固體攝像元件、攝像裝置和信號處理方法

專利名稱：固體攝像元件、攝像裝置和信號處理方法
技術領域：
本申請涉及固體攝像裝置的高靈敏度化和彩色化的技術。
背景技術：
近年來，在采用了 CXD及CMOS等固體攝像元件(下面，有時稱為“攝像元件”)的數字照相機及數字攝錄影機(digital camcorder)的高功能化、高性能化方面令人1驚嘆。特別是由于半導體制造技術的迅速進步而使攝像元件的像素結構的細微化得到發展。其結果是，實現了攝像元件的像素和驅動電路的高集成化，攝像元件的高性能化得到發展。特別是近年來，還開發出一種采用在固體攝像元件的背面側(不是形成有布線層的面(表面)一偵1J )接受光的背面照射型(backside illumination)的攝像元件的照相機,其特性等受到注目。另一方面，隨著攝像元件的多像素化，單個像素所接收的光量降低，因此產生了照相機靈敏度降低這樣的問題。除了多像素化以外，照相機的靈敏度降低的原因還在于采用了色彩分離用的濾色器。在通常的彩色照相機中，與攝像元件的各光感知單元對置地配置有以有機顏料為色素的減色型的濾色器。由于濾色器吸收所利用的顏色成分以外的光，因此，在采用這樣的濾色器的情況下，照相機的光利用率降低。在具有例如以紅色(R)單像素、綠色(G)2個像素、藍色(B)單像素作為基本結構的拜爾型的濾色器排列的彩色照相機中，R、G、B的各濾色器分別僅使R、G、B光透過，并吸收剩余的光。因此，在拜爾排列的彩色照相機中利用的光是整個入射光的大約1/3。針對上述靈敏度降低的問題，專利文獻I中公開了如下的技術:為了較多地攝入入射光，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。根據該技術，通過采用微透鏡而聚光于光感知單元，從而能夠實質性地提高攝像元件的光開口率。當前，該技術應用于大多數的固體攝像元件。若采用該技術，則確實提高了實質的開口率，但不解決濾色器的光利用率降低的問題。作為同時解決光利用率降低和靈敏度降低的問題的技術，專利文獻2公開了如下的技術:將多層膜的濾色器(分色鏡(dichroic mirror))和微透鏡組合起來而最大限地利用光。根據該技術，采用了不吸收光而選擇性地使特定波段的光透過，并對其它波段的光進行反射的多個分色鏡。由此，能夠在不損失光的情況下僅使必要波段的光入射至各個光感知部。圖10是示意性地示出專利文獻2公開的攝像元件的與攝像面垂直的方向的剖面的圖。該攝像元件具備:分別配置于攝像元件的表面和內部的聚光用的微透鏡4a、4b ;遮光部20 ;光感知單元2a、2b、2c ;以及分色鏡17、18、19。分色鏡17、18、19配置成分別與光感知單元2a、2b、2c對置。分色鏡17具有使R光透過并對G光和B光進行反射的特性。分色鏡18具有對G光進行反射并使R光和B光透過的特性。 分色鏡19具有對B光進行反射并使R光和G光透過的特性。入射至微透鏡4a的光被微透鏡4b調整光束后入射至第一分色鏡17。第一分色鏡17使R光透過，但對G光和B光進行反射。透過第一分色鏡17的光入射至光感知單元2a。被第一分色鏡17反射的G光和B光入射至鄰接的第二分色鏡18。第二分色鏡18對入射的光中的G光進行反射，并使B光透過。被第二分色鏡18反射的G光入射至光感知單元2b。透過第二分色鏡18的B光被第三分色鏡19反射，并入射至其正下方的光感知單元2c。這樣，根據專利文獻2中公開的攝像元件，入射至聚光微透鏡4a的可視光不被濾色器吸收，其RGB的各成分通過三個光感知單元而被毫無浪費地檢測出。除了上述的現有技術以外，專利文獻3公開了通過采用微棱鏡(miCToprism)而能夠防止光損失的攝像元件。該攝像元件具有分別由不同的光感知單元接收通過微棱鏡分離成紅、綠、藍的光的結構。利用這樣的攝像元件能夠防止光損失。但是，根據專利文獻2和專利文獻3所公開的技術，需要設置所利用的分色鏡的數量或者分光的數量的光感知單元。存在這樣的課題:為了檢測出例如RGB三色的光，必須將光感知單元的數量與采用現有的濾色器時的光感知單元的數量相比增加到3倍。針對于上述的技術，會發生一部分光損失，但專利文獻4公開了采用分色鏡和反射而提高光的利用率的技術。圖1示出了采用了該技術的攝像元件的剖視圖的一部分。如圖所示，在透光性的樹脂21內配置有分色鏡22、23。分色鏡22具有使G光透過并對R光和B光進行反射的特性。此外，分色鏡23具有使R光透過并對G光和B光進行反射的特性。根據這樣的結構，光感知部無法接收B光，但按照以下的原理能夠將R光、G光全部檢測出。首先，當R光入射至分色鏡22、23時，在分色鏡22中被反射，在分色鏡23中進行透過。被分色鏡22反射的R光進一步地還在透光性的樹脂21與空氣之間的界面進行反射，并入射至分色鏡23。R光透過分色鏡23，并且還透過具有R光透過性的有機色素濾波器25和微透鏡26。這樣,雖然一部分被金屬層27反射,但入射至分色鏡22、23的R光的大部分入射至光感知部。另一方面，當G光入射至分色鏡22、23時，透過分色鏡22，并被分色鏡23反射。被分色鏡23反射的G光進一步地在透光性的樹脂21與空氣之間的界面進行全反射，并入射至分色鏡22。G光透過分色鏡22，并且還透過具有G光透過性的有機色素濾波器24和微透鏡26。這樣,雖然一部分被金屬層27反射,但入射至分色鏡22、23的G光的大部分毫無損失地入射至光感知部。按照上述原理，根據專利文獻4所公開的技術，雖然RGB光中的一種顏色的光損失，但能夠幾乎毫無損失地接收兩個顏色的光。因此，無需配置RGB三色的光感知部。這里，與不具有分色鏡而僅利用有機色素濾波器進行彩色化的情況進行比較，相對于僅利用有機色素濾波器時的光利用率大約為1/3，采用專利文獻4所公開的技術的情況下的光利用率為整個入射光的大約2/3。即，根據該技術，攝像靈敏度提高到大約2倍。但是，即使利用該技術也會損失三色中的一色。另一方面，專利文獻5公開了采用分光要素在不大幅度地增加光感知單元的前提下提高光利用率的彩色化技術。根據該技術，利用與光感知單元對應地配置的分光要素而使光根據波段而入射至不同的光感知單元。各個光感知單元從多個分光要素接收不同波段的成分重疊而成的光。其結果是， 能夠通過采用了從各光感知單元輸出的光電轉換信號的信號運算而生成顏色信號。現有技術文獻專利文獻
專利文獻1:日本特開昭59-90467號公報專利文獻2:日本特開2000-151933號公報專利文獻3:日本特開2001-309395號公報專利文獻4:日本特開2003-78917號公報專利文獻5:國際公開第2009/153937號

發明內容
