JP2005065015A - 固体撮像素子の保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子ユニットの部品点数を少なくし、ユニットを撮像装置本体に精度良く効率的に位置決めする固体撮像素子の保持構造を提供する。
【解決手段】 リードフレームを持つ固体撮像素子を保持する固体撮像素子保持部材を有し、前記リードフレームが前記固体撮像素子に第１の位置決め手段が形成され、前記固体撮像素子保持部材には前記固体撮像素子位置決め手段と関連付けられる第２の位置決め手段が形成され、前記第１、第２の位置決め手段により前記固体撮像素子と前記固体撮像素子保持部材の相対的位置関係を決定され、前記固体撮像素子のパッケージの撮影光束入射側の面は前記固体撮像素子保持部材に当接して保持される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子撮像装置における固体撮像素子の保持構造に関するものである。

例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いる電子撮像装置において、搭載する撮像素子の位置決めするための保持構造に関するものである。

固体撮像素子を用いた電子撮像装置においては、複数の光学部品間の相対的位置関係を正確に維持しながら信頼性高く保持されなければならない。

通常、下記特許文献１で示されているように固体撮像素子をまず他の部品もしくは基板等に固定して撮像素子ユニットを形成し、この撮像素子ユニットを撮像装置に対して調整し位置決めするというものが一般的である。

近年の大型の撮像素子を用いたデジタル一眼レフカメラの場合、撮像素子と光学ファインダの相対的位置関係と撮影ピント方向の位置決めが必要である。そこでピント方向の位置調整、片ボケ防止のための上下左右チルト調整、画角合わせの為の水平垂直方向の調整と傾き回転調整が必要となり、結果として前記６軸の調整が必要となる。

一般的に調整治具により６軸調整を行い撮像素子ユニット内で撮像素子の位置出しを完結しこの撮像素子ユニットを電子撮像装置の本体に取り付ける方法がとられている。

これを実現するための構造が例えば下記特許文献２で示されている。ここでは固体撮像素子を第１金属プレートに固定し、第２金属プレートに対して治具により相対位置関係を所望の位置に６軸調整した後、第１プレートと第２プレートを半田付け固定した撮像素子ユニットを形成する。その後撮像装置本体に設けられた撮像素子ユニット位置決め手段を用いて所定位置に固定するという構造である。

また、撮像素子ユニットを構成する部品点数を削減しながら精度良く固体撮像素子の位置を確定する方法もいくつか提案されている。例えば下記特許文献３に示されているのは固体撮像素子の半導体チップを取付板に搭載し、この取付板に設けられた位置決め手段により撮像素子本体への位置決めを行う方法である。さらに下記特許文献４には撮像素子パッケージの形状を異形とし、切り欠き部を設けこれを位置決めとして活用する提案がなされている。がしかしこれらは６軸すべての調整を実現するための構成として提案されていないため、本発明の目的を達成していない。
特開平１１−２６１９０４号公報 特開２０００−３３３０５０号公報 特開２００２−９２６４号公報 特公平７−７７４２８号公報

上記従来例によると以下のような問題が生じる。

上記特許文献１、上記特許文献２のように撮像素子を含む撮像ユニットを、撮像装置本体の所望位置に精度良く位置決めするためには６軸調整が必須である。このように６軸調整を行う方法は複雑な調整となり調整時間も長くかかり、調整治具が必要でもあり製造コストが大きくかかる。

また、高精度と高信頼性を追求した上記特許文献２のような撮像素子ユニットは部品点数が多いため、部品コスト・組立コストもさることながら撮像装置の小型軽量化には不適当である。また半田付け固定法を用いるため手直し・分解が煩雑になるという問題点も生じる。

そこで、本発明は、撮像素子ユニットの部品点数を少なくし、ユニットを撮像装置本体に精度良く効率的に位置決めする固体撮像素子の保持構造を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の固体撮像素子の保持構造は、リードフレームを持つ固体撮像素子を保持する固体撮像素子保持部材を有し、前記リードフレームに第１の位置決め手段が形成され、前記固体撮像素子保持部材には前記固体撮像素子位置決め手段と関連付けられる第２の位置決め手段が形成され、前記第１、第２の位置決め手段により前記固体撮像素子と前記固体撮像素子保持部材の相対的位置関係を決定され、前記固体撮像素子のパッケージの撮影光束入射側の面は前記固体撮像素子保持部材に当接して保持されることを特徴とする。

