WO2021131052A1 - 撮像装置 - Google Patents

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WO2021131052A1
WO2021131052A1 PCT/JP2019/051548 JP2019051548W WO2021131052A1 WO 2021131052 A1 WO2021131052 A1 WO 2021131052A1 JP 2019051548 W JP2019051548 W JP 2019051548W WO 2021131052 A1 WO2021131052 A1 WO 2021131052A1
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light
infrared
solid
prism
incident surface
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俊輔 黒瀧
芳雄 田島
長武 浅野
石井　太
加藤　拓
高橋　宏明
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株式会社ジェイエイアイコーポレーション
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Priority to PCT/JP2019/051548 priority patent/WO2021131052A1/ja
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Definitions

  • the present invention relates to an imaging device.
  • Patent Document 1 describes a prism that branches incident light into a plurality of visible light and infrared light having different wavelength ranges, and a plurality of prisms that receive the plurality of visible light and infrared light branched by the prism.
  • An imaging device including the solid-state imaging device of the above is disclosed.
  • an object of the present invention is to provide an image pickup apparatus capable of improving the separability of information to be imaged to be obtained in the infrared region.
  • the present invention includes a prism that branches incident light into visible light and invisible light, and branches the branched invisible light into a plurality of infrared lights having different wavelength ranges from each other.
  • a visible light detection unit including a first solid-state image sensor that receives the visible light from the prism and performs photoelectric conversion.
  • An infrared photodetector including a plurality of second solid-state image sensors that receive and perform photoelectric conversion of the plurality of infrared lights from the prism, respectively.
  • a signal processing unit that processes an electrical signal output from the visible light detection unit and / or the infrared light detection unit, and An imaging device comprising the above is provided.
  • the plurality of infrared lights may all be near infrared light.
  • the plurality of infrared lights include first and second infrared lights having different wavelength ranges from each other, and the first and second infrared lights all have a wavelength range in the range of 700 nm to 1000 nm.
  • the first solid-state image sensor may be a color solid-state image sensor.
  • the first solid-state image sensor may be a monochrome solid-state image sensor.
  • the signal processing unit may generate a color image or a monochrome image based on the electric signal from the visible light detection unit, and may generate an IR image based on the electric signal from the infrared light detection unit. ..
  • the prism is arranged so as to be adjacent to a first prism glass that branches the incident light into the visible light and the invisible light, and the first prism glass, and is branched by the first prism glass.
  • a third prism glass that transmits the second infrared light from the above may be included.
  • the first prism glass reflects the visible light of the first incident surface on which the incident light is incident and the incident light transmitted through the first incident surface toward the first incident surface.
  • the first solid-state imaging device has a first dichroic film that allows the invisible light to pass through, and receives the visible light that is totally reflected by the first incident surface, and the first solid-state imaging device receives the visible light.
  • the second prism glass has a second incident surface on which the invisible light transmitted through the first dichroic film is incident, and the first red of the invisible light transmitted through the second incident surface.
  • One of the plurality of second solid-state imaging elements which has a second dichroic film that reflects external light toward the second incident surface and transmits the second infrared light.
  • the second solid-state imaging element receives the first infrared light totally reflected by the second incident surface, and another second solid-state imaging element among the plurality of second solid-state imaging elements is The second infrared light transmitted through the second dichroic film is received, and the other second solid-state imaging element receives the second infrared light transmitted through the third prism glass.
  • the prism is arranged so as to be adjacent to the first prism glass and the first prism glass that branches the incident light into the visible light and the invisible light, and is branched by the first prism glass.
  • the invisible light is branched into a first infrared light and light including second and third infrared lights having different wavelength ranges from the first infrared light and different wavelength ranges from each other.
  • the second prism glass and the light including the second and third infrared lights arranged adjacent to the second prism glass and branched by the second prism glass are referred to as the second red.
  • a third prism glass that branches into external light and the third infrared light, and the third infrared light from the third prism glass that is arranged adjacent to the third prism glass. May include a fourth prism glass that allows the light to pass through.
  • the first prism glass reflects the visible light of the first incident surface on which the incident light is incident and the incident light transmitted through the first incident surface toward the first incident surface. It also has a first dichroic film that allows the invisible light to pass through.
  • the first solid-state image sensor receives the visible light totally reflected by the first incident surface, and receives the visible light.
  • the second prism glass is the first of the second incident surface on which the invisible light transmitted through the first dichroic film is incident and the invisible light transmitted through the second incident surface. It has a second dichroic film that reflects the infrared light of the above toward the second incident surface and transmits the light including the second and third infrared light.
  • the second solid-state image sensor which is one of the plurality of second solid-state image sensors, receives the first infrared light totally reflected by the second incident surface.
  • the third prism glass transmitted through a third incident surface on which light including the second and third infrared light transmitted through the second dichroic film is incident and the third incident surface.
  • Another second solid-state image sensor among the plurality of second solid-state image pickup devices receives the second infrared light totally reflected by the third incident surface, and receives the second infrared light.
  • Yet another second solid-state image pickup device among the plurality of second solid-state image pickup devices receives the third infrared light transmitted through the third dichroic film and receives the third infrared light.
  • the further second solid-state image sensor may receive the third infrared light transmitted through the fourth prism glass.
  • the imaging apparatus according to the present invention is mainly used for inspecting the surface and / or the inside of an object that is an object to be imaged.
  • the object is also referred to as a subject.
  • Specific examples of the subject include living organisms, pharmaceuticals, water, foods, packaging, and the like. That is, the imaging device according to the present invention can be widely applied to, for example, a pharmaceutical component analysis, a medical field including a biological tissue inspection / observation, a food freshness judgment inspection, a food field including a food contamination inspection, and the like. Be expected.
  • the imaging device according to the present invention can also detect, for example, the growing state of agricultural products.
  • the imaging device according to the present invention is attached to, for example, an endoscope.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of the image pickup apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a plurality of (for example, three) wavelength ranges of light detected by the image pickup apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the image pickup apparatus 10 is, as an example, a three-plate prism camera.
  • the image pickup apparatus 10 includes a prism 50, a visible light detection unit 100, an infrared light detection unit 200, and a signal processing unit 300. Further, the image pickup apparatus 10 has a lens 5 in front of the prism 50. The lens 5 is not essential in the image pickup apparatus 10.
  • the prism 50 branches the incident light through the lens 5 into visible light and a plurality of infrared lights having different wavelength ranges from each other.
  • the incident light is, for example, light reflected by a subject (for example, natural light such as sunlight, artificial light such as illumination light), or light emitted from a subject (for example, a light emitter, a phosphor, etc.).
  • the prism 50 branches the incident light into visible light VL (for example, light in the wavelength range of 380 nm to 700 nm, the same applies hereinafter), first infrared light IR1, and second infrared light IR2.
  • the wavelength range of near-infrared light is about 700 nm to 2500 nm
  • the wavelength range of mid-infrared light is about 2500 nm to 4000 nm
  • the wavelength range of far-infrared light is, for example, about 4000 nm to 1000 ⁇ m. ..
  • the first and second infrared lights IR1 and IR2 are both near-infrared light.
  • the first and second infrared lights IR1 and IR2 have completely different wavelength ranges from each other, that is, they do not have a portion where the wavelength ranges overlap with each other.
  • the wavelength range of the first infrared light IR1 is, for example, 710 nm to 810 nm
  • the wavelength range of the second infrared light IR2 is, for example, 820 nm to 1000 nm.
  • At least one of the first and second infrared lights IR1 and IR2 may be light (mid-infrared light or far-infrared light) on the longer wavelength side than the near-infrared light.
  • the visible light detection unit 100 includes a first solid-state image sensor 100a that receives the visible light VL branched by the prism 50 and performs photoelectric conversion.
  • the first solid-state image sensor 100a is also called an image sensor.
  • a color solid-state image sensor that detects R (red), G (green), and B (blue) light contained in visible light VL is used.
