(57)【要約】  本発明はカラー撮像素子、及びカラー撮像素子を備える撮像装置を提供する。本発明の一の態様に係るカラー撮像素子おいて、基本配列パターンＰ１が第１の方向Ｈ及び第２の方向Ｖに繰り返されて配置され、基本配列パターンＰ１は、第１のフィルタ２３Ｇからなる２×２画素に対応した第１パターン３１、第１のフィルタ２３Ｇからなる１×２画素に対応した第２パターン３２、第２のフィルタ２３Ｒ，２３Ｂからなる２×２画素に対応した第３パターン３３Ａ，３３Ｂ、及び、第２のフィルタ２３Ｒ，２３Ｂからなる１×２画素に対応した第４パターン３４Ａ，３４Ｂを、それぞれ二つ有し、カラーフィルタ配列２２内に、第１パターン３１と第３パターン３３Ａ，３３Ｂとが第１の方向Ｈに交互に配置され、かつ、第１パターン３１と第４パターン３４Ａ，３４Ｂとが第２の方向に交互に配置されている。
2014007280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向及び当該第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４×６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、
前記基本配列パターンは、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、
前記基本配列パターンは、第１のフィルタからなる２×２画素に対応した第１パターン、第１のフィルタからなる２×１画素に対応した第２パターン、第２のフィルタからなる２×２画素に対応した第３パターン、及び、第２のフィルタからなる２×１画素に対応した第４パターンを、それぞれ二つ有し、
前記カラーフィルタの配列内に、前記第１パターンと前記第３パターンとが前記第１の方向に交互に配置され、かつ、前記第１パターンと前記第４パターンとが前記第２の方向に交互に配置され、
前記カラーフィルタの配列内に、前記第１のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の第１の方向及び第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の方向の各フィルタライン内に配置され、
前記基本配列パターン内に、前記第２の色の各色に対応する前記第２のフィルタは、前記第１の方向及び第２の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されたカラー撮像素子。
【請求項２】
第１の方向及び当該第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４×６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、
前記基本配列パターンは、透過率のピークが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のフィルタとを含み、
前記基本配列パターンは、第１のフィルタからなる２×２画素に対応した第１パターン、第１のフィルタからなる２×１画素に対応した第２パターン、第２のフィルタからなる２×２画素に対応した第３パターン、及び、第２のフィルタからなる２×１画素に対応した第４パターンを、それぞれ二つ有し、
前記カラーフィルタの配列内に、前記第１パターンと前記第３パターンとが前記第１の方向に交互に配置され、かつ、前記第１パターンと前記第４パターンとが前記第２の方向に交互に配置され、
前記カラーフィルタの配列内に、前記第１の色のうちのいずれか１つの色に対応する前記第１のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の第１の方向及び第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の方向の各フィルタライン内に配置され、
前記基本配列パターン内に、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の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されたカラー撮像素子。
【請求項３】
第１の方向及び当該第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４×６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、
前記基本配列パターンは、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のフィルタとを含み、
前記基本配列パターンは、第１のフィルタからなる２×２画素に対応した第１パターン、第１のフィルタからなる２×１画素に対応した第２パターン、第２のフィルタからなる２×２画素に対応した第３パターン、及び、第２のフィルタからなる２×１画素に対応した第４パターンを、それぞれ二つ有し、
前記カラーフィルタの配列内に、前記第１パターンと前記第３パターンとが前記第１の方向に交互に配置され、かつ、前記第１パターンと前記第４パターンとが前記第２の方向に交互に配置され、
前記カラーフィルタの配列内に、前記第１の色のうちのいずれか１つの色に対応する前記第１のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の第１の方向及び第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の方向の各フィルタライン内に配置され、
前記基本配列パターン内に、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の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されたカラー撮像素子。
【請求項４】
第１の方向及び当該第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４×６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、
前記基本配列パターンは、３原色のうち最も輝度信号に寄与する色と前記３原色とは異なる色の第４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以上の第２の色に対応する第２のフィルタとを含み、
前記基本配列パターンは、第１のフィルタからなる２×２画素に対応した第１パターン、第１のフィルタからなる２×１画素に対応した第２パターン、第２のフィルタからなる２×２画素に対応した第３パターン、及び、第２のフィルタからなる２×１画素に対応した第４パターンを、それぞれ二つ有し、
前記カラーフィルタの配列に、前記第１パターンと前記第３パターンとが前記第１の方向に交互に配置され、かつ、前記第１パターンと前記第４パターンとが前記第２の方向に交互に配置され、
前記カラーフィルタの配列内に、前記第１のフィルタは、前記カラーフィルタの配列の第１の方向及び第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の方向の各フィルタライン内に配置され、
