JP6426668B2 - 色エイリアシングを低減する色及び赤外線フィルタアレイパターン - Google Patents

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Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１３年７月１日出願の米国特許仮出願第６１／８４１，８１８号及び２０１３年７月１９日出願の米国特許仮出願第６１／８５６，５５８号に対する「３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）」の下での優先権を主張するものである。両仮出願は、現在現在特許出願中であり、かつ引用によってこれらの全体が本明細書に組み込まれる。
開示する実施形態は、一般的に画像センサに関し、限定ではないが特に、グローバルシャッターを有する画像センサを含む画像センサ内の色エイリアシングを低減する色及び赤外線フィルタアレイパターンに関する。
色エイリアシングは、一般的に、電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサのある一定の色フィルタアレイ（ＣＦＡ）パターンによって引き起こされる望ましくない効果である。色エイリアシングの典型的な例として、個々のピクセル上で位置合わせする黒い又はそうでなければ暗い背景上の小さい白い線は、位置合わせされた原色の各々の単一ピクセルを含む線として解釈されることになる。従って、色エイリアシングを最小にするＣＦＡパターンを設計することが望ましい。
同じ参照番号が別に定めない限り様々な図を通して同じ部分を参照する以下の図を参照して、本発明の非限定的及び非網羅的な実施形態を説明する。
米国特許第７，７８１，７１８号明細書
色フィルタアレイを含む画像センサの実施形態の概略図である。 グローバルシャッターの具備を含む画像センサピクセルの実施形態の断面図である。 グローバルシャッターの具備を含む画像センサピクセルの別の実施形態の断面図である。 図２〜図３の画像センサピクセルの作動の実施形態を示すタイミング図である。 １対の前面照明ピクセルの断面図である。 １対の背面照明ピクセルの断面図である。 色フィルタアレイ、最小反復単位、又は成分フィルタパターンの実施形態の説明に使用する専門用語を説明する図である。 色フィルタアレイ、最小反復単位、又は成分フィルタパターンの実施形態の説明に使用する専門用語を説明する図である。 色フィルタアレイ、最小反復単位、又は成分フィルタパターンの実施形態の説明に使用する専門用語を説明する図である。 色フィルタアレイ、最小反復単位、又は成分フィルタパターンの実施形態の説明に使用する専門用語を説明する図である。 色フィルタアレイ、最小反復単位、又は成分フィルタパターンの実施形態の説明に使用する専門用語を説明する図である。 色フィルタアレイ、最小反復単位、又は成分フィルタパターンの実施形態の説明に使用する専門用語を説明する図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの実施形態の図である。 図７Ａ〜図７Ｋに示す成分フィルタパターンの実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。 図７Ａ〜図７Ｋに示す成分フィルタパターンの実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。 図７Ａ〜図７Ｋに示す成分フィルタパターンの実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。 図７Ａ〜図７Ｋに示す成分フィルタパターンの実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。 図７Ａ〜図７Ｋに示す成分フィルタパターンの実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。 図７Ａ〜図７Ｋに示す成分フィルタパターンの実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。 赤外線フィルタを含み、かつ最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの他の実施形態の図である。 赤外線フィルタを含み、かつ最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの他の実施形態の図である。 赤外線フィルタを含み、かつ最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの他の実施形態の図である。 赤外線フィルタを含み、かつ最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの他の実施形態の図である。 赤外線フィルタを含み、かつ最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの他の実施形態の図である。 赤外線フィルタを含み、かつ最小反復単位を形成するのに使用することができる成分フィルタパターンの他の実施形態の図である。 図９Ａ〜図９Ｆに示す成分フィルタパターンの実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。 図９Ａ〜図９Ｆに示す成分フィルタパターンの実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。 図９Ａ〜図９Ｆに示す成分フィルタパターンの実施形態のうちの１つ又はそれよりも多くを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。 低密度赤外線成分フィルタパターンの実施形態の図である。 低密度赤外線成分フィルタパターンを使用して形成することができる最小反復単位の実施形態の図である。
色エイリアシングを低減する色及び赤外線色フィルタアレイパターンのための装置、システム、及び方法の実施形態を説明する。特定の詳細を実施形態の完全な理解を提供するために説明するが、当業者は、説明する詳細のうちの１つ又はそれよりも多くがなくとも又は他の方法、構成要素、材料などによって本発明を実施することができることを認識するであろう。一部の事例では、公知の構造、材料、又は作動は、詳細に説明又は図示しないが、それにもかかわらず本発明の範囲に包含される。
本明細書を通して「一実施形態」又は「実施形態」への参照は、実施形態と共に説明する詳細な特徴、構造、又は特性が少なくとも１つの説明する実施形態に含まれることを意味する。従って、語句「一実施形態では」又は「実施形態では」の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を意味するとは限らない。更に、説明する特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれよりも多くの実施形態においていずれかの適切な方式で組み合わせることができる。
図１は、色ピクセルアレイ１０５、ピクセルアレイに結合された読み出し回路１７０、読み出し回路に結合された機能論理１１５、及びピクセルアレイに結合された制御回路１２０を含む相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサ１００の実施形態を示している。色ピクセルアレイ１０５は、個々の画像センサ又はＸピクセル縦列及びＹピクセル横列を有するピクセル（例えば、ピクセルＰ１、Ｐ２．．．，Ｐｎ）の２次元（「２Ｄ」）アレイである。色ピクセルアレイ１０５は、図５Ａに示すような前面照明画像センサ又は図５Ｂに示すような背面照明画像センサに実施することができる。図示のように、アレイの各ピクセルは、横列（例えば、横列Ｒ１〜Ｒｙ）及び縦列（例えば、縦列Ｃ１〜Ｃｘ）に配置され、人、場所、又は物体の画像データを取得し、次に、これらを使用して人、場所、又は物体の２Ｄ画像を提供することができる。色ピクセルアレイ１０５は、色フィルタアレイの開示する実施形態と共に以下で更に説明するように、ピクセルアレイに結合された色フィルタアレイ（「ＣＦＡ」）を使用して各ピクセルに色を割り当てる。
