(57)【要約】【課題】幅広い撮影環境下において利用可能なカラーフィルターの開発【解決手段】縦横３列にマトリクス配置した９個の撮像素子ブロック対応の９マスカラーフィルターブロックであって、各マスへのカラーフィルター配置を、原色の赤フィルターと青フィルターを１マスずつ、補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを１マスずつ、原色の緑を４マス配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦横３列にマトリクス配置した９個の撮像素子ブロック対応の９マスカラーフィルターブロックであって、各マスへのカラーフィルター配置を、原色の赤フィルターと青フィルターを１マスずつ配置し、補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを１マスずつ配置し、原色の緑を４マスに配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
【請求項２】
原色の緑フィルターを４角マスと中心マスを除く４マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く４角マスの任意のマスに１マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの３マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置したことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。  
【請求項３】
原色の緑フィルターを４角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと４角マスを除く任意のマスに１マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの３マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置したことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。
【請求項４】
縦横３列にマトリクス配置した９個の撮像素子ブロック対応の９マスカラーフィルターブロックであって、原色の緑フィルターを４角マスと中心マスを除く４マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く４角マスの任意のマスに１マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの３マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置した９マスカラーフィルターブロックと、原色の緑フィルターを４角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと４角マスを除く任意のマスに１マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの３マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置した９マスカラーフィルターブロックを縦横交互に配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー撮像装置およびそれを用いたデジタルカメラ等において、広範囲の照度下において撮影可能な撮像素子用のカラーフィルターブロックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラの性能は向上の一途だが、デジタルカメラの性能に対して、より美しい画像を撮りたい、いろいろな場面でも撮影したいなどといった要求も高まっている。美しい画像とは、撮像素子の色再現性を良くしたり、解像度を高くしたりすることで解決できる。また、いろいろな場面での撮影を可能にする為には、暗い場所から明るい場所まで撮影できるように撮像素子のダイナミックレンジを広くする必要がある。しかしこれらの条件を全て満足することは困難であり、また撮像素子そのものの性能を向上させることは多額の費用と時間がかかる為、安価で提供できる商品の性能向上は非常に難しいといった現状がある。
【０００３】
これらを解決する為、９件の特許文献にて紹介のように撮像素子に利用するカラーフィルターの配置等が検討されており、現在、主なものとしては次の４つのフィルターが公知である。
1, 色再現性のみ高い原色を用いた４マスのベイヤーフィルター
2, ダイナミックレンジのみが広い４マスの補色フィルター
3, 補色フィルターを基にし、モアレを発生しづらくした６マスの所謂エプソン(商標)配置
4, 緑の再現性を高めたソニー配置
しかし何れのカラーフィルターも、得意とする撮影環境以外での利用においては性能が充分に効率よく発揮できないといった問題がある。
【特許文献１】特開２００５−１４３０３１
【特許文献２】特開２００４−１５７７２
【特許文献３】特開２００４−１４７０９８
【特許文献４】特開２００４−２７３９５２
【特許文献５】特開２００４−３１２１４０
【特許文献６】特開２００４−３５７３３５
【特許文献７】特開２００３−３７８４８
【特許文献８】特開２００３−８７８０４
【特許文献９】特開２００１−６９５１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで課題として、幅広い撮影環境下において利用可能なカラーフィルターの開発が挙げられる。この開発により、より多くのシーンにおいて性能を発揮できるデジタルカメラ等を安価に提供することが可能となる。
撮像素子そのものの性能向上をもってこれらを解決している方式が存在するが、これらは撮像素子の価格が極めて高くなることと、高度な生産技術を要求することもあり、製品を安価に提供することには成功していない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題のカラーフィルターを開発したものであり、その特徴を次の(1)〜(5)に記載する。
(1)、縦横３列にマトリクス配置した９個の撮像素子ブロック対応の９マスカラーフィルターブロックであって、各マスへのカラーフィルター配置を、原色の赤フィルターと青フィルターを１マスずつ配置し、補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを１マスずつ、原色の緑を４マス配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
(2)、原色の緑フィルターを４角マスと中心マスを除く４マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く４角マスの任意のマスに１マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの３マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルター配置したことを特徴とする前記(1)に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。  