前記基本配列パターン内に、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の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されたカラー撮像素子。
【請求項５】
前記基本配列パターンのうちの前記第３パターン及び前記第４パターンの各々は、前記第２の色の各色のフィルタが同比率で存在する請求項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】
前記カラーフィルタの配列内に、前記第２の色の各色に対応する前記第２のフィルタは、前記第３の方向及び第４の方向の各フィルタライン内に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】
前記カラーフィルタが正方形状である場合に、前記第３の方向及び第４の方向は前記第１の方向及び第２の方向に対してそれぞれ４５°異なる請求項１から６のいずれか１項に記載のカラー撮像素子。
【請求項８】
前記第１の色は、緑及び透明のうち少なくともいずれかを含む請求項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の色は、赤と青を含む請求項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】
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９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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラー撮像素子および撮像装置に係り、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、およびそのようなカラー撮像素子を備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（デモザイク処理）により多チャン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】
単板式の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。【０００４】
図１３（Ａ）に示すような白黒の縦縞模様（高周波画像）が、図１３（Ｂ）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１３（Ｃ）から（Ｅ）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。【０００５】
同様に、図１４（Ａ）に示すような斜めの白黒の高周波画像が、図１４（Ｂ）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１４（Ｃ）から（Ｅ）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。【０００６】
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。【０００７】
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）。【０００８】
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（カラー撮像素子）が提案されている（特許文献２）。【０００９】
更に、ＲＧＢの３原色のカラー固体撮像素子（カラー撮像素子）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にした色配列が提案されている（特許文献３）。【００１０】
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】
【００１１】
【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】
【００１２】
特許文献１に記載のカラー撮像素子は、カラー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、デモザイク処理が煩雑になるという問題がある。ここで、デモザイク処理とは、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）する処理であって、デモザイキング処理、又は同時化処理とも言われる（本明細書内において同じ）。【００１３】
また、特許文献２に記載のカラー撮像素子は、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。【００１４】
特許文献３に記載のカラー撮像素子は、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のそれぞれの画素数の２倍になっている。【００１５】
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６倍とベイヤー配列よりも高く、水平又は垂直方向にＧ画素のみのフィルタ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。【００１６】
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。また本発明は、そのようなカラー撮像素子を用いた撮像装置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】
【００１７】
本発明の目的を達成するためのカラー撮像素子は、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、カラーフィルタの配列は、カラーフィルタが第１の方向及び第２の方向に４×６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を含み、かつ基本配列パターンが第１の方向及び第２の方向に繰り返されて配置され、基本配列パターンは、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のフィルタとを含み、基本配列パターンは、第１のフィルタからなる２×２画素に対応した第１パターン、第１のフィルタからなる２×１画素に対応した第２パターン、第２のフィルタからなる２×２画素に対応した第３パターン、及び、第２のフィルタからなる２×１画素に対応した第４パターンを、それぞれ二つ有し、カラーフィルタの配列内に、第１パターンと第３パターンとが第１の方向に交互に配置され、かつ、第１パターンと第４パターンとが第２の方向に交互に配置され、カラーフィルタの配列内に、第１のフィルタは、カラーフィルタの配列の第１の方向及び第２の方向と、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の方向の各フィルタライン内に配置され、基本配列パターン内に、第２の色の各色に対応する第２のフィルタは、第１の方向及び第２の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されている。【００１８】
