以下、本発明を実施するための最良の形� ��について、図面を参照しながら説明を行う� ��

 図1は、本発明の第1の実施の形態による� �像素子の一部分(カラーフィルタを含む画素� ��一部分、以下、撮像素子と称する。)を概略 的に示す図である。図1に示すように、本実� �の形態による撮像素子1は、2次元平面上に整 列配置された多数の画素を有している。複数 の画素には、ほぼすべての可視波長域で光を 透過する透明画素(W)と、等色関数Xの補色と� �るフィルタをもつ画素(W-X)と、等色関数Yの� �色となるフィルタをもつ画素(W-Y)と、等色関 数Zの補色となるフィルタをもつ画素(W-Z)とか らなり、それらが複数個集まって2次元的に� �ラーフィルタを構成している。ここで、等� �関数Xの補色となるフィルタをもつ画素(W-X)� �、図2に示す等色関数Xに対し、補色となるフ ィルタ、つまり透過率が100%から等色関数Xの� ��過率を引いた図3に示すW-Xの特性をもつフィ ルタを有する画素を意味する。同様に、等色 関数Yの補色となるフィルタをもつ画素(W-Y)と 、等色関数Zの補色となるフィルタをもつ画� �(W-Z)とは、それぞれ図2に示す等色関数YとZに 対し、補色となるフィルタ、つまり透過率が 100%から等色関数YとZの透過率を引いた図3に� �すW-Y、W-Zの特性をもつフィルタを有する画� �である。

 これら4つの画素で得られた信号の処理は 、W-X、W-Y、W-Zの各画素で得られた信号値を、 W画素で得られた信号値から差し引く演算処� �を行うことにより、それぞれW-(W-X)、W-(W-Y)、 W-(W-Z)となり、それぞれX、Y、Zとなり、色彩� �であるXYZが一義的に求められることになる� �

 図4は、このときの光の利用効率の概念図 である。図4(a)に示すように横軸を波長、縦� �を光強度として入射光を示す。様々な波長� �一定の光強度であるような状態を示す。こ� �光が上記のフィルタで透過・吸収されるが� �W画素では可視光域でほぼ全ての光を透過す� ��ため、イメージセンサーに入射されるとき� ��は図4(b)に示すように図4(a)と同様な成分で� �光強度はロスを考えなければ元の入射光と� �じになる。

 W-X画素ではX成分が吸収され、W-X成分の光 が透過されるため、イメージセンサーに入射 されるときは、図4(c)に示すようになり、光� �度はフィルタなどのロスを考えなければ元� �入射光と同じになる。同様にW-Y画素ではY成� ��が吸収されW-Y成分の光が透過されるので、� ��メージセンサーに入射されるときは、図4(d) に示すようになり、光強度はフィルタなどの ロスを考えなければ元の入射光と同じになる 。

 また、W-Z画素ではZ成分が吸収されW-Z成分 の光が透過されるので、イメージセンサーに 入射されるときは、図4(e)に示すようになり� �光強度はフィルタなどのロスを考えなけれ� �元の入射光と同じになる。しかし、単板の� �め、本発明で示した図1の画素構成のフィル� ��では、4つのうち1つがW、1つがW-X、1つがW-Y� �1つがW-Zのため、面積と比例しそれぞれ強度� ��1/4となる。つまり、図4の(f)(g)(h)(i)に示した ように、それぞれ強度が1/4の光となる。これ らの各イメージセンサーに入射した光を電気 的に合成し撮影対象を再現するため、使える 光としては、図4(j)に示すように、入射光を� �す図4(a)と比較し、約3/4程度となる。これは� ��従来のXYZフィルタを使った単板方式や3板方 式での光利用効率の1/3の値と比較して2倍以� �の効率改善となる。

