JPH0576013A

JPH0576013A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH0576013A
Application number: JP3232843A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yoneyama; 匡幸米山; Yasutoshi Yamamoto; 靖利山本; Norio Suzuki; 紀雄鈴木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1993-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は感度、解像度、および色再現性に優
れかつ偽信号のない撮像装置を提供する。【構成】撮像レンズ（１）に入射された光の低域波長
成分のみを色選択光学ローパスフィルタ（２）で選択
し、色フィルタ（３）で分解された各色成分を、光電変
換手段（４）で光電気変換して得た電気信号から所定の
色フィルタの存在しない画素における色信号量を画素補
間にて算出する画素補間手段（５）と、画素補間手段と
光電変換手段の各出力信号を演算する画素間信号演算手
段（６）と、演算された各色信号毎にサンプルホールド
して色分離を施すサンプルホールド手段（７）とを有
し、色選択光学ローパスフィルタにて、色偽信号を選択
的に除去し高周波成分を有する緑信号を保存して広帯域
の輝度信号を得、従来に比し輝度解像度を共に高く取る
ことができると共に、色フィルタにより感度が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光・電気変換手段を有
するビデオカメラ等の固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ等の撮像装置には、
固体撮像装置が広く用いられている。固体撮像装置に
は、小形軽量、空間分解能が画面で一様、低残像である
等、種々の長所がある。しかし、ＥＤＴＶ、ＨＤＴＶな
ど解像度の一層の向上が望まれる中で、固体撮像素子の
高画素化に伴う感度の低下、および高画素化と色信号帯
域との両立が課題となっている。

【０００３】図１０は、従来の撮像装置のブロック図を
示している。図１０において撮像レンズ２０を経た入射
光は水晶光学ローパスフィルタ２１にて不要な高周波成
分を除去された後、色フィルタ２２を経て光電変換手段
２３に入力される。光電変換手段２３の出力信号はサン
プルホールド手段２４にて各色信号毎にサンプルホール
ドされ赤、青、緑信号などとなって出力される。光電変
換手段２３とサンプルホールド手段２４との動作は制御
信号発生部２５の出力信号により制御される。

【０００４】図９は色フィルタ２２のフィルタ配置の一
例を示した模式図であり、ベイヤー配置として広く知ら
れている。図９において、第１フィールドにおいては、
光電変換手段２３から最初に１ラインが１水平走査期間
に渡って出力され、緑信号・赤信号が交互に出力され
る。次にライン２が１水平走査期間に渡って出力され、
緑信号・赤信号が交互に出力され、以下同様に繰り返さ
れる。

【０００５】第２フィールドにおいては、光電変換手段
から最初に２６３ラインが１水平走査期間に渡って出力
され、青信号・緑信号が交に出力される。次に２６４ラ
イン以下も同様に繰り返される。出力としては赤信号、
青信号、緑信号が出力される。従来の撮像装置は上記の
ように、緑・赤・青の原色フィルタを使用するため色再
現性が良好であるという利点がある。しかし解像度に関
しては不十分である。また原色フィルタを使用し、更に
フレーム蓄積動作を行うため、感度の点においても不十
分である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体撮像装置を
使用した場合に得られる２次元周波数特性を図１１に示
す。図１１において、横軸は水平周波数、縦軸は垂直周
波数を表す。図１１に示すように、（ＦＨ２，０）およ
び、（０，ＦＶ２）に赤と青の偽信号が発生し、（ＦＨ
２，ＦＶ２）に緑とマゼンタの偽信号が発生する。従っ
て上記偽信号を除去する水晶光学ローパスフィルタ７０
を使用すると（０，０）、（ＦＨ１，０）、（ＦＨ１，
ＦＶ１）、（０，ＦＶ１）という挟帯域の信号しか得ら
れない。また感度が低く、しかもフィールド毎に赤と青
の色割れを発生するという課題があった。

【０００７】本発明は上記した点に鑑み、感度、解像
度、および色再現性に優れかつ偽信号のない撮像装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達す
るため、撮像レンズと、前記撮像レンズに入射された光
の所定の波長成分のみを選択する低域通過特性を有する
色選択光学ローパスフィルタと、選択的に低域通過処理
を施された入射光を各色成分に分解する色フィルタと、
分解された各色成分を光電変換する光電変換手段と、光
電気変換を施された電気信号を入力して所定の色フィル
タの存在しない画素における色信号量を画素補間にて算
出する画素補間手段と、前記画素補間手段の出力信号と
光電変換手段の出力信号とを演算する画素間信号演算手
段と、演算された各色信号毎にサンプルホールドして色
分離を施し、所定の出力信号を得るサンプルホールド手
段と、前記光電変換手段の動作とサンプルホールド手段
の動作を制御する制御信号発生部とを有する構成となっ
ている。

