JPS6246113B2 - - Google Patents

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JPS6246113B2
JPS6246113B2 JP53021985A JP2198578A JPS6246113B2 JP S6246113 B2 JPS6246113 B2 JP S6246113B2 JP 53021985 A JP53021985 A JP 53021985A JP 2198578 A JP2198578 A JP 2198578A JP S6246113 B2 JPS6246113 B2 JP S6246113B2
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JP
Japan
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color
signal
color light
solid
imaging device
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Application number
JP53021985A
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Japanese (ja)
Other versions
JPS54116128A (en
Inventor
Hiroo Takemura
Itsumi Sato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Processing Of Color Television Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は色ストライプフイルタと固体撮像デ
バイスを用いたカラーテレビジヨン撮像装置に係
り、特に少ない画素の固体撮像デバイスを用いて
比較的解像度の高い鮮明な画像が得られるように
したカラーテレビジヨン撮像装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a color television imaging device using a color stripe filter and a solid-state imaging device. The present invention relates to a color television imaging device.

最近固体撮像デバイスを用いたカラーテレビカ
メラの研究開発が盛んに行われ実用化が間近かに
迫つている。固体撮像デバイスにはMOS電界効
果トランジスタを集積化したもの、CCD
(Charge Coupled Device)またはBBD(Bucket
Brigade Device)などの電荷転送素子を用いた
ものなどがあり、通常これらのデバイスを複数個
用いてカラーテレビカメラが作られている。
Recently, research and development of color television cameras using solid-state imaging devices has been actively conducted, and practical application is approaching soon. Solid-state imaging devices include those with integrated MOS field effect transistors, and CCDs.
(Charge Coupled Device) or BBD (Bucket
There are some that use charge transfer devices such as the Brigade Device (Brigade Device), and color television cameras are usually made using multiple of these devices.

