本發(fā)明涉及攝像元件和內(nèi)窺鏡裝置。

本申請(qǐng)根據(jù)2014年9月9日在日本申請(qǐng)的日本特愿2014-183211號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，在此引用其內(nèi)容。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，在內(nèi)窺鏡等醫(yī)療應(yīng)用的領(lǐng)域中，在癌等病灶或血流的觀察中應(yīng)用了可投入到人體的熒光藥劑。在可投入到人體的熒光藥劑中最一般的是icg(吲哚青綠)這種通過(guò)紅外來(lái)激勵(lì)而發(fā)出熒光的熒光藥劑。

已知有能夠同時(shí)拍攝通常的可見(jiàn)圖像和icg的熒光波長(zhǎng)的紅外圖像的技術(shù)(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。圖14是示出了以往公知的、能夠同時(shí)拍攝通常的可見(jiàn)圖像和icg的熒光波長(zhǎng)的紅外圖像的熒光內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖14所示的例子中，熒光內(nèi)窺鏡裝置1a使用分色鏡22，來(lái)使可見(jiàn)光入射到rgb的攝像元件26、27、28。由此，rgb的攝像元件26、27、28生成圖像信號(hào)。紅外光成分被分色鏡22反射，透過(guò)激勵(lì)光截止濾波器23，并入射到紅外的攝像元件25。由此，紅外的攝像元件25生成icg熒光圖像信號(hào)。

圖15是示出了配置在以往公知的熒光內(nèi)窺鏡裝置1a的光源裝置3a內(nèi)的帶通濾波器12的特性的曲線圖。線1501是示出了帶通濾波器12的透射率的線。根據(jù)該特性，帶通濾波器12使氙氣光源11的光的可見(jiàn)成分和icg熒光物質(zhì)的激勵(lì)波長(zhǎng)成分透過(guò)，并照射到被攝體。

圖16是示出了以往公知的熒光內(nèi)窺鏡裝置1a的分色鏡22的特性的曲線圖。線1601是示出了分色鏡22的透射率的線。根據(jù)該特性，分色鏡22構(gòu)成為使可見(jiàn)成分透過(guò)，使紅外成分反射。

圖17是示出了以往公知的熒光內(nèi)窺鏡裝置1a的激勵(lì)光截止濾波器23的特性的曲線圖。線1701是示出了激勵(lì)光截止濾波器23的透射率的線。根據(jù)該特性，激勵(lì)光截止濾波器23構(gòu)成為僅使比icg熒光物質(zhì)的熒光波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)的成分透過(guò)，紅外的攝像元件25僅能夠拍攝熒光像。

圖18是示出了以往公知的icg熒光物質(zhì)的激勵(lì)波長(zhǎng)、熒光波長(zhǎng)的特性的曲線圖。線1801是示出了激勵(lì)光的強(qiáng)度的線。線1802是示出了熒光的強(qiáng)度的線。為了生成icg熒光圖像信號(hào)，需要去除通過(guò)光源而照射到被攝體的激勵(lì)波長(zhǎng)成分并利用攝像元件僅拍攝熒光波長(zhǎng)成分的光。

根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，熒光內(nèi)窺鏡裝置1a通過(guò)分色鏡22將可見(jiàn)光和紅外光分離，并透射過(guò)激勵(lì)截止濾波器23，由此能夠同時(shí)拍攝可見(jiàn)像和熒光像。另外，熒光內(nèi)窺鏡裝置1a是能夠從光源裝置3a向被攝體照射可見(jiàn)成分的光且從激光光源7向被攝體照射激勵(lì)光成分的光而進(jìn)行拍攝的系統(tǒng)。

此外，已知有與混合pd-pd成像器有關(guān)的技術(shù)(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。圖19是示出了以往公知的、層疊2層攝像元件并使用在上層中透過(guò)的光在下層也進(jìn)行拍攝的混合構(gòu)造的攝像元件的剖視圖。在圖19所示的例子中，將第1基板221和第2基板222層疊起來(lái)。在上層的第1基板221中形成有第1光電二極管223-1～223-n。在下層的第2基板222中形成有第2光電二極管224-1～224-n。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠利用形成在下層的第2基板222上的第2光電二極管224-1～224-n來(lái)接收透射過(guò)形成在上層的第1基板221上的第1光電二極管223-1～223-n后的光。由此，能夠利用形成在第1基板221上的第1光電二極管223-1～223-n和形成在第2基板222上的第2光電二極管224-1～224-n同時(shí)進(jìn)行拍攝。

入射到被廣泛用作為ccd、cmos攝像元件的材料的硅中的光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，則在越深處被吸收。因此，在通過(guò)如圖19的混合pd-pd成像器使第1基板形成為如bsi那樣薄的圖像傳感器時(shí)，如圖18的曲線圖所記載的icg熒光波長(zhǎng)那樣長(zhǎng)的波長(zhǎng)的成分能夠透射過(guò)第1基板221并在第2基板222上進(jìn)行拍攝。在該情況下，與圖14所記載的結(jié)構(gòu)相比，無(wú)需分色鏡，能夠?qū)崿F(xiàn)攝像頭的小型化。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特許第3962122號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：美國(guó)特許申請(qǐng)公開(kāi)第2013/0075607號(hào)說(shuō)明書(shū)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

但是，在以往公知的技術(shù)中，存在以下這樣的課題。圖20是示出了以往公知的icg熒光特性和層疊攝像元件的特性的曲線圖。線1081是示出了激勵(lì)光的透射率的線。線1082是示出了熒光的透射率的線。線1083是示出了透射過(guò)第1基板221的光的透射率的線。