また、本発明の目的を達成するためのカラー撮像素子は、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、カラーフィルタの配列は、カラーフィルタが第１の方向及び第２の方向に４×６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を含み、かつ基本配列パターンが第１の方向及び第２の方向に繰り返されて配置され、基本配列パターンは、透過率のピークが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４８０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲の外にある２色以上の第２の色に対応する第２のフィルタとを含み、基本配列パターンは、第１のフィルタからなる２×２画素に対応した第１パターン、第１のフィルタからなる２×１画素に対応した第２パターン、第２のフィルタからなる２×２画素に対応した第３パターン、及び、第２のフィルタからなる２×１画素に対応した第４パターンを、それぞれ二つ有し、カラーフィルタの配列内に、第１パターンと第３パターンとが第１の方向に交互に配置され、かつ、第１パターンと第４パターンとが第１の方向に交互に配置され、カラーフィルタの配列内に、第１の色のうちのいずれか１つの色に対応する第１のフィルタは、カラーフィルタの配列の第１の方向及び第２の方向と、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の方向の各フィルタライン内に配置され、基本配列パターン内に、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の第１の方向及び第２の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されている。【００１９】
また、本発明の目的を達成するためのカラー撮像素子は、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、カラーフィルタの配列は、カラーフィルタが第１の方向及び第２の方向に４×６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を含み、かつ基本配列パターンが第１の方向及び第２の方向に繰り返されて配置され、基本配列パターンは、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のフィルタとを含み、基本配列パターンは、第１のフィルタからなる２×２画素に対応した第１パターン、第１のフィルタからなる２×１画素に対応した第２パターン、第２のフィルタからなる２×２画素に対応した第３パターン、及び、第２のフィルタからなる２×１画素に対応した第４パターンを、それぞれ二つ有し、カラーフィルタの配列内に、第１パターンと第３パターンとが第１の方向に交互に配置され、かつ、第１パターンと第４パターンとが第１の方向に交互に配置され、カラーフィルタの配列内に、第１の色のうちのいずれか１つの色に対応する第１のフィルタは、カラーフィルタの配列の第１の方向及び第２の方向と、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の方向の各フィルタライン内に配置され、基本配列パターン内に、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の第１の方向及び第２の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されている。【００２０】
また、本発明の目的を達成するためのカラー撮像素子は、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、カラーフィルタの配列は、カラーフィルタが第１の方向及び第２の方向に４×６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を含み、かつ基本配列パターンが第１の方向及び第２の方向に繰り返されて配置され、基本配列パターンは、３原色のうち最も輝度信号に寄与する色と３原色とは異なる色の第４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、第１の色以外の２以上の第２の色に対応する第２のフィルタとを含み、基本配列パターンは、第１のフィルタからなる２×２画素に対応した第１パターン、第１のフィルタからなる２×１画素に対応した第２パターン、第２のフィルタからなる２×２画素に対応した第３パターン、及び、第２のフィルタからなる２×１画素に対応した第４パターンを、それぞれ二つ有し、カラーフィルタの配列内に、第１パターンと第３パターンとが第１の方向に交互に配置され、かつ、第１パターンと第４パターンとが第１の方向に交互に配置され、カラーフィルタの配列内に、第１のフィルタは、カラーフィルタの配列の第１の方向及び第２の方向と、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の方向の各フィルタライン内に配置され、基本配列パターン内に、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の第１の方向及び第２の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されている。【００２１】
本発明によれば、カラーフィルタの配列内に、第１のフィルタは、第１の方向から第４の方向の各方向のフィルタライン内に１つ以上配置されているので、高周波領域でのデモザイク処理の再現精度を向上させることができる。【００２２】
また、カラーフィルタの配列は、基本配列パターンが第1の方向及び第2の方向に繰り返して配置されているため、デモザイク処理等の後段の処理を行う際に、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。【００２３】
また、基本配列パターン内に、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の第１の方向及び第２の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されている。これにより、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）を低減することができる。【００２４】
また、基本配列パターンは、第１のフィルタからなる２×２画素に対応した第１パターン、第１のフィルタからなる２×１画素に対応した第２パターン、第２のフィルタからなる２×２画素に対応した第３パターン、及び、第２のフィルタからなる２×１画素に対応した第４パターンによって構成されているので、第１〜第４パターンの結合によるパターンの規則性に起因して、第１のフィルタに対応する第１の色の画素数の存在比率を、第２のフィルタに対応する第２の色の各色の画素数のそれぞれの存在比率よりも大きくしつつ、第2のフィルタをカラーフィルタ配列の全体に均等に配置することになり、後段の信号処理を容易にしつつ画像の再現精度や信頼性を向上させることが可能になる。【００２５】
基本配列パターンのうちの第３パターン及び第４パターンの各々は、第２の色の各色のフィルタが同比率で存在することが、好ましい。【００２６】
