CN103404152B - 固体摄像元件、摄像装置、以及信号处理方法 - Google Patents

固体摄像元件、摄像装置、以及信号处理方法 Download PDF

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Abstract

固体摄像元件具备各自包括第1～第4感光单元(2a～2d)的感光单元阵列、与感光单元阵列对置地配置的包括第1种类的分光要素(1a)以及第2种类的分光要素(1b)在内的分光要素阵列。在将假定不存在分光要素阵列的情况下各感光单元所接受的光作为各感光单元的单元入射光时，分光要素阵列通过第1种类的分光要素(1a)使第1以及第2感光单元(2a、2b)各自的单元入射光中包含的第1颜色成分的光的一部分入射至第1感光单元(2a)，通过第2种类的分光要素(1b)使第3以及第4感光单元(2c、2d)各自的单元入射光中包含的第2颜色成分的光的一部分入射至第4感光单元(2d)。

Description

固体摄像元件、摄像装置、以及信号处理方法
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。
通过这种结构，无法由感光部对B光进行受光，但是能够通过以下的原理检测全部的R光、G光。首先，在R光入射至分色镜22、23时，在分色镜22中反射，在分色镜23中透过。被分色镜22反射的R光进一步被透光性的树脂21与空气的界面反射，入射至分色镜23。R光透过分色镜23，进而还透过具有R光透过性的有机色素滤波器25以及微透镜26。这样一来，尽管一部分被金属层27反射，但是入射至分色镜22、23的R光的大部分入射至感光部。另一方面，在G光入射至分色镜22、23时，在分色镜22中透过，在分色镜23中反射。被分色镜23反射的G光进一步在透光性的树脂21与空气的界面进行全反射，入射至分色镜22。G光透过分色镜22，进而还透过具有G光透过性的有机色素滤波器24以及微透镜26。这样一来，尽管一部分被金属层27反射，但是入射至分色镜22、23的G光的大部分没有损失地入射至感光部。
通过上述的原理，在专利文献4所示的技术中，尽管RGB光之中的1个颜色受到损失，但是另外2个颜色几乎没有损失而能够受光。因此，无需配置与RGB3色相应的感光部。在此，较之不具有分色镜而仅通过有机色素滤波器进行彩色化的情况，相对于仅利用有机色素滤波器的情况下的光利用率为约1/3，利用专利文献4所公开的技术的情况下的光利用率成为全入射光的约2/3。即，根据该技术，摄像灵敏度提高至约2倍。但是，根据该技术，也会损失3个颜色之中的1个颜色。
另一方面，专利文献5中公开了利用分光要素而没有大幅增加感光单元就提高光利用率的彩色化技术。根据该技术，通过与感光单元对应配置的分光要素使得光根据波段而入射至不同的感光单元。各个感光单元从多个分光要素接收不同波段的成分被叠加之后的光。其结果，通过利用从各感光单元输出的光电变换信号的信号运算能够生成颜色信号。不过，该彩色化技术适合于单元间距为1微米程度的摄像元件，但如果单元间距变大则存在彩色化的性能劣化的倾向。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】特开昭59-90467号公报
【专利文献2】特开2000-151933号公报
【专利文献3】特开2001-309395号公报
【专利文献4】特开2003-78917号公报
【专利文献5】国际公开第2009/153937号
【发明的概要】
【发明要解决的技术问题】
在现有技术中，如果使用光吸收型的滤色器，可以不必大幅增加感光单元，但存在光利用率变低这一问题。此外，如专利文献2～4所公开的技术，如果使用分色镜、微棱镜，能够提高光利用率，但存在必定大幅增加感光单元的这一课题。
另一方面，根据专利文献5所公开的技术，理论上的确可获得光利用率高的彩色图像，但是对于单元间距大的摄像元件、例如4～5微米(μm)的单元间距的摄像元件而言，存在彩色特性劣化严重的这一课题。因此，在增大单元间距来谋求高灵敏度化的摄像装置中，难以获得优异的特性。
发明内容
本发明的实施方式提供一种不必大幅增加感光单元就能够提高光利用率、并且即便采用单元间距大大超过1微米的高灵敏度的摄像元件的情况下，颜色再现性也良好的彩色摄像技术。
【用于解决课题的手段】
为了解决上述技术问题，本发明的一个方式的固体摄像元件具备：各自包括第1感光单元、第2感光单元、第3感光单元、以及第4感光单元的多个单位块排列成二维状而成的感光单元阵列；与所述感光单元阵列对置地配置的包括第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素的分光要素阵列。在将假定所述分光要素阵列不存在的情况下各感光单元接受的光作为各感光单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可见光由第1颜色成分、第2颜色成分、以及第3颜色成分构成，将除了各颜色成分以外的颜色成分的可见光作为该颜色成分的补色光时，所述分光要素阵列通过所述第1种类的分光要素使所述第1以及第2感光单元各自的单元入射光中包含的所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，通过所述第2种类的分光要素使所述第3以及第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元。
上述的一般性且特定的方式可利用***、方法、以及计算机程序进行安装，或者利用***、方法、以及计算机程序的组合来实现。
【发明的效果】
根据本发明的一个方式，利用使入射光根据颜色成分而入射至不同的感光单元的分光要素，由此不会大幅增加感光单元，对于光利用率高、且对于单元间距大大超过1微米的高灵敏度的摄像元件，也能够实现颜色再现性较高的彩色摄像。
附图说明
图1是示意地表示本发明的固体摄像元件中的感光单元200以及分光要素100的配置关系的立体图。
图2A是表示本发明的1个实施方式的固体摄像元件的单位块的一例的俯视图。
图2B是图2A中的AA’线断面图。
图2C是图2A中的BB’线断面图。
图2D是图2A中的CC’线断面图。
图2E是图2A中的DD’线断面图。
图2F是表示图2A～2E所示的结构中的各感光单元的受光量的图。
图3A是表示本发明的其他的实施方式的固体摄像元件的单位块的一例的俯视图。
图3B是图3A中的AA’线断面图。
图3C是图3A中的BB’线断面图。
图3D是图3A中的CC’线断面图。
图3E是图3A中的DD’线断面图。
图3F是表示图3A～3E所示的结构中的各感光单元的受光量的图。
图4是表示本发明的实施方式1的摄像装置的概略结构的框图。
图5是表示本发明的实施方式1中的镜头和摄像元件的图。
图6A是表示本发明的实施方式1中的摄像元件的像素排列的一例的图。
图6B是表示本发明的实施方式1中的摄像元件的像素排列的其他例的图。
图7A是表示本发明的实施方式1中的摄像元件的基本构造的俯视图。
图7B是图7A中的AA’线断面图。
图7C是图7A中的BB’线断面图。
图7D是图7A中的CC’线断面图。
图7E是图7A中的DD’线断面图。
图7F是表示图7A～7E所示的结构中的各感光单元的受光量的图。
图8是表示本发明的实施方式1中的颜色信息生成处理的步骤的流程图。
图9A是表示实施方式1的变形例中的摄像元件的基本构造的俯视图。
图9B是图9A中的AA’线断面图。
图9C是图9A中的BB’线断面图。
图10是利用了微透镜和多层膜滤波器(分色镜)的现有的摄像元件的断面图。
图11是利用了多层膜滤波器(分色镜)和反射的现有的摄像元件的断面图。
具体实施方式
为了解决上述技术问题，本发明的一个方式的固体摄像元件具备：感光单元阵列，所述感光单元阵列是各自包括第1感光单元、第2感光单元、第3感光单元、以及第4感光单元的多个单位块排列成二维状而成；和分光要素阵列，其包括与所述感光单元阵列对置而配置的第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素。在将假定不存在所述分光要素阵列的情况下各感光单元接受的光作为各感光单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可见光由第1颜色成分、第2颜色成分、以及第3颜色成分构成，将除了各颜色成分以外的颜色成分的可见光作为该颜色成分的补色光时，所述分光要素阵列通过所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光中包含的所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，通过所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元。
