JP4311988B2 - Color filter for solid-state image sensor and color image pickup apparatus using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子用カラーフィルタおよびこれを用いたカラー撮像装置に関し、特に、昼夜兼用で使用可能なカメラに用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、デジタルカメラや携帯電話等における画質の向上を実現するために、撮像素子の技術革新が進んでいる。これまでは、画素数を多くすることに主眼が置かれてきたが、画素数以外で画質を向上させる工夫も図られている。
【0003】
一般に、撮像素子には、1画素につき1枚のカラーフィルタが取り付けられている。図6(a)のように赤(R)、緑(G)、青(B)の原色系3色を使うもの(いわゆるベイヤー配列)と、図6(b)のようにシアン(Cy)、マゼンタ(Mg)、黄(Ye)、緑(G)の補色系4色を使うものとがある。原色系は色の再現性に優れ、補色系は感度に優れる。
【0004】
撮像素子で撮像された信号を用いて画像を生成するには、色情報の他に輝度情報が必要である。カラーフィルタとして原色系のベイヤー配列を用いた場合、緑は赤と青の中間の波長なので、緑のフィルタは赤や青の光も少し透過する。そのため、従来は緑の画素で撮像された信号を用いて輝度情報を得ていた。図6(a)に示すように、緑の画素は水平方向および垂直方向の各ラインに存在するので、水平解像度と垂直解像度は比較的高くなる。
【0005】
ところで、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を用いたカラー撮像装置では、光学系に光が入射したときに撮像素子等による光の散乱や反射によって像面全体にかぶりが生じる現象であるフレアの防止、色再現性の改善のため、赤外成分をカットする赤外カットフィルタを撮像素子の前面に配置していることが多い。ただ、赤外カットフィルタを用いると感度が落ちるため、感度を重視する場合には、赤外カットフィルタは用いずに赤外領域の光も取り込むことで、感度の向上を図っている。
【0006】
また、フレア防止および色再現性の改善と、感度の向上との双方を両立する方法として、赤外カットフィルタの使用をON/OFFできるようにした撮像装置も提供されている。この種の撮像装置は、照度が十分にある昼間は赤外カットフィルタをONとし、カラーカメラとして使用する。一方、照度が不足する夜間は赤外カットフィルタをOFFとし、赤外領域の光を使って白黒カメラとして使用することが可能となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、赤外カットフィルタをON/OFFするために、フィルタを機械的に移動させるための機構を設けることが必要となる。そのため、撮像装置の小型軽量化を阻むとともに、コストアップの要因になっているという問題があった。また、機械的な可動部の動作性能や耐久性などに信頼性の問題もあった。
【0008】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、赤外カットフィルタをON/OFFするための機械的な機構を設けることなく、周囲の照度の変化に応じて、
赤外フィルタ及び赤青緑の各フィルタを介して得られた画素情報の利用比率を精度良く調整し、昼間の色再現性と夜間の感度とを両立して昼夜連続で利用することができるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子用カラーフィルタは、受光量に応じて電気信号を生成する固体撮像素子の受光面側に配置されて特定の色光を透過する固体撮像素子用カラーフィルタであって、上記カラーフィルタが、赤青緑から成る3原色のうち緑の色光を透過するフィルタと他の1色の色光を透過するフィルタとを交互に配置した第1のラインと、上記3原色のうち上記緑及び上記他の1色を除いた残り1色の色光を透過するフィルタと少なくとも赤外領域の色光を透過する赤外フィルタとを交互に配置した第2のラインとを有し、
上記第1のラインと上記第2のラインとを交互に配列したモザイク状のフィルタから成る。
【0010】
好ましくは、3原色の色フィルタが配置される画素位置には、赤外光を遮断する赤外カットフィルタを更に配置する。あるいは、色フィルタの他に赤外カットフィルタを更に配置するのではなく、赤緑青の各分光特性に赤外カットフィルタの分光特性を掛け合わせたものを赤緑青の各分光特性として持たせた色フィルタを構成し、当該色フィルタを配置するようにしても良い。
【0011】
そして、上記赤外フィルタが、近赤外領域から遠赤外領域にいたる赤外光を透過すると共に上記赤青緑の可視光のすべてを透過する白色フィルタであって、上記白色フィルタの色光の最大透過率が上記赤のフィルタの色光の最大透過率と略同じである。
【0012】