  • the first solid-state image sensor 100a includes a plurality of pixels arranged two-dimensionally.
  • each pixel has a light receiving element (for example, a photodiode), an on-chip lens arranged in front of the light receiving element and condensing light on the light receiving element, and a color arranged between the light receiving element and the on-chip lens. Includes filters. This color filter transmits any of red light, green light and blue light.
  • the light receiving element of each pixel converts the received colored light (red light, green light, or blue light) into an electric signal and outputs it to the signal processing unit 300.
  • the infrared photodetector 200 receives a plurality of (for example, two) infrared lights (first and second infrared lights IR1 and IR2) having completely different wavelength ranges branched by the prism 50.
  • a second solid-state imaging device 200a (200a1, 200a2) is included.
  • Each second solid-state image sensor 200a is also called an image sensor.
  • a monochrome solid-state image sensor that receives the corresponding infrared light is used.
  • the light receiving element of each second solid-state image sensor 200a uses a material having high light receiving sensitivity with respect to the corresponding infrared light wavelength range.
  • Each second solid-state image sensor 200a includes a plurality of pixels arranged in two dimensions.
  • each pixel includes a light receiving element (for example, a photodiode) and an on-chip lens arranged in front of the light receiving element and condensing light on the light receiving element.
  • the light receiving element of each pixel converts the received corresponding infrared light (first or second infrared light IR1, IR2) into an electric signal, and the signal processing unit 300 Output to.
  • the signal processing unit 300 processes the electric signals output from the visible light detection unit 100 and the infrared light detection unit 200. Specifically, the signal processing unit 300 generates a color image based on an electric signal from the visible light detection unit 100 (specifically, an electric signal output from the first solid-state image sensor 100a), and also generates an infrared signal. An IR image is generated based on an electric signal from the photodetector 200 (for example, an electric signal output from the second solid-state image pickup devices 200a1 and 200a2).
  • the characteristics of each part are slightly different in the captured image (for example, color image and IR image). It should be reflected as it is.
  • the characteristics of each part of the subject can be roughly understood from the color information, but it is not easy to determine whether each part is normal or abnormal.
  • the IR image of the subject shows the characteristics (differences in properties (chemical structure) and states) of each part of the subject that do not appear in the color image. , It becomes possible to determine whether each part of the subject is normal or abnormal.
  • the signal processing unit 300 generates an image in which an IR image is superimposed on a color image.
  • an IR image By superimposing the IR image on the color image, it is possible to identify an abnormal part (for example, a wound, a tumor, a fragile part, etc.) that cannot be distinguished from the surrounding normal part only by the color image of the subject. It will be possible.
  • the images for each part of the subject do not always match. That is, in the IR image, the characteristics of each part of the subject may or may not appear depending on the wavelength range of the infrared light that is the source of the IR image. In other words, since the first and second infrared lights have different wavelength ranges, an IR image based on the first infrared light received by the second solid-state image sensor 200a for each pixel (hereinafter referred to as IR image 1).
  • IR image 2 By superimposing an IR image based on the second infrared light (hereinafter referred to as IR image 2) received by the second solid-state image sensor 200b for each pixel on the color image, each of the subjects The characteristics of the part can be reflected in the final output image in more detail. As described above, according to the image pickup apparatus 10, the separability of the information of the image pickup target obtained in the infrared region can be improved.
  • the imaging device 10 can be used for determining whether or not the site is abnormal based on the presence or absence of a fluorescence reaction when each site of the subject is irradiated with excitation light. More specifically, in this application, the portion that reflects the excitation light as it is is determined to be normal, and the portion that absorbs the excitation light and emits fluorescence (light having a longer wavelength than the excitation light) is determined to be abnormal. In this case, the wavelength range of the excitation light (infrared region) and the wavelength range of fluorescence (infrared region on the longer wavelength side than the excitation light) are different, and the amount of fluorescence light is much smaller than the amount of excitation light.
  • the image pickup apparatus 10 for example, when the excitation light matches the first infrared light IR1 and the fluorescence matches the second infrared light IR2, the first and second infrared lights IR1 and IR2 Can be detected individually (the separability of the information to be imaged obtained in the infrared region can be improved), so whether or not each part of the subject is irradiated with the excitation light and whether or not the part is fluorescing. Can be determined. That is, it is possible to determine the presence or absence of a fluorescence reaction at a site where it is confirmed that the excitation light is actually irradiated.
  • the infrared region of the wavelength range including the excitation light (infrared region) and the fluorescence (infrared region on the longer wavelength side than the excitation light) When light is detected, the excitation light and the fluorescence cannot be discriminated. Therefore, for example, only the fluorescence is detected without detecting the excitation light. In this case, the consistency between the portion irradiated with the excitation light and the portion emitting the fluorescence cannot be confirmed, and the reliability of the discrimination is low.
  • the signal processing unit 300 adds an IR image (IR image 1 and IR image) based on the electric signals output from the plurality of second solid-state image pickup elements 200a (for example, the second solid-state image pickup elements 200a1 and 300a2) to the color image. It is more preferable to superimpose 2). In this case, it is possible to discriminate an abnormal portion that cannot be discriminated from one of the IR image 1 and the IR image 2. Further, since the reflected light from the same part of the subject is superposed on the three (color image, IR image 1, IR image 2) by using the image pickup device 10 provided with the visible light VL and the prism 50, the same part of the subject is subjected to. The three images in the above can be superimposed as they are.
  • the three images can be accurately and easily superimposed by using one imaging device 10.
  • the three cameras are used as the subject. It is necessary to accurately position the same part so that the same part can be imaged, or to extract an image of the same part from three images and superimpose them. In this case, the cost is high and the control or processing is complicated.
  • the color image generation and / or the IR image generation may be performed not by the signal processing unit 300 but by an external device that generates the image.
  • the signal processing unit 300 may transfer the electric signal from the visible light detection unit 100 and / or the electric signal from the infrared light detection unit 200 to the external device.
  • the signal processing unit 300 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), and the like.
  • the prism 50 branches the incident light IL into visible light VL and light containing first and second infrared lights IR1 and IR2 having different wavelength ranges (invisible light).
  • the prism glass 51 and the invisible light that is arranged adjacent to the first prism glass 51 and branched by the first prism glass 51 are the first infrared light IR1 and the second infrared light IR2.
  • the first prism glass 51 has a first incident surface 51b on which the incident light IL is incident, and a first dichroic film 51a provided on a surface facing the first incident surface 51b.
  • the first dichroic film 51a reflects visible light VL (for example, light in the wavelength range of 380 nm to 700 nm) contained in the incident light IL toward the first incident surface 51b, and the first and second reds.
  • Light including external light IR1 and IR2 invisible light, for example, infrared light having a wavelength of 710 nm or more
  • IR1 and IR2 visible light, for example, infrared light having a wavelength of 710 nm or more
  • the crosstalk between the visible light VL and the first infrared light is set. Can be suppressed.
  • the visible light VL reflected by the first dichroic film 51a is incident on the first incident surface 51b at an incident angle (critical angle) that is totally reflected by the first incident surface 51b.
  • the visible light VL totally reflected by the first incident surface 51b is transmitted through the surface of the first prism glass 51 connecting the first incident surface 51b and the surface provided with the first dichroic film 51a. It is incident on the first solid-state imaging element 100a.
  • the second prism glass 52 is provided on a second incident surface 52b on which invisible light transmitted through the first dichroic film 51a is incident and a second surface facing the second incident surface 52b. It has a dichroic film 52a.
  • the second dichroic film 52a directs the first infrared light IR1 (for example, light in the wavelength range of 710 nm to 820 nm) of the invisible light transmitted through the first dichroic film 51a toward the second incident surface 52b. It reflects and transmits the second infrared light IR2 (for example, light in the wavelength range of 830 nm to 1000 nm).
