固体撮像装置、撮像システム及び検知装置
【課題】低コストであり、かつ、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る固体撮像装置は、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置であって、前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する複数の光学フィルタ１３０と、前記ピークを含まず、かつ第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する複数の光学フィルタ１３１と、光学フィルタ１３０により透過された光を画像データ６２に変換する複数の画素２５と、画素２５と同一の半導体基板１１９に形成され、光学フィルタ１３１により透過された光を画像データ６３に変換する複数の画素２６と、画像データ６２及び画像データ６３の輝度の違いを用いて、前記物質を強調した画像データ６８を生成する画像生成部３０とを備える。
【解決手段】本発明に係る固体撮像装置は、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置であって、前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する複数の光学フィルタ１３０と、前記ピークを含まず、かつ第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する複数の光学フィルタ１３１と、光学フィルタ１３０により透過された光を画像データ６２に変換する複数の画素２５と、画素２５と同一の半導体基板１１９に形成され、光学フィルタ１３１により透過された光を画像データ６３に変換する複数の画素２６と、画像データ６２及び画像データ６３の輝度の違いを用いて、前記物質を強調した画像データ６８を生成する画像生成部３０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、撮像システム及び検知装置に関し、特に、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分散型吸光スペクトルを有する被写体からの反射光、透過光、又は散乱光などの光を狭帯域フィルタで透過させたうえ撮像素子で撮像し、被写体で吸光された部分の画像を用いて特定の物質を検出する方法がいくつか提案されている（特許文献１〜４参照）。ここで、分散型吸光スペクトルとは、原子間又は分子間における対称伸縮振動、非対称伸縮振動及び変角振動のうちいずれか１以上に起因する急峻な吸収ピークを有する吸光スペクトルである。
【０００３】
特許文献１記載の検知装置は、被写体に対して光を照射し、異なる透過特性をもつフィルタをリボルバー方式で回転させることで、被写体からの反射光のうち所望の波長の透過光のみを取得する。これにより、特許文献１記載の検知装置は、それぞれ異なる波長の光に対応する複数のデータを取得できる。
【０００４】
ここで、複数のフィルタが透過する光の波長は、被写体の吸収ピークの局所波長と一致する波長と、一致しない波長とに設定される。特許文献１記載の検知装置は、取得した異なる波長の光に対応する複数のデータを差分することで、被写体の吸光した部分を強調した画像を生成する。
【０００５】
また、特許文献２記載のカメラ装置は、プリズムを用いて光を分離し、分離した光を、それぞれ光学フィルタを介して撮像素子で撮像する。
【０００６】
また、特許文献３、及び特許文献４に記載の技術は、簡易分光器を撮像素子の前方に配置したうえ、透過させる近赤外領域の光の波長帯域を変化させる。具体的には、簡易分光器は、二枚の分光透過率可変素子をエアギャップ調整する構造を有する。
【特許文献１】特許第３７３３４３４号公報
【特許文献２】特許第３７７２０１６号公報
【特許文献３】特開２００５―３０８６８８号公報
【特許文献４】特開２００７―３１６４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の検知装置は、回転式のフィルタなどのシステムが大きくなるという問題と、機構などのコストが高くなるという問題とを有する。
【０００８】
また、特許文献２のカメラ装置は、特許文献１記載の検知装置に比べ、システムの小型化が可能であるが、撮像素子が２つ以上必要でありコストは高くなるという問題がある。
【０００９】
また、特許文献３及び特許文献４記載の技術は、一つの撮像素子で実現できるが、異なる波長帯域の近赤外光を複数取得するために、小型分光器内のエアギャップを動かしてから撮像する必要がある。これにより、特許文献３及び特許文献４記載の技術は、波長帯域の切り替えに時間がかかるので、例えば、動きのある被写体の撮像に適していない。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、低コストであり、かつ、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる固体撮像装置、撮像システム及び検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置であって、前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する第１濾光手段と、前記ピークを含まず、かつ前記第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する第２濾光手段と、前記第１濾光手段により透過された光を第１画像データに変換する複数の第１光電変換手段と、前記第１光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第２濾光手段により透過された光を第２画像データに変換する複数の第２光電変換手段と、前記第１画像データ及び前記第２画像データの輝度の違いを用いて、前記物質を強調した画像を生成する画像生成手段とを備える。
【００１２】
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、単一の半導体基板に形成された複数の光電変換手段により、異なる波長帯域の光を撮像した第１画像データ及び第２画像データを生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、小型化及び低コスト化を実現できる。また、本発明に係る固体撮像装置は、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に第１画像データ及び第２画像データを生成できる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。
【００１３】
また、前記画像生成手段は、前記第２画像データから前記第１画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する減算手段を備えてもよい。
【００１４】
この構成によれば、画像生成手段により生成される画像において、物質に光が吸収されていない部分の輝度信号はほぼ０となり、被写体に光が吸収された部分の輝度信号は０以外の値となる。つまり、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質が存在する領域のみが浮かびあがる画像、すなわち特定の物質を強調した画像を生成できる。
【００１５】
また、前記画像生成手段は、さらに、前記第１画像データ及び前記第２画像データのうち少なくとも一方を、増幅又は減衰する補正手段を備え、前記減算手段は、前記補正手段により増幅又は減衰された前記第１画像データと前記第２画像データとを減算することにより前記物質を強調した画像を生成してもよい。
【００１６】
この構成によれば、補正手段は、第１波長帯域と第２波長帯域における第１光電変換手段及び第２光電変換手段の感度の差、及び照明強度の違い等を補正できる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質をより明確に強調した画像を生成できる。
【００１７】
また、前記複数の第１光電変換手段と、前記複数の第２光電変換手段とは、行方向又は列方向に交互に配置され、前記画像生成手段は、さらに、前記第１画像データにおける前記第２光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第１画像データの画素のデータから生成することで、前記第１画像データにおける前記第２光電変換手段の画素位置のデータを補間し、前記第２画像データにおける前記第１光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第２画像データの画素のデータから生成することで、前記第２画像データにおける前記第１光電変換手段の画素位置のデータを補間する画素補間手段を備え、前記減算手段は、前記画素補間手段により画素補間された前記第２画像データから、前記画素補間手段により画素補間された前記第１画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成してもよい。
【００１８】
この構成によれば、画素補間手段は、第１画像データ及び第２画像データの画素補間を行う。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質を強調した高精度の画像を生成できる。
【００１９】
また、前記画像生成手段は、前記第２画像データを前記第１画像データで除算することにより前記物質を強調した画像を生成する除算手段を備えてもよい。
【００２０】
この構成によれば、画像生成手段により生成される画像において、物質に光が吸収されていない部分の輝度信号は小さくなり、被写体に光が吸収された部分の輝度信号は、光が吸収されていない部分に比べ大きくなる。つまり、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質が存在する領域のみが浮かびあがる画像、すなわち特定の物質を強調した画像を生成できる。
【００２１】
また、前記第１濾光手段及び前記第２濾光手段は、それぞれ、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した第１多層膜及び第２多層膜と、前記第１多層膜と前記第２多層膜との間に積層された第３膜とを含み、前記第１濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜は、それぞれ、前記第２濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜と膜厚が等しく、前記第１濾光手段に含まれる前記第３膜は、前記第２濾光手段に含まれる前記第３膜と膜厚が異なってもよい。
【００２２】
この構成によれば、単一の半導体基板上に、異なる波長帯域の光を透過する２種類の第１濾光手段及び第２濾光手段を容易に生成できる。さらに、第１濾光手段及び第２濾光手段は、高屈折率膜及び低屈折率膜の積層数を増やすことで透過帯域を狭くできるので、単波長の光に極めて近い、吸収スペクトルのピーク波長の光を透過できる。
【００２３】
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第３波長帯域の光を透過する第３濾光手段を備え、前記第１光電変換手段は、前記第３濾光手段により透過され、かつ前記第１濾光手段により透過された光を前記第１画像データに変換し、前記第２光電変換手段は、前記第３濾光手段により透過され、かつ前記第２濾光手段により透過された光を前記第２画像データに変換してもよい。
【００２４】
この構成によれば、第３濾光手段は、第１濾光手段及び第２濾光手段で遮断できない不要な波長帯域の光を遮断できる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、周囲の環境の光を消灯する、又は波長域を絞った光源を使用する等を前提とすることなく、第１波長帯域の光、及び第２波長帯域の光のみを撮像できる。
【００２５】
また、本発明に係る撮像システムは、前記固体撮像装置と、前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第４波長帯域の光を照射する照明手段を備える。
【００２６】
この構成によれば、本発明に係る撮像システムは、単一の半導体基板に形成された複数の光電変換手段により、異なる波長帯域の光を撮像した第１画像データ及び第２画像データを生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、小型化及び低コスト化を実現できる。また、本発明に係る撮像システムは、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に第１画像データ及び第２画像データを生成できる。よって、本発明に係る撮像システムは、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。
【００２７】
また、本発明に係る検知装置は、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を検知する検知装置であって、前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する第１濾光手段と、前記ピークを含まず、かつ前記第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する複数の第２濾光手段と、前記第１濾光手段により透過された光を第１信号に変換する第１光電変換手段と、前記第１光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第２濾光手段により透過された光を第２信号に変換する第２光電変換手段と、前記第１信号及び前記第２信号の輝度の違いを用いて、前記物質を検知したことを示す第３信号を生成する信号生成手段とを備える。
