JP6392891B2 - 撮像装置、内視鏡およびカプセル型内視鏡 - Google Patents

撮像装置、内視鏡およびカプセル型内視鏡

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Description

本発明は、被検体に導入され、被検体の体腔内を撮像する撮像装置、内視鏡およびカプセル型内視鏡に関する。
近年、内視鏡では、可視領域において広帯域の波長透過特性を有する複数の広帯域フィルタと、狭帯域の波長透過特性を有する複数の狭帯域フィルタと、を格子状に配列したフィルタ部を撮像素子に設けることによって、生体組織の表面から深い位置にある組織を鮮明に観察可能な青の帯域の狭帯域画像と通常のカラーの広帯域画像とを同時に取得する技術が知られている（特許文献１参照）。
特開２００７−５４１１３号公報
しかしながら、上述した特許文献１では、広帯域フィルタの波長透過特性と狭帯域フィルタの波長透過特性が大きく異なるため、広帯域フィルタに覆われている広帯域画素と、狭帯域フィルタに覆われている狭帯域画素に大きな感度差が生まれる。このため、上述した特許文献１では、狭帯域画像と広帯域画像とを同時に取得する場合、狭帯域画像の画質が広帯域画像の画質と比べて劣化するという問題点があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、狭帯域画像および広帯域画像を同時に撮影する場合であっても、狭帯域画素と広帯域画素の感度差をなるべく少なくすることで、高画質な狭帯域画像と広帯域画像とを同時に取得することができる撮像装置、内視鏡およびカプセル型内視鏡を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、二次元に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成して出力する複数の画素を有する受光部と、原色または補色の波長帯域の光を透過する複数の第１帯域フィルタと、前記複数の第１帯域フィルタの各々よりも狭い帯域の光を透過させる少なくとも１つの第２帯域フィルタと、を含むフィルタユニットを、前記複数の画素に対応させて配置したカラーフィルタと、前記第１帯域フィルタに対応する画素へ入射される光量よりも多くの光量が前記第２帯域フィルタに対応する画素へ入射されて前記受光部によって生成された前記撮像信号を出力する出力部と、を有する撮像素子を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記撮像素子は、前記第１帯域フィルタに対応する画素から第１撮像信号の読み出しを実施した後に、前記第２帯域フィルタに対応する画素から第２撮像信号の読み出しを行う撮像制御部をさらに備え、前記出力部は、前記第１撮像信号および前記第２撮像信号を前記撮像信号として出力することを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記撮像制御部は、前記第１帯域フィルタに対応する画素の露出時間より前記第２帯域フィルタに対応する画素の露出時間を長くすることによって、前記第１撮像信号および前記第２撮像信号それぞれの読み出しを行うことを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記撮像素子は、前記第１帯域フィルタに対応する画素に入射する光量を、前記第２帯域フィルタに対応する画素に入射する光量よりも小さくする光学部材をさらに有し、前記複数の画素の各々は、前記光学部材および前記カラーフィルタそれぞれを透過した光を受光して前記撮像信号を生成することを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記光学部材は、少なくとも前記狭帯域の光を透過させる光学フィルタであり、前記光学フィルタは、前記カラーフィルタと前記複数の画素との間に配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記光学部材は、前記第１帯域フィルタに対応する画素に光を集光する第１マイクロレンズと、前記第２帯域フィルタに対応する画素に光を集光する第２マイクロレンズと、を有し、前記第２マイクロレンズの視野角は、前記第１マイクロレンズの視野角よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明において、前記光学部材は、前記第１帯域フィルタと前記第１帯域フィルタに対応する画素との間に配置され、所定の大きさで形成された第１開口部を有する第１遮光膜と、前記第２帯域フィルタと前記第２帯域フィルタに対応する画素との間に配置され、前記第１開口部より大きい開口が形成された第２開口部を有する第２遮光膜と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る内視鏡は、上記の撮像装置を、挿入部の先端側に備えることを特徴とする。
