JP2006311321A - 撮像装置及びそれを用いた携帯端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置１は、ゴーストの発生を抑制する撮像装置及びこれを用いた携帯端末装置を提供する。
【解決手段】撮像装置１は、被写体からの光を受光して撮像する撮像素子３と、撮像素子３へ光を導く結像光学系２と、結像光学系２に設けられ、赤外領域を遮断するための赤外線カットフィルタ６ａと、赤外線カットフィルタ６ａに設けられ、可視光領域の光に対する反射率が実質的に１％以下である反射防止コート６ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラモジュールなどの撮像装置に用いられる光学フィルタに関し、この光学フィルタを用いた撮像装置及び撮像装置を用いた携帯端末装置に関する。

特許文献１には、撮像装置に用いられる光学フィルタが開示されている。この光学フィルタは、赤外線カットフィルタと光学的なローパスフィルタを樹脂の基材に備える。特許文献１によれば、赤外線カットフィルタと光学的なローパスフィルタの２種類の機能が１つの部材により実現できるので、安価で且つ装置の小型化が可能である旨が開示されている。

また、特許文献２には、赤外光を吸収する赤外線カットフィルタをレンズの表面に直接設けることによって、装置の小型化を図ることができる旨が開示されている。
特開平８-２０１７２９ 号公報 （第２-３頁、第２図 ） 特開平５-２０７３５０ 号公報 （第２-３頁、第１図 ）

しかし、上記した撮像装置では、光学フィルタの基材内の界面などで発生する反射が、再度撮像素子に入射し、ゴーストを生じさせる原因となる。このゴーストにより、撮像された画像の画質劣化を引き起こしていた。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、ゴーストの発生を抑制する撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、被写体からの光を受光して撮像する撮像素子と、前記撮像素子へ光を導く結像光学系と、前記結像光学系に設けられ、赤外領域の光を遮断するための赤外線カットフィルタと、前記赤外線カットフィルタに設けられ、可視光領域の光に対する反射率が実質的に１％以下である反射防止コートとを備えた構成を有している。この構成によれば、光学フィルタにおける反射光が低減され、ゴーストの発生が抑制される。特に、反射防止コートの反射率を１％以下にすることによりゴーストの発生を低減できることを、本発明者らは実験により見出した。

また、本発明の撮像装置では、前記反射防止コートの反射率は、前記赤外線カットフィルタにより透過率が実質的に５０％に減衰される波長領域の光に対して、実質的に１％以下である。この構成によれば、カットオフ波長の反射光が低減され、カットオフ波長の光によるゴーストの発生が抑制される。

また、本発明の撮像装置では、前記反射防止コートの反射率は、実質的に６３５ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長を有する赤色光波長領域の光に対して、実質的に１％以下である。この構成によれば、光学フィルタにおける赤色光の反射光が低減され、赤色光によるゴーストの発生が抑制される。

また、本発明の撮像装置では、前記反射防止コートは、屈折率が異なる２種類以上の材料からなる多層膜により構成されている。この構成によれば、光学フィルタにおける膜界面の反射光が十分に低減され、ゴーストの発生が抑制される。

また、本発明の携帯端末装置は、上記の撮像装置を備えた構成を有している。この構成によれば、ゴーストの発生を抑制した画質の良い撮影画像を得られるとともに、携帯端末装置により認証などを行うような場合にも、良好な画質の画像を用いることができ、認証率が向上する。

本発明によれば、ゴーストの原因となる可視光領域の光に対して、反射防止コートにおける反射率を十分低くすることにより、光学フィルタの膜界面での反射が低減され、ゴーストの発生を抑制することができ、画質の劣化を防止できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる撮像装置の要部を模式的に示す断面図である。図１に示すように、撮像装置１は、結像光学系２及び撮像素子３を備える。光軸７に沿って、結像光学系２の後段に撮像素子３が配置されている。撮像素子３の感度領域は、波長が４００ｎｍ付近から近赤外領域（１１００ｎｍ）までの広範に亘る。結像光学系２は、光学絞り４、レンズ５、及び光学フィルタ６を備える。光軸７に沿って、光学絞り４の後段にレンズ５が設けられ、レンズ５の後段に光学フィルタ６が設けられる。光学フィルタ６は、赤外線カットフィルタ６ａ、及び反射防止コート６ｂを備える。反射防止コート６ｂは、赤外線カットフィルタ６ａの後面に形成されている。

