專利名稱：固體攝像元件、攝像裝置及信號處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及固體攝像元件的高靈敏度化及彩色化的技術。
背景技術：
近年來，采用了 CXD或CMOS等固體攝像元件(以下有時稱為“攝像元件”)的數(shù)字照相機、數(shù)字攝像機的高功能化、高性能化令人瞠目。特別是，隨著半導體制造技術的快速進步，攝像元件中的像素結構的微細化得到了發(fā)展。其結果，謀求攝像元件的像素及驅動電路的高集成化，攝像元件的高性能化得以發(fā)展。特別是，近年來，還開發(fā)了使用不是在固體攝像元件的形成布線層的面(表面)側受光而是在背面?zhèn)仁芄獾谋趁嬲丈湫?backsideillumination)的攝像元件的照相機,其特性等受到矚目。另ー方面，伴隨著攝像元件的多像素化，由于I個像素所接收的光量會下降，因此引起了照相機靈敏度下降這樣的問題。照相機的靈敏度下降的原因除了多像素化以外，還因為使用了顔色分離用的濾色器。在通常的彩色照相機中，與攝像元件的各感光單元對置地配置將有機顔料作為色素的減色型濾色器。由于濾色器對所利用的顔色成分以外的光進行吸收，因此在利用這種濾色器時，照相機的光利用率會下降。例如，在具有以紅(R) I像素、綠(G) 2像素、藍(B) I像素作為基本結構的拜爾型濾色器排列的彩色照相機中，R、G、B各濾色器分別僅使R、G、B光透過，吸收剩余的光。因此，在基于拜爾排列的彩色照相機中所利用的光是全部入射光的約1/3。針對上述的靈敏度下降的問題，專利文獻I公開了為了取入更多的入射光而在攝像元件的受光部安裝顯微透鏡(miCTolens)陣列，從而增加受光量的技木。根據(jù)該技術，通過利用顯微透鏡來聚光到感光単元，由此實質上能夠提高攝像元件的光開ロ率。目前，該技術被用于大部分固體攝像元件中。如果使用該技術，則確實能夠提高實質上的開ロ率，但并不能解決因濾色器而引起的光利用率下降的問題。作為同時解決光利用率下降和靈敏度下降的問題的技術，專利文獻2中公開了組合多層膜的濾色器(分色鏡)和顯微透鏡來最大限度地利用光的技木。在該技術中，使用了不吸收光且選擇性地使特定波段的光透過、反射其他波段的光的多個分色鏡。由此，不會損失光，能夠僅使所需波段的光入射至各個感光部。圖11是示意地表示專利文獻2所公開的攝像元件的垂直于攝像面的方向的剖面的圖。該攝像元件具備分別在攝像元件的表面及內(nèi)部配置的聚光用顯微透鏡4a、4b、遮光部20、感光單元2a、2b、2c、分色鏡17、18、19。分色鏡17、18、19與感光單元2a、2b、2c分別對置配置。分色鏡17具有使R光透過而反射G光及B光的特性。分色鏡18具有反射G光而使R光及B光透過的特性。分色鏡19具有反射B光而使R光及G光透過的特性。入射至顯微透鏡4a的光被顯微透鏡4b調整光束之后，入射至第I分色鏡17。第I分色鏡17使R光透過，反射G光及B光。透過了第I分色鏡17的光入射至感光單元2a。被第I分色鏡17反射后的G光及B光入射至相鄰的第2分色鏡18。第2分色鏡18反射所入射的光之中的G光，使B光透過。被第2分色鏡18反射后的G光入射至感光單元2b。透過了第2分色鏡18的B光被第3分色鏡19反射，入射至其正下方的感光単元2c。這樣，根據(jù)專利文獻2公開的攝像元件，入射至聚光顯微透鏡4a的可見光沒有被濾色器吸收，該RGB的各成分沒有被浪費，且被3個感光単元檢測。除了上述的現(xiàn)有技術以外，專利文獻3公開了通過使用微棱鏡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感光単元接收被微棱鏡分離成紅、綠、藍的光的結構。通過這種攝像元件也能夠防止光損失。但是，在專利文獻2及專利文獻3所公開的技術中，需要設置所利用的分色鏡的個數(shù)的、或者要進行分光的個數(shù)的感光単元。例如存在如下問題為了檢測RGB3色的光，與使用現(xiàn)有的濾色器時的感光単元的個數(shù)相比，必需將感光単元的個數(shù)增加至3倍。針對以上的技術，專利文獻4公開了盡管會產(chǎn)生一部分光損失但是可利用分色鏡和反射提高光的利用率的技木。圖12是表示利用了該技術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)配置了分色鏡22、23。分色鏡22具有使G光透過而反射R光及B光的特性。此外，分色鏡23具有使R光透過而反射G光及B光的特性。 通過這種構成，盡管無法由感光部接收B光，但能夠根據(jù)以下的原理檢測到全部的R光、G光。首先，若R光入射至分色鏡22、23，則被分色鏡22反射，并在分色鏡23中透過。被分色鏡22反射的R光進ー步在透光性的樹脂21與空氣的界面被反射，入射至分色鏡23。R光透過分色鏡23，進而還透過具有R光透過性的有機色素濾波器25及顯微透鏡26。這樣ー來，盡管一部分被金屬層27反射，但入射至分色鏡22、23的R光的大部分會入射至感光部。另ー方面，若G光入射至分色鏡22、23，則在分色鏡22中透過，被分色鏡23反射。被分色鏡23反射的G光進ー步在透光性的樹脂21與空氣的界面被全反射，入射至分色鏡22。G光透過分色鏡22，進而還透過具有G光透過性的有機色素濾波器24及顯微透鏡26。這樣ー來，盡管一部分被金屬層27反射，但入射至分色鏡22、23的G光的大部分無損失地入射至感光部。根據(jù)上述的原理，在專利文獻4所公開的技術中，盡管RGB光之中的ー種顏色會損失，但其他兩種顏色幾乎無損失地被接收。因此，無需配置RGB3色的感光部。在此，較之不具有分色鏡而僅通過有機色素濾波器來進行彩色化的情況，相對于僅利用有機色素濾波器時的光利用率約為1/3的情況，利用專利文獻4所公開的技術時的光利用率為全部入射光的約2/3。即，根據(jù)該技術，攝像靈敏度約提高2倍。但是，即便是該技術，也會損失3色之中的ー種顏色。另ー方面，專利文獻5公開了使用分光要素無需大幅度増加感光単元就可提高光利用率的彩色化技術。根據(jù)該技術，通過與感光単元對應地配置的分光要素，光隨著波段而入射至不同的感光単元。各個感光単元從多個分光要素接收重疊了不同波段的成分的光。其結果，通過利用了從各感光單元輸出的光電變換信號的信號運算，能夠生成顔色信號。在先技術文獻專利文獻專利文獻IJP特開昭59-90467號公報專利文獻2JP特開2000-151933號公報專利文獻3JP特開2001-309395號公報專利文獻4JP特開2003-78917號公報
