固體攝像裝置制造方法
【專利摘要】一種固體攝像元件，其具備：含有多個(gè)光敏元件的光敏元件陣列；和含有多個(gè)分光要素的分光要素陣列。光敏元件陣列由多個(gè)單位區(qū)塊(40)構(gòu)成，各單位區(qū)塊(40)具有4個(gè)光敏元件(2a、2b、2c、2d)。此外，在覆蓋光敏元件(2a、2b)的區(qū)域設(shè)有聚光元件(4c)。聚光元件(4c)將入射光會(huì)聚到光敏元件(2a、2b)。
【專利說明】固體攝像裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請(qǐng)涉及固體攝像裝置的高靈敏度化和彩色化的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，使用CXD和CMOS等的固體攝像元件(以下，有稱為“攝像元件”的情況。)的數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)的高機(jī)能化、高性能化令人瞠目。特別是隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的急速進(jìn)步，攝像元件中的像素構(gòu)造的微細(xì)化推進(jìn)。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)攝像元件的像素和驅(qū)動(dòng)電路的高集成化，攝像元件的高性能化推進(jìn)。特別是近年來，使用了不是在形成有固體攝像元件的配線層的這一面(表面)側(cè)、而是在背面?zhèn)冗M(jìn)行光接收的背面照射型(back sideillumination)的攝像元件的照相機(jī)也得到開發(fā),其特性等受到注目。另一方面，伴隨著攝像元件的多像素化，I個(gè)像素接收到的光量降低，因此照相機(jī)靈敏度降低這樣的問題產(chǎn)生。
[0003]就照相機(jī)的靈敏度降低而言，除了多像素化以外，使用分色用的彩色濾光片也是原因。在普通的彩色照相機(jī)中，與攝像元件的各光敏元件對(duì)向地配置以有機(jī)顏料為色素的減色型的彩色濾光片。彩色濾光片因?yàn)槲账玫纳煞忠酝獾墓?，因此使用這樣的彩色濾光片時(shí)，照相機(jī)的光利用率降低。例如，在擁有以紅(R)I像素、綠(G)2像素、藍(lán)(B)I像素為基本構(gòu)成的Bayer型的彩色濾光片排列的彩色照相機(jī)中，R、G、B各彩色濾光片分別只使R、G、B光透過，且吸收其余的光。因此，在Bayer排列的彩色照相機(jī)中所利用的光，是入射光全體的約1/3。
[0004]針對(duì)上述的靈敏度降低的問題，為了大量攝取入射光，通過在攝像元件的光接收部安裝微透鏡陣列來增加光接收量的技術(shù)被公開在專利文獻(xiàn)I。根據(jù)這一技術(shù)，通過使用微透鏡而聚光于光敏元件，能夠使攝像元件的光孔徑比實(shí)質(zhì)性地提高。這一技術(shù)被用于現(xiàn)在大部分的固體攝像元件。如果使用該技術(shù)，則雖然確實(shí)地提高實(shí)質(zhì)的孔徑比，但沒有解決彩色濾光片造成的光利用率降低的問題。
[0005]作為同時(shí)解決光利用率降低和靈敏度降低的問題的技術(shù)，通過多層膜的彩色濾光片(分色鏡)和微透鏡的組合、而最大限度地利用光的技術(shù)被公開在專利文獻(xiàn)2中。在此技術(shù)中，使用不吸收光、而選擇性地使特定波長范圍的光透過并使其他的波長范圍的光反射的多個(gè)分色鏡。由此，能夠在沒有光損失下使各個(gè)感光部所需要的波長范圍的光入射。
[0006]圖10是模式化地表示專利文獻(xiàn)2所公開的與攝像元件的攝像面垂直的方向的截面的圖。該攝像元件具備如下:在攝像元件的表面和內(nèi)部所分別配置的聚光用的微透鏡4a,4b ;遮光部20 ;光敏元件2a、2b、2c ;分色鏡17、18、19。分色鏡17、18、19分別與光敏元件2a、2b、2c對(duì)向地配置。分色鏡17具有使R光透過、且使G光和B光反射的特性。分色鏡18具有使G光反射、且使R光和B光透過的特性。分色鏡19具有使B光反射、且使R光和G光透過的特性。
[0007]入射微透鏡4a的光，由微透鏡4b調(diào)整光束后，入射到第一分色鏡17。第一分色鏡17使R光透過、但反射G光和B光。透過第一分色鏡17的光入射光敏元件2a。由第一分色鏡17所反射的G光和B光，入射到鄰接的第二分色鏡18。第二分色鏡18使所入射的光之中的G光反射、且使B光透過。由第二分色鏡18所反射的G光入射光敏元件2b。透過第二分色鏡18的B光被第三分色鏡19反射、且入射其正下方的光敏元件2c。如此，根據(jù)專利文獻(xiàn)2所公開的攝像元件，入射到聚光微透鏡4a的可視光，未被彩色濾光片吸收，其RGB的各成分由3個(gè)光敏元件無遺漏地檢測出來。
[0008]除了上述的現(xiàn)有技術(shù)之外，通過使用微棱鏡而能夠防止光的損失的攝像元件被公開在專利文獻(xiàn)3中。該攝像元件具有的構(gòu)造是，將由微棱鏡分離成紅、綠、藍(lán)的光分別由不同的光敏元件接收。利用這樣的攝像元件也能夠防止光的損失。
[0009]然而，在專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3所公開的技術(shù)中存在的課題是，需要按與利用的分色鏡的數(shù)量、或分光的數(shù)量設(shè)置光敏元件。例如，為了檢測RGB三色的光，必須使光敏元件的數(shù)量在與使用現(xiàn)有的彩色濾光片時(shí)的光敏元件的數(shù)量相比較下增加至3倍。
[0010]相對(duì)于以上的技術(shù)，光的損失部分地發(fā)生，但使用分色鏡和反射來提高光的利用率的技術(shù)被公開在專利文獻(xiàn)4中。圖11表示使用了該技術(shù)的攝像元件的剖面圖的一部分。如圖示，在透光性的樹脂21內(nèi)配置有分色鏡22、23。分色鏡22具有使G光透過、且反射R光和B光的特性。另外，分色鏡23具有使R光透過、且反射G光和B光的特性。
[0011]根據(jù)這樣的構(gòu)成，B光不能由感光部進(jìn)行光接收，但R光、G光基于以下的原理能夠全部檢測出來。首先，若R光入射分色鏡22、23，則經(jīng)由分色鏡22被反射，經(jīng)由分色鏡23透射。被分色鏡22反射的R光，進(jìn)一步在透光性的樹脂21和空氣的界面也被反射，入射分色鏡23。R光透過分色鏡23、進(jìn)一步也透過具有R光透射性的有機(jī)顏料濾光片25和微透鏡26。如此，雖然有一部在金屬層27發(fā)生反射，但是入射到分色鏡22、23的R光的大部分入射到感光部。另一方面，若G光入射到分色鏡22、23，則經(jīng)由分色鏡22透射、且經(jīng)由分色鏡23反射。被分色鏡23反射的G光，進(jìn)一步在透光性的樹脂21和空氣的界面發(fā)生全反射，入射到分色鏡22。G光透過分色鏡22、進(jìn)一步也透過具有G光透射性的有機(jī)顏料濾光片24和微透鏡26。如此，雖然有一部分在金屬層27發(fā)生反射，但入射到分色鏡22、23的G光的大部分沒有損失地入射到感光部。
[0012]根據(jù)上述的原理，在專利文獻(xiàn)4所示的技術(shù)中，RGB光之中雖然有一色損失、但卻有兩色幾乎能夠不損失地進(jìn)行光接收。因此，不需要配置RGB三色數(shù)量的感光部。在此，若與沒有分色鏡而只利用有機(jī)顏料濾光片進(jìn)行彩色化的情況相比較，則只利用有機(jī)顏料濾光片時(shí)的光利用率約為I / 3，相對(duì)于此，使用專利文獻(xiàn)4所公開的技術(shù)時(shí)的光利用率為全部入射光的約2 / 3。即，根據(jù)這一技術(shù)，攝像靈敏度約提高2倍。然而，根據(jù)這一技術(shù)，三色之中仍有一色會(huì)損失。
[0013]另一方面，使用分光要素在不必大幅增加光敏元件下提高光利用率的彩色化技術(shù)被公開在專利文獻(xiàn)5中。根據(jù)這一技術(shù)，利用與光敏元件對(duì)應(yīng)地配置的分光要素，光會(huì)根據(jù)波長范圍而入射到不同的光敏元件。各個(gè)光敏元件從多個(gè)分光要素接收不同的波長范圍的成分重疊的光。其結(jié)果是，通過使用從各光敏元件輸出的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的信號(hào)運(yùn)算，能夠生成彩色信號(hào)。
[0014]先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0015]專利文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)1:特開昭59-90467號(hào)公報(bào)
[0017]專利文獻(xiàn)2:特開2000-151933號(hào)公報(bào)[0018]專利文獻(xiàn)3:特開2001-309395號(hào)公報(bào)
[0019]專利文獻(xiàn)4:特開2003-78917號(hào)公報(bào)
[0020]專利文獻(xiàn)5:國際公開第2009 / 153937號(hào)
[0021]在現(xiàn)有技術(shù)中，如果使用光吸收型的彩色濾光片，則雖然可以不用大幅增加光敏元件，但光利用率變低這樣的問題點(diǎn)存在。另外，如專利文獻(xiàn)2?4所公開的技術(shù)，如果使用分色鏡和微棱鏡，則能夠提高光利用率，但必須大幅增加光敏元件這樣的課題存在。
[0022]另一方面，根據(jù)專利文獻(xiàn)5所公開的技術(shù)，雖然理論上能夠確實(shí)地得到光利用率高的彩色圖像，但在該技術(shù)中，假定了朝向攝像元件的入射光垂直入射攝像面，因此在實(shí)際的照相機(jī)中應(yīng)用這一技術(shù)時(shí)，由于鏡頭的光圈量導(dǎo)致傾斜光的發(fā)生變得顯著。其結(jié)果是，朝向各光敏元件的入射光的串?dāng)_增加，而使彩色信號(hào)成分發(fā)生誤差這樣的課題存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)，是提供一種在不大幅增加光敏元件下能夠提高光利用率、且即使由傾斜的光發(fā)生導(dǎo)致朝向各光敏元件的入射光的串?dāng)_增加也能使色再現(xiàn)性良好的彩色攝像技術(shù)。
