JP2017055260A - On-chip color filter - Google Patents

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岳仁 栗原
Takehito Kurihara
岳仁 栗原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an on-chip color filter capable of capturing a subject image with high image quality even under low illuminance.SOLUTION: Four unit filter arrays are obtained by rotating unit filter arrays arranged in 2 by 2, including C filters, as clear filters, arranged at upper left and lower right, an R filter arranged at an upper right, and a B filter arranged at a lower left, at 0°, 90°, 180° and 270°, respectively. A basic filter array pattern formed of 16 RGB filters is formed by arranging the unit filter arrays in 2 by 2. At the upper left, upper right, lower right, and lower left of the basic filter array pattern, the unit filter arrays rotated e.g., at 0°, 90°, 270° and 180° are disposed in this order, to form the basic filter array pattern. The basic filter array pattern is arranged repeatedly in rows and columns, to form an on-chip color filter for an imaging element.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、例えば単板式のカラー撮像素子に搭載されるオンチップカラーフィルタの配列方法に関する。   The present invention relates to a method for arranging on-chip color filters mounted on, for example, a single-plate color image sensor.

1枚の撮像素子を用いてカラー画像を取得する方法としては、撮像素子の各画素を単位としたカラーフィルタアレイを用いる方法が一般的である。カラーフィルタアレイには、RGBのカラーフィルタを市松模様状に配置したベイヤ配列が広く用いられている。ベイヤ配列では、格子状の2×2画素のフィルタアレイをユニットとし、同ユニットが縦横方向に繰り返し配置される。1つのユニット(2×2画素)は、2枚のGフィルタと、1枚のRフィルタ、1枚のBフィルタから構成され、Gフィルタは一方の対角線に沿って、R、Bフィルタは他方の対角線に沿って配置される。また、照度が低い条件の下での撮影を想定して、ベイヤ配列のGフィルタを透明なフィルタで置き換え、撮像素子の受光感度を向上したフィルタアレイも提案されている(特許文献1)。一方、ベイヤ配列のフィルタアレイでは、その配列の特性からモアレを生じたり、偽色を生じたりといった問題が発生する。これらの問題に対しては、4行4列のフィルタからなる基本フィルタアレイパターンを縦横に繰り返し配置することでモアレや偽色を抑制する技術も提案されている(特許文献2)。   As a method for acquiring a color image using one image sensor, a method using a color filter array with each pixel of the image sensor as a unit is common. As the color filter array, a Bayer array in which RGB color filters are arranged in a checkered pattern is widely used. In the Bayer array, a grid-like 2 × 2 pixel filter array is used as a unit, and the unit is repeatedly arranged in the vertical and horizontal directions. One unit (2 × 2 pixels) is composed of two G filters, one R filter, and one B filter. The G filter is along one diagonal, and the R and B filters are the other. Arranged along a diagonal. Also, a filter array has been proposed in which the Bayer array G filter is replaced with a transparent filter and the light receiving sensitivity of the image sensor is improved, assuming imaging under low illumination conditions (Patent Document 1). On the other hand, in a Bayer array filter array, problems such as moiré or false color occur due to the characteristics of the array. In order to solve these problems, a technique for suppressing moire and false colors by repeatedly arranging a basic filter array pattern composed of 4 × 4 filters vertically and horizontally is proposed (Patent Document 2).

米国特許出願公開第2014/0125838号明細書US Patent Application Publication No. 2014/0125838 特開2013−201723号公報JP 2013-201723 A

本発明は、低照度の下でも明るい被写体像を高画質で撮影できるオンチップカラーフィルタを提供することを課題としている。   An object of the present invention is to provide an on-chip color filter that can capture a bright subject image with high image quality even under low illumination.