特に、前記第１の位置決め手段は前記リードフレーム露出部に形成された位置決め穴であり、前記第２の位置決め手段は前記固体撮像素子に設けられた位置決め突起であることを特徴とする。

また、本発明の固体撮像素子の保持構造は、リードフレームを持つ固体撮像素子を保持する固体撮像素子保持部材と、光学部品を保持する光学部品保持部材とを有し、前記リードフレームに第１の位置決め手段が形成され、前記固体撮像素子保持部材には前記固体撮像素子位置決め手段と関連付けられる第２の位置決め手段が形成され、前記光学部品保持部材のは前記第１、第２の位置決め手段と関連付けられる第３の位置決め手段が形成され、前記第１、第２、第３の位置決め手段により前記固体撮像素子と前記固体撮像素子保持部材の相対的位置関係を決定され、前記固体撮像素子のパッケージの撮影光束入射側の面を前記固体撮像素子保持部材に当接して保持することを特徴とする。

特に、前記第１の位置決め手段は前記リードフレーム露出部に形成された位置決め穴であり、前記第２の位置決め手段は前記固体撮像素子保持部材に設けられた位置決め突起であり、前記第３の位置決め手段は前記光学部品保持部材に設けられた位置決め穴であることを特徴とする。

また、前記第１の位置決め手段は前記リードフレーム露出部に形成された位置決め穴であり、前記第２の位置決め手段は前記固体撮像素子に設けられた位置決め穴であり、前記第３の位置決め手段は前記光学部品保持部材に設けられた位置決め突起であることを特徴とする。

さらに、本発明の固体撮像素子の保持構造は、リードフレームを持つ固体撮像素子と光学部品を保持する保持部材を有し、前記リードフレームに第１の位置決め手段が形成され、前記保持部材には前記固体撮像素子位置決め手段と関連付けられる第２の位置決め手段が形成され、前記第１、第２の位置決め手段により前記固体撮像素子と前記保持部材の相対的位置関係を決定され、前記固体撮像素子のパッケージの撮影光束入射側の面を前記保持部材に当接して保持されることを特徴とする。

特に、前記固体撮像子保持部材は光学部品を支持するカメラ本体に固定されることを特徴とする。

本発明によれば、ユニットの組み上げと同時に撮像面内のチップ位置が精度良く位置だしが出来るため部品点数も削減した単純な構造でありながら従来一般的に行われている煩雑な６軸調整工程が廃止できる。すなわち部品点数削減とタクト短縮とによりコストダウンが図れるだけでなく組立調整が単純になるため、結果として信頼性が高い作りこみが可能となる。さらに部品点数低減によりカメラの小型化、軽量化が実現できる。

また、本発明によれば、金属プレートへのカシメ等による２次加工を必要とせず、精度を維持したままより安価な構成を実現できる。

また、本発明によれば、従来の半田付け方式も用いることがないため不具合時の分解が容易になり、サービス性も向上する。

また、本発明によれば、簡易な組立作業性を実現し、不具合時の分解が容易になり、サービス性も向上する。

さらに、本発明によれば、精度を維持したまま、更なる部品点数の低減を図れ、より安価な構成を実現できる。同時にさらなるカメラの小型化、軽量化にも寄与することが出来る。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明によるカメラの要部概略図である。

図１において、１は撮影レンズであり、図１では便宜上２枚のレンズ１ａ、１ｂで示したが、実際は多数のレンズから構成されている。２は主ミラーで、観察状態と撮影状態に応じて撮影光路へ斜設されあるいは退去される。３はサブミラーで、主ミラー２を透過した光束をカメラ本体の下方へ向けて反射する。４はシャッタ、５は感光部材で、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子よりなっている。