しかしこの方法では入射光を3色光に分割して
結像させるために色分解光学系が必要となり、更
に3個のデバイスから得られた画像を正確に重ね
合せることが必要となるため装置が複雑で高価に
なるという欠点があつた。そこで3原色に相当す
る赤、緑、青の各色光が透過する色フイルタを幅
30μm程度に細かく配列させた色ストライプフイ
ルタを用いて固体撮像デバイス1個でカラーテレ
ビカメラを構成することが試みられている。しか
しこの方法では赤緑青の3色で一画素を形成する
から解像度の不足が問題となる。日本、アメリカ
などで現在標準となつているカラーテレビジヨン
方式では水平の解像度は300TV本程度であり、こ
のためには水平方向に400画素、3色で1画素と
すると固体撮像デバイスでは1200画素が水平方向
に形成されなければならない。このような大きな
画素をもつ固体撮像デバイスを完全に作ることは
非常に難かしい。すなわち半導体基板の不均一製
造過程中でのゴミの付着などのために固体撮像デ
バイスのどこかに細かい欠陥が生じることが多
く、これが受像機の画面ではキズとなつて現われ
著しく画質を劣化することになる。したがつてで
きるだけ少ない画素数の固体撮像デバイスを用い
て解像度のよいカラー画像を得る必要がある。撮
像管を用いたカラーテレビカメラでは赤透過、緑
透過、青透過の三つの部分を順次配列させた3色
ストライプフイルタを用い、各色ごとに対応した
電極を分割させ3色信号を独立して得るようにし
た三電極方式の単管式カラーテレビカメラがあ
る。この方式では例えば水平方向に660本赤、
緑、青を1組とすると220組の3色ストライプフ
イルタを用いて300TV本の解像度を得ている。こ
れは赤緑青の3色で1画素とせず各色で輝度を表
現するようにして輝度信号のLPFのカツトオフ周
波数を高くしているためである。ところがこの方
式を固体撮像デバイスを用いたカラーテレビカメ
ラに通用することはできない。なぜなら、固体撮
像デバイスでは青感度が非常に悪いため、青の部
分の信号が極度に小さくなつてしまう。したがつ
て、R、G、Bの色ストライプフイルタを介した
固体撮像デバイスに無彩色光を入射すると、出力
信号ではB信号のみ小さいから3個に1個の出力
が小さくなり、色ストライプフイルタのピツチで
決まる搬送波の1/3の周波数のところにも搬送波
成分が生じてしまう。こうなると、本来の搬送波
のカツトオフ周波数を有するLPFでは上記1/3周
波数の搬送波成分が除去できず輝度信号に残つ
て、画面上では縦縞の妨害が現われ著しく画質を
損うことになる。
However, this method requires a color separation optical system to split the incident light into three color lights and form an image, and it also requires the images obtained from three devices to be accurately superimposed, making the equipment complex. The drawback was that it was expensive. Therefore, we created a color filter with a width that allows each of the three primary colors (red, green, and blue) to pass through.
Attempts have been made to construct a color television camera with a single solid-state imaging device using color stripe filters arranged in a fine array of about 30 μm. However, in this method, one pixel is formed using three colors, red, green, and blue, so there is a problem of insufficient resolution. In the color television system that is currently the standard in Japan, the United States, etc., the horizontal resolution is about 300 TV lines, which requires 400 pixels horizontally and 1 pixel for three colors, and 1200 pixels for a solid-state imaging device. Must be formed horizontally. It is extremely difficult to completely create a solid-state imaging device with such large pixels. In other words, fine defects often occur somewhere in the solid-state imaging device due to dust adhesion during the manufacturing process of uneven semiconductor substrates, and these appear as scratches on the screen of the receiver, significantly degrading the image quality. become. Therefore, it is necessary to obtain high-resolution color images using a solid-state imaging device with as few pixels as possible. A color television camera using an image pickup tube uses a three-color stripe filter in which red, green, and blue parts are sequentially arranged, and the electrodes corresponding to each color are divided to obtain three-color signals independently. There is a three-electrode single-tube color television camera. In this method, for example, 660 red lines in the horizontal direction,
With green and blue as one set, 220 sets of three-color stripe filters are used to obtain a resolution of 300 TV lines. This is because the cut-off frequency of the LPF for the luminance signal is increased by expressing luminance with each color rather than using the three colors red, green, and blue as one pixel. However, this method cannot be applied to color television cameras that use solid-state imaging devices. This is because solid-state imaging devices have very poor blue sensitivity, so the signal in the blue portion becomes extremely small. Therefore, when achromatic light is incident on a solid-state imaging device through an R, G, and B color stripe filter, only the B signal is small among the output signals, so one out of three outputs becomes small, and the output of the color stripe filter becomes smaller. A carrier wave component also occurs at a frequency that is 1/3 of the carrier wave determined by the pitch. In this case, the LPF, which has the cutoff frequency of the original carrier wave, cannot remove the above-mentioned 1/3 frequency carrier wave component and remains in the luminance signal, causing vertical stripe interference to appear on the screen, significantly degrading the image quality.

この発明は斯かる点に鑑みてなされたもので前
述したような比較的画素の少ない固体撮像デバイ
スを用いて特殊な色ストライプフイルタと組み合
せることにより解像度の高い鮮明な画像の得られ
るカラーテレビジヨン撮像装置を提供することを
目的とするものである。
This invention was made in view of the above, and is a color television that can obtain clear images with high resolution by using a solid-state imaging device with a relatively small number of pixels as described above and combining it with a special color stripe filter. The object of the present invention is to provide an imaging device.

以下この発明の一実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図はこの発明に係るカラーテレビジヨン撮
像装置の構成を示したもので被写体11の光学像
は撮像レンズ12、色ストライプフイルタ13を
介してCCD14の感光面上に結像される。CCD
14は同期発生回路15の信号をもとに駆動回路
16で発生された駆動パルスで駆動される。
CCD14で光電変換された信号は増幅回路17
で増幅された後LPF18に加えられる。一方増幅
回路17の出力は第1〜第3の検波回路19〜2
1に加えられ、同期発生回路15の信号をもとに
ゲート信号発生回路22で発生されたゲート信号
によつて各色信号が検波される。そして第3の検
波回路21の出力は引算回路23に加えられ、第
2の検波回路20の出力信号と引算されて青信号
となる。
FIG. 1 shows the configuration of a color television imaging apparatus according to the present invention, in which an optical image of a subject 11 is formed on the photosensitive surface of a CCD 14 via an imaging lens 12 and a color stripe filter 13. CCD
14 is driven by a drive pulse generated by a drive circuit 16 based on a signal from a synchronization generation circuit 15.
The signal photoelectrically converted by the CCD 14 is sent to the amplifier circuit 17
After being amplified, it is added to LPF18. On the other hand, the output of the amplifier circuit 17 is transmitted to the first to third detection circuits 19 to 2.
1, and each color signal is detected by a gate signal generated by a gate signal generation circuit 22 based on a signal from a synchronization generation circuit 15. The output of the third detection circuit 21 is then added to a subtraction circuit 23, where it is subtracted from the output signal of the second detection circuit 20 to produce a blue signal.

