WO2012114992A1 - カラー撮像素子 - Google Patents

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WO2012114992A1
WO2012114992A1 PCT/JP2012/053775 JP2012053775W WO2012114992A1 WO 2012114992 A1 WO2012114992 A1 WO 2012114992A1 JP 2012053775 W JP2012053775 W JP 2012053775W WO 2012114992 A1 WO2012114992 A1 WO 2012114992A1
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WO
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color
array
filter
pixels
color filter
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/053775
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English (en)
French (fr)
Inventor
林　健吉
田中　誠二
智行 河合
Original Assignee
富士フイルム株式会社
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Publication date
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Priority to CN201280004437.1A priority patent/CN103283240B/zh
Priority to JP2013500996A priority patent/JP5380629B2/ja
Publication of WO2012114992A1 publication Critical patent/WO2012114992A1/ja
Priority to US13/930,965 priority patent/US8743246B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N2209/00—Details of colour television systems
    • H04N2209/04—Picture signal generators
    • H04N2209/041—Picture signal generators using solid-state devices
    • H04N2209/042—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor
    • H04N2209/045—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor using mosaic colour filter

Definitions

  • the present invention relates to a color image sensor, and more particularly to a color image sensor capable of reducing the occurrence of color moire and increasing the resolution.
  • the output image of the single-chip color image sensor is a RAW image (mosaic image)
  • a multi-channel image is obtained by interpolating the missing color pixels from the surrounding pixels (synchronization processing, demosaic processing). ing.
  • the problem in this case is the reproduction characteristics of high-frequency image signals, and color imaging devices are more likely to cause aliasing than color imaging devices, so color moire (false color). It is an important issue to increase the reproducibility band and to improve the resolution while suppressing the occurrence of noise.
  • FIG. 22A When a black and white vertical stripe pattern (high-frequency image) as shown in FIG. 22A is incident on an image sensor having the Bayer arrangement shown in FIG. 22B, it is divided into the Bayer color arrangement and compared for each color. As shown in FIGS. 22C to 22E, R is a light flat, B is a dark flat, and G is a light and shaded mosaic color image. What does not occur (level difference) will be colored depending on the color arrangement and input frequency.
  • FIG. 23A when an oblique black and white high-frequency image as shown in FIG. 23A is incident on the Bayer array image sensor shown in FIG. 23B, the image is distributed to the Bayer color array and compared for each color. Then, as shown in FIGS. 23 (C) to 23 (E), R and B are thin flat color images and G is a dark flat color image. If the black value is 0 and the white value is 255, diagonal monochrome images are obtained. The high-frequency image becomes green because only G is 255. In this way, with the Bayer array, an oblique high-frequency image cannot be reproduced correctly.
  • an optical low-pass filter made of a birefringent material such as crystal is disposed in front of the color image pickup device, and this is avoided by optically dropping high frequencies.
  • coloring due to folding of the high-frequency signal can be reduced, but there is a problem that the resolution is lowered due to its adverse effect.
  • the color filter arrangement of the color image sensor is determined based on an arrangement restriction condition in which any target pixel is adjacent in any one of three colors including the color of the target pixel and four sides of the target pixel.
  • Patent Document 1 A color image sensor having a three-color random array that satisfies the above has been proposed.
  • Patent Document 2 an image sensor having a color filter array alternately arranged at the second predetermined period in the other diagonal direction has been proposed (Patent Document 2).
  • R and B of the three primary colors of RGB are arranged every three pixels in the horizontal and vertical directions, and G is arranged between these R and B (patent). Reference 4).
  • JP 2000-308080 A JP 2005-136766 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-285012 JP-A-8-23543
  • the color image sensor described in Patent Document 1 has a random filter arrangement, it is necessary to optimize for each random pattern when performing a subsequent synchronization (interpolation) process, and the synchronization process becomes complicated. There is a problem.
  • the random arrangement is effective for low-frequency color moire, but is not effective for false colors in the high-frequency part.
  • the image sensor described in Patent Document 2 has a problem that the pixel reproduction accuracy in the limit resolution region (particularly in an oblique direction) is not good because G pixels (luminance pixels) are arranged in a checkered pattern.
  • the color solid-state imaging device described in Patent Document 3 has an advantage that the occurrence of false colors can be suppressed because filters of all colors exist on an arbitrary straight line, but the ratio of the number of RGB pixels is equal. There is a problem that the high frequency reproducibility is lower than that of the Bayer array. In the case of the Bayer array, the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is twice the number of R and B pixels.
  • the ratio of the number of G pixels to the number of R and B pixels is higher than that of the Bayer array, and there are lines of only G pixels in the horizontal or vertical direction. Or it is not effective for the false color of the high frequency part in the vertical direction.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can reduce the generation of false colors and increase the resolution, and can simplify the subsequent processing as compared with the conventional random arrangement.
  • An object is to provide an imaging device.
  • a color imaging device includes a color filter having a predetermined color filter arrangement on a plurality of pixels including photoelectric conversion elements arranged in a horizontal direction and a vertical direction.
  • a single-plate color image pickup device provided, wherein the color filter array includes a first filter corresponding to the first color that contributes most to obtain a luminance signal, and two other than the first color.
  • N N: odd number of 3 or more
  • the first filter is arranged on two diagonal lines in the basic array pattern, and the ratio of the number of pixels of the first color corresponding to the first filter corresponds to the second filter. Second color to do Greater than the ratio of the number of colors of pixels.
  • the first filter corresponding to the first color that contributes most to obtain the luminance signal and the second filter of the two or more colors other than the first color are repeatedly arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
  • the first filter corresponding to the first color that contributes most to obtain the luminance signal is arranged on two diagonal lines in the basic array pattern, that is, the first filter is horizontal in the color filter array, Since one or more lines are arranged in each line in the vertical and oblique (NE, NW) directions, it is possible to improve the reproduction accuracy of the synchronization process in the high frequency region. Furthermore, the ratio of the number of pixels of the first color corresponding to the first filter and the number of pixels of each color of the second color corresponding to the second filter is made different, and this contributes most particularly to obtaining a luminance signal. Since the ratio of the number of pixels of the first color is made larger than the ratio of the number of pixels of each color of the second color corresponding to the second filter, aliasing can be suppressed and high frequency reproducibility is improved. can do.
  • the basic array pattern is preferably 3 ⁇ 3 pixels. That is, 3 ⁇ 3 pixels are most preferable as the basic array pattern.
  • the first filter and the second filter may be arranged such that the color filter array and the color filter array are 1 ⁇ 2 n (n: It is preferable that the color filter arrangement when thinned by a natural number) is substantially the same. Thereby, the image processing at the time of still image shooting and the image processing at the time of moving image shooting can be made common.
  • the first filter and the second filter may be arranged such that the color filter array and the color filter array are 1 ⁇ 4 n (n: It is preferable that the color filter arrangement when thinned by a natural number) is substantially the same. Thereby, the image processing at the time of still image shooting and the image processing at the time of moving image shooting can be made common.
  • the first filter includes an array of the first filter in the color filter array and a color filter array of 1/2 n (horizontal or vertical). It is preferable that the arrangement of the first filters in the color filter array when thinned by n: natural number) is substantially the same. That is, the arrangement of the first filter that is the center of the image processing is substantially the same when the thinning readout process is performed and when it is not performed. Thereby, the load of image processing can be reduced.
  • one or more of the first filters be arranged in each of the horizontal, vertical, diagonal upper right, and diagonal lower right directions of the color filter array. . This is satisfied by the first filter being placed on two diagonals in the basic array pattern.
  • the color filter array includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels formed of the first filter.
  • the color filter array includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels formed of the first filter.
  • the color filter array in the predetermined basic array pattern is point-symmetric with respect to the center of the basic array pattern. This makes it possible to reduce the circuit scale of the processing circuit arranged in the subsequent stage.
  • the color filter array in the predetermined basic array pattern may be a horizontal, vertical, diagonal upper right, or diagonal lower right line passing through the center of the basic array pattern. It is preferable that it is axisymmetric with respect to at least one. This makes it possible to reduce the circuit scale of the processing circuit arranged in the subsequent stage.
  • the first color may be a green (G) color
  • the second color may be a red (R) color and a blue (B) color. preferable.
  • the color filter includes an R filter, a G filter, and a B filter corresponding to red (R), green (G), and blue (B) colors
  • the basic array pattern is a square array pattern corresponding to 3 ⁇ 3 pixels.
  • G filters are arranged at the center and four corners, B filters or R filters are arranged above and below the center G filter, and left and right. It is preferable that a filter different from the filters arranged above and below the B filter or the R filter is arranged.
  • This basic array pattern is an example of a 3 ⁇ 3 pixel basic pattern in which the G filter is arranged on two diagonal lines in the basic array pattern.
  • the color filter includes an R filter, a G filter, and a B filter corresponding to red (R), green (G), and blue (B) colors
  • the basic arrangement pattern is a square arrangement pattern corresponding to 3 ⁇ 3 pixels, and G filters are arranged at the center and four corners, B filters or R filters are arranged at the upper center and the middle left edge or middle right edge, It is preferable that a filter which is a B filter or an R filter and is different from the filter disposed in the center of the upper stage is arranged in the frame.
  • This basic array pattern is an example of a 3 ⁇ 3 pixel basic pattern in which the G filter is arranged on two diagonal lines in the basic array pattern.
  • the figure used in order to explain the concept of the basic arrangement pattern included in the color filter arrangement of the color image sensor The figure which shows 2nd Embodiment of the single plate type color image pick-up element based on this invention. It is a figure which shows a color filter arrangement
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a single-plate color image pickup device according to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image pickup device.
  • This color image sensor is shown in FIG. 1 arranged on a light receiving surface of a plurality of pixels (not shown) composed of photoelectric conversion elements arranged in a horizontal direction and a vertical direction (two-dimensional array).
  • a color filter of a color filter array is formed, and any one of the three primary color filters of red (R), green (G), and blue (B) is arranged on each pixel.
  • the color image sensor is not limited to a CCD (Charge Coupled Device) color image sensor, and may be another type of image sensor such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the color filter array of the color image sensor of the first embodiment has the following features (1), (2), (3), (4), (5) and (6).
