JP2012185384A - Imaging apparatus - Google Patents

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Tsuneyuki Hagiwara
恒幸 萩原
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that imaging elements receive a small amount of light due to pin holes shielding much of the light.SOLUTION: An imaging apparatus includes: a semiconductor substrate; multiple imaging elements formed on the semiconductor substrate; a light emitting unit which is formed on the semiconductor substrate so as to be adjacent to the imaging elements; multiple optical elements which are formed on optical paths of the imaging elements, and which direct the light emitted from the light emitting unit to be away from the light emitting unit in a direction parallel to the optical paths of the imaging elements; and multiple objective condenser components which are provided on the optical paths between the optical elements and a subject, and which condense the light from the optical elements to the subject.

Description

本発明は、撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

特許文献1には、光源と、撮像素子と、撮像素子と被写体との間に配置されたピンホールを備える顕微鏡が開示されている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特表2008−501999号公報
Patent Literature 1 discloses a microscope including a light source, an image sensor, and a pinhole disposed between the image sensor and a subject.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1] Japanese Translation of PCT Publication No. 2008-501999

しかしながら、上述の装置では、ピンホールによって多くの光が遮られるので、撮像素子に達する光量が少ないといった課題がある。   However, the above-described apparatus has a problem that a small amount of light reaches the image sensor because much light is blocked by the pinhole.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子に隣接して、前記半導体基板に形成された発光部と、前記複数の撮像素子の光路上に形成され、前記発光部からの光を前記複数の撮像素子の光路に平行であって離間する方向へ方向付けする複数の光学素子と、光学素子と被写体との間の前記光路上に設けられ、前記光学素子からの光を前記被写体へと集光する複数の対物集光部材とを備える撮像装置である。   In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is formed on a semiconductor substrate, a plurality of image sensors formed on the semiconductor substrate, and adjacent to the plurality of image sensors. A plurality of optical elements that are formed on the optical paths of the plurality of imaging elements and direct light from the light emitting parts in a direction parallel to and spaced from the optical paths of the plurality of imaging elements; An imaging apparatus including a plurality of objective condensing members provided on the optical path between the element and the subject and condensing light from the optical element onto the subject.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

撮像装置の全体斜視図である。It is a whole perspective view of an imaging device. 撮像部の全体斜視図である。It is a whole perspective view of an image pick-up part. 撮像部の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an imaging part. 図2の一部拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2. 撮像部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of an imaging part. 撮像部の概略の平面図である。It is a schematic plan view of an imaging part. 撮像装置の制御系を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the control system of an imaging device. 高画質撮像モードにおけるビームスポットの動きを説明する図である。It is a figure explaining the motion of the beam spot in high image quality imaging mode. XY方向の測距をせずに画像生成する場合のフローチャートである。It is a flowchart in the case of generating an image without ranging in the XY directions. 撮像素子を2次元的に配置した実施形態による撮像部の全体斜視図である。It is a whole perspective view of an image pick-up part by an embodiment which has arranged an image sensor two-dimensionally. 撮像部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of an imaging part. 撮像部の概略の平面図である。It is a schematic plan view of an imaging part. 発光素子と光学素子との間に発散抑制部材を設けた実施形態による撮像部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the imaging part by embodiment which provided the divergence suppression member between the light emitting element and the optical element. 発光素子の個数を低減させた実施形態による撮像部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the imaging part by embodiment which reduced the number of light emitting elements. 撮像素子のピッチを変更した実施形態の撮像部の平面図である。It is a top view of the image pick-up part of an embodiment which changed the pitch of an image sensor. 撮像素子間に遮光壁を設けた実施形態による撮像部の部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view of the image pick-up part by an embodiment which provided the light-shielding wall between image pick-up elements. 発光素子が複数の撮像素子に光を供給する実施形態による撮像部の部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view of the image pick-up part by an embodiment with which a light emitting element supplies light to a plurality of image pick-up elements.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

図1は、撮像装置の全体斜視図である。図1に矢印で示すXYZを撮像装置のXYZ方向とする。また、+Z方向を上方向、−Z方向を下方向とする。図1に示すように、本実施形態による撮像装置10は、ベース12と、撮像部14と、駆動部16と、被写体保持部18と、画像出力部20と、制御部22とを備えている。   FIG. 1 is an overall perspective view of the imaging apparatus. XYZ indicated by an arrow in FIG. 1 is an XYZ direction of the imaging apparatus. Further, the + Z direction is the upward direction, and the −Z direction is the downward direction. As shown in FIG. 1, the imaging apparatus 10 according to the present embodiment includes a base 12, an imaging unit 14, a driving unit 16, a subject holding unit 18, an image output unit 20, and a control unit 22. .

ベース12は、台状に形成されている。ベース12の上面には、駆動部16と、被写体保持部18とが載置されている。これにより、ベース12は、撮像部14と、駆動部16と、被写体保持部18とを直接的または間接的に支持する。   The base 12 is formed in a trapezoidal shape. A driving unit 16 and a subject holding unit 18 are placed on the upper surface of the base 12. As a result, the base 12 directly or indirectly supports the imaging unit 14, the driving unit 16, and the subject holding unit 18.

駆動部16は、撮像部14の両端を保持しつつ、撮像部14をXYZ方向に移動させる。駆動部16は、制御部22から入力される駆動信号によって制御される。   The drive unit 16 moves the imaging unit 14 in the XYZ directions while holding both ends of the imaging unit 14. The drive unit 16 is controlled by a drive signal input from the control unit 22.

被写体保持部18は、被写体ケース24と、4本の脚部26とを有する。被写体ケース24は、撮像用の光を透過可能な材料によって構成されている。被写体ケース24は、XY平面に平行な直方体形状に形成されている。被写体ケース24には、被写体28が載置される中空状の被写体領域30が形成されている。尚、被写体28には、蛍光材料を含ませてもよい。4本の脚部26は、被写体ケース24の四隅の下面と、ベース12の上面との間に配置されている。これにより、4本の脚部26は、被写体ケース24を撮像部14の上方に支持する。   The subject holding unit 18 includes a subject case 24 and four leg portions 26. The subject case 24 is made of a material that can transmit imaging light. The subject case 24 is formed in a rectangular parallelepiped shape parallel to the XY plane. The subject case 24 has a hollow subject region 30 on which the subject 28 is placed. The subject 28 may include a fluorescent material. The four leg portions 26 are disposed between the bottom surface of the four corners of the subject case 24 and the top surface of the base 12. Accordingly, the four legs 26 support the subject case 24 above the imaging unit 14.

画像出力部20は、制御部22によって生成された画像を表示する。画像出力部20の一例は、液晶ディスプレイである。制御部22は、撮像装置10の制御全般を司る。   The image output unit 20 displays the image generated by the control unit 22. An example of the image output unit 20 is a liquid crystal display. The control unit 22 governs overall control of the imaging apparatus 10.

図2は、撮像部の全体斜視図である。図3は、撮像部の分解斜視図である。図4は、図2の一部拡大図である。図5は、撮像部の縦断面図である。   FIG. 2 is an overall perspective view of the imaging unit. FIG. 3 is an exploded perspective view of the imaging unit. FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the imaging unit.

図2〜図5に示すように、撮像部14は、被写体領域30の−Z方向に配置されている。撮像部14は、駆動部16によって、XYZ方向に移動可能に支持されている。撮像部14は、半導体基板32と、発光部の一例である発光素子アレイ34と、撮像素子アレイ36と、ピンホールアレイ38と、撮像用集光部材40と、接着剤42及び接着剤44と、光学素子46と、台座48と、対物集光部材50とを備えている。   As shown in FIGS. 2 to 5, the imaging unit 14 is arranged in the −Z direction of the subject region 30. The imaging unit 14 is supported by the drive unit 16 so as to be movable in the XYZ directions. The imaging unit 14 includes a semiconductor substrate 32, a light emitting element array 34 that is an example of a light emitting unit, an imaging element array 36, a pinhole array 38, an imaging condensing member 40, an adhesive 42, and an adhesive 44. , An optical element 46, a pedestal 48, and an objective condensing member 50.

半導体基板32は、シリコン(Si)、窒化ガリウム(GaN)、砒化ガリウム(GaAs)等の半導体材料を含む。半導体基板32上には、発光素子アレイ34、及び、撮像素子アレイ36が形成されて、半導体基板32は、発光素子アレイ34、及び、撮像素子アレイ36を支持する。   The semiconductor substrate 32 includes a semiconductor material such as silicon (Si), gallium nitride (GaN), and gallium arsenide (GaAs). A light emitting element array 34 and an imaging element array 36 are formed on the semiconductor substrate 32, and the semiconductor substrate 32 supports the light emitting element array 34 and the imaging element array 36.

発光素子アレイ34は、半導体基板32の−Y側の端部に設けられている。発光素子アレイ34は、半導体基板32の+Z面上に半導体製造プロセスによって形成された複数の発光素子52を有する。尚、発光素子52の数の一例は、数個から数千個であるが、限定されるものではない。発光素子52は、X方向に約10μmの幅を有する。尚、発光素子52の幅は適宜変更してよい。発光素子52は、平面視において、矩形状に形成されている。複数の発光素子52は、X方向に沿って一直線上に配列されている。発光素子52の一例、レーザダイオードである。図5に示すように、発光素子52は、発光層54と、一対のクラッド層56及びクラッド層56とを有する。発光層54は、各発光素子52に注入された電荷によって発光する。一対のクラッド層56、56は、発光層54の+Z側の面及び−Z側の面に形成されている。一対のクラッド層56、56は、発光層54で発光された光がZ方向に導光することを抑制して、光を閉じ込める。発光層54のY側の両面は、鏡面構造を有する。尚、発光層54の+Y側の面は、−Y側の面よりも反射率が小さく構成されている。これにより、発光素子52は、発光層54で発光された光をクラッド層56、56によって閉じ込めて、+Y方向にレーザ光である光を出射する。   The light emitting element array 34 is provided at the end portion on the −Y side of the semiconductor substrate 32. The light emitting element array 34 has a plurality of light emitting elements 52 formed on the + Z surface of the semiconductor substrate 32 by a semiconductor manufacturing process. An example of the number of the light emitting elements 52 is several to thousands, but is not limited. The light emitting element 52 has a width of about 10 μm in the X direction. The width of the light emitting element 52 may be changed as appropriate. The light emitting element 52 is formed in a rectangular shape in plan view. The plurality of light emitting elements 52 are arranged on a straight line along the X direction. An example of the light emitting element 52 is a laser diode. As shown in FIG. 5, the light emitting element 52 includes a light emitting layer 54, a pair of cladding layers 56, and a cladding layer 56. The light emitting layer 54 emits light by the charge injected into each light emitting element 52. The pair of clad layers 56 and 56 are formed on the + Z side surface and the −Z side surface of the light emitting layer 54. The pair of clad layers 56 and 56 confine light by suppressing light emitted from the light emitting layer 54 from being guided in the Z direction. Both surfaces on the Y side of the light emitting layer 54 have a mirror structure. The surface on the + Y side of the light emitting layer 54 is configured to have a smaller reflectance than the surface on the -Y side. As a result, the light emitting element 52 confines the light emitted from the light emitting layer 54 by the clad layers 56 and 56 and emits light that is laser light in the + Y direction.

