ＭＨｚ
の点にトラップ特性があるように設計されている。分光
特性補正フィルタａ３はＣＣＤＣＣ撮像素子α９自体光
特性を補正し１色再現性を向上する役目をしている。

ここで本実施例の主要部となるＣＣＤ撮像素子α５を駆
動する回路αθ、αη、α８１（第１図参照）によって
ズーム走置される領域及び、駆動パルスのタイミングに
ついて説明する。

第５図（ａ）は面積を４（＝２９倍に拡大して表示する
場合に、ズーム走査される領域（Ａ）を撮像素子上の結
像画像の左下隅の位置に設定した例である。

つまり垂直及び水平方向の画素数をそれぞれＭ、Ｎとし
たとき、垂直、水平方向ともに全画面のｌ／２いる。こ
の領域（Ａ）は通常撮像状態の再生画面上では、第５図
中）に示すように、再生画面全体の水平方向の長さをＨ
１有効走査線をＶとすると１画Ｖ 面左上隅の（／２Ｘ／２）の方形部分に相当する。

ここで第１図の水平転送パルス制御回路（Ｉ７）及び垂
直転送パルス制御回路（２）は、駆動パルス発生回路霞
を制御することにより、　ＣＣＤ撮像素子（１９に供給
される駆動パルスのタイミング及び周波数を切換えるこ
とができる。これらの駆動タイミングのうち第６図（ａ
）は２相の水平転送パルスのうちの１（Ｃ） つを示しており、第６図号は４相の垂直転送パルスのう
ちの１つを示している。

ＣＣＤ撮像素子α９の垂直方向の有効画素数は４９２で
あるので、奇数フィールドにおいては１乃至２４５　（
＝Ｖ／２−１　）番目の行が第５図（ａ）の領域（Ａ）
及び（Ｂ）に相当する。この領域では、水平転送ＣＣＤ
ｆ４１に送られた電荷はまず通常の１／２の周波数の７
．１６ＭＨｚで３９０（＝Ｎ／り　ｍ案分ｔ　すｂ　チ
領ｆａ　（Ａ）の分だけ転送され出力される。これに要
する時間は通常の有効水平走査期間にほぼ等しい約５４
μｓで３９０画素分は水平転送ＣＣＤ（４１内に残って
いるが。

これらの電荷はこれ以上水平転送せずに、水平転送パル
スを低レベルにし、かつ帰出し用グー）　５２を高レベ
ルＶですること番でより、残留電荷を掃出し用ドレイン
ω１（掃出す。この動作によりＣＣＤ撮像素子（１５１
の１ライン分の信号が読出し及び掃出されが通常の１／
２の７．８７　Ｋ　Ｈｚに切換えられる。したがって２
４５番目の行が出力されるまでの時間は通常の１フイー
ルドの有効垂直走査期間・てほぼ等しい約１５．６　ｍ
　Ｓである。

２４７（＝ワ２＋１）乃至４９１（＝Ｖ−１）番目の行
は領域（Ｃ）に相当する。この領域の信号は不要情報で
あるので掃出し用ドレイン５：Ｅ）　Ｋ　’４出す。た
だし１乃至２４５番目の行を出力するのに・負常の１フ
イールドの有効垂直走置期間Ｖこほぼ等しい１５．６ｍ
ｓを要しているので、領域（Ｃ）の信号電荷は高速、た
とえば１．７９　ＭＨｚで垂直転送する必要がある。こ
のとき掃出し用ゲート６カは常に扁レベル：で保たれて
おり、垂直転送ＣＣＤの最終段から水平転送ＣＣＤ１９
１に送られた１５号電荷は、水平転送パルスを低レベル
にすることにより１次のラインの信号が送られてくる前
（１，７９ＭＨｚの場合は約５６０ｎＳ　）に掃出し用
ゲート５３を経て掃出し用ドレイン６シに１帝出する。

