JP5636509B2 - カラー撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、単板式のカラー撮像装置に関する。

赤色、緑色、青色の各色のカラーフィルタを複数の画素に所定のパターンで配列した単板式のカラー撮像装置が知られている（特許文献１参照）。単板式のカラー撮像装置では、各画素の信号に演算処理を施し、各画素の足りない色情報を周辺の画素から補完してフルカラーの画像を得ることができる。

特許文献１記載のカラー撮像装置は、正方形形状の各画素を格子状に配列している。そして、各画素にはベイヤ配列で各色のカラーフィルタが設けられている。

ベイヤ配列では、図１９の左上に示すように、正方格子状に並んだ２×２の４個の画素に対し、斜め２つに緑色のカラーフィルタ２００Ｇを割り当て、残り２つに赤色のカラーフィルタ２００Ｒと青色のカラーフィルタ２００Ｂを１つずつ割り当ててカラーフィルタ配列の基準単位２０２としている。この基準単位２０２を画素位置に合わせて順次に並べることによって正方格子状の撮像面が構成され、カラー撮像装置に好適に用いられている。なお、本願の各図では、それぞれ「Ｒ」の文字で赤色、「Ｇ」の文字で緑色、「Ｂ」の文字で青色の各カラーフィルタを示している。

また、特許文献１記載のカラー撮像装置では、画素ごとにマイクロレンズが設けられ、特に赤色のカラーフィルタの上に設けられたマイクロレンズは、撮像面の中央部から周辺部に離れるほどその直径を大きくしている。これは、カラー撮像装置に併用される赤外線カットフィルタに起因する色シェーディング現象を抑えるためである。多層干渉薄膜を利用した赤外線カットフィルタは、入射角度が大きい斜め入射光に対しては透過波長帯域を短波長側にシフトさせるから、赤外カット波長が可視光域の赤色領域に入り込んで赤色信号が減少する。この現象は、入射角度が大きくなる撮像面の周辺部ほど生じやすく、結果的に撮像面の周辺部では相対的に青色が強くなって、カラー撮像装置の画質を低下させる要因となる。

そこで特許文献１記載のように、撮像面周辺部では赤色のカラーフィルタが設けられた画素についてはマイクロレンズの直径を大きくして入射光量を増やし、相対的に画素感度を高めている。こうして赤外線カットフィルタによる赤色信号の減少を防ぐことにより、各色の信号がバランスよく得られるようになり、赤外線カットフィルタに起因する色シェーディング現象を抑えることができる。特許文献１記載のカラー撮像装置では、こうして画質の向上を図っている。

特開２００９−８８２５５号公報

図１９に示すように、ベイヤ配列では、緑色のカラーフィルタ２００Ｇと赤色のカラーフィルタ２００Ｒとが交互に縦に並ぶ列２０４及び、緑色のカラーフィルタ２００Ｇと赤色のカラーフィルタ２００Ｒとが交互に横に並ぶ列２０５には、青色のカラーフィルタ２００Ｂが設けられていない。同様に、緑色のカラーフィルタ２００Ｇと青色のカラーフィルタ２００Ｂとが交互に縦に並ぶ列２０６、及び緑色のカラーフィルタ２００Ｇと青色のカラーフィルタ２００Ｂとが交互に横に並ぶ列２０７には、赤色のカラーフィルタ２００Ｒが設けられていない。

また、緑色のカラーフィルタ２００Ｇのみが斜めに並ぶ列２０８には、赤色のカラーフィルタ２００Ｒと青色のカラーフィルタ２００Ｂとが設けられておらず、赤色のカラーフィルタ２００Ｒと青色のカラーフィルタ２００Ｂとが交互に斜めに並ぶ列２０９には、緑色のカラーフィルタ２００Ｇがない。

上記のように、ベイヤ配列には、各画素の列２０４〜２０９によって存在しない色がある。このため、ベイヤ配列には、演算処理によって色を生成する際に、被写体の空間周波数の高い部分や色の境目の部分に、実際には存在しない誤った色を生成してしまう擬色が生じやすいという問題がある。この問題は、画素ごとに設けられる各色のカラーフィルタの配列パターンによるものであり、マイクロレンズの直径を調節することなどでは解決することができない。

この種の擬色の発生を抑えるには、各画素の縦横斜めの各列のそれぞれに、各色のカラーフィルタを含める必要がある。とはいえ、各色のカラーフィルタの規則性が極端に薄くなってしまうと色情報の演算処理が複雑になり、画像の生成に時間が掛かかることが懸念される。このため、カラー撮像装置では、ベイヤ配列よりも擬色の発生を抑えることができ、かつ演算処理も複雑化させることのないカラーフィルタ配列が望まれていた。