【０００９】

【作用】本発明は上記した構成により、色選択光学ロー
パスフィルタにて色偽信号を選択的に除去し、高周波成
分を有する緑信号を保存して広帯域の輝度信号を得るこ
とが可能となり解像度が向上すると共に、色フィルタを
使用する事により感度が向上する。また、光電変換手段
の全画素を同時読み出しする場合、感度向上と共に垂直
解像度が向上し、斜め方向の偽信号の影響が少なくな
る。

【００１０】また、光電変換手段をフィールド蓄積動作
させる場合、垂直解像度は減少するが感度が良好であ
る。しかも原色信号処理を行うため色再現性が良好とな
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による撮像装置の一実施例を図
面を参照しながら説明する。図１は、本発明の撮像装置
の一実施例を示すブロック図である。

【００１２】図１において、撮像レンズ１を経た入射光
は、色選択光学ローパスフィルタ２にて、所定の波長成
分のみ選択的に低域通過処理が施される。色選択光学ロ
ーパスフィルタ２に関しては、特開平２−９０８１７号
公報に記載のものがある。本実施例では色選択光学ロー
パスフィルタ２としては、例えば図３（ａ）に示すよう
な位相格子８を使用する。なお、図３（ａ）は位相格子
８を光軸に垂直な方向からみた構成図で、図３（ａ）に
おいて入射光が左から位相格子８に入射し、出力光とし
て出力されるとき、赤信号および青信号のみ選択的に低
域濾波処理を施し、緑信号のみ低域濾波処理を施さない
ように構成することが出来るため偽信号除去に効果があ
る。図３（ａ）の位相格子は例えば矩形波形状で屈折率
ｎ１およびｎ２の２枚の位相格子を向かい合わせて接合
したものである。それぞれの材料の波長特性図を図３
（ｂ）に示す。図３（ｂ）のようにｎ１とｎ２の屈折率
を有する材料を緑波長付近で同一の屈折率とし、赤およ
び青の波長で屈折率を異なるように選べるため、波長選
択性が生じる。

【００１３】以上のように色選択光学ローパスフィルタ
２を経た信号は、色フィルタ３を通過する。色フィルタ
３は光電変換手段４の各画素上に配置され、入射光を各
色成分毎に分解して光電変換手段４に入射させる。色フ
ィルタとしてはシアン、イエロー等の補色フィルタを使
用できる。もちろん従来通りの原色フィルタを使用して
も構わない。この時、光電変換手段として垂直画素のう
ち全画素を１フィールド内で読み出し、色フィルタ３と
しては図４に示すように光電変換手段４の第１列目が
緑、シアンの繰り返しであり、第２列目がイエロー、緑
の繰り返しであり、第３列目以下が第１列目と第２列目
の色フィルタ配列の繰り返しで有るような色フィルタ配
列を使用すると良い。

【００１４】また、光電変換手段４の動作としてフィー
ルド蓄積インタレース駆動を行なっても良い。フィール
ド蓄積インタレース駆動の場合、色フィルタ３としては
図５に示すように光電変換手段４の第１列目が緑、シア
ンの繰り返しであり、第２列目がすべて緑であり、第３
列目がイエロー、緑の繰り返しであり、第４列目がすべ
て緑であり、第５列目以下が第１列目から第４列目まで
の色フィルタ配列の繰り返しとなる用に配置する。

【００１５】光電変換手段４にて光電気変換を施された
信号は画素補間手段５に入力される。画素補間手段５に
おいては所定の色フィルタの存在しない画素における色
信号量を画素補間にて算出する。

【００１６】図６は画素補間手段５の一例について動作
を示したものである。例えば図４のような色フィルタ配
置においては図６（ａ）の様に緑画素１０に対して斜め
四方の緑画素９が囲む場合と、図６（ｂ）の様に緑画素
の存在しない部分１２を縦横の緑画素１１が囲む場合と
がある。図６（ａ）および（ｂ）において緑画素を補間
するための演算係数は、例えば図６（ｃ）の様に現ライ
ンをｋとするとｋ−１とｋ＋１の３ラインに渡り、現在
の画素の前後１画素の３×３画素の２次元演算となる。
ｋ−１ラインの係数は−１，２，−１でありｋラインの
係数は２，１２，２であり、ｋ＋１ラインの係数は−
１，２，−１である。緑画素が離散的に存在するため図
６（ｄ）および図６（ｅ）のように画素毎に係数を変更
しても良い。係数切り替えは制御信号発生部８の制御信
号に同期して実施すると良い。これらの処理は、図２に
おいて、斜め周波数成分（ＦＨ２，０）、（ＦＨ２，ＦＶ２）、（０，ＦＶ２）の三角領域を落とすフィルタ処理に他ならない。一般に
画素補間手段５として垂直Ｎライン、水平Ｍ画素の２次
元フィルタを使用して差し支えない。図７に画素補間手
段５のブロック図を示す。画素補間手段５の伝達関数と
しては、例えば、Ｆ（ｚ，ｗ）＝１−（−ｗ＋２−ｗ^-1）・（−ｚ＋２−ｚ１^-1）／１６等を使用すると良い。

