(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、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、
前記複数の画素のそれぞれは正方形であり、
前記複数の正方形の画素上の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のフィルタとが配列されたＭ×Ｎ（Ｍ，Ｎ：４以上の整数であり、少なくとも１つは奇数、Ｍ≠Ｎ）の基本配列パターンを含み、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、
前記第１のフィルタは、前記基本配列パターン内に市松模様状に配置され、
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、及び垂直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】
水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、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、
前記複数の画素のそれぞれは正方形であり、
前記複数の正方形の画素上の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のフィルタとが配列されたＭ×Ｎ（Ｍ，Ｎ：整数であり、少なくとも１つは奇数、Ｍ≠Ｎ）のサブ配列と、前記サブ配列をｋ（ｋ：２以上の整数）個並べた基本配列パターンを含み、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、
前記第１のフィルタは、前記サブ配列内に市松模様状に配置され、
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、及び垂直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Ｍは３であり、前記Ｎは前記Ｍより大きく、
前記ｋは２であり、
前記基本配列パターンは、画素数が２Ｍ×Ｎとなるように前記サブ配列が２個並べられて形成される請求項２に記載のカラー撮像素子。
【請求項４】
前記Ｎは３であり、前記Ｍは前記Ｎより小さく、
前記ｋは４であり、
前記基本配列パターンは、画素数が２Ｍ×２Ｎとなるように前記サブ配列が４個並べられて形成される請求項２に記載のカラー撮像素子。
【請求項５】
前記第１のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の水平、垂直、斜め右下及び斜め右上方向の各ライン内に１つ以上配置された請求項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】
前記第２の色の各色に対応する前記第２のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の水平、垂直、斜め右下及び斜め右上方向の各ライン内に１つ以上配置された請求項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に記載のカラー撮像素子。
【請求項８】
前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、
前記基本配列パターン内において、前記Ｒフィルタ、前記Ｇフィルタ及び前記Ｂフィルタは、前記カラーフィルタの配列の水平及び垂直方向に同色のカラーフィルタが隣接しないように配置される請求項７に記載のカラー撮像素子。
【請求項９】
前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、
前記基本配列パターン内において、前記Ｒフィルタ、前記Ｇフィルタ及び前記Ｂフィルタは、前記カラーフィルタの配列の斜め右上又は斜め右下方向に沿って配置される請求項７に記載のカラー撮像素子。
【請求項１０】
前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、
前記基本配列パターン内において、前記Ｒフィルタ及び前記Ｂフィルタは、前記Ｒフィルタと前記Ｂフィルタとが同じ数又は前記Ｒフィルタと前記Ｂフィルタとの差が１となるように、かつ不規則に配置される請求項７に記載のカラー撮像素子。
【請求項１１】
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２から４のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
【請求項１２】
前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、
前記サブ配列内において、前記Ｒフィルタ、前記Ｇフィルタ及び前記Ｂフィルタは、前記カラーフィルタの配列の水平及び垂直方向に隣接しないように配置される請求項１１に記載のカラー撮像素子。
【請求項１３】
前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、
前記サブ配列内において、前記Ｒフィルタ、前記Ｇフィルタ及び前記Ｂフィルタは、前記カラーフィルタの配列の斜め右上又は斜め右下方向に沿って配置される請求項１１に記載のカラー撮像素子。
【請求項１４】
前記カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、
前記サブ配列内において、前記Ｒフィルタ及び前記Ｂフィルタは、前記Ｒフィルタと前記Ｂフィルタとが同じ数又は前記Ｒフィルタと前記Ｂフィルタとの差が１となるように、かつ不規則に配置される請求項１１に記載のカラー撮像素子。
【請求項１５】
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が２：１である請求項１から１４のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
【請求項１６】
請求項１から１５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抑圧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（デモザイク処理）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。【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２０の（Ａ）部分に示すような白黒の縦縞模様（高周波画像）が、図２０（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２１の（Ａ）部分に示すような斜めの白黒の高周波画像が、図２１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２１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共に、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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、ランダムパターン毎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。【００１４】