  • the color filter array shown in FIG. 1 includes a basic array pattern P (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 6 ⁇ 6 pixels, and this basic array pattern P is repeatedly arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
  • R, G, and B color filters R filter, G filter, and B filter
  • R filter, G filter, and B filter are arrayed with a predetermined periodicity.
  • the R filter, the G filter, and the B filter are arranged with a predetermined periodicity in this way, when performing synchronization (interpolation) processing or the like (demosaic processing) of R, G, and B signals read from the color image sensor. In addition, processing can be performed according to a repeating pattern.
  • the color filter array of the reduced image subjected to the thinning process can be the same as the color filter array before the thinning process, and a common processing circuit Can be used.
  • the G filter corresponding to the color that contributes most to obtain a luminance signal is horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) of the color filter array. ) Is located in each line of direction. This is an effect due to the fact that the G filters are arranged on both diagonal lines in the odd ⁇ odd basic arrangement pattern.
  • NE means an oblique upper right direction
  • NW means an oblique lower right direction.
  • the diagonally upper right and diagonally lower right directions are directions of 45 ° with respect to the horizontal direction, but in the case of an array of rectangular pixels, the diagonal diagonal direction is long.
  • the angle can be changed according to the length of the side and the short side. That is, the diagonal upper right direction is the diagonal direction of the right upward direction of the two diagonal lines of the pixel, and the diagonal lower right direction is the diagonal line direction of the lower right direction of the two diagonal lines of the pixel.
  • the G filter corresponding to the luminance system pixel is arranged in each line in the horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) directions of the color filter array, the synchronization processing in the high frequency region is performed regardless of the direction of high frequency. The reproduction accuracy can be improved.
  • the basic array pattern of the color filter array shown in FIG. 1 has the numbers of R, G, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic array pattern as 8 pixels, 20 pixels, and 8 pixels, respectively. It has become. That is, the ratio of the number of pixels of RGB pixels is 2: 5: 2, and the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is the ratio of R pixels and B pixels of other colors. It is larger than the ratio of the number of pixels.
  • the ratio between the number of G pixels and the number of R and B pixels is different, and in particular, the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is equal to the number of R and B pixels. Since the ratio is larger than the ratio, aliasing at the time of the synchronization process can be suppressed and high frequency reproducibility can be improved.
  • the color filter array shown in FIG. 1 includes an R filter and a B filter corresponding to two or more other colors (in this embodiment, R and B colors) other than the G color in the basic array pattern P.
  • One or more color filters are arranged in each line in the horizontal and vertical directions of the color filter array.
  • the R filter and B filter are arranged in the horizontal and vertical lines of the color filter array, the occurrence of color moire (false color) can be suppressed.
  • an optical low-pass filter for suppressing the generation of false color can be prevented from being arranged in the optical path from the incident surface of the optical system to the imaging surface, or the occurrence of false color can be prevented even when the optical low-pass filter is applied. Therefore, it is possible to apply a low-frequency component for cutting high-frequency components, and not to impair the resolution.
  • FIG. 2 shows a state where the basic array pattern P shown in FIG. 1 is divided into 4 ⁇ 3 ⁇ 3 pixels.
  • the basic array pattern P includes a 3 ⁇ 3 pixel A array surrounded by a solid frame and a 3 ⁇ 3 pixel B array surrounded by a broken frame alternately in the horizontal and vertical directions. It can also be understood that the array is arranged.
  • G filters which are luminance system pixels, are arranged at the four corners and the center, that is, on both diagonal lines.
  • the R filter is arranged in the horizontal direction with the central G filter interposed therebetween, and the B filter is arranged in the vertical direction.
  • the B filter is arranged in the horizontal direction with the central G filter interposed therebetween.
  • the R filters are arranged in the vertical direction. That is, in the A array and the B array, the positional relationship between the R filter and the B filter is reversed, but the other arrangements are the same.
  • the G filters at the four corners of the A array and the B array are arranged in a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels by alternately arranging the A array and the B array in the horizontal and vertical directions as shown in FIG. G filter.
  • the G filter which is a luminance system pixel, is arranged at the four corners and the center, that is, on two diagonal lines in 3 ⁇ 3 pixels in the A array or B array, and these 3 ⁇ 3 pixels alternate in the horizontal and vertical directions. This is because a square array of G filters corresponding to 2 ⁇ 2 pixels is formed.
  • sequence by setting it as such an arrangement
  • the color filter array shown in FIG. 1 includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of G filters.
  • this color filter array it is possible to determine a direction having a high correlation among the horizontal direction, the vertical direction, and the diagonal direction by using the information of the G pixel having the minimum pixel interval.
  • This direction discrimination result can be used for a process of interpolating from surrounding pixels (synchronization process).
  • 3 ⁇ 3 pixels in the A or B array are used as the target pixels for synchronization processing, and 5 ⁇ 5 pixels (local area of the mosaic image) are extracted centering on the A or B array.
  • 5 ⁇ 5 pixels local area of the mosaic image
  • the basic array pattern of the color filter array shown in FIG. 1 has symmetry. That is, the basic array pattern is point-symmetric with respect to the center of the basic array pattern (the centers of the four G filters). As shown in FIG. 2, the A array and the B array in the basic array pattern are also point-symmetric with respect to the central G filter. Further, the A array and the B array in the basic array pattern are symmetrical with respect to a horizontal or vertical line passing through the center of the A array and the B array (center of the center G filter).
  • the color filter arrangement of the first and third lines of the first to sixth lines in the horizontal direction is GBGGRG
  • the color filter array of the line is RGRGBB
  • the color filter array of the fourth and sixth lines is GRGGGB
  • the color filter array of the fifth line is BGBGR.
  • the basic array pattern P in which the basic array pattern is point-symmetric is referred to as a basic array pattern for convenience.
  • FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of the color image sensor of the second embodiment includes the characteristics (1), (2), (3), (5) and (6) of the color filter array of the color image sensor of the first embodiment. It has the same feature and the feature (7) not in the color filter array of the color image sensor of the first embodiment. Detailed description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.
  • the color filter array shown in FIG. 6 includes a basic array pattern P1 (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 3 ⁇ 3 pixels, and this basic array pattern P1 is repeatedly arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
  • R, G, and B color filters R filter, G filter, and B filter
  • R filter, G filter, and B filter are arrayed with a predetermined periodicity.
  • the basic array pattern P1 G filters that are luminance pixels are arranged at the four corners and the center, that is, on both diagonal lines.
  • the R filters are arranged in the horizontal direction and the B filters are arranged in the vertical direction with the central G filter interposed therebetween. That is, the basic array pattern P1 has the same arrangement as the A array in the first embodiment.
  • the G filter corresponding to the color that contributes most to obtain the luminance signal is the horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) of the color filter array. ) Is located in each line of direction.
  • the basic arrangement pattern of the color filter arrangement shown in FIG. 6 is that the numbers of R pixels, G pixels, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic arrangement pattern are 2 pixels, 5 pixels, and 2 pixels, respectively. It has become. That is, the ratio of the number of pixels of RGB pixels is 2: 5: 2, and the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is the ratio of R pixels and B pixels of other colors. It is larger than the ratio of the number of pixels.
  • the color filter array shown in FIG. 6 includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of G filters. That is, since the G pixels are arranged at the four corners of the basic array pattern P1, if a total of four basic array patterns P1 are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, a total of 2 ⁇ 2 consisting of a G filter is formed. A square array corresponding to the pixel appears. Further, when 5 ⁇ 5 pixels (local area of the mosaic image) are extracted with the basic array pattern P1 as the center, 2 ⁇ 2 G pixels exist at the four corners of the 5 ⁇ 5 pixels.
  • the basic arrangement pattern P1 of the color filter arrangement shown in FIG. 6 is point-symmetric with respect to the center of the basic arrangement pattern P1 (the centers of the four G filters). Further, the basic array pattern P1 is line symmetric with respect to a horizontal or vertical line passing through the center of the basic array pattern P1 (center of the central G filter).
  • the color filter array shown in FIG. 6 is substantially the same as the original color filter array in which the color filter array is thinned out by 1/2 n (n is a natural number) in the horizontal or vertical direction. That is, the color filter array when read out every 1/2 n (n is a natural number) lines in the horizontal direction or the vertical direction is substantially the same as the original color filter array.
  • FIG. 7 shows a color filter array when the color filter array shown in FIG. 6 is thinned and read out in the horizontal direction, (A) is 1/2 thinned, (B) is 1/4 (1/2 2 ) thinned, (C) shows the result of 1/8 (1/2 3 ) thinning.
  • the numbers attached to each figure in FIG. 7 indicate which column is extracted when the numbers 1, 2, 3,... Are numbered in the horizontal direction from the upper left of the color filter array shown in FIG. It is shown. In FIG. 7, only the first to third rows of the color filter array shown in FIG. 6 are displayed for explanation.
  • the half-thinned color filter array shown in FIG. 7A is the basic array pattern P1 in the third, fifth, and seventh columns and the first to third rows, and the basic array pattern P1 is in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly. That is, the half-thinned color filter array is the same as the original color filter array except for the first column.
  • the color filter array of 1/4 thinning shown in FIG. 7B is the basic array pattern P1 in the first, fifth, and ninth columns and the first to third rows, and the basic array pattern P1 is in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly. In other words, the color filter array for 1/4 thinning is the same as the original color filter array.
  • the 9, 17, 25th columns and the first to third rows are the basic array pattern P1, and the basic array pattern P1 is arranged in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly. That is, the color filter array of 1/8 decimation is the same as the original color filter array except for the first column.
  • FIG. 8 shows a color filter array when the color filter array shown in FIG. 6 is thinned and read out in the vertical direction, where (A) is 1/2 thinned, (B) is 1/4 (1/2 2 ) thinned, (C) shows the result of 1/8 (1/2 3 ) thinning.
  • the numbers attached to each figure in FIG. 8 indicate which lines are extracted when numbers 1, 2, 3,... Are numbered in the vertical direction from the upper left of the color filter array shown in FIG. It is shown. In FIG. 8, only the first to ninth columns of the color filter array shown in FIG. 6 are displayed for explanation.
