(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜め格子状に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、特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、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のフィルタとが配列された基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが斜め格子状に繰り返して配置され、
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、
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配列の斜め右上方向及び斜め右下方向の各ライン内に１つ以上配置され、
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。
【請求項２】
正方格子状に配設された光電変換素子からなる複数の画素を、それぞれ市松格子状に配列された第１の画素群と第２の画素群とに区分し、前記第１の画素群及び第２の画素群に対して、それぞれ同じ特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、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のフィルタとが配列された基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが斜め格子状に繰り返して配置され、
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、
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配列の斜め右上方向及び斜め右下方向の各ライン内に１つ以上配置され、
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。
【請求項３】
前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内で２画素以上連続する部分を含む請求項１又は２に記載のカラー撮像素子。
【請求項４】
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４画素が上下左右に隣接した十字状の配列を含む請求項１又は２に記載のカラー撮像素子。
【請求項５】
前記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４のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
【請求項６】
前記基本配列パターンは、Ｎ×Ｎ（Ｎ：４以上８以下の整数）画素に対応する斜め格子配列パターンである請求項１から５のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
【請求項７】
前記基本配列パターンは、６×６画素に対応する斜め格子配列パターンである請求項６に記載のカラー撮像素子。
【請求項８】
前記カラーフィルタ配列は、前記第１のフィルタが３×３画素の斜め格子配列において中心と４隅に配置され、該３×３画素の斜め格子配列が斜め格子状に繰り返し配置されている請求項１から７のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
【請求項９】
前記第２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配置される請求項１から８のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
【請求項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。
【請求項１１】
前記基本配列パターンは、６×６画素に対応する斜め格子配列パターンであり、
前記斜め格子配列パターンは、３×３画素に対応する第１の斜め格子配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで斜め右上方向にＢフィルタが配置され、斜め右下方向にＲフィルタが配列された第１の斜め格子配列と、３×３画素に対応する第２の斜め格子配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで斜め右上方向にＲフィルタが配置され、斜め右下方向にＢフィルタが配列された第２の斜め格子配列とが、互い違いに配列されて構成されている請求項１０に記載のカラー撮像素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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（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）の発生を低減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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
図１９の（Ａ）部分に示すような白黒の縦縞模様（高周波画像）が、図１９の（Ｂ）部分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１９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。【０００６】
同様に、図２０の（Ａ）部分に示すような斜めの白黒の高周波画像が、図２０の（Ｂ）部分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２０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。【０００７】
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。【０００８】
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）。【０００９】
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）。【００１０】
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）。【００１１】
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）。【００１２】
また、各画素が斜め格子状に配置（互いに隣接する水平方向のライン上の画素が、１／２画素ピッチずつずれて配置）されるとともに、Ｇ画素のみのラインと、Ｒ、Ｂ画素又はＢ、Ｒ画素を繰り返すラインとが交互に配列されたカラー撮像素子が提案されている（特許文献５）。【００１３】
更に、正方格子状に配設された光電変換素子からなる複数の画素を含むカラー撮像素子であって、それぞれ市松格子状に配設された第１の画素群と第２の画素群とを有し、前記第１の画素群及び第２の画素群に対して、それぞれ上記特許文献５と同じカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設されたものが提案されている（特許文献６）。この撮像素子によれば、第１の画素群に対応する画像と第２の画素群に対応する画像とを露出条件を変えて同時に取得することができ、これらの画像を合成することで広ダイナミックの画像を生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−３０８０８０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３６７６６号公報
【特許文献３】特開平１１−２８５０１２号公報
【特許文献４】特開平８−２３５４３号公報
【特許文献５】特開平１０−１３６３９１号公報
【特許文献６】特開２００９−６０３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
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ク処理を行う際に、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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
また、特許文献５、６に記載のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、一般のベイヤー配列を、４５°回転させたものに対応する。したがって、図１９及び図２０で説明したベイヤー配列による不具合をそのまま有している。【００２０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前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、斜め格子状に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、特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、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のフィルタとが配列された基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが斜め格子状に繰り返して配置され、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、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配列の斜め右上方向及び斜め右下方向の各ライン内に１つ以上配置され、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。【００２２】
