[发明专利]固体摄像元件、摄像装置以及信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体摄像元件的高灵敏度化以及彩色化的技术。

背景技术

近年来，使用了CCD或CMOS等的固体摄像元件(下面也称作“摄像元件”)的数码照相机和数码摄像机的高功能化、高性能化受到了重点关注。特别是，由于半导体制造技术的飞速进步，摄像元件中的像素构造的微细化也随之进展。其结果，能谋求摄像元件的像素以及驱动电路的高集成化，摄像元件的高性能化也随着进展。特别是，近年来还开发了使用背面照射型(backside illumination)的摄像元件的照相机，其特性等受到关注，其中背面照射型的摄像元件不是在固体摄像元件的形成有布线层的面(表面)侧而是在背面侧受光。另一方面，伴随着摄像元件的多像素化，由于1个像素所接受的光量降低，因此会产生照相机灵敏度降低这样的问题。

照相机的灵敏度降低除了多像素化以外，使用色分离用的滤色器也是原因。在通常的彩色照相机中，与摄像元件的各感光单元相对置地配置了以有机颜料为色素的减色型的滤色器。滤色器由于吸收了所利用的颜色分量以外的光，因此在使用这样的滤色器的情况下，照相机的光利用率降低。例如，在具有以1个红色(R)像素、2个绿色(G)像素、1个蓝色(B)像素为基本构成的拜尔型滤色器排列的彩色照相机中，R、G、B的各滤色器分别仅透过R、G、B光，而吸收余下的光。因而，在基于拜尔排列的彩色照相机中所利用的光为入射光整体的约1/3。

针对上述的灵敏度降低的问题，在专利文献1中公开了如下技术：为了更多获取入射光，通过在摄像元件的受光部安装微透镜阵列来增加受光量。根据该技术，通过使用微透镜而在感光单元聚光，能实质性地提高摄像元件中的光开口率。该技术几乎用在当前所有固体摄像元件中。若使用该技术，的确能提高实质性的开口率，但无法解决由滤色器引起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，将多层膜的滤色器(双向色镜：dichroic mirror)与微透镜进行组合，来最大限度地利用光。在该技术中，使用了多个不吸收光而选择性地使特定波长区域的光透过并反射其它的波长区域的光的双向色镜。由此，不会有光损失，能在各个感光部仅入射所需波长区域的光。

图10是示意性地表示专利文献2所公开的与摄像元件的摄像面垂直的方向的截面的图。该摄像元件具备：分别配置在摄像元件的表面以及内部的聚光用的微透镜4a、4b；遮光部20；感光单元2a、2b、2c；双向色镜17、18、19。双向色镜17、18、19分别与感光单元2a、2b、2c相对置地配置。双向色镜17具有透过R光、反射G光以及B光的特性。双向色镜18具有反射G光、透过R光以及B光的特性。双向色镜19具有反射B光、透过R光以及G光的特性。

入射到微透镜4a的光在被微透镜4b调整为光束后，入射到第1双向色镜17。第1双向色镜透过R光，但反射G光以及B光。透过第1双向色镜17的光入射到感光单元2a。在第1双向色镜17反射的G光以及B光入射到相邻的第2双向色镜18。第2双向色镜18反射所入射的光中的G光，并透过B光。在第2双向色镜18反射的G光入射到感光单元2b。透过第2双向色镜18的B光在第3双向色镜19被反射而入射到其正下方的感光单元2c。如此，根据专利文献2公开的摄像元件，入射到聚光微透镜4a的可见光不被滤色器所吸收，RGB的各分量能不浪费地被感光单元检测出。

除了上述的现有技术以外，还在专利文献3中公开了通过使用微棱镜来防止光的损失的摄像元件。该摄像元件具有以不同的感光单元来分别接受被微棱镜分离为红、绿、蓝的光的构造。通过这样的摄像元件也能防止光的损失。

但是，在专利文献2以及专利文献3所公开的技术中，需要设置所利用的微透镜的数量的、或进行分光的数量的感光单元。例如，具有如下课题：为了检测RGB三色的光，不得不将感光单元的数量与使用现有的滤色器的情况下的感光单元的数量相比增加到3倍。

针对以上的技术，在专利文献4示出了如下技术：虽然光的损失会局部产生，但使用双向色镜与反射来提高光的利用率。图11是表示使用了该技术的摄像元件的截面图的一部分的图。如图11所示，在透光性树脂21内配置双向色镜22、23。双向色镜22具有透过G光，反射R光以及B光的特性。另外，双向色镜23具有透过R光、反射G光以及B光的特性。