JP2006086984A - 固体撮像素子の取付け構造、並びに、画像読取ユニット、及び、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライン型のＣＣＤ等の固体撮像素子を備えた半導体装置における固体撮像素子の取付け構造において、固体撮像素子の接着固定前に固体撮像素子の６軸調整を簡単に行なうことができるようにする。
【解決手段】結像レンズ２をＸ，Ｙ，β，γ及びＺ方向の位置決めを行って結像レンズ保持部材１１に固定する。垂直ブロック１１ｃ，１１ｃに中間保持部材１４，１４を接着する。固体撮像素子３に透明の曲面形成部材１５を取り付ける。曲面形成部材１５の接着面１５ａを曲面形状とする。中間保持部材１４と曲面形成部材１５の接着面１５ａとの間に紫外線硬化型接着剤２１を塗布し、α方向の調整を行って紫外線硬化型接着剤２１を硬化させる。接着面１５ａの曲面の頂点の両側で紫外線硬化型接着剤２１の厚さを対称にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ライン型のＣＣＤ等の固体撮像素子を備えた半導体装置における固体撮像素子の取付け構造、並びに、該取付け構造を採用した画像読取ユニット、及び、画像読取ユニットを用いた複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。

従来、この種の固体撮像素子の取付け構造として、例えば特開２００１−３１３８７３号公報に開示されたものがある。この従来の技術は、固体撮像素子の接着固定前に固体撮像素子の５軸調整を簡単に行なうことができるようにして、５軸調整後に固体撮像素子の取付けを高精度に行なうことができ、歩留りを高くすることができるとともに生産後（接着剤の硬化後）の固体撮像素子の固定力の低下が生じない固体撮像素子の取付け構造を提供するものである。そして、その構成は、フレームと中間保持部材との第１接着面および固体撮像素子と中間保持部材との第２接着面が固体撮像素子の画素ラインと平行な面になるとともに、第１接着面と第２接着面が直角方向になるように中間保持部材をフレームと固体撮像素子の間に配設したものである。
特開２００１−３１３８７３号公報

一般に、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて画像を光学像として読取る画像読取装置は、図８に示すように、物体１を結像レンズ２を介して固体撮像素子３に結像させて読み取っている。また、固体撮像素子３には複数個の微小な光電変換素子（以下、単に画素といい、この画素は通常数μｍ×数μｍの微小な大きなを有する）を直線上に配列した１ラインの固体撮像素子が用いられている。

このような画像読取装置では、結像レンズ２によって結像された線像を固体撮像素子１上に位置させるとともに、光学特性（ピント、倍率等）を所定の要求精度で読取るために、結像レンズ２や１ラインの固体撮像素子３の画素ライン４を図２に示すようＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｙ軸回りのβ回転方向、Ｚ軸回りのγ回転方向の３軸および２回転方向（以下、２回転方向も軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、β軸、γ軸を単に５軸という）に微動させ位置を調整する必要がある。なお、図８及び図２中の符号Ｌは光軸である。

ここで、Ｘ軸回りの軸に関しての調整を行なわない理由は、β軸、γ軸は画素ラインと直交する方向であり、このβ、γ軸の調整を行なわないと結像レンズ２と固体撮像素子３との距離が画素毎に異なって光学特性の精度が低下してしまうのに対して、Ｘ軸は画素ラインと同軸方向（平行）であるため、結像レンズ２と固体撮像素子３との距離が画素毎に異なることがなく、光学特性に影響を受けないためである。

一方、近時では、カラー像を読取るためにＲｅｄ（以下、単にＲという）、Ｇｒｅｅｎ（以下、単にＧという）およびＢｌｕｅ（以下、単にＢという）に分光感度のピークを持つ画素Ｒ（６ａ）、Ｂ（６ｂ）、Ｇ（６ｃ）別に直線上に３列配置した固体撮像素子６が用いられる場合もある。通常、このような固体撮像素子６の位置調整精度は５軸方向共に高精度が要求されており、特にこの要求を達成するために不可欠とされているのが、固体撮像素子６を上記のように位置調整した後に固体撮像素子６をフレームに固定する際、固体撮像素子６の位置ずれがないようにする技術である。

