JPWO2013100035A1 - カラー撮像素子 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
図1に示すカラーフィルタ配列は、2×3画素のサブ配列P1−1、P1−2、P1−3、P1−4からなる4×6画素の基本配列パターンP1(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンP1が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
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、及び斜め右下、及び斜め右上方向の各ライン内に配置されている。
図1に示すカラーフィルタ配列のサブ配列P1−1、P1−2は、そのサブ配列内における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2画素、3画素、1画素になっており、サブ配列P1−3、P1−4は、そのサブ配列内における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1画素、3画素、2画素になっている。したがって、図1に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンP1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、12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、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画素それぞれの画素数の比率よりも大きくなっている。
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P1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。
図1に示すカラーフィルタ配列は、対称性を有する。すなわち、図1に示すサブ配列P1−2、P1−4は、そのサブ配列の中心を通る水平方向の線に対して線対称となっている。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、簡略化したりすることが可能になる。
図4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。
図4に示すカラーフィルタ配列は、3×4画素のサブ配列P2−1、P2−2からなる6×4画素の基本配列パターンP2(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンP2が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
図4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、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に配置されている。
図4に示すカラーフィルタ配列のサブ配列P2−1、P2−2は、そのサブ配列内における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3画素、6画素、3画素になっている。したがって、図4に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンP1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、12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、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画素それぞれの画素数の比率よりも大きくなっている。
図4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P2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。
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。
図7に示すカラーフィルタ配列は、3×5画素のサブ配列P3−1、P3−2からなる6×5画素の基本配列パターンP3(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンP2が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
図7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、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に配置されている。
図7に示すカラーフィルタ配列のサブ配列P3−1、P3−2は、そのサブ配列内における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3画素又は4画素、8画素、4画素又は3画素になっている。したがって、図7に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンP3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、16画素、7画素になっており、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。
図7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P2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。
図7に示すカラーフィルタ配列は、対称性を有する。図7に示すカラーフィルタ配列のサブ配列P3−1,P3−2は、そのサブ配列パターンの中心(中心のRフィルタ又はBフィルタの中心)に対して点対称になっている。
図7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。サブ配列P3−1、P3−2は、4隅にGフィルタが配置されているため、サブ配列P3−1、P3−2を水平方向及び垂直方向に2つずつ合計4個並べる、又は基本配列パターンP3を左右方向に2つ並べると、その中心部にGフィルタからなる2×2画素に対応する正方配列が出現する。
図11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。
図11に示すカラーフィルタ配列は、4×5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P4(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンP4が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。基本配列パターンP4は、垂直方向に4画素、水平方向に5画素であるが逆でもかまわない。
図11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、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に配置されている。
