(57)【要約】【課題】撮像素子の小型化により被写体輝度が高い場合等、光束を絞り込むと、光の回折の影響によって逆に高周波域のコントラストの低下を防止するために好適なアポダイゼーションフィルタを撮影モジュールに付加すること。【解決手段】撮影光軸中心に所定の濃度分布を持った光量調節部と、前記濃度分布を通過する光を透過する開口およびその外側に配置された遮光部と、撮影レンズ上にを備えた。前記光量調節部以は、光学部材上にイオン交換反応により銀イオンを付着して所定の濃度分布をもたせた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光軸中心に所定の濃度分布を持った光量調節部と、前記光量調節部を通過する光を透過する開口部およびその外側に配置された遮光部からなる光束制限部と、を備えた撮影レンズを有する撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の絞り装置において、前記光量調節部は、光学部材上にイオン交換反応により銀イオンを付着して所定の濃度分布をもたせたことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の絞り装置において、前記遮光部は、前記光学部材上に印刷または塗装することで光を遮光することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２または請求項３記載の絞り装置において、前記光学部材は撮影レンズであることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
撮像素子上に積層されたマイクロレンズと、電荷を発生する電荷発生部との間に、各画素に対応して濃度分布を持ったフィルターを設けた撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、濃度分布を持ったフィルターを配した撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アポダイゼーションフィルタと呼ばれる特殊効果フィルタを用いて写真撮影することがあった。アポダイゼーションフィルタは、光軸中心から光軸と垂直な方向に離れるにしたがって透過率が低下するように構成されたフィルタで、このフィルタを用いると焦点はずれ像がふわりとボケたボケ具合で撮影できる効果がある。
【０００３】
さらに特開平６−１７５１９３号公報に記載されたように、絞り開口の中の一部の鏡域に濃度の濃いＮＤフィルターを入れるとフィルターを通過した光と、通過しない光の光量差が大きく異なり解像度の劣化を引き起こしていたため、ＮＤフィルターの濃度を光軸中心に向かって順次透過率が大きくなるような構造が提案されている。
【０００４】
また近年のデジタルカメラにおいては、撮像素子の小型化により被写体輝度が高い場合等、光束を絞り込むと、光の回折の影響によって逆に高周波域のコントラストの低下が発生する。このような状況では、点像は中心の輝点とその周りを何重かに取り囲む回折縞とで構成されている。この原因はよく知られているように、絞り開口の緩から発する周辺波による回折縞の強度が相対的に増すためである。回折縞を減らし、広がりの小さい像を得るには、中央部が透明で周辺に行くにしたがって濃度が大きくなるフィルター、すなわちアポダイゼーションフィルタを撮影レンズに付加すればよい。
【０００５】
以上説明したようなアポダイゼーションフィルタの製造方法が特開平６−１７５１９３号公報において開示されている。これは濃度分布を持つ原版を用いてジアゾ化合物を感光素材としたフイルムを感光し現像処理してＮＤフィルターとして使用するものである。
【０００６】
また、一方ガラス上にイオン交換反応により銀イオンを付着して所定の濃度分布をもたすことができる“ＨＥＢＳ−ｇｌａｓｓ”（ＣＡＮＹＯＮ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＩＮＣ．）が発表されている。これは、溶解銀イオンが含まれる酸性水溶液中にガラスを入れ、電子ビームを照射するとその照射量に応じて、イオン交換反応によりガラスに付着する銀イオンの量が増減して、その結果濃度分布が生じるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平６−１７５１９３号公報によるジアゾ化合物を感光素材とした製法およびイオン交換反応により濃度分布をもたす“ＨＥＢＳ−ｇｌａｓｓ”による製法では、完全に光を遮光することは出来ず、数％から数十％の光が透過してしまうため、アポダイゼーション効果をもった濃度分布をつくっても周辺部で完全に光を遮光することはできず、絞り開口外からの余分な光が入ってしまい、光量の制御が困難、撮影画にゴースト、フレアが生じるという問題があった。