在某个实施方式中，所述第1感光单元至所述第4感光单元各自的形状为四边形形状，所述第1感光单元至所述第4感光单元排列成2行2列，所述第1种类的分光要素被配置在与所述第1感光单元以及所述第2感光单元的边界对置的位置，所述第2种类的分光要素被配置在与所述第3感光单元以及所述第4感光单元的边界对置的位置。
在某个实施方式中，所述第1种类的分光要素还配置在与所述第1感光单元以及所述第3感光单元的边界对置的位置，所述第2种类的分光要素还配置在与所述第2感光单元以及所述第4感光单元的边界对置的位置。
在某个实施方式中，所述第1种类的分光要素还使所述第1感光单元以及所述第3感光单元各自的单元入射光中包含所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，所述第2种类的分光要素还使所述第2以及第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元。
在某个实施方式中，所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光之中所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元，所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光之中所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元。
在某个实施方式中，所述第1种类的分光要素还使所述第1感光单元以及所述第3感光单元各自的单元入射光之中所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元，所述第2种类的分光要素还使所述第2感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光之中所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元。
在某个实施方式中，所述第1种类的分光要素包括在与所述第1感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素，所述第2种类的分光要素包括在与所述第4感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素。
在某个实施方式中，所述第1颜色成分是红色以及蓝色的其中一个颜色成分，所述第2颜色成分是红色以及蓝色的另一个颜色成分。
在某个实施方式中，所述第1种类的分光要素以及所述第2种类的分光要素各自具有透光性部件，利用所述透光性部件的形状、以及所述透光性部件与折射率比所述透光性部件低的其他的透光性部件之间的折射率之差来进行分光。
本发明的一个方式的摄像装置具备：上述任意的固体摄像元件；光学***，其在所述固体摄像元件形成像；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，通过利用了从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号的运算来生成颜色信息。
在某个实施方式中，所述信号处理部通过所述第1光电变换信号与所述第1至第4光电变换信号的平均值的差分运算、以及所述第4光电变换信号与所述第1至所述第4光电变换信号的差分运算，来生成第1色差信号以及第2色差信号。
本发明的一个方式的信号处理方法是对从上述任意的固体摄像元件输出的信号进行处理的方法，其包括：步骤A，获取从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号；和步骤B，利用所述第1至第4光电变换信号来生成颜色信息。
在某个实施方式中，所述步骤B包括：生成通过所述第1光电变换信号与所述第2光电变换信号的差分运算所生成的第1差分信号的步骤；和生成通过所述第3光电变换信号与所述第4光电变换信号的差分运算所生成的第2差分信号的步骤。
在某个实施方式中，所述步骤B还包括：通过包括所述第1以及第2光电变换信号的相加、所述第3以及第4光电变换信号的相加、以及所述第1至第4光电变换信号的相加的任意一个的运算来生成亮度信号的步骤；和利用所述亮度信号、所述第1差分信号、以及所述第2差分信号来生成所述单元入射光中包含的红色、绿色、以及蓝色的颜色信号的步骤。
以下，在说明具体的实施方式之前，首先，参照图1、2A～2F、3A～3F，说明本发明的实施方式的概要。再者，在以下的说明中，将对波段或者颜色成分不同的光在空间上进行分离称为“分光”。
本发明的一个方式的固体摄像元件具备：包括在摄像面排列成二维状的多个感光单元(像素)的感光单元阵列、包括多个分光要素的分光要素阵列。图1是示意地表示在固体摄像元件10的摄像面形成的感光单元阵列200以及分光要素阵列100的一部分的立体图。分光要素阵列100与感光单元阵列200对置地配置在光入射的一侧。再者，感光单元2的排列、形状、尺寸等并不限于该图的例子，可以是公知的任意排列、形状、尺寸。此外，分光要素阵列100为了方便由四角柱表示，但是实际上并不是具有这种的形状，可采用各种的构造。分光要素阵列100具备多个分光要素。各分光要素例如是微透镜或高折射率的透明部件，被设计成将入射光根据波长而分离至不同的方向。
各感光单元2在接收到光时，通过光电变换而输出与接受的光的强度(入射光量)相应的电信号(以下称为“光电变换信号”或者“像素信号”。)。本实施方式中，各感光单元2接受行进方向因分光要素阵列100而变化的多个波段(颜色成分)的光。其结果，各感光单元2接受的光具有与假定不存在分光要素时接受的光不同的分光分布(每个波段的强度分布)。此外，分光要素阵列100也未必对全部的入射光进行分光，可以仅对某个比例k(k为大于0且1以下的实数)进行分光。
以下，参照图2A～2E说明摄像元件10的基本构造的一例。
图2A是表示感光单元阵列200的基本像素结构(单位块)40的一例的俯视图。感光单元阵列200具有各自包括4个感光单元2a、2b、2c、2d在内的多个单位块40在摄像面上排列成二维状的构造。在图示的例子中，在1个单位块内中4个感光单元配置成2行2列。此外，各感光单元的形状是4边形形状。再者，该结构仅仅是一例，感光单元的排列以及形状并不限定于该例。
图2B、2C、2D、2E分别是示意地表示图2A中的AA′线断面、BB′线断面、CC′线断面、DD′线断面的图。分光要素阵列100如前述具有多个分光要素。入射至分光要素阵列100的光之中相当于比例k的光被这些的分光要素进行分光，相当于比例(k-1)的光没有被分光而透过。图2B～2E表示入射至摄像元件10的光之中比例k的光透过分光要素阵列100时行进方向因颜色成分而变化、其结果各感光单元接受的光的分光分布彼此不同。本实施方式中，分光要素阵列包括分光特性不同的第1种类的分光要素和第2种类的分光要素。各分光要素利用折射或衍射将入射光根据颜色成分而分离至不同的方向。图2B、2C所示的断面图表示水平方向(图2A所示的x方向)的分光的情况，图2D、2E所示的断面图是垂直方向(图2A所示的y方向)的分光的情况。
在此，将假定分光要素阵列100不存在的情况下各感光单元接受的光称为该感光单元的“单元入射光”。在1个单位块40中包含的感光单元2a～2d相靠近的情况下，可以认为这些感光单元的单元入射光中包含的光的强度以及分光分布大致相同。假定以记号“W”表示这些感光单元的单元入射光的可见光成分的强度。本说明书中，将单元入射光中包含的可见光成分大致分为第1颜色成分、第2颜色成分、第3颜色成分。在将第1～第3颜色成分的强度分别表示为C1、C2、C3时，W＝C1+C2+C3。此外，对该光强度赋予k从而表示单元入射光的比例k的光强度。于是，各感光单元的单元入射光之中被分光要素分光的光的强度以kW进行表示，没有被分光的光的强度以(1-k)W表示。
在以下的说明中，不仅仅是各颜色成分的强度，有时以C1、C2、C3表示颜色成分自身。此外，将除了各颜色成分以外的可见光的颜色成分称为该颜色成分的“补色”，将补色的光称为“补色光”。于是，第1颜色成分C1的补色以C2+C3表示，第2颜色成分C2的补色以C1+C3表示，第3颜色成分C3的补色以C1+C2表示。以下，为了方便，有时以Cn^表示颜色成分Cn(Cn为C1、C2、C3的任意一个)的补色及其强度。第1～第3颜色成分的组合典型的是红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的3原色的组合，但只要是将可见光分为3个波段即可，也可以是其他颜色成分的组合。
