JP2007183333A

JP2007183333A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2007183333A
Application number: JP2006000516A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ueda; 孝博上田; Keiji Komiya; 啓二小宮; Hideyuki Matsushita; 英之松下
Original assignee: Fujinon Sano Corp
Current assignee: Fujinon Sano Corp
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2007-07-19
Also published as: US20070153115A1

Abstract

【課題】撮像装置のコンパクト化を達成し、同時に画質の低下を防止する。
【解決手段】被写体から光の光路を変えるためのプリズム１と、被写体からの光を結像するレンズ２と、結像された被写体からの光を電気信号に変換するための固体撮像素子３とを有し、プリズム１は、被写体からの光を入射する入射面１１と光路を変えるための反射面１０とレンズ２に向けて光を出射する出射面１２とを有している。そして、入射面１１又は出射面１２のうち何れか１面に赤外光を除去するための赤外除去膜ＲＣを成膜し、残りの１面に紫外光を除去するための紫外除去膜ＶＣを成膜することにより、撮像装置全体のコンパクト化を達成し、同時に画質の低下を防止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置に関するものである。

デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置は、主に、レンズ系と固体撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）とを有して構成され、被写体からの光が入射光としてレンズ系に入射し、レンズ系を構成する結像レンズにより、被写体からの光は固体撮像素子に結像される。レンズ系には結像レンズの他に、ズーム用レンズやフォーカス用レンズ等が配置されることもあり、各レンズを経た後に結像レンズにより固体撮像素子の所定位置に結像される。また、撮像装置には、レンズ系と固体撮像素子以外に赤外光を除去するための赤外カットフィルタが配置されている。赤外カットフィルタが配置される主な理由は赤外光による熱線の保護ためである。その他の理由として、固体撮像素子は可視光領域の光だけではなく、人間が認識することができない赤外光領域に対しても感度を持っているため、被写体の映像が実際の色とは大きく変化してしまうことやピントがずれてしまう等の問題を解消するために設けられる。

ところで、近年の撮像装置、特にデジタルカメラのコンパクト化の要請が高まっている。そこで、撮像装置のコンパクト化を目的としたものが特許文献１に開示されている。特許文献１の発明では、レンズの後方に二等辺三角柱プリズム反射鏡を設け、結像光線を側方に向けてその方向に配置された撮像素子に結像することにより、撮像装置の奥行寸法の短縮化を図っている。
特開平１１−２０５６６４号公報

ところで、上述の特許文献１では、直角二等辺三角柱プリズム反射鏡を配置することにより撮像装置全体のコンパクト化を図っているが、近年の撮像装置、特にデジタルカメラのコンパクト化の要請は極めて高いため、さらにコンパクト化を図る必要がある。また、赤外光を除去するために用いられる赤外カットフィルタは、固体撮像素子の直近に配置されていると画像に影響が及ぼされるという問題がある。つまり、固体撮像素子に近い位置に赤外カットフィルタが配置されている場合、赤外カットフィルタにゴミや汚れ等の異物が付着した場合や赤外カットフィルタに傷が付いた場合等は、それが微小な異物であったとしても、固体撮像素子が認識をしてしまい、これが取得される画像に対して影響を及ぼすことになる。このため、特許文献１のように撮像素子の直前に赤外カットフィルタ（ＩＲカットフィルタ）が配置されていると、固体撮像素子が異物を認識してしまい、画質に対して及ぼす影響が大きくなる。

そこで、本発明は、撮像装置のコンパクト化を達成し、同時に画像への影響を抑制することを目的とする。

本発明の撮像装置は、被写体からの光を結像するためのレンズと、前記被写体からの光の光路を変えるためのプリズムと、前記被写体からの光を受光して前記被写体の光を電気信号に変換するための固体撮像素子と、を有し、前記プリズムは、前記被写体からの光を入射する入射面と光路を変えるための反射面と前記固体撮像素子に向けて前記被写体からの光を出射する出射面とを有し、前記入射面又は前記出射面の何れかの面に赤外光を除去するための光学多層膜である赤外除去膜が形成されていることを特徴とする。

本発明は、装置全体のコンパクト化を達成し、同時に取得される画像に及ぼす影響を抑制する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１において本発明の撮像装置は、プリズム１とレンズ２と固体撮像素子３とを有して構成される。撮像装置としては、コンパクト化の実現という観点から特にデジタルカメラを想定しているが、ビデオカメラ等の他の撮像素子であっても適用することはできる。

図１にも示されるように、被写体からの光はレンズ２の結像作用により固体撮像素子３に結像される。そして、プリズム１は、レンズ２を経た光の光路を折り曲げるためのプリズムである。図１では、プリズム１は断面が直角二等辺三角形の形状をした三角柱状のプリズムを例示している。プリズムの材料としては、ガラス基板等の基板が適用され、プリズム１は３つの側面を有している。レンズ２からの光は３つの側面のうち１つの側面（入射面１１）からプリズム１に入射し、残りの２つの側面のうち１つの側面（反射面１０）で反射し、最後の側面（出射面１２）から固体撮像素子３に向かって出射していく。なお、プリズム１の形状は三角柱状でなくてもよいが、少なくとも反射面１０、入射面１１及び出射面１２の３つの面を有している必要がある。

