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CN107408562A - 摄像元件以及摄像装置 - Google Patents

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CN107408562A
CN107408562A CN201680011285.6A CN201680011285A CN107408562A CN 107408562 A CN107408562 A CN 107408562A CN 201680011285 A CN201680011285 A CN 201680011285A CN 107408562 A CN107408562 A CN 107408562A
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CN
China
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light
wavelength band
unit
filter
color filter
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CN201680011285.6A
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青木润
足立理
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Publication date
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Abstract

摄像元件具备：多个受光部，其配置成二维状，产生与受光量相应的电荷；滤色器，其包含使蓝色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的光透过的B滤色器、使绿色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的光透过的Cy滤色器、以及使红色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的光透过的Mg滤色器中的至少一个；第一多层膜，其配置在层叠有Cy滤色器的受光部上且在450nm左右具有反射率的峰值；以及第二多层膜，其配置在层叠有Mg滤色器的受光部上且在450nm～500nm之间具有反射率的峰值。由此，提供一种能够抑制普通光观察时的颜色再现性的劣化并且能够提高NBI观察时的灵敏度的摄像元件以及摄像装置。

Description

摄像元件以及摄像装置
技术领域
本发明涉及一种摄像元件以及摄像装置。
背景技术
以往，作为内窥镜系统中的观察方法，已知向观察部位照射普通光(白色光)的普通光观察以及向观察部位照射规定波长频带的窄频带光的窄频带光观察(NBI：NarrowBand Imaging(窄带成像))。NBI所使用的窄频带光是包含为了易于被血液中的血红蛋白吸收而被窄频带化的蓝紫色光(例如波长为410nm)和绿色光(例如波长为540nm)的NBI照明光。通过NBI，能够获得将存在于生物体的粘膜表层(生物体表层)的毛细血管和粘膜显微图样等强调显示的图像。
另外，作为内窥镜系统中使用的摄像元件，已知具有原色系滤波器的原色系摄像元件以及使用补色系滤波器的补色系摄像元件。原色系滤波器是使R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)各颜色的波长频带的光透过的滤色器，补色系滤波器是使Cy(青色)、Mg(品红色)、Ye(黄色)、G(绿色)各颜色的波长频带的光透过的滤色器。
