JP4178250B2 - 撮像素子用のカラーフィルターブロック - Google Patents
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Description
本発明は、カラー撮像装置およびそれを用いたデジタルカメラ等において、広範囲の照度下において撮影可能な撮像素子用のカラーフィルターブロックに関するものである。
近年、デジタルカメラの性能は向上の一途だが、デジタルカメラの性能に対して、より美しい画像を撮りたい、いろいろな場面でも撮影したいなどといった要求も高まっている。美しい画像とは、撮像素子の色再現性を良くしたり、解像度を高くしたりすることで解決できる。また、いろいろな場面での撮影を可能にする為には、暗い場所から明るい場所まで撮影できるように撮像素子のダイナミックレンジを広くする必要がある。しかしこれらの条件を全て満足することは困難であり、また撮像素子そのものの性能を向上させることは多額の費用と時間がかかる為、安価で提供できる商品の性能向上は非常に難しいといった現状がある。
これらを解決する為、9件の特許文献にて紹介のように撮像素子に利用するカラーフィルターの配置等が検討されており、現在、主なものとしては次の4つのフィルターが公知である。
1, 色再現性のみ高い原色を用いた4マスのベイヤーフィルター
2, ダイナミックレンジのみが広い4マスの補色フィルター
3, 補色フィルターを基にし、モアレを発生しづらくした6マスの所謂エプソン(商標)配置
4, 緑の再現性を高めたソニー配置
しかし何れのカラーフィルターも、得意とする撮影環境以外での利用においては性能が充分に効率よく発揮できないといった問題がある。
特開2005−143031
特開2004−15772
特開2004−147098
特開2004−273952
特開2004−312140
特開2004−357335
特開2003−37848
特開2003−87804
特開2001−69516
1, 色再現性のみ高い原色を用いた4マスのベイヤーフィルター
2, ダイナミックレンジのみが広い4マスの補色フィルター
3, 補色フィルターを基にし、モアレを発生しづらくした6マスの所謂エプソン(商標)配置
4, 緑の再現性を高めたソニー配置
しかし何れのカラーフィルターも、得意とする撮影環境以外での利用においては性能が充分に効率よく発揮できないといった問題がある。
そこで課題として、幅広い撮影環境下において利用可能なカラーフィルターの開発が挙げられる。この開発により、より多くのシーンにおいて性能を発揮できるデジタルカメラ等を安価に提供することが可能となる。
撮像素子そのものの性能向上をもってこれらを解決している方式が存在するが、これらは撮像素子の価格が極めて高くなることと、高度な生産技術を要求することもあり、製品を安価に提供することには成功していない。
撮像素子そのものの性能向上をもってこれらを解決している方式が存在するが、これらは撮像素子の価格が極めて高くなることと、高度な生産技術を要求することもあり、製品を安価に提供することには成功していない。
本発明は、上記課題のカラーフィルターを開発したものであり、その特徴を次の(1)〜(5)に記載する。
(1)、縦横3列にマトリクス配置した9個の撮像素子ブロック対応の9マスカラーフィルターブロックであって、各マスへのカラーフィルター配置を、原色の赤フィルターと青フィルターを1マスずつ配置し、補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを1マスずつ、原色の緑を4マス配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
(2)、原色の緑フィルターを4角マスと中心マスを除く4マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く4角マスの任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルター配置したことを特徴とする前記(1)に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。
(3)、原色の緑フィルターを4角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと4角マスを除く任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置したことを特徴とする前記(1)に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。
(4)、縦横3列にマトリクス配置した9個の撮像素子ブロック対応の9マスカラーフィルターブロックであって、原色の緑フィルターを4角マスと中心マスを除く4マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く4角マスの任意のマスに1マスずつ、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルター配置した9マスカラーフィルターブロックと、原色の緑フィルターを4角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと4角マスを除く任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置した9マスのカラーフィルターブロックとを縦横交互に配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
