JP2001016598A

JP2001016598A - カラー撮像素子及び撮像装置

Info

Publication number: JP2001016598A
Application number: JP2000121197A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Toyoda; 哲也豊田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】マトリックス変換無しでも良好な分光感度特
性が得られるカラー撮像素子及びこれを用いた撮像装置
を提供すること。【解決手段】それぞれが４つの異なる分光感度特性を
有する第１から第４の光電変換素子部（Ｒ、Ｇ１、Ｂ、
Ｇ２）を有する複数の光電変換素子群を備え、前記複数
の光電変換素子群のそれぞれにおいて、前記第１から前
記第３の光電変換素子部（Ｒ、Ｇ１、Ｂ）は、加色混合
の３原色である赤、緑及び青による３つの分光感度特性
をそれぞれ備え、前記第４の光電変換素子部（Ｇ２）
は、３原色の何れの色とも異なる分光感度特性を備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子カメラ（デジ
タルスチルカメラ）やビデオカメラ等に使用されるカラ
ー撮像素子に関し、特に分光感度特性の改善をはかった
カラー撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、被写体像をＣＣＤ撮像素子等によ
り撮像し、得られた画像データをコンパクトフラッシュ
（登録商標）（ＣＦ）やスマートメディア（ＳＳＦＤ
Ｃ）等のフラッシュメモリに記憶する電子カメラが実用
化されている。この電子カメラは、小型・軽量であり、
さらに画像データの書き換えが可能であることから、今
後益々普及すると予想される。

【０００３】ところで、ＣＣＤ撮像素子の分光感度特性
は図５（ａ）に示すようになっている。ところが、カメ
ラの理想的な分光感度特性は、図５（ｂ）に示すよう
に、負の感度（図５（ｂ）中にハッチングで示す）を有
している。しかし、実際のカメラは正の感度のみを有し
ているので、ＣＣＤ撮像素子を用いた場合には色再現誤
差が生じることになる。この色再現誤差をなくすため
に、マトリックス変換による分光感度の補正が行われて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マトリックス変換による分光感度の補正においては、次
のような問題があった。即ち、線形変換では、理想的撮
像特性に変換しきれない（特に、Ｒの５００ｎｍ付近の
負感度）。また、変換量が多い場合には、変換によるＳ
／Ｎ劣化が大きくなり、しかも演算に多大な時間を要す
るという問題があった。

【０００５】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、マトリックス変換無し
でも良好な分光感度特性が得られるカラー撮像素子及び
これを用いた撮像装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は次のような構成を採用している。

【０００７】本発明の第１のカラー撮像素子は、４種類
の分光感度特性を有する第１から第４の光電変換素子部
が複数個配置された光電変換素子群を備え、各前記複数
の光電変換素子群において、前記第１から前記第３の光
電変換素子部は、加色混合の３原色である赤、緑及び青
による３つの分光感度特性をそれぞれ備え、前記第４の
光電変換素子部は、３原色の何れの色とも異なる分光感
度特性を備えたことを特徴とする。

【０００８】第１のカラー撮像素子において、好ましい
実施態様は以下の通りである。

【０００９】（１）前記複数の光電変換素子群は、所
定の規則に基づいて前記撮像面に配列されていること。

【００１０】（２）前記第１から第４の光電変換素子
部は、所定の規則に基づいて配置されていること。

【００１１】（３）前記第１から第４の光電変換素子
部は、マトリクス状に配置されており、赤の分光感度特
性を有する前記第１の光電変換素子部と青の分光感度特
性を有する前記第３の光電変換素子部とが対角線上に配
置されており、緑の分光感度特性を有する前記第２の光
電変換素子部と第４の分光感度特性を有する前記第４の
光電変換素子部とが対角線上に配置されていること。

【００１２】（４）前記第１から第４の光電変換素子
部は、少なくとも４つの光電変換素子と、前記少なくと
も４つの光電変換素子上に配置された所定の分光感度特
性を有する色フィルタとから構成されていること。

【００１３】本発明の第２のカラー撮像素子は、それぞ
れが第１から第４の分光感度特性を有する第１から第４
の色フィルタを備え、マトリックス状に配列された複数
の色フィルタ群と、前記第１から第４の色フィルタに対
応して設けられた第１から第４の光電変換素子を有する
光電変換素子群が複数配置された撮像面とを備え、前記
第１から第４の色フィルタは、それぞれ、赤の分光感度
特性と、緑の分光感度特性と、青の分光感度特性と、３
原色である赤、緑及び青の何れとも異なる第４の分光感
度特性を有することを特徴とする。

