JP2019029774A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色分離精度が高く、かつ、高精細な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１は、複数の受光領域２１がアレイ状に配列されたイメージセンサ２０と、イメージセンサ２０の受光面側に配置されたバンドパスフィルタアレイ１０とを備え、バンドパスフィルタアレイ１０は、第１透過帯域と第２透過帯域とを有する第１ＢＰＦ１１と、第２透過帯域と重複する第３透過帯域と第４透過帯域とを有する第２ＢＰＦ１２とを備え、受光面を平面視した場合、バンドパスフィルタアレイ１０は、第１ＢＰＦ１１のみが設けられた第１領域１３ｃと、第２ＢＰＦ１２のみが設けられた第２領域１３ｙと、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２が重なって設けられた第３領域１３ｇとを有し、第１領域１３ｃと、第２領域１３ｙと、第３領域１３ｇとがアレイ状に配列されており、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ及び第３領域１３ｇの各々に、受光領域２１が複数配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来、２次元イメージングにおいて、入射光を色（波長）毎に分離するための色分離（色分解）フィルタが知られている。例えば、特許文献１には、シアン、イエロー及びグリーンの各々に対応した染料系カラーフィルタを備える色分解ストライプフィルタが開示されている。シアンフィルタとイエローフィルタとは互いに交差するようにストライプ状に形成されており、交差部にグリーンフィルタが配置されている。

特開昭５８−１９５８０７号公報

しかしながら、上記従来の色分解ストライプフィルタでは、染料系カラーフィルタが用いられているため、透過波長帯域が広く、各色の分離精度が低い。また、高精細な画像を得るため、フィルタ及びイメージセンサの高精細化が求められている。

そこで、本発明は、色分離精度が高く、かつ、高精細な撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る撮像装置は、複数の受光領域がアレイ状に配列されたイメージセンサと、前記イメージセンサの受光面側に配置されたバンドパスフィルタアレイとを備え、前記バンドパスフィルタアレイは、互いに重複しない第１透過帯域と第２透過帯域とを有する第１バンドパスフィルタと、互いに重複しない第３透過帯域と第４透過帯域とを有する第２バンドパスフィルタとを備え、前記第２透過帯域と前記第３透過帯域とは、重複しており、前記第１透過帯域と前記第４透過帯域とは、重複しておらず、前記受光面を平面視した場合、前記バンドパスフィルタアレイは、前記第１バンドパスフィルタ及び前記第２バンドパスフィルタのうち前記第１バンドパスフィルタのみが設けられた第１領域と、前記第１バンドパスフィルタ及び前記第２バンドパスフィルタのうち前記第２バンドパスフィルタのみが設けられた第２領域と、前記第１バンドパスフィルタ及び前記第２バンドパスフィルタが重なって設けられた第３領域とを有し、前記第１領域と、前記第２領域と、前記第３領域とがアレイ状に配列されており、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域の各々に、前記受光領域が複数配置されている。

本発明によれば、色分離精度が高く、かつ、高精細な撮像装置を提供することができる。

実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る撮像装置のバンドパスフィルタアレイとイメージセンサとの位置関係を示す斜視図である。 実施の形態に係る撮像装置のバンドパスフィルタアレイの平面図である。 実施の形態に係る撮像装置のイメージセンサの平面図である。 実施の形態に係る撮像装置の信号処理方法を説明するための図である。 実施の形態の変形例に係る撮像装置のイメージセンサの平面図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る撮像装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
［構成］
まず、実施の形態に係る撮像装置の概要について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る撮像装置１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、撮像装置１は、バンドパスフィルタアレイ１０と、イメージセンサ２０と、信号処理回路３０とを備える。図示しないが、撮像装置１は、バンドパスフィルタアレイ１０の光入射側（イメージセンサ２０とは反対側）に配置されたレンズ群を備えていてもよい。レンズ群は、例えば複数のレンズから構成され、対象物からの光を集光し、バンドパスフィルタアレイ１０を介してイメージセンサ２０の受光面に結像させる。

［バンドパスフィルタアレイ］
バンドパスフィルタアレイ１０は、イメージセンサ２０の受光面側に配置されている。例えば、バンドパスフィルタアレイ１０は、イメージセンサ２０の受光面上に接触して配置され、イメージセンサ２０と一体に形成されている。なお、図１では、説明の都合上、バンドパスフィルタアレイ１０とイメージセンサ２０とを離して図示している。

あるいは、図１に示すように、バンドパスフィルタアレイ１０とイメージセンサ２０とは隙間を空けて配置されていてもよい。この場合、バンドパスフィルタアレイ１０とイメージセンサ２０との間に、マイクロレンズアレイなどが設けられていてもよい。

図２は、本実施の形態に係る撮像装置１のバンドパスフィルタアレイ１０とイメージセンサ２０との位置関係を示す斜視図である。図３は、本実施の形態に係るバンドパスフィルタアレイ１０の平面図である。