ピクセルアレイ１０５の各ピクセルがその画像データ又は画像電荷を取得した後に、画像データは、読み出し回路１７０によって読み出されて記憶、追加処理、その他のために機能論理１１５に転送される。読み出し回路１７０は、振幅回路、アナログ／デジタル変換（「ＡＤＣ」）回路、又は他の回路を含むことができる。機能論理１１５は、画像データを記憶し及び／又は影像後効果（例えば、切り取り、回転、赤目除去、輝度調節、コントラスト調節、又はその他）を適用することによって画像データを操作することができる。機能論理１１５も使用して、一実施形態では画像データを処理し、固定パターンノイズを補正することができる（すなわち、低減するか又は除去する）。制御回路１２０をピクセルアレイ１０５に結合して、色ピクセルアレイ１０５の作動特性を制御する。例えば、制御回路１２０は、画像取得を制御するためのシャッター信号を発生させることができる。
図２〜図４は、グローバルリセット又はグローバルシャッターを含むピクセルの実施形態を示している。これらの実施形態は、米国特許第７，７８１，７１８号明細書に更に説明されており、この特許は、引用によってその全体が本明細書に組み込まれている。図示のグローバルシャッターピクセルは、本明細書に説明する色フィルタアレイのいずれかに結合されたピクセルアレイに使用することができる。
図２は、ピクセルアレイに実施された障壁インプラントを有するサンプルの「ｏｎｅ−ｓｈａｒｅｄ」ピクセル構造の断面を示している。ピクセル構造２００は、Ｐ−ｗｅｌｌ構造２０４及び２０６を形成する基板２０２を含む。フォトダイオード領域２１０は、基板２０２に埋込まれ及び／又は拡散される。フォトダイオード領域２１０は、基板２０２上に形成された水素化非晶質シリコンとすることができる。Ｎ−ｔｙｐｅ領域２１２、２１４、及び２１６は、Ｐ−ｗｅｌｌ２０４に形成される。ピン止め層２２２は、領域２１０の上に形成することができ、これは、読み出し時間迄に領域２１０に光電子を閉じ込めるのを補助する。領域２１２は、ドープＰ−ｔｙｐｅ又は低濃度ドープＮ−ｔｙｐｅとすることができる。
隔離構造２２０は、Ｐ−ｗｅｌｌ構造２０６の上に形成される。隔離構造２２０は、浅溝隔離（ＳＴＩ）又はシリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ）のような処理を使用して形成することができる。ＳＴＩ処理を使用する隔離構造２２０は、Ｐ−ｗｅｌｌ構造２０６内の空隙をエッチングし、空隙内に誘電材料（二酸化シリコン等）を堆積させることによって形成することができる。堆積された誘電材料は、ＣＭＰを使用して平坦化することができる。
ストレージゲートトランジスタは、領域２１０及び２１２の上及びこれらの間にある区域にゲート２２４を有する。ストレージゲート（ＳＧ）トランジスタは、信号ＳＧによって制御される（図６に関してより完全に説明するように）。ストレージゲートトランジスタは、捕捉電荷をストレージゲートに転送する時に、光ダイオード領域２１０からストレージゲート２２４への電子の流れを制御する。ストレージゲートトランジスタはまた、転送ゲートがオンである時に、ストレージゲート２２４から浮遊拡散２１４への電子の流れを制御する。１次電荷ストレージ領域は、ストレージゲート２２４である。
障壁インプラント２０８は、基板２０２においてストレージゲート２２４の下の領域に形成される。障壁インプラントは、Ｐ−ｔｙｐｅインプラントを使用して形成することができる。障壁インプラント２０８は、ストレージゲート２２４の下に形成されたチャネルを貫流する電荷が（ゲート２２４が活性化されている時）領域２１０の中に逆流するのを防止することによって残像を低減するのを補助する。
フォトシールド２３０を例えばストレージゲート２２４の上に設けて、光子２３２を捕捉することができる開口のエッジを定めるのを補助する。フォトシールド２３０はまた、光子２３２が積分後にピクセルのストレージ電荷に悪影響を与えるのを防止するのを補助する（ピクセルの作動は、図６を参照して以下により完全に説明される）。フォトシールド２３０構造は、ストレージゲート２２４の上に金属層又はシリサイドを堆積させることによって形成することができる。
転送ゲートトランジスタは、領域２１２及び２１４の上及びこれらの間にある領域にゲート２２６を形成することによって領域２１２及び２１４を使用して形成される。転送ゲート（ＴＧ）トランジスタは、図４に関してより完全に説明するように、信号ＴＧによって制御される。転送ゲートトランジスタは、捕捉電荷を読み出すために転送する時に、ストレージゲート２２４から浮遊拡散領域２１４への電子の流れを制御する。転送ゲートトランジスタはまた、ストレージゲート及び転送ゲートの両方をオンにする時に、浮遊拡散領域２１４から光ダイオード領域２１０への電子の流れを制御する。
グローバルリセットトランジスタは、領域２１６及び２１４の上及びこれらの間にある領域にグローバルリセットゲート２２８を形成することによって領域２１６及び領域２１４を使用して形成される。グローバルリセット（ＧＲ）トランジスタは、図４に関してより完全に説明するように、信号ＧＲによって制御される。グローバルリセットトランジスタは、ピクセルを（グローバルに）リセットしている時に、リセット電圧（ＶＲＳＴ）領域２１６から浮遊拡散（ＦＤ）領域２１４への電子の流れを制御する。ストレージゲート２２４及び転送ゲートもオンにする場合に、グローバルリセットトランジスタは、光ダイオード領域２１０をリセットする。グローバルリセットトランジスタも使用して、横列内のピクセルの読み出しの一部としてＦＤの横列リセットを実施することができる。
図３は、ピクセルアレイに実施された障壁ゲートトランジスタを有するサンプルの「ｏｎｅ−ｓｈａｒｅｄ」ピクセル構造３００の断面を示している。構造３００は、Ｐ−ｗｅｌｌ構造３０４及び３０６を形成する基板３０２を含む。光ダイオード領域３１０を基板３０２に埋込み及び／又は拡散する。Ｎ−ｔｙｐｅ領域３１２、３１４、及び３１６は、Ｐ−ｗｅｌｌ３０４に形成される。ピン止め層３２２は、領域３１０の上に形成することができ、これは、読み出し時間迄光電子を領域３１０に閉じ込めるのを補助する。
隔離構造３２０は、Ｐ−ｗｅｌｌ構造３０６の上に形成される。隔離構造３２０は、浅溝隔離（ＳＴＩ）又はシリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ）のような処理を使用して形成することができる。ＳＴＩ処理を使用する隔離構造３２０は、Ｐ−ｗｅｌｌ構造３０６内の溝をエッチングし、溝内に誘電材料（二酸化シリコン等）を堆積させることによって形成することができる。堆積された誘電材料は、ＣＭＰを使用して平坦化することができる。
障壁ゲートトランジスタは、領域３１０及び３１８の上及びこれらの間にある区域にトランジスタゲート３３４を形成することによって領域３１０及び領域３１８を使用して形成される。障壁ゲート（ＢＧ）トランジスタは、図４に関してより完全に説明するように、信号ＢＧによって制御される。障壁ゲートトランジスタは、光ダイオード領域３１０から領域３１８への電子の流れを制御する。障壁トランジスタは、ストレージゲート３２４の下に形成されたチャネルを貫流する電荷が（ゲート３２４が活性化されている時）領域３１０の中に逆流するのを防止するのを補助するストレージゲートトランジスタ（以下に説明する）と共に作動することによって残像を低減するのを補助する。
ストレージゲートトランジスタは、領域３１８及び３１２の上及びこれらの間にある区域に転送ゲート３２４を形成することによって領域３１８及び領域３１２を使用して形成される。ストレージゲート（ＳＧ）トランジスタは、図４に関してより完全に説明するように、信号ＳＧによって制御される。ストレージゲートトランジスタは、光ダイオード領域３１８から領域３１２への電子の流れを制御する。
