JP2015088944A - 撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】感度および色再現性の精度を高くすることができる。【解決手段】第１の基板１０１と、第１の基板１０１に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第１の信号を出力する複数の第１受光素子と、第１受光素子の受光面の各々に配置され、少なくとも第２波長帯域と第３波長帯域とを包含する第１波長帯域の光を透過する複数の補色系カラーフィルタ１０３と、第１の基板１０１を透過した光が照射されるように配置された第２の基板１０２と、第２の基板１０２に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第２の信号を出力する複数の第２受光素子と、第２受光素子の受光面の各々に配置され、第２波長帯域の光を透過する複数の原色系カラーフィルタ１０４と、第１の信号と第２の信号とを用いて、複数の第１受光素子の各々に対応する画素信号を生成する信号処理部１０６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子に関する。

一般的なカラーデジタルカメラでは、２次元的に配列された受光素子によって構成された単板式撮像素子が採用されている。このような単板式カラーデジタルカメラでは、フルカラー画像を得るために、受光素子の前にカラーフィルタが配置されている。このカラーフィルタの種類としては、ＲＧＢの原色系とＣＭＹＧの補色系がある。

以下に、原色系のカラーフィルタが搭載された撮像素子と、補色系のカラーフィルタが搭載された撮像素子とにおいて、全画素がＲＧＢの色情報を有したフルカラー画像を生成する信号処理方法について示す。

（原色系のカラーフィルタが搭載された撮像素子）
図１３は、従来知られているベイヤー配列と呼ばれる原色系のカラーフィルタの色配列を示した概略図である。図示する例では、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲと、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧと、青色（Ｂ）の光を透過するカラーフィルタＢとが各画素の受光面に規則的に配列されている。カラーフィルタＧは、全体画素数のうち１／２を占めている。また、カラーフィルタＲは、全体画素数のうち１／４を占めている。また、カラーフィルタＢは、全体画素数のうち１／４を占めている。

図示するとおり、各画素の受光面にはカラーフィルタＲと、カラーフィルタＧと、カラーフィルタＢのいずれか１つが配置されているため、各画素では、赤色と緑色と青色とのうち、２色の色情報が必ず欠落する。そこで、欠落した２色の色情報を隣接画素の出力に基づいて補間し、各画素が赤色と青色と緑色との３色の色情報を得るようにデモザイキング処理を行う。

デモザイキング処理としては、一般的に以下の２つの方法が知られている。１つ目の方法は、隣接または近傍画素から線形補間する方法である。２つ目の方法は、線形補間後に色差信号を算出して垂直方向と水平方向のどちらに相関が強いかを判断し、その結果に応じて、更に補間処理を行う方法である。例えば、垂直方向に相関が高ければ、垂直方向に隣接した画素の平均値で更に補間する。

（補色系のカラーフィルタが搭載された撮像素子）
図１４は、従来知られている色差順次方式と呼ばれる補色系のカラーフィルタの色配列を示した概略図である。図示する例では、シアン色（Ｃ）の光を透過するカラーフィルタＣと、マゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭと、黄色の光（Ｙ）を透過するカラーフィルタＹと、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧとが各画素の受光面に規則的に配列されている。シアン色（Ｃ）は赤色（Ｒ）の補色（＝青色（Ｂ）＋緑色（Ｇ））である。マゼンタ色（Ｍ）は緑色（Ｇ）の補色（＝青色（Ｂ）＋赤色（Ｒ））である。黄色（Ｙ）は青色（Ｂ）の補色（＝緑色（Ｇ）＋赤色（Ｒ））である。

図１５は、従来知られているカラーフィルタＣと、カラーフィルタＭと、カラーフィルタＹと、カラーフィルタＧとの透過特性を示したグラフである。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）を示す。グラフの縦軸は相対分光感度を示す。図示する例では、曲線２５０１は、カラーフィルタＣの透過特性を示している。曲線２５０２は、カラーフィルタＭの透過特性を示している。曲線２５０３は、カラーフィルタＹの透過特性を示している。曲線２５０４は、カラーフィルタＧの透過特性を示している。

以下、図１４の説明に戻る。図１４に示すとおり、各画素の受光面にはカラーフィルタＣと、カラーフィルタＭと、カラーフィルタＹと、カラーフィルタＧとのいずれか１つが配置されているため、各画素では、シアン色と、マゼンタ色と、黄色と、緑色とのうち、３色の色情報が必ず欠落する。補色系では、撮像されたＣＭＹＧ画像からカラーテレビなどに表示するためのＲＧＢ画像を得るために、以下の方法で変換する（例えば、特許文献１参照）。

最初に、各画素が１色ずつ取得したＣＭＹＧの色情報を用いて、画素毎にＣＭＧＹ全ての色情報を算出する。算出方法は、線形補間等を行う。次に、各画素において、ＣＭＹＧの色情報をＲＧＢの色情報に変換する。ＣＭＹＧの各色フィルタが透過するＲＧＢ各色成分の透過率は、製造時のＣＭＹＧの透過特性によって決まるパラメータである。

図１６は、従来知られているＣＭＹＧの各色フィルタが透過するＲＧＢ各色成分の透過率の一例を示した概略図である。図示する例では、カラーフィルタＧの赤色の光の透過率は０．１１である。また、カラーフィルタＧの緑色の光の透過率は０．８６である。また、カラーフィルタＧの青色の光の透過率は０．０８である。また、カラーフィルタＭの赤色の光の透過率は０．５０である。また、カラーフィルタＭの緑色の光の透過率は０．２９である。また、カラーフィルタＭの青色の光の透過率は０．５１である。また、カラーフィルタＣの赤色の光の透過率は０．１１である。また、カラーフィルタＣの緑色の光の透過率は０．９２である。また、カラーフィルタＣの青色の光の透過率は０．７５である。また、カラーフィルタＹの赤色の光の透過率は０．８１である。また、カラーフィルタＹの緑色の光の透過率は０．９８である。また、カラーフィルタＹの青色の光の透過率は０．０８である。

ＣＭＹＧの各色フィルタが透過するＲＧＢ各色成分の透過率が図１６に示した場合では、（１）式に示す行列演算（カラーマトリクス変換）を用いて、各画素においてＣＭＹＧからＲＧＢに色情報を変換することができる。

上述した動作を行い、ＣＭＹＧの色情報をＲＧＢの色情報に変換することができる。

特開２００４−５６６４０号公報

しかしながら、原色系のカラーフィルタが搭載された撮像素子では、補色系のカラーフィルタが搭載された撮像素子よりもカラーフィルタの透過波長帯域が狭いために、光の透過率が悪くなり、感度が低くなるという問題がある。一方、補色系のカラーフィルタが搭載された撮像素子を用いる場合、ＣＭＹＧの色情報からＲＧＢの色情報に変換して画像を生成するため（１）式に示したような行列演算を行う。（１）式では、ＲＧＢのカラーフィルタやＣＭＹＧのカラーフィルタの製造ばらつき等が考慮されていないため、各画素におけるＲＧＢの色再現性の精度が低下するという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、感度および色再現性の精度を高くすることができる撮像素子を提供することを目的とする。

本発明の幾つかの態様は、第１基板と、前記第１基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第１の信号を出力する複数の第１受光素子と、前記第１受光素子の受光面の各々に配置され、少なくとも第２波長帯域と第３波長帯域とを包含する第１波長帯域の光を透過する複数の第１カラーフィルタと、前記第１基板を透過した光が照射されるように配置された第２基板と、前記第２基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第２の信号を出力する複数の第２受光素子と、前記第２受光素子の受光面の各々に配置され、前記第２波長帯域の光を透過する複数の第２カラーフィルタと、前記第１の信号と前記第２の信号とを用いて、前記複数の第１受光素子の各々に対応する画素信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする撮像素子である。

また、本発明の他の態様の撮像素子において、前記第１波長帯域は、ＲＧＢ表色系に対するＣＭＹ補色系における、マゼンタ色（Ｍ）の光の波長帯域または黄色（Ｙ）の光の波長帯域のいずれかであり、前記第２波長帯域は、前記ＲＧＢ表色系における、赤色（Ｒ）の光の波長帯域であり、前記第３波長帯域は、前記ＲＧＢ表色系における、緑色（Ｇ）の光の波長帯域または青色（Ｂ）の光の波長帯域のいずれかであることを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、前記第１基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第３の信号を出力する複数の第３受光素子と、前記第３受光素子の受光面の各々に配置され、少なくとも第５波長帯域を包含する第４波長帯域の光を透過する複数の第３カラーフィルタと、前記第２基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第４の信号を出力する複数の第４受光素子と、前記第４受光素子の受光面の各々に配置され、第５波長帯域の光を透過する複数の第４カラーフィルタと、を備え、前記信号処理部は、前記第３の信号と前記第４の信号とを用いて、前記複数の第３受光素子の各々に対応する前記画素信号を生成することを特徴とする撮像素子である。

また、本発明の他の態様の撮像素子において、前記第４波長帯域は、ＲＧＢ表色系に対するＣＭＹ補色系における、シアン色（Ｃ）の光の波長帯域または黄色（Ｙ）の光の波長帯域であり、前記第５波長帯域は、前記ＲＧＢ表色系における、緑色（Ｇ）の光の波長帯域であることを特徴とする。

また、本発明の他の態様の撮像素子において、前記第４波長帯域は、前記第５波長帯域と等しいことを特徴とする。

また、本発明の他の態様の撮像素子において、前記第２受光素子は、前記第１受光素子よりも受光面積が広く、前記第２受光素子の各々は、複数個の前記第１受光素子に対して１個配置されていることを特徴とする。

本発明の撮像素子は、第１基板と、複数の第１受光素子と、複数の第１カラーフィルタと、第２基板と、複数の第２受光素子と、複数の第２カラーフィルタと、信号処理部とを備える。複数の第１受光素子は、第１基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第１の信号を出力する。複数の第１カラーフィルタは、第１受光素子の受光面の各々に配置され、少なくとも第２波長帯域と第３波長帯域とを包含する第１波長帯域の光を透過する。第２基板は、第１基板を透過した光が照射されるように配置される。複数の第２受光素子は、第２基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第２の信号を出力する。複数の第２カラーフィルタは、第２受光素子の受光面の各々に配置され、第２波長帯域の光を透過する。信号処理部は、第１の信号と第２の信号とを用いて、複数の第１受光素子の各々に対応する画素信号を生成する。これにより、感度および色再現性の精度を高くすることができる。