また、本発明のカラー撮像装置は、上述の固体撮像素子用カラーフィルタと、当該固体撮像素子用カラーフィルタが配置される個体撮像素子と、固体撮像素子により撮像された各画素の信号を補間処理して画像データを生成する信号処理手段と、上記3原色の色フィルタが配置された画素の情報および上記赤外フィルタが配置された画素の情報の利用比率を異ならせた画素補間演算により上記画像データを生成する複数のモードを切り替え制御するモード制御手段とを備え、上記複数のモードが、上記固体撮像素子で受光した光量に基づいて検出された周囲の照度に応じて切り替えられ、上記赤青緑の各フィルタを透過した画素情報だけを用いて画素補間演算を行う第1のモードと、上記赤青緑の各フィルタを透過した画素情報に上記赤外フィルタの画素情報を加えて画素補間演算を行う第2のモードと、赤外フィルタの画素情報だけを用いて補間演算を行う第3のモードと、からなる少なくとも3つのモードによって構成されている。また、本発明のカラー撮像装置は、被写体に赤外光を照射する赤外照明用の発光素子を備え、上記発光素子から照射される赤外光の主たる波長と、上記白色フィルタを透過する色光の透過率がピークとなる波長とが、略等しいように構成されている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明によるカラー撮像装置を実施したデジタルカメラ10の全体構成を示すブロック図である。
【0014】
図1に示すように、本実施形態のデジタルカメラ10は、シャッタ1a、レンズ1b、アイリス1cを備えた光学系1と、CCDあるいはCMOS等の撮像素子2と、アナログ信号処理部3と、A/D変換器4と、画像処理部5と、デジタルカメラ10の全体を制御するコントローラ6と、操作部7とを備えて構成されている。撮像素子2の前面には、本実施形態のカラーフィルタ2aが配置されている。
【0015】
このように構成されたデジタルカメラ10において、光学系1への入射光は、シャッタ1a、レンズ1bおよびアイリス1cを介して撮像素子2にて結像される。撮像素子2では、結像した入射光を光電変換して、当該入射光に応じたアナログの撮像信号を生成する。ここで生成された各画素ごとのアナログ信号は、アナログ信号処理部3でノイズが除去された後、A/D変換器4に供給されて各画素ごとのデジタル信号に変換される。
【0016】
A/D変換器4で得られたデジタル信号は、画像処理部5に供給される。画像処理部5は、各画素ごとのデジタル信号に対して色補間処理、色補正処理等を含む各種信号処理を行う。撮像素子2の各画素は、カラーフィルタ2aを通過した後の光の強さしか検出できないので、この時点ではまた1画素当たり1色分の情報しかない。画像処理部5は、各画素の信号を補間演算することによって1画素ごとの色を決定し、画像データを生成する。
【0017】
補間演算の手法には様々なものがあり、本実施形態では任意の手法を適用することが可能である。例えば、ある画素の色を決定するときに、その周辺画素の平均値を演算するといったバイリニア補間を適用することが可能である。詳しくは後述するが、本実施形態ではこの補間演算に関して、固体撮像素子で受光した光量に基づいて検出された周囲の照度に応じて切り替えられ、赤青緑の各フィルタを透過した画素情報だけを用いて画素補間演算を行うモードと、赤青緑の各フィルタを透過した画素情報に赤外フィルタの画素情報を加えて画素補間演算を行うモードと、赤外フィルタの画素情報だけを用いて補間演算を行うモードとを有し、コントローラ6の制御によりモードを切り替えられるようになっている。何れのモードに切り替えるかは、例えば、ユーザが操作部7を操作することによって指定することが可能である。
【0018】
以上の構成において、アナログ信号処理部3、A/D変換器4および画像処理部5により本発明の信号処理手段が構成される。また、コントローラ6により本発明のモード制御手段が構成される。
【0019】
図2は、カラーフィルタ2aのフィルタ配列を示す図である。通常のベイヤー配列では、図6(a)に示したように、RGB3原色のフィルタをモザイク状に配列し、RGBGの4画素で1ユニットを形成している。これに対して、本実施形態のカラーフィルタ2aは、図2に示すように、RGBGのうち1つのGフィルタを、赤外領域に感度を有する赤外フィルタ(IRフィルタ)に置き換えて構成する。
【0020】
すなわち、本実施形態のカラーフィルタ2aは、水平方向に見てGフィルタとBフィルタとを交互に配置した第1のラインと、RフィルタとIRフィルタとを交互に配置した第2のラインとを有し、第1のラインと第2のラインとを交互に配列して各フィルタをモザイク状に構成している。これを垂直方向に見ると、GフィルタとRフィルタとを交互に配置した第1のラインと、BフィルタとIRフィルタとを交互に配置した第2のラインとを交互に配列した構成となっている。
【0021】
ここで、3原色の色フィルタはそのまま用いても構わないが、好ましくは、当該3原色の色フィルタが配置される画素位置に、赤外光を遮断する赤外カット(IRC)フィルタを更に配置する。または、3原色の色フィルタと赤外カットフィルタとを重ねて配置するのではなく、RGBの各分光特性に赤外カットフィルタの分光特性を掛け合わせた特性を有する色フィルタを構成し、これを配置するようにしても良い(RGBフィルタの各分光特性とIRCフィルタの分光特性とを図3に示す)。
【0022】