フォトシールド３３０をストレージゲート３２４及び障壁ゲート３３４の上に設けて、光子３３２を捕捉することができる開口のエッジを定めるのを補助する。フォトシールド３３０はまた、光子３３２が積分後にピクセルのストレージ電荷に影響を与えるのを防止するのを補助する。転送ゲートトランジスタは、領域３１２及び３１４の上及びこれらの間にある領域に転送トランジスタゲート３２６を形成することによって領域３１２及び３１４を使用して形成される。転送ゲート（ＴＧ）トランジスタは、図６に関してより完全に説明するように、信号ＴＧによって制御される。転送ゲートトランジスタは、捕捉電荷を後で測定するために転送している時に、（ストレージ）領域３１２から（浮遊拡散）領域３１４への電子の流れを制御する。転送ゲートトランジスタはまた、ピクセルをグローバルリセットしている時に、浮遊拡散領域３１４から領域３１２への電子の流れを制御する。
グローバルリセットトランジスタは、領域３１６及び３１４の上及びこれらの間にある領域にグローバルリセットゲート３２８を形成することによって領域３１６及び３１４を使用して形成される。グローバルリセット（ＧＲ）トランジスタは、図４に関してより完全に説明するように、信号ＧＲによって制御される。グローバルリセットトランジスタは、ピクセルを（グローバルに）リセットしている時に、リセット電圧（ＶＲＳＴ）領域３１６から浮遊拡散（ＦＤ）領域３１４への電子の流れを制御する。
図４は、図２〜図３に示すもののようなピクセル実施形態を使用してピクセルアレイをグローバルにリセットしたサンプルの作動を示すタイミング図である。時間Ｔ０において、信号ＧＲ（グローバルリセット）、ＴＧ（転送ゲート）、ＳＧ（ソースゲート）、ＢＧ（障壁ゲート）をアサートする。一部の実施形態において、全ての横列選択線をグローバルリセット時間中に同時にアサートし、同時に全てのピクセルをリセットする。一部の実施形態において、ＳＧトランジスタ及びＴＧトランジスタは、ＧＲ信号に応答して活性化される。
図３を参照して、転送ゲート３３４、３２４、３２６、及び３２８は、全て自動的に活性化される。相応に、領域３１４（浮遊拡散）がＶＲＳＴ電圧（ゲート３２８の閾値電圧よりも小さい）に、又は光ダイオードを完全に消耗する場合はＶpinに荷電されるように、信号ＶＲＳＴ（リセット電圧）は、ゲート３２８の下に形成されたＮチャネルにわたってノード３１６から伝播する。ゲート３２６、３２４、及び３３４が活性化されている状態で、領域３１０（ピクセル光ダイオードの光ダイオード領域）は、ＶＲＳＴ電圧（介在するゲートの閾値電圧よりも小さい）に予め荷電される。光ダイオードが完全に消耗可能なピン止め光ダイオードである場合には、光ダイオードは、Ｖpin＜ＶＲＳＴ−Ｖ閾値である限りＶpinにリセットされる。従って、ピクセルアレイ内のピクセルは、開示したグローバルリセットに従って同時にリセットすることができる。
図４において、ピクセルアレイの各ピクセルは、時間Ｔ１において積分期間を受ける。積分期間中に、ピクセル光ダイオードの感光性部分（領域３１０）を入射光３３２に露出し、入射光３３２は、電子正孔対（電荷）を生成して蓄積させる。積分期間は時間Ｔ２で終了し、ここで障壁ゲート及びストレージゲートを活性化する。障壁ゲート及びサンプルゲートの活性化は、ストレージ電荷を光ダイオードからストレージゲートに転送することを可能にする。図に示すように、ストレージゲートを不活性化する前に障壁ゲートを不活性化し、蓄積された電荷がストレージゲートから光ダイオードへ逆流して戻るのを防止するのを補助する。転送ゲートは、この時点では活性化されず、転送ゲートは、浮遊拡散領域への電荷の流れを防止し、浮遊拡散領域は、実質的にその予め荷電されたレベルを維持する。ストレージゲートに転送された電荷は、ストレージゲートがオンである間そこに格納される。
時間Ｔ３において、横列選択線をアサートし、これは測定すべきピクセルアレイの横列内に全てのピクセルを準備する。時間Ｔ４において、浮遊拡散電圧（ソースフォロアによってバッファに入れられた時の）を測定する。時間Ｔ５において、転送ゲートをオンにし、電荷をストレージゲートから浮遊拡散に転送することを可能にする。電荷をストレージゲートから強制的に出すことにより、ストレージゲートを能動的にオフにして補助する。ＢＧはオフであるので、ストレージゲートの電荷を強制的に浮遊拡散に転送する。例示的に図３を使用すると、図３の信号ＴＧを活性化するのは、横列選択線ＲＳ０を活性化するからである。従って、積分（露出値）からのストレージ電荷は浮遊拡散に転送される。時間Ｔ６において、ソースフォロアによってバッファに入れられた時に浮遊拡散電圧が測定される。時間Ｔ６の終わりに、横列選択線ＲＳ０を不活性化する。従って、このようにして横列毎方式で電荷を読み出すことができる。
図５Ａは、ＣＭＯＳ画像センサの前面照明（ＦＳＩ）ピクセル５００の実施形態の断面を示し、ここではＦＳＩピクセル５００は、色フィルタアレイ５０１のような色フィルタアレイを使用し、色フィルタアレイ５０１は、本明細書に説明するＭＲＵのいずれかを使用する色フィルタアレイとすることができる。ＦＳＩピクセル５００の前面は、感光性区域５０４及び関連ピクセル回路を配置し、かつ信号を再分配するための金属スタック５０６を形成する基板の側面である。金属スタック５０６は、金属層Ｍ１及びＭ２を含み、金属層Ｍ１及びＭ２をパターン化し、ＦＳＩピクセル５００への光入射が感光性又は光ダイオード（「ＰＤ」）領域５０４に到達することができる光通路を生成する。色画像センサを実施するために、前面は、その個々の色フィルタ（個々のフィルタ５０３及び５０５は、この特定の断面で示されている）の各々が入射光をＰＤ領域５０４上に集束させるのに役に立つマイクロレンズ５０６の下に配置された色フィルタアレイ１００を含む。
図５Ｂは、ＣＭＯＳ画像センサにおける背面照明（ＢＳＩ）ピクセル５５０の実施形態の断面を示し、ここではＢＳＩピクセルは、色フィルタアレイ５０１の実施形態を使用し、色フィルタアレイ５０１は、本明細書に説明するＭＲＵのいずれかを使用する色フィルタアレイとすることができる。ピクセル５００のように、ピクセル５５０の前面は、感光性領域５０４及び関連ピクセル回路を配置し、かつ信号を再分配するために金属スタック５０６を形成する基板の側面である。背面は、前面の反対側のピクセルの側である。色画像センサを実施するために、背面は、その個々の色フィルタ（個々のフィルタ５０３及び５０５は、この特定の断面で示されている）の各々がマイクロレンズ５０６の下に配置された色フィルタアレイ５０１を含む。マイクロレンズ５０６は、入射光を感光性領域５０４上に集束させるのに役に立つ。ピクセル５５０の背面照明は、金属スタック５０６における金属相互接続線が、撮像されている物体と感光性領域５０４の間の経路を覆い隠さず、感光性領域によってより大きい信号発生をもたらすことを意味する。
図６Ａ〜図６Ｆは、色フィルタアレイ（ＣＦＡ）、最小反復単位（ＭＲＵ）、及び以下の成分パターンの説明において使用する様々な概念及び専門用語を示している。図６Ａは、ＣＦＡ６００の実施形態を示している。ＣＦＡ６００は、ＣＦＡが結合しているか又は結合することになるピクセルアレイの個々のピクセルの数に実質的に対応するいくつかの個々のフィルタを含む。各個々のフィルタは、特定の光応答を有し、ピクセルアレイの対応する個々のピクセルに光学的に結合される。その結果、各ピクセルは、１組の光応答から選択された特定の色又は光応答を有する。特定の光応答は、同時に他のスペクトルの部分に対して低い感度を有しながら電磁気スペクトルの一定の部分に対して高い感度を有する。ＣＦＡは、ピクセルの上にフィルタを配置することによって各ピクセルに個別の光応答を割り当てるので、ピクセルをその特定の光応答のピクセルと呼ぶのが一般的である。従って、ピクセルは、ピクセルにフィルタがないか又は透明（すなわち、無色）フィルタに結合される場合に「透明ピクセル」、ピクセルが青色フィルタに結合される場合に「青色ピクセル」、ピクセルが緑色フィルタに結合される場合に「緑色ピクセル」、又はピクセルが赤色フィルタに結合される場合に「赤色ピクセル」等と呼ぶことができる。
