JP6734647B2 - Imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、可視画像と赤外画像を撮像する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device that captures a visible image and an infrared image.

従来から、昼夜連続で撮影を行う監視カメラ等の撮像装置(以下、単に撮像装置とする)においては、夜間時には赤外光を検出して撮影することが行われている。CCDセンサやCMOSセンサといった撮像センサの受光部であるフォトダイオードは、1300nm程度の近赤外の波長帯域まで受光可能であるため、これらの撮像センサを用いた撮像装置であれば、赤外帯域まで撮影することが原理的に可能である。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an imaging device such as a surveillance camera (hereinafter, simply referred to as an imaging device) that continuously shoots day and night, infrared light is detected and shooting is performed at night. Since a photodiode, which is a light receiving part of an image sensor such as a CCD sensor or a CMOS sensor, can receive light in the near infrared wavelength band of about 1300 nm, an image pickup device using these image sensors can detect light in the infrared band. In principle, it is possible to take a picture.

なお、人間の視感度が高い光の波長帯域は400nm〜700nmであることから、撮像センサにおいて近赤外光を検出すると、人間の目には映像が赤みを増して見えることになる。このため、昼間や屋内の明るい場所での撮影時は、撮像センサの感度を人間の視感度に合わせるために、撮像センサの前に赤外帯域の光を遮断する赤外カットフィルタを設けて、波長が700nm以上の光を除去することが望ましい。一方、夜間や暗い場所での撮影時には、赤外カットフィルタを設けずに撮影を行う必要がある。 Since the wavelength band of light with high human visibility is 400 nm to 700 nm, when near infrared light is detected by the image sensor, the image will appear reddish to human eyes. Therefore, when shooting in a bright place in the daytime or indoors, an infrared cut filter that blocks light in the infrared band is provided in front of the image sensor in order to match the sensitivity of the image sensor with the human visibility. It is desirable to remove light with a wavelength of 700 nm or more. On the other hand, when shooting at night or in a dark place, it is necessary to perform shooting without providing an infrared cut filter.

このような撮像装置としては、手動で赤外カットフィルタの取り付け・取り外しを行う撮像装置や、自動的に赤外カットフィルタを抜き差しする撮像装置が、従来から知られている。さらに、特許文献1には、上述した赤外カットフィルタの抜き差しを不要とした撮像装置が開示されている。 As such an image pickup device, an image pickup device in which an infrared cut filter is manually attached/removed and an image pickup device in which an infrared cut filter is automatically inserted/removed are conventionally known. Further, Patent Document 1 discloses an imaging device that does not require the insertion and removal of the infrared cut filter described above.

例えば、可視光帯域に透過特性を有し、可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域に遮断特性を有し、前記第1の波長帯域内の一部分である第2の波長帯域に透過特性を有する光学フィルタが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このフィルタによれば、可視光帯域と、可視光帯域の長波長側、すなわち、赤外側で、可視光帯域から離れた第2の波長帯域との両方で光が透過可能となっている。例えば、第2の波長帯域は、赤外照明の波長帯域と重なっており、可視光撮影と、赤外光照明を用いた夜間の赤外光撮影の両方を可能とする光学フィルタである。以下に、上述のように可視光帯域と、赤外側の第2の波長帯域との光を透過し、他の波長帯域の光を遮断する光学フィルタをDBPF(ダブル・バンド・パス・フィルタ)と称する。なお、このDBPFは特許文献1に記載された製法で作製されたものに限定されるものではない。 For example, a second wavelength band that has a transmission characteristic in the visible light band, has a blocking characteristic in a first wavelength band adjacent to the long wavelength side of the visible light band, and is a part of the first wavelength band. An optical filter having a transmission characteristic has been proposed (for example, refer to Patent Document 1). According to this filter, light can be transmitted in both the visible light band and the second wavelength band apart from the visible light band on the long wavelength side of the visible light band, that is, the infrared side. For example, the second wavelength band overlaps with the wavelength band of infrared illumination, and is an optical filter that enables both visible light photography and nighttime infrared light photography using infrared light illumination. Hereinafter, an optical filter that transmits light in the visible light band and the second wavelength band on the infrared side as described above and blocks light in other wavelength bands is referred to as a DBPF (double band pass filter). To call. The DBPF is not limited to the one manufactured by the manufacturing method described in Patent Document 1.

特許第5009395号公報Japanese Patent No. 5009395

ところで、特許文献1のDBPFでは、赤外(近赤外)の波長帯域に含まれる第2の波長帯域の光(赤外波長帯域に含まれる比較的狭い波長帯域)が常時遮断されずに光が透過することになる。すなわち、可視光帯域より長波長側をカットする赤外カットフィルタを用いた場合と異なり、可視光帯域での撮影において、第2の波長帯域を透過した赤外光の影響を少なからず受けることになる。 By the way, in the DBPF of Patent Document 1, the light of the second wavelength band included in the infrared (near infrared) wavelength band (the relatively narrow wavelength band included in the infrared wavelength band) is not always blocked Will be transmitted. That is, unlike the case of using an infrared cut filter that cuts the longer wavelength side than the visible light band, in the imaging in the visible light band, the influence of the infrared light transmitted through the second wavelength band is not small. Become.

可視光帯域での撮影として、カラーの撮影を行う撮像センサには、カラーフィルタが用いられている。カラーフィルタは、撮像センサの各画素に対応して赤、緑、青の各色の領域(フィルタ部)が所定のパターンで配置されている。これら各色の領域は、基本的には、各色の波長帯域に光の透過率のピークを有し、他の色の波長帯域の光の透過を制限(遮断)する。 A color filter is used for an image sensor that performs color imaging as imaging in the visible light band. In the color filter, regions (filter portions) of red, green and blue colors are arranged in a predetermined pattern corresponding to each pixel of the image sensor. Each of these color regions basically has a peak of light transmittance in the wavelength band of each color and limits (blocks) the transmission of light in the wavelength bands of other colors.

しかし、可視光帯域より長波長側では、各色の領域および波長によって透過率が異なるが、基本的に光を透過してしまう。したがって、赤外カットフィルタを用いれば、可視光帯域より長波長側の光がカットされるので問題ないが、上述のDBPFのように赤外側の第2の波長帯域で赤外光を透過すると、この赤外光がカラーフィルタを通過して撮像センサのフォトダイオード(受光素子)に至ってフォトダイオードにおける光電効果による電子の発生量を多くしてしまう。 However, on the longer wavelength side than the visible light band, although the transmittance differs depending on the region and wavelength of each color, light is basically transmitted. Therefore, if the infrared cut filter is used, there is no problem because light on the longer wavelength side than the visible light band is cut, but when infrared light is transmitted in the second wavelength band on the infrared side as in the DBPF described above, This infrared light passes through the color filter and reaches the photodiode (light receiving element) of the image sensor, increasing the amount of electrons generated by the photoelectric effect in the photodiode.

ここで、可視光でのカラー撮影と、赤外光照明での撮影との両方を行う上では、例えば、赤、緑、青の各色の領域が所定のパターンで配置されたカラーフィルタに、上述の第2の波長帯域に透過率のピークを有するような赤外光用の領域(赤外領域)を設けることが考えられる。例えば、カラーフィルタの配列(パターン)は、赤R、緑G、青B、赤外IRの4つの領域からなる。この場合に赤外光用の領域は、可視光帯域の光を遮断し、第2の波長帯域の光を主に透過させるものであるから、カラーフィルタの赤外光用の領域を通過した光を受ける撮像センサから出力される赤外光の画像信号を利用して、赤、緑、青の各色の画像信号から赤外光成分を除去することが考えられる。 Here, in performing both color photography with visible light and photography with infrared light illumination, for example, in the color filter in which regions of each color of red, green, and blue are arranged in a predetermined pattern, It is conceivable to provide an infrared light region (infrared region) having a transmittance peak in the second wavelength band. For example, an array (pattern) of color filters is composed of four regions of red R, green G, blue B, and infrared IR. In this case, since the infrared light region blocks light in the visible light band and mainly transmits light in the second wavelength band, the light passing through the infrared light region of the color filter is used. It is conceivable to remove the infrared light component from the image signal of each color of red, green, and blue by using the image signal of infrared light output from the image sensor that receives the light.

上述のように、赤外カットフィルタに代えてDBPFを用いた場合に、撮像センサのフォトダイオードでは、可視光帯域の光と第2の波長帯域の赤外光が入力することになる。これにより。赤外カットフィルタを用いた場合のように撮像センサのダイナミックレンジの全体を可視光で利用するのではなく、可視光と第2の波長帯域の赤外光とで利用することになる。これにより、可視画像信号を出力する際に、上述のように入力した赤外光の成分を除くものとしても、S/N比の悪化を招く虞がある。例えば、照明の色温度が低い場合に、赤外光の割合が高くなりすぎる虞がある。
図27のグラフは、色温度の異なる光の分光分布を示すものであり、横軸が光の波長(nm)であり、縦軸が分光分布のピークの値を1として分光分布を比率で表したものである。図27に示すように、色温度が高ければ、可視光帯域の光に対して赤外光の比率が低いが、色温度が低くなるにしたがって赤外光の割合が多くなる。例えば、400nm〜1300nmの波長範囲において、色温度が4000Kの場合に、700nmより長波長側の割合が短波長側より多くなる。
朝日や夕日の色温度はおおむね2000Kであり、通常の太陽光線は5000から6000K(6500K)である。ここで、スタジオ撮影のライト(写真・映画用タングステンランプ)が3200Kであり、カメラを用いた撮影においえは、低い色温度の照明が用いられる可能性があり、撮像センサのフォトダイオードで受光する赤外光の比率が高くなりすぎて、DBPFを用いて撮影された可視画像のS/N比が低くなってしまう。なお、スタジオ撮影のライトでなくても暖色系の照明では、色温度が低く、上述のようにDBPFを用いて撮影された可視画像のS/N比が低くなる虞がある。
As described above, when the DBPF is used instead of the infrared cut filter, light in the visible light band and infrared light in the second wavelength band are input to the photodiode of the image sensor. By this. The entire dynamic range of the image sensor is not used for visible light as in the case of using an infrared cut filter, but is used for visible light and infrared light in the second wavelength band. As a result, when the visible image signal is output, even if the component of the infrared light input as described above is removed, the S/N ratio may be deteriorated. For example, when the color temperature of illumination is low, the proportion of infrared light may be too high.
The graph of FIG. 27 shows the spectral distribution of light with different color temperatures, where the horizontal axis represents the wavelength of light (nm) and the vertical axis represents the spectral distribution peak value as 1 and the spectral distribution is expressed as a ratio. It was done. As shown in FIG. 27, if the color temperature is high, the ratio of infrared light to light in the visible light band is low, but the ratio of infrared light increases as the color temperature decreases. For example, in the wavelength range of 400 nm to 1300 nm, when the color temperature is 4000 K, the ratio on the long wavelength side of 700 nm is larger than that on the short wavelength side.
The color temperature of the morning sun and the setting sun is about 2000K, and the usual sun rays are 5000 to 6000K (6500K). Here, the light (tungsten lamp for photography/movies) taken in the studio is 3200K, and there is a possibility that lighting with a low color temperature may be used in shooting with a camera, and the photodiode of the image sensor receives light. The ratio of infrared light to be emitted becomes too high, and the S/N ratio of the visible image captured using the DBPF becomes low. It should be noted that even if it is not a light for studio shooting, warm-colored lighting has a low color temperature, and as described above, the S/N ratio of a visible image taken using DBPF may be low.

また、撮像センサにおいては、高画素化が進められているが、高画素化した場合に、撮像センサのフォトダイオードの赤外を含む長波長側の感度が高くなる傾向があり、高画素の撮像センサに上述のDBPFを用いて色温度の低い照明で撮影された可視画像のS/N比がさらに低下する虞がある。 In addition, although the number of pixels in image sensors is being increased, when the number of pixels is increased, the sensitivity of the photodiode of the image sensor on the long wavelength side including infrared rays tends to be high, and the image pickup of high pixels There is a possibility that the S/N ratio of the visible image captured by using the above-mentioned DBPF as a sensor under illumination with a low color temperature may be further reduced.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、赤外カットフィルタに代えてDBPFを用いて可視画像と赤外画像の撮影を可能とする場合に、可視画像のS/N比を向上することができる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and improves the S/N ratio of a visible image when it is possible to capture a visible image and an infrared image using a DBPF instead of the infrared cut filter. It is an object of the present invention to provide an imaging device that can do the above.

前記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、各画素に受光素子が配置された撮像センサと、
前記撮像センサ上に像を結ぶレンズを有する光学系と、
複数種類のフィルタ部が所定配列で前記撮像センサの前記画素の配置に対応して配置され、かつ、各種類のフィルタ部は、可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域の前記可視光帯域から離れた一部分である第2の波長帯域に透過特性を有するとともに可視光帯域における波長に応じた分光透過特性が互いに異なるフィルタと、
前記撮像センサから出力される信号を処理して可視画像信号および赤外画像信号を出力可能な信号処理デバイスとを備え、
前記フィルタの前記第2の波長帯域の透過率が前記フィルタの前記可視光帯域の透過率より低くなっていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an image pickup device of the present invention includes an image pickup sensor in which a light receiving element is arranged in each pixel
An optical system having a lens for forming an image on the image sensor,
A plurality of types of filter units are arranged in a predetermined arrangement corresponding to the arrangement of the pixels of the image sensor, and each type of filter unit has the first wavelength band adjacent to the long wavelength side of the visible light band. A filter having a transmission characteristic in a second wavelength band which is a part away from the visible light band and having spectral transmission characteristics different from each other according to a wavelength in the visible light band,
A signal processing device capable of processing a signal output from the image sensor to output a visible image signal and an infrared image signal,
The transmittance of the filter in the second wavelength band is lower than the transmittance of the filter in the visible light band.

本発明の前記構成において、前記フィルタは、可視光帯域に透過特性を有し、前記可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域に遮断特性を有し、前記第1の波長帯域内の前記可視光帯域から離れた一部分である第2の波長帯域に透過特性を有する光学フィルタと、
複数種類のフィルタ部が所定配列で前記撮像センサの前記画素の配置に対応して配置され、かつ、各種類のフィルタ部は、前記第2の波長帯域に透過特性を有するとともに可視光帯域における波長に応じた分光透過特性が互いに異なるカラーフィルタとを備え、
前記光学フィルタの前記第2の波長帯域の透過率が前記光学フィルタの前記可視光帯域の透過率より低くなっていることが好ましい。
In the above configuration of the present invention, the filter has a transmission characteristic in a visible light band, has a cutoff characteristic in a first wavelength band adjacent to a long wavelength side of the visible light band, and has a first wavelength band. An optical filter having a transmission characteristic in a second wavelength band, which is a part away from the visible light band,
A plurality of types of filter units are arranged in a predetermined arrangement corresponding to the arrangement of the pixels of the image sensor, and each type of filter unit has a transmission characteristic in the second wavelength band and a wavelength in the visible light band. With a color filter having different spectral transmission characteristics according to
It is preferable that the transmittance of the optical filter in the second wavelength band is lower than the transmittance of the optical filter in the visible light band.

