CN103222267A - 固体摄像元件、摄像装置和信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固体摄像元件(10)，具备：光感知单元阵列，其包括多个光感知单元；和分光要素阵列，其包括多个分光要素。光感知单元阵列由多个单位块(40)构成，各单位块(40)具有四个光感知单元(2a、2b、2c、2d)。分光要素阵列(100)使在从入射光(W)中去掉第一颜色成分的补色光(C1^)后的光中加入第一颜色成分的光(C1)所形成的光入射至第一光感知单元(2a)，并使在从入射光(W)中去掉第一颜色成分的光(C1)后的光中加入第一颜色成分的补色光(C1^)所形成的光入射至第二光感知单元(2b)，并使在从入射光(W)中去掉第三颜色成分的光(C3)后的光中加入第三颜色成分的补色光(C3^)所形成的光入射至第三光感知单元(2c)，并使在从入射光(W)中去掉第三颜色成分的补色光(C3^)后的光中加入第三颜色成分的光(C3)所形成的光入射至第四光感知单元(2d)。

Description

固体摄像元件、摄像装置和信号处理方法

技术领域

本申请涉及固体摄像装置的高灵敏度化和彩色化的技术。

背景技术

近年来，在采用了CCD及CMOS等固体摄像元件(下面，有时称为“摄像元件”)的数字照相机及数字摄录影机(digital camcorder)的高功能化、高性能化方面令人惊叹。特别是由于半导体制造技术的迅速进步而使摄像元件的像素结构的细微化得到发展。其结果是，实现了摄像元件的像素和驱动电路的高集成化，摄像元件的高性能化得到发展。特别是近年来，还开发出一种采用在固体摄像元件的背面侧(不是形成有布线层的面(表面)一侧)接受光的背面照射型(backside illumination)的摄像元件的照相机，其特性等受到注目。另一方面，随着摄像元件的多像素化，单个像素所接收的光量降低，因此产生了照相机灵敏度降低这样的问题。

除了多像素化以外，照相机的灵敏度降低的原因还在于采用了色彩分离用的滤色器。在通常的彩色照相机中，与摄像元件的各光感知单元对置地配置有以有机颜料为色素的减色型的滤色器。由于滤色器吸收所利用的颜色成分以外的光，因此，在采用这样的滤色器的情况下，照相机的光利用率降低。在具有例如以红色(R)单像素、绿色(G)2个像素、蓝色(B)单像素作为基本结构的拜尔型的滤色器排列的彩色照相机中，R、G、B的各滤色器分别仅使R、G、B光透过，并吸收剩余的光。因此，在拜尔排列的彩色照相机中利用的光是整个入射光的大约1/3。

针对上述灵敏度降低的问题，专利文献1中公开了如下的技术：为了较多地摄入入射光，通过在摄像元件的光接收部安装微透镜阵列来增加光接收量。根据该技术，通过采用微透镜而聚光于光感知单元，从而能够实质性地提高摄像元件的光开口率。当前，该技术应用于大多数的固体摄像元件。若采用该技术，则确实提高了实质的开口率，但不解决滤色器的光利用率降低的问题。

作为同时解决光利用率降低和灵敏度降低的问题的技术，专利文献2公开了如下的技术：将多层膜的滤色器(分色镜(dichroic mirror))和微透镜组合起来而最大限地利用光。根据该技术，采用了不吸收光而选择性地使特定波段的光透过，并对其它波段的光进行反射的多个分色镜。由此，能够在不损失光的情况下仅使必要波段的光入射至各个光感知部。

图10是示意性地示出专利文献2公开的摄像元件的与摄像面垂直的方向的剖面的图。该摄像元件具备：分别配置于摄像元件的表面和内部的聚光用的微透镜4a、4b；遮光部20；光感知单元2a、2b、2c；以及分色镜17、18、19。分色镜17、18、19配置成分别与光感知单元2a、2b、2c对置。分色镜17具有使R光透过并对G光和B光进行反射的特性。分色镜18具有对G光进行反射并使R光和B光透过的特性。分色镜19具有对B光进行反射并使R光和G光透过的特性。

入射至微透镜4a的光被微透镜4b调整光束后入射至第一分色镜17。第一分色镜17使R光透过，但对G光和B光进行反射。透过第一分色镜17的光入射至光感知单元2a。被第一分色镜17反射的G光和B光入射至邻接的第二分色镜18。第二分色镜18对入射的光中的G光进行反射，并使B光透过。被第二分色镜18反射的G光入射至光感知单元2b。透过第二分色镜18的B光被第三分色镜19反射，并入射至其正下方的光感知单元2c。这样，根据专利文献2中公开的摄像元件，入射至聚光微透镜4a的可视光不被滤色器吸收，其RGB的各成分通过三个光感知单元而被毫无浪费地检测出。

除了上述的现有技术以外，专利文献3公开了通过采用微棱镜(microprism)而能够防止光损失的摄像元件。该摄像元件具有分别由不同的光感知单元接收通过微棱镜分离成红、绿、蓝的光的结构。利用这样的摄像元件能够防止光损失。

但是，根据专利文献2和专利文献3所公开的技术，需要设置所利用的分色镜的数量或者分光的数量的光感知单元。存在这样的课题：为了检测出例如RGB三色的光，必须将光感知单元的数量与采用现有的滤色器时的光感知单元的数量相比增加到3倍。

针对于上述的技术，会发生一部分光损失，但专利文献4公开了采用分色镜和反射而提高光的利用率的技术。图1示出了采用了该技术的摄像元件的剖视图的一部分。如图所示，在透光性的树脂21内配置有分色镜22、23。分色镜22具有使G光透过并对R光和B光进行反射的特性。此外，分色镜23具有使R光透过并对G光和B光进行反射的特性。

根据这样的结构，光感知部无法接收B光，但按照以下的原理能够将R光、G光全部检测出。首先，当R光入射至分色镜22、23时，在分色镜22中被反射，在分色镜23中进行透过。被分色镜22反射的R光进一步地还在透光性的树脂21与空气之间的界面进行反射，并入射至分色镜23。R光透过分色镜23，并且还透过具有R光透过性的有机色素滤波器25和微透镜26。这样，虽然一部分被金属层27反射，但入射至分色镜22、23的R光的大部分入射至光感知部。另一方面，当G光入射至分色镜22、23时，透过分色镜22，并被分色镜23反射。被分色镜23反射的G光进一步地在透光性的树脂21与空气之间的界面进行全反射，并入射至分色镜22。G光透过分色镜22，并且还透过具有G光透过性的有机色素滤波器24和微透镜26。这样，虽然一部分被金属层27反射，但入射至分色镜22、23的G光的大部分毫无损失地入射至光感知部。

按照上述原理，根据专利文献4所公开的技术，虽然RGB光中的一种颜色的光损失，但能够几乎毫无损失地接收两个颜色的光。因此，无需配置RGB三色的光感知部。这里，与不具有分色镜而仅利用有机色素滤波器进行彩色化的情况进行比较，相对于仅利用有机色素滤波器时的光利用率大约为1/3，采用专利文献4所公开的技术的情况下的光利用率为整个入射光的大约2/3。即，根据该技术，摄像灵敏度提高到大约2倍。但是，即使利用该技术也会损失三色中的一色。