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。【００１５】
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。なお、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。【００１６】
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。【００１７】
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共に、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】
【００１８】
前記目的を達成するために、本発明の一の態様に係るカラー撮像素子は、水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、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、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Ｍ×Ｎ（Ｍ，Ｎ：４以上の整数であり、少なくとも１つは奇数、Ｍ≠Ｎ）の基本配列パターンを含み、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、第１のフィルタは、基本配列パターン内に市松模様状に配置され、第２の色の各色に対応する第２のフィルタは、基本配列パターン内にカラーフィルタの配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置され、第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率は、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。【００１９】
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の寄与率の高い第１の色に対応する第１のフィルタと第１の色以外の２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとが配列されたＭ×Ｎ（Ｍ，Ｎ：４以上の整数であり、少なくとも１つは奇数、Ｍ≠Ｎ）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て配置される。これにより、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従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。【００２０】
また、第１のフィルタは、基本配列パターン内に市松模様状に配置される。これにより、第１のフィルタが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ライン内に配置され、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。更に、各色の第２のフィルタは、基本配列パターン内にカラーフィルタの配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置される。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。【００２１】
また、第１のフィルタ及び第２のフィルタは、第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率が、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るように、配置される。これにより、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。【００２２】
本発明の一の態様に係るカラー撮像素子は、水平方向及び垂直方向に配列された光電変換素子からなる複数の画素上に、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、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Ｍ×Ｎ（Ｍ，Ｎ：整数であり、少なくとも１つは奇数、Ｍ≠Ｎ）のサブ配列と、サブ配列をｋ（ｋ：２以上の整数）個並べた基本配列パターンを含み、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、第１のフィルタは、サブ配列内に市松模様状に配置され、第２の色の各色に対応する第２のフィルタは、基本配列パターン内にカラーフィルタの配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置され、第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率は、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。【００２３】
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の寄与率の高い第１の色に対応する第１のフィルタと第１の色以外の２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとが配列されたＭ×Ｎ（Ｍ，Ｎ：整数であり、少なくとも１つは奇数、Ｍ≠Ｎ）のサブ配列をｋ（ｋ：２以上の整数）個並べた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る。これにより、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従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】
また、第１のフィルタは、サブ配列内に市松模様状に配置される。これにより、第１のフィルタが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ライン内に配置され、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。更に、各色の第２のフィルタは、基本配列パターン内にカラーフィルタの配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に１つ以上配置される。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。【００２５】