図2〜図5に示すように、撮像素子アレイ36は、半導体基板32の+Y側の端部に設けられている。撮像素子アレイ36は、発光素子52の光の出射方向に配置されている。撮像素子アレイ36は、半導体基板32の+Z面上に半導体製造プロセスによって形成された複数の撮像素子58を有する。これにより、発光素子52及び撮像素子58は、半導体基板32の同一面上に形成されることになる。各撮像素子58は、発光素子アレイ34の各発光素子52の+Y側に隣接して配置されている。即ち、撮像素子58及び発光素子52は、一対一の関係であって、同じ個数配列されている。これにより、各発光素子52が、1個の撮像素子58に光を照射することになる。撮像素子アレイ36の一例は、CCD(=Charge Coupled Device:電荷結合素子)またはCMOS(=Complementary Metal Oxide Semiconductor: 相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサである。撮像素子58は、それらの画素である。撮像素子58は、受光した光を光電変換して、電気的な信号である撮像信号を出力する。撮像素子58の一辺は、平面視において、例えば、10μmの正方形状に形成されている。撮像素子58の+Z面には、光を受光するための受光面60が形成されている。撮像素子58は、被写体28が反射した光を受光面60によって受光する。そして、撮像素子58は、受光面60での受光量に応じた撮像信号に変換して出力する。   As shown in FIGS. 2 to 5, the image sensor array 36 is provided at the + Y side end of the semiconductor substrate 32. The imaging element array 36 is arranged in the light emitting direction of the light emitting elements 52. The imaging element array 36 has a plurality of imaging elements 58 formed on the + Z surface of the semiconductor substrate 32 by a semiconductor manufacturing process. As a result, the light emitting element 52 and the imaging element 58 are formed on the same surface of the semiconductor substrate 32. Each imaging element 58 is disposed adjacent to the + Y side of each light emitting element 52 of the light emitting element array 34. That is, the image sensor 58 and the light emitting elements 52 have a one-to-one relationship and are arranged in the same number. Thereby, each light emitting element 52 irradiates one image sensor 58 with light. An example of the imaging element array 36 is a CCD (= Charge Coupled Device) or a CMOS (= Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. The image sensor 58 is those pixels. The imaging device 58 photoelectrically converts the received light and outputs an imaging signal that is an electrical signal. One side of the image sensor 58 is formed in a square shape of 10 μm, for example, in plan view. A light receiving surface 60 for receiving light is formed on the + Z surface of the image sensor 58. The image sensor 58 receives the light reflected by the subject 28 by the light receiving surface 60. Then, the image sensor 58 converts it into an image signal corresponding to the amount of light received on the light receiving surface 60 and outputs it.

ピンホールアレイ38は、撮像素子アレイ36の+Z側の面、即ち、被写体領域30側に形成されている。ピンホールアレイ38は、開口部の一例である複数のピンホール62が形成された遮光部64を有する。遮光部64は、撮像素子58の+Z側の面に一体的に直接形成されている。これにより、遮光部64は、撮像素子58と光学素子46との間に設けられることになる。遮光部64は、光を遮蔽可能な材料を含む。遮光部64は、平面視において、撮像素子アレイ36と略同じ形状の長方形状に形成されている。遮光部64は、一定の厚みを有する板状の材料によって構成してもよく、透明な板状部材の一面に形成された遮光膜によって構成してもよい。例えば、遮光部64は、撮像素子58の+Z面にスピンコート法等によって形成した酸化シリコン膜の+Z面に形成された金属薄膜によって構成してもよい。この場合、フォトリソグラフィー及びエッチング等によって、所定の領域の金属薄膜を除去して、ピンホール62を形成できる。   The pinhole array 38 is formed on the + Z side surface of the image sensor array 36, that is, on the subject region 30 side. The pinhole array 38 includes a light shielding portion 64 in which a plurality of pinholes 62 that are examples of openings are formed. The light shielding portion 64 is directly and integrally formed on the + Z side surface of the image sensor 58. As a result, the light shielding portion 64 is provided between the imaging element 58 and the optical element 46. The light shielding unit 64 includes a material capable of shielding light. The light shielding portion 64 is formed in a rectangular shape having substantially the same shape as the imaging element array 36 in plan view. The light shielding part 64 may be constituted by a plate-like material having a certain thickness, or may be constituted by a light shielding film formed on one surface of a transparent plate-like member. For example, the light shielding portion 64 may be configured by a metal thin film formed on the + Z plane of a silicon oxide film formed on the + Z plane of the image sensor 58 by a spin coating method or the like. In this case, the pinhole 62 can be formed by removing the metal thin film in a predetermined region by photolithography, etching, or the like.

複数のピンホール62は、X方向に延びる撮像素子アレイ36の中心線に沿って配列されている。ピンホール62のピッチは、撮像素子58のピッチと同じである。これにより、1個のピンホール62が、いずれか1個の撮像素子58に対応することになる。各ピンホール62は、平面視において、円形状に形成されている。ピンホール62は、撮像素子58の受光面60よりも小さい。例えば、撮像素子58が、一辺が約10μmの正方形状である場合、ピンホール62の直径は、約1μmである。ピンホール62は、Z方向において、遮光部64を貫いている。ピンホール62は、光を透過可能に構成されている。ピンホール62は、空間としてもよく、光を透過可能な材料によって埋設されていてもよい。ピンホール62は、焦点の合った焦点面からの光を通過させる。遮光部64は、被写体28に反射された光の一部である焦点のずれた位置からの光を遮光する。   The plurality of pinholes 62 are arranged along the center line of the image sensor array 36 extending in the X direction. The pitch of the pinholes 62 is the same as the pitch of the image sensor 58. As a result, one pinhole 62 corresponds to any one image sensor 58. Each pinhole 62 is formed in a circular shape in plan view. The pinhole 62 is smaller than the light receiving surface 60 of the image sensor 58. For example, when the imaging element 58 has a square shape with a side of about 10 μm, the diameter of the pinhole 62 is about 1 μm. The pinhole 62 penetrates the light shielding portion 64 in the Z direction. The pinhole 62 is configured to transmit light. The pinhole 62 may be a space or may be embedded with a material that can transmit light. The pinhole 62 allows light from a focused focal plane to pass through. The light shielding unit 64 shields light from a defocused position that is a part of the light reflected by the subject 28.

撮像用集光部材40は、接着剤42を介して、ピンホールアレイ38の+Z側に配置されている。撮像用集光部材40は、接着剤42を介して、光学素子46の−Z側に配置されている。これにより、撮像用集光部材40は、ピンホールアレイ38及び撮像素子58と、光学素子46との間の光路上に設けられることになる。撮像用集光部材40は、撮像用ベース部材66と、複数対の下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70とを有する。   The imaging light collecting member 40 is disposed on the + Z side of the pinhole array 38 with an adhesive 42 interposed therebetween. The imaging light collecting member 40 is disposed on the −Z side of the optical element 46 with the adhesive 42 interposed therebetween. As a result, the imaging light collecting member 40 is provided on the optical path between the pinhole array 38 and the imaging element 58 and the optical element 46. The imaging light collecting member 40 includes an imaging base member 66, a plurality of pairs of lower imaging convex portions 68 and upper imaging convex portions 70.

撮像用ベース部材66は、XY平面に平行な板状に形成されている。撮像用ベース部材66は、撮像素子アレイ36の+Z面と略同形状の長方形状に形成されている。撮像用ベース部材66は、光を透過可能なガラスからなる。尚、撮像用ベース部材66は、光を透過可能な樹脂等によって構成してもよい。   The imaging base member 66 is formed in a plate shape parallel to the XY plane. The imaging base member 66 is formed in a rectangular shape that is substantially the same shape as the + Z plane of the imaging element array 36. The imaging base member 66 is made of glass that can transmit light. The imaging base member 66 may be made of a resin that can transmit light.

下撮像用凸部68は、下方に突出した部分球体状に形成されている。下撮像用凸部68は、撮像用ベース部材66の下面に設けられている。複数の下撮像用凸部68は、X方向に沿って配列されている。下撮像用凸部68のピッチは、撮像素子58及びピンホール62のピッチと同じである。下撮像用凸部68は、接着剤42に埋め込まれている。これにより、下撮像用凸部68を含む撮像用集光部材40は、接着剤42を介して、ピンホールアレイ38の上面に固定される。   The lower imaging convex portion 68 is formed in a partial spherical shape protruding downward. The lower imaging convex portion 68 is provided on the lower surface of the imaging base member 66. The plurality of lower imaging convex portions 68 are arranged along the X direction. The pitch of the lower imaging convex portions 68 is the same as the pitch of the imaging element 58 and the pinhole 62. The lower imaging convex portion 68 is embedded in the adhesive 42. Thereby, the imaging light collecting member 40 including the lower imaging convex portion 68 is fixed to the upper surface of the pinhole array 38 via the adhesive 42.

上撮像用凸部70は、上方に突出した部分球体状に形成されている。上撮像用凸部70は、撮像用ベース部材66の上面に設けられている。上撮像用凸部70は、下撮像用凸部68の上方に配置されている。これにより、上撮像用凸部70のピッチは、撮像素子58及びピンホール62のピッチと等しくなる。この結果、一対の下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70が、各撮像素子58及び各ピンホール62に一対一で対応することになる。下撮像用凸部68と上撮像用凸部70は、互いの光軸が一致するように配置されている。下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70は、光を集光可能な凸レンズを構成する。この結果、下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70は、被写体28に反射された光であって、光学素子46を透過して−Z方向に進行する光をピンホール62及び撮像素子58へと集光する。尚、ピンホール62は、下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70の焦点に配置されている。上撮像用凸部70は、接着剤44に埋め込まれている。これにより、上撮像用凸部70を含む撮像用集光部材40は、接着剤44を介して、光学素子46の下面に固定される。   The upper imaging convex portion 70 is formed in a partially spherical shape protruding upward. The upper imaging convex portion 70 is provided on the upper surface of the imaging base member 66. The upper imaging convex portion 70 is disposed above the lower imaging convex portion 68. Thereby, the pitch of the upper imaging convex portions 70 becomes equal to the pitch of the imaging element 58 and the pinhole 62. As a result, the pair of lower imaging convex portions 68 and upper imaging convex portions 70 correspond to the imaging elements 58 and the pinholes 62 on a one-to-one basis. The lower imaging convex portion 68 and the upper imaging convex portion 70 are arranged so that their optical axes coincide with each other. The lower imaging convex portion 68 and the upper imaging convex portion 70 constitute a convex lens capable of condensing light. As a result, the lower imaging convex portion 68 and the upper imaging convex portion 70 transmit the light reflected by the subject 28 and transmitted through the optical element 46 in the −Z direction to the pinhole 62 and the imaging element. Condensed to 58. The pinhole 62 is arranged at the focal point of the lower imaging convex portion 68 and the upper imaging convex portion 70. The upper imaging projection 70 is embedded in the adhesive 44. Thereby, the imaging light collecting member 40 including the upper imaging convex portion 70 is fixed to the lower surface of the optical element 46 via the adhesive 44.

