CN104471929A - 彩色摄像元件及摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种彩色摄像元件及具备彩色摄像元件的摄像装置。在本发明的一种方式的彩色摄像元件中，基本排列图案(P1)在第一方向(H)及第二方向(V)上反复配置，基本排列图案(P1)具有由第一滤波器(23G)构成的对应于2×2像素的第一图案(31)、由第一滤波器(23G)构成的对应于1×2像素的第二图案(32)、由第二滤波器(23R、23B)构成的对应于2×2像素的第三图案(33A、33B)及由第二滤波器(23R、23B)构成的对应于1×2像素的第四图案(34A、34B)各两个，在滤色器排列(22)内，第一图案(31)和第三图案(33A、33B)在第一方向(H)上交替配置，且第一图案(31)和第四图案(34A、34B)在第二方向上交替配置。

Description

彩色摄像元件及摄像装置

技术领域

本发明涉及彩色摄像元件及摄像装置，尤其是涉及能够实现彩色莫尔条纹的发生的减少及高分辨率化的彩色摄像元件及具备这样的彩色摄像元件的摄像装置。

背景技术

在单板式的彩色摄像元件中，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成为RAW图像(马赛克图像)，因此通过从周围的像素对缺失的颜色的像素进行插补的处理(去马赛克处理)能得到多信道图像。这种情况下成为问题的是高频的图像信号的重现特性，彩色摄像元件与黑白用的摄像元件相比，拍摄到的图像容易产生混叠，因此减少彩色莫尔条纹(伪色)的发生并扩宽重现带域而进行高分辨率化是重要的课题。

作为单板式的彩色摄像元件中最广泛地使用的滤色器的颜色排列的基色系拜耳排列是将绿(G)像素配置成方格花纹状，并将红(R)、蓝(B)行序地配置，因此G信号生成倾斜方向且R、B信号生成水平、垂直方向的高频信号时的重现精度成为问题。

在如图13(A)所示的黑白的竖条纹图样(高频图像)向具有图13(B)所示的拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件入射的情况下，若将其分配成拜耳的颜色排列而按色进行比较，则如图13(C)至(E)所示，R为淡且平坦的颜色图像，B为浓且平坦的颜色图像，G为深浅的马赛克状的颜色图像，相对于本来为黑白图像，在RGB间未产生浓度差(电平差)的图像由于颜色排列和输入频率而成为着色的状态。

同样，在图14(A)所示那样的倾斜的黑白的高频图像向具有图14(B)所示的拜耳排列的滤色器的摄像元件入射的情况下，若将其分配成拜耳的颜色排列而按色进行比较，则如图14(C)至(E)所示，R和B为淡且平坦的颜色图像，G为浓且平坦的颜色图像，假设黑色的值为0，白色的值为255时，倾斜的黑白的高频图像仅G成为255，因此成为绿色。这样在拜耳排列中，无法正确地重现倾斜的高频图像。

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在彩色摄像元件的前表面，通过光学性地滤掉来避免高频。然而，在该方法中，虽然能够减轻因高频信号的折返而引起的着色，但是其弊端是存在分辨率下降的问题。

为了解决这样的问题，提出了一种彩色摄像元件，彩色摄像元件的滤色器排列成为满足任意的注目像素与包含注目像素的颜色的3色在注目像素的4边中的任一边相邻的排列限制条件的3色随机排列(专利文献1)。

另外，提出了一种滤色器排列的图像传感器(彩色摄像元件)，该滤色器排列具有光谱灵敏度不同的多个滤波器，其中第一滤波器和第二滤波器在图像传感器的像素格子的一方的对角方向上以第一周期交替配置，并且在另一方的对角方向上以第二周期交替配置(专利文献2)。

而且，提出了一种颜色排列，在RGB的三基色的彩色固体摄像元件(彩色摄像元件)中，将水平地配置R、G、B的3像素的组沿垂直方向呈锯齿地错开配置，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，提出了一种彩色摄像元件，将RGB的三基色中的R、B沿水平方向及垂直方向分别每隔3像素地配置，且在上述R、B之间配置G(专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

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色器排列随机，因此在进行后段的去马赛克处理时，需要按照各随机图案进行最优化，存在去马赛克处理变得繁杂的问题。在此，去马赛克处理是从与单板式的彩色摄像元件的滤色器排列相伴的RGB的马赛克图像中按照各像素计算RGB的全部的颜色信息(转换成同时型)的处理，也称为除马赛克处理或同时化处理(在本说明书内相同)。

另外，专利文献2记载的彩色摄像元件将G像素(亮度像素)配置成方格花纹状，因此存在极限分辨率区域(尤其是倾斜方向)的像素重现精度不良的问题。

专利文献3记载的彩色摄像元件由于全部的颜色的滤波器存在于任意的直线上，因此具有能够抑制伪色的发生的优点，但是由于RGB的像素数的比例相等，因此存在高频重现性与拜耳排列相比下降的问题。此外，在拜耳排列的情况下，对得到亮度信号最有贡献的G的像素数的比例成为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由于G的像素数相对于R、B各自的像素数的比例为6倍，比拜耳排列高，在水平或垂直方向上仅存在G像素的滤波器线，因此在水平或垂直方向上对于高频部的伪色并不有效。

本发明鉴于这样的情况而完成，其目的在于提供一种彩色摄像元件，能够实现伪色的发生的减少及高分辨率化，并且与以往的随机排列相比，能够简化后段的处理。而且，本发明的目的在于提供一种使用了这样的彩色摄像元件的摄像装置。