本発明の目的は、ベイヤ配列よりも擬色の発生を抑えることができ、かつ演算処理の複雑化を招くこともないカラーフィルタ配列をもつカラー撮像装置を提供することである。

本発明のカラー撮像装置は、赤色カラーフィルタ，緑色カラーフィルタ，青色カラーフィルタのいずれかが設けられた画素をＮ×Ｎ個（Ｎは「３」以上の整数）で配列した第１〜第４の４種類の画素群の複数を有している。第１の画素群に対し、第２の画素群は第１の画素群の下方に隣接し、第３の画素群は第２の画素群の右方に隣接し、第４の画素群は第３の画素群の上方に隣接して同一の撮像面上に配列される。また、第１の画素群の各色のカラーフィルタ配列に対し、第２〜第４のそれぞれの画素群の各色のカラーフィルタ配列は、第１の画素群のカラーフィルタ配列を一方向に順に９０度、１８０度、２７０度回転させたときの配列パターンである。さらに、互いに隣接した第１〜第４の画素からなる２Ｎ×２Ｎの画素領域では、カラーフィルタの色ごとのフィルタ個数の比率は、同じ２Ｎ×２Ｎの領域にベイヤ配列で各色カラーフィルタを配列したときの色ごとのフィルタ個数の比率とは異なる。そして、ベイヤ配列の場合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は、ベイヤ配列の場合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設定される。

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、この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ていることが好ましい。マイクロレンズは光入射面が部分的な凸球面を含む凸曲面状に形成される。また、マイクロレンズは光入射面側から見たときの平面形状が四隅の角部を丸めたほぼ正方形状であり、各画素の配列ピッチを超えない大きさである。フィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタがある画素のマイクロレンズは、フィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタがある画素のマイクロレンズよりも四隅の角部を丸める際の曲率半径を短くすることが好ましい。これにより、フィルタ個数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高くすることができる。

また、光入射面側から見たときのマイクロレンズの平面形状を、各画素の配列ピッチを越えない直径の円形状にすることもできる。この場合には、フィルタ個数の比率が少ない色のカラーフィルタがある画素のマイクロレンズは、フィルタ個数の比率が多い色のカラーフィルタがある画素のマイクロレンズよりもその直径を大きくしておけばよい。以上のような形状のマイクロレンズは、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ることで得ることができる。

また、光入射面側から見たときのマイクロレンズの平面形状を円形状とし、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大きくするに際しては、その直径を各画素の配列ピッチよりも大きくすることも可能である。この場合には、各画素間の境界線に沿ってそのマイクロレンズの一部を破断する形状にして対応すればよい。このようなマイクロレンズは、各マイクロレンズの形状に応じたパターンの光学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することができる。

なお、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を円形とし、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四隅の角部を丸めたほぼ正方形形状にしておくことも可能である。この場合、マイクロレンズの面積は正方形状の方が円形状よりも広くなって画素感度が高くなる。また、入射光を通過させるために遮光膜に形成した開口の面積を、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については大きくして画素感度を向上させることもできる。

Ｎ≧２Ｍであり、Ｍは「２」以上の整数）の関係が成り立つ場合、各画素群に含まれる各画素にそれぞれＭ×Ｍ個の画素からなる４つの小グループを設けることができる。第１画素群には第１Ａ〜第４Ａの小グループが設けられ、第１Ａの小グループに対し、第２Ａの小グループは第１Ａの小グループの下方に配置され、第３Ａの小グループは第２Ａの小グループの右方に配置され、第４Ａの小グループは第３Ａの小グループの上方に配置される。また、第１Ａの小グループの各色のカラーフィルタ配列に対し、第２Ａ〜第４Ａのそれぞれの小グループの各色のカラーフィルタ配列は、第１Ａの小グループのカラーフィルタ配列を一方向に順に９０度、１８０度、２７０度回転させたときの配列パターンである。第２〜第４画素群には、それぞれ、第１Ｂ〜第４Ｂ、第１Ｃ〜第４Ｃ、第１Ｄ〜第４Ｄの４つの小グループが設けられる。第１Ｂ〜第４Ｂのそれぞれの小グループの各色のカラーフィルタ配列は、それぞれ第１Ａ〜第４Ａの小グループのカラーフィルタ配列を一方向に順に９０度回転させたときの配列パターンである。第１Ｃ〜第４Ｃのそれぞれの小グループの各色のカラーフィルタ配列は、それぞれ第１Ａ〜第４Ａの小グループのカラーフィルタ配列を一方向に順に１８０度回転させたときの配列パターンである。第１Ｄ〜第４Ｄのそれぞれの小グループの各色のカラーフィルタ配列は、それぞれ第１Ａ〜第４Ａの小グループのカラーフィルタ配列を一方向に順に２７０度回転させたときの配列パターンである。

Ｎが「３」である場合、２Ｎ×２Ｎ（＝「３６」）の画素領域の中に配列される各色のカラーフィルタに関し、赤色カラーフィルタの個数を８個、緑色カラーフィルタの個数を２０個、青色カラーフィルタの個数が８個とし、赤色カラーフィルタと緑色カラーフィルタとの個数比率、及び青色カラーフィルタと緑色カラーフィルタとの個数比率をそれぞれ「２．５」にすることが好ましい。

Ｎが「５」である場合、２Ｎ×２Ｎ（＝「１００」）の画素領域の中に配列される各色のカラーフィルタに関し、赤色カラーフィルタの個数を２４個、緑色カラーフィルタの個数を５２個、青色カラーフィルタの個数を２４個とし、赤色カラーフィルタと緑色フィルタとの個数比率、及び青色フィルタと緑色フィルタの個数比率をそれぞれ「２．１７」にすることが好ましい。