光学素子46は、ピンホールアレイ38及び撮像用集光部材40の+Z側の面、即ち、被写体領域30側の面に設けられている。光学素子46は、X方向に延びる三角柱形状の素子本体部72を有する。素子本体部72のYZ平面に平行な断面は、直角三角形状に形成されている。素子本体部72の断面の頂点のうち、直角の頂点は、ピンホールアレイ38の+Y側の端部に配置されている。素子本体部72の一面は、XY平面から傾斜している。この素子本体部72の傾斜面は、発光素子アレイ34と対向している。素子本体部72の傾斜面には、ハーフミラー74が形成されている。ハーフミラー74は、XY平面から45°傾斜している。ハーフミラー74は、光の一部を反射して、残りの光を透過する厚みに形成された金属薄膜からなる。一例として、発光素子52の発光波長に対するハーフミラー74の反射率の一例は50%であり、ハーフミラー74の透過率の一例は50%である。ハーフミラー74は、発光素子52から出射された光の一部を被写体領域30が配されている+Z方向に反射する。これにより、光学素子46は、発光素子52から出射された光を複数の撮像素子58の光路に平行であって、離間する方向へと方向付けする。ハーフミラー74は、被写体28によって反射された光の一部を透過する。これにより、被写体28によって反射された光が、撮像用集光部材40を介してピンホールアレイ38へと達する。ピンホールアレイ38に達した光のうち、一部の光は、ピンホール62を透過して、撮像素子58に受光される。これにより、光学素子46は、複数の撮像素子58の光路上に形成されることになる。   The optical element 46 is provided on the surface on the + Z side of the pinhole array 38 and the imaging light collecting member 40, that is, the surface on the subject region 30 side. The optical element 46 has a triangular prism-shaped element body 72 extending in the X direction. A cross section of the element body 72 parallel to the YZ plane is formed in a right triangle shape. Of the vertices of the cross section of the element main body 72, the right vertices are arranged at the + Y side end of the pinhole array 38. One surface of the element main body 72 is inclined from the XY plane. The inclined surface of the element main body 72 faces the light emitting element array 34. A half mirror 74 is formed on the inclined surface of the element main body 72. The half mirror 74 is inclined 45 ° from the XY plane. The half mirror 74 is made of a metal thin film formed to a thickness that reflects part of the light and transmits the remaining light. As an example, an example of the reflectance of the half mirror 74 with respect to the emission wavelength of the light emitting element 52 is 50%, and an example of the transmittance of the half mirror 74 is 50%. The half mirror 74 reflects a part of the light emitted from the light emitting element 52 in the + Z direction where the subject region 30 is arranged. As a result, the optical element 46 directs the light emitted from the light emitting element 52 in a direction that is parallel to the optical paths of the plurality of imaging elements 58 and is spaced apart. The half mirror 74 transmits part of the light reflected by the subject 28. As a result, the light reflected by the subject 28 reaches the pinhole array 38 via the imaging light collecting member 40. A part of the light reaching the pinhole array 38 passes through the pinhole 62 and is received by the image sensor 58. As a result, the optical element 46 is formed on the optical path of the plurality of imaging elements 58.

台座48は、光学素子46の+Z側に配置されている。台座48は、光学素子46に対して相対移動不能に、対物集光部材50を固定する。台座48は、略三角柱形状に形成されている。台座48のYZ平面に平行な断面は、直角三角形状に形成されている。台座48の傾斜面は、光学素子46のハーフミラー74に貼り合わされている。貼り合わされた台座48と光学素子46は、略直方体形状となる。また、台座48の+Z側の面は、略水平になる。台座48は、光を透過可能な樹脂からなる。これにより、台座48は、光学素子46によって反射された光を対物集光部材50へと透過させる。また、台座48は、被写体28によって反射されて対物集光部材50を透過した光を光学素子46へと透過させる。台座48は、光照射または熱等によって硬化可能な樹脂からなる。これにより、台座48は、軟性の状態で光学素子46上に載置される。この後、対物集光部材50が、台座48の上面に載置された状態で、台座48を光または熱等によって硬化する。これにより、台座48は、対物集光部材50を光学素子46に固定する。   The pedestal 48 is disposed on the + Z side of the optical element 46. The pedestal 48 fixes the objective condensing member 50 so as not to move relative to the optical element 46. The pedestal 48 is formed in a substantially triangular prism shape. A cross section of the pedestal 48 parallel to the YZ plane is formed in a right triangle shape. The inclined surface of the pedestal 48 is bonded to the half mirror 74 of the optical element 46. The pedestal 48 and the optical element 46 bonded together have a substantially rectangular parallelepiped shape. Further, the surface on the + Z side of the pedestal 48 is substantially horizontal. The pedestal 48 is made of a resin that can transmit light. Thereby, the pedestal 48 transmits the light reflected by the optical element 46 to the objective condensing member 50. The pedestal 48 transmits the light reflected by the subject 28 and transmitted through the objective condensing member 50 to the optical element 46. The pedestal 48 is made of a resin that can be cured by light irradiation or heat. Thereby, the base 48 is placed on the optical element 46 in a soft state. Thereafter, the pedestal 48 is cured by light, heat, or the like in a state where the objective condensing member 50 is placed on the upper surface of the pedestal 48. Thereby, the pedestal 48 fixes the objective condensing member 50 to the optical element 46.

対物集光部材50は、台座48を介して、光学素子46の+Z側に配置されている。対物集光部材50は、被写体領域30の−Z側に配置されている。これにより、対物集光部材50は、光学素子46と被写体領域30との間の光路上に設けられることになる。対物集光部材50は、対物ベース部材76と、複数対の下対物凸部78及び上対物凸部80とを有する。   The objective condensing member 50 is disposed on the + Z side of the optical element 46 via the pedestal 48. The objective condensing member 50 is disposed on the −Z side of the subject region 30. As a result, the objective condensing member 50 is provided on the optical path between the optical element 46 and the subject region 30. The objective condensing member 50 includes an objective base member 76, and a plurality of pairs of lower objective convex portions 78 and upper objective convex portions 80.

対物ベース部材76は、XY平面に平行な板状に形成されている。対物ベース部材76は、撮像素子アレイ36の+Z面と略同形状の長方形に形成されている。対物ベース部材76は、光を透過可能なガラスからなる。尚、対物ベース部材76は、光を透過可能な樹脂等によって構成してもよい。   The objective base member 76 is formed in a plate shape parallel to the XY plane. The objective base member 76 is formed in a rectangular shape that is substantially the same shape as the + Z plane of the imaging element array 36. The objective base member 76 is made of glass that can transmit light. The objective base member 76 may be made of a resin that can transmit light.

下対物凸部78は、下方に突出した部分球体状に形成されている。下対物凸部78は、対物ベース部材76の下面に設けられている。複数の下対物凸部78は、X方向に沿って配列されている。下対物凸部78のピッチは、撮像素子58及びピンホール62のピッチと同じである。下対物凸部78は、台座48の上部に埋め込まれている。これにより、下対物凸部78を含む対物集光部材50は、台座48に固定される。   The lower objective convex portion 78 is formed in a partial spherical shape protruding downward. The lower objective convex part 78 is provided on the lower surface of the objective base member 76. The plurality of lower objective convex portions 78 are arranged along the X direction. The pitch of the lower objective convex part 78 is the same as the pitch of the image sensor 58 and the pinhole 62. The lower objective convex part 78 is embedded in the upper part of the base 48. Thereby, the objective condensing member 50 including the lower objective convex part 78 is fixed to the pedestal 48.

上対物凸部80は、上方に突出した部分球体状に形成されている。上対物凸部80は、対物ベース部材76の上面に設けられている。上対物凸部80は、下対物凸部78の上方に配置されている。これにより、上対物凸部80のピッチは、撮像素子58及びピンホール62のピッチと等しくなる。この結果、一対の下対物凸部78及び上対物凸部80が、各撮像素子58及び各ピンホール62に一対一で対応することになる。下対物凸部78と上対物凸部80は、互いの光軸が一致するように配置されている。下対物凸部78及び上対物凸部80は、光を集光可能な凸レンズを構成する。この結果、下対物凸部78及び上対物凸部80は、ハーフミラー74によって反射され+Z方向に進行する光学素子46からの光を被写体28へと解像分解限界まで集光する。また、下対物凸部78及び上対物凸部80は、被写体28に反射されて−Z方向に進行する光を平行光にする。ここで、各組の下対物凸部78及び上対物凸部80は、XY平面に平行な対物ベース部材76に配置されているので、下対物凸部78及び上対物凸部80によって集光された光のビームスポットは、XY平面に平行な面上に位置する。このビームスポットが形成される面が、焦点面となる。各対の下対物凸部78と上対物凸部80の光軸は、撮像用集光部材40の対応する下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70の光軸と一致するように設けられている。下対物凸部78及び上対物凸部80と、下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70とによって、被写体28とピンホール62とが結像関係となる。   The upper objective convex portion 80 is formed in a partially spherical shape protruding upward. The upper objective convex portion 80 is provided on the upper surface of the objective base member 76. The upper objective convex portion 80 is disposed above the lower objective convex portion 78. Thereby, the pitch of the upper objective convex part 80 becomes equal to the pitch of the image sensor 58 and the pinhole 62. As a result, the pair of lower objective convex portions 78 and the upper objective convex portions 80 correspond to the imaging elements 58 and the pinholes 62 on a one-to-one basis. The lower objective convex portion 78 and the upper objective convex portion 80 are arranged so that their optical axes coincide with each other. The lower objective convex part 78 and the upper objective convex part 80 constitute a convex lens that can collect light. As a result, the lower objective convex portion 78 and the upper objective convex portion 80 condense light from the optical element 46 reflected by the half mirror 74 and traveling in the + Z direction onto the subject 28 to the resolution resolution limit. Further, the lower objective convex portion 78 and the upper objective convex portion 80 convert the light reflected by the subject 28 and traveling in the −Z direction into parallel light. Here, since the lower objective convex part 78 and the upper objective convex part 80 of each group are disposed on the objective base member 76 parallel to the XY plane, the light is condensed by the lower objective convex part 78 and the upper objective convex part 80. The light beam spot is located on a plane parallel to the XY plane. The surface on which this beam spot is formed becomes the focal plane. The optical axes of the lower objective convex part 78 and the upper objective convex part 80 of each pair are provided so as to coincide with the optical axes of the corresponding lower imaging convex part 68 and upper imaging convex part 70 of the imaging condensing member 40. It has been. The subject 28 and the pinhole 62 are in an imaging relationship by the lower objective convex portion 78 and the upper objective convex portion 80, and the lower imaging convex portion 68 and the upper imaging convex portion 70.