發明要解決的課題根據現有技術，若采用光吸收型的濾色器，則不大幅度地增加光感知單元即可，但存在光利用率變低這樣的問題。此外，如專利文獻2 4所公開的技術那樣，若采用分色鏡及微棱鏡，則能夠提高光利用率，但存在必須大幅度地增加光感知單元這樣的問題。另一方面，根據專利文獻5所公開的技術，確實在理論上可得到光利用率高的彩色圖像，但很難制造具有理想的分光特性的分光要素。存在這樣的課題:當分光要素的材料特性及制造精度低時，則從各光感知單元輸出的光電轉換信號也不成為理想的信號，彩色圖像的色彩再現性降低。本發明的實施方式提供一種在不大幅度地增加光感知單元的前提下能夠提高光利用率、并且色彩再現性良好的彩色攝像技術。用于解決課題的手段為了解決上述課題，本發明的一個方式的固體攝像元件具備:光感知單元陣列，由多個單位塊排列成二維狀而形成，該多個單位塊各自包括第一光感知單元、第二光感知單元、第三光感知單元和第四光感知單元；以及分光要素陣列，其被配置成與所述光感知單元陣列對置，且包括多個分光要素，在假設不存在所述分光要素陣列的情況下，以各光感知單元接收的光作為各光感知單元的單元入射光，所述單元入射光中包含的可視光由第一顏色成分、第二顏色成分和第三顏色成分構成，在以將各顏色成分去掉的顏色成分的可視光作為該顏色成分的補色光時，所述分光要素陣列，使在從所述第一光感知單元的單元入射光中去掉所述第一顏色成分的補色光后的光中，加入所述第一顏色成分的光后所形成的光入射至所述第一光感知單元，并使在從所述第二光感知單元的單元入射光中去掉所述第一顏色成分的光后的光中，加入了所述第一顏色成分的補色光后所形成的光入射至所述第二光感知單元，并使在從所述第三光感知單元的單元入射光中去掉所述第三顏色成分的光后的光中，加入了所述第三顏色成分的補色光后所形成的光入射至所述第三光感知單元，并使在從所述第四光感知單元的單元入射光中去掉所述第三顏色成分的補色光后的光中，加入了所述第三顏色成分的光后所形成的光入射至所述第四光感知單元。關于上述的通常且特定的方式，可采用系統、方法和計算機程序來安裝，或者采用系統、方法和計算機程序的組合而得以實現。發明效果根據本發明的一個方式的固體攝像元件和攝像裝置，通過采用根據顏色成分而使入射光入射至不同的光感知單元的分光要素，從而能夠不大幅度地增加光感知單元就能夠進行光利用率高、 且色彩再現性高于現有的彩色攝像。


圖1是示意性地示出本發明的固體攝像元件的光感知單元200和分光要素100之間的配置關系的立體圖。圖2(a)是示出本發明的固體攝像元件的單位塊的一個示例的俯視圖，(b)是沿AA’線的剖視圖，(c)是沿BB’線的剖視圖。圖3是示出本發明的第一實施方式的攝像裝置的簡要結構的框圖。圖4是示出本發明的第一實施方式的透鏡和攝像元件的圖。圖5(a)是示出本發明的第一實施方式的攝像元件的像素排列的一個示例的圖，(b)是示出本發明的第一實施方式的攝像元件的像素排列的其它示例的圖。圖6(a)是示出本發明的第一實施方式的攝像元件的基本結構的俯視圖，(b)是沿AA’線的剖視圖，(c)是沿BB’線的剖視圖。圖7是示出本發明的第一實施方式的顏色信息生成處理的步驟的流程圖。圖8(a)是示出本發明的第一實施方式的其它攝像元件的基本結構的俯視圖，(b)是沿AA’線的剖視圖，(C)是沿BB’線的剖視圖。圖9(a)是示出本發明的第二實施方式的攝像元件的基本結構的俯視圖，(b)是沿CC’線的剖視圖，(c)是沿DD’線的剖視圖。圖10是現有的采用了微透鏡和多層膜濾波器(分色鏡)的攝像元件的剖視圖。圖11是現有的采用了多層膜濾波器(分色鏡)和反射的攝像元件的剖視圖。
具體實施例方式本發明的例示性的實施方式的概要如下:(I)本發明的一個方式的固體攝像元件具備:光感知單元陣列，將各自包括第一光感知單元、第二光感知單元、第三光感知單元和第四光感知單元的多個單位塊排列成二維狀而形成所述光感知單元陣列；以及分光要素陣列，其配置成與所述光感知單元陣列對置，包括多個分光要素。在假設不存在所述分光要素陣列的情況下以各光感知單元接收到的光作為各光感知單元的單元入射光，所述單元入射光中包含的可視光由第一顏色成分、第二顏色成分和第三顏色成分構成，在以將各顏色成分去掉的顏色成分的可視光作為該顏色成分的補色光時，所述分光要素陣列使在從所述第一光感知單兀的單兀入射光中去掉所述第一顏色成分的補色光后的光中加入所述第一顏色成分的光所形成的光入射至所述第一光感知單元，并使在從所述第二光感知單元的單元入射光中去掉所述第一顏色成分的光后的光中加入所述第一顏色成分的補色光所形成的光入射至所述第二光感知單元，并使在從所述第三光感知單元的單元入射光中去掉所述第三顏色成分的光后的光中加入了所述第三顏色成分的補色光所形成的光入射至所述第三光感知單元，并使在從所述第四光感知單元的單元入射光中去掉了所述第三顏色成分的補色光后的光中加入了所述第三顏色成分的光所形成的光入射至所述第四光感知單元。(2)在項目(I)所述的固體攝像元件的某一方式中，所述分光要素陣列包括在各單位塊中配置成與所述第一光感知單元對置的第一分光要素、配置成與所述第二光感知單元對置的第二分光要素、配置成與所述第三光感知單元對置的第三分光要素和配置成與所述第四光感知單元對置的第四分光要素。 所述第一分光要素使所述第一顏色成分的補色光的至少一部分入射至所述第二光感知單元，并使所述第一顏色成分的光入射至所述第一光感知單元，所述第二分光要素使所述第一顏色成分的光的至少一部分入射至所述第一光感知單元，并使所述第一顏色成分的補色光入射至所述第二光感知單元，所述第三分光要素使所述第三顏色成分的光的至少一部分入射至所述第四光感知單元，并使所述第三顏色成分的補色光入射至所述第三光感知單元，所述第四分光要素使所述第三顏色成分的補色光的至少一部分入射至所述第三光感知單元，并使所述第三顏色成分的光入射至所述第四光感知單元。(3)在項目(2)所述的固體攝像元件的某一方式中，所述第一分光要素使所述第一顏色成分的補色光的一半入射至所述第二光感知單元，并使所述第一顏色成分的補色光的剩余的一半入射至鄰接的第一鄰接單位塊中包含的一個光感知單元，所述第二分光要素使所述第一顏色成分的光的一半入射至所述第一光感知單元，并使所述第一顏色成分的光的剩余的一半入射至鄰接的第二鄰接單位塊中包含的一個光感知單元，所述第三分光要素使所述第三顏色成分的光的一半入射至所述第四光感知單元，并使所述第三顏色成分的光的剩余的一半入射至鄰接的所述第一和第二鄰接單位塊中的一個單位塊所包括的一個光感知單元，所述第四分光要素使所述第三顏色成分的補色光的一半入射至所述第三光感知單元，并使所述第三顏色成分的補色光的剩余的一半入射至鄰接的所述第一和第二鄰接單位塊中的另一單位塊所包括的一個光感知單元。(4)在項目(2)所述的固體攝像元件的某一方式中，所述第一分光要素使所述第一顏色成分的補色光幾乎全部入射至所述第二光感知單元，所述第二分光要素使所述第一顏色成分的光幾乎全部入射至所述第一光感知單元，所述第三分光要素使所述第三顏色成分的光幾乎全部入射至所述第四光感知單元，所述第四分光要素使所述第三顏色成分的補色光幾乎全部入射至所述第三光感知單元。