カラーフィルタの配列内に、第２の色の各色に対応する第２のフィルタは、第３の方向及び第４の方向の各フィルタライン内に１つ以上配置されていることが、好ましい。【００２７】
第１の色は、緑及び透明のうち少なくともいずれかを含むことが、好ましい。【００２８】
第２の色は、赤と青を含むことが、好ましい。【００２９】
本発明の目的を達成するための撮像装置は、撮影光学系と、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、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、カラー撮像素子は上記態様のいずれかに係るカラー撮像素子である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のカラー撮像素子及び撮像装置によれば、高周波領域でのデモザイク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、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。さらに、後段の処理の煩雑化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、カラー撮像素子の撮像面の正面図である。
【図３】図３は、第１実施形態のカラーフィルタ配列の正面図である。
【図４】図４は、図３中の基本配列パターンの拡大図である。
【図５】図５は、第１実施形態における複数種類の基本配列パターンについて説明するための説明図である。
【図６】図６は、第２実施形態のカラーフィルタ配列の正面図である。
【図７】図７は、第２実施形態のカラーフィルタ配列の分光感度特性を示したグラフである。
【図８】図８は、第３実施形態のカラーフィルタ配列の正面図である。
【図９】図９は、第３実施形態のカラーフィルタ配列の分光感度特性を示したグラフである。
【図１０】図１０は、第４実施形態のカラーフィルタ配列の正面図である。
【図１１】図１１は、第４実施形態のカラーフィルタ配列の分光感度特性を示したグラフである。
【図１２】図１２は、カラーフィルタ配列をハニカム配列とした他実施形態のカラーフィルタ配列の一例を示す正面図である。
【図１３】図１３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る。
【図１４】図１４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】
【００３２】
［デジタルカメラの全体構成］
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（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、制御部２０などを備えている。
【００３３】
撮影光学系１０は、被写体像をカラー撮像素子１２の撮像面上に結像する。カラー撮像素子１２は、その撮像面上に図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設けられた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」や「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。
【００３４】
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。なお、カラー撮像素子１２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型撮像素子、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型撮像素子などの他の種類の撮像素子であってもよい。
【００３５】
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（画像データ生成部）に入力される。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、入力された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。なお、カラー撮像素子１２がＭＯＳ型撮像素子である場合は、Ａ／Ｄ変換器は撮像素子内に内蔵されていることも多く、また上記相関二重サンプリングは必要としない場合もある。
【００３６】
画像処理部１６（画像データ生成部）は、ホワイトバランス補正回路、ガンマ補正回路、デモザイク処理回路（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、画素毎にＲＧＢ全ての色情報を有するＲＧＢ画素信号を生成し、これに基づいて輝度データ（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。
【００３７】
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。なお本実施形態において、記録メディアはデジタルカメラ９に着脱可能なものに限られず内蔵式の光磁気記録メディアでもよく、表示手段もデジタルカメラ９に備えられたものに限られずデジタルカメラ９に接続された外部のディスプレイでもよい。
【００３８】
［カラー撮像素子］
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Ｈ及び垂直方向Ｖ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Ｈ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Ｖ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。
【００３９】
図３に示すように、カラー撮像素子１２の撮像面上には、各画素２１上に配設されたカラーフィルタにより構成されるカラーフィルタ配列２２が設けられている。カラーフィルタ配列２２は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）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により構成されている。そして、各画素２１上には、Ｒフィルタ２３Ｒ，Ｇフィルタ２３Ｇ，及びＢフィルタ２３Ｂのうち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。
【００４０】
ここで、Ｇ色は本発明の第１の色に相当し、Ｇフィルタ２３Ｇは本発明の第１のフィルタに相当する。また、Ｒ色及びＢ色は本発明の第２の色に相当し、Ｒフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂは本発明の第２のフィルタに相当する。第２の色のフィルタに属するＲフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂのいずれかのフィルタを、以下では「ＲＢフィルタ」ともいう。
【００４１】
［第１実施形態のカラーフィルタ配列］
カラーフィルタ配列２２は、下記の特徴（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）及び（７）を有している。
【００４２】