[0024]為了解決上述的課題，本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)的固體攝像元件，具備如下:光敏元件陣列，其在攝像面上以二維狀排列多個(gè)單位區(qū)塊，所述多個(gè)單位區(qū)塊各自含有以2行2列排列的第一光敏元件、第二光敏元件、第三光敏元件、和第四光敏元件，并且在各單位區(qū)塊中，所述第一光敏元件配置在第I行第I列，所述第二光敏元件配置在第2行第I列，所述第三光敏元件配置在第I行第2列，所述第四光敏元件配置在第2行第2列；分光要素陣列，其含有第一分光要素、和與所述第一分光要素的分光特性不同的第二分光要素，所述第一分光要素按照使所述第一分光要素的至少一部分與所述第一和第三光敏元件的至少一方對(duì)向的方式配置、且按照將入射的光根據(jù)波長分離到所述第一和第三光敏元件的排列方向的方式構(gòu)成，所述第二分光要素按照使所述第二分光要素的至少一部分與所述第二和第四光敏元件的至少一方對(duì)向的方式配置、且按照將入射的光根據(jù)波長分離到所述第二和第四光敏元件的排列方向的方式構(gòu)成；多個(gè)聚光元件，其分別在覆蓋所述第一和第三光敏元件的區(qū)域設(shè)置，且按照向所述第一和第三光敏元件聚光的方式構(gòu)成。
[0025]其他實(shí)施方式的攝像裝置，具備如下:上述的固體攝像元件；使像在所述固體攝像元件的攝像面形成的光學(xué)系統(tǒng)；基于從所述第一至第四光敏元件分別輸出的第一至第四光電轉(zhuǎn)換信號(hào)而生成彩色信號(hào)的信號(hào)處理部。
[0026]上述的一般且特定的形態(tài)，能夠使用系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序裝配，或使用系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)，通過使入射光根據(jù)色成分而入射到不同的光敏元件的分光要素的利用，不用大幅增加光敏元件，光利用率就很高，即使由于傾斜光的發(fā)生而導(dǎo)致朝向各光敏元件的入射光的串?dāng)_增加，也可以進(jìn)行色再現(xiàn)性的良好的彩色攝像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是模式化地表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的固體攝像元件的光敏元件陣列200和分光要素陣列100的配置關(guān)系的立體圖。[0029]圖2A是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的固體攝像元件的單位區(qū)塊的一例的俯視圖。
[0030]圖2B是圖2A的A-A’線剖面圖。
[0031]圖2C是圖2A的B-B’線剖面圖。
[0032]圖2D是圖2A的C-C’線剖面圖。
[0033]圖2E是圖2A的D-D，線剖面圖。
[0034]圖2F是考慮微柱透鏡(micro-lenticular lens)的聚光效果時(shí)光敏兀件2a?2d接收到的光的圖。
[0035]圖2G是表示考慮微柱透鏡的聚光效果和垂直傾斜光的影響時(shí)光敏元件2a?2d接收的光的圖。
[0036]圖2H是進(jìn)一步考慮水平傾斜光的影響時(shí)光敏元件2a?2d接收到的光的圖。
[0037]圖3是表示實(shí)施方式I的攝像裝置的概略構(gòu)成的方塊圖。
[0038]圖4是模式化地表示實(shí)施方式I的透鏡和攝像元件的圖。
[0039]圖5是表示實(shí)施方式I的攝像元件的像素排列的一例的圖。
[0040]圖6A是表示實(shí)施方式I的攝像元件的基本構(gòu)造的俯視圖。
[0041]圖6B是圖6A的A-A'線剖面圖。
[0042]圖6C是圖6A的B-B'線剖面圖。
[0043]圖6D是表示實(shí)施方式I的入射各光敏元件的光的強(qiáng)度的圖。
[0044]圖7是表示實(shí)施方式I的彩色信息生成處理的步驟的程序圖。
[0045]圖8A是表示實(shí)施方式2的攝像元件的基本構(gòu)造的俯視圖。
[0046]圖8B是圖8A的A-A'線剖面圖。
[0047]圖8C是圖8A的B-B'線剖面圖。
[0048]圖8D是表示實(shí)施方式2的入射各光敏元件的光的強(qiáng)度的圖。
[0049]圖9是表示分光要素的其他示例的圖。
[0050]圖10是使用微透鏡和多層膜濾光片(分色鏡)的現(xiàn)有的攝像元件的剖面圖。
[0051]圖11是使用多層膜濾光片(分色鏡)和反射的現(xiàn)有的攝像元件的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]本發(fā)明的例示的實(shí)施方式的概要如下。
[0053](I)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)的固體攝像元件，具備如下:光敏元件陣列，其在攝像面上以二維狀排列多個(gè)單位區(qū)塊，所述多個(gè)單位區(qū)塊各自含有以2行2列排列的第一光敏元件、第二光敏元件、第三光敏元件、和第四光敏元件，并且在各單位區(qū)塊中，所述第一光敏元件配置在第I行第I列，所述第二光敏元件配置在第2行第I列，所述第三光敏元件配置在第I行第2列，所述第四光敏元件配置在第2行第2列；分光要素陣列，其含有第一分光要素、和與所述第一分光要素的分光特性不同的第二分光要素，所述第一分光要素按照使所述第一分光要素的至少一部分與所述第一和第三光敏元件的至少一方對(duì)向的方式配置、且按照將入射的光根據(jù)波長分離到所述第一和第三光敏元件的排列方向的方式構(gòu)成，所述第二分光要素按照使所述第二分光要素的至少一部分與所述第二和第四光敏元件的至少一方對(duì)向的方式配置、且按照將入射的光根據(jù)波長分離到所述第二和第四光敏元件的排列方向的方式構(gòu)成；多個(gè)聚光元件，其分別在覆蓋所述第一和第三光敏元件的區(qū)域設(shè)置，且按照向所述第一和第三光敏兀件聚光的方式構(gòu)成。
[0054](2)在有的形態(tài)中，所述第一分光要素其配置方式為，與所述第一或第三光敏元件對(duì)置，且使不同的波長范圍的光入射所述第一光敏元件和所述第三光敏元件，所述第二分光要素其配置方式為，與所述第二或第四光敏元件對(duì)置，且使不同的波長范圍的光入射所述第二光敏元件和所述第四光敏元件。
[0055](3)在項(xiàng)目(2)所述的固體攝像元件的有的形態(tài)中，所述第一分光要素使第一波長范圍的光入射所述第三光敏元件、且使所述第一波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第一光敏元件，所述第二分光要素使第二波長范圍的光入射所述第二光敏元件、且使所述第二波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第四光敏元件。
[0056](4)在項(xiàng)目(I)所述的固體攝像元件的有的形態(tài)中，所述分光要素陣列還含有第三分光要素和第四分光要素，所述第一至第四分光要素按照分別與所述第一至第四光敏元件對(duì)向的方式配置、且按照使不同的波長范圍的光入射所述第一至第四光敏元件的方式設(shè)計(jì)。
[0057](5)在項(xiàng)目(4)所述的固體攝像元件的有的形態(tài)中，所述第一至第四分光要素具有:將入射的光分離成原色光和互補(bǔ)色光的特性，或?qū)⑷肷涔夥蛛x成不同的3個(gè)波長范圍的光的特性。
[0058](6)在項(xiàng)目(4)或(5)所述的固體攝像元件的有的形態(tài)中，所述第一分光要素使第一波長范圍的光入射所述第三光敏元件、且使所述第一波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第一光敏元件，所述第三分光要素使第二波長范圍的光入射所述第一光敏元件、且使所述第二波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第三光敏元件。
[0059](7)在項(xiàng)目(4)至(6)中任一項(xiàng)所述的固體攝像元件的有的形態(tài)中，所述第一分光要素使第一波長范圍的光入射所述第一光敏元件、且使所述第一波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第三光敏元件，所述第三分光要素使所述第一波長范圍的光入射所述第一光敏元件、且使所述第一波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第三光敏元件。
[0060](8)在項(xiàng)目(5)至(7)中任一項(xiàng)所述的固體攝像元件的有的形態(tài)中，所述第二分光要素使第三波長范圍的光入射所述第四光敏元件、且使所述第三波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第二光敏元件，所述第四分光要素使所述第三波長范圍的光入射所述第四光敏元件、且使所述第三波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第二光敏元件。
[0061](9)在項(xiàng)目(8)所述的固體攝像元件的有的形態(tài)中，所述第一波長范圍是紅、綠、藍(lán)的波長范圍的一個(gè)，所述第二波長范圍是紅、綠、藍(lán)的波長范圍的另一個(gè)，所述第三波長范圍是紅、綠、藍(lán)的波長范圍的剩余的一個(gè)。
[0062](10)在項(xiàng)目(I)至(9)中任一項(xiàng)所述的固體攝像元件的有的形態(tài)中，所述多個(gè)聚光元件分別是在光入射側(cè)具有曲面的柱面透鏡。
