彩色摄像元件及摄像装置.pdf

本发明提供能够降低伪色的发生和实现高分辨率化并且与以往的随机排列相比能够使后段的处理简化的彩色摄像元件和使用了这种彩色摄像元件的摄像装置。由在水平方向和垂直方向上重复配置的基本排列图案(P1)构成彩色摄像元件(12)的滤色器排列(22)。由沿水平方向和垂直方向以与5×5像素对应的排列图案排列的RGB滤光片(23R、23G、23B)构成基本排列图案(P1)。使G像素的总像素数的比率大于RB的各色的像素数的比率。G滤光片(23G)配置于滤色器排列(22)的水平、垂直和倾斜方向上的各行内。R、B滤光片(23R、23B)在基本排列图案(P1)内在滤色器排列的水平、垂直方向的各滤光片行内分别配置一个以上。在R、B滤光片(23R、23B)各自的水平方向、垂直方向、倾斜方向的各方向上相邻配置不同颜色的滤光片。

权利要求书1.  一种彩色摄像元件，是在由排列于第一方向和与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，所述滤色器的排列包含将所述滤色器沿所述第一方向和第二方向以与N×N像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案沿所述第一方向和第二方向重复配置，其中N为5以上的奇数，所述滤色器包括与一种颜色以上的第一色对应的第一滤光片和与用于得到亮度信号的贡献率比所述第一色低的两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片，并且与所述第一滤光片对应的所述第一色的总像素数的比率大于与所述第二滤光片对应的所述第二色的各色的像素数的比率，所述第一滤光片在所述滤色器的排列的包括所述第一方向、所述第二方向、相对于所述第一方向和第二方向倾斜的第三方向和第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所述第二色的各色的所述第二滤光片分别在所述基本排列图案内的所述第一方向和第二方向的各滤光片行内各配置有一个，在所述滤色器的排列内，至少一种颜色的所述第二滤光片在其所述第一方向到所述第四方向的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的所述第二滤光片或者所述第一滤光片。2.  一种彩色摄像元件，是在由排列于第一方向和与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，所述滤色器的排列包含将所述滤色器沿所述第一方向和第二方向以与N×N像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案沿所述第一方向和第二方向重复配置，其中N为5以上的奇数，所述滤色器包括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色对应的第一滤光片和透过率的 峰值处于所述范围外的与两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片，并且与所述第一滤光片对应的第一色的总像素数的比率大于与所述第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率，所述第一滤光片在所述滤色器的排列的包括所述第一方向、所述第二方向、相对于所述第一方向和第二方向倾斜的第三方向和第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所述第二色的各色的所述第二滤光片分别在所述基本排列图案内的所述第一方向和第二方向的各滤光片行内各配置有一个，在所述滤色器的排列内，至少一种颜色的所述第二滤光片在其所述第一方向到所述第四方向的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的所述第二滤光片或者所述第一滤光片。3.  一种彩色摄像元件，是在由排列于第一方向和与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，所述滤色器的排列包含将所述滤色器沿所述第一方向和第二方向以与N×N像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案沿所述第一方向和第二方向重复配置，其中N为5以上的奇数，所述滤色器包括与一种颜色以上的第一色对应的第一滤光片和在波长为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色对应的第二滤光片，并且与所述第一滤光片对应的第一色的总像素数的比率大于与所述第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率，所述第一滤光片在所述滤色器的排列的包括所述第一方向、所述第二方向、相对于所述第一方向和第二方向倾斜的第三方向和第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所述第二色的各色的所述第二滤光片分别在所述基本排列图案内的所述第一方向和第二方向的各滤光片行内各配置有一个，在所述滤色器的排列内，至少一种颜色的所述第二滤光片在其所述第一方向到所述第四方向的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光 片不同的所述第二滤光片或者所述第一滤光片。4.  一种彩色摄像元件，是在由排列于第一方向和与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，所述滤色器的排列包含将所述滤色器沿所述第一方向和第二方向以与N×N像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案沿所述第一方向和第二方向重复配置，其中N为5以上的奇数，所述滤色器包括：与包含三原色中对亮度信号贡献最大的颜色和颜色与所述三原色不同的第四色在内的两种颜色以上的第一色对应的第一滤光片以及与所述第一色以外的两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片，并且与所述第一滤光片对应的所述第一色的各色的总像素数的比率大于与所述第二滤光片对应的所述第二色的各色的像素数的比率，所述第一滤光片在所述滤色器的排列的包括所述第一方向、所述第二方向、相对于所述第一方向和第二方向倾斜的第三方向和第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，所述第二色的各色的所述第二滤光片分别在所述基本排列图案内的所述第一方向和第二方向的各滤光片行内各配置有一个，在所述滤色器的排列内，至少一种颜色的所述第二滤光片在其所述第一方向到所述第四方向的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的所述第二滤光片或者所述第一滤光片。5.  根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，用于得到亮度信号的所述第一色的贡献率为50％以上，用于得到亮度信号的所述第二色的贡献率小于50％。6.  根据权利要求1至5中任一项所述的彩色摄像元件，其中，在所述基本排列图案内，在所述第二色的各色的所述第二滤光片的所述各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的所述第二滤光 片或者所述第一滤光片。7.  