JPS6320989A - 固体カラ−テレビジヨンカメラ - 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】 産業上の利用分野 本発明は、三個の固体撮像素子とプリズム式三色分解光
学系を用いた三板式カラーテレビジョンカメラに関する
ものである。

従来の技術 従来、被写体像よりの光を映像信号に変換するために撮
像管が用いられてきたが近年になって固体撮像素子も用
いられるようになった。固体撮像素子としては、受光部
も信号読出し部も電荷結合素子から成るＣＣＤ型撮像素
子、あるいはホトダイオードを多数格子状に配列し、各
接点に読出スイッチを設け、これを順次切り換えながら
映像信号を得るＭＯＳ型撮像素子、あるいは受光部はホ
トダイオード、信号読出し部はＣＯＤにより構成された
撮像素子などがある。前記の受光部がホトダイオード、
信号読出し部はＣＯＤによシ構成された撮像素子も一般
にはＣＯＤ凰固体撮像索子と呼ばれている。これらの素
子の構造および動作については周知であるので説明は省
略する。

高画質のカラーテレビジョン信号を出力信号とする放送
用或いは業務用カラーテレビジョンカメラとしては、三
管式カラーテレビジョンカメラがある。三管式カラーテ
レビジョンカメラは、３個の撮像管と、プリズム式三色
分解光学系を用いて、被写体像を撮像し、電気回路処理
によりカラーテレビジョン信号を得ている。

周知の通り、撮像管は真空管であるが故にその取扱には
十分な注意を払う必要がある。

一方、固体撮像素子は撮像管に比べて、その取扱いが簡
単で動作等が安定なため業務用や一部の放送用カラーテ
レビジョンカメラに導入が試みられている。

高画質のカラーテレビジ四ン出力信号を得る放送用ある
いは業務用カラーテレビジョンカメラとしては、前記の
固体撮像素子を３個とプリズム式三色分解光学系を用い
て、被写体像を撮像し、電気回路処理によりカラーテレ
ビジョン信号を得る３板式カラーテレビジ冒ンカメラが
ある。

三板式カラーテレビジョンカメラに用いられているプリ
ズムとダイクロイック膜を用いた三色分解光学系の原理
は特公昭３８−２３７２４号公報に示されている。しか
しながら前記プリズムを用いた三色分解光学系はプリズ
ムの光路中に空気層が必要である。特開昭５０−１５９
６１８号公報、特開昭５０−１０２２４号公報等に開示
された技術によれば光路中に空気層の必要なプリズム式
三色分解光学系は空気層に混入する塵を原因とする画像
の傷の発生２機械的振動により第１のプリズムと第２の
プリズムの平行度のズレを原因とする色シェーディング
の発生等の問題があり、その為三色分解光学系は高価で
あった。

前記の問題点を解決する為に、プリズムの光路中に空気
層が存在しない三色分解光学系が種々提案されている。

ところで、固体撮像素子を業務用や一部の放送用カラー
テレビジョンカメラに導入する試みが行われているのは
前述のとうりである。これらのカラーテレビジョンカメ
ラは特に高品質が要求されるスタジオカメラに比較して
、画質が多少劣ってもカメラの機動性や安定性が極めて
重要となる。

そのためカラーテレビジョンカメラの形状１重量、取扱
いの簡便さ、安定性１価格に注意が払われることになる
。前記の条件が存在する上記カラーテレビジョンカメラ
に前記の空気層を有するプリズム式三色分解光学系を用
る事は得策とならない。

°　前記の各項目を考慮して特開昭５０−１５９６１８
号公報で提案された三色分解光学系を応用した三板式カ
ラーテレビジョンカメラの例を第２図に示す。

第２図において、１は被写体、２は撮像レンズ、３〜５
はプリズム、６〜８はＣＣＤ１９は青反射のダイクロイ
ック膜、１ｏは赤反射のダイクロイック膜である。プリ
ズム３〜６は互いに接着されている。１１〜１３は増幅
器、１４はマトリックス回路、１５は変調器、１６は加
算器、１７は信号出力端子、１８はパルス発生器である
。

