JP2004282778A - Imaging apparatus, signal processing instrument, and signal processing method - Google Patents

Imaging apparatus, signal processing instrument, and signal processing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a miniaturized, thin, and lightweight imaging apparatus, and also to facilitate incorporation and operation. <P>SOLUTION: A CCD bare chip 12 which performs photoelectric conversion of light in which an image is formed by an imaging lens 4 provided to a holder 2 and outputs a picture signal is equipped in a device board 1. The imaging lens 4 is provided in the holder 2. The exterior has a diaphram effect masking ambient light and is set to package 2A masking light from outside. Also, in the package 2A, a circular hole 3 is provided to the imaging lens 4 for receiving the light from an object. The holder 2 is mounted on the board 1 and thus the imaging apparatus is constituted. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、撮像装置、信号処理装置および信号処理方法に関し、特に、画像を取り込む、例えばビデオカメラなどを小型化かつ軽量化し、低価格で提供することができるようにする撮像装置、信号処理装置および信号処理方法に関する。   The present invention relates to an image pickup apparatus, a signal processing apparatus, and a signal processing method, and more particularly, to an image pickup apparatus and a signal processing apparatus that can provide an image capturing apparatus, for example, a video camera or the like, which can be reduced in size and weight and provided at a low price. And a signal processing method.

図54は、従来のビデオカメラの一例の構成を示している。このビデオカメラは、レンズモジュール101およびカメラ本体111で構成されている。また、レンズモジュール101は、フォーカスレンズ104を含む結像レンズ102、およびアイリス調整機構103で構成され、カメラ本体111は、光学LPF(ローパスフィルタ)112、イメージセンサ113、およびカメラ処理回路114で構成されている。   FIG. 54 shows an example of a configuration of a conventional video camera. This video camera includes a lens module 101 and a camera body 111. The lens module 101 includes an imaging lens 102 including a focus lens 104, and an iris adjustment mechanism 103. The camera body 111 includes an optical LPF (low-pass filter) 112, an image sensor 113, and a camera processing circuit 114. Have been.

結像レンズ102に入射された被写体からの光は、アイリス調整機構103、および光学LPF112を介して、イメージセンサ113に出射され、これにより、イメージセンサ113の受光面上には、被写体の像が結像される。イメージセンサ113は、例えば電荷結合素子(以下、適宜、CCDという)などでなり、その受光面で受光された被写体の像としての光を光電変換し、その結果得られる被写体に対応する画像信号を、カメラ処理回路114に出力する。カメラ処理回路114では、イメージセンサ113からの画像信号に対し、所定の信号処理が施され、その後、例えばビデオテープなどの記録媒体に記録されたり、あるいは、例えばモニタなどに出力されて表示されたり、さらにはまた、所定の処理を施すためにコンピュータなどに供給される。   The light from the subject incident on the imaging lens 102 is emitted to the image sensor 113 via the iris adjustment mechanism 103 and the optical LPF 112, whereby an image of the subject is formed on the light receiving surface of the image sensor 113. It is imaged. The image sensor 113 includes, for example, a charge-coupled device (hereinafter, appropriately referred to as a CCD), photoelectrically converts light as an image of the subject received on its light receiving surface, and converts an image signal corresponding to the subject obtained as a result. , To the camera processing circuit 114. In the camera processing circuit 114, predetermined signal processing is performed on the image signal from the image sensor 113, and thereafter, the image signal is recorded on a recording medium such as a video tape, or is output and displayed on a monitor, for example. Further, it is supplied to a computer or the like for performing predetermined processing.

なお、イメージセンサ113には、カメラ処理回路114からドライブ信号が供給されるようになされており、イメージセンサ113は、このドライブ信号にしたがって、画像信号の出力などの所定の処理を行う。また、アイリス調整機構103は、イメージセンサ113上に結像される像の明るさを調整したり、また、結像レンズ102から出射された、結像に不要な周辺光線を遮断したりするようになされている。さらに、フォーカスレンズ104は、イメージセンサ113上に結像される像のフォーカスを調整するようになされている。また、光学LPF112は、そこに入射される光の偏光面によって異なる屈折率を有する光学素子で、例えば光学異方性のある結晶性の水晶などでなり、フォーカスレンズ104からの光の空間周波数の高域成分を抑制し、これにより、イメージセンサ113で生じる折り返し歪を低減するようになされている。   A drive signal is supplied from the camera processing circuit 114 to the image sensor 113, and the image sensor 113 performs a predetermined process such as outputting an image signal according to the drive signal. The iris adjustment mechanism 103 adjusts the brightness of an image formed on the image sensor 113, and blocks peripheral rays unnecessary for image formation emitted from the image forming lens 102. It has been made. Further, the focus lens 104 adjusts the focus of an image formed on the image sensor 113. The optical LPF 112 is an optical element having a different refractive index depending on the polarization plane of light incident thereon, and is made of, for example, crystalline quartz having optical anisotropy, and has a spatial frequency of light from the focus lens 104. High-frequency components are suppressed, and thereby, aliasing distortion generated in the image sensor 113 is reduced.

ところで、ビデオカメラを、例えばコンピュータに画像を入力するためや、自動車の監視のためなどに用いる場合、あるいは、いわゆるテレビ電話機や、テレビ会議システムなどに適用する場合などには、ビデオカメラから得られる画像が高画質なものであることは、あまり要求されない。すなわち、通常、画質はそれほど高いものでなくても、その組み込みおよび取扱いが容易なビデオカメラが要求される。   By the way, when a video camera is used, for example, for inputting an image to a computer or for monitoring a car, or when applied to a so-called video phone or a video conference system, the video camera is obtained from the video camera. It is not so required that the image be of high quality. That is, a video camera is required that is easy to install and handle, even if the image quality is not so high.

しかしながら、従来、組み込みおよび取扱いを容易にしようとすると、製造時に光学的な調整が必要となるため、製造工程が複雑化するとともに、装置が大型化し、またその価格も高くなる。   However, conventionally, in order to easily assemble and handle, optical adjustment is required at the time of manufacturing, which complicates the manufacturing process, increases the size of the apparatus, and increases its price.

さらに、従来のビデオカメラでは、イメージセンサ113に入射する光の空間周波数を制限するため、図54に示したように光学LPF112が必要となるが、この厚みdは、イメージセンサ113の画素ピッチに比例した厚さにする必要があった。このため、イメージセンサ113として、画素ピッチの小さなものを用いた場合には、イメージセンサ113の価格が高くなり、また画素ピッチの大きなものを用いた場合には、厚さdの厚い光学LPF112を設ける必要があり、装置が大型化する。   Further, in a conventional video camera, an optical LPF 112 is required as shown in FIG. 54 in order to limit the spatial frequency of light incident on the image sensor 113. The thickness had to be proportional. For this reason, when an image sensor with a small pixel pitch is used as the image sensor 113, the price of the image sensor 113 increases, and when an image sensor with a large pixel pitch is used, the optical LPF 112 having a large thickness d is used. It is necessary to provide it, and the device becomes large.

そこで、より小型化かつ低コスト化したビデオカメラとして、例えば図55に示すような構成のものが知られている。この例においては、基板404の上にCCD撮像素子403が固定されている。また、鏡筒402には、1つの結像レンズ401が固定されており、この鏡筒402が、基板404に対して固定される。基板404の裏側には、各種の部品405が取り付けられている。   Therefore, a video camera having a configuration as shown in FIG. 55 is known as a more compact and lower cost video camera. In this example, a CCD image sensor 403 is fixed on a substrate 404. Further, one imaging lens 401 is fixed to the lens barrel 402, and the lens barrel 402 is fixed to the substrate 404. Various components 405 are attached to the back side of the substrate 404.

なお、図55の例において、光量を調整する調整機構などの構成は、その図示が省略されている。   In the example of FIG. 55, the illustration of the configuration such as the adjustment mechanism for adjusting the light amount is omitted.

ここにおけるCCD撮像素子403は、図56に示すように構成されている。すなわち、CCD撮像素子403は、入力された光を光電変換するCCDベアチップ403Aを備える。このCCDベアチップ403Aは、その光入射面側に、R,G,B(補色の場合もある)の所定の色の波長の光のみを通過させるカラーフィルタ(図示せず)を有している。CCDベアチップ403Aは、プラスチックなどよりなるパッケージ403Bの内部に収容され、パッケージ403Bの上端には、カバーガラス403Cが配置されている。
特開昭63−314077号公報 特開昭63−314078号公報 特開昭63−314081号公報
Here, the CCD image pickup device 403 is configured as shown in FIG. That is, the CCD image pickup device 403 includes a CCD bare chip 403A that photoelectrically converts input light. The CCD bare chip 403A has a color filter (not shown) on its light incident surface side that allows only light of predetermined wavelengths of R, G, and B (which may be complementary colors) to pass. The CCD bare chip 403A is housed inside a package 403B made of plastic or the like, and a cover glass 403C is arranged at an upper end of the package 403B.
JP-A-63-314077 JP-A-63-314078 JP-A-63-314081

しかしながら、図55に示す構成例においては、結像レンズ401の上端から、CCD撮像素子403の上面までの距離が約30mm、CCD撮像素子403の厚さが5mm、そして、基板404の上面から部品405の下端までの距離が15mm程度となり、その合計が約50mmとなる。   However, in the configuration example shown in FIG. 55, the distance from the upper end of the imaging lens 401 to the upper surface of the CCD image sensor 403 is about 30 mm, the thickness of the CCD image sensor 403 is 5 mm, and The distance to the lower end of 405 is about 15 mm, and the total is about 50 mm.

従って、図55に示すような構成を、例えばPCカードなどに組み込み、携帯用のパーソナルコンピュータなどにおいて用いるようにすることができない課題があった。   Therefore, there is a problem that the configuration as shown in FIG. 55 cannot be incorporated in, for example, a PC card and used in a portable personal computer or the like.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、組み込みおよび取扱いが容易で、小型かつ軽量の装置を、低価格で提供することができるようにするものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and it is an object of the present invention to provide a small and lightweight device which is easy to assemble and handle and can be provided at a low price.

本発明の撮像装置は、光を結像させる少なくとも1つの結像レンズが設けられた、周辺光線を遮断する絞り効果を有し、外光を遮断する外装のホルダと、少なくとも、結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子が装着された基板とを備える撮像装置であって、ホルダと基板とは一体化されていることを特徴とする。   The image pickup apparatus of the present invention is provided with at least one image forming lens for forming an image of light, has an aperture effect of blocking peripheral rays, and has an exterior holder that blocks external light, and at least an image forming lens. An imaging apparatus comprising: a substrate on which a photoelectric conversion element that photoelectrically converts an imaged light and outputs an image signal is mounted, wherein the holder and the substrate are integrated.

本発明の撮像装置の製造方法は、入射された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子を基板に装着するステップと、光電変換素子上に光を結像させる1つの結像レンズに対して周辺光線を遮断する部分を形成するステップと、結像レンズを基板に対して一体化するステップとを備えることを特徴とする。   According to the method of manufacturing an imaging device of the present invention, a photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident light and outputs an image signal is mounted on a substrate, and one imaging lens that forms light on the photoelectric conversion element. A step of forming a portion that blocks marginal rays, and a step of integrating the imaging lens with the substrate.

本発明の撮像装置は、光を結像させる1つの結像レンズと、少なくとも、結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子が装着された基板とを備える撮像装置であって、結像レンズの瞳径Dと焦点距離fで規定されるFナンバーをFとするとき、光電変換素子は、その有効画素のピッチが、撮像有効領域の1/(200F)より大きい値に設定されていることを特徴とする。   The imaging device of the present invention includes one imaging lens that forms light, and at least a substrate on which a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light formed by the imaging lens and outputs an image signal is mounted. When the F-number defined by the pupil diameter D of the imaging lens and the focal length f is F, the photoelectric conversion element has an effective pixel pitch of 1 / (200F) of the effective imaging area. ) Is set to a larger value.

本発明の撮像装置は、光を結像させる1つの結像レンズと、結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子とを備え、結像レンズは、その一部が光電変換素子と直接接触していることを特徴とする。   An imaging apparatus according to an aspect of the invention includes one imaging lens that forms light, and a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light formed by the imaging lens and outputs an image signal. A part thereof is in direct contact with the photoelectric conversion element.

本発明の撮像装置は、受光面に入射する光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子と、光電変換素子より出力される画像信号をA/D変換するA/D変換器とを備え、光電変換素子およびA/D変換器は、1つのパッケージに組み込まれていることを特徴とする。   The imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light incident on a light receiving surface and outputs an image signal, and an A / D converter that A / D converts an image signal output from the photoelectric conversion element. And the photoelectric conversion element and the A / D converter are incorporated in one package.

本発明の信号処理装置は、電荷結合素子より出力された画像信号をA/D変換したディジタルの画像データを処理する信号処理装置であって、画像データが、電荷結合素子が画像信号を出力する周期の1/2の周期を有するクロックのタイミングで、画像信号をA/D変換したものであるとき、画像データを1クロック分だけ遅延する遅延手段と、画像データと、遅延手段の出力との差分を演算する演算手段と、演算手段より出力される差分を、1つおきに出力する出力手段とを備えることを特徴とする。   A signal processing device according to the present invention is a signal processing device for processing digital image data obtained by A / D converting an image signal output from a charge-coupled device, wherein the image data is output by the charge-coupled device. When the image signal is A / D-converted at the timing of a clock having a half cycle, a delay unit for delaying the image data by one clock, a delay unit for the image data and an output of the delay unit. It is characterized by comprising arithmetic means for calculating the difference, and output means for outputting every other difference output from the arithmetic means.

本発明の信号処理方法は、電荷結合素子より出力された画像信号をA/D変換したディジタルの画像データを処理する信号処理方法であって、画像データが、電荷結合素子が画像信号を出力する周期の1/2の周期を有するクロックのタイミングで、画像信号をA/D変換したものであるとき、画像データを1クロック分だけ遅延するステップと、画像データと、1クロック分だけ遅延した画像データとの差分を演算するステップと、差分を、1つおきに出力するステップとを備えることを特徴とする。   A signal processing method according to the present invention is a signal processing method for processing digital image data obtained by A / D converting an image signal output from a charge-coupled device, wherein the image data is output from the charge-coupled device. A step of delaying the image data by one clock when the image signal is A / D converted at a clock timing having a half cycle of the cycle; The method is characterized by comprising a step of calculating a difference from data and a step of outputting every other difference.

本発明の撮像アダプタ装置は、情報処理装置に着脱自在に装着される筐体と、筐体に収容される撮像装置とを備え、撮像装置は、光を結像させる1つの結像レンズが設けられた、周辺光線を遮断する絞り効果を有し、外光を遮断する外装のホルダと、結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子が装着され、ホルダと一体化された基板とを備えることを特徴とする。   The imaging adapter device of the present invention includes a housing detachably mounted on the information processing device, and an imaging device housed in the housing, and the imaging device is provided with one imaging lens that forms light. Has a diaphragm effect of blocking peripheral rays, a holder of an exterior that blocks external light, and a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light formed by the imaging lens and outputs an image signal, It is characterized by comprising a holder and an integrated substrate.

本発明の情報処理装置は、撮像装置からの画像信号を取り込む取込手段と、取込手段により取り込まれた画像信号を処理する処理手段とを備えることを特徴とする。   An information processing apparatus according to the present invention includes a capturing unit that captures an image signal from an imaging device, and a processing unit that processes the image signal captured by the capturing unit.

本発明の情報処理方法は、撮像装置からの画像信号を取り込むステップと、取り込まれた画像信号を処理するステップとを備えることを特徴とする。   An information processing method according to the present invention includes a step of capturing an image signal from an imaging device and a step of processing the captured image signal.

本発明の撮像装置においては、ホルダは、その外装が周辺光線を遮断する絞り効果を有し、外光を遮断するようになされており、そこには、光を結像させる少なくとも1つの結像レンズが設けられている。基板には、少なくとも、結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子が装着されている。そして、これらのホルダと基板とは一体化されている。   In the image pickup apparatus of the present invention, the holder has an aperture effect of blocking peripheral light, and is configured to block external light, and the holder has at least one image for forming light. A lens is provided. At least a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light formed by the image forming lens and outputs an image signal is mounted on the substrate. The holder and the substrate are integrated.

本発明の撮像装置の製造方法においては、入射結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子が装着された基板に、光電変換素子上に光を結像させる1つの結像レンズが設けられた、周辺光線を遮断する絞り効果を有し、外光を遮断する外装のホルダを装着するようになされている。   In the method of manufacturing an image pickup device according to the present invention, one image forming device that photoelectrically converts incident image-formed light and forms an image on the photoelectric conversion element is mounted on a substrate on which a photoelectric conversion element that outputs an image signal is mounted. A holder provided with an image lens and having an aperture effect of blocking peripheral light rays and of an exterior that blocks external light is mounted.

本発明の撮像装置においては、光電変換素子の有効画素のピッチは、撮像有効領域の1/(200F)より大きい値に設定されている。   In the imaging device of the present invention, the effective pixel pitch of the photoelectric conversion element is set to a value larger than 1 / (200F) of the imaging effective area.

本発明の撮像装置においては、光を結像させる1つの結像レンズの一部が、その結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子と直接接触するようになされている。   In the imaging apparatus according to the aspect of the invention, a part of one imaging lens that forms an image of light is in direct contact with a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light formed by the imaging lens and outputs an image signal. It has been done.

本発明の撮像装置においては、光電変換素子は、受光面に入射する光を光電変換し、画像信号を出力するようになされている。A/D変換器は、光電変換素子より出力される画像信号をA/D変換するようになされている。そして、これらの光電変換素子およびA/D変換器は、1つのパッケージに組み込まれている。   In the imaging device according to the present invention, the photoelectric conversion element photoelectrically converts light incident on the light receiving surface and outputs an image signal. The A / D converter is configured to A / D convert an image signal output from the photoelectric conversion element. These photoelectric conversion elements and A / D converters are incorporated in one package.

本発明の信号処理装置および信号処理方法においては、画像データを1クロック分だけ遅延し、画像データと、1クロック分だけ遅延した画像データとの差分を演算し、差分を、1つおきに出力するようになされている。   In the signal processing device and the signal processing method according to the present invention, the image data is delayed by one clock, the difference between the image data and the image data delayed by one clock is calculated, and the difference is output every other one. It has been made to be.

本発明の撮像アダプタ装置においては、筐体に撮像装置が収容され、撮像装置には、結像レンズと絞りを有するホルダが、光電変換素子が装着されている基板と一体化されている。   In the imaging adapter device of the present invention, the imaging device is housed in the housing, and the imaging device has a holder having an imaging lens and a diaphragm integrated with the substrate on which the photoelectric conversion element is mounted.

本発明の情報処理装置および情報処理方法においては、筐体に収容されている撮像装置の光電変換素子より出力された画像信号が取り込まれ、処理される。   In the information processing apparatus and the information processing method according to the present invention, an image signal output from a photoelectric conversion element of an imaging device housed in a housing is captured and processed.

本発明によれば、その外装が外光を遮断するとともに、周辺光線を遮断する絞り効果を有し、光を結像させる1つの結像レンズが設けられているホルダと、少なくとも、結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子が装着されている基板とが一体化されている。従って、撮像装置を小型化、薄型化、軽量化することが可能となり、その組み込みおよび取扱いを容易にすることができる。また、低画素数の光電変換素子を用いることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exterior has the stop effect which interrupts external light and blocks a peripheral ray, and the holder provided with one imaging lens which images light, and at least an imaging lens And a substrate on which a photoelectric conversion element that outputs an image signal by photoelectrically converting the light formed by the method is integrated. Therefore, it is possible to reduce the size, thickness, and weight of the imaging device, and to easily incorporate and handle the imaging device. Further, a photoelectric conversion element with a small number of pixels can be used.

本発明によれば、有効画素のピッチを、撮像有効領域の1/(200F)より大きい値に設定するようにしたので、低コストで薄型化が可能な撮像装置を実現することができる。   According to the present invention, since the pitch of the effective pixels is set to a value larger than 1 / (200F) of the effective imaging area, it is possible to realize an imaging device that can be reduced in thickness at low cost.

本発明によれば、光を結像させる1つの結像レンズの一部が、その結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子と直接接触しているので、撮像装置を小型化、薄型化、軽量化することが可能となり、その組み込みおよび取扱いを容易にすることができる。また、低画素数の光電変換素子を用いることが可能となるばかりでなく、結像レンズと光電変換素子との間の光学的調整をせずに済むようになる。   According to the present invention, a part of one imaging lens that forms an image of light is in direct contact with a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light formed by the imaging lens and outputs an image signal. Therefore, it is possible to reduce the size, thickness, and weight of the imaging device, and to easily incorporate and handle the imaging device. Further, not only can a photoelectric conversion element having a small number of pixels be used, but also optical adjustment between the imaging lens and the photoelectric conversion element can be omitted.