以下，说明图2A～图2E所示的例子中的分光要素阵列100的作用。对于入射至第1感光单元2a、第2感光单元2b、第3感光单元2c、第4感光单元2d的入射光，按水平方向(x方向)、垂直方向(y方向)的不同方向来进行说明。在此，通过分光要素阵列100中包含的第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素来进行分光。第1种类的分光要素被设计成将入射光分离为第1颜色成分的光和第1颜色成分的补色光。另一方面，第2种类的分光要素被设计成将入射光分离为第2颜色成分的光和第2颜色成分的补色光。
首先，针对在水平方向排列的第1感光单元2a和第2感光单元2b，说明水平方向的分光。分光要素阵列100对第1感光单元2a以及第2感光单元2b的各单元入射光(强度W)之中、其k倍的光(强度kW)进行分光。使该分光之中的第1颜色成分的光(强度kC1)入射至第1感光单元2a，使该分光之中的第1颜色成分的补色光(强度kC1^)入射至第2感光单元2b，使没有被分光的剩余的强度W’(＝(1-k)W)的光入射至第1感光单元2a以及第2感光单元2b的各个单元。再者，如图2B所示，在第1感光单元2a以及第2感光单元2b中，从两侧入射以箭头表示的光，这些光的合计分别由kC1以及kC1^表示。在此，由第1种类的分光要素来进行分光。
其次，针对在水平方向排列的第3感光单元2c和第4感光单元2d，说明水平方向的分光。分光要素阵列100使第3感光单元2c以及第4感光单元2d的各单元入射光(强度W)之中的k倍的光(强度kW)进行分光。然后，使该分光之中的第2颜色成分的光(强度kC2)入射至第4感光单元2d，使该分光之中的第2颜色成分的补色光(强度kC2^)入射至第3感光单元2c，使没有被分光的剩余的强度W’(＝(1-k)W)的光入射至第3感光单元2c以及第4感光单元2d的各单元。再者，如图2C所示，在第3感光单元2c以及第4感光单元2d中，从两侧入射以箭头表示的光，这些光的合计分别由kC2^以及kC2表示。在此，由第2种类的分光要素进行分光。
再次，针对在垂直方向排列的第1感光单元2a和第3感光单元2c，说明垂直方向的分光。分光要素阵列100使第1感光单元2a以及第3感光单元2c的各单元入射光(强度W)之中的k倍的光(强度kW)进行分光。然后，使该分光之中的第1颜色成分的光(强度kC1)入射至第1感光单元2a，使该分光之中的第1颜色成分的补色光(强度kC1^)入射至第3感光单元2c，使没有被分光的剩余的强度W’(＝(1-k)W)的光入射至第1感光单元2a以及第3感光单元2c的各单元。再者，如图2D所示，在第1感光单元2a以及第3感光单元2c中，从两侧入射由箭头表示的光，这些光的合计分别由kC1以及kC1^表示。在此，由第1种类的分光要素进行分光。
最后，针对在垂直方向排列的第2感光单元2b和第4感光单元2d，说明垂直方向的分光。分光要素阵列100使第2感光单元2b以及第4感光单元2d的各单元入射光(强度W)之中的k倍(强度kW)进行分光。然后，使该分光之中的第2颜色成分的光(强度kC2)入射至第4感光单元2d，使该分光之中的第2颜色成分的补色光(强度kC2^)入射至第2感光单元2b，使没有被分光的剩余的强度W’(＝(1-k)W)的光入射至第2感光单元2b以及第4感光单元2d的各单元。再者，如图2E所示，在第2感光单元2b以及第4感光单元2d中，从两侧入射由箭头表示的光，这些光的合计分别由kC2^以及kC2表示。在此，由第1种类的分光要素进行分光。
在以上的说明中，对于入射至各感光单元的入射光，由于按水平、垂直的不同方向进行了说明，因此重复表记了没有被分光的光强度W’，但各感光单元作为没有被分光的光而仅接受强度W’的光。
图2F是表示各感光单元接受的光的强度的图。通过上述的结构，若仅关注于分光，则感光单元2a、2b、2c、2d通过水平方向的分光分别接受由kC1、kC1^、kC2^、kC2表示的强度的光，通过垂直方向的分光分别接受由kC1、kC2^、kC1^、kC2表示的强度的光。各感光单元除此以外还接受强度W’的没有被分光的光。其结果，如图2F所示，感光单元2a、2b、2c、2d分别接受由W’+2kC1、W’+kC1^+kC2^、W’+kC1^+kC2^、W’+2kC2表示的强度的光。各感光单元输出与这些强度相应的光电变换信号(像素信号)。
在此，将感光单元2a～2d输出的光电变换信号分别设为S2a～S2d，将与强度W对应的信号设为Ws，将与强度W’对应的信号设为W’s，将与强度C1对应的信号设为C1s，将与强度C2对应的信号设为C2s，将与强度C3对应的信号设为C3s，进而将与强度C1^对应的信号设为C1^s(＝C2s+C3s)，将与强度C2^对应的信号设为C2^s(＝C1s+C3s)，将与强度C3^对应的信号设为C3^s(＝C1s+C2s)，Ws＝C1s+C2s+C3s。于是，S2a～S2d分别可由以下的式1～4表示。
(式1) S2a＝W’s+2kC1s
(式2) S2b＝Ws’+kC1^s+kC2^s＝Ws’+kWs+kC3s
(式3) S2c＝Ws’+kC1^s+kC2^s＝Ws’+kWs+kC3s
(式4) S2d＝W’s+2kC2s
再者，在对这些S2a～S2d的信号进行合计时，4Ws’+2kC1s+2kC1^s+2kC2s+2kC2^s＝4Ws’+4kWs＝4(1-k)Ws+4kWs＝4Ws，因此可知没有发生光损失。
在此，针对入射光进行分光而得到的光的比例k为设计值，由于是已知，因此将信号S2a～S2d的平均值设为Sav(＝Ws)，如果从信号S2a中减去(1-k)Sav然后除以2k，则得到C1s。同样，如果从信号S2d中减去(1-k)Sav然后除以2k，则得到C2s。进而，如果从信号(S2b+S2c)中减去2Sav然后除以2k，则得到C3s。其结果，通过式5～式7的运算，得到C1s、C2s、C3s的颜色信号。
(式5) C1s＝(S2a-(1-k)Sav)/2k
(式6) C2s＝(S2d-(1-k)Sav)/2k
(式7) C3s＝(S2b+S2c-2Sav)/2k
即，通过基于从感光单元2a～2d输出的4个光电变换信号S2a～S2d的信号运算，能够算出彩色信号。
接下来，参照图3A至图3F说明摄像元件10的其他例。
图3A是表示该例中的感光单元阵列200的单位块40的俯视图。感光单元200的单位块40具有与图2A所示的结构同样的结构。
图3B、3C、3D、3E分别示意地表示图3A中的AA′线断面、BB′线断面、CC′线断面、DD′线断面的图。该例中，分光要素阵列100包括第1种类的分光要素和第2种类的分光要素。第1种类的分光要素将入射光分离为第1颜色成分的光的一部分、第1颜色成分的光的剩余的一部分、第1颜色成分的光的补色光。第2种类的分光要素将入射光分离为第2颜色成分的光的一部分、第2颜色成分的光的剩余的一部分、和第2颜色成分的光的补色光。以下，关于入射至各感光单元的入射光，分为水平方向以及垂直方向进行说明。
首先，针对在水平方向排列的第1感光单元2a以及第2感光单元2b，说明水平方向的分光。分光要素阵列100使第1感光单元2a以及第2感光单元2b的各单元入射光(强度W)之中、其k倍的光(强度kW)进行分光。使该分光的之中的第1颜色成分的光的一半(强度kC1/2)入射至第1感光单元2a，使该分光之中的第1颜色成分的光的剩余的一半(强度kC1/2)和第1颜色成分的补色光(强度kC1^)入射至第2感光单元2b，使没有被分光的剩余的强度W’(＝(1-k)W)的光入射至第1感光单元2a以及第2感光单元2b的各单元。再者，如图3B所示，在第1感光单元2a以及第2感光单元2b中，从两侧入射由箭头表示的光，这些光的合计分别由kC1/2以及kC1^+kC1/2表示。在此，由第1种类的分光要素进行分光。
其次，针对在水平方向排列的第3感光单元2c以及第4感光单元2d，说明水平方向的分光。分光要素阵列100使第3感光单元2c以及第4感光单元2d的各单元入射光(强度W)之中、其k倍的光(强度kW)进行分光。使该分光之中的第2颜色成分的光的一半(强度kC2/2)入射至第4感光单元2d，使该分光之中的第2颜色成分的光的剩余的一半(强度kC2/2)和第2颜色成分的补色光(强度kC2^)入射至第3感光单元2c，使没有被分光的剩余的强度W’(＝(1-k)W)的光入射至第3感光单元2c以及第4感光单元2d的各单元。再者，如图3C所示，在第3感光单元2c以及第4感光单元2d中，从两侧入射由箭头表示的光，这些光的合计分别由kC2^+kC2/2以及kC2/2表示。在此，由第2种类的分光要素进行分光。
