JPS63314079A - 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８ｍｍ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
オカメラに搭載き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
きれ、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２／３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並の集精度
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
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２　ｍｍ’のＣＣＤを用い
て固体撮像カメラを構成するには焦点距離２乃至４ｍｍ
を実現する為、直径が２乃至４ｍｍ、少なくとも一面が
球面の光学レンズを使用しなければならない。しかも、
部品点数を削減できる固定焦点方式を採用して歪の少な
い光学系を得ようとすれば、絞りの大きさは０　、１　
ｍｍ以下となるので、光学系の明るさが相当暗くなる。

それ由、このような光学系は焦点距離が短いのと相まっ
て僅かの不要入射に敏感となり、画像が二重になる所謂
ゴースト現像が発生し易くなってしまう。

このように、従来のＣＣＤ素子や光学レンズでは非常に
安価な固定焦点方式の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と絞りを決
定する孔の大きさが０　、１　ｍｍ以下のアイリスとを
配置した固体撮像カメラにおいて、前記孔を被写体に向
って階段状に形成することにより、不要な光が入射され
ることのない、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、アイリス本体（？）の貫通孔（４）内
面が中心線（１９）に対して垂直な面と平行な面で構成
されるので、所定の視野を確保すると共に、視野以外か
ら入射された光は前記垂直な面が作用して外部へと反射
され、レンズ本体（↓）へ到達する可能性が少ない。

（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一実施例を示す
断面図で、り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、（？）はレンズ本体（１）の挿入部（
３）とレンズの絞りを決定する貫通孔（４）とを具備す
るアイリス本体、（塁）はアイリス本体（？）を取付け
る為のネジ部（６）とそれ自体をプリント基板（７）へ
固定する為の取付部（８〉及びビス穴（９）とを具備す
るアイリス取付部材、（功）はプリント基板（７）上へ
ハンダ付けされたＣＣＤ本体である。

ＣＣＤ本体（す）の内部には受光面（１１）の太き芒が
２．ＩＸｌ、６ｍｍの超小型ＣＣＤチップが搭載され、
受光面（１１）の上部約２　、０　ｍｍの位置にはＣＣ
Ｄチップを保護する為の肉厚０．７７ｍｍの透明キャッ
プ（１２）が設けられている。それ由、受光面（１１）
の前面に配置されたレンズ本体（１〉の焦点距離は物理
的に２．８＋ｎｍ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）は
第２図の如き形状に形成する。第２図において、（１３
）は凸曲面（１４）と凹曲面（１５）とを具備するレン
ズ部、（す）は凸曲面（１４）を囲むように形成した凸
曲面（１４）より高い保護ｉ＜ｉ７）を有するフリンジ
部、（１８）は凸曲面（１４）の端部、（１９）はレン
ズ部（１３）の中心線である。

レンズ部（１３）の寸法は、端部（１８）から端部（１
８）までの直径が約２．７８ｍｍ、凸曲面（１４）頂部
から凹曲面（１５）表面までの肉厚が１．５２ｍｍ、凸
曲面（１４）の球面半径Ｒ，が約１．５２ｍｍ、凹曲面
（１５）の球面又は非球面半径がおおよそ８　、８　ｍ
ｍに形成すると共に、凹曲面（１５）は凹曲面（１５）
と中心線（１９）との交点が凸曲面〈１４）の略中心に
位置するように形成されている。この様に形成すれば、
レンズ部（シ）の焦点距離を３．５乃至３　、８　ｍｍ
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（す）の奥にあるＣＣＤの受光面（１１
）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（廷）は、レンズ部（す
）周端から中心ａ（１９）に対して垂直に延在し、周端
で凸曲面（１４）側へ折り曲って中心線（１９）に対し
て平行に延在する保護部（１７〉を形成する。その保護
部（１７）は凸曲面（１４）の全周を囲むように設け、
凸曲面（１４）頂部より約０　、５　ｍｍ程高くしてお
く、こうしておけば、凸曲面（１４）表面が保護部（１
７）より凹んでいるので、レンズ表面に傷が付くのを防
止できる。そして、フリンジ部（廷）の最外径寸法を直
径約７　、０　ｍｍとし、超小型のレンズ部（１塁〉を
比較的大きな寸法を有するフリンジ部（耶）が一体化保
持する形状に形成することによって、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（１７）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を設けており、端部（２
０）には半径約０　、３　ｍｍの丸みをもたせである。

