JPWO2012114558A1 - カラー撮像素子 - Google Patents

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Abstract

水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設されてなる単板式のカラー撮像素子である。このカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する緑（Ｇ）に対応するＧフィルタとＧ以外の赤（Ｒ）、青（Ｂ）に対応するＲ，Ｂフィルタとが配列された所定の基本配列パターン（Ｐ）を含み、この基本配列パターンＰが水平方向及び垂直方向に繰り返して配置され、Ｇフィルタは、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、Ｒ，Ｂフィルタは、カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に配置される。また、Ｇフィルタに対応するＧ画素の画素数の比率は、Ｒ，Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｂ画素の各画素数の比率よりも大きくなっている。

Description

本発明はカラー撮像素子に係り、特に色モワレの発生の抑圧及び高解像度化が可能なカラー撮像素子に関する。
単板カラー撮像素子の出力画像は、ＲＡＷ画像（モザイク画像）であるため、欠落している色の画素を、周囲の画素から補間する処理（同時化処理）により多チャネル画像を得ている。この場合に問題となるのが、高周波の画像信号の再現特性であり、カラー撮像素子は白黒の撮像素子と比較して、撮像した画像にエリアシングが発生し易いため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧しつつ再現帯域を広げて高解像化するということが重要な課題である。
単板カラー撮像素子で最も広く用いられている色配列である原色系ベイヤー配列は、緑（Ｇ）画素を市松状に、赤（Ｒ）、青（Ｂ）を線順次に配置しているため、Ｇ信号は斜め方向で、Ｒ、Ｂ信号は水平、垂直方向の高周波信号を生成する際の再現精度が問題である。
図１３の（Ａ）に示すような白黒の縦縞模様（高周波画像）が、図１３の（Ｂ）に示すベイヤー配列の撮像素子に入射した場合、これをベイヤーの色配列に振り分けて色毎に比較すると、図１３の（Ｃ）から（Ｅ）に示すようにＲは薄い平坦、Ｂは濃い平坦、Ｇは濃淡のモザイク状の色画像となり、本来、白黒画像であるのに対し、ＲＧＢ間に濃度差（レベル差）は起きないものが、色配列と入力周波数によっては色が付いた状態となってしまう。
同様に、図１４の（Ａ）に示すような斜めの白黒の高周波画像が、図１４の（Ｂ）に示すベイヤー配列の撮像素子に入射した場合、これをベイヤーの色配列に振り分けて色毎に比較すると、図１４の（Ｃ）から（Ｅ）に示すようにＲとＢは薄い平坦、Ｇは濃い平坦の色画像となり、仮に黒の値を０、白の値を２５５とすると、斜めの白黒の高周波画像は、Ｇのみ２５５となるため、緑色になってしまう。このようにベイヤー配列では、斜めの高周波画像を正しく再現することができない。
一般に単板式のカラー撮像素子を使用する撮像装置では、水晶などの複屈折物質からなる光学ローパスフィルタをカラー撮像素子の前面に配置し、高周波を光学的に落とすことで回避していた。しかし、この方法では、高周波信号の折り返りによる色付は軽減できるが、その弊害で解像度が落ちてしまうという問題がある。
このような問題を解決するために、カラー撮像素子のカラーフィルタ配列を、任意の着目画素が該着目画素の色を含む３色と該着目画素の４辺のいずれかにおいて隣接する配列制限条件を満たす３色ランダム配列としたカラー撮像素子が提案されている（特許文献１）。
また、分光感度が異なる複数のフィルタを有し、そのうち第１のフィルタと第２のフィルタが、画像センサの画素格子の一方の対角方向に第１の所定の周期で交互に配置されているとともに、他方の対角方向に第２の所定の周期で交互に配置されているカラーフィルタ配列の画像センサが提案されている（特許文献２）。
更に、ＲＧＢの３原色のカラー固体撮像素子において、Ｒ、Ｇ、Ｂを水平に配置した３画素のセットを垂直方向にジグザグにずらしながら配置することによって、ＲＧＢそれぞれの出現確率を均等にし、かつ撮像面上の任意の直線（水平、垂直、斜めの直線）が全ての色を通過するようした色配列が提案されている（特許文献３）。
更にまた、ＲＧＢの３原色のうちのＲ，Ｂを水平方向及び垂直方向にそれぞれ３画素置きに配置し、これらのＲ，Ｂの間にＧを配置したカラー撮像素子が提案されている（特許文献４）。
特開２０００−３０８０８０号公報 特開２００５−１３６７６６号公報 特開平１１−２８５０１２号公報 特開平８−２３５４３号公報
特許文献１に記載のカラー撮像素子は、フィルタ配列がランダムとなるため後段での同時化（補間）処理を行う際に、ランダムパターンごとに最適化する必要があり、同時化処理が煩雑になるという問題がある。また、ランダム配列では、低周波の色モアレには有効であるが、高周波部の偽色に対しては有効でない。
また、特許文献２に記載の画像センサは、Ｇ画素（輝度画素）が市松状に配置されているため、限界解像度領域(特に斜め方法)での画素再現精度が良くないという問題がある。
特許文献３に記載のカラー固体撮像素子は、任意の直線上に全ての色のフィルタが存在するため、偽色の発生を抑えることができる利点があるが、ＲＧＢの画素数の比率が等しいため、高周波再現性がベイヤー配列に比べて低下するという問題がある。尚、ベイヤー配列の場合、輝度信号を得るために最も寄与するＧの画素数の比率が、Ｒ、Ｂそれぞれの画素数の２倍になっている。
一方、特許文献４に記載のカラー撮像素子は、Ｒ、Ｂそれぞれの画素数に対するＧの画素数の比率がベイヤー配列よりも高く、水平又は垂直方向にＧ画素のみのラインが存在するため、水平又は垂直方向に高周波部の偽色に対しては有効でない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、偽色の発生の抑圧及び高解像度化を図ることができるとともに、従来のランダム配列に比べて後段の処理を簡略化することができるカラー撮像素子を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために本発明の一の態様に係る発明は、水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設されてなる単板式のカラー撮像素子であって、前記カラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する第１の色に対応する第１のフィルタと前記第１の色以外の２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとが配列された所定の基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返して配置され、前記第１のフィルタは、前記カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、前記第２のフィルタは、前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置され、前記第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率は、前記第２のフィルタに対応する第２の色の各色の画素数の比率よりも大きい。