本発明では、赤、緑、青の各色の各色のカラーフィルタが所定の配列で並ぶ第１の画素群と、この第１の画素群のカラーフィルタ配列を一方向に９０度回転させたカラーフィルタ配列を有し、第１の画素群の下方に隣接させた第２の画素群と、第１の画素群のカラーフィルタ配列を同方向に１８０度回転させたカラーフィルタ配列を有し、第２の画素群の右に隣接させた第３の画素群、そして第１の画素群のカラーフィルタ配列を同方向に２７０度回転させたカラーフィルタ配列を有し、第３の画素群の上方及び第１の画素群の右方に隣接させた第４の画素群で撮像面を構成する。これにより、画素群全体の縦，横，斜めの各列に各色のカラーフィルタが必ず含まれるようになり、擬色の発生を抑えることができる。また、各色のカラーフィルタの配列に周期性もあるから、演算処理の複雑化を招くこともない。

カラー撮像装置の撮像面の構成を示す説明図である。 カラーフィルタの配列を示す説明図である。 各画素群のカラーフィルタの配列の概念を示す説明図である。 画素ごとに設けられたマイクロレンズの説明図である。 角柱状又は円柱状のフォトレジストを形成した状態の説明図である。 フォトレジストを溶融してマイクロレンズを形成した状態の説明図である。 マイクロレンズの直径を変えた例を示す説明図である。 赤色画素と青色画素のマイクロレンズの直径を画素の配列ピッチよりも大きくした例を示す説明図である。 グラデーションマスクの説明図である。 図９ＡにおけるＡ−Ａ部分断面図である。 マイクロレンズを形成した状態の説明図である。 緑色画素を円形のマイクロレンズとし、赤色画素と青色画素とをほぼ正方形形状のマイクロレンズとした例を示す説明図である。 遮光膜の開口面積を変えた例を示す説明図である。 ２×２個の画素で画素群を構成する例を示す説明図である。 ４×４個の画素で画素群を構成する例を示す説明図である。 ４×４個の画素で画素群を構成し、各画素群を２×２個の画素の小グループにさらに分ける例を示す説明図である。 ５×５個の画素で画素群を構成する例を示す説明図である。 ５×５個の画素で画素群を構成し、各画素群を２×２個の画素の小グループにさらに分ける例を示す説明図である。 正方形を４５度回転させた形状に構成した画素を斜め４５度方向に並べて撮像面を構成する例を示す説明図である。 従来のベイヤ配列を示す説明図である。

［第１実施形態］
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。

各画素１１は、フォトダイオード（以下、ＰＤと称す）１２と、遮光膜１３と、マイクロレンズ１４と、カラーフィルタ１５とを有している。ＰＤ１２は、入射した光を電荷に変換して蓄積する光電変換部である。遮光膜１３はＰＤ１２の上に設けられる。遮光膜１３には開口１３ａが形成され、マイクロレンズ１４を通過した入射光はこの開口１３ａを通ってＰＤ１２に達する。遮光膜１３は、ＰＤ１２以外の部分に余計な光が入射することを防ぐ。

マイクロレンズ１４は入射面側が凸状の部分球面で、ＰＤ１２に向けて光を集光する。なお、入射面に部分的な球面の代わりに非球面を利用したものを用いてもよい。カラーフィルタ１５はＰＤ１２とマイクロレンズ１４との間に設けられ、マイクロレンズ１４が集光した光のうち特定の波長域の光を透過してＰＤ１２に入射させる。

図２に示すように、カラーフィルタ１５は、赤色の光を透過させる赤色カラーフィルタ１５Ｒと、緑色の光を透過させる緑色カラーフィルタ１５Ｇと、青色の光を透過させる青色カラーフィルタ１５Ｂとを有する。

各画素１１には、赤色カラーフィルタ１５Ｒ、緑色カラーフィルタ１５Ｇ、青色カラーフィルタ１５Ｂのいずれか１つが設けられる。各色カラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは所定のパターンで撮像面１６に配列されている。各画素１１は、この各色カラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂの配列パターンに応じて、第１の画素群２１、第２の画素群２２、第３の画素群２３、第４の画素群２４の４つのグループに分けられている。

第１の画素群２１は、３×３の９個の画素１１によって構成されている。第１の画素群２１には、各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂがベイヤ配列で並べられている。また、第１の画素群２１の中心の画素１１には、緑色カラーフィルタ１５Ｇを設けるようにしている。

第２の画素群２２は、第１の画素群２１と同様に３×３の９個の画素１１によって構成され、第１の画素群２１の下方に接するように撮像面１６に配置されている。ここで、第１の画素群２１の「下」とは、光入射面側から撮像面１６に正対して平面図として表した場合の撮像面１６の面内に沿う向きを示す。なお、図９Ｂ，図１０を除く他の図面も、この向きに対応させて表している。

図２及び図３に示すように、第２の画素群２２には、第１の画素群２１のカラーフィルタ配列を反時計回りに９０度回転させたパターンで各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂが配列されている。図３では、第２の画素群２２の各カラーフィルタ１５の配列が、第１の画素群２１の各カラーフィルタ１５の配列を回転させたものであることが分るように、フィルタ色を示す「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の各文字も同様に回転させた向きで示している。

第３の画素群２３も３×３の９個の画素１１によって構成され、第２の画素群２２の右方に接するように撮像面１６に配置されている。第３の画素群２３には、第１の画素群２１のカラーフィルタ配列を反時計回りに１８０度回転させたパターンで各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂが配列されている。

