JP2009077339A

JP2009077339A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2009077339A
Application number: JP2007246642A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Setoguchi; 勝秀瀬戸口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】ノイズおよび白傷の発生を少なくした良好な画像が得られる撮像装置を提供する。
【解決手段】レンズ２と、レンズ２を通過した光のうち特定の光をカットするフィルタ４と、複数の光電変換素子が縦横の並びに配設されてなる、フィルタ４を通過した光を電気信号に変換する撮像素子３とを具備し、フィルタ４は、偏光性を有する透光樹脂板４ａと透光樹脂板４ａを挟んで配置された２枚のガラス板４ｂ，４ｃとからなり、２枚のガラス板４ｂ，４ｃのうちレンズ２側に位置する一方のガラス板４ｂが紫外線カット機能を有している撮像装置10である。偏光した光の撮像素子３への入射を低減して画像のノイズを少なくし、撮像素子３および透光樹脂板４ａの紫外線の入射による劣化を防いで画像における白傷の発生を少なくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は車内に設置するドライブレコーダ用前方カメラ等の撮像装置に関するものである。

近年、ドライブレコーダ用前方カメラ等の撮像装置が車内に設置された車両が増えてきている。例えば、ドライブレコーダ用前方カメラは、車両のフロントガラスの上部付近に設置して自車の前方周囲の状況を画像として記録するものであり、自動車交通事故の原因究明に役立てられている。

このような撮像装置は、レンズ、および複数の光電変換素子が形成された撮像素子をパッケージに収めたものであり、被写体側からの光をレンズにより集光し、レンズを通過して撮像素子に入射した光を複数の光電変換素子で電気信号に変換するものである。なお、得られた電気信号は別途設置される信号処理手段によって画像信号へと変換され、さらに別途設置される記憶手段に記憶される（例えば特許文献１を参照。）。
特開2007−028430号公報

しかしながら、ドライブレコーダ用前方カメラ等のように車内に設置されて車外を撮像するものであれば、下側からフロントガラスに当たり反射した光もレンズにより集光されてしまうので、得られた画像は、本来の撮像の対象である車外の像に車内の像がノイズとして入りやすく、不鮮明になりやすいという問題点があった。

また、上述したドライブレコーダ用前方カメラは、車を運転している時間において連続して撮像し続けるものであるため、通常の撮像装置よりも撮像素子に入射する光の量が多く、さらに、逆光であっても撮像し続けるものであるため、太陽光が撮像素子に入射する量が多いという特徴も有している。このため、ドライブレコーダ用前方カメラは、一般的な撮像装置に比べると入射する紫外線の量が格段に多いものである。

一方、ＣＭＯＳセンサ素子やＣＣＤセンサ素子等の半導体イメージセンサ素子にはＳｉＯ₂やＳｉＮ_X等の絶縁層が用いられているが、この絶縁層は紫外線の入射が多くなると欠陥が増大しやすいものであり、絶縁層に欠陥が増大すると、電荷の漏れが多くなって暗電流が増大し、画像に白傷と呼ばれる不具合が発生してしまう。

以上のことから、ドライブレコーダ用前方カメラは、通常のカメラよりも紫外線の入射が多いので、絶縁層に欠陥が増大しやすく、白傷を発生させやすいという問題点があった。

本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、ノイズおよび白傷の発生を少なくした良好な画像が得られる撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像装置は、レンズと、該レンズを通過した光のうち特定の光をカットするフィルタと、複数の光電変換素子が縦横の並びに配設されてなる、前記フィルタを通過した光を電気信号に変換する撮像素子とを具備する撮像装置において、前記フィルタは、偏光性を有する透光樹脂板と該透光樹脂板を挟んで配置された２枚のガラス板とからなり、該２枚のガラス板のうち前記レンズ側に位置する一方のガラス板が紫外線カット機能を有していることを特徴とするものである。