図１に例示したものは、断面が直角二等辺三角形の三角柱状のプリズムであるため、入射面１１と出射面１２とは相互に直角に配置された面であり、残りの１面が反射面１０となる。このとき、入射面１１は被写体からの光の進行方向に対して直交するように配置される。従って、反射面１０は入射面１１と４５度の角度をなし、被写体からの光は反射面１０で反射して、光路が９０度折り曲げられることになる。勿論、反射面１０の角度が入射光の光路に対して４５度以外の角度で設けられていれば、９０度以外の角度をもって光路を折り曲げることができる。

レンズ２は、被写体からの光を固体撮像素子３に結像するための結像レンズである。レンズ２を経た光はプリズム１により光路を変えられ、固体撮像素子３の所定位置に結像する。図１には、レンズ２として結像レンズが１枚だけ設けたものが例示されているが、フォーカスやズーム等の機能を有する場合は、フォーカスレンズやズームレンズ等のレンズが配置される。また、レンズ２はプリズム１の入射側にのみ設けられているが、後述するように、さらにプリズム１の出射側に他のレンズが設けられている場合がある。そして、固体撮像素子３はＣＣＤからなる受光素子である。レンズ２により固体撮像素子３に結像された被写体からの光は、固体撮像素子３により光電変換されて電気信号が生成される。

固体撮像素子３を構成する各素子は入射光の強度に応じて濃淡信号を生成するため、受光素子にカラーフィルタを形成することにより、カラー化を実現することができる。そして、デジタルカメラの場合は、固体撮像素子３により生成された電気信号は、図示しないＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の画像処理装置により所定の画像処理が施されて最終的に被写体の画像が生成される。

ここで、プリズム１が被写体からの光の光路を変えるために、光を反射するための反射膜ＲＦが反射面１０に形成されている必要がある。反射膜ＲＦを反射面１０に形成する方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト法やスパッタ法等を用いて、プリズム１を構成するプリズムの反射面１０に、高屈折率膜と低屈折率膜との交互積層による反射膜ＲＦを蒸着することが考えられる。プリズム１を構成するプリズムの反射面１０に形成された反射膜ＲＦにより被写体からの光は光路が９０度折り曲げられることになる。

そして、プリズム１を構成するプリズムの反射面１０以外の２つの側面のうち入射面１１には赤外除去膜ＲＣが成膜され、出射面１２には紫外除去膜ＶＣが成膜される。赤外除去膜ＲＣは、入射光のうち赤外光を除去するための光学多層膜であり、赤外カットフィルタと同じ機能を光学多層膜により実現しているものである。例えば、高屈折率膜の材料としてＴｉＯ_２を用い、低屈折率膜の材料としてＳｉＯ_２を用い、高屈折率膜と低屈折率膜とを５０層程度交互積層することにより、赤外除去膜ＲＣをプリズムの入射面１１に形成することができる。

また、紫外除去膜ＶＣは入射光のうち紫外光を除去するための光学多層膜である。固体撮像素子３を構成するＣＣＤは、赤外光だけでなく紫外光に対しても感度を有しているため、色収差により紫色に輪郭ぼけが発生する。このため、紫外除去膜ＶＣが用いられる。例えば、高屈折率膜の材料としてＴｉＯ_２やＮｂ_２Ｏ_５を用い、低屈折率膜の材料としてＳｉＯ_２を用い、高屈折率膜と低屈折率膜とを４０層乃至５０層程度交互積層することにより、紫外除去膜ＶＣをプリズムの出射面１２に形成することができる。

本来なら、赤外光を除去するための赤外カットフィルタ及び紫外光を除去するための紫外カットフィルタは、専用の部品として別個独立に設けられている必要があるが、かかるフィルタを専用部品として別個独立に設けると、装置全体のコンパクト化を図ることはできない。そこで、赤外光を除去する機能及び紫外光を除去する機能を発揮する光学多層膜を、被写体からの光の光路を変換して撮像装置のコンパクト化を図るためのプリズム１の２つの側面に形成することにより、上述の各フィルタを専用部品として設ける必要がなくなる。各フィルタのうち１つのフィルタを削減するだけでも、撮像装置全体のコンパクト化という目的を充分に達成することができるが、赤外光と紫外光との２つの波長域の光を除去するときには、別個独立に配置する必要のある２つの部品を削減することができ、撮像装置全体のコンパクト化に大きく寄与することができる。