【００２８】
この構成によれば、本発明に係る検知装置は、単一の半導体基板に形成された２つの光電変換手段により、異なる波長帯域の光を撮像した第１信号及び第２信号を生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、小型化及び低コスト化を実現できる。また、本発明に係る検知装置は、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に第１信号及び第２信号を生成できる。よって、本発明に係る検知装置は、動きのある被写体も好適に検知できる。
【００２９】
なお、本発明は、このような固体撮像装置、撮像システム及び検知装置として実現できるだけでなく、固体撮像装置、撮像システム又は検知装置に含まれる特徴的な手段をステップとする撮像方法又は検知方法として実現したり、そのような特徴的なステップの一部又は全てをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００３０】
以上より、本発明は、低コストであり、かつ、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる固体撮像装置、撮像システム及び検知装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る撮像システムの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る撮像システムは、異なる波長帯域の光を電気信号に変換する１チップの固体撮像装置を備える。これにより、本発明に係る撮像システムは、システムの小型化及び低コスト化を実現できる。さらに、本発明に係る撮像システムは、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。
【００３３】
まず、本発明の実施の形態に係る撮像システムの構成を説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【００３５】
図１に示す撮像システム１０は、被写体を撮像し、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調して表示した画像データ６８を生成する。なお、以下では、水を強調した画像データ６８を生成する例を説明する。
【００３６】
撮像システム１０は、撮像部２０と、画像生成部３０と、照明部４０とを備える。
【００３７】
照明部４０は、被写体５０に、水の吸収ピークである波長９６０ｎｍ近傍の第１波長帯域と、波長８５０ｎｍ近傍の第２波長帯域とを含む第３波長帯域の近赤外光６０を照射する。例えば、照明部４０は、発光ダイオードである。
【００３８】
撮像部２０は、被写体５０により反射された反射光６１のうち、波長９６０ｎｍ近傍の第１波長帯域の光を撮像し、画像データ６２を生成する。また、撮像部２０は、被写体５０により反射された反射光６１のうち、波長８５０ｎｍ近傍の第２波長帯域の光を撮像し、画像データ６３を生成する。撮像部２０は、例えば、単一の半導体基板上に形成されたＣＭＯＳイメージセンサである。
【００３９】
図２は、撮像部２０の構成を示す図である。撮像部２０は、画素アレイ２１と、垂直走査部２２と、水平走査部２３と、Ａ／Ｄ変換部２４とを備える。
【００４０】
画素アレイ２１は、行列状に配置される複数の画素２５及び複数の画素２６を含む。複数の画素２５及び複数の画素２６は、受光量に応じた信号電荷を蓄積する。
【００４１】
垂直走査部２２は、複数の画素２５及び２６のうち各行の画素２５及び２６を順次選択する。
【００４２】
水平走査部２３は、複数の画素２５及び２６のうち各列の画素２５及び２６を順次選択する。
【００４３】
垂直走査部２２により行を選択され、かつ水平走査部２３に列を選択された画素２５又は２６に蓄積された信号電荷は、電圧又は電流に変換され、Ａ／Ｄ変換部２４に入力される。Ａ／Ｄ変換部２４は、入力された電圧又は電流をアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を画像データ６２及び６３として出力する。
【００４４】
図３は、画素２５及び画素２６の断面構造を示す図である。
【００４５】
画素２５及び画素２６は、基板１１９上に形成される。基板１１９は、半導体基板であり、例えばシリコン基板である。
【００４６】
画素２５は、フォトダイオード１２８と、配線１１７、１１８、１２５及び１２６と、層間絶縁膜１２９と、光学フィルタ１３０と、平坦化膜１２１と、マイクロレンズ１０３とを備える。
【００４７】
画素２６は、フォトダイオード１２７と、配線１２３、１２４、１２５及び１２６と、層間絶縁膜１２９と、光学フィルタ１３１と、平坦化膜１２１と、マイクロレンズ１２０とを備える。
【００４８】
なお、画素２５及び画素２６の構成は、光学フィルタ１３０と１３１との構成が異なる点以外は、同様である。
【００４９】
フォトダイオード１２７及び１２８は、入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子である。
【００５０】
配線１１７、１１８、１２３、１２４、１２５及び１２６は、層間絶縁膜１２９内に形成され、遮光膜としても機能する金属配線である。
【００５１】
平坦化膜１２１は、マイクロレンズ１０３及び１２０を形成する際に画素２５と画素２６との間の段差がなくなるように表面を平坦化するための膜である。
【００５２】
光学フィルタ１３０及び１３１は、それぞれ異なる波長帯域の光を選択的に透過する。光学フィルタ１３０及び１３１は、複数の誘電体膜を積層した多層膜フィルタである。
【００５３】
光学フィルタ１３０及び１３１は、高屈折率膜１０４、１０６及び１０８と低屈折率膜１０５及び１０７とを交互に積層した第１多層膜と、高屈折率膜１１０、１１２、１１４及び１６と低屈折率膜１１１、１１３及び１１５とを交互に積層した第２多層膜とを含む。また、光学フィルタ１３０は、第１多層膜と第２多層膜との間に積層された低屈折率膜１０９を含み、光学フィルタ１３１は、第１多層膜と第２多層膜との間に積層された低屈折率膜１２２を含む。
【００５４】
光学フィルタ１３０と、光学フィルタ１３１とは、低屈折率膜１０９と低屈折率膜１２２との膜厚が異なる。また、低屈折率膜１０９及び１２２以外の低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５と、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６とは、光学フィルタ１３０及び１３１で共通に用いられ、同一の膜厚である。
【００５５】
高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６は、高屈折率の材料で構成され、例えば、チタン酸化物（ＴｉＯ2）で構成される。低屈折率膜１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、１１５及び１２２は、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６よりも低屈折率の材料で構成され、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）で構成される。
【００５６】
図４は、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２及び１１４の膜厚が８６ｎｍであり、低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５の膜厚が１４９ｎｍであり、低屈折率膜１０９の膜厚が５ｎｍであり、低屈折率膜１２２の膜厚が５８ｎｍである場合の光学フィルタ１３０及び１３１の透過特性を示す図である。
【００５７】
図４に示すように、光学フィルタ１３０の透過特性５０２は、波長９６０ｎｍ付近にピークを有し、光学フィルタ１３１の透過特性５０１は、波長８５０ｎｍ付近にピークを有する。
【００５８】
図５及び図６は、水の吸収スペクトル７０１を示す図である。図５は縦軸を対数表示した水の吸収スペクトル７０１を示す図であり、図６は縦軸を線形表示した水の吸収スペクトル７０１を示す図である。
【００５９】
図５及び図６に示すように、水の吸収スペクトル７０１は、波長９６０ｎｍにピーク７０２を有する。
【００６０】
このように、光学フィルタ１３０は、水の吸収スペクトル７０１のピーク７０２の波長９６０ｎｍ近傍の波長帯域の光を選択的に透過する。
【００６１】
また、光学フィルタ１３１は、水の吸収スペクトル７０１のピーク７０２を含まない領域７０４の波長８５０ｎｍ近傍の波長帯域の光を選択的に透過する。
【００６２】
以上のように、光学フィルタ１３０及び１３１の構成は、光学膜厚が水の吸収スペクトルのピーク７０２の波長の四分の一の高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２及び１１４と、光学膜厚が水の吸収スペクトルのピーク７０２の波長の四分の一の低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５とが交互に複数積層された多層膜が、当該四分の一の波長と異なる光学膜厚の低屈折率膜１０９及び１２２を挟む構成である。さらに、光学フィルタ１３０及び１３１において、低屈折率膜１０９及び１２２の光学膜厚が異なっている。
【００６３】
これにより、水の吸収スペクトルのピーク波長周辺の光のみを透過させる光学フィルタ１３０と、ピーク波長とは異なる波長周辺の光のみを透過させる光学フィルタ１３１とを実現できる。これは、ある膜厚の低屈折率材料とある膜厚の高屈折率材料とを周期的に積層した誘電体多層膜は、光を透過しない不透過のフォトニックバンドギャップを持ち、さらに、積層された誘電体多層膜のうち一層を異なる膜厚にすることで、当該フォトニックバンドギャップの中に透過する波長帯域を形成できる物理現象を利用している。
【００６４】
また、このような多層膜フィルタは、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２及び１１４と、低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５との積層数を増やすことでより透過帯域を狭くできるので、水の吸収スペクトルにおけるピーク波長の単波長の光に極めて近い光を透過できる。また、複数種のフィルタを光電変換素子上に構成する上で、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２及び１１４と、低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５とはそれぞれの種類のフィルタに共通の膜厚、かつ層数の膜となるためにフィルタ作製工程も容易になるという利点もある。
【００６５】
再度、図３を参照して説明を行う。
【００６６】
マイクロレンズ１０３及び１２０は、それぞれ光学フィルタ１３０及び１３１上に平坦化膜１２１を介して形成される。
【００６７】
光学フィルタ１４０は、画素２５及び２６上に形成される。光学フィルタ１４０は、光学フィルタ１３０が透過する波長帯域、及び光学フィルタ１３１が透過する波長帯域を含む波長帯域の光を透過する。例えば、光学フィルタ１４０は、可視光を遮断し、赤外光を透過するバンドパスフィルタである。
【００６８】
図７は、光学フィルタ１４０及び１３１を介してフォトダイオード１２７に入射する光の透過特性６０１と、光学フィルタ１４０及び１３０を介してフォトダイオード１２８に入射する光の透過特性６０２を示す図である。
【００６９】
図７に示すように、可視光を遮断する光学フィルタ１４０を備えることにより、フォトダイオード１２７には波長８５０ｎｍ近傍の光のみが入射され、フォトダイオード１２８には波長９６０ｎｍ近傍の光のみが入射される。
【００７０】
次に、画素アレイ２１における画素２５及び画素２６の配置について説明する。
【００７１】
図８、図９及び図１０は、画素２５及び画素２６の配置例を示す図である。
【００７２】
複数の画素２５及び複数の画素２６は、それぞれが他方と隣接するように、行方向又は列方向に交互に配置される。例えば、図８に示すように、画素２５と画素２６とは、千鳥格子状に配置される。また、４画素で構成される画素単位２１７、２１８、２１９及び２２０は、それぞれ同じ画素パターンで構成される。画素アレイ２１において、画素単位２１７、２１８、２１９及び２２０が２次元上に配置される。
【００７３】
また、図９及び図１０に示すように画素２５と画素２６とはストライプ状に配置されてもよい。また、画素アレイ２１において、４つの画素２５で構成される画素単位３１７及び３１９と、４つの画素２６で構成されるこの画素単位３１８及び３２０とが２次元上に交互に配置される。
【００７４】
なお、図８に示す画素２０１、２０４、２０５、２０８、２０９、２１２、２１３及び２１６が画素２５に対応し、画素２０２、２０３、２０６、２０７、２１０、２１１、２１４及び２１５が画素２６に対応する。また、図９に示す画素３０１〜３０４及び３０９〜３１２と、図１０に示す画素４０１〜４０４及び４０９〜４１２とが画素２５に対応し、図９に示す画素３０５〜３０８及び３１３〜３１６と、図１０に示す画素４０５〜４０８及び４１３〜４１６とが画素２６に対応する。なお、２種類の画素の組み合わせは逆になってもよい。
【００７５】
