JP2000023172A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、光像を撮像する撮像装置に関し、
２板式撮像装置と同等程度の撮像画質を、単板の撮像素
子を用いて実現することを目的とする。 【解決手段】 光像をぼかす光学ローパスフィルタと、
光学ローパスフィルタを通過した光像を、複数色の色配
列を介して色分けするカラーフィルタと、カラーフィル
タを通過した光像を、受光面に配列された複数の受光画
素で撮像する撮像手段とを備えた撮像装置において、撮
像手段は、受光画素の水平ピッチをＰｘとし、垂直ピッ
チをＰｙとしたとき、ＰｙはＰｘの略２倍に設定されて
なり、カラーフィルタは、受光画素の配列に区画を合わ
せて、第１色成分を（水平１つおきの垂直ストライプ）
もしくは（市松模様）に配置し、その他の色成分を残り
の位置に配置した色配列からなり、光学ローパスフィル
タは、光像を、水平ピッチＰｘと略等しい距離だけ水平
方向にぼかすフィルタであることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光像を撮像する撮
像装置に関する。さらに詳しくは、２板式撮像装置と同
等程度の撮像画質を、単板の撮像素子を用いて実現する
ための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、撮像性能の向上を目的として、２
板式の撮像装置が提案されている。図１０は、この種の
２板式撮像装置を示す説明図である。図１０において、
撮影光学系の光軸上に、ダイクロイックプリズム７１が
配置される。このダイクロイックプリズム７１は、入射
光をＧ成分とＲＢ成分とに分岐する。

【０００３】Ｇ成分の分岐先には、Ｇ専用の撮像素子７
２が配置される。一方、ＲＢ成分の分岐先には、Ｒ成分
とＢ成分の色配列からなるカラーフィルタ７４が配置さ
れる。このカラーフィルタ７４の直後に、ＲＢ用の撮像
素子７３が配置される。このような構成により、２板式
撮像装置では、専用の撮像素子７２を用いて、比視感度
の最も高いＧ成分を高解像度で撮像する。

【０００４】その上、撮像素子７２の受光面全域はＧ成
分の受光画素でカバーされるので、偽色やモアレなどは
発生しづらくなる。また、図１０に示すように、撮像素
子７２の画素位置と撮像素子７３の画素位置とを空間的
にずらして配置することにより、撮像画像の解像度を実
質的に高めることも可能となる。これらの理由から、２
板式撮像装置では、人間の視覚に適合してバランスの良
い、良質な撮像画質を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した２
板式の撮像装置では、入射光を分岐するためにダイクロ
イックプリズム７１などの大型の光学素子を配置する。
そのため、光学系が複雑かつ大型化するという問題点が
あった。また、２つの撮像素子７２，７３の画素位置を
高精度に調整しなければならず、組み立て工程に手間が
かかるという問題点があった。

【０００６】そこで、請求項１〜４に記載の発明では、
上述した問題点を解決するために、２板式撮像装置と同
等程度の撮像画質を単板の撮像装置で実現することを目
的とする。特に、請求項２に記載の発明では、正方画素
の撮像素子を使用可能な撮像装置を提供することを目的
とする。また、請求項３，４に記載の発明では、色成分
の補間処理に適した撮像装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（請求項１）請求項１に
記載の発明は、光像の空間周波数の高域成分をぼかす光
学ローパスフィルタと、光学ローパスフィルタを通過し
た光像を、複数色の色配列を介して色分けするカラーフ
ィルタと、カラーフィルタを通過した光像を、受光面に
配列された複数の受光画素で撮像する撮像手段とを備え
た撮像装置において、撮像手段は、受光画素の水平ピッ
チをＰｘとし、垂直ピッチをＰｙとしたとき、ＰｙはＰ
ｘの略２倍に設定されてなり、カラーフィルタは、受光
画素の配列に区画を合わせて、第１色成分を（水平１つ
おきの垂直ストライプ）もしくは（市松模様）に配置
し、その他の色成分を残りの位置に配置した色配列から
なり、光学ローパスフィルタは、光像を、水平ピッチＰ
ｘと略等しい距離だけ水平方向にぼかすフィルタである
ことを特徴とする。

【０００８】このような構成では、撮像手段の受光画素
が、アスペクト比Ｐｘ：Ｐｙ（≒１：２）に設定され
る。この撮像手段の手前には、図１（ａ）もしくは図２
（ａ）に示すような色配列からなるカラーフィルタが配
置される。ここで、図１（ａ）は、第１色成分を垂直ス
トライプ状に配置した場合の色配列である。また、図２
（ａ）は、第１色成分を市松模様状に配置した場合の色
配列である。このような色配列により、撮像手段の受光
画素は、水平１画素おきに、第１色成分用と、その他の
色成分用とに割り当てられる。