再次，针对在垂直方向排列的第1感光单元2a以及第3感光单元2c，来说明垂直方向的分光。分光要素阵列100使第1感光单元2a以及第3感光单元2c的各单元入射光(强度W)之中、其k倍的光(强度kW)进行分光。使该分光之中的第1颜色成分的光的一半(强度kC1/2)入射至第1感光单元2a，使该分光之中的第1颜色成分的光的剩余的一半(强度kC1/2)和第1颜色成分的补色光(强度kC1^)入射至第3感光单元2c，使没有被分光的剩余的强度W’(＝(1-k)W)的光入射至第1感光单元2a以及第3感光单元2c的各单元。再者，如图3D所示，在第1感光单元2a以及第3感光单元2c中，从两侧入射由箭头表示的光，这些光的合计分别由kC1/2以及kC1^+kC1/2表示。在此，由第1种类的分光要素进行分光。
最后，针对在垂直方向排列的第2感光单元2b以及第4感光单元2d，说明垂直方向的分光。分光要素阵列100使第2感光单元2b以及第4感光单元2d的各单元入射光(强度W)之中、其k倍的光(强度kW)进行分光。使该分光之中的第2颜色成分的光的一半(强度kC2/2)入射至第4感光单元2d，该分光之中的第2颜色成分的光的剩余的一半(强度kC2/2)和第2颜色成分的补色光(强度kC2^)入射至第2感光单元2b，使没有被分光的剩余的强度W’(＝(1-k)W)的光入射至第2感光单元2b以及第4感光单元2d的各单元。再者，如图3E所示，在第2感光单元2b以及第4感光单元2d中，从两侧入射由箭头表示的光，这些光的合计分别由kC2^+kC2/2以及kC2/2表示。在此，由第2种类的分光要素进行分光。
在以上的说明中，关于入射至各感光单元的入射光，由于按水平、垂直的不同方向进行了说明，因此重复表记了没有被分光的光强度W’，但各感光单元作为没有被分光的光而仅接受强度W’的光。
图3F是表示各感光单元接受的光的强度的图。通过上述的结构，感光单元2a、2b、2c、2d分别接受由W’+kC1、W’+kC1^+kC1/2+kC2^+kC2/2、W’+kC1^+kC1/2+kC2^+kC2/2、W’+kC2表示的强度的光。各感光单元输出与这些强度相应的光电变换信号(像素信号)。
感光单元2a～2d输出的光电变换信号S2a～S2d分别可由以下的式8～11表示。
(式8) S2a＝W’s+kC1s
(式9) S2b＝W’s+kC1^s+kC1s/2+kC2^s+kC2s/2
(式10) S2c＝W’s+kC1^s+kC1s/2+kC2^s+kC2s/2
(式11) S2d＝W’s+kC2s
在对这些S2a～S2d的信号进行合计时，由于4W’s+2kC1s+2kC1^s+2kC2s+2kC2^s＝4W’s+4kWs＝4Ws，因此可知没有发生光损失。在该情况下，由于比例k为设计值，是已知的，因此也能够根据式8～11而得到C1s、C2s、C3s的颜色信号。
如以上，在该例中，通过基于从感光单元2a～2d输出的4个光电变换信号S2a～S2d的信号运算，能够算出彩色信号。
根据以上的摄像元件10，不使用吸收一部分光的滤色器，使用分光要素就能够通过信号运算而获得彩色信息。因此，能够防止光的损失，可提高摄像灵敏度。
再者，在图1、图2B～2E、图3B～3E中，分光要素阵列100被描绘为覆盖多个感光单元的连续的要素，但分光要素阵列4也可以是在空间上分离的多个分光要素的集合体。作为这种的分光要素，可利用例如后述的高折射率透明部件、分色镜、微棱镜等。本实施方式中的分光要素阵列100只要可获得上述例子中示出的光电变换信号则可以任意构成，例如可利用全息元件等进行分光。
以下，参照图4至图8说明具体的实施方式。在以下的说明中，对于共同的要素赋予同一符号。
(实施方式1)
图4是表示第1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，具备摄像部300、和基于从摄像部300送出的信号生成表示图像的信号(图像信号)的信号处理部400。再者，摄像装置可以仅生成静止图像，也可以具备生成运动图像的功能。
摄像部300具备用于对被摄体成像的光学镜头12、光学滤波器11、通过光电变换将通过光学镜头12以及光学滤波器11而成像的光信息变换为电信号的固体摄像元件10(图像传感器)。摄像部300还具备：信号发生/接收部13，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，送出至信号处理部400；和元件驱动部14，基于由信号发生/接收部13产生的基本信号来驱动摄像元件10。光学镜头12是公知的镜头，可以是具有多个透镜的镜头单元。光学滤波器11是在用于减少因像素排列的原因而产生的莫尔图案(moire pattern)的水晶低通滤波器中结合了用于除去红外线的红外截止滤波器而成的光学滤波器。作为摄像元件10，典型的有CMOS或者CCD，通过公知的半导体制造技术进行制造。信号发生/接收部13以及元件驱动部14由例如CCD驱动器等的LSI构成。
信号处理部400具备对从摄像部300送出的信号进行处理而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产生的各种数据的存储器30、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可通过公知的数字信号处理处理器(DSP)等的硬件、执行包括图像信号生成处理在内的图像处理的软件的组合来适当地实现。存储器30由DRAM等构成。存储器30记录从摄像部300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可具备电子快门、取景器、电源(电池)、闪光灯等公知的构成要素，但这些的说明对于本发明的理解不是特别需要因此省略。此外，以上的结构仅仅是一例，在除了摄像元件10以及图像信号生成部15的构成要素中，也可以适当组合公知要素加以利用。
以下，说明本实施方式中的固体摄像元件10。
图5是示意地表示在曝光中透过了镜头12的光入射至摄像元件10的样子的图。图5中为了简单而省略了镜头12以及摄像元件10以外的构成要素的记载。此外，镜头12一般可由在光轴方向上排列的多个透镜构成，但为了简单，描绘成单一的透镜。在摄像元件10的摄像面10a，配置了包括排列成二维状的多个感光单元(像素)在内的感光单元阵列。各感光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)。在摄像面10a中入射透过了镜头12以及光学滤波器11的光(可见光)。一般入射至摄像面10a的光的强度以及每个波段的入射光量的分布(分光分布)根据入射位置而不同。
图6A、6B是表示本实施方式中的像素排列的例子的俯视图。感光单元阵列200例如图6A所示那样在摄像面10a上具有排列成正方格子状的多个感光单元。感光单元阵列200由多个单位块40构成，各单位块40包括4个感光单元2a、2b、2c、2d。再者，感光单元的排列也可以不是这种正方格子状的排列，例如是图6B所示的斜交型的排列，或者是其他排列。如图6A、6B所示，各单位块中包括的4个感光单元2a～2d优选彼此靠近，但即便它们分离，通过适当地构成后述的分光要素阵列，也能够获得颜色信息。此外，各单位块可以包括5个以上的感光单元。
与感光单元阵列200对置地配置在光入射侧包括多个分光要素的分光要素阵列。本实施方式中，按照包围各单位块中包含的4个感光单元的各个单元的方式针对一个边界一个一个地设置分光要素。本实施方式中，按照覆盖第1感光单元2a的周围的边界的至少一部分的方式来配置第1种类的分光要素1a。此外，按照覆盖第4感光单元2d的周围的边界的至少一部分的方式来配置第2种类的分光要素1b。
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使入射光根据波段而朝向不同方向的光学元件。该类型的分光要素具有由折射率相对较高的材料形成的高折射率透明部件(核心部)、和由折射率相对较低的材料形成的与核心部的各个侧面相接的低折射率透明部件(包覆部)。由于核心部与包覆部之间的折射率差，在通过了两者的光之间产生相位差，因此引起衍射。由于该相位差根据光的波长而不同，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颜色成分的光的各一半分别朝向第1方向以及第2方向，使第1颜色成分以外的光朝向第3方向。此外，能够使各个不同波段(颜色成分)的光朝向3个方向。由于能够通过核心部与包覆部的折射率差来进行分光，因此在本说明书中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公开在例如专利第4264465号公报。
具有以上这种分光要素的分光要素阵列通过公知的半导体制造技术执行薄膜的堆积以及图案化，由此能够制造出。通过适当地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感光单元。其结果，能够根据各感光单元输出的光电变换信号的组，算出与需要的颜色成分对应的信号。