また、本発明の撮像装置は、上記構成において、前記一方のガラス板は、透光性ガラス板の前記レンズ側の主面に紫外線カット膜が形成されたものであることを特徴とするものである。

また、本発明の撮像装置は、上記構成において、前記２枚のガラス板のいずれかは、赤外線カット機能を有していることを特徴とするものである。

また、本発明の撮像装置は、上記構成において、前記透光樹脂板は、偏光軸が前記光電変換素子の垂直走査方向と平行であることを特徴とするものである。

本発明の撮像装置によれば、レンズと撮像素子との間に、偏光性を有する透光樹脂板とこの透光樹脂板を挟んで配置された２枚のガラス板とからなるフィルタが配置されていることから、レンズの前にあるフロントガラス等で反射した光がレンズを通過したとしても、反射することによって偏光した光を低減することができるので、本来の撮像の対象である車外の像をノイズが少なく鮮明な画像として得ることができる。さらに、この偏光性を有する透光樹脂板を２枚のガラス板で挟んでいるので、薄くした場合等のように可撓性が低いものとなっても偏光性を有する透光樹脂板を安定して固定することができる。加えて、偏光性を有する透光樹脂板は、２枚のガラス板によって両主面からの水分の浸入が防がれるので、耐水性が向上して信頼性が向上する。そして、この２枚のガラス板のうちレンズ側に位置する一方のガラス板が紫外線カット機能を有していることから、透光樹脂板への紫外線の入射をカットすることができるので、透光樹脂板の劣化を防ぐこともできる。このように、本発明の撮像装置によれば、車内に設置されてガラスの外を長時間にわたって撮像し続けるドライブレコーダ用前方カメラ等のような、入射する紫外線の量が格段に多い用途においても、前方に配置されたガラス等で反射した光を低減して画像のノイズを少なくするとともに、画像における白傷の発生を少なくした鮮明で良好な画像を持続的に得ることができる。

また、本発明の撮像装置によれば、紫外線カット機能を有する一方のガラス板が、透光性ガラス板のレンズ側の主面に紫外線カット膜が形成されたものであるときには、偏光性を有する透光樹脂板に入射する紫外線が効率よく低減されるので、信頼性をさらに高めることができる。

また、本発明の撮像装置によれば、２枚のガラス板のいずれかが赤外線カット機能を有しているときには、屋外での被写体の撮像に当たってよく併用される赤外線カットフィルタを別途準備しなくてもよいので、撮像装置の構成部品を少なくすることができ、撮像装置の小型化等を図ることが可能になる。

また、本発明の撮像装置によれば、透光樹脂板の偏光軸が光電変換素子の垂直走査方向と平行であるときには、光電変換素子の水平走査方向に偏光された光をカットすることができるので、撮像の際に前方に配置されたガラスで反射される光の偏光方向がほとんど水平走査方向となる、車のフロントガラス越しに前方を撮像するドライブレコーダ用前方カメラ等のような場合に特に好適に用いることができる。

以下に、本発明の撮像装置について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の撮像装置の実施の形態の一例を示す、撮像装置の内部および入射する光の経路を説明する断面図である。これらの図に示す撮像装置10は、基本的な構成として、ケース１の内部にレンズ２、撮像素子３、およびフィルタ４が収納されたものとなっている。なお、図１において先端が矢印の直線Ｘ，Ｙは光の経路を示している。

本例においては、撮像装置10としてドライブレコーダ用前方カメラの例で説明する。

ケース１は、本実施例では、被写体側に配置されレンズ２を保持する鏡筒部１ａと、この鏡筒部１ａを保持するとともに撮像素子３およびフィルタ４を保持する本体部１ｂと、撮像素子３等の部品を保護するように本体部１ｂに取り付けられる背面部１ｃとから成る。