一方、赤外フィルタは、可視光および赤外光の両方に分光特性を持たせたもの(例えば、白色のフィルタ)が好ましい。また、赤外光照明のピーク波長付近で最大感度が得られる分光特性を持たせたフィルタを用いると良い。
【0023】
図4および図5は、3原色の色フィルタおよび赤外フィルタの分光特性を示す図である。このうち図4は、赤外フィルタとして白色フィルタを用いた場合を示し、図5は、赤外フィルタとして赤外透過フィルタを用い場合の分光特性を示している。白色フィルタは、RGBの可視光を全て透過し、かつ、赤外領域の光も透過するような分光特性を有している。また、赤外透過フィルタは、RGBの可視光は殆ど透過せずに遮断し、赤外領域の光だけを透過するような分光特性を有している。
【0024】
白色フィルタを用いる場合、可視光の感度に比べて赤外光の感度が良すぎて、スミアが発生するのを防止するために、白色フィルタの前面にND(ニュートラルデンシティ)フィルタを配置し、赤外光の透過光量を落とすことにより、可視光の感度と赤外光の感度とがほぼ同じ程度となるようにしても良い。また、白色フィルタとNDフィルタとを重ねて配置するのではなく、白色フィルタの分光特性にNDフィルタの分光特性を掛け合わせた特性を有するフィルタを構成し、これをIRフィルタとして配置するようにしても良い。
【0025】
上述のように、図1の画像処理部5では、操作部7の操作に従ってコントローラ6の制御により切り替えられた何れかのモードの下で補間演算を行う。第1のモードでは、可視光の光電変換信号、すなわち、RGBの色フィルタ(赤外カットフィルタの分光特性が掛け合わされたもの)が配置された画素の情報を主に利用して補間演算を行う。ここで言う「主に利用する」とは、色フィルタが配置された画素の利用比率が、赤外フィルタが配置された画素の利用比率よりも大きいことを意味する。例えば、色フィルタが配置された画素の情報だけを利用して補間演算を行う。この第1のモードは色再現性が良く、昼間の撮影に適している。
【0026】
一方、他のモードでは、赤外光の光電変換信号、すなわち、赤外フィルタが配置された画素の情報を主に利用して補間演算を行う。ここで言う「主に利用する」とは、赤外フィルタが配置された画素の利用比率が、色フィルタが配置された画素の利用比率よりも大きいことを意味する。例えば、赤外フィルタが配置された画素の情報だけを利用して補間演算を行う。このモードは感度が高く、夜間の撮影に適している。
【0027】
なお、第1のモードにおいて赤外フィルタの画素情報を全く利用しない場合、輝度情報を抽出するGフィルタの画素は、4画素の1ユニット中に1つしか存在しない。また、他のモードにおいて色フィルタの画素情報を全く利用しない場合も、輝度情報を抽出するIRフィルタの画素は、4画素の1ユニット中に1つしか存在しない。そのため、通常のベイヤー配列に比べて、水平および垂直の解像度は共に半分に落ちてしまう。
【0028】
しかし、最近のデジタルカメラは画素数が飛躍的に多くなっており、画素数自体で大きな解像度を確保できている。そのため、解像度が半減してもあまり問題はない。例えば、130万画素(水平1280×垂直1024)のCCDを考えてみると、実効解像度は(水平640×垂直512)であり、VGA(Video Graphics Array)やNTSC(National Television System Committee standard)フォーマットで使用する分には十分な解像度を得ることができる。
【0029】
以上詳しく説明したように、本実施形態によれば、ベイヤー配列の1ユニットを構成する4画素のうち1つのGフィルタをIRフィルタに置き換えて、RGBフィルタを第1のモード用、IRフィルタを他のモード用に振り分ける。そして、昼間などの比較的明るいときは第1のモードでRGBの3画素を主に用いて画素補間し、夜間などの比較的暗いときは他のモードでIRの1画素を主に用いて画素補間するようにしている。このように、撮影条件に応じた補間処理を行うことにより、昼間の色再現性向上と夜間の感度向上との両立を図ることができる。
【0030】
また、本実施形態では、カラーフィルタ2aのフィルタ配列を工夫し、RGBの3画素に対してのみ赤外カットフィルタをかけ、IRの1画素には赤外カットフィルタはかけないようにしている。そして、補間演算の際にどちらの画素を主に利用するのかをソフトウェア的に決めているので、赤外カットフィルタをON/OFFするための機械的な機構を設ける必要がなく、撮像装置の小型軽量化、コストダウン、信頼性の向上を図ることができる。
【0031】
なお、上記実施形態では、第1のモードでは色フィルタの画素情報だけを利用し、他のモードでは赤外フィルタの画素情報だけを利用する例について説明したが、この例に限定されない。すなわち、第1のモードにおいて、色フィルタの画素情報の利用比率が赤外フィルタの画素情報の利用比率よりも大きくなっていれば、赤外フィルタの画素情報を多少用いても良い。同様に、他のモードにおいて、赤外フィルタの画素情報の利用比率が色フィルタの画素情報の利用比率よりも大きくなっていれば、色フィルタの画素情報を多少用いても良い。
【0032】
