JP2006297093A - Ｃｆａを含むインビボ撮像装置、インビボ撮像装置および外部受信ユニットを含むシステム、ならびにｃｆａを含む撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえば赤感度素子、青感度素子、および緑感度素子を含む撮像装置において使用されるカラーフィルタアレイを提供する。
【解決手段】このような青感度素子は、前記赤感度素子および前記緑感度素子の約２倍の頻度で存在し得る。
【選択図】図１

Description

発明の分野
この発明は、固体撮像素子、および特定の色の光が光センサまたは撮像装置に届くことを可能にするカラーフィルタ、ならびに固体撮像素子およびカラーフィルタを含むインビボ（in-vivo）撮像装置に関する。

発明の背景
固体撮像セルは、たとえばフォトトランジスタ、光伝導体、またはフォトダイオードなどの、たとえば光センサを含む画素セルのアレイを含み得る。色を検出するために、フィルタが光センサの前に置かれてもよく、その結果、そのフィルタの、光センサの前にある場合もあれば、光センサを覆う場合もある部分を通り抜けることが可能であり得る色のみを光センサは検出することができる。このようなフィルタは、カラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）として公知であるだろう。典型的には、ＣＦＡにおいて表わされる色は赤色、青色、および緑色であってもよく、色付きのフィルタは、緑色フィルタが赤色フィルタおよび／または青色フィルタの約２倍の頻度で存在するようにベイヤーパターン（Bayer pattern）で配置されてもよい。人間の目には緑色の感度が高いために、このような頻度が効果的である可能性があり、可視スペクトル全域にわたって色を相当に均一に表わす物体を撮像するのに適当であり得る。ベイヤーカラーフィルタパターンは、撮像装置、たとえばＣＭＯＳ撮像装置において一般に使用されることができ、緑色の構成要素が豊富であり得る実世界に対して最適化されることができる。赤色または青色の画素ごとに２つの緑色の画素が得られるようにベイヤーカラーフィルタは設計される。これにより、比較的高い解像度の緑色の平面画像が構成されることが可能になり得る一方で、赤色および青色の画像はわずかに低減された解像度で再構成され得る。赤色および緑色以外の追加の色が使用されてもよい。

代替的なＣＦＡパターンは、可視スペクトル全域にわたって色を均一に表わさない場合もあるインビボの物体を撮像する際の使用で公知であるだろう。たとえば、比較的高い解像度の赤色の平面画像を有する、インビボ撮像用に設計されたＣＦＡが公知であり、青色または緑色の画素ごとに２つの赤色の画素が得られることができる。この例において赤色の平面の解像度を上げるように動機付けられるのは、インビボ環境に存在し得る赤色の物体が優勢に増加するため、またはインビボ環境に存在し得る赤色の物体の数が比較的多いためであろう。

しかしながら、青色よりも長い波長を有する赤色の光は、反射される前に組織を透過する可能性もある。したがって、このような物体の画像は、赤色の光が組織のさまざまな層から反射されて戻るときに、不鮮明または鮮鋭度が不足しているように見える可能性がある。

発明の概要
この発明のいくつかの実施例では、インビボ撮像装置はＣＦＡを含んでもよく、ＣＦＡは赤感度素子、青感度素子、および緑感度素子を含み、青感度素子は赤感度素子よりも実質的により高い頻度でアレイに存在し、青感度素子は緑感度素子よりも実質的により高い頻度でアレイに存在する。この発明の一つの実施例では、青感度素子は赤感度素子の約２
倍の頻度で存在し、緑感度素子の約２倍の頻度で存在する。

この発明は、図面に関連して取り入れられる以下の詳細な説明からより十分に理解され、認識される。

記載を簡略化し、明確にするために、図面に示される要素は必ずしも一定の比率に応じて描かれているわけではないことが認識される。たとえば、要素のいくつかの寸法は、明確にするために、他の要素に対して誇張されている場合がある。さらに、適当であると考えられるところでは、参照番号は対応する要素または類似の要素を示すために図面の中で繰返されている場合がある。