センサに使用するように選択された色光応答の組は、少なくとも３つの色を有するが、４つ又はそれよりも多くの色を含むことができる。本明細書に使用される場合に、白色又は全整色光応答は、色光応答の選択された組で表されるこれらのスペクトル感度よりも広いスペクトル感度を有する光応答を意味する。全整色の感光性は、可視スペクトルにわたって高い感度を有することができる。全整色ピクセルという用語は、全整色光応答を有するピクセルを意味する。全整色ピクセルは、一般的に、色光応答の組よりも広いスペクトル感度を有するが、各全整色ピクセルは、関連フィルタを有することができる。このようなフィルタは、減光フィルタ又は色フィルタのいずれかである。
一実施形態において、光応答の組は、赤色、緑色、青色、及び透明又は全整色（すなわち、中性又は無色）とすることができる。他の実施形態において、ＣＦＡ６００は、列挙したものに加えて又はその代わりに他の光応答を含むことができる。例えば、その他の実施形態は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）フィルタ、透明（すなわち、無色）フィルタ、赤外線フィルタ、紫外線フィルタ、Ｘ線フィルタなどを含むことができる。他の実施形態はまた、ＭＲＵ６０２に示すよりも多数又は少数のピクセルを含むＭＲＵを有するフィルタアレイを含むことができる。
ＣＦＡ６００の個々のフィルタは、ＭＲＵ６０２のような最小反復単位（ＭＲＵ）にグループ分けされ、ＭＲＵは、矢印によって示すように垂直及び水平にタイル張りされてＧＦＡ６００を形成する。最小反復単位は、その他の反復単位により少ない個々のフィルタがないような反復単位である。定められた色フィルタアレイは、いくつかの異なる反復単位を含むことができるが、反復単位は、より少ない個々のフィルタを含むアレイに別の反復単位がある場合に最小反復単位ではない。
図６Ｂは、ＭＲＵ６０２の実施形態を示している。ＭＲＵ６０２は、横列及び縦列にグループ分けされた個々のフィルタのアレイである。ＭＲＵ６０２は、ｉが１からＭ及びｊが１からＮに及ぶように、縦列を指標ｉで測定し、横列を指標ｊで測定したＭ縦列及びＮ横列を含む。例示的な実施形態において、ＭＲＵ６０２は正方形であり、Ｎ＝Ｍを意味するが、その他の実施形態において、Ｎは、Ｍに等しい必要はない。
ＭＲＵ６０２は、Ｉ−ＩＶに番号付されて右上から始まって反時計回りに配置された第１から第４の四分円を有する４つの四分円に分けることができ、四分円Ｉは上部右に、四分円ＩＩは上部左に、四分円ＩＩＩは下部左に、四分円ＩＶは下部右にある。以下に説明するように、ＭＲＵ６０２のようなＭＲＵを形成する１つの方法は、異なる四分円のＭＲＵ６０２よりも小さい複数の成分パターンを配置することである。ＭＲＵ６０２はまた、直交して実質的にＭＲＵを二等分する１組の軸線１及び２を含み、軸線１は、ＭＲＵ６０２を上部と下部の半分に分けるが、軸線２は、ＭＲＵを左と右の半分に分ける。他の実施形態において、軸線の他の組が可能であり、軸線は、互いに直交している必要はなく、例えば、その他の実施形態において、ＭＲＵの対角線は、ＭＲＵの軸線を形成することができる。
図６Ｃは、ＭＲＵの一部の態様、特にこれらの対称、非対称、又は逆対称を説明するために本発明の開示に使用する専門用語を示している。図は、軸線の左側及び右側に赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）フィルタ位置を示している。左側のフィルタは下付き文字１（Ｒ１、Ｂ１等）を有するが、右側のフィルタは下付き文字２（Ｒ２、Ｂ２等）を有する。
横列６０４は、左側及び右側が軸線の回りで互いに鏡像であるように軸線の回りで物理的に及び連続的に対称である。横列６０４は、軸線に対する各色の位置が同じであるので物理的に対称であり、Ｒ１及びＲ２は軸線から同じ距離（ｘＲ１＝ｘＲ２）であり、Ｂ１及びＢ２は軸線から同じ距離（ｘＢ１＝ｘＢ２）である等々である。かつ横列はまた、色シーケンスが軸線に関して対称であるので連続的に対称であり、軸線から右に移動すると色シーケンスはＲＢＧであり、軸線から左に移動すると色シーケンスは同じくＲＢＧである。
横列６０６は、軸線の回りで物理的に対称ではないが、実質的に対称である一定の実施形態を示している。横列６０６は、軸線に対する各色の位置が同じではないので物理的に対称ではなく（すなわち、横列６０６は物理的に非対称である）、Ｒ１及びＲ２は、軸線から異なる距離（ｘＲ１≠ｘＲ２）であり、青色ピクセルＢ１及びＢ２は、軸線から異なる距離（ｘＢ１≠ｘＢ２）である等々である。しかし、例示的な実施形態は、物理的に対称ではないが、色シーケンスが軸線に関して対称であるので、例示的な実施形態は、それにもかかわらず連続的に対称であり、軸線から右に移動すると色シーケンスはＲＢＧであり、同様に軸線から左に移動すると色シーケンスは同じくＲＢＧである。
横列６０８は、物理的に及び連続的に非対称である一定の実施形態を示し、すなわち、軸線の回りで連続的に対称でもなければ物理的に対称でもない。横列６０８は、軸線に対する各色の位置が同じではないので物理的に対称ではなく、Ｒ１及びＲ２は、軸線から異なる距離（ｘＲ１≠ｘＲ２）であり、青色ピクセルＢ１及びＢ２は、異なる距離（ｘＢ１≠ｘＢ２）である等々である。同様に横列は、色シーケンスが軸線に関して対称ではないので連続的に非対称であり、軸線から左に移動すると色シーケンスはＲＢＧであるが、軸線から右に移動すると色シーケンスはＢＲＧである。
横列６１０は、物理的に非対称であり、かつ連続的に逆対称である一定の実施形態を示している。横列６０８は、軸線に対する各色の位置が同じでないので物理的に対称ではなく、Ｒ１及びＲ２は、軸線から異なる距離（ｘＲ１≠ｘＲ２）であり、青色ピクセルＢ１及びＢ２は、異なる距離（ｘＢ１≠ｘＢ２）等々である。同様に横列は、軸線の一方側の色シーケンスが軸線の他方側の色シーケンスの正反対であるので連続的に逆対称であり、軸線から左に移動すると色シーケンスはＲＢＧであるが、軸線から右に移動すると色シーケンスはＧＢＲである。
図６Ｄは、８ｘ８ＭＲＵにまとめることができる開示した４ｘ４成分パターンを説明するために以下に使用する専門用語を示すが、専門用語はまた、異なる寸法の成分パターンを説明するのにも使用することができ、ＭＲＵ自体又は全体として色フィルタアレイ（ＣＦＡ）を説明するのにも使用することができる。メジャー対角線は上部左から下部右に延びるが、マイナー対角線は上部右から下部左に延びる。上部左から下部右に延びる４つのピクセルの長い対角線は、メジャー長い対角線として公知である。メジャー長い対角線の上では、上部左から下部右に延びる２つのピクセル対角線は、上側メジャー短い対角線として公知である。メジャー長い対角線よりも小さいと、上部左から下部右に延びる２つのピクセル対角線は、下側メジャー短い対角線として公知である。マイナー対角線に使用する専門用語は、図に示すものと同様であろう。本発明の開示は、メジャー対角線のみを説明するが、これは例示の目的に過ぎない。マイナー対角線を伴う実施形態は、代替実施形態であるので、これらは以下に説明しないが、これらは本発明の開示の一部として考えるべきである。
図６Ｅ〜図６Ｆは、チェッカー盤フィルタパターンの実施形態を示している。チェッカー盤パターンは、ＭＲＵを形成するアレイ又は成分パターンを形成するアレイの交互フィルタが同じ光応答、例えば、第１光応答を有するフィルタを有する１つである。チェッカー盤を形成するのに使用する第１光応答はまた、チェッカー盤光応答と呼ぶことができる。チェッカー盤光応答は、次に、ＭＲＵの個々のフィルタの実質的に半分を占める。例示的な実施形態において、チェッカー盤光応答は、白色又は全整色であるが、その他の実施形態において、チェッカー盤光応答は、緑色等の異なる可能性がある。以下に説明するように、チェッカー盤の一部でないものであるパターンの残りのスポットは、第１又はチェッカー盤光応答とは異なるものである第２、第３、及び第４光応答のフィルタで満たすことができる。
