JP5698875B2 - カラー撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Description
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(撮像装置)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、及び制御部20等を備えている。
図2に示すようにカラー撮像素子12の撮像面には、水平方向及び垂直方向に2次元配列された光電変換素子PDで構成される複数の画素21が設けられている。ここで、水平方向は本発明の第1の方向及び第2の方向のうちの一方向に相当し、垂直方向は本発明の第1の方向及び第2の方向のうちの他方向に相当する。
図3に示したカラー撮像素子のカラーフィルタ配列の第1の実施形態は、下記の特徴(1)〜(5)を有している。
図3に示すカラーフィルタ配列は、4×4画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン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)が周期性をもって配列されている。
図3に示すカラーフィルタ配列は、第2の色(この実施形態では、R、Bの色)と比較して輝度信号を得るために寄与する第1の色(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方向、垂直方向、斜め右上方向(NE)、及び斜め右下方向(NW)の各画素ライン内に配置されている。ここで、画素ラインとは、水平、垂直、斜め右上、又は斜め左上方向に一列に画素が配列されているラインをいい、以下、単に「ライン」という。
図3に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるR、G、Bフィルタに対応するR画素、G画素、B画素の画素数が、それぞれ4画素、8画素、4画素になっている。即ち、R、G、B画素の各画素数の比率は、1:2:1になっており、輝度信号を得るために寄与するG画素の画素数は、R画素、B画素の各画素数の2倍になっている。
図3に示すカラーフィルタ配列は、輝度系画素である第1の色(Gの色)以外の2色以上の第2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方向及び垂直方向の各ライン内にそれぞれ1つ以上配置されている。
図4に示すようにカラーフィルタ配列は、Gフィルタの「かたまり」(複数のGフィルタが隣接している部分)が、基本配列パターンのサイズに対応する周期で存在している。水平方向、垂直方向、斜め右上方向又は斜め右下方向に隣接するGフィルタに対応するG画素の画素値を使用して、輝度の相関の高い方向を最小画素間隔で判別することができる。
図3に示した第1の実施形態のカラーフィルタ配列は、以下のように把握することができる。
図7は第2の実施形態のカラーフィルタ配列を示す図である。
図8は第3の実施形態のカラーフィルタ配列を示す図である。
図9は、Rフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ及びWフィルタを有する各フォトダイオード(R、G、B、W画素)の分光感度特性の一例を示すグラフである。
Y=0.3R+0.59G+0.11B
この[数1]式ではG色の寄与率が59%になるため、G色は、R色(寄与率30%)やB色(寄与率11%)よりも寄与率が高くなる。したがって、G色が3原色のうち最も輝度信号に寄与する色となる。
Y=0.5W+0.5(0.3R+0.59G+0.11B)
即ち、本発明の1色以上の第1の色に対応する輝度系画素(G画素、W画素)は、少なくとも輝度信号を得るための寄与率が50%以上であり、第1の色以外の2色以上の第2の色に対応する各画素(R画素、B画素)は、輝度信号を得るための寄与率が50%未満である。ここで、50%は、第1の色と第2の色とを輝度信号を得るための寄与率により区別するために定めた値であって、輝度信号を得るための寄与率がR色、B色などよりも相対的に高くなる色が「第1の色」に含まれるように定めた値である。
〔条件(1)〕
条件(1)は、前述したように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。
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。尚、透過率のピークが波長480nm以上570nm以下の範囲外となるフィルタが本発明の第2のフィルタ(Rフィルタ、Bフィルタ)となる。
条件(3)は、波長500nm以上560nm以下の範囲内での透過率が第2のフィルタ(RフィルタやBフィルタ)の透過率よりも高いことである。この条件(3)においても、フィルタの透過率は、例えば分光光度計で測定された値が用いられる。この条件(3)の波長範囲も、本発明の第1の色(G色など)と、第2の色(R、B色など)とを区別するために定められた範囲であって、R色やB色などよりも前述の寄与率が相対的に高くなる色を有するフィルタの透過率が、RBフィルタなどの透過率よりも高くなる範囲である。したがって、透過率が波長500nm以上560nm以下の範囲内で相対的に高いフィルタを第1のフィルタとして用い、透過率が相対的に低いフィルタを第2のフィルタとして用いることができる。
条件(4)は、3原色のうち最も輝度信号に寄与する色(例えばRGBのうちのG色)と、この3原色とは異なる色(第4の色)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。
第3の実施形態では、RGB色及び透明色に対応するRGBWフィルタから成るカラーフィルタが示されている。
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フィルタを第1のフィルタとして用いることもできる。即ち、上述の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、G2フィルタに適宜置き換えられてもよい。
第1の実施形態のカラーフィルタ配列におけるGフィルタの一部をエメラルド(E)色を透過させるEフィルタで置き換えてもよい。これにより輝度の高域成分の再現を向上させ、ジャギネスを低減させるとともに、解像度感の向上を可能とすることができる。
上述の各実施形態では、原色RGBのカラーフィルタで構成されるカラーフィルタ配列について説明したが、例えば原色RGBの補色であるC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)に、Gを加えた4色の補色系のカラーフィルタのカラーフィルタ配列にも本発明を適用することができる。この場合も上記条件(1)〜(4)のいずれかを満たすカラーフィルタを本発明の第1のフィルタとし、他のカラーフィルタを第2のフィルタとする。