[0063](11)本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)的攝像裝置，具備如下:項(xiàng)目⑴至(10)中任一項(xiàng)所述的固體攝像元件；使像在所述固體攝像元件的攝像面形成的光學(xué)系統(tǒng)；基于從所述第一至第四光敏元件分別輸出的第一至第四光電轉(zhuǎn)換信號(hào)而生成彩色信號(hào)的信號(hào)處理部。
[0064](12)在項(xiàng)目(11)所述的攝像裝置的有的形態(tài)中，所述信號(hào)處理部生成:通過含有使從所述第一光敏元件輸出的信號(hào)和從所述第三光敏元件輸出的信號(hào)相加的加法運(yùn)算的處理而得到的第一亮度信號(hào)、和通過含有使從所述第二光敏元件輸出的信號(hào)和從所述第四光敏元件輸出的信號(hào)相加的加法運(yùn)算的處理而得到的第二亮度信號(hào)，并且基于所述第一亮度信號(hào)和所述第二亮度信號(hào)的差分結(jié)果來修正所述彩色信號(hào)。
[0065](13)在項(xiàng)目(12)所述的攝像裝置的有的形態(tài)中，還具備記錄媒體，該記錄媒體記錄有系數(shù)kl、及表示修正系數(shù)k2與系數(shù)k3的相關(guān)關(guān)系的信息，所述系數(shù)kl規(guī)定所述聚光元件的聚光特性，所述修正系數(shù)k2表示入射到所述固體攝像元件的傾斜光的影響造成的所述系數(shù)kl的減少量，所述系數(shù)k3表示所述傾斜光的影響造成的所述第一和第二分光要素的分光特性的降低的程度。
[0066](14)在項(xiàng)目(13)所述的攝像裝置的有的形態(tài)中，所述信號(hào)處理部基于所述第一亮度信號(hào)和所述第二亮度信號(hào)的差分結(jié)果、所述系數(shù)kl、和表示所述相關(guān)關(guān)系的信息，修正所述彩色信號(hào)。
[0067](15)在項(xiàng)目(12)至(14)中任一項(xiàng)所述的攝像裝置的有的形態(tài)中，所述信號(hào)處理部通過使用了表示所述第一光電轉(zhuǎn)換信號(hào)和所述第三光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的差分的第一差信號(hào)、和表示所述第二光電轉(zhuǎn)換信號(hào)和所述第四光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的差分的第二差信號(hào)的信號(hào)運(yùn)算，生成第一色差信號(hào)和第二色差信號(hào)，并使用所述第一亮度信號(hào)和所述第二亮度信號(hào)的差分結(jié)果，來修正所述第一色差信號(hào)和所述第二色差信號(hào)。
[0068]以下，具體地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0069]在專利文獻(xiàn)5所公開的技術(shù)中，因?yàn)榧俣耸构獯怪钡厝肷鋽z像元件的攝像面的情形，所以將這一技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的照相機(jī)時(shí)，由于傾斜光的影響，導(dǎo)致通過信號(hào)處理所生成的彩色信號(hào)中產(chǎn)生誤差。例如由于加大光圈量導(dǎo)致圖像的模糊的程度增加時(shí)，本來應(yīng)該變成白色的被攝物體被著上紅色這樣的現(xiàn)象會(huì)發(fā)生。這一現(xiàn)象的起因在于，越是加大光圈的孔徑，入射攝像元件的光中所占的傾斜光的比例越增加，入射各光敏元件的光的按波長范圍的強(qiáng)度分布偏離預(yù)想。
[0070]本申請(qǐng)
【發(fā)明者】們重新提出上述的課題，發(fā)現(xiàn)通過利用與專利文獻(xiàn)5所公開的構(gòu)成不同的光學(xué)系統(tǒng)和信號(hào)處理，能夠解決這一課題。以下，一邊參照?qǐng)D1、2A?2H，一邊說明本發(fā)明的實(shí)施方式的基本原理。還有，在以下的說明中，將波長范圍或色成分不同的光在空間上加以分尚稱為“分光”。
[0071]本發(fā)明的實(shí)施方式的固體攝像元件(以下，僅稱為“攝像元件”。)，具備:含有在攝像面上二維狀排列的多個(gè)光敏元件(像素)的光敏元件陣列；和含有多個(gè)分光要素的分光要素陣列。圖1是模式化地表示在固體攝像元件10的攝像面所形成的光敏元件陣列200和分光要素陣列100的一部分的立體圖。分光要素陣列100按照與光敏元件陣列200對(duì)置的方式配置在光入射的一側(cè)。還有，光敏元件2的排列、形狀、尺寸等不限于該圖的示例，也可以是公知的任意一種排列、形狀、尺寸。另外，分光要素陣列100，為了方便而由四棱柱表示，但實(shí)際并不非要具有這樣的形狀，而是能夠采取各種各樣的構(gòu)造。
[0072]就各光敏元件2而言，若接收光，則通過光電轉(zhuǎn)換輸出與接收到的光的強(qiáng)度(入射光量)相應(yīng)的電信號(hào)(以下，稱為“光電轉(zhuǎn)換信號(hào)”或“像素信號(hào)”。)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，各光敏元件2接收經(jīng)由分光要素陣列100而行進(jìn)方向發(fā)生了變化的多個(gè)波長范圍(色成分)的光。其結(jié)果是，各光敏元件2接到的光，具有與假定不存在分光要素時(shí)接收到的光不同的光譜分布(按波長范圍的強(qiáng)度分布)。[0073]以下，一邊參照?qǐng)D2A?圖2E，一邊說明攝像元件10的基本構(gòu)造。
[0074]圖2A表示光敏元件陣列200的基本像素構(gòu)成(單位區(qū)塊)40的一例的俯視圖。光敏元件陣列200具有在攝像面上二維狀排列多個(gè)單位區(qū)塊40的構(gòu)造，多個(gè)單位區(qū)塊40各自含有4個(gè)光敏元件2a、2b、2c、2d。在圖示的例子中，在I個(gè)單位區(qū)塊內(nèi)使4個(gè)光敏元件以2行2列配置。另外，在同圖中，4c是按照僅在垂直方向上聚光的方式構(gòu)成的橫型微柱透鏡。該微柱透鏡是在光入射的一側(cè)具有曲面的柱面透鏡，且在垂直方向上每隔I行配置。在此，圖2A的左右方向稱為“水平方向”，上下方向稱為“垂直方向”。
[0075]圖2B、2C分別是模式化地表示圖2A的AA'線剖面、BB'線剖面的圖。圖2B、2C表示入射到攝像元件10的光透過分光要素陣列100時(shí)，由于色成分而導(dǎo)致行進(jìn)方向發(fā)生變化，結(jié)果是各光敏元件接收到的光的光譜分布互不相同。在此，將在分光要素陣列100不存在的假定情況下各光敏元件接收到的光稱為該光敏元件的“單元入射光”。I個(gè)單位區(qū)塊所包含的光敏元件2a?2d接近時(shí)，能夠認(rèn)為這些光敏元件的單元入射光所包含的光的強(qiáng)度和光譜分布大體相同。
[0076]圖2D、2E分別是模式化地表示圖2A的CC'線剖面、DD'線剖面的圖。入射到攝像元件10的光，經(jīng)由微柱透鏡4c，沿垂直方向(圖2D中為左右方向)被會(huì)聚。關(guān)于垂直方向，并不是透過分光要素陣列100時(shí)由于色成分而導(dǎo)致行進(jìn)方向發(fā)生變化。另外，入射到?jīng)]有配置微柱透鏡4c的區(qū)域的光，不會(huì)由于分光要素陣列100導(dǎo)致行進(jìn)方向變化，而是直接直線傳播。圖2D、2E表示這樣的光的入射情況。在此，微柱透鏡4c其設(shè)計(jì)方式為，使垂直方向的寬度比鄰接的光敏元件的間隔(像素間距)稍寬。其結(jié)果是，與不存在微柱透鏡4c的情況相比，在光敏元件2a、2b中光接收量增加，反之在光敏元件2c、2d中光接收量減少。
[0077]首先，最初說明在沒有微柱透鏡4c、且朝向攝像元件10的入射光垂直地入射的假定情況下的各光敏元件接收到的光的強(qiáng)度(光量)。在此，使用標(biāo)記表示光的強(qiáng)度。光敏元件的單元入射光的可視光成分的強(qiáng)度由標(biāo)記“W”表示。本說明書中，單元入射光所包含的可視光成分大致區(qū)分為第一色成分、第二色成分、第三色成分。若將第一?第三色成分的強(qiáng)度分別表示為C1、C2、C3，則W = C1+C2+C3。
[0078]在以下的說明中，不只各色成分的強(qiáng)度，色成分本身也由Cl、C2、C3表示。另外，除了各色成分以外的可視光的色成分稱為該色成分的“互補(bǔ)色”，互補(bǔ)色的光稱為“互補(bǔ)色光”。于是，第一色成分Cl的互補(bǔ)色由C2+C3表不,第二色成分C2的互補(bǔ)色由C1+C3表不，第三色成分C3的互補(bǔ)色由C1+C2表示。以下，為了方便，有將色成分Cn(Cn為C1、C2、C3的任意一個(gè))的互補(bǔ)色及其強(qiáng)度以CrT表示的情況。第一?第三色成分的組合，代表性的是紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)這三原色的組合，但只要將可視光分為3個(gè)波長范圍，則也可以是其他的色成分的組合。
[0079]在以上內(nèi)容為前提下，說明本實(shí)施方式的分光要素陣列100的作用。如果在沒有微柱透鏡4c、光朝向攝像元件10垂直地入射攝像面的假定下，則分光要素陣列100，使從第一光敏元件2a的單元入射光(強(qiáng)度W)去除了第一色成分的互補(bǔ)色光(強(qiáng)度CD的光中加入第一色成分的光(強(qiáng)度Cl)后的光入射第一光敏元件2a。另外，使從第二光敏元件2b的單元入射光(強(qiáng)度W)去除了第一色成分的光(強(qiáng)度Cl)的光中加入第一色成分的互補(bǔ)色光(強(qiáng)度CD后的光入射第二光敏元件2b。此外，使從第三光敏元件2c的單元入射光(強(qiáng)度W)去除了第三色成分的光(強(qiáng)度C3)的光中加入第三色成分的互補(bǔ)色光(強(qiáng)度C3~)后的光入射第三光敏元件2c。另外，使從第四光敏元件2d的單元入射光(強(qiáng)度W)去除了第三色成分的互補(bǔ)色光(強(qiáng)度C3~)的光中加入第三色成分的光(強(qiáng)度C3)后的光入射第四光敏元件2d。在圖2B?2E中，該情況下光敏元件2a?2d接收到的光的強(qiáng)度由標(biāo)記表示。光敏元件2a?2d按照輸出與光接收量所對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)(像素信號(hào))的方式構(gòu)成，因此通過這些信號(hào)間運(yùn)算，能夠得到表示Cl、C2、C3的信號(hào)即彩色信號(hào)。
