(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が通る開口部が形成される開口板と、前記開口板から離間して設けられ、前記開口部からの光が入射される入射口と光が射出される射出口とを有し、前記入射口に入射された光のうち、前記入射口から前記射出口へ向かう第１方向の光を、前記第１方向とは異なる第２方向の光よりも通過させる光通過部と、を有する部材と、
前記射出口からの光を電荷に変換する光電変換部を有する撮像素子と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記光通過部は、前記入射口及び前記射出口の間において前記第１方向の光と前記第２方向の光とのうち、少なくとも前記第１方向の光が通過する光路を有し、
前記光通過部の前記光路は、前記入射口及び前記射出口の開口径よりも長い請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光通過部は、光の反射率より光の吸収率が高い材料で形成される請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光電変換部は、前記射出口からの光が入射される第１光電変換素子及び第２光電変換素子を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記部材と前記撮像素子の間に配置され、前記射出口からの光を拡散させる光拡散部を備え、
前記第１光電変換素子及び第２光電変換素子は、前記光拡散部を介して前記射出口からの光が入射する請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像素子は、第１分光特性を有する第１フィルタと、前記第１分光特性とは異なる第２分光特性を有する第２フィルタと、を有し、
前記第１光電変換素子は、前記射出口からの光が前記第１フィルタを介して入射され、
前記第２光電変換素子は、前記射出口からの光が前記第２フィルタを介して入射される請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
光が通る開口部が形成される開口板と、前記開口板から離間して設けられ、前記開口部からの光が入射される入射口と光が射出される射出口とを有し、前記入射口に入射された光のうち、前記入射口から前記射出口へ向かう第１方向の光を、前記第１方向とは異なる第２方向の光よりも通過させる光路を有する光通過部と、を複数有する部材と、
前記射出口からの光を電荷に変換する光電変換素子を複数有する撮像素子と、
を備える撮像装置。
【請求項８】
前記光通過部の前記光路は、前記入射口及び前記射出口の開口径よりも長い請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像素子は、複数の前記光電変換素子のうち、前記射出口からの光が入射される第１光電変換素子及び第２光電変換素子を有する請求項７又は請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記部材と前記撮像素子の間に配置され、前記射出口からの光を拡散させる光拡散部を備え、
前記第１光電変換素子及び第２光電変換素子は、前記光拡散部を介して前記射出口からの光が入射する請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像素子は、第１分光特性を有する第１フィルタと、前記第１分光特性とは異なる第２分光特性を有する第２フィルタと、を有し、
前記第１光電変換素子は、前記射出口からの光が前記第１フィルタを介して入射され、
前記第２光電変換素子は、前記射出口からの光が前記第２フィルタを介して入射される請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記光通過部は、光の反射率より光の吸収率が高い材料で形成される請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
光電変換素子を複数有する撮像素子と、
光が通る開口部が複数形成される開口板と、前記開口板から離間して設けられ、前記開口部からの光が入射される光入射口と光が射出される光出射口とを複数有し、前記光入射口に入射した光のうち、前記光出射口まで到達できる光を前記光電変換素子に出射し、前記光出射口まで到達できない光が前記光電変換素子に出射することを制限する光制限部と、
を備える撮像装置。
【請求項１４】
前記光制限部は、前記光入射口及び前記光出射口を接続する側壁を有する管状の光通過部を複数有し、
前記光通過部の前記側壁は、光が反射することが制限されている請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記光通過部は、光の反射率より光の吸収率が高い材料に形成された貫通孔である請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記光通過部は、屈折率が均ーな材料で充填されている請求項１４又は請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記撮像装置は、前記光制限部の前記光入射口までの間の光路上に設けられた結像レンズを有しない請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記光入射口を通過して前記光出射口から出射される複数の光束の向きは、互いに異なる請求項１３から請求項１７のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記光出射口から出射した光を、前記光電変換素子に導光する複数の導光素子をさらに備える請求項１３から請求項１８のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より被写体の全焦点画像を生成する撮像装置が知られている。