本発明の一の態様に係るカラー撮像素子によれば、輝度信号を得るために最も寄与する第１の色に対応する第１のフィルタを、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置するようにしたため、高周波領域での同時化処理の再現精度を向上させることができ、また、前記第１の色以外の２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタについてもカラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置するようにしたため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧して高解像度化を図ることができる。
また、前記カラーフィルタ配列は、所定の基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返して配置されているため、後段での同時化（補間）処理を行う際に、繰り返しパターにしたがって処理を行うことができ、従来のランダム配列に比べて後段の処理を簡略化することができる。
更に、前記第１のフィルタに対応する第１の色の画素数と前記第２のフィルタに対応する第２の色の各色の画素数との比率を異ならせ、特に輝度信号を得るために最も寄与する第１の色の画素数の比率を、前記第２のフィルタに対応する第２の色の各色の画素数の比率よりも大きくするようにしたため、エリアシングを抑制することができ高周波再現性もよい。
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内で２画素以上連続する部分を含んでいる。
これにより、最小画素間隔で、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向における輝度の変化の小さい方向（相関の高い方向）の判別ができる。
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含んでいる。上記２×２画素の画素値を使用して、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向のうちの相関の高い方向を判別することができる。
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記所定の基本配列パターン内のカラーフィルタ配列は、該基本配列パターンの中心に対して点対称であることが好ましい。これにより、後段に処理回路の回路規模を小さくすることが可能になる。
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記所定の基本配列パターンは、Ｎ×Ｎ（Ｎ：４以上８以下の整数）画素に対応する正方配列パターンであることが好ましい。Ｎが４よりも小さい場合には、本発明に係るカラーフィルタ配列の条件を満足せず、Ｎが８を超える場合には、同時化等の信号処理が複雑化するのに対し、基本配列パターンのサイズを大きくすることによる格別な効果が得られないからである。
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記所定の基本配列パターンは、６×６画素に対応する正方配列パターンであることが好ましい。
上記のように所定の基本配列パターンは、Ｎ×Ｎ画素に対応する正方配列パターンであり、Ｎは４以上８以下の整数が好ましいが、Ｎは偶数の方が奇数よりも同時化処理時に有利であり、また、Ｎが４の場合は、前記基本配列パターン内に前記第１のフィルタが水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内で２画素以上連続する部分を含まないため、輝度の変化の小さい方向の判別に不利であり、Ｎが８の場合には、Ｎが６の場合に比べて信号処理が煩雑になる。したがって、前記基本配列パターンとしては、Ｎが６、即ち、６×６画素に対応する正方配列パターンが最も好ましい。
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが３×３画素群において中心と４隅に配置され、該３×３画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されていることが好ましい。前記３×３画素群の４隅に前記第１のフィルタが配置されているため、該３×３画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されると、前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含むようになり、この２×２画素の画素値を使用して、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向のうちの相関の高い方向を判別することができるとともに、前記第１のフィルタがカラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されるようになる。
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記第２のフィルタは、前記カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されるようにしてもよい。これにより、斜め方向の色再現性をより向上させることができる。
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記第１の色は、緑（Ｇ）色であり、前記第２の色は、赤（Ｒ）色及び青（Ｂ）色であることを特徴としている。
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記所定の基本配列パターンは、６×６画素に対応する正方配列パターンであり、前記カラーフィルタ配列は、３×３画素に対応する第１の配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで上下にＢフィルタが配置され、左右にＲフィルタが配列された第１の配列と、３×３画素に対応する第２の配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで上下にＲフィルタが配置され、左右にＢフィルタが配列された第２の配列とが、交互に水平方向及び垂直方向に配列されて構成されていることが好ましい。
この基本配列パターンは、２×２画素に対応する正方配列のＧフィルタを含み、また、基本配列パターンの中心に対して点対称となる最小サイズの基本配列パターンである。更に、上記構成のカラーフィルタ配列によれば、前記第１の配列又は第２の配列を中心に５×５画素（モザイク画像の局所領域）を抽出した場合、前記５×５画素の４隅に２×２画素のＧ画素が存在することになる。これらの２×２画素のＧ画素の画素値は、４方向の相関方向の判別に使用することができる。
本発明によれば、輝度信号を得るために最も寄与する第１の色に対応する第１のフィルタを、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置するとともに、前記第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率を、前記第１の色以外の２色以上の第２のフィルタに対応する第２の色の画素数の比率よりも大きくするようにしたため、高周波領域での同時化処理の再現精度を向上させ、かつエリアシングを抑制することができる。
また、前記第１の色以外の２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタを、前記基本配列パターン内においてカラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置するようにしたため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧して高解像度化を図ることができる。
