CN104025578A - 彩色摄像元件 - Google Patents

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Abstract

彩色摄像元件(26)的滤色器排列通过将子排列组(28)沿垂直方向重复配置而构成。子排列组(28)通过将A排列(27a)、B排列(27b)沿水平方向交替配置而构成，该A排列(27a)、B排列(27b)通过将RGB滤光片(23R、23G、23B)以对应于4×4像素的排列图案排列而成。垂直方向上相互相邻的子排列组(28)彼此沿水平方向错开1像素间隔量地配置。沿着各排列(27a、27b)的两条对角线配置G滤光片(23G)。在各排列(27a、27b)内，将RB滤光片(23R、23B)配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。

Description

彩色摄像元件
技术领域
本发明涉及彩色摄像元件，尤其是涉及能够减少彩色莫尔条纹的发生及实现高分辨率化的彩色摄像元件。
背景技术
在单板式的彩色摄像元件中，由于在各像素上分别设有单色的滤色器，因此各像素仅具有单色的颜色信息。因此，单板彩色摄像元件的输出图像为RAW图像(马赛克图像)，通过从周围的像素对缺失的颜色的像素进行插值的处理(去马赛克算法处理)而得到多通道图像。在这种情况下成为问题的是高频的图像信号的再现特性，彩色摄像元件与黑白的摄像元件相比，拍摄到的图像容易产生混淆现象，因此抑制彩色莫尔条纹(伪色)的发生并且扩宽再现带域而实现高分辨率化这样的情况是重要的课题。
去马赛克算法处理是根据单板式的彩色摄像元件的滤色器排列所对应的马赛克图像而对应各像素来算出全部的颜色信息的处理，也称为去马赛克算法处理。例如，在由RGB三种颜色的滤色器构成的摄像元件的情况下，是根据由RGB构成的马赛克图像而对应各像素来算出RGB全部的颜色信息的处理。
在单板彩色摄像元件中应用最广泛的滤色器的颜色排列即原色系拜耳排列中，将绿(G)像素配置成棋盘式格纹状，并将红(R)、蓝(B)配置成线型顺序，因此生成G信号为倾斜方向且R、B信号为水平、垂直方向的高频信号时的再现精度成为问题。
在图27的A部分所示的黑白的纵条纹花样(高频图像)入射到图27的B部分所示的具有拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的情况下，当将其向拜耳的颜色排列分配而对应各颜色进行比较时，如图27的C部分至E部分所示，R成为浅且平坦的马赛克状的颜色图像，B成为深且平坦的马赛克状的颜色图像，G成为深浅的马赛克状的颜色图像。本来为黑白图像，相对于此，在RGB间未产生深度差(等级差)，但是通过颜色排列和输入频率而成为着色的状态。
同样地，在图28的A部分所示的倾斜的黑白的高频图像入射到图28的B部分所示的具有拜耳排列的滤色器的摄像元件的情况下，当将其向拜耳的颜色排列分配而对应各颜色进行比较时，如图28的C部分至E部分所示，R和B成为浅且平坦的颜色图像，G成为深且平坦的颜色图像。假设黑色的值为0且白色的值为255时，倾斜的黑白的高频图像中，仅G为255，因此成为绿色。这样一来，在拜耳排列中，无法使倾斜的高频图像准确地再现。
通常在使用单板式的彩色摄像元件的摄像装置中，将由水晶等双折射物质构成的光学低通滤波器配置于彩色摄像元件的前表面，通过光学性地使高频减低而回避。然而，在该方法中，虽然由高频信号的折返引起的着色能够减轻，但是其弊端中存在分辨率下降这样的问题。
为了解决这样的问题，提出了将彩色摄像元件的滤色器排列设为满足以下排列限制条件的三色随机排列的彩色摄像元件的方案：任意的关注像素在关注像素的四边中的任一边与包含关注像素的颜色在内的三种颜色相邻的(专利文献1)。
另外，提出了一种滤色器排列的图像传感器，具有分光灵敏度不同的多个滤光片，其中的第一滤光片和第二滤光片沿着图像传感器的像素格子的一个对角方向以第一预定的周期交替配置，并且沿着另一个对角方向以第二预定的周期交替配置(专利文献2)。
而且，在RGB三原色的彩色固体摄像元件中，提出了如下的颜色排列：将R、G、B水平配置的三个像素沿着垂直方向呈锯齿状地错开配置，由此使RGB各自的出现概率均等，且摄像面上的任意的直线(水平、垂直、倾斜的直线)通过全部的颜色(专利文献3)。
此外，提出了将RGB三原色中的R、B沿着水平方向及垂直方向分别隔开三个像素配置且在上述的R、B之间配置有G的彩色摄像元件(专利文献4)。
专利文献1：日本特开2000-308080号公报
专利文献2：日本特开2005-136766号公报
专利文献3：日本特开平11-285012号公报
专利文献4：日本特开平8-23543号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1记载的彩色摄像元件由于滤光片排列随机，因此在进行后段的去马赛克算法处理时，需要对应各随机图案进行最优化，存在去马赛克算法处理变得烦杂这样的问题。而且，在随机排列中，对于低频的彩色莫尔条纹有效，但是对于高频部的伪色无效。
专利文献2记载的图像传感器将G像素(亮度像素)配置成棋盘式格纹状，因此存在极限分辨率区域(尤其是倾斜方向)中的像素再现精度不良这样的问题。
专利文献3记载的彩色固体摄像元件由于在任意的直线上存在全部颜色的滤光片，因此存在能够抑制伪色的发生的优点，但是RGB的像素数的比率相等，因此存在高频再现性比拜耳排列低这样的问题。另外，在拜耳排列的情况下，最有助于获得亮度信号的G的像素数的比率为R、B各自的像素数的2倍。
另一方面，专利文献4记载的彩色摄像元件的G的像素数相对于R、B各自的像素数的比率高于拜耳排列，但是水平或垂直方向上仅存在G像素的行，因此在水平或垂直方向上对于高频部的伪色无效。
本发明鉴于这样的情况而作出，目的在于提供一种能够抑制伪色的发生及实现高分辨率化并且与以往的随机排列相比能够简化后段的处理的彩色摄像元件。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的，本发明的一方案的发明涉及一种彩色摄像元件，是在由排列于水平方向及垂直方向的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式的彩色摄像元件，滤色器的排列包含滤色器以与N×N(N为偶数)像素对应的排列图案排列而成的子排列，将子排列在水平方向及垂直方向中的任一方向上排列而成的子排列组在水平方向及垂直方向中的另一方向上重复配置，且在另一方向上相互相邻的子排列组彼此沿一方向错开M(M小于N)像素间隔量地配置，滤色器包含与一种颜色以上的第一色对应的第一滤光片和与用于获得亮度信号的贡献率低于第一色的两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片，而且第一滤光片所对应的第一色的像素数的比率大于第二滤光片所对应的第二色的各色的像素数的比率，第一滤光片沿着子排列的至少对角线配置，与第二色的各色对应的第二滤光片在滤色器的排列内的水平方向及垂直方向上重复配置的基本排列图案内，即在滤色器的排列中包含的任意的2N×2N像素所对应的基本排列图案内，在滤色器的排列的水平、垂直方向的各滤光片行内配置一个以上，M被设定为第一滤光片在滤色器的排列的水平、垂直、斜右上及斜右下方向的各滤光片行内配置一个以上的值。
根据本发明的一方案的发明，将子排列在水平方向及垂直方向中的任一方向上排列而成的子排列组在水平方向及垂直方向中的另一方向上重复配置，并且在各子排列的至少对角线上配置用于获得亮度信号的贡献率高的第一滤光片，而且，以第一滤光片在滤色器排列的水平、垂直、斜右上及斜右下方向的各滤光片行内配置一个以上的方式，将相互相邻的子排列组彼此错开地配置，因此能够提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度。
另外，滤色器排列中由于特定的基本排列图案在水平方向及垂直方向上重复配置，因此在进行后段的去马赛克算法处理时，能够按照重复图案进行处理，与以往的随机排列相比能够简化后段的处理。
另外，关于第一色以外的两种颜色以上的第二色的各色所对应的第二滤光片，也在基本排列图案内在滤色器排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置一个以上，因此能够抑制彩色莫尔条纹(伪色)的发生而实现高分辨率化。
另外，使第一滤光片所对应的第一色的像素数与第二滤光片所对应的两种颜色以上的第二色的各色的像素数的比率不同，尤其是用于获得亮度信号的贡献率高的第一色的像素数的比率大于第二滤光片所对应的第二色的各色的像素数的比率，因此能够抑制混淆且使高频再现性良好。