在此，在NBI中使用原色系摄像元件的情况下，具有R滤色器的R像素和具有G滤色器的G像素不具有针对NBI照明光中的蓝紫色的波长频带的光的灵敏度。由此，在NBI中只能使用具有B滤色器的B像素，从而分辨率不高。因此，公开了一种在NBI中使用补色系摄像元件来提高分辨率的技术(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2015-66132号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，具有Ye滤色器的Ye像素和具有G滤色器的G像素不具有针对NBI照明光中的蓝紫色的波长频带的光的灵敏度，因此不对分辨率的提高起作用。因此，还考虑只使用对NBI照明光中的蓝紫色的波长频带的光具有灵敏度的像素(具有B滤色器的B像素、具有Mg滤色器的Mg像素、具有Cy滤色器的Cy像素)的结构，但是在该情况下，普通光观察时的针对蓝色光的灵敏度过高，因此存在颜色再现性发生劣化这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制普通光观察时的颜色再现性的劣化并且能够提高NBI观察时的灵敏度的摄像元件以及摄像装置。
用于解决问题的方案
为了解決上述的问题而实现目的，本发明的一个方式所涉及的摄像元件的特征在于，具备：多个受光部，所述多个受光部层叠在基板上并且配置成二维状，产生与受光量相应的电荷；滤色器，其层叠在所述受光部上，所述滤色器包含使蓝色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的光透过的B滤色器即蓝色滤色器、使绿色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的光透过的Cy滤色器即青色滤色器、以及使红色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的光透过的Mg滤色器即品红色滤色器中的至少一个；第一多层膜，其配置在层叠有所述Cy滤色器的所述受光部上且在450nm左右具有反射率的峰值；以及第二多层膜，其配置在层叠有所述Mg滤色器的所述受光部上且在450nm～500nm之间具有反射率的峰值。
另外，本发明的一个方式所涉及的摄像元件的特征在于，所述基板是Si基板。
另外，本发明的一个方式所涉及的摄像元件的特征在于，关于向层叠有所述Cy滤色器和所述Mg滤色器的所述受光部入射的光，蓝紫色的波长频带的光的强度高于蓝色的波长频带的光的强度。
另外，本发明的一个方式所涉及的摄像元件的特征在于，所述滤色器在所述多个受光部中的水平行的偶数行交替地配置有所述Cy滤色器与所述B滤色器，且在所述多个受光部中的水平行的奇数行交替地配置有所述Mg滤色器与所述Cy滤色器。
另外，本发明的一个方式所涉及的摄像装置的特征在于，具备上述的摄像元件。
发明的效果
根据本发明，能够实现一种能够抑制普通光观察时的颜色再现性的劣化并且能够提高NBI观察时的灵敏度的摄像元件以及摄像装置。
附图说明
图1是示出包含本发明的实施方式所涉及的摄像装置的内窥镜系统整体的结构的示意图。
图2是示出本发明的实施方式所涉及的内窥镜系统的主要部分的功能的框图。
图3是示意性地示出本发明的实施方式所涉及的滤色器的结构的图。
图4是B像素的剖面图。
图5是Cy像素的剖面图。
图6是示出具有Cy滤色器的元件的灵敏度的图。
图7是Mg像素的剖面图。
图8是示出具有Mg滤色器的元件的灵敏度的图。
具体实施方式
以下，作为用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)，对具备前端向被检体内插入的内窥镜的内窥镜系统进行说明。另外，本发明并不限定于该实施方式。并且，在附图的记载中，对相同的部分标注相同的附图标记来进行说明。并且，需要留意的是，附图是示意性的，各构件的厚度与宽度的关系、各构件的比率等与实际不同。另外，附图的彼此之间也包含尺寸、比率互不相同的部分。
〔内窥镜系统的结构〕
图1是示出包含本发明的实施方式所涉及的摄像装置的内窥镜系统整体的结构的示意图。图1所示的内窥镜系统1具备内窥镜2、传输线缆3、操作部4、连接器部5、处理器6(处理装置)、显示装置7以及光源装置8。