第４の画素群２４も３×３の９個の画素１１によって構成され、第３の画素群２３の上方に接するように撮像面１６に配置されている。第４の画素群２４には、第１の画素群２１のカラーフィルタ配列を反時計回りに２７０度回転させたパターンで各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂが配列されている。

このように、カラー撮像装置１０では、第１の画素群２１のベイヤ配列の各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂの並びを９０度ずつ回転させて、第２の画素群２２、第３の画素群２３、第４の画素群２４の各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを配列することにより、撮像面１６を構成している。

上記撮像面１６における各色のカラーフィルタ配列は、３×３の９画素からなる第１の画素群２１上の各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂのベイヤ配列を基準とし、このカラーフィルタ配列を右下端２５ａを中心にして反時計回りにそれぞれ９０度、１８０度、２７０度回転したときの配列パターンを第２、第３、第４の画素群２２，２３，２４のカラーフィルタ配列として用い、さらにそれぞれの回転中心が第１の画素群２１の右下端２５ａで合致するように第１〜第４の画素群２１〜２４を重畳させずに組み合わせて配列したものと言える。

また、上記撮像面１６における各色のカラーフィルタ配列は、３×３の９画素からなる第１の画素群２１上の各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂのベイヤ配列を基準とし、このカラーフィルタ配列では右辺となっている線分２５ｂを、反時計回りにそれぞれ９０度、１８０度、２７０度回転し、線分２５ｂを上辺、左辺、下辺と移動させたときの配列パターンを第２、第３、第４の画素群２２、２３、２４のカラーフィルタ配列として用い、第２の画素群２２では上辺に移動した線分２５ｂを第１の画素群２１の下辺に合わせ、第３の画素群２３では左辺に移動した線分２５ｂを第２の画素群２２の右辺に合わせ、第４の画素群２４では下辺に移動している線分２５ｂを第３の画素群２３の上辺に合わせるように組み合わせたものとも言える。

なお、各図には、第１〜第４の画素群２１〜２４をそれぞれ１つずつ組み合わせた６×６の３６個の画素１１からなる撮像面１６が示されているだけであるが、実際には、これら３６個の画素１１を基準単位とする格子状の繰り返し配列によって撮像面１６が構成され、全体の画素数としては５００万画素以上のものも少なくない。

図１９に示すように、ベイヤ配列では緑色のカラーフィルタ２００Ｇと赤色のカラーフィルタ２００Ｒとが交互に並ぶ列２０４、２０５には、青色のカラーフィルタ２００Ｂが存在しない。また、緑色のカラーフィルタ２００Ｇと青色のカラーフィルタ２００Ｂとが交互に並ぶ列２０６、２０７には、赤色のカラーフィルタ２００Ｒが存在しない。

従って、下表１に配列名「ベイヤ配列」で示すように、ベイヤ配列の縦横方向の各列２０４〜２０７では、全ての列に緑色のカラーフィルタ２００Ｇを備えた画素が含まれる反面、赤色のカラーフィルタ２００Ｒを備えた画素と青色のカラーフィルタ２００Ｂを備えた画素との両方を含む列は存在しない。従って、縦横方向の列に緑色のカラーフィルタ２００Ｇを備えた画素の割合は、１００％であり、赤色のカラーフィルタ２００Ｒを備えた画素と青色のカラーフィルタ２００Ｂを備えた画素との両方を含む列は存在せず０％である。

これに対し、図２に示すように、カラー撮像装置１０の基準単位の６×６の領域には、縦方向の６列、及び横方向の６列の全てに、緑色カラーフィルタ１５Ｇを備えた画素１１（以下、緑色画素と称す）と、赤色カラーフィルタ１５Ｒを備えた画素１１（以下、赤色画素と称す）と、青色カラーフィルタ１５Ｂを備えた画素１１（以下、青色画素と称す）とが含まれる。従って、表１に示すように、カラー撮像装置１０の縦横方向（上下左右方向）の列に関しては、緑色画素を含む列の割合も、赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合も、それぞれ１００％となる。

また、ベイヤ配列では、斜め方向では緑色のカラーフィルタ２００Ｇのみが並ぶ列２０８と、赤色のカラーフィルタ２００Ｒと青色のカラーフィルタ２００Ｂとが交互に並ぶ列２０９との二種類の配列が交互に並ぶ。このため、ベイヤ配列の斜め方向の各列では、緑色画素を含む列の割合も、赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合も、それぞれ５０％となる。

これに対しカラー撮像装置１０では、撮像面１６の斜め方向におけるカラーフィルタ配列をみると、緑色画素のみが並ぶ列２６と、赤色画素と緑色画素と青色画素とが交互に並ぶ２つの列２７、２８とが交互に並んでいる。従って、表１に示すように、カラー撮像装置１０の斜め方向の列では、緑色画素を含む列の割合が１００％、赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が６７％となる。なお、図２では、各列２６〜２８を右上がりの列で示しているが、これと対称な右下がりの各列も同様の構成である。