ここで、対物集光部材50の下対物凸部78及び上対物凸部80によって構成される凸レンズの収差は、撮像用集光部材40の下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70によって構成される凸レンズの収差よりも小さい。尚、凸レンズの収差は、非球面または球面、表面の粗さ等によって設定すればよい。   Here, the aberration of the convex lens constituted by the lower objective convex portion 78 and the upper objective convex portion 80 of the objective condensing member 50 is caused by the lower imaging convex portion 68 and the upper imaging convex portion 70 of the imaging condensing member 40. It is smaller than the aberration of the constructed convex lens. The aberration of the convex lens may be set by an aspherical surface or a spherical surface, surface roughness, or the like.

図6は、撮像部の概略の平面図と駆動系を説明する図である。図6に示すように、駆動部16は、X方向測距部82と、X方向駆動部84と、Y方向測距部86と、Y方向駆動部88と、Z方向測距部90と、Z方向駆動部92とを備える。尚、X方向駆動部84、Y方向駆動部88、及び、Z方向駆動部92は、駆動力の発生源として、それぞれボイスコイルモータ等の小型モータ、または、ピエゾ素子を有する。   FIG. 6 is a schematic plan view of the imaging unit and a diagram illustrating a drive system. As shown in FIG. 6, the driving unit 16 includes an X direction ranging unit 82, an X direction driving unit 84, a Y direction ranging unit 86, a Y direction driving unit 88, and a Z direction ranging unit 90. A Z-direction drive unit 92. The X-direction drive unit 84, the Y-direction drive unit 88, and the Z-direction drive unit 92 each have a small motor such as a voice coil motor or a piezoelectric element as a driving force generation source.

X方向測距部82は、自己の位置と、X方向における撮像部14及び被写体28との距離を測定する。X方向測距部82は、その測定した距離を距離情報として出力する。X方向駆動部84は、撮像部14をX方向に沿って移動させる。   The X-direction distance measuring unit 82 measures the distance between itself and the imaging unit 14 and the subject 28 in the X direction. The X-direction distance measuring unit 82 outputs the measured distance as distance information. The X direction driving unit 84 moves the imaging unit 14 along the X direction.

Y方向測距部86は、自己の位置と、Y方向における撮像部14及び被写体28との距離を測定する。Y方向測距部86は、その測定した距離を距離情報として出力する。Y方向駆動部88は、撮像部14をY方向に沿って移動させる。X方向駆動部84及びY方向駆動部88は、撮像部14をXY平面内で走査させて、被写体28の全体像を撮像させることができる。   The Y-direction distance measuring unit 86 measures the distance between itself and the imaging unit 14 and the subject 28 in the Y direction. The Y-direction distance measuring unit 86 outputs the measured distance as distance information. The Y direction driving unit 88 moves the imaging unit 14 along the Y direction. The X-direction drive unit 84 and the Y-direction drive unit 88 can cause the imaging unit 14 to scan in the XY plane and capture the entire image of the subject 28.

Z方向測距部90は、自己の位置と、Z方向における撮像部14及び被写体28との距離を測定する。Z方向測距部90は、その測定した距離を距離情報として出力する。Z方向駆動部92は、撮像部14をZ方向に沿って移動させる。これにより、Z方向駆動部92は、対物集光部材50の下対物凸部78及び上対物凸部80によって構成される凸レンズにより集光されたビームスポット94の焦点を被写体28の位置に合わせることができる。また、Z方向駆動部92によって、撮像部14をZ方向に移動させることにより、Z方向において異なる位置の被写体28を撮像することができる。これにより、被写体28の立体画像を撮像及び生成することができる。   The Z-direction distance measuring unit 90 measures the distance between itself and the imaging unit 14 and the subject 28 in the Z direction. The Z-direction distance measuring unit 90 outputs the measured distance as distance information. The Z direction drive unit 92 moves the imaging unit 14 along the Z direction. As a result, the Z-direction drive unit 92 focuses the beam spot 94 collected by the convex lens constituted by the lower objective convex part 78 and the upper objective convex part 80 on the objective condenser member 50 at the position of the subject 28. Can do. Further, the subject 28 at a different position in the Z direction can be imaged by moving the imaging unit 14 in the Z direction by the Z direction driving unit 92. As a result, a stereoscopic image of the subject 28 can be captured and generated.

図7は、撮像装置の制御系を説明するブロック図である。撮像装置10の制御系について説明する。制御部22は、コンピュータ等を含む。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a control system of the imaging apparatus. A control system of the imaging apparatus 10 will be described. The control unit 22 includes a computer and the like.

図7に示すように、制御部22は、各発光素子52と、各撮像素子58と、画像出力部20と、駆動部16のX方向駆動部84、Y方向駆動部88及びZ方向駆動部92と、信号を入出力可能に接続されている。   As shown in FIG. 7, the control unit 22 includes each light emitting element 52, each imaging element 58, the image output unit 20, an X direction driving unit 84, a Y direction driving unit 88, and a Z direction driving unit of the driving unit 16. 92 is connected to be able to input and output signals.

制御部22には、撮像素子58から出力される撮像信号が入力される。これにより、制御部22は、入力された撮像信号に基づいて、被写体28の画像を生成する。制御部22は、撮像信号に基づいて、生成した画像信号を画像出力部20に出力する。画像出力部20は、画像信号に基づいて、画像を表示する。制御部22は、発光素子52にオン・オフ信号を出力する。これにより、発光素子52のオン・オフが切り替えられる。   An imaging signal output from the imaging element 58 is input to the control unit 22. Thereby, the control unit 22 generates an image of the subject 28 based on the input imaging signal. The control unit 22 outputs the generated image signal to the image output unit 20 based on the imaging signal. The image output unit 20 displays an image based on the image signal. The controller 22 outputs an on / off signal to the light emitting element 52. Thereby, ON / OFF of the light emitting element 52 is switched.

X方向測距部82、Y方向測距部86、及び、Z方向測距部90は、自己の位置から被写体28及び撮像部14のX方向、Y方向及びZ方向の距離を測定して、その距離を測距情報として、制御部22へと出力する。制御部22は、X方向測距部82、Y方向測距部86、及び、Z方向測距部90から入力されるX方向、Y方向及びZ方向の測距情報に基づいて、撮像部14と被写体28との相対位置を算出する。制御部22は、算出された相対位置に基づいて、駆動部16のX方向駆動部84、Y方向駆動部88、及び、Z方向駆動部92に駆動信号をそれぞれ個別に出力して、撮像部14をX方向、Y方向及びZ方向に移動させる。これにより、撮像部14は、XY方向に移動して、XY面内で被写体28を走査する。また、撮像部14は、Z方向に移動して、被写体28の特定領域に対物集光部材50を合焦させる。   The X-direction distance measuring unit 82, the Y-direction distance measuring unit 86, and the Z-direction distance measuring unit 90 measure the distances of the subject 28 and the imaging unit 14 in the X direction, Y direction, and Z direction from their own positions, The distance is output to the control unit 22 as distance measurement information. The control unit 22 is based on the X direction, Y direction, and Z direction distance measurement information input from the X direction distance measurement unit 82, the Y direction distance measurement unit 86, and the Z direction distance measurement unit 90. And the relative position of the subject 28 are calculated. Based on the calculated relative position, the control unit 22 individually outputs drive signals to the X-direction drive unit 84, the Y-direction drive unit 88, and the Z-direction drive unit 92 of the drive unit 16, respectively. 14 is moved in the X, Y, and Z directions. Accordingly, the imaging unit 14 moves in the XY direction and scans the subject 28 in the XY plane. In addition, the imaging unit 14 moves in the Z direction to focus the objective condensing member 50 on a specific area of the subject 28.

次に、撮像部14の製造方法について説明する。まず、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、または、MBE(Molecular Beam Epitaxy )法等の半導体製造プロセスによって、ウエハ状の半導体基板32の一面に複数の発光素子52を含む発光素子アレイ34を形成する。次に、MOCVD法またはMBE法等の半導体製造プロセスによって、複数の撮像素子58を含む撮像素子アレイ36を半導体基板32の一面に発光素子アレイ34と離間させて形成する。尚、撮像素子アレイ36を先に形成した後に、発光素子アレイ34を形成してもよい。   Next, a method for manufacturing the imaging unit 14 will be described. First, a light emitting element array 34 including a plurality of light emitting elements 52 is formed on one surface of a wafer-like semiconductor substrate 32 by a semiconductor manufacturing process such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method. To do. Next, the imaging element array 36 including the plurality of imaging elements 58 is formed on one surface of the semiconductor substrate 32 so as to be separated from the light emitting element array 34 by a semiconductor manufacturing process such as MOCVD method or MBE method. Note that the light emitting element array 34 may be formed after the imaging element array 36 is formed first.

この後、撮像素子アレイ36の撮像素子58の上面にシリコン酸化膜を形成する。次に、シリコン酸化膜の上面にフォトリソグラフィー技術によって、レジスト膜を形成する。この後、金属薄膜を蒸着した後、レジスト膜とともにレジスト膜上の金属薄膜を除去する。これにより、複数のピンホール62が形成された遮光部64を有するピンホールアレイ38が撮像素子アレイ36上に完成する。   Thereafter, a silicon oxide film is formed on the upper surface of the image sensor 58 of the image sensor array 36. Next, a resist film is formed on the upper surface of the silicon oxide film by photolithography. Thereafter, after depositing a metal thin film, the metal thin film on the resist film is removed together with the resist film. As a result, a pinhole array 38 having a light shielding portion 64 in which a plurality of pinholes 62 are formed is completed on the imaging element array 36.

次に、撮像用集光部材40を、ピンホールアレイ38の上面に、接着剤42を介して、設置する。尚、撮像用集光部材40の製造方法は、まず、ガラスからなる撮像用ベース部材66の上下面に成形型を配置する。この後、成形型の内部に樹脂を注入して、UV等の光照射または加熱等によって樹脂を硬化させる。これにより、撮像用ベース部材66の上下面に下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70が形成されて、撮像用集光部材40が完成する。   Next, the imaging light collecting member 40 is installed on the upper surface of the pinhole array 38 via the adhesive 42. In the manufacturing method of the imaging light collecting member 40, first, molding dies are arranged on the upper and lower surfaces of the imaging base member 66 made of glass. Thereafter, the resin is injected into the mold, and the resin is cured by light irradiation such as UV or heating. Thereby, the lower imaging convex portion 68 and the upper imaging convex portion 70 are formed on the upper and lower surfaces of the imaging base member 66, and the imaging condensing member 40 is completed.

