JPH01177007A - ビデオ・カメラ・ユニット - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、ビデオ（ＴＶ）カメラユニット、特に小型で
明るいビデオ・カメラ・ユニットに関する。

「従来の技術と発明が解決しようとする問題点」近年、
超小型の１７３インチ固体措像デバイスが開発され、こ
れを応用したビデオカメラ、各種モニタカメラ、ドアス
コープカメラ、イメージスキャナー、スチールカメラ、
リモートコントロール用カメラ等が試みられている。

しかし、これらに用いられるレンズは、球面収差、非点
収差、歪曲収差、色収差、正弦条件等に係る一定の光学
的性状が要求されることから、例えば標準レンズでは７
〜８枚、広角レンズでは８〜１０枚のレンズが組み合わ
されている（例えば特開昭４８−６４９２７号公報）、
シたがって、このレンズが小型化の隘路となっている。

そこで、本発明は、レンズの枚数を削減して小型化を可
能にし、もって、超小型ビデオ・カメラ・ユニットの実
現を可能にしようとするものである。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、複数のプラスチックレンズを組み合わせ、そ
の内の幾つかのレンズを非球面に形成して成る。

「作用」 如上のように、全レンズがプラスチック製であるから、
これらのレンズは、射出成形等適宜成形手段により簡単
に成形でき、したがって、研磨を要するガラスレンズで
は不可部な非球面レンズも容易に製作でき、幾つかのレ
ンズを鼻球面にすることにより、少ない枚数であっても
、問題となる球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差、
正弦条件を補正でき、初期の目的を達成できる。

「実施例」 第１図乃至第４図、表１は、本発明に係る広角レンズと
、これを用いた超小型ビデオ・カメラ・ユニットを示し
ている。第１図は、当該ユニットの断面図、第２図は、
それを下から（撮像デバイス（１１）からみたときの平
面図である。

第１図及び第２図において、１は、基部に撮像デバイス
収納部１１を形成した筒状のレンズホルダー、Ｌ＋　、
Ｌｍ　、Ｌｓ　、Ｌ４は、このレンズホルダーのレンズ
収納部１２に内装した組合せプラスチックレンズ、６は
、上記撮像デバイス収納部１１にレンズと対応させて内
装した固体撮像デバイスである。

レンズホルダー１は、プラスチックレンズＬ１〜Ｌ４と
熱膨張係数の近い材料、例えば合成樹脂等から成る。撮
像デバイス収納部１１は、撮像デバイス６がぴたりと収
まるよう直方体状に形成する。

撮像デバイス収納部１１とレンズ収納部１２との間には
内向きフランジ１３を設け、この内向きフランジ１３に
よってレンズＬ１〜Ｌ４と固体撮像デバイス６との位置
合せができるようにしている。ホルダー１の先端にはレ
ンズが抜は出ないようリング状の支承環１４を取り付け
ている。

プラスチックレンズＬ１〜Ｌ４は、具体的には表１に示
す定数で設計し、第４図に示す特性を持たせる。第１番
目のレンズＬ１　　と第２番目のレンズＬｓ　が凹レン
ズを、また、第３番目のレンズＬ３と第４番目のレンズ
Ｌ４が凸レンズをなし、第３番目のレンズＬ３の前後両
面＃５．＃６と第４番目のレンズＬ４の前面＃７を非球
面にしている。

これらのレンズＬ１〜Ｌ４は、周縁部に上記レンズ収納
部１２に嵌りかつレンズ相互に所定の間隔を保つことが
できるリブ２１，３１．４１．５１を備えている。

固体撮像デバイス６は、基板６２と、基板６２上にマウ
ントした固体撮像半導体チフブ６４と、基体６２の２辺
に吹り付けた外部接続用リード６１から成る。

固体撮像半導体チフブ６４の大きさは、例えば対角１７
３インチに設定する。

次に、レンズＬ＋＝Ｌ４の構成を第３図、第４図、表１
及び表２を参照して説明する。

第３図は、第１図に示すレンズＬ＋＝Ｌ４のみを取り出
して表わした図で、左から順番に＃ｌ〜＃８のレンズ面
番号を付けている１表１は、各レンズ面＃ｌ〜＃８及び
各レンズ１１＝Ｌ４に対応するレンズ面曲率半径ｒ、レ
ンズ面間距離ｄ、屈折率ｎ及び分散率νの各設計定数の
一例を示すもので、半径ｒ及び距離ｄは４枚のレンズの
合成焦点距離Ｅ、Ｆ、Ｌを１としたときのＥ、Ｆ、Ｌと
の比で表わしている。