  • the half-thinned color filter array shown in FIG. 8A is the basic array pattern P1 in the third, fifth and seventh rows and the first to third columns, and the basic array pattern P1 is in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly. That is, the half-thinned color filter array is the same as the original color filter array except for the first row.
  • the color filter array of 1/4 thinning shown in FIG. 8B has the basic array pattern P1 in the first, fifth, and ninth rows and the first to third columns, and the basic array pattern P1 is in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly. In other words, the color filter array for 1/4 thinning is the same as the original color filter array.
  • the 9th, 17th and 25th rows and the 1st to 3rd columns are the basic array pattern P1, and the basic array pattern P1 is arranged in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly. That is, the color filter array of 1/8 thinning is the same as the original color filter array except for the first row.
  • a basic array pattern P1 (first filter) in which G filters are arranged diagonally, R filters are arranged in a horizontal direction with a central G filter interposed therebetween, and B filters are arranged in a vertical direction.
  • a color filter having the same characteristics can be obtained by using the same pattern as that of the B arrangement of the first embodiment arranged in the above.
  • FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of the color image sensor of the third embodiment includes the features (1), (2), (3), (5) and (6) of the color filter array of the color image sensor of the first embodiment. It has the same feature and the feature (7) of the color filter array of the color image sensor of the second embodiment. Detailed description of the same parts as those in the first and second embodiments will be omitted.
  • an R filter is arranged in a horizontal direction with a central G filter interposed therebetween, an A array in which a B filter is arranged in a vertical direction, and a B filter is arranged in a horizontal direction with a central G filter interposed therebetween, And an R filter including a B array arranged in a vertical direction.
  • the A and B sequences are the same as the A and B sequences of the first embodiment.
  • the B array is arranged on the right side of the A array, and the A array is arranged on the right side of the B array.
  • This arrangement is repeatedly arranged in the vertical direction. That is, in this color filter array, R, G, B color filters (R filter, G filter, B filter) have a predetermined periodicity (G filter is 3 ⁇ 3, R filter and B filter are 3 ⁇ 6). Are arranged.
  • the G filter corresponding to the most contributing color (G color in this embodiment) for obtaining the luminance signal is the horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) of the color filter array. ) Is located in each line of direction.
  • the number of R, G, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic arrangement pattern is 2 respectively.
  • the color filter array shown in FIG. 9 includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of G filters. That is, since the G pixels are arranged at the four corners of the basic array pattern P1, if a total of four A arrays and two B arrays are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, 2 ⁇ A square array corresponding to two pixels appears. Further, when 5 ⁇ 5 pixels (local area of the mosaic image) are extracted centering on the A array or the B array, there are 2 ⁇ 2 G pixels at the four corners of the 5 ⁇ 5 pixels.
  • the color filter array basic array patterns (A array and B array) shown in FIG. 9 are point-symmetric with respect to the centers of the A array and the B array (centers of the four G filters), respectively. Further, the A array and the B array are symmetrical with respect to a horizontal or vertical line passing through the center of the A array and the B array (center of the central G filter).
  • FIG. 10 shows a color filter array when the color filter array shown in FIG. 9 is thinned and read out in the vertical direction, (A) is 1/2 thinned, (B) is 1/4 (1/2 2 ) thinned, (C) shows the result of 1/8 (1/2 3 ) thinning.
  • the numbers attached to each figure in FIG. 10 indicate which line was extracted when numbered 1, 2, 3,... Lines in the vertical direction from the upper left of the color filter array shown in FIG. It is shown. In FIG. 10, only the first to sixth columns of the color filter array shown in FIG. 9 are displayed for explanation.
  • the third, fifth and seventh rows and the first to third columns are A arrays, and the A arrays repeatedly appear in the vertical direction.
  • the third, fifth and seventh rows and the fourth to sixth columns form a B array, and the B array repeatedly appears in the vertical direction. That is, the half-thinned color filter array is the same as the original color filter array except for the first row.
  • the first, third, and third rows and the first to third columns are A arrays, and the A arrays repeatedly appear in the vertical direction.
  • the first, fifth and ninth rows and the fourth to sixth columns form a B array, and the B array repeatedly appears in the vertical direction.
  • the color filter array for 1/4 thinning is the same as the original color filter array.
  • the 9, 17, 25th rows and the first to third columns are A arrays, and the A arrays repeatedly appear in the vertical direction.
  • the ninth, 17th and 25th rows and the fourth to sixth columns form a B array, and the B array repeatedly appears in the vertical direction. That is, the color filter array of 1/8 thinning is the same as the original color filter array except for the first row.
  • the A array and the B array are arranged in the horizontal direction, and this is repeatedly arranged in the vertical direction.
  • the A array and the B array may be arranged in the vertical direction, and this may be repeatedly arranged in the horizontal direction.
  • a color filter having similar characteristics can be obtained.
  • the feature (7) is that the horizontal direction and the vertical direction are interchanged, and the color filter array obtained by thinning out the color filter array by 1/2 n in the horizontal direction is substantially the same as the original color filter array. Become.
  • FIG. 11 is a diagram showing a fourth embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of the color image sensor of the fourth embodiment includes the characteristics (1), (2), (3), (4), (5) and the color filter array of the color image sensor of the first embodiment. It has the same characteristics as (6). Detailed description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.
  • the color filter array shown in FIG. 11 includes a basic array pattern P2 (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 6 ⁇ 6 pixels, and this basic array pattern P2 is repeatedly arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
  • R, G, and B color filters R filter, G filter, and B filter
  • R filter, G filter, and B filter are arrayed with a predetermined periodicity.
  • the C array of 3 ⁇ 3 pixels surrounded by a solid frame and the D array of 3 ⁇ 3 pixels surrounded by a dashed frame are: It can also be understood that the arrangement is arranged alternately in the horizontal and vertical directions.
  • G filters which are luminance system pixels, are arranged at the four corners and the center, that is, on both diagonal lines.
  • the R filter is arranged in the right and down directions with the central G filter interposed therebetween, and the B filter is arranged in the upper and left directions, while the D arrangement is arranged in the B filter with the central G filter interposed therebetween.
  • the R filter is arranged in the up and left directions. That is, in the C array and the D array, the positional relationship between the R filter and the B filter is reversed, but the other arrangements are the same.
  • the G filter corresponding to the color that contributes most to obtain the luminance signal is horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) of the color filter array. ) Is located in each line of direction.
  • the numbers of R pixels, G pixels, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic array pattern are 8 pixels, 20 pixels, and 8 pixels, respectively. It is a pixel. That is, the ratio of the number of pixels of RGB pixels is 2: 5: 2, and the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is the ratio of R pixels and B pixels of other colors. It is larger than the ratio of the number of pixels.
  • the color filter array shown in FIG. 11 has an R filter and a B filter corresponding to two or more other colors (R and B colors in this embodiment) other than the G color in the basic array pattern P2.
  • One or more color filters are arranged in each line in the horizontal and vertical directions of the color filter array.
  • the color filter array shown in FIG. 11 includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of G filters. That is, since the G pixels are arranged at the four corners of the basic array pattern P2, when the total of four basic array patterns P2 are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, a total of 2 ⁇ 2 consisting of a G filter is provided. A square array corresponding to the pixel appears.
  • the C array has the B filter above and to the left of the central G filter and the R filter to the right and below, but the B filter above and to the right of the central G filter, and the left and bottom An R filter may be disposed in the.
  • the C array is axisymmetric with respect to a diagonal upper right direction (NE) line passing through the center of the C array. Since the same applies to the D array, the description thereof is omitted.
  • FIG. 12 is a diagram showing a fifth embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of the color image sensor of the fifth embodiment includes the features (1), (2), (3), (5) and (6) of the color filter array of the color image sensor of the first embodiment. It has the same features and features (8) and (9) that are not in the color filter array of the color image sensor of the first embodiment. Detailed description of the same parts as those in the first and fourth embodiments will be omitted.
  • the color filter array shown in FIG. 12 includes a basic array pattern P3 (pattern indicated by a thick frame) composed of a square array pattern corresponding to 3 ⁇ 3 pixels, and this basic array pattern P3 is repeatedly arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
  • R, G, and B color filters R filter, G filter, and B filter
  • R filter, G filter, and B filter are arrayed with a predetermined periodicity.
  • the basic array pattern P3 G filters that are luminance pixels are arranged at the four corners and the center, that is, on both diagonal lines.
  • the R filter is arranged in the right and down directions with the central G filter interposed therebetween, and the B filter is arranged in the up and horizontal directions. That is, the basic array pattern P3 has the same arrangement as the C array in the fourth embodiment.
  • the G filter corresponding to the color that contributes most to obtain the luminance signal is horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) of the color filter array. ) Is located in each line of direction.
  • the basic arrangement pattern of the color filter arrangement shown in FIG. 12 is that the numbers of R pixels, G pixels, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic arrangement pattern are 2 pixels, 5 pixels, and 2 pixels, respectively. It has become. That is, the ratio of the number of pixels of RGB pixels is 2: 5: 2, and the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is the ratio of R pixels and B pixels of other colors. It is larger than the ratio of the number of pixels.
  • the color filter array shown in FIG. 12 includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of G filters. That is, since the G pixels are arranged at the four corners of the basic array pattern P3, when a total of four basic array patterns P3 are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, a total of 2 ⁇ 2 consisting of a G filter is formed. A square array corresponding to the pixel appears. When 5 ⁇ 5 pixels (local area of the mosaic image) are extracted with the basic array pattern P3 as the center, 2 ⁇ 2 G pixels are present at the four corners of the 5 ⁇ 5 pixels.
  • the basic array pattern P3 of the color filter array shown in FIG. 12 is line-symmetric with respect to a diagonal upper right direction (NE) line passing through the center (center of the center G filter) of the basic array pattern P3.
  • the color filter array shown in FIG. 12 is substantially the same as the original color filter array, in which the color filter array is thinned out by 1/4 n (n: natural number) in the horizontal or vertical direction. That is, the color filter array when reading out every 1/4 n (n is a natural number) lines in the horizontal direction or the vertical direction is substantially the same as the original color filter array.