  • the first infrared light IR1 and the first infrared light IR1 It is possible to suppress crosstalk with the infrared light IR2 of 2.
  • the first infrared light IR1 reflected by the second dichroic film 52a is incident on the second incident surface 52b at an incident angle (incident angle larger than the critical angle) totally reflected by the second incident surface 52b.
  • the first infrared light IR1 totally reflected by the second incident surface 52b is a surface of the second prism glass 52 that connects the second incident surface 52b and the surface provided with the second dichroic film 52a. Is incident on the first second solid-state image sensor 200a1.
  • the prism 50 is arranged so as to be adjacent to the second prism glass 52, and the second infrared light IR2 (transmitted through the second dichroic film 52a) from the second prism glass 52 is transmitted as it is.
  • the prism glass 53 of the above is further included.
  • the second infrared light IR2 transmitted through the third prism glass 53 is incident on another second solid-state image sensor 200a2.
  • the image pickup apparatus 20 is a four-plate prism camera including four prism glasses.
  • the prism 500 converts the incident light IL into visible light VL and light including first, second, and third infrared lights IR1, IR2, and IR3 having different wavelength ranges (invisible light).
  • the first prism glass 501 that branches and the invisible light that is arranged adjacent to the first prism glass 501 and branched by the first prism glass 501 are combined with the first infrared light IR1 and the second and second prism glasses 501.
  • a second prism glass 502 branched into light containing the third infrared light IR2 and IR3, and a second prism glass 502 arranged adjacent to the second prism glass 502 and branched by the second prism glass 502.
  • the first, second, and third infrared lights IR1, IR2, and IR3 are all near-infrared light.
  • the wavelength range of the first infrared light IR1 is the shortest wavelength side
  • the wavelength range of the third infrared light IR3 is. It is on the longest wavelength region side.
  • the first prism glass 501 has a first incident surface 501b on which the incident light IL is incident, and a first dichroic film 501a provided on a surface facing the first incident surface 501b.
  • the first dichroic film 501a reflects visible light VL (for example, light in the wavelength range of 380 nm to 700 nm) of the incident light IL transmitted through the first incident surface 501b toward the first incident surface 501b, and also. , 1st, 2nd and 3rd infrared light.
  • Light including IR1, IR2 and IR3 invisible light, for example, light having a wavelength of 710 nm or more is transmitted.
  • the visible light VL and the first infrared light IR1 can be separated from each other. It is possible to suppress cross talk.
  • the visible light VL reflected by the first dichroic film 501a is incident on the first incident surface 501b at an incident angle (incident angle larger than the critical angle) totally reflected by the first incident surface 501b.
  • the visible light VL totally reflected by the first incident surface 501b is transmitted through the surface of the first prism glass 501 connecting the first incident surface 501b and the surface provided with the first dichroic film 501a. It is incident on the first solid-state imaging element 100a.
  • the second prism glass 502 is a second incident light (invisible light) including the first, second and third infrared lights IR1, IR2 and IR3 transmitted through the first dichroic film 501a. It has a surface 502b and a second dichroic film 502a facing the second incident surface 502b.
  • the second dichroic film 502a is the first infrared light among the light (invisible light) including the first, second and third infrared lights IR1, IR2 and IR3 transmitted through the second incident surface 502b.
  • IR1 (for example, light in the wavelength range of 710 nm to 800 nm) is reflected toward the second incident surface 502b, and the second and third infrared lights IR2 and IR3 (for example, light having a wavelength of 810 nm or more) are transmitted.
  • the difference between the upper limit of the wavelength range of the first infrared light IR1 and the lower limit of the wavelength range of the second infrared light IR2 to, for example, 10 nm or more, the first infrared light IR1 and the first infrared light IR1 It is possible to suppress crosstalk with the infrared light IR2 of 2.
  • the first infrared light IR1 reflected by the second dichroic film 502a is incident on the second incident surface 502b at an incident angle (incident angle larger than the critical angle) totally reflected by the second incident surface 502b. Will be done.
  • the first infrared light IR1 totally reflected by the second incident surface 502b is a surface of the second prism glass 502 that connects the second incident surface 502b and the surface provided with the second dichroic film 502a. Is incident on the first second solid-state image sensor 200a1.
  • the third prism glass 503 includes a third incident surface 503b on which light including the second and third infrared lights IR2 and IR3 transmitted through the second dichroic film 501a is incident, and the third incident surface. It has a third dichroic film 503a facing 503b.
  • the third dichroic film 503a is formed by the second infrared light IR2 (for example, in the wavelength range of 810 nm to 900 nm) among the light including the second and third infrared light IR2 and IR3 transmitted through the third incident surface 503b.
  • the third infrared light IR3 (for example, light in the wavelength range of 910 nm to 1000 nm) is transmitted.
  • the second infrared light IR2 and the second infrared light IR2 can be used. It is possible to suppress crosstalk with the infrared light IR3 of 3.
  • the second infrared light IR2 reflected by the third dichroic film 503a is incident on the third incident surface 503b at an incident angle (incident angle larger than the critical angle) totally reflected by the third incident surface 503b. Will be done.
  • the second infrared light IR2 totally reflected by the third incident surface 503b is a surface of the third prism glass 503 that connects the second incident surface 503b and the surface provided with the second dichroic film 503a. Is incident on another second solid-state image sensor 200a2.
  • the third infrared light IR3 transmitted through the third dichroic film 503a is incident on yet another second solid-state image sensor 200a3.
  • the prism 500 is arranged so as to be adjacent to the third prism glass 503, and includes a fourth prism glass 504 that allows the third infrared light IR3 from the third prism glass 503 to be transmitted as it is, and yet another prism 500 is included.
  • the second solid-state imaging device 200a3 receives the third infrared light IR3 transmitted through the fourth prism glass 504.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
  • a three-plate or four-plate prism camera has been described as an example, but the present invention can also be applied to a prism camera having five or more plates.
  • a color solid-state image sensor is used as the first solid-state image sensor, but the present invention is not limited to this.
  • it may have three first solid-state image sensors that detect R, G, and B light, respectively.
  • a prism camera having five or more plates as the image pickup apparatus to receive a plurality of infrared lights having different wavelength ranges.
  • a first solid-state image sensor that detects light of two colors of R, G, and B and a first solid-state image sensor that detects light of the remaining one color may be used.
  • a prism camera having four or more plates as the image pickup apparatus to receive a plurality of infrared lights having different wavelength ranges.
  • the first solid-state image sensor that detects light of one color of R, G, and B may be used.
  • the signal processing unit 300 processes all of the signals of each color from the visible light detection unit and the plurality of infrared light signals from the infrared light detection unit to generate a color image and an IR image. However, only at least two of these plurality of signals may be selectively processed as necessary to generate an image (for example, a color image and / or an IR image).
  • the prism extracts light in the order of visible light VL, first infrared light IR1, and second infrared light IR2, but this order may be changed.
  • the wavelength range of each infrared light can be changed as appropriate.
  • the wavelength range of the first infrared light IR1 is in the range of 700 nm to 1000 nm
  • the wavelength range of the second infrared light IR2 is in the range of 1000 nm to 2500 nm.
  • the wavelength range of the first infrared light IR1 is in the range of 700 nm to 2500 nm
  • the wavelength range of the second infrared light IR2 is in the range of 2500 nm to 4000 nm. There may be.
  • the wavelength range of the first infrared light IR1 is in the range of 700 nm to 4000 nm
  • the wavelength range of the second infrared light IR2 is in the range of 4000 nm to 1000 ⁇ m.
  • the wavelength range of the first infrared light IR1 is in the range of 700 nm to 1000 nm
  • the wavelength range of the second and third infrared lights IR2 and IR3 is 1000 nm to 2500 nm. It may be within the range.
  • the wavelength range of the first infrared light IR1 is in the range of 700 nm to 1000 nm
  • the wavelength range of the second infrared light IR2 is in the range of 1000 nm to 2500 nm.