撮像装置１は、例えばプログレッシブスキャン方式を用いた約１３０万画素の撮像装置である。光学絞り４は、結像性能を向上させるために、被写体から結像光学系２へ入射する光の光量を調整する遮蔽板である。光学絞り４は、黒色の艶消し塗装を両面に施した０．１ｍｍ厚の板状の樹脂（ＰＥＴなど）により構成される。この板状の樹脂の可視光の透過率は０．１％程度以下である。光学絞り４は、結像光学系２への入射角が大きい光を遮断するので、結像光学系２において、入射角に対する光透過率の特性変化を低減することができる。これにより、画質の高い画像が得られる。

赤外線カットフィルタ６ａは、波長約４００ｎｍ乃至約７００ｎｍに透過域を持つ光学フィルタである。人間の視感度領域は波長４００ｎｍ乃至７００ｎｍであるため、撮像素子３の感度領域を人間の視感度領域に合わせる必要がある。そこで、波長７００ｎｍ以上の光を除去するために、赤外線カットフィルタ６ａが結像光学系２に挿入される。

赤外線カットフィルタ６ａは、２価のＣｕイオンが基材にドープされた吸収型の赤外線カットフィルタである。なお、Ｃｕイオンをドープする代わりに、反射型の赤外線カットフィルタを赤外線カットフィルタ６ａの基材にコーティングしても良い。

反射防止コート６ｂは、赤外線カットフィルタ６ａの後面に形成される。反射防止コート６ｂは、屈折率の異なる光学的に透明な２種類以上の材料を、赤外線カットフィルタ６ａの表面に薄膜コーティングすることにより形成される。反射防止コート６ｂは、蒸着やスパッタなどにより成膜される。反射防止コート６ｂの形成手法は、基材の耐熱温度や膜の強度などを考慮して選択される。反射防止コート６ｂは、例えば、低屈折率（屈折率ｎ＝１．４）のＳｉＯ₂と、高屈折率（ｎ＝２．２）のＴｉＯ₂または高屈折率（ｎ＝２．０）のＴａ₂Ｏ₅を交互に数層ほど積層した多層膜により構成されている。

以上のように構成された撮像装置の効果について説明する。

まず、ゴーストの発生の仕組みについて図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して説明する。赤外線カットフィルタ６ａにおける反射光量が大きい場合は、撮像素子３へ入射する反射光がゴーストとなり、画質の劣化を引き起こす。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、ゴーストが生じることを模式的に示した図である。図２（ａ）は、反射光防止フィルタが形成されていない赤外線カットフィルタ６ａと撮像素子３の断面図である。図２（ｂ）は、撮影画像とゴースト画像を撮像した撮像素子３の正面図である。

図２（ａ）に示すように、被写体からの入射光８ａが赤外線カットフィルタ６ａへ入射する。入射光８ａは、赤外線カットフィルタ６ａを透過して撮像素子３へと達し、撮像素子３により電気信号に変換される。そして、図２（ｂ）に示すように、入射光８ａの撮影画像８ｂが撮像される。また、図２（ａ）に示すように、赤外線カットフィルタ６ａに入射した入射光８ａの一部は、反射光９ａとして赤外線カットフィルタ６ａの後面で反射する。反射光９ａが赤外線カットフィルタ６ａの前面で反射して撮像素子３へと達し、撮像素子３により電気信号に変換される。そして、図２（ｂ）に示すように、入射光８ａのゴースト画像９ｂが撮像される。

図３は、本発明の第１の実施の形態にかかる光学フィルタを模式的に示した図である。図３に示すように、光学フィルタ６は、赤外線カットフィルタ６ａの後面に形成された反射防止コート６ｂを備える。

赤外線カットフィルタ６ａの後面に反射防止コート６ｂが形成されているため、赤外線カットフィルタ６ａの後面で反射する反射光９ａが低減される。この結果、赤外線カットフィルタ６ａの前面で反射して撮像素子３へと達する反射光９ａの光量が低減され、ゴーストの発生が抑制される。特に、反射防止コート６ｂの反射率を１％以下にすることによりゴーストの発生を低減できる。