此外，基本排列图案由与2N×2N像素对应的排列图案构成，因此在例如彩色摄像元件为CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)摄像元件的情况下，也能够使偶数个(例如四个)像素共有一个放大电路。
在本发明的另一方案的彩色摄像元件中，优选的是，基本排列图案中，相互相邻的子排列组分别所含的子排列分别包含一个以上。在进行后段的去马赛克算法处理时，能够按照重复图案进行处理，与以往的随机排列相比能够简化后段的处理。
在本发明的另一方案的彩色摄像元件中，优选的是，N为4以上的偶数，第一滤光片沿着子排列的至少两条对角线配置。由此，第一滤光片至少在滤色器排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置一个以上。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，优选的是，第二色的各色的第二滤光片在子排列内在滤色器的排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置一个以上。由此，在基本排列图案内也将与两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片在滤色器的排列的水平、垂直方向的各滤光片行内配置一个以上。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，优选的是，滤色器的排列包含由第一滤光片构成的与2×2像素对应的正方排列。由此，使用2×2像素的像素值，能够判别水平、垂直、斜右上及斜右下方向中的相关性高的方向。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，优选的是，在N为2时，第一滤光片沿着子排列的一条对角线配置。由此，第一滤光片在滤色器的排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置一个以上。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，优选的是，在另一方向上配置成第偶数个的子排列组相对于在另一方向上配置成第奇数个的子排列组沿同方向错开M像素间隔量地配置。由此，第一滤光片在滤色器的排列的水平、垂直、斜右上及斜右下方向的各滤光片行内配置一个以上。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，优选的是，N为10以下。这是因为，在N超过10时(N>10)，去马赛克算法等信号处理变得复杂化，相对于此，无法获得增大基本排列图案的大小所产生的额外的效果。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，优选的是，第一色为绿色(G)，第二色为红色(R)及蓝色(B)。另外，具备上述的彩色摄像元件的摄像装置也包含于本发明。
发明效果
根据本发明，将为了获得亮度信号而贡献率高的第一色所对应的第一滤光片在滤色器的排列的水平、垂直、斜右上及斜右下方向的各滤光片行内配置一个以上，并且第一滤光片所对应的第一色的像素数的比率大于第一色以外的两种颜色以上的第二色的各色所对应的第二滤光片的像素数的比率，因此能够提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度，且能够抑制混淆。
另外，将第一色以外的两种颜色以上的第二色的各色所对应的第二滤光片在基本排列图案内，在滤色器的排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置一个以上，因此能够抑制彩色莫尔条纹(伪色)的发生而实现高分辨率化。
此外，本发明的滤色器的排列中特定的基本排列图案在水平方向及垂直方向上重复，因此在进行后段的去马赛克算法处理时，能够按照重复图案进行处理，与以往的随机排列相比，能够简化后段的处理。
附图说明
图1是表示具备本发明的单板式的彩色摄像元件的数码相机的图。
图2是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的像素的图。
图3是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第一实施方式的图。
图4是表示第一实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列中包含的基本排列图案的图。
图5是表示将第一实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列中包含的6×6像素的基本排列图案分割成3×3像素的A排列和B排列并对它们进行配置的情况的图。
图6是为了说明根据第一实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列中包含的2×2像素的G像素的像素值而判别相关方向的方法而使用的图。
图7是为了说明彩色摄像元件的滤色器排列中含有的基本排列图案的概念而使用的图。
图8是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第二实施方式的图。
图9是用于说明通过将基本排列图案沿着水平/垂直方向重复配置而得到图8所示的滤色器排列的图。
图10是用于说明即使将与图9所示的基本排列图案不同的基本排列图案沿水平/垂直方向重复配置的情况下也能得到图8所示的滤色器排列的图。
图11是表示未将相互相邻的子排列组彼此错开地配置的比较例的滤色器排列的图。
图12是为了说明在第二实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列中不产生未配置G滤光片的斜右上(NE)及斜右下(NW)方向的行的情况而使用的图。
图13是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第三实施方式的图。
图14是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第四实施方式的图。
图15是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第五实施方式的图。
图16是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第六实施方式的图。
图17是用于说明对第六实施方式的彩色摄像元件进行间拔读出并驱动时的滤色器排列的说明图。
图18是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第七实施方式的图。
图19是用于说明对第七实施方式的彩色摄像元件进行间拔读出并驱动时的滤色器排列的说明图。
图20是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第八实施方式的图。
图21是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第九实施方式的图。
图22是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第十实施方式的图。
图23是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第十一实施方式的图。
图24是表示配置R滤光片(红色滤光片)、G1滤光片(第一绿色滤光片)、G2滤光片(第二绿色滤光片)及B滤光片(蓝色滤光片)的受光元件的分光灵敏度特性的坐标图。
图25是表示配置R滤光片、G滤光片、B滤光片及W滤光片(透明滤光片)的受光元件的分光灵敏度特性的坐标图。
图26是表示配置R滤光片、G滤光片、B滤光片及翠绿色滤光片E(E滤光片)的受光元件的分光灵敏度特性的坐标图。
图27是为了说明以往的具有拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的课题而使用的图。
图28是为了说明以往的具有拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的课题而使用的另一图。
具体实施方式
以下，根据附图，详细说明本发明的优选的实施方式。
[彩色摄像装置的整体结构]
图1是具备本发明的彩色摄像元件的数码相机9的框图。数码相机9大体具备摄影光学系统10、彩色摄像元件12、摄影处理部14、图像处理部16、驱动部18、控制部20等。
通过摄影光学系统10来拍摄被摄体，并将表示被摄体像的光像成像于彩色摄像元件12(第一实施方式的彩色摄像元件)的受光面上。
