JPH0149077B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は複数の水平シフトレジスタを有する撮
像デバイスを改善された方法で駆動する撮像装置
に関する。

〔従来技術〕

従来この種のカラー撮像装置には、異なる分光
特性を有する複数の色分解フイルタを例えばスト
ライプ状に備えた撮像デバイス（CCD等）が利
用される。

例えば第１図示の様に赤色光（Ｒ）透過フイル
タ、緑色光（Ｇ）透過フイルタ、青色光（Ｂ）透
過フイルタ（以後単にＲフイルタ、Ｇフイルタ、
Ｂフイルタと呼ぶ）が順次撮像デバイス面上に配
列されている場合を考えて見る。この様なフイル
タ及び光学系を経て撮像デバイスに入射した光
は、上述の色ストライプフイルタ及び撮像デバイ
スにより、空間的にサンプリングされるが、この
場合、撮像デバイスの絵素数又は色ストライプフ
イルターのピツチで決まる空間サンプリング周波
数の1/2以上に相当する入射光の空間周波数成分
は、折返し歪の原因となる。これを第２図を用い
て説明する。図示Ａ，Ｂ，Ｃはいずれも横軸は周
波数を、縦軸は信号レベルを表すものとする。

撮像デバイス上でサンプリングされた入射光
は、光電変換作用等により撮像デバイスから撮像
信号として読出されるが、ここで、この撮像信号
のＲのみ（あるいはＧのみ、Ｂのみ）に注目する
とその繰返し周波数は、読出し周波数の1/3とな
る。この繰返し周波数fcとすれば、サンプリング
による入射光のベースバンド成分と測帯波成分は
図示Ａの様になり、図示の斜線部分が折返し歪成
分と呼ばれる。この信号を図示Ｂのような特性を
有するローパスフイルタを通すと、この折返し成
分がベースバンド成分に混つて残る事になり、こ
の成分がデイスプレイ上で非常に画質を劣化させ
る原因となる。この様な折返し歪を軽減する方法
として、特開昭56−120281号公報に一方法が述べ
られている。即ち同図Ｃに示す如く無彩色被写体
像を撮影したとき、撮像デバイスから出力される
点順次信号のレベルを１：１：１になる様に色分
解フイルタの設計を行なえば、サイドバンド成分
が打ち消し合つて、折返し歪が軽減出来るという
ものである。

この方法によれば少なくとも無彩の画面に関し
ては折返し歪を低減できる。

勿論色飽和度の高い画面に関してはこの様な効
果は得られないが、人間の視感度は色に関しては
高域側で低いから無視して良い。

しかし上述の場合、撮影の目的あるいは場所に
よつて、撮影光源の色温度が異なると、点順次信
号レベルがアンバランスになつて、結局折返し歪
が発生してしまう。第３図は色温度として例えば
3200〓と6000〓における分光エネルギーを示し、
第４図は例えば3200〓に於て点順次の出力信号レ
ベルが一定になる様に色分解フイルタを設計した
場合の欠点を示す図である。色温度レベルが3200
〓に於てＲ、Ｇ、Ｂが１：１：１になる様にフイ
ルタを設定すると、第４図に示す如く6000〓では
長波長側即ちＲ側が弱く、Ｂ側が強くなつてしま
うので、サイドバンドのベクトルが第４図示の如
くシアン（Cy）側に偏つてしまい、折返し歪が
発生する。

更に又、撮像デバイスは、一搬に赤外光に対し
て感度が高く、視感度とはずれが出てしまう為、
これを防ぐ為に赤外カツトフイルタを撮像デバイ
スへの光入射光路中に設けるが、この赤外カツト
フイルタの製造工程で生じる厚みのムラによつて
このフイルタの分光感度特性にバラツキが生じ、
結果としてＲ信号レベルの変動を起こす場合があ
る。

この様な欠点を除く方法として次の方法が知ら
れている。

即ちメカ的な色温度補正フイルタを利用する方
法である。この方法は通常大ざつぱに、例えば昼
光用、螢光燈用、タングステン用と色温度補正フ
イルタを準備し、撮影場所に応じて上記の補正フ
イルタを切替えるものである。この方法の欠点と
しては補正用のフイルタが何種類か必要である
事、又点順次信号のレベル合せが粗い事により折
返し歪の発生を完全には防止できない点である。

