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CN104025580A - 彩色摄像元件及摄像装置 - Google Patents

彩色摄像元件及摄像装置 Download PDF

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CN104025580A
CN104025580A CN201280065014.0A CN201280065014A CN104025580A CN 104025580 A CN104025580 A CN 104025580A CN 201280065014 A CN201280065014 A CN 201280065014A CN 104025580 A CN104025580 A CN 104025580A
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CN
China
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pixels
color
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filter
image
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Application number
CN201280065014.0A
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Inventor
田中诚二
河合智行
林健吉
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Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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Publication date
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Abstract

在彩色摄像元件(41)的摄像面上，将第一组像素(46A)以预定间距p沿着水平及垂直方向排列成矩阵状。将第二组像素(46B)排列于相对于第一组像素(46A)沿水平及垂直方向分别错开1/2p的位置。将RGB滤光片(34R、34G、34B)以同一滤色器排列排列于第一组及第二组像素上。滤色器排列通过将滤光片(34R、34G、34B)排列而成的基本排列图案(P1)沿着水平方向及垂直方向重复配置而构成。将G滤光片(34G)配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜方向的各行内。将R、B滤光片(34R、34B)在基本排列图案(P1)内，在滤色器排列的水平、垂直方向的各行内分别配置1个以上。

Description

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，尤其涉及能够降低彩色莫尔条纹的发生及实现高分辨率化的彩色摄像元件及摄像装置。
背景技术
具备CCD彩色摄像元件或CMOS彩色摄像元件等彩色摄像元件并取得数字图像的数码相机(摄像装置)正在普及。近年来，数码相机根据彩色摄像元件的种类而能够生成各种图像数据。
例如，在专利文献1至3记载的数码相机中，包括：将彩色摄像元件的全部像素以预定图案排列的第一组RGB像素；及具有与第一组RGB像素相同的排列图案且以与第一组RGB像素分别相邻的方式配置的第二组像素。具体而言，第二组RGB像素相对于第一组RGB像素分别沿水平、垂直方向错开1/2像素间隔地配置。由此，能得到由第一组或第二组中的一方的RGB像素构成的普通摄影图像、由第一组及第二组双方的RGB像素构成的高分辨率图像。而且，通过使第一组及第二组RGB像素的信号电荷蓄积时间(电气性的曝光时间)不同而能得到灵敏度不同的图像，因此基于这些灵敏度不同的两个种类的图像能得到动态范围(DR)扩展(扩大)后的宽DR图像。
另外，在专利文献4至8记载的数码相机中，通过使第一组RGB像素与第二组RGB像素的面积不同而能得到灵敏度不同的图像，因此能得到宽DR图像。
此外，将第一组像素和第二组像素分别作为对来自不同方向的入射光灵敏度变高的相位差像素，由此能得到由具有视差的两个视点的视点图像构成的能够体视的视差图像。
在这样的各种数码相机中多设有单板式的彩色摄像元件。在单板式的彩色摄像元件中，由于在各像素上分别设有单色的滤色器，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)，因此通过从周围的像素对缺失的颜色的像素进行插值的处理(去马赛克算法处理)而得到多通道图像。在这种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的摄像元件相比，拍摄到的图像容易产生混淆现象，因此抑制彩色莫尔条纹(伪色)的发生并且扩宽再现带域而实现高分辨率化这样的情况是重要的课题。
去马赛克算法处理是根据单板式的彩色摄像元件的滤色器排列所对应的马赛克图像而对应各像素来算出全部的颜色信息的处理，也称为去马赛克算法处理。例如，在由RGB三种颜色的滤色器构成的摄像元件的情况下，是根据由RGB构成的马赛克图像而对应各像素来算出RGB全部的颜色信息的处理。
在单板彩色摄像元件中应用最广泛的滤色器的颜色排列即原色系拜耳排列中，将绿(G)像素配置成棋盘式格纹状，并将红(R)、蓝(B)配置成线型顺序，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35的A部分所示的黑白的纵条纹花样(高频图像)入射到图35的B部分所示的具有拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的情况下，当将其向拜耳的颜色排列分配而对应各颜色进行比较时，如图35的C部分至E部分所示，R成为浅且平坦的马赛克状的颜色图像，B成为深且平坦的马赛克状的颜色图像，G成为深浅的马赛克状的颜色图像，本来为黑白图像，相对于此，在RGB间未产生深度差(等级差)，但是通过颜色排列和输入频率而成为着色的状态。
同样地，在图36的A部分所示的倾斜的黑白的高频图像入射到图36B部分所示的具有拜耳排列的滤色器的摄像元件的情况下，当将其向拜耳的颜色排列分配而对应各颜色进行比较时，如图36的C部分至E部分所示，R和B成为浅且平坦的颜色图像，G成为深且平坦的颜色图像，假设黑色的值为0且白色的值为255时，倾斜的黑白的高频图像中，仅G为255，因此成为绿色。这样一来，在拜耳排列中，无法使倾斜的高频图像准确地再现。
通常在使用单板式的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波器配置于彩色摄像元件的前表面，通过光学性地使高频减低而回避。然而，在该方法中，虽然由高频信号的折返引起的着色能够减轻，但是其弊端中存在分辨率下降这样的问题。
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形成为三种颜色随机排列的彩色摄像元件，该三种颜色随机排列满足以下的排列限制条件：任意的关注像素与包含关注像素的颜色在内的三种颜色在关注像素的四边中的任一边相邻(专利文献9)。
另外，提出了一种滤色器排列的图像传感器，具有分光灵敏度不同的多个滤光片，其中的第一滤光片和第二滤光片沿着图像传感器的像素格子的一对角方向以第一预定的周期交替配置，并且沿着另一对角方向以第二预定的周期交替配置(专利文献10)。
而且，在RGB三原色的彩色固体摄像元件中，提出了如下的颜色排列：将R、G、B水平配置的三个像素沿着垂直方向呈锯齿状地错开配置，由此使RGB各自的出现概率均等，且摄像面上的任意的直线(水平、垂直、倾斜的直线)通过全部的颜色(专利文献11)。
此外，提出了将RGB三原色中的R、B沿着水平方向及垂直方向分别隔开三个像素配置且在上述的R、B之间配置有G的彩色摄像元件(专利文献12)。
专利文献1：日本特开2004-55786号公报
专利文献2：日本特开2004-336468号公报
专利文献3：日本特开2008-160674号公报
