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JP3651015B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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JP3651015B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばハイビジョン対応型のカメラ装置や該ハイビジョン対応型のビデオカメラ装置等に設けて好適な固体撮像装置に関し、特に、いわゆる3板式の受光部に、撮像光を所定分斜めにシフトしながら撮像を行うとともに、この撮像信号に再サブナイキストサンプリング処理を施して出力することにより、撮像信号の高解像度化等を図った固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、赤色(R)用の固体撮像素子(CCDイメージセンサ),緑色(G)用のCCDイメージセンサ及び青色(B)用のCCDイメージセンサを有する、いわゆる3板式の固体撮像装置が知られている。
【0003】
この固体撮像装置は、図11に示すような構成を有しており、撮像光は、撮像レンズ100及びオプティカルローパスフィルタ(OPLPF)101を介してダイクロイックプリズム102に入射される。上記ダイクロイックプリズム102は、上記撮像光を3分割して出射する。この3分割された撮像光は、それぞれ各色用フィルタ103R,103G,103Bに入射される。上記各色用フィルタ103R,103G,103Bは、上記入射された撮像光からRの撮像光のみ,Gの撮像光のみ,Bの撮像光のみを抽出して出射する。この各色の撮像光は、それぞれ各色用CCDイメージセンサ104R,104G,104Bに照射される。
【0004】
上記各色用CCDイメージセンサ104R,104G,104Bは、高解像度の撮像信号を形成すべく、図12に示すように、R用CCDイメージセンサ104R及びB用CCDイメージセンサ104Bが同じ位置の撮像光を受光するように設けられているのに対し、G用CCDイメージセンサ104Gは、上記R用,B用CCDイメージセンサ104R,104Bが受光する撮像光の中間の撮像光を受光するように設けられている。
【0005】
上記各色用CCDイメージセンサ104R,104G,104Bは、それぞれ各色の撮像光を受光して光電変換を行うことにより、各色の撮像信号を形成して出力する。この各色の撮像信号は、それぞれLPF105〜107に供給される。また、上記各色の撮像信号のうち、Rの撮像信号及びGの撮像信号は、それぞれディテール形成回路108に供給される。
【0006】
上記各色の撮像信号は、図13(a)に実線で示すように例えば14MHZの周波数帯域を有しているが、同図(a)中左斜線で示すようにR,Bの撮像信号と同相の折り返し成分が生じている。また、上述のように、上記G用のCCDイメージセンサ104Gは、上記R用,B用CCDイメージセンサ104R,104Bが受光する撮像光の中間の撮像光を受光するように設けられていることから、上記R,Bの撮像信号と同相の折り返し成分とは逆相の、図13(a)中右斜線で示すようなGの撮像信号の折り返し成分が生じている。このような折り返し成分が生じているにも関わらず、上記14MHZの周波数帯域をそのまま抽出する、該折り返し成分のために解像度が劣化してしまう。
【0007】
このため、上記各LPF105〜107としては、図13(b)に示すような折り返し成分の影響が少ない帯域を抽出する特性を有するものが設けられる。上記各LPF105〜107は、上記各色の撮像信号から上記折り返し成分の影響が少ない帯域を抽出し、これを加算器110〜111に供給する。
【0008】
一方、上記LPF105〜107で抽出された撮像信号は高域分が欠損したものであるため、画像の輪郭にボケを生ずる。このため、上記ディテール形成回路108は、上記R,Gの撮像信号から輪郭を強調するためのディテール信号を形成し、これをバンドパスフィルタ(BPF)109に供給する。なお、このディテール信号は、上記R,Gの撮像信号から形成されるため、モノクロの信号となる。上記BPF109は、図13(c)に示すように各撮像信号のうち、上記LPF105〜107でカットされた帯域から所定分の高域の撮像信号を抽出し、このディテール信号を上記各加算器110〜112に供給する。
【0009】
上記各加算器110〜112は、上記LPF105〜107からの撮像信号と上記ディテール信号とを加算処理することにより、図13(d)に示すような各色用の撮像信号を形成し、これを各出力端子113R,113G,113Bを介して出力する。
【0010】
上述のように、上記G用CCDイメージセンサ104Gは、上記R用,B用CCDイメージセンサ104R,104Bの中間位置の撮像光を受光するように設けられている。このため、水平(H)方向にみてRGBの各撮像信号が揃うかたちとすることができ、高解像度化された撮像信号を形成して出力することができる。
【0011】
ここで、上記Rの撮像信号及び上記Gの撮像信号が同レベルのとき(モノクロや黄色のとき)は、高解像度な撮像信号を形成して出力することができるが、その他の場合は、通過全帯域(直流から最大帯域=10MHZ等)に折り返し成分が発生する。この折り返し成分の影響は、光学系のMTF(Modulation Transfer Function)が右下がりの特性であるため、7MHZの帯域付近が特に顕著となるが、数MHz以下の低域へも折り返されるため、画質を大きく劣化させる。このため、従来の固体撮像装置は、低域への折り返し成分が減少するように、上記撮像レンズ100とダイクロイックプリズム102との間にOPLPF101を設け、該折り返し成分の悪影響を軽減するようにしていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来の固体撮像装置は、上記OPLPF101を設けて上記折り返し成分の悪影響を軽減するようにしているうえ、上記各LPF105〜107で折り返し成分の影響を少ない帯域の撮像信号を抽出し、この撮像信号に上記モノクロのディテール信号を加算するようにしていたため、高域がカットされる分解像度が劣化する問題があった。具体的には、水平解像度が最大でも800本程度の解像度しか得ることができなかった。このため、いわゆる高品位テレビジョンに対応することができなかった。
【0013】
また、上記G用CCDイメージセンサ104Gが、上記R用,B用CCDイメージセンサ104R,104Bの中間位置の撮像光を受光するように設けられており、H方向にはRGBの各撮像信号が揃って解像度を向上させることができるが、図 に示すように垂直(V)方向には、RB,RB,RB・・・、G,G,G・・・のように同じ色の撮像信号しか揃えることができず、垂直解像度が劣化する問題があった。
【0014】
また、上記G用CCDイメージセンサ104Gが、上記R用,B用CCDイメージセンサ104R,104Bの中間位置の撮像光を受光するように設けることは1μ以下の取り付け精度を必要とするため、この取り付け精度を維持するのが大変困難であった。
【0015】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、折り返し成分の悪影響を軽減して高域をカットすることなく全帯域の撮像信号を出力するとともに、水平解像度及び垂直解像度の向上を図ることにより高品位テレビジョンに対応可能とすることができ、また、3板式CCDイメージセンサの各受光部の取り付け精度を軽減することができるような固体撮像装置の提供を目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置は、照射される撮像光のうち赤色の撮像光を受光しこの撮像光に応じた赤色用の撮像信号を形成して出力する赤色用受光素子,上記撮像光のうち青色の撮像光を受光しこの撮像光に応じた青色用の撮像信号を形成して出力する青色用受光素子及び上記撮像光のうち緑色の撮像光を受光しこの撮像光に応じた緑色用の撮像信号を形成して出力する緑色用受光素子からなる受光手段と、上記受光素子に照射する撮像光の光路を所定時間毎に、水平方向に1画素ピッチ分且つ垂直方向に1/2画素ピッチ分シフトする光路シフト手段とを有する。
【0017】
また、上記受光手段からの各撮像信号が有する全周波数のうち、所定周波数以下の周波数成分を抽出して出力するローパスフィルタと、上記ローパスフィルタにより抽出された各撮像信号を、上記受光手段からの各撮像信号のナイキスト周波数の2倍のサンプリングパルスでサンプリングするとともに、このサンプリングにより形成された各撮像信号から上記ナイキスト周波数の2倍以上の周波数成分を除去して出力する再サブナイキストサンプリング手段とを有する。
【0018】
また、本発明に係る固体撮像装置は、上記受光手段として、上記赤色用受光素子及び青色用受光素子が同じ位置の撮像光を空間サンプリングし、上記緑色用受光素子が、上記赤色用受光素子及び青色用受光素子の空間サンプリング位置から水平方向に1/2画素ピッチ分ずれた位置の撮像光を空間サンプリングするものを有する。
【0019】
また、本発明に係る固体撮像装置は、上記受光手段として、上記各色用受光素子がそれぞれ同じ位置の撮像光を空間サンプリングするものを有する。
【0020】
また、本発明に係る固体撮像装置は、上記光路シフト手段として、上記撮像光のうち第1の偏光方向の撮像光のみを透過する偏光板と、所定時間毎にオンオフされる電圧に応じて、上記偏光板からの第1の偏光方向の撮像光をそのまま出射し、また、上記偏光板からの第1の偏光方向の撮像光を、第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の撮像光に変換して出射する電圧駆動型の液晶板と、上記液晶板から第1の偏光方向の撮像光が入射されたときには、該第1の偏光方向の撮像光の光路を変えることなくそのまま上記各色用撮像素子に照射し、上記液晶板から第2の偏光方向の撮像光が入射されたときには、該第2の偏光方向の撮像光の光路を所定分シフトして上記各色用撮像素子に照射する水晶板とから構成されるものを有する。
【0021】
上記偏光板,液晶板及び水晶板は、上記第2の偏光方向の撮像光の光路を斜めにシフトするように位置調整されている。
【0022】
また、本発明に係る固体撮像装置は、上記ローパスフィルタとして、上記受光手段からの各撮像信号のナイキスト周波数以下の各撮像信号を抽出して出力する理想ローパスフィルタを有する。
【0023】
或いは、上記ローパスフィルタとして、上記各撮像信号を、上記受光手段からの各撮像信号のナイキスト周波数の前後にかけて徐々にカットオフして出力する対称ローパスフィルタを有する。
【0024】
或いは、上記ローパスフィルタは、上記受光手段からの各撮像信号のナイキスト周波数以上で所定周波数以下の各撮像信号を抽出して出力するナイキストオーバーローパスフィルタを有する。
【0025】
【作用】
本発明に係る固体撮像装置は、光路シフト手段で撮像光を、所定時間毎に斜めにシフトしながら受光手段に照射する。
【0026】
上記光路シフト手段は、具体的には、偏光板と、電圧駆動型の液晶板と水晶板とを、撮像光の光軸上に順に設けることにより形成されており、全体で上記撮像光を水平方向に1画素ピッチ分且つ垂直方向に1/2画素ピッチ分シフト(斜めシフト)するようになっている。
【0027】
すなわち、上記偏光板は、上記撮像光のうち第1の偏光方向の撮像光(例えば、偏光方向が水平方向の撮像光=H偏光成分)のみを透過する。このH偏光成分は、上記液晶板に照射される。
【0028】
なお、上記偏光板として、上記H偏光成分と直交する垂直方向の偏光成分(V偏光成分)のみを透過するものを設けてもよい。
【0029】
上記液晶板には、例えば1/2フィールド毎に電圧がオンオフされ、該電圧がオフのときには、上記H偏光成分の撮像光をそのまま出射するが、電圧がオンされたときには上記H偏光成分の撮像光をV偏光成分の撮像光に変換して出射する。
【0030】
なお、上記液晶板は、これとは逆に、電圧がオンのときには、上記H偏光成分の撮像光をそのまま出射し、電圧がオフのときには上記H偏光成分の撮像光をV偏光成分の撮像光に変換して出射するものを設けてもよい。
【0031】
上記液晶板からの上記H偏光成分の撮像光及びV偏光成分の撮像光は、それぞれ水晶板に照射される。
【0032】
上記水晶板は、上記H偏光成分の撮像光が入射されると、これを常光としてその光路をシフトすることなくそのまま出射し、上記V偏光成分の撮像光が入射されると、これを異常光としてその光路を水平方向に1画素ピッチ分且つ垂直方向に1/2画素ピッチ分シフト(すなわち、斜めにシフト)して出射する。この水晶板からの撮像光は上記受光手段に照射される。
【0033】