本発明の第１の実施形態における撮像素子の断面を示した断面図である。 本発明の第１の実施形態における補色系カラーフィルタの配列と、原色系カラーフィルタの配列とを示した概略図である。 本発明の第１の実施形態における第１の画素が出力する第１の信号と、第２の画素が出力する第２の信号とを示した概略図である。 本発明の第１の実施形態において、第１のステップの演算を行った結果を示した概略図である。 本発明の第２の実施形態における補色系カラーフィルタの配列と、原色系カラーフィルタの配列とを示した概略図である。 本発明の第２の実施形態における第１の画素が出力する第１の信号および第３の信号と、第２の画素が出力する第２の信号および第４の信号とを示した概略図である。 本発明の第２の実施形態において、第１のステップの演算を行った結果を示した概略図である。 本発明の第３の実施形態における補色系カラーフィルタの配列と、原色系カラーフィルタの配列とを示した概略図である。 本発明の第３の実施形態における第１の画素が出力する第１の信号と、第２の画素が出力する第２の信号とを示した概略図である。 本発明の第３の実施形態において、第１のステップの演算を行った結果を示した概略図である。 本発明の第４の実施形態における補色系カラーフィルタの配列と、原色系カラーフィルタの配列とを示した概略図である。 本発明の第５の実施形態における補色系カラーフィルタの配列と、原色系カラーフィルタの配列とを示した概略図である。 従来知られているベイヤー配列と呼ばれる原色系のカラーフィルタの色配列を示した概略図である。 従来知られている色差順次方式と呼ばれる補色系のカラーフィルタの色配列を示した概略図である。 従来知られているカラーフィルタＣと、カラーフィルタＭと、カラーフィルタＹと、カラーフィルタＧとの透過特性を示したグラフである。 従来知られているＣＭＹＧの各色フィルタが透過するＲＧＢ各色成分の透過率の一例を示した概略図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における撮像素子１００の断面を示した断面図である。図示する例では、撮像素子１００は、第１の基板１０１（第１基板）と、第２の基板１０２（第２基板）と、補色系カラーフィルタ１０３と、原色系カラーフィルタ１０４と、接続部１０５と、信号処理部１０６とを備えている。第１の基板１０１は、シリコンチップ上に形成されており複数の第１の画素を備えている。第２の基板１０２は、シリコンチップ上に形成されており複数の第２の画素を備えている。なお、補色系カラーフィルタ１０３は、ＲＧＢ表色系に対するＣＭＹ補色系のカラーフィルタである。

第１の基板１０１が備える複数の第１の画素と、第２の基板１０２が備える複数の第２の画素は、それぞれ光電変換素子（受光素子）と信号読み出し回路とを備えている。光電変換素子は、露光量に応じた信号電荷を読み出し回路に対して出力する。信号読み出し回路は、信号電荷を電気信号として出力する。第１の基板１０１の受光面側には、補色系カラーフィルタ１０３が形成されている。補色系カラーフィルタ１０３の配列については後述する。第２の基板１０２の受光面側には、原色系カラーフィルタ１０４が形成されている。原色系カラーフィルタ１０４の配列については後述する。

第１の基板１０１と第２の基板１０２とは段積み（スタック）されている。図示する例では、第１の基板１０１の受光面とは反対側に、第２の基板１０２が配置されている。第２の基板１０２の受光面は、第１の基板１０１が存在する側である。また、第１の基板１０１と第２の基板１０２との間には接続部１０５が構成されており、第１の基板１０１と第２の基板１０２とは接続部１０５を介して電気的に接続されている。すなわち、第１の基板１０１と第２の基板１０２とは接続部１０５を介して貼り合わせている。

第１の基板１０１が備えている第１の画素の各々は第１の信号を取得する。第２の基板１０２が備えている第２の画素の各々は第２の信号を取得する。第１の基板１０１で取得した第１の信号と、第２の基板１０２で取得した第２の信号とは、接続部１０５を介して信号処理部１０６に出力される。信号処理部１０６は、第１の基板１０１と第２の基板１０２とのいずれかに設けるようにしてもよく、第１の基板１０１および第２の基板１０２以外に設けるようにしてもよい。信号処理部１０６は、第１の信号と第２の信号とを用いて、第１の画素の各々の画素信号を生成する。すなわち、信号処理部１０６は、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の色情報を有するフルカラー画像を生成する。

ここで、第１の基板１０１は裏面照射型の撮像基板であり、第１の基板１０１の厚さは数ｕｍ程度と薄い。そのために、第１の基板１０１の受光面側から入射した光の一部は透過し、第２の基板１０２の受光面側に入射する。なお、シリコンの深さごとの光に対する吸収率は波長によって異なる。シリコンの浅い部分では、波長が短い光の吸収率は高く、波長が長い光の吸収率は低い。すなわち、厚さが薄い第１の基板１０１では、波長が短い光を吸収するが、波長が長い光を吸収しない。例えば、本実施形態では、第１の基板１０１の厚みを約３μｍとする。この場合、５００ｎｍ以上の波長の光（緑色（Ｇ）の光のうち高波長側の光、赤色（Ｒ）の光、および赤外（ＩＲ）光）は一部吸収されずに、第１の基板１０１を透過する。また、第２の基板１０２は、表面照射型の撮像基板であり、第１の基板１０１よりも厚い。そのために、第２の基板１０２では、第１の基板１０１を透過した透過光を検出する。

図２は、本実施形態における補色系カラーフィルタ１０３の配列と、原色系カラーフィルタ１０４の配列とを示した概略図である。図示する例では、第１の基板１０１には、４行４列の二次元状に規則的に配列された計１６個の第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６（第１受光素子）が含まれている。また、第２の基板１０２には、４行４列の二次元状に規則的に配列された計１６個の第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６（第２受光素子）が含まれている。なお、第１の基板１０１に含まれる第１の画素１０１１と第２の基板１０２に含まれる第２の画素１０２１との数および配列は図示する例に限らず、どのような数および配列でもよい。

第１の基板１０１に形成された補色系カラーフィルタ１０３は、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭと、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹとの複数のカラーフィルタ（第１カラーフィルタ）が配列されたフィルタである。第１の画素１０１１−１，１０１１−３，１０１１−６，１０１１−８，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４，１０１１−１６には、黄色（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタＹが形成されている。第１の画素１０１１−２，１０１１−４，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０，１０１１−１２，１０１１−１３，１０１１−１５にはマゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭが形成されている。

また、縦と横に隣接する４つの第１の画素１０１１を１組の単位画素領域１２１とする。例えば、１組の単位画素領域１２１は、マゼンタ色の光を透過するカラーフィルタＭが形成された２つの第１の画素１０１１−２，１０１１−５と、黄色の光を透過するカラーフィルタＹが形成された２つの第１の画素１０１１−１，１０１１−６とで構成されている。

第２の基板１０２に形成された原色系カラーフィルタ１０４は、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲ（第２カラーフィルタ）が複数配列されたフィルタである。第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６には赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが形成されている。

また、縦と横に隣接する４つの第２の画素１０２１を１組の単位画素領域１２２とする。例えば、１組の単位画素領域１２２は、赤色の光を透過するカラーフィルタＲが形成された４つの画素１０２１−１，１０２１−２，１０２１−５，１０２１−６で構成されている。

また、第１の基板１０１に含まれる第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６と、第２の基板１０２に含まれる第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６とは、１対１の対応関係となるように配置されている。例えば、第１の画素１０１１−１を透過した光は、対応する第２の画素１０２１−１のみに照射されるように、第１の画素１０１１−１と第２の画素１０２１−１とは配置されている。また、第１の画素１０１１−２を透過した光は、対応する第２の画素１０２１−２のみに照射されるように、第１の画素１０１１−２と第２の画素１０２１−２とは配置されている。同様に、第１の画素１０１１−３〜１０１１−１６と第２の画素１０２１−３〜１０２１−１６とについても図示するとおり配置されている。

上述したとおり、第１の基板１０１は、５００ｎｍ以上の波長の光（緑色（Ｇ）の光のうち高波長側の光、赤色（Ｒ）の光、および赤外（ＩＲ）光）を透過する。また、第１の基板１０１を透過した５００ｎｍ以上の波長の光は第２の基板１０２に照射される。すなわち、赤色（Ｒ）（第２波長帯域）の光と、緑色（Ｇ）（第３波長帯域）の光と、青色（Ｂ）（第３波長帯域）の光のうち、赤色（Ｒ）の光が第１の基板１０１を最も透過しやすい。従って、本実施形態では図２に示すように、第２の基板１０２に形成する原色系カラーフィルタ１０４には、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲのみを用いる。また、第１の基板１０１に形成する補色系カラーフィルタ１０３には、第２の基板１０２に赤色（Ｒ）の光を透過させるために、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））（第１波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＭと、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））（第１波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＹとを用いる。

この構成により、第１の基板１０１で取得する第１の信号は、マゼンタ色（Ｍ）の光の強度に応じた信号Ｍと、黄色（Ｙ）の光の高度に応じた信号Ｙである。また、第２の基板１０２で取得する第２の信号は、赤色（Ｒ）の光の強度に応じた信号Ｒである。信号処理部１０６は、この第１の信号と第２の信号とを用いて、各第１の画素１０１１のＲＧＢの色情報を精度良く算出する。なお、信号処理部１０６によるＲＧＢの色情報の算出方法の詳細については後述する。

次に、撮像素子１００の動作について説明する。本実施形態では、撮像素子１００をデジタルカメラに用いた場合について説明する。撮像素子１００には、赤外光（ＩＲ）カットフィルタによって赤外光がカットされた光が照射される。

第１の基板１０１の受光面側に光が入射される。第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６の各々は、補色系カラーフィルタ１０３を透過した光を検出し、第１の信号を出力する。具体的には、黄色（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタＹが形成された第１の画素１０１１−１，１０１１−３，１０１１−６，１０１１−８，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４，１０１１−１６は、黄色（Ｙ）の光の強度に応じた第１の信号を出力する。また、マゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭが形成された第１の画素１０１１−２，１０１１−４，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０，１０１１−１２，１０１１−１３，１０１１−１５は、マゼンタ色（Ｍ）の光の強度に応じた第１の信号を出力する。