【０００９】さらに、カラーフィルタの手前には、水平
ピッチＰｘと略等しい距離だけ水平方向に光像をぼかす
光学ローパスフィルタが配置される。この光学ローパス
フィルタのぼかし作用により、色配列の１区画分には、
２区画分の光が混ざって入射する。そのため、受光画素
１つ分が受光する範囲（以下「受光窓」という）は、水
平方向（すなわち短辺の方向）に倍程度に引き延ばさ
れ、ほぼ正方形状の範囲となる。

【００１０】その結果、第１色成分用の受光窓は、図１
（ｂ）または図２（ｂ）に示すように隣接区画まで広が
り、受光面のほぼ全体を埋め尽くす。また、その他の色
成分用の受光窓も、図１（ｃ）または図２（ｃ）に示す
ように隣接区画まで広がり、受光面のほぼ全体を埋め尽
くす。このような図１に示した受光窓の配列パターン
は、従来例（図１０）の画素パターンと同様となるの
で、２板式撮像装置と同等程度の撮像画質を、単板の撮
像素子を用いて簡易に実現することが可能となる。

【００１１】図２に示す受光窓の配列パターンにおいて
も、従来例（図１０）の画素パターンとよく似た配列と
なるので、この場合も、２板式撮像装置と同等程度の撮
像画質を、単板の撮像素子を用いて簡易に実現すること
が可能となる。また、「第１色成分用の受光窓」と「そ
の他の色成分用の受光窓」とは、図１または図２に示す
ように、水平方向にピッチＰｘだけずれる。そのため、
２板式撮像装置において空間画素ずらしを行った場合と
ほぼ同様の効果を得ることも可能となる。

【００１２】（ちなみに、撮像画質を完全に同等とする
ためには、撮像手段の水平解像度を従来例の倍程度に増
やす必要がある。しかしながら、撮像手段の解像度は年
々向上しているため、旧型の２板式撮像装置と完全に同
等な撮像画質を、本発明の単板構成で実現することは非
常に容易である。） さらに、光像中の第１色成分は、水平垂直方向にほぼ同
一ピッチで配置された受光窓によって二次元標本化が行
われる。そのため、画像信号の第１色成分については、
複雑なアスペクト変換などの処理を経ることなく、正方
画素の信号を容易に得ることが可能となる。したがっ
て、正方画素の信号を扱うことの多いコンピュータ関連
分野において特に好適な撮像装置を実現することができ
る。

【００１３】なお、本願では「水平」「垂直」という言
葉を使用している。しかしながら、これらは互いの相対
的な向きを意味する言葉であり、光像や装置の絶対的な
方向（撮像素子の走査方向など）に対応付けて意味を限
定するものではない。また、本願では「Ｐｘと略等しい
距離だけぼかす」という平易な表現を使用している。こ
れを詳しく言えば、元の光像に対してほぼＰｘずらした
光像を重ねる程度の空間周波数特性を有するという意味
である。

【００１４】一般に、複屈折を使用した光学ローパスフ
ィルタの場合は、単純に光像をずらして重ねるので、上
記の意味にそのまま当てはめればよい。一方、位相格子
などを使用した光学ローパスフィルタの場合は、高次の
成分や光のにじみ（いわゆるハロー）などが生じるた
め、単純に２つの光像を重ねているとは言えない。しか
しながら、このような場合も、空間周波数特性のゼロ点
を［１／（２Ｐｘ）］近傍に配したり、またはローパス
特性の肩部分を同じにするなどのフィルタ設計を行うこ
とにより、「元の光像に対してほぼＰｘずらした光像を
重ねる程度の空間周波数特性」を実現することができ
る。

【００１５】（請求項２）請求項２に記載の発明は、請
求項１に記載の撮像装置において、撮像手段は、受光画
素の１つ分が、ピッチＰｘで２次元配列された受光素子
２つ分から構成されてなることを特徴とする。このよう
な構成により、正方画素で構成された一般的な撮像素子
を本発明に使用することが可能となる。

【００１６】（請求項３）請求項３に記載の発明は、請
求項１に記載の撮像装置において、前記カラーフィルタ
の色配列は 前記受光画素のピッチの短い方向（水平方
向）の同一行内に、前記色成分の全種類が配置されてな
ることを特徴とする。図１もしくは図２に示すように、
第１色成分の受光窓と、その他の色成分の受光窓とで
は、水平ラインの位相を一致させることができる。した
がって、水平１行の中に色成分の全種類を予め揃えてお
くことにより、水平１行ごとに全種類の色成分の情報を
得ることが可能となる。その結果、簡易な水平方向の画
像処理によって全種類の色成分を推定（例えば補間な
ど）することが可能となる。