また、上記実施形態では、第1のモードと他のモードとの切り替えを、ユーザが操作部7を操作することによって行う例について説明したが、自動的に切り替えられるようにしても良い。例えば、撮像素子2で受光した光量に基づいて周囲の照度を検出し、照度が所定の閾値より大きいときは第1のモード、閾値より小さいときは他のモードに自動的に切り替えるようにしても良い。撮像素子2の代わりに、照度を検出するための専用の受光素子を設けても良い。
【0033】
また、上記実施形態ではカラー撮像装置10を図1のように構成したが、これらの構成要素に加えて、赤外照明用の発光素子(赤外発光LEDなど)を更に備えるようにしても良い。赤外光に非常に強い感度を持つ赤外フィルタの画素情報を使う他のモードにおいて、被写体に赤外光を照射して撮影を行うことにより、いままで撮影できなかったより暗い被写体の撮影(例えば、真っ暗闇での撮影)も可能となる。
【0034】
また、上記実施形態では、第1のモードと他のモードとの2つのモードの切り替えについて説明したが、3つ以上のモードを切り替えられるようにしても良い。例えば、第1〜第n(n≧3)のモードを有し、第1のモードでは色フィルタの画素情報だけを用いて画素補間を行う。第2のモードでは、色フィルタの画素情報に赤外フィルタの画素情報をある程度加えて画素補間を行う。第3のモードでは、赤外フィルタの画素情報の利用比率を第2のモードよりも大きくして画素補間を行うといったように、赤外フィルタの画素情報の利用比率を徐々に大きくしていく。そして、第nのモードでは赤外フィルタの画素情報だけを用いて画素補間を行うようにすることが可能である。なお、この際、本段落中の第1のモードが本発明の請求項2における第1のモードに相当し、本段落中の第2及び第3のモードが本発明の請求項2における第2のモードに相当し、本段落中の第nのモードが本発明の請求項2における第3のモードに相当する。
【0035】
また、上記実施形態では、本実施形態のカラーフィルタをデジタルカメラに適用する例について説明したが、これに限定されない。例えば、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機、監視カメラ、カメラ付きPDA(Personal Digital Assistant)などにも適用することが可能である。これらの端末は、昼間の明るい被写体から夜間の暗い被写体を撮影する機会が多いので、本実施形態を適用して好適なものである。
【0036】
また、以上に説明した撮像素子2は、光電変換信号の読み出し方式としてプログレッシブ方式(全画素読み出し方式)およびフレーム読み出し方式の双方に適用することが可能である。
【0037】
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、赤外カットフィルタをON/OFFするための機械的な機構を設ける必要もなく、明るい被写体での色再現性の改善と暗い被写体での感度の向上とを両立して、昼夜連続で利用可能なカラー撮像装置を提供することができる。機械的な機構部品が無くなることにより、撮像装置の小型軽量化、コストダウン、信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるカラー撮像装置を実施したデジタルカメラの全体構成を示すブロック図である。
【図2】本実施形態によるカラーフィルタのフィルタ配列を示す図である。
【図3】色フィルタおよび赤外カットフィルタの分光特性を示す図である。
【図4】色フィルタおよび赤外フィルタの分光特性を示す図である。
【図5】色フィルタおよび赤外フィルタの分光特性を示す図である。
【図6】従来のカラーフィルタのフィルタ配列を示す図である。
【符号の説明】
1 光学系
1a シャッタ
1b レンズ
1c アイリス
2 撮像素子
2a カラーフィルタ
3 アナログ信号処理部
4 A/D変換器
5 画像処理部
6 コントローラ
7 操作部
10 デジタルカメラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color filter for a solid-state imaging device and a color imaging device using the same, and is particularly suitable for a camera that can be used both day and night.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to improve image quality in digital cameras, mobile phones, and the like, technological innovations in image sensors have advanced. Up to now, the main focus has been on increasing the number of pixels. However, in addition to the number of pixels, efforts have been made to improve image quality.