本発明の撮像素子のオンチップカラーフィルタは、4行4列のフィルタからなる基本フィルタアレイパターンを縦横に繰り返し配置したフィルタアレイを含み、基本フィルタアレイパターンが、左上および右下に少なくとも所定のカットオフ波長以上の波長の光を透過する第1フィルタ、右上にRフィルタ、左下にBフィルタが配置される2行2列の単位フィルタアレイを時計回りに0度、90度、180度、270度回転した4枚の単位フィルタアレイの組合せから構成され、基本フィルタアレイパターンの左上、右上、右下、左下に、単位フィルタアレイを0度、90度、270度、180度回転したもの、または0度、180度、90度、270度回転したもの、あるいは0度、90度、180度、270度回転したものをこの順で配置することを特徴としている。   The on-chip color filter of the image pickup device of the present invention includes a filter array in which a basic filter array pattern composed of 4 × 4 filters is repeatedly arranged vertically and horizontally, and the basic filter array pattern has at least a predetermined cut at the upper left and lower right. A unit filter array of 2 rows and 2 columns in which a first filter that transmits light having a wavelength longer than the off wavelength, an R filter on the upper right, and a B filter on the lower left is arranged at 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees clockwise. The unit filter array is composed of a combination of four rotated unit filter arrays, and the unit filter array is rotated by 0, 90, 270, and 180 degrees on the upper left, upper right, lower right, and lower left of the basic filter array pattern, or 0 Rotated in degrees, 180 degrees, 90 degrees, 270 degrees, or 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees It is characterized in that.

基本フィルタアレイパターンの左上、右上、右下、左下に、単位フィルタアレイを0度、90度、270度、180度回転したもの、または0度、180度、90度、270度回転したものをこの順で配置する。第1フィルタは、例えばクリアフィルタである。また第1フィルタは、NDフィルタであってもよく、NDフィルタの透過率は例えば30%〜50%であることが好ましい。   In the upper left, upper right, lower right, and lower left of the basic filter array pattern, the unit filter array is rotated by 0, 90, 270, and 180 degrees, or rotated by 0, 180, 90, and 270 degrees. Arrange in this order. The first filter is, for example, a clear filter. The first filter may be an ND filter, and the transmittance of the ND filter is preferably 30% to 50%, for example.

本発明の撮像素子は上記オンチップカラーフィルタを搭載したことを特徴としている。   The imaging device of the present invention is characterized by mounting the above-described on-chip color filter.

本発明の電子内視鏡は、上記撮像素子を搭載したことを特徴としている。   An electronic endoscope according to the present invention is characterized by mounting the above-described imaging device.

本発明によれば、低照度の下でも明るい被写体像を高画質で撮影できるオンチップカラーフィルタを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an on-chip color filter that can capture a bright subject image with high image quality even under low illumination.

本発明の一実施形態であるオンチップカラーフィルタを用いた撮像素子を搭載する撮像装置の概観図である。It is a general-view figure of an imaging device carrying an image sensor using an on-chip color filter which is one embodiment of the present invention. 単位フィルタアレイのRフィルタ、Cフィルタ、Bフィルタの配置と、それを90度、180度、270度回転させたときの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning when rotating the R filter, C filter, and B filter of a unit filter array 90 degree | times, 180 degree | times, and 270 degree | times. 本発明の第1実施形態の基本フィルタアレイパターンにおける4枚の単位フィルタアレイの配置を示す。4 shows an arrangement of four unit filter arrays in the basic filter array pattern of the first embodiment of the present invention. 図3に示される基本フィルタアレイパターンを縦横に2枚ずつ配列したフィルタアレイの配置図である。FIG. 4 is a layout diagram of a filter array in which two basic filter array patterns shown in FIG. 3 are arranged vertically and horizontally. 本発明の第2実施形態の基本フィルタアレイパターンにおける4枚の単位フィルタアレイの配置を示す。4 shows an arrangement of four unit filter arrays in a basic filter array pattern according to a second embodiment of the present invention. 図5に示される基本フィルタアレイパターンを縦横に2枚ずつ配列したフィルタアレイの配置図である。FIG. 6 is a layout diagram of a filter array in which two basic filter array patterns shown in FIG. 5 are arranged vertically and horizontally. 本発明の第3実施形態の基本フィルタアレイパターンにおける4枚の単位フィルタアレイの配置を示す。4 shows an arrangement of four unit filter arrays in a basic filter array pattern according to a third embodiment of the present invention. 図7に示される基本フィルタアレイパターンを縦横に2枚ずつ配列したフィルタアレイの配置図である。FIG. 8 is a layout diagram of a filter array in which two basic filter array patterns shown in FIG. 7 are arranged vertically and horizontally. 実施形態以外の基本フィルタアレイパターンにおける4枚の単位フィルタアレイの配置を示す。An arrangement of four unit filter arrays in a basic filter array pattern other than the embodiment is shown. 単位フィルタアレイ20A以外を基準とした基本フィルタアレイパターンの一例を示す。An example of a basic filter array pattern based on a unit other than the unit filter array 20A is shown. 図10に示される基本フィルタアレイパターンを縦横に2枚ずつ配列したフィルタアレイの配置図である。FIG. 11 is a layout diagram of a filter array in which two basic filter array patterns shown in FIG. 10 are arranged vertically and horizontally. 各フィルタの透過率特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability characteristic of each filter. 変形例の単位フィルタアレイの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the unit filter array of a modification.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態であるオンチップカラーフィルタを用いた撮像素子を搭載する撮像装置の概観図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of an imaging apparatus equipped with an imaging device using an on-chip color filter according to an embodiment of the present invention.