また従来の撮像装置では雑音が大きく画像の
Ｓ／Ｎが悪いという欠点があつた。例えば特公昭
55−51395号公報に述べられている３電極方式の
撮像管を用いたテレビジヨンカメラではＲ、Ｇ、
Ｂ信号を加算する事により高域の輝度信号を得て
いる。即ち３電極の出力信号Ｒ、Ｇ、Ｂは電子ビ
ームの走査により、第５図示Ｒ、Ｇ、Ｂの様にな
り、各色信号を合成すると輝度信号Ｙが得られ
る。この場合、撮像管において発生する雑音は信
号成分領域と無効成分領域の双方に一様に発生す
るので合成された輝度信号の雑音は約√３倍にな
り、Ｓ／Ｎはその分だけ低下してしまう欠点があ
つた。

更に特開昭51−38826号公報の如く複数のシフ
トレジスタを介してCCDの出力を読み出すもの
において各シフトレジスタから得られる狭帯域の
出力を単純に加算することにより輝度信号を得る
ものもあるが、この場合には狭帯域の輝度信号し
か形成できない欠点がある。

又、特開昭57−26977号公報の如くCCDのカラ
ー点順次信号に対し点順次でレベル調整すること
により広帯域の輝度信号を形成するものも知られ
ているが、この構成ではCCDの水平方向の画素
数の増加に応じてレベル調整の為の回路の駆動周
波数が高くなり、しかもCCDからの点順次出力
の位相とレベル調整信号との位相合わせが非常に
困難となる欠点があり実用的でない。

また後述する第６図示の様な固体デバイスを利
用した撮像装置においても次に述べる雑音の問題
点が生じる。例えば３本の水平シフトレジスタを
色分解フイルタの空間サンプリングと同相のパル
スで駆動した時の各水平シフトレジスタの出力信
号を第５図Ｂに示すが、この場合後述する目的の
為に各信号をサンプルホールドする必要がある。
しかし信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３には図示矢印Ａ，
Ｂ，Ｃで示す部分に各駆動パルスの雑音が、各水
平シフトレジスタ出力アンプと駆動電極との容量
結合により発生し、この雑音部分をサンプルホー
ルドすると変調雑音が発生する可能性がある。従
つてサンプルホールドのタイミングは上記雑音を
避ける必要があり、そのためには非常に高精度な
タイミングが要求される。しかし、撮像装置の使
用温度、経時変化を考慮すると、実際には実現が
困難である。

〔目的〕

本発明は上述の様な欠点を除去し、撮像手段の
高集積化に適し、広帯域の輝度信号を安定して得
ることのできる、しかもノイズの重畳が少ない撮
像デバイス駆動を行い得る撮像装置を提供する事
を目的とするものである。

（問題点を解決する為の手段） 本発明はこのような目的を達成するために、互
いに異なつた色分光特性を有する３種の色分解フ
イルタと組合わされた撮像手段と、該撮像手段の
行方向の信号を前記各色分解フイルタに対応した
色信号毎に振り分けて夫々出力する為の３本の信
号読出し用水平シフトレジスタと、該３本の信号
読出し用水平シフトレジスタのうち２つの水平シ
フトレジスタを同相のパルスで駆動すると共に残
りの１つの水平シフトレジスタを逆相のパルスで
駆動する駆動手段と、前記３本の信号読出し用水
平シフトレジスタを介して出力される各色信号の
レベルを色温度に応じてホワイトバランス制御す
るレベル制御手段と、該レベル制御手段によりレ
ベルが制御された各色信号をスイツチ手段により
一定周期で順次抜き取ることにより点順次化し広
帯域の輝度信号を形成する点順次化手段と、を有
する。

（作用） このように構成したので、先ず第１に撮像手段
の高集積化に伴つて水平画素数が増大しても、行
方向の信号を複数の信号読み出し経路に振り分け
てから読み出すので各信号読み出し経路の駆動周
波数を低く抑えることが出来る。

第２にこのようにして読み出された信号は狭帯
域である為この信号から形成される輝度信号も狭
帯域のものとなつてしまうが、本発明の構成によ
ればスイツチ手段により順次抜き取ることにより
点順次化しているのでノイズの少ない広い帯域の
輝度信号を得ることが出来る。

第３に上記のようなものにおいて点順次化の前
に複数の信号読み出し経路から得られた信号に色
温度に応じたホワイトバランス制御を施している
ので常に安定に広い帯域の輝度信号を得ることが
出来る。

第４に水平シフトレジスタ出力信号間に駆動パ
ルスの容量結合によるノイズの漏れ込みが少なく
なるので、この雑音による変調雑音が少ない。し
かも点順次化手段の構成を格別なものとしなくて
済む、等多くの特徴を有する。