【０００８】
さらに撮像素子内の遮光および配線のためのアルミ層開口部が、撮像素子の小画素化に伴い数μｍからサブマイクロメートルになるため、光の回折が発生し電荷蓄積部の外側、例えば蓄積された電荷を読み出すための読み出しゲート部等、遮光されているべき領域に光が照射されてしまい、画像信号にノイズが発生してしまうことがあった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本出願に係る第１の発明は、撮影光軸中心に所定の濃度分布を持った光量調節部と、前記濃度分布を通過する光を透過する開口およびその外側に配置された遮光部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本出願に係る第２の発明では、前記光量調節部は、光学部材上にイオン交換反応により銀イオンを付着して所定の濃度分布をもたせたことを特徴とする。
【００１１】
本出願に係る第３の発明では、前記遮光部は、前記光学部材上に印刷または塗装することで光を遮光することを特徴とする。
【００１２】
本出願に係る第４の発明は、前記光学部材は撮影レンズであることを特徴とする。
【００１３】
本出願に係る第５の発明は、撮像素子上に積層されたマイクロレンズと、電荷を発生する電荷発生部との間に、各画素に対応して濃度分布を持ったフィルターを設けたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
（第１の実施例）
図１は本発明をあらわす実施例であって、１は撮像モジュール全体をあらわす。１は、レンズ、２は撮像素子、３は、保護ガラスである。本撮影レンズに用いるレンズ１は、プラスチックまたはガラスを材料とした成形品であり、形状に自由度があるため、図１のごとくレンズ１上に、撮像素子２および保護ガラス３が接着等により固着している。保護ガラス３は、カメラ等の機器に本撮影モジュール１が組み込まれた際、レンズ１を傷，汚れ等から守る働きをする。４は保護ガラス３上に形成された遮光部、５は開口部、６はアポダイゼーションフィルター層である。
【００１６】
このように撮影モジュールを構成すると、その構成要素数が少なくなるため、モジュールの厚さ、ひいてはカメラ全体の厚さを薄くすることが出来る。図６で前記撮像モジュールを用いたデジタルカメラ６１の斜視図、図７でカメラ全体の構成を説明する。図６で、６２は撮影レンズ光学系の患部、６３はレリーズスイッチである。レリーズスイッチ６３を除き、デジタルカメラ６１の外形は、例えば８５．６ｍｍ×５４．０ｍｍ×５．０ｍｍのＰＣＭＣＩＡ  ｔｙｐｅＩＩ（ＰＣカード）の規格にあった寸法になっている。図７で、３１はカメラの土台となるベース、３１ａ、３１ｂは突起部、３１Ｃは後述するＬＣＤ用の開口部、３２は電気実装基板であり前述した撮像モジュール１が配設されている。３２ａ、３２ｂはＩＣチップ、３２ｄはリチウムポリマー等の電池、、３２ｅはＰＣＭＣＩＡのコネクタ、３２ｆは後述するＬＣＤ用の切り欠きである。
【００１７】
３２ｇと３２ｈは基板上に開いた穴であってベース３１上の突起部３１ａ、３１ｂと係合し、先端を溶着することで電気実装基板３２をベース３１に固定している。３３はカメラの状態と撮影画像を表示するＬＣＤで本図では表示面がベース３１側を向いている。つまり撮影者側に向いていて撮影者は撮影をしながら液晶画面を確認できる。３４はレリ−ズボタン、３５はスイッチで切片３５ａ、３５ｂ、３５ｃから成る。レリーズボタン３４の押下量により、切片３５ａと３５ｂが導通した状態と３５ｂと３５ｃとが導通した状態を検知してカメラの動作モードを決定する。ここでは切片３５ａと３５ｂが導通した状態をＳＷｌがＯＮ状態とし、３５ｂと３５ｃとが導通した状態をＳＷ２がＯＮ状態とする。３６は撮影レンズのための穴３６ａが開いている金属板であって両面接着剤等でベース３１と固着する。
【００１８】
図１に戻って、保護ガラス３の表面に形成されたアポダイゼーションフィルター層６について説明する。アポダイゼーションフィルターは、光軸中心から光軸と垂直な方向に離れるにしたがって透過率が低下するように構成されたフィルタであるが、従来の技術で説明したようにデジタルカメラでは撮像素子の小型化により光束を絞り込むと、光の回折の影響によって逆に高周波域のコントラストの低下が発生するため、その影響の軽減のためにアポダイゼーションフィルターを用いる。
