JP2009100271A - 撮像素子および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ４以上の色で撮像や表示をする際に、理想状態により近い混色を可能とする。
【解決手段】 λ１からλ６の分光透過特性を有する６つのオンチップカラーフィルタ１１１ − １１６は、それぞれ三角形状をなし、各三角形状中の１つの頂点が一点で接するようにこれらのオンチップカラーフィルタは配列され、１つのグループをなす。オンチップカラーフィルタの１つのグループは全体として六角形状をなし、それが千鳥状に稠密配置される。これらのオンチップカラーフィルタは、同じ色のオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチに着目したときに、互いに隣り合うオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子および表示装置に関し、特に４以上の色に色分解可能なカラー撮像素子および４以上の表示原色数を有するカラー表示装置に関する。

オンチップカラーフィルタを有する撮像素子は、撮像素子の表面に複数色の（複数種類の分光透過特性を有する）カラーフィルタが二次元配列され、そのカラーフィルタを透過した光を、各カラーフィルタに対応して設けられた複数のフォトダイオードで受光してカラー画像信号を出力するように構成される。赤緑青（ＲＧＢ）三原色の画像信号を生成する撮像素子の表面には、ＲＧＢ三色のオンチップカラーフィルタが二次元配列されるが、その配列方式としてはベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列が良く知られている。ベイヤ配列では、縦に２個、横に２個の四つの絵素を一つの単位として、対角に配列される二つの絵素に対応するフォトダイオード上に緑色（Ｇ）フィルタが、残る二つの絵素のうち、一方の絵素に対応するフォトダイオード上に赤色（Ｒ）フィルタが、他方の絵素の対応するフォトダイオード上に青色（Ｂ）フィルタが配列される（例えば特許文献１、特許文献２を参照。）。これらの絵素に対応して得られる画像信号にデモザイク処理等を行い、一つひとつの画素に対してＲＧＢ各色の色情報を与えることが可能となる。なお、本明細書中では、撮像素子に設けられる複数のフォトダイオードそれぞれの受光部に対応する部分を「絵素」と称する。すなわち、一つの絵素は、一つのオンチップカラーフィルタを透過した光を受光するように構成されている。上記ベイヤ配列のオンチップカラーフィルタを有する撮像素子では、全絵素数のうちの半分にはＧフィルタが、四分の一にＢフィルタが、そして残る四分の一にＲフィルタが設けられている。

以上は撮像素子についての説明であるが、ここでカラー表示装置についても説明する。カラー表示装置としては液晶表示装置（ＬＣＤ）が代表的なものとして挙げられる。カラー表示可能なＬＣＤの表面には、一般的にＲＧＢ三色のカラーフィルタがＲＧＢ三色を一組としてそれが規則的に配列されている。ＲＧＢ各色のフィルタを透過して放射される光（表示原色光）の量を液晶によって制御することにより、意図する色が再現される。本明細書中では、例えばＲＧＢ表示装置におけるＲＧＢ各色の光を放射する部分を「サブ画素」と称し、ＲＧＢ各色のサブ画素一つずつがまとめられて形成される部分を「表示画素」と称する。すなわち、ＲＧＢ各色のサブ画素から放射される表示原色光の輝度の比率を変えることにより、一つの表示画素から放出される光の色（色相、彩度、明度）を変えることが可能となる。

近年、色再現性をより高めることが望まれており、上述した撮像素子において色分解する際の色数を増し、カラー表示装置においては表示原色数を増して、再現可能な色域を広めたり、微妙な色の違いを再現できる能力を増したりすることが試みられている。４以上の表示原色数によって、よりリアルな色再現を目指すシステムとしてナチュラルビジョンと称されるシステムが提案されている。４色以上のカラーフィルタを用いて撮像するための装置としては、以下に説明する二つの方式が代表的なものとして挙げられる。すなわち、一つの方式は、複数色のカラーフィルタをターレット式に切り替えつつ、同じシーンでの撮影を繰り返して面順次に画像を入力し、多バンドの画像信号を生成する方式である。もう一つの方式は、撮影レンズを透過した被写体光をビームスプリッタで二つの光路に分け、さらにそれぞれの光路上に配設されたダイクロイックプリズムによって３つの波長帯域に分布する光に分光して６つの撮像素子に導き、合計６バンドの画像信号を生成する方式である。前者は静止画の撮影に、後者は静止画および動画双方の撮影に適する。

