JP5621058B2 - カラー撮像素子 - Google Patents

Description

本発明はカラー撮像素子に係り、特に色モワレの発生の低減及び高解像度化が可能なカラー撮像素子に関する。

単板式のカラー撮像素子では、各画素上にそれぞれ単色のカラーフィルタが設けられるので各画素が単色の色情報しか持たない。このため、単板カラー撮像素子の出力画像はＲＡＷ画像（モザイク画像）となるので、欠落している色の画素を、周囲の画素から補間する処理（デモザイキング処理）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用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。

デモザイキング処理とは、単板式のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に対応したモザイク画像から画素毎に全ての色情報を算出する処理であり、同時化処理ともいう。例えば、ＲＧＢ３色のカラーフィルタからなる撮像素子の場合、ＲＧＢからなるモザイク画像から画素毎にＲＧＢ全ての色情報を算出する処理である。

単板カラー撮像素子で最も広く用いられているカラーフィルタの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２５のＡ部分に示すような白黒の縦縞模様（高周波画像）が、図２５のＢ部分に示す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２５のＣ部分からＥ部分に示すように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る。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２６のＡ部分に示すような斜めの白黒の高周波画像が、図２６のＢ部分に示すベイヤー配列のカラーフィルタを有する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２６のＣ部分からＥ部分に示すようにＲとＢは薄い平坦、Ｇは濃い平坦の色画像となる。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、任意の着目画素が着目画素の色を含む３色と着目画素の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デモザイキング処理を行う際に、ランダムパターンごとに最適化する必要があり、デモザイキング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。尚、ベイヤー配列の場合、輝度信号を得るために最も寄与するＧの画素数の比率が、Ｒ、Ｂそれぞれの画素数の２倍になっている。

一方、特許文献４に記載のカラー撮像素子は、Ｒ、Ｂそれぞれの画素数に対するＧの画素数の比率がベイヤー配列よりも高いが、水平又は垂直方向にＧ画素のみのラインが存在するため、水平又は垂直方向に高周波部の偽色に対しては有効でない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、偽色の発生の抑圧及び高解像度化を図ることができるとともに、従来のランダム配列に比べて後段の処理を簡略化することができるカラー撮像素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の一の態様に係る発明は、水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子で構成される複数の画素上に、カラーフィルタが配設されてなる単板式のカラー撮像素子であって、前記カラーフィルタの配列は、前記カラーフィルタが水平方向及び垂直方向にＭ×Ｎ（Ｍ,Ｎは６以上の偶数）画素に対応する配列パターンで配列されてなる基本配列パターンを含み、かつ当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、前記基本配列パターンは、前記カラーフィルタが（Ｍ／２）×（Ｎ／２）画素に対応する配列パターンで配列された２種類の第１サブ配列及び第２サブ配列をそれぞれ２つずつ含み、前記第１及び第２サブ配列は、前記水平方向及び垂直方向に互いに隣接して配置され、前記カラーフィルタは、１色以上の第１の色に対応する第１のフィルタと、輝度信号を得るための寄与率が前記第１の色よりも低い２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとを含み、さらに前記第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率が、前記第２のフィルタに対応する第２の色の各色の画素数の比率よりも大きくなり、前記第１のフィルタは、前記第１サブ配列の外周部に矩形状に配置されるとともに、前記第２サブ配列の中央部に配置され、前記第２の色の各色に対応する前記第２のフィルタは、前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタの配列の水平、垂直方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されている。

本発明の一の態様に係る発明によれば、基本配列パターンを、水平方向及び垂直方向に互いに隣接して配置された２種類の第１サブ配列及び第２サブ配列により構成して、第１のフィルタを第１サブ配列の外周部に矩形状に配置するとともに、第２サブ配列の中央部に配置することにより、第１のフィルタがカラーフィルタ配列の水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されるので、高周波領域でのデモザイキング処理の再現精度を向上させることができる。

また、カラーフィルタの配列は、基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返して配置されているため、後段でのデモザイキング処理を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができ、従来のランダム配列に比べて後段の処理を簡略化することができる。

また、第１の色以外の２色以上の第２の色の各色に対応する第２のフィルタについても、基本配列パターン内においてカラーフィルタの配列の水平、及び垂直方向の各フィルタライン内に１つ以上配置するようにしたため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧して高解像度化を図ることができる。

また、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２色以上の第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の寄与率が高い第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もよい。

さらに、基本配列パターンがＭ（偶数）×Ｎ（偶数）画素に対応する配列パターンで構成されるため、例えばカラー撮像素子がＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子である場合に、偶数個（例えば４個）の画素で１個のアンプ回路を共有させることもできる。

本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、第２のフィルタは、カラーフィルタの配列の斜め右上及び斜め右下方向のライン内に１つ以上配置されることが好ましい。これにより、色モワレ（偽色）の発生を抑圧して高解像度化を図ることができる。

本発明のさらに他の態様に係るカラー撮像素子において、基本配列パターン内の２つの第１サブ配列の中央部には、それぞれ異なる第２の色の第２のフィルタが配置されている。これにより、基本配列パターン内において２つの第１サブ配列の中央部を通るカラーフィルタの配列の斜め右上及び斜め右下方向のライン内に各色の第２のフィルタが配置される。

本発明のさらに他の態様に係るカラー撮像素子において、基本配列パターン内の２つの第２サブ配列は、第２の色の各色に対応する第２のフィルタの配置が互いに異なる。これにより、各色の第２のフィルタを、基本配列パターン内においてカラーフィルタの配列の水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向の各フィルタライン内に１つ以上配置することができる。

本発明のさらに他の態様に係るカラー撮像素子において、第２サブ配列内の第２の色の各色に対応する第２のフィルタは、それぞれ第２サブ配列の中心に対して点対称となるように配置されている。これにより、各色の第２のフィルタを、基本配列パターン内においてカラーフィルタの配列の水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向の各フィルタライン内に配置することができる。

本発明のさらに他の態様に係るカラー撮像素子において、第１の色は緑色（Ｇ）であり、第２の色は赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）であり、カラーフィルタの配列の任意のカラーフィルタを含む水平ライン及び垂直ラインを基準として、カラーフィルタの配列の水平方向に（Ｍ／２）ライン間隔で配置された垂直ラインと、垂直方向に（Ｎ／２）ライン間隔で配置された水平ラインとが交差する位置に配置された第１及び第２のフィルタがベイヤー配列となる。これにより、カラー撮像素子を間引き読み出し駆動した場合には、周知のベイヤー配列に対応したデモザイキング処理等を行うことができるので、デモザイキング処理等が複雑化することが防止される。

本発明のさらに他の態様に係るカラー撮像素子において、Ｍ及びＮがそれぞれ８以上である場合に、第２サブ配列の中央部には、第１のフィルタで構成される２×２画素に対応する正方配列が含まれる。これにより、２×２画素の画素値を使用して、水平、垂直、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。

