JP2014215405A - Imaging element and microscope device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、行列状に配列されたレンズごとに配置され被写体からの光を受光する受光素子対を有する撮像素子と、これを有する顕微鏡装置に関する。 The present invention relates to an image sensor having a light receiving element pair that is arranged for each lens arranged in a matrix and receives light from a subject, and a microscope apparatus having the image sensor.
被観察物の拡大像を立体画像化して表示する、顕微鏡装置が知られている。かかる顕微鏡装置は、対物レンズによる被観察物の拡大像を撮像素子で撮像し、立体撮像画像をディスプレイ画面に表示する。ここで用いられる撮像素子は、立体撮像画像を表示するための、視差を有する撮像画像対を撮像する構成を有する。具体的には、撮像素子は、行列状に配列されたマイクロレンズごとに左右で対をなす受光素子対を備える。マイクロレンズを通過した被観察物からの光(以下、被写体光という)は、受光素子対の受光面上で結像する。受光素子対は、撮像画像対を構成する画素対(以下、絵素という)に対応し、左眼用の受光素子からは左眼用の、右眼用の受光素子からは右眼用の撮像画像を構成する、画素信号が出力される。かかる撮像素子の例が、特許文献1に記載されている。 There is known a microscope apparatus that displays a magnified image of an observation object as a three-dimensional image. Such a microscope apparatus captures an enlarged image of an object to be observed by an objective lens with an image sensor, and displays a stereoscopic image on a display screen. The imaging device used here has a configuration for capturing a pair of captured images having parallax for displaying a stereoscopic captured image. Specifically, the imaging device includes a pair of light receiving elements that form a pair on the left and right for each microlens arranged in a matrix. Light from the object to be observed that has passed through the microlens (hereinafter referred to as subject light) forms an image on the light receiving surface of the light receiving element pair. The light receiving element pair corresponds to a pixel pair (hereinafter referred to as a picture element) constituting a captured image pair, and the left eye receiving element for the left eye and the right eye receiving element for the right eye. Pixel signals constituting the image are output. An example of such an image sensor is described in Patent Document 1.
上記の撮像素子は、立体撮像画像の良好な立体感を得るために、各絵素に対応する受光素子対間に、ある程度の幅で受光素子同士を隔てる不感帯を有する。不感帯は、被写体光を透過させず、また、それ自体光電変換による画素信号を出力しないような、領域または構造物である。不感帯は、左眼用の受光素子で受光すべき被写体光が右眼用の受光素子に、右眼用の受光素子で受光すべき被写体光が左眼用の受光素子にそれぞれ入射するのを防止し、これにより、左右の被写体光が入り混じって立体撮像画像の立体感が低下することが回避される。 The image sensor has a dead zone that separates the light receiving elements with a certain width between the light receiving element pairs corresponding to the respective picture elements in order to obtain a good stereoscopic effect of the stereoscopic image. The dead zone is an area or a structure that does not transmit subject light and does not itself output a pixel signal by photoelectric conversion. The dead zone prevents subject light to be received by the left eye light receiving element from entering the right eye light receiving element and subject light to be received by the right eye light receiving element from entering the left eye light receiving element. As a result, it is avoided that the left and right subject lights are mixed and the stereoscopic effect of the stereoscopic image is lowered.
しかしながら、ある程度の幅の不感帯を設けることに起因して、次のような問題が生じる。すなわち、本来の受光素子で受光されるべき被写体光の一部が不感帯に到達すると、その部分の被写体光は画素信号生成に寄与しない。こうして無駄に損なわれる被写体光の量が大きいと、撮像画像対の、つまりは立体撮像画像の解像度の低下を招くおそれがある。特に、顕微鏡などでは、所望の拡大率を得るために比較的大きい像側のFナンバーを必要とし、これに応じて被写体光は撮像素子のマイクロレンズを比較的小さい傾きで通過する。すると、絵素ごとにみたとき、マイクロレンズを通過した被写体光のうち、受光素子対間の不感帯に到達する被写体光の割合が大きくなる。すると、上記の問題がより深刻化する。 However, due to providing a dead band with a certain width, the following problems arise. That is, when a part of the subject light to be received by the original light receiving element reaches the dead zone, the subject light of that part does not contribute to the generation of the pixel signal. If the amount of subject light that is lost in this way is large, the resolution of the captured image pair, that is, the stereoscopic image may be lowered. In particular, a microscope or the like requires a relatively large F-number on the image side in order to obtain a desired magnification, and accordingly, subject light passes through the microlens of the image sensor with a relatively small inclination. As a result, the ratio of the subject light that reaches the dead zone between the light receiving element pair in the subject light that has passed through the microlens increases when viewed for each pixel. Then, the above problem becomes more serious.