〔特徴（１）〕
図３及び図４に示すように、カラーフィルタ配列２２は、４×６画素に対応する配列パターンである基本配列パターンＰ１を含み、この基本配列パターンＰ１が互いに直交する第１の方向Ｈ（水平方向）及び第２の方向（垂直方向Ｖ）に繰り返し配置されている。即ち、カラーフィルタ配列２２では、各色のＲフィルタ２３Ｒ、Ｇフィルタ２３Ｇ、Ｂフィルタ２３Ｂがそれぞれ周期性をもって配列されている。このため、カラー撮像素子１２から読み出されるＲ、Ｇ、Ｂ信号のデモザイク処理等を行う際に、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。その結果、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。
【００４３】
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に、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。
【００４４】
基本配列パターンＰ１には、下記特徴（２）〜（７）を満たすように、カラーフィルタ（Ｒフィルタ２３Ｒ，Ｇフィルタ２３Ｇ，Ｂフィルタ２３Ｂ）の配置が決定されている。
【００４５】
〔特徴（２）〕
カラーフィルタ配列２２内で、第１の方向Ｈ、第２の方向Ｖ、第３の方向ＮＥ，及び第４の方向ＮＷの各フィルタライン内に、Ｇフィルタ２３Ｇ（第１のフィルタ）が１つ以上配置されている。本例では、第１の方向Ｈは水平方向であり、第２の方向Ｖは垂直方向であり、第３の方向ＮＥは斜め右上（左下）方向であり、第４の方向はＮＷは斜め右下（左上）方向である。第１の方向Ｈと第２の方向とは直交している。本例のカラーフィルタ（Rフィルタ２３R、Gフィルタ２３G、及びBフィルタ２３B）は正方形状であるので、第３の方向ＮＥ及び第４の方向ＮＷは、第１の方向Ｈ、第２の方向Ｖに対してそれぞれ４５°の方向である。なお、この角度は、カラーフィルタの第１の方向Ｈや第２の方向Ｖの各辺の長さの増減に応じて増減し得る。例えば、正方形状以外の矩形状のカラーフィルタを用いた場合には、その対角線方向が斜め方向（第３の方向NE、第４の方向NW）となる。また、カラーフィルタが正方形状以外の矩形状であっても、このカラーフィルタあるいは画素を正方格子状に配置した場合には、第３の方向NE及び第４の方向NWは、第１の方向Ｈ、第２の方向Ｖに対してそれぞれ４５°の方向となる。
【００４６】
Ｇ色は、輝度（Ｙ）信号（上述の輝度データ）を得るための寄与率がＲ色、Ｂ色よりも高い。すなわち、Ｇ色よりもＲ色及びＢ色の方の寄与率が低い。具体的に説明すると、上述の画像処理部１６は、画素毎にＲＧＢ全ての色情報を有するＲＧＢ画素信号を生成し、このＲＧＢ画素信号に基づいて、下記式（１）に従ってＹ信号を生成する。下記式（１）はカラー撮像素子１２でのＹ信号の生成に一般的に用いられる式である。この式（１）ではＧ色の寄与率が６０％になるため、Ｇ色は、Ｒ色（寄与率３０％）やＢ色（寄与率１０％）よりも寄与率が高くなる。従って、Ｇ色が３原色のうち最も輝度信号に寄与する色となる。
【００４７】
Ｙ＝０．３Ｒ＋０．６Ｇ＋０．１Ｂ・・・式（１）
このようなＧフィルタ２３Ｇが、カラーフィルタ配列２２の第１の方向Ｈ、第２の方向Ｖ、第３の方向ＮＥ、及び第４の方向ＮＷの各フィルタライン内に配置されるため、入力像において高周波となる方向によらず高周波領域でのデモザイク処理の再現精度を向上させる
ことができる。
【００４８】
〔特徴（３）〕
基本配列パターンＰ１内のＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂに対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の画素数は、それぞれ６画素、１２画素、６画素になる。従って、ＲＧＢ画素の各画素数の比率は１：２：１になるので、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、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る。
【００４９】
このようにＧ画素の画素数とＲ，Ｂ画素の各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画素の各画素数の比率よりも大きくしているので、デモザイク処理時におけるエリアシングを抑制することができ、かつ高周波再現性もよくすることができる。
【００５０】
〔特徴（４）〕
Ｒフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂは、それぞれ基本配列パターンＰ１内においてカラーフィルタ配列２２の第１の方向Ｈ、及び第２の方向Ｖの各フィルタライン内に１つ以上配置されている。
【００５１】
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２２の第１の方向Ｈ、及び第２の方向Ｖの各フィルタライン内に配置されるため、色モワレ（偽色）の発生を低減することができる。これにより、偽色の発生を低減するための光学ローパスフィルタを撮影光学系１０の入射面からカラー撮像素子１２の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る。その結果、解像度を損なわないようにすることができる。
【００５２】
〔特徴（５）〕
上記の特徴（４）を満たすＲフィルタ２３Ｒは、その第１の方向Ｈ、及び第２の方向Ｖに、Ｇフィルタ２３ＧまたはＢフィルタ２３Ｂが隣接して配置されている。また、上記の特徴（４）を満たすＢフィルタ２３Ｂは、その第１の方向Ｈ及び第２の方向ＶにＧフィルタ２３ＧまたはＲフィルタ２３Ｒが隣接して配置されている。従って、Ｒフィルタ２３Ｒ、及びＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂには、それぞれ異なる色のフィルタが各方向（Ｈ，Ｖ）に隣接して配置されている。すなわち、同色のＲフィルタ２３Ｒ同士または同色のＢフィルタ２３Ｂ同士が、各方向（Ｈ，Ｖ）に隣接して配置されることはない。
【００５３】
尚、カラーフィルタ配列２２における第３の方向ＮＥ及び第４の方向ＮＷの各フィルタライン上にもＲフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂがそれぞれ１以上配置される。すなわち、斜め方向（第３の方向ＮＥ及び第４の方向ＮＷ）のそれぞれにおいて、Ｒフィルタ２３ＲとＢフィルタ２３Ｂとを含むフィルタラインが隣接して周期的に配列している。このためＧフィルタに加えて、Ｒフィルタ２３ＲとＢフィルタ２３Ｂとを含む斜め方向（ＮＥ、ＮＷ）のフィルタラインが隣接して配置されるため、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）を効果的に抑制することができる。ここで、斜め方向においてフィルタラインが隣接するとは、１辺の長さが１の正方形であるフィルタを使用した場合、フィルタラインとフィルタラインとの間が√２／２画素間隔であることを意味する。
【００５４】