このように、カラー撮像装置１０のカラーフィルタ配列では、ベイヤ配列に比べて、各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂが撮像面１６上の縦横斜めの各列に高確率で含まれるようになる。これにより、カラー撮像装置１０では、ベイヤ配列の場合よりも演算処理によって各列の色情報が適切に得られ、擬色の発生を抑えることができる。また、カラー撮像装置１０では、６×６の各画素１１を基準単位とし、これを格子状に並べて撮像面１６を構成する。このため、各色の画素の並びに、基準単位に応じた周期性が保たれている演算処理の複雑化を招くこともない。

上記実施形態では、基準単位の領域内の左上部分に位置する第１の画素群２１をベイヤ配列とし、これを基準に９０度ずつ反時計回りに回転させる構成としたが、他の画素群２２〜２４をベイヤ配列とし、これを基準として反時計回りあるいは時計回りに９０度ずつ回転させる構成としてもよい。

［第２実施形態］
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。

一方、カラー撮像装置１０のカラーフィルタ配列には、６×６の基準単位の中に、８個の赤色画素と２０個の緑色画素と８個の青色画素とが含まれるから、各比率Ｇ／Ｒ、Ｇ／Ｂは、それぞれ２．５となる。また、基準単位の６×６の領域の全体にベイヤ配列で各色のカラーフィルタを並べた場合、赤色画素は９個、緑色画素は１８個、青色画素は９個になるから、ベイヤ配列の場合よりも緑色画素の数は多く、赤色画素、青色画素の数は少ない。ここで、各画素群２１〜２４の一辺の画素数は「３」であるから、基準単位の６×６の領域は、請求項記載のＮを「３」としたときの２Ｎ×２Ｎの領域である。

このように、カラー撮像装置１０では、ベイヤ配列に比べて緑色画素に対する赤色画素と青色画素との割合が小さい。このため、カラー撮像装置１０では、ベイヤ配列のときと同じホワイトバランスとする場合に、赤色画素、青色画素に対する増幅率を上げなければならない。

ところが、赤色画素、青色画素の増幅率を上げると、これにともなって色ノイズ（擬色）も増加してしまうため、カラーフィルタ配列に起因する擬色の抑制効果が損なわれる恐れがある。具体的には、下式１に示すように、Ｓ／Ｎ比として−２ｄＢ程度低下する。

そこで、図４に示すカラー撮像装置４０のように、赤色画素４１Ｒのマイクロレンズ４２Ｒと青色画素４１Ｂのマイクロレンズ４２Ｂとの平面投影面積を、緑色画素４１Ｇのマイクロレンズ４２Ｇの平面投影面積よりも大きくしてもよい。なお、カラー撮像装置４０の構成は、各マイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの形状の他は、上記実施形態のカラー撮像装置１０の構成と同一であるから、詳細な説明は省略する。

各マイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは、光入射面が凸曲面状に形成され、平面形状に関しては正方形の四隅を丸めた形状に形成されている。各マイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂのそれぞれの辺の長さＤｒ、Ｄｇ、Ｄｂは、ほぼ等しい。マイクロレンズ４２Ｒの角部の曲率半径Ｒｒｃと、マイクロレンズ４２Ｂの角部の曲率半径Ｒｂｃとは、ほぼ同一の長さである。そして、曲率半径Ｒｒｃ、Ｒｂｃは、マイクロレンズ４２Ｇの角部の曲率半径Ｒｇｃよりも短くしている。

このように、カラー撮像装置４０では、マイクロレンズ４２Ｇの角部の丸みをマイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｂよりも大きくすることによって、マイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｂの平面投影面積（平面形状に現れる面積）をマイクロレンズ４２Ｇの平面投影面積よりも大きくしている。こうすれば、マイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｂの集光効率が、マイクロレンズ４２Ｇの集光効率に比べて高くなり、赤色画素４１Ｒ、青色画素４１Ｂの感度を、緑色画素４１Ｇの感度よりも高くすることができる。そして、赤色画素４１Ｒ、青色画素４１Ｂの感度が、緑色画素４１Ｇの感度よりも高くなれば、ベイヤ配列のときと同じホワイトバランスとする場合に、赤色画素、青色画素に対する増幅率の上げ幅を抑えることができるので、色ノイズを低レベルに抑え込むことができる。

各マイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを形成する場合には、まず、図５に示すように、ＰＤ１２が形成された半導体基板４３の上に、少なくともシリコン酸化膜層を含む絶縁膜４４、遮光膜１３、平坦化膜４５を形成する。そして、平坦化膜４５の上に、図２に示すパターンで各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを形成する。絶縁膜４４は、金属で形成する場合が多い遮光膜１３と半導体基板４３との接触を防ぐとともに、半導体表面の保護や画質劣化を起こす界面準位を低減させるための透明な膜である。

平坦化膜４５は、遮光膜１３などによって生じる半導体基板４３上の凹凸を埋めて、カラーフィルタ１５を形成するための平面を構成する透明な膜である。平坦化膜４５には、例えば、透明な有機膜が用いられ、回転塗布されることにより平坦面を形成する。なお、この構造は一例であり、絶縁膜４４、遮光膜１３、平坦化膜４５の領域には、トランジスタのゲート絶縁膜、ゲート電極、金属配線、遮光膜、平坦化膜を形成する構造でもよい。