ケース１の鏡筒部１ａおよび本体部１ｂは、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）やポリフタルアミド（ＰＰＡ）等の非導電性の樹脂により構成されており、材料として樹脂を用いることにより軽量化を図ったものとなっている。なお通常は、両ケースの熱収縮を合わせる必要があるため、ケース１の鏡筒部１ａおよび本体部１ｂには同一の材料を用いることが好ましい。また、ケース１の鏡筒部１ａを雄ねじ、ケース１の本体部１ｂを雌ねじとし、ケース１の鏡筒部１ａがケース１の本体部１ｂに対して画像のピントが良好な位置でネジ止め固定されたものとなっている。

ケース１の鏡筒部１ａおよび本体部１ｂは、例えば射出成形法を用いることにより製作される。また、この方法であればケースの本体部１ｂの外周に電磁輻射ノイズを遮断する金属部材が埋設された構成とすることも可能である。

ケース１の背面部１ｃは、銅・アルミニウム等の金属性導電材料により形成され、撮像素子３付近に異物が入り込むのを防ぐとともに、背面からの電磁輻射ノイズを良好に遮断する役目を有するものである。

レンズ２は、１つのレンズ部材または複数のレンズ部材の群からなり、被写体側からの光を集光する機能を有するものである。ドライブレコーダ用前方カメラとして用いられる場合には、レンズ２は、光を広角度で集光するために被写体側を凸形状としたレンズが用いられ、さらに、レンズ２を通過した光を光線として平行に近づけるために複数のレンズ部材を組み合わせた構成としている。また、レンズ２は、複数のレンズ部材の群からなる場合は、例えば露出する被写体側に配置されるレンズ部材にはガラスレンズを用いて傷が付きにくいものとし、露出しないその他のレンズ部材には樹脂レンズが用いられる。また、ケース１の鏡筒部１ａに段差１ｅ，１ｆが設けられており、レンズ２は、その外周部が被写体側の段差１ｅと撮像素子３側の段差１ｆとで挟まれることにより固定されている。

撮像素子３は、表面に複数の光電変換素子が縦横の並びに配設されてなる、ＣＣＤセンサ素子やＣＭＯＳセンサ素子等の半導体イメージセンサ素子が気密封止可能なパッケージに収納されたものであり、レンズ２を通過した光を電気信号に変換する機能を有するものである。気密封止可能なパッケージは、例えば、被写体側に半導体イメージセンサ素子を収納するキャビティが形成されたアルミナを主成分とするセラミック配線基板と、このキャビティを塞ぐようにキャビティの周囲で接着されたガラス等の透光性のリッドとから構成されるものである。また、撮像素子３は、半導体イメージセンサ素子を気密封止しているセラミック配線基板の実装面側に設けられた複数の端子が、半田等の接合材を用いて回路基板６の主面に設けられた電極パッドと接続されることにより、ケース１の本体部１ｂ内に固定されている。

また、本発明の撮像装置10では、ケース１の本体部１ｂの内側で内側に張り出した支持部１ｄの背面側に埋め込まれるように複数の支持ピン７が固定されており、この複数の支持ピン７に回路基板６が取り付けられている。なお、回路基板６には、撮像素子３以外にも撮像素子３の動作を制御する制御回路素子５等の電子部品が搭載されており、このような電子部品が搭載されることにより、被写体側の光を電気信号に変換して外部へ出力するという機能が撮像装置10に備えられることになる。

ところで、本実施例のようなドライブレコーダ用前方カメラの場合は、撮像装置10は車内に設置されて車外の被写体を撮像するものであるため、図１に示す光の経路Ｘのように、被写体側の光はフロントガラス11越しにレンズ２へと入射することになるが、この際に車内にも光が散乱しており、図１に示す光の経路Ｙのように、撮像装置10の下側からフロントガラス11に当たって反射してレンズ２へと入射する光も存在している。このため、得られた画像は、本来の撮像の対象である車外の像に車内の散乱光による像がノイズとして入りやすく、不鮮明なものになりやすいという問題点を抱えている。