撮像装置は、例えば電子内視鏡装置10であり、電子スコープ11、プロセッサ装置12、モニタ装置13などから構成される。スコープ11の挿入部先端には、CCDやCMOSなどの撮像素子14が配置され、撮像素子14には本実施形態のオンチップカラーフィルタ15が搭載される。   The imaging device is, for example, an electronic endoscope device 10 and includes an electronic scope 11, a processor device 12, a monitor device 13, and the like. An imaging device 14 such as a CCD or CMOS is disposed at the distal end of the insertion portion of the scope 11, and the on-chip color filter 15 of this embodiment is mounted on the imaging device 14.

図2は、本実施形態のオンチップカラーフィルタ15のフィルタアレイを構成する単位フィルタアレイの配列(図2(a))と、それを時計回りに90度(図2(b))、180度(図2(c))、270度(図2(d))回転した配置を示す平面図である。なお、本明細書においては、図2(a)に示される単位フィルタアレイを0度回転されたものとし20Aで示し、90度、180度、270度回転された単位フィルタアレイをそれぞれ20B、20C、20Dで示す。   FIG. 2 shows an array of unit filter arrays (FIG. 2 (a)) constituting the filter array of the on-chip color filter 15 of this embodiment, and 90 ° (FIG. 2 (b)) and 180 ° clockwise. (FIG. 2C) is a plan view showing an arrangement rotated by 270 degrees (FIG. 2D). In this specification, it is assumed that the unit filter array shown in FIG. 2A is rotated by 0 degrees and is indicated by 20A, and the unit filter arrays rotated by 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees are 20B and 20C, respectively. , 20D.

図2(a)に示されるように、本実施形態の単位フィルタアレイ20Aは、ベイヤ配列の2行2列、計4枚のRGBフィルタの2枚のGフィルタを透明フィルタCに置き換えたものに対応する。すなわち一方の対角線方向に2枚のCフィルタが配列され、もう一方の対角線方向にR(赤)フィルタ、B(青)フィルタがそれぞれ1枚ずつ配列される。図2(a)の例では、Cフィルタが左上および右下に配置され、Rフィルタが右上、Bフィルタが左下に配置されている。   As shown in FIG. 2A, the unit filter array 20A of the present embodiment is obtained by replacing two G filters of two rows and two columns in a Bayer array and a total of four RGB filters with transparent filters C. Correspond. That is, two C filters are arranged in one diagonal direction, and one R (red) filter and one B (blue) filter are arranged in the other diagonal direction. In the example of FIG. 2A, the C filter is arranged at the upper left and the lower right, the R filter is arranged at the upper right, and the B filter is arranged at the lower left.

本実施形態では、図2(a)〜(d)に示される0度、90度、180度、270度方向にそれぞれ回転された4枚の単位フィルタアレイ20A〜20Dを、重複することなく縦横2×2の正方格子状に配置したものを基本パターン(基本フィルタアレイパターン)とし、この基本パターンを縦横に繰り返し配列してオンチップカラーフィルタ15のフィルタアレイ全体を構築する。   In the present embodiment, the four unit filter arrays 20A to 20D respectively rotated in the directions of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees shown in FIGS. A basic pattern (basic filter array pattern) is arranged in a 2 × 2 square lattice, and this basic pattern is repeatedly arranged vertically and horizontally to construct the entire filter array of the on-chip color filter 15.