更に、第１の実施の形態では、反射防止コート６ｂの反射率を、カットオフ波長領域の光または赤色光領域の光に対して、実質的に１％以下とすることにより、赤色光に対する反射率を低減できる。ここで、カットオフ波長とは、光の透過率が５０％に減衰される光の波長をいう。これにより、赤外線カットフィルタ６ａの分光特性の入射角依存特性が原因で発生するゴーストを抑制することができる。

まず、赤外線カットフィルタ６ａの分光特性の入射角依存特性に起因してゴーストが発生することについて説明する。図４は、赤外線カットフィルタ６ａの分光特性の入射角依存特性の一例を示した図である。図４において、横軸は、光学フィルタ６へ入射する入射光８ａの波長であり、縦軸は、赤外線カットフィルタ６ａの透過率である。実線は、入射光８ａの入射角が０度であった場合における入射光８ａの波長に対する透過率を示している。破線は、入射角が１０度であった場合における入射光８ａの波長に対する透過率を示している。二点鎖線は、入射角が２０度であった場合における入射光８ａの波長に対する透過率を示している。一点鎖線は、入射角が３０度であった場合における入射光８ａの波長に対する透過率を示している。

入射角が０度の場合、赤外線カットフィルタ６ａは、波長が約６５０ｎｍの光を約５０％透過するという分光特性を有する。つまり、赤外線カットフィルタ６ａのカットオフ波長は、入射角が０度の場合は約６５０ｎｍである。入射角が２０度の場合、カットオフ波長は約６３５ｎｍとなる。そして、入射角が３０度の場合、カットオフ波長は約６２５ｎｍとなる。このように、赤外線カットフィルタ６ａの分光特性は、入射光８ａの入射角が大きくなるほど短波長側にシフトする。言い換えれば、入射光８ａの入射角が大きくなるほど、赤外線カットフィルタ６ａにおいて、波長約６３５ｎｍ乃至約６５０ｎｍの赤色光の透過率が低下する。この赤色光の透過率の低下は、結果的に、赤外線カットフィルタ６ａにおける赤色光の反射率が高くなることを意味する。したがって、光学フィルタ６への入射角が大きくなるほど、カットオフ波長または赤色領域の波長を有する光の反射率が高くなり、赤外線カットフィルタ６ａで反射した赤色光によりゴーストが撮影映像に顕著に現れる。

特に、撮像素子３の撮像領域の周辺付近に入射する光は、撮像領域の中心に入射する光との入射角差が最大３０度程度になる。この結果、カットオフ波長領域または赤色光領域の光の反射率が高くなり、赤色光によるゴーストの発生は撮像領域の周辺になるほど顕著であった。また、撮像装置を小型化・薄型化すると、光学フィルタへの入射角は更に大きくなるため、同様の理由から、撮像装置を小型化・薄型化するほど赤色光によるゴーストの発生は顕著であった。

以上のような赤色光によるゴーストの発生を低減するために、カットオフ波長領域または赤色光領域の光について、特に反射率を低減する必要がある。ところが、従来、大きな入射角で入射する赤色光がゴースト発生の原因となっていることは認識されていなかった。

次に、第１の実施の形態にかかる反射防止コート６ｂの分光特性について説明する。図５は、図３に示す反射防止コート６ｂの分光特性と従来技術の分光特性の一例を示した図である。図５において、横軸は、光学フィルタへ入射する入射光の波長であり、縦軸は、反射防止コートの反射率である。実線１０ａは、反射防止コート６ｂを備えた光学フィルタ６の入射光波長に対する反射率を示している。破線１０ｂは、従来技術の光学フィルタの入射光波長に対する反射率を示している。なお、光学フィルタへの入射角は３０度以内である。

実線１０ａに示すように、本発明の第１の実施の形態にかかる反射防止コート６ｂの分光特性によれば、可視光領域である波長約３８０ｎｍ乃至約６５０ｎｍの光については、反射率が約０．８％以下である。特に、赤外線カットフィルタのカットオフ波長領域または赤色光領域である約６３５ｎｍ乃至約６５０ｎｍの波長の光については、反射率が約０．５％以下である。

