JP2009257919A - Solid-state imaging device, imaging system, and detection device - Google Patents

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信三 香山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low cost solid-state imaging device capable of suitably imaging an image even of a moving object in which the object is highlighted. <P>SOLUTION: The solid-state imaging device generates an image in which a predetermined object having a distributed absorption spectrum is highlighted, and comprises: a plurality of optical filters 130 that transmit light in a first wavelength band including a peak of the distributed absorption spectrum, a plurality of optical filters 131 that transmit light in a second wavelength band of the same color as that of the first wavelength band without including the peak; a plurality of image elements 25 converting light transmitted through the optical filters 130 to image data 62; a plurality of image elements 26 formed on a semiconductor circuit 119 on which the image elements 25 are also formed, and converting light transmitted through the optical filters 131 to image data 63; and an image generation unit 30 for generating image data 68 in which the object is highlighted, utilizing the difference in the brightness between the image elements 25 and the image elements 26. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置、撮像システム及び検知装置に関し、特に、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, an imaging system, and a detection device, and more particularly to a solid-state imaging device that generates an image in which a predetermined substance having a distributed absorption spectrum is emphasized.

分散型吸光スペクトルを有する被写体からの反射光、透過光、又は散乱光などの光を狭帯域フィルタで透過させたうえ撮像素子で撮像し、被写体で吸光された部分の画像を用いて特定の物質を検出する方法がいくつか提案されている(特許文献1〜4参照)。ここで、分散型吸光スペクトルとは、原子間又は分子間における対称伸縮振動、非対称伸縮振動及び変角振動のうちいずれか1以上に起因する急峻な吸収ピークを有する吸光スペクトルである。   A specific substance using the image of the part absorbed by the subject after passing through a narrowband filter and transmitting light such as reflected light, transmitted light, or scattered light from the subject having a distributed absorption spectrum Several methods have been proposed (see Patent Documents 1 to 4). Here, the dispersion-type absorption spectrum is an absorption spectrum having a steep absorption peak due to any one or more of symmetric stretching vibration, asymmetric stretching vibration, and bending vibration between atoms or molecules.

特許文献1記載の検知装置は、被写体に対して光を照射し、異なる透過特性をもつフィルタをリボルバー方式で回転させることで、被写体からの反射光のうち所望の波長の透過光のみを取得する。これにより、特許文献1記載の検知装置は、それぞれ異なる波長の光に対応する複数のデータを取得できる。   The detection device described in Patent Document 1 irradiates light on a subject, and rotates only a filter having different transmission characteristics by a revolver method, thereby acquiring only transmitted light having a desired wavelength out of reflected light from the subject. . Thereby, the detection apparatus of patent document 1 can acquire several data corresponding to the light of a respectively different wavelength.

ここで、複数のフィルタが透過する光の波長は、被写体の吸収ピークの局所波長と一致する波長と、一致しない波長とに設定される。特許文献1記載の検知装置は、取得した異なる波長の光に対応する複数のデータを差分することで、被写体の吸光した部分を強調した画像を生成する。   Here, the wavelengths of light transmitted through the plurality of filters are set to wavelengths that match the local wavelength of the absorption peak of the subject and wavelengths that do not match. The detection device described in Patent Document 1 generates an image in which a portion where light is absorbed is emphasized by subtracting a plurality of pieces of data corresponding to the acquired light of different wavelengths.

また、特許文献2記載のカメラ装置は、プリズムを用いて光を分離し、分離した光を、それぞれ光学フィルタを介して撮像素子で撮像する。   In addition, the camera device described in Patent Document 2 separates light using a prism, and images the separated light with an image sensor via an optical filter.

また、特許文献3、及び特許文献4に記載の技術は、簡易分光器を撮像素子の前方に配置したうえ、透過させる近赤外領域の光の波長帯域を変化させる。具体的には、簡易分光器は、二枚の分光透過率可変素子をエアギャップ調整する構造を有する。
特許第3733434号公報 特許第3772016号公報 特開2005―308688号公報 特開2007―316486号公報
In addition, the techniques described in Patent Document 3 and Patent Document 4 change the wavelength band of light in the near-infrared region to be transmitted after arranging a simple spectroscope in front of the image sensor. Specifically, the simple spectroscope has a structure for adjusting the air gap between two spectral transmittance variable elements.
Japanese Patent No. 3733434 Japanese Patent No. 37772016 JP-A-2005-308688 JP 2007-316486 A

しかしながら、特許文献1記載の検知装置は、回転式のフィルタなどのシステムが大きくなるという問題と、機構などのコストが高くなるという問題とを有する。   However, the detection device described in Patent Document 1 has a problem that a system such as a rotary filter becomes large and a cost that a mechanism and the like increase.

また、特許文献2のカメラ装置は、特許文献1記載の検知装置に比べ、システムの小型化が可能であるが、撮像素子が2つ以上必要でありコストは高くなるという問題がある。   In addition, the camera device of Patent Document 2 can reduce the size of the system as compared with the detection device described in Patent Document 1, but has a problem that two or more image sensors are required and the cost is increased.

また、特許文献3及び特許文献4記載の技術は、一つの撮像素子で実現できるが、異なる波長帯域の近赤外光を複数取得するために、小型分光器内のエアギャップを動かしてから撮像する必要がある。これにより、特許文献3及び特許文献4記載の技術は、波長帯域の切り替えに時間がかかるので、例えば、動きのある被写体の撮像に適していない。   In addition, the techniques described in Patent Document 3 and Patent Document 4 can be realized by a single image sensor, but in order to acquire a plurality of near-infrared lights in different wavelength bands, imaging is performed after moving the air gap in the small spectroscope. There is a need to. As a result, the techniques described in Patent Literature 3 and Patent Literature 4 are not suitable for imaging a moving subject, for example, because it takes time to switch wavelength bands.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、低コストであり、かつ、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる固体撮像装置、撮像システム及び検知装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a solid-state imaging device, an imaging system, and a detection device that are suitable for capturing a low-cost image that emphasizes a subject even with a moving subject. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置であって、前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第1波長帯域を透過する第1濾光手段と、前記ピークを含まず、かつ前記第1波長帯域と同色の帯域である第2波長帯域を透過する第2濾光手段と、前記第1濾光手段により透過された光を第1画像データに変換する複数の第1光電変換手段と、前記第1光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第2濾光手段により透過された光を第2画像データに変換する複数の第2光電変換手段と、前記第1画像データ及び前記第2画像データの輝度の違いを用いて、前記物質を強調した画像を生成する画像生成手段とを備える。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device that generates an image in which a predetermined substance having a dispersion-type absorption spectrum is emphasized, and the peak of the dispersion-type absorption spectrum is obtained. First filtering means that transmits a first wavelength band including the second filtering means that does not include the peak and transmits a second wavelength band that is the same color band as the first wavelength band; and A plurality of first photoelectric conversion means for converting light transmitted by the filtering means into first image data, and the first photoelectric conversion means formed on the same semiconductor substrate and transmitted by the second filtering means A plurality of second photoelectric conversion means for converting light into second image data; and an image generation means for generating an image in which the substance is emphasized using a difference in luminance between the first image data and the second image data. Is provided.

この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、単一の半導体基板に形成された複数の光電変換手段により、異なる波長帯域の光を撮像した第1画像データ及び第2画像データを生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、小型化及び低コスト化を実現できる。また、本発明に係る固体撮像装置は、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に第1画像データ及び第2画像データを生成できる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。   According to this configuration, the solid-state imaging device according to the present invention generates first image data and second image data obtained by imaging light in different wavelength bands by a plurality of photoelectric conversion units formed on a single semiconductor substrate. Therefore, compared with the case where a plurality of image sensors are provided, it is possible to realize downsizing and cost reduction. In addition, the solid-state imaging device according to the present invention can simultaneously generate the first image data and the second image data without requiring an operation such as moving an air gap in the small spectroscope. Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention can appropriately capture an image in which a subject is emphasized even with respect to a moving subject.

また、前記画像生成手段は、前記第2画像データから前記第1画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する減算手段を備えてもよい。   The image generating means may include subtracting means for generating an image in which the substance is emphasized by subtracting the first image data from the second image data.

この構成によれば、画像生成手段により生成される画像において、物質に光が吸収されていない部分の輝度信号はほぼ0となり、被写体に光が吸収された部分の輝度信号は0以外の値となる。つまり、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質が存在する領域のみが浮かびあがる画像、すなわち特定の物質を強調した画像を生成できる。   According to this configuration, in the image generated by the image generation means, the luminance signal of the portion where the light is not absorbed by the substance is almost 0, and the luminance signal of the portion where the light is absorbed by the subject is a value other than 0. Become. That is, the solid-state imaging device according to the present invention can generate an image in which only a region where a specific substance exists, that is, an image in which the specific substance is emphasized.

また、前記画像生成手段は、さらに、前記第1画像データ及び前記第2画像データのうち少なくとも一方を、増幅又は減衰する補正手段を備え、前記減算手段は、前記補正手段により増幅又は減衰された前記第1画像データと前記第2画像データとを減算することにより前記物質を強調した画像を生成してもよい。   The image generation means further includes a correction means for amplifying or attenuating at least one of the first image data and the second image data, and the subtraction means is amplified or attenuated by the correction means. An image in which the substance is emphasized may be generated by subtracting the first image data and the second image data.

この構成によれば、補正手段は、第1波長帯域と第2波長帯域における第1光電変換手段及び第2光電変換手段の感度の差、及び照明強度の違い等を補正できる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質をより明確に強調した画像を生成できる。   According to this configuration, the correction unit can correct a difference in sensitivity between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit in the first wavelength band and the second wavelength band, a difference in illumination intensity, and the like. Thereby, the solid-state imaging device according to the present invention can generate an image in which a specific substance is more clearly emphasized.