発明の詳細な説明
以下の記載には、この発明のさまざまな局面が記載される。説明の目的で、具体的な構成および詳細は、この発明を完全に理解できるようにするために記載される。しかしながら、本明細書に提示される具体的な詳細がなくてもこの発明は実施され得ることも当業者に明らかである。さらに、この発明を曖昧にしないために、周知の特徴は省略または簡略化され得る。

組織における吸収係数は、波長の可視域においてはヘモグロビンおよびメラニンによって大きな影響を受ける可能性がある。赤色、青色、および緑色が組合せられたスペクトル感度を考慮するとき、赤色の光は組織の表面をほとんど透過するように考えられることができるが、青色および緑色の光は一部分が組織によって吸収されるにすぎない可能性がある。散乱係数は光の波長に反比例し得る。したがって、赤色の光は青色の光よりも散乱が少ない可能性があり、その実際の透過はより大きい可能性がある。ここで、図１を参照する。図１は、赤色の波長９７と比較した、青色の波長９９の組織９８の透過を概略的に示す。赤色の波長９７は、青色の波長９９と比較して、より深く組織に透過し得る。したがって、特に組織の表面１０１からの空間的特徴は、反射される前に組織に透過し得る緑色の光および特に赤色の光と比較して、組織の表面１０１から直接に反射される青色の光において最も鮮鋭であり得る。

この発明のいくつかの実施例では、撮像装置は、たとえば体内腔の表面の細部を撮像するのに好適であり得る、たとえば画素などの青感度素子の数が増加したＣＦＡを含んでもよい。青色の光は、たとえばその比較的短い波長のために、組織にほとんど透過することなく組織の表面から大部分が反射されることができ、したがって、特に組織の表面からの空間的特徴は、赤色および／または緑色の光と比較して、青色の光においてより鮮鋭になり得る。この発明のいくつかの実施例では、赤色の平面は緑色および青色の平面と比較して平坦であり得る。赤色の平面と比較して青色の平面の解像度を上げることは、たとえば胃腸管などのインビボ組織のたとえばカラー画像などの画像から得られることのできるコントラストおよび空間情報を高め得る。

図２Ａおよび図２Ｂを参照する。図２Ａおよび図２Ｂは、この発明の実施例に従って、青色素子が優勢であるか、または青色素子の頻度が高い、カラーフィルタ素子を有するカラーフィルタアレイパターンの概略図である。いくつかの実施例では、カラーフィルタアレイ１０におけるカラー素子のパターンは、たとえば一連の２ｘ２のブロック１１の繰返しを含んでもよく、青色フィルタ素子１３は緑色フィルタ素子１４および赤色フィルタ素子１５と交互にされてもよい。他の実施例では、青色フィルタ素子１３は、たとえばＵＶフィルタ、ＩＲフィルタ、他の可視カラーフィルタ、および／または他の不可視フィルタなどの、赤色および青色フィルタ以外のフィルタならびに／または赤色および青色フィルタに加えたフィルタと交互にされてもよい。いくつかの実施例では、青色フィルタ素子１
３、緑色フィルタ素子１４、および赤色フィルタ素子１５は、他の好適なパターン、たとえば他の繰返し可能なパターンで配置されてもよく、その結果、青色フィルタ素子１３は、赤色フィルタ素子１５よりも高い頻度で現われ、および／または緑色フィルタ素子１４よりも高い頻度で現われ、たとえばその頻度は、緑色フィルタ素子１４の約２倍であり、赤色フィルタ素子１５の約２倍である。たとえば３ｘ３のブロックなどの他のパターン、またはたとえば青色、緑色、青色、赤色のカラー素子の繰返し可能なパターンを含む他の大きさおよび／もしくは形状のブロックが可能であり得る。いくつかの実施例では、青色フィルタ素子１３は１つおきの素子よりも少ない頻度で存在してもよい。この発明の実施例は、たとえば青色フィルタ素子１３が４０から５０％の間であるなど、青色フィルタ素子１３の頻度が赤色素子および緑色素子の頻度の約２倍であるカラーパターンを含んでもよい。青色フィルタ素子１３の他の数、割合、または構成が使用されてもよい。さらに、赤色、青色、および緑色以外の色またはそれらに加えた色が使用されてもよい。いくつかの実施例では、緑色フィルタ素子１４および赤色フィルタ素子１５は、青色フィルタ素子１３に対して繰返すパターンで配置されてもよい。フィルタアレイの中で赤色および緑色フィルタ素子１４に対して青色フィルタ素子１３が優勢である結果として、青色の光を反射し得る、撮像される領域における細部は、赤色および緑色の光を反射し得る細部のサンプリングの約２倍の頻度であり得る率でサンプリングされることができる。反射された青色の光をより高い解像度でサンプリングすることは、たとえば体内腔の壁の表面の画像に示されるコントラストおよび細部を高め得る。たとえば赤色フィルタ素子１５などの比較的高い吸収係数を有する色をサンプリングするときには、影および不鮮明さが存在する可能性がある。