根据权利要求6所述的彩色摄像元件，其中，所述基本排列图案包含使所述第一滤光片和与所述第二色的各色对应的所述第二滤光片排列于所述第一方向而成的滤光片列且使多个所述滤光片列沿所述第二方向排列，所述基本排列图案内的每个所述滤光片列，使与所述第二色的各色对应的所述第二滤光片的位置在所述第一方向上错开而配置。8.  根据权利要求7所述的彩色摄像元件，其中，在以相对于所述第一方向成由式(1)所示的θ°的方向为第五方向时，所述滤色器的排列中，与所述第二色的各色对应的所述第二滤光片分别沿所述第五方向等间隔配置而成的各色的斜滤光片排列分别沿所述第二方向等间隔地配置，其中，式(1)为θ＝tan－1(1/2)。9.  根据权利要求6至8中任一项所述的彩色摄像元件，其中，与所述第二色的各色对应的所述第二滤光片分别在所述滤色器的排列内的所述第三方向和所述第四方向的滤光片行内配置一个以上。10.  根据权利要求1至5中任一项所述的彩色摄像元件，其中，在所述基本排列图案内，在所述第二色的各色中的一种颜色的所述第二滤光片的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的所述第二滤光片或者所述第一滤光片。11.  根据权利要求10所述的彩色摄像元件，其中，所述基本排列图案包含由所述第一滤光片构成的与2×2像素对应的正方排列。12.  根据权利要求10或11所述的彩色摄像元件，其中，在以相对于所述第一方向成由式(1)所示的θ°的方向为第五方 向时，在所述滤色器的排列中，所述第二色的各色中的一种颜色的所述第二滤光片沿所述第五方向等间隔配置而成的斜滤光片排列沿所述第二方向等间隔地配置，其中，式(1)为θ＝tan－1(1/2)。13.  根据权利要求1至12中任一项所述的彩色摄像元件，其中，在所滤色器为正方形状的情况下，所述第三方向和第四方向相对于所述第一方向和第二方向分别成45°。14.  根据权利要求1至13中任一项所述的彩色摄像元件，其中，所述第一色包括绿色和透明中的至少任一种。15.  根据权利要求1至14中任一项所述的彩色摄像元件，其中，所述第二色包括红色和蓝色。16.  一种摄像装置，具备：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；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至15中任一项所述的彩色摄像元件。

说明书彩色摄像元件及摄像装置
技术领域
本发明涉及彩色摄像元件及摄像装置，特别涉及能够降低彩色莫尔条纹的产生和实现高分辨率化的彩色摄像元件以及使用了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，在各像素上分别设置单色的滤色器，因此各像素仅具有单色的颜色信息。因此，单板彩色摄像元件的输出图像为RAW图像(马赛克图像)，因此通过根据周围的像素对欠缺的颜色的像素进行插值的处理(去马赛克处理)来得到多通道图像。在该情况下，成为问题的是高频的图像信号的再现特性，彩色摄像元件与黑白用的摄像元件相比，在拍摄到的图像中容易发生混淆。因此，降低彩色莫尔条纹(伪色)的发生且扩大再现频带来实现高分辨率化是重要的课题。
在单板式彩色摄像装置中最为广泛使用的滤色器的颜色排列即原色系拜耳排列将绿色(G)像素以交错相间的棋盘格纹状配置，并线性地依次配置红色(R)、蓝色(B)。因此，在G信号生成倾斜方向的高频信号时，R、B信号生成水平、垂直方向的高频信号时的再现精度成为问题。
在图22的(A)部所示的黑白的纵纹图案(高频图像)入射到图22的(B)部所示的具有拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的情况下，如果将其分为拜耳颜色排列并对每色进行比较的话，如图22的(C)部至(E)部所示，成为R为淡且平坦、B为浓且平坦、G为浓淡的马赛克状的彩色图像。即，与本来是黑白图像相对，尽管是RGB之间未 出现浓度差(电平差)的图像，但根据颜色排列和输入频率会成为着了色的状态。
同样地，在图23的(A)部所示的倾斜的黑白的高频图像入射到图23的(B)部所示的具有拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的情况下，如果将其分为拜耳颜色排列并对每色进行比较的话，如图23的(C)部至(E)部所示成为R和B为淡且平坦、G为浓且平坦的彩色图像。假设黑色的值为0、白色的值为255的话，倾斜的黑白的高频图像中，仅G为255，因此成为绿色。如此，在拜耳排列中，无法准确地再现倾斜的高频图像。
一般来说，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，通过使高频光学性地降低来进行避免。然而，在该方法中，虽然能够减轻由高频信号的重叠导致的着色，但是存在着因其缺点而使分辨率降低的问题。
为了解决这样的问题，提出了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，该三色随机排列满足任意的关注像素与包括关注像素的颜色在内的三种颜色在关注像素的四边的任一边上相邻的排列限制条件(专利文献1)。
而且，提出了下述滤色器排列的图像传感器(彩色摄像元件)：具有分光灵敏度不同的多个滤光片，其中第一滤光片和第二滤光片在图像传感器的像素格子的一对角方向上以第一周期交替地配置，并且在另一对角方向上以第二周期交替地配置(专利文献2)。
另外，还提出了下述颜色排列：在RGB这三原色的彩色固体摄像元件(彩色摄像元件)中，使将R、G、B水平配置而成的三像素的组在垂直方向上呈锯齿形地错开配置，从而使RGB各自的出现概率均等， 且使摄像面上的任意的直线(水平、垂直、倾斜的直线)通过所有的颜色(专利文献3)。
而且，还提出了下述彩色摄像元件：将RGB这三原色中的R、B沿水平方向和垂直方向分别隔三个像素而配置，在这些R、B之间配置有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记载的彩色摄像元件存在如下问题：由于滤光片排列为随机，因此在进行后段中的去马赛克处理时，需要对应每个随机图案而最优化，去马赛克处理变得复杂。而且，在随机排列中，对低频的彩色莫尔条纹是有效的，但对高频部的伪色则无效。在此，去马赛克处理指的是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(转换为去马赛克算法方式)RGB的所有的颜色信息的处理，也称为去马赛克化处理或者去马赛克算法处理(在本说明书中相同)。
而且，专利文献2记载的彩色摄像元件的G像素(亮度像素)配置成交错相间的棋盘格纹状，因此存在极限分辨率区域(特别是倾斜方向)上的像素再现精度不良的问题。
专利文献3记载的彩色摄像元件在任意的直线上存在所有的颜色的滤光片，因此具有能够抑制伪色的发生的优点。另一方面，专利文献3记载的彩色摄像元件的RGB的像素数的比率相等，因此存在与拜 耳排列相比高频再现性降低的问题。另外，在拜耳排列的情况下，最有助于得到亮度信号的G的像素数的比率是R、B各自的像素数的两倍。
另一方面，专利文献4记载的彩色摄像元件的G的像素数相对于R、B各自的像素数的比率为六倍，比拜耳排列还要高，在水平或垂直方向上仅存在G像素的滤光片行，因此在水平或垂直方向上对高频部的伪色并非有效。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供能够降低伪色的发生和实现高分辨率化并且与以往的随机排列相比能够使后段的处理简化的彩色摄像元件。而且，本发明的目的在于提供使用了这种彩色摄像元件的摄像装置。
用于解决课题的手段