上述のように、上記光路シフト手段は、全体で上記撮像光の光路を水平方向に1画素ピッチ分且つ垂直方向に1/2画素ピッチ分シフトするように調整されている。このため、上記受光手段には、例えば1/2フィールド毎に常光及び異常光が照射され、最初の1/2フィールドは上記常光による撮像光で形成され、次の1/2フィールドは異常光により、上記常光で形成される画像の画素間を補間する撮像光で形成されることとなる。
【0034】
次に、上記受光手段は、いわゆる3板式のCCDイメージセンサであり、赤色用受光素子で上記撮像光のうち赤色の撮像光を受光し、青色用受光素子で上記撮像光のうち青色の撮像光を受光し、緑色用受光素子で上記撮像光のうち緑色の撮像光を受光する。
【0035】
また、上記各色用受光素子は、上記赤色用受光素子及び青色用受光素子とが同じ空間サンプリング位置となり、上記緑色用受光素子が、上記赤色用受光素子及び青色用受光素子の空間サンプリング位置から水平方向に1/2画素ピッチ分ずれた空間サンプリング位置となるように各色用受光素子のレジストレーションが調整されている。
【0036】
このため、上述のように1/2フィールド毎に光路を斜めにシフトした撮像光を上記受光手段に照射すると、1フィールドの画像は、水平方向に見てRB,G,RB,G・・・の撮像信号で形成され、垂直方向に見てRB,G,RB,G・・・の撮像信号で形成される。すなわち、水平方向及び垂直方向とも、RGBの各撮像信号が揃った形とすることができる。
【0037】
従って、上記光路シフトにより、擬似的に水平ライン数を2倍として水平解像度を向上させることができるうえ、垂直方向にみて垂直ライン毎にRGBの各撮像信号を揃えて垂直解像度を向上させることができる。
【0038】
次に上記各色用撮像信号は、それぞれローパスフィルタに供給される。このローパスフィルタは、例えば理想ローパスフィルタであり、上記各撮像信号のうち、該各撮像信号が有する全周波数の1/2のナイキスト周波数以下の信号成分を抽出し、これを再サブナイキストサンプリング手段に供給する。具体的には、上記各撮像信号が14MHZの帯域を有しているとすると、上記各撮像信号のナイキスト周波数は7MHZであるため、上記ローパスフィルタは、上記7MHZまでの信号成分を抽出し、これを上記再サブナイキストサンプリング手段に供給する。
【0039】
上記再サブナイキストサンプリング手段は、上記ローパスフィルタからの各撮像信号を、上記各撮像信号のナイキスト周波数の2倍のサンプリングパルスでサンプリングするとともに、このサンプリングにより形成された各撮像信号から上記ナイキスト周波数の2倍以上の周波数成分を除去して出力する。
【0040】
具体的には、光学系の帯域が14MHZとすると上記光学系を介して得られる各撮像信号のナイキスト周波数は7MHZであるため、上記再サブナイキストサンプリング手段は、上記14MHZのサンプリングパルスを用いて、上記ローパスフィルタからの7MHZの周波数帯域を有する各撮像信号をサンプリングする(再サブナイキストサンプリング)。
【0041】
上記ローパスフィルタで7MHZまでの周波数帯域を抽出すると、この7MHZの周波数成分の中には、上記各撮像信号の全周波数帯域である14MHZを境にして発生する折り返し成分が含まれている。この折り返し成分を含む7MHZの撮像信号を、上記再サブナイキストサンプリング手段により14MHZのサンプリングパルスでサンプリングすると、該7MHZを境にして上記折り返し成分が折り戻され、全14MHZの撮像信号が再生されることとなる。
【0042】
なお、この再サブナイキストサンプリングにより、上記14MHZを境にして該14MHZまでの周波数成分の折り返し成分が発生する。このため、上記14MHZ以上の周波数成分を除去することにより、折り返し成分の発生していない全14MHZの周波数成分のみを抽出して出力することができる。
【0043】
上述のように、上記光路シフト手段による光路シフトで高解像度化された撮像信号を形成することができるうえ、この撮像信号を、上記再サブナイキストサンプリング手段により、高域をカットすることなく全周波数帯域を再生して出力することができるため、さらに高解像度化された撮像信号を出力することができ、高品位テレビジョン受像機に対応可能とすることができる。
【0044】
また、上記撮像信号を上記ローパスフィルタにより、全周波数帯域の1/2の周波数帯域として上記再サブナイキストサンプリング手段に供給できるため、該ローパスフィルタから再サブナイキストサンプリング手段までの伝送帯域を例えば半分の7MHZに軽減することができる。このため、例えば上記ローパスフィルタ以前の手段を撮像側とし、この撮像側と、以下に説明する上記ローパスフィルタ以後の手段を設けた例えばビデオテープレコーダ装置等とをケーブルを介して接続する場合、このケーブルの伝送帯域を軽減することができる。
【0045】
次に、本発明に係る固体撮像装置は、上記各撮像信号を、上記各撮像信号のナイキスト周波数の前後にかけて徐々にカットオフして出力する対称ローパスフィルタにより、上記7MHZ近辺の各撮像信号の信号成分を抽出する。
【0046】
このようなローパスフィルタは、例えば上記理想ローパスフィルタのように、上記7MHZ以上の周波数帯域を正確にカットオフするように精密に設計する必要がないため、簡単且つ安価に作製することができ、当該固体撮像装置のローコスト化に貢献することができる。
【0047】
次に、本発明に係る固体撮像装置は、各撮像信号のナイキスト周波数以上で所定周波数以下の各撮像信号を抽出して出力するナイキストオーバーローパスフィルタにより、上記7MHZ以上14MHZ以下(例えば10MHZまで)の各撮像信号の信号成分を抽出する。
【0048】
これにより、上記7MHZから10MHZまでの周波数成分を高域強調信号として、上記再サブナイキストサンプリング手段により再生された14MHZの撮像信号に重畳することができ、より高解像度な撮像信号を出力することができる。
【0049】
なお、上記受光手段として、上記各色用受光素子がそれぞれ同じ空間サンプリング位置のものを用いてもよい。
【0050】
この場合、1フィールドの画像を、水平方向に見てRGB,RGB,RGB・・・の撮像信号で形成し、垂直方向に見てRGB,RGB,RGB・・・の撮像信号で形成することができる。すなわち、水平方向及び垂直方向とも、RGBの各撮像信号が揃った形とすることができる。
【0051】
従って、上記光路シフトにより画素間を補間した画像を形成することができるうえ、水平方向及び垂直方向ともRGBの各撮像信号を揃えて水平解像度及び垂直解像度の向上を図ることができる。
【0052】
また、上記各色用受光素子がそれぞれ同じ空間サンプリング位置となるように、該各色用受光素子のレジストレーションが調整されている受光手段は、上記緑色用の受光素子のみ1/2画素ピッチ分水平方向に空間サンプリング位置がずれるようにレジストレーションの調整のされている受光手段のように、精密なレジストレーションの調整精度は必要がない。このため、上記受光手段として、上記各色用受光素子がそれぞれ同じ空間サンプリング位置となるように、該各色用受光素子のレジストレーションが調整されているものを用いることにより、上記レジストレーションの調整精度を軽減することができる。
【0053】
【実施例】
以下、本発明に係る固体撮像装置の好ましい実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0054】
本発明に係る第1の実施例の固体撮像装置は、図1に示すように撮像光の光路を所定の時間毎にシフトする光路シフト部1と、上記光路シフト部1からの撮像光を受光して赤色(R),緑色(G),青色(B)の3原色の撮像信号を形成する撮像信号形成部2と、上記撮像信号形成部2からの各撮像信号から所定の信号成分を抽出するローパスフィルタ(LPF)3と、再サブナイキストサンプリングタイミング回路7の制御に基づいて、上記LPF3からの各撮像信号に後に説明する再サブナイキストサンプリング処理を施すA/D変換器4と、上記A/D変換器4からの撮像信号を合成して出力する合成メモリ5と、上記合成メモリ5からの撮像信号をアナログ化して出力するD/A変換器6とで構成されている。
【0055】
上記光路シフト部1は、入射される撮像光のうち水平(H)方向の撮像光を透過する偏光板10と、電圧のオンオフにより入射される撮像光の偏光方向を回転させて出射する液晶板11と、撮像レンズ12と、H方向の撮像光は常光として光路をシフトせずそのまま出射し、垂直(V)方向の撮像光のみ異常光としてその光路を例えば水平方向に1画素ピッチ分且つ垂直方向に1/2画素ピッチ分シフト(斜めシフト)して出射する水晶板13と、入射される撮像光を円偏光化して出射する位相差板14とを、撮像光の光軸上に順に設けることにより構成されている。
【0056】
なお、上記光路シフト部1は、上記偏光板10,液晶板11,水晶板13で上記V方向の撮像光を斜めにシフトするように、該各部10,11,13が位置調整されている。
【0057】
上記撮像信号形成部2は、上記光路シフト部1からの撮像光を3分割して出射するダイクロイックプリズム15と、上記3分割された撮像光のうちR成分,G成分及びB成分のみをそれぞれ抽出するRフィルタ16R,Gフィルタ16G及びBフィルタ16Bと、上記各フィルタ16R,16G,16Bで抽出された撮像光を受光するR用固体撮像素子(CCDイメージセンサ)17R,G用CCDイメージセンサ17G,B用CCDイメージセンサ17Bとで構成されている。
【0058】
また、上記各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bは、図2(a)に示すように、R用CCDイメージセンサ17R及びB用CCDイメージセンサ17Bが同じ位置の撮像光を受光するように設けられているのに対し、G用CCDイメージセンサ17Gは、上記R用,B用CCDイメージセンサ17R,17Bが受光する撮像光の中間の撮像光を受光するように設けられている。
【0059】
上記LPF3は、上記各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bから得られる撮像信号の周波数帯域が例えば14MHZであるとすると、伝送系を介して伝送する上記撮像信号のナイキスト周波数である7MHZ丁度までの撮像信号を抽出する特性を有する理想LPFとなっている。
【0060】
次に、この第1の実施例に係る固体撮像装置の動作説明をする。
まず、撮像が開始されると、図示しないアイリスを介して撮像光が偏光板10に照射される。上記偏光板10は、上記撮像光のち偏光方向がH方向の撮像光のみ透過する。このH方向の撮像光は液晶板11に入射される。
【0061】
上記液晶板11は、例えば電圧がオンされたときにはH方向の撮像光をそのまま透過し、電圧がオフされたときには上記H方向の撮像光の偏光方向をV方向に変換して出射する。
【0062】
具体的には、上記液晶板11への電圧のオンオフは、スイッチ11aのオンオフに応じて行われるようになっており、上記スイッチ11aには入力端子11bを介して、図示しないタイミング制御回路からの制御パルスが、例えば奇数フィールドのみ供給されるようになっている。このため、上記液晶板11からは、奇数フィールドではH方向の撮像光が出射され、偶数フィールドではV方向の撮像光が出射されることとなる。
【0063】
この1フィールド毎に出射されるH方向の撮像光及びV方向の撮像光は、撮像レンズ12を介して水晶板13に入射される。
【0064】
上記水晶板13は、上記H方向の撮像光が入射されると、これを常光としてその光路をシフトせずに出射し、上記V方向の撮像光が入射されると、これを異常光としてその光路を例えば1/2画素ピッチ分シフトして出射する。
【0065】
上述のように、上記偏光板10,液晶板11,水晶板13は、上記異常光(上記水晶板13に入射されるV方向の撮像光)を1/2画素ピッチ分斜めにシフトするように設けられている。このため、上記水晶板13からは、奇数フィールドには上記水晶板13においてシフトのされない撮像光(常光)が出射され、偶数フィールドには上記水晶板13においてその光路が水平方向に1画素ピッチ分且つ垂直方向に1/2画素ピッチ分シフト(斜めシフト)された撮像光(異常光)が出射されることとなる。
【0066】
この水晶板13からの撮像光は、位相差板14により円偏光化され、ダイクロイックプリズム15に入射される。
【0067】
上記ダイクロイックプリズム15は、上記位相差板14からの撮像光を3分割して出射する。この3分割された撮像光は、それぞれRフィルタ16R,Gフィルタ16G,Bフィルタ16Bに入射される。
上記各フィルタ16R,16G,16Bは、入射される撮像光のうち、それぞれRの撮像光,Gの撮像光,Bの撮像光を抽出して各色用CCDイメージセンサ17R,17G,17Bに照射する。
【0068】
上記各色用CCDイメージセンサ17R,17G,17Bは、それぞれ上記各色の撮像光を受光してR用撮像信号,G用撮像信号及びB用撮像信号を形成して出力する。
【0069】