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配置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ることができ、また、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のフィルタについてもカラーフィルタ配列の斜め右上方向及び斜め右下方向の各ライン内に１つ以上配置するようにしたため、色モワレ（偽色）の発生を低減して高解像度化を図ることができる。【００２３】
また、前記カラーフィルタ配列は、基本配列パターンが斜め格子状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。【００２４】
更に、前記第１のフィルタに対応する第１の色の画素数と前記第２のフィルタに対応する第２の色の各色の画素数との比率を異ならせ、特に輝度信号を得るために寄与率の高い第１の色の画素数の比率を、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。【００２５】
本発明の他の態様に係る発明は、正方格子状に配設された光電変換素子からなる複数の画素を、それぞれ市松格子状に配列された第１の画素群と第２の画素群とに区分し、前記第１の画素群及び第２の画素群に対して、それぞれ同じ特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、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のフィルタとが配列された基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが斜め格子状に繰り返して配置され、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、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配列の斜め右上方向及び斜め右下方向の各ライン内に１つ以上配置され、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。【００２６】
前記第１の画素群と第２の画素群とが配置されたカラー撮像素子の画素群は、正方格子状に配置されたものとなるが、前記第１の画素群と第２の画素群とは、それぞれ市松格子状（斜め格子状）に配置されたものである。【００２７】
前記第１の画素群上のカラーフィルタと、第２の画素群上のカラーフィルタとは、水平方向又は垂直方向に１画素ピッチずれた関係で配設されているが、それぞれ同じカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設されている。そして、各カラーフィルタ配列は、本発明の一の態様と同じ配列を有しているため、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ることができ、また、色モワレ（偽色）の発生を低減して高解像度化を図ることができる。尚、第１の画素群からなる画像（第１の画像）と、第２の画素群からなる画像（第２の画像）とを露出条件を変えて同時に取得することができ、これらの第１、第２の画像を合成することで広ダイナミックの画像を生成することができる。【００２８】
本発明の更に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のフィルタが水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内で２画素以上連続する部分を含むことが好ましい。【００２９】
これにより、最小画素間隔で、水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向における輝度の変化の小さい方向（相関の高い方向）の判別ができる。【００３０】
本発明の更に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４画素が上下左右に隣接した十字状の配列を含むことが好ましい。上記十字状に配列された４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。【００３１】
本発明の更に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、後段の処理回路の回路規模を小さくすることが可能になる。【００３２】
本発明の更に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、Ｎ×Ｎ（Ｎ：４以上８以下の整数）画素に対応する斜め格子配列パターンであることが好ましい。【００３３】
ここで、Ｎ×Ｎ画素に対応する斜め格子配列パターンは、斜め方向の画素がそれぞれＮ画素となる菱形形状の配列パターンである。この斜め格子配列パターンの斜め方向の画素数Ｎが４よりも小さい場合には、本発明に係るカラーフィルタ配列の条件を満足せず、Ｎが８を超える場合には、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。【００３４】
本発明の更に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、６×６画素に対応する斜め格子配列パターンであることが好ましい。【００３５】
上記のように基本配列パターンは、Ｎ×Ｎ画素に対応する斜め格子配列パターンであり、Ｎは４以上８以下の整数が好ましいが、Ｎは偶数の方が奇数よりもデモザイキング処理時に有利であり、また、Ｎが４の場合は、前記基本配列パターン内に前記第１のフィルタが水平、垂直、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内で２画素以上連続する部分を含まないため、輝度の変化の小さい方向の判別に不利であり、Ｎが８の場合には、Ｎが６の場合に比べて信号処理が煩雑になる。したがって、前記基本配列パターンとしては、Ｎが６、即ち、６×６画素に対応する斜め格子配列パターンが最も好ましい。【００３６】
本発明の更に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のフィルタが３×３画素の斜め格子配列において中心と４隅に配置され、該３×３画素の斜め格子配列が斜め格子状に繰り返し配置されていることが好ましい。前記３×３画素群の４隅に前記第１のフィルタが配置されているため、該３×３画素群が斜め格子状に繰り返し配置されると、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画素に対応する斜め格子配列を含むようになり、この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。【００３７】
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、前記第２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配置されるようにしてもよい。これにより、水平、垂直方向の色再現性をより向上させることができる。【００３８】
本発明の更に他の態様に係るカラー撮像素子において、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。【００３９】
本発明の更に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、６×６画素に対応する斜め格子配列パターンであり、前記斜め格子配列パターンは、３×３画素に対応する第１の斜め格子配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで斜め右上方向にＢフィルタが配置され、斜め右下方向にＲフィルタが配列された第１の斜め格子配列と、３×３画素に対応する第２の斜め格子配列であって、中心と４隅にＧフィルタが配置され、中心のＧフィルタを挟んで斜め右上方向にＲフィルタが配置され、斜め右下方向にＢフィルタが配列された第２の斜め格子配列とが、互い違いに配列されて構成されていることが好ましい。【００４０】
この基本配列パターンは、２×２画素に対応する斜め格子配列のＧフィルタを含み、また、基本配列パターンの中心に対して点対称となる最小サイズの基本配列パターンである。更に、上記構成のカラーフィルタ配列によれば、前記第１の斜め格子配列又は第２の斜め格子配列を中心に斜め格子状の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隅に斜め格子状の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画素の画素値は、４方向の相関方向の判別に使用することができる。なお、上記のカラー撮像素子を備えた撮像装置も本発明に含まれる。
【発明の効果】
【００４１】