前記の構成の三板式カラーテレビジョンカメラの動作を
次に説明する。

被写体１からの光情報は撮像レンズ２、ブリズム３〜６
、ダイクロイック膜９，１ｏにより青。

赤、緑の各色成分に分離されＣＣＤｅ〜８の受光面に結
像される。ＣＣＤｅ〜８の出力信号を増幅器１１〜１３
により任意の信号振幅に増幅し、前記増幅器出力信号を
マトリックス回路１４に供給し背、赤、緑の各色取分を
適切な比率で演算することにより輝度信号（７）２色度
信ｇ（１，Ｑ）をえる。

度 Ｅａ号（Ｉ、Ｑ　）を変調器１５に供給し互いに９０度
位相の異なった色副搬送波により各々変調し変調色信号
を得る、前記変調色信号と輝度信号（７）を加算器１６
に供給し、信号出力端子１７からカラーテレビシロン信
号を得る。パルス発生器１８からはＣＯＤ、変調器に必
要なパルスが供給されている。

ここで前記の三色分解光学系及び撮像素子の関係につい
てもう少し詳細に説明する。前記の如き三色分解光学系
において、被写体１からの光情報は撮像レンズ２を介し
て第１のプリズム３に入射し青反射のダイクロイック膜
９により青色光を鎖線（８）の方向に分離する、青反射
のダイクロイック膜９を通過した光は第２のプリズム４
に入射し赤反射のダイクロイック膜１ｏにより赤色光を
鎖線（ト）の方向に分離する、赤反射のダイクロイック
膜１ｏを通過した緑色光は鎖線（ｑの方向に分離される
。このようにして第１のプリズムの射出面から青色光が
、第２のプリズムの射出面から赤色光が、第３のプリズ
ムの射出面から緑色光がそれぞれ射出される。

第２図に示した三色分解光学系は入射光をダイクロイッ
ク膜で三原色に分離しておシ、青色光の光学像は２回反
射してプリズムの射出面から光学像を射出させており、
赤色光の光学像は１回反射してプリズムの射出面から光
学像を射出させているが、緑色光の光学像は２種類のダ
イクロイック膜の透過により得ており、前記光学像は鏡
面による反射は無い。そのため第１及び第３のプリズム
と第２のプリズムの射出面に於ける光学像は相対的に左
右（水平方向）若しくは上下（垂直方向）が逆となる。

各プリズムの射出面にはＣ０Ｄ６〜８が配置されている
が、各ＣＣＤ６〜８の光電変換面には第３図に示したよ
うに倒立した被写体像が結像される。第３図に）はＣＣ
Ｄ５の受光面に結像された被　・写体像であり、第３図
（ロ）はＣＣＤｅ　、７の受光面に結像された被写体像
である。第３図に於て６゜８は前記ＣＣＤのチップを示
し、１９．２０はそれぞれ受光面、２１．２２は水平読
出ＣＣＤ、２３．２４は電荷検出部を示している。第３
図に矢印で示したものは、信号電荷の転送方向である。

前述したように、青色の光学像と緑色の光学像は同一方
向の被写体像となるが赤色の光学像は前記の２つの光学
像とは左右方向が逆転した光学像となる。

固体撮像素子は、被写体像を光電変換する機能と走査す
る機能を有する。光電変換は受光部で行い、走査は信号
電荷の転送によりおこなうが、この走査はテレビシロン
の走査方向と同一でなければならない。従って信号電荷
の転送方向は一義的に決る。つｉシ光電変換により得ら
れた信号電荷は第３図に矢印で示したように、画面の垂
直方向及び水平方向に転送され電荷検出部から信号電圧
として取り出される。カラーテレビジョンカメラでは撮
像素子の出力信号を電気回路で処理を行い標準カラーテ
レビジョン信号を得る。