用于解决课题的方案

用于实现本发明的目的的彩色摄像元件是在由第一方向及与第一方向垂直的第二方向上排列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，其特征在于，滤色器的排列包含滤色器在第一方向及第二方向上以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且基本排列图案在第一方向及第二方向上反复配置，基本排列图案包括一色以上的第一色所对应的第一滤波器和用于得到亮度信号的贡献率比第一色低的两色以上的第二色所对应的第二滤波器，基本排列图案具有由第一滤波器构成的对应于2×2像素的第一图案、由第一滤波器构成的对应于2×1像素的第二图案、由第二滤波器构成的对应于2×2像素的第三图案及由第二滤波器构成的对应于2×1像素的第四图案各两个，在滤色器的排列内，第一图案与第三图案在第一方向上交替配置，且第一图案与第四图案在第二方向上交替配置，在滤色器的排列内，第一滤波器配置在滤色器的排列的第一方向及第二方向和相对于第一方向及第二方向倾斜的第三方向及第四方向的各滤波器线内，在基本排列图案内，与第二色的各色对应的第二滤波器在第一方向及第二方向的各滤波器线内配置一个以上。

另外，用于实现本发明的目的的彩色摄像元件是在由第一方向及与第一方向垂直的第二方向上排列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，其特征在于，滤色器的排列包含滤色器在第一方向及第二方向上以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且基本排列图案在第一方向及第二方向上反复配置，基本排列图案包括透过率的峰值处于480nm以上且570nm以下的范围内的一色以上的第一色所对应的第一滤波器和透过率的峰值处于范围之外的两色以上的第二色所对应的第二滤波器，基本排列图案具有由第一滤波器构成的对应于2×2像素的第一图案、由第一滤波器构成的对应于2×1像素的第二图案、由第二滤波器构成的对应于2×2像素的第三图案及由第二滤波器构成的对应于2×1像素的第四图案各两个，在滤色器的排列内，第一图案与第三图案在第一方向上交替配置，且第一图案与第四图案在第二方向上交替配置，在滤色器的排列内，与第一色中的任一色对应的第一滤波器配置在滤色器的排列的第一方向及第二方向和相对于第一方向及第二方向倾斜的第三方向及第四方向的各滤波器线内，在基本排列图案内，与第二色的各色对应的第二滤波器在基本排列图案内的第一方向及第二方向的各滤波器线内配置一个以上。

另外，用于实现本发明的目的的彩色摄像元件是在由第一方向及与第一方向垂直的第二方向上排列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，其特征在于，滤色器的排列包含滤色器在第一方向及第二方向上以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且基本排列图案在第一方向及第二方向上反复配置，基本排列图案包括一色以上的第一色所对应的第一滤波器和在波长500nm以上且560nm以下的范围内透过率比第一滤波器低的两色以上的第二色所对应的第二滤波器，基本排列图案具有由第一滤波器构成的对应于2×2像素的第一图案、由第一滤波器构成的对应于2×1像素的第二图案、由第二滤波器构成的对应于2×2像素的第三图案及由第二滤波器构成的对应于2×1像素的第四图案各两个，在滤色器的排列内，第一图案与第三图案在第一方向上交替配置，且第一图案与第四图案在第二方向上交替配置，在滤色器的排列内，与第一色中的任一色对应的第一滤波器配置在滤色器的排列的第一方向及第二方向和相对于第一方向及第二方向倾斜的第三方向及第四方向的各滤波器线内，在基本排列图案内，与第二色的各色对应的第二滤波器在基本排列图案内的第一方向及第二方向的各滤波器线内配置一个以上。

另外，用于实现本发明的目的的彩色摄像元件是在由第一方向及与第一方向垂直的第二方向上排列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，其特征在于，滤色器的排列包含滤色器在第一方向及第二方向上以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且基本排列图案在第一方向及第二方向上反复配置，基本排列图案包括第一滤波器和第二滤波器，其中，第一滤波器与包括三基色中对亮度信号最有贡献的颜色和与三基色不同的颜色的第四色的两色以上的第一色对应，第二滤波器与第一色以外的两个以上的第二色对应，基本排列图案具有由第一滤波器构成的对应于2×2像素的第一图案、由第一滤波器构成的对应于2×1像素的第二图案、由第二滤波器构成的对应于2×2像素的第三图案及由第二滤波器构成的对应于2×1像素的第四图案各两个，在滤色器的排列内，第一图案与第三图案在第一方向上交替配置，且第一图案与第四图案在第二方向上交替配置，在滤色器的排列内，第一滤波器配置在滤色器的排列的第一方向及第二方向和相对于第一方向及第二方向倾斜的第三方向及第四方向的各滤波器线内，在基本排列图案内，与第二色的各色对应的第二滤波器在基本排列图案内的第一方向及第二方向的各滤波器线内配置一个以上。

根据本发明，在滤色器的排列内，第一滤波器在第一方向至第四方向的各方向的滤波器线内配置1个以上，因此能够提高高频区域的去马赛克处理的重现精度。

另外，滤色器的排列为基本排列图案在第一方向及第二方向上反复配置，因此在进行去马赛克处理等的后段的处理时，能够反复按照图案进行处理，与以往的随机排列相比，能够简化后段的处理。

另外，在基本排列图案内，与第二色的各色对应的第二滤波器在基本排列图案内的第一方向及第二方向的各滤波器线内配置1个以上。由此，能够减少因具有高频成分的输入图像而产生的彩色莫尔条纹(伪色)。

另外，基本排列图案包括由第一滤波器构成的对应于2×2像素的第一图案、由第一滤波器构成的对应于2×1像素的第二图案、由第二滤波器构成的对应于2×2像素的第三图案及由第二滤波器构成的对应于2×1像素的第四图案，因此，由于第一～第四图案的结合产生的图案的规则性，第一滤波器所对应的第一色的像素数的存在比例大于第二滤波器所对应的第二色的各色的像素数各自的存在比例，且将第二滤波器在滤色器排列的整体上均等地配置，能够使后段的信号处理容易，并提高图像的重现精度、可靠性。