レンズをなるべく少ない枚数で所定の特性を得るために
は、次のような考え方を採り入れると良い。

■　第２レンズＬｉ　　は、凸面（＃１）を被複写体側
に向けたメニスカス正レンズ、 ■　第２レンズＬｉ　は、両面（＃３．＃４）凹状の負
レンズ、 ■　第３レンズＬｓ　は、両面（＃５．＃６）凸状で非
球面正レンズ、 ■　第４レンズＬ４は、非球面の凸面（＃７）を被写休
閑に向けたメニスカス正レンズ、にすれば良い。

また、各レンズ及びレンズ面の各定数は、好ましくは次
のような条件に合うように選ぶ。

（１）　　　ｆ＋　　＞５Ｏｆ （２）　　０．４　　ｆ＜ａｔ　＜０．６　　ｆ（３）
　　１．Ｏｆ　＜　ｒｉ ここで、ｒは、レンズＬ１〜Ｌ４の合成焦点距離、ｆ＋
　は、レンズＬ１　の独立焦点距離、ｄｖ　は、レンズ
面＃２及び＃３間に距離、ｒ３は、レンズ面＃３の曲率
半径である。

各条件の設定理由は下記の通りである。

（１）の条件に関し、仮にｆ＋＜５Ｏｆとした場合負の
歪曲収差が大きくなり、像面湾曲の補正過剰となる。ま
た、コマ収差が発生する。

（２）の条件においてはｄｌの値が下限を下回る内向性
のコマ収差が発生し、上限を超えると外向性のコマ収差
が発生するようになる。

（３）の条件においてｒ３の値が合成焦点距離ｒを下回
ると下限に向うと負の歪曲収差が大きくなる。

なお、更に良好な収差補正上、上記諸条件の他に実施例
に示すように、第３レンズ両面及び第４レンズの被写体
側の面を非球面にすることによって容易に調整が可能で
ある。

本実施例における各収差は、第４図に示すようになり、
図中、Ｄ、Ｇ、Ｃ，Ｆｇ　Ｅ線は、それぞれＤ−線、Ｇ
−線、Ｃ−線、Ｆ−線、Ｅ−線１球面収差曲線１色収差
を表わす、、Ｍ、Ｓは、メリディオナル断面、サジタル
断面を表わす。

これらの収差曲線より分かるように、球面収差の補正が
良く、開放時におけるフレアーが極めて小である。また
、ザイデル係数（表３）に見られるように、コマ収差の
補正が良く、結像性能が良好である０本来の目的から歪
曲収差は、補正に対して大きい。

なお、レンズ面＃５〜＃７は、非球面に形成しており、
表１の曲率半径ｒには＊１〜＊３の注釈を付けているが
、この曲率の算出方法は、表２とその下の注釈に示しで
ある。

第５図は、本発明によるビデオ・カメラ・ユニットの他
の実施例を示す断面図であり、第６図は、それを下から
みたときの平面図（レンズＬ＋−Ｌ４、支承環１１４、
ホルダー１の上端部は省略）であり、第５図は、第６図
のＶ−Ｖ切断線を切断面としたときの断面となっている
。

１１４は、レンズＩ、＋　〜Ｌ４をレンズホルダー１に
収納した後に組立てる支承環である。レンズホルダー１
の上部先端部１１１の高さは、レンズＬ１の縁部分より
も高くし、また、その内側には切欠　。