[0003]
Generally, one color filter is attached to each image sensor. As shown in FIG. 6A, one using three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) (so-called Bayer array), as shown in FIG. 6B, cyan (Cy), Some use four complementary colors of magenta (Mg), yellow (Ye), and green (G). The primary color system has excellent color reproducibility, and the complementary color system has excellent sensitivity.
[0004]
In order to generate an image using a signal imaged by the image sensor, luminance information is required in addition to color information. When a primary color Bayer array is used as the color filter, since green has a wavelength intermediate between red and blue, the green filter transmits a little amount of red and blue light. For this reason, conventionally, luminance information has been obtained using signals picked up by green pixels. As shown in FIG. 6A, since the green pixels are present in the horizontal and vertical lines, the horizontal resolution and the vertical resolution are relatively high.
[0005]
By the way, in a color image pickup apparatus using an image pickup device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), the entire image plane is caused by light scattering or reflection by the image pickup device when light enters the optical system. In order to prevent flare, which is a phenomenon of fogging, and to improve color reproducibility, an infrared cut filter that cuts infrared components is often disposed in front of the image sensor. However, since sensitivity decreases when an infrared cut filter is used, when importance is placed on sensitivity, sensitivity is improved by capturing light in the infrared region without using an infrared cut filter.
[0006]
In addition, an imaging apparatus that can turn on / off the use of an infrared cut filter is also provided as a method for achieving both of flare prevention and improvement of color reproducibility and improvement of sensitivity. In this type of image pickup apparatus, the infrared cut filter is turned on during daytime when the illuminance is sufficient, and is used as a color camera. On the other hand, at night when the illuminance is insufficient, the infrared cut filter is turned off, and it can be used as a monochrome camera using light in the infrared region.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional technique, it is necessary to provide a mechanism for mechanically moving the filter in order to turn on / off the infrared cut filter. For this reason, there has been a problem that the reduction in size and weight of the imaging apparatus is hindered and the cost is increased. There is also a problem of reliability in the operation performance and durability of the mechanical movable part.
[0008]
The present invention has been made to solve such problems, and without providing a mechanical mechanism for turning on / off the infrared cut filter , according to changes in ambient illuminance,
It is possible to adjust the usage ratio of pixel information obtained through each of the infrared filter and the red, blue, and green filters with high accuracy so that it can be used continuously day and night with both daytime color reproducibility and nighttime sensitivity. The purpose is to.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A color filter for a solid-state imaging device according to the present invention is a color filter for a solid-state imaging device that is disposed on a light-receiving surface side of a solid-state imaging device that generates an electrical signal according to the amount of received light and transmits specific color light. The filter includes a first line in which a filter that transmits green color light among the three primary colors consisting of red, blue, and green and a filter that transmits the other color light are alternately arranged; A second line in which filters that transmit color light of the remaining one color excluding the other one color and infrared filters that transmit color light of at least the infrared region are alternately arranged;
The filter includes a mosaic filter in which the first lines and the second lines are alternately arranged.
[0010]
Preferably, an infrared cut filter for blocking infrared light is further arranged at a pixel position where the three primary color filters are arranged. Or, instead of further arranging an infrared cut filter in addition to the color filter, a color obtained by multiplying each spectral characteristic of red, green and blue with the spectral characteristic of the infrared cut filter as each spectral characteristic of red, green and blue A filter may be configured and the color filter may be arranged.
[0011]
The infrared filter is a white filter that transmits infrared light from the near-infrared region to the far-infrared region and transmits all of the visible light of the red, blue, and green, and includes the color light of the white filter. The maximum transmittance is substantially the same as the maximum transmittance of the colored light of the red filter .
[0012]
In addition, the color imaging device of the present invention interpolates the color filter for the solid-state imaging device, the individual imaging device in which the color filter for the solid-state imaging device is disposed, and the signal of each pixel imaged by the solid-state imaging device. The signal processing means for generating image data, and the above-mentioned image by pixel interpolation calculation with different utilization ratios of the information of the pixels where the three primary color filters are arranged and the information of the pixels where the infrared filters are arranged Mode control means for switching and controlling a plurality of modes for generating data, wherein the plurality of modes are switched according to the ambient illuminance detected based on the amount of light received by the solid-state imaging device, and the red and blue A first mode in which pixel interpolation calculation is performed using only pixel information that has passed through each green filter, and the infrared information is included in the pixel information that has passed through each red, blue, and green filter. And a second mode for performing pixel interpolation operation by adding pixel information of filter, and a third mode for performing only the interpolation calculation using the pixel information of the infrared filter is constituted by at least three modes consisting of. In addition, the color imaging device of the present invention includes a light emitting element for infrared illumination that irradiates a subject with infrared light, and the main wavelength of the infrared light emitted from the light emitting element and the color light transmitted through the white filter. The wavelength at which the transmittance of light reaches a peak is configured to be substantially equal.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a
[0014]
As shown in FIG. 1, the
[0015]
In the
[0016]
The digital signal obtained by the A / D converter 4 is supplied to the image processing unit 5. The image processing unit 5 performs various signal processing including color interpolation processing and color correction processing on the digital signal for each pixel. Since each pixel of the image sensor 2 can only detect the intensity of light after passing through the color filter 2a, there is only one color information per pixel at this time. The image processing unit 5 determines the color for each pixel by interpolating the signal of each pixel, and generates image data.