(5)在項目(I)至(4)中的任一項所述的固體攝像元件的某一方式中，所述第一顏色成分是紅和藍中的一種顏色成分，所述第三顏色成分是紅和藍中的另一種顏色成分。(6)在項目(I)至(5)中的任一項所述的固體攝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別具有透光性部件，利用所述透光性部件的形狀和所述透光性部件與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進行分光。(7)在項目(I)至(5)中的任一項所述的固體攝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別包括分色鏡，利用所述分色鏡進行分光。(8)本發明的一個方式的攝像裝置具備:項目(I)至(7)中的任一項所述的固體攝像元件；光學系統，其用于在所述固體攝像元件形成圖像；以及信號處理部，其對從所述固體攝像元件輸出的信號進行處理，其中，通過采用了從所述第一光感知單元輸出的第一光電轉換信號、從所述第二光感知單元輸出的第二光電轉換信號、從所述第三光感知單元輸出的第三光電轉換信號和從所述第四光感知單元輸出的第四光電轉換信號的運算生成顏色信息。(9)在項目(8)所述的攝像裝置的某一方式中， 所述信號處理部通過所述第一光電轉換信號與所述第二光電轉換信號的差分運算和所述第三光電轉換信號與所述第四光電轉換信號的差分運算生成第一顏色信號和第二顏色信號。(10)在項目(8)或(9)所述的攝像裝置的某一方式中，所述信號處理部通過包括所述第一與第二光電轉換信號的加法計算、所述第三與第四光電轉換信號的加法計算以及所述第一至第四光電轉換信號的加法計算中的任一計算在內的運算，生成亮度信號。(11)本發明的一個方式的信號處理方法，是對從項目(I)至(7)中的任一項所述的固體攝像元件輸出的信號進行處理的方法，其中包括:步驟A，獲取從所述第一光感知單元輸出的第一光電轉換信號、從所述第二光感知單元輸出的第二光電轉換信號、從所述第三光感知單元輸出的第三光電轉換信號和從所述第四光感知單元輸出的第四光電轉換信號；以及步驟B，采用所述第一至第四光電轉換信號而生成顏色信息。(12)在項目(11)所述的信號處理方法的某一方式中，所述步驟B包括如下步驟:生成將所述第一光電轉換信號與所述第二光電轉換信號的差分示出的第一差分信號的步驟；以及生成將所述第三光電轉換信號與所述第四光電轉換信號的差分示出的第二差分信號的步驟。(13)在項目(12)所述的方法的某一方式中，所述步驟B還包括如下步驟:通過包括所述第一與第二光電轉換信號的加法計算、所述第三與第四光電轉換信號的加法計算以及所述第一至第四光電轉換信號的加法計算中的任一計算在內的運算來生成亮度信號的步驟；以及采用所述亮度信號、所述第一差分信號和所述第二差分信號而生成所述單元入射光中包含的紅、綠和藍的顏色信號。下面，在對具體的實施方式進行說明之前，首先，參照圖1、2對本公開中的實施方式的基本原理進行說明。另外，在下面的說明中，有時將對波段或顏色成分不同的光在空間上進行分離稱為“分光”。本發明的一個方式的固體攝像元件具備:光感知單元陣列，其包括在攝像面上排列成二維狀的多個光感知單元(像素)；以及分光要素陣列，其包括多個分光要素。圖1是示意性地示出在固體攝像元件10的攝像面上形成的光感知單元陣列200和分光要素陣列100的一部分的立體圖。分光要素陣列100與光感知單兀陣列200對置地配置在光入射的一偵彳。另外，光感知單元2的排列、形狀、尺寸等不限于該圖的示例，也可以是已知的任何排列、形狀、尺寸。此外，為方便起見，分光要素陣列100用四棱柱來表示，但實際上不一定具有這樣的形狀，能夠采用各種結構。當各光感知單元2接收到光時，則通過光電轉換輸出與所接收到的光的強度(入射光量)相應的電信號(下面，稱為“光電轉換信號”或“像素信號”)。在本實施方式中，各光感知單元2接收通過分光要素陣列100而導致行進方向發生變化的多個波段(顏色成分)的光。其結果是，各光感知單元2接收的光具有與假設不存在分光要素的情況下接收的光不同的分光分布(每個波段的強度分布)。下面，參照圖2對攝像元件10的基本結構進行說明。圖2 (a)是示出光感知單元陣列200的基本像素結構(單位塊)40的一個示例的俯視圖。光感知單元陣列200具有如下結構:將分別包括四個光感知單元2a、2b、2c、2d的多個單位塊40在攝像面上排列成二維狀。在圖示的示例中，在一個單位塊內，四個光感知單元配置成兩行兩列。圖2(b)、 (C)是分別示意性地示出圖2(a)中的沿AA’線的剖面、沿BB’線的剖面的圖。圖2(b)、(c)示出了入射至攝像元件10的光透過分光要素陣列100時根據顏色成分使得行進方向發生變化，結果是各光感知單元接收的光的分光分布相互不同的情況。這里，在假設不存在分光要素陣列I的情況下將各光感知單元接收的光稱為該光感知單元的“單元入射光”。能夠考慮到:在一個單位塊中所包括的光感知單元2a 2d接近的情況下，這些光感知單兀的單兀入射光中所含的光的強度和分光分布大致相同。用標號“W”來表不這些光感知單元的單元入射光的可視光成分的強度。在本說明書中，將單元入射光中所含的可視光成分大致分類成第一顏色成分、第二顏色成分、第三顏色成分。當將第一 第三顏色成分的強度分別表示為Cl、C2、C3時，則W = C1+C2+C3。在下面的說明中，Cl、C2、C3不僅表示各顏色成分的強度，有時還表示顏色成分本身。此外，將去掉各顏色成分后的可視光的顏色成分稱為該顏色成分的“補色”，將補色的光稱為“補色光”。這樣，用C2+C3來表不第一顏色成分Cl的補色,用C1+C3來表不第二顏色成分C2的補色，用C1+C2來表示第三顏色成分C3的補色。下面，為方便起見，有時用CrT來表示顏色成分Cn(Cn是C1、C2、C3中的任一個)的補色和其強度。第一 第三顏色成分的組合典型的是紅(R)、綠(G)、藍(B)的三原色的組合，但只要將可視光分成三個波段，則也可以是其它顏色成分的組合。下面，對本實施方式中的分光要素陣列100的功能進行說明。分光要素陣列100使在從第一光感知單元2a的單元入射光(強度W)中去掉了第一顏色成分的補色光(強度CD后的光中加入第一顏色成分的光(強度Cl)所形成的光入射至第一光感知單元2a。此外，使在從第二光感知單元2b的單元入射光(強度W)中去掉了第一顏色成分的光(強度Cl)后的光中加入了第一顏色成分的補色光(強度CD所形成的光入射至第二光感知單元2b。并且，使在從第三光感知單元2c的單元入射光(強度W)中去掉了第三顏色成分的光(強度C3)后的光中加入了第三顏色成分的補色光(強度C3~)所形成的光入射至第三光感知單元2c。此外，使在從第四光感知單元2d的單元入射光(強度W)中去掉了第三顏色成分的補色光(強度C3~)后的光中加入了第三顏色成分的光(強度C3)所形成的光入射至第四光感知單元2d。