次にこの動作を説明する。CCD14は垂直512
画素、水平320画素から成る2次元CCDで、この
感光面上には第2図aに示すような色ストライプ
フイルタ13が形成されている。すなわち赤透過
部分25、縁透過部分26、青と緑、すなわちシ
アン透過部分27がストライプ状に幅30μmで多
数配列されたもので、これがCCD14の各画素
に対応して設けられている。したがつてCCD1
4からの出力信号は第2図bのように色ストライ
プフイルタ13に対応した赤、緑、シアンの3色
信号が順次変化した形となり、いわゆる点順次信
号となつている。一方同期発生回路15からの信
号によつてゲート信号発生回路22が駆動される
が、ここではカウンタが形成され第2図c〜eに
示すように色ストライプフイルタ13の各部分に
相当する3相の信号が得られる。第2図cは赤信
号、dは緑信号、eはシアン信号に対応した位相
関係となつている。したがつてこれらの信号は第
1〜第3の検波回路19〜21に加えられ、色ス
トライプフイルタ13の各部分に対応した信号が
検波されることになる。ここでシアン信号には緑
信号が含まれているから引算回路23で緑成分を
除去することにより青信号が得られ、このように
して赤、緑、青の3原色信号が得られる。一方輝
度信号は3MHzのカツトオフ周波数を有するLPF
18で分離されて得られる。この輝度信号には、
1MHzの搬送波成分はほとんど含まれていない。
即ち、通常のカラーカメラに用いられる固体撮像
デバイスでは最大感度が得られる波長は550nm
〜650nmの緑から赤の付近にある。したがつ
て、色ストライプフイルタのGとRの部分に対応
する撮像デバイス出力信号は大きい。一方、色ス
トライプフイルタのCの部分は本来のBの光の他
にGの光が加算された分光特性を有しているた
め、他のRまたはGの部分からの出力信号とほぼ
等しい値の信号(正確にはGの部分の信号より少
し大きい信号)が得られ、被写体が白黒の無彩色
の場合にはバランスのとれた出力となる。色スト
ライプフイルタのピツチが搬送波となるので、水
平320画素のこの実施例の場合搬送波は2.9MHz
となる。
Next, this operation will be explained. CCD14 is vertical 512
It is a two-dimensional CCD consisting of 320 horizontal pixels, and a color stripe filter 13 as shown in FIG. 2a is formed on the photosensitive surface. That is, a large number of red transparent portions 25, edge transparent portions 26, and blue and green, or cyan, transparent portions 27 are arranged in stripes with a width of 30 μm, and these are provided corresponding to each pixel of the CCD 14. Therefore, CCD1
As shown in FIG. 2B, the output signal from 4 is a form in which three color signals of red, green, and cyan corresponding to the color stripe filter 13 are sequentially changed, and is a so-called dot sequential signal. On the other hand, the gate signal generation circuit 22 is driven by the signal from the synchronization generation circuit 15, and here a counter is formed, and as shown in FIG. signal is obtained. The phase relationship in FIG. 2 is such that c corresponds to a red signal, d corresponds to a green signal, and e corresponds to a cyan signal. Therefore, these signals are applied to the first to third detection circuits 19 to 21, and signals corresponding to each part of the color stripe filter 13 are detected. Here, since the cyan signal includes a green signal, a blue signal is obtained by removing the green component in the subtraction circuit 23, and in this way, three primary color signals of red, green, and blue are obtained. On the other hand, the luminance signal is processed by an LPF with a cutoff frequency of 3MHz.
18. This luminance signal has
Almost no 1MHz carrier wave component is included.
In other words, the wavelength at which maximum sensitivity is obtained for solid-state imaging devices used in ordinary color cameras is 550 nm.
~650nm, in the green to red range. Therefore, the imaging device output signals corresponding to the G and R portions of the color stripe filter are large. On the other hand, the C part of the color stripe filter has a spectral characteristic in which G light is added to the original B light, so the output signal from the other R or G parts has a value almost equal to that of the C part. A signal (more precisely, a signal slightly larger than the signal of the G part) is obtained, and if the subject is black and white or achromatic, a balanced output is obtained. The pitch of the color stripe filter becomes the carrier wave, so in this example of 320 horizontal pixels, the carrier wave is 2.9MHz.
becomes.