根據(jù)圖20所示的曲線圖，透射過(guò)第1基板221的光雖然在600～800nm的范圍內(nèi)較大衰減，但是有無(wú)法忽略的量的光到達(dá)下層。該600～800nm的波長(zhǎng)的光是在以icg的熒光波長(zhǎng)的檢測(cè)為目的的利用第2基板222的拍攝中無(wú)用的光。為了去除該無(wú)用的光，需要在第1基板221和第2基板222的層間配置截止800nm以下的光的濾色器。但是，在第1基板221和第2基板222的層間配置截止800nm以下的光的濾色器存在具有制造上的難度的問(wèn)題。

因此，本發(fā)明正是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種在混合構(gòu)造的攝像元件中，能夠高精度地拍攝與感興趣的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的熒光圖像的攝像元件和內(nèi)窺鏡裝置。

用于解決問(wèn)題的手段

本發(fā)明的第1方式具有：第1基板；第2基板，其層疊在所述第1基板上；第1像素，其呈矩陣狀地配置在所述第1基板上，分別具有第1受光元件，被照射包含可見(jiàn)波段的第1波段和包含波長(zhǎng)比所述第1波段長(zhǎng)的近紅外區(qū)的第2波段的入射光，并生成與所述第1波段的光對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)；以及第2像素，其呈矩陣狀地配置在所述第2基板上，被照射透射過(guò)所述第1像素后的光，所述第2像素具有與受光面平行的第1pn結(jié)、和與所述受光面平行且存在于比所述第1pn結(jié)深的位置處的第2pn結(jié)，并根據(jù)在所述第2pn結(jié)處獲得的電荷，生成與所述第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。

本發(fā)明的第2方式具有：第1基板；第2基板，其層疊在所述第1基板上；第1像素，其呈矩陣狀地配置在所述第1基板上，分別具有第1受光元件，被照射包含可見(jiàn)波段的第1波段和包含波長(zhǎng)比所述第1波段長(zhǎng)的近紅外區(qū)的第2波段的入射光，并生成與所述第1波段的光對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)；以及第2像素，其呈矩陣狀地配置在所述第2基板上，被照射透射過(guò)所述第1像素后的光，

所述第1像素具有與受光面平行的第1pn結(jié)、和與所述受光面平行且存在于比所述第1pn結(jié)深的位置處的第2pn結(jié)，并根據(jù)在所述第2pn結(jié)處獲得的電荷，生成與所述第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的第3方式，也可以是，在上述第1方式或者上述第2方式中，所述第1pn結(jié)利用包含所述第1波段的波長(zhǎng)的光，來(lái)生成電荷。

根據(jù)本發(fā)明的第4方式，也可以是，在上述第1方式至上述第3方式中的任意一個(gè)方式中，所述第1pn結(jié)的p型層和n型層被同電位地連接。

根據(jù)本發(fā)明的第5方式，也可以是，在上述第1方式至上述第4方式中的任意一個(gè)方式中，使用在所述第1pn結(jié)生成的第3信號(hào)，來(lái)校正所述第1信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的第6方式，也可以是，在上述第1方式至上述第5方式中的任意一個(gè)方式中，使用所述第3信號(hào)，控制入射到所述第1像素和所述第2像素中的光的光量。

本發(fā)明的第7方式具有：第1基板；第2基板，其層疊在所述第1基板上；第1像素，其呈矩陣狀地配置在所述第1基板上，分別具有第1受光元件，被照射包含可見(jiàn)波段的第1波段的入射光和包含波長(zhǎng)比所述第1波段長(zhǎng)的近紅外區(qū)的第2波段的入射光，并生成與所述第1波段的光對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)；第2像素，其呈矩陣狀地配置在所述第2基板上，被照射透射過(guò)所述第1像素后的光，所述第2像素具有與受光面平行的第1pn結(jié)、和與所述受光面平行且存在于比所述第1pn結(jié)深的位置處的第2pn結(jié)，并根據(jù)在所述第2pn結(jié)處獲得的電荷，生成與所述第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)，所述第1像素具有與受光面平行的第3pn結(jié)、和與所述受光面平行且存在于比所述第3pn結(jié)深的位置處的第4pn結(jié)，并根據(jù)在所述第4pn結(jié)處獲得的電荷，生成與所述第2波段的光對(duì)應(yīng)的第4信號(hào)。

本發(fā)明的第8方式的內(nèi)窺鏡裝置將由吲哚菁綠衍生物標(biāo)記抗體構(gòu)成的熒光物質(zhì)投入到被檢查對(duì)象物而進(jìn)行基于內(nèi)窺鏡的診斷，其中，該內(nèi)窺鏡裝置具有上述第1方式至上述第7方式的任意一個(gè)方式的攝像元件，在所述第1像素的受光面?zhèn)扰渲糜泄鈱W(xué)濾波器，該光學(xué)濾波器使可見(jiàn)波段和熒光物質(zhì)的近紅外的熒光波段透過(guò)，使與熒光波段接近的激勵(lì)波段成分不透過(guò)，所述第1波段包含可見(jiàn)波段，所述第2波段包含熒光物質(zhì)的熒光波段。

根據(jù)本發(fā)明的第9方式的內(nèi)窺鏡裝置，也可以是，在上述第8方式中，根據(jù)所述第1信號(hào)，生成可見(jiàn)波段的第1圖像，根據(jù)所述第2信號(hào)，生成熒光波段的第2圖像，所述第1基板、所述第2基板和所述光學(xué)濾波器配置在內(nèi)窺鏡前端部。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的攝像元件和內(nèi)窺鏡裝置，具有：第1基板；第2基板，其層疊在第1基板上；第1像素，其呈矩陣狀地配置在第1基板上，分別具有第1受光元件，被照射包含可見(jiàn)波段的第1波段的入射光和包含波長(zhǎng)比第1波段長(zhǎng)的近紅外區(qū)的第2波段的入射光，生成與第1波段的光對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)；以及第2像素，其呈矩陣狀地配置在第2基板上，被照射透射過(guò)第1像素后的光。此外，第2像素具有與受光面平行的第1pn結(jié)、和與受光面平行且存在于比第1pn結(jié)深的位置處的第2pn結(jié)，并根據(jù)在第2pn結(jié)處獲得的電荷，生成與第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。因此，能夠在混合構(gòu)造的攝像元件中，高精度地拍攝與感興趣的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的熒光圖像。

