彩色摄像元件以及摄像装置.pdf

本发明提供能够提高去马赛克算法处理时的高频图像信号的再现特性并且与以往相比能够简化后段处理的彩色摄像元件、以及采用了这种彩色摄像元件的摄像装置。滤色器排列(22)由沿水平以及垂直方向重复配置的3×3的基本排列图案(P1)构成。基本排列图案(P1)由将G滤光片(23G)沿水平方向配置而成的G滤光片排列(25)、将RGB滤光片(23R、23G、23B)沿水平方向配置而成的第一以及第二RGB滤光片排列(26、27)构成。使G色的像素数的比率大于RB的各颜色像素数的比率。将G滤光片(23G)配置在滤色器排列(22)的水平、垂直以及倾斜方向的各滤光片行内。在基本排列图案(P1)的垂直方向的一个滤光片行内分别配置有RB滤光片(23R、23B)，在其他滤光片行内配置有RB滤光片(23R、23B)中的任一个。

权利要求书1.  一种彩色摄像元件，是在多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，所述多个像素由排列在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成，所述滤色器的排列包含将所述滤色器沿所述第一方向以及第二方向以对应于N×N像素的排列图案进行排列而成的基本排列图案，并且该基本排列图案在所述第一方向以及第二方向上重复配置，其中N为3以上的自然数，所述滤色器包含：与一种颜色以上的第一颜色对应的第一滤光片；以及与用于获得亮度信号的贡献率比所述第一颜色低的两种颜色以上的第二颜色对应的第二滤光片，并且对应于所述第一滤光片的所述第一颜色的总像素数的比率大于对应于所述第二滤光片的所述第二颜色的各颜色的像素数的比率，所述基本排列图案包含：使所述第一滤光片沿着所述第一方向排列而成的一列第一滤光片排列；以及使所述第一滤光片及与所述第二颜色的各颜色对应的所述第二滤光片沿着所述第一方向排列而成的两列以上的第二滤光片排列，所述第一滤光片在包含所述滤色器的排列的所述第一方向、所述第二方向以及相对于所述第一方向及第二方向而倾斜的第三方向及第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所述第二颜色的各颜色中的至少一种颜色的所述第二滤光片在所述基本排列图案的所述第二方向的滤光片行内配置有一个以上。2.  一种彩色摄像元件，是在多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，所述多个像素由排列在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成，所述滤色器的排列包含将所述滤色器沿所述第一方向以及第二方向以对应于N×N像素的排列图案进行排列而成的基本排列图案，并且该基本排列图案在所述第一方向以及第二方向上重复配置，其中N为 3以上的自然数，所述滤色器包含：透过率的峰值处于波长为480nm以上且570nm以下的范围内的与一种颜色以上的第一颜色对应的第一滤光片；以及透过率的峰值处于所述范围外的与两种颜色以上的第二颜色对应的第二滤光片，并且对应于所述第一滤光片的第一颜色的总像素数的比率大于对应于所述第二滤光片的第二颜色的各颜色的像素数的比率，所述基本排列图案包含：使所述第一滤光片沿着所述第一方向排列而成的一列第一滤光片排列；以及使所述第一滤光片及与所述第二颜色的各颜色对应的所述第二滤光片沿着所述第一方向排列而成的两列以上的第二滤光片排列，所述第一滤光片在包含所述滤色器的排列的所述第一方向、所述第二方向以及相对于所述第一方向及第二方向而倾斜的第三方向及第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所述第二颜色的各颜色中的至少一种颜色的所述第二滤光片在所述基本排列图案的所述第二方向的滤光片行内配置有一个以上。3.  一种彩色摄像元件，是在多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，所述多个像素由排列在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成，所述滤色器的排列包含将所述滤色器沿所述第一方向以及第二方向以对应于N×N像素的排列图案进行排列而成的基本排列图案，并且该基本排列图案在所述第一方向以及第二方向上重复配置，其中N为3以上的自然数，所述滤色器包含：与一种颜色以上的第一颜色对应的第一滤光片；以及在波长为500nm以上且560nm以下的范围内透过率比所述第一滤光片低的与两种颜色以上的第二颜色对应的第二滤光片，并且对应于所述第一滤光片的第一颜色的总像素数的比率大于对应于所述第二滤光片的第二颜色的各颜色的像素数的比率，所述基本排列图案包含：使所述第一滤光片沿着所述第一方向排列而成的一列第一滤光片排列；以及使所述第一滤光片及与所述第二 颜色的各颜色对应的所述第二滤光片沿着所述第一方向排列而成的两列以上的第二滤光片排列，所述第一滤光片在包含所述滤色器的排列的所述第一方向、所述第二方向以及相对于所述第一方向及第二方向而倾斜的第三方向及第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所述第二颜色的各颜色中的至少一种颜色的所述第二滤光片在所述基本排列图案的所述第二方向的滤光片行内配置有一个以上。4.  一种彩色摄像元件，是在多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，所述多个像素由排列在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成，所述滤色器的排列包含将所述滤色器沿所述第一方向以及第二方向以对应于N×N像素的排列图案进行排列而成的基本排列图案，并且该基本排列图案在所述第一方向以及第二方向上重复配置，其中N为3以上的自然数，所述滤色器包含：与两种颜色以上的第一颜色对应的第一滤光片，所述两种颜色以上的第一颜色包含三原色中对亮度信号贡献最多的颜色以及与所述三原色不同的颜色的第四颜色；以及与除所述第一颜色以外的两种颜色以上的第二颜色对应的第二滤光片，并且对应于所述第一滤光片的所述第一颜色的各颜色的总像素数的比率大于对应于所述第二滤光片的所述第二颜色的各颜色的像素数的比率，所述基本排列图案包含：使一种颜色以上的所述第一滤光片沿着所述第一方向排列而成的一列第一滤光片排列；以及使一种颜色以上的所述第一滤光片及与所述第二颜色的各颜色对应的所述第二滤光片沿着所述第一方向排列而成的两列以上的第二滤光片排列，所述第一滤光片在包含所述滤色器的排列的所述第一方向、所述第二方向以及相对于所述第一方向及第二方向而倾斜的第三方向及第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所述第二颜色的各颜色中的至少一种颜色的所述第二滤光片在所述基本排列图案的所述第二方向的滤光片行内配置有一个以上。5.  根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，所述第一颜色的用于获得亮度信号的贡献率为50％以上，所述第二颜色的用于获得亮度信号的贡献率小于50％。6.  根据权利要求1～5中任一项所述的彩色摄像元件，其中，所述基本排列图案的两列所述第二滤光片排列各自的相同颜色的所述第二滤光片的位置在所述第一方向上错开一个像素间隔量地配置，与所述第二颜色的各颜色对应的所述第二滤光片在所述基本排列图案内的所述第二方向的各滤光片行中的至少一个滤光片行上分别配置有一个以上。7.  根据权利要求1～6中任一项所述的彩色摄像元件，其中，在所述第二滤光片排列内，不同颜色的所述第二滤光片在所述第一方向上相邻地配置。8.  根据权利要求1～7中任一项所述的彩色摄像元件，其中，所述滤色器的排列包含所述第二颜色的各颜色的所述第二滤光片的位置关系颠倒的两种所述基本排列图案，这两种所述基本排列图案在所述第一方向以及第二方向的各方向上分别交替地重复配置。9.  根据权利要求1～8中任一项所述的彩色摄像元件，其中，在所述滤色器为正方形形状的情况下，所述第三方向及第四方向相对于所述第一方向及第二方向分别成45°。10.  根据权利要求1～9中任一项所述的彩色摄像元件，其中，所述第一颜色包含绿色以及透明色中的至少一种颜色。11.  根据权利要求1～10中任一项所述的彩色摄像元件，其中，所述第二颜色包含红色与蓝色。12.  一种摄像装置，具有：摄影光学系统；彩色摄像元件，经由所述摄影光学系统使被摄体像成像；以及图像数据生成部，生成表示成像后的所述被摄体像的图像数据，所述彩色摄像元件是权利要求1～11中任一项所述的彩色摄像元件。