本発明のさらに他の態様に係るカラー撮像素子において、Ｍ及びＮがそれぞれ１０以下であることが好ましい。Ｍ及びＮが１０を超える場合（Ｍ，Ｎ＞１０）には、デモザイキング処理等の信号処理が複雑化するのに対し、基本配列パターンのサイズを大きくすることによる格別な効果が得られないからである。

本発明のさらに他の態様に係るカラー撮像素子において、Ｍ及びＮがＭ＝Ｎを満たすことが好ましい。また、本発明のさらに他の態様に係るカラー撮像素子において、Ｍ及びＮがＭ≠Ｎを満たすことが好ましい。なお、上記のカラー撮像素子を備える撮像装置も本発明に含まれる。

本発明によれば、輝度信号を得るための寄与率の高い第１の色に対応する第１のフィルタを、カラーフィルタの配列の水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向の各フィルタライン内に１つ以上配置するとともに、第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率を、第１の色以外の２色以上の第２のフィルタに対応する第２の色の各色の画素数の比率よりも大きくするようにしたため、高周波領域でのデモザイキング処理の再現精度を向上させ、かつエリアシングを抑制することができる。

また、第１の色以外の２色以上の第２の色の各色に対応する第２のフィルタを、基本配列パターン内においてカラーフィルタの配列の水平、及び垂直方向の各フィルタライン内に１つ以上配置するようにしたため、色モワレ（偽色）の発生を抑圧して高解像度化を図ることができる。

更に、本発明に係るカラーフィルタの配列は、基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返されているため、後段でのデモザイキング処理を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができ、従来のランダム配列に比べて後段の処理を簡略化することができる。

本発明に係る単板式のカラー撮像素子を備えるデジタルカメラを示す図である 本発明に係る単板式のカラー撮像素子の画素を示す図である。 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である。 第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる基本配列パターンを示す図である。 第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる６×６画素の基本配列パターンを３×３画素のＡ配列とＢ配列に分割し、これらを配置した様子を示す図である。 第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる２×２画素のＧ画素の画素値から相関方向を判別する方法を説明するために使用した図である。 カラー撮像素子のカラーフィルタ配列に含まれる基本配列パターンの概念を説明するために使用した図である。 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に含まれる基本配列パターンを示す図である。 図９中の第１Ａ配列及び第２Ａ配列を拡大した図である。 図９中の第１Ｂ配列及び第２Ｂ配列を拡大した図である。 カラーフィルタ配列のＧフィルタのみを表示した図である。 カラーフィルタ配列のＲ、Ｂフィルタのみを表示した図である。 第２の実施形態のカラー撮像素子を間引き読み出し駆動したときのカラーフィルタ配列を説明するための図である。 第２の実施形態のカラー撮像素子を、図１４に示した例とは異なる間引き読み出し駆動したときのカラーフィルタ配列を説明するための図である。 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に含まれる基本配列パターンを示す図である。 第３の実施形態のカラー撮像素子を間引き読み出し駆動したときのカラーフィルタ配列を説明するための図である。 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に含まれる基本配列パターンを示す図である。 第４の実施形態のカラー撮像素子を間引き読み出し駆動したときのカラーフィルタ配列を説明するための図である。 Ｒフィルタ（赤フィルタ）、Ｇ１フィルタ（第１の緑フィルタ）、Ｇ２フィルタ（第２の緑フィルタ）及びＢフィルタ（青フィルタ）が配置される受光素子の分光感度特性を示すグラフである。 Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ及びＷフィルタ（透明フィルタ）が配置される受光素子の分光感度特性を示すグラフである。 Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ及びエメラルドフィルタＥ（Ｅフィルタ）が配置される受光素子の分光感度特性を示すグラフである。 従来のベイヤー配列のカラーフィルタを有するカラー撮像素子の課題を説明するために使用した図である。 従来のベイヤー配列のカラーフィルタを有するカラー撮像素子の課題を説明するために使用した他の図である。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

［カラー撮像装置の全体構成］
図１は本発明に係るカラー撮像素子を備えるデジタルカメラ９のブロック図である。デジタルカメラ９は、大別して、撮影光学系１０、カラー撮像素子１２、撮影処理部１４、画像処理部１６、駆動部１８、制御部２０などを備えている。

撮影光学系１０により被写体が撮像され、被写体像を示す光像がカラー撮像素子１２（第１の実施形態のカラー撮像素子）の受光面上に結像される。

カラー撮像素子１２は、その撮像面上に図２中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で構成される複数の画素と、各画素の受光面の上方に配置された特定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタとを備えた、いわゆる単板式のカラー撮像素子である。ここで、「上方」とは、カラー撮像素子１２の撮像面に対して被写体光が入射してくる側の方向を指す。

カラー撮像素子１２に結像された被写体像は、各画素の光電変換素子によって入射光量に応じた信号電荷に変換される。各光電変換素子に蓄積された信号電荷は、制御部２０の指令に従って駆動部１８から与えられる駆動パルスに基づいて信号電荷に応じた電圧信号（画像信号）としてカラー撮像素子１２から順次読み出される。カラー撮像素子１２から読み出される画像信号は、カラー撮像素子１２のカラーフィルタ配列に対応した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のモザイク画像を示すＲ、Ｇ、Ｂ信号である。尚、カラー撮像素子１２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カラー撮像素子に限らず、ＣＭＯＳ撮像素子などの他の種類の撮像素子であってもよい。

カラー撮像素子１２から読み出された画像信号は、撮影処理部１４に入力する。撮影処理部１４は、画像信号に含まれるリセットノイズを除去するための相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）、画像信号を増幅し、一定レベルの大きさにコントロールするためのＡＧＣ回路、及びＡ／Ｄ変換器を有している。この撮影処理部１４は、入力する画像信号を相関二重サンプリング処理するとともに増幅した後、デジタルの画像信号に変換してなるＲＡＷデータを画像処理部１６に出力する。

画像処理部１６は、ホワイトバランス補正回路、ガンマ補正回路、デモザイキング処理回路（単板式のカラー撮像素子１２のカラーフィルタ配列に伴うＲＧＢのモザイク画像から画素毎にＲＧＢの全ての色情報を算出（同時式に変換）する処理回路）、輝度・色差信号生成回路、輪郭補正回路、色補正回路等を有している。画像処理部１６は、制御部２０からの指令に従い、撮影処理部１４から入力したモザイク画像のＲＡＷデータに所要の信号処理を施して、輝度データ（Ｙデータ）と色差データ（Ｃｒ，Ｃｂデータ）とからなる画像データ（ＹＵＶデータ）を生成する。