単位フィルタアレイ20A〜20Dの1つを基準(例えば20A)に定め、その単位フィルタアレイの上記基本パターンにおける位置を固定するとき、得られる基本パターンの種類は6(=(4-1)(4-1))通りとなる。なお、その他のパターン(44−6=18種類)は、後述するように、これら6種類のパターンの何れかで代表されるので、その説明は省略する。また、以下の説明では、単位フィルタアレイ20Aを基準に定め、これを基本パターンの左上に配置したときに得られる6種類の基本パターンについて図3〜図9を参照して説明する。 When one of the unit filter arrays 20A to 20D is defined as a reference (for example, 20A) and the position of the unit filter array in the basic pattern is fixed, the type of the basic pattern obtained is 6 (= (4-1) P ( 4-1) ) The other patterns ( 4 P 4 −6 = 18 types) are represented by any of these 6 types of patterns, as will be described later, and the description thereof will be omitted. In the following description, six types of basic patterns obtained when the unit filter array 20A is determined on the basis and arranged at the upper left of the basic pattern will be described with reference to FIGS.

図3は、本発明の第1実施形態の基本フィルタアレイパターン21Aにおける単位フィルタアレイ20A〜20Dの配置を示す。図3では、単位フィルタアレイ20Aを0度、90度、270度、180度回転したものが基本フィルタアレイパターン21Aの左上、右上、右下、左下にこの順で配置されている。また、図4は図3に示される基本フィルタアレイパターン21Aを縦横に2枚ずつ配列したときのフィルタアレイの様子を示す。なお図4の矢印は、単位フィルタアレイ20Aでの上向き方向を示しており、上向き矢印が20A(0度)、右向き矢印が20B(90度)、下向き矢印が20C(180度)、左向き矢印が20D(270度)に対応する。   FIG. 3 shows the arrangement of the unit filter arrays 20A to 20D in the basic filter array pattern 21A according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, the unit filter array 20A rotated by 0 degrees, 90 degrees, 270 degrees, and 180 degrees is arranged in this order on the upper left, upper right, lower right, and lower left of the basic filter array pattern 21A. FIG. 4 shows the state of the filter array when two basic filter array patterns 21A shown in FIG. 3 are arranged vertically and horizontally. 4 indicate the upward direction in the unit filter array 20A. The upward arrow is 20A (0 degrees), the right arrow is 20B (90 degrees), the downward arrow is 20C (180 degrees), and the left arrow is It corresponds to 20D (270 degrees).

第1実施形態では、ベイヤ配列の2枚のGフィルタを、例えば透明な2枚のクリアフィルフィルタ(Cフィルタ)に置き換えることで、撮像素子14の受光感度を高めている。また、第1実施形態では、図4に示されるように、ベイヤ配列における周期性が低減され、かつ全ての行および列にRフィルタ、Cフィルタ、Bフィルタの全てが含まれるのでモアレや偽色の発生が抑えられる。また、Cフィルタも比較的均等に分散して配置される。   In the first embodiment, the light receiving sensitivity of the image sensor 14 is enhanced by replacing two G filters in a Bayer array with, for example, two transparent clear fill filters (C filters). In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the periodicity in the Bayer array is reduced, and all rows, columns, and R filters, C filters, and B filters are all included, so moire and false colors are included. Occurrence is suppressed. Further, the C filters are also arranged relatively evenly.