〔実施例〕

本発明の実施例を、第６図に示すCCD型の撮
像素子を利用した撮像装置を例にとり説明する。

第６図の撮像素子はフレームトランスフア型
CCDである。ストライプフイルタの各色フイル
タに対応して撮像部１で光電変換された情報電荷
は、駆動パルスφ_PIとφ_PSにより、TV同期の垂直
帰線期間内にメモリー部２に高速転送される。
又、メモリー部２に蓄積された情報電荷は、第７
図示の如く一水平ライン分の垂直転送につき各ス
トライプフイルタに対応した色情報が水平シフト
レジスタSR１，SR２，SR３に分配されて転送
されるよう構成されている。従つてレジスタSR
１，SR２，SR３は色信号を分離する為の分離手
段を構成している。

第８図は装置のCCDから読出された信号の信
号処理回路ブロツク図である。クロツクIC３０
のクロツクパルスに基づくパルスを形成するドラ
イバー２０により駆動された撮像デバイス１０の
表面には、第１図示の色フイルタが貼付けられて
おり、その出力信号には色分解フイルタに対応し
た。各Ｒ、Ｇ、Ｂの色信号が別々に得られる。

この場合、水平シフトレジスタSR１の駆動パ
ルスφ_S1と、水平シフトレジスタSR２，SR３の
駆動パルスφ_S2，φ_S3とはパルス位相が180゜異なつ
ているので、その色信号は第９図示のＳ１，Ｓ
２，Ｓ３の様になる。図において斜線部は有効信
号成分を示している。これらの色信号は次段のサ
ンプルホールド回路４０において、駆動パルス周
期の約100％に近い周期幅の信号波形となる。信
号Ｓ１はサンプルホールドパルスＰ１により、信
号Ｓ２，Ｓ３はサンプルホールドパルスＰ２によ
りそれぞれ制御されるので、サンプルホールド回
路４０の出力信号Ｓ１′とＳ２′とＳ３′との位相
差は、180゜のまま保持される。これらの信号から
スイツチ回路５０において制御パルスPW１，
PW２，PW３により点順次信号S₀が形成される
が、この信号S₀に含まれる色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの位
相は色分解フイルタの空間サンプリング位相に一
致させる必要がある。そこでスイツチングパルス
PW１，PW２，PW３は図示の様な即ち、パル
スPW１は信号Ｓ１′のほぼ中間期間を、パルス
PW２とPW３は信号Ｓ２′とＳ３′の信号期間内
に位置する様にタイミングが決められる。この様
にサンプルホールドタイミング、スイツチングタ
イミングを制御する事により、輝度信号となるス
イツチ回路５０の出力S₀は第９図示の様に各色信
号が充分な空間周波数成分を持つ様点順次化され
るので、高い解像度が得られる。

また輝度信号として必要な部分だけを抜きとり
スイツチングしているので、従来例の様なＳ／Ｎ
の劣化はない。

又、このように複数のレジスタ出力信号Ｓ１′，
Ｓ２′，Ｓ３′のデユーテイーが50％であつてしか
も位相が正相又は逆相の関係にあるのでノイズが
信号成分に入り込む事がない。

更に又、複数のレジスタ出力信号の少なくとも
２つが互いに逆相になつているのでこのレジスタ
出力を点順次化して輝度信号を作る場合に空間サ
ンプリング位相に従つた広帯域の輝度信号を容易
に形成する事ができる。

即ち、仮に複数レジスタの出力が全部同相だと
遅延手段がなければ上記のような空間サンプリン
グ位相を有する輝度信号を形成する事はできない
が、本発明によればこのような遅延手段を用いる
ことなしに、スイツチングパルスPW１〜PW３
により広帯域信号を得る事ができる。

勿論このような方法は水平シフトレジスタを３
つ設けた場合だけでなく、２つだけでも或いは４
つ以上設けたものにも適用できる事は言う迄もな
い。サンプルホールド回路４０の出力信号Ｓ１′，
Ｓ２′，Ｓ３′は次段の低域フイルタ６０によりカ
ラー信号として必要な信号帯域約1MHzの成分に
制限される。

