(57)【要約】【課題】撮像素子において情報を取得する波長帯域の種類を増加させる。【解決手段】第１、第２、第３の色からなるベイヤー配列における第２の色に対応する２つの領域の内の第１の領域に、第２の色に係る互いに異なる波長帯域の分光特性を有する複数の第１の画素を配置し、第２の色に対応する２つの領域の内の第２の領域に、第２の色に係る互いに異なる波長帯域の分光特性を有する複数の第２の画素を配置し、第１の領域に配置される複数の第１の画素が有する分光特性の波長帯域と、第２の領域に配置される複数の第２の画素が有する分光特性の波長帯域とを異ならせて、情報を取得する波長帯域の種類を増加させる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、第３の色からなるベイヤー配列における前記第２の色に対応する２つの領域の内の第１の領域に配置され、前記第２の色に係る互いに異なる波長帯域の分光特性を有する複数の第１の画素と、
前記第２の色に対応する２つの領域の内の第２の領域に配置され、前記第２の色に係る互いに異なる波長帯域の分光特性を有する複数の第２の画素とを有し、
前記第１の領域に配置される前記複数の第１の画素が有する分光特性の波長帯域と、前記第２の領域に配置される前記複数の第２の画素が有する分光特性の波長帯域とは、一部又は全部が異なることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記第１の領域での分光特性の波長の中心値と前記第２の領域での分光特性の波長の中心値とが略同一であることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
【請求項３】
前記第１の領域に配置される前記複数の第１の画素が有する分光特性を合わせたときの中心波長と、前記第２の領域に配置される前記複数の第２の画素が有する分光特性を合わせたときの中心波長とが略同一であることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
【請求項４】
前記第１の画素及び前記第２の画素がそれぞれ有する分光特性の半値幅は、ベイヤー配列における前記第２の色とは異なる他の色に係る画素が有する分光特性の半値幅よりも狭いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記第１の画素及び前記第２の画素がそれぞれ有する分光特性の半値幅は、ベイヤー配列における前記第２の色とは異なる他の色に係る画素が有する分光特性の半値幅の略（１／２）であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記第１の領域に配置される前記複数の第１の画素の内の１つの前記第１の画素と、前記第２の領域に配置される前記複数の第２の画素の内の１つの前記第２の画素とは、分光特性の波長帯域が同じであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記第１の領域に配置される前記複数の第１の画素が有する分光特性の波長帯域は、前記第２の色に係る波長帯域の内の前記第１の色側の波長帯域であり、前記第２の領域に配置される前記複数の第２の画素が有する分光特性の波長帯域は、前記第２の色に係る波長帯域の内の前記第３の色側の波長帯域であることを特徴とする請求項１、４及び５の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項８】
前記第１の領域に配置される前記第１の画素及び前記第２の領域に配置される前記第２の画素は、４以上であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から画素データを取得する取得手段と、
取得した前記画素データを加算する加算手段と、
取得した前記画素データを解析する解析手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置には、ＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサーなどの撮像素子が用いられている。近年、撮像素子の高画素化が進んだことによって、撮像時の色数、すなわち分光する波長帯域の種類を増やすことにより、被写体の色成分をより正確に検出して色再現性を向上させることを目的としたマルチスペクトルセンサを用いた撮像装置が提案されている。例えば、挟帯域特性を持つ１６種類のカラーフィルタを用いる技術（特許文献１）や、ベイヤー配列における１つずつの領域を分割して分光する波長帯域を分割する技術が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８７８０６号公報