図６Ｅは、奇数の横列（ｊ奇数）の偶数の縦列（ｉ偶数）上にチェッカー盤光応答を有するフィルタを配置し、偶数の横列（ｊ偶数）の奇数の縦列（ｉ奇数）上にチェッカー盤光応答を有するフィルタを配置することによって形成されたチェッカー盤実施形態を示している。図６Ｆは、奇数の横列（ｊ奇数）の奇数の縦列（ｉ奇数）上にチェッカー盤光応答を有するフィルタを配置し、偶数の横列（ｊ偶数）の偶数の縦列（ｉ偶数）上にチェッカー盤光応答を有するフィルタを配置することによって形成されたチェッカー盤実施形態を示している。
基本ＲＧＢＷ成分パターン
図７Ａ〜図７Ｋは、図６Ｂに示す四分円の中に配置された４つの成分パターンの組を使用することによってＭＲＵを形成するようにまとめることができる成分パターンの実施形態を示している。図７Ａ〜図７Ｃは、成分パターンＩと呼ばれる第１の成分パターン及びその変形のいくつかを示し、図７Ｄ〜図７Ｋは、成分パターンＩＩと呼ばれる第２の成分パターン及びその変形のいくつかを示している。図７Ａ〜図７Ｋに示す成分パターンは、４つの組にまとめて８ｘ８ＭＲＵを形成することができる４ｘ４パターンであるが、その他の実施形態において、成分パターンは、４ｘ４とは異なるサイズのものとすることができる。これらの他の成分パターンの実施形態の４つの組から形成されたＭＲＵは、８ｘ８とは異なるサイズを有することができる。
一般的には、図７Ａ〜図７Ｋに示す成分パターンは、チェッカー盤に使用する第１光応答、並びに非チェッカー盤フィルタに使用する第２、第３、及び第４光応答を含む１組の４つの光応答を使用する。例示的な実施形態において、第１又はチェッカー盤光応答は、全整色又は白色（Ｗ）であり、第２、第３、及び第４光応答は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の中から選択される。他の実施形態は、勿論、光応答の異なる組を使用することができる。例えば、その他の実施形態は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）フィルタ、透明（すなわち、無色）フィルタ、赤外線フィルタ、紫外線フィルタ、Ｘ線フィルタなどを含むことができる。
例示的な実施形態において、非チェッカー盤フィルタ、すなわち、第２、第３、及び第４光応答のフィルタの数は、できるだけほぼ等しくなるようにされる。正確な均等性は、非チェッカー盤フィルタの数を割り当てるべき光応答の数で均等に割り切れる実施形態で達成することができるが、単に近似的な均等性は、非チェッカー盤フィルタの数を割り当てるべき光応答の数で均等に割り切れない実施形態で達成することができる。他の実施形態において、第２、第３、及び第４光応答の各々のフィルタは、非チェッカー盤フィルタの０％〜１００％、並びにあらゆる個々の数又はこれらの間の部分的範囲で変化させることができる。
図７Ａ〜図７Ｃは、成分パターンＩ及びその変形のいくつかを示している。図７Ａは、成分パターンＩを示し、成分パターンＩは、そのフィルタアレイのために対角線方向の色エイリアシングを受ける可能性がある。成分パターンＩを単独に使用してより大きいＭＲＵを構成する場合に、同じ対角色エイリアシング問題が存続することになる。これらの成分パターンのいくつかの変形は、色エイリアシングを低減するのを補助することができる。
図７Ｂは、成分パターンＩの変形である成分パターンＩ−１を示している。成分パターンＩとは対照的に、２つの主要な修正があり、緑色（Ｇ）ピクセルは、ここではメジャー長い対角線に移動し、青色（Ｂ）ピクセルカプレットＢＢ及び赤色（Ｒ）ピクセルカプレットＲＲは、メジャー短い対角線に移動する。より具体的には、ＢＢカプレットは、ここでは上側メジャー短い対角線を占め、ＲＲカプレットは、ここでは下側メジャー短い対角線を占める。これらの修正の代替手段は、メジャー長い対角線の一部分のみを占めるＧピクセルを有するＢＢ及びＲＲカプレットのような対角線の反転を含むことができる。
図７Ｃは、成分パターンＩの別の変形である成分パターンＩ−２を示している。このパターンは、カプレットＢＢがここでは下側メジャー短い対角線を占め、カプレットＲＲがここでは上側メジャー短い対角線を占めることを除いて成分パターンＩ−１に類似している。代替手段は、上述したように類似している。
図７Ｄ〜図７Ｋは、成分パターンＩＩ及びその変形のいくつかを示している。図７Ｄは成分パターンＩＩを示し、成分パターンＩＩは、成分パターンＩのように、対角線方向の色エイリアシングを受ける可能性がある。成分パターンＩＩを単独に使用してより大きいＭＲＵを構成する場合に、同じ対角線色エイリアシング問題が存続することになる。これらの成分パターンのいくつかの変形は、色エイリアシングを低減するのを補助することができる。
図７Ｅは、成分パターンＩＩの変形である成分パターンＩＩ―１を示している。成分パターンＩＩとは対照的に、２つの主要な修正があり、Ｇピクセルは移動してメジャー長い対角線全体を占め、ＢＲ（又はこれに代えてＲＢ）カプレットはメジャー短い対角線に移動する。これらの修正の代替手段は、第１の実施形態に関連した開示に説明したものに類似している。
図７Ｆは、成分パターンＩＩの別の変形である成分パターンＩＩ−２を示している。このパターンは、カプレットＲＢをカプレットＢＲの代わりに使用することを除いて成分パターンＩＩ−１に類似している。代替手段は、上述したように類似している。
半無作為化によるＲＧＢＷ成分パターン
色エイリアシングの低減を改善するために、上に開示した基本ＲＧＢＷ成分パターンは、より複雑な規則によって更に修正することができる。上に開示したＲＧＢＷ成分パターンにおけるように、第１光応答（図示の実施形態ではＷ）は、依然としてチェッカー盤パターンを形成するが、第２、第３、及び第４光応答（これらの実施形態ではＲ、Ｇ、及びＢ）を有するフィルタは、得られるＭＲＵパターンが、より無作為に現れるが依然として一定の規則に従うように、より無作為に割り当てられる。従って、以下に示す実施形態に対して開示する修正処理は、半無作為化と呼ばれる。例示していない他の実施形態において、第２、第３、及び第４光応答は、完全に無作為に割り当てることができる。非チェッカー盤光応答フィルタ、すなわち、第２、第３、及び第４光応答を有するフィルタのアレイにおける無作為化の増大は、色エイリアシングを低減するためには望ましい。
図７Ｇは、成分パターンＩＩの変形である成分パターンＩＩ−３を示している。この成分パターンのメジャー長い対角線は、成分パターンＩＩ及び成分パターンＩＩ−１又はＩＩ−２の混合である。メジャー長い対角線に沿って、交互ＢＲの代わりに又は全てＧであると、左上はＢであり、右下はＲであるが、２つの中間ピクセルはＧである。上側及び下側メジャー短い対角線は、成分パターンＩＩ−２と同じである。代替手段は、上述したように類似している。
図７Ｈは、成分パターンＩＩの別の変形である成分パターンＩＩ−４を示している。このパターンは、カプレットＲＢがここではメジャー長い対角線の２つの中間ピクセルを占めることを除いて成分パターンＩＩ−２に類似している。代替手段は、上述したように類似している。
図７Ｉは、成分パターンＩＩの別の変形である成分パターンＩＩ−５を示している。いくつかの修正をここで行う。第１に、メジャー長い対角線に沿った色の順番は、ＢＲからＲＢに逆にする。第２に、上側メジャー短い対角線は、ここではカプレットＧＧの代わりにカプレットＢＧを含む。第３に、下側メジャー短い対角線は、ここではカプレットＧＧの代わりにカプレットＧＲを含む。代替手段は、上述したように類似している。