このような構成によれば、フィルタは、複数種類のフィルタ部が所定配列で前記撮像センサの前記画素の配置に対応して配置され、かつ、各種類のフィルタ部は、可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域の前記可視光帯域から離れた一部分である第2の波長帯域に透過特性を有するとともに可視光帯域における波長に応じた分光透過特性が互いに異なる。さらに、
前記フィルタの前記第2の波長帯域の透過率が前記フィルタの前記可視光帯域の透過率より低くなっている。また、フィルタは、光学フィルタとカラーフィルタとからなっている・
なお、透過率は、例えば、可視光帯域において最大(極大)となる透過率を1または100とした場合の割合を示すものである。
たとえば、光学フィルタは、可視光帯域の光と、第2の波長帯域の赤外光を透過し、カラーフィルタの各種類のフィルタ部は、第2の波長帯域の赤外光を透過するとともにそれぞれ異なる可視光の波長帯域の光を透過することになるが、前記光学フィルタの前記第2の波長帯域の透過率が前記光学フィルタの前記可視光帯域の透過率より低くなっている。これにより、例えば、暖色系の照明で撮像した場合に、第2の波長帯域の赤外光の光量が多くなりすぎることにより可視画像のS/N比が悪化するのを防止できる。
すなわち、光学フィルタの第2の波長帯域の透過率を下げることで、撮像素子に受光される赤外光の光量を低減し、可視画像への影響を低減することができる。
According to such a configuration, in the filter, a plurality of types of filter units are arranged in a predetermined arrangement corresponding to the arrangement of the pixels of the image sensor, and each type of filter unit has a long wavelength in the visible light band. The second wavelength band, which is a part of the first wavelength band adjacent to the side away from the visible light band, has the transmission characteristic and the spectral transmission characteristics according to the wavelength in the visible light band are different from each other. further,
The transmittance of the filter in the second wavelength band is lower than the transmittance of the filter in the visible light band. The filter consists of an optical filter and a color filter.
Note that the transmittance indicates a ratio when the maximum (maximum) transmittance in the visible light band is set to 1 or 100, for example.
For example, the optical filter transmits light in the visible light band and infrared light in the second wavelength band, and each type of filter section of the color filter transmits infrared light in the second wavelength band and Although light in different visible wavelength bands is transmitted, the transmittance of the optical filter in the second wavelength band is lower than the transmittance of the optical filter in the visible light band. Accordingly, for example, when the image is captured by warm-colored illumination, it is possible to prevent the S/N ratio of the visible image from being deteriorated due to an excessively large amount of infrared light in the second wavelength band.
That is, by reducing the transmittance of the optical filter in the second wavelength band, it is possible to reduce the amount of infrared light received by the image sensor and reduce the influence on the visible image.

光学フィルタを透過する第2の波長帯域の光の量を減らす上では、光学フィルタにおける第2の波長帯域の幅、すなわち、波長の範囲を狭くすることが考えられるが、光学フィルタの製造時の第2の波長帯域の誤差や、入射角により透過する光の波長が変化することなどから第2の波長帯域の幅を狭くしてしまうと、赤外照明に用いられる赤外用のLEDの波長と、第2の波長帯域とがずれる虞がある。 To reduce the amount of light in the second wavelength band that passes through the optical filter, it is conceivable to narrow the width of the second wavelength band in the optical filter, that is, the wavelength range. If the width of the second wavelength band is narrowed due to an error in the second wavelength band or a change in the wavelength of the transmitted light depending on the incident angle, the wavelength of the infrared LED used for infrared illumination is , And the second wavelength band may deviate.

すなわち、LEDによる赤外照明下での撮影において、光学フィルタの製造誤差により、赤外照明が機能しなくなったり、光の入射角、すなわち、被写体の方向によって赤外照明が機能せずに暗くなるような可能性がある。それに対して透過率を下げることで赤外光量を低減する場合には、赤外光量を大きく下げる場合であっても第2の波長帯域の幅を狭くし過ぎる必要はないので、例えば、第2の波長帯域の赤外光を出射するLEDによる照明を確実に機能させることができる。 That is, in the image capturing under the infrared illumination by the LED, the infrared illumination does not function due to the manufacturing error of the optical filter, or the infrared illumination does not function and becomes dark depending on the incident angle of light, that is, the direction of the subject. There is a possibility. On the other hand, when the amount of infrared light is reduced by lowering the transmittance, it is not necessary to make the width of the second wavelength band too narrow even if the amount of infrared light is greatly reduced. Illumination by the LED that emits infrared light in the wavelength band can be surely functioned.

光学フィルタを透過する赤外光の光量を下げることで、撮影される可視画像のS/N比は改善するが、赤外画像撮影用の赤外光の光量が制限されることになるが、基本的に色温度がそれほど高くない明かりのもとでの撮影の場合に、過剰な赤外光が制限されるだけであり、十分に赤外光での撮影が可能である。また、夜間や色温度の高く暗い照明下では、赤外照明を用いて撮影を行うことができる。 By reducing the amount of infrared light that passes through the optical filter, the S/N ratio of a visible image to be captured is improved, but the amount of infrared light for capturing an infrared image is limited. Basically, in the case of shooting under a light whose color temperature is not so high, excess infrared light is only limited, and shooting with infrared light is sufficiently possible. In addition, at night or under dark lighting with high color temperature, it is possible to shoot using infrared lighting.

なお、光学フィルタを用いた撮像装置の設計においては、撮影時の加減となる色温度を設定し、当該色温度のS/N比が例えばー3dB以上となるに第2の波長の透過率を設定することが好ましい。この場合に、加減となる色温度の照明下において、撮像センサから出力される信号出力における可視光成分が70%以上、赤外成分が30%以下となっていることが好ましい。例えば、可視画像の撮影において、赤R、緑G、青B等の各色信号(色成分)から赤外信号(赤外成分)を除去することになるが、この際に除去される赤外成分が除去前の色成分の30%を越えない設定とすることが好ましい。 In the design of an image pickup device using an optical filter, a color temperature that is adjusted during shooting is set, and the transmittance of the second wavelength is set so that the S/N ratio of the color temperature becomes, for example, −3 dB or more. It is preferable to set. In this case, it is preferable that the visible light component in the signal output from the image sensor be 70% or more and the infrared component be 30% or less under the illumination of the color temperature to be adjusted. For example, in capturing a visible image, an infrared signal (infrared component) is removed from each color signal (color component) of red R, green G, blue B, etc., but the infrared component removed at this time is removed. Is preferably set not to exceed 30% of the color component before removal.

この場合に撮影に使用可能な照明の色温度の下限を何度に設定するかにもよるが、上述のように光学フィルタの第2の波長帯域の透過率が光学フィルタの可視光帯域の透過率より低くなっており、たとえば、第2の波長帯域の透過率が可視光帯域の透過率の60%以下となっていることが好ましい。なお、光学フィルタおよびカラーフィルタを透過する赤外光の光量の多さに基づく可視画像のS/N比の悪化を防止する上では、第2の波長帯域の透過率をさらに低く設定してもよく、例えば、光学フィルタの第2の波長帯域の透過率を光学フィルタの可視光帯域の透過率の50%。40%、30%、25%等に設定するものとしてもよい。 In this case, depending on how many times the lower limit of the color temperature of the illumination that can be used for shooting is set, as described above, the transmittance of the second wavelength band of the optical filter is the transmittance of the visible light band of the optical filter. It is preferable that the transmittance in the second wavelength band is 60% or less of the transmittance in the visible light band. In order to prevent the S/N ratio of the visible image from deteriorating due to the large amount of infrared light that passes through the optical filter and the color filter, even if the transmittance of the second wavelength band is set lower. Well, for example, the transmittance of the second wavelength band of the optical filter is 50% of the transmittance of the visible light band of the optical filter. It may be set to 40%, 30%, 25% or the like.

また、上述のように撮像センサが高画素化して画素数が多くなる場合、すなわち、画素数の増加に対して撮像センサ上の画素が小さくなると、可視光帯域より長波長側の近赤外の感度が高くなる傾向があることから、撮像センサの画素数が多くなることや、画素サイズが小さくなることに対応して、第2の波長帯域の透過率を低くすることが好ましい。 In addition, as described above, when the number of pixels of the image sensor increases and the number of pixels increases, that is, when the number of pixels on the image sensor decreases with an increase in the number of pixels, near-infrared rays on the longer wavelength side than the visible light band Since the sensitivity tends to increase, it is preferable to reduce the transmittance in the second wavelength band in response to the increase in the number of pixels of the image sensor and the decrease in the pixel size.

本発明の前記構成において、前記光学フィルタの前記第2の波長帯域の透過率が前記光学フィルタの前記可視光帯域の透過率の60%以下となっていることが好ましい。 In the above configuration of the present invention, it is preferable that the transmittance of the optical filter in the second wavelength band is 60% or less of the transmittance of the optical filter in the visible light band.

このような構成によれば、色温度の低い照明下で光学フィルタおよびカラーフィルタと透過する赤外光の光量を低下させ、上述のように可視画像のS/N比の向上を図ることができる。なお、第2波長帯域の透過率を上述のようにさらに下げるようにしてもよい。 With such a configuration, it is possible to reduce the amount of infrared light that passes through the optical filter and the color filter under illumination with a low color temperature, and to improve the S/N ratio of the visible image as described above. .. The transmittance in the second wavelength band may be further reduced as described above.

また、本発明の前記構成において、前記光学フィルタは、
前記可視光帯域および前記第2の波長帯域に透過特性を有する第1のフィルタと、
前記可視光帯域に透過特性を有し、前記第2の波長帯域を含む前記第1の波長帯域に透過特性を有し、前記第1の波長帯の透過率が前記可視光帯域の透過率より低くなっている第2のフィルタとを備えることが好ましい。
Further, in the configuration of the present invention, the optical filter,
A first filter having a transmission characteristic in the visible light band and the second wavelength band;
Having a transmission characteristic in the visible light band, having a transmission characteristic in the first wavelength band including the second wavelength band, the transmittance of the first wavelength band is greater than the transmittance of the visible light band. And a second filter that is low.

このような構成によれば、第1のフィルタと、第2のフィルタとを用いて、上述のように可視光帯域と第2の波長帯域とに透過特性を有し、かつ、可視光帯域の透過率より第2の波長帯域の透過率が低い光学フィルタを得ることができ、上述のような作用効果を得ることができる。 According to such a configuration, by using the first filter and the second filter, the visible light band and the second wavelength band have transmission characteristics as described above, and An optical filter having a transmittance in the second wavelength band lower than that in the transmittance can be obtained, and the above-described effects can be obtained.

この場合に撮像装置の機種によって、光学フィルタの可視光帯域に対する第2の波長帯域の透過率を変更する場合に、第2のフィルタを変更することにより対応可能であり、特殊な透過率スペクトルを有する光学フィルタ(第1のフィルタ)を変更するより容易に透過率の設定を変更できる可能性がある。言い換えれば、第1のフィルタを汎用的に用いることが可能になり、第1のフィルタのコストの低減を図ることができる。なお、第1のフィルタと第2のフィルタとは、互いに接するように重ねて配置してもよいし、離れて配置してもよいし、間に他の光学用の部材が配置されていてもよい。 In this case, depending on the model of the image pickup device, when the transmittance of the second wavelength band with respect to the visible light band of the optical filter is changed, it can be dealt with by changing the second filter, and a special transmittance spectrum can be obtained. There is a possibility that the setting of the transmittance can be changed more easily than changing the optical filter (first filter) that it has. In other words, the first filter can be used for general purposes, and the cost of the first filter can be reduced. In addition, the first filter and the second filter may be arranged so as to be in contact with each other so as to be overlapped with each other, or may be arranged apart from each other, or another optical member may be arranged therebetween. Good.

このような撮像装置におけるフィルタは、複数種類のフィルタ部が所定配列で前記撮像センサの前記画素の配置に対応して配置され、かつ、各種類のフィルタ部は、可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域の前記可視光帯域から離れた一部分である第2の波長帯域に透過特性を有するとともに可視光帯域における波長に応じた分光透過特性が互いに異なり、前記第2の波長帯域の透過率が前記フィルタの前記可視光帯域の透過率より低くなっている。 In the filter in such an image pickup device, a plurality of types of filter units are arranged in a predetermined arrangement corresponding to the arrangement of the pixels of the image sensor, and each type of filter unit is located on the long wavelength side of the visible light band. The second wavelength band, which has transmission characteristics in a second wavelength band that is a part of the first wavelength band adjacent to the first wavelength band adjacent to each other and has different spectral transmission characteristics according to wavelengths in the visible light band. Of the filter is lower than the transmittance of the filter in the visible light band.

また、前記フィルタは、可視光帯域に透過特性を有し、前記可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域に遮断特性を有し、前記第1の波長帯域内の前記可視光帯域から離れた一部分である第2の波長帯域に透過特性を有する光学フィルタと、
複数種類のフィルタ部が所定配列で前記撮像センサの前記画素の配置に対応して配置され、かつ、各種類のフィルタ部は、前記第2の波長帯域に透過特性を有するとともに可視光帯域における波長に応じた分光透過特性が互いに異なるカラーフィルタとを備え、
前記光学フィルタの前記第2の波長帯域の透過率が前記光学フィルタの前記可視光帯域の透過率より低くなっていることが好ましい。
Further, the filter has a transmission characteristic in a visible light band, a cutoff characteristic in a first wavelength band adjacent to a long wavelength side of the visible light band, and the visible light in the first wavelength band. An optical filter having a transmission characteristic in a second wavelength band that is a part away from the band;
A plurality of types of filter units are arranged in a predetermined arrangement corresponding to the arrangement of the pixels of the image sensor, and each type of filter unit has a transmission characteristic in the second wavelength band and a wavelength in the visible light band. With a color filter having different spectral transmission characteristics according to
It is preferable that the transmittance of the optical filter in the second wavelength band is lower than the transmittance of the optical filter in the visible light band.

本発明によれば、可視光帯域と赤外光帯域に透過性を有する光学フィルタを用いて可視画像と赤外画像とを撮影可能とする際に、可視画像のS/N比の向上を図ることができる。 According to the present invention, the S/N ratio of a visible image is improved when a visible image and an infrared image can be captured using an optical filter having a transparency in the visible light band and the infrared light band. be able to.

本発明の第1の実施の形態の撮像装置の像センサを示す概略図である。It is the schematic which shows the image sensor of the imaging device of the 1st Embodiment of this invention. 同、前記撮像センサのDBPFとカラーフィルタの透過率スペクトルを示すグラフである。3 is a graph showing a DBPF of the image sensor and a transmittance spectrum of a color filter. 同、前記撮像センサのDBPFの透過率スペクトルを示すグラフである。9 is a graph showing a DBPF transmittance spectrum of the image sensor. 同、前記撮像センサのDBPFの透過率スペクトルを示すグラフである。9 is a graph showing a DBPF transmittance spectrum of the image sensor. 同、前記撮像センサのDBPFとカラーフィルタの透過率スペクトルと、赤外照明の発光スペクトルを示すグラフである。3 is a graph showing a DBPF of the image sensor, a transmittance spectrum of a color filter, and an emission spectrum of infrared illumination. 同、前記撮像センサのDBPFとカラーフィルタの透過率スペクトルと、赤外照明の発光スペクトルを示すグラフである。3 is a graph showing a DBPF of the image sensor, a transmittance spectrum of a color filter, and an emission spectrum of infrared illumination. 同、撮像センサのカラーフィルタの配列を説明するための図であって、(a)は赤外のフィルタ部がない従来の配列を示す図であり、(b)、(c)、(d)は赤外のフィルタ部を有する配列を示す図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an array of color filters of the image sensor, FIG. 6A is a view showing a conventional array without an infrared filter section, and FIGS. FIG. 6 is a diagram showing an array having an infrared filter section. 同、前記撮像センサを有する撮像装置を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an image pickup apparatus having the image pickup sensor. 同、前記撮像装置の信号処理部における信号処理を説明するためのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram for explaining signal processing in a signal processing unit of the imaging device. 同、前記撮像装置の信号処理における内装処理を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining interior processing in the signal processing of the image pickup apparatus. 本発明の第2の実施の形態の撮像装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the imaging device of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の撮像装置の撮像センサのカラーフィルタの配列を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement of the color filter of the image sensor of the imaging device of the 3rd Embodiment of this invention. 同、前記撮像センサのDBPFとカラーフィルタの透過率スペクトルを示すグラフである。3 is a graph showing a DBPF of the image sensor and a transmittance spectrum of a color filter. 同、撮像センサのカラーフィルタの配列を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an array of color filters of the image sensor in the same manner. 同、カラーフィルタの配列を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an array of color filters of the same. 同、カラーフィルタの配列を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an array of color filters of the same. 同、各カラーフィルタの特性を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the characteristics of each color filter. 同、撮像装置における信号処理を説明するためのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram for explaining signal processing in the image pickup apparatus. 本発明の第4の実施の形態のカラーフィルタの配列を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement|sequence of the color filter of the 4th Embodiment of this invention. 同、前記撮像センサのDBPFとカラーフィルタの青Bの透過率スペクトルを示すグラフである。9 is a graph showing the DBPF of the image sensor and the blue B transmittance spectrum of the color filter. 同、前記撮像センサのDBPFとカラーフィルタの緑Gの透過率スペクトルを示すグラフである。9 is a graph showing the DBPF of the image sensor and the transmittance spectrum of green G of the color filter. 同、前記撮像センサのDBPFとカラーフィルタの赤Rの透過率スペクトルを示すグラフである。9 is a graph showing the DBPF of the image sensor and the transmittance spectrum of red R of the color filter. 同、前記撮像センサのDBPFとカラーフィルタのクリアCの透過率スペクトルを示すグラフである。9 is a graph showing the transmittance spectra of the DBPF of the image sensor and the clear C of the color filter. 本発明の第5の実施の形態の撮像装置の光学フィルタの第1のフィルタであるDBPFの透過率スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance spectrum of DBPF which is the 1st filter of the optical filter of the imaging device of the 5th Embodiment of this invention. 同、光学フィルタの第2のフィルタである赤外減光フィルタの透過率スペクトルを示すグラフである。6 is a graph showing a transmittance spectrum of an infrared neutral density filter that is a second filter of the optical filter. 同、第1のフィルタおよび第2のフィルタからなる光学フィルタの透過率スペクトルを示すグラフである。3 is a graph showing a transmittance spectrum of an optical filter including the first filter and the second filter. 色温度と分光分布の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between color temperature and spectral distribution.