しかしながら、従来の撮像装置では複数のフォーカス位置で各々画像データを取得する必要があった。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００５−９９７３６号公報
【発明の概要】
【０００３】
第１の態様においては、撮像装置は、複数の光電変換素子を有する撮像素子と、複数の光電変換素子のそれぞれに対して設けられた複数の光入射口及び複数の光出射口を有し、複数の光入射口のそれぞれに入射した光のうち、複数の光出射口のそれぞれまで到達できる光を複数の光電変換素子のそれぞれに出射し、複数の光出射口のそれぞれまで到達できない光が複数の光電変換素子のそれぞれに出射することを制限する光制限部とを備える。
【０００４】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】第１実施形態に係る顕微鏡システム５の使用例を模式的に示す。
【図２】顕微鏡装置１０の斜視図を模式的に示す。
【図３】撮像モジュール２０をｘｚ平面に平行な面で切断した断面図を模式的に示す。
【図４】撮像モジュール２０をｘｙ平面に平行な面で切断した断面図を模式的に示す。
【図５】第２実施形態に係る撮像モジュール２０２０の一例を示す。
【図６】第３実施形態に係る撮像モジュール４０２０の一例を示す。
【図７】第４実施形態に係る撮像モジュール５０２０の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００７】
図１は、第１実施形態に係る顕微鏡システム５の使用例を模式的に示す。顕微鏡システム５は、顕微鏡装置１０と、プレパラート７０とを備える。顕微鏡装置１０は、プレパラート７０に設けられた試料９０を撮像する。なお、顕微鏡システム５は撮像システムの一例である。顕微鏡装置１０は撮像装置の一例である。試料９０は被写体の一例である。
【０００８】
プレパラート７０は、スライドガラス８０と、カバーガラス６０とを有する。カバーガラス６０及びスライドガラス８０は、透光性を有する。スライドガラス８０上には、試料９０が載置される。試料９０は、スライドガラス８０とカバーガラス６０との間に挟まれて設けられる。具体的には、スライドガラス８０は、第１主面８１と、第１主面８１とは反対側の面の第２主面８２とを有する。試料９０は、スライドガラス８０の第１主面８１に載置される。試料９０は、カバーガラス６０とスライドガラス８０の第１主面８１との間に挟まれて設けられる。
【０００９】
顕微鏡装置１０は、プレパラート７０を載置する載置面１１を有する。プレパラート７０は、顕微鏡装置１０の載置面１１上に載置される。具体的には、プレパラート７０は、スライドガラス８０の第２主面８２が顕微鏡装置１０と接するように、顕微鏡装置１０に載置される。顕微鏡装置１０は、プレパラート７０が載置面１１に載置された状態で、試料９０を撮像する。
【００１０】
顕微鏡装置１０は、生成した画像データを、モニタやプリンタ等の出力装置や、記憶媒体等の記録装置等の装置に出力する。画像データの出力先の装置は、顕微鏡装置１０が有してよい。画像データの出力先の装置は、顕微鏡装置１０以外の外部装置であってよい。
【００１１】
本実施形態において、顕微鏡装置１０の載置面１１に垂直な方向をｚ軸方向と定める。試料９０から顕微鏡装置１０に向かう方向をｚ軸マイナス方向と定め、その反対方向をｚ軸プラス方向と定める。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、右手系の直交座標系をなす。各図において、座標系の各軸の方向を示すことを目的として、図中に座標軸を付す場合がある。なお、説明の都合上、ｚ軸プラス方向を上、ｚ軸マイナス方向を下とみなす場合がある。
【００１２】
図２は、顕微鏡装置１０の斜視図を模式的に示す。顕微鏡装置１０は、撮像モジュール２０を有する。撮像モジュール２０は、試料９０を撮像する。撮像モジュール２０は、スライドガラス８０の第１主面８１から第２主面８２を通過して撮像モジュール２０に向かう光のうち、実質的にｚ軸に沿う方向の光を選択して試料９０を撮像する。
【００１３】
撮像モジュール２０は、光入射口１２０−１１を含む複数の光入射口を有する。撮像モジュール２０は、光入射口１２０−１１を含む複数の光入射口にそれぞれ入射した光のうち実質的にｚ軸に沿う方向の光を、複数の光電変換素子で別々に受光して光電変換することにより、試料９０を撮像する。顕微鏡装置１０は、撮像モジュール２０において複数の光電変換素子で光電変換して得られた画素信号に基づいて、試料９０の画像データを生成する。
【００１４】
図３は、撮像モジュール２０をｘｚ平面に平行な面で切断した断面図を模式的に示す。図４において、（ａ）は、撮像モジュール２０をｘｙ平面に平行な面で切断した断面図を模式的に示す。
【００１５】
撮像モジュール２０は、光制限部３０と、光拡散部４０と、撮像ユニット５０とを有する。撮像ユニット５０は、撮像素子である。撮像ユニット５０は、例えばＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子である。撮像ユニット５０は、例えばベイヤ型配列のカラーイメージセンサである。撮像ユニット５０は、単板式の撮像部を提供する。
【００１６】
撮像ユニット５０は、カラーフィルタ部３００と、基板部２５０と、光電変換素子部２００とを有する。基板部２５０は、パッシベーション層２６０と、配線層２８０と、絶縁層２７０とを含む。カラーフィルタ部３００は、光拡散部４０とパッシベーション層２６０との間に設けられる。撮像ユニット５０において、カラーフィルタ部３００、基板部２５０及び光電変換素子部２００は、ｚ軸マイナス方向に沿って、カラーフィルタ部３００、基板部２５０、光電変換素子部２００の順で設けられる。