図5は、本発明の第2実施形態の基本フィルタアレイパターン21Bにおける単位フィルタアレイ20A〜20Dの配置を示し、図5では、単位フィルタアレイ20Aを0度、180度、90度、270度回転したものが基本フィルタアレイパターン21Aの左上、右上、右下、左下にこの順で配置されている。また、図6は図5に示される基本フィルタアレイパターン21Bを縦横2枚ずつ配列したときのフィルタアレイの様子を示す。なお、図の記載方式は図3、4と同様である。   FIG. 5 shows the arrangement of the unit filter arrays 20A to 20D in the basic filter array pattern 21B of the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the unit filter array 20A is rotated by 0 degrees, 180 degrees, 90 degrees, and 270 degrees. Are arranged in this order on the upper left, upper right, lower right, and lower left of the basic filter array pattern 21A. FIG. 6 shows the state of the filter array when the basic filter array pattern 21B shown in FIG. In addition, the description method of a figure is the same as that of FIG.

第2実施形態においても、ベイヤ配列の2枚のGフィルタが2枚のCフィルタに置き換えられ、撮像素子14の受光感度が高められている。そしてフィルタ配列においても、図6に示されるように、ベイヤ配列の周期性が低減され、かつ全ての行および列にRフィルタ、Cフィルタ、Bフィルタが含まれ、モアレや偽色の発生が抑えられる。また、Cフィルタも比較的均等に分散して配置される。   Also in the second embodiment, the two G filters in the Bayer array are replaced with two C filters, and the light receiving sensitivity of the image sensor 14 is increased. Also in the filter array, as shown in FIG. 6, the periodicity of the Bayer array is reduced, and all rows and columns include an R filter, a C filter, and a B filter to suppress the generation of moire and false colors. It is done. Further, the C filters are also arranged relatively evenly.

図7は、本発明の第3実施形態の基本フィルタアレイパターン21Cにおける単位フィルタアレイ20A〜20Dの配置を示し、図7では、単位フィルタアレイ20Aを0度、90度、180度、270度回転したものが基本フィルタアレイパターン21Aの左上、右上、右下、左下にこの順で配置されている。また、図8は図7に示される基本フィルタアレイパターン21Cを縦横2枚ずつ配列したときのフィルタアレイの様子を示す。なお、図の記載方式も図3、4と同様である。   FIG. 7 shows the arrangement of the unit filter arrays 20A to 20D in the basic filter array pattern 21C of the third embodiment of the present invention. In FIG. 7, the unit filter array 20A is rotated by 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees. Are arranged in this order on the upper left, upper right, lower right, and lower left of the basic filter array pattern 21A. FIG. 8 shows the state of the filter array when the basic filter array patterns 21C shown in FIG. In addition, the description method of a figure is the same as that of FIG.

第3実施形態においても、ベイヤ配列の2枚のGフィルタが2枚のCフィルタに置き換えられ、撮像素子14の受光感度が高められている。そしてフィルタ配列においても、図8に示されるように、ベイヤ配列の周期性が低減され、かつ全ての行および列にRフィルタ、Cフィルタ、Bフィルタが含まれ、モアレや偽色の発生が抑えられる。   Also in the third embodiment, the two G filters in the Bayer array are replaced with two C filters, and the light receiving sensitivity of the image sensor 14 is increased. Also in the filter array, as shown in FIG. 8, the periodicity of the Bayer array is reduced, and all rows and columns include an R filter, a C filter, and a B filter to suppress the generation of moire and false colors. It is done.

次に、図9(a)〜(c)に、単位フィルタアレイ20A〜20Dを残る3パターンで配列したときの基本フィルタアレイパターン21D、21E、21Fの配置を示す。なお、図9は、図3、図5、図7と同様の方式で描かれている。図示されるように、図9(a)の配列(21D)では、各行および各列がRCBの中の2色しか含まない。また、図9(b)の配列(21E)では各行がRCBの中の2色しか含まず、図9(c)の配列(21F)では各列がRCBの中の2色しか含まない。したがって、これら図9(a)〜(c)の配列では、実施形態1〜3に比べ偽色の抑制の観点からは劣る。   Next, FIGS. 9A to 9C show the arrangement of the basic filter array patterns 21D, 21E, and 21F when the unit filter arrays 20A to 20D are arranged in the remaining three patterns. FIG. 9 is drawn in the same manner as FIG. 3, FIG. 5, and FIG. As shown, in the array (21D) of FIG. 9A, each row and each column includes only two colors in the RCB. In the array (21E) in FIG. 9B, each row includes only two colors in the RCB, and in the array (21F) in FIG. 9C, each column includes only two colors in the RCB. Therefore, the arrangements of FIGS. 9A to 9C are inferior from the viewpoint of suppressing false colors as compared with the first to third embodiments.