用于实现本发明的目的的彩色摄像元件是在由排列于第一方向和与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，滤色器的排列包含将滤色器沿第一方向和第二方向以与N×N像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且基本排列图案沿第一方向和第二方向重复配置，其中N为5以上的奇数，滤色器包括与一种颜色以上的第一色对应的第一滤光片和与用于得到亮度信号的贡献率比第一色低的两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片，并且与第一滤光片对应的第一色的总像素数的比率大于与第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率，第一滤光片在滤色器的排列的包括第一方向、第二方向、相对于第一方向和第二方向倾斜的第三方向和第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，第二色的各色的第二滤光片分别在基本排列图案内的第一方向和第二方向的各滤光片行内各配置有一个，在滤色器的排列内，至少一种颜色的第二滤光片在其第一方向到第四方向的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的第二滤光片或者第一滤光片。
用于实现本发明的目的的彩色摄像元件是在由排列于第一方向和与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，滤色器的排列包含将滤色器沿第一方向和第二方向以与N×N像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且基本排列图案沿第一方向和第二方向重复配置，其中N为5以上的奇数，滤色器包括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色对应的第一滤光片和透过率的峰值处于范围外的与两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片，并且与第一滤光片对应的第一色的总像素数的比率大于与第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率，第一滤光片在滤色器的排列的包括第一方向、第二方向、相对于第一方向和第二方向倾斜的第三方向和第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，第二色的各色的第二滤光片分别在基本排列图案内的第一方向和第二方向的各滤光片行内各配置有一个，在滤色器的排列内，至少一种颜色的第二滤光片在其第一方向到第四方向的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的第二滤光片或者第一滤光片。
用于实现本发明的目的的彩色摄像元件是在由排列于第一方向和与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，滤色器的排列包含将滤色器沿第一方向和第二方向以与N×N像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且基本排列图案沿第一方向和第二方向重复配置，其中N为5以上的奇数，滤色器包括与一种颜色以上的第一色对应的第一滤光片和在波长为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色对应的第二滤光片，并且与第一滤光片对应的第一色的总像素数的比率大于与第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率，第一滤光片在滤色器的排列的包括第一方向、第二方向、相对于第一方向和第二方向倾斜的第三方向和第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，第二色的各色的第二滤光片分 别在基本排列图案内的第一方向和第二方向的各滤光片行内各配置有一个，在滤色器的排列内，至少一种颜色的第二滤光片在其第一方向到第四方向的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的第二滤光片或者第一滤光片。
用于实现本发明的目的的彩色摄像元件是在由排列于第一方向和与第一方向垂直的第二方向上的光电转换元件构成的多个像素上配置滤色器而成的单板式彩色摄像元件，滤色器的排列包含将滤色器沿第一方向和第二方向以与N×N像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案，且基本排列图案沿第一方向和第二方向上重复配置，其中N为5以上的奇数，滤色器包括：与包含三原色中对亮度信号贡献最大的颜色和颜色与三原色不同的第四色在内的两种颜色以上的第一色对应的第一滤光片以及与第一色以外的两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片，并且与第一滤光片对应的第一色的各色的总像素数的比率大于与第二滤光片对应的第二色的各色的像素数的比率，第一滤光片在滤色器的排列的包括第一方向、第二方向、相对于第一方向和第二方向倾斜的第三方向和第四方向在内的各方向的滤光片行内配置有一个以上，第二色的各色的第二滤光片分别在基本排列图案内的第一方向和第二方向的各滤光片行内各配置有一个，在滤色器的排列内，至少一种颜色的第二滤光片在其第一方向到第四方向的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的第二滤光片或者第一滤光片。
根据本发明，第一滤光片在滤色器的排列的第一方向到第四方向的各方向的滤光片行内配置一个以上，因此能够提高高频区域的去马赛克处理的再现精度。
而且，各色的第二滤光片分别在基本排列图案内在滤色器的排列的第一方向和第二方向的各滤光片行内配置一个以上，因此能够降低彩色莫尔条纹(伪色)的发生并实现高分辨率化。
而且，滤色器的排列中预定的基本排列图案沿水平方向和垂直方向重复配置，因此在进行后段的去马赛克处理时，能够按照重复图案来进行处理，与以往的随机排列相比，能够使后段的处理简化。
而且，使与第一滤光片对应的第一色的像素数的比率大于与第二滤光片对应的第二色的各色的像素数各自的比率，因此能够抑制混淆，高频再现性也好。
而且，至少一种颜色的第二滤光片在其第一方向到第四方向的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的第一滤光片或者第二滤光片，因此在滤色器的排列内第二滤光片均等地配置。由此，能够精度良好地进行第二色的像素的去马赛克处理。
优选的是，用于得到亮度信号的第一色的贡献率为50％以上，用于得到亮度信号的第二色的贡献率小于50％。用于得到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到第四方向的各方向的滤光片行内配置一个以上，因此能够提高高频区域的去马赛克处理的再现精度。
优选的是，在基本排列图案内，在第二色的各色的第二滤光片的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的第二滤光片或者第一滤光片。由此，各色的第二滤光片分别均等地配置于滤色器的排列内。
优选的是，基本排列图案包含使第一滤光片和与第二色的各色对应的第二滤光片排列于第一方向而成的滤光片列且使多个滤光片列沿第二方向上排列，基本排列图案内的每个滤光片列，使与第二色的各色对应的第二滤光片的位置在第一方向上错开而配置。由此，各色的第二滤光片分别均等地配置于滤色器的排列内。