【００１７】（請求項４）請求項４に記載の発明は 請
求項３に記載の撮像装置において、前記色配列から前記
第１の色成分を除くと、その他の各色成分がいずれも市
松状の配列をなすことを特徴とする。このような色配列
を採用することにより、その他の各色成分の受光窓は、
いずれも市松状に配置される。したがって、その他の各
色成分については、隣接する水平２行分を用いて、水平
１行分の色情報をほぼ完全に復元することが可能とな
る。その結果、簡易な二次元の画像処理を用いてその他
の各色成分を一層正確に推定（例えば補間）することが
可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明に
おける実施の形態を説明する。

【００１９】（第１の実施形態）第１の実施形態は、請
求項１〜４に対応する実施形態である。また、第１の実
施形態は、図１に示す色配列に該当する実施形態であ
る。図３は、第１の実施形態の装置構成を示す説明図で
ある。図３において、撮影光学系１１の光軸に沿って、
光学ローパスフィルタ１２，カラーフィルタ１３および
撮像素子１４が順番に配置される。

【００２０】この撮像素子１４は正方画素の撮像素子で
あり、受光面上にピッチＰｘで受光素子１６が２次元配
列される。この受光素子１６の垂直列の間には、ＣＣＤ
ラインやＭＯＳスイッチ群などからなる垂直転送ライン
１７が配置される。また、これら垂直転送ライン１７の
出力端に沿って、水平転送ライン１８が配置される。こ
の水平転送ライン１８の出力端には、出力アンプ１９が
接続される。

【００２１】また一方、撮像画像の画素単位である受光
画素１５は、受光素子１６の垂直２つ分から構成され
る。その結果、受光画素１５の１つ分は、 アスペクト比Ｐｘ：Ｐｙ＝１：２ に設定される。カラーフィルタ１３は、個々の受光画素
１５に位置を合わせて細分され、ＲＧＢ３色にそれぞれ
色分けされる。ここで、受光画素１５の奇数行は「ＧＲ
ＧＢ・・」に色分けされ、偶数行は「ＧＢＧＲ・・」に
色分けされる（この色配列を「ストライプ配列の変形
Ａ」という）。

【００２２】光学ローパスフィルタ１２は、水晶などを
所定軸に沿って切り出した光学素子であり、正常光線お
よび異常光線の複屈折作用を利用して、光像を距離Δｘ
だけ水平方向にぼかす（ずらす）フィルタである。この
距離Δｘは、光学ローパスフィルタ１２の厚さを調整す
ることにより、受光画素１５の水平ピッチＰｘに等しく
設定される。

【００２３】（本発明と第１の実施形態との対応関係）
ここで、請求項１〜４に記載の発明と第１の実施形態と
の対応関係については、光学ローパスフィルタは光学ロ
ーパスフィルタ１２に対応し、カラーフィルタはカラー
フィルタ１３に対応し、撮像手段は撮像素子１４に対応
する。

【００２４】（第１の実施形態の動作）以下、第１の実
施形態の動作について説明する。図４は、第１の実施形
態の動作を説明する図である。撮影光学系１１の結像作
用により、像空間側に光像が形成される。光学ローパス
フィルタ１２は、この光像を複屈折して、水平方向にＰ
ｘだけぼかす。このようにぼかされた光像は、カラーフ
ィルタ１３を介して３原色に色分けされた後、撮像素子
１４の受光面に投影される。このとき、受光面上では、
受光素子１６の個々に、明るさに応じた画素出力（具体
的には信号電荷や光電圧や光電流など）が発生する。こ
こで、例えば（１）〜（４）のいずれかの過程を経るこ
とにより、垂直２つ分の画素出力が加算される。

【００２５】（１）受光素子１６から垂直転送ライン１
７に画素出力を転送する際、垂直２つ分の画素出力を加
算する。

【００２６】（２）垂直転送ライン１７の転送開始後、
転送ライン上で垂直２つ分の画素出力を加算する。

【００２７】（３）垂直転送ライン１７から、水平転送
ライン１８に画素出力を転送する際に、垂直２つ分の画
素出力を加算する。

【００２８】（４）水平転送ライン１８の出力端におい
て、もしくは出力アンプ１９の出力後において、信号処
理によって垂直２つ分の画素出力を加算する。このよう
ないずれかの加算処理により、図３に示すような長方形
状の受光画素１５を画素の１単位とした、画素出力が生
成される。ところで、受光面の手前には光学ローパスフ
ィルタ１２が配置され、図４（ｂ）に示すように、光像
を水平方向にＰｘだけぼかす。そのため、色配列の１区
画には水平２区画分に相当する光が混ざって入射する。
したがって、受光画素１５の受光窓は、図４（ｃ）に示
すように水平方向に倍程度引き延ばされる。

【００２９】その結果、Ｇ成分用の受光窓は、受光面の
ほぼ全体を単独でカバーする。また、ＲＢ成分の受光窓
も、受光面のほぼ全体をカバーする。またこのとき、
「Ｇ成分用の受光窓」と「ＲＢ成分用の受光窓」とは、
水平方向に半位相だけずれる。このような受光窓の配列
は、２板式撮像装置の従来例（図１０）とよく似た配列
となる。