以下、図面を参照しながら、本発明の第1の実施の形態の撮像装置について説明する。
本実施の形態の撮像装置10(図8に図示)は、例えば、図1に示す、撮像センサ(イメージセンサ)1を備えている。撮像センサ1は、図1に示すように、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサであるセンサ本体2と、センサ本体2の各画素に対応して赤(R)、緑(G)、青(B)、赤外(IR)の各領域(各色のフィルタ)を所定の配列で配置したカラーフィルタ3と、センサ本体2およびカラーフィルタ3上を覆うカバーガラス4と、カバーガラス4上に形成されたDBPF(ダブル・バンド・パス・フィルタ)5とを備える。
Hereinafter, the image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The imaging device 10 (illustrated in FIG. 8) of the present embodiment includes an imaging sensor (image sensor) 1 shown in FIG. 1, for example. As shown in FIG. 1, the image sensor 1 includes a sensor main body 2 which is a CCD (Charge Coupled Device) image sensor, and red (R), green (G), and blue (B) corresponding to each pixel of the sensor main body 2. ), an infrared (IR) region (filter of each color) is arranged in a predetermined arrangement, a cover glass 4 covering the sensor body 2 and the color filter 3, and a cover glass 4 formed on the cover glass 4. And a DBPF (double band pass filter) 5.

センサ本体2は、CCDイメージセンであり、各画素に受光素子としてのフォトダイオードが配置されている。なお、センサ本体2は、CCDイメージセンサに代えてCMOS(Complementary Metal・Oxide Semiconductor)イメージセンサであってもよい。なお、センサ本体2を撮像センサとし、撮像センサにカラーフィルタ3やDBPF5が取り付けられているものとしてもよい。 The sensor body 2 is a CCD image sensor, and a photodiode as a light receiving element is arranged in each pixel. The sensor body 2 may be a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor instead of the CCD image sensor. The sensor body 2 may be an image sensor, and the color filter 3 and the DBPF 5 may be attached to the image sensor.

センサ本体2には、カラーフィルタ3が設けられている。カラーフィルタ3は、図7(a)に示す一般的なベイヤ配列で各画素に配列されるR、G,Bの3つのフィルタ部を有するカラーフィルタ3xに対して、IRのフィルタ部が加えられている。なお、ベイヤ配列のフィルタにおいては、基本のパターンは、4行(横の並び)×4列(縦の並び)の16個の各色のフィルタ部からなっており、例えば、各フィルタ部をFと行数と列数で表すと、1行目がF11、F12、F13、F14で、2行目がF21、F22、F23、F24で、3行目がF31、F32、F33、F34で、4行目がF41、F42、F43、F44である。 A color filter 3 is provided on the sensor body 2. The color filter 3 has an IR filter section added to a color filter 3x having three R, G, and B filter sections arranged in each pixel in a general Bayer array shown in FIG. 7A. ing. In the Bayer array filter, the basic pattern is composed of 16 filter parts of each color in 4 rows (horizontal arrangement)×4 columns (vertical arrangement). In terms of the number of rows and columns, the first row is F11, F12, F13, F14, the second row is F21, F22, F23, F24, the third row is F31, F32, F33, F34, and the fourth row. The eyes are F41, F42, F43, and F44.

ベイヤ配列では、F12、F14、F21、F23、F32、F34、F41、F43の8個のフィルタ部がGとされ、F11、F13、F31、F33の4個のフィルタ部がRとされ、F22、F24、F42、F44の4個のフィルタ部がBとされている。なお、Gのフィルタ部の数をR、Bのフィルタ部の数の2倍としているのは、人間の目が緑に対して高い感受性を有することに基づく。なお、感受性の低い方を高解像度としても人間の目では認識できない可能性があるが、感受性の高い方を高解像度とすれば人間の目で認識できる可能性が高く、より解像度の高い画像と認識される。このベイヤ配列においては、Gのフィルタが行方向(水平方向)および列方向(垂直方向)にそれぞれ一つ置きに配置されて市松模様状とされ、残りの部分にRのフィルタ部と、Bのフィルタ部が互いに隣接することなく配置されている。 In the Bayer array, eight filter parts F12, F14, F21, F23, F32, F34, F41, and F43 are G, four filter parts F11, F13, F31, and F33 are R, and F22, Four filter units F24, F42, and F44 are designated as B. The reason why the number of G filter portions is twice the number of R and B filter portions is that human eyes have high sensitivity to green. It should be noted that even if the less sensitive one has a higher resolution, it may not be recognized by the human eye, but if the more sensitive one has a higher resolution, it is more likely to be recognized by the human eye, and a higher-resolution image will be obtained. Be recognized. In this Bayer array, G filters are arranged in alternate rows (horizontal direction) and column direction (vertical direction) to form a checkered pattern, and the remaining part has R filters and B filters. The filter parts are arranged without being adjacent to each other.

それに対して、本実施の形態のカラーフィルタ3としては、図7(b)に示すように、ベイヤ配列における8個のGのフィルタ部うちの4個をIRとすることにより、Rが4個、Gが4個、Bが4個、IRが4個となるカラーフィルタ3aが含まれる。すなわち、4行4列の基本配列において、R、G、B、IRの4種類のフィルタ部が、それぞれ4つずつ配置されるとともに、同じ種類のフィルタ部同士は互いに行方向および列方向で隣接しないように離れて配置され、各列にR、G、B、IRのフィルタ部がそれぞれ1つずつ配置され、1行置きにR、G、B、IRのフィルタ部のうちの2種類のフィルタ部がそれぞれ2つずつ配置されている。 On the other hand, in the color filter 3 of the present embodiment, as shown in FIG. 7B, four R out of eight G filter units in the Bayer array are set to IR, so that R is four. , G of 4, B of 4, and IR of 4 are included. That is, in the basic array of 4 rows and 4 columns, four types of R, G, B, and IR filter units are arranged, and four filter units of the same type are adjacent to each other in the row direction and the column direction. Are arranged apart from each other, one R, G, B, and IR filter units are arranged in each column, and two types of R, G, B, and IR filter units are arranged every other row. There are two parts each.

具体的には、F11、F13、F32、F34の4個のフィルタ部がRとされ、F12、F14、F31、F33の4個のフィルタ部がIRとされ、F21、F23、F42、F44の4個のフィルタ部がGとされ、F32、F34、F41、F42の4個のフィルタ部がBとされている。 Specifically, four filter parts F11, F13, F32, and F34 are set to R, four filter parts F12, F14, F31, and F33 are set to IR, and four filter parts F21, F23, F42, and F44 are set. The number of filter units is G, and the number of four filter units F32, F34, F41, and F42 is B.

この場合にGのフィルタ部が減ることにより、人間の目からは解像度が悪くなったように見える虞があるが、IRを含む各色が均等に配置され、補完(内挿)処理が容易になる。また、1、2行目と、3、4行目とで、各色の位置が横に一列ずれるように配置されている。言い換えれば、1、2行目と、3、4行目とで、色の配置が左右反転した配置となっている。 In this case, since the number of G filter portions is reduced, the resolution may appear to be poor to the human eye, but the colors including IR are evenly arranged and the complementing (interpolation) processing is facilitated. .. In addition, the positions of the respective colors in the first and second rows and the third and fourth rows are laterally offset by one column. In other words, the first and second rows and the third and fourth rows are arranged such that the color arrangement is horizontally reversed.

このようにすることで、4×4の配置において、各列に各色が1つずつ配置され、1行置きに各色が2つずつ配置されるので、縦方向(垂直方向)より横方向(水平方向)の解像度が高くなり、IRのフィルタ部を設けることによる水平方向の解像度の低下を抑制できる。なお、カラーフィルタ3aには、図7(b)に示すカラーフィルタ3aのパターンを左右反転したもの、上下反転したもの、180回転させたものも含まれる。また、時計回りに90度回転したもの、270度回転したものを含めてもよい。ただし、90度および270度回転したものは、水平方向より垂直方向の解像度が高くなる。 By doing so, in the 4×4 arrangement, each color is arranged in each column and two colors are arranged in every other row, so that the horizontal direction (horizontal direction) rather than the vertical direction (vertical direction) is arranged. The resolution of the horizontal direction is increased, and the reduction of the horizontal resolution due to the provision of the IR filter can be suppressed. It should be noted that the color filter 3a includes a pattern obtained by horizontally inverting the pattern of the color filter 3a shown in FIG. 7B, a vertically inverted pattern, and a 180-degree rotated pattern. It may also include those rotated 90 degrees clockwise and those rotated 270 degrees. However, those rotated by 90 degrees and 270 degrees have higher resolution in the vertical direction than in the horizontal direction.

また、カラーフィルタ3では、図7(c)に示すカラーフィルタ3bのように、人間の感受性が高いGを減らさずに、上述のベイヤ配列のカラーフィルタ3xのパターンの4つのBのうちの2つをIRとしてもよい。このカラーフィルタ3bは、4行4列の基本配列において、R、G、B、IRの4種類のフィルタ部のうちのGのフィルタ部が8つ、Rのフィルタ部が4つ、Bのフィルタ部およびIRのフィルタ部が2つずつ配置されるとともに、同じ種類のフィルタ部同士は互いに行方向および列方向で隣接しないように離れて配置されている。 Further, in the color filter 3, as in the color filter 3b shown in FIG. 7C, two of the four Bs of the pattern of the Bayer array color filter 3x are not reduced without reducing G, which has high human sensitivity. One may be IR. In the color filter 3b, in the basic array of 4 rows and 4 columns, 8 G filter sections, 4 R filter sections, and 4 B filter sections out of 4 types of R, G, B, and IR filter sections. And two IR filter sections are arranged, and filter sections of the same type are arranged so as not to be adjacent to each other in the row direction and the column direction.

具体的には、カラーフィルタ3bでは、F12、F14、F21、F23、F32、F34、F41、F43の8個のフィルタ部がGとされ、F11、F13、F31、F33の4個のフィルタ部がRとされ、F22、F44の2個のフィルタ部がBとされ、F24、F42の2個のフィルタ部がIRとされている。この場合、ベイヤ配列よりBの解像度が劣るがG、Rは、ベイヤ配列と同様の解像度となる。なお、カラーフィルタ3bには、図7(c)に示すカラーフィルタ3bのパターンを左右反転したもの、上下反転したもの、180回転させたものも含まれる。また、時計回りに90度回転したもの、270度回転したものは、左右反転したもの、上下反転したものと同じパターンとなる。 Specifically, in the color filter 3b, eight filter parts F12, F14, F21, F23, F32, F34, F41, and F43 are set to G, and four filter parts F11, F13, F31, and F33 are included. R, the two filter parts F22 and F44 are B, and the two filter parts F24 and F42 are IR. In this case, the resolution of B is inferior to that of the Bayer array, but the resolutions of G and R are the same as those of the Bayer array. It should be noted that the color filter 3b includes the pattern of the color filter 3b shown in FIG. 7C that is horizontally inverted, vertically inverted, and rotated 180 times. Further, a pattern rotated 90 degrees clockwise and a pattern rotated 270 degrees have the same pattern as a horizontally inverted pattern and a vertically inverted pattern.

また、IRの解像度を上げるために、図7(d)に示すカラーフィルタ3cのようにGを減らさずに、上述のベイヤ配列のカラーフィルタ3xのパターンの4つのBのうちの2つをIRとし、4つのRのうちの2つをIRとしてもよい。すなわち、カラーフィルタ3cは、4行4列の基本配列において、R、G、B、IRの4種類のフィルタ部のうちのGのフィルタ部が8つ、IRのフィルタ部が4つ、Rのフィルタ部およびBのフィルタ部が2つずつ配置されるとともに、同じ種類のフィルタ部同士は互いに行方向および列方向で隣接しないように離れて配置されている。 Further, in order to increase the resolution of IR, two of four B of the pattern of the above-mentioned Bayer array color filter 3x are set to IR without reducing G unlike the color filter 3c shown in FIG. 7D. And two of the four Rs may be IR. That is, in the color filter 3c, in the basic array of 4 rows and 4 columns, among the four types of R, G, B, and IR filter sections, there are eight G filter sections, four IR filter sections, and four R filter sections. Two filter parts and two filter parts of B are arranged, and the filter parts of the same kind are arranged so as not to be adjacent to each other in the row direction and the column direction.

より具体的には、図7(d)に示すように、カラーフィルタ3cでは、F12、F14、F21、F23、F32、F34、F41、F43の8個のフィルタ部がGとされ、F11、F33の2個のフィルタ部がRとされ、F22、F44の2個のフィルタ部がBとされ、F13、F24、F31、F42の4個のフィルタ部がIRとされている。この場合には、RとBの解像度はベイヤ配列より低下するが、Gの解像度は維持され、IRの解像度を確保することができる。なお、カラーフィルタ3cには、図7(d)に示すカラーフィルタ3bのパターンを左右反転したもの、上下反転したもの、180回転させたものも含まれる。また、時計回りに90度回転したもの、270度回転したものは、左右反転したもの、上下反転したものと同じパターンとなる。 More specifically, as shown in FIG. 7D, in the color filter 3c, eight filter parts F12, F14, F21, F23, F32, F34, F41, and F43 are set to G, and F11 and F33. The two filter portions of No. 2 are designated as R, the two filter portions of F22 and F44 are designated as B, and the four filter portions of F13, F24, F31, and F42 are designated as IR. In this case, the resolutions of R and B are lower than those of the Bayer array, but the resolution of G is maintained and the resolution of IR can be secured. The color filter 3c includes the pattern of the color filter 3b shown in FIG. 7D which is horizontally inverted, vertically inverted, and rotated 180 times. Further, a pattern rotated 90 degrees clockwise and a pattern rotated 270 degrees have the same pattern as a horizontally inverted pattern and a vertically inverted pattern.

カラーフィルタ3のRのフィルタ部、Gのフィルタ部およびBのフィルタ部は、それぞれ周知のフィルタを用いることができる。本実施の形態におけるRのフィルタ部、Gのフィルタ部およびBのフィルタ部の透過率スペクトルは、図2、図5および図6のグラフに示すようになっている。図2、図5および図6には、カラーフィルタ3の赤(R)、緑(G)、青(B)、赤外(IR)の各フィルタの透過率スペクトルが示されており、縦軸が透過率を示し、横軸が波長となっている。なお、透過率スペクトルのグラフにおいて、横軸はnm単位であり、縦軸は割合であり、たとえば、縦軸は、ピーク値を1または100として、それに対する透過率を示すものである。グラフにおける波長の範囲は、可視光帯域と近赤外帯域の一部を含むもので、例えば、300nm〜1100nmの波長範囲を示している。 Well-known filters can be used for the R filter section, the G filter section, and the B filter section of the color filter 3. The transmittance spectra of the R filter unit, the G filter unit, and the B filter unit in the present embodiment are as shown in the graphs of FIGS. 2, 5, and 6. 2, 5 and 6 show the transmittance spectra of the red (R), green (G), blue (B) and infrared (IR) filters of the color filter 3, the vertical axis. Indicates the transmittance, and the horizontal axis indicates the wavelength. In the graph of the transmittance spectrum, the horizontal axis represents the unit of nm and the vertical axis represents the ratio, and, for example, the vertical axis represents the transmittance with respect to the peak value of 1 or 100. The wavelength range in the graph includes the visible light band and a part of the near-infrared band, and shows a wavelength range of 300 nm to 1100 nm, for example.