観察状態で主ミラー２が撮影光路に斜設された状態であり、主ミラー２で反射した光束をカメラ本体上方へ向けて反射し、ピント板６上で結像する。ピント板６を透過した光束はペンタプリズム７、ファインダ光学系８を介して、レンズ１で観察される観察画像をファインダ９より観察できるように構成されている。

１０は焦点検出ユニットであり、サブミラー３で反射された光束を取り込んで公知の位相差検出方式で焦点検出信号を出力する装置である。

図２に本発明のＣＭＯＳセンサの概略断面図を示す。

１１はリードフレームであり位置決め穴１２が形成されている。

１３ａは上セラミック、１３ｂは下セラミックであり、リードフレーム１１に対して固着されている。

１４はセンサチップであり下セラミック１３ｂに実装され、ワイヤ１５によってボンディングパッド１６と電気的接続がなされている。ボンディングパッド１６はリードフレーム１１と同一の金属プレスプレートで形成されており、製品状態では適宜切断されて必要個所を残して電気的導通は遮断される。通常センサチップ１４を実装するとき、リードフレーム１１にチップ実装位置を決めるための基準ターゲットを形成しておきこれを基準として所定の位置にセンサチップ１４を実装する。

これによりワイヤボンディング精度も高まり信頼性の高いセンサが構成される。以上より結果的に位置決め穴１２とセンサチップ位置の相対位置関係は精度良く収まっていることになる。しかしセンサチップ１４はリードフレーム１１に対して微小ではあるが傾きを残したままパッケージ内に実装される。

１７はカバーガラスであり、上セラミック１３ａの上面１８に接着される。このとき一般的にはセラミックの表面は粗く精度面にはなっていないが、ここではカバーガラス接着面１８を研磨してカバーガラス１７とチップ１４との距離を精度良く維持している。これはパッケージ内のチップ位置を正確に把握できないとカメラに組み込んだときのピント位置が大きくばらつくことになり不都合が生じるからである。

図３に本発明の第１の実施形態によるＣＭＯＳセンサユニットの分解斜視図を示す。

ここでは左右略対称形を考慮して主に図中右側について説明する。

２０はローパスフィルタマスクで撮影光束を規制し、ゴースト等の防止をしている。

３０は光学ローパスフィルタで、４０がローパスフィルタホルダである。

ローパスフィルタホルダ４０はモールド成形品であり、弾性腕部４１を持っている。

弾性腕部４１の先端部には突出部４３が設けられ、ここに位置決め穴４４とビス穴が配設されている。

５０は粘着テープ、６０はシールドプレートで位置決め穴６１、ビス穴６２、更にカメラ金属本体部分にアースするための突出部６３と接続フレキシブル基板（不図示）をシールドするための延長部６４を持っている。

７０はセンサプレートで、位置決め突起７１、タップ穴７２、更に撮影光束に対して十分な余裕を持つ開口部７３が形成されている。位置決め突起７１は紙面表裏双方向に突出しており、カシメピンなどで形成される。

８０はカメラ本体への取り付けワッシャであり、ワッシャ厚みを選択することでＣＭＯＳセンサユニットの傾きを吸収する。

９０はＣＭＯＳセンサでセラミックパッケージの形態をしており、構造は図２で説明したとおりである。リードフレーム１１はリード端子９１の列と異なる辺の部分で露出している。この露出しているリードフレーム１１の場所に位置決め穴１２が形成されている。ＣＭＯＳセンサ９０の入出力信号はリード端子９１に接続される不図示の接続フレキシブル基板により制御回路基板と電気的に接続される。また１７はカバーガラス、１８はセラミックパッケージ上面でカバーガラスの接着面である。

１００はセンサ押えで延長屈曲部１００ａでＣＭＯＳセンサ９０をセンサプレート７０に対して圧接固定支持している。

このＣＭＯＳセンサユニットを組順にしたがって説明する。

まずＣＭＯＳセンサ９０のリードフレーム１１に設けられた位置決め穴１２にセンサプレート７０に設けられた位置決め突起７１を挿入し、ＣＭＯＳセンサ９０が所定位置にある状態でセンサ押え１００を背面から不図示の２本のビスでセンサプレート７０に固定する。これにより延長屈曲部１００ａでＣＭＯＳセンサ９０の裏面を押さえ込み、ＣＭＯＳセンサのカバーガラス接着面１８をセンサプレート７０に当接させる。このＣＭＯＳセンサ９０のカバーガラス接着面１８は前述のように研磨された面となっているので密着度が高く隙間はほとんどない。またカバーガラス１７はセンサプレート７０に干渉しないように開口部７３の中に挿入される形で収まっている。