  • FIG. 13 shows a color filter array when the color filter array shown in FIG. 12 is thinned and read out in the horizontal direction.
  • (A) is 1/4 thinning
  • (B) is 1/16 (1/4 2 ) thinning. Results are shown.
  • the numbers attached to each figure in FIG. 13 indicate which column is extracted when the numbers 1, 2, 3,... Are numbered in the horizontal direction from the upper left of the color filter array shown in FIG. It is shown.
  • FIG. 13 only the first to third rows of the color filter array shown in FIG. 12 are displayed for explanation.
  • the 13th, 17th, and 21st columns and the 1st to 3rd rows are the basic array pattern P3, and the basic array pattern P3 is arranged in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly.
  • the color filter array for 1/4 thinning is the same as the original color filter array.
  • the 49th, 65th, and 81st columns and the first to third rows are the basic array pattern P3, and the basic array pattern P3 is arranged in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly. That is, the 1 / 16-thinned color filter array is the same as the original color filter array.
  • FIG. 14 shows a color filter array when the color filter array shown in FIG. 12 is thinned and read out in the vertical direction.
  • (A) is 1/4 thinning and
  • (B) is 1/16 (1/4 2 ) thinning. Results are shown.
  • the numbers attached to each figure in FIG. 14 indicate which lines are extracted when numbers 1, 2, 3,... Are numbered in the vertical direction from the upper left of the color filter array shown in FIG. It is shown. In FIG. 14, only the first to third columns of the color filter array shown in FIG. 12 are displayed for explanation.
  • the color filter array of 1/4 thinning shown in FIG. 14A is the basic array pattern P3 in the first, fifth, and ninth rows and the first to third columns, and the basic array pattern P3 is arranged in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly. In other words, the color filter array for 1/4 thinning is the same as the original color filter array.
  • the first, third, and third rows and the first to third columns are the basic array pattern P3, and the basic array pattern P3 is arranged in the horizontal and vertical directions. Appears repeatedly. That is, the 1 / 16-thinned color filter array is the same as the original color filter array.
  • the G filter array in the color filter array obtained by thinning the color filter array in the horizontal direction or the vertical direction by 1/2 n is substantially the same as the G filter array in the original color filter array. It becomes.
  • FIG. 15 shows the color filter array when the color filter array shown in FIG. 12 is thinned and read out in the horizontal direction.
  • (A) is 1/2 thinned
  • (B) is 1/8 (1/2 3 ) thinned. Results are shown.
  • the numbers attached to each figure in FIG. 15 indicate which column is extracted when the numbers 1, 2, 3,... Are numbered in the horizontal direction from the upper left of the color filter array shown in FIG. It is shown. In FIG. 15, only the first to third rows of the color filter array shown in FIG. 12 are displayed for explanation.
  • the array of G filters in the third, fifth and seventh columns and the first to third rows is an array pattern P3 '.
  • the arrangement pattern P3 ' is an arrangement of only G filters.
  • the G filters are arranged at the four corners and the center, that is, on both diagonal lines. This is the same as the arrangement of the G filters of the basic array pattern P3.
  • the array of G filters in the 9th, 17th, and 25th columns and the 1st to 3rd rows is an array pattern P3 ′.
  • the array pattern P3 ′ appears repeatedly. That is, the array of G filters in the 1 / 8-thinned color filter array is the same as the array of G filters in the original color filter array except for the first column.
  • FIG. 17 shows a color filter array when the color filter array shown in FIG. 12 is thinned and read out in the vertical direction.
  • (A) is 1/2 thinned
  • (B) is 1/8 (1/2 3 ) thinned. Results are shown. Numbers attached to each figure in FIG. 17 indicate which rows are extracted when numbers 1, 2, 3,... And columns are assigned in the vertical direction from the upper left of the color filter array shown in FIG. Is. In FIG. 17, only the first to third rows of the color filter array shown in FIG. 12 are displayed for explanation.
  • the G filters in the third, fifth, and seventh rows and the first to third columns are array patterns P3 ′, and appear repeatedly in the horizontal and vertical directions. To do. That is, the arrangement of the G filters in the half-thinned color filter array is the same as the arrangement of the G filters in the original color filter array except for the first row.
  • the G filters in the 9th, 17th and 25th rows and the 1st to 3rd columns are the array pattern P3 ′.
  • P3 ′ appears repeatedly. That is, the array of G filters in the 1 / 8-thinned color filter array is the same as the array of G filters in the original color filter array except for the first row.
  • the G filter array in the original color filter array is substantially the same as the G filter array in the color filter array when the color filter array is thinned by 1 / 2n. Is arranged. That is, the positional relationship between the G filter, which is a luminance pixel, and the filters of other colors (R filter and B filter) are the same before and after 1/2 n thinning. In this way, the load of image processing can be reduced by making the arrangement of G pixels as the center of image processing substantially the same.
  • FIGS. 15 and 17 only 1/2 thinning and 1/8 (1/2 3 ) thinning are illustrated. However, as shown in FIGS. Since the color filter array thinned by / 4 n (1/2 2n ) is substantially the same, naturally, the G filter array in the original color filter array and the color obtained by thinning this color filter array by 1/2 n The G filter array in the filter array is substantially the same.
  • C arrangement of the fourth embodiment is used, but the basic arrangement pattern in which the positional relationship between the R filter and the B filter is reversed, that is, the B filter is arranged in the right and down direction with the central G filter interposed therebetween.
  • a color filter having the same characteristics can be obtained by using the same pattern as the D arrangement of the fourth embodiment in which the R filters are arranged in the upper and left directions.
  • FIG. 18 is a diagram showing a sixth embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of the color image sensor of the sixth embodiment includes the features (1), (2), (3), (5) and (6) of the color filter array of the color image sensor of the first embodiment. It has the same characteristics and the characteristics (8) and (9) of the color filter array of the color image sensor of the fifth embodiment. Detailed description of the same parts as those in the first and fifth embodiments will be omitted.
  • the basic arrangement pattern includes a C arrangement in which the R filter is arranged in the right and down directions with the center G filter interposed therebetween, and a C arrangement in which the B filter is arranged in the up and left directions, and the B filter in the right and And a D array arranged in the lower direction and an R filter arranged in the upper and right directions.
  • the C and D sequences are the same as the C and D sequences in the fourth embodiment.
  • the D array is arranged on the right side of the C array, and the C array is arranged on the right side of the D array.
  • This arrangement is repeatedly arranged in the vertical direction. That is, in this color filter array, R, G, B color filters (R filter, G filter, B filter) have a predetermined periodicity (G filter is 3 ⁇ 3, R filter and B filter are 3 ⁇ 6). Are arranged.
  • the G filter corresponding to the color that contributes most to obtain the luminance signal is horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) of the color filter array. ) Is located in each line of direction.
  • the number of R, G, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic arrangement pattern is 4 respectively.
  • the color filter array shown in FIG. 18 includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of G filters. That is, since G pixels are arranged at the four corners of the basic array pattern (C array or D array), a total of four basic array patterns (C array or D array) are arranged in two in the horizontal direction and in the vertical direction. A square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of a G filter appears at the center. Further, when 5 ⁇ 5 pixels (local area of the mosaic image) are extracted centering on the C array or the D array, 2 ⁇ 2 G pixels exist in the four corners of the 5 ⁇ 5 pixels.
  • the C array and D array of the color filter array shown in FIG. 18 are line symmetric with respect to a diagonal upper right direction (NE) line passing through the center of the C array and the D array (center of the center G filter), respectively. Yes.
  • FIG. 19 shows a color filter array when the color filter array shown in FIG. 18 is thinned and read out in the vertical direction.
  • (A) is 1/4 thinning
  • (B) is 1/16 (1/4 2 ) thinning. Results are shown.
  • the numbers attached to each figure in FIG. 19 indicate which lines are extracted when numbers 1, 2, 3,... Are numbered in the vertical direction from the upper left of the color filter array shown in FIG. It is shown.
  • FIG. 19 only the first to sixth columns of the color filter array shown in FIG. 18 are displayed for explanation.
  • the 1st, 5th and 9th rows and the 1st to 3rd columns are C arrays, and the C arrays repeatedly appear in the vertical direction.
  • the first, fifth and ninth rows and the fourth to sixth columns are D arrays, and the D arrays repeatedly appear in the vertical direction.
  • the color filter array for 1/4 thinning is the same as the original color filter array.
  • the first, third and third rows and the first to third columns are C arrays, and the C arrays repeatedly appear in the vertical direction.
  • the first, the 17th, the 33rd row, and the fourth to sixth columns are D arrays, and the D arrays repeatedly appear in the vertical direction. That is, the 1 / 16-thinned color filter array is the same as the original color filter array.
  • FIG. 20 shows a color filter array when the color filter array shown in FIG. 18 is thinned and read out in the vertical direction.
  • (A) is 1/2 thinned
  • (B) is 1/8 (1/2 3 ) thinned. Results are shown.
  • Numbers attached to the respective parts in FIG. 20 indicate which rows are extracted when numbers 1, 2, 3,... And columns are assigned in the vertical direction from the upper left of the color filter array shown in FIG. Is.
  • FIG. 20 only the first to sixth lines of the color filter array shown in FIG. 18 are displayed for explanation.
  • the color filter array of 1/2 thinning shown in FIG. 20A is the color filter array of the third, fifth, and seventh rows and the first to third columns, and the third, fifth, seventh row, and the fourth to sixth columns.
  • the arrangement of the G filter is the arrangement pattern P3 ′ although the arrangement of the R filter and the B filter is different.
  • the color filter array of 1/8 decimation shown in FIG. 20B is the color filter array in the 9th, 17th and 25th rows and the 1st to 3rd columns, and the 9th, 17th and 25th rows and the 4th to 6th columns.
  • the arrangement of the G filter is the arrangement pattern P3 ′ although the arrangement of the R filter and the B filter is different.
  • the C array and the D array are arranged in the horizontal direction, and this is repeatedly arranged in the vertical direction.
  • the C array and the D array are arranged in the vertical direction, and this may be repeatedly arranged in the horizontal direction.
  • a color filter having similar characteristics can be obtained.