附圖說(shuō)明

圖1是示出本發(fā)明第1實(shí)施方式中的攝像元件的截面的剖視圖。

圖2是示出了本發(fā)明第1實(shí)施方式中的濾色器的排列的概要圖。

圖3是示出了本發(fā)明第1實(shí)施方式中的激勵(lì)光、熒光、透射過(guò)第1基板的光、由第1pn結(jié)檢測(cè)出的光、由第2pn結(jié)檢測(cè)出的光的特性的曲線圖。

圖4是示出了本發(fā)明第1實(shí)施方式的攝像元件的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖5是示出了本發(fā)明第1實(shí)施方式的攝像元件的驅(qū)動(dòng)定時(shí)的時(shí)序圖。

圖6是示出本發(fā)明第2實(shí)施方式中的攝像元件的截面的剖視圖。

圖7是示出了本發(fā)明第2實(shí)施方式中的激勵(lì)光、熒光、透射過(guò)第1基板的光、由第2pn結(jié)檢測(cè)出的光的特性的曲線圖。

圖8是示出本發(fā)明第3實(shí)施方式中的攝像元件的截面的剖視圖。

圖9是示出了本發(fā)明第4實(shí)施方式的攝像元件的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖10是示出了本發(fā)明第5實(shí)施方式中的攝像元件的結(jié)構(gòu)的概要圖。

圖11是示出了本發(fā)明第5實(shí)施方式中的icg濾波器的分光特性的曲線圖。

圖12是示出了本發(fā)明第6實(shí)施方式中的內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖13是示出了本發(fā)明第7實(shí)施方式的攝像元件的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖14是示出了以往公知的、能夠同時(shí)拍攝通常的可見(jiàn)圖像和icg的熒光波長(zhǎng)的紅外圖像的熒光內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖15是示出了配置在以往公知的熒光內(nèi)窺鏡裝置的光源裝置上的帶通濾波器的特性的曲線圖。

圖16是示出了以往公知的熒光內(nèi)窺鏡裝置的分色鏡的特性的曲線圖。

圖17是示出了以往公知的熒光內(nèi)窺鏡裝置的激勵(lì)光截止濾波器的特性的曲線圖。

圖18是示出了以往公知的icg熒光物質(zhì)的激勵(lì)波長(zhǎng)、熒光波長(zhǎng)的特性的曲線圖。

圖19是示出了以往公知的、層疊2層攝像元件并使用透射過(guò)上層后的光在下層也進(jìn)行拍攝的混合構(gòu)造的攝像元件的剖視圖。

圖20是示出了以往公知的icg熒光特性和層疊攝像元件的特性的曲線圖。

具體實(shí)施方式

(第1實(shí)施方式)

以下，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式。首先，說(shuō)明攝像元件100的結(jié)構(gòu)。圖1是示出本實(shí)施方式中的攝像元件100的截面的剖視圖。在圖示的例子中，攝像元件100具有第1基板101、第2基板102、第1光電二極管103-1～103-n(第1受光元件)、第2像素104-1～104-n(第2光電二極管、第2受光元件)和濾色器105-1～105-n。此外，將照射入射光的一側(cè)的面定義為受光面。

將第1基板101和第2基板102層疊起來(lái)。第1基板101和第2基板102是硅基板。此外，入射的光中的一部分光透射過(guò)第1基板101。

第1光電二極管103-1～103-n配置在第1基板101內(nèi)。濾色器105-1～105-n是使紅色的光透射過(guò)的濾波器(r)、或者使綠色光透射過(guò)的濾波器(g)、或者使藍(lán)色的光透射過(guò)的濾波器(b)中的任意方，并配置在第1光電二極管103-1～103-n的受光面?zhèn)?。即，在?光電二極管103-1～103-n上配置有片上(on-chip)的rgb濾色器105-1～105-n。關(guān)于濾色器105-1～105-n的配置，在后面進(jìn)行敘述。

另外，濾色器105-1～105-n可以是使紅色的光透射過(guò)的濾波器(r)，也可以是使綠色光透射過(guò)的濾波器(g)，也可以是使藍(lán)色的光透射過(guò)的濾波器(b)，還能夠使紅外波長(zhǎng)的光透射過(guò)。此外，一般而言，雖然在數(shù)字照相機(jī)用的攝像元件等中在受光面?zhèn)仍O(shè)置ir截止濾波器(紅外光截止濾波器)，但在本實(shí)施方式中不使用ir截止濾波器。

在本實(shí)施方式中，設(shè)各第1光電二極管103-1～103-n與各濾色器105-1～105-n的組為第1像素106-1～106-n。例如，設(shè)第1光電二極管103-1與濾色器105-1的組為第1像素106-1。第1光電二極管103-1～103-n輸出與曝光量對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)。

第2像素104-1～104-n配置在第2基板102內(nèi)。此外，第2像素104-1～104-n分別包含作為p型層的p11～p1n、作為n型層的n1～nn、作為p型層的p21～p2n，并具有與受光面平行的第1pn結(jié)1041-1～1041-n、和與受光面平行且存在于比第1pn結(jié)1041-1～1041-n深的位置處的第2pn結(jié)1042-1～1042-n。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，第2像素104-1～104-n根據(jù)在第2pn結(jié)1042-1～1042-n處獲得的電荷，生成第2信號(hào)。此外，第2像素104-1～104-n根據(jù)在第1pn結(jié)1041-1～1041-n處獲得的電荷，生成第3信號(hào)。