次にローパスフィルタホルダ４０に粘着テープ５０を位置決めしながら固着する。
次にセンサプレート７０に設けられた位置決め突起７１に対して、シールドプレート６０の位置決め穴６１、ローパスフィルタホルダ４０の位置決め穴４４を合わせた状態でローパスフィルタホルダ固定ビス７４によりタップが切られたセンサプレート７０のビス穴７２に締結する。

ＣＭＯＳセンサ９０が前述のようにセンサプレート７０に圧接固定されるとカバーガラス１７と粘着テープ５０が密着し、ローパスフィルタホルダ４０が押し上げられる形になるが、そこで生じるたわみ量はローパスフィルタホルダ４０に設けられた弾性腕部４１の変形で吸収する。

次にローパスフィルタホルダ４０に設けられた開口部４６にローパスフィルタ３０を落とし込み全周に接着剤を塗布することで隙間を無くし接着固定する。この構成によりローパスフィルタホルダ３０とカバーガラス１７の間は隙間なく保持され密閉空間として維持される。

更にローパスフィルタマスク２０をローパスフィルタホルダ４０に設けられた位置決め突起４２とローパスフィルタマスク２０に設けられた位置決め穴２１により位置だしをしながら接着固定する。

以上によりＣＭＯＳセンサユニットが完成される。

図４は本発明のカメラの要部断面図である。

４はフォーカルプレーンシャッタユニットであり、クイックリターンミラー２の後方に配置され、ミラーボックス１１０に保持されている。

７はペンタプリズム、９は被写体像を観察するためのファインダ接眼レンズ群である。

１１１は金属板を加工したメインシャーシで、撮像面と平行に配置されている。

このメインシャーシ１１１は、ミラーボックス１１０とビス等で強固に締結されており、ミラーボックス１１０と共にカメラ本体の全体的な強度を確保する骨組みを成している。また、カメラ底面部にはメインシャーシ１１１の一部を前方へ曲げた部１１１ａを有し、三脚取付けネジ１１２が固定されている。

９０は図２で説明したＣＭＯＳセンサであり、カバーガラス１７にはローパスフィルタホルダ４０、光学ローパスフィルタ３０、ローパスフィルタマスク２０が順次積層されており、またセンサプレート７０にはシールドプレート６０が積層されている構造であることは図３で説明したとおりである。

図３では示さなかったが１０１ａは上側接続フレキシブル基板で、図中上方側の複数のリード端子９１ａと半田等で接続されている。同様に１０１ｂは下側接続フレキシブル基板で、図中下方側の複数のリード端子９１ｂに半田等で接続されている。
上側接続フレキシブル基板１０１ａと下側接続フレキシブル基板１０１ｂは延長上で各々後述するメイン回路基板に接続される。このとき上側接続フレキシブル基板１０１ａと下側接続フレキシブル基板１０１ｂはシールドプレート６０に設けられた延長部６４ａと６４ｂによりシールドされている。

ＣＭＯＳセンサユニットのカメラ本体への取り付け方は以下のとおりである。

センサユニットにおいて、センサプレート７０の位置決め突起７１とパッケージのリードフレーム１１の位置決め穴１２の係合により位置決めされているので、軸調整は既に行われている。

しかし、センサチップ１４の撮像面はパッケージ内において、製造上、位置と傾きにばらつきがあるため、カメラを製造する上では、撮影レンズとセンサチップの撮像面との相関位置を合わせ込むための調整が必要となっている。そこで、事前にＣＭＯＳセンサユニットの状態でセンサチップの位置と傾きを測定し、更にＣＭＯＳセンサユニットを取り付けるミラーボックス１１０の取付け面の位置１１０ａ、１１０ｂの高さ測定値を考慮して取付けワッシャ８０ａ、８０ｂの厚みを割り出して決定する。