各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを形成した後、この上にフォトレジストの膜を設け、この膜に周知のフォトリソグラフ処理やエッチング処理を施し、画素ごとに区分けすることにより、各マイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの基となるフォトレジスト４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂを形成する。

赤色カラーフィルタ１５Ｒの上のフォトレジスト４６Ｒと青色カラーフィルタ１５Ｂの上のフォトレジスト４６Ｂとは、ほぼ四角柱状に形成する。一方、緑色カラーフィルタ１５Ｇの上のフォトレジスト４６Ｇは、ほぼ円柱状に形成する。これらは、リソグラフィー工程のフォトマスク上に形成されたマスクパターンの違いにより具現化する。

これらの各フォトレジスト４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂに対して熱処理を施し、図６に示すように、表面張力により表面積が小さくなる方向に形状が変化する現象を利用し、凸曲面状の形状を形成する。

これにより、曲率半径Ｒｒｃ、Ｒｂｃが、曲率半径Ｒｇｃよりも短く、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、各マイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを形成することができる。

［第３実施形態］
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には、赤色画素５１Ｒ、緑色画素５１Ｇ、青色画素５１Ｂのそれぞれにほぼ円形状に形成されたマイクロレンズ５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂが設けられている。赤色画素５１Ｒのマイクロレンズ５２Ｒと青色画素５１Ｂのマイクロレンズ５２Ｂとは、各画素の配列ピッチＤＰとほぼ同一の直径で形成されている。一方、緑色画素５１Ｇのマイクロレンズ５２Ｇは、配列ピッチＤＰよりも僅かに小さい直径で形成されている。

このように、マイクロレンズ５２Ｇの直径をマイクロレンズ５２Ｒ、５２Ｂの直径よりも小さくすれば、マイクロレンズ５２Ｒ、５２Ｂの平面投影面積がマイクロレンズ５２Ｇの平面投影面積よりも大きくなるから、カラー撮像装置４０の場合と同様の効果が得られる。なお、このように配列ピッチＤＰ以下の直径で各マイクロレンズ５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂを形成する場合には、カラー撮像装置４０の各マイクロレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂと同様に、円柱状に形成したフォトレジストを溶融させればよい。

［第４実施形態］
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５５の緑色画素５６Ｇのマイクロレンズ５７Ｇは、カラー撮像装置５０のマイクロレンズ５２Ｇと同様に、ピッチＤＰよりも僅かに小さい直径の円形状に形成されている。

マイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｂは、配列ピッチＤＰよりも大きい直径の円形状に形成され、マイクロレンズ５７Ｇの直径を小さくすることによって空いた緑色画素５６Ｇの領域に、その一部を入り込ませている。また、マイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｂは、赤色画素５６Ｒと青色画素５６Ｂとが隣接する部分では互いに接触する。このため、マイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｂはほぼ円形状ではあるが、赤色画素５６Ｒと青色画素５６Ｂとの境界に沿って一部が切断された形状に形成される。そして、マイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｂは、この切断面同士を互いに接触させるようにして配置される。

このように、マイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｂの直径を配列ピッチＤＰよりも大きくすれば、緑色画素５６Ｇの空いた領域を有効的に活用し、赤色画素５６Ｒと青色画素５６Ｂとの感度をさらに高めることができる。

マイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｂを熱処理で形成すると、フォトレジストを溶融させた際に、これらが接触した部分で一体化してしまう。このため、熱処理では、マイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｂをきれいに形成することができない。

そこで、各マイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂを形成する場合には、図９Ａに示すようなグラデーションマスク６０が用いられる。グラデーションマスク６０には、各マイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂの形状に応じて光透過量を調節することができるように、光学濃度に勾配をもたせている。

例えば、露光された部分が溶解するポジ型のフォトレジストを用いる場合には、図９Ａに示すように、マイクロレンズの中心に相当する部分の光学濃度を最も濃くして透過光量を抑え、外側に向かって徐々に濃度を薄くして透過光量を増やすようにした同心円状のパターンがレンズごとに形成される。なお、図９Ａは、グラデーションマスク６０の一部を抜き出した平面図であり、図９Ｂはグラデーションマスク６０のＡ−Ａ部分断面図（濃度勾配の中心部分を通る直線で切断した部分断面図）である。

グラデーションマスク６０を用いる場合にも、熱処理の場合と同様に、まずＰＤ１２が形成された半導体基板４３の上に、シリコン酸化膜を含む絶縁膜４４、遮光膜１３、平坦化膜４５、各色のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを形成し、その上に、フォトレジスト膜６２を形成する。この後、グラデーションマスク６０をセットして露光を行い、グラデーションマスク６０を通してフォトレジスト膜６２に露光を与える。そして、フォトレジスト膜６２から露光量が多い部分を溶融して除去することにより、図１０に示すマイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂを得ることができる。

このように、グラデーションマスク６０を用いれば、部分球面の一部を隣接する画素の境界線に沿って切断した形態に形成し、さらにその切断平面同士を接触させた形状のマイクロレンズ５７Ｒ、５７Ｂも、適切に形成することができる。

