JP4225860B2

JP4225860B2 - デジタルカメラ

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Publication number: JP4225860B2
Application number: JP2003281567A
Authority: JP
Inventors: 裕一黒澤
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: GB2404810B; US20050024529A1; JP2005051518A; GB0416948D0; US7663694B2; FR2858427A1; DE102004036624A1; GB2404810A

Description

本発明はＣＣＤ等の撮像素子を備えるデジタルカメラに関し、特に撮像素子をカメラボディ内に内装するための撮像素子の取付構造を改善したデジタルカメラに関するものである。

デジタルカメラの撮像素子としてＣＣＤが利用されているが、通常この種のＣＣＤはＣＣＤパッケージとして提供されており、このＣＣＤパッケージをカメラボディ内に組み付ける構成が取られている。ＣＣＤパッケージはパッケージベースにＣＣＤチップが接着剤やろう材等によりマウントされるとともに、パッケージベースに設けられた外部リードにＣＣＤチップが電気接続されている。また、パッケージベースの前面には保護ガラスが取着され、ＣＣＤチップをパッケージベース内に封止している。このように構成されたＣＣＤパッケージは、デジタルカメラのカメラボディの背面側において撮像光学系による被写体の結像位置に組み付けられる。この組み付けに際しては通常ではＣＣＤの前面に配置するローパスフィルタ等と共に当該ＣＣＤパッケージを基準板に搭載してＣＣＤブロックを構成し、このＣＣＤブロックをカメラボディに組み付けることが行われている。また、この組み付けに際しては、ＣＣＤチップの受光面（撮像面）が撮影光学系で結像される被写体像の結像面、通常では撮影光学系の焦点位置において光軸に対して垂直に向けられる。

従来のこの種のＣＣＤブロックでは、ＣＣＤパッケージを基準板に搭載する際には、ＣＣＤパッケージのパッケージベースの背面を基準板の取付面である前面に接着剤で接着してＣＣＤブロックを構成し、このＣＣＤブロックの基準板をカメラボディの所要位置に固定支持させることで、撮影光学系の光軸に対して基準板を垂直に取り付けることができ、ＣＣＤチップの撮像面を光軸上の焦点位置に対して垂直に設定し、かつ焦点位置を設定することが可能になる。

しかしながら、従来から提供されているＣＣＤパッケージは、パッケージベースにＣＣＤチップをマウントするための接着剤やろう材が均一な厚さに塗布されていないことが多く、ＣＣＤチップの撮像面がパッケージベースと平行な状態で接着されていないものが提供されている。そのため、このようなＣＣＤパッケージをＣＣＤブロックの基準板に接着したとしても、ＣＣＤチップの撮像面が基準板と平行なＣＣＤブロックを構成することができなくなり、結果として当該ＣＣＤブロックをカメラボディに組み付けたときにＣＣＤチップの撮像面を撮影光学系の光軸に対して垂直な方向に向けることができず、焦点面に対して傾いた状態になる。また、焦点位置も合っていない。

ＣＣＤパッケージとしてＣＣＤチップの撮像面の対角寸法が１／２インチ以下のいわゆる小型ＣＣＤを用いているデジタルカメラでは、ＣＣＤチップの対角寸法に対応して撮像レンズの口径寸法は小さく、撮像面における光軸に対する撮像角度が小さいのに対し、ＣＣＤチップの撮像面の対角寸法が４／３インチ以上の大型ＣＣＤになると撮像レンズの口径寸法が大きくなり、撮像面における光軸に対する撮像角度が大きくなり、その結果として大型ＣＣＤは小型ＣＣＤに比較して焦点深度が浅くなる。そのため、ＣＣＤチップの撮像面が光軸と垂直な面に対して多少の角度だけ傾いた状態で組み付けられた場合に、光軸方向の変位量が大きくなる撮像面の周辺部においてＣＣＤによる撮像ボケが生じ易くなり、特に周辺部における光軸方向の変位量が大きい大型ＣＣＤの場合に焦点ボケが顕著なものとなる。これにより大型ＣＣＤの場合には、撮影レンズの被写界深度で撮像面位置の誤差を許容することができなくなる。