【００１７】図７において入力端１３に入力された信号
は直接に演算部１６に入力するものと、第１の１Ｈ
（Ｈ：水平走差期間）遅延手段１４を経て演算部１６に
入力するものと、第１の１Ｈ遅延手段１４と第２の１Ｈ
遅延手段１５とを経て演算部１６に入力するものとがあ
り、演算部１６において前記補間演算を行い、出力端１
７に補間信号を出力する。次に画素補間手段５の出力信
号と光電変換手段４の出力信号とを画素間信号演算手段
６にて演算する。

【００１８】図８に画素間信号演算手段６の一例を示
す。図８において、差分器１８にてシアン画素における
信号量から画素補間手段５にて計算したシアン画素の位
置における緑信号の推定量を引いて青信号を算出し出力
する。また、差分器１９にてイエロー画素における信号
量から、前記画素補間手段５にて計算したイエロー画素
の位置における緑信号の推定量を引いて赤信号を算出し
出力する。なお、一般に画素間信号演算手段６として画
素補間手段５の出力信号と光電変換手段４の出力信号と
を入力とし、補色信号および原色信号から、緑、赤およ
び青信号を算出する様にしても良い。画素間信号演算手
段６の出力はサンプルホールド手段７に入力され、サン
プルホールド手段７においては各色信号毎にサンプルホ
ールドして色分離を施され、所定の出力信号を得るよう
に構成されており、制御信号発生部８の出力信号により
光電変換手段４の動作とサンプルホールド手段７の動作
が制御される。

【００１９】なお、画素間信号演算手段６の動作として
画素間の差分を取る処理を示したが画素間の加算を行
い、例えば加算結果を輝度信号として使用するようにし
ても良い。この時、色フィルタ３のイエロー、緑、シア
ンの分光特性の包絡線を輝度信号の分光特性に合わせる
ように設計すると良い。従って本実施例の撮像装置の出
力信号として輝度信号あるいは色差信号であっても構わ
ない。

【００２０】また、上記の説明では図４の様な色フィル
タ配置について画素補間手段等の補間動作を説明した
が、図５のような色フィルタ配置の場合、１ラインとし
て１行目と２行目の加算結果が光電変換手段４の出力信
号として得られる。すなわち緑×２、シアン＋緑×２、
緑×２などである。この場合も緑×２を一つの信号量と
みなせば図４の処理と全く同等となる。更に図４、図５
以外の一般の色フィルタ配置としても差し支えない。

【００２１】以上のように本実施例の撮像装置によれ
ば、全画素読みだしとしても、フィールド蓄積としても
毎フィード赤および青信号が得られるため色割れを起こ
さず、しかも補色フィルタを使用するため感度も高く取
れる。

【００２２】また、図２は本実施例の撮像装置における
信号帯域を示す２次元周波数特性図である。図２におい
て、横軸は水平周波数、縦軸は垂直周波数である。図１
１と同様に（ＦＨ２，０）および（０，ＦＶ２）に赤信
号および青信号の偽信号が発生する。またマゼンタの偽
信号は（ＦＨ２，ＦＶ２）に発生する。色選択光学ロー
パスフィルタ２により、（ＦＨ２，０）および（０，Ｆ
Ｖ２）に発生する赤信号および青信号の偽信号に選択的
に低域濾波処理を施し、（ＦＨ２，ＦＶ２）に発生する
緑信号およびマゼンタの偽信号を別途従来の水晶フィル
タ等で低域濾波処理する。この結果緑信号は（０，
０）、（ＦＨ２，０）、（０，ＦＶ２）の三角領域まで
利用できる。赤信号と青信号とは従来の固体撮像装置に
て得られる帯域を保存している。緑信号の高周波成分を
輝度信号として使用すれば広帯域の輝度信号が得られ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明の固体撮像装置は、
色選択光学ローパスフィルタにて色偽信号を選択的に除
去し、高周波成分を有する緑信号を保存して広帯域の輝
度信号を得ることが可能となり、従来に比べて偽信号無
しに水平・垂直双方の輝度解像度を共に高く取ることが
できると共に、色フィルタを使用する事により感度が向
上する。また、光電変換手段の全画素を同時読み出しす
る場合、感度向上と共に垂直解像度が向上し、斜め方向
の偽信号の影響が少なくなる。