彩色摄像元件12是具备由在其摄像面上排列(二维排列)于图2中水平方向及垂直方向上的光电转换元件构成的多个像素和在各像素的受光面的上方配置的特定的滤色器排列的滤色器的、所谓单板式的彩色摄像元件。在此，“上方”是指被摄体光相对于彩色摄像元件12的摄像面入射的一侧的方向。
成像于彩色摄像元件12的被摄体像由各像素的光电转换元件转换成与入射光量对应的信号电荷。蓄积于各光电转换元件的信号电荷按照控制部20的指令，基于从驱动部18施加的驱动脉冲而作为与信号电荷对应的电压信号(图像信号)从彩色摄像元件12依次读出。从彩色摄像元件12读出的图像信号是表示与彩色摄像元件12的滤色器排列对应的红(R)、绿(G)、蓝(B)的马赛克图像的R、G、B信号。
从彩色摄像元件12读出的图像信号向摄影处理部14输入。摄影处理部14具有用于将图像信号中含有的复位噪声除去的相关双重采样电路(CDS)、用于将图像信号放大且控制成一定电平的大小的AGC电路及A/D转换器。该摄影处理部14在对输入的图像信号进行相关双重采样处理并放大之后，将转换成数字的图像信号而成的RAW数据向图像处理部16输出。
图像处理部16具有白平衡校正电路、伽玛校正电路、去马赛克算法处理电路(根据与单板式的彩色摄像元件12的滤色器排列相伴的RGB的马赛克图像，对应各像素算出(以去马赛克算法的方式转换)RGB的全部颜色信息的处理电路)、亮度/色差信号生成电路、轮廓校正电路、颜色校正电路等。图像处理部16按照来自控制部20的指令，对从摄影处理部14输入的马赛克图像的RAW数据施加所需的信号处理，生成由亮度数据(Y数据)和色差数据(Cr、Cb数据)构成的图像数据(YUV数据)。
由图像处理部16生成的图像数据通过压缩/扩展处理电路而对静止图像实施遵照JPEG规格的压缩处理并对动画实施遵照MPEG2规格的压缩处理之后，记录于未图示的记录媒介(例如存储卡)中，而且，向液晶监视器等显示单元(未图示)输出而显示。
[彩色摄像元件的第一实施方式]
图2及图3是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第一实施方式的图，图2示出了设于彩色摄像元件12的像素的像素排列，图3示出了滤色器的滤色器排列。
如图2所示，彩色摄像元件12包括：由排列(二维排列)于水平方向及垂直方向上的光电转换元件22构成的多个像素；及配置于各像素的受光面上的图3所示的滤色器排列的滤色器。在各像素上配置RGB三原色的滤色器(以下，称为R滤光片、G滤光片、B滤光片)23R、23G、23B中的任一个。以下，将配置有R滤光片23R的像素称为“R像素”、将配置有G滤光片23G的像素称为“G像素”，将配置有B滤光片23B的像素称为“B像素”。
另外，彩色摄像元件12并不局限于CCD(Charge Coupled Device)彩色摄像元件，也可以是CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)摄像元件等其他种类的摄像元件。
<滤色器排列的特征>
第一实施方式的彩色摄像元件12的滤色器排列具有下述的特征(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及(6)。
〔特征(1)〕
图3所示的滤色器排列包含由对应于6×6像素的正方排列图案构成的基本排列图案P(图中的由粗框表示的图案)，该基本排列图案P在水平方向及垂直方向上重复配置。即，该滤色器排列中，R、G、B各色的R滤光片23R、G滤光片23G、B滤光片23B具有周期性而排列。
这样一来，R滤光片23R、G滤光片23G、B滤光片23B具有周期性而排列，因此在进行从彩色摄像元件12读出的R、G、B信号的去马赛克算法处理等时，能够按照重复图案进行处理。
另外，在以基本排列图案P为单位进行间拔处理而缩小图像时，间拔处理后的滤色器排列能够与间拔处理前的滤色器排列相同，能够使用通用的处理电路。
〔特征(2)〕
图3所示的滤色器排列中，最有助于获得亮度信号的颜色(在本实施方式中为G色)所对应的G滤光片23G在滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内配置一个以上。在此，NE表示斜右上方向，NW表示斜右下方向。例如，在正方形的像素的排列的情况下，斜右上及斜右下方向成为相对于水平方向分别呈45°的方向，但若是长方形的像素的排列，则是长方形的对角线的方向，其角度根据长边/短边的长度而改变。
与亮度系像素对应的G滤光片23G在滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内配置一个以上，因此无论成为高频的方向如何，都能够提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度。
〔特征(3)〕
图3所示的滤色器排列的基本排列图案P中，该基本排列图案P内的与RGB滤光片23R、23G、23B对应的R像素、G像素、B像素的像素数分别为8像素、20像素、8像素。即，RGB像素的各像素数的比率为2：5：2，最有助于获得亮度信号的G像素的像素数的比率大于其他颜色的R像素、B像素各自的像素数的比率。
如上述那样，G像素的像素数与R、B像素的像素数的比率不同，尤其是最有助于获得亮度信号的G像素的像素数的比率大于R、B像素的像素数的比率，因此能够抑制去马赛克算法处理时的混淆现象，并且也能够使高频再现性良好。
〔特征(4)〕
图3所示的滤色器排列中，上述G色以外的两种颜色以上的其他颜色(在本实施方式中，为R、B色)所对应的R滤光片23R、B滤光片23B分别在基本排列图案P内，在滤色器排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置一个以上。
R滤光片23R及B滤光片23B分别配置于滤色器排列的水平及垂直方向的各滤光片行内，因此能够抑制彩色莫尔条纹(伪色)的发生。由此，能够不将用于抑制伪色的发生的光学低通滤波器配置于从光学系统的入射面到摄像面的光路上，或者即使在应用光学低通滤波器的情况下，也能够应用用于防止伪色的发生的、切断高频成分的作用较弱的光学低通滤波器，从而能够不损害分辨率。
图4示出了将图3所示的基本排列图案P分割成四个3×3像素的状态。
如图4所示，基本排列图案P也可以被当作由图中的实线框围成的3×3像素的A排列24a和图中的虚线框围成的3×3像素的B排列24b在水平、垂直方向上交替排列而成的排列。
A排列24a及B排列24b中，作为亮度系像素的G滤光片23G分别配置于四角和中央，配置于两对角线上。而且，A排列24a中，隔着中央的G滤光片23G在水平方向上排列有R滤光片23R，垂直方向上排列有B滤光片23B。另一方面，B排列24b中，隔着中央的G滤光片23G在水平方向上排列有B滤光片23B，垂直方向上排列有R滤光片23R。即，A排列24a和B排列24b中，R滤光片23R和B滤光片23B的位置关系颠倒，但是其他配置相同。
另外，A排列24a和B排列24b的四角的G滤光片23G如图5所示，A排列和B排列在水平、垂直方向上交替配置，由此成为与2×2像素对应的正方排列的G滤光片23G。
这是因为，作为亮度系像素的G滤光片23G在A排列24a或B排列24b的3×3像素中配置于四角和中央，该3×3像素在水平方向、垂直方向上交替配置，由此形成与2×2像素对应的正方排列的G滤光片23G。另外，通过形成为这样的排列，满足前述的特征(1)、(2)、(3)及后述的特征(5)。
〔特征(5)〕
图3所示的滤色器排列包含设有G滤光片23G的对应于2×2像素的正方排列25(以下，简称为G正方排列25，参照图6)。
如图6所示，将设有G滤光片23G的2×2像素取出，求出水平方向的G像素的像素值的差的绝对值、垂直方向的G像素的像素值的差的绝对值、倾斜方向(右上斜、左上斜)的G像素的像素值的差的绝对值，由此能够判断为在水平方向、垂直方向及倾斜方向中的、差的绝对值小的方向上存在相关性。
即，根据该滤色器排列，使用最小像素间隔的G像素的信息，能够进行水平方向、垂直方向及倾斜方向中的相关性高的方向判别。该方向判别结果能够使用于从周围的像素进行插值的处理(去马赛克算法处理)。由此，能够执行基于图像处理部16的去马赛克算法处理。
另外，如图5所示，将3×3像素的A排列24a或B排列24b的像素作为去马赛克算法处理的对象像素，在以A排列24a或B排列24b为中心而提取5×5像素(马赛克图像的局部区域)时，在该5×5像素的四角存在2×2像素的G像素。通过使用上述的2×2像素的G像素的像素值，能够使用最小像素间隔的G像素的信息来高精度地进行四个方向的相关方向的判别。
〔特征(6)〕
图3所示的滤色器排列的基本排列图案P相对于其中心(四个G滤光片23G的中心)形成点对称。而且，如图4所示，基本排列图案P内的A排列24a及B排列24b也分别相对于中心的G滤光片23G形成点对称。
通过这样的对称性，能够减小或简化后段的处理电路的电路规模。