撮像素子と被写体像が第３図（靭の関係のままで矢印に
示した方向に信号電荷を転送し水平走査を行えば、テレ
ビシロンの走査と緑色及び青色光学像撮像用ＣＯＤの垂
直走査及び水平走査は一致するが、赤色光学像撮像用の
ＣＣＤはテレビジツンの走査と水平走査が逆となってし
まい、ＣＣＤ８から得られた撮像素子出力信号は、ＣＣ
Ｄｅ、−ｒから得られる撮像素子出力信号と適合しない
ために正規の画像を得ることができない。

つまシ各固体撮像素子の垂直方向の走査及び水平走査の
走査は標準方式のテレビシロンの走査方向と一致しなけ
ればならない事は言うまでもない。

発明が解決しようとする問題点 上記問題を解決するための手段としては、第２図で示し
た第１から第３の各プリズムの射出面から得られる被写
体像の向き（方向）が一致するように三原色の反射回数
を等しくして（具体的には、赤色光学像を鏡により反射
させる）被写体像を撮像素子に照射させる方法があるが
、前記の手段ではプリズムの寸法が大きくなるため三色
分解光学系が高価となり、またカラーテレビジョンカメ
ラ自体が大型化する問題があった。

また、水平走査若しくは垂直走査の方向が相対的に逆方
向の２種類の固体撮像素子を用いて標準のテレビジョン
と走査方向が適合するように前記２種類の固体撮像素子
を選択して前記プリズムから射出された光学像を撮像す
る方法も考えられるが、前記の方法では２種類の固体撮
像素子を製作しなけばならないために、固体撮像素子が
高価なものとなってしまう欠点がある。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明の固体カラーテレビ
ジョンカメラは、入射した被写体像を構成する色光を、
プリズムとダイクロイック膜により構成された三色分解
光学系で分光し等測的に奇数回及び偶数回の反射によシ
前記プリズムから射出する構成の三色分解光学系を、撮
像レンズと固体撮像素子の間に配置し、前記固体撮像素
子は受光面に結像した倒立実像を撮像した場合に標準の
テレビジョンと走査方向が一致する構成とし、前記等価
的に奇数回の反射により得られた色光に対応する固体撮
像素子出力信号を１水平走査期間にわたって記憶するメ
モリー回路を２個と切り換え器を２個用いて、等測的に
撮像素子の水平方向の走査を逆方向に変換した信号に変
換する、さらに前記等価的に偶数回の反射により得られ
た色光に対応する固体撮像素子出力信号を１水平走査期
間遅延する、前記等価的に撮像素子の水平方向の走査を
逆方向に変換した信号と前記１水平走査期間遅延した信
号を電気回路によシ処理して標準のテレビジョンの走査
に適合した標準カラーテレビジョン信号を得る。

作　　用 上記構成の作用は、受光面に結像した倒立実像を撮像し
た場合に標準のテレビジョンと走査方向が一致する固体
撮像素子（以後、ＣＣ１）で説明するためＣＯＤと略す
）を３個と、３個のプリズム及びダイクロイック膜から
なり第１及び第２の色光の光学像は等測的に偶数回の反
射によシ分離して倒立実像を得、第３の色光の光学像は
等測的に奇数回の反射により分離して王立実像を得る構
成の三色分解光学系を前記ＣＯＤと撮像レンズの間に配
置し、前記第１及び第２の光学像に対応する固体撮像素
子から第１及び第２の撮像素子出力信号を得、前記第３
の光学像に対応する固体撮像素子から第３の撮像素子出
力信号を得る。

前記第３の撮像素子出力信号を第１の切り換え器を介し
て１水平走査期間にわたって記憶する第１のメモリー回
路に供給し１水平期間の記憶させる。

連続する次の１水平走査の撮像素子出力信号を第２の切
り換え器を介して１水平走査期間にわたって記憶する第
２のメモリー回路に供給し１水平走査期間にわたって記
憶される。この時、同時に前記第１のメモリー回路に記
憶された前記第１の撮像素子出力信号はメモリーに記憶
した順番と逆の順番に読み出し前記第１の切シ換え器を
介して出力する。