说明书彩色摄像元件以及摄像装置
技术领域
本发明涉及在像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件以及具有这种彩色摄像元件的摄像装置。
背景技术
在单板式彩色摄像元件中，分别在各像素上设有单色的滤色器，所以各像素只具有单色的颜色信息。因此，单板式彩色摄像元件的输出图像是RAW图像(马赛克图像)，所以通过根据周围的像素对缺失颜色的像素进行插值的处理(去马赛克算法处理)而获得多通道图像。在该情况下成为问题的是高频的图像信号的再现特性。
作为单板式彩色摄像元件中最广泛采用的滤色器的颜色排列的原色系拜耳排列将绿色(G)像素配置成棋盘式格纹状，并按线顺序配置红色(R)、蓝色(B)，因此，生成G信号为倾斜方向且R、B信号为水平、垂直方向的高频信号时的再现精度成为问题。
在图21(A)部所示的黑白的纵条纹图案(高频图像)入射到具有图21(B)部所示的拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的情况下，若将其分配成拜耳颜色排列并对各颜色进行比较，则如图21(C)部至(E)部所示，R成为较淡的均匀的马赛克状的彩色图像，B成为较浓的均匀的马赛克状的彩色图像，G成为浓淡的马赛克状的彩色图像。即，本来为黑白图像，在RGB之间没有浓度差(电平差)，但根据颜色排列与输入频率而成为在图像上着色的状态。
同样，在将图22(A)部所示的倾斜的黑白高频图像入射到具有图22(B)部所示的拜耳排列的滤色器的摄像元件的情况下，若将其分 配成拜耳颜色排列并对各颜色进行比较，则如图22(C)部至(E)部所示，R与B成为较淡的均匀的彩色图像，G成为较浓的均匀的彩色图像。若将黑色值设为0、将白色值设为255，则由于倾斜的黑白高频图像中仅G为255，因此会变成绿色。如此，在拜耳排列中无法正确地再现倾斜的高频图像。
一般而言，在使用单板式彩色摄像元件的摄像装置中，将由水晶等双折射物质构成的光学低通滤光片配置在彩色摄像元件的前表面上，通过光学性地降低高频而进行回避。但是，在该方法中存在如下问题：虽然能够减轻因高频信号的重叠而产生的着色，但分辨率会因该弊端而下降。
为了解决这种问题，提出有一种将彩色摄像元件的滤色器排列设为三色随机排列的彩色摄像元件，其中上述三色随机排列满足下述排列限制条件：任意关注像素与含有关注像素的颜色的三种颜色在关注像素的四边中的任一边相邻(专利文献1)。
另外，提出有一种滤色器排列的图像传感器(彩色摄像元件)，上述滤色器排列具有分光灵敏度不同的多个滤光片，其中第一滤光片与第二滤光片以第一预定周期交替地配置在图像传感器的像素格子的一对角线方向上，并且以第二预定周期交替地配置在图像传感器的像素格子的另一对角线方向上(专利文献2)。
此外，提出有一种下述颜色排列：在RGB的三原色的彩色固体摄像元件(彩色摄像元件)中，通过将水平地配置有R、G、B的三个像素的组交错地配置在垂直方向上，使RGB各自的出现概率均等，并且使摄影面上的任意直线(水平、垂直、倾斜的直线)通过全部的颜色(专利文献3)。
此外，提出有一种下述彩色摄像元件：RGB的三原色中的R、B 分别在水平方向以及垂直方向上隔着三个像素而配置，并在这些R、B之间配置G(专利文献4)。
专利文献1:日本特开2000－308080号公报
专利文献2:日本特开2005－136766号公报
专利文献3:日本特开平11－285012号公报
专利文献4:日本特开平8－23543号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所记载的彩色摄像元件存在如下问题：由于滤色器排列是随机的，因此在进行后段的去马赛克算法处理时，需要对每个随机图案进行最优化，去马赛克算法处理变得复杂。在此，去马赛克算法处理是指根据与单板式彩色摄像元件的滤色器排列相伴的RGB的马赛克图像对应每个像素算出(以去马赛克算法的方式转换)RGB的全部的颜色信息的处理，也称为去马赛克算法(デモザイキング)处理或者去马赛克算法(同時化)处理(在本说明书中相同)。
另外，专利文献2所记载的彩色摄像元件中，由于G像素(亮度像素)配置成棋盘式格纹状，因此存在边界分辨率区域(尤其是倾斜方向)的像素再现精度不良的问题。
专利文献3所记载的彩色摄像元件中，由于RGB的像素数的比率相等，所以有高频再现性与拜耳排列相比下降的问题。另外，在拜耳排列的情况下，为了得到亮度信号贡献最多的G像素数的比率是R、B各自的像素数的2倍。
另一方面，专利文献4所记载的彩色摄像元件中，G像素数相对于R、B各自的像素数的比率为6倍，与拜耳排列相比也非常高，颜色再现性会下降。另外，由于专利文献4所记载的彩色摄像元件的滤色 器排列将对应于6×4像素的排列图案重复配置在水平方向上，所以在进行后段的去马赛克算法处理时，能够按照重复排列图案进行处理。因此，与专利文献1的滤色器排列相比，能够简化后段的处理。
但是，构成专利文献4的滤色器排列的重复排列图案是6×4的比较大的尺寸，该重复排列图案的尺寸越大，则去马赛克算法等的信号处理越复杂化。其结果是，即使采用专利文献4的彩色摄像元件，后段的处理的简化也有局限性。
本发明鉴于上述情况而作出，其目的是提供一种彩色摄像元件，能够提高去马赛克算法处理时的高频图像信号的再现特性，并且与以往相比能够简化后段的处理。另外，本发明的目的是提供采用这种彩色摄像元件的摄像装置。
用于解决课题的手段
用于达到本发明的目的的彩色摄像元件是在多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，多个像素由排列在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成，滤色器的排列包含将滤色器沿第一方向以及第二方向以对应于N×N(N为3以上的自然数)像素的排列图案进行排列而成的基本排列图案，并且基本排列图案在第一方向以及第二方向上重复配置，滤色器包含：与一种颜色以上的第一颜色对应的第一滤光片；以及与用于获得亮度信号的贡献率比第一颜色低的两种颜色以上的第二颜色对应的第二滤光片，并且对应于第一滤光片的第一颜色的总像素数的比率大于对应于第二滤光片的第二颜色的各颜色的像素数的比率，基本排列图案包含：使第一滤光片沿着第一方向排列而成的一列第一滤光片排列；以及使第一滤光片及与第二颜色的各颜色对应的第二滤光片沿着第一方向排列而成的两列以上的第二滤光片排列，第一滤光片在包含滤色器的排列的第一方向、第二方向以及相对于第一方向及第二方向而倾斜的第三方向及第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，第二颜色的各颜色中 的至少一种颜色的第二滤光片在基本排列图案的第二方向的滤光片行内配置有一个以上。
另外，用于达到本发明的目的的彩色摄像元件是在多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，多个像素由排列在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成，滤色器的排列包含将滤色器沿第一方向以及第二方向以对应于N×N(N为3以上的自然数)像素的排列图案进行排列而成的基本排列图案，并且基本排列图案在第一方向以及第二方向上重复配置，滤色器包含：透过率的峰值处于波长为480nm以上且570nm以下的范围内的与一种颜色以上的第一颜色对应的第一滤光片；以及透过率的峰值处于范围外的与两种颜色以上的第二颜色对应的第二滤光片，并且对应于第一滤光片的第一颜色的总像素数的比率大于对应于第二滤光片的第二颜色的各颜色的像素数的比率，基本排列图案包含：使第一滤光片沿着第一方向排列而成的一列第一滤光片排列；以及使第一滤光片及与第二颜色的各颜色对应的第二滤光片沿着第一方向排列而成的两列以上的第二滤光片排列，第一滤光片在包含滤色器的排列的第一方向、第二方向以及相对于第一方向及第二方向而倾斜的第三方向及第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，第二颜色的各颜色中的至少一种颜色的第二滤光片在基本排列图案的第二方向的滤光片行内配置有一个以上。