このように、上記の特徴（４）、（５）を満たすようにＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂをカラーフィルタ配列２２内に配置した場合には、カラーフィルタ配列２２内にＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂがそれぞれ均等に配置される。これにより、Ｒ画素及びＢ画素のデモザイク処理を精度良く行うことができる。
【００５５】
また、本例のカラーフィルタ配列２２は、図３及び図４に示すように、次の特徴（６）を有する。
【００５６】
〔特徴（６）〕基本配列パターンＰ１は、図４に示すように、Ｇフィルタ２３Ｇ（第１のフィルタ）からなる２×２画素に対応した二つの第１パターン３１と、Ｇフィルタ２３Ｇ（第１のフィルタ）からなる２×１画素に対応した二つの第２パターン３２と、ＲＢフィルタ２３Ｒ、２３Ｂ（第２のフィルタ）からなる２×２画素に対応した二つの第３パターン３３Ａ、３３Ｂと、ＲＢフィルタ２３Ｒ、２３Ｂ（第２のフィルタ）からなる２×１画素に対応した二つの第４パターン３４Ａ、３４Ｂとを有している。第１の方向Ｈにおいて第１パターン３１と第３パターン３３Ａ，３３Ｂとが交互に配置されている。また、第１の方向Ｈにおいて第２パターン３２と第４パターン３４Ａ，３４Ｂとが交互に配置されている。また、第２の方向Ｖにおいて第１パターン３１と第４パターン３４Ａ，３４Ｂとが交互に配置されている。また、第２の方向Ｖにおいて第２パターン３２と第３パターン３３Ａ，３３Ｂとが交互に配置されている。
【００５７】
第３パターン３３Ａ，３３Ｂ内のＲフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂは、第１の方向Ｈ及び第２の方向Ｖにおいて、同じ色のフィルタ同士で隣接せず、他の色のフィルタと隣接して配置されている。第４パターン３４Ａ，３４Ｂ内に、Ｒフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂは、それぞれひとつずつ配置されている。よって、第３パターン３３Ａ、３３Ｂ及び第４パターン３４Ａ，３４Ｂの各々は、第２の色の各色のフィルタ（Ｒフィルタ２３ＲとＢフィルタ２３Ｂ）が同比率で存在する。
【００５８】
なお、第１パターン３１を構成している２×２のＧ画素を取り出し、第１の方向Ｈの複数のＧ画素の画素値の差分絶対値、第２の方向Ｖの複数のＧ画素の画素値の差分絶対値、第３の方向ＮＥの複数のＧ画素の画素値の差分絶対値、第４の方向ＮＷの複数のＧ画素の画素値の差分絶対値を求めることにより、第１の方向Ｈ、第２の方向Ｖ、第３の方向ＮＥ、第４の方向ＮＷのうち、差分絶対値の最も小さい方向に相関があると判断することができる。つまり、カラーフィルタ配列２２では、第１パターン３１を構成している２×２のＧ画素の情報を使用して、第１の方向、第２の方向Ｖ、第３の方向ＮＥ，及び第４の方向ＮＷのうちの相関の高い方向を判別ができる。この方向判別結果は、周囲の画素から補間する処理（デモザイク処理）に使用することができる。なお、この場合に、例えば前述の画像処理部１６（デモザイク処理回路を含む）内に方向判別処理部を設けて、この方向判別処理部で方向判別を行うようにするとよい。
【００５９】
〔特徴（７）〕
カラーフィルタ配列２２内に、Ｒフィルタ２３Ｒ及びＢフィルタ２３Ｂ（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３の方向ＮＥ及び第４の方向ＮＷの各フィルタライン内に１つ以上配置されている。
【００６０】
図３に示した９つの基本配列パターンＰのうちで中央の基本配列パターンＰの各カラーフィルタに注目してＮＥ方向及びＮＷ方向のそれぞれを見たとき、ＮＥ、ＮＷの各方向においてＲフィルタ２３Ｒ、Ｂフィルタ２３Ｂが必ず配置されていることが分かる。
【００６１】
なお、図５に示すように、基本配列パターンＰ１を水平方向及び垂直方向に１画素ずつシフトした基本配列パターンをＰ１’とし、それぞれ２画素ずつシフトした基本配列パターンをＰ１”とすると、これらの基本配列パターンＰ１’，Ｐ１”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２２になる。このように、図３に示したカラーフィルタ配列２２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、図４に示した基本配列パターンＰ１を、便宜上、基本配列パターンという。
【００６２】
以上のように本実施形態のカラーフィルタ配列２２は、前述の特徴を有するので、後段でのデモザイク処理の簡略化と、高周波領域でのデモザイク処理の再現精度の向上と、デモザイク処理時におけるエリアシングの抑制及び高周波再現性の向上と、高解像化と、Ｒ画素のデモザイク処理の精度向上と、相関の高い方向の判別とが可能になる。
【００６３】
〔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。Ｇ色の寄与率は上記式（１）に示したように６０％となるので条件（１）を満たす。また、Ｇ色以外の色の寄与率についても実験やシミュレーションにより取得可能である。従って、Ｇ色以外で寄与率が５０％以上となる色を有するフィルタについても、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、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。
【００６４】
〔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。この波長範囲についても、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、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。従って、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２３Ｒ、Ｂフィルタ２３Ｂ）となる。
【００６５】
〔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２３ＲやＢフィルタ２３Ｂ）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２３Ｒ、２３Ｂなどの透過率よりも高くなる範囲である。従って、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。
【００６６】
〔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。
【００６７】
［第２実施形態のカラー撮像素子］
次に、図６を用いて本発明の第２実施形態のカラー撮像素子について説明を行う。なお、第２の実施形態のカラー撮像素子は、ＲＧＢ画素以外に白色光（可視光の波長域の光）を受光する白色画素（クリア画素ともいう）を備える点を除けば、上記第１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。
【００６８】
［第２実施形態のカラーフィルタ配列］
第２実施形態のカラー撮像素子は、第１実施形態とは異なるカラーフィルタ配列４２を備えている。カラーフィルタ配列４２は、前述のＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ、及び透明フィルタ２３Ｗ（第１のフィルタ）が４×６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Ｐ２を含み、この基本配列パターンＰ２が水平及び垂直方向（Ｈ、Ｖ）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４２は前述の特徴（１）を有する。