  • the wavelength range of the third infrared light IR3 may be in the range of 2500 nm to 4000 nm.
  • the wavelength range of the first infrared light IR1 is in the range of 700 nm to 2500 nm
  • the wavelength range of the second infrared light IR2 is in the range of 2500 nm to 4000 nm.
  • the wavelength range of the third infrared light IR3 may be in the range of 4000 nm to 1000 ⁇ m.
  • the wavelength range of the first infrared light IR1 is 700 nm.
  • the wavelength range of the second infrared light IR2 is in the range of 1000 nm to 2500 nm
  • the wavelength range of the third infrared light IR3 is in the range of 2500 nm to 4000 nm.
  • the wavelength range of the fourth infrared light IR4 may be in the range of 4000 nm to 1000 ⁇ m.
  • the first solid-state image sensor of the image pickup device of each of the above embodiments does not have to have at least one of a color filter and an on-chip lens.
  • the first solid-state image sensor may not have a color filter when used for generating a black-and-white image, for example. That is, the first solid-state image sensor may be a monochrome solid-state image sensor.

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Abstract

撮像対象の物体の部位毎の性情、形状等の特徴を精度良く判別するための情報を得ることができる撮像装置を提供する。 本発明は、入射光を可視光と非可視光とに分岐し、分岐された前記非可視光を波長域が互いに異なる複数の赤外光に分岐するプリズムと、前記プリズムからの前記可視光を受光して光電変換する第１の固体撮像素子を含む可視光検出部と、前記プリズムからの前記複数の赤外光をそれぞれ受光して光電変換する複数の第２の固体撮像素子を含む赤外光検出部と、前記可視光検出部及び／又は前記赤外光検出部から出力された電気信号を処理する信号処理部と、を備える撮像装置を提供する。

Description

撮像装置
　本発明は、撮像装置に関する。
　従来、入射光を複数の光に分岐するプリズムと、該プリズムで分岐された複数の光をそれぞれ受光する複数の固体撮像素子とを備える撮像装置が知られている。
　例えば特許文献１には、入射光を波長域が互いに異なる複数の可視光と赤外光とに分岐するプリズムと、該プリズムで分岐された複数の可視光と赤外光とをそれぞれ受光する複数の固体撮像素子とを備える撮像装置が開示されている。
特開２０１７－２０５３５４号公報
　しかしながら、従来の撮像装置では、特に、赤外域で得られる撮像対象の情報の分離性を向上することに関して改善の余地があった。
　そこで、本発明は、赤外域で得られる撮像対象の情報の分離性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。
　本発明は、入射光を可視光と非可視光とに分岐し、分岐された前記非可視光を波長域が互いに異なる複数の赤外光に分岐するプリズムと、
　前記プリズムからの前記可視光を受光して光電変換する第１の固体撮像素子を含む可視光検出部と、
　前記プリズムからの前記複数の赤外光をそれぞれ受光して光電変換する複数の第２の固体撮像素子を含む赤外光検出部と、
　前記可視光検出部及び／又は前記赤外光検出部から出力された電気信号を処理する信号処理部と、
　を備える撮像装置を提供する。
　前記複数の赤外光は、いずれも近赤外光であってもよい。
　前記複数の赤外光は、波長域が互いに異なる第１及び第２の赤外光を含み、前記第１及び第２の赤外光は、いずれも波長域が７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲内にあってもよい。
　前記第１の固体撮像素子は、カラー固体撮像素子であってもよい。
　前記第１の固体撮像素子は、モノクロ固体撮像素子であってもよい。
　前記信号処理部は、前記可視光検出部からの電気信号に基づいてカラー画像又はモノクロ画像を生成し、且つ、前記赤外光検出部からの電気信号に基づいてＩＲ画像を生成してもよい。
　前記プリズムは、前記入射光を前記可視光と前記非可視光とに分岐する第１のプリズムガラスと、該第１のプリズムガラスに隣り合うように配置され、該第１のプリズムガラスで分岐された前記非可視光を波長域が互いに異なる第１及び第２の赤外光に分岐する第２のプリズムガラスと、前記第２のプリズムガラスに隣り合うように配置され、前記第２のプリズムガラスからの前記第２の赤外光を透過させる第３のプリズムガラスとを含んでいてもよい。
　前記第１のプリズムガラスは、前記入射光が入射される第１の入射面と、該第１の入射面を透過した前記入射光のうち前記可視光を前記第１の入射面に向けて反射させ、且つ、前記非可視光を透過させる第１のダイクロイック膜とを有し、前記第１の固体撮像素子は、前記第１の入射面で全反射された前記可視光を受光し、前記第２のプリズムガラスは、前記第１のダイクロイック膜を透過した前記非可視光が入射される第２の入射面と、該第２の入射面を透過した前記非可視光のうち前記第１の赤外光を前記第２の入射面に向けて反射させ、且つ、前記第２の赤外光を透過させる第２のダイクロイック膜とを有し、前記複数の第２の固体撮像素子のうち一の第２の固体撮像素子は、前記第２の入射面で全反射された前記第１の赤外光を受光し、前記複数の第２の固体撮像素子のうち別の第２の固体撮像素子は、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第２の赤外光を受光し、前記別の第２の固体撮像素子は、前記第３のプリズムガラスを透過した前記第２の赤外光を受光してもよい。
　前記プリズムは、前記入射光を前記可視光と前記非可視光とに分岐する第１のプリズムガラスと、前記第１のプリズムガラスに隣り合うように配置され、前記第１のプリズムガラスで分岐された前記非可視光を第１の赤外光と、該第１の赤外光と波長域が異なり、且つ、互いに波長域が異なる第２及び第３の赤外光を含む光とに分岐する第２のプリズムガラスと、前記第２のプリズムガラスに隣り合うように配置され、前記第２のプリズムガラスで分岐された前記第２及び第３の赤外光を含む光を前記第２の赤外光と前記第３の赤外光とに分岐する第３のプリズムガラスと、前記第３のプリズムガラスに隣り合うように配置され、前記第３のプリズムガラスからの前記第３の赤外光を透過させる第４のプリズムガラスとを含んでいてもよい。
　前記第１のプリズムガラスは、前記入射光が入射される第１の入射面と、該第１の入射面を透過した前記入射光のうち前記可視光を前記第１の入射面に向けて反射させ、且つ、前記非可視光を透過させる第１のダイクロイック膜とを有し、
　前記第１の固体撮像素子は、前記第１の入射面で全反射された前記可視光を受光し、
　前記第２のプリズムガラスは、前記第１のダイクロイック膜を透過した前記非可視光が入射される第２の入射面と、該第２の入射面を透過した前記非可視光のうち前記第１の赤外光を前記第２の入射面に向けて反射させ、且つ、前記第２及び第３の赤外光を含む光を透過させる第２のダイクロイック膜とを有し、
　前記複数の第２の固体撮像素子のうち一の第２の固体撮像素子は、前記第２の入射面で全反射された前記第１の赤外光を受光し、