【特許文献２】特開２０１２−４４５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、撮像素子における画素配列が、いわゆるベイヤー配列とはなっていないため、実際に出力する画像としてカラー画像を出力することができない。特許文献２には、ベイヤー配列でのＲＧＢの各色のバンド幅よりも狭いバンド幅の複数のカラーフィルタを用いた撮像素子が記載されている。そして、それぞれＲＧＢの色に対応した複数の狭いバンド幅の画素信号を加算することで、従来のベイヤー配列での処理を可能としている。
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載の撮像素子は、いわゆるＲＧＧＢ配列となっているため、１６画素分を使用しているにもかかわらず、１２種類の波長帯域の情報しか得ることができない。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、撮像素子において情報を取得する波長帯域の種類を増加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る撮像素子は、第１、第２、第３の色からなるベイヤー配列における前記第２の色に対応する２つの領域の内の第１の領域に配置され、前記第２の色に係る互いに異なる波長帯域の分光特性を有する複数の第１の画素と、前記第２の色に対応する２つの領域の内の第２の領域に配置され、前記第２の色に係る互いに異なる波長帯域の分光特性を有する複数の第２の画素とを有し、前記第１の領域に配置される前記複数の第１の画素が有する分光特性の波長帯域と、前記第２の領域に配置される前記複数の第２の画素が有する分光特性の波長帯域とは、一部又は全部が異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１、第２、第３の色からなるベイヤー配列における第２の色に対応する２つの領域を異なる分光特性にし、情報を取得する波長帯域の種類を増加させることができ、より細かなスペクトル分光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態における撮像素子を有する撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】ベイヤー配列のカラーフィルタ配列の例を示す図である。
【図３】図２に示すカラーフィルタの分光透過率特性を示す図である。
【図４】ベイヤー配列のカラーフィルタ配列の他の例を示す図である。
【図５】図４に示すカラーフィルタの分光透過率特性を示す図である。
【図６】本実施形態におけるカラーフィルタの分光透過率特性の例を示す図である。
【図７】本実施形態におけるカラーフィルタの分光透過率特性の例を示す図である。
【図８】本実施形態におけるカラーフィルタ配列の第１の例を説明する図である。
【図９】本実施形態におけるカラーフィルタ配列の第２の例を説明する図である。
【図１０】本実施形態におけるカラーフィルタ配列の第３の例を説明する図である。
【図１１】本実施形態におけるカラーフィルタ配列の第４の例を説明する図である。
【図１２】本実施形態におけるカラーフィルタ配列の第５の例を説明する図である。
【図１３】本実施形態におけるカラーフィルタ配列の第６の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下に説明する本実施形態における撮像素子を有する撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等だけでなく、例えば、スマートフォンやタブレット等の各種携帯機器や、工業用カメラ、車載用カメラ、医療用カメラ等にも適用可能である。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態における撮像素子を有する撮像装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態における撮像装置は、撮像素子１０１、画像取得部１０２、画素データ加算部１０３、ラインメモリ１０４、画像処理部１０５、スペクトルデータ解析部１０６、データ出力部１０７、及び画像出力部１０８を有する。
【００１１】
撮像素子１０１は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサー等が用いられ、従来のベイヤー配列におけるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３種類の分光透過率特性だけではなく、様々な分光透過率特性を有する撮像素子である。画像取得部１０２は、撮像素子１０１から出力される各々の画素信号（画素データ）を取得して、画素データ加算部１０３及びスペクトルデータ解析部１０６へ出力する。
【００１２】