一方、上述したナチュラルビジョンの映像表示を可能とする表示方式としては、６バンドの映像信号を３バンドづつ二組の映像信号に分解して二台のプロジェクタに出力するものが知られている。二台のプロジェクタは共に表示原色数が３のプロジェクタであるが、表示原色の組み合わせは二台のプロジェクタで異なっており、二台のプロジェクタで生成される映像をスクリーン上で重畳させるようにして６原色の映像を表示することが可能となる。
特開２００３−３７８４８号公報 特許第３５０１６９４号明細書

上述した、ナチュラルビジョンシステムにおいて用いられる撮像装置および表示装置はいずれもハードウェアの構成が複雑であり、より一層の小型化、単純化が求められる。撮像装置を小型化するための方法として、単板の撮像素子のオンチップカラーフィルタの色数を増して（絵素の色数を増して）多原色の色分解を可能とすることが考えられる。また、ＬＣＤ等の表示装置で多バンド表示を実現するためには、サブ画素の色数を増すことが考えられる。

ところが、撮像素子上の絵素、ＬＣＤ上のサブ画素はいずれも平面上に二次元的に配列されるものであり、色数を増すと、撮像素子においては１つのグループを構成する絵素、表示装置においては１表示画素を構成するサブ画素の数が増し、理想的な混色を行うことが困難となる場合があった。ここで、撮像素子における混色とは、撮像素子の受光面上に二次元配設される複数色のオンチップカラーフィルタのそれぞれを透過した光の光量をフォトダイオードで検出し、それぞれの色のオンチップカラーフィルタを透過した光の光量比から、これらのオンチップカラーフィルタの配設される領域に入射する光の色（ＲＧＢ値）を得ることを意味する。また、表示装置における混色とは、一つの表示画素を形成する各表示原色のサブ画素から放射される光の光量比を調節して、一つの表示画素から放射される光の色および輝度を制御することを意味する。

オンチップカラーフィルタを有する撮像素子を例に説明すると、ＲＧＢ３色のオンチップカラーフィルタを有するものでは色数が少ないため、ＲＧＢ３色のうち、ある色のオンチップカラーフィルタは他の２色のオンチップカラーフィルタと上下、左右、および対角のうち、いずれかの方向で隣接しあうようなフィルタ配列を有していて、均一な混色を行うことが比較的容易である。すなわち、単板の撮像素子から得られる画像信号を処理する際には、空間的に離れた複数の入射点に入射する光の色情報を用いて入射点近傍の色を補間によって求めるので、複数の入射点間の距離が離れすぎていない方が均一な混色を行うことが容易である。

しかし、フィルタの色数が増えると上述したようなフィルタ配列を維持することが困難となる。すると、良好な色再現が行われなかったり、撮像面上に形成される被写体像のパターンによっては偽色を生じたり、色の違いによって解像感が異なって見えたり、あるいは被写体像が本来有していないような縞模様が画像に現れたりすることもあった。

表示装置についても同様で、ある二つの表示原色を混色して色を生成しようとしたときに、これら二つの表示原色に対応するサブ画素間の距離が、混色しようとする表示原色の組み合わせによって異なっていると混色の特性が一様でなくなり、良好な色再現を行うことが困難となる場合があった。

本発明は上述した課題に鑑み、なされたもので、４以上の色での画像入力や表示をする際に、理想状態により近い混色が可能となる技術を提供することを目的とする。

（１） 本発明は、４色以上のオンチップカラーフィルタを有する撮像素子に適用され、前記４色以上のオンチップカラーフィルタは、同じ色のオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチに関し、互いに隣り合うオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列されていることにより上述した課題を解決する。

（２） 本発明はまた、４色以上の表示原色光放射部を有する表示装置にも適用され、前記４色以上の表示原色光放射部は、同じ色の表示原色光放射部間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列されている。