画像生成部３０は、撮像部２０により生成された画像データ６２及び画像データ６３の輝度の違いを用いて、水を強調した画像データ６８を生成する。画像生成部３０は、画素補間部３１と、輝度補正部３２と、減算部３３とを備える。
【００７６】
画素補間部３１は、画像データ６２及び画像データ６３をそれぞれ画素補間することで画像データ６４及び画像データ６５を生成する。
【００７７】
輝度補正部３２は、画像データ６４及び画像データ６５の少なくとも一方を増幅又は減衰することにより画像データ６６及び画像データ６７を生成する。
【００７８】
減算部３３は、画像データ６７から画像データ６６を減算することで、水を強調した画像データ６８を生成する。
【００７９】
また、撮像部２０及び画像生成部３０は、例えば、単一の半導体基板１１９上に、１チップの半導体集積回路として形成される。なお、撮像部２０及び画像生成部３０は、それぞれ個別の半導体集積回路として形成してもよい。また、撮像部２０と、画像生成部３０に含まれる機能ブロックの一部とを１チップの半導体集積回路として形成してもよいし、画像生成部３０を複数の半導体集積回路で構成してもよい。また、画像生成部３０の機能を、ＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。
【００８０】
次に、本発明の実施の形態１に係る撮像システム１０の動作を説明する。
【００８１】
図１１は、撮像システム１０による画像信号生成処理の流れを示すフローチャートである。
【００８２】
まず、照明部４０により照射された近赤外光６０は、被写体５０で吸収及び反射される。撮像部２０は、被写体からの反射光６１のうち水の吸収ピークである波長９６０ｎｍ近傍の第１波長帯域の光を撮像し、画像データ６２を生成する。また、撮像部２０は、被写体５０により反射された反射光６１のうち、水の吸収ピークとは異なる波長８５０ｎｍ近傍の第２波長帯域の光を撮像し、画像データ６３を生成する（Ｓ１０１）。具体的には、複数の画素２５は、反射光６１のうち光学フィルタ１４０及び１３０により透過された第１波長帯域の光を電気信号に変換する。また、複数の画素２６は、反射光６１のうち光学フィルタ１４０及び１３１により透過された第２波長帯域の光を電気信号に変換する。
【００８３】
垂直走査部２２及び水平走査部２３により順次選択された画素２５及び画素２６により変換された電気信号は、Ａ／Ｄ変換部２４により、アナログ信号からデジタル信号に変換される。撮像部２０は、複数の画素２５に対応するデジタル信号である画像データ６２と、複数の画素２６に対応するデジタル信号である画像データ６３とを画像生成部３０に出力する。
【００８４】
図１２及び図１３は、それぞれ画像データ６２及び６３の一例を示す図である。
【００８５】
図１２に示すように、画像データ６２においては、波長９６０ｎｍ近傍の光が水に吸収されるため水が存在する領域の輝度が低くなる。また、図１３に示すように、画像データ６３においては、波長８５０ｎｍ近傍の光は水に吸収されないので画像データ６２に比べ水が存在する領域の輝度は低くならない。
【００８６】
また、水が存在しない領域においては、画像データ６２及び６３ともに同程度の輝度を有する。これは、通常の物質（分散型吸収スペクトルを有さない物質）の吸光スペクトルは、分散型吸光スペクトルに対して、波長に対する吸収係数の変化が少ないためである。
【００８７】
次に、画素補間部３１は、画像データ６２及び画像データ６３を画素補間する（Ｓ１０２）。以下、画素補間部３１による画素補間について説明する。
【００８８】
画素２６には第１波長帯域の画素信号は存在しないので、画像データ６２には、画素２６に対応する画素位置の画素信号が存在しない。画素補間部３１は、画像データ６２における画素２６の画素位置に対応する画素信号を当該画素位置に隣接する画像データ６２の画素２５の画素信号から生成することで、画像データ６２における画素２６の画素位置の画素信号を補間する。
【００８９】
同様に、画素補間部３１は、画像データ６３における画素２５の画素位置に対応する画素信号を当該画素位置に隣接する画像データ６３の画素２６の画素信号から生成することで、画像データ６３における画素２５の画素位置の画素信号を補間する。
【００９０】
以下、画素２５及び２６の配置が図８に示す千鳥格子状の場合において、画像データ６３の画素２０４の画素位置の画素信号を補間する例を説明する。
【００９１】
画素補間部３１は、画素２０２、２０３、２０６及び２１１の第２波長帯域の画素信号を用いて画素２０４の画素位置の第２波長帯域の画素信号を生成する。具体的には、画素補間部３１は、４つの画素２０２、２０３、２０６及び２１１の画素信号の平均値を算出する。画素補間部３１は、算出した平均値を、画素２０４の画素位置の第２波長帯域の画素信号とする。
【００９２】
なお、別の方法として、画素補間部３１は、画素２０２及び２０６からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値と、画素２０３及び２１１からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値とを比較する。画素補間部３１は、絶対値が小さい画素ペアに含まれる２つの画素の画素信号の平均値を算出し、算出した平均値を、画素２０４の画素位置の第２波長帯域の画素信号とする。後者の処理方法は、前者の処理方法に比べて、被写体のエッジなどで生じる急峻な輝度変化に対してエッジを再現しやすいという利点がある。
【００９３】
次に、図９又は図１０のように画素２５及び画素２６をストライプ状に配置した場合の画素補間方法を説明する。ここでは、画像データ６２における画素３０６の画素位置の画素信号を補間する例を説明する。
【００９４】
画素補間部３１は、６つの画素３０１、３０２、３０３、３０９、３１０及び３１１の平均値を算出し、算出した平均値を、画素３０６の画素位置の第２波長帯域の画素信号とする。
【００９５】
また、別の方法として、画素補間部３１は、画素３０１及び画素３１１からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値と、画素３０３及び画素３０９からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値とを比較する。画素補間部３１は、絶対値が小さい画素ペアに含まれる２つの画素の画素信号の平均値を算出し、算出した平均値を、画素３０６の画素位置の第１波長帯域の画素信号とする。
【００９６】
次に、輝度補正部３２は、画素補間部３１により画素補間された画像データ６６及び６７を輝度補正する（Ｓ１０３）。
【００９７】
図１４は、シリコンで構成される光電変換素子における光に対する相対感度の波長依存性を示す図である。図１４に示すように、波長９６０ｎｍの感度Ａと、波長８５０ｎｍの感度Ｂとは異なる。輝度補正部３２は、感度Ａと感度Ｂとの差を補正する。すなわち、輝度補正部３２は、同じ光量の光が入射された時の画素信号が同じになるように画像データ６４と６５とを補正する。
【００９８】
具体的には、光電変換素子がシリコンで構成される場合、感度Ａが７パーセント、感度Ｂが２１パーセントなので、例えば、輝度補正部３２は、画像データ６４を３倍することで輝度補正した画像データ６６を生成する。また、輝度補正部３２は、画像データ６５をそのまま画像データ６７として出力する。
【００９９】
なお、図１４に示すような相対感度の波長依存は、シリコン以外の材料で構成される光電変換素子に対しても存在する。よって、輝度補正部３２は、光電変換素子の相対感度の波長依存に応じて、同じ光量の光が入射された時の画素信号が同じになるように画像データ６４及び６５のうち少なくとも一方を増幅又は減衰すればよい。
【０１００】
次に、減算部３３は、画像データ６７から画像データ６６を減算することで、水を強調した画像データ６８を生成する（Ｓ１０４）。
【０１０１】
図１５は、画像データ６８の一例を示す図である。
【０１０２】
図１５に示すように画像データ６８において、水が存在する領域が強調される。
【０１０３】
図１６は、画像データ６２、６３及び６８の、図１２、図１３及び図１５のｘ−ｙ線における画素位置に対する輝度を示す図である。
【０１０４】
図１６に示すように、水が存在しない領域では、つまり、被写体が分散型吸光スペクトルを有さなければ、画像データ６２を３倍した画像データ６６と、画像データ６３とはほぼ等しい輝度となるので、画像データ６８の輝度はほぼ０となる。一方、水が存在する領域では、画像データ６２を３倍した画像データ６６は、画像データ６３と比べ輝度が小さいので、輝度は０以外の値となる。ここで、画像データ６８におけて水が存在する領域の輝度は、水に吸収された光の輝度を表す。
【０１０５】
以上より、本発明の実施の形態１に係る撮像システム１０は、被写体（水）で光が吸収された領域を強調した画像データ６８を生成できる。
【０１０６】
さらに、撮像システム１０は、単一の半導体基板に形成された撮像部２０により、異なる波長帯域の光を撮像した画像データ６２及び画像データ６３を生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、撮像システム１０及び撮像部２０の小型化及び低コスト化を実現できる。また、撮像システム１０は、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に１フレームで画像データ６２及び画像データ６３を生成できる。よって、撮像システム１０は、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。
【０１０７】
また、撮像システム１０において、画素補間部３１は、画像データ６２及び６３の画素補間を行う。これにより、撮像システム１０は、水を強調した高精度の画像を生成できる。
【０１０８】
また、撮像システム１０において、輝度補正部３２は、第１波長帯域と第２波長帯域における光電変換素子の感度の差、及び照明強度の違い等を補正できる。これにより、撮像システム１０は、水をより強調した画像を生成できる。
【０１０９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る撮像システムは、撮像部２０により生成された２つの画像データ６２及び６３を除算すことにより、水を強調した画像データを生成する。
【０１１０】
まず、本発明の実施の形態２に係る撮像システムの構成を説明する。
【０１１１】
図１７は、本発明の実施の形態２に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており説明を省略する。
【０１１２】
図１７に示す撮像システム１１は、図１に示す撮像システム１０に対して、画像生成部３５の構成が異なる。
【０１１３】
画像生成部３５は、画素補間部３１と、除算部３６と、輝度補正部３７とを備える。
【０１１４】
画素補間部３１は、実施の形態１に係る画素補間部３１と同様である。
【０１１５】
除算部３６は、画像データ６５を画像データ６４で除算することで画像データ６９を生成する。
【０１１６】
輝度補正部３７は、画像データ６９を所定のゲインで増幅することで水を強調した画像データ７０を生成する。
【０１１７】
次に、撮像システム１１の動作を説明する。
【０１１８】
図１８は、撮像システム１１による画像信号生成処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１８に示すステップＳ１０１及びＳ１０２の動作は、実施の形態１と同様であり、説明は省略する。
【０１１９】
ステップＳ１０２の後、除算部３６は、画像データ６５を画像データ６４で除算することで画像データ６９を生成する（Ｓ２０３）。
【０１２０】
次に、輝度補正部３７は、画像データ６９を所定のゲインで増幅することで、除算により絶対値が小さくなった画像データ６９を出画機器に適切に表示できるように輝度補正する（Ｓ２０４）。
【０１２１】
図１９は、画像データ７０の一例を示す図である。
【０１２２】
図１９に示すように画像データ７０において、水が存在する領域が強調される。
【０１２３】
図２０は、画像データ６２、６３及び７０の、図１２、図１３及び図１９のｘ−ｙ線における画素位置に対する輝度を示す図である。
【０１２４】
図２０に示すように、水が存在しない領域では、つまり、被写体が分散型吸光スペクトルを有さなければ、画像データ６３を画像データ６２で除算した値は、相対的に小さくなる。一方、水が存在する領域では、画像データ６３を画像データ６２で除算した値は、相対的に大きくなる。つまり、画像データ７０は、水が存在する領域のみが浮かびあがった画像となる。
【０１２５】
以上より、本発明の実施の形態２に係る撮像システム１１は、被写体（水）で光が吸収された領域を強調した画像データ７０を生成できる。これにより、本発明の実施の形態２に係る撮像システム１１は、上述した実施の形態１に係る撮像システム１０と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
以上、本発明の実施の形態１及び２に係る撮像装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【０１２７】
例えば、上記実施の形態１及び２では、本発明を、水を強調した画像データを生成する撮像システム１０及び１１に適用した例を説明したが、本発明は、水を検知するポイントセンサー等の検知装置にも適用できる。つまり、撮像部２０は、それぞれ１個の画素２５と画素２６とのみを備えてもよい。この場合、本発明に係る検知装置は、画素補間部３１を備えなくてよい。
【０１２８】
具体的には、本発明に係る検知装置において、画素２５により第１波長帯域の光が第１信号に光電変換され、画素２６により第２波長帯域の光が第２信号に光電変換される。画像生成部３０は、当該第１信号及び第２信号の輝度の違いを用いて、水を検知したことを示す信号を生成する。なお、画像生成部３０の動作は、画素補間を行わない点以外は、上述した画像生成部３０又は３５の動作と同様である。