接著，說(shuō)明濾色器105的排列。圖2是示出了本實(shí)施方式的濾色器105的排列的概要圖。在圖2所示的例子中，在第1基板101中包含有6行6列的呈二維狀規(guī)則排列的總計(jì)36個(gè)第1像素106。此外，在第2基板102中包含有6行6列的呈二維狀規(guī)則排列的總計(jì)36個(gè)第2像素104。如圖2所示，在第1基板101上以拜爾排列排列有濾色器105(濾色器r、濾色器g、濾色器b)。

對(duì)第1像素106照射包含可見(jiàn)波段的第1波段、和包含波長(zhǎng)比第1波段長(zhǎng)的近紅外區(qū)的第2波段的入射光，并生成與第1波段的光對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)。

對(duì)第2像素104照射透射過(guò)第1像素106后的光、例如包含紅外光的光。根據(jù)這樣的像素配置，能夠同時(shí)在第1基板101上拍攝可見(jiàn)圖像，并在第2基板102上拍攝紅外圖像。

另外，第1基板101所包含的第1像素106和第2基板102所包含的第2像素104的數(shù)量不限于圖2所示的例子，可以是任意數(shù)量，此外，第1像素106和第2像素104的排列可以是任意排列。

此外，在圖2所示的例子中，在第1像素106之下對(duì)應(yīng)地配置有第2像素104，但不限于此，還能夠研究使第2像素104的像素尺寸形成為第1像素106的像素尺寸的整數(shù)倍等。

圖3是示出了本實(shí)施方式中的激勵(lì)光、熒光、透射過(guò)第1基板101后的光、由第1pn結(jié)1041-1～1041-n檢測(cè)出的光、由第2pn結(jié)1042-1～1042-n檢測(cè)出的光的特性的曲線圖。曲線圖的橫軸表示波長(zhǎng)(nm)。曲線圖的縱軸表示透射率(％)。線301是示出了激勵(lì)光的特性的線。線302是示出了熒光的特性的線。線303是示出了透射過(guò)第1基板101的光的特性的線。線304是示出了由第1pn結(jié)1041-1～1041-n檢測(cè)出的光的特性的線。線305是示出了由第2pn結(jié)1042-1～1042-n檢測(cè)出的光的特性的線。

在本實(shí)施方式中，配置在第2基板102上的第2像素104具有：第1pn結(jié)1041-1～1041-n；第2pn結(jié)1042-1～1042-n，其存在于比第1pn結(jié)1041-1～1041-n深的位置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，第2pn結(jié)1042-1～1042-n能夠檢測(cè)透射過(guò)第1基板101和第1pn結(jié)1041-1～1041-n的光(圖3的區(qū)域306的光)。

由此，第2pn結(jié)1042-1～1042-n能夠檢測(cè)去除在第1基板101或存在于淺側(cè)的層上的第1pn結(jié)1041-1～1041-n中無(wú)用的激勵(lì)光成分(600～800nm的波長(zhǎng)的光)的更多部分后的熒光成分，并生成與第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。因此，攝像元件100能夠去除照射到熒光物質(zhì)的激勵(lì)光成分或可見(jiàn)成分，并能夠以高s/n取得感興趣的波長(zhǎng)(熒光波長(zhǎng)(860nm))的圖像。

接著，說(shuō)明攝像元件100的結(jié)構(gòu)。圖4是示出了本實(shí)施方式的攝像元件100的結(jié)構(gòu)的框圖。攝像元件100具有驅(qū)動(dòng)部401、第1像素/信號(hào)讀出部402、第2像素/信號(hào)讀出部403、信號(hào)處理部404和信號(hào)輸出端子405。驅(qū)動(dòng)部401發(fā)送控制信號(hào)，并對(duì)第1像素/信號(hào)讀出部402和第2像素/信號(hào)讀出部403進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。第1像素/信號(hào)讀出部402包含第1像素106-1～106-n，并讀出由第1像素106-1～106-n生成的第1信號(hào)，輸出到信號(hào)處理部404。第2像素/信號(hào)讀出部403包含第2像素104-1～104，讀出由第2像素104-1～104-n生成的第2信號(hào)，并輸出到信號(hào)處理部404。

信號(hào)處理部404根據(jù)從第1像素/信號(hào)讀出部402輸入的第1信號(hào)，生成第1圖像。第1信號(hào)是與紅色的光的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的r信號(hào)、與綠色的光的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的g信號(hào)和與藍(lán)色的光的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的b信號(hào)。即，第1信號(hào)是rgb信號(hào)。由此，由信號(hào)處理部404生成的第1圖像是rgb圖像。

此外，信號(hào)處理部404根據(jù)從第2像素/信號(hào)讀出部403輸入的第2信號(hào)，生成第2圖像。第2信號(hào)是與以830nm為中心的光的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的熒光信號(hào)。由此，由信號(hào)處理部404生成的第2圖像是熒光圖像。此外，信號(hào)處理部404從信號(hào)輸出端子405輸出所生成的第1圖像和第2圖像。另外，信號(hào)處理部404可以進(jìn)行例如降噪、rgb圖像、熒光圖像的重疊等圖像處理。

接著，說(shuō)明攝像元件100的驅(qū)動(dòng)方法。圖5是示出了本實(shí)施方式的攝像元件100的驅(qū)動(dòng)定時(shí)的時(shí)序圖。在圖示的例子中示出了表示第1像素106的驅(qū)動(dòng)定時(shí)的時(shí)序圖501和表示第2像素104的驅(qū)動(dòng)定時(shí)的時(shí)序圖502。另外，時(shí)序圖的橫軸是時(shí)間。

對(duì)第2像素104僅照射透射過(guò)第1像素106后的光，所以照射到第2像素104的光量比照射到第1像素106的光量小。因此，如圖5所示，在本實(shí)施方式中，第1像素106的電荷蓄積時(shí)間(曝光時(shí)間)比第2像素104的電荷蓄積時(shí)間(曝光時(shí)間)長(zhǎng)。另外，在本實(shí)施方式中，設(shè)定從各像素讀出信號(hào)的時(shí)間即讀出時(shí)間，使得rgb圖像和熒光圖像的幀率成為相同的幀率。

