专利名称：固体摄像元件和摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像元件的彩色化技术。
背景技术：
近年来，对于使用(XD、CMOS等固体摄像元件(以下，有时称为“摄像元件”)的数码相机或数字摄像机的高功能化、高性能化，令人瞠目结舌。伴随着半导体制造技术的急速发展，固体摄像元件中的像素结构的微细化进一步得到提高。其结果，可实现固体摄像元件的像素及驱动电路的高集成化。因此，经历短短几年，摄像元件的像素数从100万像素左右显著增加至1000万像素以上。而另一方面，随着摄像元件的多像素化，由于1个像素接受的光的量(光量)下降，因此引起了照相机灵敏度下降这一问题。另外，在通常的彩色照相机中，由于在摄像元件的各光感知部上配置以颜料作为色素的减色型彩色滤光器，因此光利用率相当低。例如，在以1个红色(R)要素、2个绿色(G)要素、1个蓝色(B)要素作为基本结构的拜尔(Bayer)型的彩色滤光器中，R滤光器使R光的透过，吸收G光、B光。G滤光器使G光透过，吸收R光、B光。B滤光器使B光透过，吸收R光、G光。即，透过各彩色滤光器的光是RGB3色之中的1种颜色，其他的2种颜色被彩色滤光器吸收，因此所利用的光是入射至彩色滤光器的可见光的约1/3。另一方面，从摄像元件读出信号的信号读出方式中，存在按每1行读出像素信号的逐行(non-interlace)方式(也称为顺序方式)、按隔1行跳越扫描读出像素信号的隔行(interlace)方式。在逐行方式中，一般采用拜尔型的彩色滤光器排列。在隔行方式中，在对垂直方向上相邻的2个像素的信号进行混合的场蓄积模式中，存在多个灵敏度比拜尔型更优异的彩色化方式。例如，专利文献1公开了采用白色(W)、绿色、蓝绿色(Cy)、黄色(Ye)的彩色滤光器来改善灵敏度及分辨率的技术。此外，专利文献2公开了采用白色、蓝绿色、黄色、及其他颜色的彩色滤光器来减少垂直方向的伪色信号的技术。此外，专利文献3公开了使用红色、绿色、蓝绿色、黄色的彩色滤光器来提高颜色再现性的技术。再有，专利文献4公开了使用品红(Mg)、绿色、蓝绿色、黄色的彩色滤光器获得灵敏度及颜色再现性良好的特性的技术。专利文献4公开的技术目前在场蓄积模式中是主流技术。以下，参照图10说明专利文献4中公开的彩色化方式。图10是表示专利文献4公开的摄像元件中的彩色滤光器的基本色配置的图。与将排列成4行2列的8个光感知单元(像素)作为单位块的光感知单元阵列相对置地配置彩色滤光器阵列。彩色滤光器由品红(Mg)、绿色(G)、蓝绿色(Cy)、黄色(Ye)这4种彩色滤光器构成。对于像素信号的读出，例如基于电视的NTSC方式，2行2行地读出像素信号。在第1场和第2场中读出的像素信号的组合相差1行。2行的像素信号仅在垂直方向上被相加，作为各场中的1行的像素信号来进行处理。在此，将透过品红、绿色、蓝绿色、黄色的各彩色滤光器的光的光电变换信号量分别表示为Ms、Gs、Cs、Ys，此外，将它们包含的红色成分、蓝色成分分别表示为Rs、Bs。根据Ms = Rs+Bs、Cs = Gs+Bs,Ys = Rs+Gs，第1场的η行的信号是由以下的式1、2表示的信号Sn,i> Snj2 的反复。(式 1) ^lil = Ms+Cs = Rs+Gs+2Bs(式 2)、2 = Gs+Ys = Rs+2Gs此外，第1场的n+1行的信号是由以下的式3、4表示的信号SgyS1^2的反复。(式= Ms+Ys = 2Rs+Gs+Bs(式 4) Sn+1,2 = Gs+Cs = 2Gs+Bs对于这些信号读出方法，在第2场中也是完全相同的。S卩，第2场中的η'行的信号及(n+1)'行的信号也分别由式1、2的反复及式3、4的反复来表示。η行、n+1行都是通过对在水平方向上相邻的2像素所对应的信号进行相加来生成亮度信号YL。此外，根据η行中的信号Sml与Sn,2之间的差分来生成色差信号ΒΥ，根据n+1行中的信号311+1,1与511+1,2之间的差分来生成色差信号RY。其结果，YL、BY、RY由以下的式5 7表不。(式5)YL = Sn,!+Snj2 = Sn+1,!+Sntlj2 = 2Rs+3Gs+2Bs(式 6) BY = Sna-Snj2 = 2Bs-Gs(式7) RY = Sn+ia+Sn+lj2 = 2Rs-Gs通过以上的信号运算处理，根据专利文献4中公开的彩色化方式，能够良好地再现颜色。此外，由于在专利文献4的摄像元件中使用作为补色的品红、蓝绿色、黄色的彩色滤光器，因此对于灵敏度而言也好于采用拜尔方式的情况。现有技术文献专利文献专利文献1JP特公昭63-51437号公报专利文献2JP特开昭61-93787号公报专利文献3JP特开平8-9395号公报专利文献4JP特公平6-28450号公报
发明内容
