JP2005266586A - 撮像装置と、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 難接着性樹脂からなるプリズムを筐体の所定位置に確実に固定できる撮像装置を提供する。
【解決手段】 撮像装置１０Ａは、筐体２０と、筐体２０に収容されたプリズムユニット２１を有している。プリズムユニット２１は、ノルボルネン系樹脂等の難接着性樹脂からなるプリズム３１を有している。プリズム３１は、非光学機能面である両側面５３に供給された接着剤８１によって、筐体２０の所定位置に固定されている。プリズム３１の両側面５３に、剥離防止手段として機能する凸部５７が形成されている。筐体２０に形成された開口部８０とプリズム３１の凸部５７とにわたって、接着剤８１が塗布されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、例えばデジタルカメラやカメラ付携帯電話等に用いることのできる撮像装置に係り、特に、自由曲面形状の反射面等を有するプリズムを使用する撮像装置と、その製造方法に関する。

デジタルカメラやカメラ付携帯電話に使用可能な小型の撮像装置として、偏心光学系を使用した撮像装置が提案されている。例えば自由曲面等からなるプリズムを使用する撮像光学系を備えた撮像装置が下記の特許文献１〜３に記載されている。

これらの特許文献１〜３に記載されている技術の狙いは、プリズムを使用して撮像光学系を形成し、そのプリズムの光入射面や、光射出面、あるいは反射面に自由曲面を使用することによって、コンパクトでかつ画質の良い画像を得ることができる点である。特に、特許文献２（特開２００２−１９６２４３号公報）や特許文献３（特開２００３−８４２００号公報）では、２個のプリズムを組合わせ、物体に近い方の第１プリズムの光入射面、反射面、光射出面、および撮像面に近い方の第２プリズムの光入射面、二つの反射面、光射出面、の合計７面の全てに自由曲面を使用することが記載されている。

このような光学系の特徴としては、
（１）３面ある反射面はパワー（屈折力）を有する自由曲面を使用しているが、これらの反射面はレンズ等の屈折光学系に対して、大きなパワーを得ることができると同時に色収差の影響を受けない。

（２）コンパクトな空間内に７面の光学面を有することができる。従って限られた空間内に光学要素を凝縮して設定することができる。
（３）光学性能を高めるには光学系全体の光路長をある程度長くすることが望ましいが、このようなプリズム光学系を使用することにより、光路を折り曲げていることによって、光路長は長いが全体の大きさをコンパクトにすることができる。

ところで、従来の撮像装置において、プリズム等の光学素子の材料として、ポリカーボネートやポリメタクリレート樹脂が使用されている。これらの樹脂は光学特性が良い反面、吸湿性や複屈折に関して改善の余地がある。例えば、光軸対称のレンズは吸湿によって形状が変化しても規則性を有するため補正が可能であるが、自由曲面を有する複雑な形状のプリズムは、吸湿による伸縮変化が不規則なため補正が困難である。この問題に関しては、プリズムの材料にノルボルネン系樹脂を用いることによって解決することができる。（例えば下記特許文献４参照）
特開平１１−３２６７６６号公報 特開２００２−１９６２４３号公報 特開２００３−８４２００号公報 特開平５−２３９２２７号公報

しかしながらノルボルネン系樹脂は、接着剤がつきにくい難接着性樹脂であることが問題となる。ノルボルネン系樹脂からなる光学素子は、プライマー処理を行なうことによって接着性を高めることが可能であるが、その場合には有機溶剤が必要になったり、余分な工程が必要になるなど、コストが高くなる原因となる。

なお、特開２００１−２４５１８６号公報に記載されているように、レンズの接着面であるプリント基板の壁面を、開口部に向けて広がる形状にすることにより、接着剤を浸透させやすくする技術も提案されている。しかしこのような構造を採用しても、前述した難接着性樹脂では、衝撃が入力したときに接着面が剥離し、レンズが脱落するおそれがあった。