画像処理部１６で生成された画像データは、圧縮／伸張処理回路により静止画に対しては、ＪＰＥＧ規格に準拠した圧縮処理が施され、動画に対してはＭＰＥＧ２規格に準拠した圧縮処理が施された後、図示しない記録メディア（例えばメモリカード）に記録され、また、液晶モニタ等の表示手段（図示せず）に出力されて表示される。

［カラー撮像素子の第１の実施形態］
図２及び図３は本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第１の実施形態を示す図であり、図２はカラー撮像素子１２に設けられている画素の画素配列に関して示し、図３はカラーフィルタのカラーフィルタ配列に関して示している。

図２に示すように、カラー撮像素子１２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２２からなる複数の画素と、各画素の受光面上に配置された、図３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いる。各画素上には、ＲＧＢの３原色のカラーフィルタ（以下、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタという）２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂのうちのいずれかが配置される。以下、Ｒフィルタ２３Ｒが配置された画素を「Ｒ画素」、Ｇフィルタ２３Ｇが配置された画素を「Ｇ画素」、Ｂフィルタ２３Ｂが配置された画素を「Ｂ画素」という。

＜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１２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３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（図中の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Ｒフィルタ２３Ｒ、Ｇフィルタ２３Ｇ、Ｂフィルタ２３Ｂが周期性をもって配列されている。

このようにＲフィルタ２３Ｒ、Ｇフィルタ２３Ｇ、Ｂフィルタ２３Ｂが周期性をもって配列されているため、カラー撮像素子１２から読み出されるＲ、Ｇ、Ｂ信号のデモザイキング処理等を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができる。

また、基本配列パターンＰの単位で間引き処理して画像を縮小する場合、間引き処理後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３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２３Ｇが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各フィルタライン内に配置されている。ここで、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。

輝度系画素に対応するＧフィルタ２３Ｇが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されるため、高周波となる方向によらず高周波領域でのデモザイキング処理の再現精度を向上させることができる。

〔特徴（３）〕
図３に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンＰは、その基本配列パターン内におけるＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ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画素のそれぞれ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、デモザイキング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３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２３Ｒ、Ｂフィルタ２３Ｂが、それぞれ基本配列パターンＰ内においてカラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されている。

Ｒフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂがそれぞれカラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各フィルタ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４は、図３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４に示すように基本配列パターンＰは、図中の実線の枠で囲んだ３×３画素のＡ配列２４ａと、図中の破線の枠で囲んだ３×３画素のＢ配列２４ｂ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２４ａ及びＢ配列２４ｂは、それぞれ輝度系画素であるＧフィルタ２３Ｇが４隅と中央に配置され、両対角線上に配置されている。また、Ａ配列２４ａは、中央のＧフィルタ２３Ｇを挟んでＲフィルタ２３Ｒが水平方向に配列され、Ｂフィルタ２３Ｂが垂直方向に配列されている。一方、Ｂ配列２４ｂは、中央のＧフィルタ２３Ｇを挟んでＢフィルタ２３Ｂが水平方向に配列され、Ｒフィルタ２３Ｒが垂直方向に配列されている。即ち、Ａ配列２４ａとＢ配列２４ｂとは、Ｒフィルタ２３ＲとＢフィルタ２３Ｂ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２４ａとＢ配列２４ｂの４隅のＧフィルタ２３Ｇは、図５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２３Ｇとなる。

これは、輝度系画素であるＧフィルタ２３Ｇが、Ａ配列２４ａまたはＢ配列２４ｂにおける３×３画素において４隅と中央に配置され、この３×３画素が水平方向、垂直方向に交互に配置されることで２×２画素に対応する正方配列のＧフィルタ２３Ｇが形成されるためである。尚、このような配列とすることで、前述の特徴（１）、（２）、（３）、及び後述の特徴（５）が満たされる。

〔特徴（５）〕
図３に示すカラーフィルタ配列は、Ｇフィルタ２３Ｇが設けられた２×２画素に対応する正方配列２５（以下、単にＧ正方配列２５という、図６参照）を含んでいる。

図６に示すように、Ｇフィルタ２３Ｇが設けられた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（デモザイキング処理）に使用することができる。これにより、画像処理部１６によるデモザイキング処理が実行可能となる。

また、図５に示すように３×３画素のＡ配列２４ａ又はＢ配列２４ｂの画素をデモザイキング処理の対象画素とし、Ａ配列２４ａ又はＢ配列２４ｂ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、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３に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンＰは、その中心（４つのＧフィルタ２３Ｇの中心）に対して点対称になっている。また、図４に示したように、基本配列パターンＰ内のＡ配列２４ａ及びＢ配列２４ｂも、それぞれ中心のＧフィルタ２３Ｇに対して点対称になっている。

このような対称性により、後段の処理回路の回路規模を小さくしたり、簡略化することが可能になる。

図７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７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Ｐａ、それぞれ２画素ずつシフトした基本配列パターンをＰｂとすると、これらの基本配列パターンＰａ、Ｐｂ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７に示すカラーフィルタ配列を構成することができる基本配列パターンは複数存在する。第１の実施形態では、基本配列パターンが点対称になっている基本配列パターンＰを、便宜上、基本配列パターンという。

尚、後述する他の実施形態のカラーフィルタ配列においても、各カラーフィルタ配列に対して複数の基本配列パターンが存在するが、その代表的なものをそのカラーフィルタ配列の基本配列パターンという。

［カラー撮像素子の第２の実施形態］
図８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のカラーフィルタ配列に関して示している。なお、第２の実施形態のカラー撮像素子２６は、カラーフィルタ配列が異なる点を除けば、上記第１の実施形態と基本的には同じ構成である。このため、上記第１の実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。また、以下の説明では、カラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各フィルタラインを、それぞれ「水平ライン」、「垂直ライン」、「斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン」と省略する。

カラー撮像素子２６のカラーフィルタ配列（以下、単にカラーフィルタ配列という）は、ＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが６×６画素に対応する配列パターンで配列されてなる基本配列パターンＰ１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。このため、カラーフィルタ配列は前述の特徴（１）を有する。

図９に示すように、基本配列パターンＰ１は、３×３画素に対応する配列パターンを有する４種類のサブ配列で構成されている。これら４種類のサブ配列は、本発明の第１サブ配列に相当する２種類の第１Ａ配列２７ａ及び第２Ａ配列２７ｂと、本発明の第２サブ配列に相当する２種類の第１Ｂ配列２８ａ及び第２Ｂ配列２８ｂである。