［第５実施形態］
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。

マイクロレンズ６７Ｇの直径、及びマイクロレンズ６７Ｒ、６７Ｂの辺の長さは、各画素の配列ピッチＤＰ以下で、それぞれほぼ同一の長さに形成されている。こうすれば、カラー撮像装置４０の構成例などと同様に、マイクロレンズ６７Ｒ、６７Ｂの集光効率が、マイクロレンズ６７Ｇの集光効率に比べて高くなり、赤色画素６６Ｒ、青色画素６６Ｂの感度を、緑色画素６６Ｇの感度よりも高くすることができる。

なお、図１１では、マイクロレンズ６７Ｒ、６７Ｂの辺の長さを配列ピッチＤＰよりも僅かに短くしているが、これはこれらのマイクロレンズの重なりを防ぐためのものである。ただし、グラデーションマスクを利用する製造プロセスを採用する場合には、マイクロレンズ６７Ｇの直径と同様に、配列ピッチＤＰと同じ長さでよく、さらに感度を上げる場合には、配列ピッチＤＰより大きな長さにすればよい。

［第６実施形態］
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。

このように、遮光膜７２の開口面積を変えることによって、赤色画素７１Ｒ、青色画素７１Ｂの感度を緑色画素７１Ｇの感度より高くしてもよい。マイクロレンズの形状を変化させて各色の画素の感度を調整した上記各実施形態と同様の効果が得られる。なお、マイクロレンズの形状と遮光膜の開口面積とのどちらか一方に限らず、双方を変えて各色の画素の感度を調整することも可能である。

［第７実施形態］
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。

第１の画素群８１は、１個の赤色画素８５Ｒと、２個の緑色画素８５Ｇと、１個の青色画素８５Ｂとの２×２の４個の画素からなり、これらの画素ごとに設けられた各色フィルタがベイヤ配列になっている。そして、第２の画素群８２、第３の画素群８３、第４の画素群８４は、上記第１の実施形態と同様に、第１の画素群８１のベイヤ配列の各色の画素を９０度ずつ回転させた配列に各色の画素が並んでいる。カラー撮像装置８０では、各画素群８１〜８４からなる４×４の１６個の画素が基準単位となって、この基準単位の画素が格子状に並べられることによって撮像面が構成される。

カラー撮像装置８０では、下表２に示すように、縦横方向の列では緑色画素を含む列の割合、及び赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が、それぞれ１００％となり、斜め方向の列では、緑色画素を含む列の割合、及び赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が、それぞれ７５％となる。

このように、カラー撮像装置８０でも、縦横斜めの各列のそれぞれに各色の画素８５Ｒ、８５Ｇ、８５Ｂが含まれる割合をベイヤ配列よりも高めることができる。従って、４×４の画素を基準単位とするカラー撮像装置８０の構成でも、演算処理の複雑化を招くことなく、擬色の発生を抑えることができる。

また、表２に示すように、カラー撮像装置８０の構成では、緑色画素と赤色画素との比率Ｇ／Ｒ、及び緑色画素と青色画素との比率Ｇ／Ｂが、それぞれベイヤ配列と同一である。このため、カラー撮像装置８０の構成では、上記各実施形態のように、マイクロレンズの形状や遮光膜の開口面積を変化させて各色の画素の感度を調整する必要がない。

［第８実施形態］
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。

カラー撮像装置９０では、下表３に示すように、縦横方向の列では、緑色画素を含む列の割合、及び赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が、それぞれ１００％となり、斜め方向の列では、緑色画素を含む列の割合が１００％、赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が８８％となる。従って、８×８の画素を基準単位とするカラー撮像装置９０の構成でも、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第９実施形態］
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。

第１の画素群１０１の内部は、２×２の画素からなる４つの小グループ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄにさらに分けられている。小グループ１０１ａは、第８実施形態の第１の画素群９１内で用いられている２×２個分の画素領域と同じベイヤ配列で、赤色画素１０５Ｒ、緑色画素１０５Ｇ、青色画素１０５Ｂの各色の画素が図示のように配列されている。小グループ１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄは、上記各実施形態で示した配列パターンと同様に、小グループ１０１ａを反時計回りに９０度ずつ回転させた配列で各色の画素１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂが並べられている。

第２の画素群１０２の内部も、２×２の画素からなる４つの小グループ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄにさらに分けられている。小グループ１０２ａは、上記第８の実施形態のカラー撮像装置９０の第２の画素群９２と同じ配列、すなわちベイヤ配列を反時計回りに９０度回転させた配列で、各色の画素１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂが並べられている。そして、小グループ１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、小グループ１０２ａを反時計回りに９０度ずつ回転させた配列で各色の画素１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂが並べられている。

第３の画素群１０３の内部、及び第４の画素群１０４の内部も、２×２の画素からなる４つの小グループ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄにそれぞれ分けられ、第１の画素群１０１、第２の画素群１０２と同様の手順で各色の画素１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂが並べられている。

下表４に示すように、このように構成されたカラー撮像装置１００でも、縦横方向の列では、緑色画素を含む列の割合、及び赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が、それぞれ１００％となり、斜め方向の列では、緑色画素を含む列の割合が１００％、赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が８８％となる。

このように、カラー撮像装置１００の構成でも、ベイヤ配列に比べて各色の画素１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂを、各画素の縦横斜めの各列に高確率で含めることができる。そして、カラー撮像装置１００の構成では、各色の画素１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂの配列の規則性が弱まり、擬色の発生を抑える効果をさらに高めることができる。

