JP2005026875A

JP2005026875A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2005026875A
Application number: JP2003188540A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Nomura; 亮二野村; Hiroko Yamazaki; 寛子山崎; Mikio Yugawa; 幹央湯川; Yasuyuki Arai; 康行荒井; Etsuko Shinkawa; 悦子新川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP4255763B2

Abstract

【課題】被写体との距離を測定する測距手段を備え、当該測距手段によって得た情報を元に、被写体への照明光量を制御し、良好な画像を得ることのできる撮像装置を提供すること。
【解決手段】本発明の撮像装置は、一対の電極間に有機化合物層を有する発光素子を備えた撮像手段を有し、前記発光素子の面発光によって被写体を照明し、前記発光素子の側面発光に含まれるレーザ光によって前記被写体と前記撮像手段との距離を測距することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、特に照明手段と撮像素子とを備えた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）カメラ等の撮像手段は、工業用または医療用として広く用いられている。
【０００３】
例えば、工業用としては、プラント等の管腔に挿入して内部の損傷の有無を確認するために用いられ、また医療用としては、口腔や鼻孔などの体内における患部を観察あるいは診断するために用いられている。
【０００４】
上記のような撮像手段によって被写体を撮影するとき、撮像手段と被写体との距離が不明確であると、被写体へ照射する照明光の照明光量を適切に制御することが困難となり、良好な映像が得られないという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、被写体からの最大反射光量に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の映像撮影時における撮像素子の電荷蓄積時間を調整する構成をもつ撮像装置などが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、特許文献１に示さている方法では、撮像手段と被写体との距離を測定することはできない。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２６０５４２５号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、被写体との距離を測定する測距手段を備え、当該測距手段によって得た情報を元に、被写体への照明光量を制御することのできる撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、レーザ光を放射する発光素子を有するものである。
【０００９】
本発明の撮像装置は、測距用のレーザ光発振源と、照明手段とが一体化した撮像手段を有することを特徴としている。
【００１０】
ここで、レーザ光発振源は、測距手段の一部として用いる。また、照明手段は、被写体を照明するために用いる。
【００１１】
本発明の撮像装置は、インコヒーレントな光とコヒーレントな光とを発光する発光素子を備えた撮像手段を有し、前記インコヒーレントな光によって被写体を照明し、前記コヒーレントな光によって前記被写体と前記撮像手段との距離を測距することを特徴としている。
【００１２】
ここで、インコヒーレントな光としては、一対の電極間に有機化合物層を有する構造の発光素子において、陰極から注入された電子と、陽極から注入されたホールが発光層で再結合して励起子を形成し、当該励起子が基底状態に戻るときに光を放出する、所謂エレクトロルミネッセンスによる発光が挙げられる。またコヒーレントな光としては、レーザ光が挙げられる。
【００１３】
本発明の撮像装置は、一対の電極間に有機化合物層を有する発光素子を備えた撮像手段を有し、前記発光素子の面発光によって被写体を照明し、前記発光素子の側面発光に含まれるレーザ光によって前記被写体と前記撮像手段との距離を測距することを特徴としている。
【００１４】
ここで、発光素子は、通電により発光するものである。前記発光素子において、発光は、電極の表面側からと、発光素子の側面とから採光することができ、前者を面発光、後者を側面発光という。
【００１５】
このため、発光素子の電極のうち、少なくともひとつは透光性を有する材料で形成されている。また、両電極とも透光性を有する材料で形成されているときは、一方の電極のうち有機化合物層と接しない側に、反射板を設けるものとする。
【００１６】
また、有機化合物層は、発光物質を含むものであり、電子輸送性を有する層や、ホール輸送性を有する層など、機能の異なる複数の層が積層されたものであってもよい。
【００１７】