(3)、原色の緑フィルターを４角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと４角マスを除く任意のマスに１マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの３マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置したことを特徴とする前記(1)に記載の撮像素子用のカラーフィルターブロック。
(4)、縦横３列にマトリクス配置した９個の撮像素子ブロック対応の９マスカラーフィルターブロックであって、原色の緑フィルターを４角マスと中心マスを除く４マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスを除く４角マスの任意のマスに１マスずつ、中心マスを含めて残りの３マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルター配置した９マスカラーフィルターブロックと、原色の緑フィルターを４角マスに各々に配置し、原色の赤フィルターと青フィルターを中心マスと４角マスを除く任意のマスに１マスずつ配置し、中心マスを含めて残りの３マスに補色のシアンフィルター、イエローフィルター、マゼンタフィルターを配置した９マスのカラーフィルターブロックとを縦横交互に配置したことを特徴とする撮像素子用のカラーフィルターブロック。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、幅広い照度下において、可能な範囲内で色再現性を高める調整が可能なカラーフィルターを提供するものである。その方式としては、色再現性の高い原色と、ダイナミックレンジが広い補色をともに前記構成のように利用した原色-補色混成配置のカラーフィルターブロックである。このカラーフィルターブロックを用いることにより、従来の原色フィルターよりダイナミックレンジが広く、かつ従来の補色フィルターより色再現性の高い情報を提供することが可能となる。ただし、このフィルターにより一定の解像度低下が想定されるが、このカラーフィルターブロックを搭載するカメラ等の光学性能の状況により解像度低下は吸収される。特に搭載されるCCDの解像度に比して光学性能が落ちるような安価なデジタルカメラ等の製品において、その性能を効率よく向上させる効果が期待される。特に、撮影時の手ぶれ等を防ぎながら鮮やかな写真を写せる効果などが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のカラーフィルターブロックにおいて、縦横３列にマトリクス配置した９個の撮像素子ブロック対応の９マスカラーフィルターブロックにする意義は、図１〜図６に記載の各実施例のごとく、原色フィルターとして、赤のみを透過する赤カラーフィルターR、緑のみを透過する緑カラーフィルターG、青のみを透過する青カラーフィルターB、及び補色フィルターとして、青と赤を透過する補色のマゼンタカラーフィルターMa、青と緑を透過する補色のシアンカラーフィルターCy、赤と緑を透過する補色のイエローカラーフィルターYeを同一のカラーフィルターブロックに配置することである。これによって同一カラーフィルターブロック内において受光可能なダイナミックレンジが広くなることが挙げられる。
この９マスのカラーフィルターブロックにおいて原色の赤フィルターRと青フィルターBを１マスずつ配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴（2）を示す図１、図４であり、本発明の前記特徴（3）を示す図２、図５である。これ等の例における効果は、高照度下での受光時において色再現性を高める効果がある。
補色のシアンカラーフィルターCy、イエローカラーフィルターYe、マゼンタカラーフィルターMaを１マスずつ配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴（2）を示す図１、図４であり、本発明の前記特徴（3）を示す図２、図5である。これ等の例における効果は、低照度下での受光時において感度を高める効果がある。
原色の緑カラーフィルターGを４マス配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴（2）を示す図１、図４であり、本発明の前記特徴（3）を示す図２、図5である。これ等の例における効果は、緑成分の解像度を高める効果がある。これは人間の視覚特性において、他色に比して緑の解像度が高いことに由来する。
配置例の本発明の前記特徴（2）及び（3）を交互配置する意義と好ましい配置例は、本発明の前記特徴(4)を示す図３、図６であり、これ等の例における効果は、同一パターンがタイル状に並べられる際に発生するモアレを低減する効果がある。  
【実施例１】
【０００８】
実施例１は、本発明の前記特徴（2）の実施例を示すカラーフィルターブロックであり、図１にその模式図を示す。
本例の９マスカラーフィルターブロックは、３×３マトリクス状に並べた撮像素子３×３を１ブロックとし、このブロックに対応して原色３色と、補色３色の各カラーフィルターをすべて利用した９マスカラーフィルターブロックである。
この９マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、次の記号（各図とも共通）で示す通りである。
R  ：原色の赤のみを透過する赤カラーフィルター
G  ：原色の緑のみを透過する緑カラーフィルター
B  ：原色の青のみを透過する青カラーフィルター
Ma ：青と赤を透過する補色のマゼンタカラーフィルター
Cy ：青と緑を透過する補色のシアンカラーフィルター
Ye ：赤と緑を透過する補色のイエローカラーフィルター
これによる具体的な効果を次に述べる。
図７の画像を原画像とし、図８の画像(明度比較用)はベイヤーフィルターを、図９の画像は補色フィルター  (明度比較用)を、図１０の画像(明度比較用)は図１に示す実施例１のカラーフィルターを、それぞれ用いて結像したものである。これより、提案する実施例１のカラーフィルターを用いた図１の画像は、図８のベイヤーフィルターの画像と比してより明るく結像できていることが分かる。
【実施例２】
【０００９】
実施例２は、本発明の前記特徴（３）の実施例を示すカラーフィルターブロックであり、図２にその模式図を示す。
本例の９マスカラーフィルターブロックは、３×３マトリクス状に並べた撮像素子３×３を１ブロックとし、このブロックに対応して原色３色と、補色３色のカラーフィルターをすべて利用した９マスカラーフィルターブロックである。