更に、本発明に係るカラーフィルタ配列は、所定の基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返されているため、後段での同時化（補間）処理を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができ、従来のランダム配列に比べて後段の処理を簡略化することができる。
図１は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第１の実施形態を示す図であり； 図２は第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる基本配列パターンを示す図であり； 図３は第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる６×６画素の基本配列パターンを３×３画素のＡ配列とＢ配列に分割し、これらを配置した様子を示す図であり； 図４は第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる２×２画素のＧ画素の画素値から相関方向を判別する方法を説明するために使用した図であり； 図５はカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる基本配列パターンの概念を説明するために使用した図であり； 図６は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第２の実施形態を示す図であり； 図７は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第３の実施形態を示す図であり； 図８は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第４の実施形態を示す図であり； 図９は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第５の実施形態を示す図であり； 図１０は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第６の実施形態を示す図であり； 図１１は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第７の実施形態を示す図であり； 図１２は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第８の実施形態を示す図であり； 図１３は従来のベイヤー配列のカラーフィルタを有するカラー撮像素子の課題を説明するために使用した図であり； 図１４は従来のベイヤー配列のカラーフィルタを有するカラー撮像素子の課題を説明するために使用した他の図である。
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
［カラー撮像素子の第１の実施形態］
図１は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第１の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
このカラー撮像素子は、水平方向及び垂直方向に配列（二次元配列）された光電変換素子からなる複数の画素（図示せず）と、各画素の受光面上に配置された、図１に示すカラーフィルタ配列のカラーフィルタとから構成されており、各画素上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカラーフィルタのうちのいずれかが配置される。
尚、カラー撮像素子は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)カラー撮像素子に限らず、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子などの他の種類の撮像素子であってもよい。
＜カラーフィルタ配列の特徴＞
第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、下記の特徴(1)、(2)、(3)、(4)、及び(5)を有している。
〔特徴(1)〕
図１に示すカラーフィルタ配列は、６×６画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターンＰ（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンＰが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のフィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）が所定の周期性をもって配列されている。
このようにＲフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが所定の周期性をもって配列されているため、カラー撮像素子から読み出されるＲ、Ｇ、Ｂ信号の同時化（補間）処理等を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができる。
また、基本配列パターンＰの単位で間引き処理して画像を縮小する場合、間引き処理された縮小画像のカラーフィルタ配列は、間引き処理前のカラーフィルタ配列と同じにすることができ、共通の処理回路を使用することができる。
〔特徴(2)〕
図１に示すカラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する色(この実施形態では、Ｇの色)に対応するＧフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されている。
輝度系画素に対応するＧフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されるため、高周波となる方向によらず高周波領域での同時化処理の再現精度を向上させることができる。
〔特徴(3)〕
図１に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ８画素、２０画素、８画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、２：５：２になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
上記のようにＧ画素の画素数とＲ，Ｂ画素の画素数との比率が異なり、特に輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率を、Ｒ，Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくするようにしたため、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(4)〕
図１に示すカラーフィルタ配列は、上記Ｇの色以外の２色以上の他の色（この実施形態では、Ｒ，Ｂの色）に対応するＲフィルタ、Ｂフィルタが、基本配列パターンＰ内においてカラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置されている。
Ｒフィルタ、Ｂフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に配置されるため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧することができる。これにより、偽色の発生を抑制するための光学ローパスフィルターを光学系の入射面から撮像面までの光路に配置しないようにでき、又は光学ローパスフィルタを適用する場合でも偽色の発生を防止するための高周波数成分をカットする働きの弱いものを適用することができ、解像度を損なわないようにすることができる。
