JPS6243594B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えばCCD等の固体撮像素子、撮像
管、白黒写真フイルム等の光検出手段を用いてカ
ラー画像を検出する装置に関するもので、解像力
を過度に低下させることなく偽の色信号の発生を
略完全に防止したカラー画像検出装置を提供する
ことを目的とする。

従来、単一面の光検出手段を用いてカラー画像
を検出する方式は多層カラー乳剤を用いたカラー
フイルムを除きすべて光検出面を複数の領域に分
割し、その隣接する領域に相互に異つた分光感度
特性を与えることによりカラー画像の検出を行な
つている。しかし、この方式では異つた色の光を
異つた光検出面上の位置で検出していることか
ら、被写体の細かい構造を有する輝度分布とモア
レ（モアレ像干渉縞現象）を生じ、そのモアレに
よる偽りの色信号を生じる欠点があつた。この欠
点を除去するため従来は、被写体の輝度分布の高
い空間周波数成分を除去する光学的ローパスフイ
ルタを結像光学系中に入れることが行なわれてい
る。しかし、光学的ローパスフイルタを使用する
ことは偽りの色信号を目立たなくするだけであつ
て、本質的には被写体上の異つた位置から異つた
色の光を検出していることに変りは無い。また、
偽りの色信号を押えようとするあまり光学的ロー
パスフイルタを効かせ過ぎると得られる像の解像
力が低下してしまう。

本発明は光学的ローパスフイルタを用いない他
の新規な手段によりこの種装置に於ける偽の色信
号の発生を解像度を過度に低下させることなく略
完全に防止したものである。

以下、図示例に基いて具体例に説明する。第１
図は位相分離形単管式カラー撮像管に応用した場
合の本発明の第１実施例を示すもので、１は被写
体、３，５は結像光学系を構成する前玉及び後玉
光学系、７は撮像管、８はその撮像面、６はその
撮像面に部分的に異なつた分光感度分布を有する
複数個の光検出領域を形成するために撮像面前面
に設けた赤色６Ｒ・緑色６Ｇ・青６Ｂ・光を通さ
ない黒６Ｎの各微小フイルタの数多の集合からな
るモザイクフイルタである。

本発明は上記光学系の光路中に、撮像面（光検
出面）の互に異なつた分光感度分布を有する光検
出領域の部分的配列にほぼ対応して被写体上の一
点からの光束を波長によつて異なる相互に横ずれ
した位置に偏向する光分散要素を配設したもので
ある。

第１図例はその光分散要素としてプリズムブロ
ツク４を用い、これを結像光学系の前玉と後玉光
学系３，５の間に配設したものである。

即ち、いま便宜上被写体１に於て背景に比して
比較的明るい一点（点光源）２からの光束２１を
考えると、その光束２は撮影レンズの前玉光学系
３を透過した後、プリズムブロツク４に入射す
る。そして該プリズム４を透過した光束は成分波
長ごとに射出角を変えて後玉光学系５に入射す
る。この結果、光束２１の成分光を赤２１Ｒ・緑
２１Ｇ・青２１Ｂの各色の光束で代表させると、
それぞれの光束は撮像面８に於て互いに横ずれし
た位置５１，５２，５３に収束することとなる。

点５１，５２，５３に夫々入射する光束２１
Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの光路中には、それぞれ入射
する光束の色に対応した赤色・緑色・青色の色フ
イルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂが置かれているため、そ
れぞれの光束はそのまま色フイルタを透過し、撮
像管７の撮像面８に入射する。