本発明によれば、光電変換素子、およびA/D変換器が、1つのパッケージに組み込まれている。従って、撮像装置を小型化、薄型化、軽量化することが可能となり、その組み込みおよび取扱いを容易にすることができる。また、低画素数の光電変換素子を用いることが可能となるばかりでなく、ディジタルの画像データを出力する小型の撮像装置の提供が可能となる。   According to the present invention, the photoelectric conversion element and the A / D converter are incorporated in one package. Therefore, it is possible to reduce the size, thickness, and weight of the imaging device, and to easily incorporate and handle the imaging device. Further, not only can a photoelectric conversion element having a small number of pixels be used, but also a small-sized imaging device that outputs digital image data can be provided.

本発明によれば、画像データが、電荷結合素子が画像信号を出力する周期の1/2の周期を有するクロックのタイミングで、画像信号をA/D変換したものであるとき、画像データが1クロック分だけ遅延され、画像データと、1クロック分だけ遅延された画像データとの差分が演算される。そして、その差分が、1つおきに出力される。従って、電荷結合素子が出力する画像信号に含まれる雑音成分を低減することができる。   According to the present invention, when the image data is A / D converted from the image signal at the timing of a clock having a half cycle of the cycle of outputting the image signal by the charge-coupled device, the image data becomes 1 The difference between the image data delayed by one clock and the image data delayed by one clock is calculated. Then, the difference is output every other one. Therefore, it is possible to reduce a noise component included in the image signal output from the charge-coupled device.

本発明によれば、基板とホルダとを一体化した撮像装置を筐体に収容するようにしたので、小型化、薄型化、軽量化、さらに低コスト化が可能となる。   According to the present invention, since the imaging device in which the substrate and the holder are integrated is housed in the housing, the size, thickness, weight, and cost can be reduced.

本発明に記載の情報処理方法によれば、撮像アダプタ装置の撮像装置より出力された画像信号を取込、処理するようにしたので、任意の場所で簡単に画像信号を伝送することが可能となる。   According to the information processing method according to the present invention, the image signal output from the imaging device of the imaging adapter device is fetched and processed, so that the image signal can be easily transmitted at any place. Become.

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施例]
図1は、本発明を適用した撮像装置の第1実施例の構成を示す斜視図である。この撮像装置は、基板1にホルダ2が装着(嵌合)されることにより、それらが一体化されて構成されている。基板1には、後述する図3を参照して説明するように、少なくとも、ホルダ2に設けられた結像レンズ4により結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子としての、例えばCCDベアチップ12が装着されている。また、ホルダ2には、光を結像させる1つの結像レンズ4が設けられており、その外装は、結像レンズ4に周辺光線が入射しないように、そのような周辺光線を遮断する絞り効果を有し、さらに外光を遮断するパッケージ2Aとされている。なお、パッケージ2Aには、結像レンズ4に、被写体からの光を入射させるための円形状の穴(絞り)3が設けられている。また、この実施例では、穴3は、パッケージ2Aの上部の、ほぼ中央に設けられており、固定アイリスとして機能する。
[First embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a first embodiment of an imaging apparatus to which the present invention is applied. This imaging apparatus is configured such that a holder 2 is mounted (fitted) on a substrate 1 so that they are integrated. As will be described later with reference to FIG. 3, the substrate 1 is a photoelectric conversion element that photoelectrically converts at least light formed by an imaging lens 4 provided in a holder 2 and outputs an image signal. For example, a CCD bare chip 12 is mounted. Further, the holder 2 is provided with one imaging lens 4 for forming an image of light, and its exterior is provided with a diaphragm that blocks such peripheral light so that the peripheral light does not enter the imaging lens 4. The package 2A has an effect and further blocks external light. The package 2A is provided with a circular hole (aperture) 3 for allowing light from a subject to enter the imaging lens 4. In this embodiment, the hole 3 is provided substantially at the center of the upper part of the package 2A and functions as a fixed iris.

次に、図2は、図1の撮像装置の平面図であり、また、図3は、図2におけるA−A’部分(図2において断面線で示す部分)の断面図である。基板1上には、上述したように、CCDベアチップ12が装着されている他、そのCCDベアチップ12をドライブするドライバ13、CCDベアチップ12の出力をA/D変換するA/D変換器14、その他必要なチップが装着されている(詳細は、図18を参照して後述する)。なお、CCDベアチップ12は、基板1にホルダ2が装着されたときに、ホルダ2に設けられた穴3と対向するような位置に装着されている。但し、基板1の設計上、CCDベアチップ12の装着位置が制限される場合には、先に、CCDベアチップ12の装着位置を決定し、その後、CCDベアチップ12と対向する位置に、穴3を設けるようにすることができる。   Next, FIG. 2 is a plan view of the imaging device of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of an A-A ′ portion (portion shown by a cross-sectional line in FIG. 2) in FIG. As described above, the CCD bare chip 12 is mounted on the substrate 1, a driver 13 for driving the CCD bare chip 12, an A / D converter 14 for A / D converting an output of the CCD bare chip 12, and others. Necessary chips are mounted (details will be described later with reference to FIG. 18). The CCD bare chip 12 is mounted at a position facing the hole 3 provided in the holder 2 when the holder 2 is mounted on the substrate 1. However, if the mounting position of the CCD bare chip 12 is restricted due to the design of the substrate 1, the mounting position of the CCD bare chip 12 is determined first, and then the hole 3 is provided at a position facing the CCD bare chip 12. You can do so.

さらに、基板1の側面には、外部へ信号を出力し、また外部から信号を入力するため(例えば、CCDベアチップ12より出力され、所定の処理が施された画像信号を取り出したり、あるいは基板1に装着された各チップに電源を供給したりするためなど)のリード5が設けられている。なお、図1においては、リード5の図示を省略してある。   Further, on the side surface of the substrate 1, for outputting a signal to the outside and inputting a signal from the outside (for example, an image signal output from the CCD bare chip 12 and subjected to predetermined processing is taken out, or For supplying power to each chip mounted on the chip). In FIG. 1, the illustration of the leads 5 is omitted.

基板1に装着された各チップは、必要に応じて、接続線によって接続されている。なお、図3では、ドライバ13から引き出されている接続線13Aのみを図示してあり、その他のチップから引き出されている接続線は、図が煩雑になるため省略してある。   Each chip mounted on the substrate 1 is connected by a connection line as needed. In FIG. 3, only the connection lines 13A drawn from the driver 13 are shown, and connection lines drawn from other chips are omitted because the drawing is complicated.

図4は、CCDベアチップ12の構成例を表している。この実施例においては、CCDベアチップ12は、入力された光に対応する電気信号を出力するCCD素子(電荷結合素子)12Aと、CCD素子12A上に形成され、R,G,B(補色の場合もある)などの所定の波長の光を通過させるカラーフィルタ12Bとで構成されている。但し、カラーフィルタ12Bは、省略される場合もある。   FIG. 4 shows a configuration example of the CCD bare chip 12. In this embodiment, a CCD bare chip 12 is formed on a CCD element (charge coupled element) 12A for outputting an electric signal corresponding to input light, and is formed on the CCD element 12A. And a color filter 12B that allows light of a predetermined wavelength to pass therethrough. However, the color filter 12B may be omitted.

この図4に示されているCCDベアチップ12と、図56に示したCCD撮像素子403とを比較して明らかなように、図4に示したCCDベアチップ12には、図56に示したセラミックやプラスチックよりなるパッケージ403Bが省略された構成となされている。従って、その大きさは、図56に示すCCD撮像素子403に較べてより小さいものとすることができる。   As is clear from a comparison between the CCD bare chip 12 shown in FIG. 4 and the CCD image pickup device 403 shown in FIG. 56, the CCD bare chip 12 shown in FIG. The configuration is such that the package 403B made of plastic is omitted. Therefore, the size can be smaller than that of the CCD image sensor 403 shown in FIG.

結像レンズ4は、脚部11とともにレンズ部10を構成している。ここで、図5は、レンズ部10の詳細構成を表した斜視図である。レンズ部10は、透明な材料としての、例えば透明なプラスチック(例えば、PMMAなど)でなり、平行平板に4つの脚が設けられたような、いわばテーブル形状をしている。すなわち、平行平板の中心部分には、単玉レンズとしての結像レンズ4が形成され、さらに、その平行平板の4隅には、結像レンズ4の光軸と平行な方向に延びた、例えば水平断面の形状が長方形である角柱形状の4つの脚部11が設けられている。そして、この4つの脚部11のそれぞれの下部であって、結像レンズ4の光軸と対向する角の部分は、角柱状にくり貫かれ、これにより切欠き11Aが形成されている。なお、4つの脚部11のそれぞれは、その4つの側面のうちの2つ(その2つの側面で構成される角の部分)が、結像レンズ4の光軸と対向するように設けられている。   The imaging lens 4 forms a lens unit 10 together with the leg unit 11. Here, FIG. 5 is a perspective view illustrating a detailed configuration of the lens unit 10. The lens unit 10 is made of, for example, a transparent plastic (for example, PMMA) as a transparent material, and has a so-called table shape in which four legs are provided on a parallel flat plate. That is, an imaging lens 4 as a single lens is formed at the central portion of the parallel plate, and further, at four corners of the parallel plate, extends in a direction parallel to the optical axis of the imaging lens 4, for example. Four legs 11 having a prismatic shape having a rectangular horizontal cross section are provided. A lower portion of each of the four legs 11 and a corner portion facing the optical axis of the imaging lens 4 is hollowed out in a prismatic shape, thereby forming a notch 11A. Each of the four legs 11 is provided such that two of the four side surfaces (corner portions formed by the two side surfaces) face the optical axis of the imaging lens 4. I have.

CCDベアチップ12は、その上面(撮像面)から見た形状が、例えば長方形状のチップであり、4つの切欠き11Aのそれぞれは、CCDベアチップ12の4角に精度良く嵌合するようになされている。   The shape of the CCD bare chip 12 as viewed from the upper surface (imaging surface) thereof is, for example, a rectangular chip, and each of the four notches 11 </ b> A is formed so as to be accurately fitted to the four corners of the CCD bare chip 12. I have.

なお、レンズ部10は、プラスチックを、例えばモールド成形することで構成されており(従って、結像レンズ4はプラスチックモールド単玉レンズである)、これにより結像レンズ4の主点に対する、レンズ部10の各部の寸法の相対的な精度は、充分に高くされている。   The lens unit 10 is formed by molding a plastic, for example, by molding (accordingly, the imaging lens 4 is a plastic molded single lens), whereby the lens unit with respect to the principal point of the imaging lens 4 is formed. The relative accuracy of the dimensions of each part of 10 is sufficiently high.

図2および図3に示すように、以上のように構成されるレンズ部10は、ホルダ2の外装を構成する、蓋形状のパッケージ2Aの内側であって、穴3と対応する位置に、結像レンズ4の光軸が穴3の中心を通るように嵌合されている。そして、レンズ部10の4つの脚部11は、その切欠き11Aのそれぞれが、CCDベアチップ12の4角の部分に嵌合されることにより、CCDベアチップ12に直接接触している。   As shown in FIGS. 2 and 3, the lens unit 10 configured as described above is connected to a position corresponding to the hole 3 inside the lid-shaped package 2 </ b> A constituting the exterior of the holder 2. The image lens 4 is fitted so that the optical axis passes through the center of the hole 3. The four legs 11 of the lens unit 10 are in direct contact with the CCD bare chip 12 by fitting the notches 11A into the four corners of the CCD bare chip 12.

ホルダ2の外装を構成するパッケージ2Aは、遮光性の材料としての、例えばポリカーボネイト樹脂などでなり、同じく遮光性の充填剤(接着剤)20によって基板1と接着されており、これにより、基板1とホルダ2とが一体化されている。   The package 2A constituting the exterior of the holder 2 is made of, for example, a polycarbonate resin or the like as a light-shielding material, and is also bonded to the substrate 1 by a light-shielding filler (adhesive) 20. And the holder 2 are integrated.

図6は、脚部11とCCDベアチップ12とが接触している部分の断面を拡大した拡大図(図3において点線で囲んである部分Zの拡大図)である。同図に示すように、脚部11の下端が、基板1から若干浮いた状態で、切欠き11Aの底面と側面が、CCDベアチップ12の受光面(図中、S1で示す部分)とその側面(図中、S2で示す部分)に、ある程度の圧力をもって、直接接触している(従って、脚部11は、CCDベアチップ12に、いわば突き当てられた状態とされる)。なお、この圧力は、ホルダ2を基板1に嵌合した後、所定の圧力をかけながら、充填剤20を充填することにより基板1とホルダ2とを接着、封止することで生じるようになされている。   FIG. 6 is an enlarged view of a cross section of a portion where the leg 11 and the CCD bare chip 12 are in contact (an enlarged view of a portion Z surrounded by a dotted line in FIG. 3). As shown in the figure, the lower end of the leg 11 is slightly floating from the substrate 1, and the bottom and side surfaces of the notch 11 A are the light receiving surface of the CCD bare chip 12 (the portion indicated by S 1 in the figure) and its side surface. (The portion indicated by S2 in the figure) is in direct contact with a certain degree of pressure (therefore, the leg 11 is brought into contact with the CCD bare chip 12 as it were). This pressure is generated when the holder 2 is fitted to the substrate 1 and then the substrate 1 and the holder 2 are bonded and sealed by filling the filler 20 while applying a predetermined pressure. ing.

ホルダ2の、基板1と嵌合させる部分の寸法は、基板1の外形より幾分大きめとされており、従って、基板1とホルダ2とは、脚部11をCCDベアチップ12に接触させる精度を優先する形で接着されている。   The dimensions of the portion of the holder 2 to be fitted to the substrate 1 are slightly larger than the outer shape of the substrate 1. Therefore, the substrate 1 and the holder 2 are required to have the accuracy of bringing the leg 11 into contact with the CCD bare chip 12. Glued in a preferred form.

以上のように、少なくともCCDベアチップ12が装着された基板1と、結像レンズ4が設けられた、絞り効果を有する外装(パッケージ2A)のホルダ2とが一体にされているので、撮像装置を、例えばテレビ会議システムなどに適用する場合などの応用時に、結像レンズ4とCCDベアチップ12との間などの光学的調整が不要であり、従って、その組み込みおよび取扱いが容易になる。その結果、このような撮像装置を用いた装置の製造コストを低減することが可能となる。   As described above, at least the substrate 1 on which the CCD bare chip 12 is mounted and the holder 2 of the exterior (package 2A) having the aperture effect and provided with the imaging lens 4 are integrated, so that the imaging device can be used. For example, at the time of application to a video conference system or the like, optical adjustment between the imaging lens 4 and the CCD bare chip 12 is not required, so that the assembling and handling thereof are facilitated. As a result, it is possible to reduce the manufacturing cost of a device using such an imaging device.

さらに、上述したように、レンズ部10の各部の寸法の、結像レンズ4の主点に対する相対的な精度は充分に高くされているとともに、その脚部11(切欠き11A)は、CCDベアチップ12の受光面に直接突き当てられているので、結像レンズ4は、その主点が、CCDベアチップ12の受光面と所定の位置関係を満たすように、特別の調整をすることなしに、精度良く配置される。すなわち、結像レンズ4を、低コストで、かつ精度良くマウントすることができる。さらに、この場合、結像レンズ4を精度良くマウントするための調整機構が不要であるから、撮像装置の小型化、軽量化を図ることができる。   Further, as described above, the relative accuracy of the dimensions of each part of the lens unit 10 with respect to the principal point of the imaging lens 4 is sufficiently increased, and the legs 11 (notches 11A) of the lens unit 10 are provided with a CCD bare chip. Since the imaging lens 4 is directly abutted against the light receiving surface of the CCD 12, the imaging lens 4 can be adjusted without any special adjustment so that its principal point satisfies a predetermined positional relationship with the light receiving surface of the CCD bare chip 12. Well placed. That is, the imaging lens 4 can be mounted at low cost and with high accuracy. Further, in this case, since an adjusting mechanism for accurately mounting the imaging lens 4 is not required, the size and weight of the imaging device can be reduced.

なお、CCDベアチップ12の撮像面を押圧する脚部11の切欠き11A面に、突起11Aaを生成し、この突起11AaによりCCDベアチップ12を押圧するようにすることもできる。この突起11Aaを半球状または円筒状とすることにより、CCDベアチップ12と脚部11との間の接触が、理論的には点または線で行われるようになるため、CCDベアチップ12や脚部11の面の精度に拘らず、確実にCCDベアチップ12を押圧することが可能となる。   Note that a projection 11Aa may be formed on the notch 11A surface of the leg portion 11 that presses the imaging surface of the CCD bare chip 12, and the CCD bare chip 12 may be pressed by the projection 11Aa. By making the projection 11Aa hemispherical or cylindrical, the contact between the CCD bare chip 12 and the leg 11 is theoretically made at a point or a line. Irrespective of the precision of the surface, the CCD bare chip 12 can be reliably pressed.

あるいはまた、図8に示すように、脚部11の切欠き11Aにテーパ面11Abを形成し、このテーパ面11Abで、CCDベアチップ12の上端部のエッジを押圧するようにしてもよい。このようにすると、CCDベアチップ12の形状のばらつきに拘らず、CCDベアチップ12を確実に押圧することが可能となる。   Alternatively, as shown in FIG. 8, a tapered surface 11Ab may be formed in the notch 11A of the leg 11, and the edge of the upper end of the CCD bare chip 12 may be pressed by the tapered surface 11Ab. In this manner, the CCD bare chip 12 can be reliably pressed regardless of the variation in the shape of the CCD bare chip 12.

次に、図9および図10を参照して、結像レンズ4の光学特性と脚部11の寸法(長さ)について説明する。図9(A)に示すように、結像レンズ4の合焦位置(結像面)f1は、破線で示すように湾曲する。そして、CCDベアチップ12の受光面(撮像面)は、結像面f1と、結像レンズ4の光軸上において接する理想的像面(湾曲しない平坦な面)f2上の位置に配置される(そのような配置関係になるように、脚部11の長さが設定されている)。   Next, the optical characteristics of the imaging lens 4 and the dimensions (length) of the legs 11 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 9A, the focus position (imaging plane) f1 of the imaging lens 4 is curved as shown by a broken line. Then, the light receiving surface (imaging surface) of the CCD bare chip 12 is arranged at a position on an ideal image surface (flat surface that is not curved) f2 that is in contact with the imaging surface f1 on the optical axis of the imaging lens 4 ( The length of the leg 11 is set so as to have such an arrangement relationship).

しかしながら、そのままだと、撮像面の中央付近(結像面f1と理想的像面f2が接する点の近傍)においては合焦するが、撮像面の中央から離れるほど(図9において、結像面f1と理想的像面f2が接する点から上下方向に離れるほど)、結像面f1の合焦位置撮像面(理想的像面f2)からのデフォーカス量が大きくなる。すなわち、撮像面上の中央部の画像は、フォーカスの合った明瞭な画像となるが、それに較べて周辺部の画像は、所謂ピンボケの画像となる。   However, if it is left as it is, focusing is performed in the vicinity of the center of the imaging plane (near the point where the imaging plane f1 and the ideal image plane f2 are in contact with each other), but as the distance from the center of the imaging plane increases (in FIG. The greater the distance from the point where f1 and the ideal image plane f2 are in contact with each other in the vertical direction), the larger the defocus amount of the imaging plane f1 from the focus position imaging plane (ideal image plane f2). In other words, the image at the center on the imaging surface is a clear image in focus, whereas the image at the periphery is a so-called out-of-focus image.

そこで、撮像面の全体において、均一なデフォーカス量が得られるように、結像レンズ4の光軸上において、球面収差が生じるように、結像レンズ4が設計される。これにより、図9(A)に示すように、本来(球面収差が発生していなければ)、結像面f1と理想的像面f2の接点近傍において集束すべき光が、その位置より、例えば、より遠い位置で集束するようになる。その結果、撮像面の中央部においても、所謂若干ピンボケの状態となり、結局、撮像面全体において、ほぼ均一なフォーカス状態の画像が得られることになる。   Therefore, the imaging lens 4 is designed so that spherical aberration occurs on the optical axis of the imaging lens 4 so that a uniform defocus amount is obtained on the entire imaging surface. As a result, as shown in FIG. 9A, the light that should be focused near the contact point between the imaging surface f1 and the ideal image surface f2 originally (if no spherical aberration occurs) is shifted from its position by, for example, Focusing at a farther position. As a result, a so-called slightly out-of-focus state also occurs at the center of the imaging surface, and an image in a substantially uniform focus state is obtained over the entire imaging surface.

すなわち、これにより、点光源に対する結像レンズ4の応答の半値幅が、図9(B)および図9(D)に示すように、CCDベアチップ12の受光面上の中央部(図9(B))においても、また、周辺部(図9(D))においても一定で、かつ、CCDベアチップ12の画素ピッチより大きくなるようになされている。   That is, as a result, the half width of the response of the imaging lens 4 to the point light source is changed to the central portion (FIG. 9B) on the light receiving surface of the CCD bare chip 12 as shown in FIGS. 9B and 9D. 9) and also in the peripheral portion (FIG. 9 (D)), and is set to be larger than the pixel pitch of the CCD bare chip 12.