[0080]但是，實(shí)際上因?yàn)榕渲糜形⒅哥R4c，所以需要考慮微柱透鏡4c的影響。配置有微柱透鏡4c時(shí)，與沒有微柱透鏡4c的情況相比，向光敏元件2a、2b的入射光量增加，向光敏元件2c、2d的入射光量減少。若將這些入射光量的變化的比例設(shè)為kl (kl是滿足0〈kl〈l的實(shí)數(shù))，則向光敏元件2a、2b的入射光量為(1+kl)倍，向光敏元件2c、2d的入射光量為(Ι-kl)倍。即，若以光敏元件陣列200整體進(jìn)行考慮，則在第奇數(shù)行的像素排列部和第偶數(shù)行的像素排列部，入射光量發(fā)生差異。圖2F表示這種情況下光敏元件2a?2d接收到的光。
[0081]在此，也需要考慮傾斜光的影響。若垂直方向的傾斜光發(fā)生，則相反微柱透鏡4c造成的上述的入射光量差異變得緩和。若將其緩和的程度由標(biāo)記k2(k2是滿足0〈k2〈kl的實(shí)數(shù))表示，則在光敏元件2a、2b中入射光量為(l+kl-k2)倍，在光敏元件2c、2d中入射光量為(l-kl+k2)倍。圖2G表示在此情況下光敏元件2a?2d接收到的光。
[0082]此外，在水平方向的光敏元件間，也由于傾斜光造成的串?dāng)_的影響，光的混合增力口，色的分離性降低。即，分光要素陣列200的圖2B所示的Cl光與Cl'光的分離，和圖2C所示的C3光與C3~光的分離變得不完全，其結(jié)果是，實(shí)際生成的彩色信號(hào)和期待的信號(hào)之間產(chǎn)生誤差。圖2H表示在考慮此影響時(shí)光敏元件2a?2d接收到的光。在此，k3是滿足0〈k3〈l的實(shí)數(shù)，如后述是表示分光的緩和的程度的系數(shù)。
[0083]考慮以上的構(gòu)成、微柱透鏡4c和傾斜光發(fā)生的影響，對(duì)于本實(shí)施方式的信號(hào)處理進(jìn)行說明。首先，假定微柱透鏡4c和傾斜光發(fā)生的影響只對(duì)攝像的垂直方向造成影響。于是，光敏元件2a、2b分別接收以W-Cr+Cl、W-Cl+Cr的(l+kl_k2)倍表示的強(qiáng)度的光，光敏元件2c、2d分別接收以W-C3+C3'、W-C3~+C3的(l_kl+k2)倍表示的強(qiáng)度的光。各光敏元件輸出與這些強(qiáng)度相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)(像素信號(hào))。在此，使光敏元件2a?2d輸出的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)分別為S2a?S2d，強(qiáng)度W所對(duì)應(yīng)的信號(hào)為Ws，強(qiáng)度Cl所對(duì)應(yīng)的信號(hào)為Cls，強(qiáng)度C2所對(duì)應(yīng)的信號(hào)為C2s，強(qiáng)度C3所對(duì)應(yīng)的信號(hào)為C3s，此外強(qiáng)度Cl~所對(duì)應(yīng)的信號(hào)為Cl~s( = C2s+C3s)，強(qiáng)度C2~所對(duì)應(yīng)的信號(hào)為C2~s( = Cls+C3s)，強(qiáng)度C3~所對(duì)應(yīng)的信號(hào)為C3~s( = Cls+C2s),ffs = Cls+C2s+C3s。于是，S2a?S2d能夠分別由以下的式I?4表
/Jn ο
[0084](式I)
[0085]S2a = (l+kl_k2) (Ws-Crs+Cls) = 2 (l+kl_k2) Cls
[0086](式2)
[0087]S2b = (l+kl-k2) (Ws-Cls+Crs) = 2 (l+kl_k2) Cl~s
[0088](式3)
[0089]S2c = (l-kl+k2)(ffs-C3s+C3~s) = 2(l_kl+k2)C3~s
[0090](式4)
[0091]S2d = (l-kl+k2)(ffs-C3~s+C3s) = 2 (l_kl+k2)C3s[0092]若將信號(hào)S2a、S2b的差分設(shè)為D1，信號(hào)S2c、S2d的差分設(shè)為D2，則D1、D2分別由以下的式5、6表不。
[0093](式 5)D1 = S2a-S2b = 2(l+kl_k2) (Cls-Cl's)
[0094](式 6)D2 = S2d-S2c=2(l-kl+k2) (C3s_C3~s)
[0095]在此，還要考慮微柱透鏡4c和斜傾光發(fā)生對(duì)水平方向的影響。因?yàn)槲⒅哥R4c只在垂直方向聚光，所以不對(duì)水平方向造成影響?？墒牵P(guān)于傾斜的光發(fā)生的影響，如上述，在串?dāng)_的影響下，光的混合增加，色的分離性降低。即，由于這一影響導(dǎo)致上述Dl、D2的絕對(duì)值減少。若其減少的程度由標(biāo)記k3表示，則D1、D2分別由以下的式7、8表示。
[0096](式 7)D1 = k3(S2a-S2b) = 2k3(l+kl_k2) (Cls-Cl's)
[0097](式 8)D2 = k3(S2d-S2c) = 2k3(l_kl+k2) (C3s_C3~s)
[0098]還有，在式7、8中，使信號(hào)(S2a_S2b)、(S2d_S2c)為k3倍，相當(dāng)于使式I?4中的Cls、Cl~s、C3s、C3~s分別為k3倍。即，相當(dāng)于使用以下的式9?式12代替式I?4。
[0099](式9)
[0100]S2a = (l+kl-k2) (ffs-k3Crs+k3Cls) = (l+kl_k2) {(l_k3) Ws+2k3Cls}
[0101](式 10)S2b = (l+kl-k2) (ffs-k3Cls+k3Crs) = (l+kl_k2) {(l_k3) Ws+2k3Crs}
[0102](式 ll)S2c = (l-kl+k2) (Ws_k3C3s+k3C3~s) = (l_kl+k2) {(l_k3) Ws+2k3C3~s}
[0103](式 12)S2d = (l-kl+k2) (Ws_k3C3~s+k3C3s) = (l_kl+k2) {(l_k3) Ws+2k3C3s}
[0104]此外,根據(jù)Cl~s = ffs-Cls,C3"s = Ws_C3s的關(guān)系，能夠由式7、8分別得到以下的式 13、14。
[0105](式 13)Dl = 2k3(l+kl-k2) (2Cls-ffs)
[0106](式 14) D2 = 2k3(l-kl+k2) (2C3s-ffs)
[0107]由式13、14表示的信號(hào)D1、D2，能夠作為色差信號(hào)使用。
[0108]另一方面，通過S2a和S2b的加法運(yùn)算，S2c和S2d的加法運(yùn)算，以及S2a?S2d的加法運(yùn)算的任意一個(gè)運(yùn)算，如以下的式15?17所示這樣，能夠得到最大相當(dāng)于單元入射光的強(qiáng)度W的4倍的信號(hào)。這些信號(hào)相當(dāng)于入射光的全部在未損失下被光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)，因此能夠作為亮度信號(hào)利用。特別是如果將式17所示的信號(hào)作為亮度信號(hào)利用，則作為圖像取得的靈敏度很理想。
[0109](式 15)S2a+S2b=2(l+kl_k2)Ws
[0110](式 16)S2c+S2d = 2(l-kl+k2)Ws
[0111](式 17) S2a+S2b+S2c+S2d = 4ffs
[0112]如果能夠得到由式15?式17的任意一個(gè)運(yùn)算所求得的亮度信號(hào)、和由式13、14所求得的2個(gè)色差信號(hào)，則通過矩陣運(yùn)算，能夠求得彩色信號(hào)Cls、C2s、C3s (例如RGB信號(hào))。S卩，通過基于從光敏兀件2a?2d輸出的4個(gè)光電轉(zhuǎn)換信號(hào)S2a?S2d的信號(hào)運(yùn)算，能夠計(jì)算出彩色信號(hào)。
[0113]在此，式13、14所表示的色差信號(hào)Dl、D2受到微柱透鏡4c和傾斜光發(fā)生的影響，但如果kl、k2、k3是可知的，則能夠反過來求得沒有這些影響時(shí)的信號(hào)。以下，說明這些系數(shù)求得方法的例子。kl是由微柱透鏡4c的形狀和配置所決定的參數(shù)，能夠由光學(xué)設(shè)計(jì)求得。k2、k3是由傾斜光的影響所決定的參數(shù)，但因?yàn)槎加蓛A斜光決定，所以有相關(guān)關(guān)系。關(guān)于k2，如果kl已知，則通過將信號(hào)S2a?S2d的值代人式15?17，便能夠求得其值。關(guān)于k3，通過預(yù)先實(shí)驗(yàn)或摸似求得k2和k3的相關(guān)關(guān)系，能夠根據(jù)利用式15?17而得到的k2的值決定。因?yàn)閮A斜光的量依存于光學(xué)光圈值，所以k2和k3的相關(guān)關(guān)系，例如能夠通過一邊改變光學(xué)光圈值一邊測量色變化的實(shí)驗(yàn)等，預(yù)先使之?dāng)?shù)據(jù)庫化。也可能求得表示k2和k3的相關(guān)關(guān)系的函數(shù)替代預(yù)先數(shù)據(jù)庫化。
[0114]根據(jù)本實(shí)施方式的攝像元件10，不使用吸收光的一部分的彩色濾光片，而能夠使用分光要素通過信號(hào)運(yùn)算得到色信息，在此基礎(chǔ)上，即使由于傾斜光的發(fā)生導(dǎo)致向各光敏元件的入射光的串?dāng)_增加，也能夠修正這一影響。其結(jié)果是，能夠防止光的損失，能夠提高攝像靈敏度，實(shí)現(xiàn)良好的色再現(xiàn)性。