[0017]
There are various interpolation calculation methods, and any method can be applied in the present embodiment. For example, when determining the color of a certain pixel, it is possible to apply bilinear interpolation such as calculating the average value of the surrounding pixels. As will be described in detail later, in this embodiment, regarding this interpolation calculation, only pixel information that has been switched according to the ambient illuminance detected based on the amount of light received by the solid-state imaging device and transmitted through the red, blue, and green filters is obtained. Mode to perform pixel interpolation calculation, mode to perform pixel interpolation calculation by adding pixel information of infrared filter to pixel information transmitted through each filter of red, blue and green, and interpolation using only pixel information of infrared filter A mode for performing computations, and the mode can be switched under the control of the
[0018]
In the above configuration, the analog signal processing unit 3, the A / D converter 4, and the image processing unit 5 constitute the signal processing means of the present invention. The
[0019]
FIG. 2 is a diagram showing a filter arrangement of the color filter 2a. In a normal Bayer arrangement, as shown in FIG. 6A, RGB three primary color filters are arranged in a mosaic pattern, and one unit is formed by four RGBG pixels. In contrast, as shown in FIG. 2, the color filter 2a of the present embodiment is configured by replacing one G filter of RGBG with an infrared filter (IR filter) having sensitivity in the infrared region .
[0020]
That is, the color filter 2a of the present embodiment includes a first line in which G filters and B filters are alternately arranged when viewed in the horizontal direction, and a second line in which R filters and IR filters are alternately arranged. Each filter is configured in a mosaic pattern by alternately arranging the first lines and the second lines. When viewed in the vertical direction, the first line in which the G filter and the R filter are alternately arranged and the second line in which the B filter and the IR filter are alternately arranged are alternately arranged. Yes.
[0021]
Here, the three primary color filters may be used as they are, but preferably an infrared cut (IRC) filter for blocking infrared light is further arranged at the pixel position where the three primary color filters are arranged. To do. Alternatively, instead of arranging the color filters of the three primary colors and the infrared cut filter in an overlapping manner, a color filter having characteristics obtained by multiplying each of the RGB spectral characteristics by the spectral characteristics of the infrared cut filter is configured. They may be arranged (respective spectral characteristics of the RGB filter and spectral characteristics of the IRC filter are shown in FIG. 3).
[0022]
On the other hand, the infrared filter is preferably one in which both visible light and infrared light have spectral characteristics (for example, a white filter). In addition, it is preferable to use a filter having spectral characteristics that can obtain the maximum sensitivity near the peak wavelength of infrared illumination .
[0023]
4 and 5 are diagrams showing spectral characteristics of the three primary color filters and the infrared filter. 4 shows a case where a white filter is used as the infrared filter, and FIG. 5 shows a spectral characteristic when an infrared transmission filter is used as the infrared filter. The white filter has a spectral characteristic that transmits all the visible light of RGB and also transmits light in the infrared region. In addition, the infrared transmission filter has spectral characteristics such that RGB visible light is hardly transmitted, but only light in the infrared region is transmitted.
[0024]
When using a white filter, an ND (neutral density) filter is placed in front of the white filter to prevent the occurrence of smears because the sensitivity of infrared light is too good compared to the sensitivity of visible light. By reducing the amount of transmitted external light, the sensitivity of visible light and the sensitivity of infrared light may be approximately the same. Also, instead of arranging the white filter and the ND filter in an overlapping manner, a filter having a characteristic obtained by multiplying the spectral characteristic of the white filter by the spectral characteristic of the ND filter is configured and arranged as an IR filter. Also good.
[0025]
As described above, the image processing unit 5 in FIG. 1 performs the interpolation calculation under any mode switched by the control of the
[0026]
On the other hand, in other modes, the interpolation calculation is performed mainly using the photoelectric conversion signal of infrared light, that is, the information of the pixel in which the infrared filter is arranged. Here, “mainly used” means that the usage ratio of the pixel in which the infrared filter is arranged is larger than the usage ratio of the pixel in which the color filter is arranged. For example, the interpolation calculation is performed using only the information of the pixel in which the infrared filter is arranged. This mode is highly sensitive and suitable for night photography.