次に、別工程によって製造された光学素子46を、接着剤44を介して、撮像用集光部材40の上面に設置する。この後、軟性の樹脂からなる台座48を介して、下対物凸部78が、台座48に埋め込まれるように、対物集光部材50を光学素子46の上面に設置する。尚、対物集光部材50は、上述した撮像用集光部材40と同様の工程によって製造される。次に、台座48が、光照射または加熱によって硬化される。これにより、撮像用集光部材40が固定される。この結果、撮像部14が完成する。   Next, the optical element 46 manufactured by another process is installed on the upper surface of the imaging light collecting member 40 via the adhesive 44. Thereafter, the objective condensing member 50 is placed on the upper surface of the optical element 46 so that the lower objective convex portion 78 is embedded in the pedestal 48 via the pedestal 48 made of a soft resin. The objective condensing member 50 is manufactured by the same process as the imaging condensing member 40 described above. Next, the pedestal 48 is cured by light irradiation or heating. Thereby, the imaging light collecting member 40 is fixed. As a result, the imaging unit 14 is completed.

次に、上述した撮像装置10の撮像動作及び画像生成動作を説明する。撮像動作は、通常撮像モード、高画質撮像モードに分けて説明する。   Next, an imaging operation and an image generation operation of the above-described imaging device 10 will be described. The imaging operation will be described separately for the normal imaging mode and the high image quality imaging mode.

通常撮像モードでは、制御部22は、発光素子アレイ34の各発光素子52へとオン信号を出力する。これにより、発光素子52は、レーザ光である光を照射する。照射された光は、+Y方向に進行して、光学素子46のハーフミラー74に達する。光の一部は、ハーフミラー74によって、+Z方向に反射される。+Z方向に進行する光は、対物集光部材50によって被写体領域30に載置された被写体28へと集光される。この後、被写体28が存在しない領域に達した光は、+Z方向に進行する。一方、被写体28に達した光は、被写体28によって−Z方向に反射される。   In the normal imaging mode, the control unit 22 outputs an ON signal to each light emitting element 52 of the light emitting element array 34. Thereby, the light emitting element 52 irradiates light that is laser light. The irradiated light travels in the + Y direction and reaches the half mirror 74 of the optical element 46. A part of the light is reflected in the + Z direction by the half mirror 74. The light traveling in the + Z direction is condensed onto the subject 28 placed in the subject region 30 by the objective condensing member 50. Thereafter, the light that reaches the region where the subject 28 does not exist travels in the + Z direction. On the other hand, the light reaching the subject 28 is reflected by the subject 28 in the −Z direction.

−Z方向に進行する光の一部は、対物集光部材50によって集光された後、光学素子46のハーフミラー74を透過して、素子本体部72の内部を−Z方向へと進行する。この後、光は、素子本体部72の−Z面から出射して、撮像用集光部材40に入射する。光は、撮像用集光部材40によって、ピンホール62へと集光されて、ピンホール62を通過する。この後、光は、撮像素子58の受光面60に達する。撮像素子58は、受光面60にて受光量に応じた電気信号である撮像信号を制御部22へと出力する。次に、制御部22は、X方向測距部82及びY方向測距部86から入力される測距情報に基づいて、X方向駆動部84及びY方向駆動部88を制御して、撮像部14を撮像素子58のピッチの長さである10μmY方向に移動させる。この後、上述した動作を繰り返すことによって、撮像素子58がY方向の異なる位置の被写体28の画像を撮像して、それぞれの領域の撮像信号を制御部22に出力する。   A part of the light traveling in the −Z direction is collected by the objective condensing member 50, then passes through the half mirror 74 of the optical element 46, and travels in the element main body 72 in the −Z direction. . Thereafter, the light exits from the −Z surface of the element main body 72 and enters the imaging light collecting member 40. The light is condensed into the pinhole 62 by the imaging light collecting member 40 and passes through the pinhole 62. Thereafter, the light reaches the light receiving surface 60 of the image sensor 58. The imaging element 58 outputs an imaging signal, which is an electrical signal corresponding to the amount of light received at the light receiving surface 60, to the control unit 22. Next, the control unit 22 controls the X-direction driving unit 84 and the Y-direction driving unit 88 based on the distance measurement information input from the X-direction ranging unit 82 and the Y-direction ranging unit 86, and the imaging unit 14 is moved in the 10 μm Y direction, which is the pitch length of the image sensor 58. Thereafter, by repeating the above-described operation, the image sensor 58 captures an image of the subject 28 at a different position in the Y direction, and outputs an image signal of each region to the control unit 22.

次に、制御部22は、Y方向において異なる領域で被写体28を撮像した撮像素子58から入力された撮像信号に基づいて、画像を合成する。次に、制御部22は、生成した画像を画像信号として、画像出力部20に出力する。画像出力部20は、受信した画像信号に基づいて、被写体28の画像を表示する。尚、画像の生成は、撮像動作と平行して実行してもよい。   Next, the control unit 22 synthesizes an image based on the imaging signal input from the imaging element 58 that images the subject 28 in different regions in the Y direction. Next, the control unit 22 outputs the generated image as an image signal to the image output unit 20. The image output unit 20 displays an image of the subject 28 based on the received image signal. The image generation may be executed in parallel with the imaging operation.

更に、被写体28の立体画像を生成する場合は、制御部22は、Z方向測距部90からの測距情報に基づいて、Z方向駆動部92を制御して、撮像部14をZ方向に移動させて、上述の動作を繰り返す。そして、Z方向の異なる位置の被写体28の画像を生成して、合成することにより被写体28の立体画像を生成すればよい。   Further, when generating a stereoscopic image of the subject 28, the control unit 22 controls the Z direction driving unit 92 based on the distance measurement information from the Z direction distance measurement unit 90 to move the imaging unit 14 in the Z direction. Move and repeat the above operation. Then, an image of the subject 28 at a different position in the Z direction may be generated and combined to generate a stereoscopic image of the subject 28.

図8は、高画質撮像モードにおけるビームスポットの動きを説明する図である。高画質撮像モードでは、制御部22は、X方向測距部82及びY方向測距部86から入力された測距情報に基づいて、X方向駆動部84及びY方向駆動部88を制御して、撮像素子58のピッチの長さ以下の距離、好ましくは、ビームスポット94の直径以下の距離、撮像部14をX方向及びY方向に移動させる。そして、撮像素子58が、各場所で被写体28を撮像して、撮像信号を出力する。この後、撮像部14を撮像素子58のピッチの長さ移動させて、撮像を繰り返す。これにより、分解能を向上させて高画質画像を生成する。図8に示すように、例えば、制御部22が、X方向駆動部84またはY方向駆動部88を制御して、撮像部14をX方向またはY方向に約3μm移動させる。尚、撮像素子58のピッチは10μmとし、撮像用集光部材40によって集光された光のビームスポット94の直径は4μm以上、撮像素子58のピッチである10μm以下とする。この撮像部14の移動を繰り返する。これにより、ビームスポット94は、約3μmずつ移動して、図8の実線で示す位置から点線で示す8個所のそれぞれに矢印に沿って移動する。尚、9個所のビームスポット94が互いに重なるように、撮像部14を移動させることが好ましい。撮像素子58が、実線及び点線で示す9個所で被写体28を撮像して、それぞれの位置での撮像信号を制御部22へと出力する。制御部22は、入力された撮像信号に基づいて、画像を生成することにより、通常撮像モードの9倍の解像度の画像を生成することができる。更に、ビームスポット94を、撮像素子58の上面の面内で16個所または25個所移動させて、解像度を16倍または25倍に上げてもよい。   FIG. 8 is a diagram for explaining the movement of the beam spot in the high image quality imaging mode. In the high image quality imaging mode, the control unit 22 controls the X direction driving unit 84 and the Y direction driving unit 88 based on the distance measurement information input from the X direction ranging unit 82 and the Y direction ranging unit 86. The imaging unit 14 is moved in the X direction and the Y direction by a distance equal to or less than the length of the pitch of the image sensor 58, preferably a distance equal to or less than the diameter of the beam spot 94. And the image pick-up element 58 images the to-be-photographed object 28 in each place, and outputs an image pick-up signal. Thereafter, the image pickup unit 14 is moved by the pitch of the image pickup device 58 and the image pickup is repeated. Thereby, the resolution is improved and a high-quality image is generated. As illustrated in FIG. 8, for example, the control unit 22 controls the X direction driving unit 84 or the Y direction driving unit 88 to move the imaging unit 14 in the X direction or the Y direction by about 3 μm. The pitch of the image sensor 58 is 10 μm, the diameter of the beam spot 94 of the light collected by the imaging light collecting member 40 is 4 μm or more, and the pitch of the image sensor 58 is 10 μm or less. This movement of the imaging unit 14 is repeated. As a result, the beam spot 94 moves by about 3 μm, and moves along the arrows from the position indicated by the solid line in FIG. 8 to each of the eight locations indicated by the dotted line. In addition, it is preferable to move the imaging unit 14 so that the nine beam spots 94 overlap each other. The image sensor 58 images the subject 28 at nine points indicated by solid lines and dotted lines, and outputs an image signal at each position to the control unit 22. The control unit 22 can generate an image having a resolution nine times that of the normal imaging mode by generating an image based on the input imaging signal. Further, the beam spot 94 may be moved 16 or 25 points in the plane of the upper surface of the image sensor 58 to increase the resolution by 16 or 25 times.

図9は、XY方向の測距をせずに画像生成する場合のフローチャートである。高画質モードと同様に撮像部14を駆動して、図9のフローチャートに基づいて、画像が生成される。まず、制御部22は、複数の画像の相対位置を、各画像の被写体28の位置から算出する(S10)。尚、被写体28の輪郭等の形状情報から複数の画像の相対位置を算出してもよい。次に、算出された相対位置に基づいて生成された基準グリッドに各画像のピクセル座標を当てはめる(S12)。   FIG. 9 is a flowchart for generating an image without performing distance measurement in the XY directions. The imaging unit 14 is driven as in the high image quality mode, and an image is generated based on the flowchart of FIG. First, the control unit 22 calculates the relative position of the plurality of images from the position of the subject 28 of each image (S10). Note that the relative positions of a plurality of images may be calculated from shape information such as the contour of the subject 28. Next, the pixel coordinates of each image are applied to the reference grid generated based on the calculated relative position (S12).