【００１７】
カラーフィルタ部３００は、カラーフィルタ３１０−１１からカラーフィルタ３１０−１ｍを含む複数のカラーフィルタを有する。カラーフィルタ部３００が有する複数のカラーフィルタは、ｎ行ｍ列のマトリクス状に配列されている。ここで、ｎ及びｍは、２以上の整数であり得る。第ｉ行第ｊ列に位置するカラーフィルタには、符号の添え字として"−ｉｊ"を付して、カラーフィルタ３１０−ｉｊと呼ぶ場合がある。また、カラーフィルタ部３００が有する複数のカラーフィルタを、カラーフィルタ３１０と総称する場合がある。
【００１８】
なお、図４（ａ）は、カラーフィルタ部３００をｘｙ平面に平行な面で切断した断面図である。図４（ａ）において、赤色の波長域の光を通過させる分光特性を有するカラーフィルタには"Ｒ"の文字が付されている。緑色の波長域の光を通過させる分光特性を有するカラーフィルタには"Ｇ"の文字が付されている。青色の波長域の光を通過させる分光特性を有するカラーフィルタには"Ｂ"の文字が付されている。図４（ａ）に示されるように、２行２列の４つのカラーフィルタ３１０がベイヤ配列の１つの単位格子を形成する。例えば、カラーフィルタ３１０−１１、カラーフィルタ３１０−１２、カラーフィルタ３１０−２１及びカラーフィルタ３１０−２２が、ベイヤ配列の１つの単位格子を形成する。
【００１９】
パッシベーション層２６０は、基板部２５０のｚ軸プラス側に位置し、基板部２５０のｚ軸プラス側の主面を提供する。基板部２５０のｚ軸マイナス側の主面には、光電変換素子部２００が設けられる。
【００２０】
光電変換素子部２００は、撮像素子の光電変換部を提供する。光電変換素子部２００は、光電変換素子２１０−１１から光電変換素子２１０−１ｍを含む複数の光電変換素子を有する。光電変換素子部２００が有する複数の光電変換素子は、ｎ行ｍ列のマトリクス状に配列されている。第ｉ行第ｊ列に位置する光電変換素子には符号の添え字として"−ｉｊ"を付して、当該光電変換素子を光電変換素子２１０−ｉｊと呼ぶ場合がある。また、光電変換素子部２００が有する複数の光電変換素子を、光電変換素子２１０と総称する場合がある。
【００２１】
光電変換素子２１０は、それぞれ画素素子の一例である。カラーフィルタ３１０と光電変換素子２１０とは、一対一に対応して設けられる。カラーフィルタ３１０のそれぞれを通過した光は、それぞれ対応する光電変換素子２１０に入射する。例えば、カラーフィルタ３１０−１１を通過した光が光電変換素子２１０−１１に入射し、カラーフィルタ３１０−１２を通過した光が光電変換素子２１０−１２に入射する。
【００２２】
光電変換素子２１０は、入射した光により電荷を生成する。光電変換素子２１０は、入射した光を電荷に変換する光電変換機能を有する。光電変換素子２１０は、光電変換された電荷を蓄積する。顕微鏡装置１０は、光電変換素子２１０にそれぞれ蓄積された電荷により光電変換信号を生成する。すなわち、顕微鏡装置１０は、光電変換素子２１０に蓄積された電荷により被写体の画像データを生成する。
【００２３】
光制限部３０は、試料９０からの光のうち特定方向の光を、撮像ユニット５０に出射する機能を提供する。具体的には、光制限部３０は、光制限部３０に入射する光のうち、ｚ軸に実質的に沿う方向の光を、撮像ユニット５０に向けて出射する。これにより、撮像ユニット５０は、試料９０からの光のうち選択された光を受光することができる。光制限部３０は、結像レンズ等の結像光学系を有さずに、結像光学系の機能と同様の機能を提供できる。顕微鏡装置１０は、試料９０から光入射口１２０までの間の光路中に結像光学系を有しない。また、顕微鏡装置１０は、試料９０から光拡散部４０までの間の光路中に結像光学系を有しない。また、顕微鏡装置１０は、試料９０から撮像ユニット５０までの間の光路中に結像光学系を有しない。
【００２４】
ライトチューブ部１００は、ライトチューブ１１０−１１からライトチューブ１１０−１Ｍを含む複数のライトチューブを有する。ライトチューブ部１００が有する複数のライトチューブは、Ｎ行Ｍ列のマトリクス状に配列されている。ここで、Ｎ及びＭは、２以上の整数であり得る。第ｉ行第ｊ列に位置するライトチューブには符号の添え字として"−ｉｊ"を付して、当該ライトチューブをライトチューブ１１０−ｉｊと呼ぶ場合がある。また、ライトチューブ部１００が有する複数のライトチューブを、ライトチューブ１１０と総称する場合がある。
【００２５】
ライトチューブ１１０は、それぞれ光通過部の一例である。ライトチューブ１１０は、管状の形状を有する。例えば、ライトチューブ１１０は、円筒形の形状を有する。ライトチューブ１１０のそれぞれは、例えば基体１５０に形成された貫通孔である。ライトチューブ１１０のそれぞれは、基体１５０の第１主面１５１から第２主面１５２まで、ｚ軸に沿って貫通する貫通孔である。
【００２６】
ライトチューブ１１０−１１は、光入射口１２０−１１と、光出射口１３０−１１と、側壁１４０−１１とで形成される。側壁１４０−１１は、光入射口１２０−１１と光出射口１３０−１１とを接続する。ライトチューブ１１０−１１と同様に、ライトチューブ１１０−１１以外のライトチューブ１１０も、光入射口と光出射口と側壁とで形成される。
【００２７】
なお、ライトチューブ１１０−ｉｊを形成する光入射口、光出射口及び側壁を識別して説明する場合、それぞれの符号の添え字として"−ｉｊ"を付して説明する場合がある。例えば、ライトチューブ１１０−１２は、光入射口１２０−１２と、光出射口１３０−１２と、光入射口１２０−１２と光出射口１３０−１２とを接続する側壁１４０−１２とで形成される。また、撮像モジュール２０が有する複数の光入射口を、光入射口１２０と総称する場合がある。また、撮像モジュール２０が有する複数の光出射口１３０を、光出射口１３０と総称する場合がある。また、撮像モジュール２０が有する複数の側壁１４０を、側壁１４０と総称する場合がある。