  • the horizontal direction and the vertical direction are interchanged.
  • FIG. 21 is a diagram showing a seventh embodiment of a single-plate color image sensor according to the present invention, and particularly shows a color filter array of color filters provided in the color image sensor.
  • the color filter array of the color image sensor of the seventh embodiment includes the features (1), (2), (3), (5) and (6) of the color filter array of the color image sensor of the first embodiment. Has the same characteristics. Detailed description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.
  • the color filter array shown in FIG. 21 includes a basic array pattern P4 (pattern indicated by a thick frame) consisting of a square array pattern corresponding to 5 ⁇ 5 pixels, and this basic array pattern P4 is repeatedly arranged in the horizontal direction and the vertical direction.
  • R, G, and B color filters R filter, G filter, and B filter
  • R filter, G filter, and B filter are arrayed with a predetermined periodicity.
  • G filters which are luminance pixels, are arranged on both diagonal lines.
  • An R filter is arranged in the vertical direction of the central G filter, and a G filter is arranged in the horizontal direction.
  • the basic array pattern P4 is arranged so that the R filter, the G filter, and the B filter are not adjacent to each other. That is, R filters are arranged above and below the center B filter at the left and right ends, and B filters are arranged at the left and right sides of the center R filter at the upper and lower ends.
  • the G filter corresponding to the color that contributes most to obtain the luminance signal is horizontal, vertical, and diagonal (NE, NW) of the color filter array. ) Is located in each line of direction.
  • the numbers of R pixels, G pixels, and B pixels corresponding to the R, G, and B filters in the basic array pattern are 8 pixels, 9 pixels, and 8 pixels, respectively. It has become. That is, the ratio of the number of G pixels that contributes most to obtain a luminance signal is larger than the ratio of the number of R pixels and B pixels of other colors.
  • the color filter array shown in FIG. 21 includes a square array corresponding to 2 ⁇ 2 pixels composed of G filters. That is, since the G pixels are arranged at the four corners of the basic array pattern P4, when a total of four basic array patterns P4 are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, a total of 2 ⁇ 2 consisting of a G filter is formed. A square array corresponding to the pixel appears.
  • the basic array pattern P4 shown in FIG. 21 is a point object with respect to the center of the basic array pattern P4 (the center of the central G filter).
  • the basic array pattern P4 is line symmetric with respect to horizontal and vertical lines passing through the center of the basic array pattern P4 (center of the center G filter).
  • This embodiment is an example of a color filter array having a basic array pattern of 5 ⁇ 5 pixels, and the basic array pattern of 5 ⁇ 5 pixels is not limited to this as long as the G filter is arranged on a diagonal line.
  • the R filter and the B filter at the outermost periphery of the basic array pattern P4 may be replaced with each other so that the R, G, and B filters are not adjacent to each other in the vertical and horizontal directions.
  • the basic array pattern that satisfies the feature (4) of the first embodiment can also be obtained.
  • N the basic array included in the technical scope of the present invention.
  • the pattern is not limited to this.
  • the basic array pattern may be an odd number where N is 3 or more, for example, 7 ⁇ 7 pixels or 9 ⁇ 9 pixels.
  • N is preferably 10 or less.
  • the color filter array of the RGB primary color filters has been described.
  • the type of the color filter is not limited to the above embodiment, and the RGB primary colors + other colors (for example, emerald (E The color filter array of the four color filters of)) may be used.
  • the present invention can also be applied to a color filter array of four color complementary color filters in which G is added to C (cyan), M (magenta), and Y (yellow) which are complementary colors of the primary colors RGB.

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Abstract

偽色の発生の低減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。　カラーフィルタ配列は、３×３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。基本配列パターンＰ１は、輝度系画素であるＧフィルタが４隅と中央に、すなわち両対角線上に配置されている。その結果、Ｇフィルタがカラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め方向の各ライン内に配置され、かつカラーフィルタ配列がＧフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含む。また、基本配列パターンＰ１の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いため、同時化処理に有効である。

Description

カラー撮像素子
　本発明はカラー撮像素子に係り、特に色モワレの発生の低減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、デモザイク処理）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２２（Ａ）に示すような白黒の縦縞模様（高周波画像）が、図２２（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２２（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２３（Ａ）に示すような斜めの白黒の高周波画像が、図２３（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２３（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、ランダムパターン毎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(特に斜め方向)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。なお、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、偽色の発生の低減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カラー撮像素子は、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Ｎ×Ｎ（Ｎ：３以上の奇数）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の２つの対角線上に配置され、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Ｎ×Ｎ（Ｎ：３以上の奇数）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る。これにより、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従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。
　また、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のフィルタが基本配列パターン内の２つの対角線上に配置されている、すなわち第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１つ以上配置されるようにしたため、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る。更に、第１のフィルタに対応する第１の色の画素数と第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、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をよくすることができる。
　本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、前記基本配列パターンは、３×３画素であることが好ましい。すなわち、基本配列パターンとしては、３×３画素が最も好ましい。
　本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタは、前記カラーフィルタ配列と、前記カラーフィルタ配列を水平方向又は垂直方向に１／２ｎ（ｎ：自然数）で間引いたときのカラーフィルタ配列とが略同じとなるように配置されることが好ましい。これにより、静止画撮影時の画像処理と動画撮影時の画像処理とを共通の処理とすることができる。
　本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタは、前記カラーフィルタ配列と、前記カラーフィルタ配列を水平方向又は垂直方向に１／４ｎ（ｎ：自然数）で間引いたときのカラーフィルタ配列とが略同じとなるように配置されることが好ましい。これにより、静止画撮影時の画像処理と動画撮影時の画像処理とを共通の処理とすることができる。
　本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、前記第１のフィルタは、前記カラーフィルタ配列における前記第１のフィルタの配列と、前記カラーフィルタ配列を水平方向又は垂直方向に１／２ｎ（ｎ：自然数）で間引いたときのカラーフィルタ配列における前記第１のフィルタの配列とが略同じとなるように配置されることが好ましい。すなわち、間引き読み出し処理をする場合としない場合とで画像処理の中心となる第１のフィルタの配置が略同じとなる。これにより、画像処理の負荷を減らすことができる。
　本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、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、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に１つ以上配置されることが好ましい。これは、第１のフィルタが基本配列パターン内の２つの対角線上に配置されることにより満足する。
　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のフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列を含むことが好ましい。これにより、２×２画素の画素値を使用して、水平、垂直、及び斜め右上及び斜め右下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、後段に配置される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を通る水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向の線のうちの少なくとも１つに対して線対称であることが好ましい。これにより、後段に配置される処理回路の回路規模を小さくすることが可能になる。
　本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、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）色であることが好ましい。