バンドパスフィルタアレイ１０は、平板状の透光フィルタであり、領域毎に異なる波長成分の光を透過させる。図２及び図３に示すように、バンドパスフィルタアレイ１０は、第１バンドパスフィルタ１１（以下、第１ＢＰＦ１１と記載する）と、第２バンドパスフィルタ１２（以下、第２ＢＰＦ１２と記載する）とを備える。

第１ＢＰＦ１１は、互いに重複しない２つの透過帯域（具体的には、第１透過帯域及び第２透過帯域）を有するマルチバンドパスフィルタである。第１ＢＰＦ１１は、青色成分（Ｂ）と緑色成分（Ｇ）とに透過帯域を有し、青色成分と緑色成分との混色であるシアン光（Ｃ）（＝Ｂ＋Ｇ）を透過する。

第２ＢＰＦ１２は、互いに重複しない２つの透過帯域（具体的には、第３透過帯域及び第４透過帯域）を有するマルチバンドパスフィルタである。第２ＢＰＦ１２は、緑色成分（Ｇ）と赤色成分（Ｒ）とに透過帯域を有し、緑色成分と赤色成分との混色であるイエロー光（Ｙ）（＝Ｇ＋Ｒ）を透過する。

第１ＢＰＦ１１と第２ＢＰＦ１２とでは、透過帯域として緑色成分が重複（共通）している。このため、第１ＢＰＦ１１と第２ＢＰＦ１２とを重ねた領域では、重複した透過帯域であるグリーン光（Ｇ）を透過する。各ＢＰＦの透過帯域については、後で説明する。

図３に示すように、第１ＢＰＦ１１の平面視形状は、第１方向（具体的には紙面上下方向）に延びるストライプ状（ラインアンドスペース状）に形成されている。第１ＢＰＦ１１のラインとスペースとは互いに同じ幅であるが、異なっていてもよい。また、複数のラインの各々の幅、及び、複数のスペースの各々の幅は、互いに同じ幅であるが、異なっていてもよい。

図３に示すように、第２ＢＰＦ１２の平面視形状は、第１方向に直交する第２方向（具体的には紙面左右方向）に延びるストライプ状（ラインアンドスペース状）に形成されている。第２ＢＰＦ１２のラインとスペースとは互いに同じ幅であるが、異なっていてもよい。また、複数のラインの各々の幅、及び、複数のスペースの各々の幅は、互いに同じ幅であるが、異なっていてもよい。

本実施の形態では、第１ＢＰＦ１１のラインの幅及びスペースの幅と、第２ＢＰＦ１２のラインの幅及びスペースの幅とは、互いに等しい。このため、図３に示すように、第１ＢＰＦ１１と第２ＢＰＦ１２とを重ねた場合に、ＢＰＦ同士が重なった領域（具体的には、第３領域１３ｇ）、ＢＰＦが単独で存在する領域（具体的には、第１領域１３ｃ及び第２領域１３ｙ）、ＢＰＦが設けられていない領域（具体的には、第４領域１３ｗ）のいずれも、同じ大きさの正方形になる。

本実施の形態に係るバンドパスフィルタアレイ１０は、受光面を平面視した場合に、バンドパスフィルタアレイの有無に応じて複数の領域を有する。具体的には、図３に示すように、第１領域１３ｃと、第２領域１３ｙと、第３領域１３ｇと、第４領域１３ｗとを有する。

第１領域１３ｃは、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２のうち第１ＢＰＦ１１のみが設けられた領域である。第２領域１３ｙは、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２のうち第２ＢＰＦ１２のみが設けられた領域である。第３領域１３ｇは、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２が重なって設けられた領域である。第４領域１３ｗは、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２のいずれも設けられていない領域である。

本実施の形態では、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗは、アレイ状に配列されている。具体的には、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの各々が、行列状に配列されている。

互いに隣接する第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗが、１つの単位フィルタ領域１３を構成する。本実施の形態に係るバンドパスフィルタアレイ１０は、受光面に平行な面内に、単位フィルタ領域１３が行列状に配列されている。

第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２はそれぞれ、３層以上の薄膜が積層された多層構造を有する薄膜干渉フィルタである。例えば、多層構造を構成する３層以上の薄膜の膜厚、屈折率及び積層数を適切に設計することで、所望の波長帯域に光の透過帯域を有する第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２をそれぞれ実現することができる。薄膜は、例えば、誘電体材料を用いた無機膜である。例えば、薄膜は、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）膜、及び、酸化チタン（ＴｉＯ_ｘ）膜などである。各薄膜は、透光性の基板上に、マスク蒸着によって形成される。なお、薄膜は、スパッタリング法による成膜と、フォトリソグラフィによるパターニングとによって形成されてもよい。第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２の膜厚は、例えば１μｍ〜５μｍであるが、これに限らない。

［イメージセンサ］
イメージセンサ２０は、複数の受光領域２１がアレイ状に配列されている。イメージセンサ２０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサなどである。