そこで、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、顕微鏡のような比較的大きいFナンバーの光学装置に用いられる立体撮像画像の撮像素子において、立体撮像画像の解像度の低下を防止できる撮像素子、及びこれを含む顕微鏡装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention made in view of the above problems is to reduce the resolution of a stereoscopic image in an imaging element for a stereoscopic image used in a relatively large F-number optical device such as a microscope. An object of the present invention is to provide an imaging device that can be prevented, and a microscope apparatus including the same.
上記課題を解決するために本発明の一側面に係る撮像素子は、行列状に配列されたレンズごとに配置され被写体からの光を受光する受光素子対であって、当該受光素子対のうち一方の受光素子が、前記被写体の立体撮像画像を表示するための視差を有する撮像画像対のうちの一方を構成する画素信号を出力し、当該受光素子対のうち行方向における他方の受光素子が、前記撮像画像対のうちの他方を構成する画素信号を出力する、受光素子対と、前記受光素子対を行方向に隔てるように当該受光素子対間に設けられる不感帯とを有し、前記受光素子対の行方向の長さをp、前記不感帯の行方向の幅をdとしたときに、
0.04≦p/f≦0.08
であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an imaging device according to one aspect of the present invention is a light receiving element pair that is arranged for each lens arranged in a matrix and receives light from a subject, and one of the light receiving element pairs. The light receiving element outputs a pixel signal constituting one of the captured image pairs having parallax for displaying the stereoscopic image of the subject, and the other light receiving element in the row direction of the light receiving element pair, A light receiving element pair that outputs a pixel signal that constitutes the other of the captured image pairs; and a dead zone provided between the light receiving element pair so as to separate the light receiving element pair in a row direction, When the length in the row direction of the pair is p and the width in the row direction of the dead zone is d,
0.04 ≦ p / f ≦ 0.08
It is characterized by being.
前記レンズの焦点距離をf、前記被写体からの光の光軸方向における、前記レンズの後側焦点からの当該受光素子のずれ量をΔzとしたときに、
−f/10≦Δz≦f/10
であるとよい。さらに、
1/20・p≦d≦1/7・p
であるとよい。
また、前記レンズが点対象の曲面を有するとよい。
When the focal length of the lens is f and the shift amount of the light receiving element from the rear focal point of the lens in the optical axis direction of the light from the subject is Δz,
−f / 10 ≦ Δz ≦ f / 10
It is good to be. further,
1/20 · p ≤ d ≤ 1/7 · p
It is good to be.
The lens may have a curved surface to be pointed.
本発明の他の側面は、上記の撮像素子を備え、当該撮像素子により被観察物の拡大像を撮像する顕微鏡装置である。 Another aspect of the present invention is a microscope apparatus that includes the above-described image sensor and captures an enlarged image of an observation object using the image sensor.
