固体摄像元件、摄像装置、以及信号处理方法制造方法及图纸

固体摄像元件具备各自包括第1～第4感光单元(2a～2d)的感光单元阵列、与感光单元阵列对置地配置的包括第1种类的分光要素(1a)以及第2种类的分光要素(1b)在内的分光要素阵列。在将假定不存在分光要素阵列的情况下各感光单元所接受的光作为各感光单元的单元入射光时，分光要素阵列通过第1种类的分光要素(1a)使第1以及第2感光单元(2a、2b)各自的单元入射光中包含的第1颜色成分的光的一部分入射至第1感光单元(2a)，通过第2种类的分光要素(1b)使第3以及第4感光单元(2c、2d)各自的单元入射光中包含的第2颜色成分的光的一部分入射至第4感光单元(2d)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体摄像元件、摄像装置、以及信号处理方法
本专利技术涉及固体摄像装置的高灵敏度化以及彩色化的技术。
技术介绍
近年来，采用了CCD或CMOS等固体摄像元件(以下有时称为“摄像元件”。)的数字照相机、数字摄像机的高功能化、高性能化备受瞩目。特别是随着半导体制造术的急速进步，摄像元件中的像素构造的微细化得到发展。其结果，可谋求摄像元件的像素以及驱动电路的高集成化，摄像元件的高性能化不断进步。特别地在近年来，还开发出了利用在固体摄像元件的背面侧进行受光而不是在形成了布线层的面(表面)侧进行受光的背面照射型(backsideillumination)的摄像元件的照相机，其特性等受到关注。另一方面，伴随着摄像元件的多像素化，由于1像素接受的光量下降，因此引起了照相机灵敏度下降这一问题。照相机的灵敏度下降除了由于多像素化以外，还由于使用了色分离用的滤色器。在通常的彩色照相机中，与摄像元件的各感光单元对置地配置了以有机颜料作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，因此在采用这种滤色器的情况下，照相机的光利用率下降。例如，在具有以红色(R)1像素、绿色(G)2像素、蓝色(B)1像素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，吸收剩余的光。因此，基于拜尔排列的彩色照相机中所利用的光是入射光全体的约1/3。针对上述的灵敏度下降的问题，对比文件1中公开了为了取入较多的入射光而在摄像元件的受光部安装微透镜阵列来增加受光量的技术。根据该技术，利用微透镜对感光单元进行聚光，由此能够实质上提高摄像元件的光孔径率。该技术现在被用于大部分的固体摄像元件。如果使用该技术，则的确可提高实质上的孔径率，但没有解决因滤色器而引起的光利用率下降的问题。作为同时解决光利用率下降和灵敏度下降的问题，对比文件2中公开了组合多层膜的滤色器(分色镜)和微透镜来最大限度利用光的技术。该技术中，采用了不吸收光而使特定波段的光选择性地透过、反射其他波段的光的多个分色镜。由此，不会损失光，能够仅使各个感光部所需的波段的光入射。图10是示意地表示与专利文献2所公开的摄像元件的摄像面垂直的方向的断面的图。该摄像元件具备在摄像元件的表面以及内部分别配置的聚光用的微透镜4a、4b、遮光部20、感光单元2a、2b、2c、分色镜17、18、19。分色镜17、18、19与感光单元2a、2b、2c分别对置配置。分色镜17具有使R光透过而使G光以及B光反射的特性。分色镜18具有使G光反射而使R光以及B光透过的特性。分色镜19具有使B光反射而使R光以及G光透过的特性。入射至微透镜4a的光由微透镜4b调整了光束之后，入射至第1分色镜17。第1分色镜17使R光透过，而反射G光以及B光。透过了第1分色镜17的光入射至感光单元2a。由第1分色镜17反射后的G光以及B光入射至相邻的第2分色镜18。第2分色镜18反射所入射的光之中的G光，使B光透过。由第2分色镜18反射后的G光入射至感光单元2b。透过了第2分色镜18的B光被第3分色镜19反射，入射至其正下方的感光单元2c。这样，根据专利文献2所公开的摄像元件，入射至聚光微透镜4a的可见光没有被滤色器吸收，该RGB的各成分可由3个感光单元无损地检测出。除了上述的现有技术以外，专利文献3还公开了通过使用微棱镜能够防止光损失的摄像元件。该摄像元件具有由分别不同的感光单元来接收被微棱镜分离为红色、绿色、蓝色的光的构造。通过这种的摄像元件也能够防止光的损失。但是，在专利文献2以及专利文献3所公开的技术中，需要设置与利用的分色镜的数目、或者进行分光的数目相应的感光单元。例如为了检测RGB3色的光，存在较之使用了现有的滤色器时的感光单元的数目而必需将感光单元的数目增加至3倍的这一课题。针对以上的技术，专利文献4中公开了尽管发生一部分的光损失但是可利用分色镜和反射来提高光利用率的技术。图11表示利用该技术的摄像元件的断面图的一部分。如图示，在透光性的树脂21内配置分色镜22、23。分色镜22具有使G光透过而反射R光以及B光的特性。此外，分色镜23具有使R光透过而反射G光以及B光的特性。通过这种结构，无法由感光部对B光进行受光，但是能够通过以下的原理检测全部的R光、G光。首先，在R光入射至分色镜22、23时，在分色镜22中反射，在分色镜23中透过。被分色镜22反射的R光进一步被透光性的树脂21与空气的界面反射，入射至分色镜23。R光透过分色镜23，进而还透过具有R光透过性的有机色素滤波器25以及微透镜26。这样一来，尽管一部分被金属层27反射，但是入射至分色镜22、23的R光的大部分入射至感光部。另一方面，在G光入射至分色镜22、23时，在分色镜22中透过，在分色镜23中反射。被分色镜23反射的G光进一步在透光性的树脂21与空气的界面进行全反射，入射至分色镜22。G光透过分色镜22，进而还透过具有G光透过性的有机色素滤波器24以及微透镜26。这样一来，尽管一部分被金属层27反射，但是入射至分色镜22、23的G光的大部分没有损失地入射至感光部。通过上述的原理，在专利文献4所示的技术中，尽管RGB光之中的1个颜色受到损失，但是另外2个颜色几乎没有损失而能够受光。因此，无需配置与RGB3色相应的感光部。