また、第１のフィルタ及び第２のフィルタは、第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の比率が、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るように、配置される。これにより、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。【００２６】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、Ｍは３であり、ＮはＭより大きく、ｋは２であり、基本配列パターンは、画素数が２Ｍ×Ｎとなるようにサブ配列が２個並べられて形成されることが好ましい。【００２７】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、Ｎは３であり、ＭはＮより小さく、ｋは４であり、基本配列パターンは、画素数が２Ｍ×２Ｎとなるようにサブ配列が４個並べられて形成されることが好ましい。【００２８】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、第１のフィルタは、カラーフィルタの配列の水平、垂直、斜め右下及び斜め右上方向の各ライン内に配置されることが好ましい。これにより、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。【００２９】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、第２の色の各色に対応する第２のフィルタは、カラーフィルタの配列の水平、垂直、斜め右下及び斜め右上方向の各ライン内に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。【００３０】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、第１の色は、緑（Ｇ）色であり、第２の色は、赤（Ｒ）色及び青（Ｂ）色であることが好ましい。【００３１】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、基本配列パターン内において、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタは、カラーフィルタの配列の水平及び垂直方向に隣接しないように配置されることが好ましい。これにより、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタが水平、垂直、斜め右上、及び斜め右下の各ライン内に配置されるような配置を容易に作ることができる。【００３２】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、基本配列パターン内において、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタは、カラーフィルタの配列の斜め（ＮＥ又はＮＷ）方向に沿って配置されることが好ましい。これにより、配置に周期性をもたせ、後段に配置される処理回路の回路規模を小さくすることが可能になる。【００３３】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、基本配列パターン内において、Ｒフィルタ及びＢフィルタは、ＲフィルタとＢフィルタとが同じ数又はＲフィルタとＢフィルタとの差が１となるように、かつ不規則に配置されることが好ましい。これにより、色モワレ（偽色）の発生を抑圧することができる。【００３４】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、サブ配列内において、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタは、カラーフィルタの配列の水平及び垂直方向に隣接しないように配置されることが好ましい。【００３５】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、サブ配列内において、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタは、カラーフィルタの配列の斜め右上又は斜め右下方向に沿って配置されることが好ましい。【００３６】
本発明の他の態様に係るカラー撮像素子において、カラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色に対応するＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタを有し、サブ配列内において、Ｒフィルタ及びＢフィルタは、ＲフィルタとＢフィルタとが同じ数又はＲフィルタとＢフィルタとの差が１となるように、かつ不規則に配置されることが好ましい。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】
【００３７】
本発明によれば、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共に、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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】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
【図２】第１の実施形態のカラー撮像素子の斜め右下方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図３】第１の実施形態のカラー撮像素子の斜め右上方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図４】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
【図５】第２の実施形態のカラー撮像素子の斜め右下方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図６】第２の実施形態のカラー撮像素子の斜め右上方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図７】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
【図８】第３の実施形態のカラー撮像素子の斜め右下方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図９】第３の実施形態のカラー撮像素子の斜め右上方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図１０】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
【図１１】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