　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は、３×３画素に対応する正方配列パターンであって、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フィルタ又はＲフィルタが配置され、左右にＢフィルタ又はＲフィルタであって前記上下に配置されたフィルタとは異なるフィルタが配列されることが好ましい。この基本配列パターンは、Ｇフィルタが基本配列パターン内の２つの対角線上に配置される３×３画素の基本パターンの一例である。
　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は、３×３画素に対応する正方配列パターンであって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、上段中央と中段左端又は中段右端にＢフィルタ又はＲフィルタが配置され、その他の枠にＢフィルタ又はＲフィルタであって前記上段中央に配置されたフィルタとは異なるフィルタが配列されることが好ましい。この基本配列パターンは、Ｇフィルタが基本配列パターン内の２つの対角線上に配置される３×３画素の基本パターンの一例である。
　本発明によれば、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。
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 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 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 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 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 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 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を水平方向に１／２ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列を示す図であり、（Ａ）は１／２で間引いた場合、（Ｂ）は１／４で間引いた場合、（Ｃ）は１／８で間引いた場合を示す 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を垂直方向に１／２ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列を示す図であり、（Ａ）は１／２で間引いた場合、（Ｂ）は１／４で間引いた場合、（Ｃ）は１／８で間引いた場合を示す 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 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を垂直方向に１／２ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列を示す図であり、（Ａ）は１／２で間引いた場合、（Ｂ）は１／４で間引いた場合、（Ｃ）は１／８で間引いた場合を示す 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 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 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を水平方向に１／４ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列を示す図であり、（Ａ）は１／４で間引いた場合、（Ｂ）は１／１６で間引いた場合を示す 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を垂直方向に１／４ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列を示す図であり、（Ａ）は１／４で間引いた場合、（Ｂ）は１／１６で間引いた場合を示す 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を水平方向に１／２ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列を示す図であり、（Ａ）は１／２で間引いた場合、（Ｂ）は１／８で間引いた場合を示す Ｇフィルタの配列パターンについて説明する図 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を垂直方向に１／２ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列を示す図であり、（Ａ）は１／２で間引いた場合、（Ｂ）は１／８で間引いた場合を示す 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 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を垂直方向に１／４ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列を示す図であり、（Ａ）は１／４で間引いた場合、（Ｂ）は１／１６で間引いた場合を示す 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を垂直方向に１／２ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列を示す図であり、（Ａ）は１／２で間引いた場合、（Ｂ）は１／８で間引いた場合を示す 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 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 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
　以下、添付図面に従って本発明に係るカラー撮像素子の好ましい実施の形態について詳説する。
　＜第１の実施の形態＞
　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。
　なお、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）、（５）及び（６）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（デモザイク処理）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。
　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。これは、奇数×奇数の基本配列パターンにおいてＧフィルタが両対角線上に配置されたことによる効果である。なお、ＮＥは斜め右上方向を意味し、ＮＷは斜め右下方向を意味する。例えば、正方形の画素の配列の場合は、斜め右上及び斜め右下方向とは水平方向に対しそれぞれ４５°の方向となるが、長方形の画素の配列であれば、長方形の対角線の方向であり長辺、短辺の長さに応じてその角度は変わりうる。すなわち、斜め右上方向は、画素の２つの対角線のうちの右上がり方向の対角線の方向であり、斜め右下方向は、画素の２つの対角線のうちの右下がり方向の対角線の方向である。
　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、すなわち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配列又はＢ配列における３×３画素において４隅と中央、すなわち２つの対角線上に配置され、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。なお、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対称性を有する。すなわち、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。更に、基本配列パターン内のＡ配列及びＢ配列は、Ａ配列及びＢ配列の中心（中心のＧフィルタの中心）を通る水平方向又は垂直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。
　なお、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。
　＜第２の実施の形態＞
　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、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）、（５）及び（６）と同じ特徴及び第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はない特徴（７）を有している。なお、第１の実施形態と同様の部分については、詳細な説明を省略する。
　〔特徴（１）〕
　図６に示すカラーフィルタ配列は、３×３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。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。
　基本配列パターンＰ１は、輝度系画素であるＧフィルタが４隅と中央に、すなわち両対角線上に配置されている。また、基本配列パターンＰ１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る。すなわち、基本配列パターンＰ１は、第１の実施の形態におけるＡ配列と同一の配置である。
　〔特徴（２）〕
　図６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。
　〔特徴（３）〕
　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２画素、５画素、２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。
　〔特徴（５）〕
　図６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。すなわち、基本配列パターンＰ１は４隅にＧ画素が配置されているので、基本配列パターンＰ１を水平方向及び垂直方向に２つずつ合計４個並べると、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。また、基本配列パターンＰ１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。
　〔特徴（６）〕
　図６に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンＰ１は、基本配列パターンＰ１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。更に、基本配列パターンＰ１は、基本配列パターンＰ１の中心（中心のＧフィルタの中心）を通る水平方向又は垂直方向の線に対して線対称となっている。
　〔特徴(７)〕
　図６に示すカラーフィルタ配列は、このカラーフィルタ配列を水平方向又は垂直方向に１／２ｎ（ｎは自然数）で間引いたカラーフィルタ配列が、元のカラーフィルタ配列と略同じとなる。すなわち、水平方向又は垂直方向に１／２ｎ（ｎは自然数）ラインおきに読み出した場合のカラーフィルタ配列が、元のカラーフィルタ配列と略同じとなる。
　図７は、図６に示すカラーフィルタ配列を水平方向に間引き読み出ししたときのカラーフィルタ配列を示し、（Ａ）は１／２間引き、（Ｂ）は１／４（１／２２）間引き、（Ｃ）は１／８（１／２３）間引きの結果を示す。図７の各図に付されている数字は、図６に示すカラーフィルタ配列の左上から水平方向に１、２、３・・・列目と番号を振ったときのどの列が抽出されたかを示すものである。なお、図７においては、説明のため図６に示すカラーフィルタ配列の１～３行目のみが表示されている。
　図７（Ａ）に示す１／２間引きのカラーフィルタ配列は、３、５、７列目と１～３行目が基本配列パターンＰ１となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ１が繰り返し出現する。すなわち、１／２間引きのカラーフィルタ配列は、１列目を除き、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図７（Ｂ）に示す１／４間引きのカラーフィルタ配列は、１、５、９列目と１～３行目が基本配列パターンＰ１となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ１が繰り返し出現する。すなわち、１／４間引きのカラーフィルタ配列は、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図７（Ｃ）に示す１／８間引きのカラーフィルタ配列は、９、１７、２５列目と１～３行目が基本配列パターンＰ１となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ１が繰り返し出現する。すなわち、１／８間引きのカラーフィルタ配列は、１列目を除き、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図８は、図６に示すカラーフィルタ配列を垂直方向に間引き読み出ししたときのカラーフィルタ配列を示し、（Ａ）は１／２間引き、（Ｂ）は１／４（１／２２）間引き、（Ｃ）は１／８（１／２３）間引きの結果を示す。図８の各図に付されている数字は、図６に示すカラーフィルタ配列の左上から垂直方向に１、２、３・・・行目と番号を振ったときのどの行が抽出されたかを示すものである。なお、図８においては、説明のため図６に示すカラーフィルタ配列の１～９列目のみが表示されている。
　図８（Ａ）に示す１／２間引きのカラーフィルタ配列は、３、５、７行目と１～３列目が基本配列パターンＰ１となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ１が繰り返し出現する。すなわち、１／２間引きのカラーフィルタ配列は、１行目を除き、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図８（Ｂ）に示す１／４間引きのカラーフィルタ配列は、１、５、９行目と１～３列目が基本配列パターンＰ１となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ１が繰り返し出現する。すなわち、１／４間引きのカラーフィルタ配列は、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図８（Ｃ）に示す１／８間引きのカラーフィルタ配列は、９、１７、２５行目と１～３列目が基本配列パターンＰ１となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ１が繰り返し出現する。すなわち、１／８間引きのカラーフィルタ配列は、１行目を除き、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　静止画撮影においては、全ての画素を用いて画像を取得するが、動画撮影においては、高速処理が必要となるためカラーフィルタ配列を垂直方向（または水平方向）に１／２ｎで間引き読み出しして画像を取得する。元のカラーフィルタ配列と、このカラーフィルタ配列を１／２ｎで間引いたカラーフィルタ配列とを略同じとすることで、静止画撮影時の画像処理と動画撮影時の画像処理とを共通の処理とすることができる。
　なお、本実施の形態では、Ｇフィルタが対角線上に配置され、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た基本配列パターンＰ１（第１の実施の形態のＡ配列）を用いたが、ＲフィルタとＢフィルタとの位置関係が逆転した基本配列パターン、すなわち中央の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た第１の実施の形態のＢ配列と同一のパターンを用いても同様の特徴を有するカラーフィルタが得られる。
　＜第３の実施の形態＞
　図９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、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）、（５）及び（６）と同じ特徴及び第２の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴（７）を有している。なお、第１の実施形態及び第２の実施の形態と同様の部分については、詳細な説明を省略する。
　〔特徴（１）〕
　図９に示すカラーフィルタ配列は、３×６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。この基本配列パターンは、輝度系画素であるＧフィルタが４隅と中央に、すなわち両対角線上に配置されている。