在此，较之不具有分色镜而仅通过有机色素滤波器进行彩色化的情况，相对于仅利用有机色素滤波器的情况下的光利用率为约1/3，利用专利文献4所公开的技术的情况下的光利用率成为全入射光的约2/3。即，根据该技术，摄像灵敏度提高至约2倍。但是，根据该技术，也会损失3个颜色之中的1个颜色。另一方面，专利文献5中公开了利用分光要素而没有大幅增加感光单元就提高光利用率的彩色化技术。根据该技术，通过与感光单元对应配置的分光要素使得光根据波段而入射至不同的感光单元。各个感光单元从多个分光要素接收不同波段的成分被叠加之后的光。其结果，通过利用从各感光单元输出的光电变换信号的信号运算能够生成颜色信号。不过，该彩色化技术适合于单元间距为1微米程度的摄像元件，但如果单元间距变大则存在彩色化的性能劣化的倾向。【在先技术文献】【专利文献】【专利文献1】特开昭59-90467号公报【专利文献2】特开2000-151933号公报【专利文献3】特开2001-309395号公报【专利文献4】特开2003-78917号公报【专利文献5】国际公开第2009/153937号【专利技术的概要】【专利技术要解决的技术问题】在现有技术中，如果使用光吸收型的滤色器，可以不必大幅增加感光单元，但存在光利用率变低这一问题。此外，如专利文献2～4所公开的技术，如果使用分色镜、微棱镜，能够提高光利用率，但存在必定大幅增加感光单元的这一课题。另一方面，根据专利文献5所公开的技术，理论上的确可获得光利用率高的彩色图像，但是对于单元间距大的摄像元件、例如4～5微米(μm)的单元间距的摄像元件而言，存在彩色特性劣化严重的这一课题。因此，在增大单元间距来谋求高灵敏度化的摄像装置中，难以获得优异的特性。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供一种不必大幅增加感光单元就能够提高光利用率、并且即便采用单元间距大大超过1微米的高灵敏度的摄像元件的情况下，颜色再现性也良好的彩色摄像技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.26 JP 2011-2835371.一种固体摄像元件，具备：感光单元阵列，所述感光单元阵列是各自包括第1感光单元、第2感光单元、第3感光单元、以及第4感光单元的多个单位块排列成二维状而成；和分光要素阵列，其包括与所述感光单元阵列对置而配置的第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素，在将假定不存在所述分光要素阵列的情况下各感光单元接受的光作为各感光单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可见光由第1颜色成分、第2颜色成分、以及第3颜色成分构成，将除了各颜色成分以外的颜色成分的可见光作为该颜色成分的补色光时，所述分光要素阵列通过所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光中包含的所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，通过所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，所述第1感光单元至所述第4感光单元各自的形状为四边形形状，所述第1感光单元至所述第4感光单元排列成2行2列，所述第1种类的分光要素被配置在与所述第1感光单元以及所述第2感光单元的边界对置的位置，所述第2种类的分光要素被配置在与所述第3感光单元以及所述第4感光单元的边界对置的位置。2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素还配置在与所述第1感光单元以及所述第3感光单元的边界对置的位置，所述第2种类的分光要素还配置在与所述第2感光单元以及所述第4感光单元的边界对置的位置。3.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素还使所述第1感光单元以及所述第3感光单元各自的单元入射光中包含所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，所述第2种类的分光要素还使所述第2以及第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元。4.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光之中所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元，所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光之中所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元。5.根据权利要求4所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素还使所述第1感光单元以及所述第3感光单元各自的单元入射光之中所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元，所述第2种类的分光要素还使所述第2感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光之中所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元。6.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素包括在与所述第1感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素，所述第2种类的分光要素包括在与所述第4感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素。7.