このように従来のＣＣＤブロックでは、基準板に対して撮像面が必ずしも平行となるように構成されていないため、ＣＣＤブロックをカメラボディに対して取り付ける際には撮像面を光軸と垂直な方向に設定するための構造が必要とされている。例えば、特許文献１では、カメラボディ側に複数のネジ孔を設けるとともに、これらのネジ孔に筒状の調整部材を螺合させ、これらの調整部材の端面にＣＣＤブロックの基準板を当接させて固定ネジにより固定する技術が提案されている。この技術では、撮像面で撮像した画像を観察しながら調整部材の回転位置を調整して調整部材の端面高さを変化させることで基準板の傾きを調整し、撮像面を光軸に対して垂直な方向に設定することが可能である。
特開２００３−６９８８６号公報

従来の構造をカメラボディに設けることはカメラを構成する部品点数の増大をまねくとともに、ＣＣＤブロックをカメラに組み付ける際に撮像面が所定の面方向に向けられているか否かを観察しながら調整部材による調整を行なう作業が必要であり、組付作業が煩雑になるという改善すべき点が残されている。

本発明の目的は、撮像素子を用いるデジタルカメラにおいて、当該撮像素子の撮像面を光軸と垂直な焦点面に対して高精度に位置決めした状態で撮像素子を組み付けることが可能なデジタルカメラを提供するものである。

本発明は、カメラボディに固定支持されたときに基準となる基準板に対して撮像素子を内装した撮像素子パッケージを搭載した撮像素子ブロックを備え、この撮像素子ブロックをカメラボディに固定支持したデジタルカメラにおいて、撮像素子ブロックは基準板の基準面に対して撮像素子の傾きを調整可能な傾き調整手段を備え、傾きが調整された撮像素子パッケージを基準板に接着剤で接着した構成とする。

本発明によれば、撮像素子を内装した撮像素子パッケージを基準板に搭載した撮像素子ブロックに、基準板に対する撮像素子パッケージの撮像面の傾きを調整可能な傾き調整手段を備え、傾きが調整された撮像素子パッケージを基準板に接着剤で接着した構成としているので、調整ネジにより撮像素子パッケージを基準板に対して傾動させて撮像面を基準板に対して平行に調整し、かつ基準板から所定の距離になるように調整し、しかる上で接着剤により撮像素子パッケージを基準板に固定した上で基準板をカメラボディに対して所定の状態に組み付ければ、撮像素子の撮像面をカメラの光軸に対して垂直な所望の状態に固定支持させることが可能となり、撮像素子ブロックの組付性を改善することができるとともに、組付のための構造を簡略化することが可能になる。

本発明において、傾き調整手段は、例えば、撮像素子パッケージを基準板に対して傾動可能な状態に押圧保持するバネ性のある保持部材と、基準板の取付面に対して撮像素子パッケージを三点支持するとともにその支持高さを調整可能な調整ネジとを備える構成とする。

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明を適用したデジタルカメラの一部を破断した背面斜視図である。一眼レフカメラとして構成されているデジタルカメラはカメラボディ１の前面に撮影レンズ２が交換可能に装着される。また、カメラボディ１の上カバー３にはＬＣＤ表示部４、シャッタ釦５、各種スイッチ６が配設されている。また、一部を破断した背面カバー７には図には表れないＬＣＤモニタ及び各種スイッチが配設されている。前記背面カバー７の内側、すなわちカメラボディ１の内部には大型撮像素子を備える撮像素子ブロック１０が取り付けられている。ここでは撮像素子としてＣＣＤを用いているので、以降はＣＣＤブロックとして説明する。前記ＣＣＤブロック１０はカメラボディ１内に設けられた図には表れないミラーボックスの背面側の位置において前記撮影レンズ２によって撮影される被写体像が結像される焦点面に前記ＣＣＤの撮像面が配置されるように前記カメラボディ１内のメインフレーム８に組み付けられている。