本発明における撮像素子及び撮像装置に、比較的大きいFナンバーを用いた場合であっても、立体撮像画像の解像度低下を防止できる。 Even when a relatively large F number is used for the image sensor and the image pickup apparatus of the present invention, it is possible to prevent the resolution of the stereoscopic image from being lowered.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1は本実施形態における顕微鏡装置の要部の構成例を示す。この顕微鏡装置1は、透過型の顕微鏡装置の例である。顕微鏡装置1では、光源10が被写体を透過させる光120を生成する。内蔵フィルタ102は、光120のうち可視光を選択的に通過させる。視野絞り104は、内蔵フィルタ102を通過した光120のうち、予め設定された視野に対応する光を通過させる。ミラー105は、光120を反射させて窓レンズ106を介してコンデンサレンズ107に入射させる。コンデンサレンズ107は、内部の開口絞り108を通過した光120を集光し、光120で被観察物122を照射する。対物レンズ109は、被観察物122を透過した光120、すなわち被写体光121を屈折させて結像レンズ110を通過させる。分光器111は、結像レンズ110を通過した被写体光121を分光し、一部を接眼レンズ112、他の一部と撮像装置10へ導く。接眼レンズ112は、被写体光121を屈折させて肉眼114に被観察物122の拡大像を結像させる。こうして、観察者は、被観察物の拡大像を肉眼114で観察する。一方、撮像装置10は、被写体光121により結像される被観察物122の拡大された立体撮像画像を撮像して、たとえば、表示する。
FIG. 1 shows a configuration example of a main part of a microscope apparatus according to this embodiment. This microscope apparatus 1 is an example of a transmission type microscope apparatus. In the microscope apparatus 1, the
図2は、撮像装置10の構成を示すブロック図である。この撮像装置10は、被写体光121に基づき、被写体(被観察物)の立体撮像画像を表示するための視差を有する一対の撮像画像を撮像する。撮像装置10は、撮像素子20、画像処理部22、制御部24、記憶部26、及び表示部28を有する。撮像素子20、画像処理部22、制御部24、記憶部26、及び表示部28は、バス29に接続され、各種信号を互いに送受信可能に構成される。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the
撮像素子20は、被写体光121が対物レンズ109を介して入射されると、被写体光121に基づき、視差を有する左眼用と右眼用の撮像画像対を撮像し、各撮像画像を構成する画素信号を出力する。各撮像画像は、行列状に配列された画素からなり、1フレームの撮像画像を構成する画素数は、たとえば、640×480画素〜4000×3000画素である(ただし、1フレームの画素数やアスペクト比は、この数値範囲に限られなくてもよい)。撮像素子20は、各画素に対応して配設された受光素子を有するCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCD(Charge Coupled Device)であり、受光素子により画素信号を生成して出力する。画素信号は、たとえば、1フレームごとに生成され出力される。画素信号は、画素ごとの、たとえばR(Red)、G(Green)、B(Blue)の色の階調値を示す信号である。また、画素信号は、たとえば受光素子からの出力信号がA/D変換されたデジタル信号である。
When the
画像処理部22は、1フレーム分の画素信号を含む撮像画像データに対し、色や輝度補正、歪み補正等の所定の画像処理や、データの圧縮・伸張を行う。画像処理部22は、たとえば、1フレームごとの撮像画像データに対し画像処理を行う。画像処理部22は、たとえばDSP(Digital Signal Processor)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のプロセッサである。
The
記憶部26は、画像処理前及び/または画像処理後の撮像画像データを記憶するフレームメモリである。記憶部26は、たとえば、SRAM(Static Random Access Memory)やDRAM(Dynamic RAM)である。または、記憶部26は、ハードディスクや可搬型フラッシュメモリなど各種記憶メディアへのデータ読込み・書込み装置を含んでもよい。
The
表示部28は、撮像画像データに基づき立体撮像画像を表示する。表示部28は、たとえば左右の眼の視差に対応する偏光フィルタを備えたLCD(Liquid Crystal Display)とその制御回路を有する。表示部18は、視差を有する左右の撮像画像データを表示して、ユーザが立体感を知覚できるような立体撮像画像を表示する。
The
制御部24は、撮像素子20、画像処理部22、記憶部26、及び表示部28に制御信号を送り、撮像装置10の動作を統合的に制御する。制御部24は、たとえばマイクロコンピュータである。
The