内窥镜2通过将作为传输线缆3的一部分的插入部100插入到被检体的体腔内，来拍摄被检体的体内并将摄像信号(图像数据)向处理器6输出。另外，内窥镜2位于传输线缆3的一端侧，在向被检体的体腔内插入的插入部100的前端101侧设置有进行体内图像的摄像的摄像部20(摄像装置)，在插入部100的基端102设置有受理针对内窥镜2的各种操作的操作部4。由摄像部20拍摄到的图像的摄像信号例如经过具有几米(m)长度的传输线缆3被输出到连接器部5。
传输线缆3将内窥镜2与连接器部5连接，并且将内窥镜2与光源装置8连接。另外，传输线缆3将由摄像部20生成的摄像信号传输到连接器部5。传输线缆3使用线缆、光纤等构成。
连接器部5与内窥镜2、处理器6以及光源装置8连接，对由所连接的内窥镜2输出的摄像信号实施规定的信号处理，并且将模拟的摄像信号转换为数字的摄像信号(A/D转换)后向处理器6输出。
处理器6对从连接器部5输入的摄像信号实施规定的图像处理后向显示装置7输出。另外，处理器6对内窥镜系统1整体统一进行控制。例如，处理器6进行切换光源装置8所射出的照明光、切换内窥镜2的摄像模式的控制。
显示装置7显示与由处理器6实施图像处理后的摄像信号对应的图像。另外，显示装置7显示与内窥镜系统1有关的各种信息。显示装置7使用液晶、有机EL(ElectroLuminescence：电致发光)等的显示面板等构成。
光源装置8经由连接器部5和传输线缆3而从内窥镜2的插入部100的前端101侧朝向被摄体照射照明光。光源装置8使用发出白色光的白色LED(Light Emitting Diode：发光二极管)以及发出具有比白色光的波长频带窄的波长频带的窄频带光的特殊光(NBI照明光)的LED等构成。光源装置8在处理器6的控制下，经由内窥镜2朝向被摄体照射白色光或NBI照明光。此外，在本实施方式中，光源装置8采用同时方式的照明方式。
图2是示出本发明的实施方式所涉及的内窥镜系统的主要部分的功能的框图。参照图2来说明内窥镜系统1的各部结构的详细内容以及内窥镜系统1内的电信号的路径。
〔内窥镜的结构〕
首先，对内窥镜2的结构进行说明。图2所示的内窥镜2具备摄像部20、传输线缆3以及连接器部5。
摄像部20具有第一芯片21(摄像元件)和第二芯片22。另外，摄像部20经由传输线缆3接受由处理器6内的电源部61生成的电源电压VDD并且接受接地电压GND。在向摄像部20供给的电源电压VDD与接地电压GND之间设置有电源稳定用的电容器C1。
第一芯片21具有：光检测部23，其配置有多个单位像素23a，该多个单位像素23a配置成二维矩阵状，接收来自外部的光，生成并输出与受光量相应的图像信号；读出部24，其读出由光检测部23中的多个单位像素23a的各个单位像素23a进行光电转换后的摄像信号；定时生成部25，其基于从连接器部5输入的基准时钟信号和同步信号来生成定时信号后向读出部24输出；以及滤色器26，其配置于多个单位像素23a的各个单位像素23a的受光面。
图3是示意性地示出本发明的实施方式所涉及的滤色器的结构的图。如图3所示，在滤色器26中，在由R滤色器、G滤色器、B滤色器构成的拜耳阵列的滤色器中，在拜耳阵列的与B滤色器对应的位置配置有B滤色器，在拜耳阵列的与G滤色器对应的位置配置有Cy滤色器，在拜耳阵列的与R滤色器对应的位置配置有Mg滤色器。具体来说，滤色器26在多个受光部中的水平行的偶数行交替地配置有Cy滤色器206b与B滤色器206a，且在多个受光部中的水平行的奇数行交替地配置有Mg滤色器206c与Cy滤色器206b。另外，以下，将配置有B滤色器206a的单位像素23a设为B像素200a、将配置有Cy滤色器206b的单位像素23a设为Cy像素200b并且将配置有Mg滤色器206c的单位像素23a设为Mg像素200c来进行说明。即，该内窥镜系统1是将拜耳阵列的G像素置换为Cy像素200b并将R像素置换为Mg像素200c而得到的结构。此外，在后面记述各颜色的像素的更加详细的说明。
返回到图2，第二芯片22具有缓冲器27，该缓冲器27将从第一芯片21中的多个单位像素23a的各个单位像素23a输出的摄像信号放大后向传输线缆3输出。此外，能够适当地变更配置于第一芯片21和第二芯片22的电路的组合。例如，也可以将原本配置于第一芯片21的定时生成部25配置于第二芯片22。
光导件28朝向被摄体照射从光源装置8射出的照明光。光导件28使用玻璃光纤、照明透镜等实现。