【００３０】（第１の実施形態における空間周波数特性
について）次に、Ｇ成分における偽色やモアレの低減効
果を、空間周波数の観点から説明する。図５（ａ）は、
光学ローパスフィルタ１２の空間周波数特性を示す図で
ある。本図に示すように、水平周波数［１／（２Ｐ
ｘ）］を中心としたトラップ特性を示す。

【００３１】また、受光面上では、光像が、受光画素１
５の受光領域（横Ｐｘ，縦Ｐｙ）ごとに平均化される。
図５（ｂ）は、この平均化処理における空間周波数特性
を示す図である。本図に示されるように、水平周波数
［１／Ｐｘ］および垂直周波数［１／Ｐｙ］を中心とし
たトラップ特性を示す。図５（ｃ）は、上述した２つの
特性を合成して求めた空間周波数特性である。本図に示
されるように、水平周波数［１／（２Ｐｘ）］および垂
直周波数［１／Ｐｙ］の近傍の空間周波数成分が強く抑
制される。

【００３２】このときＧ成分の画像信号は、水平ピッチ
［２Ｐｘ］，垂直ピッチ［Ｐｙ］で２次元標本化される
ため、図６（ａ）に示すような折り返し雑音（図６中の
点線部分）が発生する。しかしながら、原信号（図６中
の斜線部分）の高域成分は、上述した図５（ｃ）の特性
で予め抑制されている。そのため、原信号の低域部分に
折り返し雑音が発生することが少なく、Ｇ成分の偽色や
モアレを的確に抑制することが可能となる。

【００３３】（第１の実施形態の効果など）以上説明し
たように、受光窓の色配列は、従来例（図１０）におけ
る受光画素の色配列とよく似た配列となる。したがっ
て、２板式撮像装置と同等程度の撮像画質を、単板の撮
像装置を用いて簡易に実現することが可能となる。ま
た、第１の実施形態では、長方形の受光画素１５の１つ
分を、正方形の受光画素１６の垂直２つ分で構成する。
そのため、長方画素からなる特殊な撮像素子を使用する
ことなく、一般的な正方画素の撮像素子１４を流用する
ことが可能となる。

【００３４】また特に、第１の実施形態では、光像を水
平方向にＰｘだけ丁度ぼかしている。そのため、受光窓
の配列に隙間や重なりが一切生じない。したがって、受
光窓の開口率を最大限に高めつつ、撮像画像の解像度も
最大限に高めることが可能となる。さらに、第１の実施
形態では、水平１行分の受光窓から、ＲＧＢ全ての色情
報を得ることができる。したがって、簡易な水平方向の
画像処理を用いてＧ成分と同位相のＲＢ成分をもれなく
推定することができる（なお、処理の具体例について
は、第６の実施形態に詳述する）。

【００３５】また、第１の実施形態では、「Ｒ成分の受
光窓」および「Ｂ成分の受光窓」がそれぞれ市松模様状
に形成される。したがって、隣接する水平２行分の色情
報から、水平１行分のＲ成分およびＢ成分をほぼ完全に
復元することも可能となる（なお、処理の具体例につい
ては、第６の実施形態に詳述する）。次に、別の実施形
態について説明する。

【００３６】（第２の実施形態）第２の実施形態は、請
求項１〜３に記載の発明に対応する実施形態である。ま
た、第２の実施形態は、図１に示す色配列に該当する実
施形態である。図７（ａ）は、第２の実施形態の説明図
である。第２の実施形態は、カラーフィルタの色配列を
「ＧＲＧＢＧＲＧＢ・・・」からなる垂直ストライプに
した場合の実施形態である。

【００３７】このような色配列においても、水平方向に
Ｐｘだけ光像をぼかすことにより、Ｇ成分用の受光窓
で、受光面のほぼ全体をカバーすることが可能となる。
また、ＲＢ成分用の受光窓についても、受光面のほぼ全
体を縦ストライプ状にカバーすることが可能となる。こ
のように、受光窓の配列構成は、従来例（図１０）にお
ける配列構成とよく似た構成となる。したがって、２板
式撮像装置と同等程度の撮像画質を、第３の実施形態に
示す単板の撮像装置を用いて簡易に実現することが可能
となる。さらに、第２の実施形態では、水平１行分の受
光窓から、ＲＧＢ全ての色情報を得ることができる。し
たがって、簡易な水平方向の画像処理を用いてＧ成分と
同位相のＲＢ成分をもれなく推定することが可能とな
る。

【００３８】（第３の実施形態）第３の実施形態は、請
求項１，２に記載の発明に対応する実施形態である。ま
た、第３の実施形態は、図１に示す色配列に該当する実
施形態である。図７（ｂ）は、第３の実施形態の説明図
である。第３の実施形態は、カラーフィルタの色配列
を、奇数行について「ＧＲＧＲ・・」とし、偶数行につ
いて「ＧＢＧＢ・・」とした場合の実施形態である（こ
の色配列を「ストライプ配列の変形Ｂ」という）。