优选的是，在以相对于第一方向成由式(1)所示的θ°的方向为 第五方向时，在滤色器的排列中，与第二色的各色对应的第二滤光片分别沿第五方向等间隔配置而成的各色的斜滤光片排列分别沿第二方向等间隔地配置。由此，各色的第二滤光片分别均等地配置于滤色器的排列内。
θ＝tan－1(1/2)…式(1)
优选的是，与第二色的各色对应的第二滤光片分别在滤色器的排列内的第三方向和第四方向的滤光片行内配置一个以上。由此，能够减少由于在第三和第四方向上具有高频成分的输入图像而可能产生的彩色莫尔条纹(伪色)。
优选的是，在基本排列图案内，在第二色的各色中的一种颜色的第二滤光片的各方向上相邻配置有颜色与该第二滤光片不同的第二滤光片或者第一滤光片。一种颜色的第二滤光片分别均等地配置于滤色器的排列内。
优选的是，基本排列图案包含由第一滤光片构成的与2×2像素对应的正方排列。由此，滤色器的排列中包含由第一滤光片构成的与2×2像素对应的正方排列，因此能够使用该2×2像素的像素值来判别第一方向到第四方向的各方向中的相关性高的方向。
优选的是，在以相对于第一方向成由式(1)所示的θ°的方向为第五方向时，在滤色器的排列中，第二色的各色中的一种颜色的第二滤光片沿第五方向等间隔配置而成的斜滤光片排列沿第二方向等间隔地配置。由此，一种颜色的第二滤光片分别均等地配置于滤色器的排列内。
θ＝tan－1(1/2)…式(1)
优选的是，在滤色器为正方形状的情况下，第三方向和第四方向相对于第一方向和第二方向分别成45°。
优选的是，第一色包括绿色和透明中的至少任一种。
优选的是，第二色包括红色和蓝色。
用于实现本发明的目的的摄像装置具备：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；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，彩色摄像元件为上述方式中的任一方式的彩色摄像元件。
发明效果
本发明的彩色摄像元件和摄像装置在滤色器的排列的第一方向到第四方向的各方向的滤光片行内配置第一滤光片，并且使与第一滤光片对应的第一色的像素数的比率大于第一色以外的两种颜色以上的与第二滤光片对应的第二色的像素数的比率。因此，能够使高频区域的去马赛克处理的再现精度提高，且抑制混淆。
而且，与两种颜色以上的第二色的各色对应的第二滤光片在基本排列图案内在滤色器的排列的第一方向和第二方向的各滤光片行内配置一个以上。因此，能够降低彩色莫尔条纹(伪色)的产生，并实现高分辨率化。并且，在滤色器的排列内均等地配置至少一种颜色的第二滤光片，因此能够精度良好地进行与该第二滤光片对应的像素的去马赛克处理。
而且，滤色器的排列中预定的基本排列图案沿水平方向和垂直方向重复，因此在进行后段的去马赛克处理时，能够按照重复图案来进行处理。由此，与以往的随机排列相比，能够使后段的处理简化。
附图说明
图1是示出数码相机的电气结构的框图。
图2是彩色摄像元件的摄像面的主视图。
图3是第一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5是用于说明斜滤光片排列的说明图。
图6是将图5中的一部分放大而得到的放大图。
图7是用于说明多种基本排列图案的说明图。
图8是第二实施方式的滤色器排列的主视图。
图9是用于说明第二实施方式的斜滤光片排列的说明图。
图10是第2-1实施方式的滤色器排列的主视图。
图11是第2-2实施方式的滤色器排列的基本排列图案的放大图。
图12是第2-3实施方式的滤色器排列的基本排列图案的放大图。
图13是具有透明滤光片的第三实施方式的滤色器排列的主视图。
图14是示出第三实施方式的滤色器排列的分光灵敏度特性的图表。
图15是两种G滤光片的第四实施方式的滤色器排列的主视图。
图16是示出第四实施方式的滤色器排列的分光灵敏度特性的图表。
图17是具有翠绿色滤光片的第五实施方式的滤色器排列的主视图。
图18是示出第五实施方式的滤色器排列的分光灵敏度特性的图表。
图19是将第一实施方式的基本排列图案变更为与7×7像素对应的排列图案后的其他实施方式的基本排列图案的主视图。
图20是将第二实施方式的基本排列图案变更为与7×7像素对应的排列图案后的其他实施方式的基本排列图案的主视图。
图21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22是用于说明具有现有的拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件 的课题而使用的图。
图23是用于说明具有现有的拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的课题而使用的其他图。
具体实施方式
[数码相机的整体结构]
图1是具备本发明涉及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大致具备摄影光学系统10、彩色摄像元件12、摄影处理部14、图像处理部16、驱动部18及控制部20等。
摄影光学系统10使被摄体图像成像于彩色摄像元件12的摄像面上。彩色摄像元件12为具备由在其摄像面上呈二维排列的光电转换元件构成的多个像素和设于各像素的受光面的上方的滤色器的、所谓单板式彩色摄像元件。在此，“～上”、“上方”是指相对于彩色摄像元件12的摄像面而言入射来被摄体光这一侧的方向。
成像于彩色摄像元件12的被摄体图像由各像素的光电转换元件转换为与入射光量相应的信号电荷。积蓄在各光电转换元件中的信号电荷基于按照控制部20的指令而从驱动部18施加的驱动脉冲，作为与信号电荷相应的电压信号(图像信号)而从彩色摄像元件12被依次读出。从彩色摄像元件12读出的图像信号是表示与彩色摄像元件12的滤色器排列对应的红色(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：用于除去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而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将在 对所输入的图像信号进行相关双采样处理并且进行放大后转换为数字的图像信号而成的RAW数据输出到图像处理部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，而且还存在无需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、去马赛克处理电路(从与单板式的彩色摄像元件12的滤色器排列相伴的RGB的马赛克像素对应每个像素算出(转换为去马赛克算法方式)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，对应每个像素生成具有RGB所有的颜色信息的RGB像素信号，并基于此生成由亮度数据(Y数据)和色差数据(Cr、Cb数据)构成的图像数据(YUV数据)。
由图像处理部16生成的图像数据通过压缩/扩展处理电路对静止画面实施依据JPEG标准的压缩处理，对动画实施依据MPEG2标准的压缩处理，然后，记录于未图示的记录介质(例如存储卡)，而且，输出到液晶显示器等显示单元(未图示)而显示。另外，在本实施方式中，记录介质并不限于能够相对于数码相机9进行拆装的结构，也可以是内置式的光磁记录介质，显示单元也不限于数码相机9所具备的结构，也可以是与数码相机9连接的外部的显示器。
[彩色摄像元件]
如图2所示，在彩色摄像元件12的摄像面设有由沿水平方向和垂直方向呈二维排列的光电转换元件PD构成的多个像素21。在此，水平方向相当于本发明的第一方向和第二方向中的一个方向，垂直方向相当于本发明的第一方向和第二方向中的另一个方向。