[0027]
In addition, when the pixel information of the infrared filter is not used at all in the first mode, there is only one G filter pixel for extracting luminance information in one unit of four pixels. Further, even when the pixel information of the color filter is not used at all in the other modes , there is only one IR filter pixel for extracting luminance information in one unit of four pixels. For this reason, both the horizontal and vertical resolutions are halved compared to the normal Bayer array.
[0028]
However, recent digital cameras have dramatically increased the number of pixels, and a large resolution can be secured by the number of pixels themselves. Therefore, there is not much problem even if the resolution is halved. For example, when considering a CCD with 1.3 million pixels (horizontal 1280 × vertical 1024), the effective resolution is (horizontal 640 × vertical 512), which is in VGA (Video Graphics Array) or NTSC (National Television System Committee standard) format. Sufficient resolution can be obtained for use.
[0029]
As described above in detail, according to the present embodiment, one G filter out of four pixels constituting one unit of the Bayer array is replaced with an IR filter, and the RGB filter is used for the first mode and the other IR filter is used. Sort for different modes . When the day is relatively bright, the pixel interpolation is mainly performed using the three RGB pixels in the first mode. When the night is relatively dark, the other pixel is mainly used for the IR one pixel. Interpolation is performed. Thus, by performing the interpolation process according to the photographing conditions, it is possible to achieve both daytime color reproducibility improvement and nighttime sensitivity improvement.
[0030]
Further, in the present embodiment, the filter arrangement of the color filter 2a is devised so that the infrared cut filter is applied only to the three RGB pixels and the infrared cut filter is not applied to one IR pixel. Since which pixel is mainly used in the interpolation calculation is determined by software, it is not necessary to provide a mechanical mechanism for turning on / off the infrared cut filter, and the imaging apparatus can be reduced in size. Weight reduction, cost reduction, and improvement in reliability can be achieved.
[0031]
In the above-described embodiment, the example in which only the pixel information of the color filter is used in the first mode and only the pixel information of the infrared filter is used in the other modes is not limited to this example. That is, in the first mode, if the usage ratio of the pixel information of the color filter is larger than the usage ratio of the pixel information of the infrared filter, the pixel information of the infrared filter may be used somewhat. Similarly, in other modes , if the usage ratio of the pixel information of the infrared filter is larger than the usage ratio of the pixel information of the color filter, the pixel information of the color filter may be used to some extent.
[0032]
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which switches a 1st mode and another mode by operating the operation part 7 by a user, you may make it switch automatically. For example, the ambient illuminance is detected based on the amount of light received by the image sensor 2, and the mode is automatically switched to the first mode when the illuminance is larger than a predetermined threshold, and to another mode when the illuminance is smaller than the threshold. good. Instead of the image sensor 2, a dedicated light receiving element for detecting illuminance may be provided.
[0033]
In the above embodiment, the
[0034]
In the above-described embodiment, switching between the first mode and the other mode has been described, but three or more modes may be switched. For example, the first to nth (n ≧ 3) modes are provided. In the first mode, pixel interpolation is performed using only pixel information of the color filter. In the second mode, pixel interpolation is performed by adding some pixel information of the infrared filter to the pixel information of the color filter. In the third mode, the use ratio of the pixel information of the infrared filter is gradually increased so that the pixel interpolation is performed with the use ratio of the pixel information of the infrared filter larger than that in the second mode. In the nth mode, it is possible to perform pixel interpolation using only the pixel information of the infrared filter. At this time, the first mode in this paragraph corresponds to the first mode in claim 2 of the present invention, and the second and third modes in this paragraph correspond to the second mode in claim 2 of the present invention. The nth mode in this paragraph corresponds to the third mode in claim 2 of the present invention.
[0035]
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which applies the color filter of this embodiment to a digital camera, it is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a digital video camera, a camera-equipped mobile phone, a surveillance camera, a camera-equipped PDA (Personal Digital Assistant), and the like. These terminals are suitable for applying this embodiment because there are many opportunities to shoot a dark subject at night from a bright subject in the daytime.
[0036]
The image sensor 2 described above can be applied to both a progressive method (all pixel readout method) and a frame readout method as a photoelectric conversion signal readout method.
[0037]
In addition, each of the above-described embodiments is merely an example of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. In other words, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit or main features thereof.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is not necessary to provide a mechanical mechanism for turning on / off the infrared cut filter, and it is possible to improve color reproducibility in a bright subject and improve sensitivity in a dark subject. Thus, it is possible to provide a color imaging device that can be used continuously day and night. By eliminating mechanical mechanism parts, it is possible to reduce the size and weight of the imaging device, reduce costs, and improve reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a digital camera that implements a color imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a filter arrangement of a color filter according to the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter and an infrared cut filter.