【図１２】第４の実施形態のカラー撮像素子の斜め右下方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図１３】第４の実施形態のカラー撮像素子の斜め右下方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図１４】本発明に係る単板式のカラー撮像素子の第５の実施形態を示す図
【図１５】第５の実施形態のカラー撮像素子の斜め右下方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図１６】第５の実施形態のカラー撮像素子の斜め右下方向にＲ、Ｇ、Ｂの各色フィルタが存在していることを示す図
【図１７】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
【図１８】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
【図１９】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
【図２０】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
【図２１】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
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、添付図面に従って本発明に係るカラー撮像素子の好ましい実施の形態について詳説する。
【００４０】
＜第１の実施の形態＞
図１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、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。
【００４１】
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。
【００４２】
なお、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。
【００４３】
＜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）及び（５）を有している。
【００４４】
〔特徴（１）〕
図１に示すカラーフィルタ配列は、２×３画素のサブ配列Ｐ１−１、Ｐ１−２、Ｐ１−３、Ｐ１−４からなる４×６画素の基本配列パターンＰ１（太枠で示したパターン）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。
【００４５】
サブ配列Ｐ１−１、Ｐ１−２、Ｐ１−３、Ｐ１−４は、垂直方向に３画素、水平方向に２画素であり、基本配列パターンＰ１は、垂直方向に６画素、水平方向に４画素である。すなわち、サブ配列はＭ×Ｎ画素（Ｍ，Ｎは整数、Ｍ≠Ｎ）であり、基本配列パターンＰ１は画素数が２Ｍ×２Ｎとなるように４個のサブ配列が並べられて形成される。
【００４６】
サブ配列Ｐ１−１、Ｐ１−２、Ｐ１−３、Ｐ１−４は、輝度系画素であるＧフィルタが市松模様状に配置されている。なお、市松模様は、チェッカーパターンともいうことができる。なお、サブ配列Ｐ１−１、Ｐ１−２、Ｐ１−３、Ｐ１−４では、左側の列にＧフィルタが２つ、右側の列にＧフィルタが１つ配置されているが、逆でもかまわない。
【００４７】
また、サブ配列Ｐ１−１、Ｐ１−３では、Ｒフィルタ又はＢフィルタは、斜め右下方向に沿って配置されている。なお、Ｒフィルタ又はＢフィルタを斜め方向に沿って配置する方法はこれに限らず、斜め右上方向に沿って配置してもよい。
【００４８】
また、サブ配列Ｐ１−２では、左側にＢフィルタ、右側にＲフィルタが配置され、サブ配列Ｐ１−４では、左側にＲフィルタ、右側にＢフィルタが配置される。
【００４９】
基本配列パターンＰ１は、左上にサブ配列Ｐ１−１が配置され、サブ配列Ｐ１−１の下にサブ配列Ｐ１−２が配置され、サブ配列Ｐ１−１の右側にサブ配列Ｐ１−３が配置され、サブ配列Ｐ１−３の下にサブ配列Ｐ１−４が配置される。なお、基本配列パターンＰ１内のサブ配列の配置はこれに限られない。基本配列パターンＰ１が４×６画素となるのであれば、どのようにサブ配列を配置してもよい。
【００５０】
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。
【００５１】
このように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（同時化処理）等を行う際に、繰り返しパターンに従って処理を行うことができる。
【００５２】
また、基本配列パターンＰ１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。なお、斜め右上方向は、画素の２つの対角線のうちの右上がり方向の対角線の方向であり、斜め右下方向は、画素の２つの対角線のうちの右下がり方向の対角線の方向である。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。
【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、及び斜め右下、及び斜め右上方向の各ライン内に配置されている。
【００５４】
図１に示すように、基本配列パターンＰ１内の水平、垂直方向の全てのライン内にＧフィルタが配置されている。また、図２に示すように、基本配列パターンＰ１を通る斜め右下方向の線１〜９の全てにＧフィルタが配置されており、図３に示すように、基本配列パターンＰ１を通る斜め右上方向の線１〜９の全てにＧフィルタが配置されている。
【００５５】
これは、Ｎ×Ｍ（Ｎ、Ｍは整数であり、少なくとも１つは奇数）のサブ配列においてＧフィルタが市松模様状に配置されたことによる効果である。
【００５６】
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、斜め右上及び斜め右下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。
【００５７】
〔特徴（３）〕
図１に示すカラーフィルタ配列のサブ配列Ｐ１−１、Ｐ１−２は、そのサブ配列内における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２画素、３画素、１画素になっており、サブ配列Ｐ１−３、Ｐ１−４は、そのサブ配列内における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１画素、３画素、２画素になっている。したがって、図１に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンＰ１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、１２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、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画素それぞれの画素数の比率よりも大きくなっている。