根據以上結構，如圖2(b)、(C)所示，光感知單元2a 2d分別接收用W-C1~+C1、W-C1+C1~、ff-C3+C3\ ff-C3~+C3表示的強度的光。各光感知單元輸出與這些強度相應的光電轉換信號(像素信號)。這里，將光感知單元2a 2d輸出的光電轉換信號分別設為S2a S2d，將與強度W對應的信號設為Ws，將與強度Cl對應的信號設為Cls，將與強度C2對應的信號設為C2s，將與強度C3對應的信號設為C3s，并且將與強度Cr對應的信號設為Cl~s( = C2s+C3s)，將與強度C2~對應的信號設為C2~s( = Cls+C3s)，將與強度C3~對應的信號設為C3~s ( = Cls+C2s)，使Ws = Cls+C2s+C3s。這樣，能夠分別用以下的算式I 4來表示S2a S2d。(式 l)S2a = Ws-Crs+Cls = 2Cls(式2) S2b = Ws_Cls+Cl~s = 2Cl~s(式3) S2c = ffs-C3s+C3~s = 2C3~s(式 4) S2d = ffs-C3~s+C3s = 2C3s設信號S2a、S2b的差分為Dl， 設信號S2c、S2d的差分為D2，則分別用以下的算式
5、6來表不Dl、D2。
(式 5)D1 = S2a-S2b = 2Cls_2Crs(式 6)D2 = S2d-S2c = 2C3s_2C3~s并且，由于Cl~s =Ws_Cls、C3~s = Ws_C3s，因此能夠分別得到以下的算式7、8。(式7)D1 = 4Cls_2Ws(S8)D2 = 4C3s-2WsSP，能夠得到(4Cls_2Ws)和(4C3s_2Ws)的色差信號。另一方面，如以下的算式9 11所示，通過S2a與S2b的加法計算、S2c與S2d的加法計算和S2a S2d的加法計算中的任一計算的運算而能夠得到相當于單元入射光的強度W的2倍或4倍的信號。此外，由于這些信號是將全部的入射光毫無損失地進行光電轉換而得到的信號，因此，若利用這些信號作為亮度信號，那么圖像的靈敏度是理想的。(式9) S2a+S2b = 2ffs(式10) S2c+S2d = 2ffs(式 11) S2a+S2b+S2c+S2d = 4ffs若能夠得到通過算式9 11中的任一運算而求出的亮度信號和通過算式7、8而求出的兩個色差信號，那么能夠通過矩陣運算來求出RGB信號。即，能夠通過基于從光感知單元2a 2d輸出的四個光電轉換信號S2a S2d的信號運算而計算出顏色信號。根據本實施方式的攝像元件10，能夠不采用對光的一部分進行吸收的濾色器而采用分光要素通過信號運算來得到顏色信息。因此，能夠防止光的損失，能夠提高攝像靈敏度。另外，在圖1和圖2(b)、(C)中，分光要素陣列100被描繪成覆蓋多個光感知單元的連續的要素，但分光要素陣列4也可以是空間上分離的多個分光要素的集合。作為這樣的分光要素，能夠采用例如后述的高折射率透明部件、分色鏡、微棱鏡等。關于本實施方式的分光要素陣列100，只要能夠得到用上述的算式I 4表示的光電轉換信號，則怎樣構成均可，也可以采用例如全息圖元件等來進行分光。下面，參照圖3至圖8對更具體的實施方式進行說明。在下面的說明中，對相同的要素標注相同的標號。(第一實施方式)圖3是示出第一實施方式的攝像裝置的整體結構的框圖。本實施方式的攝像裝置是數字式的電子照相機，其具備攝像部300和信號處理部400，該信號處理部400根據從攝像部300送出的信號而生成表示圖像的信號(圖像信號)。另外，攝像裝置既可以僅生成靜止圖像，也可以具備生成運動圖像的功能。攝像部300具備:光學透鏡12，其用于對被拍攝體進行成像；光學濾波器11 ;以及固體攝像元件10 (圖像傳感器)，其通過光電轉換將通過光學透鏡12和光學濾波器11而成像的光信息轉換成電信號。攝像部300還具備:信號產生/接收部13，其產生用于驅動攝像元件10的基本信號，并且接收來自攝像元件10的輸出信號并將該信號發送到信號處理部400 ；以及元件驅動部14，其根據信號發生/接收部13產生的基本信號而驅動攝像元件
10。光學透鏡12是已知的透鏡，其可以是具有多個透鏡的透鏡單元。光學濾波器11是使用于去掉紅外線的紅外線截止濾波器與用于減少由于像素排列而產生的波紋圖案(moirepattern)的石英低通濾波器合并而形成的。 攝像元件10典型的是CMOS或(XD,通過已知的半導體制造技術來制造。信號產生/接收部13和元件驅動部14由例如CCD驅動器等LSI (Large Scale Integration:大規模集成電路)構成。信號處理部400具備:圖像信號生成部15，其對從攝像部300送出的信號進行處理而生成圖像信號；存儲器30，其用于存儲在圖像信號生成過程中產生的各種數據；以及圖像信號輸出部16，其用于將生成的圖像信號送出到外部。通過已知的數字信號處理器(DSP)等硬件與用于執行包括圖像信號生成處理在內的圖像處理的軟件的組合而能夠適當地實現圖像信號生成部15。存儲器30由DRAM等構成。存儲器30對從攝像部300送出的信號進行記錄，并且對通過圖像信號生成部15生成的圖像數據、壓縮后的圖像數據臨時地進行記錄。這些圖像數據經圖像信號輸出部16而被送出到未圖示的記錄介質及顯示部等。另外，本實施方式的攝像裝置能夠具備電子快門、取景器、電源(電池)、閃光燈等已知的結構要素，但由于這些說明不是理解本實施方式所特別需要的，因此省略。此外，以上的結構只是一個示例，在本實施方式中，能夠將已知的要素適當地組合而應用于除了攝像元件10和圖像信號生成部15以外的結構要素。下面，對本實施方式的固體攝像元件10進行說明。圖4是示意性地示出在曝光過程中透過透鏡12的光入射至攝像元件10的情況的圖。在圖4中，為了簡單起見，省略記載透鏡12和攝像元件10以外的結構要素。此外，通常，能夠利用沿著光軸方向排列的多個透鏡構成透鏡12，但為簡單起見，描繪成單一的透鏡。在攝像元件10的攝像面IOa上配置有包括排列成二維狀的多個光感知單元(像素)的光感知單元陣列。各光感知單元典型的是光電二極管，通過光電轉換而輸出與入射光量相應的光電轉換信號(像素信號)。透過透鏡12和光學濾波器11的光(可視光)入射至攝像面10a。通常，每個入射至攝像面IOa的光的強度和波段的入射光量的分布(分光分布)根據入射位置而不同。圖5 (a)、(b)是示出本實施方式的像素排列的示例的俯視圖。光感知單元陣列200具有例如如圖5(a)所示那樣地在攝像面IOa上排列成正方格子狀的多個光感知單元。光感知單元陣列200由多個單位塊40構成，各單位塊40包括四個光感知單元2a、2b、2c、2d。另外，光感知單元的排列既可以不是這樣的正方格子狀的排列而是例如圖5(b)所示的斜交型的排列，還可以是其它排列。在本實施方式中，如圖5(a)、(b)所示，各單位塊中所包括的四個光感知單元2a 2d相互接近，但即使它們分離也能夠通過適當地構成后述的分光要素陣列而得到顏色信息。