FIG. 4 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter and an infrared filter.
FIG. 5 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter and an infrared filter.
FIG. 6 is a diagram showing a filter arrangement of a conventional color filter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical system 1a
Claims (3)
上記カラーフィルタが、
赤青緑から成る3原色のうち緑の色光を透過するフィルタと他の1色の色光を透過するフィルタとを交互に配置した第1のラインと、
上記3原色のうち上記緑及び上記他の1色を除いた残り1色の色光を透過するフィルタと少なくとも赤外領域の色光を透過する赤外フィルタとを交互に配置した第2のラインとを有し、
上記第1のラインと上記第2のラインとを交互に配列したモザイク状のフィルタから成り、
上記赤外フィルタが、近赤外領域から遠赤外領域にいたる赤外光を透過すると共に上記赤青緑の色光のすべてを透過する白色フィルタであって、上記白色フィルタの色光の最大透過率が上記赤のフィルタの色光の最大透過率と略同じである、
ことを特徴とする固体撮像素子用カラーフィルタ。 A solid-state image sensor color filter that is disposed on a light-receiving surface side of a solid-state image sensor that generates an electrical signal according to the amount of received light and transmits specific color light,
The color filter is
First and line arranged and a filter which transmits filter and other 1 color lights transmitted through the green color light of the three primary colors consisting of red, blue and green alternately,
Of the three primary colors, a second line in which a filter that transmits the color light of the remaining one color excluding the green and the other one color and an infrared filter that transmits the color light of at least the infrared region are alternately arranged. Have
It consists of a mosaic filter in which the first line and the second line are alternately arranged ,
The infrared filter is a white filter that transmits infrared light from the near-infrared region to the far-infrared region and transmits all of the red, blue, and green color lights, and the maximum transmittance of the color light of the white filter Is approximately the same as the maximum transmittance of the color light of the red filter,
A color filter for a solid-state imaging device.
上記固体撮像素子用カラーフィルタが受光面側に配置されて画素信号を生成する個体撮像素子と、
上記固体撮像素子により撮像された各画素の信号を補間処理して画像データを生成する信号処理手段と、
上記3原色の色フィルタが配置された画素の情報および上記赤外フィルタが配置された画素の情報の利用比率を異ならせた画素補間演算により上記画像データを生成する複数のモードを切り替え制御するモード制御手段と、
を備えたカラー撮像装置であって、
上記複数のモードが、
上記固体撮像素子で受光した光量に基づいて検出された周囲の照度に応じて切り替えられ、
上記赤青緑の各フィルタを透過した色光の画素情報だけを用いて画素補間演算を行う第1のモードと、
上記赤青緑の各フィルタを透過した色光の画素情報に上記赤外フィルタを透過した色光の画素情報を加えて画素補間演算を行う第2のモードと、
上記赤外フィルタを透過した色光の画素情報だけを用いて補間演算を行う第3のモードと、
からなる少なくとも3つのモードによって構成されている、
ことを特徴とするカラー撮像装置。 A color filter for a solid-state imaging device according to claim 1 ;
The solid-state image sensor color filter is disposed on the light receiving surface side to generate a pixel signal ; and
Signal processing means for generating image data by interpolating signals of each pixel imaged by the solid-state imaging device;
A mode for switching and controlling a plurality of modes for generating the image data by pixel interpolation calculation with different utilization ratios of the information of the pixels in which the color filters of the three primary colors are arranged and the information of the pixels in which the infrared filters are arranged Control means;
A color imaging device comprising:
The above modes are
Switching according to the ambient illuminance detected based on the amount of light received by the solid-state imaging device,
A first mode for performing pixel interpolation using only pixel information of colored light that has passed through each of the red, blue, and green filters;
A second mode for performing pixel interpolation by adding pixel information of color light transmitted through the infrared filter to pixel information of color light transmitted through the red, blue, and green filters;
A third mode for performing an interpolation operation using only pixel information of color light transmitted through the infrared filter;
Composed of at least three modes consisting of:
A color imaging apparatus characterized by the above.
上記発光素子から照射される赤外光の主たる波長と、上記白色フィルタを透過する色光の透過率がピークとなる波長とが略等しいように構成されている、The main wavelength of the infrared light emitted from the light emitting element is configured to be approximately equal to the wavelength at which the transmittance of the color light transmitted through the white filter reaches a peak.
ことを特徴とする請求項2に記載のカラー撮像装置。The color imaging apparatus according to claim 2.
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