(1)、縦横3列にマトリクス配置した9個の撮像素子ブロック対応の9マスカラーフィルターブロックであって、各マスへのカラーフィルター配置を、原色の赤フィルターと青フィルターを1マスずつ配置し、補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを1マスずつ、原色の緑を4マス配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
(2)、原色の緑フィルターを4角マスと中心マスを除く4マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く4角マスの任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルター配置したことを特徴とする前記(1)に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。
(3)、原色の緑フィルターを4角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと4角マスを除く任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置したことを特徴とする前記(1)に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。
(4)、縦横3列にマトリクス配置した9個の撮像素子ブロック対応の9マスカラーフィルターブロックであって、原色の緑フィルターを4角マスと中心マスを除く4マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く4角マスの任意のマスに1マスずつ、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルター配置した9マスカラーフィルターブロックと、原色の緑フィルターを4角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと4角マスを除く任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置した9マスのカラーフィルターブロックとを縦横交互に配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
本発明は、幅広い照度下において、可能な範囲内で色再現性を高める調整が可能なカラーフィルターを提供するものである。その方式としては、色再現性の高い原色と、ダイナミックレンジが広い補色をともに前記構成のように利用した原色-補色混成配置のカラーフィルターブロックである。このカラーフィルターブロックを用いることにより、従来の原色フィルターよりダイナミックレンジが広く、かつ従来の補色フィルターより色再現性の高い情報を提供することが可能となる。ただし、このフィルターにより一定の解像度低下が想定されるが、このカラーフィルターブロックを搭載するカメラ等の光学性能の状況により解像度低下は吸収される。特に搭載されるCCDの解像度に比して光学性能が落ちるような安価なデジタルカメラ等の製品において、その性能を効率よく向上させる効果が期待される。特に、撮影時の手ぶれ等を防ぎながら鮮やかな写真を写せる効果などが期待できる。
本発明のカラーフィルターブロックにおいて、縦横3列にマトリクス配置した9個の撮像素子ブロック対応の9マスカラーフィルターブロックにする意義は、図1〜図6に記載の各実施例のごとく、原色フィルターとして、赤のみを透過する赤カラーフィルターR、緑のみを透過する緑カラーフィルターG、青のみを透過する青カラーフィルターB、及び補色フィルターとして、青と赤を透過する補色のマゼンタカラーフィルターMa、青と緑を透過する補色のシアンカラーフィルターCy、赤と緑を透過する補色のイエローカラーフィルターYeを同一のカラーフィルターブロックに配置することである。これによって同一カラーフィルターブロック内において受光可能なダイナミックレンジが広くなることが挙げられる。
この9マスのカラーフィルターブロックにおいて原色の赤フィルターRと青フィルターBを1マスずつ配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴(2)を示す図1、図4であり、本発明の前記特徴(3)を示す図2、図5である。これ等の例における効果は、高照度下での受光時において色再現性を高める効果がある。
補色のシアンカラーフィルターCy、イエローカラーフィルターYe、マゼンタカラーフィルターMaを1マスずつ配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴(2)を示す図1、図4であり、本発明の前記特徴(3)を示す図2、図5である。これ等の例における効果は、低照度下での受光時において感度を高める効果がある。
原色の緑カラーフィルターGを4マス配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴(2)を示す図1、図4であり、本発明の前記特徴(3)を示す図2、図5である。これ等の例における効果は、緑成分の解像度を高める効果がある。これは人間の視覚特性において、他色に比して緑の解像度が高いことに由来する。
配置例の本発明の前記特徴(2)及び(3)を交互配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴(4)を示す図3、図6であり、これ等の例における効果は、同一パターンがタイル状に並べられる際に発生するモアレを低減する効果がある。