従ってこの発明の目的は、難接着性樹脂からなるプリズムを筐体の所定位置に確実に固定することが可能な撮像装置と、その製造方法を提供することにある。

本発明の撮像装置は、筐体と、該筐体に収容され、入射面と射出面と自由曲面形状の反射面を有し、難接着性樹脂からなる第１および第２のプリズムを含むプリズムユニットとを有する撮像装置であって、前記第１および第２のプリズムが、非光学機能面に塗布された接着剤によって前記筐体内部の所定位置に固定され、前記非光学機能面に剥離防止手段が設けられている。前記難接着性樹脂の一例はノルボルネン系樹脂である。

この発明の好ましい形態では、前記第１および第２のプリズムが、それぞれ、絞り部材を兼ねる保持部材の一方の面と他方の面に接着され、該保持部材が前記筐体に固定されている。

この発明の好ましい形態では、前記筐体の前記剥離防止手段と対応する位置に、前記接着剤を該筐体の内側に供給する開口部が形成されている。
前記剥離防止手段は、例えば、前記第１および第２のプリズムの側面の、前記開口部と対応する位置に形成された凸部である。あるいは、前記剥離防止手段は、前記第１および第２のプリズムの側面の、前記開口部と対応する位置に形成された凹部である。

前記剥離防止手段は、例えば、前記第１および第２のプリズムの前記非光学機能面に形成された傾斜面であって、該傾斜面は、前記筐体の内面との間の隙間が前記筐体の一方側に向かって広がる第１の傾斜面と、前記一方側に向かって隙間が狭まる第２の傾斜面とを含んでいる。

前記剥離防止手段は、例えば、前記第１および第２のプリズムの前記反射面に形成されたコーティング層であって、該コーティング層と前記筐体の内面とにわたって前記接着剤が塗布されている。

本発明の製造方法は、前記第１および第２のプリズムを成形する工程と、前記第１および第２のプリズムの間に保持部材を配置するとともに、該保持部材の一方の面に前記第１のプリズムを接着剤によって固定し、該保持部材の他方の面に前記第２のプリズムを接着剤によって固定する工程と、前記保持部材を筐体内部の所定位置に固定する工程と、前記筐体に形成された開口部から前記第１および第２のプリズムの前記剥離防止手段に向けて接着剤を供給し、前記開口部と前記剥離防止手段とにわたって前記接着剤を塗布する工程とを具備している。

本発明によれば、ノルボルネン系樹脂のような難接着性樹脂からなるプリズムも筐体の所定位置に確実に固定することができる。

以下に本発明の第１の実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
図１は撮像用機器の一例としてのデジタルカメラ１を示し、図２はその内部を示している。図１に示されるように、デジタルカメラ１のハウジング２に、レリーズボタン３やフラッシュ４、ファインダ光学系５、撮像光学系のカバーガラス６等が設けられている。

図２に示すように、ハウジング２の内部に、撮像装置１０Ａと、画像処理回路１１と、記録部１２などが収容されている。画像処理回路１１は、撮像装置１０Ａによって得られる電気信号に所定の電気的処理を施すことにより、画像データを得るものである。記録部１２は、画像処理回路１１からの画像データを記録媒体に記録する。ハウジング２の背面に画像モニタ１３が設けられている。

図３〜図５に示すように、撮像装置１０Ａは、筐体２０と、筐体２０の内部に収容された偏心光学系を構成するプリズムユニット２１と、プリズムユニット２１の結像面に配置されたＣＣＤ等の撮像素子２２と、基板２３が固定された枠部材（固定枠）２４などを含んでいる。基板２３の所定位置に前記撮像素子２２が実装されている。

筐体２０の入射側の開口部（入射窓）２５に前記カバーガラス６が装着されている。筐体２０の射出側の開口部にフィルタ等の光学部材２６が装着されている。図４と図５に示すように、筐体２０の一部２０ａを枠部材２４に嵌合させ、遮光性と防塵機能を兼ねる黒色系の接着剤２７によって両者が互いに固定され、筐体２０の内側に、密閉された防塵空間を構成している。筐体２０と枠部材２４の材料は、前記接着剤２７に対する接着性が良好なポリカーボネート等の合成樹脂である。