[0115]還有，在圖1和圖2B、2C中，分光要素陣列100作為覆蓋多個(gè)光敏元件的連續(xù)的要素描繪，但分光要素陣列100，可以是在空間上分離的多個(gè)分光要素的集合體。作為這樣的分光要素，能夠使用例如后述的高折射率透明構(gòu)件和微棱鏡等。本公開的分光要素陣列100，只要是能夠得到上述的式I?4或式9?12所代表的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)，以哪種方式構(gòu)成都可以，例如也可以使用全息元件等進(jìn)行分光。
[0116]另外，在上述的例子中，分光要素陣列100，對(duì)于圖2H中的第I行，將入射光分為Cl光和其互補(bǔ)色光即Cl'光,對(duì)于第2行,將入射光分為C3光和其互補(bǔ)色光即C3~光,但分光的方法并不限定為該例。以光敏兀件2a?2d接收互不相同的光譜分布的光的方式構(gòu)成分光要素陣列100即可。例如，光敏元件2a?2d分別輸出以下的式18?21所示的信號(hào)S2a?S2d而構(gòu)成分光要素陣列100也可。
[0117](式 18) S2a = (l+kl_k2) (Ws_k3Cls+k3C2s)
[0118](式 19)S2b = (l+kl-k2) (Ws_k3C2s+k3Cls)
[0119](式 20)S2c = (l-kl+k2) (Ws_k3C3s+k3C3s~)
[0120](式 21)S2d = (l-kl+k2) (Ws_k3C3s~+k3C3s)
[0121]輸出這樣的信號(hào)S2a?S2d時(shí)的具體例，在以下的實(shí)施方式I中說明。以下，一邊參照?qǐng)D3至圖8，一邊說明更具體的實(shí)施方式。在以下的說明中，對(duì)共通或?qū)?yīng)的要素附加相同的符號(hào)。
[0122](實(shí)施方式I)
[0123]圖3是表示第一實(shí)施方式的攝像裝置的整體構(gòu)成的方塊圖。本實(shí)施方式的攝像裝置是數(shù)字式的電子照相機(jī)，且具備攝像部300、和基于從攝像部300送出的信號(hào)生成表示圖像的信號(hào)(圖像信號(hào))的信號(hào)處理部400。還有，攝像裝置可以只生成靜止圖像，也可以具備生成運(yùn)動(dòng)圖像(動(dòng)畫)的功能。
[0124]攝像部300具備如下:用于成像被攝物體的光學(xué)透鏡12 ;光學(xué)光圈50 ;光學(xué)濾光片11 ;將通過光學(xué)透鏡12和光學(xué)濾光片11而成像的光信息，經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的固體攝像元件10 (圖像傳感器)。攝像部300還具備如下:發(fā)生用于驅(qū)動(dòng)攝像元件10的基本信號(hào)、并且接收來自攝像元件10的輸出信號(hào)并發(fā)送至信號(hào)處理部400的信號(hào)發(fā)生/接收部13 ;基于由信號(hào)發(fā)生/接收部13發(fā)生的基本信號(hào)驅(qū)動(dòng)攝像元件10的元件驅(qū)動(dòng)部
14。光學(xué)透鏡12是公知的透鏡，可以是具有多個(gè)透鏡的透鏡群。光學(xué)濾光片11是:在用于減少因像素排列而發(fā)生的莫爾圖形的水晶低通濾光片上使紅外線除去用的紅外截止濾光片合并組合后的部件。攝像元件10其代表性的是CMOS或CCD、且由公知的半導(dǎo)體制造技術(shù)制造。信號(hào)發(fā)生/接收部13和元件驅(qū)動(dòng)部14，例如由CXD驅(qū)動(dòng)器等的LSI構(gòu)成。[0125]信號(hào)處理部400具備如下:處理從攝像部300送出的信號(hào)而生成圖像信號(hào)的圖像信號(hào)生成部15 ;將在圖像信號(hào)的生成過程中發(fā)生的各種數(shù)據(jù)加以存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器30 ;將所生成的圖像信號(hào)發(fā)送到外部的圖像信號(hào)輸出部16。就圖像信號(hào)生成部15而言，能夠通過使公知的數(shù)字信號(hào)處理機(jī)(DSP)等的硬件、和運(yùn)行含有圖像信號(hào)生成處理的圖像處理的軟件加以組合而被適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)器30由DRAM等構(gòu)成。存儲(chǔ)器30記錄從攝像部300送出的信號(hào)、并且暫時(shí)地記錄由圖像信號(hào)生成部15生成的圖像數(shù)據(jù)和壓縮的圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由圖像信號(hào)輸出部16被發(fā)送至未圖示的記錄媒體和顯示部等。
[0126]還有，本實(shí)施方式的攝像裝置，能夠具備電子快門、取景器、電源(電池)、閃光燈等的公知的構(gòu)成要素，但其說明對(duì)于本實(shí)施方式的理解不是特別必要，因此省略。另外，以上的構(gòu)成不過是一例，在除去攝像元件10和圖像信號(hào)生成部15的構(gòu)成要素中，能夠適當(dāng)組合使用公知的要素。
[0127]以下，說明本實(shí)施方式的固體攝像元件10。
[0128]圖4是模式化地表示在曝光中透過透鏡12的光入射攝像元件10的情形的圖。在圖4中，為了簡單而省略了透鏡12和攝像元件10以外的構(gòu)成要素的記述。另外，透鏡12一般能夠由在光軸方向排列的多個(gè)透鏡構(gòu)成，但為了簡單而作為單一的透鏡描繪。在攝像元件10的攝像面IOa上，配置有包含二維狀排列的多個(gè)光敏元件(像素)的光敏元件陣列200。就各光敏兀件而言,其代表性的是光電二極管，經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換輸出與入射光量對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)(像素信號(hào))。透過透鏡12、光學(xué)光圈50和光學(xué)濾光片11的光(可視光)入射到攝像面10a。一般而言，入射到攝像面IOa的光的強(qiáng)度和按波長范圍的入射光量的分布(光譜分布)，根據(jù)入射位置而有所不同。另外，光學(xué)光圈50的光圈值越大，傾斜光越多；光圈值越小，傾斜光越少。
[0129]圖5是表示本實(shí)施方式的像素排列的例子的俯視圖。光敏元件陣列200，例如，如同圖所示，具有在攝像面IOa上以正方網(wǎng)格狀排列的多個(gè)光敏元件。光敏元件陣列200由多個(gè)單位區(qū)塊40構(gòu)成，各單位區(qū)塊40含有4個(gè)光敏元件2a、2b、2c、2d。各單位區(qū)塊所包含的4個(gè)光敏元件2a?2d，如同圖所示，相互靠近，但即使其分離，也可以通過適當(dāng)?shù)貥?gòu)成后述的分光要素陣列100而得到色信息。另外，各單位區(qū)塊也可以含有5個(gè)以上的光敏元件。
[0130]按照與光敏元件陣列200對(duì)置(對(duì)向)的方式，在光入射的一側(cè)配置有包含多個(gè)分光要素的分光要素陣列100。在本實(shí)施方式中,對(duì)于各單位區(qū)塊所含的4個(gè)光敏兀件,分別各設(shè)I個(gè)分光要素。
[0131]以下，說明本實(shí)施方式的分光要素。
[0132]本實(shí)施方式的分光要素，是利用在折射率不同的兩種透光性構(gòu)件的邊界產(chǎn)生的光的衍射、而使入射光根據(jù)波長范圍會(huì)朝向不同的方向的光學(xué)元件。這種類型的分光要素具有如下:由折射率相對(duì)高的材料形成的高折射率透明構(gòu)件(芯部)；由折射率相對(duì)低的材料形成的且與芯部的各個(gè)側(cè)面相接的低折射率透明構(gòu)件(包層部)。由于芯部和包層部之間的折射率差，導(dǎo)致透過兩者的光之間產(chǎn)生位相差，因此發(fā)生衍射。該位相差根據(jù)光的波長而有所不同，因此可以使光根據(jù)波長范圍(色成分)在空間上進(jìn)行分離。例如，能夠使第一色成分的光各有一半朝向第一方向和第二方向，使第一色成分以外的光朝向第三方向。另外，也可以使各不相同的波長范圍(色成分)的光朝向3個(gè)方向。因?yàn)槔眯静亢桶鼘硬康恼凵渎什羁梢赃M(jìn)行分光，所以在本說明書中，將高折射率透明構(gòu)件稱為“分光要素”。這樣的衍射型的分光要素的詳情，例如，被公開在專利第4264465號(hào)公報(bào)中。
[0133]具有以上這樣的分光要素的分光要素陣列100，能夠借助公知的半導(dǎo)體制造技術(shù)，通過運(yùn)行薄膜的堆積和圖案形成來制造。通過分光要素的材質(zhì)(折射率)、形狀、尺寸、排列圖案等的適當(dāng)設(shè)計(jì)，可以對(duì)各個(gè)光敏元件使希望的波長范圍的光分離/統(tǒng)一地入射。其結(jié)果是，根據(jù)各光敏元件輸出的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的組，能夠計(jì)算出需要的色成分所對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
[0134]以下，一邊參照?qǐng)D6A?6D，一邊說明本實(shí)施方式的攝像元件10的基本構(gòu)造和各分光要素的作用。
[0135]圖6A是表示攝像元件10的基本構(gòu)造的俯視圖。在各單位區(qū)塊中，按照與4個(gè)光敏元件2a、2b、2c、2d各自對(duì)向的方式分別配置有分光要素la、lb、lc、ld。具有這樣的基本構(gòu)造的多個(gè)圖案在攝像面IOa上反復(fù)形成。另外，微柱透鏡4c在分光要素陣列100的上部沿垂直方向每隔I行而配置。在同圖中，在分光要素la、lb上配置有微柱透鏡4c，該微柱透鏡4c使其表面為凸?fàn)睢?br> [0136]圖6B、6C是分別表示圖6A的A-A'線剖面和B-B'線剖面的圖。如圖示，攝像元件10具備如下:由硅等的材料構(gòu)成的半導(dǎo)體基板7 ;在半導(dǎo)體基板7的內(nèi)部所配置的光敏元件2a?2d ;在半導(dǎo)體基板7的表面?zhèn)?光入射的一側(cè))所形成的配線層5和由低折射率透明構(gòu)件所構(gòu)成的透明層6a ;在透明層6a的內(nèi)部所配置的由高折射率透明構(gòu)件構(gòu)成的分光要素la、lb、lc、ld。
