JP5171004B2 - 画像処理装置、内視鏡装置、及び画像処理プログラム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態を説明するための撮像素子の部分表面模式図である。図2は、図1に示す撮像素子のA−A線の断面模式図である。尚、図1では、マイクロレンズ14の図示を省略してある。
まず、半導体基板内に形成される各光電変換素子(PD)の分光感度特性を図4に示すものとし、光電変換層9の分光感度特性を図4に示すものとし、光電変換層9の分光透過率を図4に示すものとし、カラーフィルタ13r,13g,13bの分光透過率を図5に示すものとする。図4において縦軸は1を基準にしたときの分光感度又は分光透過率、横軸は光の波長を示す。図5において縦軸は1を基準にしたときの分光透過率、横軸は光の波長を示す。
(A)CMOS基板→透明電極の形成
・シリコン基板上に従来CMOSセンサと同様にn領域3r,3g,3b及び信号読出し部を形成。
・更に、n+領域4r,4g,4b及び信号読出し部を形成。
・シリコン基板上に絶縁層5を形成し、この上に透明電極7r,7g,7bを形成し、各透明電極7r,7g,7bと各n+領域4r,4g,4bをビアプラグを用いてコンタクトする。
・透明電極7r,7g,7b間の間隙は絶縁材料で埋め合わせ、透明電極7r,7g,7b表面を、絶縁材部分を含めCMPを用いて平坦化する。
以上のプロセスを半導体プロセスで行なう。
(B)光電変換層の形成
・透明電極7r,7g,7b上に光電変換層9を形成。
・更に透明電極10を形成。透明電極10は図示しないパッドにコンタクトされ、外部電源によりバイアス電圧が印加される。
以上のプロセスを真空蒸着プロセスで行なう
(C)マイクロレンズ及びカラーフィルタの形成
・光電変換層9上に、例えば、ALCVD法でアルミナ保護層を形成し、更にパリレンC保護層を形成。
・次にモザイクカラーフィルタを形成する。モザイクカラーフィルタは、Gレジスト塗布→パターン露光→現像→ポストベーク、Bレジスト塗布→パターン露光→現像→ポストベーク、Rレジスト塗布→パターン露光→現像→ポストベークの順番で形成。
・最後にマイクロレンズを形成する。マイクロレンズは、レジスト塗布→ポストベーク→レジスト塗布→パターン露光→現像→メルトの順番で形成する。
本実施形態では、第一実施形態で説明したようなカラー画像データと赤外画像データを得ることが可能な撮像素子100を内視鏡装置に適用した形態について説明する。
図11に示す内視鏡装置は、検査対象となる部位を照明するための白色光源50と、撮影レンズや絞り等の光学系51と、光学系51を通過した光を受光する図1,2に示した構成の撮像素子100と、撮像素子100の光電変換層9の分光感度特性を補正するために撮像素子100と光学系51との間に配置された補正フィルタ52と、撮像素子100の光電変換層9で発生した電荷に応じた信号に基づいて赤外画像データを生成する赤外画像データ生成部53と、撮像素子100のR光電変換素子、G光電変換素子、及びB光電変換素子の各々で発生した電荷に応じた信号に基づいてカラー画像データを生成するカラー画像データ生成部54と、赤外画像データ生成部53で生成された赤外画像データとカラー画像データ生成部54で生成されたカラー画像データとを用いた演算処理により、赤外画像データ生成部53で生成された赤外画像データのコントラストを向上させた高コントラスト赤外画像データを生成する高コントラスト赤外画像データ生成部55と、高コントラスト赤外画像データ生成部55で生成された高コントラスト赤外画像データに強調処理を施す画像強調部57と、赤外画像データ生成部53で生成された赤外画像データとカラー画像データ生成部54で生成されたカラー画像データとを用いた演算処理により、カラー画像データ生成部54で生成されたカラー画像データの色再現性を向上させた高色再現カラー画像データを生成する高色再現カラー画像データ生成部56と、強調処理後の高コントラスト赤外画像データに基づく画像及び高色再現カラー画像データに基づく画像を表示装置59に表示させる制御を行う表示制御部58とを備える。
I(x,y)=r1×R(x,y)+g1×G(x,y)+b1×B(x,y)+ir1×IR(x,y)・・・式(1)
I(x,y)は、高コントラスト赤外画像データの座標(x,y)における画素データを示す。
R(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるR成分の画素データを示す。
G(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるG成分の画素データを示す。
B(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるB成分の画素データを示す。
IR(x,y)は、赤外画像データの座標(x,y)におけるIR成分の画素データを示す。