図６はプリズムユニット２１の一例を示している。プリズムユニット２１は、第１のプリズム３１と、第２のプリズム３２と、保持部材３３とを有している。保持部材３３は、絞り孔３４および位置決め孔３５が形成された絞り部３６と、筐体２０の天井壁２０ｂ（図４に示す）に固定される取付部３７とを有している。

図７に示すように取付部３７に突起（ボス部）３８が形成されている。この突起３８は筐体２０の天井壁２０ｂの凹部３９に形成された孔４０に挿入される。筐体２０と取付部３７との間に接着剤４１が供給され、かつ、突起３８の周囲に接着剤４１が供給される。この接着剤４１を硬化させることによって、保持部材３３が筐体２０の所定位置に固定される。保持部材３３は、接着剤４１に対する接着性が良好なポリカーボネートあるいはＡＢＳ樹脂等の合成樹脂からなる。

第１および第２のプリズム３１，３２は、いずれも、ノルボルネン(norbornane)系樹脂のように、光学特性に優れた材料によって成形されている。ノルボルネン系樹脂は、光学特性に優れた材料であるが、各種接着剤に対する接着力が小さい。すなわち接着剤が剥離しやすい難接着性樹脂である。なお、プリズム３１，３２の材料にシクロオレフィン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂が使用されてもよい。

図４と図６等に示すように、第１のプリズム３１は、入射面５０と、回転非対称で１つの対称面を有する自由曲面形状の反射面５１と、射出面５２と、一対の側面５３を有する偏心プリズムである。反射面５１には、例えばアルミニウム蒸着等によるコーティング層５４が形成されている。

図６に示されるように、射出面５２の周囲に平面部５５が形成されている。平面部５５に位置決め突起５６が形成されている。このプリズム３１の両側面（非光学機能面）５３に、プリズム３１の成形時に樹脂注入ゲートとして使われた部位を切断した跡である凸部５７が形成されている。このプリズム３１の位置決め突起５６を、保持部材３３の位置決め孔３５に、絞り部３６の一面側から嵌合させ、かつ、接着剤によって平面部５５を保持部材３３に固定する。こうすることにより、第１のプリズム３１が、保持部材３３の所定位置に保持される。

第２のプリズム３２は、入射面６０と、２つの反射面６１，６２と、射出面６３と、一対の側面６４を有する偏心プリズムである。２つの反射面６１，６２のうち少なくとも一方は回転非対称で１つの対称面を有する自由曲面形状をなしている。これら反射面６１，６２に、例えばアルミニウム蒸着等によるコーティング層６５，６６が形成されている。

入射面６０の周囲に平面部６７が形成されている。平面部６７に位置決め突起６８が形成されている。このプリズム３２の両側面（非光学機能面）６４に、プリズム３２の成形時に樹脂注入ゲートとして使われた部位を切断した跡である凸部６９が形成されている。このプリズム３２の位置決め突起６８を、保持部材３３の位置決め孔３５に、絞り部３６の他面側から嵌合させ、かつ、接着剤によって平面部６７を保持部材３３に接着する。こうすることにより、第２のプリズム３２が、保持部材３３の所定位置に保持される。

なお、位置決め孔３５は本実施形態では貫通孔としたが、光線の漏れを防ぐために突起５６，６８に黒色塗装を施すものとする。また、同様の効果をもたらす他の手段として、孔３５を貫通孔とせず、絞り部３６の両面から有底の孔を形成してもよい。

図４に示すように、入射光軸λ１に沿って、入射側の開口部２５から第１のプリズム３１に入射した光束は、第１のプリズム３１の反射面５１で反射し、射出面５２から入射面６０を経て第２のプリズム３２に入射する。そして反射面６１，６２にて反射し、射出光軸λ２に沿って射出面６３から光学部材２６を経て、撮像素子２２にて結像する。入射光軸λ１と射出光軸λ２とは略平行である。

図５に示すように、第１のプリズム３１の両側面５３に、それぞれ凸部５７が形成されている。図５には示されていないが、第２のプリズム３２の両側面６４にも凸部６９が形成されている。筐体２０の両側壁２０ｃ、すなわち各プリズム３１，３２の両側面５３，６４と対向する両側壁２０ｃに、それぞれ開口部８０が形成されている。