【００１４】第２のカラー撮像素子において、好ましい
実施態様は以下の通りである。

【００１５】（１）前第１から第４の色フィルタは、
所定の規則に基づいた組み合わせでマトリックス状に配
列されたており、赤の分光感度特性を有する前記第１の
色フィルタと青の分光感度特性を有する前記第３の色フ
ィルタとが対角線上に配置されており、緑の分光感度特
性を有する前記第２の色フィルタと第４の分光感度特性
を有する前記第４の色フィルタとが対角線上に配置され
ていること。

【００１６】（２）前記カラー撮像素子は、画素を生
成する際に前記第１から第４の色フィルタを有する色フ
ィルタ群に対応する前記第１から前記第４の光電変換素
子からの出力を１画素として出力すること。

【００１７】（３）前記第１から第４の色フィルタ
は、少なくとも前記第１から第４の光電変換素子上に配
置されていること。

【００１８】第１及び第２のカラー撮像素子において、
好ましい実施態様は以下の通りである。

【００１９】（１）前記第４の分光感度特性は、前記
３原色の緑の帯域内或いはその近傍において、前記３原
色の緑の分光感度の半値幅より狭い半値幅を有している
こと。

【００２０】（２）前記第４の分光感度特性は、前記
３原色の赤の負感度側のピーク値の絶対値とほぼ同じピ
ーク値を有していること。

【００２１】（３）前記第４の分光感度特性は、前記
３原色の青の波長のピーク値と前記３原色の緑の波長の
ピーク値との間に波長ピーク値を有していること。

【００２２】（４）前記第４の分光感度特性は、前記
３原色の緑のピーク値より短波長側の前記３原色の緑の
帯域内にピーク値を有していること。

【００２３】本発明の撮像装置は、上記構成のカラー撮
像素子を用いた撮像装置であって、前記カラー撮像素子
からの出力に基づいて所定の画像信号を形成する画像信
号生成部とを備え、前記画像信号生成部は、前記第４の
分光感度特性に基づいて色改善を行ことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。

【００２５】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係わる撮像装置の回路構成を示すブロック
図である。

【００２６】図１では、レンズ系１０１、レンズ駆動機
構１０２、露出制御機構１０３、ＬＰＦ等のフィルタ系
１０４、色フィルタを内蔵したＣＣＤカラー撮像素子１
０５、ＣＣＤドライバ１０６、Ａ／Ｄ変換器等を含むプ
リプロセス部１０７、色信号生成処理，マトリックス変
換処理，及びその他各種のデジタル処理を行うためのデ
ジタルプロセス部１０８、カードインターフェース１０
９、ＣＦ等のメモリカード１１０、ＬＣＤ画像表示系１
１１、システムコントローラ（ＣＰＵ）１１２、操作ス
イッチ系１１３、操作表示系１１４、レンズドライバ１
１５、露出制御ドライバ１１６が示されている。

【００２７】上記の基本構成は従来の一般的な装置と同
様であるが、本実施形態が従来と異なる点は、ＣＣＤカ
ラー撮像素子１０５の構成、更にはこれに伴うデジタル
プロセス部１０８による処理である。本実施形態の撮像
素子は、３原色ＲＧＢ（以下、通常のＲＧＢにおけるＧ
を「Ｇ１」と記す）に加え、これらの３原色ＲＧＢとは
異なる色フィルタ（これを、以下「Ｇ２」と記す）を有
している。このＧ２は、Ｇ１の波長域内の短い方にピー
クを持ち、そのピーク値がＧ１よりも小さい。これによ
り、本実施形態では、３原色ＲＧＢにＧ２を加えた４つ
の色特性を有した光電変換素子の配列からなる撮像面か
らなる撮像素子を開示している。なお、Ｇ２は、理想的
な感度特性におけるＲの負感度のピーク付近にピークを
持ち、Ｒの負感度と絶対値がほぼ等しい。

【００２８】４色の色フィルタはＲとＢ及びＧ１とＧ２
とがそれぞれ対角配置された正方４画素配列で単位画素
を形成し、複数の単位画素が水平及び垂直方向に２次元
配列されている。

【００２９】上記のカラー撮像素子を用いた場合の色信
号生成処理について説明する。図２（ａ）はＲ，Ｇ１，
Ｂ及びＧ２のフィルタ配列を示す図である。各画素にお
いては、次のようにしてＲＧＢ信号を得る。