最後の４９１番目の行が掃出されるまでに要する時間は
約６９μｓである。

以上は奇数フィールドについての説明であるが。

偶数フィールドも同禄であり、２乃至２４６番目の行が
領域（Ａ）及び（Ｂ）に相当し、２４８乃至４９２番目
の行が領域（Ｃ）に相当する。

上記のような駆動パルスによってＣＣＤＣＣ撮像素子が
駆動される。

次にＣＣＤ撮像素子（ｉｓの出力信号は、１水平走査時
間（４６３，５６μｓ）（以下ＩＨという）の遅延線α
９７゜介してスイッチ回路四の端子（２０ａ）に供給さ
れるとともに、もう一方の端子（２０ｂ）にもＷ　４供
給される。スイッチ回路（至）は垂直転送パルス制御回
路賭からの信号により、端子（２０ａ）及び（２０ｂ）
の信号を選択して１選択信号を以後のビデオ信号処理回
路に供給する。

スイッチ回路翰の出力はまず３個のサンプル・ホールド
（以下輸という）回路Ｑυ、四、（ハ）に入力される。

これらの馳回路はそのサンプル用パルスを信号処理用パ
ルス発生回路（財）から供給されているが、その周波数
は水平転送パルスの周波数の１／３に設定されており、
かつ３個の輸回路Ｑυ、翰。

０間で互いに２π４０位相関係にある。これによりシ負
回路（２１）、　ａ、（ハ）の各出力からは色フィルタ
Ｑ４）Ｋ対応した几、　Ｇ、　Ｂの信号が独立に得られ
ることになる。このようにして色分離された３原色信号
はそれぞれプロセス回路（ハ）、ｅ２Ｇ、＠に入力され
る。プロセス回路（ハ）、　（２１１９，＠では信号処
理用パルス発生回路＠からパルスを受け、クランプ、ガ
ンマ補正。

白レベルクリップ等の各種非線形処理を入力信号に対し
て施す。そしてプロセス回路（ハ）、（ハ）、罰の出力
信号Ｂ、Ｒ，ＥＧ、　ＥＢはエンコーダ及びＮＴＳＣ合
成回路（ハ）に入力され、標準テレビジｌン方式の１つ
であるＮＴＳＣ信号が出力端子囚から得られるという構
成になっている。

ζこで前記スイッチ回路（イ）の働きについて説明する
。スイッチ回路■とＩＨ遅延線ａ９とはライン補間手段
を構成している。第５図の領域（Ａ）及び（Ｂ）に相当
する行の信号伝送期間では、最初のＩＨ期間は端子（２
０りを選択し１次のＩＨ期間は端子（２０ｂ）を選択す
るという動作を繰返す。したがって、先に述べたようＫ
この領域では、　ＣＣＤ撮像素子α９の垂直転送周波数
は通常の１／２の７．８７　ＫＨｚとなっているのに対
し、上記スイッチング動作によりＣＣＤ撮像素子αＳの
ライン出力信号が２度ずつ使用され。

ライン補間されることになる。これによりスイッチ回路
四の出力信号が不足することはない。

一方、テレビジ嘗ン受像機側では通常通り水平走査周波
数が１５．７３幻七で、２：１のインターレースを行な
りでいるので、スイッチ回路■を通り。

出力端子（ハ）から得られた映像信号を通常の再生シス
テムで再生すれば、第７図に示すようなライン関係とな
る。この第７図において１乃至２４６０番号は固体撮像
素子晒の垂直方向の行番号であり。

１乃至４９２０番号は受像機の走査線の番号である。

撮像側の垂直転送周波数は受像側の水平転送周波数の１
／２であるが、第１図のスイッチ回路ｃ２ｉｌＩの２度
読出し処理によって撮像側と受像側の走査の同期が合致
する。つまり奇数フィールドでは撮像側の行番号で１．
１．３．３．・・・というように２本ずつ繰返され、偶
数フィールドではそれらの間に１（受像側の走査線は１
′）の１つ下の走査線２から、２゜２、４．４．・・・
というようにインターレースされる。