[0137]圖6A?6C所示的構(gòu)造，能夠由公知的半導(dǎo)體制造技術(shù)制作。圖6A?6C所示的攝像元件10，具有使光從配線層5的一側(cè)向各光敏元件入射的表面照射型的構(gòu)造。但是，本實(shí)施方式的攝像元件10不限于這樣的構(gòu)造，也可以是從配線層5的相反側(cè)接收光的背面照射型的構(gòu)造。
[0138]分光要素la、lb，如圖6B所示，具有在光透過的方向上縱長的長方形狀的截面，通過自身和透明層6a之間的折射率差而進(jìn)行分光。分光要素la，使黃(Ye)光入射對(duì)置的光敏元件2a，使藍(lán)(B)光各有一半入射光敏元件2b和鄰接的單位區(qū)塊所包含的光敏元件(未圖示)。在此，黃(Ye)光是由紅(R)光和綠(G)光構(gòu)成的光。另一方面，分光要素lb，使青(Cy)光入射對(duì)置的光敏元件2b，使R光各有一半入射光敏元件2a和鄰接的其他的單位區(qū)塊所含的光敏元件(未圖示)。在此，青(Cy)光是由綠(G)光和藍(lán)⑶光構(gòu)成的光。在本實(shí)施方式中，以使分光要素la、Ib具有上述的分光特性的方式設(shè)計(jì)分光要素la、Ib的長度和厚度。還有，一般而言，入射光所包含的R光和G光的強(qiáng)度未必一致，因此Ye光未必是作為紅和綠的混合色的目視為黃色的光。同樣，一般而言，入射光所包含的G光和B光的強(qiáng)度也未必一致，因此Cy光也未必是作為綠和藍(lán)的混合色的目視為青色的光。例如，單元入射光完全不包含B光時(shí)，Cy光是與G光同樣地、目視為綠色的光。
[0139]通過使用這樣的分光要素la、Ib,光敏兀件2a從分光要素Ia接收Ye光(W-B),從分光要素Ib和鄰接的單位區(qū)塊所包含的分光要素也各接收一半R光。另外，光敏元件2b，從分光要素Ib接收Cy光(W-R)，從分光要素Ia和鄰接的單位區(qū)塊所包含的分光要素(未圖不)也各接收一半B光。
[0140]另外，分光要素lc、ld，也如圖6C所示，具有在光透過的方向上縱長的長方形狀的截面，通過自身和透明層6a之間的折射率差進(jìn)行分光。分光要素lc，使洋紅(M)光入射對(duì)置的光敏元件2c，使綠(G)光各有一半入射光敏元件2d和鄰接的單位區(qū)塊所包含的光敏元件(未圖示)。在此，洋紅(M)光是由紅(R)光和藍(lán)(B)光構(gòu)成的光。另一方面，分光要素ld，使綠(G)光入射對(duì)置的光敏元件2d，使洋紅(M)光各有一半入射光敏元件2c和鄰接的其他的單位區(qū)塊所包含的光敏元件(未圖示)。在本實(shí)施方式中，以使分光要素lc、ld擁有上述的分光特性的方式設(shè)計(jì)分光要素lc、ld的長度和厚度。還有，R光和B光的強(qiáng)度未必一致，因此洋紅光未必是作為紅和藍(lán)的混合色的目視為洋紅色的光。例如，單元入射光完全不含B光時(shí)，M光是與R光同樣地、目視為紅色的光。
[0141]上述的分光要素Ia?Id帶來的分光的結(jié)果,如果無視微柱透鏡4c的影響和伴隨光學(xué)光圈50的孔徑而來的傾斜光的影響，則光敏元件2a?2d，如圖6B、6C所示，分別接收(W-B+R)、(W-R+B)、(W-G+M)、(ff-M+G)所代表的強(qiáng)度的光。但是，實(shí)際上因?yàn)槭艿轿⒅哥R4c的影響、還有光學(xué)光圈50的孔徑帶來的傾斜光的影響，所以在光敏元件2a?2d中，有圖6D所示的光入射。但是，如上述，kl是由微柱透鏡4c的光學(xué)構(gòu)造決定的系數(shù)，k2、k3是由傾斜光的影響決定的系數(shù)。在此，相當(dāng)于紅光、綠光、藍(lán)光的強(qiáng)度的信號(hào)分別由Rs、Gs、Bs表不。另外，相當(dāng)于青光的強(qiáng)度的信號(hào)Cs為Gs+Bs,相當(dāng)于黃光的強(qiáng)度的信號(hào)Ys為Rs+Gs,相當(dāng)于洋紅光的強(qiáng)度的信號(hào)Ms為Rs+Bs，相當(dāng)于白光的強(qiáng)度的信號(hào)Ws為Rs+Gs+Bs。于是，光敏兀件2a?2d分別輸出由以下的式22?25代表的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)2a?2d。
[0142](式 22) S2a = (l+kl_k2) (Ws_k3.Bs+k3.Rs)
[0143](式 23) S2b = (l+kl_k2) (Ws_k3.Rs+k3.Bs)
[0144](式 24) S2c = (l_kl+k2) (Ws_k3.Gs+k3.Ms)
[0145](式 25) S2d = (l_kl+k2) (Ws-k3.Ms+k3.Gs)
[0146]這些算式22?25,相當(dāng)于在式18?21中Cls = Bs、C2s = Rs、C3s = Gs時(shí)的算式。圖像信號(hào)生成部15 (圖3)，通過使用了式22?25所示的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的運(yùn)算生成色信息。以下，一邊參照?qǐng)D7，一邊說明圖像信號(hào)生成部15進(jìn)行的彩色信息生成處理的例子。圖7是表示本實(shí)施方式中的彩色信息生成處理的步驟的流程圖。
[0147]就圖像信號(hào)生成部15而言，首先，在步驟SlO中，取得光電轉(zhuǎn)換信號(hào)S2a?S2d。接著，在步驟S12中，通過(S2a-S2b)的運(yùn)算生成信號(hào)2 (l+kl_k2) k3 (Rs-Bs)，通過(S2c_S2d)的運(yùn)算生成信號(hào)2 (l-kl+k2) k3 (Ms-Gs)。接下來，在步驟14中，對(duì)于這些差分信號(hào)進(jìn)行加減運(yùn)算，生成以下的式26、27所示的色差信號(hào)D11、D12。
[0148](式26)
[0149]Dll = (S2a-S2b) + (S2c-S2d)
[0150]= 2(l+kl-k2)k3(Rs-Bs)+2(l_kl+k2)k3(Ms-Gs)
[0151 ] = 2k3{ (2Rs-Gs) - (kl_k2) (2Bs_Gs)}
[0152](式27)
[0153]D12 = (S2c-S2d)-(S2a-S2b)
[0154]= 2(l-kl+k2)k3(Ms-Gs)-2(l+kl_k2)k3(Rs-Bs)
[0155]= 2k3 {(2Bs-Gs) - (kl_k2) (2Rs_Gs)}
[0156]接著，在步驟S16中，對(duì)于S2a和S2b進(jìn)行加法運(yùn)算，以及對(duì)于S2c和S2d進(jìn)行加法運(yùn)算，分別生成以下的式28、29所示的加算信號(hào)2(l+kl-k2)Ws和2 (l_kl+k2) Ws。
[0157](式 28) S2a+S2b = 2 (l+kl_k2) Ws
[0158](式 29) S2c+S2d = 2 (l_kl+k2) Ws[0159]接著，在步驟S18中，使用kl、式28、29所示的加算信號(hào)之間的差分結(jié)果、和預(yù)先計(jì)測的k2和k3的相關(guān)結(jié)果，修正色差信號(hào)D11、D12，生成色差信號(hào)2(2Rs-Gs)、2(2Bs_Gs)。在此，系數(shù)kl、和表示k2與k3的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫或函數(shù)被預(yù)先記錄在存儲(chǔ)器30等的記錄媒體中。
[0160]接著，在步驟S20中，通過將像素信號(hào)S2a?S2d加以合計(jì)而生成表示單元入射光的強(qiáng)度的信號(hào)4(Rs+Gs+Bs) =4Ws，將其作為亮度信號(hào)。最后，在步驟S22中，根據(jù)2個(gè)色差信號(hào)和I個(gè)亮度信號(hào)，通過矩陣運(yùn)算，得到RGB彩色信號(hào)即Rs、Gs、Bs。
[0161]圖像信號(hào)生成部15，將以上的信號(hào)運(yùn)算按光敏元件陣列200的單位區(qū)塊40進(jìn)行運(yùn)行，生成表示R、G、B的各色成分的圖像的信號(hào)(稱為“彩色圖像信號(hào)”。)。所生成的彩色圖像信號(hào)，通過圖像信號(hào)輸出部16被輸出到未圖示的記錄媒體和顯示部。在此，根據(jù)單位區(qū)塊40的攝像面上的位置而傾斜光的比例和入射方向有所不同，因此系數(shù)kl、k2、k3也可以根據(jù)單位區(qū)塊40而設(shè)定為不同的值。通過根據(jù)單位區(qū)塊40的位置而將這些系數(shù)設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?，能夠進(jìn)一步提高色再現(xiàn)性。
[0162]如此，根據(jù)本實(shí)施方式的攝像裝置，通過使用了光電轉(zhuǎn)換信號(hào)S2a?S2d的加減運(yùn)算處理和使用了 kl、k2、k3的彩色信號(hào)的修正處理，能夠得到彩色圖像信號(hào)。根據(jù)本實(shí)施方式的攝像元件10，因?yàn)椴皇褂霉馕盏墓鈱W(xué)元件，所以與使用彩色濾光片等的現(xiàn)有技術(shù)相比較，能夠大幅地減少光的損失，而且，即使由于光學(xué)光圈等造成傾斜光的發(fā)生，也能夠?qū)崿F(xiàn)良好的色再現(xiàn)性。