另一方面，专利文献5公开了采用分光要素在不大幅度地增加光感知单元的前提下提高光利用率的彩色化技术。根据该技术，利用与光感知单元对应地配置的分光要素而使光根据波段而入射至不同的光感知单元。各个光感知单元从多个分光要素接收不同波段的成分重叠而成的光。其结果是，能够通过采用了从各光感知单元输出的光电转换信号的信号运算而生成颜色信号。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭59-90467号公报

专利文献2：日本特开2000-151933号公报

专利文献3：日本特开2001-309395号公报

专利文献4：日本特开2003-78917号公报

专利文献5：国际公开第2009/153937号

发明内容

发明要解决的课题

根据现有技术，若采用光吸收型的滤色器，则不大幅度地增加光感知单元即可，但存在光利用率变低这样的问题。此外，如专利文献2～4所公开的技术那样，若采用分色镜及微棱镜，则能够提高光利用率，但存在必须大幅度地增加光感知单元这样的问题。

另一方面，根据专利文献5所公开的技术，确实在理论上可得到光利用率高的彩色图像，但很难制造具有理想的分光特性的分光要素。存在这样的课题：当分光要素的材料特性及制造精度低时，则从各光感知单元输出的光电转换信号也不成为理想的信号，彩色图像的色彩再现性降低。

本发明的实施方式提供一种在不大幅度地增加光感知单元的前提下能够提高光利用率、并且色彩再现性良好的彩色摄像技术。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的一个方式的固体摄像元件具备：光感知单元阵列，由多个单位块排列成二维状而形成，该多个单位块各自包括第一光感知单元、第二光感知单元、第三光感知单元和第四光感知单元；以及分光要素阵列，其被配置成与所述光感知单元阵列对置，且包括多个分光要素，在假设不存在所述分光要素阵列的情况下，以各光感知单元接收的光作为各光感知单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可视光由第一颜色成分、第二颜色成分和第三颜色成分构成，在以将各颜色成分去掉的颜色成分的可视光作为该颜色成分的补色光时，所述分光要素阵列，使在从所述第一光感知单元的单元入射光中去掉所述第一颜色成分的补色光后的光中，加入所述第一颜色成分的光后所形成的光入射至所述第一光感知单元，并使在从所述第二光感知单元的单元入射光中去掉所述第一颜色成分的光后的光中，加入了所述第一颜色成分的补色光后所形成的光入射至所述第二光感知单元，并使在从所述第三光感知单元的单元入射光中去掉所述第三颜色成分的光后的光中，加入了所述第三颜色成分的补色光后所形成的光入射至所述第三光感知单元，并使在从所述第四光感知单元的单元入射光中去掉所述第三颜色成分的补色光后的光中，加入了所述第三颜色成分的光后所形成的光入射至所述第四光感知单元。

关于上述的通常且特定的方式，可采用系统、方法和计算机程序来安装，或者采用系统、方法和计算机程序的组合而得以实现。

发明效果

根据本发明的一个方式的固体摄像元件和摄像装置，通过采用根据颜色成分而使入射光入射至不同的光感知单元的分光要素，从而能够不大幅度地增加光感知单元就能够进行光利用率高、且色彩再现性高于现有的彩色摄像。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的固体摄像元件的光感知单元200和分光要素100之间的配置关系的立体图。

图2(a)是示出本发明的固体摄像元件的单位块的一个示例的俯视图，(b)是沿AA’线的剖视图，(c)是沿BB’线的剖视图。

图3是示出本发明的第一实施方式的摄像装置的简要结构的框图。

图4是示出本发明的第一实施方式的透镜和摄像元件的图。

图5(a)是示出本发明的第一实施方式的摄像元件的像素排列的一个示例的图，(b)是示出本发明的第一实施方式的摄像元件的像素排列的其它示例的图。

图6(a)是示出本发明的第一实施方式的摄像元件的基本结构的俯视图，(b)是沿AA’线的剖视图，(c)是沿BB’线的剖视图。

图7是示出本发明的第一实施方式的颜色信息生成处理的步骤的流程图。

图8(a)是示出本发明的第一实施方式的其它摄像元件的基本结构的俯视图，(b)是沿AA’线的剖视图，(c)是沿BB’线的剖视图。

图9(a)是示出本发明的第二实施方式的摄像元件的基本结构的俯视图，(b)是沿CC’线的剖视图，(c)是沿DD’线的剖视图。

图10是现有的采用了微透镜和多层膜滤波器(分色镜)的摄像元件的剖视图。

图11是现有的采用了多层膜滤波器(分色镜)和反射的摄像元件的剖视图。

具体实施方式

本发明的例示性的实施方式的概要如下：

(1)本发明的一个方式的固体摄像元件具备：光感知单元阵列，将各自包括第一光感知单元、第二光感知单元、第三光感知单元和第四光感知单元的多个单位块排列成二维状而形成所述光感知单元阵列；以及分光要素阵列，其配置成与所述光感知单元阵列对置，包括多个分光要素。在假设不存在所述分光要素阵列的情况下以各光感知单元接收到的光作为各光感知单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可视光由第一颜色成分、第二颜色成分和第三颜色成分构成，在以将各颜色成分去掉的颜色成分的可视光作为该颜色成分的补色光时，所述分光要素阵列使在从所述第一光感知单元的单元入射光中去掉所述第一颜色成分的补色光后的光中加入所述第一颜色成分的光所形成的光入射至所述第一光感知单元，并使在从所述第二光感知单元的单元入射光中去掉所述第一颜色成分的光后的光中加入所述第一颜色成分的补色光所形成的光入射至所述第二光感知单元，并使在从所述第三光感知单元的单元入射光中去掉所述第三颜色成分的光后的光中加入了所述第三颜色成分的补色光所形成的光入射至所述第三光感知单元，并使在从所述第四光感知单元的单元入射光中去掉了所述第三颜色成分的补色光后的光中加入了所述第三颜色成分的光所形成的光入射至所述第四光感知单元。

(2)在项目(1)所述的固体摄像元件的某一方式中，所述分光要素阵列包括在各单位块中配置成与所述第一光感知单元对置的第一分光要素、配置成与所述第二光感知单元对置的第二分光要素、配置成与所述第三光感知单元对置的第三分光要素和配置成与所述第四光感知单元对置的第四分光要素。所述第一分光要素使所述第一颜色成分的补色光的至少一部分入射至所述第二光感知单元，并使所述第一颜色成分的光入射至所述第一光感知单元，所述第二分光要素使所述第一颜色成分的光的至少一部分入射至所述第一光感知单元，并使所述第一颜色成分的补色光入射至所述第二光感知单元，所述第三分光要素使所述第三颜色成分的光的至少一部分入射至所述第四光感知单元，并使所述第三颜色成分的补色光入射至所述第三光感知单元，所述第四分光要素使所述第三颜色成分的补色光的至少一部分入射至所述第三光感知单元，并使所述第三颜色成分的光入射至所述第四光感知单元。