また、前記複数の第1光電変換手段と、前記複数の第2光電変換手段とは、行方向又は列方向に交互に配置され、前記画像生成手段は、さらに、前記第1画像データにおける前記第2光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第1画像データの画素のデータから生成することで、前記第1画像データにおける前記第2光電変換手段の画素位置のデータを補間し、前記第2画像データにおける前記第1光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第2画像データの画素のデータから生成することで、前記第2画像データにおける前記第1光電変換手段の画素位置のデータを補間する画素補間手段を備え、前記減算手段は、前記画素補間手段により画素補間された前記第2画像データから、前記画素補間手段により画素補間された前記第1画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成してもよい。   The plurality of first photoelectric conversion units and the plurality of second photoelectric conversion units are alternately arranged in a row direction or a column direction, and the image generation unit further includes the first photoelectric conversion unit in the first image data. By generating data corresponding to the pixel position of the two photoelectric conversion means from the pixel data of the first image data adjacent to the pixel position, the data of the pixel position of the second photoelectric conversion means in the first image data Is generated from the pixel data of the second image data adjacent to the pixel position, and data corresponding to the pixel position of the first photoelectric conversion means in the second image data is generated. Pixel interpolating means for interpolating the pixel position data of the first photoelectric conversion means, and the subtracting means is the second image data interpolated by the pixel interpolating means. It may generate an image that emphasizes the material by subtracting the first image data pixel interpolation by the pixel interpolating unit.

この構成によれば、画素補間手段は、第1画像データ及び第2画像データの画素補間を行う。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質を強調した高精度の画像を生成できる。   According to this configuration, the pixel interpolation unit performs pixel interpolation of the first image data and the second image data. Thereby, the solid-state imaging device according to the present invention can generate a highly accurate image in which a specific substance is emphasized.

また、前記画像生成手段は、前記第2画像データを前記第1画像データで除算することにより前記物質を強調した画像を生成する除算手段を備えてもよい。   The image generation means may include division means for generating an image in which the substance is emphasized by dividing the second image data by the first image data.

この構成によれば、画像生成手段により生成される画像において、物質に光が吸収されていない部分の輝度信号は小さくなり、被写体に光が吸収された部分の輝度信号は、光が吸収されていない部分に比べ大きくなる。つまり、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質が存在する領域のみが浮かびあがる画像、すなわち特定の物質を強調した画像を生成できる。   According to this configuration, in the image generated by the image generation unit, the luminance signal of the portion where the light is not absorbed by the substance is small, and the luminance signal of the portion where the light is absorbed by the subject is light absorbed. Bigger than no part. That is, the solid-state imaging device according to the present invention can generate an image in which only a region where a specific substance exists, that is, an image in which the specific substance is emphasized.

また、前記第1濾光手段及び前記第2濾光手段は、それぞれ、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した第1多層膜及び第2多層膜と、前記第1多層膜と前記第2多層膜との間に積層された第3膜とを含み、前記第1濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜は、それぞれ、前記第2濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜と膜厚が等しく、前記第1濾光手段に含まれる前記第3膜は、前記第2濾光手段に含まれる前記第3膜と膜厚が異なってもよい。   Further, the first filtering means and the second filtering means respectively include a first multilayer film and a second multilayer film in which a high refractive index film and a low refractive index film are alternately laminated, and the first multilayer film. And the third film laminated between the second multilayer film, and the high refractive index film and the low refractive index film included in the first filtering means are respectively the second filtering means. The third film included in the first filtering means is the same as the third film and the film included in the second filtering means. The thickness may be different.

この構成によれば、単一の半導体基板上に、異なる波長帯域の光を透過する2種類の第1濾光手段及び第2濾光手段を容易に生成できる。さらに、第1濾光手段及び第2濾光手段は、高屈折率膜及び低屈折率膜の積層数を増やすことで透過帯域を狭くできるので、単波長の光に極めて近い、吸収スペクトルのピーク波長の光を透過できる。   According to this configuration, two types of first filtering means and second filtering means that transmit light of different wavelength bands can be easily generated on a single semiconductor substrate. Furthermore, since the first filtering means and the second filtering means can narrow the transmission band by increasing the number of stacked high refractive index films and low refractive index films, the peak of the absorption spectrum is very close to single wavelength light. It can transmit light of wavelength.

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記第1波長帯域及び前記第2波長帯域を含む第3波長帯域の光を透過する第3濾光手段を備え、前記第1光電変換手段は、前記第3濾光手段により透過され、かつ前記第1濾光手段により透過された光を前記第1画像データに変換し、前記第2光電変換手段は、前記第3濾光手段により透過され、かつ前記第2濾光手段により透過された光を前記第2画像データに変換してもよい。   The solid-state imaging device further includes third filtering means that transmits light in a third wavelength band including the first wavelength band and the second wavelength band, and the first photoelectric conversion means includes the first photoelectric conversion means, The light transmitted by the three filtering means and the light transmitted by the first filtering means is converted into the first image data, the second photoelectric conversion means is transmitted by the third filtering means, and the The light transmitted by the second filtering means may be converted into the second image data.

この構成によれば、第3濾光手段は、第1濾光手段及び第2濾光手段で遮断できない不要な波長帯域の光を遮断できる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、周囲の環境の光を消灯する、又は波長域を絞った光源を使用する等を前提とすることなく、第1波長帯域の光、及び第2波長帯域の光のみを撮像できる。   According to this configuration, the third filtering unit can block light in an unnecessary wavelength band that cannot be blocked by the first filtering unit and the second filtering unit. As a result, the solid-state imaging device according to the present invention does not assume that the light in the surrounding environment is turned off or uses a light source with a narrowed wavelength range, etc., and the light in the first wavelength band and the second wavelength. Only band light can be imaged.

また、本発明に係る撮像システムは、前記固体撮像装置と、前記第1波長帯域及び前記第2波長帯域を含む第4波長帯域の光を照射する照明手段を備える。   The imaging system according to the present invention includes the solid-state imaging device and illumination means for irradiating light in a fourth wavelength band including the first wavelength band and the second wavelength band.

この構成によれば、本発明に係る撮像システムは、単一の半導体基板に形成された複数の光電変換手段により、異なる波長帯域の光を撮像した第1画像データ及び第2画像データを生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、小型化及び低コスト化を実現できる。また、本発明に係る撮像システムは、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に第1画像データ及び第2画像データを生成できる。よって、本発明に係る撮像システムは、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。   According to this configuration, the imaging system according to the present invention generates first image data and second image data obtained by imaging light in different wavelength bands by a plurality of photoelectric conversion means formed on a single semiconductor substrate. Therefore, compared with the case where a plurality of image sensors are provided, a reduction in size and cost can be realized. In addition, the imaging system according to the present invention can simultaneously generate the first image data and the second image data without requiring an operation such as moving the air gap in the small spectroscope. Therefore, the imaging system according to the present invention can appropriately capture an image in which a subject is emphasized even with respect to a moving subject.

また、本発明に係る検知装置は、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を検知する検知装置であって、前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第1波長帯域を透過する第1濾光手段と、前記ピークを含まず、かつ前記第1波長帯域と同色の帯域である第2波長帯域を透過する複数の第2濾光手段と、前記第1濾光手段により透過された光を第1信号に変換する第1光電変換手段と、前記第1光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第2濾光手段により透過された光を第2信号に変換する第2光電変換手段と、前記第1信号及び前記第2信号の輝度の違いを用いて、前記物質を検知したことを示す第3信号を生成する信号生成手段とを備える。   The detection device according to the present invention is a detection device that detects a predetermined substance having a dispersion-type absorption spectrum, and is a first filtered light that transmits a first wavelength band including a peak of the dispersion-type absorption spectrum. Means, a plurality of second filtering means that do not include the peak and pass through a second wavelength band that is the same color band as the first wavelength band, and light transmitted by the first filtering means First photoelectric conversion means for converting into one signal and second photoelectric conversion means for converting light transmitted through the second filtering means into a second signal formed on the same semiconductor substrate as the first photoelectric conversion means And signal generation means for generating a third signal indicating that the substance has been detected using a difference in luminance between the first signal and the second signal.

この構成によれば、本発明に係る検知装置は、単一の半導体基板に形成された2つの光電変換手段により、異なる波長帯域の光を撮像した第1信号及び第2信号を生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、小型化及び低コスト化を実現できる。また、本発明に係る検知装置は、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に第1信号及び第2信号を生成できる。よって、本発明に係る検知装置は、動きのある被写体も好適に検知できる。   According to this configuration, the detection device according to the present invention generates the first signal and the second signal obtained by imaging light of different wavelength bands by the two photoelectric conversion units formed on the single semiconductor substrate. Compared with the case where a plurality of image sensors are provided, it is possible to realize downsizing and cost reduction. Moreover, the detection apparatus according to the present invention can simultaneously generate the first signal and the second signal without requiring an operation such as moving an air gap in the small spectroscope. Therefore, the detection device according to the present invention can also suitably detect a moving subject.

なお、本発明は、このような固体撮像装置、撮像システム及び検知装置として実現できるだけでなく、固体撮像装置、撮像システム又は検知装置に含まれる特徴的な手段をステップとする撮像方法又は検知方法として実現したり、そのような特徴的なステップの一部又は全てをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、CD−ROM等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。   The present invention can be realized not only as such a solid-state imaging device, imaging system, and detection device, but also as an imaging method or detection method using characteristic means included in the solid-state imaging device, imaging system, or detection device as a step. It can also be realized as a program that causes a computer to execute part or all of such characteristic steps. Needless to say, such a program can be distributed via a recording medium such as a CD-ROM and a transmission medium such as the Internet.

以上より、本発明は、低コストであり、かつ、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる固体撮像装置、撮像システム及び検知装置を提供できる。   As described above, the present invention can provide a solid-state imaging device, an imaging system, and a detection device that can appropriately capture an image in which a subject is emphasized even with a moving subject at low cost.

以下、本発明に係る撮像システムの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of an imaging system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る撮像システムは、異なる波長帯域の光を電気信号に変換する1チップの固体撮像装置を備える。これにより、本発明に係る撮像システムは、システムの小型化及び低コスト化を実現できる。さらに、本発明に係る撮像システムは、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。
(Embodiment 1)
The imaging system according to Embodiment 1 of the present invention includes a one-chip solid-state imaging device that converts light of different wavelength bands into electrical signals. Thereby, the imaging system according to the present invention can realize downsizing and cost reduction of the system. Furthermore, the imaging system according to the present invention can suitably capture an image in which a subject is emphasized even with respect to a moving subject.

まず、本発明の実施の形態に係る撮像システムの構成を説明する。   First, the configuration of the imaging system according to the embodiment of the present invention will be described.

