JP3638149B2 - Imaging device - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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、外光を遮断するホルダと、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た基板とを備え、結像レンズは、ホルダの一部に形成され、ホルダと基板とは一体化されており、ホルダの一方の対抗する脚部が有する切り欠き部は、光電変換素子の２辺の部分に嵌合されていることを特徴とする。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００３４】
［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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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）。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
次に、図１２に示す例に従って、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。
【００６４】
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。
【００６５】
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））
【００６６】
なお、ここで、ａｔａｎは、逆正接関数を意味する。
【００６７】
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。
【００６８】
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）
【００６９】
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
【００７０】
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
【００７１】
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）｝
【００７２】
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
【００７３】
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
【００７４】
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）｝
【００７５】
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。
【００７６】
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
【００７７】
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
【００７８】
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
【００７９】
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従って、次式より求めることができる。
Ｇ＝２ｋ＝２×７７．６Ｆ＝１５５Ｆ
【００８０】
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
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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
【００８５】
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
【００８６】
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。
【００８７】
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−Ｌ2）1/2
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）
【００８８】
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。
Ｄ2＝（ｇ／２）2＋Ｚ2
＝（ｆ2／２×Ｓ）2＋（Ｌ2／（２×ｎ×ｆ））2
＝（ｆ4／４×Ｓ2）＋Ｌ4／（４×ｎ2×ｆ2）
【００８９】
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。
ｆ3／Ｓ2−Ｌ4／（２×ｎ2×ｆ3）＝０
【００９０】
この式を解いて、次式が得られる。
ｆ＝（（Ｓ2×Ｌ4）／（２×ｎ2））(1/6)
【００９１】
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。
【００９２】
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
【００９３】
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)
【００９４】
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。
【００９５】
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（（Ｄ2）1/2）（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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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）
【０１２８】
但し、
Ｒ＝２×（ｎ−１）×ｆ
である。
【０１２９】
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）
【０１３０】
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
【０１３１】
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
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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）
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
［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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
［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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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）。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
［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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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従って、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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
【発明の効果】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
本発明によれば、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り込み、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】図１の撮像装置の平面図である。
【図３】図２の撮像装置のＡ−Ａ’部分の断面図である。
【図４】図３におけるＣＣＤベアチップ１２の構成例を示す図である。
【図５】レンズ部１０の構成を示す斜視図である。
【図６】図３のＺで示す部分の拡大図である。
【図７】図６の実施例の他の構成例を示す図である。
【図８】図６の実施例のさらに他の構成例を示す図である。
【図９】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。
【図１０】結像レンズ４の空間周波数応答特性を示す図である。
【図１１】撮像面の配置位置を説明する図である。
【図１２】撮像面の他の配置例を示す図である。
【図１３】画像の均一化を図る範囲を説明する図である。
【図１４】結像面の湾曲を説明する図である。
【図１５】ＣＣＤベアチップ上の画素を説明する図である。
【図１６】結像位置の変化を説明する図である。
【図１７】焦点距離とピントずれ量との関係を示す図である。
【図１８】図１の撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図１９】図１の撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図２０】ホルダの形成例を示す図である。
【図２１】ホルダの他の形成例を示す図である。
【図２２】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。
【図２３】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。
【図２４】レンズ部の他の構成例を示す図である。
【図２５】撮像装置の他の構成例を示す図である。
【図２６】レンズ部の焦点距離と脚部の変化を説明する図である。
【図２７】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。
【図２８】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。
【図２９】図２７の実施例のＭＴＦ特性を示す図である。
【図３０】結像レンズ４の不連続面の他の形成例を示す図である。
【図３１】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。
【図３２】図３１の実施例の組立工程を示す図である。
【図３３】図３１のレンズ部の構成例を示す図である。
【図３４】図３１のレンズ部の他の構成例を示す図である。
【図３５】撮像装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図３６】撮像装置の他の実施例の構成を示す斜視図である。
【図３７】図３６の撮像装置の平面図である。
【図３８】図３７の撮像装置のＢ−Ｂ’部分の断面図である。
【図３９】図３７の撮像装置のＣ−Ｃ’部分の断面図である。
【図４０】ホルダの他の形成例を示す図である。
【図４１】ホルダのさらに他の形成例を示す図である。
【図４２】ホルダの他の形成例を示す図である。
【図４３】図３９の実施例の変形例を示す図である。
【図４４】結像レンズの他の構成例を示す図である。
【図４５】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。
【図４６】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。
【図４７】ＣＣＤベアチップ１２の内部構成例を示す図である。
【図４８】ＰＣカードの使用状態を説明する図である。
【図４９】ＰＣカードの構成を示す図である。
【図５０】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。
【図５１】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。
【図５２】図５０の撮像装置の内部の構成例を示す図である。
【図５３】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。
【図５４】従来のビデオカメラの一例の構成を示す図である。
【図５５】従来の撮像装置の構成例を示す図である。
【図５６】図５５のＣＣＤ撮像素子の構成例を示す図である。
【符号の説明】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionRegarding imaging devicesIn particular, to capture an image, for example, a video camera can be reduced in size and weight, and can be provided at a low price.The present invention relates to an imaging apparatus.
[0002]
[Prior art]
FIG. 54 shows an example of the 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. Has been.
[0003]
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. Imaged. The image sensor 113 is composed of, for example, a charge coupled device (hereinafter, referred to as a CCD as appropriate) and photoelectrically converts light as an image of a subject received by the light receiving surface, and outputs an image signal corresponding to the resulting subject. And output 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 then recorded on a recording medium such as a video tape, or output and displayed on a monitor or the like, for example. In addition, it is supplied to a computer or the like for performing predetermined processing.
[0004]
The image sensor 113 is supplied with a drive signal from the camera processing circuit 114, and the image sensor 113 performs predetermined processing such as output of an image signal in accordance with the drive signal. The iris adjustment mechanism 103 adjusts the brightness of the image formed on the image sensor 113, and blocks the peripheral rays emitted from the imaging lens 102 and unnecessary for imaging. ing. Further, the focus lens 104 adjusts the focus of the 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. A high frequency component is suppressed, and thereby, aliasing distortion generated in the image sensor 113 is reduced.
[0005]
By the way, the video camera can be obtained from the video camera, for example, when inputting an image into a computer or monitoring a car, or when applied to a so-called video phone or video conference system. It is not so required that the image has a high image quality. That is, usually, a video camera that is easy to incorporate and handle even though the image quality is not so high is required.
[0006]
However, conventionally, if it is intended to facilitate installation and handling, optical adjustment is required at the time of manufacturing, which complicates the manufacturing process, increases the size of the apparatus, and increases its price.
[0007]
Further, in the conventional video camera, the optical LPF 112 is required as shown in FIG. 54 in order to limit the spatial frequency of the light incident on the image sensor 113, but this thickness d is equal to the pixel pitch of the image sensor 113. The thickness had to be proportional. For this reason, when an image sensor 113 having a small pixel pitch is used, the price of the image sensor 113 is high. When an image sensor 113 having a large pixel pitch is used, an optical LPF 112 having a thick thickness d is provided. It is necessary to provide it, and the apparatus becomes large.
[0008]
Therefore, for example, a video camera having a configuration as shown in FIG. 55 is known as a video camera that is further reduced in size and cost. In this example, a CCD image sensor 403 is fixed on a substrate 404. In addition, one imaging lens 401 is fixed to the lens barrel 402, and this lens barrel 402 is fixed to the substrate 404. Various components 405 are attached to the back side of the substrate 404.
[0009]
In the example of FIG. 55, the configuration of an adjustment mechanism for adjusting the light amount is not shown.
[0010]
The CCD image pickup element 403 here 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) that passes only light of a predetermined color wavelength of R, G, B (which may be complementary colors) on the light incident surface side. The CCD bare chip 403A is housed in a package 403B made of plastic or the like, and a cover glass 403C is disposed on the upper end of the package 403B.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
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 components from the upper surface of the substrate 404 The distance to the lower end of 405 is about 15 mm, and the total is about 50 mm.
[0012]
Therefore, there has been 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.
[0013]
The present invention has been made in view of such circumstances, and is intended to provide a small and lightweight device that can be easily assembled and handled at a low price.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
An imaging apparatus according to the present invention includes at least one imaging lens for imaging light, a holder for blocking outside light, and photoelectrically converting at least the light imaged by the imaging lens to generate an image signal. The imaging lens is formed on a part of the holder, the holder and the substrate are integrated, and a notch provided on one opposing leg of the holder. The portion is fitted to the two sides of the photoelectric conversion element.
[0015]
The imaging apparatus of the present invention has an aperture effect for blocking peripheral rays, provided with at least one imaging lens for imaging light, and an exterior holder for blocking outside light, and at least the imaging lens An imaging apparatus including a substrate on which a photoelectric conversion element that photoelectrically converts imaged light and outputs an image signal is mounted, wherein the holder and the substrate are integrated.
[0016]
The manufacturing method of the imaging device of the present invention includes a step of photoelectrically converting incident light and mounting a photoelectric conversion element that outputs an image signal on a substrate, and one imaging lens that forms an image of light on the photoelectric conversion element A step of forming a portion for blocking peripheral rays and a step of integrating the imaging lens with the substrate.
[0017]
An imaging apparatus according to the present invention includes a single imaging lens that forms an image of light and a substrate on which at least a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light imaged by the imaging lens and outputs an image signal is mounted. When the F number defined by the pupil diameter D and focal length f of the imaging lens is F, the photoelectric conversion element has an effective pixel pitch of 1 / (200 F) of the effective imaging area. ) Is set to a larger value.
[0018]
The imaging device of the present invention includes one imaging lens that forms an image of light, and a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light imaged by the imaging lens and outputs an image signal. A part thereof is in direct contact with the photoelectric conversion element.