(3)在项目(2)所述的固体摄像元件的某一方式中，所述第一分光要素使所述第一颜色成分的补色光的一半入射至所述第二光感知单元，并使所述第一颜色成分的补色光的剩余的一半入射至邻接的第一邻接单位块中包含的一个光感知单元，所述第二分光要素使所述第一颜色成分的光的一半入射至所述第一光感知单元，并使所述第一颜色成分的光的剩余的一半入射至邻接的第二邻接单位块中包含的一个光感知单元，所述第三分光要素使所述第三颜色成分的光的一半入射至所述第四光感知单元，并使所述第三颜色成分的光的剩余的一半入射至邻接的所述第一和第二邻接单位块中的一个单位块所包括的一个光感知单元，所述第四分光要素使所述第三颜色成分的补色光的一半入射至所述第三光感知单元，并使所述第三颜色成分的补色光的剩余的一半入射至邻接的所述第一和第二邻接单位块中的另一单位块所包括的一个光感知单元。

(4)在项目(2)所述的固体摄像元件的某一方式中，所述第一分光要素使所述第一颜色成分的补色光几乎全部入射至所述第二光感知单元，所述第二分光要素使所述第一颜色成分的光几乎全部入射至所述第一光感知单元，所述第三分光要素使所述第三颜色成分的光几乎全部入射至所述第四光感知单元，所述第四分光要素使所述第三颜色成分的补色光几乎全部入射至所述第三光感知单元。

(5)在项目(1)至(4)中的任一项所述的固体摄像元件的某一方式中，所述第一颜色成分是红和蓝中的一种颜色成分，所述第三颜色成分是红和蓝中的另一种颜色成分。

(6)在项目(1)至(5)中的任一项所述的固体摄像元件的某一方式中，所述第一分光要素、所述第二分光要素、所述第三分光要素和所述第四分光要素分别具有透光性部件，利用所述透光性部件的形状和所述透光性部件与折射率低于所述透光性部件的其它透光性部件的折射率之差进行分光。

(7)在项目(1)至(5)中的任一项所述的固体摄像元件的某一方式中，所述第一分光要素、所述第二分光要素、所述第三分光要素和所述第四分光要素分别包括分色镜，利用所述分色镜进行分光。

(8)本发明的一个方式的摄像装置具备：项目(1)至(7)中的任一项所述的固体摄像元件；光学系统，其用于在所述固体摄像元件形成图像；以及信号处理部，其对从所述固体摄像元件输出的信号进行处理，其中，通过采用了从所述第一光感知单元输出的第一光电转换信号、从所述第二光感知单元输出的第二光电转换信号、从所述第三光感知单元输出的第三光电转换信号和从所述第四光感知单元输出的第四光电转换信号的运算生成颜色信息。

(9)在项目(8)所述的摄像装置的某一方式中，所述信号处理部通过所述第一光电转换信号与所述第二光电转换信号的差分运算和所述第三光电转换信号与所述第四光电转换信号的差分运算生成第一颜色信号和第二颜色信号。

(10)在项目(8)或(9)所述的摄像装置的某一方式中，所述信号处理部通过包括所述第一与第二光电转换信号的加法计算、所述第三与第四光电转换信号的加法计算以及所述第一至第四光电转换信号的加法计算中的任一计算在内的运算，生成亮度信号。

(11)本发明的一个方式的信号处理方法，是对从项目(1)至(7)中的任一项所述的固体摄像元件输出的信号进行处理的方法，其中包括：步骤A，获取从所述第一光感知单元输出的第一光电转换信号、从所述第二光感知单元输出的第二光电转换信号、从所述第三光感知单元输出的第三光电转换信号和从所述第四光感知单元输出的第四光电转换信号；以及步骤B，采用所述第一至第四光电转换信号而生成颜色信息。

(12)在项目(11)所述的信号处理方法的某一方式中，所述步骤B包括如下步骤：生成将所述第一光电转换信号与所述第二光电转换信号的差分示出的第一差分信号的步骤；以及生成将所述第三光电转换信号与所述第四光电转换信号的差分示出的第二差分信号的步骤。

(13)在项目(12)所述的方法的某一方式中，所述步骤B还包括如下步骤：通过包括所述第一与第二光电转换信号的加法计算、所述第三与第四光电转换信号的加法计算以及所述第一至第四光电转换信号的加法计算中的任一计算在内的运算来生成亮度信号的步骤；以及采用所述亮度信号、所述第一差分信号和所述第二差分信号而生成所述单元入射光中包含的红、绿和蓝的颜色信号。

下面，在对具体的实施方式进行说明之前，首先，参照图1、2对本公开中的实施方式的基本原理进行说明。另外，在下面的说明中，有时将对波段或颜色成分不同的光在空间上进行分离称为“分光”。

本发明的一个方式的固体摄像元件具备：光感知单元阵列，其包括在摄像面上排列成二维状的多个光感知单元(像素)；以及分光要素阵列，其包括多个分光要素。图1是示意性地示出在固体摄像元件10的摄像面上形成的光感知单元阵列200和分光要素阵列100的一部分的立体图。分光要素阵列100与光感知单元阵列200对置地配置在光入射的一侧。另外，光感知单元2的排列、形状、尺寸等不限于该图的示例，也可以是已知的任何排列、形状、尺寸。此外，为方便起见，分光要素阵列100用四棱柱来表示，但实际上不一定具有这样的形状，能够采用各种结构。

当各光感知单元2接收到光时，则通过光电转换输出与所接收到的光的强度(入射光量)相应的电信号(下面，称为“光电转换信号”或“像素信号”)。在本实施方式中，各光感知单元2接收通过分光要素阵列100而导致行进方向发生变化的多个波段(颜色成分)的光。其结果是，各光感知单元2接收的光具有与假设不存在分光要素的情况下接收的光不同的分光分布(每个波段的强度分布)。

下面，参照图2对摄像元件10的基本结构进行说明。

图2(a)是示出光感知单元阵列200的基本像素结构(单位块)40的一个示例的俯视图。光感知单元阵列200具有如下结构：将分别包括四个光感知单元2a、2b、2c、2d的多个单位块40在摄像面上排列成二维状。在图示的示例中，在一个单位块内，四个光感知单元配置成两行两列。

图2(b)、(c)是分别示意性地示出图2(a)中的沿AA’线的剖面、沿BB’线的剖面的图。图2(b)、(c)示出了入射至摄像元件10的光透过分光要素阵列100时根据颜色成分使得行进方向发生变化，结果是各光感知单元接收的光的分光分布相互不同的情况。这里，在假设不存在分光要素阵列1的情况下将各光感知单元接收的光称为该光感知单元的“单元入射光”。能够考虑到：在一个单位块中所包括的光感知单元2a～2d接近的情况下，这些光感知单元的单元入射光中所含的光的强度和分光分布大致相同。用标号“W”来表示这些光感知单元的单元入射光的可视光成分的强度。在本说明书中，将单元入射光中所含的可视光成分大致分类成第一颜色成分、第二颜色成分、第三颜色成分。当将第一～第三颜色成分的强度分别表示为C1、C2、C3时，则W＝C1+C2+C3。

在下面的说明中，C1、C2、C3不仅表示各颜色成分的强度，有时还表示颜色成分本身。此外，将去掉各颜色成分后的可视光的颜色成分称为该颜色成分的“补色”，将补色的光称为“补色光”。这样，用C2+C3来表示第一颜色成分C1的补色，用C1+C3来表示第二颜色成分C2的补色，用C1+C2来表示第三颜色成分C3的补色。下面，为方便起见，有时用Cn^来表示颜色成分Cn(Cn是C1、C2、C3中的任一个)的补色和其强度。第一～第三颜色成分的组合典型的是红(R)、绿(G)、蓝(B)的三原色的组合，但只要将可视光分成三个波段，则也可以是其它颜色成分的组合。