【００５８】
このように、サブ配列Ｐ１−１、Ｐ１−２、Ｐ１−３、Ｐ１−４においてＧフィルタを市松模様状に配置することによって、Ｇフィルタの数をＲフィルタ及びＢフィルタの数の略倍とすることができる。
【００５９】
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共に、高周波再現性もよくすることができる。
【００６０】
また、Ｒフィルタ及びＢフィルタは、基本配列パターン内ではＲフィルタとＢフィルタとが同じ数となり、サブ配列内ではＲフィルタとＢフィルタとの差が１となるように、かつ不規則に配置される。これにより、色モワレ（偽色）の発生を抑圧することができる。
【００６１】
〔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Ｐ１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。
【００６２】
図１に示すように、基本配列パターンＰ１内の水平、垂直方向の全てのライン内にＲフィルタ及びＢフィルタが配置されている。また、図２に示すように、基本配列パターンＰ１を通る斜め右下方向の線１〜９の全てにＲフィルタ及びＢフィルタが配置されており、図３に示すように、基本配列パターンＰ１を通る斜め右上方向の線１〜９の全てにＲフィルタ及びＢフィルタが配置されている。
【００６３】
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。
【００６４】
〔特徴（５）〕
図１に示すカラーフィルタ配列は、対称性を有する。すなわち、図１に示すサブ配列Ｐ１−２、Ｐ１−４は、そのサブ配列の中心を通る水平方向の線に対して線対称となっている。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、簡略化したりすることが可能になる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、水平方向に２画素、垂直方向に３画素の２×３のサブ配列を含む水平方向に４画素、垂直方向に６画素の基本配列パターンを例に説明したが、サブ配列を垂直方向に２画素、水平方向に３画素としてもよい。この場合には、基本配列パターンは、垂直方向に４画素、水平方向に６画素となる。
【００６６】
なお、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。
【００６７】
＜第２の実施の形態＞
図４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。
【００６８】
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）及び（４）と同じ特徴を有している。なお、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と同様の特徴については、詳細な説明を省略する。
【００６９】
〔特徴（１）〕
図４に示すカラーフィルタ配列は、３×４画素のサブ配列Ｐ２−１、Ｐ２−２からなる６×４画素の基本配列パターンＰ２（太枠で示したパターン）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。
【００７０】
サブ配列Ｐ２−１、Ｐ２−２は、垂直方向に４画素、水平方向に３画素であり、基本配列パターンＰ２は、垂直方向に４画素、水平方向に６画素である。すなわち、サブ配列はＭ×Ｎ画素（Ｍ，Ｎは整数、Ｍ≠Ｎ）であり、基本配列パターンＰ２は画素数が２Ｍ×Ｎとなるよう２個のサブ配列が並べられて形成される。
【００７１】
サブ配列Ｐ２−１、Ｐ２−２は、輝度系画素であるＧフィルタが市松模様状に配置されている。なお、サブ配列Ｐ２−１、Ｐ２−２では、左右端の列は一番上の行と下から２番目の行にＧフィルタが配置され、中央の列は上から２番目の行と一番下の行にＧフィルタが配置されているが、逆でもかまわない。
【００７２】
また、サブ配列Ｐ２−１では、Ｒフィルタ及びＢフィルタは、斜め右下方向に沿って配置されており、サブ配列Ｐ２−２では、Ｒフィルタ及びＢフィルタは、斜め右上方向に沿って配置されている。
【００７３】
サブ配列Ｐ２−１、Ｐ２−２内において、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが上下、左右方向に互いに隣接しないように配列される。また、基本配列パターンＰ２内において、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが上下、左右方向に互いに隣接しないように配列されると共に、基本配列パターンＰ２が上下左右に繰り返し配置された状態においても、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが上下、左右方向に互いに隣接しないように配列される。ただし、この条件は必須ではない。
【００７４】
基本配列パターンＰ２は、左側にサブ配列Ｐ２−１が配置され、サブ配列Ｐ１−１の右にサブ配列Ｐ２−２が配置される。なお、基本配列パターンＰ２内のサブ配列の配置はこれに限られない。基本配列パターンＰ２が６×４画素となるのであれば、どのようにサブ配列を配置してもよい。
【００７５】
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。
【００７６】
〔特徴（２）〕
図４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、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に配置されている。
【００７７】
図４に示すように、基本配列パターンＰ２内の水平、垂直方向の全てのライン内にＧフィルタが配置されている。また、図５に示すように、基本配列パターンＰ２を通る斜め右下方向の線１〜９の全てにＧフィルタが配置されており、図６に示すように、基本配列パターンＰ２を通る斜め右上方向の線１〜９の全てにＧフィルタが配置されている。
【００７８】
〔特徴（３）〕
図４に示すカラーフィルタ配列のサブ配列Ｐ２−１、Ｐ２−２は、そのサブ配列内における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３画素、６画素、３画素になっている。したがって、図４に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンＰ２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、１２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、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画素それぞれの画素数の比率よりも大きくなっている。
【００７９】
〔特徴（４）〕