RGBの3原色のカラーフィルタに他の色のカラーフィルタを追加する実施形態として、例えば、3原色以外の第4の色の一例である透明(W)、緑(G2)、又はエメラルド(E)の各色のカラーフィルタを追加する例を説明したが、カラーフィルタの種類は、上述の実施形態に限定されない。例えば、赤外域を透過させ(赤外カットフィルタが配設されず)、可視光の波長域をカットするフィルタを他の色のフィルタとして使用してもよい。
Claims (7)
- 第1の方向及び第1の方向に垂直な第2の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前記第1の方向及び前記第2の方向に4×4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前記第1の方向及び前記第2の方向に繰り返されて配置され、
前記カラーフィルタの配列は、1色以上の第1の色に対応する第1のフィルタと、輝度信号を得るための寄与率が前記第1の色よりも低い2色以上の第2の色に対応する第2のフィルタとを有し、
前記第1のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の前記第1の方向と、前記第2の方向と、前記第1の方向及び第2の方向に対して傾いた第3の方向及び第4の方向とを含む各方向の画素ライン内に1つ以上配置され、かつ前記基本配列パターン内の第1の方向及び第2の方向の各画素ライン内に2つ配置され、
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の前記第1の方向及び第2の方向の各画素ライン内にそれぞれ1つ配置され、
前記カラーフィルタの配列は、前記第1の方向、第2の方向、第3の方向及び第4の方向にそれぞれ2画素以上連続する前記第1のフィルタを含むカラー撮像素子。 - 第1の方向及び第1の方向に垂直な第2の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前記第1の方向及び前記第2の方向に4×4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前記第1の方向及び前記第2の方向に繰り返されて配置され、
前記カラーフィルタの配列は、透過率のピークが波長480nm以上570nm以下の範囲内にある1色以上の第1の色に対応する第1のフィルタと、透過率のピークが前記範囲の外にある2色以上の第2の色に対応する第2のフィルタとを有し、
前記第1のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の前記第1の方向と、前記第2の方向と、前記第1の方向及び第2の方向に対して傾いた第3の方向及び第4の方向とを含む各方向の画素ライン内に1つ以上配置され、かつ前記基本配列パターン内の第1の方向及び第2の方向の各画素ライン内に2つ配置され、
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の前記第1の方向及び第2の方向の各画素ライン内にそれぞれ1つ配置され、
前記カラーフィルタの配列は、前記第1の方向、第2の方向、第3の方向及び第4の方向にそれぞれ2画素以上連続する前記第1のフィルタを含むカラー撮像素子。 - 第1の方向及び第1の方向に垂直な第2の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前記第1の方向及び前記第2の方向に4×4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前記第1の方向及び前記第2の方向に繰り返されて配置され、
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、波長500nm以上560nm以下の範囲内で透過率が前記第1のフィルタよりも低くなる2色以上の第2の色に対応する第2のフィルタとを有し、
前記第1のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の前記第1の方向と、前記第2の方向と、前記第1の方向及び第2の方向に対して傾いた第3の方向及び第4の方向とを含む各方向の画素ライン内に1つ以上配置され、かつ前記基本配列パターン内の第1の方向及び第2の方向の各画素ライン内に2つ配置され、
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の前記第1の方向及び第2の方向の各画素ライン内にそれぞれ1つ配置され、
前記カラーフィルタの配列は、前記第1の方向、第2の方向、第3の方向及び第4の方向にそれぞれ2画素以上連続する前記第1のフィルタを含むカラー撮像素子。 - 第1の方向及び第1の方向に垂直な第2の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前記第1の方向及び前記第2の方向に4×4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前記第1の方向及び前記第2の方向に繰り返されて配置され、
前記カラーフィルタ配列は、3原色のうち最も輝度信号に寄与する色と前記3原色とは異なる色である第4の色とを含む2色以上の第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のフィルタとを有し、
前記第1のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の前記第1の方向と、前記第2の方向と、前記第1の方向及び第2の方向に対して傾いた第3の方向及び第4の方向とを含む各方向の画素ライン内に1つ以上配置され、かつ前記基本配列パターン内の第1の方向及び第2の方向の各画素ライン内に2つ配置され、
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の前記第1の方向及び第2の方向の各画素ライン内にそれぞれ1つ配置され、
前記カラーフィルタの配列は、前記第1の方向、第2の方向、第3の方向及び第4の方向にそれぞれ2画素以上連続する前記第1のフィルタを含むカラー撮像素子。 - 輝度信号を得るための前記第1の色の寄与率は、50%以上であり、輝度信号を得るための前記第2の色の寄与率は、50%未満である請求項4に記載のカラー撮像素子。
- 前記第1の色は、第1の緑(G)、第1のGとは波長域が異なる第2のG、及び白(W)のうちの1色以上の色を含み、前記第2の色は、赤(R)、青(B)の色を含む請求項1から5のいずれか1項に記載のカラー撮像素子。
- 撮影光学系と、
前記撮影光学系を介して被写体像が結像するカラー撮像素子と、
前記結像した被写体像を示す画像データを生成する画像データ生成部と、
を備え、
前記カラー撮像素子は請求項1から6のいずれか1項に記載のカラー撮像素子である、
撮像装置。
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