另外，用于达到本发明的目的的彩色摄像元件是在多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，多个像素由排列在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成，滤色器的排列包含将滤色器沿第一方向以及第二方向以对应于N×N(N为3以上的自然数)像素的排列图案进行排列而成的基本排列图案，并且基本排列图案在第一方向以及第二方向上重复配置，滤色器包含：与一种颜色以上的第一颜色对应的第一滤光片；以及在波长为500nm以上且560nm以下的范围内透过率比第一滤光片低的与两种颜色以上的第二 颜色对应的第二滤光片，并且对应于第一滤光片的第一颜色的总像素数的比率大于对应于第二滤光片的第二颜色的各颜色的像素数的比率，基本排列图案包含：使第一滤光片沿着第一方向排列而成的一列第一滤光片排列；以及使第一滤光片及与第二颜色的各颜色对应的第二滤光片沿着第一方向排列而成的两列以上的第二滤光片排列，第一滤光片在包含滤色器的排列的第一方向、第二方向以及相对于第一方向及第二方向而倾斜的第三方向及第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，第二颜色的各颜色中的至少一种颜色的第二滤光片在基本排列图案的第二方向的滤光片行内配置有一个以上。
另外，用于达到本发明的目的的彩色摄像元件是在多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，多个像素由排列在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成，滤色器的排列包含将滤色器沿第一方向以及第二方向以对应于N×N(N为3以上的自然数)像素的排列图案进行排列而成的基本排列图案，并且基本排列图案在第一方向以及第二方向上重复配置，滤色器包含：与两种颜色以上的第一颜色对应的第一滤光片，两种颜色以上的第一颜色包含三原色中对亮度信号贡献最多的颜色以及与三原色不同的颜色的第四颜色；以及与除第一颜色以外的两种颜色以上的第二颜色对应的第二滤光片，并且对应于第一滤光片的第一颜色的各颜色的总像素数的比率大于对应于第二滤光片的第二颜色的各颜色的像素数的比率，基本排列图案包含：使一种颜色以上的第一滤光片沿着第一方向排列而成的一列第一滤光片排列；以及使一种颜色以上的第一滤光片及与第二颜色的各颜色对应的第二滤光片沿着第一方向排列而成的两列以上的第二滤光片排列，第一滤光片在包含滤色器的排列的第一方向、第二方向以及相对于第一方向及第二方向而倾斜的第三方向及第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，第二颜色的各颜色中的至少一种颜色的第二滤光片在基本排列图案的第二方向的滤光片行内配置有一个以上。
根据本发明，由于将第一滤光片在滤色器的排列的第一方向至第四方向的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所以能够提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度。
另外，由于滤色器的排列的基本排列图案在水平方向以及垂直方向上重复配置，所以在进行后段的去马赛克算法处理时，能够按照重复图案进行处理。尤其是在对应于3×3像素、4×4像素的基本排列图案中，与采用以往的随机排列、由尺寸较大的重复排列图案构成的滤色器的排列的情况相比，能够简化后段的处理。
另外，由于与第一滤光片对应的第一颜色的像素数的比率大于与第二滤光片对应的第二颜色的各颜色的像素数各自的比率，所以能够抑制混淆，高频再现性也良好。
另外，由于第二颜色的各颜色中的至少一种颜色的第二滤光片在基本排列图案的第二方向的滤光片行内配置有一个以上，所以能够减少彩色莫尔条纹(伪色)的产生、防止分辨率的下降。
优选为，第一颜色的用于获得亮度信号的贡献率为50％以上，第二颜色的用于获得亮度信号的贡献率小于50％。由于将用于获得亮度信号的贡献率比第二滤光片高的第一滤光片在滤色器的排列的第一方向至第四方向的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所以能够提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度。
优选为，基本排列图案的两列第二滤光片排列各自的相同颜色的第二滤光片的位置在第一方向上错开一个像素间隔量地配置，与第二颜色的各颜色对应的第二滤光片在基本排列图案内的第二方向的各滤光片行中的至少一个滤光片行上分别配置有一个以上。能够减少彩色莫尔条纹(伪色)的产生、防止分辨率的下降。
优选为，在第二滤光片排列内，不同颜色的第二滤光片在第一方向上相邻地配置。在第二方向的各滤光片行中的一个滤光片行上分别配置有作为不同颜色的第二滤光片的RB滤光片，在剩下的行上配置RB滤光片中的任一方。
优选为，滤色器的排列包含第二颜色的各颜色的第二滤光片的位置关系颠倒的两种基本排列图案，这两种基本排列图案在第一方向以及第二方向的各方向上分别交替地重复配置。由此，第二颜色的各颜色的第二滤光片在滤色器的排列的第二方向的各滤光片行内分别配置有一个以上，所以能够减少彩色莫尔条纹(伪色)的产生、防止分辨率的下降。
优选为，在滤色器为正方形形状的情况下，第三方向及第四方向相对于第一方向及第二方向分别成45°。
优选为，第一颜色包含绿色以及透明色中的至少一种颜色。另外，优选为，第二颜色包含红色与蓝色。
用于达到本发明的目的的摄像装置具有：摄影光学系统；彩色摄像元件，经由摄影光学系统使被摄体像成像；以及图像数据生成部，生成表示成像后的被摄体像的图像数据，彩色摄像元件是上述形态中的任一形态的彩色摄像元件。
发明效果
本发明的彩色摄像元件以及摄像装置由于具有将基本排列图案沿第一方向以及第二方向重复配置而成的滤色器的排列，所以在进行后段的去马赛克算法处理时，能够按照重复图案进行处理，与以往的随机排列相比能够简化后段的处理。由于基本排列图案(重复图案)的尺寸越小，则越能够更简单地进行去马赛克算法等的信号处理，所以在本发明中，与采用以往的随机排列、由尺寸较大的重复排列图案构 成的滤色器的排列的情况相比，能够进一步简化后段的处理。
另外，由于在滤色器的排列的第一方向至第四方向的各方向的行内配置第一滤光片，并且使与第一滤光片对应的第一颜色的像素数的比率大于与第一颜色以外的两种颜色以上的第二滤光片对应的第二颜色的像素数的比率，所以能够提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度，并且能够抑制混淆。
另外，由于在基本排列图案的第一方向的各滤光片行中的两个滤光片行内分别配置第二颜色的各颜色的第二滤光片，并且在第二方向的各滤光片行内配置第二颜色的各颜色中的至少一种颜色的第二滤光片，所以能够减少彩色莫尔条纹(伪色)的产生、防止分辨率的下降。
附图说明
图1是表示数码相机的电气结构的框图。
图2是表示彩色摄像元件的摄像面的主视图。
图3是第1实施方式的滤色器排列的主视图。
图4是图3中的基本排列图案的放大图。
图5A是用于说明滤色器排列的特征(5)、(6)的说明图。
图5B是用于说明滤色器排列的特征(5)、(6)的说明图。
图6是用于对多种基本排列图案进行说明的说明图。
图7A是用于说明本实施方式与比较例中的R、B像素的像素间隔的不同的说明图。
图7B是用于说明本实施方式与比较例中的R、B像素的像素间隔的不同的说明图。
图8是第2实施方式的滤色器排列的主视图。
图9是用于说明基本排列图案的变形例的说明图。
图10是具有透明滤光片的第3实施方式的滤色器排列的主视图。
图11是表示第3实施方式的滤色器排列的分光灵敏度特性的坐标图。