第１及び第２Ａ配列２７ａ，２７ｂと第１及び第２Ｂ配列２８ａ，２８ｂとは、カラーフィルタ配列の水平方向及び垂直方向に互いに隣接して正方行列状に配置されている。具体的には、第１Ａ配列２７ａと第１Ｂ配列２８ａ、第２Ａ配列２７ｂと第２Ｂ配列２８ｂがそれぞれ水平方向に隣接している。また、第１Ａ配列２７ａと第２Ｂ配列２８ｂ、第２Ａ配列２７ｂと第１Ｂ配列２８ａがそれぞれ垂直方向に隣接している。さらに、第１Ａ配列２７ａと第２Ａ配列２７ｂ、第１Ｂ配列２８ａと第２Ｂ配列２８ｂが斜め方向に隣接している。

図１０に示すように、第１Ａ配列２７ａの外周部には、Ｇフィルタ２３Ｇが矩形状に配置されている。また、第１Ａ配列２７ａのＧフィルタ２３Ｇで囲まれる中央部にはＲフィルタ２３Ｒが配置されている。一方、第２Ａ配列２７ｂは、第１Ａ配列２７ａのＲフィルタ２３ＲをＢフィルタ２３Ｂに置き換えた配列である。

図１１に示すように、第１Ｂ配列２８ａの中央部にはＧフィルタ２３Ｇが配置されている。また、第１Ｂ配列２８ａの外周部には、Ｇフィルタ２３Ｇを囲むようにＲフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂが配置されている。具体的には、第１Ｂ配列２８ａの図中左上隅から図中反時計回り方向に沿ってＢフィルタ２３ＢとＲフィルタ２３Ｒとがそれぞれ２画素ずつ交互に配置（ＢＢＲＲＢＢＲＲ）されている。

このような配列により、第１Ｂ配列２８ａでは、Ｂフィルタ２３Ｂの配置とＲフィルタ２３Ｒの配置とが第１Ｂ配列２８ａの中心に対して点対称となる。また、第１Ｂ配列２８ａでは、第１Ａ配列２７ａのＲフィルタ２３Ｒを通る水平ライン上にＢフィルタ２３Ｂが配置され、第２Ａ配列２７ｂのＢフィルタ２３Ｂを通る垂直ライン上にＲフィルタ２３Ｒが配置される（図８参照）。さらに、第１Ｂ配列２８ａの四隅部（Ｒフィルタ２３ＲまたはＢフィルタ２３Ｂ）を通る水平、垂直ライン上には、ＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ１つ以上配置される。

一方、第２Ｂ配列２８ｂは、第１Ｂ配列２８ａのＢフィルタ２３ＢとＲフィルタ２３Ｒとの位置関係を逆転させた配列を有している。このため、第２Ｂ配列２８ｂにおいても、Ｂフィルタ２３Ｂの配置とＲフィルタ２３Ｒの配置とが第２Ｂ配列２８ｂの中心に対して点対称となる。また、第２Ｂ配列２８ｂでは、第１Ａ配列２７ａのＲフィルタ２３Ｒを通る垂直ライン上にＢフィルタ２３Ｂが配置され、第２Ａ配列２７ｂのＢフィルタ２３Ｂを通る水平ライン上にＲフィルタ２３Ｒが配置される。さらに、第２Ｂ配列２８ｂの四隅部を通る水平、垂直ライン上には、ＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ１以上配置される。

図１２に示すように、上記構成の基本配列パターンＰ１をカラーフィルタ配列の水平方向及び垂直方向に並べて配置した場合に、第１及び第２Ｂ配列２８ａ，２８ｂの対角線に沿う斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン上には、第１及び第２Ｂ配列２８ａ，２８ｂ内のＧフィルタ２３Ｇが位置する。また、その他の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン上には、第１及び第２Ａ配列２７ａ，２７ｂ内のいずれかのＧフィルタ２３Ｇが位置する。このため、Ｇフィルタ２３Ｇが水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン内に配置される。これにより、カラーフィルタ配列は前述の特徴（２）を有する。

図１３に示すように、各基本配列パターンＰ１内の各配列２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂの中央部及び四隅部を通る水平、垂直ライン上、すなわち、基本配列パターンＰ１内の水平、垂直ライン上にはＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ１つ以上配置される。これにより、カラーフィルタ配列は前述の特徴（４）を有する。

〔特徴（７）〕
また、上記構成の基本配列パターンＰ１をカラーフィルタ配列の水平方向及び垂直方向に並べて配置した場合に、第１Ａ配列２７ａと第２Ａ配列２７ｂ、第１Ｂ配列２８ａと第２Ｂ配列２８ｂのそれぞれのＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂの位置関係が逆転しているので、カラーフィルタ配列の斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン上にもＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ１以上配置される（特徴（７））。

ＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン内にも配置されるので、前述の特徴（４）を満たすだけの場合に対し、斜め方向（ＮＥ，ＮＷ）に高周波成分を有する入力像によって発生しうる色モワレ（偽色）を抑圧することができる。これにより、斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の異方性を有する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くても斜め方向に高周波成分を有する入力像により発生しうる色モワレ（偽色）を抑えることができ、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で特定の色モワレ（偽色）を抑えることができる。その結果、斜め方向の解像度を損なわないようにすることができる。

〔特徴（８）〕
図１４のＡ部分に示すように、例えば図中左上隅の第１Ｂ配列２８ａのＧフィルタ２３Ｇを通る水平ライン、垂直ラインをそれぞれ「水平ラインＬＦｓ」、「垂直ラインＬＶｓ」とする。また、水平ラインＬＦｓを基準としてカラーフィルタ配列の垂直方向に３ライン間隔で配置された水平ラインを「水平ラインＬＦ」とする。さらに、垂直ラインＬＶｓを基準としてカラーフィルタ配列の水平方向に３ライン間隔で配置された垂直ラインを「垂直ラインＬＶ」とする。

図１４のＢ部分、Ｃ部分に示すように、各水平ラインＬＦｓ，ＬＦと、各垂直ラインＬＶｓ，ＬＶとが交差する位置に配置されたＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂはベイヤー配列となる。このため、動画撮影時などにカラー撮像素子２６の各水平、垂直ラインＬＦｓ，ＬＦ，ＬＶｓ，ＬＶに対応するラインを間引き読み出し駆動（１／３間引き駆動）した場合には、周知のベイヤー配列に対応したデモザイキング処理等を行うことができる。その結果、カラー撮像素子２６の間引き読み出し駆動を行った場合でもデモザイキング処理等が複雑化することはない。

また、図１５のＡ部分〜Ｃ部分に示すように、図中左上隅の第１Ｂ配列２８ａのＢフィルタ２３Ｂを通る水平ライン、垂直ラインをそれぞれ水平ラインＬＦｓａ、垂直ラインＬＶｓａとする。この場合にも、水平ラインＬＦｓａを基準としてカラーフィルタ配列の垂直方向に３ライン間隔で配置された水平ラインＬＦと、垂直ラインＬＶｓａを基準としてカラーフィルタ配列の水平方向に３ライン間隔で配置された垂直ラインＬＶとが交差する位置に配置されたＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂがベイヤー配列となる。