これらの開口部８０は、第１および第２のプリズム３１，３２の前記凸部５７，６９と対応する位置に形成されている。この実施形態の開口部８０は、図３に示されるように、同じ側にある凸部５７，６９を包含できるように、プリズム３１，３２が並ぶ方向に沿って横長の形状に形成されている。

図５に第１のプリズム３１を代表して示すように、プリズム３１の両側面５３と筐体２０の両側壁２０ｃとが、互いに接着剤８１によって固定されている。この接着剤８１は、硬化前の液状のものをディスペンサー等によって、開口部８０から筐体２０の内側の凸部５７に向けて供給し、凸部５７とその近傍部において硬化させている。

接着剤８１の一例はエポキシ系樹脂（熱硬化性樹脂）であるが、シリコン系接着剤や熱可塑性樹脂（アクリル系、スチレン系等）からなる接着剤が使われてもよい。この接着剤８１は開口部８０から筐体２０の内側に供給されるため、ディスペンサー等による接着剤８１の供給作業が容易である。

前記接着剤８１が、筐体２０の開口部８０とプリズム３１の凸部５７にわたって硬化しているため、ノルボルネン系樹脂のような難接着性樹脂からなるプリズム３１，３２であっても、図５中の矢印Ｙ方向等の力に対して大きな剥離強度を発揮できる。第２のプリズム３２も第１のプリズム３１と同様に、凸部６９とその近傍に供給された接着剤８１によって、筐体２０の内面に固定されている。これらの凸部５７，６９は、本発明で言う剥離防止手段として機能する。また前記接着剤８１は、遮光効果をもたせるために黒色系の接着剤を用いる。

前記接着剤８１は、第１および第２のプリズム３１，３２のそれぞれの両側面５３，６４に塗布されており、第１および第２のプリズム３１，３２を筐体２０の両側から支える格好になっているため、これらプリズム３１，３２が保持部材３３の絞り部３６に接着されていることとあいまって、ノルボルネン系樹脂のような難接着性樹脂からなるプリズム３１，３２であっても、衝撃等に対して高い強度を得ることができる。

このように構成される撮像装置１０Ａの製造方法は、下記の工程を含んでいる。
（１）前記第１および第２のプリズム３１，３２を射出成形等によって成形する工程。
（２）前記第１および第２のプリズム３１，３２の間に保持部材３３の絞り部３６を配置し、かつ、絞り部３６の一方の面と他方の面に第１および第２のプリズム３１，３２を接着剤によって固定する工程。
（３）保持部材３３の取付部３７を筐体２０の天井壁２０ｂの所定位置に接着剤４１によって固定する工程。
（４）開口部８０から第１および第２のプリズム３１，３２の凸部５７，６９に向けて接着剤８１を供給し、開口部８０と前記凸部５７，６９とにわたって接着剤８１を硬化させる工程。

図８は、本発明の第２の実施形態の撮像装置１０Ｂを示している。この撮像装置１０Ｂは、第１の実施形態の撮像装置１０Ａと同様に構成された筐体２０と、枠部材２４と、筐体２０に収容されたプリズムユニット２１などを備えている。

この撮像装置１０Ｂは、第１のプリズム３１の両側面５３に、剥離防止手段として機能する凹部９０が形成されている。これらの凹部９０に向かって、筐体２０の開口部８０から接着剤８１を供給し、凹部９０と開口部８０とにわたって硬化させることにより、プリズム３１の両側面５３が筐体２０の内面に固定される。

このように開口部８０と凹部９０にわたって硬化した接着剤８１により、図８に示す矢印Ｙ方向等の力に対して、プリズム３１を高い強度で固定することができる。図示は省略するが、第２のプリズム３２の両側面にも、第１のプリズム３１と同様に、剥離防止手段として機能する凹部が形成され、接着剤８１が塗布されている。それ以外の基本的な構成と作用は前記第１の実施形態と共通であるため、第１の実施形態の撮像装置１０Ａと共通の部位に共通の符号を付して説明は省略する。