　前記第３のプリズムガラスは、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第２及び第３の赤外光を含む光が入射される第３の入射面と、該第３の入射面を透過した前記第２及び第３の赤外光を含む光のうち前記第２の赤外光を前記第３の入射面に向けて反射させ、且つ、前記第３の赤外光を透過させる第３のダイクロイック膜とを有し、
　前記複数の第２の固体撮像素子のうち別の第２の固体撮像素子は、前記第３の入射面で全反射された前記第２の赤外光を受光し、
　前記複数の第２の固体撮像素子のうち更なる別の第２の固体撮像素子は、前記第３のダイクロイック膜を透過した前記第３の赤外光を受光し、
　前記更なる別の第２の固体撮像素子は、前記第４のプリズムガラス透過した前記第３の赤外光を受光してもよい。
本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る撮像装置のプリズムにより分岐される可視光、第１の赤外光及び第２の赤外光の波長域の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像装置のプリズムにより分岐される可視光、第１の赤外光、第２の赤外光及び第３の赤外光の波長域の一例を示す図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。本明細書において、本発明に係る撮像装置が複数の効果を奏することが記載される場合でも、本発明に係る撮像装置は、少なくとも１つの効果を奏すればよい。本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
　本発明について、以下の順序で説明を行う。
１．導入
２．本発明の第１の実施形態に係る撮像装置
３．本発明の第２の実施形態に係る撮像装置
４．本発明の変形例
１．＜導入＞
　本発明に係る撮像装置は、主に、撮像対象の物体である対象物の表面及び／又は内部の検査に用いられる。以下では、当該対象物を被検体とも呼ぶ。
　被検体の具体例としては、例えば生体、医薬品、水、食品、包装等が挙げられる。
　すなわち、本発明に係る撮像装置は、例えば、医薬品成分分析、生体組織検査・観察を含めた医療分野、食品の鮮度判定検査、食品の異物混入検査を含めた食品分野等に幅広く応用することが期待される。
　一例として、本発明に係る撮像装置を例えばドローン等に搭載することにより、広大な田畑を上空から広範囲に撮像することも可能となる。この際、本発明に係る撮像装置は、例えば農産物の生育状態を検出することも可能である。
　一例として、本発明に係る撮像装置が生体内部の検査に用いられる場合に、本発明に係る撮像装置は例えば内視鏡に取り付けられる。
２．＜本発明の第１の実施形態に係る撮像装置＞
　以下、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１０について、図１及び図２を参照して説明する。図１には、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１０の構成が模式的に示されている。図２には、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１０により検出される複数（例えば３つ）の光の波長域が示されている。
　撮像装置１０は、図１に示されるように、一例として３板式のプリズムカメラである。撮像装置１０は、プリズム５０と、可視光検出部１００と、赤外光検出部２００と、信号処理部３００とを備えている。
　さらに、撮像装置１０は、プリズム５０の前段にレンズ５を有している。なお、レンズ５は、撮像装置１０において必須のものではない。
　プリズム５０は、例えばレンズ５を介した入射光を、可視光と、波長域が互いに異なる複数の赤外光とに分岐する。当該入射光は、一例として、被検体で反射された光（例えば太陽光等の自然光、照明光等の人工光など）、被検体（例えば発光体、蛍光体等）から放出される光である。
　プリズム５０は、一例として、入射光を可視光ＶＬ（例えば３８０ｎｍ～７００ｎｍの波長域の光、以下同様）と、第１の赤外光ＩＲ１と、第２の赤外光ＩＲ２とに分岐する。
　ここで、一般に、近赤外光の波長域は約７００ｎｍ～２５００ｎｍであり、中赤外光の波長域は約２５００ｎｍ～４０００ｎｍであり、遠赤外光の波長域は例えば約４０００ｎｍ～１０００μｍである。
　一例として、図２に示すように、第１及び第２の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２は、いずれも近赤外光である。
　第１及び第２の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２は、波長域が互いに全く異なる、すなわち波長域が互いに重複する部分を有しない。
　さらに、一例として、第１の赤外光ＩＲ１の波長域は例えば７１０ｎｍ～８１０ｎｍであり、第２の赤外光ＩＲ２の波長域は例えば８２０ｎｍ～１０００ｎｍである。
　なお、第１及び第２の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２の少なくとも一方は、近赤外光より長波長側の光（中赤外光又は遠赤外光）であってもよい。
　可視光検出部１００は、プリズム５０で分岐された可視光ＶＬを受光して光電変換する第１の固体撮像素子１００ａを含む。第１の固体撮像素子１００ａは、イメージセンサとも呼ばれる。
　ここでは、第１の固体撮像素子１００ａとして、可視光ＶＬに含まれるＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光を検出するカラー固体撮像素子が用いられている。
　第１の固体撮像素子１００ａは、２次元配列された複数の画素を含む。各画素は、一例として、受光素子（例えばフォトダイオード）と、受光素子の前段に配置され受光素子に光を集光させるオンチップレンズと、受光素子とオンチップレンズとの間に配置されたカラーフィルタとを含む。このカラーフィルタは、赤色光、緑色光及び青色光のいずれかを透過させる。
　第１の固体撮像素子１００ａにおいて、各画素の受光素子は、受光した色光（赤色光、緑色光又は青色光）を電気信号に変換して、信号処理部３００に出力する。
　赤外光検出部２００は、プリズム５０で分岐された波長域が互いに全く異なる複数の赤外光（第１及び第２の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２）をそれぞれ受光する複数（例えば２つ）の第２の固体撮像素子２００ａ（２００ａ１、２００ａ２）を含む。各第２の固体撮像素子２００ａは、イメージセンサとも呼ばれる。
　ここでは、各第２の固体撮像素子２００ａとして、対応する赤外光を受光するモノクロ固体撮像素子が用いられている。各第２の固体撮像素子２００ａの受光素子は、一例として、対応する赤外光の波長域に対する受光感度が高い材料が用いられている。
　各第２の固体撮像素子２００ａは、２次元配列された複数の画素を含む。各画素は、一例として、受光素子（例えばフォトダイオード）と、該受光素子の前段に配置され受光素子に光を集光させるオンチップレンズとを含む。
　各第２の固体撮像素子２００ａにおいて、各画素の受光素子は、受光した対応する赤外光（第１又は第２の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２）を電気信号に変換して、信号処理部３００に出力する。
　信号処理部３００は、可視光検出部１００及び赤外光検出部２００から出力された電気信号を処理する。
　具体的には、信号処理部３００は、可視光検出部１００からの電気信号（詳しくは第１の固体撮像素子１００ａから出力された電気信号）に基づいてカラー画像を生成し、且つ、赤外光検出部２００からの電気信号（例えば第２の固体撮像素子２００ａ１、２００ａ２から出力された電気信号）に基づいてＩＲ画像を生成する。
　ここで、被検体の各部位を構成する物質の状態、組成等により光の反射性、吸収性及び透過性が異なるため、当該部位毎の特徴が撮像画像（例えばカラー画像及びＩＲ画像）に多少なりとも反映されるはずである。
　しかし、例えば被検体のカラー画像を視ることにより、その色情報から被検体の部位毎の特徴が概ね分かるが、各部位が正常であるか異常であるかを判別することは容易ではない。
