JPS6376688A - 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とダイクロイ
ック膜を用いた三板式の固体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 従来は、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、あるいはフォトダイオードを多数格子状に配列
し、各接点に脱出スイッチを設け、これを順次切り換え
ながら映像信号を得るＭＯ８型撮像素子、あるいは受光
部はフォトダイオード、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。前記受光部がフォトダイ
オード、信号読出部はＣＯＤにより構成された撮像素子
も一般にはＣＣＤ型固体撮像素子と呼ばれている。これ
らの素子の構造及び動３ベー。

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
用ある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、このためにその
取扱には十分な注意を払う必要があるが、その解像度は
光電変換部を走査する電子ビームの大きさにより決定さ
れる。また感度は、基本的には光電変換部の面積あるい
は前置増幅器の雑音のレベルによって決まる。そのため
十分に感度が高く、また解像度の高いカラーテレビジョ
ンカメラを得ることができる。

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反面、解像度は固体撮像素子の受光
面に集積された光電変換部（例えば、前述のフォトダイ
オード）の集積度合、つま９固体撮像素子の画素数によ
り決まってしまう。

解像度を高くするだめには固体撮像素子の画素数を多く
する必要がある。一方面素数を多くすると光電変換部（
フォトダイオード）の面積が少なくなシカラーテレビジ
ョンカメラの感度の低下を招くことになる。そのため固
体撮像素子の画素数は感度とのバランスの上で決定され
ている。

しかしながらカラーテレビジョン信号の高画質化への要
求は大きく、更にカラーテレビジョンカメラへの安定さ
の要求も大きいことは言を待たない。

その為、少ない画素数でも十分な解像度と感度を得るこ
とのできる固体カラーテレビジョンカメラを実現するだ
めの提案が種々なされている。その−例として特開昭５
１−１３２７１９号公報に記載のものがある。その概要
は、複数個の固体撮像素子を水平方向に画素ピッチの１
／Ｎ（Ｎは固体撮像素子の数）ずつずらして配置し、前
記固体撮像素子を１／Ｎの位相差をもたせて同時に駆動
し撮像素子出力信号を加算することにより画素のす６へ
一部 ンプリング効果による折り返し成分を除去して、等価的
に水平方向の画素数をＮ倍に向上させ、高解像度の輝度
信号を得るものである。

ここで被写体からの入射光は、撮像レンズ、ダイクロイ
ックミラー、鏡を介して等価的に偶数回の反射を行った
後、固体撮像素子の受光面に結像されている。また各固
体撮像素子の水平走査を行う水平転送レジスタには相対
的に１／′Ｎ周期だけ位相の異った水平転送パルスが各
固体撮像素子に同時に供給されている。ここでは固体撮
像素子は同一構成のものをＮ個使用している。

また水平駆動回路を簡単にするために、水平転送パルス
に位相差をもたせずに同一位相の水平転送パルスをＮ個
の固体撮像素子の水平転送レジスタに同時に供給し、各
固体撮像素子の出力信号を１／Ｎ周期に相当する時間ず
つ遅延させて加算し、等価的に画素数を向上させる提案
が特開昭５２−１２９３２１号公報でなされている。

三管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６　ベーク 解党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５０−１５９６１８号。

特開昭５０−１０２２４号各公報等によれば、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提起され
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
前述の安定さによる。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
、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２重量、取扱いの簡
便さ。

安定性２価格に注意が払われることになる。前記条件が
存在する前記カラーテレビジョンカメラに前記空気層を
有するプリズム式三色分解光学系を用いることは得策と
はならない。

前記問題点を解決するために、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。

その−例として特開昭５０−１５９６１８号公報に記載
のものがある。

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７図に示す。

第７図で１は被写体、２は撮像レンズ、３〜５はプリズ
ム、６，７．８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、プリズム３〜
６が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、ＣＣＤｅ　、７．８、変調器１５に必要
なパルスを与えている。

また、第８図はＣＣＤ５とＣＣＤ−ｒの受光面に結像さ
れた被写体像を示すものである。第８図で、１９　、２
０は受光面、２１．２２は水平読出ＣＣＤ、２３．２４
は電荷検出部であり、各矢印は電荷転送方向を示す。

第７図に示した三色分解光学系はその光路中に空気層が
存在しない三色分解光学系であり、被写体からの入射光
をダイクロイック膜で三原色に分離しており、青色光及
び赤色光の光学像はダイクロイック膜９及び１０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、鏡面による反射は無い
。そのため第１のプリズム３及び第３のプリズム６と第
２のプリズム４の射出面にお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。