【００３０】Ｇ１画素Ｒ＝Ｒ（ｉ−１，ｊ）−Ｇ２（ｉ−１，ｊ−１）Ｇ＝Ｇ１（ｉ，ｊ）Ｂ＝Ｂ（ｉ，ｊ−１）Ｇ２画素Ｒ＝Ｒ（ｉ，ｊ−１）−Ｇ２（ｉ，ｊ）Ｇ＝Ｇ１（ｉ−１，ｊ−１）Ｂ＝Ｂ（ｉ−１，ｊ）Ｒ画素Ｒ＝Ｒ（ｉ，ｊ）−Ｇ２（ｉ，ｊ−１）Ｇ＝Ｇ１（ｉ−１，ｊ）Ｂ＝Ｂ（ｉ−１，ｊ−１）Ｂ画素Ｒ＝Ｒ（ｉ−１，ｊ−１）−Ｇ２（ｉ−１，ｊ）Ｇ＝Ｇ１（ｉ，ｊ−１）Ｂ＝Ｂ（ｉ，ｊ）カラー撮像素子の受光感度分布は、図２（ｂ）に示す通
りであり、図５（ａ）の受光感度分布にＧ２の分布が加
わっている。従って、上記の処理を施すことによりＲの
負感度を補正することができ、見かけ上の受光感度特性
が図２（ｃ）に示すように、理想的な受光感度分布特性
に近くなる。なお、図５（ｂ）において、ＧやＢにも負
感度特性があるが、ＧのＢ側の負感度のピークはＢのピ
ークとほぼ同じであるため、マトリックス処理によりＢ
から容易に補正することができる。また、ＧのＲ側の負
感度やＢの負感度は極めて小さいので、殆ど問題となら
ない。

【００３１】図３は、本実施形態における動作を説明す
るためのフローチャートである。まず、処理をスタート
すると（１ｓｔレリーズ）、露出及びフォーカスを自動
調整する（ステップＳ１）。そして、２ｎｄレリーズに
より（ステップＳ２）、色フィルタがマトリックス状に
配置されたカラー撮像素子により被写体像を撮像し、カ
ラー撮像素子の各光電変換素子（各画素）からの信号を
増幅する（ステップＳ３）。さらに、増幅された信号を
Ａ／Ｄ変換した後、各々のデータを格納し、ホワイトバ
ランスの調整を行う（ステップＳ３）。

【００３２】次いで、先に説明した色信号生成処理を行
う。即ち、図２（ｂ）に示すような４種類のＲ，Ｇ１，
Ｂ，Ｇ２の信号を基に、図２（ｃ）に示すようなＲ，
Ｇ，Ｂの信号を生成する（ステップＳ４）。

【００３３】次いで、周知のマトリックス変換処理を行
う（ステップＳ５）。このマトリックス変換処理におい
ては、ステップＳ４における色信号処理で得られた見か
け上の受光感度分布が理想特性に近くなっているため、
係数は小さくてよい。従って、マトリックス変換による
Ｓ／Ｎの劣化は極めて少なく、さらに変換に要する時間
は大幅に短くなる。

【００３４】次いで、得られたＲＧＢ信号に対してγ変
換処理及びＹ／Ｃ分離処理を施した後、さらにＪＰＥＧ
圧縮処理を行い、圧縮した画像データをメモリカード等
に記録する（ステップＳ６）。

【００３５】このように本実施形態によれば、ＲＧ（Ｇ
１）Ｂの３原色に加え、Ｇ２を用いることにより、線形
変換では補正しきれないようなＲの負感度の補正を簡易
に行うことができ、撮像素子の見かけ上の受光感度分布
を理想特性に近づけることができる。従って、マトリッ
クス変換無しでも良好な分光感度特性が得られる。ま
た、マトリックス変換を併用した場合、より理想に近い
分光感度特性が得られる効果に加え、変換によるＳ／Ｎ
の劣化を小さくできるという効果も得られる。

【００３６】上記のように、本発明によれば、加色混合
の３原色ＲＧＢに加えてＲＧＢとのいずれとも異なる第
４の色を用いて特定の色の負感度特性を持たせている。
これにより、分光感度特性を理想的な分光感度特性に近
づけることが可能となり、色再現誤差を小さくすること
ができる。特に、第４の色としてＲの負感度付近にピー
クを持ちＲの負感度と絶対値がほぼ等しい狭帯域のＧを
用いることにより、マトリックス変換で分光感度の補正
が最も難しいＲの負感度特性を良好に補正することがで
きる。