図1は、本発明の実施の形態1に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an imaging system according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示す撮像システム10は、被写体を撮像し、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調して表示した画像データ68を生成する。なお、以下では、水を強調した画像データ68を生成する例を説明する。   The imaging system 10 illustrated in FIG. 1 captures an image of a subject and generates image data 68 that highlights and displays a predetermined substance having a distributed absorption spectrum. In the following, an example in which image data 68 in which water is emphasized is generated will be described.

撮像システム10は、撮像部20と、画像生成部30と、照明部40とを備える。   The imaging system 10 includes an imaging unit 20, an image generation unit 30, and an illumination unit 40.

照明部40は、被写体50に、水の吸収ピークである波長960nm近傍の第1波長帯域と、波長850nm近傍の第2波長帯域とを含む第3波長帯域の近赤外光60を照射する。例えば、照明部40は、発光ダイオードである。   The illumination unit 40 irradiates the subject 50 with near-infrared light 60 in a third wavelength band including a first wavelength band in the vicinity of a wavelength of 960 nm, which is an absorption peak of water, and a second wavelength band in the vicinity of a wavelength of 850 nm. For example, the illumination unit 40 is a light emitting diode.

撮像部20は、被写体50により反射された反射光61のうち、波長960nm近傍の第1波長帯域の光を撮像し、画像データ62を生成する。また、撮像部20は、被写体50により反射された反射光61のうち、波長850nm近傍の第2波長帯域の光を撮像し、画像データ63を生成する。撮像部20は、例えば、単一の半導体基板上に形成されたCMOSイメージセンサである。   The imaging unit 20 images light in the first wavelength band near the wavelength of 960 nm among the reflected light 61 reflected by the subject 50, and generates image data 62. In addition, the imaging unit 20 images light in the second wavelength band near the wavelength of 850 nm among the reflected light 61 reflected by the subject 50, and generates image data 63. The imaging unit 20 is, for example, a CMOS image sensor formed on a single semiconductor substrate.

図2は、撮像部20の構成を示す図である。撮像部20は、画素アレイ21と、垂直走査部22と、水平走査部23と、A/D変換部24とを備える。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the imaging unit 20. The imaging unit 20 includes a pixel array 21, a vertical scanning unit 22, a horizontal scanning unit 23, and an A / D conversion unit 24.

画素アレイ21は、行列状に配置される複数の画素25及び複数の画素26を含む。複数の画素25及び複数の画素26は、受光量に応じた信号電荷を蓄積する。   The pixel array 21 includes a plurality of pixels 25 and a plurality of pixels 26 arranged in a matrix. The plurality of pixels 25 and the plurality of pixels 26 accumulate signal charges corresponding to the amount of received light.

垂直走査部22は、複数の画素25及び26のうち各行の画素25及び26を順次選択する。   The vertical scanning unit 22 sequentially selects the pixels 25 and 26 in each row among the plurality of pixels 25 and 26.

水平走査部23は、複数の画素25及び26のうち各列の画素25及び26を順次選択する。   The horizontal scanning unit 23 sequentially selects the pixels 25 and 26 in each column among the plurality of pixels 25 and 26.

垂直走査部22により行を選択され、かつ水平走査部23に列を選択された画素25又は26に蓄積された信号電荷は、電圧又は電流に変換され、A/D変換部24に入力される。A/D変換部24は、入力された電圧又は電流をアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を画像データ62及び63として出力する。   The signal charges accumulated in the pixels 25 or 26 whose rows are selected by the vertical scanning unit 22 and whose columns are selected by the horizontal scanning unit 23 are converted into voltage or current and input to the A / D conversion unit 24. . The A / D converter 24 converts the input voltage or current from an analog signal to a digital signal, and outputs the converted digital signal as image data 62 and 63.

図3は、画素25及び画素26の断面構造を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the pixel 25 and the pixel 26.

画素25及び画素26は、基板119上に形成される。基板119は、半導体基板であり、例えばシリコン基板である。   The pixel 25 and the pixel 26 are formed on the substrate 119. The substrate 119 is a semiconductor substrate, for example, a silicon substrate.

画素25は、フォトダイオード128と、配線117、118、125及び126と、層間絶縁膜129と、光学フィルタ130と、平坦化膜121と、マイクロレンズ103とを備える。   The pixel 25 includes a photodiode 128, wirings 117, 118, 125 and 126, an interlayer insulating film 129, an optical filter 130, a planarization film 121, and a microlens 103.

画素26は、フォトダイオード127と、配線123、124、125及び126と、層間絶縁膜129と、光学フィルタ131と、平坦化膜121と、マイクロレンズ120とを備える。   The pixel 26 includes a photodiode 127, wirings 123, 124, 125 and 126, an interlayer insulating film 129, an optical filter 131, a planarization film 121, and a microlens 120.

なお、画素25及び画素26の構成は、光学フィルタ130と131との構成が異なる点以外は、同様である。   The configurations of the pixel 25 and the pixel 26 are the same except that the configurations of the optical filters 130 and 131 are different.

フォトダイオード127及び128は、入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子である。   The photodiodes 127 and 128 are photoelectric conversion elements that convert incident light into signal charges.

配線117、118、123、124、125及び126は、層間絶縁膜129内に形成され、遮光膜としても機能する金属配線である。   The wirings 117, 118, 123, 124, 125, and 126 are metal wirings that are formed in the interlayer insulating film 129 and also function as a light shielding film.

平坦化膜121は、マイクロレンズ103及び120を形成する際に画素25と画素26との間の段差がなくなるように表面を平坦化するための膜である。   The planarization film 121 is a film for planarizing the surface so that there is no step between the pixel 25 and the pixel 26 when the microlenses 103 and 120 are formed.

光学フィルタ130及び131は、それぞれ異なる波長帯域の光を選択的に透過する。光学フィルタ130及び131は、複数の誘電体膜を積層した多層膜フィルタである。   The optical filters 130 and 131 selectively transmit light in different wavelength bands. The optical filters 130 and 131 are multilayer filters in which a plurality of dielectric films are stacked.

光学フィルタ130及び131は、高屈折率膜104、106及び108と低屈折率膜105及び107とを交互に積層した第1多層膜と、高屈折率膜110、112、114及び16と低屈折率膜111、113及び115とを交互に積層した第2多層膜とを含む。また、光学フィルタ130は、第1多層膜と第2多層膜との間に積層された低屈折率膜109を含み、光学フィルタ131は、第1多層膜と第2多層膜との間に積層された低屈折率膜122を含む。   The optical filters 130 and 131 include a first multilayer film in which high refractive index films 104, 106, and 108 and low refractive index films 105 and 107 are alternately stacked, and high refractive index films 110, 112, 114, and 16 and low refractive index. A second multilayer film in which the rate films 111, 113, and 115 are alternately stacked. The optical filter 130 includes a low-refractive index film 109 stacked between the first multilayer film and the second multilayer film, and the optical filter 131 is stacked between the first multilayer film and the second multilayer film. The low refractive index film 122 is included.

光学フィルタ130と、光学フィルタ131とは、低屈折率膜109と低屈折率膜122との膜厚が異なる。また、低屈折率膜109及び122以外の低屈折率膜105、107、111、113及び115と、高屈折率膜104、106、108、110、112、114及び116とは、光学フィルタ130及び131で共通に用いられ、同一の膜厚である。   The optical filter 130 and the optical filter 131 are different in film thickness between the low refractive index film 109 and the low refractive index film 122. The low refractive index films 105, 107, 111, 113 and 115 other than the low refractive index films 109 and 122 and the high refractive index films 104, 106, 108, 110, 112, 114 and 116 are the optical filter 130 and 131 is commonly used and has the same film thickness.

高屈折率膜104、106、108、110、112、114及び116は、高屈折率の材料で構成され、例えば、チタン酸化物(TiO2)で構成される。低屈折率膜105、107、109、111、113、115及び122は、高屈折率膜104、106、108、110、112、114及び116よりも低屈折率の材料で構成され、例えば、シリコン酸化物(SiO2)で構成される。 The high refractive index films 104, 106, 108, 110, 112, 114, and 116 are made of a high refractive index material, for example, titanium oxide (TiO 2 ). The low refractive index films 105, 107, 109, 111, 113, 115, and 122 are made of a material having a lower refractive index than the high refractive index films 104, 106, 108, 110, 112, 114, and 116. For example, silicon It is composed of an oxide (SiO 2 ).

図4は、高屈折率膜104、106、108、110、112及び114の膜厚が86nmであり、低屈折率膜105、107、111、113及び115の膜厚が149nmであり、低屈折率膜109の膜厚が5nmであり、低屈折率膜122の膜厚が58nmである場合の光学フィルタ130及び131の透過特性を示す図である。   In FIG. 4, the high refractive index films 104, 106, 108, 110, 112, and 114 have a thickness of 86 nm, and the low refractive index films 105, 107, 111, 113, and 115 have a thickness of 149 nm. It is a figure which shows the permeation | transmission characteristic of the optical filters 130 and 131 when the film thickness of the refractive index film | membrane 109 is 5 nm, and the film thickness of the low refractive index film | membrane 122 is 58 nm.

図4に示すように、光学フィルタ130の透過特性502は、波長960nm付近にピークを有し、光学フィルタ131の透過特性501は、波長850nm付近にピークを有する。   As shown in FIG. 4, the transmission characteristic 502 of the optical filter 130 has a peak near the wavelength of 960 nm, and the transmission characteristic 501 of the optical filter 131 has a peak near the wavelength of 850 nm.

図5及び図6は、水の吸収スペクトル701を示す図である。図5は縦軸を対数表示した水の吸収スペクトル701を示す図であり、図6は縦軸を線形表示した水の吸収スペクトル701を示す図である。   5 and 6 are diagrams showing an absorption spectrum 701 of water. FIG. 5 is a diagram showing the water absorption spectrum 701 with the vertical axis representing logarithm, and FIG. 6 is a diagram showing the water absorption spectrum 701 with the vertical axis representing linear.

図5及び図6に示すように、水の吸収スペクトル701は、波長960nmにピーク702を有する。   As shown in FIGS. 5 and 6, the water absorption spectrum 701 has a peak 702 at a wavelength of 960 nm.

このように、光学フィルタ130は、水の吸収スペクトル701のピーク702の波長960nm近傍の波長帯域の光を選択的に透過する。   Thus, the optical filter 130 selectively transmits light in a wavelength band near the wavelength 960 nm of the peak 702 of the water absorption spectrum 701.