【００２８】
このように、ライトチューブ１１０のそれぞれは、光入射口１２０と、光出射口１３０と、光入射口１２０と光出射口１３０とを接続する側壁１４０とで形成される。光入射口１２０に入射し、ライトチューブ１１０を通過して光出射口１３０から出射した光は、光拡散部４０に入射する。
【００２９】
光拡散部４０は、入射した光を拡散して撮像ユニット５０に出射する。光拡散部４０は、光拡散素子１８０−１１から光拡散素子１８０−１Ｍを含む複数の光拡散素子を有する。光拡散部４０が有する複数の光拡散素子は、Ｎ行Ｍ列のマトリクス状に配列されている。第ｉ行第ｊ列に位置する光拡散素子には符号の添え字として"−ｉｊ"を付して、当該光拡散素子を光拡散素子１８０−ｉｊと呼ぶ場合がある。また、光拡散部４０が有する複数の光拡散素子を、光拡散素子１８０と総称する場合がある。
【００３０】
光拡散素子１８０は、ライトチューブ１１０に一対一に対応して設けられている。光拡散素子１８０は、ライトチューブ１１０の光出射口１３０よりｚ軸マイナス側に、光出射口１３０−１１を覆う位置に設けられる。なお、光拡散素子１８０は、例えば微粒子等の光散乱素子を含む光散乱素子であってよい。また、光拡散部４０は、光拡散フィルム等、シート状の一枚のシート部材で形成されてもよい。
【００３１】
図４（ａ）には、ライトチューブ１１０をｚ軸方向に投影した位置が点線で示されている。ライトチューブ１１０のそれぞれは、ベイヤ配列の１つの単位格子に対応する４つの光電変換素子２１０に対応して設けられる。ライトチューブ１１０を通過して光出射口１３０まで到達した光のそれぞれは、光拡散部４０で拡散されて、対応する単位格子の４つの光電変換素子２１０に入射する。
【００３２】
具体的には、図４（ａ）等に示されるように、ライトチューブ１１０−１１は、カラーフィルタ３１０−１１、カラーフィルタ３１０−１２、カラーフィルタ３１０−２１及びカラーフィルタ３１０−２２で形成される単位格子の中心位置に対して、ライトチューブ１１０−１の中心軸の位置が位置決めされて設けられる。このように、ライトチューブ１１０−１１は、カラーフィルタ３１０−１１、カラーフィルタ３１０−１２、カラーフィルタ３１０−２１及びカラーフィルタ３１０−２２に対応して設けられる。したがって、ライトチューブ１１０−１１は、光電変換素子２１０−１１、光電変換素子２１０−１２、光電変換素子２１０−２１及び光電変換素子２１０−２２に対応して設けられる。ライトチューブ１１０−１１を通過して光出射口１３０−１１まで到達した光は、ライトチューブ１１０−１１に対応する光拡散素子１８０及び対応するカラーフィルタ３１０を通過して、光電変換素子２１０−１１、光電変換素子２１０−１２、光電変換素子２１０−２１及び光電変換素子２１０−２２に入射する。このように、光入射口１２０に入射し、ライトチューブ１１０を通過して光出射口１３０から出射した光は、ライトチューブ１１０に対応して設けられた光電変換素子２１０に入射する。
【００３３】
このように、光電変換素子２１０のそれぞれは、対応するライトチューブ１１０の光出射口１３０のそれぞれから出射して光拡散部４０で拡散された光のうち、特定波長域に属する光を受光する。例えば、光電変換素子２１０−１１及び光電変換素子２１０−２２は、光出射口１３０−１１に対して設けられ、光出射口１３０−１１から出射して光拡散素子１８０−１１により拡散された光のうち、緑の波長域に属する光を受光する。また、光電変換素子２１０−１２は、光出射口１３０−１１に対して設けられ、光出射口１３０−１１から出射して光拡散素子１８０−１１により拡散された光のうち、赤の波長域に属する光を受光する。また、光電変換素子２１０−２１は、光出射口１３０−１１に対して設けられ、光出射口１３０−１１から出射して光拡散素子１８０−１１により拡散された光のうち、青の波長域に属する光を受光する。光拡散部４０を設けることで、１つのライトチューブ１１０から出射した光の指向性を低減できる。これにより、ベイヤ配列の１つの単位格子内の光電変換素子２１０に向かう光を、略均一化することができる。
【００３４】
なお、光電変換素子２１０−１１及び光電変換素子２１０−２２はそれぞれ、光出射口１３０−１１に対して設けられ、光出射口１３０−１１から出射して光拡散部４０により拡散された光のうち、第１波長域の光を受光する第１光電変換素子の一例である。また、光電変換素子２１０−１２は、光出射口１３０−１１に対して設けられ、光出射口１３０−１１から出射して光拡散部４０により拡散された光のうち、第２波長域の光を受光する第２光電変換素子の一例である。また、光電変換素子２１０−２１は、光出射口１３０−１１に対して設けられ、光出射口１３０−１１から出射して光拡散部４０により拡散された光のうち、第３波長域の光を受光する第３光電変換素子の一例である。
【００３５】
ここで、側壁１４０では、光の反射が制限されている。例えば、側壁１４０は、側壁１４０に入射した光を吸収する。このように、光制限部３０では、光入射口１２０のそれぞれと光出射口１３０のそれぞれとがライトチューブ１１０で接続されており、ライトチューブ１１０のそれぞれの側壁１４０で光が反射することが制限されている。したがって、例えば光入射口１２０−１１に入射した光のうち、実質的には、ライトチューブ１１０−１１内を直進して側壁１４０−１１に入射せずに光出射口１３０−１１まで到達した光だけが、ライトチューブ１１０−１１に対応する光電変換素子２１０に入射する。また、ライトチューブ１１０−１１以外のライトチューブ１１０に入射した光は、ライトチューブ１１０−１１に対応する光電変換素子２１０には実質的に入射しない。