【０１２９】
また、上記実施の形態１及び２では、光学フィルタ１３０及び１３１の透過特性として図４に示す例を示したが、光学フィルタ１３０及び１３１の透過特性はこれに限定されるものではない。
【０１３０】
例えば、上記説明では、光学フィルタ１３０が透過する第１波長帯域の中心波長は水の吸収スペクトルのピーク波長９６０ｎｍとしたが、第１波長帯域は、ピーク波長９６０ｎｍを含む波長帯域であればよい。
【０１３１】
また、光学フィルタ１３１が透過する第２波長帯域は、第１波長帯域を含まない波長帯域、つまりピーク波長９６０ｎｍを含まない波長帯域であればよい。ここで、第１波長帯域及び第２波長帯域とは、透過特性５０２及び５０１において透過率が５０％以上となる波長帯域である。
【０１３２】
なお、第２波長帯域の中心波長の水の吸収係数は、ピーク波長の水の吸収係数より十分に小さいことが好ましい。例えば、第２波長帯域の中心波長における水の吸収係数は、ピーク波長における水の吸収係数の半分以下であればよい。より好ましくは、第２波長帯域の中心波長における水の吸収係数は、ピーク波長における水の吸収係数より１桁以上小さいことが好ましい。
【０１３３】
また、第２波長帯域は、第１波長帯域に近い波長帯域であることが好ましい。これは、分散型吸光スペクトルにおけるピークに比べ変化はなだらかではあるが、水以外の物質も波長に応じて吸収率が変化する。よって、第１波長帯域と第２波長帯域とを近づけることで、水以外の物質の第１波長帯域と第２波長帯域とにおける吸収率の差を小さくできる。これにより、画像データ６８又は７０において水以外の物質が強調されることを抑制できる。
【０１３４】
具体的には、第１波長帯域と、第２波長帯域とが同色の光の波長帯域に含まれることが好ましい。ここで、第１波長帯域と第２波長帯域とが同色の光の波長帯域に含まれるとは、可視光における同色（例えば、青色は波長４３０ｎｍ〜４６０ｎｍ、緑色は波長５００ｎｍ〜５７０ｎｍ、赤色は波長６１０ｎｍ〜７８０ｎｍ等。）の波長帯域に第１波長帯域と第２波長帯域とが含まれる場合のみでなく、可視光以外の近赤外光（７８０ｎｍ〜２５００ｎｍ）、中赤外光（２．５μｍ〜４μｍ）、又は、遠赤外光（４μｍ〜１０００μｍ）等の各波長帯域に、第１波長帯域と第２波長帯域とが含まれる場合も含む。
【０１３５】
また、上記説明では、水のピーク波長を９６０ｎｍとしたが、水の吸収スペクトル７０１における他のピーク７０３等を第１波長帯域に用いてもよい。また、９６０ｎｍよりさらに長波長側に存在するピーク（図示せず）を第１波長帯域に用いてもよい。なお、図１４に示すように長波長になるほど、光電変換素子の相対出力が低下するが、ＳｉＧｅ等で光電変換素子を構成することで、長波長での相対出力を向上できる。
【０１３６】
また、上記実施の形態１及び２では、分散型吸光スペクトルを有する物質として水を例に説明したが、本発明は、水以外の分散型吸光スペクトルを有する物質にも適用できる。例えば、油、ヘモグロビン、又は病原体等を強調する画像を生成する撮像システム、又は、油、ヘモグロビン、又は病原体等を検知する検知装置に本発明を適用してもよい。この場合、第１波長帯域を強調又は検知の対象とする物質の吸光スペクトルのピーク波長近傍の波長帯域にし、第２波長帯域を当該ピーク波長と異なる波長近傍の波長帯域とすればよい。
【０１３７】
図２１は、脂肪の吸収スペクトルを示す図である。図２２は、ヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。図２１及び図２２に示すように脂肪の吸光ピークは９３０ｎｍであり、酸化ヘモグロビンの吸光ピークは５８０ｎｍであり、還元ヘモグロビンの吸光ピークは５５０ｎｍである。
【０１３８】
また、上記撮像システム１０及び１１は、遮光した容器の中で被写体５０に対して、近赤外光を照射してもよい。この場合、可視光の影響を受けないので、光学フィルタ１４０を備えなくてもよい。
【０１３９】
また、上記実施の形態１及び２では、撮像部２０は、ＣＭＯＳイメージセンサとしたが、ＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサであってもよい。
【０１４０】
また、上記実施の形態１の説明において、画像生成部３０は、画素補間（Ｓ１０２）を行った後に、輝度補正（Ｓ１０３）を行うとしたが、輝度補正（Ｓ１０３）を行った後に、画素補間（Ｓ１０２）を行ってもよい。
【０１４１】
また、図３において光学フィルタ１４０は、マイクロレンズ１０３及び１２０の上方に形成されているが、光学フィルタ１４０は、マイクロレンズ１０３及び１２０と、光学フィルタ１３０及び１３１との間に形成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、固体撮像装置及び撮像システムに適用でき、特に、水、油、ヘモグロビン、又は病原体などの分散型吸光スペクトルを有する物体を検出する撮像装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る撮像部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る画素の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光学フィルタの透過特性を示す図である。
【図５】水の吸収スペクトルを示す図である。
【図６】水の吸収スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光学フィルタにバンドパスフィルタを撮像素子前面に挿入した時の透過特性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る画素アレイにおける画素の配置例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る画素アレイにおける画素の配置例を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る画素アレイにおける画素の配置例を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る撮像システムにおける画像生成処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る波長９６０ｎｍに対応する画像データの一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る波長８５０ｎｍに対応する画像データの一例を示す図である。
【図１４】光電変換素子の相対感度に対する波長依存性を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る撮像システムにより生成された水を強調した画像データの一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態１に係る撮像システムにおける各画像データの輝度を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る撮像システムにおける画像生成処理の流れを示すフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態２に係る撮像システムにより生成された水を強調した画像データの一例を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態２に係る撮像システムにおける各画像データの輝度を示す図である。
【図２１】脂肪の吸収スペクトルを示す図である。
【図２２】ヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０、１１ 撮像システム
２０ 撮像部
２１ 画素アレイ
２２ 垂直走査部
２３ 水平走査部
２４ Ａ／Ｄ変換部
２５、２６ 画素
３０、３５ 画像生成部
３１ 画素補間部
３２、３７ 輝度補正部
３３ 減算部
３６ 除算部
４０ 照明部
５０ 被写体
６０ 近赤外光
６１ 反射光
６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０ 画像データ
１０３、１２０ マイクロレンズ
１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６ 高屈折率膜
１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、１１５、１２２ 低屈折率膜
１１７、１１８、１２３、１２４、１２５、１２６ 配線
１１９ 基板
１２１ 平坦化膜
１２７、１２８ フォトダイオード
１２９ 層間絶縁膜
１３０、１３１、１４０ 光学フィルタ
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９、４１０、４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４１６ 画素
２１７、２１８、２１９、２２０、３１７、３１８、３１９、３２０、４１７、４１８、４１９、４２０ 画素単位
５０１、５０２、６０１、６０２ 透過特性
７０１ 水の吸収スペクトル
７０２、７０３ ピーク
７０４ 領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、撮像システム及び検知装置に関し、特に、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分散型吸光スペクトルを有する被写体からの反射光、透過光、又は散乱光などの光を狭帯域フィルタで透過させたうえ撮像素子で撮像し、被写体で吸光された部分の画像を用いて特定の物質を検出する方法がいくつか提案されている（特許文献１〜４参照）。ここで、分散型吸光スペクトルとは、原子間又は分子間における対称伸縮振動、非対称伸縮振動及び変角振動のうちいずれか１以上に起因する急峻な吸収ピークを有する吸光スペクトルである。
【０００３】
特許文献１記載の検知装置は、被写体に対して光を照射し、異なる透過特性をもつフィルタをリボルバー方式で回転させることで、被写体からの反射光のうち所望の波長の透過光のみを取得する。これにより、特許文献１記載の検知装置は、それぞれ異なる波長の光に対応する複数のデータを取得できる。
【０００４】
ここで、複数のフィルタが透過する光の波長は、被写体の吸収ピークの局所波長と一致する波長と、一致しない波長とに設定される。特許文献１記載の検知装置は、取得した異なる波長の光に対応する複数のデータを差分することで、被写体の吸光した部分を強調した画像を生成する。
【０００５】
また、特許文献２記載のカメラ装置は、プリズムを用いて光を分離し、分離した光を、それぞれ光学フィルタを介して撮像素子で撮像する。
【０００６】
また、特許文献３、及び特許文献４に記載の技術は、簡易分光器を撮像素子の前方に配置したうえ、透過させる近赤外領域の光の波長帯域を変化させる。具体的には、簡易分光器は、二枚の分光透過率可変素子をエアギャップ調整する構造を有する。
【特許文献１】特許第３７３３４３４号公報
【特許文献２】特許第３７７２０１６号公報
【特許文献３】特開２００５―３０８６８８号公報
【特許文献４】特開２００７―３１６４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の検知装置は、回転式のフィルタなどのシステムが大きくなるという問題と、機構などのコストが高くなるという問題とを有する。
【０００８】
また、特許文献２のカメラ装置は、特許文献１記載の検知装置に比べ、システムの小型化が可能であるが、撮像素子が２つ以上必要でありコストは高くなるという問題がある。
【０００９】
また、特許文献３及び特許文献４記載の技術は、一つの撮像素子で実現できるが、異なる波長帯域の近赤外光を複数取得するために、小型分光器内のエアギャップを動かしてから撮像する必要がある。これにより、特許文献３及び特許文献４記載の技術は、波長帯域の切り替えに時間がかかるので、例えば、動きのある被写体の撮像に適していない。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、低コストであり、かつ、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる固体撮像装置、撮像システム及び検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置であって、前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する第１濾光手段と、前記ピークを含まず、かつ前記第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する第２濾光手段と、前記第１濾光手段により透過された光を第１画像データに変換する複数の第１光電変換手段と、前記第１光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第２濾光手段により透過された光を第２画像データに変換する複数の第２光電変換手段と、前記第１画像データ及び前記第２画像データの輝度の違いを用いて、前記物質を強調した画像を生成する画像生成手段とを備える。
【００１２】
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、単一の半導体基板に形成された複数の光電変換手段により、異なる波長帯域の光を撮像した第１画像データ及び第２画像データを生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、小型化及び低コスト化を実現できる。また、本発明に係る固体撮像装置は、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に第１画像データ及び第２画像データを生成できる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。