此外，各單位塊也可以包括五個以上的光感知單元。與光感知單元陣列200對置地在光入射的一側配置有包括多個分光要素的分光要素陣列。在本實施方式中，相對于各單位塊中所包括的四個光感知單元而分別各設置一個分光要素。下面，對本實施方式的分光要素進行說明。本實施方式的分光要素，是利用在折射率不同的兩種透光性部件的交界處產生的光的衍射，使入射光根據波段而朝向不同方向的光學兀件。該類型的分光要素具有:由折射率相對高的材料形成的高折射率透明部件(芯部)、和由折射率相對低的材料形成并與芯部的各個側面相接的低折射率透明部件(包層部)。由于芯部與包層部之間的折射率差而在透過兩者的光之間產生相位差，因此引起衍射。由于該相位差根據光的波長而不同，因此能夠根據波段(顏色成分)而將光在空間上分離。例如，能夠使第一顏色成分的光一半一半地朝向第一方向和第二方向，使第一顏色成分以外的光朝向第三方向。此外，還能夠使分別不同的波段(顏色成分)的光朝向三個方向。由于能夠利用芯部與包層部之間的折射率差而進行分光，因此，在本說明書中，有時將高折射率透明部件稱為“分光要素”。在例如日本專利第4264465號公報中公開了這樣的衍射型的分光要素的詳細情況。根據已知的半導體制造技術，通過執行薄膜堆積和圖案形成，從而能夠制造具有上述那樣的分光要素的分光要素陣列。通過適當地設計分光要素的材質(折射率)、形狀、尺寸、排列圖案等，從而能夠使所希望的波段的光分離/統一地入射至各個光感知單元。其結果是，根據各光感知單元輸出的光電轉換信號組，能夠計算出與所需的顏色成分對應的信號。下面，參照圖6對本實施方式的攝像元件10的基本結構和各分光要素的功能進行說明。圖6(a)是示出攝像元件10的基本結構的俯視圖。在各單位塊中，與四個光感知單元2a、2b、2c、2d各自對置地分別配置有分光要素la、lb、lc、ld。在攝像面IOa上反復形成有具有這樣的基本結構的多個圖案。圖6(b)、(c)是分別示出圖6(a)中的沿AA’線的剖面和沿BB’線的剖面的圖。如圖所示，攝像元件10具備:半導體基板7，其由硅等材料構成；光感知單元2a 2d，其配置在半導體基板7的內部；透明層6a,其由形成于半導體基板7的表面側(光入射的一側)的布線層5和低折射率透明部件構成；以及分光要素la、lb、lc、ld，其由配置于透明層6a的內部的高折射率透明部件構成。此外，用于高效率地進行向各光感知單元聚光的微透鏡4a配置成隔著透明層6a而與各個光感知單元對應。另外，即使未配置微透鏡4a也能夠得到本實施方式的效果。采用已知的半導體制造技術能夠制作圖6 (a) (C)所示的結構。圖6 (a) (C)所示的攝像元件10具有光從布線層5側入射到各光感知單元的表面照射型的結構。但是，本實施方式的攝像元件10不限于這樣的結構，也可以具有從布線層5的相反側接受光的背面照射型的結構。如圖6(b)所示，分光要素la、Ib在光透過的方向上具有長的長方形狀的剖面，利用自身與透明層6a之間的折射率差而進行分光。分光要素Ia使紅(R)光入射至對置的光感知單元2a,使青色(Cy)光各一半入射至光感知單元2b、和鄰接的單位塊中所包括的光感知單元(未圖示)。這里，青色(Cy)光是由綠(G)光和藍(B)光構成的光。另一方面，分光要素Ib使Cy光入射至對置的光感知單元2b，使R光各一半入射至光感知單元2a、和鄰接的其它單位塊中所包括的光感知單元(未圖示)。在本實施方式中，將分光要素la、lb的長度和厚度設計成使分光要素la、lb具有上述的分光特性。另外，由于G光和B光的強度不一定一致，因此Cy光不限于視覺確認為綠與藍的混色即青色的光。例如，在單元入射光完全不包含B光的情況下，Cy光與G光同樣地是視覺確認為綠色的光。通過采用這樣的分光要素la、Ib，光感知單元2a從分光要素Ia接收R光，還從分光要素Ib和鄰接的單位塊中所包括的分光要素各接收R光的一半。此外，光感知單元2b從分光要素Ib接收Cy光，還從分光要素Ia和鄰接的單位塊中所包括的分光要素(未圖示)各接收Cy光的一半。如圖6(c)所示， 分光要素lc、ld沿著光透過的方向具有長的長方形狀的剖面，利用自身與透明層6a之間的折射率差而進行分光。分光要素Ic使黃光(Ye)入射至對置的光感知單元2c，使藍(B)光的各一半入射至光感知單元2d、和鄰接的單位塊中所包括的光感知單元(未圖示)。這里，黃光(Ye)是由紅(R)光和綠(G)光構成的光。另一方面，分光要素Id使藍(B)光入射至對置的光感知單元2d，使黃光(Ye)的各一半入射至光感知單元2c、和鄰接的其它單位塊中所包括的光感知單元(未圖示)。在本實施方式中，將分光要素lc、ld的長度和厚度設計成使分光要素lc、Id具有上述的分光特性。另外，由于R光和G光的強度未必一致，因此Ye光不限于視覺確認為是紅與綠的混色即黃色的光。例如，在單元入射光完全不包含G光的情況下，Ye光與R光同樣地是視覺確認為紅色的光。上述的分光要素Ia Id的分光的結果是，光感知單元2a 2d分別輸出用以下的算式12 15表不的光電轉換信號S2a S2d。這里,分別用Rs、Gs、Bs表不相當于紅光、綠光、藍光的強度的信號。此外，設相當于青色光的強度的信號Cs為Gs+Bs，設相當于黃光的強度的信號Ys為Rs+Gs，設相當于白光的強度的信號Ws為Rs+Gs+Bs。(式 I2) S2a = ffs-Cs+Rs = 2Rs(式 13) S2b = ffs-Rs+Cs = 2Cs(式 14) S2c = ffs-Bs+Ys = 2Ys(式 15) S2d = Ws-Ys-Bs = 2Bs算式12 15分別相當于在算式I 4中將Cls置換成Rsjf Cl~s置換成Cs、將C3s置換成Bsjf C3~s置換成Ys0即，在本實施方式中，第一顏色成分是R光，第二顏色成分是G光，第三顏色成分是B光。圖像信號生成部15 (圖3)，通過算式12 15所示的采用了光電轉換信號的運算從而生成顏色信息。下面，參照圖7對圖像信號生成部15的顏色信息生成處理進行說明。圖7是示出本實施方式的顏色信息生成處理的步驟的流程圖。首先，在步驟SlO中，圖像信號生成部15獲取光電轉換信號S2a S2d。接著，在步驟S12中，通過(S2a-S2b)的運算從而生成2 (Rs-Cs)、即色差信號(4Rs_2Ws)，通過(S2d-S2c)的運算從而生成2 (Bs-Ys)、即色差信號(4Bs_2Ws)。然后，在步驟S14中，通過將像素信號S2a S2d相加從而生成表示單元入射光的強度的信號4 (Rs+Gs+Bs) =4Ws，將其作為亮度信號。最后，在步驟S16中，根據兩個色差信號和一個亮度信號通過矩陣運算從而得到RGB顏色信號。具體而言，在色差信號(4Rs-2Ws)中加入亮度信號的1/2而制作4Rs，在色差信號(4Bs-2Ws)中加入亮度信號的1/2而制作4Bs，通過從亮度信號4Ws中減去4Rs和4Bs而得到4Gs。