本発明の撮像装置は、電子注入により発光層で発光する光の波長帯域に広域スペクトルを有する第１の光と、電子注入により発光層で発光する光の波長帯域よりも短波長側であって、中心波長の半値幅が１０ｎｍ以下の発光ピークを有する第２の光とを発光する発光素子を有することを特徴としている。
【００１８】
本発明の撮像装置は、前記第１の光によって被写体を照明し、前記第２の光によって前記被写体と前記撮像手段との距離を測距することを特徴としている。
【００１９】
前記発光素子としては、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）−ビフェニル（略称：ＣＢＰ）にＩｒ（ｔｐｙ）_２（ａｃａｃ）をドーパントとして含む層を発光層とし、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）を含む層をホール輸送層として積層した構造を有する有機化合物層が一対の電極間に狭持されたものを用いることができる。
【００２０】
本発明の撮像装置は、電子注入により発光層で発光する光の波長帯域に広域スペクトルを有する第１の光によって被写体を照明し、電子注入により発光層で発光する光の波長帯域よりも短波長側にあって、中心波長の半値幅が１０ｎｍ以下の発光ピークを有する第２の光によって前記被写体と前記撮像手段との距離を測距することを特徴としている。
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の一態様について、図１を用いて説明する。
【００２１】
図１（Ａ）は、本発明の撮像装置に備え付けられた撮像手段を、被写体像を取り込む側から表した図である。支持体１０１には、被写体像を取り込むための取込部１０６が設けられており、当該取込部１０６を囲むように、発光素子１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）と、検出器１０３（１０３ａ〜１０３ｄ）とが設けられている。ここで、図１（Ａ）では、取込部１０６は正方形で表されているが、これに限らず円形・楕円形などでもよい。また、発光素子１０２についても、図１（Ａ）では、４箇所に設けられているが、これ以外の数でもよい。検出器１０３についても同様である。なお、図１（Ａ）では、当該被写体像を取り込む側の逆側に設けられている光路変更手段１０４および撮像素子１０５を点線で表している。
【００２２】
また、図１（Ｂ）は、図（Ａ）におけるＡ−Ａ’に対応する部位を表す図であり、図１（Ｃ）は、図（Ａ）におけるＢ−Ｂ’に対応する部位を表す図である。
【００２３】
図１（Ａ）、（Ｂ）に表されているように、光路変更手段１０４は、支持体１０１に設けられた取込部１０６と重なるように設けられている。また、撮像素子１０５は、被写体像が、取込部１０６から取り込まれた後、光路変更手段１０４を通って撮像素子１０５に取り込まれるように配置されている。
【００２４】
上記撮像手段において、発光素子１０２は、一対の電極間に有機化合物層が設けられた構造をもつものであり、通電により発光するものである。二つの電極のうち、ひとつは透光性を有する導電材料で形成されており、当該電極の表面側から発光（面発光）が得られる。これと同時に発光素子１０２の側面からも発光を得ることができる（側面発光）。ここで、側面発光には、レーザ光（所謂、コヒーレントな光）とインコヒーレントな光とが含まれている。
【００２５】
上記撮像手段において、発光素子１０２から出た面発光は被写体を照明する。被写体像は、取込部１０６から光路変更手段１０４を介して撮像素子１０５へ取り込まれる。また、側面発光に含まれるレーザ光は、検出器１０３に取り付けられた光路変更手段１２１に入射する。光路変更手段１２１に入射して９０°進路が変更したレーザ光は、被写体に照射された後、反射光となって検出器１０３に入射する。これにより、被写体と撮像手段との距離を測距することができる。つまり、発光素子１０２は、測距手段のレーザ光発振源として機能している。測距により得られたデータを元に、被写体への照射光量を調整し、ハレーションなどが抑制された良好な画像を得ることができる。
【００２６】
なお、上記撮像素子としては、ＣＣＤ等の光電変換素子などを用いることができる。また、光路変更手段１０４、１２１としては、例えば、プリズム、またはビームスプリッター等の光学素子を用いることができる。但し、これらと同様の機能を有するものであれば、ここに述べたものに限らず他のものを用いてもよい。
【００２７】
また、発光素子１０２と光路変更手段１２１との間には、レーザ光のみを取り出すためのフィルタ１２２が設けられていてもよい。なお、フィルタ１２２は、発光素子１０２または光路変更手段１２１と接して設けられていてもよいし、離れてもうけられていてもよい。
【００２８】
なお、図１において、発光素子１０２や撮像素子１０５に接続する配線（若しくはケーブル）は特に図示していない。
【００２９】
なお、上記に示したものは一態様であり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、発光素子１０２とは、面発光にレーザ光が含まれるものであってもよい。
【００３０】