図２では、４行×４列の１６個の受光領域２１が配列されている例を図示しているが、本実施の形態に係るイメージセンサ２０では、当該１６個の受光領域２１が行方向及び列方向にそれぞれ繰り返し配列されている。複数の受光領域２１の各々は、受光した光を光電変換するフォトダイオード又はフォトトランジスタなどを有し、受光した光の強度に対応する電気信号を生成して、信号処理回路３０に出力する。

図４は、本実施の形態に係る撮像装置１のイメージセンサ２０の平面図である。図２〜図４から分かるように、平面視において、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの各々に、複数の受光領域２１が配置されている。具体的には、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの各々に、互いに同じ個数、より具体的には、２行×２列の４個の受光領域２１が配列されている。

第１領域１３ｃに配置された４個の受光領域（第１受光領域）２１ｃには、第１領域１３ｃを通過した光（具体的にはシアン光）が入射する。４個の受光領域２１ｃの各々は、シアン光を光電変換することで、受光したシアン光の受光強度を示す第１信号を生成する。

第２領域１３ｙに配置された４個の受光領域（第２受光領域）２１ｙには、第２領域１３ｙを通過した光（具体的にはイエロー光）が入射する。４個の受光領域２１ｙの各々は、イエロー光を光電変換することで、受光したイエロー光の受光強度を示す第２信号を生成する。

第３領域１３ｇに配置された４個の受光領域（第３受光領域）２１ｇには、第３領域１３ｇを通過した光（具体的にはグリーン光）が入射する。４個の受光領域２１ｇの各々は、グリーン光を光電変換することで、受光したグリーン光の受光強度を示す第３信号を生成する。

第４領域１３ｗに配置された４個の受光領域（第４受光領域）２１ｗには、第４領域１３ｗを通過した光（具体的にはホワイト光）が入射する。４個の受光領域２１ｗの各々は、ホワイト光を光電変換することで、受光したホワイト光の受光強度を示す第４信号を生成する。

本実施の形態では、互いに隣り合う受光領域２１ｃ、受光領域２１ｙ、受光領域２１ｇ及び受光領域２１ｗが、１つの単位画素２２を構成する。つまり、単位画素２２は、２行×２列の４個の受光領域（サブ画素）で構成されている。単位画素２２の平面視形状及び大きさは、図３及び図４から分かるように、バンドパスフィルタアレイ１０の第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの各々と略同じである。

単位画素２２は、平面視において、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗのいずれとも重複するように、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの交点（四重点）を中心とする位置に位置している。本実施の形態では、複数の単位画素２２のいずれにも、受光領域２１ｃ、受光領域２１ｙ、受光領域２１ｇ及び受光領域２１ｗが同数（具体的には１個）ずつ含まれている。

このとき、隣り合う単位画素２２同士では、受光領域２１ｃ、受光領域２１ｙ、受光領域２１ｇ及び受光領域２１ｗの配置が異なっている。具体的には、図４に示すように、左上の太破線で囲んだ単位画素２２では、左上→右上→左下→右下の順で見たとき、受光領域２１ｇ（“Ｇ”）→受光領域２１ｙ（“Ｙ”）→受光領域２１ｃ（“Ｃ”）→受光領域２１ｗ（“Ｗ”）の順で配列されている。右上の太破線で囲んだ単位画素２２では、同じ順で見たとき、“Ｙ”→“Ｇ”→“Ｗ”→“Ｃ”の順で配列されている。

このように、単位画素２２内での受光領域の配列は異なるものの、複数の単位画素２２のいずれにおいても、４種類の受光領域が１個ずつ配置されている。これにより、単位画素２２を構成する４個の受光領域の各々で生成された信号を１画素の信号として利用することで、二次元画像を生成することができる。

［信号処理回路］
信号処理回路３０は、受光領域２１での受光強度を示す信号を処理する。信号処理回路３０は、例えば、マイコンなどで実現される。具体的には、信号処理回路３０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。信号処理回路３０は、ソフトウェアで実現されてもよく、ハードウェアで実現されてもよい。

信号処理回路３０は、単位画素２２毎に受光領域２１で生成される信号を処理する。具体的には、信号処理回路３０は、１つの単位画素２２に含まれ、互いに隣り合って配列された受光領域２１ｃと、受光領域２１ｙと、受光領域２１ｇと、受光領域２１ｗとの各々で生成された第１信号〜第４信号を１画素の信号として処理する。

本実施の形態では、信号処理回路３０は、単位画素２２毎に、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び青色光（Ｂ）の各々の強度を算出する。したがって、算出されたＲＧＢの強度を表示画素の画素値（ＲＧＢの各々の輝度値）として利用することで、カラー画像を生成することができる。ＲＧＢの具体的な算出方法は、後で説明する。

［透過特性］
続いて、本実施の形態に係るバンドパスフィルタアレイ１０の透過特性について説明する。

図５は、本実施の形態に係るバンドパスフィルタアレイ１０の領域毎の透過特性を示す図である。図５の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ及び第３領域１３ｇの透過特性を示している。