（１） 本発明によれば、４色以上のオンチップカラーフィルタを有する撮像素子において、同じ色のオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列されていることにより、撮像素子の撮像面内における場所によらず安定した混色が達成されるので、生成されるカラー画像に色むらや偽色、「すじ」等が生じにくくなり、被写体の色をより忠実に再現可能な撮像装置を提供することが可能となる。

（２） また、本発明が４色以上の表示原色光放射部を有する表示装置に適用された場合には、４色以上の表示原色光放射部は、同じ色の表示原色光放射部間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列されていることにより、１表示画素内の混色をより理想的に行うことが可能となるとともに、表示画面内の場所によらず均一な混色を行うことが可能となり、表示されるカラー画像に色むらや偽色、「すじ」等が生じにくくなって被写体の色をより忠実に再現可能な表示装置を提供することが可能となる。

− 第１の実施の形態 −
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子の受光面上に設けられるオンチップカラーフィルタの配設例を概略的に示す上面図であり、（ａ）は６つのオンチップカラーフィルタからなるグループが複数配列されている様子を示し、（ｂ）は６つのオンチップカラーフィルタから１つのグループが形成される様子を示す図である。本明細書において用語「グループ」はオンチップカラーフィルタや絵素の配列の周期性、あるいは規則性を説明するための言葉として用いることを意図しており、１グループのオンチップカラーフィルタや絵素が物理的にひとまとめにされているということを必ずしも意図していない。

オンチップカラーフィルタのグループ１１０は、６つのオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６を含み、それぞれのオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６は三角形、さらには正三角形の外形形状を有するものとすることが望ましいが、他の形状を有していてもよい。図１において、オンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６は正三角形の外形形状を有するものとして描かれている。図１において、６つのオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６はそれぞれ３つの頂点を有するが、各オンチップカラーフィルタ中の１つの頂点が１点に集まるようにこれらの６つのオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６が配設されてオンチップカラーフィルタのグループ１１０が形成される。オンチップカラーフィルタのグループ１１０は全体として六角形、望ましくは正六角形の外形形状を有する。このようにオンチップカラーフィルタを配設することにより、オンチップカラーフィルタのグループ１１０の中心位置を基準として等距離の位置に６つのオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６を配設することが可能となり、１グループの絵素内での混色が均一化されて色再現性を高めることが可能となる。

これらのオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６の下部（図１の紙面表側から裏側に向かう方向を上から下に向かう方向であるものとして説明をする）には、それぞれのオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６に対応して受光部（不図示）が設けられている。受光部の形状も、オンチップカラーフィルタの形状と同様の形状とすることができる。これらのオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６のいずれかと、その下部に配設される受光部とによって１つの絵素が構成される。オンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６の外形形状を、図１に示されるように正三角形とすることにより、オンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６およびこれらのオンチップカラーフィルタの下部に配設される受光部により、三角形状を有する６つの絵素が構成され、これら６つの絵素によって、全体として六角形状を有する、１グループの絵素が構成される。

オンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６のそれぞれは、互いに異なる分光透過特性を有するものとすることができ、その場合には１グループの絵素からは６種類の色情報を得るこことが可能となる。あるいは、オンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６のうちの２つまたは３つのオンチップカラーフィルタが同じ分光透過特性を有するものとすることができる。２つのオンチップカラーフィルタが同じ分光透過特性を有するように構成される場合、１グループの絵素からは５種類の色情報を得ることができる。３つのオンチップカラーフィルタが同じ分光透過特性を有するように構成される場合、１グループの絵素からは４種類の色情報を得ることができる。複数のオンチップカラーフィルタの分光透過特性を同じにする場合、その分光透過特性は人間の眼の分光感度が高い色である緑色を含むようにすることが、撮像素子から出力される信号をもとに生成される画像の見かけの解像度を高める上で望ましい。

オンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６それぞれの分光透過特性をλ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６で表すと、λ１が赤（Ｒ）、λ３が緑（Ｇ）、λ５が青（Ｂ）を透過中心波長とする分光透過特性を有し、λ２が黄（Ｙ）、λ４がマゼンタ（Ｍ）、λ６がシアン（Ｃ）を透過中心波長とする分光透過特性を有するものとすることができる。すなわち、６つのオンチップカラーフィルタのうち、３つは原色系の分光透過特性を有するものとし、残る３つは補色系の分光透過特性を有するものとすることができる。あるいは、λ１が赤（Ｒ）、λ３が緑（Ｇ）、λ５が青（Ｂ）を透過中心波長とする分光透過特性を有し、λ２、λ４、λ６の透過中心波長がそれぞれλ１、λ２、λ３の透過中心波長に対して数十ｎｍ程度ずれた分光透過特性を有するものとすることができる。また、６つのオンチップカラーフィルタのうち、１つまたは複数のオンチップカラーフィルタについては他のオンチップカラーフィルタが有する分光透過波長帯域よりも広い分光透過波長帯域を有するものとしてもよい。一般消費者向け、工業用途、医療用途等、撮像素子の用途に応じてこれらの分光透過特性の組み合わせを変えることにより、例えば肉眼では判別できない違いを強調した画像を得ることも可能となる。

６つの絵素からなる１グループの絵素を六角形のタイルに例えて説明すると、図１（ａ）に示されるように、タイルは千鳥状に稠密配列される。このような配列をすることにより、撮像素子の限られた撮像エリア内により多くの絵素を配置することが可能となる。

図１（ａ）において、符号Ｘ１からＸ１５、Ｙ１からＹ６が付された破線はアドレス線を概念的に示している。本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子によれば、従来のベイヤ配列の撮像素子と同様、列方向用、行方向用それぞれのアドレス線を、列方向、行方向に対して平行な方向に延在する直線状のものとして等間隔に配設することが可能となる。

ここで、本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子のオンチップカラーフィルタの配列が有する更なる特徴を、図２を参照して説明する。図２は、図１（ａ）に示されるオンチップカラーフィルタの配列中で、分光透過特性λ１を有するオンチップカラーフィルタ１１１のみを抽出して示したものである。図２において二点鎖線の円で示されるように、オンチップカラーフィルタ１１１間の配設ピッチは略一定となっている。すなわち、あるオンチップカラーフィルタ１１１（例えば円の中心に位置するオンチップカラーフィルタ１１１）と、そのオンチップカラーフィルタ１１１の周囲に位置するオンチップカラーフィルタ１１１（上記円の円周上に位置するオンチップカラーフィルタ１１１）とは、いずれも略一定の配列ピッチとなるようにこれらのオンチップカラーフィルタ１１１の配列位置が定められている。このようにして、同じ色（分光透過特性）のオンチップカラーフィルタ１１１同士は、互いに隣り合うオンチップカラーフィルタ１１１間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列される。

他の分光透過特性を有するオンチップカラーフィルタ１１２、１１３、１１４、１１５、および１１６についても同様に、同色のオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配設されている。加えて、これらのオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、および１１６の配設ピッチは、すべての色のオンチップカラーフィルタで略等しくなるように各オンチップカラーフィルタは配列される。

オンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６が以上に説明したように配列されることにより、撮像素子の撮像面内における場所によらず安定した混色が達成されるので、生成されるカラー画像に色むらや偽色、「すじ」等を生じにくくなる。このようにして、被写体の色をより忠実に再現可能な撮像装置を提供することが可能となる。

以上では本発明が撮像素子に適用される例について説明したが、表示装置に本発明を適用することも可能である。例えば、ＴＦＴのカラー液晶ディスプレイ装置に本発明を適用する場合、サブ画素（表示原色光放射部）を構成するカラーフィルタの形状を三角形状、望ましくは正三角形状として、図１（ｂ）に示されるように各フィルタがそれぞれ有する３つの頂点のうちの１つを一点で接するように配置し、全体として六角形の表示画素を構成する。

