JP2017198753A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤などの膨張、収縮に関わらず、精度よく位置固定可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】レンズを保持するレンズ枠と、前記レンズ枠を光軸方向に変位可能に支持し、前記光軸方向に対して垂直な第１端面を有するアタッチメントと、前記アタッチメントを支持し、前記アタッチメントを支持した状態において前記第１端面と当接する前記光軸方向に対して垂直な第２端面と、前記レンズ枠を支持するよう形成された開口部と、を有するセンサーホルダーと、前記レンズ枠と前記アタッチメントとに対して前記光軸方向と略水平な方向の付勢力を与える第１弾性部材と、前記センサーホルダーに対して前記アタッチメントを圧着させるよう付勢力を与える第２弾性部材と、を備える、撮像装置を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、精度よく位置調整及び位置固定を可能な撮像装置に関する。

車載カメラや監視カメラ等に用いられる撮像装置として、複数のレンズを配列して保持するレンズホルダー、撮像素子を実装したプリント配線基板（センサ基板）、レンズホルダーとプリント配線基板とを連結固定するベース部材等を備えたものがある。この撮像装置では、ベース部材の筒部（レンズホルダーを受容する部分）の中心軸と撮像素子の受光部の中心とが合致するようにベース部材にプリント配線基板を固定し、かつ、レンズを保持したレンズホルダーの雄ネジ部をベース部材の筒部の雌ネジ部に螺合して光軸方向のフォーカス調整を行う（特許文献１）。

特開２００５−２１５３６９号公報

上記の撮像装置においては、ベース部材（本発明のセンサーホルダーに対応）の筒部の中心軸（レンズの光軸）と撮像素子（受光センサ）の受光部の中心とを合致させるため、プリント配線基板を光軸に直角な方向に移動させて調芯した後にベース部材とプリント配線基板とを接着剤で固定する。しかしこのような固定では、ベース部材とプリント配線基板との間にある接着剤が周辺環境の変化によって膨張・収縮し、ベース部材とプリント配線基板との距離が変化してピントずれが生じることがある。そこで、部材を接着する接着剤などの膨張・収縮によるピントずれが生じにくい撮像装置が求められている。より好ましくは、部材を接着等するために用いられる接着剤（膨張・収縮によるピントずれの原因の１つ）の使用量をできるだけ抑制している撮像装置が求められている。

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
レンズを保持するレンズ枠（４）と、
前記レンズ枠を光軸方向に変位可能に支持し、前記光軸方向に対して垂直な第１端面（Ｃ）を有するアタッチメント（６）と、
前記アタッチメントを支持し、前記アタッチメントを支持した状態において前記第１端面と当接する前記光軸方向に対して垂直な第２端面（Ｃ）と、前記レンズ枠を支持するよう形成された開口部と、を有するセンサーホルダー（２）と、
前記レンズ枠と前記アタッチメントとに対して前記光軸方向と略水平な方向の付勢力を与える第１弾性部材（５）と、
前記センサーホルダーに対して前記アタッチメントを圧着させるよう付勢力を与える第２弾性部材（３）と、を備える、
撮像装置である。

上記構成の撮像装置では、レンズがレンズ枠に保持され、レンズ枠はアタッチメントに支持されつつ、さらにアタッチメントを介してセンサーホルダーに支持されている。アタッチメントにより支持されたレンズ枠は、光軸方向（例えばＺ方向）に相対的に移動することで位置調整され、さらにアタッチメントの第１端面と、センサーホルダーの第２端面とが当接する平面（例えばＸＹ平面となるＣの位置）で位置調整される。これによって、レンズは光軸方向（例えばＺ方向）及び第１端面と第２端面との当接平面（例えばＸＹ平面）で位置調整される。このように、レンズは接着剤のみによって位置固定されるわけではなく、当接面などにより位置固定されることとなるため、接着剤の膨張・収縮により位置がずれることを抑制することが可能となる。これにより、温度や湿度が変化して接着剤が膨張・収縮等した場合でも、レンズの位置（光軸）のずれを抑制可能な撮像装置を構成することができる。また、第１弾性部材により、レンズ枠とアタッチメントの相対位置を強固に固定する構成とすることができる。また、第２弾性部材により、センサーホルダーに対してアタッチメントをずれなく固定する構成とすることができる。さらに、第１弾性部材と第２弾性部材とで、レンズ枠のずれを防止する機能と、アタッチメントを押さえる機能とを分けているため、レンズ枠とアタッチメントとのそれぞれの位置を強固に保持可能となる。さらに、このことにより、部材を接着等するために用いられる接着剤（膨張・収縮によるピントずれの原因の１つ）の使用量をできるだけ抑制している撮像装置を提供できる可能性もある。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記センサーホルダーに対して固定支持され、前記レンズからの入射光を受光するセンサを有するセンサ基板（１）をさらに備える。