第１領域１３ｃには、図２及び図３に示すように、平面視において第１ＢＰＦ１１のみが設けられている。つまり、第１領域１３ｃは、ＢＰＦが重複せずに１つのみ設けられた非重複領域である。したがって、図５の（ａ）に示す第１領域１３ｃの透過特性は、第１ＢＰＦ１１の透過特性（フィルタ特性）に実質的に一致する。

第１ＢＰＦ１１は、図５の（ａ）に示すように、互いに重複しない透過帯域（第１透過帯域）４１と透過帯域（第２透過帯域）４２とを有する。また、第１ＢＰＦ１１は、透過帯域４１と透過帯域４２との間に遮断帯域５１を有する。

透過帯域４１は、第１透過帯域の一例であり、例えば、中心波長λ１が約４５０ｎｍで帯域幅が約５０ｎｍの波長帯域である。透過帯域４１は、主として青色成分（Ｂ）を透過させるための波長帯域である。ここで、中心波長λ１は、帯域幅の中央値における波長である。帯域幅は、絶対的な光の透過率が５０％となる部分での透過帯域の幅である。

透過帯域４２は、第２透過帯域の一例であり、例えば、透過帯域４１の中心波長λ１より中心波長λ２が大きい波長帯域である。透過帯域４２は、例えば、中心波長が約５５０ｎｍで帯域幅が約５０ｎｍの波長帯域である。透過帯域４２は、主として緑色成分（Ｇ）を透過させるための波長帯域である。

遮断帯域５１は、光の透過率が１０％以下である。なお、第１ＢＰＦ１１は、透過帯域４１及び透過帯域４２以外に光の透過帯域を有さない。具体的には、第１ＢＰＦ１１では、透過帯域４１及び透過帯域４２を除いた他の波長帯域における光の透過率が１０％以下である。

第１ＢＰＦ１１は、透過帯域４１と透過帯域４２とを有するので、青色成分及び緑色成分を含む光（シアン光）を透過させる。したがって、第１ＢＰＦ１１のみが設けられた第１領域１３ｃは、シアン光（Ｃ）を透過させ、かつ、他の色成分（波長成分）の光を実質的に透過させない領域である。

第２領域１３ｙには、図２及び図３に示すように、平面視において第２ＢＰＦ１２のみが設けられている。つまり、第２領域１３ｙは、ＢＰＦが重複せずに１つのみ設けられた非重複領域である。したがって、図５の（ｂ）に示す第２領域１３ｙの透過特性は、第２ＢＰＦ１２の透過特性（フィルタ特性）に実質的に一致する。

第２ＢＰＦ１２は、図５の（ｂ）に示すように、互いに重複しない透過帯域４３と透過帯域４４とを有する。また、第２ＢＰＦ１２は、透過帯域４３と透過帯域４４との間に遮断帯域５２を有する。

透過帯域４３は、第３透過帯域の一例であり、例えば、中心波長λ３が約５５０ｎｍで帯域幅が約５０ｎｍの波長帯域である。透過帯域４３は、主として緑色成分（Ｇ）を透過させるための波長帯域である。

透過帯域４４は、第４透過帯域の一例であり、例えば、透過帯域４３の中心波長λ３より中心波長λ４が大きい波長帯域である。透過帯域４４は、例えば、中心波長が約６５０ｎｍで帯域幅が約５０ｎｍの波長帯域である。透過帯域４４は、主として赤色成分（Ｒ）を透過させるための波長帯域である。

遮断帯域５２は、光の透過率が１０％以下である。なお、第２ＢＰＦ１２は、透過帯域４３及び透過帯域４４以外に光の透過帯域を有さない。具体的には、第２ＢＰＦ１２では、透過帯域４３及び透過帯域４４を除いた他の波長帯域における光の透過率が１０％以下である。

第２ＢＰＦ１２は、透過帯域４３と透過帯域４４とを有するので、緑色成分及び赤色成分を含む光（イエロー光）を透過させる。したがって、第２ＢＰＦ１２のみが設けられた第２領域１３ｙは、イエロー光（Ｙ）を透過させ、かつ、他の色成分（波長成分）の光を実質的に透過させない領域である。

本実施の形態では、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１ＢＰＦ１１の透過帯域４２と第２ＢＰＦ１２の透過帯域４３とは、重複している。具体的には、透過帯域４２と透過帯域４３とは、一致している。また、透過帯域４１と透過帯域４４とは、重複していない。

なお、透過帯域４２と透過帯域４３とは、完全に一致していなくてもよい。具体的には、透過帯域４２と透過帯域４３とで、帯域幅、立ち上がり時及び立ち下がり時の波長、並びに、透過率の平均値及び最大値などが互いに異なっていてもよい。例えば、透過帯域４２が透過帯域４３に含まれていてもよく、透過帯域４３が透過帯域４２に含まれていてもよい。例えば、透過帯域４２の大部分（例えば帯域幅の９０％以上）と、透過帯域４３の大部分とが一致していてもよい。