專利文獻5國際公開第2009/153937號專利文獻6JP特開昭59-137909號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題在現(xiàn)有技術中，如果使用光吸收型的濾色器，則不必大幅增加感光単元，但存在光利用率較低的問題。此外，如專利文獻2 4所公開的技術那樣，如果使用分色鏡或微棱鏡， 則能夠提高光利用率，但是存在必需大幅増加感光単元課題。另ー方面，根據(jù)專利文獻5所公開的技木，理論上確實可獲得光利用率高的彩色圖像，但是難以制造出具有理想的分光特性的分光要素。若分光要素的材料特性或制造精度低，則從各感光單元輸出的光電變換信號也不會成為理想的信號，存在彩色圖像的色再現(xiàn)性下降的課題。本發(fā)明的實施方式提供一種無需大幅増加感光単元就能夠提高光利用率且色再現(xiàn)性良好的彩色攝像技術。用于解決課題的技術方案為了解決上述課題，本發(fā)明的ー個方式的固體攝像元件具備感光單元陣列，多個単位模塊被排列成2維狀，每個單位模塊各自包括第I感光単元、第2感光単元、第3感光単元及第4感光単元；和分光要素陣列，與所述感光単元陣列對置地配置該分光要素陣列，該分光要素陣列包括多個分光要素。在假定所述分光要素陣列不存在的情況下，將各感光単元接收的光作為各感光単元的単元入射光吋，所述分光要素陣列構成為使在從所述第I感光單元的單元入射光中除去第I顏色成分的光之后的光上相加第2顏色成分的光而得到的光入射至所述第I感光単元，使在從所述第2感光単元的単元入射光中除去所述第2顔色成分的光之后的光上相加所述第I顔色成分的光而得到的光入射至所述第2感光單元，使在從所述第3感光単元的単元入射光中除去第3顔色成分的光之后的光上相加所述第I及第2顔色成分的光而得到的光入射至所述第3感光単元，使在從所述第4感光単元的単元入射光中除去所述第I及第2顔色成分的光之后的光上相加所述第3顔色成分的光而得到的光入射至所述第4感光単元。本發(fā)明的其他方式的信號處理方法是對從上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I感光單元輸出的第I光電變換信號、從所述第2感光單元輸出的第2光電變換信號、從所述第3感光單元輸出的第3光電變換信號、以及從所述第4感光單元輸出的第4光電變換信號；和步驟B，利用所述第I至第4光電變換信號來生成顏色信息。上述的一般且特定的方式可利用系統(tǒng)、方法及計算機程序來組裝、或者利用系統(tǒng)、方法及計算機程序的組合來實現(xiàn)。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的實施方式的固體攝像元件及攝像裝置，通過利用使入射光隨著顏色成分而入射至不同的感光単元的分光要素，能夠在沒有大幅増加感光単元的情況下提高光利用率，實現(xiàn)了色再現(xiàn)性比現(xiàn)有技術還高的彩色攝像。


圖I是示意地表示本發(fā)明的固體攝像元件中的感光單元200及分光要素100的配置關系的立體圖。圖2(a)是表示本發(fā)明的固體攝像元件的単位模塊的一例的俯視圖，(b)是AA'線剖面圖，(c)是BB'線剖面圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式I的攝像裝置的示意構成的框圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式I中的透鏡和攝像元件的圖。圖5(a)是表示本發(fā)明的實施方式I中的攝像元件的像素排列的一例的圖，(b)是表示本發(fā)明的實施方式I中的攝像元件的像素排列的其他例的圖。
圖6(a)是表示本發(fā)明的實施方式I中的攝像元件的基本結構的俯視圖，(b)是AA'線剖面圖，(C)是BB'線剖面圖。圖7是表示本發(fā)明的實施方式I中的色信息生成處理的步驟的流程圖。圖8(a)是表示實施方式I的變形例中的攝像元件的基本結構的俯視圖，(b)是AA'線剖面圖，(c)是BB'線剖面圖。圖9(a)是表示本發(fā)明的實施方式I中的其他攝像元件的基本結構的俯視圖，(b)是AA,線剖面圖，(c)是BB'線剖面圖。圖10(a)是表示本發(fā)明的實施方式2中的攝像元件的基本結構的俯視圖，(b)是CC'線剖面圖，(C)是DD'線剖面圖。圖11是利用了顯微透鏡和多層膜濾波器(分色鏡)的現(xiàn)有攝像元件的剖面圖。圖12是利用了多層膜濾波器(分色鏡)和反射的現(xiàn)有攝像元件的剖面圖。
具體實施例方式(I)為了解決上述課題，本發(fā)明的ー個方式的固體攝像元件具備感光單元陣列，多個單位模塊被排列成2維狀，每個單位模塊各自包括第I感光単元、第2感光単元、第3感光単元、及第4感光単元；和分光要素陣列，與所述感光単元陣列對置地配置該分光要素陣列，該分光要素陣列包括多個分光要素。在假定所述分光要素陣列不存在的情況下，將各感光単元接收的光作為各感光単元的単元入射光時，所述分光要素陣列構成為使在從所述第I感光単元的単元入射光中除去第I顔色成分的光之后的光上相加第2顔色成分的光而得到的光入射至所述第I感光単元，使在從所述第2感光単元的単元入射光中除去所述第2顔色成分的光之后的光上相加所述第I顔色成分的光而得到的光入射至所述第2感光単元，使在從所述第3感光単元的単元入射光中除去第3顔色成分的光之后的光上相加所述第I及第2顔色成分的光而得到的光入射至所述第3感光単元，使在從所述第4感光單元的単元入射光中除去所述第I及第2顔色成分的光之后的光上相加所述第3顔色成分的光而得到的光入射至所述第4感光単元。(2)在某個實施方式中，所述分光要素陣列在各單位模塊中包括與所述第I感光單元對置地配置的第I分光要素、與所述第2感光單元對置地配置的第2分光要素、與所述第3感光單元對置地配置的第3分光要素、以及與所述第4感光單元對置地配置的第4分光要素。所述第I分光要素使所述第I顔色成分的光的至少一部分入射至所述第2感光單元，使所述第I顔色成分以外的光入射至所述第I感光単元，所述第2分光要素使所述第2顔色成分的光的至少一部分入射至所述第I感光単元，使所述第2顔色成分以外的光入射至所述第2感光単元，所述第3分光要素使所述第3顔色成分的光的至少一部分入射至所述第4感光単元，使所述第3顔色成分以外的光入射至所述第3感光単元，所述第4分光要素使所述第I及第2顔色成分的光的至少一部分入射至所述第3感光単元，使所述第3顏色成分的光入射至所述第4感光単元。(3)在項目(2)所述的固體攝像元件的某個方式中，所述第I分光要素使所述第I顔色成分的光的一半入射至所述第2感光単元，使所述第I顔色成分的光的剰余的一半入射至相鄰的第I相鄰單位模塊中包含的I個感光単元，所述第2分光要素使所述第2顔色成分的光的一半入射至所述第I感光単元，使所述第2顔色成分的光的剰余的一半入射至相鄰的第2相鄰單位模塊中包含的I個感光単元，所述第3分光要素使所述第3顔色成分的光的一半入射至所述第4感光単元，使所述第3顔色成分的光的剰余的一半入射至相鄰的所述第I及第2相鄰單位模塊中的一方所包含的I個感光単元，所述第4分光要素使所述第I及第2顔色成分的光的一半入射至所述第3感光単元，使所述第I及第2顔色成分的光的剰余的一半入射至相鄰的所述第I及第2相鄰單位模塊中的另一方所包含的I個感 光單元。(4)在項目(2)所述的固體攝像元件的某個方式中，所述第I分光要素使所述第I顔色成分的光的大致全部入射至所述第2感光単元，所述第2分光要素使所述第2顔色成分的光的大致全部入射至所述第I感光単元，所述第3分光要素使所述第3顔色成分的光的大致全部入射至所述第4感光単元，所述第4分光要素使所述第I及第2顔色成分的光的大致全部入射至所述第3感光単元。(5)在項目(I)至(4)的任一項所述的固體攝像元件的某個方式中，所述第I顔色成分是紅色及藍色中的一個顏色成分，所述第2顔色成分是紅色及藍色中的另ー個顔色成分，所述第3顔色成分是綠色的顔色成分。