更に連続する次の１水平期間の前記第１の撮像素子出力
信号は、第１の切り換え器を介して１水平走査期間にわ
たって記憶する第１のメモリー回路に供給され１水平走
査期間にわたって記憶される。この時、同時と前記第２
のメモリー回路に記憶された前記第１の撮像素子出力信
号は前記第２の切り換え器を介して第４の信号として読
み出される。これは固体撮像素子の水平方向の走査を変
換したことになる。

このようにすればＣＯＤ受光面に王立実像で結像された
被写体像を等測的に倒立実像でＣＯＤ受光面に結像され
た被写体像に変換することができる。前記第１及び第２
の撮像素子出力信号を各々１水平期間遅延線により遅延
して第６．第６の信号をえる。

前記第４．第５．第６の信号を電気回路処理することに
より標準のテレビジョンの走査方向に適合した標準カラ
ーテレビジョン信号を得る。

実施例 以下、本発明による実施例を第１図に基づいて説明する
。

第１図において、１は被写体、２は撮像レンズ、３〜６
はプリズム、６〜８はＣＯＤ、９は青反射のダイクロイ
ック膜、１０は赤反射のダイクロイック膜である。プリ
ズム３〜６は互いに接着されている。１１〜１３は増幅
器、１４はマトリックス回路、１５は変調器、１６は加
算器、１７は信号出力端子、１８はパルス発生器、２５
．２６は切り換え器、２７．２８はメモリー回路、２９
゜３ｏは１水平期間遅延線である。

被写体像１は撮像レンズ２およびプリズム３〜５、ダイ
クロイック膜９，１ｏを介してＣＣＤｅ〜８の受光面に
結像される。各ＣＯＤ出力信号は各々増幅器１１〜１３
に供給され任意の信号振幅に増幅される、増幅器１３の
出力信号は切り換え器２５．２６供給され、増幅器１２
，１１の出力信号は１水平期間遅延線２９．３０に供給
される、切シ換え器２５，２６の各共通端子はメモリー
回路２７．２８に接続されている、切シ換え器の一方の
端子は共通に接続されており、その出力信号はマトリッ
クス回路１４に供給されている、１水平期間遅延線２９
．３０の出力信号はマ）　ＩＪックス回路１４に供給さ
れている。マトリックス回路１４では３種類の入力信号
を任意の比充で演算し輝度信号（Ｙ）１色度信号（Ｉ、
Ｑ）を作成している。色度信号（ｒ、Ｑ）は変調器１６
に供給され色副搬送波により変調され変調色信号となる
、前記変調色信号と輝度信号（７）は加算器１６に供給
さパルス発生器１６からはＣＯＤ、変調器、切り換え器
、メモリーにそれぞれ必要なパルスが供給されている。

次に本発明による実施例の動作について説明する。

被写体１からの光情報は撮像レンズ２を介して第１のプ
リズム３に入射し青反射のダイクロイック膜９により青
色光を鎖線に）の方向に分離する、青反射のダイクロイ
ック膜９を通過した光は第２のプリズム４に入射し赤反
射のダイクロイック膜１ｏにより赤色光を鎖線（ト）の
方向に分離する、赤反射のダイクロイック膜１０を通過
した緑色光は鎖線（ト）の方向に分離される。このよう
にして第１のプリズムの射出面から青色光が、第２のプ
リズムの射出面から赤色光が、第３のプリズムの射出面
から緑色光がそれぞれ射出される。

第１図に示した三色分解光学系は入射光をダイクロイッ
ク膜で三原色に分離しており、青色光及び色色光の光学
像はダイクロイック膜で各々１回反射し、赤色光はその
まま、青色光はプリズムと空気の境界面でさらに１回反
射してプリズムの射出面から射出させているが、緑色光
の光学像は２種類のダイクロイック膜の透過により得て
おり、前記光学像は鏡面による反射は無い。そのため第
１及び第３のプリズムと第２のプリズムの射出面に於け
る光学像は相対的に上下（垂直方向）もしくは左右（水
平方向）が逆となる。