【００１３】
また、前記画像生成手段は、前記第２画像データから前記第１画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する減算手段を備えてもよい。
【００１４】
この構成によれば、画像生成手段により生成される画像において、物質に光が吸収されていない部分の輝度信号はほぼ０となり、被写体に光が吸収された部分の輝度信号は０以外の値となる。つまり、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質が存在する領域のみが浮かびあがる画像、すなわち特定の物質を強調した画像を生成できる。
【００１５】
また、前記画像生成手段は、さらに、前記第１画像データ及び前記第２画像データのうち少なくとも一方を、増幅又は減衰する補正手段を備え、前記減算手段は、前記補正手段により増幅又は減衰された前記第１画像データと前記第２画像データとを減算することにより前記物質を強調した画像を生成してもよい。
【００１６】
この構成によれば、補正手段は、第１波長帯域と第２波長帯域における第１光電変換手段及び第２光電変換手段の感度の差、及び照明強度の違い等を補正できる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質をより明確に強調した画像を生成できる。
【００１７】
また、前記複数の第１光電変換手段と、前記複数の第２光電変換手段とは、行方向又は列方向に交互に配置され、前記画像生成手段は、さらに、前記第１画像データにおける前記第２光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第１画像データの画素のデータから生成することで、前記第１画像データにおける前記第２光電変換手段の画素位置のデータを補間し、前記第２画像データにおける前記第１光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第２画像データの画素のデータから生成することで、前記第２画像データにおける前記第１光電変換手段の画素位置のデータを補間する画素補間手段を備え、前記減算手段は、前記画素補間手段により画素補間された前記第２画像データから、前記画素補間手段により画素補間された前記第１画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成してもよい。
【００１８】
この構成によれば、画素補間手段は、第１画像データ及び第２画像データの画素補間を行う。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質を強調した高精度の画像を生成できる。
【００１９】
また、前記画像生成手段は、前記第２画像データを前記第１画像データで除算することにより前記物質を強調した画像を生成する除算手段を備えてもよい。
【００２０】
この構成によれば、画像生成手段により生成される画像において、物質に光が吸収されていない部分の輝度信号は小さくなり、被写体に光が吸収された部分の輝度信号は、光が吸収されていない部分に比べ大きくなる。つまり、本発明に係る固体撮像装置は、特定の物質が存在する領域のみが浮かびあがる画像、すなわち特定の物質を強調した画像を生成できる。
【００２１】
また、前記第１濾光手段及び前記第２濾光手段は、それぞれ、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した第１多層膜及び第２多層膜と、前記第１多層膜と前記第２多層膜との間に積層された第３膜とを含み、前記第１濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜は、それぞれ、前記第２濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜と膜厚が等しく、前記第１濾光手段に含まれる前記第３膜は、前記第２濾光手段に含まれる前記第３膜と膜厚が異なってもよい。
【００２２】
この構成によれば、単一の半導体基板上に、異なる波長帯域の光を透過する２種類の第１濾光手段及び第２濾光手段を容易に生成できる。さらに、第１濾光手段及び第２濾光手段は、高屈折率膜及び低屈折率膜の積層数を増やすことで透過帯域を狭くできるので、単波長の光に極めて近い、吸収スペクトルのピーク波長の光を透過できる。
【００２３】
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第３波長帯域の光を透過する第３濾光手段を備え、前記第１光電変換手段は、前記第３濾光手段により透過され、かつ前記第１濾光手段により透過された光を前記第１画像データに変換し、前記第２光電変換手段は、前記第３濾光手段により透過され、かつ前記第２濾光手段により透過された光を前記第２画像データに変換してもよい。
【００２４】
この構成によれば、第３濾光手段は、第１濾光手段及び第２濾光手段で遮断できない不要な波長帯域の光を遮断できる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、周囲の環境の光を消灯する、又は波長域を絞った光源を使用する等を前提とすることなく、第１波長帯域の光、及び第２波長帯域の光のみを撮像できる。
【００２５】
また、本発明に係る撮像システムは、前記固体撮像装置と、前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第４波長帯域の光を照射する照明手段を備える。
【００２６】
この構成によれば、本発明に係る撮像システムは、単一の半導体基板に形成された複数の光電変換手段により、異なる波長帯域の光を撮像した第１画像データ及び第２画像データを生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、小型化及び低コスト化を実現できる。また、本発明に係る撮像システムは、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に第１画像データ及び第２画像データを生成できる。よって、本発明に係る撮像システムは、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。
【００２７】
また、本発明に係る検知装置は、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を検知する検知装置であって、前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する第１濾光手段と、前記ピークを含まず、かつ前記第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する複数の第２濾光手段と、前記第１濾光手段により透過された光を第１信号に変換する第１光電変換手段と、前記第１光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第２濾光手段により透過された光を第２信号に変換する第２光電変換手段と、前記第１信号及び前記第２信号の輝度の違いを用いて、前記物質を検知したことを示す第３信号を生成する信号生成手段とを備える。
【００２８】
この構成によれば、本発明に係る検知装置は、単一の半導体基板に形成された２つの光電変換手段により、異なる波長帯域の光を撮像した第１信号及び第２信号を生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、小型化及び低コスト化を実現できる。また、本発明に係る検知装置は、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に第１信号及び第２信号を生成できる。よって、本発明に係る検知装置は、動きのある被写体も好適に検知できる。
【００２９】
なお、本発明は、このような固体撮像装置、撮像システム及び検知装置として実現できるだけでなく、固体撮像装置、撮像システム又は検知装置に含まれる特徴的な手段をステップとする撮像方法又は検知方法として実現したり、そのような特徴的なステップの一部又は全てをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００３０】
以上より、本発明は、低コストであり、かつ、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる固体撮像装置、撮像システム及び検知装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る撮像システムの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る撮像システムは、異なる波長帯域の光を電気信号に変換する１チップの固体撮像装置を備える。これにより、本発明に係る撮像システムは、システムの小型化及び低コスト化を実現できる。さらに、本発明に係る撮像システムは、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。
【００３３】
まず、本発明の実施の形態に係る撮像システムの構成を説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【００３５】
図１に示す撮像システム１０は、被写体を撮像し、分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調して表示した画像データ６８を生成する。なお、以下では、水を強調した画像データ６８を生成する例を説明する。
【００３６】
撮像システム１０は、撮像部２０と、画像生成部３０と、照明部４０とを備える。
【００３７】
照明部４０は、被写体５０に、水の吸収ピークである波長９６０ｎｍ近傍の第１波長帯域と、波長８５０ｎｍ近傍の第２波長帯域とを含む第３波長帯域の近赤外光６０を照射する。例えば、照明部４０は、発光ダイオードである。
【００３８】
撮像部２０は、被写体５０により反射された反射光６１のうち、波長９６０ｎｍ近傍の第１波長帯域の光を撮像し、画像データ６２を生成する。また、撮像部２０は、被写体５０により反射された反射光６１のうち、波長８５０ｎｍ近傍の第２波長帯域の光を撮像し、画像データ６３を生成する。撮像部２０は、例えば、単一の半導体基板上に形成されたＣＭＯＳイメージセンサである。
【００３９】
図２は、撮像部２０の構成を示す図である。撮像部２０は、画素アレイ２１と、垂直走査部２２と、水平走査部２３と、Ａ／Ｄ変換部２４とを備える。
【００４０】
画素アレイ２１は、行列状に配置される複数の画素２５及び複数の画素２６を含む。複数の画素２５及び複数の画素２６は、受光量に応じた信号電荷を蓄積する。
【００４１】
垂直走査部２２は、複数の画素２５及び２６のうち各行の画素２５及び２６を順次選択する。
【００４２】
水平走査部２３は、複数の画素２５及び２６のうち各列の画素２５及び２６を順次選択する。
【００４３】
垂直走査部２２により行を選択され、かつ水平走査部２３に列を選択された画素２５又は２６に蓄積された信号電荷は、電圧又は電流に変換され、Ａ／Ｄ変換部２４に入力される。Ａ／Ｄ変換部２４は、入力された電圧又は電流をアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を画像データ６２及び６３として出力する。
【００４４】
図３は、画素２５及び画素２６の断面構造を示す図である。
【００４５】
画素２５及び画素２６は、基板１１９上に形成される。基板１１９は、半導体基板であり、例えばシリコン基板である。
【００４６】
画素２５は、フォトダイオード１２８と、配線１１７、１１８、１２５及び１２６と、層間絶縁膜１２９と、光学フィルタ１３０と、平坦化膜１２１と、マイクロレンズ１０３とを備える。
【００４７】
画素２６は、フォトダイオード１２７と、配線１２３、１２４、１２５及び１２６と、層間絶縁膜１２９と、光学フィルタ１３１と、平坦化膜１２１と、マイクロレンズ１２０とを備える。
【００４８】
なお、画素２５及び画素２６の構成は、光学フィルタ１３０と１３１との構成が異なる点以外は、同様である。
【００４９】
フォトダイオード１２７及び１２８は、入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子である。
【００５０】
配線１１７、１１８、１２３、１２４、１２５及び１２６は、層間絶縁膜１２９内に形成され、遮光膜としても機能する金属配線である。
【００５１】
平坦化膜１２１は、マイクロレンズ１０３及び１２０を形成する際に画素２５と画素２６との間の段差がなくなるように表面を平坦化するための膜である。
【００５２】
光学フィルタ１３０及び１３１は、それぞれ異なる波長帯域の光を選択的に透過する。光学フィルタ１３０及び１３１は、複数の誘電体膜を積層した多層膜フィルタである。
【００５３】
光学フィルタ１３０及び１３１は、高屈折率膜１０４、１０６及び１０８と低屈折率膜１０５及び１０７とを交互に積層した第１多層膜と、高屈折率膜１１０、１１２、１１４及び１６と低屈折率膜１１１、１１３及び１１５とを交互に積層した第２多層膜とを含む。また、光学フィルタ１３０は、第１多層膜と第２多層膜との間に積層された低屈折率膜１０９を含み、光学フィルタ１３１は、第１多層膜と第２多層膜との間に積層された低屈折率膜１２２を含む。
【００５４】