この割り出されたワッシャ８０ａ、８０ｂをセンサプレート７０とミラーボックス１１０の取付面１１０ａ、１１０ｂの間に挟みビスで固定することで撮像面傾きを吸収する。

１１３はメイン回路基板であり、多数の電気部品１１３ａを搭載しＣＭＯＳセンサ出力信号をサンプリングして増幅しＡ／Ｄ変換する電気回路、ホワイトバランス、露出補正、ガンマ補正等の画像信号に所定の処理を施す撮像信号処理回路及びデジタル画像信号を内部メモリへ格納あるいは読み出し動作を制御するメモリコントロール回路、さらに撮影機構系の駆動や表示系等のカメラ全体のシステムコントロールを行う制御回路が組み込まれている。またカメラ内各部から多種の信号を伝達するための複数の接続基板を受けるためのコネクタも多数搭載している。

１１４、１１５はメイン回路基板１１３の回路ブロックを覆うシールドケースで安定したアースと接続されながらメイン回路基板１１３に支持されている。

組順は詳述しないが、上述のメイン回路基板１１３はカメラ本体に不図示の支持部に固定されており、前述の上側接続フレキシブル基板１０１ａと下側接続フレキシブル基板１０１ｂはメイン回路基板１１３に搭載されているコネクタ１１６ａ、１１６ｂに接続される。

さらにメイン回路基板１１３の後方には、カラー液晶モニタ１１７と照明用光源１１８が配置され板金ケース１１９に覆われる構造でユニット化されている。１２０は外部表示窓であり外観背面部材１２１と共に外観を形成している。
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施形態によるＣＭＯＳセンサユニットの分解斜視図を示す。
ここでも左右略対称形を考慮して主に図中右側について説明する。

図３と同じ番号については説明を簡略化する。

ローパスフィルタホルダ４０はモールド成形品であり、弾性腕部４１を持っている。弾性腕部４１の先端部には突出部４３が設けられ、ここに位置決め突起４５とビス穴が配設されている。

７０はセンサプレートで、同様に位置決め穴７５、タップ穴７２、更に撮影光束に対して十分な余裕を持つ開口部７３が形成されている。

このＣＭＯＳセンサユニットを組順にしたがって説明する。

まずローパスフィルタホルダ４０に粘着テープ５０を位置決めしながら固着する。

次に位置決め突起４５に対して、シールドプレート６０の位置決め穴６１、センサプレート７０の位置決め穴７５を挿入した状態でローパスフィルタホルダ固定ビス７４によりタップが切られたセンサプレート７０のビス穴７２に締結する。

この状態で更にＣＭＯＳセンサ９０のリードフレーム１１に設けられた位置決め穴１２に位置決め突起４５を挿入し、ＣＭＯＳセンサ９０が所定位置にある状態でセンサ押え１００を背面から不図示の２本のビスでセンサプレート７０に固定する。これにより延長屈曲部１００ａでＣＭＯＳセンサ９０の裏面を押さえ込み、ＣＭＯＳセンサのカバーガラス接着面１８をセンサプレート７０に当接させる。このＣＭＯＳセンサ９０のカバーガラス接着面１８は前述のように研磨された面となっているので密着度が高く隙間はほとんどない。またカバーガラス１７はセンサプレート７０に干渉しないように開口部７３の中に挿入される形で収まっている。その他は図３の説明と同様である。

以上によりＣＭＯＳセンサユニットが完成される。
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施形態によるカメラの要部断面図である。

図４と同じ番号については説明を簡略化する。

２００はローパスフィルタとＣＭＯＳセンサの両者を保持する保持部品で、この部品は前述のセンサプレートとローパスフィルタホルダを一体化した形状をしている。ＣＭＯＳセンサとの位置決め法については前述第１、第２の実施例で説明と同様にローパスフィルタホルダ２００に設けられた位置決め突起を用いて行われる。
９０は図２で説明したＣＭＯＳセンサであり、カバーガラス接着面１８でローパスフィルタホルダ２００に当接している。本実施例ではカバーガラス１７には当接する部品が存在せず、ＣＭＯＳセンサとローパスフィルタ３０との間はカバーガラス接着面１８でローパスフィルタホルダ２００との密着で密閉空間としている。