ところで信号Ｓ１′，Ｓ２′，Ｓ３′の空間的サ
ンプリング位相（感度重心の）は第１０図の様に
なつている。図において実線の矢印がサンプルホ
ールド回路４０出力時の各位相関係を示し、破線
の矢印が色分解フイルタの空間サンプリングに一
致した。理想的な位相（位置）を示している。従
つて信号Ｓ１′とＳ３′は図示の様に、それぞれ
T_DL1，T_DL2の遅延時間調整を行う必要がある。第
８図示の遅延回路７０はこの目的のためにある。
この様にして得られた輝度信号Ｙ、カラー信号
Ｒ、Ｇ、Ｂはガンマ補正、ホワイトクリツプ、黒
レベル調整回路、クロマ変調器等から成るプロセ
ス・エンコーダ回路９０に導かれ、NTSC信号と
なる。

上述の実施例ではサンプルホールド回路４０の
出力信号は直接スイツチ回路５０へ導かれている
が、スイツチ回路前段に各信号レベルを調整する
レベル合せ回路を挿入すると、輝度信号の折返し
歪はかなり軽減出来る。

尚水平シフトレジスタの駆動周波数が高い場合
には遅延回路７０は省略する事もできる。即ち色
分解フイルタの空間サンプリングが例えば
14MHz程度であると、各色信号のサンプリング
は約4.8MHzに相当し、上記実施例の場合はT_DL1
＝35ns、T_DL2＝70nsとなり、カラー信号の色解像
度約500KHz〜1MHzに対しほぼ無視できる。
又、遅延回路７０を設ける代わりに低域フイルタ
６０のカツトオフ特性に若干変更を加える事によ
り等価的に遅延特性を得るようにしても良い。

又、遅延回路７０は低域フイルタ６０の前の信
号経路に設けても良いことは言う迄もない。

〔効果〕

以上説明した様に３本の信号読出し用水平シフ
トレジスタのうち２つの水平シフトレジスタを同
相のパルスで駆動すると共に残りの１つの水平シ
フトレジスタを逆相で駆動する事により次の効果
が得られる。第１に水平シフトレジスタ出力信号
間に駆動パルスの容量結合による雑音のもれ込み
が少なくなるので、この雑音による変調雑音がな
い。

第２に各レジスタ出力を順次切換え出力する事
により点順次化した輝度信号を形成するに際して
遅延回路等を用いなくても空間サンプリングに従
つた点順次化ができるので、構成が簡略化され
る。

第３にサンプルホールドパルスのタイミング精
度は特に普通のパルスと同じで良い、等の効果が
ある。

又カラー信号を駆動パルス周期の約100％のデ
ユーテイーから作る事ができるので低域ノイズを
減らす事ができる。又、輝度信号を各色信号の有
効成分をスイツチングする事により作るようにす
ればＳ／Ｎが向上する。

尚本実施例では純色タイプの色分解フイルタで
説明したが、補色タイプの色分解フイルタでもよ
く、また他の方式の固体デバイスで構成しても良
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は色分解フイルタの模式図、第２図は折
り返し歪の説明図、第３図は撮像光源の違いによ
る分光エネルギー図、第４図は点順次信号レベル
のアンバランスによる折り返し歪の説明図、第５
図Ａは従来方式の輝度信号合成説明図、第５図Ｂ
は従来方式による駆動時の雑音説明図、第６図は
本発明の実施例に適用可能なCCDの概略図、第
７図は各色信号の水平シフトレジスタへの転送を
説明する図、第８図は本発明の撮像装置の実施例
図、第９図は第８図における輝度信号合成方法の
説明図、第１０図は第８図実施例におけるカラー
信号のサンプリング位相の説明図である。 １０…撮像デバイス、４０…サンプルホールド
回路、５０…スイツチ回路、６０…低域フイル
タ、７０…遅延回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに異なつた色分光特性を有する３種の色
   分解フイルタと組合わされた撮像手段と、 該撮像手段の行方向の信号を前記各色分解フイ
   ルタに対応した色信号毎に振り分けて夫々出力す
   る為の３本の信号読出し用水平シフトレジスタ
   と、 該３本の信号読出し用水平シフトレジスタのう
   ち２つの水平シフトレジスタを同相のパルスで駆
   動すると共に残りの１つの水平シフトレジスタを
   逆相のパルスで駆動する駆動手段と、 前記３本の信号読出し用水平シフトレジスタを
   介して出力される各色信号のレベルを色温度に応
   じてホワイトバランス制御するレベル制御手段
   と、 該レベル制御手段によりレベルが制御された各
   色信号をスイツチ手段により一定周期で順次抜き
   取ることにより点順次化し広帯域の輝度信号を形
   成する点順次化手段と、 を有する撮像装置。