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配置するとともに、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を、前記第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。【００４２】
また、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のフィルタを、前記基本配列パターン内においてカラーフィルタ配列の斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に１つ以上配置するようにしたため、色モワレ（偽色）の発生を低減して高解像度化を図ることができる。【００４３】
更に、本発明に係るカラーフィルタ配列は、基本配列パターンが斜め格子状に繰り返しているため、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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１はカラー撮像素子の第１の実施形態を示す図であり；
【図２】図２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に含まれる基本配列パターンを示す図であり；
【図３】図３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り；
【図４】図４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り；
【図５】図５は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り；
【図６】図６はカラー撮像素子の第２の実施形態を示す図であり；
【図７】図７はカラー撮像素子の第３の実施形態を示す図であり；
【図８】図８はカラー撮像素子の第４の実施形態を示す図であり；
【図９】図９はカラー撮像素子の第５の実施形態を示す図であり；
【図１０】図１０はカラー撮像素子の第６の実施形態を示す図であり；
【図１１】図１１はカラー撮像素子の第７の実施形態を示す図であり；
【図１２】図１２はカラー撮像素子の第８の実施形態を示す図であり；
【図１３】図１３はカラー撮像素子の第９の実施形態を示す図であり；
【図１４】図１４は第９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り；
【図１５】図１５はカラー撮像素子の第１０の実施形態を示す図であり；
【図１６】図１６は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り；
【図１７】図１７は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り；
【図１８】図１８は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り；
【図１９】図１９は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り；
【図２０】図２０は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。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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。
【００４６】
［カラー撮像素子の第１の実施形態］
図１は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。
【００４７】
このカラー撮像素子は、水平方向及び垂直方向に配列（二次元の正方格子状に配列）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。
【００４８】
尚、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。
【００４９】
＜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。
【００５０】
〔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）が特定の周期性をもって配列されている。
【００５１】
このようにＲフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが特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。
【００５２】
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。
【００５３】
〔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、斜め右上（ＮＥ）、及び斜め左上（ＮＷ）方向の各ライン内に配置されている。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
〔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画素の画素数のそれぞれの比率よりも大きくなっている。
【００５７】
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。
【００５８】
〔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。
【００５９】
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）の発生を低減することができる。これにより、偽色の発生を抑圧（抑制）するための光学ローパスフィルタを省略することができ、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。
【００６０】
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。
【００６１】
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（正方配列）と、破線の枠で囲んだ３×３画素のＢ配列（正方配列）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。
【００６２】
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隅と中央に配置され、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。
【００６３】
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。
【００６４】
これは、輝度系画素であるＧフィルタが、Ａ配列またはＢ配列における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),後述の特徴(5)が満たされる。
【００６５】
〔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。
【００６６】
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（ＮＥ，ＮＷ）方向のＧ画素の画素値の差分絶対値を求めることにより、水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）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。
【００６７】
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、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）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。
【００６８】
また、図３に示すように３×３画素のＡ配列又はＢ配列の画素をデモザイキング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。
【００６９】
〔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、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
［カラー撮像素子の第２の実施形態］
図６は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。
【００７６】
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、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（太枠で示したパターン）を含み、こ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配置されている。
【００７７】
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、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、かつ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ている。