圖像信號生成部15，通過按光感知單元陣列2的每個單位塊40執行上述的信號運算，從而生成表示R、G、B的各顏色成分的圖像的信號(稱為“彩色圖像信號”)。所生成的彩色圖像信號，被圖像信號輸出部16輸出到未圖示的記錄介質、顯示部中。這樣，根據本實施方式的攝像裝置，通過采用了光電轉換信號S2a S2d的加減計算處理，從而可得到彩色圖像信號。根據本實施方式的攝像元件10，由于未采用用于吸收光的光學元件，因此與采用濾色器等的現有技術相比，能夠大幅度地減少光的損失。如上所述，在本實施方式的攝像元件10中，與光感知單元陣列對置地配置有以2行2列作為基本結構的分光要素陣列。 在第I行第I列配置有將光分成紅光和紅光以外的分光要素la。在第I行第2列配置有將光分成青色光和青色光以外的分光要素lb。在第2行第I列配置有將光分成黃光和黃光以外的分光要素Ic。在第2行第2列配置有將光分成藍光和藍光以外的分光要素Id。由于在攝像面上反復地形成有這樣的分光要素的排列圖案，因此即使逐行或逐列地改變光感知單元陣列200的單位塊40的選擇方法，所得到的四個光電轉換信號也始終成為由算式12 15表示的四個信號的組合。即，通過一邊逐行和逐列地錯開運算對象的像素塊，一邊進行上述的信號運算，從而能夠得到大致像素數量的RGB各顏色成分的信息。這意味著能夠將攝像裝置的清晰度提高到像素數的程度。因此，本實施方式的攝像裝置除了靈敏度高于現有的攝像裝置以外，還能夠生成高清晰度的彩色圖像。另外，圖像信號生成部15也可以未必將三個顏色成分的圖像信號全部生成。也可以根據用途而構成為僅生成一個顏色或兩個顏色的圖像信號。此外，也可以根據需要而進行信號的放大、合成、校正。此外，理想的是，各分光要素嚴格地具有上述的分光性能，但這些分光性能也可以稍微偏離。即，從各光感知單兀實際輸出的光電轉換信號也可以稍微偏離于算式12 15所示的光電轉換信號。即使在各分光要素的分光性能稍微偏離于理想的性能的情況下，通過根據偏離的程度而對信號進行校正，也能夠得到良好的顏色信息。并且，也能夠使攝像裝置本身以外的其它設備執行本實施方式中的圖像信號生成部15所進行的信號運算。例如，通過使接收到從攝像元件10輸出的光電轉換信號的輸入的外圍設備執行本實施方式中的用于確定信號運算處理的程序，也能夠生成顏色信息。另外，攝像元件10的基本結構不限于圖6所示的結構。例如，即使按分光要素Ia與分光要素Ib替換的結構、或者分光要素Ic與分光要素Id替換的結構配置，本實施方式的效果也不變。此外，圖6(a)所示的第一行的配置與第二行的配置也可以替換，并且即使分光要素la、lb和分光要素lc、ld配置成不沿著行方向而沿著列方向排列，其有效性也不變。并且，只要分光要素陣列構成為使得用2R、2Cy(2G+2B)、2Ye( = 2R+2G)、2B表示的光分別入射至單位塊40中所包括的四個光感知單元2a、2b、2c、2d，則可以是任意構成。在上述的說明中，采用了利用兩個部件的折射率差來進行分光的光學元件作為分光要素，但只要能夠使所希望的顏色成分的光入射至各光感知單元，則本實施方式的分光要素可以是任意的。例如，也可以采用微棱鏡或分色鏡作為分光要素。此外，也可以組合不同種類的分光要素來使用。作為一個示例，圖8示出了部分地利用了基于分色鏡的光的透射和反射的攝像元件的結構例。圖8(a)是示出該示例的基本像素結構的俯視圖。圖8(b)、(C)分別是圖8 (a)中的沿AA’線的剖面和沿BB’線的剖面的圖。在該結構例中，代替圖6所示的分光要素la、Ib而分別配置有包括分色鏡在內的分光要素le、lf。分光要素lc、ld具有與圖6所示的分光要素lc、ld同樣的特性。另外，圖8所示的攝像元件10具有光從布線層5的相反側入射的背面照射型的結構，但這不是特別重要，也可以具有表面照射型的結構。如圖8(b)、(C)所示，攝像元件10具備:由硅等材料構成的半導體基板7 ;配置在半導體基板7內的光感知單元2a 2d;形成于半導體基板7的背面側(光入射的一側)的透明層6b ;以及配置在透明層6b的內部的分光要素le、lf和分光要素lc、ld。在半導體基板7的表面側(光入射的一側的相反側)形成有布線層5。此外，在表面側配置有對半導體基板7及布線層5等進行支承的固定基板9。 固定基板9經透明層6b而與半導體基板7接合。透明層6b由折射率高于空氣并低于分光要素lc、ld的透光性的部件形成。分光要素Ie包括將兩個對Cy光進行反射并使Cy光以外的光透過的分色鏡接合起來的要素。分光要素If包括將兩個對R光進行反射并使R光以外的光透過的分色鏡接合起來的要素。各分光要素中包括的兩個分色鏡被配置成相對于攝像面的法線而對稱地傾斜。這些分色鏡的傾斜角度被設定成其反射光在攝像元件10的外部的與空氣層之間的界面上進行全反射，并入射至與對置像素鄰接的兩個像素。當光入射至分光要素Ie時，Cy光被反射，R光透過。被反射的Cy光的一半在透明層6b與空氣之間的界面進行全反射，并入射至光感知單元2b。被反射的Cy光的剩下的一半在透明層6b與空氣之間的界面進行全反射，并入射至鄰接的單位塊中包含的光感知單元。透過分光要素Ie的R光入射至光感知單元2a。當光入射至分光要素If時，R光被反射，Cy光透過。被反射的R光的一半在透明層6b與空氣之間的界面進行全反射，并入射至光感知單元2a。被反射的R光的剩下的一半在透明層6b與空氣之間的界面進行全反射，并入射至鄰接的單位塊中包含的光感知單元。透過分光要素If的Cy光入射至光感知單元2a。與圖6所示的結構同樣地，分光要素Ic使Ye光入射至光感知單元2c，使B光入射至與光感知單元2d鄰接的單位塊中所包括的光感知單元。此外，關于分光要素ld，也與上述同樣地，使B光入射至光感知單元2d,使Ye光入射至與光感知單元2c鄰接的單位塊中所包括的光感知單元。另外，考慮了在透明層6b與半導體基板7之間的界面的折射來設計分光要素lc、ld的尺寸和形狀。根據這樣的結構，各光感知單元2a 2d接收與采用了圖6所示的結構的情況時完全同樣的光。因此，從各光感知單元2a 2d輸出的光電轉換信號也與圖6的結構中的光電轉換信號無異，能夠直接應用上述的信號運算。這樣，即使采用圖8所示的結構，也能夠得到與采用了圖6所示的結構的情況時同樣的效果。(第二實施方式)下面，參照圖9對第二實施方式進行說明。本實施方式的攝像裝置與第一實施方式的攝像裝置相比，僅攝像元件10的結構不同，其它結構要素相同。下面，以與第一實施方式的攝像裝置的不同點為中心進行說明，對重復之處省略說明。本實施方式的攝像元件10具備將光分離成原色和補色的分色鏡而不是具備利用衍射的分光要素。此外，本實施方式的各分光要素使光不入射至鄰接單位塊的光感知單元，而使光僅入射至各單位塊內的光感知單元。下面，對本實施方式的攝像元件10的基本結構進行說明。圖9是示出本實施方式的攝像元件10的基本結構的圖。本實施方式的攝像元件10是背面照射型的攝像元件。另外，即使在本實施方式中，攝像元件10的類型是背面照射型還是表面照射型并不重要，攝像元件10可以是表面照射型。