各プリズムの射出面にはＣＣＤ５．７．８が配置されて
いるが、各ＣＯＤの受光面には第３図に示したようにＣ
ＣＤａには正立実像が、ＣＣＤ６．７には倒立実像が結
像される。第２図（６）はＣＣＤ８の受光面に、第２図
（司はＣＣＤ５．７の受光面に結像された被写体像を示
すものである。第３図に於いて６，８は前記ＣＣＤのチ
ップを示し、１９．２０はそれぞれ受光面、２１．２２
は水平読出ＣＯＤ、２３．２４は電荷検出部を示してい
る。　　　　４、第３図で矢印で示したものは信号電荷
の検出部である。前述のように、青色と緑色の光学像は
赤色の光学像に対して、左右方向が逆転した光学像とな
っている。

ＣＣＤ５の受光面には王立実像が、ＣＣＤ６゜７の受光
面には倒立実像が結像されるので、前記ＣＣＤｅ　、７
とＣＣＤ８は相対的に水平方向が逆転した被写体像が結
像される。

従って、標準のテレビジョンの走査方向に適合したカラ
ーテレビジョン信号を得るには前記Ｃ０Ｄ８の水平走査
の方向を逆にすれば良い。

そのため、本発明では電気回路を用いて等価的ＫＣＣＤ
ａの水平走査の方向を逆にしている。

前記の三色分解光学系とＣＯＤの組合せにより被写体を
撮像し、各ＣＯＤの出力信号を増幅器１１〜１３により
任意の振幅に増幅し前記増幅器１３の出力信号を切り換
え器２５を介してメモリー２７に供給し１水平走査の出
力信号を記憶させる９次の１水平走査期間では前記増幅
器１３の出力信号を切シ換え器２６を介してメモリー２
８に供給し１水平走査の出力信号を記憶させる、と同時
にメモリー２７に記憶させた信号を記録の順番と逆の順
番に読み出す（水平走査の最後に記録した信号から読み
出す）、このときメモリー２７の出力信号は切り換え器
２５を介してマトリックス回路１４に供給する。更に次
の水平走査では、前記増幅器１３の出力信号を切シ換え
器２６を介してメモリー２８に供給し１水平走査の出力
信号を記憶させる、と同時にメモリー２７に記憶させた
信号を記録の順番と逆の順番に読み出す、このときメモ
リー２７の出力信号は切り換え器２６を介してマトリッ
クス回路１４に供給する。

以上の操作によ、９ＣＯＤＣ光Ｄに正立実像で結像され
た被写体像を等測的に倒立実像でＣＯＤ受光面に結像さ
れた被写体像に変換することができる。

ＣＣＤ６即ち増幅器１１の出力信号及びＣＣＤ７即ち増
幅器１２の出力信号は１水平期間遅延線２９．３０によ
り１水平期間遅延された後、マトリックス回路１４に供
給される。ここでＣＣＤ６．７の出力信号を１水平期間
遅延する理由は、Ｃ０Ｄｅ〜８の垂直方向の光学的な相
対位置を一致させている場合に、前記ＣＣＤａの水平走
査の変換によりＣＣＤ５の出力信号がマトリックス回路
に供給された場合ＣＣＤｅ　、７の出力信号に対し１水
平期間遅延するために、その光学的な位置がずれるのを
補正するためである。

Ｃ０Ｄ６．７の垂直方向の位置をＣＣＤ８に比べて１水
平走査線の幅だけ予めずらせておけば前記１水平期間遅
延線２９．３０は不要である。

以上のようにして得られた撮像素子出力信号をマトリッ
クス回路１４に供給し正規の操作方向に変換された３種
類の色光の信号よシ輝度信号、色度信号を演算し、前記
マ）　ＩＪックス回路の出力信号から標準カラーテレビ
ジョン信号を作成し信号出力端子１７から標準カラーテ
レビジョン信号を得る。