以下，参照图7A～7F说明本实施方式中的摄像元件10的基本构造以及各分光要素的作用，但本实施方式中使用背面照射型的摄像元件。其中，在本实施方式中，摄像元件10的类型是背面照射型还是表面照射型并不重要，摄像元件10也可以是表面照射型。此外，在本实施方式的情况下，摄像元件的单元间距在水平方向、垂直方向都是约4微米，是灵敏度比较高的摄像元件。图7A～7E是表示本实施方式中的摄像元件10的基本构造的图。图7A是表示摄像元件10的基本构造的俯视图。各单位块中，与4个感光单元2a、2b、2c、2d相对置地在它们的边界附近配置分光要素1a、1b。具有这种基本构造的多个图案在摄像面10a上反复形成。
图7B、7C、7D、7E分别是表示图7A中的AA′线断面、BB′线断面、CC′线断面以及DD′线断面的图。如图示那样，摄像元件10具备由硅等材料构成的半导体基板7、在半导体基板7内配置的感光单元2a～2d、在半导体基板7的背面侧(光入射一侧)形成的透明层6a、在透明层6a的内部配置的板状的高折射率透明部件1a、1b。在半导体基板7的表面侧(光入射一侧的相反侧)形成布线层5。此外，在表面侧配置用于支撑半导体基板7、布线层5等的固定基座9。固定基板9隔着透明层6b而与半导体基板7接合。本实施方式中，高折射率透明部件1a、1b作为分光要素发挥功能。
图7A～7E所示的构造可通过公知的半导体制造技术进行制造。图7A～7E所示的摄像元件10具有从布线层5的相反侧向各感光单元入射光的背面照射型的构造。但是，本实施方式的摄像元件10并不限于这种的构造，也可以具有从布线层5的表面侧接受光的表面照射型的构造。
第1种类的分光要素1a以及第2种类的分光要素1b如图7B～7E所示具有在光透过的方向上较长的长方形形状的断面，通过自身与透明层6a之间的折射率差进行分光。分光要素1a以包围感光单元2a的形式配置在与其他的感光单元的边界的上部，分光要素1b以包围感光单元2d的形式配置在与其他的感光单元的边界的上部。分光要素1a针对入射光使蓝绿色(Cy)光分光至其直线前进方向，使R光(作为光强度分别为R/8)分光至其两侧倾斜方向。分光要素1b针对入射光使黄(Ye)光分光至其直线前进方向，使B光(作为光强度分别为B/4)分光至其两侧倾斜方向。分光要素1a、1b本来适用于1微米程度的感光单元间距的摄像元件，但由于本实施方式的摄像元件的感光单元间距约为较大的4微米，因此并不是使入射光全部进行分光，而使入射光的约50％进行分光。再者，图7A～7E中，以W表示入射至各感光单元的光的强度，以W’(＝0.5W)表示没有被分光的光的强度。这样，在本实施方式中，没有被分光的比例k为1/2。此外，对于分光之后的颜色，红色、绿色、蓝色、黄色、蓝绿色的光强度分别由R、G、B、Ye、Cy表示。
对于入射光的分光，如果利用图7A进行说明，则分光要素1a从上下左右方向向感光单元2a各入射R/8的红色(R)光，分光要素1b从上下左右方向向感光单元2d各入射B/8的蓝色(B)光。其结果，在感光单元2a中，从周围的4个分光要素1a入射由强度R/2表示的R光，在感光单元2d中，从周围的4个分光要素1b入射由强度B/2表示的B光。此外，通过两分光要素，在感光单元2b和2c各自中一并入射由强度R/4+Cy/2+B/4+Ye/2表示的光。对于没有被分光的光的光强度，在该图中没有标记，但是在各感光单元中入射光强度W’的光。
利用图7B～7E来说明入射光的分光状况。图7B是表示图7A中的AA′线断面的图，表示分光要素1a对入射光进行分光，使得分光之后的光的一部分入射至感光单元2a和2b的状况。在本实施方式的情况下，分光要素1a没有配置在感光单元2a和2b的边界的正上方，向感光单元2b侧偏离少许。其结果，在感光单元2a中从两侧的分光要素1a各入射R/8(合计为R/4)的R光，在感光单元2b中从两侧的分光要素1a各入射R/8+Cy/4(合计为R/4+Cy/2)的R光和Cy光。在感光单元2a、2b各自中还入射没有被分光的光W’(＝W/2)。
图7C是表示图7A中的BB′线断面的图，表示分光要素1b对入射光进行分光，使分光之后的光的一部分入射至感光单元2c和2d的状况。本实施方式的情况下，分光要素1b没有配置在感光单元2c与2d的边界的正上方，向感光单元2c侧偏离少许。其结果，在感光单元2d中从两侧的分光要素1b各入射B/8(合计为B/4)的B光，在感光单元2c中从两侧的分光要素1b各入射B/8+Ye/4(合计为B/2+Ye/2)的B光和Ye光。在感光单元2c、2d各自中，还入射没有被分光的光W’(＝W/2)。
图7D是表示图7A中的CC′线断面的图，表示分光要素1a对入射光进行分光，使分光之后的光的一部分入射至感光单元2a和2c的状况。本实施方式的情况下，分光要素1a没有配置在感光单元2a和2c的边界的正上方，向感光单元2c侧偏离少许。其结果，在感光单元2a中从两侧的分光要素1a各入射R/8(合计为R/4)的R光，在感光单元2c中从两侧的分光要素1b各入射R/8+Cy/4(合计为R/4+Cy/2)的R光和Cy光。在感光单元2a、2c各自中还入射没有被分光的光W’(＝W/2)。
图7E是表示图7A中的DD′线断面的图，表示分光要素1b对入射光进行分光，使分光之后的光的一部分入射至感光单元2b和2d的状况。在本实施方式的情况下，分光要素1b没有配置在感光单元2b与2d的边界的正上方，向感光单元2b侧偏离少许，进而分光要素1b的下端向其中心方向偏离少许。其结果，在感光单元2d中从两侧的分光要素1b各入射B/8(合计为B/4)的B光，在感光单元2b中从左右方向各入射B/8+Ye/4(合计为B/4+Ye/2)的B光和Ye光。在感光单元2b、2d各自中还入射没有被分光的光W’(＝W/2)。
图7F是表示入射至各感光单元的光的强度的图。通过上述结构，如果还包含没有被分光的入射光W’，则感光单元2a、2b、2c、2d中分别入射光强度W’+R/2、W’+R/4+Cy/2+B/4+Ye/2、W’+R/4+Cy/2+B/4+Ye/2、W’+B/4的光。
基于上述分光要素1a和1b的特性以及配置构造的分光结果，感光单元2a～2d分别输出由以下的式12～15表示的光电变换信号S2a～S2d。在此，分别由Rs、Gs、Bs表示与红色光、绿色光、蓝色光的强度相当的信号，由Gs+Bs表示与蓝绿色光的强度相当的信号Cs，由Rs+Gs表示与黄光的强度相当的信号Ys。
(式12) S2a＝W’s+Rs/2
(式13) S2b＝W’s+Rs/4+Bs/4+(Gs+Bs)/2+(Rs+Gs)/2＝5W’s/2+Gs/4
(式14) S2c＝W’s+Rs/4+Bs/4+(Gs+Bs)/2+(Rs+Gs)/2＝5W’s/2+Gs/4
(式15) S2d＝W’s+Bs/2
结果，通过从S2a减去W’s并乘以2倍来得到Rs，从S2d中减去W’s并乘以2倍来得到Bs。此外，通过从S2b与S2c之和中减去5W’s并乘以2倍来得到Gs。W’s是对S2a～S2d的平均值Sav乘以1/2倍之后的值，Sav由以下的式16表示。即，通过以下的式16～式19所示的运算，得到Rs、Gs、Bs的颜色信号。
(式16) Sav＝(S2a+S2b+S2c+S2d)/4
(式17) Rs＝2(S2a-Sav/2)
(式18) Gs＝2((S2b+S2c)-5Sav/2)
(式19) Bs＝2(S2d-Sav/2)
图像信号生成部15(图4)通过利用了式16～19所示的光电变换信号的运算来生成颜色信息。以下，参照图8说明由图像信号生成部15进行的颜色信息生成处理。
图8是表示本实施方式中的颜色信息生成处理的步骤的流程图。图像信号生成部15首先在步骤S1O中获取光电变换信号S2a～S2d。接着，在步骤S12中，求出S2a～S2d的平均值Sav，进而算出作为其1/2的Sav2。接下来，在步骤S14中，从像素信号S2a和S2d中减去Sav2，作为R、B信号，从像素信号S2b与S2c的相加结果中减去5倍的Sav2，作为G信号。最后，在步骤S16中，对算出的R、G、B的信号乘以2倍，形成一组的像素信号，作为RGB彩色信号。
图像信号生成部15按感光单元阵列2的每个单位块40执行以上的信号运算，从而生成表示R、G、B的各颜色成分的图像的信号(称为“彩色图像信号”。)。所生成的彩色图像信号通过图像信号输出部16而输出至未图示的记录介质、显示部。
这样，根据本实施方式的摄像装置，通过使用了光电变换信号S2a～S2d的加减处理，得到彩色图像信号。根据本实施方式中的摄像元件10，由于没有使用吸收光的光学元件，因此较之使用滤色器等的现有技术能够大幅降低光的损失。