上記の撮像装置によれば、レンズからセンサに対して照射される入射光が、温度や湿度などでずれることを防止可能な構成とすることができる。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記レンズ枠と前記アタッチメントとは、前記光軸方向に相対的に変位可能となるようねじ結合されている。

上記の撮像装置によれば、レンズ枠とアタッチメントとがねじ結合（螺合）されるため、接着剤のみで位置固定するよりも精度よく相対位置を固定することが可能となる。

上記撮像装置において、好ましくは、
前記アタッチメントと前記センサーホルダーとの間には、前記光軸方向に垂直な方向に所定の隙間が形成されている。

上記の撮像装置によれば、アタッチメントとセンサーホルダーとを、接着剤等による補強固定前に、光軸方向に垂直な方向（例えばＸＹ平面）に位置調整可能な構成とすることができる。

撮像装置の分解斜視図。 撮像装置を被写体側から見た平面図。 撮像装置のＬ−Ｌの位置における断面図。 撮像装置の断面図におけるアタッチメント周辺の拡大図。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
２．補足事項

＜１．実施形態＞
本実施形態の撮像装置は、光軸に対して垂直な面（ＸＹ平面とも呼ぶ）に位置調整し、光軸方向（Ｚ方向）にピント調整（位置調整）することが可能な構成であって、端面同士の当接とねじ結合とにより位置固定しつつ、接着剤等を補助的に利用することで、レンズ位置を精度よく固定可能な構成としている点を特徴としている。以下、本実施形態の撮像装置の構成について具体的に説明する。

図１は、本実施形態の撮像装置を前面側（被写体側）から見た分解斜視図である。図２は、本実施形態の撮像装置を前面側（被写体側）から見た平面図である。図３は、図２のＬ−Ｌの断面位置における側面図である。図４は、図３のアタッチメント６の近傍の拡大図である。

図１〜図３（特に図１）に示されるように、本実施形態の撮像装置は、センサ基板１、センサーホルダー２、板ばね３、レンズ枠４、圧縮ばね５、及びアタッチメント６などを含んで構成される。センサ基板１にはセンサ１１、発熱部材１２及びその他の電子部品が搭載されている。図１に示されるように、センサ基板１は、ねじ１４ａ〜１４ｃなどによってセンサーホルダー２と連結され、センサ基板１とセンサーホルダー２との間に、レンズ枠４、圧縮ばね５、及びアタッチメント６が配置される。センサーホルダー２は、ねじ３１ａ〜３１ｄなどによって、板ばね３を介して、アタッチメント６と連結されている。

センサーホルダー２にはアタッチメント６が図４のＣの位置で当接しており、板ばね３や接着剤が塗られる前の組み立て前状態において、アタッチメント６は光軸方向と垂直な方向（ＸＹ方向）に移動可能となっている。アタッチメント６は、図４のＢの位置での当接と、Ａの位置でのねじ結合によりレンズ枠４を支持している。組み立て前状態において、レンズ枠４は、ねじ結合部分（Ａ）における回転により、アタッチメント６に対して光軸方向（Ｚ方向）に移動可能となっている。このように、組み立て前状態においてレンズ枠４をＸＹＺ空間で位置調整させて、適切な位置で接着剤を用いて組み立て固定される。なお、本発明の特徴部分ではないため説明は省略しているが、本実施形態の撮像装置は、従来技術と同様に、絞り機構やシャッタ機構などの撮像装置に必要な構成を備えている。

＜センサ基板１＞
センサ基板１は、センサ１１、発熱部材１２、及びその他の電子部品を搭載された基板であって、樹脂等により形成される。センサ１１は、例えばＣＭＯＳやＣＣＤなどの撮像素子であって、被写体からレンズを透過して入ってきた入射光を受光し、この光を電気信号に変換し（光電変換し）、半導体装置などの制御部に出力する。センサ１１の中央部分は光軸になるよう調整される。なお、センサ１１は、カバーガラスなどの他部材を含んでもよく、この場合であってもセンサと呼ぶ。センサ基板１は、ねじ１４ａ〜１４ｃなどによってセンサーホルダー２と連結固定される。