ここでメ％　ＩＪ　−２３〜２６は例えば双方向に信号
を転送することのできるＣＯＤを用いた１水平期間遅延
線で構成することができる。

本発明では信号形態はアナログ信号で説明したがディジ
タル信号としても、その動作及び効果は同一のものが得
られる。

発明の効果 以上述べた如く本発明によれば、光路中に空気層の無い
プリズムとダイクロイック膜を用いた三色分解光学系と
固体撮像素子を組み合わせた固体力ラーテレビジッンカ
メラを実現できるので、プリズムの不安定を原因とする
色シェーディングの発生、プリズムの空気層の存在によ
る見掛は上の傷の発生を防止できる。さらに空気層のな
いプリズムを使用することにより安定性２機動性、形状
、重量等に有利である。

さらに、倒立実像を撮像した場合に標準のテレビジョン
と走査方向が適合するＣＯＤを用いることができるので
簡易形カラーテレビジョンカメラに用いるＣＯＤと同一
品種のＣＯＤを用いることが出来るので安価なＣＯＤを
三板式カラーテレビジコンカメラに使用することができ
る。

その結果カラーテレビジョンカメラの価格を安くするこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における固体カシ−テレ
ビジョンカメラのブロック図、第２図は従来の三板式カ
ラーテレビジョンカメラのブロック図、第３図は撮像素
子の受光面と被写体像の関係を示す模式図である。 １・・・・・・被写体、２・・・・・・撮像レンズ、３
〜５・・・・・・プリズム、６〜８・・・・・・ＣＣＤ
、９．１０・・・・・・ダイクロイック膜、１７・・・
・・・信号出力端子、２７，２８・・・・・・メモリー
、２５，２θ・・・・・・切）換え器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第３図 ＜Ｂ＞　　ｇｇ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体像を構成する色光を、プリズムとダイクロ
   イック膜により構成された三色分解光学系で分光し等価
   的に奇数回及び偶数回の反射により前記プリズムから各
   色光の光学像を射出する三色分解光学系と、受光面に結
   像した倒立実像を撮像した場合に標準のテレビジョンと
   走査方向が一致する固体撮像素子とを有し、撮像レンズ
   と前記固体撮像素子との間に前記三色分解光学系を配置
   し、前記三色分解光学系のプリズムの射出面に配置され
   た撮像素子出力信号のうち、等価的に奇数回の反射によ
   り得られた色光に対応する固体撮像素子出力信号を１水
   平走査期間にわたって記憶するメモリー回路を２個と切
   り換え器を２個用いて、等価的に撮像素子の水平方向の
   走査を逆方向に変換した信号に変換し、前記等価的に偶
   数回の反射により得られた色光に対応する固体撮像素子
   出力信号を１水平走査期間遅延し、前記切り換え器出力
   信号および前記１水平走査期間遅延した信号からカラー
   テレビジョン信号を得ることを特徴とする固体カラーテ
   レビジョンカメラ。
2. （２）被写体像を構成する色光を、プリズムとダイクロ
   イック膜により構成された三色分解光学系で分光し等価
   的に奇数回及び偶数回の反射により前記プリズムから各
   色光の光学像を射出する三色分解光学系と、受光面に結
   像した倒立実像を撮像した場合に標準のテレビジョンと
   走査方向が一致する固体撮像素子とを有し、撮像レンズ
   と前記固体撮像素子との間に前記三色分解光学系を配置
   し、前記三色分解光学系のプリズムの射出面に配置され
   た撮像素子のうち、等価的に偶数回の反射により得られ
   た色光に対応する固体撮像素子の垂直走査方向の位置を
   、前記等価的に奇数回の反射により得られた色光に対応
   する固体撮像素子の垂直走査方向の位置に比べて、１水
   平走査線の幅に相当する長さ分ずらせて配置することを
   特徴とする固体カラーテレビジョンカメラ。