JP2630965B2 - ビデオ・カメラ・ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ビデオ・カメラ・ユニットに関するもので
ある。

「従来の技術と発明が解決しようとする課題」 近年、固体撮像デバイスが開発され、これを応用した
ビデオカメラ、各種モニタカメラ、ドアスコープカメ
ラ、イメージスキャナー、スチールカメラ、リモートコ
ントロール用カメラ等が試みられている。

ところで、この種のものにおいて、複数のレンズを組
み込んだ鏡胴等をカーボン入り合成樹脂等の導電性材料
で形成することにより、シールド効果を得て、ノイズの
侵入を防止したものが知られている（実願昭60−30028
号のマイクロフィルム参照）。または、各種のレンズを
プラスチック製とすることも知られている。

しかし、従来のプラスチックレンズでは、形態が従来
のガラスレンズと大差ないために、従来のガラスレンズ
を用いたものの場合と同様に全体構造がかなり大きくか
つ複雑なものとなり、部材点数が多くなり、組み立てが
容易でないものとなる欠点があった。また、シールド効
果が不十分となることもあった。

本発明は、それらの問題点を解決しようとするもので
ある。

「課題を解決するための手段」 上記目的達成のため、本発明は、筒状のレンズ収納部
の末端に撮像デバイス収納部を一体に連ねたホルダーを
カーボンその他の導電材入り合成樹脂により形成し、上
記レンズ収納部に複数のプラスチックレンズを組み合わ
せて内装し、これらのプラスチックレンズの周縁部分に
はそれぞれそのレンズ収納部内周に嵌合するリブを設け
るとともに、各リブにはリブ相互を突き合わせることで
レンズ相互の所定間隔を維持する固有の位置と高さを保
有させてそのレンズ収納部内で成層させ、該成層リブを
ホルダーの先端に装着した支承環で押え、また、上記撮
像デバイス収納部に固体撮像デバイスを収納したことを
特徴とする。

「作用」 如上の構成であるから、使用に当たり、ホルダーを接
地回路へ電気的に接続すればよく、これにより、ホルダ
ー内のカーボン等の導電材が静電シールドの役割を果た
し、該部からのノイズを阻止する。

また、複数のプラスチックレンズは、順番にレンズ収
納部へ装入して、支承環で押さえるだけでよく、これに
より、各プラスチックレンズのリブが相互の突き合いか
ら各プラスチックレンズの位置及びレンズ相互の所定の
間隔を自動的に確保かつ維持し、更には、固体撮像デバ
イスとの位置、距離も合理的に簡単に確保、維持するこ
ととなる。

「実施例」 第１図乃至第４図、表１は、本発明に係る広角レンズ
と、これを用いた超小型ビデオカメラユニットを示して
いる。第１図は、当該ユニットの断面図、第２図は、そ
れを下から（撮像デバイス側）からみたときの平面図で
ある。

第１図及び第２図において、１は、円筒状のレンズ収
納部12の末端にやや大径の撮像デバイス収納部11を一体
に連設した筒状のホルダー、L₁,L₂,L₃,L₄は、そのレン
ズ収納部12に内装した組合せプラスチックレンズ、６
は、その撮像デバイス収納部11にそれらのレンズと対応
させて内装した固体撮像デバイスである。

ホルダー１は、プラスチックレンズL₁〜L₄と熱膨張係
数の近い合成樹脂から成る。撮像デバイス収納部11は、
直立体の撮像デバイス６がぴたりと納まるよう直方体に
形成し、該撮像デバイス収納部11とレンズ収納部12との
間には、内向きフランジ13を設け、この内向きフランジ
13の上下面によってプラスチックレンズL₁〜L₄と撮像デ
バイス６との位置合せができるようにしている。ホルダ
ー１の先端には、プラスチックレンズL₁〜L₄が抜け出な
いよう合成樹脂製のリング状の支承環14を取り付けてい
る。なお、ホルダー１は、後述するように導電性のホル
ダー100とすると良い。

プラスチックレンズL₁〜L₄は、具体的には、第３図と
表１に示す定数で設計し、第４図に示す特性を持たせ
る。第１番目のレンズL₁と第２番目のレンズL₂が凹レン
ズを、また、第３番目のレンズL₃と第４番目のレンズL₄
が凸レンズをなし、第３図における第３番目のレンズL₃
の両面＃5,＃６と第４番目のレンズL₄の被写体側の面＃
７を非球面にしている。

そして、これらのプラスチックレンズL₁〜L₄は、周縁
部に上記レンズ収納部12に嵌まりかつレンズ相互に所定
の間隔を保つことができるリブ21,31,41,51を備えてい
る。