また、第２の基板１０２の第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６の各々は、補色系カラーフィルタ１０３と、第１の基板１０１と、原色系カラーフィルタ１０４とを透過した光を検出し、第２の信号を出力する。具体的には、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが形成された第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６の各々は、赤色（Ｒ）の光の強度に応じた第２の信号を出力する。

第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６が出力した第１の信号と、第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６が出力した第２の信号は、それぞれ接続部１０５を介して、信号処理部１０６に出力される。信号処理部１０６は、第１の信号と第２の信号とを用いて、各第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６のＲＧＢの色情報を有するフルカラー画像を生成する。

次に、第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６が出力する第１の信号と、第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６が出力する第２の信号とについて説明する。図３は、本実施形態における第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６が出力する第１の信号と、第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６が出力する第２の信号とを示した概略図である。

図示する例では、第１の基板１０１には、第１の画素１０１１−１，１０１１−２，１０１１−５，１０１１−６で構成される単位画素領域１２１が示されている。また、第２の基板１０２には、第２の画素１０２１−１，１０２１−２，１０２１−５，１０２１−６で構成される単位画素領域１２２が示されている。

上述したとおり、第１の画素１０１１−１，１０１１−３，１０１１−６，１０１１−８，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４，１０１１−１６には、黄色（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタＹが形成されている。黄色（Ｙ）は青色（Ｂ）の補色（＝緑色（Ｇ）＋赤色（Ｒ））である。ここで、第１の画素１０１１−１，１０１１−３，１０１１−６，１０１１−８，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４，１０１１−１６が出力する第１の信号を、αＧ＋βＲとする。Ｇは緑色の光の強度に応じた値である。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。αおよびβの値は、カラーフィルタＹの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、上述したとおり、第１の画素１０１１−２，１０１１−４，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０，１０１１−１２，１０１１−１３，１０１１−１５には、マゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭが形成されている。マゼンタ色（Ｍ）は緑色（Ｇ）の補色（＝青色（Ｂ）＋赤色（Ｒ））である。ここで、第１の画素１０１１−２，１０１１−４，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０，１０１１−１２，１０１１−１３，１０１１−１５が出力する第１の信号を、δＢ＋εＲとする。Ｂは青色の光の強度に応じた値である。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。δおよびεの値は、カラーフィルタＭの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、上述したとおり、第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６には、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが形成されている。第２の画素１０２１−１，１０２１−３，１０２１−６，１０２１−８，１０２１−９，１０２１−１１，１０２１−１４，１０２１−１６には、第１の画素１０１１−１，１０１１−３，１０１１−６，１０１１−８，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４，１０１１−１６を透過した光が入射される。すなわち、第２の画素１０２１−１，１０２１−３，１０２１−６，１０２１−８，１０２１−９，１０２１−１１，１０２１−１４，１０２１−１６には、カラーフィルタＹと、第１の基板１０１と、カラーフィルタＲとを透過した光が入射される。ここで、第２の画素１０２１−１，１０２１−３，１０２１−６，１０２１−８，１０２１−９，１０２１−１１，１０２１−１４，１０２１−１６が出力する第２の信号を、γＲとする。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。γの値は、カラーフィルタＲの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、第１の基板１０１にてカラーフィルタＹが形成された第１の画素１０１１−２，１０１１−４，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０，１０１１−１２，１０１１−１３，１０１１−１５が透過する赤色の光に着目すると、βとγとの比は製造時に決まるパラメータである。例えば、カラーフィルタＹおよびカラーフィルタＲとの透過特性や、第１の基板１０１および第２の基板１０２の厚みなどに基づいて決まる第１の基板１０１と第２の基板１０２の分光感度によって、βとγとの比は決まる。

第２の画素１０２１−２，１０２１−５には、第１の画素１０１１−２，１０１１−５を透過した光が入射される。すなわち、第２の画素１０２１−２，１０２１−５には、カラーフィルタＭと、第１の基板１０１と、カラーフィルタＲとを透過した光が入射される。ここで、第２の画素１０２１−２，１０２１−５が出力する第２の信号を、ηＲとする。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。ηの値は、カラーフィルタＲの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、第１の基板１０１にてカラーフィルタＭが形成された第１の画素１０１１−２，１０１１−４，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０，１０１１−１２，１０１１−１３，１０１１−１５が透過する赤色の光に着目すると、εとηとの比は製造時に決まるパラメータである。例えば、カラーフィルタＭおよびカラーフィルタＲとの透過特性や、第１の基板１０１および第２の基板１０２の厚みなどに基づいて決まる第１の基板１０１と第２の基板１０２の分光感度によって、εとηとの比は決まる。

次に、信号処理部１０６によるＲＧＢの色情報の算出方法の詳細について説明する。信号処理部１０６は、第１の基板１０１の第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６が出力する第１の信号と、第２の基板１０２の第２の画素１０２１−１〜１０２１−１６が出力する第２の信号とを用いて、各第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６のＲＧＢの色情報を算出する。なお、信号処理部１０６は、以下に示す第１のステップと第２のステップとの２つのステップを実行することで、各第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６のＲＧＢの色情報を算出する。

＜第１のステップ＞
第１のステップでは、信号処理部１０６は、補色系カラーフィルタ１０３を透過した第１の信号と、原色系カラーフィルタ１０４を透過した第２の信号とを用いて演算処理を行い、各第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６において、ＲＧＢの色情報のうち２色の色情報を分離して算出する。

例えば、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹが形成された第１の画素１０１１−１が出力した第１の信号「αＧ＋βＲ」と、赤色の光を透過するカラーフィルタＲが形成された第２の画素１０２１−１が出力した第２の信号「γＲ」とを用いて演算処理を行い、第１の画素１０１１−１における「Ｇ」の色情報と「Ｒ」の色情報とを算出する。

具体的には、α、β、γの値は既知であり、βとγの比率も既知であるため、第２の信号「γＲ」を用いて、第１の信号「αＧ＋βＲ」のうち、「βＲ」を算出する。これによって、純粋な「Ｒ」の色情報を算出することができる。続いて、第１の信号「αＧ＋βＲ」から、算出した「βＲ」を差分して、「αＧ」を算出する。これによって、純粋な「Ｇ」の色情報を算出することができる。すなわち、上述した演算方法により、カラーフィルタＹが設けられた第１の画素１０１１−１における純粋な「Ｇ」と「Ｒ」の色情報をそれぞれ算出することができる。なお、第１の画素１０１１−１，１０１１−３，１０１１−６，１０１１−８，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４，１０１１−１６についても同様の処理を行い、純粋な「Ｇ」と「Ｒ」の色情報をそれぞれ算出する。

また、例えば、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭが形成された第１の画素１０１１−２が出力した第１の信号「δＢ＋εＲ」と、赤色の光を透過するカラーフィルタＲが形成された第２の画素１０２１−２が出力した第２の信号「ηＲ」を用いて演算処理を行い、第１の画素１０１１−２における「Ｂ」の色情報と「Ｒ」の色情報とを算出する。

具体的には、δ、ε、ηの値は既知であり、εとηの比率も既知であるため、第２の信号「ηＲ」を用いて、第１の信号「δＢ＋εＲ」のうち、「εＲ」を算出する。これによって、純粋な「Ｒ」の色情報を算出することができる。続いて、第１の信号「δＢ＋εＲ」から、算出した「εＲ」を差分して、「δＢ」を算出する。これによって、純粋な「Ｂ」の色情報を算出することができる。すなわち、上述した演算方法により、カラーフィルタＭが設けられた第１の画素１０１１−２における純粋な「Ｂ」と「Ｒ」の色情報をそれぞれ算出することができる。なお、第１の画素１０１１−２，１０１１−４，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０，１０１１−１２，１０１１−１３，１０１１−１５についても同様の処理を行い、純粋な「Ｂ」と「Ｒ」の色情報をそれぞれ算出する。

上述した第１のステップの演算を行うことにより、各第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６において、ＲＧＢの色情報のうち、２色の色情報を算出することができる。図４は、本実施形態において、第１のステップの演算を行った結果を示した概略図である。図中の「，」は、補色系カラーフィルタ１０３が配置された第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６において、ＲＧＢの色情報のうち２色の色情報を分離して算出したことを示している。

第１のステップの演算を行うことにより、図示するとおり、カラーフィルタＹが形成された第１の画素１０１１−１，１０１１−３，１０１１−６，１０１１−８，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４，１０１１−１６において、それぞれ「αＧ，βＲ」の色情報を得ることができる。なお、上述したとおり、第２の画素１０２１−１，１０２１−３，１０２１−６，１０２１−８，１０２１−９，１０２１−１１，１０２１−１４，１０２１−１６が得る色情報は、それぞれ「γＲ」である。

また、第１のステップの演算を行うことにより、図示するとおり、カラーフィルタＭが形成された第１の画素１０１１−２，１０１１−４，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０，１０１１−１２，１０１１−１３，１０１１−１５において、それぞれ「δＢ＋εＲ」の色情報を得ることができる。なお、上述したとおり、第２の画素１０２１−２，１０２１−４，１０２１−５，１０２１−７，１０２１−１０，１０２１−１２，１０２１−１３，１０２１−１５が得る色情報は、それぞれ「ηＲ」である。

＜第２のステップ＞
第２のステップでは、各第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６において、第１のステップで算出した２色の色情報を用いて、残り１色の色情報を算出する。残り１色の色情報は、従来知られているデモザイキング処理と同様に、隣接または近傍に配置されている第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６の色情報を用いて線形補間等を行い、算出する。

例えば、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹが形成された第１の画素１０１１−６では、「Ｂ」の色情報が欠けている。図４において、第１の画素１０１１−６に隣接する第１の画素１０１１−１，１０１１−２，１０１１−３，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−９，１０１１−１０，１０１１−１１に着目すると、第１の画素１０１１−２，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０において、「Ｂ」の色情報を得ている。

信号処理部１０６は、この４つの第１の画素１０１１−２，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１０の「Ｂ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素１０１１−６における「Ｂ」の色情報を算出する。例えば、信号処理部１０６は、従来知られている原色系のデモザイキング処理と同様に線形補間等を用いて欠落した色情報を算出する。なお、第１の画素１０１１−１，１０１１−３，１０１１−８，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４，１０１１−１６についても同様の処理を行い、「Ｂ」の色情報をそれぞれ算出する。