きによる垂直部１１２と水平底部１１３を形成している
。この水平底部１１３の高さは、レンズＬ＋　の縁部分
とほぼ同じ高さか若干それより高くなるよう設定する。

このように、レンズホルダー１の上部先端部にＩｌｌ〜
１１３の階段部分を形成することによって、支承環１１
４のはめ込みが容易になると共に、支承環１１４と階段
部分１１１〜１１３の接着面積が増え接着強度が高くな
る。また、支承環１１４の底部は、レンズＬ１　の縁部
分とレンズホルダー１の部分１１３の双方に接着剤等を
介して接触するので安定した構造が得られる。

支承環１１４の下部には切欠き部１１０を設け、接着剤
の注入口として利用する。

レンズホルダー１の下方内側部分には、突起部１１６　
と切欠き部１１５　とを設けている。切欠き部１１５は
、レンズＬ４〜ＬＬ　を順次積み重ねていったときの追
い出される空気のドレイン口として役立ち、レンズＬ４
〜Ｌ１が空気により浮き上がるのを防止できる。突起部
１１６は、下側レンズＬ４と固体撮像チップ６４との距
離を定めるのに有効である。また、突起部１１６は、乱
反射光がチップ６４に入射してフレアー現象を引き起こ
すのを防ぐための遮光体としても役立っている。Ｓ＋−
３ｓ　も同様な目的で設けられた、つやのない黒色の遮
光板であり、ドーナツ状に形成している。

レンズホルダー１の外形は、下部に平坦な突出部１１７
を設けており、この突出部１１７は、このビデオ・カメ
ラ・ユニットをカメラ本体に設けられた穴に挿入すると
きのストッパとして利用できる。

支承環１１４の内側傾斜面１５０は、階段状に形成し、
その部分に当たる不要な光を外部へ乱反射させるように
している。

固体撮像デバイス６は、ホルダー１の下側内壁１２５に
沿ってはめ込んでいる。このときのガイドになるのが、
ホルダー１の底面に突出させて設けた半円部１２６であ
り、デバイス６のプラスチック基板６２もその形状に合
わせて半円の凹部に形成している。なお、第６図の平面
図では、ホルダー１の底面部１１８に便宜上ハツチング
をしである。

デバイス６の平面（Ｘ、Ｙ方向）上の位置合わせはこの
ようにホルダー１の内壁１２５，１２６によって行って
いるが、縦方向（２方向）についてはホルダー１の底面
から少し奥の方に位置する（第５図）階段部１２３，１
２４で決め、レンズＬ＋　〜Ｌ４の撮像チン１６４面へ
の焦点合わせ距離を決めるようにしている０階段部１２
３．１２４は、第６図の平面図において、上下２箇所に
設けており、境界線１２３゜１２４の部分で段差を形成
している０階段部１２３．１２４は、パッケージ６２の
上面のり一ド６１が無い部分に接しているので、リード
６１の厚みやたわみがレンズ、撮像チン１間の距離精度
に影響を及ぼさない。

第７図は、本発明によるビデオ・カメラ・ユニットの更
に他の実施例を示す断面図である。

本実施例の第１図及び第５図の実施例と異なる点は、視
野角が広角でなく通常の角度にした点であり、レンズの
枚数が１枚少なく合針３枚と原価低減を可能とした点で
ある。

レンズＬ目は、両面（＃１１．　＃１２）共に凸状の正
レンズ、レンズＬｅｔは、凹面＃１３を被写体に向け、
撮像デバイス側の面＃１４を、非球面としたメニスカス
正レンズ、レンズＬ口は、被写体側の面＃１５を非球面
としたメニスカス正レンズである。

各レンズ面の定数は、表４、非球面レンズ面の定数は、
表５、各レンズ面のサイデル収差係数等の緒特性は、表
６及び第８図に示してあり、各記号及び各記号の添字の
付は方は前述の第３図の実。