画素データ加算部１０３は、狭い波長帯域（狭帯域）の画素信号（画素データ）を加算してＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応する信号を生成したり、さらには狭帯域の画素信号をブロード（幅の広い）の波長帯域の画素信号（画素データ）に加算したりする。画素信号（画素データ）の加算は、例えばラインメモリ１０４等のメモリを用いて処理を行うが、ラインメモリ１０４等のメモリは本実施形態において必須なものではない。
【００１３】
画像処理部１０５は、画素データ加算部１０３で得られたＲ、Ｇ、Ｂの信号に画像処理を施す。画像処理部１０５は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の信号に対して、映像を出力するための形態に沿ってホワイトバランス処理やガンマ処理等の処理を行う。また、画像処理部１０５は、画素データ加算部１０３での信号の加算方法等に応じて、重心ずれ補正処理や偽色抑圧処理等を適宜行う。
【００１４】
スペクトルデータ解析部１０６は、各波長帯域の信号を解析して、任意の画像処理を行う。スペクトルデータ解析部１０６は、例えば、ブロードの帯域よりも波長帯域が狭い信号を得ることで、被写体にあたっている光の光源を推定して映像データに適切なホワイトバランス処理を施すように制御する。また、スペクトルデータ解析部１０６は、ある波長帯域のみの出力を基に特定の処理や判定を行ったりする。スペクトルデータ解析部１０６は、処理結果をデータ出力部１０７にデータとして出力したり、画像出力部１０８へフィードバックしたりする。なお、このスペクトルデータの解析手法等は、本実施形態では特に限定せず、任意の手法が適用可能である。
【００１５】
データ出力部１０７は、スペクトルデータ解析部１０６から供給される処理結果等を外部に出力する。画像出力部１０８は、画像処理部１０５により画像処理して得られる映像データを出力する。画像出力部１０８は、例えばスペクトルデータ解析部１０６から供給される処理結果等に応じて、画像処理部１０５から出力される映像データに適宜処理を施して出力する。
【００１６】
次に、撮像素子におけるカラーフィルタ配列について説明する。
図２は、一般的なベイヤー配列での各画素に対するカラーフィルタの配列の例を示す図である。上下方向及び左右方向にそれぞれ２画素ずつの４つの画素をひとかたまりとし、４画素のうちの２画素をＧ（緑）に相当する波長の光を取り込む画素（Ｇ画素）とする。また、残りの２画素は、１画素をＲ（赤）に相当する波長の光を取り込む画素（Ｒ画素）とし、もう１画素をＢ（青）に相当する波長の光を取り込む画素（Ｂ画素）とする。
【００１７】
例えば、図２に示したように、４つの画素２０１〜２０４において、Ｂに相当する波長帯域の光を透過させる分光特性を有するカラーフィルタ（Ｂ）が画素２０１に対して配置される。また、Ｇに相当する波長帯域の光を透過させる分光特性を有するカラーフィルタ（Ｇ）が画素２０２、２０３に対して配置され、Ｒに相当する波長帯域の光を透過させる分光特性を有するカラーフィルタ（Ｒ）が画素２０４に対して配置される。なお、図２において、Ｇｂは、Ｂ画素のとなりのＧ画素であることを示し、Ｇｒは、Ｒ画素のとなりのＧ画素であることを示す。
【００１８】
このようにベイヤー配列では、２つのＧ画素と、それぞれ１つのＲ画素及びＢ画素とが配置され、またＧ画素は対角上に配置される。撮像素子の画素は、この組み合わせを単位として、それを連続させたものになっている。なお、図２に示した例では、Ｂ画素が左上に配置されているが、指定があるわけではない。
【００１９】
図３は、図２に示したようなベイヤー配列を適用したＣＭＯＳセンサーのフォトダイオード単体における分光透過率特性の例を示す図である。図３において、横軸は光の波長とし、縦軸は分光透過率とする。図３において、３０１がＢ画素における分光透過率特性を示し、３０２がＧ画素における分光透過率特性を示し、３０３がＲ画素における分光透過率特性を示している。
【００２０】
一般的にＣＭＯＳセンサーのフォトダイオードはシリコンウェハ上に作製されており、Ｇに相当する波長帯域４８０〜６００ｎｍ付近が最も分光透過率特性が高い。Ｒに相当する波長帯域は５９０〜７２０ｎｍ付近とし、Ｂに相当する波長帯域は４００〜５４０ｎｍ付近としている。本実施形態では、この図３に示したような特性を、ベイヤー配列におけるブロード（幅の広い）の波長帯域の分光透過率特性と称す。以上のように、ベイヤー配列では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３種類の波長帯域のカラーフィルタを用いることが一般的である。
【００２１】