优选的是，在基本排列图案中的第三图案及第四图案的每一个中，第二色的各色的滤波器以同比例存在。

优选的是，在滤色器的排列内，与第二色的各色对应的第二滤波器在第三方向及第四方向的各滤波器线内配置一个以上。

优选的是，第一色包含绿及透明中的至少任一个。

优选的是，第二色包含红和蓝。

用于实现本发明的目的的摄像装置具备：摄影光学系统；彩色摄像元件，经由摄影光学系统而使被摄体像成像；及图像数据生成部，生成表示成像的被摄体像的图像数据，彩色摄像元件是上述方式中的任一彩色摄像元件。

发明效果

根据本发明的彩色摄像元件及摄像装置，能够提高高频区域的去马赛克处理的重现精度，且能够抑制混叠。而且，能够减少彩色莫尔条纹(伪色)的发生而实现高分辨率化。此外，能够抑制后段的处理的繁杂化。

附图说明

图1是表示数码相机的电气结构的框图。

图2是彩色摄像元件的摄像面的主视图。

图3是第一实施方式的滤色器排列的主视图。

图4是图3中的基本排列图案的放大图。

图5是用于说明第一实施方式的多个种类的基本排列图案的说明图。

图6是第二实施方式的滤色器排列的主视图。

图7是表示第二实施方式的滤色器排列的光谱灵敏度特性的图表。

图8是第三实施方式的滤色器排列的主视图。

图9是表示第三实施方式的滤色器排列的光谱灵敏度特性的图表。

图10是第四实施方式的滤色器排列的主视图。

图11是表示第四实施方式的滤色器排列的光谱灵敏度特性的图表。

图12是表示将滤色器排列形成为蜂窝排列的其他实施方式的滤色器排列的一例的主视图。

图13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14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

[数码相机的整体结构]

图1是具备本发明的彩色摄像元件的数码相机9(摄像装置)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。

摄影光学系统10将被摄体像成像在彩色摄像元件12的摄像面上。彩色摄像元件12是所谓单板式的彩色摄像元件，在其摄像面上具备由沿图中水平方向及垂直方向排列(二维排列)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设置的滤色器。在此，“～上”或“上方”是指被摄体光向彩色摄像元件12的摄像面入射的一侧的方向。

在彩色摄像元件12上成像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。按照控制部20的指令基于从驱动部18施加的驱动脉冲，从彩色摄像元件12依次读取蓄积于各光电转换元件的信号电荷来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读取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。此外，彩色摄像元件12可以是CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)型摄像元件、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)型摄像元件等其他种类的摄像元件。

将从彩色摄像元件12读取的图像信号输入到摄影处理部14(图像数据生成部)。摄影处理部14具有用于将图像信号中含有的重置噪声除去的相关双采样电路(CDS)、将图像信号放大而用于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对输入的图像信号进行相关双采样处理并放大之后，将转换成数字的图像信号而成的RAW数据输出到图像处理部16。此外，在彩色摄像元件12为MOS型摄像元件的情况下，A/D转换器多内置在摄像元件内，而且有时也不需要上述相关双采样。

图像处理部16(图像数据生成部)具有白平衡校正电路、γ校正电路、去马赛克处理电路(从与单板式的彩色摄像元件12的滤色器排列相伴的RGB的马赛克图像按照各像素计算RGB的全部的颜色信息(转换成同时型)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，按照各像素来生成具有RGB全部的颜色信息的RGB像素信号，基于此来生成由亮度数据(Y数据)和色差数据(Cr、Cb数据)构成的图像数据(YUV数据)。

有图像处理部16生成的图像数据在通过压缩/扩张处理电路对静止图像施加以JPEG规格为基准的压缩处理、对动画施加以MPEG2规格为基准的压缩处理后，记录于未图示的记录介质(例如存储卡)，而且，向液晶监视器等显示单元(未图示)输出并显示。此外，在本实施方式中，记录介质并不局限于能够相对于数码相机9拆装的结构，也可以是内置式的光磁记录介质，显示单元也并不局限于数码相机9具备的结构，也可以是与数码相机9连接的外部的显示器。

[彩色摄像元件]

如图2所示，在彩色摄像元件12的摄像面上设有由沿水平方向H及垂直方向V二维排列的光电转换元件PD所构成的多个像素21。在此，水平方向H相当于本发明的第一方向及第二方向中的一个方向，垂直方向V相当于本发明的第一方向及第二方向中的另一方向。

如图3所示，在彩色摄像元件12的摄像面上设有由配置于各像素21上的滤色器构成的滤色器排列22。滤色器排列22由红(R)、绿(G)、蓝(B)这三基色的滤色器(以下，称为R滤波器、G滤波器、B滤波器)23R、23G、23B构成。并且，在各像素21上配置有R滤波器23R、G滤波器23G及B滤波器23B中的任一个。以下，将配置有R滤波器23R的像素称为“R像素”，将配置有G滤波器23G的像素称为“G像素”，将配置有B滤波器23B的像素称为“B像素”。

在此，G色相当于本发明的第一色，G滤波器23G相当于本发明的第一滤波器。而且，R色及B色相当于本发明的第二色，R滤波器23R及B滤波器23B相当于本发明的第二滤波器。以下，将属于第二色的滤波器的R滤波器23R及B滤波器23B中的任一滤波器也称为“RB滤波器”。

[第一实施方式的滤色器排列]

滤色器排列22具有下述的特征(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)及(7)。

〔特征(1)〕

如图3及图4所示，滤色器排列22包含与4×6像素对应的排列图案即基本排列图案P1，该基本排列图案P1在相互正交的第一方向H(水平方向)及第二方向(垂直方向V)上反复配置。即，在滤色器排列22中，各色的R滤波器23R、G滤波器23G、B滤波器23B分别周期性地排列。因此，在进行从彩色摄像元件12读取的R、G、B信号的去马赛克处理等时，能够反复按照图案进行处理。其结果是，与以往的随机排列相比，能够简化后段的处理。