本実施の形態では、透過帯域４１〜４４の各々における光の透過率は、９０％以上である。当該光の透過率は、９５％以上でもよい。なお、透過帯域における光の透過率は、例えば、透過帯域の中心波長における透過率である。また、透過帯域４１〜４４の各々の中心波長及び帯域幅は、上記例に限らない。帯域幅は、例えば、２０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内で定められた値であってもよい。

図２及び図３に示すように、第３領域１３ｇでは、第１ＢＰＦ１１と第２ＢＰＦ１２とが重なって設けられている。つまり、第３領域１３ｇは、２つのＢＰＦが重複した重複領域である。このため、第３領域１３ｇの透過特性は、第１ＢＰＦ１１の透過特性と第２ＢＰＦ１２の透過特性とを掛け合わせた特性となる。つまり、第３領域１３ｇでは、第１ＢＰＦ１１の透過特性と第２ＢＰＦ１２の透過特性との重複部分の波長帯域に光の透過帯域が形成される。

具体的には、図５の（ｃ）に示すように、第３領域１３ｇは、透過帯域４２（透過帯域４３）のみを透過帯域４５として有する。本実施の形態では、透過帯域４２は、緑色成分を透過させるので、第３領域１３ｇは、グリーン光（Ｇ）を透過させ、かつ、他の色成分（波長成分）の光を実質的に透過させない領域である。

なお、本実施の形態では、透過帯域４２と透過帯域４３とが重複（具体的には一致）している例について示したが、これに限らない。例えば、第２ＢＰＦ１２は、透過帯域４３の代わりに透過帯域４１を有してもよい。あるいは、第１ＢＰＦ１１は、透過帯域４２の代わりに透過帯域４４を有してもよい。

［信号処理方法］
続いて、本実施の形態に係る信号処理回路３０による信号処理方法について説明する。上述したように、信号処理回路３０は、単位画素２２毎に、単位画素２２を構成する受光領域２１ｃ、受光領域２１ｙ、受光領域２１ｇ及び受光領域２１ｗの各々で生成された信号を１画素の信号として処理する。

受光領域２１ｃで生成された第１信号Ｓ１は、青色成分（Ｂ）と緑色成分（Ｇ）とを含むシアン光（Ｃ）の強度を示す電気信号である。受光領域２１ｙで生成された第２信号Ｓ２は、緑色成分（Ｇ）と赤色成分（Ｒ）とを含むイエロー光（Ｙ）の強度を示す電気信号である。受光領域２１ｇで生成された第３信号Ｓ３は、緑色成分（Ｇ）のみを含むグリーン光（Ｇ）の強度を示す電気信号である。

したがって、信号処理回路３０は、第１信号Ｓ１から第３信号Ｓ３を減算することで、緑色成分（Ｇ）が打ち消され、青色成分（Ｂ）を示す青色信号が得られる。同様に、信号処理回路３０は、第２信号Ｓ２から第３信号Ｓ３を減算することで、緑色成分（Ｇ）が打ち消され、赤色成分（Ｒ）を示す赤色信号が得られる。なお、緑色成分（Ｇ）を示す緑色信号は、第３信号Ｓ３そのものである。

以上のようにして、信号処理回路３０は、ＲＧＢの各々の色信号を生成することができる。

なお、本実施の形態では、単位画素２２には、白色光を透過させる受光領域２１ｗが含まれている。信号処理回路３０は、受光領域２１ｗで生成された第４信号Ｓ４に基づいて、ノイズ成分などの補正処理を行うことができる。

また、ＲＧＢの各々の色信号を生成する例について示したが、これに限らない。生成できる色信号は、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２の透過帯域に依存する。具体的には、透過帯域４１と、透過帯域４２（＝透過帯域４３）と、透過帯域４４との各々の波長成分に応じた色信号を生成することができる。

例えば、第１ＢＰＦ１１又は第２ＢＰＦ１２の透過帯域は、可視光でなくてもよい。例えば、透過帯域４１〜４４のいずれかが赤外領域又は紫外領域に含まれる場合、赤外光又は紫外光に応じた信号を生成することができる。つまり、所望の波長成分に合わせて第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２の透過帯域を適切に設計することで、所望の波長成分を取り出すことができる。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る撮像装置１は、複数の受光領域２１がアレイ状に配列されたイメージセンサ２０と、イメージセンサ２０の受光面側に配置されたバンドパスフィルタアレイ１０とを備える。バンドパスフィルタアレイ１０は、互いに重複しない透過帯域４１と透過帯域４２とを有する第１ＢＰＦ１１と、互いに重複しない透過帯域４３と透過帯域４４とを有する第２ＢＰＦ１２とを備える。透過帯域４２と透過帯域４３とは、重複しており、透過帯域４１と透過帯域４４とは、重複していない。受光面を平面視した場合、バンドパスフィルタアレイ１０は、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２のうち第１ＢＰＦ１１のみが設けられた第１領域１３ｃと、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２のうち第２ＢＰＦ１２のみが設けられた第２領域１３ｙと、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２が重なって設けられた第３領域１３ｇとを有する。受光面を平面視した場合、第１領域１３ｃと、第２領域１３ｙと、第３領域１３ｇとがアレイ状に配列されている。受光面を平面視した場合、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ及び第３領域１３ｇの各々に、受光領域２１が複数配置されている。