この9マスのカラーフィルターブロックにおいて原色の赤フィルターRと青フィルターBを1マスずつ配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴(2)を示す図1、図4であり、本発明の前記特徴(3)を示す図2、図5である。これ等の例における効果は、高照度下での受光時において色再現性を高める効果がある。
補色のシアンカラーフィルターCy、イエローカラーフィルターYe、マゼンタカラーフィルターMaを1マスずつ配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴(2)を示す図1、図4であり、本発明の前記特徴(3)を示す図2、図5である。これ等の例における効果は、低照度下での受光時において感度を高める効果がある。
原色の緑カラーフィルターGを4マス配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴(2)を示す図1、図4であり、本発明の前記特徴(3)を示す図2、図5である。これ等の例における効果は、緑成分の解像度を高める効果がある。これは人間の視覚特性において、他色に比して緑の解像度が高いことに由来する。
配置例の本発明の前記特徴(2)及び(3)を交互配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴(4)を示す図3、図6であり、これ等の例における効果は、同一パターンがタイル状に並べられる際に発生するモアレを低減する効果がある。
実施例1は、本発明の前記特徴(2)の実施例を示すカラーフィルターブロックであり、図1にその模式図を示す。
本例の9マスカラーフィルターブロックは、3×3マトリクス状に並べた撮像素子3×3を1ブロックとし、このブロックに対応して原色3色と、補色3色の各カラーフィルターをすべて利用した9マスカラーフィルターブロックである。
この9マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、次の記号(各図とも共通)で示す通りである。
R :原色の赤のみを透過する赤カラーフィルター
G :原色の緑のみを透過する緑カラーフィルター
B :原色の青のみを透過する青カラーフィルター
Ma :青と赤を透過する補色のマゼンタカラーフィルター
Cy :青と緑を透過する補色のシアンカラーフィルター
Ye :赤と緑を透過する補色のイエローカラーフィルター
これによる具体的な効果を次に述べる。
図7の画像を原画像とし、図8の画像(明度比較用)はベイヤーフィルターを、図9の画像は補色フィルター (明度比較用)を、図10の画像(明度比較用)は図1に示す実施例1のカラーフィルターを、それぞれ用いて結像したものである。これより、提案する実施例1のカラーフィルターを用いた図1の画像は、図8のベイヤーフィルターの画像と比してより明るく結像できていることが分かる。
本例の9マスカラーフィルターブロックは、3×3マトリクス状に並べた撮像素子3×3を1ブロックとし、このブロックに対応して原色3色と、補色3色の各カラーフィルターをすべて利用した9マスカラーフィルターブロックである。
この9マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、次の記号(各図とも共通)で示す通りである。
R :原色の赤のみを透過する赤カラーフィルター
G :原色の緑のみを透過する緑カラーフィルター
B :原色の青のみを透過する青カラーフィルター
Ma :青と赤を透過する補色のマゼンタカラーフィルター
Cy :青と緑を透過する補色のシアンカラーフィルター
Ye :赤と緑を透過する補色のイエローカラーフィルター
これによる具体的な効果を次に述べる。
図7の画像を原画像とし、図8の画像(明度比較用)はベイヤーフィルターを、図9の画像は補色フィルター (明度比較用)を、図10の画像(明度比較用)は図1に示す実施例1のカラーフィルターを、それぞれ用いて結像したものである。これより、提案する実施例1のカラーフィルターを用いた図1の画像は、図8のベイヤーフィルターの画像と比してより明るく結像できていることが分かる。
実施例2は、本発明の前記特徴(3)の実施例を示すカラーフィルターブロックであり、図2にその模式図を示す。
本例の9マスカラーフィルターブロックは、3×3マトリクス状に並べた撮像素子3×3を1ブロックとし、このブロックに対応して原色3色と、補色3色のカラーフィルターをすべて利用した9マスカラーフィルターブロックである。
この9マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、前例と同様の記号で示す通りである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図7に示す画像を原画像とし、図8はベイヤーフィルター (明度比較用)を、図11は実施例2のフィルター(明度比較用)を、それぞれ用いて結像した画像である。これより図2に示すカラーフィルターは、図8のベイヤーフィルターの画像と比してより明るく結像できていることが分かる。
本例の9マスカラーフィルターブロックは、3×3マトリクス状に並べた撮像素子3×3を1ブロックとし、このブロックに対応して原色3色と、補色3色のカラーフィルターをすべて利用した9マスカラーフィルターブロックである。
この9マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、前例と同様の記号で示す通りである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図7に示す画像を原画像とし、図8はベイヤーフィルター (明度比較用)を、図11は実施例2のフィルター(明度比較用)を、それぞれ用いて結像した画像である。これより図2に示すカラーフィルターは、図8のベイヤーフィルターの画像と比してより明るく結像できていることが分かる。