另外，在以基本排列图案P1为单位进行间隔剔除处理而缩小图像时，间隔剔除处理后的滤色器排列能够与间隔剔除处理前的滤色器排列相同，能够使用通用的处理电路。

在基本排列图案P1中，以满足下述特征(2)～(7)的方式决定滤色器(R滤波器23R、G滤波器23G、B滤波器23B)的配置。

〔特征(2)〕

在滤色器排列22内，在第一方向H、第二方向V、第三方向NE及第四方向NW的各滤波器线内配置一个以上的G滤波器23G(第一滤波器)。在本例中，第一方向H为水平方向，第二方向V为垂直方向，第三方向NE为斜右上(左下)方向，第四方向NW为斜右下(左上)方向。第一方向H与第二方向正交。本例的滤色器(R滤波器23R、G滤波器23G及B滤波器23B)为正方形形状，因此第三方向NE及第四方向NW相对于第一方向H、第二方向V分别为45°的方向。此外，该角度对应于滤色器的第一方向H、第二方向V的各边的长度的增减而增减。例如，在使用正方形形状以外的矩形形状的滤色器的情况下，其对角线方向为倾斜方向(第三方向NE、第四方向NW)。而且，即使滤色器为正方形形状以外的矩形形状，在将该滤色器或像素配置成正方格子状的情况下，第三方向NE及第四方向NW相对于第一方向H、第二方向V也分别成为45°的方向。

G色用于得到亮度(Y)信号(上述亮度数据)的贡献率比R色、B色高。即，与G色相比R色及B色的贡献率低。具体而言，上述图像处理部16按各像素来生成具有RGB全部的颜色信息的RGB像素信号，基于该RGB像素信号，按照下式(1)来生成Y信号。下式(1)是彩色摄像元件12的Y信号的生成通常采用的式子。在该式(1)中，由于G色的贡献率成为60％，因此G色与R色(贡献率30％)或B色(贡献率10％)相比贡献率升高。因此，G色成为三基色中的对亮度信号最有贡献的颜色。

Y＝0.3R+0.6G+0.1B      …式(1)

将这样的G滤波器23G配置在滤色器排列22的第一方向H、第二方向V、第三方向NE及第四方向NW的各滤波器线内，因此在输入图像中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处理的重现精度。

〔特征(3)〕

基本排列图案P1内的与RGB滤波器23R、23G、23B对应的R像素、G像素、B像素的像素数分别成为6像素、12像素、6像素。因此，RGB像素的各像素数的比例成为1：2：1，因此对得到亮度信号最有贡献的G像素的像素数的比例比R像素、B像素各自的像素数的比例大。

这样，G像素的像素数与R、B像素的各像素数的比例不同，尤其是对得到亮度信号最有贡献的G像素的像素数的比例比R、B像素的各像素数的比例大，因此能够抑制去马赛克处理时的混叠，且高频重现性也良好。

〔特征(4)〕

R滤波器23R及B滤波器23B分别在基本排列图案P1内，在滤色器排列22的第一方向H及第二方向V的各滤波器线内配置1个以上。

R滤波器23R及B滤波器23B分别配置在滤色器排列22的第一方向H及第二方向V的各滤波器线内，因此能够减少彩色莫尔条纹(伪色)的发生。由此，在从摄影光学系统10的入射面到彩色摄像元件12的摄像面为止的光路上可以不配置用于减少伪色的发生的光学低通滤波器，或者即使在应用光学低通滤波器的情况下，也能够应用将用于防止伪色的发生的高频成分截止的功能弱的结构。其结果是，能够不损害分辨率。

〔特征(5)〕

满足上述特征(4)的R滤波器23R在其第一方向H及第二方向V上与G滤波器23G或B滤波器23B相邻配置。而且，满足上述特征(4)的B滤波器23B在其第一方向H及第二方向V上与G滤波器23G或R滤波器23R相邻配置。因此，在R滤波器23R及B滤波器23R、23B上，将各不相同的颜色的滤波器在各方向(H、V)上相邻配置。即，同色的R滤波器23R彼此或同色的B滤波器23B彼此在各方向(H、V)上未相邻配置。

此外，在滤色器排列22的第三方向NE及第四方向NW的各滤波器线上也将R滤波器23R及B滤波器23B分别配置1个以上。即，分别在倾斜方向(第三方向NE及第四方向NW)上，包含R滤波器23R和B滤波器23B的滤波器线相邻而周期性地排列。因此，除了G滤波器之外，包含R滤波器23R和B滤波器23B的倾斜方向(NE、NW)的滤波器线相邻配置，因此能够有效地抑制因具有高频成分的输入图像而产生的彩色莫尔条纹(伪色)。在此，在使用了1边的长度为1的正方形的滤波器的情况下，在倾斜方向上滤波器线相邻是指滤波器线与滤波器线之间为√2/2像素间隔。

这样，以满足上述特征(4)、(5)的方式将RB滤波器23R、23B配置在滤色器排列22内的情况下，在滤色器排列22内将RB滤波器23R、23B分别均等地配置。由此，能够高精度地进行R像素及B像素的去马赛克处理。

另外，如图3及图4所示，本例的滤色器排列22具有如下的特征(6)。

〔特征(6)〕

如图4所示，基本排列图案P1具有：与由G滤波器23G(第一滤波器)构成的2×2像素对应的两个第一图案31；与由G滤波器23G(第一滤波器)构成的2×1像素对应的两个第二图案32；与由RB滤波器23R、23B(第二滤波器)构成的2×2像素对应的两个第三图案33A、33B；及与由RB滤波器23R、23B(第二滤波器)构成的2×1像素对应的两个第四图案34A、34B。在第一方向H上，第一图案31与第三图案33A、33B交替配置。而且，在第一方向H上，第二图案32与第四图案34A、34B交替配置。而且，在第二方向V上，第一图案31与第四图案34A、34B交替配置。而且，在第二方向V上，第二图案32与第三图案33A、33B交替配置。

