(57)【要約】【課題】  高品質な画像が得られる撮像装置を提供する。【解決手段】  撮像装置１は、所定波長の光の透過を制限する光学フィルタ６を含む撮像光学系２と、撮像光学系２からの撮像光を受けて撮像する撮像素子３とを備え、光学フィルタは、光学フィルタ６の光入射領域への光の入射角度が、光学フィルタが平面である場合より小さくなるように湾曲されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光の透過を制限する光学フィルタを含む撮像光学系と、
前記撮像光学系からの撮像光を受けて撮像する撮像素子と、
を備え、
前記光学フィルタは、前記光学フィルタの光入射領域への光の入射角度が、光学フィルタが平面である場合より小さくなるように湾曲されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学フィルタは、前記光入射領域の全領域において、その光学フィルタに対して光が実質的に垂直に入射されるように湾曲されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光学フィルタを構成する基材が可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光学フィルタは、前記撮像光学系の光軸に対して対称に湾曲されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光学フィルタは、可視光以外の光の透過を制限することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光学フィルタは、可視光の透過を制限することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラモジュールなどの撮像装置および撮像装置を用いた携帯端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置に用いられる従来の光学フィルタは、例えば特許文献１、特許文献２等に開示されている。特許文献１には、樹脂の基材に赤外カットフィルタと光学的なローパスフィルタとを構成した光学素子の発明が記載されている。この発明では、２種類の機能が１つの部材で実現できるので、コスト低減と小型化を図れる。また、特許文献２には、赤外光を吸収する赤外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赤外カットフィルタ付カメラが記載されている。
【特許文献１】特開平８−２０１７２９号公報（２−３頁、図２）
【特許文献２】特開平５−２０７３５０号公報（２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、薄膜コーティングガラスは光の波長と入射角によって透過率が異なるので、入射角が中心と異なる周辺の撮像エリアで、透過特性が変化するという問題があった。また、レンズ表面に多層膜の薄膜コーティングを施す場合、球面形状へのコーティングはレンズ中心と周辺で膜厚が異なり、レンズ面全体に同一の透過特性を保つのは容易ではない。所望のフィルタ機能を実現するためには、膜厚均一に構成するための多数の工程が必要であり、費用がかさむことがあった。
【０００４】
さらに、赤外光吸収ガラスを材料とした場合には、レンズの加工性が悪く、高屈折率の材料を選ぶことができないなどの課題があった。また、ガラス非球面レンズへの適用が難しいため、高性能なレンズを安価に実現することができない。
【０００５】
本発明は、上記背景に鑑み、高品質な画像が得られる撮像装置及びこれを用いた携帯端末装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、所定波長の光の透過を制限する光学フィルタを含む撮像光学系と、前記撮像光学系からの撮像光を受けて撮像する撮像素子とを備え、前記光学フィルタは、前記光学フィルタの光入射領域への光の入射角度が、光学フィルタが平面である場合より小さくなるように湾曲した構成を有する。
【０００７】
この構成により、光学フィルタへの入射角の違いによる透過特性の変化を低減し、画質劣化の少ない撮像を行える撮像装置を実現できる。光学フィルタの湾曲の度合いは、光学フィルタの透過特性と、許容できる透過率の低下レベルとに応じて決定される。例えば、入射角度が１２°のときに赤色成分の透過率が５％低下する透過特性を有する光学フィルタにおいて、許容できる低下率が５％であれば、光学フィルタは光入射領域の全領域において入射角が１２°以内となるように湾曲した構成を有する。
【０００８】
また、本発明の撮像装置において、前記光学フィルタは、前記光入射領域の全領域において、その光学フィルタに対して光が実質的に垂直に入射されるように湾曲した構成を有する。
【０００９】
この構成により、光入射領域の全領域において、実質的に一様な透過特性とすることができる。
【００１０】
また、本発明の撮像装置において、前記光学フィルタを構成する基材が可撓性を有する。
【００１１】
この構成により、平板状のフィルタを用いても所要の形状を与えることができ、フィルタへの入射角を容易に小さく設定することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の撮像装置において、前記光学フィルタは、前記撮像光学系の光軸に対して対称に湾曲した構成を有する。