图12是具有两种G滤光片的第4实施方式的滤色器排列的主视图。
图13是表示第4实施方式的滤色器排列的分光灵敏度特性的坐标图。
图14是具有翠绿色(E)滤光片的第5实施方式的滤色器排列的主视图。
图15是表示第5实施方式的滤色器排列的分光灵敏度特性的坐标图。
图16是将滤色器排列设为蜂窝排列的其他实施方式的滤色器排列的主视图。
图17是具有两种基本排列图案的第7实施方式的滤色器排列的主视图。
图18是具有由对应于4×4像素的排列图案排列而成的基本排列图案的第8实施方式的滤色器排列的主视图。
图19是用于说明图18所示的基本排列图案的第1变形例的说明图。
图20是用于说明图18所示的基本排列图案的第2变形例的说明图。
图21是为了对具有以往的拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的课题进行说明而使用的图。
图22是为了对具有以往的拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的课题进行说明而使用的其他图。
具体实施方式
[数码相机的整体结构]
图1是具有本发明的彩色摄像元件的数码相机9(摄像装置)的框图。数码相机9大致具有：摄影光学系统10、彩色摄像元件12、摄影处理部14、图像处理部16、驱动部18以及控制部20等。
摄影光学系统10将被摄体像成像在彩色摄像元件12的摄像面上。 彩色摄像元件12是具有多个像素以及设置在各像素的受光面的上方的滤色器的、所谓的单板式彩色摄像元件，上述多个像素由二维排列在彩色摄像元件12的摄像面上的光电转换元件构成。在此，“～上”、“上方”是指被摄体光向彩色摄像元件12的摄像面入射的一侧的方向。
成像在彩色摄像元件12上的被摄体像通过各像素的光电转换元件而转换成对应于入射光量的信号电荷。蓄积于各光电转换元件的信号电荷基于驱动脉冲而作为对应于信号电荷的电压信号(图像信号)从彩色摄像元件12被依次读出，上述驱动脉冲是按照控制部20的指令而从驱动部18发出的。从彩色摄像元件12读出的图像信号是表示对应于彩色摄像元件12的滤色器排列的红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的马赛克图像的R、G、B信号。另外，彩色摄像元件12也可以是CCD(Charge Coupled Device)型摄像元件、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型摄像元件等其他种类的摄像元件。
从彩色摄像元件12读出的图像信号被输入到摄影处理部14(图像数据生成部)。摄影处理部14具有：用于去除图像信号中含有的复位噪声的相关双采样电路(CDS)；用于对图像信号进行放大并控制成一定电平的大小的AGC电路；以及A/D转换器。该摄影处理部14对输入的图像信号进行相关双采样处理并放大后，将转换成数字图像信号的RAW数据输出至图像处理部16。另外，在彩色摄像元件12为MOS型摄像元件的情况下，A/D转换器大多内置于摄像元件内，另外也存在不需要上述相关双采样的情况。
图像处理部16(图像数据生成部)具有白平衡校正电路、伽马校正电路、去马赛克算法处理电路(根据与单板式彩色摄像元件12的滤色器排列相伴的RGB的马赛克图像对应每个像素算出(以去马赛克算法的方式转换)RGB的全部颜色信息的处理电路)、亮度/色差信号生成电路、轮廓校正电路、颜色校正电路等。图像处理部16按照来自控 制部20的指令，对从摄影处理部14输入的马赛克图像的RAW数据实施所需的信号处理，从而生成对应每个像素都具有RGB的全部颜色信息的RGB像素信号，并据此生成由亮度数据(Y数据)以及色差数据(Cr、Cb数据)构成的图像数据(YUV数据)。
在图像处理部16生成的图像数据通过压缩/扩展处理电路，对静态图像实施符合JPEG规格的压缩处理，对动态图像实施符合MPEG2规格的压缩处理，然后，记录到未图示的记录介质(例如存储卡)中，另外，输出到液晶显示器等显示单元(未图示)而进行显示。另外，在本实施方式中，记录介质不限定于能够装卸于数码相机9，也可以是内置式的光磁记录介质，显示单元也不限定于设置在数码相机9上，也可以是连接于数码相机9的外部显示器。
[彩色摄像元件]
如图2所示，在彩色摄像元件12的摄像面上设有多个像素21，该多个像素21由二维排列在水平方向以及垂直方向上的光电转换元件PD构成。在此，水平方向相当于本发明的第一方向以及第二方向中的一方向，垂直方向相当于本发明的第一方向以及第二方向中的另一方向。
如图3所示，在彩色摄像元件12的摄像面上设有滤色器排列22，该滤色器排列22由配置在各像素21上的滤色器构成。滤色器排列22由红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的三原色的滤色器(以下称为R滤光片、G滤光片、B滤光片)23R、23G、23B构成。而且，在各像素21上配置RGB滤光片23R、23G、23B中的任一个滤光片。以下，将配置有R滤光片23R的像素称为“R像素”，将配置有G滤光片23G的像素称为“G像素”，将配置有B滤光片23B的像素称为“B像素”。
在此，G色相当于本发明的第一颜色，G滤光片23G相当于本发 明的第一滤光片。另外，R色以及B色相当于本发明的第二颜色，RB滤光片23R、23B相当于本发明的第二滤光片。以下，将属于第二颜色的滤光片的R滤光片23R以及B滤光片23B中的任一个滤光片都称为“RB滤光片”。
[第1实施方式的滤色器排列]
滤色器排列22具有下述特征(1)、(2)、(3)、(4)、(5)以及(6)。
〔特征(1)〕
如图3以及图4所示，滤色器排列22包含由对应于3×3像素的正方排列图案构成的基本排列图案P1，该基本排列图案P1在水平方向(H)以及垂直方向(V)上重复配置。因此，在滤色器排列22中，各颜色的R滤光片23R、G滤光片23G、B滤光片23B具有预定周期性地排列。因此，在对从彩色摄像元件12读出的R、G、B信号进行去马赛克算法处理等时，能够按照重复图案进行处理。其结果是，与以往的随机排列相比能够简化后段的处理。
另外，在以基本排列图案P1为单位进行间拔处理而缩小图像的情况下，能够使间拔处理后的滤色器排列与间拔处理前的滤色器排列相同，能够使用共通的处理电路。
基本排列图案P1具有与水平方向平行的G滤光片排列25、第一RGB滤光片排列26以及第二RGB滤光片排列27，并由各滤光片排列25～27排列在垂直方向上而构成(参照图4)。G滤光片排列25相当于本发明的第一滤光片排列，由三个G滤光片23G排列在水平方向上而构成。第一以及第二RGB滤光片排列26、27相当于本发明的第二滤光片排列，由RGB滤光片23R、23G、23B排列在水平方向上而构成。在各滤光片排列25～27中，以满足下述特征(2)～(6)的方式决定RGB滤光片23R、23G、23B的配置。
〔特征(2)〕
在滤色器排列22中，在其水平(H)、垂直(V)以及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内配置有G滤光片23G。在此，NE表示斜右上(左下)方向，相当于本发明的第三方向以及第四方向中的一方向。另外，NW表示斜右下(左上)方向，相当于本发明的第三方向以及第四方向中的另一方向。由于RGB滤光片23R、23G、23B为正方形形状，所以NE方向以及NW方向是相对于水平方向、垂直方向分别成45°的方向。另外，该角度能够根据RGB滤光片23R、23G、23B的水平方向、垂直方向的各边的长度的增减而增减。在采用例如正方形形状以外的矩形形状的滤色器的情况下，其对角线方向是倾斜方向(NE、NW方向)。另外，即使滤色器为正方形形状以外的矩形形状，在将该滤色器或者像素配置成正方格子状的情况下，NE方向以及NW方向也是相对于水平方向、垂直方向分别成45°的方向。此外，在多个像素以及滤色器排列成矩形格子状的情况下，该矩形格子的对角线方向对应于倾斜方向(NE、NW方向)。