図3(A)は、撮像素子20要部の光軸方向に垂直な平面(X―Y平面)における構成図である。撮像素子20は、行列状に配列されたマイクロ30レンズごとに配置され被写体からの光を受光する受光素子対32Pを有する。受光素子対32Pは、行方向(X軸方向)に隣接する受光素子対32R、32Lを有する。一方の受光素子32Rが、被写体の立体撮像画像を表示するための視差を有する撮像画像対のうちの一方(たとえば右眼用)を構成する画素信号を出力し、他方の側の受光素子32Lが、前記撮像画像対のうちの他方(たとえば左眼用)を構成する画素信号を出力する。また、撮像素子20は、受光素子対32PをX軸方向において隔てるように受光素子対32P間に設けられる不感帯38を有する。不感帯38は、被写体光を透過させず、また、それ自体光電変換による画素信号を出力しないような、領域または構造物である。不感帯38は、X軸方向において受光素子対38P同士の間に設けてもよい。
FIG. 3A is a configuration diagram in a plane (XY plane) perpendicular to the optical axis direction of the main part of the
図3(B)は、撮像素子20要部の光軸方向(Z軸方向)に沿った断面図である。撮像素子20には、対物レンズ109を介して被写体光121が入射される。被写体光121は、絞り31に応じた直径の入射瞳33、射出瞳34を介して対物レンズ109を通過する。被写体光121は、マイクロレンズ30で集光され、カラーフィルタ36の色に応じた波長の光が受光素子32に到達する。こうして、受光素子対32Pの受光素子32L及び32R上に、R、G、Bいずれかの光により被写体像が結像される。マイクロレンズ30は、たとえば点対象の屈曲面を有する球面レンズである。または、マイクロレンズ30は、X軸方向に屈曲するシリンドリカルレンズであってもよい。
FIG. 3B is a cross-sectional view of the main part of the
受光素子対32Pごとにみると、被写体光121のうち光軸300に対し左側の光束121Lは左眼用の受光素子32Lに、右側の光束121Rは右眼用の受光素子32Rに入射される。そして、受光素子32Lは、左眼用の撮像画像を構成する画素の画素信号を生成し、出力する。一方、受光素子32Rは、右眼用の撮像画像を構成する画素の画素信号を生成し、出力する。受光素子32は、たとえば、CMOSやCCDに含まれるフォトダイオードである。
Looking at each light receiving
不感帯38は、X軸方向において、その幅に応じて受光素子32R、32Lを隔てる。不感帯38は、たとえば受光素子32の入力信号または出力信号を伝送する配線層により構成してもよい。また、たとえば、受光素子32が裏面照射型のCMOSで構成され配線が内蔵される場合に、遮光性のある部材からなる遮光膜(壁)により不感帯38を構成してもよい。さらに、不感帯38をX軸方向における受光素子対38P同士の間に設けることで、隣接する絵素間での被写体光の混入を低減できる。あるいは、マイクロレンズ30と受光素子32の間の空間に、マイクロレンズ30を行方向(X軸方向)または列方向(Y軸方向)に隔てる遮光壁37を設けてもよい。
The
図4、図5は、撮像装置10の像側のFナンバーと、受光素子32の受光領域について説明する図である。図4(A)、(B)は、撮像素子20要部の断面図を簡略化して示す。図4(A)、(B)は、それぞれ、像側のFナンバーが比較的小さい場合と比較的大きい場合に対応する。図4(A)、(B)では、それぞれの場合において対物レンズ109の射出瞳の最も高いところを通る被写体光121R、121Lが示される。図4(A)、(B)に示すように、像側のFナンバーが比較的小さいと、被写体光121R、121Lのマクロレンズ30における入射角度θは大きくなる。一方、Fナンバーが比較的大きいと、被写体光121R、121Lの入射角度θは小さくなる。
4 and 5 are diagrams for explaining the F-number on the image side of the
図5(A)、(B)は、それぞれ、図4(A)、(B)の場合における受光素子対32P(受光素子32R、32L)の平面視を示す。図5(A)、(B)では、それぞれの場合において、受光素子対32Pにおける受光領域109aが示される。受光領域109は、対物レンズ109の射出瞳像に対応する。図5(A)、(B)に示すように、像側のFナンバーが比較的小さいと、被写体光121R、121Lのマクロレンズ30における入射角度θが大きくなることに対応して、受光領域109aは大きくなる。一方、Fナンバーが比較的大きいと、被写体光121R、121Lの入射角度θが小さくなることに対応して、受光領域109aは比較的小さくなる。
FIGS. 5A and 5B are plan views of the light receiving
図5(C)、(D)は、マイクロレンズ30が行方向に屈曲したシリンドリカルレンズで構成される場合の、受光領域109を示す。図5(C)、(D)は、それぞれ、図4(A)、(B)の場合に対応する。シリンドリカルレンズの場合、像側のFナンバーが大きいと行方向の幅が狭い受光領域109が形成される。一方、像側のFナンバーが小さいと行方向の幅が広い受光領域109が形成される。シリンドリカルレンズの場合、受光領域109の大きさは、球面レンズの場合より大きくなる。
FIGS. 5C and 5D show the
ここで、受光領域109aにおいて、不感帯38と重複する部分の被写体光は画素信号の形成に寄与せず、損なわれる。このことは、それぞれ、Fナンバーが比較的小さい場合と大きい場合とで、問題につながる。
Here, in the