第三图案33A、33B内的R滤波器23R及B滤波器23B在第一方向H及第二方向V上，同色的滤波器彼此不相邻而与其他色的滤波器相邻配置。在第四图案34A、34B内，R滤波器23R及B滤波器23B分别各配置一个。由此，第三图案33A、33B及第四图案34A、34B的每一个，第二色的各色的滤波器(R滤波器23R和B滤波器23B)以同比例存在。

此外，将构成第一图案31的2×2的G像素取出，求出第一方向H的多个G像素的像素值的差分绝对值、第二方向V的多个G像素的像素值的差分绝对值、第三方向NE的多个G像素的像素值的差分绝对值及第四方向NW的多个G像素的像素值的差分绝对值，由此能够判断为与第一方向H、第二方向V、第三方向NE、第四方向NW中的差分绝对值的最小的方向存在相关。即，在滤色器排列22中，使用构成第一图案31的2×2的G像素的信息，能够判别第一方向、第二方向V、第三方向NE及第四方向NW中的相关性高的方向。该方向判别结果能够用于从周围的像素进行插补的处理(去马赛克处理)。此外，这种情况下，例如可以在上述图像处理部16(包含去马赛克处理电路)内设置方向判别处理部，通过该方向判别处理部进行方向判别。

〔特征(7)〕

在滤色器排列22内，R滤波器23R及B滤波器23B(与第二色的各色对应的第二滤波器)分别在第三方向NE及第四方向NW的各滤波器线内配置1个以上。

在关注图3所示的9个基本排列图案P中的中央的基本排列图案P的各滤色器而分别观察NE方向及NW方向时可知，在NE、NW的各方向上必然配置R滤波器23R、B滤波器23B。

此外，如图5所示，将基本排列图案P1沿水平方向及垂直方向错开各1像素而成的基本排列图案设为P1’，分别错开各2像素而成的基本排列图案设为P1”时，即使将上述基本排列图案P1’、P1”沿水平方向及垂直方向反复配置，也成为相同的滤色器排列22。这样，能够构成图3所示的滤色器排列22的基本排列图案存在多个。在第一实施方式中，为了方便起见，将图4所示的基本排列图案P1称为基本排列图案。

如以上那样，本实施方式的滤色器排列22具有上述特征，因此能够实现后段的去马赛克处理的简化、高频区域的去马赛克处理的重现精度的提高、去马赛克处理时的混叠的抑制、高频重现性的提高、高分辨率化、R像素的去马赛克处理的精度提高及相关性高的方向的判别。

〔条件(1)〕

条件(1)是用于得到亮度信号的贡献率为50％以上。该贡献率50％是为了区别本发明的第一色(G色等)与第二色(R、B色等)而确定的值，是以使用于得到亮度数据的贡献率比R色、B色等相对高的颜色包含于“第一色”的方式确定的值。G色的贡献率如上述式(1)所示那样成为60％，因此满足条件(1)。而且，关于G色以外的颜色的贡献率也能够通过实验或模拟取得。因此，关于G色以外具有贡献率为50％以上的颜色的滤波器，也能够用作本发明的第一滤波器。此外，贡献率小于50％的颜色成为本发明的第二色(R色、B色等)，具有该颜色的滤波器成为本发明的第二滤波器。

〔条件(2)〕

条件(2)是滤波器的透过率的峰值处于波长480nm以上且570nm以下的范围内。滤波器的透过率例如使用由分光光度计测定的值。关于该波长范围，也是为了区别本发明的第一色(G色等)与第二色(R、B色等)而确定的范围，是以不包含上述贡献率相对低的R色、B色等的峰值、且包含贡献率相对高的G色等的峰值的方式确定的范围。因此，可以使用透过率的峰值处于波长480nm以上且570nm以下的范围内的滤波器作为第一滤波器。此外，透过率的峰值成为波长480nm以上且570nm以下的范围外的滤波器成为本发明的第二滤波器(R滤波器23R、B滤波器23B)。

〔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波器(R滤波器23R、B滤波器23B)的透过率高。在该条件(3)中，滤波器的透过率也使用例如由分光光度计测定的值。该条件(3)的波长范围也是为了区别本发明的第一色(G色等)与第二色(R、B色等)而确定的范围，是具有与R色、B色等相比上述贡献率相对较高的颜色的滤波器的透过率比RB滤波器23R、23B等的透过率高的范围。因此，能够使用透过率在波长500nm以上且560nm以下的范围内相对较高的滤波器作为第一滤波器，并使用透过率相对较低的滤波器作为第二滤波器。

〔条件(4)〕

条件(4)使用包含三基色中的对亮度信号最有贡献的颜色(例如RGB中的G色)和与该三基色不同的颜色的2色以上的滤波器作为第一滤波器。这种情况下，与第一滤波器的各色以外的颜色对应的滤波器成为第二滤波器。

[第二实施方式的彩色摄像元件]

接着，使用图6来说明本发明的第二实施方式的彩色摄像元件。此外，第二实施方式的彩色摄像元件除了在RGB像素以外具备接收白色光(可视光的波长区域的光)的白色像素(也称为清除像素)这一点之外，与上述第一实施方式基本上为相同的结构。因此，对于与上述第一实施方式在功能/结构上相同的结构，标注同一标号并省略其说明。

[第二实施方式的滤色器排列]