図２は、図１に示した基本配列パターンＰを、３×３画素に４分割した状態に関して示している。
図２に示すように基本配列パターンＰは、実線の枠で囲んだ３×３画素のＡ配列と、破線の枠で囲んだ３×３画素のＢ配列とが、水平、垂直方向に交互に並べられた配列となっていると捉えることもできる。
Ａ配列及びＢ配列は、それぞれ輝度系画素であるＧフィルタが４隅と中央に配置され、両対角線上に配置されている。また、Ａ配列は、中央のＧフィルタを挟んでＲフィルタが水平方向に配列され、Ｂフィルタが垂直方向に配列され、一方、Ｂ配列は、中央のＧフィルタを挟んでＢフィルタが水平方向に配列され、Ｒフィルタが垂直方向に配列されている。即ち、Ａ配列とＢ配列とは、ＲフィルタとＢフィルタとの位置関係が逆転しているが、その他の配置は同様になっている。
また、Ａ配列とＢ配列の４隅のＧフィルタは、図３に示すようにＡ配列とＢ配列とが水平、垂直方向に交互に配置されることにより、２×２画素に対応する正方配列のＧフィルタとなる。
これは、輝度系画素であるＧフィルタが、Ａ配列またはＢ配列における３×３画素において４隅と中央に配置され、この３×３画素が水平方向、垂直方向に交互に配置されることで２×２画素に対応する正方配列のＧフィルタが形成されるためである。尚、このような配列とすることで、前述の特徴(1),(2),(3),後述の特徴(5)が満たされる。
〔特徴(5)〕
図１に示すカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含んでいる。
図４に示すように、Ｇフィルタからなる２×２画素を取り出し、水平方向のＧ画素の画素値の差分絶対値、垂直方向のＧ画素の画素値の差分絶対値、斜め方向（右上斜め、左上斜め）のＧ画素の画素値の差分絶対値を求めることにより、水平方向、垂直方向、及び斜め方向のうち、差分絶対値の小さい方向に相関があると判断することができる。
即ち、このカラーフィルタ配列によれば、最小画素間隔のＧ画素の情報を使用して、水平方向、垂直方向、及び斜め方向のうちの相関の高い方向判別ができる。この方向判別結果は、周囲の画素から補間する処理（同時化処理）に使用することができる。
また、図３に示すように３×３画素のＡ配列又はＢ配列の画素を同時化処理の対象画素とし、Ａ配列又はＢ配列を中心に５×５画素（モザイク画像の局所領域）を抽出した場合、前記５×５画素の４隅に２×２画素のＧ画素が存在することになる。これらの２×２画素のＧ画素の画素値を使用することにより、４方向の相関方向の判別を最小画素間隔のＧ画素の情報を使用して精度よく行うことができる。
〔特徴(6)〕
図１に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心（４つのＧフィルタの中心）に対して点対称になっている。また、図２に示したように、基本配列パターン内のＡ配列及びＢ配列も、それぞれ中心のＧフィルタに対して点対称になっている。
このような対称性により、後段の処理回路の回路規模を小さくしたり、簡略化することが可能になる。
図５に示すように太枠で示した基本配列パターンＰにおいて、水平方向の第１から第６のラインのうちの第１及び第３のラインのカラーフィルタ配列は、ＧＢＧＧＲＧであり、第２のラインのカラーフィルタ配列は、ＲＧＲＢＧＢであり、第４及び第６のラインのカラーフィルタ配列は、ＧＲＧＧＢＧであり、第５のラインのカラーフィルタ配列は、ＢＧＢＲＧＲとなっている。
いま、図５において、基本配列パターンＰを水平方向、及び垂直方向にそれぞれ１画素ずつシフトした基本配列パターンをＰ’、それぞれ２画素ずつシフトした基本配列パターンをＰ”とすると、これらの基本配列パターンＰ’、Ｐ”を水平方向及び垂直方向に繰り返し配置しても、同じカラーフィルタ配列になる。
即ち、基本配列パターンを水平方向及び垂直方向に繰り返し配置することで、図５に示すカラーフィルタ配列を構成することができる基本配列パターンは複数存在する。第１の実施形態では、基本配列パターンが点対称になっている基本配列パターンＰを、便宜上、基本配列パターンという。
尚、後述する他の実施形態のカラーフィルタ配列においても、各カラーフィルタ配列に対して複数の基本配列パターンが存在するが、その代表的なものをそのカラーフィルタ配列の基本配列パターンという。
［カラー撮像素子の第２の実施形態］
図６は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第２の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
第２の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、４×４画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、Ｇフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、かつＲフィルタ、Ｂフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
また、基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
一方、このカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含んでいないが、水平方向に隣接するＧフィルタを有し、また、斜め方向（右上斜め、左上斜め）に隣接するＧフィルタを有する。
垂直方向には、Ｒフィルタ又はＢフィルタを挟んでＧフィルタが存在するため、これらのＧフィルタに対応するＧ画素の画素値を垂直方向の相関を判断する場合に使用することができる。
また、図６に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ４画素、８画素、４画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、１：２：１になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
上記のように第２の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴(1)、(2)、(3)、(4)及び(6)と同じ特徴を有している。
［カラー撮像素子の第３の実施形態］
図７は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第３の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
第３の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、５×５画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、Ｇフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、かつＲフィルタ、Ｂフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
また、図７に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ７画素、１１画素、７画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、７：１１：７になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
尚、基本配列パターンは、点対称になっておらず、また、Ｇフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含んでいない。
この第３の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴(1)、(2)、(3)及び(4)と同じ特徴を有している。