被写体が無彩色の場合R、G、Cの色ストライ
プフイルタを介した固体撮像デバイスの出力が、
アンバランスとなり、例えばCだけの出力が小さ
いと仮定すると、3個に1個の出力が小さくなつ
てしまうので、本来の2.9MHz搬送波の他に
2.9MHz/3=0.97MHz、即ち約1MHzのところ
に搬送波成分が生じてしまう。こうなると、カツ
トオフ周波数が3MHzのLPFを通しただけでは上
記1MHzの成分を完全には除去できず良質の輝度
信号を得ることができなく、画質の劣化を生ず
る。
When the subject is achromatic, the output of the solid-state imaging device via the R, G, and C color stripe filters is
For example, if we assume that the output of only C is small, the output of one out of three will be small, so in addition to the original 2.9MHz carrier wave,
A carrier wave component occurs at 2.9MHz/3=0.97MHz, that is, about 1MHz. In this case, simply passing the signal through an LPF with a cutoff frequency of 3 MHz cannot completely remove the 1 MHz component, making it impossible to obtain a high-quality luminance signal, resulting in deterioration of image quality.

ところが、上述のように本発明のこの実施例で
は、R、G、C色ストライプフイルタを用いた固
体撮像デバイスの出力はバランスがとれた出力と
なるので、上記1MHzの成分はほとんど生じない
から、3MHzのカツトオフ周波数を有するLPF1
8によつて搬送波成分をほぼ完全に除去した輝度
信号が得られる。結局、上述のような画質の劣化
はほとんど生じない。
However, as described above, in this embodiment of the present invention, the output of the solid-state imaging device using the R, G, and C color stripe filters is a balanced output, so the 1 MHz component is hardly generated. LPF1 with cutoff frequency of 3MHz
8, a luminance signal from which the carrier component is almost completely removed is obtained. In the end, the deterioration in image quality as described above hardly occurs.

以上説明したようにこの発明によれば比較的画
素数の少ないCCDを1個用いて解像度の高い鮮
明なカラー画像を得ることができるという大きな
特徴がある。即ち、第1又は第2の色光と第3の
色光から成る第4の色光透過部分を有する色スト
ライプを用い、一次的には第1、第2の色光信号
と共に第4の色光信号を得る。したがつて、第
1、第2の色光に比して第3の色光に対する感度
が低い固体撮像デバイスを用いるにも拘らず、出
力信号の振幅差が比較的少なくそろつた信号が得
られるために縦感度の差に起因する縦縞が画面に
発生することなく輝度信号の周波数帯域を広くと
れ、したがつて解像力の高いカラー画像が得られ
る。
As explained above, the present invention has a major feature in that it is possible to obtain a clear color image with high resolution using one CCD having a relatively small number of pixels. That is, by using a color stripe having a fourth color light transmitting portion consisting of the first or second color light and the third color light, a fourth color light signal is primarily obtained together with the first and second color light signals. Therefore, even though a solid-state imaging device is used that has lower sensitivity to the third colored light than to the first and second colored lights, it is possible to obtain uniform signals with a relatively small amplitude difference in the output signals. The frequency band of the luminance signal can be widened without vertical stripes caused by differences in vertical sensitivity occurring on the screen, and therefore a color image with high resolution can be obtained.

また色ストライプフイルタの構成が簡単である
ため製造がしやすい上に簡単な引算回路を付加す
るだけで簡単に3原色信号を得ることができるた
めに色分離回路の構成が簡単で、しかも調整がし
やすい利点がある。
In addition, the simple configuration of the color stripe filter makes it easy to manufacture, and the three primary color signals can be easily obtained by adding a simple subtraction circuit, making the color separation circuit simple to configure and adjustable. It has the advantage of being easy to remove.