下面，对本实施方式中的分光要素阵列100的功能进行说明。分光要素阵列100使在从第一光感知单元2a的单元入射光(强度W)中去掉了第一颜色成分的补色光(强度C1^)后的光中加入第一颜色成分的光(强度C1)所形成的光入射至第一光感知单元2a。此外，使在从第二光感知单元2b的单元入射光(强度W)中去掉了第一颜色成分的光(强度C1)后的光中加入了第一颜色成分的补色光(强度C1^)所形成的光入射至第二光感知单元2b。并且，使在从第三光感知单元2c的单元入射光(强度W)中去掉了第三颜色成分的光(强度C3)后的光中加入了第三颜色成分的补色光(强度C3^)所形成的光入射至第三光感知单元2c。此外，使在从第四光感知单元2d的单元入射光(强度W)中去掉了第三颜色成分的补色光(强度C3^)后的光中加入了第三颜色成分的光(强度C3)所形成的光入射至第四光感知单元2d。

根据以上结构，如图2(b)、(c)所示，光感知单元2a～2d分别接收用W-C1^+C1、W-C1+C1^、W-C3+C3^、W-C3^+C3表示的强度的光。各光感知单元输出与这些强度相应的光电转换信号(像素信号)。这里，将光感知单元2a～2d输出的光电转换信号分别设为S2a～S2d，将与强度W对应的信号设为Ws，将与强度C1对应的信号设为C1s，将与强度C2对应的信号设为C2s，将与强度C3对应的信号设为C3s，并且将与强度C1^对应的信号设为C1^s(＝C2s+C3s)，将与强度C2^对应的信号设为C2^s(＝C1s+C3s)，将与强度C3^对应的信号设为C3^s(＝C1s+C2s)，使Ws＝C1s+C2s+C3s。这样，能够分别用以下的算式1～4来表示S2a～S2d。

(式1)S2a＝Ws-C1^s+C1s＝2C1s

(式2)S2b＝Ws-C1s+C1^s＝2C1^s

(式3)S2c＝Ws-C3s+C3^s＝2C3^s

(式4)S2d＝Ws-C3^s+C3s＝2C3s

设信号S2a、S2b的差分为D1，设信号S2c、S2d的差分为D2，则分别用以下的算式5、6来表示D1、D2。

(式5)D1＝S2a-S2b＝2C1s-2C1^s

(式6)D2＝S2d-S2c＝2C3s-2C3^s

并且，由于C1^s＝Ws-C1s、C3^s＝Ws-C3s，因此能够分别得到以下的算式7、8。

(式7)D1＝4C1s-2Ws

(式8)D2＝4C3s-2Ws

即，能够得到(4C1s-2Ws)和(4C3s-2Ws)的色差信号。

另一方面，如以下的算式9～11所示，通过S2a与S2b的加法计算、S2c与S2d的加法计算和S2a～S2d的加法计算中的任一计算的运算而能够得到相当于单元入射光的强度W的2倍或4倍的信号。此外，由于这些信号是将全部的入射光毫无损失地进行光电转换而得到的信号，因此，若利用这些信号作为亮度信号，那么图像的灵敏度是理想的。

(式9)S2a+S2b＝2Ws

(式10)S2c+S2d＝2Ws

(式11)S2a+S2b+S2c+S2d＝4Ws

若能够得到通过算式9～11中的任一运算而求出的亮度信号和通过算式7、8而求出的两个色差信号，那么能够通过矩阵运算来求出RGB信号。即，能够通过基于从光感知单元2a～2d输出的四个光电转换信号S2a～S2d的信号运算而计算出颜色信号。

根据本实施方式的摄像元件10，能够不采用对光的一部分进行吸收的滤色器而采用分光要素通过信号运算来得到颜色信息。因此，能够防止光的损失，能够提高摄像灵敏度。

另外，在图1和图2(b)、(c)中，分光要素阵列100被描绘成覆盖多个光感知单元的连续的要素，但分光要素阵列4也可以是空间上分离的多个分光要素的集合。作为这样的分光要素，能够采用例如后述的高折射率透明部件、分色镜、微棱镜等。关于本实施方式的分光要素阵列100，只要能够得到用上述的算式1～4表示的光电转换信号，则怎样构成均可，也可以采用例如全息图元件等来进行分光。

下面，参照图3至图8对更具体的实施方式进行说明。在下面的说明中，对相同的要素标注相同的标号。

(第一实施方式)

图3是示出第一实施方式的摄像装置的整体结构的框图。本实施方式的摄像装置是数字式的电子照相机，其具备摄像部300和信号处理部400，该信号处理部400根据从摄像部300送出的信号而生成表示图像的信号(图像信号)。另外，摄像装置既可以仅生成静止图像，也可以具备生成运动图像的功能。

摄像部300具备：光学透镜12，其用于对被拍摄体进行成像；光学滤波器11；以及固体摄像元件10(图像传感器)，其通过光电转换将通过光学透镜12和光学滤波器11而成像的光信息转换成电信号。摄像部300还具备：信号产生/接收部13，其产生用于驱动摄像元件10的基本信号，并且接收来自摄像元件10的输出信号并将该信号发送到信号处理部400；以及元件驱动部14，其根据信号发生/接收部13产生的基本信号而驱动摄像元件10。光学透镜12是已知的透镜，其可以是具有多个透镜的透镜单元。光学滤波器11是使用于去掉红外线的红外线截止滤波器与用于减少由于像素排列而产生的波纹图案(moire pattern)的石英低通滤波器合并而形成的。摄像元件10典型的是CMOS或CCD，通过已知的半导体制造技术来制造。信号产生/接收部13和元件驱动部14由例如CCD驱动器等LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)构成。

信号处理部400具备：图像信号生成部15，其对从摄像部300送出的信号进行处理而生成图像信号；存储器30，其用于存储在图像信号生成过程中产生的各种数据；以及图像信号输出部16，其用于将生成的图像信号送出到外部。通过已知的数字信号处理器(DSP)等硬件与用于执行包括图像信号生成处理在内的图像处理的软件的组合而能够适当地实现图像信号生成部15。存储器30由DRAM等构成。存储器30对从摄像部300送出的信号进行记录，并且对通过图像信号生成部15生成的图像数据、压缩后的图像数据临时地进行记录。这些图像数据经图像信号输出部16而被送出到未图示的记录介质及显示部等。

另外，本实施方式的摄像装置能够具备电子快门、取景器、电源(电池)、闪光灯等已知的结构要素，但由于这些说明不是理解本实施方式所特别需要的，因此省略。此外，以上的结构只是一个示例，在本实施方式中，能够将已知的要素适当地组合而应用于除了摄像元件10和图像信号生成部15以外的结构要素。

下面，对本实施方式的固体摄像元件10进行说明。

图4是示意性地示出在曝光过程中透过透镜12的光入射至摄像元件10的情况的图。在图4中，为了简单起见，省略记载透镜12和摄像元件10以外的结构要素。此外，通常，能够利用沿着光轴方向排列的多个透镜构成透镜12，但为简单起见，描绘成单一的透镜。在摄像元件10的摄像面10a上配置有包括排列成二维状的多个光感知单元(像素)的光感知单元阵列。各光感知单元典型的是光电二极管，通过光电转换而输出与入射光量相应的光电转换信号(像素信号)。透过透镜12和光学滤波器11的光(可视光)入射至摄像面10a。通常，每个入射至摄像面10a的光的强度和波段的入射光量的分布(分光分布)根据入射位置而不同。