ここで、図9(A)または図9(C)は、CCDベアチップ12の中央部または周辺部に平行光線が収束している状態をそれぞれ表しており、図9(B)または図9(D)は、図9(A)または図9(C)に示した場合のCCDベアチップ12の受光面上における光の強度(無限遠にある点光源に対する応答)を表している。本実施例では、CCDベアチップ12の中央部または周辺部それぞれにおける点光源応答の半値幅w1またはw2は、いずれもCCDベアチップ12の画素ピッチのほぼ2倍(好ましくは、例えば1.8倍乃至3倍程度)とされている(CCDベアチップ12の受光面のその他の位置についても同様)。これにより、CCDベアチップ12としては、水平方向が360画素、垂直方向が480画素の、約17万画素の低画素数の素子を用いることができる。   Here, FIG. 9 (A) or FIG. 9 (C) shows a state where parallel rays are converging on the central part or peripheral part of the CCD bare chip 12, respectively, and FIG. 9 (B) or FIG. ) Indicates the light intensity (response to a point light source at infinity) on the light receiving surface of the CCD bare chip 12 in the case shown in FIG. 9A or 9C. In this embodiment, the half-value width w1 or w2 of the point light source response at the central portion or the peripheral portion of the CCD bare chip 12 is almost twice the pixel pitch of the CCD bare chip 12 (preferably, for example, 1.8 to 3 times). (Approximately twice) (the same applies to other positions on the light receiving surface of the CCD bare chip 12). As a result, as the CCD bare chip 12, an element having a low pixel count of about 170,000 pixels having 360 pixels in the horizontal direction and 480 pixels in the vertical direction can be used.

このように、点光源応答の半値幅をCCDベアチップ12の画素ピッチの2倍とすることにより、結像レンズ4の空間周波数応答特性は、図10に示すように、CCDベアチップ12のナイキスト限界の空間周波数fn以上の入射成分を充分 に抑圧する特性となる。従って、従来は、図52で説明したように、折り返し歪を低減するための光学LPF112が必要であったが、図1の撮像装置では、そのような光学素子を設けることなく、折り返し歪を低減することができる。その結果、装置の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。   As described above, by setting the half-value width of the point light source response to twice the pixel pitch of the CCD bare chip 12, the spatial frequency response characteristic of the imaging lens 4 is reduced to the Nyquist limit of the CCD bare chip 12, as shown in FIG. The characteristic is such that incident components having a spatial frequency fn or higher are sufficiently suppressed. Therefore, conventionally, as described with reference to FIG. 52, an optical LPF 112 for reducing aliasing distortion was required. However, the imaging apparatus of FIG. 1 reduces aliasing distortion without providing such an optical element. can do. As a result, the size, weight, and cost of the device can be reduced.

なお、図9においては、光軸近傍の光を、結像レンズ4の結像面f1(理想的像面f2)から所定の距離だけ、結像レンズ4から離れる方向に合焦させるようにしたが、これとは逆に、結像レンズ4に近づく方向に合焦させるようにすることも可能である。   In FIG. 9, light near the optical axis is focused in a direction away from the imaging lens 4 by a predetermined distance from the imaging surface f1 (ideal image surface f2) of the imaging lens 4. However, conversely, it is also possible to focus in a direction approaching the imaging lens 4.

また、本実施例では、結像レンズ4は、焦点距離の短いもの(例えば、4mm程度)とされ、さらに絞りとして機能する穴3が小さいもの(例えばその直径は、1.2mm程度のもの)とされている。これにより、被写界深度が深くなり、被写体までの距離が変化しても、ボケの度合いが小さくなる。また、この撮像装置には、例えばいわゆるオートフォーカス機構などのフォーカス機構を設けずに済むようになり、この点でも、装置の小型化、軽量化、低コスト化が図られている。なお、撮像装置を望遠用とする場合には、結像レンズ4としては、焦点距離の長いものを用いるようにし、また、穴3はさらに小さいものとするようにすれば良い。   In the present embodiment, the imaging lens 4 has a short focal length (for example, about 4 mm), and has a small hole 3 that functions as a diaphragm (for example, the diameter is about 1.2 mm). It has been. As a result, even if the depth of field becomes deeper and the distance to the subject changes, the degree of blurring becomes smaller. In addition, this imaging device does not need to be provided with a focusing mechanism such as a so-called auto-focusing mechanism. In this regard, the size, weight, and cost of the device are reduced. When the image pickup apparatus is used for telephoto, a lens having a long focal length may be used as the imaging lens 4 and the hole 3 may be made smaller.

以上の結像面と撮像面の関係をまとめると、図11に示すようになる。すなわち、結像レンズ4の結像面f1は、理想的像面f2に対して湾曲するが、上記実施例においては、この理想的像面f2上に、CCDベアチップ12の撮像面203を配置したことになる。   FIG. 11 summarizes the relationship between the imaging plane and the imaging plane. That is, the imaging surface f1 of the imaging lens 4 is curved with respect to the ideal image surface f2. In the above embodiment, the imaging surface 203 of the CCD bare chip 12 is arranged on the ideal image surface f2. Will be.

しかしながら、このようにすると、撮像面203の中央部に較べて、周辺部のデフォーカス量が大きくなるため、上述したように、中央部において、球面収差を発生させることで、撮像面203上の全体の画像を均一なフォーカスの画像となるようにしている。   However, in this case, the defocus amount in the peripheral portion is larger than that in the central portion of the imaging surface 203. Therefore, as described above, spherical aberration is generated in the central portion, so that The entire image is made to be an image with uniform focus.

しかしながら、この実施例の場合、中央部に較べて、周辺部におけるデフォーカス量が大きくなりすぎる傾向がある。   However, in the case of this embodiment, the defocus amount in the peripheral portion tends to be too large as compared with the central portion.

そこで、例えば、図12に示すように、結像レンズ4の結像面f1のほぼ中央(図12の水平方向の中央)にCCDベアチップ12の撮像面203を配置するようにすることもできる。このようにすれば、周辺部と中央部におけるデフォーカス量が、方向は反対となるが、その絶対値はほぼ同一の値となる。但し、この場合、撮像面203と結像面f1の交差する点Aの近傍におけるフォーカス状態が、他の位置におけるフォーカス状態に較べて良好なものとなる。そこで、この点A近傍において、多くの収差が発生するように、結像レンズ4を設計するようにすることができる。このようにすれば、撮像面203の全体において、ほぼ均一なフォーカス状態の画像を得ることができる。   Therefore, for example, as shown in FIG. 12, the imaging surface 203 of the CCD bare chip 12 may be arranged substantially at the center of the imaging surface f1 of the imaging lens 4 (the center in the horizontal direction in FIG. 12). By doing so, the defocus amounts in the peripheral portion and the central portion are opposite in direction but their absolute values are substantially the same. However, in this case, the focus state near the point A where the imaging plane 203 and the imaging plane f1 intersect is better than the focus state at other positions. Therefore, the imaging lens 4 can be designed so that a large amount of aberration occurs near the point A. In this way, it is possible to obtain an image in a substantially uniform focus state on the entire imaging surface 203.

次に、図12に示す例にしたがって、撮像面203の全体において、均一な画像を得るための条件についてさらに詳細に説明する。   Next, conditions for obtaining a uniform image on the entire imaging surface 203 will be described in more detail with reference to the example shown in FIG.

いま、図13に示すように、CCDベアチップ12の有効画素領域の水平方向の長さ(長辺の長さ)Lhを2.0mmとし、垂直方向の長さ(短辺の長さ)Lvを1.5mmとすると、その対角長Ldの長さは、約2.5mmとなる。   Now, as shown in FIG. 13, the horizontal length (long side length) Lh of the effective pixel area of the CCD bare chip 12 is 2.0 mm, and the vertical length (short side length) Lv is If it is 1.5 mm, the length of the diagonal length Ld is about 2.5 mm.

結像レンズ4の焦点距離fを4.0mmとすると、長辺方向の画角は、次式より約28度と求められる。
長辺方向の画角=2×atan(2.0/(2×4.0))
Assuming that the focal length f of the imaging lens 4 is 4.0 mm, the angle of view in the long side direction is obtained as approximately 28 degrees from the following equation.
Angle of view in the long side direction = 2 × atan (2.0 / (2 × 4.0))

なお、ここで、atanは、逆正接関数を意味する。   Here, atan means an arctangent function.

また、結像レンズ4の焦点距離fと、瞳径Dで規定されるFナンバー(=f/D)を2.8とする。   The F-number (= f / D) defined by the focal length f of the imaging lens 4 and the pupil diameter D is 2.8.

湾曲した結像面f1の半径Rは、ペッツバール和Pの逆数に等しい。すなわち、ペッツバール和Pは、次式で表される。なお、ここで、nは、結像レンズ4の屈折率を表す。
P=Σ1/(nf)
The radius R of the curved image plane f1 is equal to the reciprocal of the Petzval sum P. That is, the Petzval sum P is represented by the following equation. Here, n represents the refractive index of the imaging lens 4.
P = Σ1 / (nf)

いまの場合、結像レンズ4は1個だけであるので、実施の像面201の半径Rは、屈折率nを1.5とすると、次式より求められる。
R=1/P=n×f=1.5×4.0=6.0
In this case, since there is only one image forming lens 4, the radius R of the image plane 201 according to the present embodiment can be obtained by the following equation, where the refractive index n is 1.5.
R = 1 / P = n × f = 1.5 × 4.0 = 6.0

いま、図13に示すように、有効画素領域の中心から、対角長Ldの1/2の70%までの範囲を均一にすることを考える。この中心から対角長Ldの1/2の70%の位置Lmは、次式から求めることができる。
Lm=0.7×Ld/2=0.4375×Lh=0.875mm
Now, as shown in FIG. 13, it is considered to make the range from the center of the effective pixel area to 70% of 1/2 of the diagonal length Ld uniform. The position Lm at 70% of 1/2 of the diagonal length Ld from this center can be obtained from the following equation.
Lm = 0.7 × Ld / 2 = 0.375 × Lh = 0.875 mm

図14に示すように、結像面f1の中心をO、結像レンズ4の光軸と理想的像面f2との交点をS、点Sから距離Lmだけ離間した理想的像面f2上の点をQ、結像面f1と、理想的像面f2から結像レンズ4側に距離Zmだけ離れた位置の線205との交点をT、線205と光軸との交点をUとするとき、点T,O,Uで構成される角度θは、ほぼatan(Lm/R)で近似される。従って、点OとUの距離は、結像面f1の半径をR(点OとTの距離=点OとSの距離)とするとき、次式で求められる。
R×cos{atan(Lm/R)}
As shown in FIG. 14, the center of the imaging plane f1 is O, the intersection of the optical axis of the imaging lens 4 and the ideal image plane f2 is S, and the ideal image plane f2 is separated from the point S by a distance Lm. When the point is Q, the intersection of the image plane f1 and the line 205 located at a distance Zm from the ideal image plane f2 toward the imaging lens 4 is T, and the intersection of the line 205 and the optical axis is U , Points T, O, and U are approximated by approximately atan (Lm / R). Therefore, the distance between the points O and U is obtained by the following equation, where R is the radius of the imaging plane f1 (the distance between the points O and T = the distance between the points O and S).
R × cos {atan (Lm / R)}

従って、理想的像面f2上の光軸上の点Sからの距離がLmである(像高がLmである)点Qの位置における結像面f1の理想的像面f2からの湾曲量Zmは、R=0.6mm,Lm=0.875mmとして、次式より求めることができる。
Zm=R×(1−cos{atan(Lm/R)})=0.0628mm
Therefore, the amount of curvature Zm of the imaging plane f1 from the ideal image plane f2 at the position of the point Q where the distance from the point S on the optical axis on the ideal image plane f2 is Lm (the image height is Lm). Can be obtained from the following equation, assuming that R = 0.6 mm and Lm = 0.875 mm.
Zm = R × (1-cos {atan (Lm / R)}) = 0.0628 mm

いま、撮像面203を、理想的像面f2から結像レンズ4側にZm/2の位置に配置するものとすれば、画面の終端部近傍(像高Lmの位置)と画面の中央部において、それぞれZm/2の焦点ズレが発生する。この焦点ズレにより発生する錯乱円の直径αは、
F=f/D=(Zm/2)/α
の関係から、次式より求めることができる。
α=(Zm/2)/F=0.0314/Fmm
Now, assuming that the imaging plane 203 is arranged at a position of Zm / 2 from the ideal image plane f2 to the imaging lens 4 side, in the vicinity of the end of the screen (the position of the image height Lm) and the center of the screen. , Zm / 2 defocus occurs. The diameter α of the circle of confusion generated by this defocus is
F = f / D = (Zm / 2) / α
Can be obtained from the following equation.
α = (Zm / 2) /F=0.0314/Fmm

さらに、円開口によるMTFは、次式より求めることができる。
M(ω)=[J1{πα(k/Lh)}]/{πα(k/Lh)}
Further, the MTF based on the circular aperture can be obtained from the following equation.
M (ω) = [J1 {πα (k / Lh)}] / {πα (k / Lh)}

ここで、J1は、一次の第1種ベッセル関数を表し、k/Lhは、水平方向の空間周波数を表す。従って、kは、水平方向の長さLhを分割する数に対応する。なお、垂直方向の解像特性は、テレビジョンシステムの走査線で決定されるので、ここでは、水平方向だけについて考察する。   Here, J1 represents a first-order Bessel function of the first kind, and k / Lh represents a spatial frequency in the horizontal direction. Therefore, k corresponds to the number dividing the length Lh in the horizontal direction. Since the vertical resolution characteristics are determined by the scanning lines of the television system, only the horizontal direction will be considered here.

一次の第1種ベッセル関数J1が最初に0になるときの値は3.83であるから、次式が成立する。
πα(k/Lh)=3.83
Since the value when the first-order Bessel function J1 of the first kind becomes 0 first is 3.83, the following equation is established.
πα (k / Lh) = 3.83

従って、上記式から、図10に示すMTFのトラップポイントfn(=k/Lh)を求めると、次のようになる。
(k/Lh)=3.83/(πα)=38.8F
Therefore, when the trap point fn (= k / Lh) of the MTF shown in FIG. 10 is obtained from the above equation, the following is obtained.
(K / Lh) = 3.83 / (πα) = 38.8F

従って、kは、次のように求めることができる。
k=38.8×F×Lh=38.8×2×F=77.6F
Therefore, k can be obtained as follows.
k = 38.8 × F × Lh = 38.8 × 2 × F = 77.6F

従って、上記空間周波数を確保するのに、必要な最低画素数Gは、サンプリング定理にしたがって、次式より求めることができる。
G=2k=2×77.6F=155F
Therefore, the minimum number of pixels G required to secure the spatial frequency can be obtained from the following equation according to the sampling theorem.
G = 2k = 2 × 77.6F = 155F

なお、上記演算は、結像レンズ4の屈折率nを1.5として求めたものであるが、もっと高い値(例えば、1.9)とすれば、次式が得られる。
G=2k=200F
In the above calculation, the refractive index n of the imaging lens 4 is obtained as 1.5, but if a higher value (for example, 1.9) is used, the following equation is obtained.
G = 2k = 200F

すなわち、CCDベアチップ12の有効画素ピッチが、有効領域の長辺の1/(200F)より大きいことが、均一な画像を得るための条件となる。このことは、換言すれば、水平方向の有効画素数が200Fより小さいことを意味する。   That is, the condition for obtaining a uniform image is that the effective pixel pitch of the CCD bare chip 12 is larger than 1 / (200F) of the long side of the effective area. This means that the number of effective pixels in the horizontal direction is smaller than 200F.

なお、図14において、錯乱円の径αは、結像レンズ4の開口の端部と点Tを結ぶ線が、撮像面203と交差する点の距離として求めることができる。   In FIG. 14, the diameter α of the circle of confusion can be obtained as the distance between the point at which the line connecting the end of the opening of the imaging lens 4 and the point T intersects the imaging plane 203.

従って、図15に模式的に示すように、図3に示すCCDベアチップ12の撮像面の画素211のピッチPPは、上記条件を満足するように形成される。 Therefore, as schematically shown in FIG. 15, the pitch P P of the imaging surface of the pixel 211 of the CCD bare chip 12 shown in FIG. 3 is formed so as to satisfy the above conditions.

次に、1つの結像レンズ4を用いて、最も近い距離Sから無限大(∞)までの距離の被写体を、できるだけピンボケが少なくなるようにして撮像するための焦点距離fの条件について説明する。いま、図16に示すように、無限遠の被写体の結像レンズ4による結像位置と、至近の距離Sの被写体の結像レンズ4による結像位置とのずれ量をgとすると、結像の公式より次式が成立する。
g×(S−f)=f2
Next, a description will be given of the condition of the focal length f for imaging an object at a distance from the closest distance S to infinity (∞) by using one imaging lens 4 so that defocus is reduced as much as possible. . Now, as shown in FIG. 16, assuming that the amount of deviation between the image formation position of the object at infinity by the imaging lens 4 and the image formation position of the object at a close distance S by the image formation lens 4 is g, The following equation holds from the formula:
g × (S−f) = f 2

距離Sは、焦点距離fより十分大きいことを利用して上式を整理すると、次式が得られる。
g=f2/(S−f)=f2/S
By rearranging the above equation using the fact that the distance S is sufficiently larger than the focal length f, the following equation is obtained.
g = f 2 / (S- f) = f 2 / S

このズレ量gの範囲において、全体的に焦点のずれ量を少なくするには、CCDベアチップ12の撮像面203を、ずれ量gの中間点(g/2の位置)に設定するようにすればよい。   In order to reduce the amount of defocus as a whole in the range of the deviation amount g, the imaging surface 203 of the CCD bare chip 12 is set at the middle point (position of g / 2) of the deviation amount g. Good.

図13における場合と同様に、撮像素子の画面の長辺をLh、像面湾曲の半径をR(=n×f)とするとき、像高Lにおける像面の湾曲量Zは、次式より求めることができる。
Z=R×(1−R2−L21/2
ここで、L2/R2は、1より十分小さいので、上記式は次のように整理することができる。
Z=R×(1−(1−L2/(2×R2)))
=L2/(2×R)=L2/(2×n×f)
As in the case of FIG. 13, when the long side of the screen of the image sensor is Lh and the radius of curvature of field is R (= n × f), the curvature Z of the image plane at the image height L is given by the following equation. You can ask.
Z = R × (1−R 2 −L 2 ) 1/2
Here, since L 2 / R 2 is sufficiently smaller than 1, the above equation can be rearranged as follows.
Z = R × (1- (1-L 2 / (2 × R 2 )))
= L 2 / (2 × R) = L 2 / (2 × n × f)

総合的なピントずれ量Dの自乗は、g/2とZの間に相関関係が存在しないため、次式に示すように、それらの自乗和として表すことができる。
2=(g/2)2+Z2
=(f2/2×S)2+(L2/(2×n×f))2
=(f4/4×S2)+L4/(4×n2×f2
Since there is no correlation between g / 2 and Z, the square of the total defocus amount D can be expressed as the sum of the squares as shown in the following equation.
D 2 = (g / 2) 2 + Z 2
= (F 2/2 × S ) 2 + (L 2 / (2 × n × f)) 2
= (F 4/4 × S 2 ) + L 4 / (4 × n 2 × f 2 )

上記式で得られるD2の極小値を与えるfを求めるために、上記D2をfで微分した式を0とおくと、次式が得られる。
3/S2−L4/(2×n2×f3)=0
If the equation obtained by differentiating D 2 with f is set to 0 in order to find f that gives the minimum value of D 2 obtained by the above equation, the following equation is obtained.
f 3 / S 2 −L 4 / (2 × n 2 × f 3 ) = 0

この式を解いて、次式が得られる。
f=((S2×L4)/(2×n2))(1/6)
By solving this equation, the following equation is obtained.
f = ((S 2 × L 4 ) / (2 × n 2 )) (1/6)

すなわち、上記式で与えられる焦点距離fを結像レンズ4で得るようにすればよいのであるが、厳密に上記式で与えられる値に設定しなくとも、ある幅を持たせることが可能である。   In other words, the focal length f given by the above equation may be obtained by the imaging lens 4, but it is possible to have a certain width without setting it strictly to the value given by the above equation. .

すなわち、一般的に、画像で重要なのは、画面の中心から画面の対角長の1/2の7割までであるから、この範囲を均一にピンボケが生じないようにするには、像高Lを対角長の1/2の長さの0.35倍乃至0.5倍の長さに設定すればよい。画面のアスペクト比を4:3とすると、対角長の1/2の長さは、(5/8)×Lhとなるので、像高Lは、次の範囲に設定すればよいことになる。
0.35×(5/8)×Lh
=0.219Lh<L<0.5×(5/8)×Lh
=0.312Lh
That is, in general, the important part of the image is from the center of the screen to 70% of half the diagonal length of the screen. May be set to 0.35 to 0.5 times the length of half the diagonal length. Assuming that the aspect ratio of the screen is 4: 3, the length of the half of the diagonal length is (5/8) × Lh, so that the image height L may be set in the following range. .
0.35 x (5/8) x Lh
= 0.219 Lh <L <0.5 x (5/8) x Lh
= 0.312Lh

また、テレビ会議などへの応用を考慮すると、上記した至近距離Sは、200mm乃至300mmであればよい。さらに、結像レンズ4の屈折率nは、
n=1.4乃至1.9
である。これらの条件を上記焦点距離fの式に代入して整理すると、次式が得られる。
1.53×(Lh(2/3))<f<2.46×Lh(2/3)
In consideration of application to a video conference or the like, the above-described short distance S may be 200 mm to 300 mm. Further, the refractive index n of the imaging lens 4 is
n = 1.4 to 1.9
It is. By substituting these conditions into the above formula for the focal length f and rearranging, the following formula is obtained.
1.53 × (Lh (2/3) ) <f <2.46 × Lh (2/3)

すなわち、上記式で規定される範囲に1枚の結像レンズ4の焦点距離fを設定すれば、至近距離Sから無限遠に存在する被写体をピンボケさせずに撮像することができる。   That is, if the focal length f of one imaging lens 4 is set within the range defined by the above expression, it is possible to capture an image of a subject existing at infinity from the closest distance S without blurring.