［カラー撮像素子の第４の実施形態］
図８は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第４の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
第４の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第３の実施形態と同様に、５×５画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、Ｇフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、かつＲフィルタ、Ｂフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
また、図８に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ６画素、１３画素、６画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、６：１３：６になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
また、このカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含んでいないが、Ｇフィルタが互いに隣接する４画素のかたまりがあり、これらの４画素の画素値から水平方向、垂直方向、及び斜め方向の相関を、最小画素間隔で判断することができる。尚、基本配列パターンは、点対称になっていない。
この第４の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴(1)、(2)、(3)、(4)及び(5)と同じ特徴を有している。
［カラー撮像素子の第５の実施形態］
図９は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第５の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
第５の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第３の実施形態と同様に、５×５画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
このカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、同様にＲフィルタ、Ｂフィルタも、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されている。
即ち、このカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂフィルタの全てが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されており、これにより、斜め方向の色再現性をより向上させることができる点で、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列にない特徴を有している。
また、図９に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ８画素、９画素、８画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、８：９：８になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
一方、このカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含んでおらず、また、基本配列パターンは、点対称になっていない。
この第５の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴(1)、(2)、(3)及び(4)と同じ特徴を有している。
［カラー撮像素子の第６の実施形態］
図１０は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第６の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
第６の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、７×７画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、Ｇフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、かつＲフィルタ、Ｂフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
また、図１０に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ１２画素、２５画素、１２画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、１２：２５：１２になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
また、このカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含み、更に基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
この第６の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及び(6)と同じ特徴を有している。
［カラー撮像素子の第７の実施形態］
図１１は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第７の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
第７の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、８×８画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、Ｇフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、かつＲフィルタ、Ｂフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
また、図１１に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数が、それぞれ１６画素、３２画素、１６画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、１：２：１になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
また、このカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含み、更に基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
この基本配列パターンを４×４画素に４分割した場合、対角の４×４画像の配列は同じになり、水平方向又は垂直方向に隣接する４×４画素の配列は、ＲフィルタとＢフィルタとの位置関係が逆転しているが、その他の配置は同様になっている。
この第７の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及び(6)と同じ特徴を有している。
［カラー撮像素子の第８の実施形態］