[0163]如以上，在本實(shí)施方式的攝像元件10中，按照與光敏元件陣列200對(duì)置的方式配置以2行2列為基本構(gòu)成的分光要素陣列100。在分光要素陣列100的上部每隔I行配置沿垂直方向聚光的微柱透鏡4c。在分光要素陣列100中,在第I行第I列配置有將光分成藍(lán)光和藍(lán)光以外的分光要素la。在第I行第2列配置有將光分成紅光和紅光以外的分光要素lb。在第2行第I列配置有將光分成綠光和綠光以外的分光要素lc。在第2行第2列配置有將光分成洋紅光(即綠光以外)和洋紅光以外(即綠光)的分光要素Id。這樣的分光要素的排列圖案在攝像面上反復(fù)形成，因此，即使光敏元件陣列200的單位區(qū)塊40的選擇方法按I行或I列改變，所得到的4個(gè)光電轉(zhuǎn)換信號(hào)仍成為始終由式22?25所代表的4個(gè)信號(hào)的組合。即，通過一邊將運(yùn)算對(duì)象的像素塊按I行和I列錯(cuò)開一邊進(jìn)行上述的信號(hào)運(yùn)算，能夠得到大體上只有像素?cái)?shù)量的RGB各色成分的信息。這意味著，能夠?qū)z像裝置的分辨率提高至像素?cái)?shù)的程度。因此，本實(shí)施方式的攝像裝置，除了比現(xiàn)有的攝像裝置有更高靈敏度以外，還可以生成高分辨率的彩色圖像。此外，基于已知的系數(shù)kl、由信號(hào)處理得到的系數(shù)k2、和預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等求得的k2和k3的相關(guān)關(guān)系，使用由k2得到的系數(shù)k3修正彩色信號(hào)，由此也可以去除因傾斜光造成的串?dāng)_的影響。
[0164]還有，圖像信號(hào)生成部15，也未必全部生成3個(gè)色成分的圖像信號(hào)。也可以構(gòu)成為，根據(jù)用途只生成I色或2色的圖像信號(hào)。另外，也可以根據(jù)需要在信號(hào)處理的過程中進(jìn)行各信號(hào)的增幅、合成、修正。
[0165]另外，雖然理想的是各分光要素嚴(yán)密地具有上述的分光性能，但這些分光性能有一些偏離也可。S卩，從各光敏兀件實(shí)際輸出的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)，也可以距式22?25所不的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)有一些偏離。即使各分光要素的分光性能偏離理想的性能時(shí)，根據(jù)偏離的程度來修正信號(hào)，也能夠得到良好的色信息。[0166]此外，本實(shí)施方式的圖像信號(hào)生成部15進(jìn)行的信號(hào)運(yùn)算，也可以不由攝像裝置自身運(yùn)行，而是由其他的設(shè)備運(yùn)行。例如，使接收從攝像元件10輸出的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸入的外部的設(shè)備，運(yùn)行規(guī)定本實(shí)施方式的信號(hào)運(yùn)算處理的程序，由此也能夠生成色信息。這種情況下，在攝像裝置上也可以不設(shè)置運(yùn)行上述的運(yùn)算處理的圖像信號(hào)生成部15。
[0167]還有，攝像元件10的基本構(gòu)造不限于圖6A?6C所示的構(gòu)成。例如，以分光要素Ia和分光要素Ib交換的構(gòu)成、或分光要素Ic和分光要素Id交換的構(gòu)成進(jìn)行配置，都不會(huì)改變本實(shí)施方式的效果。另外，圖6A所示的第I行的配置和第2行的配置也可以交換，即使分光要素la、lb和分光要素lc、ld不是以沿著行方向排列的方式配置，而是以沿著列方向排列的方式配置，其有效性也不會(huì)改變。這種情況下，微柱透鏡4c以在列方向上延長的方式形成即可。關(guān)于微柱透鏡4c，在本實(shí)施方式中，雖然利用的是改變了其界面的曲率的柱面透鏡，但并不限于此。例如，也可以是利用衍射效果的部件，只要是在光學(xué)機(jī)能上使入射光沿垂直方向會(huì)聚的光學(xué)元件，哪種都可以。在本說明書中，這樣的光學(xué)元件稱為“聚光元件”。
[0168]另外，分光要素Ia?Id的分光特性，也可以與圖6A?6C所示的特性不同。例如，分光要素Ia?ld，也可以不是使一部分的色成分的光各有一半入射兩側(cè)的光敏元件，而是使該色成分的光入射一側(cè)的鄰接光敏兀件。此外，分光要素Ia?Id所分光的光的顏色不限定為上述的例子。如果使光敏元件2a?2d接收的光的光譜分布不同而構(gòu)成分光要素陣列100，則通過該構(gòu)成所對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理，也能夠得到色信息。
[0169]在以上的說明，作為分光要素，使用的是利用2個(gè)構(gòu)件的折射率差而進(jìn)行分光的光學(xué)元件，但分光要素只要能夠向各光敏元件入射期望的色成分的光，則什么樣的都可以。例如，作為分光要素也可以使用微棱鏡等。另外，也可以組合使用不同種類的分光要素。
[0170](實(shí)施方式2)
[0171]接下來，一邊參照?qǐng)D8A?8C，一邊說明第二實(shí)施方式。本實(shí)施方式的攝像裝置，與實(shí)施方式I的攝像裝置比較，只有攝像元件10的分光要素的構(gòu)成和信號(hào)處理不同，其他的構(gòu)成要素相同。以下，以與實(shí)施方式I的攝像裝置的差異點(diǎn)為中心進(jìn)行說明，重復(fù)的點(diǎn)省略說明。
[0172]圖8A是表示本實(shí)施方式的攝像元件10的基本構(gòu)成的圖。圖8B是圖8A的A_A’線剖面圖，圖8C是圖8A的B-B’線剖面圖。本實(shí)施方式的攝像元件10的分光要素的構(gòu)成，如圖8A?8C所不,在分光要素陣列100中，在第I行第I列配置有將光分成藍(lán)光和藍(lán)光以外的分光要素la。在第2行第2列配置有將光分成紅光和紅光以外的分光要素lb。在第I行第2列和第2行第I列的光敏元件上沒有配置分光要素。其結(jié)果是，如果無視微柱透鏡4c和傾斜光的影響，則在光敏元件2a?2d中，如圖8B、8C所示，分別有(W-B)、(ff+Β)、(W+R)、(W-R)所代表的強(qiáng)度的光入射。
[0173]但是，實(shí)際上因?yàn)榇嬖谖⒅哥R4c和傾斜光的影響，所以在光敏元件2a?2d中入射圖8D所示的光。其結(jié)果是，各光敏元件的信號(hào)S2a、S2b、S2c、S2d，在使用系數(shù)kl、k2、k3下，分別由下式30?33表示。
[0174](式 30) S2a = (l+kl_k2) (Ws_k3.Bs)
[0175](式31)S2b = (l+kl_k2) (Ws+k3.Bs)
[0176](式 32)S2c = (l_kl+k2) (Ws+k3.Rs)[0177](式 33) S2d = (l_kl+k2) (Ws_k3.Rs)
[0178]這種情況下，圖像信號(hào)生成部15，如以下的式34、35所示，根據(jù)差分信號(hào)S2c_S2d和S2b-S2a，分別建立R系的彩色信號(hào)2k3 (l_kl+k2) Rs、B系的彩色信號(hào)2k3 (l+kl_k2)Bs。
[0179](式 34) S2c-S2d=2k3(l_kl+k2)Rs
[0180](式 35) S2b-S2a = 2k3 (l+kl_k2) Bs
[0181]接著生成以下的式36、37所示的加算信號(hào)S2c+S2d和S2b+S2a。
[0182](式 36) S2c+S2d = 2 (l_kl+k2) Ws
[0183](式 37) S2b+S2a = 2 (l+kl_k2) Ws
[0184]圖像信號(hào)生成部15，根據(jù)已知的kl和式36、37求得系數(shù)k2，再根據(jù)預(yù)先測量的k2和k3的相關(guān)關(guān)系求得k3，在此基礎(chǔ)上根據(jù)式34、35計(jì)算Rs和Bs。另外，作為亮度信號(hào)，取得由4個(gè)像素的/[目號(hào)的加法運(yùn)算得到的/[目號(hào)S2a+S2b+S2c+S2d = 4Ws。求得4Ws后，通過(4ffs / 4)-Rs-Bs 的運(yùn)算,得到 Gs。
[0185]如以上，根據(jù)本實(shí)施方式的攝像裝置，通過使用了光電轉(zhuǎn)換信號(hào)S2a?S2d的加減算處理和使用了 kl、k2、k3的彩色信號(hào)的修正處理，能夠得到彩色圖像信號(hào)。由此，能夠除去傾斜光的影響，因此相比以往，可以進(jìn)行色再現(xiàn)性良好的攝像。
[0186]還有,在本實(shí)施方式中，配置方式為:使分光要素Ia與光敏兀件2a對(duì)置,使分光要素Ib與光敏元件2d對(duì)置，但是配置方式也可以為:使分光要素Ia與光敏元件2b對(duì)置，使分光要素Ib與光敏元件2c對(duì)置。另外，各分光要素其構(gòu)成也可以不是在水平方向上分光，而是在垂直方向上分光。這種情況下，微柱透鏡2b以沿著垂直方向延長的方式設(shè)置即可。關(guān)于在實(shí)施方式I中說明的其他的變形例，也可以同樣適用于本實(shí)施方式。
[0187]在上述的實(shí)施方式1、2中，各分光要素以與任意一個(gè)光敏兀件對(duì)向的方式配置，但分光要素也可以是按照使其一部分位于多個(gè)光敏元件的邊界上的方式配置。例如，在光敏元件2a、2b的邊界上配置將入射光在水平方向上分離的第一分光要素，在光敏元件2c、2d的邊界上配置將入射光在水平方向上分離的第二分光要素。作為這樣的構(gòu)成，第一和第二分光要素的分光特性也不同，作為結(jié)果是，如果以在光敏元件2a?2d使不同的光譜分布的光入射的方式構(gòu)成，則能夠通過信號(hào)處理生成色信息。
[0188]另外，各分光要素，也可以具有將入射光分離成不同的3個(gè)波長范圍的光的特性，以之取代將入射光分離成原色(R、G、B)和互補(bǔ)色(Cy、Mg、Ye)和特性。例如也可以使用如圖9所示的微棱鏡這樣，將入射光分離成C1、C2、C3這3種成分，使Cl光入射對(duì)置的光敏元件，使C2光入射一側(cè)的鄰接光敏元件，使C3光入射另一側(cè)的鄰接光敏元件的分光要素。
[0189]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0190]本公開的固體攝像元件和攝像裝置，對(duì)于使用固體攝像元件的全部的照相機(jī)有效。例如，可以利用于數(shù)碼照相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)等的民生用照相機(jī)和工業(yè)用的固體監(jiān)控?cái)z像機(jī)等。