６つのカラーフィルタの下部（カラーフィルタとバックライトとの間）には、カラーフィルタと略同一形状の表示セグメントを有するＴＦＴ液晶が形成される。そして、それぞれの表示セグメントの光透過率をＴＦＴ液晶によって制御することにより、各カラーフィルタを透過して放射される光（表示原色光）の輝度が制御されて混色され、表示画素全体としての色が制御される。このとき、上述したように、同じ分光透過特性を有するカラーフィルタに関し、互いに隣り合うカラーフィルタ間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列されている。さらに、これらのカラーフィルタの配設ピッチは、それぞれの分光透過特性を有するカラーフィルタ間で略等しくなるようにカラーフィルタが配列されることにより、表示画面内の場所によらず均一な混色を行うことが可能となる。また、表示セグメントの形状および配列を図１（ａ）に示すようなものとすることにより、アドレス線およびデータ線を直線状に形成することが可能となり、液晶ディスプレイ装置を構成する透明基板に形成する透明電極のパターンを単純化することが可能となる。

以上では、本発明をＴＦＴ液晶ディスプレイ装置に適用する例について説明したが、他の表示方式のカラー表示装置にも適用可能である。例えば、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、電界放出ディスプレイなどの、いわゆる自発光ディスプレイ装置にも適用可能である。その場合には、それらの作動原理に応じて、蛍光体、電極、発光部の形状および配列を以上に説明したようなものとすることにより、サブ画素（表示原色光放射部）の形状を定めることができ、１表示画素内の混色をより理想的に行うことが可能となるとともに、表示画面内の場所によらず均一な混色を行うことが可能となる。

− 第２の実施の形態 −
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子の受光面上に設けられるオンチップカラーフィルタの配設例を概略的に示す上面図であり、（ａ）は９つのオンチップカラーフィルタからなるグループが複数配列されている様子を示し、（ｂ）は９つのオンチップカラーフィルタから１グループが形成される様子を示す図である。

オンチップカラーフィルタのグループ３１０は、９つのオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９を含み、それぞれのオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９は六角形、さらには正六角形の外形形状を有することが望ましいが任意の外形形状とすることができる。図３において、オンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９は正六角形の外形形状を有するものとして描かれている。これらのオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９の配列構造について説明する。オンチップカラーフィルタのグループ３１０の中心位置にλ７の分光透過特性を有するオンチップカラーフィルタ３１７が配設され、このオンチップカラーフィルタ３１７を囲繞するように６つのオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６が配設される。これらのオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６はそれぞれλ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６の分光透過特性を有する。さらに、オンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６で囲繞される領域の外側に２つのオンチップカラーフィルタ３１８、３１９が配設され、これらのオンチップカラーフィルタ３１８、３１９は、オンチップカラーフィルタ３１７の配設位置を基準として回転対称の位置に配設される。オンチップカラーフィルタ３１８、３１９それぞれの分光透過特性は、互いに異なるものとすることも可能であるが同じ特性とすることが望ましい。本実施の形態において、オンチップカラーフィルタ３１８、３１９はともにλ８の分光透過特性を有するものとする。なお、第１の実施の形態に係る撮像素子のオンチップカラーフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６それぞれが有する分光透過特性λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６と、第２の実施の形態に係る撮像素子のオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９それぞれが有する分光透過特性λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、λ８とに関し、同じ符号が付されたものが同じ分光透過特性を有していても、異なる分光透過特性を有していてもよい。

オンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９の下部（図３の紙面表側から裏側に向かう方向を上から下に向かう方向であるものとして説明をする）には、それぞれのオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９に対応して受光部（不図示）が設けられている。受光部の形状も、オンチップカラーフィルタの形状と同様とすることができる。これらのオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９のいずれかと、その下部に配設される受光部とによって１つの絵素が構成される。すなわち、オンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９およびこれらのオンチップカラーフィルタの下部に配設される受光部により、六角形状を有する９つの絵素が構成され、これら９つの絵素によって、図３（ｂ）を参照して先に説明した配列構造を有する１グループの絵素が構成される。

オンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、４１４、４１５、３１６、３１７、３１８、３１９それぞれが有する分光透過特性λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、λ８の一例を図４に示す。図４に示されるように、λ７、λ８はλ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６の透過波長帯域よりも広い透過波長帯域を有する。そして、λ８は全体として透過率が高く設定される一方、λ７は全体として透過率が低く設定される。λ７の分光透過率を有するオンチップカラーフィルタ３１７（比較的広い分光透過帯域を有する）を中心として、その周囲にλ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６の分光透過率を有するオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６（比較的狭い分光透過帯域を有する）を配設することにより、比較的広い分光透過帯域を有するオンチップカラーフィルタに対して等距離の位置に比較的狭い分光透過帯域を有する複数のオンチップカラーフィルタを配列することが可能となり、より理想的な混色を行うことが可能となる。