(发明要解决的课题)在专利文献1 4所公开的彩色化方式中，由于使用补色的彩色滤光器，因此与采用原色的彩色滤光器的方式相比能够提高光利用率。但是，在专利文献1 4的方式中，由于所采用的彩色滤光器是减色型，因此一部分光被吸收，存在发生光损耗的问题。本发明的目的在于提供一种在进行隔行扫描并按照场蓄积模式来读出像素信号的方式中能够大幅减少光损耗的彩色化技术。(用于解决课题的方案)本发明的固体摄像元件具备光感知单元阵列，以矩阵状排列多个单位块，该多个单位块的每一个包括被排列成4行2列的8个光感知单元；和分光要素阵列，与所述光感知单元阵列相对置地配置该分光要素阵列，包括与第1行第2列的光感知单元相对置地配置的第1分光要素、与第2行第1列的光感知单元相对置地配置的第2分光要素、与第3行第1列的光感知单元相对置地配置的第3分光要素、以及与第4行第1列的光感知单元相对置地配置的第4分光要素。所述第1分光要素使第1颜色成分的光入射至第1行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分以外的光入射至第1行第2列的光感知单元。所述第2分光要素使所述第2颜色成分的光入射至第2行第2列的光感知单元，使第2颜色成分以外的光入射至第2行第1列的光感知单元。所述第3分光要素使所述第1颜色成分的光入射至第3行第2列的光感知单元，使所述第1颜色成分以外的光入射至第3行第1列的光感知单元。所述第4分光要素使所述第2颜色成分的光入射至第4行第2列的光感知单元，使所述第2颜色成分以外的光入射至第4行第1列的光感知单元。也可以在各单位块中，所述第1分光要素使所述第1颜色成分的光的一半入射至第1行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分的光的剩余的一半入射至第1相邻单位块所包含的第1行第1列的光感知单元，所述第2分光要素使所述第2颜色成分的光的一半入射至第2行第2列的光感知单元，使所述第2颜色成分的光的剩余的一半入射至第2相邻单位块所包含的第2行第2列的光感知单元，所述第3分光要素使所述第1颜色成分的光的一半入射至第3行第2列的光感知单元，使所述第1颜色成分的光的剩余的一半入射至所述第2相邻单位块所包含的第3行第2列的光感知单元，所述第4分光要素使所述第2颜色成分的光的一半入射至第4行第2列的光感知单元，使所述第2颜色成分的光的剩余的一半入射至所述第2相邻单位块所包含的第4行第2列的光感知单元。也可以在各单位块中以如下方式构成各构成要素第1行第1列的光感知单元及第3行第2列的光感知单元接收未经由任何分光要素而入射的所述第1颜色成分的光、所述第2颜色成分的光、第3颜色成分的光、以及从与相邻的光感知单元相对置的分光要素入射的所述第1颜色成分的光，第1行第2列的光感知单元及第4行第2列的光感知单元接收未经由任何分光要素而入射的所述第1颜色成分的光、所述第2颜色成分的光、第3颜色成分的光、以及从与相邻的光感知单元相对置的分光要素入射的所述第2颜色成分的光，第1行第2列的光感知单元及第3行第1列的光感知单元接收从相对置的分光要素入射的所述第1颜色成分以外的光，第2行第1列的光感知单元及第4行第1列的光感知单元接收从相对置的分光要素入射的所述第2颜色成分以外的光。本发明的其他的固体摄像元件具备光感知单元阵列，以矩阵状排列多个单位块，多个单位块的每一个包括排列成4行2列的8个光感知单元；和分光要素阵列，与所述光感知单元阵列相对置地配置该分光要素阵列，包括与第1行第2列的光感知单元相对置地配置的第1分光要素、与第2行第1列的光感知单元相对置地配置的第2分光要素、与第3行第2列的光感知单元相对置地配置的第3分光要素、以及与第4行第2列的光感知单元相对置地配置的第4分光要素。所述第1分光要素使第1颜色成分的光入射至第1行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分以外的光入射至第1行第2列的光感知单元。所述第2分光要素使所述第2颜色成分的光入射至第2行第2列的光感知单元，使第2颜色成分以外的光入射至第2行第1列的光感知单元。所述第3分光要素使所述第1颜色成分的光入射至第3行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分以外的光入射至第3行第2列的光感知单元。所述第4分光要素使所述第2颜色成分的光入射至第4行第1列的光感知单元，使所述第2颜色成分以外的光入射至第4行第2列的光感知单元。也可以在各单位块中，所述第1分光要素使所述第1颜色成分的光的一半入射至第1行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分的光的剩余的一半入射至第1相邻单位块所包含的第1行第1列的光感知单元，所述第2分光要素使所述第2颜色成分的光的一半入射至第2行第2列的光感知单元，使所述第2颜色成分的光的剩余的一半入射至第2相邻单位块所包含的第2行第2列的光感知单元，所述第3分光要素使所述第1颜色成分的光的一半入射至第3行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分的光的剩余的一半入射至所述第2相邻单位块所包含的第3行第1列的光感知单元，所述第4分光要素使所述第2颜色成分的光的一半入射至第4行第1列的光感知单元，使所述第2颜色成分的光的剩余的一半入射至所述第2相邻单位块所包含的第4行第1列的光感知单元。也可以在各单位块中，第1行第1列的光感知单元及第3行第1列的光感知单元接收未经由任何分光要素而入射的所述第1颜色成分的光、所述第2颜色成分的光、第3颜色成分的光、以及从与相邻的光感知单元相对置的分光要素入射的所述第1颜色成分的光，第1行第2列的光感知单元及第4行第1列的光感知单元接收未经由任何分光要素而入射的所述第1颜色成分的光、所述第2颜色成分的光、第3颜色成分的光、以及从与相邻的光感知单元相对置的分光要素入射的所述第2颜色成分的光，第1行第2列的光感知单元及第3行第2列的光感知单元接收从相对置的分光要素入射的所述第1颜色成分以外的光，第2行第1列的光感知单元及第4行第2列的光感知单元接收从相对置的分光要素入射的所述第2颜色成分以外的光。在某一优选的实施方式中，所述第1颜色成分是红色及蓝色中的一个颜色成分，所述第2颜色成分是红色及蓝色中的另一个颜色成分。本发明的摄像装置具备本发明中的固体摄像元件、在所述固体摄像元件的摄像面上形成像的光学系统、和对从所述固体摄像元件输出的信号进行处理来生成颜色信息的信号处理部。(发明效果)根据本发明的固体摄像元件，使用根据波段来分离光的分光要素生成颜色信息，而不是使用减色型的彩色滤光器来生成颜色信息。因此，与现有技术相比，具有能够降低光损耗、且在场蓄积模式中能够生成良好的亮度信号及色信号的效果。