その他ＣＭＯＳセンサユニットをカメラ本体への取り付け方等は図４での説明と同様である。

本発明によるカメラの要部概略図 本発明によるセンサ概略断面図 本発明の第１の実施形態によるセンサユニット分解斜視図 同じくカメラ要部断面図 本発明の第２の実施形態によるセンサユニット分解斜視図 本発明の第３の実施形態によるカメラ要部断面図

符号の説明

１１ リードフレーム
１２ 位置決め穴
１４ センサチップ
２０ ローパスフィルタマスク
３０ 光学ローパスフィルタ
４０ ローパスフィルタホルダ
４４ 位置決め穴
５０ 粘着テープ
６０ シールドプレート
７０ センサプレート
７１ 位置決め突起
８０ ワッシャ
９０ ＣＭＯＳセンサ
１００ センサ押え
１０１ａ，１０１ｂ 接続フレキシブル基板
１１３ メイン回路基板

Claims (7)

1. リードフレームを持つ固体撮像素子を保持する固体撮像素子保持部材を有し、
   前記リードフレームに第１の位置決め手段が形成され、
   前記固体撮像素子保持部材には前記第１の位置決め手段と関連付けられる第２の位置決め手段が形成され、
   前記第１、第２の位置決め手段により前記固体撮像素子と前記固体撮像素子保持部材の相対的位置関係を決定され、
   前記固体撮像素子のパッケージの撮影光束入射側の面は前記固体撮像素子保持部材に当接して保持することを特徴とする固体撮像素子の保持構造。
2. 前記第１の位置決め手段は前記リードフレーム露出部に形成された位置決め穴であり、
   前記第２の位置決め手段は前記固体撮像素子保持部材に設けられた位置決め突起であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の保持構造。
3. リードフレームを持つ固体撮像素子を保持する固体撮像素子保持部材と、光学部品を保持する光学部品保持部材とを有し、
   前記リードフレームに第１の位置決め手段が形成され、
   前記固体撮像素子保持部材には前記固体撮像素子位置決め手段と関連付けられる第２の位置決め手段が形成され、
   前記光学部品保持部材には前記第１、第２の位置決め手段と関連付けられる第３の位置決め手段が形成され、
   前記第１、第２、第３の位置決め手段により前記固体撮像素子と前記固体撮像素子保持部材の相対的位置関係を決定され、
   前記固体撮像素子のパッケージの撮影光束入射側の面を前記固体撮像素子保持部材に当接して保持することを特徴とする固体撮像素子の保持構造。
4. 前記第１の位置決め手段は前記リードフレーム露出部に形成された位置決め穴であり、
   前記第２の位置決め手段は前記固体撮像素子保持部材に設けられた位置決め突起であり、
   前記第３の位置決め手段は前記光学部品保持部材に設けられた位置決め穴であることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の保持構造。
5. 前記第１の位置決め手段は前記リードフレーム露出部に形成された位置決め穴であり、
   前記第２の位置決め手段は前記固体撮像素子保持部材に設けられた位置決め穴であり、
   前記第３の位置決め手段は前記光学部品保持部材に設けられた位置決め突起であることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の保持構造。
6. リードフレームを持つ固体撮像素子と光学部品を保持する保持部材を有し、
   前記リードフレームに第１の位置決め手段が形成され、
   前記保持部材には前記固体撮像素子位置決め手段と関連付けられる第２の位置決め手段が形成され、
   前記第１、第２の位置決め手段により前記固体撮像素子と前記保持部材の相対的位置関係を決定され、
   前記固体撮像素子のパッケージの撮影光束入射側の面は前記保持部材に当接して保持されることを特徴とする固体撮像素子の保持構造。
7. 前記固体撮像子保持部材は光学部品を支持するカメラ本体に固定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像素子の保持構造。

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