JP5636509B2 - カラー撮像装置 - Google Patents
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Description
図1において、カラー撮像装置10は、実線で示すようにほぼ正方形に区画して形成された複数の画素11を備えている。各画素11は格子状に並べて配置され、被写体を撮像するほぼ矩形状の撮像面16を構成する。カラー撮像装置10は、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなど、いわゆる正方格子配列に各画素11が並べられた周知の構造を備えている。また、カラー撮像装置10は、有機膜によって構成されるものでもよい。
表1に示すように、ベイヤ配列では、2×2の基準単位の中に、1個の赤色画素と2個の緑色画素と1個の青色画素とが含まれるから、赤色画素(R)に対する緑色画素(G)の比率G/R、及び青色画素(B)に対する緑色画素(G)の比率G/Bは、それぞれ2.0である。
カラー撮像装置40では、各マイクロレンズ42R、42G、42Bをほぼ正方形状に形成し、これらの曲率半径Rrc、Rbc、Rgcを変えることによって、マイクロレンズ42R、42Bの平面投影面積が、マイクロレンズ42Gの平面投影面積よりも大きくなるようにしたが、図7に示すカラー撮像装置50のように、平面形状がほぼ円形に形成されたマイクロレンズの直径を変えて平面投影面積を変化させてもよい。
カラー撮像装置50では、各マイクロレンズ52R、52G、52Bの直径を画素の配列ピッチDP以下としたが、図8に示すカラー撮像装置55のように、赤色画素56Rのマイクロレンズ57Rと青色画素56Bのマイクロレンズ57Bとの直径を配列ピッチDPよりも大きくしてもよい。
カラー撮像装置40では、光入射面が凸曲面状であり、平面形状がほぼ正方形であるマイクロレンズを各色の画素ごとに形成し、カラー撮像装置50、55では、平面形状をほぼ円形にしたマイクロレンズを各色の画素ごとに形成したが、図11のカラー撮像装置65に示すように、マイクロレンズの形状を色ごとに変えることもできる。図11に示すマイクロレンズ67G,67R,67Bは、いずれも光入射面が凸状の部分球面となっている。一方、平面形状においては、緑色画素66Gのマイクロレンズ67Gはほぼ円形状、赤色画素66Rのマイクロレンズ67Rと青色画素66Bのマイクロレンズ67Bは、ほぼ正方形に形成されている。
図12に示すカラー撮像装置70では、赤色画素71Rの遮光膜72(図中ハッチングで示す部分)の開口72Rの面積と、青色画素71Bの遮光膜72の開口72Bの面積とを、緑色画素71Gの遮光膜72の開口72Gの面積よりも大きく形成している。
上記各実施形態では、3×3の9個の画素によって各画素群を構成しているが、図13に示すカラー撮像装置80は、2×2の4個の画素によって各画素群が構成されている。カラー撮像装置80は上記各実施形態と同様に、第1の画素群81と、第2の画素群82と、第3の画素群83と、第4の画素群84とを有する。
図14に示すカラー撮像装置90のように、4×4の16個の画素によって各画素群91、92、93、94のそれぞれを構成してもよい。各画素群91、92、93、94に含まれる赤色画素95R、緑色画素95G、青色画素95Bの各色の画素の構成、及び配列方法は、上記各実施形態と同様であるから、詳細な説明は省略する。
図15に示すカラー撮像装置100では、上記第8の実施形態の4×4の画素からなる各画素群91、92、93、94の内部を、2×2の画素の並びでさらに回転させたパターンで各色の画素(カラーフィルタ)が配列されている。カラー撮像装置100は、それぞれ4×4の16個の画素からなる第1〜第4の画素群101、102、103、104を備えている。
図16に示すカラー撮像装置110では、5×5の25個の画素によって各画素群111、112、113、114のそれぞれが構成されている。各画素群111、112、113、114に含まれる赤色画素115R、緑色画素115G、青色画素115Bの各色の画素の構成、及び配列方法は、上記各実施形態と同様であるから、詳細な説明は省略する。
さらに、図17に示すカラー撮像装置120のように、上記第10の実施形態の5×5の画素からなる各画素群111、112、113、114の内部に2×2画素分の小グループを設定し、この小グループ単位で回転させた配列パターンで各色の画素(カラーフィルタ)を配列してもよい。