図２は図１のデジタルカメラの要部のみを抽出した部分分解斜視図、図３は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２において、前記メインフレーム８の前面側にはシャッターユニット９が配設され、このシャッターユニット９を内装している図外のミラーボックスの前側位置には前記撮影レンズ２を装着するための円環状をしたレンズマウント１１が配設され、前記カメラボディ１の前面に固定支持されている。前記メインフレーム８は剛性の高い金属板を加工して形成されており、その一部には前記ミラーボックスに通じる矩形の開口窓８１が開口されており、前記撮影レンズ２で結像される被写体の光線はこの開口窓８１を通して前記ＣＣＤブロック１０の撮像面に焦点が結ばれるようになっている。そして、この開口窓８１に臨む位置において当該メインフレーム８に前記ＣＣＤブロック１０が組み付けられている。

前記メインフレーム８の背面には円柱状をした３つの支持ボス８２が前記開口窓８１の周囲に配置され、かしめによりメインフレーム８に一体化されている。これらの支持ボス８２は前記ＣＣＤブロック１０を固定するための固定ビス８４が螺合可能とされており、また前記ＣＣＤブロック１０が当接される各支持ボス８２の端面を結ぶ平面は前記レンズマウント１１面と平行な面となるように形成されている。前記メインフレーム８の背面には細い円柱状をした２つの位置決めピン８３が前記開口窓８１の一側の上下位置に配置され、かしめによりメインフレーム８に一体化されている。これらの位置決めピン８３は後述するようにＣＣＤブロック１０に設けられた位置決め穴１０２に嵌合して当該ＣＣＤブロック１０をメインフレーム８に対して位置決めするために利用される。

前記ＣＣＤブロック１０は、図４に前面方向から見た斜視図を、図５にその部分分解斜視図を示すように、保持枠１２０を別体として備える基準板１００にＣＣＤパッケージ１１０を搭載した構成とされている。ＣＣＤパッケージ１１０はメーカにおいてパッケージ化されているものであり、図３を参照すると、セラミックスや樹脂等からなる矩形板状のパッケージベース１１１の表面に設けられたマウント凹部１１２内にＣＣＤチップ１１３が接着剤や低融点金属ろう材１１４等によってマウントされている。ここで接着剤やろう材１１４が均一な厚さに形成されていないときにはＣＣＤチップ１１３の撮像面はパッケージベース１１１の表面に対して平行にマウントされなくなることは前述の通りであり、図３ではＣＣＤチップ１１３の撮像面がパッケージベース１１１の表面に対して傾斜された状態にマウントされている場合を示している。図には表れないが、前記ＣＣＤチップ１１３の電極はパッケージベース１１１にデュアルインライン配置された複数本の外部リード１１５に内部配線手段によって電気接続されており、また当該ＣＣＤチップ１１３はパッケージベース１１１の前面に接着された保護ガラス１１６によって封止されている。

一方、前記基準板１００は均一な板厚の金属板を加工して形成しており、この基準板１００には、前記ＣＣＤパッケージ１１０の外部リード１１５が挿通可能な２本の挿通溝１０１が開口されており、前記ＣＣＤパッケージ１１０はこれら挿通溝１０１に外部リード１１５を挿通した状態でその背面が基準板１００の取付面である前面に接着剤１１７によって接着されている。さらに、前記基準板１００の前記ＣＣＤパッケージ１１０が接着される以外の領域には、前記メインフレーム８に設けられた２つの位置決めピン８３に対応する位置に２つの位置決め穴１０２が、前記３つの支持ボス８２に対応する位置に３つの固定穴１０３がそれぞれ開口されている。また、前記基準板１００の前記ＣＣＤパッケージ１１０が接着される領域には、光軸中心を挟むように三角配置された３つの調整ネジ穴１０４が開口され、またこれら調整ネジ穴１０４の間の領域には３つの接着剤注入穴１０５が開口されている。前記調整ネジ穴１０４には後述するようにＣＣＤパッケージ１１０の平面方向を調整するための３つのコイン型をした調整ネジ１０６がそれぞれ基準板１００の背面側から螺合されている。これら調整ネジ１０６の先端面は球面状に形成され、ＣＣＤパッケージ１１０のパッケージベース１１１背面に点接触状態で接触されるようになっている。