图5(a)、(b)是示出本实施方式的像素排列的示例的俯视图。光感知单元阵列200具有例如如图5(a)所示那样地在摄像面10a上排列成正方格子状的多个光感知单元。光感知单元阵列200由多个单位块40构成，各单位块40包括四个光感知单元2a、2b、2c、2d。另外，光感知单元的排列既可以不是这样的正方格子状的排列而是例如图5(b)所示的斜交型的排列，还可以是其它排列。在本实施方式中，如图5(a)、(b)所示，各单位块中所包括的四个光感知单元2a～2d相互接近，但即使它们分离也能够通过适当地构成后述的分光要素阵列而得到颜色信息。此外，各单位块也可以包括五个以上的光感知单元。

与光感知单元阵列200对置地在光入射的一侧配置有包括多个分光要素的分光要素阵列。在本实施方式中，相对于各单位块中所包括的四个光感知单元而分别各设置一个分光要素。

下面，对本实施方式的分光要素进行说明。

本实施方式的分光要素，是利用在折射率不同的两种透光性部件的交界处产生的光的衍射，使入射光根据波段而朝向不同方向的光学元件。该类型的分光要素具有：由折射率相对高的材料形成的高折射率透明部件(芯部)、和由折射率相对低的材料形成并与芯部的各个侧面相接的低折射率透明部件(包层部)。由于芯部与包层部之间的折射率差而在透过两者的光之间产生相位差，因此引起衍射。由于该相位差根据光的波长而不同，因此能够根据波段(颜色成分)而将光在空间上分离。例如，能够使第一颜色成分的光一半一半地朝向第一方向和第二方向，使第一颜色成分以外的光朝向第三方向。此外，还能够使分别不同的波段(颜色成分)的光朝向三个方向。由于能够利用芯部与包层部之间的折射率差而进行分光，因此，在本说明书中，有时将高折射率透明部件称为“分光要素”。在例如日本专利第4264465号公报中公开了这样的衍射型的分光要素的详细情况。

根据已知的半导体制造技术，通过执行薄膜堆积和图案形成，从而能够制造具有上述那样的分光要素的分光要素阵列。通过适当地设计分光要素的材质(折射率)、形状、尺寸、排列图案等，从而能够使所希望的波段的光分离/统一地入射至各个光感知单元。其结果是，根据各光感知单元输出的光电转换信号组，能够计算出与所需的颜色成分对应的信号。

下面，参照图6对本实施方式的摄像元件10的基本结构和各分光要素的功能进行说明。

图6(a)是示出摄像元件10的基本结构的俯视图。在各单位块中，与四个光感知单元2a、2b、2c、2d各自对置地分别配置有分光要素1a、1b、1c、1d。在摄像面10a上反复形成有具有这样的基本结构的多个图案。

图6(b)、(c)是分别示出图6(a)中的沿AA’线的剖面和沿BB’线的剖面的图。如图所示，摄像元件10具备：半导体基板7，其由硅等材料构成；光感知单元2a～2d，其配置在半导体基板7的内部；透明层6a，其由形成于半导体基板7的表面侧(光入射的一侧)的布线层5和低折射率透明部件构成；以及分光要素1a、1b、1c、1d，其由配置于透明层6a的内部的高折射率透明部件构成。此外，用于高效率地进行向各光感知单元聚光的微透镜4a配置成隔着透明层6a而与各个光感知单元对应。另外，即使未配置微透镜4a也能够得到本实施方式的效果。

采用已知的半导体制造技术能够制作图6(a)～(c)所示的结构。图6(a)～(c)所示的摄像元件10具有光从布线层5侧入射到各光感知单元的表面照射型的结构。但是，本实施方式的摄像元件10不限于这样的结构，也可以具有从布线层5的相反侧接受光的背面照射型的结构。

如图6(b)所示，分光要素1a、1b在光透过的方向上具有长的长方形状的剖面，利用自身与透明层6a之间的折射率差而进行分光。分光要素1a使红(R)光入射至对置的光感知单元2a，使青色(Cy)光各一半入射至光感知单元2b、和邻接的单位块中所包括的光感知单元(未图示)。这里，青色(Cy)光是由绿(G)光和蓝(B)光构成的光。另一方面，分光要素1b使Cy光入射至对置的光感知单元2b，使R光各一半入射至光感知单元2a、和邻接的其它单位块中所包括的光感知单元(未图示)。在本实施方式中，将分光要素1a、1b的长度和厚度设计成使分光要素1a、1b具有上述的分光特性。另外，由于G光和B光的强度不一定一致，因此Cy光不限于视觉确认为绿与蓝的混色即青色的光。例如，在单元入射光完全不包含B光的情况下，Cy光与G光同样地是视觉确认为绿色的光。

通过采用这样的分光要素1a、1b，光感知单元2a从分光要素1a接收R光，还从分光要素1b和邻接的单位块中所包括的分光要素各接收R光的一半。此外，光感知单元2b从分光要素1b接收Cy光，还从分光要素1a和邻接的单位块中所包括的分光要素(未图示)各接收Cy光的一半。

如图6(c)所示，分光要素1c、1d沿着光透过的方向具有长的长方形状的剖面，利用自身与透明层6a之间的折射率差而进行分光。分光要素1c使黄光(Ye)入射至对置的光感知单元2c，使蓝(B)光的各一半入射至光感知单元2d、和邻接的单位块中所包括的光感知单元(未图示)。这里，黄光(Ye)是由红(R)光和绿(G)光构成的光。另一方面，分光要素1d使蓝(B)光入射至对置的光感知单元2d，使黄光(Ye)的各一半入射至光感知单元2c、和邻接的其它单位块中所包括的光感知单元(未图示)。在本实施方式中，将分光要素1c、1d的长度和厚度设计成使分光要素1c、1d具有上述的分光特性。另外，由于R光和G光的强度未必一致，因此Ye光不限于视觉确认为是红与绿的混色即黄色的光。例如，在单元入射光完全不包含G光的情况下，Ye光与R光同样地是视觉确认为红色的光。

上述的分光要素1a～1d的分光的结果是，光感知单元2a～2d分别输出用以下的算式12～15表示的光电转换信号S2a～S2d。这里，分别用Rs、Gs、Bs表示相当于红光、绿光、蓝光的强度的信号。此外，设相当于青色光的强度的信号Cs为Gs+Bs，设相当于黄光的强度的信号Ys为Rs+Gs，设相当于白光的强度的信号Ws为Rs+Gs+Bs。

(式12)S2a＝Ws-Cs+Rs＝2Rs

(式13)S2b＝Ws-Rs+Cs＝2Cs

(式14)S2c＝Ws-Bs+Ys＝2Ys

(式15)S2d＝Ws-Ys-Bs＝2Bs

算式12～15分别相当于在算式1～4中将C1s置换成Rs、将C1^s置换成Cs、将C3s置换成Bs、将C3^s置换成Ys。即，在本实施方式中，第一颜色成分是R光，第二颜色成分是G光，第三颜色成分是B光。