上述のように、上記水晶板13からは、1フィールドおきに、その光路が斜めシフトされた撮像光が出射される。また、上記各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bは、R用CCDイメージセンサ17R及びB用CCDイメージセンサ17Bが同じ位置の撮像光を受光するように設けられているのに対し、G用CCDイメージセンサ17Gは、上記R用,B用CCDイメージセンサ17R,17Bが受光する撮像光の中間の撮像光を受光するように設けられている。
【0070】
このため、1フレームの画像は、図2(a)に示すようにH方向にみて各ラインの画素がRB,G,RB,G・・・で形成される奇数フィールドの画像と、同図(b)に示すように上記奇数フィールドの画像のライン間を補間し、かつ、上記RB画素の下にG画素が位置するように、また、G画素の下にRB画素が位置するように上記斜めシフトされた偶数フィールドの画像とで形成されることとなる。
【0071】
従って、上記1フレームの画像を、図2(c)に示すように水平ライン間を補間するとともに、垂直方向にみてRGBの各画素を揃えたものとすることができ(図中右斜線参照)、水平解像度及び垂直解像度の向上を図った高解像度な画像とすることができる。
この各色用の撮像信号は、それぞれLPF3に供給される。
【0072】
ここで、上記各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bから出力される撮像信号が14MHZの周波数帯域を有するとすると、該各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bから出力される撮像信号のうち、上記光路シフトを行わないで形成された撮像信号は、図4(a)に実線で示すように0〜14MHZの周波数帯域と、14MHZ〜28MHZの折り返し成分の周波数帯域とを有するスペクトル(N)となる。
【0073】
また、上記光路シフトを行って形成された撮像信号は、上述の光路シフト処理が施されているため、その位相は上記光路シフトを行わないで形成された撮像信号の位相よりも半周期分ずれており、図4(a)に点線で示すように上記光路シフトを行わないで形成された撮像信号のスペクトル(N)とは対称的なスペクトル(S)となる。
【0074】
従って、上記光路シフトを行わない撮像信号のスペクトル(N)と、光路シフトを行った撮像信号のスペクトル(S)の合成スペクトル(NS)は、図4(a)に一点鎖線で示すように上記スペクトル(N)に対して位相が半周期分ずれたかたちのスペクトルとなる。
【0075】
上記LPF3は、図3に示すように全14MHZの周波数帯域を有する上記各撮像信号から、上記各撮像信号のナイキスト周波数である7MHZ丁度までの周波数帯域を抽出する特性を有している。このため、上記LPF3からは、図4(b)に示すように上記7MHZの周波数帯域までの、スペクトル(N),スペクトル(S)及び合成スペクトル(NS)の撮像信号が出力されることとなる。この撮像信号は、A/D変換器4に供給される。
【0076】
上記A/D変換器4は、再サブナイキストサンプリングタイミング回路7からの14MHZのサンプリングパルスにより、上記7MHZまでの周波数帯域の撮像信号をサンプリング(再サブナイキストサンプリング)することにより、該撮像信号をデジタル化して撮像データを形成し、これを合成メモリ5に供給する。
【0077】
この再サブナイキストサンプリングにより、図4(c)に示すように上記7MHZの周波数帯域を有する撮像データの、上記スペクトル(N),スペクトル(S)及び合成スペクトル(NS)の折り返し成分が発生し、同図(a)に示した撮像信号と同じスペクトルを有する撮像データが再生される。この際、上記スペクトル(N)の撮像データは、このスペクトル(N)の撮像データに対して逆相として現れる上記スペクトル(S)の撮像データによりキャンセルされる。
【0078】
このため、この再サブナイキストサンプリング処理を行った時点では、0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する上記合成スペクトル(NS)の撮像データ、及び、14MHZ〜28MHZの周波数帯域を有する撮像データ、上記0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する撮像データの折り返し成分の撮像データのみが残ることとなる。
【0079】
上記光路シフトを行うことにより、信号位相がπずれによる負の特性成分を発生する。従って、元の撮像信号と合成することにより、スペクトルの折り込みと折り返し再生を可能とすることができる。
【0080】
上記合成メモリ5は、上記A/D変換器4からの撮像データに補間処理等を施すが、その出力段にには0MHZ〜14MHZまでの周波数帯域を抽出するLPFが設けられており、このLPFにより図4(d)に示すように上記14MHZ〜28MHZの周波数帯域を有する折り返し成分の撮像データをカットし、0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する合成スペクトルの撮像データのみを抽出し、これをD/A変換器6に供給する。
【0081】
上記D/A変換器6は、上記0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する各色の撮像データをアナログ化することにより各色の撮像信号を形成し、これらを出力端子18R,18G,18Bを介してそれぞれ出力する。
【0082】
上述のように、上記各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bから出力される撮像信号は、撮像光の光路斜めシフトにより高解像度化された撮像信号であるうえ、上記LPF3により7MHZの周波数帯域に制限しても、上記再サブナイキストサンプリング処理により14MHZの周波数帯域の撮像信号を再生することができる。このため、最終的に出力する撮像信号の高域をカットすることなく、完全な周波数帯域のまま出力することができる。従って、いわゆるHDテレビジョン受像機に対応可能な撮像信号を出力することができる。
【0083】
また、上記LPF3で抽出する周波数帯域を7MHZとしても、上記再サブナイキストサンプリング処理により14MHZ(元の周波数)の撮像信号を再生することができるため、該LPF3から出力される撮像信号の伝送帯域を軽減することができる。このため、例えば上記LPF3からの撮像信号をそのままビデオテープレコーダ装置で記録したり、他の信号処理装置に伝送する場合等に伝送ラインの伝送帯域を軽減することができ有効なものとすることができる。
【0084】
上記各出力端子18R,18G,18Bを介して出力される各撮像信号のうちRの撮像信号は、図5に示す加算器21及びディテール形成回路20に供給され、Gの撮像信号は加算器22及び上記ディテール形成回路20に供給され、Bの撮像信号は加算器23に供給される。
【0085】
上記ディテール形成回路20は、上記Rの撮像信号及びGの撮像信号から14MHZの周波数帯域を有する輪郭強調用のディテール信号を形成し、これをバントパスフィルタ(BPF)25に供給する。
【0086】
上記BPF25は、例えば7MHZを中心としてその前後所定分の周波数帯域を抽出する特性を有している。このため、上記BPF25は、上記14MHZの周波数帯域を有するディテール信号のうち、例えば7MHZを中心としてその前後所定分の周波数帯域を抽出し、これを上記各加算器21〜23に供給する。
【0087】
上記加算器21は、上記Rの撮像信号に上記ディテール信号を加算処理し、上記加算器22は、上記Gの撮像信号に上記ディテール信号を加算処理し、上記加算器23は、上記Bの撮像信号に上記ディテール信号を加算処理する。
【0088】
上述のように、上記各撮像信号は14MHZの全周波数帯域が再生されて出力されるため、この各撮像信号に上記ディテール信号を加算処理することにより、図4(e)に示すように上記7MHZ近辺に輪郭強調のためのディテール信号が加算された各撮像信号が形成され、さらに高解像化された撮像信号を形成することができる。
【0089】
この各撮像信号は、各出力端子24R,24G,24Bを介して、例えば図示しないプロセス処理回路等に供給される。
【0090】
次に、本発明の第2の実施例に係る固体撮像装置の説明をする。
この第2の実施例に係る固体撮像装置は、上記LPF3として図6に示すように上記7MHZ以上で14MHZ以下の所定の周波数帯域を抽出するナイキストオーバーLPF(高域型理想LPF)を設けたものである。
【0091】
なお、この第2の実施例の説明において、上記ナイキストオーバーLPF以外の構成は上述の第1の実施例に係る固体撮像装置と同じため、該ナイキストオーバーLPFの動作についてのみ説明しその他の部分の詳細な説明は省略する。
【0092】
すなわち、この第2の実施例に係る固体撮像装置において、上記各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bからの各撮像信号が上記ナイキストオーバーLPFに供給されると、該ナイキストオーバーLPFは、図7(a)に示すように、上記7MHZ以上14MHZ以下の所定の周波数帯域を抽出し、これを上記A/D変換器4に供給する。
【0093】
上記A/D変換器4には、上記再サブナイキストサンプリングタイミング回路7からの14MHZのサンプリングパルスが供給されており、このサンプリングパルスにより上記ナイキストオーバーLPFからの撮像信号に再サブナイキストサンプリング処理を施して上記合成メモリ5に供給する。
【0094】
この再サブナイキストサンプリング処理により、図7(b)に示すように上記ナイキストオーバーLPFからの撮像データの、スペクトル(N),スペクトル(S)及び合成スペクトル(NS)及びこれらの折り返し成分が発生し、上記各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bから出力された元の撮像信号と同じスペクトルを有する撮像データが再生される。この際、上記スペクトル(N)の撮像データは、このスペクトル(N)の撮像データに対して逆相として現れる上記スペクトル(S)の撮像データによりキャンセルされる。
【0095】
このため、この再サブナイキストサンプリング処理を行った時点では、0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する上記合成スペクトル(NS)の撮像データ、及び、14MHZ〜28MHZの周波数帯域を有する、上記0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する撮像データの折り返し成分の撮像データのみが残ることとなる。
【0096】
上記合成メモリ5は、上記A/D変換器4からの撮像データに補間処理等を施すが、その出力段に14MHZまでの周波数帯域の撮像データを抽出するLPFが設けられており、このLPFにより、上記14MHZ〜28MHZの周波数帯域を有する折り返し成分の撮像データをカットし、0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する合成スペクトルの撮像データのみを抽出し、これをD/A変換器6に供給する。
【0097】
ここで、当該第2の実施例に係る固体撮像装置では、上述のように上記ナイキストオーバーLPFにより7MHZよりも多少大きめに撮像データの抽出を行っている。このため、上記合成メモリ5のLPFから出力される撮像データは、図7(c)に示すように上記7MHZ以上の周波数帯域の合成スペクトル(NS)の撮像信号が重畳したかたちとなる。
【0098】
上記合成メモリ5からの撮像データは、上記D/A変換器6によりアナログ化され、撮像信号として各出力端子18R,18G,18Bを介してそれぞれ出力される。
【0099】
この第2の実施例に係る固体撮像装置では、上記ナイキストオーバーLPFからの撮像信号の伝送帯域が7MHZ以上となり、上記第1の実施例に係る固体撮像装置よりも多少伝送帯域は広がるが、これ以外は、該第1の実施例に係る固体撮像装置と同じ効果を得ることができる。
【0100】
なお、上記各撮像信号に上記ディテール信号を加算処理すると、該ディテール信号は、図7(d)に示すように上記重畳する合成スペクトル(NS)付近の帯域に重畳されることとなる。このディテール信号を加算処理すると、さらに高解像化を図ることができる。
【0101】
次に、本発明の第3の実施例に係る固体撮像装置の説明をする。
この第3の実施例に係る固体撮像装置は、上記LPF3として、図8に示すように上記7MHZの前後にかけて徐々に周波数帯域をカットする対称LPFを設けたものである。
【0102】
なお、この第3の実施例の説明において、上記対称LPF以外の構成は上述の第1の実施例に係る固体撮像装置と同じため、該対称LPFの動作についてのみ説明しその他の部分の詳細な説明は省略する。
【0103】