このように構成された前記基準板１００の前面に前記保持枠１２０が取着されている。この保持枠１２０は周辺部の４箇所においてビス１２２により前記基準板１００に固定されている。この保持枠１２０は弾性のある金属板を矩形の枠状に加工したものであり、その四辺の各部に一体に曲げ形成した押圧片１２１によって前記ＣＣＤパッケージ１１０の周辺部を保持している。また、この実施形態では、前記ＣＣＤパッケージ１１０の保護ガラス１１６の前面には矩形枠状の防塵パッキン１３０が配置され、この防塵パッキン１３０上に保護ガラス１１６とほぼ同じ寸法をした矩形板状のローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０が配設されており、前記保持枠１２０の押圧片１２１が有する弾性力によって前記ローパスフィルタ１４０を防塵パッキン１３０を介して保護ガラス１１６の前面に押圧し、かつこの弾性力によってこれらローパスフィルタ１４０、防塵パッキン１３０をＣＣＤパッケージ１１０と共に基準板１００に押圧保持している。

以上の構成のＣＣＤブロック１０を組み立てるには、図３及び図５を参照すると、基準板１００の前面を上向きにした状態でＣＣＤパッケージ１１０の外部リード１１５を挿通溝１０１に通してＣＣＤパッケージ１１０を基準板１００上に乗せ、さらにこのＣＣＤパッケージ１１０の保護ガラス１１６上に防塵パッキン１３０、ローパスフィルタ１４０を順次乗せる。そして、その上から保持枠１２０を被せ、４つのビス１２２により基準板１００に固定する。これにより、保持枠１２０の押圧片１２１はローパスフィルタ１４０の四辺に前面側から弾接し、その弾性力によってローパスフィルタ１４０、防塵パッキン１３０及びＣＣＤパッケージ１１０を一体的に基準板１００との間に挟持する。これによりＣＣＤブロック１０が組み立てられるが、この時点ではＣＣＤパッケージ１１０に内装されているＣＣＤチップ１１３の撮像面の平面性、すなわち撮像面が基準板１００の前面と平行な方向に向けられた状態は確保されていない。

しかる後、ＣＣＤチップ１１３の撮像面の平面性を確保するための作業を行う。この作業では、基準板１００を図には示していない光学顕微鏡の試料台に載置し、基準板１００を当該光学顕微鏡の光軸に対して垂直な面上に設置する。そして光学顕微鏡をＣＣＤチップ１１３の撮像面に焦点を合わせ、試料台を平面Ｘ，Ｙ方向に移動させる。このとき、ＣＣＤチップ１１３の撮像面が基準板１００と平行な平面性が得られていれば、撮像面の全てのＸＹ移動箇所において焦点が合った状態が確保される。

一方、撮像面の一部において焦点が合わない状態にあるときには平面性が得られていないため、基準板１００の裏面側から調整ネジ１０６を調整する。調整ネジ１０６を調整することでその球面状の先端面は基準板１００の前面から出没されることになり、突出されたときにはＣＣＤパッケージ１１０の背面、すなわちパッケージベース１１１の背面に点接触状態で当接され、この当接部分においてＣＣＤパッケージ１１０を基準板１００の前面方向に押し出すことになる。ＣＣＤパッケージ１１０は前述のように前面側において保持枠１２０の押圧片１２１によって弾性的に押圧されているため、調整ネジ１０６によって押し出されても保持枠１２０による保持状態は保たれる。そして、このようにＣＣＤパッケージ１１０の一部が前面方向に押し出されることで基準板１００に対するＣＣＤパッケージ１１０の姿勢が変化される。光学顕微鏡で撮像面を観察しながら３つの調整ネジ１０６を調整することでＣＣＤパッケージ１１０の姿勢を変化でき、これはＣＣＤチップ１１３の撮像面の傾きを調整することになり、撮像面の面上の全ての箇所で焦点が合った状態、すなわち撮像面が基準板１００と平行な平面となる状態に調整することができ、平面性が確保されるようになる。また、このとき基準板１００と撮像面が所定の距離に設定されている。