図９は、本発明の第３の実施形態の撮像装置１０Ｃを示している。この撮像装置１０Ｃは、筐体２０の両側壁２０ｃに形成された切欠き状の開口部８０ａを有している。この開口部８０ａの内側に、前記実施形態で説明した凸部５７，６９が配置され、接着剤８１が塗布されている。なお、凸部５７，６９の代りに、第２の実施形態で説明した凹部９０が形成されていてもよい。それ以外の基本的な構成と作用について、この実施形態の撮像装置１０Ｃは、前記第１の実施形態あるいは第２の実施形態と同様である。

図１０は本発明の第４の実施形態の撮像装置１０Ｄを示している。この撮像装置１０Ｄは、筐体２０の両側壁２０ｃの前記凸部５７，６９あるいは凹部９０と対応した位置に、複数の切欠き状の開口部８０ｂが形成され、それぞれの内側に接着剤８１が塗布されている。それ以外の基本的な構成と作用は前記第１の実施形態あるいは第２の実施形態と同様である。

図１１と図１２は、本発明の第５の実施形態の撮像装置１０Ｅを示している。この撮像装置１０Ｅのプリズムユニット２１は、第１のプリズム３１の両側面５３に形成された２種類の傾斜面９１，９２と、第２のプリズム３２の両側面６４に形成された２種類の傾斜面９３，９４とを有している。

第１のプリズム３１に形成された第１の傾斜面９１は、筐体２０の一方側（枠部材２４側）に向かって、筐体２０の内面との間の隙間がテーパ状に広がる形状である。これに対し第２の傾斜面９２は、枠部材２４に向かって隙間が逆テーパ状に狭まる形状である。第２のプリズム３２に形成された第１の傾斜面９３は、枠部材２４に向かって筐体２０の内面との間の隙間がテーパ状に広がる形状である。これに対し第２の傾斜面９４は、枠部材２４に向かって隙間が逆テーパ状に狭まる形状である。

これらの傾斜面９１〜９４に接着剤８１を供給し、硬化させることにより、プリズム３１，３２の両側面５３，６４が筐体２０の内面に固定される。第１の傾斜面９１，９３と第２の傾斜面９２，９４が互いに逆方向に傾斜しているため、図１１に矢印Ｙで示す方向に加わる力に対し、接着剤８１がくさびのように機能するため、プリズム３１，３２を高い強度で筐体２０に固定することができる。

これらの傾斜面９１〜９４は剥離防止手段として機能する。それ以外の基本的な構成と作用は前記第１の実施形態の撮像装置１０Ａと共通である。なお、前記傾斜面９１〜９４をプリズム３１の端面９５（図１２に示す）に形成し、これら傾斜面９１〜９４と筐体２０とを接着剤８１によって固定してもよい。

図１３は、本発明の第６の実施形態の撮像装置１０Ｆを示している。この撮像装置１０Ｆのプリズムユニット２１は、プリズム３１，３２の反射面５１，６１，６２に形成されたアルミニウムからなるコーティング層５４，６５，６６の裏面（非光学機能面）を、剥離防止手段として利用するものである。アルミニウム性のコーティング層５４，６５，６６は、接着剤８１に対する接着性が良好であり、高い接着強度を発揮することができる。

図１３に示すように、第１および第２のプリズム３１，３２のコーティング層５４，６５が接着剤８１によって筐体２０に固定され、さらに第２のプリズム３２のコーティング層６６が保持部材３３の取付部３７に接着剤８１によって固定されている。コーティング層５４，６５，６６の裏面は非光学機能面であるから、接着剤８１が付着しても光学的に問題はない。なお、プリズム３１，３２の平面部５５，６７は、保持部材３３の絞り部３６に接着剤（図示せず）によって固定されている。

このように、剥離防止手段として機能するコーティング層５４，６５，６６を接着剤８１によって筐体２０あるいは保持部材３３に固定することにより、プリズム３１，３２を高い強度で保持することができ、耐衝撃性に優れた撮像装置１０Ｆが得られる。それ以外の基本的な構成と作用は第１の実施形態の撮像装置１０Ａと共通であるため、第１の実施形態の撮像装置１０Ａと共通の部位に共通の符号を付して説明は省略する。