例えば、Rのフィルタ部は、グラフのR(二重線)に示すように、波長600nmで略最大の透過率となり、その長波長側は、1000nmを超えても透過率が略最大の状態が維持された状態となる。 For example, as shown by R (double line) in the graph, the R filter portion has a maximum transmittance at a wavelength of 600 nm, and the long wavelength side thereof has a maximum transmittance even after exceeding 1000 nm. It will be maintained.

Gのフィルタ部は、グラフのG(間隔の広い破線)に示すように、波長が540nm程度の部分に透過率極大となるピークを有し、その長波長側の620nm程度の部分に、透過率極小となる部分がある。また、Gのフィルタ部は、透過率極小となる部分より長波長側が上昇傾向となり、850nm程度で透過率が略最大となる。それより長波長側では、1000nmを超えても透過率が略最大となった状態となっている。Bのフィルタ部は、グラフのB(間隔の狭い破線)に示すように、波長が460nm程度の部分に透過率が極大となるピークを有し、その長波長側の630nm程度の分部に、透過率が極小となる部分がある。また、それより長波長側が上昇傾向となり、860nm程度で透過率が略最大となり、それより長波長側では、1000nmを超えても透過率が略最大となった状態となっている。IRのフィルタ部は、780nm程度から短波長側の光を遮断し、1020nm程度から長波長側の光を遮断し、820nm〜920nm程度の部分で透過率が略最大となっている。 As indicated by G (broken dashed line) in the graph, the G filter section has a peak of maximum transmittance at a wavelength of about 540 nm and a transmittance at a wavelength of about 620 nm on the long wavelength side. There is a minimal part. Further, in the G filter part, the long wavelength side tends to increase from the part where the transmittance is minimum, and the transmittance becomes approximately maximum at about 850 nm. On the longer wavelength side, the transmittance is in the maximum state even if it exceeds 1000 nm. As indicated by B (narrow dotted line) in the graph, the B filter portion has a peak of maximum transmittance in a wavelength portion of about 460 nm, and a long wavelength side portion of about 630 nm, There are some parts where the transmittance is minimal. On the longer wavelength side, there is an increasing tendency, and the transmittance is approximately maximum at about 860 nm, and on the longer wavelength side, the transmittance is approximately maximum even if it exceeds 1000 nm. The IR filter part blocks light on the short wavelength side from about 780 nm, blocks light on the long wavelength side from about 1020 nm, and has a maximum transmittance at a portion of about 820 nm to 920 nm.

R、G、B、IRの各フィルタ部の透過率スペクトルは、図2等に示すものに限られるものではないが、現在、一般的に使用されているカラーフィルタ3では、これに近い透過率スペクトルを示すと思われる。なお、透過率を示す横軸の1は、光を100%透過することを意味するものではなく、カラーフィルタ3において、例えば、最大の透過率を示すものである。 The transmittance spectra of the R, G, B, and IR filter parts are not limited to those shown in FIG. 2 and the like. However, the transmittance of the color filter 3 which is generally used at present is close to this. It seems to show a spectrum. In addition, 1 on the horizontal axis indicating the transmittance does not mean that 100% of light is transmitted, but indicates, for example, the maximum transmittance in the color filter 3.

カバーガラス4は、センサ本体2およびカラーフィルタ3を覆って保護するものである。
DBPF5は、ここでは、カバーガラス4に成膜された光学フィルタである。DBPF5は、可視光帯域に透過特性を有し、可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域に遮断特性を有し、前記第1の波長帯域内の一部分である第2の波長帯域に透過特性を有する光学フィルタである。
The cover glass 4 covers and protects the sensor body 2 and the color filter 3.
The DBPF 5 is an optical filter formed on the cover glass 4 here. The DBPF 5 has a transmission characteristic in the visible light band, has a cutoff characteristic in the first wavelength band adjacent to the long wavelength side of the visible light band, and has a second wavelength that is a part of the first wavelength band. It is an optical filter having a transmission characteristic in the band.

すなわち、図2および図3のグラフに示すように、DBPF5は、グラフ上のDBPFに示すように、DBPF(VR)で示す可視光帯域と、可視光帯域に対して長波長側の少し離れた位置のDBPF(IR)で示す赤外帯域(第2の波長帯域)の2つの帯域の透過率が高くなっている。また、可視光帯域の透過率の高い帯域としてのDBPF(VR)は、例えば、370nm〜700nm程度の波長帯域となっている。また、赤外側で透過率が高い第2の波長帯域としてのDBPF(IR)は、例えば、830nm〜970nm程度の帯域となっている。なお、DBPF(IR)の赤外光が透過する波長範囲は、上述の波長帯域に限られるものではなく、カラーフィルタの分光特性や、赤外照明を備える場合に赤外照明の波長などを考慮して設定される。 That is, as shown in the graphs of FIGS. 2 and 3, the DBPF 5 is slightly separated from the visible light band indicated by DBPF (VR) on the long wavelength side with respect to the visible light band, as shown in the DBPF on the graphs. The transmittance of two bands in the infrared band (second wavelength band) indicated by the position DBPF (IR) is high. Further, DBPF (VR) as a band having a high transmittance in the visible light band is, for example, a wavelength band of about 370 nm to 700 nm. Further, the DBPF (IR) as the second wavelength band having a high transmittance on the infrared side is a band of about 830 nm to 970 nm, for example. The wavelength range in which the infrared light of DBPF (IR) is transmitted is not limited to the above-mentioned wavelength band, and the spectral characteristics of the color filter and the wavelength of the infrared illumination when equipped with the infrared illumination are taken into consideration. Is set.

本実施の形態では、DBPF5における透過率が可視光帯域(DBPF(VR))と赤外光帯域である第2の波長帯域(DBPF(IR)))とで異なるように設定され、可視光帯域の透過率より赤外光を透過する第2の波長帯域の透過率が低くされている。例えば、図2、図3等に示すように、DBPF5において、可視光帯域(DBPF(VR))のピーク(可視光帯域の最大値(極大値))の透過率を100とした場合に、第2の波長帯域(DBPF(IR)))のピークの透過率を50としている。すなわち、DBPF5において、第2の波長帯域のピークの透過率は、可視光帯域のピークの透過率の50%となっている。なお、DBPF5において、第2の波長帯域の透過率は、可視光帯域の透過率の50%に限られるものではないが、60%以下となっていることが好ましい。DBPFにおける可視光帯域に対する第2の波長帯域の透過率の割合は、撮影時の照明の色温度の下限、撮像センサ1の特性(面積、画素数等)DBPF5における第2の波長帯域の幅(波長範囲)によって設定される。なお、可視光帯域および第2の波長帯域の透過率、すなわち、所定の波長範囲となる波長帯域の透過率は、透過率スペクトルにおける波長帯域内でのピーク(最大値)となる透過率であってもよいし、波長帯域内で平均となる透過率であってもよい。すなわち、波長帯域の透過率の代表値として各種平均値や、最頻値や、中央値等を用いるものとしてもよい。 In the present embodiment, the transmittance in the DBPF 5 is set to be different in the visible light band (DBPF(VR)) and the second wavelength band (DBPF(IR)) that is the infrared light band, and the visible light band is set. The transmittance of the second wavelength band that transmits infrared light is lower than the transmittance of the above. For example, as shown in FIGS. 2 and 3, in the DBPF 5, when the transmittance of the peak (maximum value (maximum value) of the visible light band) of the visible light band (DBPF(VR)) is 100, The peak transmittance of the second wavelength band (DBPF(IR)) is set to 50. That is, in the DBPF 5, the peak transmittance in the second wavelength band is 50% of the peak transmittance in the visible light band. In the DBPF 5, the transmittance in the second wavelength band is not limited to 50% of the visible light band, but is preferably 60% or less. The ratio of the transmittance of the second wavelength band to the visible light band in the DBPF is the lower limit of the color temperature of the illumination at the time of shooting, the characteristics of the image sensor 1 (area, number of pixels, etc.), and the width of the second wavelength band in the DBPF 5 ( Wavelength range). The transmittance in the visible light band and the second wavelength band, that is, the transmittance in the wavelength band within the predetermined wavelength range is the transmittance at the peak (maximum value) in the wavelength band in the transmittance spectrum. The average transmittance may be used in the wavelength band. That is, various average values, mode values, median values, etc. may be used as the representative values of the transmittance in the wavelength band.

撮像装置の設計に際しては、使用可能な照明の色温度の下限値等が想定される場合がある。例えば、照明の色温度の下限値を3000Kとすると、照明における可視光と赤外光の比率において、赤外光の比率が多くなり、赤外カットフィルタを用いることなく、DBPF5を用いて撮像した場合に、撮像センサ1から出力される可視光の信号に対して、赤外光の信号の割合が高くなる。すなわち、撮像センサ1のダイナミックレンジにおける赤外光の占める割合が照明の色温度が低くなるほど高くなり、ダイナミックレンジにおける可視光の占める割合が低くなることから、可視光で撮影された可視画像のS/Nが低下することになる。例えば、撮像時に撮像素子から出力される信号のうちの3割程度が赤外光で7割程度が可視光となる場合に、例えば、可視画像のS/N比が−3dB程度となり、用途にもよるが許容範囲となる場合が多く、可視画像のS/N比は、−3dB以上となっていることが好ましい。 In designing the image pickup apparatus, there are cases where the lower limit value of the color temperature of usable illumination is assumed. For example, if the lower limit value of the color temperature of the illumination is 3000 K, the ratio of the infrared light in the ratio of visible light to the infrared light in the illumination increases, and the image is captured using the DBPF 5 without using the infrared cut filter. In this case, the ratio of the infrared light signal to the visible light signal output from the image sensor 1 is high. That is, the proportion of infrared light in the dynamic range of the image sensor 1 increases as the color temperature of the illumination decreases, and the proportion of visible light in the dynamic range decreases, so that the S of the visible image captured with visible light is reduced. /N will decrease. For example, when about 30% of the signal output from the image sensor at the time of image pickup is infrared light and about 70% is visible light, for example, the S/N ratio of the visible image is about -3 dB, However, the S/N ratio of the visible image is preferably -3 dB or more.

したがって、DBPF5における可視光帯域に対する第2の波長帯域の透過率の割合は、撮像装置10で使用可能とする照明の下限の色温度、第2の波長帯域の波長範囲(幅)、撮像センサ1から出力される可視光信号と赤外光信号の割合等を考慮して決定され、上述のように、DBPF5において、第2の波長帯域の透過率を、可視光帯域の透過率の50%としたが、例えば、図4に示すように、透過率を25%としてもよい。例えば、撮像センサ1が高解像度で画素の面積が小さいほど、使用する照明の色温度が低いほど第2の波長帯域の透過率を低くすることが好ましい。 Therefore, the ratio of the transmittance of the second wavelength band to the visible light band in the DBPF 5 is the lower limit color temperature of the illumination that can be used by the imaging device 10, the wavelength range (width) of the second wavelength band, and the imaging sensor 1. It is determined in consideration of the ratio of the visible light signal and the infrared light signal output from the device, and as described above, in the DBPF 5, the transmittance of the second wavelength band is set to 50% of the transmittance of the visible light band. However, for example, as shown in FIG. 4, the transmittance may be 25%. For example, it is preferable that the higher the resolution of the image sensor 1 is, the smaller the pixel area is, and the lower the color temperature of the illumination used is, the lower the transmittance of the second wavelength band is.

本実施の形態では、上述のカラーフィルタ3の各フィルタ部の透過率スペクトルと、DBPF5の透過率スペクトルの関係が以下のように規定されている。すなわち、DBPF5の透過率スペクトルの赤外光を透過する第2の波長帯域となるDBPF(IR)は、Rのフィルタ部、Gのフィルタ部、Bのフィルタ部の全てが略最大の透過率となって各フィルタ部で透過率が略同じとなる図2に示す波長帯域A内に含まれ、かつ、IRのフィルタ部の略最大の透過率で光を透過する波長帯域B内に含まれるようになっている。 In the present embodiment, the relationship between the transmittance spectrum of each filter section of the color filter 3 and the transmittance spectrum of the DBPF 5 is defined as follows. That is, in DBPF (IR) that is the second wavelength band that transmits infrared light in the transmittance spectrum of DBPF 5, all of the R filter unit, the G filter unit, and the B filter unit have substantially maximum transmittance. Therefore, it is included in the wavelength band A shown in FIG. 2 in which the transmittances of the respective filter parts are substantially the same, and also included in the wavelength band B in which light is transmitted at the substantially maximum transmittance of the IR filter part. It has become.

なお、波長帯域Aより短波長側では、透過率が略最大のRのフィルタ部に対して、G、Bのフィルタ部の透過率が低くなる。DBPF5では、このR、G、Bの各フィルタ部の透過率に差がある部分が、可視光帯域の透過率が高い部分であるDBPF(VR)と、赤外光帯域の第2の波長帯域の透過率の高い部分であるDBPF(IR)との間のDBPF5の光を略遮断する透過率が極小となる部分に対応する。すなわち、赤外側では、R、G、Bの各フィルタ部の透過率の差が大きくなり、かつ、DBPF(IR)より透過率が低くなる虞のある部分の光の透過がカットされ、それより長波長側で各フィルタ部の透過率がDBPF(IR)より確実に高くなる波長帯域Aで光を透過するようになっている。 On the shorter wavelength side than the wavelength band A, the transmittances of the G and B filter portions are lower than that of the R filter portion, which has a maximum transmittance. In the DBPF 5, a portion having a difference in transmittance between the R, G, and B filter portions is a portion having a high transmittance in the visible light band, DBPF (VR), and a second wavelength band in the infrared light band. Corresponds to the portion where the transmittance of the DBPF 5 between the DBPF (IR), which is a portion having a high transmittance, and which substantially blocks the light of the DBPF 5, is the minimum. That is, on the infrared side, the difference in transmittance between the R, G, and B filter portions becomes large, and the transmission of light at a portion where the transmittance may be lower than that of DBPF (IR) is cut. Light is transmitted in the wavelength band A in which the transmittance of each filter unit is surely higher than that of DBPF (IR) on the long wavelength side.

以上のことから、本実施の形態において、赤外光カットフィルタに代えて用いられるDBPF5では、可視光帯域だけではなく、赤外光側の第2の波長帯域にも光を透過する領域があるため、可視光によるカラー撮影に際して、第2の波長帯域を通過した光の影響を受けることになる。この際にカラーフィルタ3のRGBの各フィルタ部を通過した光が撮像センサで受光される場合に、DBPF5の可視光帯域の透過率に対する第2の波長帯域の透過率を低く設定することにより、可視光に対する赤外光の比率が多くなりすぎて、可視光による可視画像のS/N比が低下するのを防止することができる。 From the above, in the present embodiment, the DBPF 5 used in place of the infrared cut filter has a region that transmits light not only in the visible light band but also in the second wavelength band on the infrared light side. Therefore, in color imaging with visible light, light is affected by light that has passed through the second wavelength band. At this time, when the light passing through each of the RGB filters of the color filter 3 is received by the image sensor, by setting the transmittance of the second wavelength band to the transmittance of the visible light band of the DBPF 5 low, It is possible to prevent the S/N ratio of a visible image from being lowered due to visible light because the ratio of infrared light to visible light becomes too large.

また、DBPF5の第2の波長帯域がR、G、Bの各フィルタ部で透過率が異なる部分の光を透過せず、各フィルタ部の透過率が略最大となって略同じ透過率となる波長帯域の光だけを透過するようになっている。 Further, the second wavelength band of the DBPF 5 does not transmit the light of the portions having different transmittances in the R, G, and B filter portions, and the transmittances of the respective filter portions become substantially maximum, and the transmittances become substantially the same. Only the light in the wavelength band is transmitted.