[0019]
An imaging apparatus 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 performs A / D conversion on an image signal output from the photoelectric conversion element. The photoelectric conversion element and the A / D converter are incorporated in one package.
[0020]
The signal processing apparatus of the present invention is a signal processing apparatus for processing digital image data obtained by A / D converting the image signal output from the charge coupled device, and the charge coupled device outputs the image signal. When the image signal is A / D converted at the timing of a clock having a cycle that is 1/2 of the cycle, the delay means for delaying the image data by one clock, the image data, and the output of the delay means Computation means for computing a difference and output means for outputting every other difference output from the computation means.
[0021]
The signal processing method of the present invention is a signal processing method for processing digital image data obtained by A / D converting the image signal output from the charge coupled device, and the charge coupled device outputs the image signal. A step of delaying image data by one clock when the image signal is A / D-converted at a clock timing having a period that is ½ of the period, image data, and an image delayed by one clock A step of calculating a difference with data and a step of outputting every other difference are provided.
[0022]
An imaging adapter device of the present invention includes a housing that is detachably attached to an information processing device, and an imaging device that is accommodated in the housing, and the imaging device includes a single imaging lens that forms an image of light. The outer holder for blocking the ambient light, the exterior holder for blocking the outside light, and the photoelectric conversion element for photoelectrically converting the light imaged by the imaging lens and outputting the image signal are mounted. And a substrate integrated with the holder.
[0023]
An information processing apparatus according to the present invention includes a capturing unit that captures an image signal from an imaging apparatus, and a processing unit that processes the image signal captured by the capturing unit.
[0024]
The information processing method of the present invention includes a step of capturing an image signal from an imaging device and a step of processing the captured image signal.
[0025]
In the image pickup apparatus of the present invention, the holder has a diaphragm effect whose exterior shields the peripheral light, and is configured to block outside light, and there is at least one image formation for imaging light. A lens is provided. At least a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light imaged by the imaging lens and outputs an image signal is mounted on the substrate. These holders and the substrate are integrated.
[0026]
In the method for manufacturing an imaging apparatus according to the present invention, a single image is formed on a photoelectric conversion element on a substrate on which a photoelectric conversion element for photoelectrically converting incident imaged light and outputting an image signal is mounted. An exterior holder provided with an image lens, which has a diaphragm effect for blocking ambient light and blocks external light, is mounted.
[0027]
In the imaging apparatus of the present invention, the effective pixel pitch of the photoelectric conversion element is set to a value larger than 1 / (200 F) of the imaging effective area.
[0028]
In the imaging apparatus according to the present invention, a part of one imaging lens that forms an image of light photoelectrically converts light imaged by the imaging lens and directly contacts a photoelectric conversion element that outputs an image signal. It is made like that.
[0029]
In the image pickup apparatus of 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 the image signal output from the photoelectric conversion element. These photoelectric conversion elements and A / D converters are incorporated in one package.
[0030]
In the signal processing apparatus and signal processing method of 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 every other difference is output. It is made to do.
[0031]
In the imaging adapter device of the present invention, the imaging device is accommodated in a housing, and a holder having an imaging lens and a diaphragm is integrated with a substrate on which a photoelectric conversion element is mounted.
[0032]
In the information processing apparatus and the information processing method of the present invention, the image signal output from the photoelectric conversion element of the imaging apparatus accommodated in the housing is captured and processed.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0034]
[First embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a first embodiment of an imaging apparatus to which the present invention is applied. This image pickup apparatus is configured such that they are integrated by attaching (fitting) a holder 2 to a substrate 1. As described with reference to FIG. 3 to be described later, the substrate 1 is a photoelectric conversion element that photoelectrically converts at least the light imaged by the imaging lens 4 provided in the 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 that forms an image of light, and an exterior of the holder 2 is a stop that blocks the 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. Further, in this embodiment, the hole 3 is provided substantially at the center of the upper portion of the package 2A and functions as a fixed iris.
[0035]
Next, FIG. 2 is a plan view of the image pickup apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the A-A 'portion in FIG. As described above, a 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 the output of the CCD bare chip 12, and the like. 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, when the mounting position of the CCD bare chip 12 is limited 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. Can be.
[0036]
Furthermore, on the side surface of the substrate 1, in order to output a signal to the outside and to input 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 the substrate 1 Etc.) are provided for supplying power to each chip mounted on the chip. In FIG. 1, the lead 5 is not shown.
[0037]
Each chip mounted on the substrate 1 is connected by a connection line as necessary. In FIG. 3, only the connection line 13A drawn from the driver 13 is shown, and the connection lines drawn from other chips are omitted because the figure becomes complicated.
[0038]
FIG. 4 shows a configuration example of the CCD bare chip 12. In this embodiment, the CCD bare chip 12 is formed on a CCD element (charge-coupled element) 12A that outputs an electrical signal corresponding to the input light and the CCD element 12A, and R, G, B (in the case of complementary colors) And a color filter 12B that transmits light of a predetermined wavelength. However, the color filter 12B may be omitted.
[0039]
As is clear from 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 plastic package 403B is omitted. Therefore, the size can be made smaller than that of the CCD image sensor 403 shown in FIG.
[0040]
The imaging lens 4 constitutes a lens unit 10 together with the leg unit 11. Here, FIG. 5 is a perspective view showing 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 plate. That is, the imaging lens 4 as a single lens is formed in the central portion of the parallel plate, and further, the four corners of the parallel plate extend in a direction parallel to the optical axis of the imaging lens 4. Four leg portions 11 having a prismatic shape having a horizontal cross section of a rectangular shape are provided. And the corner | angular part which is the lower part of each of these four leg parts 11 and opposes the optical axis of the imaging lens 4 is pierced in prismatic shape, and the notch 11A is formed by this. Each of the four leg portions 11 is provided so that two of the four side surfaces (the corner portion constituted by the two side surfaces) face the optical axis of the imaging lens 4. Yes.
[0041]
The shape of the CCD bare chip 12 viewed from its upper surface (imaging surface) is, for example, a rectangular chip, and each of the four notches 11A is fitted to the four corners of the CCD bare chip 12 with high accuracy. Yes.
[0042]
The lens unit 10 is configured by molding plastic, for example (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 the 10 parts is sufficiently high.
[0043]
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 leg portions 11 of the lens portion 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, respectively.
[0044]
The package 2A that constitutes the exterior of the holder 2 is made of, for example, polycarbonate resin as a light-shielding material, and is bonded to the substrate 1 with a light-shielding filler (adhesive) 20. And the holder 2 are integrated.
[0045]
FIG. 6 is an enlarged view (an enlarged view of a portion Z surrounded by a dotted line in FIG. 3) of a cross section of a portion where the leg portion 11 and the CCD bare chip 12 are in contact with each other. As shown in the figure, with the lower end of the leg portion 11 slightly lifted from the substrate 1, the bottom surface and side surface of the notch 11A are the light receiving surface of the CCD bare chip 12 (the portion indicated by S1 in the figure) and its side surface. (A portion indicated by S2 in the figure) is in direct contact with a certain amount of pressure (therefore, the leg 11 is brought into contact with the CCD bare chip 12). This pressure is generated by adhering and sealing the substrate 1 and the holder 2 by filling the filler 20 while applying the predetermined pressure after the holder 2 is fitted to the substrate 1. ing.
[0046]
The dimension of the portion of the holder 2 to be fitted with the substrate 1 is somewhat larger than the outer shape of the substrate 1. Therefore, the substrate 1 and the holder 2 have an accuracy of bringing the leg portion 11 into contact with the CCD bare chip 12. Bonded in a preferred way.
[0047]
As described above, since the substrate 1 on which at least the CCD bare chip 12 is mounted and the holder 2 of the exterior (package 2A) having the aperture effect provided with the imaging lens 4, are integrated. For example, when applied to a video conference system or the like, no optical adjustment such as between the imaging lens 4 and the CCD bare chip 12 is required, and therefore, the incorporation and handling thereof are facilitated. As a result, it is possible to reduce the manufacturing cost of an apparatus using such an imaging apparatus.
[0048]
Furthermore, 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 high, and the legs 11 (notches 11A) are formed as CCD bare chips. 12 is directly abutted against the light receiving surface 12, so that the imaging lens 4 has an accuracy without special adjustment so that its principal point satisfies a predetermined positional relationship with the light receiving surface of the CCD bare chip 12. Well arranged. That is, the imaging lens 4 can be mounted with high accuracy at low cost. Further, in this case, since an adjustment mechanism for mounting the imaging lens 4 with high accuracy is not necessary, the image pickup apparatus can be reduced in size and weight.
[0049]
Note that a protrusion 11Aa can be generated on the notch 11A surface of the leg 11 that presses the imaging surface of the CCD bare chip 12, and the CCD bare chip 12 can be pressed by the protrusion 11Aa. By making the protrusion 11Aa hemispherical or cylindrical, the contact between the CCD bare chip 12 and the leg portion 11 is theoretically performed by a point or a line. Regardless of the accuracy of the surface, the CCD bare chip 12 can be surely pressed.
[0050]
Alternatively, as shown in FIG. 8, a tapered surface 11Ab may be formed in the notch 11A of the leg portion 11, and the edge of the upper end portion of the CCD bare chip 12 may be pressed by the tapered surface 11Ab. In this way, the CCD bare chip 12 can be surely pressed regardless of variations in the shape of the CCD bare chip 12.
[0051]
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 focusing position (imaging plane) f1 of the imaging lens 4 is curved as indicated by a broken line. The light receiving surface (imaging surface) of the CCD bare chip 12 is arranged at a position on an ideal image surface (a 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 portion 11 is set so as to achieve such an arrangement relationship).