本実施例3は、本発明の前記特徴(4)の実施例であり、図1例と図2例のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくしたカラーフィルターブロックであり、図3に模式図を示す。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図12の画像(モアレ1-1)は、図1の実施例のカラーフィルターブロックのみを配置した際の画像である。図13に示す画像(モアレ1-2)は、図1の実施例1と図2の実施例2のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくした画像例である。図1と図2のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくした図13の画像の方が図12の画像に比し粒状感が低減されていることが分かる。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図12の画像(モアレ1-1)は、図1の実施例のカラーフィルターブロックのみを配置した際の画像である。図13に示す画像(モアレ1-2)は、図1の実施例1と図2の実施例2のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくした画像例である。図1と図2のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくした図13の画像の方が図12の画像に比し粒状感が低減されていることが分かる。
本実施例4は、本発明の前記特徴(2)の他の実施例を示すカラーフィルターブロックであり、図4にその模式図を示す。
本例の9マスカラーフィルターブロックは、3×3マトリクス状に並べた撮像素子3×3を1ブロックとし、このブロックに対応して原色3色と、補色3色のカラーフィルターをすべて利用した9マスカラーフィルターブロックである。
この9マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、前例と同様の記号で示す通りである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図7に示す画像を原画像とし、図8はベイヤーフィルター (明度比較用)を、図9は補色 (明度比較用) フィルターを、図14は実施例4(図4)のフィルター(明度比較用)を、それぞれ用いて結像した画像である。これより、実施例4の図4に示すカラーフィルターの画像(図14)は、ベイヤーフィルターの画像(図8)と比してより明るく結像できていることが分かる。
本例の9マスカラーフィルターブロックは、3×3マトリクス状に並べた撮像素子3×3を1ブロックとし、このブロックに対応して原色3色と、補色3色のカラーフィルターをすべて利用した9マスカラーフィルターブロックである。
この9マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、前例と同様の記号で示す通りである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図7に示す画像を原画像とし、図8はベイヤーフィルター (明度比較用)を、図9は補色 (明度比較用) フィルターを、図14は実施例4(図4)のフィルター(明度比較用)を、それぞれ用いて結像した画像である。これより、実施例4の図4に示すカラーフィルターの画像(図14)は、ベイヤーフィルターの画像(図8)と比してより明るく結像できていることが分かる。
本実施例5は、本発明の前記特徴(3)の他の実施例を示すカラーフィルターブロックであり、図5にその模式図を示す。
本例の9マスカラーフィルターブロックは、3×3マトリクス状に並べた撮像素子3×3を1ブロックとし、このブロックに対応して原色3色と、補色3色のカラーフィルターをすべて利用した9マスカラーフィルターブロックである。
この9マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、前例と同様の記号で示す通りである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図7に示す画像を原画像とし、図8はベイヤーフィルター (明度比較用)を、図9は補色 (明度比較用) フィルターを、図11は実施例2(図2)のフィルター(明度比較用)を、図15は図5のカラーフィルターを、それぞれ用いて結像した画像である。これより、提案する図5のカラーフィルターはベイヤーフィルターと比してより明るく結像できていることが分かる。
本例の9マスカラーフィルターブロックは、3×3マトリクス状に並べた撮像素子3×3を1ブロックとし、このブロックに対応して原色3色と、補色3色のカラーフィルターをすべて利用した9マスカラーフィルターブロックである。
この9マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、前例と同様の記号で示す通りである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図7に示す画像を原画像とし、図8はベイヤーフィルター (明度比較用)を、図9は補色 (明度比較用) フィルターを、図11は実施例2(図2)のフィルター(明度比較用)を、図15は図5のカラーフィルターを、それぞれ用いて結像した画像である。これより、提案する図5のカラーフィルターはベイヤーフィルターと比してより明るく結像できていることが分かる。