撮像管７の走査により得られた信号は増幅器９
によつて増幅された後その一部はインデツクス信
号検出回路１０に入る。この信号波形を第２図ａ
に示す。インデツクス信号検出回路１０は撮像管
面に接近して置かれた色フイルタ６のうち、光を
通さない黒フイルタ部６Ｎによつて作り出された
暗部による信号を検出してパルスを発生する。こ
の信号を第２図ｂに示す。ゲート信号発生回路１
１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂはこのパルスを受けて適当
な時間遅れを与えて赤・緑・青の各色に対応した
ゲートパルスを発生する。このゲート信号発生回
路１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにより作り出された各
ゲートパルスをそれぞれ第２図ｃ，ｄ，ｅに示
す。これらのゲートパルスはサンプリング回路１
２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに加えられ、ゲートパルス
の加えられている間だけ第２図ａに示した信号が
検出される。これらの信号は適当な時定数を有す
る遅延回路１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを通つて同一
時刻に生じるパルス信号となる。

以上の信号処理を第３図ａ〜ｇに示す。第３図
ａは増幅器９を通つた後の信号であり、第３図
ｂ，ｃ，ｄはサンプリング回路１２Ｒ，１２Ｇ，
１２Ｂを通つた後の信号波形、第３図ｅ，ｆ，ｇ
は遅延回路１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを通つた後の
信号波形である。これらの信号はサンプルアンド
ホールド回路をも中に含んだマトリツクス回路１
４の入力となり、回路１４の出力としてはNTSC
信号が得られる。

以上の説明より明らかな様に、被写体１の輝度
分布が点光源・明暗の鋭いエツジなど高い空間周
波数を有している場合にも、本発明に於ては赤
色・緑色・青色の各色を検出する光検出部が相互
に横ずれしているのに対応して、赤・緑・青の各
色の像が生じてそれぞれの対応光検出部で検出さ
れ、しかも像面で生じた横ずれは電気的に補正さ
れたTV画面上で全く同一の位置に表示されるの
で、偽の色信号、たとえば点像やエツジ像に実際
には存在しない色の信号が生じることは無い。

ただし、本発明に於ては実効的に光検出の行な
わせる面積が画素ピツチの1/3以下となり、輝度
信号に対するモアレを生じ易い傾向となるので、
これを防止する目的に於て波長特性を特に有しな
い光学的ローパスフイルタを併用することも可能
である。この光学的ローパスフイルタとしては水
晶板・レンチキユラーシート・回折格子など公知
のものはいずれも使用可能であり、又分散用プリ
ズムの任意の面に適当な凹凸や、部分的に傾斜角
を変える公知の方法も使用可能である。

第４図は第２の実施例を示すもので、本例は光
分散要素としてプレーズド回折格子２５を用い、
光検出要素としてCCDセンサーアレイ等の固体
撮像素子２９を用いたものである。点光源２の像
はレンズ２２を介して結像される。結像光路中に
は基板２３上に形成された、位相形回折格子２４
と、プレーズド回折格子２５、および基板２６上
に形成された色フイルタ２７Ｒ（赤）・２７Ｇ
（緑）・２７Ｂ（青）が置かれている。位相形回折
格子２４はたとえば特公昭49−20105号公報に示
されている様な矩形波回折格子でも良く、又正弦
波格子でも良い。またプレーズド回折格子２５に
同時に光学的ローパスフイルタの役割を与えても
良い。プレーズド回折格子２５は点光源２１から
の光束成分光のうちたとえば緑色光２１Ｇを直進
させて光検出器３２上に導き、赤色光２１Ｒを１
次の回折方向に回折して光検出器３１上に導き、
青色光２１Ｂを−１次の回折方向に回折して光検
出器３３上に導く特性を有しているものとする。

この様な回折格子の設計法および作成法は
Applied Optics誌第17巻第15号2273〜2279ペー
ジ（1978年８月１日号）に示されている。このプ
レーズド回折格子２５の作用により点光源２１の
結像光束のうち、赤色光束２１Ｒは赤色フイルタ
２７Ｒを透過して光検出器３１に入射する。また
緑色光束２１Ｇは緑色フイルタ２７Ｇを透過して
光検出器３２に入射し、青色光束２１Ｂは青色フ
イルタ２７Ｂを透過して光検出器３３に入射す
る。CCDセンサ２９は基板２８上に数多の光検
出器３１，３２，３３等が配列されていて外部か
ら加えられる駆動信号によつて各光検出器により
検出された光量が順次読み出される。