[0191]符號(hào)說明
[0192]la、lb、lc、Id 分光要素
[0193]2、2a、2b、2c、2d攝像元件的光敏元件
[0194]4a、4b 微透鏡
[0195]4c微柱透鏡[0196]5攝像元件的配線層
[0197]6a、6b 透明層
[0198]7娃基板
[0199]9固定基板
[0200]10攝像元件
[0201]11光學(xué)濾光片
[0202]12光學(xué)透鏡
[0203]13信號(hào)發(fā)生/接收部
[0204]14元件驅(qū)動(dòng)部
[0205]15圖像信號(hào)生成部
[0206]16圖像信號(hào)輸出部
[0207]17反射紅(R)光以外的多層膜濾光片(分色鏡)
[0208]18只反射綠(G)光的多層膜濾光片(分色鏡)
[0209]19只反射藍(lán)(B)光的多層膜濾光片(分色鏡)
[0210]20遮光部
[0211]21透光性的樹脂
[0212]22 G光透過的多層膜濾光片(分色鏡)
[0213]23 R光透過的多層膜濾光片(分色鏡)
[0214]24透射G光的有機(jī)顏料濾光片
[0215]25透射R光的有機(jī)顏料濾光片
[0216]26微透鏡
[0217]27金屬層
[0218]30存儲(chǔ)器
[0219]40光敏元件的單位區(qū)塊
[0220]50光學(xué)光圈
[0221]100分光要素陣列
[0222]200光敏元件陣列
[0223]300攝像部
[0224]400信號(hào)處理部
【權(quán)利要求】
1.一種固體攝像元件，其中，具備: 光敏元件陣列，其在攝像面上以二維狀排列多個(gè)單位區(qū)塊，所述多個(gè)單位區(qū)塊各自含有以2行2列所排列的第一光敏元件、第二光敏元件、第三光敏元件、和第四光敏元件，并且在各單位區(qū)塊中，所述第一光敏元件配置在第I行第I列，所述第二光敏元件配置在第2行第I列，所述第三光敏元件配置在第I行第2列，所述第四光敏元件配置在第2行第2列； 分光要素陣列，其含有第一分光要素、和與所述第一分光要素的分光特性不同的第二分光要素，所述第一分光要素按照使所述第一分光要素的至少一部分與所述第一和第三光敏元件的至少一方對(duì)向的方式配置、且按照將入射的光根據(jù)波長在所述第一和第三光敏元件的排列方向進(jìn)行分離的方式構(gòu)成，并且所述第二分光要素按照使所述第二分光要素的至少一部分與所述第二和第四光敏元件的至少一方對(duì)向的方式配置、且按照將入射的光根據(jù)波長在所述第二和第四光敏元件的排列方向進(jìn)行分離的方式構(gòu)成；和 多個(gè)聚光元件，其分別在覆蓋所述第一和第三光敏元件的區(qū)域設(shè)置，且按照向所述第一和第三光敏兀件聚光的方式構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中， 所述第一分光要素其配置方式為，與所述第一或第三光敏元件對(duì)置，且使不同的波長范圍的光入射所述第一光敏元件和所述第三光敏元件， 所述第二分光要素其配置方式為，與所述第二或第四光敏元件對(duì)置，且使不同的波長范圍的光入射所述第二光敏元件和所述第四光敏元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像元件，其中， 所述第一分光要素使第一波長范圍的光入射所述第三光敏元件，且使所述第一波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第一光敏元件， 所述第二分光要素使第二波長范圍的光入射所述第二光敏元件，且使所述第二波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第四光敏元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中， 所述分光要素陣列還含有第三分光要素和第四分光要素， 所述第一至第四分光要素按照分別與所述第一至第四光敏元件對(duì)向的方式配置、且按照使不同的波長范圍的光入射所述第一至第四光敏元件的方式設(shè)計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體攝像元件，其中， 所述第一至第四分光要素具有:將入射的光分離成原色光和互補(bǔ)色光的特性，或?qū)⑷肷涔夥蛛x成不同的3個(gè)波長范圍的光的特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的固體攝像元件，其中， 所述第一分光要素使第一波長范圍的光入射所述第三光敏元件，且使所述第一波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第一光敏元件， 所述第三分光要素使第二波長范圍的光入射所述第一光敏元件，且使所述第二波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第三光敏元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的固體攝像元件，其中， 所述第一分光要素使第一波長范圍的光入射所述第一光敏元件，且使所述第一波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第三光敏元件， 所述第三分光要素使所述第一波長范圍的光入射所述第一光敏元件，且使所述第一波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第三光敏元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的固體攝像元件，其中， 所述第二分光要素使第三波長范圍的光入射所述第四光敏元件，且使所述第三波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第二光敏元件， 所述第四分光要素使所述第三波長范圍的光入射所述第四光敏元件，且使所述第三波長范圍的光的互補(bǔ)色光入射所述第二光敏元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體攝像元件，其中， 所述第一波長范圍是紅、綠、藍(lán)的波長范圍的一個(gè)，所述第二波長范圍是紅、綠、藍(lán)的波長范圍的另一個(gè)，所述第三波長范圍是紅、綠、藍(lán)的波長范圍的剩余的一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的固體攝像元件，其中， 所述多個(gè)聚光元件分別是在光入射側(cè)具有曲面的柱面透鏡。
11.一種攝像裝置，其中，具備: 權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的固體攝像元件； 使像在所述固體攝像元件的攝像面形成的光學(xué)系統(tǒng)； 基于從所述第一至第四光敏元件分別輸出的第一至第四光電轉(zhuǎn)換信號(hào)而生成彩色信號(hào)的信號(hào)處理部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述`的攝像裝置，其中， 所述信號(hào)處理部生成:通過含有使從所述第一光敏元件輸出的信號(hào)和從所述第三光敏元件輸出的信號(hào)相加的加法運(yùn)算的處理而得到的第一亮度信號(hào)、和通過含有使從所述第二光敏元件輸出的信號(hào)和從所述第四光敏元件輸出的信號(hào)相加的加法運(yùn)算的處理而得到的第二亮度信號(hào)，并且基于所述第一亮度信號(hào)和所述第二亮度信號(hào)的差分結(jié)果來修正所述彩色信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的攝像裝置，其中， 還具備記錄媒體，該記錄媒體記錄有系數(shù)kl、及表示修正系數(shù)k2與系數(shù)k3的相關(guān)關(guān)系的信息，所述系數(shù)kl規(guī)定所述聚光元件的聚光特性，所述修正系數(shù)k2表示入射到所述固體攝像元件的傾斜光的影響造成的所述系數(shù)kl的減少量，所述系數(shù)k3表示所述傾斜光的影響造成的所述第一和第二分光要素的分光特性的降低的程度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的攝像裝置，其中， 所述信號(hào)處理部基于所述第一亮度信號(hào)和所述第二亮度信號(hào)的差分結(jié)果、所述系數(shù)kl、和表示所述相關(guān)關(guān)系的信息，修正所述彩色信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其中， 所述信號(hào)處理部通過使用了表示所述第一光電轉(zhuǎn)換信號(hào)和所述第三光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的差分的第一差信號(hào)、和表示所述第二光電轉(zhuǎn)換信號(hào)和所述第四光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的差分的第二差信號(hào)的信號(hào)運(yùn)算，生成第一色差信號(hào)和第二色差信號(hào)，并使用所述第一亮度信號(hào)和所述第二亮度信號(hào)的差分結(jié)果，來修正所述第一色差信號(hào)和所述第二色差信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04N9/07GK103503144SQ201380001203
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月2日
【發(fā)明者】平本政夫, 藤井俊哉, 中村達(dá)也, 西脅青兒, 物部祐亮 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社