如图3所示，在彩色摄像元件12的摄像面上设有由配置于各像素 21上的滤色器构成的滤色器排列22。滤色器排列22由红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)这三原色的滤色器(以下，称为R滤光片、G滤光片、B滤光片)23R、23G、23B构成。并且，在各像素21上配置RGB滤光片23R、23G、23B中的任一个。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颜色相当于本发明的第一色，G滤光片23G相当于本发明的第一滤光片。而且，R颜色和B颜色相当于本发明的第二色，RB滤光片23R、23B相当于本发明的第二滤光片。以下将属于第二色的滤光片的R滤光片23R和B滤光片23B中的任一滤光片也称为“RB滤光片”。
[第一实施方式的滤色器排列]
滤色器排列22具有下述的特征(1)、(2)、(3)、(4)、(5)和(6)。
〔特征(1)〕
如图3和图4所示，滤色器排列22包含成为与5×5像素对应的正方排列图案的基本排列图案P1，将该基本排列图案P1沿水平方向(H)和垂直方向(V)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保持预定的周期性而排列。因此，在进行从彩色摄像元件12读出的R、G、B信号的去马赛克处理等时，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，能够使后段的处理简化。
而且，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，间拔处理后的滤色器排列能够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。
在基本排列图案P1中，沿垂直方向排列有与水平方向平行的5种滤光片列25a、25b、25c、25d、25e(参照图4)。各滤光片列25a～25e是将三个G滤光片23G、一个R滤光片23R和一个B滤光片23B分别沿水平方向排列而成的，并以满足下述特征(2)～(6)的方式确定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是指斜右上(左下)方向，相当于本发明的第三方向和第四方向中的一个方向。而且，NW是指斜右下(左上)方向，相当于本发明的第三方向和第四方向中的另一个方向。RGB滤光片23R、23G、23B为正方形状，因此NE方向和NW方向为相对于水平方向、垂直方向分别呈45°的方向。另外，该角度能够根据RGB滤光片23R、23G、23B的水平方向和垂直方向上的各边的长度的增减而增减。例如，在使用正方形状以外的矩形形状的滤色器的情况下，其对角线方向为倾斜(NE、NW方向)。另外，即使滤色器是正方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方向和NW方向也为相对于水平方向、垂直方向分别呈45°的方向。并且，在将多个像素和滤色器排列成矩形格子状的情况下，其矩形格子的对角线的方向与倾斜(NE、NW方向)对应。
G颜色的用于得到亮度(Y)信号(上述的亮度数据)的贡献率比R颜色、B颜色的贡献率高。即，与G颜色相比，R颜色、B颜色的贡献率变低。具体地说明的话，上述的图像处理部16根据对应每个像素具有RGB所有的颜色信息的RGB像素信号，按照下述式(1)生成Y信号。下述式(1)是彩色摄像元件12中的Y信号的生成中一般采用的式子。在该式(1)中，G颜色向亮度信号的贡献率为60％，因此G颜色与R颜色(贡献率30％)和B颜色(贡献率10％)相比贡献率变高。因此，G颜色成为三原色中对亮度信号贡献最大的颜色。
Y＝0.3R+0.6G+0.1B…式(1)
这样的G滤光片23G配置于滤色器排列22的水平(H)、垂直(V)以及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内，因此无论在输入图像中成为高频的方向如何都能够提高高频区域中的去马赛克处理的再现精度。
〔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像素的像素数分别为5像素、15像素、5像素。因此，RGB像素的各像素数的比率为1：3：1，因此为了得到亮度信号而贡献最大的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，特别是使为了得到亮度信号而贡献最大的G像素的像素数的比率大于R、B像素的各像素数的比率，因此能够抑制去马赛克处理时的混淆，且能够使高频再现性也更好。
〔特征(4)〕
R滤光片23R和B滤光片23B分别在基本排列图案P1内在滤色器排列22的水平方向(H)以及垂直方向(V)上的各滤光片行内配置有一个。
R滤光片23R和B滤光片23B分别配置于滤色器排列22的水平方向(H)以及垂直方向(V)上的各滤光片行内，因此能够减少彩色莫尔条纹(伪色)的发生。由此，能够不将用于抑制伪色的发生的光学低通滤光片配置于从摄影光学系统10的入射面到彩色摄像元件12的摄像面的光路，或者即使在应用光学低通滤光片的情况下也能够为 了防止伪色的发生而应用截止高频成分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。其结果是，能够不损坏分辨率。
〔特征(5)〕
满足上述的特征(4)的R滤光片23R在其水平(H)、垂直(V)以及倾斜(NE、NW)方向的各方向(以下，适当略作“各方向(H、V、NE、NW)”)上相邻配置有G滤光片23G或者B滤光片23B。而且，满足上述的特征(4)的B滤光片23B在其各方向(H、V、NE、NW)上相邻配置有G滤光片23G或者R滤光片23R。因此，RB滤光片23R、23B分别在各方向(H、V、NE、NW)上相邻配置有不同颜色的滤光片(特征(5))。即，相同颜色的R滤光片23R彼此或者相同颜色的B滤光片23B彼此未在各方向(H、V、NE、NW)上相邻配置。
为了满足上述的特征(4)和特征(5)，在滤色器排列22中，基本排列图案P1内的RB滤光片23R、23B对应各滤光片列25a～25e列的每一列在水平方向上错开配置。具体来说，在各滤光片列25a～25e的任一列、例如滤光片列25a内使RB滤光片23R、23B沿水平方向相邻配置。并且，使滤光片列25b内的RB滤光片23R、23B相对于滤光片列25a内的RB滤光片23R、23B在水平方向上错开两个像素间隔的量而配置。以下同样地，从滤光片列25d朝向滤光片列25e依次将RB滤光片23R、23B的位置在该方向上错开两个像素间隔的量而配置。在此，“像素间隔”是指从基准像素(一个像素)的中心点到相邻像素的中心点的像素间隔(间距)。
通过这样的RB滤光片23R、23B的配置，如图5所示，滤色器排列22包含将RB滤光片23R、23B分别沿倾斜方向的滤光片行LR、LB等间隔配置而成的斜滤光片列27R、27B。斜滤光片列27R、27B在倾斜方向上相邻，该相邻的斜滤光片列27R、27B在滤色器排列22内在 垂直方向(V)上等间隔配置。
在将图5中的一部分放大而成的图6中，本发明的第五方向即倾斜方向的滤光片行LR、LB相对于水平方向(H)倾斜θ°。该θ以下述式(2)表示。在下述的式(2)中，“垂直方向上的像素间隔数”和“水平方向上的像素间隔数”是R滤光片23R的水平方向和垂直方向上的像素间隔数或者是B滤光片23B的水平方向和垂直方向上的像素间隔数。
θ＝tan－1(垂直方向上的像素间隔数/水平方向上的像素间隔数)
＝tan－1(1/2)≈26°…式(2)
返回到图5，在滤色器排列22，斜滤光片列27R、27B分别沿垂直方向(V)等间隔配置。其结果是，在滤色器排列22内，RB滤光片23R、23B分别均等(包括大致均等)地配置。