(6)在項目(I)至(5)的任一項所述的固體攝像元件的某個方式中，所述第I分光要素、所述第2分光要素、所述第3分光要素及所述第4分光要素各自具有透光性部件，利用所述透光性部件的形狀、以及所述透光性部件與折射率低于所述透光性部件的其他透光性部件之間的折射率之差來進行分光。(7)在項目(I)至(5)的任一項所述的固體攝像元件的某個方式中，所述第I分光要素、所述第2分光要素、所述第3分光要素及所述第4分光要素各自包括分色鏡，通過所述分色鏡進行分光。(8)本發(fā)明的ー個方式的攝像裝置具備項目(I)至(7)任一項所述的固體攝像元件；光學系統(tǒng)，其在所述固體攝像元件上形成像；和信號處理部，其對從所述固體攝像元件輸出的信號進行處理，通過利用了從所述第I感光單元輸出的第I光電變換信號、從所述第2感光單元輸出的第2光電變換信號、從所述第3感光單元輸出的第3光電變換信號、以及從所述第4感光單元輸出的第4光電變換信號的運算，生成顔色信息。(9)在項目(8)所述的攝像裝置的某個方式中，所述信號處理部通過包含第I差信號與第2差信號之間的加減運算在內(nèi)的運算來生成第I色差信號及第2色差信號，所述第I差信號表示所述第I光電變換信號與所述第2光電變換信號之間的差分，所述第2差信號表示所述第3光電變換信號與所述第4的光電變換信號之間的差分。
(10)在項目⑶或者(9)所述的攝像裝置的某個方式中，所述信號處理部通過包含所述第I及第2光電變換信號的相加、所述第3及第4的光電變換信號的相加、以及所述第I至第4光電變換信號的相加中的任意ー個在內(nèi)的運算，來生成亮度信號。(11)本發(fā)明的ー個方式的信號處理方法是對從項目(I)至(7)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，該方法包括步驟A，獲取從所述第I感光単元輸出的第I光電變換信號、從所述第2感光單元輸出的第2光電變換信號、從所述第3感光單元輸出的第3光電變換信號、以及從所述第4感光單元輸出的第4光電變換信號；和步驟B，利用所述第I至第4光電變換信號來生成顔色信息。(12)在項目(11)所述的信號處理方法的某個方 式中，所述步驟B包括生成表示所述第I光電變換信號與所述第2光電變換信號之間的差分的第I差分信號的步驟；生成表示所述第3光電變換信號與所述第4光電變換信號之間的差分的第2差分信號的步驟；和通過包含所述第I差分信號與所述第2差分信號的加減運算在內(nèi)的運算，來生成第I色差信號及第2色差信號的步驟。(13)在項目(11)或者(12)所述的信號處理方法的某個方式中，所述步驟B還包括通過包含所述第I及第2光電變換信號的相加、所述第3及第4光電變換信號的相加、以及所述第I至第4光電變換信號的相加中的任意ー個在內(nèi)的運算，來生成所述亮度信號的步驟；和利用所述亮度信號、所述第I色差信號、及所述第2色差信號，來生成所述單元入射光中所包含的紅色、緑色及藍色的顔色信號的步驟。在說明本發(fā)明的具體實施方式
之前，首先參照圖1、2，說明本發(fā)明的實施方式的基本原理。再者，在以下的說明中，有時將在空間上對波段或者顔色成分不同的光進行分離稱為“分光”。本發(fā)明的實施方式的固體攝像元件具備包括在攝像面上排列成ニ維狀的多個感光単元(像素)的感光單元陣列、包括多個分光要素的分光要素陣列。圖I是示意地表示在固體攝像元件10的攝像面上形成的感光單元陣列200及分光要素陣列100的一部分的立體圖。分光要素陣列100與感光單元陣列200對置，且配置在光入射的ー側。再者，感光單元2的排列、形狀、尺寸等并不限于該圖的例子，也可以是公知的任意排列、形狀、尺寸。此夕卜，為了便于說明，由四角柱表示分光要素陣列100，但實際上并不是只具有這種形狀，可以是各種結構。若各感光単元2接收到光，則通過光電變換而輸出與接收到的光的強度(入射光量)相應的電信號(以下，稱為“光電變換信號”或者“像素信號”)。在本發(fā)明的實施方式中，各感光単元2接收通過分光要素陣列100行進方向已發(fā)生變化的多個波段(顔色成分)的光。其結果，各感光単元2所接收到的光具有與假設不存在分光要素時所接收的光不同的分光分布(每個波段的強度分布)。以下，參照圖2來說明攝像元件10的基本結構。圖2 (a)是表示感光單元陣列200的基本像素結構(單位模塊)40的一例的俯視圖。感光單元陣列200具有多個單位模塊40在攝像面上排列成ニ維狀的結構，多個單位模塊40中的每ー個單位模塊40包括4個感光単元2a、2b、2c、2d。在圖示的例子中，在ー個單位模塊內(nèi)，4個感光単元排列成2行2列。圖2(b)、(C)分別是示意地表示圖1(a)中的AA'線剖面、BB'線剖面的圖。圖2(b)、(c)表示入射至攝像元件10的光在透過分光要素陣列100時，行進方向因顔色成分而變化，其結果各感光単元接收的光的分光分布彼此不同。在此，將假定不存在分光要素陣列100時各感光単元接收的光稱為該感光単元的“単元入射光”。在一個單位模塊中包含的感光単元2a 2d靠近的情況下，可以認為這些感光単元的単元入射光中包含的光的強度及分光分布大致相同。假定由記號“ W”表示這些感光単元的単元入射光的可見光成分的強度。在本說明書中，將單元入射光中包含的可見光成分大致分類為第I顔色成分、第2顏色成分、第3顏色成分。若將第I 第3顏色成分的強度分別表示為Cl、C2、C3吋，W =C1+C2+C3。再有，將第I顔色成分及第2顔色成分的相加成分設為第4顔色成分(強度C4)。即，第4顔色成分是第3顔色成分的補色成分，其強度由C4 = C1+C2表示。第I 第3顏色成分的組合是典型的紅(R)、綠(G)、藍(B)這3種原色的組合，但如果將可見光分為3個波段，則也可以是其他顔色成分的組合。以下，說明本發(fā)明的實施方式中的分光要素陣列100的作用。分光要素陣列100向第I感光單元2a入射在從第I感光單元2a的單元入射光(強度W)除去第I顏色成分(強度Cl)的光之后的光上相加第2顔色成分(強度C2)的光而得到的光。此外，向第2感 光單元2b入射在從第2感光單元2b的單元入射光(強度W)中除去第2顏色成分的光(強度C2)之后的光上相加第I顔色成分的光(強度Cl)而得到的光。再有，向第3感光単元2c入射在從第3感光単元2c的単元入射光(強度W)除去第3顔色成分(強度C3)的光之后的光上相加第4顔色成分、即第I及第2顔色成分的光(強度C4 = C1+C2)而得到的光。此外，向第4感光單元2d入射在從第4感光單元2d的單元入射光(強度W)除去第4顏色成分(強度C4 = C1+C2)的光之后的光上相加第3顔色成分(強度C3)的光而得到的光。通過以上的構成，如圖2(b)、(C)所示，感光單元2a 2d分別接收由W-C1+C2、W+C1-C2、W-C3+C4、W+C3-C4表示的強度的光。各感光單元輸出與這些強度相應的光電變換信號(像素信號)。在此，將感光單兀2a 2d輸出的光電變換信號分別設為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，還將與強度C4對應的信號設為C4s，設定C4s=Cls+C2s。于是，S2a S2d能夠由以下的式I 4表示。(式 I) S2a = ffs-Cls+C2s(式 2) S2b = ffs+Cls-C2s(式 3) S2c = ffs-C3s+C4s(式 4) S2d = ffs+C3s-C4s將信號S2a、S2b的差分設為Dl，將信號S2c、S2d的差分設為D2時，D1、D2分別由以下的式5、6表不。(式 5) Dl = S2b-S2a = 2Cls_2C2s(式 6) D2 = S2c-S2d = 2C4s_2C3s = 2 (Cls+C2s) _2C3s進而，通過Dl與D2的加減運算，分別得到以下的式7、8。(式7) D1+D2 = 2(2Cls_C3s)(式 8) D2-D1 = 2(2C2s_C3s)S卩，在將(2Cls_C3s)及(2C2s_C3s)設為色差成分時，得到與它們的2倍相當?shù)纳?br> 差信號。