【００３９】このような色配列においても、水平方向に
Ｐｘだけ光像をぼかすことにより、Ｇ成分用の受光窓
で、受光面のほぼ全体をカバーすることが可能となる。
また、ＲＢ成分用の受光窓についても、受光面のほぼ全
体をカバーすることが可能となる。このように、受光窓
の配列構成は、従来例（図１０）における配列構成と全
く同一となる。したがって、２板式撮像装置と同等程度
の撮像画質を、第３の実施形態に示す単板の撮像装置を
用いて簡易に実現することが可能となる。

【００４０】（第４の実施形態）第４の実施形態は、請
求項１，２に記載の発明に対応する実施形態である。ま
た、第４の実施形態は、図２に示す色配列に該当する実
施形態である。図７（ｃ）は、第４の実施形態の説明図
である。第４の実施形態は、カラーフィルタの色配列を
ベイヤー配列とした場合の実施形態である。

【００４１】このような色配列においても、水平方向に
Ｐｘだけ光像をぼかすことにより、Ｇ成分用の受光窓を
斜め格子に並べて、受光面のほぼ全体をカバーすること
が可能となる。また、ＲＢ成分用の受光窓についても、
受光面のほぼ全体をカバーすることが可能となる。

【００４２】このように、受光窓の配列構成は、従来例
（図１０）における配列構成とよく似た構成となる。し
たがって、２板式撮像装置と同等程度の撮像画質を、第
４の実施形態に示す単板の撮像装置を用いて簡易に実現
することが可能となる。さらに、第４の実施形態に特有
な効果としては、Ｇ成分用の受光窓を斜め格子に構成で
きる点である。このようにＧ成分用の受光窓を斜め格子
に構成することにより、Ｇ成分の解像度を実質的に高め
ることが可能となる。

【００４３】（第５の実施形態）第５の実施形態は、請
求項１〜３に記載の発明に対応する実施形態である。ま
た、第５の実施形態は、図２に示す色配列に該当する実
施形態である。図７（ｄ）は、第５の実施形態の説明図
である。第５の実施形態は、カラーフィルタの色配列
を、奇数行について「ＧＲＧＢ・・」とし、偶数行につ
いて「ＲＧＢＧ・・」とした場合の実施形態である。

【００４４】このような色配列においても、水平方向に
Ｐｘだけ光像をぼかすことにより、Ｇ成分用の受光窓を
斜め格子に並べて、受光面のほぼ全体をカバーすること
が可能となる。また、ＲＢ成分用の受光窓についても、
受光面のほぼ全体をカバーすることが可能となる。

【００４５】このように、受光窓の配列構成は、従来例
（図１０）における配列構成とよく似た構成となる。し
たがって、２板式撮像装置と同等程度の撮像画質を、第
５の実施形態に示す単板の撮像装置を用いて簡易に実現
することが可能となる。また、第５の実施形態では、水
平１行分の受光窓から、ＲＧＢ全ての色情報を得ること
ができる。したがって、簡易な水平方向の画像処理を用
いてＧ成分と同位相のＲＢ成分をもれなく推定すること
ができるさらに、第５の実施形態に特有な効果として
は、Ｇ成分用の受光窓を斜め格子に構成できる点であ
る。このようにＧ成分用の受光窓を斜め格子に構成する
ことにより、Ｇ成分の解像度を実質的に高めることが可
能となる。次に、別の実施形態について説明する。

【００４６】（第６の実施形態）第６の実施形態は、上
述した第１〜３の実施形態に適したＲＢ成分の補間処理
の一例を具体的に示す実施形態である。ここでは、デジ
タルスチルカメラの出力などを想定して、各正方画素の
位置においてＲＧＢ値が全て揃った画像出力を生成する
場合について説明する。

【００４７】まず、これら第１〜３の実施形態では、図
８（ａ）に示すように、Ｇ成分の受光窓が縦横同一ピッ
チで形成される。したがって、Ｇ成分の画素出力をその
まま取り出すことにより、正方画素かつ高解像度からな
るＧ成分の信号を直に生成することができる。一方、Ｒ
Ｂ成分については、Ｇ成分の信号と同位相の信号を直に
生成することができないため、補間処理が必要となる。
このとき、留意すべき点は、第１〜３の実施形態では、
Ｇ成分の受光窓とＲＢ成分の受光窓が、水平方向に半位
相ずれているが、垂直方向にはずれていない点である。