专利文献4：日本特开2004-336468号公报
专利文献5：日本特开2005-286104号公报
专利文献6：日本特开2007-306064号公报
专利文献7：日本特开2007-325145号公报
专利文献8：日本特开2008-193714号公报
专利文献9：日本特开2000-308080号公报
专利文献10：日本特开2005-136766号公报
专利文献11：日本特开平11-285012号公报
专利文献12：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9记载的彩色摄像元件由于滤光片排列随机，因此在进行后段的去马赛克算法处理时，需要对应各随机图案进行最优化，存在去马赛克算法处理变得烦杂这样的问题。而且，在随机排列中，对于低频的彩色莫尔条纹有效，但是对于高频部的伪色无效。
另外，专利文献10记载的图像传感器将G像素(亮度像素)配置成棋盘式格纹状，因此存在极限分辨率区域(尤其是倾斜方向)中的像素再现精度不良这样的问题。
专利文献11记载的彩色固体摄像元件由于在任意的直线上存在全部颜色的滤光片，因此存在能够抑制伪色的发生的优点，但是RGB的像素数的比率相等，因此存在高频再现性比拜耳排列低这样的问题。另外，在拜耳排列的情况下，最有助于获得亮度信号的G的像素数的比率成为R、B各自的像素数的2倍。
另一方面，专利文献12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高于拜耳排列，但是水平或垂直方向上仅存在G像素的行，因此在水平或垂直方向上对于高频部的伪色无效。
本发明鉴于这样的情况而作出，目的在于提供能够抑制伪色的发生及实现高分辨率化并且与以往的随机排列相比能够简化后段的处理的彩色摄像元件及摄像装置。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的，本发明的一方案的发明涉及一种彩色摄像元件，具备：第一组像素，由沿水平方向及垂直方向分别以预定像素间隔排列成矩阵状的光电转换元件构成；第二组像素，由相对于第一组像素的各光电转换元件沿水平方向及垂直方向分别错开预定像素间隔的一半的位置所排列的光电转换元件构成；及在第一及第二像素组上分别以同一特定的滤色器排列进行排列而成的滤色器，滤色器排列包含基本排列图案，该基本排列图案排列有与一种颜色以上的第一色对应的第一滤光片和与用于获得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，该基本排列图案沿水平方向及垂直方向重复配置，第一滤光片在滤色器排列的水平、垂直、斜右上及斜右下方向的各行内配置1个以上，与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排列的水平及垂直方向的各行内配置1个以上，第一滤光片所对应的第一色的像素数的比率大于第二滤光片所对应的第二色的各色的像素数的比率。
根据本发明的一方案的发明，与用于获得亮度信号的贡献率高的第一色对应的第一滤光片配置于滤色器排列的水平、垂直、斜右上及斜右下方向的各滤光片行内，因此能够提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度。而且，关于第一色以外的两种颜色以上的第二色的各色所对应的第二滤光片，也在滤色器排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置1个以上，因此能够抑制彩色莫尔条纹(伪色)的发生而实现高分辨率化。
另外，滤色器排列中，基本排列图案沿水平方向及垂直方向重复配置，因此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。
另外，使第一滤光片所对应的第一色的像素数与第二滤光片所对应的两种颜色以上的第二色的各色的像素数的比率不同，尤其是用于获得亮度信号的贡献率高的第一色的像素数的比率大于第二滤光片所对应的第二色的各色的像素数的比率，因此能够抑制混淆且使高频再现性良好。
在本发明的另一方案的彩色摄像元件中，第一组像素选择性地接收透过了摄影光学系统的互不相同的两个区域中的一方的被摄体光，第二组像素选择性地接收透过了两个区域中的另一方的被摄体光。由此，得到能够体视的视差图像。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，优选的是，两个区域是相对于摄影光学系统的光轴而对称的区域。由此，得到能够体视的视差图像。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，第二组像素的灵敏度低于第一组像素的灵敏度。由此，基于由来自第一组像素的输出信号构成的图像和由来自第二组像素的输出信号构成的图像，能得到动态范围扩展的图像。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，第二组像素的面积小于第一组像素的面积。由此，基于由来自第一组像素的输出信号构成的图像和由来自第二组像素的输出信号构成的图像，能得到动态范围扩展的图像。
在本发明的又一方案的彩色摄像元件中，第二组像素上的滤色器的透光率低于第一组像素上的滤色器的透光率。由此，基于由来自第一组像素的输出信号构成的图像和由来自第二组像素的输出信号构成的图像，能得到动态范围扩展的图像。
在第一滤光片及第二滤光片的上方分别设有微透镜，位于第二组像素上的微透镜比位于第一组像素上的微透镜小。由此，基于由来自第一组像素的输出信号构成的图像和由来自第二组像素的输出信号构成的图像，能得到动态范围扩展的图像。
在本发明的一方案的摄像装置中，具备：本发明的一方案的彩色摄像元件；及摄影光学系统，使被摄体光成像于彩色摄像元件的摄像面。由此，能够抑制伪色的发生及实现高分辨率化，并且与以往的随机排列相比，能够简化后段的处理。
在本发明的另一方案的摄像装置中，具备第一图像生成单元，该第一图像生成单元对从在斜右上方向或斜右下方向上相互相邻且配置于同色的滤色器的下方的第一组像素和第二组像素分别输出的输出信号进行加算而生成图像。由此，能得到低噪声的高灵敏度图像。
在本发明的又一方案的摄像装置中，具备第二图像生成单元，该第二图像生成单元基于来自第一组像素的输出信号和来自第二组像素的输出信号，生成具有比第一组像素及第二组像素各自的像素数大的像素数的图像。由此，能得到高分辨率图像。
在本发明的又一方案的摄像装置中，具备：电荷蓄积时间调整单元，使第二组像素的电荷蓄积时间短于第一组像素的电荷蓄积时间；及第三图像生成单元，基于由来自第一组像素的输出信号构成的图像和由来自第二组像素的输出信号构成的图像，生成动态范围扩展的图像。由此，能得到动态范围扩展的图像而无需使第一组像素与第二组像素的面积不同。
在本发明的又一方案的摄像装置中，其特征在于，具备：本发明的另一方案的彩色摄像元件，具有选择性地接收分别透过了摄影光学系统的两个区域的被摄体光的第一组像素及第二组像素；摄影光学系统，使被摄体光成像于彩色摄像元件的摄像面；及第四图像生成单元，生成包含由来自第一组像素的输出信号构成的第一图像和由来自第二组像素的输出信号构成的第二图像的视差图像。由此，得到能够体视的视差图像。
在本发明的又一方案的摄像装置中，具备：本发明的又一方案的彩色摄像元件，具有高灵敏度像素及低灵敏度像素；摄影光学系统，使被摄体光成像于彩色摄像元件的摄像面；及第三图像生成单元，基于由来自第一组像素的输出信号构成的图像和由来自第二组像素的输出信号构成的图像，生成动态范围扩展的图像。
发明效果
根据本发明，将用于获得亮度信号的贡献率高的第一色所对应的第一滤光片在滤色器的排列的水平、垂直、斜右上及斜右下方向的各滤光片行内配置1个以上，并且第一滤光片所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第二滤光片所对应的第二色的像素数的比率，因此能够提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度，且能够抑制混淆。
另外，将第一色以外的两种颜色以上的第二色的各色所对应的第二滤光片在基本排列图案内在滤色器排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置1个以上，因此能够抑制彩色莫尔条纹(伪色)的发生而实现高分辨率化。