如图7所示，在由粗框表示的基本排列图案P中，水平方向的第一至第六行中的第一及第三行的滤色器排列是GBGGRG，第二行的滤色器排列是RGRBGB，第四及第六行的滤色器排列是GRGGBG，第五行的滤色器排列为BGBRGR。
目前，在图7中，当将基本排列图案P沿水平方向及垂直方向分别各移动一个像素而得到的基本排列图案设为Pa且将分别各移动两个像素而得到的基本排列图案设为Pb时，即使将这些基本排列图案Pa、Pb在水平方向及垂直方向上重复配置，也成为相同的滤色器排列。
即，通过将基本排列图案沿水平方向及垂直方向重复配置，能够构成图7所示的滤色器排列的基本排列图案存在多个。在第一实施方式中，为了简便起见，将基本排列图案形成点对称的基本排列图案P称为基本排列图案。
另外，在后述的其他实施方式的滤色器排列中，也相对于各滤色器排列而存在多个基本排列图案，但是将其代表性的基本排列图案称为该滤色器排列的基本排列图案。
[彩色摄像元件的第二实施方式]
图8是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第二实施方式的图，尤其示出了彩色摄像元件的滤色器排列。另外，第二实施方式的彩色摄像元件除了滤色器排列不同这一点之外，与上述第一实施方式基本上为相同结构。因此，关于与上述第一实施方式在功能/结构上相同的部件，标注同一附图标记而省略其说明。
第二实施方式的彩色摄像元件26的滤色器排列(以下，简称为滤色器排列)由RGB滤光片23R、23G、23B按照对应于4×4像素的排列图案排列而成的子排列构成。本实施方式的子排列存在A排列27a及B排列27b这两个种类。另外，图8是提取了滤色器排列的一部分的附图(图9以后也同样)。
滤色器排列包括多个将A排列27a及B排列27b沿水平方向交替配置而成的子排列组28，并将各子排列组28沿垂直方向重复配置而成。而且，在该滤色器排列中，沿垂直方向相互相邻的子排列组28沿水平方向错开1像素间隔量地配置。
另外，在本实施方式中，相对于垂直方向上配置成第奇数个的子排列组28，配置成第偶数个的子排列组28沿同方向错开1像素间隔量地配置。由此，各子排列组28的错开方向在滤色器排列的垂直方向上交替地相互不同。具体而言，例如在垂直方向上第二个子排列组28相对于第一个子排列组28向图中右方向错开，第三个子排列组28相对于该第二个子排列组28向图中左方向错开，以下同样地，将错开方向切换成右、左、右···。
在A排列27a中，沿着其两条对角线配置有G滤光片23G。而且，在A排列27a中，将R滤光片23R及B滤光片23B在滤色器排列的水平/垂直方向的各滤光片行内各配置一个。另一方面，B排列27b是除了R滤光片23R与B滤光片23B的位置关系颠倒这一点以外与A排列27a基本相同的排列图案。
这样的滤色器排列也可以被当作由对应于8×8像素的正方排列图案构成的基本排列图案P1(图中的由粗框表示的图案)沿水平/垂直方向分别排列而成的排列。该基本排列图案P1分别包含相互相邻的子排列组28中分别包含的子排列(A排列27a及B排列27b中的至少一方)。
如图9所示，通过将基本排列图案P1沿水平/垂直方向重复配置，能得到图8所示的滤色器排列。因此，滤色器排列具有前述的特征(1)。
此时，滤色器排列的基本排列图案没有限定为图9所示的基本排列图案P1，只要是对应于8×8像素的正方排列图案即可，没有特别限定。例如，即使在将图8所示的基本排列图案P1沿水平方向、垂直方向分别移动两个像素、一个像素而得到的基本排列图案P1a(图8中的由虚线框表示)如图10所示沿水平/垂直方向重复配置的情况下，也能得到图8所示的滤色器排列。这样一来，滤色器排列通过将任意的对应于8×8像素的基本排列图案沿水平/垂直方向重复配置而成。以下，在第二实施方式中，对基本排列图案标注附图标记“P1”。
返回到图8，A排列27a及B排列27b在具有对应于N×N(N为4以上的偶数、另外，N＝2的情况在后文叙述)像素的排列图案(条件1)、在两排列27a、27b的至少两条对角线上配置G滤光片23G(条件2)以及相互相邻的子排列组28错开1像素间隔量而配置(条件3)时，G滤光片23G配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内。
另一方面，例如如图11所示的比较例那样，在条件1及条件2满足但条件3不满足时，滤色器排列虽然可以看作将基本排列图案PNG排列而成的排列，但是各子排列(两排列27a、27b)的未配置G滤光片23G的像素(以下，称为G空白像素)位于同一倾斜(NE、NW)方向的行上。其结果是，在滤色器排列中产生未配置G滤光片23G的倾斜行(以下，称为G空白行)L。
相对于此，如图12所示，在本实施方式中，相互相邻的子排列组28沿水平方向错开1像素间隔量地配置，因此在一个子排列组28的子排列的G空白行L的延长线上，其他子排列组28的子排列的G滤光片23G配置有至少一个。其结果是，不产生图11所示的比较例那样的G空白行L。
另外，G滤光片23G以满足前述的条件2的方式排列，因此在滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行上配置一个以上的G滤光片23G。这样一来，在第二实施方式中，以满足前述的条件1～3的方式排列G滤光片23G，由此G滤光片23G配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内。由此，滤色器排列具有前述的特征(2)。
而且，在满足前述的条件2时，滤色器排列包含G正方排列25。由此，滤色器排列具有前述的特征(5)。
返回到图8，R滤光片23R及B滤光片23B在各子排列(两排列27a、27b)内，配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。因此，R滤光片23R及B滤光片23B即使在任意的基本排列图案P1内，也配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。因此，滤色器排列具有前述的特征(4)。
此外，在第二实施方式中，基本排列图案P1内的对应于RGB滤光片23R、23B、23R的R像素、G像素、B像素的像素数(以下，适当简称为RGB像素的各像素数)为16像素、32像素、16像素。因此，RGB像素的各像素数的比率为1:2:1，因此滤色器排列具有前述的特征(3)。
另外，基本排列图案P1相对于其中心未形成点对称。
如上述那样，第二实施方式的滤色器排列具有与第一实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)及(5)相同的特征。
另外，基本排列图案P1由对应于“偶数×偶数”像素的排列图案构成，因此在彩色摄像元件26为CMOS摄像元件的情况下，例如也可以使配置成正方行列状的四个像素共有一个放大电路(其他实施方式也同样)。
[彩色摄像元件的第三实施方式]
图13是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第三实施方式的图，尤其示出了彩色摄像元件的滤色器排列。在上述第二实施方式中，将相互相邻的子排列组28沿水平方向错开1像素间隔量地配置。相对于此，在第三实施方式的彩色摄像元件30中，将相互相邻的子排列组28沿水平方向错开2像素间隔量地配置。
另外，第三实施方式是除了相互相邻的子排列组28的错开量不同这一点之外与上述第一及第二实施方式基本上相同的结构，因此关于与上述各实施方式在功能/结构上相同的部件，标注相同附图标记而省略其说明(关于第四实施方式以后的各实施方式也同样)。
关于彩色摄像元件30的滤色器排列(以下，简称为滤色器排列)，也与第二实施方式同样地，可以被当作由对应于8×8像素的正方排列图案构成的基本排列图案P2沿水平/垂直方向分别排列而成的排列。另外，基本排列图案P2没有限定为图13所示的排列图案，可以将对应于8×8像素的任意的正方排列图案作为基本排列图案。其结果是，滤色器排列具有前述的特征(1)。
即使在将相互相邻的子排列组28错开2像素间隔量地配置的情况下(条件3A)，在滤色器排列中也不会产生未配置G滤光片23G的倾斜(NE、NW)行。而且，由于满足前述的条件2，因此在滤色器排列中也不会产生未配置G滤光片23G的水平、垂直行。而且，在滤色器排列中包含G正方排列25。由此，滤色器排列具有前述的特征(2)及特征(5)。
R滤光片23R及B滤光片23B与第二实施方式同样地，在各子排列内，配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。因此，R滤光片23R及B滤光片23B在任意的基本排列图案P2中也配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。由此，滤色器排列具有前述的特征(4)。而且，RGB像素的各像素数的比率与第二实施方式相同，因此滤色器排列满足前述的特征(3)。