また、本発明に係るカプセル型内視鏡は、被検体内に導入可能なカプセル型の筐体と、前記筐体の内部に設けられる上記の撮像装置と、を備える。
本発明によれば、狭帯域画像および広帯域画像を同時に撮影する場合であっても、高画質な狭帯域画像を取得することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係るカプセル型内視鏡システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係るカプセル型内視鏡の機能構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係るカラーフィルタの構成を模式的に示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係るカプセル型内視鏡が実行する処理の概要を示すフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態２に係る撮像素子の構成を模式的に示す断面図である。 図６は、本発明の実施の形態２の変形例に係る撮像素子の構成を模式的に示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態３に係るカプセル型内視鏡の機能構成を示すブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係るカラーフィルタを構成する各フィルタの透過率と波長との関係を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態３に係る光学フィルタの透過率と波長との関係を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態３に係るカラーフィルタおよび光学フィルタを合わせた透過率と波長との関係を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態３の変形例に係る光学フィルタの模式図である。 図１２は、本発明の実施の形態３の変形例に係る光学フィルタの配置を模式的に示す図である。
以下、本発明を実施するための形態を図面とともに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は、各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、以下の説明において、被検体の体内に導入されて被検体の体内画像を撮像するカプセル型内視鏡から無線信号を受信して被検体の体内画像を表示する処理装置を含むカプセル型内視鏡システムを例示するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、同一の構成には同一の符号を付して説明する。
（実施の形態１）
〔カプセル型内視鏡システムの概略構成〕
図１は、本発明の実施の形態１に係るカプセル型内視鏡システムの概略構成を示す模式図である。
図１に示すカプセル型内視鏡システム１は、被検体１００内の体内画像を撮像するカプセル型内視鏡２と、被検体１００内に導入されるカプセル型内視鏡２から送信される無線信号を受信する受信アンテナユニット３と、受信アンテナユニット３が着脱自在に接続され、受信アンテナユニット３が受信した無線信号に所定の処理を行って記録または表示する受信装置４と、カプセル型内視鏡２によって撮像された被検体１００内の画像データに対応する画像の処理および／または表示する画像処理装置５と、を備える。
カプセル型内視鏡２は、被検体１００内を撮像する撮像機能と、被検体１００内を撮像して得られた画像データを含む体内情報を受信アンテナユニット３へ送信する無線通信機能と、を有する。カプセル型内視鏡２は、被検体１００内に飲み込まれることによって被検体１００内の食道を通過し、消化管腔の蠕動運動によって被検体１００の体腔内を移動する。カプセル型内視鏡２は、被検体１００の体腔内を移動しながら微小な時間間隔、例えば０.５秒間隔（２ｆｐｓ）で被検体１００の体腔内を逐次撮像し、撮像した被検体１００内の画像データを生成して受信アンテナユニット３へ順次送信する。なお、カプセル型内視鏡２の詳細な構成は後述する。
受信アンテナユニット３は、受信アンテナ３ａ〜３ｈを備える。受信アンテナ３ａ〜３ｈは、カプセル型内視鏡２から無線信号を受信して受信装置４へ送信する。受信アンテナ３ａ〜３ｈは、ループアンテナを用いて構成され、被検体１００の体外表面上の所定位置、例えばカプセル型内視鏡２の通過径路である被検体１００内の各臓器に対応した位置に配置される。