[0052]
However, if it remains as it is, it will be focused near the center of the imaging surface (near the point where the imaging surface f1 and the ideal image surface f2 are in contact), but the further away from the center of the imaging surface (in FIG. 9, the imaging surface). As the distance from the contact point between f1 and the ideal image plane f2 increases in the vertical direction, the defocus amount of the image plane f1 from the in-focus position imaging plane (ideal image plane f2) increases. That is, the central image on the imaging surface is a clear and focused image, while the peripheral image is a so-called out-of-focus image.
[0053]
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 can be obtained on the entire imaging surface. As a result, as shown in FIG. 9 (A), the light that should be focused in the vicinity of the contact point between the image plane f1 and the ideal image plane f2 (if no spherical aberration has occurred) , Focusing at a farther position. As a result, a so-called slightly out-of-focus state is obtained even at the center of the imaging surface, and as a result, a substantially uniform focus image is obtained over the entire imaging surface.
[0054]
That is, as a result, the full width at half maximum of the response of the imaging lens 4 to the point light source is the center portion on the light receiving surface of the CCD bare chip 12 (FIG. 9B) as shown in FIGS. )) And also in the peripheral part (FIG. 9D), it is constant and larger than the pixel pitch of the CCD bare chip 12.
[0055]
Here, FIG. 9 (A) or FIG. 9 (C) shows a state in which parallel rays converge at the central part or the peripheral part of the CCD bare chip 12, respectively, and FIG. 9 (B) or FIG. 9 (D). ) Represents 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 FIG. 9C. In the present embodiment, the half-value width w1 or w2 of the point light source response at the central part or the peripheral part 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). (The same applies to other positions on the light receiving surface of the CCD bare chip 12). As a result, the CCD bare chip 12 can be 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.
[0056]
In this way, 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 characteristics of the imaging lens 4 can be reduced to the Nyquist limit of the CCD bare chip 12, as shown in FIG. It is a characteristic that sufficiently suppresses incident components with spatial frequency fn or higher. Therefore, conventionally, as described with reference to FIG. 52, the optical LPF 112 for reducing the folding distortion is necessary. However, the imaging apparatus of FIG. 1 reduces the folding distortion without providing such an optical element. can do. As a result, the apparatus can be reduced in size, weight, and cost.
[0057]
In FIG. 9, the light in the vicinity of 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 the direction approaching the imaging lens 4.
[0058]
In this embodiment, the imaging lens 4 has a short focal length (for example, about 4 mm), and further has a small hole 3 that functions as a diaphragm (for example, a diameter of about 1.2 mm). It is said that. Thereby, even if the depth of field becomes deep and the distance to the subject changes, the degree of blurring decreases. In addition, the imaging apparatus does not need to be provided with a focus mechanism such as a so-called autofocus mechanism. In this respect, the apparatus is reduced in size, weight, and cost. When the imaging apparatus is used for telephoto, the imaging lens 4 may be a lens having a long focal length, and the hole 3 may be further reduced.
[0059]
The relationship between the imaging surface and the imaging surface is summarized as shown in FIG. That is, the imaging surface f1 of the imaging lens 4 is curved with respect to the ideal image surface f2, but in the above embodiment, the imaging surface 203 of the CCD bare chip 12 is disposed on the ideal image surface f2. It will be.
[0060]
However, in this case, since the defocus amount in the peripheral portion is larger than that in the central portion of the imaging surface 203, as described above, by generating spherical aberration in the central portion, The entire image is made to have a uniform focus.
[0061]
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.
[0062]
Therefore, for example, as shown in FIG. 12, the imaging surface 203 of the CCD bare chip 12 can be arranged at substantially the center of the imaging surface f1 of the imaging lens 4 (the center in the horizontal direction in FIG. 12). In this way, the defocus amounts in the peripheral part and the central part are opposite in direction, but their absolute values are almost the same value. However, in this case, the focus state in the vicinity of the point A where the imaging surface 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 many aberrations occur in the vicinity of the point A. In this way, an image with a substantially uniform focus state can be obtained on the entire imaging surface 203.
[0063]
Next, according to the example shown in FIG. 12, conditions for obtaining a uniform image on the entire imaging surface 203 will be described in more detail.
[0064]
Now, as shown in FIG. 13, the horizontal length (long side length) Lh of the effective pixel region of the CCD bare chip 12 is 2.0 mm, and the vertical length (short side length) Lv is When the length is 1.5 mm, the diagonal length Ld is about 2.5 mm.
[0065]
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 calculated to be about 28 degrees from the following equation.
Angle of view in the long side direction = 2 × atan (2.0 / (2 × 4.0))
[0066]
Here, atan means an arctangent function.
[0067]
Further, the F number (= f / D) defined by the focal length f of the imaging lens 4 and the pupil diameter D is set to 2.8.
[0068]
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 expressed by the following equation. Here, n represents the refractive index of the imaging lens 4.
P = Σ1 / (nf)
[0069]
In this case, since there is only one imaging lens 4, the radius R of the image plane 201 in practice can be obtained from the following equation when the refractive index n is 1.5.
R = 1 / P = n × f = 1.5 × 4.0 = 6.0
[0070]
Now, as shown in FIG. 13, it is considered that the range from the center of the effective pixel region to 70% of 1/2 of the diagonal length Ld is made uniform. A position Lm that is 70% of 1/2 of the diagonal length Ld from this center can be obtained from the following equation.
Lm = 0.7 × Ld / 2 = 0.4375 × Lh = 0.875 mm
[0071]
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 that is separated from the point S by a distance Lm. When the point is Q, the intersection of the imaging plane f1 and the line 205 at a distance Zm from the ideal image plane f2 to the imaging lens 4 side is T, and the intersection of the line 205 and the optical axis is U. The angle θ constituted by the points T, O, and U is approximately approximated by atan (Lm / R). Accordingly, the distance between the points O and U can be obtained by the following equation when the radius of the image plane f1 is R (distance between the points O and T = distance between the points O and S).
R × cos {atan (Lm / R)}
[0072]
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 (image height is Lm). Can be obtained from the following equation with R = 0.6 mm and Lm = 0.875 mm.
Zm = R × (1-cos {atan (Lm / R)}) = 0.0628 mm
[0073]
Now, if the imaging surface 203 is arranged at a position of Zm / 2 from the ideal image surface f2 to the imaging lens 4 side, in the vicinity of the terminal portion of the screen (position of the image height Lm) and in the central portion of the screen. In each case, a focus shift of Zm / 2 occurs. The diameter α of the circle of confusion generated by this focus shift is
F = f / D = (Zm / 2) / α
From the relationship, the following equation can be used.
α = (Zm / 2) /F=0.0314/Fmm
[0074]
Further, the MTF due to the circular opening can be obtained from the following equation.
M (ω) = [J1 {πα (k / Lh)}] / {πα (k / Lh)}
[0075]
Here, J1 represents a first-order first-type Bessel function, and k / Lh represents a horizontal spatial frequency. Therefore, k corresponds to the number by which the horizontal length Lh is divided. Note that, since the resolution characteristic in the vertical direction is determined by the scanning line of the television system, only the horizontal direction is considered here.
[0076]
Since the value when the primary first-type Bessel function J1 first becomes 0 is 3.83, the following equation is established.
πα (k / Lh) = 3.83
[0077]
Accordingly, the trap point fn (= k / Lh) of the MTF shown in FIG.
(K / Lh) = 3.83 / (πα) = 38.8F
[0078]
Therefore, k can be obtained as follows.
k = 38.8 × F × Lh = 38.8 × 2 × F = 77.6F
[0079]
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
[0080]
The above calculation is obtained by setting the refractive index n of the imaging lens 4 to 1.5, but if it is set to a higher value (for example, 1.9), the following equation is obtained.
G = 2k = 200F
[0081]
That is, a condition for obtaining a uniform image is that the effective pixel pitch of the CCD bare chip 12 is larger than 1 / (200 F) of the long side of the effective area. In other words, this means that the number of effective pixels in the horizontal direction is smaller than 200F.
[0082]
In FIG. 14, the diameter α of the circle of confusion can be obtained as the distance between the point where the line connecting the end of the aperture of the imaging lens 4 and the point T intersects the imaging surface 203.
[0083]
Therefore, as schematically shown in FIG. 15, the pitch P of the pixels 211 on the imaging surface of the CCD bare chip 12 shown in FIG.PIs formed so as to satisfy the above conditions.
[0084]
Next, the condition of the focal length f for imaging an object at a distance from the nearest distance S to infinity (∞) with as little blur as possible using one imaging lens 4 will be described. . Now, as shown in FIG. 16, if the amount of deviation between the image formation position of the object lens 4 at infinity and the image formation position of the object lens 4 at the closest distance S is g, the image is formed. From the formula, the following equation holds.
g × (S−f) = f2
[0085]
If the above equation is arranged using the fact that the distance S is sufficiently larger than the focal length f, the following equation is obtained.
g = f2/ (S−f) = f2/ S
[0086]
In order to reduce the overall focus shift amount in the range of the shift amount g, the image pickup surface 203 of the CCD bare chip 12 is set to an intermediate point (position of g / 2) of the shift amount g. Good.
[0087]
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 amount of curvature Z of the image plane at the image height L is Can be sought.
Z = R × (1-R2-L2)1/2
Where L2/ R2Is sufficiently smaller than 1, the above equation can be arranged as follows.
Z = R × (1- (1-L2/ (2 × R2)))
= L2/ (2 × R) = L2/ (2 × n × f)
[0088]
Since the square of the total focus shift amount D does not have a correlation between g / 2 and Z, it can be expressed as the sum of squares thereof as shown in the following equation.
