JPS63312780A - 固体撮像カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はビデオカメラ等に用いられる超小型の固体撮像
素子に用いて好適なレンズを提供するものである。

（ロ）従来の技術 近年、家庭用ビデオテープレコーダーの普及に伴って光
学系に固体撮像素子を利用したビデオカメラの普及が目
覚まし、く、その記録方式には１７２インチナイスの磁
気テープを利用した方式や８ｒｒｍサイズの磁気テープ
を利用した方式等が複数種提案されている。このような
ビデオカメラに搭載される固体撮像素子は、従来の撮像
管に対して小型、軽量、長寿命、低消費電力等の利点を
有しており、その中でもＣＣＤ　（ｃｈａｒｇｅ　ｃｏ
ｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像装置は、構造、
構成が簡単なうえ、信号蓄積機能と自己走査機能を持っ
ているため、前記ビデオカメラに用いられる固体撮像素
子の主流になっている。

ところで、前記ＣＯＤを用いて映像信号を取出すには、
第３図に示す如く光学レンズを利用してＣＯＤの受光面
に像を結ばせる必要がある。第３図において、（３１）
は光学レンズ、（３２）はＣＣＤ本体、（３３〉はＣＯ
Ｄの受光面、（３４〉はＣＣＤ本体（３２）の透明キャ
ップである。光学レンズ（３１）はＣＣＤ本体（３２）
の前面にＣＣＤの受光面（３３）から光学レンズ（３１
）固有の焦点距離に略等しい距離だけ離れた位置に配設
され、被写体までの距離に応じて光学レンズ（３１）の
位置を微調整することによって、ＣＯＤの受光面（３３
〉表面にピントの合致した被写体の映像を結ばせている
。そして、歪の少ない正確な画像を得る為にも光学レン
ズ（３１）からＣＯＤの受光面（３３）までの距離はＣ
ＯＤの受光面（３３）の対角線の大きさに等しい距離に
設定するのが普通である。よって、従来の２７３インチ
サイズのＣＣＤには焦点距離が１７ｍｍ前後の光学レン
ズ（３１）を、　１７２インチサイズのＣＣＤには焦点
距離が１３ｍｍ前後の光学レンズ（３１）を使用してい
た。光学レンズ（３１）の焦点距離はレンズ表面の曲率
で決まるので、焦点距離を短くする程光学レンズ（３１
）の形状は球体に近くなる。尚、第３図の如き光学系は
例えば特開昭５９−１０４５５２号公報に記載されてい
る。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の２７３インチ又は１／２インチサ
イスのＣＣＤは素子数が数十方何とＶＬＳＩ並の集積度
を有し、チップサイズが５乃至１０ｍｍと大きいので、
単価が高く、安価な固体撮像カメラが構成できない欠点
があった。

斯る欠点を解決する為、本願発明者は受光部の大きさが
約２ｍｍ’の超小型ＣＣＤを開発するに至った。チップ
サイズを小さくすれば、単位ウェハー当りのチップ収量
が増大するので大幅なコストダウンが可能である。とこ
ろが、受光面の大きさが約２ｍｍ’のＣＣＤを用いて固
体撮像カメラを構成するには焦点距離が２乃至４ｍｍの
光学レンズを使用しなければならない。すると、光学レ
ンズの直径を２乃至４ｍｍ、少なくとも一方の面を略球
面に形成する必要があり、このような超小型の光学レン
ズは今だ安価なプラスチックレンズでは量産したことが
無いので技術的に困難である。しかも、超小型であるが
由にレンズの成形時及び光学系の組立時の作業性に支障
をきたし、球面が突出している為、レンズ表面に傷が付
き易く、レンズの取扱い性に難がある。ガラスレンズを
用いると高価であり、複数枚のレンズを使用すると小型
化に反し、コスト高である。

このように、従来のＣＯＤ素子や従来の光学レンズでは
非常に安価な固体撮像カメラが構成できない欠点があっ
た。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は斯上した欠点に鑑みてなされ、受光面の大きさ
が３ｍｍ’以下のＣＯＤ素子の前面に、略球面に近い凸
曲面と該凸曲面を囲むようにして形成した前記凸曲面よ
り高いフリンジ部とを有するレンズを前記凸曲面が前記
受光面に対向するように配置することによって、小型・
軽量で且つ極めて安価な固体撮像カメラを提供するもの
である。

（ホ）作用 本発明によれば、ＣＣＤの受光面の太き妨を３ｍｍ’以
下にしたので、単位ウェハー当りの収量が増大し、ＣＣ
Ｄの単価を大幅に引下げることができる。また、受光面
の大きさに対応してレンズの形状をレンズ部（２）とフ
リンジ部（巨）から成る形状にしたので、超４〜型のＣ
ＯＤに対応し得る焦点距離を実現できると共に、超小型
レンズの取扱い性を飛躍的に向上きせることができる。