本実施例6は、本発明の前記特徴(4)の他の実施例であり、図4例と図5例のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレが発生しづらくした図6に示す模式図のカラーフィルターブロックである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図16 (モアレ2-1)の画像は図4の実施例のカラーフィルターブロックのみを配置した際の画像例である。図6のカラーフィルターブロックは、図4例と図5例のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくした例である。これによる画像は図17(モアレ2-2)に示すようにこの方が図16画像に比し粒状感が低減されていることが分かる。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図16 (モアレ2-1)の画像は図4の実施例のカラーフィルターブロックのみを配置した際の画像例である。図6のカラーフィルターブロックは、図4例と図5例のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくした例である。これによる画像は図17(モアレ2-2)に示すようにこの方が図16画像に比し粒状感が低減されていることが分かる。
本発明の原色-補色混成カラーフィルターブロックの性能を発揮できる最良の形態を述べる。原色-補色混成カラーフィルターブロックを搭載したデジタルカメラでは、明るい場所での撮影では従来の補色フィルター搭載機に比べ色再現性が高い画像を提供できるようになる。暗い場所での撮影では、色再現性が犠牲になる替わりに、従来の原色フィルター搭載機では撮影不可能だった画像も撮影することが可能となる。これにより、原色-補色混成カラーフィルターブロックを搭載したデジタルカメラが一台あれば、状況に応じて別々の特性をもつカメラを準備する必要が無くなるといった利点がある。
本発明は、デジタルカメラ等の撮像素子だけでなく、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機ELディスプレイといった表示装置の色再現性とダイナミックレンジ向上といった分野にも応用できる可能性がある。
本発明は、デジタルカメラ等の撮像素子だけでなく、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機ELディスプレイといった表示装置の色再現性とダイナミックレンジ向上といった分野にも応用できる可能性がある。
R :原色の赤のみを透過する赤カラーフィルター
G :原色の緑のみを透過する緑カラーフィルター
B :原色の青のみを透過する青カラーフィルター
Ma :青と赤を透過する補色のマゼンタカラーフィルター
Cy :青と緑を透過する補色のシアンカラーフィルター
Ye :赤と緑を透過する補色のイエローカラーフィルター
G :原色の緑のみを透過する緑カラーフィルター
B :原色の青のみを透過する青カラーフィルター
Ma :青と赤を透過する補色のマゼンタカラーフィルター
Cy :青と緑を透過する補色のシアンカラーフィルター
Ye :赤と緑を透過する補色のイエローカラーフィルター
Claims (4)
- 縦横3列にマトリクス配置した9個の撮像素子ブロック対応の9マスカラーフィルターブロックであって、各マスへのカラーフィルター配置を、原色の赤フィルターと青フィルターを1マスずつ配置し、補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを1マスずつ配置し、原色の緑を4マスに配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
- 原色の緑フィルターを4角マスと中心マスを除く4マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く4角マスの任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置したことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。
- 原色の緑フィルターを4角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと4角マスを除く任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置したことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。
- 縦横3列にマトリクス配置した9個の撮像素子ブロック対応の9マスカラーフィルターブロックであって、原色の緑フィルターを4角マスと中心マスを除く4マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く4角マスの任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置した9マスカラーフィルターブロックと、原色の緑フィルターを4角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと4角マスを除く任意のマスに1マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの3マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置した9マスカラーフィルターブロックを縦横交互に配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
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