受信装置４は、受信アンテナ３ａ〜３ｈを介してカプセル型内視鏡２から送信された無線信号に含まれる被検体１００内の画像データを記録または被検体１００内の画像データに対応する画像を表示する。受信装置４は、カプセル型内視鏡２の位置情報および時間を示す時間情報等を、受信アンテナ３ａ〜３ｈを介して受信した画像データに対応付けて記録する。受信装置４は、カプセル型内視鏡２による検査が行われている間、例えば被検体１００の口から導入され、消化菅内を通過して被検体１００内から排出されるまでの間、受信装置ホルダ（図示せず）に収納されて被検体１００に携帯される。受信装置４は、カプセル型内視鏡２による検査の終了後、被検体１００から取り外され、カプセル型内視鏡２から受信した画像データ等の転送のため、画像処理装置５と接続される。
画像処理装置５は、受信装置４を介して取得した被検体１００内の画像データに対応する画像を表示する。画像処理装置５は、受信装置４から画像データ等を読み取るクレードル５１と、キーボードやマウス等の操作入力デバイス５２と、を備える。クレードル５１は、受信装置４が装着される際に、受信装置４から画像データや、この画像データに関連付けられた位置情報、時間情報およびカプセル型内視鏡２の識別情報等の関連情報を取得し、取得した各種情報を画像処理装置５へ転送する。操作入力デバイス５２は、ユーザによる入力を受け付ける。ユーザは、操作入力デバイス５２を操作しつつ、画像処理装置５が順次表示する被検体１００内の画像を見ながら、被検体１００内部の生体部位、例えば食道、胃、小腸および大腸等を観察し、被検体１００を診断する。
〔カプセル型内視鏡の構成〕
次に、図１で説明したカプセル型内視鏡２の詳細な構成について説明する。図２は、カプセル型内視鏡２の機能構成を示すブロック図である。図２に示すカプセル型内視鏡２は、筐体２０と、電源部２１と、光学系２２と、撮像素子２３と、照明部２４と、信号処理部２５と、送信部２６と、記録部２７と、タイマ２８と、受信部２９と、制御部３０と、を有する。
筐体２０は、被検体１００に挿入し易い大きさに形成されたカプセル型の形状をなす。筐体２０は、筒状の筒部２０１、筒部２０１の両側開口端をそれぞれ塞ぐドーム形状のドーム部２０２およびドーム部２０３を有する。筒部２０１およびドーム部２０２は、可視光を遮光する不透明な有色の部材を用いて形成される。ドーム部２０３は、可視光等の所定の波長帯域の光を透過可能な光学部材を用いて構成される。これらの筒部２０１、ドーム部２０２およびドーム部２０３によって形成される筐体２０は、図２に示すように、電源部２１と、光学系２２と、撮像素子２３と、照明部２４と、信号処理部２５と、送信部２６と、記録部２７と、タイマ２８と、受信部２９と、制御部３０と、を収容する。
電源部２１は、カプセル型内視鏡２内の各部に電源を供給する。電源部２１は、ボタン電池等の一次電池または二次電池と、ボタン電池から供給された電力の昇圧等を行う電源回と、を用いて構成される。また、電源部２１は、磁気スイッチを有し、外部から印加された磁界によって電源のオンオフ状態を切り替える。
光学系２２は、複数のレンズを用いて構成され、照明部２４が照射した照明光の反射光を撮像素子２３の撮像面に集光して被写体像を結像する。光学系２２は、光軸が筐体２０の長手方向の中心軸Ｏと一致するように筐体２０内に配置される。
撮像素子２３は、制御部３０の制御のもと、光学系２２が受光面に結像した被写体像を受光して光電変換を行うことによって、被検体１００の撮像信号（画像データ）を生成する。具体的には、撮像素子２３は、制御部３０の制御のもと、基準のフレームレート、例えば４ｆｐｓのフレームレートによって被検体１００を撮像して被検体１００の撮像信号を生成する。撮像素子２３は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサを用いて構成される。
また、撮像素子２３は、二次元状に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成して出力する複数の画素を有する受光部２３０と、原色または補色の波長帯域の光を透過する複数の第１帯域フィルタ（以下、「広帯域フィルタ」という）と、この複数の第１帯域フィルタの各々よりも狭い波長帯域の光を透過させる第２帯域フィルタ（以下、「狭帯域フィルタ」という）と、を含むフィルタユニットを複数の画素に対応させて配置したカラーフィルタ２３１と、広帯域フィルタに対応する画素へ入射される光量よりも多くの光量が狭帯域フィルタに対応する画素へ入射されて受光部２３０によって生成された撮像信号を出力する出力部２３２と、受光部２３０における広帯域フィルタに対応する画素（以下、「広帯域画素」という）から第１撮像信号（以下、「広帯域画像信号」という）の読み出しを実施した後に、狭帯域フィルタに対応する画素（以下、「狭帯域画素」という）から第２撮像信号（以下、「狭帯域画像信号」という）の読み出しを行う撮像制御部２３３と、を有する。