上記のように、レーザ光とインコヒーレントな光の両者を発光することのできる発光素子は、照明手段、および測距手段の一部として用いることができる。つまり、当該素子を用いることにより、測距用のレーザ光発振源と照明手段とが一体化した撮像手段を有する撮像装置を得ることができる。
【００３１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した撮像手段を備えた撮像装置について説明する。
【００３２】
実施の形態１で示した撮像手段２０１は、筐体２０２内部に納められ、ケーブルによって制御系２０３およびモニター２０４と接続している（なお、図２では、撮像手段２０１は簡略化して記載している。）。筐体２０２には、撮像用の開口部が設けられている。
【００３３】
被写体と撮像手段との距離の測距データは制御系２０３に転送され、処理される。そして、制御系２０３からは、被写体への照射光量を調整するためのデータが発光素子へ転送され、適切な照射光量で被写体を照射する。
【００３４】
撮像素子が得た被写体の画像データは、モニター２０４へ転送され、映し出される。ここで、被写体には適切な光量の光が照射されているため、良好な画像を映すことができる。
【００３５】
なお、撮像手段２０１（および筐体２０２）は、曲がりくねった管の内部でも観察できるように、屈曲性を有する構造であってもよい。
【００３６】
上記に示したものは本発明の撮像装置の一態様であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３７】
（実施の形態３）
本発明で用いる発光素子は、レーザ光を放出するという特性をもつ新規な発光素子であるため、以下にその一例について詳細を説明する。ただし、本発明で用いる発光素子は、下記態様に限定されるものではない。
【００３８】
図３は本発明に適用する発光素子の素子構造を示す。電極や発光層などの被膜を形成するための基板として、ガラス基板（例えば、コーニング社の１７３７ガラス）を用いる。その上に、陽極であるＩＴＯ膜３０１をスパッタリング法で１００ｎｍの厚さで形成した。
【００３９】
その上にホール輸送材料であるα−ＮＢＤを真空蒸着により１３５ｎｍの厚さで成膜しホール輸送層３０２た。続いて、この上にホスト材料であるＣＢＰと三重項発光材料であるイリジウム錯体、Ｉｒ（ｔｐｙ）_２（ａｃａｃ）を共蒸着して３０ｎｍの厚さで発光層３０３形成した。ＣＢＰとイリジウム錯体は重量比で１０：１である。これらの膜上にホール輸送層であるＢＣＰ、電子注入材料であるフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、ならびに陰極であるＡｌを蒸着によって成膜して、ホール輸送層３０４と電子注入層３０５と陰極３０６とをそれぞれ形成し、一対の電極間に有機化合物層が挟まれたサンドイッチ構造とした。なお本態様において、素子の大きさは２ｍｍ×２ｍｍとした。
【００４０】
有機材料で形成する各層の膜厚は、発生した光を有機化合物層中で増幅する事を目的として設定している。すなわち、ＣＢＰ層中に添加されたＩｒ錯体、またはＮＰＤ層からの発光が、ＩＴＯと有機化合物層が接する界面と、ＢＣＰ層とＣａＦ_２層が接する界面、あるいはＣａＦ_２とＡｌとが接する界面で反射を繰り返しながら定常波を形成するようにすることが好ましい。
【００４１】
従って、有機化合物層の合計膜厚は２７０ｎｍに設定している。この場合、有機化合物の屈折率を１．７と仮定すると、定常波を形成できる光の波長は９２０ｎｍを整数で割った波長であり可視光領域では４６０ｎｍとなる。
【００４２】
図４（Ａ）は上記に示した発光素子の電圧対電流密度特性であり、２０Ｖ程度印加することによって数ｍＡの電流が流れることが分かる。素子の発光面積は０．０４ｃｍ^２であるので、電流密度は１００ｍＡ／ｃｍ^２程度となる。図４（Ｂ）は電圧対発光強度特性である。なお、発光強度は、発光取り出し面（ＩＴＯ表面）から観測している。６Ｖ付近から発光が始まり、２４Ｖ印加することによって数万カンデラ（Ｃｄ）の発光が得られている。
【００４３】
図５（Ａ）、（Ｂ）に発光スペクトルを示す。両スペクトルに於いて、強度は規格化している。図５（Ａ）は、ＩＴＯ表面から観測した面発光である。一方、図５（Ｂ）は素子の横方向から観測した発光のスペクトルである。図５（Ａ）では、４７５〜６５０ｎｍの波長帯域に強い発光が観測される（広域スペクトル）。この発光はＩｒ錯体からの発光に基づくものである。
【００４４】
この面発光では、発光強度は電流密度の変化に比例して変化する。したがって、いずれの電流密度においても、スペクトルは全く同一の形状となり、強度だけが電流密度の増大に比例して直線的に増大する。
【００４５】
図５（Ａ）のスペクトルに対し、素子の側面から得られる発光スペクトルは二つの特徴を有する。まず一つは、４７５〜６５０ｎｍの波長帯域における発光スペクトルの波形が異なる点である。もう一点は４６０ｎｍ付近に鋭い発光スペクトルが観測されることである。前者の原因は必ずしも明らかでないが、後者の発光スペクトルは素子の有機化合物層で定常波が形成され、この波長の光のみが増幅されているためと考えられる。また、最も特徴的なことは、４７５〜６５０ｎｍの波長帯域における発光は、電流密度の増大に比例して強度が変化するのに対し、４６０ｎｍ付近にピークのある別の発光スペクトルは電流密度の増大よりもさらに大きく発光強度が増大する事である。したがって、規格化された図５（Ｂ）では、４６０ｎｍの発光のみが相対的に増大することになる。