一方、破線１０ｂに示すように、従来技術では、約６３５ｎｍ乃至約６５０ｎｍの波長の光については、反射率が１％乃至１．５％である。このように、従来技術では赤色光に対する反射率は低く、赤色光によるゴーストが発生していた。

更に、蛍光灯の下で撮像した場合は、赤色光によるゴーストの発生が顕著である。図６は、蛍光灯の分光特性の一例を示す図である。図６に示すように、自然光に近い３波長域発光型の蛍光灯においては、６００〜６５０ｎｍ付近の赤色域に高い発光スペクトルを有するため、従来の撮像装置により蛍光灯の下で撮像する場合、赤色光によるゴーストの発生は顕著であった。

本発明の第１の実施の形態の撮像装置によれば、赤外線カットフィルタ６ａに反射防止コート６ｂを形成することで、可視光領域の全域において反射率を１％以下に抑制することができる。特に、赤外線カットフィルタ６ａのカットオフ領域または赤色光領域において反射率を１％以下に低減することができる。この結果、光学フィルタの膜界面での反射が低減され、ゴーストの発生を抑制することができる。特に、赤色光によるゴーストの発生を抑制することができる。

また、本発明の第１の実施の形態の撮像装置によれば、撮像領域の周辺付近に発生するゴーストを抑制できる。また、撮像装置が小型化・薄型化しても、ゴーストの発生を抑制できる。更には、蛍光灯の下で撮像する場合にも、赤色光によるゴーストの発生を抑制できる。

図７は、本発明の第１の実施の形態にかかる反射防止コートの反射率とゴースト発生の認識率の関係の一例を示した図である。図７において、横軸は、可視光領域における反射防止コート６ｂの反射率であり、縦軸は、ゴーストが発生したと認識された割合（ゴースト認識率）である。このゴースト認識率は、反射率の異なる光学フィルタを用いて撮影した画像をランダムに抽出した５０人に見せ、ゴースト発生を確認した人数の比率を算出したものである。図７に示すように、反射率が１．５％ではゴースト認識率は約１９％である。一方、反射率１％ではゴースト認識率は約２％である。また、反射率０．８％ではゴースト認識率は約０％である。このように、可視光領域の光に対する反射率が実質的に１％以下である反射防止コート６ｂを備えることによりゴーストの発生をほぼ抑制できることが実証された。また、反射率が０．８％以下である反射防止コート６ｂを備えることによりゴーストの発生を完全に抑制できることが実証された。

本発明の第１の実施の形態にかかる撮像装置によれば、反射防止コートの反射率を実質的に１％以下とすることにより、光学フィルタにおける入射光の反射によるゴーストを抑制することができ、画質の良い撮影画像を得られる。

以上、本発明の撮像装置について実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が想定され得る。例えば、図８（ａ）は、赤外線カットフィルタ６ａの前面に反射防止コート６ｃを形成した光学フィルタ６を示した図である。赤外線カットフィルタ６ａの前面に形成される反射防止コート６ｃは、反射防止コート６ｂと同様に多層膜により構成される。図８（ａ）に示すように、赤外線カットフィルタ６ａの前面に反射防止コート６ｃを形成すれば、赤外線カットフィルタ６ａの後面で反射した反射光９ａが、赤外線カットフィルタ６ａの前面で反射することを防止できる。この結果、撮像素子３へと達する反射光９ａの光量が低減され、ゴーストの発生が抑制される。また、図８（ｂ）は、赤外線カットフィルタ６ａの両面に反射防止コート６ｂ、６ｃを形成した光学フィルタ６を示した図である。図８（ｂ）に示すように、赤外線カットフィルタ６ａの両面に反射防止コート６ｂ、６ｃを形成すれば、赤外線カットフィルタ６ａの後面で反射する反射光９ａ、赤外線カットフィルタ６ａの前面で反射する反射光９ａの両方を低減することができる。この結果、撮像素子３へと達する反射光９ａの光量が一層低減され、ゴーストの発生がより抑制される。