図３は、カラーフィルタ２３１の構成及び広帯域画像、狭帯域画像の生成を模式的に示す図である。図３に示すように、カラーフィルタ２３１は、赤色の成分を透過する広帯域フィルタＲ、緑色の成分を透過する広帯域フィルタＧ、青色の成分を透過する広帯域フィルタＢ、および４１５ｎｍ±３０ｎｍの波長帯域を透過する狭帯域フィルタＸを用いて構成される。このように構成されたカラーフィルタ２３１を用いて受光部２３０の各画素で生成された撮像信号は、信号処理部２５、受信装置４および画像処理装置５のいずれかによって、所定の画像処理（例えばデモザイキング処理等の補間）が行われることによって、広帯域のＲ、Ｇ、Ｂ画素信号から広帯域画像Ｆ１、狭帯域のＸと広帯域のＧ画素信号から狭帯域画像Ｆ２が生成される。
照明部２４は、制御部３０の制御のもと、撮像素子２３のフレームレートに同期して、撮像素子２３の撮像視野内の被写体に向けて光を照射する。照明部２４は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や駆動回路等を用いて構成される。
信号処理部２５は、撮像素子２３から入力された撮像信号に対して所定の画像処理を行って送信部２６へ出力する。ここで、所定の画像処理とは、ノイズ低減処理、ゲインアップ処理およびデモザイキング処理等である。また、信号処理部２５は、撮像素子２３の出力部２３２から出力される撮像信号に含まれる広帯域画像信号に基づいて、広帯域画像（図３の広帯域画像Ｆ１を参照）を生成するとともに、広帯域フィルタＧに対応する広帯域画素から出力される広帯域画像信号と、狭帯域フィルタＸに対応する狭帯域画素から出力される狭帯域画素信号とに基づいて、狭帯域画像（図３の狭帯域画像Ｆ２を参照）を生成し、広帯域画像および狭帯域画像を送信部２６へ送信する。
送信部２６は、信号処理部２５から順次入力された広帯域画像および狭帯域画像を外部に無線送信する。送信部２６は、送信アンテナと、広帯域画像または狭帯域画像を変調等の信号処理を施して無線信号に変調する変調回路と、を用いて構成される。
記録部２７は、カプセル型内視鏡２が実行する各種動作を示すプログラムおよびカプセル型内視鏡２を識別する識別情報等を記録する。
タイマ２８は、計時機能を有する。タイマ２８は、計時データを制御部３０へ出力する。
受信部２９は、外部から送信された無線信号を受信して制御部３０へ出力する。受信部２９は、受信アンテナ３ａと、無線信号を復調等の信号処理を行って制御部３０へ出力する復調回路と、を用いて構成される。
制御部３０は、カプセル型内視鏡２の各部の動作を制御する。制御部３０は、照明部２４に照射させる。また、制御部３０は、照明部２４の照射タイミングに同期させて、撮像素子２３に撮像させて撮像信号を生成させる。制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いて構成される。
このように構成されたカプセル型内視鏡２は、被検体１００の体腔内を移動しながら微小な時間間隔で被検体１００の体腔内を逐次撮像し、撮像した被検体１００内の撮像信号に対応する画像データを生成して受信アンテナユニット３へ順次送信する。
〔カプセル型内視鏡の処理〕
次に、カプセル型内視鏡２が実行する処理について説明する。図４は、カプセル型内視鏡２が実行する処理の概要を示すフローチャートである。なお、図４においては、カプセル型内視鏡２が１回の撮影動作で行う処理について説明する。
図４に示すように、まず、撮像制御部２３３は、狭帯域フィルタＸの感度と照明部２４が照射する光の光量とに基づいて、狭帯域画素の露出時間ｔ１を算出し（ステップＳ１０１）、広帯域フィルタＲ,Ｇ,Ｂの感度と照明部２４が照射する光の光量とに基づいて、広帯域画素の露出時間ｔ２を算出する（ステップＳ１０２）。ここで、狭帯域画素の感度は広帯域画素よりも低いため、狭帯域画素の露出時間ｔ１は、広帯域画素の露出時間ｔ２よりも長い（ｔ１＞ｔ２）。その後、制御部３０は、照明部２４に照明光を照射させる（ステップＳ１０３）。
続いて、露出時間ｔ２が経過した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、撮像制御部２３３は、受光部２３０の全画素から撮像信号の非破壊読み出しを行う（ステップＳ１０５）。この場合、出力部２３２は、受光部２３０の全画素から読み出した撮像信号に対応する画像（以下、「画像ｉｍｇ１」という）を信号処理部２５へ出力する。ステップＳ１０５の後、カプセル型内視鏡２は、後述するステップＳ１０６へ移行する。これに対して、露出時間ｔ２が経過していない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、カプセル型内視鏡２は、露出時間ｔ２が経過するまで非破壊読み出しを行わない。