オンチップカラーフィルタ３１８、３１９の分光透過特性λ８に関しては、図４にも示されるように比較的広い分光透過帯域、望ましくは可視帯域を網羅し、加えてニュートラルな分光透過特性とすることが望ましい。理由は、オンチップカラーフィルタ３１８、３１９のそれぞれとオンチップカラーフィルタ３１７との間の配設ピッチが、オンチップカラーフィルタ３１７とオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６のそれぞれとの間の配設ピッチと異なっており、また、配設ピッチが大きくなっているので、混色の特性が異なることがあるからである。オンチップカラーフィルタ３１８、３１９の分光透過特性λ８を広帯域かつニュートラルなものとすることにより、混色の特性が異なることによる色再現性への影響を減ずることが可能となる。そして、オンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７およびそれらのオンチップカラーフィルタの下部に配設される受光部によって構成される絵素から色相の情報を取得し、オンチップカラーフィルタ３１８、３１９およびそれらのオンチップカラーフィルタの下部に配設される受光部によって構成される絵素によって輝度の情報を取得することが可能となる。

さらに、図４に示されるように、オンチップカラーフィルタ３１７の分光透過特性λ７についても広帯域かつニュートラルなものとして、オンチップカラーフィルタ３１８、３１９の分光透過特性λ８に比して低めの分光透過特性に設定することにより、輝度情報のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。図４に示されるような分光透過特性が設定される場合、オンチップカラーフィルタ３１７およびその下部に配設される受光部によって構成される絵素が高輝度の被写体光に対応し、オンチップカラーフィルタ３１８、３１９およびそれらの下部に配設される受光部によって構成される絵素が低輝度の被写体光に対応する。低輝度の被写体光に対応して絵素の数を増すことにより受光部の面積も増し、ノイズ耐性を増すことが可能となる。

オンチップカラーフィルタ３１７の下部に配設された受光部により構成される絵素からの出力とオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６の下部に配設された受光部からの出力を混合することにより、輝度の低い被写体光、すなわち黒のレベル設定をおこなうが、オンチップカラーフィルタ３１７に隣接する位置にオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６が配設されているため、混色が良好になり黒のレベル合わせの精度を向上させることができる。

また輝度の高い被写体、すなわち白レベルの設定を行う場合には、オンチップカラーフィルタ３１８または３１９の下部に配設された受光部からの出力と、その周辺に隣接する（近隣に位置する）オンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６の下部に配設された受光部からの出力を混合する。白のレベル合わせの場合でも、オンチップカラーフィルタ３１８または３１９に隣接する位置（近隣の位置）に、オンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６が配設されているため、混色が良好になり白のレベル合わせの精度を向上させることができる。また、オンチップカラーフィルタ３１８または３１９の下部に配設された受光部からの出力を混合することにより、受光部の面積を拡大し輝度の出力を向上させることができる。

９つの絵素からなる１グループの絵素は、全体として図３（ｂ）に示されるような配列をなす。このような形状をなす１グループの絵素が、図３（ａ）に示されるように、稠密配列される。このような配列をすることにより、撮像素子の限られた撮像エリア内により多くの絵素を配置することが可能となる。

図３（ａ）において、符号Ｘ１からＸ１８、Ｙ１からＹ９が付された破線はアドレス線を概念的に示している。本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子によっても、第１の実施の形態に係る撮像素子と同様、列方向用、行方向用それぞれのアドレス線を、列方向、行方向に対して平行な方向に延在する直線状のものとして等間隔に配設することが可能となる。

