JP3733592B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

なお、イメージセンサ１１３には、カメラ処理回路１１４からドライブ信号が供給されるようになされており、イメージセンサ１１３は、このドライブ信号にしたがって、画像信号の出力などの所定の処理を行う。また、アイリス調整機構１０３は、イメージセンサ１１３上に結像される像の明るさを調整したり、また、結像レンズ１０２から出射された、結像に不要な周辺光線を遮断したりするようになされている。さらに、フォーカスレンズ１０４は、イメージセンサ１１３上に結像される像のフォーカスを調整するようになされている。また、光学ＬＰＦ１１２は、そこに入射される光の偏光面によって異なる屈折率を有する光学素子で、例えば光学異方性のある結晶性の水晶などでなり、フォーカスレンズ１０４からの光の空間周波数の高域成分を抑制し、これにより、イメージセンサ１１３で生じる折り返し歪を低減するようになされている。

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。

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。

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。

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。

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。

ここにおけるＣＣＤ撮像素子４０３は、図５６に示すように構成されている。すなわち、ＣＣＤ撮像素子４０３は、入力された光を光電変換するＣＣＤベアチップ４０３Ａを備える。このＣＣＤベアチップ４０３Ａは、その光入射面側に、Ｒ，Ｇ，Ｂ（補色の場合もある）の所定の色の波長の光のみを通過させるカラーフィルタ（図示せず）を有している。ＣＣＤベアチップ４０３Ａは、プラスチックなどよりなるパッケージ４０３Ｂの内部に収容され、パッケージ４０３Ｂの上端には、カバーガラス４０３Ｃが配置されている。
特開昭６３−３１４０７７号公報 特開昭６３−３１４０７８号公報 特開昭６３−３１４０８１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明に記載の情報処理方法によれば、撮像アダプタ装置の撮像装置より出力された画像信号を取込、処理するようにしたので、任意の場所で簡単に画像信号を伝送することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、図１２に示す例にしたがって、撮像面２０３の全体において、均一な画像を得るための条件についてさらに詳細に説明する。

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。

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））

なお、ここで、ａｔａｎは、逆正接関数を意味する。

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。

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）

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

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

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）｝

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

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

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）｝

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。

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

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

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

従って、上記空間周波数を確保するのに、必要な最低画素数Ｇは、サンプリング定理にしたがって、次式より求めることができる。
Ｇ＝２ｋ＝２×７７．６Ｆ＝１５５Ｆ

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

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。

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。

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Ｐ_Pは、上記条件を満足するように形成される。

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

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

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。

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）

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）

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

この式を解いて、次式が得られる。
ｆ＝（（Ｓ²×Ｌ⁴）／（２×ｎ²））^(1/6)

すなわち、上記式で与えられる焦点距離ｆを結像レンズ４で得るようにすればよいのであるが、厳密に上記式で与えられる値に設定しなくとも、ある幅を持たせることが可能である。

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

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)

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

但し、
Ｒ＝２×（ｎ−１）×ｆ
である。

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）

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

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

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。

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。

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。

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）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図５３は、パーソナルコンピュータ２４０の内部の電気的構成例を示している。ＣＰＵ３１１は、ＲＯＭ３１２に記憶されているプログラムにしたがって、各種の処理を実行するようになされている。ＲＡＭ３１３には、ＣＰＵ３１１が各種の処理を実行する上において必要なプログラムやデータなどが適宜記憶される。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１の撮像装置の平面図である。 図２の撮像装置のＡ−Ａ’部分の断面図である。 図３におけるＣＣＤベアチップ１２の構成例を示す図である。 レンズ部１０の構成を示す斜視図である。 図３のＺで示す部分の拡大図である。 図６の実施例の他の構成例を示す図である。 図６の実施例のさらに他の構成例を示す図である。 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。 結像レンズ４の空間周波数応答特性を示す図である。 撮像面の配置位置を説明する図である。 撮像面の他の配置例を示す図である。 画像の均一化を図る範囲を説明する図である。 結像面の湾曲を説明する図である。 ＣＣＤベアチップ上の画素を説明する図である。 結像位置の変化を説明する図である。 焦点距離とピントずれ量との関係を示す図である。 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１の撮像装置の製造方法を説明するための図である。 ホルダの形成例を示す図である。 ホルダの他の形成例を示す図である。 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。 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。 レンズ部の他の構成例を示す図である。 撮像装置の他の構成例を示す図である。 レンズ部の焦点距離と脚部の変化を説明する図である。 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２７の実施例のＭＴＦ特性を示す図である。 結像レンズ４の不連続面の他の形成例を示す図である。 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３１の実施例の組立工程を示す図である。 図３１のレンズ部の構成例を示す図である。 図３１のレンズ部の他の構成例を示す図である。 撮像装置の他の構成例を示すブロック図である。 撮像装置の他の実施例の構成を示す斜視図である。 図３６の撮像装置の平面図である。 図３７の撮像装置のＢ−Ｂ’部分の断面図である。 図３７の撮像装置のＣ−Ｃ’部分の断面図である。 ホルダの他の形成例を示す図である。 ホルダのさらに他の形成例を示す図である。 ホルダの他の形成例を示す図である。 図３９の実施例の変形例を示す図である。 結像レンズの他の構成例を示す図である。 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。 ＣＣＤベアチップ１２の内部構成例を示す図である。 ＰＣカードの使用状態を説明する図である。 ＰＣカードの構成を示す図である。 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。 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５０の撮像装置の内部の構成例を示す図である。 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。 従来のビデオカメラの一例の構成を示す図である。 従来の撮像装置の構成例を示す図である。 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

Claims (4)

1. 光を結像させる１つの結像レンズと、
   前記結像レンズにより結像された光を光電変換し、画像信号を出力する光電変換素子と
   を備え、
   前記結像レンズは、その一部が前記光電変換素子と直接接触している
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記結像レンズには、複数の脚が設けられており、前記複数の脚が前記光電変換素子と直接接触している
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記複数の脚は、そこに入射する光を、前記光電変換素子に到達させない特性を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記脚は、３以上の側面を有し、その側面のうちの２つは、前記結像レンズの光軸と対向している
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。

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