すなわち、この第3の実施例に係る固体撮像装置において、上記各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bからの各撮像信号は、上記対称LPFに供給される。
【0104】
上記対称LPFは、上記7MHZの前後にわたって徐々に各撮像信号の周波数成分をカットすることにより、図9(a)に示すように、上記7MHZを多少オーバーした周波数帯域の撮像信号を抽出し、これを上記A/D変換器4に供給する。
【0105】
上記A/D変換器4には、上記再サブナイキストサンプリングタイミング回路7からの14MHZのサンプリングパルスが供給されており、このサンプリングパルスにより上記対称LPFからの撮像信号に再サブナイキストサンプリング処理を施して上記合成メモリ5に供給する。
【0106】
この再サブナイキストサンプリング処理により、図9(b)に示すように上記対称LPFからの撮像データの、スペクトル(N),スペクトル(S)及び合成スペクトル(NS)及びこれらの折り返し成分が発生し、元の撮像信号と同じスペクトルを有する撮像データが再生される。この際、上記スペクトル(N)の撮像データは、このスペクトル(N)の撮像データに対して逆相として現れる上記スペクトル(S)の撮像データによりキャンセルされる。
【0107】
このため、この再サブナイキストサンプリング処理を行った時点では、0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する上記合成スペクトル(NS)の撮像データ、及び、14MHZ〜28MHZの周波数帯域を有する、上記0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する撮像データの折り返し成分の撮像データのみが残ることとなる。
【0108】
上記合成メモリ5は、上記A/D変換器4からの撮像データに補間処理等を施すが、その出力段には14MHZの周波数帯域までの撮像データを抽出するLPFが設けられており、このLPFにより上記14MHZ〜28MHZの周波数帯域を有する折り返し成分の撮像データをカットし、図9(c)に示すように0MHZ〜14MHZの周波数帯域を有する合成スペクトルの撮像データのみを抽出し、これをD/A変換器6に供給する。
【0109】
上記D/A変換器6は、上記14MHZの周波数帯域を有する撮像データをアナログ化して撮像信号を形成し、これを各出力端子18R,18G,18Bを介してそれぞれ出力する。
【0110】
この第3の実施例に係る固体撮像装置では、上記対称LPFからの撮像信号の伝送帯域が7MHZ以上となり、上記第1の実施例に係る固体撮像装置よりも多少伝送帯域は広がるが、これ以外は、該第1の実施例に係る固体撮像装置と同じ効果を得ることができる。
【0111】
また、LPFとしては、目的とする周波数以上の帯域を丁度カットするものよりも、目的とする周波数の前後にかけて信号成分を徐々にカットするものの方が安価且つ簡単に製作することができる。このため、上記理想LPF(第1の実施例)やナイキストオーバーLPF(第2の実施例)の代わりに、上記対称LPFを設けることにより、上記LPFを安価且つ簡単に製作することができることから当該固体撮像装置のローコスト化を図ることができる。
【0112】
なお、上記各撮像信号に上記ディテール信号を加算処理することにより、さらに高解像化を図ることができる。
【0113】
最後に、上述の各実施例に説明では、受光手段としてG用CCDイメージセンサ17Gの空間サンプリング位置が水平方向に1/2画素ピッチ分ずれているものを設けることとしたが、これは、図10(a)に示すように各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bの空間サンプリング位置が同じものを設けるようにしてもよい。この場合、上述の光路斜めシフトを行うと、図10(b)に示すようにライン間を補間することができるうえ、垂直方向にみてRGBを揃うかたちとすることができるため、上述と同様に撮像信号の高解像度化を図ることができる。また、上記緑色用の受光素子のみ1/2画素ピッチ分水平方向に空間サンプリング位置がずれるようにレジストレーションの調整のされている受光手段のように精密なレジストレーションの調整精度は必要がないことから、レジストレーションの調整精度を軽減することができる。
【0114】
また、上述の各実施例に説明では、上記各CCDイメージセンサ17R,17G,17Bから出力される撮像信号の周波数帯域は14MHZであり、上記LPFは7MHZ以下の撮像信号或いは7MHZ以上14MHZ以下の所定周波数の撮像信号を抽出するようにしたが、これはほんの一例であり、設計に応じて他の数値に変更してもよいことは勿論である。
【0115】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像装置は、光路シフト手段により所定時間毎に撮像光の光路を斜めシフトして受光手段に照射することができる。また、受光手段からの各撮像信号の周波数帯域をローパスフィルタを用いて半分程度の周波数帯域としても、再サブナイキストサンプリング手段により、上記ローパスフィルタを介す前の全周波数帯域を、高域をカットすることなく再生して出力することができる。このため、高解像度化された撮像信号を出力することができ、いわゆる高品位テレビジョンに対応可能とすることができる。
【0116】
また、上記撮像信号をローパスフィルタを用いて半分程度の周波数帯域として上記再サブナイキストサンプリング手段に供給することができるため、該ローパスフィルタから再サブナイキストサンプリング手段までの伝送帯域の軽減を図ることができる。
【0117】
また、上記受光手段として、各色用受光素子が同じ空間サンプリング位置のものを用いることにより上述と同じ効果を得ることができるうえ、上記緑色用の受光素子のみ1/2画素ピッチ分水平方向に空間サンプリング位置がずれるようにレジストレーションの調整のされている受光手段のように精密なレジストレーションの調整精度は必要がないことから、レジストレーションの調整精度を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像装置の第1の実施例のブロック図である。
【図2】上記第1の実施例に係る固体撮像装置に設けられている各CCDイメージセンサの空間サンプリング位置及び光路シフト部の光路シフト動作を説明するための図である。
【図3】上記第1の実施例に係る固体撮像装置に設けられている理想LPFの特性を示す図である。
【図4】上記第1の実施例に係る固体撮像装置における再サブナイキストサンプリング処理を説明するための撮像信号のスペクトルを示す図である。
【図5】上記第1の実施例に係る固体撮像装置のディテール信号を形成する回路のブロック図である。
【図6】本発明の第2の実施例に係る固体撮像装置に設けられているナイキストオーバーLPFの特性を示す図である。
【図7】上記第2の実施例に係る固体撮像装置における再サブナイキストサンプリング処理を説明するための撮像信号のスペクトルを示す図である。
【図8】本発明の第3の実施例に係る固体撮像装置に設けられている対称LPFの特性を示す図である。
【図9】上記第3の実施例に係る固体撮像装置における再サブナイキストサンプリング処理を説明するための撮像信号のスペクトルを示す図である。
【図10】同じ空間サンプリング位置となるように取り付け位置が調整された各CCDイメージセンサを用い、撮像光の光路を斜めシフトして撮像して得られる高解像度化された撮像信号を説明するための図である。
【図11】従来の3板式の固体撮像装置のブロック図である。
【図12】従来の3板式の固体撮像装置に設けられている各CCDイメージセンサの空間サンプリング位置を説明するための図である。
【図13】従来の固体撮像装置から出力される撮像信号が形成される様子を示す図である。
【符号の説明】
1 光路シフト部
2 撮像信号形成部
3 ローパスフィルタ(LPF)
4 A/D変換器
5 合成メモリ
6 D/A変換器
7 再サブナイキストサンプリングタイミング回路
10 偏光板
11 液晶板
12 撮像レンズ
13 水晶板
14 位相差板
15 ダイクロイックプリズム
16R 赤フィルタ
16G 緑フィルタ
16B 青フィルタ
17R 赤色用CCDイメージセンサ
17G 緑色用CCDイメージセンサ
17B 青色用CCDイメージセンサ
18R 赤色用撮像信号の出力端子
18G 緑色用撮像信号の出力端子
18B 青色用撮像信号の出力端子
20 ディテール形成回路
21〜23 加算器
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a solid-state image pickup device suitable for being provided in, for example, a high-definition camera device, a high-definition video camera device, and the like, and in particular, shifts imaging light obliquely by a predetermined amount to a so-called three-plate type light receiving unit. The present invention relates to a solid-state imaging device that performs imaging while performing re-sub-Nyquist sampling processing on the imaging signal and outputs the imaging signal to increase the resolution of the imaging signal.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a so-called three-plate type solid-state imaging device having a solid-state imaging device (CCD image sensor) for red (R), a CCD image sensor for green (G), and a CCD image sensor for blue (B) is known. Yes.
[0003]
This solid-state imaging device has a configuration as shown in FIG. 11, and imaging light is incident on a dichroic prism 102 via an imaging lens 100 and an optical low-pass filter (OPLPF) 101. The dichroic prism 102 divides the imaging light into three and emits it. The three-divided imaging light is incident on the color filters 103R, 103G, and 103B, respectively. The color filters 103R, 103G, and 103B extract only the R imaging light, only the G imaging light, and only the B imaging light from the incident imaging light, and emit the extracted light. The imaging light of each color is applied to each color CCD image sensor 104R, 104G, 104B.
[0004]
The CCD image sensors 104R, 104G, and 104B for the respective colors, as shown in FIG. 12, form imaging light at the same position so that the R CCD image sensor 104R and the B CCD image sensor 104B form high-resolution imaging signals. The G CCD image sensor 104G is provided so as to receive light, whereas the G CCD image sensor 104G is provided so as to receive intermediate imaging light received by the R and B CCD image sensors 104R and 104B. Yes.