発熱部材１２は、例えばセンサ１１から出力された撮像信号を処理するＩＳＰ（Ｉｍａｇｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの画像処理装置であって、例えばＤＳＰやＡＳＩＣなどの半導体装置である。従来のセンサでは、ＩＳＰはセンサと一体的に構成されたものが一般的であったが、放熱の必要性などから近年はセンサとは別の構成とされることが多くなってきている。このようなＩＳＰでは、処理負荷の高い画像処理を行うため、センサ基板１に搭載された電子部品の中で特に発熱性が高くなっている。なお、この発熱部材１２は必ずしもＩＳＰである必要はなく、放熱の必要性の高い素子を選択する。また、発熱部材１２は必ずしも１つの部材に限定されるものではなく、複数の部材を対象としてもよい。

発熱部材１２はセンサ基板１に半田等で固定されており、その上（被写体側）には放熱緩衝材１３が搭載されている（図４参照）。放熱緩衝材１３は、高い熱伝導性と弾性とを有する素材で、例えば略矩形の板状に形成されており、その一面は発熱部材に接し、他面はベース部材３に弾性的に密着している。放熱緩衝材１３の両面は、発熱部材１２の前面を覆うような面積及び形状で形成されている。放熱緩衝材１３は、一般的な放熱シートまたは放熱グリスなどが用いられる。

＜センサーホルダー２＞
センサーホルダー２は、中央部に円形の開口部を有しており、この開口部にレンズ枠４、圧縮ばね５、及びアタッチメント６を支持しながら収容する。センサーホルダー２は、ねじ１４ａ〜１４ｃなどでセンサ基板１と連結されている。開口部にはレンズ枠４により支持されたレンズが位置することとなり、この開口部は入射光が通過する開口となる。センサーホルダー２の前面側（被写体側）は端面２ａと、この端面２ａからセンサ１１側に一段下がった位置の端面２ｂが形成されている。この端面２ｂは、光軸に対して垂直な平面（ＸＹ平面）に平坦に形成されており、後述のアタッチメント６とＣの位置（図４参照）で当接している。端面２ｂは、組み立て時には接着剤が塗布されて固定される。端面
２ｂは、本発明の第２端面の一例である。

また、センサーホルダー２は、アルミニウムなどの高い熱伝導性と剛性とを有する金属素材で形成されている。センサーホルダー２のセンサ基板１と対向する面の一部は、放熱緩衝材１３と接触している。センサーホルダー２の被写体側の面には、図１〜図３に示されるように凹凸２１が形成されている。この凹凸２１の底部２１aを基準に考えると、この凹凸２１によりリブ形状が形成されるということもできる。本実施形態では、このように凹凸が形成されつつ、補強のための壁に類似した形状を有する構造をリブ形状と呼んでいる。このような凹凸２１によるリブ形状が形成されることで、リブ形状が形成されない見かけ表面積に対して、外気に接する表面積が広くなっている。特に放熱の必要性の高い、発熱部材１２の表面領域（発熱部材１２が放熱緩衝材１３を介してセンサーホルダー２に接触する領域、及びその近傍領域）に対応する部分では、表面積が見かけ表面積の２〜３倍になるように、リブ形状が形成されている。センサーホルダー２にリブ形状が形成されることで、外気と接する表面積が広くなるとともに、必要となる素材の量が減少しつつも、必要な強度が確保されている。

なお、「発熱部材の表面領域」とは、（１）発熱部材１２が（場合により、放熱緩衝材１３を介して）ベース部材３に接触する領域、又は（２）発熱部材１２が（場合により、放熱緩衝材１３を介して）ベース部材３に接触する領域及びその接触する領域の近傍領域、をいう。

このように、本実施形態の撮像装置では、センサ基板１に搭載された発熱部材１２の上に放熱緩衝材１３を配置してセンサーホルダー２に接触させ、発熱部材１２の熱を、放熱緩衝材１３を介してセンサーホルダー２に伝導させて、広い表面積を有するセンサーホルダー２から放熱する構成としている。これによって、発熱部材１２から発せられた熱を、効率的に放熱することができる。また、センサーホルダー２に形成されたリブ形状が放熱フィンのように機能し、効率的に放熱を行うことが可能となる。さらに、センサーホルダー２にリブ形状が形成されることで、撮像装置の小型軽量化が可能になるとともに、センサーホルダー２の成形時間を短くし、材料費を削減することなどが可能となる。