また検波回路はR、G、Cとも全く同じものが
使用できるから色分離がしやすく色バランスのよ
いカラー画像が得られる利点がある。
Further, since the same detection circuit can be used for R, G, and C, there is an advantage that color separation is easy and a color image with good color balance can be obtained.

上記実施例では色ストライプフイルタの構成で
R、G、Cの場合を示したが、Cの代わりにマゼ
ンタ(青、赤透過)Mを用いてもよい。この場合
には青信号を得るためにマゼンタ信号から赤信号
を引算することによつて前述したと同様に簡単に
色分離を行うことができる。
In the above embodiment, the case of R, G, and C is shown in the configuration of the color stripe filter, but magenta (blue, red transparent) M may be used instead of C. In this case, color separation can be easily performed in the same way as described above by subtracting the red signal from the magenta signal to obtain the blue signal.

また固体撮像デバイスとして2次元のCCDを
用いる場合を示してきたが、BBDなどの電荷転
送デバイス、MOS型FETなどの固体撮像デバイ
スの場合にも同様に適用できることは勿論であ
る。
Moreover, although the case where a two-dimensional CCD is used as a solid-state imaging device has been shown, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to charge transfer devices such as BBDs, and solid-state imaging devices such as MOS FETs.

なお輝度信号を分離するために増幅回路17の
出力信号を直接LPF18に加えたが、その間にサ
ンプルホールド回路などの検波回路を設けること
もできる。
Although the output signal of the amplifier circuit 17 is directly applied to the LPF 18 in order to separate the luminance signal, a detection circuit such as a sample and hold circuit may be provided between the LPFs.

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

第1図はこの発明のカラーテレビジヨン撮像装
置の一実施例の構成図、第2図aはこの発明のカ
ラーテレビジヨン撮像装置に用いる色ストライプ
フイルタの構成図、第2図bは第1図に示した
CCDから得られる信号波形図、第2図c〜eは
第1図の検波回路に加えられる色分離のためのゲ
ート信号波形図である。 13……色ストライプフイルタ、14……
CCD、15……同期発生回路、18……LPF、
19〜21……検波回路、22……ゲート信号発
生回路、23……引算回路。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the color television imaging device of the present invention, FIG. 2a is a block diagram of a color stripe filter used in the color television imaging device of the present invention, and FIG. It was shown to
The signal waveform diagrams obtained from the CCD, FIGS. 2c to 2e, are gate signal waveform diagrams for color separation added to the detection circuit of FIG. 1. 13...Color stripe filter, 14...
CCD, 15...Synchronization generation circuit, 18...LPF,
19-21...Detection circuit, 22...Gate signal generation circuit, 23...Subtraction circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 被写体に含まれる第1の色光を透過する部
分、第2の色光を透過する部分、および第1又は
第2の色光と第3の色光から成る第4の色光を透
過する部分を順次ストライプ状に配列して成る色
ストライプフイルタと、第3の色光に対する感度
が第1の色光および第2の色光に対する感度より
も低く前記色ストライプフイルタを介して結像さ
れた被写体の光学像を電気信号に変換する固体撮
像デバイスと、この固体撮像デバイスの出力信号
をローパスフイルタに通して輝度信号を得る手段
と、前記固体撮像デバイスの出力信号からそれぞ
れ第1、第2および第4の色光信号を分離すると
ともにこの分離された第4の色光信号からこの信
号に含まれる第1又は第2の色光信号を減算する
手段とを備えることを特徴とするカラーテレビジ
ヨン撮像装置。
1 A part of the subject that transmits the first color light, a part that transmits the second color light, and a part that transmits the fourth color light consisting of the first or second color light and the third color light is sequentially formed into a stripe shape. color stripe filters arranged in a color stripe filter, and an optical image of a subject formed through the color stripe filters having a sensitivity to a third color light lower than sensitivities to the first color light and the second color light, into electrical signals. a solid-state imaging device for converting, a means for passing an output signal of the solid-state imaging device through a low-pass filter to obtain a luminance signal, and separating first, second, and fourth color light signals from the output signal of the solid-state imaging device, respectively. and means for subtracting the first or second color light signal included in the separated fourth color light signal from the separated fourth color light signal.
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