图像信号生成部15(图3)，通过算式12～15所示的采用了光电转换信号的运算从而生成颜色信息。下面，参照图7对图像信号生成部15的颜色信息生成处理进行说明。图7是示出本实施方式的颜色信息生成处理的步骤的流程图。

首先，在步骤S10中，图像信号生成部15获取光电转换信号S2a～S2d。接着，在步骤S12中，通过(S2a-S2b)的运算从而生成2(Rs-Cs)、即色差信号(4Rs-2Ws)，通过(S2d-S2c)的运算从而生成2(Bs-Ys)、即色差信号(4Bs-2Ws)。然后，在步骤S14中，通过将像素信号S2a～S2d相加从而生成表示单元入射光的强度的信号4(Rs+Gs+Bs)＝4Ws，将其作为亮度信号。最后，在步骤S16中，根据两个色差信号和一个亮度信号通过矩阵运算从而得到RGB颜色信号。具体而言，在色差信号(4Rs-2Ws)中加入亮度信号的1/2而制作4Rs，在色差信号(4Bs-2Ws)中加入亮度信号的1/2而制作4Bs，通过从亮度信号4Ws中减去4Rs和4Bs而得到4Gs。

图像信号生成部15，通过按光感知单元阵列2的每个单位块40执行上述的信号运算，从而生成表示R、G、B的各颜色成分的图像的信号(称为“彩色图像信号”)。所生成的彩色图像信号，被图像信号输出部16输出到未图示的记录介质、显示部中。

这样，根据本实施方式的摄像装置，通过采用了光电转换信号S2a～S2d的加减计算处理，从而可得到彩色图像信号。根据本实施方式的摄像元件10，由于未采用用于吸收光的光学元件，因此与采用滤色器等的现有技术相比，能够大幅度地减少光的损失。

如上所述，在本实施方式的摄像元件10中，与光感知单元阵列对置地配置有以2行2列作为基本结构的分光要素阵列。在第1行第1列配置有将光分成红光和红光以外的分光要素1a。在第1行第2列配置有将光分成青色光和青色光以外的分光要素1b。在第2行第1列配置有将光分成黄光和黄光以外的分光要素1c。在第2行第2列配置有将光分成蓝光和蓝光以外的分光要素1d。由于在摄像面上反复地形成有这样的分光要素的排列图案，因此即使逐行或逐列地改变光感知单元阵列200的单位块40的选择方法，所得到的四个光电转换信号也始终成为由算式12～15表示的四个信号的组合。即，通过一边逐行和逐列地错开运算对象的像素块，一边进行上述的信号运算，从而能够得到大致像素数量的RGB各颜色成分的信息。这意味着能够将摄像装置的清晰度提高到像素数的程度。因此，本实施方式的摄像装置除了灵敏度高于现有的摄像装置以外，还能够生成高清晰度的彩色图像。

另外，图像信号生成部15也可以未必将三个颜色成分的图像信号全部生成。也可以根据用途而构成为仅生成一个颜色或两个颜色的图像信号。此外，也可以根据需要而进行信号的放大、合成、校正。

此外，理想的是，各分光要素严格地具有上述的分光性能，但这些分光性能也可以稍微偏离。即，从各光感知单元实际输出的光电转换信号也可以稍微偏离于算式12～15所示的光电转换信号。即使在各分光要素的分光性能稍微偏离于理想的性能的情况下，通过根据偏离的程度而对信号进行校正，也能够得到良好的颜色信息。

并且，也能够使摄像装置本身以外的其它设备执行本实施方式中的图像信号生成部15所进行的信号运算。例如，通过使接收到从摄像元件10输出的光电转换信号的输入的外围设备执行本实施方式中的用于确定信号运算处理的程序，也能够生成颜色信息。

另外，摄像元件10的基本结构不限于图6所示的结构。例如，即使按分光要素1a与分光要素1b替换的结构、或者分光要素1c与分光要素1d替换的结构配置，本实施方式的效果也不变。此外，图6(a)所示的第一行的配置与第二行的配置也可以替换，并且即使分光要素1a、1b和分光要素1c、1d配置成不沿着行方向而沿着列方向排列，其有效性也不变。

并且，只要分光要素阵列构成为使得用2R、2Cy(2G+2B)、2Ye(＝2R+2G)、2B表示的光分别入射至单位块40中所包括的四个光感知单元2a、2b、2c、2d，则可以是任意构成。

在上述的说明中，采用了利用两个部件的折射率差来进行分光的光学元件作为分光要素，但只要能够使所希望的颜色成分的光入射至各光感知单元，则本实施方式的分光要素可以是任意的。例如，也可以采用微棱镜或分色镜作为分光要素。此外，也可以组合不同种类的分光要素来使用。

作为一个示例，图8示出了部分地利用了基于分色镜的光的透射和反射的摄像元件的结构例。图8(a)是示出该示例的基本像素结构的俯视图。图8(b)、(c)分别是图8(a)中的沿AA’线的剖面和沿BB’线的剖面的图。在该结构例中，代替图6所示的分光要素1a、1b而分别配置有包括分色镜在内的分光要素1e、1f。分光要素1c、1d具有与图6所示的分光要素1c、1d同样的特性。另外，图8所示的摄像元件10具有光从布线层5的相反侧入射的背面照射型的结构，但这不是特别重要，也可以具有表面照射型的结构。

如图8(b)、(c)所示，摄像元件10具备：由硅等材料构成的半导体基板7；配置在半导体基板7内的光感知单元2a～2d；形成于半导体基板7的背面侧(光入射的一侧)的透明层6b；以及配置在透明层6b的内部的分光要素1e、1f和分光要素1c、1d。在半导体基板7的表面侧(光入射的一侧的相反侧)形成有布线层5。此外，在表面侧配置有对半导体基板7及布线层5等进行支承的固定基板9。固定基板9经透明层6b而与半导体基板7接合。透明层6b由折射率高于空气并低于分光要素1c、1d的透光性的部件形成。

分光要素1e包括将两个对Cy光进行反射并使Cy光以外的光透过的分色镜接合起来的要素。分光要素1f包括将两个对R光进行反射并使R光以外的光透过的分色镜接合起来的要素。各分光要素中包括的两个分色镜被配置成相对于摄像面的法线而对称地倾斜。这些分色镜的倾斜角度被设定成其反射光在摄像元件10的外部的与空气层之间的界面上进行全反射，并入射至与对置像素邻接的两个像素。

当光入射至分光要素1e时，Cy光被反射，R光透过。被反射的Cy光的一半在透明层6b与空气之间的界面进行全反射，并入射至光感知单元2b。被反射的Cy光的剩下的一半在透明层6b与空气之间的界面进行全反射，并入射至邻接的单位块中包含的光感知单元。透过分光要素1e的R光入射至光感知单元2a。

当光入射至分光要素1f时，R光被反射，Cy光透过。被反射的R光的一半在透明层6b与空气之间的界面进行全反射，并入射至光感知单元2a。被反射的R光的剩下的一半在透明层6b与空气之间的界面进行全反射，并入射至邻接的单位块中包含的光感知单元。透过分光要素1f的Cy光入射至光感知单元2a。