また、センサーホルダー２に形成された凹凸２１によるリブ形状は、リブ形状が形成されていないときの見かけ表面積に対して２〜３倍の表面積を有している。これによって、より効果的に発熱部材１２の熱を放熱することが可能となっている。

＜板ばね３＞
板ばね３は、中央部に円形の開口部が形成され、金属で形成された板ばねであって、センサーホルダー２の前面側にねじ３１ａ〜３１ｄにより四隅を固定されることで、アタッチメント６を弾性的にセンサーホルダー２に圧接させるようセンサ方向への付勢力を与える。板ばね３は、本発明の第２弾性部材の一例である。

＜レンズ枠４＞
レンズ枠４は、一または複数（一般的には複数）のレンズを支持するよう円筒状に形成されており、アタッチメント６と、図４のＡの位置でのねじ結合（螺合）により連結されている。より具体的には、図４の断面図に示されるように、レンズ枠４に形成されたねじ山は、アタッチメント６のねじ山とねじ結合している。また、レンズ枠４とアタッチメント６とはＢの位置で当接している。なお、レンズ枠４とアタッチメント６とは、この当接位置（Ｂ）で完全に当接している必要はなく、やや離間していてもよく、組み立てられた状態では当接位置（Ｂ）に接着剤が塗られることで、ねじ結合による固定を補助している。

＜圧縮ばね５＞
圧縮ばね５は、金属等で形成されたコイルばねである。図３及び図４（特に図４）に示されるように、圧縮ばね５は、センサーホルダー２及びアタッチメント６より内側（光軸側）であって、レンズ枠４より外側に配置されており、その被写体側の一端はアタッチメント６に当接し、そのセンサ側の一端はレンズ枠４に当接している。このように配置されることで、圧縮ばね５は、アタッチメント６に対して被写体側に向かって付勢力を与え、レンズ枠４に対してセンサ側に向かって付勢力を与える。この圧縮ばね５の付勢力によって、レンズ枠４のがたつき（位置ずれ）を抑制している。圧縮ばね５は、本発明の第１弾性部材の一例である。

＜アタッチメント６＞
アタッチメント６は、円筒状に形成されており、センサーホルダー２とレンズ枠４との間に配置される。アタッチメント６は、その円筒部分から外側（光軸とは反対の側）突出する大径部を有しており、この大径部のセンサ側の面はセンサーホルダー２の端面２ｂと図４のＣの位置で当接している。この面は、光軸に対して垂直な平面（ＸＹ平面）に平坦に形成されており、本発明の第２端面の一例である。アタッチメント６の大径部におけるこの面（第２端面）と反対側の面は、板ばね３と当接し、板ばね３によりセンサ方向に付勢されている。また、アタッチメント６の内径側には、図４のＡの位置にねじ山が形成されており、レンズ枠４のねじ山と螺合により結合するよう構成されている。さらに、アタッチメント６の内径側には、図４のＢの位置に当接面が形成されており、レンズ枠４の外周面と当接している。この当接面には、組み立て時に接着剤が塗布されて固定される。

撮像装置が組み立てられる際には、センサーホルダー２に対して、センサ基板１、レンズ枠４、圧縮ばね５、及びアタッチメント６が組み込まれ、板ばね３がねじ３１ａ〜３１ｄにより取り付けられる。このとき、アタッチメント６はレンズ枠４とねじ山（Ａ）によりねじ結合され、レンズ枠４を回転させることで光軸方向（Ｚ方向）に移動する。また、アタッチメント６は、センサーホルダー２に対して光軸に対して垂直な方向（ＸＹ方向）にある程度自由に移動可能である。この状態で、アタッチメント６をＸＹ方向に移動させて光軸に対してセンサ１１及びレンズ枠４のレンズの位置を調整し、さらにレンズ枠４を回転させることでＺ方向の位置を調整する。ＸＹ方向の位置が確定すると、センサーホルダー２とアタッチメント６との当接面Ｃには接着剤が塗られる。また、Ｚ方向の位置が確定すると、レンズ枠４とアタッチメント６との当接部分（Ｂ）には接着剤が塗られる。