【００４８】最初に、第１の実施形態の色配列に好適な
補間処理について示す。ここでは、より良質な補間結果
を得るため、次のように水平方向と垂直方向との補間処
理を区別して行う。まず第１段階として、図８（ａ）に
示す位置（ｉ，ｊ）におけるＧ成分Ｇ（ｉ，ｊ）に関し
て、水平方向もしくは垂直方向のいずれに類似度が高い
かを判定する。Ｇ成分の類似度を求める第１の方法とし
ては、下式に示す垂直方向の曲率Ｐｔと、水平方向の曲
率Ｐｙとを求める方法がある。

【００４９】Ｐｔ（ｉ，ｊ）＝｜２・Ｇ（ｉ，ｊ）−Ｇ
（ｉ，ｊ−１）−Ｇ（ｉ，ｊ＋１）｜ Ｐｙ（ｉ，ｊ）＝｜２・Ｇ（ｉ，ｊ）−Ｇ（ｉ−１，
ｊ）−Ｇ（ｉ＋１，ｊ）｜ この場合、曲率の小さい方向に類似度が高いと考えられ
る。したがって、Ｐｔ（ｉ，ｊ）≧Ｐｙ（ｉ，ｊ）なら
ば水平方向に類似性が高いと判定し、それ以外ならば垂
直方向に類似性が高いと判定する。また、Ｇ成分の類似
度を求める第２の方法としては、下式に示す垂直方向の
相関度に関する量Ｃｔと、水平方向の相関度に関する量
Ｃｙとを求める方法がある。

【００５０】Ｃｔ（ｉ，ｊ）＝｜Ｇ（ｉ，ｊ）−Ｇ
（ｉ，ｊ−１）｜＋｜Ｇ（ｉ，ｊ）−Ｇ（ｉ，ｊ＋１）
｜ Ｃｙ（ｉ，ｊ）＝｜Ｇ（ｉ，ｊ）−Ｇ（ｉ−１，ｊ）｜
＋｜Ｇ（ｉ＋１，ｊ）−Ｇ（ｉ，ｊ）｜ この場合、相関度に関する量の小さい方向に類似度が高
いと考えられる。したがって、Ｃｔ（ｉ，ｊ）≧Ｃｙ
（ｉ，ｊ）ならば水平方向に類似性が高いと判定し、そ
れ以外ならば垂直方向に類似性が高いと判定する。な
お、相関度に関する量Ｃｔ，Ｃｙについては、上式に限
らず、例えば次式から求めることも可能である。

【００５１】Ｃｔ（ｉ，ｊ）＝｜Ｇ（ｉ，ｊ）−Ｇ
（ｉ，ｊ−１）｜＋｜Ｇ（ｉ−１，ｊ）−Ｇ（ｉ−１，
ｊ−１）｜ Ｃｙ（ｉ，ｊ）＝｜Ｇ（ｉ，ｊ）−Ｇ（ｉ−１，ｊ）｜
＋｜Ｇ（ｉ，ｊ−１）−Ｇ（ｉ−１，ｊ−１）｜ 次に第２段階として、上記のような類似度の判定に応じ
て、下記（１），（２）の補間処理のどちらかを選択的
に実行する。

【００５２】（１）水平方向の類似度が高いと判定され
た場合 元々、Ｇ行とＲＢ行は、図８（ｂ）に示すように、垂直
位相が一致する。したがって、水平方向の類似度が高い
場合は、水平並びの中でＧ（ｉ，ｊ）に最も近接するＲ
Ｂ成分Ｒ０，Ｂ０を選択して、 Ｒ′（ｉ，ｊ）＝Ｒ０ Ｂ′（ｉ，ｊ）＝Ｂ０ とすることにより、位置（ｉ，ｊ）の補間信号Ｒ′
（ｉ，ｊ），Ｂ′（ｉ，ｊ）を、高精度に求めることが
可能となる。

【００５３】（２）垂直方向の類似度が高いと判定され
た場合 この場合、Ｇ行とＲＢ行の水平位相がずれているため、
Ｒ同士もしくはＢ同士の単純な垂直補間では位置（ｉ，
ｊ）の補間信号Ｒ′，Ｂ′を求めることが出来ない。し
かしながら、第１の実施形態の色配列では、ＲＢ成分の
受光窓がそれぞれ市松状に形成されるため、垂直方向の
類似度が高い場合は、水平行内のＲＢ成分の空き位置
を、上下いずれかの水平行の同色成分で代用することが
可能となる。

【００５４】そこで、図８（ｃ）に示すＧ（ｉ，ｊ）に
左隣接するＲ０位置のＢ成分を垂直類似度の高さからＢ
１で代用する。また、Ｇ（ｉ，ｊ）に右隣接するＢ０位
置のＲ成分を垂直類似度の高さからＲ１で代用する。こ
のような代用の後、下記のような水平補間を行うことに
より、 Ｒ′（ｉ，ｊ）＝（Ｒ０＋Ｒ１）／２ Ｂ′（ｉ，ｊ）＝（Ｂ０＋Ｂ１）／２ 位置（ｉ，ｊ）の補間信号Ｒ′（ｉ，ｊ），Ｂ′（ｉ，
ｊ）を求めることが可能となる。