[0005]
The CCD image sensors 104R, 104G, and 104B for each color receive the imaging light of each color and perform photoelectric conversion, thereby forming and outputting an imaging signal for each color. The imaging signals of the respective colors are supplied to the LPFs 105 to 107, respectively. In addition, among the image pickup signals of the respective colors, the R image pickup signal and the G image pickup signal are respectively supplied to the detail forming circuit 108.
[0006]
The image signals of the respective colors have a frequency band of, for example, 14 MHZ as shown by a solid line in FIG. 13A, but are in phase with the R and B image signals as shown by a left oblique line in FIG. The folding component is generated. Further, as described above, the G CCD image sensor 104G is provided so as to receive imaging light intermediate between imaging light received by the R and B CCD image sensors 104R and 104B. The aliasing component of the G imaging signal is generated in the opposite phase to the aliasing component in phase with the R and B imaging signals, as indicated by the right diagonal line in FIG. Despite the occurrence of the aliasing component, the resolution is degraded due to the aliasing component that extracts the 14 MHz frequency band as it is.
[0007]
For this reason, each of the LPFs 105 to 107 is provided with a characteristic for extracting a band that is less affected by the aliasing component as shown in FIG. Each of the LPFs 105 to 107 extracts a band where the influence of the aliasing component is small from the image signals of the respective colors, and supplies this to adders 110 to 111.
[0008]
On the other hand, since the imaging signals extracted by the LPFs 105 to 107 are missing high frequencies, the outline of the image is blurred. Therefore, the detail forming circuit 108 forms a detail signal for emphasizing the contour from the R and G imaging signals, and supplies the detail signal to a band pass filter (BPF) 109. The detail signal is a monochrome signal because it is formed from the R and G imaging signals. As shown in FIG. 13C, the BPF 109 extracts a high-frequency imaging signal of a predetermined amount from the bands cut by the LPFs 105 to 107 from the imaging signals, and this detail signal is extracted from the adders 110. To ~ 112.
[0009]
The adders 110 to 112 add the image signals from the LPFs 105 to 107 and the detail signals to form image signals for each color as shown in FIG. It outputs via the output terminals 113R, 113G, 113B.
[0010]
As described above, the G CCD image sensor 104G is provided so as to receive imaging light at an intermediate position between the R and B CCD image sensors 104R and 104B. For this reason, it is possible to form RGB image signals in the horizontal (H) direction, and it is possible to form and output an image signal with a higher resolution.
[0011]
Here, when the R imaging signal and the G imaging signal are at the same level (monochrome or yellow), a high-resolution imaging signal can be formed and output. A folding component is generated in the entire band (from DC to the maximum band = 10 MHZ, etc.). The effect of this aliasing component is that the MTF (Modulation Transfer Function) of the optical system has a downward-sloping characteristic, so the vicinity of the 7 MHZ band is particularly prominent. Deteriorate greatly. For this reason, in the conventional solid-state imaging device, the OLPPF 101 is provided between the imaging lens 100 and the dichroic prism 102 so as to reduce the aliasing component to the low range, thereby reducing the adverse effect of the aliasing component. .
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional solid-state imaging device is provided with the OPLPF 101 so as to reduce the adverse effect of the aliasing component, and the LPFs 105 to 107 extract an imaging signal in a band with less influence of the aliasing component, Since the monochrome detail signal is added to the image pickup signal, there is a problem in that the resolution is deteriorated as high frequencies are cut. Specifically, only a resolution of about 800 lines can be obtained at the maximum horizontal resolution. For this reason, it was not possible to cope with so-called high-definition television.
[0013]
The G CCD image sensor 104G is provided so as to receive imaging light at an intermediate position between the R and B CCD image sensors 104R and 104B, and RGB imaging signals are aligned in the H direction. However, as shown in the figure, only the image signals of the same color are aligned in the vertical (V) direction as in RB, RB, RB..., G, G, G. There is a problem that the vertical resolution is deteriorated.
[0014]
In addition, since the G CCD image sensor 104G is provided so as to receive imaging light at an intermediate position between the R and B CCD image sensors 104R and 104B, it requires a mounting accuracy of 1 μm or less. It was very difficult to maintain accuracy.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and reduces the adverse effects of aliasing components and outputs a full-band imaging signal without cutting high frequencies, and improves horizontal resolution and vertical resolution. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device that can be adapted to high-definition television and can reduce the mounting accuracy of each light receiving portion of a three-plate CCD image sensor.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A solid-state imaging device according to the present invention receives a red imaging light among irradiated imaging light, forms a red imaging signal corresponding to the imaging light, and outputs the red imaging light, of the imaging light A blue light receiving element that receives blue imaging light and generates and outputs a blue imaging signal corresponding to the imaging light, and receives green imaging light among the imaging light, and receives green imaging light corresponding to the imaging light. A light receiving means including a green light receiving element that forms and outputs an image pickup signal, and an optical path of the image pickup light applied to the light receiving element at a predetermined time by one pixel pitch in the horizontal direction and 1/2 pixel pitch in the vertical direction And an optical path shifting means for shifting by a minute.
[0017]
In addition, a low-pass filter that extracts and outputs a frequency component equal to or lower than a predetermined frequency out of all frequencies of each imaging signal from the light receiving unit, and each imaging signal extracted by the low-pass filter, Each imaging signal from the light receiving means And a sub-Nyquist sampling means for removing and outputting a frequency component more than twice the Nyquist frequency from each imaging signal formed by this sampling.
[0018]
Further, in the solid-state imaging device according to the present invention, as the light receiving means, the red light receiving element and the blue light receiving element spatially sample imaging light at the same position, and the green light receiving element is the red light receiving element and There is one that spatially samples imaging light at a position shifted by a ½ pixel pitch in the horizontal direction from the spatial sampling position of the blue light receiving element.
[0019]
In the solid-state imaging device according to the present invention, the light-receiving means includes one in which the light-receiving elements for the respective colors spatially sample imaging light at the same position.
[0020]
Further, the solid-state imaging device according to the present invention, as the optical path shift means, according to a polarizing plate that transmits only the imaging light in the first polarization direction of the imaging light, and a voltage that is turned on and off every predetermined time, Imaging light in the first polarization direction from the polarizing plate is emitted as it is, and imaging light in the first polarization direction from the polarizing plate is imaged in the second polarization direction orthogonal to the first polarization direction. When the voltage-driven liquid crystal plate that converts the light and emits it, and when the imaging light in the first polarization direction is incident from the liquid crystal plate, the above-mentioned is performed without changing the optical path of the imaging light in the first polarization direction. When the image pickup device for each color is irradiated and the image pickup light in the second polarization direction is incident from the liquid crystal plate, the optical path of the image pickup light in the second polarization direction is shifted by a predetermined amount and is applied to the image pickup device for each color. And a crystal plate.
[0021]
The polarizing plate, the liquid crystal plate, and the crystal plate are adjusted in position so as to shift the optical path of the imaging light in the second polarization direction obliquely.
[0022]
Moreover, the solid-state imaging device according to the present invention includes the low-pass filter. Each imaging signal from the light receiving means An ideal low-pass filter that extracts and outputs each imaging signal having a frequency equal to or lower than the Nyquist frequency.
[0023]
Alternatively, as the low-pass filter, each imaging signal is Each imaging signal from the light receiving means A symmetric low-pass filter that gradually cuts off before and after the Nyquist frequency.
[0024]
Alternatively, the low pass filter is Each imaging signal from the light receiving means A Nyquist over low-pass filter that extracts and outputs each imaging signal that is equal to or higher than the Nyquist frequency and equal to or lower than a predetermined frequency.
[0025]
[Action]
The solid-state imaging device according to the present invention irradiates the light receiving means with the imaging light by the optical path shifting means while shifting it obliquely every predetermined time.
[0026]
Specifically, the optical path shifting means is formed by sequentially providing a polarizing plate, a voltage-driven liquid crystal plate, and a quartz plate on the optical axis of the imaging light, and the imaging light is horizontal as a whole. It is shifted by one pixel pitch in the direction and ½ pixel pitch in the vertical direction (diagonal shift).
[0027]
That is, the polarizing plate transmits only the imaging light in the first polarization direction (for example, imaging light whose polarization direction is the horizontal direction = H polarization component) out of the imaging light. This H polarization component is irradiated onto the liquid crystal plate.
[0028]
Note that a polarizing plate that transmits only a vertical polarization component (V polarization component) orthogonal to the H polarization component may be provided.
[0029]
For example, when the voltage is off, the liquid crystal plate emits the H-polarized component imaging light as it is, but when the voltage is turned on, the H-polarized component imaging is performed. The light is converted into V-polarized component imaging light and emitted.
[0030]
On the other hand, the liquid crystal plate emits the H-polarized component imaging light as it is when the voltage is on, and the H-polarized component imaging light when the voltage is off. You may provide what converts into and emits.
[0031]
The imaging light of the H polarization component and the imaging light of the V polarization component from the liquid crystal plate are respectively irradiated on the quartz plate.
[0032]
When the imaging light of the H-polarized component is incident, the quartz plate emits it as normal light without shifting its optical path, and when the imaging light of the V-polarized component is incident, The optical path is shifted by one pixel pitch in the horizontal direction and shifted by ½ pixel pitch in the vertical direction (that is, shifted obliquely) and emitted. Imaging light from the quartz plate is irradiated to the light receiving means.
[0033]
As described above, the optical path shifting means is adjusted so as to shift the optical path of the imaging light as a whole by one pixel pitch in the horizontal direction and 1/2 pixel pitch in the vertical direction. For this reason, the light receiving means is irradiated with normal light and extraordinary light, for example, every 1/2 field, the first 1/2 field is formed by imaging light using the ordinary light, and the next 1/2 field is generated by abnormal light. Therefore, it is formed by imaging light that interpolates between pixels of the image formed by the ordinary light.
[0034]
Next, the light receiving means is a so-called three-plate type CCD image sensor, and the red light receiving element receives red imaging light of the imaging light, and the blue light receiving element receives blue imaging light of the imaging light. Is received, and the green light-receiving element is received by the green light-receiving element.
[0035]
Further, in each color light receiving element, the red light receiving element and the blue light receiving element are in the same spatial sampling position, and the green light receiving element is horizontal from the spatial sampling position of the red light receiving element and the blue light receiving element. The registration of the light receiving elements for each color is adjusted so that the spatial sampling position is shifted by 1/2 pixel pitch in the direction.
[0036]
For this reason, when the light receiving means is irradiated with imaging light whose optical path is obliquely shifted every 1/2 field as described above, an image in one field is viewed in the horizontal direction as RB, G, RB, G. And formed with image signals of RB, G, RB, G... When viewed in the vertical direction. In other words, the RGB image pickup signals can be arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
[0037]
Therefore, by the optical path shift, the horizontal resolution can be improved by doubling the number of horizontal lines, and the vertical resolution can be improved by aligning RGB image pickup signals for each vertical line in the vertical direction. it can.
[0038]
Next, the image signals for the respective colors are respectively supplied to low-pass filters. This low-pass filter is, for example, an ideal low-pass filter, and extracts signal components having a Nyquist frequency equal to or less than ½ of the total frequency of each image-captured signal from the image-captured signals. Supply. Specifically, if each of the imaging signals has a band of 14 MHZ, Each imaging signal above Since the Nyquist frequency is 7 MHZ, the low-pass filter extracts signal components up to 7 MHZ and supplies them to the re-sub Nyquist sampling means.