D2= (G / 2)2+ Z2
= (F2/ 2 x S)2+ (L2/ (2 × n × f))2
= (FFour/ 4xS2) + LFour/ (4 × n2× f2)
[0089]
D obtained by the above formula2In order to obtain f giving the minimum value of2If the expression obtained by differentiating x with respect to f is set to 0, the following expression is obtained.
fThree/ S2-LFour/ (2 × n2× fThree) = 0
[0090]
Solving this equation yields:
f = ((S2× LFour) / (2 × n2))(1/6)
[0091]
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. .
[0092]
That is, in general, what is important in the image is from the center of the screen to 70% of 1/2 of the diagonal length of the screen. In order to prevent this range from being out of focus uniformly, the image height L May be set to 0.35 to 0.5 times as long as ½ of the diagonal length. If the aspect ratio of the screen is 4: 3, the length of ½ of the diagonal length is (5/8) × Lh, so the image height L can be set in the following range. .
0.35 × (5/8) × Lh
= 0.219Lh <L <0.5 × (5/8) × Lh
= 0.312Lh
[0093]
In consideration of application to a video conference or the like, the close distance S described above 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. Substituting these conditions into the focal length f formula and rearranging it gives the following formula.
1.53 × (Lh(2/3)) <F <2.46 × Lh(2/3)
[0094]
That is, if the focal length f of one imaging lens 4 is set within the range defined by the above formula, it is possible to capture an image of a subject existing at an infinite distance from the closest distance S without being out of focus.
[0095]
FIG. 17 shows the square root of the focal length f (horizontal axis) and the square of the total focus shift amount D ((D2)1/2) (Vertical axis) represents a calculation example. In this case, L = 0.63 mm, S = 200 mm, and n = 1.5.
[0096]
That is, in this example, when the focal length f is set to about 4 mm, it can be seen that the amount of focus deviation is the smallest.
[0097]
Next, with reference to FIGS. 18 and 19, a method for manufacturing the imaging device shown in FIGS. 1 and 3 will be described. First, as shown in FIG. 18, a 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. Furthermore, necessary leads 5 are provided on the substrate 1 and electrical connection with chips mounted on the substrate 1 is performed as necessary.
[0098]
On the other hand, as shown in FIG. 19, a light-shielding material or a transparent material is used to mold the package 2A or the lens portion 10 provided with the holes 3, and the lens portion 10 Are integrated to produce the holder 2.
[0099]
Then, the substrate 1 and the holder 2 are integrated by filling the filler 20 as shown in FIG. 3 with the leg portion 11 of the lens portion 10 abutting against the CCD bare chip 12.
[0100]
As described above, when the substrate 1 and the holder 2 are integrated, it is not necessary to make a special adjustment, so that the imaging device can be manufactured easily and at low cost.
[0101]
In the above case, the holder 2 is manufactured by molding the package 2A or the lens portion 10 separately and then integrating them, but for example, 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. Furthermore, in this case, as shown in FIG. 21, the leg portion 11 of the lens portion 10 can be configured using a light shielding material instead of a transparent material. In this case, reflection of light at the leg 11 can be prevented, and as a result, flare can be reduced.
[0102]
FIG. 22 shows an example of the electrical configuration of a video camera to which the image pickup apparatus of FIG. 1 is applied. Light from the subject enters the imaging lens 4 through the hole 3, and the imaging lens 4 forms an image of the light on the light receiving surface of the CCD bare chip 12. The CCD bare chip 12 operates in accordance with various timing signals yv, yh, ys supplied from the driver 13, and photoelectrically converts the light imaged by the imaging lens 4 and 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 timing signals xv, xh, and xs supplied from the timing generator 15 to drive the CCD bare chip 12 and converts the levels thereof, thereby converting the timing signals yv, yh, Let ys. Then, by giving this to the CCD bare chip 12, the CCD bare chip 12 is driven.
[0103]
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 thereby the image signal is converted into digital image data to the memory 16 and the accumulator 22. It is designed to output. The A / D converter 14 determines a bit to be assigned to the 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 (the substrate of the CCD bare chip 12). A timing signal (so-called 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 The timing signal w for giving the timing of writing the image data is generated.
[0104]
The memory 16 is, for example, a 2-port memory capable of simultaneously reading and writing data, and stores the image data from the A / D converter 14 according to the 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. Note that the MPU 32 reads image data from the memory 16 when the MPU 32 gives a predetermined address to the memory 16 via the address bus adrs, so that the image data stored at the address is transferred to the data bus data. This is performed by the MPU 32 taking in this.
[0105]
The cds processing circuit 21 operates in accordance with the timing signal sh supplied from the timing generator 15, so-called correlated double sampling processing and other operations on the image signal from the CCD bare chip 12. Therefore, the noise component included in the image signal is reduced (or removed) and output to the A / D converter 14.
[0106]
The accumulator 22 calculates an integrated value of the image data output from the A / D converter 14 corresponding to the main part (for example, the central part) of the light receiving surface of the CCD bare chip 12 and outputs the integrated value to the timing generator 15. It is made to do. The timing generator 15 controls the timing signal for discharging the charges 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 deviate greatly from a predetermined specified value. Thus, the iris is adjusted electronically. That is, when the integrated value increases, the exposure time (charge accumulation time) is shortened, and when the integrated value decreases, the exposure time is increased. The accumulator 22 is reset at a field period (or a frame period in some cases). Accordingly, the accumulator 22 outputs an integrated value of image data for each field (or one frame).
[0107]
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.
[0108]
In addition, a voltage Vd as a power source for each chip, a predetermined reference voltage gnd as a ground, and a voltage Vh for driving the CCD bare chip 12 are supplied from the outside via leads 5. .
[0109]
The cds processing circuit 21 and the accumulator 22 correspond to the signal processing circuit 17 in FIG.
[0110]
Next, the operation will be described. Light from the subject enters the imaging lens 4 through the hole 3 functioning as a fixed stop, and this light is imaged on the light receiving surface of the CCD bare chip 12 by the imaging lens 4.
[0111]
Here, FIG. 23 shows a state in which the light L that is not imaged and is emitted from the imaging lens 4 is reflected by the front surface of the leg 11. As described above, the leg portion 11 has two side surfaces opposed to the optical axis of the imaging lens 4 and has a rectangular cross section. The angle a is a right angle. Therefore, as shown in the figure, when the light L that is not the imaging target is reflected by the side surface of the leg portion 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.
[0112]
The angle a may be an acute angle in addition to a right angle. However, if the angle a is an obtuse angle, in FIG. 23, the light reflected by the front surface of the leg portion 11 gradually enters the CCD bare chip 12 side, which is not preferable.
[0113]
Further, for example, a light-shielding paint may be applied to the leg portion 11 so that the incident light does not reach the CCD bare chip 12. Furthermore, the cross-sectional shape of the leg portion 11 may be a quadrilateral other than a rectangle, a triangle, a pentagon, or the like. However, in order to prevent an increase in flare, the angle portion formed by at least one adjacent side surface among the side surfaces of the leg portion 11 is a right angle or an acute angle, and the angle portion is the imaging lens 4. It is necessary to be opposed to the optical axis.
[0114]
Referring back to FIG. 22, the CCD bare chip 12 photoelectrically converts the received light, and an image signal corresponding to the light is output to the cds processing circuit 21 in accordance with the timing signal from the driver 13. In the cds processing circuit 21, the correlated double sampling process is performed on the image signal from the CCD bare chip 12 and output to the A / D converter 14. In the A / D converter 14, the image signal from the cds processing circuit 21 is sampled and converted into digital image data, which is supplied to the accumulator 22. The accumulator 22 accumulates predetermined data as described above among the image data from the A / D converter 14 and outputs the accumulated 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 deviate greatly from a predetermined specified value. In addition, the generation timing of the shutter pulse xs is changed.
[0115]
The image data output from the A / D converter 14 is supplied to and stored in the memory 16 in addition to the accumulator 22. The MPU 32 reads image data from the memory 16 and performs predetermined processing when necessary.
[0116]
In one package as an imaging device, a CCD bare chip 12 that performs photoelectric conversion and outputs an image signal, an A / D converter 14 that performs A / D conversion on the output of the CCD bare chip 12, and an output of the A / D converter 14 When the imaging device is viewed from the MPU 32, the imaging device is equivalent to the memory. Therefore, there is no need to be aware of the synchronization relationship between the imaging device and its external blocks. As a result, when the imaging apparatus is applied to the above-described video camera or other apparatus, it can be easily incorporated and handled.
[0117]
In addition, instead of the memory 16, a camera circuit such as an NTSC encoder may be arranged so that the image data is converted into an NTSC video signal and output.
[0118]
In this embodiment, a CCD bare chip is used as a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light from the imaging lens 4. However, as the photoelectric conversion element, for example, a capacitor such as a CMOS type image pickup element is used. It is also possible to use a bare chip of a destructive readout type imaging device that reads out the electric charge charged in the image signal as an image signal. Furthermore, it is also possible to use a photoelectric conversion element other than the destructive readout type imaging element. When a photoelectric conversion element other than a CCD is used, the cds processing circuit 21 can be omitted.
[0119]
In this embodiment, the memory 16 is a two-port memory. However, a normal memory other than such a two-port memory can be used as the memory 16. However, if the memory 16 is not a two-port memory, a circuit for adjusting the reading of image data by the CPU 32 and the writing of image data by the A / D converter 14 is required.
[0120]
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, but these four legs 11 are, for example, 4 of the CCD bare chip 12. It can be provided so as to be in contact with each of the sides (portions marked with ▲ in FIG. 2). However, in this case, since the reflected light reflected by the leg portion 11 is incident on the CCD bare chip 12, flare is generated, and it becomes difficult to pull out the connection line from the CCD bare chip 12. As explained, it is preferable to provide it so as to be in contact with the four corners of the CCD bare chip 12.