このような技術が必要なのは、いくら高精度に位置調整しても、固定時に位置がずれると再度位置調整が必要になったり、分離可能な固定方法を採用している場合は、その部分を廃棄処分にするしか方法がなくなってしまい、位置調整時間が長くなったり、コスト高の原因になってしまうからである。なお、この固定については、従来ネジによる固定が多く用いられてきたが、このような固定を用いるとその位置ずれ量が数百μｍ〜数十μｍと大きくなってしまうという不具合が発生する。

このような不具合を解消するために、ネジに代わる手段として、ヤジリ、タマ、バネ等の複雑な構造部品を用いることも考えられるが、このようにすると部品が高価であるためより一層コスト高となってしまう。したがって、現在ではネジによる固定に比べて位置ずれ量が少なく、また、部品点数の問題も少ないとされる接着剤による固定が多く試みられている。

接着材による固定方法としては前掲の特開２００１−３１３８７３に示すように、ワークとワーク保持部材の間に中間保持部材を介装し、この中間保持部材を接着剤によってワークに固定するとともに接着剤を介してワーク保持部材に固定する方法がある。この方式では、ワークとワーク保持部材の間に中間保持部材を介装している分だけ、ワークの接着面と中間保持部材の接着面に接着される接着剤とワーク保持部材の接着面と中間保持部材の接着面に接着される接着剤の膜厚を必要最小限で、かつ一定に管理するだけで、ワークの接着箇所とワーク保持部材の接着箇所の位置精度を厳密に管理しなくても、ワークの取付けを高精度に行なうことができ、歩留りを高くすることができるとともに生産後のワークの固定力の低下が生じるのを防止することができる。なお、この構造を後述説明する図９示す。しかしながら、この構造では５軸の調整しか行えないという欠点がある。

そこで、本発明は上記の問題を解決すべく、固体撮像素子の接着固定前に固体撮像素子の６軸調整を簡単に行なうことができるようにして、６軸調整後に固体撮像素子の取付けを高精度に行なうことができ、歩留りを高くすることができるとともに生産後（接着剤の硬化後）の固体撮像素子の固定力の低下が生じない固体撮像素子の取付け構造を提供することを課題とする。

請求項１の発明は、結像レンズが固定された結像レンズ保持部材と、光電変換素子からなる画素ラインが直線上に配設された固体撮像素子と、前記結像レンズと対向するように前記固体撮像素子を支持する中間保持部材とを有し、前記結像レンズ保持部材と中間保持部材を接着剤によって固着するとともに前記固体撮像素子と中間保持部材を接着剤によって固着するようにした固体撮像素子の取付け構造であって、前記結像レンズ保持部材と中間保持部材との第１接着面および前記固体撮像素子と中間保持部材との第２接着面が前記固体撮像素子の画素ラインと平行な面になるとともに、前記第１接着面と第２接着面が直角方向になるように前記中間保持部材が配設され、前記第１接着面、または、前記第２接着面のいずれか１面が曲面でることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の固体撮像素子の取付け構造であって、前記曲面が前記中間保持部材に配置されたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の固体撮像素子の取付け構造であって、前記曲面が、前記中間保持部材の接着面における紫外線透過量が均一となるような曲率である曲面であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の固体撮像素子の取付け構造であって、前記曲面が固体撮像素子に配置され、かつ曲面の中心位置が画素チップ上にあることを特徴とする。

請求項５の発明は、前記請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の取付け構造を備えたことを特徴とする画像読取ユニットである。

請求項６の発明は、前記請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の取付け構造を備えたことを特徴とする画像形成装置である。