此外，本发明的滤色器的排列中基本排列图案沿水平方向及垂直方向重复，因此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。
附图说明
图1是表示具备本发明的单板式的彩色摄像元件的数码相机的第1实施方式的图。
图2是表示第1实施方式的数码相机的彩色摄像元件的像素排列的图。
图3是表示第1实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列的图。
图4是表示第1实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列中包含的基本排列图案的图。
图5是表示将第1实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列中包含的6×6像素的基本排列图案分割成3×3像素的A排列和B排列并对它们进行配置的情况的图。
图6是为了说明根据第1实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列中包含的2×2像素的G像素的像素值而判别相关方向的方法而使用的图。
图7是为了说明彩色摄像元件的滤色器排列中含有的基本排列图案的概念而使用的图。
图8是表示具备本发明的单板式的彩色摄像元件的数码相机的第2实施方式的图。
图9是表示第2实施方式的数码相机的彩色摄像元件的像素排列的图。
图10是表示第2实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列的图。
图11是表示第2实施方式的彩色摄像元件的A面滤色器排列的图。
图12是表示第2实施方式的彩色摄像元件的B面滤色器排列的图。
图13是表示第2实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列中包含的基本排列图案的图。
图14是表示需要配置光学低通滤波器的以往的滤色器排列的图。
图15是用于说明宽DR图像摄影模式时的第2实施方式的彩色摄像元件的控制的说明图。
图16是用于说明高灵敏度图像生成部进行的高灵敏度图像数据生成处理的图。
图17是用于说明高灵敏度图像数据生成处理(像素混合)的说明图。
图18是用于说明高分辨率图像生成部进行的高分辨率图像数据生成处理的图。
图19是用于说明宽DR图像生成部进行的宽DR图像数据生成处理的图。
图20是用于说明第2实施方式的数码相机的作用的图。
图21是表示具备本发明的单板式的彩色摄像元件的数码相机的第3实施方式的图。
图22是表示第3实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列的图。
图23是表示沿着图22中的AA线的截面的图。
图24是表示沿着图22中的BB线的截面的图。
图25是用于说明视差图像生成部进行的视差图像数据(R、L视点图像数据)生成处理的图。
图26是用于说明第3实施方式的数码相机的作用的图。
图27是表示具备本发明的单板式的彩色摄像元件的数码相机的第4实施方式的图。
图28是表示第4实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列的图。
图29是表示第4-1实施方式的彩色摄像元件的滤色器排列的图。
图30是表示沿着图29中的CC线的截面的图。
图31是表示第4-2实施方式的彩色摄像元件的截面的图。
图32是表示配置有R滤光片(红色滤光片)、G1滤光片(第一绿色滤光片)、G2滤光片(第二绿色滤光片)及B滤光片(蓝色滤光片)的受光元件的分光灵敏度特性的坐标图。
图33是表示配置有R滤光片、G滤光片、B滤光片及W滤光片(透明滤光片)的受光元件的分光灵敏度特性的坐标图。
图34是表示配置有R滤光片、G滤光片、B滤光片及翠绿色滤光片E(E滤光片)的受光元件的分光灵敏度特性的坐标图。
图35是为了说明以往的具有拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的课题而使用的图。
图36是为了说明以往的具有拜耳排列的滤色器的彩色摄像元件的课题而使用的另一图。
具体实施方式
以下，按照附图，详细说明本发明的优选的实施方式。
[第1实施方式的数码相机的整体结构]
图1是具备本发明的彩色摄像元件的第1实施方式的数码相机(摄像装置)10的框图。数码相机10的CPU11基于来自包括快门按钮、各种操作按钮的操作部12的控制信号，依次执行从未图示的存储器读出的各种程序、数据，统一控制数码相机10的各部。
向透镜单元(摄影光学系统)13装入变焦透镜14、聚焦透镜15、机械快门16等。变焦透镜14及聚焦透镜15分别由变焦机构17、聚焦机构18驱动，沿光轴O1前后移动。
机械快门16具有可动部(图示省略)，该可动部在阻止被摄体光向彩色摄像元件20的入射的关闭位置与容许被摄体光的入射的打开位置之间移动。机械快门16通过使可动部向各位置移动，而打开/截断从各透镜14、15至彩色摄像元件20的光路。另外，机械快门16包含对向彩色摄像元件20入射的被摄体光的光量进行控制的光圈。机械快门16、变焦机构17及聚焦机构18经由透镜驱动器21而由CPU11进行动作控制。
在透镜单元13的背后配置有彩色摄像元件20。彩色摄像元件20将来自各透镜14、15的被摄体光转换成电输出信号而输出。摄像元件驱动器23在CPU11的控制下对彩色摄像元件20的驱动进行控制。
图像处理电路22对从彩色摄像元件20输入的输出信号实施灰度变换、白平衡校正、γ校正处理等各种处理而生成图像数据。以下，将在普通的摄影模式时(以下，称为普通摄影模式)图像处理电路22生成的图像数据称为普通摄影图像数据。
压缩扩展处理电路29对由图像处理电路22处理过的各图像数据实施压缩处理。而且，压缩扩展处理电路29对经由媒介I/F30从存储卡31获得的压缩图像数据实施扩展处理。媒介I/F30进行对于存储卡31的各图像数据的记录及读出等。显示部32使用液晶显示器等，显示实时取景图像、再生图像等。
另外，虽然图示省略，但是在数码相机10设有自动聚焦用的AF检测电路、AE检测电路等。CPU11基于AF检测电路的检测结果，经由透镜驱动器21来驱动聚焦机构18，由此执行AF处理。而且，CPU11基于AE检测电路的检测结果，经由透镜驱动器21来驱动机械快门16，由此执行AE处理。
[彩色摄像元件的第1实施方式]
图2及图3是表示本发明的单板式的彩色摄像元件的第1实施方式的图，图2示出了设于彩色摄像元件20的像素的像素排列，图3示出了滤色器的滤色器排列。另外，彩色摄像元件20可以是CCD(ChargeCoupled Device)彩色摄像元件、CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)彩色摄像元件等各种类的摄像元件。
如图2所示，彩色摄像元件20包括：具有排列(二维排列)于水平方向及垂直方向的光电转换元件PD的多个像素33；及在各像素的受光面的上方配置的图3所示的滤色器排列的滤色器。在各像素的上方配置有RGB三原色的滤色器(以下，称为R滤光片、G滤光片、B滤光片)34R、34G、34B中的任一个。以下，将配置有R滤光片34R的像素称为“R像素”，将配置有G滤光片34G的像素称为“G像素”，将配置有B滤光片34B的像素称为“B像素”。在此，“上方”是指被摄体光相对于彩色摄像元件20的摄像面入射的一侧的方向。
<滤色器排列的特征>
第1实施方式的彩色摄像元件20的滤色器排列具有下述的特征(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及(6)。
〔特征(1)〕
图3所示的滤色器排列包含由对应于6×6像素的正方排列图案构成的基本排列图案P(图中的由粗框表示的图案)，该基本排列图案P沿水平方向及垂直方向重复配置。即，该滤色器排列中，R、G、B各色的R滤光片34R、G滤光片34G、B滤光片34B具有周期性而排列。
这样一来，R滤光片34R、G滤光片34G、B滤光片34B具有周期性而排列，因此在进行从彩色摄像元件20读出的R、G、B信号的去马赛克算法处理等时，能够按照重复图案进行处理。
另外，在以基本排列图案P为单位进行间拔处理而缩小图像时，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，能够使用通用的处理电路。
〔特征(2)〕