図４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Ｐ２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。
【００８０】
図４に示すように、基本配列パターンＰ２内の水平、垂直方向の全てのライン内にＲフィルタ及びＢフィルタが配置されている。また、図５に示すように、基本配列パターンＰ２を通る斜め右下方向の線１〜９の全てにＲフィルタ及びＢフィルタが配置されており、図６に示すように、基本配列パターンＰ２を通る斜め右上方向の線１〜９の全てにＲフィルタ及びＢフィルタが配置されている。
【００８１】
なお、本実施の形態では、Ｒフィルタ及びＢフィルタが斜め右下方向に沿って配置された３×４画素のサブ配列を含む６×４画素基本配列パターンを例に説明したが、特徴（１）〜（４）を満たす３×４画素のサブ配列からなる６×４画素の基本配列パターンはこれに限定されるものではない。
【００８２】
また、本実施の形態では、垂直方向に４画素、水平方向に３画素の３×４のサブ配列を含む垂直方向に４画素、水平方向に６画素の基本配列パターンを例に説明したが、サブ配列を垂直方向に３画素、水平方向に４画素としてもよい。この場合には、基本配列パターンは、垂直方向に６画素、水平方向に４画素となる。
【００８３】
＜第３の実施の形態＞
図７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、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、及び第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はない特徴（６）を有している。なお、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と同様の特徴については、詳細な説明を省略する。
【００８５】
〔特徴（１）〕
図７に示すカラーフィルタ配列は、３×５画素のサブ配列Ｐ３−１、Ｐ３−２からなる６×５画素の基本配列パターンＰ３（太枠で示したパターン）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。
【００８６】
サブ配列Ｐ３−１、Ｐ３−２は、垂直方向に３画素、水平方向に５画素であり、基本配列パターンＰ３は、垂直方向に６画素、水平方向に５画素である。すなわち、サブ配列はＭ×Ｎ画素（Ｍ，Ｎは整数、Ｍ≠Ｎ）であり、基本配列パターンＰ３は画素数が２Ｍ×Ｎとなるよう２個のサブ配列が並べられて形成される。
【００８７】
サブ配列Ｐ３−１、Ｐ３−２は、輝度系画素であるＧフィルタが市松模様状に配置されている。なお、サブ配列Ｐ３−１、Ｐ３−２では、左右端及び中央の列は一番上と一番下の行にＧフィルタが配置され、その他の列は中央の行にＧフィルタが配置されているが、逆でもかまわない。
【００８８】
また、サブ配列Ｐ３−１では、Ｒフィルタ及びＢフィルタは、斜め右下方向に沿って配置されており、サブ配列Ｐ３−２では、Ｒフィルタ及びＢフィルタは、斜め右上方向に沿って配置されている。
【００８９】
サブ配列Ｐ３−１、Ｐ３−２内において、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが上下、左右方向に互いに隣接しないように配列される。また、基本配列パターンＰ３内において、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが上下、左右方向に互いに隣接しないように配列される。ただし、この条件は必須ではない。
【００９０】
基本配列パターンＰ３は、上側にサブ配列Ｐ３−１が配置され、サブ配列Ｐ３−１の下にサブ配列Ｐ３−２が配置される。なお、基本配列パターンＰ３内のサブ配列の配置はこれに限られない。基本配列パターンＰ３が６×５画素となるのであれば、どのようにサブ配列を配置してもよい。
【００９１】
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。
【００９２】
〔特徴（２）〕
図７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、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に配置されている。
【００９３】
図７に示すように、基本配列パターンＰ３内の水平、垂直方向の全てのライン内にＧフィルタが配置されている。また、図８に示すように、基本配列パターンＰ３を通る斜め右下方向の線１〜９の全てにＧフィルタが配置されており、図９に示すように、基本配列パターンＰ３を通る斜め右上方向の線１〜９の全てにＧフィルタが配置されている。
【００９４】
〔特徴（３）〕
図７に示すカラーフィルタ配列のサブ配列Ｐ３−１、Ｐ３−２は、そのサブ配列内における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３画素又は４画素、８画素、４画素又は３画素になっている。したがって、図７に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンＰ３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、１６画素、７画素になっており、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画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
【００９５】
なお、サブ配列Ｐ３−１では、Ｒフィルタが３画素、Ｂフィルタが４画素であり、サブ配列Ｐ３−２では、Ｒフィルタが４画素、Ｂフィルタが３画素であるが、逆でもかまわない。
【００９６】
〔特徴（４）〕
図７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Ｐ３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。
【００９７】
図７に示すように、基本配列パターンＰ３内の水平、垂直方向の全てのライン内にＲフィルタ、Ｂフィルタが配置されている。また、図８に示すように、基本配列パターンＰ３を通る斜め右下方向の線１〜９の全てにＲフィルタ、Ｂフィルタが配置されており、図９に示すように、基本配列パターンＰ３を通る斜め右上方向の線１〜９の全てにＲフィルタ、Ｂフィルタが配置されている。
【００９８】
基本配列パターンＰ３においては、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが上下、左右方向に互いに隣接しないように配列されているが、このように各色フィルタを配置することで特徴（４）を満足させる基本配列パターンを作りやすくすることができる。
【００９９】
〔特徴（５）〕
図７に示すカラーフィルタ配列は、対称性を有する。図７に示すカラーフィルタ配列のサブ配列Ｐ３−１，Ｐ３−２は、そのサブ配列パターンの中心（中心のＲフィルタ又はＢフィルタ）に対して点対称になっている。
【０１００】
〔特徴（６）〕