【００３６】
なお、側壁１４０は、光の反射率が低い材料で形成されてよい。側壁１４０は、光の反射率より光の吸収率が高い材料で形成されてよい。側壁１４０の色は黒色であってよい。側壁１４０は、カーボン等で形成されてよい。例えば、基体１５０を形成する材料がカーボンであり、側壁１４０に入射した光は、カーボンによって吸収されてよい。
【００３７】
このように、光制限部３０は、光電変換素子２１０のそれぞれに対して設けられた光入射口１２０及び光出射口１３０を有する。光制限部３０は、光入射口１２０のそれぞれに入射した光のうち、光出射口１３０のそれぞれまで直進して到達できる光を光電変換素子２１０のそれぞれに出射し、光出射口１３０のそれぞれまで直進して到達できない光が光電変換素子２１０のそれぞれに出射することを制限する。
【００３８】
ライトチューブ１１０は、試料９０の対応する位置から光制限部３０に向かう光のうち、ｚ軸に沿う方向のまわりの予め定められた微小立体角内の向きの光を選択して、対応する光電変換素子２１０に出射する。そのため、光電変換素子２１０のそれぞれに入射する光は、いわば各光電変換素子２１０のそれぞれの直上の部位からの光に制限される。したがって、顕微鏡装置１０によれば、被写体側の空間内のｘｙ平面に平行な面内において、各光電変換素子２１０が受光できる光を発する範囲の面積を小さくすることができる。そのため、顕微鏡装置１０によれば、いわば深い被写界深度で撮像できる。
【００３９】
ここで、光電変換素子２１０のそれぞれが受光できる光を発する範囲の面積は、光入射口１２０及び光出射口１３０のｘｙ面に平行な平面内の開口径Ｄと、ライトチューブ部１００のｚ軸方向の長さＬとによって定まる。例えば、ＦをＬ／Ｄによって定義すると、被写界深度は、Ｆの値に応じて定まる。Ｆの値が大きいほど、被写界深度が深くなる。したがって、顕微鏡装置１０に要求される被写界深度に応じて定まるＦに基づいて、開口径Ｄ及びＬの少なくとも一方を設計してよい。例えば、光電変換素子２１０のピッチに基づく開口径Ｄと、顕微鏡装置１０に要求される被写界深度とに基づいて、Ｌを決定してよい。
【００４０】
なお、ライトチューブ１１０内は、空気で満たされていてよい。他の例として、ライトチューブ１１０内には、屈折率が均一な材料が充填されてよい。ライトチューブ１１０内が充填されている場合、光入射口１２０側において、充填媒質と入射側媒質との境界面において光の入射角と屈折角の差が予め定められた値より小さいことが好ましい。充填媒質の屈折率と入射側媒質の屈折率との差が予め定められた値より近いことが好ましい。入射側媒質が空気である場合、ライトチューブ１１０内に充填される材料の屈折率は、空気に近いことが好ましい。
【００４１】
なお、撮像モジュール２０では、ベイヤ配列の単位格子のそれぞれに一つのライトチューブ１１０が対応して設けられている。撮像ユニット５０の画素配列として、ベイヤ配列以外に様々な配列を適用してよい。
【００４２】
図４において、（ｂ）は、光電変換素子２１０のそれぞれに対して一つのライトチューブを設けた変形例を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるカラーフィルタ３１０−１１、カラーフィルタ３１０−１２、カラーフィルタ３１０−２１及びカラーフィルタ３１０−２２を含む単位格子に対応する部分を拡大した断面図である。
【００４３】
図４（ｂ）に示されるように、カラーフィルタ３１０−１１に対して、ライトチューブ４１０−１１が設けられている。カラーフィルタ３１０−１２に対して、ライトチューブ４１０−１２が設けられている。カラーフィルタ３１０−２１に対して、ライトチューブ４１０−２１が設けられている。カラーフィルタ３１０−２２に対して、ライトチューブ４１０−２２が設けられている。なお、ライトチューブ４１０−１１、ライトチューブ４１０−１２、ライトチューブ４１０−２１及びライトチューブ４１０−２２を、ライトチューブ４１０と総称する場合がある。
【００４４】
図４（ｂ）に示されるように、カラーフィルタ３１０−１１、カラーフィルタ３１０−１２、カラーフィルタ３１０−２１及びカラーフィルタ３１０−２２のそれぞれに対して、一つのライトチューブ４１０が設けられている。上述したように、カラーフィルタ３１０と光電変換素子２１０とは、一対一に設けられる。したがって、光電変換素子２１０のそれぞれに対して一つのライトチューブ４１０が設けられていることになる。
【００４５】
ライトチューブ４１０のそれぞれは、ｘｙ平面に平行な面内において、ライトチューブ４１０のそれぞれの光出射口が、対応する光電変換素子２１０の４辺の内側に位置するように設けられる。ｘｙ平面に平行な面で切断した断面において、ライトチューブ４１０のそれぞれの光出射口の直径の長さは、光電変換素子２１０の一辺の長さより短い。光電変換素子２１０が短辺及び長辺を有する場合、ｘｙ平面に平行な面で切断した断面において、ライトチューブ４１０のそれぞれの光出射口の直径の長さは、光電変換素子２１０の短辺の長さより短い。これらの点を除いて、ライトチューブ４１０のそれぞれには、ライトチューブ１１０と同様の構成を適用できる。図４（ｂ）には、単位格子に対応する部分のみが示されているが、他のカラーフィルタ３１０及び対応する光電変換素子２１０にも、ライトチューブ４１０と同様のライトチューブが一つずつ設けられてよい。
【００４６】
図４において、（ｃ）は、一つの光電変換素子２１０に対して二つのライトチューブを設けた変形例を示す。図４（ｃ）は、図４（ａ）におけるカラーフィルタ３１０−１１、カラーフィルタ３１０−１２、カラーフィルタ３１０−２１及びカラーフィルタ３１０−２２を含む単位格子に対応する部分を拡大した断面図である。
【００４７】