G色的用于获得亮度(Y)信号的贡献率比R色、B色高。即，R色以及B色的贡献率比G色的贡献率低。具体地说明的话，上述图像处理部16根据对应每个像素都具有RGB全部的颜色信息的RGB像素信号，按照下述式(1)生成Y信号。下述式(1)是通过彩色摄像元件12生成Y信号通常所用的式子。在该式(1)中，由于G色对亮度信号的贡献率为60％，所以G色的贡献率比R色(贡献率30％)、B色(贡献率10％)的贡献率高。因此，G色是三原色中对亮度信号贡献最多的颜色。
Y＝0.3R+0.6G+0.1B···数学式(1)
由于这样的G滤光片23G配置在滤色器排列22的水平(H)、垂直(V)以及倾斜(NE，NW)方向的各滤光片行内，所以能够在输入 像中能够不受高频的方向影响地提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度。
〔特征(3)〕
与基本排列图案P1内的RGB滤光片23R、23G、23B对应的R像素、G像素、B像素的像素数分别是2像素、5像素、2像素。因此，RGB像素的各像素数的比率是2：5：2，所以为了获得亮度信号贡献最多的G像素的像素数的比率大于R像素、B像素各自的像素数的比率。
如此，G像素的像素数与R、B像素的各像素数的比率不同，尤其是使为了获得亮度信号贡献最多的G像素的像素数的比率大于R、B像素的各像素数的比率，所以能够抑制去马赛克算法处理时的混淆，并且高频再现性也良好。另外，G、R、B的像素的比率与拜耳排列中的比率接近，颜色再现性也良好。
〔特征(4)〕
基本排列图案P1包含G滤光片组29，该G滤光片组29包含G滤光片排列25的各G滤光片23G以及与其相邻的第一RGB滤光片排列26内的G滤光片23G。取出与该G滤光片组29对应的各G像素，并求出水平方向(H)的G像素的像素值的差的绝对值、垂直方向(V)的G像素的像素值的差的绝对值，由此能够判断出在水平方向(H)以及垂直方向(V)中的差的绝对值较小的方向上具有相关性。其结果是，在滤色器排列22中，能够使用最小像素间隔的G像素的信息，判别水平方向(H)以及垂直方向(V)中的相关性高的方向。该方向判别结果能够使用于根据周围的像素进行插值的处理(去马赛克算法处理)。另外，在该情况下，也可以在例如上述的去马赛克算法处理电路(图像处理部16)内设置方向判别处理部，通过该方向判别处理部进行方向判别。
〔特征(5)、(6)〕
如图5A所示，在第一以及第二RGB滤光片排列26、27(参照图4)内，R滤光片23R以及B滤光片23B彼此相邻地配置。另外，第一RGB滤光片排列26内的RB滤光片23R、23B的各位置与第二RGB滤光片排列26内的RB滤光片23R、23B的各位置在水平方向(H)上错开一个像素间隔量地配置。在此，“像素间隔”是指，基准像素(一个像素)的中心点到相邻像素的中心点的像素间隔(间距)。由此，在基本排列图案P1内的三个垂直方向(V)的滤光片行中的一个滤光片行L1内包含R滤光片23R以及B滤光片23B两者，在剩下的滤光片行L1’内包含R滤光片23R或者B滤光片23B中的任一方(特征(5))。其结果是，在滤色器排列22中，垂直方向(V)的滤光片行L1在水平方向(H)上等间隔地设置。
如图5B所示，在基本排列图案P1的三个水平方向(H)的滤光片行中的两个滤光片行L2(第一以及第二RGB滤光片排列26、27)内包含R滤光片23R以及B滤光片23B两者，此外，在剩下的一个滤光片行L2’内不包含R滤光片23R以及B滤光片23B(特征(6))。其结果是，在滤色器排列22中，水平方向(H)的滤光片行L2在垂直方向(V)上等间隔地设置。
此时，为了减少彩色莫尔条纹(伪色)的产生，优选在基本排列图案P1内分别将R滤光片23R以及B滤光片23B配置在滤色器排列22的水平方向(H)以及垂直方向(V)的各滤光片行内。但是，对于与未配置在滤光片行L1’内的R滤光片23R或者B滤光片23B对应的像素(像素值)，例如能够通过下述方法求出：利用根据来自上述相邻的G像素组(与G滤光片组29对应的G像素)的输出信号值进行了方向判别的结果等，根据与相邻的滤光片行L1、L1’内的R滤光片23R或者B滤光片23B对应的像素进行插值处理。另外，对于与未配置在滤光片行L2’内的RB滤光片23R、23B对应的像素的像素值(像素值)，例如也能够通过下述方法求出：利用根据来自G像素组的输 出信号值进行了方向判别的结果等，根据与相邻的滤光片行L2内的RB滤光片23R、23B对应的像素进行插值处理。
如此，即使在滤色器排列22中包含滤光片行L1’、L2’，也可以在一定程度上减少彩色莫尔条纹(伪色)的产生。其结果是，在将用于抑制伪色的产生的光学低通滤光片(LPF)配置在从摄影光学系统10到彩色摄像元件12的摄像面为止的光路的情况下，可以在一定程度上减少伪色的产生，所以能够配置将高频成分截止的作用较弱的光学低通滤光片，或者也可以不设置光学低通滤光片。由此，能够不有损分辨率。
〔其他特征〕
如图6所示，当将基本排列图案P1沿水平方向(H)以及垂直方向(V)分别各移动了一个像素而得到的基本排列图案设为P1’、并将分别各移动了两个像素而得到的基本排列图案设为P1”时，将这些基本排列图案P1’、P1”在水平方向(H)以及垂直方向(V)上重复配置，也能构成相同的滤色器排列22。如此，能够构成如图3所示的滤色器排列22的基本排列图案存在多个。在第1实施方式中，为了方便将图3以及图4所示的基本排列图案P1称为基本排列图案。
如以上那样，本发明的滤色器排列22具有特征(1)～特征(6)，所以能够简化后段的去马赛克算法处理、提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度、抑制去马赛克算法处理时的混淆以及提高高频再现性、防止分辨率的下降。尤其是在本发明中，以对应于3×3像素的排列图案、并且以滤色器排列22满足上述特征(1)～(6)的方式确定构成滤色器排列22的基本排列图案P1。该基本排列图案P1(即，构成滤色器排列22的重复排列图案)的尺寸越小，则越能够更简单地进行去马赛克算法等的信号处理。因此，本发明的彩色摄像元件12与采用了由尺寸较大的重复排列图案构成滤色器排列的上述专利文献4的彩色摄像元件等的情况相比，能够进一步简化后段的处理。另外， 同样在上述专利文献4中，如图7A所示的滤色器排列C1那样，在从第一方向(水平方向)以及第二方向(垂直方向)观察R像素以及B像素的情况下，在六个像素(六个像素量的间隔)中分别配置有三个像素(例如被阴影显示的R像素)。因此，相同颜色的像素间隔为两个像素间隔(2P)，所以无法再现一个像素间隔的高频输入。与此相对，如图7B所示，在本实施例中，在从第一方向(水平方向)以及第二方向(垂直方向)观察R像素以及B像素的情况下，在三个像素(三个像素量的间隔)中配置有两个像素，相同颜色的像素间隔为一个像素间隔(1P)与两个像素间隔(2P)的重复。因此，与采用专利文献4的彩色摄像元件等的情况相比，能够更高质量地进行再现。
[第2实施方式的彩色摄像元件]
接着，采用图8对本发明的第2实施方式的彩色摄像元件进行说明。另外，第2实施方式的彩色摄像元件除了具有滤色器排列30以外，是与上述第1实施方式基本相同的结构，上述滤色器排列30具有与上述第1实施方式的滤色器排列22不同的排列图案。因此，对与上述第1实施方式在功能、结构上相同的部分，标注相同的附图标记并省略其说明。
[第2实施方式的滤色器排列]
滤色器排列30包含将RGB滤光片23R、23G、23B以对应于3×3像素的排列图案排列而成的基本排列图案P2，该基本排列图案P2在水平方向(H)以及垂直方向(V)上重复配置。因此，滤色器排列30具有上述特征(1)。
基本排列图案P2与第1实施方式的基本排列图案P1同样地由上述各滤光片排列25～27构成。但是，在基本排列图案P2中，在第一RGB滤光片排列26与第二RGB滤光片排列27之间配置有G滤光片排列25。
在这样的滤色器排列30中，在其水平(H)、垂直(V)以及倾斜(NE，NW)方向的各滤光片行内配置有一个以上的G滤光片23G。另外，基本排列图案P2内的RGB像素的各像素数的比率也是2：5：2。因此，滤色器排列30具有上述特征(2)、(3)。
基本排列图案P2包含G滤光片组31(在图中通过阴影表示)，该G滤光片组31包含G滤光片排列25的各G滤光片23G以及与其相邻的第一以及第二RGB滤光片排列26、27内的G滤光片23G。由此，与第1实施方式相同，能够通过求出水平、垂直方向(H、V)的G像素的像素值的差的绝对值，从而判别出这些各方向中的相关性高的方向。因此，滤色器排列30具有上述特征(4)。