このように、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２の各々が、互いに重複しない２つの透過帯域を有するマルチバンドパスフィルタである。マルチバンドパスフィルタは、透過帯域以外の波長帯域の光を十分に減衰させることができる。したがって、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２の少なくとも一方が設けられた各領域を通過した光に含まれるノイズ成分を十分に小さくすることができる。すなわち、ＳＮ比を高めることができ、色分離の精度を高めることができる。

また、本実施の形態に係るバンドパスフィルタアレイ１０によれば、図５で示したように、２つのＢＰＦによって３つの波長帯域に相当する色信号を生成することができる。つまり、少ない数のフィルタによって、フィルタ数より多い波長帯域の色信号を生成することができる。フィルタ数の削減により、バンドパスフィルタアレイ１０の軽量化、製造工程の簡略化及び低コスト化などを実現することができる。

具体的には、製造工程におけるアライメント（位置合わせ）工程の数を減らすことができる。例えば、ＲＧＢの３つのＢＰＦを備えるフィルタアレイを製造する場合は、少なくとも２回のアライメントが必要になる。これに対して、本実施の形態では、第１ＢＰＦ１１と第２ＢＰＦ１２との位置合わせを１回行うだけでよい。

さらに、本実施の形態では、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ及び第３領域１３ｇの各々に、複数の受光領域２１が配置されている。これにより、各領域に配置された受光領域の数に応じて解像度を高めることができる。つまり、撮像装置１の高精細化が実現される。

例えば、図４で示したように、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの各々に、４個の受光領域２１が配置されていることで、単位画素２２の大きさが第１領域１３ｃなどと同等になる。つまり、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗで１つの単位画素を構成した場合に比べて、４倍の解像度を実現することができる。

本実施の形態では、バンドパスフィルタアレイ１０は、マスク蒸着により形成される。マスク蒸着は、低コストで実現できるという利点がある一方で、高精細化には技術的に限界がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、バンドパスフィルタアレイ１０の解像度（具体的には、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの合計数）に対して、４倍の解像度を実現することができる。撮像装置１によれば、バンドパスフィルタアレイ１０のフィルタ解像度が低くても高精細化が可能であり、画素数の多い二次元画像を生成することができる。

また、例えば、受光面を平面視した場合、バンドパスフィルタアレイ１０は、さらに、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２のいずれも設けられていない第４領域１３ｗを有し、第４領域１３ｗには、受光領域２１が複数配置されている。

これにより、第４領域１３ｗを透過した光に基づく電気信号を、外光ノイズの補正に利用することができる。したがって、ノイズ成分を抑制することができるので、色分離の精度を一層高めることができる。

また、例えば、第１ＢＰＦ１１の平面視形状は、第１方向に延びるストライプ状であり、第２ＢＰＦ１２の平面視形状は、第１方向に直交する第２方向に延びるストライプ状である。

これにより、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの各々の形状及び大きさを互いに同等にすることができる。また、第１ＢＰＦ１１と第２ＢＰＦ１２とのアライメントずれが発生したとしてもバンドパスフィルタアレイ１０の光学特性がほとんど変わらない。つまり、本実施の形態に係るバンドパスフィルタアレイ１０は、アライメントのロバスト性を有するので、歩留まりを向上させることができる。

また、例えば、撮像装置１は、さらに、受光領域２１での受光強度を示す信号を処理する信号処理回路３０を備える。信号処理回路３０は、第１領域１３ｃに配置された受光領域２１ｃでの受光強度を示す第１信号と、第２領域１３ｙに配置された受光領域２１ｙでの受光強度を示す第２信号と、第３領域１３ｇに配置された受光領域２１ｇでの受光強度を示す第３信号と、第４領域１３ｗに配置された受光領域２１ｗでの受光強度を示す第４信号とを１画素の信号として処理する。受光領域２１ｃ、受光領域２１ｙ、受光領域２１ｇ及び受光領域２１ｗは、互いに隣り合っている。

これにより、例えば、専用の画像処理回路を信号処理回路３０として備えることで、処理の高速化及び省エネルギー化を実現することができる。

また、例えば、透過帯域４２と透過帯域４３とは、一致している。

これにより、第１ＢＰＦ１１の透過帯域４２と第２ＢＰＦ１２の透過帯域４３とが一致しているので、第１ＢＰＦ１１と第２ＢＰＦ１２とが重なって設けられた第３領域１３ｇを透過した光に含まれるノイズ成分を十分に小さくすることができる。したがって、色分離の精度を一層高めることができる。