[0039]
The re-sub-Nyquist sampling unit is configured to capture each imaging signal from the low-pass filter. Each imaging signal above Are sampled with a sampling pulse twice the Nyquist frequency, and a frequency component more than twice the Nyquist frequency is removed from each imaging signal formed by this sampling and output.
[0040]
Specifically, if the optical system bandwidth is 14 MHZ Each imaging signal obtained via the optical system Since the Nyquist frequency is 7 MHZ, the re-sub-Nyquist sampling means samples each imaging signal having a frequency band of 7 MHZ from the low-pass filter using the 14 MHZ sampling pulse (re-sub-Nyquist sampling).
[0041]
When the frequency band up to 7 MHZ is extracted by the low-pass filter, the frequency component of 7 MHZ includes a folding component that occurs at 14 MHZ, which is the entire frequency band of each imaging signal. When the 7 MHZ imaging signal including the aliasing component is sampled with the 14 MHZ sampling pulse by the re-sub Nyquist sampling means, the aliasing component is folded back at the 7 MHZ boundary, and all 14 MHZ imaging signals are reproduced. It becomes.
[0042]
This re-sub-Nyquist sampling generates a aliasing component of frequency components up to 14 MHZ with the 14 MHZ as a boundary. For this reason, by removing the frequency components of 14 MHZ or more, it is possible to extract and output only the frequency components of all 14 MHZ in which no aliasing component is generated.
[0043]
As described above, an imaging signal with high resolution can be formed by the optical path shift by the optical path shifting means, and this imaging signal can be generated by the re-sub Nyquist sampling means at all frequencies without cutting the high frequency range. Since it is possible to reproduce and output the band, it is possible to output an image signal with a higher resolution and to be compatible with a high-definition television receiver.
[0044]
In addition, since the imaging signal can be supplied to the re-sub Nyquist sampling means by the low-pass filter as a half frequency band of the entire frequency band, the transmission band from the low-pass filter to the re-sub Nyquist sampling means is, for example, half. It can be reduced to 7 MHZ. Therefore, for example, when the means before the low-pass filter is the imaging side, and this imaging side is connected to, for example, a video tape recorder apparatus or the like provided with the means after the low-pass filter described below, this cable The cable transmission band can be reduced.
[0045]
Next, in the solid-state imaging device according to the present invention, each imaging signal is Each imaging signal above A signal component of each imaging signal in the vicinity of the 7 MHZ is extracted by a symmetric low-pass filter that is cut off and output gradually before and after the Nyquist frequency.
[0046]
Such a low-pass filter does not need to be designed precisely so as to accurately cut off the frequency band of 7 MHZ or higher like the ideal low-pass filter, for example, and can be easily and inexpensively manufactured. This can contribute to the cost reduction of the solid-state imaging device.
[0047]
Next, a solid-state imaging device according to the present invention is Each imaging signal The Nyquist over-low-pass filter that extracts and outputs each imaging signal that is greater than or equal to the Nyquist frequency and less than or equal to a predetermined frequency extracts the signal components of the imaging signals that are greater than or equal to 7 MHZ and less than or equal to 14 MHZ (for example, up to 10 MHZ).
[0048]
As a result, the frequency component from 7 MHz to 10 MHz can be superimposed on the 14 MHz image signal reproduced by the re-sub Nyquist sampling means as a high frequency emphasis signal, and a higher resolution image signal can be output. it can.
[0049]
As the light receiving means, light receiving elements for the respective colors having the same spatial sampling position may be used.
[0050]
In this case, an image of one field can be formed by RGB, RGB, RGB... Image signals when viewed in the horizontal direction, and can be formed by image signals of RGB, RGB, RGB. it can. In other words, the RGB image pickup signals can be arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
[0051]
Therefore, it is possible to form an image obtained by interpolating between pixels by the optical path shift, and to improve the horizontal resolution and the vertical resolution by aligning RGB imaging signals in the horizontal direction and the vertical direction.
[0052]
In addition, the light receiving means in which the registration of the light receiving elements for each color is adjusted so that the light receiving elements for each color are at the same spatial sampling position, the horizontal light receiving element for only the green light receiving elements is ½ pixel pitch in the horizontal direction. Unlike the light receiving means in which the registration is adjusted so that the spatial sampling position is shifted, the precise adjustment accuracy of the registration is not necessary. For this reason, the registration accuracy of the registration is improved by using the light receiving means in which the registration of the light receiving elements for each color is adjusted so that the light receiving elements for each color are at the same spatial sampling position. Can be reduced.
[0053]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of a solid-state imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0054]
As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention receives an optical path shift unit 1 that shifts an optical path of imaging light every predetermined time, and receives imaging light from the optical path shift unit 1. Then, an imaging signal forming unit 2 that forms imaging signals of three primary colors of red (R), green (G), and blue (B), and a predetermined signal component is extracted from each imaging signal from the imaging signal forming unit 2 A low-pass filter (LPF) 3 that performs re-sub-Nyquist sampling processing to be described later on each imaging signal based on the control of the re-sub-Nyquist sampling timing circuit 7, and A A synthesis memory 5 that synthesizes and outputs the imaging signals from the / D converter 4 and a D / A converter 6 that converts the imaging signals from the synthesis memory 5 into an analog output and outputs them.
[0055]
The optical path shift unit 1 includes a polarizing plate 10 that transmits horizontal (H) imaging light among the incident imaging light, and a liquid crystal plate that emits by rotating the polarization direction of the imaging light that is incident upon voltage on / off. 11 and the imaging lens 12 and the imaging light in the H direction are emitted as normal light without shifting the optical path, and only the imaging light in the vertical (V) direction is abnormal light, and the optical path is vertical by, for example, one pixel pitch in the horizontal direction. A quartz crystal plate 13 that emits a ½ pixel pitch shifted (obliquely shifted) in the direction and a phase difference plate 14 that circularly polarizes incident imaging light and emits it are provided in order on the optical axis of the imaging light. It is constituted by.
[0056]
In the optical path shift unit 1, the positions of the units 10, 11, and 13 are adjusted so that the imaging light in the V direction is shifted obliquely by the polarizing plate 10, the liquid crystal plate 11, and the crystal plate 13.
[0057]
The imaging signal forming unit 2 extracts only the R component, the G component, and the B component from the dichroic prism 15 that divides and outputs the imaging light from the optical path shift unit 1 and the three-divided imaging light, respectively. An R filter 16R, a G filter 16G, and a B filter 16B, an R solid-state image pickup device (CCD image sensor) 17R that receives the imaging light extracted by the filters 16R, 16G, and 16B, and a CCD image sensor 17G for G It is composed of a B CCD image sensor 17B.
[0058]
The CCD image sensors 17R, 17G, and 17B are provided so that the R CCD image sensor 17R and the B CCD image sensor 17B receive imaging light at the same position, as shown in FIG. On the other hand, the G CCD image sensor 17G is provided so as to receive intermediate imaging light of the imaging light received by the R and B CCD image sensors 17R and 17B.
[0059]
The LPF 3 has a frequency band of image pickup signals obtained from the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B of, for example, 14 MHZ. The imaging signal transmitted through the transmission system This is an ideal LPF having a characteristic of extracting an imaging signal up to 7 MHz, which is the Nyquist frequency.
[0060]
Next, the operation of the solid-state imaging device according to the first embodiment will be described.
First, when imaging is started, imaging light is irradiated to the polarizing plate 10 through an iris (not shown). The polarizing plate 10 transmits only the imaging light of which the polarization direction is the H direction after the imaging light. The imaging light in the H direction is incident on the liquid crystal plate 11.
[0061]
For example, when the voltage is turned on, the liquid crystal plate 11 transmits the imaging light in the H direction as it is. When the voltage is turned off, the polarization direction of the imaging light in the H direction is converted into the V direction and emitted.
[0062]
Specifically, the voltage to the liquid crystal plate 11 is turned on / off according to the on / off of the switch 11a. The switch 11a is connected to an unshown timing control circuit via an input terminal 11b. The control pulse is supplied only for an odd field, for example. For this reason, from the liquid crystal plate 11, imaging light in the H direction is emitted in the odd field, and imaging light in the V direction is emitted in the even field.
[0063]
The imaging light in the H direction and the imaging light in the V direction emitted for each field enter the quartz plate 13 through the imaging lens 12.
[0064]
When the imaging light in the H direction is incident, the quartz plate 13 emits it as ordinary light without shifting its optical path, and when the imaging light in the V direction is incident, The light path is shifted, for example, by 1/2 pixel pitch and emitted.
[0065]
As described above, the polarizing plate 10, the liquid crystal plate 11, and the crystal plate 13 shift the abnormal light (imaging light in the V direction incident on the crystal plate 13) obliquely by a ½ pixel pitch. Is provided. Therefore, imaging light (ordinary light) that is not shifted in the crystal plate 13 is emitted from the crystal plate 13 to the odd field, and the optical path of the crystal plate 13 in the horizontal direction is one pixel pitch horizontally in the even field. In addition, imaging light (abnormal light) that is shifted (obliquely shifted) by 1/2 pixel pitch in the vertical direction is emitted.
[0066]
The imaging light from the crystal plate 13 is circularly polarized by the phase difference plate 14 and is incident on the dichroic prism 15.
[0067]
The dichroic prism 15 divides the imaging light from the retardation plate 14 into three parts and emits them. The three-divided imaging light enters the R filter 16R, the G filter 16G, and the B filter 16B, respectively.
The filters 16R, 16G, and 16B extract R imaging light, G imaging light, and B imaging light, respectively, from the incident imaging light, and irradiate the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B for the respective colors. .
[0068]
The color CCD image sensors 17R, 17G, and 17B receive the color imaging light, respectively, and form and output an R imaging signal, a G imaging signal, and a B imaging signal.
[0069]
As described above, the crystal plate 13 emits imaging light whose optical path is obliquely shifted every other field. The CCD image sensors 17R, 17G, and 17B are provided so that the R CCD image sensor 17R and the B CCD image sensor 17B receive imaging light at the same position, whereas the G CCD image is provided. The sensor 17G is provided so as to receive imaging light intermediate between the imaging light received by the R and B CCD image sensors 17R and 17B.
[0070]
For this reason, the image of one frame is the same as the image of the odd field in which the pixels of each line are formed by RB, G, RB, G... As viewed in the H direction as shown in FIG. b) Interpolate between the lines of the odd-numbered field image, and obliquely so that the G pixel is located below the RB pixel and the RB pixel is located below the G pixel. It is formed with the shifted even field image.
[0071]
Therefore, the image of one frame can be interpolated between horizontal lines as shown in FIG. 2C, and the RGB pixels can be aligned in the vertical direction (see the right diagonal line in the figure). Therefore, it is possible to obtain a high-resolution image in which the horizontal resolution and the vertical resolution are improved.
The imaging signals for each color are supplied to the LPF 3 respectively.
[0072]
Here, assuming that the imaging signals output from the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B have a frequency band of 14 MHZ, the optical path among the imaging signals output from the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B. The imaging signal formed without shifting becomes a spectrum (N) having a frequency band of 0 to 14 MHZ and a frequency band of a folded component of 14 MHZ to 28 MHZ as shown by a solid line in FIG.