いくつかの実施例では、カラーフィルタアレイ１０の個々の色付きの素子は、正方形または他の形状であるように成形されてもよい。他の大きさおよび寸法が使用されてもよい。

図２Ｂを参照する。図２Ｂは、この発明の実施例に従うカラーフィルタアレイの分解図である。いくつかの実施例では、青色フィルタ素子５０は、緑色フィルタ素子と赤色フィルタ素子５４との間に交互に点在してもよい。

図３は、この発明の実施例に従うカラーフィルタアレイを有する固体撮像装置の要素の概略図である。いくつかの実施例では、撮像装置２９９は、画素セルまたは感光性素子２１０上に形成され得る１つ以上のマイクロレンズ２００を含んでもよい。マイクロレンズ２００はカラーフィルタ素子２０８を通して、下にある画素セル２１０の中の光センサ２０２要素の上に光２０４を集束し得る。いくつかの実施例では、光センサ２０２は１つ以上のフォトダイオードまたはフォトゲートまたは他の光センサであってもよく、またはそれらを含んでもよい。いくつかの実施例では、撮像装置２９９は、たとえばマイクロレンズ２００層の下およびカラーフィルタ層２０６の上にスペーサ層２０１を含んでもよい。スペーサ層２０１の厚さは、マイクロレンズ２００を通り抜ける光の焦点に光センサ２０２があるように、および／または光の焦点の近くに光センサ２０２があるように調節されてもよい。カラーフィルタ層２０６は基板であってもよく、または基板を含んでもよい。カラーフィルタ層２０６は、透光性の材料またはフィルタとして使用され得るカラーレジストもしくはアクリル材料であってもよく、またはそれらを含んでもよい。他の材料が使用されてもよく、光の特定の周波数および／またはスペクトルを分離する他の好適な方法が使用されてもよい。さまざまなカラーフィルタ素子２０８は、図１Ａおよび図１Ｂについて記載されたパターンで並んで配置されてもよい。フィルタリングの特徴をカラーフィルタ素子２０８にもたらすために、他の塗料または染料が使用されてもよい。フィルタ層２０６上の個々のカラー素子は、撮像装置の半導体層上の光センサ２０２と位置合わせされて置かれてもよい。画素２１０セルアレイは、たとえば、公知の方法によって上に形成される周辺の回路および接続部および配線を含んでもよい。たとえば画素２１０層を被膜
で保護するため、および平坦化された表面をもたらすために、たとえば二酸化ケイ素または窒化ケイ素からなる保護層が、画素２１０層上に形成されてもよい。平坦化された表面をもたらすために他の好適な方法が使用されてもよい。

いくつかの実施例では、この発明の実施例のカラーフィルタアレイ１０は、たとえば電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）撮像装置であってもよく、またはそれらの中に含まれてもよい。他の撮像装置が使用されてもよい。たとえば、撮像装置は、ＣＰＵ、デジタル信号プロセッサ、またはマイクロプロセッサなどのプロセッサと組合せられてもよい。撮像装置およびマイクロプロセッサは、たとえば、単一集積回路に形成されてもよい。プロセッサに基づくシステムは、ＣＭＯＳまたは他の撮像装置を含み得る、デジタル回路を有するシステムの典型である。このようなシステムは、たとえばコンピュータシステム、カメラシステム、スキャナ、マシンビジョンシステム、カーナビゲーションシステム、テレビ電話、監視システム、オートフォーカスシステム、スタートラッカシステム、動き検出システム、画像安定化システム、および高精細度のテレビのためのデータ圧縮システムを含んでもよく、これらはすべてこの発明の実施例を利用できる。