また、例えば、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭが形成された第１の画素１０１１−１０では、「Ｇ」の色情報が欠けている。図４において、第１の画素１０１１−１０に隣接する第１の画素１０１１−５，１０１１−６，１０１１−７，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１３，１０１１−１４，１０１１−１５に着目すると、第１の画素１０１１−６，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４において、「Ｇ」の色情報を得ている。

信号処理部１０６は、この４つの第１の画素１０１１−６，１０１１−９，１０１１−１１，１０１１−１４の「Ｇ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素１０１１−１０における「Ｇ」の色情報を算出する。例えば、信号処理部１０６は、従来知られている原色系のデモザイキング処理と同様に線形補間等を用いて欠落した色情報を算出する。なお、第１の画素１０１１−２，１０１１−４，１０１１−５，１０１１−７，１０１１−１２，１０１１−１３，１０１１−１５についても同様の処理を行い、「Ｇ」の色情報をそれぞれ算出する。

上述した第１のステップと第２のステップを実行することにより、信号処理部１０６は、各第１の画素１０１１−１〜１０１１−１６のＲＧＢの色情報を算出することができる。

例えば、色再現性が良いと言われている従来知られている原色系のベイヤー配列のカラーフィルタを備えた撮像素子では、デモザイキングを行う際に「Ｂ」の色情報を取得する画素に着目した場合、隣接する８つの画素のうち、「Ｇ」の色情報を取得する画素は４画素であり、「Ｒ」の色情報を取得する画素は４画素である。また、「Ｇ」の色情報を取得する画素に着目した場合、隣接する８つの画素のうち、「Ｂ」の色情報を取得する画素は２画素であり、「Ｒ」の色情報を取得する画素は２画素である。また、「Ｒ」の色情報を取得する画素に着目した場合、隣接する８つの画素のうち、「Ｂ」の色情報を取得する画素は４画素であり、「Ｇ」の色情報を取得する画素は４画素である。

一方、本実施形態では、第１の画素１０１１の全てが「Ｒ」の色情報を取得している。また、デモザイキング処理を行う際に、「Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））」の色情報を取得する第１の画素１０１１に着目した場合、隣接する８つの画素のうち、「Ｂ」の色情報を取得する画素は４画素である。また、「Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ）」の色情報を取得する第１の画素１０１１に着目した場合、隣接する８つの画素のうち「Ｇ」の色情報を取得する画素は４画素である。

このように、本実施形態では、デモザイキング処理を行う際に、欠けている色情報を取得している隣接画素が増加するために、色補間精度が向上する。また、第１の画素１０１１には補色系カラーフィルタ１０３が形成されているため、第１の画素１０１１の感度は高感度である。従って、本実施形態の撮像素子１００は、感度および色再現性の精度を高くすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、補色系カラーフィルタの配列と、原色系カラーフィルタの配列である。なお、本実施形態における撮像素子２００のその他の構成は、第１の実施形態における撮像素子１００の構成と同様である。

図５は、本実施形態における補色系カラーフィルタ２０３の配列と、原色系カラーフィルタ２０４の配列とを示した概略図である。図示する例では、第１の基板２０１には、４行４列の二次元状に配列された計１６個の第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６が含まれている。また、第２の基板２０２には、４行４列の二次元状に配列された計１６個の第２の画素２０２１−１〜２０２１−１６が含まれている。なお、第１の基板２０１に含まれる第１の画素２０１１と第２の基板２０２に含まれる第２の画素２０２１との数および配列は図示する例に限らず、どのような数および配列でもよい。

第１の基板２０１に形成された補色系カラーフィルタ２０３は、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭと、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹと、シアン色（Ｃ（＝Ｂ＋Ｇ））の光を透過するカラーフィルタＣとが配列されたフィルタである。第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１（第１受光素子）には、黄色（Ｙ）（第１波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＹ（第１カラーフィルタ）が形成されている。第１の画素２０１１−２，２０１１−４，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１３，２０１１−１５（第１受光素子）にはマゼンタ色（Ｍ）（第１波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＭ（第１カラーフィルタ）が形成されている。第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６（第３受光素子）にはシアン色（Ｃ）（第４波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＣ（第３カラーフィルタ）が形成されている。

また、縦と横に隣接する４つの第１の画素２０１１を１組の単位画素領域２２１とする。例えば、１組の単位画素領域２２１は、マゼンタ色の光を透過するカラーフィルタＭが形成された２つの第１の画素２０１１−２，２０１１−５と、黄色の光を透過するカラーフィルタＹが形成された１つの第１の画素２０１１−１と、シアン色の光を透過するカラーフィルタＣが形成された１つの第１の画素２０１１−６とで構成されている。

第２の基板２０２に形成された原色系カラーフィルタ２０４は、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲと、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧとが配列されたフィルタである。第２の画素２０２１−１〜２０２１−５，２０２１−７，２０２１−９〜２０２１−１３，２０２１−１５（第２受光素子）には赤色（Ｒ）（第２波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＲ（第２カラーフィルタ）が形成されている。第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６（第４受光素子）には緑色（Ｇ）（第５波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＧ（第４カラーフィルタ）が形成されている。

また、縦と横に隣接する４つの第２の画素２０２１を１組の単位画素領域２２２とする。例えば、１組の単位画素領域２２２は、赤色の光を透過するカラーフィルタＲが形成された３つの第２の画素２０２１−１，２０２１−２，２０２１−５と、緑色の光を透過するカラーフィルタＧが形成された１つの第２の画素２０２１−６とで構成されている。

また、第１の基板２０１に含まれる第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６と、第２の基板２０２に含まれる第２の画素２０２１−１〜２０２１−１６とは、１対１の対応関係となるように配置されている。例えば、第１の画素２０１１−１を透過した光は、対応する第２の画素２０２１−１のみに照射されるように、第１の画素２０１１−１と第２の画素２０２１−１とは配置されている。また、第１の画素２０１１−２を透過した光は、対応する第２の画素２０２１−２のみに照射されるように、第１の画素２０１１−２と第２の画素２０２１−２とは配置されている。同様に、第１の画素２０１１−３〜２０１１−１６と第２の画素２０２１−３〜２０２１−１６とについても図示するとおり配置されている。

上述したとおり、シアン色（Ｃ）の光を透過するカラーフィルタＣが配置された第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６に対応する第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６には、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが形成されている。これは、シアン色（Ｃ（＝Ｂ＋Ｇ））の光を透過するカラーフィルタＣは、赤色（Ｒ）の光を透過せず、青色（Ｂ）の光と緑色（Ｇ）の光を透過するためである。

次に、撮像素子２００の動作について説明する。本実施形態では、撮像素子２００をデジタルカメラに用いた場合について説明する。撮像素子２００には、赤外光（ＩＲ）カットフィルタによって赤外光がカットされた光が照射される。

第１の基板２０１の受光面側に光が入射される。第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６の各々は、補色系カラーフィルタ２０３を透過した光を検出し、第１の信号または第３の信号を出力する。具体的には、黄色（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタＹが形成された第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１は、黄色（Ｙ）の光の強度に応じた第１の信号を出力する。また、マゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭが形成された第１の画素２０１１−２，２０１１−４，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１３，２０１１−１５は、マゼンタ色（Ｍ）の光の強度に応じた第１の信号を出力する。また、シアン色（Ｃ）の光を透過するカラーフィルタＣが形成された第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６は、シアン色（Ｃ）の光の強度に応じた第３の信号を出力する。

また、第２の基板２０２の第２の画素２０２１−１〜２０２１−１６の各々は、補色系カラーフィルタ２０３と、第１の基板２０１と、原色系カラーフィルタ２０４とを透過した光を検出し、第２の信号または第４の信号を出力する。具体的には、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが形成された第２の画素２０２１−１〜２０２１−５，２０２１−７，２０２１−９〜２０２１−１３，２０２１−１５は、赤色（Ｒ）の光の強度に応じた第２の信号を出力する。また、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが形成された第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６は、緑色（Ｇ）の光の強度に応じた第４の信号を出力する。

第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６が出力した第１の信号および第３の信号と、第２の画素２０２１−１〜２０２１−１６が出力した第２の信号および第４の信号は、それぞれ接続部１０５を介して、信号処理部１０６に出力される。信号処理部１０６は、第１の信号〜第４の信号を用いて、各第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６のＲＧＢの色情報を有するフルカラー画像を生成する。

次に、第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６が出力する第１の信号および第３の信号と、第２の画素２０２１−１〜２０２１−１６が出力する第２の信号および第４の信号とについて説明する。図６は、本実施形態における第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６が出力する第１の信号および第３の信号と、第２の画素２０２１−１〜２０２１−１６が出力する第２の信号および第４の信号とを示した概略図である。

上述したとおり、第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１には、黄色（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタＹが形成されている。黄色（Ｙ）は青色（Ｂ）の補色（＝緑色（Ｇ）＋赤色（Ｒ））である。ここで、第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１が出力する第１の信号を、αＧ＋βＲとする。Ｇは緑色の光の強度に応じた値である。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。αおよびβの値は、カラーフィルタＹの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、上述したとおり、第１の画素２０１１−２，２０１１−４，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１３，２０１１−１５には、マゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭが形成されている。マゼンタ色（Ｍ）は緑色（Ｇ）の補色（＝青色（Ｂ）＋赤色（Ｒ））である。ここで、第１の画素２０１１−２，２０１１−４，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１３，２０１１−１５が出力する第１の信号を、δＢ＋εＲとする。Ｂは青色の光の強度に応じた値である。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。δおよびεの値は、カラーフィルタＭの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、上述したとおり、第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６には、シアン色（Ｃ）の光を透過するカラーフィルタＣが形成されている。シアン色（Ｃ）は赤色（Ｒ）の補色（＝青色（Ｂ）＋緑色（Ｇ））である。ここで、第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６が出力する第３の信号を、κＢ＋λＧとする。Ｂは青色の光の強度に応じた値である。Ｇは緑色の光の強度に応じた値である。κおよびλの値は、カラーフィルタＣの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、上述したとおり、第２の画素２０２１−１〜２０２１−５，２０２１−７，２０２１−９〜２０２１−１３，２０２１−１５には、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが形成されている。第２の画素２０２１−１，２０２１−３，２０２１−９，２０２１−１１には、第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１を透過した光が入射される。すなわち、第２の画素２０２１−１，２０２１−３，２０２１−９，２０２１−１１には、カラーフィルタＹと、第１の基板２０１と、カラーフィルタＲとを透過した光が入射される。ここで、第２の画素２０２１−１，２０２１−３，２０２１−９，２０２１−１１が出力する第２の信号を、γＲとする。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。γの値は、カラーフィルタＲの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、第１の基板２０１にてカラーフィルタＹが形成された第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１が透過する赤色の光に着目すると、βとγとの比は製造時に決まるパラメータである。例えば、カラーフィルタＹおよびカラーフィルタＲとの透過特性や、第１の基板２０１および第２の基板２０２の厚みなどに基づいて決まる第１の基板２０１と第２の基板２０２の分光感度によって、βとγとの比は決まる。