したがって垂直方向で見ると、その長さ成分が元の画像
の２倍に拡大される。また水平方向について見ると、水
平転送周波数が通常のｌ／２の７．１６ＭＨｚであるの
で、その長さ成分が元の画像の２倍に拡大される。結局
、第５図（ｃ）に示される再生画像は。

垂直、水平ともにそれぞれの長さ成分が２倍に拡大され
ており、面積的には元の画像を２”（＝４）倍に拡大し
たものを得ることができる。

上記の説明では拡大率は面積で４倍として説明してきた
が１本発明はこれに限るものではなく。

より大きい拡大も可能である。ただし、撮像側と受像側
の同期を合致させる必要があるので、拡大する領域の面
積は拡大率に応じて変化する。たとえば第８図に示すよ
うに、水平方向はＸの大きさで、垂直方向は走査ｍｙ本
分の斜線領域を面積でｎ２倍に拡大する場合には。

ＨＶ ｘ＝　／　　　　　ｙ＝　／ ｎ、　　　　　　　　　　　　ｎ が満足されれば良い。このときの駆動方法は次のように
なる。すなわち、まず１ライン中に指定された領域があ
るラインでは、垂直転送周波数は通常の１／ｎ、水平転
送周波数は指定された領域に存在する部分で通常の１／
ｎとする。それ以外では水平転送動作を中止して低レベ
ル固定にし、かつ掃出し用ゲートを濁レベルとすること
により残留している信号電荷を掃出し用ドレインに捨て
る。次に１：フィン中に指定された領域がないラインで
は。

垂直転送動作を高速（たとえば３．５８ＭＨｚ　）で行
なう。そして水平転送ＣＣＤの最終段から信号電荷を受
けたら、水平転送パルスを低レベルにし、かつ掃出し用
ゲートを高レベルにすることにより、不要信号電荷を掃
出し用ドレインに捨てる。

１ライン中ば指定された領域が存在するラインからの読
出し信号は遅延手段（遅延線）に供給される。このとき
は垂直転送周波数が通常の１／ｎになっているので１次
の垂直転送動作が始まるまでの期間に直列に合計（１ｍ
−１）回遅延手段にこの読出し信号を供給し、これを読
出して出力信号として用いる。すなわち、第９図（ａ）
の如きライン補間手段を用い、スイッチ６υを順次端子
（ａ）から（ｂ）、（Ｃ）・・・と切換えていけば良い
。このようにすれば受像側で面積がｎ！倍の拡大像を得
ることができる。なお。

第９図（ｂ）のような回路を用いればＩＨ遅延線は１個
で済む。またＭ９図（Ｃ）のようにラインメモリを使用
しても良い。また、上記実施例では固体撮像素子として
第３図に示すようなインターライン形のＣＣＤ撮像素子
を例に説明したが、これはＭＯ８型撮像素子などの他の
撮像素子でもよい。さらに有効画素数も４９２　Ｘ　７
８０に限定されるものでないことは当然である。

最後に第１図の装置を適用した生体内視鏡装置を示す第
２図について説明する。まず、０ηは撮像ブロックであ
り、この内部には前出の撮像レンズａυ、光学ＬＰＦ　
（１３１分光特性補正フィルタ０１色フィルタα尋及び
光源０４が配設されている。そして撮像ブロックＧυは
、　ＣＣＤ撮像素子α９の駆動回路及びその他の信号処
理回路（第１図のＣＣＤＣＣ撮像素子の後段の回路）を
有したカメラ制御部（至）にケーブル（至）を介して接
続されている。ＣＣＤ撮像素子ｔｔＳは第２図（ｂ）に
示すように、複数の信号線が束ねられたケーブル（ト）
を介して、駆動に必要なパルス及び電圧を受け、これに
応答して映像信号を出力し、これをケーブル（ロ）を介
してカメラ制御部（至）に伝送する。また光源Ｏａは光
ファイバーケーブル缶を介してカメラ制御部（至）から
直接光として送られてきたものであるが、このときカメ
ラ制御部（ト）はＣＣＤ撮像素子α９からの映像信号レ
ベルに応じて光の強弱を自動的に調節し、被写体に最適
光量が与えられるような制御を行なう。ＣＣＤ撮像素子
０９自体は非常に小型・軽量であるので１円筒状の撮像
ブロック０υは、たとえば直径１０絽、長さ３０１１１
程度の小型の円筒状べするこきが可能である。またケー
ブル（ロ）の撮像ブロックＣ３ｍ）Ｋ近い部分は、十分
な屈曲性を持つように作られている。

