JP5601081B2 - 撮像素子ユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子ユニットおよび撮像装置に関する。

プレート状の支持部材が撮像素子を含む撮像素子パッケージを支持し、撮像装置の構造体が支持部材を支持することによって、間接的に撮像素子の位置決めが行われる撮像素子の保持構造が知られている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００５−６５０１５号公報

撮像素子は被写体光束に対して厳密に位置調整された上でその位置を維持することが要請されており、したがって、撮像素子を支持する支持部材は高い剛性を備えるべく一定の厚さを有している。撮像素子パッケージは、撮像素子の信号を外部の回路に出力するリードフレーム、撮像素子を密封する保護ガラスなどの要素を含み、やはり一定の厚さを有している。これまで行われてきたように支持部材と撮像素子パッケージを単に積層して一体化すると、全体としての撮像素子ユニットの厚さが増大し、ひいてはこれを利用する撮像装置全体の厚さを増大させてしまっていた。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様における撮像素子ユニットは、光学像を光電変換する撮像素子を内部に有し、かつ、外周部に段差部が設けられた撮像素子パッケージと、撮像素子パッケージを支持する支持部材とを備え、支持部材は、撮像素子の受光面に垂直な段差部の垂直面との間に間隙を有しつつ受光面に平行な段差部の平行面と接し、間隙に接着剤が充填されて撮像素子パッケージを支持する。

上記課題を解決するために、本発明の第２の態様における撮像装置は、上記の撮像素子ユニットを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係るカメラを構成する主要構造物の分解斜視図である。 ボックス部に撮像素子ユニットを組み付ける様子を示す分解斜視図である。 ボックス部と撮像素子ユニットが一体となった様子を示す斜視図である。 撮像素子ユニットの分解斜視図である。 撮像素子ユニットの断面図である。 撮像素子ユニットの要部拡大図である。 撮像素子ユニットの正面図である。 他の実施例としての撮像素子ユニットの要部拡大図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る撮像装置としてのカメラ１０を構成する主要構造物の分解斜視図である。カメラ１０は、本体部２０に対して、外装部材が組み付けられて形成される。外装部材は、主に前面外装部材１１、上面外装部材１２および背面外装部材１３から構成され、図示するように、それぞれの方向から本体部２０へ組み付けられる。

本体部２０は、カメラ１０全体の骨格構造体としてのフレーム部３０と、ボックス状の支持体であるボックス部４０が組み合わされて形成されている。ボックス部４０は、交換レンズが透過する被写体光束を後述する撮像素子へ導く光路を形成し、その内面は、反射等による迷光を防止すべく、反射防止剤の塗装、植毛紙の貼付などの反射防止対策が施されている。ボックス部４０自体は、例えばエンジニアリングプラスチックにより樹脂成形される。

カメラ１０はレンズ交換式カメラであり、ボックス部４０には、交換レンズを装着するカメラマウント４１が固定されている。カメラマウント４１は、例えば、いわゆるバヨネット方式を採用する。カメラマウント４１のマウント面は、フランジバックの基準面としての役割を担う。交換レンズがマウント面に接してバヨネットによりカメラマウント４１に装着されると、交換レンズからボックス部４０の内部を通過して撮像素子に至る被写体光束の光路が完成する。

ボックス部４０には、カメラマウント４１が固定される他に、ミラー部４２、ペンタプリズム４３およびファインダ部４４も取り付けられている。ミラー部４２は、ボックス部４０に揺動自在に軸支されており、交換レンズを透過した被写体光束中に斜設される状態と、被写体光束から退避する状態を取り得る。ミラー部４２は、被写体光束を斜設状態においてファインダ部４４へ導き、退避状態において撮像素子へ導く。

なお、本実施形態におけるカメラ１０は光学ファインダを備える一眼レフ形態を採用するが、光学ファインダを備えないレンズ交換式カメラであっても良い。その場合、ミラー部４２、ペンタプリズム４３およびファインダ部４４が省略される。

図２は、ボックス部４０に撮像素子ユニット５０を組み付ける様子を示す分解斜視図である。また、図３は、ボックス部４０と撮像素子ユニット５０が一体となった様子を示す斜視図である。なお、これらの図においては、上述のミラー部４２、ペンタプリズム４３およびファインダ部４４を省略して示す。