另外，与第二实施方式同样地，基本排列图案P2相对于其中心未形成点对称。
如上述那样，第三实施方式的滤色器排列具有与第一实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)及(5)相同的特征。
[彩色摄像元件的第四实施方式]
图14是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第四实施方式的图，尤其是示出了彩色摄像元件的滤色器排列。在上述第二及第三实施方式中，将垂直方向上相互相邻的子排列组28沿水平方向错开地配置。相对于此，在第四实施方式的彩色摄像元件32中，将水平方向上相互相邻的子排列组沿垂直方向错开地配置。
彩色摄像元件32的滤色器排列(以下，简称为滤色器排列)包含多个将A排列27a及B排列27b沿垂直方向交替排列而成的子排列组33，各子排列组33沿水平方向重复配置。
另外，在滤色器排列中，将水平方向上相互相邻的子排列组33沿垂直方向错开1像素间隔量地配置。具体而言，相对于水平方向上配置成第奇数个的子排列组33，配置成第偶数个的子排列组33沿垂直方向错开1像素间隔量。由此，各子排列组33的错开方向在滤色器排列的水平方向上交替地相互不同。
关于这样的滤色器排列，也可以被当作对应于8×8像素的正方排列图案的基本排列图案P3沿水平/垂直方向分别排列而成的排列。另外，基本排列图案P3并未限定为图14所示的排列图案，可以将对应于8×8像素的任意的正方排列图案设为基本排列图案。其结果是，滤色器排列具有前述的特征(1)。
另外，滤色器排列中虽然相互相邻的子排列组33的错开方向与第二实施方式不同，但是在相互相邻的子排列组错开1像素间隔量这一点上与第二实施方式相同。因此，滤色器排列满足前述的条件1、条件2及条件3，因此G滤光片23G配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内。而且，滤色器排列包含G正方排列25。由此，滤色器排列具有前述的特征(2)及特征(5)。
R滤光片23R及B滤光片23B与第二实施方式同样地，在各子排列(A排列27a及B排列27b)内，配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内，因此在任意的基本排列图案P3内也配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。由此，滤色器排列具有前述的特征(4)。而且，RGB像素的各像素数的比率与第二实施方式相同，因此滤色器排列满足前述的特征(3)。
另外，基本排列图案P3相对于其中心未形成点对称。
如上述那样，第四实施方式的滤色器排列具有与第一实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)及(5)相同的特征。
[彩色摄像元件的第五实施方式]
图15是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第五实施方式的图，尤其示出了彩色摄像元件的滤色器排列。在上述的第四实施方式中，将水平方向上相互相邻的子排列组33彼此沿垂直方向错开1像素间隔量地配置。相对于此，在第五实施方式的彩色摄像元件36中，将相互相邻的子排列组33彼此沿垂直方向错开2像素间隔量地配置。
关于彩色摄像元件36的滤色器排列(以下，简称为滤色器排列)，与第四实施方式同样地，也可以被当作由对应于8×8像素的任意的正方排列图案构成的基本排列图案P4沿水平/垂直方向分别排列而成的排列。其结果是，滤色器排列具有前述的特征(1)。
另外，滤色器排列除了将相互相邻的子排列组33彼此沿水平方向错开2像素间隔量这一点之外基本上与第四实施方式的滤色器排列相同。因此，滤色器排列包含G正方排列25，并且在任意的基本排列图案P4内的滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内分别配置R滤光片23R及B滤光片23B。而且，RGB像素的各像素数的比率为1:2:1。由此，滤色器排列具有前述的特征(5)、(4)及(3)。
另外，滤色器排列中虽然相互相邻的子排列组33的错开方向与第三实施方式不同，但是在相互相邻的子排列组彼此错开2像素间隔量这一点上与第三实施方式相同。因此，滤色器排列满足前述的条件1、条件2及条件3A，因此G滤光片23G配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内。由此，滤色器排列具有前述的特征(2)。
另外，基本排列图案P4相对于该中心未形成点对称。
如上述那样，第五实施方式的滤色器排列具有与第一实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)及(5)相同的特征。
[彩色摄像元件的第六实施方式]
图16是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第六实施方式的图，尤其是示出了彩色摄像元件的滤色器排列。上述第二实施方式至第五实施方式的滤色器排列由具有对应于4×4像素的正方排列图案的子排列(A排列27a及B排列27b)构成。相对于此，第六实施方式的彩色摄像元件39的滤色器排列(以下，简称为滤色器排列)由具有对应于2×2像素的正方排列图案的子排列构成。
滤色器排列包括将A排列40a及B排列40b沿水平方向交替地排列而成的子排列组41a和将C排列40c及D排列40d沿水平方向交替地排列而成的子排列组41b，且子排列组41a与子排列组41b沿垂直方向交替配置。此外，在该滤色器排列中，垂直方向上相互相邻的子排列组41a与子排列组41b沿水平方向相互错开1像素间隔量地配置。
在A排列40a中，沿着其两条对角线中的左斜(NW)方向的对角线配置有G滤光片23G，沿着右斜(NE)方向的对角线配置有B滤光片23B。而且，B排列40b是将A排列40a的B滤光片23B置换成R滤光片23R所得到的结构。
在C排列40c中，沿着左斜(NW)方向的对角线配置有G滤光片23G，沿着右斜(NE)方向的对角线分别各配置有一个B滤光片23B、R滤光片23R。而且，D排列40d是使C排列40c的R滤光片23R与B滤光片23B的位置关系颠倒所得到的结构。
上述结构的滤色器排列也可以被当作对应于4×4像素的正方排列图案的基本排列图案P5沿水平/垂直方向分别排列而成的排列。另外，与上述第二实施方式等同样地，基本排列图案P5没有限定为图16所示的排列图案，可以将对应于4×4像素的任意的正方排列图案设为基本排列图案。其结果是，滤色器排列具有前述的特征(1)。
另外，滤色器排列满足：各排列40a～40d具有对应于2×2像素的排列图案的条件1A、在各排列40a～40d的两条对角线的一方上配置G滤光片23G的条件2A、相互相邻的子排列组41a与子排列组41b错开1像素间隔量地配置的前述的条件3。
通过满足条件1A及条件2A，在各排列40a～40d的水平/垂直方向的行上分别各配置一个G滤光片23G，因此G滤光片23G配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。此时，仅仅是满足条件1A及条件2A的话，G滤光片23G配置成棋盘式格纹状，因此在滤色器排列中产生未配置G滤光片23G的倾斜方向(NE、NW)的行，但是通过还满足条件3，G滤光片23G配置于滤色器排列的倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内。由此，滤色器排列具有前述的特征(2)。
此外，在上述结构的滤色器排列中，R滤光片23R及B滤光片23B分别配置于任意的基本排列图案P5内的滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。由此，滤色器排列具有前述的特征(4)。而且，任意的基本排列图案P5内的对应于RGB滤光片23R、23B、23R的RGB像素的各像素数为4像素、8像素、4像素。因此，RGB像素的各像素数的比率为1:2:1，因此滤色器排列具有前述的特征(3)。
另外，基本排列图案P5相对于其中心未形成点对称，而且，在滤色器排列中不包含G正方排列25。
如上述那样，第六实施方式的滤色器排列具有与第一实施方式的特征(1)、(2)、(3)及(4)相同的特征。
另外，第六实施方式的滤色器排列如图17的A部分、B部分所示那样在对彩色摄像元件39的奇数(也可以是偶数)行进行间拔读出并驱动时，如图17的C部分所示，成为基本排列图案P5a沿水平/垂直方向重复配置的排列。因此，即使在动画摄影时等对彩色摄像元件39进行间拔读出并驱动的情况下，也能够按照RGB滤光片23R、23G、23B的重复图案进行去马赛克算法处理等。