ステップＳ１０６において、露出時間ｔ１が経過した場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、撮像制御部２３３は、受光部２３０における全画素から撮像信号の読み出しを行う（ステップＳ１０７）。この場合、出力部２３２は、受光部２３０の全画素から読み出した撮像信号に対応する画像（以下、「画像ｉｍｇ２」という）を信号処理部２５へ出力する。このとき、撮像制御部２３３は、受光部２３０の全画素に対して電荷を初期状態にするリセット処理を行う。ステップＳ１０７の後、カプセル型内視鏡２は、後述するステップＳ１０８へ移行する。これに対して、露出時間ｔ１が経過していない場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、カプセル型内視鏡２は、露出時間ｔ１が経過する読み出しを行わない。
ステップＳ１０８において、信号処理部２５は、撮像素子２３から出力された画像ｉｍｇ１に基づいて、カラーの広帯域画像を生成する。具体的には、信号処理部２５は、画像ｉｍｇ１に含まれる広帯域画素（広帯域フィルタＲ,Ｇ,Ｂそれぞれに対応する画素）から読み出された広帯域信号を用いて広帯域画像を生成する。
続いて、信号処理部２５は、撮像素子２３から出力された画像ｉｍｇ２に基づいて、狭帯域画像を生成する（ステップＳ１０９）。具体的には、信号処理部２５は、画像ｉｍｇ１に含まれる広帯域フィルタＧに対応する広帯域画像から読み出された広帯域信号（Ｇ成分）と、画像ｉｍｇ２に含まれる狭帯域フィルタＸに対応する狭帯域画素から読み出された狭帯域信号とを用いて、狭帯域画像を生成する。これにより、広帯域画像および狭帯域画像を同時に撮影する場合であっても、広帯域画像および狭帯域画像それぞれを高画質で取得することができる。
以上説明した本実施の形態１によれば、撮像制御部２３３が広帯域フィルタに対応する広帯域画素から広帯域信号の読み出しを実施した後に、狭帯域フィルタに対応する狭帯域画素から狭帯域信号の読み出しを行い、出力部２３２が広帯域信号および狭帯域信号を撮像信号として出力するので、広帯域画像および狭帯域画像を同時に撮影する場合であっても、高画質な狭帯域画像を取得することができる。
また、本実施の形態１によれば、広帯域画素の信号と狭帯域画素の信号とをほぼ同時に取得することができるため、広帯域画素と狭帯域画素の位置ずれを最小限に抑えた画像を得ることができるので、それによって生成される広帯域画像と狭帯域画像とを重畳して際に画像の位置合わせのための画像処理を省略することができる。
さらに、本実施の形態１によれば、通常の白色光を照射する照明部２４のみで、広帯域画像と狭帯域画像とを取得することができるので、カプセル型内視鏡２の小型化を図ることができる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係るカプセル型内視鏡システムは、上述した実施の形態１に係るカプセル型内視鏡２の撮像素子２３の構成と異なる。このため、以下においては、本実施の形態２に係るカプセル型内視鏡の撮像素子の構成について説明する。なお、上述した実施の形態１に係るカプセル型内視鏡と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図５は、本実施の形態２に係る撮像素子の構成を模式的に示す断面図である。なお、図５においては、撮像素子を構成する複数の画素ユニットにおいて、１つの広帯域フィルタに対応する広帯域画素ユニットおよび１つの狭帯域フィルタに対応する狭帯域画素ユニットについて説明する。
図５に示す撮像素子２３ａは、広帯域画素ユニット４０と、狭帯域画素ユニット４１と、を有する。
広帯域画素ユニット４０は、少なくとも、光を集光する第１マイクロレンズ４０１と、広帯域フィルタＲと、第１マイクロレンズ４０１が集光した光の一部を遮光する遮光層４０２と、第１マイクロレンズ４０１が集光した光を受光する画素としてのフォトダイオード４０３と、各種の配線が積層された配線層４０４と、フォトダイオード４０３が形成されたシリコン基板４０５と、を有する。広帯域画素ユニット４０は、シリコン基板４０５、配線層４０４、フォトダイオード４０３、遮光層４０２、広帯域フィルタＲおよび第１マイクロレンズ４０１の順に積層されて形成される。
狭帯域画素ユニット４１は、少なくとも、光を集光する第２マイクロレンズ４１１と、狭帯域フィルタＸと、遮光層４１２と、フォトダイオード４０３と、配線層４０４と、シリコン基板４０５と、を有する。狭帯域画素ユニット４１は、シリコン基板４０５、配線層４０４、フォトダイオード４０３、遮光層４１２、狭帯域フィルタＸおよび第２マイクロレンズ４１１の順に積層されて形成される。また、第２マイクロレンズ４１１の視野角α２は、第１マイクロレンズ４０１の視野角α１よりも大きく形成される（α２＞α１）。さらに、狭帯域画素ユニット４１は、第２マイクロレンズ４１１の視野角α２が第１マイクロレンズ４０１の視野角α１よりも大きいので、遮光層４１２の厚みＤ２を遮光層４０２の厚みＤ１よりも小さくすることができる。