【００１９】
図２はアポダイゼーションフィルターの濃度分布を表している。縦軸は１を全透過とした時の透過率、横軸は光軸を中心として半径方向の距離である。前述した“ＨＥＢＳ−ｇｌａｓｓ”を用いて濃度分布を形成した場合、透過率の最高は０．７３程度、最低は０．０７程度であるから、光軸中心で約７３％、絞り径ｒより外側で約７％の光が透過することになる。図１に戻って、保護ガラス３の表側に電子ビームの照射によって厚さ数μｍの層中に銀イオンが拡散して、アポダイゼーションフィルターの機能を持たせている。また裏側には、前記濃度分布領域を通過する光を透過する開口部４とその周辺の余計な光を遮る遮光部５が、黒色インクの印刷または塗装等により形成されている。その結果、保護ガラス３を通った光の濃度分布は図３のようになり、撮影に悪影響をもたらすゴースト、フレアのもとになる撮影光束以外の光を通さない。光軸方向の位置関係は、アポダイゼーションフィルター層６、遮光部４とも絞りの位置近辺に設けることが望まれる。これは、撮影画像の周辺光量落ちとアポダイゼーションの効果を画面内で均一にするためである。
【００２０】
さらに撮影レンズの光軸とアポダイゼーションフィルターの中心軸の位置決めに関して説明する。例えば３２０画素×２４０画素、画素ピッチ４μｍの撮像素子の大きさは、縦０．９６ｍｍ横１．２８ｍｍであり、そのとき絞り径は明るさと解像度を鑑みると、０．３ｍｍ程度となる。このような構成においては、アポダイゼーションフィルターの０．０５ｍｍ程度の中心位置ずれが、撮影画面の周辺光量落ち、解像度劣化を引き起こす。したがって本実施例においてもアポダイゼーションフィルター層６をもつ保護ガラス３をレンズ１に接着する際には、撮影画像を見ながら周辺光量落ちが無いように保護ガラスの位置を調整することが好ましい。
【００２１】
また前記銀イオン拡散層はガラス表面から若干離れていることと分子レベルの反応であることにより、塗装、印刷面に比べて剥離に強い。そのため本実施例において、ガラスの表側にアポダイゼーションフィルター、裏側に塗装、印刷による遮光層とする構成が好ましい。
【００２２】
（第２の実施例）
次に図４において第２の実施例について説明する。図４において４１は、レンズ、４２は撮像素子である。レンズ４１の材質は前述した“ＨＥＢＳ−ｇｌａｓｓ”を用いて、前述したような濃度分布４３が形成され、さらにその上に印刷、塗装等による遮光部４４が設けられている。
【００２３】
第１の実施例で説明した構成に比べ、保護ガラスを設ける必要がないため、撮影光学系の厚さ、ひいてはカメラ全体の厚さを薄くすることが出来る。
【００２４】
（第３の実施例）
次に第３の実施例について説明する。本実施例においては、アポダイゼーションフィルターを撮像素子内に配置したものである。図５において５０は撮像素子全体をあらわす。５１ａから５１ｅはマイクロレンズ、５２ａから５２ｃはカラーフィルター、５３ａから５３ｃはアポダイゼーションフィルター、５４ａから５４ｃは電荷発生部、５５はパッケージ等の基台、５６は、撮影光学系の光軸である。各素子部の間隔は、例えば最近の２００万画素撮像素子では約４μｍ、一方電荷発生部からマイクロレンズまでの深さは、１０から２０μｍ程度である。
光軸５６上の画素に関しては、上記のマイクロレンズ５１ａ、カラーフィルター５２ａ、アポダイゼーションフィルター５３ａ、電荷発生部５４ａは、ほぼ光軸５５と平行に配置されている。５７は、アルミニウムの遮光層であり、各画素の電荷発生部への光を通過させる開口部と、それ以外の部分を遮光している遮光部とにより形成されている。
【００２５】
５８は撮影レンズの瞳形状を模式的に表したもの（図中左側は省略）で、画面内点線で書かれた各電荷発生部に導かれる光束を通ってマイクロレンズ５１ａから５１ｃにより、それぞれの電荷発生部５４ａから５４ｃに導かれる。それぞれの電荷蓄積部の間には蓄積された電荷を読み出すための読み出しゲート部５９が配設されている。
【００２６】
また画面端では、マイクロレンズ５１ｃへの入射光線は光軸に対して傾いているため、マイクロレンズ５１ｃ、カラーフィルター５２ｃ、アポダイゼーションフィルター５３ｃ、電荷発生部５４ｃは入射光線の角度に対応してそれぞれ撮像素子上でずれた位置に配設されている。
【００２７】