 次に本発明の第2の実施の形態について説 明する。上記第1の実施の形態においては、� �色関数と全く同じ分光特性をもつXYZを用い� �技術について説明を行ったが、等色関数を� �次変換し、実質的にXYZ等色関数と等価なフ� �ルタであっても、第1の実施の形態と同様の� ��用及び効果は得られる。例えば、図2に示し たXYZの等色関数を一次変換することで、図5� �示すように、X’Y’Z’の分光特性となり、W- X、W-Y、W-Zに相当するそれぞれの分光特性は� �図6に示すようになる。図2に示すように、例 えばXフィルタのような2つのピークを持つ特� ��と比較して、Xフィルタを一次変換して1つ� �ピークにした特性の方が、作成が容易にな� �という利点がある。また、フィルタの作成� �選択肢が増えるため、設計の自由度が増す� �いう利点もある。

 尚、上記本発明の実施の形態における説明� ��おいては、Wはほぼすべての可視波長域で透 過する透明画素としている。そのため、W-Xの フィルタ、W-Yのフィルタ、W-Zのフィルタは、 それぞれX、Y、Zの補色となるフィルタ特性で 良い。光利用効率の向上においては、Wは透� �率がほぼ100%であることが望ましい。しかし� ��がら、完全に透過率が100%とならない場合も ある。例えばCCDなどは、赤外波長域に大きな 感度を
有するため、この赤外波長域の影響をなくす ために赤外吸収フィルタを設けた場合に、そ の影響で可視波長域も吸収されることがあり 、これにより透過率の低減が生じる。この場 合、この透過率を考慮した上で他のフィルタ を設計すれば良い。

 例えば、W-X画素の透過特性は、このW画素 の透過特性からXを差し引いた特性にしてお� �ば良く、W画素からW-X画素の透過特性を差し� ��いた結果が等色関数Xまたはそれと等価の分 光特性となっていれば良い。尚、上記の点は W画素についてだけのものではなく、各画素� �どのような特性であっても、W画素との差の� ��性が等色関数Xまたはそれと等価の分光特性 となっていれば良い。要するに、白の画素と の差を取ったときに、等色関数相当になって いれば良い。

 また、図1に示した画素の配置は例示的な ものであり、この配置に限定されるものでは ない。しかしながら、透明画素と、等色関数 Yの透過特性に対し補色となる画素と、は、� �1に示すように、対角線上に配置されている� ��が望ましい。すなわち、対角線上には、W、 W-Y、W、W-Yのように並んでいることが好まし� �。

 これは、輝度情報を得る等色関数Yの透過 特性に対し補色となる画素W-Yと、また輝度情 報を含む透明画素Wとは、上下もしくは左右� �配置させるより対角にする方が、画像処理� �よって被写体の位置情報を処理する際、よ� �精度良く位置情報を算出することが可能な� �めである。等色関数Yは人間の目にとって敏� ��なもので、明るさ情報だけでなく、解像度� ��も影響を与えると考えられる。このYに関係 する画素としては、W-Yはもちろん、W画素も� �波長域ということでYも含むため、W画素とW-Y 画素とが対象となる。

 本実施の形態では、上記のW画素とW-Y画素 とは、偏った配置はすべきでないと考えられ る。つまり、対角上に並べるのが好ましい。 XやZは、上記のW画素及びW-Y画素を配置した後 の残った位置に配置するのが好ましい。

 上述した本実施の形態による撮像素子を� ��撮像装置に適用した例について図7を参照し ながら説明する。撮影対象の光2がレンズ系3� ��入射し、その光はカラーフィルタ5において 透過・吸収され、透過成分はイメージセンサ ー4に入射され、撮像される。カラーフィル� �5は、図7(b)に示すように、透明画素(W)、等色 関数Xの補色フィルタ(W-X)、等色関数Yの補色� �ィルタ(W-Y)、等色関数Zの補色フィルタ(W-Z)の 微小なフィルタからなり、この一つ一つはイ メージセンサーの各画素の位置と一致するよ う配置される。結果として、全波長成分、X� �補色成分、Yの補色成分、Zの補色成分の光が 各々の画素に入射され、撮像される。この撮 像された像から、W-(W-X)、W-(W-Y)、W-(W-Z)を算出 することで、XYZに対応した画像を再現し、忠 実な色の撮影が可能になる。