図４は、ベイヤー配列での各画素に対するカラーフィルタの配列の他の例を示す図である。図４に示す撮像素子は、ベイヤー配列での各色に対応する領域を、異なる波長帯域の分光特性を有する４つの画素で構成している。例えば、Ｂ（青）の色に対応する領域４０１が、Ｂに相当する波長帯域の一部であるλ１〜λ４の波長帯域の光を取り込むλ１画素、λ２画素、λ３画素、及びλ４画素で構成される。
【００２２】
また、Ｇ（緑）の色に対応する領域４０２、４０３が、Ｇに相当する波長帯域の一部であるλ５〜λ８の波長帯域の光を取り込むλ５画素、λ６画素、λ７画素、及びλ８画素で構成される。さらに、Ｒ（赤）の色に対応する領域４０４が、Ｒに相当する波長帯域の一部であるλ９〜λ１２の波長帯域の光を取り込むλ９画素、λ１０画素、λ１１画素、及びλ１２画素で構成される。
【００２３】
図４に示したλ１画素〜λ１２画素の各画素には、ベイヤー配列におけるブロードの波長帯域よりも狭帯域にした波長帯域の光を透過させるカラーフィルタが配置され、各画素における分光透過率特性は、例えば図５に示すようになる。図５は、図４に示した各画素における分光透過率特性の例を示す図である。
【００２４】
ここで、図４及び図５に示したようなλ１〜λ１２の波長帯域とする構成では、Ｇに相当する波長帯域が、Ｇの色に対応する２つの領域４０２、４０３において同じλ５〜λ８の波長帯域で構成されている。そのため、１６画素分の領域を使用しているにもかかわらず、１２種類の波長帯域の情報しか得られない。
【００２５】
これでは、例えば農業用途における生育具合を確認するためのＧの波長領域をより細かく分析したいというニーズを満たすことができない。一方、分光する波長帯域の種類を単に増やすだけでは、Ｇの色に対応する２つの領域での色差が大きくなり、偽色が発生しやすくなってしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態における撮像素子は、ベイヤー配列におけるＧの色に対応する２つの領域について、それぞれ異なる波長帯域を持つ挟帯域のカラーフィルタを有しながら配列を工夫することにより偽色等の発生を抑える。なお、以下の説明において、λｉ（ｉは添え字であり、ｉ＝１〜１６）の波長帯域の光を透過させる分光特性を有するカラーフィルタを“カラーフィルタ（λｉ）”と記す。
【００２７】
また、カラーフィルタ（λｉ）が配置されてλｉの波長帯域の光を取り込む画素、すなわちλｉの波長帯域の情報を取得する画素を“λｉ画素”と記す。また、撮像素子における画素配列（カラーフィルタ配列）については単位配列だけを示すが、撮像素子では、その単位配列が互いに隣接するように連続して配置されている。
【００２８】
図６は、本実施形態におけるカラーフィルタ（λ１）〜カラーフィルタ（λ１６）による分光透過率特性、言い換えればλ１画素〜λ１６画素における分光透過率特性の例を示す図である。図６に示すように、λ１〜λ４の波長帯域はＢに相当する波長帯域の一部であり、λ５〜λ８及びλ１３〜λ１６の波長帯域はＧに相当する波長帯域の一部であり、λ９〜λ１２の波長帯域はＲに相当する波長帯域の一部である。
【００２９】
本実施形態では、Ｇに相当する波長帯域内に、λ５〜λ８及びλ１３〜λ１６の異なる８種類の狭い波長帯域（狭帯域）の分光特性を持つ。λ５〜λ８及びλ１３〜λ１６の波長帯域は、λ５の波長帯域における中心波長が一番短く、λ５、λ１３、λ６、λ１４、λ７、λ１５、λ８、λ１６の順に、同様の波長間隔で中心波長が長くなる。つまり、λ５〜λ８及びλ１３〜λ１６の各波長帯域は、Ｇに相当する波長帯域を８分割したときのそれぞれの波長帯域に対応する。
【００３０】
図７（ａ）は、図６に示した分光透過率特性の内、Ｇに相当する波長帯域における挟帯域のカラーフィルタ（λ５）〜（λ８）及びカラーフィルタ（λ１３）〜（λ１６）による分光透過率特性を示す図である。カラーフィルタ（λ１）〜（λ１６）のそれぞれのカラーフィルタが略同一の波長帯域幅（半値幅）を有するように構成すると、Ｇの波長帯域において隣の帯域のカラーフィルタと重なる分光透過率の値Ｔ１は、他のＢ、Ｒの波長帯域と比べて高い。
【００３１】
この場合、光量確保という面では他のカラーフィルタと同様のため、画像データの加算やゲインの確保といった面では有利であるが、スペクトル分離といった面では重なり部分が大きいため隣の特性も多く拾ってしまう。そこで、例えば図７（ｂ）に示すように、Ｇの波長帯域に含まれるカラーフィルタ（λ５）〜（λ８）及びカラーフィルタ（λ１３）〜（λ１６）の波長帯域幅（半値幅）を狭く（例えば、約１／２に）する。このようにすることで、隣の帯域のカラーフィルタと重なる分光透過率の値Ｔ２を低下させ、他のＢ、Ｒの波長帯域と同等の重なり量とし、スペクトル分離の精度を高めることが可能である。
【００３２】
・第１の配列例