连接器部5具有模拟前端部51(以下称为“AFE部51”)、A/D转换部52、摄像信号处理部53、驱动脉冲生成部54以及电源电压生成部55。
AFE部51接收从摄像部20传输的摄像信号，在使用电阻等无源元件进行阻抗匹配之后，使用电容器取出交流成分，并通过分压电阻来决定动作点。之后，AFE部51对摄像信号(模拟信号)进行校正后向A/D转换部52输出。
A/D转换部52将从AFE部51输入的模拟的摄像信号转换为数字的摄像信号后向摄像信号处理部53输出。
摄像信号处理部53例如由FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)构成，对从A/D转换部52输入的数字的摄像信号进行噪声去除和格式转换处理等处理后向处理器6输出。
驱动脉冲生成部54基于从处理器6供给并成为内窥镜2的各构成部的动作的基准的基准时钟信号(例如27MHz的时钟信号)，生成表示各帧的起始位置的同步信号，并将该同步信号与基准时钟信号一起经由传输线缆3向摄像部20的定时生成部25输出。在此，驱动脉冲生成部54所生成的同步信号包含水平同步信号和垂直同步信号。
电源电压生成部55从自处理器6供给的电源生成驱动第一芯片21和第二芯片22所需要的电源电压，并将所生成的电源电压输出到第一芯片21和第二芯片22。电源电压生成部55使用调整器等来生成驱动第一芯片21和第二芯片22所需要的电源电压。
〔处理器的结构〕
接着，对处理器6的结构进行说明。
处理器6是对内窥镜系统1的整体统一进行控制的控制装置。处理器6具备电源部61、图像信号处理部62、时钟生成部63、记录部64、输入部65以及处理器控制部66。
电源部61生成电源电压VDD，将所生成的该电源电压VDD与接地电压GND一起经由连接器部5和传输线缆3向摄像部20供给。
图像信号处理部62对由摄像信号处理部53实施信号处理后的数字的摄像信号进行同时化处理、白平衡(WB)调整处理、增益调整处理、伽马校正处理、数字模拟(D/A)转换处理、格式转换处理等图像处理而将其转换为图像信号，将该图像信号向显示装置7输出。
时钟生成部63生成成为内窥镜系统1的各构成部的动作的基准的基准时钟信号，将该基准时钟信号向驱动脉冲生成部54输出。
记录部64记录与内窥镜系统1有关的各种信息、处理中的数据等。记录部64使用快闪(Flash)存储器、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等记录介质构成。
输入部65接受与内窥镜系统1有关的各种操作的输入。例如，输入部65接受用于切换光源装置8所射出的照明光的类型的指示信号的输入。输入部65例如使用十字开关、按钮等构成。
处理器控制部66对构成内窥镜系统1的各部统一进行控制。处理器控制部66使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等构成。处理器控制部66根据从输入部65输入的指示信号来切换光源装置8所射出的照明光。
〔光源装置的结构〕
接着，对光源装置8的结构进行说明。光源装置8具备白色光源部81、特殊光源部82、聚光透镜83以及照明控制部84。
白色光源部81在照明控制部84的控制下，经由聚光透镜83朝向光导件28射出白色光。白色光源部81使用白色LED(Light Emitting Diode)构成。此外，在本实施方式中，由白色LED构成白色光源部81，但是例如也可以将氙气灯、或红色LED、绿色LED以及蓝色LED组合来射出白色光。
特殊光源部82在照明控制部84的控制下，经由聚光透镜83朝向光导件28同时射出波长频带互不相同的两个窄频带光(NBI照明光)。特殊光源部82具有第一光源部82a和第二光源部82b。
第一光源部82a使用蓝紫色LED构成。第一光源部82a在照明控制部84的控制下，射出比蓝色的波长频带窄的窄频带的窄频带光。具体来说，第一光源部82a在照明控制部84的控制下，射出410nm左右(例如390nm～440nm)的蓝紫色的波长频带的光。
第二光源部82b使用绿色LED构成。第二光源部82b在照明控制部84的控制下，射出比绿色的波长频带窄的窄频带的窄频带光。具体来说，第二光源部82b在照明控制部84的控制下，射出540nm左右(例如530nm～550nm)的绿色的波长频带的光。