如以上，在本实施方式的摄像元件10中，与2行2列的感光单元阵列相对置地，在第1行第1列的感光单元和其他的感光单元的4个边界线的上部配置将光分为红色光和红色光以外的光的第1种类的分光要素1a。在第2行第2列的感光单元和其他的感光单元的4个边界线的上部配置将光分为蓝色光和蓝色光以外的光的第2种类的分光要素1b。将该结构作为基本结构遍布二维状排列的感光单元的整个上部，排列分光要素1a和1b。由于这种的分光要素的排列图案在摄像面上反复形成，因此即便逐行或者逐列地改变感光单元阵列200中的单位块40的选择方法，所得到的4个光电变换信号也始终成为由式16～19表示的4个信号的组合。即，使运算对象的像素块各错开1行以及1列来进行上述信号运算，能够与像素数大致相应地获得RGB各颜色成分的信息。这意味着能够将摄像装置的分辨率提高至像素数的程度。并且，如上述在1像素的周边配置多个分光要素，由1个分光要素所产生的分光尽管很少但能够聚集多个分光，存在能够应对像素单元尺寸大的摄像元件的彩色化这一效果。因此，本实施方式的摄像装置与现有的摄像装置相比，除了高灵敏度以外，还能够生成高分辨率且高灵敏度(高感度)的彩色图像。
再者，图像信号生成部15也可以根据需要而进行信号的放大、合成、修正。此外，尽管理想的是各分光要素严格具有上述的分光性能，但这些的分光性能也可以有少许的偏差。即，从各感光单元实际输出的光电变换信号可以与式16～19所示的光电变换信号有少许偏差。即便各分光要素的分光性能与理想的性能有偏差的情况下，根据偏差的程度来修正信号也能够获得良好的颜色信息。
再有，本实施方式中的图像信号生成部15进行的信号运算也可由其他设备执行，而不是由摄像装置自身执行。例如，使接收从摄像元件10输出的光电变换信号的输入的外部设备执行规定了本实施方式中的信号运算处理的程序，也能够生成颜色信息。
此外，在上述说明中，将针对入射光量的分光的光量的比例k设为1/2，但这仅仅是一例。对于本实施方式的信号处理，若利用一般化的k来表示，则式12～15分别改写为以下的式20～23。在此，W’s＝(1-k)Ws＝(1-k)(Rs+Gs+Bs)。
(式20) S2a＝W’s+kRs
(式21) S2b＝W’s+kRs/2+kBs/2+k(Gs+Bs)+k(Rs+Gs)
(式22) S2c＝W’s+kRs/2+kBs/2+k(Gs+Bs)+k(Rs+Gs)
(式23) S2d＝W’s+kBs
因此，从S2a中减去W’s并乘以1/k倍，可得到Rs，从S2d之中减去W’s并乘以1/k倍，可得到Bs。此外，从S2b与S2c之和中减去5W’s并乘以1/k倍，可得到Gs。W’s是对S2a～S2d的平均值Sav乘以k倍之后的值，Sav由以下的式24表示。即，通过以下的式24～27所示的运算，得到Rs、Gs、Bs的颜色信号。
(式24) Sav＝(S2a+S2b+S2c+S2d)/4
(式25) Rs＝(S2a-kSav)/k
(式26) Gs＝((S2b+S2c)-5kSav)/k
(式27) Bs＝(S2d-kSav)/k
再者，以上的处理仅是一例，如果最终可获得彩色信号，则可以进行任意的处理。例如，也可以通过以下的处理得到彩色信号。上述式25可改写为kRs＝S2a-kSa，式27可改写为kBs＝S2d-kSav。由于kRs、kBs分别表示入射光的R成分、B成分，因此将由式24表示的Sav作为亮度信号，将(S2a-kSav)和(S2d-kSav)作为色差信号。图像信号生成部15根据光电变换信号S2a～S2d生成这些亮度信号以及色差信号，对它们进行RGB变换，由此也可获得彩色信号。
再者，摄像元件10的基本构造并不限于图7A～7F所示的结构。例如，即便以分光要素1a和分光要素1b对调的结构配置，本实施方式的效果也没有变化。此外，对于分光要素1a、1b的配置、构造，使其具有微小的偏差或倾斜，但终究是向特定的像素聚集特定的颜色，因而并不限定于这种结构。例如，如果存在在空间上按RGB进行分光的分光要素，则也可以将其配置在第1行第1列的像素周边使其仅对R光进行聚光，配置在第2行第2列的像素周边使其仅对B光进行聚光。这样一来，能够获得与上述实施方式示出的彩色化同样的效果。
在以上说明中，作为分光要素而使用了利用2个部件的折射率差来进行分光的光学元件，但只要分光要素能够向各感光单元入射希望的颜色成分的光，则可以是任意的分光要素。例如，作为分光要素而可以使用微棱镜或分色镜。此外，也可以组合使用不同种类的分光要素。
再有，在上述的各实施方式中，对于x方向以及y方向的双方进行分光，但并不限定于这种结构。例如，也可以是仅在x方向或者y方向的其中一方进行分光的结构。具体而言，可以按照仅进行图2B、2C、图3B、3C、图7B、7C所示的水平方向的分光、或者图2D、2E、图3D、3E、图7D、7E所示的垂直方向的分光的方式，来构成分光要素阵列100。图9A～9C表示这种的构成例。
图9A是表示构成为仅进行水平方向的分光的摄像元件的基本结构例的图。图9B是图9A中的AA’线断面图，图9C是图9A中的BB’线断面图。如图示，该构成例中，第1种类的分光要素1a被配置在第1感光单元2a与第2感光单元2b的边界。分光要素1a构成为使第1感光单元2a以及第2感光单元2b的各自的单元入射光中包含的第1颜色成分的光的一部分(强度kC1)入射至第1感光单元2a，使其补色光(强度kC1^)入射至第2感光单元2b。另一方面，第2种类的分光要素1b被配置在第3感光单元2c与第4感光单元2d的边界。分光要素1b构成为使第3感光单元2c以及第4感光单元2d的各自的单元入射光中包含的第2颜色成分的光的一部分(强度kC2)入射至第4感光单元2d，使其补色光(强度kC2^)入射至第3感光单元2c。
即便是以上这种简单的结构，由于第1颜色成分的光也集中在第1感光单元2a，第2颜色成分的光也集中在第4感光单元2d，因此能够获得颜色信号C1s、C2s、C3s。具体而言，对4个感光单元的信号的平均值Sav乘以(1-k)从而求出W’s，从第1以及第2光电变换信号S2a、S2d中减去W’s，能够获得颜色信号C1s、C2s。如果得到颜色信号C1s、C2s，则通过计算Sav-C1s-C2s，也能够得到颜色信号C3s。
【工业上的可利用性】
本发明的固体摄像元件、摄像装置、方法、以及程序对于使用固体摄像元件的所有的照相机是有效的。例如，可用于数字照相机或数字摄像机等民用照相机、工业用的固体监视照相机等。
【符号的说明】
1a、1b 分光要素
2，2a，2b，2c，2d 摄像元件的感光单元
4a、4b 微透镜
5 摄像元件的布线层
6a、6b 透明层
7 硅基板
9 固定基板
10 摄像元件
11 光学滤波器
12 光学镜头
13 信号发生/接收部
14 元件驱动部
15 图像信号生成部
16 图像信号输出部
17 反射红色(R)以外的光的多层膜滤波器(分色镜)
18 仅反射绿色(G)的多层膜滤波器(分色镜)
19 仅反射蓝色(B)的多层膜滤波器(分色镜)
20 遮光部
21 透光性的树脂
22G 光透过的多层膜滤波器(分色镜)
23R 光透过的多层膜滤波器(分色镜)
24G 光透过的有机色素滤波器
25R 光透过的有机色素滤波器
26 微透镜
27 金属层
30 存储器
40 感光单元的单位块
100 分光要素阵列
200 感光单元阵列
300 摄像部
400 信号处理部

Claims (35)

1.一种固体摄像元件，具备：
感光单元阵列，所述感光单元阵列是各自包括第1感光单元、第2感光单元、第3感光单元、以及第4感光单元的多个单位块排列成二维状而成；和
分光要素阵列，其包括与所述感光单元阵列对置而配置的第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素，
在将假定不存在所述分光要素阵列的情况下各感光单元接受的光作为各感光单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可见光由第1颜色成分、第2颜色成分、以及第3颜色成分构成，将除了各颜色成分以外的颜色成分的可见光作为该颜色成分的补色光时，
所述分光要素阵列通过所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光中包含的所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，通过所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，
所述第1感光单元至所述第4感光单元各自的形状为四边形形状，
所述第1感光单元至所述第4感光单元排列成2行2列，
所述第1种类的分光要素被配置在与所述第1感光单元以及所述第2感光单元的边界对置的位置，
