JP6473350B2 - カラー撮像素子 - Google Patents
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Description
また、近年、明暗の差が大きい条件の下でも良好な撮像が行える撮像素子の実現が強く望まれるようになってきた。この実現のためには、撮像素子のダイナミックレンジを大きくする必要がある。ダイナミックレンジとは、飽和時と暗時における光信号と雑音信号の比、または飽和時の光量と暗時雑音相当の光量の比として定義される。ダイナミックレンジを大きくするためには、カラー撮像素子を高感度化することが重要な課題である。
しかしながら、これらの課題をすべて解決することは困難である。また、きわめて高性能のカラー撮像素子を必要とすることから、開発に多額の費用と時間を必要とする。このため、上述の課題を解決したカラー撮像素子を安価に提供することが困難であった。
特許文献1に記載の9マスカラーブロックは、原色の緑フィルタを4角マスと中心マスを除く4マスに各々に配置し、原色の赤フィルタと青フィルタを中心マスを除く4角マスの任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルタ、イエローフィルタ、マゼンタフィルタを配置しているものと、原色の緑フィルタを4角マスに各々に配置し、原色の赤フィルタと青フィルタを中心マスと4角マスを除く任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルタ、イエローフィルタ、マゼンタフィルタを配置しているものと、の2種類が存在する。
カラーフィルタは、染料系(染色、染料分散、染料印刷によって着色されたフィルタ)や顔料系(顔料分散、電着、顔料印刷、転写、蒸着によって着色されたフィルタ)、多層干渉膜方式によるものを採用することができる。染料や顔料等によって緑色の光を主に透過させるものを緑色カラーフィルタという。同様に赤色の光を主に透過させるものを赤色カラーフィルタ、青色の光を主に透過させるものを青色カラーフィルタ、青色の光を吸収し、赤色と緑色の光を透過させるものをイエローカラーフィルタ、赤色の光を吸収し、青色と緑色の光を透過させるものをシアンカラーフィルタ、緑色の光を吸収し、赤色と青色の光を透過させるものをマゼンタカラーフィルタという。
カラーフィルターの形状は、長方形または正方形であり、9枚のカラーフィルターは同じ形状、同じサイズである。
その際に、3×3セル群の中央のセルには緑色カラーフィルタは配置しない。そして、縦方向及び横方向に隣り合うセルには互いに違う色のカラーフィルタを配置する。そして、1画素カラーフィルタブロックには4枚のカラーフィルタを配置する。このため、1画素カラーフィルタブロックは、3×3セル群のうち四隅のセルに緑色カラーフィルタを配置した1画素カラーフィルタブロックと、3×3セル群のうち四隅及び中央のセル以外のセルに緑色カラーフィルタを配置した1画素カラーフィルタブロックの2種類の1画素カラーフィルタブロックが存在する。そのうち、3×3セル群の四隅のセルに緑色カラーフィルタを配置した1画素カラーフィルタブロックでは、その中央のセルにはシアンカラーフィルタ、イエローカラーフィルタまたはマゼンタカラーフィルタを配置している。その一方、3×3セル群のうち四隅のセルに緑色以外の色からなるカラーフィルタを配置した1画素カラーフィルタブロックの中央のセルには赤色カラーフィルタ又は青色カラーフィルタを配置している。
この2種類の1画素カラーフィルタブロックを2行2列の配列に互い違いに配置することで2×2画素群が構成される。
赤色成分とは、透過する主な色の成分に赤を含むものをいい、赤色成分のカラーフィルタとは、具体的には赤色カラーフィルタ、イエローカラーフィルタ、マゼンタカラーフィルタの3つのカラーフィルタのことである。青色成分とは、透過する主な色の成分に青を含むものをいい、青色成分のカラーフィルタとは、具体的には青色カラーフィルタ、シアンカラーフィルタ、マゼンタカラーフィルタの3つのカラーフィルタのことである。緑色成分とは、透過する主な色の成分に緑を含むものをいい、緑色成分のカラーフィルタとは、具体的には緑色カラーフィルタ、シアンカラーフィルタ、イエローカラーフィルタである。
このため、6×6セル群の各行及び各列において、赤、イエロー、マゼンタのうち少なくとも1色(赤色成分)のカラーフィルタと、青、シアン、マゼンタのうちの少なくとも1色(青色成分)のカラーフィルタと、緑、シアン、イエローのうちの少なくとも1色(緑色成分)のカラーフィルタと、を配置している。
すなわち、本発明の構成により、カラー撮像素子のさらなる色モワレの発生の低減及び高解像度化、高感度化を達成することが可能となる。
このようにすることで、同じ色の配置のカラーフィルタブロックを複数枚準備すればよく、低コストで、カラー撮像素子のさらなる色モワレの発生の低減及び高解像度化、高感度化を達成することが可能となる。
このカラー撮像素子は、縦3セル、横3セルの9つのセルからなる3×3セル群で構成されている。この3×3セル群の各セルにカラーフィルタを配置した1画素カラーフィルタブロックを1画素とする。1画素カラーフィルタブロックの各セルには、3原色である赤、緑、青のカラーフィルタ、補色のイエロー、シアン、マゼンタのカラーフィルタのうちのいずれか1つが配置される。このカラー撮像素子は、この1画素カラーフィルタブロックを2行2列の配列にそれぞれ配置した2×2画素群、すなわち縦6セル、横6セルの6×6セル群を正方配列パターンとする。そして、このカラー撮像素子は、正方配列パターンを縦方向及び横方向に繰り返し配置されている。すなわち、このカラー撮像素子に係るカラーフィルタの色の配列は、赤、緑、青、イエロー、シアン、マゼンタの6色が所定の周期性をもって配列されている。このようにすることで、カラー撮像素子から読み出される色情報信号の同時化(補間)処理などを行う際に、繰り返しパターンに従って処理を行うことができる。
カラーフィルタの色の配列を決定するに際し、以下の特徴を備えておかなければならない。
[特徴(1)]
