[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装置的高灵敏度化以及彩色化的技术。

背景技术

近年来，采用了CCD或CMOS等固体摄像元件(以下有时称为“摄像元件”。)的数字照相机、数字摄像机的高功能化、高性能化备受瞩目。特别是随着半导体制造术的急速进步，摄像元件中的像素构造的微细化得到发展。其结果，可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不断进步。特别地在近年来，还开发出了利用在固体摄像元件的背面侧进行受光而不是在形成了布线层的面(表面)侧进行受光的背面照射型(backside illumination)的摄像元件的照相机，其特性等受到关注。另一方面，伴随着摄像元件的多像素化，由于1像素接受的光量下降，因此引起了照相机灵敏度下降这一问题。

照相机的灵敏度下降除了由于多像素化以外，还由于使用了色分离用的滤色器。在通常的彩色照相机中，与摄像元件的各感光单元对置地配置了以有机颜料作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，因此在采用这种滤色器的情况下，照相机的光利用率下降。例如，在具有以红色(R)1像素、绿色(G)2像素、蓝色(B)1像素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，吸收剩余的光。因此，基于拜尔排列的彩色照相机中所利用的光是入射光全体的约1/3。

针对上述的灵敏度下降的问题，对比文件1中公开了为了取入较多的入射光而在摄像元件的受光部安装微透镜阵列来增加受光量的技术。根据该技术，利用微透镜对感光单元进行聚光，由此能够实质上提高摄像元件的光孔径率。该技术现在被用于大部分的固体摄像元件。如果使用该技术，则的确可提高实质上的孔径率，但没有解决因滤色器而引起的光利用率下降的问题。

作为同时解决光利用率下降和灵敏度下降的问题，对比文件2中公开了组合多层膜的滤色器(分色镜)和微透镜来最大限度利用光的技术。该技术中，采用了不吸收光而使特定波段的光选择性地透过、反射其他波段的光的多个分色镜。由此，不会损失光，能够仅使各个感光部所需的波段的光入射。

图10是示意地表示与专利文献2所公开的摄像元件的摄像面垂直的方向的断面的图。该摄像元件具备在摄像元件的表面以及内部分别配置的聚光用的微透镜4a、4b、遮光部20、感光单元2a、2b、2c、分色镜17、18、19。分色镜17、18、19与感光单元2a、2b、2c分别对置配置。分色镜17具有使R光透过而使G光以及B光反射的特性。分色镜18具有使G光反射而使R光以及B光透过的特性。分色镜19具有使B光反射而使R光以及G光透过的特性。

入射至微透镜4a的光由微透镜4b调整了光束之后，入射至第1分色镜17。第1分色镜17使R光透过，而反射G光以及B光。透过了第1分色镜17的光入射至感光单元2a。由第1分色镜17反射后的G光以及B光入射至相邻的第2分色镜18。第2分色镜18反射所入射的光之中的G光，使B光透过。由第2分色镜18反射后的G光入射至感光单元2b。透过了第2分色镜18的B光被第3分色镜19反射，入射至其正下方的感光单元2c。这样，根据专利文献2所公开的摄像元件，入射至聚光微透镜4a的可见光没有被滤色器吸收，该RGB的各成分可由3个感光单元无损地检测出。

除了上述的现有技术以外，专利文献3还公开了通过使用微棱镜能够防止光损失的摄像元件。该摄像元件具有由分别不同的感光单元来接收被微棱镜分离为红色、绿色、蓝色的光的构造。通过这种的摄像元件也能够防止光的损失。

但是，在专利文献2以及专利文献3所公开的技术中，需要设置与利用的分色镜的数目、或者进行分光的数目相应的感光单元。例如为了检测RGB3色的光，存在较之使用了现有的滤色器时的感光单元的数目而必需将感光单元的数目增加至3倍的这一课题。

针对以上的技术，专利文献4中公开了尽管发生一部分的光损失但是可利用分色镜和反射来提高光利用率的技术。图11表示利用该技术的摄像元件的断面图的一部分。如图示，在透光性的树脂21内配置分色镜22、23。分色镜22具有使G光透过而反射R光以及B光的特性。此外，分色镜23具有使R光透过而反射G光以及B光的特性。