図１２は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第８の実施形態を示す図であり、特にカラー撮像素子に設けられているカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。
上記第１から第７の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、いずれもＲＧＢの３原色のカラーフィルタのカラーフィルタ配列であるが、第８の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、ＲＧＢフィルタの他に、エメラルド（Ｅ）のＥフィルタ）を加えた４色のカラーフィルタのカラーフィルタ配列である点で相違する。
第８の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第７の実施形態と同様に８×８画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
このカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、一方、Ｒフィルタ、Ｂフィルタ、Ｅフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
また、図１２に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるＲ、Ｇ、Ｂ、Ｅフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、Ｅ画素の画素数が、それぞれ１６画素、２４画素、１６画素、８画素になっている。即ち、ＲＧＢＥ画素の各画素数の比率は、２：３：２：１になっており、輝度信号を得るために最も寄与するＧ画素の画素数の比率は、他の色のＲ画素、Ｂ画素、Ｅ画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
また、このカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含み、更に基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
この第８の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及び(6)と同じ特徴を有している。
［その他］
上記実施形態では、ＲＧＢの３原色のカラーフィルタのカラーフィルタ配列、及びＲＧＢの３原色＋他の色（例えば、エメラルド（Ｅ））の４色のカラーフィルタのカラーフィルタ配列について説明したが、カラーフィルタの種類は、上述の実施形態に限定されない。
また、本発明は、原色ＲＧＢの補色であるＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）に、Ｇを加えた４色の補色系のカラーフィルタのカラーフィルタ配列にも適用できる。
更に、本実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、Ｎ×Ｎ（Ｎ：４以上の整数）画素に対応する正方の基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されているが、Ｎ×Ｍ（Ｎ、Ｍ：４以上の整数で、Ｎ≠Ｍ）画素に対応する矩形の基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されて構成されるものでもよい。
更にまた、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

Claims (10)

  1. 水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設されてなる単板式のカラー撮像素子であって、
    前記カラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する第１の色に対応する第１のフィルタと前記第１の色以外の２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとが配列された所定の基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返して配置され、
    前記第１のフィルタは、前記カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置され、
    前記第２のフィルタは、前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置され、
    前記第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率は、前記第２のフィルタに対応する第２の色の各色の画素数の比率よりも大きいカラー撮像素子。
  2. 前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内で２画素以上連続する部分を含む請求項１に記載のカラー撮像素子。
  3. 前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含む請求項１に記載のカラー撮像素子。
  4. 前記所定の基本配列パターン内のカラーフィルタ配列は、該基本配列パターンの中心に対して点対称である請求項１から３のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  5. 前記所定の基本配列パターンは、Ｎ×Ｎ（Ｎ：４以上８以下の整数）画素に対応する正方配列パターンである請求項１から４のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  6. 前記所定の基本配列パターンは、６×６画素に対応する正方配列パターンである請求項５に記載のカラー撮像素子。
  7. 前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが３×３画素群において中心と４隅に配置され、該３×３画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている請求項１から６のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  8. 前記第２のフィルタは、前記カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置される請求項１から７のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  9. 前記第１の色は、緑（Ｇ）色であり、前記第２の色は、赤（Ｒ）色及び青（Ｂ）色である請求項１から８のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  10. 前記所定の基本配列パターンは、６×６画素に対応する正方配列パターンであり、
    前記カラーフィルタ配列は、３×３画素に対応する第１の配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで上下にＢフィルタが配置され、左右にＲフィルタが配列された第１の配列と、３×３画素に対応する第２の配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで上下にＲフィルタが配置され、左右にＢフィルタが配列された第２の配列とが、交互に水平方向及び垂直方向に配列されて構成されている請求項９に記載のカラー撮像素子。
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