JP4446773B2

JP4446773B2 - 撮影装置

Info

Publication number: JP4446773B2
Application number: JP2004093633A
Authority: JP
Inventors: 恒夫佐藤; 淳彦石原; 洋山迫; 洋一沢地; 隆夫木内; 尚也岩田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: US20050212947A1; JP2005286422A

Description

本発明は、固体撮像素子が形成されたチップ上に、固体撮像素子を取り囲む枠形状のスペーサを配置し、このスペーサの上を透明板で封止した固体撮像装置と、レンズ保持枠によって保持された撮影レンズとを備えた撮影装置に関するものである。

ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子を使用したデジタルカメラやビデオカメラが普及している。また、パーソナルコンピュータや携帯電話、電子手帳等の電子機器に、固体撮像装置とメモリとを組み込み、撮影機能を付加することも行なわれている。

固体撮像装置の実装方式の１つとして、セラミックパッケージを用いたものがある。これは、チップ化された固体撮像素子をサブ基板上に実装した後、さらにサブ基板上に固体撮像素子を取り囲む形状のセラミック枠を配置し、セラミック枠の上を透明板にて封止することによって固体撮像装置を構成するものである。

また、パッケージを使用しないウエハレベルチップサイズパッケージ構造がある。このウエハレベルサイズパッケージ構造では、固体撮像素子が形成されたチップの上面に、固体撮像素子の周囲を取り囲むようにスペーサを配し、このスペーサの上に固体撮像素子を封止するカバーガラスを取り付けることによってパッケージングの完成された固体撮像装置を得るものである。

固体撮像装置は、撮影レンズを保持する筒状のレンズ保持枠の一端と接着されて保持される。また、下記特許文献１には、固体撮像装置を撮影光軸方向に２分割されるレンズ保持枠により挟み込んで保持する例が記載されている。さらに、下記特許文献２には、サブ基板上に実装された固体撮像素子をメイン基板に取り付け、さらにこのメイン基板に固体撮像素子を覆うようにしてレンズ保持枠を取り付ける例が記載されている。

特開平８−３０７７４４号公報特開２００２−１８５８２６号公報

しかしながら、固体撮像素子とレンズ保持枠とを接着する場合は、接着の際の位置決めが難しいといった問題がある。また、上記特許文献１記載の装置のように、分割式のレンズ保持枠を用いると組み立てに手間がかかってしまう。さらに、上記特許文献２記載の装置は、固体撮像装置がサブ基板に実装され、また、サブ基板とレンズ保持枠の両方ともがメイン基板に取り付けられているので、固体撮像装置と撮影レンズとの相対的な位置を精度よく設定することが難しい。すなわち、固体撮像装置と撮影レンズとの位置関係は、固体撮像装置とサブ基板との位置関係、サブ基板とメイン基板との位置関係、メイン基板とレンズ保持枠との位置関係の各要素により左右され、全てを精度よく設定することが難しい。

本発明は、このような問題を鑑みて、簡単かつ精度よく組み立てることができる撮影装置を提供することを目的としている。

また、本発明は、衝撃などの外力が加えられた際に、固体撮像装置や撮影レンズの破損を防ぐとともに、固体撮像装置と撮影レンズの位置関係の変化を抑えることも目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の撮影装置は、固体撮像素子が形成された半導体基板上に、固体撮像素子を取り囲む枠形状のスペーサを配置し、このスペーサの上を透明板で封止した固体撮像装置と、レンズ保持枠によって保持された撮影レンズとを備え、搭載される機器の外装体に形成された開口から撮影レンズが露呈された撮影装置において、前記レンズ保持枠の内周、もしくは前記固体撮像装置の外周のいずれか一方に突起を設けるとともに、他方に前記突起と係合する溝を設け、前記レンズ保持枠を前記固体撮像装置に被せるように嵌め込んで固定するとともに、前記レンズ保持枠を外周側から保持する保持部材と、前記レンズ保持枠の外周と前記保持部材との間に配置された衝撃吸収部材と、
前記外装体とは別体に設けられて前記外装体の内部に配置されるとともに、前記保持部材が取り付けられて固定される回路基板と、前記回路基板とは別体に設けられ、柔軟な配線によって前記回路基板と接続されるとともに、前記固体撮像装置が取り付けられて固定されるサブ基板とを備えたことを特徴としている。