图1是本发明的第1实施方式中的摄像装置的整体结构图。图2是表示本发明的第1实施方式中的透镜和摄像元件的图。图3是示意地表示本发明的第1实施方式中的摄像元件的像素排列的图。图4(a)是表示本发明的第1实施方式中的摄像元件的基本结构的俯视图，(b)是(a)中的AA'线剖视图，(c)是(a)中的BB'线剖视图，(d)是(a)中的CC'线剖视图。图5是表示本发明的第1实施方式的入射到各像素的光的颜色成分的图。图6是将本发明的第1实施方式的入射到各像素的光的颜色成分一般化之后图。图7(a)是表示本发明的第2实施方式中的摄像元件的基本结构的俯视图，(b)是(a)中的DD'线剖视图。图8是表示本发明的第2实施方式的入射到各像素的光的颜色成分的图。图9(a)是表示本发明的第3实施方式中的摄像元件的基本结构的俯视图，(b)是(a)中的EE'线剖视图，(c)是(a)中的FF'线剖视图。
图10是在基于专利文献4的场蓄积模式的彩色化中使用的基本颜色配置图。
具体实施例方式以下，参照图1 9，说明本发明的实施方式。在以下的说明中，对于共同的要素赋予同一符号。再者，在以下的说明中，有时将在空间上进行分离波段或者颜色成分不同的光的情况称为“分光”。(实施方式1)首先，参照图1 6，说明本发明的第1实施方式的摄像装置。图1是表示本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100、基于从摄像部100送出的信号来生成表示图像的信号(图像信号)的信号处理部200。摄像部100具备用于对被摄体进行成像的光学透镜12、光学滤波器11、以及通过光电变换将通过光学透镜12及光学滤波器11而成像的光信息变换为电信号的固体摄像元件10。摄像部100还具备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的输出信号后将其发送给信号处理部200的信号发生/接收部13、和基于由信号发生/接收部13所产生的基本信号来驱动摄像元件10的元件驱动部14。光学透镜12是公知的透镜，可以是具有多个透镜的透镜单元。光学滤波器11是使水晶低通滤波器和用于除去红外线的红外线截止滤波器合体之后的结果，该水晶低通滤波器用于降低因像素排列而产生的莫尔图(Moire pattern) 0摄像元件10典型的是C⑶或者CMOS传感器，通过公知的半导体制造技术进行制造。信号发生/接收部13及元件驱动部14例如由CXD驱动器等LSI构成。信号处理部200具备处理从摄像部100送出的信号来生成图像信号的图像信号生成部15、保存在图像信号的生成过程中发生的各种数据的存储器17、和将所生成的图像信号送出至外部的图像信号输出部16。图像信号生成部15通过公知的数字信号处理器(DSP)等硬件、和执行包含图像信号生成处理在内的图像处理的软件的组合能恰当地实现。存储器17由DRAM等构成。存储器17记录从摄像部100送出的信号，并且暂时记录由图像信号生成部15生成的图像数据、被压缩的图像数据。这些图像数据经由图像信号输出部16被送出至未图示的记录介质或显示部等。再者，本实施方式的摄像装置具备电子快门、取景器、电源(电池)、闪光灯等公知的结构要素，由于它们的说明对于本发明的理解不是特别必要，因此省略说明。此外，以上的结构仅仅是一例，在本发明中，对于除了摄像元件10以外的结构要素，能够适当地组合采用公知的要素。以下，说明本实施方式中的摄像元件10。图2是示意地表示在曝光过程中透过了透镜12的光入射至摄像元件10的样子的图。为了简单起见，图2中省略了透镜12及摄像元件10以外的构成要素的记载。此外，尽管透镜12—般可由在光轴方向上排列的多个透镜构成，但是为了简单起见，描绘为单一的透镜。在摄像元件10的摄像面IOa上，配置了包含排列成2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，通过光电变换输出与入射光量相应的光电变换信号(像素信号)。向摄像面IOa入射透过了透镜12及光学滤波器11之后的光(可见光)。一般，根据入射位置不同，入射至摄像面IOa的光的强度及每个波段的入射光量的分布(分光分布)有所不同。图3是表示本实施方式中的像素排列的俯视图。光感知单元阵列50具有在摄像面IOa上排列成四方晶格状的多个光感知单元。光感知单元阵列50由多个单位块40构成，各单位块40包括排列成4行2列的8个光感知单元5aJb、5c、5d、5e、5f、5g、^i。再者，光感知单元的排列并不限于这种四方晶格状的排列，也可以是斜交型的排列，还可以是其他的排列。在以下的说明中，假设在表示方向时使用图3所示的XY坐标。此外，在本说明书中，有时将X方向称为“水平方向”，将Y方向称为“垂直方向”。与光感知单元阵列50相对置地在入射光的一侧配置包含多个分光要素的分光要素阵列。以下，说明本实施方式中的分光要素。