図７Ｊは、成分パターンＩＩの別の変形である成分パターンＩＩ−６を示している。成分パターンＩＩ−６は、上側メジャー短い対角線がここではカプレットＧＧの代わりにカプレットＧＲを含み、下側メジャー短い対角線がここではカプレットＧＧの代わりにカプレットＢＧを含むことを除いて成分パターンＩＩ−５に類似している。代替手段は、上述したように類似している。
図７Ｋは、成分パターンＩＩの別の変形である成分パターンＩＩ−７を示している。このパターンは、色パターンがここではＲＢＲＢの代わりにＲＢＢＢであるようにメジャー長い対角線のＲフィルタがＢフィルタで置換されることを除いて成分パターンＩＩ−６に類似している。成分パターンＩＩ−３〜ＩＩ−７は、半無作為化処理の例に過ぎない。図面に示していないより多くの例があるが、依然として本発明の開示の一部である。
第１のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
図８Ａは、成分パターンＩ及びＩ−１を使用する赤色−緑色−青色−白色（ＲＧＢＷ）ＭＲＵの実施形態を示している。成分パターンＩ−１は、第１及び第３の四分円を占め、成分パターンＩは、第２及び第４の四分円を占める。得られるＭＲＵは、軸線Ａ２の回りで連続的に対称であるが軸線Ａ１の回りで連続的に非対称である非チェッカー盤光応答（第２、第３、及び第４光応答）を有する。
本発明の一部の実施形態の代替手段がある。第１に、成分パターンタイプへの四分円割り当ては、変更することができる。例えば、成分Ｉは、第２及び第４の四分円、又は第１及び第２の四分円などを占めることができるのに対して、成分パターンＩ−１は、残りの四分円を占める。第２に、成分パターンの数も変更することができる。例えば、３つの成分パターンＩ及び１つの成分パターンＩ−１が存在することができ、又は逆も同様である。成分パターンＩ−１のような１つの成分パターンのみが存在することができる。四分円割り当て及び成分パターンの様々な組合せは、多くの代替実施形態を生成することができ、代替実施形態は、本明細書では詳細に全てを示すか又は列挙しているとは限らず、それにもかかわらず本発明の開示の一部である。
第２のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
図８Ｂは、成分パターンＩＩ及びＩＩ−１を使用するＲＧＢＷ ＭＲＵの第２の実施形態を示している。成分パターンＩＩ−１は、第１及び第３の四分円を占め、成分パターンＩＩは、第２及び第４の四分円を占める。得られるＭＲＵは、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の両方の回りで連続的に対称である非チェッカー盤光応答を有する（第２、第３、及び第４光応答）。ＭＲＵのこの第２の実施形態の代替手段は、第１の実施形態に関連付けられた開示において上述したものに類似している。
第３のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
図８Ｃは、成分パターンＩＩ及びＩＩ−２を使用するＲＧＢＷ ＭＲＵの第３の実施形態を示している。２つの成分パターンＩＩ及び２つの成分パターンＩＩ−２を使用して最終ＭＲＵを構成する。成分パターンＩＩ−２は、第１及び第３の四分円を占め、成分パターンＩＩは、第２及び第４の四分円を占める。得られるＭＲＵは、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の両方の回りで連続的に非対称である非チェッカー盤光応答（第２、第３、及び第４光応答）を有する。この第３のＭＲＵ実施形態の代替手段は、上述したものに類似している。
第４のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
図８Ｄは、成分パターンＩ及びＩ−２を使用するＲＧＢＷ ＭＲＵの第４の実施形態を示している。２つの成分パターンＩ及び２つの成分パターンＩ−２を使用して、成分パターンＩ−２は、第１及び第３の四分円を占め、成分パターンＩは、第２及び第４の四分円を占める。得られるＭＲＵは、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の両方の回りで連続的に非対称である非チェッカー盤光応答（第２、第３、及び第４光応答）を有する。この第４のＭＲＵ実施形態の代替手段は、上述したものに類似している。
第５のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
図８Ｅは、半無作為化から生じる成分パターン、具体的には成分パターンＩＩ−３及びＩＩ−７を使用するＲＧＢＷ ＭＲＵの第５の実施形態を示している。成分パターンＩＩ−７は、第１及び第３の四分円を占め、成分パターンＩＩ−３は、第２及び第４の四分円を占める。得られるＭＲＵは、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の両方の回りで連続的に非対称である非チェッカー盤光応答（第２、第３、及び第４光応答）を有する。この第５のＭＲＵ実施形態の代替手段は、上述したものに類似している。
第６のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
図８Ｆは、半無作為化から生じる成分パターン、具体的には成分パターンＩＩ−３、ＩＩ−４、ＩＩ−５、及びＩＩ−６を使用するＲＧＢＷ ＭＲＵの第５の実施形態を示している。成分パターンＩＩ−５は、第１の四分円を占め、成分パターンＩＩ−３は、第２の四分円を占め、成分パターンＩＩ−６は、第３の四分円を占め、成分パターンＩＩ−４は、第４の四分円を占める。得られるＭＲＵは、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の両方の回りで連続的に対称である非チェッカー盤光応答（第２、第３、及び第４光応答）を有する。この第５のＭＲＵ実施形態の代替手段は、上述したものに類似している。
ＲＧＢ−ＩＲ成分パターン
ＣＣＤ又はＣＭＯＳ画像センサの赤外線（ＩＲ）応答を改善しながら色エイリアシングの低減を改善するために、図７Ｇ〜図７Ｋにおいて開示したＲＧＢＷ成分パターンは、ＩＲフィルタを含むように更に修正することができる。得られるＲＧＢ−ＩＲパターンは、無作為であると思われるが、依然として一定の規則に従う。赤色（Ｒ）フィルタは、赤色及び赤外線光の両方がそのそれぞれの感光性領域（例えば、光ダイオード）を通過することを可能にし、緑色（Ｇ）フィルタは、緑色及び赤外線光の両方が通過することを可能にし、青色（Ｂ）フィルタは、青色及び赤外線光の両方が通過することを可能にすることに注意されたい。一部の実施形態において、赤外線（ＩＲ）ピクセルは、単に赤外線光が通過することを可能にするＲＧＢフィルタ材料の組合せで覆われる。
説明するＲＧＢ−ＩＲ成分パターンにおいて、第１の（チェッカー盤）光応答は、白色の代わりに緑色であり、第２、第３、及び第４光応答は、赤色、青色、及び赤外線の中から選択される。他の実施形態は、勿論、異なる組の光応答を使用することができる。例えば、その他の実施形態は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）フィルタ、透明（すなわち、無色）フィルタ、赤外線フィルタ、紫外線フィルタ、Ｘ線フィルタなどを含むことができる。
図９Ａ〜図９Ｆは、図６Ｂに示す四分円の中に配置された４つの組を使用することによってＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵを形成するようにまとめることができる赤色−緑色−青色−赤外線（ＲＧＢ−ＩＲ）の実施形態を示している。図９Ａは、成分パターンＩの変形である成分パターンＩ−３を示している。成分パターンＩとは対照的に、成分Ｉ−３は、２つの主要な修正を有し、成分パターンＩの緑色（Ｇ）ピクセルは、赤外線（ＩＲ）ピクセルで置換されており、白色（Ｗ）（透明又は全整色とも呼ばれる）ピクセルは、緑色（Ｇ）ピクセルで置換される。ＩＲ−ＩＲカプレットは、上側メジャー短い対角線及び下側メジャー短い対角線の両方を占めるが、メジャー長い対角線は、上側左コーナにＢＢカプレット及び下側右コーナにＲＲカプレットを含む。