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、本実施形態における撮像素子のカラーフィルタ配列の第１の例を説明する図である。第１の例において、撮像素子は、図８（ａ）に例示するように、ベイヤー配列での各色に対応する領域を、互いに異なる波長帯域の分光特性を有する４つの画素で構成している。また、Ｇの色に対応する２つの領域間で、分光特性の波長帯域を全部異ならせて画素が配置されている。
【００３３】
例えば、ベイヤー配列におけるＢの色に対応する領域８０１が、Ｂの色に係るカラーフィルタ（λ１）〜（λ４）を配置したλ１画素〜λ４画素で構成される。ベイヤー配列におけるＧの色に対応する２つの領域のうち、第１の領域（Ｇｂの領域）８０２が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ５）〜（λ８）を配置したλ５画素〜λ８画素で構成される。
【００３４】
また、Ｇの色に対応する第２の領域（Ｇｒの領域）８０３が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ１３）〜（λ１６）を配置したλ１３画素〜λ１６画素で構成される。また、ベイヤー配列におけるＲの色に対応する領域８０４が、Ｒの色に係るカラーフィルタ（λ９）〜（λ１２）を配置したλ９画素〜λ１２画素で構成される。
【００３５】
これにより、Ｂ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｒの各領域の信号を加算算出する場合、以下に例示する数式により算出できる。
Ｂ＝λ１＋λ２＋λ３＋λ４
Ｇｂ＝λ５＋λ６＋λ７＋λ８
Ｇｒ＝λ１３＋λ１４＋λ１５＋λ１６
Ｒ＝λ９＋λ１０＋λ１１＋λ１２
なお、これらの式において、λｉはλｉ画素から取得した信号を示す（以下の式においても同様）。
【００３６】
前述の数式により算出されるＧｂの領域及びＧｒの領域の分光特性は、それぞれ図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すようになる。図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示したように、Ｇｂ、Ｇｒの領域において、分光特性の波長の中心値λGb、λGrが近い値であり、且つ得られるゲインも一般的な被写体であれば略同一のゲインが得られる。そのため、ＧｒとＧｂの領域を略同一のＧの色に対応する領域として扱うことができ、また、ＧｒとＧｂの領域間での色ズレが少ないために偽色が発生しにくい。また、ＧｒとＧｂの各領域でのそれぞれの４画素の分光特性の波長帯域が略等間隔で分離されているので、スペクトルデータ解析上も有利となる。
【００３７】
このように、ベイヤー配列の各色に対応する領域を狭帯域のカラーフィルタが配置された複数の画素で構成し、カラーフィルタの配列を工夫することにより、効率的な分光特性の配列を構成し、より細かなスペクトル分光が可能になる。また、Ｇの色に対応する２つの領域において、第１の領域（Ｇｂの領域）における分光特性と第２の領域（Ｇｒの領域）における分光特性の中心波長を略同一にし、偽色の発生を抑制することが可能になる。
【００３８】
・第２の配列例
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、本実施形態における撮像素子のカラーフィルタ配列の第２の例を説明する図である。第２の例においても、撮像素子は、図９（ａ）に例示するように、ベイヤー配列での各色に対応する領域を、互いに異なる波長帯域の分光特性を有する４つの画素で構成している。また、第１の例と同様に、Ｇの色に対応する２つの領域間で、分光特性の波長帯域を全部異ならせて画素が配置されている。
【００３９】
例えば、ベイヤー配列におけるＢの色に対応する領域９０１が、Ｂの色に係るカラーフィルタ（λ１）〜（λ４）を配置したλ１画素〜λ４画素で構成される。ベイヤー配列におけるＧの色に対応する２つの領域のうち、第１の領域（Ｇｂの領域）９０２が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ５）、（λ６）、（λ１５）、及び（λ１６）を配置したλ５画素、λ６画素、λ１５画素、及びλ１６画素で構成される。
【００４０】
また、Ｇの色に対応する第２の領域（Ｇｒの領域）９０３が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ１３）、（λ１４）、（λ７）、及び（λ８）を配置したλ１３画素、λ１４画素、λ７画素、及びλ８画素で構成される。また、ベイヤー配列におけるＲの色に対応する領域９０４が、Ｒの色に係るカラーフィルタ（λ９）〜（λ１２）を配置したλ９画素〜λ１２画素で構成される。
【００４１】
これにより、Ｂ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｒの各領域の信号を加算算出する場合、以下に例示する数式により算出できる。