この発明の実施例のカラーフィルタパターン１０を備えるカラーフィルタ層２０６を有する撮像装置が取付けられ得る他のインビボ検出および測定システムは、内視鏡である。この発明の好ましい実施例では、カラーフィルタ層２０６はインビボカメラシステムもしくはインビボ測定システムの中またはそれらの一部として含まれてもよく、インビボカメラシステムまたはインビボ測定システムは画像を検出することができ、たとえば消化器系または他の器官系などのさまざまな生体内器官系のデータを分析することができる。インビボカメラおよび測定システムはカプセルなどの嚥下可能な電子装置を含んでもよく、嚥下可能な電子装置はさまざまな体内臓器または組織からデータを収集し、さらに、データを外部受信機システムに送る。たとえば嚥下可能な腸のカプセルであり得るこれらの装置は、さらに、さまざまな無線周波数で測定されたデータを受信機システムに送るための送信システムを含んでもよい。

図４を参照する。図４は、この発明の実施例に従うカラーフィルタパターンを有する撮像装置を含むシステムの概略図を示す。撮像装置３００は、この発明の実施例に従って構成され、動作する、たとえば外側ハウジング３１０内の撮像装置３１６などの感知装置を含んでもよい。ハウジング３１０は、たとえば、球形、卵形、またはその他の好適な形状であってもよく、部分的に変形可能であってもよい。撮像装置３１６は、たとえばＣＣＤまたはＣＭＯＳ撮像装置を含んでもよい。撮像装置３００は、たとえばレンズ３２２およびレンズホルダ３２０などのたとえば光学システム、および撮像センサ３１６によって撮像されるべき領域を照らすことのできる、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの１つ以上（たとえば、対、リングなど）の照明源３１８を含んでもよい。この発明の１つの実施例では、照明源３１８は１つ以上の白色ＬＥＤを含んでもよい。この発明の他の実施例では、照明源３１８は、たとえばＵＶ光、ＩＲ光などの、たとえば異なる色または波長域を有する他の光源を含んでもよい。撮像装置３１６は１つ以上のカラーフィルタアレイ１０を含んでもよい。ハウジング３１０の端部以外の撮像装置３１６の位置が使用されてもよい。撮像装置当り２つ以上の照明源３１８が使用されてもよい。撮像装置３００は、回路基板３２４、撮像装置３００における１つ以上の構成要素を制御または調整する能力を有し得る１つ以上のスイッチ、およびたとえば電池３２６などの１つ以上の電源を含んでもよい。いくつかの実施例では、撮像装置３００は、たとえばワイヤレスまたは無線送信機などの送信機３２７、およびアンテナ３２９を含んでもよい。この発明のいくつかの実施例では、送信機３２７はトランシーバであってもよく、外部電源から信号を受取ってもよい。他の実施例では、別個の受信機が撮像装置３００に含まれてもよい。撮像装置３００は感覚データを信号の形で外部受信機３２３に送ってもよく、このような信号または画像は、た
とえばモニタなどの外部ディスプレイ３３８に表示するために格納されてもよく、またはさらに処理されてもよい。いくつかの実施例では、たとえば送信機３２７は、画像がたとえばオンラインで表示されるように、画像信号を外部受信機３２３に送ってもよい。他の好適な表示方法が使用されてもよい。送信機３２７は、たとえば撮像装置３００のさまざまな動作を制御するための制御機能を含んでもよいが、制御機能または制御装置の１つ以上の局面は別個の構成要素に含まれてもよい。送信機３２７は典型的にはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）であってもよいが、他の構成を有してもよく、たとえば送信機３２７は命令を実行するプロセッサであってもよい。撮像装置３００は、たとえば命令を含むかまたは命令を処理し得る、送信機３２７から分離した処理ユニットを含んでもよい。

