JPS63314078A - 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、家庭用ビデオテーブレフ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１／２インチサイズの磁気
テープを利用した方式や８ｍｍサイズの磁気テープを利
用した方式等が複数種提案きれている。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　ｃｏｕｐ
ｌｅｄ　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、　１／２インチザイズの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
高価であり、複数枚のレンズを使用すると／Ｊ％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の前面に光学レンズを配設し、
絞りの大きさを１　、０　ｍｍ以下にすると共に、ＣＣ
Ｄの画面数を１０乃至２５枚／ｓｅｃにすることによっ
て、小型・軽量・安価な固定焦点方式の固体撮像カメラ
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正確な画像が得られる。そして更に
、画面数を一般的な３０枚／ｓｅｃに対して１０乃至２
５枚／　ｓｅｅにしたので、極端に小さな絞りにもかか
わらず明るい画像が得られる。

（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、（巨）は凸曲面（
３）より高く形成した保護部（６）を有するレンズ本体
（１）のフリンジ部、（７）は受光面（８）の大きさが
２．１ｍｍＸ　１．６＋ｎｍ、　　９０Ｘ　１２０ドツ
トのＣＣＤチップを搭載したＣＣＤ本体、（９）はＣＣ
Ｄ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、ＣＣ
Ｄ本体（Ｚ）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２．８ｍｍ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Ｒ３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（２）
の焦点距離を３．５乃至３　、８　ｍｍと超小型のＣＣ
Ｄ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（塁）は、レンズ部（？
）周端から中心線（１１）に対して−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０．５關程高く
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（ネ）をそれより大きな外径寸法を有するフリンジ
部（互）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）側のフリンジ部り）
端部には半径的０　、３　ｍｍの丸みをもたせである。

アイリス（１０）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（２）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（１）
の凹曲面＜４）のうち、入射光が凹曲面（４）を通過し
てＣＣＤ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
央の極僅かな範囲内である。これは固定焦点方式にする
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）中央の直径約０．８ｍｍ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。

そして、従来の２７３インチ又は１／２インチサイズの
ＣＣＤはＦ／１．４〜２．８の光学系を使用できるので
、ＴＶ方式に合わせて走査時間６３戸、毎秒３０枚の画
面数で映像信号を取出しているのに対し、本願は光学系
がＦ１５．６と暗いので、走査時間１２０μ、毎秒３０
枚の画面数で映像信号を取り出すことにより対処する０
画面数が少なければ、単位画面当りに入射される総光量
が増大するので、十分明るい画面が得られる。

斯る構成によれば、超小型のＣＣＤを用いた固定焦点方
式の固体撮像カメラが実現できる。しかも、超小型のＣ
ＣＤを用いるが由に光学系が相当暗くなるにもかかわら
ず、ＣＣＤ映像信号の画面数を減じることによって明る
い画像出力が得られる。

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、（す）はレンズ
本体（１）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、（
廷〉はアイリス本体く長）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／＼ン
ダ付けされたＣＣＤ本体である。

アイリス本体く罷）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（５）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（１３）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（１３
）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、開孔部から入射された
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（廷）のネジ部＜１６）には内径約１
０ｍｍ、ピッチ０　、５　ｍｍ程の牝ネジク２０）が切
られており、アイリス本体り長）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
（長）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（長）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＜す）に切られた
雄ネジ（２１）とアイリス取付部材り巧）に切られた化
ネジ（２０）を利用し、アイリス本体り長）を回転させ
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（１５）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（１５）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。

クト）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（旦）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。また、ア
イリス（す）の大きさを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（？）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。

さらにまた、超小型のＣＣＤと固定焦点方式を採用する
が由に光学系が暗くなるのに対し、本願はＣＣＤ映像信
号の画面数を１０乃至２５枚／ｓｅｃと従来のものより
減じたので、明るい画像出力が得られる利点をも有する
。

従って本発明によれば、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、　（亜〉はフリンジ部、り
６）はフリンジ部（旦）の保護部、　（Ｚ）はＣＣＤ本
体、＜功）はアイリス、　（１２）はアイリス（１０）
の開孔部、　（１３）はアイリス本体、　（長）はアイ
リス取付部材である。

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
   に光学レンズを配置し、絞りの大きさを直径１．０ｍｍ
   以下に絞ると共に、前記ＣＣＤの画面数を１０乃至２５
   枚／ｓｅｃにしたことを特徴とする固体撮像カメラ。