図７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。サブ配列Ｐ３−１、Ｐ３−２は、４隅にＧフィルタが配置されているため、サブ配列Ｐ３−１、Ｐ３−２を水平方向及び垂直方向に２つずつ合計４個並べる、又は基本配列パターンＰ３を左右方向に２つ並べると、その中心部にＧフィルタからなる２×２画素に対応する正方配列が出現する。
【０１０１】
図１０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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
また、本実施の形態では、垂直方向に３画素、水平方向に５画素の３×５のサブ配列を含む垂直方向に６画素、水平方向に５画素の基本配列パターンを例に説明したが、サブ配列を垂直方向に５画素、水平方向に３画素としてもよい。この場合には、基本配列パターンは、垂直方向に５画素、水平方向に３画素となる。
【０１０４】
なお、第１の実施の形態〜第３の実施の形態は、少なくとも特徴（１）〜（４）を満足するようなＮ×Ｍ（Ｍ、Ｎは整数であり、少なくとも１つは奇数、Ｍ≠Ｎ）のサブ配列を水平方向及び垂直方向に繰り返し配置した基本配列パターンの一例であり、これに限定されない。また、Ｍ画素が水平方向でＮが垂直方向の画素数でもよいし、Ｎ画素が水平方向でＭが垂直方向の画素数でもよい。ただし、Ｍが４以上となるとサブ配列を用いる必要性が低減し、また基本配列パターンの画素数が多くなるため、Ｍは３以下とするのが好ましい。
【０１０５】
＜第４の実施の形態＞
図１１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。
【０１０６】
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）及び（４）と同じ特徴を有している。なお、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と同様の特徴については、詳細な説明を省略する。
【０１０７】
〔特徴（１）〕
図１１に示すカラーフィルタ配列は、４×５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Ｐ４（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンＰ４が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。基本配列パターンＰ４は、垂直方向に４画素、水平方向に５画素であるが逆でもかまわない。
【０１０８】
基本配列パターンＰ４は、輝度系画素であるＧフィルタが市松模様状に配置されている。なお、市松模様は、チェッカーパターンともいうことができる。なお、基本配列パターンＰ４では、両端と中央の列は一番上と下から２番目にＧフィルタが配置され、その他の２列は上から２番目と一番下にＧフィルタが１つ配置されているが、逆でもかまわない。
【０１０９】
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。
【０１１０】
〔特徴（２）〕
図１１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、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に配置されている。
【０１１１】
図１１に示すように、基本配列パターンＰ４内の水平、垂直方向の全てのライン内にＧフィルタが配置されている。また、図１２に示すように、基本配列パターンＰ４を通る斜め右下方向の線１〜８の全てにＧフィルタが配置されており、図１３に示すように、基本配列パターンＰ４を通る斜め右上方向の線１〜８の全てにＧフィルタが配置されている。
【０１１２】
これは、Ｎ×Ｍ画素（Ｍ、Ｎは整数、Ｍ≠Ｎ）の基本配列パターンにおいて、Ｇフィルタが市松模様状に配置されたことによる効果である。
【０１１３】
〔特徴（３）〕
図１１に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンＰ４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５画素、１０画素、５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画素それぞれの画素数の比率よりも大きくなっている。
【０１１４】
このように、基本配列パターンＰ４においてＧフィルタを市松模様状に配置することによって、Ｇフィルタの数をＲフィルタ及びＢフィルタの数の略倍とすることができる。
【０１１５】
また、Ｒフィルタ及びＢフィルタは、基本配列パターン内ではＲフィルタとＢフィルタとが同じ数となるように、かつ不規則に配置される。これにより、色モワレ（偽色）の発生を抑圧することができる。
【０１１６】
〔特徴（４）〕
図１１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Ｐ４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。
【０１１７】
図１１に示すように、基本配列パターンＰ４内の水平、垂直方向の全てのライン内にＲフィルタ、Ｂフィルタが配置されている。また、図１２に示すように、基本配列パターンＰ４を通る斜め右下方向の線１〜８の全てにＲフィルタ、Ｂフィルタが配置されており、図１３に示すように、基本配列パターンＰ４を通る斜め右上方向の線１〜８の全てにＲフィルタ、Ｂフィルタが配置されている。
【０１１８】
基本配列パターンＰ４においては、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが上下、左右方向に互いに隣接しないように配列されているが、このように各色フィルタを配置することで特徴（４）を満足させる基本配列パターンを作りやすくすることができる。
【０１１９】
＜第５の実施の形態＞
図１４は本発明に係る単板式の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。
【０１２０】
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。なお、第１の実施形態及び第４の実施の形態のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列と同様の特徴については、詳細な説明を省略する。
【０１２１】
〔特徴（１）〕
図１４に示すカラーフィルタ配列は、４×５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Ｐ５（太枠で示したパターン）を含み、この基本配列パターンＰ５が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。基本配列パターンＰ５は、垂直方向に４画素、水平方向に５画素であるが逆でもかまわない。
【０１２２】