第二实施方式的彩色摄像元件具备与第一实施方式不同的滤色器排列42。滤色器排列42包含上述RGB滤波器23R、23G、23B及透明滤波器23W(第一滤波器)以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案P2，该基本排列图案P2在水平及垂直方向(H、V)上反复配置。因此，滤色器排列42具有上述特征(1)。

基本排列图案P2具有将基本排列图案P1的一部分G滤波器23G置换成透明滤波器23W的排列图案。例如，在水平及垂直方向(H、V)上将与其他的G滤波器23G相邻的G滤波器23G置换成透明滤波器23W。这样在第二实施方式的彩色摄像元件中，将G像素的一部分置换成白色像素。由此，即使像素尺寸微细化也能够抑制颜色重现性的劣化。

透明滤波器23W是透明色(第一色)的滤波器。透明滤波器23W能够使与可视光的波长区域对应的光透过，例如是RGB的各色的光的透过率成为50％以上的滤波器。透明滤波器23W的透过率比G滤波器23G高，因此用于得到亮度信号的贡献率也比G色(60％)高，满足上述条件(1)。

在表示滤色器排列42的光谱灵敏度特性的图7中，透明滤波器23W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，透明滤波器23W的透过率为波长500nm以上且560nm以下的范围内，比RB滤波器23R、23B的透过率高。因此，透明滤波器23W也满足上述条件(2)、(3)。此外，关于G滤波器23G也与透明滤波器23W同样地满足上述条件(1)～(3)。

这样，透明滤波器23W满足上述条件(1)～(3)，因此可以用作本发明的第一滤波器。此外，在滤色器排列42中，将RGB的三基色中的对亮度信号最有贡献的G色所对应的G滤波器23G的一部分置换成透明滤波器23W，因此也满足上述条件(4)。

返回图6，滤色器排列42如上述那样，除了将G滤波器23G的一部分置换成透明滤波器23W这一点之外，基本上与第一实施方式的滤色器排列22相同，因此具有与第一实施方式同样的特征(2)～(7)。因此，能得到与第一实施方式中说明的效果同样的效果。

此外，透明滤波器23W的配置、个数并不限定于图6所示的实施方式，可以适当变更。这种情况下，包含G滤波器23G及透明滤波器23W的第一滤波器只要在滤色器排列的水平方向、垂直方向、倾斜方向(NE、NW)的各方向的滤波器线中包含1个以上，就满足上述特征(2)。

[第三实施方式的彩色摄像元件]

接着，使用图8，说明本发明的第八实施方式的彩色摄像元件。此外，第三实施方式的彩色摄像元件除了具备2种G像素这一点之外，与上述第一实施方式基本上为相同的结构。因此，对于与上述第一实施方式在功能/结构上相同的结构，标注相同标号并省略其说明。

[第三实施方式的滤色器排列]

第三实施方式的彩色摄像元件具备与第一实施方式不同的滤色器排列52。滤色器排列52包括R滤波器23R、第一G滤波器23G1及第二G滤波器23G2(第一滤波器)、B滤波器23B以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案P3，该基本排列图案P3在水平及垂直方向(H、V)上反复配置。因此，滤色器排列52具有上述特征(1)。

基本排列图案P3具有将第一实施方式的基本排列图案P1的各G滤波器23G置换成第一G滤波器23G1或第二G滤波器23G2的排列图案。例如在本实施方式中，第一G滤波器23G1及第二G滤波器23G2在图4的第一图案31及第二图案32的每一个中以同比例配置。

第一G滤波器23G1使第一波段的G光透过，第二G滤波器23G2使与第一G滤波器23G1相关性高的第二波段的G光透过(参照图9)。作为第一G滤波器23G1，可以使用现存的G滤波器(例如第一实施方式的G滤波器23G)。而且，作为第二G滤波器23G2，可以使用与第一G滤波器23G1相关性高的滤波器。这种情况下，第二G滤波器23G2的光谱灵敏度曲线的峰值优选处于例如波长500nm至535nm的范围(现存的G滤波器的光谱灵敏度曲线的峰值的附近)。此外，决定4色的滤色器的方法使用例如日本特开2003-284084号记载的方法。

这样，使通过第三实施方式的彩色摄像元件取得的图像的颜色成为4种，增加取得的颜色信息，由此与仅取得3种颜色(RGB)的情况相比，能够更准确地表现颜色。即，肉眼观察为不同的颜色能够重现为不同的颜色、观察为相同的颜色能够重现为相同颜色(提高“颜色的判别性”)。

第一及第二G滤波器23G1、23G2的透过率与第一实施方式的G滤波器23G的透过率基本上相同，因此用于得到亮度信号的贡献率比50％高。因此，第一及第二G滤波器23G1、23G2满足上述条件(1)。

另外，在表示滤色器排列52的光谱灵敏度特性的图9中，各G滤波器23G1、23G2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G滤波器23G1、23G2的透过率为波长500nm以上且560nm以下的范围内，且比RB滤波器23R、23B的透过率高。因此，各G滤波器23G1、23G2也满足上述条件(2)、(3)。

返回图8，如上所述，滤色器排列52除了具有各G滤波器23G1、23G2这一点之外，基本上与第一实施方式的滤色器排列22相同，因此具有与第一实施方式同样的特征(2)～(7)。因此，能得到与第一实施方式中说明的效果同样的效果。

此外，各G滤波器23G1、23G2的配置、个数并不限定于图8所示的实施方式，可以适当变更。而且，可以将G滤波器的种类增加为3种类以上。

[第四实施方式的彩色摄像元件]

接着，使用图10，说明本发明的第五实施方式的彩色摄像元件。此外，第四实施方式的彩色摄像元件除了在RGB像素以外还具备接收与本发明的第四色对应的祖母绿(E)色的光的E像素这一点之外，与上述第一实施方式基本上为相同的结构。因此，对于与上述第一实施方式在功能/结构上相同的结构，标注同一标号并省略其说明。