そして、このような超小型のＣＯＤと超小型のレンズを
用いることにより、小型・軽量で且つ極めて安価な固体
撮像カメラが実現できる。

（へ）実施例 以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は本発明による固体撮像カメラの概略を示す断面
図で、（１）はプラスチックの金型一体成形で製造した
レンズ本体、（？）は凸曲面（３）と凹曲面（４）とを
有するレンズ本体（１）のレンズ部、（５）は凸曲面（
３）より高くなるように形成した保護部（６）を有する
レンズ本体（１）のフリンジ部、（２）は内部に受光面
（８）の大きさが２．ＩＸｌ、６ｍｍのＣＣＤチップを
搭載したＣＣＤ本体、（９）はＣＣＤチップを保護する
為の透明キャップである。

レンズ本体（↓）はＣＯＤの受光面（８）の前面にレン
ズ部（初固有の焦点距離に略等しい距離だけ離れた位置
に凸曲面（３）が受光面（８）と対向するように配設す
る。但し、ＣＣＤ本体（７）は受光面（８）の上部的２
　、０　ｍｍの位置に肉厚０．７７ｍｍ程の透明キャッ
プ（９）が配設されているので、焦点距離は凸曲面（３
）表面から物理的に２　、８　ｍｍ以上必要である。

このような焦点距離を満足する為、レンズ本体（↓）の
レンズ部（２）は、端部（１０）から端部（１０）まで
の直径が約２．７８ｍｍ、凸曲面（３）の頂部から凹曲
面（４）までの肉厚が約１．５２ｍｍの寸法に設計する
と共に、凸曲面（３）は半径Ｒ１が約１．５２ｍｍの球
面、凹曲面は半径Ｒ２がおおよそ８．８ｍｍの非球面又
は球面に設計する。また、凹曲面（４）の中心線は凸曲
面（３）の中心線と一致するように形成しており、斯上
した寸法に設定することで凹曲面（４〉表面と中心線（
１１）との交点が凸曲面（３）の略中心に位置するよう
に形成する。この様に形成すれは、レンズ部（？）の焦
点距離を３．５乃至３．８と超小型のＣＯＤに対応でき
るだけの極めて小さい値で且つＣＣＤ本体（７）の奥に
あるＣＣＤの受光面（８）に像を結ばせることが可能な
距離に設計でさる。

レンズ本体（１）のフリンジ部（すは、レンズ部（ｐ周
端から中心線（１１）に対して垂直に延在すると共に、
フリンジ部（ｐ周端で凸曲面（３）側へ折れ曲り、中心
線（１１）に対して平行に延在する保護部（６）を形成
する。その保護部（６）は凸曲面（３）の全周を囲むよ
うに設けられ、凸曲面（３）より０．５ｎｙｎ程高くな
るように形成する。こうしておけば、レンズ本体（１）
を凸曲面（３）を下にして置いた場合でも保護部（６）
が凸曲面（３）表面を保護するので、レンズ表面が損傷
するのを防止できる。凹曲面（４）側は、凹曲面（４）
が凹んでいるので問題無い。そして、フリンジ部（りの
最外周寸法を直径約７．０ｍｍとし、超小型のレンズ部
（？）をそれより大きな外径寸法を有するフリンジ部（
５）が一体化保持することにより、金型成形による量産
性に優れ、光学系の組立作業性に優れた取扱いの容易な
光学レンズを構成する。尚、保護部（６）の外周面と内
周面には金型からの剥離性を考處してテーパー状の面が
設けられており、凹曲面（４）側のフリンジ部（亜）端
部には半径約０　、３　ｍｍの丸みをもたせである。

断る構成によれば、チップサイズが極めて小きいＣＣＤ
素子を用いて固体撮像カメラが構成できるので、極めて
安価な固体撮像カメラを提供できる。しかも、レンズ本
体（１〉は超小型のＣＣＤに対応する短い焦点距離を有
すると共に、量産性に優れ、取扱い性に優れるので、光
学系の簡素化が図れ、より一層ローコスト化できる。

以下、本発明による固体撮像カメラのより具体的な一実
施例を第２図を用いて説明する。

第２図において、（１）はレンズ本体、（婬）はレンズ
本体（１）を取付ける挿入部（１３）とレンズの絞りを
決定する貫通孔（１４）とを具備するアイリス本体、（
坪）はアイリス本体（坪）を取付ける為のネジ部（１６
）と、それ自体をビス（１７）によってプリント基板（
１８〉へ固定する為のビス穴（１９）とを具備するアイ
リス取付部材、（７）はプリント基板（１８）へハンダ
付けされたＣＣＤ本体である。