このように上記構成のカラーフィルタ配列は、任意のカラーフィルタを通る水平ライン、垂直ラインをそれぞれ基準として、カラーフィルタ配列の垂直、水平方向にそれぞれ３ライン間隔で配置された水平ラインＬＦと垂直ラインＬＶとが交差する位置に配置されたＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂがベイヤー配列となる（特徴（８））。このため、カラー撮像素子２６を１／３間引き駆動した場合には、周知のベイヤー配列に対応したデモザイキング処理等を行うことができる。

図８に戻って、基本配列パターンＰ１内におけるＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数（以下、適宜ＲＧＢ画素の各画素数と略す）が、９画素、１８画素、９画素となる。このため、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は１：２：１となるので、カラーフィルタ配列は前述の特徴（３）を有する。

なお、第２の実施形態では、基本配列パターンＰ１はその中心に対して点対称となっておらず、また、カラーフィルタ配列にはＧ正方配列２５が含まれてはいない。

上記のように第２の実施形態のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラーフィルタ配列の特徴（１）、（２）、（３）、（４）と同じ特徴の他に、前述の特徴（７）及び（８）を有している。

また、基本配列パターンＰ１が「偶数×偶数」画素に対応する配列パターンで構成されるため、カラー撮像素子２６がＣＭＯＳ撮像素子である場合に、例えば正方行列状に配置された４個の画素で１個のアンプ回路を共有させることもできる（他の実施形態も同様）。

［カラー撮像素子の第３の実施形態］
図１６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のカラーフィルタ配列に関して示している。上記第２の実施形態では、基本配列パターンＰ１が６×６画素に対応する正方配列パターンであり、各Ａ、Ｂ配列２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂが３×３画素に対応する正方配列となる。これに対して、第３の実施形態のカラー撮像素子３０では、基本配列パターン及び各Ａ、Ｂ配列のサイズを第２の実施形態よりも拡大している。

なお、第３の実施形態は、基本配列パターン及び各Ａ、Ｂ配列のサイズが異なる点を除けば、上記第２の実施形態と基本的には同じ構成であるので、第２の実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する（第４の実施形態についても同様）。

カラー撮像素子３０のカラーフィルタ配列（以下、単にカラーフィルタ配列という）は、ＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが８×８画素に対応する配列パターンで配列されてなる基本配列パターンＰ２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。このため、カラーフィルタ配列は前述の特徴（１）を有する。

図１７に示すように、基本配列パターンＰ２は、第１Ａ配列３１ａ及び第２Ａ配列３１ｂと、第１Ｂ配列３２ａ及び第２Ｂ配列３２ｂとにより構成されている。各配列３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、第２の実施形態の各Ａ、Ｂ配列２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂを４×４画素に対応する配列パターンまで拡大した配列である。なお、基本配列パターンＰ２内での各Ａ，Ｂ配列３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂの配置は、図９に示した第２の実施形態の各Ａ、Ｂ配列２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂと同じである。

第１Ａ配列３１ａの外周部には、Ｇフィルタ２３Ｇが矩形状に配置されている。また、第１Ａ配列３１ａのＧフィルタ２３Ｇで囲まれる中央部には、Ｒフィルタ２３Ｒが２×２画素に対応する正方配列パターンで配置されている。一方、第２Ａ配列３１ｂは、第１Ａ配列３１ａのＲフィルタ２３ＲをＢフィルタ２３Ｂに置き換えた配列である。

第１Ｂ配列３２ａの中央部には、Ｇフィルタ２３Ｇが２×２画素に対応する正方配列パターンで配置されてなるＧ正方配列２５が設けられている。これにより、カラーフィルタ配列は、前述の特徴（５）を有する。

また、第１Ｂ配列３２ａの外周部には、Ｇフィルタ２３Ｇを囲むようにＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂが配置されている。具体的には、第１Ｂ配列３２ａの図中左上隅から図中反時計回り方向に沿ってＢフィルタ２３ＢとＲフィルタ２３Ｒとがそれぞれ３画素ずつ交互に配置（ＢＢＢＲＲＲＢＢＢＲＲＲ）されている。一方、第２Ｂ配列３２ｂは、第１Ｂ配列３２ａのＢフィルタ２３ＢとＲフィルタ２３Ｒとの位置関係を逆転させた配列を有している。

このような第１及び第２Ｂ配列３２ａ，３２ｂについても、第２の実施形態と同様に、それぞれの中心に対してＢフィルタ２３ＢとＲフィルタ２３Ｒとが点対称になるように配置される。また、第１Ａ配列３１ａのＲフィルタ２３Ｒを通る水平、垂直ライン上にはＢフィルタ２３Ｂが配置され、第２Ａ配列３１ｂのＢフィルタ２３Ｂを通る水平、垂直ライン上にはＲフィルタ２３Ｒが配置される。さらに、各Ｂ配列３２ａ，３２ｂの四隅部を通る水平、垂直ライン上には、ＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ１以上配置される。これにより、基本配列パターンＰ２内の水平、垂直ライン上にはＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ１以上配置される。その結果、カラーフィルタ配列は前述の特徴（４）を有する。

図１６に戻って、上記構成の基本配列パターンＰ２をカラーフィルタ配列の水平方向及び垂直方向に並べて配置した場合にも、第２の実施形態と同様に、Ｇフィルタ２３Ｇがカラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン内に配置される。また、カラーフィルタ配列の斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン上にＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ１以上配置される。これにより、カラーフィルタ配列は、前述の特徴（２）、（７）を有する。

また、基本配列パターンＰ２内のＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂに対応するＲＧＢ画素の各画素数が、１６画素、３２画素、１６画素となる。このため、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は１：２：１となるので、カラーフィルタ配列は前述の特徴（３）を有する。

さらに、図１８のＡ部分に示すように、カラーフィルタ配列の任意のカラーフィルタを通る水平ラインＬＦｓ、垂直ラインＬＶｓをそれぞれ基準として、カラーフィルタ配列の垂直、水平方向にそれぞれ４ライン間隔で配置された水平ライン、垂直ラインを「水平ラインＬＦ」、「垂直ラインＬＶ」とする。図１８のＢ部分、Ｃ部分に示すように、水平ラインＬＦと垂直ラインＬＶとが交差する位置に配置されたＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂがベイヤー配列となる。これにより、カラーフィルタ配列は、前述の特徴（８）を有する。

なお、基本配列パターンＰ２は、その中心に対して点対称とはなっていない。

上記のように第３の実施形態のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラーフィルタ配列の特徴（１）、（２）、（３）、（４）、（５）に加えて、第２の実施形態のカラーフィルタ配列の特徴（７）、（８）と同じ特徴を有している。