次に、制御部22は、各撮像素子58から入力されたピクセルデータを、最も近い画像である最近基準ピクセル座標に当てはめる(S14)。この後、制御部22は、欠落ピクセルへの補間データを作成する(S16)。   Next, the control unit 22 applies the pixel data input from each image sensor 58 to the nearest reference pixel coordinate which is the closest image (S14). Thereafter, the control unit 22 creates interpolation data for the missing pixel (S16).

次に、制御部22は、複数画像の重複している個所を平均化する平均指示がユーザによって入力されている場合(S18:Yes)、再度、ステップS10以降を繰り返す。一方、制御部22は、複数画像の平均指示がユーザによって入力されていない場合(S18:No)、画像データを生成した後(S20)、間引きデータを作成して出力する(S222)。これにより、高画質モードの画像よりも画質が向上した画像が出力されて、画像生成が終了する。これにより、撮像装置10は、XY方向の測距をせずに画像を生成することができる。尚、ステップS18とステップS20との間に、画像ボケを低減するデコンボリューション処理を加えてもよい。   Next, the control part 22 repeats step S10 and after again, when the average instruction | indication which averages the location where several images overlap is input by the user (S18: Yes). On the other hand, when the average instruction of the plurality of images is not input by the user (S18: No), the control unit 22 generates the image data (S20), and then creates and outputs the thinned data (S222). As a result, an image with improved image quality over the image in the high image quality mode is output, and image generation ends. Thereby, the imaging device 10 can generate an image without performing distance measurement in the XY directions. A deconvolution process for reducing image blur may be added between step S18 and step S20.

上述したように撮像装置10は、対物集光部材50を光学素子46と被写体28との間に設けている。これにより、撮像装置10では、光学素子46が反射した光を対物集光部材50によって集光させて、被写体28に照射することができる。これにより、撮像素子58に達する光量を増大させることができるので、撮像された画像の画質を向上させることができる。更に、撮像装置10は、各ピンホール62の上方に撮像用集光部材40を設けている。これにより、撮像装置10は、被写体28によって反射された光を撮像用集光部材40によりピンホール62へと集光させて、より撮像素子58に達する光を増大させることができる。   As described above, the imaging apparatus 10 is provided with the objective condensing member 50 between the optical element 46 and the subject 28. Thereby, in the imaging device 10, the light reflected by the optical element 46 can be condensed by the objective condensing member 50 and irradiated onto the subject 28. Thereby, the amount of light reaching the image sensor 58 can be increased, so that the image quality of the captured image can be improved. Furthermore, the imaging apparatus 10 is provided with an imaging light collecting member 40 above each pinhole 62. Thereby, the imaging apparatus 10 can condense the light reflected by the subject 28 into the pinhole 62 by the imaging condensing member 40 and increase the light reaching the imaging element 58 more.

撮像装置10は、半導体基板32の同一面上に発光素子アレイ34の発光素子52及び撮像素子アレイ36の撮像素子58を形成している。これにより、撮像素子58は、被写体28が透過した光ではなく、発光素子52から出射されて被写体28が反射した光によって撮像できる。この結果、撮像装置10は、光を透過しない被写体28を撮像することができる。   In the imaging device 10, the light emitting elements 52 of the light emitting element array 34 and the imaging elements 58 of the imaging element array 36 are formed on the same surface of the semiconductor substrate 32. As a result, the image sensor 58 can capture an image by light emitted from the light emitting element 52 and reflected by the subject 28, not by light transmitted by the subject 28. As a result, the imaging apparatus 10 can image the subject 28 that does not transmit light.

撮像装置10は、半導体基板32上に発光素子52及び撮像素子58を形成している。これにより、撮像装置10は、撮像部14を小型化できる。また、発光素子52と撮像素子58との位置合わせ等の組み立て工程を省略することができるので、撮像装置10は、製造工程を簡略化できる。   In the imaging device 10, a light emitting element 52 and an imaging element 58 are formed on a semiconductor substrate 32. Thereby, the imaging device 10 can reduce the size of the imaging unit 14. In addition, since an assembly process such as alignment between the light emitting element 52 and the imaging element 58 can be omitted, the imaging apparatus 10 can simplify the manufacturing process.

撮像装置10は、撮像素子58の上方にピンホール62が形成された遮光部64を設けている。これにより、撮像装置10は、焦点からずれた位置から被写体28によって反射された光を遮光部64によって遮光するとともに、焦点の合った位置から被写体28によって反射された光を通過させる。また、対物集光部材50及び撮像用集光部材40によって、被写体28とピンホール62とを結像関係にしつつ、遮光部64によって焦点のずれた光を遮光することにより、フレネル回折による画像の劣化を抑制できる。   The imaging device 10 is provided with a light shielding portion 64 in which a pinhole 62 is formed above the imaging element 58. Thereby, the imaging device 10 shields the light reflected by the subject 28 from the position deviated from the focus by the light shielding unit 64 and allows the light reflected by the subject 28 to pass from the focused position. In addition, the object condensing member 50 and the imaging condensing member 40 are in an imaging relationship between the subject 28 and the pinhole 62, and light that is out of focus is shielded by the light shielding portion 64, whereby an image of Fresnel diffraction is displayed. Deterioration can be suppressed.

図10は、撮像素子を2次元的に配置した実施形態による撮像部の全体斜視図である。図11は、撮像部の縦断面図である。図12は、撮像部の概略の平面図である。   FIG. 10 is an overall perspective view of the imaging unit according to the embodiment in which the imaging elements are two-dimensionally arranged. FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the imaging unit. FIG. 12 is a schematic plan view of the imaging unit.

図10〜図12示すように、撮像部114では、複数の発光素子アレイ34、複数の撮像素子アレイ36、複数の光学素子46、複数の撮像用集光部材40、複数の対物集光部材50が、半導体基板32上にY方向に配列されている。   As shown in FIGS. 10 to 12, in the imaging unit 114, a plurality of light emitting element arrays 34, a plurality of imaging element arrays 36, a plurality of optical elements 46, a plurality of imaging condensing members 40, and a plurality of objective condensing members 50. Are arranged in the Y direction on the semiconductor substrate 32.

これにより、発光素子52及び撮像素子58が、X方向及びY方向に2次元的に配列される。一例として、発光素子52及び撮像素子58は、X方向及びY方向に数個から数千個、配列される。尚、配列される数は適宜変更してよい。また、撮像用集光部材40の下撮像用凸部68及び上撮像用凸部70と、対物集光部材50の下対物凸部78とが、2次元的に配列されている。尚、発光素子アレイ34の−Y側であって、撮像素子アレイ36の+Y側に、遮光部材を設けてもよい。これにより、発光素子52から出射されてハーフミラー74を透過した光が、Y方向に隣接する撮像素子アレイ36の列へと進行することを抑制できる。遮光部材の一例は、素子本体部72の+Y面に形成された遮光膜である。   Thereby, the light emitting element 52 and the imaging element 58 are two-dimensionally arranged in the X direction and the Y direction. As an example, several to thousands of light emitting elements 52 and imaging elements 58 are arranged in the X direction and the Y direction. In addition, you may change suitably the number arranged. Further, the lower imaging convex portion 68 and the upper imaging convex portion 70 of the imaging condensing member 40 and the lower objective convex portion 78 of the objective condensing member 50 are two-dimensionally arranged. A light shielding member may be provided on the −Y side of the light emitting element array 34 and on the + Y side of the imaging element array 36. Thereby, it can suppress that the light radiate | emitted from the light emitting element 52 and permeate | transmitted the half mirror 74 progresses to the row | line | column of the image pick-up element array 36 adjacent to a Y direction. An example of the light shielding member is a light shielding film formed on the + Y surface of the element main body 72.

本実施形態では、各発光素子52から出射された光は、+Y方向に進行して、光学素子46のハーフミラー74によって+Z方向へと反射される。光は、対物集光部材50によって集光された後、被写体28によって反射される。この後、光は、対物集光部材50、光学素子46を通過した後、撮像用集光部材40によってピンホール62へと集光される。集光された光は、ピンホール62を通過して、撮像素子58に受光される。撮像素子58は、受光した光に対応する撮像信号を制御部22へと出力する。この後、被写体28の平面積が、撮像部114の平面積よりも大きい場合、制御部22は、撮像素子58の撮像信号と同時に入力されるX方向測距部82及びY方向測距部86から測距情報に基づいて、X方向駆動部84及びY方向駆動部88を制御して、撮像部114をX方向またはY方向に移動させて、異なる領域の被写体28を撮像する。これにより、制御部22が、画像を生成する。   In the present embodiment, the light emitted from each light emitting element 52 travels in the + Y direction and is reflected in the + Z direction by the half mirror 74 of the optical element 46. The light is collected by the objective light collecting member 50 and then reflected by the subject 28. Thereafter, the light passes through the objective condensing member 50 and the optical element 46 and is then condensed by the imaging condensing member 40 into the pinhole 62. The condensed light passes through the pinhole 62 and is received by the image sensor 58. The imaging element 58 outputs an imaging signal corresponding to the received light to the control unit 22. Thereafter, when the plane area of the subject 28 is larger than the plane area of the imaging unit 114, the control unit 22 causes the X-direction ranging unit 82 and the Y-direction ranging unit 86 that are input simultaneously with the imaging signal of the imaging element 58. Based on the distance measurement information, the X direction driving unit 84 and the Y direction driving unit 88 are controlled to move the imaging unit 114 in the X direction or the Y direction, thereby imaging the subject 28 in different regions. Thereby, the control part 22 produces | generates an image.

本実施形態においては、撮像部114の撮像素子58が2次元的に配列されているので、より多くの撮像信号を一度に出力できる。このため、本実施形態では、単眼の顕微鏡に比べて、撮像時の撮像部114のXY方向の移動を低減することができるので、撮像に必要な時間を低減できる。尚、本実施形態においても、上述の高画質モードを適用して、画質を向上させてもよい。これにより、本実施形態では、撮像時間を低減しつつ、画質を向上させることができる。   In the present embodiment, since the imaging elements 58 of the imaging unit 114 are two-dimensionally arranged, more imaging signals can be output at a time. For this reason, in this embodiment, since the movement of the imaging unit 114 in the XY direction during imaging can be reduced as compared with a monocular microscope, the time required for imaging can be reduced. In the present embodiment, the above-described high image quality mode may be applied to improve the image quality. Thereby, in this embodiment, it is possible to improve the image quality while reducing the imaging time.

図13は、発光素子と光学素子との間に発散抑制部材を設けた実施形態による撮像部の縦断面図である。図13に示すように、本実施形態による撮像部214では、発散抑制部材96が光学素子46の−Y側の面に設けられている。これにより、発散抑制部材96は、発光素子アレイ34の発光素子52と光学素子46との間に設けられることになる。   FIG. 13 is a longitudinal sectional view of an imaging unit according to an embodiment in which a divergence suppressing member is provided between the light emitting element and the optical element. As shown in FIG. 13, in the imaging unit 214 according to the present embodiment, the divergence suppressing member 96 is provided on the surface on the −Y side of the optical element 46. Thereby, the divergence suppressing member 96 is provided between the light emitting element 52 and the optical element 46 of the light emitting element array 34.