Claims (13)
- 赤色の光を透過する赤色カラーフィルタと、緑色の光を透過する緑色カラーフィルタと、青色の光を透過する青色カラーフィルタとの各色のカラーフィルタのいずれかが設けられた画素を複数配列した撮像面を有するカラー撮像装置において、
前記画素はN×N個(Nは「3」以上の整数)の画素ごとに区分され、これらの画素ごとに設けられた前記各色のカラーフィルタが所定の配列で並べられた複数の第1の画素群と、
前記各第1の画素群の下方に隣接して前記撮像面に配置され、前記第1の画素群のカラーフィルタ配列を一方向に90度回転させた配列で並べられた複数の第2の画素群と、
前記各第2の画素群の右方に隣接して前記撮像面に配置され、前記第1の画素群のカラーフィルタ配列を前記一方向に180度回転させた配列で並べられた複数の第3の画素群と、
前記各第3の画素群の上方に隣接して前記撮像面に配置され、前記第1の画素群のカラーフィルタ配列を前記一方向に270度回転させた配列で並べられた複数の第4の画素群とを有し、
互いに隣接した前記第1〜第4の画素群からなる2N×2Nの画素群のカラーフィルタの色ごとのフィルタ個数の比率が、2N×2Nの画素群のベイヤ配列のカラーフィルタの色ごとのフィルタ個数の比率と異なり、ベイヤ配列よりもフィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタが設けられた画素の感度を、ベイヤ配列よりもフィルタ個数の比率が多い色のカラーフィルタが設けられた画素の感度よりも高くしたこと、
を特徴とするカラー撮像装置。
- 前記各画素は、入射した光を電荷に変換して蓄積する光電変換部と、光入射面側が凸曲面状に形成され前記光電変換部に向けて光を集光するマイクロレンズとを備える請求の範囲第1項に記載のカラー撮像装置。
- 前記マイクロレンズは、平面形状が角部を丸めたほぼ正方形状であり、かつ前記各画素の配列ピッチを超えない大きさを有し、
前記フィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタが設けられた画素のマイクロレンズの角部の曲率半径を、前記フィルタ個数の比率が多い色のカラーフィルタが設けられた画素のマイクロレンズの角部の曲率半径よりも短くした請求の範囲第2項に記載のカラー撮像装置。 - 前記マイクロレンズは、平面形状が前記画素の配列ピッチを超えない直径のほぼ円形状に形成され、前記フィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタが設けられた画素のマイクロレンズの直径を、前記フィルタ個数の比率が多い色のカラーフィルタが設けられた画素のマイクロレンズの直径より大きくした請求の範囲第2項に記載のカラー撮像装置。
- 前記マイクロレンズは、角柱状又は円柱状に形成されたフォトレジストを熱処理で溶融させて形成したものである請求の範囲第3項又は第4項に記載のカラー撮像装置。
- 前記フィルタ個数の比率が多い色のカラーフィルタが設けられた画素のマイクロレンズは、平面形状が前記各画素の配列ピッチよりも小さい直径のほぼ円形状に形成され、
前記フィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタが設けられた画素のマイクロレンズは、平面形状が前記画素の配列ピッチよりも大きい直径のほぼ円形状を、前記各画素同士の境界に沿って一部を切断した形状である請求の範囲第2項に記載のカラー撮像装置。 - 前記各マイクロレンズは、前記各マイクロレンズの形状に応じたパターンの光学濃度の濃度勾配が設けられたグラデーションマスクを用いて形成したものである請求の範囲第6項に記載のカラー撮像装置。
- 前記フィルタ個数の比率が多い色のカラーフィルタが設けられた画素のマイクロレンズは、平面形状がほぼ円形状に形成され、
前記フィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタが設けられた画素のマイクロレンズは、平面形状が角部を丸めたほぼ正方形状であるとともに、この正方形状の面積を前記ほぼ円形状の面積よりも大きくした請求の範囲第2項に記載のカラー撮像装置。 - 前記フィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタが設けられた画素の遮光膜の開口の面積を、フィルタ個数の比率が多い色のカラーフィルタが設けられた画素の遮光膜の開口の面積よりも大きくした請求の範囲第1項に記載のカラー撮像装置。