図11に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンP4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5画素、10画素、5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画素それぞれの画素数の比率よりも大きくなっている。
図11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P4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。
図14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。
図14に示すカラーフィルタ配列は、4×5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P5(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンP5が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。基本配列パターンP5は、垂直方向に4画素、水平方向に5画素であるが逆でもかまわない。
図14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、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に配置されている。
図14に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンP5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5画素、10画素、5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画素それぞれの画素数の比率よりも大きくなっている。
図14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P5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。
また、上述の各実施形態では、第1の色として緑(G)を採用し、第2の色として赤(R)及び青(B)を採用した例について説明したが、カラーフィルタで使用しうる色はこれらの色に限定されるものではなく、以下の条件を満たす色に対応するカラーフィルタを用いることもできる。
上記各実施形態では、本発明の第1の色を有する第1のフィルタとしてG色のGフィルタを例に挙げて説明を行ったが、Gフィルタの代わりに、あるいはGフィルタの一部に代えて、下記条件(1)から条件(4)のいずれかを満たすフィルタを用いてもよい。
条件(1)は、輝度信号を得るための寄与率が50%以上であることである。この寄与率50%は、本発明の第1の色(G色など)と、第2の色(R、B色など)とを区別するために定めた値であって、輝度データを得るための寄与率がR色、B色などよりも相対的に高くなる色が「第1の色」に含まれるように定めた値である。
条件(2)は、フィルタの透過率のピークが波長480nm以上570nm以下の範囲内にあることである。フィルタの透過率は、例えば分光光度計で測定された値が用いられる。この波長範囲は、本発明の第1の色(G色など)と、第2の色(R、B色など)とを区別するために定められた範囲であって、前述の寄与率が相対的に低くなるR色、B色などのピークが含まれず、かつ寄与率が相対的に高くなるG色などのピークが含まれるように定められた範囲である。したがって、透過率のピークが波長480nm以上570nm以下の範囲内にあるフィルタを第1のフィルタとして用いることができる。なお、透過率のピークが波長480nm以上570nm以下の範囲外となるフィルタが本発明の第2のフィルタ(Rフィルタ、Bフィルタ)となる。
条件(3)は、波長500nm以上560nm以下の範囲内での透過率が第2のフィルタ(RフィルタやBフィルタ)の透過率よりも高いことである。この条件(3)においても、フィルタの透過率は例えば分光光度計で測定された値が用いられる。この条件(3)の波長範囲も、本発明の第1の色(G色など)と、第2の色(R、B色など)とを区別するために定められた範囲であって、R色やB色などよりも前述の寄与率が相対的に高くなる色を有するフィルタの透過率が、RBフィルタなどの透過率よりも高くなる範囲である。したがって、透過率が波長500nm以上560nm以下の範囲内で相対的に高いフィルタを第1のフィルタとして用い、透過率が相対的に低いフィルタを第2のフィルタとして用いることができる。
条件(4)は、3原色のうち最も輝度信号に寄与する色(例えばRGBのうちのG色)と、この3原色とは異なる色とを含む2色以上のフィルタを、第1のフィルタとして用いることである。この場合には、第1のフィルタの各色以外の色に対応するフィルタが第2のフィルタとなる。
したがって、第1のフィルタとしてのG色のGフィルタは一種類に限定されるものではなく、例えば複数種類のGフィルタ(G1フィルタ、G2フィルタ)を第1のフィルタとして用いることもできる。すなわち上述の各実施形態に係るカラーフィルタ(基本配列パターン)のGフィルタが、G1フィルタまたはG2フィルタに適宜置き換えられてもよい。G1フィルタは第1の波長帯域のG光を透過し、G2フィルタはG1フィルタと相関の高い第2の波長帯域のG光を透過する(図17参照)。
上述の実施形態では、主としてRGB色に対応する色フィルタから成るカラーフィルタが示されているが、これらの色フィルタの一部を透明フィルタW(白色画素)としてもよい。特に第1のフィルタ(Gフィルタ)の一部に代えて透明フィルタWを配置することが好ましい。このようにG画素の一部を白色画素に置き換えることにより、画素サイズを微細化しても色再現性の劣化を抑制することができる。
上述の実施形態では、主としてRGB色に対応する色フィルタから成るカラーフィルタが示されているが、これらの色フィルタの一部を他の色フィルタとしてもよく、例えばエメラルド(E)色に対応するフィルタE(エメラルド画素)としてもよい。特に第1のフィルタ(Gフィルタ)の一部に代えてエメラルドフィルタ(Eフィルタ)を配置しても良い。このようにGフィルタの一部をEフィルタで置き換えた4色のカラーフィルタ配列を用いることで、輝度の高域成分の再現を向上させ、ジャギネスを低減させるとともに、解像度感の向上を可能とすることができる。
上述の各実施形態では、原色RGBのカラーフィルタで構成されるカラーフィルタ配列について説明したが、例えば原色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本発明を適用することができる。この場合も上記条件(1)〜(4)のいずれかを満たすカラーフィルタを本発明の第1のフィルタとし、他のカラーフィルタを第2のフィルタとする。
上記各実施形態の各カラーフィルタ配列は、各色のカラーフィルタが水平方向(H)及び垂直方向(V)に2次元配列されてなる基本配列パターンを含み、かつこの基本配列パターンが水平方向(H)及び垂直方向(V)に繰り返し配置されてなるが、本発明はこれに限定されるものではない。