発散抑制部材96は、抑制基材97と、コリメータレンズ98とを有する。抑制基材97は、ガラス板からなる。コリメータレンズ98は、抑制基材97の+Y側面及び−Y側面にわたって設けられている。コリメータレンズ98は、発光素子52から出射された光の発散を抑制して、平行光へと変換して、光学素子46のハーフミラー74へと光を進行させる。これにより、発光素子52が発光ダイオード等によって構成されている場合でも、光の発散を抑制することができる。この結果、本実施形態では、被写体28に反射されて撮像素子58に受光される光を増大させることができる。尚、発散抑制部材96は、発散する光を平行光に変換するコリメータレンズ98に代えて、発光素子52から出射された光の発散を抑制できる程度の部材を設けてもよい。   The divergence suppression member 96 includes a suppression base material 97 and a collimator lens 98. The suppression base 97 is made of a glass plate. The collimator lens 98 is provided over the + Y side surface and the −Y side surface of the suppression base 97. The collimator lens 98 suppresses the divergence of the light emitted from the light emitting element 52, converts it into parallel light, and advances the light to the half mirror 74 of the optical element 46. Thereby, even when the light emitting element 52 is comprised by the light emitting diode etc., the divergence of light can be suppressed. As a result, in this embodiment, the light reflected by the subject 28 and received by the image sensor 58 can be increased. Note that the divergence suppressing member 96 may be provided with a member capable of suppressing the divergence of the light emitted from the light emitting element 52 instead of the collimator lens 98 that converts the diverging light into parallel light.

図14は、発光素子の個数を低減させた実施形態による撮像部の縦断面図である。図14に示すように、本実施形態による撮像部314では、複数の撮像素子58及び複数の光学素子46が、発光素子52の発光方向であるY方向に沿って、1個の発光素子52に対応して配列されている。これにより、1個の発光素子52が、複数の光学素子46に光を供給することになる。光学素子46のハーフミラー74は、発光方向に進行する光の一部を透過して、残りを反射する。ここで、光学素子46のハーフミラー74は、発光素子52から離れるにいくにつれて、反射率が高くなり、透過率が減少する。即ち、光学素子46のうち、最も発光素子52に近い光学素子46のハーフミラー74の反射率は、次に発光素子52に近い光学素子46のハーフミラー74の反射率よりも低い。このように、複数の光学素子46のハーフミラー74の反射率は、発光素子52から離れるにつれて、低くなる。   FIG. 14 is a longitudinal sectional view of an imaging unit according to an embodiment in which the number of light emitting elements is reduced. As shown in FIG. 14, in the imaging unit 314 according to the present embodiment, the plurality of imaging elements 58 and the plurality of optical elements 46 are arranged on one light emitting element 52 along the Y direction that is the light emitting direction of the light emitting element 52. Correspondingly arranged. As a result, one light emitting element 52 supplies light to the plurality of optical elements 46. The half mirror 74 of the optical element 46 transmits part of the light traveling in the light emission direction and reflects the rest. Here, as the half mirror 74 of the optical element 46 moves away from the light emitting element 52, the reflectance increases and the transmittance decreases. That is, of the optical elements 46, the reflectance of the half mirror 74 of the optical element 46 closest to the light emitting element 52 is lower than the reflectance of the half mirror 74 of the optical element 46 next closest to the light emitting element 52. As described above, the reflectance of the half mirror 74 of the plurality of optical elements 46 decreases as the distance from the light emitting element 52 increases.

ここで、発光素子52から出射された光は、発光素子52から離れるにつれて、光学素子46に達しにくくなる。しかし、反射率を上述のように発光素子52から離れるにつれて徐々に高くすることにより、光学素子46のハーフミラー74によって反射される光を、Y方向の位置によらず、平均化することができる。また、本実施形態では、発光素子52の個数を低減できるので、撮像部314の構成を簡略化できる。   Here, the light emitted from the light emitting element 52 becomes less likely to reach the optical element 46 as the distance from the light emitting element 52 increases. However, by gradually increasing the reflectance with increasing distance from the light emitting element 52 as described above, the light reflected by the half mirror 74 of the optical element 46 can be averaged regardless of the position in the Y direction. . In this embodiment, since the number of light emitting elements 52 can be reduced, the configuration of the imaging unit 314 can be simplified.

尚、図14に示す実施形態において、それぞれのハーフミラー74の分光透過率特性を変えてもよい。例えば、発光素子52を白色光源として、発光素子52に最も近いハーフミラー74は赤色の光の反射率を高く設定し、次のハーフミラー74は緑色の光の反射率を高く設定し、発光素子52から最も遠いハーフミラー74は青色の光の反射率を高く設定すればよい。   In the embodiment shown in FIG. 14, the spectral transmittance characteristics of each half mirror 74 may be changed. For example, when the light emitting element 52 is a white light source, the half mirror 74 closest to the light emitting element 52 is set to have a high reflectance of red light, and the next half mirror 74 is set to have a high reflectance of green light. The half mirror 74 farthest from 52 may be set to have a high blue light reflectance.

図15は、撮像素子の隣接間隔を変更した実施形態の撮像部の平面図である。図15に示すように、本実施形態の撮像部414では、隣接する撮像素子58と撮像素子58とのX方向の隣接間隔Pが、対物集光部材50の下対物凸部78及び上対物凸部80によって集光された光のビームスポット94の直径Dよりも小さい。尚、本実施形態においては、Y方向が撮像部414の主走査方向である。従って、主走査方向と交差する方向における撮像素子58の隣接間隔が、「隣接間隔P」となる。本実施形態では、撮像素子58の隣接間隔Pが、ビームスポット94の直径Dよりも小さいので、撮像部414をY方向に走査しつつ、撮像すると、隣接するビームスポット94が重複する。これにより、より微細な画像を生成することができる。尚、主走査方向に走査した後、副走査方向であるX方向に撮像部414を走査してもよい。   FIG. 15 is a plan view of the imaging unit according to the embodiment in which the adjacent interval between the imaging elements is changed. As shown in FIG. 15, in the imaging unit 414 of the present embodiment, the adjacent interval P in the X direction between the adjacent imaging elements 58 and the imaging element 58 is set so that the lower objective convex part 78 and the upper objective convex part of the objective condensing member 50. It is smaller than the diameter D of the beam spot 94 of the light condensed by the portion 80. In the present embodiment, the Y direction is the main scanning direction of the imaging unit 414. Therefore, the adjacent interval of the image sensor 58 in the direction intersecting the main scanning direction is the “adjacent interval P”. In the present embodiment, since the adjacent interval P of the image pickup device 58 is smaller than the diameter D of the beam spot 94, when the image pickup unit 414 is imaged while scanning in the Y direction, the adjacent beam spots 94 overlap. Thereby, a finer image can be generated. In addition, after scanning in the main scanning direction, the imaging unit 414 may be scanned in the X direction which is the sub scanning direction.

図16は、撮像素子間に遮光壁を設けた実施形態による撮像部の部分斜視図である。図16に示すように、本実施形態の撮像部514では、撮像素子58と撮像素子58との間に遮光壁99が設けられている。遮光壁99は、半導体基板32の+Z面に立設されている。遮光壁99は、撮像素子58から対物集光部材50のX側の側面と対向するように配置されている。遮光壁99のY方向の長さは、撮像素子58のY方向の長さよりも長い。遮光壁99の高さは、半導体基板32の+Z面から対物集光部材50の上対物凸部80の頂点までの高さよりも高い。これにより、遮光壁99は、撮像素子58から対物集光部材50の側面を覆うことができる。この結果、被写体28に反射されて撮像素子58に受光されるべき光が、隣接される撮像素子58に受光されることを低減できる。   FIG. 16 is a partial perspective view of the imaging unit according to the embodiment in which a light shielding wall is provided between the imaging elements. As shown in FIG. 16, in the imaging unit 514 of the present embodiment, a light shielding wall 99 is provided between the imaging element 58 and the imaging element 58. The light shielding wall 99 is erected on the + Z plane of the semiconductor substrate 32. The light shielding wall 99 is disposed so as to face the side surface on the X side of the objective condensing member 50 from the imaging element 58. The length of the light shielding wall 99 in the Y direction is longer than the length of the image sensor 58 in the Y direction. The height of the light shielding wall 99 is higher than the height from the + Z plane of the semiconductor substrate 32 to the apex of the upper objective convex portion 80 of the objective condensing member 50. Thereby, the light shielding wall 99 can cover the side surface of the objective light collecting member 50 from the imaging element 58. As a result, the light reflected by the subject 28 and received by the image sensor 58 can be reduced from being received by the adjacent image sensor 58.

図17は、発光素子が複数の撮像素子に光を供給する実施形態による撮像部の部分斜視図である。図17に示すように、本実施形態の撮像部614では、発光部634が、1個の発光素子52と、拡散部材653とを備える。   FIG. 17 is a partial perspective view of an imaging unit according to an embodiment in which a light emitting element supplies light to a plurality of imaging elements. As shown in FIG. 17, in the imaging unit 614 of the present embodiment, the light emitting unit 634 includes one light emitting element 52 and a diffusing member 653.

発光素子52は、半導体基板32の+X側の端部に設けられている。拡散部材653は、半導体基板32の+Z面に設けられている。拡散部材653は、発光素子52の−X側の側面から半導体基板32の−X側端部にわたって設けられている。拡散部材653は、撮像素子58と離間した位置に配置されている。拡散部材653の+Z面、−X面、−Y面は、光を反射可能に構成されている。拡散部材653は、光を拡散可能な材料からなる。これにより、拡散部材653は、発光素子52から入射された光を拡散しつつ、X方向へと導光させる。そして、拡散部材653は、+Y面から光学素子46の方向へと光を出射する。本実施形態では、発光素子52の個数を低減することができるので、製造プロセスを簡略化することができる。   The light emitting element 52 is provided at the + X side end of the semiconductor substrate 32. The diffusion member 653 is provided on the + Z surface of the semiconductor substrate 32. The diffusion member 653 is provided from the −X side side surface of the light emitting element 52 to the −X side end of the semiconductor substrate 32. The diffusing member 653 is disposed at a position separated from the image sensor 58. The + Z plane, the −X plane, and the −Y plane of the diffusing member 653 are configured to reflect light. The diffusion member 653 is made of a material that can diffuse light. Thereby, the diffusing member 653 guides the light incident from the light emitting element 52 in the X direction while diffusing the light. The diffusion member 653 emits light from the + Y plane toward the optical element 46. In this embodiment, since the number of the light emitting elements 52 can be reduced, the manufacturing process can be simplified.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

上述した実施形態を部分的に変更した実施形態について説明する。   An embodiment in which the above-described embodiment is partially changed will be described.