図17は、焦点距離f(横軸)と総合的なピントずれ量Dの自乗の平方根((D21/2)(縦軸)の計算例を表している。この場合においては、L=0.63mm,S=200mm,n=1.5とされている。 FIG. 17 shows an example of calculation of the square root of the focal length f (horizontal axis) and the square of the total defocus amount D ((D 2 ) 1/2 ) (vertical axis). In this case, L = 0.63 mm, S = 200 mm, and n = 1.5.

すなわち、この例においては、焦点距離fを約4mmに設定すると、ピントずれ量が最も少ないことがわかる。   That is, in this example, when the focal length f is set to about 4 mm, the amount of defocus is the smallest.

次に、図18および図19を参照して、図1と図3に示す撮像装置の製造方法について説明する。まず、図18に示すように、基板1上にCCDベアチップ12、さらには必要に応じてその他のチップを装着し、必要に応じて電気的に接続する。本実施例では、その他のチップとして、ドライバ13,A/D変換器14、タイミングジェネレータ15、メモリ(2ポートメモリ)16、および信号処理回路17が装着されている。さらに、基板1に、必要なリード5を設け、必要に応じて、基板1上に装着されたチップとの電気的な接続を行う。   Next, a method of manufacturing the imaging device shown in FIGS. 1 and 3 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 18, the CCD bare chip 12 and, if necessary, other chips are mounted on the substrate 1 and are electrically connected as necessary. In this embodiment, a driver 13, an A / D converter 14, a timing generator 15, a memory (two-port memory) 16, and a signal processing circuit 17 are mounted as other chips. Further, necessary leads 5 are provided on the substrate 1, and electrical connection with a chip mounted on the substrate 1 is performed as necessary.

一方、図19に示すように、遮光性の材料または透明の材料を用い、穴3を設けたパッケージ2Aまたはレンズ部10をそれぞれモールド成形して、パッケージ2Aの穴3の部分に、レンズ部10を嵌合することで一体化し、ホルダ2を製造する。   On the other hand, as shown in FIG. 19, using a light-shielding material or a transparent material, the package 2A or the lens portion 10 provided with the hole 3 is molded respectively, and the lens portion 10 is provided in the hole 3 portion of the package 2A. Are fitted together to manufacture the holder 2.

そして、基板1とホルダ2とを、レンズ部10の脚部11を、CCDベアチップ12に突き当てた状態で、図3に示したように充填剤20を充填することで一体化する。   Then, the substrate 1 and the holder 2 are integrated by filling a filler 20 as shown in FIG. 3 in a state where the leg 11 of the lens unit 10 is abutted against the CCD bare chip 12.

上述したように、基板1とホルダ2とを一体化する際には、特別の調整をする必要がないので、容易かつ低コストで、撮像装置を製造することができる。   As described above, when the substrate 1 and the holder 2 are integrated, no special adjustment is required, so that the imaging device can be manufactured easily and at low cost.

なお、上述の場合には、パッケージ2Aまたはレンズ部10を、それぞれ別にモールド成形した後、これらを一体化することでホルダ2を製造するようにしたが、この他、例えば図20に示すように、ホルダ2は、遮光性の材料および透明の材料を用いて、パッケージ2Aおよびレンズ部10を同時にモールド成形することによって製造するようにすることも可能である。さらに、この場合、図21に示すように、レンズ部10の脚部11は、透明の材料ではなく、遮光性の材料を用いて構成するようにすることができる。この場合、脚部11における光の反射を防止することができ、その結果、フレアを低減することが可能となる。   In the above case, the holder 2 is manufactured by separately molding the package 2A or the lens unit 10 and then integrating them, but in addition, as shown in FIG. The holder 2 can be manufactured by simultaneously molding the package 2A and the lens unit 10 using a light-shielding material and a transparent material. Further, in this case, as shown in FIG. 21, the legs 11 of the lens unit 10 can be configured using a light-shielding material instead of a transparent material. In this case, it is possible to prevent the reflection of light on the legs 11, and as a result, it is possible to reduce flare.

図22は、図1の撮像装置を適用したビデオカメラの電気的構成例を表している。被写体からの光は、穴3を介して結像レンズ4に入射し、結像レンズ4は、その光を、CCDベアチップ12の受光面に結像させるようになされている。CCDベアチップ12は、ドライバ13から供給される各種のタイミング信号yv,yh,ysにしたがって動作するようになされており、結像レンズ4により結像された光を光電変換し、その結果得られる画像信号を、cds処理回路(相関2重サンプリング処理回路)21に出力するようになされている。ドライバ13は、タイミングジェネレータ15より供給される、CCDベアチップ12をドライブするためのタイミング信xv,xh,xsを、そのレベルを変換するとともに、インピーダンスの変換を行うことで、タイミング信号yv,yh,ysとする。そして、これをCCDベアチップ12に与えることで、CCDベアチップ12をドライブするようになされている。   FIG. 22 illustrates an example of an electrical configuration of a video camera to which the imaging device in FIG. 1 is applied. Light from the subject enters the imaging lens 4 through the hole 3, and the imaging lens 4 forms the image on the light receiving surface of the CCD bare chip 12. The CCD bare chip 12 operates according to various timing signals yv, yh, and ys supplied from the driver 13, performs photoelectric conversion of light formed by the imaging lens 4, and obtains an image obtained as a result. The signal is output to a cds processing circuit (correlated double sampling processing circuit) 21. The driver 13 converts the levels of the timing signals xv, xh, xs supplied from the timing generator 15 for driving the CCD bare chip 12 and converts the impedance to convert the timing signals yv, yh, xh. ys. The CCD bare chip 12 is driven by supplying it to the CCD bare chip 12.

A/D変換器14は、タイミングジェネレータ15から供給されるサンプリングクロックpaにしたがって、cds処理回路21からの画像信号をサンプリングし、これにより画像信号をディジタルの画像データとして、メモリ16およびアキュームレータ22に出力するようになされている。なお、A/D変換器14は、外部から供給されるリファレンス電圧vrefを基準に、サンプル値に割り当てるビットを決定するようになされている。タイミングジェネレータ15は、外部のクロック発生回路31から供給されるクロックに基づいて、各種のタイミング信号を生成するようになされている。すなわち、タイミングジェネレータ15は、CCDベアチップ12で発生された電荷を垂直または水平方向にそれぞれ転送するためのタイミング信号xvまたはxh、CCDベアチップ12で発生された電荷をディスチャージする(CCDベアチップ12のサブストレートに排出する)ためタイミング信号(いわゆるシャッタパルス)xs、cds処理回路21を動作させるためのタイミング信号sh、A/D変換器14でのサンプリングのタイミングを与えるためのサンプリングクロックpa、およびメモリ16での画像データの書き込みのタイミングを与えるためのタイミング信号wを生成するようになされている。   The A / D converter 14 samples the image signal from the cds processing circuit 21 according to the sampling clock pa supplied from the timing generator 15, and converts the image signal into digital image data to the memory 16 and the accumulator 22. The output has been made. The A / D converter 14 is configured to determine a bit to be assigned to a sample value based on a reference voltage vref supplied from the outside. The timing generator 15 generates various timing signals based on a clock supplied from an external clock generation circuit 31. That is, the timing generator 15 discharges the timing signal xv or xh for transferring the charge generated in the CCD bare chip 12 in the vertical or horizontal direction, and the charge generated in the CCD bare chip 12 (substrate of the CCD bare chip 12). (A shutter pulse) xs, a timing signal sh for operating the cds processing circuit 21, a sampling clock pa for giving a sampling timing in the A / D converter 14, and a memory 16. A timing signal w for giving the timing of writing the image data is generated.

メモリ16は、例えば、データの読み出しと書き込みとが同時に可能な2ポートメモリで、A/D変換器14からの画像データを、タイミングジェネレータ15から供給されるタイミング信号wにしたがって記憶するようになされている。メモリ16に記憶された画像データは、外部のMPU(マイクロプロセッサユニット)32によって読み出されるようになされている。なお、MPU32による、メモリ16からの画像データの読み出しは、MPU32が、アドレスバスadrsを介して、メモリ16に所定のアドレスを与えることにより、そのアドレスに記憶された画像データが、データバスdata上に出力され、これをMPU32が取り込むことによって行われるようになされている。   The memory 16 is, for example, a two-port memory capable of simultaneously reading and writing data, and stores image data from the A / D converter 14 in accordance with a timing signal w supplied from the timing generator 15. ing. The image data stored in the memory 16 is read by an external MPU (microprocessor unit) 32. When the MPU 32 reads image data from the memory 16, the MPU 32 gives a predetermined address to the memory 16 via the address bus adrs, and the image data stored at that address is read on the data bus data. Is output to the MPU 32, and this is performed by the MPU 32 taking in the data.

cds処理回路21は、タイミングジェネレータ15から供給されるタイミング信号shにしたがって動作するようになされており、CCDベアチップ12からの画像信号に対し、いわゆる相関2重サンプリング(correlative double sampling)処 理およびその他の必要な処理を施し、これにより画像信号に含まれる雑音成分を低減して(あるいは取り除いて)、A/D変換器14に出力するようになされている。   The cds processing circuit 21 operates according to the timing signal sh supplied from the timing generator 15, and performs so-called correlative double sampling and other processing on the image signal from the CCD bare chip 12. Is performed, thereby reducing (or removing) noise components included in the image signal, and outputting the result to the A / D converter 14.

アキュームレータ22は、A/D変換器14から出力される画像データのうち、CCDベアチップ12の受光面の主要部(例えば、中心部分など)に対応するものの積算値を演算し、タイミングジェネレータ15に出力するようになされている。タイミングジェネレータ15は、アキュームレータ22から供給される積算値が所定の規定値から大きくずれないように、CCDベアチップ12で発生された電荷をディスチャージするためのタイミング信号、すなわちシャッタパルスxsのタイミングを制御するようになされており、これにより電子的にアイリスの調整が行われるようになされている。すなわち、積算値が大きくなったら、露光時間(電荷蓄積時間)を短くし、積算値が小さくなったら、露光時間を長くする。なお、アキュームレータ22は、フィールド周期(場合によってはフレーム周期)でリセットされるようになされている。従って、アキュームレータ22からは、1フィールド(または1フレーム)ごとの画像データの積算値が出力される。   The accumulator 22 calculates the integrated value of the image data output from the A / D converter 14 corresponding to the main part (for example, the center part) of the light receiving surface of the CCD bare chip 12 and outputs it to the timing generator 15. It has been made to be. The timing generator 15 controls the timing signal for discharging the charge generated in the CCD bare chip 12, that is, the timing of the shutter pulse xs, so that the integrated value supplied from the accumulator 22 does not largely deviate from a predetermined specified value. Thus, the iris is adjusted electronically. That is, if the integrated value becomes large, the exposure time (charge accumulation time) is shortened, and if the integrated value becomes small, the exposure time is lengthened. The accumulator 22 is reset at a field cycle (a frame cycle in some cases). Therefore, the accumulator 22 outputs the integrated value of the image data for each field (or one frame).

クロック発生回路31は、リード5を介して、タイミングジェネレータ15と接続されており、ビデオカメラを動作させるためのクロックを発生し、タイミングジェネレータ15に供給するようになされている。MPU32は、アドレスバスadrsまたはデータバスdataとリード5とを介して、撮像装置(メモリ16)から画像データを読み出し、所定の信号処理を施すようになされている。   The clock generation circuit 31 is connected to the timing generator 15 via the lead 5, generates a clock for operating the video camera, and supplies the clock to the timing generator 15. The MPU 32 reads image data from the imaging device (memory 16) via the address bus adrs or data bus data and the lead 5, and performs predetermined signal processing.

また、外部からは、リード5を介して、各チップの電源となる電圧Vd、グランドとしての所定の基準電圧gnd、およびCCDベアチップ12をドライブするための電圧Vhが供給されるようになされている。   Further, a voltage Vd serving as a power supply of each chip, a predetermined reference voltage gnd serving as a ground, and a voltage Vh for driving the CCD bare chip 12 are supplied from the outside via the leads 5. .

なお、cds処理回路21およびアキュームレータ22は、図18の信号処理回路17に相当する。   Note that the cds processing circuit 21 and the accumulator 22 correspond to the signal processing circuit 17 in FIG.

次に、その動作について説明する。被写体からの光は、固定絞りとして機能する穴3を介して、結像レンズ4に入射し、この光は、結像レンズ4によってCCDベアチップ12の受光面上に結像される。   Next, the operation will be described. Light from a subject enters an imaging lens 4 through a hole 3 functioning as a fixed stop, and this light is imaged on a light receiving surface of a CCD bare chip 12 by the imaging lens 4.

ここで、図23は、結像レンズ4から出射された、撮像対象外の光Lが、脚部11の手前側の面で反射された状態を示している。上述したように、脚部11は、その2つの側面が、結像レンズ4の光軸と対向しており、さらに、その断面は長方形であるから、その2つの面で構成される角の部分の角度aは、直角である。従って、同図に示すように、撮像対象外の光Lが、脚部11の側面で反射された場合には、その反射光は、CCDベアチップ12の受光面に到達することはない。よって、脚部11が設けられていることによるフレアの増加は、ほとんどない。   Here, FIG. 23 illustrates a state in which light L out of the imaging target, which is emitted from the imaging lens 4, is reflected by the front surface of the leg 11. As described above, the leg 11 has two side surfaces facing the optical axis of the imaging lens 4, and has a rectangular cross section. Is a right angle. Therefore, as shown in the figure, when the light L outside the imaging target is reflected on the side surface of the leg 11, the reflected light does not reach the light receiving surface of the CCD bare chip 12. Therefore, there is almost no increase in flare due to the provision of the legs 11.

なお、角度aは、直角の他、鋭角であっても良い。ただし、角度aを鈍角にすると、図23において、脚部11の手前側の面で反射された光が、次第にCCDベアチップ12側に入射するようになるので好ましくない。   Note that the angle a may be an acute angle other than a right angle. However, it is not preferable to set the angle a to an obtuse angle because the light reflected on the front surface of the leg portion 11 gradually enters the CCD bare chip 12 side in FIG.

また、脚部11には、例えば遮光性の塗料を塗布するなどして、そこに入射した光をCCDベアチップ12に到達させないようにすることも可能である。さらに、脚部11の断面の形状は、長方形以外の四角形、あるいは三角形、五角形などにすることも可能である。但し、フレアの増加の防止のためには、脚部11の側面のうち、少なくとも1つの隣接する側面が構成する角の部分の角度は直角または鋭角とし、その角の部分が、結像レンズ4の光軸と対向するようにする必要がある。   Further, for example, a light-shielding paint may be applied to the leg portion 11 so as to prevent light incident thereon from reaching the CCD bare chip 12. Further, the cross-sectional shape of the leg 11 may be a quadrangle other than a rectangle, a triangle, a pentagon, or the like. However, in order to prevent an increase in flare, the angle of a corner formed by at least one adjacent side surface of the side surfaces of the leg portion 11 is set to a right angle or an acute angle, and the angle portion is formed by the imaging lens 4. It is necessary to face the optical axis.

図22に戻り、CCDベアチップ12では、そこで受光された光が光電変換され、その光に対応する画像信号が、ドライバ13からのタイミング信号にしたがって、cds処理回路21に出力される。cds処理回路21では、CCDベアチップ12からの画像信号に対し、相関2重サンプリング処理が施され、A/D変換器14に出力される。A/D変換器14では、cds処理回路21からの画像信号がサンプリングされ、これによりディジタルの画像データとされて、アキュームレータ22に供給される。アキュームレータ22では、A/D変換器14からの画像データのうち、上述したような所定のものが積算され、その積算値がタイミングジェネレータ15に出力される。タイミングジェネレータ15は、クロック発生回路31からのクロックに基づいて、各種のタイミング信号を生成しており、アキュームレータ22から積算値が供給されると、その積算値が所定の規定値から大きくはずれないように、シャッタパルスxsの発生タイミングを変化させる。   Returning to FIG. 22, in the CCD bare chip 12, the light received there is photoelectrically converted, and an image signal corresponding to the light is output to the cds processing circuit 21 according to a timing signal from the driver 13. In the cds processing circuit 21, the image signal from the CCD bare chip 12 is subjected to a correlated double sampling process and output to the A / D converter 14. The A / D converter 14 samples the image signal from the cds processing circuit 21, converts the image signal into digital image data, and supplies the digital image data to the accumulator 22. The accumulator 22 integrates the above-mentioned predetermined data among the image data from the A / D converter 14, and outputs the integrated value to the timing generator 15. The timing generator 15 generates various timing signals based on the clock from the clock generation circuit 31. When the integrated value is supplied from the accumulator 22, the integrated value does not largely deviate from a predetermined specified value. Next, the generation timing of the shutter pulse xs is changed.

また、A/D変換器14から出力された画像データは、アキュームレータ22の他、メモリ16にも供給されて記憶される。MPU32では、必要なときに、メモリ16から画像データが読み出され、所定の処理が施される。   The image data output from the A / D converter 14 is also supplied to and stored in the memory 16 in addition to the accumulator 22. In the MPU 32, the image data is read from the memory 16 when necessary, and a predetermined process is performed.

撮像装置としての1つのパッケージには、光電変換を行い、画像信号を出力するCCDベアチップ12、CCDベアチップ12の出力をA/D変換するA/D変換器14、A/D変換器14の出力を記憶するメモリ16が設けられているため、MPU32から撮像装置を見た場合、撮像装置はメモリと等価であり、従って、撮像装置とその外部のブロックとの同期関係を意識する必要がない。その結果、撮像装置を、上述したようなビデオカメラ、あるいはその他の装置に適用する場合に、その組み込みや取扱いを容易に行うことができる。   One package as an imaging device includes a CCD bare chip 12 that performs photoelectric conversion and outputs an image signal, an A / D converter 14 that A / D converts an output of the CCD bare chip 12, and an output of the A / D converter 14. Is provided, and when the imaging device is viewed from the MPU 32, the imaging device is equivalent to the memory, and therefore, there is no need to be aware of the synchronous relationship between the imaging device and its external blocks. As a result, when the imaging device is applied to the above-described video camera or another device, it can be easily incorporated and handled.

この他、メモリ16に代えて、NTSCエンコーダ等のカメラ回路を配置し、画像データをNTSC方式のビデオ信号に変換して出力するようにしてもよい。   In addition, a camera circuit such as an NTSC encoder may be provided instead of the memory 16 to convert image data into an NTSC video signal and output the video signal.

なお、本実施例においては、結像レンズ4からの光を光電変換する光電変換素子として、CCDのベアチップを用いるようにしたが、光電変換素子としては、その他、例えばCMOS型撮像素子などのコンデンサにチャージされた電荷を画像信号として読み出す破壊読み出し型撮像素子のベアチップを用いることも可能である。さらに、光電変換素子としては、破壊読み出し型撮像素子以外のものを用いることも可能である。CCD以外の光電変換素子を用いる場合には、cds処理回路21は設けずに済むようになる。   In this embodiment, a CCD bare chip is used as the photoelectric conversion element for photoelectrically converting the light from the imaging lens 4. However, as the photoelectric conversion element, for example, a capacitor such as a CMOS type image pickup element may be used. It is also possible to use a bare chip of a destructive read-out type image sensor for reading out the charges charged in the device as image signals. Further, as the photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element other than the destructive readout imaging element can be used. When a photoelectric conversion element other than the CCD is used, the cds processing circuit 21 does not need to be provided.

また、本実施例では、メモリ16を2ポートメモリとしたが、メモリ16としては、そのような2ポートメモリでない、通常のメモリを用いることも可能である。但し、メモリ16が2ポートメモリでない場合、CPU32よる画像データの読み出しと、A/D変換器14による画像データの書き込みとの調整を図るための回路が必要となる。   Further, in the present embodiment, the memory 16 is a two-port memory. However, as the memory 16, a normal memory other than such a two-port memory can be used. However, when the memory 16 is not a two-port memory, a circuit for adjusting read of image data by the CPU 32 and writing of image data by the A / D converter 14 is required.