[第四实施方式的滤色器排列]

第四实施方式的彩色摄像元件具备与第一实施方式不同的滤色器排列62。滤色器排列62包括上述RGB滤波器23R、23G、23B及E滤波器23E(第一滤波器)以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案P4，该基本排列图案P4在水平及垂直方向(H、V)上反复配置。因此，滤色器排列62具有上述特征(1)。

基本排列图案P4具有将第一实施方式的基本排列图案P1的一部分G滤波器23G置换成E滤波器23E的排列图案。这样通过使用将G滤波器23G的一部分置换成E滤波器23E的4色的滤色器排列62，能够提高亮度的高域成分的重现，减少边缘不整齐，并能够提高感知分辨率。

在表示滤色器排列62的光谱灵敏度特性的图11中，E滤波器23E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，在E滤波器23E的透过率为波长500nm以上且560nm以下的范围内，比RB滤波器23R、23B的透过率高。因此，E滤波器23E满足上述条件(2)、(3)。而且，在滤色器排列62中，由于将RGB的三基色中的对亮度信号最有贡献的G色所对应的G滤波器23G的一部分置换成E滤波器23E，因此也满足上述条件(4)。

此外，在图11所示的分光特性中，E滤波器23E在比G滤波器23G靠短波长侧具有峰值，但是有时在比G滤波器23G靠长波长侧具有峰值(看起来呈稍接近于黄色的颜色)。这样，作为E滤波器23E，可以选择满足本发明的各条件的结构，例如，也可以选择满足条件(1)那样的E滤波器23E。

返回图10，滤色器排列62如上述那样，除了将G滤波器23G的一部分置换成E滤波器23E这一点之外，基本上与第一实施方式的滤色器排列22相同，因此具有与第一实施方式同样的特征(2)～(7)。因此，能得到与第一实施方式中说明的效果同样的效果。

此外，E滤波器23E的配置、个数也可以变更为与图10所示的实施方式不同的配置、个数。这种情况下，包含G滤波器23G及E滤波器23E的第一滤波器只要在滤色器排列的水平方向、垂直方向、倾斜方向(NE，NW)的各方向的滤波器线中包含1个以上，就满足上述特征(2)。

另外，在上述第四实施方式中，使用E滤波器23E作为本发明的第一滤波器，但E滤波器23E之中例如也有不满足上述条件(1)～(4)的结构。因此，关于这样的E滤波器23E，也可以用作本发明的第二滤波器。

上述各实施方式的各滤色器排列包含各色的滤色器在水平方向(H)及垂直方向(V)上二维排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案在水平方向(H)及垂直方向(V)上反复配置，但本发明并不限定于此。

例如也可以如图12所示的滤色器排列72那样包括将RGB滤波器23R、23G、23B在倾斜方向(NE、NW)上二维排列而成的所谓蜂窝排列状的基本排列图案P5、且为基本排列图案P5在倾斜方向(NE、NW)上反复配置而成的排列图案。这种情况下，倾斜方向(NE、NW)成为本发明的第一及第二方向，水平/垂直方向成为本发明的第三及第四方向。

这样的滤色器排列72是使第一实施方式的滤色器排列22绕摄影光学系统10的光轴旋转了45°而成的排列图案，因此具有与上述第一实施方式同样的特征(1)～(7)。此外，虽然图示省略，但是关于基本排列图案P2～P4，也可以形成为上述蜂窝排列(蜂窝配置)。

在上述第一实施方式中，说明了由基色RGB的滤色器构成的滤色器排列，但是也可以将本发明应用于例如在作为基色RGB的补色的C(青)、M(品红)、Y(黄)中加入了G所得到的4色的补色系的滤色器的滤色器排列。这种情况下，也是将满足上述条件(1)～(4)中的任一个的滤色器作为本发明的第一滤波器，将其他滤色器作为第二滤波器。

如以上那样，本发明的滤色器排列22能够实现(A)后段的去马赛克处理的简化、(B)高频区域的去马赛克处理的重现精度的提高、(C)去马赛克处理时的混叠的抑制及高频重现性的提高、(D)R像素及B像素的去马赛克处理的精度提高和高分辨率化。

此外，本发明的彩色摄像元件的滤色器排列并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内当然能够进行各种变形。例如可以将上述各实施方式的滤色器排列适当组合。而且，作为本发明的第一滤波器，可以使用将G滤波器23G、透明滤波器23W、第一及第二G滤波器23G1、23G2、E滤波器23E等中的至少任意2种组合而成的结构，或者可以使用满足上述条件(1)～(4)中的任一个的其他颜色的滤波器。而且，作为本发明的第二滤波器，可以使用RB滤波器23R、23B以外的颜色的滤波器。

在上述各实施方式中，说明了搭载于数码相机的彩色摄像元件，但是能够将本发明应用于在例如智能手机、便携电话机、PDA等具有摄影功能的各种电子设备(摄像装置)上搭载的彩色摄像元件。

标号说明

9…数码相机，12…彩色摄像元件，21…光电转换元件，22、42、52、62、72…滤色器排列，23R…R滤波器，23G…G滤波器，23G1…第一G滤波器，23G2…第二G滤波器，23B…B滤波器，23W…透明滤波器，23E…E滤波器，31…第一图案，32…第二图案，33A、33B…第三图案，34A、34B…第四图案，P1～P5…基本排列图案。

Claims (10)

1.一种彩色摄像元件，是在由第一方向及与该第一方向垂直的第二方向上排列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，其特征在于，

所述滤色器的排列包含所述滤色器在所述第一方向及所述第二方向上以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案在所述第一方向及所述第二方向上反复配置，

