JP2709460B2 - 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。 しかし、これらに用いられているレンズは、球面収
差、非点収差、歪曲収差、色収差、正弦条件等に係る一
定の光学的性状が要求されることから、広角レンズでは
５枚以上のレンズが組み合わされている（例えば特開昭
48−64927号公報）。したがって、このレンズが小型化
の隘路となっている。 そこで、本発明、広角レンズにおいて、レンズの枚数
を削減して小型化を可能にし、もって、超小型ビデオ・
カメラ・ユニットの実現を可能に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、第１乃至第４の４枚
のプラスチックレンズL₁,L₂,L₃,L₄を組み合わせて成
り、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）が凹状の負レンズ、第３プ
ラスチックレンズL₃は、両面（＃5,＃６）が凸状の非球
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と
し、かつ、下式の条件に従うこととしたことを特徴とす
る。 f₁＞50f 0.04f＜d₂＜0.6f −1.024f＜r₃ f :プラスチックレンズL₁〜L₄の合成焦点距離 f₁:第１プラスチックレンズL₁の独立焦点距離 d₂:レンズ面＃２と＃３との間の距離 r₃:レンズ面＃３の曲率半径 「作用」 如上の構成であるから、広角レンズが４枚のプラスチ
ックレンズL₁〜L₄で可能となり、球面収差の補正が良く
なり、結像性能が良好となる。また、本来の目的から歪
曲収差は補正に対して大きい。 「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
を用いた超小型ビデオカメラユニットの一実施例を示し
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面
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、
直方体の撮像デバイス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番目のプラスチックレンズL₁と第２番目のプラ
スチックレンズL₂が凹レンズを、また、第３番目のプラ
スチックレンズL₃と第４番目のプラスチックレンズL₄が
凸レンズをなし、第３図における第３番目のプラスチッ
クレンズL₃の両面＃5,＃６と第４番目のプラスチックレ
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を備えてる
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
レンズ面番号を付している。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枚のプラスチック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＜0.6f （３） −1.024f＜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
回り、下限に向かうと、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、球面収差曲線、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、本発明のよるビデオ・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の階
段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、階段状に形成し、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−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−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。 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。 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。 光学系では、焦点距離ｆ＝4.8mm、明るさＦ＝1:1.6〜
2.0、画角80゜〜90゜等に構成できる。 また、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、従来５枚以上
のレンズの組み合わせを要した広角レンズを、４枚のプ
ラスチックレンズL₁,L₂,L₃,L₄で構成できて、レンズの
枚数を削減でき、小型化、軽量化ができ、大幅に低価格
化できる。 しかも、球面収差の補正を良くすることができ、開放
時におけるフレアーを極めて小さくでき、コマ収差の補
正を良くすることができ、結像性能を良好とすることが
できる。また、本来の目的から歪曲収差は補正に対して
大きい。 そして、超小型、軽量のものも可能となり、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
メラに使用することも可能となり、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も
可能となる。

【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。 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

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．第１乃至第４の４枚のプラスチックレンズL₁,L₂,
   L₃,L₄を組み合わせて成り、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）が
   凹状の負レンズ、第３プラスチックレンズL₃は、両面
   （＃5,＃６）が凸状の非球面正レンズ、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とし、かつ、下式の条件に従うこ
   ととしたことを特徴とするビデオ・カメラ・ユニット。 f₁＞50f 0.4f＜d₂＜0.6f −1.024f＜r₃ f :プラスチックレンズL₁〜L₄の合成焦点距離 f₁:第１プラスチックレンズL₁の独立焦点距離 d₂:レンズ面＃２と＃３との間の距離 r₃:レンズ面＃３の曲率半径