チップ、及び、透明板に対して、スペーサの外周を一回り大きく形成することによって、突起を構成してもよい。また、チップ、及び、透明板に対して、スペーサの外周を一回り小さく形成することによって、溝を構成してもよい。さらに、突起又は溝をチップの外周に形成してもよい。また、突起又は溝を透明板の外周に形成してもよい。

本発明の撮影装置は、レンズ保持枠の内周、もしくは固体撮像装置の外周のいずれか一方に突起を設け、他方にこの突起と係合する溝を設け、レンズ保持枠を固体撮像装置に被せるように嵌め込んで固定するので、簡単に組み立てることができる。また、組み立て時に位置決めを行う必要もない。さらに、突起と溝が係合することによるクリック感が得られ、取り付けが完了したことを確認しやすい。また、レンズ保持枠を固体撮像装置に直接取り付けるようにしたので、固体撮像装置と撮影レンズの位置関係を左右する要素が少なく、製品精度を向上させることができる。さらに、レンズ保持枠を外周側から保持する保持部材と、レンズ保持枠の外周と保持部材との間に配置された衝撃吸収部材と、携帯機器が搭載される機器の外装体とは別体に設けられ外装体の内部に配置されるとともに、保持部材が取り付けられて固定される回路基板と、回路基板とは別体に設けられ、柔軟な配線によって回路基板と接続されるとともに、固体撮像装置が取り付けられて固定されるサブ基板とを設けたので、衝撃などの外力が加えられた際に、固体撮像装置の破損や、固体撮像装置を撮影レンズとの位置ズレを防止することができる。

さらに、固体撮像素子が形成されたチップと、チップと対面する透明板との間に配置されるスペーサの外周を、チップや透明板に対して大きくすることで突起を構成すれば、コストを抑えることができる。また、スペーサの外周を、チップや透明板に対して小さくすることで溝を構成しても、コストを抑えることができる。

本発明の撮影装置を搭載したカメラ付き携帯電話について以下説明する。図１および図２において、カメラ付き携帯電話１０の外装は、前カバー１２と後カバー１４とから構成され、これらの間に各種電子部品が取り付けられた回路基板が配置されている。カメラ付き携帯電話１０の前面側には、操作部１６、液晶表示パネル１８、通話の際に使用される受話スピーカ２０及び送話マイク２２が設けられている。また、カメラ付き携帯電話１０の背面側には、電源供給を行うためのバッテリー２４が着脱自在に設けられる他、撮影装置３０を構成する撮影レンズ３２やレンズ保持枠３４が露呈している。

カメラ付き携帯電話１０は、受話スピーカ２０と送話マイク２２により通話を行う通話モードと、撮影レンズ３２を通して得られる被写体光をデジタルな画像データとして内蔵メモリ（図示せず）に記憶するカメラモードとを備え、操作部１６を操作することで各モード間の切り替えを行うことができる。また、操作部１６を操作することで、通話モードにおいては電話番号の入力、カメラモードにおいてはシャッタレリーズを行うことができる。液晶表示パネル１８には、内蔵メモリに記憶された電話番号の表示及び各種情報画面が表示される他、カメラモードにおいてはいわゆるスルー画が表示され、フレーミングを行えるようになっている。

図３、図４、図５に示すように、撮影装置３０は、撮影レンズ３２、レンズ保持枠３４、固体撮像装置４０とからなる。撮影レンズ３２は、レンズ保持枠３４によって保持されている。レンズ保持枠３４は、円筒形状のレンズ保持部３４ａと角筒形状の取り付け部３４ｂとから構成される。レンズ保持部３４ａの内周には、撮影レンズ３２の外周に形成された突起と係合する溝が形成されている。撮影レンズ３２は、レンズ保持部３４ａに嵌め込まれて保持される。

取り付け部３４ｂの内側には、ウエハレベルチップサイズパッケージ構造の固体撮像装置４０が配置される。固体撮像装置４０は、固体撮像素子４２が設けられた矩形状の固体撮像素子チップ４４と、固体撮像素子４２を取り囲むように固体撮像素子チップ４４上に取り付けられた枠形状のスペーサ４６と、このスペーサ４６の上に取り付けられて固体撮像素子４２を封止する透明なカバーガラス４８とからなり、回路基板５０に取り付けられて固定される。