光学フィルタ１３０と、光学フィルタ１３１とは、低屈折率膜１０９と低屈折率膜１２２との膜厚が異なる。また、低屈折率膜１０９及び１２２以外の低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５と、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６とは、光学フィルタ１３０及び１３１で共通に用いられ、同一の膜厚である。
【００５５】
高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６は、高屈折率の材料で構成され、例えば、チタン酸化物（ＴｉＯ2）で構成される。低屈折率膜１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、１１５及び１２２は、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及び１１６よりも低屈折率の材料で構成され、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）で構成される。
【００５６】
図４は、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２及び１１４の膜厚が８６ｎｍであり、低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５の膜厚が１４９ｎｍであり、低屈折率膜１０９の膜厚が５ｎｍであり、低屈折率膜１２２の膜厚が５８ｎｍである場合の光学フィルタ１３０及び１３１の透過特性を示す図である。
【００５７】
図４に示すように、光学フィルタ１３０の透過特性５０２は、波長９６０ｎｍ付近にピークを有し、光学フィルタ１３１の透過特性５０１は、波長８５０ｎｍ付近にピークを有する。
【００５８】
図５及び図６は、水の吸収スペクトル７０１を示す図である。図５は縦軸を対数表示した水の吸収スペクトル７０１を示す図であり、図６は縦軸を線形表示した水の吸収スペクトル７０１を示す図である。
【００５９】
図５及び図６に示すように、水の吸収スペクトル７０１は、波長９６０ｎｍにピーク７０２を有する。
【００６０】
このように、光学フィルタ１３０は、水の吸収スペクトル７０１のピーク７０２の波長９６０ｎｍ近傍の波長帯域の光を選択的に透過する。
【００６１】
また、光学フィルタ１３１は、水の吸収スペクトル７０１のピーク７０２を含まない領域７０４の波長８５０ｎｍ近傍の波長帯域の光を選択的に透過する。
【００６２】
以上のように、光学フィルタ１３０及び１３１の構成は、光学膜厚が水の吸収スペクトルのピーク７０２の波長の四分の一の高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２及び１１４と、光学膜厚が水の吸収スペクトルのピーク７０２の波長の四分の一の低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５とが交互に複数積層された多層膜が、当該四分の一の波長と異なる光学膜厚の低屈折率膜１０９及び１２２を挟む構成である。さらに、光学フィルタ１３０及び１３１において、低屈折率膜１０９及び１２２の光学膜厚が異なっている。
【００６３】
これにより、水の吸収スペクトルのピーク波長周辺の光のみを透過させる光学フィルタ１３０と、ピーク波長とは異なる波長周辺の光のみを透過させる光学フィルタ１３１とを実現できる。これは、ある膜厚の低屈折率材料とある膜厚の高屈折率材料とを周期的に積層した誘電体多層膜は、光を透過しない不透過のフォトニックバンドギャップを持ち、さらに、積層された誘電体多層膜のうち一層を異なる膜厚にすることで、当該フォトニックバンドギャップの中に透過する波長帯域を形成できる物理現象を利用している。
【００６４】
また、このような多層膜フィルタは、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２及び１１４と、低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５との積層数を増やすことでより透過帯域を狭くできるので、水の吸収スペクトルにおけるピーク波長の単波長の光に極めて近い光を透過できる。また、複数種のフィルタを光電変換素子上に構成する上で、高屈折率膜１０４、１０６、１０８、１１０、１１２及び１１４と、低屈折率膜１０５、１０７、１１１、１１３及び１１５とはそれぞれの種類のフィルタに共通の膜厚、かつ層数の膜となるためにフィルタ作製工程も容易になるという利点もある。
【００６５】
再度、図３を参照して説明を行う。
【００６６】
マイクロレンズ１０３及び１２０は、それぞれ光学フィルタ１３０及び１３１上に平坦化膜１２１を介して形成される。
【００６７】
光学フィルタ１４０は、画素２５及び２６上に形成される。光学フィルタ１４０は、光学フィルタ１３０が透過する波長帯域、及び光学フィルタ１３１が透過する波長帯域を含む波長帯域の光を透過する。例えば、光学フィルタ１４０は、可視光を遮断し、赤外光を透過するバンドパスフィルタである。
【００６８】
図７は、光学フィルタ１４０及び１３１を介してフォトダイオード１２７に入射する光の透過特性６０１と、光学フィルタ１４０及び１３０を介してフォトダイオード１２８に入射する光の透過特性６０２を示す図である。
【００６９】
図７に示すように、可視光を遮断する光学フィルタ１４０を備えることにより、フォトダイオード１２７には波長８５０ｎｍ近傍の光のみが入射され、フォトダイオード１２８には波長９６０ｎｍ近傍の光のみが入射される。
【００７０】
次に、画素アレイ２１における画素２５及び画素２６の配置について説明する。
【００７１】
図８、図９及び図１０は、画素２５及び画素２６の配置例を示す図である。
【００７２】
複数の画素２５及び複数の画素２６は、それぞれが他方と隣接するように、行方向又は列方向に交互に配置される。例えば、図８に示すように、画素２５と画素２６とは、千鳥格子状に配置される。また、４画素で構成される画素単位２１７、２１８、２１９及び２２０は、それぞれ同じ画素パターンで構成される。画素アレイ２１において、画素単位２１７、２１８、２１９及び２２０が２次元上に配置される。
【００７３】
また、図９及び図１０に示すように画素２５と画素２６とはストライプ状に配置されてもよい。また、画素アレイ２１において、４つの画素２５で構成される画素単位３１７及び３１９と、４つの画素２６で構成されるこの画素単位３１８及び３２０とが２次元上に交互に配置される。
【００７４】
なお、図８に示す画素２０１、２０４、２０５、２０８、２０９、２１２、２１３及び２１６が画素２５に対応し、画素２０２、２０３、２０６、２０７、２１０、２１１、２１４及び２１５が画素２６に対応する。また、図９に示す画素３０１〜３０４及び３０９〜３１２と、図１０に示す画素４０１〜４０４及び４０９〜４１２とが画素２５に対応し、図９に示す画素３０５〜３０８及び３１３〜３１６と、図１０に示す画素４０５〜４０８及び４１３〜４１６とが画素２６に対応する。なお、２種類の画素の組み合わせは逆になってもよい。
【００７５】
画像生成部３０は、撮像部２０により生成された画像データ６２及び画像データ６３の輝度の違いを用いて、水を強調した画像データ６８を生成する。画像生成部３０は、画素補間部３１と、輝度補正部３２と、減算部３３とを備える。
【００７６】
画素補間部３１は、画像データ６２及び画像データ６３をそれぞれ画素補間することで画像データ６４及び画像データ６５を生成する。
【００７７】
輝度補正部３２は、画像データ６４及び画像データ６５の少なくとも一方を増幅又は減衰することにより画像データ６６及び画像データ６７を生成する。
【００７８】
減算部３３は、画像データ６７から画像データ６６を減算することで、水を強調した画像データ６８を生成する。
【００７９】
また、撮像部２０及び画像生成部３０は、例えば、単一の半導体基板１１９上に、１チップの半導体集積回路として形成される。なお、撮像部２０及び画像生成部３０は、それぞれ個別の半導体集積回路として形成してもよい。また、撮像部２０と、画像生成部３０に含まれる機能ブロックの一部とを１チップの半導体集積回路として形成してもよいし、画像生成部３０を複数の半導体集積回路で構成してもよい。また、画像生成部３０の機能を、ＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。
【００８０】
次に、本発明の実施の形態１に係る撮像システム１０の動作を説明する。
【００８１】
図１１は、撮像システム１０による画像信号生成処理の流れを示すフローチャートである。
【００８２】
まず、照明部４０により照射された近赤外光６０は、被写体５０で吸収及び反射される。撮像部２０は、被写体からの反射光６１のうち水の吸収ピークである波長９６０ｎｍ近傍の第１波長帯域の光を撮像し、画像データ６２を生成する。また、撮像部２０は、被写体５０により反射された反射光６１のうち、水の吸収ピークとは異なる波長８５０ｎｍ近傍の第２波長帯域の光を撮像し、画像データ６３を生成する（Ｓ１０１）。具体的には、複数の画素２５は、反射光６１のうち光学フィルタ１４０及び１３０により透過された第１波長帯域の光を電気信号に変換する。また、複数の画素２６は、反射光６１のうち光学フィルタ１４０及び１３１により透過された第２波長帯域の光を電気信号に変換する。
【００８３】
垂直走査部２２及び水平走査部２３により順次選択された画素２５及び画素２６により変換された電気信号は、Ａ／Ｄ変換部２４により、アナログ信号からデジタル信号に変換される。撮像部２０は、複数の画素２５に対応するデジタル信号である画像データ６２と、複数の画素２６に対応するデジタル信号である画像データ６３とを画像生成部３０に出力する。
【００８４】
図１２及び図１３は、それぞれ画像データ６２及び６３の一例を示す図である。
【００８５】
図１２に示すように、画像データ６２においては、波長９６０ｎｍ近傍の光が水に吸収されるため水が存在する領域の輝度が低くなる。また、図１３に示すように、画像データ６３においては、波長８５０ｎｍ近傍の光は水に吸収されないので画像データ６２に比べ水が存在する領域の輝度は低くならない。
【００８６】
また、水が存在しない領域においては、画像データ６２及び６３ともに同程度の輝度を有する。これは、通常の物質（分散型吸収スペクトルを有さない物質）の吸光スペクトルは、分散型吸光スペクトルに対して、波長に対する吸収係数の変化が少ないためである。
【００８７】
次に、画素補間部３１は、画像データ６２及び画像データ６３を画素補間する（Ｓ１０２）。以下、画素補間部３１による画素補間について説明する。
【００８８】
画素２６には第１波長帯域の画素信号は存在しないので、画像データ６２には、画素２６に対応する画素位置の画素信号が存在しない。画素補間部３１は、画像データ６２における画素２６の画素位置に対応する画素信号を当該画素位置に隣接する画像データ６２の画素２５の画素信号から生成することで、画像データ６２における画素２６の画素位置の画素信号を補間する。
【００８９】
同様に、画素補間部３１は、画像データ６３における画素２５の画素位置に対応する画素信号を当該画素位置に隣接する画像データ６３の画素２６の画素信号から生成することで、画像データ６３における画素２５の画素位置の画素信号を補間する。
【００９０】
以下、画素２５及び２６の配置が図８に示す千鳥格子状の場合において、画像データ６３の画素２０４の画素位置の画素信号を補間する例を説明する。
【００９１】
画素補間部３１は、画素２０２、２０３、２０６及び２１１の第２波長帯域の画素信号を用いて画素２０４の画素位置の第２波長帯域の画素信号を生成する。具体的には、画素補間部３１は、４つの画素２０２、２０３、２０６及び２１１の画素信号の平均値を算出する。画素補間部３１は、算出した平均値を、画素２０４の画素位置の第２波長帯域の画素信号とする。
【００９２】
なお、別の方法として、画素補間部３１は、画素２０２及び２０６からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値と、画素２０３及び２１１からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値とを比較する。画素補間部３１は、絶対値が小さい画素ペアに含まれる２つの画素の画素信号の平均値を算出し、算出した平均値を、画素２０４の画素位置の第２波長帯域の画素信号とする。後者の処理方法は、前者の処理方法に比べて、被写体のエッジなどで生じる急峻な輝度変化に対してエッジを再現しやすいという利点がある。
【００９３】
次に、図９又は図１０のように画素２５及び画素２６をストライプ状に配置した場合の画素補間方法を説明する。ここでは、画像データ６２における画素３０６の画素位置の画素信号を補間する例を説明する。
【００９４】
画素補間部３１は、６つの画素３０１、３０２、３０３、３０９、３１０及び３１１の平均値を算出し、算出した平均値を、画素３０６の画素位置の第２波長帯域の画素信号とする。
【００９５】
また、別の方法として、画素補間部３１は、画素３０１及び画素３１１からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値と、画素３０３及び画素３０９からなる画素ペアの画素信号の差分の絶対値とを比較する。画素補間部３１は、絶対値が小さい画素ペアに含まれる２つの画素の画素信号の平均値を算出し、算出した平均値を、画素３０６の画素位置の第１波長帯域の画素信号とする。
【００９６】
次に、輝度補正部３２は、画素補間部３１により画素補間された画像データ６６及び６７を輝度補正する（Ｓ１０３）。
【００９７】