4枚の緑色カラーフィルタ、1枚の赤色カラーフィルタ、1枚の青色カラーフィルタ、1枚のイエローカラーフィルタ、1枚のシアンカラーフィルタ、1枚のマゼンタカラーフィルタの9枚のカラーフィルタを1枚ずつ3×3セル群の各セルに配置する。
このように、輝度信号を得るために最も寄与する緑色のカラーフィルタの数を他の色のカラーフィルタの数より多くすることにより、同時化処理時におけるエリアシングを抑制することができるとともに、高周波再現性もよくすることができる。
[特徴(2)]
6×6セル群の縦方向及び横方向に接するセルには互いに異なる色のカラーフィルタが配置されている。縦方向または横方向に接するセル同士が同じ色である場合、当該部分の発光強度が他の部分より大きいため、色モワレの原因となる。6×6セル群の縦方向及び横方向に接するセルには互いに異なる色のカラーフィルタが配置されることで、特定の色の発光強度が他の色の場合に比べて大きくなることがなく、色モワレを抑制することができる。
[特徴(3)]
6×6セル群の各行において赤色成分、青色成分及び緑色成分を含み、かつ、この6×6セル群の各列において赤色成分、青色成分及び緑色成分を含むようにカラーフィルタを配置する。6×6セル群の各行、各列のうち、赤色成分、青色成分及び緑色成分を含まない場合、当該成分の発光を必要とする場合に発光することができなくなる。その結果、ドット抜けが発生し、カラー撮像素子の低解像度化を招く。6×6セル群のすべての行、すべての列において赤色成分、青色成分及び緑色成分を含むようにカラーフィルタを配置することで、ドット抜けを防止し、カラー撮像素子の高解像度化に寄与することができる。
[特徴(4)]
3×3セル群のうちの四隅のセルに緑色カラーフィルタを配置した1画素カラーフィルタブロック(前述の「第2の1画素カラーフィルタブロック」)の中央のセルには、シアンカラーフィルタ、イエローカラーフィルタまたはマゼンタカラーフィルタを配置する。
[特徴(5)]
3×3セル群のうち四隅のセルに緑色以外の色からなるカラーフィルタを配置した1画素カラーフィルタブロック(前述の「第1の1画素カラーフィルタブロック」)の中央のセルには、赤色カラーフィルタ又は青色カラーフィルタを配置する。
そして、特徴(4)を備えることで、6×6セル群のすべての行及びすべての列において緑色成分を検出することができると同時に、赤色成分または青色成分も検出することが可能となる。このため、特徴(5)において、特徴(1)、特徴(2)、特徴(4)のみでは検出できない成分に係る色、すなわち赤色又は青色のカラーフィルタを第1の1画素カラーフィルタブロックの中央のセルに配置する。
図1に、第1の実施形態に係るカラー撮像素子における6×6セル群の基本配列パターンのカラーフィルタの色の配列を示す。
第1の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目のセルには第1列目から順に赤、緑、シアンのカラーフィルタを配置し、第2列目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルには青色カラーフィルタを配置し、第3行目のセルには第1列目から順にイエロー、緑、マゼンタのカラーフィルタを配置している。この第2の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち第1行第1列目および第2行第2列目にそれぞれ同じ色の配列となるように配置する。
第2の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルには赤色カラーフィルタを配置し、第2行目のセルには第1列目から順に青、イエロー、シアンのカラーフィルタを配置し、第3行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルにはマゼンタカラーフィルタを配置している。この第2の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち、第1行第2列目および第2行第2列目にそれぞれ同じ色の配列となるように配置する。
図2に、第2の実施形態に係るカラー撮像素子における6×6セル群の基本配列パターンのカラーフィルタの色の配列を示す。
第1の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目のセルには第1列目から順に赤、緑、シアンのカラーフィルタを配置し、第2列目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルには青色カラーフィルタを配置し、第3行目のセルには第1列目から順にマゼンタ、緑、イエローのカラーフィルタを配置している。この第1の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち第1行第1列目および第2行第2列目にそれぞれ同じ色の配列となるように配置する。
第2の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルには赤色カラーフィルタを配置し、第2行目のセルには第1列目から順に青、イエロー、マゼンタのカラーフィルタを配置し、第3行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルにはシアンカラーフィルタを配置している。この第2の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち、第1行第2列目および第2行第2列目にそれぞれ同じ色の配列となるように配置する。
図3に、第3の実施形態に係るカラー撮像素子における6×6セル群の基本配列パターンのカラーフィルタの色の配列を示す。
第1の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目のセルには第1列目から順にマゼンタ、緑、シアンのカラーフィルタを配置し、第2列目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルには赤色カラーフィルタを配置し、第3行目のセルには第1列目から順に青、緑、イエローのカラーフィルタを配置している。この第1の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち第1行第1列目および第2行第2列目にそれぞれ同じ色の配列となるように配置する。