另ー方面，通過S2a與S2b的相加、S2c與S2d的相加、及S2a S2d的相加的任意ー個運算，如以下的式9 11所示，得到與単元入射光的強度W的2倍或4倍相當?shù)男?br> 號。 (式9) S2a+S2b = 2ffs(式10) S2c+S2d = 2ffs(式 11) S2a+S2b+S2c+S2d = 4ffs由于這些信號相當于全部入射光沒有損失的情況下被光電變換時得到的信號，因此如果將它們的任意ー個作為亮度信號，則在攝像靈敏度方面可獲得理想的特性。如果得到通過式9 11的任意一個運算求出的亮度信號、和通過式7、8求出的2個色差信號，則通過矩陣運算能夠求出RGB信號。即，通過基于從感光単元2a 2d輸出的4個光電變換信號S2a S2d的信號運算，能夠計算彩色信號。根據(jù)本發(fā)明的實施方式中的攝像元件10，在不使用吸收一部分光的濾色器的情況下，利用分光要素且通過信號運算就能夠獲得彩色信息。因此，能夠防止光的損失，可提高攝像靈敏度。再有，如式I 4的右邊所示，在各像素信號的生成過程中，對Cls C4s的任意信號不僅進行了加法運算而且還進行了減法運算，因此，在接收了光強度為W的光吋，不會引起只有某個像素的信號值變得特別大或者變得特別小?？梢哉f這在提高攝像元件相對于入射光的動態(tài)范圍特性方面是有益的。再者，在圖I及圖2(b)、(C)中，分光要素陣列100被描繪成覆蓋多個感光単元的連續(xù)的要素，但分光要素陣列4也可以是在空間上分離的多個分光要素的集合體。作為這種分光要素，可使用例如后述的高折射率透明部件、分色鏡、微棱鏡等。本發(fā)明的實施方式中的分光要素陣列100如果可獲得由上述式I 4表示的光電變換信號，則可以構成為任意方式，例如可以使用全息(hologram)元件等來進行分光。以下，參照圖3至圖10，說明本發(fā)明的更為具體的實施方式。在以下的說明中，對于相同的要素賦予同一符號。(實施方式I)圖3是表示本發(fā)明的第I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(shù)字電子照相機，具備攝像部300、和基于從攝像部300送出的信號來生成表示圖像的信號(圖像信號)的信號處理部400。再者，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具備用于對被攝體進行成像的光學鏡頭12、光學濾波器11、將通過光學鏡頭12及光學濾波器11后成像的光信息經(jīng)由光電變換而變換為電信號的固體攝像元件10 (圖像傳感器)。攝像部300還具備信號產(chǎn)生/接收部13，其產(chǎn)生用于對攝像元件10進行驅動的基本信號，并且接收來自攝像元件10的輸出信號，送出至信號處理部400 ;和元件驅動部14，其基于由信號產(chǎn)生/接收部13產(chǎn)生的基本信號，驅動攝像元件10。光學鏡頭12是公知的透鏡，可以是具有多個透鏡的透鏡單元。光學濾波器11是在用于降低因像素排列產(chǎn)生的莫爾圖案的水晶低通濾波器中結合了用于除去紅外線的紅外截止濾波器的部件。攝像元件10典型的是CMOS或者CCD，通過公知的半導體制造技術制造而成。信號產(chǎn)生/接收部13及元件驅動部14例如由CXD驅動器等LSI構成。信號處理部400具備對從攝像部300送出的信號進行處理后生成圖像信號的圖像信號生成部15、保存在圖像信號的生成過程中所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)的存儲器30、和將生成的圖像信號送出至外部的圖像信號輸出部16。圖像信號生成部15可通過公知的數(shù)字信號處理處理器(DSP)等硬件、和執(zhí)行包含圖像信號生成處理在內(nèi)的圖像處理的軟件的組合來適當?shù)貙崿F(xiàn)。存儲器30由DRAM等構成。存儲器30記錄從攝像部300送出的信號，并且暫時記錄由圖像信號生成部15生成的圖像數(shù)據(jù)、被壓縮的圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由圖像信號輸出部16被送出至未圖示的記錄介質、顯示部等。再者，本實施方式的攝像裝置具備電子快門、取景器、電源(電池)、閃光燈等公知的構成要素，但它們的說明對于本發(fā)明的理解不是特別需要，因此省略。此外，以上的結構僅僅是一例，本發(fā)明在除了攝像元件10及圖像信號生成部15之外的構成要素中可適當組合使用公知的要素。以下，說明本實施方式中的固體攝像元件10。圖4是示意地表示曝光過程中透過了鏡頭12的光入射至攝像元件10的情形的 圖。圖4中，為了簡單起見，省略了鏡頭12及攝像元件10以外的構成要素的記載。此外，鏡頭12 —般可由在光軸方向上排列的多個透鏡來構成，但為了簡單起見，僅描繪成單一的透鏡。在攝像元件10的攝像面IOa上配置包括排列成2維狀的多個感光單元(像素)在內(nèi)的感光單元陣列。各感光單元典型的是光電ニ極管，通過光電變換而輸出與入射光量相應的光電變換信號(像素信號)。向攝像面IOa入射透過了鏡頭12及光學濾波器11的光(可見光)。一般，入射至攝像面IOa的光的強度以及每個波段的入射光量的分布(分光分布)隨著入射位置而不同。圖5 (a)、(b)是表示本實施方式中的像素排列的例子的俯視圖。感光單元陣列200例如如圖5(a)所示那樣具有在攝像面IOa上排列成正方格子狀的多個感光単元。感光單元陣列200由多個單位模塊40構成，各單位模塊40包括4個感光単元2a、2b、2c、2d。再者，感光単元的排列也可以不是這種正方格子狀的排列，例如可以是圖4(b)所示的斜向排列，還可以是其他的排列。如圖5(a)、(b)所示，各単位模塊中包含的4個感光単元2a 2d優(yōu)選彼此接近，但即便是彼此分離，通過適當?shù)貥嫵珊笫龅姆止庖仃嚵幸材軌颢@得顏色信息。此外，各単位模塊也可以包含5個以上的感光単元。與感光單元陣列200對置地，在光入射側配置包含多個分光要素在內(nèi)的分光要素陣列。在本實施方式中，針對各単位模塊中所包含的4個感光単元，分別各設置ー個分光要素。以下，說明本實施方式中的分光要素。本實施方式中的分光要素是利用在折射率不同的2種透光性部件的邊界產(chǎn)生的光的衍射使入射光隨波段而朝向不同的方向的光學兀件。該類型的分光要素具有由折射率相對高的材料所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且與芯部的各個側面相接觸的低折射率透明部件(包層部)。因芯部與包層部之間的折射率差，在透過兩者的光之間產(chǎn)生相位差，因此引起衍射。由于該相位差隨著光的波長而不同，因此能夠根據(jù)波段(顔色成分)而在空間上使光分離。