図１４は、撮像用機器の一例として、本発明の撮像装置をカメラ付携帯電話１００に組み込んだ例を示している。このカメラ付携帯電話１００に、前記各実施形態で説明した撮像装置を組込むことにより、カメラ付携帯電話１００のさらなる小型化と薄型化および光学性能の向上が可能となる。

なお、この発明を実施するに当たり、筐体、プリズムユニット、剥離防止手段をはじめとして、発明の構成要素をこの発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態の撮像装置を備えたデジタルカメラの斜視図。 図１に示されたデジタルカメラの内部を模式的に示す断面図。 本発明の第１の実施形態を示す撮像装置の斜視図。 図３中のIV−IV線に沿う撮像装置の断面図。 図３中のＶ−Ｖ線に沿う撮像装置の断面図。 図３に示された撮像装置のプリズムユニットの分解斜視図。 図３に示された撮像装置の一部の断面図。 本発明の第２の実施形態の撮像装置を示す断面図。 本発明の第３の実施形態の撮像装置を示す斜視図。 本発明の第４の実施形態の撮像装置を示す斜視図。 本発明の第５の実施形態の撮像装置の断面図。 図１１に示された撮像装置に用いるプリズムユニットの分解斜視図。 本発明の第６の実施形態の撮像装置の断面図。 カメラ付き携帯電話の一例を示す斜視図。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ…撮像装置
２０…筐体
２１…プリズムユニット
３１…第１のプリズム
３２…第２のプリズム
３３…保持部材
５４…コーティング層（剥離防止手段）
５７…凸部（剥離防止手段）
６５，６６…コーティング層（剥離防止手段）
６９…凸部（剥離防止手段）
８１…接着剤
９０…凹部（剥離防止手段）
９１〜９４…傾斜面（剥離防止手段）

Claims (9)

1. 筐体と、
   該筐体に収容され、入射面と射出面と自由曲面形状の反射面を有し、難接着性樹脂からなる第１および第２のプリズムを含むプリズムユニットと、
   を有する撮像装置であって、
   前記第１および第２のプリズムが、非光学機能面に塗布された接着剤によって前記筐体内部の所定位置に固定され、
   前記非光学機能面に剥離防止手段が設けられていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記難接着性樹脂が、ノルボルネン系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１および第２のプリズムが、それぞれ、絞り部材を兼ねる保持部材の一方の面と他方の面に接着され、該保持部材が前記筐体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記筐体の前記剥離防止手段と対応する位置に、前記接着剤を該筐体の内側に供給する開口部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
5. 前記剥離防止手段は、前記第１および第２のプリズムの側面の、前記開口部と対応する位置に形成された凸部であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記剥離防止手段は、前記第１および第２のプリズムの側面の、前記開口部と対応する位置に形成された凹部であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
7. 前記剥離防止手段は、前記第１および第２のプリズムの前記非光学機能面に形成された傾斜面であって、該傾斜面は、前記筐体の内面との間の隙間が前記筐体の一方側に向かって広がる第１の傾斜面と、前記一方側に向かって隙間が狭まる第２の傾斜面とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
8. 前記剥離防止手段は、前記第１および第２のプリズムの前記反射面に形成されたコーティング層であって、該コーティング層と前記筐体の内面とにわたって前記接着剤が塗布されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
9. 難接着性樹脂からなり、入射面と射出面と自由曲面形状の反射面と剥離防止手段をそれぞれ有する第１および第２のプリズムを成形する工程と、
   前記第１および第２のプリズムの間に保持部材を配置するとともに、該保持部材の一方の面に前記第１のプリズムを接着剤によって固定し、該保持部材の他方の面に前記第２のプリズムを接着剤によって固定する工程と、
   前記保持部材を筐体内部の所定位置に固定する工程と、
   前記筐体に形成された開口部から前記第１および第２のプリズムの前記剥離防止手段に向けて接着剤を供給し、前記開口部と前記剥離防止手段とにわたって前記接着剤を塗布する工程と、
   を具備したことを特徴とする撮像装置の製造方法。
   
   

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