固体撮像素子チップ４４は、チップ用ウエハ上に多数の固体撮像素子４２及び接続端子４３を形成し、ウエハを各固体撮像素子４２毎にダイシングして形成される。固体撮像素子４２は、例えば、ＣＣＤからなる。このＣＣＤの上には、カラーフイルタやマイクロレンズが積層されている。接続端子４３は、例えば、導電性材料を用いて固体撮像素子チップ４４の上に印刷により形成されている。接続端子４３と固体撮像素子４２との間は、固体撮像素子チップ４４上に形成された配線層により接続されている。

また、固体撮像素子チップ４４には、接続端子４３の背後にスルーホール４５が設けられ、回路基板５０には、スルーホール４５と対応する位置にバンプ５２が設けられている。バンプ５２は、高さがスルーホール４５と等しくなるように形成され、回路基板５０の配線と接続されている。固体撮像装置４０が回路基板５０に取り付けられると、バンプ５２がスルーホール４５を通り、接続端子４３と当接する。これにより固体撮像装置４０と回路基板５０とが電気的に接続される。

カバーガラス４８は、低α線ガラス４８ａと、その上に接合されたＩＲカットフィルタ４８ｂとから構成されている。低α線ガラス４８ａは、α線の放出が少ないガラスであり、固体撮像素子４２の受光素子がα線によって破壊されるのを防止する。ＩＲカットフィルタ４８ｂは、特定波長域の赤外線をカットして赤外光によるゴーストやかぶりを防止する。このＩＲカットフィルタ４８ｂには、偽色や色モアレの発生を防ぐローパスフィルタも積層化されている。このように、低α線ガラス４８ａとＩＲカットフィルタ４８ｂとを一体化したので、取付スペースや取付作業を削減することができる。

スペーサ４６は、中央に開口４６ａが形成されたロ字形状であり、固体撮像素子４２の外周を取り囲むように固体撮像素子チップ４４の上面に接着剤によって接合される。スペーサ４６は、例えば、シリコンやステンレス等、固体撮像素子チップ４４の熱膨張率に近い無機材料で形成されている。このスペーサ４６によって、固体撮像素子４２とカバーガラス４８との間には空隙が形成される。この空隙により、固体撮像素子４２のマイクロレンズがカバーガラス４８に干渉されることがないため、マイクロレンズの機能が損なわれるようなことはない。

また、固体撮像素子チップ４４及びカバーガラス４８は双方の形状がほぼ等しくなるように形成されるのに対して、スペーサ４６はこれらよりも外周が一回り大きく形成されている。そして、スペーサ４６の外周部分は、固体撮像装置４０の外周から突出することにより、凸部５５を構成する。

一方、レンズ保持枠３４は、取り付け部３４ｂの内周が固体撮像素子チップ４４及びカバーガラス４８の外周よりも僅かに大きく形成されるとともに、内側壁に沿って溝６０が形成されている。そして、レンズ保持枠３４は、固体撮像装置４０に被せるようにして取り付けられる。これにより、取り付け部３４ｂの溝６０と、固体撮像装置４０の凸部５５とが係合し、レンズ保持枠３４が固定される。

このように、突起と溝を係合させることで、レンズ保持枠を固定するようにしたので、レンズ保持枠を組み付ける際の作業が簡単である。また、接着剤にて接着する場合と比較して、組み立て時に位置決めを行う必要もない。さらに、レンズ保持枠を取り付ける際に、突起と溝が係合することによるクリック感が得られ、取り付けが完了したことを確認しやすい。また、スペーサを一回り大きく形成することにより突起を構成するようにしたので、コストを抑えることができる。

さらに、レンズ保持枠を固体撮像装置に直接取り付けるようにしたので、固体撮像装置と撮影レンズとの位置関係は、回路基板の精度によらず決定される。これにより、固体撮像装置と撮影レンズとの相対的な位置関係を精度よく設定することが簡単である。また、固体撮像素子チップは、チップ用ウエハを各固体撮像素子毎にダイシングして形成されるため予め精度が高いものである。このため、固体撮像装置と撮影レンズとの位置関係を精度よく設定することがより簡単である。

なお、上記実施形態では、固体撮像装置側に突起を設け、レンズ保持枠側に溝を設ける例で説明をしたが、固体撮像装置側に溝を設け、レンズ保持枠側に溝を設けてもよい。この場合、例えば、図６に示すように、カバーガラス４８や固体撮像素子チップ４４に対して一回り小さいスペーサ６６を用いることによって溝６１を構成するとともに、レンズ保持枠６４にこの溝６１と係合する凸部６５を設ければよい。また、スペーサにより突起や溝を構成する以外にも、例えば、固体撮像素子チップや、カバーガラスの外周に突起や溝を形成してもよい。なお、図６以降の図面では、上述した実施形態と同様の部材については同様の符号を付して説明を行う。