如此，在以满足上述的特征(4)、(5)的方式将RB滤光片23R、23B配置于滤色器排列22内的情况下，RB滤光片23R、23B分别均等地配置于滤色器排列22内。由此，能够精度良好地进行R像素和B像素的去马赛克处理。
〔特征(6)〕
而且，在以满足上述的特征(4)、(5)的方式将RB滤光片23R、23B配置于滤色器排列22内的情况下，RB滤光片23R、23B分别在滤色器排列22的倾斜方向(NE、NW)滤光片行上也配置一个以上。即，在各倾斜(NE、NW)方向上，包含R滤光片23R和B滤光片23B的滤光片行相邻地周期性排列。在此，在倾斜方向上滤光片行相邻是指，在使用一边的长度为1的正方形的滤光片的情况下，滤光片行与滤光片行之间为√2/2像素间隔。
RB滤光片23R、23B也分别配置于倾斜方向的(NE、NW)滤光片行内，因此相对于仅满足上述的特征(4)的情况，能够减少由在倾斜方向(NE、NW)上具有高频成分的输入图像产生的彩色莫尔条纹(伪色)。由此，即使未将具有倾斜(NE、NW)方向上的各向异性的光学低通滤光片配置于摄影光学系统10与摄像面之间，也能够再现抑制了由在倾斜方向上具有高频成分的输入图像产生的彩色莫尔条纹(伪色)的图像，或者即使是在应用光学低通滤光片的情况下也能够以截止用于防止伪色的发生的高频成分的作用较弱的光学低通滤光片来抑制特定的彩色莫尔条纹(伪色)。或者，也可以不设置光学低通滤光片。其结果是，能够不损坏倾斜方向上的分辨率。
〔其他特征〕
另外，如图7所示，当设将基本排列图案P1在水平方向(H)和垂直方向(V)上分别各错开一个像素而成的基本排列图案为P1'，设将基本排列图案P1在水平方向(H)和垂直方向(V)上分别各错开两个像素而成的基本排列图案为P1″时，即使是将这些基本排列图案P1'、P1″在水平方向(H)和垂直方向(V)上重复配置，也成为相同的滤色器排列。如此，能够构成图3所示的滤色器排列22的基本排列图案存在多种。在第一实施方式中，为了方便，将图3和图4所示的基本排列图案P1称为基本排列图案。
如上所述，本发明的滤色器排列22具有特征(1)～特征(6)，因此能够简化后段中的去马赛克处理、提高高频区域中的去马赛克处理的再现精度、抑制去马赛克处理中的混淆和提高高频再现性、提高R像素和B像素的去马赛克处理的精度和实现高分辨率化。
[第二实施方式的彩色摄像元件]
接着，使用图8，对本发明的第二实施方式的彩色摄像元件进行说明。另外，第二实施方式的彩色摄像元件除了具备取代上述特征(5)和(6)而具有下述的特征(5a)和特征(7)的滤色器排列30这一点 之外，是与上述第一实施方式基本相同的结构。因此，对于与上述第一实施方式在功能和结构上相同的部分标以相同附图标记并省略其说明。
[第二实施方式的滤色器排列]
滤色器排列30包含使RGB滤光片23R、23G、23B以与5×5像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案P2，将该基本排列图案P2在水平方向(H)和垂直方向(V)上重复配置。因此，滤色器排列30具有上述的特征(1)。
在滤色器排列30的水平(H)、垂直(V)、以及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内，G滤光片23G配置有一个以上。而且，基本排列图案P2内的RGB像素的各像素数的比率与第一实施方式同样地为1：3：1。并且，R滤光片23R和B滤光片23B分别在基本排列图案P2内在滤色器排列30的水平方向(H)和垂直方向(V)上的各滤光片行内配置有一个以上。因此，滤色器排列30具有上述的特征(2)～(4)。
〔特征(5a)〕
在滤色器排列30中，在R滤光片23R的各方向(H、V、NE、NW)上相邻配置有颜色不同的滤光片，但在B滤光片23B的倾斜(NE、NW)方向上配置有相同颜色的B滤光片23B。
如图9所示，在满足上述的特征(4)和(5a)的滤色器排列30中，将R滤光片23R沿倾斜方向的滤光片行LR等间隔配置而成的斜滤光片列27R沿垂直方向(V)等间隔配置。其结果是，在滤色器排列30内均等地配置R滤光片23R，因此能够精度良好地进行R像素的去马赛克处理。
〔特征(7)〕
返回到图8，在具有上述的特征(2)～(4)、(5a)的滤色器排列30的基本排列图案P2中，包含设有G滤光片23G的与2×2像素对应的正方排列32。
取出与这样的正方排列32对应的2×2的G像素，并求算水平方向(H)上的G像素的像素值的差的绝对值、垂直方向(V)上的G像素的像素值的差的绝对值、倾斜方向(NE、NW)上的G像素的像素值的差的绝对值，从而能够判断为与水平方向(H)、垂直方向(V)和倾斜方向(NE、NW)中差的绝对值较小的方向存在相关性。其结果是，在滤色器排列30中，使用最小像素间隔的G像素的信息，能够判别水平方向(H)、垂直方向(V)以及倾斜方向(NE、NW)中相关性较高的方向。该方向判别结果能够使用于根据周围的像素来进行插值的处理(去马赛克处理)。另外，在该情况下，例如在上述的去马赛克处理电路(图像处理部16)内设置方向判别处理部，由该方向判别处理部进行方向判别即可。
如上所述，本发明的滤色器排列30除了具有上述的特征(1)～特征(4)之外，还具有特征(5a)、(7)，因此能够简化后段中的去马赛克处理、提高高频区域中的去马赛克处理的再现精度、抑制去马赛克处理时的混淆和提高高频再现性、实现高分辨率化、提高R像素的去马赛克处理的精度、判别相关性较高的方向。
[第2-1实施方式的滤色器排列]
具有上述的特征(1)～(4)、(5a)、(7)的滤色器排列并不限定于具有图8所示的排列图案的结构，也可以在满足这些各特征的范围内适当变更。
如图10所示，滤色器排列34是将与基本排列图案P2不同的基本排列图案P3在水平方向(H)和垂直方向(V)上重复配置而成的。基本排列图案P3除了图中的阴影线所示的部分中的G滤光片23G和B 滤光片23B的配置不同这一点之外，与基本排列图案P2基本相同。因此，滤色器排列34具有与上述滤色器排列30相同的特征(1)～(4)、(5a)、(7)，得到与滤色器排列30相同的效果。
[第2-2、2-3实施方式的滤色器排列]
在上述滤色器排列30、34中，在R滤光片23R的各方向(H、V、NE、NW)上相邻配置颜色不同的滤光片，但也可以在B滤光片23B的各方向(H、V、NE、NW)上相邻配置不同颜色的滤光片。在该情况下，由基本排列图案P2'(参照图11)或者基本排列图案P3'(参照图12)构成滤色器排列。
图11所示的基本排列图案P2'为将基本排列图案P2中的R滤光片23R和B滤光片23B的配置颠倒而成的排列图案。而且，图12所示的基本排列图案P3'为将基本排列图案P3中的R滤光片23R和B滤光片23B的配置颠倒而成的排列图案。因此，在由基本排列图案P2'、P3'构成的滤色器排列中，在B滤光片23B的各方向(H、V、NE、NW)上相邻配置颜色不同的滤光片，但在R滤光片23R的倾斜(NE、NW)方向上相邻配置相同颜色的R滤光片23R(特征(5b))。
如此由基本排列图案P2'、P3'构成的滤色器排列具有特征(1)～(4)、(5b)、(7)，因此除了能够取代R像素而提高B像素的去马赛克处理的精度这一点之外，还能够得到与第二实施方式的滤色器排列相同的效果。
＜第一滤光片(第一色)的条件＞
在上述各实施方式中，作为具有本发明的第一色的第一滤光片列举G颜色的G滤光片23G为例进行了说明，但即使取代G滤光片23G或者取代一部分G滤光片23G而使用满足下述条件(1)至条件(4)的任一个的滤光片也能够得到相同的效果。
〔条件(1)〕