（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態にかかる携帯端末装置の外観を模式的に示す図である。第２の実施の形態においては、第１の実施の形態に示した撮像装置１が携帯端末装置１０に搭載されている。 携帯端末装置１０は、本発明の第１の実施の形態にかかる撮像装置１、ユーザが各種の入力を行うキー部１２、音声通話の際に用いるマイク部１３、スピーカ部１４、電波の送受信を行うアンテナ部１５、ユーザへのメッセージや撮像装置１で撮像された画像を表示する表示部１６、上側筐体１７、下側筐体１９、及び蝶番部２０を備える。上側筐体１７と下側筐体１９は、蝶番部２０により折りたたみ可能な構成である。第２の実施の形態においては、撮像装置１は、上側筐体１７に搭載され、マイク部１６と同じ面に配置されている。携帯端末装置１０は、使用に際し、予め登録されたユーザであることを認証することにより、高いセキュリティー性を保つ。ユーザ認証に用いる画像は、第１の実施の形態にかかる撮像装置１により撮像される。第２の実施の形態にかかる携帯端末装置によれば、撮像装置１が良質な画像を撮像できるため、携帯端末装置の認識性能が向上し、複雑なセキュリティーを用いてもユーザ認証を行うことができる。

以上、本発明の携帯端末装置について実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、携帯電話装置１０は、上側筐体１７と下側筐体１９とが蝶番部２０を介して折りたたみ可能な構成であり、撮像装置１が上側筐体１７に搭載されている例を示したが、本発明の携帯端末装置はこの構成に限定されない。また、本発明は、携帯端末装置の他、様々な携帯情報装置にも適用可能である。例えば、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタント）や、パーソナルコンピュータ、パーソナルコンピュータの外付け機器等の携帯情報装置などにも本発明を適用できることは明らかである。

なお、近年車載用途などにもカメラが多用されるようになり、これの車載カメラに対しても本発明を適用できることは明らかである。その他、ＤＳＣ、カムコーダなど色再現性に重点がおかれる機器、監視カメラなど視認性の向上に重点が置かれる機器などにも本発明を適用できる。

本発明にかかる撮像装置及びそれを用いた携帯端末装置は、ゴーストの発生を抑制することができ、画質の劣化を防止できるため、光学フィルタ、この光学フィルタを用いた撮像装置及びこの撮像装置によりユーザ認証などを行う携帯端末などとして有用である。

本発明の第１の実施の形態にかかる撮像装置の要部を模式的に示す断面図 （ａ）反射光防止フィルタが形成されていない赤外線カットフィルタと撮像素子の断面図 （ｂ）撮影画像とゴースト画像を撮像した撮像素子の正面図 本発明の第１の実施の形態にかかる光学フィルタを模式的に示した図 赤外線カットフィルタの分光特性の入射角依存特性の一例を示した図 反射防止コートの分光特性の一例を示した図 蛍光灯の分光特性の一例を示す図 本発明の第１の実施の形態にかかる反射防止コートの反射率とゴースト発生の認識率の関係の一例を示した図 （ａ）赤外線カットフィルタの前面に反射防止コートを形成した光学フィルタを示した図 （ｂ）赤外線カットフィルタの両面に反射防止コートを形成した光学フィルタを示した図 本発明の第２の実施の形態にかかる携帯端末装置の外観を模式的に示す図

符号の説明

１ 撮像装置
２ 撮像光学系
３ 撮像素子
４ 光学絞り
５ レンズ
６ 光学フィルタ
６ａ 赤外線カットフィルタ
６ｂ、６ｃ 反射防止コート
１０ 携帯電話装置
１２ キー部
１３ マイク部
１４ スピーカ部
１５ アンテナ部
１６ 表示部
１７ 上側筐体
１９ 下側筐体
２０ 蝶番部

Claims (5)

1. 被写体からの光を受光して撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子へ光を導く結像光学系と、
   前記結像光学系に設けられ、赤外領域の光を遮断するための赤外線カットフィルタと、
   前記赤外線カットフィルタに設けられ、可視光領域の光に対する反射率が実質的に１％以下である反射防止コートと、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記反射防止コートの反射率は、前記赤外線カットフィルタにより透過率が実質的に５０％に減衰される波長領域の光に対して、実質的に１％以下であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記反射防止コートの反射率は、実質的に６３５ｎｍ乃至６５０ｎｍの波長を有する赤色光波長領域の光に対して、実質的に１％以下であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記反射防止コートは、屈折率が異なる２種類以上の材料からなる多層膜により構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 請求項１乃至４に記載の撮像装置を備えたことを特徴とする携帯端末装置。

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