本实施方式中的分光要素是利用在折射率不同的2种透光性部件的边界所产生的光的衍射并根据波段使入射光朝向不同的方向的光学元件。这种类型的分光要素具有高折射率透明部件(芯部)，由折射率相对较高的材料形成；和低折射率透明部件(包层部)，由折射率相对较低的材料形成，且与芯部的各个侧面接触。因芯部与包层部之间的折射率差，在透过了两者的光之间产生相位差，因此，会引起衍射。由于该相位差因光的波长的不同而不同，因此能够根据波段(颜色成分)在空间上分离光。例如，能够使第1颜色成分的光的一半朝向第1方向及第2方向，使第1颜色成分以外的光朝向第3方向。此外，也能够使各个不同波段(颜色成分)的光朝向3个方向。由于能够根据芯部与包层部之间的折射率差进行分光，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”。这种衍射型的分光要素的详细内容例如在专利第似64465号公报中公开。通过公知的半导体制造技术，执行薄膜的堆积以及图案化，能够制造具有以上这种分光要素的分光要素阵列。通过适当设计分光要素的材质(折射率)、形状、尺寸、排列图案等，能够使期望波段的光分离/合并之后入射至各个光感知单元。其结果，根据各光感知单元输出的光电变换信号的组，能够计算与所需的颜色成分对应的信号。接下来，参照图4说明本实施方式中的摄像元件10的基本结构及各分光要素的作用。图4(a)是示意地表示摄像元件10的基本结构的俯视图。在各单位块中，分别与4个光感知单元(像素)513、5(3、56、58的每一个相对置地配置分光要素lb、lc、le、lg。没有配置与像素fe、5d、5fjh相对置的分光要素。在摄像面IOa上反复形成具有这种基本结构的多个图案。与第1行第2列及第3行第1列的像素^je分别相对置的分光要素lb、le，使与蓝绿色(绿色及蓝色)的颜色成分对应的波段的光(Cy光)入射至对置像素，使与红色的颜色成分对应的波段的光(R光)入射至对置像素的水平方向上的相邻像素。与第2行第1列及第4行第1列的像素5c、5g分别相对置的分光要素lc、lg，使与黄色(红色及绿色)的颜色成分对应的波段的光( 光)入射至对置像素，使与蓝色的颜色成分对应的波段的光(B光)入射至对置像素的水平方向上的相邻像素。由于在第1行第1列、第2行第2列、第3行第2列、第4行第2列的像素5a、5d、5fjh没有配置相对置的分光要素，因此这些像素接收未经由任何分光要素而直接入射的可见光(W光)。图4(a)中记载了表示入射至各像素的光的颜色成分的记号。再者，图中的括弧内的记号表示从与相邻像素相对置的分光要素入射的光的颜色成分。图4(b)、(c)、(d)分别是示意地表示图4(a)中的AA'线剖面、BB'线剖面、CC'线剖面的图。再者，由于图4(a)中的第4行的结构与第2行的结构相同，因此对于第4行省略剖面的图示。图4(b)表示像素排列的第1行的剖面结构。在光感知单元fe、5b上形成由折射率比各分光要素都低的透光性部件构成的透明层2。在透明层2中的光入射的一侧的表面，形成凸透镜状的结构。由此，能够提高对各光感知单元的聚光性。对于第2行 第4行，以完全同样的方式形成透明层2及凸透镜状的结构。再者，在本发明中，透明层2的光入射的一侧的表面也可以不形成凸透镜状。与第1行第2列的光感知单元恥相对置地配置将光分离成R光和Cy光的分光要素lb。第1行第1列的光感知单元fe接收可见光W( = R+G+B)，并且也接收从第1行第2列的分光要素Ib入射的R光。第1行第2列的分光要素Ib由透明的高折射率部件形成，具有在光的行进方向上较长的板状的形状，光射出侧的前端的一侧形成缺口。因与该形状及周边的透明层2之间的折射率差，分光要素Ib使R光入射至第1行第1列的光感知单元5a,使Cy光入射至相对置的第1行第2列的光感知单元恥。图4(c)表示像素排列的第2行的剖面结构。第2行第1列的分光要素Ic也由透明的高折射率部件形成，具有在光的行进方向上较长的板状的形状，光射出侧的前端的一侧形成缺口。由于与该形状及周边的透明层2之间的折射率差，分光要素Ic使如光入射至第2行第1列的光感知单元5c，使B光入射至第2行第2列的光感知单元5d。此外，第2行第2列的光感知单元5d接收直接入射的可见光W，并且还接收从第2行第1列的分光要素Ic入射的B光。再者，像素排列的第4行的剖面结构也与第2行相同，光对各像素的入射方式也相同。图4(d)表示像素排列的第3行的剖面结构。第3行第1列的分光要素Ie具有与第1行第2列的分光要素Ib同样的形状，但其朝向与第1行的分光要素Ib的朝向相反。因此，第3行第1列的光感知单元k接收Cy光，第3行第2列的光感知单元5f接收直接入射的W光及从光感知单元k入射的R光。图5是表示各光感知单元接收的光的颜色成分的图。通过以上的结构，第1行第1列及第3行第2列的像素接收W光及R光。第1行第2列及第3行第1列的像素接收Cy光(G光及B光)。第2行第1列及第4行第1列的像素接收如光(R光及G光)。在场蓄积模式中，亮度信号及色差信号表示如下。对于第1场，图5中的第1行及第2行成为η行，第3行及第4行成为(η+1)行。由于对在垂直方向上相邻的2像素的像素信号进行相加，因此第1场的η行的信号成为按照以下的式8、9表示的信号^^、Sn,2的反复。(式 8) ^^ = ffs+Rs+Ys = 3Rs+2Gs+Bs(式 9) Sn,2 = Cs+ffs+Bs = Rs+2Gs+3Bs此外，第1场的(η+1)行的信号成为按照以下的式10、11表示的信号S1^1, Sn+1,2的反复。(式 10) Sn+ia = Cs+Ys = Rs+2Gs+Bs(式 11) Sn+1,2 = 2ffs+Rs+Bs = 3Rs+2Gs+3Bs