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中，所述第1颜色成分是红色以及蓝色的其中一个颜色成分，所述第2颜色成分是红色以及蓝色的另一个颜色成分。8.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素以及所述第2种类的分光要素各自具有透光性部件，利用所述透光性部件的形状、以及所述透光性部件与折射率比所述透光性部件低的其他的透光性部件之间的折射率之差来进行分光。9.一种摄像装置，具备：权利要求1至8任一项所述的固体摄像元件；光学系统，其在所述固体摄像元件形成像；和信号处理部，其对从所述固体摄像元件输出的信号进行处理，通过利用了从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号的运算，来生成颜色信息。10.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，所述信号处理部通过所述第1光电变换信号与所述第1至第4光电变换信号的平均值的差分运算、以及所述第4光电变换信号与所述第1至所述第4光电变换信号的平均值的差分运算，来生成第1色差信号以及第2色差信号。11.一种信号处理方法，是对从权利要求1至8任一项所述的固体摄像元件输出的信号进行处理的方法，其包括：步骤A，获取从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号；和步骤B，利用所述第1至第4光电变换信号来生成颜色信息。12.根据权利要求11所述的信号处理方法，其中，所述步骤B包括：生成通过所述第1光电变换信号与所述第2光电变换信号的差分运算所生成的第1差分信号的步骤；和生成通过所述第3光电变换信号与所述第4光电变换信号的差分运算所生成的第2差分信号的步骤。13.根据权利要求12所述的信号处理方法，其中，所述步骤B还包括：通过包括所述第1以及第2光电变换信号的相加、所述第3以及第4光电变换信号的相加、以及所述第1至第4光电变换信号的相加的任意一个的运算来生成亮度信号的步骤；和利用所述亮度信号、所述第1差分信号、以及所述第2差分信号来生成所述单元入射光中包含的红色、绿色、以及蓝色的颜色信号的步骤。14.一种固体摄像元件，具备：感光单元阵列，所述感光单元阵列是各自包括第1感光单元、第2感光单元、第3感光单元、以及第4感光单元的多个单位块排列成二维状而成；和分光要素阵列，其包括与所述感光单元阵列对置而配置的第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素，在将假定不存在所述分光要素阵列的情况下各感光单元接受的光作为各感光单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可见光由第1颜色成分、第2颜色成分、以及第3颜色成分构成，将除了各颜色成分以外的颜色成分的可见光作为该颜色成分的补色光时，所述分光要素阵列通过所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光中包含的所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，通过所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，所述第1种类的分光要素还使所述第1感光单元以及所述第3感光单元各自的单元入射光中包含所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，所述第2种类的分光要素还使所述第2以及第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元。15.根据权利要求14所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元，所述第2种类的分光要素使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元。16.根据权利要求15所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素，使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元，所述第2种类的分光要素，使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元。17.根据权利要求14至16任一项所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素包括在与所述第1感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素，所述第2种类的分光要素包括在与所述第4感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素。18.根据权利要求14至16任一项所述的固体摄像元件，其中，所述第1颜色成分是红色以及蓝色的其中一个颜色成分，所述第2颜色成分是红色以及蓝色的另一个颜色成分。19.根据权利要求14至16任一项所述的固体摄像元件，其中，所述第1种类的分光要素以及所述第2种类的分光要素各自具有透光性部件，利用所述透光性部件的形状、以及所述透光性部件与折射率比所述透光性部件低的其他的透光性部件之间的折射率之差来进行分光。20.一种摄像装置，具备：权利要求14至19任一项所述的固体摄像元件；光学系统，其在所述固体摄像元件形成像；和信号处理部，其对从所述固体摄像元件输出的信号进行处理，通过利用了从所述第1感光单元输出的第1光电变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：平本政夫，中村达也，藤井俊哉，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：