また、光学フィルタ131は、水の吸収スペクトル701のピーク702を含まない領域704の波長850nm近傍の波長帯域の光を選択的に透過する。   The optical filter 131 selectively transmits light in a wavelength band near a wavelength of 850 nm in a region 704 that does not include the peak 702 of the water absorption spectrum 701.

以上のように、光学フィルタ130及び131の構成は、光学膜厚が水の吸収スペクトルのピーク702の波長の四分の一の高屈折率膜104、106、108、110、112及び114と、光学膜厚が水の吸収スペクトルのピーク702の波長の四分の一の低屈折率膜105、107、111、113及び115とが交互に複数積層された多層膜が、当該四分の一の波長と異なる光学膜厚の低屈折率膜109及び122を挟む構成である。さらに、光学フィルタ130及び131において、低屈折率膜109及び122の光学膜厚が異なっている。   As described above, the configuration of the optical filters 130 and 131 includes the high-refractive-index films 104, 106, 108, 110, 112, and 114 whose optical film thickness is a quarter of the wavelength of the peak 702 of the absorption spectrum of water. A multilayer film in which a plurality of low refractive index films 105, 107, 111, 113, and 115 whose optical film thickness is a quarter of the wavelength of the peak 702 of the absorption spectrum of water is alternately laminated is The low refractive index films 109 and 122 having an optical film thickness different from the wavelength are sandwiched. Further, in the optical filters 130 and 131, the optical film thicknesses of the low refractive index films 109 and 122 are different.

これにより、水の吸収スペクトルのピーク波長周辺の光のみを透過させる光学フィルタ130と、ピーク波長とは異なる波長周辺の光のみを透過させる光学フィルタ131とを実現できる。これは、ある膜厚の低屈折率材料とある膜厚の高屈折率材料とを周期的に積層した誘電体多層膜は、光を透過しない不透過のフォトニックバンドギャップを持ち、さらに、積層された誘電体多層膜のうち一層を異なる膜厚にすることで、当該フォトニックバンドギャップの中に透過する波長帯域を形成できる物理現象を利用している。   Thereby, the optical filter 130 that transmits only light around the peak wavelength of the water absorption spectrum and the optical filter 131 that transmits only light around the wavelength different from the peak wavelength can be realized. This is because the dielectric multilayer film, in which a low-refractive index material with a certain film thickness and a high-refractive index material with a certain film thickness are periodically laminated, has a non-transmissive photonic band gap that does not transmit light. By making one of the dielectric multilayer films different in film thickness, a physical phenomenon that can form a wavelength band to be transmitted in the photonic band gap is utilized.

また、このような多層膜フィルタは、高屈折率膜104、106、108、110、112及び114と、低屈折率膜105、107、111、113及び115との積層数を増やすことでより透過帯域を狭くできるので、水の吸収スペクトルにおけるピーク波長の単波長の光に極めて近い光を透過できる。また、複数種のフィルタを光電変換素子上に構成する上で、高屈折率膜104、106、108、110、112及び114と、低屈折率膜105、107、111、113及び115とはそれぞれの種類のフィルタに共通の膜厚、かつ層数の膜となるためにフィルタ作製工程も容易になるという利点もある。   In addition, such a multilayer filter is more transmissive by increasing the number of layers of the high refractive index films 104, 106, 108, 110, 112, and 114 and the low refractive index films 105, 107, 111, 113, and 115. Since the band can be narrowed, it is possible to transmit light that is very close to light having a single wavelength of the peak wavelength in the water absorption spectrum. Further, in configuring a plurality of types of filters on the photoelectric conversion element, the high refractive index films 104, 106, 108, 110, 112 and 114 and the low refractive index films 105, 107, 111, 113 and 115 are respectively There is also an advantage that the filter manufacturing process is facilitated because the film thickness and the number of layers are common to these types of filters.

再度、図3を参照して説明を行う。   The description will be given again with reference to FIG.

マイクロレンズ103及び120は、それぞれ光学フィルタ130及び131上に平坦化膜121を介して形成される。   The microlenses 103 and 120 are formed on the optical filters 130 and 131 via the planarization film 121, respectively.

光学フィルタ140は、画素25及び26上に形成される。光学フィルタ140は、光学フィルタ130が透過する波長帯域、及び光学フィルタ131が透過する波長帯域を含む波長帯域の光を透過する。例えば、光学フィルタ140は、可視光を遮断し、赤外光を透過するバンドパスフィルタである。   The optical filter 140 is formed on the pixels 25 and 26. The optical filter 140 transmits light in a wavelength band including the wavelength band that the optical filter 130 transmits and the wavelength band that the optical filter 131 transmits. For example, the optical filter 140 is a band-pass filter that blocks visible light and transmits infrared light.

図7は、光学フィルタ140及び131を介してフォトダイオード127に入射する光の透過特性601と、光学フィルタ140及び130を介してフォトダイオード128に入射する光の透過特性602を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing a transmission characteristic 601 of light incident on the photodiode 127 via the optical filters 140 and 131 and a transmission characteristic 602 of light incident on the photodiode 128 via the optical filters 140 and 130.

図7に示すように、可視光を遮断する光学フィルタ140を備えることにより、フォトダイオード127には波長850nm近傍の光のみが入射され、フォトダイオード128には波長960nm近傍の光のみが入射される。   As shown in FIG. 7, by providing an optical filter 140 that blocks visible light, only light having a wavelength of about 850 nm is incident on the photodiode 127, and only light having a wavelength of about 960 nm is incident on the photodiode 128. .

次に、画素アレイ21における画素25及び画素26の配置について説明する。   Next, the arrangement of the pixels 25 and the pixels 26 in the pixel array 21 will be described.

図8、図9及び図10は、画素25及び画素26の配置例を示す図である。   8, FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing examples of arrangement of the pixels 25 and 26. FIG.

複数の画素25及び複数の画素26は、それぞれが他方と隣接するように、行方向又は列方向に交互に配置される。例えば、図8に示すように、画素25と画素26とは、千鳥格子状に配置される。また、4画素で構成される画素単位217、218、219及び220は、それぞれ同じ画素パターンで構成される。画素アレイ21において、画素単位217、218、219及び220が2次元上に配置される。   The plurality of pixels 25 and the plurality of pixels 26 are alternately arranged in the row direction or the column direction so that each is adjacent to the other. For example, as shown in FIG. 8, the pixels 25 and the pixels 26 are arranged in a staggered pattern. In addition, the pixel units 217, 218, 219, and 220 configured by four pixels are each configured by the same pixel pattern. In the pixel array 21, pixel units 217, 218, 219, and 220 are arranged two-dimensionally.

また、図9及び図10に示すように画素25と画素26とはストライプ状に配置されてもよい。また、画素アレイ21において、4つの画素25で構成される画素単位317及び319と、4つの画素26で構成されるこの画素単位318及び320とが2次元上に交互に配置される。   Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the pixels 25 and the pixels 26 may be arranged in a stripe shape. In the pixel array 21, pixel units 317 and 319 including four pixels 25 and pixel units 318 and 320 including four pixels 26 are alternately arranged two-dimensionally.

なお、図8に示す画素201、204、205、208、209、212、213及び216が画素25に対応し、画素202、203、206、207、210、211、214及び215が画素26に対応する。また、図9に示す画素301〜304及び309〜312と、図10に示す画素401〜404及び409〜412とが画素25に対応し、図9に示す画素305〜308及び313〜316と、図10に示す画素405〜408及び413〜416とが画素26に対応する。なお、2種類の画素の組み合わせは逆になってもよい。   Note that the pixels 201, 204, 205, 208, 209, 212, 213, and 216 shown in FIG. 8 correspond to the pixel 25, and the pixels 202, 203, 206, 207, 210, 211, 214, and 215 correspond to the pixel 26. To do. Further, the pixels 301 to 304 and 309 to 312 shown in FIG. 9 and the pixels 401 to 404 and 409 to 412 shown in FIG. 10 correspond to the pixel 25, and the pixels 305 to 308 and 313 to 316 shown in FIG. Pixels 405 to 408 and 413 to 416 shown in FIG. Note that the combination of the two types of pixels may be reversed.

画像生成部30は、撮像部20により生成された画像データ62及び画像データ63の輝度の違いを用いて、水を強調した画像データ68を生成する。画像生成部30は、画素補間部31と、輝度補正部32と、減算部33とを備える。   The image generation unit 30 generates image data 68 in which water is emphasized using the difference in luminance between the image data 62 and the image data 63 generated by the imaging unit 20. The image generation unit 30 includes a pixel interpolation unit 31, a luminance correction unit 32, and a subtraction unit 33.

画素補間部31は、画像データ62及び画像データ63をそれぞれ画素補間することで画像データ64及び画像データ65を生成する。   The pixel interpolation unit 31 generates image data 64 and image data 65 by performing pixel interpolation on the image data 62 and the image data 63, respectively.

輝度補正部32は、画像データ64及び画像データ65の少なくとも一方を増幅又は減衰することにより画像データ66及び画像データ67を生成する。   The brightness correction unit 32 generates image data 66 and image data 67 by amplifying or attenuating at least one of the image data 64 and the image data 65.

減算部33は、画像データ67から画像データ66を減算することで、水を強調した画像データ68を生成する。   The subtracting unit 33 subtracts the image data 66 from the image data 67 to generate image data 68 in which water is emphasized.

また、撮像部20及び画像生成部30は、例えば、単一の半導体基板119上に、1チップの半導体集積回路として形成される。なお、撮像部20及び画像生成部30は、それぞれ個別の半導体集積回路として形成してもよい。また、撮像部20と、画像生成部30に含まれる機能ブロックの一部とを1チップの半導体集積回路として形成してもよいし、画像生成部30を複数の半導体集積回路で構成してもよい。また、画像生成部30の機能を、CPU等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。   Further, the imaging unit 20 and the image generation unit 30 are formed as a one-chip semiconductor integrated circuit on a single semiconductor substrate 119, for example. Note that the imaging unit 20 and the image generation unit 30 may be formed as individual semiconductor integrated circuits. Further, the imaging unit 20 and some of the functional blocks included in the image generation unit 30 may be formed as a one-chip semiconductor integrated circuit, or the image generation unit 30 may be configured by a plurality of semiconductor integrated circuits. Good. Further, the function of the image generation unit 30 may be realized by a processor such as a CPU executing a program.