在各行中，通过相邻的2列的信号相加来生成亮度信号YL。因此，亮度信号YL在η行、(η+1)行都用以下的式12表示。(式12) YL = Sn, !+Snj2 = SlriJS1^1 = 4Rs+4Gs+4Bs此外，以如下方式生成色差信号。首先，在各行中相邻的2列信号之间进行相减。其结果，对于η行，得到按照以下的式13表示的信号C (η)，对于(η+1)行，得到按照以下的式14表示的信号C (η+1)。(式 13) C (η) = Sna-Snj2 = 2Rs_2Bs(式 14) C (n+1) = Sn+lj2-Sn+ia = 2Rs+2Bs接下来，通过C (η)+C (n+1)的运算得到4Rs，通过C (η+1)-C (η)的运算得到4Bs。通过所得到的4Rs、4Bs与亮度信号1之间的差分运算，生成以下的式15、16示出的色差信号(R-Y)、(B-Y)。其中，在式15、16中，α、β是用于获取白平衡的系数。α、β的值被设定成在拍摄白色被摄体时色差信号(R-Y)、(B-Y)为0。(式 15) R-Y = 4Rs- α YL(式 16) B-Y = 4Bs- β YL在第2场中，将像素排列的第2行及第3行设为η'行，将第4行及第5行设为(n+1)‘行，对垂直方向上相邻的2像素的像素信号进行相加。其结果，η'行的信号成为(Ys+Cs), (2ffs+Rs+Bs)的反复。此外，(n+1)'行的信号成为(Ys+ffs+Rs), (ffs+Bs+Cs)的反复。即，第2场中的读出信号相对于第1场中的读出信号偏离了 1行，作为整体被读出的信号是相同的。因此，亮度信号、色差信号都是通过与第1场完全相同的信号处理来生成的。如上述，根据本实施方式的摄像装置，在场蓄积模式的隔行扫描中，第1场、第2场都能够通过同一信号处理生成表示同一颜色信息的亮度信号、色差信号。本实施方式的摄像装置中的图像信号生成部15通过进行上述的信号运算来生成颜色信息。所生成的颜色信息由图像信号输出部16输出至未图示的记录介质或显示装置寸。如上述，本实施方式的摄像装置与以4行2列作为单位块的光感知单元阵列相对置地配置分光要素阵列。在第1行第1列、第2行第2列、第3行第2列、第4行第2列的像素中不配置分光要素，这些像素接收通过透明层2而直接入射的光。另一方面，与第1行第2列及第3行第1列的像素相对置地，配置使入射光所包含的R光入射至对置像素的相邻像素、使Cy光(G光及B光)入射至对置像素的分光要素。此外，在第2行第1列及第4行第1列的像素中配置使入射光所包含的B光入射至对置像素的相邻像素、使如光(R光及G光)入射至对置像素的分光要素。通过这些分光要素，可实现如下效果在场蓄积模式的隔行扫描中实现彩色化，并且能够大幅降低光损耗。再者，理想的是各分光要素使入射光所包含的R光或者B光的大致全部入射至对置像素的相邻像素，使此外的光的大致全部入射至对置像素，即便存在少许的光损耗也没有问题。根据光损耗的程度来修正信号，从而能够获得良好的颜色信息。再有，也可以由其他的设备来执行本实施方式中的图像信号生成部15进行信号运算处理，而不是由摄像装置自身来进行。例如，也可以通过使接受了从摄像元件10输出的光电变换信号的输入的外部设备执行规定本实施方式中的信号运算处理的程序，从而生成颜色信息。
在本实施方式中，使用了将入射光分为R光和Cy光的分光要素、及将入射光分为B光和知光的分光要素，但也可以使用其他的分光要素。如果使其一般化的话，假设入射光W是3个颜色成分的光C1、C2、C3的集合，则只要使用将入射光分为Cl光及其补色光Cl (=W-Cl = C2+C3)的分光要素、以及分为C2光及其补色C2 (=W-C2 = C1+C3)的分光要素即可。图6中表示这样一般化时的各像素接收的光的颜色成分。在这样一般化的情况下，亮度信号1及色差信号(R-Y)、(B-Y)的生成按照以下的步骤进行。首先，第1场、第2场的η行信号都成为由以下的式17、18表示的信号的反复。在此，将表示Cl光、Cl 光、C2光、C2 光、C3光的信号分别表示为Cls、Cl S、C2s、C2 s、C3 s ο(式 17) Sna = ffs+Cls+C2 s = 3Cls+C2s+2C3s(式 18) Snj2 = Cl s+Ws+C2s = Cls+3C2s+2C3s此外，第1场、第2场的(n+1)行的信号都成为由以下的式19、20表示的信号Sn+1,1、Sn+1,2的反复。(式⑴仏糾“ =Cl s+C2 s = Cls+C2s+2C3s(式 20) Sn+1,2 = 2ffs+Cls+C2s = 3Cls+3C2s+2C3s因此，亮度信号1在η行、(n+1)行中都由以下的式21表示。(式 21) YL = Snj !+Snj2 = SlrtJS1^1 = 4Cls+4C2s+4C3s = 4ffs此外，对于色差信号，首先在各行中在2列信号之间进行相减。其结果，对于η行将会得到由以下的式22表示的信号C(η)，对于(n+1)行将会得到由以下的式23表示的信号 C (n+1)。(式 22)C(n) = S1^1Im2 = 2Cls_2C2s(式 23) C(n+1) = Sn+lj2-Sn+ia = 2Cls+2C2s接下来，通过C (η)+C (n+1)的运算得到4Cls，通过C (n+1)-C (η)的运算得到4Ck。根据得到的4Cls、4Ck与亮度信号1之差，生成以下的式M、25中示出的色差信号(R-Y)、(B-Y)。