【００２４】また、光電変換手段をフィールド蓄積動作
させる場合、垂直解像度は減少するが感度が良好であ
る。しかも原色信号処理を行うため色再現性が良好とな
る。さらに本発明によれば固体撮像素子１個で実現出来
るためコンパクトな構成をとることができ、低コスト化
にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の一実施例を示すブロック図

【図２】同本実施例の撮像装置における信号帯域を示す
２次元周波数特性図

【図３】（ａ）同撮像装置に使用する色選択光学ローパ
スフィルタの構成図（ｂ）同色選択光学ローパスフィルタ材料の波長特性を
示した波長特性図

【図４】同撮像装置の色フィルタ配置と信号読みだし状
態の一例を示す配置図

【図５】同撮像装置の色フィルタ配置と信号読みだし状
態の別の一例を示す配置図

【図６】（ａ）同撮像装置の画素補間手段の画素補間動
作を示す動作図（ｂ）同撮像装置の画素補間手段の画素補間動作を示す
動作図（ｃ）同撮像装置の画素補間手段の画素補間動作を示す
動作図（ｄ）同撮像装置の画素補間手段の画素補間動作を示す
動作図（ｅ）同撮像装置の画素補間手段の画素補間動作を示す
動作図

【図７】本発明の撮像装置の画素補間手段の一例を示す
ブロック図

【図８】本発明の撮像装置の画素間信号演算手段の一例
を示すブロック図

【図９】従来の撮像装置の色フィルタ配置と信号読みだ
し状態を示す模式図

【図１０】従来の撮像装置のブロック図

【図１１】従来の固体撮像装置における信号帯域を示す
２次元周波数特性図

【符号の説明】

１撮像レンズ２色選択光学ローパスフィルタ３色フィルタ４光電変換手段５画素補間手段６画素間信号演算手段７サンプルホールド手段８制御信号発生部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像レンズと、前記撮像レンズに入射され
た光の所定の波長成分のみを選択する低域通過特性を有
する色選択光学ローパスフィルタと、選択的に低域通過
処理を施された入射光を各色成分に分解する色フィルタ
と、分解された各色成分を光電変換する光電変換手段
と、光電気変換された電気信号を入力して所定の色フィ
ルタの存在しない画素における色信号量を画素補間にて
算出する画素補間手段と、前記画素補間手段の出力信号
と光電変換手段の出力信号とを演算する画素間信号演算
手段と、演算された各色信号毎にサンプルホールドして
色分離を施し、所定の出力信号を得るサンプルホールド
手段と、前記光電変換手段の動作とサンプルホールド手
段の動作を制御する制御信号発生部とを具備したことを
特徴とする撮像装置。
【請求項２】色選択光学ローパスフィルタとして位相格
子を使用することを特徴とする請求項１記載の撮像装
置。
【請求項３】色フィルタとして補色フィルタを使用する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】光電変換手段として垂直画素のうち全画素
を１フィールド内で読み出すことを特徴とする請求項１
記載の撮像装置。
【請求項５】色フィルタとして光電変換手段の第１列目
が緑、シアンの繰り返しであり、第２列目がイエロー、
緑の繰り返しであり、第３列目以下が第１列目と第２列
目の色フィルタ配列の繰り返しとなることを特徴とする
請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】光電変換手段はフィールド蓄積インタレー
ス駆動を行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装
置。
【請求項７】色フィルタとして光電変換手段の第１列目
が緑、シアンの繰り返しであり、第２列目がすべて緑で
あり、第３列目がイエロー、緑の繰り返しであり、第４
列目がすべて緑であり、第５列目以下が第１列目から第
４列目までの色フィルタ配列の繰り返しとなることを特
徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】画素補間手段は、垂直Ｎライン、水平Ｍ画
素の２次元フィルタを使用することを特徴とする請求項
１記載の撮像装置。
【請求項９】画素間信号演算手段として、垂直Ｎライ
ン、水平Ｍ画素の２次元フィルタを使用した画素補間手
段の出力信号と光電変換手段の出力信号とを入力とし、
補色信号および原色信号から、緑、赤および青信号を算
出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項１０】画素間信号演算手段として、垂直Ｎライ
ン、水平Ｍ画素の２次元フィルタを使用した画素補間手
段の出力信号と光電変換手段の出力信号とを入力とし、
シアンおよびイエローから緑信号を引き算し、赤および
青信号を算出することを特徴とする請求項１記載の撮像
装置。