次に、本発明の実施の形態1に係る撮像システム10の動作を説明する。   Next, the operation of the imaging system 10 according to Embodiment 1 of the present invention will be described.

図11は、撮像システム10による画像信号生成処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart showing a flow of image signal generation processing by the imaging system 10.

まず、照明部40により照射された近赤外光60は、被写体50で吸収及び反射される。撮像部20は、被写体からの反射光61のうち水の吸収ピークである波長960nm近傍の第1波長帯域の光を撮像し、画像データ62を生成する。また、撮像部20は、被写体50により反射された反射光61のうち、水の吸収ピークとは異なる波長850nm近傍の第2波長帯域の光を撮像し、画像データ63を生成する(S101)。具体的には、複数の画素25は、反射光61のうち光学フィルタ140及び130により透過された第1波長帯域の光を電気信号に変換する。また、複数の画素26は、反射光61のうち光学フィルタ140及び131により透過された第2波長帯域の光を電気信号に変換する。   First, the near infrared light 60 irradiated by the illumination unit 40 is absorbed and reflected by the subject 50. The imaging unit 20 captures light in the first wavelength band in the vicinity of a wavelength of 960 nm that is a water absorption peak in the reflected light 61 from the subject, and generates image data 62. Further, the imaging unit 20 images light in the second wavelength band near the wavelength of 850 nm, which is different from the water absorption peak, from the reflected light 61 reflected by the subject 50, and generates image data 63 (S101). Specifically, the plurality of pixels 25 convert the light in the first wavelength band transmitted by the optical filters 140 and 130 out of the reflected light 61 into an electrical signal. Further, the plurality of pixels 26 convert the light in the second wavelength band transmitted by the optical filters 140 and 131 out of the reflected light 61 into an electric signal.

垂直走査部22及び水平走査部23により順次選択された画素25及び画素26により変換された電気信号は、A/D変換部24により、アナログ信号からデジタル信号に変換される。撮像部20は、複数の画素25に対応するデジタル信号である画像データ62と、複数の画素26に対応するデジタル信号である画像データ63とを画像生成部30に出力する。   The electrical signals converted by the pixels 25 and 26 sequentially selected by the vertical scanning unit 22 and the horizontal scanning unit 23 are converted from analog signals to digital signals by the A / D conversion unit 24. The imaging unit 20 outputs image data 62 that is digital signals corresponding to the plurality of pixels 25 and image data 63 that is digital signals corresponding to the plurality of pixels 26 to the image generation unit 30.

図12及び図13は、それぞれ画像データ62及び63の一例を示す図である。   12 and 13 are diagrams showing examples of the image data 62 and 63, respectively.

図12に示すように、画像データ62においては、波長960nm近傍の光が水に吸収されるため水が存在する領域の輝度が低くなる。また、図13に示すように、画像データ63においては、波長850nm近傍の光は水に吸収されないので画像データ62に比べ水が存在する領域の輝度は低くならない。   As shown in FIG. 12, in the image data 62, the light in the vicinity of the wavelength of 960 nm is absorbed by the water, so that the brightness of the region where the water exists is low. Further, as shown in FIG. 13, in the image data 63, light in the vicinity of a wavelength of 850 nm is not absorbed by water, so that the brightness of the region where water is present does not become lower than that of the image data 62.

また、水が存在しない領域においては、画像データ62及び63ともに同程度の輝度を有する。これは、通常の物質(分散型吸収スペクトルを有さない物質)の吸光スペクトルは、分散型吸光スペクトルに対して、波長に対する吸収係数の変化が少ないためである。   Further, in an area where no water exists, both the image data 62 and 63 have the same luminance. This is because the absorption spectrum of a normal substance (a substance that does not have a dispersion-type absorption spectrum) has a smaller change in absorption coefficient with respect to the wavelength than the dispersion-type absorption spectrum.

次に、画素補間部31は、画像データ62及び画像データ63を画素補間する(S102)。以下、画素補間部31による画素補間について説明する。   Next, the pixel interpolation unit 31 interpolates the image data 62 and the image data 63 (S102). Hereinafter, pixel interpolation by the pixel interpolation unit 31 will be described.

画素26には第1波長帯域の画素信号は存在しないので、画像データ62には、画素26に対応する画素位置の画素信号が存在しない。画素補間部31は、画像データ62における画素26の画素位置に対応する画素信号を当該画素位置に隣接する画像データ62の画素25の画素信号から生成することで、画像データ62における画素26の画素位置の画素信号を補間する。   Since there is no pixel signal in the first wavelength band in the pixel 26, there is no pixel signal in the pixel position corresponding to the pixel 26 in the image data 62. The pixel interpolation unit 31 generates a pixel signal corresponding to the pixel position of the pixel 26 in the image data 62 from the pixel signal of the pixel 25 of the image data 62 adjacent to the pixel position, so that the pixel of the pixel 26 in the image data 62 Interpolate the pixel signal at the position.

同様に、画素補間部31は、画像データ63における画素25の画素位置に対応する画素信号を当該画素位置に隣接する画像データ63の画素26の画素信号から生成することで、画像データ63における画素25の画素位置の画素信号を補間する。   Similarly, the pixel interpolation unit 31 generates a pixel signal corresponding to the pixel position of the pixel 25 in the image data 63 from the pixel signal of the pixel 26 of the image data 63 adjacent to the pixel position, so that the pixel in the image data 63 Interpolate pixel signals at 25 pixel positions.

以下、画素25及び26の配置が図8に示す千鳥格子状の場合において、画像データ63の画素204の画素位置の画素信号を補間する例を説明する。   Hereinafter, an example of interpolating the pixel signal at the pixel position of the pixel 204 of the image data 63 when the arrangement of the pixels 25 and 26 is the staggered pattern shown in FIG. 8 will be described.

画素補間部31は、画素202、203、206及び211の第2波長帯域の画素信号を用いて画素204の画素位置の第2波長帯域の画素信号を生成する。具体的には、画素補間部31は、4つの画素202、203、206及び211の画素信号の平均値を算出する。画素補間部31は、算出した平均値を、画素204の画素位置の第2波長帯域の画素信号とする。   The pixel interpolation unit 31 uses the pixel signals in the second wavelength band of the pixels 202, 203, 206, and 211 to generate a pixel signal in the second wavelength band at the pixel position of the pixel 204. Specifically, the pixel interpolation unit 31 calculates an average value of the pixel signals of the four pixels 202, 203, 206, and 211. The pixel interpolation unit 31 uses the calculated average value as a pixel signal in the second wavelength band at the pixel position of the pixel 204.

なお、別の方法として、画素補間部31は、画素202及び206からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値と、画素203及び211からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値とを比較する。画素補間部31は、絶対値が小さい画素ペアに含まれる2つの画素の画素信号の平均値を算出し、算出した平均値を、画素204の画素位置の第2波長帯域の画素信号とする。後者の処理方法は、前者の処理方法に比べて、被写体のエッジなどで生じる急峻な輝度変化に対してエッジを再現しやすいという利点がある。   As another method, the pixel interpolation unit 31 compares the absolute value of the difference between the pixel signals of the pixel pair composed of the pixels 202 and 206 with the absolute value of the difference between the pixel signals of the pixel pair composed of the pixels 203 and 211. To do. The pixel interpolation unit 31 calculates an average value of pixel signals of two pixels included in a pixel pair having a small absolute value, and sets the calculated average value as a pixel signal in the second wavelength band at the pixel position of the pixel 204. The latter processing method has an advantage that the edge can be easily reproduced with respect to a steep luminance change generated at the edge of the subject as compared with the former processing method.

次に、図9又は図10のように画素25及び画素26をストライプ状に配置した場合の画素補間方法を説明する。ここでは、画像データ62における画素306の画素位置の画素信号を補間する例を説明する。   Next, a pixel interpolation method in the case where the pixels 25 and 26 are arranged in stripes as shown in FIG. 9 or FIG. 10 will be described. Here, an example in which the pixel signal at the pixel position of the pixel 306 in the image data 62 is interpolated will be described.

画素補間部31は、6つの画素301、302、303、309、310及び311の平均値を算出し、算出した平均値を、画素306の画素位置の第2波長帯域の画素信号とする。   The pixel interpolation unit 31 calculates an average value of the six pixels 301, 302, 303, 309, 310, and 311, and uses the calculated average value as a pixel signal in the second wavelength band at the pixel position of the pixel 306.

また、別の方法として、画素補間部31は、画素301及び画素311からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値と、画素303及び画素309からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値とを比較する。画素補間部31は、絶対値が小さい画素ペアに含まれる2つの画素の画素信号の平均値を算出し、算出した平均値を、画素306の画素位置の第1波長帯域の画素信号とする。   As another method, the pixel interpolation unit 31 calculates the absolute value of the difference between the pixel signals of the pixel pair including the pixel 301 and the pixel 311 and the absolute value of the difference between the pixel signals of the pixel pair including the pixel 303 and the pixel 309. Compare The pixel interpolation unit 31 calculates an average value of pixel signals of two pixels included in a pixel pair having a small absolute value, and sets the calculated average value as a pixel signal in the first wavelength band at the pixel position of the pixel 306.

次に、輝度補正部32は、画素補間部31により画素補間された画像データ66及び67を輝度補正する(S103)。   Next, the luminance correction unit 32 corrects the luminance of the image data 66 and 67 subjected to pixel interpolation by the pixel interpolation unit 31 (S103).

図14は、シリコンで構成される光電変換素子における光に対する相対感度の波長依存性を示す図である。図14に示すように、波長960nmの感度Aと、波長850nmの感度Bとは異なる。輝度補正部32は、感度Aと感度Bとの差を補正する。すなわち、輝度補正部32は、同じ光量の光が入射された時の画素信号が同じになるように画像データ64と65とを補正する。   FIG. 14 is a diagram showing the wavelength dependence of relative sensitivity to light in a photoelectric conversion element made of silicon. As shown in FIG. 14, sensitivity A at a wavelength of 960 nm is different from sensitivity B at a wavelength of 850 nm. The luminance correction unit 32 corrects the difference between the sensitivity A and the sensitivity B. That is, the luminance correction unit 32 corrects the image data 64 and 65 so that the pixel signals when the same amount of light is incident are the same.

