CN101872034A - 摄像元件单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摄像元件单元，该摄像元件单元不会导致结构复杂化和高成本化、且不仅在可见光光量充分的环境下而即使在不充分的环境下也可对被摄体进行鲜明的摄像。按照由摄像元件(18)的R像素、G像素及B像素的固有灵敏度的合成值即RGB合计相对灵敏度和由红外线截止滤波器(17)的透射率特性所决定的拍摄面(19)的相对灵敏度呈现以下灵敏度的方式，设定红外线截止滤波器的透射率特性。即：λ(波长：单位nm)650：相对灵敏度77±10；λ700：相对灵敏度62±10；λ750：相对灵敏度44±7；λ800：相对灵敏度26±7；λ850：相对灵敏度7±5；λ900：相对灵敏度5±5。

Description

摄像元件单元
技术领域
本发明涉及一种具备摄像元件和红外线截止滤波器的摄像元件单元。
背景技术
摄像元件(CCD或CMOS)一般会相对于电磁波的宽范围的波长呈现高的RGB合计相对灵敏度。因此，在对具备摄像元件的照相机模块(カメラモジユ一ル)同时入射可见光和红外光的情况下，由摄像元件所拍摄的图像之颜色再现性就会恶化。
因此，以往在具备摄像元件的照相机模块中设置有红外光截止滤波器，该红外光截止滤波器将400～600nm波长的可见光透过大致100％、且将650nm左右波长的电磁波截止大约50％、并将波长比700nm长的红外线几乎全部截止。
另一方面，为了在夜间那样可见光不充分的暗环境下对被摄体进行可靠的拍摄，需要在利用红外光的同时进行拍摄。但是，由于在设置上述那样红外线截止滤波器的情况下，摄像元件的对大于600nm波长的相对灵敏度大幅度地下降，因此，在暗环境下即使在利用红外光的同时进行拍摄也不能对被摄体进行清晰的拍摄。
作为用于解决这种问题的现有技术具有例如专利文献1中公开的技术。该公报中公开的照相机具备：在摄像元件的拍摄面(也称摄像面)的跟前位置(直前位置)和从拍摄面的跟前位置退避的位置可移动的红外线截止滤波器。
该照相机在白天那样可见光的光量充分的环境下使红外线截止滤波器位于摄像元件的跟前、在夜间那样可见光的光量不充分的环境下使红外线截止滤波器从摄像元件的跟前退避，从而解决上述的问题。
专利文献1：实开平2-88851号公报
但是，由于专利文献1的方案需要用于使红外线截止滤波器进退的构件，因此制造成本高；而且，由于需要确保用于使红外线截止滤波器退避的空间，因此照相机模块大型化。
发明内容
本发明是基于以上的问题而提出的，其目的在于，提供一种不导致结构复杂化和高成本化、且不仅在可见光光量充分的环境下而即使在不充分的环境下也能够对被摄体进行清晰的拍摄之摄像元件单元。
摄像元件的RGB合计相对灵敏度(摄像元件固有的相对灵敏度)在摄像元件制造后不能变更，但是，通过在拍摄面上覆盖红外线截止滤波器而能够调整摄像元件的实际相对灵感度。本申请人通过对红外线截止滤波器的透射率特性进行钻研，将与600～900nm波长的电磁波相对应的摄像元件的相对灵敏度设定在规定的范围，发现了不仅将利用可见光的拍摄的颜色再现性恶化抑制到最小限度、并且能够进行利用红外光的清晰(也称鲜明)拍摄。
基于这种技术思想的本发明的摄像元件单元，所述摄像元件单元包括：摄像元件，具备具有多个R像素、G像素以及B像素的拍摄面；和红外线截止滤波器，被配置在该拍摄面的跟前位置，其特征在于，按照由上述R像素、G像素以及B像素的固有灵敏度的合成值即RGB合计相对灵敏度和由上述红外线截止滤波器的透射率特性所决定的上述拍摄面的相对灵敏度，相对于比600nm大的以下的各波长分别呈现以下的灵敏度的方式，设定了上述红外线截止滤波器的透射率特性。
λ(波长：单位nm)       相对灵敏度
650                    77±10
700                    62±10
750                    44±7
800                    26±7
850                    7±5
900                    5±5