このような広帯域画素ユニット４０および狭帯域画素ユニット４１を用いて撮像素子２３ａを構成し、広帯域画素ユニット４０に入射する光量を、狭帯域画素ユニット４１に入射する光量よりも小さくする光学部材として、第２マイクロレンズ４１１の視野角α２を第１マイクロレンズ４０１の視野角α１よりも大きく形成する。これにより、撮像素子２３ａは、狭帯域画素に入射する光量を広帯域画素に入射する光量より大きくすることができるので、狭帯域画像および広帯域画像を同時に撮影する場合であっても、狭帯域画像および広帯域画像それぞれを高画質で取得することができる。
以上説明した本実施の形態２によれば、第２マイクロレンズ４１１の視野角α２が第１マイクロレンズ４０１の視野角α１よりも大きく形成し、狭帯域画素ユニット４１に入射する光量を広帯域画素ユニット４０に入射する光量より大きくすることができるので、狭帯域画像および広帯域画像を撮影する場合であっても、高画質な狭帯域画像を取得することができる。
なお、本実施の形態２では、カラーフィルタ２３１上における第１マイクロレンズ４０１と第２マイクロレンズ４１１との間隔を変更してもよい。例えば第１マイクロレンズ４０１と第１マイクロレンズ４０１とが隣接する場合、一定の間隔を設け、第１マイクロレンズ４０１と第２マイクロレンズ４１１とが隣接する場合、第１マイクロレンズ４０１と第２マイクロレンズ４１１との隙間をなくしてカラーフィルタ２３１上に設けるようにしてもよい。
（実施の形態２の変形例）
次に、本実施の形態２の変形例について説明する。図６は、本実施の形態２の変形例に係る撮像素子の構成を模式的に示す断面図である。なお、図６においては、撮像素子を構成する複数の画素ユニットにおいて、１つの広帯域フィルタに対応する広帯域画素ユニットおよび１つの狭帯域フィルタに対応する狭帯域画素ユニットについて説明する。
図６に示すように、撮像素子２３ｂは、広帯域画素ユニット４０ａと、狭帯域画素ユニット４１ａと、を有する。
広帯域画素ユニット４０ａは、上述した実施の形態２に係る広帯域画素ユニット４０の構成に加えて、光学部材としての第１遮光膜４０６を有する。第１遮光膜４０６は、広帯域フィルタＲとフォトダイオード４０３との間に配置され、所定の大きさの開口ｄ１が形成された第１開口部４０６ａを有する。
狭帯域画素ユニット４１ａは、上述した実施の形態２に係る狭帯域画素ユニット４１の構成に加えて、光学部材としての第２遮光膜４１６を有する。第２遮光膜４１６は、狭帯域フィルタＸとフォトダイオード４０３との間に配置され、第１開口部４０６ａより大きな開口ｄ２が形成された第２開口部４１６ａを有する（ｄ２＜ｄ１）。
このような広帯域画素ユニット４０ａおよび狭帯域画素ユニット４１ａを用いて撮像素子２３ｂを構成し、広帯域画素ユニット４０ａに入射する光量を、狭帯域画素ユニット４１ａに入射する光量よりも小さくする光学部材として、第２開口部４１６ａの開口ｄ２を第１開口部４０６ａの開口ｄ１よりも大きく形成する。これにより、撮像素子２３ｂは、狭帯域画素に入射する光量を広帯域画素に入射する光量より大きくすることができるので、狭帯域画像および広帯域画像を同時に撮影する場合であっても、高画質な狭帯域画像を取得することができる。
以上説明した本実施の形態２の変形例によれば、第２開口部４１６ａの開口ｄ２が第１開口部４０６aの開口ｄ１よりも大きく形成し、狭帯域画素ユニット４１ａに入射する光量を広帯域画素ユニット４０ａに入射する光量より大きくすることができるので、狭帯域画像および広帯域画像を撮影する場合であっても、狭帯域画像および広帯域画像それぞれ高画質で取得することができる。
なお、本実施の形態２の変形例では、広帯域画素ユニット４０ａの第１遮光膜４０６の第１開口部４０６ａの開口および狭帯域画素ユニット４１ａの第２遮光膜４１６の第２開口部４１６ａの開口それぞれの大きさを変更することで、フォトダイオード４０３に入射する光量を調整していたが、例えばカラーフィルタ２３１とフォトダイオード４０３に形成された配線層４０４の領域や大きさを広帯域画素ユニット４０ａおよび狭帯域画素ユニット４１ａそれぞれで変更することによって、フォトダイオード４０３に入射する光量を調整してもよい。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３に係るカプセル型内視鏡システムは、上述した実施の形態１に係るカプセル型内視鏡の構成と異なる。このため、以下においては、本実施の形態３に係るカプセル型内視鏡の構成について説明する。なお、以下において、上述した実施の形態１に係るカプセル型内視鏡２と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図７は、本実施の形態３に係るカプセル型内視鏡２ａの機能構成を示すブロック図である。図７に示すカプセル型内視鏡２ａは、上述した実施の形態１に係るカプセル型内視鏡２の撮像素子２３に換えて、撮像素子２３ｃを備える。
撮像素子２３ｃは、制御部３０の制御のもと、光学系２２が受光面に結像した被写体像を受光して光電変換を行うことによって、被検体１００の撮像信号（画像データ）を生成する。撮像素子２３ｃは、受光部２３０と、カラーフィルタ２３１と、出力部２３２と、光学フィルタ２３４と、を有する。