さらに、本実施例においては、レンズ部10の4つの脚部11のそれぞれを、CCDベアチップ12の4角に直接接触させるようにしたが、この4つの脚部11は、例えばCCDベアチップ12の4辺(図2において、▲印を付してある部分)のそれぞれに接触させるように設けることなどが可能である。但し、この場合、脚部11で反射された反射光がCCDベアチップ12に入射することによりフレアを生じ、またCCDベアチップ12からの接続線が引き出しにくくなるので、脚部11は、本実施例で説明したように、CCDベアチップ12の4角に接触させるように設けるのが好ましい。   Furthermore, in the present embodiment, each of the four legs 11 of the lens unit 10 is brought into direct contact with the four corners of the CCD bare chip 12. For example, it is possible to provide so as to be in contact with each of the sides (portions marked with ▲ in FIG. 2). However, in this case, the reflected light reflected by the legs 11 is incident on the CCD bare chip 12 to cause a flare, and it is difficult to pull out the connection line from the CCD bare chip 12. As described above, it is preferable to provide the CCD bare chip 12 so as to be in contact with the four corners.

あるいはまた、図24に示すように、レンズ部10の脚部11を2つとし、図2において、▲印を付して示した辺のうち、対向する2つの辺を切欠き11Aで保持するようにすることも可能である。さらに、この場合においても、図7または図8に示した突起11Aaまたはテーパ面11Abを設けることもできる。   Alternatively, as shown in FIG. 24, two legs 11 of the lens unit 10 are provided, and two opposing sides of the sides marked with ▲ in FIG. 2 are held by the notches 11A. It is also possible to do so. Further, also in this case, the protrusion 11Aa or the tapered surface 11Ab shown in FIG. 7 or FIG. 8 can be provided.

また、図3の実施例においては、レンズ部10をパッケージ2A(ホルダ2)と一体化するようにしたが、図25に示すように、両者の間に間隙を設けるようにすることも可能である。この場合、脚部11の下端は充填剤20で基板1に装着される。このようにすれば、ホルダ2に対して、外から圧力が加わったような場合に、それがレンズ部10に直接伝達されることが少なくなり、レンズ部10の破損を抑制することが可能となる。この実施例の場合、穴3による絞りの位置が結像レンズ4と離れるが、絞りの効果はそれ程敏感ではないので、実用上、殆ど問題はない。   In the embodiment of FIG. 3, the lens unit 10 is integrated with the package 2A (holder 2). However, as shown in FIG. 25, a gap may be provided between the two. is there. In this case, the lower end of the leg 11 is attached to the substrate 1 with the filler 20. In this way, when pressure is applied to the holder 2 from the outside, it is less likely to be directly transmitted to the lens unit 10, and damage to the lens unit 10 can be suppressed. Become. In the case of this embodiment, the position of the aperture formed by the hole 3 is separated from the imaging lens 4, but the effect of the aperture is not so sensitive, so there is almost no problem in practical use.

ところで、一般的に、合成樹脂は、ガラスに比べて、熱膨張率が約10倍大きく、かつ、屈折率の温度変化がガラスの約100倍大きい。その結果、結像レンズ4を合成樹脂で形成すると、温度が変化したとき、焦点距離が変化してしまい、調整機構を設けずに、広い温度変化にわたって使用できるようにすることが困難になる。そこで、本実施例においては、例えば次のようにして、この調整機構を実質的に設けるようにしている。   In general, synthetic resins have a coefficient of thermal expansion about 10 times larger than glass and a change in refractive index with temperature about 100 times larger than glass. As a result, when the imaging lens 4 is formed of a synthetic resin, when the temperature changes, the focal length changes, and it becomes difficult to use the imaging lens 4 over a wide temperature change without providing an adjusting mechanism. Therefore, in this embodiment, the adjusting mechanism is substantially provided as follows, for example.

すなわち、図26に示すように、温度が上昇すると、脚部11の長さL11が長くなる。また、凸レンズの屈折率nと焦点距離fとの間には、ほぼ以下の式が成立する。
f=K/(2(n−1))
なお、ここで、Kは、レンズ球面の曲率に関係する係数である。
That is, as shown in FIG. 26, when the temperature rises, the length L11 of the leg 11 increases. In addition, the following equation substantially holds between the refractive index n of the convex lens and the focal length f.
f = K / (2 (n-1))
Here, K is a coefficient relating to the curvature of the lens spherical surface.

従って、温度が高くなると、図26に示す結像レンズ4の焦点距離fが変化する。   Therefore, when the temperature increases, the focal length f of the imaging lens 4 shown in FIG. 26 changes.

いま、単位温度変化に対する屈折率変化をa(/度)、脚部11の線膨張係数をb(/度)とする。通常、樹脂レンズのaは負の値であり、そのオーダは10-5乃至10-4であり、bは正の値であり、そのオーダは10-5乃至10-4である。 Now, it is assumed that a change in the refractive index with respect to a change in the unit temperature is a (/ degree), and a coefficient of linear expansion of the leg 11 is b (/ degree). Usually, a of the resin lens is a negative value, its order is 10 -5 to 10 -4 , and b is a positive value, and its order is 10 -5 to 10 -4 .

いま、常温において、温度がT(度)だけ上昇したときの焦点位置変化をΔfとすると、焦点位置変化Δfは、次のように表すことができる。
Δf=K/(2(n−1+a×T))−R/(2(n−1))
=−a×T×K/(2(n−1+a×T)×(n−1))
=−a×T×f/(n−1+a×T)
Now, assuming that a change in the focus position when the temperature rises by T (degrees) at normal temperature is Δf, the change in the focus position Δf can be expressed as follows.
Δf = K / (2 (n−1 + a × T)) − R / (2 (n−1))
= −a × T × K / (2 (n−1 + a × T) × (n−1))
= −a × T × f / (n−1 + a × T)

但し、
R=2×(n−1)×f
である。
However,
R = 2 × (n−1) × f
It is.

通常、n−1≫a×Tが成立するから、上記式は次のように表すことができる。
Δf=−a×T×f/(n−1)
Usually, since n-1≫a × T holds, the above equation can be expressed as follows.
Δf = −a × T × f / (n−1)

また、温度がTだけ上昇したとき、脚部11の長さL11の増加量ΔLは、次式で表すことができる。
ΔL=b×T×L11
Further, when the temperature rises by T, the increase amount ΔL of the length L 11 of the leg portion 11 can be expressed by the following equation.
ΔL = b × T × L 11

従って、実際の焦点距離面の移動量Δhは、次のようになる。
Δh=Δf−ΔL
Therefore, the actual movement amount Δh of the focal length plane is as follows.
Δh = Δf−ΔL

そこで、Δhが結像レンズ4の焦点深度ΔZに収まるように設計を行うことにより、すなわち、次式
|−a×f/(n−1)−b×L11|<(ΔZ/T)
を満足するように設計を行うことにより、温度が変化したとしても、合焦位置f1をCCDベアチップ12の受光面上に位置させることが可能となる。
Therefore, the design is performed so that Δh falls within the depth of focus ΔZ of the imaging lens 4, that is, the following equation: | −a × f / (n−1) −b × L 11 | <(ΔZ / T)
Is designed so as to satisfy the following condition, it is possible to position the focus position f1 on the light receiving surface of the CCD bare chip 12 even if the temperature changes.

また、上記実施例では、レンズの収差などを利用して入射光像の空間周波数を制限し、CCDベアチップ12上で発生する折り返し歪みを低減させるようにしている。しかしながら、カメラの用途によっては、単板カラーカメラで発生する色モアレを充分に抑圧することが要求される。この場合、特定の空間周波数のみを鋭く抑圧する必要があるが、上記した実施例のような空間周波数制限法では、特定の空間周波数のみを鋭く抑圧することは困難である。   Further, in the above embodiment, the spatial frequency of the incident light image is limited by using the aberration of the lens, and the aliasing distortion generated on the CCD bare chip 12 is reduced. However, depending on the application of the camera, it is required to sufficiently suppress color moiré generated in a single-chip color camera. In this case, it is necessary to sharply suppress only a specific spatial frequency. However, it is difficult to sharply suppress only a specific spatial frequency by the spatial frequency limiting method as in the above-described embodiment.

そこで、例えば図27に示すように、結像レンズ4をその中心を通る水平面で2分割して、結像レンズ4Aと4Bとし、その分割面上で、結像レンズ4Aを結像レンズ4Bに対して水平方向に角度θだけ回動して、不連続面4Cを形成した構成のレンズを用いることができる。この結像レンズ4を上面からみると、図28に示すようになる。   Therefore, for example, as shown in FIG. 27, the image forming lens 4 is divided into two by a horizontal plane passing through the center thereof to form image forming lenses 4A and 4B. On the other hand, a lens having a configuration in which the discontinuous surface 4 </ b> C is formed by rotating horizontally by the angle θ can be used. FIG. 28 shows the imaging lens 4 as viewed from above.

この場合、被写体からの光が上方の結像レンズ4Aを透過した後、CCDベアチップ12に結像する位置と、下方の結像レンズ4Bを透過してCCDベアチップ12上に結像する位置とは、距離Qだけ水平方向に離れている。すなわち、このとき、次式が成立する。
θ=2×atan(Q/2f)
In this case, the position where the light from the subject passes through the upper imaging lens 4A and then forms an image on the CCD bare chip 12 and the position where the light passes through the lower imaging lens 4B and forms an image on the CCD bare chip 12 are as follows. , In the horizontal direction by a distance Q. That is, at this time, the following equation is established.
θ = 2 × atan (Q / 2f)

その結果、この結像レンズ4A,4BによるMTFは、図29に示すようになり、空間周波数が1/(2Q)において、鋭く低下する特性となる。   As a result, the MTF by the imaging lenses 4A and 4B is as shown in FIG. 29, and has a characteristic that sharply decreases when the spatial frequency is 1 / (2Q).

なお、このような特性を得るには、結像レンズ4の不連続面の方向を必ずしも水平方向にする必要はなく、図30に示すように、垂直方向(図30(A))あるいは斜め方向(図30(B))にしてもよい。   In order to obtain such characteristics, the direction of the discontinuous surface of the imaging lens 4 does not necessarily have to be horizontal, and as shown in FIG. 30, the vertical direction (FIG. 30A) or the oblique direction (FIG. 30B).

さらに、上記実施例においては、レンズ部10の脚部11をCCDベアチップ12上に直接当接するようにしたが、基板1上に当接させるようにすることも可能である。図31は、この場合の例を表している。   Further, in the above embodiment, the leg 11 of the lens unit 10 is directly in contact with the CCD bare chip 12, but it may be in contact with the substrate 1. FIG. 31 shows an example in this case.

すなわち、図31の実施例においては、基板1にCCDベアチップ12より若干大きい形状の凹部1Aが形成されている。そして、CCDベアチップ12は、充填剤20により、この凹部1Aに接着されており、レンズ部10の脚部11は、その切欠き11Aが基板1の凹部1Aの角部に係止されている。そして、脚部11の外周は、充填剤20により基板1に接着されている。その他の構成は、図3における場合と同様である。   That is, in the embodiment shown in FIG. 31, a concave portion 1A having a shape slightly larger than the CCD bare chip 12 is formed in the substrate 1. The CCD bare chip 12 is bonded to the concave portion 1A with a filler 20. The leg portion 11 of the lens portion 10 has a notch 11A fixed to a corner of the concave portion 1A of the substrate 1. The outer periphery of the leg 11 is adhered to the substrate 1 by the filler 20. Other configurations are the same as those in FIG.

図32は、図31の実施例における、CCDベアチップ12とレンズ部10を基板1に取り付けるための工程を表している。   FIG. 32 shows a process for attaching the CCD bare chip 12 and the lens unit 10 to the substrate 1 in the embodiment of FIG.

すなわち、最初に、図32(A)に示すように、吸着型のICチップをつかむための治具501により、CCDベアチップ12の撮像面を吸着する。そして、図32(B)に示すように、基板1の凹部1Aに予め充填剤20を塗布しておき、図32(C)に示すように、治具501に保持されているCCDベアチップ12を基板1の凹部1A内にダイボンディングする。このとき、基板1の上面1Bと治具501の面501Aが当接し、CCDベアチップ12の撮像面は、基板1の上面1Bと同一の高さに位置決めされる。   That is, first, as shown in FIG. 32A, the imaging surface of the CCD bare chip 12 is sucked by a jig 501 for gripping a suction-type IC chip. Then, as shown in FIG. 32 (B), the filler 20 is applied in advance to the concave portion 1A of the substrate 1, and as shown in FIG. 32 (C), the CCD bare chip 12 held by the jig 501 is removed. Die bonding is performed in the concave portion 1A of the substrate 1. At this time, the upper surface 1B of the substrate 1 comes into contact with the surface 501A of the jig 501, and the imaging surface of the CCD bare chip 12 is positioned at the same height as the upper surface 1B of the substrate 1.

次に、図32(D)に示すように、レンズ部10の切欠き11Aを、基板1の凹部1Aを形成することにより形成される角部に係合する。そして、さらに図32(E)に示すように、脚部11の外周と基板1の上面との間に、充填剤20を充填して、接着する。   Next, as shown in FIG. 32D, the notch 11A of the lens unit 10 is engaged with a corner formed by forming the recess 1A of the substrate 1. Then, as shown in FIG. 32 (E), a filler 20 is filled between the outer periphery of the leg 11 and the upper surface of the substrate 1 and bonded.

なお、この実施例の場合、CCDベアチップ12を凹部1A内にダイボンディングしているので、CCDベアチップ12の撮像面の高さを正確に位置決めすることが可能であるが、水平面内(XY平面内)における取り付け精度は若干低下する。しかしながら、CCDベアチップ12の撮像面から離れた位置にレンズ部10の脚部11を配置することができるため、CCDベアチップ12のボンディングワイヤ(図示せず)があったとしても、これを容易に回避して、レンズ部10を取り付けることができる。また、脚部11における不良反射による影響を軽減することができる。   In this embodiment, since the CCD bare chip 12 is die-bonded in the recess 1A, the height of the imaging surface of the CCD bare chip 12 can be accurately determined. The mounting accuracy in ()) is slightly reduced. However, since the leg 11 of the lens unit 10 can be arranged at a position away from the imaging surface of the CCD bare chip 12, even if there is a bonding wire (not shown) of the CCD bare chip 12, this can be easily avoided. Thus, the lens unit 10 can be attached. Further, the influence of the poor reflection on the leg 11 can be reduced.

さらに、例えば、レンズ部10の脚部11を、図33に示すような、四方の面が囲まれている箱型形状の脚部とし、ゴミなどが内部に進入するのを防止するようにすることができる。また、このとき、図33に示すように、脚部11の底面に突起11Aaを設けることができる。あるいはまた、例えば図34に示すように、対向する2つの脚部を設ける構成としてもよい。そして、この場合において、脚部11の底面に円筒上の突起11Aaを形成することができる。   Further, for example, the leg portion 11 of the lens portion 10 is a box-shaped leg portion having four sides surrounded as shown in FIG. 33 to prevent dust and the like from entering the inside. be able to. At this time, as shown in FIG. 33, a protrusion 11Aa can be provided on the bottom surface of the leg portion 11. Alternatively, for example, as shown in FIG. 34, a configuration in which two opposing legs are provided may be adopted. In this case, a cylindrical projection 11Aa can be formed on the bottom surface of the leg portion 11.

図35は、図22に示した撮像装置の他の構成例を示している。すなわち、この実施例においては、図22におけるクロック発生回路31が、撮像装置の内部に収容されているとともに、メモリ16の代わりにカメラ処理回路511が設けられ、A/D変換器14の出力が供給されている。そして、カメラ処理回路511において、輝度信号と色差信号、あるいは、R,G,B信号などが生成される。さらに、ここにエンコーダを内蔵させ、例えばNTSC方式のフォーマットのビデオデータに変換させるようにしてもよい。その出力は、FIFOメモリ512に供給され、一旦記憶された後、所定のタイミングで読み出される。FIFOメモリ512より読み出されたデータは、パラレルシリアル(P/S)変換器513に入力され、パラレルデータがシリアルデータに変換され、ドライバ515を介して、出力端子517から、正相のデータおよび逆相のデータとして出力される。   FIG. 35 illustrates another configuration example of the imaging device illustrated in FIG. 22. That is, in this embodiment, the clock generation circuit 31 in FIG. 22 is housed inside the imaging device, and the camera processing circuit 511 is provided instead of the memory 16, and the output of the A / D converter 14 is Supplied. Then, the camera processing circuit 511 generates a luminance signal and a color difference signal, or R, G, and B signals. Further, an encoder may be incorporated therein so as to convert the data into video data in the NTSC format, for example. The output is supplied to the FIFO memory 512, stored once, and read at a predetermined timing. The data read from the FIFO memory 512 is input to a parallel / serial (P / S) converter 513, where the parallel data is converted into serial data. It is output as data of the opposite phase.

一方、入力端子518から入力された正相および逆相のデータは、レシーバ516で同相成分が除去された後、調停回路514に入力される。調停回路514は、入力された制御データに対応して、FIFOメモリ512を制御し、カメラ処理回路511からのデータを書き込み、所定のタイミングで読み出す制御を行うとともに、ドライバ515を制御し、パラレルシリアル変換器513からのデータを出力させる。   On the other hand, the positive-phase and negative-phase data input from the input terminal 518 are input to the arbitration circuit 514 after the in-phase component is removed by the receiver 516. The arbitration circuit 514 controls the FIFO memory 512 in accordance with the input control data, writes data from the camera processing circuit 511, performs reading control at a predetermined timing, controls the driver 515, and controls the parallel serial communication. The data from the converter 513 is output.

このドライバ515とレシーバ516は、IEEE1394に規定されているシリアルバスの標準規格に準拠するものである。この他、例えば、USDに準拠するようにすることも可能である。   The driver 515 and the receiver 516 conform to the serial bus standard defined by IEEE1394. In addition, for example, it is also possible to conform to the USD.

このように、シリアルにデータを出力し、また入力を受けるように構成することで、パラレルデータを入出力する場合に較べて、撮像装置が大型化することを防止することができる。   As described above, by configuring to output data serially and receive input, it is possible to prevent the imaging apparatus from becoming larger than in the case of inputting and outputting parallel data.

なお、A/D変換器14より前段の動作は、図22における場合と同様であるので、その説明は省略する。   The operation before the A / D converter 14 is the same as that in the case of FIG. 22, and the description thereof will be omitted.

[第2実施例]
図36は、本発明を適用した撮像装置の第2実施例の構成を示す斜視図である。この撮像装置も、第1実施例の撮像装置と同様に、基板51にホルダ(パッケージ)52が装着(嵌合)されることにより、それらが一体化されて構成されている。但し、この撮像装置は、第1実施例の撮像装置より、さらに小型化、軽量化、低価格化を図るために、ホルダ52には、その一部として、光を結像するための1つの結像レンズ54が上部に形成されており(従って、このホルダ52は、第1実施例におけるレンズ部10に相当する)、また、基板51には、結像レンズ54により結像された光を光電変換し、画像信号を出力するCCDベアチップ12(図37乃至図39)のみが装着されている。なお、ホルダ52は、透明の材料(例えば、透明なプラスチック(例えば、PMMAなど)など)でなり、その、結像レンズ54の部分を除いた外装部分には、CCDベアチップ12に、それほど重要でない周辺光線が入射しないように、そのような周辺光線を遮断する絞り効果を有する遮光性の遮光膜61が形成(コーティング)されている。また、CCDベアチップ12は、第1実施例における場合と同様のものである。
[Second embodiment]
FIG. 36 is a perspective view showing the configuration of a second embodiment of the imaging apparatus to which the present invention has been applied. As in the image pickup apparatus of the first embodiment, this image pickup apparatus is also configured such that a holder (package) 52 is mounted (fitted) on a substrate 51 so that they are integrated. However, in order to further reduce the size, weight, and cost of the image pickup apparatus of the first embodiment, the holder 52 has one part for forming an image of light as a part thereof. An imaging lens 54 is formed on the upper portion (therefore, this holder 52 corresponds to the lens unit 10 in the first embodiment), and the light imaged by the imaging lens 54 is applied to the substrate 51. Only the CCD bare chip 12 (FIGS. 37 to 39) that performs photoelectric conversion and outputs an image signal is mounted. The holder 52 is made of a transparent material (for example, a transparent plastic (for example, PMMA) or the like), and its exterior part other than the imaging lens 54 is not so important for the CCD bare chip 12. A light-shielding light-shielding film 61 having an aperture effect of blocking such peripheral light is formed (coated) so that peripheral light does not enter. The CCD bare chip 12 is the same as that in the first embodiment.

図37は、図36の撮像装置の平面図であり、また、図38または図39は、それぞれ図36におけるB−B’部分またはC−C’部分の断面図である。基板51上には、上述したように、CCDベアチップ12のみが装着されている。なお、CCDベアチップ12は、基板51にホルダ52が装着されたときに、ホルダ52の一部として形成されている結像レンズ54と対向するような位置に装着されている。   FIG. 37 is a plan view of the image pickup device of FIG. 36, and FIG. 38 or FIG. 39 is a cross-sectional view of a B-B ′ portion or a C-C ′ portion in FIG. 36, respectively. As described above, only the CCD bare chip 12 is mounted on the substrate 51. When the holder 52 is mounted on the substrate 51, the CCD bare chip 12 is mounted at a position facing the imaging lens 54 formed as a part of the holder 52.