【００７８】
また、基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
【００７９】
一方、この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ないが、水平方向に隣接するＧフィルタを有し、また、斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向に隣接するＧフィルタを有する。
【００８０】
垂直方向には、Ｒフィルタ又はＢフィルタを挟んでＧフィルタが存在するため、これらのＧフィルタに対応するＧ画素の画素値を垂直方向の相関を判断する場合に使用することができる。
【００８１】
また、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４画素、８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、１：２：１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。
【００８２】
上記のように第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)、(4)及び(6)と同じ特徴を有している。
【００８３】
［カラー撮像素子の第３の実施形態］
図７は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。
【００８４】
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、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（太枠で示したパターン）を含み、こ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配置されている。
【００８５】
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、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、かつ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ている。
【００８６】
また、図７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７画素、１１画素、７画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、７：１１：７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。
【００８７】
尚、基本配列パターンは、点対称になっておらず、また、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ない。
【００８８】
この第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)及び(4)と同じ特徴を有している。
【００８９】
［カラー撮像素子の第４の実施形態］
図８は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。
【００９０】
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３の実施形態と同様に、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（太枠で示したパターン）を含み、こ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配置されている。
【００９１】
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、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、かつ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ている。
【００９２】
また、図８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６画素、１３画素、６画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、６：１３：６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。
【００９３】
また、この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ないが、Ｇフィルタが互いに隣接する４画素のかたまりがあり、これらの４画素の画素値から水平、垂直、及び斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の相関を、最小画素間隔で判断することができる。尚、基本配列パターンは、点対称になっていない。
【００９４】
この第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)及び(5)と同じ特徴を有している。
【００９５】
［カラー撮像素子の第５の実施形態］
図９は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。
【００９６】
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３の実施形態と同様に、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（太枠で示したパターン）を含み、こ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配置されている。
【００９７】
このカラーフィルタ配列は、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、同様にＲフィルタ、Ｂフィルタも、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。
【００９８】
即ち、このカラーフィルタ配列は、Ｒ、Ｇ、Ｂフィルタの全てが、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おり、これにより、斜め方向の色再現性をより向上させることができる点で、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ない特徴を有している。
【００９９】
また、図９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、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、８：９：８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。
【０１００】
一方、この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おらず、また、基本配列パターンは、点対称になっていない。
【０１０１】
この第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)及び(4)と同じ特徴を有している。
【０１０２】
［カラー撮像素子の第６の実施形態］
図１０は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。
【０１０３】
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、７×７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（太枠で示したパターン）を含み、こ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配置されている。
【０１０４】
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、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、かつ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ている。
【０１０５】
また、図１０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１２画素、２５画素、１２画素になっている。即ち、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は、１２：２５：１２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。
【０１０６】
また、この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み、更に基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
【０１０７】
この第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)、(4)、(5)及び(6)と同じ特徴を有している。
【０１０８】
［カラー撮像素子の第７の実施形態］