【００５５】以上のような補間処理を行うことにより、
第１の実施形態の色配列については、特に高精度な補間
処理を行うことが可能となる。一方、第２の実施形態の
色配列では、ＲＢ成分の受光窓が垂直ストライプ状に形
成される。そのため、上記した垂直方向の類似度が高い
場合の補間処理を実行することができない。

【００５６】そこで、第２の実施形態の色配列の場合
は、類似度の判定を特に行わずに、水平並びの中でＧ
（ｉ，ｊ）に最も近接するＲＢ成分Ｒ０，Ｂ０を選択し
て、 Ｒ′（ｉ，ｊ）＝Ｒ０ Ｂ′（ｉ，ｊ）＝Ｂ０ とし、位置（ｉ，ｊ）の補間信号Ｒ′（ｉ，ｊ），Ｂ′
（ｉ，ｊ）を求める。

【００５７】この場合、水平縞や水平エッジの被写体に
ついては、高精度な補間処理が可能となる。しかしなが
ら、垂直縞や垂直エッジの被写体については、若干品質
の劣った補間処理となる。また一方、第３の実施形態の
色配列では、ＲＢ成分の受光窓が水平ストライプ状に形
成される。この場合、１水平行内ではＲＧＢ全色が揃わ
ず、必ずＲＢ成分のいずれか一方が欠ける。

【００５８】そのため、水平方向に類似度が高い場合、
Ｇ（ｉ，ｊ）の左右両側に最近接する色成分について
は、単純な水平補間などにより高精度な補間が可能とな
る。しかしながら、水平行内に存在しない色成分につい
ては、単純な水平補間が実行できないため、やむを得
ず、類似度が比較的低い隣接行の補間値で代用すること
となる。そのため、空間周波数の高いＲＢ成分について
は、十分な補間結果を得ることが困難となる。

【００５９】また、垂直方向に類似度が高い場合、Ｇ
（ｉ，ｊ）の左右両側に最近接する色成分については、
単純な水平補間などによりある程度の補間が可能とな
る。さらに、水平行内に存在しない色成分については、
類似度が比較的高い隣接行の補間値で代用することとな
る。そのため、空間周波数の高いＲＢ成分については、
さほど高精度な補間結果は得られない。以上のような補
間処理の説明から、カラーフィルタの色配列としては、
水平行内に全種類の色成分を配置すること（請求項３の
構成）が好ましいことがわかる。さらに、カラーフィル
タの色配列としては、ＲＢ各成分を市松模様状に配置す
ること（請求項４の構成）がより一層好ましいことがわ
かる。

【００６０】（実施形態のバリエーションについて）な
お、上述した各実施形態では、解像度と受光窓の開口率
とを最大限にするため、光像を水平方向にＰｘだけ丁度
ぼかす場合について説明した。しかしながら、本発明
は、これに限定されるものではない。一般的には、光像
をぼかす距離Δｘを水平ピッチＰｘに略等しくすること
によって、本発明の効果を多少なりとも得ることができ
る。例えば、図９（ａ）〜（ｃ）に光学ローパスフィル
タの空間周波数特性を示すように、光像をぼかす距離Δ
ｘを （０．６Ｐｘ）≦Δｘ≦（１．５Ｐｘ） の範囲内で設定しても、Ｇ成分の折り返し雑音を抑制す
ることが可能となる。

【００６１】なお、上述した実施形態では、光学ローパ
スフィルタとして、水晶などの異方性結晶を使用する場
合について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。一般的には、光像を所定距離だけぼかす光学
素子であれば光学ローパスフィルタとして使用すること
ができる。例えば、位相格子を使用した光学ローパスフ
ィルタを使用してもよい。

【００６２】また、上述した実施形態では、第１色成分
としてＧ成分を割り当て、その他の色成分にＲＢ成分を
割り当てる場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではない。例えば、これらの色成分に、補
色系の色を適当に割り当てたり、Ｙ成分を割り当てるな
ど、様々な態様が考えられる。さらに、上述した実施形
態では、カラーフィルタの色配列について数例を挙げて
具体的に説明したが、本発明は、これら数例のみに限定
されるものではないことは勿論である。

【００６３】また、上述した実施形態では、受光画素１
５の１つ分を受光素子１６の２つ分から構成している
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
図３に示すように、受光画素２５の１つ分を受光素子２
６の１つ分で構成してもかまわない。また、受光素子の
３つ以上のブロックを、受光画素の１つ分としてもよ
い。さらに、上述した実施形態では、受光画素１５を水
平垂直に位相を揃えて配列する場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではない。一般的
に、受光画素の垂直ピッチＰｙが水平ピッチＰｘの略２
倍に設定されていればよい。例えば、ピッチを変えずに
配列の位相をずらすことによって、受光画素を斜め格子
に配列しても勿論よい。