　基本配列パターンは、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たＡ配列と、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たＢ配列とを含む。Ａ配列、Ｂ配列は、第１の実施の形態のＡ配列、Ｂ配列と同一の配列である。
　Ａ配列の右側にはＢ配列が配置され、Ｂ配列の右側にはＡ配列が配置される。そして、この配列が垂直方向に繰り返し配置される。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（Ｇフィルタは３×３、Ｒフィルタ及びＢフィルタは３×６）をもって配列されている。
　〔特徴（２）〕
　図９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。
　〔特徴（３）〕
　図９に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターン（Ａ配列、Ｂ配列）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２画素、５画素、２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。
　〔特徴（５）〕
　図９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。すなわち、基本配列パターンＰ１は４隅にＧ画素が配置されているので、Ａ配列、Ｂ配列を水平方向及び垂直方向に２つずつ合計４個並べると、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。また、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。
　〔特徴（６）〕
　図９に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターン（Ａ配列、Ｂ配列）は、それぞれ、Ａ配列、Ｂ配列の中心（４つのＧフィルタの中心）に対して点対称になっている。更に、Ａ配列、Ｂ配列は、Ａ配列、Ｂ配列の中心（中心のＧフィルタの中心）を通る水平方向又は垂直方向の線に対して線対称となっている。
　〔特徴(７)〕
　図９に示すカラーフィルタ配列は、このカラーフィルタ配列を垂直方向に１／２ｎで間引いたカラーフィルタ配列が、元のカラーフィルタ配列と略同じとなる。
　図１０は、図９に示すカラーフィルタ配列を垂直方向に間引き読み出ししたときのカラーフィルタ配列を示し、（Ａ）は１／２間引き、（Ｂ）は１／４（１／２２）間引き、（Ｃ）は１／８（１／２３）間引きの結果を示す。図１０の各図に付されている数字は、図９に示すカラーフィルタ配列の左上から垂直方向に１、２、３・・・行目と番号を振ったときのどの行が抽出されたかを示すものである。なお、図１０においては、説明のため図９に示すカラーフィルタ配列の１～６列目のみが表示されている。
　図１０（Ａ）に示す１／２間引きのカラーフィルタ配列は、３、５、７行目と１～３列目がＡ配列となっており、Ａ配列が垂直方向に繰り返し出現する。また、３、５、７行目と４～６列目がＢ配列となっており、Ｂ配列が垂直方向に繰り返し出現する。すなわち、１／２間引きのカラーフィルタ配列は、１行目を除き、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図１０（Ｂ）に示す１／４間引きのカラーフィルタ配列は、１、５、９行目と１～３列目がＡ配列となっており、Ａ配列が垂直方向に繰り返し出現する。また、１、５、９行目と４～６列目がＢ配列となっており、Ｂ配列が垂直方向に繰り返し出現する。すなわち、１／４間引きのカラーフィルタ配列は、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図１０（Ｃ）に示す１／８間引きのカラーフィルタ配列は、９、１７、２５行目と１～３列目がＡ配列となっており、Ａ配列が垂直方向に繰り返し出現する。また、９、１７、２５行目と４～６列目がＢ配列となっており、Ｂ配列が垂直方向に繰り返し出現する。すなわち、１／８間引きのカラーフィルタ配列は、１行目を除き、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　なお、本実施の形態では、水平方向にＡ配列とＢ配列を並べ、これを垂直方向に繰り返し配置したが、垂直方向にＡ配列とＢ配列を並べ、これを水平方向に繰り返し配置しても同様の特徴を有するカラーフィルタが得られる。ただし、特徴（７）は、水平方向と垂直方向が入れ替えられ、カラーフィルタ配列を水平方向に１／２ｎで間引いたカラーフィルタ配列が、元のカラーフィルタ配列と略同じとなる、という特徴となる。
　＜第４の実施の形態＞
　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。
　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）、（５）及び（６）と同じ特徴を有している。なお、第１の実施形態と同様の部分については、詳細な説明を省略する。
　〔特徴（１）〕
　図１１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。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。
　また、基本配列パターンＰ２を３×３画素に４分割した状態とすると、実線の枠で囲んだ３×３画素のＣ配列と、破線の枠で囲んだ３×３画素のＤ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。
　Ｃ配列及びＤ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、すなわち両対角線上に配置されている。また、Ｃ配列は、中央のＧフィルタを挟んでＲフィルタが右及び下方向に配列され、Ｂフィルタが上及び左方向に配列され、一方、Ｄ配列は、中央のＧフィルタを挟んでＢフィルタが右及び下方向に配列され、Ｒフィルタが上及び左方向に配列されている。即ちＣ配列とＤ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。
　〔特徴（２）〕
　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、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されている。
　〔特徴（３）〕
　図１１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。
　〔特徴（４）〕
　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。
　〔特徴（５）〕
　図１１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。すなわち、基本配列パターンＰ２は４隅にＧ画素が配置されているので、基本配列パターンＰ２を水平方向及び垂直方向に２つずつ合計４個並べると、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。
　また、Ｃ配列又はＤ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。
　〔特徴（６）〕
　図１１に示すＣ配列、Ｄ配列は、Ｃ配列、Ｄ配列の中心（中心のＧフィルタの中心）を通る斜め右下方向（ＮＷ）の線に対して線対称となっている。
　なお、本実施の形態では、Ｃ配列は中心のＧフィルタの上と左にＢフィルタ、右と下にＲフィルタが配置されたが、中心のＧフィルタの上と右にＢフィルタ、左と下にＲフィルタを配置してもよい。この場合には、Ｃ配列は、Ｃ配列の中心を通る斜め右上方向（ＮＥ）の線に対して線対称となる。Ｄ配列についても同様であるため、説明を省略する。
　＜第５の実施の形態＞
　図１２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）、（５）及び（６）と同じ特徴及び第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はない特徴（８）及び（９）を有している。なお、第１の実施形態及び第４の実施の形態と同様の部分については、詳細な説明を省略する。
　〔特徴（１）〕
　図１２に示すカラーフィルタ配列は、３×３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。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。
　基本配列パターンＰ３は、輝度系画素であるＧフィルタが４隅と中央に、すなわち両対角線上に配置されている。また、基本配列パターンＰ３は、中央のＧフィルタを挟んでＲフィルタが右及び下方向に配列され、Ｂフィルタが上及び横方向に配列される。すなわち、基本配列パターンＰ３は、第４の実施の形態におけるＣ配列と同一の配置である。
　〔特徴（２）〕
　図１２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。
　〔特徴（３）〕
　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、５画素、２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。
　〔特徴（５）〕
　図１２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。すなわち、基本配列パターンＰ３は４隅にＧ画素が配置されているので、基本配列パターンＰ３を水平方向及び垂直方向に２つずつ合計４個並べると、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。また、基本配列パターンＰ３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。
　〔特徴（６）〕
　図１２に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンＰ３は、基本配列パターンＰ３の中心（中心のＧフィルタの中心）を通る斜め右上方向（ＮＥ）の線に対して線対称となっている。
　〔特徴(８)〕
　図１２に示すカラーフィルタ配列は、このカラーフィルタ配列を水平方向又は垂直方向に１／４ｎ（ｎ：自然数）で間引いたカラーフィルタ配列が、元のカラーフィルタ配列と略同じとなる。すなわち、水平方向又は垂直方向に１／４ｎ（ｎは自然数）ラインおきに読み出した場合のカラーフィルタ配列が、元のカラーフィルタ配列と略同じとなる。
　図１３は、図１２に示すカラーフィルタ配列を水平方向に間引き読み出ししたときのカラーフィルタ配列を示し、（Ａ）は１／４間引き、（Ｂ）は１／１６（１／４２）間引きの結果を示す。図１３の各図に付されている数字は、図１２に示すカラーフィルタ配列の左上から水平方向に１、２、３・・・列目と番号を振ったときのどの列が抽出されたかを示すものである。なお、図１３においては、説明のため図１２に示すカラーフィルタ配列の１～３行目のみが表示されている。
　図１３（Ａ）に示す１／４間引きのカラーフィルタ配列は、１３、１７、２１列目と１～３行目が基本配列パターンＰ３となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ３が繰り返し出現する。すなわち、１／４間引きのカラーフィルタ配列は、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図１３（Ｂ）に示す１／８間引きのカラーフィルタ配列は、４９、６５、８１列目と１～３行目が基本配列パターンＰ３となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ３が繰り返し出現する。すなわち、１／１６間引きのカラーフィルタ配列は、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図１４は、図１２に示すカラーフィルタ配列を垂直方向に間引き読み出ししたときのカラーフィルタ配列を示し、（Ａ）は１／４間引き、（Ｂ）は１／１６（１／４２）間引きの結果を示す。図１４の各図に付されている数字は、図１２に示すカラーフィルタ配列の左上から垂直方向に１、２、３・・・行目と番号を振ったときのどの行が抽出されたかを示すものである。なお、図１４においては、説明のため図１２に示すカラーフィルタ配列の１～３列目のみが表示されている。
　図１４（Ａ）に示す１／４間引きのカラーフィルタ配列は、１、５、９行目と１～３列目が基本配列パターンＰ３となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ３が繰り返し出現する。すなわち、１／４間引きのカラーフィルタ配列は、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図１４（Ｂ）に示す１／１６間引きのカラーフィルタ配列は、１、１７、３３行目と１～３列目が基本配列パターンＰ３となっており、水平、垂直方向に基本配列パターンＰ３が繰り返し出現する。すなわち、１／１６間引きのカラーフィルタ配列は、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　元のカラーフィルタ配列と、このカラーフィルタ配列を１／４ｎで間引いたカラーフィルタ配列とを略同じとすることで、静止画撮影時の画像処理と動画撮影時の画像処理とを共通の処理とすることができる。
　〔特徴(９)〕
　図１２に示すカラーフィルタ配列は、このカラーフィルタ配列を水平方向又は垂直方向に１／２ｎで間引いたカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列が、元のカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列と略同じとなる。
　図１５は、図１２に示すカラーフィルタ配列を水平方向に間引き読み出ししたときのカラーフィルタ配列を示し、（Ａ）は１／２間引き、（Ｂ）は１／８（１／２３）間引きの結果を示す。図１５の各図に付されている数字は、図１２に示すカラーフィルタ配列の左上から水平方向に１、２、３・・・列目と番号を振ったときのどの列が抽出されたかを示すものである。なお、図１５においては、説明のため図１２に示すカラーフィルタ配列の１～３行目のみが表示されている。
　図１５（Ａ）に示す１／２間引きのカラーフィルタ配列は、３、５、７列目と１～３行目のＧフィルタの配列が配列パターンＰ３’となっている。図１６に示すように、配列パターンＰ３’はＧフィルタのみの配列であり、配列パターンＰ３’においてはＧフィルタが４隅と中央、すなわち両対角線上に配置されている。これは、基本配列パターンＰ３のＧフィルタの配置と同じである。配列パターンＰ３’は、水平、垂直方向に繰り返し出現する。すなわち、１／２間引きのカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列は、１列目を除いて元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図１５（Ｂ）に示す１／８間引きのカラーフィルタ配列は、９、１７、２５列目と１～３行目のＧフィルタの配列が配列パターンＰ３’となっており、水平、垂直方向に配列パターンＰ３’が繰り返し出現する。すなわち、１／８間引きのカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列は、１列目を除き、元のカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列と同一である。
　図１７は、図１２に示すカラーフィルタ配列を垂直方向に間引き読み出ししたときのカラーフィルタ配列を示し、（Ａ）は１／２間引き、（Ｂ）は１／８（１／２３）間引きの結果を示す。図１７各図に付されている数字は、図１２に示すカラーフィルタ配列の左上から垂直方向に１、２、３・・・列目と番号を振ったときのどの行が抽出されたかを示すものである。なお、図１７においては、説明のため図１２に示すカラーフィルタ配列の１～３行目のみが表示されている。
　図１７（Ａ）に示す１／２間引きのカラーフィルタ配列は、３、５、７行目と１～３列目のＧフィルタが配列パターンＰ３’となっており、水平、垂直方向に繰り返し出現する。すなわち、１／２間引きのカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列は、１行目を除いて元のカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列と同一である。
　図１７（Ｂ）に示す１／８間引きのカラーフィルタ配列は、９、１７、２５行目と１～３列目のＧフィルタが配列パターンＰ３’となっており、水平、垂直方向に配列パターンＰ３’が繰り返し出現する。すなわち、１／８間引きのカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列は、１行目を除き、元のカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列と同一である。