[彩色摄像元件的第七实施方式]
图18是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第七实施方式的图，尤其示出了彩色摄像元件的滤色器排列。在上述第六实施方式中，沿着各排列40a～40d的左斜(NW)方向的对角线配置有G滤光片23G，但是也可以如第七实施方式的彩色摄像元件45那样沿着A、B、C、D排列46a～46d的右斜(NE)方向的对角线配置有G滤光片23G。
各排列46a～46d分别具有与将上述第六实施方式的各排列40a～40d在图16中沿着顺时针方向旋转90°时的排列相同的图案。由这样的各排列46a～46d构成的滤色器排列是除了G滤光片23G的配置颠倒这一点之外与第六实施方式的滤色器排列基本上相同的排列图案。
另外，关于滤色器排列中包含的基本排列图案P6，也是除了G滤光片23G的配置颠倒这一点之外与第六实施方式的基本排列图案P5基本上相同的排列图案。因此，第七实施方式的滤色器排列也具有与第一实施方式的特征(1)、(2)、(3)及(4)相同的特征。
此外，如图19的A部分～C部分所示，在对彩色摄像元件45的奇数(也可以为偶数)行进行间拔读出并驱动时，与第六实施方式同样地，滤色器排列成为将基本排列图案P6a沿水平/垂直方向重复配置而成的排列。
[彩色摄像元件的第八实施方式]
图20是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第八实施方式的图，尤其是示出了彩色摄像元件的滤色器排列。上述第二实施方式至第五实施方式的滤色器排列由具有对应于4×4像素的正方排列图案的子排列构成，但是在第八实施方式的彩色摄像元件48中，进一步扩大了子排列的大小。
彩色摄像元件48的滤色器排列(以下，简称为滤色器排列)由具有对应于6×6像素的正方排列图案的子排列构成，具体而言由A排列49a和B排列49b构成。该滤色器排列是将第二实施方式的滤色器排列的A排列28a和B排列28b分别置换为A排列49a和B排列49b所得到的结构。因此，滤色器排列将A排列49a及B排列49b沿水平方向交替排列而成的子排列组50沿垂直方向重复配置而成。而且，与第二实施方式同样地，相互相邻的子排列组50沿水平方向错开1像素间隔量地配置。
在A排列49a及B排列49b中，沿着两条对角线配置G滤光片23G，并且R滤光片23R及B滤光片23B在滤色器排列的水平/垂直方向的各滤光片行内各配置一个。此时，A排列49a及B排列49b在对角线上以外的部位也配置有G滤光片23G，以使G滤光片23G的个数多于R、B滤光片23R、23B各自的个数。
关于这样的滤色器排列，也与上述第二实施方式等同样地，也可以被当作由对应于12×12像素的正方排列图案构成的基本排列图案P7沿水平/垂直方向分别排列而成的排列。而且，该滤色器排列除了扩大了子排列(A排列49a及B排列49b)的大小这一点之外，基本上与第二实施方式的滤色器排列相同，因此与第二实施方式的滤色器排列同样地具有前述的特征(1)、(2)、(4)及(5)。
此外，基本排列图案P7内的对应于RGB滤光片23R、23B、23R的RGB像素的各像素数为32像素、80像素、32像素。因此，RGB像素的各像素数的比率为2:5:2，因此滤色器排列具有前述的特征(3)。
另外，基本排列图案P7相对于其中心未形成点对称。
如上述那样，第八实施方式的滤色器排列具有与第一实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)及(5)相同的特征。
另外，即使在滤色器排列由具有对应于8×8像素以上的N×N(N为偶数)像素的排列图案的子排列构成的情况下，在将垂直方向上或水平方向上相互相邻的子排列组彼此沿水平方向或垂直方向相互错开M像素间隔量地配置时，也具有与上述第二实施方式同样的特征。在这种情况下，基本排列图案成为对应于任意的2N×2N像素的正方排列图案。在此，M以将G滤光片23G配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内的方式根据子排列的大小适当确定。
另外，在扩大子排列的大小时，N优选为10以下。这是因为，当N超过10时(N>10)，去马赛克算法等信号处理变得复杂化，相对于此无法得到增加基本排列图案的大小所产生的额外的效果。
[彩色摄像元件的第九实施方式]
图21是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第九实施方式的图，尤其是示出了彩色摄像元件的滤色器排列。在上述第二实施方式至第八实施方式中，将垂直方向上或水平方向上相邻的子排列组错开M像素间隔量地配置，由此滤色器排列至少具有第一实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)及(4)。相对于此，在第九实施方式的彩色摄像元件52中，通过使相互相邻的子排列内的G滤光片23G的位置错开，能得到与上述第二实施方式至第八实施方式同样的效果。
彩色摄像元件52的滤色器排列(以下，简称为滤色器排列)包含将RGB滤光片23R、23G、23B以对应于8×8像素的排列图案排列而成的基本排列图案P8，该基本排列图案P8沿水平方向及垂直方向重复配置。因此，滤色器排列具有前述的特征(1)。
基本排列图案P8由具有对应于4×4像素的排列图案的四个种类的子排列构成。这四个种类的子排列是A排列53a、B排列53b、C排列53c、D排列53d，各排列53a～53d以相互沿水平/垂直方向相邻的方式配置成行列状。具体而言，A排列53a与B排列53b、C排列53c与D排列53d分别沿垂直方向相邻。而且，A排列53a与C排列53c、B排列53b与D排列53d分别沿水平方向相邻。
A排列53a及D排列53d与第二实施方式的B排列27b(也可以是A排列27a)相同。在B排列53b及C排列53c中，在从两条对角线上沿垂直方向错开1像素间隔量的位置配置有G滤光片23G。而且，在B排列53b及C排列53c中，R滤光片23R及B滤光片23B在滤色器排列的水平/垂直方向的各滤光片行内配置一个以上。
这样一来，在各排列53a～53d满足上述条件1、而且G滤光片23G沿着在水平方向或垂直方向上相互相邻的各排列53a～53d的一方的至少两条对角线配置(条件4)、并且另一方的G滤光片23G的配置相对于该一方的G滤光片23G的配置而配置于错开Q(Q<N)像素间隔量的位置时(条件5)，G滤光片23G配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内。由此，滤色器排列具有前述的特征(2)。
另外，在满足前述的条件4时，在滤色器排列中含有G正方排列25。由此，滤色器排列具有前述的特征(5)。
R滤光片23R及B滤光片23B在各子排列(各排列53a～53d)内，配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。因此，R滤光片23R及B滤光片23B在基本排列图案P8内，也配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。因此，滤色器排列具有前述的特征(4)。
此外，在第九实施方式中，基本排列图案P8内的对应于RGB滤光片23R、23B、23R的RGB像素的各像素数为18像素、28像素、18像素。因此，RGB像素的各像素数的比率为1:1.6:1，因此滤色器排列具有前述的特征(3)。
另外，基本排列图案P8相对于其中心未形成点对称。
如上述那样，第九实施方式的滤色器排列具有与第一实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)及(5)相同的特征。
另外，在上述第九实施方式的滤色器排列中，相对于A排列53a及D排列53d内的G滤光片23G的配置，将B排列53b及C排列53c内的G滤光片23G的配置向图中上方错开1像素间隔量，但也可以向图中下方或图中左右方向(水平方向)错开1像素间隔量地配置。
[彩色摄像元件的第十实施方式]
图22是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第十实施方式的图，尤其示出了彩色摄像元件的滤色器排列。在上述第九实施方式中，相对于A排列53a及D排列53d内的G滤光片23G的配置，将B排列53b及C排列53c的G滤光片23G的配置分别向同方向错开。相对于此，在第十实施方式的彩色摄像元件55中，使B排列及C排列内的G滤光片23G的配置的错开方向不同。
彩色摄像元件55的滤色器排列(以下，简称为滤色器排列)包含将RGB滤光片23R、23G、23B以对应于8×8像素的排列图案排列而成的基本排列图案P9，该基本排列图案P9沿水平方向及垂直方向重复配置。因此，滤色器排列具有前述的特征(1)。