また、例えば、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２はそれぞれ、多層薄膜干渉式のバンドパスフィルタである。

これにより、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２の各々を構成する薄膜の膜厚、屈折率（材料）及び積層数などを適切に調整することで、所望の波長帯域に光の透過帯域を容易に形成することができる。つまり、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２として薄膜干渉フィルタを利用することで、バンドパスフィルタアレイ１０の透過帯域の設計の自由度を高めることができる。また、薄膜干渉式のＢＰＦでは、透過帯域と遮断帯域とで光の透過率が大きく異なっているので、各領域を透過した光に含まれるノイズ成分を十分に小さくすることができ、色分離の精度を一層高めることができる。

（変形例）
以下では、実施の形態の変形例について説明する。

本変形例では、イメージセンサの受光領域の形状及び配列が、実施の形態とは相違しており、バンドパスフィルタアレイ１０及び信号処理回路３０は実施の形態と同様である。なお、以下の変形例では、実施の形態との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。

図６は、本変形例に係る撮像装置のイメージセンサの平面図である。

図３及び図６から分かるように、平面視において、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの各々に、複数の受光領域１２１が配置されている。具体的には、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの各々に、互いに同じ個数、より具体的には、２個の受光領域１２１が配列されている。

受光領域１２１は、平面視形状が直角三角形である。なお、直角三角形の各頂点は、丸みを帯びていてもよい。第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの各々において、２個の直角三角形状の受光領域１２１が、互いの長辺を対向させて配列されている。

図６において、受光領域１２１ｃ、受光領域１２１ｙ、受光領域１２１ｇ及び受光領域１２１ｗはそれぞれ、上記実施の形態における受光領域２１ｃ、受光領域２１ｙ、受光領域２１ｇ及び受光領域２１ｗと同様である。

具体的には、受光領域１２１ｃは、シアン光を光電変換することで、受光したシアン光の受光強度を示す第１信号を生成する。受光領域１２１ｙは、イエロー光を光電変換することで、受光したイエロー光の受光強度を示す第２信号を生成する。受光領域１２１ｇは、グリーン光を光電変換することで、受光したグリーン光の受光強度を示す第３信号を生成する。受光領域１２１ｗは、ホワイト光を光電変換することで、受光したホワイト光の受光強度を示す第４信号を生成する。

本変形例では、互いに隣り合う受光領域１２１ｃ、受光領域１２１ｙ、受光領域１２１ｇ及び受光領域１２１ｗが、１つの単位画素１２２を構成する。つまり、単位画素１２２は、４個の受光領域（サブ画素）で構成されている。

単位画素１２２の平面視形状及び大きさは、バンドパスフィルタアレイ１０の第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗなどの正方形が斜め４５°傾斜（４５°回転）し、かつ、２倍の大きさになった形状である。つまり、本変形例では、単位画素１２２の配列方向は、バンドパスフィルタアレイ１０の各領域の配列方向に対して４５°傾斜している。

単位画素１２２は、平面視において、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗのいずれとも重複するように、第１領域１３ｃ、第２領域１３ｙ、第３領域１３ｇ及び第４領域１３ｗの交点（四重点）を中心とする位置に位置している。本実施の形態では、複数の単位画素１２２のいずれにも、受光領域１２１ｃ、受光領域１２１ｙ、受光領域１２１ｇ及び受光領域１２１ｗが同数（具体的には１個）ずつ含まれている。

このとき、隣り合う単位画素１２２同士では、受光領域１２１ｃ、受光領域１２１ｙ、受光領域１２１ｇ及び受光領域１２１ｗの配置が異なっている。具体的には、図６に示すように、左斜め上の太破線で囲んだ単位画素では、左上→右上→左下→右下の順で見たとき、“Ｇ”→“Ｙ”→“Ｃ”→“Ｗ”の順で配列されている。右斜め下の太破線で囲んだ単位画素では、同じ順で見たとき、“Ｗ”→“Ｃ”→“Ｙ”→“Ｇ”の順で配列されている。

このように、単位画素１２２内での受光領域の配列は異なるものの、複数の単位画素１２２のいずれにおいても、４種類の受光領域が１個ずつ配置されている。これにより、単位画素１２２を構成する４個の受光領域の各々で生成された信号を１画素の信号として利用することで、二次元画像を生成することができる。

以上のように、本変形例に係る撮像装置においても、色分離精度が高く、かつ、高精細な撮像装置を提供することができる。具体的には、バンドパスフィルタアレイ１０の２倍の解像度を実現することができる。