図４（ｃ）に、示されるように、カラーフィルタ３１０−１１に対して、ライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂが設けられている。カラーフィルタ３１０−１２に対して、ライトチューブ４１０−１２ａ及びライトチューブ４１０−１２ｂが設けられている。カラーフィルタ３１０−２１に対して、ライトチューブ４１０−２１ａ及びライトチューブ４１０−２１ｂが設けられている。カラーフィルタ３１０−２２に対して、ライトチューブ４１０−２２ａ及びライトチューブ４１０−２２ｂが設けられている。
【００４８】
ライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂは、ｘｙ平面に平行な面内において、ライトチューブ４１０−１１ａの光出射口及びライトチューブ４１０−１１ｂの光出射口が、対応する光電変換素子２１０の４辺の内側に位置するように設けられる。ｘｙ平面に平行な面で切断した断面において、ライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂのそれぞれの光出射口の直径の長さは、光電変換素子２１０の一辺の長さより少なくとも短い。光電変換素子２１０が短辺及び長辺を有する場合、ｘｙ平面に平行な面で切断した断面において、ライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂのそれぞれの光出射口の直径の長さは、光電変換素子２１０の短辺の長さより少なくとも短い。ライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂは、光電変換素子２１０の４辺で形成される四角形の対角に沿って設けられてよい。光電変換素子２１０が短辺及び長辺を有する場合、ｘｙ平面に平行な面で切断した断面において、ライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂは、長辺に沿って設けられてよい。これらの点を除いて、ライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂのそれぞれは、ライトチューブ１１０と同様の構成を有してよい。
【００４９】
また、カラーフィルタ３１０−１２及び対応する光電変換素子２１０について、ライトチューブ４１０−１２ａ及びライトチューブ４１０−１２ｂは、それぞれライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂと同様の構成を有する。また、カラーフィルタ３１０−２１及び対応する光電変換素子２１０について、ライトチューブ４１０−２１ａ及びライトチューブ４１０−２１ｂは、それぞれライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂと同様の構成を有する。また、カラーフィルタ３１０−２２及び対応する光電変換素子２１０について、ライトチューブ４１０−２２ａ及びライトチューブ４１０−２２ｂは、それぞれライトチューブ４１０−１１ａ及びライトチューブ４１０−１１ｂと同様の構成を有する。なお、図４（ｃ）には、４つの光電変換素子２１０を含む単位格子に対応する部分のみが示されているが、他のカラーフィルタ３１０及び対応する光電変換素子２１０にも、ライトチューブ４１０−２２ａ及びライトチューブ４１０−２２ｂと同様の二つのライトチューブが設けられてよい。
【００５０】
図４（ｃ）に関連して、一つの光電変換素子２１０に対して二つのライトチューブを設けた変形例を示した。他の変形例として、一つの光電変換素子２１０に対して三つ以上のライトチューブを設けてよい。また、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に関連して説明した変形例のように、光電変換素子２１０のそれぞれに対して一つ又は複数のライトチューブを設ける構成では、光拡散部４０を省略してよい。
【００５１】
また、ライトチューブ１１０のｘｙ平面に平行な面内の断面形状は、円形に限られない。ライトチューブ１１０は、矩形等、円形以外の様々な断面形状を有してよい。また、撮像ユニット５０は、光電変換素子２１０のそれぞれに対して設けられたマイクロレンズを有してよい。
【００５２】
図５は、第２実施形態に係る撮像モジュール２０２０の一例を模式的に示す。図５は、図３と同じ断面の断面図を表す。撮像モジュール２０２０は、撮像モジュール２０が有する構成要素に加えて、開口板５００をさらに有する。撮像モジュール２０２０が有する構成要素のうち、撮像モジュール２０に関連して説明した構成要素と同じ符号が付された構成要素は、互いに同様の構成を有する。そのため、当該構成要素については、説明を省略する場合がある。
【００５３】
開口板５００は、光制限部３０とともに、一つの光制限部として機能する。開口板５００は、光制限部３０よりｚ軸プラス側に、光制限部３０から離間して設けられる。開口板５００の被写体側の面から光入射口１２０までのｚ軸方向の距離をＬ'とする。
【００５４】
開口板５００は、開口部５１０−１１〜開口部５１０−１Ｍを含む複数の開口部を有する。開口板５００が有する複数の開口部は、Ｎ行Ｍ列のマトリクス状に配列されている。第ｉ行第ｊ列に位置する開口部には、符号の添え字として"−ｉｊ"を付して、開口部５１０−ｉｊと呼ぶ場合がある。また、開口板５００が有する複数の開口部を、開口部５１０と総称する場合がある。
【００５５】
開口部５１０のそれぞれは、ライトチューブ１１０と一対一に設けられる。開口部５１０のそれぞれは、対応するライトチューブ１１０をｚ軸プラス方向に延長した延長線上にある。例えば、開口部５１０のそれぞれの中心が、対応するライトチューブ１１０の中心に対して位置決めされている。開口部５１０の開口径は、ライトチューブ１１０と同じＤである。開口板５００のそれぞれのｚ方向の長さは、ライトチューブ部１００の長さであるＬより短い。