【００１３】
この構成により、透過特性を対称にし、歪みの少ない良質な画像が得られる。
【００１４】
また、本発明の撮像装置において、前記光学フィルタは、可視光以外の光の透過を制限する構成を有する。
【００１５】
この構成により、可視光以外で撮像素子の感度域にある波長の光を制限することができ、色再現性の良い撮像装置が実現できる。
【００１６】
また、本発明の撮像装置において、前記光学フィルタは、可視光の透過を制限する構成を有する。
【００１７】
この構成により、可視光以外の撮像素子の感度域にある波長の光に対して視認性の高い撮像装置が実現できる。
【００１８】
本発明の携帯端末装置は、上記した撮像装置を備えた構成を有する。
【００１９】
この構成により、光学フィルタへの入射角による透過特性の変化を低減でき、画質劣化の少ない撮像を行える撮像装置を備えた携帯端末装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光学フィルタへの入射角が小さくなり、入射角の違いによる透過特性の変化を低減できるというすぐれた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に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。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置１を説明するための図である。撮像装置１は、図１に示すように、撮像光学系２と撮像素子３とを有する。撮像光学系２は、光学絞り４、レンズ５、光学フィルタ６を有する。光学絞り４は、結像性能を向上させるために、透過する光線の範囲を制限させる遮へい板である。
【００２３】
光学フィルタ６は、その基材が厚さ0.08〜0.12ｍｍの可撓性を有する例えばＰＭＭＡのフィルムで、赤外光カットフィルタの機能を有する。光学フィルタ６の厚さは、適宜選択することはできるが、おおむね0.2ｍｍ程度以下が好ましい。本実施の形態では、光学フィルタは、厚さ数十ｎｍ程度の屈折率の異なる２種類の樹脂材料によって樹脂フィルムを構成し、可視光域に対してのバンドパスフィルタを構成したものである。樹脂フィルムは、低屈折率の樹脂材料（例えばＰＭＭＡ：ｎ＝１．４）と、高屈折率の樹脂材料（例えばＰＥＮ：ｎ＝１．７）を交互に重ね、要求仕様に応じて数十層から数百層に積層して構成されている。光学フィルタ６は、可撓性を持つ樹脂によって基材を構成することにより、所要の形状に曲げることが可能である。また、割れの心配がないためにハンドリングにも特段の注意をすることがないので、各工程における作業の効率を向上できる。
【００２４】
図２は、光学フィルタ６の分光特性の例を示す図である。横軸は波長、縦軸は光線の透過率を示す。本実施の形態の光学フィルタ６は、可視光を透過させるバンドパスフィルタを構成したものである。図２では、入射角ごとの分光特性を表示している。図２によれば、透過する波長が光学フィルタ６へ入射する光線の入射角が大きくなるにしたがって、短波長側にシフトすることが理解できる。
【００２５】
従って、光学フィルタ６が撮像素子と平行な平板で構成された場合には、像高が大きな部分や画面の周辺において、光学フィルタ６への入射角が大きくなり、光学フィルタ６を透過する光の特性が短波長側に移動する。このため赤色域の透過率が低下するために像高が大きな部分や周辺部分において青味がかった画像となり色再現性が低下する。
【００２６】
撮像装置１は、撮像エリアの中心と周辺で数度〜数十度の範囲で入射角の変化が発生する。撮像装置１を小型化・薄型化すると、一般的に光学フィルタ６への入射角は大きくなるので色再現性が劣化することになる。
【００２７】
ホワイトバランスなどにより中心部分での色再現を最適化しても、周辺では上記の理由により十分な補正ができなくなり青味がかった画像となり良質な画像を得ることができない。
【００２８】
図３は入射光線の入射角による分光特性変化に伴う、赤色成分の透過率の変化を示すグラフである。一般的に、画像エリアの中心と周辺で赤色成分の透過率の低下が５％を超えると、画像に青味がかり色再現性が悪くなるとされている。本実施の形態では、レンズ５との関係で光学フィルタ６を湾曲させて入射角が低減できるようにしたことにより、撮像光線の入射角を１０度以下に抑えている。これにより、分光特性が実質的に色再現性に劣化をきたさないフィルタ機能を可能にしている。
【００２９】
本実施の形態において、湾曲の度合いは、用いる光学系（レンズなど）の特性により適宜変更することができる。すなわち、色再現性に対する劣化の度合いと入射角特性から光学フィルタ６は適宜湾曲して用いるようにしている。
【００３０】
図４は、撮像装置１への撮像光の像高に対する撮像素子３への入射角を示す図である。図４から、撮像素子３への入射角は最大で２０°であることが分かる。
【００３１】