図１１は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。
【０１０９】
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、８×８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（太枠で示したパターン）を含み、こ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配置されている。
【０１１０】
このカラーフィルタ配列は、第１の実施形態と同様に、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、かつ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ている。
【０１１１】
また、図１１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１６画素、３２画素、１６画素になっている。即ち、ＲＧＢ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。
【０１１２】
また、この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み、更に基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
【０１１３】
この基本配列パターンを４×４画素に４分割した場合、対角の４×４画像の配列は同じになり、水平方向又は垂直方向に隣接する４×４画素の配列は、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。
【０１１４】
この第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)、(4)、(5)及び(6)と同じ特徴を有している。
【０１１５】
［カラー撮像素子の第８の実施形態］
図１２はカラー撮像素子の第８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。
【０１１６】
上記第１から第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、いずれもＲＧＢの３原色のカラーフィルタのカラーフィルタ配列であるが、第８の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、ＲＧＢフィルタの他に、エメラルド（Ｅ）のＥフィルタ）を加えた４色のカラーフィルタのカラーフィルタ配列である点で相違する。
【０１１７】
第８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７の実施形態と同様に８×８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（太枠で示したパターン）を含み、こ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配置されている。
【０１１８】
このカラーフィルタ配列は、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、一方、Ｒフィルタ、Ｂフィルタ、Ｅ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ている。
【０１１９】
また、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、Ｅフィルタに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、Ｅ画素の画素数が、それぞれ１６画素、２４画素、１６画素、８画素になっている。即ち、ＲＧＢＥ画素の各画素数の比率は、２：３：２：１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、Ｅ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。
【０１２０】
また、この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み、更に基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
【０１２１】
この第８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。
【０１２２】
［カラー撮像素子の第９の実施形態］
図１３はカラー撮像素子の第９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。
【０１２３】
上記第１から第８の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、いずれも複数の画素が正方格子状に配列された撮像素子に適用されているが、第９の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、複数の画素が斜め格子状に配列された撮像素子に適用されている点で相違する。
【０１２４】
即ち、図１３に示すカラー撮像素子の２次元配列された複数の画素は、斜め格子状に配列されている。これにより、互いに隣接する水平方向のライン上の画素は、ライン毎に１／２画素ピッチずつずれて配置される。
【０１２５】
そして、図１３に示すカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、６×６画素に対応する斜め格子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、斜め格子状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）が特定の周期性をもって配列されている。
【０１２６】
図１４は、図９に示した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。
【０１２７】
図１４に示す第９の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、図２に示した第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列を、４５°回転させたものに対応する。
【０１２８】
従って、第９の実施形態の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、斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されている点で、第１の実施形態のカラーフィルタ配列と同じである。
【０１２９】
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。
【０１３０】
また、図１４に示すように第９の実施形態のカラーフィルタ配列は、図２に示した第１の実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列を４５°回転させたものに対応するため、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画素の画素数は、第１の実施形態の基本配列パターンと同様に、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。
【０１３１】
一方、図１に示す第１の実施形態のカラーフィルタ配列は、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が、図１４に示すように第９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を４５°回転させたものに対応するため、Ｒフィルタ、Ｂフィルタは、基本配列パターン内においてカラーフィルタ配列の斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に１つ以上配置されることになる。
【０１３２】
このようにＲフィルタ、Ｂフィルタが、カラーフィルタ配列の斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置されるため、色モワレ（偽色）の発生を低減することができる。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省略することができ、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。
【０１３３】
また、図１４に示すように基本配列パターンＰは、３×３画素のＡ配列（斜め格子配列）と、３×３画素のＢ配列（斜め格子配列）とが、互い違いに配列されて構成されていると捉えることができる。
【０１３４】
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隅と中央に配置され、３×３画素の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フィルタが斜め右下方向に配列され、Ｂフィルタが斜め右上方向に配列され、一方、Ｂ配列は、中央のＧフィルタを挟んでＢフィルタが斜め右下方向に配列され、Ｒフィルタが斜め右上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。
【０１３５】
