本发明专利技术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)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体摄像元件、摄像装置和信号处理方法
本申请涉及固体摄像装置的高灵敏度化和彩色化的技术。
技术介绍
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(digitalcamcorder)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(backsideillumination)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(dichroicmirror))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
技术实现思路
专利技术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。本专利技术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】2011.10.31 JP 2011-2391781.一种固体摄像元件，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一半或全部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一半或全部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一半或全部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一半或全部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...
【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：
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