具体的には、光電変換素子がシリコンで構成される場合、感度Aが7パーセント、感度Bが21パーセントなので、例えば、輝度補正部32は、画像データ64を3倍することで輝度補正した画像データ66を生成する。また、輝度補正部32は、画像データ65をそのまま画像データ67として出力する。   Specifically, when the photoelectric conversion element is made of silicon, the sensitivity A is 7% and the sensitivity B is 21%. For example, the brightness correction unit 32 performs brightness correction by multiplying the image data 64 by 3 times. Data 66 is generated. Further, the luminance correction unit 32 outputs the image data 65 as it is as the image data 67.

なお、図14に示すような相対感度の波長依存は、シリコン以外の材料で構成される光電変換素子に対しても存在する。よって、輝度補正部32は、光電変換素子の相対感度の波長依存に応じて、同じ光量の光が入射された時の画素信号が同じになるように画像データ64及び65のうち少なくとも一方を増幅又は減衰すればよい。   Note that the wavelength dependence of relative sensitivity as shown in FIG. 14 also exists for photoelectric conversion elements made of materials other than silicon. Therefore, the luminance correction unit 32 amplifies at least one of the image data 64 and 65 so that the pixel signals when the same amount of light is incident are the same according to the wavelength dependence of the relative sensitivity of the photoelectric conversion element. Alternatively, it may be attenuated.

次に、減算部33は、画像データ67から画像データ66を減算することで、水を強調した画像データ68を生成する(S104)。   Next, the subtraction unit 33 subtracts the image data 66 from the image data 67 to generate image data 68 that emphasizes water (S104).

図15は、画像データ68の一例を示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the image data 68.

図15に示すように画像データ68において、水が存在する領域が強調される。   As shown in FIG. 15, in the image data 68, an area where water is present is emphasized.

図16は、画像データ62、63及び68の、図12、図13及び図15のx−y線における画素位置に対する輝度を示す図である。   FIG. 16 is a diagram illustrating the luminance of the image data 62, 63, and 68 with respect to the pixel position on the xy line in FIGS. 12, 13, and 15. In FIG.

図16に示すように、水が存在しない領域では、つまり、被写体が分散型吸光スペクトルを有さなければ、画像データ62を3倍した画像データ66と、画像データ63とはほぼ等しい輝度となるので、画像データ68の輝度はほぼ0となる。一方、水が存在する領域では、画像データ62を3倍した画像データ66は、画像データ63と比べ輝度が小さいので、輝度は0以外の値となる。ここで、画像データ68におけて水が存在する領域の輝度は、水に吸収された光の輝度を表す。   As shown in FIG. 16, in an area where water does not exist, that is, if the subject does not have a dispersion-type absorption spectrum, the image data 66 obtained by multiplying the image data 62 by 3 times and the image data 63 have substantially the same luminance. Therefore, the luminance of the image data 68 is almost zero. On the other hand, in the region where water is present, the image data 66 obtained by multiplying the image data 62 by three times has a lower luminance than the image data 63, and therefore the luminance is a value other than zero. Here, the luminance of the area where water exists in the image data 68 represents the luminance of the light absorbed in the water.

以上より、本発明の実施の形態1に係る撮像システム10は、被写体(水)で光が吸収された領域を強調した画像データ68を生成できる。   As described above, the imaging system 10 according to Embodiment 1 of the present invention can generate the image data 68 that emphasizes the region where light is absorbed by the subject (water).

さらに、撮像システム10は、単一の半導体基板に形成された撮像部20により、異なる波長帯域の光を撮像した画像データ62及び画像データ63を生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、撮像システム10及び撮像部20の小型化及び低コスト化を実現できる。また、撮像システム10は、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に1フレームで画像データ62及び画像データ63を生成できる。よって、撮像システム10は、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。   Furthermore, since the imaging system 10 generates the image data 62 and the image data 63 obtained by imaging light in different wavelength bands by the imaging unit 20 formed on a single semiconductor substrate, compared to a case where a plurality of imaging elements are provided. In addition, the imaging system 10 and the imaging unit 20 can be reduced in size and cost. Further, the imaging system 10 can simultaneously generate the image data 62 and the image data 63 in one frame without requiring an operation such as moving the air gap in the small spectroscope. Therefore, the imaging system 10 can appropriately capture an image in which the subject is emphasized even for a moving subject.

また、撮像システム10において、画素補間部31は、画像データ62及び63の画素補間を行う。これにより、撮像システム10は、水を強調した高精度の画像を生成できる。   In the imaging system 10, the pixel interpolation unit 31 performs pixel interpolation of the image data 62 and 63. Thereby, the imaging system 10 can generate | occur | produce the highly accurate image which emphasized water.

また、撮像システム10において、輝度補正部32は、第1波長帯域と第2波長帯域における光電変換素子の感度の差、及び照明強度の違い等を補正できる。これにより、撮像システム10は、水をより強調した画像を生成できる。   In the imaging system 10, the luminance correction unit 32 can correct a difference in sensitivity between photoelectric conversion elements in the first wavelength band and the second wavelength band, a difference in illumination intensity, and the like. Thereby, the imaging system 10 can generate | occur | produce the image which emphasized water more.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る撮像システムは、撮像部20により生成された2つの画像データ62及び63を除算すことにより、水を強調した画像データを生成する。
(Embodiment 2)
The imaging system according to the second embodiment of the present invention divides the two image data 62 and 63 generated by the imaging unit 20 to generate image data in which water is emphasized.

まず、本発明の実施の形態2に係る撮像システムの構成を説明する。   First, the configuration of the imaging system according to Embodiment 2 of the present invention will be described.

図17は、本発明の実施の形態2に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同様の要素には同一の符号を付しており説明を省略する。   FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of an imaging system according to Embodiment 2 of the present invention. Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図17に示す撮像システム11は、図1に示す撮像システム10に対して、画像生成部35の構成が異なる。   The imaging system 11 shown in FIG. 17 differs from the imaging system 10 shown in FIG.

画像生成部35は、画素補間部31と、除算部36と、輝度補正部37とを備える。   The image generation unit 35 includes a pixel interpolation unit 31, a division unit 36, and a luminance correction unit 37.

画素補間部31は、実施の形態1に係る画素補間部31と同様である。   The pixel interpolation unit 31 is the same as the pixel interpolation unit 31 according to the first embodiment.

除算部36は、画像データ65を画像データ64で除算することで画像データ69を生成する。   The division unit 36 generates image data 69 by dividing the image data 65 by the image data 64.

輝度補正部37は、画像データ69を所定のゲインで増幅することで水を強調した画像データ70を生成する。   The brightness correction unit 37 amplifies the image data 69 with a predetermined gain to generate image data 70 in which water is emphasized.

次に、撮像システム11の動作を説明する。   Next, the operation of the imaging system 11 will be described.

図18は、撮像システム11による画像信号生成処理の流れを示すフローチャートである。なお、図18に示すステップS101及びS102の動作は、実施の形態1と同様であり、説明は省略する。   FIG. 18 is a flowchart showing a flow of image signal generation processing by the imaging system 11. The operations in steps S101 and S102 shown in FIG. 18 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted.

ステップS102の後、除算部36は、画像データ65を画像データ64で除算することで画像データ69を生成する(S203)。   After step S102, the dividing unit 36 generates image data 69 by dividing the image data 65 by the image data 64 (S203).

次に、輝度補正部37は、画像データ69を所定のゲインで増幅することで、除算により絶対値が小さくなった画像データ69を出画機器に適切に表示できるように輝度補正する(S204)。   Next, the brightness correction unit 37 amplifies the image data 69 with a predetermined gain, and corrects the brightness so that the image data 69 whose absolute value is reduced by the division can be appropriately displayed on the output device (S204). .

図19は、画像データ70の一例を示す図である。   FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the image data 70.

図19に示すように画像データ70において、水が存在する領域が強調される。   As shown in FIG. 19, in the image data 70, an area where water is present is emphasized.

図20は、画像データ62、63及び70の、図12、図13及び図19のx−y線における画素位置に対する輝度を示す図である。   FIG. 20 is a diagram illustrating the luminance of the image data 62, 63, and 70 with respect to the pixel position on the xy line in FIGS. 12, 13, and 19. In FIG.

図20に示すように、水が存在しない領域では、つまり、被写体が分散型吸光スペクトルを有さなければ、画像データ63を画像データ62で除算した値は、相対的に小さくなる。一方、水が存在する領域では、画像データ63を画像データ62で除算した値は、相対的に大きくなる。つまり、画像データ70は、水が存在する領域のみが浮かびあがった画像となる。   As shown in FIG. 20, in a region where there is no water, that is, if the subject does not have a dispersion-type absorption spectrum, the value obtained by dividing the image data 63 by the image data 62 is relatively small. On the other hand, in a region where water exists, the value obtained by dividing the image data 63 by the image data 62 is relatively large. That is, the image data 70 is an image in which only an area where water exists is highlighted.

以上より、本発明の実施の形態2に係る撮像システム11は、被写体(水)で光が吸収された領域を強調した画像データ70を生成できる。これにより、本発明の実施の形態2に係る撮像システム11は、上述した実施の形態1に係る撮像システム10と同様の効果を得ることができる。   As described above, the imaging system 11 according to Embodiment 2 of the present invention can generate the image data 70 in which the region where light is absorbed by the subject (water) is emphasized. Thereby, the imaging system 11 which concerns on Embodiment 2 of this invention can acquire the effect similar to the imaging system 10 which concerns on Embodiment 1 mentioned above.

以上、本発明の実施の形態1及び2に係る撮像装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。   Although the imaging apparatus according to Embodiments 1 and 2 of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment.

例えば、上記実施の形態1及び2では、本発明を、水を強調した画像データを生成する撮像システム10及び11に適用した例を説明したが、本発明は、水を検知するポイントセンサー等の検知装置にも適用できる。つまり、撮像部20は、それぞれ1個の画素25と画素26とのみを備えてもよい。この場合、本発明に係る検知装置は、画素補間部31を備えなくてよい。   For example, in the first and second embodiments, the example in which the present invention is applied to the imaging systems 10 and 11 that generate image data in which water is emphasized has been described. However, the present invention is not limited to a point sensor that detects water. It can also be applied to detection devices. That is, the imaging unit 20 may include only one pixel 25 and one pixel 26, respectively. In this case, the detection device according to the present invention may not include the pixel interpolation unit 31.