ここで、本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子のオンチップカラーフィルタの配列が有する更なる特徴を、図５を参照して説明する。図５は、図３（ａ）に示されるオンチップカラーフィルタの配列中で分光透過特性λ７を有するオンチップカラーフィルタ３１７のみを抽出して示したものである。図５において二点鎖線の円で示されるように、オンチップカラーフィルタ３１７間の配設ピッチは略一定となっている。すなわち、あるオンチップカラーフィルタ３１７（例えば円の中心に位置するオンチップカラーフィルタ３１７）と、そのオンチップカラーフィルタ３１７の周囲に位置するオンチップカラーフィルタ３１７（上記円の円周上に位置するオンチップカラーフィルタ３１７）とは、いずれも略一定の配列ピッチとなるようにこれらのオンチップカラーフィルタ３１７の配列位置が定められている。このようにして、同じ色（分光透過特性）のオンチップカラーフィルタ３１７同士は、互いに隣り合うオンチップカラーフィルタ３１７間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列される。

他の分光透過特性を有するオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、および３１９についても同様に、同色のオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチが略一定となるように配設されている。加えて、これらのオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７、３１８、および３１９の配設ピッチは、すべての色のオンチップカラーフィルタで略等しくなるように各オンチップカラーフィルタは配列される。

オンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、および３１９が以上に説明したように配列されることにより、撮像素子の撮像面内における場所によらず安定した混色が達成されるので、生成されるカラー画像に色むらや偽色、「すじ」等を生じにくくなる。このようにして、被写体の色をより忠実に再現可能な撮像装置を提供することが可能となる。

以上では本発明が撮像素子に適用される例について説明したが、第１の実施の形態でも説明したように、表示装置に本発明を適用することも可能である。

表示装置に本発明を用いる場合には、オンチップカラーフィルタ３１８、３１９に対応するサブ画素を除く、星状に配列された７つのサブ画素により一つの絵素（表示画素）を構成し、オンチップカラーフィルタ３１８、３１９に対応するサブ画素は、周囲のオンチップカラーフィルタ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６に対応するサブ画素から補間されて表示される。このように周囲のサブ画素からの補間を行うことにより、カラーバランス調整を良好におこなうことができる。

このとき、オンチップカラーフィルタ３１７に対応するサブ画素、オンチップカラーフィルタ３１８、３１９に対応するサブ画素から放射される光の分光帯域幅を広くし、かつニュートラルな分光放射輝度特性とし、オンチップカラーフィルタ３１８、３１９に対応するサブ画素の放射輝度がオンチップカラーフィルタ３１７に対応するサブ画素の放射輝度よりも高くするとよい。このようにすることにより、１表示画素から放射される光の輝度範囲を増すことが可能となり、ダイナミックレンジと階調特性に優れた表示装置を提供することが可能となる。

また、サブ画素の形状、配列を図３に示されるようなものとし、各サブ画素から放射される光の分光特性を、図４のグラフにおける縦軸を放射輝度に置き換えて表されるような分光特性とすることにより、１表示画素内での混色をより理想的なものとし、表示画面内の場所によらず均一な混色を行うことが可能となる。また、図３（ａ）に示されるようなサブ画素（表示セグメント）の形状および配列とすることにより、アドレス線およびデータ線を直線状に形成することが可能となり、液晶ディスプレイ装置を構成する透明基板に形成する透明電極のパターンを単純化することが可能となるのは第１の実施の形態で説明したのと同様である。

本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子や、液晶表示装置、プラズマ表示装置、有機ＥＬ表示装置、電界放射型表示装置などの平面型表示装置、あるいはデータ・プロジェクタやビデオ・プロジェクタ等の画像投影装置や、リヤプロジェクション式の画像表示装置等に利用することが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子のオンチップカラーフィルタの配列例を概略的に示す図であり、（ａ）は６つのオンチップカラーフィルタからなるグループが複数配列される様子を、（ｂ）はオンチップカラーフィルタの１つのグループを示す。 本発明の第１の実施の形態に係る撮像素子において、同じ色を有するオンチップカラーフィルタがどのように配列されているかを説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子のオンチップカラーフィルタの配列例を概略的に示す図であり、（ａ）は９つのオンチップカラーフィルタからなるグループが複数配列される様子を、（ｂ）はオンチップカラーフィルタの１つのグループを示す。 １つのグループをなす複数のオンチップカラーフィルタそれぞれが有する分光透過特性の例を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像素子において、同じ色を有するオンチップカラーフィルタがどのように配列されているかを説明する図である。