另外，由于基本排列图案P2与第1实施方式相同，由G滤光片排列25、第一以及第二RGB滤光片排列26、27构成，所以具有与第1实施方式的滤色器排列22相同的特征(5)、(6)。
如以上那样，由于第2实施方式的滤色器排列30与第1实施方式相同，也具有上述特征(1)～(6)，所以能够得到与第1实施方式的滤色器排列22相同的效果。
〔其他基本排列图案的变形例〕
滤色器排列(基本排列图案)的排列图案能够在满足上述特征(2)～(6)的范围内适当变更。例如，也可以由基本排列图案P1a构成滤色器排列，该基本排列图案P1a如图9的(A)部、(B)部所示地使基本排列图案P1旋转90°而形成。
另外，如图9的(C)部、(D)部所示，也可以由RGB滤光片23R、23G、23B的配置与基本排列图案P1为镜像关系的基本排列图案P1b、或者使基本排列图案P1b旋转180°而形成的基本排列图案P1c等构成滤色器排列。此外，虽省略图示，但也可以使各基本排列图案P1、 P1a～P1c内的R滤光片23R与B滤光片23B的位置关系颠倒。另外，后述的第3实施方式之后的各实施方式也相同。
＜第一滤光片(第一颜色)的条件＞
在上述各实施方式中，将G色的G滤光片23G作为具有本发明的第一颜色的第一滤光片举例进行了说明，但代替G滤光片23G、或者代替G滤光片23G的一部分，采用满足下述条件(1)至条件(4)中的任一个条件的滤光片也可以得到相同的效果。
〔条件(1)〕
条件(1)是：用于获得亮度信号的贡献率为50％以上。该贡献率50％是为了区分本发明的第一颜色(G色等)与第二颜色(R、B色等)而设定的值，是以“第一颜色”包含用于获得亮度数据的贡献率与R色、B色等相比相对高的颜色的方式设定的值。G色的贡献率如上述式(1)所示为60％，所以满足条件(1)。另外，G色以外的颜色的贡献率也能够通过实验、模拟取得。因此，在G色以外也能够采用具有贡献率为50％以上的颜色的滤光片作为本发明的第一滤光片。另外，贡献率小于50％的颜色是本发明的第二颜色(R色、B色等)，具有该颜色的滤光片是本发明的第二滤光片。
〔条件(2)〕
条件(2)是：滤光片的透过率的峰值处于波长为480nm以上且570nm以下的范围内。滤光片的透过率采用由例如分光光度计测定出的值。该波长范围是用于区分本发明的第一颜色(G色等)与第二颜色(R、B色等)而设定的范围，是以不包含上述贡献率相对低的R色、B色等的峰值、并且包含贡献率相对高的G色等的峰值的方式设定的范围。因此，能够采用透过率的峰值处于波长为480nm以上且570nm以下的范围内的滤光片作为第一滤光片。另外，透过率的峰值处于波长为480nm以上且570nm以下的范围外的滤光片构成本发明的第二滤光片(R滤光片23R、B滤光片23B)。
〔条件(3)〕
条件(3)是：在波长为500nm以上且560nm以下的范围内的透过率比第二滤光片(R滤光片23R、B滤光片23B)的透过率高。在该条件(3)中，滤光片的透过率也采用由例如分光光度计测定出的值。该条件(3)的波长范围也是用于区分本发明的第一颜色(G色等)与第二颜色(R、B色等)而设定的范围，是具有与R色、B色相比上述贡献率相对高的颜色的滤光片的透过率比RB滤光片23R、23B等的透过率高的范围。因此，能够采用透过率在波长为500nm以上且560nm以下的范围内相对高的滤光片作为第一滤光片，采用透过率相对低的滤光片作为第二滤光片。
〔条件(4)〕
条件(4)是：采用包含三原色中对亮度信号贡献最多的颜色(例如RGB中的G色)和不同于该三原色的颜色的两种颜色以上的滤光片作为第一滤光片。在该情况下，对应于第一滤光片的各颜色以外的颜色的滤光片构成第二滤光片。
[第3实施方式的彩色摄像元件]
接着，使用图10对本发明的第3实施方式的彩色摄像元件进行说明。另外，第3实施方式的彩色摄像元件除了不但具有RGB像素还具有接受白色光(可见光的波长区域的光)的白色像素(也称为透明像素)之外，是与上述第1实施方式基本相同的结构。因此，对与上述第1实施方式在功能、结构上相同的部分，标注相同的附图标记并省略其说明。
[第3实施方式的滤色器排列]
第3实施方式的彩色摄像元件具有与第1实施方式不同的滤色器排列36。滤色器排列36包含将上述RGB滤光片23R、23G、23B以及透明滤光片23W(第一滤光片)以对应于3×3像素的排列图案排列而 成的基本排列图案P3，该基本排列图案P3在水平以及垂直方向(H、V)上重复配置。因此，滤色器排列36具有上述特征(1)。
基本排列图案P3具有将基本排列图案P1的一部分的G滤光片23G置换成透明滤光片23W的排列图案。例如在本实施方式中，将位于G滤光片排列25的水平方向的两端的G滤光片23G置换成透明滤光片23W。如此，在第3实施方式的彩色摄像元件中，将G像素的一部分置换成白色像素。由此，能够实现高灵敏度化，另外通过留下G像素，即使像素尺寸微型化，也能够抑制颜色再现性的劣化。
透明滤光片23W是透明色(第一颜色)的滤光片。透明滤光片23W能够透过与可见光的波长区域对应的光，例如是RGB各颜色的光的透过率为50％以上的滤光片。由于透明滤光片23W的透过率比G滤光片23G高，所以用于获得亮度信号的贡献率以比G色(60％)高，满足上述条件(1)。
在表示滤色器排列36的分光灵敏度特性的图11中，透明滤光片23W的透过率的峰值(白色像素的灵敏度的峰值)处于波长为480nm以上且570nm以下的范围内。另外，透明滤光片23W的透过率在波长500nm以上且560nm以下的范围内，比RB滤光片23R、23B的透过率高。因此，透明滤光片23W也满足上述条件(2)、(3)。另外，G滤光片23G也与透明滤光片23W相同，满足上述条件(1)～(3)。
如此，透明滤光片23W满足上述条件(1)～(3)，所以能够作为本发明的第一滤光片而使用。另外，在滤色器排列36中，由于将与RGB的三原色中对亮度信号贡献最多的G色对应的G滤光片23G的一部分置换成透明滤光片23W，所以满足上述条件(4)。
返回到图10，滤色器排列36如上所述，除了将G滤光片23G的一部分置换成透明滤光片23W以外，基本上与第1实施方式的滤色器 排列22相同，所以具有与第1实施方式相同的特征(2)～(6)。因此，可以得到与在第1实施方式中所说明的效果相同的效果。
另外，透明滤光片23W的配置、个数不限定于图10所示的实施方式，也可以适当变更。在该情况下，若包含G滤光片23G以及透明滤光片23W的第一滤光片在滤色器排列36的水平方向(H)、垂直方向(V)、倾斜方向(NE、NW)的各方向的行上包含一个以上，则满足上述特征(2)。
[第4实施方式的彩色摄像元件]
接着，使用图12对本发明的第4实施方式的彩色摄像元件进行说明。另外，第4的实施方式的彩色摄像元件除了具有两种G像素以外，是与上述第1实施方式基本相同的结构。因此，与上述第1实施方式在功能、结构上相同的部分，标注相同的附图标记并省略其说明。
[第4实施方式的滤色器排列]
第4实施方式的彩色摄像元件具有与第1实施方式不同的滤色器排列40。滤色器排列40包含将R滤光片23R、第一G滤光片23G1以及第二G滤光片23G2(第一滤光片)、B滤光片23B以对应于3×3像素的排列图案排列而成的基本排列图案P4，该基本排列图案P4在水平以及垂直方向(H、V)上重复配置。因此，滤色器排列40具有上述特征(1)。
基本排列图案P4具有将第1实施方式的基本排列图案P1的各G滤光片23G置换成第一G滤光片23G1或者第二G滤光片23G2的排列图案。例如在本实施方式中，将位于G滤光片排列25的水平方向的两端的G滤光片23G置换成第二G滤光片23G2，将位于水平方向的中央的G滤光片23G置换成第一G滤光片23G1。另外，将第一以及第二RGB滤光片排列26、27的G滤光片23G置换成第一G滤光片23G1。
第一G滤光片23G1使第一波长区域的G光透过，第二G滤光片23G2使与第一G滤光片23G1相关性高的第二波长区域的G光透过(参照图13)。作为第一G滤光片23G1，能够采用现有的G滤光片(例如第1实施方式的G滤光片23G)。另外，作为第二G滤光片23G2，能够采用与第一G滤光片23G1相关性高的滤光片。在该情况下，第二G滤光片23G2的分光灵敏度曲线的峰值优选处于例如波长为500nm至535nm的范围(现有的G滤光片的分光灵敏度曲线的峰值的附近)内。另外，决定四种颜色的滤色器的方法可以采用例如日本特开2003－284084号所记载的方法。