- 赤色の光を透過する赤色カラーフィルタと、緑色の光を透過する緑色カラーフィルタと、青色の光を透過する青色カラーフィルタとの各色のカラーフィルタのいずれかが設けられた画素を複数配列した撮像面を有するカラー撮像装置において、
前記画素はN×N個(N≧2Mであり、Mは「2」以上の整数)の画素ごとに画素群として区分され、これらの画素ごとに設けられた前記各色のカラーフィルタが並べられた複数の第1の画素群であり、それぞれM×M個の画素からなる第1A〜第4Aの小グループを含み、前記第1Aの小グループには前記各色のカラーフィルタが所定の配列で並べられており、前記第1Aの小グループの下方に配置された前記第2Aの小グループには前記第1Aの小グループのカラーフィルタ配列を一方向に90度回転させた配列で並べられており、前記第2Aの小グループの右方に配置された前記第3Aの小グループには前記第1Aの小グループの前記カラーフィルタ配列を前記一方向に180度回転させた配列で並べられており、前記第3Aの小グループの上方に配置された前記第4Aの小グループには前記第1Aの小グループの前記カラーフィルタ配列を前記一方向に270度回転させた配列で並べられている複数の第1の画素群と、
前記各第1の画素群の下方に隣接して前記撮像面に配置され、それぞれM×M個の画素からなる第1B〜第4Bの小グループを含み、前記第1B〜第4Bの小グループでは、それぞれ前記第1A〜第4Aの小グループの各カラーフィルタ配列を前記一方向に90度回転させた配列で並べられている複数の第2の画素群と、
前記各第2の画素群の右方に隣接して前記撮像面に配置され、それぞれM×M個の画素からなる第1C〜第4Cの小グループを含み、前記第1C〜第4Cの小グループでは、それぞれ前記第1A〜第4Aの小グループの各カラーフィルタ配列を前記一方向に180度回転させた配列で並べられている複数の第3の画素群と、
前記各第3の画素群の上方に隣接して前記撮像面に配置され、それぞれM×M個の画素からなる第1D〜第4Dの小グループを含み、前記第1D〜第4Dの小グループでは、それぞれ前記第1A〜第4Aの小グループの各カラーフィルタ配列を前記一方向に270度回転させた配列で並べられている複数の第4の画素群と有し、
互いに隣接した前記第1〜第4の画素群からなる2N×2Nの画素群のカラーフィルタの色ごとのフィルタ個数の比率が、2N×2Nの画素群のベイヤ配列のカラーフィルタの色ごとのフィルタ個数の比率と異なり、ベイヤ配列よりもフィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタが設けられた画素の感度を、ベイヤ配列よりもフィルタ個数の比率が多い色のカラーフィルタが設けられた画素の感度よりも高くしたこと、
を特徴とするカラー撮像装置。 - 前記撮像面は、ほぼ矩形状に形成され、
前記各画素は、前記撮像面の水平方向及び垂直方向に対して正方形を約45度回転させた菱形状に形成され、斜め45度方向に並ぶように配列されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のカラー撮像装置。 - 前記Nは「3」であり、
2N×2Nの画素領域の中の画素ごとに設けられた各色のカラーフィルタが、前記赤色カラーフィルタを8個、前記緑色カラーフィルタを20個、前記青色カラーフィルタを8個の割合で含み、
前記赤色カラーフィルタの個数と前記緑色カラーフィルタの個数との比率、及び前記青色カラーフィルタの個数と前記緑色カラーフィルタの個数との比率が「2.5」である請求の範囲第1項又は第2項に記載のカラー撮像装置。 - 前記Nは「5」であり、
2N×2Nの画素領域の中の画素ごとに設けられた各色のカラーフィルタが、前記赤色カラーフィルタを24個、前記緑色カラーフィルタを52個、前記青色カラーフィルタを24個の割合で含み、
前記赤色カラーフィルタの個数に対する前記緑色カラーフィルタの個数との比率、及び前記青色カラーフィルタの個数と前記緑色カラーフィルタの個数との比率が「2.17」である請求の範囲第1項又は第2項に記載のカラー撮像装置。
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