根据其他的形态，本发明的摄像元件单元包括：摄像元件，具备具有多个R像素、G像素以及B像素的拍摄面；和红外线截止滤波器，被配置在该拍摄面的跟前位置，其特征在于，按照由上述R像素、G像素及B像素的固有灵敏度的合成值即RGB合计相对灵敏度和由上述红外线截止滤波器的透射率特性所决定的上述拍摄面的相对灵敏度，在电磁波的波长取为横轴、对各波长的所述相对灵敏度取为纵轴时，与650nm～900nm的各波长相对应的上述相对灵敏度位于分别由连接下述P1和P2的直线、连接P2和P4的直线、连接P4和P6的直线、连接P6和P5的直线、连接P5和P3的直线以及连接P3和P1的直线所包围的范围内的方式，设定了上述红外线截止滤波器的透射率特性。
波长λ为650nm时的第一相对灵敏度P1：87
波长λ为650nm时的第二相对灵敏度P2：67
波长λ为850nm时的第一相对灵敏度P3：12
波长λ为850nm时的第二相对灵敏度P4：2
波长λ为900nm时的第一相对灵敏度P5：10
波长λ为900nm时的第二相对灵敏度P6：0
任一形态的摄像元件单元也能被内置于车载照相机中。
发明效果
本发明的红外线截止滤波器虽然相对于摄像元件不能移动，并还配置在摄像元件的跟前，但是，不仅在白天那样的可见光光量充分的环境下清晰地拍摄被摄体，而且在夜间那样的可见光光通量不充分的环境下也能对被摄体进行清晰地拍摄。而且，由于不需要使红外线截止滤波器相对于摄像元件移动，因此结构变得复杂、制造成本提高也就不存在。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的照相机模块的纵向剖面图。
图2是表示电磁波的波长与摄像元件的相对灵敏度的对应关系之分光特性图表。
图3的(a)是表示在实施例1中的与不同波长相对应的摄像元件固有的RGB合计相对灵敏度之分光特性图表，(b)是表示在同实施例中的红外线截止滤波器透射率之分光特性图表，(c)是表示在同实施例中的安装有红外线截止滤波器后的摄像元件的相对灵敏度之分光特性图表，(d)是将(a)～(c)的各图表归纳在一起之分光特性图表。
图4是实施例2的与图3同样的分光特性图表。
图中：10-照相机模块，11-框架(ホルダ一)，12-采光孔，13、14-透镜，15-隔离件(スペ一サ)，16-中心孔，17-红外线截止滤波器，18-摄像元件，19-拍摄面(也称摄像面)，20-基板，U-摄像元件单元。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
照相机模块10是图1所示的结构，能够用作在省略了图示的汽车上所搭载的车载照相机、在房屋上所固定的监视照相机。
以自身的轴线为中心的中空的旋转体即框架11的轴线方向的一侧的端部是完全开口，在另一侧的端部的中心部穿设有小直径的采光孔12。在框架11的内部，将两枚的透镜13、透镜14及在中心部具有中心孔16的隔离件15在框架11的轴线方向重叠的状态下进行收纳；在透镜14和隔离件15之间红外线截止滤波器(IRCF)17以固定状态被夹入。
红外线截止滤波器17是在由玻璃构成的滤波器基板的一侧的面(前后均可)上设置了对红光的透射率低于对可见光的透射率的薄膜的层叠式(反射式)器件。该薄膜是将由几十到几百nm的厚度构成的几十枚之层按照折射率及厚度不同的层彼此相互重叠的方式所蒸镀的薄膜。而且，在红外线截止滤波器17的滤波器基板的另一面上形成有对400nm～900nm的电磁波之反射率是1％以下的反射防止涂层(コ一テイング)。以往迄今公知着通过适当选择上述薄膜的各层之枚数(枚数)、厚度、折射率等而对红外线截止滤波器17赋予所希望透射率特性的设计方法。
在框架11的上述一侧的端部固定有：在与摄像元件18(例如CCD或CMOS)电连接的状态下支撑摄像元件18的基板20，在摄像元件18的拍摄面19的表面上所固定的保护玻璃(未图示)和隔离件15的与透镜14相反侧之面接触。拍摄面19具备由G(绿)、B(蓝)、R(红)的任一个颜色的基色滤光器覆盖的多个像素，且在光(电磁波)入射到各像素时各像素就产生与所对应的滤波器相同颜色的色信号(电信号)。
以上结构的照相机模块10通过摄像元件18的拍摄面19接收穿过采光孔12、透镜13、透镜14、红外线截止滤波器17及中心孔16的来自被摄体的反射光，来进行被摄体像的拍摄。另外，在照相机模块10的结构部件中的红外线截止滤波器17和摄像元件18是摄像元件单元U的结构要件。
摄像元件18的拍摄面19的各像素固有的灵敏度随着电磁波的波长而不同，并通过将拍摄面19的所有像素固有的灵敏度合成而得到RGB合计相对灵敏度。