Ａ配列とＢ配列の４隅のＧフィルタは、Ａ配列とＢ配列とが斜め格子状に互い違いに配置されることにより、２×２画素に対応する斜め格子配列（４画素が上下左右に隣接した十字状の配列）のＧフィルタとなる。
【０１３６】
これは、輝度系画素であるＧフィルタが、Ａ配列またはＢ配列における３×３画素において４隅と中央に配置され、この３×３画素が斜め格子状に配置されることで２×２画素に対応する斜め格子配列のＧフィルタが形成されるためである。
【０１３７】
更に、図１４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、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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
このように第９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を４５°回転させたものに対応するため、第１の実施形態と比較してＲフィルタ、Ｂフィルタが、基本カラーフィルタ配列の斜め（ＮＥ，ＮＷ）方向の各ライン内に配置される点で相違するが、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)と同様の特徴を有している。
【０１４０】
また、複数の画素が斜め格子状に配列されている撮像素子の場合、正方格子状に配列された撮像素子と比較して水平及び垂直方向の再現可能な帯域が√２倍となり、人間の視覚の周波数特性が、斜め方向に比べて水平及び垂直方向に高いという特性に合致しており、視覚的に有利な構造であるといえる。
【０１４１】
［第９の実施形態の変形例］
第９の実施形態のカラー撮像素子に限らず、複数の画素を斜め格子状に配列するとともに、図６から図１２に示した第２の実施形態から第８の実施形態のカラーフィルタ配列を４５°回転させたものを、上記斜め格子状に配列された画素上に配置してなるカラー撮像素子としてもよい。
【０１４２】
この場合の各カラー撮像素子は、それぞれ第２の実施形態から第８の実施形態のカラー撮像素子と同様の特徴を有することになる。
【０１４３】
［カラー撮像素子の第１０の実施形態］
図１５の（Ａ）部分はカラー撮像素子の第１０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。
【０１４４】
第１０の実施形態のカラー撮像素子は、複数の画素が正方格子状に配列されるとともに、図１５の（Ｂ）部分及び（Ｃ）部分に示すようにそれぞれ市松格子状に配列された第１の画素群と第２の画素群とに区分した場合に、第１の画素群及び第２の画素群に対して、それぞれ同じカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設されている。
【０１４５】
即ち、正方格子状に配列された複数の画素が、チェッカーフラグの白又は黒の位置の画素に対応する場合、図１５の（Ｂ）部分及び（Ｃ）部分に示す第１の画素群及び第２の画素群は、それぞれチェッカーフラグの白又は黒の位置に対応する画素群であり、斜め格子状に配置されたものとなる。
【０１４６】
また、図１５の（Ｂ）部分及び（Ｃ）部分に示す第１の画素群及び第２の画素群上に配設されるカラーフィルタ配列は、それぞれ図１３に示した第９の実施形態のカラーフィルタ配列と同様の配列となっており、６×６画素に対応する斜め格子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、斜め格子状に繰り返し配置されている。
【０１４７】
更に、図１５の（Ｂ）部分に示すカラーフィルタ配列と、図１５の（Ｃ）部分に示すカラーフィルタ配列とは、図１５の（Ａ）部分に示す正方格子状に配列された各画素の１画素ピッチだけ、垂直方向にずれた関係で配設されている。
【０１４８】
この第１０の実施形態のカラー撮像素子によれば、図１５の（Ｂ）部分に示す第１の画素群（以下、「Ａ面」という）に対応する画像と、図１５の（Ｃ）部分に示す第２の画素群（以下、「Ｂ面」という）に対応する画像とを同時に取得することができる。
【０１４９】
このとき、Ａ面のモザイク画像及びＢ面のモザイク画像は、それぞれ第９の実施形態のカラー撮像素子から取得されるモザイク画像と同じ構成となるため、第１０の実施形態のカラー撮像素子は、第９の実施形態のカラー撮像素子と同様の特徴を有することになる。
【０１５０】
また、第１０の実施形態のカラー撮像素子は、Ａ面、Ｂ面の露出（電荷蓄積時間）を独立して制御することにより、Ａ面とＢ面とで感度の異なる画像を得ることができ、これらの画像を合成することで、広ダイナミックレンジの画像を生成することができる。また、Ａ面、Ｂ面の電荷蓄積時間（シャッタ速度）を同じにし、Ａ面、Ｂ面の画像を加算することにより、低ノイズの画像を取得することができ、更に画素加算を行わずに高解像度の画像を取得することもできる。
【０１５１】
尚、図１５に示した第１０の実施形態のカラー撮像素子は、Ａ面のカラーフィルタ配列とＢ面のカラーフィルタ配列とが、垂直方向に１画素ピッチずれているが、これに限らず、水平方向に１画素ピッチずれるように構成してもよい。この場合のカラーフィルタ配列は、図１５の（Ａ）部分に示したカラーフィルタ配列を９０度回転させたものに対応する。
【０１５２】
［第１０の実施形態の変形例］
第１０の実施形態のカラー撮像素子に限らず、複数の画素を正方格子状に配列するとともに、図６から図１２に示した第２の実施形態から第８の実施形態のカラーフィルタ配列を４５°回転させたものを、水平又は垂直方向にずらして並べ、第１０の実施形態と同様にＡ面、Ｂ面の画素上に配置してなるカラー撮像素子としてもよい。
【０１５３】
この場合の各カラー撮像素子は、それぞれ第２の実施形態から第８の実施形態のカラー撮像素子と同様の特徴を有し、かつＡ面、Ｂ面の２枚の画像を同時に取得することができる。
【０１５４】
［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、及び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ない。
【０１５５】
［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。
【０１５６】
＜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。
【０１５７】
〔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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
〔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。
【０１６０】
〔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。
【０１６１】
〔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。
【０１６２】
＜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１６参照）。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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１６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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
＜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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
カラーフィルタ配列（受光素子）の分光感度特性を示す図１７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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
＜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。
【０１７３】
カラーフィルタ配列（受光素子）の分光感度特性を示す図１８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。
【０１７４】
なお、図１８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。
【０１７５】
＜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。
【０１７６】
更に、本実施形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列は、Ｎ×Ｎ（Ｎ：４以上の整数）画素に対応する正方格子又は斜め格子基本配列パターンが、水平垂直方向又は斜め格子状に繰り返し配置されているが、Ｎ×Ｍ（Ｎ、Ｍ：４以上の整数で、Ｎ≠Ｍ）画素に対応する基本配列パターンが、水平垂直方向又は斜め格子状に繰り返し配置されて構成されるものでもよい。
【０１７７】
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。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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