このような調整が完了した後は、基準板１００の背面に開口している接着剤注入口１０５から所要の接着剤を注入する。注入された接着剤１０２は基準板１００の前面とＣＣＤパッケージ１１０の背面との間隙内に注入されて行き、間隙に充填された後に硬化することによりＣＣＤパッケージ１１０を基準板１００に固定する。これにより、ＣＣＤチップ１１３の撮像面が基準板１００と平行な状態に調整され、かつその状態が接着剤により固定状態に保持されたＣＣＤブロック１０の組み立てが完了する。

しかる後、組み立てられたＣＣＤブロック１０をカメラボディ１内のメインフレーム８に固定する。基準板１００の位置決め穴１０２をメインフレーム８の位置決めピン８３に嵌合させることでメインフレーム８上での平面方向の位置が決定される。そして、基準板１００の前面をメインフレーム８の３つの支持ボス８２の端面に当接させた状態で固定ビス８４を各支持ボス８２に螺合させることにより基準板１００をメインフレーム８に固定し、ＣＣＤブロック１０がメインフレーム８に固定する。前述のように各支持ボス８２の端面を結ぶ平面はレンズマウント１１と平行であり、かつ所定距離位置に形成されているので、固定された基準板１００はレンズマウント１１面と平行になり、さらにＣＣＤチップ１１３の撮像面がレンズマウント１１面と平行となり、焦点位置となる。

このように、ＣＣＤパッケージ１１０を基準板１００に搭載する際に調整ネジ１０６によりＣＣＤチップ１１３の撮像面が基準板１００と平行、かつ所定の距離になるように調整を行い、調整後は接着剤１１７によりＣＣＤパッケージ１１０を基準板１００に固定しているので、撮像面が基準板１００に対して平行であり、所定の距離になっているＣＣＤブロック１０を作製することが可能である。そのため、ＣＣＤブロック１０において撮像面を調整するための構成として３個の調整ネジ１０６を設けるのみでよく、調整構造を簡略化することが可能である。また、このように予めＣＣＤブロック１０の基準板１００に対してＣＣＤチップ１１３の撮像面を平行な状態に作製しておくことで、ＣＣＤブロック１０をカメラボディ１内のメインフレーム８に組み付ける作業は単純に基準板１００を固定ビス８４によって支持ボス８２に螺合させる作業のみでよく、組付作業を極めて簡単なものにすることができる。

さらに、この実施例では、ローパスフィルタ１４０をＣＣＤブロック１０内に組み込むとともにＣＣＤパッケージ１１０との間に防塵パッキン１３０を介挿しているので、ＣＣＤパッケージ１１０の保護ガラス１１６の前面、特にＣＣＤチップ１１３の撮像面の直前領域に塵埃が付着することを確実に防止することができる。因みに、ローパスフィルタをＣＣＤブロック１０に組み込んでいない場合には、ＣＣＤブロック１０をメインフレーム８に組み付ける際にローパスフィルタや防塵パッキンを同時に組み付けることになるが、これでは組付時にＣＣＤパッケージ１１０の保護ガラス１１６の前面に塵埃が付着するおそれがあり、組み付けを清浄な環境で行う必要があり、カメラボディに対するＣＣＤパッケージの組み付け作業が煩雑なものになる。また、防塵パッキンをメインフレーム８と基準板１００との間に介挿するようにした構成では、ＣＣＤパッケージ１１０の外部リード１０５を挿通している挿通溝１０１を通して基準板１００の前面側に塵埃が侵入されて保護ガラス１１６の表面に付着するおそれがある。

ここで、前記実施例は撮像面を基準板１００に対して平行でかつ所定距離に設定するように構成しているが、撮像面を基準板１００に対して平行となるようにのみ調整する場合には、前記した３個の調整ネジ１０６のうち、１つは基準板１００の前面に一体に設けた突起であってもよく、この場合には調整ネジは２つで構成でき、構成をさらに簡略化することが可能である。また、接着剤注入口１０５もＣＣＤパッケージ１１０の背面と基準板１００との間に気泡等が生じることなく接着剤１１７を注入することが可能であれば前記実施例のように３個の注入口を設ける必要はない。