光学フィルタ２３４は、少なくとも狭帯域の光を透過させるローパスフィルタを用いて構成され、カラーフィルタ２３１と受光部２３０との間に配置される。また、光学フィルタ２３４は、カラーフィルタ２３１と同様に矩形状をなす。
次に、光学フィルタ２３４の特性について説明する。図８は、カラーフィルタ２３１を構成する各フィルタの透過率と波長との関係を示す図である。図９は、光学フィルタ２３４の透過率と波長との関係を示す図である。図１０は、カラーフィルタ２３１および光学フィルタ２３４を合わせた透過率と波長との関係を示す図である。図８〜図１０において、横軸が波長を示し、縦軸が透過率を示す。また、図８において、曲線ＬＢが広帯域フィルタＢの透過率と波長との関係を示し、曲線ＬＧが広帯域フィルタＧの透過率と波長との関係を示し、曲線ＬＲが広帯域フィルタＲの透過率と波長との関係を示し、曲線Ｌxが狭帯域フィルタＸの透過率と波長との関係を示す。さらに、図９において、曲線Ｌｐが光学フィルタ２３４の透過率と波長との関係を示す。さらにまた、図１０において、曲線ＬＢ２が広帯域フィルタＢおよび光学フィルタ２３４を合わせた透過率と波長との関係を示し、曲線ＬＧ2が広帯域フィルタＧおよび光学フィルタ２３４を合わせた透過率と波長との関係を示し、曲線ＬＲ2が広帯域フィルタＲおよび光学フィルタ２３４を合わせた透過率と波長との関係を示し、曲線Ｌx2が狭帯域フィルタＸおよび光学フィルタ２３４を合わせた透過率と波長との関係を示す。
図８の曲線Ｌxに示すように、狭帯域フィルタＸの透過率は、広帯域フィルタＢ,Ｇ,Ｒそれぞれに対応する曲線ＬB,ＬG,ＬRに比して、分光感度が小さい。そこで、本実施の形態３では、図９の曲線Ｌpに示すように、所定の波長帯域、例えば波長４８０ｎｍ以上の光を制限する光学フィルタ２３４をカラーフィルタ２３１と受光部２３０との間に配置する。これにより、図１０の曲線ＬB2,ＬG2,ＬR2,ＬX2に示すように、狭帯域フィルタＸに対応する狭帯域画素と広帯域フィルタＢ,Ｇ,Ｒそれぞれに対応する広帯域画素の感度差が小さくなる。これにより、撮像素子２３ｃは、狭帯域画素に入射する光量と広帯域画素に入射する光量の差を小さくすることができるので、狭帯域画像および広帯域画像を同時に撮影する場合であっても、高画質な狭帯域画像を取得することができる。
以上説明した本実施の形態３によれば、光学フィルタ２３４が狭帯域画素に入射する光量と広帯域画素に入射する光量とを同等にするので、狭帯域画像および広帯域画像を同時に撮影する場合であっても、高画質な狭帯域画像を取得することができる。
なお、本実施の形態３では、光学フィルタ２３４がカラーフィルタ２３１と受光部２３０との間に配置されていたが、例えば光学フィルタ２３４、カラーフィルタ２３１および受光部２３０の順で配置して撮像素子２３ｃを構成してもよい。
（実施の形態３の変形例）
図１１は、本実施の形態３の変形例に係る光学フィルタの模式図である。図１２は、本実施の形態３の変形例に係る光学フィルタの配置を模式的に示す図である。
図１１および図１２に示すように、光学フィルタ２３４ａは、円環状をなす。光学フィルタ２３４ａは、少なくとも狭帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタを用いて構成される。また、光学フィルタ２３４ａは、光学系２２とカラーフィルタ２３１との間に配置される。さらに、光学フィルタ２３４ａは、光学系２２の瞳位置に配置される。これにより、撮像素子２３ｃは、狭帯域画素に入射する光量と広帯域画素に入射する光量とを同等にすることができるので、狭帯域画像および広帯域画像を同時に撮影する場合であっても、狭帯域画像および広帯域画像それぞれを高画質で取得することができる。
なお、本実施の形態３の変形例では、光学フィルタ２３４ａの形状が円環状であったが、光学フィルタを円盤状に形成し、中央を広帯域光および狭帯域光を透過可能なフィルタを設けてもよい。さらに、光学フィルタ２３４ａの中心から径方向に向けて透過する波長の透過率を徐々に変更させてもよい。
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態では、広帯域カラーフィルタが原色フィルタで構成されていたが、例えば補色の波長成分を有する光を透過する補色フィルタ（Ｃｙ,Ｍｇ,Ｙｅ）を用いてもよい。さらに、カラーフィルタを、原色フィルタと、オレンジおよびシアンの波長成分を有する光を透過するフィルタ（Ｏｒ,Ｃｙ）とによって構成されたカラーフィルタ（Ｒ,Ｇ,Ｂ,Ｏｒ,Ｃｙ）を用いてもよい。
上述した実施の形態では、カラーフィルタに、１つの種類の狭い波長帯域を透過させる狭帯域フィルタが設けられていたが、カラーフィルタ内に、複数種類の狭帯域フィルタを設けてもよい。例えば、上述した実施の形態１の青の４１５ｎｍ±３０ｎｍの波長帯域を透過する狭帯域フィルタＸと、例えば緑の５４０ｎｍ±３０ｎｍの波長帯域の光を透過させる狭帯域フィルタＹとを設けて、Ｘ画素とＹ画素から狭帯域画素を生成してもよい。