また、ドライブレコーダ用前方カメラの場合は、車を運転している時間において連続して撮像し続けるものであるため、通常の撮像装置よりも撮像素子３に入射する光の量が多く、さらに、逆光であっても撮像し続けるものであるため、撮像素子３に入射する光のうち太陽光の割合が多いという特徴を有している。

一方、ＣＭＯＳセンサ素子やＣＣＤセンサ素子等の半導体イメージセンサ素子は、ＳｉＯ₂やＳｉＮ_X等の絶縁層が用いられており、この絶縁層は紫外線の入射が多くなると欠陥が増大しやすいという問題を抱えている。絶縁層に欠陥が増大すると、電荷の漏れが多くなって暗電流が増大し、画像に白傷と呼ばれる不具合が発生してしまう。

以上のことから、ドライブレコーダ用前方カメラは、通常のカメラよりも紫外線の入射が多いので、絶縁層に欠陥が増大しやすく、白傷を発生させやすいという問題点を抱えている。

このために、本発明の撮像装置10では、ケース１の本体部１ｂの内側に設けられた支持部１ｄの被写体側に、レンズ２を通過した光のうち特定の光をカットするフィルタ４が取り付けられたものとした。

図２にフィルタ４の詳細な断面図を示す。フィルタ４は、偏光性を有する透光樹脂板４ａとこの透光樹脂板４ａを挟んで配置された２枚のガラス板４ｂ，４ｃとからなり、この２枚のガラス板４ｂ，４ｃのうちレンズ２側に位置するガラス板４ｂが紫外線カットガラス板となっている。

本発明の撮像装置10によれば、レンズ２と撮像素子３との間に、偏光性を有する透光樹脂板４ａとこの透光樹脂板４ａを挟んで配置された２枚のガラス板４ｂ，４ｃとからなるフィルタ４が配置されていることから、レンズ２の前にあるフロントガラス11等で反射した光がレンズを通過したとしても、反射することによって偏光した光を低減することができるので、本来の撮像の対象である車外の被写体の画像を、ノイズが少なく鮮明な画像として得ることができる。さらに、この偏光性を有する透光樹脂板４ａを２枚のガラス板４ｂ，４ｃで挟んでいるので、薄くした場合等のように可撓性が低いものになっても偏光性を有する透光樹脂板４ａを安定して固定することができる。加えて、偏光性を有する透光樹脂板４ａは、２枚のガラス板４ｂ，４ｃによって両主面からの水分の浸入が防がれるので、耐水性が向上して信頼性が向上する。そして、この２枚のガラス板４ｂ，４ｃのうちレンズ２側に位置する一方のガラス板４ｂが紫外線カット機能を有していることから、透光樹脂板４ａへの紫外線の入射をカットすることができるので、透光樹脂板４ａの劣化を防ぐこともできる。このように、本発明の撮像装置10によれば、車内に設置されてガラスの外を長時間にわたって撮像し続けるドライブレコーダ用前方カメラ等のような入射する紫外線の量が格段に多い用途においても、前方に配置されたフロントガラス11等で反射した光を低減して画像のノイズを少なくするとともに、画像における白傷の発生を少なくした鮮明で良好な画像を持続的に得ることができる。

偏光性を有する透光樹脂板４ａは、例えば、染料やヨウ素化合物を添加し延伸することによって異方性を持たせることにより一定の振動方向の光のみを通過させるようにしたポリビニルアルコール樹脂層と、このポリビニルアルコール樹脂層を、延伸状態を保持するようにトリエステルセルロース樹脂層で挟んだ構成のものである。それぞれの樹脂層の厚みは、例えば、ポリビニルアルコール樹脂層は0.01〜0.1ｍｍ、トリエステルセルロース樹脂層は0.02〜0.2ｍｍに設定される。