［第１０実施形態］
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。

カラー撮像装置１１０では、下表５に示すように、縦横方向の列では、緑色画素を含む列の割合、及び赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が、それぞれ１００％となり、斜め方向の列では、緑色画素を含む列の割合が１００％、赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が８０％となる。従って、１０×１０の画素を基準単位とするカラー撮像装置１１０の構成でも、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、表５に示すように、カラー撮像装置１１０では、赤色画素に対する緑色画素の比率Ｇ／Ｒ、及び青色画素に対する緑色画素の比率Ｇ／Ｂが、それぞれ２．１７となり、ベイヤ配列の場合よりも基準単位に含まれる緑色画素の割合が多くなる。上記第１の実施形態のカラー撮像装置１０や本実施形態のカラー撮像装置１１０のように、各画素群を構成するＮ×Ｎの画素のＮの値が、奇数である場合には、ベイヤ配列よりも緑色画素の割合が多くなる。従って、この場合には、マイクロレンズの形状や遮光膜の開口面積などを変化させて各色の画素の感度を調整することが好ましい。

［第１１実施形態］
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。

カラー撮像装置１２０は、それぞれ５×５の２５個の画素からなる第１〜第４の画素群１２１、１２２、１２３、１２４を備えている。第１の画素群１２１には、２×２の画素からなる４つの小グループ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄが設けられている。これらの各小グループ１２１ａ〜１２１ｄは、第１の画素群１２１の左上部分に寄せて配置されている。また、これらの各小グループ１２１ａ〜１２１ｄには、上述した第９実施形態の各小グループと同様の配列で、赤色画素１２５Ｒ、緑色画素１２５Ｇ、青色画素１２５Ｂの各色の画素が並べられている。第１の画素群１２１の各小グループ１２１ａ〜１２１ｄ以外の部分は、左上の小グループ１２１ａと同じベイヤ配列で、各色の画素１２５Ｒ、１２５Ｇ、１２５Ｂが並べられている。

第２の画素群１２２にも、４つの小グループ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが設けられている。第３の画素群１２３にも、４つの小グループ１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄが設けられている。そして、第４の画素群１２４にも、４つの小グループ１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄが設けられている。これらの各画素群１２２、１２３、１２４の構成は、第１の画素群１２１と同様であるから、詳細な説明は省略する。

下表６に示すように、このように構成されたカラー撮像装置１２０でも、縦横方向の列では、緑色画素を含む列の割合、及び赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が、それぞれ１００％となり、斜め方向の列では、緑色画素を含む列の割合が１００％、赤色画素と青色画素とを両方含む列の割合が８０％となる。

このように、カラー撮像装置１２０の構成でも、ベイヤ配列に比べて各色の画素１２５Ｒ、１２５Ｇ、１２５Ｂが各画素の縦横斜めの各列に高確率で含まれ、また各色の画素１２５Ｒ、１２５Ｇ、１２５Ｂの並びの規則性が適切に弱められるので、上記第９の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、上記実施形態では、各画素群１２１〜１２４に含まれる各小グループを左上に寄せているが、各小グループの位置は画素群の中の任意の位置に設定してよい。

上記各実施形態では、画素群を構成する画素数Ｎ×Ｎの「Ｎ」の値が、２、３、４、５の例を示したが、Ｎは６以上でもよい。また、上記各実施形態では、Ｎ≧２Ｍの関係が成り立つ場合として、「Ｎ＝４、Ｍ＝２」の場合（第９実施形態）、及び「Ｎ＝５、Ｍ＝２」の場合（第１１実施形態）を示したが、例えばＮを６としてＭを３にするなど、Ｎ及びＭの値は、２以上の任意の整数でよい。但し、ＮやＭの値が大きくなり過ぎると、画像形成の演算処理が複雑になってしまうため、Ｎの値は５程度にしておくことが好ましい。

上記各実施形態では、第１の画素群を反時計回りに９０度ずつ回転させる配列に各色の画素を並べて第２〜第４の画素群を構成しているが、これとは反対に、第１の画素群を時計回りに９０度ずつ回転させて第２〜第４の画素群を構成してもよい。

さらに本発明は、以上に説明してきた正方格子構造のカラー撮像装置に限らず、図１８に示す形態のカラー撮像装置１３０にも適用できる。このカラー撮像装置１３０は、ほぼ矩形状の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各色の画素１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂを形成し、これらの各色の画素１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂを斜め４５度方向に並べて配列した、いわゆるハニカム構造のカラー撮像装置を表している。

カラー撮像装置１３０は、上記第１の実施形態の６×６の基準単位の配列を時計回りに４５度回転させた配列に、各色の画素１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂを並べることにより、１辺をＤとする菱形の基準単位画素群１３２を構成している。そして、この菱形の基準単位画素群１３２を斜め４５度方向に複数並べることで、ほぼ矩形状の撮像面を構成している。なお、この撮像面の構成は、基準単位画素群１３２を√２・Ｄの配列ピッチで、水平、垂直方向に並べた画素群と、この画素群を斜め４５度方向にＤ移動させた画素群とを重ね合わせて構成したものであるということもできる。このように構成されたハニカム構造のカラー撮像装置１３０でも、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。

Claims (13)

1. 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。
   
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
    

Images