图3所示的滤色器排列中，最有助于获得亮度信号的颜色(在本实施方式中为G色)所对应的G滤光片34G配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内。在此，NE表示斜右上方向，NW表示斜右下方向。例如，在正方形的像素的排列的情况下，斜右上及斜右下方向成为相对于水平方向分别呈45°的方向，但若是长方形的像素的排列，则是长方形的对角线的方向，其角度根据长边/短边的长度而改变。
与亮度系像素对应的G滤光片34G配置于滤色器排列的水平、垂直及倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行内，因此无论成为高频的方向如何，都能够提高高频区域的去马赛克算法处理的再现精度。
〔特征(3)〕
图3所示的滤色器排列的基本排列图案P中，该基本排列图案P内的与RGB滤光片34R、34G、34B对应的R像素、G像素、B像素的像素数分别为8像素、20像素、8像素。即，RGB像素的各像素数的比率为2：5：2，最有助于获得亮度信号的G像素的像素数的比率大于其他颜色的R像素、B像素各自的像素数的比率。
如上述那样，G像素的像素数与R、B像素的像素数的比率不同，尤其是最有助于获得亮度信号的G像素的像素数的比率大于R、B像素的像素数的比率，因此能够抑制去马赛克算法处理时的混淆现象，并且也能够使高频再现性良好。
〔特征(4)〕
图3所示的滤色器排列中，上述G色以外的两种颜色以上的其他颜色(在本实施方式中，为R、B色)所对应的R滤光片34R、B滤光片34B分别在基本排列图案P内，在滤色器排列的水平及垂直方向的各滤光片行内配置一个以上。
R滤光片34R及B滤光片34B分别配置于滤色器排列的水平及垂直方向的各滤光片行内，因此能够抑制彩色莫尔条纹(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波器配置于从光学系统的入射面到摄像面的光路上，或者即使在应用光学低通滤波器的情况下，也能够应用用于防止伪色的发生的、切断高频成分的作用较弱的光学低通滤波器，从而能够不损害分辨率。
图4示出了将图3所示的基本排列图案P分割成四个3×3像素的状态。
如图4所示，基本排列图案P也可以被当作由图中的实线框围成的3×3像素的A排列35a和图中的虚线框围成的3×3像素的B排列35b沿着水平、垂直方向交替排列而成的排列。
A排列35a及B排列35b中，作为亮度系像素的G滤光片34G分别配置于四角和中央，配置于两对角线上。而且，A排列35a中，隔着中央的G滤光片34G沿水平方向排列有R滤光片34R，沿垂直方向排列有B滤光片34B。另一方面，B排列35b中，隔着中央的G滤光片34G沿水平方向排列有B滤光片34B，沿垂直方向排列有R滤光片34R。即，A排列35a和B排列35b中，R滤光片34R和B滤光片34B的位置关系颠倒，但是其他配置相同。
另外，A排列35a和B排列35b的四角的G滤光片34G如图5所示，A排列和B排列沿水平、垂直方向交替配置，由此成为与2×2像素对应的正方排列的G滤光片34G。
这是因为，作为亮度系像素的G滤光片34G在A排列35a或B排列35b的3×3像素中配置于四角和中央，该3×3像素在水平方向、垂直方向上交替配置，由此形成与2×2像素对应的正方排列的G滤光片34G。另外，通过形成为这样的排列，满足前述的特征(1)、(2)、(3)及后述的特征(5)。
〔特征(5)〕
图3所示的滤色器排列包含设有G滤光片34G的对应于2×2像素的正方排列36(以下，简称为G正方排列36，参照图6)。
如图6所示，将设有G滤光片34G的2×2像素取出，求出水平方向的G像素的像素值的差的绝对值、垂直方向的G像素的像素值的差的绝对值、倾斜方向(右上斜、左上斜)的G像素的像素值的差的绝对值，由此能够判断为在水平方向、垂直方向及倾斜方向中的、差的绝对值小的方向上存在相关性。
即，根据该滤色器排列，使用最小像素间隔的G像素的信息，能够进行水平方向、垂直方向及倾斜方向中的相关性高的方向判别。该方向判别结果能够使用于从周围的像素进行插值的处理(去马赛克算法处理)。由此，能够执行基于图像处理部22的去马赛克算法处理。
另外，如图5所示，将3×3像素的A排列35a或B排列35b的像素作为去马赛克算法处理的对象像素，在以A排列35a或B排列35b为中心而提取5×5像素(马赛克图像的局部区域)时，在5×5像素的四角存在2×2像素的G像素。通过使用上述的2×2像素的G像素的像素值，能够使用最小像素间隔的G像素的信息来高精度地进行四个方向的相关方向的判别。
〔特征(6)〕
图3所示的滤色器排列的基本排列图案P相对于其中心(四个G滤光片34G的中心)形成点对称。而且，如图4所示，基本排列图案P内的A排列35a及B排列35b也分别相对于中心的G滤光片34G形成点对称。
通过这样的对称性，能够减小或简化后段的处理电路的电路规模。
如图7所示，在由粗框表示的基本排列图案P中，水平方向的第一至第六行中的第一及第三行的滤色器排列是GBGGRG，第二行的滤色器排列是RGRBGB，第四及第六行的滤色器排列是GRGGBG，第五行的滤色器排列为BGBRGR。
目前，在图7中，当将基本排列图案P沿水平方向及垂直方向分别各移动一个像素而得到的基本排列图案设为Pα且将分别各移动两个像素而得到的基本排列图案设为Pβ时，即使将这些基本排列图案Pα、Pβ沿水平方向及垂直方向重复配置，也成为相同的滤色器排列。
即，通过将基本排列图案沿水平方向及垂直方向重复配置，能够构成图7所示的滤色器排列的基本排列图案存在多个。在第一实施方式中，为了简便起见，将基本排列图案形成点对称的基本排列图案P称为基本排列图案。
另外，在后述的其他实施方式的滤色器排列中，也相对于各滤色器排列而存在多个基本排列图案，但是将其代表性的基本排列图案称为该滤色器排列的基本排列图案。
[第2实施方式的数码相机的整体结构]
图8是具备本发明的彩色摄像元件的第2实施方式的数码相机(摄像装置)39的框图。在上述第1实施方式中，说明了具有一个种类的摄影模式(普通摄影模式)的数码相机10，但是数码相机39具有多个种类的摄影模式。
数码相机39除了具有前述的普通摄影模式之外，还具有生成噪声少且进行高灵敏度摄影的图像(以下，称为高灵敏度图像)的高灵敏度图像摄影模式、生成比普通摄影图像的分辨率高(像素数大)的图像(以下，称为高分辨率图像)的高分辨率图像摄影模式、生成比普通摄影图像的动态范围扩展(扩大)的图像(以下，称为宽DR图像)的宽DR图像摄影模式。各摄影模式的切换由操作部12进行。
另外，数码相机39具有与第1实施方式的数码相机10不同的彩色摄像元件41及图像处理电路43，且CPU11作为电荷蓄积时间调整部(电荷蓄积时间调整单元)44发挥功能，除此之外基本上与第1实施方式相同。因此，对于与第1实施方式在功能/结构上相同的部件，标注同一附图标记而省略其说明。
[彩色摄像元件的第2实施方式]
如图9所示，在彩色摄像元件41的摄像面上设有第一组像素46A和第二组像素46B。第一组像素46A由沿水平及垂直方向分别以预定像素间隔p排列成矩阵状的光电转换元件PDA构成。而且，第二组像素46B由以与第一组像素46A相同的像素间隔p排列成矩阵状的光电转换元件PDB构成。
第一组像素46A(光电转换元件PDA)排列于彩色摄像元件41的奇数像素行上。另一方面，第二组像素46B(光电转换元件PDB)排列于彩色摄像元件41的偶数像素行上。而且，各光电转换元件PDB相对于各光电转换元件PDA，排列于沿水平及垂直方向分别错开1/2p(预定像素间隔的一半)的位置。另外，光电转换元件PDA、PDB除了排列位置之外基本上相同。以下，将彩色摄像元件41的摄像面中的第一组像素46A排列的区域称为“A面”，将第二组像素46B排列的区域称为“B面”。
从第一组像素46A及第二组像素46B分别输出的输出信号向图像处理电路43输入。
如图10所示，R、G、B滤光片34R、34G、34B分别以同一滤色器排列排列于第一组像素46A及第二组像素46B的上方。因此，彩色摄像元件41的滤色器排列具有将同一滤色器排列沿水平、垂直方向分别错开1/2p配置而成的排列图案(以下，称为特殊排列图案)。
以下，将A面上的R、G、B滤光片34R、34G、34B称为“RA、GA、BA滤光片34R、34G、34B”，将B面上的R、G、B滤光片34R、34G、34B称为“RB、GB、BB滤光片34R、34G、34B”。而且，将A面上的RA、GA、BA滤光片34R、34G、34B的滤色器排列称为“A面滤色器排列”，将B面上的RB、GB、BB滤光片34R、34G、34B的滤色器排列称为“B面滤色器排列”。