撮像装置３００および／または外側ハウジング３１０は、典型的には、自律的な嚥下可能なカプセルであってもよく、または自律的な嚥下可能なカプセルを含んでもよいが、撮像装置３００は他の形状を有してもよく、嚥下可能または自律的である必要はない。撮像装置３００の実施例は典型的には自律的であり、典型的には内蔵型である。たとえば、撮像装置３００はカプセルまたは他のユニットであってもよく、すべての構成要素は実質的に容器または外殻内に入れられ、撮像装置３００はたとえば電力を受取るか、もしくは情報を送るためにいかなる配線またはケーブルも必要としない。電力は内蔵電池またはワイヤレス受信システムによって撮像装置３００に供給されてもよい。他の実施例は他の構成および機能を有してもよい。たとえば、構成要素は複数の場所またはユニット上に分散されてもよい。制御情報は外部供給源から受取られてもよい。

この発明の実施例は、２００１年１１月１日に公開された、「インビボ撮像のための装置およびシステム（A Device and System for In Vivo Imaging）」と題される米国出願公開番号第２００１／００３５９０２号、および「インビボビデオカメラシステム（An In Vivo Video Camera System）」と題される米国特許番号第５，６０４，５３１号に記載される実施例の要素もしくは実施例と同様の要素に類似していてもよく、またはそれらの要素を含んでもよく、米国出願公開番号第２００１／００３５９０２号および米国特許番号第５，６０４，５３１号の両方は引用によって本明細書に全文が援用される。図５を参照する。図５は、この発明の実施例に従う、フィルタ素子の交互のパターンを有するカラーフィルタアレイの概略図である。いくつかの実施例では、パターンは、たとえば５つの青色フィルタ素子１３、２つの緑色フィルタ素子１４、および２つの赤色フィルタ素子１５を有するたとえば３ｘ３のブロックパターン４００を含んでもよい。赤色、青色、および緑色の間の他の比率を有する他のパターン、他の大きさのブロックが実現されてもよい。１つの例では、フィルタ素子は赤色、青色、および緑色フィルタ素子以外のフィルタ素子を含んでもよい。この発明の一つの実施例では、２つ以上のカラーフィルタパターンが撮像装置に含まれてもよい。たとえば、いくつかの実施例では、たとえば撮像装置の中央撮像領域に位置決めされる第１のカラーフィルタパターンは、赤感度素子および／または緑感度素子のより高い解像度を含んでもよく、たとえば周囲にある第２のカラーフィルタパターンは、青感度素子のより高い解像度を含んでもよい。第１のカラーパターンおよび第２のカラーパターンの他の構成が使用されてもよい。他の数の異なるパターンが使用されてもよい。

図６を参照する。図６は、この発明の実施例に従って、青色素子が優勢であるか、または青色素子の数がより多いカラーフィルタアレイを通して、インビボの部位から送られる光を受取る方法のフロー図を示す。ブロック５００では、インビボの部位から送られる光が受取られることができる。ブロック５０１では、光はカラーフィルタアレイの素子を通されることができる。たとえば、カラーフィルタアレイは、たとえば赤色の光を通すフィルタなどの赤感度素子、たとえば青色の光を通すフィルタなどの青感度素子、およびたとえば緑色の光を通すフィルタなどの緑感度素子を含んでもよく、それらの素子は予め規定されたパターンで配置され、その結果、青感度素子は、たとえばそのようなパターンにお
いて緑感度素子の約２倍の、より高い頻度で存在し、たとえば赤感度素子の２倍の、より高い頻度で存在する。ブロック５０２では、光センサは、カラーフィルタアレイの素子を通された光にさらされ得る。いくつかの実施例では、カラーフィルタアレイは、胃腸管の中に（たとえば嚥下によって）挿入され得る装置に含まれてもよい。いくつかの実施例では、カラーフィルタアレイはインビボ領域の画像を取込み得るシステムの一部であってもよい。他の実施例では、赤色、青色、または緑色の光を受取る画素のパターンは、ＣＦＡ以外の手段によって得られてもよい。他の動作または一連の動作が使用されてもよい。