　このように、Ｇフィルタは、元のカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列と、このカラーフィルタ配列を１／２ｎで間引いたときのカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列とが略同じとなるように配置されている。すなわち、１／２ｎ間引きの前後で、輝度系画素であるＧフィルタと、その他の色のフィルタ（Ｒフィルタ及びＢフィルタ）との位置関係が同じである。このように、画像処理の中心となるＧ画素の配置を略同じとすることで、画像処理の負荷を減らすことができる。
　なお、図１５、１７では、１／２間引き、１／８（１／２３）間引きのみを図示したが、図１３、１４に示すように元のカラーフィルタ配列と、このカラーフィルタ配列を１／４ｎ（１／２２ｎ）で間引いたカラーフィルタ配列とは略同じであるから、当然、元のカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列と、このカラーフィルタ配列を１／２ｎで間引いたカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列とは略同じとなる。
　なお、本実施の形態では、Ｇフィルタが対角線上に配置され、中央のＧフィルタを挟んでＲフィルタが右及び下方向に配列され、Ｂフィルタが上及び左方向に配列された基本配列パターンＰ３（第４の実施の形態のＣ配列）を用いたが、ＲフィルタとＢフィルタとの位置関係が逆転した基本配列パターン、すなわち中央のＧフィルタを挟んでＢフィルタが右及び下方向に配列され、Ｒフィルタが上及び左方向に配列された第４の実施の形態のＤ配列と同一のパターンを用いても同様の特徴を有するカラーフィルタが得られる。
　＜第６の実施の形態＞
　図１８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、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）、（５）及び（６）と同じ特徴及び第５の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の特徴（８）及び（９）を有している。なお、第１の実施形態及び第５の実施の形態と同様の部分については、詳細な説明を省略する。
　〔特徴（１）〕
　図１８に示すカラーフィルタ配列は、３×６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。この基本配列パターンは、輝度系画素であるＧフィルタが４隅と中央に、すなわち両対角線上に配置されている。
　基本配列パターンは、中央のＧフィルタを挟んでＲフィルタが右及び下方向に配列され、Ｂフィルタが上及び左方向に配列されたＣ配列と、中央のＧフィルタを挟んでＢフィルタが右及び下方向に配列され、Ｒフィルタが上及び右方向に配列されたＤ配列とを含む。Ｃ配列とＤ配列は、第４の実施の形態におけるＣ配列、Ｄ配列と同一の配列である。
　Ｃ配列の右側にはＤ配列が配置され、Ｄ配列の右側にはＣ配列が配置される。そして、この配列が垂直方向に繰り返し配置される。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（Ｇフィルタは３×３、Ｒフィルタ及びＢフィルタは３×６）をもって配列されている。
　〔特徴（２）〕
　図１８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。
　〔特徴（３）〕
　図１８に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターン（Ｃ配列及びＤ配列）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、１０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、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。
　〔特徴（５）〕
　図１８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。すなわち、基本配列パターン（Ｃ配列又はＤ配列）は４隅にＧ画素が配置されているので、基本配列パターン（Ｃ配列又はＤ配列）を水平方向及び垂直方向に２つずつ合計４個並べると、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。また、Ｃ配列又はＤ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。
　〔特徴（６）〕
　図１８に示すカラーフィルタ配列のＣ配列、Ｄ配列は、それぞれ、Ｃ配列、Ｄ配列の中心（中心のＧフィルタの中心）を通る斜め右上方向（ＮＥ）の線に対して線対称となっている。
　〔特徴(８)〕
　図１８に示すカラーフィルタ配列は、このカラーフィルタ配列を垂直方向に１／４ｎで間引いたカラーフィルタ配列が、元のカラーフィルタ配列と略同じとなる。
　図１９は、図１８に示すカラーフィルタ配列を垂直方向に間引き読み出ししたときのカラーフィルタ配列を示し、（Ａ）は１／４間引き、（Ｂ）は１／１６（１／４２）間引きの結果を示す。図１９の各図に付されている数字は、図１６に示すカラーフィルタ配列の左上から垂直方向に１、２、３・・・行目と番号を振ったときのどの行が抽出されたかを示すものである。なお、図１９においては、説明のため図１８に示すカラーフィルタ配列の１～６列目のみが表示されている。
　図１９（Ａ）に示す１／４間引きのカラーフィルタ配列は、１、５、９行目と１～３列目がＣ配列となっており、Ｃ配列が垂直方向に繰り返し出現する。また、１、５、９行目と４～６列目がＤ配列となっており、Ｄ配列が垂直方向に繰り返し出現する。すなわち、１／４間引きのカラーフィルタ配列は、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　図１９（Ｂ）に示す１／１６間引きのカラーフィルタ配列は、１、１７、３３行目と１～３列目がＣ配列となっており、Ｃ配列が垂直方向に繰り返し出現する。また、１、１７、３３行目と４～６列目がＤ配列となっており、Ｄ配列が垂直方向に繰り返し出現する。すなわち、１／１６間引きのカラーフィルタ配列は、元のカラーフィルタ配列と同一である。
　〔特徴(９)〕
　図１８に示すカラーフィルタ配列は、このカラーフィルタ配列を垂直方向に１／２ｎで間引いたカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列が、元のＧフィルタの配列と略同じとなる。
　図２０は、図１８に示すカラーフィルタ配列を垂直方向に間引き読み出ししたときのカラーフィルタ配列を示し、（Ａ）は１／２間引き、（Ｂ）は１／８（１／２３）間引きの結果を示す。図２０各部分に付されている数字は、図１８に示すカラーフィルタ配列の左上から垂直方向に１、２、３・・・列目と番号を振ったときのどの行が抽出されたかを示すものである。なお、図２０においては、説明のため図１８に示すカラーフィルタ配列の１～６行目のみが表示されている。
　図２０（Ａ）に示す１／２間引きのカラーフィルタ配列は、３、５、７行目と１～３列目のカラーフィルタ配列と、３、５、７行目と４～６列目のカラーフィルタ配列は、Ｒフィルタ及びＢフィルタの配列は異なるものの、共にＧフィルタの配列は配列パターンＰ３’となっている。そして、配列パターンＰ３’は、水平、垂直方向に繰り返し出現する。すなわち、１／２間引きのカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列は、１行目を除いて元のカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列と同一である。
　図２０（Ｂ）に示す１／８間引きのカラーフィルタ配列は、９、１７、２５行目と１～３列目のカラーフィルタ配列と、９、１７、２５行目と４～６列目のカラーフィルタ配列は、Ｒフィルタ及びＢフィルタの配列は異なるものの、共にＧフィルタの配列は配列パターンＰ３’となっている。そして、配列パターンＰ３’は、水平、垂直方向に繰り返し出現する。すなわち、１／８間引きのカラーフィルタ配列は、１行目を除き、元のカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列と同一である。
　なお、図２０では、１／２間引き、１／８（１／２３）間引きのみを図示したが、図１９に示すように元のカラーフィルタ配列と、このカラーフィルタ配列を１／４ｎ（１／２２ｎ）で間引いたカラーフィルタ配列とは略同じであるから、当然、元のカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列と、このカラーフィルタ配列を１／２ｎで間引いたカラーフィルタ配列におけるＧフィルタの配列とは略同じとなる。
　なお、本実施の形態では、水平方向にＣ配列とＤ配列を並べ、これを垂直方向に繰り返し配置したが、垂直方向にＣ配列とＤ配列を並べ、これを水平方向に繰り返し配置しても同様の特徴を有するカラーフィルタが得られる。ただし、特徴（８）、（９）については、水平方向と垂直方向が入れ替えられる。
　＜第７の実施の形態＞
　図２１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、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）、（５）及び（６）と同じ特徴を有している。なお、第１の実施形態と同様の部分については、詳細な説明を省略する。
　〔特徴（１）〕
　図２１に示す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。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。
　基本配列パターンＰ４は、それぞれ輝度系画素であるＧフィルタが両対角線上に配置されている。中央のＧフィルタの上下方向にはＲフィルタが、左右方向にはＧフィルタが配置される。また、基本配列パターンＰ４は、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが互いに隣接しないように配置される。すなわち、左右端の中央のＢフィルタの上下にはＲフィルタが配置され、上下端の中央のＲフィルタの左右にはＢフィルタが配置される。
　〔特徴（２）〕
　図２１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。
　〔特徴（３）〕
　図２１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、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。
　〔特徴（５）〕
　図２１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。すなわち、基本配列パターンＰ４は４隅にＧ画素が配置されているので、基本配列パターンＰ４を水平方向及び垂直方向に２つずつ合計４個並べると、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。
　また、基本配列パターンＰ４を中心に７×７画素（モザイク画像の局所領域）を抽出した場合、前記７×７画素の４隅に２×２画素のＧ画素が存在する。
　〔特徴（６）〕
　図２１に示す基本配列パターンＰ４は、基本配列パターンＰ４の中心（中心のＧフィルタの中心）に対して点対象となっている。また、基本配列パターンＰ４は、基本配列パターンＰ４の中心（中心のＧフィルタの中心）を通る水平及び垂直な線に対して線対称となっている。
　本実施の形態は、５×５画素の基本配列パターンを有するカラーフィルタ配列の一例であり、Ｇフィルタが対角線上に配置されていれば５×５画素の基本配列パターンはこれに限定されない。例えば、基本配列パターンＰ４の最外周のＲフィルタとＢフィルタとを入れ替え、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが上下左右方向に互いに隣接しないような基本配列パターンとすることもできる。これにより、基本配列パターンＰ４を用いたときに満たす特徴に加え、第１の実施の形態の特徴（４）も満足する基本配列パターンとすることもできる。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。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。
　また、上記実施の形態では、Ｎ×Ｎの基本配列パターンとして、主として３×３画素、５×５画素、６×６画素を例に説明したが、本発明の技術的範囲に含まれる基本配列パターンはこれに限定されるものではない。基本配列パターンはＮが３以上の奇数、例えば７×７画素や９×９画素でもよい。ただし、同時化処理、動画撮影時の間引き処理等の画像処理の容易さを考えると、Ｎは１０以下であることが望ましい。
　［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ず、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でもよい。
　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。

Claims (12)

  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Ｎ×Ｎ（Ｎ：３以上の奇数）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の２つの対角線上に配置され、
    　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. 　前記基本配列パターンは、３×３画素である請求項１に記載のカラー撮像素子。
  3. 　前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタは、前記カラーフィルタ配列と、前記カラーフィルタ配列を水平方向又は垂直方向に１／２ｎ（ｎ：自然数）で間引いた時のカラーフィルタ配列とが略同じとなるように配置される請求項２に記載のカラー撮像素子。
  4. 　前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタは、前記カラーフィルタ配列と、前記カラーフィルタ配列を水平方向又は垂直方向に１／４ｎ（ｎ：自然数）で間引いた時のカラーフィルタ配列とが略同じとなるように配置される請求項２に記載のカラー撮像素子。
  5. 　前記第１のフィルタは、前記カラーフィルタ配列における前記第１のフィルタの配列と、前記カラーフィルタ配列を水平方向又は垂直方向に１／２ｎ（ｎ：自然数）で間引いた時のカラーフィルタ配列における前記第１のフィルタの配列とが略同じとなるように配置される請求項４に記載のカラー撮像素子。
  6. 　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、斜め右上及び斜め右下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。
  7. 　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から６のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  8. 　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７のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  9. 　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を通る水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向の線のうちの少なくとも１つに対して線対称である請求項１から７のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  10. 　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９のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
  11. 　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は、３×３画素に対応する正方配列パターンであって、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フィルタ又はＲフィルタが配置され、左右にＢフィルタ又はＲフィルタであって前記上下に配置されたフィルタとは異なるフィルタが配列された請求項１０に記載のカラー撮像素子。
  12. 　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は、３×３画素に対応する正方配列パターンであって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、上段中央と中段左端又は中段右端にＢフィルタ又はＲフィルタが配置され、その他の枠にＢフィルタ又はＲフィルタであって前記上段中央に配置されたフィルタとは異なるフィルタが配列された請求項１０に記載のカラー撮像素子。
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