JPS63314077A - 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 本発明は安価なビデオカメラ等に用いられる、超小型の
固体撮像素子を用いた固体撮像カメラを提供するもので
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インチサイズの磁気
テープを利用した方式や８ｍａ＋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　ｃｏｕ
ｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像素子は、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ＣＣＤ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ＣＣＤ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ＣＣ
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、ＣＣＤ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ＣＣＤの受光面（３３）までの距離はＣ
ＣＤ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号公報に記載きれている
。

（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１７２インチサ
イズのＣＣＤは素子数が数十刃側と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２　ｍｍ’の超小型ＣＣＤを開発するに至った。チッ
プサイズをツノ＼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、受光面の犬ききが約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４
ｍｍ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成形が困難である。しかも、超
小型であるが由に光学系の組立作業性に支障をきたし、
さらには球面が突出しているので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
いると高価テあり、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ＣＣＤ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ＣＣＤ素子の前面に、少なくとも一面
に略球面の凸曲面を有するレンズを配置し、絞りの大き
さを１　、０　ｍｍ以下にすることによって、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。

（ネ）作用 本発明によれば、ＣＣＤのチップサイズを極めて小さく
できるので、単位ウェハー当りの収量が増大し、ＣＣＤ
単価を大幅に引下げることができる。また、超小型ＣＣ
Ｄに対応する超小型レンズに対し、絞りの大きさを１　
、０　ｍｍ以下に絞ったので、固定焦点方式を採用でき
ると共に歪の少ない画像を得ることができる。

くべ）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、（２）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、（互）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、（７）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、（す）はこの光学系の絞りを決定す
るアイリスである。

レンズ本体（１）はＣＣＤの受光面（８）の前面にレン
ズ部（？）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（Ｚ）は受光面（８）の上部約
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２．８ｍｍ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（１）の
レンズ部（？）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Ｒ，が約１．５２ｍｍの球
面、凹曲面は半径Ｒ１がおおよそ８　、８　ｍｍ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。この様に形成すれば、レンズ部（？）
の焦点距離を３．５乃至３゜８ｍｍと超小型のＣＣＤに
対応できるだけの極めて小さい値で且つＣＣＤ本体（Ｚ
）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きる。

レンズ本体（１）のフリンジ部（互）は、レンズ部（？
）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（塁）周端で凸曲面（３）側へ折れ曲り
、中心線（１１）に対し七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　、５　ｍｍ
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（５）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慮してテーパ
ー状の面が設けられており、凹曲面（４）側のフリンジ
部（亜）端部には半径的０　、３　ｍｍの丸みをもたせ
である。

アイリス（す）の開孔部（１２）の大きさは、固定焦点
方式とする為にレンズ部（？）の寸法に対応して直径０
．６６ｍｍの大きさに開け、レンズ本体（１）の凹曲面
（４）中央に光が当るようにレンズ本体（１）の前方に
極く近接して配置する。従って、レンズ本体（Ｌ）の凹
曲面（４）のうち、入射光が凹曲面（４〉を通過してＣ
ＣＤ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、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
、凹曲面（４）中央の直径０　、８　ｍｍ以外の領域は
不要な内部反射を防ぐ為に、梨地状に形成しである。そ
して、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。

斯る構成によれば、チップサイズが極めて小さいＣＣＤ
素子を用いて固定焦点方式の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、（１３）はレン
ズ本体（Ｌ）を取付ける挿入部（１４）とレンズの絞り
を決定する貫通孔（１２）とを具備するアイリス本体、
（セ）はアイリス本体（す）を取付ける為のネジｍ（１
６）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、（２）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（長）の挿入部（１４）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（塁）の
保護部（６）の外周面が挿入部（１４）の内周面とはめ
合うことによってレンズ本体（１）を嵌合保持する。ア
イリス本体（す）の貫通孔（１２）は固定焦点方式とす
る為に最終的に直径約０．６６ｍｍの大きさに絞られ、
その中心線がレンズ本体（１）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（す）の貫
通孔（１２）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（↓）に到達するのを防ぐ為
である。

アイリス取付部材（廷）のネジ部（１６）には内径的１
０ｍｍ、　　ピッチ０　、５　ｍｍ程の牝ネジ（２０）
が切られており、アイリス本体（シ）の外周に設けた雄
ネジ（２１）と共にアイリス本体（す〉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
（す）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（す）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、アイリス本体く長〉に切られた
雄ネジ（２１）とアイリス取付部材（長）に切られた牝
ネジ（２０）を利用し、アイリス本体（長）を回転きせ
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小径レンズを使用し且つアイリ
ス本体く長〉の貫通孔（１２）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（耳）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（１互）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。

（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３　
ｍｍ’以下と極めて小さいＣＣＤ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ＣＣＤ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（鰻によって量産性・取扱い性・
作業性に優れるので、レンズ本体（↓）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。また、ア
イリス（す）の太き許を１　、０　ｍｍ以下と極めて小
さく絞ったので、超小型のレンズ部（２）に対応した歪
の無い画像が得られると共に、固定焦点方式を採用でき
るのでより一層光学系の簡素化が図れる。

従って、本発明によれば、極めてローコストの固定焦点
方式の固体撮像カメラを提供できる利点を有し、安価な
ビデオカメラに用いて好適である。

【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。 （１）はレンズ本体、　（？〉はレンズ部、（３）は凸
曲面、（４）は凹曲面、　（蚤）はフリンジ部、（６〉
はフリンジ部（互）の保護部、（２）はＣＣＤ本体、　
　（す）はアイリス、（１２）はアイリス（功）の開孔
部、　（長）はアイリス本体、（長）はアイリス５付部
材である。

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し、絞り
   の大きさを直径１．０ｍｍ以下にしたことを特徴とする
   固体撮像カメラ。