其中，在式M、25中，α、β是用于获取白平衡的系数。α、β的值被设定成在拍摄白色被摄体时色差信号(R-Y)、(B-Y)为0。(式 24)R_Y = 4Cls_a YL(式 25)B_Y = 4C2s-3YL这样，在使颜色成分一般化的情况下，也能够通过上述的信号运算来生成颜色信肩、ο再者，在本实施方式中，作为分光要素采用了利用因部件间的折射率差引起的衍射来进行分光的部件，但是分光要素并不限于这种衍射型的部件。例如，使用微棱镜、分色镜等分光要素，也能够获得同样的效果。(实施方式2)接下来，参照图7、8说明本发明的第2实施方式。与第1实施方式的摄像装置相比，本实施方式的摄像装置的不同点在于，配置了与摄像元件的像素排列中的第3行及第4行的像素对应的分光要素。在以下的说明中，主要说明与第1实施方式的不同点，对于重复的部分省略其说明。
图7(a)是示意地表示本实施方式中的摄像元件10的基本结构的俯视图。在各单位块中，与4个光感知单元恥、5(、5￡、证分别相对置地配置了分光要素113、1(3、1￡、111。在光感知单元如、5(1、^5、58上没有配置分光要素。在摄像面IOa上反复形成具有这种基本结构的多个图案。这样，在本实施方式中，第1行及第2行的结构与实施方式1中的结构相同，但是对于第3行及第4行而言，与实施方式1的结构不同之处在于配置了分光要素。在本实施方式中，第3行与第1行是相同的结构。另一方面，尽管第4行与第2行是同样的结构，但分光要素的水平方向的朝向相反。因此，对于第1行至第3行，省略剖面结构的图示。图7(b)是图7(a)中的DD'线剖视图，表示像素排列的第4行的剖面结构。如图所示，与像素证相对置地配置分光要素lh，该分光要素Ih使入射光(W光)所包含的B光入射至第4行第1列的光感知单元5g，且使如光(R光及G光)入射至第4行第2列的光感知单元证。因此，第4行第2列的光感知单元证接收如光，第4行第1列的光感知单元5g接收W光及B光。图8是表示本实施方式中各光感知单元接收的光的颜色成分的图。通过以上的结构，第1行第1列及第3行第1列的像素接收W光及R光。第2行第2列及第4行第1列的像素接收W光及B光。第1行第2列及第3行第2列的像素接收Cy光(G光及B光)。第2行第1列及4行第2列的像素接收如光(R光及G光)。与实施方式1中的各像素接收的光的颜色成分相比，本实施方式中的各像素接收的光的颜色成分除了第3行第1列和第3行第2列相反、第4行第1列和第4行第2列相反以外，其他相同。由此，本实施方式中的亮度信号YL与实施方式1中的亮度信号相同，能够由式12表示。此外，在第1场、第2场中，η行相邻的2列信号的差分C(n)都由式13表示，(n+1)行相邻的2列信号的差分C(n+1)成为在式14中使符号颠倒之后的信号。因此，通过进行与实施方式1中的信号运算处理相同的处理，能够生成颜色信息。据此，在本实施方式的摄像装置中，也能够获得在场蓄积模式的隔行扫描中实现彩色化、且大幅降低光的损耗的效果。再者，在本实施方式中，并不限于将入射光分为R光和Cy光的分光要素、及将入射光分为B光和知光的分光要素，也可以使用其他分光要素。如果使其一般化，则只要使用将入射光W分为Cl光及其补色光Cl (=W-Cl = C2+C3)的分光要素、以及分为C2光及其补色C2 (=W-C2 = C1+C3)的分光要素即可。此外，分光要素并不限于利用因部件间的折射率差引起的衍射来进行分光的部件，例如使用微棱镜、分色镜等分光要素，也能够获得同样的效果。(实施方式3)接下来，参照图9说明本发明的第3实施方式。与实施方式1的摄像装置相比，本实施方式的摄像装置虽然各像素接收的光的颜色成分相同，但是分光要素的结构及分光的方式不同。因此，在以下的说明中，主要说明与第1实施方式的不同点，对于重复的部分省略其说明。图9(a)是示意地表示本实施方式中的摄像元件的基本结构的俯视图。在各单位块中，与4个光感知单元5b、5c、5e、5g分别相对置地配置分光要素lb、lc、le、lg。在光感知单元fe、5d、5fjh上不配置分光要素。在摄像面IOa上反复形成具有这种基本结构的多个图案。在本实施方式中，各光感知单元接收的光的颜色成分与实施方式1中的各光感知单元接收的光的颜色成分相同。本实施方式中的分光要素与实施方式1中的分光要素的不同点在于，其分光要素被设计成使特定颜色成分的光等量地入射至对置像素的水平方向上的2个相邻像素。图9(b)是图9(a)的EE'线剖视图，表示像素排列的第1行的剖面结构。与像素恥相对置地配置的分光要素北由透明的高折射率部件形成，具有在光的行进方向上较长的板状的形状。分光要素北利用与周边的透明层2之间的折射率差引起的衍射，使Cy光入射至对置像素恥，使R光的一半一半地入射至对置像素的左右相邻的像素。其结果，第1行第1列的像素fe接收未经由任何分光要素而入射的可见光W、从分光要素: 入射的R光(R/幻、从相邻单位块所包含的分光要素入射的R光(R/幻。在此，记号R/2表示是入射至分光要素北的光W所包含的R光的一半的量。第1行第2列的像素恥接收从相对置的分光要素北入射的Cy光(G光及B光)。再者，尽管分光要素的配置相差1列，但像素排列的第3行也具有与第1行相同的结构，入射至各像素的光的颜色成分也与第1行相同。图9(c)是图9(a)中的FF'线剖视图，表示像素排列的第2行的剖面结构。与像素5c相对置地配置的分光要素3c也由透明的高折射率部件形成，具有在光的行进方向上较长的板状的形状。分光要素3c利用因与周边的透明层2之间的折射率差引起的衍射，使如光入射至对置像素5c，使B光的一半一半地入射至对置像素的左右相邻的像素。