上述した実施形態では、撮像用集光部材40を設けたが、撮像用集光部材40は、省略してもよい。上述した実施形態では、ピンホール62が形成されたピンホールアレイ38を設けたが、ピンホールアレイ38は省略してもよい。   In the embodiment described above, the imaging condensing member 40 is provided, but the imaging condensing member 40 may be omitted. In the embodiment described above, the pinhole array 38 in which the pinhole 62 is formed is provided, but the pinhole array 38 may be omitted.

上述した実施形態では、対物集光部材50、撮像用集光部材40等の集光部材にガラスからなるベース基材を設けたが、各集光部材からベース基材を省略して、樹脂のみによって構成してもよい。上述した実施形態では、ハーフミラー74を有する光学素子46を例に説明したが、ハーフミラーの代わりに偏光ビームスプリッタを光学素子に設けてもよい。発光素子52をレーザによって構成する場合、ビームエキスパンダを発光素子52と光学素子46との間に設けてもよい。   In the embodiment described above, the base substrate made of glass is provided on the light collecting member such as the objective light collecting member 50 and the imaging light collecting member 40. However, the base substrate is omitted from each light collecting member, and only the resin is used. You may comprise by. In the embodiment described above, the optical element 46 having the half mirror 74 has been described as an example, but a polarizing beam splitter may be provided in the optical element instead of the half mirror. When the light emitting element 52 is configured by a laser, a beam expander may be provided between the light emitting element 52 and the optical element 46.

発光素子52が異なる波長、即ち、異なる色の光を出射可能に構成してもよい。例えば、赤色、緑色、青色の光を出射可能な発光素子52を周期的に配置してもよい。この場合、対物集光部材50、撮像用集光部材40は、集光する光の色に合わせて色収差が小さくなるように形成することが好ましい。   The light emitting element 52 may be configured to be capable of emitting light of different wavelengths, that is, different colors. For example, the light emitting elements 52 that can emit red, green, and blue light may be periodically arranged. In this case, it is preferable to form the objective condensing member 50 and the imaging condensing member 40 so that the chromatic aberration is reduced in accordance with the color of the condensed light.

発光素子52が複数の異なる色、例えば3色の異なる色を発光可能に構成してもよい。赤色の光を発光する発光素子52と、緑色の光を発光する発光素子52と、青色の光を発光する発光素子52とを半導体基板32上に周期的に配列してもよい。この場合、撮像素子アレイ36は、いずれかの色の光の受光率が高い複数種の撮像素子58を含む。複数の撮像素子58には、発光素子52が照射する赤色の光を受光して電気信号に変更する撮像素子58と、発光素子が照射する緑色の光を受光して電気信号に変換する撮像素子58と、発光素子が照射する青色の光を受光して電気信号に変換する撮像素子58とが含まれる。これらの撮像素子58は、周期的に配列されている。   The light emitting element 52 may be configured to emit a plurality of different colors, for example, three different colors. The light emitting element 52 that emits red light, the light emitting element 52 that emits green light, and the light emitting element 52 that emits blue light may be periodically arranged on the semiconductor substrate 32. In this case, the imaging element array 36 includes a plurality of types of imaging elements 58 having a high light receiving rate of light of any color. The plurality of imaging elements 58 include an imaging element 58 that receives red light emitted from the light emitting element 52 and converts it into an electrical signal, and an imaging element that receives green light emitted from the light emitting element and converts it into an electrical signal. 58 and an imaging element 58 that receives blue light emitted from the light emitting element and converts it into an electrical signal. These image sensors 58 are arranged periodically.

各撮像素子に、複数層、例えば、三層の受光層を設けて、各受光層で異なる色の光を受光するように構成してもよい。例えば、最上層の受光層で最も吸収されやすい青色の光を受光して、次の受光層で緑色の光を受光して、最下層の受光層で最も吸収されにくい赤色の光を受光するように構成してもよい。   Each imaging element may be provided with a plurality of layers, for example, three light receiving layers, and each light receiving layer may receive light of different colors. For example, the uppermost light-receiving layer receives blue light that is most easily absorbed, the next light-receiving layer receives green light, and the lowermost light-receiving layer receives red light that is hardly absorbed. You may comprise.

上述の実施形態では、発光素子52から出射した光によって被写体28を撮像したが、被写体28を透過した光によって、被写体28を撮像してもよい。これにより、発光素子52の消費電力を低減しつつ、自然光等によって被写体28を撮像できる。   In the above embodiment, the subject 28 is imaged by the light emitted from the light emitting element 52, but the subject 28 may be imaged by the light transmitted through the subject 28. Thereby, the subject 28 can be imaged by natural light or the like while reducing the power consumption of the light emitting element 52.

10 撮像装置
12 ベース
14 撮像部
16 駆動部
18 被写体保持部
20 画像出力部
22 制御部
24 被写体ケース
26 脚部
28 被写体
30 被写体領域
32 半導体基板
34 発光素子アレイ
36 撮像素子アレイ
38 ピンホールアレイ
40 撮像用集光部材
42 接着剤
44 接着剤
46 光学素子
48 台座
50 対物集光部材
52 発光素子
54 発光層
56 クラッド層
58 撮像素子
60 受光面
62 ピンホール
64 遮光部
66 撮像用ベース部材
68 下撮像用凸部
70 上撮像用凸部
72 素子本体部
74 ハーフミラー
76 対物ベース部材
78 下対物凸部
80 上対物凸部
82 X方向測距部
84 X方向駆動部
86 Y方向測距部
88 Y方向駆動部
90 Z方向測距部
92 Z方向駆動部
94 ビームスポット
96 発散抑制部材
97 抑制基材
98 コリメータレンズ
99 遮光壁
114 撮像部
214 撮像部
314 撮像部
414 撮像部
514 撮像部
614 撮像部
634 発光部
653 拡散部材
10 Imaging device
12 base
14 Imaging unit
16 Drive unit
18 Subject holding part
20 Image output unit
22 Control unit
24 Subject case
26 legs
28 subjects
30 Subject area
32 Semiconductor substrate
34 Light Emitting Element Array
36 Image sensor array
38 pinhole array
40 Condensing member for imaging
42 Adhesive
44 Adhesive
46 Optical elements
48 pedestal
50 Objective condensing member
52 Light Emitting Element
54 Light emitting layer
56 Clad layer
58 Image sensor
60 Photosensitive surface
62 pinhole
64 Shading part
66 Base member for imaging
68 Projection for lower imaging
70 Upper imaging convex part
72 Element body
74 half mirror
76 Objective base member
78 Lower objective projection
80 Upper convexity
82 X-direction ranging unit
84 X direction drive
86 Y-direction distance measuring unit
88 Y direction drive
90 Z-direction ranging unit
92 Z direction drive
94 Beam Spot
96 Divergence suppression member
97 Inhibiting substrate
98 Collimator lens
99 Shading wall
114 Imaging unit
214 Imaging unit
314 Imaging unit
414 Imaging unit
514 Imaging unit
614 Imaging unit
634 Light emitting unit
653 Diffusing member

Claims (10)

半導体基板と、
前記半導体基板に形成された複数の撮像素子と、
前記複数の撮像素子に隣接して、前記半導体基板に形成された発光部と、
前記複数の撮像素子の光路上に形成され、前記発光部からの光を前記複数の撮像素子の光路に平行であって離間する方向へ方向付けする光学素子と、
前記光学素子と被写体との間の前記光路上に設けられ、前記光学素子からの光を前記被写体へと集光する対物集光部材と
を備える撮像装置。
A semiconductor substrate;
A plurality of imaging elements formed on the semiconductor substrate;
A light emitting unit formed on the semiconductor substrate adjacent to the plurality of imaging elements;
An optical element that is formed on an optical path of the plurality of imaging elements and directs light from the light emitting unit in a direction parallel to and spaced apart from the optical paths of the plurality of imaging elements;
An imaging apparatus comprising: an objective condensing member that is provided on the optical path between the optical element and a subject and collects light from the optical element onto the subject.
前記光学素子と撮像素子との光路上に設けられ、前記被写体によって反射された光を前記撮像素子へと集光する撮像用集光部材を
更に備える請求項1に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising an imaging condensing member that is provided on an optical path between the optical element and the imaging element and condenses the light reflected by the subject onto the imaging element.
前記対物集光部材の収差は、前記撮像用集光部材の収差よりも小さい
請求項2に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 2, wherein the aberration of the objective condensing member is smaller than the aberration of the imaging condensing member.
前記発光部と前記光学素子との間に設けられ、前記発光部からの光の発散を抑制する発散抑制部材を
更に備える請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。
The imaging device according to claim 1, further comprising a divergence suppressing member that is provided between the light emitting unit and the optical element and suppresses divergence of light from the light emitting unit.
前記光学素子と撮像素子との間に設けられ、前記被写体によって反射された光の一部を通過させる開口部が形成された遮光部を
更に備える請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。
5. The light-shielding portion according to claim 1, further comprising a light-shielding portion that is provided between the optical element and the imaging element and has an opening that allows a part of the light reflected by the subject to pass therethrough. Imaging device.
前記発光部は、異なる色の光を発光する複数の発光素子を含み、
前記対物集光部材は、異なる色に対応して形成されている
請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。
The light emitting unit includes a plurality of light emitting elements that emit light of different colors,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the objective condensing member is formed corresponding to different colors.
前記複数の撮像素子の走査方向と交差する方向における撮像素子と撮像素子との隣接間隔は、前記対物集光部材により集光されたビームスポットの直径よりも小さい請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。   The adjacent interval between the image pickup element and the image pickup element in a direction intersecting the scanning direction of the plurality of image pickup elements is smaller than the diameter of the beam spot collected by the objective light collecting member. The imaging device according to item. 前記発光部の発光方向に沿って、前記複数の撮像素子及び複数の光学素子が配列され、
前記光学素子は、前記発光方向に進行する光の一部を透過する
請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像装置。
A plurality of the imaging elements and a plurality of optical elements are arranged along the light emitting direction of the light emitting unit,
The imaging device according to claim 1, wherein the optical element transmits a part of light traveling in the light emitting direction.
前記複数の光学素子は、前記発光部から離れるにしたがって、光の透過率が減少する
請求項8に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 8, wherein the plurality of optical elements have a light transmittance that decreases with distance from the light emitting unit.
前記複数の撮像素子の間に設けられた、遮光壁を
更に備える請求項1から9のいずれか1項に記載の撮像装置。
The imaging device according to claim 1, further comprising a light shielding wall provided between the plurality of imaging elements.
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