なお、基準板１００にＣＣＤパッケージ１１０を接着するための接着剤１１７は極短時間で硬化する瞬間接着剤を使用することが好ましい。さらには、熱伝導性の高い接着例を使用すれば、ＣＣＤチップ１１３で発生した熱をパッケージベース１１１から接着剤１１７を介して基準板１００に伝熱させ、ここから放熱させることが可能となり、ＣＣＤの冷却効果を高めてＣＣＤの熱雑音を抑制する上で有効となる。熱伝導性の高い接着剤が使用することが難しい場合には、例えば図３に示すように、ＣＣＤパッケージ１１０のパッケージベース１１１の背面の一部、特にＣＣＤチップ１１３の直後となる領域に熱伝導性の高い放熱グリース１１８を塗布しておき、ＣＣＤパッケージ１１０を基準板１００に搭載したときに当該放熱グリース１１８が基準板１００の前面に接触するようにしてもよい。この場合には接着剤１１７は放熱グリース１１８が存在していない領域に注入されてＣＣＤパッケージ１１０を基準板１００に接着させることになり、この放熱グリース１１８によってＣＣＤチップ１１３に発生した熱を基準板１００から放熱させることが可能になる。

ここで、本発明にかかる撮像素子は前記実施例のような大型ＣＣＤに限られるものではなく、他の固体撮像素子で撮像素子チップの平面性が必ずしも高精度に確保されていないパッケージ構造の固体撮像素子パッケージを用いて撮像素子ブロックを構成する場合には本発明を同様に適用できることは言うまでもない。

本発明のデジタルカメラの一部を破断した背面方向の斜視図である。図１のデジタルカメラの主要部の部分分解斜視図である。図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。ＣＣＤブロックを前面方向から見た斜視図である。ＣＣＤブロックの部分分解斜視図である。

符号の説明

１カメラボディ
２撮影レンズ
８メインフレーム
１０ＣＣＤブロック
１１レンズマウント
１００基準板
１０２位置決め穴
１０５接着剤注入口
１０６調整ネジ
１１０ＣＣＤパッケージ
１１１パッケージベース
１１３ＣＣＤチップ
１１５外部リード
１１６保護ガラス
１１７接着剤
１２０保持枠
１３０防塵パッキン
１４０ローパスフィルタ

Claims

カメラボディに固定支持されたときに基準となる基準板に対して撮像素子を内装した撮像素子パッケージを搭載した撮像素子ブロックを備え、前記撮像素子ブロックをカメラボディに固定支持したデジタルカメラにおいて、前記撮像素子ブロックは少なくとも前記基準板の基準面に対して前記撮像素子の傾きを調整可能な傾き調整手段を備え、当該傾き調整手段によって傾きが調整された前記撮像素子パッケージを前記基準板に接着剤で接着したことを特徴とするデジタルカメラ。
前記傾き調整手段は、前記撮像素子パッケージを基準板に対して傾動可能な状態に押圧保持するバネ性のある保持部材と、前記基準板の取付面に対して前記撮像素子パッケージを三点支持するとともにその支持高さを調整可能な調整ネジとを備えることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
前記基準板には前記撮像素子パッケージの背面に臨んで開口した接着剤注入口を備え、前記接着剤は前記接着剤注入口から前記撮像素子パッケージの背面と基準板との間隙内に注入されて前記撮像素子パッケージを前記基準板の取付面に接着していることを特徴とする請求項２に記載のデジタルカメラ。
前記撮像素子パッケージの前面に配設されたローパスフィルタと、前記撮像素子パッケージとローパスフィルタとの間に介挿されて撮像面を囲むように配置された枠状の防塵パッキンとを備え、前記ローパスフィルタ、防塵パッケージ及び撮像素子パッケージは前記保持部材によって積層状態で前記基準板に押圧保持されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のデジタルカメラ。
前記カメラボディには前記基準板が当接され、かつ固定ネジにより当該基準板をカメラボディに固定支持させるための支持ボスが設けられ、前記複数の支持ボスが前記基準板に当接される端面を結ぶ平面が前記カメラボディに設けられているレンズマウントのマウント面と平行であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のデジタルカメラ。
前記基準板は金属板で構成され、前記接着剤は熱伝導性の高い接着剤で構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のデジタルカメラ。
前記撮像素子パッケージの背面と前記基準板との間の間隙内の一部には熱伝導性の高いグリースが充填されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のデジタルカメラ。