たとえば、像側のFナンバーが比較的小さい場合、受光領域109aそのものが大きくなり、受光素子32R、32L間の不感帯38との重複と、隣接する受光素子対32Pとの間に設けられる不感帯38との重複の分、受光量が損なわれる。この場合、受光領域109aの外延部付近、すなわち、対物レンズ109の射出瞳の最も高いところを通過した光が損なわれる。このことは、撮像画像対の最も視差を有する部分の画素信号が得られなくなることを意味する。よって、立体撮像画像の立体感が損なわれるおそれがある。
For example, when the F-number on the image side is relatively small, the
一方、像側のFナンバーが比較的大きい場合、受光領域109aそのものが小さくなり、受光素子32R、32L間の不感帯38との重複の分、受光量がさらに損なわれる。特に、顕微鏡においては、被観察物を所望の拡大率で拡大するために、比較的大きいFナンバーが用いられる。すると、受光領域109が比較的小さくなり、受光量が少なくなるところ、受光量がさらに損なわれると、立体撮像画像の解像度が低下する。
On the other hand, when the F number on the image side is relatively large, the
本実施形態における不感帯38は、上記のような問題を鑑み、受光量の損失を最小限に抑えるために次のように構成される。
In view of the above problems, the
図6は、本実施形態における不感帯38について説明する図である。図6には、撮像素子20要部の断面図において、次の寸法が示される。
マイクロレンズ30の中心部からカラーフィルタ36までの距離a
カラーフィルタ36の厚さb
カラーフィルタ36から受光素子32の受光面までの距離c
不感帯38のX軸方向の幅d
x軸方向の受光素子32の長さp
FIG. 6 is a diagram illustrating the
Distance a from the center of the
The thickness b of the
Distance c from
Width d of
Length p of light receiving
ここで、図7に、対物レンズ109の倍率と開口数(NA)、撮像装置10の調整倍率、像側の開口数(NA)、及び像側のFナンバーの対応を示す。5倍〜100倍の対物レンズ109を用い、それぞれの場合に撮像装置10の調整倍率を1倍または0.5倍としたとき、像側の開口数は0.00095(最小)〜0.06(最大)であり、これに応じてFナンバーは8.3(最小)〜52.6(最大)となる。
Here, FIG. 7 shows the correspondence between the magnification and numerical aperture (NA) of the
すると、Fナンバーが8.3(最小)のとき、受光素子対32Pの受光領域109aは最大となる。よって、このとき、受光領域109aの半径がx軸方向の受光素子32の長さpに近似するようにマイクロレンズ30の焦点距離fを選定することで、受光量の損失を抑えることができる。かかる条件は、次の式1により示される。
[式1] 0.04≦p/f≦0.08
特に、p/f=0.06のとき、受光領域109aの半径がx軸方向の受光素子32の長さpに最近似するので、受光量の損失を最小にすることができる。
Then, when the F number is 8.3 (minimum), the
[Formula 1] 0.04 ≦ p / f ≦ 0.08
In particular, when p / f = 0.06, the radius of the
一方、Fナンバーが52.6(最大)のとき、受光領域109aは最小となる。よって、このとき、受光素子対32P間の不感帯38の幅dが受光領域109aの半径より小さくなるように、不感帯38の幅dとx軸方向の受光素子32の長さpを選定することで、受光量の損失を抑えることができる。かかる条件は、次の式2により示される。
[式2] 1/20・p≦d≦1/7・p
On the other hand, when the F number is 52.6 (maximum), the
[Formula 2] 1/20 · p ≦ d ≦ 1/7 · p
また、顕微鏡装置1における結像レンズ110の射出瞳の位置は無限遠に設定される。よって、マイクロレンズ30の焦点距離fと、マイクロレンズ30後方焦点に対する光軸300上の受光素子32のずれ量Δzの好適な対応関係は、次の式3で示される。
[式3] −f/10≦Δz≦f/10
The position of the exit pupil of the
[Formula 3] −f / 10 ≦ Δz ≦ f / 10
上記式1〜式3のいずれか1つ以上が満たされるようにマイクロレンズ30の焦点距離f、不感帯38の幅d、及び/またはx軸方向の受光素子32の長さpを構成することで、顕微鏡装置1で所望の拡大率を得るために、任意の像側のFナンバーを用いた際に、受光量の損失を抑えることができる。よって、受光量の損失による立体撮像画像の立体感や解像度が低下するという問題を回避できる。
By configuring the focal length f of the
なお、マイクロレンズ30を球面レンズで構成した場合は、シリンドリカルレンズで構成した場合より受光領域109aが小さい。よって、不感帯38による受光量の損失の影響はシリンドリカルレンズの場合より大きい。よって、本実施形態は、シリンドリカルレンズの場合より球面レンズの場合の方が、より有利に受光量の損失を抑えることができる。
In addition, when the
次に、本実施形態における実施例を示す。 Next, examples in the present embodiment will be described.