第２の画素２０２１−２，２０２１−４，２０２１−５，２０２１−７，２０２１−１０，２０２１−１２，２０２１−１３，２０２１−１５には、第１の画素２０１１−２，２０１１−４，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１３，２０１１−１５を透過した光が入射される。すなわち、第２の画素２０２１−２，２０２１−４，２０２１−５，２０２１−７，２０２１−１０，２０２１−１２，２０２１−１３，２０２１−１５には、カラーフィルタＭと、第１の基板２０１と、カラーフィルタＲとを透過した光が入射される。ここで、第２の画素２０２１−２，２０２１−４，２０２１−５，２０２１−７，２０２１−１０，２０２１−１２，２０２１−１３，２０２１−１５が出力する第２の信号を、ηＲとする。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。ηの値は、カラーフィルタＲの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、第１の基板２０１にてカラーフィルタＭが形成された第１の画素２０１１−２，２０１１−４，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１３，２０１１−１５が透過する赤色の光に着目すると、εとηとの比は製造時に決まるパラメータである。例えば、カラーフィルタＭおよびカラーフィルタＲとの透過特性や、第１の基板２０１および第２の基板２０２の厚みなどに基づいて決まる第１の基板２０１と第２の基板２０２の分光感度によって、εとηとの比は決まる。

また、上述したとおり、第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６には緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが形成されている。第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６には、第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６を透過した光が入射される。すなわち、第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６には、カラーフィルタＣと、第１の基板２０１と、カラーフィルタＧとを透過した光が入射される。

なお、緑色の光は、５００ｎｍ以下の波長を含む。また、第１の基板２０１は５００ｎｍ以上の波長の光の一部を透過する。よって、第２の基板２０２には、撮像素子２００の受光面に入射された緑色の光のうち、５００ｎｍ以下の波長の光は届かない。すなわち、第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６は、緑色の光のうち、高波長領域の光を検出する。ここで、第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６が出力する第４の信号を、μＧ’とする。Ｇ’は緑色の光のうち、高波長領域の光の強度に応じた値である。μの値は、カラーフィルタＧの製造時に決まる値であり、固定値である。

次に、信号処理部１０６によるＲＧＢの色情報の算出方法の詳細について説明する。信号処理部１０６は、第１の基板２０１の第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６が出力する第１の信号および第３の信号と、第２の基板２０２の第２の画素２０２１−１〜２０２１−１６が出力する第２の信号および第４の信号とを用いて、各第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６のＲＧＢの色情報を算出する。なお、信号処理部１０６は、以下に示す第１のステップと第２のステップとの２つのステップを実行することで、各第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６のＲＧＢの色情報を算出する。

＜第１のステップ＞
第１のステップでは、信号処理部１０６は、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹが形成された第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１における「Ｇ」の色情報と「Ｒ」の色情報とを算出する。算出方法は第１の実施形態と同様である。

また、信号処理部１０６は、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭが形成された第１の画素２０１１−２，２０１１−４，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１３，２０１１−１５における「Ｂ」の色情報と「Ｒ」の色情報とを算出する。算出方法は第１の実施形態と同様である。

なお、シアン色（Ｃ（＝Ｂ＋Ｇ））の光を透過するカラーフィルタＣが形成された第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６においては、対応する第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６が、「Ｂ」と「Ｇ」の色情報を保持していないため、「Ｂ」の色情報と「Ｇ」の色情報とを算出しない。すなわち、第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６が検出したμＧ’からλＧを算出することができないため、カラーフィルタＣが形成された第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６では、「Ｂ」の色情報と「Ｇ」の色情報とを算出しない。

上述した第１のステップの演算を行うことにより、第１の画素２０１１−１〜２０１１−５，２０１１−７，２０１１−９〜２０１１−１３，２０１１−１５において、ＲＧＢの色情報のうち、２色の色情報を算出することができる。図７は、本実施形態において、第１のステップの演算を行った結果を示した概略図である。図中の「，」は、第１の画素２０１１−１〜２０１１−５，２０１１−７，２０１１−９〜２０１１−１３，２０１１−１５において、ＲＧＢの色情報のうち２色の色情報を分離して算出したことを示している。

第１のステップの演算を行うことにより、図示するとおり、カラーフィルタＹが形成された第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１において、それぞれ「αＧ，βＲ」の色情報を得ることができる。なお、上述したとおり、第２の画素２０２１−１，２０２１−３，２０２１−９，２０２１−１１が得る色情報は、それぞれ「γＲ」である。

また、第１のステップの演算を行うことにより、図示するとおり、カラーフィルタＭが形成された第１の画素２０１１−２，２０１１−４，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１３，２０１１−１５において、それぞれ「δＢ＋εＲ」の色情報を得ることができる。なお、上述したとおり、第２の画素２０２１−２，２０２１−４，２０２１−５，２０２１−７，２０２１−１０，２０２１−１２，２０２１−１３，２０２１−１５が得る色情報は、それぞれ「ηＲ」である。

また、カラーフィルタＣが形成された第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６においては、「Ｂ」の色情報と「Ｇ」の色情報とを算出しないため、第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６が出力した第１の信号「κＢ＋λＧ」のままである。なお、上述したとおり、第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６が得る色情報は、それぞれ「μＧ’」である。

＜第２のステップ＞
第２のステップでは、各第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６において、欠けている色情報を算出する。欠けている色情報は、従来知られているデモザイキング処理と同様に、隣接または近傍に配置されている第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６の色情報を用いて線形補間等を行い、算出する。

例えば、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹが形成された第１の画素２０１１−１１では、「Ｂ」の色情報が欠けている。図７において、第１の画素２０１１−１１に隣接する第１の画素２０１１−６，２０１１−７，２０１１−８，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１４，２０１１−１５，２０１１−１６に着目すると、第１の画素２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１５において、「Ｂ」の色情報を得ている。

信号処理部１０６は、この４つの第１の画素２０１１−７，２０１１−１０，２０１１−１２，２０１１−１５の「Ｂ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素２０１１−１１における「Ｂ」の色情報を算出する。例えば、信号処理部１０６は、従来知られている原色系のデモザイキング処理と同様に線形補間等を用いて欠落した色情報を算出する。なお、第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９についても同様の処理を行い、「Ｂ」の色情報をそれぞれ算出する。

また、例えば、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭが形成された第１の画素２０１１−１０では、「Ｇ」の色情報が欠けている。図７において、第１の画素２０１１−１０に隣接する第１の画素２０１１−５，２０１１−６，２０１１−７，２０１１−９，２０１１−１１，２０１１−１３，２０１１−１４，２０１１−１５に着目すると、第１の画素２０１１−９，２０１１−１１において、「Ｇ」の色情報を得ている。

信号処理部１０６は、この２つの第１の画素２０１１−９，２０１１−１１の「Ｇ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素２０１１−１０における「Ｇ」の色情報を算出する。例えば、信号処理部１０６は、従来知られている原色系のデモザイキング処理と同様に線形補間等を用いて欠落した色情報を算出する。なお、第１の画素２０１１−２，２０１１−４，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１２，２０１１−１３，２０１１−１５についても同様の処理を行い、「Ｇ」の色情報をそれぞれ算出する。

また、例えば、シアン色（Ｃ（＝Ｂ＋Ｇ））の光を透過するカラーフィルタＣが形成された第１の画素２０１１−６では、「Ｒ」の色情報と、「Ｇ」の色情報と、「Ｂ」の色情報とが欠けている。図７において、第１の画素２０１１−６に隣接する第１の画素２０１１−１，２０１１−２，２０１１−３，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−９，２０１１−１０，２０１１−１１に着目する。この場合、第１の画素２０１１−１，２０１１−２，２０１１−３，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−９，２０１１−１０，２０１１−１１において、「Ｒ」の色情報を得ている。また、第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１において、「Ｇ」の色情報を得ている。また、第１の画素２０１１−２，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０において、「Ｂ」の色情報を得ている。

信号処理部１０６は、８つの第１の画素２０１１−１，２０１１−２，２０１１−３，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−９，２０１１−１０，２０１１−１１の「Ｒ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素２０１１−６における「Ｒ」の色情報を算出する。また、信号処理部１０６は、４つの第１の画素２０１１−１，２０１１−３，２０１１−９，２０１１−１１の「Ｇ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素２０１１−６における「Ｇ」の色情報を算出する。また、信号処理部１０６は、４つの第１の画素２０１１−２，２０１１−５，２０１１−７，２０１１−１０の「Ｂ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素２０１１−６における「Ｂ」の色情報を算出する。

例えば、信号処理部１０６は、従来知られている原色系のデモザイキング処理と同様に線形補間等を用いて欠落した色情報を算出する。なお、第１の画素２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６についても同様の処理を行い、「Ｒ」の色情報と、「Ｇ」の色情報と、「Ｂ」の色情報とをそれぞれ算出する。

上述した第１のステップと第２のステップを実行することにより、信号処理部１０６は、各第１の画素２０１１−１〜２０１１−１６のＲＧＢの色情報を算出することができる。さらに、カラーフィルタＣが形成された第１の画素２０１１−６，２０１１−８，２０１１−１４，２０１１−１６に対応する第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６は、緑色（Ｇ）の光の高波長帯域である「Ｇ’」の色情報を検出している。この「Ｇ’」の色情報を検出している第２の画素２０２１は、４画素に１つ存在する。