ところで、撮像装置において赤外光を除去することは必須である。つまり、赤外光の熱線保護の観点から、及び赤外光は実際に取得された画像に大きな影響を及ぼすため（色の変化やピントがぼける等）、赤外除去膜ＲＣはプリズム１に形成されている必要がある。これに対し、紫外除去膜ＶＣは紫外光を除去して画質の向上を図るが、紫外光が除去されなくても、それほど取得される画像の画質を低下させるものではない。このため、紫外除去膜ＶＣはプリズム１に形成されていることが好ましいが、紫外除去膜ＶＣは必須要素ではない。従って、最低限赤外除去膜ＲＣが形成されていればよい。

そして、図１では、レンズ２はプリズム１に対して被写体からの光の入射側に設けられているが、複数のレンズが一体となってフォーカスレンズやズームレンズ等の役割を果たすときは、その一部をプリズム１と固体撮像素子３との間（プリズム１の出射側）に配置することができる。この場合、プリズム１と固体撮像素子３との間にレンズが配置されることから、プリズム１と固体撮像素子３との間の光路長は長くなる。このため、ゴミや汚れ等の異物によって取得される画像に及ぼす影響を抑制することができる。つまり、赤外線を除去するための機能を発揮する機能面（従来ではＩＲカットフィルタの面、本発明ではプリズム１の出射面１２）にゴミや汚れ等の異物が付着した場合や機能面に傷が付いた場合等において、上記の機能面と固体撮像素子３との間が近接すると、異物や傷等が取得される画像が認識してしまい、画像に及ぼす影響が大きくなる。

そこで、プリズム１と固体撮像素子３との間にレンズが配置されれば、プリズム１と固体撮像素子３の間の光路長は長くなるため、上記の異物や傷等による画像への影響を抑制することができる。上記の画像への影響という観点からは、プリズム１と固体撮像素子３との間の光路長を長くすることが好ましい。このとき、プリズム１と固体撮像素子３との間にレンズが配置されていない場合には、プリズム１の入射面１１に赤外除去膜ＲＣを成膜することにより、光路長を長くすることができる。従って、プリズム１と固体撮像素子３との間にレンズが配置されていない場合でも、上記の画像に及ぼす影響を抑制することができる。勿論、画像への影響の問題を考慮すれば、赤外除去膜ＲＣが成膜されている面はプリズム１の入射面１１であることが好ましいが、出射面１２で成膜されている場合であっても、異物や傷等が極めて微小なときには、それほど画像に対して影響を及ぼすことがないため、かかる場合には、赤外除去膜ＲＣがプリズム１の出射面１２に成膜されていてもよい。

なお、入射面１１及び出射面１２には、光の反射を防止するための反射防止膜を形成する必要があるが、赤外除去膜ＲＣ及び紫外除去膜ＶＣはこれらの機能を有しているものとする。また、紫外除去膜ＶＣが形成されず、赤外除去膜ＲＣのみが形成される場合は、入射面１１又は出射面１２のうち赤外除去膜ＲＣが形成されていない面には、反射防止膜を形成する。

以上説明したように、本発明は、撮像装置全体のコンパクト化を図るために用いられる三角柱状のプリズムであるプリズム１の反射面１０以外の２つの側面（入射面１１、出射面１２）のうち何れか１面に赤外除去膜ＲＣを成膜することにより、赤外光をカットするための赤外カットフィルタを専用に配置する必要がないため、装置全体のコンパクト化を図ることができる。また、紫外光を除去する場合には、プリズム１の反射膜ＲＦ及び赤外除去膜ＲＣが成膜されていない側面に形成することにより、紫外カットフィルタを専用部品として配置する必要はなく、撮像装置のコンパクト化を実現しつつ高い画質の画像を取得することができる。そして、プリズム１と固体撮像素子３との間にレンズの一部が配置されている場合やプリズム１の入射面１１に赤外除去膜ＲＣが付着されている場合には、傷や異物等による画像への影響を抑制することができる。

本発明の撮像装置の一例を示す説明図である。

符号の説明

１プリズム２レンズ
３固体撮像素子１０反射面
１１入射面１２出射面
ＲＣ赤外除去膜ＲＦ反射膜
ＶＣ紫外除去膜

Claims

被写体からの光を結像するためのレンズと、前記被写体からの光の光路を変えるためのプリズムと、前記被写体からの光を受光して前記被写体の光を電気信号に変換するための固体撮像素子と、を有し、
前記プリズムは、前記被写体からの光を入射する入射面と光路を変えるための反射面と前記固体撮像素子に向けて前記被写体からの光を出射する出射面とを有し、
前記入射面又は前記出射面の何れかの面に赤外光を除去するための光学多層膜である赤外除去膜が形成されていることを特徴とする撮像装置。
前記入射面又は前記出射面のうち、前記赤外除去膜が形成されていない面には紫外光を除去するための光学多層膜である紫外除去膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記プリズムは三角柱状のプリズムであり、前記三角柱状のプリズムの３つの側面を夫々入射面、反射面及び出射面として機能させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。