【００５６】
ライトチューブ１１０のそれぞれは、開口部５１０のそれぞれを通過して光入射口１２０のそれぞれに入射した光のうち、光出射口１３０のそれぞれまで直進して到達できる光を光電変換素子２１０のそれぞれに出射し、光出射口１３０−１１のそれぞれまで直進して到達できない光が光電変換素子２１０のそれぞれに出射することを制限する。撮像モジュール２０２０によれば、撮像モジュール２０におけるＬを、実効的にＬ＋Ｌ'に延ばすことができる。
【００５７】
具体的には、撮像モジュール２０２０の被写界深度は、実質的に（Ｌ＋Ｌ'）／Ｄで定まる。したがって、撮像モジュール２０２０によれば、開口板５００を設けない場合と比較して、被写界深度を実質的に深くすることができる。また、撮像モジュール２０２０によれば、開口板５００を設けない場合と比較して、一定の被写界深度を得るために必要なライトチューブ１１０のｚ軸方向の長さを、短くすることができる。
【００５８】
なお、撮像モジュール２０２０において、開口部５１０に入射して開口部５１０から出射した光波を重ね合わせたものが、ライトチューブ１１０に入射する。顕微鏡装置１０は、光波の重ね合わせから得られる光学伝達関数の逆関数に基づく画像処理によって、得られた画像データを補正してよい。
【００５９】
なお、開口部５１０のｚ軸に沿う側壁は、ライトチューブ１１０の側壁１４０と同様、光を反射しないことが好ましい。しかし、開口部５１０−１１の側壁は、光を反射してもよい。また、開口板５００とライトチューブ１１０との間に、開口板５００と同じ構成を持つ１以上の開口板を設けてよい。
【００６０】
図６は、第３実施形態における撮像モジュール４０２０の一例を示す。撮像モジュール４０２０は、光制限部４０３０と、光拡散部４０４０と、撮像ユニット４０５０とを有する。光制限部４０３０は、撮像モジュール２０における光制限部３０に対応する。光拡散部４０４０は、撮像モジュール２０における光拡散部４０に対応する。撮像ユニット４０５０は、撮像モジュール２０における撮像ユニット５０に対応する。なお、撮像モジュール４０２０が有する構成要素について説明する場合、撮像モジュール２０が有する構成要素のうちの対応する構成要素との相違点を説明して、その他の点については説明を省略する場合がある。
【００６１】
撮像ユニット４０５０は、カラーフィルタ部４３００と、基板部４２５０と、光電変換素子部４２００とを有する。カラーフィルタ部４３００は、カラーフィルタ部３００に対応する。基板部４２５０は、基板部２５０に対応する。光電変換素子部４２００は、光電変換素子部２００に対応する。なお、基板部４２５０については、基板部２５０と同様の層構成を有するので、図示及び説明を省略する。
【００６２】
基板部４２５０は、上に凸の湾曲形状を有する。基板部４２５０は、ｘ軸に沿う方向及びｙ軸に沿う方向の双方の断面において、湾曲形状を有する。このように、基板部４２５０は、上に凸の３次元的な湾曲形状を有する。カラーフィルタ部４３００及び光電変換素子部４２００は、基板部４２５０の湾曲した表面に形成されている。基板部４２５０は、例えばフレキシブルな基板である。
【００６３】
カラーフィルタ部４３００は、カラーフィルタ４３１０−１１からカラーフィルタ４３１０−１ｍを含む複数のカラーフィルタを有する。カラーフィルタ部４３００が有する複数のカラーフィルタは、カラーフィルタ３１０に対応する。カラーフィルタ部４３００が有する複数のカラーフィルタは、湾曲した表面に形成されている点を除いて、カラーフィルタ３１０と同様の機能を有する。カラーフィルタ部４３００が有する複数のカラーフィルタを、カラーフィルタ４３１０と総称する場合がある。
【００６４】
光電変換素子部４２００は、光電変換素子４２１０−１１から光電変換素子４２１０−１ｍを含む複数の光電変換素子を有する。光電変換素子部４２００が有する複数の光電変換素子は、湾曲した表面に形成されている点を除いて、光電変換素子２１０と同様の機能を有する。光電変換素子部４２００が有する複数の光電変換素子を、光電変換素子４２１０と総称する場合がある。
【００６５】
ライトチューブ部４１００は、ライトチューブ４１１０−１１からライトチューブ４１１０−１Ｍを含む複数のライトチューブを有する。ライトチューブ部４１００が有する複数のライトチューブは、ライトチューブ１１０に対応する。ライトチューブ部４１００が有する複数のライトチューブの中には、実質的にｚ軸に平行でない方向に沿うライトチューブを含む点を除いて、ライトチューブ１１０と同様の機能を有する。ライトチューブ部４１００が有する複数のライトチューブを、ライトチューブ４１１０と総称する場合がある。
【００６６】
ライトチューブ１１０−１１は、光入射口４１２０−１１、光出射口４１３０−１１及び側壁４１４０−１１によって形成される。光入射口４１２０−１１は、光入射口１２０−１１に対応する。光出射口４１３０−１１は、光出射口１３０−１１に対応する。側壁４１４０−１１は、側壁１４０−１１に対応する。
【００６７】
ライトチューブ４１１０のそれぞれは、例えば基体４１５０に形成された貫通孔である。例えば、ライトチューブ１１０のそれぞれは、基体４１５０の第１面４１５１から、第１面４１５１とは反対側の第２面４１５２まで貫通する貫通孔である。なお、基体４１５０は、基体１５０に対応する。基体１５０と同様、基体４１５０は、光を吸収するカーボン等で形成されてよい。基体４１５０の第１面４１５１は、上に凸の湾曲形状を有してよい。また、基体４１５０の第２面４１５２も、上に凸の湾曲形状を有してよい。
【００６８】