　一方、被検体のＩＲ画像には、カラー画像には現れない被検体の部位毎の特徴（性質（化学構造）の違いや状態の違い）が現れるので、被検体のＩＲ画像を視ることにより、被検体の各部位が正常であるか異常であるかを判別することが可能となる。
　そこで、信号処理部３００は、カラー画像にＩＲ画像を重畳した画像を生成することが好ましい。カラー画像に対してＩＲ画像が重畳されることにより、被検体のカラー画像のみでは周囲の正常な部位とは区別がつかない異常な部位（例えば傷、腫瘍、脆弱部等）を判別することが可能となる。
　また、互いに異なる波長域の複数の赤外光をそれぞれ画素毎に受光して得られる複数のＩＲ画像は、被検体の部位毎の画像が必ずしも一致しない。すなわち、ＩＲ画像では、当該ＩＲ画像の元となる赤外光の波長域によって被検体の部位毎の特徴が現れたり、現れなかったりすることが起こり得る。
　換言すると、第１及び第２の赤外光は、波長域が異なるので、第２の固体撮像素子２００ａが画素毎に受光する第１の赤外光に基づくＩＲ画像（以下、ＩＲ画像１とする）と、第２の固体撮像素子２００ｂが画素毎に受光する第２の赤外光に基づくＩＲ画像（以下、ＩＲ画像２とする）とをカラー画像に重畳させることにより、被検体の各部位の特徴をより詳細に最終的な出力画像に反映させることができる。このように、撮像装置１０によれば、赤外域で得られる撮像対象の情報の分離性を向上することができる。
　一例として、撮像装置１０は、励起光を被検体の各部位に照射したときの蛍光反応の有無により該部位が異常か否かを判別する用途に用いることができる。詳述すると、この用途では、励起光をそのまま反射する部位は正常と判断し、励起光を吸収して蛍光（励起光より長波長の光）を発する部位を異常と判別する。
　この場合には、励起光の波長域（赤外域）と蛍光の波長域（励起光より長波長側の赤外域）が異なり、且つ、蛍光の光量が励起光の光量に比べて非常に小さいので、赤外域で得られる撮像対象の情報の分離性の向上が要求される。
　撮像装置１０では、例えば、励起光が第１の赤外光ＩＲ１に一致し、且つ、蛍光が第２の赤外光ＩＲ２に一致する場合において、第１及び第２の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２を個別に検出できる（赤外域で得られる撮像対象の情報の分離性を向上できる）ので、励起光が被検体の各部位に照射されているか否か及び該部位が蛍光を発しているか否かを判別できる。つまり、実際に励起光が照射されていることが確認されている部位における蛍光反応の有無を判別することができる。
　一方、単一の赤外光を用いて蛍光反応の有無を判別する場合には、励起光（赤外域）及び蛍光（励起光より長波長側の赤外域）の波長を含む波長域の赤外光を検出すると励起光及び蛍光を判別できなくなるので、例えば励起光を検出せずに蛍光のみを検出していた。この場合には、励起光が照射された部位と蛍光を発した部位との一致性を確認できず、判別の信頼性が低い。
　そこで、信号処理部３００は、カラー画像に、複数の第２の固体撮像素子２００ａ（例えば第２の固体撮像素子２００ａ１、３００ａ２）から出力された電気信号に基づくＩＲ画像（ＩＲ画像１及びＩＲ画像２）を重畳させることがより好ましい。
　この場合には、ＩＲ画像１及びＩＲ画像２の一方からでは、判別できない異常な部位を判別することも可能となる。
　さらに、被検体の同一部位からの反射光を可視光ＶＬ、プリズム５０を備える撮像装置１０を用いて３つの（カラー画像、ＩＲ画像１、ＩＲ画像２）を重畳させるので、被検体の同一部位における当該３つの画像をそのまま重畳させることができる。すなわち、１台の撮像装置１０を用いて、精確且つ容易に当該３つの画像を重畳させることができる。
　一方、例えば、当該３つの画像の各々を撮像する３台の撮像装置（例えばカメラ）を用いて、被検体の同一部位の当該３つの画像を重畳させる場合には、３台のカメラを被検体の同一部位を撮像できるよう精確に位置決めするか、もしくは３つの画像から同一部位の画像を抽出して重畳する必要がある。この場合には、コストが嵩む上、制御もしくは処理が煩雑となる。
　なお、カラー画像の生成及び／又はＩＲ画像の生成は、信号処理部３００によらず、画像を生成する外部機器により行ってもよい。
　例えば、信号処理部３００は、可視光検出部１００からの電気信号及び／又は赤外光検出部２００からの電気信号を、当該外部機器に転送してもよい。
　信号処理部３００は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等により構成されている。
　以下に、撮像装置１０の構成をより詳細に説明する。
　図１に戻り、プリズム５０は、入射光ＩＬを可視光ＶＬと、波長域が互いに異なる第１及び第２の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２を含む光（非可視光）とに分岐する第１のプリズムガラス５１と、該第１のプリズムガラス５１に隣り合うように配置され、該第１のプリズムガラス５１で分岐された非可視光を第１の赤外光ＩＲ１と第２の赤外光ＩＲ２とに分岐する第２のプリズムガラス５２と、を含む。
　第１のプリズムガラス５１は、入射光ＩＬが入射される第１の入射面５１ｂと、該第１の入射面５１ｂに対向する面に設けられた第１のダイクロイック膜５１ａとを有する。
　第１のダイクロイック膜５１ａは、入射光ＩＬに含まれる可視光ＶＬ（例えば３８０ｎｍ～７００ｎｍの波長域の光）を第１の入射面５１ｂに向けて反射させ、且つ、第１及び第２の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２を含む光（非可視光、例えば７１０ｎｍ以上の波長の赤外光）を透過させる。このように、可視光ＶＬの波長域の上限と第１の赤外光ＩＲ１の波長域の下限との差を例えば１０ｎｍとすることにより、可視光ＶＬと第１の赤外光とのクロストークを抑制することが可能となる。
　第１のダイクロイック膜５１ａで反射された可視光ＶＬは、第１の入射面５１ｂで全反射する入射角（臨界角）で該第１の入射面５１ｂに入射される。
　第１の入射面５１ｂで全反射された可視光ＶＬは、第１のプリズムガラス５１の、第１の入射面５１ｂと第１のダイクロイック膜５１ａが設けられた面とを繋ぐ面を透過して第１の固体撮像素子１００ａに入射される。
　第２のプリズムガラス５２は、第１のダイクロイック膜５１ａを透過した非可視光が入射される第２の入射面５２ｂと、該第２の入射面５２ｂに対向する面に設けられた第２のダイクロイック膜５２ａとを有する。
　第２のダイクロイック膜５２ａは、第１のダイクロイック膜５１ａを透過した非可視光のうち第１の赤外光ＩＲ１（例えば７１０ｎｍ～８２０ｎｍの波長域の光）を第２の入射面５２ｂに向けて反射させ、且つ、第２の赤外光ＩＲ２（例えば８３０ｎｍ～１０００ｎｍの波長域の光）を透過させる。このように、第１の赤外光ＩＲ１の波長域の上限と、第２の赤外光ＩＲ２の波長域の下限との差を例えば１０ｎｍとすることにより、第１の赤外光ＩＲ１と第２の赤外光ＩＲ２とのクロストークを抑制することが可能となる。
　第２のダイクロイック膜５２ａで反射された第１の赤外光ＩＲ１は、第２の入射面５２ｂで全反射する入射角（臨界角より大きい入射角）で該第２の入射面５２ｂに入射される。
　第２の入射面５２ｂで全反射された第１の赤外光ＩＲ１は、第２のプリズムガラス５２の、第２の入射面５２ｂと第２のダイクロイック膜５２ａが設けられた面とを繋ぐ面を透過して一の第２の固体撮像素子２００ａ１に入射される。
　プリズム５０は、第２のプリズムガラス５２に隣り合うように配置され、第２のプリズムガラス５２からの（第２のダイクロイック膜５２ａを透過した）第２の赤外光ＩＲ２をそのまま透過させる第３のプリズムガラス５３を更に含む。
　第３のプリズムガラス５３を透過した第２の赤外光ＩＲ２は、別の第２の固体撮像素子２００ａ２に入射される。
３．＜本発明の第２の実施形態に係る撮像装置＞
　以下に、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置２０について、図３及び図４を参照して説明する。
　撮像装置２０は、図３に示すように、プリズムが４つのプリズムガラスを含む、４板式のプリズムカメラである。
　撮像装置２０では、プリズム５００は、入射光ＩＬを可視光ＶＬと、波長域が互いに異なる第１、第２及び第３の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２、ＩＲ３を含む光（非可視光）とに分岐する第１のプリズムガラス５０１と、第１のプリズムガラス５０１に隣り合うように配置され、第１のプリズムガラス５０１で分岐された非可視光を第１の赤外光ＩＲ１と、第２及び第３の赤外光ＩＲ２、ＩＲ３を含む光とに分岐する第２のプリズムガラス５０２と、第２のプリズムガラス５０２に隣り合うように配置され、第２のプリズムガラス５０２で分岐された第２及び第３の赤外光ＩＲ２、ＩＲ３を含む光を第２の赤外光ＩＲ２と第３の赤外光ＩＲ３とに分岐する第３のプリズムガラス５０３と、を含む。