第2の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルには赤色カラーフィルタを配置し、第2行目のセルには第1列目から順にマゼンタ、シアン、イエローのカラーフィルタを配置し、第3行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルには青色カラーフィルタを配置している。この第2の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち、第1行第2列目および第2行第2列目にそれぞれ同じ色の配列となるように配置する。
図4に、第4の実施形態に係るカラー撮像素子における6×6セル群の基本配列パターンのカラーフィルタの色の配列を示す。
第1の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目のセルには第1列目から順に青、緑、イエローのカラーフィルタを配置し、第2列目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルには赤色カラーフィルタを配置し、第3行目のセルには第1列目から順にシアン、緑、マゼンタのカラーフィルタを配置している。この第1の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち第1行第1列目および第2行第2列目に配置する。このとき、第1行第1列目に配置したカラー配列が2×2セル群の中心を対称点とする点対称のカラー配列となるように第2行第2列目の第1の1画素カラーフィルタブロックを配置する。
第2の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルには青色カラーフィルタを配置し、第2行目のセルには第1列目から順にシアン、マゼンタ、赤のカラーフィルタを配置し、第3行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルにはイエローカラーフィルタを配置している。この第2の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち、第1行第2列目および第2行第2列目に配置する。このとき、第1行第2列目に配置したカラー配列が2×2セル群の中心を対称点とする点対称のカラー配列となるように第2行第1列目の第2の1画素カラーフィルタブロックを配置する。
図5に、比較対象形態に係るカラー撮像素子における6×6セル群の基本配列パターンのカラーフィルタの色の配列を示す。
第1の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目のセルには第1列目から順に赤、緑、青のカラーフィルタを配置し、第2列目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルにはシアンカラーフィルタを配置し、第3行目のセルには第1列目から順にマゼンタ、緑、イエローのカラーフィルタを配置している。この第1の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち第1行第1列目および第2行第2列目にそれぞれ同じ色の配列となるように配置する。
第2の1画素カラーフィルタブロックは、第1行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルにはマゼンタカラーフィルタを配置し、第2行目のセルには第1列目から順に青、赤、イエローのカラーフィルタを配置し、第3行目の緑色カラーフィルタに挟まれたセルにはシアンカラーフィルタを配置している。この第2の1画素カラーフィルタブロックを2枚用意し、2×2配列のうち、第1行第2列目および第2行第2列目にそれぞれ同じ色の配列となるように配置する。
R 赤色カラーフィルタ、
B 青色カラーフィルタ、
Y イエローカラーフィルタ、
C シアンカラーフィルタ、
M マゼンタカラーフィルタ。
Claims (2)
- 縦3セル、横3セルの3×3セル群を構成する9つのセルに、カラーフィルタを配置するとともに、この3×3セル群のうち中央のセルに緑色以外の色からなるカラーフィルタを配置した1画素カラーフィルタブロックを4種類有し、
2行2列の配列に前記1画素カラーフィルタブロックをそれぞれ配置した2×2画素群のカラー撮像素子であって、
前記1画素カラーフィルタブロックを構成する前記カラーフィルタは、4枚の緑色カラーフィルタ、1枚の赤色カラーフィルタ、1枚の青色カラーフィルタ、1枚のイエローカラーフィルタ、1枚のシアンカラーフィルタ、1枚のマゼンタカラーフィルタからなり、
前記2×2画素群を構成する6×6セル群の縦方向及び横方向に接するセルには互いに異なる色のカラーフィルタが配置され、
前記6×6セル群の各行において赤色成分、青色成分及び緑色成分を含み、かつ、この6×6セル群の各列において赤色成分、青色成分及び緑色成分を含むように前記カラーフィルタを配置するとともに、
前記3×3セル群のうち四隅のセルに緑色カラーフィルタを配置した前記1画素カラーフィルタブロックの中央のセルにはシアンカラーフィルタ、イエローカラーフィルタまたはマゼンタカラーフィルタを配置し、
前記3×3セル群のうち四隅のセルに緑色以外の色からなるカラーフィルタを配置した前記1画素カラーフィルタブロックの中央のセルには赤色カラーフィルタ又は青色カラーフィルタを配置したカラー撮像素子。 - 前記2×2画素群の中心を対称点とし、前記カラーフィルタの配色が点対称となるように前記カラーフィルタを配置した請求項1に記載のカラー撮像素子。
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