さらに、基板51の側面には、基板1と同様に、外部へ信号を出力し、また外部から信号を入力するためのリード55が設けられている。なお、図36、図38、および図39においては、リード55の図示を省略してある。   Further, similarly to the substrate 1, leads 55 for outputting signals to the outside and inputting signals from the outside are provided on the side surfaces of the substrate 51. 36, 38, and 39, the illustration of the lead 55 is omitted.

基板51に装着されたCCDベアチップ12からは、信号の授受のための接続線12Aが引き出されており、各接続線12Aは、所定のリード55と接続されている。   From the CCD bare chip 12 mounted on the substrate 51, connection lines 12A for sending and receiving signals are drawn out, and each connection line 12A is connected to a predetermined lead 55.

ホルダ52は、上述したように、透明な材料でなり、その形状は、その水平方向の断面が長方形である箱型(図38に示す状態において、上下を逆にした場合)とされている。そして、その底面(撮像装置の上部)の中心部分には、単玉レンズとしての結像レンズ54が形成されており、その結像レンズ54の部分を除き、内側も含めて無反射コーティングがなされている。すなわち、ホルダ52には、遮光性の塗料が塗布され、またはこれに準ずる加工がなされており、これにより遮光膜61が形成されている。   As described above, the holder 52 is made of a transparent material, and has a box-like shape having a rectangular cross section in the horizontal direction (in the case shown in FIG. 38, when it is turned upside down). An imaging lens 54 as a single lens is formed in a central portion of the bottom surface (upper portion of the imaging device), and an antireflection coating is applied to the inside including the imaging lens 54 except for the imaging lens 54. ing. That is, a light-shielding paint is applied to the holder 52, or a process similar thereto is performed, whereby the light-shielding film 61 is formed.

いま、図37に示すように、CCDベアチップ12の接続線12Aが引き出されている方の辺(図37において垂直方向の辺)の長さは、引き出し線12Aのない方の辺(図37において水平方向の辺)の長さより長い。従って、ホルダ52の4つの側面である、対向する2組の脚部62のうち、図37において水平方向で対向する脚部62どうしの距離は、図38に示すように、短いものとなり、また、図37において垂直方向で対向する脚部62どうしの距離は、図39に示すように、長いものとなる。そして、一方の対向する脚部62は、内側の部分がくり貫かれ、これにより切欠き62Aが形成されている。そして、この切欠き62Aの部分は、CCDベアチップ12の縦の2辺の部分に精度良く嵌合するようになされている。   Now, as shown in FIG. 37, the length of the side from which the connection line 12A of the CCD bare chip 12 is drawn out (the side in the vertical direction in FIG. 37) is the side without the lead-out line 12A (see FIG. 37). Horizontal side). Accordingly, of the two pairs of opposing legs 62, which are the four side surfaces of the holder 52, the distance between the legs 62 that oppose each other in the horizontal direction in FIG. 37 is short as shown in FIG. In FIG. 37, the distance between the legs 62 facing each other in the vertical direction is long as shown in FIG. The inner portion of one of the opposing legs 62 is hollowed out, thereby forming a notch 62A. The notch 62 </ b> A is fitted to two vertical sides of the CCD bare chip 12 with high accuracy.

なお、本実施例では、ホルダ52は、例えば透明なプラスチックをモールド成形することで構成されており(従って、結像レンズ54も、結像レンズ4と同様に、プラスチックモールド単玉レンズである)、これにより結像レンズ54の主点に対する、ホルダ52の各部の寸法の相対的な精度は、充分に高くされている。   In this embodiment, the holder 52 is formed by molding a transparent plastic, for example (therefore, the imaging lens 54 is a plastic molded single lens like the imaging lens 4). Thus, the relative accuracy of the dimensions of each part of the holder 52 with respect to the principal point of the imaging lens 54 is sufficiently high.

ホルダ52の一方の対向する脚部62は、その切欠き62Aの部分のそれぞれが、CCDベアチップ12の図37における縦の2辺の部分に嵌合されることにより、CCDベアチップ12に直接接触している。この一方の対向する脚部62の長さ(図38における垂直方向の長さ)は、他方の対向する脚部62の長さ(図39における垂直方向の長さ)より幾分短くされている。これにより、一方(図38)の対向する脚部62の下端が、基板51から若干浮いた状態で、切欠き62Aが、CCDベアチップ12の受光面とその側面に、ある程度の圧力をもって、直接接触している(従って、一方(図38)の脚部62は、CCDベアチップ12に突き当てられた状態とされる)。なお、この圧力は、ホルダ52を基板51に嵌合した後、所定の圧力をかけながら、充填剤20を充填することにより基板51とホルダ52とを接着、封止することで生じるようになされている。   One of the opposite leg portions 62 of the holder 52 is brought into direct contact with the CCD bare chip 12 by fitting each of the notches 62A into two vertical sides of the CCD bare chip 12 in FIG. ing. The length of this one opposing leg 62 (vertical length in FIG. 38) is somewhat shorter than the length of the other opposing leg 62 (vertical length in FIG. 39). . This allows the notch 62A to directly contact the light receiving surface of the CCD bare chip 12 and its side surface with a certain pressure while the lower end of one of the opposed leg portions 62 (FIG. 38) is slightly floating from the substrate 51. (Therefore, one leg 62 (FIG. 38) is brought into contact with the CCD bare chip 12). This pressure is generated when the holder 52 is fitted to the substrate 51 and then the substrate 51 and the holder 52 are bonded and sealed by filling the filler 20 while applying a predetermined pressure. ing.

ホルダ52の、他方(図39)の対向する脚部62は、一方(図38)の対向する脚部62より幾分長めであるが、切欠き62Aが、CCDベアチップ12の受光面に突き当てられたときに、その下部が基板51に接触しない程度の長さとされている。従って、基板51とホルダ52とは、一方(図38)の対向する脚部62をCCDベアチップ12に接触させる精度を優先する形で接着されている。   The opposite leg 62 of the holder 52 (FIG. 39) is somewhat longer than the opposite leg 62 of the one (FIG. 38), but the notch 62A abuts against the light receiving surface of the CCD bare chip 12. The length is such that the lower portion does not contact the substrate 51 when it is pressed. Therefore, the substrate 51 and the holder 52 are adhered in such a manner that the accuracy of bringing one of the opposing legs 62 (FIG. 38) into contact with the CCD bare chip 12 is prioritized.

なお、結像レンズ54の光学特性、およびCCDベアチップ12に突き当てられる2つの脚部(一方(図38)の対向する脚部)62の寸法(長さ)は、図11または図12で説明した場合と同様になされている。   Note that the optical characteristics of the imaging lens 54 and the dimensions (length) of the two legs (one (FIG. 38) opposing legs) 62 abutted on the CCD bare chip 12 will be described with reference to FIG. 11 or FIG. It is done in the same way as if you did.

以上のように、この実施例においても、CCDベアチップ12が装着された基板51と、結像レンズ54および絞り効果を有する遮光膜61が形成されたホルダ52とを一体化するようにしたので、撮像装置の応用時の組み込みおよび取扱いが容易になり、製造コストを低減することが可能となる。   As described above, also in this embodiment, the substrate 51 on which the CCD bare chip 12 is mounted is integrated with the holder 52 on which the imaging lens 54 and the light-shielding film 61 having an aperture effect are formed. Incorporation and handling during application of the imaging device are facilitated, and manufacturing costs can be reduced.

さらに、ホルダ52の各部の寸法の、結像レンズ54の主点に対する相対的な精度は充分に高くされているとともに、その一方(図38)の対向する脚部62は、CCDベアチップ12の受光面に直接突き当てられているので、結像レンズ54は、第1実施例の結像レンズ4における場合と同様に、特別の調整をすることなしに、精度良く配置することができ、これにより、撮像装置の小型化、軽量化を図ることができる。   Further, the relative accuracy of the dimensions of each part of the holder 52 with respect to the principal point of the imaging lens 54 is sufficiently increased, and one of the opposing legs 62 (FIG. 38) receives light from the CCD bare chip 12. Since the imaging lens 54 is directly abutted on the surface, the imaging lens 54 can be accurately arranged without any special adjustment as in the case of the imaging lens 4 of the first embodiment. Thus, the size and weight of the imaging device can be reduced.

また、ホルダ52には、その一部として、結像レンズ54を形成し、基板51には、CCDベアチップ12のみを装着するようにしたので、第1実施例における場合に比較して、撮像装置のさらなる小型化、軽量化、低価格化を図ることができる。   Further, an imaging lens 54 is formed as a part of the holder 52, and only the CCD bare chip 12 is mounted on the substrate 51. Therefore, as compared with the case of the first embodiment, the imaging device Can be further reduced in size, weight, and cost.

さらに、図39に示すように、ホルダ52の、他方の対向する脚部62どうしの距離は、CCDベアチップ12の図37における水平方向の長さよりも長いものとされているので、接続線12Aの引き回しを容易に行うことができる。   Further, as shown in FIG. 39, the distance between the other opposing legs 62 of the holder 52 is longer than the horizontal length of the CCD bare chip 12 in FIG. Routing can be easily performed.

次に、図36乃至図39に示した撮像装置の製造方法について説明する。まず、基板51上にCCDベアチップ12を装着するとともに、リード55を設け、必要に応じて、CCDベアチップ12の接続線12Aとリード55との接続を行う。一方、透明の材料を用い、結像レンズ54を有し、脚部62に切欠き62Aを設けたホルダ52をモールド成形した後、遮光膜61を形成する。そして、基板51とホルダ52とを、一方の対向する脚部62を、CCDベアチップ12に突き当てた状態で、図38および図39に示したように充填剤20を充填することで一体化する。   Next, a method of manufacturing the imaging device shown in FIGS. 36 to 39 will be described. First, the CCD bare chip 12 is mounted on the substrate 51, and the leads 55 are provided. If necessary, the connection lines 12A of the CCD bare chip 12 and the leads 55 are connected. On the other hand, a light-shielding film 61 is formed by molding a holder 52 having an imaging lens 54 and a leg 62 provided with a notch 62A using a transparent material. Then, the substrate 51 and the holder 52 are integrated by filling the filler 20 as shown in FIG. 38 and FIG. 39 in a state where one of the opposing legs 62 abuts against the CCD bare chip 12. .

基板51とホルダ52とを一体化する際には、第1実施例の場合と同様に、特別の調整をする必要がないので、容易かつ低コストで、撮像装置を製造することができる。   When the substrate 51 and the holder 52 are integrated, as in the case of the first embodiment, no special adjustment is required, so that the imaging device can be manufactured easily and at low cost.

なお、この場合においても、透明の材料と遮光性の材料を用いて、ホルダ52(結像レンズ54)をモールド成形することができる。これにより、図40に示すように、結像レンズ54を透明材料で形成し、脚部62を遮光性材料で形成することができる。   Also in this case, the holder 52 (imaging lens 54) can be molded using a transparent material and a light-shielding material. Thus, as shown in FIG. 40, the imaging lens 54 can be formed of a transparent material, and the legs 62 can be formed of a light-shielding material.

あるいはまた、図41に示すように、透明材料で結像レンズ54を脚部62を含めて成形し、その外周側と内周側に、それぞれ外シート91と内シート92をかぶせるようにして、ホルダ52を形成するようにしてもよい。この外シート91と内シート92は、それぞれ遮光性材料で、結像レンズ54の外周側と内周側の形状に対応して形成されている。あるいは、外シート91と内シート92をかぶせる代わりに、黒く塗装するようにしてもよい。   Alternatively, as shown in FIG. 41, the imaging lens 54 is formed of a transparent material including the legs 62, and the outer sheet 91 and the inner sheet 92 are covered on the outer peripheral side and the inner peripheral side, respectively. The holder 52 may be formed. The outer sheet 91 and the inner sheet 92 are each formed of a light-shielding material and are formed corresponding to the outer peripheral side and the inner peripheral side of the imaging lens 54. Alternatively, instead of covering the outer sheet 91 and the inner sheet 92, the outer sheet 91 and the inner sheet 92 may be painted black.

この他、例えば図42に示すように、CCDベアチップ12を基板51上に装着し、さらに結像レンズ54を基板51上に装着した状態で、基板51と結像レンズ54の外周を黒色の樹脂66でモールドするようにすることもできる。   In addition, as shown in FIG. 42, for example, with the CCD bare chip 12 mounted on the substrate 51 and the imaging lens 54 mounted on the substrate 51, the outer circumferences of the substrate 51 and the imaging lens 54 are black resin. It is also possible to mold at 66.

また、この撮像装置は、図22に示したドライバ13より出力される信号を、外部から、リード55を介して入力することでドライブし、その結果、やはりリード55を介して得られる画像信号は、外部において、必要に応じて信号処理される。   Further, this imaging apparatus drives by inputting the signal output from the driver 13 shown in FIG. 22 from the outside via the lead 55, and as a result, the image signal obtained via the lead 55 is also , Outside, signal processing is performed as necessary.

さらに、本実施例においては、結像レンズ54からの光を光電変換する光電変換素子として、CCDベアチップ12を用いるようにしたが、光電変換素子としては、第1実施例で説明したように、例えば破壊読み出し型撮像素子やその他のものを用いることが可能である。   Further, in the present embodiment, the CCD bare chip 12 is used as a photoelectric conversion element for photoelectrically converting the light from the imaging lens 54. However, as described in the first embodiment, as the photoelectric conversion element, For example, it is possible to use a destructive readout type image sensor or other devices.

なお、図39の実施例における基板51を、図43に示すように大きくし、その基板51上に各種の部品67を配置するようにすることもできる。   The size of the board 51 in the embodiment of FIG. 39 can be increased as shown in FIG. 43, and various components 67 can be arranged on the board 51.

また、結像レンズとしては、1段の構成だけではなく、図44に示すように、結像レンズ54A(凸レンズ)と結像レンズ54B(凹レンズ)の2段の構成とすることもできる。もちろん、3段以上の構成とすることも可能である。   In addition, as shown in FIG. 44, the imaging lens may have a two-stage configuration of an imaging lens 54A (convex lens) and an imaging lens 54B (concave lens) as well as a one-stage configuration. Of course, a configuration having three or more stages is also possible.

[第3実施例]
図45は、本発明を適用した撮像装置100を組み込んだビデオカメラの構成例を示している。なお、図中、図22における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。撮像装置100は、第1実施例または第2実施例の撮像装置と同様に構成されている。但し、基板1(または51)には、CCDベアチップ12とA/D変換器70が装着されている。なお、本実施例では、撮像装置100は、第1実施例の撮像装置と同様に構成されているものとする。
[Third embodiment]
FIG. 45 shows a configuration example of a video camera incorporating the imaging device 100 to which the present invention is applied. In the figure, the same reference numerals are given to portions corresponding to the case in FIG. The imaging device 100 is configured similarly to the imaging device of the first embodiment or the second embodiment. However, the CCD bare chip 12 and the A / D converter 70 are mounted on the substrate 1 (or 51). In the present embodiment, it is assumed that the imaging device 100 has the same configuration as the imaging device of the first embodiment.

A/D変換器70は、シリアル出力型のA/D変換器で、CCDベアチップ12より出力される画像信号を、その出力周期(ある画素に対応する画像信号が出力されてから、次の画素に対応する画像信号が出力されるまでの時間)の1/2の周期を有するサンプリングクロックp1のタイミングでA/D変換し、その結果得られるディジタルの画像データを、シリアルデータの形で出力するようになされている。   The A / D converter 70 is a serial output type A / D converter. The A / D converter 70 converts an image signal output from the CCD bare chip 12 into its output cycle (after the image signal corresponding to a certain pixel is output, the next pixel). A / D conversion is performed at the timing of the sampling clock p1 having a period of の of the time until the image signal corresponding to (a) is output, and the resulting digital image data is output in the form of serial data. It has been done.

なお、A/D変換器70は、外部から供給されるリファレンス電圧vrefを基準に、サンプル値に割り当てるビットを決定するようになされている。   Note that the A / D converter 70 determines a bit to be assigned to a sample value based on a reference voltage vref supplied from the outside.

また、A/D変換器70としては、サンプリングの結果得られた画像データを、パラレルデータの形で出力するパラレル出力型のA/D変換器を用いることも可能である(この場合、後述するS/P変換器71は不要となる)。但し、A/D変換器70として、パラレル出力型のA/D変換器を用いた場合、パラレルデータの形で出力する画像データのビット数分のリード5を設ける必要があるのに対し、A/D変換器70をシリアル出力型のA/D変換器とした場合には、画像データを出力するために必要なリード5は1つで済む。従って、A/D変換器70としては、シリアル出力型のものを用いた方が、撮像装置100を小型に構成することができる。   Further, as the A / D converter 70, it is also possible to use a parallel output type A / D converter that outputs image data obtained as a result of sampling in the form of parallel data (this case will be described later). The S / P converter 71 becomes unnecessary). However, when a parallel output type A / D converter is used as the A / D converter 70, it is necessary to provide leads 5 for the number of bits of image data to be output in the form of parallel data. When the / D converter 70 is a serial output type A / D converter, only one lead 5 is required to output image data. Therefore, if the A / D converter 70 is of a serial output type, the imaging device 100 can be made smaller.

S/P(シリアル/パラレル)変換器71は、撮像装置100(A/D変換器70)より出力されるシリアルの画像データをパラレルの画像データに変換し、D−FF(遅延型フリップフロップ)72および減算回路73に出力するようになされている。D−FF72は、サンプリングクロックp1と同一の周期を有するクロックp2にしたがって、S/P変換器71からの画像データを1クロック分だけ遅延し、減算回路73に出力するようになされている。減算回路73は、S/P変換器71からの画像データと、D−FF72の出力との差分を演算し、その差分値をD−FF74に出力するようになされている。D−FF74は、クロックp2の2倍の周期(画素の出力周期と同一の周期)を有するクロックp3にしたがい、減算回路73から出力される差分値を、1つおきにラッチして、カメラ信号処理回路75に出力するようになされている。   The S / P (serial / parallel) converter 71 converts serial image data output from the imaging device 100 (A / D converter 70) into parallel image data, and outputs a D-FF (delay flip-flop). 72 and a subtraction circuit 73. The D-FF 72 delays the image data from the S / P converter 71 by one clock according to a clock p2 having the same cycle as the sampling clock p1, and outputs the image data to the subtraction circuit 73. The subtraction circuit 73 calculates the difference between the image data from the S / P converter 71 and the output of the D-FF 72, and outputs the difference value to the D-FF 74. The D-FF 74 latches every other difference value output from the subtraction circuit 73 according to a clock p3 having a cycle twice as long as the clock p2 (the same cycle as the output cycle of the pixel), and outputs the camera signal. The data is output to the processing circuit 75.

カメラ信号処理回路75は、D−FF74の出力に所定の信号処理を施すようになされている。   The camera signal processing circuit 75 performs predetermined signal processing on the output of the D-FF 74.

タイミングジェネレータ76は、図示せぬクロック発生回路から供給されるクロックに基づいて、各種のタイミング信号を生成するようになされている。すなわち、タイミングジェネレータ76は、図22のタイミングジェネレータ15と同様に、CCDベアチップ12をドライブするためのタイミング信号を生成し、ドライバ13に供給する。さらに、タイミングジェネレータ76は、上述したような周期のクロックp1,p2,p3を生成し、A/D変換器70,D−FF72,73にそれぞれ供給する。また、タイミングジェネレータ76は、S/P変換器71が動作するのに必要なクロックを生成し、S/P変換器71に供給する。なお、タイミングジェネレータ76が出力する各種のタイミング信号は、相互に同期のとれたものとされている(クロック発生回路からのクロックに同期したものとされている)。   The timing generator 76 generates various timing signals based on a clock supplied from a clock generation circuit (not shown). That is, the timing generator 76 generates a timing signal for driving the CCD bare chip 12 and supplies it to the driver 13, similarly to the timing generator 15 in FIG. Further, the timing generator 76 generates clocks p1, p2, and p3 having the above-described periods, and supplies the generated clocks to the A / D converter 70 and the D-FFs 72 and 73, respectively. Further, the timing generator 76 generates a clock necessary for the operation of the S / P converter 71 and supplies the clock to the S / P converter 71. The various timing signals output by the timing generator 76 are synchronized with each other (synchronized with the clock from the clock generation circuit).

次に、図46のタイミングチャートを参照して、その動作について説明する。被写体からの光は、結像レンズ4に入射し、この光は、結像レンズ4によってCCDベアチップ12の受光面上に結像される。CCDベアチップ12では、そこで受光された光が光電変換され、その光に対応する画像信号outが、ドライバ13からのタイミング信号にしたがって、A/D変換器70に出力される。ここで、図46(A)は、CCDベアチップ12より出力される画像信号outを示している。   Next, the operation will be described with reference to the timing chart of FIG. Light from the subject enters the imaging lens 4, and this light is imaged on the light receiving surface of the CCD bare chip 12 by the imaging lens 4. In the CCD bare chip 12, the light received there is photoelectrically converted, and an image signal out corresponding to the light is output to the A / D converter 70 according to a timing signal from the driver 13. Here, FIG. 46A shows an image signal out output from the CCD bare chip 12.