図９Ａの成分パターンＩ−３は、８Ｘ８又はそれよりも大きいＭＲＵを構成するのに使用することができる以上に、成分パターンの唯一の例である。上述の成分パターンのいずれも、同様に修正することができる。すなわち、ＲＧＢＷ成分パターンＩ、Ｉ−１、Ｉ−２、ＩＩ、ＩＩ−１、ＩＩ−２、ＩＩ−３、ＩＩ−４、ＩＩ−５、ＩＩ−６、ＩＩ−７、及びこられの代替手段のいずれも、最初に緑色（Ｇ）ピクセルを赤外線（ＩＲ）ピクセルで置換、次に、白色（Ｗ）ピクセルを緑色（Ｇ）ピクセルで置換することによって修正することができる。言い換えると、ＲＧＢＷ成分パターンＩ、Ｉ−１、Ｉ−２、ＩＩ、ＩＩ−１、ＩＩ−２、ＩＩ−３、ＩＩ−４、ＩＩ−５、ＩＩ−６、ＩＩ−７、及びこられの代替手段は、第１の（チェッカー盤）光応答が、白色の代わりに緑色であり、かつ第２、第３、及び第４光応答が、赤色、青色、及び赤外線の中から選択されるように修正することができる。以下は、このような修正を実施するいくつかの例示的な成分パターン及び得られるＭＲＵである。
図９Ｂは、成分パターンＩの別の変形である成分パターンＩ−４を示している。このパターンは、カプレットＲＲがここではメジャー長い対角線の上側左コーナを占め、カプレットＢＢがここでは下側右コーナを占めることを除いて成分パターンＩ−３に類似している。
図９Ｃは、成分パターンＩの別の変形である成分パターンＩ−５を示している。成分パターンＩ−５は、ＩＲピクセルがメジャー長い対角線に移動し、ＲＲカプレットがここでは上側メジャー短い対角線を占め、ＢＢカプレットがここでは下側メジャー短い対角線を占めることを除いて成分パターンＩ−３に類似している。
図９Ｄは、カプレットＢＢが上側メジャー短い対角線を占め、カプレットＲＲが下側メジャー短い対角線を占めることを除いて成分パターンＩ−５に類似している成分パターンＩ−６を示している。
図９Ｅは、成分パターンＩＩの別の修正である成分パターンＩ−８を示している。成分パターンＩＩとは対照的に、２つの主要な修正があり、成分パターンＩＩの緑色（Ｇ）ピクセルは、赤外線（ＩＲ）ピクセルで置換されており、白色（Ｗ）ピクセルは、緑色（Ｇ）ピクセルで置換される。より具体的には、ＩＲ−ＩＲカプレットは、上側メジャー短い対角線及び下側メジャー短い対角線の両方を占めるが、メジャー長い対角線は、上側左コーナにＢＲカプレット及び下側右コーナにＢＲカプレットを含む。
図９Ｆは、成分パターンＩＩの別の変形である成分パターンＩＩ−９を示している。このパターンは、ＩＲピクセルがメジャー長い対角線に移動し、ＢＲカプレットがここでは上側メジャー短い対角線を占め、別のＢＲカプレットがここでは下側メジャー短い対角線を占めることを除いて成分パターンＩＩ−８に類似している。
第１のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
図１０Ａは、半無作為化から生じる成分パターンを含めることを意味する成分パターンＩ−３〜Ｉ−６を使用する赤色−緑色−青色−赤外線（ＲＧＢ−ＩＲ）ＭＲＵの第１の実施形態を示している。成分パターンＩ−５は第１の四分円、成分パターンＩ−３は第２の四分円、成分パターンＩ−６は第３の四分円、成分パターンＩ−４は第４の四分円を占める。得られるＭＲＵは、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の両方の回りで連続的に非対称である非チェッカー盤光応答（第２、第３、及び第４光応答）を有する。四分円割り当て及び成分パターン数の様々な組合せは、多くの代替実施形態を生成することができ、これらは、本明細書に詳細に列挙することなく依然として本発明の開示の一部である。
明らかなように、図１０Ａに示す第１のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵ実施形態は、図８Ｄに示す第４のＲＧＢＷ実施形態の修正バージョンである。すなわち、第１のＲＧＢ−ＩＲ実施形態は、第４のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態を取り、緑色（Ｇ）ピクセルを赤外線（ＩＲ）ピクセルで置換し、白色（Ｗ）ピクセルを緑色（Ｇ）ピクセルで置換することによって形成することができる。
第２のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
図１０Ｂは、半無作為化から生じる成分パターンを含めることを意味する成分パターンＩＩ−８及びＩＩ−９を使用する第２のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵ実施形態を示している。成分パターンＩＩ−９は第１及び第３の四分円を占めるが、成分パターンＩＩ−８は第２及び第４の四分円を占める。得られるＭＲＵは、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の両方の回りで連続的に非対称である非チェッカー盤光応答（第２、第３、及び第４光応答）を有する。四分円割り当て及び成分パターン数の様々な組合せは、多くの代替実施形態を生成することができ、これらは、本明細書に詳細に列挙することなく依然として本発明の開示の一部と考えられる。
明らかなように、第２のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵ実施形態は、図８Ｂに示す第２のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態の修正バージョンである。すなわち、第２のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵ実施形態は、第２のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態を取り、緑色（Ｇ）ピクセルを赤外線（ＩＲ）ピクセルで置換し、白色（Ｗ）ピクセルを緑色（Ｇ）ピクセルで置換することによって形成することができる。上述のＲＧＢＷ ＭＲＵ実施形態のいずれも、ＩＲピクセルを含むように同様に修正することができる。
第３のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
図１０Ｃは、半無作為化から生じる成分パターンを含めることを意味する成分パターンＩＩ−８及びＩＩ−９を使用する赤外線ＭＲＵの第３のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵ実施形態を示している。成分パターンＩＩ−９は第１及び第３の四分円に位置決めされるが、成分パターンＩＩ−８は第２及び第４の四分円に位置決めされる。得られるＭＲＵは、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の両方の回りで連続的に対称である非チェッカー盤光応答（第２、第３、及び第４光応答）を有する。
一部の実施形態において、成分パターン及び得られるＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵは、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）、及び赤外線（ＩＲ）ピクセルの比率を決める構成の第１の規則に従って構成することができる。一実施形態において、構成の第１の規則は、成分パターンが、約５０％緑色フィルタ、１２．５％青色フィルタ、１２．５％赤色フィルタ、及び２５％赤外線フィルタを含むように指示することができる。このフィルタ比率は、３次元（３Ｄ）撮像のようなある一定の用途において有益とすることができる。