[0073]
Further, since the imaging signal formed by performing the optical path shift has been subjected to the optical path shifting process described above, the phase thereof is shifted by a half period from the phase of the imaging signal formed without performing the optical path shift. As shown by a dotted line in FIG. 4A, the spectrum (N) of the imaging signal formed without performing the optical path shift is a spectrum (S) that is symmetric.
[0074]
Therefore, the spectrum (N) of the imaging signal not subjected to the optical path shift and the combined spectrum (NS) of the spectrum (S) of the imaging signal subjected to the optical path shift are as shown by the one-dot chain line in FIG. The spectrum is in the form of a half-cycle phase shift from the spectrum (N).
[0075]
As shown in FIG. 3, the LPF 3 is obtained from the imaging signals having a frequency band of all 14 MHZ. Each imaging signal above The frequency band up to 7 MHz, which is the Nyquist frequency, is extracted. Therefore, the LPF 3 outputs imaging signals of spectrum (N), spectrum (S) and composite spectrum (NS) up to the frequency band of 7 MHZ as shown in FIG. 4B. . This imaging signal is supplied to the A / D converter 4.
[0076]
The A / D converter 4 samples the imaging signal in the frequency band up to 7 MHZ (re-sub Nyquist sampling) with the 14 MHZ sampling pulse from the re-sub Nyquist sampling timing circuit 7, thereby digitally converting the imaging signal. To form imaging data, which is supplied to the synthesis memory 5.
[0077]
By this re-sub-Nyquist sampling, as shown in FIG. 4C, aliasing components of the spectrum (N), spectrum (S), and composite spectrum (NS) of the imaging data having the frequency band of 7 MHZ are generated, Imaging data having the same spectrum as the imaging signal shown in FIG. At this time, the imaging data of the spectrum (N) is canceled by the imaging data of the spectrum (S) that appears as an opposite phase to the imaging data of the spectrum (N).
[0078]
For this reason, at the time when the re-sub-Nyquist sampling process is performed, the imaging data of the composite spectrum (NS) having a frequency band of 0 MHZ to 14 MHZ, the imaging data having a frequency band of 14 MHZ to 28 MHZ, and the above 0 MHZ to 14 MHZ Only the imaging data of the aliasing component of the imaging data having the frequency band remains.
[0079]
By performing the optical path shift, a negative characteristic component due to a π shift is generated in the signal phase. Therefore, by combining with the original imaging signal, it is possible to fold and return the spectrum.
[0080]
The synthesizing memory 5 performs interpolation processing and the like on the image data from the A / D converter 4, and an LPF for extracting a frequency band from 0 MHZ to 14 MHZ is provided at the output stage. 4 (d), the imaging data of the aliasing component having the frequency band of 14 MHZ to 28 MHZ is cut as shown in FIG. 4D, and only the imaging data of the composite spectrum having the frequency band of 0 MHZ to 14 MHZ is extracted. The A converter 6 is supplied.
[0081]
The D / A converter 6 analogizes the image data of each color having the frequency band of 0 MHz to 14 MHZ to form an image signal of each color, and outputs these signals via output terminals 18R, 18G, and 18B, respectively. To do.
[0082]
As described above, the imaging signals output from the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B are imaging signals that have been increased in resolution by oblique shift of the optical path of the imaging light, and are limited to a frequency band of 7 MHZ by the LPF 3. Even so, an imaging signal in the frequency band of 14 MHZ can be reproduced by the re-sub Nyquist sampling process. For this reason, it is possible to output the complete frequency band without cutting the high frequency of the imaging signal to be finally output. Therefore, it is possible to output an imaging signal that can be used for a so-called HD television receiver.
[0083]
Further, even if the frequency band extracted by the LPF 3 is 7 MHZ, an imaging signal of 14 MHZ (original frequency) can be reproduced by the re-sub-Nyquist sampling process. Therefore, the transmission band of the imaging signal output from the LPF 3 can be reduced. Can be reduced. For this reason, for example, when the image pickup signal from the LPF 3 is directly recorded by a video tape recorder device or transmitted to another signal processing device, the transmission band of the transmission line can be reduced, which is effective. it can.
[0084]
Of the imaging signals output via the output terminals 18R, 18G, and 18B, the R imaging signal is supplied to the adder 21 and the detail forming circuit 20 shown in FIG. And the B image pickup signal is supplied to the adder 23.
[0085]
The detail forming circuit 20 forms a detail signal for contour enhancement having a frequency band of 14 MHZ from the R imaging signal and the G imaging signal, and supplies the detail signal to a band pass filter (BPF) 25.
[0086]
The BPF 25 has a characteristic of extracting a predetermined frequency band before and after the center of, for example, 7 MHZ. For this reason, the BPF 25 extracts, for example, a frequency band of a predetermined frequency around 7 MHZ from the detail signal having the frequency band of 14 MHZ, and supplies this to the adders 21 to 23.
[0087]
The adder 21 adds the detail signal to the R imaging signal, the adder 22 adds the detail signal to the G imaging signal, and the adder 23 adds the B imaging signal. The detail signal is added to the signal.
[0088]
As described above, since each imaging signal is reproduced and output in the entire frequency band of 14 MHZ, by adding the detail signal to each imaging signal, the above 7 MHZ is obtained as shown in FIG. Each imaging signal to which the detail signal for contour enhancement is added is formed in the vicinity, and an imaging signal with higher resolution can be formed.
[0089]
Each imaging signal is supplied to, for example, a process processing circuit (not shown) via the output terminals 24R, 24G, and 24B.
[0090]
Next, a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described.
The solid-state imaging device according to the second embodiment is provided with a Nyquist over LPF (high frequency type ideal LPF) for extracting a predetermined frequency band from 7 MHZ to 14 MHZ as the LPF 3 as shown in FIG. It is.
[0091]
In the description of the second embodiment, since the configuration other than the Nyquist over LPF is the same as that of the solid-state imaging device according to the first embodiment described above, only the operation of the Nyquist over LPF will be described. Detailed description is omitted.
[0092]
That is, in the solid-state imaging device according to the second embodiment, when the imaging signals from the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B are supplied to the Nyquist over LPF, the Nyquist over LPF is shown in FIG. As shown in a), a predetermined frequency band from 7 MHZ to 14 MHZ is extracted and supplied to the A / D converter 4.
[0093]
The A / D converter 4 is supplied with a 14 MHZ sampling pulse from the re-sub Nyquist sampling timing circuit 7, and the sub-Nyquist sampling process is performed on the imaging signal from the Nyquist over LPF by this sampling pulse. To the synthesis memory 5.
[0094]
By this re-sub Nyquist sampling process, as shown in FIG. 7B, the spectrum (N), spectrum (S), synthesized spectrum (NS), and their aliasing components of the imaging data from the Nyquist over LPF are generated. The imaging data having the same spectrum as the original imaging signal output from the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B is reproduced. At this time, the imaging data of the spectrum (N) is canceled by the imaging data of the spectrum (S) that appears as an opposite phase to the imaging data of the spectrum (N).
[0095]
For this reason, at the time when the re-sub-Nyquist sampling processing is performed, the imaging data of the composite spectrum (NS) having a frequency band of 0 MHZ to 14 MHZ, and the frequency of 0 MHZ to 14 MHZ having a frequency band of 14 MHZ to 28 MHZ. Only the imaging data of the aliasing component of the imaging data having a band remains.
[0096]
The synthesis memory 5 performs interpolation processing and the like on the imaging data from the A / D converter 4, and an LPF for extracting imaging data in a frequency band up to 14 MHZ is provided at the output stage. Then, the imaging data of the aliasing component having the frequency band of 14 MHZ to 28 MHZ is cut, and only the imaging data of the synthetic spectrum having the frequency band of 0 MHZ to 14 MHZ is extracted and supplied to the D / A converter 6.
[0097]
Here, in the solid-state imaging device according to the second embodiment, the imaging data is extracted slightly larger than 7 MHZ by the Nyquist over LPF as described above. Therefore, the imaging data output from the LPF of the synthesis memory 5 is in a form in which the imaging signal of the synthetic spectrum (NS) in the frequency band of 7 MHZ or higher is superimposed as shown in FIG. 7C.
[0098]
The imaging data from the synthesis memory 5 is converted to analog by the D / A converter 6 and output as imaging signals via the output terminals 18R, 18G, and 18B.
[0099]
In the solid-state imaging device according to the second embodiment, the transmission band of the imaging signal from the Nyquist over LPF is 7 MHZ or more, and the transmission bandwidth is somewhat wider than that of the solid-state imaging device according to the first embodiment. Except for the above, the same effects as those of the solid-state imaging device according to the first embodiment can be obtained.
[0100]
When the detail signal is added to each imaging signal, the detail signal is superimposed on a band in the vicinity of the superimposed composite spectrum (NS) as shown in FIG. If this detail signal is added, higher resolution can be achieved.
[0101]
Next, a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention is described.
In the solid-state imaging device according to the third embodiment, a symmetrical LPF that gradually cuts the frequency band before and after the 7 MHZ as shown in FIG. 8 is provided as the LPF 3.
[0102]
In the description of the third embodiment, since the configuration other than the symmetric LPF is the same as that of the solid-state imaging device according to the first embodiment described above, only the operation of the symmetric LPF will be described and details of other portions will be described. Description is omitted.
[0103]
That is, in the solid-state imaging device according to the third embodiment, the imaging signals from the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B are supplied to the symmetric LPF.
[0104]
The symmetric LPF gradually cuts the frequency component of each imaging signal before and after the 7 MHZ, thereby extracting an imaging signal in a frequency band that slightly exceeds the 7 MHZ as shown in FIG. Is supplied to the A / D converter 4.
[0105]
The A / D converter 4 is supplied with a 14 MHZ sampling pulse from the re-sub-Nyquist sampling timing circuit 7, and the sub-Nyquist sampling process is performed on the imaging signal from the symmetric LPF by this sampling pulse. This is supplied to the synthesis memory 5.
[0106]
By this re-sub Nyquist sampling process, as shown in FIG. 9B, the spectrum (N), the spectrum (S), the synthesized spectrum (NS), and their aliasing components of the imaging data from the symmetric LPF are generated, Imaging data having the same spectrum as the original imaging signal is reproduced. At this time, the imaging data of the spectrum (N) is canceled by the imaging data of the spectrum (S) that appears as an opposite phase to the imaging data of the spectrum (N).
[0107]
For this reason, at the time when the re-sub-Nyquist sampling processing is performed, the imaging data of the composite spectrum (NS) having a frequency band of 0 MHZ to 14 MHZ, and the frequency of 0 MHZ to 14 MHZ having a frequency band of 14 MHZ to 28 MHZ. Only the imaging data of the aliasing component of the imaging data having a band remains.
[0108]
The synthesis memory 5 performs interpolation processing and the like on the imaging data from the A / D converter 4, and an LPF for extracting imaging data up to a frequency band of 14 MHZ is provided at the output stage. To cut the imaging data of the aliasing component having the frequency band of 14 MHZ to 28 MHZ, and extract only the imaging data of the composite spectrum having the frequency band of 0 MHZ to 14 MHZ as shown in FIG. The A converter 6 is supplied.