其结果，第2行第1列的像素5c接收从相对置的分光要素3c入射的如光(R光及G光)。第2行第2列的像素5d接收未经由任何分光要素而入射的可见光W、从分光要素3c入射的B光(B/2)、从相邻单位块所包含的分光要素入射的B光(B/2)。再者，像素排列的第4行也具有与第2行相同的结构，入射至各像素的光的颜色成分也相同。本实施方式中的各像素接收的光的颜色成分与实施方式1中各像素接收的光的颜色成分完全相同。因此，通过实施方式1中的信号运算处理，能够实现与场蓄积模式的隔行扫描对应的彩色化。再有，由于使用分光要素，而不是使用原色型的彩色滤光器，因此具有可降低光损耗的效果。此外，由于本实施方式中的各分光要素使特定颜色成分的光分离入射至与对置像素相邻的2像素，因此具有与水平方向相关的光学低通滤波器的效果好于实施方式1的特征。再者，在本实施方式中，并不限于将入射光分为R光和Cy光的分光要素、以及将入射光分为B光和知光的分光要素，也可以使用其他的分光要素。如果使其一般化，则只要使用将入射光W分为Cl光及其补色光Cl (=W-Cl = C2+C3)的分光要素、以及分为C2光及其补色C2 (=W-C2 = C1+C3)的分光要素即可。此时，各分光要素只要构成为使Cl光或者C2光的一半一半地入射至各分光要素的两侧的像素即可。此外，分光要素并不限于利用因部件间的折射率差引起的衍射来进行分光的部件，例如也可以利用微棱镜、分色镜等分光要素。本实施方式中的各分光要素使1种颜色成分的光等量地入射至对置像素的左右相邻的像素，但也可以按照不同的比例使光入射至对置像素的左右相邻的像素。例如，分光要素可以构成为使入射光所包含的特定颜色成分的光的7成入射至对置像素的一个相邻像素，使特定颜色成分的光的3成入射至另一相邻像素。在这种情况下，由于没有配置分光要素的像素接收的第1颜色成分的光量没有变化，因此也能够获得与上述同样的效果。此外，也可以组合使用本实施方式中的分光要素和实施方式1中的分光要素。例如可以构成为在第1行及第3行配置本实施方式中的分光要素，在第2行及第4行配置实施方式1中的分光要素。本实施方式中的分光要素的配置与实施方式1中的分光要素的配置相同，但也可以是与实施方式2中的分光要素相同的配置。即，在图9中，也可以使第3行及第4行的配置分光要素的位置错开1列。即使在该情况下，本实施方式的效果也不会变化。(产业上的可利用性)本发明的固体摄像元件及摄像装置对于以场蓄积模式进行隔行扫描的所有照相机是有效的。例如，可应用于数字静态照相机、数字摄像机等民用照相机、广播用固体摄像机、工业用的固体监视摄像机等。
0130]符号说明0131]IbUeUf分割为R光和Cy光的分光要素(高折射率材料)0132]lc、lg、Ih分割为B光和知光的分光要素(高折射率材料)0133]2透光性部件0134]3b,3e分割为R光和Cy光的分光要素(高折射率材料)0135]3c、3g分割为B光和知光的分光要素(高折射率材料)0136]5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h 光感知单元(像素)0137]10固体摄像元件0138]IOa固体摄像元件的摄像面0139]11光学滤波器0140]12光学透镜0141]13信号发生/接收部0142]14元件驱动部0143]15图像信号生成部0144]16图像信号输出部0145]17存储器0146]40光感知单元阵列的单位块0147]50光感知单元阵列0148]100摄像部0149]200信号处理部
权利要求
1.一种固体摄像元件，其具备光感知单元阵列，以矩阵状排列了多个单位块，多个单位块的每一个包括被排列成4行2列的8个光感知单元；和分光要素阵列，与所述光感知单元阵列相对置地配置该分光要素阵列，该分光要素阵列包括与第1行第2列的光感知单元相对置地配置的第1分光要素、与第2行第1列的光感知单元相对置地配置的第2分光要素、与第3行第1列的光感知单元相对置地配置的第3分光要素、以及与第4行第1列的光感知单元相对置地配置的第4分光要素，所述第1分光要素使第1颜色成分的光入射至第1行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分以外的光入射至第1行第2列的光感知单元，所述第2分光要素使所述第2颜色成分的光入射至第2行第2列的光感知单元，使第2颜色成分以外的光入射至第2行第1列的光感知单元，所述第3分光要素使所述第1颜色成分的光入射至第3行第2列的光感知单元，使所述第1颜色成分以外的光入射至第3行第1列的光感知单元，所述第4分光要素使所述第2颜色成分的光入射至第4行第2列的光感知单元，使所述第2颜色成分以外的光入射至第4行第1列的光感知单元。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其中，在各单位块中，所述第1分光要素使所述第1颜色成分的光的一半入射至第1行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分的光的剩余的一半入射至第1相邻单位块所包含的第1行第1列的光感知单元，所述第2分光要素使所述第2颜色成分的光的一半入射至第2行第2列的光感知单元，使所述第2颜色成分的光的剩余的一半入射至第2相邻单位块所包含的第2行第2列的光感知单元，所述第3分光要素使所述第1颜色成分的光的一半入射至第3行第2列的光感知单元，使所述第1颜色成分的光的剩余的一半入射至所述第2相邻单位块所包含的第3行第2列的光感知单元，所述第4分光要素使所述第2颜色成分的光的一半入射至第4行第2列的光感知单元，使所述第2颜色成分的光的剩余的一半入射至所述第2相邻单位块所包含的第4行第2列的光感知单元。