[0121]
Alternatively, as shown in FIG. 24, two leg portions 11 of the lens unit 10 are provided, and two opposing sides among the sides indicated by ▲ in FIG. 2 are held by the notches 11A. It is also possible to do so. Further, in this case, the protrusion 11Aa or the tapered surface 11Ab shown in FIG. 7 or 8 can be provided.
[0122]
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 them. is there. In this case, the lower end of the leg portion 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 stop by the hole 3 is separated from the imaging lens 4, but since the effect of the stop is not so sensitive, there is almost no problem in practical use.
[0123]
By the way, in general, a synthetic resin has a thermal expansion coefficient about 10 times larger than that of glass and a temperature change in refractive index about 100 times larger than that of glass. As a result, when the imaging lens 4 is formed of a synthetic resin, the focal length changes when the temperature changes, and it becomes difficult to use it over a wide temperature change without providing an adjustment mechanism. Therefore, in the present embodiment, for example, the adjustment mechanism is substantially provided as follows.
[0124]
That is, as shown in FIG. 26, when the temperature rises, the length L of the leg 11 is increased.11Becomes longer. Further, the following expression is substantially established between the refractive index n of the convex lens and the focal length f.
f = K / (2 (n-1))
Here, K is a coefficient related to the curvature of the lens spherical surface.
[0125]
Accordingly, when the temperature increases, the focal length f of the imaging lens 4 shown in FIG. 26 changes.
[0126]
Here, the refractive index change with respect to the unit temperature change is a (/ degree), and the linear expansion coefficient of the leg portion 11 is b (/ degree). Usually, a of a resin lens is a negative value, and its order is 10-FiveThru 10-FourAnd b is a positive value and its order is 10-FiveThru 10-FourIt is.
[0127]
Now, assuming that the focal position change when the temperature rises by T (degrees) at room temperature is Δf, the focal position change 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)
[0128]
However,
R = 2 × (n−1) × f
It is.
[0129]
Since n-1 >> a × T is usually established, the above equation can be expressed as follows.
Δf = −a × T × f / (n−1)
[0130]
When the temperature rises by T, the length L of the leg 1111The amount of increase ΔL can be expressed by the following equation.
ΔL = b × T × L11
[0131]
Accordingly, the actual movement amount Δh of the focal length surface is as follows.
Δh = Δf−ΔL
[0132]
Therefore, by designing so that Δh falls within the depth of focus ΔZ of the imaging lens 4, that is,
| −a × f / (n−1) −b × L11| <(ΔZ / T)
By designing so as to satisfy the above, it is possible to position the in-focus position f1 on the light receiving surface of the CCD bare chip 12 even if the temperature changes.
[0133]
In the above embodiment, the spatial frequency of the incident light image is limited using the aberration of the lens and the like, 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 the color moire generated in the single plate color camera. In this case, it is necessary to sharply suppress only a specific spatial frequency, but it is difficult to sharply suppress only a specific spatial frequency by the spatial frequency limiting method as in the above-described embodiment.
[0134]
Therefore, for example, as shown in FIG. 27, the imaging lens 4 is divided into two by a horizontal plane passing through the center thereof to form imaging lenses 4A and 4B, and the imaging lens 4A is changed to the imaging lens 4B on the divided surface. On the other hand, it is possible to use a lens having a configuration in which the discontinuous surface 4C is formed by rotating by an angle θ in the horizontal direction. FIG. 28 shows the imaging lens 4 as viewed from above.
[0135]
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 from the subject passes through the lower imaging lens 4B and forms an image on the CCD bare chip 12 are as follows. , Separated by a distance Q in the horizontal direction. That is, at this time, the following equation is established.
θ = 2 × atan (Q / 2f)
[0136]
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).
[0137]
In order to obtain such characteristics, the direction of the discontinuous surface of the imaging lens 4 does not necessarily have to be the horizontal direction. As shown in FIG. 30, the vertical direction (FIG. 30A) or the oblique direction (FIG. 30B) may be used.
[0138]
Further, in the above-described embodiment, the leg portion 11 of the lens unit 10 is in direct contact with the CCD bare chip 12, but it is also possible to make contact with the substrate 1. FIG. 31 shows an example of this case.
[0139]
That is, in the embodiment of FIG. 31, a recess 1 </ b> A having a shape slightly larger than that of the CCD bare chip 12 is formed on the substrate 1. The CCD bare chip 12 is bonded to the concave portion 1A with a filler 20, and the notch 11A of the leg portion 11 of the lens portion 10 is locked to the corner portion of the concave portion 1A of the substrate 1. The outer periphery of the leg 11 is bonded to the substrate 1 with the filler 20. Other configurations are the same as those in FIG.
[0140]
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.
[0141]
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 the suction type IC chip. Then, as shown in FIG. 32 (B), the filler 20 is applied in advance to the recess 1A of the substrate 1, and the CCD bare chip 12 held by the jig 501 is attached as shown in FIG. 32 (C). Die bonding is performed in the recess 1 </ b> A of the substrate 1. At this time, the upper surface 1B of the substrate 1 and the surface 501A of the jig 501 come into contact with each other, 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.
[0142]
Next, as shown in FIG. 32D, the notch 11 </ b> A of the lens unit 10 is engaged with a corner formed by forming the recess 1 </ b> A of the substrate 1. Further, as shown in FIG. 32E, a filler 20 is filled between the outer periphery of the leg portion 11 and the upper surface of the substrate 1 and bonded.
[0143]
In this embodiment, since the CCD bare chip 12 is die-bonded in the recess 1A, it is possible to accurately position the height of the imaging surface of the CCD bare chip 12, but in the horizontal plane (in the XY plane) The mounting accuracy in) is slightly reduced. However, since the leg portion 11 of the lens unit 10 can be disposed 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. Then, the lens unit 10 can be attached. Moreover, the influence by the bad reflection in the leg part 11 can be reduced.
[0144]
Further, for example, the leg part 11 of the lens part 10 is formed as a box-shaped leg part surrounded by four sides as shown in FIG. 33 so as to prevent dust and the like from entering the inside. be able to. Further, 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, two opposing leg portions may be provided. In this case, a cylindrical protrusion 11Aa can be formed on the bottom surface of the leg portion 11.
[0145]
FIG. 35 illustrates another configuration example of the imaging device illustrated in FIG. That is, in this embodiment, the clock generation circuit 31 in FIG. 22 is housed in the imaging apparatus, and a camera processing circuit 511 is provided in place of the memory 16, and the output of the A / D converter 14 is output. Have been supplied. In the camera processing circuit 511, a luminance signal and a color difference signal, or an R, G, B signal, and the like are generated. Furthermore, an encoder may be incorporated here, and it may be converted into, for example, video data in the NTSC format. The output is supplied to the FIFO memory 512, temporarily stored, and then read out at a predetermined timing. The data read from the FIFO memory 512 is input to a parallel-serial (P / S) converter 513, and the parallel data is converted into serial data. From the output terminal 517 via the driver 515, positive-phase data and Output as reversed-phase data.
[0146]
On the other hand, normal phase and reverse phase data input from the input terminal 518 is 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 response to the input control data, writes data from the camera processing circuit 511, controls reading out at a predetermined timing, controls the driver 515, and controls parallel serial Data from the converter 513 is output.
[0147]
The driver 515 and the receiver 516 conform to the serial bus standard defined in IEEE1394. In addition, for example, it is possible to conform to the USD.
[0148]
As described above, the configuration in which the data is serially output and the input is received can prevent the image pickup apparatus from becoming larger than the case where parallel data is input / output.
[0149]
The operation before the A / D converter 14 is the same as that in FIG.
[0150]
[Second Embodiment]
FIG. 36 is a perspective view showing the configuration of the second embodiment of the imaging apparatus to which the present invention is applied. Similarly to the image pickup apparatus of the first embodiment, this image pickup apparatus is also configured by mounting (fitting) a holder (package) 52 on the substrate 51 so that they are integrated. However, in order to further reduce the size, weight, and cost of the image pickup apparatus compared to the image pickup apparatus of the first embodiment, the holder 52 is provided with one piece for imaging light. 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 photoelectrically converts and outputs an image signal is mounted. Note that the holder 52 is made of a transparent material (for example, transparent plastic (for example, PMMA)), and its exterior portion excluding the imaging lens 54 is not so important for the CCD bare chip 12. A light-shielding light-shielding film 61 having a diaphragm effect for blocking such peripheral light is formed (coated) so that the peripheral light does not enter. The CCD bare chip 12 is the same as that in the first embodiment.
[0151]
37 is a plan view of the imaging apparatus of FIG. 36, and FIG. 38 or FIG. 39 is a cross-sectional view of the B-B ′ portion or the C-C ′ portion in FIG. 36, respectively. As described above, only the CCD bare chip 12 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 when the holder 52 is mounted on the substrate 51.
[0152]
Further, on the side surface of the substrate 51, similarly to the substrate 1, leads 55 are provided for outputting signals to the outside and inputting signals from the outside. In FIG. 36, FIG. 38, and FIG. 39, the lead 55 is not shown.
[0153]
From the CCD bare chip 12 mounted on the substrate 51, connection lines 12A for exchanging signals are drawn out, and each connection line 12A is connected to a predetermined lead 55.
[0154]
As described above, the holder 52 is made of a transparent material, and its shape is a box shape whose horizontal cross section is a rectangle (when upside down in the state shown in FIG. 38). An imaging lens 54 as a single lens is formed at the central portion of the bottom surface (upper part of the imaging device), and a non-reflective coating is made including the inner side except for the imaging lens 54 portion. ing. That is, the light-shielding paint is applied to the holder 52, or a process equivalent to this is applied, whereby the light-shielding film 61 is formed.