【００３７】上記のように構成することにより、マトリ
ックス変換無しでも良好な分光感度特性が得られる。さ
らに、マトリックス変換と併用することにより、より理
想に近い分光感度特性が得られる。そしてこの場合、変
換前の信号が通常のＣＣＤ撮像素子で得られる信号より
も理想的な分光感度特性に近いことから、変換量が少な
くて済む（マトリックス変換のための係数が小さくな
る）。このため、マトリックス変換によるＳ／Ｎの劣化
が少なくなる。

【００３８】（第２の実施形態）図４は、本発明の第２
の実施形態を説明するための図であって、カラー撮像素
子におけるフィルタ配列及び画素生成の様子を示す模式
図である。

【００３９】本実施形態では、フィルタ配列は第１の実
施形態と同様であるが、Ｒ，Ｇ１，Ｂ，Ｇ２の４つの画
素で１画素を構成している点が第１の実施形態と異な
る。従って、本実施形態においては、各々の画素におい
て、Ｒ＝Ｒ−Ｇ２Ｇ＝Ｇ１Ｂ＝Ｂとして色信号を生成する。つまり、４つの画素のＧを１
つのＧ１で作るのではなく、Ｇ１は１つの画素のＧを作
るのみでよくなる。

【００４０】本実施形態では、４画素で１画素を構成す
ることから解像度は１／４になるが、容易にＲＧＢ信号
を作ることができるため、画質の向上をはかることがで
きる。なお、将来的にＣＣＤ撮像素子の画素数が十分に
多くなり、例えば４００万画素のＣＣＤを用いた場合に
おいて、被写体像によっては１００万画素の撮像でも十
分な場合に、本実施形態のような画素の生成処理を行う
ことにより、解像度よりも画質を優先した撮像が可能と
なる。

【００４１】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、Ｒ，Ｇ１，Ｂ及び
Ｇ２をマトリックス状に配列したが、これに限らず各種
の配列が可能である。更に、上記の実施形態において
は、撮像素子と色フィルタを使用する構成例を示した
が、撮像素子が色フィルタの機能を有しているものであ
る場合には、色フィルタを使用する必要はない。また、
撮像装置の構成は図１に何ら限定されるものではなく、
仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することがで
きる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。

【００４３】以上詳述したように本発明によれば、加色
混合の３原色ＲＧＢに加えてＲＧＢとのいずれとも異な
る第４の色を用いて特定の色の負感度特性を持たせるこ
とにより、色再現誤差を小さくすることができる。従っ
て、マトリックス変換なしでも良好な分光感度特性が得
られるカラー撮像素子及びこれを用いた撮像装置を実現
することができる。また、マトリックス変換を併用した
場合であっても、Ｓ／Ｎの向上及び変換処理の高速化を
はかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる撮像装置の回路構成を
示すブロック図。