r1,g1,b1,ir1は、R光電変換素子の分光感度特性と、G光電変換素子の分光感度特性と、B光電変換素子の分光感度特性と、R基板上光電変換素子の分光感度特性と、図12のReal曲線で表される分光感度特性とに基づいて決められた係数を示す。
G0(x,y)は、高色再現カラー画像データの座標(x,y)におけるG成分の画素データを示す。
B0(x,y)は、高色再現カラー画像データの座標(x,y)におけるB成分の画素データを示す。
R(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるR成分の画素データを示す。
G(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるG成分の画素データを示す。
B(x,y)は、カラー画像データの座標(x,y)におけるB成分の画素データを示す。
Ir(x,y)は、赤外画像データの座標(x,y)におけるIR成分の画素データを示す。
r2,r3,r4,g2,g3,g4,b2,b3,b4,ir2,ir3,ir4は、R光電変換素子の分光感度特性と、G光電変換素子の分光感度特性と、B光電変換素子の分光感度特性と、R基板上光電変換素子の分光感度特性と、図17に示すスタンダードRGB理想撮像特性とに基づいて決められた係数を示す。
1 シリコン基板
2 pウェル層
3r,3g,3b n領域
4r,4g,4b n+領域
5,8 透明絶縁層
5r,5g,5b 信号読み出し部
6r,6g,6b コンタクト部
7r,7g,7b,10 透明電極
9 光電変換層
11,12 保護層
13r,13g,13b カラーフィルタ
14 マイクロレンズ
Claims (12)
- 撮像素子から出力される撮像信号から画像データを生成する画像処理装置であって、
前記撮像素子から出力されるR(赤色)成分の撮像信号、G(緑色)成分の撮像信号、及びB(青色)成分の撮像信号からカラー画像データを生成するカラー画像データ生成手段と、
前記撮像素子から出力されるIR(赤外)成分の撮像信号から赤外画像データを生成する赤外画像データ生成手段と、
前記カラー画像データと前記赤外画像データを用いて、前記赤外画像データのコントラストを向上させた高コントラスト赤外画像データを生成する高コントラスト赤外画像データ生成手段とを備え、
前記カラー画像データの各画素データが、R成分のデータであるRデータと、G成分のデータであるGデータと、B成分のデータであるBデータとで構成され、
前記赤外画像データの各画素データが、IR成分のデータであるIRデータで構成され、
前記高コントラスト赤外画像データ生成手段は、前記カラー画像データと前記赤外画像データの各々の同一位置にある2つの画素データを用いた演算により、前記高コントラスト赤外画像データの画素データを生成し、
前記高コントラスト赤外画像データ生成手段は、前記カラー画像データと前記赤外画像データの各々の同一位置にある画素データを構成するRデータに係数r1を乗じた値と、Gデータに係数g1を乗じた値と、Bデータに係数b1を乗じた値と、IRデータに係数ir1を乗じた値とを積算して、前記高コントラスト赤外画像データの画素データを生成し、
前記係数r1,g1,b1,ir1は、前記撮像素子を構成する光電変換素子のうちの前記R成分の撮像信号を出力する光電変換素子の分光感度であるR感度に前記係数r1を乗じた値、前記撮像素子を構成する光電変換素子のうちの前記G成分の撮像信号を出力する光電変換素子の分光感度であるG感度に前記係数g1を乗じた値、前記撮像素子を構成する光電変換素子のうちの前記B成分の撮像信号を出力する光電変換素子の分光感度であるB感度に前記係数b1を乗じた値、及び前記撮像素子を構成する光電変換素子のうちの前記IR成分の撮像信号を出力する光電変換素子の分光感度であるIR感度に前記係数ir1を乗じた値、を積算した値と、人体内部の変化を捉えるための観察対象となる物質を最もコントラスト高く撮像できる理想的な分光感度の値とが最も近くなるように決定されたものである画像処理装置。 - 請求項1記載の画像処理装置であって、
前記観察対象となる物質がヘモグロビンである画像処理装置。 - 請求項1又は2記載の画像処理装置であって、
前記カラー画像データと前記赤外画像データを用いて、前記カラー画像データの色再現性を向上させた高色再現カラー画像データを生成する高色再現カラー画像データ生成手段を備える画像処理装置。 - 請求項3記載の画像処理装置であって、