撮像素子ユニット５０は、ボックス部４０の背面側に設けられた開口部に撮像素子の受光面が面するように、図３の矢印方向に沿ってボックス部４０に固定される。撮像素子ユニット５０に対する固定作業においては、受光面が撮影光軸に対して面倒れおよび偏心が無いように、６軸調整が施される。つまり、撮像素子ユニット５０は、ユニットを構成する後述の各要素が組み付けられてユニット化された後に、ユニットとして６軸調整を受けつつボックス部４０へ固定される。

図４は、撮像素子ユニット５０の分解斜視図である。撮像素子ユニット５０は、ボックス部４０に固定されたときにマウント側から、押圧枠押圧枠１１０、ＬＰＦホルダ１３０、センサホルダ１５０、撮像素子パッケージ１７０およびセンサ基板１９０となるように配列されてユニット化される。

ＬＰＦホルダ１３０は、光学ローパスフィルタ１４０を保持する保持枠である。光学ローパスフィルタ１４０は、被写体像の空間周波数を抑制する光学フィルタである。ＬＰＦホルダ１３０は、光学ローパスフィルタ１４０を保持した状態でセンサホルダ１５０のマウント側である表面側に載置される。押圧枠１１０は、プレス加工により成形された薄板金属であり、ＬＰＦホルダ１３０を挟んでセンサホルダ１５０に対して位置決めされたときに、ＬＰＦホルダ１３０をマウント側からセンサホルダ１５０の表面へ向かって付勢する付勢力を発揮する。

撮像素子パッケージ１７０は、センサ基板１９０に対して電気的に接続された状態でセンサ基板１９０と一体的に、センサホルダ１５０の裏面側からセンサホルダ１５０へ固定される。つまり、センサホルダ１５０は、撮像素子パッケージ１７０を支持する支持部材としての機能を担う。したがって、センサホルダ１５０は、支持部材として高い剛性を備える。センサホルダ１５０は、例えば、プレス機により打ち抜き加工等を施された金属板として成形される。金属板としては、ステンレス鋼などが用いられる。センサホルダ１５０と撮像素子パッケージ１７０の具体的な構成については後述する。このように、センサホルダ１５０をベースとして各々の要素が組み付けられ、全体として撮像素子ユニット５０が形成される。

図５は、撮像素子ユニット５０の断面図である。以下においては、センサホルダ１５０に対する撮像素子パッケージ１７０の取り付け構造について説明する。したがって、以下の説明および図面においては、上述の押圧枠１１０、ＬＰＦホルダ１３０、光学ローパスフィルタ１４０およびセンサホルダ１５０を省略する。

撮像素子パッケージ１７０は、保護ガラス１７１によって内部空間が密封されており、密封された内部空間には、撮像素子１７２が配設されている。撮像素子１７２は、例えばＣＭＯＳセンサであり、保護ガラス１７１を透過して受光面１７３で結像する被写体光学像を電気信号に変換する。変換された電気信号は、リードフレーム１７８を介してセンサ基板１９０の電気回路に伝達される。なお、保護ガラス１７１は、赤外光をカットするＩＲフィルタなどの機能性を備えても良い。

撮像素子パッケージ１７０は、例えばセラミックにより成形されている。そして、撮像素子パッケージ１７０の表面側における外周部には、段差部１７４が設けられている。つまり、保護ガラス１７１を受ける面に対して一段低い面が、外周に沿って形成されている。

センサホルダ１５０は、被写体光束を撮像素子１７２へ導く開口部１５１を有する。撮像素子パッケージ１７０は、段差部１７４においてセンサホルダ１５０の開口部１５１の周囲と接して固定される。固定に関する具体的な構造については後述する。

段差部１７４を利用してセンサホルダ１５０が撮像素子パッケージ１７０を支持すると、図示すように、センサホルダ１５０の厚さは、撮像素子パッケージ１７０の厚さに収まる。すなわち、撮像素子パッケージ１７０の厚さに対して、センサホルダ１５０が突出しないように段差部１７４の高さが設定されている。このように段差部１７４の高さを設定することにより、撮像素子ユニット５０の全体の厚さを低減することができ、ひいては、これを利用するカメラ１０全体の厚さを低減させることにも寄与する。また、開口部１５１の端面が保護ガラス１７１に対して突出することがないので、開口部１５１の端面で反射した迷光が受光面１７３に入射しにくいという効果も期待できる。