アイリス本体（襲）の挿入部（１３）はレンズ本体（１
）の凸曲面（３）が丁度埋没するように直径約７ｍｍ、
深さ約１　、７　ｍｍに形成され、フリンジ部（亜）の
保護部（６）の外周面が挿入部（１３）の内周面とはめ
合うことによってレンズ本体（↓）を嵌合保持する。

アイリス本体（１２〉の貫通孔（１４）は固定焦点方式
とする為に最終的に直径約０．６６ｍｍの太き許に絞ら
れ、その中心線がレンズ本体（↓）の中心線（１１）と
一致するような位置にあけである。アイリス本体（坪）
の貫通孔（１４）はまた、２５°乃至３０°の視野を確
保する為に被写体に向って約５０”の角度で徐々に拡げ
て形成しており、テーパー状では無く中心線（１１）に
対して平行な面と垂直な面とを有する階段状に形成して
いる。階段状に形成するのは、開孔部から入射きれた不
要な光が乱反射してレンズ本体（１）に到達するのを防
ぐ為である。

アイリス取付部材（す）のネジ部（１６）には内径約１
０ｍｍ、　　ピッチ０　、５　ｍｍ程の化ネジ（２０）
が切られており、アイリス本体（坪）の外周に設けた雅
ネジ（２１）と共にアイリス本体（粟）をアイリス取付
部材（す）に取付ける役割を果たす。アイリス取付部材
（秤）の取付部（２２）には直径２　、６　ｍｍ程のビ
ス穴（１９）が設けられ、ビス（１７）を利用してアイ
リス取付部材（１５）をＣＣＤ本体（７）を覆うように
プリント基板（１８）表面に取付ける。

ピントを合わせるには、アＹ１．ｌス本体（１２）に切
られた雄ネジ（２１）とアイリス取付部材（す）に切ら
れた化ネジ（２０）を利用し、アイリス本体（尺）を回
転許せて両者の離間距離を調整することによって行う。

第２図の構成は焦点距離の短いノ卦径レンズを使用し且
つアイリス本体（具）の貫通孔（１４）の大きさが極め
て小さいので、焦点深度が深く、一度１乃至２ｍ先の被
写体にピントを合わせておけば無限大から至近距離まで
ピントを再調整せずに済む。よって、レンズ本体（１）
の位置を固定でき、ピント調整の為の余分な機構を省略
できる。

また、ＣＣＤチップの取付精度に追随してレンズ本体（
１）の位置を正確な位置に配設する必要があるので、ア
イリス取付部材（辰）は前記位置合わせを終了した位置
でプリント基板（１８）上へ固定しなければならない。

その為、アイリス取付部材（Ｌう）のビス穴（１９）の
内径をビス（１７）の外径よりも前記ＣＣＤチップの取
付精度に対応した分だけ余裕をもたせた大きさにあけて
おき、この余裕を利用して所定の位置に固定する。

尚、貫通孔（１４）を小さくしたので、レンズ本体（１
）の凹曲面（４）のうち、入射光が凹曲面（４）を通過
してＣＯＤの受光面（８）に像を結ぶことのできる領域
は凹曲面（４）全体の大ききより小さく、凸曲面（３）
の略中心に位置する凹曲面（４）中央の極く僅かな範囲
である。これは固定焦点方式を採用する為であると同時
に、ＣＣＤの受光面（８）に結んだ像空間の歪率を最小
にする為のもので、本実施例のレンズは像空間の隅部で
歪率が４％と極めて高性能である。また、光が通過する
ことのできる範囲を小さく絞った為、この固体撮像カメ
ラの明るさは約Ｆ１５．６である。また、凹曲面（４）
中央の直径０　、８　ｍｍ以外の領域には不要な内部反
射を防ぐ為に梨地状に形成しである。

この様に構成すれば、部品点数が極めて少ないので小型
・軽量の安価な固体撮像カメラを提供できる。

（ト）発明の詳細 な説明した如く、本発明によれば受光面の大きさが５ｍ
ｍ’以下と極めて小さいＣＯＤ素子を使用して固体撮像
カメラが構成できる利点を有する。しかも、本願のレン
ズは超小型のＣＯＤに対応できる短い焦点距離を有する
と同時に、フリンジ部（りによって量産性・取扱い性・
作業性に優れるので、レンズ本体（１〉の単価を抑え、
且つ簡。

素な光学系を構成できる利点を有する。従って本発明に
よれは、極めてローコストの固体撮像カメラを提供でき
る利点を有し、安価なビデオカメラに使用して好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明を説明する為の断面図、第３
図は従来例を説明する為の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光面の大きさが３ｍｍ°以下のＣＣＤの前面に
   、少なくとも一面に略球面の凸曲面を有し、この凸曲面
   を囲むように前記凸曲面よりも高いフリンジ部を形成し
   たレンズを前記凸曲面が前記受光面に対向するように配
   置したことを特徴とする固体撮像カメラ。