図１４は、シリコンで構成される光電変換素子における光に対する相対感度の波長依存性を示す図である。図１４に示すように、波長９６０ｎｍの感度Ａと、波長８５０ｎｍの感度Ｂとは異なる。輝度補正部３２は、感度Ａと感度Ｂとの差を補正する。すなわち、輝度補正部３２は、同じ光量の光が入射された時の画素信号が同じになるように画像データ６４と６５とを補正する。
【００９８】
具体的には、光電変換素子がシリコンで構成される場合、感度Ａが７パーセント、感度Ｂが２１パーセントなので、例えば、輝度補正部３２は、画像データ６４を３倍することで輝度補正した画像データ６６を生成する。また、輝度補正部３２は、画像データ６５をそのまま画像データ６７として出力する。
【００９９】
なお、図１４に示すような相対感度の波長依存は、シリコン以外の材料で構成される光電変換素子に対しても存在する。よって、輝度補正部３２は、光電変換素子の相対感度の波長依存に応じて、同じ光量の光が入射された時の画素信号が同じになるように画像データ６４及び６５のうち少なくとも一方を増幅又は減衰すればよい。
【０１００】
次に、減算部３３は、画像データ６７から画像データ６６を減算することで、水を強調した画像データ６８を生成する（Ｓ１０４）。
【０１０１】
図１５は、画像データ６８の一例を示す図である。
【０１０２】
図１５に示すように画像データ６８において、水が存在する領域が強調される。
【０１０３】
図１６は、画像データ６２、６３及び６８の、図１２、図１３及び図１５のｘ−ｙ線における画素位置に対する輝度を示す図である。
【０１０４】
図１６に示すように、水が存在しない領域では、つまり、被写体が分散型吸光スペクトルを有さなければ、画像データ６２を３倍した画像データ６６と、画像データ６３とはほぼ等しい輝度となるので、画像データ６８の輝度はほぼ０となる。一方、水が存在する領域では、画像データ６２を３倍した画像データ６６は、画像データ６３と比べ輝度が小さいので、輝度は０以外の値となる。ここで、画像データ６８におけて水が存在する領域の輝度は、水に吸収された光の輝度を表す。
【０１０５】
以上より、本発明の実施の形態１に係る撮像システム１０は、被写体（水）で光が吸収された領域を強調した画像データ６８を生成できる。
【０１０６】
さらに、撮像システム１０は、単一の半導体基板に形成された撮像部２０により、異なる波長帯域の光を撮像した画像データ６２及び画像データ６３を生成するので、複数の撮像素子を備える場合に比べ、撮像システム１０及び撮像部２０の小型化及び低コスト化を実現できる。また、撮像システム１０は、小型分光器内のエアギャップを動かす等の動作を必要とせずに、同時に１フレームで画像データ６２及び画像データ６３を生成できる。よって、撮像システム１０は、動きのある被写体に対しても被写体を強調した画像を好適に撮像できる。
【０１０７】
また、撮像システム１０において、画素補間部３１は、画像データ６２及び６３の画素補間を行う。これにより、撮像システム１０は、水を強調した高精度の画像を生成できる。
【０１０８】
また、撮像システム１０において、輝度補正部３２は、第１波長帯域と第２波長帯域における光電変換素子の感度の差、及び照明強度の違い等を補正できる。これにより、撮像システム１０は、水をより強調した画像を生成できる。
【０１０９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る撮像システムは、撮像部２０により生成された２つの画像データ６２及び６３を除算すことにより、水を強調した画像データを生成する。
【０１１０】
まず、本発明の実施の形態２に係る撮像システムの構成を説明する。
【０１１１】
図１７は、本発明の実施の形態２に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており説明を省略する。
【０１１２】
図１７に示す撮像システム１１は、図１に示す撮像システム１０に対して、画像生成部３５の構成が異なる。
【０１１３】
画像生成部３５は、画素補間部３１と、除算部３６と、輝度補正部３７とを備える。
【０１１４】
画素補間部３１は、実施の形態１に係る画素補間部３１と同様である。
【０１１５】
除算部３６は、画像データ６５を画像データ６４で除算することで画像データ６９を生成する。
【０１１６】
輝度補正部３７は、画像データ６９を所定のゲインで増幅することで水を強調した画像データ７０を生成する。
【０１１７】
次に、撮像システム１１の動作を説明する。
【０１１８】
図１８は、撮像システム１１による画像信号生成処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１８に示すステップＳ１０１及びＳ１０２の動作は、実施の形態１と同様であり、説明は省略する。
【０１１９】
ステップＳ１０２の後、除算部３６は、画像データ６５を画像データ６４で除算することで画像データ６９を生成する（Ｓ２０３）。
【０１２０】
次に、輝度補正部３７は、画像データ６９を所定のゲインで増幅することで、除算により絶対値が小さくなった画像データ６９を出画機器に適切に表示できるように輝度補正する（Ｓ２０４）。
【０１２１】
図１９は、画像データ７０の一例を示す図である。
【０１２２】
図１９に示すように画像データ７０において、水が存在する領域が強調される。
【０１２３】
図２０は、画像データ６２、６３及び７０の、図１２、図１３及び図１９のｘ−ｙ線における画素位置に対する輝度を示す図である。
【０１２４】
図２０に示すように、水が存在しない領域では、つまり、被写体が分散型吸光スペクトルを有さなければ、画像データ６３を画像データ６２で除算した値は、相対的に小さくなる。一方、水が存在する領域では、画像データ６３を画像データ６２で除算した値は、相対的に大きくなる。つまり、画像データ７０は、水が存在する領域のみが浮かびあがった画像となる。
【０１２５】
以上より、本発明の実施の形態２に係る撮像システム１１は、被写体（水）で光が吸収された領域を強調した画像データ７０を生成できる。これにより、本発明の実施の形態２に係る撮像システム１１は、上述した実施の形態１に係る撮像システム１０と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
以上、本発明の実施の形態１及び２に係る撮像装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【０１２７】
例えば、上記実施の形態１及び２では、本発明を、水を強調した画像データを生成する撮像システム１０及び１１に適用した例を説明したが、本発明は、水を検知するポイントセンサー等の検知装置にも適用できる。つまり、撮像部２０は、それぞれ１個の画素２５と画素２６とのみを備えてもよい。この場合、本発明に係る検知装置は、画素補間部３１を備えなくてよい。
【０１２８】
具体的には、本発明に係る検知装置において、画素２５により第１波長帯域の光が第１信号に光電変換され、画素２６により第２波長帯域の光が第２信号に光電変換される。画像生成部３０は、当該第１信号及び第２信号の輝度の違いを用いて、水を検知したことを示す信号を生成する。なお、画像生成部３０の動作は、画素補間を行わない点以外は、上述した画像生成部３０又は３５の動作と同様である。
【０１２９】
また、上記実施の形態１及び２では、光学フィルタ１３０及び１３１の透過特性として図４に示す例を示したが、光学フィルタ１３０及び１３１の透過特性はこれに限定されるものではない。
【０１３０】
例えば、上記説明では、光学フィルタ１３０が透過する第１波長帯域の中心波長は水の吸収スペクトルのピーク波長９６０ｎｍとしたが、第１波長帯域は、ピーク波長９６０ｎｍを含む波長帯域であればよい。
【０１３１】
また、光学フィルタ１３１が透過する第２波長帯域は、第１波長帯域を含まない波長帯域、つまりピーク波長９６０ｎｍを含まない波長帯域であればよい。ここで、第１波長帯域及び第２波長帯域とは、透過特性５０２及び５０１において透過率が５０％以上となる波長帯域である。
【０１３２】
なお、第２波長帯域の中心波長の水の吸収係数は、ピーク波長の水の吸収係数より十分に小さいことが好ましい。例えば、第２波長帯域の中心波長における水の吸収係数は、ピーク波長における水の吸収係数の半分以下であればよい。より好ましくは、第２波長帯域の中心波長における水の吸収係数は、ピーク波長における水の吸収係数より１桁以上小さいことが好ましい。
【０１３３】
また、第２波長帯域は、第１波長帯域に近い波長帯域であることが好ましい。これは、分散型吸光スペクトルにおけるピークに比べ変化はなだらかではあるが、水以外の物質も波長に応じて吸収率が変化する。よって、第１波長帯域と第２波長帯域とを近づけることで、水以外の物質の第１波長帯域と第２波長帯域とにおける吸収率の差を小さくできる。これにより、画像データ６８又は７０において水以外の物質が強調されることを抑制できる。
【０１３４】
具体的には、第１波長帯域と、第２波長帯域とが同色の光の波長帯域に含まれることが好ましい。ここで、第１波長帯域と第２波長帯域とが同色の光の波長帯域に含まれるとは、可視光における同色（例えば、青色は波長４３０ｎｍ〜４６０ｎｍ、緑色は波長５００ｎｍ〜５７０ｎｍ、赤色は波長６１０ｎｍ〜７８０ｎｍ等。）の波長帯域に第１波長帯域と第２波長帯域とが含まれる場合のみでなく、可視光以外の近赤外光（７８０ｎｍ〜２５００ｎｍ）、中赤外光（２．５μｍ〜４μｍ）、又は、遠赤外光（４μｍ〜１０００μｍ）等の各波長帯域に、第１波長帯域と第２波長帯域とが含まれる場合も含む。
【０１３５】
また、上記説明では、水のピーク波長を９６０ｎｍとしたが、水の吸収スペクトル７０１における他のピーク７０３等を第１波長帯域に用いてもよい。また、９６０ｎｍよりさらに長波長側に存在するピーク（図示せず）を第１波長帯域に用いてもよい。なお、図１４に示すように長波長になるほど、光電変換素子の相対出力が低下するが、ＳｉＧｅ等で光電変換素子を構成することで、長波長での相対出力を向上できる。
【０１３６】
また、上記実施の形態１及び２では、分散型吸光スペクトルを有する物質として水を例に説明したが、本発明は、水以外の分散型吸光スペクトルを有する物質にも適用できる。例えば、油、ヘモグロビン、又は病原体等を強調する画像を生成する撮像システム、又は、油、ヘモグロビン、又は病原体等を検知する検知装置に本発明を適用してもよい。この場合、第１波長帯域を強調又は検知の対象とする物質の吸光スペクトルのピーク波長近傍の波長帯域にし、第２波長帯域を当該ピーク波長と異なる波長近傍の波長帯域とすればよい。
【０１３７】
図２１は、脂肪の吸収スペクトルを示す図である。図２２は、ヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。図２１及び図２２に示すように脂肪の吸光ピークは９３０ｎｍであり、酸化ヘモグロビンの吸光ピークは５８０ｎｍであり、還元ヘモグロビンの吸光ピークは５５０ｎｍである。
【０１３８】
また、上記撮像システム１０及び１１は、遮光した容器の中で被写体５０に対して、近赤外光を照射してもよい。この場合、可視光の影響を受けないので、光学フィルタ１４０を備えなくてもよい。
【０１３９】
また、上記実施の形態１及び２では、撮像部２０は、ＣＭＯＳイメージセンサとしたが、ＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサであってもよい。
【０１４０】
また、上記実施の形態１の説明において、画像生成部３０は、画素補間（Ｓ１０２）を行った後に、輝度補正（Ｓ１０３）を行うとしたが、輝度補正（Ｓ１０３）を行った後に、画素補間（Ｓ１０２）を行ってもよい。
【０１４１】
また、図３において光学フィルタ１４０は、マイクロレンズ１０３及び１２０の上方に形成されているが、光学フィルタ１４０は、マイクロレンズ１０３及び１２０と、光学フィルタ１３０及び１３１との間に形成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、固体撮像装置及び撮像システムに適用でき、特に、水、油、ヘモグロビン、又は病原体などの分散型吸光スペクトルを有する物体を検出する撮像装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る撮像部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る画素の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光学フィルタの透過特性を示す図である。
【図５】水の吸収スペクトルを示す図である。
【図６】水の吸収スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光学フィルタにバンドパスフィルタを撮像素子前面に挿入した時の透過特性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る画素アレイにおける画素の配置例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る画素アレイにおける画素の配置例を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る画素アレイにおける画素の配置例を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る撮像システムにおける画像生成処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る波長９６０ｎｍに対応する画像データの一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る波長８５０ｎｍに対応する画像データの一例を示す図である。