特に、図示するように、撮像素子パッケージ１７０を、受光面１７３側に設けられた段差部１７４でセンサホルダ１５０と接するように構成すると、保護ガラス１７１の表面とセンサホルダ１５０の表面をほぼ同一面上に配置することができる。このように配置すると、製造工程において組み立てが容易となる。

図６は、撮像素子ユニット５０の要部拡大図である。図示するように、段差部１７４は、受光面１７３に対して垂直な垂直面１７５と、平行な平行面としての突き当て面１７６とを含むように形成されている。

突き当て面１７６は、周辺面１７７よりも若干隆起して形成されており、外周部において連続する周辺面１７７に３箇所設けられている。突き当て面１７６は、研磨面として高い面精度をもって加工されており、センサホルダ１５０の開口部１５１に隣接する裏面領域でセンサホルダ１５０と接触する。なお、突き当て面１７６は、センサホルダ１５０の開口部１５１が直上に位置せず、突き当て面１７６の周囲が開口部１５１から離間するように配置される。すなわち、開口部１５１の稜線は、周辺面１７７と対向している。

開口部１５１は、段差部１７４の垂直面１７５と間隙をもって対向している。そして、この間隙に接着剤１６０が充填されて、センサホルダ１５０と撮像素子パッケージ１７０が互いに固定される。なお、開口部１５１と垂直面１７５には、接着面積を増大させるべく、粗面加工が施されている。打ち抜き加工によって成形される開口部１５１は、表面仕上げを施すことなく、打ち抜きによって形成された粗面をそのまま用いても良い。

接着剤１６０は、例えばエポキシ系の硬質硬化接着剤が用いられる。特に、硬化したときに中心部に向かって体積が減少する硬化収縮性を備える接着剤が好ましい。硬化収縮性を備える接着剤を利用することにより、センサホルダ１５０と撮像素子パッケージ１７０が互いに引き合う力を生じさせ、密着性を高めることができる。

また、突き当て面１７６の周囲が開口部１５１から離間するように配置されており、開口部１５１の稜線と周辺面１７７の間には空間が存在する。この空間は、充填された接着剤１６０が回り込んだときに接着剤溜めの役割を担う。したがって、突き当て面１７６とセンサホルダ１５０の裏面領域との間に接着剤１６０が進入することを防止して、センサホルダ１５０と撮像素子パッケージ１７０の位置精度を保つことができる。

図７は、撮像素子ユニット５０の正面図である。この図においても、押圧枠１１０、ＬＰＦホルダ１３０、光学ローパスフィルタ１４０およびセンサホルダ１５０を省略している。

上述のように、撮像素子１７２の受光面１７３に垂直な光軸方向に対しては、周辺面１７７に対して隆起して設けられた突き当て面１７６がセンサホルダ１５０の裏面と接して、センサホルダ１５０と撮像素子パッケージ１７０が互いに位置決めされる。接着剤１６０は、開口部１５１と垂直面１７５の間隙において、少なくとも３箇所で充填される。特に、硬化収縮性を備える接着剤を利用する場合は、突き当て面１７６とセンサホルダ１５０の裏面との接触性を高めるべく、突き当て面１７６に隣接する間隙を含むように接着剤１６０を充填することが好ましい。

撮像素子１７２の受光面１７３に平行な面方向に対しては、垂直面１７５が開口部１５１に設けられた接触部１５２と接して、センサホルダ１５０と撮像素子パッケージ１７０が互いに位置決めされる。接触部１５２は、開口部１５１から開口中心に向かって隆起した突き当て部として成形されており、開口部１５１周りに３箇所設けられている。接着剤１６０が充填される間隙に面する開口部１５１は粗面加工が施されているが、垂直面１７５と接する接触部１５２の接触面は、研磨されて高い面精度を有する。同様に、接触部１５２と接する垂直面１７５の領域も研磨されて高い面精度を有する。