なお、図10、11を参照して、単位フィルタアレイ20Aの代わりに90度回転された単位フィルタアレイ20Bを基準に定めたときの基本パターンが、単位フィルタアレイ20Aを基準とした6種類のパターンの1つに該当することを示す一例を示す。   10 and 11, six basic patterns based on the unit filter array 20A are the basic patterns when the unit filter array 20B rotated by 90 degrees is used as a reference instead of the unit filter array 20A. An example showing that it corresponds to one of the following.

図10では、単位フィルタアレイ20Bを基準に定め、基本パターンの左上に配置するとともに、20Aを右上、20Dを右下、20Cを左下に配置したときの基本パターンのフィルタ配列が示される。また、図11には図10の基本パターンを縦横2枚ずつ4枚並べたときのフィルタ配列が示される。ここで図11において破線で囲まれた領域を参照すると、これは単位フィルタアレイ20Aを基準に定め、20B(90度回転)を右上、20C(180度回転)を右下、20D(270度回転)を左下に配置したものに対応する。すなわち図11のフィルタ配列は、図7の基本パターン21Cを縦横に繰り返し配列したものに対応する。このように、図3〜図9を参照して説明された単位フィルタアレイ20Aを基準とした6種類のパターン以外のパターンは、この6種類のパターンの何れかによって代表される。   FIG. 10 shows a filter arrangement of the basic pattern when the unit filter array 20B is defined as a reference and arranged at the upper left of the basic pattern, and 20A is arranged at the upper right, 20D is arranged at the lower right, and 20C is arranged at the lower left. Further, FIG. 11 shows a filter arrangement when four basic patterns of FIG. Here, referring to the area surrounded by the broken line in FIG. 11, this is determined based on the unit filter array 20A, 20B (90 degree rotation) is upper right, 20C (180 degree rotation) is lower right, and 20D (270 degree rotation). ) Corresponds to the one placed in the lower left. That is, the filter arrangement in FIG. 11 corresponds to the basic pattern 21C in FIG. Thus, patterns other than the six types of patterns based on the unit filter array 20A described with reference to FIGS. 3 to 9 are represented by any of these six types of patterns.

次に、図12を参照して、Rフィルタ、Cフィルタ、Bフィルタの透過率特性について説明する。図12の横軸は波長(nm)であり、縦軸は各フィルタの透過率(%)である。図において、破線はBフィルタの透過率特性を示し、一点鎖線はRフィルタの透過率特性を示す。また、2点鎖線は、Cフィルタの透過率特性である。   Next, the transmittance characteristics of the R filter, C filter, and B filter will be described with reference to FIG. The horizontal axis in FIG. 12 is the wavelength (nm), and the vertical axis is the transmittance (%) of each filter. In the figure, the broken line indicates the transmittance characteristic of the B filter, and the alternate long and short dash line indicates the transmittance characteristic of the R filter. The two-dot chain line is the transmittance characteristic of the C filter.

図12に示されるように、Cフィルタは、略可視領域全体に亘り略透過率100%である。この場合、撮像素子14の受光感度は、大幅に高められるが、Rフィルタ、Bフィルタを通した受光量との差が大きく、色再現性が悪化する可能性がある。したがって、第1〜第3実施形態の変形例として、Cフィルタを図12の実線で示される透過率特性、例えば約30%〜50%の透過率を有するNDフィルタに置き換えてもよい。このように構成した場合、Bフィルタ、Rフィルタを透過する光量と間の差が縮小するので、全体の受光感度は幾分低下するものの色再現性が向上する。   As shown in FIG. 12, the C filter has a transmittance of approximately 100% over the entire visible region. In this case, the light receiving sensitivity of the image sensor 14 is significantly increased, but there is a large difference between the amount of light received through the R filter and the B filter, and the color reproducibility may be deteriorated. Therefore, as a modification of the first to third embodiments, the C filter may be replaced with a transmittance characteristic indicated by a solid line in FIG. 12, for example, an ND filter having a transmittance of about 30% to 50%. In such a configuration, the difference between the amount of light transmitted through the B filter and the R filter is reduced, so that the overall light reception sensitivity is somewhat reduced, but the color reproducibility is improved.