Ｂ＝λ１＋λ２＋λ３＋λ４
Ｇｂ＝λ５＋λ６＋λ１５＋λ１６
Ｇｒ＝λ１３＋λ１４＋λ７＋λ８
Ｒ＝λ９＋λ１０＋λ１１＋λ１２
【００４２】
前述の数式により算出されるＧｂの領域及びＧｒの領域の分光特性は、それぞれ図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すようになる。図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示したように、Ｇｂ、Ｇｒの領域において、分光特性の波長の中心値λGb、λGrが同一となり、且つ得られるゲインも一般的な被写体であれば略同一のゲインが得られる。そのため、ＧｒとＧｂの領域を略同一のＧの色に対応する領域として扱うことができ、また、ＧｒとＧｂの領域間での色ズレが少ないために偽色が発生しにくい。
【００４３】
このように、狭帯域のカラーフィルタの配列を工夫することにより、効率的な分光特性の配列を構成し、より細かなスペクトル分光が可能になる。また、Ｇの色に対応する２つの領域において分光特性の中心波長を同一にし、偽色の発生を抑制することが可能になる。
【００４４】
・第３の配列例
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本実施形態における撮像素子のカラーフィルタ配列の第３の例を説明する図である。第３の例においても、撮像素子は、図１０（ａ）に例示するように、ベイヤー配列での各色に対応する領域を、互いに異なる波長帯域の分光特性を有する４つの画素で構成している。また、前述した例と同様に、Ｇの色に対応する２つの領域間で、分光特性の波長帯域を全部異ならせて画素が配置されている。
【００４５】
例えば、ベイヤー配列におけるＢの色に対応する領域１００１が、Ｂの色に係るカラーフィルタ（λ１）〜（λ４）を配置したλ１画素〜λ４画素で構成される。ベイヤー配列におけるＧの色に対応する２つの領域のうち、第１の領域（Ｇｂの領域）１００２が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ５）、（λ１３）、（λ８）、及び（λ１６）を配置したλ５画素、λ１３画素、λ８画素、及びλ１６画素で構成される。
【００４６】
また、Ｇの色に対応する第２の領域（Ｇｒの領域）１００３が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ６）、（λ１４）、（λ７）、及び（λ１５）を配置したλ６画素、λ１４画素、λ７画素、及びλ１５画素で構成される。また、ベイヤー配列におけるＲの色に対応する領域１００４が、Ｒの色に係るカラーフィルタ（λ９）〜（λ１２）を配置したλ９画素〜λ１２画素で構成される。
【００４７】
これにより、Ｂ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｒの各領域の信号を加算算出する場合、以下に例示する数式により算出できる。
Ｂ＝λ１＋λ２＋λ３＋λ４
Ｇｂ＝λ５＋λ１３＋λ８＋λ１６
Ｇｒ＝λ６＋λ１４＋λ７＋λ１５
Ｒ＝λ９＋λ１０＋λ１１＋λ１２
【００４８】
前述の数式により算出されるＧｂの領域及びＧｒの領域の分光特性は、それぞれ図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示すようになる。図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示したように、Ｇｂ、Ｇｒの領域において、分光特性の波長の中心値λGb、λGrが同一となり、簡易にＧｒとＧｂの領域を略同一のＧの色に対応する領域として扱うことができる。
【００４９】
・第４の配列例
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、本実施形態における撮像素子のカラーフィルタ配列の第４の例を説明する図である。第４の例においても、撮像素子は、図１１（ａ）に例示するように、ベイヤー配列での各色に対応する領域を、互いに異なる波長帯域の分光特性を有する複数の画素で構成している。また、前述した例と同様に、Ｇの色に対応する２つの領域間で、分光特性の波長帯域を全部異ならせて画素が配置されている。
【００５０】
例えば、ベイヤー配列におけるＢの色に対応する領域１１０１が、Ｂの色に係るカラーフィルタ（λ１）〜（λ４）を配置したλ１画素〜λ４画素で構成される。ベイヤー配列におけるＧの色に対応する２つの領域のうち、第１の領域（Ｇｂの領域）１１０２が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ５）、（λ１４）、（λ７）、及び（λ１６）を配置したλ５画素、λ１４画素、λ７画素、及びλ１６画素で構成される。
【００５１】