［カラー撮像素子の第４の実施形態］
図１９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のカラーフィルタ配列に関して示している。上記第２及び第３の実施形態では、基本配列パターンが正方配列パターンを有しているが、第４の実施形態のカラー撮像素子３５では基本配列パターンがＭ×Ｎ（第４の実施形態ではＭ≠Ｎ、かつ共に６以上の偶数）画素に対応する配列パターンを有している。

カラー撮像素子３５のカラーフィルタ配列（以下、単にカラーフィルタ配列という）は、ＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが８×６画素に対応する配列パターンで配列されてなる基本配列パターンＰ３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。このため、カラーフィルタ配列は前述の特徴（１）を有する。

図２０に示すように、基本配列パターンＰ３は、第１Ａ配列３６ａ及び第２Ａ配列３６ｂと、第１Ｂ配列３７ａ及び第２Ｂ配列３７ｂとにより構成されている。これら各Ａ、Ｂ配列３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂは、第２及び第３の実施形態の各Ａ、Ｂ配列を３×４画素に対応する配列パターンに変更したものである。

第１Ａ配列３６ａの外周部には、Ｇフィルタ２３Ｇが矩形状に配置されている。また、第１Ａ配列３６ａの中央部には、２個のＲフィルタ２３Ｒが水平方向に並べて配置されている。一方、第２Ａ配列３６ｂは、第２及び第３の実施形態と同様に、第１Ａ配列３６ａのＲフィルタ２３ＲをＢフィルタ２３Ｂに置き換えた配列である。

第１Ｂ配列３７ａの中央部には、Ｇフィルタ２３Ｇが水平方向に並べて配置されている。また、第１Ｂ配列３７ａの外周部には、Ｇフィルタ２３Ｇを囲むようにＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂが配置されている。具体的には、第１Ｂ配列３７ａの図中左上隅から図中反時計回り方向に沿って２個のＢフィルタ２３Ｂと３個のＲフィルタ２３Ｒとが交互に配置（ＢＢＲＲＲＢＢＲＲＲ）されている。一方、第２Ｂ配列３７ｂは、第１Ｂ配列３７ａのＢフィルタ２３ＢとＲフィルタ２３Ｒとの位置関係を逆転させた配列を有している。

このように各Ａ、Ｂ配列３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂは、サイズが異なる点を除けば第２及び第３の実施形態の各Ａ、Ｂ配列と基本的には同じ配列パターンを有している。このため、第２及び第３の実施形態と同様に、基本配列パターンＰ３内の水平、垂直ライン上にはＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ１つ以上配置される。これにより、カラーフィルタ配列は前述の特徴（４）を有する。

図１９に戻って、上記構成の基本配列パターンＰ３をカラーフィルタ配列の水平方向及び垂直方向に並べて配置した場合にも、第２及び第３の実施形態と同様に、Ｇフィルタ２３Ｇがカラーフィルタ配列の水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン内に配置される。また、カラーフィルタ配列の斜め（ＮＥ，ＮＷ）ライン上にＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ１つ以上配置される。これにより、カラーフィルタ配列は、前述の特徴（２）、（７）を有する。

また、基本配列パターンＰ３内におけるＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂに対応するＲＧＢ画素の各画素数が、１２画素、２４画素、１２画素となる。このため、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は１：２：１となるので、カラーフィルタ配列は前述の特徴（３）を有する。

さらに、図２１Ａ部分、Ｂ部分、Ｃ部分に示すように、第４の実施形態のカラーフィルタ配列についても、各水平ラインＬＦと各垂直ラインＬＶとが交差する位置に配置されたＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂがベイヤー配列となる。各水平ラインＬＦは、任意のカラーフィルタを通る水平ラインＬＦｓを基準として、カラーフィルタ配列の垂直方向に３ライン間隔で配置されている。また、各垂直ラインＬＶは、同カラーフィルタを通る垂直ラインＬＶｓを基準として、カラーフィルタ配列の水平方向に４ライン間隔で配置されている。これにより、カラーフィルタ配列は、前述の特徴（８）を有する。

なお、基本配列パターンＰ３は、その中心に対して点対称とはなっておらず、また、カラーフィルタ配列にはＧ正方配列２５が含まれてはいない。

上記のように第４の実施形態のカラーフィルタ配列は、第１の実施形態のカラーフィルタ配列の特徴（１）、（２）、（３）、（４）に加えて、第２の実施形態のカラーフィルタ配列の特徴（７）、（８）と同じ特徴を有している。

［その他］
上記第２の実施形態から第４の実施形態では、基本配列パターンＰ１〜Ｐ３がそれぞれ６×６画素、８×８画素、６×８画素に対応する配列パターンを有しているが、基本配列パターンが上記以外のＭ×Ｎ画素（Ｍ、Ｎは６以上の偶数、かつＭ＝ＮまたはＭ≠Ｎのいずれも可、さらにＭ≠Ｎの場合にはいずれが大きくでも可）に対応する配列パターンを有していてもよい。この場合には、第１及び第２Ａ配列と、第１及び第２Ｂ配列とはそれぞれ（Ｍ／２）×（Ｎ／２）画素に対応する配列パターンを有する。また、各配列内のＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂの配置は上記各実施形態と基本的には同じである。

さらに、任意のカラーフィルタを通る水平ラインＬＦｓ、垂直ラインＬＶｓをそれぞれ基準として、カラーフィルタ配列の垂直方向に（Ｍ／２）ライン間隔で配置された水平ラインＬＦと、水平方向に（Ｎ／２）ライン間隔で配置された垂直ラインＬＶとが交差する位置に配置されたＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂがベイヤー配列となる。

なお、Ｍ及びＮは１０以下であることが好ましい。これはＭ及びＮが１０を超える場合（Ｍ，Ｎ＞１０）には、デモザイキング処理等の信号処理が複雑化するのに対し、基本配列パターンのサイズを大きくすることによる格別な効果が得られないからである。

上記各実施形態のＲフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂの配置は、図３〜図２１に示した配置に限定されず、少なくとも前述の特徴（４）を満たす範囲内で適宜変更してもよい。また、第１Ａ配列と第２Ａ配列、第１Ｂ配列と第２Ｂ配列のそれぞれの配置を入れ替えてもよく、さらに、第１及び第２Ａ配列と、第１及び第２Ｂ配列との配置を入れ替えてもよい。

［変形例］
また、上述の各実施形態では、第１の色として緑（Ｇ）を採用し、第２の色として赤（Ｒ）及び青（Ｂ）を採用した例について説明したが、カラーフィルタで使用しうる色はこれらの色に限定されるものではなく、以下の条件を満たす色に対応するカラーフィルタを用いることもできる。