ライトチューブ４１１０は、例えば概ね円錐台の形状を有してよい。ライトチューブ４１１０−１１の向きは、ライトチューブ４１１０−１２の向きとは異なる。例えば、ライトチューブ４１１０−１１の中心軸４１９０−１１と、ライトチューブ４１１０−１２の中心軸４１９０−１２とは、０°より大きい角度差がある。なお、中心軸４１９０−１１は、例えば光入射口４１２０−１１の中心と光出射口４１３０−１１の中心とを結ぶ直線である。中心軸４１９０−１２は、光入射口４１２０−１２の中心と光出射口４１３０−１２の中心とを結ぶ直線である。ライトチューブ４１１０のそれぞれの中心軸は、放射状をなしてよい。光電変換素子４２１０のいずれかが受光できる範囲が画角内における被写界の全範囲を実質的にカバーできるように、ライトチューブ４１１０の向きが定められていることが望ましい。また、ライトチューブ４１１０の向きとｚ軸との間の角度差の最大値は、顕微鏡装置１０に要求される画角に応じて定められてよい。
【００６９】
光制限部４０３０によれば、光電変換素子４２１０が受光できる光線の入射方向は、実質的にｚ軸方向のみに限定されない。そのため、撮像モジュール４０２０によれば、より広角に撮像することができる。なお、湾曲形状の撮像ユニット５０に代えて、主面の向きが互いに異なる多数の光電変換素子部を配置した撮像ユニットを用いてよい。
【００７０】
図７は、第４実施形態に係る撮像モジュール５０２０の一例を模式的に示す。撮像モジュール５０２０は、撮像モジュール４０２０に関連して説明した光制限部４０３０と、撮像モジュール２０等に関連して説明した光拡散部４０及び撮像ユニット５０と、導光素子部５５００とを有する。撮像モジュール５０２０が有する構成要素について説明する場合、撮像モジュール２０又は撮像モジュール４０２０が有する構成要素のうちの対応する構成要素との相違点を説明して、その他の点については説明を省略する場合がある。
【００７１】
導光素子部５５００は、光制限部４０３０と、光拡散部４０との間に設けられる。導光素子部５５００は、導光素子５５１０−１１から導光素子５５１０−１Ｍを含む複数の導光素子を有する。導光素子部５５００が有する複数の導光素子は、光出射口４１３０のそれぞれに対して設けられている。第ｉ行第ｊ列の光出射口４１３０に対応する導光素子には符号の添え字として"−ｉｊ"を付して、当該導光素子を導光素子５５１０−ｉｊと呼ぶ場合がある。また、導光素子部５５００が有する複数の導光素子を、導光素子５５１０と総称する場合がある。
【００７２】
導光素子５５１０のそれぞれは、例えば光ファイバである。導光素子５５１０は、光出射口４１３０のそれぞれから出射した光のそれぞれを、光拡散素子１８０のそれぞれに導光する。導光素子５５１０によって光拡散素子１８０まで導光された光は、光拡散素子１８０を通過して撮像ユニット５０に入射して、対応する光電変換素子２１０に入射する。このように、導光素子５５１０は、光出射口４１３０のそれぞれから出射した光のそれぞれを、光電変換素子２１０のそれぞれに導光する。例えば、導光素子５５１０−１１は、光出射口４１３０−１１のそれぞれから出射した光のそれぞれを、対応する光電変換素子２１０のそれぞれに導光する。なお、導光素子５５１０が実質的に光を拡散する性質を有する場合、光拡散部４０を有しない構成を適用してよい。
【００７３】
撮像モジュール５０２０によれば、平板状の撮像ユニット５０を用いて、より広角に撮像することができる。なお、撮像モジュール２０、撮像モジュール２０２０にも、導光素子５５１０と同様の導光素子を更に備える構成を適用できる。
【００７４】
本実施形態では、撮像装置の一例として顕微鏡装置１０を取り上げた。しかし、撮像装置は顕微鏡装置に限られない。撮像装置とは、指紋センサ装置、スキャナ、監視カメラ、撮像機能を有するスマートフォン、撮像機能を有する携帯電話機、撮像機能を有する携帯端末等、撮像機能を有する種々の電子機器を含む概念である。
【００７５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【００７６】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７７】
５  顕微鏡システム
１０  顕微鏡装置、１１  載置面
２０  撮像モジュール
３０  光制限部
４０  光拡散部
５０  撮像ユニット
６０  カバーガラス、７０  プレパラート、８０  スライドガラス
８１  第１主面、８２  第２主面
９０  試料
１００  ライトチューブ部、１１０  ライトチューブ
１２０  光入射口、１３０  光出射口
１４０  側壁
１５０  基体
１５１  第１主面、１５２  第２主面
１８０  光拡散素子
２００  光電変換素子部、２１０  光電変換素子
２５０  基板部
２６０  パッシベーション層、２７０  絶縁層、２８０  配線層
３００  カラーフィルタ部、３１０  カラーフィルタ
４１０  ライトチューブ
５００  開口板、５１０  開口部
２０２０  撮像モジュール
４０２０  撮像モジュール
４０３０  光制限部
４０４０  光拡散部
４０５０  撮像ユニット
４１００  ライトチューブ部、４１１０  ライトチューブ
４１２０  光入射口、４１３０  光出射口
４１４０  側壁
４１５０  基体
４１５１  第１面、４１５２  第２面
４２００  光電変換素子部、４２１０  光電変換素子
４２５０  基板部
４３００  カラーフィルタ部、４３１０  カラーフィルタ
５０２０  撮像モジュール
５５００  導光素子部、５５１０  導光素子
【図１】
0006760374.tif 000002
【図２】
0006760374.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006760374.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0006760374.tif 000008