このように、本実施形態では、デモザイキング処理を行う際に、欠けている色情報を取得している隣接画素が増加するために、色補間精度が向上する。さらに、第２の画素２０２１が検出した緑色（Ｇ）の光の高波長帯域である「Ｇ’」の色情報を、上述したＲＧＢのデモザイキング処理に加えることによって、デモザイキング処理を行う際の色補間精度を向上させ、ＲＧＢの色再現性をより高めることができる。また、第１の画素２０１１には補色系カラーフィルタ２０３が形成されているため、第１の画素２０１１の感度は高感度である。従って、本実施形態の撮像素子２００は、高感度かつ色再現性を高くすることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、補色系カラーフィルタの配列と、原色系カラーフィルタの配列である。なお、本実施形態における撮像素子３００のその他の構成は、第１の実施形態における撮像素子１００の構成と同様である。

図８は、本実施形態における補色系カラーフィルタ３０３の配列と、原色系カラーフィルタ３０４の配列とを示した概略図である。図示する例では、第１の基板３０１には、４行４列の二次元状に配列された計１６個の第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６が含まれている。また、第２の基板３０２には、４行４列の二次元状に配列された計１６個の第２の画素３０２１−１〜３０２１−１６が含まれている。なお、第１の基板３０１に含まれる第１の画素３０１１と第２の基板３０２に含まれる第２の画素３０２１との数および配列は図示する例に限らず、どのような数および配列でもよい。

第１の基板３０１に形成された補色系カラーフィルタ３０３は、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭと、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹと、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧとが配列されたフィルタである。第１の画素３０１１−１，３０１１−３，３０１１−９，３０１１−１１（第１受光素子）には、黄色（Ｙ）（第１波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＹ（第１カラーフィルタ）が形成されている。第１の画素３０１１−２，３０１１−４，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１３，３０１１−１５（第１受光素子）にはマゼンタ色（Ｍ）（第１波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＭ（第１カラーフィルタ）が形成されている。第１の画素３０１１−６，３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６（第３受光素子）には緑色（Ｇ）（第４波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＧ（第３カラーフィルタ）が形成されている。

また、縦と横に隣接する４つの第１の画素３０１１を１組の単位画素領域３２１とする。例えば、１組の単位画素領域３２１は、マゼンタ色の光を透過するカラーフィルタＭが形成された２つの第１の画素３０１１−２，３０１１−５と、黄色の光を透過するカラーフィルタＹが形成された１つの第１の画素３０１１−１と、緑色の光を透過するカラーフィルタＧが形成された１つの第１の画素３０１１−６とで構成されている。

第２の基板３０２に形成された原色系カラーフィルタ３０４は、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲと、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧとが配列されたフィルタである。第２の画素３０２１−１〜３０２１−５，３０２１−７，３０２１−９〜３０２１−１３，３０２１−１５（第２受光素子）には赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲ（第２カラーフィルタ）が形成されている。第２の画素３０２１−６，３０２１−８，３０２１−１４，３０２１−１６（第４受光素子）には緑色（Ｇ）（第５波長帯域）の光を透過するカラーフィルタＧ（第４カラーフィルタ）が形成されている。

また、縦と横に隣接する４つの第２の画素３０２１を１組の単位画素領域３２２とする。例えば、１組の単位画素領域３２２は、赤色の光を透過するカラーフィルタＲが形成された３つの第２の画素３０２１−１，３０２１−２，３０２１−５と、緑色の光を透過するカラーフィルタＧが形成された１つの第２の画素３０２１−６とで構成されている。

また、第１の基板３０１に含まれる第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６と、第２の基板３０２に含まれる第２の画素３０２１−１〜３０２１−１６とは、１対１の対応関係となるように配置されている。例えば、第１の画素３０１１−１を透過した光は、対応する第２の画素３０２１−１のみに照射されるように、第１の画素３０１１−１と第２の画素３０２１−１とは配置されている。また、第１の画素３０１１−２を透過した光は、対応する第２の画素３０２１−２のみに照射されるように、第１の画素３０１１−２と第２の画素３０２１−２とは配置されている。同様に、第１の画素３０１１−３〜３０１１−１６と第２の画素３０２１−３〜３０２１−１６とについても図示するとおり配置されている。

上述したとおり、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが配置された第１の画素３０１１−６，３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６に対応する第２の画素２０２１−６，２０２１−８，２０２１−１４，２０２１−１６には、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが形成されている。これは、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧは、赤色（Ｒ）の光を透過せず、緑色（Ｇ）の光を透過するためである。

次に、撮像素子３００の動作について説明する。本実施形態では、撮像素子３００をデジタルカメラに用いた場合について説明する。撮像素子３００には、赤外光（ＩＲ）カットフィルタによって赤外光がカットされた光が照射される。

第１の基板３０１の受光面側に光が入射される。第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６の各々は、補色系カラーフィルタ３０３を透過した光を検出し、第１の信号を出力する。具体的には、黄色（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタＹが形成された第１の画素３０１１−１，３０１１−３，３０１１−９，３０１１−１１は、黄色（Ｙ）の光の強度に応じた第１の信号を出力する。また、マゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭが形成された第１の画素３０１１−２，３０１１−４，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１３，３０１１−１５は、マゼンタ色（Ｍ）の光の強度に応じた第１の信号を出力する。また、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが形成された第１の画素３０１１−６，３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６は、緑色（Ｇ）の光の強度に応じた第３の信号を出力する。

また、第２の基板３０２の第２の画素３０２１−１〜３０２１−１６の各々は、補色系カラーフィルタ３０３と、第１の基板３０１と、原色系カラーフィルタ３０４とを透過した光を検出し、第２の信号を出力する。具体的には、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが形成された第２の画素３０２１−１〜３０２１−５，３０２１−７，３０２１−９〜３０２１−１３，３０２１−１５は、赤色（Ｒ）の光の強度に応じた第２の信号を出力する。また、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが形成された第２の画素３０２１−６，３０２１−８，３０２１−１４，３０２１−１６は、緑色（Ｇ）の光の強度に応じた第４の信号を出力する。

第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６が出力した第１の信号および第３の信号と、第２の画素３０２１−１〜３０２１−１６が出力した第２の信号および第４の信号は、それぞれ接続部１０５を介して、信号処理部１０６に出力される。信号処理部１０６は、第１の信号〜第４の信号を用いて、各第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６のＲＧＢの色情報を有するフルカラー画像を生成する。

次に、第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６が出力する第１の信号および第３の信号と、第２の画素３０２１−１〜３０２１−１６が出力する第２の信号および第４の信号とについて説明する。図９は、本実施形態における第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６が出力する第１の信号および第３の信号と、第２の画素３０２１−１〜３０２１−１６が出力する第２の信号および第４の信号とを示した概略図である。

上述したとおり、第１の画素３０１１−１，３０１１−３，３０１１−９，３０１１−１１には、黄色（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタＹが形成されている。黄色（Ｙ）は青色（Ｂ）の補色（＝緑色（Ｇ）＋赤色（Ｒ））である。ここで、第１の画素３０１１−１，３０１１−３，３０１１−９，３０１１−１１が出力する第１の信号を、αＧ＋βＲとする。Ｇは緑色の光の強度に応じた値である。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。αおよびβの値は、カラーフィルタＹの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、上述したとおり、第１の画素３０１１−２，３０１１−４，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１３，３０１１−１５には、マゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭが形成されている。マゼンタ色（Ｍ）は緑色（Ｇ）の補色（＝青色（Ｂ）＋赤色（Ｒ））である。ここで、第１の画素３０１１−２，３０１１−４，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１３，３０１１−１５が出力する第１の信号を、δＢ＋εＲとする。Ｂは青色の光の強度に応じた値である。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。δおよびεの値は、カラーフィルタＭの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、上述したとおり、第１の画素３０１１−６，３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６には、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが形成されている。ここで、第１の画素３０１１−６，３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６が出力する第３の信号を、λＧとする。Ｇは緑色の光の強度に応じた値である。λの値は、補色系カラーフィルタ３０３のカラーフィルタＧの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、上述したとおり、第２の画素３０２１−１〜３０２１−５，３０２１−７，３０２１−９〜３０２１−１３，３０２１−１５には、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが形成されている。第２の画素３０２１−１，３０２１−３，３０２１−９，３０２１−１１には、第１の画素３０１１−１，３０１１−３，３０１１−９，３０１１−１１を透過した光が入射される。すなわち、第２の画素３０２１−１，３０２１−３，３０２１−９，３０２１−１１には、カラーフィルタＹと、第１の基板３０１と、カラーフィルタＲとを透過した光が入射される。ここで、第２の画素３０２１−１，３０２１−３，３０２１−９，３０２１−１１が出力する第２の信号を、γＲとする。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。γの値は、カラーフィルタＲの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、第１の基板３０１にてカラーフィルタＹが形成された第１の画素３０１１−１，３０１１−３，３０１１−９，３０１１−１１が透過する赤色の光に着目すると、βとγとの比は製造時に決まるパラメータである。例えば、カラーフィルタＹおよびカラーフィルタＲとの透過特性や、第１の基板３０１および第２の基板３０２の厚みなどに基づいて決まる第１の基板３０１と第２の基板３０２の分光感度によって、βとγとの比は決まる。

第２の画素３０２１−２，３０２１−４，３０２１−５，３０２１−７，３０２１−１０，３０２１−１２，３０２１−１３，３０２１−１５には、第１の画素３０１１−２，３０１１−４，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１３，３０１１−１５を透過した光が入射される。すなわち、第２の画素３０２１−２，３０２１−４，３０２１−５，３０２１−７，３０２１−１０，３０２１−１２，３０２１−１３，３０２１−１５には、カラーフィルタＭと、第１の基板３０１と、カラーフィルタＲとを透過した光が入射される。ここで、第２の画素３０２１−２，３０２１−４，３０２１−５，３０２１−７，３０２１−１０，３０２１−１２，３０２１−１３，３０２１−１５が出力する第２の信号を、ηＲとする。Ｒは赤色の光の強度に応じた値である。ηの値は、カラーフィルタＲの製造時に決まる値であり、固定値である。