図4に示すカラーフィルタ配列のサブ配列P2−1、P2−2は、そのサブ配列内における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3画素、6画素、3画素になっている。したがって、図4に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンP2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、12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、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画素それぞれの画素数の比率よりも大きくなっている。
図7に示すカラーフィルタ配列は、3×5画素のサブ配列P3−1、P3−2からなる6×5画素の基本配列パターンP3(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンP3が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。
図7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P3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。
図7に示すカラーフィルタ配列は、対称性を有する。図7に示すカラーフィルタ配列のサブ配列P3−1,P3−2は、そのサブ配列パターンの中心(中心のRフィルタ又はBフィルタ)に対して点対称になっている。
Claims (15)
- 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、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の配列は、1色以上の第1の色に対応する第1のフィルタと、輝度信号を得るための寄与率が前記第1の色よりも低い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M×N(M,N:4以上の整数であり、少なくとも1つは奇数、M≠N)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、前記基本配列パターン内に市松模様状に配置され、
前記第2の色の各色に対応する前記第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の配列の水平、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。 - 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、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の配列は、1色以上の第1の色に対応する第1のフィルタと、輝度信号を得るための寄与率が前記第1の色よりも低い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M×N(M,N:整数であり、少なくとも1つは奇数、M≠N)のサブ配列と、前記サブ配列をk(k:2以上の整数)個並べた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、前記サブ配列内に市松模様状に配置され、
前記第2の色の各色に対応する前記第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の配列の水平、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。 - 前記Mは3であり、前記Nは前記Mより大きく、
前記kは2であり、
前記基本配列パターンは、画素数が2M×Nとなるように前記サブ配列が2個並べられて形成される請求項2に記載のカラー撮像素子。 - 前記Nは3であり、前記Mは前記Nより小さく、
前記kは4であり、
前記基本配列パターンは、画素数が2M×2Nとなるように前記サブ配列が4個並べられて形成される請求項2に記載のカラー撮像素子。 - 前記第1のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の水平、垂直、斜め右下及び斜め右上方向の各ライン内に1つ以上配置された請求項1から4のいずれか1項に記載のカラー撮像素子。
- 前記第2の色の各色に対応する前記第2のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の水平、垂直、斜め右下及び斜め右上方向の各ライン内に1つ以上配置された請求項1から5のいずれか1項に記載のカラー撮像素子。
- 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に記載のカラー撮像素子。
- 前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、
前記基本配列パターン内において、前記Rフィルタ、前記Gフィルタ及び前記Bフィルタは、前記カラーフィルタの配列の水平及び垂直方向に同色のカラーフィルタが隣接しないように配置される請求項7に記載のカラー撮像素子。 - 前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、
前記基本配列パターン内において、前記Rフィルタ、前記Gフィルタ及び前記Bフィルタは、前記カラーフィルタの配列の斜め右上又は斜め右下方向に沿って配置される請求項7に記載のカラー撮像素子。 - 前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、
前記基本配列パターン内において、前記Rフィルタ及び前記Bフィルタは、前記Rフィルタと前記Bフィルタとが同じ数又は前記Rフィルタと前記Bフィルタとの差が1となるように、かつ不規則に配置される請求項7に記載のカラー撮像素子。 - 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2から4のいずれか1項に記載のカラー撮像素子。
- 前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、
前記サブ配列内において、前記Rフィルタ、前記Gフィルタ及び前記Bフィルタは、前記カラーフィルタの配列の水平及び垂直方向に隣接しないように配置される請求項11に記載のカラー撮像素子。 - 前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、
前記サブ配列内において、前記Rフィルタ、前記Gフィルタ及び前記Bフィルタは、前記カラーフィルタの配列の斜め右上又は斜め右下方向に沿って配置される請求項11に記載のカラー撮像素子。 - 前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、
前記サブ配列内において、前記Rフィルタ及び前記Bフィルタは、前記Rフィルタと前記Bフィルタとが同じ数又は前記Rフィルタと前記Bフィルタとの差が1となるように、かつ不規則に配置される請求項11に記載のカラー撮像素子。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載のカラー撮像素子を備えた撮像装置。
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