如此，通过第4实施方式的彩色摄像元件取得的图像的颜色为四种，通过增加取得的颜色信息，与仅取得三种颜色(RGB)的情况相比，能够更准确地表现颜色。即，能够将眼睛看起来不一样的颜色再现为不一样的颜色，且能够将看起来相同的颜色再现为相同的颜色(提高“颜色的判别性”)。
由于第一以及第二G滤光片23G1、23G2的透过率与第1实施方式的G滤光片23G的透过率基本相同，所以用于获得亮度信号的贡献率高于50％。因此，第一以及第二G滤光片23G1、23G2满足上述条件(1)。
另外，在表示滤色器排列40的分光灵敏度特性的图13中，各G滤光片23G1、23G2的透过率的峰值(各G像素的灵敏度的峰值)处于波长为480nm以上且570nm以下的范围内。各G滤光片23G1、23G2的透过率在波长500nm以上且560nm以下的范围内，比RB滤光片23R、23B的透过率高。因此，各G滤光片23G1、23G2也满足上述条件(2)、(3)。
返回到图12，滤色器排列40如上所述，除了具有各G滤光片23G1、 23G2以外，基本上与第1实施方式的滤色器排列22相同，所以具有与第1实施方式相同的特征(2)～(6)。因此，可以得到与在第1实施方式中所说明的效果相同的效果。
另外，各G滤光片23G1、23G2的配置、个数不限定于图12所示的实施方式，也可以适当变更。另外，也可以将G滤光片的种类增加到三种以上。
[第5实施方式的彩色摄像元件]
接着，使用图14对本发明的第5实施方式的彩色摄像元件进行说明。另外，第5的实施方式的彩色摄像元件除了不仅具有RGB像素还具有接受与本发明的第四颜色对应的翠绿(E)色的光的E像素以外，是与上述第1实施方式基本相同的结构。因此，对与上述第1实施方式在功能、结构上相同的部分，标注相同的附图标记并省略其说明。
[第5实施方式的滤色器排列]
第5实施方式的彩色摄像元件具有与第1实施方式不同的滤色器排列44。滤色器排列44包含将上述RGB滤光片23R、23G、23B以及E滤光片23E(第一滤光片)以对应于3×3像素的排列图案排列而成的基本排列图案P5，该基本排列图案P5在水平以及垂直方向(H、V)上重复配置。因此，滤色器排列44具有上述特征(1)。
基本排列图案P5具有将图10所示的第3实施方式的基本排列图案P3的透明滤光片23W置换成E滤光片23E的排列图案。如此，通过采用将G滤光片23G的一部分置换成E滤光片23E的四种颜色的滤色器排列44，从而能够提高亮度高的区域成分的再现、减少锯齿，并且能够提高分辨率。
在表示滤色器排列44的分光灵敏度特性的图15中，E滤光片23E的透过率的峰值(E像素的灵敏度的峰值)处于波长为480nm以上且 570nm以下的范围内。另外，E滤光片23E的透过率在波长为500nm以上且560nm以下的范围内，比RB滤光片23R、23B的透过率高。因此，E滤光片23E满足上述条件(2)、(3)。另外，在滤色器排列44中，将与RGB的三原色中对亮度信号贡献最多的G色对应的G滤光片23G置换成E滤光片23E，所以也满足上述条件(4)。
另外，在图15所示的分光特性中，E滤光片23E与G滤光片23G相比在短波长侧具有峰值，但有时与G滤光片23G相比也在长波长侧具有峰值(看起来稍微接近黄色的颜色)。如此，作为E滤光片23E，能够适当选择满足本发明的各条件的滤光片，例如也能够选择满足条件(1)的E滤光片23E。
返回到图14，滤色器排列44如上所述，除了将G滤光片23G的一部分置换成E滤光片23E以外，基本上与第1实施方式的滤色器排列22相同，所以具有与第1实施方式相同的特征(2)～(6)。因此，可以得到与在第1实施方式中所说明的效果相同的效果。
另外，E滤光片23E的配置、个数也可以变更成与图14所示的实施方式不同的配置、个数。在该情况下，若包含G滤光片23G以及E滤光片23E的第一滤光片在滤色器排列44的水平方向(H)、垂直方向(V)、倾斜方向(NE、NW)的各方向的行上包含一个以上，则满足上述特征(2)。
另外，在上述第5实施方式中，采用E滤光片23E作为本发明的第一滤光片，但在E滤光片23E中也有不满足例如上述条件(1)～(4)的滤光片。因此，也可以采用这样的E滤光片23E作为本发明的第二滤光片。
[第6实施方式的彩色摄像元件(滤色器排列)]
接着，使用图16对本发明的第6实施方式的彩色摄像元件进行说 明。该第6实施方式的彩色摄像元件除了RGB像素二维排列在倾斜方向(NE、NW)上以外，是与上述第1实施方式的彩色摄像元件基本相同的结构。因此，对与上述第1实施方式在功能、结构上相同的部分，标注相同的附图标记并省略其说明。
第6实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列48包含将RGB滤光片23R、23G、23B沿倾斜方向(NE、NW)二维排列而成的所谓蜂窝排列状的基本排列图案P6，并且基本排列图案P6也可以是在倾斜方向(NE、NW)上重复地配置的排列图案。在该情况下，倾斜方向(NE、NW)是本发明的第一以及第二方向，水平、垂直方向(H、V)是本发明的第三以及第四方向。
由于这样的滤色器排列48是使第1实施方式的滤色器排列22绕摄影光学系统10的光轴旋转45°的排列图案，所以具有与上述第1实施方式相同的特征(1)～(6)。另外，虽省略图示，但其他实施方式的基本排列图案P2～P8(基本排列图案P7、P8后述)也可以相同地设为蜂窝排列。
[第7实施方式的彩色摄像元件(滤色器排列)]
接着，使用图17对本发明的第7实施方式的彩色摄像元件进行说明。上述第1实施方式的彩色摄像元件12具有将相同的基本排列图案P1在水平、垂直方向(H、V)上重复配置而成的滤色器排列22，但是第7实施方式的彩色摄像元件具有由两种基本排列图案构成的滤色器排列50。
滤色器排列50包含将RGB滤光片23R、23G、23B以对应于3×3像素的排列图案排列而成的两种基本排列图案P1、P7，两基本排列图案P1、P7在水平以及垂直方向(H、V)上分别交替地重复配置。基本排列图案P7除了RB滤光片23R、23B的位置关系颠倒以外，具有与基本排列图案P1相同的排列图案。
两种基本排列图案P1、P7在滤色器排列50内，在水平以及垂直方向(H、V)上彼此相邻地配置。因此，滤色器排列50也能够作为由2×2的基本排列图案P1、P7构成的基本排列图案P8在水平以及垂直方向(H、V)上重复配置的结构。因此，滤色器排列50满足上述特征(1)。
此时，基本排列图案P8是对应于6×6像素的排列图案，但由于由两种基本排列图案P1、P7构成，所以在进行R、G、B信号的去马赛克算法处理等时，能够分别按照与基本排列图案P1、P7对应的重复图案进行处理。其结果是，即使基本排列图案P8的尺寸变大，与以往的随机排列相比也能够减小后段的处理电路的电路规模，能够简化后段的处理。
由于基本排列图案P1、P7的G滤光片23G的配置相同，所以在滤色器排列50的水平(H)、垂直(V)以及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内配置有G滤光片23G。其结果是，滤色器排列50具有上述特征(2)。
另外，基本排列图案P1、P7、P8各自的RGB像素的像素数的比率为2：5：2，并且在基本排列图案P1、P7中分别包含上述G滤光片组29(参照图4)。此外，基本排列图案P7除了RB滤光片23R、23B的配置颠倒以外，是与基本排列图案P1相同的排列图案。因此，滤色器排列50具有上述特征(3)、(4)、(6)。
〔特征(5’)〕
由于基本排列图案P1与基本排列图案P7除了RB滤光片23R、23B的配置颠倒以外，基本上是相同的排列图案，所以RB滤光片23R、23B在由两基本排列图案P1、P7构成的基本排列图案P8(滤色器排列50)的垂直方向(V)的各滤光片行上分别包含一个以上(特征(5’))。 如上所述，优选为了减少彩色莫尔条纹(伪色)的产生，RB滤光片23R、23B分别配置在基本排列图案内的水平、垂直方向(H、V)的各滤光片行内。因此，通过采用由基本排列图案P8构成的滤色器排列50，与第1实施方式相比能够抑制彩色莫尔条纹(伪色)的产生，能够配置截止高频成分的作用更弱的光学低通滤光片。由此，能够不有损分辨率。或者，由于可以一定程度地减少彩色莫尔条纹(伪色)的产生，所以也可以不配置光学低通滤光片。