圖9(a)是攝像元件10的光接收面側的俯視圖。本實施方式中的攝像元件10的光感知單元的排列與第一實施方式中的排列同樣，一個單位塊具有四個光感知單元2a 2d。分色鏡3a、3b、3c、3d與光感知單元2a、2b、2c、2d對置且分別配置成相對于攝像面傾斜。這里，分色鏡的傾斜角度被設定成其反射光在攝像元件10外的與空氣層之間的界面進行全反射，并入射至對置像素的鄰接像素。圖9(b)、(C)是分別示出圖9(a)中的沿著CC’ 線的剖面和沿著DD’線的剖面的圖。如圖所示，攝像元件10具備:由硅等材料構成的半導體基板7 ;配置在半導體基板7內的光感知單元2a 2d ;形成于半導體基板7的背面側(光入射的一側)的透明層6b ；以及配置在透明層6b的內部的分色鏡3a、3b、3c、3d。在半導體基板7的表面側(光入射的一側的相反側)形成有布線層5。此外，在表面側配置有對半導體基板7及布線層5等進行支承的固定基板9。固定基板9經透明層6b而與半導體基板7接合。如圖9(b)所示，分色鏡3a具有使R光透過并對Cy光進行反射的特性。此外，分色鏡3b具有使Cy光透過并對R光進行反射的特性。其結果是，透過分色鏡3a的R光入射至光感知單元2a。通過分色鏡3a而被反射的Cy光，在透明層6b與空氣之間的界面進行全反射，并入射至光感知單元2b。透過分色鏡3b的Cy光入射至光感知單元2b。通過分色鏡3b而被反射的R光，在透明層6a與空氣之間的界面進行全反射，并入射至光感知單元2a。如圖9(c)所示，分色鏡3c具有使Ye光透過并對B光進行反射的特性。此外，分色鏡3d具有使B光透過并對Ye光進行反射的特性。其結果是，透過分色鏡3c的Ye光入射至光感知單元2c。通過分色鏡3c而被反射的B光在透明層6b與空氣之間的界面進行全反射，并入射至光感知單元2d。透過分色鏡3d的B光入射至光感知單元2d。通過分色鏡3d而被反射的Ye光在透明層6b與空氣之間的界面進行全反射，并入射至光感知單元2c。通過采用這樣的分色鏡3a 3d，從而各光感知單元2a 2d接收與采用了第一實施方式中的結構的情況完全同樣的顏色成分的光。S卩，光感知單元2a接收透過分色鏡3a的R光和通過分色鏡3b而被反射的R光。光感知單元2b接收透過分色鏡3b的Cy光和通過分色鏡3a而被反射的Cy光。光感知單元2c接收透過分色鏡3c的Ye光和通過分色鏡3d而被反射的Ye光。光感知單元2d接收透過分色鏡3d的B光和通過分色鏡3c而被反射的B光。其結果是，與采用了第一實施方式中的結構的情況同樣地，能夠分別用算式12 15來表不從各光感知單兀2a 2d輸出的光電轉換信號S2a S2d。因此,通過與第一實施方式中的處理完全同樣的處理，從而能夠得到顏色信息。如上所述，根據本實施方式的攝像裝置，與第一實施方式的攝像裝置同樣地，通過采用了光電轉換信號S2a S2d的信號運算處理，從而能夠得到彩色圖像信號。即使利用本實施方式的攝像元件10，由于不采用用于吸收光的光學元件，因此與采用濾色器等的現有技術相比也能夠大幅度地減少光的損失。此外，由于通過采用了四個光電轉換信號的運算而得到三個顏色信號，因此與采用現有的攝像元件的情況相比，效果在于與像素數對應地所得到的顏色信息的量更多。如上所述，在本實施方式的攝像元件10中，在第I行第I列配置有將光分成青色光和青色光以外的光的分色鏡3a。在第I行第2列配置有將光分成紅光和紅光以外的光的分色鏡3b。在第2行第I列配置有將光分成藍光和藍光以外的光的分色鏡3c。在第2行第2列配置有將光分成黃光和黃光以外的光的分色鏡3d。由于在攝像面上反復地形成有這樣的分光要素的排列圖案，因此即使逐行或逐列地改變光感知單元陣列200的單位塊的選擇方法，所得到的四個光電轉換信號也始終成為用算式12 15表示的四個信號的組合。即，通過一邊逐行和逐列地錯開運算對象的像素塊，一邊進行上述的信號運算，從而能夠得到大致像素數的RGB各顏色成分的信息。因此，本實施方式的攝像裝置除了靈敏度高于現有的攝像裝置以外，還能夠生成高清晰度的彩色圖像。另外，攝像元件10的基本結構不限于圖9所示的結構。例如， 即使配置成將分色鏡3a與分色鏡3b替換、分色鏡3c與分色鏡3d替換的結構，本實施方式的效果也不變。此夕卜，圖9(a)所示的第一行的配置與第二行的配置也可以替換，并且即使分色鏡3a、3b被配置成不沿著行方向而沿著列方向排列，其有效性也不變。在本實施方式中，采用了分色鏡作為分光要素，但分光要素也可以是分離成原色光和其補色光的任意分光要素。例如，也可以米用微棱鏡或在第一實施方式中米用的利用衍射的光學元件作為分光要素。此外，也可以組合不同種類的分光要素來使用。產業上的可利用性本發明的實施方式的固體攝像元件、攝像裝置和程序對所有的采用固體攝像元件的照相機都是有效的。能夠應用于例如數碼相機、數碼攝像機等民用照相機、以及產業用的固體監視攝像頭等。符號說明la、lb、lc、ld、le、lf:分光要素；2、2a、2b、2c、2d:攝像元件的光感知單元；3a、3b、3c、3d:分光要素(分色鏡)；4a、4b:微透鏡；5:攝像元件的布線層；6a、6b:透明層；7:娃基板；9:固定基板；10:攝像元件；11:光學濾波器；12:光學透鏡；13:信號產生/接收部；14:元件驅動部；15:圖像信號生成部；16:圖像信號輸出部；17:對紅色(R)以外顏色的光進行反射的多層膜濾波器(分色鏡)；18:僅對綠色(G)進行反射的多層膜濾波器(分色鏡)；19:僅對藍色(B)進行反射的多層膜濾波器(分色鏡)；20:遮光部；21:透光性的樹脂；22:G光透過的多層膜濾波器(分色鏡)；23:R光透過的多層膜濾波器(分色鏡)；24:G光透過的有機色素濾波器；25:R光透過的有機色素濾波器；26:微透鏡；27:金屬層；30:存儲器；40:光感知單元的 單位塊；
100:分光要素陣列；200:光感知單元陣列；300:攝像部； 400:信號處理部。
權利要求
1.一種固體攝像元件，具備: 光感知單元陣列，由多個單位塊排列成二維狀而形成，該多個單位塊各自包括第一光感知單元、第二光感知單元、第三光感知單元和第四光感知單元；以及 分光要素陣列，其被配置成與所述光感知單元陣列對置，且包括多個分光要素， 在假設不存在所述分光要素陣列的情況下，以各光感知單元接收的光作為各光感知單元的單元入射光，所述單元入射光中包含的可視光由第一顏色成分、第二顏色成分和第三顏色成分構成，在以將各顏色成分去掉的顏色成分的可視光作為該顏色成分的補色光時，所述分光要素陣列，使在從所述第一光感知單元的單元入射光中去掉所述第一顏色成分的補色光后的光中，加入所述第一顏色成分的光后所形成的光入射至所述第一光感知單元， 并使在從所述第二光感知單元的單元入射光中去掉所述第一顏色成分的光后的光中，加入了所述第一顏色成分的補色光后所形成的光入射至所述第二光感知單元， 并使在從所述第三光感知單元的單元入射光中去掉所述第三顏色成分的光后的光中，加入了所述第三顏色成分的補色光后所形成的光入射至所述第三光感知單元， 并使在從所述第四光感知單元的單元入射光中去掉所述第三顏色成分的補色光后的光中，加入了所述第三顏色成分的光后所形成的光入射至所述第四光感知單元。