与图6所示的结构同样地，分光要素1c使Ye光入射至光感知单元2c，使B光入射至与光感知单元2d邻接的单位块中所包括的光感知单元。此外，关于分光要素1d，也与上述同样地，使B光入射至光感知单元2d，使Ye光入射至与光感知单元2c邻接的单位块中所包括的光感知单元。另外，考虑了在透明层6b与半导体基板7之间的界面的折射来设计分光要素1c、1d的尺寸和形状。

根据这样的结构，各光感知单元2a～2d接收与采用了图6所示的结构的情况时完全同样的光。因此，从各光感知单元2a～2d输出的光电转换信号也与图6的结构中的光电转换信号无异，能够直接应用上述的信号运算。这样，即使采用图8所示的结构，也能够得到与采用了图6所示的结构的情况时同样的效果。

(第二实施方式)

下面，参照图9对第二实施方式进行说明。本实施方式的摄像装置与第一实施方式的摄像装置相比，仅摄像元件10的结构不同，其它结构要素相同。下面，以与第一实施方式的摄像装置的不同点为中心进行说明，对重复之处省略说明。

本实施方式的摄像元件10具备将光分离成原色和补色的分色镜而不是具备利用衍射的分光要素。此外，本实施方式的各分光要素使光不入射至邻接单位块的光感知单元，而使光仅入射至各单位块内的光感知单元。下面，对本实施方式的摄像元件10的基本结构进行说明。

图9是示出本实施方式的摄像元件10的基本结构的图。本实施方式的摄像元件10是背面照射型的摄像元件。另外，即使在本实施方式中，摄像元件10的类型是背面照射型还是表面照射型并不重要，摄像元件10可以是表面照射型。图9(a)是摄像元件10的光接收面侧的俯视图。本实施方式中的摄像元件10的光感知单元的排列与第一实施方式中的排列同样，一个单位块具有四个光感知单元2a～2d。分色镜3a、3b、3c、3d与光感知单元2a、2b、2c、2d对置且分别配置成相对于摄像面倾斜。这里，分色镜的倾斜角度被设定成其反射光在摄像元件10外的与空气层之间的界面进行全反射，并入射至对置像素的邻接像素。

图9(b)、(c)是分别示出图9(a)中的沿着CC’线的剖面和沿着DD’线的剖面的图。如图所示，摄像元件10具备：由硅等材料构成的半导体基板7；配置在半导体基板7内的光感知单元2a～2d；形成于半导体基板7的背面侧(光入射的一侧)的透明层6b；以及配置在透明层6b的内部的分色镜3a、3b、3c、3d。在半导体基板7的表面侧(光入射的一侧的相反侧)形成有布线层5。此外，在表面侧配置有对半导体基板7及布线层5等进行支承的固定基板9。固定基板9经透明层6b而与半导体基板7接合。

如图9(b)所示，分色镜3a具有使R光透过并对Cy光进行反射的特性。此外，分色镜3b具有使Cy光透过并对R光进行反射的特性。其结果是，透过分色镜3a的R光入射至光感知单元2a。通过分色镜3a而被反射的Cy光，在透明层6b与空气之间的界面进行全反射，并入射至光感知单元2b。透过分色镜3b的Cy光入射至光感知单元2b。通过分色镜3b而被反射的R光，在透明层6a与空气之间的界面进行全反射，并入射至光感知单元2a。

如图9(c)所示，分色镜3c具有使Ye光透过并对B光进行反射的特性。此外，分色镜3d具有使B光透过并对Ye光进行反射的特性。其结果是，透过分色镜3c的Ye光入射至光感知单元2c。通过分色镜3c而被反射的B光在透明层6b与空气之间的界面进行全反射，并入射至光感知单元2d。透过分色镜3d的B光入射至光感知单元2d。通过分色镜3d而被反射的Ye光在透明层6b与空气之间的界面进行全反射，并入射至光感知单元2c。

通过采用这样的分色镜3a～3d，从而各光感知单元2a～2d接收与采用了第一实施方式中的结构的情况完全同样的颜色成分的光。即，光感知单元2a接收透过分色镜3a的R光和通过分色镜3b而被反射的R光。光感知单元2b接收透过分色镜3b的Cy光和通过分色镜3a而被反射的Cy光。光感知单元2c接收透过分色镜3c的Ye光和通过分色镜3d而被反射的Ye光。光感知单元2d接收透过分色镜3d的B光和通过分色镜3c而被反射的B光。其结果是，与采用了第一实施方式中的结构的情况同样地，能够分别用算式12～15来表示从各光感知单元2a～2d输出的光电转换信号S2a～S2d。因此，通过与第一实施方式中的处理完全同样的处理，从而能够得到颜色信息。

如上所述，根据本实施方式的摄像装置，与第一实施方式的摄像装置同样地，通过采用了光电转换信号S2a～S2d的信号运算处理，从而能够得到彩色图像信号。即使利用本实施方式的摄像元件10，由于不采用用于吸收光的光学元件，因此与采用滤色器等的现有技术相比也能够大幅度地减少光的损失。此外，由于通过采用了四个光电转换信号的运算而得到三个颜色信号，因此与采用现有的摄像元件的情况相比，效果在于与像素数对应地所得到的颜色信息的量更多。

如上所述，在本实施方式的摄像元件10中，在第1行第1列配置有将光分成青色光和青色光以外的光的分色镜3a。在第1行第2列配置有将光分成红光和红光以外的光的分色镜3b。在第2行第1列配置有将光分成蓝光和蓝光以外的光的分色镜3c。在第2行第2列配置有将光分成黄光和黄光以外的光的分色镜3d。由于在摄像面上反复地形成有这样的分光要素的排列图案，因此即使逐行或逐列地改变光感知单元阵列200的单位块的选择方法，所得到的四个光电转换信号也始终成为用算式12～15表示的四个信号的组合。即，通过一边逐行和逐列地错开运算对象的像素块，一边进行上述的信号运算，从而能够得到大致像素数的RGB各颜色成分的信息。因此，本实施方式的摄像装置除了灵敏度高于现有的摄像装置以外，还能够生成高清晰度的彩色图像。

另外，摄像元件10的基本结构不限于图9所示的结构。例如，即使配置成将分色镜3a与分色镜3b替换、分色镜3c与分色镜3d替换的结构，本实施方式的效果也不变。此外，图9(a)所示的第一行的配置与第二行的配置也可以替换，并且即使分色镜3a、3b被配置成不沿着行方向而沿着列方向排列，其有效性也不变。

在本实施方式中，采用了分色镜作为分光要素，但分光要素也可以是分离成原色光和其补色光的任意分光要素。例如，也可以采用微棱镜或在第一实施方式中采用的利用衍射的光学元件作为分光要素。此外，也可以组合不同种类的分光要素来使用。

产业上的可利用性

本发明的实施方式的固体摄像元件、摄像装置和程序对所有的采用固体摄像元件的照相机都是有效的。能够应用于例如数码相机、数码摄像机等民用照相机、以及产业用的固体监视摄像头等。