如图11及图12所示，A面滤色器排列和B面滤色器排列分别是与第1实施方式的滤色器排列基本上相同的排列。因此，A面滤色器排列包含与6×6像素对应的正方排列图案即基本排列图案PA，B面滤色器排列也包含相同的正方排列图案即基本排列图案PΒ。并且，A面、B面滤色器排列各自的基本排列图案PA、基本排列图案PΒ沿水平方向及垂直方向重复配置。
基本排列图案PA、PΒ是与第1实施方式的基本排列图案P基本上相同的排列图案。因此，如第1实施方式中叙述那样，A面及B面滤色器排列分别具有前述的特征(1)、(2)、(3)、(4)、(5)及(6)。
返回到图10，彩色摄像元件41的滤色器排列由A面滤色器排列和B面滤色器排列构成。A面及B面滤色器排列具有前述的特征(2)及(3)，因此彩色摄像元件41的滤色器排列也同样地具有前述的特征(2)及(3)。
此外，A面及B面滤色器排列中，基本排列图案PA、PΒ分别沿水平方向及垂直方向重复配置。因此，彩色摄像元件41的滤色器排列包含基本排列图案P1，该基本排列图案P1沿水平方向及垂直方向重复配置。因此，彩色摄像元件41的滤色器排列也具有前述的特征(1)。
如图13所示，基本排列图案P1由基本排列图案PA和处于相对于该基本排列图案PA沿水平及垂直方向错开1/2p的位置处的基本排列图案PΒ构成。A面及B面滤色器排列具有前述的特征(4)，因此彩色摄像元件41的滤色器排列也同样地具有前述的特征(4)。
另外，在第2实施方式中，基本排列图案P1相对于其中心未形成点对称。
如上述那样，彩色摄像元件41的滤色器排列具有与第1实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)相同的特征。
〔特征(7)〕
另外，在彩色摄像元件41的滤色器排列中，在倾斜(NE、NW)方向的各滤光片行(除一部分行之外)分别配置1个以上的RA、B滤光片34R、GA、B滤光片34G、BA、B滤光片34B。因此，倾斜(NE、NW)方向的分辨率变高。
另一方面，如表示比较例的图14那样，滤色器排列具有与第2实施方式同样的“特殊排列图案”，但是当A面及B面排列图案分别为拜耳排列时，倾斜(NE)方向的分辨率下降。具体而言，滤色器排列成为仅G滤光片34G的倾斜(NW)方向的行LG与仅R、B滤光片34R、34B的倾斜(NW)方向的行LRB沿倾斜(NE)方向交替配置的图案，因此例如G滤光片34G的倾斜(NE)方向的像素间隔比水平、垂直方向的像素间隔大。另外，关于R、B滤光片34R、34B也同样。因此，滤色器排列的倾斜(NE)方向的分辨率下降，因此优选另行设置沿倾斜(NE)方向具有各向异性的光学低通滤波器。
相对于此，在彩色摄像元件41的滤色器排列中，倾斜(NE、NW)方向的分辨率变高，因此即使未配置沿倾斜(NE)方向具有各向异性的光学低通滤波器，也能够抑制因沿倾斜方向具有高频成分的输入图像而产生的彩色莫尔条纹(伪色)。
〔特征(5’)〕
此外，彩色摄像元件41的滤色器排列取代第1实施方式的G正方排列36，而具有将GA，GB滤光片34G沿水平、垂直及倾斜方向以最小间隔配置4个而成的G排列48(参照图10、图13)。因此，将设有G排列48的4个像素取出，求出水平方向的G像素的像素值的差的绝对值、垂直方向的G像素的像素值的差的绝对值、倾斜方向(NE、NW)的G像素的像素值的差的绝对值，由此能够判断为差的绝对值小的方向存在相关性。由此，彩色摄像元件41的滤色器排列具有与前述的特征(5)大致相同的特征。
[第2实施方式的数码相机的各结构]
电荷蓄积时间调整部44(参照图8)独立地控制第一组像素46A(A面)和第二组像素46B(B面)的电荷蓄积时间(曝光时间)。电荷蓄积时间调整部44在宽DR图像摄影模式以外的摄影模式时，将第一组像素46A与第二组像素46B的电荷蓄积时间设定为相同。
另外，如图15所示，电荷蓄积时间调整部44在宽DR图像摄影模式时，将第二组像素46B的电荷蓄积时间设定为比第一组像素46A的电荷蓄积时间短(相反也可)。由此，第一组像素46A相对地成为“高灵敏度像素”，第二组像素46B相对地成为“低灵敏度像素”。其结果是，从第一组像素46A得到灵敏度高的图像(以下，称为高灵敏度图像)，从第二组像素46B得到灵敏度低的图像(以下，称为低灵敏度图像)。
返回到图8，图像处理电路43基本上与第1实施方式的图像处理电路22相同，但是在普通摄影模式时，生成普通摄影图像数据，在高灵敏度图像摄影模式时，生成高灵敏度图像数据，在高分辨率图像摄影模式时，生成高分辨率图像数据，在宽DR图像摄影模式时，生成宽DR图像数据。该图像处理电路43具备普通图像生成部50、高灵敏度图像生成部(第一图像生成单元)51、高分辨率图像生成部(第二图像生成单元)52、宽DR图像生成部(第三图像生成单元)53。
普通图像生成部50在普通摄影模式时，基于例如从第一组像素46A(第二组像素46B也可)输出的输出信号，生成普通摄影图像数据。
如图16所示，高灵敏度图像生成部51在高灵敏度图像摄影模式时，进行将来自第一组像素46A的输出信号与来自第二组像素46B的输出信号进行混合(加算)的所谓像素混合，该第一组像素46A与第二组像素46B为同色且在倾斜方向(在本实施方式中为NW方向)上相互相邻。由此，如图17所示，能够将倾斜方向(NW)上相邻的同色的第一组像素及第二组像素46A、46B视为1个像素而进行信号处理。通过这样的像素混合，灵敏度相当于2倍，因此能得到高灵敏度图像数据。不进行增益放大而能得到该高灵敏度图像数据，因此噪声也减少。另外，虽然图示省略，但是即使同色的第一组像素46A与第二组像素46B在倾斜方向(NE)上相邻的情况下，也能同样地得到高灵敏度图像数据。
如图18所示，高分辨率图像生成部52在高分辨率图像摄影模式时，基于从第一组像素46A和第二组像素46B双方分别输出的输出信号，生成高分辨率图像数据。高分辨率图像数据使用普通摄影图像数据生成时的2倍的像素而生成，因此与普通摄影图像数据相比成为高分辨率的图像数据。
如图19所示，宽DR图像生成部53在宽DR图像摄影模式时，基于信号电荷蓄积时间不同的第一组像素及第二组像素46A、46B各自的输出信号，生成高灵敏度图像数据、低灵敏度图像数据。接下来，宽DR图像生成部53基于高灵敏度图像数据和低灵敏度图像数据而生成宽DR图像数据。另外，使用灵敏度不同的图像数据而生成宽DR图像数据的方法为周知技术，因此这里省略具体的说明。
[第2实施方式的数码相机的作用]
接下来，使用图20说明上述结构的数码相机39的作用。当利用操作部12将摄影模式设定为普通摄影模式、高灵敏度图像摄影模式、高分辨率图像摄影模式、宽DR图像摄影模式中的任一个时，CPU11经由透镜驱动器21来控制机械快门16的动作，并经由摄像元件驱动器23来驱动彩色摄像元件41。
以预定的快门速度将机械快门16开闭，向彩色摄像元件41的各像素46A、46B蓄积信号电荷。此时，电荷蓄积时间调整部44在宽DR图像摄影模式以外的摄影模式时，将第一组像素46A和第二组像素46B的电荷蓄积时间调整为相同，在宽DR图像摄影模式时使两者的电荷蓄积时间不同。并且，在摄像元件驱动器23的控制下，将各像素46A、46B的输出信号向图像处理电路43输出。
[普通摄影模式]
在设定普通摄影模式作为摄影模式时，普通图像生成部50工作。普通图像生成部50基于来自第一组像素46A的输出信号，生成普通摄影图像数据，并将其在一定的时机向显示部32输出。由此，在显示部32显示实时取景图像。而且，也可以同时进行AF处理、AE处理等摄影准备处理。
当通过操作部12作出摄影指示时，利用普通图像生成部50生成1帧量的普通摄影图像数据。该普通摄影图像数据在由压缩扩展处理电路29进行了压缩之后，经由媒介I/F30记录于存储卡31中。
[高灵敏度图像、高分辨率图像、宽DR图像摄影模式]
在设定高灵敏度图像摄影模式作为摄影模式时，高灵敏度图像生成部51工作，如图16所示，通过进行所谓像素混合而生成高灵敏度图像数据。而且，在设定高分辨率图像摄影模式作为摄影模式时，高分辨率图像生成部52工作，如图18所示，基于来自全部像素46A、46B的输出信号，生成高分辨率图像数据。
此外，在设定宽DR图像摄影模式作为摄影模式时，宽DR图像生成部53工作，如图19所示，基于由来自全部像素46A、46B各自的输出信号所构成的高灵敏度、低灵敏度图像数据，生成宽DR图像数据。以下，与普通摄影模式时同样地，在通过操作部12作出了摄影指示时，将高灵敏度图像数据、高分辨率图像数据及宽DR图像数据分别进行了压缩处理之后记录于存储卡31中。