また、電子内視鏡を用いた体内の撮影では、一般的に被写体は全体的に赤みを帯びている。したがって更に別の変形例としては、Cフィルタに替えて、例えば約450nm〜600nmにカットオフ波長を有するロングパスフィルタを用いることもできる。このときロングパスフィルタの最大透過率は、例えば約70%〜100%に設定される。   In general, when photographing inside the body using an electronic endoscope, the subject is generally reddish. Therefore, as yet another modification, a long-pass filter having a cutoff wavelength of, for example, about 450 nm to 600 nm can be used instead of the C filter. At this time, the maximum transmittance of the long pass filter is set to about 70% to 100%, for example.

また、第1〜第3実施形態では、ベイヤ―配列の2枚のGフィルタを2枚のCフィルタで置き換えたが、第1〜第3実施形態の別の変形例として、例えば、図13に示されるように、2枚のGフィルタの内の1枚のみをCフィルタに置き換えることも可能であり、更にこれをCフィルタに替え上記NDフィルタやロングパスフィルタに置き換えることもできる。なお図13には、Cフィルタが右上、Gフィルタが左下に配置されているが、この配置は逆であってもよい。   In the first to third embodiments, the two G filters in the Bayer array are replaced with two C filters. As another modification of the first to third embodiments, for example, FIG. As shown, only one of the two G filters can be replaced with the C filter, and this can be replaced with the C filter and replaced with the ND filter or the long pass filter. In FIG. 13, the C filter is arranged at the upper right and the G filter is arranged at the lower left, but this arrangement may be reversed.

以上のように第1〜第3実施形態、変形例、それらの組み合わせた構成では、オンチップカラーフィルタの光の透過率を高めることで撮像素子の受光感度が高められ、低照度の下でも明るい被写体像を撮像することが可能になる。また第1〜第3実施形態のフィルタ配列を採用するオンチップカラーフィルタを用いることでモアレや偽色の発生を防止できるので、光学ローパスフィルタを省いても高い解像度の被写体像を撮影できる。   As described above, in the configurations of the first to third embodiments, the modified examples, and the combination thereof, the light receiving sensitivity of the image sensor is increased by increasing the light transmittance of the on-chip color filter, and the light is bright even under low illuminance. A subject image can be captured. In addition, since the occurrence of moire and false colors can be prevented by using the on-chip color filter that employs the filter arrangement of the first to third embodiments, a high-resolution subject image can be taken even if the optical low-pass filter is omitted.

また第1〜第3実施形態、変形例、それらの組み合わせの構成を備えるオンチップカラーフィルタを搭載した撮像素子を電子内視鏡装置に適用した場合、撮像素子が高感度であることから、体内に挿入された内視鏡先端が被写体から離れ照度が低下した場合などにも、明るい被写体像を撮像することができる。そして、光学ローパスフィルタを省略できることから、挿入部先端をより小型化するのにも有利である。   In addition, when an imaging device equipped with an on-chip color filter having a configuration of the first to third embodiments, the modified examples, and the combination thereof is applied to an electronic endoscope apparatus, the imaging device has high sensitivity. A bright subject image can be captured even when the distal end of the endoscope inserted into the camera is separated from the subject and the illuminance decreases. Since the optical low-pass filter can be omitted, it is advantageous for further downsizing the distal end of the insertion portion.

なお、本実施形態のオンチップカラーフィルタは、本実施形態の基本パターン(基本フィルタアレイパターン)の繰り返しを含んでいればよく、m×n枚(m、nは整数)の上記基本パターンのみから構成されるとは限らない。例えばカラーフィルタの周縁部は、上記基本パターンの一部で構成されるかもしれない。   The on-chip color filter of the present embodiment only needs to include the repetition of the basic pattern (basic filter array pattern) of the present embodiment, and only m × n (m and n are integers) of the above basic patterns. Not necessarily configured. For example, the peripheral edge of the color filter may be constituted by a part of the basic pattern.