 また、上記画像をディスプレイへ表示させ� ��ための信号処理の一例として、ディスプレ� ��に赤表示させたときのディスプレイの色彩� ��をXr、Yr、Zrとし、ディスプレイに緑表示さ� ��たときのディスプレイの色彩値をXg、Yg、Zg� ��し、ディスプレイに青表示させたときのデ� ��スプレイの色彩値をXb、Yb、Zbとした場合、� ��ィスプレイへ入力する信号値r、g、bとそれ� ��よるディスプレイの表示結果X、Y、Zとの関� ��式は下記式1に示すようになる。

 つまり、下記式2のようになり、得られた X、Y、Zの値からディスプレイへ出力すべき信 号値r、g、bを容易に求めることができる。

 但し、ディスプレイには、ガンマと呼ばれ� ��非線形性を考慮する必要があることが多く� ��ここで得られたr、g、b値は線形のため、必� ��に応じガンマを考慮することが必要である� ��

次に本発明の第3の実施の形態について説� �する。図8に示すように、入射した光30は、� �ビームスプリッタ32で4分割され、XYZ等色関� �の補色となるフィルタ33、34、35透過し、そ� �ぞれの光学センサー(イメージセンサー)37、3 8、39に入射される。光学センサー40は上記光� ��ームスプリッタ32で4分割された光がそのま� ��入射される。この時、そのまま入射される� ��いうのは、透明フィルタを通った後に入射� ��れると同義であり、光学センサー40の前に� �明フィルタがあっても良い。

 これら4つの光学センサーで得られた信号 の処理は、W-X、W-Y、W-Zの各センサーで得られ た信号値を、Wセンサー(光学センサー40)で得� ��れた信号値から差し引く演算処理を行うこ� ��により、それぞれW-(W-X)、W-(W-Y)、W-(W-Z)とな� ��、それぞれX、Y、Zとなり、色彩値であるXYZ� ��一義的に求められることになる。

 図9は、このときの光の利用効率の概念図 である。図9(a)に示すように横軸を波長、縦� �を光強度として入射光を示す。様々な波長� �一定の光強度であるような状態を示す。こ� �光が上記のビームスプリッタで透過・反射� �れ、図9(a)、図9(b)、図9(c)、図9(d)のように、1 /4の光強度になる。可視光域でほぼ全ての光� ��透過する透明フィルタ(Wフィルタ)もしくは� ��ィルタのない光学センサー(図8の光センサ� �40)では、イメージセンサーに入射されると� �には図8(f)に示すように図4(b)と同様な成分で 、光強度はロスを考えなければビームスプリ ッタ後の光と同じになる。

 W-XフィルタではW-X成分の光が透過される� ��め、これに対応するイメージセンサーに入� ��されるときは、図9(g)に示すようになり、光 強度はフィルタなどのロスを考えなければビ ームスプリッタ後の入射光と同じになる。同 様にW-YフィルタではW-Y成分の光が透過される ので、これに対応するイメージセンサーに入 射されるときは、図9(h)に示すようになり、� �強度はフィルタなどのロスを考えなければ� �ームスプリッタ後の入射光と同じになる。

 また、W-Z画素ではW-Z成分の光が透過され� ��ので、これに対応するイメージセンサーに� ��射されるときは、図9(i)に示すようになり、 光強度はフィルタなどのロスを考えなければ ビームスプリッタ後の入射光と同じになる。

 これらの各イメージセンサーに入射した� ��を電気的に合成し撮影対象を再現するため� ��使える光としては、図9(j)に示すように、入 射光を示す図9(a)と比較し、約3/4程度となる� �これは、従来のXYZフィルタを使った単板方� �や3板方式での光利用効率の1/3の値と比較し� ��2倍以上の効率改善となる。

 以上に説明したように、本実施の形態に� ��れば、透明画素フィルタと、等色関数XYZに� ��し補色となるフィルタと、を用いることに� ��り、正確な色彩値を光利用効率良く撮像す� ��ことが可能となる。