基本排列图案P9是与第九实施方式的基本排列图案P8基本上相同的图案。但是，基本排列图案P9具有与基本排列图案P8的B排列53b及C排列53c分别不同的B排列53b1及C排列53c1。
B排列53b1内的G滤光片23G的配置相对于A排列53a及D排列53d的G滤光片23G的配置，向图中右方(水平方向)错开1像素间隔量。另一方面，C排列53c1内的G滤光片23G的配置相对于A排列53a及D排列53d内的G滤光片23G的配置，向图中左方(水平方向)错开1像素间隔量。
这样一来，即使在各排列53a、53b1、53c1、53d满足上述条件1及条件4、且B排列53b及C排列53c内的G滤光片23G的配置相对于A排列53a及D排列53d内的G滤光片23G的配置而分别沿不同的方向配置于错开Q(Q<N)像素间隔量的位置时(条件5A)，G滤光片23G也配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内。由此，滤色器排列具有前述的特征(2)。而且，滤色器排列由于包含G正方排列25，因此具有前述的特征(5)。
R滤光片23R及B滤光片23B与第九实施方式同样地，在基本排列图案P9内，配置于滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内。因此，滤色器排列具有前述的特征(4)。
另外，RGB像素的各像素数的比率由于与第九实施方式相同，因此滤色器排列具有前述的特征(3)。
另外，基本排列图案P9相对于其中心未形成点对称。
如上述那样，第十实施方式的滤色器排列具有与第一实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)及(5)相同的特征。
另外，在上述第十实施方式的滤色器排列中，相对于A排列53a及D排列53d内的G滤光片23G的配置，B排列53b1及C排列53c1内的G滤光片23G的配置向图中右方向、图中左方向分别错开1像素间隔量，但是各配置的错开方向可以在滤色器排列具有前述的特征(2)的范围内适当变更。而且，可以将B排列53b1及C排列53c1中的一方的G滤光片23G的配置沿水平方向错开，并将另一方的G滤光片23G的配置沿垂直方向错开。
[彩色摄像元件的第十一实施方式]
图23是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第十一实施方式的图，尤其是示出了彩色摄像元件的滤色器排列。上述第九及第十实施方式的基本排列图案P8、P9由具有对应于4×4像素的正方排列图案的子排列构成，但是在第十一实施方式的彩色摄像元件57中，进一步扩大了子排列的大小。
彩色摄像元件57的滤色器排列(以下，简称为滤色器排列)包含将RGB滤光片23R、23G、23B以对应于12×12像素的排列图案排列而成的基本排列图案P10，该基本排列图案P10沿水平方向及垂直方向重复配置。因此，滤色器排列具有前述的特征(1)。
基本排列图案P10与上述第九及第十实施方式同样地，由以相互沿水平/垂直方向相邻的方式配置成行列状的A排列58a、B排列58b、C排列58c及D排列58d构成。各排列58a～58d通过将RGB滤光片23R、23G、23B以对应于6×6像素的排列图案排列而成。
这样的各排列58a～58d除了将各自的大小扩大且在A排列58a及D排列58d内的对角线上以外的部位也配置G滤光片23G而且将B排列58b的错开方向变更为图中上方向这几点之外，与第十实施方式的各排列53a、53b1、53c1、53d基本相同。因此，滤色器排列与第十实施方式同样地具有前述的特征(2)、(4)及(5)。
另外，基本排列图案P10内的对应于RGB滤光片23R、23B、23R的RGB像素的各像素数为36像素、72像素、36像素。因此，RGB像素的各像素数的比率为1:2:1，因此滤色器排列具有前述的特征(3)。
另外，基本排列图案P10相对于其中心未形成点对称。
如上述那样，第十一实施方式的滤色器排列具有与第一实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)及(5)相同的特征。
另外，虽然图示省略，但是即使在基本排列图案由具有对应于8×8像素以上的N×N(N为偶数)像素的排列图案的子排列构成的情况下，也具有与上述第九或第十实施方式同样的特征。在此，也如上述那样当N超过10时，去马赛克算法等信号处理变得复杂化，而且无法得到增大基本排列图案的大小所产生的额外的效果，因此N优选为10以下。
另外，在第九实施方式至第十一实施方式中，相对于A排列及D排列内的G滤光片23G的配置，将B排列及C排列内的G滤光片23G的配置分别错开1像素间隔量，但是在滤色器排列具有前述的特征(2)的范围内，可以使G滤光片23G的配置的错开量在2～Q像素间隔的范围内变化。而且，也可以使滤色器排列内的、A排列及D排列的位置与B排列及C排列的位置颠倒。
[其他]
上述各实施方式的R滤光片23R及B滤光片23B的配置并未限定为图3～图23所示的配置，在至少满足前述的特征(4)的范围内可以适当变更。
在上述第二实施方式至第八实施方式中，相对于沿垂直方向或水平方向配置为第奇数个的子排列组，将配置为第偶数个的子排列组沿同方向错开，由此使各子排列组的错开方向沿滤色器排列的垂直方向或水平方向交替地互不相同，但是在滤色器排列具有前述的特征(2)的范围内，可以适当变更各子排列组的错开方向。
[变形例]
另外，在上述的各实施方式中，说明了采用绿(G)作为第一色并采用红(R)及蓝(B)作为第二色的例子，但是在滤色器中可使用的颜色并未限定为这些颜色，也可以使用与满足以下的条件的颜色对应的滤色器。
<第一滤光片(第一色)的条件>
在上述各实施方式中，作为本发明的具有第一色的第一滤光片，列举G色的G滤光片为例进行了说明，但是也可以取代G滤光片，或者取代G滤光片的一部分，使用满足下述条件(1)至条件(4)中的任一个的滤光片。
〔条件(1)〕
条件(1)是用于获得亮度信号的贡献率为50％以上。该贡献率50％是为了对本发明的第一色(G色等)与第二色(R、B色等)进行区别而确定出的值，是以用于获得亮度数据的贡献率相对地比R色、B色等高的颜色包含于“第一色”的方式确定出的值。
另外，贡献率小于50％的颜色成为本发明的第二色(R色、B色等)，具有该颜色的滤光片成为本发明的第二滤光片。
〔条件(2)〕
条件(2)是滤光片的透过率的峰值处于波长480nm以上且570nm以下的范围内。滤光片的透过率使用例如由分光光度计测定出的值。该波长范围是为了将本发明的第一色(G色等)与第二色(R、B色等)进行区别而确定出的范围，是以不包含前述的贡献率相对降低的R色、B色等的峰值且包含贡献率相对升高的G色等的峰值的方式确定出的范围。因此，可以使用透过率的峰值处于波长480nm以上且570nm以下的范围内的滤光片作为第一滤光片。另外，透过率的峰值为波长480nm以上且570nm以下的范围外的滤光片成为本发明的第二滤光片(R滤光片、B滤光片)。
〔条件(3)〕
条件(3)是波长500nm以上且560nm以下的范围内的透过率比第二滤光片(R滤光片或B滤光片)的透过率高。在该条件(3)下，滤光片的透过率也使用例如由分光光度计测定出的值。该条件(3)的波长范围也是为了对本发明的第一色(G色等)与第二色(R、B色等)进行区别而确定出的范围，是具有前述的贡献率相对地比R色或B色等高的颜色的滤光片的透过率高于RB滤光片等的透过率的范围。因此，可以使用在透过率为波长500nm以上且560nm以下的范围内相对高的滤光片作为第一滤光片，并使用透过率相对低的滤光片作为第二滤光片。
〔条件(4)〕
条件(4)是使用包含三原色中的最有助于亮度信号的颜色(例如RGB中的G色)和与这三原色不同的颜色的两种颜色以上的滤光片作为第一滤光片。在这种情况下，第一滤光片的各色以外的颜色所对应的滤光片成为第二滤光片。
<多个种类的第一滤光片(G滤光片)>
因此，作为第一滤光片的G色的G滤光片并未限定为一个种类，也可以使用例如多个种类的G滤光片(G1滤光片、G2滤光片)作为第一滤光片。即上述的各实施方式的滤色器(基本排列图案)的G滤光片可以适当置换成G1滤光片或G2滤光片。G1滤光片使第一波长带域的G光透过，G2滤光片使与G1滤光片相关性高的第二波长带域的G光透过(参照图24)。
作为G1滤光片，可以使用现存的G滤光片(例如第一实施方式的G滤光片)。而且，作为G2滤光片，可以使用与G1滤光片相关性高的滤光片。在这种情况下，配置G2滤光片的受光元件的分光灵敏度曲线的峰值优选处于例如波长500nm至535nm的范围(配置现存的G滤光片的受光元件的分光灵敏度曲线的峰值的附近)。另外，决定四种颜色(R、G1、G2、B)的滤色器的方法使用例如日本特开2003-284084号记载的方法。