如以上那样，由于本发明的滤色器排列50除了上述特征(1)～(4)、(6)，还具有特征(5’)，所以能够简化后段的去马赛克算法处理、提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度、抑制去马赛克算法处理时的混淆以及提高高频再现性、实现高分辨率、提高RB像素的去马赛克算法处理的精度、判别相关性高的方向。
[第8实施方式的滤色器排列)]
接着，使用图18对本发明的第8实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列54进行说明。构成上述各实施方式的滤色器排列的基本排列图案P1～P7是对应于3×3像素的排列图案，但滤色器排列54是由对应于4×4像素地排列而成的基本排列图案P9构成的。另外，第8实施方式的彩色摄像元件除了具有与上述第1实施方式不同的滤色器排列54以外，是与上述第1实施方式基本相同的结构。因此，对与上述第1实施方式在功能、结构上相同的部分，标注相同的附图标记并省略其说明。
滤色器排列54包含将RGB滤光片23R、23G、23B以对应于4×4像素的排列图案排列而成的基本排列图案P9，该基本排列图案P9在水平方向(H)以及垂直方向(V)上重复配置。因此，滤色器排列54具有上述特征(1)。
基本排列图案P9具有G滤光片排列55、第一RGB滤光片排列 56、第二RGB滤光片排列57、第三RGB滤光片排列58，并且由各滤光片排列55～58排列在垂直方向上而构成。G滤光片排列55(第一滤光片排列)使四个G滤光片23G排列在水平方向(H)上而构成。各RGB滤光片排列56～58(第二滤光片排列)使两个G滤光片23G、一个R滤光片23R、一个B滤光片23B排列在水平方向上而构成。由此，滤色器排列54具有上述特征(6)。
各滤光片排列55～58内的G滤光片23G的配置被调整为，在滤色器排列54的水平(H)、垂直(V)以及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内配置有一个以上的G滤光片23G。由此，滤色器排列54具有上述特征(2)。另外，由于基本排列图案P9内的RGB像素的各像素的比率为3：10：3，所以滤色器排列54具有上述特征(3)。
基本排列图案P9包含G滤光片组59，该G滤光片组59包含G滤光片排列55的各G滤光片23G以及与其相邻的第一RGB滤光片排列56内的G滤光片23G。由此，与第1实施方式相同，能够判别出水平、垂直方向(H、V)的各方向中相关性高的方向。因此，滤色器排列54具有上述特征(4)。
〔特征(5”)〕
在各RGB滤光片排列56～58内，在R滤光片23R与B滤光片23B之间配置有G滤光片23G。另外，在各RGB滤光片排列56～58内，RB滤光片23R、23B的位置分别对应每列错开配置，并且B滤光片23B的位置对应每列错开配置。即，相同颜色的R滤光片23R、B滤光片23B分别不会沿着垂直方向(V)的滤光片行配置两个以上。由此，在基本排列图案P1内的四个垂直方向(V)的滤光片行中的两个滤光片行L1内包含R滤光片23R以及B滤光片23B两者，在剩下的两个滤光片行L1’内包含R滤光片23R或者B滤光片23B中的任一方(特征(5”))。
如此，基本排列图案P9与第1实施方式的基本排列图案P1相比分别包含RB滤光片23R、23B的滤光片行L1的比例大。因此，通过采用由基本排列图案P9构成的滤色器排列54，与第1实施方式的滤色器排列22相比能够抑制彩色莫尔条纹(伪色)的产生。其结果是，能够配置截止高频成分的作用更弱的光学低通滤光片，或者也可以不配置光学低通滤光片。
如以上那样，由于本发明的滤色器排列54除了上述特征(1)～(4)、(6)，还具有特征(5”)，所以能够简化后段的去马赛克算法处理、提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度、抑制去马赛克算法处理时的混淆以及提高高频再现性、实现高分辨率、提高RB像素的去马赛克算法处理的精度、判别相关性高的方向。
另外，对应于4×4像素的尺寸的基本排列图案P9的尺寸比第1实施方式的基本排列图案P1的尺寸大，但比上述专利文献4的重复排列图案的尺寸小，所以与采用专利文献4的彩色摄像元件等的情况相比，能够进一步简化后段的处理。此外，在从第一方向(水平方向)以及第二方向(垂直方向)观察R像素以及B像素的情况下，相同颜色的像素间隔与图7A以及图7B所示的第1实施方式相同，构成一个像素间隔(1P)与两个像素间隔(2P)的重复。因此，与采用专利文献4的彩色摄像元件等的情况相比，能够更高质量地进行再现。
另外，在满足上述特征(2)～(4)、(5”)、(6)的范围内，也可以适当变更构成基本排列图案的各RGB滤光片排列56～58内的RGB滤光片23R、23G、23B的配置。
例如，图19所示的基本排列图案P10具有G滤光片排列55、第一RGB滤光片排列61、第二RGB滤光片排列62、第三RGB滤光片排列63。在各RGB滤光片排列61～63内，R滤光片23R以及B滤光片23B彼此相邻地配置。此外，各RGB滤光片排列61～63内的RB 滤光片23R、23B的各位置分别对应每列在水平方向(H)上错开一个像素间隔量地配置。即，基本排列图案P10是增大了第1实施方式的基本排列图案P1的尺寸的排列图案。
另外，图20所示的基本排列图案P11除了具有与基本排列图案P9不同的第一RGB滤光片排列65之外，是与基本排列图案P9相同的结构。第一RGB滤光片排列65是使第二RGB滤光片排列57中的RB滤光片23R、23B的位置关系颠倒的排列。
由于由这样的基本排列图案P10、P11构成的滤色器排列也满足上述特征(1)～(4)、(5”)、(6)，所以可以得到与采用了滤色器排列54的情况相同的效果。另外，虽省略图示，也可以如例如图8所示的滤色器排列30那样，在各RGB滤光片排列之间设置G滤光片排列55。
[其他]
在上述第1实施方式等中，对由原色RGB的滤色器构成的滤色器排列进行了说明，但本发明也能够适用于例如在原色RGB的互补色即C(青色)、M(品红色)、Y(黄色)中加入G的四种颜色的互补色系的滤色器的滤色器排列。在该情况下，也将满足上述条件(1)～(4)中的任一个条件的滤色器作为本发明的第一滤光片，将其他滤色器作为第二滤色器。
另外，本发明的彩色摄像元件的滤色器排列不限定于上述实施方式，当然在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形。例如也可以对上述各实施方式的滤色器排列进行适当组合。另外，作为本发明的第一滤光片，也可以使用将G滤光片23G、透明滤光片23W、第一以及第二G滤光片23G1、23G2、E滤光片23E等的至少任意两种组合而成的滤光片，或者也可以使用满足上述条件(1)～(4)中的任一个条件的其他颜色的滤光片。此外，作为本发明的第二滤光片，也 可以采用RB滤光片23R、23B以外的颜色的滤光片。
在上述各实施方式中，对基本排列图案具有对应于3×3像素的排列图案、或者对应于4×4像素的排列图案的情况进行了说明，但基本排列图案也可以是对应于N×N(N为3以上的自然数)像素的排列图案。另外，N优选为4以下，进一步优选为N＝3。这是因为如上所述，若基本排列图案的尺寸变大，则去马赛克算法等的信号处理复杂化，与此相对无法得到增大尺寸所带来的特殊的效果。
在上述各实施方式中，对搭载于数码相机的彩色摄像元件进行了说明，但也能够将本发明适用于搭载于例如智能手机、手机、PDA等具有摄影功能的各种电子产品(摄像装置)的彩色摄像元件。
附图标记说明
9…数码相机，12…彩色摄像元件，21…光电转换元件，22、30、36、40、44、48、50…滤色器排列，23R…R滤光片，23G…G滤光片，23G1…第一G滤光片，23G2…第二G滤光片，23B…B滤光片，23W…透明滤光片，23E…E滤光片，P1～P8…基本排列图案