彩色摄像元件41具有图10等所示的滤色器排列，因此在普通摄影图像数据、高灵敏度图像数据、高分辨率图像数据及宽DR图像数据中的任一者都能抑制彩色莫尔条纹(伪色)的产生，能得到高画质的图像数据。而且，能够应用未配置光学低通滤波器或切断高频成分的作用较弱的结构，因此不会损害各图像数据的分辨率。由此，能得到高分辨率的图像数据。此外，滤色器排列中，基本排列图案P1沿水平方向及垂直方向重复配置，因此在进行图像处理电路等的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。
[第3实施方式的数码相机的整体结构]
图21是具备本发明的彩色摄像元件的第3实施方式的数码相机(摄像装置)55的框图。在上述第2实施方式中，说明了能够生成高灵敏度图像、高分辨率图像及宽DR图像的数码相机39，但是在数码相机55中生成能够体视的视差图像。
数码相机55取代前述的高灵敏度图像摄影模式、高分辨率图像摄影模式及宽DR图像摄影模式而具有生成视差图像的3D摄影模式。而且，数码相机55是除了具有与第2实施方式的数码相机39不同的彩色摄像元件58、图像处理电路59及显示部60这一点之外基本上与第2实施方式相同的结构，关于与第2实施方式在功能/结构上相同的部件，标注同一附图标记而省略其说明。
[彩色摄像元件的第3实施方式]
如图22所示，彩色摄像元件58的像素排列及滤色器排列与第2实施方式的彩色摄像元件41的像素排列、滤色器排列相同。但是，在彩色摄像元件58中，第一组像素46A、第二组像素46B以相对于分别从不同的方向入射的被摄体光而灵敏度变高的方式构成。
在表示沿着图22中的AA线的截面的图23及表示沿着BB线的截面的图24中，在半导体基板(sub)62的表层分别形成有分别构成各像素46A、46B的光电转换元件PDA、PDB。另外，虽然图示省略，但是在半导体基板62设有在各像素46A、46B的驱动、信号输出中使用的各种电路。
在半导体基板62上设有例如由氧化硅形成的透光性的绝缘膜63。在绝缘膜63上设有例如由钨形成的遮光膜64。遮光膜64具有在光电转换元件PDA上形成的第一偏心开口64a和在光电转换元件PDB上形成的第二偏心开口64b。
第一偏心开口64a形成于相对于光电转换元件PDA的中心而偏向图中左方的位置。由此，光电转换元件PDA的大致右半部分的区域(以下，简称为右区域)由遮光膜64覆盖，反之大致左半部分的区域(以下，简称为左区域)露出。另一方面，第二偏心开口64b形成于相对于光电转换元件PDB的中心而偏向图中右方的位置。由此，光电转换元件PDB的左区域由遮光膜64覆盖，反之右区域露出。
在遮光膜64上设有表面平坦的透光性的平坦化层65。在平坦化层65上以图22所示的滤色器排列分别设有各滤光片34R、34G、34B。
在各滤光片34R、34G、34B上，在各光电转换元件PDA、PDB的正上方位置分别设有微透镜66。另外，图中的附图标记O2是微透镜66的光轴。微透镜66的光轴O2位于各光电转换元件PDA、PDB的中心上。
从图中右斜方向入射到微透镜66的被摄体光67R通过微透镜66经由第一偏心开口64a向光电转换元件PDA的左区域聚光，但是在由遮光膜64覆盖的光电转换元件PDB的左区域未聚光。反之，从图中右斜方向入射到微透镜66的被摄体光67L通过微透镜66经由第二偏心开口64b而向光电转换元件PDB的右区域聚光，但是在由遮光膜64覆盖的光电转换元件PDA的右区域未聚光。
这样一来，光电转换元件PDA(第一组像素46A)相对于被摄体光67R而灵敏度变高，光电转换元件PDB(第二组像素46B)相对于被摄体光67L而灵敏度变高。另外，被摄体光67R、67L分别通过相对于透镜单元13(变焦透镜14及聚焦透镜15)的光轴O1而对称的区域及相对于微透镜66的光轴O2而对称的区域。另外，相对于透镜单元13的光轴O1而对称的区域是利用与光轴O1正交且与像素排列的垂直方向(参照图9)平行的线段对透镜单元13进行分割而成的区域(透镜单元13的左右区域)。
[第3实施方式的数码相机的各结构]
返回到图21，图像处理电路59在普通摄影模式时生成普通摄影图像数据，在3D摄影模式时生成由2视点(R视点、L视点)的视点图像构成的视差图像数据。该图像处理电路59取代高灵敏度图像生成部51、高分辨率图像生成部52及宽DR图像生成部53而设有视差图像生成部(第四图像生成单元)69，除此之外与第2实施方式的图像处理电路43基本上相同。
如图25所示，视差图像生成部69在3D摄影模式时基于来自第一组像素46A的输出信号，生成从R视点侧观察被摄体时的R视点图像数据(第一图像)，并基于来自第二组像素46B的输出信号，生成从L视点侧观察被摄体时的L视点图像数据(第二图像)。在R视点图像数据与L视点图像数据产生视差，因此能够进行体视。
显示部60(参照图21)基于R视点图像数据及L视点图像数据，使用能够进行立体图像的观察的各种监视器。另外，立体图像的显示方式可以使用柱面透镜方式、视差屏障方式、视差屏障(parallax barrier)方式、立体照片方式、帧顺序方式、光照方向方式等周知的各种方式。
[第3实施方式的数码相机的作用]
接下来，使用图26，说明上述结构的数码相机55的作用。另外，摄影模式被设定为普通摄影模式时的处理的流程与第2实施方式相同，因此这里省略具体的说明。
[3D摄影模式]
在设定3D摄影模式作为摄影模式时，视差图像生成部69工作，如图25所示，基于分别来自第一组像素46A及第二组像素46B的输出信号，生成R视点图像数据、L视点图像数据。视差图像生成部69将R视点图像数据及L视点图像数据中的至少一方在一定的时机向显示部60输出。由此，在显示部60显示实时取景图像。
当通过操作部12作出摄影指示时，利用视差图像生成部69生成1帧量的R视点图像数据、L视点图像数据。上述R视点图像数据及L视点图像数据在由压缩扩展处理电路29压缩作为视差图像数据之后，经由媒介I/F30而记录于存储卡31中。另外，记录于存储卡31中的视差图像数据通过将数码相机55的动作模式切换成再生模式，而能够体视地显示于显示部60。
通过前述的结构的滤色器排列，与第2实施方式同样地能得到高画质且高分辨率的图像数据。而且，与以往的随机排列相比，能够简化后段的去马赛克算法处理等。
另外，通过对设于机械快门16的光圈进行光圈缩小，而R视点图像数据与L视点图像数据的视差量减小，因此与第2实施方式同样地，可以生成高灵敏度图像数据、高分辨率图像数据、宽DR图像数据。
另外，在上述第3实施方式中，通过形成于遮光膜64的第一及第二偏心开口64a、64b，第一组像素及第二组像素46A、46B相对于分别从不同方向入射的被摄体光而灵敏度变高，但也可以使用其它方法。例如可以取代在遮光膜形成偏心开口，而使第一组像素及第二组像素46A、46B上的微透镜的位置分别向不同方向偏心。
[第4实施方式的数码相机的整体结构]
图27是具备本发明的彩色摄像元件的第4实施方式的数码相机(摄像装置)71的框图。在上述第2实施方式中，在宽DR摄影模式时，独立地控制第一组像素46A(A面)和第二组像素46B(B面)的电荷蓄积时间，由此生成宽DR图像数据(高灵敏度图像数据、低灵敏度图像数据)。相对于此，在数码相机71中，不改变A面和B面的电荷蓄积时间而生成宽DR图像数据。
数码相机71具有与第2实施方式的数码相机39不同的彩色摄像元件72及图像处理电路73，除此之外基本上是与第2实施方式相同的结构，对于与第2实施方式在功能/结构上相同的部件，标注同一附图标记而省略其说明。
[彩色摄像元件的第4实施方式]
如图28所示，彩色摄像元件72的像素排列与第2实施方式的彩色摄像元件41的像素排列相同。但是，在彩色摄像元件72中，第二组像素46B(光电转换元件PDB)的面积小于第一组像素46A(光电转换元件PDA)的面积。因此，第二组像素46B的信号电荷的蓄积量小于第一组像素46A的信号电荷的蓄积量。由此，第一组像素46A相对地成为“高灵敏度像素”，第二组像素46B相对地成为“低灵敏度像素”。
另外，RB、GB、BB滤光片34Rs、34Gs、34Bs的面积小于RA、GA、BA滤光片34R、34G、34B的面积。因此，彩色摄像元件72的滤色器排列除了RB、GB、BB滤光片34Rs、34Gs、34Bs的面积形成得较小这一点之外，与第2实施方式的滤色器排列基本上相同。因此，彩色摄像元件72的滤色器排列在具有与第1实施方式的滤色器排列的特征(1)、(2)、(3)、(4)相同的特征的基础上，还具有第2实施方式的滤色器排列的特征(7)。