また、DBPF5の第2の波長低域においては、IRのフィルタ部で透過率が略最大となる部分の光を透過するようになっている。したがって、略同じ光が照射される極めて近接した4つの画素にR、G、B、IRのフィルタ部がそれぞれ設けられていると仮定した場合に、第2の波長帯域においては、Rのフィルタ部、Gのフィルタ部、Bのフィルタ部、IRのフィルタ部で略同様に光が通過することになり、赤外側の光としては、IRを含む各フィルタ部で略同じ光量の光が撮像センサ本体の上述の画素のフォトダイオードに至ることになる。すなわち、R、G、Bの各フィルタを透過する光のうちの赤外側の第2の波長帯域を通過する光の光量は、IRのフィルタ部を通過する光の光量と同様となる。上述のように仮定した場合に、基本的にR、G、Bの各フィルタを透過した光を受光したセンサ本体2からの上述のように仮定された画素の出力信号とIRのフィルタを通過した光を受光したセンサ本体2からの上述のように仮定された画素の出力信号との差分が、各R、G、Bのフィルタ部で通過した赤外側の光をカットしたR、G、Bそれぞれの可視光部分の出力信号となる。 Further, in the second wavelength low range of the DBPF 5, the light of the portion where the transmittance is substantially maximum in the IR filter portion is transmitted. Therefore, assuming that the R, G, B, and IR filter sections are respectively provided in four pixels that are extremely close to each other and are irradiated with substantially the same light, in the second wavelength band, the R filter section is provided. , G filter section, B filter section, and IR filter section pass light in substantially the same way, and as infrared side light, light having substantially the same light amount in each filter section including IR is obtained in the image sensor main body. The above-mentioned pixel photodiode is reached. That is, the amount of light that passes through the second wavelength band on the infrared side of the light that passes through the R, G, and B filters is the same as the amount of light that passes through the IR filter unit. When the above assumption is made, basically, the output signal of the pixel assumed as described above from the sensor main body 2 that receives the light transmitted through each of the R, G, and B filters and the IR filter is transmitted. The difference from the output signal of the pixel assumed as described above from the sensor main body 2 that receives the light is R, G, and B that cut the infrared-side light that has passed through the R, G, and B filter units, respectively. It becomes the output signal of the visible light part of.

実際には、カラーフィルタ3(3a、3b、3c)の各パターンに示したように、センサ本体2の各画素にR、G、B、IRのいずれか1つのフィルタ部が配置されることになり、各画素に照射される各色の光のそれぞれの光量が異なるものとなる可能性が高いので、例えば、各画素において、周知の内挿法(補間法)を用いて、各画素の各色の輝度を求め、この補間された各画素のR、G、Bの輝度と、同じく補間されたIRの輝度との差分をそれぞれR、G、Bの輝度とすることが可能である。なお、R、G、Bの各色の輝度から赤外光成分を除く画像処理方法は、これに限られるものではなく、最終的にR、G、Bの各輝度から第2の波長帯域を通過した光の影響をカットできる方法であれば、いずれの方法を用いてもよい。いずれの方法においても、DBPF5が、赤外側でR、G、Bのフィルタ部の透過率が20%より異なる部分、すなわち、透過率が所定割合より異なる部分をカットしているので、各画素において、赤外光の影響を除く処理が容易となる。 Actually, as shown in each pattern of the color filter 3 (3a, 3b, 3c), one of the R, G, B, and IR filter portions is arranged in each pixel of the sensor body 2. Therefore, since it is highly possible that the respective light amounts of the respective colors of light with which each pixel is irradiated are different, for example, in each pixel, a well-known interpolation method (interpolation method) is used, It is possible to obtain the luminance, and use the difference between the interpolated R, G, and B luminance of each pixel and the interpolated IR luminance as the R, G, and B luminance, respectively. Note that the image processing method for removing the infrared light component from the brightness of each color of R, G, B is not limited to this, and finally the brightness of each of R, G, B passes through the second wavelength band. Any method may be used as long as it is a method capable of cutting the influence of the above-mentioned light. In any of the methods, the DBPF 5 cuts a portion where the transmittance of the R, G, and B filter portions on the infrared side is different from 20%, that is, a portion where the transmittance is different from a predetermined ratio, so that each pixel has , The processing for removing the influence of infrared light becomes easy.

また、この撮像センサ1の用途としては、カラー撮影と、赤外光撮影との両方が可能な撮像装置において、撮像センサとして用いることである。一般的には、通常の撮影をカラー撮影で行い、夜間に可視光の照明を用いることなく、人間には認識困難な赤外光の照明を用いて赤外撮影することが考えられる。例えば、各種監視カメラ等において、夜間照明を必要としないか、夜間照明されないことが好ましい場所での夜間撮影に際し、赤外光照明を用いた赤外光による夜間撮影を行うことが考えられる。また、野生動物の観察のための昼間の撮影と夜間の撮影などの用途にも用いることができる。 The image sensor 1 is used as an image sensor in an image pickup apparatus capable of both color image pickup and infrared light image pickup. Generally, it is conceivable that normal photography is performed by color photography and infrared photography is performed at night using infrared illumination that is difficult for humans to recognize, without using visible illumination. For example, in various surveillance cameras and the like, it is conceivable to perform nighttime shooting with infrared light using infrared light illumination at the time of nighttime shooting in a place where nightlighting is not necessary or is preferably not illuminated at nighttime. It can also be used for daytime photography and nighttime photography for observing wildlife.

赤外光撮影を夜間撮影として用いる場合には、赤外光であっても可視光と同様に、夜間は光量が不足するので、赤外光照明が必要となる。図5に示すDBPF5の透過率スペクトルは、R、G、B、IRの各フィルタ部の透過率スペクトルと、赤外光照明用の光、例えば、照明用赤外光LEDの発光スペクトルを考慮して決定されたものである。図5では、図2と同様の各色のフィルタ部の透過率スペクトルR、G、B、IRと、DBPF5の透過率スペクトルDBPFに加えて、LED照明の発光スペクトルIR−lightが図示されている。 When infrared light photography is used as nighttime photography, infrared light illumination is necessary because even in the case of infrared light, the amount of light is insufficient at night as in the case of visible light. The transmittance spectrum of the DBPF 5 shown in FIG. 5 considers the transmittance spectrum of each of the R, G, B, and IR filter parts and the light for infrared light illumination, for example, the emission spectrum of the infrared LED for illumination. It was decided by. In FIG. 5, in addition to the transmittance spectra R, G, B, and IR of the filter parts of the respective colors similar to FIG. 2 and the transmittance spectrum DBPF of the DBPF 5, the emission spectrum IR-light of the LED illumination is illustrated.

図5に示すDBPFの赤外光を透過する部分であるDBPF(IR)で示す第2の波長帯域は、図2に示すDBPFと同様に、Rのフィルタ部、Gのフィルタ部、Bのフィルタ部の全てが略最大の透過率となって各フィルタ部で透過率が略同じとなる図2に示す波長帯域A内に含まれ、かつ、IRのフィルタ部の最大の透過率で光を透過する波長帯域B内に含まれるようになっている。 The second wavelength band indicated by DBPF (IR), which is a portion of the DBPF shown in FIG. 5 that transmits infrared light, has an R filter section, a G filter section, and a B filter similar to the DBPF shown in FIG. All of the parts have a maximum transmittance and are included in the wavelength band A shown in FIG. 2 in which the transmittances of the respective filter parts are substantially the same, and the light is transmitted at the maximum transmittance of the IR filter part. It is included in the wavelength band B that is set.

それに加えて、上述の波長帯域Aと波長帯域Bとの両方に含まれる赤外光照明の発光スペクトルのピークとなる波長帯域の略全体がDBPF(IR)の波長帯域に含まれるようになっている。なお、赤外光撮影を夜間の自然光ではなく、赤外光照明下で行う場合にDBPF(IR)で示す第2の波長帯域が赤外光照明の光学スペクトルのピーク幅より広い必要はなく、赤外光照明のスペクトルが上述の波長帯域Aおよび波長帯域Bの両方に含まれる場合に、赤外光照明の発光スペクトルの例えば860程度を頂点とするピークのピーク幅と略同様のピーク幅で第2の波長帯域としてDBPF(IR)で示されるDBPF5の透過率のピーク部分を設けてもよい。 In addition, almost the entire wavelength band that is the peak of the emission spectrum of infrared light illumination that is included in both the wavelength band A and the wavelength band B is included in the DBPF (IR) wavelength band. There is. It should be noted that when infrared light imaging is performed under infrared light illumination instead of natural light at night, the second wavelength band indicated by DBPF(IR) does not need to be wider than the peak width of the optical spectrum of infrared light illumination. When the spectrum of the infrared light illumination is included in both the wavelength band A and the wavelength band B, the peak width of the peak of the emission spectrum of the infrared light illumination, for example, having a peak at about 860 is approximately the same as the peak width. A peak portion of the transmittance of DBPF5 represented by DBPF(IR) may be provided as the second wavelength band.

すなわち、図5においては、IR−lightで示す赤外光照明の発光スペクトルにおけるピークが上述の波長帯域Aおよび波長帯域Bの短波長側にあり、DBPF(IR)で示すDBPFの第2の波長帯域が波長帯域Aおよび波長帯域Bの短波長側部分のIR−lightにおける発光スペクトルのピークと略重なるようになっている。 That is, in FIG. 5, the peak in the emission spectrum of the infrared light illumination indicated by IR-light is on the short wavelength side of the wavelength band A and the wavelength band B described above, and the second wavelength of the DBPF indicated by DBPF(IR). The band is designed to substantially overlap the peaks of the emission spectrum in the IR-light in the short wavelength side portions of the wavelength band A and the wavelength band B.

また、図6に示すグラフも、図5に示すグラフと同様に、図2に示すグラフに赤外光照明の発光スペクトルを加えるとともに、DBPF5の透過率スペクトルの赤外側の透過率が高い部分であるDBPF(IR)で示す第2の波長帯域を上述の赤外光照明のIR−lightで示す発光スペクトルのピークに合わせたものである。 Further, similarly to the graph shown in FIG. 5, in the graph shown in FIG. 6, the emission spectrum of infrared light illumination is added to the graph shown in FIG. 2 and the transmittance spectrum on the infrared side of the transmittance spectrum of DBPF5 is high. The second wavelength band represented by a certain DBPF (IR) is matched with the peak of the emission spectrum represented by IR-light of the above infrared light illumination.

図6においては、赤外光照明として、図5に示す場合よりも発光スペクトルのピークの波長が長いものを用いており、このピークは、上述の波長帯域Aおよび波長帯域Bに含まれるとともに、波長帯域Aおよび波長帯域Bの長波長側に存在する。それに対応してDBPF5のDBPF(IR)で示す第2の波長帯域が上述の波長帯域Aおよび波長帯域B内で赤外照明のIR−lightで示されるピークと略重なるように設けられている。 In FIG. 6, as the infrared light illumination, one having a longer peak wavelength of the emission spectrum than that shown in FIG. 5 is used, and this peak is included in the above-mentioned wavelength band A and wavelength band B, and It exists on the long wavelength side of wavelength band A and wavelength band B. Correspondingly, the second wavelength band indicated by DBPF(IR) of DBPF 5 is provided so as to substantially overlap with the peak indicated by IR-light of infrared illumination within the above-mentioned wavelength band A and wavelength band B.

なお、DBPF5の第2の波長帯域は、図2、図5、図6のいずれに示すものであってもよく、第2の波長帯域が上述の波長帯域Aと波長帯域Bとの両方に含まれていればよい。また、夜間の赤外光撮影で用いられる赤外光照明の発光スペクトルのピークとなる波長帯域が決まっている場合に、その波長帯域を上述の波長帯域Aと波長帯域Bの両方に含まれるようにするとともに、赤外光照明の発光スペクトルのピークにDBPF5の第2の波長帯域を合わせることが好ましい。 The second wavelength band of the DBPF 5 may be any of those shown in FIGS. 2, 5, and 6, and the second wavelength band is included in both the wavelength band A and the wavelength band B described above. It should be. Further, when the wavelength band that is the peak of the emission spectrum of the infrared light illumination used for night-time infrared light photography is determined, the wavelength band is included in both the wavelength band A and the wavelength band B described above. In addition, it is preferable to match the second wavelength band of the DBPF 5 with the peak of the emission spectrum of infrared light illumination.

このような撮像センサ1を有する撮像装置10にあっては、DBPF5の赤外側で光を透過する第2の波長帯域が、R、G、B、IRの各フィルタ部の赤外側で、各フィルタ部の透過率が略最大となって、各フィルタ部の透過率が略同じとなる波長帯域Aに含まれるとともに、IRのフィルタ部の透過率が略最大となる波長帯域Bに含まれる。言い換えれば、可視光帯域より長波長側で、R、G、Bの各フィルタの透過率がRのフィルタ部だけ略最大となって、G、Bのフィルタ部は透過率が略最大となっていないことにより、R、G、Bの各フィルタ部の透過率が略同じとならずに異なる部分の光は、DBPF5によりカットされる。 In the image pickup apparatus 10 having such an image pickup sensor 1, the second wavelength band that transmits light on the infrared side of the DBPF 5 is on the infrared side of each of the R, G, B, and IR filter sections, and each filter is It is included in the wavelength band A in which the transmittance of each part is approximately the maximum and the transmittances of the respective filter parts are approximately the same, and is included in the wavelength band B in which the transmittance of the IR filter part is approximately the maximum. In other words, on the long wavelength side of the visible light band, the transmittance of each of the R, G, and B filters is substantially maximum only in the R filter section, and the transmittance of the G and B filter sections is substantially maximum. Since there is no such light, the light of different portions where the transmittances of the R, G, and B filter portions are not substantially the same are cut by the DBPF 5.

すなわち、R、G、B、IRの各フィルタ部では、赤外側で第2の波長帯域の光が透過するようになっていることから各フィルタ部における赤外側の透過率が全て略同じとなり、第2の波長帯域となる光が同じ光量で照射されれば、R、G、B、IRの各フィルタ部における透過光量が同じになる。これにより、上述のようにR、G、Bの各フィルタ部に対応する画素からの出力信号に基づく色を補正し、カラー撮影時の色の第2の波長帯域を通過する赤外光による影響を抑制した画像を容易に得ることができる。 That is, in each of the R, G, B, and IR filter parts, the light of the second wavelength band is transmitted on the infrared side, so that the infrared side transmittances of all the filter parts are substantially the same, If the light in the second wavelength band is irradiated with the same amount of light, the amount of transmitted light in each of the R, G, B, and IR filter sections becomes the same. As a result, the color based on the output signal from the pixel corresponding to each of the R, G, and B filter units is corrected as described above, and the influence of the infrared light passing through the second wavelength band of the color at the time of color photographing is corrected. It is possible to easily obtain an image in which is suppressed.

また、第2の波長帯域を上述の波長帯域Aと波長帯域Bに含まれる赤外光照明の発光スペクトルのピークに対応させることにより、赤外光照明の光を効率的に用いられるとともに、第2の波長帯域の幅を狭めて、カラー撮影時に、第2の波長帯域を通過する赤外光の影響を小さくすることができる。 Further, by making the second wavelength band correspond to the peak of the emission spectrum of the infrared light illumination included in the wavelength band A and the wavelength band B described above, the light of the infrared light illumination can be used efficiently, and By narrowing the width of the second wavelength band, it is possible to reduce the influence of infrared light passing through the second wavelength band during color photography.