所述第2种类的分光要素被配置在与所述第3感光单元以及所述第4感光单元的边界对置的位置。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素还配置在与所述第1感光单元以及所述第3感光单元的边界对置的位置，
所述第2种类的分光要素还配置在与所述第2感光单元以及所述第4感光单元的边界对置的位置。
3.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素还使所述第1感光单元以及所述第3感光单元各自的单元入射光中包含所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，
所述第2种类的分光要素还使所述第2以及第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元。
4.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光之中所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元，
所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光之中所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元。
5.根据权利要求4所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素还使所述第1感光单元以及所述第3感光单元各自的单元入射光之中所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元，
所述第2种类的分光要素还使所述第2感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光之中所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元。
6.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素包括在与所述第1感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素，
所述第2种类的分光要素包括在与所述第4感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素。
7.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中，
所述第1颜色成分是红色以及蓝色的其中一个颜色成分，所述第2颜色成分是红色以及蓝色的另一个颜色成分。
8.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素以及所述第2种类的分光要素各自具有透光性部件，利用所述透光性部件的形状、以及所述透光性部件与折射率比所述透光性部件低的其他的透光性部件之间的折射率之差来进行分光。
9.一种摄像装置，具备：
权利要求1至8任一项所述的固体摄像元件；
光学***，其在所述固体摄像元件形成像；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，通过利用了从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号的运算，来生成颜色信息。
10.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，
所述信号处理部通过所述第1光电变换信号与所述第1至第4光电变换信号的平均值的差分运算、以及所述第4光电变换信号与所述第1至所述第4光电变换信号的平均值的差分运算，来生成第1色差信号以及第2色差信号。
11.一种信号处理方法，是对从权利要求1至8任一项所述的固体摄像元件输出的信号进行处理的方法，其包括：
步骤A，获取从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号；和
步骤B，利用所述第1至第4光电变换信号来生成颜色信息。
12.根据权利要求11所述的信号处理方法，其中，
所述步骤B包括：
生成通过所述第1光电变换信号与所述第2光电变换信号的差分运算所生成的第1差分信号的步骤；和
生成通过所述第3光电变换信号与所述第4光电变换信号的差分运算所生成的第2差分信号的步骤。
13.根据权利要求12所述的信号处理方法，其中，
所述步骤B还包括：
通过包括所述第1以及第2光电变换信号的相加、所述第3以及第4光电变换信号的相加、以及所述第1至第4光电变换信号的相加的任意一个的运算来生成亮度信号的步骤；和
利用所述亮度信号、所述第1差分信号、以及所述第2差分信号来生成所述单元入射光中包含的红色、绿色、以及蓝色的颜色信号的步骤。
14.一种固体摄像元件，具备：
感光单元阵列，所述感光单元阵列是各自包括第1感光单元、第2感光单元、第3感光单元、以及第4感光单元的多个单位块排列成二维状而成；和
分光要素阵列，其包括与所述感光单元阵列对置而配置的第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素，
在将假定不存在所述分光要素阵列的情况下各感光单元接受的光作为各感光单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可见光由第1颜色成分、第2颜色成分、以及第3颜色成分构成，将除了各颜色成分以外的颜色成分的可见光作为该颜色成分的补色光时，
所述分光要素阵列通过所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光中包含的所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，通过所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，
所述第1种类的分光要素还使所述第1感光单元以及所述第3感光单元各自的单元入射光中包含所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，
所述第2种类的分光要素还使所述第2以及第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元。
15.根据权利要求14所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元，
所述第2种类的分光要素使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元。
16.根据权利要求15所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素，使所述第1颜色成分的光的剩余部分以及所述第1颜色成分的补色光入射至所述第3感光单元，
所述第2种类的分光要素，使所述第2颜色成分的光的剩余部分以及所述第2颜色成分的补色光入射至所述第2感光单元。
17.根据权利要求14至16任一项所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素包括在与所述第1感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素，
所述第2种类的分光要素包括在与所述第4感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素。
18.根据权利要求14至16任一项所述的固体摄像元件，其中，
所述第1颜色成分是红色以及蓝色的其中一个颜色成分，所述第2颜色成分是红色以及蓝色的另一个颜色成分。
19.根据权利要求14至16任一项所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素以及所述第2种类的分光要素各自具有透光性部件，利用所述透光性部件的形状、以及所述透光性部件与折射率比所述透光性部件低的其他的透光性部件之间的折射率之差来进行分光。
20.一种摄像装置，具备：
权利要求14至19任一项所述的固体摄像元件；
光学***，其在所述固体摄像元件形成像；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，通过利用了从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号的运算，来生成颜色信息。
21.根据权利要求20所述的摄像装置，其中，