如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，將第1基板101和第2基板102層疊起來(lái)。此外，在從第1基板101的受光面?zhèn)扔^察時(shí)，第2基板102配置在與第1基板101重疊的位置且與第1基板101的受光面?zhèn)认喾吹囊粋?cè)。此外，第1基板101使光透射。此外，透射過(guò)第1基板101的光被照射到第2基板102上。

由此，第1基板101的第1像素106和第2基板102的第2像素104能夠同時(shí)進(jìn)行曝光。即，能夠同時(shí)進(jìn)行第1像素106的第1信號(hào)的生成和第2像素104的第2信號(hào)的生成。因此，信號(hào)處理部404能夠同時(shí)生成基于第1信號(hào)的第1圖像(rgb圖像)和基于第2信號(hào)的第2圖像(熒光圖像)。

此外，根據(jù)本實(shí)施方式，配置在第2基板102上的第2像素104具有：第1pn結(jié)1041-1～1041-n；以及第2pn結(jié)1042-1～1042-n，其存在于比第1pn結(jié)1041-1～1041-n深的位置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，第2pn結(jié)1042-1～1042-n能夠檢測(cè)透射過(guò)第1基板101和第1pn結(jié)1041-1～1041-n的光。

由此，第2pn結(jié)1042-1～1042-n能夠檢測(cè)去除在第1基板101或存在于淺側(cè)的層上的第1pn結(jié)1041-1～1041-n中無(wú)用的光的成分的更多部分后的熒光成分，并生成與第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。因此，攝像元件100能夠去除照射到熒光物質(zhì)的激勵(lì)光成分和可見(jiàn)成分，高精度地拍攝與感興趣的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的熒光圖像。

(第2實(shí)施方式)

接著，說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。第1實(shí)施方式的攝像元件100和本實(shí)施方式的攝像元件的不同之處在于第1基板具有的第1光電二極管的結(jié)構(gòu)。另外，其他結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同。

圖6是示出本實(shí)施方式中的攝像元件600的截面的剖視圖。在圖示的例子中，攝像元件600具有第1基板601、第2基板102、第1光電二極管603-1～603-n(第1受光元件)、第2像素104-1～104-n(第2光電二極管、第2受光元件)和濾色器105-1～105-n。此外，將照射有入射光的一側(cè)的面定義為受光面。

將第1基板601和第2基板102層疊起來(lái)。第1基板601和第2基板102是硅基板。此外，入射的光中的一部分光透射過(guò)第1基板601。

第1光電二極管603-1～603-n配置在第1基板601內(nèi)。此外，第1光電二極管603-1～603-n分別包含作為p型層的1p11～1p1n、作為n型層的1n1～1nn和作為p型層的1p21～1p2n，并具有與受光面平行的第1pn結(jié)6031-1～6031-n、和與受光面平行且存在于比第1pn結(jié)6031-1～6031-n深的位置處的第2pn結(jié)6032-1～6032-n。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，第1光電二極管603-1～603-n根據(jù)在第2pn結(jié)6032-1～6032-n處獲得的電荷，生成第2信號(hào)。此外，第1光電二極管603-1～603-n根據(jù)在第1pn結(jié)6031-1～6031-n處獲得的電荷，生成第1信號(hào)。

濾色器105-1～105-n是使紅色的光透射的濾波器(r)、或者使綠色光透射的濾波器(g)、或者使藍(lán)色的光透射的濾波器(b)中的任意一個(gè)，并配置在第1光電二極管603-1～603-n的受光面?zhèn)?。即，在?光電二極管603-1～603-n上配置有片上(on-chip)的rgb濾色器105-1～105-n。濾色器105-1～105-n的配置與第1實(shí)施方式相同。

在本實(shí)施方式中，設(shè)各第1光電二極管603-1～603-n與各濾色器105-1～105-n的組為第1像素606-1～606-n。例如，設(shè)第1光電二極管603-1與濾色器105-1的組為第1像素606-1。

第2像素104-1～104-n配置在第2基板102內(nèi)。此外，第2像素104-1～104-n分別包含作為p型層的p11～p1n、作為n型層的n1～nn、作為p型層的p21～p2n，并具有與受光面平行的第1pn結(jié)1041-1～1041-n、和與受光面平行且存在于比第1pn結(jié)1041-1～1041-n深的位置處的第2pn結(jié)1042-1～1042-n。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，第2像素104-1～104-n根據(jù)在第2pn結(jié)1042-1～1042-n處獲得的電荷，生成第2信號(hào)。此外，第2像素104-1～104-n根據(jù)在第1pn結(jié)1041-1～1041-n處獲得的電荷，生成第3信號(hào)。

圖7是示出了本實(shí)施方式中的激勵(lì)光、熒光、透射過(guò)第1基板101的光、由第2pn結(jié)1042-1～1042-n檢測(cè)出的光的特性的曲線圖。曲線圖的橫軸表示波長(zhǎng)(nm)。曲線圖的縱軸表示透射率(％)。線701是示出了激勵(lì)光的特性的線。線702是示出了熒光的特性的線。線703是示出了透射過(guò)第1基板601的光的特性的線。線704是示出了由第2pn結(jié)1042-1～1042-n檢測(cè)出的光的特性的線。

在本實(shí)施方式中，第1光電二極管603-1～603-n分別包含作為p型層的1p11～1p1n、作為n型層的1n1～1nn和作為p型層的1p21～1p2n，并具有與受光面平行的第1pn結(jié)6031-1～6031-n、和與受光面平行且存在于比第1pn結(jié)6031-1～6031-n深的位置處的第2pn結(jié)6032-1～6032-n。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，透射過(guò)第1基板601的激勵(lì)光成分比第1實(shí)施方式(參照?qǐng)D3的線303)少。