なお、延伸方向と平行に構成される通過可能な光の一定の振動方向、すなわち偏光軸は、調整可能なものとしても構わないものであるが、透光樹脂板４ａの偏光軸が撮像素子３における光電変換素子の垂直走査方向と平行になるように設定しておけば、撮像素子３における光電変換素子の水平走査方向に偏光された光をカットすることができるので、撮像の際に前方に配置されたフロントガラス11等で反射される光の偏光方向がほとんど水平方向となる、本実施例のドライブレコーダ用前方カメラ等のような車のフロントガラス11越しに前方を撮像する場合に特に好適に用いることができる。

ガラス板４ｂ，４ｃは、例えば、0.1〜0.6ｍｍの厚みに設定された硼珪酸ガラス等の透光性ガラス板であり、その一方のガラス板４ｂはレンズ２側の主面に紫外線カット膜（図示せず）が形成されたものである。紫外線カット膜は、例えば、透光性ガラス板のレンズ２側の主面に10〜200ｎｍの酸化チタンの層およびシリカの層を交互に８〜13層ずつ積層することにより構成され、400ｎｍ以下の波長の光を95％以上低減することができるように設計される。

特に、このように、紫外線カット機能を有する一方のガラス板４ｂが、透光性ガラス板のレンズ２側の主面に紫外線カット膜が形成されたものであるときには、偏光性を有する透光樹脂板４ａに入射する紫外線が効率よく低減されるので、信頼性をさらに高めることができる。

また、本発明の撮像装置10において、他方のガラス板４ｃは赤外線カット機能を有したものとしており、人間が認識できない赤外線領域の光をカットして、得られる画像を人間の目に見える画像に近づけるようにしている。赤外線カット機能を有する他方のガラス板４ｃは、例えば、透光性ガラス板の撮像素子３側の主面に50〜200ｎｍのシリカの層と五酸化ニオブの層とを交互に10〜15層ずつ積層することにより構成される赤外線カット膜（図示せず）を形成したものであり、例えば、650ｎｍ以上の波長の光を95％以上低減することができるように設計されたものである。なお、このような赤外線カット膜は、他方のガラス板４ｃのレンズ２側の主面に形成してもよく、さらに、一方のガラス板４ｂのどちらか一方の主面に形成してもよい。

このように、２枚のガラス板４ｂ，４ｃのいずれかが赤外線カット機能を有しているときには、屋外での被写体の撮像に当たってよく併用される赤外線カットフィルタを別途準備しなくてもよいので、撮像装置10の構成部品を少なくすることができ、撮像装置10の小型化等を図ることが可能になる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良等が可能である。

例えば、前述の本発明の撮像装置10は、ドライブレコーダ用前方カメラの一例で説明しているが、例えば、家屋内に設置される室外監視用カメラに用いることも有効である。

また、本発明の撮像装置10によれば、ケース１の鏡筒部１ａと本体部１ｂとを予め別々に準備しておいてから互いに固定するようにしているが、ケース１の鏡筒部１ａおよび本体部１ｂを予め一体物として作製しても良い。この場合には、レンズ２とフィルタ４との距離を調整することは困難になるが、支持ピン７を３本以上取り付けておいて、３本の支持ピン７のうち少なくとも１本の支持ピン７と回路基板６との取り付け位置を自在に調整可能にしておけば、撮像装置10のピントを容易に微調整することができる。

本発明の撮像装置10のサンプルを以下の仕様で作製した。

撮像素子３は、半導体素子の表面に、ピクセルサイズ６μｍの光電変換素子が、水平走査方向に752画素、垂直走査方向に480画素の配列で36万画素形成された構成のＣＭＯＳセンサ素子とした。