A/D変換器70では、CCDベアチップ12より出力された画像信号outが、その出力周期の1/2の周期を有するサンプリングクロックp1(図46(B))の、例えば立ち上がりエッジのタイミングでA/D変換され、その結果得られるディジタルの画像データsa(図46(C))が、シリアルデータの形で、S/P変換器71に出力される。S/P変換器71では、A/D変換器70からのシリアルの画像データsaがパラレルの画像データsb(図46(E))に変換され、D−FF72および減算回路73に出力される。   In the A / D converter 70, the image signal out output from the CCD bare chip 12 is supplied to the A / D converter 70 at the timing of, for example, the rising edge of the sampling clock p1 (FIG. 46B) having a half of the output cycle. The resulting digital image data sa (FIG. 46 (C)) is output to the S / P converter 71 in the form of serial data. In the S / P converter 71, the serial image data sa from the A / D converter 70 is converted into parallel image data sb (FIG. 46E) and output to the D-FF 72 and the subtraction circuit 73.

なお、S/P変換器71では、変換処理に1クロック分の時間を要し、このため、画像データsb(図46(E))は、画像データsa(図46(C))より1クロックだけ遅れたものとなる。   Note that the S / P converter 71 requires one clock time for the conversion process, so that the image data sb (FIG. 46 (E)) is one clock longer than the image data sa (FIG. 46 (C)). Only delayed.

D−FF72では、タイミングジェネレータ76より供給される、サンプリングクロックp1と同一の周期を有するクロックp2(図46(D))の、例えば立ち上がりエッジのタイミングで、S/P変換器71からの画像データsbがラッチされ、これにより1クロック分だけ遅延され、図46(F)に示すような画像データscとされて、減算回路73に出力される。   The D-FF 72 outputs the image data from the S / P converter 71 at the timing of, for example, the rising edge of the clock p2 (FIG. 46 (D)) supplied from the timing generator 76 and having the same cycle as the sampling clock p1. sb is latched, thereby being delayed by one clock, converted into image data sc as shown in FIG. 46 (F), and output to the subtraction circuit 73.

ここで、サンプリングクロックp1と同一の周期を有するクロックp2は、CCDベアチップ12が画像信号outを出力する周期の1/2の周期を有するから、画像データsbを、クロックp2の1周期分だけ遅延した画像データscは、画像データsbよりも、CCDベアチップ12の画素ピッチの半分に対応する時間だけ位相の遅れたものとなる。そこで、画像データscを、以下、適宜、半画素遅延データscという。   Here, since the clock p2 having the same cycle as the sampling clock p1 has a cycle which is の of the cycle at which the CCD bare chip 12 outputs the image signal out, the image data sb is delayed by one cycle of the clock p2. The obtained image data sc has a phase delayed from the image data sb by a time corresponding to a half of the pixel pitch of the CCD bare chip 12. Therefore, the image data sc is hereinafter appropriately referred to as half-pixel delay data sc.

減算回路73では、S/P変換器71より出力された画像データsbから、D−FF72より出力された半画素遅延データscが減算され、その減算値(差分値)sd(図46(G))が、D−FF74に出力される。D−FF74では、減算回路73からの減算値sdが、タイミングジェネレータ76から供給される、クロックp2の2倍の周期を有するクロックp3(図46(H))の、例えば立ち上がりエッジのタイミングでラッチされ、これにより、図46(I)に示すような画像データseが、カメラ信号処理回路75に出力される。すなわち、D−FF74では、減算回路73からの減算値sdが、1つおきにラッチされ、カメラ信号処理回路75に出力される。   In the subtraction circuit 73, the half-pixel delay data sc output from the D-FF 72 is subtracted from the image data sb output from the S / P converter 71, and the subtraction value (difference value) sd (FIG. 46 (G)) ) Is output to the D-FF 74. The D-FF 74 latches the subtraction value sd from the subtraction circuit 73 at the timing of, for example, the rising edge of the clock p3 (FIG. 46 (H)) supplied from the timing generator 76 and having a cycle twice as long as the clock p2. Thus, image data se as shown in FIG. 46I is output to the camera signal processing circuit 75. That is, in the D-FF 74, the subtraction value sd from the subtraction circuit 73 is latched every other one and output to the camera signal processing circuit 75.

ここで、図47は、CCDベアチップ12の内部構成例(いわゆるFDA(Floating Diffusion Amplifier)の部分の構成例)を示している。CCDベアチップ12の受光面で発生した電荷は、コンデンサCにチャージ(蓄積)され、これにより出力バッファBUFからは、コンデンサCに蓄積された電荷に対応した電圧変化が、画像信号として出力される。そして、スイッチSWがオンにされ、これによりコンデンサCに、正の電圧Eが印加されることで、コンデンサCがディスチャージされ(基準電位にチャージされ)、その後、スイッチSWがオフにされ、コンデンサCは、次の画素に対応する電荷をチャージすることが可能な状態となる。   Here, FIG. 47 shows an internal configuration example of the CCD bare chip 12 (a configuration example of a so-called FDA (Floating Diffusion Amplifier) portion). The charge generated on the light receiving surface of the CCD bare chip 12 is charged (stored) in the capacitor C, whereby a voltage change corresponding to the charge stored in the capacitor C is output from the output buffer BUF as an image signal. Then, the switch SW is turned on, whereby the capacitor C is discharged (charged to the reference potential) by applying the positive voltage E to the capacitor C, and then the switch SW is turned off and the capacitor C is turned off. Becomes a state in which the charge corresponding to the next pixel can be charged.

CCDベアチップ12では、以上のような動作が繰り返されることで、画像信号が出力されるが、スイッチSWをオン、オフする際には、熱雑音が発生し、その熱雑音に対応する電圧がコンデンサCで保持される。また、出力バッファBUFでは、いわゆる1/fノイズ(揺らぎのノイズ)が発生する。このため、スイッチSWがオンされ、さらにオフされた後(このようなスイッチSWの動作を、以下、適宜、リセットという)、出力バッファBUFの出力レベル(このようなリセット後の出力バッファBUFの出力レベルを、以下、適宜、プリチャージレベルという)は、所定の基準レベル(例えば、黒レベルなど)とはならず、上述したような熱雑音および1/fノイズ(以下、両方含めて、雑音成分という)の影響を反映したレベルとなる。   In the CCD bare chip 12, an image signal is output by repeating the above operation. However, when the switch SW is turned on and off, thermal noise is generated, and a voltage corresponding to the thermal noise is generated by the capacitor. It is held at C. In the output buffer BUF, so-called 1 / f noise (fluctuation noise) is generated. For this reason, after the switch SW is turned on and further turned off (such an operation of the switch SW is hereinafter appropriately referred to as a reset), the output level of the output buffer BUF (the output of the output buffer BUF after such a reset). The level is hereinafter referred to as a precharge level as appropriate, but does not become a predetermined reference level (for example, a black level or the like), and the above-described thermal noise and 1 / f noise (hereinafter, both include noise components) Level) that reflects the effect of

そこで、通常は、CCDベアチップ12の出力に対し、A/D変換処理などを施す前に、第1実施例で説明したような相関2重サンプリング処理を施すことによって、雑音成分を低減した画像信号を得るようになされている。   Therefore, usually, the output of the CCD bare chip 12 is subjected to the correlated double sampling processing as described in the first embodiment before the A / D conversion processing or the like, so that the image signal in which the noise component is reduced is provided. Has been made to get.

しかしながら、CCDベアチップ12を内蔵する撮像装置100を、できるだけ小型化し、かつ、出力として、ディジタルの画像データを得たいような場合に、CCDベアチップ12の出力を、相関2重サンプリング処理するための、例えば図22に示したcds処理回路21を、撮像装置100に内蔵させたのでは、小型化の要請に沿わないことになる。   However, when it is desired to reduce the size of the imaging device 100 incorporating the CCD bare chip 12 as much as possible and obtain digital image data as an output, for example, the output of the CCD bare chip 12 is subjected to correlated double sampling processing. Incorporating the cds processing circuit 21 shown in FIG. 22 in the imaging device 100 does not meet the demand for miniaturization.

そこで、図45のビデオカメラでは、このような要請に応えるべく、CCDベアチップ12の出力を、A/D変換器70でディジタルの画像データとした後、次のようにして、雑音成分を低減するようになされている。   Therefore, in the video camera of FIG. 45, in order to respond to such a request, after the output of the CCD bare chip 12 is converted into digital image data by the A / D converter 70, the noise component is reduced as follows. It has been done.

すなわち、CCDベアチップ12から出力される画像信号outは、上述したことから、図46(A)に示したように、プリチャージレベルとなるプリチャージ部(図中、点線で示す部分)と、コンデンサCにチャージされた電荷に対応するレベル(信号レベル)となる信号部(図中、実線で示す部分)とからなる。そして、上述の雑音成分の発生原理から、ある信号部に含まれる雑音成分と、その直前のプリチャージ部に含まれる雑音成分には相関性がある。すなわち、ある信号部に含まれる雑音成分と、その直前のプリチャージレベルとはほぼ等しい。従って、ある信号部の信号レベルから、その直前のプリチャージレベルを減算すれば、その信号部の真の信号成分が得られることになる。   That is, as described above, the image signal out output from the CCD bare chip 12 includes, as shown in FIG. 46A, a precharge portion (a portion shown by a dotted line in the figure) at a precharge level and a capacitor. And a signal portion (indicated by a solid line in the drawing) having a level (signal level) corresponding to the charge charged in C. Then, from the above-described principle of the generation of the noise component, there is a correlation between the noise component included in a certain signal portion and the noise component included in the immediately preceding precharge portion. That is, the noise component included in a certain signal portion is substantially equal to the precharge level immediately before. Therefore, by subtracting the precharge level immediately before from the signal level of a certain signal section, a true signal component of the signal section can be obtained.

D−FF72、減算回路73、およびD−FF74では、A/D変換器70からの画像データsaに対し、上述の原理に対応する処理を施すことで、雑音成分を低減した画像データを得るようになされている。   The D-FF 72, the subtraction circuit 73, and the D-FF 74 perform processing corresponding to the above-described principle on the image data sa from the A / D converter 70 to obtain image data with reduced noise components. It has been made.

すなわち、A/D変換器70では、上述したように、CCDベアチップ12からの画像信号outが、その出力周期の1/2の周期を有するサンプリングクロックp1(図46(B))のタイミングでA/D変換されるため、その結果得られるディジタルの画像データsaは、図46(C)に示すように、信号レベル(vi)とプリチャージレベル(fi)とが交互に並んだものとなる。なお、図46(C)(図46(E)および図46(F)においても同様)では、信号レベルまたはプリチャージレベルを、それぞれvまたはfに数字を付して示してある。また、組になるべき信号レベルおよびプリチャージレベル(ある信号レベルと、その直前のプリチャージレベル)には、同一の数字を付してある。   That is, in the A / D converter 70, as described above, the image signal out from the CCD bare chip 12 is supplied to the A / D converter 70 at the timing of the sampling clock p1 (FIG. 46B) having a half of the output cycle. As a result, the digital image data sa obtained as a result has signal levels (vi) and precharge levels (fi) alternately arranged as shown in FIG. 46 (C). In FIG. 46 (C) (the same applies to FIGS. 46 (E) and 46 (F)), the signal level or the precharge level is indicated by adding a numeral to v or f, respectively. The same numbers are given to the signal level and the precharge level (a certain signal level and the precharge level immediately before it) to be combined.

そして、減算回路73に入力される画像データsbまたは半画素遅延データscは、画像データsa(但し、パラレルデータの形に変換したもの)を、それぞれ1クロックまたは2クロック分だけ遅延したものであるから、図46(E)または図46(F)に示したようになる。さらに、減算回路73では、画像データsbから、半画素遅延データsbが減算されるから、その減算値sdのうち、組になるべき信号レベルおよびプリチャージレベルから求められたものは、雑音成分が低減された画像データ(以下、適宜、真の画像データという)となる。すなわち、減算値sdは、図46(G)においてv’に数字を付して示すように、1つおきに、真の画像データとなる。なお、図46(G)において、v’#i(#iは整数)は、v#i−f#iの演算結果を表しており、xは無効なデータを表している。   The image data sb or the half-pixel delay data sc input to the subtraction circuit 73 is obtained by delaying the image data sa (converted into parallel data) by one clock or two clocks, respectively. The result is as shown in FIG. 46 (E) or FIG. 46 (F). Further, in the subtraction circuit 73, the half-pixel delay data sb is subtracted from the image data sb, and among the subtraction values sd, those obtained from the signal level and the precharge level to be paired have noise components. It becomes reduced image data (hereinafter, referred to as true image data as appropriate). That is, every other subtraction value sd becomes true image data as shown by adding a numeral to v 'in FIG. 46 (G). In FIG. 46 (G), v '# i (#i is an integer) represents the calculation result of v # if-i, and x represents invalid data.

従って、D−FF74において、減算値sdを、図46(H)に示したようなクロックp3のタイミングで、1つおきにラッチすることにより、カメラ信号処理回路75には、真の画像データse(図46(I))のみが供給されることになる。   Accordingly, the D-FF 74 latches the subtraction value sd at every other clock at the timing of the clock p3 as shown in FIG. 46H, so that the true image data se is transmitted to the camera signal processing circuit 75. (FIG. 46 (I)) is supplied.

なお、減算回路73における減算処理によれば、有効なビット数を低下させることとなるが、これによる影響は、A/D変換器70に与える基準電圧vrefを適切に設定することで、ほとんど無視することができる。   In addition, according to the subtraction processing in the subtraction circuit 73, the number of effective bits is reduced. However, the influence of this is almost ignored by appropriately setting the reference voltage vref applied to the A / D converter 70. can do.

カメラ信号処理回路75では、画像データseが、例えば図46(J)に示すようにアナログ信号に変換され、ビデオテープなどに記録される。   In the camera signal processing circuit 75, the image data se is converted into an analog signal, for example, as shown in FIG. 46 (J), and is recorded on a video tape or the like.

以上のように、撮像装置100からは、ディジタルで、画像データが出力されるので、これを組み込んだ装置を容易に構成することが可能となる。   As described above, since image data is digitally output from the imaging apparatus 100, it is possible to easily configure an apparatus incorporating the image data.

また、A/D変換器70では、CCDベアチップ12からの画像信号outの出力周期の1/2の周期を有するサンプリングクロックp1のタイミングでA/D変換を行うようにしたので、その後に、画像データに含まれる雑音成分を容易に低減することができる。その結果、撮像装置100に、そのような雑音成分を低減するための回路を設ける必要がなくなり、ディジタルの画像データを出力する、小型の撮像装置を実現することができる。   Further, the A / D converter 70 performs the A / D conversion at the timing of the sampling clock p1 having a half of the output cycle of the image signal out from the CCD bare chip 12, so that the Noise components included in data can be easily reduced. As a result, it is not necessary to provide a circuit for reducing such a noise component in the imaging device 100, and a small-sized imaging device that outputs digital image data can be realized.

[第4実施例]
以上のような撮像装置をパーソナルコンピュータに装着して使用することが考えられる。図48は、このようなパーソナルコンピュータの外観構成を示している。すなわち、ノートブックタイプのパーソナルコンピュータ240の本体241側の上面には、キーボード242が形成されており、その本体241の側面には、FD装着部244とPCカード装着部245が形成されている。PCカード装着部245には、PCカード246を必要に応じて装着し、また、使用しない場合、これを取り出すことができるようになされている。また、LCD243は、本体241に対して回動自在に支持されており、所定の文字、図形など、画像情報を表示するようになされている。
[Fourth embodiment]
It is conceivable that the above-described imaging device is mounted on a personal computer for use. FIG. 48 shows the external configuration of such a personal computer. That is, the keyboard 242 is formed on the upper surface of the main body 241 side of the notebook type personal computer 240, and the FD mounting part 244 and the PC card mounting part 245 are formed on the side surface of the main body 241. A PC card 246 is mounted on the PC card mounting section 245 as needed, and can be taken out when not used. The LCD 243 is rotatably supported by the main body 241 and displays image information such as predetermined characters and figures.

図49は、PCカード246の外観構成を示している。この実施例においては、PCカード246は、長さが85.6mm、幅が54.0mm、高さ(厚さ)が10.5mmとされている。この形状は、PCMCIA(パーソナルコンピュータ・メモリカード・インタナショナルアソシエーション)標準のタイプ3のカードとして規定されているものである。   FIG. 49 shows the external configuration of the PC card 246. In this embodiment, the PC card 246 has a length of 85.6 mm, a width of 54.0 mm, and a height (thickness) of 10.5 mm. This shape is defined as a PCMCIA (Personal Computer, Memory Card, International Association) standard type 3 card.

このPCカード246は、図50に示すように、筐体301を有しており、この筐体301に対して、スライド部材302がスライド自在に保持されている。そして、このスライド部材302には、支持部材303を介して撮像装置100が回動自在に支持されている。スライド部材302を筐体301の内部に進入させたとき、撮像装置100も筐体301の内部に完全に収容されるようになされている。   As shown in FIG. 50, the PC card 246 has a housing 301, and a slide member 302 is slidably held on the housing 301. The imaging device 100 is rotatably supported by the slide member 302 via a support member 303. When the slide member 302 enters the inside of the housing 301, the imaging device 100 is also completely housed inside the housing 301.

そして、例えば、パーソナルコンピュータ240を電話回線などの通信回線に接続し、テレビ電話やテレビ会議を行う場合、図50に示すように、PCカード246をPCカード装着部245に装着し、筐体301に対して、スライド部材302をスライドさせることにより、撮像装置100をパーソナルコンピュータ240の外部に引き出す。さらに、図51に示すように、撮像装置100を、支持部材303を支点として、約60度乃至90度の範囲に回動し、撮像装置100の穴3(結像レンズ4)をユーザ(被写体)に指向させる。   For example, when the personal computer 240 is connected to a communication line such as a telephone line to perform a videophone call or a video conference, a PC card 246 is mounted on the PC card mounting portion 245 as shown in FIG. In contrast, the imaging device 100 is pulled out of the personal computer 240 by sliding the slide member 302. Further, as shown in FIG. 51, the imaging device 100 is rotated in a range of about 60 to 90 degrees with the support member 303 as a fulcrum, and the hole 3 (imaging lens 4) of the imaging device 100 is ).

図52は、このようにPCカード246の筐体301内に収容する撮像装置100の内部の構成例、すなわち、第4の実施例を表している。   FIG. 52 illustrates an example of the internal configuration of the imaging device 100 housed in the housing 301 of the PC card 246, that is, a fourth embodiment.

この実施例は、基本的に、図3に示した第1の実施例と同様の構成とされている。但し、CCDベアチップ12は、基板1の裏側(結像レンズ4と反対側)に、フリップチップ実装法により、その受光面(撮像面)(図52において、上側の面)が、基板1に形成された穴231を介して、結像レンズ4に対向するように装着されている。基板1には、このCCDベアチップ12を装着する位置を規制するために、突起233が形成されている。   This embodiment has basically the same configuration as the first embodiment shown in FIG. However, the light receiving surface (imaging surface) (the upper surface in FIG. 52) of the CCD bare chip 12 is formed on the substrate 1 on the back side of the substrate 1 (the side opposite to the imaging lens 4) by a flip chip mounting method. It is mounted so as to face the imaging lens 4 via the hole 231 provided. A projection 233 is formed on the substrate 1 in order to regulate the position where the CCD bare chip 12 is mounted.

また、基板1の図中上面側(CCDベアチップ12を装着する面と反対側)には、結像レンズ4が取り付けられている。基板1には、この結像レンズ4の取り付け位置を規制するために、突起232が形成されている。CCDベアチップ12を突起233をガイドとして所定の位置に取り付け、かつ、結像レンズ4を突起232をガイドとして所定の位置に取り付けることにより、結像レンズ4とCCDベアチップ12は、基板1の穴231を介して所定の相対位置に対向配置されるようになされている。   An imaging lens 4 is mounted on the upper surface side of the substrate 1 in the figure (opposite to the surface on which the CCD bare chip 12 is mounted). A projection 232 is formed on the substrate 1 in order to regulate the mounting position of the imaging lens 4. By mounting the CCD bare chip 12 at a predetermined position using the projection 233 as a guide and mounting the imaging lens 4 at a predetermined position using the projection 232 as a guide, the imaging lens 4 and the CCD bare chip 12 are connected to the hole 231 of the substrate 1. Are arranged so as to face each other at a predetermined relative position.

また、基板1の上面には、ドライバ13とA/D変換器14が配置され、基板1の下面側には、その他の部品234が取り付けられている。   A driver 13 and an A / D converter 14 are arranged on the upper surface of the substrate 1, and other components 234 are mounted on the lower surface of the substrate 1.