符号の説明

１１０、３１０ オンチップカラーフィルタのグループ
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７、３１８ オンチップカラーフィルタ

Claims (18)

1. ４色以上のオンチップカラーフィルタを有する撮像素子であって、
   前記４色以上のオンチップカラーフィルタは、同じ色のオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチに関し、互いに隣り合うオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列されていることを特徴とする撮像素子。
2. 前記同じ色の互いに隣り合うオンチップカラーフィルタ間の配設ピッチが、すべての色のオンチップカラーフィルタで略等しくなるように前記４色以上のオンチップカラーフィルタが二次元的に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記オンチップカラーフィルタは、６つで一つのグループを形成するように配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
4. 前記オンチップカラーフィルタのグループは、全体として六角形の外形形状を有し、前記オンチップカラーフィルタのグループを形成するそれぞれのオンチップカラーフィルタは三角形の外形形状を有することを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
5. 前記オンチップカラーフィルタは、９つで１つのグループを形成するように配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
6. 前記オンチップカラーフィルタのグループを形成するそれぞれのオンチップカラーフィルタは六角形の外形形状を有することを特徴とする請求項５に記載の撮像素子。
7. 前記オンチップカラーフィルタは、中心位置に配設される第１のオンチップカラーフィルタの周囲を囲繞するように第２から第７のオンチップカラーフィルタが配設され、さらに前記第２から第７のオンチップカラーフィルタで囲繞される領域の外側に、前記第１のオンチップカラーフィルタの配設位置を基準として、回転対称の位置に第８および第９のオンチップカラーフィルタが配設されて前記１つのグループが形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の撮像素子。
8. 前記第１のオンチップカラーフィルタが有する透過波長帯域幅は、前記第２から第７のオンチップカラーフィルタのそれぞれが有する透過波長帯域幅よりも広いことを特徴とする請求項７に記載の撮像素子。
9. 前記第８および第９のオンチップカラーフィルタが有する透過波長帯域幅は、前記第２から第７のオンチップカラーフィルタのそれぞれが有する透過波長帯域幅よりも広く、
   前記第８および第９のオンチップカラーフィルタが有する分光透過特性は略等しい
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の撮像素子。
10. ４色以上の表示原色光放射部を有する表示装置であって、
    前記４色以上の表示原色光放射部は、同じ色の表示原色光放射部間の配設ピッチに関し、互いに隣り合う表示原色放射部間の配設ピッチが略一定となるように二次元的に配列されていることを特徴とする表示装置。
11. 前記同じ色の互いに隣り合う表示原色光放射部間の配設ピッチが、すべての色の表示原色光放射部で略等しくなるように前記４色以上の表示原色光放射部が二次元的に配列されていることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
12. 前記表示原色光放射部は、６つで一つのグループを形成するように配列されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の表示装置。
13. 前記表示原色光放射部のグループは、全体として六角形の外形形状を有し、前記表示原色光放射部のグループを形成するそれぞれの表示原色光放射部は三角形の外形形状を有することを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記表示原色光放射部は、９つで１つのグループを形成するように配列されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の表示装置。
15. 前記表示原色光放射部のグループを形成するそれぞれの表示原色光放射部は六角形の外形形状を有することを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
16. 前記表示原色光放射部は、中心位置に配設される第１の表示原色光放射部の周囲を囲繞するように第２から第７の表示原色光放射部が配設され、さらに前記第２から第７の表示原色光放射部で囲繞される領域の外側に、前記第１の表示原色光放射部の配設位置を基準として、回転対称の位置に第８および第９の表示原色光放射部が配設されて前記１つのグループが形成されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の表示装置。
17. 前記第１の表示原色光放射部から放射される光の波長帯域幅は、前記第２から第７の表示原色光放射部のそれぞれから放射される光の波長帯域幅よりも広いことを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
18. 前記第８および第９の表示原色光放射部から放射される光の波長帯域幅は、前記第２から第７の表示原色光放射部のそれぞれから放射される光の波長帯域幅よりも広く、
    前記第８および第９の表示原色光放射部から放射される光の分光放射輝度特性は略等しい
    ことを特徴とする請求項１６または１７に記載の表示装置。

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