就红外线截止滤波器17而言，通过适当选择上述薄膜的各层之枚数、厚度、折射率等，按照对400nm～650nm(或者650nm附近)波长的电磁波呈现极大的透射率(90％以上)、并对大于650nm(或者650nm附近)波长的电磁波随着波长的变长透射率逐渐地下降的方式，设定其透射率特性。
由于将具有这样功能的红外线截止滤波器17配置在摄像元件18的拍摄面19的跟前，因此拍摄面19的实际灵敏度即相对灵敏度与RGB合计相对灵敏度不同。即，就拍摄面19的相对灵敏度而言，关于400nm～650nm波长的电磁波其与RGB合计相对灵敏度相比几乎没变化，但关于650nm～900nm波长的电磁波其与RGB合计相对灵敏度相比就下降。具体而言，如在横轴上取电磁波的波长、在纵轴上取相对灵敏度的图2的分光特性图表中所示，对应650nm～850nm的部分大致直线地向右侧下降，在850～900nm中成为缓慢的斜度(省略了对波长短于650nm的范围以及比900nm长的范围的情况)。对与650nm～900nm波长相对应的部分进行的详细说明为：与该波长范围相应的拍摄面19的相对灵敏度位于分别由连接在波长λ为650nm时的第一相对灵敏度P1(第一相对灵敏度为MAXIMUM、以下相同)和在波长λ为650nm时的第二相对灵敏度P2(第二相对灵敏度为MINIMUM、以下相同)的直线、连接P2和在波长λ为850nm时的第二相对灵敏度P4的直线、连接P4和在波长λ为900nm时的第二相对灵敏度P6的直线、连接P6和在波长λ为900nm时的第一相对灵敏度P5的直线、连接P5和在波长λ为850nm时的第一相对灵敏度P3的直线、连接P3和第一相对灵敏度P1的直线所包围的区域A内。而且，650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm的各波长和拍摄面19的相对灵敏度的关系成为如下(相对灵敏度由各波长的中央值和从中央值偏离的允许偏离量(±)来表示)：
λ(波长：单位nm)   相对灵敏度(a.u：任意单位)
650                77±10
700                62±10
750                44±7
800                26±7
850                7±5
900                5±5
在拍摄面19的相对灵敏度比该范围的数值低的情况下，由于对红外光的灵敏度降低，因此即使在夜间那样可见光的光量不充分的环境下利用红外光(包含于车辆照明或房屋照明等的红外光)进行拍摄，也不能由摄像元件18对被摄体进行鲜明的拍摄。另一方面，在相对灵敏度比该范围的数值大的情况下，由于即使在白天那样可见光的光量充分的环境下进行拍摄，摄像元件18也较大地受到红外光(在太阳光线中所含的红外光等)的影响，因此所拍摄的图像的颜色再现性就会恶化。例如，在以往的红外线截止滤波器那样将650nm左右波长的电磁波截止大约50％且将波长比700nm长的红外线几乎全部截止的情况下，即使在夜间那样的可见光光量不充分的环境下利用红外光而也不能由摄像元件18对被摄体进行鲜明的拍摄。
相对于此，在本实施方式中通过对红外线截止滤波器17的透射率特性进行钻研而使得拍摄面19的相对灵敏度对于650nm～900nm波长满足上述条件，因此不论将红外线截止滤波器17配置在摄像元件18的跟前的状态与否且无论昼夜与否就能够对被摄体进行鲜明的拍摄。而且，不需要使红外线截止滤波器17相对于摄像元件18进行移动，因此就不会有照相机模块10的结构复杂化且制造成本提高。
另外，将红外线截止滤波器17不设为上述那样的层叠式(反射式)滤波器、而设为例如含有五氧化磷和三氧化钙等的所谓吸收式滤波器也可。另外，通过适当调整含有物的种类、含有量等而对红外线截止滤波器17赋予所希望的透射率特性的设计方法也从以往迄今被公知。
另外，红外线截止滤波器17并非如上述那样仅在单面形成上述薄膜、而在双面上形成上述薄膜也可。而且，省略红外线截止滤波器17的反射防止涂层而将红外线截止滤波器17的滤波器基板和摄像元件18的保护玻璃(未图示)由与滤波器基板的折射率和保护玻璃的折射率相对应的光学粘结剂进行粘结也可。而且，通过从红外线截止滤波器17中省略滤波器基板和反射防止涂层，而将红外线截止滤波器17的上述薄膜施加到摄像元件18的保护玻璃表面上也可。
而且，在照相机模块10中设置发射出波长为800～900nm的红外光的红外线光源(例如红外线LED)、且在夜间那样的可见光光量不充分时从该红外线光源朝向被摄体照射红外线也可。