由此，第2pn結(jié)1042-1～1042-n能夠檢測(cè)去除在第1基板601或存在于淺側(cè)的層的第1pn結(jié)1041-1～1041-n中無(wú)用的光的成分后的熒光成分，生成與第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。因此，攝像元件600能夠去除照射到熒光物質(zhì)的激勵(lì)光成分和可見(jiàn)成分，高精度地拍攝與感興趣的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的熒光圖像。

(第3實(shí)施方式)

接著，說(shuō)明本發(fā)明的第3實(shí)施方式。第1實(shí)施方式的攝像元件100和本實(shí)施方式的攝像元件的不同之處在于將包含有第2像素的第1pn結(jié)的p型層與n型層電連接，并設(shè)為相同電位。另外，其他結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同。

圖8是示出本實(shí)施方式中的攝像元件800的截面的剖視圖。如圖8所示，攝像元件800具有第1基板101、第2基板802、第1光電二極管103-1～103-n(第1受光元件)、第2像素804-1～804-n(第2光電二極管、第2受光元件)和濾色器105-1～105-n。此外，將照射有入射光的一側(cè)的面定義為受光面。

將第1基板101和第2基板802層疊起來(lái)。第1基板101和第2基板802是硅基板。此外，入射的光中的一部分光透射過(guò)第1基板101。

第1光電二極管103-1～103-n配置在第1基板101內(nèi)。濾色器105-1～105-n是使紅色的光透射的濾波器(r)、或者使綠色光透射的濾波器(g)、或者使藍(lán)色的光透射的濾波器(b)中的任意一個(gè)，并配置在第1光電二極管103-1～103-n的受光面?zhèn)?。即，在?光電二極管103-1～103-n上配置有片上的rgb濾色器105-1～105-n。濾色器105-1～105-n的配置與第1實(shí)施方式相同。

在本實(shí)施方式中，設(shè)各第1光電二極管103-1～103-n與各濾色器105-1～105-n的組為第1像素106-1～106-n。例如，設(shè)第1光電二極管103-1與濾色器105-1的組為第1像素106-1。第1光電二極管103-1～103-n輸出與曝光量對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)。

第2像素804-1～804-n配置在第2基板802內(nèi)。此外，第2像素804-1～804-n分別包含作為p型層的p11～p1n、作為n型層的n1～nn、作為p型層的p21～p2n，并具有與受光面平行的第1pn結(jié)8041-1～8041-n、和與受光面平行且存在于比第1pn結(jié)8041-1～8041-n深的位置處的第2pn結(jié)8042-1～8042-n。此外，分別使用連接部8043-1～8043-n將第1pn結(jié)8041的p型層p11～p1n和n型層n1～nn電連接，并成為相同電位。由此，能夠抑制第1pn結(jié)8041的電荷的產(chǎn)生。因此，能夠提高第2pn結(jié)8042-1～8042-n生成的第2信號(hào)的精度。

(第4實(shí)施方式)

接著，說(shuō)明本發(fā)明的第4實(shí)施方式。第1實(shí)施方式的攝像元件100和本實(shí)施方式的攝像元件的不同之處在于，使用在第1pn結(jié)1041-1～1041-n生成的第3信號(hào)和在第2pn結(jié)1042-1～1042-n生成的信號(hào)，來(lái)校正基于由第1基板101的第1像素106-1～106-n生成的第1信號(hào)的rgb圖像。另外，其他結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同。

圖9是示出了本實(shí)施方式的攝像元件900的結(jié)構(gòu)的框圖。攝像元件900具有第1像素/信號(hào)讀出部402和信號(hào)校正部901。由第1像素106-1～106-n生成的第1信號(hào)除可見(jiàn)成分(rgb成分)以外還包含紅外成分。此外，由第1pn結(jié)1041-1～1041-n生成的第3信號(hào)和由第2pn結(jié)1042-1～1042-n生成的信號(hào)是相當(dāng)于第1信號(hào)所包含的紅外成分的信號(hào)。由此，信號(hào)校正部901通過(guò)從第1信號(hào)減去紅外成分的差分處理，能夠僅利用可見(jiàn)成分來(lái)生成圖像。因此，能夠進(jìn)一步提高第1圖像(rgb圖像、可見(jiàn)圖像)的畫(huà)質(zhì)。

(第5實(shí)施方式)

接著，說(shuō)明本發(fā)明的第5實(shí)施方式。本實(shí)施方式和第1實(shí)施方式的不同之處在于，在攝像元件的受光面?zhèn)染哂衖cg濾波器。另外，其他結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同。

圖10是示出了本實(shí)施方式的攝像元件1200的結(jié)構(gòu)的概要圖。圖10所示的攝像元件1200具有：第1基板101、第2基板102、多個(gè)第1光電二極管103(第1受光元件)、多個(gè)第2像素104(第2光電二極管、第2受光元件)、多個(gè)濾色器105和icg濾波器1201。

第1基板101、第2基板102、第1光電二極管103、第2像素104和濾色器105的結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同。icg濾波器1201配置在濾色器105的受光面?zhèn)?。icg濾波器1201是使icg的激勵(lì)光截止并僅使熒光波長(zhǎng)透射過(guò)的光學(xué)濾波器。

圖11是示出了本實(shí)施方式中的icg濾波器1201的分光特性的曲線圖。曲線圖的橫軸表示波長(zhǎng)(nm)。曲線圖的縱軸表示透射率。線1301示出icg濾波器1201的可見(jiàn)區(qū)域的透射率。線1302示出icg濾波器1201的熒光的透射率。如圖11所示，icg濾波器1201使可見(jiàn)區(qū)域的光和熒光透過(guò)，不使激勵(lì)光透過(guò)。另外，在圖11所示的例子中示出了使熒光部分以900nm進(jìn)行衰減的icg濾波器1201，但也可以是使800nm以上全部透射過(guò)的高通型。