請求項１の発明によれば、前記接着面が曲面であるので、６軸の調整が可能であり、かつ接着面の膜圧が均等にできるので、ＣＣＤ等の固体撮像素子の高精度な位置決めが行える。

請求項２または請求項３の発明によれば、請求項１の効果に加えて、接着する曲面が中間保持部材に配置されているので、中間保持部材を透過して接着剤が硬化するとき、接着剤の膜厚が薄い曲面頂点付近では、中間保持部材の板厚が厚いため紫外線透過量少なく、曲面端部の接着剤膜厚が厚い個所では、中間保持部材の板厚が薄いため、紫外線透過量が多くなるので、接着個所の全面で接着剤が同時に硬化完了し、接着剤内の残留応力が発生しないので、高精度な位置決めが行える。

請求項４の発明によれば、請求項１の効果に加えて、曲面が固体撮像素子に配置され、かつ曲面の中心位置が画素チップ上にあるので、固体撮像素子のを画素チップ中心で回転調整した場合に、中間保持部材と固体撮像素子が接触する位置が常に一定となり、接着の信頼性を向上できる。

請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の取付け構造を備えているので、画像読取ユニットの信頼性が向上する。

請求項６の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の取付け構造を備えているので、画像形成装置の信頼性が向上する。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１〜図３は本発明に係る固体撮像素子の取付け構造の第１実施形態を示す図であり、図１は画像読取ユニット１００の実施形態をも示している。図２は結像レンズ及び固体撮像素子に対する軸を説明する図、図３は図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図３(A) は固体撮像素子の接着前の構造を示す図、図３(B) は接着工程を示す図である。この固体撮像素子の取付け構造は、画像読取ユニット、該画像読取ユニットを用いた複写機、ファクシミリ等におけるの画像読取装置などに適用される。

図１には、請求項１に対応して、結像レンズ保持部材と中間保持部材との第１接着面および前記固体撮像素子と中間保持部材との第２接着面が前記固体撮像素子の画素ラインと平行な面になるとともに、前記第１接着面と第２接着面が直角方向になるように前記中間保持部材を配設したことを特徴とする固体撮像素子の取付け構造において本発明の固体撮像素子の取付構造に関する実施例が示されている。

図１において、２は結像レンズ、３はラインＣＣＤ等の固体撮像素子（半導体パッケージ）であり、これら結像レンズ２と固体撮像素子３が画像読取装置の全体の要部構成において、原稿１を撮像することは前掲の図２と同様である。図中、１１は図示しない画像読取装置本体に取付けられる結像レンズ保持部材である。この結像レンズ保持部材１１は、取付基台部１１ａと、この取付基台部１１ａに形成されたＶ溝１１ｂと、該Ｖ溝１１ｂと反対側で取付基台部１１ａと一体に形成された一対の垂直ブロック１１ｃ，１１ｃとを備えている。

Ｖ溝１１ｂには結像レンズ２が嵌合され、この結像レンズ２はレンズ押え板１２を介してネジ１２ａによって取付基台部１１ａに固定される。そして、結像レンズ２は、図８における原稿１を固体撮像素子３の画素ライン４に結像させる。このとき、結像レンズ２はＶ溝１１ｂにより、Ｘ，Ｙ，β，γの方向の位置決めがなされ、Ｖ溝１１ｂの所定位置での取付けによって、Ｚ方向の位置が決められる。すなわち、なお、固体撮像素子３には固体撮像素子３を駆動する駆動基盤１３が半田によって固定されている。