例如，能夠使第I顔色成分的光的各一半朝向第I方向及第2方向，使第I顏色成分以外的光朝向第3方向。此外,也可以使各不相同的波段(顔色成分)的光朝向3個方向。由于能夠通過芯部與包層部的折射率差來進行分光，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”。例如在專利第4264465號公報中公開了這種衍射型的分光要素的詳細內(nèi)容。根據(jù)公知的半導體制造技術，通過執(zhí)行薄膜的堆積及圖案化，可制造出具有以上這種分光要素的分光要素陣列。通過適當?shù)卦O計分光要素的材質(折射率)、形狀、尺寸和排列圖案等，能夠使期望波段的光分離/合并入射至各個感光単元。其結果，能夠從各感光単元所輸出的光電變換信號的組中計算出與所需的顏色成分對應的信號。以下，參照圖6來說明本實施方式中的攝像元件10的基本結構及各分光要素的作用。圖6(a)是表示攝像元件10的基本結構的俯視圖。在各単位模塊中，針對4個感光單元2a、2b、2c、2d分別配置分光要素la、lb、lc、Id。在攝像面IOa上反復形成具有這種基本結構的多個圖案。圖6(b)、(C)是分別表示圖6(a)中的AA'線剖面及BB'線剖面的圖。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、在半導體基板7的內(nèi)部配置的感光單元2a 2d、在半導體基板7的表面?zhèn)?光入射側)所形成的布線層5以及由低折射率透明 部件構成的透明層6a、在透明層6a的內(nèi)部配置的由高折射率透明部件構成的分光要素la、IbUcUd0此外，隔著透明層6a而與各個感光単元對應地配置用于有效地向各感光單元聚光的顯微透鏡4a。再者，即便沒有配置顯微透鏡4a，也能夠獲得本實施方式的效果。圖6(a) (C)所示的結構可通過公知的半導體制造技術制造而成。圖6(a) (c)所示的攝像元件10具有光從布線層5側入射至各感光単元的表面照射型結構。但是，本實施方式的攝像元件10并不限于這種結構，也可以具有從布線層5的相反側接收光的背面照射型的結構。如圖6(b)所示，分光要素la、lb具有在光透過的方向上較長的長方形形狀的剖面，通過自身與透明層6a之間的折射率差來進行分光。分光要素Ia使紅(R)光及綠(G)光入射至對置的感光単元2a，使藍(B)光的各一半入射至感光単元2b、以及相鄰的單位模塊中包含的感光単元(未圖示)。另ー方面，分光要素Ib使綠(G)光及藍(B)光入射至對置的感光単元2b，使紅(R)光的各一半入射至入射感光単元2a、以及相鄰的另ー個單位模塊中包含的感光單兀(未圖不)。在本實施方式中，按照分光要素la、Ib具有上述的分光特性的方式，來設計分光要素la、lb的長度及厚度。通過使用這種分光要素la、lb，感光単元2a從分光要素Ia接收R光及G光，從分光要素lb、以及相鄰的單位模塊中包含的分光要素各接收R光的一半。此外，感光單元2b從分光要素Ib接收G光及B光，從分光要素la、以及相鄰的單位模塊中包含的分光要素(未圖示)中各接收B光的一半。此外，如圖6(c)所示，分光要素lc、ld也具有在光透過的方向上較長的長方形形狀的剖面，通過自身與透明層6a之間的折射率差來進行分光。分光要素Ic使品紅色光(M)入射至對置的感光単元2c，使綠(G)光的各一半入射至感光単元2d、及相鄰的單位模塊中包含的感光単元(未圖示)。在此，品紅色光(M)是由紅(R)光和藍⑶光構成的光。另ー方面，分光要素Id使綠(G)光入射至對置的感光単元2d，使品紅色(M)光的各一半入射至感光単元2c、及相鄰的其他単位模塊中包含的感光単元(未圖示)。在本實施方式中，按照分光要素lc、ld具有上述的分光特性的方式來設計分光要素lc、ld的長度及厚度。由上述的分光要素Ia Id進行分光的結果,感光單兀2a 2d分別輸出由以下的式12 15表不的光電變換信號S2a S2d。在此,分別由Rs、Gs、Bs表不相當于紅光、綠光、藍光的強度的信號。此外，將相當于品紅色光的強度的信號Ms設為Rs+Bs，將相當干白光的強度的信號Ws設為Rs+Gs+Bs。(式 I2) S2a = ffs-Bs+Rs = 2Rs+Gs(式 13) S2b = ffs+Bs-Rs = Gs+2Bs(式 14) S2c = ffs-Gs+Ms = 2Ms = 2 (Rs+Bs)(式 15) S2d = ffs+Gs-Ms = 2Gs 式12 15分別相當于在式I 4中將Cls置換為BsJf C2s置換為RsJf C3s置換為Gsjf C4s置換為Ms之后的結果。即，在本實施方式中，第I顔色成分相當于B光，第2顔色成分相當于R光，第3顔色成分相當于G光，第4顔色成分相當于M光。圖像信號生成部15(圖3)通過利用由式12 15表示的光電變換信號的運算來生成顔色信息。以下，參照圖7來說明圖像信號生成部15的顔色信息生成處理。圖7是表示本實施方式中的顔色信息生成處理的步驟的流程圖。圖像信號生成部15首先在步驟SlO中獲取光電變換信號S2a S2d。接下來，在步驟S12中，通過(S2a-S2b)的運算來生成2 (Rs-Bs)，通過(S2d_S2c)的運算來生成2(Rs+Bs-Gs)。接著，在步驟S14中，通過所生成的2個信號2 (Rs-Bs)及2 (Rs+Bs_Gs)的加減運算，分別生成色差信號2(2Rs-Gs)及2(2Bs-Gs)。進而，在步驟S16中，通過相加像素信號S2a S2d，從而生成表示単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S18中，根據(jù)2個色差信號和I個亮度信號，通過矩陣運算來獲得RGB彩色信號。例如，在專利文獻6中公開了利用色差信號(2Rs_Gs)、(2Bs-Gs)的彩色化的具體方法。在本實施方式中，也可以利用專利文獻6所公開的方法。如果存在2個色差信號和I個亮度信號、即3個信息，則能夠通過矩陣運算來計算出RGB信號。圖像信號生成部15按感光單元陣列2的每個單位模塊40來執(zhí)行以上的信號運算，由此生成表示R、G、B的各顔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通過圖像信號輸出部16被輸出至未圖示的記錄介質或顯示部。這樣，根據(jù)本實施方式的攝像裝置，通過利用了光電變換信號S2a S2d的加減運算處理，獲得彩色圖像信號。根據(jù)本實施方式中的攝像元件10，由于沒有使用吸收光的光學元件，因此較之使用濾色器等的現(xiàn)有技木，能夠大幅減少光的損失。此外，由于能夠獲得比專利文獻6所公開的色差信號還高水平的色差信號，因此顏色再現(xiàn)性也變得更好。如以上所述，在本實施方式的攝像元件10中，與感光單元陣列對置地配置以2行2列為基本結構的分光要素陣列。在第I行第I列配置將光分為藍光和藍光以外的光的分光要素la。在第I行第2列配置將光分為紅光和紅光以外的光的分光要素lb。在第2行第I列配置將光分為綠光和綠光以外的光的分光要素lc。在第2行第2列配置將光分為品紅色光和品紅色光以外的光的分光要素Id。由于在攝像面上反復地形成這種分光要素的排列圖案，因此即便使感光單元陣列200中的単位模塊40的選擇方式按I行或I列變化，所得到的4個光電變換信號通常也會成為由式12 15表示的4個信號的組合。