这样一来，在彩色摄像元件72中，不改变A面和B面的电荷蓄积时间，而基于来自第一组像素46A的输出信号能得到高灵敏度图像，并基于来自第二组像素46B的输出信号能得到低灵敏度图像。
返回到图27，图像处理电路73的宽DR图像生成部53在宽DR图像生成模式时工作，基于第一组像素及第二组像素46A、46B各自的输出信号，生成高灵敏度图像数据和低灵敏度图像数据，基于这两个图像数据而生成宽DR图像数据。通过上述结构的滤色器排列，与第2实施方式同样地能得到高画质且高分辨率的图像数据。而且，与以往的随机排列相比，能够简化后段的去马赛克算法处理等。
另外，关于数码相机71的作用，与第2实施方式的数码相机39基本上相同，因此这里省略说明。
[彩色摄像元件的第4-1实施方式]
在上述第4实施方式的数码相机71中，通过使第一组像素及第二组像素46A、46B的面积不同而生成宽DR图像数据，但是也可以利用使面积不同的以外的方法来使向第一组像素及第二组像素46A、46B入射的被摄体光的光量不同。
例如，在图29及表示沿着图29中的CC线的截面的图30中，彩色摄像元件75是与第2实施方式的彩色摄像元件41基本相同的结构。但是，在彩色摄像元件75中，位于第二组像素46B(光电转换元件PDB)的上方的微透镜76的大小比位于第一组像素46A(光电转换元件PDA)的上方的微透镜66的大小形成得小。
通过较小地形成微透镜76，聚光于第二组像素46B的被摄体光的光量比聚光于第一组像素46A的被摄体光的光量少。因此，第二组像素46B的信号电荷的蓄积量小于第一组像素46A的信号电荷的蓄积量。由此，与第4实施方式同样地，第一组像素46A相对地成为“高灵敏度像素”，第二组像素46B相对地成为“低灵敏度像素”。
这样一来，即使在将第4实施方式的彩色摄像元件72置换成彩色摄像元件75的情况下，也与第4实施方式同样地能得到宽DR图像数据。而且，由于滤色器排列是与第2及第3实施方式相同的排列，因此能得到高画质且高分辨率的宽DR图像数据，而且能够简化后段的去马赛克算法处理等。
[彩色摄像元件的第4-2实施方式]
另外，在上述第4-1实施方式的彩色摄像元件75中，通过使微透镜66、76的大小不同而能得到宽DR图像数据，但也可以例如如图31所示的彩色摄像元件77那样，使RA、GA、BA滤光片34R、34G、34B与RB、GB、BB滤光片34R、34G、34B的透光率不同。
具体而言，RB、GB、BB滤光片34R、34G、34B的透光率比RA、GA、BA滤光片34R、34G、34B的透光率低。另外，在图31中，以G滤光片34G为代表例进行了图示，但是关于其他R滤光片34R、B滤光片34B也同样。
通过降低RB、GB、BB滤光片34R、34G、34B的透光率，能够使聚光于第二组像素46B的被摄体光的光量比聚光于第一组像素46A的被摄体光的光量少。因此，与第4-1实施方式同样地，第一组像素46A相对地成为“高灵敏度像素”，第二组像素46B相对地成为“低灵敏度像素”。
这样一来，即使在将第4实施方式的彩色摄像元件72置换成彩色摄像元件77的情况下，也与第四及第4-1实施方式同样地，能得到高画质且高分辨率的宽DR图像数据，而且能够简化后段的去马赛克算法处理等。
[其他]
在上述第2实施方式至上述第4-2实施方式中，基本排列图案P1具有与12×12像素(基本排列图案PA、PΒ分别为6×6像素)对应的排列图案，但是滤色器排列在至少满足前述的特征(1)至(4)的范围内也可以使基本排列图案P1具有与任意的M×N(M＝N，M≠N均可)像素对应的排列图案。在这种情况下，基本排列图案PA、PΒ成为对应于(M/2)×(N/2)像素的排列图案。
另外，M和N优选为20以下。这是因为，在M和N超过20时，去马赛克等信号处理变得复杂化，相对于此无法得到增大基本排列图案的大小所产生的额外的效果。
上述各实施方式的R滤光片34R及B滤光片34B的配置并未限定为前述的各图所示的配置，至少在满足前述的特征(4)的范围内可以适当变更。而且，在上述各实施方式中，同色的第一组像素和第二组像素(同色的滤色器)沿倾斜方向(NW)相邻配置，但也可以沿倾斜方向(NE)相邻配置。
[变形例]
另外，在上述的各实施方式中，说明了采用绿(G)作为第一色并采用红(R)及蓝(B)作为第二色的例子，但是在滤色器中可使用的颜色并未限定为这些颜色，也可以使用与满足以下条件的颜色对应的滤色器。
<第一滤光片(第一色)的条件>
在上述各实施方式中，作为本发明的具有第一色的第一滤光片，列举G色的G滤光片为例进行了说明，但是也可以取代G滤光片，或者取代G滤光片的一部分，使用满足下述条件(1)至条件(4)中的任一个的滤光片。
〔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％是为了对本发明的第一色(G色等)与第二色(R、B色等)进行区别而确定出的值，是以用于获得亮度数据的贡献率相对地比R色、B色等高的颜色包含于“第一色”的方式确定出的值。
另外，贡献率小于50％的颜色成为本发明的第二色(R色、B色等)，具有该颜色的滤光片成为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出的值。该波长范围是为了将本发明的第一色(G色等)与第二色(R、B色等)进行区别而确定出的范围，是以不包含前述的贡献率相对降低的R色、B色等的峰值且包含贡献率相对升高的G色等的峰值的方式确定出的范围。因此，可以使用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作为第一滤光片。另外，透过率的峰值为波长480nm以上且570nm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、B滤光片)。
〔条件(3)〕
条件(3)是波长500nm以上且560nm以下的范围内的透过率比第二滤光片(R滤光片或B滤光片)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出的值。该条件(3)的波长范围也是为了对本发明的第一色(G色等)与第二色(R、B色等)进行区别而确定出的范围，是具有前述的贡献率相对地比R色或B色等高的颜色的滤光片的透过率高于RB滤光片等的透过率的范围。因此，可以使用在透过率为波长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，并使用透过率相对低的滤光片作为第二滤光片。
〔条件(4)〕
条件(4)是使用包含三原色中的最有助于亮度信号的颜色(例如RGB中的G色)和与这三原色不同的颜色的两种颜色以上的滤光片作为第一滤光片。在这种情况下，第一滤光片的各色以外的颜色所对应的滤光片成为第二滤光片。
<多个种类的第一滤光片(G滤光片)>
因此，作为第一滤光片的G色的G滤光片并未限定为一个种类，也可以使用例如多个种类的G滤光片(G1滤光片、G2滤光片)作为第一滤光片。即上述的各实施方式的滤色器(基本排列图案)的G滤光片可以适当置换成G1滤光片或G2滤光片。G1滤光片使第一波长带域的G光透过，G2滤光片使与G1滤光片相关性高的第二波长带域的G光透过(参照图32)。
作为G1滤光片，可以使用现存的G滤光片(例如第一实施方式的G滤光片)。而且，作为G2滤光片，可以使用与G1滤光片相关性高的滤光片。在这种情况下，配置G2滤光片的受光元件的分光灵敏度曲线的峰值优选处于例如波长500nm至535nm的范围(配置现存的G滤光片的受光元件的分光灵敏度曲线的峰值的附近)。另外，决定四种颜色(R、G1、G2、B)的滤色器的方法使用例如日本特开2003-284084号记载的方法。
将如此通过彩色摄像元件而取得的图像的颜色分为四个种类，并使取得的颜色信息增加，由此与仅取得三个种类的颜色(RGB)的情况相比，能够更准确地表现出颜色。即，能够将眼睛看起来不同的颜色再现为不同的颜色，并将眼睛看起来相同的颜色再现为相同的颜色(提高“颜色的判别性”)。
另外，G1、G2滤光片的透过率与第一实施方式的G滤光片的透过率基本相同，因此用于获得亮度信号的贡献率高于50％。因此，G1、G2滤光片满足前述的条件(1)。