また、Ｇの色に対応する第２の領域（Ｇｒの領域）１１０３が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ１３）、（λ６）、（λ１５）、及び（λ８）を配置したλ１３画素、λ６画素、λ１５画素、及びλ８画素で構成される。また、ベイヤー配列におけるＲの色に対応する領域１１０４が、Ｒの色に係るカラーフィルタ（λ９）〜（λ１２）を配置したλ９画素〜λ１２画素で構成される。
【００５２】
これにより、Ｂ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｒの各領域の信号を加算算出する場合、以下に例示する数式により算出できる。
Ｂ＝λ１＋λ２＋λ３＋λ４
Ｇｂ＝λ５＋λ１４＋λ７＋λ１６
Ｇｒ＝λ１３＋λ６＋λ１５＋λ８
Ｒ＝λ９＋λ１０＋λ１１＋λ１２
【００５３】
前述の数式により算出されるＧｂの領域及びＧｒの領域の分光特性は、それぞれ図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示すようになる。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示したように、Ｇｂ、Ｇｒの領域において、分光特性の波長の中心値λGb、λGrが同一となり、且つ得られるゲインも一般的な被写体であれば略同一のゲインが得られる。そのため、ＧｒとＧｂの領域を略同一のＧの色に対応する領域として扱うことができ、また、ＧｒとＧｂの領域間での色ズレが少ないために偽色が発生しにくい。
【００５４】
このように、狭帯域のカラーフィルタの配列を工夫することにより、効率的な分光特性の配列を構成し、より細かなスペクトル分光が可能になる。また、Ｇの色に対応する２つの領域において分光特性の中心波長を同一にし、偽色の発生を抑制することが可能になる。
【００５５】
なお、前述した第１〜第４の例に示したカラーフィルタ配列は一例であり、これに限定されるものではない。ベイヤー配列での各色に対応する領域を互いに異なる波長帯域の分光特性を有する４つの画素で構成し、かつＧの色に対応する２つの領域間で分光特性の波長帯域を全部異ならせて画素が配置されるような任意のカラーフィルタ配列が適用可能である。
【００５６】
・第５の配列例
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、本実施形態における撮像素子のカラーフィルタ配列の第５の例を説明する図である。第５の例においては、撮像素子は、図１２（ａ）に例示するように、ベイヤー配列での各色に対応する領域を、異なる波長帯域の分光特性を有する４つの画素で構成している。また、第５の例においては、ベイヤー配列におけるＧの色に対応する２つの領域間において、少なくとも１つ同じ波長帯域の分光特性を持つ。すなわち、第５の例では、Ｇの色に対応する２つの領域間で、分光特性の波長帯域を一部異ならせて画素が配置されている。
【００５７】
例えば、ベイヤー配列におけるＢの色に対応する領域１２０１が、Ｂの色に係るカラーフィルタ（λ１）〜（λ４）を配置したλ１画素〜λ４画素で構成される。ベイヤー配列におけるＧの色に対応する２つの領域のうち、第１の領域（Ｇｂの領域）１２０２が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ５）〜（λ８）を配置したλ５画素〜λ８画素で構成される。
【００５８】
また、Ｇの色に対応する第２の領域（Ｇｒの領域）１２０３が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ１３）、（λ１４）、（λ７）、及び（λ１６）を配置したλ１３画素、λ１４画素、λ７画素、及びλ１６画素で構成される。また、ベイヤー配列におけるＲの色に対応する領域１２０４が、Ｒの色に係るカラーフィルタ（λ９）〜（λ１２）を配置したλ９画素〜λ１２画素で構成される。
【００５９】
このように、ＧｂとＧｒの領域で、同じλ７の波長帯域の分光特性を有するλ７画素を配置することで、λ７画素で取得される信号を重心調整の基準としてＧｂとＧｒの領域での値を合わせやすくすることが可能となる。なお、Ｂ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｒの各領域の信号を加算算出する場合、以下に例示する数式により算出できる。
Ｂ＝λ１＋λ２＋λ３＋λ４
Ｇｂ＝λ５＋λ６＋λ７＋λ８
Ｇｒ＝λ１３＋λ１４＋λ７＋λ１６
Ｒ＝λ９＋λ１０＋λ１１＋λ１２
【００６０】
前述の数式により算出されるＧｂの領域及びＧｒの領域の分光特性は、それぞれ図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すようになる。図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示したように、Ｇｂ、Ｇｒの領域において、分光特性の波長の中心値λGb、λGrが近い値であり、且つ得られるゲインも一般的な被写体であれば略同一のゲインが得られる。