また、本実施形態では電子内視鏡装置を例に説明を行ったが、本実施形態のオンチップカラーフィルタは、他の撮像装置に用いてもよく、例えばカメラや携帯電話などの撮像素子にも適用してもよい。   In the present embodiment, the electronic endoscope apparatus has been described as an example. However, the on-chip color filter of the present embodiment may be used in other imaging apparatuses, for example, in an imaging element such as a camera or a mobile phone. May also be applied.

10 電子内視鏡装置
11 電子スコープ
12 プロセッサ装置
13 モニタ装置
14 撮像素子
15 オンチップカラーフィルタ
20A〜20D 単位フィルタアレイ
21A〜21F 基本フィルタアレイパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electronic endoscope apparatus 11 Electronic scope 12 Processor apparatus 13 Monitor apparatus 14 Image pick-up element 15 On-chip color filter 20A-20D Unit filter array 21A-21F Basic filter array pattern

Claims (7)

4行4列のフィルタからなる基本フィルタアレイパターンを縦横に繰り返し配置したフィルタアレイを含み、前記基本フィルタアレイパターンが、左上および右下に少なくとも所定のカットオフ波長以上の波長の光を透過する第1フィルタ、右上にRフィルタ、左下にBフィルタが配置される2行2列の単位フィルタアレイを時計回りに0度、90度、180度、270度回転した4枚の単位フィルタアレイの組合せから構成され、前記基本フィルタアレイパターンの左上、右上、右下、左下に、前記単位フィルタアレイを0度、90度、270度、180度回転したもの、または0度、180度、90度、270度回転したもの、あるいは0度、90度、180度、270度回転したものをこの順で配置することを特徴とする撮像素子のオンチップカラーフィルタ。   A filter array in which a basic filter array pattern made up of four rows and four columns of filters is repeatedly arranged vertically and horizontally. The basic filter array pattern transmits light having a wavelength of at least a predetermined cutoff wavelength at the upper left and the lower right. A unit filter array of 2 rows and 2 columns in which one filter, an R filter in the upper right, and a B filter in the lower left are arranged, is a combination of four unit filter arrays rotated clockwise by 0, 90, 180, and 270 degrees. The unit filter array is rotated by 0 degrees, 90 degrees, 270 degrees, 180 degrees, or 0 degrees, 180 degrees, 90 degrees, 270 at the upper left, upper right, lower right, lower left of the basic filter array pattern. The image sensor is characterized in that the one rotated by 0 degrees, or rotated by 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees are arranged in this order. Chip color filter. 前記基本フィルタアレイパターンの左上、右上、右下、左下に、前記単位フィルタアレイを0度、90度、270度、180度回転したもの、または0度、180度、90度、270度回転したものをこの順で配置すること特徴とする請求項1に記載のオンチップカラーフィルタ。   In the upper left, upper right, lower right, and lower left of the basic filter array pattern, the unit filter array is rotated by 0, 90, 270, and 180 degrees, or rotated by 0, 180, 90, and 270 degrees. 2. The on-chip color filter according to claim 1, wherein the filters are arranged in this order. 前記第1フィルタがクリアフィルタであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のオンチップカラーフィルタ。   The on-chip color filter according to claim 1, wherein the first filter is a clear filter. 前記第1フィルタがNDフィルタであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のオンチップカラーフィルタ。   The on-chip color filter according to claim 1, wherein the first filter is an ND filter. 前記NDフィルタの透過率が30%〜50%であることを特徴とする請求項4に記載のオンチップカラーフィルタ。   The on-chip color filter according to claim 4, wherein the transmittance of the ND filter is 30% to 50%. 請求項1〜5の何れか一項に記載のオンチップカラーフィルタを搭載する撮像素子。   The image pick-up element which mounts the on-chip color filter as described in any one of Claims 1-5. 請求項6に記載の撮像素子を搭載する電子内視鏡。   An electronic endoscope equipped with the image pickup device according to claim 6.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018192043A (en) * 2017-05-18 2018-12-06 オリンパス株式会社 Endoscope and endoscope system

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