結像レンズ保持部材１１の垂直ブロック１１ｃ，１１ｃには中間保持部材１４，１４が接着剤によって接着されている。すなわち、中間保持部材１４はＬ字状に形成されており、紫外線が透過する材料から構成されている。この中間保持部材１４は紫外線硬化型接着剤２０（図３）によって垂直ブロック１１ｃに接着されている。また、固体撮像素子３の前面両側には曲面形成部材１５，１５が取り付けられており、図１及び図３に示すように、固体撮像素子３を中間保持部材１４に接着するための曲面形成部材１５の接着面１５ａは曲面形状となっている。この曲面形成部材１５，１５の代わりに固体撮像素子３のパッケージ等により同様な曲面形状を形成するようにしてもよい。また曲面形成部材は固体撮像素子３の全面に形成されていてもよいが、この場合には透明な部材とする。そして、図３(B) に示したように、中間保持部材１４と曲面形成部材１５の接着面１５ａとの間に紫外線硬化型接着剤２１を塗布し、紫外線照射装置３０から照射された紫外線３０ａにより紫外線硬化型接着剤２１を硬化させる。

なお、垂直ブロック１１ｃと中間保持部材１４との接着面が「第１接着面」であり、中間保持部材１４に対する曲面形成部材１５の接着面１５ａが「第２接着面」である。すなわち、第１接着面および第２接着面が、固体撮像素子３の画素ラインと平行な面になるとともに、第１接着面と第２接着面が直角方向になるように中間保持部材１４が配設されている。

ここで、図９に示すような従来の固体撮像素子取付け構造では、図２に示すα軸を調整しようとすると、固体撮像素子３と中間保持部材１４の間に塗布された接着剤の膜厚が不均一となる。この状態で接着剤を硬化させると、接着剤の硬化収縮が接着面上で不均一に発生するため、期待する固定精度を得ることができない。よって従来の固体撮像素子取付け構造では５軸しか調整できなかった。

これに対して、本発明の第１実施形態の構造では、曲面形成部材１５の接着面１５ａが曲面形状となっていることにより、固体撮像素子３の位置調整方向は図２に示すα方向に調整しても、接着剤は接着面１５ａの曲面の頂点で対象形状となるので、接着剤２１を硬化させる場合に接着剤２１の硬化収縮が対象に発生するので、硬化収縮による固定精度への影響を少なくすることができ、高精度な固定が行えるようになる。よって６軸すべての調整が行える。

図４は本発明に係る固体撮像素子の取付け構造の第２実施形態を示す図であり、この固体撮像素子の取付け構造も、画像読取ユニット、該画像読取ユニットを用いた複写機、ファクシミリ等におけるの画像読取装置などに適用される。なお、結像レンズ２及び固体撮像素子３に対する軸は図２と同様である。また、第１実施形態の要素と同様な要素には第１実施形態と同符号を付記してその詳細な説明は省略する。

この第２実施形態は、中間保持部材１４側の接着面１４ａが曲面状である場合の構造である。ここで、前掲の図３(B) の場合、固体撮像素子３は結像レンズ保持部材１１に中間保持部材１４を介して紫外線硬化型接着剤にて接着固定される。紫外線硬化型接着剤は、紫外線を接着剤に照射することによって硬化する。この構造では紫外線照射装置３０から照射された紫外線３０ａは、中間保持部材１４を透過して接着剤２１に照射され接着剤２１が硬化するが、中間保持部材１４の紫外線が透過する個所の板厚が均一であるため、紫外線照射装置３０から照射され、中間保持部材１４を透過した紫外線光量は接着面の範囲で均一である。接着面に塗布された接着剤２１は、曲面に沿って塗布されるので、曲面に沿った形である厚みの分布をもっている。この接着剤に均一な光量の紫外線を照射すると、接着剤膜厚の薄い曲面の頂点付近では、硬化が早く、接着材の膜厚が厚い曲面端部では接着剤の硬化に時間がかかる。このため、接着による接着剤の硬化収縮のしかたにむらができ、接着個所に残留応力が発生してしまう。この残留応力は経時的に開放される可能性が有り、そうなった場合には接着固定個所の位置ずれが発生するので、固体撮像素子３の固定精度低下の原因となるおそれがある。この不具合を第２実施形態は解決する。