聚光透镜83会聚由白色光源部81射出的白色光或由特殊光源部82射出的NBI照明光并向光导件28射出。聚光透镜83使用一个或多个透镜构成。
照明控制部84在处理器控制部66的控制下，对白色光源部81和特殊光源部82进行控制。具体来说，照明控制部84在处理器控制部66的控制下，使白色光源部81射出白色光或使特殊光源部82射出NBI照明光。另外，照明控制部84对白色光源部81射出白色光的射出定时或特殊光源部82射出NBI照明光的射出定时进行控制。
〔各颜色的像素的结构〕
接着，详细地说明各颜色的像素。首先，对B像素进行说明。图4是B像素的剖面图。如图4所示，B像素200a具有Si基板201、形成于Si基板201的作为受光部的光电二极管202、将各像素之间电连接的布线层203、将各布线层203电绝缘的绝缘层204、用于使表面平坦化的缓冲层205、以覆盖光电二极管202的方式配置的B滤色器206a、用于保护表面的保护层207、以及形成于最表面的微透镜208。
Si基板201是由硅(Si)形成的基板，但是基板不限于Si。
光电二极管202是光电转换元件，产生与受光量相应的电荷。光电二极管202在与层叠方向垂直的面内排列成图3那样的二维状。
B滤色器206a是使450nm左右的蓝色的波长频带的光透过的滤色器。因而，B像素200a在白色光源下对蓝色的波长频带的光进行检测，在NBI照明光源下对蓝紫色的波长频带的光进行检测。
接着，对Cy像素进行说明。图5是Cy像素的剖面图。如图5所示，Cy像素200b具有Si基板201、形成于Si基板201的光电二极管202、将各像素之间电连接的布线层203、将各布线层203电绝缘的绝缘层204、用于使表面平坦化的缓冲层205、以覆盖光电二极管202的方式配置的Cy滤色器206b、用于保护表面的保护层207、以及形成于最表面的微透镜208，并且，具有层叠在Si基板201上的作为第一多层膜的Cy用多层膜209b。
Cy滤色器206b是使绿色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的波长的光透过的滤色器。
Cy用多层膜209b是各层的折射率和层厚被进行了调整以在450nm左右具有反射率的峰值的多层膜。
图6是示出具有Cy滤色器的元件的灵敏度的图。图6的线L1表示具有Cy滤色器206b而不具有Cy用多层膜209b的以往的Cy像素的灵敏度。而且，图6的线L2(虚线)表示具有Cy滤色器206b和Cy用多层膜209b的Cy像素200b的灵敏度。即，Cy像素200b在白色光源下对绿色的波长频带的光进行检测，并且针对蓝色的波长频带的光的灵敏度变弱。另一方面，Cy像素200b在NBI照明光源下对蓝紫色的波长频带的光进行检测。
接着，对Mg像素进行说明。图7是Mg像素的剖面图。如图7所示，Mg像素200c具有Si基板201、形成于Si基板201的光电二极管202、将各像素之间电连接的布线层203、将各布线层203电绝缘的绝缘层204、用于使表面平坦化的缓冲层205、以覆盖光电二极管202的方式配置的Mg滤色器206c、用于保护表面的保护层207、以及形成于最表面的微透镜208，并且，具有层叠在Si基板201上的作为第二多层膜的Mg用多层膜209c。
Mg滤色器206c是使610nm左右的红色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的波长的光透过的滤色器。
Mg用多层膜209c是各层的折射率和层厚被进行了调整以在450nm～500nm之间具有反射率的峰值的多层膜。
图8是示出具有Mg滤色器的元件的灵敏度的图。图8的线L3表示具有Mg滤色器206c而不具有Mg用多层膜209c的以往的Mg像素的灵敏度。而且，图8的线L4(虚线)表示具有Mg滤色器206c和Mg用多层膜209c的Mg像素200c的灵敏度。即，Mg像素200c在白色光源下对红色的波长频带的光进行检测，并且针对蓝色的波长频带的光的灵敏度变弱。另一方面，Mg像素200c在NBI照明光源下对蓝紫色的波长频带的光进行检测。