図５は、対角方向に対しての対角端での入射角を示す模式図である。本実施の形態においては、撮像装置１は１／７インチＣＩＦサイズ（水平：１．９００ｍｍ×垂直：１．５５５ｍｍ）を用いている。画面の縦横比は３：４であり、対角方向のサイズは中心から１．２２８ｍｍである。光学フィルタ６から撮像素子３の距離は０．６ｍｍとしてあり、光学フィルタ６の対角方向の曲率半径を２．７７４ｍｍとすると、画面の対角方向の入射角は、（１）式によって示される。
［数１］
ｔａｎ２０°＝１．２２８ｍｍ／（２．７７４ｍｍ＋０．６ｍｍ）・・・（１）
【００３２】
本実施の形態では、湾曲した形状の光学フィルタ６を用いることにより対角端にて撮像光線の主光線の入射角を０度（垂直）としている。
【００３３】
また、被写体の像高に対する入射角の変化に対しても補正することが可能である。つまり、像高に対する入射角の変化も前述の対角に対する補正と同様に、入射角特性の増加に伴って、光学フィルタ６の透過特性が短波長側に移動する。このために像高に対しても同様な補正を行い、光学フィルタ６の形状を最適化することで色再現性の低下を防止する。
【００３４】
なお、対角端以外においては、透過特性の変化を対角端以下とすることが可能であり、それぞれの位置に対して、画角・像高位置入射角に対する画像の劣化を適宜配分して決めることができる。つまり、赤色成分の透過率低下を５％以下となるよう像高や画角に応じて適宜配分し、これを与える形状に光学フィルタ６を構成すればよい。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図６は第２の実施の形態の撮像装置１を説明するための図、図７は像高と撮像素子への入射角の関係を示す図である。第２の実施の形態では、撮像光学系２が、レンズ５を２枚有する。ここでは、レンズが２枚の例を示しているが、レンズの数は３枚以上であってもよい。複数枚のレンズを有する構成の場合、撮像素子３への撮像光線の入射角は、周辺にいくに従って一様に大きくはならず、例えば、途中でピークになり、最も外側の対角端で落ちる特性を持つ。第２の実施の形態では、像高の約７割に対する光学フィルタ６への入射角が最も大きい。
【００３６】
第２の実施の形態では、図６に示すように、光学フィルタ６は、第１の実施の形態のような一様な曲率の曲面ではなく、光学フィルタ６の光入射領域のそれぞれの位置での入射角が１０度以内になるような非球面曲面形状を有する。
【００３７】
上記のような形状の光学フィルタ６を用いることにより、第１の実施の形態と同様に、画像エリアの中心と周辺での赤色成分の透過率変化を抑えることができ、色再現性の良い良好な撮像装置１を実現することができる。
【００３８】
また、第１の実施の形態と同様に光学フィルタ６の基材に可撓性を持たせてあるので、非球面曲面形状とすることができる。また、光学フィルタ６は、使用する光の波長領域に対して透明である別部材の表面に、所要の非球面曲面形状を設けて沿わした状態で固定してもよい。また、光学フィルタ６の周囲を適宜保持することにより、非球面曲面の形状を与えてもよい。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態の撮像装置１の構成を説明するための図である。第３の実施の形態の撮像装置１では、光学フィルタ６を光学絞り４の前に設けている。光学フィルタ６は、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様に、中心から周辺の全ての主光線に対して入射角が１０度以内になるような形状を有する。
【００４０】
撮像装置１においては、一般的に、光学絞り４は小さく、撮像素子３側では部品が大きくなる。光学フィルタ６を光学絞り４の前に配置することにより、光学フィルタ６の小型化が可能になる。また、第１の実施の形態および第２の実施の形態に比べ、レンズ５と撮像素子３の間に配置された光学フィルタ６のスペース分を縮めることができるため、さらに撮像装置１の小型化・薄型化を実現できる。
【００４１】
また、光学フィルタ６は、複数枚レンズで光学絞り４がレンズ５同士の間にある中絞りタイプの場合でも、光学絞り４の前後に配置することにより、同様の効果を得ることができる。これによって色再現性の良い撮像装置を実現できる。
【００４２】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態における撮像装置１について説明する。第４の実施の形態の撮像装置１は、第１の実施の形態の撮像装置１と同じ構成を有するが、光学フィルタ６の分光特性が異なる。
【００４３】
図９は、第４の実施の形態における光学素子フィルタの分光特性を示す図である。本実施の形態では光学フィルタ６として、図９の分光特性のような可視光カットフィルタを用いる。
【００４４】
第４の実施の形態では、可視光カットフィルタを用いているので、ゴーストが少なく、撮像装置１の受光感度が安定した良好な撮像装置を実現できる。また、上記した実施の形態と同様に折り曲げて配置させることにより、撮像光線の入射角による透過特性の変化を軽減させ、良好なフィルタ機能を実現できる。
【００４５】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態における撮像装置１について説明する。第５の実施の形態の撮像装置１は、第１の実施の形態の撮像装置１と同じ構成を有するが、光学フィルタ６の分光特性が異なる。
【００４６】