所述基本排列图案包括一色以上的第一色所对应的第一滤波器和用于得到亮度信号的贡献率比所述第一色低的两色以上的第二色所对应的第二滤波器，

所述基本排列图案具有由第一滤波器构成的对应于2×2像素的第一图案、由第一滤波器构成的对应于2×1像素的第二图案、由第二滤波器构成的对应于2×2像素的第三图案及由第二滤波器构成的对应于2×1像素的第四图案各两个，

在所述滤色器的排列内，所述第一图案与所述第三图案在所述第一方向上交替配置，且所述第一图案与所述第四图案在所述第二方向上交替配置，

在所述滤色器的排列内，所述第一滤波器配置在所述滤色器的排列的第一方向及第二方向和相对于所述第一方向及第二方向倾斜的第三方向及第四方向的各滤波器线内，

在所述基本排列图案内，与所述第二色的各色对应的所述第二滤波器在所述第一方向及第二方向的各滤波器线内配置一个以上。

2.一种彩色摄像元件，是在由第一方向及与该第一方向垂直的第二方向上排列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，其特征在于，

所述滤色器的排列包含所述滤色器在所述第一方向及所述第二方向上以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案在所述第一方向及所述第二方向上反复配置，

所述基本排列图案包括透过率的峰值处于480nm以上且570nm以下的范围内的一色以上的第一色所对应的第一滤波器和透过率的峰值处于所述范围之外的两色以上的第二色所对应的第二滤波器，

所述基本排列图案具有由第一滤波器构成的对应于2×2像素的第一图案、由第一滤波器构成的对应于2×1像素的第二图案、由第二滤波器构成的对应于2×2像素的第三图案及由第二滤波器构成的对应于2×1像素的第四图案各两个，

在所述滤色器的排列内，所述第一图案与所述第三图案在所述第一方向上交替配置，且所述第一图案与所述第四图案在所述第二方向上交替配置，

在所述滤色器的排列内，与所述第一色中的任一色对应的所述第一滤波器配置在所述滤色器的排列的第一方向及第二方向和相对于所述第一方向及第二方向倾斜的第三方向及第四方向的各滤波器线内，

在所述基本排列图案内，与所述第二色的各色对应的所述第二滤波器在所述基本排列图案内的所述第一方向及第二方向的各滤波器线内配置一个以上。

3.一种彩色摄像元件，是在由第一方向及与该第一方向垂直的第二方向上排列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，其特征在于，

所述滤色器的排列包含所述滤色器在所述第一方向及所述第二方向上以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案在所述第一方向及所述第二方向上反复配置，

所述基本排列图案包括一色以上的第一色所对应的第一滤波器和在波长500nm以上且560nm以下的范围内透过率比所述第一滤波器低的两色以上的第二色所对应的第二滤波器，

所述基本排列图案具有由第一滤波器构成的对应于2×2像素的第一图案、由第一滤波器构成的对应于2×1像素的第二图案、由第二滤波器构成的对应于2×2像素的第三图案及由第二滤波器构成的对应于2×1像素的第四图案各两个，

在所述滤色器的排列内，所述第一图案与所述第三图案在所述第一方向上交替配置，且所述第一图案与所述第四图案在所述第二方向上交替配置，

在所述滤色器的排列内，与所述第一色中的任一色对应的所述第一滤波器配置在所述滤色器的排列的第一方向及第二方向和相对于所述第一方向及第二方向倾斜的第三方向及第四方向的各滤波器线内，

在所述基本排列图案内，与所述第二色的各色对应的所述第二滤波器在所述基本排列图案内的所述第一方向及第二方向的各滤波器线内配置一个以上。

4.一种彩色摄像元件，是在由第一方向及与该第一方向垂直的第二方向上排列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，其特征在于，

所述滤色器的排列包含所述滤色器在所述第一方向及所述第二方向上以与4×6像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案在所述第一方向及所述第二方向上反复配置，

所述基本排列图案包括第一滤波器和第二滤波器，其中，所述第一滤波器与包括三基色中对亮度信号最有贡献的颜色和与所述三基色不同的颜色的第四色在内的两色以上的第一色对应，所述第二滤波器与所述第一色以外的两个以上的第二色对应，

所述基本排列图案具有由第一滤波器构成的对应于2×2像素的第一图案、由第一滤波器构成的对应于2×1像素的第二图案、由第二滤波器构成的对应于2×2像素的第三图案及由第二滤波器构成的对应于2×1像素的第四图案各两个，

在所述滤色器的排列内，所述第一图案与所述第三图案在所述第一方向上交替配置，且所述第一图案与所述第四图案在所述第二方向上交替配置，

在所述滤色器的排列内，所述第一滤波器配置在所述滤色器的排列的第一方向及第二方向和相对于所述第一方向及第二方向倾斜的第三方向及第四方向的各滤波器线内，

在所述基本排列图案内，与所述第二色的各色对应的所述第二滤波器在所述基本排列图案内的所述第一方向及第二方向的各滤波器线内配置一个以上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的彩色摄像元件，其中，

在所述基本排列图案中的所述第三图案及所述第四图案的每一个中，所述第二色的各色的滤波器以同比例存在。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的彩色摄像元件，其中，

在所述滤色器的排列内，与所述第二色的各色对应的所述第二滤波器在所述第三方向及第四方向的各滤波器线内配置一个以上。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的彩色摄像元件，其中，

在所述滤色器为正方形形状的情况下，所述第三方向及第四方向相对于所述第一方向及第二方向分别相差45°。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的彩色摄像元件，其中，

所述第一色包含绿及透明中的至少任一个。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的彩色摄像元件，其中，

所述第二色包含红和蓝。

10.一种摄像装置，其特征在于，

具备：摄影光学系统；

彩色摄像元件，经由所述摄影光学系统而使被摄体像成像；及

图像数据生成部，生成表示所述成像的被摄体像的图像数据，

所述彩色摄像元件是权利要求1～9中任一项所述的彩色摄像元件。