固体撮像デバイス６は、プラスチック基板62と、該プ
ラスチック基板上にマウントした固体撮像半導体チップ
64と、プラスチック基板62の２辺に取り付けた外部接続
用リード61から成る。固体撮像半導体チップ64の大きさ
は、例えば、対角1/3インチに設定する。

次に、プラスチックレンズL₁〜L₄の構成を第３図、第
４図、表１及び表２を参照して説明する。

第３図は、第１図に示すプラスチックレンズL₁〜L₄の
みを取り出して表した図で、左から順番に＃１〜＃８の
レンズ面番号を付けている。表１は、各レンズ面＃１〜
＃８及び各プラスチックレンズL₁〜L₄に対応するレンズ
面曲率半径ｒ、レンズ面間距離ｄ、屈折率ｎ及び分散率
νの各設計定数の一例を示すもので、半径ｒ及び距離ｄ
は４枚のレンズの合成焦点距離E.F.Lを１としたときの
E.F.Lとの比で表している。

レンズをなるべく少ない枚数で所定の特性を得るため
には、次のような考え方を取り入れると良い。

第１プラスチックレンズL₁は、凸面（＃１）を被写
体側に向けたメニスカス正レンズ。

第２プラスチックレンズL₂は、両面（＃3,＃４）凹
状の負レンズ。

第３プラスチックレンズL₃は、両面（＃5,＃６）凸
状で非球面正レンズ。

第４プラスチックレンズL₄は、非球面の凸面（＃
７）を被写体側に向けたメニスカス正レンズ。

にすれば良い。

また、各プラスチックレンズ及びレンズ面の各定数
は、好ましくは次のような条件に合うように選ぶ。

（１） f₁＞50f （２） 0.4f＜d₂＜d₂＜0.6f （３） 1.0f＜r₃ ここで、ｆは、プラスチックレンズL₁〜L₄の合成焦点
距離、f₁は、第１プラスチックレンズL₁の独立焦点距
離、d₂は、レンズ面＃２と＃３との間の距離、r₃は、レ
ンズ面＃３の曲率半径である。

各条件の設定理由は次の通りである。

（１）の条件に関し、仮にf₁＞50fとした場合の負の
歪曲収差が大きくなり、像面彎曲の補正過剰となる。ま
た、コマ収差が発生する。

（２）の条件においては、d₂の値が下限を下回る内向
性のコマ収差が発生し、上限を超えると外向性のコマ収
差が発生するようになる。

（３）の条件において、r₃の値が合成焦点距離ｆを下
回ると下限に向かうの負の歪曲収差が大きくなる。

なお、更に良好な収差補正上、上記諸条件の他に、実
施例に示すように、第３プラスチックレンズ両面及び第
４プラスチックレンズの被写体側の面を非球面にするこ
とによって容易に調整が可能である。

本実施例における各収差は、第４図に示すようにな
り、図中、D,G,C,F,E線は、それぞれＤ−線、Ｇ−線、
Ｃ−線、Ｆ−線、Ｅ−線、球面収差曲面、色収差を表
す。M,Sは、メリディオナル断面、サジタル断面を表
す。

これらの収差曲線より分かるように、球面収差の補正
が良く、開放時におけるフレアーが極めて小である。ま
た、ザイデル係数（表３）に見られるように、コマ収差
の補正が良く、結像性能が良好である。本来の目的から
歪曲収差は、補正に対して大きい。

なお、レンズ面＃５〜＃７は、非球面に形成してお
り、表１の曲率半径ｒには＊１〜＊３の注釈を付けてい
るが、この曲率の算出方法は表２とその下の注釈に示し
てある。

第５図は、本発明によるビデオ・カメラ・ユニットの
他の実施例を示す断面図であり、第６図は、それを下か
らみたときの平面図（プラスチックレンズL₁〜L₄、支承
環114、ホルダー１の上端部は省略）であり、第５図
は、第６図のＶ−Ｖ切断線を切断面としたときの断面と
なっている。

114は、プラスチックレンズL₁〜L₄をホルダー１に収
納した後に組み立てる支承環である。ホルダー１の上部
先端部111の高さは、第１プラスチックレンズL₁の縁部
分よりも高くし、また、その内側には切欠きによる垂直
部112と水平底部113を形成している。この水平底部113
の高さは、第１プラスチックレンズL₁の縁部分とほぼ同
じ高さか若干それより高くなるよう設定する。