具体的には、本発明に係る検知装置において、画素25により第1波長帯域の光が第1信号に光電変換され、画素26により第2波長帯域の光が第2信号に光電変換される。画像生成部30は、当該第1信号及び第2信号の輝度の違いを用いて、水を検知したことを示す信号を生成する。なお、画像生成部30の動作は、画素補間を行わない点以外は、上述した画像生成部30又は35の動作と同様である。   Specifically, in the detection device according to the present invention, light in the first wavelength band is photoelectrically converted into a first signal by the pixel 25, and light in the second wavelength band is photoelectrically converted into a second signal by the pixel 26. The image generation unit 30 generates a signal indicating that water has been detected using the difference in luminance between the first signal and the second signal. The operation of the image generation unit 30 is the same as the operation of the image generation unit 30 or 35 described above except that pixel interpolation is not performed.

また、上記実施の形態1及び2では、光学フィルタ130及び131の透過特性として図4に示す例を示したが、光学フィルタ130及び131の透過特性はこれに限定されるものではない。   In the first and second embodiments, the transmission characteristics of the optical filters 130 and 131 are shown in FIG. 4, but the transmission characteristics of the optical filters 130 and 131 are not limited to this.

例えば、上記説明では、光学フィルタ130が透過する第1波長帯域の中心波長は水の吸収スペクトルのピーク波長960nmとしたが、第1波長帯域は、ピーク波長960nmを含む波長帯域であればよい。   For example, in the above description, the center wavelength of the first wavelength band transmitted by the optical filter 130 is the peak wavelength 960 nm of the water absorption spectrum, but the first wavelength band may be a wavelength band including the peak wavelength 960 nm.

また、光学フィルタ131が透過する第2波長帯域は、第1波長帯域を含まない波長帯域、つまりピーク波長960nmを含まない波長帯域であればよい。ここで、第1波長帯域及び第2波長帯域とは、透過特性502及び501において透過率が50%以上となる波長帯域である。   The second wavelength band transmitted by the optical filter 131 may be a wavelength band that does not include the first wavelength band, that is, a wavelength band that does not include the peak wavelength 960 nm. Here, the first wavelength band and the second wavelength band are wavelength bands in which the transmittance is 50% or more in the transmission characteristics 502 and 501.

なお、第2波長帯域の中心波長の水の吸収係数は、ピーク波長の水の吸収係数より十分に小さいことが好ましい。例えば、第2波長帯域の中心波長における水の吸収係数は、ピーク波長における水の吸収係数の半分以下であればよい。より好ましくは、第2波長帯域の中心波長における水の吸収係数は、ピーク波長における水の吸収係数より1桁以上小さいことが好ましい。   In addition, it is preferable that the water absorption coefficient of the center wavelength of the second wavelength band is sufficiently smaller than the water absorption coefficient of the peak wavelength. For example, the water absorption coefficient at the center wavelength of the second wavelength band may be less than or equal to half the water absorption coefficient at the peak wavelength. More preferably, the water absorption coefficient at the center wavelength of the second wavelength band is preferably smaller by one digit or more than the water absorption coefficient at the peak wavelength.

また、第2波長帯域は、第1波長帯域に近い波長帯域であることが好ましい。これは、分散型吸光スペクトルにおけるピークに比べ変化はなだらかではあるが、水以外の物質も波長に応じて吸収率が変化する。よって、第1波長帯域と第2波長帯域とを近づけることで、水以外の物質の第1波長帯域と第2波長帯域とにおける吸収率の差を小さくできる。これにより、画像データ68又は70において水以外の物質が強調されることを抑制できる。   The second wavelength band is preferably a wavelength band close to the first wavelength band. Although the change is gentle compared to the peak in the dispersion-type absorption spectrum, the absorption rate of substances other than water also changes depending on the wavelength. Therefore, by making the first wavelength band and the second wavelength band closer, the difference in absorption rate between the first wavelength band and the second wavelength band of substances other than water can be reduced. Thereby, it can suppress that substances other than water are emphasized in the image data 68 or 70.

具体的には、第1波長帯域と、第2波長帯域とが同色の光の波長帯域に含まれることが好ましい。ここで、第1波長帯域と第2波長帯域とが同色の光の波長帯域に含まれるとは、可視光における同色(例えば、青色は波長430nm〜460nm、緑色は波長500nm〜570nm、赤色は波長610nm〜780nm等。)の波長帯域に第1波長帯域と第2波長帯域とが含まれる場合のみでなく、可視光以外の近赤外光(780nm〜2500nm)、中赤外光(2.5μm〜4μm)、又は、遠赤外光(4μm〜1000μm)等の各波長帯域に、第1波長帯域と第2波長帯域とが含まれる場合も含む。   Specifically, it is preferable that the first wavelength band and the second wavelength band are included in the wavelength band of light of the same color. Here, the first wavelength band and the second wavelength band are included in the wavelength band of light of the same color (for example, blue has a wavelength of 430 nm to 460 nm, green has a wavelength of 500 nm to 570 nm, and red has a wavelength of Not only when the first wavelength band and the second wavelength band are included in the wavelength band of 610 nm to 780 nm, etc.), but also near infrared light other than visible light (780 nm to 2500 nm), mid infrared light (2.5 μm) To 4 [mu] m) or far-infrared light (4 [mu] m to 1000 [mu] m), etc., including the case where the first wavelength band and the second wavelength band are included.

また、上記説明では、水のピーク波長を960nmとしたが、水の吸収スペクトル701における他のピーク703等を第1波長帯域に用いてもよい。また、960nmよりさらに長波長側に存在するピーク(図示せず)を第1波長帯域に用いてもよい。なお、図14に示すように長波長になるほど、光電変換素子の相対出力が低下するが、SiGe等で光電変換素子を構成することで、長波長での相対出力を向上できる。   In the above description, the peak wavelength of water is 960 nm, but another peak 703 or the like in the water absorption spectrum 701 may be used for the first wavelength band. Further, a peak (not shown) existing on the longer wavelength side than 960 nm may be used for the first wavelength band. As shown in FIG. 14, the longer the wavelength, the lower the relative output of the photoelectric conversion element. However, the relative output at the long wavelength can be improved by configuring the photoelectric conversion element with SiGe or the like.

また、上記実施の形態1及び2では、分散型吸光スペクトルを有する物質として水を例に説明したが、本発明は、水以外の分散型吸光スペクトルを有する物質にも適用できる。例えば、油、ヘモグロビン、又は病原体等を強調する画像を生成する撮像システム、又は、油、ヘモグロビン、又は病原体等を検知する検知装置に本発明を適用してもよい。この場合、第1波長帯域を強調又は検知の対象とする物質の吸光スペクトルのピーク波長近傍の波長帯域にし、第2波長帯域を当該ピーク波長と異なる波長近傍の波長帯域とすればよい。   In the first and second embodiments, water has been described as an example of a substance having a dispersion-type absorption spectrum. However, the present invention can also be applied to substances having a dispersion-type absorption spectrum other than water. For example, the present invention may be applied to an imaging system that generates an image that emphasizes oil, hemoglobin, or a pathogen, or a detection device that detects oil, hemoglobin, a pathogen, or the like. In this case, the first wavelength band may be set to a wavelength band near the peak wavelength of the absorption spectrum of the substance to be emphasized or detected, and the second wavelength band may be set to a wavelength band near the wavelength different from the peak wavelength.

図21は、脂肪の吸収スペクトルを示す図である。図22は、ヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。図21及び図22に示すように脂肪の吸光ピークは930nmであり、酸化ヘモグロビンの吸光ピークは580nmであり、還元ヘモグロビンの吸光ピークは550nmである。   FIG. 21 is a diagram showing an absorption spectrum of fat. FIG. 22 is a diagram showing an absorption spectrum of hemoglobin. As shown in FIGS. 21 and 22, the absorption peak of fat is 930 nm, the absorption peak of oxyhemoglobin is 580 nm, and the absorption peak of reduced hemoglobin is 550 nm.

また、上記撮像システム10及び11は、遮光した容器の中で被写体50に対して、近赤外光を照射してもよい。この場合、可視光の影響を受けないので、光学フィルタ140を備えなくてもよい。   Further, the imaging systems 10 and 11 may irradiate the subject 50 with near-infrared light in a light-shielded container. In this case, since it is not affected by visible light, the optical filter 140 may not be provided.

また、上記実施の形態1及び2では、撮像部20は、CMOSイメージセンサとしたが、MOSイメージセンサ又はCCDイメージセンサであってもよい。   In the first and second embodiments, the imaging unit 20 is a CMOS image sensor, but may be a MOS image sensor or a CCD image sensor.

また、上記実施の形態1の説明において、画像生成部30は、画素補間(S102)を行った後に、輝度補正(S103)を行うとしたが、輝度補正(S103)を行った後に、画素補間(S102)を行ってもよい。   In the description of the first embodiment, the image generation unit 30 performs the luminance correction (S103) after performing the pixel interpolation (S102). However, after performing the luminance correction (S103), the pixel interpolation is performed. (S102) may be performed.

また、図3において光学フィルタ140は、マイクロレンズ103及び120の上方に形成されているが、光学フィルタ140は、マイクロレンズ103及び120と、光学フィルタ130及び131との間に形成されてもよい。   In FIG. 3, the optical filter 140 is formed above the microlenses 103 and 120. However, the optical filter 140 may be formed between the microlenses 103 and 120 and the optical filters 130 and 131. .

本発明は、固体撮像装置及び撮像システムに適用でき、特に、水、油、ヘモグロビン、又は病原体などの分散型吸光スペクトルを有する物体を検出する撮像装置に適用できる。   The present invention can be applied to a solid-state imaging device and an imaging system, and in particular to an imaging device that detects an object having a dispersed absorption spectrum such as water, oil, hemoglobin, or a pathogen.