上に示すように、成分パターンＩ−３〜Ｉ−６、ＩＩ−８、及びＩＩ−９の各々と、得られる第１及び第２のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵの各々とは、この規則に従う。すなわち、成分パターンＩ−３〜Ｉ−６、ＩＩ−８、及びＩＩ−９の各々は、５０％緑色フィルタ、１２．５％青色フィルタ、１２．５％赤色フィルタ、及び２５％赤外線フィルタを有する。同様に、第１及び第２のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵの両方も、５０％緑色ピクセル、１２．５％青色ピクセル、１２．５％赤色ピクセル、及び２５％赤外線ピクセルを含む。しかし、一部の実施形態において、成分パターン自体は、得られるＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵが従うという条件の下で、構成の第１の規則に従う必要はない。すなわち、成分パターンの更に別の無作為化は、得られる色及びＩＲフィルタアレイパターンが依然として構成の第１の規則に従う限り実施することができる。
第４のＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵ実施形態及び代替手段
一部の実施形態において、成分パターン及び得られるＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵは、より低密度の赤外線（ＩＲ）ピクセルを含む構成の第２の規則に従って構成することができる。一実施形態において、構成の第２の規則は、パターンが、約５０％緑色ピクセル、１８．７５％青色ピクセル、１８．７５％赤色ピクセル、及び１２．５％赤外線ピクセルを含むように決めることができる。構成の第２の規則が与えるような比率は、暗視撮像のようなある一定の用途において有益とすることができる。
図１１Ａ〜図１１Ｂは、低密度ＩＲ成分パターンの実施形態及びＭＲＵの対応する実施形態を示している。図１１Ａは、低密度ＩＲ成分パターンを示している。図１１Ｂは、全ての４つの四分円に位置決めされた図１１Ａの低密度ＩＲ成分パターンを使用するＲＧＢ−ＩＲ ＭＲＵの第４の実施形態を示している。得られるＭＲＵは、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の両方の回りで連続的に逆対称である非チェッカー盤光応答（第２、第３、及び第４光応答）を有する。
要約に説明するものを含む本発明の例示的な実施形態の上記説明は、網羅的であること又は本発明を開示された正確な形態に限定するように考えられているものではない。本発明の特定の実施形態及び実施例は、例示的な目的のために本明細書に説明したが、様々な同等な修正が、当業者が認識するように本発明の範囲で可能である。上記詳細説明に照らして本発明に対してこれらの修正を行うことができる。
以下の特許請求の範囲に使用する用語は、本発明を明細書及び特許請求の範囲に開示される特定の実施形態に限定すると解釈すべきではない。そうではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲の解釈の確立された教義に従って解釈されるものとする特許請求の範囲によって完全に判断されるものとする。
１０５ 色ピクセルアレイ
１００ 相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサ
１１５ 機能論理
１２０ 制御回路
１７０ 読み出し回路

Claims (11)

  1. 色エイリアシングを低減するための色フィルタアレイであって、
    複数のタイル張りされた最小反復単位、
    を含み、
    各最小反復単位が、ＭｘＮ組の個々のフィルタを含み、
    前記組内の各個々のフィルタが、４つの異なる光応答の中から選択された光応答を有し、
    各最小反復単位が、
    可視光応答である第１光応答のフィルタのチェッカー盤パターンと、
    前記チェッカー盤パターンの間に分配された第２、第３、及び第４光応答のフィルタであって、該第２、第３、及び第４光応答の少なくとも一つが非可視光応答である、フィルタと、
    を含み、
    M=N=4であり、前記最小反復単位は、
    Figure 0006426668
    であって、
    前記P1が前記第１光応答、前記P2が前記第２光応答、前記P3が前記第３光応答及び前記P4が前記第４光応答であり、前記P2は、前記P1の波長より短い波長のスペクトルの部分に高い感度を有する光応答であって、前記P3及びP4は、前記P1の波長より長い波長のスペクトルの部分に高い感度を有する光応答である、色フィルタアレイ。
  2. 前記第２及び第３光応答の個々のフィルタの数が等しい、請求項１に記載の色フィルタアレイ。
  3. 前記最小反復単位は、
    ５０％の前記第１光応答のピクセルと、
    １２．５％の前記第４光応答のピクセルと、
    ３７．５％の前記第２及び３光応答の組み合わせのピクセルと、
    を含む、請求項１に記載の色フィルタアレイ。
  4. 前記第１光応答は、緑色（Ｇ）であり、前記第２光応答は、青色（Ｂ）であり、
    前記第３光応答は、赤色（Ｒ）であり、前記第４光応答は、赤外線（ＩＲ）である、請求項１に記載の色フィルタアレイ。
  5. 前記最小反復単位は、
    ５０％緑色（Ｇ）ピクセル、
    １８．７５％青色（Ｂ）ピクセル、
    １８．７５％赤色（Ｒ）ピクセル、及び
    １２．５％赤外線（ＩＲ）ピクセル、
    を含む、請求項４に記載の色フィルタアレイ。
  6. 複数の個々のピクセルを含む、色エイリアシングを低減するためのピクセルアレイと、 前記ピクセルアレイの上に位置決めされ、かつこれに光学的に結合され、複数のタイル張りの最小反復単位を含む色フィルタアレイであって、各最小反復単位が、ＭｘＮ組の個々のフィルタを含み、該組内の各個々のフィルタが、４つの異なる光応答の中から選択された光応答を有し、各最小反復単位が、
    可視光応答である第１光応答のフィルタのチェッカー盤パターンと、
    前記チェッカー盤パターンの間に分配された第２、第３、及び第４光応答のフィルタであって、該第２、第３、及び第４光応答の少なくとも一つが非可視光応答である、フィルタと、
    前記ピクセルアレイ内の前記個々のピクセルからの信号を読み出すために該ピクセルアレイに結合された回路及び論理と、
    を含み、
    M=N=4であり、前記最小反復単位は、
    Figure 0006426668
    であって、
    前記P1が前記第１光応答、前記P2が前記第２光応答、前記P3が前記第３光応答及び前記P4が前記第４光応答であり、前記P2は、前記P1の波長より短い波長のスペクトルの部分に高い感度を有する光応答であって、前記P3及びP4は、前記P1の波長より長い波長のスペクトルの部分に高い感度を有する光応答である、画像センサ。
  7. 前記回路及び論理は、前記ピクセルアレイ上でグローバルリセットを実行することができるグローバルシャッターを含む、請求項６に記載の画像センサ。
  8. 前記第２及び第３光応答の個々のフィルタの数が等しい、請求項６に記載の画像センサ。
  9. 前記最小反復単位は、
    ５０％の前記第１光応答のピクセルと、
    １２．５％の前記第４光応答のピクセルと、
    ３７．５％の前記第２及び３光応答の組み合わせのピクセルと、
    を含む、請求項６に記載の画像センサ。
  10. 前記第１光応答は、緑色（Ｇ）であり、前記第２光応答は、青色（Ｂ）であり、
    前記第３光応答は、赤色（Ｒ）であり、前記第４光応答は、赤外線（ＩＲ）である、請求項６に記載の画像センサ。
  11. 前記最小反復単位は、
    ５０％緑色（Ｇ）ピクセル、
    １８．７５％青色（Ｂ）ピクセル、
    １８．７５％赤色（Ｒ）ピクセル、及び
    １２．５％赤外線（ＩＲ）ピクセル、
    を含む、請求項１０に記載の画像センサ。
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