【００６９】
基本配列パターンＰ２は、基本配列パターンＰ１の一部のＧフィルタ２３Ｇを透明フィルタ２３Ｗに置き換えた配列パターンを有している。例えば、水平及び垂直方向（Ｈ、Ｖ）において他のＧフィルタ２３Ｇに隣接しているＧフィルタ２３Ｇを、透明フィルタ２３Ｗに置き換えている。このように第２実施形態のカラー撮像素子では、Ｇ画素の一部を白色画素に置き換えている。これにより、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。
【００７０】
透明フィルタ２３Ｗは、透明色（第１の色）のフィルタである。透明フィルタ２３Ｗ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２３Ｗの透過率は、Ｇフィルタ２３Ｇ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。
【００７１】
カラーフィルタ配列４２の分光感度特性を示す図７において、透明フィルタ２３Ｗ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２３Ｗの透過率は波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内で、ＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂの透過率よりも高くなる。このため、透明フィルタ２３Ｗは前述の条件（２）、（３）も満たしている。なお、Ｇフィルタ２３Ｇについても透明フィルタ２３Ｗと同様に前述の条件（１）〜（３）を満たしている。
【００７２】
このように透明フィルタ２３Ｗ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４２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２３Ｇの一部を透明フィルタ２３Ｗに置き換えているので、前述の条件（４）も満たしている。
【００７３】
図６に戻って、カラーフィルタ配列４２は、上述の通り、Ｇフィルタ２３Ｇの一部を透明フィルタ２３Ｗで置き換えた点を除けば、基本的には第１実施形態のカラーフィルタ配列２２と同じであるので、第１実施形態と同様の特徴（２）〜（７）を有する。従って、第１実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。
【００７４】
なお、透明フィルタ２３Ｗの配置や個数は図６に示した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。この場合には、Ｇフィルタ２３Ｇ及び透明フィルタ２３Ｗを含む第１のフィルタが、カラーフィルタ配列の水平方向、垂直方向、斜め方向（ＮＥ、ＮＷ）の各方向のフィルタラインに１個以上含まれていれば、前述の特徴（２）を満たす。
【００７５】
［第３実施形態のカラー撮像素子］
次に、図８を用いて本発明の第８実施形態のカラー撮像素子について説明を行う。なお、第３の実施形態のカラー撮像素子は、２種類のＧ画素を備えている点を除けば、上記第１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。
【００７６】
［第３実施形態のカラーフィルタ配列］
第３実施形態のカラー撮像素子は、第１実施形態とは異なるカラーフィルタ配列５２を備えている。カラーフィルタ配列５２は、Ｒフィルタ２３Ｒ、第１Ｇフィルタ２３Ｇ１及び第２Ｇフィルタ２３Ｇ２（第１のフィルタ）、Ｂフィルタ２３Ｂが４×６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が水平及び垂直方向（Ｈ、Ｖ）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５２は前述の特徴（１）を有する。
【００７７】
基本配列パターンＰ３は、第１実施形態の基本配列パターンＰ１の各Ｇフィルタ２３Ｇを第１Ｇフィルタ２３Ｇ１または第２Ｇフィルタ２３Ｇ２に置き換えた配列パターンを有している。例えば本実施形態では、第１Ｇフィルタ２３Ｇ１及び第２Ｇフィルタ２３Ｇ２が図４の第１パターン３１及び第２パターン３２のそれぞれで、同比率配置されている。
【００７８】
第１Ｇフィルタ２３Ｇ１は第１の波長帯域のＧ光を透過し、第２Ｇフィルタ２３Ｇ２は第１Ｇフィルタ２３Ｇ１と相関の高い第２の波長帯域のＧ光を透過する（図９参照）。第１Ｇフィルタ２３Ｇ１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２３Ｇ）を用いることができる。また、第２Ｇフィルタ２３Ｇ２としては、第１Ｇフィルタ２３Ｇ１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、第２Ｇフィルタ２３Ｇ２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。
【００７９】
このように第３実施形態の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。
【００８０】
第１及び第２Ｇフィルタ２３Ｇ１，２３Ｇ２の透過率は、第１実施形態のＧフィルタ２３Ｇ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。従って、第１及び第２Ｇフィルタ２３Ｇ１，２３Ｇ２は前述の条件（１）を満たす。
【００８１】
また、カラーフィルタ配列５２の分光感度特性を示す図９において、各Ｇフィルタ２３Ｇ１，２３Ｇ２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Ｇフィルタ２３Ｇ１，２３Ｇ２の透過率は波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内で、ＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂの透過率よりも高くなる。このため、各Ｇフィルタ２３Ｇ１，２３Ｇ２は前述の条件（２）、（３）も満たしている。
【００８２】
図８に戻って、カラーフィルタ配列５２は、上述の通り、各Ｇフィルタ２３Ｇ１，２３Ｇ２を有する点を除けば、基本的には第１実施形態のカラーフィルタ配列２２と同じであるので、第１実施形態と同様の特徴（２）〜（７）を有する。従って、第１実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。
【００８３】
なお、各Ｇフィルタ２３Ｇ１，２３Ｇ２の配置や個数は図８に示した実施形態に限定されるものではなく、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。
【００８４】
［第４実施形態のカラー撮像素子］
次に、図１０を用いて本発明の第５実施形態のカラー撮像素子について説明を行う。なお、第４の実施形態のカラー撮像素子は、ＲＧＢ画素以外に、本発明の第４色に対応するエメラルド（Ｅ）色の光を受光するＥ画素を備える点を除けば、上記第１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。