[第1実施例]
第1実施例は、受光素子32がその表面に配線を備えるCCDで構成される場合である。この場合、不感帯38は、たとえば配線で構成される。第1実施例では、図6に示した各寸法は、次のとおりとなる。
マイクロレンズ30の中心部からカラーフィルタ36までの距離a:146μm
カラーフィルタ36の厚さb:2μm
カラーフィルタ36から受光素子32の受光面までの距離c:2μm
不感帯38のX軸方向の幅d:0.5μm(片側の幅:0.25μm)
x軸方向の受光素子32の長さp:5μm
[First embodiment]
The first embodiment is a case where the
Distance a from the center of the
Color filter thickness b: 2 μm
Distance c from
Length p of the
さらに、第1実施例におけるマイクロレンズ30、カラーフィルタ36の特性は次のとおりとする。
マイクロレンズ30の焦点距離fL:100μm
マイクロレンズ30の曲率半径r:50μm
マイクロレンズ30の材質の屈折率n1:1.5
カラーフィルタ36の屈折率n2:1.5
カラーフィルタ36から受光素子32までの間の媒質(SiO2)の屈折率n3:1.46
Further, the characteristics of the
Focal length fL of the micro lens 30: 100 μm
Curvature radius r of microlens 30: 50 μm
Refractive index n1: 1.5 of the material of the
Refractive index n2 of the color filter 36: 1.5
Refractive index n3 of the medium (SiO2) between the
第1実施例では、対物レンズ109のFナンバーが8.3のとき、受光領域109aの大きさは、直径12μm(半径6μm)となる。そして、一絵素(受光素子対32P)に対応するマイクロレンズ30に入射する光量のうち、不感帯38への入射で損失する光量の割合は、16.4%程度に抑えられる。
In the first embodiment, when the F number of the
また、第1実施例では、対物レンズ109のFナンバーが52.6のとき、受光領域109aの大きさは、直径1.9μm(半径0.95μm)となる。このとき、一絵素(受光素子対32P)に対応するマイクロレンズ30に入射する光量のうち、不感帯38への入射で損失する光量の割合は、33%程度に抑えられる。
In the first example, when the F number of the
[第2実施例]
第2実施例は、受光素子32が裏面配線型のCMOSで構成される場合である。この場合、不感帯38は、平坦膜化された遮光部材で構成される。第2実施例では、図6に示した各寸法は、次のとおりとなる。
マイクロレンズ30の中心部からカラーフィルタ36までの距離a:71μm
カラーフィルタ36の厚さb:2μm
カラーフィルタ36から受光素子32の受光面までの距離c:2μm
不感帯38のX軸方向の幅d:0.2μm(片側の幅:0.1μm)
x軸方向の受光素子32の長さp:3μm
[Second Embodiment]
The second embodiment is a case where the
Distance from the center of the
Color filter thickness b: 2 μm
Distance c from
Length p of the
さらに、第2実施例におけるマイクロレンズ30、カラーフィルタ36の特性は次のとおりとする。
マイクロレンズ30の焦点距離fL:50μm
マイクロレンズ30の曲率半径r:25μm
マイクロレンズ30の材質の屈折率n1:1.5
カラーフィルタ36の屈折率n2:1.5
カラーフィルタ36から受光素子32までの間の媒質(SiO2)の屈折率n3:1.5
Further, the characteristics of the
Focal length fL of microlens 30: 50 μm
Curvature radius r of microlens 30: 25 μm
Refractive index n1: 1.5 of the material of the
Refractive index n2 of the color filter 36: 1.5
Refractive index n3 of the medium (SiO2) between the
第2実施例では、対物レンズ109のFナンバーが8.3のとき、受光領域109aの大きさは、直径6μm(半径3μm)となる。そして、一絵素(受光素子対32P)に対応するマイクロレンズ30に入射する光量のうち、不感帯38への入射で損失する光量の割合は、4.3%程度に抑えられる。
In the second embodiment, when the F number of the
また、第2実施例では、対物レンズ109のFナンバーが52.6のとき、受光領域109aの大きさは、直径0.95μm(半径0.475μm)となる。このとき、一絵素(受光素子対32P)に対応するマイクロレンズ30に入射する光量のうち、不感帯38への入射で損失する光量の割合は、26.6%程度に抑えられる。