基本配列パターンＰ５は、輝度系画素であるＧフィルタが市松模様状に配置されている。なお、市松模様は、チェッカーパターンともいうことができる。なお、基本配列パターンＰ５は、両端と中央の列は一番上と下から２番目にＧフィルタが配置され、その他の２列は上から２番目と一番下にＧフィルタが１つ配置されているが、逆でもかまわない。
【０１２３】
また、基本配列パターンＰ５では、Ｒフィルタ及びＢフィルタは、斜め右下方向に沿って配置されている。なお、Ｒフィルタ及びＢフィルタを斜め方向に沿って配置する方法はこれに限らず、ＲフィルタとＢフィルタを逆にした配置としてもよいし、Ｒフィルタ及びＢフィルタを斜め右上方向に沿って配置してもよい。
【０１２４】
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。
【０１２５】
〔特徴（２）〕
図１４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、斜め右上及び斜め右下方向の各ライン内に配置されている。
【０１２６】
図１４に示すように、基本配列パターンＰ５内の水平、垂直方向の全てのライン内にＧフィルタが配置されている。また、図１５に示すように、基本配列パターンＰ５を通る斜め右下方向の線１〜８の全てにＧフィルタが配置されており、図１６に示すように、基本配列パターンＰ５を通る斜め右上方向の線１〜８の全てにＧフィルタが配置されている。
【０１２７】
〔特徴（３）〕
図１４に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンＰ５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５画素、１０画素、５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画素それぞれの画素数の比率よりも大きくなっている。
【０１２８】
〔特徴（４）〕
図１４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Ｐ５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。
【０１２９】
図１４に示すように、基本配列パターンＰ５内の水平、垂直方向の全てのライン内にＲフィルタ、Ｂフィルタが配置されている。また、図１５に示すように、基本配列パターンＰ５を通る斜め右下方向の線１〜８の全てにＲフィルタ、Ｂフィルタが配置されており、図１６に示すように、基本配列パターンＰ５を通る斜め右上方向の線１〜８の全てにＲフィルタ、Ｂフィルタが配置されている。
【０１３０】
基本配列パターンＰ５においては、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタが上下、左右方向に互いに隣接しないように配列されているが、このように各色フィルタを配置することで特徴（４）を満足させる基本配列パターンを作りやすくすることができる。
【０１３１】
なお、第４の実施の形態及び第５の実施の形態は、特徴（１）〜（４）を満足するようなＮ×Ｍ（Ｍ、Ｎは整数であり、少なくとも１つは奇数、Ｍ≠Ｎ）の基本配列パターンの一例であり、これに限定されない。ただし、Ｍが３以下となると特徴（４）を満たさなくなるため、Ｍは４以上とするのが好ましい。
【０１３２】
また、少なくとも特徴（１）〜（４）を満足するようなＮ×Ｍ（Ｍ、Ｎは整数であり、少なくとも１つは奇数、Ｍ≠Ｎ）の基本配列パターンは４×５画素に限られない。Ｇフィルタが市松模様状に配置されていれば、５×６画素、５×８画素、７×６画素、７×８画素等の様々な画素数の基本配列パターン考えられる。ただし、デモザイキング処理、動画撮影時の間引き処理等の画像処理の容易さを考えると、Ｎは１０以下であることが望ましい。
【０１３３】
［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。
【０１３４】
＜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。
【０１３５】
〔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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
〔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。
【０１３８】
〔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。
【０１３９】
〔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。
【０１４０】
＜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１７参照）。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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１７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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
＜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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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、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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
＜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。
【０１５１】
カラーフィルタ配列（受光素子）の分光感度特性を示す図１９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。
【０１５２】
なお、図１９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。
【０１５３】
＜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。
【０１５４】
＜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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。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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【図２１】
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