ところで前記三色分解光学系により色分解された光学像
は固体撮像素子で光電変換及び走査される。光電変換は
受光部で行い、走査は信号電荷の転送により行うが、こ
の走査はテレビジョ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。っま
シ光電変換に９へ−１ より得られた信号電荷は各ＣＯＤと第８図Ａ、Ｂ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シ出されなくてはな
らない。

カラーテレビジョンカメラではとの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。ところが前記三色分解光学系では光学像の反射回
数が異なるという理由により、第８図Ｂに示す結像の場
合は被写体と同一の画像が再現できるが、第８図Ａに示
す結像の場合は、左右が逆の画像を再現することになり
、このままではテレビジョン信号が構成できず、何らか
の対策を施こさなくてはならない。一つの対策として、
第８図Ａに示す結像の場合は、ＣＯＤの水平走査方向を
、同図Ｂに示す結像の場合と逆にする方法が考えられる
。

また他の対策としては、第７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１０ページ により反射させる）被写体像を撮像素子に照射させ、同
一の走査方向で構成された固体撮像素子で撮像する方法
があるが、前述した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
ジョンカメラ自体の大型化を伴う。

発明が解決しようとする問題点 以上よシ考察すると、三色分解光学系の安定化。

小型化を計るには、必然的に反射回数を異ならせ各色光
の光学像を得る構造の三色分解光学系が望まれる。しか
し前記三色分解光学系では、標準テレビジョン信号を得
ようとすると、例えばＣＯＤの水平走査方向を反射回数
に応じて変えなくてはならず、これにより各ＣＯＤにお
いて水平走査系のばらつきを伴う可能性がある。ところ
で前述した、特開昭５ｌ−ｊ３２７１９号公報に記載の
例に示される、画素ずらしを行い高解像度を得る方法の
テレビジョンカメラ等では、水平走査系にばらつきがあ
ると画素のサンプリング効果による折り返し成分が確実
に相殺できず、高解像度が得ら１１”− れないという問題点があった。

本発明はかかる点に鑑み、三色分解光学系での光学像の
反射回数が異なる場合でも、標準テレビジョン信号を容
易にかつ安定して得ることのできる固体カラーテレビジ
ョンカメラを提供することを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するだめ、本発明の固体カラーテレビ
ジョンカメラは、プリズムとダイクロイック膜により構
成されるとともに、入射した被写体像を構成する色光を
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、前記等価的に偶数回の反
射により前記プリズムから射出された色光の光学像は、
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を用いて撮
像し、前記等価的に奇数回の反射により前記プリズムか
ら射出された色光の光学像は、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水平走査が逆
転した固体撮像素子を用いて撮像し、共通の水平転送パ
ルスを供給することにより前記各固体撮像素子から得ら
れる出力信号を電気回路により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
る構成となっている。

作　　用 本発明は、前記した構成により、各色光を等価的に奇数
回及び偶数回の反射より得るようにした三色分解光学系
を用いるため、プリズムの寸法が比較的小型に構成でき
、標準テレビジョン走査信号と同一になるように水平転
送方向が互いに逆の固体撮像素子を、各色光の反射回数
に応じて選択して配置し、かつ各固体撮像素子に供給す
る水平走査パルスは共通とするため、各固体撮像素子で
走査タイミングが駆動回路の素子のバラツキ等に影響さ
れることなく容易に安定したテレビジョン信号を得るこ
とができる。

実施例 以下、本発明の実施例における固体カラーテレ１３”− ビジョンカメラについて、第１図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例における三板式の固体カラー
テレビジョンカメラの光学系、信号処理系の構成を示す
ものであるが、Ｃ０Ｄ２６の構成を除いて第７図で示し
たものと概略同一で、１は被写体、２は撮像レンズ、３
〜５はプリズムで互いに接着されている。６　、７　、
２６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。１１〜１３は各ｃＣ
Ｄｅ。