上述した実施の形態では、撮像装置をカプセル型内視鏡として説明していたが、撮像装置を、被検体に挿入される挿入部の先端側に備えた内視鏡であっても適用することができる。
１ カプセル型内視鏡システム
２,２ａ カプセル型内視鏡
３ 受信アンテナユニット
３ａ 受信アンテナ
４ 受信装置
５ 画像処理装置
２０ 筐体
２１ 電源部
２２ 光学系
２３,２３ａ,２３ｂ,２３ｃ 撮像素子
２４ 照明部
２５ 信号処理部
２６ 送信部
２７ 記録部
２８ タイマ
２９ 受信部
３０ 制御部
４０,４０ａ 広帯域画素ユニット
４１,４１ａ 狭帯域画素ユニット
５１ クレードル
５２ 操作入力デバイス
１００ 被検体
２０１ 筒部
２０２,２０３ ドーム部
２３０ 受光部
２３１ カラーフィルタ
２３２ 出力部
２３３ 撮像制御部
２３４,２３４ａ 光学フィルタ
４０１ 第１マイクロレンズ
４０２,４１２ 遮光層
４０３ フォトダイオード
４０４ 配線層
４０５ シリコン基板
４０６ 第１遮光膜
４０６ａ 第１開口部
４１１ 第２マイクロレンズ
４１６ 第２遮光膜
４１６ａ 第２開口部
Ｂ 広帯域フィルタ
Ｇ 広帯域フィルタ
Ｒ 広帯域フィルタ
Ｘ 狭帯域フィルタ

Claims (8)

  1. 二次元に配置され、外部から光を受光し、受光量に応じた撮像信号を生成して出力する複数の画素を有する受光部と、
    原色または補色の波長帯域の光を透過する複数の第１帯域フィルタと、前記複数の第１帯域フィルタの各々よりも狭い帯域の光を透過させる少なくとも１つの第２帯域フィルタと、を含むフィルタユニットを、前記複数の画素に対応させて配置したカラーフィルタと、
    前記第１帯域フィルタに対応する画素へ入射される光量よりも多くの光量が前記第２帯域フィルタに対応する画素へ入射されて前記受光部によって生成された前記撮像信号を出力する出力部と、
    前記第１帯域フィルタに対応する画素に入射する光量を、前記第２帯域フィルタに対応する画素に入射する光量よりも小さくする光学部材と、
    を有する撮像素子を備え、
    前記複数の画素の各々は、前記光学部材および前記カラーフィルタそれぞれを透過した光を受光して前記撮像信号を生成することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記撮像素子は、
    前記第１帯域フィルタに対応する画素から第１撮像信号の読み出しを実施した後に、前記第２帯域フィルタに対応する画素から第２撮像信号の読み出しを行う撮像制御部をさらに備え、
    前記出力部は、
    前記第１撮像信号および前記第２撮像信号を前記撮像信号として出力することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記撮像制御部は、前記第１帯域フィルタに対応する画素の露出時間より前記第２帯域フィルタに対応する画素の露出時間を長くすることによって、前記第１撮像信号および前記第２撮像信号それぞれの読み出しを行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
  4. 前記光学部材は、
    少なくとも前記狭い帯域の光を透過させる光学フィルタであり、
    前記光学フィルタは、
    前記カラーフィルタと前記複数の画素との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  5. 前記光学部材は、
    前記第１帯域フィルタに対応する画素に光を集光する第１マイクロレンズと、
    前記第２帯域フィルタに対応する画素に光を集光する第２マイクロレンズと、
    を有し、
    前記第２マイクロレンズの視野角は、前記第１マイクロレンズの視野角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  6. 前記光学部材は、
    前記第１帯域フィルタと前記第１帯域フィルタに対応する画素との間に配置され、所定の大きさで形成された第１開口部を有する第１遮光膜と、
    前記第２帯域フィルタと前記第２帯域フィルタに対応する画素との間に配置され、前記第１開口部より大きい開口が形成された第２開口部を有する第２遮光膜と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  7. 請求項１〜６のいずれかに記載の撮像装置を、挿入部の先端側に備えることを特徴とする内視鏡。
  8. 被検体内に導入可能なカプセル型の筐体と、
    前記筐体の内部に設けられる請求項１〜６のいずれかに記載の撮像装置と、
    を備えたことを特徴とするカプセル型内視鏡。
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