【図１４】光電変換素子の相対感度に対する波長依存性を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る撮像システムにより生成された水を強調した画像データの一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態１に係る撮像システムにおける各画像データの輝度を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る撮像システムにおける画像生成処理の流れを示すフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態２に係る撮像システムにより生成された水を強調した画像データの一例を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態２に係る撮像システムにおける各画像データの輝度を示す図である。
【図２１】脂肪の吸収スペクトルを示す図である。
【図２２】ヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０、１１ 撮像システム
２０ 撮像部
２１ 画素アレイ
２２ 垂直走査部
２３ 水平走査部
２４ Ａ／Ｄ変換部
２５、２６ 画素
３０、３５ 画像生成部
３１ 画素補間部
３２、３７ 輝度補正部
３３ 減算部
３６ 除算部
４０ 照明部
５０ 被写体
６０ 近赤外光
６１ 反射光
６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０ 画像データ
１０３、１２０ マイクロレンズ
１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６ 高屈折率膜
１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、１１５、１２２ 低屈折率膜
１１７、１１８、１２３、１２４、１２５、１２６ 配線
１１９ 基板
１２１ 平坦化膜
１２７、１２８ フォトダイオード
１２９ 層間絶縁膜
１３０、１３１、１４０ 光学フィルタ
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９、４１０、４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４１６ 画素
２１７、２１８、２１９、２２０、３１７、３１８、３１９、３２０、４１７、４１８、４１９、４２０ 画素単位
５０１、５０２、６０１、６０２ 透過特性
７０１ 水の吸収スペクトル
７０２、７０３ ピーク
７０４ 領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置であって、
前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する第１濾光手段と、
前記ピークを含まず、かつ前記第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する第２濾光手段と、
前記第１濾光手段により透過された光を第１画像データに変換する複数の第１光電変換手段と、
前記第１光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第２濾光手段により透過された光を第２画像データに変換する複数の第２光電変換手段と、
前記第１画像データ及び前記第２画像データの輝度の違いを用いて、前記物質を強調した画像を生成する画像生成手段とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記画像生成手段は、
前記第２画像データから前記第１画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する減算手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画像生成手段は、さらに、
前記第１画像データ及び前記第２画像データのうち少なくとも一方を、増幅又は減衰する補正手段を備え、
前記減算手段は、前記補正手段により増幅又は減衰された前記第１画像データと前記第２画像データとを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記複数の第１光電変換手段と、前記複数の第２光電変換手段とは、行方向又は列方向に交互に配置され、
前記画像生成手段は、さらに、
前記第１画像データにおける前記第２光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第１画像データの画素のデータから生成することで、前記第１画像データにおける前記第２光電変換手段の画素位置のデータを補間し、前記第２画像データにおける前記第１光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第２画像データの画素のデータから生成することで、前記第２画像データにおける前記第１光電変換手段の画素位置のデータを補間する画素補間手段を備え、
前記減算手段は、前記画素補間手段により画素補間された前記第２画像データから、前記画素補間手段により画素補間された前記第１画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する
ことを特徴とする請求項２又は３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画像生成手段は、
前記第２画像データを前記第１画像データで除算することにより前記物質を強調した画像を生成する除算手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１濾光手段及び前記第２濾光手段は、それぞれ、
高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した第１多層膜及び第２多層膜と、
前記第１多層膜と前記第２多層膜との間に積層された第３膜とを含み、
前記第１濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜は、それぞれ、前記第２濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜と膜厚が等しく、
前記第１濾光手段に含まれる前記第３膜は、前記第２濾光手段に含まれる前記第３膜と膜厚が異なる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第３波長帯域の光を透過する第３濾光手段を備え、
前記第１光電変換手段は、前記第３濾光手段により透過され、かつ前記第１濾光手段により透過された光を前記第１画像データに変換し、
前記第２光電変換手段は、前記第３濾光手段により透過され、かつ前記第２濾光手段により透過された光を前記第２画像データに変換する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第４波長帯域の光を照射する照明手段を備える
ことを特徴とする撮像システム。
【請求項９】
分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を検知する検知装置であって、
前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する第１濾光手段と、
前記ピークを含まず、かつ前記第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する複数の第２濾光手段と、
前記第１濾光手段により透過された光を第１信号に変換する第１光電変換手段と、
前記第１光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第２濾光手段により透過された光を第２信号に変換する第２光電変換手段と、
前記第１信号及び前記第２信号の輝度の違いを用いて、前記物質を検知したことを示す第３信号を生成する信号生成手段とを備える
ことを特徴とする検知装置。
【請求項１】
分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を強調した画像を生成する固体撮像装置であって、
前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する第１濾光手段と、
前記ピークを含まず、かつ前記第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する第２濾光手段と、
前記第１濾光手段により透過された光を第１画像データに変換する複数の第１光電変換手段と、
前記第１光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第２濾光手段により透過された光を第２画像データに変換する複数の第２光電変換手段と、
前記第１画像データ及び前記第２画像データの輝度の違いを用いて、前記物質を強調した画像を生成する画像生成手段とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記画像生成手段は、
前記第２画像データから前記第１画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する減算手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画像生成手段は、さらに、
前記第１画像データ及び前記第２画像データのうち少なくとも一方を、増幅又は減衰する補正手段を備え、
前記減算手段は、前記補正手段により増幅又は減衰された前記第１画像データと前記第２画像データとを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記複数の第１光電変換手段と、前記複数の第２光電変換手段とは、行方向又は列方向に交互に配置され、
前記画像生成手段は、さらに、
前記第１画像データにおける前記第２光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第１画像データの画素のデータから生成することで、前記第１画像データにおける前記第２光電変換手段の画素位置のデータを補間し、前記第２画像データにおける前記第１光電変換手段の画素位置に対応するデータを当該画素位置に隣接する前記第２画像データの画素のデータから生成することで、前記第２画像データにおける前記第１光電変換手段の画素位置のデータを補間する画素補間手段を備え、
前記減算手段は、前記画素補間手段により画素補間された前記第２画像データから、前記画素補間手段により画素補間された前記第１画像データを減算することにより前記物質を強調した画像を生成する
ことを特徴とする請求項２又は３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画像生成手段は、
前記第２画像データを前記第１画像データで除算することにより前記物質を強調した画像を生成する除算手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１濾光手段及び前記第２濾光手段は、それぞれ、
高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した第１多層膜及び第２多層膜と、
前記第１多層膜と前記第２多層膜との間に積層された第３膜とを含み、
前記第１濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜は、それぞれ、前記第２濾光手段に含まれる前記高屈折率膜及び前記低屈折率膜と膜厚が等しく、
前記第１濾光手段に含まれる前記第３膜は、前記第２濾光手段に含まれる前記第３膜と膜厚が異なる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第３波長帯域の光を透過する第３濾光手段を備え、
前記第１光電変換手段は、前記第３濾光手段により透過され、かつ前記第１濾光手段により透過された光を前記第１画像データに変換し、
前記第２光電変換手段は、前記第３濾光手段により透過され、かつ前記第２濾光手段により透過された光を前記第２画像データに変換する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域を含む第４波長帯域の光を照射する照明手段を備える
ことを特徴とする撮像システム。
【請求項９】
分散型吸収スペクトルを有する予め定められた物質を検知する検知装置であって、
前記分散型吸収スペクトルのピークを含む第１波長帯域を透過する第１濾光手段と、
前記ピークを含まず、かつ前記第１波長帯域と同色の帯域である第２波長帯域を透過する複数の第２濾光手段と、
前記第１濾光手段により透過された光を第１信号に変換する第１光電変換手段と、
前記第１光電変換手段と同一の半導体基板に形成され、前記第２濾光手段により透過された光を第２信号に変換する第２光電変換手段と、
前記第１信号及び前記第２信号の輝度の違いを用いて、前記物質を検知したことを示す第３信号を生成する信号生成手段とを備える
ことを特徴とする検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−２５７９１９（Ｐ２００９−２５７９１９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０７００８（Ｐ２００８−１０７００８）
【出願日】平成２０年４月１６日（２００８．４．１６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１６日（２００８．４．１６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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