In the second embodiment, when the F number of the
[第3実施例]
図8、図9は、第3実施例の構成を示す図である。図8は、撮像素子20全体の概略的な断面図であり、図9は、撮像素子20要部の概略的な断面図である。第3実施例は、受光素子32が設けられたSi基板71をマイクロレンズ30が設けられたマイクロレンズアレイ72で覆い、Si基板上に設けた支柱74などの支持部材でマイクロレンズアレイを支持するように構成される。この場合、マイクロレンズ30からカラーフィルタ36までは、空気で満たされる。かかる製造方法によれば、既存のマイクロレンズアレイを用いたとしても、支持部材を調節することでマイクロレンズ30とカラーフィルタ36の距離を容易に調節することが可能となる。
[Third embodiment]
8 and 9 are diagrams showing the configuration of the third embodiment. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the
第3実施例では、図9に示した各寸法は、次のとおりとなる。
マイクロレンズの厚みt:30μm
マイクロレンズの底面からカラーフィルタ36までの距離a:96.6μm
カラーフィルタ36の厚さb:2μm
カラーフィルタ36から受光素子32の受光面までの距離c:2μm
不感帯38のX軸方向の幅d:0.7μm(片側の幅:0.35μm)
x軸方向の受光素子32の長さp:8μm
In the third embodiment, the dimensions shown in FIG. 9 are as follows.
Microlens thickness t: 30 μm
Distance from the bottom surface of the microlens to the color filter 36 a: 96.6 μm
Color filter thickness b: 2 μm
Distance c from
Length p of the
さらに、第3実施例におけるマイクロレンズ30、カラーフィルタ36の特性は次のとおりとする。
マイクロレンズ30の焦点距離fL:125μm
マイクロレンズ30の曲率半径r:62.5μm
マイクロレンズ30の材質の屈折率n1:1.5
カラーフィルタ36の屈折率n2:1.5
カラーフィルタ36から受光素子32までの間の媒質(SiO2)の屈折率n3:1.46
Further, the characteristics of the
Focal length fL of the micro lens 30: 125 μm
The radius of curvature r of the
Refractive index n1: 1.5 of the material of the
Refractive index n2 of the color filter 36: 1.5
Refractive index n3 of the medium (SiO2) between the
第3実施例では、対物レンズ109のFナンバーが8.3のとき、受光領域109aの大きさは、直径15μm(半径7.5μm)となる。そして、一絵素(受光素子対32P)に対応するマイクロレンズ30に入射する光量のうち、不感帯38への入射で損失する光量の割合は、6%程度に抑えられる。
In the third embodiment, when the F number of the
また、第3実施例では、対物レンズ109のFナンバーが52.6のとき、受光領域109aの大きさは、直径2.38μm(半径1.19μm)となる。このとき、一絵素(受光素子対32P)に対応するマイクロレンズ30に入射する光量のうち、不感帯38への入射で損失する光量の割合は、37%程度に抑えられる。
In the third embodiment, when the F number of the
[第4実施例]
図10は、第4実施例の受光素子対32Pを示す。第4実施例では、列方向、すなわちXY平面におけるY軸方向の受光素子32間にも、不感帯38が設けられる。この場合、Fナンバーが小さく、したがって受光領域109が大きくなる場合には、Y軸方向で受光素子32間に設けられた不感帯38によっても受光量を損失する。第4実施例は、このことを考慮に入れたものである。
[Fourth embodiment]
FIG. 10 shows a light
第4実施例では、図6に示した各寸法は、次のとおりとなる(第1実施例と同じである)。
マイクロレンズ30の中心部からカラーフィルタ36までの距離a:146μm
カラーフィルタ36の厚さb:2μm
カラーフィルタ36から受光素子32の受光面までの距離c:2μm
不感帯38のX軸方向の幅d:0.5μm(片側の幅:0.25μm)
x軸方向の受光素子32の長さp:5μm
なお、第4実施例では、不感帯38のY軸方向における幅dも同じである。
In the fourth embodiment, the dimensions shown in FIG. 6 are as follows (the same as the first embodiment).