【００４６】
以上のことから、この素子内で４６０ｎｍの波長を持つ光は定常波を形成しているものと考えられる。
【００４７】
図６は、４６０ｎｍの発光強度を電流密度に対してプロットした図であり、図６（Ａ）は素子の面側から、図６（Ｂ）は素子の側面側から放射される光を測定したものである。いずれの特性においても、電流密度の増大に伴って発光強度は直線的に増大する。しかしながら、それは単調な増加ではなく、いずれの発光に於いても、電流密度が５〜１０ｍＡ／ｃｍ^２付近でその傾きが変化する閾値があることが示されている。このとき、電流密度が閾値よりも低い場合には自然放出による発光であり、高い場合には誘導放出により発光しているということができる。
【００４８】
図６（Ｂ）では、４６０ｎｍの発光スペクトルの半値幅を電流密度に対してプロットした図も示している。閾値に達するまでの間、半値幅は急激に減少し、閾値以上の電流密度では徐々に半値幅が減少する。なお、素子の断面からの発光を、角度を変えて測定したが、発光波長には変化がなかった。このことは、半値幅の減少は、屈折率が波長に依存するためではないと考察することができる。
【００４９】
一方、面側からの発光（面発光）および側面側からの発光のいずれの場合においても、４７５〜６５０ｎｍの発光には閾値を見出すことはできなかった。この波長帯域の発光は、電流密度の増大に伴って直線的に強度が増大し、高電流領域に至ると発光の増大率が低下する現象を示していた。これは通常の有機ＥＬ素子の典型的な挙動と同じである。なお、素子のＩＴＯ正面側から観測される４６０ｎｍの発光はいずれの電流密度でもブロードなスペクトルを与えるため、半値幅を求めることができなかった。
【００５０】
表１は上記発光素子のレーザ発振特性を示している。これは、３個の試料について測定した結果を示しているが、ピーク波長は４６２〜４６４ｎｍ、半値幅は１０ｎｍ以下であり、閾値は１０〜１２．５ｍＡ／ｃｍ^２となっている。なお、この特性は室温において測定された値である。
【００５１】
【表１】

【００５２】
【発明の効果】
本発明により、被写体との距離を測定する測距手段を備え、当該測距手段によって得た情報を元に、被写体への照明光量を制御し、良好な画像を表示できる撮像装置が得られる。また、本発明の撮像装置では、測距用のレーザ光発振源と照明手段とが一体化した撮像手段を有するため、装置の小型・軽量化ができる。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置に設けられている撮像手段の一態様について説明する図。
【図２】本発明の撮像装置の一態様について説明する図。
【図３】本発明の撮像装置に用いる発光素子の一態様について説明する図。
【図４】発光素子の（Ａ）電圧対電流特性と、（Ｂ）電圧対発光輝度特性を示すグラフ。
【図５】発光素子の発光スペクトルの電流密度依存性を示し、発光強度の最大値で規格化したグラフ。
【図６】発光素子の発光スペクトルであり、４６０ｎｍの発光スペクトルの半値幅を電流密度に対してプロットしたグラフ。

Claims

測距用のレーザ光発振源と、照明手段とが一体化した撮像手段を有することを特徴とする撮像装置。
インコヒーレントな光とコヒーレントな光とを発光する発光素子を備えた撮像手段を有し、前記インコヒーレントな光によって被写体を照明し、前記コヒーレントな光によって前記被写体と前記撮像手段との距離を測距することを特徴とする撮像装置。
一対の電極間に有機化合物層を有する発光素子を備えた撮像手段を有し、前記発光素子の面発光によって被写体を照明し、前記発光素子の側面発光に含まれるレーザ光によって前記被写体と前記撮像手段との距離を測距することを特徴とする撮像装置。
請求項３に記載の撮像装置において、前記側面発光からレーザ光のみを取り出すためのフィルタが設けられていることを特徴とする撮像装置。
電子注入により発光層で発光する光の波長帯域に広域スペクトルを有する第１の光と、電子注入により発光層で発光する光の波長帯域よりも短波長側にあって、中心波長の半値幅が１０ｎｍ以下の発光ピークを有する第２の光とを発光する発光素子を有することを特徴とする撮像装置。
電子注入により発光層で発光する光の波長帯域に広域スペクトルを有する第１の光によって被写体を照明し、電子注入により発光層で発光する光の波長帯域よりも短波長側にあって、中心波長の半値幅が１０ｎｍ以下の発光ピークを有する第２の光によって前記被写体と前記撮像手段との距離を測距することを特徴とする撮像装置。
電子注入により発光層で発光する光の波長帯域に広域スペクトルを有する第１の光と、電子注入により発光層で発光する光の波長帯域よりも短波長側にあって、中心波長の半値幅が１０ｎｍ以下の発光ピークを有する第２の光とを発光する発光素子を有し、前記第１の光によって被写体を照明し、前記第２の光によって前記被写体と前記撮像手段との距離を測距することを特徴とする撮像装置。