[发明专利]固体摄像元件、摄像装置和信号处理方法

说明书

技术领域

本申请涉及固体摄像装置的高灵敏度化和彩色化的技术。

背景技术

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(digital camcorder)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(backside illumination)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(dichroic mirror))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。