所述信号处理部通过所述第1光电变换信号与所述第1至第4光电变换信号的平均值的差分运算、以及所述第4光电变换信号与所述第1至所述第4光电变换信号的平均值的差分运算，来生成第1色差信号以及第2色差信号。
22.一种信号处理方法，是对从权利要求14至19任一项所述的固体摄像元件输出的信号进行处理的方法，其包括：
步骤A，获取从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号；和
步骤B，利用所述第1至第4光电变换信号来生成颜色信息。
23.根据权利要求22所述的信号处理方法，其中，
所述步骤B包括：
生成通过所述第1光电变换信号与所述第2光电变换信号的差分运算所生成的第1差分信号的步骤；和
生成通过所述第3光电变换信号与所述第4光电变换信号的差分运算所生成的第2差分信号的步骤。
24.根据权利要求23所述的信号处理方法，其中，
所述步骤B还包括：
通过包括所述第1以及第2光电变换信号的相加、所述第3以及第4光电变换信号的相加、以及所述第1至第4光电变换信号的相加的任意一个的运算来生成亮度信号的步骤；和
利用所述亮度信号、所述第1差分信号、以及所述第2差分信号来生成所述单元入射光中包含的红色、绿色、以及蓝色的颜色信号的步骤。
25.一种固体摄像元件，具备：
感光单元阵列，所述感光单元阵列是各自包括第1感光单元、第2感光单元、第3感光单元、以及第4感光单元的多个单位块排列成二维状而成；和
分光要素阵列，其包括与所述感光单元阵列对置而配置的第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素，
在将假定不存在所述分光要素阵列的情况下各感光单元接受的光作为各感光单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可见光由第1颜色成分、第2颜色成分、以及第3颜色成分构成，将除了各颜色成分以外的颜色成分的可见光作为该颜色成分的补色光时，
所述分光要素阵列通过所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光中包含的所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，通过所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，
所述第1种类的分光要素包括在与所述第1感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素，
所述第2种类的分光要素包括在与所述第4感光单元的周围的边界对置的位置所配置的4个分光要素。
26.根据权利要求25所述的固体摄像元件，其中，
所述第1颜色成分是红色以及蓝色的其中一个颜色成分，所述第2颜色成分是红色以及蓝色的另一个颜色成分。
27.根据权利要求25或26所述的固体摄像元件，其中，
所述第1种类的分光要素以及所述第2种类的分光要素各自具有透光性部件，利用所述透光性部件的形状、以及所述透光性部件与折射率比所述透光性部件低的其他的透光性部件之间的折射率之差来进行分光。
28.一种摄像装置，具备：
权利要求25至27任一项所述的固体摄像元件；
光学***，其在所述固体摄像元件形成像；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，通过利用了从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号的运算，来生成颜色信息。
29.根据权利要求28所述的摄像装置，其中，
所述信号处理部通过所述第1光电变换信号与所述第1至第4光电变换信号的平均值的差分运算、以及所述第4光电变换信号与所述第1至所述第4光电变换信号的平均值的差分运算，来生成第1色差信号以及第2色差信号。
30.一种信号处理方法，是对从权利要求25至27任一项所述的固体摄像元件输出的信号进行处理的方法，其包括：
步骤A，获取从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号；和
步骤B，利用所述第1至第4光电变换信号来生成颜色信息。
31.根据权利要求30所述的信号处理方法，其中，
所述步骤B包括：
生成通过所述第1光电变换信号与所述第2光电变换信号的差分运算所生成的第1差分信号的步骤；和
生成通过所述第3光电变换信号与所述第4光电变换信号的差分运算所生成的第2差分信号的步骤。
32.根据权利要求31所述的信号处理方法，其中，
所述步骤B还包括：
通过包括所述第1以及第2光电变换信号的相加、所述第3以及第4光电变换信号的相加、以及所述第1至第4光电变换信号的相加的任意一个的运算来生成亮度信号的步骤；和
利用所述亮度信号、所述第1差分信号、以及所述第2差分信号来生成所述单元入射光中包含的红色、绿色、以及蓝色的颜色信号的步骤。
33.一种摄像装置，具备：固体摄像元件、光学***和信号处理部，
所述固体摄像元件，具备：
感光单元阵列，所述感光单元阵列是各自包括第1感光单元、第2感光单元、第3感光单元、以及第4感光单元的多个单位块排列成二维状而成；和
分光要素阵列，其包括与所述感光单元阵列对置而配置的第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素，
在将假定不存在所述分光要素阵列的情况下各感光单元接受的光作为各感光单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可见光由第1颜色成分、第2颜色成分、以及第3颜色成分构成，将除了各颜色成分以外的颜色成分的可见光作为该颜色成分的补色光时，
所述分光要素阵列通过所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光中包含的所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，通过所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，
所述光学***，其在所述固体摄像元件形成像，
所述信号处理部，其对从所述固体摄像元件输出的信号进行处理，通过利用了从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号的运算，来生成颜色信息，
所述信号处理部通过所述第1光电变换信号与所述第1至第4光电变换信号的平均值的差分运算、以及所述第4光电变换信号与所述第1至所述第4光电变换信号的平均值的差分运算，来生成第1色差信号以及第2色差信号。
34.一种信号处理方法，是对固体摄像元件输出的信号进行处理的方法，
所述固体摄像元件，具备：
感光单元阵列，所述感光单元阵列是各自包括第1感光单元、第2感光单元、第3感光单元、以及第4感光单元的多个单位块排列成二维状而成；和
分光要素阵列，其包括与所述感光单元阵列对置而配置的第1种类的分光要素以及第2种类的分光要素，
在将假定不存在所述分光要素阵列的情况下各感光单元接受的光作为各感光单元的单元入射光，所述单元入射光中包含的可见光由第1颜色成分、第2颜色成分、以及第3颜色成分构成，将除了各颜色成分以外的颜色成分的可见光作为该颜色成分的补色光时，
所述分光要素阵列通过所述第1种类的分光要素使所述第1感光单元以及所述第2感光单元各自的单元入射光中包含的所述第1颜色成分的光的一部分入射至所述第1感光单元，通过所述第2种类的分光要素使所述第3感光单元以及所述第4感光单元各自的单元入射光中包含的所述第2颜色成分的光的一部分入射至所述第4感光单元，
所述信号处理方法包括：
步骤A，获取从所述第1感光单元输出的第1光电变换信号、从所述第2感光单元输出的第2光电变换信号、从所述第3感光单元输出的第3光电变换信号、以及从所述第4感光单元输出的第4光电变换信号；和
步骤B，利用所述第1至第4光电变换信号来生成颜色信息，
所述步骤B包括：
生成通过所述第1光电变换信号与所述第2光电变换信号的差分运算所生成的第1差分信号的步骤；和
生成通过所述第3光电变换信号与所述第4光电变换信号的差分运算所生成的第2差分信号的步骤。
35.根据权利要求34所述的信号处理方法，其中，
所述步骤B还包括：
通过包括所述第1以及第2光电变换信号的相加、所述第3以及第4光电变换信号的相加、以及所述第1至第4光电变换信号的相加的任意一个的运算来生成亮度信号的步骤；和
利用所述亮度信号、所述第1差分信号、以及所述第2差分信号来生成所述单元入射光中包含的红色、绿色、以及蓝色的颜色信号的步骤。
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