[0155]
As shown in FIG. 37, the length of the side from which the connection line 12A of the CCD bare chip 12 is drawn (the side in the vertical direction in FIG. 37) is the length of the side without the lead line 12A (in FIG. 37). It is longer than the length of the horizontal side). Therefore, the distance between the leg portions 62 facing in the horizontal direction in FIG. 37 among the two opposing leg portions 62 which are the four side surfaces of the holder 52 is short as shown in FIG. 37, the distance between the leg portions 62 facing each other in the vertical direction is long as shown in FIG. And the inner part of one opposing leg 62 is cut out, thereby forming a notch 62A. The notch 62A is fitted into the two vertical sides of the CCD bare chip 12 with high accuracy.
[0156]
In the present embodiment, the holder 52 is configured by molding a transparent plastic, for example (the imaging lens 54 is also 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.
[0157]
One of the opposing leg portions 62 of the holder 52 is in direct contact with the CCD bare chip 12 by fitting each of the portions of the notches 62A into the two vertical sides of the CCD bare chip 12 in FIG. ing. The length of the one opposing leg portion 62 (vertical length in FIG. 38) is somewhat shorter than the length of the other opposing leg portion 62 (vertical length in FIG. 39). . As a result, the notch 62A is in direct contact with the light receiving surface of the CCD bare chip 12 and its side surface with a certain amount of pressure with the lower end of one of the opposing leg portions 62 slightly lifted from the substrate 51 (FIG. 38). (Therefore, one leg portion 62 (FIG. 38) is brought into contact with the CCD bare chip 12). This pressure is generated by adhering and sealing the substrate 51 and the holder 52 by filling the filler 20 while applying a predetermined pressure after fitting the holder 52 to the substrate 51. ing.
[0158]
The other leg portion 62 of the holder 52 (FIG. 39) is slightly longer than the opposite leg portion 62 (FIG. 38), but the notch 62A abuts against the light receiving surface of the CCD bare chip 12. The length of the lower portion is such that the lower portion does not contact the substrate 51. Therefore, the substrate 51 and the holder 52 are bonded so as to give priority to the accuracy with which one of the opposing leg portions 62 (FIG. 38) contacts the CCD bare chip 12.
[0159]
The optical characteristics of the imaging lens 54 and the dimensions (lengths) of the two legs 62 (the opposite legs of one (FIG. 38)) butted against the CCD bare chip 12 will be described with reference to FIG. 11 or FIG. It is done in the same way as
[0160]
As described above, also in this embodiment, the substrate 51 on which the CCD bare chip 12 is mounted and the image forming lens 54 and the holder 52 on which the light shielding film 61 having a diaphragm effect is formed are integrated. It becomes easy to incorporate and handle the imaging apparatus when it is applied, and the manufacturing cost can be reduced.
[0161]
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 high, and one of the opposing leg parts 62 (FIG. 38) receives the light received by the CCD bare chip 12. Since it is directly abutted against the surface, the imaging lens 54 can be placed with high precision without special adjustment, as in the imaging lens 4 of the first embodiment. Thus, the image pickup apparatus can be reduced in size and weight.
[0162]
In addition, since the 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, the imaging device is compared with the case of the first embodiment. Can be further reduced in size, weight, and cost.
[0163]
Furthermore, as shown in FIG. 39, the distance between the other opposing leg portions 62 of the holder 52 is longer than the horizontal length of the CCD bare chip 12 in FIG. It can be easily routed.
[0164]
Next, a method for 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 lead 55 is provided, and the connection line 12A of the CCD bare chip 12 and the lead 55 are connected as necessary. On the other hand, a light shielding film 61 is formed after molding a holder 52 using a transparent material and having an imaging lens 54 and having a leg 62 provided with a notch 62A. Then, the substrate 51 and the holder 52 are integrated by filling the filler 20 as shown in FIGS. 38 and 39 with one opposing leg 62 abutting against the CCD bare chip 12. .
[0165]
When integrating the substrate 51 and the holder 52, as in the case of the first embodiment, it is not necessary to make a special adjustment, so that the imaging device can be manufactured easily and at low cost.
[0166]
Even in this case, the holder 52 (imaging lens 54) can be molded using a transparent material and a light-shielding material. Thereby, as shown in FIG. 40, the imaging lens 54 can be formed of a transparent material, and the leg portion 62 can be formed of a light shielding material.
[0167]
Alternatively, as shown in FIG. 41, the imaging lens 54 is formed of a transparent material including the leg portion 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. Each of the outer sheet 91 and the inner sheet 92 is made of a light-shielding material, and is formed corresponding to the outer peripheral side and inner peripheral side shapes of the imaging lens 54. Alternatively, instead of covering the outer sheet 91 and the inner sheet 92, they may be painted black.
[0168]
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 periphery of the substrate 51 and the imaging lens 54 is black resin. It is also possible to mold at 66.
[0169]
In addition, the image pickup apparatus is driven by inputting the signal output from the driver 13 shown in FIG. 22 from the outside through the lead 55, and as a result, the image signal obtained through the lead 55 is also obtained. Signal processing is performed on an external basis as necessary.
[0170]
Furthermore, in this embodiment, the CCD bare chip 12 is used as a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light from the imaging lens 54. As described in the first embodiment, as the photoelectric conversion element, For example, it is possible to use a destructive readout type image pickup device or the like.
[0171]
39 can be enlarged as shown in FIG. 43, and various components 67 can be arranged on the substrate 51.
[0172]
Further, as the imaging lens, not only a one-stage configuration, but also a two-stage configuration of an imaging lens 54A (convex lens) and an imaging lens 54B (concave lens) as shown in FIG. Of course, it is possible to have a configuration of three or more stages.
[0173]
[Third embodiment]
FIG. 45 shows a configuration example of a video camera in which the imaging device 100 to which the present invention is applied is incorporated. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 22 are denoted by the same reference numerals. 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 this embodiment, it is assumed that the imaging device 100 is configured similarly to the imaging device of the first embodiment.
[0174]
The A / D converter 70 is a serial output type A / D converter. The A / D converter 70 converts the image signal output from the CCD bare chip 12 into its output cycle (after the output of the image signal corresponding to a certain pixel, the next pixel). A / D conversion is performed at the timing of the sampling clock p1 having a period of ½ of the time until the image signal corresponding to is output), and the resulting digital image data is output in the form of serial data. It is made like that.
[0175]
The A / D converter 70 determines a bit to be assigned to the sample value based on a reference voltage vref supplied from the outside.
[0176]
The A / D converter 70 may be a parallel output type A / D converter that outputs image data obtained as a result of sampling in the form of parallel data (in this case, described later). The S / P converter 71 is not necessary). However, when a parallel output type A / D converter is used as the A / D converter 70, it is necessary to provide as many leads 5 as the number of bits of image data to be output in the form of parallel data. If the / D converter 70 is a serial output type A / D converter, only one lead 5 is required to output image data. Therefore, the serial output type A / D converter 70 can be used to make the imaging device 100 smaller.
[0177]
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 then a D-FF (delay type flip-flop). 72 and a subtracting circuit 73. The D-FF 72 delays the image data from the S / P converter 71 by one clock according to the clock p2 having the same cycle as the sampling clock p1, and outputs the delayed image data to the subtracting circuit 73. The subtracting circuit 73 calculates a 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 differential value output from the subtracting circuit 73 in accordance with a clock p3 having a cycle twice the clock p2 (the same cycle as the pixel output cycle), and outputs a camera signal. The data is output to the processing circuit 75.
[0178]
The camera signal processing circuit 75 performs predetermined signal processing on the output of the D-FF 74.
[0179]
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 in the same manner as the timing generator 15 of FIG. Further, the timing generator 76 generates clocks p1, p2, and p3 having the above-described cycle and supplies them to the A / D converter 70 and the D-FFs 72 and 73, respectively. 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. Various timing signals output from the timing generator 76 are synchronized with each other (synchronized with the clock from the clock generation circuit).
[0180]
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 received light is photoelectrically converted, and an image signal out corresponding to the light is output to the A / D converter 70 in accordance with the timing signal from the driver 13. Here, FIG. 46A shows an image signal out output from the CCD bare chip 12.
[0181]
In the A / D converter 70, the image signal out output from the CCD bare chip 12 is converted into A at the timing of, for example, the rising edge of the sampling clock p1 (FIG. 46B) having a cycle that is ½ of the output cycle. The digital image data sa (FIG. 46C) obtained as a result of the / D conversion 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.
[0182]
Note that the S / P converter 71 requires a time for one clock for the conversion process. Therefore, the image data sb (FIG. 46E) is one clock from the image data sa (FIG. 46C). It will only be late.
[0183]
In the D-FF 72, the image data from the S / P converter 71 is supplied from the timing generator 76, for example, at the rising edge timing of the clock p2 (FIG. 46D) having the same cycle as the sampling clock p1. sb is latched, thereby being delayed by one clock, and converted to image data sc as shown in FIG.
[0184]
Here, since the clock p2 having the same cycle as the sampling clock p1 has a cycle that is 1/2 of the cycle in 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 image data sc is delayed in phase by a time corresponding to half the pixel pitch of the CCD bare chip 12 from the image data sb. Therefore, the image data sc is hereinafter referred to as half-pixel delay data sc as appropriate.
[0185]
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. 46G). ) Is output to the D-FF 74. In the D-FF 74, the subtraction value sd from the subtraction circuit 73 is latched at the timing of, for example, the rising edge of the clock p3 (FIG. 46 (H)) having a cycle twice that of the clock p2 supplied from the timing generator 76. Thus, image data se as shown in FIG. 46 (I) is output to the camera signal processing circuit 75. That is, in the D-FF 74, every other subtraction value sd from the subtraction circuit 73 is latched and output to the camera signal processing circuit 75.