即，通過使作為運算對象的像素塊按I行及I列錯開的同時進行上述的信號運算，能夠大致按照像素數(shù)來獲得RGB各顔色成分的信息。這意味著能夠將攝像裝置的分辨率提高至像素數(shù)的程度。因此，本實施方式的攝像裝置與現(xiàn)有的攝像裝置相比，除了靈敏度高以外，還能夠生成高分辨率的彩色圖像。再者，圖像信號生成部15不一定非要生成全部3個顏色成分的圖像信號?？梢詷嫵蔀楦鶕?jù)用途僅生成I色或者2色的圖像信號。此外，還可以根據(jù)需要進行信號的放大、合成、補償。此外，理想的是各分光要素嚴格地具有上述的分光性能，但它們的分光性能也可以多少有些偏差。即，從各光感單兀實際輸出的光電變換信號也可以與式12 15所不的光電變換信號相比多少有些偏差。即便在各分光要素的分光性能相對于理想的性能有偏差的情況下，通過根據(jù)偏差的程度對信號進行補償，也能夠獲得良好的顔色信息。再有，本實施方式中的圖像信號生成部15所進行的信號運算也可以由其他設備執(zhí)行，而不是由攝像裝置自身執(zhí)行。例如，通過使接收了從攝像元件10輸出的光電變換信 號的輸入的外部設備執(zhí)行對本實施方式中的信號運算處理進行規(guī)定的程序，也能夠生成顏色信息。再者，攝像元件10的基本結構并不限于圖6所示的構成。例如，即便以交換分光要素Ia和分光要素Ib之后的結構、或者交換分光要素Ic和分光要素Id之后的結構進行配置，本實施方式的效果也沒有變化。此外，也可以交換圖6(a)所示的第I行的配置和第2行的配置，即便配置成分光要素la、lb及分光要素lc、ld在列方向上排列而不是在行方向排列，其有效性也沒有變化。再有，如果分光要素陣列構成為對單位模塊40中包含的4個感光単元2a、2b、2c、2d分別入射由(2R+G)、(G+2B)、2M( = 2R+2B)、2G表示的光，則可以是任意構成。例如，也可以采用圖8所示的結構。圖8是表示本實施方式的I個變形例的圖。圖8(a)是表示本變形例中的攝像元件10的基本結構的俯視圖。圖8(b)是圖8(a)中的A-A'線剖面圖，圖8(c)是圖8(a)中的B-B'線剖面圖。圖8(b)、(c)中還示出了與所關注的單位模塊相鄰的2個單位模塊中包含的感光単元、以及與其對置的分光要素。圖8(b)、(c)中由虛線包圍的部分表示攝像元件10的I個單位要素。在本變形例中，代替圖6所示的分光要素la、lb、ld，分別配置了分光要素Ia'、lb' Ud'。分光要素la'、lb' Ud'在射出光的ー側的前端具有階梯差，通過自身與透明層6a之間的折射率差，將入射光分為0次、I次、-1次等衍射光。由于這些衍射角因波長而不同，因此能夠將光根據(jù)顏色成分劃分為3個方向。如圖8(b)所示，由虛線包圍的單位要素中包含的分光要素la'、lb'構成為都使入射光分離為R、G、B這3個顏色成分的光。分光要素la'、lb'的朝向一致，都使G光入射至對置的感光単元，使R光入射至圖8中在左側相鄰的感光単元，使B光入射至圖8中在右側相鄰的感光単元。另ー方面，相鄰的單位要素中包含的2個分光要素的朝向與上述的朝向相反，使G光入射至對置的感光単元，使R光入射至圖8中在右側相鄰的感光単元，使B光入射至圖8中在左側相鄰的感光単元。其結果，向感光単元2a、2b分別入射由(2R+G)、(G+2B)表示的光。在本變形例中，某個單位要素中的接收由(2R+G)表示的光的感光単元、及接收由(G+2B)表示的光的感光單元的排列，與兩側相鄰的其他單位要素中的排列相反。此外，如圖8(c)所示，分光要素Id'也構成為將入射光分離為R、G、B這3個顏色成分的光。分光要素Id'使G光入射至對置的感光単元2d，使R光入射至圖8中在左側相鄰的感光単元，使B光入射至在右側相鄰的感光単元。通過這種結構，與圖6所示的結構同樣地，向感光単元2c、2d入射分別由2M、2G表示的光。其結果，通過與圖6所示的結構相同的處理，能夠獲得顔色信息。在以上的說明中，作為分光要素，采用了利用2個部件的折射率差來進行分光的光學元件，但本發(fā)明中的分光要素只要能夠使期望的顔色成分的光入射至各感光単元，則可以是任意的分光要素。例如，作為分光要素，也可以使用微棱鏡、分色鏡。此外，也可以組合使用不同種類的分光要素。作為一例，圖9中表示在一部分利用了基于分色鏡的光的透過和反射的攝像元件的構成例。圖9(a)是表示該例中的基本像素結構的俯視圖。圖9(b)、(C)分別是表示圖9(a)中的AA'線剖面及BB'線剖面的圖。在該構成例中，代替圖6所示的分光要素la、lb,分別配置了包括分色鏡的分光要素le、If。分光要素lc、ld具有與圖6所示的分光要素lc、ld相同的特性。再者，圖9所示的攝像元件10具有從布線層5的相反側入射光的背面照射型的結構，但這并不是特別重要的，也可以具有表面照射型的結構。 如圖9(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、在半導體基板7內(nèi)配置的感光単元2a 2d、在半導體基板7的背面?zhèn)?光入射側)形成的透明層6b、在透明層6b的內(nèi)部配置的分光要素le、lf及分光要素lc、ld。在半導體基板7的表面?zhèn)?光入射側的相反側)形成布線層5。此外，在表面?zhèn)扰渲弥伟雽w基板7和布線層5等的固定基座9。固定基板9隔著透明層6b而與半導體基板7接合。透明層6b由折射率高于空氣且低于分光要素lc、Id的透光性的部件形成。分光要素Ie包括接合了兩個使B光反射而使B光以外的光透過的分色鏡而得到的部件。分光要素If 包括接合了兩個使R光反射而使R光以外的光透過的分色鏡而得到的部件。相對于攝像面的法線對稱地傾斜配置各分光要素中包含的2個分色鏡。這些分色鏡的傾斜角度被設定為其反射光在與攝像元件10的外部空氣層之間的界面處進行全反射并入射至與對置像素相鄰的2個像素中。若向分光要素Ie入射光，則B光被反射，R光及G光透過。被反射的B光的一半在透明層6b與空氣的界面處進行全反射，入射至感光単元2b。被反射的B光的剰余的一半在透明層6b與空氣的界面處進行全反射并入射至相鄰的單位模塊中包含的感光単元。透過了分光要素Ie的R光及G光入射至感光単元2a。若向分光要素If入射光，則R光被反射，G光及B光透過。被反射的R光的一半在透明層6b與空氣的界面處進行全反射，入射至感光単元2a。被反射的R光的剰余的一半在透明層6b與空氣的界面處進行全反射，入射至相鄰的其他単位模塊中包含的感光単元。透過了分光要素If的G光及B光入射至感光単元2a。分光要素Ic與圖6所示的結構相同，使M光入射至感光單元2c，使G光入射至與感光單元2d相鄰的單位模塊中包含的感光単元。此外，對于分光要素ld，也與上述同樣，使G光入射至感光單元2d，使M光入射至與感光單元2c相鄰的單位模塊中包含的感光単元。再者，分光要素lc、ld的尺寸及形狀是考慮透明層6b與半導體基板7的界面處的折射后設計的。通過這種結構，各感光単元2a 2d接收與采用圖6所示的結構時完全相同的光。因此，從各感光單兀2a 2d輸出的光電變換信號也與圖6的結構中的光電變換信號相比沒有變化，可直接適用上述的信號運算。這樣，即便采用圖9所示的結構，也能夠獲得與采用了圖6所示的結構時同樣的效果。(實施方式2)接下來，參照圖10說明本發(fā)明的第2實施方式。