なお、装置本体を落下するなどして、固体撮像装置や撮影レンズに衝撃が加えられる場合がある。このような場合に備え、例えば、図７に示すように、レンズ保持枠７４をプロテクタ７６により保護してもよい。このプロテクタ７６は、レンズ保持枠７４の外周を覆うように設けられ、回路基板５０にネジ止めされている。そして、プロテクタ７６とレンズ保持枠７４との間には、例えば、ゴムやスポンジなどからなる衝撃吸収部材７８が配置されている。こうすることで固体撮像装置や撮影レンズへ加えられる衝撃を軽減させ、これらの破損を防止でき、また、固体撮像装置と撮影レンズの位置関係の変化を抑えることができる。

また、上記実施形態では、固体撮像装置は回路基板に固定され、回路基板と一体である例で説明をしたが、固体撮像素子を回路基板と別体に設けてもよい。この場合、例えば、図８に示すように、固体撮像装置４０をサブ基板８０に取り付けるとともに、このサブ基板８０と回路基板５０とをフレキシブルプリント配線板８２などにより接続すればよい。本例では、図７にて示した例と同様に、固体撮像装置４０の嵌め込まれたレンズ保持枠７４は、プロテクタ７６により外周側から保持されている。また、プロテクタ７６とレンズ保持枠７４との間には衝撃吸収部材７８が配置される。そして、プロテクタ７６は回路基板５０にネジ止めされている。このようにすれば、回路基板側から直に衝撃が加えられることがなく、衝撃に対する耐性がより向上する。なお、プロテクタを回路基板にネジ止めせずに、カメラ付き携帯電話の後カバー１４に取り付けてもよい。

上記実施形態では、カメラ付き携帯電話を例に説明をしたが、例えば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＣカメラなどに本発明を適用してもよい。

カメラ付き携帯電話の前面側の外観図である。カメラ付き携帯電話の背面側の外観図である。撮影装置の分解斜視図である。撮影装置の分解斜視図である。撮影装置の分解断面図である。スペーサにより溝を構成した撮影装置の分解断面図である。プロテクタを設けた撮影装置の断面図である。回路基板と固体撮像装置とをプリント配線板により接続した撮影装置の断面図である。

符号の説明

１０デジタルカメラ
３０撮影装置
３２撮影レンズ
３４、６４、７４レンズ保持枠
４０固体撮像装置
４２固体撮像素子
４４固体撮像素子チップ
４６、６６スペーサ
４８カバーガラス
５０回路基板
５５、６５凸部
６０、６１溝
７６プロテクタ
７８衝撃吸収部材

Claims

固体撮像素子が形成された半導体基板上に、固体撮像素子を取り囲む枠形状のスペーサを配置し、このスペーサの上を透明板で封止した固体撮像装置と、レンズ保持枠によって保持された撮影レンズとを備え、搭載される機器の外装体に形成された開口から撮影レンズが露呈された撮影装置において、
前記レンズ保持枠の内周、もしくは前記固体撮像装置の外周のいずれか一方に突起を設けるとともに、他方に前記突起と係合する溝を設け、
前記レンズ保持枠を前記固体撮像装置に被せるように嵌め込んで固定するとともに、
前記レンズ保持枠を外周側から保持する保持部材と、
前記レンズ保持枠の外周と前記保持部材との間に配置された衝撃吸収部材と、
前記外装体とは別体に設けられて前記外装体の内部に配置されるとともに、前記保持部材が取り付けられて固定される回路基板と、
前記回路基板とは別体に設けられ、柔軟な配線によって前記回路基板と接続されるとともに、前記固体撮像装置が取り付けられて固定されるサブ基板とを備えたことを特徴とする撮影装置。
前記半導体基板、及び、前記透明板に対して、前記スペーサの外周を一回り大きく形成することによって、前記突起を構成することを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
前記半導体基板、及び、前記透明板に対して、前記スペーサの外周を一回り小さく形成することによって、前記溝を構成することを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
前記突起又は前記溝を、前記半導体基板の外周に形成したことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
前記突起又は前記溝を、前記透明板の外周に形成したことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。