【００６４】

【発明の効果】（請求項１）請求項１に記載の発明で
は、第１色成分用の受光窓が、図１（ｂ）または図２
（ｂ）に示すように、受光面のほぼ全体をカバーする。
また、その他の色成分用の受光窓も、図１（ｃ）または
図２（ｃ）に示すように、受光面のほぼ全体をカバーす
る。

【００６５】したがって、本発明では、２板式撮像装置
の従来例（図１０）とよく似た画素パターンを撮像する
ことが可能となる。その結果、２板式撮像装置と同等程
度の撮像画質を、単板の撮像素子を用いて簡易に実現す
ることが可能となる。その結果、入射光を分岐するため
にダイクロイックプリズムを設ける必要がなく、光学系
を単純かつ小型化することが可能となる。

【００６６】また、撮像手段を複数設ける必要が特にな
くなり、撮像手段の間の位置調整などを省くことがで
き、撮像装置の組み立て工程を大幅に簡略化することが
可能となる。その上、本発明では、受光画素のアスペク
ト比を「Ｐｘ：Ｐｙ≒１：２」に設定する。そのため、
各受光窓の形状がほぼ正方形状となる。したがって、ア
スペクト変換などの複雑な計算処理を経ることなく、画
素アスペクト比１：１の画像信号を迅速かつ簡便に生成
することができる。したがって、正方画素の画像を扱う
ことの多いコンピュータ関連分野に最適な撮像装置を実
現することができる。

【００６７】（請求項２）請求項２に記載の発明では、
受光画素の１つ分を、ピッチＰｘで２次元配列された受
光素子２つ分から構成する。そのため、正方画素で構成
された一般的な撮像素子を本発明に使用することが可能
となる。

【００６８】（請求項３）請求項３に記載の発明では、
水平１行の中に色成分の全種類を予め揃えておくので、
水平１行ごとに全種類の色成分の情報を得ることが可能
となる。その結果、水平処理のみで全種類の色成分をも
れなく推定することが可能となる。

【００６９】（請求項４）請求項４に記載の発明では
その他の各色成分の受光窓がいずれも市松状に配置され
る。そのため、隣接する水平２行分から、その他の各色
成分の情報を一層正確に推定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明を説明する図（垂直スト
ライプの場合）である。

【図２】請求項１に記載の発明を説明する図（市松模様
の場合）である。

【図３】第１の実施形態の装置構成を示す説明図であ
る。

【図４】第１の実施形態の動作を説明する図である。

【図５】第１の実施形態の動作を空間周波数の観点から
説明する図である。

【図６】第１の実施形態における折り返し雑音を説明す
る図である。

【図７】第２〜５の実施形態を説明するための図であ
る。

【図８】第６の実施形態を説明するための図である。

【図９】ぼかし距離Δｘと空間周波数特性との関係を示
した図である。

【図１０】従来の２板式撮像装置を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１１ 撮影光学系 １２ 光学ローパスフィルタ １３ カラーフィルタ １４ 撮像素子 １５ 受光画素 １６ 受光素子 １７ 垂直転送ライン １８ 水平転送ライン １９ 出力アンプ ７１ ダイクロイックプリズム ７２ 撮像素子 ７３ 撮像素子 ７４ カラーフィルタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光像の空間周波数の高域成分をぼかす光
   学ローパスフィルタと、 前記光学ローパスフィルタを通過した光像を、複数色の
   色配列を介して色分けするカラーフィルタと、 前記カラーフィルタを通過した光像を、受光面に配列さ
   れた複数の受光画素で撮像する撮像手段とを備えた撮像
   装置において、 前記撮像手段は、 前記受光画素の水平ピッチをＰｘとし、垂直ピッチをＰ
   ｙとしたとき、ＰｙはＰｘの略２倍に設定されてなり、 前記カラーフィルタの色配列は、 前記受光画素の配列に区画を合わせて、第１色成分を
   （水平１つおきの垂直ストライプ）もしくは（市松模
   様）に配置し、その他の色成分を残りの位置に配置して
   なり、 前記光学ローパスフィルタは、 光像を、前記水平ピッチＰｘと略等しい距離だけ水平方
   向にぼかすフィルタであることを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の撮像装置において、 前記撮像手段は、 前記受光画素の１つ分が、ピッチＰｘで２次元配列され
   た受光素子２つ分から構成されてなることを特徴とする
   撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の撮像装置において、 前記カラーフィルタの色配列は、 前記受光画素のピッチの短い方向（水平方向）の同一行
   内に、前記色成分の全種類が配置されてなることを特徴
   とする撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の撮像装置において、 前記色配列から前記第１の色成分を除くと、その他の各
   色成分はいずれも市松状の配列をなすことを特徴とする
   撮像装置。