前記高色再現カラー画像データ生成手段は、前記カラー画像データと前記赤外画像データの各々の同一位置にある画素データを構成するRデータに係数r2を乗じた値と、Gデータに係数g2を乗じた値と、Bデータに係数b2を乗じた値と、IRデータに係数ir2を乗じた値とを積算して、前記高色再現カラー画像データの1画素データを構成するR成分のデータを生成し、前記Rデータに係数r3を乗じた値と、前記Gデータに係数g3を乗じた値と、前記Bデータに係数b3を乗じた値と、前記IRデータに係数ir3を乗じた値とを積算して、前記高色再現カラー画像データの1画素データを構成するG成分のデータを生成し、前記Rデータに係数r4を乗じた値と、前記Gデータに係数g4を乗じた値と、前記Bデータに係数b4を乗じた値と、前記IRデータに係数ir4を乗じた値とを積算して、前記高色再現カラー画像データの1画素データを構成するB成分のデータを生成し、
前記係数r2,g2,b2,ir2は、前記撮像素子を構成する光電変換素子のうちの前記R成分の撮像信号を出力する光電変換素子の分光感度であるR感度に前記係数r2を乗じた値、前記撮像素子を構成する光電変換素子のうちの前記G成分の撮像信号を出力する光電変換素子の分光感度であるG感度に前記係数g2を乗じた値、前記撮像素子を構成する光電変換素子のうちの前記B成分の撮像信号を出力する光電変換素子の分光感度であるB感度に前記係数b2を乗じた値、及び前記撮像素子を構成する光電変換素子のうちの前記IR成分の撮像信号を出力する光電変換素子の分光感度であるIR感度に前記係数ir2を乗じた値、を積算した値と、前記R成分の撮像信号を出力する光電変換素子の理想的な分光感度の値とが最も近くなるように決定されたものであり、
前記係数r3,g3,b3,ir3は、前記R感度に前記係数r3を乗じた値、前記G感度に前記係数g3を乗じた値、前記B感度に前記係数b3を乗じた値、及び前記IR感度に前記係数ir3を乗じた値、を積算した値と、前記G成分の撮像信号を出力する光電変換素子の理想的な分光感度の値とが最も近くなるように決定されたものであり、
前記係数r4,g4,b4,ir4は、前記R感度に前記係数r4を乗じた値、前記G感度に前記係数g4を乗じた値、前記B感度に前記係数b4を乗じた値、及び前記IR感度に前記係数ir4を乗じた値、を積算した値と、前記B成分の撮像信号を出力する光電変換素子の理想的な分光感度の値とが最も近くなるように決定されたものである画像処理装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項記載の画像処理装置であって、
前記撮像素子が、
半導体基板内の同一面上に配列された多数の光電変換素子と、
前記半導体基板の上方の同一面上に形成された、前記多数の光電変換素子の一部に対応する基板上光電変換素子であって、前記半導体基板上方に形成された第一の電極、前記第一の電極上に形成された光電変換層、及び前記光電変換層上に形成された第二の電極を含んで構成される基板上光電変換素子と、
前記半導体基板の上方に形成され、前記光電変換層で吸収される光の波長域とは異なる波長域の光を透過するカラーフィルタ層と、
前記基板上光電変換素子で発生した電荷に応じた信号及び前記光電変換素子で発生した電荷に応じた信号をそれぞれ読み出す信号読み出し手段とを備え、
前記カラーフィルタ層は、前記多数の光電変換素子の各々に対応する多数のカラーフィルタで構成され、
前記多数のカラーフィルタは、Rの波長域の光を透過するカラーフィルタ、Gの波長域の光を透過するカラーフィルタ、Bの波長域の光を透過するカラーフィルタの3種類のカラーフィルタに分類され、
前記3種類のカラーフィルタのうちの少なくとも前記Rの波長域の光を透過するカラーフィルタは赤外域の光も透過し、
前記光電変換層は、赤外域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生し、且つ、それ以外の光を透過し、
前記多数の光電変換素子の一部とは、前記Rの波長域の光を透過するカラーフィルタに対応する光電変換素子である画像処理装置。 - 請求項5記載の画像処理装置であって、
前記カラーフィルタ層が、前記基板上光電変換素子よりも上方に形成されている画像処理装置。 - 請求項6記載の画像処理装置であって、
前記光電変換層が有機材料を含んで構成され、
前記基板上光電変換素子と前記カラーフィルタ層との間に、ALCVD法によって形成された前記基板上光電変換素子を保護するための保護層を備える画像処理装置。 - 請求項7記載の画像処理装置であって、
前記保護層が、無機材料を含んで構成される画像処理装置。 - 請求項8記載の画像処理装置であって、
前記保護層が、無機材料からなる無機層と、有機ポリマーからなる有機層との2層構造である画像処理装置。 - 請求項5〜9のいずれか1項記載の画像処理装置であって、
前記撮像素子が、前記カラーフィルタ層の上方に、前記多数の光電変換素子の各々に光を集光するためのマイクロレンズを備える画像処理装置。 - 請求項1〜10のいずれか1項記載の画像処理装置と、
前記撮像素子とを備える内視鏡装置。 - コンピュータを、請求項1〜10のいずれか1項記載の画像処理装置の各手段として機能させるための画像処理プログラム。
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