図8は、本実施の形態の撮像センサ1を用いた撮像装置10を示すものである。撮像装置10は、撮影用のレンズ11と、DBPF5を備えた撮像センサ1と、撮像センサ1から出力される出力信号13を処理して、上述の内装処理や、カラー撮影時の第2の波長帯域を通過した赤外光の影響を除去する画像処理や、ガンマ補正や、ホワイトバランスや、RGBマトリックス補正等の画像処理を画像信号に施す信号処理部(信号処理デバイス)12とを備える。画像処理部からは可視のカラー画像の出力信号14と、赤外光画像の出力信号15が出力可能になっている。 FIG. 8 shows an image pickup apparatus 10 using the image pickup sensor 1 of the present embodiment. The image pickup apparatus 10 processes the image pickup lens 11, the image pickup sensor 1 including the DBPF 5, and the output signal 13 output from the image pickup sensor 1 to perform the above-described interior processing and the second wavelength during color image pickup. A signal processing unit (signal processing device) 12 that performs image processing for removing the influence of infrared light that has passed through the band, image processing such as gamma correction, white balance, and RGB matrix correction is provided. The visible color image output signal 14 and the infrared light image output signal 15 can be output from the image processing unit.

レンズ11は、撮像装置10の撮像センサ1上に像を結ぶ光学系を構成するものである。レンズ11は、例えば、複数のレンズから構成されている。 The lens 11 constitutes an optical system that forms an image on the image sensor 1 of the image pickup apparatus 10. The lens 11 is composed of, for example, a plurality of lenses.

図9は、撮像装置10の信号処理部12における信号処理をブロック図で示したものである。R、G、B、IRの各画素の出力信号は、各内装処理ブロック21r、21g、21b、21irに送られる。各内装処理ブロック21r、21g、21b、21irでは、例えば、図10に示すように、上述のカラーフィルタ3bの場合に、内挿処理(補間処理)により各フレームの画像データにおいて、それぞれ、全ての画素が赤Rで表された画像データ20r、全ての画素が緑Gで表された画像データ20gと、全ての画素が青Bで表された画像データ20bと、全ての画素が赤外IRで表された画像データ20irとするようにR、G、B、IRの信号を変換する。なお、内挿処理方法は、周知の方法を用いることができる。 FIG. 9 is a block diagram showing signal processing in the signal processing unit 12 of the image pickup apparatus 10. The output signals of the R, G, B, and IR pixels are sent to the interior processing blocks 21r, 21g, 21b, and 21ir. In each of the interior processing blocks 21r, 21g, 21b, and 21ir, for example, as shown in FIG. 10, in the case of the above-described color filter 3b, in the image data of each frame by interpolation processing (interpolation processing) Image data 20r in which pixels are represented by red R, image data 20g in which all pixels are represented by green G, image data 20b in which all pixels are represented by blue B, and all pixels are represented by infrared IR. The R, G, B, and IR signals are converted so as to obtain the represented image data 20ir. A known method can be used as the interpolation processing method.

次に、赤外光除去信号作成ブロック22r、22g、22bにおいて、上述の第2の波長帯域から受光される赤外光の影響を除去するために、R、G、Bの各色の信号から減算する信号をIRの信号から生成する。この赤外光除去信号作成ブロック22r、22g、22bでR、G、B毎に作成された信号を、R、G、Bの各色の信号から減算する。この場合に、上述のように同じ画素では、基本的にR、G、Bの各信号からIRの信号を除去すればいいので、処理が容易になる。実際には、各画素のフィルタ部の特性等により各色の画素毎に感度が異なるので、R、G、Bの各画像毎にR、G、Bの各信号から減算する信号をIRの信号から作成する。 Next, in the infrared light removal signal creation blocks 22r, 22g, and 22b, subtraction is performed from the signals of each color of R, G, and B in order to remove the influence of the infrared light received from the above-mentioned second wavelength band. The signal to be generated is generated from the IR signal. The signals created for each of R, G, and B in the infrared light removal signal creation blocks 22r, 22g, and 22b are subtracted from the signals of each color of R, G, and B. In this case, in the same pixel as described above, the IR signal is basically removed from each of the R, G, and B signals, which facilitates the processing. In reality, the sensitivity differs for each pixel of each color due to the characteristics of the filter unit of each pixel, so that the signal subtracted from each R, G, B signal for each R, G, B image is subtracted from the IR signal. create.

次に、R、G、Bの各信号は、画像処理ブロック23において、行列式を用いてR、G、Bの各信号を変換して色を補正する周知のRGBマトリックス処理と、画像で白となる部分でR、G、Bの各信号の出力値が同じとなるようにする周知のホワイトバランス処理、ディスプレイ等への画像出力のための補正である周知のガンマ補正を行う。次いで、輝度マトリックスブロック24において、R、G、Bの各色の信号に係数を乗算して輝度Yの信号を生成する。また、青Bの信号と、赤Rの信号から輝度Yの信号を除算することにより、R−YとB−Yの色差信号を算出し、Y、R−Y、B−Yの信号を出力する。
また、IRの信号は、基本的に白黒のグラディエーションの画像として出力される。
Next, in the image processing block 23, the R, G, and B signals are subjected to a well-known RGB matrix processing for converting the R, G, and B signals using a determinant to correct the color, and white in the image. A known white balance process is performed so that the output values of the R, G, and B signals are the same in the area where is, and a known gamma correction that is a correction for image output to a display or the like is performed. Next, in the luminance matrix block 24, the signals of R, G, and B colors are multiplied by a coefficient to generate a signal of luminance Y. Also, by dividing the signal of luminance Y from the signal of blue B and the signal of red R, the color difference signals of RY and BY are calculated, and the signals of Y, RY and BY are output. To do.
The IR signal is basically output as a black and white gradation image.

このような撮像装置10では、上述の撮像センサ1で説明したように、カラー画像から赤外光の影響を除去する画像処理を容易に行うことができ、色再現性に優れた可視のカラー画像を得られる。また、このような撮像装置の開発コストの低減を図ることができる。
上述のように、可視光撮影における画像処理により第2の波長帯域を通過した赤外光の影響をカットする際に、R、G、Bの各フィルタ部の互いに透過率が大きく異なる部分は、DBPFにより物理的にカットされていることになり、画像処理では、R、G、Bの各フィルタ部の赤外側で透過率が略最大となった部分のIR光をカットする処理を行えばいいことになる。この場合に、画像処理が容易になり、従来の赤外光カットフィルタを用いた場合と同様の色再現性を有するカラー画像データを得ることが可能となる。
In the image pickup apparatus 10 as described above, as described in the above-mentioned image pickup sensor 1, image processing for removing the influence of infrared light from a color image can be easily performed, and a visible color image excellent in color reproducibility. Can be obtained. Further, it is possible to reduce the development cost of such an imaging device.
As described above, when the effect of infrared light that has passed through the second wavelength band is cut by image processing in visible light imaging, the portions of the R, G, and B filter portions that have greatly different transmissivities are: Since it is physically cut by the DBPF, in the image processing, processing for cutting the IR light at the portion where the transmittance is substantially maximum on the infrared side of each of the R, G, and B filter portions may be performed. It will be. In this case, image processing is facilitated, and it becomes possible to obtain color image data having the same color reproducibility as in the case of using the conventional infrared light cut filter.

例えば、R、G、Bの各フィルタ部を通過してフォトダイオードに至る光は、可視光域の各フィルタ部を透過した可視光と、R、G、Bの各フィルタ部で同様となるとともに、IRのフィルタ部で同様となる第2の波長帯域を通過した赤外光となる。したがって、撮像センサ1のR、G、Bの内挿処理後の各出力信号から、例えば、各色のフィルタ部に基づく感度等の特性に合わせて補正した内挿処理後のIRの出力信号を減算することにより、赤外カットフィルタを用いた場合に近い色再現性を得ることができる。 For example, the light that passes through the R, G, and B filter portions and reaches the photodiode is the same as the visible light that has passed through the R, G, and B filter portions in the visible light region. , The IR light passes through the same second wavelength band as the infrared light. Therefore, for example, the IR output signal after the interpolation processing corrected according to the characteristics such as the sensitivity based on the filter unit of each color is subtracted from each output signal after the R, G, and B interpolation processing of the image sensor 1. By doing so, color reproducibility close to that when an infrared cut filter is used can be obtained.

また、上述のようにDBPF5では、可視光帯域の透過率に対して第2の波長帯域の透過率を例えば60%以下や50%以下とすることにより、撮影時に照明等の明かりの赤外光の比率が高いような場合でも、DBPF5により赤外光の比率を下げて、可視画像のS/N比の向上を図ることができる。 Further, in the DBPF 5, as described above, the transmittance of the second wavelength band is set to, for example, 60% or less or 50% or less with respect to the transmittance of the visible light band, so that infrared light such as illumination light is taken at the time of photographing. Even if the ratio is high, the ratio of infrared light can be reduced by the DBPF 5 to improve the S/N ratio of the visible image.

また、スマートフォンでは、例えば、指紋認証等の生体認証が用いられる場合があるが、生体認証として虹彩認証を用いることが考えられている。例えば、スマートフォンの正面側のカメラをこの実施の形態の撮像装置10とすることが考えられる。通常の撮影を可視画像とし、虹彩認証を赤外画像で行う。この場合に可視画像のS/N比が高く、かつ、虹彩認証のために撮像センサの画素数が多いことが要求されると思われる。虹彩認証にスマートフォンのカメラを用いる場合に、目の瞳孔部分を撮影範囲全体の多くを占めるように撮影することが難しいので、例えば、眼の瞳孔に比較して広い範囲を撮影し、その一部に瞳孔が写っている状態で、虹彩認証を行う必要がある。この場合に、虹彩部分の画像が小さくなり、画素数が多くないと、虹彩の認識が難しくなる。この場合に、赤外での虹彩認証用に高画素の撮像センサを用いるとともに、スマートフォンのカメラとして可視画像がきれいに撮れる必要がある。このような場合に、上述のような撮像装置10を用いることで、高画素の撮像センサを用いても可視画像のS/N比が悪化するのを抑制し、かつ、赤外画像での撮影が可能となる。また、虹彩認証のための赤外光での撮影時に赤外照明用に所定の波長範囲の赤外光を出射するLEDを用いる場合に、DBPF5の第2の波長帯域の波長範囲を狭くし過ぎて、製造誤差や撮影方向等による入射角の違い等により、DBPF5の第2の波長帯域の波長がずれて、LED照明の波長と合わなくなるのを抑制できる。なお、撮像装置10は、LED等の赤外照明装置が設けられていることが好ましい。 Further, in a smartphone, for example, biometric authentication such as fingerprint authentication may be used, and it is considered to use iris authentication as biometric authentication. For example, it is conceivable to use the camera on the front side of the smartphone as the imaging device 10 of this embodiment. Normal imaging is performed as a visible image, and iris authentication is performed as an infrared image. In this case, it is considered that the visible image needs to have a high S/N ratio and that the image sensor has a large number of pixels for iris authentication. When using a smartphone camera for iris authentication, it is difficult to capture the pupil part of the eye so that it occupies most of the entire capture range. It is necessary to perform iris authentication with the pupil in the image. In this case, if the image of the iris portion becomes small and the number of pixels is not large, it becomes difficult to recognize the iris. In this case, it is necessary to use a high-pixel image sensor for infrared iris authentication and to capture a clear visible image as a smartphone camera. In such a case, by using the imaging device 10 as described above, it is possible to suppress deterioration of the S/N ratio of the visible image even when a high-pixel imaging sensor is used, and to capture an infrared image. Is possible. Further, when an LED that emits infrared light in a predetermined wavelength range is used for infrared illumination when photographing with infrared light for iris authentication, the wavelength range of the second wavelength band of the DBPF 5 is too narrow. Therefore, it is possible to prevent the wavelength of the second wavelength band of the DBPF 5 from being deviated due to a manufacturing error, a difference in the incident angle due to the shooting direction, and the like, and the wavelength of the LED illumination from not matching. The image pickup device 10 is preferably provided with an infrared illumination device such as an LED.

次に、本発明の第2の実施の形態の撮像装置を説明する。図11に示すように第2の実施の形態の撮像装置10aは、撮像センサ1にDBPF5を設けるのではなく、レンズ11にDPBFを設けたものである。撮像装置10aは、DBPF5を備えた撮影用のレンズ11と、撮像センサ1と、撮像センサ1から出力される出力信号13を処理して、上述の内装処理や、カラー撮影時の第2の波長帯域を通過した赤外光の影響を除去する画像処理や、ガンマ補正や、ホワイトバランスや、RGBマトリックス補正等の画像処理を画像信号に施す信号処理部12とを備える。画像処理部からは可視のカラー画像の出力信号14と、赤外光画像の出力信号15が出力可能になっている。 Next, an image pickup apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 11, in the image pickup apparatus 10a according to the second embodiment, the image sensor 1 is not provided with the DBPF 5, but the lens 11 is provided with the DPBF. The image pickup apparatus 10a processes the image pickup lens 11 including the DBPF 5, the image pickup sensor 1, and the output signal 13 output from the image pickup sensor 1 to perform the above-described interior processing and the second wavelength during color image pickup. An image processing for removing the influence of infrared light that has passed through the band, a signal processing unit 12 for performing image processing such as gamma correction, white balance, and RGB matrix correction on the image signal. The visible color image output signal 14 and the infrared light image output signal 15 can be output from the image processing unit.

DBPF5とカラーフィルタ3は、第1の実施の形態のDBPF5とカラーフィルタ3と同様のものであり、カラーフィルタ3のR、G、B、IRの各フィルタ部の透過率と、DPBF5の第2の波長帯域DBPF(IR)の関係も第1の実施の形態と同様になっている。したがって、第1の実施の形態と異なり、レンズ11にDBPF5が設けられていても、第1の実施の形態の撮像装置10と同様の作用効果を奏することができる。なお、DBPF5は、撮像装置10aの光学系に設けられ、撮像センサ1に至る光に対して、可視光帯域(DBPF(VR))と、赤外側の第2の波長帯域(DBPF(IR))との光を透過させ、可視光帯域の短波長側と、第2の波長帯域の長波長側と、可視光帯域と第2の波長帯域との間の波長帯域とで光を遮断するようになっていればどこに設けられていてもよい。 The DBPF 5 and the color filter 3 are the same as the DBPF 5 and the color filter 3 of the first embodiment, and the transmittance of each of the R, G, B, and IR filter portions of the color filter 3 and the second of the DPBF 5 are the same. The relationship of the wavelength band DBPF (IR) is also similar to that of the first embodiment. Therefore, unlike the first embodiment, even if the DBPF 5 is provided in the lens 11, the same operational effect as that of the imaging device 10 of the first embodiment can be obtained. The DBPF 5 is provided in the optical system of the image pickup device 10a, and for the light reaching the image pickup sensor 1, a visible light band (DBPF(VR)) and a second wavelength band on the infrared side (DBPF(IR)). And the light is blocked by the short wavelength side of the visible light band, the long wavelength side of the second wavelength band, and the wavelength band between the visible light band and the second wavelength band. It may be provided anywhere as long as it is.

次に、本発明の第3の実施の形態の撮像センサおよび撮像装置を説明する。第3の実施の形態の撮像センサ1および撮像装置は、カラーフィルタ3の一部の構成と、RGBの各信号からのIR成分の除去方法が異なるものとなっているが、その他の構成は第1の実施の形態と同様となっており、以下にカラーフィルタ3と、IR成分の除去方法について説明する。 Next, an image pickup sensor and an image pickup apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. The image sensor 1 and the image pickup apparatus according to the third embodiment are different from each other in the configuration of a part of the color filter 3 and the method of removing the IR component from each of the RGB signals. It is similar to the first embodiment, and the color filter 3 and the IR component removing method will be described below.