【００６１】
そのため、ＧｒとＧｂの領域を略同一のＧの色に対応する領域として扱うことができ、また、ＧｒとＧｂの領域間での色ズレが少ないために偽色が発生しにくい。ＧｂとＧｒのそれぞれの領域に、λ７の波長帯域の分光特性を有する画素を配置することで、１波長帯域分の分解能は減るものの、１５種類の波長帯域のスペクトルデータを入手することが可能となる。
【００６２】
また、本例ではλ７の波長帯域の分光特性をＧの色に対応する２つの領域が持つように構成しているが、この波長帯域に限定されず、他の波長帯域の分光特性をＧの色に対応する２つの領域が持つように構成してもよい。また、Ｇの色に対応する２つの領域間で、同じ分光特性を有する１つの画素だけではなく、それぞれ同じ分光特性を有する複数の画素を持つように構成してもよい。
【００６３】
このように、第５の例に示した構成でも、狭帯域のカラーフィルタの配列を工夫することにより、効率的な分光特性の配列を構成し、より細かなスペクトル分光が可能になる。また、Ｇの色に対応する２つの領域において分光特性の中心波長を同一にし、偽色の発生を抑制することが可能になる。
【００６４】
・第６の配列例
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、本実施形態における撮像素子のカラーフィルタ配列の第６の例を説明する図である。第６の例において、撮像素子は、図１３（ａ）に例示するように、ベイヤー配列におけるＢの色に対応する領域１３０１が、Ｂの色に係るカラーフィルタ（λ１）〜（λ４）を配置したλ１画素〜λ４画素で構成される。ベイヤー配列におけるＧの色に対応する２つの領域のうち、第１の領域（Ｇｂの領域）１３０２が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ５）、（λ１３）、（λ６）、及び（λ１４）を配置したλ５画素、λ１３画素、λ６画素、及びλ１４画素で構成される。
【００６５】
また、Ｇの色に対応する第２の領域（Ｇｒの領域）１３０３が、Ｇの色に係るカラーフィルタ（λ７）、（λ１５）、（λ８）、及び（λ１６）を配置したλ７画素、λ１５画素、λ８画素、及びλ１６画素で構成される。また、ベイヤー配列におけるＲの色に対応する領域１３０４が、Ｒの色に係るカラーフィルタ（λ９）〜（λ１２）を配置したλ９画素〜λ１２画素で構成される。
【００６６】
これにより、Ｂ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｒの各領域の信号を加算算出する場合、以下に例示する数式により算出できる。
Ｂ＝λ１＋λ２＋λ３＋λ４
Ｇｂ＝λ５＋λ１３＋λ６＋λ１４
Ｇｒ＝λ７＋λ１５＋λ８＋λ１６
Ｒ＝λ９＋λ１０＋λ１１＋λ１２
【００６７】
前述の数式により算出されるＧｂの領域及びＧｒの領域の分光特性は、それぞれ図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示すようになる。Ｇｂの領域が、Ｇの色に係る波長帯域の内の青色側の波長帯域の分光特性を有し、Ｇｒの領域が、Ｇの色に係る波長帯域の内の赤色側の波長帯域の分光特性を有する。これにより、ＧｂとＧｒの領域間での色ずれは発生するものの、波長成分を順番に並べて加算することができ、スペクトルデータの解析がよりスムーズに実行することが可能となる。
【００６８】
なお、前述した説明では、ベイヤー配列での各色に対応する領域を、それぞれ異なる波長帯域の分光特性を有する４つの画素で構成した例を示して説明したが、これに限定されるものではない。ベイヤー配列での各色に対応する領域を、それぞれ異なる波長帯域の分光特性を有する複数の画素で構成すればよく、例えば各領域をそれぞれ異なる波長帯域の分光特性を有する４以上の画素で構成してもよい。
また、分光透過率特性を決定する要素として、本実施形態ではカラーフィルタとフォトダイオード単体の分光透過率特性を例としたが、本実施形態は撮像素子の分光透過率特性を変更させるための手段を限定するものではない。
【００６９】
なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０１：撮像素子  １０２：画像取得部  １０３：画素データ加算部  １０４：ラインメモリ  １０５：画像処理部  １０６：スペクトルデータ解析部  １０７：データ出力部  １０８：画像出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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