フィルタ４は、透光樹脂板４ａの両主面にアクリル系樹脂を用いてガラス板４ｂ，４ｃを貼り付けた構成とした。透光樹脂板４ａは、ポリビニルアルコール樹脂層の厚みが0.05ｍｍで、これを挟むトリエステルセルロース樹脂層の厚みが0.08ｍｍの構成とした。透光樹脂板４ａを挟む２枚のガラス板４ｂ，４ｃは、厚みが0.25ｍｍの硼珪酸ガラスとした。また、ガラス板４ｂは、透光性ガラス板のレンズ２側の主面に、順に、シリカ（光学的厚みが195ｎｍ）を１層形成し、酸化チタン（光学的厚みが39ｎｍ）を１層形成し、シリカ（光学的厚みが130ｎｍ）および酸化チタン（光学的厚みが130ｎｍ）を交互に９層ずつ形成し、シリカ（光学的厚みが130ｎｍ）を１層形成し、酸化チタン（光学的厚みが39ｎｍ）を１層形成し、シリカ（光学的厚みが195ｎｍ）を１層形成することにより、400ｎｍ以下の波長の光を95％以上低減する紫外線カット膜を形成したものとした
図３は紫外線カット機能を有する一方のガラス板４ｂの波長スペクトルの例を示す線図であり、横軸は波長（単位：ｎｍ）を示し、縦軸は各波長における光の透過率の相対比率を示す。図中の特性曲線は本発明の撮像装置10のサンプルに用いた紫外線カット機能を有するガラス板４ｂの波長スペクトルを示す。

また、比較例のサンプルとして、ガラス板４ｂが紫外線カット機能を有しないフィルタ４を用いた撮像装置を準備し、これらのサンプルに、キセノンランプ式耐光試験機で紫外線を1000時間照射した。試験条件は、照射照度を300〜400ｎｍで150Ｗ/ｍｍ²とし、湿度を50％ＲＨ±５％ＲＨとし、サンプルの回転速度を毎分12回とした。

以上の試験を行なった結果、本発明の撮像装置10のサンプルについては紫外線照射1000時間後でも画像に白傷は発生しなかったが、比較例のサンプルについては白傷の発生が確認された。

すなわち、本発明の撮像装置10のサンプルでは、偏光性を有する透光樹脂板４ａとこの透光樹脂板４ａを挟んで配置された２枚のガラス板４ｂ，４ｃとからなり、この２枚のガラス板４ｂ，４ｃのうちレンズ２側に位置する一方のガラス板４ｂが紫外線カット機能を有するものとしたフィルタ４を用いたことから、透光樹脂板４ａへの紫外線の入射をカットすることもできるので、透光樹脂板４ａの劣化を防ぐこともできるので、本発明の撮像装置10によれば、ノイズと白傷の発生が少なく鮮明で良好な画像を持続的に得られることが確認できた。

本発明の撮像装置の実施の形態の一例を示す、撮像装置の内部および入射する光の経路を説明する断面図である。フィルタの詳細な断面図である。紫外線カット機能を有する一方のガラス板の波長スペクトルの例を示す線図である。

符号の説明

１・・・ケース
１ａ・・・鏡筒部
１ｂ・・・本体部
１ｃ・・・背面部
２・・・レンズ
３・・・撮像素子
４・・・フィルタ
４ａ・・・偏光性を有する透光樹脂板
４ｂ，４ｃ・・・ガラス板
５・・・制御回路素子
６・・・回路基板
７・・・支持ピン
10・・・撮像装置

Claims

レンズと、
該レンズを通過した光のうち特定の光をカットするフィルタと、
複数の光電変換素子が縦横の並びに配設されてなる、前記フィルタを通過した光を電気信号に変換する撮像素子と
を具備する撮像装置において、
前記フィルタは、偏光性を有する透光樹脂板と該透光樹脂板を挟んで配置された２枚のガラス板とからなり、該２枚のガラス板のうち前記レンズ側に位置する一方のガラス板が紫外線カット機能を有していることを特徴とする撮像装置。
前記一方のガラス板は、透光性ガラス板の前記レンズ側の主面に紫外線カット膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記２枚のガラス板のいずれかは、赤外線カット機能を有していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記透光樹脂板は、偏光軸が前記光電変換素子の垂直走査方向と平行であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。