　一例として、図４に示すように、第１、第２及び第３の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２、ＩＲ３は、いずれも近赤外光である。第１、第２及び第３の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２、ＩＲ３の中で、第１の赤外光ＩＲ１の波長域が最も短波長側であり、第３の赤外光ＩＲ３の波長域が最も長波長域側である。
　第１のプリズムガラス５０１は、入射光ＩＬが入射される第１の入射面５０１ｂと、該第１の入射面５０１ｂに対向する面に設けられた第１のダイクロイック膜５０１ａとを有する。
　第１のダイクロイック膜５０１ａは、第１の入射面５０１ｂを透過した入射光ＩＬのうち可視光ＶＬ（例えば３８０ｎｍ～７００ｎｍの波長域の光）を第１の入射面５０１ｂに向けて反射させ、且つ、第１、第２及び第３の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２、ＩＲ３を含む光（非可視光、例えば７１０ｎｍ以上の波長の光）を透過させる。このように、可視光ＶＬの波長域の上限と第１の赤外光ＩＲ１の波長域の下限との差を例えば１０ｎｍ以上とすることにより、可視光ＶＬと第１の赤外光ＩＲ１とのクロストークを抑制することが可能となる。
　第１のダイクロイック膜５０１ａで反射された可視光ＶＬは、第１の入射面５０１ｂで全反射される入射角（臨界角より大きい入射角）で該第１の入射面５０１ｂに入射される。
　第１の入射面５０１ｂで全反射された可視光ＶＬは、第１のプリズムガラス５０１の、第１の入射面５０１ｂと第１のダイクロイック膜５０１ａが設けられた面とを繋ぐ面を透過して第１の固体撮像素子１００ａに入射される。
　第２のプリズムガラス５０２は、第１のダイクロイック膜５０１ａを透過した第１、第２及び第３の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２、ＩＲ３を含む光（非可視光）が入射される第２の入射面５０２ｂと、該第２の入射面５０２ｂに対向する第２のダイクロイック膜５０２ａとを有する。
　第２のダイクロイック膜５０２ａは、第２の入射面５０２ｂを透過した第１、第２及び第３の赤外光ＩＲ１、ＩＲ２、ＩＲ３を含む光（非可視光）のうち第１の赤外光ＩＲ１（例えば７１０ｎｍ～８００ｎｍの波長域の光）を第２の入射面５０２ｂに向けて反射し、且つ、第２及び第３の赤外光ＩＲ２、ＩＲ３（例えば８１０ｎｍ以上の波長の光）を透過させる。このように、第１の赤外光ＩＲ１の波長域の上限と第２の赤外光ＩＲ２の波長域の下限との差を例えば１０ｎｍ以上とすることにより、第１の赤外光ＩＲ１と第２の赤外光ＩＲ２とのクロストークを抑制することが可能となる。
　第２のダイクロイック膜５０２ａで反射された第１の赤外光ＩＲ１は、第２の入射面５０２ｂで全反射される入射角（臨界角より大きい入射角）で該第２の入射面５０２ｂに入射される。
　第２の入射面５０２ｂで全反射された第１の赤外光ＩＲ１は、第２のプリズムガラス５０２の、第２の入射面５０２ｂと第２のダイクロイック膜５０２ａが設けられた面とを繋ぐ面を透過して一の第２の固体撮像素子２００ａ１に入射される。
　第３のプリズムガラス５０３は、第２のダイクロイック膜５０１ａを透過した第２及び第３の赤外光ＩＲ２、ＩＲ３を含む光が入射される第３の入射面５０３ｂと、該第３の入射面５０３ｂに対向する第３のダイクロイック膜５０３ａとを有する。
　第３のダイクロイック膜５０３ａは、第３の入射面５０３ｂを透過した第２及び第３の赤外光ＩＲ２、ＩＲ３を含む光のうち第２の赤外光ＩＲ２（例えば８１０ｎｍ～９００ｎｍの波長域の光）を第３の入射面５０３ｂに向けて反射し、且つ、第３の赤外光ＩＲ３（例えば９１０ｎｍ～１０００ｎｍの波長域の光）を透過させる。このように、第２の赤外光ＩＲ２の波長域の上限と第３の赤外光ＩＲ３の波長域の下限との差を例えば１０ｎｍ以上とすることにより、第２の赤外光ＩＲ２と第３の赤外光ＩＲ３とのクロストークを抑制することが可能となる。
　第３のダイクロイック膜５０３ａで反射された第２の赤外光ＩＲ２は、第３の入射面５０３ｂで全反射される入射角（臨界角より大きい入射角）で該第３の入射面５０３ｂに入射される。
　第３の入射面５０３ｂで全反射された第２の赤外光ＩＲ２は、第３のプリズムガラス５０３の、第２の入射面５０３ｂと第２のダイクロイック膜５０３ａが設けられた面とを繋ぐ面を透過して別の第２の固体撮像素子２００ａ２に入射される。
　第３のダイクロイック膜５０３ａを透過した第３の赤外光ＩＲ３は、更なる別の第２の固体撮像素子２００ａ３に入射される。
　プリズム５００は、第３のプリズムガラス５０３に隣り合うように配置され、第３のプリズムガラス５０３からの第３の赤外光ＩＲ３をそのまま透過させる第４のプリズムガラス５０４を含み、更なる別の第２の固体撮像素子２００ａ３は、第４のプリズムガラス５０４を透過した第３の赤外光ＩＲ３を受光する。
４．＜本発明の変形例＞
　本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。
　例えば、上記各実施形態では、本発明に係る撮像装置として、３板又は４板のプリズムカメラを例にとって説明したが、本発明は、５板以上のプリズムカメラにも適用可能である。
　上記各実施形態では、第１の固体撮像素子として、カラー固体撮像素子を用いているが、これに限らない。
　例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの光をそれぞれ検出する３つの第１の固体撮像素子を有していてもよい。この場合には、撮像装置に５板以上のプリズムカメラを用いて、波長域が異なる複数の赤外光を受光する必要がある。
　例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂのうち２色の光を検出する第１の固体撮像素子及び残りの１色の光を検出する第１の固体撮像素子を用いてもよい。この場合には、撮像装置に４板以上のプリズムカメラを用いて、波長域が異なる複数の赤外光を受光する必要がある。
　例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂのうち１色の光を検出する第１の固体撮像素子のみを用いてもよい。この場合には、撮像装置に３板以上のプリズムカメラを用いて、波長域が異なる複数の赤外光を受光する必要がある。
　上記各実施形態では、信号処理部３００は、可視光検出部からの各色の信号及び赤外光検出部からの複数の赤外光の信号の全てを処理し、カラー画像及びＩＲ画像を生成しているが、これら複数の信号のうち必要に応じて少なくとも２つの信号のみを選択的に処理し、画像（例えば色画像及び／又はＩＲ画像）を生成してもよい。
　上記各実施形態では、プリズムは、可視光ＶＬ、第１の赤外光ＩＲ１、第２の赤外光ＩＲ２の順に光を取り出しているが、この順を変更してもよい。
　上記各実施形態において、各赤外光の波長域は、適宜変更可能である。
　例えば、上記第１の実施形態では、第１の赤外光ＩＲ１の波長域が７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第２の赤外光ＩＲ２の波長域が１０００ｎｍ～２５００ｎｍの範囲内にあってもよい。
　例えば、上記第１の実施形態では、第１の赤外光ＩＲ１の波長域が７００ｎｍ～２５００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第２の赤外光ＩＲ２の波長域が２５００ｎｍ～４０００ｎｍの範囲内にあってもよい。
　例えば、上記第１の実施形態では、第１の赤外光ＩＲ１の波長域が７００ｎｍ～４０００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第２の赤外光ＩＲ２の波長域が４０００ｎｍ～１０００μｍの範囲内にあってもよい。
　例えば、上記第２の実施形態では、第１の赤外光ＩＲ１の波長域が７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲内にあり、第２及び第３の赤外光ＩＲ２、ＩＲ３の波長域が１０００ｎｍ～２５００ｎｍの範囲内にあってもよい。