符号说明

1a、1b、1c、1d、1e、1f：分光要素；

2、2a、2b、2c、2d：摄像元件的光感知单元；

3a、3b、3c、3d：分光要素(分色镜)；

4a、4b：微透镜；

5：摄像元件的布线层；

6a、6b：透明层；

7：硅基板；

9：固定基板；

10：摄像元件；

11：光学滤波器；

12：光学透镜；

13：信号产生/接收部；

14：元件驱动部；

15：图像信号生成部；

16：图像信号输出部；

17：对红色(R)以外颜色的光进行反射的多层膜滤波器(分色镜)；

18：仅对绿色(G)进行反射的多层膜滤波器(分色镜)；

19：仅对蓝色(B)进行反射的多层膜滤波器(分色镜)；

20：遮光部；

21：透光性的树脂；

22：G光透过的多层膜滤波器(分色镜)；

23：R光透过的多层膜滤波器(分色镜)；

24：G光透过的有机色素滤波器；

25：R光透过的有机色素滤波器；

26：微透镜；

27：金属层；

30：存储器；

40：光感知单元的单位块；

100：分光要素阵列；

200：光感知单元阵列；

300：摄像部；

400：信号处理部。

Claims (13)

1.一种固体摄像元件，具备：

光感知单元阵列，由多个单位块排列成二维状而形成，该多个单位块各自包括第一光感知单元、第二光感知单元、第三光感知单元和第四光感知单元；以及

分光要素阵列，其被配置成与所述光感知单元阵列对置，且包括多个分光要素，

在假设不存在所述分光要素阵列的情况下，以各光感知单元接收的光作为各光感知单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可视光由第一颜色成分、第二颜色成分和第三颜色成分构成，在以将各颜色成分去掉的颜色成分的可视光作为该颜色成分的补色光时，

所述分光要素阵列，使在从所述第一光感知单元的单元入射光中去掉所述第一颜色成分的补色光后的光中，加入所述第一颜色成分的光后所形成的光入射至所述第一光感知单元，

并使在从所述第二光感知单元的单元入射光中去掉所述第一颜色成分的光后的光中，加入了所述第一颜色成分的补色光后所形成的光入射至所述第二光感知单元，

并使在从所述第三光感知单元的单元入射光中去掉所述第三颜色成分的光后的光中，加入了所述第三颜色成分的补色光后所形成的光入射至所述第三光感知单元，

并使在从所述第四光感知单元的单元入射光中去掉所述第三颜色成分的补色光后的光中，加入了所述第三颜色成分的光后所形成的光入射至所述第四光感知单元。

2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其中，

所述分光要素阵列，在各单位块中包含：配置成与所述第一光感知单元对置的第一分光要素、配置成与所述第二光感知单元对置的第二分光要素、配置成与所述第三光感知单元对置的第三分光要素和配置成与所述第四光感知单元对置的第四分光要素，

所述第一分光要素，使所述第一颜色成分的补色光的至少一部分入射至所述第二光感知单元，并使所述第一颜色成分的光入射至所述第一光感知单元，

所述第二分光要素，使所述第一颜色成分的光的至少一部分入射至所述第一光感知单元，并使所述第一颜色成分的补色光入射至所述第二光感知单元，

所述第三分光要素，使所述第三颜色成分的光的至少一部分入射至所述第四光感知单元，并使所述第三颜色成分的补色光入射至所述第三光感知单元，

所述第四分光要素，使所述第三颜色成分的补色光的至少一部分入射至所述第三光感知单元，并使所述第三颜色成分的光入射至所述第四光感知单元。

3.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其中，

所述第一分光要素使所述第一颜色成分的补色光的一半入射至所述第二光感知单元，并使所述第一颜色成分的补色光的剩余的一半入射至邻接的第一邻接单位块中包含的一个光感知单元，

所述第二分光要素使所述第一颜色成分的光的一半入射至所述第一光感知单元，并使所述第一颜色成分的光的剩余的一半入射至邻接的第二邻接单位块中包含的一个光感知单元，

所述第三分光要素使所述第三颜色成分的光的一半入射至所述第四光感知单元，并使所述第三颜色成分的光的剩余的一半入射至邻接的所述第一邻接单位块和所述第二邻接单位块中的一个单位块所包括的一个光感知单元，

所述第四分光要素使所述第三颜色成分的补色光的一半入射至所述第三光感知单元，并使所述第三颜色成分的补色光的剩余的一半入射至邻接的所述第一邻接单位块和所述第二邻接单位块中的另一单位块所包括的一个光感知单元。

4.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其中，

所述第一分光要素使所述第一颜色成分的补色光几乎全部入射至所述第二光感知单元，

所述第二分光要素使所述第一颜色成分的光几乎全部入射至所述第一光感知单元，

所述第三分光要素使所述第三颜色成分的光几乎全部入射至所述第四光感知单元，

所述第四分光要素使所述第三颜色成分的补色光几乎全部入射至所述第三光感知单元。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的固体摄像元件，其中，

所述第一颜色成分是红和蓝中的一种颜色成分，所述第三颜色成分是红和蓝中的另一种颜色成分。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的固体摄像元件，其中，

所述第一分光要素、所述第二分光要素、所述第三分光要素和所述第四分光要素分别具有透光性部件，利用所述透光性部件的形状和所述透光性部件与折射率低于所述透光性部件的其它透光性部件之间的折射率差进行分光。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的固体摄像装置，其中，

所述第一分光要素、所述第二分光要素、所述第三分光要素和所述第四分光要素各自包括分色镜，利用所述分色镜进行分光。

8.一种摄像装置，具备：

权利要求1至7中的任一项所述的固体摄像元件；

光学系统，用于在所述固体摄像元件形成像；以及

信号处理部，对被从所述固体摄像元件输出的信号进行处理，其中，通过采用了从所述第一光感知单元输出的第一光电转换信号、从所述第二光感知单元输出的第二光电转换信号、从所述第三光感知单元输出的第三光电转换信号和从所述第四光感知单元输出的第四光电转换信号的运算生成颜色信息。

9.根据权利要求8所述的摄像装置，其中，

所述信号处理部，通过所述第一光电转换信号与所述第二光电转换信号之间的差分运算、和所述第三光电转换信号与所述第四光电转换信号之间的差分运算，从而生成第一颜色信号和第二颜色信号。

10.根据权利要求8或9所述的摄像装置，其中，

所述信号处理部，通过包括所述第一光电转换信号与所述第二光电转换信号的加法计算、所述第三光电转换信号与所述第四光电转换信号的加法计算、以及所述第一光电转换信号至所述第四光电转换信号的加法计算中的任一计算在内的运算从而生成亮度信号。

11.一种对从权利要求1至7中的任一项所述的固体摄像元件输出的信号进行处理的方法，包括：

步骤A，获取从所述第一光感知单元输出的第一光电转换信号、从所述第二光感知单元输出的第二光电转换信号、从所述第三光感知单元输出的第三光电转换信号和从所述第四光感知单元输出的第四光电转换信号；以及

步骤B，采用所述第一光电转换信号至所述第四光电转换信号而生成颜色信息。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，

所述步骤B包括：

生成将所述第一光电转换信号与所述第二光电转换信号之间的差分示出的第一差分信号的步骤；以及

生成将所述第三光电转换信号与所述第四光电转换信号之间的差分示出的第二差分信号的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

所述步骤B还包括：

通过包括所述第一光电转换信号与所述第二光电转换信号的加法计算、所述第三光电转换信号与所述第四光电转换信号的加法计算以及所述第一光电转换信号至所述第四光电转换信号的加法计算中的任一计算在内的运算，从而生成亮度信号的步骤；以及

采用所述亮度信号、所述第一差分信号和所述第二差分信号生成所述单元入射光中包含的红、绿和蓝的颜色信号。

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