JP2005051518A - デジタルカメラ - Google Patents

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Abstract

【課題】 撮像素子を用いるデジタルカメラにおいて、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。
【解決手段】 CCDを内装したCCDパッケージ110を基準板100に搭載したCCDブロック10をカメラボディ内のメインフレーム8に固定支持したデジタルカメラにおいて、CCDブロック10は基準板100に対するCCDパッケージ110の撮像面の傾きと距離を調整可能な調整ネジ106を備え、傾きと距離が調整されたCCDパッケージ110を基準板に接着剤117で接着する。基準板100をメインフレーム8に対して所定の状態に組み付ければ、CCDの撮像面をカメラの光軸に対して垂直な焦点面位置に設定した状態に固定支持でき、CCDブロック10の組付性を改善する。
【選択図】 図3

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ることを特徴とする。好ましくは、傾きが調整された撮像素子パッケージを基準板に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て撮像ブロックを構成しているので、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
10 CCD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
110 CCDパッケージ
111 パッケージベース
113 CCD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 (8)

  1. 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ることを特徴とするデジタルカメラ。
  2. 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したことを特徴とする請求項1に記載のデジタルカメラ。
  3. 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又は2に記載のデジタルカメラ。
  4. 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3に記載のデジタルカメラ。
  5. 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3又は4に記載のデジタルカメラ。
  6. 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5のいずれかに記載のデジタルカメラ。
  7. 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6のいずれかに記載のデジタルカメラ。
  8. 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7のいずれかに記載のデジタルカメラ。
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