【００８５】
［第４実施形態のカラーフィルタ配列］
第４実施形態のカラー撮像素子は、第１実施形態とは異なるカラーフィルタ配列６２を備えている。カラーフィルタ配列６２は、前述のＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ、及びＥフィルタ２３Ｅ（第１のフィルタ）が４×６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Ｐ４を含み、この基本配列パターンＰ４が水平及び垂直方向（Ｈ、Ｖ）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６２は前述の特徴（１）を有する。
【００８６】
基本配列パターンＰ４は、第１実施形態の基本配列パターンＰ１の一部のＧフィルタ２３ＧをＥフィルタ２３Ｅに置き換えた配列パターンを有している。このようにＧフィルタ２３Ｇの一部をＥフィルタ２３Ｅで置き換えた４色のカラーフィルタ配列６２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。
【００８７】
カラーフィルタ配列６２の分光感度特性を示す図１１において、Ｅフィルタ２３Ｅ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、Ｅフィルタ２３Ｅの透過率は波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内で、ＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂの透過率よりも高くなる。このため、Ｅフィルタ２３Ｅ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６２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２３Ｇの一部をＥフィルタ２３Ｅに置き換えているので、前述の条件（４）も満たしている。
【００８８】
なお、図１１に示した分光特性では、Ｅフィルタ２３ＥがＧフィルタ２３Ｇよりも短波長側にピークを持つが、Ｇフィルタ２３Ｇ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Ｅフィルタ２３Ｅ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Ｅフィルタ２３Ｅを選択することもできる。
【００８９】
図１０に戻って、カラーフィルタ配列６２は、上述の通り、Ｇフィルタ２３Ｇの一部をＥフィルタ２３Ｅで置き換えた点を除けば、基本的には第１実施形態のカラーフィルタ配列２２と同じであるので、第１実施形態と同様の特徴（２）〜（７）を有する。従って、第１実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。
【００９０】
なお、Ｅフィルタ２３Ｅの配置や個数は、図１０に示した実施形態とは異なる配置や個数に変更してもよい。この場合には、Ｇフィルタ２３Ｇ及びＥフィルタ２３Ｅを含む第１のフィルタが、カラーフィルタ配列の水平方向、垂直方向、斜め方向（ＮＥ、ＮＷ）の各方向のフィルタラインに１個以上含まれていれば、前述の特徴（２）を満たす。
【００９１】
また、上記第４実施形態では、Ｅフィルタ２３Ｅを本発明の第１のフィルタとして用いているが、Ｅフィルタ２３Ｅの中には例えば前述の条件（１）〜（４）を満たさないものもある。従って、このようなＥフィルタ２３Ｅについては本発明の第２のフィルタとして用いてもよい。
【００９２】
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。
【００９３】
例えば、図１２に示すカラーフィルタ配列７２のように、ＲＧＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを斜め方向（ＮＥ，ＮＷ）に２次元配列してなる所謂ハニカム配列状の基本配列パターンＰ５を含み、かつ基本配列パターンＰ５が斜め方向（ＮＥ，ＮＷ）に繰り返されて配置されてなる配列パターンであってもよい。この場合には、斜め方向（ＮＥ，ＮＷ）が本発明の第１及び第２の方向になり、水平・垂直方向が本発明の第３及び第４の方向となる。
【００９４】
このようなカラーフィルタ配列７２は、第１実施形態のカラーフィルタ配列２２を撮影光学系１０の光軸回りに４５°回転させた配列パターンであるので、上記第１実施形態と同様の特徴（１）〜（７）を有する。なお、図示は省略するが、基本配列パターンＰ２〜Ｐ４についても上述のハニカム配列（ハニカム配置）にしてもよい。
【００９５】
上記第１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が本発明の第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。
【００９６】
以上のように本発明のカラーフィルタ配列２２は、（Ａ）後段でのデモザイク処理の簡略化と、（Ｂ）高周波領域でのデモザイク処理の再現精度の向上と、（Ｃ）デモザイク処理時におけるエリアシングの抑制及び高周波再現性の向上と、（Ｄ）Ｒ画素及びＢ画素のデモザイク処理の精度向上と、高解像度化とが可能となる。
【００９７】
なお、本発明のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列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。例えば上記各実施形態のカラーフィルタ配列を適宜組み合わせてもよい。また、本発明の第１のフィルタとして、Ｇフィルタ２３Ｇ、透明フィルタ２３Ｗ、第１及び第２Ｇフィルタ２３Ｇ１，２３Ｇ２、Ｅフィルタ２３Ｅなどの少なくともいずれか２種類を組み合わせたものを用いてもよく、あるいは上記条件（１）〜（４）のいずれかを満たすような他の色のフィルタを用いてよい。さらに、本発明の第２のフィルタとして、ＲＢフィルタ２３Ｒ，２３Ｂ以外の色のフィルタを用いてもよい。
【００９８】
上記各実施形態では、デジタルカメラに搭載されるカラー撮像素子について説明したが、例えばスマートフォン、携帯電話機、ＰＤＡなどの撮影機能を有する各種の電子機器（撮像装置）に搭載されるカラー撮像素子についても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
９…デジタルカメラ，１２…カラー撮像素子，２１…光電変換素子，２２，４２，５２、６２、７２…カラーフィルタ配列，２３Ｒ…Ｒフィルタ，２３Ｇ…Ｇフィルタ，２３Ｇ１…第１Ｇフィルタ，２３Ｇ２…第２Ｇフィルタ，２３Ｂ…Ｂフィルタ，２３Ｗ…透明フィルタ，２３Ｅ…Ｅフィルタ，３１…第１パターン、３２…第２パターン、３３Ａ，３３Ｂ…第３パターン、３４Ａ，３４Ｂ…第４パター・BR>刀AＰ１〜Ｐ５…基本配列パターン
【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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【国際調査報告】
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