另外，在表示滤色器排列(受光元件)的分光灵敏度特性的图32中，各G1、G2滤光片的透过率的峰值(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。各G1、G2滤光片的透过率在波长500nm以上且560nm以下的范围内，高于RB滤光片的透过率。因此，各G1、G2滤光片也满足前述的条件(2)、(3)。
另外，各G1、G2滤光片的配置、个数可以适当变更。而且，也可以将G滤光片的种类增加为三个种类以上。
<透明滤光片(W滤光片)>
在上述的实施方式中，主要示出了由与RGB色对应的彩色滤光片构成的滤色器，但是也可以将这些彩色滤光片的一部分设为透明滤光片W(白色像素)。尤其是优选取代第一滤光片(G滤光片)的一部分而配置透明滤光片W。通过如此将G像素的一部分置换成白色像素，即使像素大小微小化也能抑制颜色再现性的劣化。
透明滤光片W是透明色(第一色)的滤光片。透明滤光片W能够使与可见光的波长域对应的光透过，例如是RGB的各色的光的透过率为50％以上的滤光片。透明滤光片W的透过率比G滤光片高，因此用于获得亮度信号的贡献率也比G色(60％)高，满足前述的条件(1)。
在表示滤色器排列(受光元件)的分光灵敏度特性的图33中，透明滤光片W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W的透过率处于波长500nm以上且560nm以下的范围内，比RB滤光片的透过率高。因此，透明滤光片W也满足前述的条件(2)、(3)。另外，关于G滤光片也与透明滤光片W同样地满足前述的条件(1)～(3)。
这样一来，透明滤光片W满足前述的条件(1)～(3)，因此可以作为本发明的第一滤光片使用。另外，在滤色器排列中，将RGB三原色中的最有助于亮度信号的G色所对应的G滤光片的一部分置换成透明滤光片W，因此也满足前述的条件(4)。
<翠绿色滤光片(E滤光片)>
在上述的实施方式中，主要示出了由与RGB色对应的彩色滤光片构成的滤色器，但也可以将这些彩色滤光片的一部分设为其他彩色滤光片，例如与翠绿(E)色对应的滤光片E(翠绿色像素)。尤其是可以取代第一滤光片(G滤光片)的一部分而配置翠绿色滤光片(E滤光片)。通过如此使用将G滤光片的一部分由E滤光片置换后的四种颜色的滤色器排列，能够提高亮度高的区域成分的再现，减少锯齿，并提高分辨率感。
在表示滤色器排列(受光元件)的分光灵敏度特性的图34中，翠绿色滤光片E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，翠绿色滤光片E的透过率在波长500nm以上且560nm以下的范围内，高于RB滤光片的透过率。因此，翠绿色滤光片E满足前述的条件(2)、(3)。而且，在滤色器排列中，将RGB三原色中的最有助于亮度信号的G色所对应的G滤光片的一部分置换成翠绿色滤光片E，因此也满足前述的条件(4)。
另外，在图26所示的分光特性中，翠绿色滤光片E在比G滤光片靠短波长的一侧具有峰值，但有时也在比G滤光片靠长波长的一侧具有峰值(看起来稍接近黄色的颜色)。这样一来，作为翠绿色滤光片E，能够选择满足本发明的各条件的翠绿色滤光片，例如，也可以选择满足条件(1)那样的翠绿色滤光片E。
<其他颜色的种类>
在上述的各实施方式中，说明了由原色RGB的滤色器构成的滤色器排列，但是本发明也可以应用于例如向原色RGB的互补色即C(青色)、M(品红色)、Y(黄色)添加了G的四种颜色的互补色系的滤色器的滤色器排列。在这种情况下，也将满足上述条件(1)～(4)中的任一个的滤色器作为本发明的第一滤光片，并将其他滤色器作为第二滤光片。
<蜂窝配置>
上述各实施方式的各滤色器排列包含各色的滤色器沿水平方向(H)及垂直方向(V)二维排列而成的基本排列图案，且该基本排列图案沿水平方向(H)及垂直方向(V)重复配置，但是本发明没有限定于此。
例如，也可以使用将上述的各实施方式的基本排列图案绕光轴旋转了45°而得到的所谓蜂窝排列状的基本排列图案，并由将基本排列图案沿倾斜方向(NE、NW)重复配置而成的排列图案构成滤色器。
在上述的各实施方式中，作为具备本发明的彩色摄像元件的摄像装置而举例说明了数码相机，但是本发明也可以应用于例如内窥镜等各种摄像装置。
此外，本发明没有限定为上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变形，这是不言而喻的。
附图标记说明
10、55、71…数码相机，20、41、58、72、75、77…彩色摄像元件，22、43、59、73…图像处理电路，33…像素，34R、34G、34B…R、G、B滤光片，44…电荷蓄积时间调整部，46A…第一组像素，46B…第二组像素，51…高灵敏度图像生成部，52…高分辨率图像生成部，53…宽DR图像生成部，66、76…微透镜，69…视差图像生成部，P、P1…基本排列图案

Claims (13)

1.一种彩色摄像元件，具备：第一组像素，由沿水平方向及垂直方向分别以预定像素间隔排列成矩阵状的光电转换元件构成；第二组像素，由相对于上述第一组像素的各光电转换元件沿上述水平方向及垂直方向分别错开上述预定像素间隔的一半的位置所排列的光电转换元件构成；及在上述第一及第二像素组上分别以同一特定的滤色器排列进行排列而成的滤色器，
上述滤色器排列包含基本排列图案，该基本排列图案排列有与一种颜色以上的第一色对应的第一滤光片和与用于获得亮度信号的贡献率比上述第一色低的两种颜色以上的第二色对应的第二滤光片，该基本排列图案在水平方向及垂直方向上重复配置，
上述第一滤光片在上述滤色器排列的水平、垂直、斜右上及斜右下方向的各行内配置1个以上，
与上述第二色的各色对应的上述第二滤光片在上述基本排列图案内在上述滤色器排列的水平及垂直方向的各行内配置1个以上，
上述第一滤光片所对应的第一色的像素数的比率大于上述第二滤光片所对应的第二色的各色的像素数的比率。
2.根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，
上述第一组像素选择性地接收透过了摄影光学系统的互不相同的两个区域中的一方的被摄体光，上述第二组像素选择性地接收透过了上述两个区域中的另一方的被摄体光。
3.根据权利要求2所述的彩色摄像元件，其中，
上述两个区域是相对于上述摄影光学系统的光轴而对称的区域。
4.根据权利要求1所述的彩色摄像元件，其中，
上述第二组像素的灵敏度低于上述第一组像素的灵敏度。
5.根据权利要求4所述的彩色摄像元件，其中，
上述第二组像素的面积小于上述第一组像素的面积。
6.根据权利要求4所述的彩色摄像元件，其中，
上述第二组像素上的上述滤色器的透光率低于上述第一组像素上的上述滤色器的透光率。
7.根据权利要求4所述的彩色摄像元件，其中，
在上述第一滤光片及第二滤光片的上方分别设有微透镜，
位于上述第二组像素上的上述微透镜比位于上述第一组像素上的上述微透镜小。
8.一种摄像装置，具备：
权利要求1所述的彩色摄像元件；及
摄影光学系统，使被摄体光成像于上述彩色摄像元件的摄像面。
9.根据权利要求8所述的摄像装置，其中，
具备第一图像生成单元，该第一图像生成单元对从在上述斜右上方向或斜右下方向上相互相邻且配置于同色的上述滤色器的下方的上述第一组像素和第二组像素分别输出的输出信号进行加算而生成图像。
10.根据权利要求8或9所述的摄像装置，其中，
具备第二图像生成单元，该第二图像生成单元基于来自上述第一组像素的输出信号和来自上述第二组像素的输出信号，生成具有比上述第一组像素和第二组像素各自的像素数大的像素数的图像。
11.根据权利要求8～10中任一项所述的摄像装置，其中，
具备：
电荷蓄积时间调整单元，使上述第二组像素的电荷蓄积时间短于上述第一组像素的电荷蓄积时间；及
第三图像生成单元，基于由来自上述第一组像素的输出信号构成的图像和由来自上述第二组像素的输出信号构成的图像，生成动态范围扩展的图像。
12.一种摄像装置，具备：
权利要求2或3所述的彩色摄像元件；
摄影光学系统，使被摄体光成像于上述彩色摄像元件的摄像面；及
第四图像生成单元，生成包含由来自上述第一组像素的输出信号构成的第一图像和由来自上述第二组像素的输出信号构成的第二图像的视差图像。
13.一种摄像装置，具备：
权利要求4～7中任一项所述的彩色摄像元件；
摄影光学系统，使被摄体光成像于上述彩色摄像元件的摄像面；及
第三图像生成单元，基于由来自上述第一组像素的输出信号构成的图像和由来自上述第二组像素的输出信号构成的图像，生成动态范围扩展的图像。
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