施例と同様であるのでその説明は省略する。

このような各レンズ、レンズ面の最適設計定数は下記の
通りである。

（４）　　ｆ宿　〉０ （５）　　ｒ≦〉０ （６）　　０．２５＜　ｄ、　＜０．３５（７）　　　
ｆｓ　＞ｆｓ　　＞ｆ＋　　＞０（８Ｌ　　ｒ４＞Ｑ このような構成によれば、第８図の収差曲線より明らか
なように、高次の球面収差及びコマ収差の補正が良く、
開放時におけるフレアーが極めて小さい、また、表６に
示すザイデル係数から明らかなように、コマ収差の補正
が良く結像性能が良好である。

ところで、以上に述べた各実施例において、撮像デバイ
ス６４にユニット上で静電シールドを要するときは、ホ
ルダー１００にカーボンを含ませる。

この場合、ホルダー１００は、ポリカーボネート樹脂に
適量のガラスを混合し、更に、全体の１０〜２０％の割
合でカーボンを混入させてトランスファーモールドする
ことによって形成する。

このホルダーは、カメラ・ユニットを本体に取付ける際
本体のシャーシ１５０を介して固体ｔｉ像デバイス６４
のリード６１と共に交流的に接地する。

なお、ホルダー１００に混入させる材料としては、カー
ボンの他に銀粒子を使用しても良い。

なお、上述の各ビデオ・カメラ・ユニットは、全長及び
最大径をそれぞれ１５ｆｉ内外に小型に形成できる。ま
た、光学系では、広角、標準、望遠を可能とし、それぞ
れを例えば、焦点距離ｆ−４，８ｍ、　　ｆ　＝７．３
　ｍ、　　ｆ　＝１５．０ｆｌ、明るさＦ＝１１゜６〜
２．０、画角８０°〜９０°　（広角）、４５°〜５０
゜（標準）、２０°〜２５°　（望遠）等に構成できる
。

なお、撮像デバイス６４は、電気的に感度が可変として
おり、したがって、絞り或いはシャッタスピードを電気
的に調整できる機能を持たせており、ｉｔした固定式の
レンズにおいては極めて好都合である。

本発明の実施例によれば、超小型に、軽量に、簡潔に、
安価に構成でき、ドアスコープカメラ、各種のモニタカ
メラ、イメージスキャナー、ビデオカメラ、スチールカ
メラとして、或いは、リモートコントロールの模型飛行
機、玩具車輌等に搭載するカメラとして、便利であり、
特に、肉視ではのぞいて見られないようなところに使用
して威力を発揮する。

「発明の効果」 以上、本発明によれば、非球面レンズを使用したことに
より、レンズの枚数が節約でき、低価格化、小型化、軽
量化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるビデオ・カメラ・ユニットの断
面図、第２図は、その平面図である。 第３図は、第１図及び第５図に示すカメラ・ユニットで
使用されるレンズ部分を説明するための図である。第４
図はその特性図である。 第５図は、本発明の他の実施例を示す断面図であり、第
６図は、その平面図である。 第７図は、本発明の更に他の実施例を示す断面図であり
、第８図は、それに用いられるレンズの特性を示す図で
ある。 Ｌｌ　〜Ｌ４・・・プラスチックレンズト・・ホルダー
　　　　６・・・固体撮像デバイス６４・・・固体撮像
チップ　１４・・・支承環出願人　株式会社　エ　　コ
　　− 表１ 表２ Ａ４．Ａ≦、Ａ１．ＡＩ６し一μ棟頂剃冴Ｃゐる。 表３ 表４ 表５ 表６ 」− ゝト 歪曲収差　　　　　　　　　　　　　　非点収差Ｄ−Ｓ
Ａ、ＳＣ，Ｓ、Ａ。 球面収差、正ヌ杉１生　　　　　　　　　色収差１球面
収差。 ０−５Ａ、ＳＣ，Ｓ、Ａ。 球面収差、正弦条件　色収差、球面収差ロー０１ＳＴ、
　　　　　　　　　　　　　０−ＡＳＴ。 歪曲収差　　　　　　非占収差

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のプラスチックレンズを組み合わせ、その内の幾つ
   かのレンズを非球面に形成したことを特徴とするビデオ
   ・カメラ・ユニット。