将如此通过彩色摄像元件而取得的图像的颜色分为四个种类，并使取得的颜色信息增加，由此与仅取得三个种类的颜色(RGB)的情况相比，能够更准确地表现出颜色。即，能够将眼睛看起来不同的颜色再现为不同的颜色，并将眼睛看起来相同的颜色再现为相同的颜色(提高“颜色的判别性”)。
另外，G1、G2滤光片的透过率与第一实施方式的G滤光片的透过率基本相同，因此用于获得亮度信号的贡献率高于50％。因此，G1、G2滤光片满足前述的条件(1)。
另外，在表示滤色器排列(受光元件)的分光灵敏度特性的图24中，各G1、G2滤光片的透过率的峰值(各G像素的灵敏度的峰值)处于波长480nm以上且570nm以下的范围内。各G1、G2滤光片的透过率在波长500nm以上且560nm以下的范围内，高于RB滤光片的透过率。因此，各G1、G2滤光片也满足前述的条件(2)、(3)。
另外，各G1、G2滤光片的配置、个数可以适当变更。而且，也可以将G滤光片的种类增加为三个种类以上。
<透明滤光片(W滤光片)>
在上述的实施方式中，主要示出了由与RGB色对应的彩色滤光片构成的滤色器，但是也可以将这些彩色滤光片的一部分设为透明滤光片W(白色像素)。尤其是优选取代第一滤光片(G滤光片)的一部分而配置透明滤光片W。通过如此将G像素的一部分置换成白色像素，即使像素大小微小化也能抑制颜色再现性的劣化。
透明滤光片W是透明色(第一色)的滤光片。透明滤光片W能够使与可见光的波长域对应的光透过，例如是RGB的各色的光的透过率为50％以上的滤光片。透明滤光片W的透过率比G滤光片高，因此用于获得亮度信号的贡献率也比G色(60％)高，满足前述的条件(1)。
在表示滤色器排列(受光元件)的分光灵敏度特性的图25中，透明滤光片W的透过率的峰值(白色像素的灵敏度的峰值)处于波长480nm以上且570nm以下的范围内。而且，透明滤光片W的透过率处于波长500nm以上且560nm以下的范围内，比RB滤光片的透过率高。因此，透明滤光片W也满足前述的条件(2)、(3)。另外，关于G滤光片也与透明滤光片W同样地满足前述的条件(1)～(3)。
这样一来，透明滤光片W满足前述的条件(1)～(3)，因此可以作为本发明的第一滤光片使用。另外，在滤色器排列中，将RGB三原色中的最有助于亮度信号的G色所对应的G滤光片的一部分置换成透明滤光片W，因此也满足前述的条件(4)。
<翠绿色滤光片(E滤光片)>
在上述的实施方式中，主要示出了由与RGB色对应的彩色滤光片构成的滤色器，但也可以将这些彩色滤光片的一部分设为其他彩色滤光片，例如与翠绿(E)色对应的滤光片E(翠绿色像素)。尤其是可以取代第一滤光片(G滤光片)的一部分而配置翠绿色滤光片(E滤光片)。通过如此使用将G滤光片的一部分由E滤光片置换后的四种颜色的滤色器排列，能够提高亮度高的区域成分的再现，减少锯齿，并提高分辨率感。
在表示滤色器排列(受光元件)的分光灵敏度特性的图26中，翠绿色滤光片E的透过率的峰值(E像素的灵敏度的峰值)处于波长480nm以上且570nm以下的范围内。而且，翠绿色滤光片E的透过率在波长500nm以上且560nm以下的范围内，高于RB滤光片的透过率。因此，翠绿色滤光片E满足前述的条件(2)、(3)。而且，在滤色器排列中，将RGB三原色中的最有助于亮度信号的G色所对应的G滤光片的一部分置换成翠绿色滤光片E，因此也满足前述的条件(4)。
另外，在图26所示的分光特性中，翠绿色滤光片E在比G滤光片靠短波长的一侧具有峰值，但有时也在比G滤光片靠长波长的一侧具有峰值(看起来稍接近黄色的颜色)。这样一来，作为翠绿色滤光片E，能够选择满足本发明的各条件的翠绿色滤光片，例如，也可以选择满足条件(1)那样的翠绿色滤光片E。
<其他颜色的种类>
在上述的各实施方式中，说明了由原色RGB的滤色器构成的滤色器排列，但是本发明也可以应用于例如向原色RGB的互补色即C(青色)、M(品红色)、Y(黄色)添加了G的四种颜色的互补色系的滤色器的滤色器排列。在这种情况下，也将满足上述条件(1)～(4)中的任一个的滤色器作为本发明的第一滤光片，并将其他滤色器作为第二滤光片。
<蜂窝配置>
上述各实施方式的各滤色器排列包含各色的滤色器沿水平方向(H)及垂直方向(V)二维排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案沿水平方向(H)及垂直方向(V)重复配置，但是本发明没有限定于此。
例如，也可以使用将上述的各实施方式的基本排列图案绕光轴旋转了45°而得到的所谓蜂窝排列状的基本排列图案，并由将基本排列图案沿倾斜方向(NE、NW)重复配置而成的排列图案构成滤色器。
此外，本发明没有限定为上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变形，这是不言而喻的。
附图标记说明
9…数码相机，12、26、30、32、36、39、45、48、52、55、57…彩色摄像元件，23R…R滤光片，23G…G滤光片，23B…B滤光片，24a、27a、40a、46a、49a、53a、58a…A排列，24b、27b、40b、46b、49b、53b、53b1、58b…B排列，40c、46c、53c、53c1、58c…C排列，40d、46d、53d、58d…D排列，28、33、41a、41b、50…子排列组，P、P1、P1a、P2、P3、P4、P5、P5a、P6、P6a、P7、P8、P9、P10…基本排列图案

Claims (10)

1.一种彩色摄像元件，是在由排列于水平方向及垂直方向的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式的彩色摄像元件，
上述滤色器的排列包含上述滤色器以与N×N像素对应的排列图案排列而成的子排列，将上述子排列沿上述水平方向及垂直方向中的任一方向排列而成的子排列组在上述水平方向及垂直方向中的另一方向上重复地配置，且在上述另一方向上相互相邻的上述子排列组彼此沿上述一方向错开M像素间隔量地配置，N为偶数，M小于N，
上述滤色器包含与一种颜色以上的第一色对应的第一滤光片和与用于获得亮度信号的贡献率低于上述第一色的两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片，而且上述第一滤光片所对应的第一色的像素数的比率大于上述第二滤光片所对应的第二色的各色的像素数的比率，
上述第一滤光片沿着上述子排列的至少对角线配置，
与上述第二色的各色对应的上述第二滤光片在上述滤色器的排列内的沿上述水平方向及垂直方向重复配置的基本排列图案内，即在上述滤色器的排列所含的任意的2N×2N像素所对应的基本排列图案内，在上述滤色器的排列的水平、垂直方向的各滤光片行内配置一个以上，
上述M被设定为上述第一滤光片在上述滤色器的排列的水平、垂直、斜右上及斜右下方向的各滤光片行内配置一个以上的值。
2.根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，
上述基本排列图案中，相互相邻的上述子排列组分别所含的上述子排列分别包含一个以上。
3.根据权利要求1或2所述的彩色摄像元件，其中，
上述N为4以上的偶数，上述第一滤光片沿着上述子排列的至少两条对角线配置。
4.根据权利要求3所述的彩色摄像元件，其中，
上述第二色的各色的上述第二滤光片在上述子排列内在上述滤色器的排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置一个以上。
5.根据权利要求3或4所述的彩色摄像元件，其中，
上述滤色器的排列包含由上述第一滤光片构成的与2×2像素对应的正方排列。
6.根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，
在上述N为2时，上述第一滤光片沿着上述子排列的一条对角线配置。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的彩色摄像元件，其中，
在上述另一方向上配置成第偶数个的上述子排列组相对于在上述另一方向上配置成第奇数个的上述子排列组沿同方向错开上述M像素间隔量地配置。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的彩色摄像元件，其中，
上述N为10以下。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的彩色摄像元件，其中，
上述第一色为绿色(G)，上述第二色为红色(R)及蓝色(B)。
10.一种摄像装置，具备权利要求1～9中任一项所述的彩色摄像元件。
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