第５図は上記第４図装置の電気信号処理回路を
示すものである。クロツク発生回路３４により作
り出されるパルス信号はCCD駆動回路３５に入
力され、この結果CCD２９が駆動される。CCD
２９からの出力は増幅器３６により増幅され、サ
ンプリング回路３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂに入力さ
れる。一方、クロツク発生回路３４の出力はカウ
ンター回路３７に入力される。カウンター回路３
７はパルス出力を順次サンプリング回路３８Ｒ，
３８Ｇ，３８Ｂに与え、この結果それぞれのサン
プリング回路を通過する信号出力はそれぞれ赤
色・緑色・青色の各色のフイルタの後に置かれた
光検出器からの出力に対応している。これらの信
号は第１〜３図の第１実施例装置の場合と同様に
遅延回路３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを通つて同時刻
にそろえられ、マトリツクス回路４０に入つて
NTSC信号となる。

第４図に示したCCDセンサ２９と色フイルタ
２７との組合せを模式的に書くと、第６図に示す
様になる。図中、破線で囲つた各三つの光検出部
の組３１，３２，３３が被写体上の同一点に対応
することになる。本発明におけるCCDセンサ２
９上の色フイルタの配列はこれ以外にも種々考え
られる。たとえば、第７図ａに示した配置におい
ても破線で囲つた各三つの光検出器３１，３２，
３３は被写体の同一点に対応することとなり、第
５図におけるカウンター回路３７の作動順次を変
更することにより同様の結果が得られる。この時
水平方向の分解能を向上させるため、Ｇ信号に対
して１水平走査時間に対応する1H遅延線が使用
可能なことは言うまでもない。また1H遅延線を
用いることにより第７図ｂに示した縦方向に分光
方向を選んだ場合も、同様の効果を得ることが可
能となる。またプレーズド回折格子２５として互
いに直交した方向に配列された回折格子を用い、
例えば緑色光は直進し、赤色光は上下方向の＋１
次方向に回折し、青色光は水平方向の＋１次方向
に回折する様に構成すると、第７図ｃに示したよ
うな良く知られているBayer配置（米国特許第
3971065号明細書）においても本発明を実施する
ことが可能となる。特にこの場合は水平方向と垂
直方向の格子定数を自由に選ぶことが可能で、自
由度の増す利点も有している。

以上の第１及び第２実施例では、光検出要素と
して撮像管７或は固体撮像素子２９を利用したも
のを示したが、光検出要素として用いることので
きるものは他にも種々存在する。第８図は光検出
要素として色フイルタを組合わせた銀塩フイルム
を用いた第３実施例を示す。第８図において、点
光源５１からの光束は結像レンズ系の前玉群５２
を通過した後絞り５０の開口を通りプレーズド回
折格子５３とプリズム５４とを組合せた分散光学
系を通過して波長に応じた角度変化を生じた後、
後玉群５５より射出する。ここで、分散光学系に
用いているプリズム５４は単一のものでも、第１
図に示した複数枚のプリズムを分割したもので
も、第８図に示した複数個のプリズムを組合せた
ものでも良く、またプレーズド回折格子５３はプ
リズム５４上に一体のものとして構成しても良
い。第８図に示した回折格子５３とプリズム５４
とを組合せた分散光学系は光の波長に対する角度
変化の量の線型性が良いという特徴があり、特公
昭46−23653号公報に示されている。白黒の銀塩
フイルムの上にカラーフイルタを設けてカラー画
像を得る手法は、1904年のオートクローム法以来
非常に多くの公知例が存在し、最近では米国ポラ
ロイド・ランド社のポラビジヨンにその例を見る
ことができる。第８図にはその一例が示されてい
る。写真フイルムＦはフイルムベース５６、赤
色・緑色・青色の線状のカラーフイルタ５７Ｒ，
５７Ｇ，５７Ｂ、および白黒銀塩乳剤５８より構
成されている。点光源５１の結像光束中、赤色光
束５１Ｒによる像はフイルタ５７Ｒ上に生じ緑色
光束５１Ｇによる像はフイルタ５７Ｇ上に生じ、
青色光束５１Ｂによる像はフイルタ５７Ｂ上に生
じる。この様にして撮影されて感光された銀塩乳
剤５８を、反転現像処理、あるいはポラビジヨン
の処理にすることにより透明陽画像が得られる。
第９図はこの得られた現像フイルムＦを投影する
様子を示すもので、フイルムＦは光源６１・コン
デンサーレンズ６２により照明されている。投影
光学系はレンズ系６３と、プリズム６４より構成
されている。プリズム６４の分散作用によりフイ
ルタＦ上の赤・緑・青の各色フイルタ５７Ｒ，５
７Ｇ，５７Ｂに対応した画像層５８上の画像がス
クリーン６５上の同一点６６に投影される。