2.根據權利要求1所述的固體攝像元件，其中， 所述分光要素陣列，在各單位塊中包含:配置成與所述第一光感知單元對置的第一分光要素、配置成與所述第二光感知單元對置的第二分光要素、配置成與所述第三光感知單元對置的第三分光要素和配置成與所述第四光感知單元對置的第四分光要素， 所述第一分光要素，使所述第一顏色成分的補色光的至少一部分入射至所述第二光感知單元，并使所述第一顏色成分的光入射至所述第一光感知單元， 所述第二分光要素，使所述第一顏色成分的光的至少一部分入射至所述第一光感知單元，并使所述第一顏色成分的補色光入射至所述第二光感知單元， 所述第三分光要素，使所述第三顏色成分的光的至少一部分入射至所述第四光感知單元，并使所述第三顏色成分的補色光入射至所述第三光感知單元， 所述第四分光要素，使所述第三顏色成分的補色光的至少一部分入射至所述第三光感知單元，并使所述第三顏色成分的光入射至所述第四光感知單元。
3.根據權利要求2所述的固體攝像元件，其中， 所述第一分光要素使所述第一顏色成分的補色光的一半入射至所述第二光感知單元，并使所述第一顏色成分的補色光的剩余的一半入射至鄰接的第一鄰接單位塊中包含的一個光感知單元， 所述第二分光要素使所述第一顏色成分的光的一半入射至所述第一光感知單元，并使所述第一顏色成分的光的剩余的一半入射至鄰接的第二鄰接單位塊中包含的一個光感知單元， 所述第三分光要素使所述第三顏色成分的光的一半入射至所述第四光感知單元，并使所述第三顏色成分的光的剩余的一半入射至鄰接的所述第一鄰接單位塊和所述第二鄰接單位塊中的一個單位塊所包括的一個光感知單元， 所述第四分光要素使所述第三顏色成分的補色光的一半入射至所述第三光感知單元，并使所述第三顏色成分的補色光的剩余的一半入射至鄰接的所述第一鄰接單位塊和所述第二鄰接單位塊中的另一單位塊所包括的一個光感知單元。
4.根據權利要求2所述的固體攝像元件，其中， 所述第一分光要素使所述第一顏色成分的補色光幾乎全部入射至所述第二光感知單元， 所述第二分光要素使所述第一顏色成分的光幾乎全部入射至所述第一光感知單元， 所述第三分光要素使所述第三顏色成分的光幾乎全部入射至所述第四光感知單元， 所述第四分光要素使所述第三顏色成分的補色光幾乎全部入射至所述第三光感知單
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的固體攝像元件，其中， 所述第一顏色成分是紅和藍中的一種顏色成分，所述第三顏色成分是紅和藍中的另一種顏色成分。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的固體攝像元件，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別具有透光性部件，利用所述透光性部件的形狀和所述透光性部件與折射率低于所述透光性部件的其它透光性部件之間的折射率差進行分光。
7.根據權利要求1至5中的任一項所述的固體攝像裝置，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鏡，利用所述分色鏡進行分光。
8.一種攝像裝置，具備: 權利要求1至7中的任一項所述的固體攝像元件； 光學系統，用于在所述固體攝像元件形成像；以及 信號處理部，對被從所述固體攝像元件輸出的信號進行處理，其中，通過采用了從所述第一光感知單元輸出的第一光電轉換信號、從所述第二光感知單元輸出的第二光電轉換信號、從所述第三光感知單元輸出的第三光電轉換信號和從所述第四光感知單元輸出的第四光電轉換信號的運算生成顏色信息。
9.根據權利要求8所述的攝像裝置，其中， 所述信號處理部，通過所述第一光電轉換信號與所述第二光電轉換信號之間的差分運算、和所述第三光電轉換信號與所述第四光電轉換信號之間的差分運算，從而生成第一顏色信號和第二顏色信號。
10.根據權利要求8或9所述的攝像裝置，其中， 所述信號處理部，通過包括所述第一光電轉換信號與所述第二光電轉換信號的加法計算、所述第三光電轉換信號與所述第四光電轉換信號的加法計算、以及所述第一光電轉換信號至所述第四光電轉換信號的加法計算中的任一計算在內的運算從而生成亮度信號。
11.一種對從權利要求1至7中的任一項所述的固體攝像元件輸出的信號進行處理的方法，包括: 步驟A，獲取從所述第一光感知單元輸出的第一光電轉換信號、從所述第二光感知單元輸出的第二光電轉換信號、從所述第三光感知單元輸出的第三光電轉換信號和從所述第四光感知單元輸出的第四光電轉換信號；以及步驟B，采用所述第一光電轉換信號至所述第四光電轉換信號而生成顏色信息。
12.根據權利要求11所述的方法，其中， 所述步驟B包括: 生成將所述第一光電轉換信號與所述第二光電轉換信號之間的差分示出的第一差分信號的步驟；以及 生成將所述第三光電轉換信號與所述第四光電轉換信號之間的差分示出的第二差分信號的步驟。
13.根據權利要求12所述的方法，其中， 所述步驟B還包括: 通過包括所述第一光電轉換信號與所述第二光電轉換信號的加法計算、所述第三光電轉換信號與所述第四光電轉換信號的加法計算以及所述第一光電轉換信號至所述第四光電轉換信號的加法計算中的任一計算在內的運算，從而生成亮度信號的步驟；以及 采用所述亮度信號、所述第一差分信號和所述第二差分信號生成所述單元入射光中包含的紅、綠和藍的顏色信號。
全文摘要
本發明提供一種固體攝像元件(10)，具備光感知單元陣列，其包括多個光感知單元；和分光要素陣列，其包括多個分光要素。光感知單元陣列由多個單位塊(40)構成，各單位塊(40)具有四個光感知單元(2a、2b、2c、2d)。分光要素陣列(100)使在從入射光(W)中去掉第一顏色成分的補色光(C1^)后的光中加入第一顏色成分的光(C1)所形成的光入射至第一光感知單元(2a)，并使在從入射光(W)中去掉第一顏色成分的光(C1)后的光中加入第一顏色成分的補色光(C1^)所形成的光入射至第二光感知單元(2b)，并使在從入射光(W)中去掉第三顏色成分的光(C3)后的光中加入第三顏色成分的補色光(C3^)所形成的光入射至第三光感知單元(2c)，并使在從入射光(W)中去掉第三顏色成分的補色光(C3^)后的光中加入第三顏色成分的光(C3)所形成的光入射至第四光感知單元(2d)。
文檔編號H04N5/369GK103222267SQ20128000371
公開日2013年7月24日 申請日期2012年9月13日 優先權日2011年10月31日
發明者平本政夫, 中村達也, 藤井俊哉 申請人:松下電器產業株式會社