７．２６からの出力を増幅する増幅器、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。

また３４．３５は水平駆動回路及び垂直駆動回路で、各
駆動回路からの出力信号はＣＣＤｅ　、７　。

２６に共通に供給されている。

以上の様に構成された本実施例の三板式の固体カラーテ
レビジョンカメラについて、以下その動作を説明する。

被写体１からの光情報は、撮像レンズ２を舵て１４ペー
／゛ 第１のプリズム３に入射され、青反射のダイクロイック
９により青色光が鎖線Ａの方向に分離される。青反射の
ダイクロイック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により赤色光が
鎖線Ｂの方向に分離される。赤反射のダイクロイック膜
１ｏを通過した緑色光は鎖線Ｃの方向に分離される。こ
のようにして第１のプリズム３の射出面から青色光が、
第２のプリズム４の射出面から赤色光が、第３のプリズ
ム５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、青色光及び赤色光の光学
像はダイクロイック膜で各々１回反射し、赤色光はその
捷ま、青色光はプリズム３と空気の境界面でさらに１回
反射してプリズム３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、鏡面による反射は無い。そのため第１のプリ
ズム３及び第３のプリズム６と第２のプリズム４１５べ
一／ の射出面にお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ＣＣＤｅ　、−ｒ　、２６が配
置されているが、各ＣＯＤの受光面には第２図に示した
ようにＣＣＤｅ　、７には倒立実像が、Ｃ０Ｄ２６には
正立実像（倒立実像と鏡像関係にある。）が結像される
。第２図ＡはＣ０Ｄ２６の受光面に、第２図ＢはＣＣＤ
ｅ　、７の受光面に結像された被写体像を示すものであ
る。

第２図において、２６，７は前記ＣＣＤのチップを示し
、２８．２９はそれぞれ受光面、３０゜３１は水平読出
ＣＣＤ、３２．３３は電荷検出部を示している。また各
矢印は信号電荷転送方向である。

前述のようにＣ０Ｄ２６の受光面には正立実像が、ＣＣ
Ｄｅ　、７の受光面には倒立実像が結像されるので、Ｃ
ＣＤ６，７とＣＣＤ２６は相対的に水平方向が逆転した
被写体像が結像され、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ＣＣＤｅ　、７の垂直走査及び
水平走査の方向を標準のテレビジョンと走査方向が適合
する構成のものとし、Ｃ０Ｄ２６の走査方向はＣ０Ｄ６
．７に対して相対的に水平走査の方向を逆にすれば良い
ことに々る。本実施例では、上記走査を共通の水平駆動
回路３４より得られる共通の水平走査パルスによって行
っている。

その方法を第３図〜第６図を用いて説明する。

ＣＯＤの動作原理はよく知られていることであシ、ここ
ではその詳細な説明は省略する。

第３図、第４図において、ｂは２相ＣＣＤの電極構造を
示し、ａは電極φＨ１，φＨ２に加える水平走査パルス
であり各図について同一のものである。またＣは時刻ｔ
。〜ｔ４におけるポテンシャルの状態を表している。

第３図、第４図に示している例の場合、予め転送方向の
電位傾斜が設けられているので、水平走査パルスが加え
られていない（あるいは、あるバイアス電圧が加えられ
ている）状態は時刻ｔ。の１７ベーン゛ ポテンシャルの状態となっている。第３図すと第４図す
で異なるところは、電位傾斜のためのＰ＋イオン注入位
置が互いに逆であるところである。

第３図す、第４図すに示す電極構造の違いにより、各図
のＣに示す様に同一水平走査パルスに対して互いに逆方
向の水平転送を行うことができる。

また予め電位傾斜をもたないＣＯＤの場合でも容易に水
平転送方向が変えられる。第５図、第６図は４相ＣＣＤ
の場合を示す図で、第３図、第４図と同様に、ａは水平
走査パルスで電極φＨ１〜φＨ４に加えられ、各図につ
いて同一のものである。またｂは４相ＣＣＤの電極構造
、Ｃは時刻ｔｏ−ｔ９におけるポテンシャルの状態を示
している。第５図すと第６図すで異なるところは、各電
極線へ加えられる水平走査パルスの順番が互に逆になっ
ている点である。これにより各図Ｃに示す様に、同一水
平走査パルスに対して水平転送方向を互いに逆にするこ
とができる。また疑似２相ＣＣＤの場合は、４相ＣＣＤ
において偶数番目の電極か、あるいは奇数番目の電極か
のどちらかに、１８ページ オフセットを持つ水平走査パルスを加えることにより２
相ＣＣＤの場合と同様に、水平転送方向を逆にすること
ができる。なお３相ＣＣＤについても４相ＣＣＤと同様
にして水平転送方向を逆にすることができることは言う
までもない。