（その他）
以上、本発明に係る撮像装置について、上記の実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、バンドパスフィルタアレイ１０は、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２のいずれも設けられていない第４領域１３ｗを備えなくてもよい。例えば、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２の各々は、互いに直交するストライプ状に形成されていなくてもよい。例えば、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２の各々は、互いに平行なストライプ状で、各々のラインの一部のみが重なるように形成されていてもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２がそれぞれ、２つの透過帯域を有するマルチバンドパスフィルタである例について示したが、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２は、３つ以上の透過帯域を有してもよい。また、撮像装置１は、第１ＢＰＦ１１及び第２ＢＰＦ１２の少なくとも一方の透過帯域と重複する（又は一致する）透過帯域を有する第３バンドパスフィルタを備えてもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、各ＢＰＦの透過帯域が理想的な透過特性（立ち上がり及び立ち下がりが急峻な矩形状）を有する例について示したが、これに限らない。例えば、各ＢＰＦの透過帯域は、ガウス関数の形状を有してもよい。

また、例えば、撮像装置１は、信号処理回路３０を備えていなくてもよい。例えば、撮像装置１は、信号処理回路３０の代わりに、各画素から出力される画素信号を、他の機器に出力するための出力端子を備えていてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ 撮像装置
１０ バンドパスフィルタアレイ
１１ 第１バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１２ 第２バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１３ｃ 第１領域
１３ｇ 第３領域
１３ｗ 第４領域
１３ｙ 第２領域
２０ イメージセンサ
２１、１２１ 受光領域
２１ｃ、１２１ｃ 受光領域（第１受光領域）
２１ｇ、１２１ｇ 受光領域（第３受光領域）
２１ｗ、１２１ｗ 受光領域（第４受光領域）
２１ｙ、１２１ｙ 受光領域（第２受光領域）
３０ 信号処理回路
４１ 透過帯域（第１透過帯域）
４２ 透過帯域（第２透過帯域）
４３ 透過帯域（第３透過帯域）
４４ 透過帯域（第４透過帯域）

Claims (7)

1. 複数の受光領域がアレイ状に配列されたイメージセンサと、
   前記イメージセンサの受光面側に配置されたバンドパスフィルタアレイとを備え、
   前記バンドパスフィルタアレイは、
   互いに重複しない第１透過帯域と第２透過帯域とを有する第１バンドパスフィルタと、
   互いに重複しない第３透過帯域と第４透過帯域とを有する第２バンドパスフィルタとを備え、
   前記第２透過帯域と前記第３透過帯域とは、重複しており、
   前記第１透過帯域と前記第４透過帯域とは、重複しておらず、
   前記受光面を平面視した場合、
   前記バンドパスフィルタアレイは、
   前記第１バンドパスフィルタ及び前記第２バンドパスフィルタのうち前記第１バンドパスフィルタのみが設けられた第１領域と、
   前記第１バンドパスフィルタ及び前記第２バンドパスフィルタのうち前記第２バンドパスフィルタのみが設けられた第２領域と、
   前記第１バンドパスフィルタ及び前記第２バンドパスフィルタが重なって設けられた第３領域とを有し、
   前記第１領域と、前記第２領域と、前記第３領域とがアレイ状に配列されており、
   前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域の各々に、前記受光領域が複数配置されている
   撮像装置。
2. 前記受光面を平面視した場合、
   前記バンドパスフィルタアレイは、さらに、前記第１バンドパスフィルタ及び前記第２バンドパスフィルタのいずれも設けられていない第４領域を有し、
   前記第４領域には、前記受光領域が複数配置されている
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１バンドパスフィルタの平面視形状は、第１方向に延びるストライプ状であり、
   前記第２バンドパスフィルタの平面視形状は、前記第１方向に直交する第２方向に延びるストライプ状である
   請求項２に記載の撮像装置。
4. さらに、前記受光領域での受光強度を示す信号を処理する信号処理回路を備え、
   前記信号処理回路は、
   前記第１領域に配置された前記受光領域である第１受光領域での受光強度を示す第１信号と、前記第２領域に配置された前記受光領域である第２受光領域での受光強度を示す第２信号と、前記第３領域に配置された前記受光領域である第３受光領域での受光強度を示す第３信号と、前記第４領域に配置された前記受光領域である第４受光領域での受光強度を示す第４信号とを１画素の信号として処理し、
   前記第１受光領域、前記第２受光領域、前記第３受光領域及び前記第４受光領域は、互いに隣り合っている
   請求項２又は３に記載の撮像装置。
5. さらに、前記受光領域での受光強度を示す信号を処理する信号処理回路を備え、
   前記信号処理回路は、
   前記第１領域に配置された前記受光領域である第１受光領域での受光強度を示す第１信号と、前記第２領域に配置された前記受光領域である第２受光領域での受光強度を示す第２信号と、前記第３領域に配置された前記受光領域である第３受光領域での受光強度を示す第３信号とを１画素の信号として処理し、
   前記第１受光領域、前記第２受光領域及び前記第３受光領域は、互いに隣り合っている
   請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記第２透過帯域と前記第３透過帯域とは、一致している
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記第１バンドパスフィルタ及び前記第２バンドパスフィルタはそれぞれ、多層薄膜干渉式のバンドパスフィルタである
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
   

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