本発明の実施の形態1に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る撮像部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging part which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る画素の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the pixel which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る光学フィルタの透過特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of the optical filter which concerns on Embodiment 1 of this invention. 水の吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of water. 水の吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of water. 本発明の実施の形態1に係る光学フィルタにバンドパスフィルタを撮像素子前面に挿入した時の透過特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic when a band pass filter is inserted in the image sensor front surface in the optical filter which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る画素アレイにおける画素の配置例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of arrangement | positioning of the pixel in the pixel array which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る画素アレイにおける画素の配置例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of arrangement | positioning of the pixel in the pixel array which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る画素アレイにおける画素の配置例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of arrangement | positioning of the pixel in the pixel array which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る撮像システムにおける画像生成処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the image generation process in the imaging system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る波長960nmに対応する画像データの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image data corresponding to wavelength 960nm which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る波長850nmに対応する画像データの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image data corresponding to wavelength 850nm which concerns on Embodiment 1 of this invention. 光電変換素子の相対感度に対する波長依存性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength dependence with respect to the relative sensitivity of a photoelectric conversion element. 本発明の実施の形態1に係る撮像システムにより生成された水を強調した画像データの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image data which emphasized the water produced | generated by the imaging system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る撮像システムにおける各画像データの輝度を示す図である。It is a figure which shows the brightness | luminance of each image data in the imaging system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る撮像システムにおける画像生成処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the image generation process in the imaging system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る撮像システムにより生成された水を強調した画像データの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image data which emphasized the water produced | generated by the imaging system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る撮像システムにおける各画像データの輝度を示す図である。It is a figure which shows the brightness | luminance of each image data in the imaging system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 脂肪の吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of fat. ヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of hemoglobin.

符号の説明Explanation of symbols

10、11 撮像システム
20 撮像部
21 画素アレイ
22 垂直走査部
23 水平走査部
24 A/D変換部
25、26 画素
30、35 画像生成部
31 画素補間部
32、37 輝度補正部
33 減算部
36 除算部
40 照明部
50 被写体
60 近赤外光
61 反射光
62、63、64、65、66、67、68、69、70 画像データ
103、120 マイクロレンズ
104、106、108、110、112、114、116 高屈折率膜
105、107、109、111、113、115、122 低屈折率膜
117、118、123、124、125、126 配線
119 基板
121 平坦化膜
127、128 フォトダイオード
129 層間絶縁膜
130、131、140 光学フィルタ
201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216、301、302、303、304、305、306、307、308、309、310、311、312、313、314、315、316、401、402、403、404、405、406、407、408、409、410、411、412、413、414、415、416 画素
217、218、219、220、317、318、319、320、417、418、419、420 画素単位
501、502、601、602 透過特性
701 水の吸収スペクトル
702、703 ピーク
704 領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11 Imaging system 20 Imaging part 21 Pixel array 22 Vertical scanning part 23 Horizontal scanning part 24 A / D conversion part 25, 26 Pixel 30, 35 Image generation part 31 Pixel interpolation part 32, 37 Luminance correction part 33 Subtraction part 36 Division Section 40 Illumination section 50 Subject 60 Near infrared light 61 Reflected light 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70 Image data 103, 120 Microlens 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 High refractive index film 105, 107, 109, 111, 113, 115, 122 Low refractive index film 117, 118, 123, 124, 125, 126 Wiring 119 Substrate 121 Planarization film 127, 128 Photodiode 129 Interlayer insulating film 130 131, 140 Optical filters 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 216, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310, 311, 312, 313, 314, 315, 316, 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416 pixels 217, 218, 219, 220, 317, 318, 319, 320, 417, 418, 419, 420 Pixel unit 501, 502, 601, 602 Transmission characteristics 701 Water absorption spectrum 702, 703 Peak 704 area

Claims (9)

分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置であって、
前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第1波長帯域を透過する第1濾光手段と、
前記ピークを含まず、かつ前記第1波長帯域と同色の帯域である第2波長帯域を透過する第2濾光手段と、
前記第1濾光手段により透過された光を第1画像データに変換する複数の第1光電変換手段と、
前記第1光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第2濾光手段により透過された光を第2画像データに変換する複数の第2光電変換手段と、
前記第1画像データ及び前記第2画像データの輝度の違いを用いて、前記物質を強調した画像を生成する画像生成手段とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device for generating an image in which a predetermined substance having a distributed absorption spectrum is emphasized,
First filtering means that transmits a first wavelength band including the peak of the dispersion type absorption spectrum;
Second filtering means that does not include the peak and transmits a second wavelength band that is the same color band as the first wavelength band;
A plurality of first photoelectric conversion means for converting light transmitted by the first filtering means into first image data;
A plurality of second photoelectric conversion means which are formed on the same semiconductor substrate as the first photoelectric conversion means and convert the light transmitted by the second filtering means into second image data;
A solid-state imaging device comprising: an image generation unit configured to generate an image in which the substance is emphasized using a difference in luminance between the first image data and the second image data.
前記画像生成手段は、
前記第2画像データから前記第1画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する減算手段を備える
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The image generating means includes
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a subtracting unit that generates an image in which the substance is emphasized by subtracting the first image data from the second image data.
前記画像生成手段は、さらに、
前記第1画像データ及び前記第2画像データのうち少なくとも一方を、増幅又は減衰する補正手段を備え、
前記減算手段は、前記補正手段により増幅又は減衰された前記第1画像データと前記第2画像データとを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。
The image generation means further includes:
Correction means for amplifying or attenuating at least one of the first image data and the second image data;
The subtracting unit generates an image in which the substance is emphasized by subtracting the first image data and the second image data amplified or attenuated by the correcting unit. Solid-state imaging device.
前記複数の第1光電変換手段と、前記複数の第2光電変換手段とは、行方向又は列方向に交互に配置され、
前記画像生成手段は、さらに、
前記第1画像データにおける前記第2光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第1画像データの画素のデータから生成することで、前記第1画像データにおける前記第2光電変換手段の画素位置のデータを補間し、前記第2画像データにおける前記第1光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第2画像データの画素のデータから生成することで、前記第2画像データにおける前記第1光電変換手段の画素位置のデータを補間する画素補間手段を備え、
前記減算手段は、前記画素補間手段により画素補間された前記第2画像データから、前記画素補間手段により画素補間された前記第1画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する
ことを特徴とする請求項2又は3記載の固体撮像装置。
The plurality of first photoelectric conversion means and the plurality of second photoelectric conversion means are alternately arranged in a row direction or a column direction,
The image generation means further includes:
By generating data corresponding to the pixel position of the second photoelectric conversion means in the first image data from the pixel data of the first image data adjacent to the pixel position, the second in the first image data. Data of the pixel position of the photoelectric conversion means is interpolated, and data corresponding to the pixel position of the first photoelectric conversion means in the second image data is generated from the pixel data of the second image data adjacent to the pixel position. In this way, the image processing apparatus includes pixel interpolation means for interpolating data of pixel positions of the first photoelectric conversion means in the second image data,
The subtracting unit generates an image in which the substance is emphasized by subtracting the first image data pixel-interpolated by the pixel interpolation unit from the second image data pixel-interpolated by the pixel interpolation unit. The solid-state imaging device according to claim 2 or 3.
前記画像生成手段は、
前記第2画像データを前記第1画像データで除算することにより前記物質を強調した画像を生成する除算手段を備える
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The image generating means includes
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a dividing unit that generates an image in which the substance is emphasized by dividing the second image data by the first image data.
前記第1濾光手段及び前記第2濾光手段は、それぞれ、
高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した第1多層膜及び第2多層膜と、
前記第1多層膜と前記第2多層膜との間に積層された第3膜とを含み、
前記第1濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜は、それぞれ、前記第2濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜と膜厚が等しく、
前記第1濾光手段に含まれる前記第3膜は、前記第2濾光手段に含まれる前記第3膜と膜厚が異なる
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The first filtering means and the second filtering means are respectively
A first multilayer film and a second multilayer film in which a high refractive index film and a low refractive index film are alternately laminated;
A third film laminated between the first multilayer film and the second multilayer film,
The high refractive index film and the low refractive index film included in the first filtering means have the same film thickness as the high refractive index film and the low refractive index film included in the second filtering means, respectively.
The said 3rd film | membrane contained in a said 1st filtration means differs in the said 3rd film | membrane contained in a said 2nd filtration means, The film thickness is any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. Solid-state imaging device.
前記固体撮像装置は、さらに、
前記第1波長帯域及び前記第2波長帯域を含む第3波長帯域の光を透過する第3濾光手段を備え、
前記第1光電変換手段は、前記第3濾光手段により透過され、かつ前記第1濾光手段により透過された光を前記第1画像データに変換し、
前記第2光電変換手段は、前記第3濾光手段により透過され、かつ前記第2濾光手段により透過された光を前記第2画像データに変換する
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device further includes:
A third filtering means for transmitting light in a third wavelength band including the first wavelength band and the second wavelength band;
The first photoelectric conversion means converts the light transmitted by the third filtering means and transmitted by the first filtering means into the first image data;
The said 2nd photoelectric conversion means converts the light permeate | transmitted by the said 3rd filtration means and permeate | transmitted by the said 2nd filtration means to the said 2nd image data. The solid-state imaging device according to any one of the above.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記第1波長帯域及び前記第2波長帯域を含む第4波長帯域の光を照射する照明手段を備える
ことを特徴とする撮像システム。
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 7,
An imaging system comprising: illumination means for irradiating light in a fourth wavelength band including the first wavelength band and the second wavelength band.
分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を検知する検知装置であって、
前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第1波長帯域を透過する第1濾光手段と、
前記ピークを含まず、かつ前記第1波長帯域と同色の帯域である第2波長帯域を透過する複数の第2濾光手段と、
前記第1濾光手段により透過された光を第1信号に変換する第1光電変換手段と、
前記第1光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第2濾光手段により透過された光を第2信号に変換する第2光電変換手段と、
前記第1信号及び前記第2信号の輝度の違いを用いて、前記物質を検知したことを示す第3信号を生成する信号生成手段とを備える
ことを特徴とする検知装置。
A detection device for detecting a predetermined substance having a distributed absorption spectrum,
First filtering means that transmits a first wavelength band including the peak of the dispersion type absorption spectrum;
A plurality of second filtering means that does not include the peak and transmits a second wavelength band that is the same color band as the first wavelength band;
First photoelectric conversion means for converting light transmitted by the first filtering means into a first signal;
Second photoelectric conversion means that is formed on the same semiconductor substrate as the first photoelectric conversion means and converts the light transmitted by the second filtering means into a second signal;
A detection apparatus comprising: a signal generation unit configured to generate a third signal indicating that the substance is detected using a difference in luminance between the first signal and the second signal.
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