以上説明したように、予め転送方向の電位傾斜が設けら
れているＣＯＤでも、電位傾斜をもたないＣＯＤでも同
一水平駆動回路により容易に水平走査方向を変えられる
が、電位傾斜が設けられている場合は、例えば第５図、
第６図の場合、Ｐ＋イオンの注入の位置を水平走査方向
に応じて変えなくてはならないので、本実施例に使用す
る場合ＣＯＤとして２種類必要になるが、電位傾斜をも
たない場合は、電荷検出部を水平読出ＣＣＤの両端に持
つ構造のＣＯＤを用い、水平走査方向に応じてどちらか
一方の電荷検出部を使用するようにすれば一種類のＣＯ
Ｄで済み、本発明の有効性が増す。

前記三色分解光学系と上述したＣＯＤの組合せにより被
写体を撮像し、各ＣＯＤの出力信号を増１　ｇ　Ｓ−’
； 幅器１１〜１３により任意の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、青、赤、緑の
各色成分を適切な比率で演算することにより輝度信号Ｙ
１色度信号Ｉ、Ｑを得る。さらに色度信号Ｉ、Ｑを変調
器１６に供給し、互いに９ｏ度位相の異なった色副搬送
波により変調して変調色信号を得る。前記変調色信号と
輝度信号Ｙを加算器１６に供給してカラーテレビジョン
信号を得る。加算器出力信号は信号出力端子１了から出
力信号として取シ出される。またパルス発生器１８から
は水平駆動回路３４、垂直駆動回路３５、変調器１５に
それぞれ必要なパルスが供給されている。

以上のように本実施例によれば、各ＣＯＤの受光面に結
像する光学像が互いに鏡像関係にあっても、標準のテレ
ビジョン信号を容易にかつ安定して得ることができる。

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、プリズムを貼合せた三
色分解光学系を用いることにより、従来の光路中に空気
層をもつプリズムの三色分解光学系の種々の問題点が解
決できると共に、等測的に偶数回反射の光学像と奇数回
反射の光学像を得る構造なので小型化も達成でき、また
、各ＣＯＤの水平走査方向は、各ＣＯＤの受光面に結像
される光学像の反射回数に応じて選択され、しかも同一
の水平駆動回路により走査が行なわれるため、回路規模
、電力等が少ないうえに、水平走査タイミングが各ＣＯ
Ｄでばらつくことがないので、前述した画素ずらし法に
おいて特に大きな効果を示し、高解像度化、高画質化が
達成できその実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における固体カラーテレビジ
ョンカメラの構成を示すブロック図、第２図は本発明の
一実施例における撮像素子の受光面と被写体像の関係を
示す画面状態図、第３図。 ２１　ページ 第４図は２相ＣＣＤの信号電荷転送例を示す状態図、第
５図、第６図は４相ＣＣＤの信号電荷転送例を示す状態
図、第７図は従来の固体カラーテレビジョンカメラを示
すブロック図、第８図は従来例における撮像素子の受光
面と被写体像の関係を示す画面状態図である。 １・・・・・・被写体、２・・・・・・撮像レンズ、３
〜５・・・・・・プリズム、６，７．２６・・・・・・
ＣＣＤ、９・・・・・・青反射のダイクロイック膜、１
０・・・・・・赤反射ダイクロイック膜、１１〜１３・
・・・・・増幅器、１４・・・・・・マトリックス回路
、１５・・・・・・変調器、１６・・・・・・加算器、
１７・・・・・・信号出力端子、１８・・・・・・パル
ス発生器、３４・・・・・・水平駆動回路、３５・・・
・・・垂直駆動回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名（Ａ
） ？８ ホテン一ル 第　４　図 特開口ａＧ３−７６６８８　（８） 第５図 ｔｏ　’ｔｒｔｚｔ３ｔ４ｔｔｆｉｔｑｔｌｌｔ？：冊
Ｌ （２）ｅＰＨ２ 鋤 （ｂ）テ暑ア甲甲テ門甲甲片竺賛４ヨデ熱！目戸甲Ｆシ
丘ノ０２ｔｏ　　１１１−ＩＩＩＩＭＩ 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プリズムとダイクロイック膜により構成され、被
   写体像を構成する色光を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
   第１の固体撮像素子と、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水平走査の走査方向
   が逆転した第２の固体撮像素子とを有し、前記第１、第
   ２の固体撮像素子に共通の水平走査パルスを供給するこ
   とを特徴とする固体カラーテレビジョンカメラ。
2. （２）固体撮像素子は、光電変換により発生した信号電
   荷を水平方向に転送する水平レジスタに予め転送方向の
   電位傾斜を有しない構成の固体撮像素子を使用すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体カラーテ
   レビジョンカメラ。