すなわち、図４に示したように、紫外線照射装置３０から照射された紫外線３０ａは、中間保持部材１４′を透過して接着剤２１に照射され接着剤２１が硬化するが、中間保持部材１４′の紫外線が透過する個所の板厚が接着面１４ａ′の曲面により不均一となり、紫外線照射装置３０から照射され、中間保持部材１４′を透過した紫外線光量は接着面の範囲で局面の曲率におおじて不均一となる。中間保持部材１４′の接着面１４ａ′に曲面形状が配置されているので、このとき接着剤２１は曲面に沿って塗布されるので、曲面に沿った形である厚みの分布をもつが、この接着剤に曲率におおじて不均一な光量の紫外線を照射すると、接着剤膜厚の薄い曲面の頂点付近では、紫外線の透過量が少なく、接着材の膜厚が厚い曲面端部では紫外線の透過量が大きいくなるので、接着剤の硬化が接着面の全面で均一に発生する。よって、接着による接着剤の硬化収縮も均一に発生するので、接着個所に残留応力が発生しない。

この第２実施形態においても、接着面１４ａ′が曲面形状となっていることにより、固体撮像素子３の位置調整方向は図２に示すγ方向に調整しても、接着剤は曲面の頂点で対象形状となるので、接着剤を硬化させる場合に接着剤の硬化収縮が対象に発生するので、硬化収縮による固定精度への影響を少なくすることができ、高精度な固定が行えるようになる。よって６軸すべての調整が行える。

図５は本発明に係る固体撮像素子の取付け構造の第３実施形態を示す図であり、この固体撮像素子の取付け構造も、画像読取ユニット、該画像読取ユニットを用いた複写機、ファクシミリ等におけるの画像読取装置などに適用される。なお、結像レンズ２及び固体撮像素子３に対する軸は図２と同様である。また、第１実施形態の要素と同様な要素には第１実施形態と同符号を付記してその詳細な説明は省略する。

この第３実施形態は、中間保持部材１４と結像レンズ保持部材１１の垂直ブロック１１ｃとの接着部である、垂直ブロック１１ｃの面を曲面状の接着面１１ｃ−１とした構造である。この第４実施形態においても、接着面１１ｃ−１が曲面形状となっていることにより、固体撮像素子３の位置調整方向は図２に示すγ方向に調整しても、接着剤は曲面の頂点で対象形状となるので、接着剤を硬化させる場合に接着剤の硬化収縮が対象に発生するので、硬化収縮による固定精度への影響を少なくすることができ、高精度な固定が行えるようになる。よって６軸すべての調整が行える。

図６は本発明に係る固体撮像素子の取付け構造の第４実施形態を示す図であり、この固体撮像素子の取付け構造も、画像読取ユニット、該画像読取ユニットを用いた複写機、ファクシミリ等におけるの画像読取装置などに適用される。なお、結像レンズ２及び固体撮像素子３に対する軸は図２と同様である。また、第１実施形態の要素と同様な要素には第１実施形態と同符号を付記してその詳細な説明は省略する。

図６(A) に示したように、この第４実施形態は、請求項４に対応しており、曲面状の接着面３ａが固体撮像素子３に配置され、かつ曲面の中心位置が画素チップ３１上にある場合の構造を示す。この構造により、固体撮像素子３を図２のα方向に調整する場合、画素チップ３１を回転中心として調整するが、このとき曲率の中心位置を画素チップ３１上に配置すると、図８(B) に示すように固体撮像素子３をα方向に調整しても、中間保持部材１４と固体撮像素子３が接触する位置が常に一定となり、接着の信頼性を向上できる。なお、この第５実施形態においても、接着面３２が曲面形状となっていることにより、固体撮像素子３の位置調整方向は図２に示すγ方向に調整しても、接着剤は曲面の頂点で対象形状となるので、接着剤を硬化させる場合に接着剤の硬化収縮が対象に発生するので、硬化収縮による固定精度への影響を少なくすることができ、高精度な固定が行えるようになる。よって６軸すべての調整が行える。