このように、ホルダー１の上部先端部に111〜113の段
階部分を形成することによって、支承環114の嵌め込み
が容易になるとともに、支承環114と段階部分（111〜11
3）の接着面積が増え、接着強度が高くなる。また、支
承環114の底部は、第１プラスチックレンズL₁の縁部分
とホルダー１の部分113の双方に接着剤等を介して接触
するので、安定した構造が得られる。

支承環114の下部には、切欠き部110を設け、接着剤の
注入口として利用する。

ホルダー１の下方内側部分には、突起部116と切欠き
部115とを設けている。切欠き部115は、ホルダー１内に
プラスチックレンズL₁〜L₄を第４プラスチックレンズL₄
から順番に積み重ねて収納したときに追い出される空気
のドレイン口として役立ち、プラスチックレンズL₁〜L₄
が空気により浮き上がるのを防止できる。突起部116
は、乱反射光が固体撮像チップ64に入射してフレアー現
象を引き起こすのを防ぐための遮光体としても役立って
いる。S₁〜S₃も同様な目的で設けられた、つやのない黒
色の遮光板であり、ドーナツ状に形成している。

ホルダー１の外形は、下部に平坦な突出部117を設け
ており、この突出部117は、このビデオ・カメラ・ユニ
ットをカメラ本体に設けられた穴に挿入するときのスト
ッパーとして利用できる。

支承環114の内側傾斜面150は、段階状に形成し、その
部分に当たる不要な光を外部へ乱反射させるようにして
いる。

固体撮像デバイス６は、ホルダー１の下側内壁125に
沿って嵌め込んでいる。このときのガイドになるのが、
ホルダー１の底面に突出させて設けた半円部126であ
り、固体撮像デバイス６のプラスチック基板62もその形
状に合わせて半円の凹部に形成している。なお、第６図
の平面図では、ホルダー１の底面部118に便宜上ハッチ
ングをしてある。

固体撮像デバイス６の平面（X,Y方向）上の位置合わ
せはこのようにホルダー１の内壁125,126によって行っ
ているが、縦方向（Ｚ方向）についてはホルダー１の底
面から少し奥の方に位置する（第５図）階段部123,124
で決め、プラスチックレンズL₁〜L₄の撮像チップ64面へ
の焦点合わせ距離を決めるようにしている。階段部123,
124は、第６図の平面図において、上下２箇所に設けて
おり、境界線の部分で段差を形成している。階段部123,
124は、プラスチック基板62の上面のリード61が無い部
分に接しているので、リード61の厚みや撓みがレンズ−
撮像チップ間の距離精度に影響を及ぼさない。

その他については、前例と同様であるから前例の説明
をもって省略する。

第７図は、本発明によるビデオ・カメラ・ユニットの
更に他の実施例を示す断面図である。

本実施例の第１図及び第５図の実施例と異なる点は、
視界角が広角でなく普通の角度にした点であり、レンズ
の枚数が１枚少ない合計３枚としてコストの低減を可能
とした点である。

第１プラスチックレンズL₁₁は、両面＃11,＃12ともに
凸状の正レンズ、第２プラスチックレンズL₁₂は、凹面
＃13を被写体に向け、撮像デバイス側の面＃14を非球面
としたメニスカス正レンズ、第３プラスチックレンズL
₁₃は、被写体側の面＃15を非球面としたメニスカス正レ
ンズである。

各レンズ面の定数は、表４、非球面レンズ面の定数
は、表５、各レンズ面のサイデル収差係数等の諸特性
は、表６及び第８図に示してあり、各記号及び各記号の
添字の付け方は、前述の第３図の実施例と同様であるの
で、その説明は省略する。

このような各レンズ、レンズ面の最適設計定数は次の
通りである。

（１） f₂＜０ （２） r₂＞０ （３） 0.25＜d₄＜0.35 （４） f₃＞f₂＞f₁＞０ （５） r₄＞０ ここで、f₁〜f₃は、第１プラスチックレンズL₁〜第３
プラスチックレンズL₃の各々の焦点距離、r₄,r₆は、レ
ンズ面＃4,＃６の曲率半径、d₄は、レンズ面＃４と＃５
との間の距離である。

このような構成によれば、第８図の収差曲線より明ら
かなように、高次の球面収差及びコマ収差の補正が良
く、開放時におけるフレアーが極めて小さい。また、表
６に示すザイデル係数から明らかなように、コマ収差の
補正が良く結像性能が良好である。