この９マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、前例と同様の記号で示す通りである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図７に示す画像を原画像とし、図８はベイヤーフィルター (明度比較用)を、図１１は実施例２のフィルター(明度比較用)を、それぞれ用いて結像した画像である。これより図２に示すカラーフィルターは、図８のベイヤーフィルターの画像と比してより明るく結像できていることが分かる。
【実施例３】
【００１０】
本実施例３は、本発明の前記特徴（４）の実施例であり、図１例と図２例のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくしたカラーフィルターブロックであり、図３に模式図を示す。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図１２の画像（モアレ１-１）は、図１の実施例のカラーフィルターブロックのみを配置した際の画像である。図１３に示す画像(モアレ１-２)は、図１の実施例１と図２の実施例２のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくした画像例である。図１と図２のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくした図１３の画像の方が図１２の画像に比し粒状感が低減されていることが分かる。
【実施例４】
【００１１】
本実施例４は、本発明の前記特徴（２）の他の実施例を示すカラーフィルターブロックであり、図４にその模式図を示す。
本例の９マスカラーフィルターブロックは、３×３マトリクス状に並べた撮像素子３×３を１ブロックとし、このブロックに対応して原色３色と、補色３色のカラーフィルターをすべて利用した９マスカラーフィルターブロックである。
この９マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、前例と同様の記号で示す通りである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図７に示す画像を原画像とし、図８はベイヤーフィルター (明度比較用)を、図９は補色 (明度比較用) フィルターを、図１４は実施例４（図４）のフィルター(明度比較用)を、それぞれ用いて結像した画像である。これより、実施例４の図４に示すカラーフィルターの画像（図１４）は、ベイヤーフィルターの画像（図８）と比してより明るく結像できていることが分かる。
【実施例５】
【００１２】
本実施例５は、本発明の前記特徴（３）の他の実施例を示すカラーフィルターブロックであり、図５にその模式図を示す。
本例の９マスカラーフィルターブロックは、３×３マトリクス状に並べた撮像素子３×３を１ブロックとし、このブロックに対応して原色３色と、補色３色のカラーフィルターをすべて利用した９マスカラーフィルターブロックである。
この９マスカラーフィルターブロックにおけるカラーフィルターの具体的配置は、前例と同様の記号で示す通りである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図７に示す画像を原画像とし、図８はベイヤーフィルター (明度比較用)を、図９は補色 (明度比較用) フィルターを、図１１は実施例２（図２）のフィルター(明度比較用)を、図１５は図５のカラーフィルターを、それぞれ用いて結像した画像である。これより、提案する図５のカラーフィルターはベイヤーフィルターと比してより明るく結像できていることが分かる。
【実施例６】
【００１３】
本実施例６は、本発明の前記特徴（４）の他の実施例であり、図４例と図５例のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレが発生しづらくした図６に示す模式図のカラーフィルターブロックである。
これによる具体的な効果を次に述べる。
図１６ (モアレ２-１)の画像は図４の実施例のカラーフィルターブロックのみを配置した際の画像例である。図６のカラーフィルターブロックは、図４例と図５例のカラーフィルターブロックを交互に配置してモアレを発生しづらくした例である。これによる画像は図１７（モアレ２-２)に示すようにこの方が図１６画像に比し粒状感が低減されていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の原色-補色混成カラーフィルターブロックの性能を発揮できる最良の形態を述べる。原色-補色混成カラーフィルターブロックを搭載したデジタルカメラでは、明るい場所での撮影では従来の補色フィルター搭載機に比べ色再現性が高い画像を提供できるようになる。暗い場所での撮影では、色再現性が犠牲になる替わりに、従来の原色フィルター搭載機では撮影不可能だった画像も撮影することが可能となる。これにより、原色-補色混成カラーフィルターブロックを搭載したデジタルカメラが一台あれば、状況に応じて別々の特性をもつカメラを準備する必要が無くなるといった利点がある。
本発明は、デジタルカメラ等の撮像素子だけでなく、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機ELディスプレイといった表示装置の色再現性とダイナミックレンジ向上といった分野にも応用できる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１を示すカラーフィルターブロックの模式図。
【図２】実施例２を示すカラーフィルターブロックの模式図。
【図３】実施例３として図１例と図２例のカラーフィルターブロックを交互に配置したフィルターの模式図。
【図４】実施例４を示すカラーフィルターブロックの模式図。
【図５】実施例５を示すカラーフィルターブロックの模式図。
【図６】実施例６として図４例と図５例のカラーフィルターブロックを交互に配置したフィルターの模式図。
【図７】原画像を示す。
【図８】ベイヤーフィルター(明度比較用)による画像を示す。
【図９】補色フィルター (明度比較用) による画像を示す。
【図１０】実施例１ (明度比較)のフィルターによる画像を示す。
【図１１】実施例２(明度比較)のフィルターによる画像を示す。
【図１２】実施例３ (明度比較)のフィルターによる画像を示す。
【図１３】実施例４(明度比較)のフィルターによる画像を示す。
【図１４】実施例５ (明度比較)のフィルターによる画像を示す。
【図１５】実施例６(明度比較)のフィルターによる画像を示す。
【図１６】実施例４のフィルターによるモアレ画像を示す。
【図１７】実施例６のフィルターによるモアレ画像を示す。
【符号の説明】
【００１６】
R  ：原色の赤のみを透過する赤カラーフィルター
G  ：原色の緑のみを透過する緑カラーフィルター
B  ：原色の青のみを透過する青カラーフィルター
Ma ：青と赤を透過する補色のマゼンタカラーフィルター
Cy ：青と緑を透過する補色のシアンカラーフィルター
Ye ：赤と緑を透過する補色のイエローカラーフィルター
【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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