由此，第2pn結(jié)1042-1～1042-n能夠檢測(cè)去除在icg濾波器1201、第1基板101、和存在于淺側(cè)的層的第1pn結(jié)1041-1～1041-n中無(wú)用的光的成分后的熒光成分，生成與第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。因此，攝像元件1200能夠去除照射到熒光物質(zhì)的激勵(lì)光成分和可見(jiàn)成分，高精度地拍攝與感興趣的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的熒光圖像。

(第6實(shí)施方式)

接著，說(shuō)明本發(fā)明的第6實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，說(shuō)明內(nèi)置有第1實(shí)施方式～第5實(shí)施方式所記載的攝像元件中的任意一方的內(nèi)窺鏡裝置。

圖12是示出了本實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖示的例子中，內(nèi)窺鏡裝置1000具有內(nèi)窺鏡鏡體1001、運(yùn)算部1002、監(jiān)視器1003和光源部1004。運(yùn)算部1002進(jìn)行內(nèi)窺鏡裝置1000的各個(gè)部的控制。監(jiān)視器1003例如是液晶顯示器，對(duì)圖像進(jìn)行顯示。光源部1004例如是led，進(jìn)行發(fā)光。

內(nèi)窺鏡鏡體1001具有攝像元件1011、攝像鏡頭1012、光導(dǎo)1013和照明鏡頭1014。攝像元件1011是第1實(shí)施方式～第5實(shí)施方式所記載的任意一個(gè)攝像元件。攝像元件1011配置在內(nèi)窺鏡鏡體1001的前端部。此外，攝像鏡頭1012配置在攝像元件1011的受光面?zhèn)?。此外，照明鏡頭1014配置在內(nèi)窺鏡鏡體1001的前端部。

光導(dǎo)1013將由光源部1004發(fā)出的光照射到照明鏡頭1014。照明鏡頭1014會(huì)聚從光導(dǎo)1013照射的光，并照射到被攝體。攝像鏡頭1012會(huì)聚來(lái)自被攝體的光，并照射到攝像元件1011。攝像元件1011根據(jù)由攝像鏡頭1012照射的光，生成第1圖像和第2圖像。運(yùn)算部1002將由攝像元件1011生成的第1圖像和第2圖像顯示到監(jiān)視器1003上。

例如，第1實(shí)施方式～第5實(shí)施方式所記載的攝像元件能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，并同時(shí)拍攝高精度的rgb圖像和熒光圖像。由此，通過(guò)在內(nèi)窺鏡裝置1000中使用第1實(shí)施方式～第5實(shí)施方式所記載的攝像元件中的任意一個(gè)，能夠同時(shí)拍攝高精度的rgb圖像和熒光圖像。例如，能夠使高精度的rgb圖像和熒光圖像有助于癌癥診斷或外科手術(shù)時(shí)的icg觀察。

(第7實(shí)施方式)

接著，說(shuō)明本發(fā)明的第7實(shí)施方式。本實(shí)施方式和第6實(shí)施方式的不同之處在于，使用由第1pn結(jié)1041-1～1041-n生成的第3信號(hào)來(lái)調(diào)整光源部1004的光量(激勵(lì)光成分)。另外，其他結(jié)構(gòu)與第6實(shí)施方式相同。

圖13是示出了本實(shí)施方式的攝像元件1100的結(jié)構(gòu)的框圖。攝像元件1100具有光量調(diào)整部1101。由第1pn結(jié)1041-1～1041-n生成的第3信號(hào)是與激勵(lì)光量對(duì)應(yīng)的信號(hào)。例如，由于在icg熒光物質(zhì)中激勵(lì)波長(zhǎng)也是紅外，所以觀察者無(wú)法通過(guò)目視進(jìn)行光量調(diào)整。因此，在本實(shí)施方式中，光量調(diào)整部1101根據(jù)由第1pn結(jié)1041-1～1041-n生成的第3信號(hào)，調(diào)整光源部1004的光量(激勵(lì)光成分)。由此，由于能夠使照射到投入有icg熒光物質(zhì)的被攝體上的光量最優(yōu)化，所以能夠進(jìn)一步提高熒光圖像的畫(huà)質(zhì)。

以上參照附圖詳述了本發(fā)明的第1實(shí)施方式～第7實(shí)施方式，然而具體的結(jié)構(gòu)不限于該實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)的附加、省略、置換和其他變更。例如，也可以組合在各實(shí)施方式中所示的結(jié)構(gòu)。

此外，本發(fā)明不被上述說(shuō)明所限定，僅被所附權(quán)利要求的范圍所限定。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

上述各實(shí)施方式的攝像元件具有：第1基板；第2基板，其層疊在第1基板上；第1像素，其呈矩陣狀地配置在第1基板上，分別具有第1受光元件，被照射包含可見(jiàn)波段的第1波段的入射光和包含波長(zhǎng)比第1波段長(zhǎng)的近紅外區(qū)的第2波段的入射光，生成與第1波段的光對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)；以及第2像素，其呈矩陣狀地配置在第2基板上，被照射透射過(guò)第1像素后的光。此外，第2像素具有與受光面平行的第1pn結(jié)、和與受光面平行且存在于比第1pn結(jié)深的位置處的第2pn結(jié)，并根據(jù)在第2pn結(jié)處獲得的電荷，生成與第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。因此，能夠在混合構(gòu)造的攝像元件中，高精度地拍攝與感興趣的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的熒光圖像。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