また、第１の基板３０１にてカラーフィルタＭが形成された第１の画素３０１１−２，３０１１−４，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１３，３０１１−１５が透過する赤色の光に着目すると、εとηとの比は製造時に決まるパラメータである。例えば、カラーフィルタＭおよびカラーフィルタＲとの透過特性や、第１の基板３０１および第２の基板３０２の厚みなどに基づいて決まる第１の基板３０１と第２の基板３０２の分光感度によって、εとηとの比は決まる。

また、上述したとおり、第２の画素３０２１−６，３０２１−８，３０２１−１４，３０２１−１６には緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが形成されている。第２の画素３０２１−６，３０２１−８，３０２１−１４，３０２１−１６には、第１の画素３０１１−６，３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６を透過した光が入射される。すなわち、第２の画素３０２１−６，３０２１−８，３０２１−１４，３０２１−１６には、補色系カラーフィルタ３０３のカラーフィルタＧと、第１の基板２０１と、原色系カラーフィルタ３０４のカラーフィルタＧとを透過した光が入射される。

なお、緑色の光は、５００ｎｍ以下の波長を含む。また、第１の基板３０１は５００ｎｍ以上の波長の光の一部を透過する。よって、第２の基板３０２には、撮像素子３００の受光面に入射された緑色の光のうち、５００ｎｍ以下の波長の光は届かない。すなわち、第２の画素３０２１−６，３０２１−８，３０２１−１４，３０２１−１６は、緑色の光のうち、高波長領域の光を検出する。ここで、第２の画素３０２１−６，３０２１−８，３０２１−１４，３０２１−１６が出力する第４の信号を、μＧ’とする。Ｇ’は緑色の光のうち、高波長領域の光の強度に応じた値である。μの値は、原色系カラーフィルタ３０４のカラーフィルタＧの製造時に決まる値であり、固定値である。

次に、信号処理部１０６によるＲＧＢの色情報の算出方法の詳細について説明する。信号処理部１０６は、第１の基板３０１の第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６が出力する第１の信号および第３の信号と、第２の基板３０２の第２の画素３０２１−１〜３０２１−１６が出力する第２の信号および第４の信号とを用いて、各第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６のＲＧＢの色情報を算出する。なお、信号処理部１０６は、以下に示す第１のステップと第２のステップとの２つのステップを実行することで、各第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６のＲＧＢの色情報を算出する。

＜第１のステップ＞
第１のステップでは、信号処理部１０６は、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹが形成された第１の画素３０１１−１，３０１１−３，３０１１−９，３０１１−１１における「Ｇ」の色情報と「Ｒ」の色情報とを算出する。算出方法は第１の実施形態と同様である。

また、信号処理部１０６は、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭが形成された第１の画素３０１１−２，３０１１−４，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１３，３０１１−１５における「Ｂ」の色情報と「Ｒ」の色情報とを算出する。算出方法は第１の実施形態と同様である。

なお、緑色の光を透過するカラーフィルタＧが形成された第１の画素３０１１−６，３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６においては、第１の信号「λＧ」が「Ｇ」の色情報である。

上述した第１のステップの演算を行うことにより、第１の画素３０１１−１〜３０１１−５，３０１１−７，３０１１−９〜３０１１−１３，３０１１−１５において、ＲＧＢの色情報のうち、２色の色情報を算出することができる。図１０は、本実施形態において、第１のステップの演算を行った結果を示した概略図である。図中の「，」は、第１の画素３０１１−１〜３０１１−５，３０１１−７，３０１１−９〜３０１１−１３，３０１１−１５において、ＲＧＢの色情報のうち２色の色情報を分離して算出したことを示している。

第１のステップの演算を行うことにより、図示するとおり、カラーフィルタＹが形成された第１の画素３０１１−１，３０１１−３，３０１１−９，３０１１−１１において、それぞれ「αＧ，βＲ」の色情報を得ることができる。なお、上述したとおり、第２の画素３０２１−１，３０２１−３，３０２１−９，３０２１−１１が得る色情報は、それぞれ「γＲ」である。

また、第１のステップの演算を行うことにより、図示するとおり、カラーフィルタＭが形成された第１の画素３０１１−２，３０１１−４，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１３，３０１１−１５において、それぞれ「δＢ＋εＲ」の色情報を得ることができる。なお、上述したとおり、第２の画素３０２１−２，３０２１−４，３０２１−５，３０２１−７，３０２１−１０，３０２１−１２，３０２１−１３，３０２１−１５が得る色情報は、それぞれ「ηＲ」である。

また、カラーフィルタＧが形成された第１の画素３０１１−６，３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６においては、第１の信号「λＧ」が「Ｇ」の色情報である。なお、上述したとおり、第２の画素３０２１−６，３０２１−８，３０２１−１４，３０２１−１６が得る色情報は、それぞれ「μＧ’」である。

＜第２のステップ＞
第２のステップでは、各第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６における１色または２色の色情報を用いて、残り１色または２色の色情報を算出する。残り１色または２色の色情報は、従来知られているデモザイキング処理と同様に、隣接または近傍に配置されている第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６の色情報を用いて線形補間等を行い、算出する。

例えば、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹが形成された第１の画素３０１１−１１では、「Ｂ」の色情報が欠けている。図１０において、第１の画素３０１１−１１に隣接する第１の画素３０１１−６，３０１１−７，３０１１−８，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１４，３０１１−１５，３０１１−１６に着目すると、第１の画素３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１５において、「Ｂ」の色情報を得ている。

信号処理部１０６は、この４つの第１の画素３０１１−７，３０１１−１０，３０１１−１２，３０１１−１５の「Ｂ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素３０１１−１１における「Ｂ」の色情報を算出する。例えば、信号処理部１０６は、従来知られている原色系のデモザイキング処理と同様に線形補間等を用いて欠落した色情報を算出する。なお、第１の画素３０１１−１，３０１１−３，３０１１−９についても同様の処理を行い、「Ｂ」の色情報をそれぞれ算出する。

また、例えば、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭが形成された第１の画素３０１１−１０では、「Ｇ」の色情報が欠けている。図１０において、第１の画素３０１１−１０に隣接する第１の画素３０１１−５，３０１１−６，３０１１−７，３０１１−９，３０１１−１１，３０１１−１３，３０１１−１４，３０１１−１５に着目すると、第１の画素３０１１−６，３０１１−９，３０１１−１１，３０１１−１４において、「Ｇ」の色情報を得ている。

信号処理部１０６は、この４つの第１の画素３０１１−６，３０１１−９，３０１１−１１，３０１１−１４の「Ｇ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素３０１１−１０における「Ｇ」の色情報を算出する。例えば、信号処理部１０６は、従来知られている原色系のデモザイキング処理と同様に線形補間等を用いて欠落した色情報を算出する。なお、第１の画素３０１１−２，３０１１−４，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１２，３０１１−１３，３０１１−１５についても同様の処理を行い、「Ｇ」の色情報をそれぞれ算出する。

また、例えば、緑色（Ｇ）の光を透過するカラーフィルタＧが形成された第１の画素３０１１−６では、「Ｒ」の色情報と「Ｂ」の色情報とが欠けている。図１０において、第１の画素３０１１−６に隣接する第１の画素３０１１−１，３０１１−２，３０１１−３，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−９，３０１１−１０，３０１１−１１に着目する。この場合、第１の画素３０１１−１，３０１１−２，３０１１−３，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−９，３０１１−１０，３０１１−１１において、「Ｒ」の色情報を得ている。また、第１の画素３０１１−２，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０において、「Ｂ」の色情報を得ている。

信号処理部１０６は、８つの第１の画素３０１１−１，３０１１−２，３０１１−３，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−９，３０１１−１０，３０１１−１１の「Ｒ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素３０１１−６における「Ｒ」の色情報を算出する。また、信号処理部１０６は、４つの第１の画素３０１１−２，３０１１−５，３０１１−７，３０１１−１０の「Ｂ」の色情報を用いて補間処理を行い、第１の画素３０１１−６における「Ｂ」の色情報を算出する。

例えば、信号処理部１０６は、従来知られている原色系のデモザイキング処理と同様に線形補間等を用いて欠落した色情報を算出する。なお、第１の画素３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６についても同様の処理を行い、「Ｒ」の色情報と「Ｂ」の色情報とをそれぞれ算出する。

上述した第１のステップと第２のステップを実行することにより、信号処理部１０６は、各第１の画素３０１１−１〜３０１１−１６のＲＧＢの色情報を算出することができる。さらに、カラーフィルタＧが形成された第１の画素３０１１−６，３０１１−８，３０１１−１４，３０１１−１６に対応する第２の画素３０２１−６，３０２１−８，３０２１−１４，３０２１−１６は、緑色（Ｇ）の光の高波長帯域である「Ｇ’」の色情報を検出している。この「Ｇ’」の色情報を検出している第２の画素３０２１は、４画素に１つある。

このように、本実施形態では、デモザイキング処理を行う際に、欠けている色情報を取得している隣接画素が増加するために、色補間精度が向上する。さらに、第２の画素３０２１が検出した緑色（Ｇ）の光の高波長帯域である「Ｇ’」の色情報を、上述したＲＧＢのデモザイキング処理に加えることによって、デモザイキング処理を行う際の色補間精度を向上させ、ＲＧＢの色再現性をより高めることができる。また、第１の画素３０１１には補色系カラーフィルタ３０３が形成されているため、第１の画素３０１１の感度は高感度である。従って、本実施形態の撮像素子３００は、高感度かつ色再現性を高くすることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、第１の基板の第１の画素の受光面積よりも、第２の基板の第２の画素の受光面積が広い点である。なお、本実施形態における撮像素子４００のその他の構成は、第１の実施形態における撮像素子１００の構成と同様である。

図１１は、本実施形態における補色系カラーフィルタ４０３の配列と、原色系カラーフィルタ４０４の配列とを示した概略図である。図示する例では、第１の基板４０１には、４行４列の二次元状に配列された計１６個の第１の画素４０１１−１〜４０１１−１６が含まれている。また、第２の基板４０２には、２行４列の二次元状に配列された計８個の第２の画素４０２１−１〜４０２１−８が含まれている。第２の画素４０２１−１〜４０２１−８の受光面積は、第１の画素４０１１−１〜４０１１−１６の受光面積の２倍である。なお、第１の基板４０１に含まれる第１の画素４０１１と第２の基板４０２に含まれる第２の画素４０２１との数および配列は図示する例に限らず、どのような数および配列でもよい。