在此，在该内窥镜系统1中，如使用图3所说明的那样，是将拜耳阵列的G像素置换为Cy像素200b且将R像素置换为Mg像素200c而得到的结构。根据该结构，在内窥镜系统1中，在NBI照明光源下，所有像素针对蓝紫色的波长频带的光具有灵敏度，从而分辨率得以提高。并且，在内窥镜系统1中，在白色光源下对RGB各个波长的光具有灵敏度，并且Cy像素200b和Mg像素200c的针对蓝色的波长频带的光的灵敏度变弱，从而颜色再现性的劣化得到了抑制。
此外，关于向层叠有Cy滤色器206b和Mg滤色器206c的光电二极管202入射的光，优选的是，利用滤色器和多层膜来使蓝紫色的波长频带的光的强度高于蓝色的波长频带的光的强度。在满足该条件的情况下，针对NBI照明光中的蓝紫色的波长频带的光的灵敏度比针对白色光源下的蓝色光的灵敏度高，从而抑制普通光观察时的颜色再现性的劣化并且提高NBI观察时的灵敏度的效果变得显著。
对于本领域技术人员而言能够容易地导出进一步的效果、变形例。由此，本发明的更宽范围的方式不限定于如以上那样表现且记述的特定的详细内容和代表性的实施方式。因而，在不偏离权利要求书及由其等同物定义的概括性的发明的概念的思想或范围的情况下能够进行各种变更。
附图标记说明
1：内窥镜系统；2：内窥镜；3：传输线缆；4：操作部；5：连接器部；6：处理器；7：显示装置；8：光源装置；20：摄像部；21：第一芯片；22：第二芯片；23：光检测部；23a：单位像素；24：读出部；25：定时生成部；26：滤色器；27：缓冲器；28：光导件；51：AFE部；52：A/D转换部；53：摄像信号处理部；54：驱动脉冲生成部；55：电源电压生成部；61：电源部；62：图像信号处理部；63：时钟生成部；64：记录部；65：输入部；66：处理器控制部；81：白色光源部；82：特殊光源部；82a：第一光源部；82b：第二光源部；83：聚光透镜；84：照明控制部；100：插入部；101：前端；102：基端；200a：B像素；200b：Cy像素；200c：Mg像素；201：Si基板；202：光电二极管；203：布线层；204：绝缘层；205：缓冲层；206a：B滤色器；206b：Cy滤色器；206c：Mg滤色器；207：保护层；208：微透镜；209b：Cy用多层膜；209c：Mg用多层膜；L1、L2、L3、L4：线。

Claims (5)

1.一种摄像元件，其特征在于，具备：
多个受光部，所述多个受光部层叠在基板上并且配置成二维状，产生与受光量相应的电荷；
滤色器，其层叠在所述受光部上，所述滤色器包含使蓝色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的光透过的B滤色器即蓝色滤色器、使绿色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的光透过的Cy滤色器即青色滤色器、以及使红色的波长频带的光和蓝紫色的波长频带的光这两方的光透过的Mg滤色器即品红色滤色器中的至少一个；
第一多层膜，其配置在层叠有所述Cy滤色器的所述受光部上且在450nm左右具有反射率的峰值；以及
第二多层膜，其配置在层叠有所述Mg滤色器的所述受光部上且在450nm～500nm之间具有反射率的峰值。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
所述基板是Si基板。
3.根据权利要求1或2所述的摄像元件，其特征在于，
关于向层叠有所述Cy滤色器和所述Mg滤色器的所述受光部入射的光，蓝紫色的波长频带的光的强度高于蓝色的波长频带的光的强度。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的摄像元件，其特征在于，
所述滤色器在所述多个受光部中的水平行的偶数行交替地配置有所述Cy滤色器与所述B滤色器，且在所述多个受光部中的水平行的奇数行交替地配置有所述Mg滤色器与所述Cy滤色器。
5.一种摄像装置，其特征在于，
具备根据权利要求1～4中的任一项所述的摄像元件。
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