本実施の形態において、カラーフィルタ3e(RGBCの構成1)は、例えば、図12に示すように、上述のベイヤ配列のカラーフィルタ3xのパターンの4つのBのうちの2つをCとし、4つのRのうちの2つをCとし、8つのGのうちの4つをCとしている。すなわち、カラーフィルタ3eは、4行4列の基本配列において、R、G、B、Cの4種類のフィルタ部のうちのGのフィルタ部が4つ、Cのフィルタ部が8つ、Rのフィルタ部およびBのフィルタ部が2つずつ配置されるとともに、同じ種類のフィルタ部同士は互いに行方向および列方向で隣接しないように離れて配置されている。したがって、8つ配置されるCのフィルタ部は市松模様となるように配置される。ここで、Cとは、クリアなフィルタ部として素通しの状態を示すもので、基本的に可視光帯域から近赤外の波長帯域まで透過特性を有するものとなっており、ここでは、可視光帯域においてC=R+G+Bとしている。なお、クリアとなるCは、RGBの3色が透過することから白色光、すなわちホワイト(W)ということができ、C=W=R+G+Bとなる。したがって、Cは、可視光帯域の略全波長帯域の光量に対応することになる。 In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 12, the color filter 3e (RGBC configuration 1) has two B's of the four B's of the pattern of the Bayer array color filter 3x as C, 4 Two of the two Rs are designated as C, and four of the eight Gs are designated as C. That is, the color filter 3e has four G filter units, four C filter units, and eight R filter units among the four types of R, G, B, and C filter units in the basic array of 4 rows and 4 columns. Two filter parts and two filter parts of B are arranged, and the filter parts of the same kind are arranged so as not to be adjacent to each other in the row direction and the column direction. Therefore, the eight C-shaped filter parts are arranged in a checkered pattern. Here, C indicates a transparent state as a clear filter portion, and basically has a transmission characteristic from the visible light band to the near infrared wavelength band. Here, the visible light band is used. In, C=R+G+B. Note that C that is clear can be called white light, that is, white (W) because three colors of RGB are transmitted, and C=W=R+G+B. Therefore, C corresponds to the amount of light in almost the entire wavelength band of the visible light band.

ここで、図13のカラーフィルタ3eおよびDBPF5の透過率スペクトル(分光透過特性)を示すグラフに示すように、R、G、Bの各フィルタ部で可視光帯域の長波長側では透過特性があり、クリアなフィルタ部であるCのフィルタ部においても可視光帯域の長波長側で光が透過するようになっている。これに対してDBPF5を用いることにより、第1の実施の形態と同様に、可視光帯域より長波長側を透過する赤外を第2の波長帯域となるように制限することになり、R、G、B、Cのフィルタ部とDBPF5を通過する光量がR、G、B、Cの各フィルタ部で略同じ(近似)になり、可視光帯域では、R、G、B、Cの各フィルタ部の波長に応じた透過特性が異なる。 Here, as shown in the graph showing the transmittance spectra (spectral transmission characteristics) of the color filter 3e and the DBPF 5 in FIG. 13, each of the R, G, and B filter portions has a transmission characteristic on the long wavelength side of the visible light band. Also, the C filter portion, which is a clear filter portion, allows light to be transmitted on the long wavelength side of the visible light band. On the other hand, by using the DBPF 5, as in the first embodiment, the infrared ray that transmits the longer wavelength side than the visible light band is limited to the second wavelength band, and R, The amount of light passing through the G, B, and C filter parts and the DBPF 5 is approximately the same (approximate) in each of the R, G, B, and C filter parts, and in the visible light band, each of the R, G, B, and C filter parts is The transmission characteristics differ depending on the wavelength of the part.

なお、第1および第2の実施の形態においても、可視光帯域より長波長側を透過する赤外を第2の波長帯域となるように制限することになり、R、G、B、IRのフィルタ部とDBPF5を通過する光量がR、G、B、IRの各フィルタ部で略同じになり、可視光帯域では、R、G、B、IRの各フィルタ部の波長に応じた透過特性が異なる。 In addition, also in the first and second embodiments, infrared rays that are transmitted on the longer wavelength side than the visible light band are limited to the second wavelength band, and R, G, B, and IR The amount of light passing through the filter unit and the DBPF 5 is substantially the same in each of the R, G, B, and IR filter units, and in the visible light band, the transmission characteristics according to the wavelengths of the R, G, B, and IR filter units are different.

これにより、第3の実施の形態においても、各画素のIR補正を精度良く行い、色再現性が高い可視画像の生成が可能になる。すなわち、第1の実施の形態のように可視光帯域の略全波長帯域に遮断特性を有し、可視光帯域より長波長側の赤外に透過特性を有する上述のIRのフィルタ部を備えなくても、Cのフィルタ部を備えることにより、IR信号を下記の式で計算できる。 Thereby, also in the third embodiment, it is possible to accurately perform IR correction of each pixel and generate a visible image with high color reproducibility. That is, unlike the first embodiment, the IR filter section having the cutoff characteristic in substantially the entire wavelength band of the visible light band and the transmission characteristic in the infrared on the longer wavelength side than the visible light band is not provided. Even if the C filter section is provided, the IR signal can be calculated by the following formula.

以下の説明で、C(W)、R、G、B、IRは、撮像センサ1からの出力信号のレベルを示すが、C(W)、R、G、Bは、可視光帯域のレベルを示し、赤外成分を含まないものとする。
ここで、カラーフィルタ3eをC=W≒R+G+Bと設計し、RGBの各信号から除去すべきIR信号をIR’とすると、
IR’=((R+IR)+(G+IR)+(B+IR)−(C+IR))/2=IR+(R+G+B−C)/2
IR’≒IRとなる。なお、IRは計測等により求められる実際の値を示し、IR’は、計算により求められる値を示す。各フィルタより、IR’を減算することにより、IR補正ができる。
すなわち、
Rフィルタ(R+IR):
R’=(R+IR)−IR’=R−(R+G+B−C)/2
Gフィルタ(G+IR):
G’=(G+IR)−IR’=G−(R+G+B−C)/2
Bフィルタ(B+IR):
B’=(B+IR)−IR’=B−(R+G+B−C)/2
C(=W)フィルタ(W+IR):
W’=(C+IR)−IR’=C−(R+G+B−C)/2
となる。
In the following description, C(W), R, G, B, and IR indicate the level of the output signal from the image sensor 1, while C(W), R, G, and B indicate the level of the visible light band. It does not include an infrared component.
Here, if the color filter 3e is designed as C=W≈R+G+B and the IR signal to be removed from each of the RGB signals is IR′,
IR′=((R+IR)+(G+IR)+(B+IR)−(C+IR))/2=IR+(R+G+BC)/2
IR′≈IR. In addition, IR shows an actual value calculated|required by measurement etc., IR' shows the value calculated|required. IR correction can be performed by subtracting IR' from each filter.
That is,
R filter (R+IR):
R'=(R+IR)-IR'=R-(R+G+BC)/2
G filter (G+IR):
G'=(G+IR)-IR'=G-(R+G+BC)/2
B filter (B+IR):
B'=(B+IR)-IR'=B-(R+G+BC)/2
C (=W) filter (W+IR):
W'=(C+IR)-IR'=C-(R+G+BC)/2
Becomes

これにより、カラーフィルタ3において、IRのフィルタ部に代えてクリアなCのフィルタ部を用いてもDBPF5により各フィルタ部のIRの透過率を近似させることができ、上述のようにIR成分を求めて、これを各フィルタ部の信号から取り除くことで、色再現性を向上することができる。 Thereby, in the color filter 3, even if a clear C filter portion is used instead of the IR filter portion, the DBPF 5 can approximate the IR transmittance of each filter portion, and the IR component is obtained as described above. Then, by removing this from the signal of each filter unit, color reproducibility can be improved.

なお、このような計算は、上述のように内挿法により、例えば、各画素で、R+IR、G+IR、B+IR、C+IRを求め、各画素で上述の計算を行うことになる。なお、C=W≒R+G+Bと設計するものとしたが、必ずしも略正確にこの式に一致する必要はなく、近似していれば、誤差やその他の要によりずれがあってもよく、例えば、20%程度のずれがあってもよい。 It should be noted that in such calculation, for example, R+IR, G+IR, B+IR, and C+IR are obtained at each pixel by the interpolation method as described above, and the above calculation is performed at each pixel. Although C=W≅R+G+B is designed, it is not necessary to match this formula with the approximate accuracy, and if approximated, there may be a deviation due to an error or other reason. There may be a deviation of about %.

また、Cについては、R+G+Bとなることで、画素の受光量が多く飽和し易くなることから、Cのフィルタ部において、可視光帯域における受光量を下げたり、赤外の波長帯域と可視光帯域とを含む波長帯域に渡って受光量を下げたり、各画素における画素を構成する素子部において、受光量に対して蓄積される電荷を減少させたりしてもよい。その際には、それに応じて上述の式を変更する必要がある。 Further, for C, since R+G+B results in a large amount of light received by the pixel and it is easy to saturate. Therefore, in the filter unit of C, the amount of light received in the visible light band is reduced, or the infrared wavelength band and the visible light band are reduced. It is also possible to reduce the amount of received light over a wavelength band including and, or to reduce the amount of charges accumulated in the amount of received light in the element portion forming the pixel in each pixel. In that case, it is necessary to change the above equations accordingly.

なお、図14は、R、G、B、Cのカラーフィルタの別の配列を示すもので、2×2の配列において、R、G、B、Cが均等に1つずつ配置されたものである。
また、従来のR、G、Bのベイヤ配列の場合に、図15に示すように、2×2の配列中では、R、Bが1つずつ配置されるとともにGが2つ配置される。
また、この従来のCやIRを含まない配列のうちの1つのGをIRに変更したR、G、B、IRのカラーフィルタの2×2の配列は、図16に示すように、R、G、B、IRが1つずつ配置された配列となる。
FIG. 14 shows another arrangement of R, G, B, and C color filters. In the 2×2 arrangement, R, G, B, and C are evenly arranged one by one. is there.
Also, in the case of the conventional R, G, B Bayer array, as shown in FIG. 15, in the 2×2 array, R and B are arranged one by one and two Gs are arranged.
Further, as shown in FIG. 16, a 2×2 array of R, G, B, and IR color filters in which G of one of the conventional arrays not including C or IR is changed to IR is The arrangement is such that G, B, and IR are arranged one by one.

このようなカラーフィルタとして、図12に示すRGB−Cの構成1、図14に示すRGB−Cの構成2、図15に示す従来のRGB配列(ベイヤ配列)、図16に示すRGB−IR配列の一例では、図17に示すような特性の違いがある。なお、Cは、RGB等の色の情報を含まないが、光量として輝度の情報を含むものである。
したがって、RGB−C(構成1)センサは、Cの市松配置により、輝度解像度は高いが、RGBの画素がまばらであり、かつ、非対称な配置になるため、解像度が低く、モアレが生じやすい。但し、色信号は、輝度信号に対して、求められる解像度は、1/2以下であり低いので、問題ない。また感度が高い。
As such a color filter, RGB-C configuration 1 shown in FIG. 12, RGB-C configuration 2 shown in FIG. 14, conventional RGB array (Bayer array) shown in FIG. 15, and RGB-IR array shown in FIG. In one example, there is a difference in characteristics as shown in FIG. Note that C does not include color information such as RGB, but includes brightness information as a light amount.
Therefore, the RGB-C (configuration 1) sensor has a high luminance resolution due to the checkerboard arrangement of C, but the RGB pixels are sparse and asymmetrical arrangement, so the resolution is low and moire is likely to occur. However, since the required resolution of the color signal is less than half that of the luminance signal, which is low, there is no problem. It also has high sensitivity.

RGB−C(構成2)は、従来のRGBセンサと輝度解像度、色解像度は、同程度であり、感度はRGBセンサより高い。RGB−IRセンサは、可視光帯域に透過特性を持たないIRを設けていることで、RGBセンサより、感度が低く、輝度の解像度も低くなる。すなわち、上述の第1の実施の形態および第2の実施の形態のIRを有するカラーフィルタより、Cを有するカラーフィルタの方が、解像度や感度で有利になる可能性が高い。 The RGB-C (configuration 2) has the same luminance resolution and color resolution as the conventional RGB sensor, and has higher sensitivity than the RGB sensor. Since the RGB-IR sensor is provided with an IR having no transmission characteristic in the visible light band, it has lower sensitivity and lower luminance resolution than the RGB sensor. That is, the color filter having C is more likely to be advantageous in resolution and sensitivity than the color filter having IR in the first embodiment and the second embodiment described above.

図18は、上述の信号処理部12における信号処理をブロック図で示したものである。撮像センサ1として、上述のRGB−Cのカラーフィルタ3eを備えたRGB−Cセンサ(撮像センサ)1を備えるとともに、光学系を構成するレンズ11と、DBPF5を備えている。
RGB−Cセンサ1からR+IR、G+IR、B+IR、C+IRの信号が色分離、IR分離、IR補正を行う分離デバイス51に入力され、内挿処理とIR補正等により、各画素において、R、G、B、W、IRの各信号が求められて出力される。この処理は、上述の式を用いた演算に基づいて行われる。
FIG. 18 is a block diagram showing signal processing in the signal processing unit 12 described above. The image sensor 1 includes an RGB-C sensor (image sensor) 1 including the above-described RGB-C color filter 3e, a lens 11 forming an optical system, and a DBPF 5.
The R+IR, G+IR, B+IR, and C+IR signals from the RGB-C sensor 1 are input to a separation device 51 that performs color separation, IR separation, and IR correction, and R, G, and B, W, and IR signals are obtained and output. This processing is performed based on the calculation using the above formula.

分離デバイス51から出力されるR、G、B、W、IR信号のうちのR、G、Bの各信号が色マトリクスデバイス52に送られ、周知のRGBマトリックス補正等が行われ、RGBの信号が出力される。また。分離デバイス51からのR、G、B、W、IR信号は、輝度生成デバイス53に送られ、設定された輝度を求める式に基づいて、各信号から輝度信号を生成する。 The R, G, B, and R signals of the R, G, B, W, and IR signals output from the separation device 51 are sent to the color matrix device 52, and well-known RGB matrix correction and the like are performed to obtain RGB signals. Is output. Also. The R, G, B, W, and IR signals from the separation device 51 are sent to the luminance generation device 53, and a luminance signal is generated from each signal based on the equation for calculating the set luminance.

色マトリクスデバイスから出力されたRGB信号は、ガンマ処理および色差生成デバイス54に入力されて、周知のガンマ処理が施されるとともに、色差信号として、例えば、B−YおよびR−Y信号が生成される。また、分離デバイス51およびRGB−Cセンサ1から出力された信号は、BPF(バンドパスフィルタ)55を介して、所定の波長帯域の信号として、ノイズ低減デバイス56でノイズを低減された後に、輝度生成デバイス53から出力される輝度信号とともにエンハンス処理デバイス57で増幅されて、ガンマ処理デバイス58でのガンマ処理を経て輝度・色差信号の輝度信号(Y信号)として出力される。また、分離デバイス51から出力されるIR信号は、エンハンス処理デバイス59、ガンマ処理デバイス60を経てIR信号として出力される。なお、画像信号の処理においては、後述のクリップ処理が行われるようになっており、クリップ処理については後述する。 The RGB signals output from the color matrix device are input to the gamma processing and color difference generation device 54 and subjected to well-known gamma processing, and, for example, BY and RY signals are generated as color difference signals. It In addition, the signals output from the separation device 51 and the RGB-C sensor 1 are passed through a BPF (band pass filter) 55 as a signal in a predetermined wavelength band, noise is reduced by a noise reduction device 56, and then the luminance is reduced. It is amplified by the enhancement processing device 57 together with the brightness signal output from the generation device 53, and is output as a brightness signal (Y signal) of a brightness/color difference signal after undergoing gamma processing by the gamma processing device 58. The IR signal output from the separation device 51 is output as an IR signal through the enhancement processing device 59 and the gamma processing device 60. It should be noted that in the processing of the image signal, the clip processing described later is performed, and the clip processing will be described later.

次に、本発明の第4の実施の形態の撮像センサおよび撮像装置を説明する。第4の実施の形態は、カラーフィルタの各色を一般化したものであり、本発明のカラーフィルタがRGB−IRやRGB−Cに限定されるものでないことを示すものである。以下に、一般化した4色のフィルタ部を持つカラーフィルタを備えた撮像センサにおけるIR成分の除去方法を説明する。なお、4色(4種類)のフィルタ部は、基本的に可視光帯域における波長に応じた透過特性が異なり、かつ、上述のDBPFの第2の波長帯域が含まれる波長帯域に、可視光帯域より長波長側の他のフィルタ部との透過率の差が20%以下となる第3の波長帯域を備え、この第3の波長帯域に、DBPF5の第2の波長帯域が含まれるものとなっている。これにより、カラーフィルタとDPBF5とを用いた場合に、可視光帯域より赤外側の波長に応じた透過特性が各色のフィルタ部で近似することになる。 Next, an image sensor and an image pickup apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment is a generalization of each color of the color filter, and shows that the color filter of the present invention is not limited to RGB-IR or RGB-C. Hereinafter, a method of removing the IR component in the image sensor including the color filter having the generalized four-color filter unit will be described. The four-color (four types) filter parts basically have different transmission characteristics according to the wavelength in the visible light band, and the visible light band is included in the wavelength band including the second wavelength band of the DBPF described above. A third wavelength band having a transmittance difference of 20% or less with the other filter unit on the longer wavelength side is provided, and the third wavelength band includes the second wavelength band of the DBPF 5. ing. As a result, when the color filter and the DPBF 5 are used, the transmission characteristics corresponding to the wavelength on the infrared side of the visible light band are approximated by the filter part of each color.