第１の基板４０１に形成された補色系カラーフィルタ４０３は、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭと、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹとが配列されたフィルタである。第１の画素４０１１−１，４０１１−３，４０１１−５，４０１１−７，４０１１−９，４０１１−１１，４０１１−１３，４０１１−１５には、黄色（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタＹが形成されている。第１の画素４０１１−２，４０１１−４，４０１１−６，４０１１−８，４０１１−１０，４０１１−１２，４０１１−１４，４０１１−１６にはマゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭが形成されている。

第２の基板４０２に形成された原色系カラーフィルタ４０４は、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが配列されたフィルタである。第２の画素４０２１−１〜４０２１−８には赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが形成されている。

また、第１の基板４０１に含まれる第１の画素４０１１−１〜４０１１−１６と、第２の基板４０２に含まれる第２の画素４０２１−１〜４０２１−８とは、２対１の対応関係となるように配置されている。例えば、第１の画素４０１１−１，４０１１−５を透過した光は、対応する第２の画素４０２１−１のみに照射されるように、第１の画素４０１１−１，４０１１−５と第２の画素４０２１−１とは配置されている。また、第１の画素４０１１−２，４０２２−６を透過した光は、対応する第２の画素４０２１−２のみに照射されるように、第１の画素４０１１−２，４０１１−６と第２の画素４０２１−２とは配置されている。同様に、第１の画素４０１１−３，４０１１−４，４０１１−７〜４０１１−１６と第２の画素４０２１−３〜４０２１−８とについても図示するとおり配置されている。

上述したとおり本実施形態では、第２の画素４０２１−１〜４０２１−８の各受光面積を第１の画素４０１１−１〜４０１１−１６の各受光面積の２倍としている。これは、第１の基板４０１を透過して第２の基板４０２に照射される赤色（Ｒ）の光の一部が、第１の基板４０１によって吸収され、第２の基板に照射される単位面積あたりの入射光量が減少するために、第２の画素４０２１−１〜４０２１−８の受光感度を高くするためである。

例えば、第１の基板４０１の厚みが約３μｍの場合、第２の基板４０２に照射される赤色（Ｒ）の光は、第１の基板４０１に照射される赤色（Ｒ）の光の約１５％に減衰する。そのため、第２の基板４０２に照射される光量が少なくなり、第２の画素４０２１の受光面積が小さい場合にはＳＮ比が低下する。

本実施形態では、第２の画素４０２１−１〜４０２１−８の各受光面積を第１の画素４０１１−１〜４０１１−１６の各受光面積の２倍としている。従って、第２の画素４０２１−１〜４０２１−８の受光感度が高くなり、ＳＮ比を大きくすることができる。

なお、信号処理部１０６によるＲＧＢの色情報の算出方法は、第１の実施形態と同様である。また、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、デモザイキング処理を行う際に、欠けている色情報を取得している隣接画素が増加するために、色補間精度が向上する。また、第１の画素４０１１には補色系カラーフィルタ４０３が形成されているため、第１の画素４０１１の感度は高感度である。従って、本実施形態の撮像素子４００は、高感度かつ色再現性を高くすることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、本実施形態では、１組の単位画素領域が２つの画素（横×縦：１画素×２画素、または２画素×１画素）で構成されている点である。なお、本実施形態における撮像素子５００のその他の構成は、第１の実施形態における撮像素子１００の構成と同様である。

図１２は、本実施形態における補色系カラーフィルタ５０３の配列と、原色系カラーフィルタ５０４の配列とを示した概略図である。図示する例では、第１の基板５０１には、４行４列の二次元状に配列された計１６個の第１の画素５０１１−１〜５０１１−１６が含まれている。また、第２の基板５０２には、４行４列の二次元状に配列された計１６個の第２の画素５０２１−１〜５０２１−１６が含まれている。なお、第１の基板５０１に含まれる第１の画素５０１１と第２の基板５０２に含まれる第２の画素５０２１との数および配列は図示する例に限らず、どのような数および配列でもよい。

第１の基板５０１に形成された補色系カラーフィルタ５０３は、マゼンタ色（Ｍ（＝Ｂ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＭと、黄色（Ｙ（＝Ｇ＋Ｒ））の光を透過するカラーフィルタＹとが配列されたフィルタである。第１の画素５０１１−１〜５０１１−４，５０１１−９〜５０１１−１２には、黄色（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタＹが形成されている。第１の画素５０１１−５〜５０１１−８，５０１１−１３〜５０１１−１６にはマゼンタ色（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタＭが形成されている。

また、縦に隣接する２つの第１の画素５０１１を１組の単位画素領域５２１とする。例えば、１組の単位画素領域５２１は、黄色の光を透過するカラーフィルタＹが形成された１つの第１の画素５０１１−１と、マゼンタ色の光を透過するカラーフィルタＭが形成された１つの第１の画素５０１１−５とで構成されている。

第２の基板５０２に形成された原色系カラーフィルタ５０４は、赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが配列されたフィルタである。第２の画素５０２１−１〜５０２１−１６には赤色（Ｒ）の光を透過するカラーフィルタＲが形成されている。

また、縦に隣接する２つの第２の画素５０２１を１組の単位画素領域５２２とする。例えば、１組の単位画素領域５２２は、赤色の光を透過するカラーフィルタＲが形成された２つの画素５０２１−１，５０２１−５で構成されている。

また、第１の基板５０１に含まれる第１の画素５０１１−１〜５０１１−１６と、第２の基板５０２に含まれる第２の画素５０２１−１〜５０２１−１６とは、１対１の対応関係となるように配置されている。例えば、第１の画素５０１１−１を透過した光は、対応する第２の画素５０２１−１のみに照射されるように、第１の画素５０１１−１と第２の画素５０２１−１とは配置されている。また、第１の画素５０１１−２を透過した光は、対応する第２の画素５０２１−２のみに照射されるように、第１の画素５０１１−２と第２の画素５０２１−２とは配置されている。同様に、第１の画素５０１１−３〜５０１１−１６と第２の画素５０２１−３〜５０２１−１６とについても図示するとおり配置されている。

第１の実施形態で説明したとおり、第１の基板５０１の第１の画素５０１１にカラーフィルタＭまたはカラーフィルタＹを形成し、第２の基板５０２の第２の画素５０２１にカラーフィルタＲを形成することによって、隣接する２つの第１の画素５０１１にてＲＧＢの全ての色情報を取得することができる。

従って、ベイヤー配列や色差順次方式を用いるフィルタの配列のように、縦と横に隣接する４つの画素（２画素×２画素）で単位画素領域を構成せずとも、本実施形態のように、２つの第１の画素５０１１で単位画素領域５２１を構成することで、ＲＧＢのフル画像を生成することができる。

なお、信号処理部１０６によるＲＧＢの色情報の算出方法は、第１の実施形態と同様である。また、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、デモザイキング処理を行う際に、欠けている色情報を取得している隣接画素が増加するために、色補間精度が向上する。また、第１の画素５０１１には補色系カラーフィルタ５０３が形成されているため、第１の画素５０１１の感度は高感度である。従って、４画素で１組の単位画像領域を構成することなく、高感度かつ色再現性の高い撮像素子５００を構成することができる。

以上、この発明の第１の実施形態〜第５の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１００，２００，３００，４００，５００・・・撮像素子、１０１，２０１，３０１，４０１，５０１・・・第１の基板、１０２，２０２，３０２，４０２，５０２・・・第２の基板、１０３，２０３，３０３，４０３，５０３・・・補色系カラーフィルタ、１０４，２０４，３０４，４０４，５０４・・・原色系カラーフィルタ、１０５・・・接続部、１０６・・・信号処理部、１２１，１２２，２２１，２２２，３２１，３２２，５２１，５２２・・・単位画素領域、１０１１，２０１１，３０１１，４０１１，５０１１・・・第１の画素、１０２１，２０２１，３０２１，４０２１，５０２１・・・第２の画素

Claims (6)

1. 第１基板と、
   前記第１基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第１の信号を出力する複数の第１受光素子と、
   前記第１受光素子の受光面の各々に配置され、少なくとも第２波長帯域と第３波長帯域とを包含する第１波長帯域の光を透過する複数の第１カラーフィルタと、
   前記第１基板を透過した光が照射されるように配置された第２基板と、
   前記第２基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第２の信号を出力する複数の第２受光素子と、
   前記第２受光素子の受光面の各々に配置され、前記第２波長帯域の光を透過する複数の第２カラーフィルタと、
   前記第１の信号と前記第２の信号とを用いて、前記複数の第１受光素子の各々に対応する画素信号を生成する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする撮像素子。
2. 前記第１波長帯域は、ＲＧＢ表色系に対するＣＭＹ補色系における、マゼンタ色（Ｍ）の光の波長帯域または黄色（Ｙ）の光の波長帯域のいずれかであり、
   前記第２波長帯域は、前記ＲＧＢ表色系における、赤色（Ｒ）の光の波長帯域であり、
   前記第３波長帯域は、前記ＲＧＢ表色系における、緑色（Ｇ）の光の波長帯域または青色（Ｂ）の光の波長帯域のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記第１基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第３の信号を出力する複数の第３受光素子と、
   前記第３受光素子の受光面の各々に配置され、少なくとも第５波長帯域を包含する第４波長帯域の光を透過する複数の第３カラーフィルタと、
   前記第２基板に規則的に配置され、照射された光の強度に対応する第４の信号を出力する複数の第４受光素子と、
   前記第４受光素子の受光面の各々に配置され、第５波長帯域の光を透過する複数の第４カラーフィルタと、
   を備え、
   前記信号処理部は、前記第３の信号と前記第４の信号とを用いて、前記複数の第３受光素子の各々に対応する前記画素信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
4. 前記第４波長帯域は、ＲＧＢ表色系に対するＣＭＹ補色系における、シアン色（Ｃ）の光の波長帯域または黄色（Ｙ）の光の波長帯域であり、
   前記第５波長帯域は、前記ＲＧＢ表色系における、緑色（Ｇ）の光の波長帯域である
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
5. 前記第４波長帯域は、前記第５波長帯域と等しい
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
6. 前記第２受光素子は、前記第１受光素子よりも受光面積が広く、
   前記第２受光素子の各々は、複数個の前記第１受光素子に対して１個配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。

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