その他については、第１図及び第５図の実施例の場合
と実質的に同じであるから説明を省略する。

ところで、以上に述べた各実施例において、固体撮像
デバイス64にユニット上で静電シールドを要するとき
は、ホルダー１にカーボンを含ませて導電性のホルダー
100とする。

この場合、導電性のホルダー100は、ポリカーボネー
ト樹脂に適量のガラスを混合し、更に、全体の10〜20％
の割合でカーボンを混入させて、トランスファーモール
ドすることによって形成する。

このホルダー100は、カメラ・ユニットを本体に取り
付ける際、本体のシャーシ７を介して固体撮像デバイス
64のリード61とともに交流的に接地する。

なお、導電性のホルダー100に混入させる材料として
は、カーボンの他に銀粒子等を使用してもよい。

なお、上述の各ビデオ・カメラ・ユニットは、全長及
び最大径をそれぞれ15mm内外の小型に形成できる。ま
た、光学系では、広角、標準、望遠を可能とし、それぞ
れを例えば、焦点距離ｆ＝4.8mm、ｆ＝7.3mm、ｆ＝15.0
mm、明るさＦ＝1:1.6〜2.0、画角80゜〜90゜（広角）、
45゜〜50゜（標準）、20゜〜25゜（望遠）等に構成でき
る。

なお、固体撮像デバイス64は、電気的に感度が可変と
しており、したがって、絞り或いはシャッタスピードを
電気的に調整できる機能を持たせており、前述した固定
式のレンズにおいては極めて好都合である。

「発明の効果」 本発明によれば、既述構成であるから、ホルダーと、
プラスチックレンズと、支承環と、固体撮像デバイスと
の、ビデオ・カメラ・ユニットとしての必要最小限の部
材で極めて合理的に、簡潔に、そして、超小型に、軽量
に形成できて、ドアスコープカメラ、各種モニタカメ
ラ、イメージスキャナー、ビデオカメラ、スチールカメ
ラとして、或いは、リモートコントロールの模型飛行
機、玩具車両等に搭載するカメラとして便利に使用で
き、特に、肉眼では覗いて見られないようなところに使
用して威力を発揮させることができる。

更に、ホルダーへの複数のプラスチックレンズの組み
込みは、順番にレンズ収納部へと装入して支承環で押さ
えるだけで、極めて簡単かつ容易に行え、勿論、固体撮
像デバイスの組み込みも撮像デバイス収納部への嵌め込
みで極めて簡単かつ容易に行え、しかも、このような組
み込みであっても各プラスチックレンズのリブが相互の
突き合いから各プラスチックレンズの位置及びレンズ相
互の所定の間隔、並びに、固体撮像デバイスとの位置、
距離を自動的に確保、維持するので、精度の高いビデオ
・カメラ・ユニットを低コストで生産することができ
る。そして、機械的に多量生産することも容易であり、
その経済性は甚大である。

加えて、的確に静電シールドできて、外部からの電気
的ノイズを阻止でき、画像の乱れを十分に排除できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるビデオ・カメラ・ユニットの断
面図、第２図は、その平面図である。 第３図は、第１図及び第５図に示すカメラ・ユニットで
使用されるレンズ部分を説明するための図である。第４
図は、その特性図である。 第５図は、本発明の他の実施例を示す断面図であり、第
６図は、その平面図である。 第７図は、本発明の更に他の実施例を示す断面図であ
り、第８図は、それに用いられるレンズの特性を示す図
である。 L₁〜L₄……プラスチックレンズ １……ホルダー、６……固体撮像デバイス 64……固体撮像チップ、14……支承環 21,31,41,51……リブ 100……導電性のホルダー、114……支承環

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 正行 神奈川県厚木市三田3000番地 株式会社 エコー内 (72)発明者 竹本 一八男 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (72)発明者 惣慶 博一 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (56)参考文献 実開 昭62−188871（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−151471（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状のレンズ収納部の末端に撮像デバイス
   収納部を一体に連ねたホルダーをカーボンその他の導電
   材入り合成樹脂により形成し、上記レンズ収納部に複数
   のプラスチックレンズを組み合わせて内装し、これらの
   プラスチックレンズの周縁部分にはそれぞれそのレンズ
   収納部内周に嵌合するリブを設けるとともに、各リブに
   はリブ相互を突き合わせることでレンズ相互の所定間隔
   を維持する固有の位置と高さを保有させてそのレンズ収
   納部内で成層させ、該成層リブをホルダーの先端に装着
   した支承環で押え、また、上記撮像デバイス収納部に固
   体撮像デバイスを収納したことを特徴とするビデオ・カ
   メラ・ユニット。