＜第１のフィルタ（第１の色）の条件＞
上記各実施形態では、本発明の第１の色を有する第１のフィルタとしてＧ色のＧフィルタを例に挙げて説明を行ったが、Ｇフィルタの代わりに、あるいはＧフィルタの一部に代えて、下記条件（１）から条件（４）のいずれかを満たすフィルタを用いてもよい。

〔条件（１）〕
条件（１）は、輝度信号を得るための寄与率が５０％以上であることである。この寄与率５０％は、本発明の第１の色（Ｇ色など）と、第２の色（Ｒ、Ｂ色など）とを区別するために定めた値であって、輝度データを得るための寄与率がＲ色、Ｂ色などよりも相対的に高くなる色が「第１の色」に含まれるように定めた値である。

なお、寄与率が５０％未満となる色は本発明の第２色（Ｒ色、Ｂ色など）となり、この色を有するフィルタが本発明の第２のフィルタとなる。

〔条件（２）〕
条件（２）は、フィルタの透過率のピークが波長４８０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にあることである。フィルタの透過率は、例えば分光光度計で測定された値が用いられる。この波長範囲は、本発明の第１の色（Ｇ色など）と、第２の色（Ｒ、Ｂ色など）とを区別するために定められた範囲であって、前述の寄与率が相対的に低くなるＲ色、Ｂ色などのピークが含まれず、かつ寄与率が相対的に高くなるＧ色などのピークが含まれるように定められた範囲である。したがって、透過率のピークが波長４８０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にあるフィルタを第１のフィルタとして用いることができる。なお、透過率のピークが波長４８０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲外となるフィルタが本発明の第２のフィルタ（Ｒフィルタ、Ｂフィルタ）となる。

〔条件（３）〕
条件（３）は、波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内での透過率が第２のフィルタ（ＲフィルタやＢフィルタ）の透過率よりも高いことである。この条件（３）においても、フィルタの透過率は例えば分光光度計で測定された値が用いられる。この条件（３）の波長範囲も、本発明の第１の色（Ｇ色など）と、第２の色（Ｒ、Ｂ色など）とを区別するために定められた範囲であって、Ｒ色やＢ色などよりも前述の寄与率が相対的に高くなる色を有するフィルタの透過率が、ＲＢフィルタなどの透過率よりも高くなる範囲である。したがって、透過率が波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内で相対的に高いフィルタを第１のフィルタとして用い、透過率が相対的に低いフィルタを第２のフィルタとして用いることができる。

〔条件（４）〕
条件（４）は、３原色のうち最も輝度信号に寄与する色（例えばＲＧＢのうちのＧ色）と、この３原色とは異なる色とを含む２色以上のフィルタを、第１のフィルタとして用いることである。この場合には、第１のフィルタの各色以外の色に対応するフィルタが第２のフィルタとなる。

＜複数種類の第１のフィルタ（Ｇフィルタ）＞
したがって、第１のフィルタとしてのＧ色のＧフィルタは一種類に限定されるものではなく、例えば複数種類のＧフィルタ（Ｇ１フィルタ、Ｇ２フィルタ）を第１のフィルタとして用いることもできる。すなわち上述の各実施形態に係るカラーフィルタ（基本配列パターン）のＧフィルタが、Ｇ１フィルタまたはＧ２フィルタに適宜置き換えられてもよい。Ｇ１フィルタは第１の波長帯域のＧ光を透過し、Ｇ２フィルタはＧ１フィルタと相関の高い第２の波長帯域のＧ光を透過する（図２２参照）。

Ｇ１フィルタとしては、現存のＧフィルタ（例えば第１実施形態のＧフィルタ）を用いることができる。また、Ｇ２フィルタとしては、Ｇ１フィルタと相関の高いフィルタを用いることができる。この場合に、Ｇ２フィルタが配置される受光素子の分光感度曲線のピーク値は、例えば波長５００ｎｍから５３５ｎｍの範囲（現存のＧフィルタが配置される受光素子の分光感度曲線のピーク値の近傍）にあることが望ましい。なお、４色（Ｒ、Ｇ１、Ｇ２、Ｂ）のカラーフィルタを決定する方法は、例えば特開２００３−２８４０８４号に記載されている方法が用いられる。

このようにカラー撮像素子により取得される画像の色を４種類とし、取得される色情報を増やすことにより、３種類の色（ＲＧＢ）のみが取得される場合と較べて、より正確に色を表現することができる。すなわち、眼で違うものに見える色は違う色に、同じものに見える色は同じ色にそれぞれ再現すること（「色の判別性」を向上させること）ができる。

なお、Ｇ１、Ｇ２フィルタの透過率は、第１実施形態のＧフィルタの透過率と基本的には同じであるので、輝度信号を得るための寄与率は５０％よりは高くなる。したがって、Ｇ１、Ｇ２フィルタは前述の条件（１）を満たす。

また、カラーフィルタ配列（受光素子）の分光感度特性を示す図２２において、各Ｇ１、Ｇ２フィルタの透過率のピーク（各Ｇ画素の感度のピーク）は波長４８０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にある。各Ｇ１、Ｇ２フィルタの透過率は波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内で、ＲＢフィルタの透過率よりも高くなる。このため、各Ｇ１、Ｇ２フィルタは前述の条件（２）、（３）も満たしている。

なお、各Ｇ１、Ｇ２フィルタの配置や個数は適宜変更してもよい。また、Ｇフィルタの種類を３種類以上に増加してもよい。

＜透明フィルタ（Ｗフィルタ）＞
上述の実施形態では、主としてＲＧＢ色に対応する色フィルタから成るカラーフィルタが示されているが、これらの色フィルタの一部を透明フィルタＷ（白色画素）としてもよい。特に第１のフィルタ（Ｇフィルタ）の一部に代えて透明フィルタＷを配置することが好ましい。このようにＧ画素の一部を白色画素に置き換えることにより、画素サイズを微細化しても色再現性の劣化を抑制することができる。

透明フィルタＷは、透明色（第１の色）のフィルタである。透明フィルタＷは、可視光の波長域に対応する光を透過可能であり、例えばＲＧＢの各色の光の透過率が５０％以上となるフィルタである。透明フィルタＷの透過率は、Ｇフィルタよりも高くなるので、輝度信号を得るための寄与率もＧ色（６０％）よりは高くなり、前述の条件（１）を満たす。

カラーフィルタ配列（受光素子）の分光感度特性を示す図２３において、透明フィルタＷの透過率のピーク（白色画素の感度のピーク）は波長４８０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にある。また、透明フィルタＷの透過率は波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内で、ＲＢフィルタの透過率よりも高くなる。このため、透明フィルタＷは前述の条件（２）、（３）も満たしている。なお、Ｇフィルタについても透明フィルタＷと同様に前述の条件（１）〜（３）を満たしている。