すなわち、光軸方向に対しては、突き当て面１７６をセンサホルダ１５０の裏面に突き当て、光軸に垂直な方向に対しては、段差部１７４の垂直面１７５をセンサホルダ１５０の接触部１５２に突き当てて、センサホルダ１５０と撮像素子パッケージ１７０を互いに位置決めする。そして、対向する垂直面１７５と開口部１５１の間に生じた間隙に接着剤１６０を充填することにより、互いを固定する。

なお、突き当て面１７６は撮像素子パッケージ１７０の周辺面１７７から隆起させて形成し、接触部１５２は開口部１５１から開口中心に向かって隆起させて形成したが、もちろん対向する面側を隆起させて形成しても構わない。また、両側から隆起させても良い。

図８は、他の実施例としての撮像素子ユニット５０の要部拡大図である。この図においても、押圧枠１１０、ＬＰＦホルダ１３０、光学ローパスフィルタ１４０およびセンサホルダ１５０を省略している。

図６を用いて説明した上述の構造と異なるのは、段差部１８４を撮像素子パッケージ１７０の裏面側に設けた点である。この場合、受光面１７３と平行な突き当て面１８６は、センサホルダ１５０の開口部１５１に隣接する表面領域でセンサホルダ１５０と接触する。

開口部１５１は、段差部１８４の垂直面１８５と間隙をもって対向している。そして、この間隙に接着剤１６０が充填されて、センサホルダ１５０と撮像素子パッケージ１７０が互いに固定される。

このような構成においても、撮像素子ユニット５０の全体の厚さを低減することができ、ひいては、これを利用するカメラ１０全体の厚さを低減させることにも寄与する。また、開口部１５１で被写体光束が反射する恐れが無いので、迷光対策としても有効である。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ カメラ、１１ 前面外装部材、１２ 上面外装部材、１３ 背面外装部材、２０ 本体部、３０ フレーム部、４０ ボックス部、４１ カメラマウント、４２ ミラー部、４３ ペンタプリズム、４４ ファインダ部、５０ 撮像素子ユニット、１１０ 押圧枠、１３０ ＬＰＦホルダ、１４０ 光学ローパスフィルタ、１５０ センサホルダ、１５１ 開口部、１５２ 接触部、１６０ 接着剤、１７０ 撮像素子パッケージ、１７１ 保護ガラス、１７２ 撮像素子、１７３ 受光面、１７４ 段差部、１７５ 垂直面、１７６ 突き当て面、１７７ 周辺面、１７８ リードフレーム、１８４ 段差部、１８５ 垂直面、１８６ 突き当て面、１９０ センサ基板

Claims (9)

1. 光学像を光電変換する撮像素子を内部に設置するための第１段差部と、前記撮像素子の受光面側の外周部に前記第１段差部とは異なる第２段差部とが設けられた撮像素子パッケージと、
   前記撮像素子パッケージを支持する支持部材と
   を備え、
   前記支持部材は、前記撮像素子の受光面に垂直な前記第２段差部の垂直面との間に間隙を有しつつ前記受光面に平行な前記第２段差部の平行面と接し、前記間隙に接着剤が充填されて前記撮像素子パッケージを支持する撮像素子ユニット。
2. 前記撮像素子パッケージは前記撮像素子の受光面側に透過部材を有し、
   前記支持部材が前記平行面と接したときに、前記支持部材の表面と前記透過部材の表面は同一面上に位置する請求項１に記載の撮像素子ユニット。
3. 前記平行面は、突き当て面として周囲より隆起して設けられ、かつ、前記支持部材の端部から離間して前記支持部材と接する位置に設けられた請求項１または２に記載の撮像素子ユニット。
4. 前記垂直面および前記垂直面に対向する前記支持部材の端面の少なくとも一方の一部に、突き当て部として互いに接触する接触部が設けられた請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像素子ユニット。
5. 前記接着剤は、前記間隙において少なくとも３箇所に充填される請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像素子ユニット。
6. 前記支持部材は、プレス加工された金属板である請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像素子ユニット。
7. 前記垂直面および前記垂直面に対向する前記支持部材の端面の少なくとも一方は、粗面加工されている請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像素子ユニット。
8. 前記支持部材が前記撮像素子パッケージを支持したときの前記支持部材の厚さは、前記撮像素子パッケージの厚さに収まる請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像素子ユニット。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像素子ユニットを備えた撮像装置。

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