【図２】第１の実施形態に用いたカラー撮像素子のフィ
ルタ配列と受光感度特性を示す図。

【図３】第１の実施形態における動作を説明するための
フローチャート。

【図４】第２の実施形態におけるフィルタ配列及び画素
生成処理を示す模式図。

【図５】ＣＣＤ撮像素子の分光感度特性及びカメラの理
想的な分光感度特性を示す図。

【符号の説明】

１０１…レンズ系、１０２…レンズ駆動機構、１０３…露出制御機構、１０４…フィルタ系、１０５…ＣＣＤ撮像素子、１０６…ＣＣＤドライバ、１０７…プリプロセス、１０８…デジタルプロセス、１０９…カードインターフェース、１１０…メモリカード、１１１…ＬＣＤ画像表示系、１１２…システムコントローラ、１１３…操作スイッチ系、１１４…操作表示系、１１５…レンズドライバ、１１６…露出制御ドライバ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４種類の分光感度特性を有する第１から
第４の光電変換素子部が複数個配置された光電変換素子
群を備え、各前記複数の光電変換素子群において、前記第１から前
記第３の光電変換素子部は、加色混合の３原色である
赤、緑及び青による３つの分光感度特性をそれぞれ備
え、前記第４の光電変換素子部は、３原色の何れの色と
も異なる分光感度特性を備えたことを特徴とするカラー
撮像素子。
【請求項２】請求項１記載のカラー撮像素子におい
て、前記複数の光電変換素子群は、所定の規則に基づい
て前記撮像面に配列されていることを特徴とするカラー
撮像素子。
【請求項３】請求項１記載のカラー撮像素子におい
て、前記第１から第４の光電変換素子部は、所定の規則
に基づいて配置されていることを特徴とするカラー撮像
素子。
【請求項４】請求項１記載のカラー撮像素子におい
て、前記第１から第４の光電変換素子部は、マトリクス
状に配置されており、赤の分光感度特性を有する前記第
１の光電変換素子部と青の分光感度特性を有する前記第
３の光電変換素子部とが対角線上に配置されており、緑
の分光感度特性を有する前記第２の光電変換素子部と第
４の分光感度特性を有する前記第４の光電変換素子部と
が対角線上に配置されていることを特徴とするカラー撮
像素子。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれか１項に
記載のカラー撮像素子において、前記第１から第４の光
電変換素子部は、少なくとも４つの光電変換素子と、前
記少なくとも４つの光電変換素子上に配置された所定の
分光感度特性を有する色フィルタとから構成されている
ことを特徴とするカラー撮像素子。
【請求項６】それぞれが第１から第４の分光感度特性
を有する第１から第４の色フィルタを備え、マトリック
ス状に配列された複数の色フィルタ群と、前記第１から第４の色フィルタに対応して設けられた第
１から第４の光電変換素子を有する光電変換素子群が複
数配置された撮像面とを備え、前記第１から第４の色フィルタは、それぞれ、赤の分光
感度特性と、緑の分光感度特性と、青の分光感度特性
と、３原色である赤、緑及び青の何れとも異なる第４の
分光感度特性を有することを特徴とするカラー撮像素
子。
【請求項７】請求項６記載のカラー撮像素子におい
て、前第１から第４の色フィルタは、所定の規則に基づ
いた組み合わせでマトリックス状に配列されたており、
赤の分光感度特性を有する前記第１の色フィルタと青の
分光感度特性を有する前記第３の色フィルタとが対角線
上に配置されており、緑の分光感度特性を有する前記第
２の色フィルタと第４の分光感度特性を有する前記第４
の色フィルタとが対角線上に配置されていることを特徴
とする。
【請求項８】請求項６又は請求項７記載のカラー撮像
素子において、前記カラー撮像素子は、画素を生成する
際に前記第１から第４の色フィルタを有する色フィルタ
群に対応する前記第１から前記第４の光電変換素子から
の出力を１画素として出力することを特徴とするカラー
撮像素子。
【請求項９】請求項１、請求項４及び請求項７のいず
れか１項に記載のカラー撮像素子において、前記第４の
分光感度特性は、前記３原色の緑の帯域内或いはその近
傍において、前記３原色の緑の分光感度の半値幅より狭
い半値幅を有していることを特徴とするカラー撮像素
子。
【請求項１０】請求項１、請求項４及び請求項７のい
ずれか１項に記載のカラー撮像素子において、前記第４
の分光感度特性は、前記３原色の赤の負感度側のピーク
値の絶対値とほぼ同じピーク値を有していることを特徴
とするカラー撮像素子。
【請求項１１】請求項１、請求項４及び請求項７のい
ずれか１項に記載のカラー撮像素子において、前記第４
の分光感度特性は、前記３原色の青の波長のピーク値と
前記３原色の緑の波長のピーク値との間に波長ピーク値
を有していることを特徴とするカラー撮像素子。
【請求項１２】請求項１、請求項４及び請求項７のい
ずれか１項に記載のカラー撮像素子において、前記第４
の分光感度特性は、前記３原色の緑のピーク値より短波
長側の前記３原色の緑の帯域内にピーク値を有している
ことを特徴とするカラー撮像素子。
【請求項１３】請求項６記載のカラー撮像素子におい
て、前記第１から第４の色フィルタは、少なくとも前記
第１から第４の光電変換素子上に配置されていることを
特徴とするカラー撮像素子。
【請求項１４】被写体の光学像を入力して電気信号に
変換して出力する請求項１から請求項１３のいずれか１
項に記載のカラー撮像素子と、前記カラー撮像素子からの出力に基づいて所定の画像信
号を形成する画像信号生成部とを備え前記画像信号生成
部は、前記第４の分光感度特性に基づいて色改善を行う
ことを特徴とする撮像装置。