一般にカラー撮像素子には多色ストライプ状や多色モザイク状のカラーフィルターが用いられている。このときのフィルターは、通常赤，緑，青の３色が規則的に、ストライプ状などに配置されておりさらに、この３色以外に格子状などに黒色のパターン形成したものが一般に広く用いられている。このカラーフィルターは、透明支持体上に黒色，赤色，緑色および青色パターンを印刷して作製したり、あるいは透明支持体上にクロム等をスパッタリング法などで全面蒸着を行い、得ようとする黒色パターン状にこれをエッチング処理し黒色パターンとする。
次に赤，緑，青のそれぞれの色素あるいは顔料とバインダーからなるペーストを印刷したり、透明支持体上に赤，青、および緑の色素を含む高分子材料を塗布し、フォトレジストの塗布、さらにマスクの精密な位置合わせを伴うパターン露光、エッチングを現像，着色または脱色しさらにフォトレジストを除去する方法で作製している。
【００２８】
撮像素子上に濃度分布を持つアポダイゼーションフィルターを形成するために、上記製法を用いることが出来る。すなわち、透明支持体上にクロム等をスパッタリング法などで全面蒸着を行い、得ようとする濃度分布をもった黒色パターン状に段階的にエッチング処理し濃度分布をもった黒色パターンとする。
【００２９】
次に図８でアポダイゼーションフィルターを通過した光と通過しない光の強度分布を説明する。図中、縦軸は光の強度、横軸は光の広がり半径である。実線は光の回折があるときの分布であり、回折像が発生しているため光像が広がっている。点線は、透過率を周辺に行くにしたがって少なくしたアポダイゼーションフィルターを介したもので、回折像を弱くして光像の広がりを抑制する。
【００３０】
したがって本実施例での構成のごとく電荷蓄積部とマイクロレンズの中間にアポダイゼーションフィルターを配置することで、アルミ遮光層の開口部から回折により回りこんでくる光によって電荷蓄積部の外側、例えば蓄積された電荷を読み出すための読み出しゲート部が露光してしまい、画像信号にノイズが発生してしまうことがなくなった。
【００３１】
また、別の実施形態として各画素に対応したカラーフィルターに濃度分布をもたせても構わない。その場合、アポダイゼーション層が必要でなくなるため、コスト的に有利である。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本出願に係る第１の発明によれば、撮影光軸中心に所定の濃度分布を持った光量調節部の外側に遮光部を配置したため、絞り開口外からの余分な光をカットし、撮影画に対してゴースト、フレアを防止する効果がある。
【００３３】
本出願に係る第２の発明によれば、前記光量調節部は、光学部材上にイオン交換反応により銀イオンを付着して所定の濃度分布をもたせたため、剥離に強いアポダイゼーションフィルターを提供することが出来る。
【００３４】
本出願に係る第３の発明によれば、遮光部は、前記光学部材上に印刷または塗装することで光を遮光するようにしたため、イオン交換反応により生成したアポダイゼーションフィルターに対して、周辺部からの光の漏れ込みを防止する効果がある。
【００３５】
本出願に係る第４の発明によれば、撮影レンズ上に直接アポダイゼーションフィルターまたは絞り開口外側の遮光部を形成したため、撮影光学系全体の厚みを減少する効果がある。
【００３６】
本出願に係る第５の発明によれば、撮像素子上に積層されたマイクロレンズと、電荷を発生する電荷発生部との間に、濃度分布を持ったフィルターを設けたため、光の回折により電荷蓄積部の外側、例えば蓄積された電荷を読み出すための読み出しゲート部、遮光されているべき領域に光が照射されてしまい、画像信号にノイズが発生してしまうことを防止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に関わる撮像モジュールの断面図である。
【図２】本発明の第１実施例に関わるアポダイゼーションフィルターの濃度分布である。
【図３】本発明の第１実施例に関わるアポダイゼーションフィルターの濃度分布である。
【図４】本発明の第２実施例に関わる撮像モジュールの断面図である。
【図５】本発明の第３実施例に関わる撮像装置の模式図である。
【図６】撮像モジュールを用いたデジタルカメラの斜視図。
【図７】撮像モジュールを用いたデジタルカメラの分解斜視図。
【図８】アポダイゼーションフィルターを通過した光と通過しない光の強度分布。
【符号の説明】
１  撮像モジュール
１  レンズ
２  撮像素子
３  保護ガラス
４  遮光部
５  開口部
６  アポダイゼーションフィルター層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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