接下来，对本发明的实施例进行说明。
(实施例1)
实施例1的红外线截止滤波器17的透射率特性和摄像元件18的RGB合成相对灵敏度如图3(a)～(d)的图表中所示。
就摄像元件18的拍摄面19而言，其相对于稍微大于600nm波长的电磁波呈现最高的RGB合计相对灵敏度，在是比该波长更长的波长时RGB合计相对灵敏度逐渐下降；并且，其相对于830nm左右波长的电磁波再次呈现高的RGB合计相对灵敏度，在波长比830nm长时RGB合计相对灵敏度再次下降。
但是，在使红外线截止滤波器17位于摄像元件18的跟前时的拍摄面19的相对灵敏度，成为与RGB合计相对灵敏度不同的灵敏度。即，关于400nm～650nm的波长(可见光)其与RGB合计相对灵敏度大致相同，但是，与650nm～900nm相对应的部分就大致直线地向右侧下降(省略了图示，对比900nm长的波长的透射率大致为零)。
如此，由于实施例1的拍摄面19相对于400nm～600nm波长的电磁波(可见光)呈现高的相对灵敏度，因此在白天那样的可见光光量充分的环境下能够对被摄体进行鲜明的拍摄。另外，在夜间那样的可见光光量不充分的环境下通过利用红外光就能够对被摄体进行鲜明的拍摄。
(实施例2)
接着，对实施例2进行说明。
实施例2的红外线截止滤波器17的透射率特性和摄像元件18的RGB合成相对灵敏度如图4图表中所示。
就摄像元件18的拍摄面19而言，相对于800nm左右的波长呈现最高的RGB合计相对灵敏度，在比其更长的波长时RGB合计相对灵敏度逐渐地下降。
另一方面，在使红外线截止滤波器17位于摄像元件18的跟前时的拍摄面19的相对灵敏度，关于400nm～650nm的波长(可见光)其与RGB合计相对灵敏度大致相同，但是，与650nm～900nm相对应的部分就大致直线地向右侧下降(省略了图示，对比900nm长的波长的透射率大致为零)。
如此，由于实施例2的拍摄面19相对于400nm～600nm波长的电磁波(可见光)呈现高的相对灵敏度，因此在白天那样的可见光光量充分的环境下能够对被摄体进行鲜明的拍摄。另外，在夜间那样的可见光光量不充分的环境下通过利用红外光就能够对被摄体进行鲜明的拍摄。

Claims (3)

1.一种摄像元件单元，包括：
摄像元件，具备具有多个R像素、G像素及B像素的拍摄面；和
红外线截止滤波器，被配置在该拍摄面的跟前位置，
所述摄像元件单元，其特征在于，
按照由所述R像素、G像素及B像素的固有灵敏度的合成值即RGB合计相对灵敏度、和由所述红外线截止滤波器的透射率特性所决定的所述拍摄面的相对灵敏度，相对于比600nm大的以下的各波长分别呈现以下的灵敏度的方式，设定了所述红外线截止滤波器的透射率特性，其中，波长λ的单位是nm，
λ         相对灵敏度
650        77±10
700        62±10
750        44±7
800        26±7
850        7±5
900        5±5。
2.一种摄像元件单元，包括：
摄像元件，具备具有多个R像素、G像素及B像素的拍摄面；和
红外线截止滤波器，被配置在该拍摄面的跟前位置，
所述摄像元件单元，其特征在于，
按照由所述R像素、G像素及B像素的固有灵敏度的合成值即RGB合计相对灵敏度、和由所述红外线截止滤波器的透射率特性所决定的所述拍摄面的相对灵敏度，在电磁波的波长取为横轴、对各波长的所述相对灵敏度取为纵轴时，与650nm～900nm的各波长相对应的所述相对灵敏度位于分别由连接下述P1和P2的直线、连接P2和P4的直线、连接P4和P6的直线、连接P6和P5的直线、连接P5和P3的直线以及连接P3和P1的直线所包围的范围内的方式，设定了所述红外线截止滤波器的透射率特性，
当波长λ为650nm时的第一相对灵敏度P1：87
当波长λ为650nm时的第二相对灵敏度P2：67
当波长λ为850nm时的第一相对灵敏度P3：12
当波长λ为850nm时的第二相对灵敏度P4：2
当波长λ为900nm时的第一相对灵敏度P5：10
当波长λ为900nm时的第二相对灵敏度P6：0。
3.根据权利要求1或2中所述的摄像元件单元，其中，
所述摄像元件单元是在车载照相机中所内置的摄像元件单元。
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