Distance a from the center of the
Color filter thickness b: 2 μm
Distance c from
Length p of the
In the fourth embodiment, the width d of the
さらに、第4実施例におけるマイクロレンズ30、カラーフィルタ36の特性は、第1実施例同様、次のとおりとする。
マイクロレンズ30の焦点距離fL:100μm
マイクロレンズ30の曲率半径r:50μm
マイクロレンズ30の材質の屈折率n1:1.5
カラーフィルタ36の屈折率n2:1.5
カラーフィルタ36から受光素子32までの間の媒質(SiO2)の屈折率n3:1.46
Further, the characteristics of the
Focal length fL of the micro lens 30: 100 μm
Curvature radius r of microlens 30: 50 μm
Refractive index n1: 1.5 of the material of the
Refractive index n2 of the color filter 36: 1.5
Refractive index n3 of the medium (SiO2) between the
第4実施例では、対物レンズ109のFナンバーが8.3のとき、受光領域109aの大きさは、直径12μm(半径6μm)となる。そして、一絵素(受光素子対32P)に対応するマイクロレンズ30に入射する光量のうち、不感帯38への入射で損失する光量の割合は、20.4%程度に抑えられる。なお、第1実施例と比較したとき、第4実施例は、Y軸方向における受光素子32間にも不感帯38を有するので、損失する光量の割合は、第1実施例より大きくなる。
In the fourth embodiment, when the F number of the
また、第4実施例では、対物レンズ109のFナンバーが52.6のとき、受光領域109aの大きさは、直径1.9μm(半径0.95μm)となる。このとき、一絵素(受光素子対32P)に対応するマイクロレンズ30に入射する光量のうち、不感帯38への入射で損失する光量の割合は、42.7%程度に抑えられる。
In the fourth embodiment, when the F number of the
このように本実施形態によれば、顕微鏡装置1で所望の拡大率を得るために、任意の像側のFナンバーを用いたとしても、受光量の損失を抑えることができる。よって、受光量の損失による立体撮像画像の立体感や解像度が低下するという問題を回避できる。 As described above, according to the present embodiment, in order to obtain a desired enlargement ratio in the microscope apparatus 1, even if an arbitrary F-number on the image side is used, loss of received light amount can be suppressed. Therefore, it is possible to avoid the problem that the stereoscopic effect and resolution of the stereoscopic image due to the loss of the amount of received light are reduced.
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions included in each means, each step, etc. can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of means, steps, etc. can be combined or divided into one. .
10:撮像装置
20:撮像素子
30:マイクロレンズ
32:受光素子
38:不感帯
10: Image pickup device 20: Image pickup device 30: Micro lens 32: Light receiving device 38: Dead zone
Claims (5)
前記受光素子対を行方向に隔てるように当該受光素子対間に設けられる不感帯とを有し、
前記受光素子対の行方向の長さをp、前記不感帯の行方向の幅をdとしたときに、
0.04≦p/f≦0.08
であることを特徴とする撮像素子。 A pair of light receiving elements arranged for each lens arranged in a matrix and receiving light from a subject, and one light receiving element of the pair of light receiving elements has a parallax for displaying a stereoscopic image of the subject. A pixel signal that constitutes one of the captured image pairs, and the other light receiving element in the row direction of the light receiving element pair outputs a pixel signal that constitutes the other of the captured image pairs. An element pair;
A dead zone provided between the light receiving element pair so as to separate the light receiving element pair in the row direction,
When the length in the row direction of the light receiving element pair is p and the width in the row direction of the dead zone is d,
0.04 ≦ p / f ≦ 0.08
An image sensor characterized by being.
前記レンズの焦点距離をf、
前記被写体からの光の光軸方向における、前記レンズの後側焦点からの当該受光素子のずれ量をΔzとしたときに、
−f/10≦Δz≦f/10
であることを特徴とする撮像素子。 In claim 1,
The focal length of the lens is f,
When the shift amount of the light receiving element from the rear focal point of the lens in the optical axis direction of the light from the subject is Δz,
−f / 10 ≦ Δz ≦ f / 10
An image sensor characterized by being.
1/20・p≦d≦1/7・p
であることを特徴とする撮像素子。 3. The method according to claim 1, further comprising 1/20 · p ≦ d ≦ 1/7 · p.
An image sensor characterized by being.
前記レンズが点対象の曲面を有することを特徴とする、
撮像素子。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The lens has a curved surface to be pointed,
Image sensor.
A microscope apparatus comprising the imaging device according to claim 1, wherein the imaging device captures an enlarged image of the object to be observed.
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- 2013-04-24 JP JP2013091658A patent/JP2014215405A/en active Pending
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