なお、第８図・第９図に示した銀塩フイルムに
用いた実施例においても、公知の技術である光学
的ローパスフイルターを併用することが望まし
い。

以上に示した例の外にも光検出要素としては、
光導伝性物質、サーモプラスチツク等公知のいか
なるものでも使用可能であり、本発明を実施して
同一の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例を示すもので、本発明を適
用した位相分離形単管式カラーカメラの光学及び
電気回路説明図、第２図ａ乃至ｅは第１図の回路
に於て作り出されるゲートパルスの時間的関係を
あらわす図、第３図ａ乃至ｇは第１図のサンプリ
ング回路、および遅延回路を通つた後の信号波形
をあらわす図、第４図は光検出手段が固体撮像素
子である場合における本発明の第２の実施例を示
す図、第５図はその電気信号処理回路図、第６図
は第４図装置における色フイルタと光検出部との
配置関係図、第７図ａ，ｂ，ｃは夫々他の配置例
図、第８図は光検出手段が色フイルタを内蔵した
銀塩フイルムである場合の撮影時における本発明
の第３の実施例を説明する図、第９図は銀塩フイ
ルムの投映時における本発明の実施例を説明する
図である。 １は被撮影物体、２は点光源、２１は点光源２
からの光束、３は撮影レンズの前玉レンズ系、４
は分散プリズム、５は後玉レンズ系、６は赤・
緑・青各色の色フイルタ、７は撮像管、８は光電
変換面、５１，５２，５３は互いに横ずれして生
じた赤・緑・青各色の点光源２の像、９は増幅
器、１０はインデツクス信号検出回路、１１はゲ
ートパルス発生回路、１２はサンプリング回路、
１３は遅延回路、１４はNTSC信号を作り出すマ
トリツクス回路、２４は位相格子によるローパス
フイルタ、２３はフイルタ基板、２５は分散用プ
レーズド回折格子、２６は色フイルタの基板、２
７は赤・緑・青各色の色フイルタ、３１，３２，
３３は固体撮像素子の光検出部、２８は固体撮像
素子の基板、２９は固体撮像素子、３４はクロツ
クパルス発生装置、３５は駆動回路、３７はカウ
ンタ回路、３８はサンプリング回路、３９は遅延
回路、４０はNTSC信号を作り出すマトリツクス
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに分光感度の異なる複数の光検出領域を
   所定の位置関係を持つて配置したものを一組と
   し、このような光検出領域の組を多数、周期的に
   並べて成る光検出要素の光検出面に、結像光学系
   で被写体の像を結像させることによりカラー画像
   の検出を行なうカラー画像検出装置において、 前記結像光学系の光路中に、前記被写体の一点
   からの光を、各々が前記異なる光検出領域の分光
   感度に対応した異なる波長域を有する複数の光に
   分解する光分散要素を配設し、これら分解された
   光による被写体の複数の像が、前記光検出面にお
   いて、光検出領域の配置にほぼ対応して相互に横
   ずれした位置に結像するように構成したことを特
   徴とするカラー画像検出装置。