[0186]
Here, FIG. 47 shows an internal configuration example of the CCD bare chip 12 (configuration example of a so-called FDA (Floating Diffusion Amplifier) portion). The electric charge generated on the light receiving surface of the CCD bare chip 12 is charged (accumulated) in the capacitor C, whereby a voltage change corresponding to the electric charge accumulated in the capacitor C is output as an image signal from the output buffer BUF. Then, the switch SW is turned on, whereby a positive voltage E is applied to the capacitor C, whereby the capacitor C is discharged (charged to the reference potential), and then the switch SW is turned off, and the capacitor C Is in a state in which charge corresponding to the next pixel can be charged.
[0187]
In the CCD bare chip 12, an image signal is output by repeating the above operation. However, when the switch SW is turned on / off, thermal noise is generated, and a voltage corresponding to the thermal noise is a capacitor. Held at C. In the output buffer BUF, so-called 1 / f noise (fluctuation noise) is generated. Therefore, after the switch SW is turned on and further turned off (this operation of the switch SW is hereinafter referred to as reset as appropriate), the output level of the output buffer BUF (the output of the output buffer BUF after such reset) The level is hereinafter referred to as a precharge level as appropriate, and does not become a predetermined reference level (for example, a black level). The thermal noise and 1 / f noise as described above (hereinafter, including both noise components) Level).
[0188]
Therefore, the image signal in which the noise component is reduced is usually obtained by performing the correlated double sampling processing as described in the first embodiment before the A / D conversion processing or the like is performed on the output of the CCD bare chip 12. Have been made to get.
[0189]
However, when the imaging device 100 incorporating the CCD bare chip 12 is miniaturized as much as possible and digital image data is to be obtained as an output, for example, the output of the CCD bare chip 12 is subjected to correlated double sampling processing. If the cds processing circuit 21 shown in FIG. 22 is built in the imaging apparatus 100, it does not meet the demand for downsizing.
[0190]
Therefore, in the video camera of FIG. 45, in order to meet such a demand, the output of the CCD bare chip 12 is converted into digital image data by the A / D converter 70, and then the noise component is reduced as follows. It is made like that.
[0191]
That is, since the image signal out output from the CCD bare chip 12 has been described above, as shown in FIG. 46A, a precharge portion (portion indicated by a dotted line in the figure) that becomes a precharge level, and a capacitor It consists of a signal portion (portion indicated by a solid line in the figure) having a level (signal level) corresponding to the charge charged in C. From the above-described generation principle of the noise component, there is a correlation between the noise component included in a certain signal unit and the noise component included in the precharge unit immediately before that. That is, the noise component contained in a certain signal portion is almost equal to the precharge level immediately before it. Therefore, if the precharge level immediately before is subtracted from the signal level of a certain signal portion, the true signal component of that signal portion can be obtained.
[0192]
In the D-FF 72, the subtraction circuit 73, and the D-FF 74, the image data sa from the A / D converter 70 is subjected to processing corresponding to the above-described principle so as to obtain image data with a reduced noise component. Has been made.
[0193]
That is, in the A / D converter 70, as described above, the image signal out from the CCD bare chip 12 is A at the timing of the sampling clock p1 (FIG. 46B) having a cycle that is ½ of its output cycle. Since the digital image data sa is obtained as a result of the / D conversion, the signal level (vi) and the precharge level (fi) are alternately arranged as shown in FIG. Note that in FIG. 46C (the same applies to FIGS. 46E and 46F), the signal level or the precharge level is indicated by adding a number to v or f, respectively. Further, the same number is assigned to the signal level and the precharge level (a certain signal level and the precharge level immediately before it) to be paired.
[0194]
The image data sb or half-pixel delay data sc input to the subtraction circuit 73 is obtained by delaying the image data sa (which is converted into parallel data) by one clock or two clocks, respectively. From FIG. 46 (E) or FIG. 46 (F). Further, since the half pixel delay data sb is subtracted from the image data sb in the subtraction circuit 73, the noise component of the subtraction value sd obtained from the signal level and the precharge level to be paired has Reduced image data (hereinafter referred to as true image data as appropriate) is obtained. That is, every other subtraction value sd becomes true image data as shown by attaching a number to v ′ in FIG. In FIG. 46G, v ′ # i (#i is an integer) represents the calculation result of v # i−f # i, and x represents invalid data.
[0195]
Accordingly, the D-FF 74 latches every other subtraction value sd at the timing of the clock p3 as shown in FIG. 46 (H), so that the camera signal processing circuit 75 has the true image data se. Only (FIG. 46 (I)) is supplied.
[0196]
Note that the subtraction processing in the subtraction circuit 73 reduces the number of effective bits, but the effect of this is almost ignored by appropriately setting the reference voltage vref applied to the A / D converter 70. can do.
[0197]
In the camera signal processing circuit 75, the image data se is converted into an analog signal as shown in FIG. 46 (J), for example, and recorded on a video tape or the like.
[0198]
As described above, since image data is output digitally from the imaging apparatus 100, an apparatus incorporating the image data can be easily configured.
[0199]
In the A / D converter 70, the A / D conversion is performed at the timing of the sampling clock p1 having a cycle that is ½ of the output cycle of the image signal out from the CCD bare chip 12. The noise component contained in the data can be easily reduced. As a result, it is not necessary to provide the imaging apparatus 100 with a circuit for reducing such a noise component, and a small imaging apparatus that outputs digital image data can be realized.
[0200]
[Fourth embodiment]
It is conceivable to use the imaging apparatus as described above by attaching it to a personal computer. FIG. 48 shows the external configuration of such a personal computer. That is, a keyboard 242 is formed on the top surface of the notebook type personal computer 240 on the main body 241 side, and an FD mounting portion 244 and a PC card mounting portion 245 are formed on the side surface of the main body 241. A PC card 246 is mounted on the PC card mounting portion 245 as necessary, and can be taken out when not in use. Further, the LCD 243 is rotatably supported with respect to the main body 241 and displays image information such as predetermined characters and figures.
[0201]
FIG. 49 shows an 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 specified as a PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) standard type 3 card.
[0202]
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 image pickup apparatus 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 accommodated in the housing 301.
[0203]
For example, when a personal computer 240 is connected to a communication line such as a telephone line and a videophone call or a video conference is performed, the PC card 246 is mounted on the PC card mounting unit 245 as shown in FIG. On the other hand, the image pickup apparatus 100 is pulled out of the personal computer 240 by sliding the slide member 302. Further, as shown in FIG. 51, the imaging apparatus 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 apparatus 100 is moved to the user (subject). ).
[0204]
FIG. 52 illustrates an internal configuration example of the imaging apparatus 100 accommodated in the housing 301 of the PC card 246 as described above, that is, a fourth embodiment.
[0205]
This embodiment basically has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. However, the CCD bare chip 12 has a light receiving surface (imaging surface) (upper surface in FIG. 52) formed on the substrate 1 on the back side of the substrate 1 (the side opposite to the imaging lens 4) by flip chip mounting. It is mounted so as to face the imaging lens 4 through the formed hole 231. A projection 233 is formed on the substrate 1 in order to regulate the position where the CCD bare chip 12 is mounted.
[0206]
An imaging lens 4 is attached to the upper surface side of the substrate 1 in the drawing (the side 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 attaching the CCD bare chip 12 to a predetermined position using the projection 233 as a guide and attaching the imaging lens 4 to a predetermined position using the projection 232 as a guide, the imaging lens 4 and the CCD bare chip 12 are attached to the hole 231 of the substrate 1. It is made to oppose and arrange | position at a predetermined relative position via.
[0207]
A driver 13 and an A / D converter 14 are disposed on the upper surface of the substrate 1, and other components 234 are attached to the lower surface side of the substrate 1.
[0208]
A hole 3 that functions as a diaphragm is formed at a predetermined position of the package 2A. When the package 2A is bonded to the substrate 1 through 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.
[0209]
Further, in this embodiment, a predetermined gap is provided between the package 2A and the imaging lens 4, and when the package 2A receives an external force, the force is not directly transmitted to the imaging lens 4. Yes.
[0210]
In this embodiment, the distance from the upper end portion of the package 2A to the upper end portion of the imaging lens 4 is 1.5 mm, the thickness of the imaging lens 4 is 2.0 mm, and the lower end surface of the imaging lens 4 is 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 ends of the CCD bare chip 12 and the component 234 mounted on the lower surface side 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 disposed within the focal length of the imaging lens 4, so the embodiment shown in FIG. Compared to the above, the thickness can be further reduced. As a result, the total thickness of this example is 9.0 mm. Further, the horizontal length and the vertical length of the imaging apparatus 100 can be set to 15 mm. Therefore, as shown in FIGS. 50 and 51, the imaging apparatus 100 can be accommodated in the housing 301 of the PC card 246 having a thickness of 10.5 mm.
[0211]
FIG. 53 shows an example of the electrical configuration inside the personal computer 240. The CPU 311 performs various processes according to programs stored in the ROM 312. The RAM 313 appropriately stores programs and data necessary for the CPU 311 to execute various processes.
[0212]
In addition to the 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 exchanges various data with the PC card 246 when the PC card 246 is inserted. Further, the FD driver 316 records or reproduces data with respect to the floppy disk 317 when the floppy disk (FD) 317 is loaded. The modem 318 is connected to a communication line such as a telephone line. The modem 318 receives and demodulates data input via the communication line and outputs the data to the CPU 311 or modulates data supplied from the CPU 311. To be output.
[0213]
An LCD driver 319 that drives the LCD 243 is also 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 taken into 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.