このように透明フィルタＷは、前述の条件（１）〜（３）を満たしているので、本発明の第１のフィルタとして用いることができる。なお、カラーフィルタ配列では、ＲＧＢの３原色のうち最も輝度信号に寄与するＧ色に対応するＧフィルタの一部を透明フィルタＷに置き換えているので、前述の条件（４）も満たしている。

＜エメラルドフィルタ（Ｅフィルタ）＞
上述の実施形態では、主としてＲＧＢ色に対応する色フィルタから成るカラーフィルタが示されているが、これらの色フィルタの一部を他の色フィルタとしてもよく、例えばエメラルド（Ｅ）色に対応するフィルタＥ（エメラルド画素）としてもよい。特に第１のフィルタ（Ｇフィルタ）の一部に代えてエメラルドフィルタ（Ｅフィルタ）を配置しても良い。このようにＧフィルタの一部をＥフィルタで置き換えた４色のカラーフィルタ配列を用いることで、輝度の高域成分の再現を向上させ、ジャギネスを低減させるとともに、解像度感の向上を可能とすることができる。

カラーフィルタ配列（受光素子）の分光感度特性を示す図２４において、エメラルドフィルタＥの透過率のピーク（Ｅ画素の感度のピーク）は波長４８０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にある。また、エメラルドフィルタＥの透過率は波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内で、ＲＢフィルタの透過率よりも高くなる。このため、エメラルドフィルタＥは前述の条件（２）、（３）を満たしている。また、カラーフィルタ配列では、ＲＧＢの３原色のうち最も輝度信号に寄与するＧ色に対応するＧフィルタの一部をエメラルドフィルタＥに置き換えているので、前述の条件（４）も満たしている。

なお、図２４に示した分光特性では、エメラルドフィルタＥがＧフィルタよりも短波長側にピークを持つが、Ｇフィルタよりも長波長側にピークを持つ（少し黄色よりの色に見える）場合もある。このようにエメラルドフィルタＥとしては、本発明の各条件を満たすものを選択可能であり、例えば、条件（１）を満たすようなエメラルドフィルタＥを選択することもできる。

＜他の色の種類＞
上述の各実施形態では、原色ＲＧＢのカラーフィルタで構成されるカラーフィルタ配列について説明したが、例えば原色ＲＧＢの補色であるＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）に、Ｇを加えた４色の補色系のカラーフィルタのカラーフィルタ配列にも本発明を適用することができる。この場合も上記条件（１）〜（４）のいずれかを満たすカラーフィルタを本発明の第１のフィルタとし、他のカラーフィルタを第２のフィルタとする。

＜ハニカム配置＞
上記各実施形態の各カラーフィルタ配列は、各色のカラーフィルタが水平方向（Ｈ）及び垂直方向（Ｖ）に２次元配列されてなる基本配列パターンを含み、かつこの基本配列パターンが水平方向（Ｈ）及び垂直方向（Ｖ）に繰り返し配置されてなるが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、上述の各実施形態の基本配列パターンを光軸回りに４５°回転させた所謂ハニカム配列状の基本配列パターンを用いて、基本配列パターンを斜め方向（ＮＥ、ＮＷ）に繰り返し配置してなる配列パターンによってカラーフィルタを構成してもよい。

更にまた、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

９…デジタルカメラ、１２，２６，３０，３５…カラー撮像素子、２３Ｒ…Ｒフィルタ、２３Ｇ…Ｇフィルタ、２３Ｂ…Ｂフィルタ、２７ａ，３１ａ，３６ａ…第１Ａ配列、２７ｂ，３１ｂ，３６ｂ…第２Ａ配列、２８ａ，３２ａ，３７ａ…第１Ｂ配列、２８ｂ，３２ｂ，３７ｂ…第２Ｂ配列、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…基本配列パターン

Claims (11)

1. 水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子で構成される複数の画素上に、カラーフィルタが配設されてなる単板式のカラー撮像素子であって、
   前記カラーフィルタの配列は、前記カラーフィルタが水平方向及び垂直方向にＭ×Ｎ（Ｍ,Ｎは６以上の偶数）画素に対応する配列パターンで配列されてなる基本配列パターンを含み、かつ当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、
   前記基本配列パターンは、前記カラーフィルタが（Ｍ／２）×（Ｎ／２）画素に対応する配列パターンで配列された２種類の第１サブ配列及び第２サブ配列をそれぞれ２つずつ含み、前記第１及び第２サブ配列は、前記水平方向及び垂直方向に互いに隣接して配置され、
   前記カラーフィルタは、１色以上の第１の色に対応する第１のフィルタと、輝度信号を得るための寄与率が前記第１の色よりも低い２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとを含み、さらに前記第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率が、前記第２のフィルタに対応する第２の色の各色の画素数の比率よりも大きくなり、
   前記第１のフィルタは、前記第１サブ配列の外周部に矩形状に配置されるとともに、前記第２サブ配列の中央部に配置され、
   前記第２の色の各色に対応する前記第２のフィルタは、前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタの配列の水平、垂直方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されているカラー撮像素子。
2. 前記第２のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の斜め右上及び斜め右下方向のライン内に１つ以上配置される請求項１記載のカラー撮像素子。
3. 前記基本配列パターン内の２つの前記第１サブ配列の中央部には、それぞれ異なる前記第２の色の前記第２のフィルタが配置されている請求項２記載のカラー撮像素子。
4. 前記基本配列パターン内の２つの前記第２サブ配列は、前記第２の色の各色に対応する前記第２のフィルタの配置が互いに異なる請求項２または３記載のカラー撮像素子。
5. 前記第２サブ配列内の前記第２の色の各色に対応する前記第２のフィルタは、それぞれ前記第２サブ配列の中心に対して点対称に配置されている請求項２から４のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
6. 前記第１の色は緑色（Ｇ）であり、前記第２の色は赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）であり、
   前記カラーフィルタ配列の任意のカラーフィルタを含む水平ライン及び垂直ラインを基準として、前記カラーフィルタの配列の前記水平方向に（Ｍ／２）ライン間隔で配置された垂直ラインと、前記垂直方向に（Ｎ／２）ライン間隔で配置された水平ラインとが交差する位置に配置された前記第１及び第２のフィルタがベイヤー配列となる請求項４または５記載のカラー撮像素子。
7. 前記Ｍ及びＮがそれぞれ８以上である場合に、前記第２サブ配列の中央部には、前記第１のフィルタで構成される２×２画素に対応する正方配列が含まれる請求項１から６のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
8. 前記Ｍ及びＮがそれぞれ１０以下である請求項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Ｍ及びＮがＭ＝Ｎを満たす請求項１から８のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
10. 前記Ｍ及びＮがＭ≠Ｎを満たす請求項１から８のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のカラー撮像素子を備えた撮像装置。

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