　例えば、上記第２の実施形態では、第１の赤外光ＩＲ１の波長域が７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第２の赤外光ＩＲ２の波長域が１０００ｎｍ～２５００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第３の赤外光ＩＲ３の波長域が２５００ｎｍ～４０００ｎｍの範囲内にあってもよい。
　例えば、上記第２の実施形態では、第１の赤外光ＩＲ１の波長域が７００ｎｍ～２５００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第２の赤外光ＩＲ２の波長域が２５００ｎｍ～４０００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第３の赤外光ＩＲ３の波長域が４０００ｎｍ～１０００μｍの範囲内にあってもよい。
　例えば、５板のプリズムカメラを用いて１つの可視光ＶＬ及び第１～第４の赤外光（４つの赤外光）を検出する場合に、第１の赤外光ＩＲ１の波長域が７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第２の赤外光ＩＲ２の波長域が１０００ｎｍ～２５００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第３の赤外光ＩＲ３の波長域が２５００ｎｍ～４０００ｎｍの範囲内にあり、且つ、第４の赤外光ＩＲ４の波長域が４０００ｎｍ～１０００μｍの範囲内にあってもよい。
　例えば、上記各実施形態の撮像装置の第１の固体撮像素子は、カラーフィルタ及びオンチップレンズの少なくとも一方を有していなくてもよい。第１の固体撮像素子は、例えば白黒画像の生成に用いられる場合は、カラーフィルタを有していなくてもよい。すなわち、第１の固体撮像素子は、モノクロ固体撮像素子であってもよい。
　１０、２０：撮像装置、５０、５００：プリズム、５１、５０１：第１のプリズムガラス、５２、５０２：第２のプリズムガラス、５３、５０３：第３のプリズムガラス、５０４：第４のプリズムガラス、５１ａ、５０１ａ：第１のダイクロイック膜、５１ｂ、５０１ｂ：第１の入射面、５２ａ、５０２ａ：第２のダイクロイック膜、５２ｂ、５０２ｂ：第２の入射面、５０３ａ：第３のダイクロイック膜、５０３ｂ：第３の入射面、３００：信号処理部。
 

Claims (10)

  1. 　入射光を可視光と非可視光とに分岐し、分岐された前記非可視光を波長域が互いに異なる複数の赤外光に分岐するプリズムと、
    　前記プリズムからの前記可視光を受光して光電変換する第１の固体撮像素子を含む可視光検出部と、
    　前記プリズムからの前記複数の赤外光をそれぞれ受光して光電変換する複数の第２の固体撮像素子を含む赤外光検出部と、
    　前記可視光検出部及び／又は前記赤外光検出部から出力された電気信号を処理する信号処理部と、
    　を備える撮像装置。
  2. 　前記複数の赤外光は、いずれも近赤外光である、請求項１に記載の撮像装置。
  3. 　前記複数の赤外光は、波長域が互いに重複する部分を有しない第１及び第２の赤外光を含み、
    　前記第１及び第２の赤外光は、いずれも波長域が７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲内にある、請求項１又は２に記載の撮像装置。
  4. 　前記第１の固体撮像素子は、カラー固体撮像素子である、請求項１～３のいずれか１項に記載の撮像装置。
  5. 　前記第１の固体撮像素子は、モノクロ固体撮像素子である、請求項１～３のいずれか１項に記載の撮像装置。
  6. 　前記信号処理部は、前記可視光検出部からの電気信号に基づいてカラー画像又はモノクロ画像を生成し、且つ、前記赤外光検出部からの電気信号に基づいてＩＲ画像を生成する、請求項１～５のいずれか１項に記載の撮像装置。
  7. 　前記プリズムは、前記入射光を前記可視光と前記非可視光とに分岐する第１のプリズムガラスと、該第１のプリズムガラスに隣り合うように配置され、該第１のプリズムガラスで分岐された前記非可視光を波長域が互いに異なる第１及び第２の赤外光に分岐する第２のプリズムガラスと、前記第２のプリズムガラスに隣り合うように配置され、前記第２のプリズムガラスからの前記第２の赤外光を透過させる第３のプリズムガラスとを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の撮像装置。
  8. 　前記第１のプリズムガラスは、前記入射光が入射される第１の入射面と、該第１の入射面を透過した前記入射光のうち前記可視光を前記第１の入射面に向けて反射させ、且つ、前記非可視光を透過させる第１のダイクロイック膜とを有し、
    　前記第１の固体撮像素子は、前記第１の入射面で全反射された前記可視光を受光し、
    　前記第２のプリズムガラスは、前記第１のダイクロイック膜を透過した前記非可視光が入射される第２の入射面と、該第２の入射面を透過した前記非可視光のうち前記第１の赤外光を前記第２の入射面に向けて反射させ、且つ、前記第２の赤外光を透過させる第２のダイクロイック膜とを有し、
    　前記複数の第２の固体撮像素子のうち一の第２の固体撮像素子は、前記第２の入射面で全反射された前記第１の赤外光を受光し、
    　前記複数の第２の固体撮像素子のうち別の第２の固体撮像素子は、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第２の赤外光を受光し、
    　前記別の第２の固体撮像素子は、前記第３のプリズムガラス透過した前記第２の赤外光を受光する、請求項７に記載の撮像装置。
  9. 　前記プリズムは、前記入射光を前記可視光と前記非可視光とに分岐する第１のプリズムガラスと、前記第１のプリズムガラスに隣り合うように配置され、前記第１のプリズムガラスで分岐された前記非可視光を第１の赤外光と、該第１の赤外光と波長域が異なり、且つ、互いに波長域が異なる第２及び第３の赤外光を含む光とに分岐する第２のプリズムガラスと、前記第２のプリズムガラスに隣り合うように配置され、前記第２のプリズムガラスで分岐された前記第２及び第３の赤外光を含む光を前記第２の赤外光と前記第３の赤外光とに分岐する第３のプリズムガラスと、前記第３のプリズムガラスに隣り合うように配置され、前記第３のプリズムガラスからの前記第３の赤外光を透過させる第４のプリズムガラスとを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の撮像装置。
  10. 　前記第１のプリズムガラスは、前記入射光が入射される第１の入射面と、該第１の入射面を透過した前記入射光のうち前記可視光を前記第１の入射面に向けて反射させ、且つ、前記非可視光を透過させる第１のダイクロイック膜とを有し、
    　前記第１の固体撮像素子は、前記第１の入射面で全反射された前記可視光を受光し、
    　前記第２のプリズムガラスは、前記第１のダイクロイック膜を透過した前記非可視光が入射される第２の入射面と、該第２の入射面を透過した前記非可視光のうち前記第１の赤外光を前記第２の入射面に向けて反射させ、且つ、前記第２及び第３の赤外光を含む光を透過させる第２のダイクロイック膜とを有し、
    　前記複数の第２の固体撮像素子のうち一の第２の固体撮像素子は、前記第２の入射面で全反射された前記第１の赤外光を受光し、
    　前記第３のプリズムガラスは、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第２及び第３の赤外光を含む光が入射される第３の入射面と、該第３の入射面を透過した前記第２及び第３の赤外光を含む光のうち前記第２の赤外光を前記第３の入射面に向けて反射させ、且つ、前記第３の赤外光を透過させる第３のダイクロイック膜とを有し、
    　前記複数の第２の固体撮像素子のうち別の第２の固体撮像素子は、前記第３の入射面で全反射された前記第２の赤外光を受光し、
    　前記複数の第２の固体撮像素子のうち更なる別の第２の固体撮像素子は、前記第３のダイクロイック膜を透過した前記第３の赤外光を受光し、
    　前記更なる別の第２の固体撮像素子は、前記第４のプリズムガラスを透過した前記第３の赤外光を受光する、請求項９に記載の撮像装置。
     
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