[0214]
Next, the operation will be described. For example, when making a videophone call with a predetermined partner, the user inserts the PC card 246 into the PC card mounting unit 245, pulls the imaging device 100 out of the PC card 246, and further rotates it to a predetermined angle, as shown in FIG. As shown, point in your direction.
[0215]
Next, the user operates the keyboard 242 to input the other party's telephone number. When receiving the telephone number input, the CPU 311 controls the modem 318 via the input / output interface 314 to execute a calling operation for the telephone number.
[0216]
In response to the instruction from the CPU 311, the modem 318 performs a call operation to the partner, and when the partner responds to the call operation, the modem 318 notifies the CPU 311 to that effect.
[0217]
At this time, the CPU 311 controls the PC card 246 via the PC card driver 315 to capture an image signal.
[0218]
In the imaging apparatus 100, the user's image is photoelectrically converted by the CCD bare chip 12 through the imaging lens 4, then A / D converted by the A / D converter 70, and output to the PC card driver 315. The PC card driver 315 outputs image data converted into data in a format according to the PCMCIA standard to the CPU 311 via the input / output interface 314. The CPU 311 supplies this image data to the modem 318 via the input / output interface 314 and transmits it to the other party via the communication line.
[0219]
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 it and outputs it to the CPU 311. Upon receiving this image data input, the CPU 311 outputs the image data to the LCD driver 319 for display on the LCD 243. As a result, the image of the other party is displayed on the LCD 243.
[0220]
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 this audio data to the other party via the communication line under the control of the CPU 311.
[0221]
Also, the voice data transmitted from the other party is demodulated by the modem 318. The demodulated audio data is D / A converted by the D / A converter 322 and then emitted from the speaker 323.
[0222]
In this way, the user can easily make a videophone call simply by attaching the PC card 246 having an imaging function to the personal computer 240.
[0223]
In the above embodiment, the imaging lens is configured by a single lens, but the imaging lens may be configured by a plurality of lenses as shown in FIG. .
[0224]
【The invention's effect】
According to the present invention, the exterior has a diaphragm effect that blocks external light and blocks peripheral light, and includes a holder provided with one imaging lens for imaging light, and at least the imaging lens. Are integrated with a substrate on which a photoelectric conversion element that photoelectrically converts the imaged light and outputs an image signal is mounted. Therefore, the image pickup apparatus can be reduced in size, thickness, and weight, and can be easily incorporated and handled. In addition, it is possible to use a photoelectric conversion element having a low number of pixels.
[0225]
According to the present invention, since the effective pixel pitch is set to a value larger than 1 / (200F) of the effective imaging area, it is possible to realize an imaging apparatus that can be thinned at low cost.
[0226]
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 imaged by the imaging lens and outputs an image signal. Therefore, it is possible to reduce the size, thickness, and weight of the imaging apparatus, and to facilitate the incorporation and handling thereof. In addition, it becomes possible not only to use a photoelectric conversion element having a small number of pixels, but also to eliminate the need for optical adjustment between the imaging lens and the photoelectric conversion element.
[0227]
According to the present invention, the photoelectric conversion element and the A / D converter are incorporated in one package. Therefore, the image pickup apparatus can be reduced in size, thickness, and weight, and can be easily incorporated and handled. In addition, it is possible not only to use a photoelectric conversion element having a small number of pixels, but also to provide a small imaging device that outputs digital image data.
[0228]
According to the present invention, when the image data is obtained by A / D conversion of the image signal at the timing of a clock having a cycle that is 1/2 of the cycle at which the charge coupled device outputs the image signal, the image data is 1 The difference between the image data delayed by the clock and the image data delayed by one clock is calculated. Then, every other difference is output. Therefore, noise components included in the image signal output from the charge coupled device can be reduced.
[0229]
According to the present invention, since the imaging device in which the substrate and the holder are integrated is housed in the casing, it is possible to reduce the size, the thickness, the weight, and the cost.
[0230]
According to the present invention, since the image signal output from the imaging device of the imaging adapter device is captured and processed, the image signal can be easily transmitted at an arbitrary place.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an embodiment of an imaging apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a plan view of the imaging apparatus of FIG.
3 is a cross-sectional view of the A-A ′ portion of the imaging apparatus of FIG. 2;
4 is a diagram showing a configuration example of a CCD bare chip 12 in FIG. 3;
FIG. 5 is a perspective view illustrating a configuration of a lens unit 10;
6 is an enlarged view of a portion indicated by Z in FIG. 3;
7 is a diagram illustrating another configuration example of the embodiment of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing still another configuration example of the embodiment of FIG. 6;
9 is a diagram for explaining optical characteristics of the imaging lens 4 and dimensions (lengths) of the leg portions 11. FIG.
10 is a diagram showing a spatial frequency response characteristic of the imaging lens 4. FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating an arrangement position of an imaging surface.
FIG. 12 is a diagram illustrating another arrangement example of the imaging surface.
FIG. 13 is a diagram for explaining a range in which an image is made uniform.
FIG. 14 is a diagram for explaining the curvature of an image plane.
FIG. 15 is a diagram illustrating pixels on a CCD bare chip.
FIG. 16 is a diagram for explaining a change in an imaging position.
FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship between a focal length and a focus shift amount.
18 is a diagram for explaining a manufacturing method of the imaging device in FIG. 1; FIG.
19 is a diagram for explaining a manufacturing method of the imaging device in FIG. 1; FIG.
FIG. 20 is a view showing an example of forming a holder.
FIG. 21 is a view showing another example of forming the holder.
22 is a block diagram illustrating a configuration example of a video camera to which the imaging apparatus of FIG. 1 is applied.
FIG. 23 is a diagram showing a state in which light L that is not imaged and is emitted from the imaging lens 4 is reflected by the legs 11;
FIG. 24 is a diagram illustrating another configuration example of the lens unit.
FIG. 25 is a diagram illustrating another configuration example of the imaging apparatus.
FIG. 26 is a diagram for explaining changes in focal length and legs of a lens unit.
FIG. 27 is a diagram showing an example where discontinuous surfaces are formed on the imaging lens 4;
28 is a diagram showing a configuration when viewed from above the embodiment of FIG. 27. FIG.
FIG. 29 is a diagram showing MTF characteristics of the example of FIG. 27;
30 is a diagram showing another example of forming a discontinuous surface of the imaging lens 4. FIG.
FIG. 31 is a diagram showing another example of assembly of the CCD bare chip and the lens unit with respect to the substrate.
32 is a view showing an assembly process of the embodiment of FIG. 31;
33 is a diagram illustrating a configuration example of a lens unit in FIG. 31;
34 is a diagram showing another configuration example of the lens unit in FIG. 31. FIG.
FIG. 35 is a block diagram illustrating another configuration example of the imaging apparatus.
FIG. 36 is a perspective view illustrating a configuration of another embodiment of the imaging apparatus.
37 is a plan view of the imaging apparatus in FIG. 36. FIG.
38 is a cross-sectional view of the B-B ′ portion of the imaging device of FIG. 37. FIG.
39 is a cross-sectional view of the C-C ′ portion of the imaging apparatus of FIG. 37.
FIG. 40 is a diagram showing another example of forming a holder.
FIG. 41 is a view showing still another example of forming the holder.
FIG. 42 is a diagram showing another example of forming a holder.
43 is a diagram showing a modification of the embodiment of FIG. 39. FIG.
FIG. 44 is a diagram illustrating another configuration example of the imaging lens.
FIG. 45 is a block diagram illustrating a configuration example of a video camera to which the present invention has been applied.
46 is a timing chart for explaining the operation of the video camera in FIG. 45;
47 is a diagram showing an internal configuration example of a CCD bare chip 12. FIG.
FIG. 48 is a diagram for explaining a use state of a PC card.
FIG. 49 is a diagram showing a configuration of a PC card.
FIG. 50 is a diagram showing a state in which a PC card is mounted on a personal computer.
FIG. 51 is a diagram illustrating a state in which an imaging device is used in a personal computer.
52 is a diagram illustrating an internal configuration example of the imaging apparatus in FIG. 50;
53 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the personal computer of FIG. 48. FIG.
FIG. 54 is a diagram illustrating a configuration of an example of a conventional video camera.
FIG. 55 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional imaging device.
56 is a diagram showing a configuration example of a CCD image pickup device in FIG. 55. FIG.
[Explanation of symbols]
1 substrate, 2 holder, 2A package, 3 holes, 4 imaging lens, 10 lens part, 11 leg part, 11A notch, 12 CCD bare chip (charge coupled device), 13 driver, 14 A / D converter, 15 timing Generator, 16 memory (2 port memory), 21 cds (correlated double sampling) processing circuit, 22 accumulator, 51 substrate, 52 holder, 54 imaging lens, 61 light shielding film, 62 leg, 62A notch, 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 Focus Slens, 111 Camera body, 112 Optical LPF (low pass filter), 113 Image sensor, 114 Camera processing circuit

Claims (1)

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、外光を遮断するホルダと、
少なくとも、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が装着された基板と
を備え、
前記結像レンズは、前記ホルダの一部に形成され、前記ホルダと基板とは一体化されており、前記ホルダの一方の対抗する脚部が有する切り欠き部は、前記光電変換素子の２辺の部分に嵌合されている
ことを特徴とする撮像装置。A holder provided with at least one imaging lens for imaging light and blocking external light;
At least a substrate on which a photoelectric conversion element that photoelectrically converts light imaged by the imaging lens and outputs an image signal is mounted,
The imaging lens is formed in a part of the holder, and the holder and the substrate are integrated, and the notch portion of one of the opposing legs of the holder has two sides of the photoelectric conversion element An imaging device characterized by being fitted to the portion.
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