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中，在各单位块中，第1行第1列的光感知单元及第3行第2列的光感知单元接收未经由任何分光要素而入射的所述第1颜色成分的光、所述第2颜色成分的光、第3颜色成分的光、以及从与相邻的光感知单元相对置的分光要素入射的所述第1颜色成分的光，第1行第2列的光感知单元及第4行第2列的光感知单元接收未经由任何分光要素而入射的所述第1颜色成分的光、所述第2颜色成分的光、第3颜色成分的光、以及从与相邻的光感知单元相对置的分光要素入射的所述第2颜色成分的光，第1行第2列的光感知单元及第3行第1列的光感知单元接收从相对置的分光要素入射的所述第1颜色成分以外的光，第2行第1列的光感知单元及第4行第1列的光感知单元接收从相对置的分光要素入射的所述第2颜色成分以外的光。
4.一种固体摄像元件，其具备光感知单元阵列，以矩阵状排列多个单位块，多个单位块的每一个包括排列成4行2列的8个光感知单元；和分光要素阵列，与所述光感知单元阵列相对置地配置该分光要素阵列，该分光要素阵列包括与第1行第2列的光感知单元相对置地配置的第1分光要素、与第2行第1列的光感知单元相对置地配置的第2分光要素、与第3行第2列的光感知单元相对置地配置的第3分光要素、以及与第4行第2列的光感知单元相对置地配置的第4分光要素，所述第1分光要素使第1颜色成分的光入射至第1行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分以外的光入射至第1行第2列的光感知单元，所述第2分光要素使所述第2颜色成分的光入射至第2行第2列的光感知单元，使第2颜色成分以外的光入射至第2行第1列的光感知单元，所述第3分光要素使所述第1颜色成分的光入射至第3行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分以外的光入射至第3行第2列的光感知单元，所述第4分光要素使所述第2颜色成分的光入射至第4行第1列的光感知单元，使所述第2颜色成分以外的光入射至第4行第2列的光感知单元。
5.根据权利要求4所述的固体摄像元件，其中，在各单位块中，所述第1分光要素使所述第1颜色成分的光的一半入射至第1行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分的光的剩余的一半入射至第1相邻单位块所包含的第1行第1列的光感知单元，所述第2分光要素使所述第2颜色成分的光的一半入射至第2行第2列的光感知单元，使所述第2颜色成分的光的剩余的一半入射至第2相邻单位块所包含的第2行第2列的光感知单元，所述第3分光要素使所述第1颜色成分的光的一半入射至第3行第1列的光感知单元，使所述第1颜色成分的光的剩余的一半入射至所述第2相邻单位块所包含的第3行第1列的光感知单元，所述第4分光要素使所述第2颜色成分的光的一半入射至第4行第1列的光感知单元，使所述第2颜色成分的光的剩余的一半入射至所述第2相邻单位块所包含的第4行第1列的光感知单元。
6.根据权利要求4或5所述的固体摄像元件，其中，在各单位块中，第1行第1列的光感知单元及第3行第1列的光感知单元接收未经由任何分光要素而入射的所述第1颜色成分的光、所述第2颜色成分的光、第3颜色成分的光、以及从与相邻的光感知单元相对置的分光要素入射的所述第1颜色成分的光，第1行第2列的光感知单元及第4行第1列的光感知单元接收未经由任何分光要素而入射的所述第1颜色成分的光、所述第2颜色成分的光、第3颜色成分的光、以及从与相邻的光感知单元相对置的分光要素入射的所述第2颜色成分的光，第1行第2列的光感知单元及第3行第2列的光感知单元接收从相对置的分光要素入射的所述第1颜色成分以外的光，第2行第1列的光感知单元及第4行第2列的光感知单元接收从相对置的分光要素入射的所述第2颜色成分以外的光。
7.根据权利要求1至6的任一项所述的固体摄像元件，其中，所述第1颜色成分是红色及蓝色中的一个颜色成分，所述第2颜色成分是红色及蓝色中的另一个颜色成分。
8.一种摄像装置，其具备权利要求1至7的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的摄像面上形成像；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，以生成颜色信息。
全文摘要
本发明提供一种固体摄像元件和摄像装置，在固体摄像元件的基本像素结构中，与第1行第2列的像素及第3行第1列的像素相对置地配置分光要素，该分光要素使第1颜色成分的光入射至水平方向的相邻像素，使第1颜色成分的补色光入射至对置像素。与第2行第1列的像素及第3行第1列的像素相对置地配置分光要素，该分光要素使第2颜色成分的光入射至水平方向的相邻像素，使第2颜色成分的补色光入射至对置像素。在第1行第1列、第2行第2列、第3行第2列、及第4行第2列不配置分光要素。
文档编号H04N9/07GK102577395SQ20118000430
公开日2012年7月11日 申请日期2011年4月22日 优先权日2010年8月24日
发明者平本政夫, 藤井俊哉, 铃木正明 申请人:松下电器产业株式会社