さらに、4種類の画素のフィルタ配置において、カラーフィルタを下記の条件で、設計するとIRを分離できる。フィルタ配置は、図19に示すように2×2の配置において、4類のフィルタ部A、B、C、Dが1つずつ備えられることが好ましい。
また、可視の波長帯においてなるべく下記の関係が成り立つようにA、B、C、Dの各フィルタ部を設計することが好ましい。すなわち、可視光帯域において、
KaA+KbB+KcC+KdD≒0
とする。なお、A、B、C、Dは、各フィルタ部の可視光帯域の撮像センサ1からの出力信号のレベルを示すものである。
Further, in the filter arrangement of four kinds of pixels, the IR can be separated by designing the color filter under the following conditions. The filter arrangement is preferably a 2×2 arrangement, as shown in FIG. 19, in which four types of filter units A, B, C, and D are provided one by one.
Further, it is preferable to design each filter unit of A, B, C, and D so that the following relationship is established as much as possible in the visible wavelength band. That is, in the visible light band,
KaA+KbB+KcC+KdD≈0
And It should be noted that A, B, C, and D indicate the levels of the output signals from the image sensor 1 in the visible light band of each filter unit.

可視光帯域より長波長側のIR領域は、IRの透過率が、A、B、C、Dの各フィルタ部の上述の第3の波長帯域で略一定となるものとする。なお、IRの透過率が、A、B、C、Dの各フィルタ部で、あるIR透過率の略整数倍になるものであってもよい。このように設計すると(ここでは、IRの透過率が上述のように一定とする)、
Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR)≒IR(Ka+Kb+Kc+Kd)
であるから、IR信号は、
IR’=(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)
により計算できる。
下記の計算により、A、B、C、Dの各画素に含まれるIR成分を補正できる。
A’=(A+IR)−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=A−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
B’=B+IR−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=B−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
C’=C+IR−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=C−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
D’=D+IR−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=D−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
ここで、誤差分は、
(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)である。この誤差分は、RGBマトリクスにおいて補正ができる。
実際、各フィルタ部についてのIR成分の透過率は、多少異なるため、下記のとおり、係数補正した信号で補正する。
In the IR region on the longer wavelength side than the visible light band, the IR transmittance is substantially constant in the above-mentioned third wavelength band of each of the A, B, C, and D filter parts. The IR transmittance may be approximately an integral multiple of a certain IR transmittance in each of the A, B, C, and D filter units. When designed in this way (here, the IR transmittance is constant as described above),
Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR)≈IR(Ka+Kb+Kc+Kd)
Therefore, the IR signal is
IR′=(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)
Can be calculated by
The IR component contained in each pixel of A, B, C, and D can be corrected by the following calculation.
A′=(A+IR)−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=A−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
B′=B+IR−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=B−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
C′=C+IR−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=C−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
D′=D+IR−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=D−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
Where the error is
(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd). This error can be corrected in the RGB matrix.
Actually, the transmittances of the IR components of the respective filter parts are slightly different, so that the correction is performed using the coefficient-corrected signals as described below.

A’=A+IR*KIRa−KIRa(Ka(A+IR*KIRa)+Kb(B+IR*KIRb)+Kc(C+IR*KIRc)+Kd(D+IR*KIRd)) /(Ka*KIRa+Kb*KIRb+Kc*KIRc+Kd*KIRd) A'=A+IR*KIRa-KIRa(Ka(A+IR*KIRa)+Kb(B+IR*KIRb)+Kc(C+IR*KIRc)+Kd(D+IR*KIRd))/(Ka*KIRa+Kb*KIRb+Kc*KIRc+Kd*KIRd)

B’=B+IR*KIRb−KIRb(Ka(A+IR*KIRa)+Kb(B+IR*KIRb)+Kc(C+IR*KIRc)+Kd(D+IR*KIRd)) /(Ka*KIRa+Kb*KIRb+Kc*KIRc+Kd*KIRd) B'=B+IR*KIRb-KIRb(Ka(A+IR*KIRa)+Kb(B+IR*KIRb)+Kc(C+IR*KIRc)+Kd(D+IR*KIRd))/(Ka*KIRa+Kb*KIRb+Kc*KIRc+Kd*KIRd)

C’=C+IR*KIRc−KIRc(Ka(A+IR*KIRa)+Kb(B+IR*KIRb)+Kc(C+IR*KIRc)+Kd(D+IR*KIRd))/(Ka*KIRa+Kb*KIRb+Kc*KIRc+Kd*KIRd) C'=C+IR*KIRc-KIRc(Ka(A+IR*KIRa)+Kb(B+IR*KIRb)+Kc(C+IR*KIRc)+Kd(D+IR*KIRd))/(Ka*KIRa+Kb*KIRb+Kc*KIRc+Kd*KIRd)

D’=D+IR*KIRd−KIRd(Ka(A+IR*KIRa)+Kb(B+IR*KIRb)+Kc(C+IR*KIRc)+Kd(D+IR*KIRd)) /(Ka*KIRa+Kb*KIRb+Kc*KIRc+Kd*KIRd) D'=D+IR*KIRd-KIRd(Ka(A+IR*KIRa)+Kb(B+IR*KIRb)+Kc(C+IR*KIRc)+Kd(D+IR*KIRd))/(Ka*KIRa+Kb*KIRb+Kc*KIRc+Kd*KIRd)

なお、DBPFを使った時の各フィルタの分光透過特性は、図13に示すようになる。なお、フィルタ部の例としては、R+IR、G+IR、B+IR、C+IRとなる4種類のフィルタ部を使った例であるが、IRの部分が一定または互いに整数倍の関係となり、KaA+KbB+KcC+KdD≒0となるようにカラーフィルタが設計されていれば、各フィルタ部は、R+IR、G+IR、B+IR、C+IRに限られるものではない。 The spectral transmission characteristics of each filter when using DBPF are as shown in FIG. As an example of the filter section, four kinds of filter sections of R+IR, G+IR, B+IR, and C+IR are used, but the IR section is constant or has an integral multiple relationship with each other, and KaA+KbB+KcC+KdD≈0. If a color filter is designed for each, the filter units are not limited to R+IR, G+IR, B+IR, and C+IR.

図20に、Bのフィルタ部とDBPF5を合わせた分光透過を示し、図21に、Gのフィルタ部とDBPF5を合わせた分光透過を示し、図22に、Bのフィルタ部とDBPF5を合わせた分光透過を示し、図23に、C(W)のフィルタ部とDBPF5を合わせた分光透過を示す。 FIG. 20 shows the spectral transmission obtained by combining the B filter unit and the DBPF 5, FIG. 21 shows the spectral transmission obtained by combining the G filter unit and the DBPF 5, and FIG. 22 shows the spectral transmission obtained by combining the B filter unit and the DBPF 5. FIG. 23 shows the spectral transmission obtained by combining the C(W) filter unit and the DBPF 5.

各分光透過特性は、上述の各式に示すように、可視のR透過域、可視のG透過域、可視のB透過域、IR透過領域の4つの透過率を足し合わせたものになっている。このことから、4種類以上のフィルタの値から、各可視のR透過域、可視のG透過域、可視のB透過域、IR透過領域の信号値を計算できる。 Each spectral transmission characteristic is a sum of four transmittances of a visible R transmission region, a visible G transmission region, a visible B transmission region, and an IR transmission region, as shown in the above equations. .. Therefore, the signal values of each visible R transmission region, visible G transmission region, visible B transmission region, and IR transmission region can be calculated from the values of four or more types of filters.

次に、本発明の第5の実施の形態の撮像装置を説明する。本実施の形態の撮像装置は、本発明のフィルタの光学フィルタを第1のフィルタとなるDBPF5と第2のフィルタとなる赤外減光フィルタ(図示略)とから構成されている。本実施の形態におけるDBPF5は、単独で本発明の光学フィルタを構成するものではなく、第2のフィルタである赤外減光フィルタとの組み合わせにより光学フィルタが構成される。したがって、本発明のフィルタは、カラーフィルタと、第1のフィルタ(DBPF5)と、第2のフィルタ(赤外減光フィルタ)とから構成される。 Next, an image pickup apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described. The image pickup apparatus according to the present embodiment includes an optical filter of the filter of the present invention as a DBPF 5 that serves as a first filter and an infrared neutral density filter (not shown) that serves as a second filter. The DBPF 5 in the present embodiment does not constitute the optical filter of the present invention by itself, but an optical filter is constituted by a combination with the infrared attenuating filter which is the second filter. Therefore, the filter of the present invention includes a color filter, a first filter (DBPF5), and a second filter (infrared attenuating filter).

第1のフィルタ(DBPF5)は、図24の透過率スペクトルのグラフに示すように可視光帯域(DBPF(VR))と上述の第2の波長帯域(DBPF(IR))に透過特性を有するとともに、可視光帯域(DBPF(VR))と第2の波長帯域(DBPF(IR))との透過率が略等しくなっている。 The first filter (DBPF5) has a transmission characteristic in the visible light band (DBPF(VR)) and the above-mentioned second wavelength band (DBPF(IR)) as shown in the graph of the transmittance spectrum of FIG. , The visible light band (DBPF(VR)) and the second wavelength band (DBPF(IR)) have substantially the same transmittance.

それに対しして第1のフィルタと組み合わせられる第2のフィルタの関儀減光フィルらは、例えば、図25の透過率スペクトルのグラフに示すように、可視光帯域の透過率が略一定なのに対して可視光帯域の長波長側の上述の第2の波長帯域における透過率が低くなっている。本実施の形態では、例えば、700nm弱の波長から波長が長くなるにつれて直線的に透過率が低下する構成となっている。 On the other hand, the light attenuation filter of the second filter combined with the first filter has a substantially constant transmittance in the visible light band, as shown in the graph of the transmittance spectrum of FIG. 25, for example. Thus, the transmittance in the above-mentioned second wavelength band on the long wavelength side of the visible light band is low. In this embodiment, for example, the transmittance decreases linearly as the wavelength increases from a wavelength of slightly less than 700 nm.

このような第1のフィルタと第2のフィルタとを組み合わせて光学フィルタとした場合の透過率は、図26の透過率スペクトルのグラフに示すように、上述の単独の光学フィルタと略同様の透過率スペクトルを有する。すなわち、第1のフィルタと第2のフィルタとを組み合わせることにより、可視光帯域と第2の波長帯域とに透過特性を有し、かつ、可視光帯域の透過率より第2の波長帯域の透過率が低く、例えば、60%以下、50%以下、40%以下、30%以下、25%以下となっている。このような光学フィルタを備える撮像装置においても、上述のような作用効果を奏することができる。また、光学フィルタを第1のフィルタと、第2のフィルタとから構成しているので、赤外光の透過率の調整を第2のフィルタを変更するだけで行うことが可能であり、DBPFを変更するより低コストで偏光が可能になる可能性がある。なお、図24〜図26において、横軸は波長(nm)であり、縦軸は透過率を上述のように割合で示したものである。 As shown in the graph of the transmittance spectrum of FIG. 26, the transmittance when the first filter and the second filter are combined to form an optical filter, the transmittance is substantially the same as that of the single optical filter described above. Has a rate spectrum. That is, by combining the first filter and the second filter, the visible light band and the second wavelength band have transmission characteristics, and the transmittance of the visible light band causes the transmission of the second wavelength band. The rate is low, for example, 60% or less, 50% or less, 40% or less, 30% or less, 25% or less. Even in the image pickup apparatus including such an optical filter, the above-described effects can be obtained. In addition, since the optical filter is composed of the first filter and the second filter, it is possible to adjust the transmittance of infrared light only by changing the second filter. Polarization may be possible at a lower cost than changing. 24 to 26, the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents transmittance as a percentage as described above.

1 撮像センサ
2 センサ本体
3 カラーフィルタ
5 DBPF(光学フィルタ)
11 レンズ(光学系)
12 信号処理部(信号処理デバイス)
1 Image sensor 2 Sensor body 3 Color filter 5 DBPF (optical filter)
11 lens (optical system)
12 Signal processing unit (signal processing device)

Claims (3)

各画素に受光素子が配置された撮像センサと、
前記撮像センサ上に像を結ぶレンズを有する光学系と、
可視光帯域における波長に応じた分光透過特性が互いに異なる複数種類のフィルタ部が所定配列で前記撮像センサの前記画素の配置に対応して配置されたカラーフィルタと、
前記可視光帯域に透過特性を有し、可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域に光を遮断する遮断特性を有し、かつ前記第1の波長帯域内の一部分である第2の波長帯域に透過特性を有し、前記第2の波長帯域の短波長側および長波長側に隣接する領域には前記遮断特性を有する光学フィルタと、
前記撮像センサから出力される信号を処理して可視画像信号および赤外画像信号を出力可能な信号処理デバイスとを備え、
前記カラーフィルタは、前記可視光帯域より長波長側で各色の前記フィルタ部の透過率が互いに近似する波長帯域である第3の波長帯域を備え、
前記光学フィルタの前記第2の波長帯域の全域が、前記第3の波長帯域に含まれるように、前記光学フィルタの分光透過特性および前記カラーフィルタの各フィルタ部の分光透過特性が設定され、
前記光学フィルタの前記第2の波長帯域の透過率が前記光学フィルタの前記可視光帯域の透過率より低くなっていることを特徴とする撮像装置。
An image sensor in which a light receiving element is arranged in each pixel,
An optical system having a lens for forming an image on the image sensor,
A color filter in which a plurality of types of filter portions having different spectral transmission characteristics according to wavelengths in the visible light band are arranged in a predetermined arrangement corresponding to the arrangement of the pixels of the image sensor ,
A transmission characteristic in the visible light band, a blocking characteristic for blocking light in a first wavelength band adjacent to a long wavelength side of the visible light band, and being a part of the first wavelength band; An optical filter having a transmission characteristic in two wavelength bands and having the cutoff characteristic in a region adjacent to the short wavelength side and the long wavelength side of the second wavelength band ,
A signal processing device capable of processing a signal output from the image sensor to output a visible image signal and an infrared image signal,
The color filter includes a third wavelength band, which is a wavelength band in which the transmittances of the filter units of the respective colors are similar to each other on the longer wavelength side than the visible light band,
The spectral transmission characteristic of the optical filter and the spectral transmission characteristic of each filter unit of the color filter are set so that the entire second wavelength band of the optical filter is included in the third wavelength band,
An image pickup apparatus, wherein the transmittance of the optical filter in the second wavelength band is lower than the transmittance of the optical filter in the visible light band.
前記光学フィルタの前記第2の波長帯域の透過率が前記光学フィルタの前記可視光帯域の透過率の60%以下となっていることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。 The image pickup apparatus according to claim 1 , wherein the optical filter has a transmittance in the second wavelength band of 60% or less of a transmittance of the optical filter in the visible light band. 前記光学フィルタは、
前記可視光帯域および前記第2の波長帯域に透過特性を有する第1のフィルタと、
前記可視光帯域に透過特性を有し、前記第2の波長帯域を含む前記第1の波長帯域に透過特性を有し、前記第1の波長帯の透過率が前記可視光帯域の透過率より低くなっている第2のフィルタとを備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。
The optical filter,
A first filter having a transmission characteristic in the visible light band and the second wavelength band;
Wherein a visible light band transmission characteristic, the second has a transmission characteristic in the first wavelength band including a wavelength band, the transmittance of the first wavelength band region of transmittance the visible light band An image pickup apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a second filter that is lower.
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