以上の第２〜第４実施形態の固体撮像素子の取り付け構造も、第１実施形態に示したと同様な画像読取ユニット１００に適用できる。この画像読取ユニット１００は請求項５に対応する実施形態である。

図７は実施形態の画像読取ユニット１００を備えた画像形成装置２００の実施形態を示す図であり、請求項７に対応する実施形態である。この画像形成装置２００は多機能型デジタル画像形成装置であり、図７に示すように、画像読取ユニット１００を備えた画像形成装置は、自動原稿送り装置１０１、読み取りユニット１５０、書込ユニット１５７、給紙ユニット１３０及び後処理ユニット１４０とを備えて構成されている。自動原稿送り装置１０１は、原稿を読み取りユニット１５０のコンタクトガラス１０６上に自動的に給送し、読み取りが終了した原稿を自動的に排出する。読み取りユニット１５０は、原稿を載置するコンタクトガラス１０６と光学走査系で構成され、光学走査系は露光ランプ１５１、第１ミラー１５２、画像読取ユニット１００、第２ミラー１５５および第３ミラー１５６などからなっている。そして、読み取りユニット１５０はコンタクトガラス１０６上にセットされた原稿を照明して画像読取ユニット１００によって読み取り、書込ユニット１５７は読み取られた原稿の画像信号に応じて感光体１１５上に画像を形成し、給紙ユニット１３０から給紙された転写紙上に画像を転写して定着する。定着が完了した転写紙は後処理ユニット１４０に排紙され、ソートやステープルなどの所望の後処理が行われる。

本発明の第１実施形態の固体撮像素子の取付け構造及びは画像読取ユニットを示す図である。 同第１実施形態の結像レンズ及び固体撮像素子に対する軸を説明する図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態の固体撮像素子の取付け構造を示す図である。 本発明の第３実施形態の固体撮像素子の取付け構造を示す図である。 本発明の第４実施形態の固体撮像素子の取付け構造を示す図である。 本発明の画像形成装置の実施形態を示す図である。 本発明に係る画像読取装置の全体の要部構成を示す図である。 従来の固体撮像素子の取付け構造の一例を示す図である。

符号の説明

２ 結像レンズ
３ 固体撮像素子
３ａ，１４ａ，１５ａ，１１ｃ−１ 接着面
１１ 結像レンズ保持部材
１１ｃ 垂直ブロック
１４，１４′ 中間保持部材
１５ 曲面形成部材
２０，２１ 紫外線硬化型接着剤
３１ 画素チップ
３２ 接着面
１００ 画像読取ユニット
２００ 画像形成装置

Claims (6)

1. 結像レンズが固定された結像レンズ保持部材と、光電変換素子からなる画素ラインが直線上に配設された固体撮像素子と、前記結像レンズと対向するように前記固体撮像素子を支持する中間保持部材とを有し、前記結像レンズ保持部材と中間保持部材を接着剤によって固着するとともに前記固体撮像素子と中間保持部材を接着剤によって固着するようにした固体撮像素子の取付け構造であって、
   前記結像レンズ保持部材と中間保持部材との第１接着面および前記固体撮像素子と中間保持部材との第２接着面が前記固体撮像素子の画素ラインと平行な面になるとともに、前記第１接着面と第２接着面が直角方向になるように前記中間保持部材が配設され、
   前記第１接着面、または、前記第２接着面のいずれか１面が曲面でることを特徴とする固体撮像素子の取付け構造。
2. 前記曲面が前記中間保持部材に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の取付け構造。
3. 前記曲面が、前記中間保持部材の接着面における紫外線透過量が均一となるような曲率である曲面であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子の取付け構造。
4. 前記曲面が固体撮像素子に配置され、かつ曲面の中心位置が画素チップ上にあることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の取付け構造。
5. 前記請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の取付け構造を備えたことを特徴とする画像読取ユニット。
6. 前記請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の取付け構造を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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