条件(1)中，用于得到亮度信号的贡献率为50％以上。该贡献率50％是为了区别本发明的第一色(G颜色等)和第二色(R、B颜色等)而确定的值，是以用于得到亮度数据的贡献率与R颜色、B颜色等相比相对较高的颜色包含于“第一色”的方式确定的值。G颜色的贡献率如上述式(1)所示为60％，因此满足条件(1)。而且，对于G颜色以外的颜色的贡献率，也能够通过实验、模拟而取得。因此，具有除了G颜色以外贡献率为50％以上的颜色的滤光片也能够用作本发明的第一滤光片。另外，贡献率小于50％的颜色为本发明的第二色(R颜色、B颜色等)，具有该颜色的滤光片为本发明的第二滤光片。
〔条件(2)〕
条件(2)中，滤光片的透过率的峰值处于波长480nm以上且570nm以下的范围内。滤光片的透过率使用例如由分光光度计测定到的值。该波长范围是为了区别本发明的第一色(G颜色等)和第二色(R、B颜色等)而确定的范围，是以不包括上述的贡献率相对较低的R颜色、B颜色等的峰值且包括贡献率相对较高的G颜色等的峰值的方式确定的范围。因此，能够将透过率的峰值处于波长480nm以上且570nm以下的范围内的滤光片用作第一滤光片。另外，透过率的峰值处于波长480nm以上且570以下的范围外的滤光片成为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)中，波长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)下，滤光片的透过率也使用例如由分光光度计测定到的值。该条件(3)的波长范围也是为了区别本发明的第一色(G颜色等)和第二色(R、B颜色等)而确定的范围，是具有与R颜色和B颜色等相比上述的贡献率相对较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，能够将透过率在波长500nm以上且560nm 以下的范围内相对较高的滤光片用作第一滤光片，将透过率相对较低的滤光片用作第二滤光片。
〔条件(4)〕
条件(4)中，将包括三原色中对亮度信号贡献最大的颜色(例如RGB中的G颜色)和与该三原色不同的颜色的两种颜色以上的滤光片用作第一滤光片。在该情况下，与第一滤光片的各色以外的颜色对应的滤光片成为第二滤光片。
[第三实施方式的彩色摄像元件]
接着，使用图13，对本发明的第三实施方式的彩色摄像元件进行说明。另外，第三实施方式的彩色摄像元件除了RGB像素以外还具备对白色光(可见光的波长区域的光)进行受光的白色像素(也称为清除像素)，除了这一点之外是与上述第一实施方式基本相同的结构。因此，对于与上述第一实施方式在功能和结构上相同的部分标以相同附图标记并省略其说明。
[第三实施方式的滤色器排列]
第三实施方式的彩色摄像元件具备与第一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)以与5×5像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案P4，将该基本排列图案P4在水平方向(H)和垂直方向(V)上重复配置。因此，滤色器排列36具有上述的特征(1)。
基本排列图案P4具有将基本排列图案P1的一部分G滤光片23G替换为透明滤光片23W而成的排列图案。例如，将在水平方向(H)和垂直方向(V)上与其他G滤光片23G相邻的G滤光片23G替换为透明滤光片23W。如此，在第三实施方式的彩色摄像元件中，将一部分G像素替换为白色像素。由此，能够实现高灵敏度化，而且通过残留G像素，即使使像素尺寸细微化也能够抑制颜色再现性的劣化。
透明滤光片23W为透明色(第一色)的滤光片。透明滤光片23W是能够使与可见光的波长区域对应的光透过、例如RGB各颜色的光的透过率为50％以上的滤光片。透明滤光片23W的透过率比G滤光片23G的透过率高，因此用于得到亮度信号的贡献率也比G颜色(60％)的高，满足上述的条件(1)。
在示出滤色器排列36的分光灵敏度特性的图14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480nm以上且570nm以下的范围内。而且，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也满足上述的条件(2)、(3)。另外，G滤光片23G也与透明滤光片23W同样地满足上述的条件(1)～(3)。
如此，透明滤光片23W满足上述的条件(1)～(3)，因此能够用作本发明的第一滤光片。另外，在滤色器排列36中，将与RGB三原色中对亮度信号贡献最大的G颜色对应的一部分G滤光片23G替换为透明滤光片23W，因此也满足上述的条件(4)。
返回到图13，滤色器排列36如上所述除了将一部分G滤光片23G替换为透明滤光片23W这一点之外，基本上与第一实施方式的滤色器排列22相同，因此具有与第一实施方式相同的特征(2)～(6)。因此，能够得到与在第一实施方式说明的效果相同的效果。
另外，透明滤光片23W的配置、个数并不限定于图13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和透明滤光片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)的各方向的滤光片行包含一个以上，则满足上述的特征(2)。
[第四实施方式的彩色摄像元件]
接着，使用图15，对本发明的第四实施方式的彩色摄像元件进行说明。另外，第四实施方式的彩色摄像元件除了具备两种G像素这一点之外，是与上述第一实施方式基本相同的结构。因此，对于与上述第一实施方式在功能和结构上相同的部分标以相同附图标记并省略其说明。
[第四实施方式的滤色器排列]
第四实施方式的彩色摄像元件具备与第一实施方式不同的滤色器排列40。滤色器排列40包含使R滤光片23R、第一G滤光片23G1和第二G滤光片23G2(第一滤光片)、B滤光片23B以与5×5像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案P5，将该基本排列图案P5在水平方向(H)和垂直方向(V)上重复配置。因此，滤色器排列40具有上述的特征(1)。
基本排列图案P5具有将第一实施方式的基本排列图案P1的各G滤光片23G替换为第一G滤光片23G1或者第二G滤光片23G2而成的排列图案。例如在本实施方式中，第一G滤光片23G1在水平方向上配置于奇数序号的滤光片列，第二G滤光片23G2在水平方向上配置于偶数序号的滤光片列。
第一G滤光片23G1使第一波长频带的G光透过，第二G滤光片23G2使与第一G滤光片23G1相关性较高的第二波长频带的G光透过(参照图16)。作为第一G滤光片23G1，能够使用现有的G滤光片(例如第一实施方式的G滤光片23G)。而且，作为第二G滤光片23G2，能够使用与第一G滤光片23G1相关性较高的滤光片。在该情况下，第二G滤光片23G2的分光灵敏度曲线的峰值例如处于从波长500nm到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)为优选。另外，确定四色(R、G1、G2、B)滤色器的方法例如使用日本特开2003-284084号记载的方法。
如此，将由第四实施方式的彩色摄像元件取得的图像的颜色设为四种，增加所取得的颜色信息，从而与仅取得三种颜色(RGB)的情况相比，能够更准确地表现颜色。即，使眼看起来不同的颜色能够再现为不同颜色，使眼看起来相同的颜色能够再现为相同颜色(提高“颜色的辨别率”)。
第一G滤光片23G1和第二G滤光片23G2的透过率与第一实施方式的G滤光片23G的透过率基本相同，因此用于得到亮度信号的贡献率高于50％。因此，第一G滤光片23G1和第二G滤光片23G2满足上述的条件(1)。