[0109]
The D / A converter 6 converts the imaging data having the frequency band of 14 MHZ into an analog signal to form an imaging signal, and outputs the imaging signal via the output terminals 18R, 18G, and 18B.
[0110]
In the solid-state imaging device according to the third embodiment, the transmission band of the imaging signal from the symmetric LPF is 7 MHZ or more, and the transmission band is somewhat wider than that of the solid-state imaging device according to the first embodiment. Can obtain the same effect as the solid-state imaging device according to the first embodiment.
[0111]
In addition, an LPF that cuts a signal component gradually before and after a target frequency can be manufactured more inexpensively and easily than a filter that cuts a band above the target frequency. Therefore, the LPF can be manufactured inexpensively and easily by providing the symmetric LPF instead of the ideal LPF (first embodiment) or the Nyquist over LPF (second embodiment). The cost of the solid-state imaging device can be reduced.
[0112]
It should be noted that higher resolution can be achieved by adding the detail signal to each image pickup signal.
[0113]
Finally, in each of the above-described embodiments, the light receiving means is provided with the spatial sampling position of the G CCD image sensor 17G shifted by a ½ pixel pitch in the horizontal direction. As shown in FIG. 10A, the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B may have the same spatial sampling position. In this case, if the optical path oblique shift described above is performed, the lines can be interpolated as shown in FIG. 10B, and the RGB can be aligned in the vertical direction. The resolution of the imaging signal can be increased. In addition, there is no need for precise registration adjustment accuracy as in the case of the light receiving means in which the spatial sampling position is shifted in the horizontal direction by 1/2 pixel pitch only for the green light receiving element. Therefore, the adjustment accuracy of registration can be reduced.
[0114]
In the description of each of the above-described embodiments, the frequency band of the imaging signal output from each of the CCD image sensors 17R, 17G, and 17B is 14 MHZ, and the LPF is an imaging signal that is 7 MHZ or less or a predetermined signal that is 7 MHZ or more and 14 MHZ or less. The frequency imaging signal is extracted, but this is only an example, and it goes without saying that other numerical values may be changed according to the design.
[0115]
【The invention's effect】
The solid-state imaging device according to the present invention can irradiate the light receiving means by obliquely shifting the optical path of the imaging light every predetermined time by the optical path shifting means. In addition, even if the frequency band of each imaging signal from the light receiving means is reduced to about half of the frequency band using a low-pass filter, the entire frequency band before passing through the low-pass filter is cut off by the re-sub Nyquist sampling means. You can play and output without having to. For this reason, it is possible to output a high-resolution imaging signal, and it is possible to cope with so-called high-definition television.
[0116]
In addition, since the imaging signal can be supplied to the re-sub Nyquist sampling unit as a half frequency band using a low-pass filter, the transmission band from the low-pass filter to the re-sub Nyquist sampling unit can be reduced. it can.
[0117]
Further, by using light receiving elements for the respective colors having the same spatial sampling position as the light receiving means, the same effect as described above can be obtained, and only the green light receiving element can be horizontally spaced by a ½ pixel pitch. Since there is no need for precise registration adjustment accuracy as in the case of the light receiving means in which the registration is adjusted so that the sampling position is shifted, the registration adjustment accuracy can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a spatial sampling position of each CCD image sensor provided in the solid-state imaging device according to the first embodiment and an optical path shift operation of an optical path shift unit.
FIG. 3 is a diagram illustrating characteristics of an ideal LPF provided in the solid-state imaging device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a spectrum of an imaging signal for explaining a re-sub Nyquist sampling process in the solid-state imaging device according to the first embodiment.
FIG. 5 is a block diagram of a circuit for forming a detail signal of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating characteristics of a Nyquist over LPF provided in a solid-state imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a spectrum of an imaging signal for explaining a re-sub Nyquist sampling process in the solid-state imaging device according to the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating characteristics of a symmetric LPF provided in a solid-state imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a spectrum of an imaging signal for explaining a re-sub Nyquist sampling process in the solid-state imaging device according to the third embodiment.
FIG. 10 is a diagram for explaining a high-resolution imaging signal obtained by imaging each CCD image sensor whose mounting position is adjusted so as to be the same spatial sampling position, by obliquely shifting the optical path of imaging light; FIG.
FIG. 11 is a block diagram of a conventional three-plate type solid-state imaging device.
FIG. 12 is a diagram for explaining a spatial sampling position of each CCD image sensor provided in a conventional three-plate solid-state imaging device.
FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which an imaging signal output from a conventional solid-state imaging device is formed.
[Explanation of symbols]
1 Optical path shift section
2 Imaging signal forming part
3 Low-pass filter (LPF)
4 A / D converter
5 Synthesis memory
6 D / A converter
7 Sub-Nyquist sampling timing circuit
10 Polarizing plate
11 LCD panel
12 Imaging lens
13 Crystal plate
14 Phase plate
15 Dichroic prism
16R red filter
16G green filter
16B Blue filter
17R CCD image sensor for red
17G CCD image sensor for green
17B Blue CCD image sensor
18R Red image signal output terminal
Output terminal for 18G green image signal
18B Output terminal for blue image signal
20 Detail forming circuit
21-23 Adder

Claims (7)

照射される撮像光のうち赤色の撮像光を受光しこの撮像光に応じた赤色用の撮像信号を形成して出力する赤色用受光素子、上記撮像光のうち青色の撮像光を受光しこの撮像光に応じた青色用の撮像信号を形成して出力する青色用受光素子及び上記撮像光のうち緑色の撮像光を受光しこの撮像光に応じた緑色用の撮像信号を形成して出力する緑色用受光素子からなる受光手段と、
上記受光素子に照射する撮像光の光路を所定時間毎に、水平方向に1画素ピッチ分且つ垂直方向に1/2画素ピッチ分シフトする光路シフト手段と、
上記受光手段からの各撮像信号が有する全周波数のうち、所定周波数以下の周波数成分を抽出して出力するローパスフィルタと、
上記ローパスフィルタにより抽出された各撮像信号を、上記受光手段からの各撮像信号のナイキスト周波数の2倍のサンプリングパルスでサンプリングするとともに、このサンプリングにより形成された各撮像信号から上記ナイキスト周波数の2倍以上の周波数成分を除去して出力する再サブナイキストサンプリング手段と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
A red light receiving element that receives red imaging light among the irradiated imaging light, and forms and outputs a red imaging signal corresponding to the imaging light, and receives blue imaging light among the imaging light and receives the imaging light. A blue light-receiving element that forms and outputs a blue imaging signal according to light, and a green light that receives green imaging light among the imaging light and forms and outputs a green imaging signal according to the imaging light A light receiving means comprising a light receiving element for use;
An optical path shift means for shifting the optical path of the imaging light applied to the light receiving element at a predetermined time by one pixel pitch in the horizontal direction and by ½ pixel pitch in the vertical direction;
A low-pass filter that extracts and outputs a frequency component equal to or lower than a predetermined frequency among all the frequencies of each imaging signal from the light receiving means;
Each imaging signal extracted by the low-pass filter is sampled with a sampling pulse twice the Nyquist frequency of each imaging signal from the light receiving means, and twice the Nyquist frequency from each imaging signal formed by this sampling. Re-sub Nyquist sampling means for removing and outputting the above frequency components, and a solid-state imaging device.
上記受光手段は、上記赤色用受光素子及び青色用受光素子が同じ位置の撮像光を空間サンプリングし、上記緑色用受光素子が、上記赤色用受光素子及び青色用受光素子の空間サンプリング位置から水平方向に1/2画素ピッチ分ずれた位置の撮像光を空間サンプリングすることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。  The light receiving means spatially samples the imaging light at the same position of the red light receiving element and the blue light receiving element, and the green light receiving element is horizontal from the spatial sampling position of the red light receiving element and the blue light receiving element. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein imaging light at a position shifted by a ½ pixel pitch is spatially sampled. 上記受光手段は、上記各色用受光素子がそれぞれ同じ位置の撮像光を空間サンプリングすることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。  2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light receiving means spatially samples the imaging light at the same position of the light receiving elements for the respective colors. 上記光路シフト手段は、
上記撮像光のうち第1の偏光方向の撮像光のみを透過する偏光板と、
所定時間毎にオンオフされる電圧に応じて、上記偏光板からの第1の偏光方向の撮像光をそのまま出射し、また、上記偏光板からの第1の偏光方向の撮像光を、第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の撮像光に変換して出射する電圧駆動型の液晶板と、
上記液晶板から第1の偏光方向の撮像光が入射されたときには、該第1の偏光方向の撮像光の光路を変えることなくそのまま上記各色用撮像素子に照射し、上記液晶板から第2の偏光方向の撮像光が入射されたときには、該第2の偏光方向の撮像光の光路を所定分シフトして上記各色用撮像素子に照射する水晶板と、から構成され、
上記偏光板,液晶板及び水晶板は、上記第2の偏光方向の撮像光の光路を斜めにシフトするように位置調整されていることを特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項3記載の固体撮像装置。
The optical path shifting means is
A polarizing plate that transmits only the imaging light in the first polarization direction of the imaging light;
The imaging light in the first polarization direction from the polarizing plate is emitted as it is according to the voltage that is turned on / off every predetermined time, and the imaging light in the first polarization direction from the polarizing plate is output as the first polarization light. A voltage-driven liquid crystal plate that converts and emits imaging light in a second polarization direction orthogonal to the polarization direction;
When imaging light in the first polarization direction is incident from the liquid crystal plate, the image sensor for each color is irradiated as it is without changing the optical path of the imaging light in the first polarization direction, and the second light is emitted from the liquid crystal plate. A crystal plate that shifts the optical path of the image light in the second polarization direction by a predetermined amount and irradiates the image sensor for each color when the image light in the polarization direction is incident;
The position of the polarizing plate, the liquid crystal plate, and the quartz plate is adjusted so as to obliquely shift the optical path of the imaging light in the second polarization direction. 3. The solid-state imaging device according to 3.
上記ローパスフィルタは、上記受光手段からの各撮像信号のナイキスト周波数以下の各撮像信号を抽出して出力する理想ローパスフィルタであることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4記載の固体撮像装置。The said low-pass filter is an ideal low-pass filter which extracts and outputs each imaging signal below the Nyquist frequency of each imaging signal from the said light-receiving means , The claim 1, 2, 3 or claim Item 5. The solid-state imaging device according to Item 4. 上記ローパスフィルタは、上記各撮像信号を、上記受光手段からの各撮像信号のナイキスト周波数の前後にかけて徐々にカットオフして出力する対称ローパスフィルタであることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4記載の固体撮像装置。3. The symmetric low-pass filter, wherein the low-pass filter is a symmetric low-pass filter that gradually cuts off and outputs the respective imaging signals before and after the Nyquist frequency of each imaging signal from the light receiving means. The solid-state imaging device according to claim 3 or 4. 上記ローパスフィルタは、上記受光手段からの各撮像信号のナイキスト周波数以上で所定周波数以下の各撮像信号を抽出して出力するナイキストオーバーローパスフィルタであることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4記載の固体撮像装置。The low-pass filter is a Nyquist over low-pass filter that extracts and outputs each imaging signal that is greater than or equal to a Nyquist frequency and less than or equal to a predetermined frequency of each imaging signal from the light receiving means . The solid-state imaging device according to claim 3 or 4.
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