この発明は１つ以上の具体的な実施例を参照して記載されてきたが、この記載は全体として例示的であるように意図され、示される実施例にこの発明を限定するように解釈されるべきではない。本明細書に具体的に示されないが、この発明の真の精神および範囲内にあるさまざまな修正は、当業者に想起され得ることが認識される。

この発明の実施例に従って、赤色の波長と比較した、青色の波長の組織の透過を示す概略図である。 この発明の実施例に従う、青色素子が優勢であるか、または青色素子の数がより多いカラーフィルタアレイパターンの概略図である。 この発明の実施例に従うカラーフィルタアレイの分解図である。 この発明の実施例に従うカラーフィルタアレイを有する固体撮像装置の要素の概略図である。 この発明の実施例に従うカラーフィルタパターンを有する撮像装置を含むシステムの概略図である。 この発明の別の実施例に従うカラーフィルタアレイの概略図である。 この発明の実施例に従って、光に対する青色素子が優勢であるか、または青色素子の数がより多いカラーフィルタアレイを通して、インビボの部位から送られる光を受取る方法のフロー図である。

符号の説明

１０ カラーフィルタアレイ
１３ 青色フィルタ素子
１４ 緑色フィルタ素子
１５ 赤色フィルタ素子

Claims (18)

1. ＣＦＡを含むインビボ撮像装置であって、前記ＣＦＡは赤感度素子、青感度素子、および緑感度素子を含み、前記青感度素子は、前記赤感度素子よりも高い頻度で前記ＣＦＡに存在し、前記緑感度素子よりも高い頻度で前記ＣＦＡに存在する、インビボ撮像装置。
2. 前記青感度素子は、前記赤感度素子の約２倍の頻度で存在し、前記緑感度素子の約２倍の頻度で存在する、請求項１に記載の装置。
3. 前記緑感度素子および前記赤感度素子は、前記青感度素子に対して、繰返すパターンで配置される、請求項１に記載の装置。
4. 前記赤感度素子および前記緑感度素子は、交互の列に、繰返すパターンで、前記青感度素子と交互になる、請求項１に記載の装置。
5. 前記ＣＦＡはＣＭＯＳに含まれる、請求項１に記載の装置。
6. 前記撮像装置は嚥下可能なカプセルである、請求項１に記載の装置。
7. システムであって、
   インビボ撮像装置を含み、前記インビボ撮像装置は、
   ＣＦＡを有する撮像装置を含み、前記ＣＦＡは赤感度素子および青感度素子を含み、前記青感度素子は前記赤感度素子よりも高い頻度で存在し、前記インビボ撮像装置は、さらに、
   前記撮像装置によって取込まれた画像を外部受信ユニットに送るための送信機を含み、
   前記システムは、さらに、
   前記外部受信ユニットを含む、システム。
8. 前記青感度素子は前記赤感度素子の約２倍の頻度で存在する、請求項７に記載のシステム。
9. 前記撮像装置は、前記ＣＦＡを通して光を集束させるのに好適な光学システムを含む、請求項７に記載のシステム。
10. 前記撮像装置はＣＭＯＳである、請求項７に記載のシステム。
11. 前記撮像装置は電源を含む、請求項７に記載のシステム。
12. 前記撮像装置は嚥下可能である、請求項７に記載の装置。
13. ＣＦＡを含む撮像装置であって、前記ＣＦＡは青感度素子および少なくとも１つの他の色の感度素子を含み、前記青感度素子は前記少なくとも１つの他の色の感度素子よりも高い頻度で前記ＣＦＡに存在する、撮像装置。
14. 赤感度素子を含み、前記青感度素子は前記赤感度素子の約２倍の頻度で存在する、請求項１３に記載の装置。
15. 緑感度素子を含み、前記青感度素子は前記緑感度素子の約２倍の頻度で存在する、請求項１３に記載の装置。
16. 前記ＣＦＡはＣＭＯＳに含まれる、請求項１３に記載の装置。
17. 前記ＣＦＡはＣＣＤに含まれる、請求項１３に記載の装置。
18. 前記撮像装置は嚥下可能なカプセルである、請求項１３に記載の装置。

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