斯上した形状・寸法に形成したレンズ本体（１）は、レ
ンズ部（シ）の凸曲面（１４）が丁度埋没するように直
径約７　ｍｍ、深さ約１　、７　ｍｍに形成した挿入部
（３）にレンズ本体（４）をはめ合わせることによって
アイリス本体（２）に嵌合保持きせる。アイリス本体（
？）の貫通孔（４）の大きさは、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（↓）の中心！（１９）と一致する
ように挿入部（３）底部中央にあけである。従って、レ
ンズ本体（１）の凹曲面（１５）のうち、光が通過して
ＣＣＤの受光面（１１）に像を結ぶことのできる範囲は
凹曲面（１５）全体の大きさより小さく、凹曲面（１５
）中央の極く僅かな範囲である。これは焦点深度を深く
して固定焦点方式を採用する為であると同時に、ＣＣＤ
の受光面（１１）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屈曲率が極めて大きいに
もかかわらず、像空間の隅部で歪率が４％と高性能であ
る。また、凹曲面（１５）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て
いる。そして、絞りの大きさを小さくした為、この固体
撮像カメラの明るさは約Ｆ１５．６である。

アイリス本体（？）の貫通孔（４）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（１９）に対して垂直な面と平行な面を有する階
段状に形成している。この様に形成しておけば、垂直な
面が作用して視野以外から入射された光を反転させるの
で、不要な光がレンズ本体（１）に達するのを防止でき
る。

アイリス取付部材（５）のネジ部（６）には内径的１０
　ｍｍ、　　ピッチ０　、５　ｍｍ程の牝ネジ（２１〉
が切られ、アイリス本体く？）の外周に設けた雄ネジ（
２２）と共−にアイリス本体（２）をアイリス取付部材
（５）に取付ける役割を果たす。アイリス取付部材（塁
）の取付部（８）には直径２．６闘程のビス穴（９）が
設けられ、ビス（２３）を利用してアイリス取付部材（
りをＣＣＤ本体（す）を覆うようにプリント基板（７）
へ取付ける。

ピントを合わせるには、アイリス本体（？）に切られた
雄ネジ（２２）とアイリス取付部材（且）に切られた牝
ネジ（２１）を利用し、アイリス本体（？）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。本実施
例によれば、焦点距離の短い小径レンズを使用し且つア
イリス本体（２）の貫通孔（４）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（↓）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）を正確な位置に配設する必要があるので、レンズ本
体（１）を保持したアイリス取付部材（巨）は位置合わ
せを終了した位置でプリント基板（７）上へ固定しなけ
ればならない。その為、アイリス取付部材（すのビス穴
（９）の内径をビス（２３）の外径よりも前記ＣＣＤチ
ップの取付精度に対応した寸法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アイリス取付部材
（りを正確な位置に固定する。

（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３ｍ
ｍ’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（ＩＱ〉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、絞
りの大きさを１　、０　ｍｍ以下と極めて小きく絞った
ので、超小型のレンズ部（１３）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。そして、階段状に形成
したアイリス本体（？）の貫通孔（４）が不要な光を反
転して反射するので、焦点距離が短く絞りが暗い光学系
を利用したにも拘わらず、ゴースト等の無い鮮明な画像
が得られる利点を有する。

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、（２）はアイリス本体、　（４）
ハアイリス本体（？）の貫通孔、　（すはアイリス取付
部材、　（７）はプリント基板、　（籾）はＣＣＤ本体
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
   に光学レンズと絞りを決定する孔の大きさが０．１ｍｍ
   以下のアイリスとを配置した固体撮像カメラにおいて、
   前記孔を被写体に向って階段状に形成したことを特徴と
   する固体撮像カメラ。