上述した実施例によればＣＣＤ撮像素子の駆動パルスの
タイミングを制御することにより再生画面上のある指定
された領域を面積でｎ”　（ｎは２以上の整数）倍に拡
大できるので、従来必要であった形状及び重量の大きな
ズームレンズを省略することができる。従って、カメラ
の小型・軽量化につながる。特に第２図で示した如き生
体内視鏡については従来大きさの制限からズームレンズ
を付加することができなかったが１本実施例を適用する
ことによりズームレンズなしでズーム機能を持たせるこ
とができ有用である。

また従来ズームレンズを使わずに純電子的に拡大像を得
るには、１画面分のフレームメモリを使う必要があり、
しかもメモリへの書込み、拡大操作、読出し操作等時間
遅れを伴う要因が多い。このため動画像の場合は拡大画
像が不自然になる場合もある。ところが本発明によると
、リアルタイムで動作している駆動パルスのタイミング
を制御する方式であるためＳａ面画像不自然さは発生し
ない。しかも拡大された再生画像は第５図（Ｃ）に示す
ように、拡大領域以外からの信号が完全に捨てられてい
るので、受偉機の表示領域のすべてを有効に使っている
。また実施例で示したように面積的に４倍にする場合に
は、　ＩＨ遅延線が１個あるだけでよく、高価で消費電
力の大きなフレームメモリは不必要になるという製造上
の利点もある。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明してよればズームレンズなしで
ズームを行うことのできる固体カラー撮像装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる固体カラー撮像装置１の一実施例
を示すブロック図、第２図は第１図の装置を適用した生
体内視鏡を示す斜視図及び断面図。 第３図は第１図のＣＣＤ撮像素子を示す図、第４図は第
１図の色フィルタを示す図、第５図は第１図のＣＣＤ撮
像素子のズーム領域を説明するための図。 第６図は第１図のＣＣＤ撮像素子の駆動パルスのタイミ
ングチャート、第７図は第１図の装−υｔと受像機との
タイミング関係を説明するための図、第８図は第１図装
置の一般的なズーム動作を説明するための図、第９図は
本発明の装置中のライン補間手段の一般的具体例を示す
ブロック図、第１０図は従来の監視用カメラを示す側面
図である。 １４・・・色フィルタ、１５・・・ＣＣＤ撮像素子。 １６・・・駆動パルス発生回路。 １７・・・水平転送パルス制御回路。 １８・・・垂直転送パルス制御回路。 １９・・・ＩＨ遅延線。 ２０・・・スイッチ回路。 ２１．２２．２３・・・サンプルホールド回路。 部、２６．２７・・・プロセス回路。 田・・・エンコーダ及びＮＴＳＣ合成回路。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　宇　治　１弘 ニー＼ノ２ゝ 第２１！１ 第３図 ４ｓ　４　図 第　６　囚 第　５　図 ｆ５７　　図 第　８　図 第１（１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 垂直、水平方向に配列された複数の受光素子上に色フィ
   ルタが設けられた固体撮像素子を駆動するためのパルス
   の周波数モードを再生画像上の面積を通常のｎ＾２（ｎ
   は２以上の整数）倍に拡大したい指定領域の読出し走査
   期間とこの指定領域外の読出し走査期間とで切換える手
   段と、前記固体撮像素子から出力される信号のうち前記
   指定領域に相当するラインからの信号を遅延手段を用い
   て遅延することによってライン補間信号を得るライン補
   間手段と、前記固体撮像素子及び前記ライン補間手段の
   出力信号から赤色光、緑色光、青色光の各成分を分離す
   る色分離手段とを具備したことを特徴とする固体カラー
   撮像装置。