本實施方式的攝像裝置較之實施方式I的攝像裝置，僅攝像元件10的結構不同，其他的構成要素相同。以下，主要說明與實施方式I的攝像裝置的不同點，省略重復部分的說明。本實施方式中的攝像元件10具備將光分離為原色和補色的分色鏡，而不具備利用衍射的分光要素。此外，本實施方式中的各分光要素不便光入射至相鄰單位模塊的感光単元，而使光僅入射至各単位模塊內(nèi)的感光単元。以下，說明本實施方式中的攝像元件10的基本結構。圖10是表示本實施方式中的攝像元件10的基本結構的圖。本實施方式中的攝像 元件10是背面照射型的攝像元件。再者，在本實施方式中，對于攝像元件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10(a)是攝像元件10的受光面?zhèn)鹊母┮晥D。本實施方式中的攝像元件10的感光單元的排列與實施方式I中的排列同樣，I個單位模塊具有4個感光単元2a 2d。與感光単元2a、2b、2c對置地，分別相對于攝像面而傾斜配置分色鏡3a、3b、3c、3d。在此，分色鏡的傾斜角度被設定為其反射光在與攝像元件10外的空氣層的界面處進行全反射并入射至對置像素的相鄰像素。圖10(b)、(C)是分別表示圖10(a)中的CC'線剖面及DD'線剖面的圖。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、在半導體基板7內(nèi)配置的感光単元2a 2d、在半導體基板7的背面?zhèn)?光入射側)形成的透明層6b、在透明層6b的內(nèi)部配置的分色鏡3a、3b、3c、3d。在半導體基板7的表面?zhèn)?光入射側的相反側)形成布線層5。此外，在表面?zhèn)扰渲糜酶芍伟雽w基板7和布線層5等的固定基座9。固定基板9隔著透明層6b而與半導體基板7接合。如圖10(b)所示，分色鏡3a具有使R光和G光透過且使B光反射的特性。此外，分色鏡3b具有使G光和B光透過且使R光反射的特性。其結果，透過分色鏡3a之后的R光及G光入射至感光単元2a。被分色鏡3a反射的B光在透明層6b與空氣的界面處進行全反射，入射至感光単元2b。透過分色鏡3b之后的G光及B光入射至感光単元2b。被分色鏡3b反射的R光在透明層6b與空氣的界面處進行全反射，入射至感光単元2a。如圖10(c)所示,分色鏡3c具有使M光透過而使G光反射的特性。此外,分色鏡3d具有使G光透過而使M光反射的特性。其結果，透過分色鏡3c之后的M光入射至感光單元2c。被分色鏡3c反射的G光在透明層6b與空氣的界面處進行全反射，入射至感光単元2d。透過分色鏡3d之后的G光入射至感光單元2d。被分色鏡3d反射的M光在透明層6b與空氣的界面處進行全反射，入射至感光単元2c。通過利用這種分色鏡3a 3d，各感光單元2a 2d接收與采用了實施方式I中的結構時完全相同的顔色成分的光。即，感光単元2a接收透過分色鏡3a之后的R光及G光、被分色鏡3b反射的R光。感光單元2b接收透過分色鏡3b之后的G光及B光、被分色鏡3a反射的B光。感光単元2c接收透過分色鏡3c之后的M光、被分色鏡3d反射的M光。感光單元2d接收透過分色鏡3d之后的G光、被分色鏡3c反射的G光。其結果，從各感光單元2a 2d輸出的光電變換信號S2a S2d與米用了實施方式I中的結構時相同，分別能夠由式12 15表示。因此，通過與實施方式I中的處理完全相同的處理，能夠獲得顔色信息。如以上所述，根據(jù)本實施方式的攝像裝置，與實施方式I的攝像裝置相同，通過使用了光電變換信號S2a S2d的信號運算處理，得到彩色圖像信號。根據(jù)本實施方式中的攝像元件10，由于也不使用吸收光的光學元件，因 此較之利用濾色器等的現(xiàn)有技木，能夠大幅減少光損失。此外，由于通過利用了 4個光電變換信號的運算來得到3個顏色信號，因此具有相對于像素數(shù)而得到的顔色信息量比現(xiàn)有的攝像元件還多的效果。如以上所述，在本實施方式的攝像元件10中，在第I行第I列配置將光分離為藍光和藍光以外的光的分色鏡3a。在第I行第2列配置將光分離為紅光和紅光以外的光的分色鏡3b。在第2行第I列配置將光分離為綠光和綠光以外的光的分色鏡3c。在第2行第2列配置將光分離為品紅色光和品紅色光以外的光的分色鏡3d。由于在攝像面上反復地形成這種分光要素的排列圖案，因此即便將感光單元陣列200中的單位模塊的選擇方式按I行或者I列改變，所得到的4個光電變換信號通常也會成為由式12 15表示的4個信號的組合。即，使運算對象的像素塊錯開I行及I列的同時進行上述的信號運算，由此能夠獲得與像素數(shù)大致相應的RGB各顔色成分的信息。因此，本實施方式的攝像裝置較之現(xiàn)有的攝像裝置，除了靈敏度高之外，還能夠生成高分辨率的彩色圖像。再者，攝像元件10的基本結構并不限于圖10所示的構成。例如，即便配置成交換分色鏡3a和分色鏡3b、交換分色鏡3c和分色鏡3d的結構，本實施方式的效果也沒有變化。此外，也可以是圖10 (a)所示的交換第I行的配置和第2行的配置，配置成分色鏡3a、3b在列方向上排列而不是在行方向排列，其有效性也沒有變化。在本實施方式中，作為分光要素使用了分色鏡，但是本發(fā)明中的分光要素只要是分離為原色光及其補色光的部件，則可以是任意的部件。例如，作為分光要素，也可以使用微棱鏡、實施方式I中所使用的利用衍射的光學元件。此外，也可以組合使用不同種類的分
光要素。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的實施方式中的固體攝像元件、攝像裝置、及圖像處理方法在使用固體攝像元件的所有的照相機中都是有效的。例如，可用于數(shù)字靜止照相機、數(shù)字攝像機等民用照相機、エ業(yè)用的固體監(jiān)視照相機等。符號說明la、lb、lc、ld、le、lf 分光要素2、2a、2b、2c、2d攝像元件的感光單元3a,3b,3c,3d分光要素(分色鏡)4a、4b顯微透鏡5攝像元件的布線層6a、6b透明層7硅基板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(chǎn)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反射紅色(R)以外的光的多層膜濾波器(分色鏡)18僅反射緑色(G)的多層膜濾波器(分色鏡)19僅反射藍色(B)的多層膜濾波器(分色鏡)20遮光部21透光性的樹脂22G光透過的多層膜濾波器(分色鏡)23R光透過的多層膜濾波器(分色鏡)24G光透過的有機色素濾波器25R光透過的有機色素濾波器26顯微透鏡27金屬層30存儲器40感光單元的單位模塊100分光要素陣列200感光單元陣列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 感光單元陣列，多個單位模塊被排列成2維狀，每個單位模塊各自包括第I感光單元、第2感光單元、第3感光單元及第4感光單元；和 分光要素陣列，與所述感光單元陣列對置地配置該分光要素陣列，該分光要素陣列包括多個分光要素， 在假定所述分光要素陣列不存在的情況下，將各感光單元接收的光作為各感光單元的單兀入射光時， 所述分光要素陣列構成為 使在從所述第I感光單元的單元入射光中除去第I顏色成分的光之后的光上相加第2顏色成分的光而得到的光入射至所述第I感光單元， 使在從所述第2感光單元的單元入射光中除去所述第2顏色成分的光之后的光上相加所述第I顏色成分的光而得到的光入射至所述第2感光單元， 使在從所述第3感光單元的單元入射光中除去第3顏色成分的光之后的光上相加所述第I及第2顏色成分的光而得到的光入射至所述第3感光單元， 使在從所述第4感光單元的單元入射光中除去所述第I及第2顏色成分的光之后的光上相加所述第3顏色成分的光而得到的光入射至所述第4感光單元。