パッケージ2Aの所定の位置には、絞りとして機能する穴3が形成されており、このパッケージ2Aを充填剤20を介して基板1に接着したとき、穴3を介して入射された光が、結像レンズ4に入射される。この光は結像レンズ4で集光されて、基板1の穴231を介して、CCDベアチップ12の受光面(撮像面)に入射されるようになされている。   At a predetermined position of the package 2A, a hole 3 functioning as an aperture is formed. When the package 2A is bonded to the substrate 1 via the filler 20, light incident through the hole 3 is condensed. The light enters the image lens 4. This light is condensed by the imaging lens 4 and is incident on the light receiving surface (imaging surface) of the CCD bare chip 12 through the hole 231 of the substrate 1.

また、この実施例においては、パッケージ2Aと結像レンズ4との間に所定の間隙が設けられ、パッケージ2Aが外力を受けたとき、その力が結像レンズ4に直接伝達されないようになされている。   Further, in this embodiment, a predetermined gap is provided between the package 2A and the imaging lens 4, so that when the package 2A receives an external force, the force is not directly transmitted to the imaging lens 4. I have.

この実施例においては、パッケージ2Aの上端部から結像レンズ4の上端部までの距離を1.5mm、結像レンズ4の厚さを2.0mm、結像レンズ4の下端面から基板1の上面までの距離を4.0mm、基板1の厚さを0.5mm、基板1の下面から、基板1の下面側に装着されたCCDベアチップ12、部品234などの下端部までの距離を1.0mmとすることができる。特に、CCDベアチップ12を、基板1を介して結像レンズ4と本体側に装着することにより、結像レンズ4の焦点距離内に基板1を配置することができるので、図3に示す実施例に較べて、より薄型化が可能となる。その結果、この実施例の合計の厚みは、9.0mmとなる。また、この撮像装置100の水平方向の長さと垂直方向の長さは、15mmとすることができる。従って、図50と図51に示したように、撮像装置100を、厚さが10.5mmのPCカード246の筐体301の内部に収容することが可能となる。   In this embodiment, the distance from the upper end of the package 2A to the upper end of the imaging lens 4 is 1.5 mm, the thickness of the imaging lens 4 is 2.0 mm, and the distance between the lower end of the imaging lens 4 and the substrate 1 The distance to the upper surface is 4.0 mm, the thickness of the substrate 1 is 0.5 mm, and the distance from the lower surface of the substrate 1 to the lower end of the CCD bare chip 12 and the component 234 mounted on the lower surface of the substrate 1 is 1. It can be 0 mm. In particular, by mounting the CCD bare chip 12 on the main body side with the imaging lens 4 via the substrate 1, the substrate 1 can be arranged within the focal length of the imaging lens 4, so that the embodiment shown in FIG. It is possible to further reduce the thickness as compared with. As a result, the total thickness of this example is 9.0 mm. Further, the horizontal length and the vertical length of the imaging device 100 can be set to 15 mm. Therefore, as shown in FIGS. 50 and 51, the imaging device 100 can be housed inside the housing 301 of the PC card 246 having a thickness of 10.5 mm.

図53は、パーソナルコンピュータ240の内部の電気的構成例を示している。CPU311は、ROM312に記憶されているプログラムにしたがって、各種の処理を実行するようになされている。RAM313には、CPU311が各種の処理を実行する上において必要なプログラムやデータなどが適宜記憶される。   FIG. 53 shows an example of an electrical configuration inside the personal computer 240. The CPU 311 executes various processes according to a program stored in the ROM 312. The RAM 313 appropriately stores programs and data necessary for the CPU 311 to execute various processes.

バスを介してCPU311に接続されている入出力インタフェース314には、キーボード242の他、PCカードドライバ315、FDドライバ316、モデム318が、それぞれ接続されている。PCカードドライバ315は、PCカード246が装着されたとき、PCカード246に対して、各種のデータなどを授受するようになされている。また、FDドライバ316は、フロッピィディスク(FD)317が装着されたとき、フロッピィディスク317に対してデータを記録または再生するようになされている。モデム318は、電話回線などの通信回線に接続されており、通信回線を介して入力されたデータを受信復調し、これをCPU311に出力したり、CPU311から供給されたデータを変調し、通信回線に出力するようになされている。   A keyboard 242, a PC card driver 315, an FD driver 316, and a modem 318 are connected to the input / output interface 314 connected to the CPU 311 via the bus. The PC card driver 315 transfers various data to and from the PC card 246 when the PC card 246 is mounted. Further, the FD driver 316 records or reproduces data with respect to the floppy disk 317 when the floppy disk (FD) 317 is mounted. The modem 318 is connected to a communication line such as a telephone line, receives and demodulates data input through the communication line, outputs the data to the CPU 311, modulates data supplied from the CPU 311, and Output.

入出力インタフェース314にはまた、LCD243を駆動するLCDドライバ319が接続されている。また、マイクロホン320より入力された音声信号が、A/D変換器321でA/D変換された後、入出力インタフェース314に取り込まれるようになされている。また、入出力インタフェース314より出力された音声データが、D/A変換器322でD/A変換された後、スピーカ323から出力されるようになされている。   An LCD driver 319 for driving the LCD 243 is connected to the input / output interface 314. The audio signal input from the microphone 320 is A / D-converted by the A / D converter 321 and then input to the input / output interface 314. The audio data output from the input / output interface 314 is D / A converted by the D / A converter 322 and then output from the speaker 323.

次に、その動作について説明する。例えば、所定の相手とテレビ電話を行うとき、ユーザはPCカード246をPCカード装着部245に装着し、撮像装置100をPCカード246から引き出し、さらに所定の角度に回動して、図51に示すように、自分の方向に指向させる。   Next, the operation will be described. For example, when making a videophone call with a predetermined party, the user mounts the PC card 246 on the PC card mounting section 245, pulls out the imaging device 100 from the PC card 246, and further rotates at a predetermined angle, as shown in FIG. Point in your direction as shown.

次に、ユーザは、キーボード242を操作して相手側の電話番号を入力する。CPU311は、この電話番号の入力を受けたとき、入出力インタフェース314を介してモデム318を制御し、その電話番号に対する発呼動作を実行させる。   Next, the user operates the keyboard 242 to input the telephone number of the other party. When receiving the input of the telephone number, the CPU 311 controls the modem 318 via the input / output interface 314 to execute a calling operation for the telephone number.

モデム318は、CPU311の指令に対応して、相手先に対する発呼動作を行い、相手先がこの発呼動作に応じたときは、その旨をCPU311に通知する。   The modem 318 performs a call operation to the other party in response to a command from the CPU 311 and, when the other party responds to the call operation, notifies the CPU 311 to that effect.

このとき、CPU311は、PCカードドライバ315を介してPCカード246を制御し、画像信号を取り込ませる。   At this time, the CPU 311 controls the PC card 246 via the PC card driver 315 and causes an image signal to be captured.

撮像装置100においては、結像レンズ4を介してユーザの画像をCCDベアチップ12で光電変換した後、A/D変換器70でA/D変換し、PCカードドライバ315に出力する。PCカードドライバ315は、PCMCIA標準に従ったフォーマットのデータに変換した画像データを、入出力インタフェース314を介してCPU311に出力する。CPU311は、この画像データを、入出力インタフェース314を介してモデム318に供給し、通信回線を介して相手側に送信させる。   In the imaging device 100, after the user's image is photoelectrically converted by the CCD bare chip 12 via the imaging lens 4, the image is A / D converted by the A / D converter 70 and output to the PC card driver 315. The PC card driver 315 outputs the image data, which has been converted into data in a format conforming to the PCMCIA standard, to the CPU 311 via the input / output interface 314. The CPU 311 supplies the image data to the modem 318 via the input / output interface 314 and causes the modem 318 to transmit the image data to the other party via the communication line.

一方、同様の装置を有する相手側の画像データが通信回線を介して送られてくると、モデム318は、これを受信復調し、CPU311に出力する。CPU311は、この画像データの入力を受けると、これをLCDドライバ319に出力し、LCD243に表示させる。これにより、LCD243に、相手方の画像が表示されることになる。   On the other hand, when the image data of the other party having the same device is sent via the communication line, the modem 318 receives and demodulates the data and outputs it to the CPU 311. When receiving the image data, the CPU 311 outputs the image data to the LCD driver 319 and causes the LCD 243 to display the image data. As a result, the image of the other party is displayed on the LCD 243.

一方、ユーザが、相手方に向かって喋る音声信号は、マイクロホン320で取り込まれ、A/D変換器321でA/D変換される。モデム318は、CPU311の制御の下に、この音声データを、通信回線を介して相手側に送信する。   On the other hand, an audio signal that the user speaks toward the other party is captured by the microphone 320 and A / D converted by the A / D converter 321. The modem 318 transmits the audio data to the other party via a communication line under the control of the CPU 311.

また、相手側から送信されてきた音声データは、モデム318で復調される。この復調音声データは、D/A変換器322でD/A変換された後、スピーカ323から放音される。   The voice data transmitted from the other party is demodulated by the modem 318. This demodulated audio data is D / A converted by the D / A converter 322 and then emitted from the speaker 323.

このようにして、ユーザは、パーソナルコンピュータ240に撮像機能を有するPCカード246を装着するだけで、簡単にテレビ電話を行うことができる。   In this manner, the user can easily make a videophone call simply by attaching the PC card 246 having an imaging function to the personal computer 240.

なお、以上の実施例においては、結像レンズを1つのレンズで構成するようにしたが、結像レンズは、図44に示すように、複数のレンズで構成するようにすることも可能である。   In the above embodiment, the imaging lens is constituted by one lens. However, as shown in FIG. 44, the imaging lens may be constituted by a plurality of lenses. .

本発明を適用した撮像装置の一実施例の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a configuration of an embodiment of an imaging device to which the present invention has been applied. 図1の撮像装置の平面図である。It is a top view of the imaging device of FIG. 図2の撮像装置のA−A’部分の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of the imaging device in FIG. 2. 図3におけるCCDベアチップ12の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a CCD bare chip 12 in FIG. 3. レンズ部10の構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a lens unit 10. 図3のZで示す部分の拡大図である。It is an enlarged view of the part shown by Z of FIG. 図6の実施例の他の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating another configuration example of the embodiment in FIG. 6. 図6の実施例のさらに他の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing still another configuration example of the embodiment in FIG. 6. 結像レンズ4の光学特性および脚部11の寸法(長さ)を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining optical characteristics of the imaging lens 4 and dimensions (length) of a leg 11. 結像レンズ4の空間周波数応答特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a spatial frequency response characteristic of the imaging lens 4. 撮像面の配置位置を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement position of an imaging surface. 撮像面の他の配置例を示す図である。It is a figure showing other examples of arrangement of an imaging side. 画像の均一化を図る範囲を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a range in which an image is to be uniformed. 結像面の湾曲を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the curvature of an image forming surface. CCDベアチップ上の画素を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating pixels on a CCD bare chip. 結像位置の変化を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a change in an image forming position. 焦点距離とピントずれ量との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a focal length and a focus shift amount. 図1の撮像装置の製造方法を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method for manufacturing the imaging device of FIG. 1. 図1の撮像装置の製造方法を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method for manufacturing the imaging device of FIG. 1. ホルダの形成例を示す図である。It is a figure which shows the example of formation of a holder. ホルダの他の形成例を示す図である。It is a figure showing other examples of formation of a holder. 図1の撮像装置を適用したビデオカメラの構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a video camera to which the imaging device in FIG. 1 is applied. 結像レンズ4から出射された、撮像対象外の光Lが、脚部11で反射された様子を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which light L emitted from an imaging lens and not captured by an imaging target is reflected by a leg. レンズ部の他の構成例を示す図である。It is a figure showing other examples of composition of a lens part. 撮像装置の他の構成例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating another configuration example of the imaging device. レンズ部の焦点距離と脚部の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the focal length of a lens part, and a leg part. 結像レンズ4に不連続面を形成した場合の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which a discontinuous surface is formed on an imaging lens 4. 図27の実施例の上方から見た場合の構成を示す図である。FIG. 28 is a diagram illustrating a configuration of the embodiment of FIG. 27 when viewed from above. 図27の実施例のMTF特性を示す図である。FIG. 28 is a diagram illustrating MTF characteristics of the example in FIG. 27. 結像レンズ4の不連続面の他の形成例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating another example of forming the discontinuous surface of the imaging lens 4. CCDベアチップとレンズ部の基板に対する他の組立例を示す図である。It is a figure which shows the other example of assembly with respect to the board | substrate of a CCD bare chip and a lens part. 図31の実施例の組立工程を示す図である。FIG. 32 is a diagram showing an assembling process of the embodiment in FIG. 31. 図31のレンズ部の構成例を示す図である。FIG. 32 is a diagram illustrating a configuration example of a lens unit in FIG. 31. 図31のレンズ部の他の構成例を示す図である。FIG. 32 is a diagram illustrating another configuration example of the lens unit in FIG. 31. 撮像装置の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing other examples of composition of an imaging device. 撮像装置の他の実施例の構成を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view illustrating a configuration of another example of an imaging device. 図36の撮像装置の平面図である。FIG. 37 is a plan view of the imaging device in FIG. 36. 図37の撮像装置のB−B’部分の断面図である。FIG. 38 is a sectional view taken along the line B-B ′ of the imaging device in FIG. 37. 図37の撮像装置のC−C’部分の断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view of the C-C ′ part of the imaging device of FIG. 37. ホルダの他の形成例を示す図である。It is a figure showing other examples of formation of a holder. ホルダのさらに他の形成例を示す図である。It is a figure showing other examples of formation of a holder. ホルダの他の形成例を示す図である。It is a figure showing other examples of formation of a holder. 図39の実施例の変形例を示す図である。FIG. 40 is a diagram showing a modification of the embodiment in FIG. 39. 結像レンズの他の構成例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating another configuration example of the imaging lens. 本発明を適用したビデオカメラの構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a video camera to which the present invention has been applied. 図45のビデオカメラの動作を説明するためのタイミングチャートである。46 is a timing chart for explaining the operation of the video camera in FIG. 45. CCDベアチップ12の内部構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the internal configuration of a CCD bare chip 12; PCカードの使用状態を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a use state of a PC card. PCカードの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a PC card. PCカードをパーソナルコンピュータに装着した状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which a PC card is mounted on a personal computer. パーソナルコンピュータにおいて撮像装置を利用する状態を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which an imaging device is used in a personal computer. 図50の撮像装置の内部の構成例を示す図である。FIG. 51 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the imaging device in FIG. 50. 図48のパーソナルコンピュータの内部の構成例を示すブロック図である。FIG. 49 is a block diagram illustrating an example of the internal configuration of the personal computer in FIG. 48. 従来のビデオカメラの一例の構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an example of a conventional video camera. 従来の撮像装置の構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional imaging device. 図55のCCD撮像素子の構成例を示す図である。FIG. 55 is a diagram illustrating a configuration example of the CCD imaging device in FIG. 55.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 基板, 2 ホルダ, 2A パッケージ, 3 穴, 4 結像レンズ, 10 レンズ部, 11 脚部, 11A 切欠き, 12 CCDベアチップ(電荷結合素子), 13 ドライバ, 14 A/D変換器, 15 タイミングジェネレータ, 16 メモリ(2ポートメモリ), 21 cds(相関2重サンプリング)処理回路, 22 アキュームレータ, 51 基板, 52 ホルダ, 54 結像レンズ, 61 遮光膜, 62 脚部, 62A 切欠き, 70 A/D変換器, 71 S/P変換器, 72 D−FF(Dフリップフロップ), 73 減算回路, 74 D−FF, 76 タイミングジェネレータ, 100 撮像装置, 101 レンズモジュール, 102 結像レンズ, 103 アイリス調整機構, 104 フォーカスレンズ, 111 カメラ本体, 112 光学LPF(ローパスフィルタ), 113 イメージセンサ, 114 カメラ処理回路   1 substrate, 2 holders, 2A package, 3 holes, 4 imaging lens, 10 lens unit, 11 legs, 11A notch, 12 CCD bare chip (charge coupled device), 13 driver, 14 A / D converter, 15 timing Generator, 16 memories (two-port memory), 21 cds (correlated double sampling) processing circuit, 22 accumulator, 51 substrate, 52 holder, 54 imaging lens, 61 light shielding film, 62 legs, 62A cutout, 70 A / D converter, 71 S / P converter, 72 D-FF (D flip-flop), 73 subtraction circuit, 74 D-FF, 76 timing generator, 100 imaging device, 101 lens module, 102 imaging lens, 103 iris adjustment Mechanism, 104 for Surenzu, 111 camera, 112 an optical LPF (low pass filter), 113 image sensor, 114 camera processing circuit

Claims (11)

光を結像させる1つの結像レンズと、
前記結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子と
を備え、
前記結像レンズは、その一部が前記光電変換素子と直接接触している
ことを特徴とする撮像装置。
One imaging lens for imaging light;
A photoelectric conversion element that photoelectrically converts the light imaged by the imaging lens and outputs an image signal;
The imaging device, wherein a part of the imaging lens is in direct contact with the photoelectric conversion element.
前記結像レンズには、複数の脚が設けられており、前記複数の脚が前記光電変換素子と直接接触している
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The imaging device according to claim 1, wherein the imaging lens has a plurality of legs, and the plurality of legs are in direct contact with the photoelectric conversion element.
前記複数の脚は、そこに入射する光を、前記光電変換素子に到達させない特性を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The imaging device according to claim 1, wherein the plurality of legs have characteristics of preventing light incident thereon from reaching the photoelectric conversion element.
前記脚は、3以上の側面を有し、その側面のうちの2つは、前記結像レンズの光軸と対向している
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The imaging device according to claim 1, wherein the leg has three or more side surfaces, and two of the side surfaces are opposed to an optical axis of the imaging lens.
受光面に入射する光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子と、
前記光電変換素子より出力される前記画像信号をA/D変換するA/D変換器と
を備え、
前記光電変換素子およびA/D変換器は、1つのパッケージに組み込まれている
ことを特徴とする撮像装置。
A photoelectric conversion element that photoelectrically converts light incident on the light receiving surface and outputs an image signal;
An A / D converter for A / D converting the image signal output from the photoelectric conversion element,
The imaging device, wherein the photoelectric conversion element and the A / D converter are incorporated in one package.
前記A/D変換器は、シリアル出力型のA/D変換器である
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
The imaging device according to claim 5, wherein the A / D converter is a serial output type A / D converter.
前記パッケージには、
前記A/D変換器の出力から輝度信号またはR,G,B信号を生成する生成手段と、
前記生成手段の出力をシリアルデータとして外部に出力するとともに、外部からのシリアル制御データを取り込むシリアルデータ授受手段と
を備えることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
The package includes:
Generating means for generating a luminance signal or R, G, B signals from an output of the A / D converter;
The imaging apparatus according to claim 5, further comprising: serial data transfer means for outputting an output of the generation means to the outside as serial data, and for receiving serial control data from the outside.
前記光電変換素子は、電荷結合素子であり、
前記A/D変換器は、前記電荷結合素子が前記画像信号を出力する周期の1/2の周期を有するクロックのタイミングで、前記画像信号をA/D変換する
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
The photoelectric conversion element is a charge-coupled element,
6. The A / D converter according to claim 5, wherein the A / D converter converts the image signal at a timing of a clock having a half of a period at which the charge coupled device outputs the image signal. An imaging device according to item 1.
前記A/D変換器の出力を記憶するメモリをさらに備える
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
The imaging device according to claim 5, further comprising a memory that stores an output of the A / D converter.
電荷結合素子より出力された画像信号をA/D変換したディジタルの画像データを処理する信号処理装置であって、
前記画像データが、前記電荷結合素子が前記画像信号を出力する周期の1/2の周期を有するクロックのタイミングで、前記画像信号をA/D変換したものであるとき、
前記画像データを1クロック分だけ遅延する遅延手段と、
前記画像データと、前記遅延手段の出力との差分を演算する演算手段と、
前記演算手段より出力される前記差分を、1つおきに出力する出力手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
A signal processing device for processing digital image data obtained by A / D converting an image signal output from a charge-coupled device,
When the image data is obtained by A / D converting the image signal at a timing of a clock having a half of a cycle at which the charge coupled device outputs the image signal,
Delay means for delaying the image data by one clock;
Calculating means for calculating a difference between the image data and an output of the delay means;
An output unit that outputs the difference output from the arithmetic unit every other interval.
電荷結合素子より出力された画像信号をA/D変換したディジタルの画像データを処理する信号処理方法であって、
前記画像データが、前記電荷結合素子が前記画像信号を出力する周期の1/2の周期を有するクロックのタイミングで、前記画像信号をA/D変換したものであるとき、
前記画像データを1クロック分だけ遅延するステップと、
前記画像データと、前記1クロック分だけ遅延した前記画像データとの差分を演算するステップと、
前記差分を、1つおきに出力するステップと
を備えることを特徴とする信号処理方法。
A signal processing method for processing digital image data obtained by A / D converting an image signal output from a charge-coupled device,
When the image data is obtained by A / D converting the image signal at a timing of a clock having a half of a cycle at which the charge coupled device outputs the image signal,
Delaying the image data by one clock;
Calculating a difference between the image data and the image data delayed by the one clock;
Outputting the difference every other one.
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