100，600，800，900，1011，1100，1200：攝像元件；

101，221，601：第1基板；

102，222，802：第2基板；

103-1～103-n，223-1～223-n，603-1～603-n：第1光電二極管；

104-1～104，224-1～224-n，804-1～804-n：第2像素；

105-1～105-n：濾色器；

106-1～106-n、606-1～606-n：第1像素；

401：驅(qū)動(dòng)部；

402：第1像素/信號(hào)讀出部；

403：第2像素/信號(hào)讀出部；

404：信號(hào)處理部；

405：信號(hào)輸出端子；

901：信號(hào)校正部；

1000：內(nèi)窺鏡裝置；

1001：內(nèi)窺鏡鏡體；

1002：運(yùn)算部；

1003：監(jiān)視器；

1004：光源部；

1012：攝像鏡頭；

1013：光導(dǎo)；

1014：照明鏡頭；

1041-1～1041-n，6031-1～6031-n，8041-1～8041-n：第1pn結(jié)；

1042-1～1042-n，6032-1～6032-n，8042-1～8042-n：第2pn結(jié)；

1101：光量調(diào)整部；

1201：icg濾波器；

8043-1～8043-n：連接部。

權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)

1.[2016年1月7日(07.01.2016)國(guó)際事務(wù)局受理]

(修改后)一種攝像元件，其特征在于，具有：

第1基板；

第2基板，其層疊在所述第1基板上；

第1像素，其呈矩陣狀地配置在所述第1基板上，分別具有第1受光元件，被照射包含可見(jiàn)波段的第1波段的入射光和包含波長(zhǎng)比所述第1波段長(zhǎng)的近紅外區(qū)的第2波段的入射光，并生成與所述第1波段的光對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)；以及

第2像素，其呈矩陣狀地配置在所述第2基板上，被照射透射過(guò)所述第1像素后的光，

所述第2像素具有與受光面平行的第1pn結(jié)、和與所述受光面平行且存在于比所述第1pn結(jié)深的位置處的第2pn結(jié)，所述第1pn結(jié)的p型層和n型層被同電位地連接，所述第2像素根據(jù)在所述第2pn結(jié)處獲得的電荷，生成與所述第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。

2.(修改后)一種攝像元件，其特征在于，具有：

第1基板；

第2基板，其層疊在所述第1基板上；

第1像素，其呈矩陣狀地配置在所述第1基板上，分別具有第1受光元件，被照射包含可見(jiàn)波段的第1波段的入射光和包含波長(zhǎng)比所述第1波段長(zhǎng)的近紅外區(qū)的第2波段的入射光，并生成與所述第1波段的光對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)；以及

第2像素，其呈矩陣狀地配置在所述第2基板上，被照射透射過(guò)所述第1像素后的光，

所述第1像素具有與受光面平行的第1pn結(jié)、和與所述受光面平行且存在于比所述第1pn結(jié)深的位置處的第2pn結(jié)，所述第1pn結(jié)的p型層和n型層被同電位地連接，所述第1像素根據(jù)在所述第2pn結(jié)處獲得的電荷，生成與所述第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的攝像元件，其特征在于，

所述第1pn結(jié)利用包含所述第1波段的波長(zhǎng)的光，來(lái)生成電荷。

4.(刪除)

5.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任意一項(xiàng)所述的攝像元件，其特征在于，

使用在所述第1pn結(jié)處生成的第3信號(hào)，來(lái)校正所述第1信號(hào)。

6.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求1～3和權(quán)利要求5中的任意一項(xiàng)所述的攝像元件，其特征在于，

使用所述第3信號(hào)，控制入射到所述第1像素和所述第2像素中的光的光量。

7.(修改后)一種攝像元件，其特征在于，具有：

第1基板；

第2基板，其層疊在所述第1基板上；

第1像素，其呈矩陣狀地配置在所述第1基板上，分別具有第1受光元件，被照射包含可見(jiàn)波段的第1波段的入射光和包含波長(zhǎng)比所述第1波段長(zhǎng)的近紅外區(qū)的第2波段的入射光，并生成與所述第1波段的光對(duì)應(yīng)的第1信號(hào)；

第2像素，其呈矩陣狀地配置在所述第2基板上，被照射透射過(guò)所述第1像素后的光，

所述第2像素具有與受光面平行的第1pn結(jié)、和與所述受光面平行且存在于比所述第1pn結(jié)深的位置處的第2pn結(jié)，所述第1pn結(jié)的p型層和n型層被同電位地連接，所述第2像素根據(jù)在所述第2pn結(jié)處獲得的電荷，生成與所述第2波段的光對(duì)應(yīng)的第2信號(hào)，

所述第1像素具有與受光面平行的第3pn結(jié)、和與所述受光面平行且存在于比所述第3pn結(jié)深的位置處的第4pn結(jié)，所述第3pn結(jié)的p型層和n型層被同電位地連接，所述第1像素根據(jù)在所述第4pn結(jié)處獲得的電荷，生成與所述第2波段的光對(duì)應(yīng)的第4信號(hào)。

8.一種內(nèi)窺鏡裝置，其將由吲哚菁綠衍生物標(biāo)記抗體構(gòu)成的熒光物質(zhì)投入到被檢查對(duì)象物中而進(jìn)行基于內(nèi)窺鏡的診斷，其特征在于：

該內(nèi)窺鏡裝置具有權(quán)利要求1至權(quán)利要求7中的任意一項(xiàng)所述的攝像元件，

在所述第1像素的受光面?zhèn)扰渲糜泄鈱W(xué)濾波器，該光學(xué)濾波器使可見(jiàn)波段和熒光物質(zhì)的近紅外的熒光波段透過(guò)，使與熒光波段接近的激勵(lì)波段成分不透過(guò)，

所述第1波段包含可見(jiàn)波段，所述第2波段包含熒光物質(zhì)的熒光波段。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)窺鏡裝置，其特征在于：

根據(jù)所述第1信號(hào)，生成可見(jiàn)波段的第1圖像，

根據(jù)所述第2信號(hào)，生成熒光波段的第2圖像，

所述第1基板、所述第2基板和所述光學(xué)濾波器配置于內(nèi)窺鏡前端部。