而且，在示出滤色器排列40的分光灵敏度特性的图16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480nm以上且570nm以下的范围内。并且，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也满足上述的条件(2)、(3)。
返回到图15，滤色器排列40如上所述除了具有各G滤光片23G1、23G2这一点之外，基本上与第一实施方式的滤色器排列22相同，因此具有与第一实施方式相同的特征(2)～(6)。因此，能够得到与在第一实施方式说明的效果相同的效果。
另外，各G滤光片23G1、23G2的配置、个数并不限定于图15所示的实施方式，也可以适当变更。而且，也可以将G滤光片的种类增加为三种以上。
[第五实施方式的彩色摄像元件]
接着，使用图17，对本发明的第五实施方式的彩色摄像元件进行 说明。另外，第五实施方式的彩色摄像元件除了RGB像素以外还具备对与本发明的第四颜色对应的翠绿(E)颜色的光进行受光的E像素，除了这一点之外，是与上述第一实施方式基本相同的结构。因此，对于与上述第一实施方式在功能和结构上相同的部分标以相同附图标记并省略其说明。
[第五实施方式的滤色器排列]
第五实施方式的彩色摄像元件具备与第一实施方式不同的滤色器排列44。滤色器排列44包含使上述的RGB滤光片23R、23G、23B及E滤光片23E(第一滤光片)以与5×5像素对应的排列图案排列而成的基本排列图案P6，将该基本排列图案P6在水平方向(H)和垂直方向(V)上重复配置。因此，滤色器排列44具有上述的特征(1)。
基本排列图案P6具有将图13所示的第三实施方式的基本排列图案P4的透明滤光片23W替换为E滤光片23E而成的排列图案。通过使用如此以E滤光片23E替换一部分G滤光片23G而成的四种颜色的滤色器排列44，能够提高亮度的高频成分，降低锯齿状图形，并且能够提高分辨率。
在示出滤色器排列44的分光灵敏度特性的图18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480nm以上且570nm以下的范围内。而且，E滤光片23E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，E滤光片23E满足上述的条件(2)、(3)。而且，在滤色器排列44中，将与RGB三原色中对亮度信号贡献最大的G颜色对应的一部分G滤光片23G替换为E滤光片23E，因此也满足上述的条件(4)。
另外，在图18所示的分光特性中，E滤光片23E在比G滤光片23G靠短波长侧具有峰值，但也存在在比G滤光片23G靠长波长侧具有峰值(看起来稍微带黄色的颜色)的情况。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，也能够选择如满足条件(1)的E滤光片23E。
返回到图17，滤色器排列44如上所述除了将一部分G滤光片23G替换为E滤光片23E这一点之外，基本上与第一实施方式的滤色器排列22相同，因此具有与第一实施方式相同的特征(2)～(6)。因此，能够得到与在第一实施方式说明的效果相同的效果。
另外，E滤光片23E的配置、个数也可以变更为与图17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和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)的各方向上的滤光片行包含一个以上，则满足上述的特征(2)。
而且，在上述第五实施方式中，将E滤光片23E用作本发明的第一滤光片，但是在E滤光片23E中例如也存在不满足上述的条件(1)～(4)的滤光片。因此，这样的E滤光片23E也可以用作本发明的第二滤光片。
[其他]
上述各实施方式的各滤色器排列的基本排列图案以与5×5像素对应的排列图案进行排列，但是例如也可以如图19所示的滤色器排列48的基本排列图案P7及图20所示的滤色器排列50的基本排列图案P8那样，以与7×7像素对应的排列图案进行排列。
基本排列图案P7除了将第一实施方式的基本排列图案P1扩张为7×7像素这一点之外基本上与基本排列图案P1相同，而且还包含上述的正方排列32。因此，滤色器排列48具有上述的特征(1)～(7)。
基本排列图案P8除了将第二实施方式的基本排列图案P2扩张为 7×7像素这一点之外基本上与基本排列图案P2相同。因此，滤色器排列50具有与第二实施方式的滤色器排列30相同的特征(1)～(4)、(5a)、(7)。
另外，虽然省略图示，但是对于上述第2-1实施方式到第五实施方式的基本排列图案P3～P6，也可以以与7×7像素对应的排列图案进行排列。并且，也可以将各实施方式的基本排列图案以与9×9像素对应的排列图案进行排列，即，也可以将基本排列图案以与N×N(N为5以上的奇数)像素对应的排列图案进行排列。不过，与即使使N增加去马赛克等的信号处理也复杂化相对地，无法得到由使基本排列图案的尺寸增大产生的特别的效果。因此，出于防止信号处理的复杂化的观点，基本排列图案的尺寸优选为不会过大的7×7像素以下，从使信号处理简单化的观点出发更优选为与5×5像素对应的基本排列图案。
上述各实施方式的各滤色器排列包含使各颜色的滤色器在水平方向(H)和垂直方向(V)上呈二维排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案在水平方向(H)和垂直方向(V)上重复配置，不过本发明并不限定于此。
例如，也可以如图21所示的滤色器排列52那样，是包含使RGB滤光片23R、23G、23B在倾斜方向(NE、NW)上呈二维排列而成的所谓蜂窝排列状的基本排列图案P9且使基本排列图案P9在倾斜方向(NE、NW)上重复配置而成的排列图案。在该情况下，倾斜方向(NE、NW)成为本发明的第一和第二方向，水平/垂直方向(H、V)成为本发明的第三和第四方向。
这样的滤色器排列52是将第一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°而成的排列图案，因此具有与上述第一实施方式相同的特征(1)～(6)。另外，虽然省略图示，但是上述的基 本排列图案P2～P8也可以同样地设为蜂窝排列。
在上述第一实施方式等中，对由原色RGB的滤色器构成的滤色器排列进行了说明，不过，例如也能够将本发明应用于在原色RGB的补色即C(青色)、M(品红)、Y(黄色)加上G而成的四种颜色的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光片。
另外，本发明的彩色摄像元件的滤色器排列并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的精神的范围内能够进行各种各样的变形，这是不言而喻的。例如，也可以是将上述各实施方式的滤色器排列适当组合。而且，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G滤光片23G1、第二G滤光片23G2、E滤光片23E等中的至少任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)中的任一条件的其他颜色的滤光片。并且，作为本发明的第二滤光片，也可以使用RB滤光片23R、23B以外的颜色的滤光片。
在上述各实施方式中，对搭载于数码相机的彩色摄像元件进行了说明，不过也能够将本发明应用于搭载于例如智能手机、移动电话机、PDA等具有摄影功能的各种电子设备(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、34、36、40、44、48、52：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；32：正方排列；P1～P9：基本排列图案