図１０は、第５の実施の形態における光学素子フィルタの分光特性を示す図である。第５の実施の形態では、図１０に示すような分光特性のようなバンドパスフィルタまたは光学ローパスフィルタを用いる。
【００４７】
第５の実施の形態では、バンドパスフィルタを用いているので、特定の波長のみの感度を持った良好な撮像装置を実現できる。例えば、赤外光のみを検出する監視カメラ、虹彩カメラなどの認証カメラ、夜間の運転時に使用する車載赤外カメラなどに搭載することによって、安定した受光感度を実現できる。また、特定の波長帯域のみに感度を持った良好な赤外撮像装置を実現できる。これらの撮像装置においては、夜間や霧など環境下で通常の可視光と比較して視認性を高めることができる。
【００４８】
また、光学ローパスフィルタを用いた場合には、撮像装置１はモアレや、疑似色の少ない良好な画質の撮像装置１を実現することも可能となる。
【００４９】
（第６の実施の形態）
図１１は、本発明における第６の実施の形態の携帯電話の外観を示す図である。本実施の形態の携帯電話は、第５の実施の形態に示した撮像装置１を搭載し、特に視認性の向上を実現している。
【００５０】
ここで、携帯電話１０の構成についてについて説明する。図１１に示すように、携帯電話１０は、使用者が各種の入力を行うキー部１２と、音声通話の際に用いるマイク部１３と、スピーカ部１４と、電波の送受信を行うアンテナ部１５と、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とを有している。
【００５１】
携帯電話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は上側筐体１７に搭載されている。本実施の形態においては、撮像装置１は使用者の方向を向いて配置されており、使用者が予め登録された人かを認証して、携帯電話が使用できるかの判断を可能にしてセキュリティーを高めている。本発明による光学フィルタを用いることによって、視認性を向上でき、短時間で認証が可能となり、複雑なセキュリティーを用いても利便性の低下なく携帯電話を使いやすくすることができる。なお、図１１に示した携帯電話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ず、様々な形態の携帯情報装置に適用可能である。たとえば、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応用できる。
【００５２】
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、これらに対しても応用することも可能である。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の小型化にも応用可能である。
【００５３】
以上、本発明の撮像装置について実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００５４】
上記した実施の形態では、光学フィルタ６として、２種類の樹脂材料を重ねた樹脂フィルムの例を挙げたが、赤外光をカットする場合には、２価のＣｕイオンを樹脂にドープすることにより実現することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、画質の劣化を防止できるとともに小型化を実現できるというすぐれた効果を有し、カメラモジュールなどの撮像装置やこの撮像装置を搭載した携帯端末等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施の形態における撮像装置の構成を示す図
【図２】第１の実施の形態における光学フィルタの分光特性を示す図
【図３】第１の実施の形態における撮像装置の赤色成分透過率の特性を示す図
【図４】第１の実施の形態における撮像装置の光線入射角特性を示す図
【図５】第１の実施の形態における光学フィルタの曲げ形状を示す図
【図６】第２の実施の形態における撮像装置の構成を示す図
【図７】第２の実施の形態における撮像装置の光線入射角特性を示す図
【図８】第３の実施の形態における撮像装置の光線入射角特性を示す図
【図９】第４の実施の形態における光学フィルタの分光特性を示す図
【図１０】第５の実施の形態における光学フィルタの分光特性を示す図
【図１１】第６の実施の形態における携帯端末装置の構成を示す図
【符号の説明】
【００５７】
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
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
【図１】
2006254135.tif 000003
【図２】
2006254135.tif 000004
【図３】
2006254135.tif 000005
【図４】
2006254135.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2006254135.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006254135.tif 000011
【図１０】
2006254135.tif 000012
【図１１】
2006254135.tif 000013