2.根據(jù)權利要求I所述的固體攝像元件，其中， 所述分光要素陣列在各單位模塊中包括與所述第I感光單元對置地配置的第I分光要素、與所述第2感光單元對置地配置的第2分光要素、與所述第3感光單元對置地配置的第3分光要素、以及與所述第4感光單元對置地配置的第4分光要素， 所述第I分光要素使所述第I顏色成分的光的至少一部分入射至所述第2感光單元，使所述第I顏色成分以外的光入射至所述第I感光單元， 所述第2分光要素使所述第2顏色成分的光的至少一部分入射至所述第I感光單元，使所述第2顏色成分以外的光入射至所述第2感光單元， 所述第3分光要素使所述第3顏色成分的光的至少一部分入射至所述第4感光單元，使所述第3顏色成分以外的光入射至所述第3感光單元， 所述第4分光要素使所述第I及第2顏色成分的光的至少一部分入射至所述第3感光單元，使所述第3顏色成分的光入射至所述第4感光單元。
3.根據(jù)權利要求2所述的固體攝像元件，其中， 所述第I分光要素使所述第I顏色成分的光的一半入射至所述第2感光單元，使所述第I顏色成分的光的剩余的一半入射至相鄰的第I相鄰單位模塊中包含的I個感光單元，所述第2分光要素使所述第2顏色成分的光的一半入射至所述第I感光單元，使所述第2顏色成分的光的剩余的一半入射至相鄰的第2相鄰單位模塊中包含的I個感光單元，所述第3分光要素使所述第3顏色成分的光的一半入射至所述第4感光單元，使所述第3顏色成分的光的剩余的一半入射至相鄰的所述第I及第2相鄰單位模塊中的一方所包含的I個感光單元， 所述第4分光要素使所述第I及第2顏色成分的光的一半入射至所述第3感光單元，使所述第I及第2顏色成分的光的剩余的一半入射至相鄰的所述第I及第2相鄰單位模塊中的另一方所包含的I個感光單元。
4.根據(jù)權利要求2所述的固體攝像元件，其中， 所述第I分光要素使所述第I顏色成分的光的大致全部入射至所述第2感光單元， 所述第2分光要素使所述第2顏色成分的光的大致全部入射至所述第I感光單元， 所述第3分光要素使所述第3顏色成分的光的大致全部入射至所述第4感光單元， 所述第4分光要素使所述第I及第2顏色成分的光的大致全部入射至所述第3感光單J Li ο
5.根據(jù)權利要求I至4的任一項所述的固體攝像元件，其中， 所述第I顏色成分是紅色及藍色中的一個顏色成分，所述第2顏色成分是紅色及藍色中的另一個顏色成分，所述第3顏色成分是綠色的顏色成分。
6.根據(jù)權利要求I至5的任一項所述的固體攝像元件，其中， 所述第I分光要素、所述第2分光要素、所述第3分光要素及所述第4分光要素各自具有透光性部件，利用所述透光性部件的形狀、以及所述透光性部件與折射率低于所述透光性部件的其他透光性部件之間的折射率之差來進行分光。
7.根據(jù)權利要求I至5的任一項所述的固體攝像元件，其中， 所述第I分光要素、所述第2分光要素、所述第3分光要素及所述第4分光要素各自包括分色鏡，通過所述分色鏡進行分光。
8.一種攝像裝置，具備 權利要求I至7的任一項所述的固體攝像元件； 光學系統(tǒng)，其在所述固體攝像元件上形成像；和 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，通過利用了從所述第I感光單元輸出的第I光電變換信號、從所述第2感光單元輸出的第2光電變換信號、從所述第3感光單元輸出的第3光電變換信號、以及從所述第4感光單元輸出的第4光電變換信號的運算，生成顏色信息。
9.根據(jù)權利要求8所述的攝像裝置，其中， 所述信號處理部通過包含第I差信號與第2差信號之間的加減運算在內(nèi)的運算來生成第I色差信號及第2色差信號，所述第I差信號表示所述第I光電變換信號與所述第2光電變換信號之間的差分，所述第2差信號表示所述第3光電變換信號與所述第4的光電變換信號之間的差分。
10.根據(jù)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含所述第I及第2光電變換信號的相加、所述第3及第4的光電變換信號的相加、以及所述第I至第4光電變換信號的相加中的任意一個在內(nèi)的運算，來生成亮度信號。
11.一種對從權利要求I至7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，該方法包括 步驟A，獲取從所述第I感光單元輸出的第I光電變換信號、從所述第2感光單元輸出的第2光電變換信號、從所述第3感光單元輸出的第3光電變換信號、以及從所述第4感光單元輸出的第4光電變換信號；和 步驟B，利用所述第I至第4光電變換信號來生成顏色信息。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，所述步驟B包括 生成表示所述第I光電變換信號與所述第2光電變換信號之間的差分的第I差分信號的步驟； 生成表示所述第3光電變換信號與所述第4光電變換信號之間的差分的第2差分信號的步驟；和 通過包含所述第I差分信號與所述第2差分信號的加減運算在內(nèi)的運算，來生成第I色差信號及第2色差信號的步驟。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中， 所述步驟B還包括 通過包含所述第I及第2光電變換信號的相加、所述第3及第4光電變換信號的相加、以及所述第I至第4光電變換信號的相加中的任意一個在內(nèi)的運算，來生成亮度信號的步驟；和 利用所述亮度信號、所述第I色差信號、及所述第2色差信號，來生成所述單元入射光中所包含的紅色、綠色及藍色的顏色信號的步驟。
全文摘要
固體攝像元件具備感光單元陣列和分光要素陣列。感光單元陣列的各單位模塊(40)具有4個感光單元(2a、2b、2c、2d)。分光要素陣列使在從入射光(W)除去第1顏色成分的光(C1)之后的光上相加第2顏色成分的光(C2)而得到的光入射至第1感光單元(2a)，使在從入射光(W)中除去第2顏色成分的光(C2)之后的光上相加第1顏色成分的光(C1)而得到的光入射至第2感光單元(2b)，使在從入射光(W)除去第3顏色成分的光(C3)之后的光上相加第1及第2顏色成分的光(C4＝C1+C2)而得到的光入射至第3感光單元(2c)，使在從入射光(W)除去第1及第2顏色成分的光(C4)之后的光上相加第3顏色成分的光(C3)而得到的光入射至第4感光單元(2d)。
文檔編號H04N9/07GK102959961SQ20128000154
公開日2013年3月6日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權日2011年6月16日
發(fā)明者平本政夫, 藤井俊哉, 中村達也, 鈴木正明, 物部祐亮, 杉谷芳明 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社