このように、本実施形態の撮像装置では、レンズがレンズ枠４に支持され、レンズ枠４はアタッチメント６に支持されつつ、さらにアタッチメント６を介してセンサーホルダー２に支持されている。アタッチメント６により支持されたレンズ枠４は、光軸方向（例えばＺ方向）に相対的に移動することで位置調整され、さらにセンサーホルダー２とアタッチメント６との当接面（図４のＣの位置、例えばＸＹ平面）で位置調整される。これによって、レンズは、光軸方向（例えばＺ方向）及び上記当接面（例えばＸＹ平面）で位置調整される。このように、レンズが接着剤のみによって位置固定されるわけではなく、当接面とねじ固定とによって位置固定されることとなるため、接着剤の膨張、収縮により位置がずれることを抑制することが可能となる。これにより、温度や湿度により接着剤が多少変位などしたような場合でも、精度よくレンズの位置（光軸）のずれを抑制可能な撮像装置を構成することができる。また、圧縮ばね５により、レンズ枠４とアタッチメント６との相対位置を強固に固定する構成とすることができる。また、板ばね３により、センサーホルダー２に対してアタッチメント６をずれなく固定する構成とすることができる。さらに、圧縮ばね５と板ばね３とで、レンズ枠のずれを防止する機能と、アタッチメントを押さえる機能とを分けているため、レンズ枠とアタッチメントとのそれぞれの位置を強固に保持可能となる。さらに、このことにより、部材を接着等するために用いられる接着剤（膨張・収縮によるピントずれの原因の１つ）の使用量をできるだけ抑制している撮像装置を提供できる可能性もある。

また、レンズ枠４のがたつきの抑制を圧縮ばね５により行っているため、Ｚ方向の位置調整時に、より長いストロークでの調整に対応可能な構成とすることができる。

＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

例えば、上記実施形態では、アタッチメント６とレンズ枠４とは、ねじ結合（螺合）により連結されていたが、光軸方向に相対的に移動可能な別の方法により連結されていてもよい。

本発明における「光軸方向に対して垂直」という場合の「垂直」については、理想的には９０°であるが、所望の位置調整等が達成可能であればよいという観点で、「垂直」の角度の許容範囲の下限は、好ましくは８８°、より好ましくは８９°、許容範囲の上限は、好ましくは９２°、より好ましくは９１°である。

本発明における「光軸方向と略水平」という場合の「略水平」であるが、水平（光軸に対して０°）であることが理想であるが、所望の位置調整と位置固定のための付勢等とを達成可能であればよいという観点で、「略水平」の許容範囲は、好ましくは光軸に対して傾きが１０°以内、より好ましくは光軸に対して傾きが５°以内、である。

本発明は、特に高精度の位置調整が必要となる車載用の撮像装置などとして効果的に利用される。

１…センサ基板
１１…センサ
１２…発熱部材
１３…放熱緩衝材
１４ａ〜１４ｃ…ねじ
２…センサーホルダー
３…ベース部材
３１ａ〜３１ｄ…ねじ
４…レンズ枠
５…圧縮ばね
６…アタッチメント

Claims (4)

1. レンズを保持するレンズ枠と、
   前記レンズ枠を光軸方向に変位可能に支持し、前記光軸方向に対して垂直な第１端面を有するアタッチメントと、
   前記アタッチメントを支持し、前記アタッチメントを支持した状態において前記第１端面と当接する前記光軸方向に対して垂直な第２端面と、前記レンズ枠を支持するよう形成された開口部と、を有するセンサーホルダーと、
   前記レンズ枠と前記アタッチメントとに対して前記光軸方向と略水平な方向の付勢力を与える第１弾性部材と、
   前記センサーホルダーに対して前記アタッチメントを圧着させるよう付勢力を与える第２弾性部材と、を備える、
   撮像装置。
2. 前記センサーホルダーに対して固定支持され、前記レンズからの入射光を受光するセンサを有するセンサ基板をさらに備える、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記レンズ枠と前記アタッチメントとは、前記光軸方向に相対的に変位可能となるようねじ結合されている、
   請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記アタッチメントと前記センサーホルダーとの間には、前記光軸方向に垂直な方向に所定の隙間が形成されている、
   請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。

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