JP2006270585A - 撮像素子ユニットの組立方法、撮像素子ユニットおよびデジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子パッケージの受光面中心を簡単な操作によりホルダ中心に位置決めすることのできる撮像素子ユニットの組立方法を提案すること。
【解決手段】パッケージ部材６に撮像素子基板５が収納された構成の撮像素子パッケージ２を、ホルダ３に位置決めして組み付けるために、パッケージ部材６に、ホルダ３に組み付ける際の基準となる直交する二つの基準面９ａ、１０ａを形成し、ホルダ３に、撮像素子パッケージ２を位置決めするための二つの基準面２２、２３を形成し、パッケージ部材６に対する撮像素子基板５の受光面中心５ｂのずれ量を求めておく。撮像素子パッケージ２をホルダ３に組み付ける際に、各基準面９ａ、１０ａと各ホルダ側基準面２２、２３の間に、それぞれのずれ量を相殺可能な厚さのスペーサ３０Ａ、３０Ｂを差し込み、撮像素子受光面の中心５ｂをホルダ中心３ａに位置決めする。
【選択図】図２

Description

本発明は、デジタルカメラなどに搭載される撮像素子ユニットの組立方法に関し、特に、撮像素子ユニットの受光面の中心が撮影光学系の光軸からずれないように、当該撮像素子ユニットを組み立てるための組立方法に関するものである。

一眼レフタイプのデジタルカメラなどにおいては、ＣＣＤユニットなどの撮像素子ユニットが搭載され、撮影画像を電気信号に変換してカメラ本体の背面に配置されている液晶モニタなどに表示できるように構成されている。撮像素子ユニットは、撮像素子が作り込まれている撮像素子基板が収納されている撮像素子パッケージと、当該撮像素子パッケージをカメラ本体内部に組み付けるためのホルダとを有しており、ホルダの裏面には駆動回路パターンなどが搭載された回路基板が積層固定されている。

撮像素子ユニットをカメラ本体に組み付ける際には、撮影光学系の光軸に、撮像素子ユニットの受光面の中心が一致するように位置決めする必要がある。これらの間に位置ずれが生じていると、撮像素子の受光面上に撮影画像を完全に取り込むことができないなどの弊害が発生する。また、ファインダー視野とのズレによって、ユーザーの意図しない余分なものが写り込んだり、逆に意図した部分がケラレたりしてしまうなどの弊害が発生する。

そこで、従来においては、撮像素子ユニットをデジタルカメラに組み付けて、実際に得られる被写体画像に基づき撮像素子ユニットの位置を調整する方法が提案されている(特許文献１)。この方法を採用すれば、実際に組み付けた状態で位置を調整しているので、撮像素子の受光面の中心を精度良く撮影光学系の光軸に一致させることが可能である。しかしながら、実際の画像をモニタに表示しながら位置調整を行うので、装置構成が大掛かりとなりコストも高い。また、デジタルカメラにおける撮像素子ユニットの取り付け部分には、当該ユニットの位置調整代を確保しておく必要があるので、撮像素子ユニットの取り付け部分のスペースを多く必要とし、デジタルカメラの小型化、コンパクト化には向かない。

ここで、撮像素子ユニットにおける受光面の中心と撮影光学系の光軸の間に生ずるずれの主要要因は、ホルダに対する撮像素子パッケージの位置決め誤差である。すなわち、撮像素子基板(ウエハー部)とパッケージ部材の位置決めは、パッケージ部材に形成されているボンディングパッドを基準にすることにより高精度に調整される。しかしながら、パッケージ部材は一般にセラミック焼成体であり、ホルダに組み付ける際の基準となる外形基準面の精度を確保することが困難である。よって、パッケージ部材の外形基準面に基づき撮像素子パッケージをホルダに取り付けると、撮像素子基板の受光面中心とホルダ中心との間に大きなずれが生じ、これがそのまま、撮影光学系の光軸とのずれ量となって現れてしまう。

そこで、従来においては、撮像素子パッケージをホルダに搭載する際に、撮像素子受光面の画像を取得し、その中心がホルダ中心に一致するように、撮像素子パッケージをホルダに取り付ける光軸合わせ方法が提案されている(特許文献２)。
特開２０００−１３４５２８号公報 特開平５−３１６４００号公報

しかしながら、従来における撮像素子パッケージの中心をホルダの中心に位置決めするための方法は画像処理によるものであり、装置が大掛かりとなり、作業時間も掛かり、効率が悪いという問題がある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、撮像素子パッケージの受光面中心を簡単な操作によりホルダ中心に位置決めすることのできる簡便な撮像素子ユニットの組立方法を提案することにある。

また、本発明の課題は、撮像素子パッケージをホルダに組み付けた際の位置決め調整量を組立後において視認可能な撮像素子ユニットの組立方法を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、パッケージ部材に撮像素子基板が搭載された構成の撮像素子パッケージと、この撮像素子パッケージを組み付けるためのホルダとを有する撮像素子ユニットの組立方法であって、
前記パッケージ部材に、前記ホルダに組み付ける際の基準となる直交する二つのパッケージ側基準面を形成し、
前記ホルダに、前記撮像素子パッケージを位置決めするために、前記パッケージ側基準面をそれぞれ当接可能な直交する二つのホルダ側基準面を形成し、
前記パッケージ部材に対する前記撮像素子基板の受光面中心のずれ量を、各パッケージ側基準面に沿った直交する二方向において直接、あるいは間接的に測定し、
前記撮像素子パッケージを前記ホルダに組み付ける際に、各パッケージ側基準面と各ホルダ側基準面の間に、前記ずれ量をそれぞれ相殺可能な厚さのスペーサを差し込むことにより、前記撮像素子の受光面の中心を前記ホルダの中心に一致させ、
この状態で、前記撮像素子パッケージを前記ホルダに固定することを特徴としている。

本発明の組立方法では、組立作業者は、撮像素子パッケージの製造時に測定されたずれ量に基づき位置決め調整量を知ることができ、この調整量に対応する厚さのスペーサを、撮像素子パッケージとホルダの間に挟むだけの簡単な作業により、撮像素子受光面の中心をホルダ中心に一致させることができる。よって、撮像素子基板がパッケージ部材に対して受光面中心がずれた状態で取り付けられていても、撮像素子基板がホルダに対して中心が一致した状態で組みつけられる。このため、撮像素子ユニットを、そのホルダ中心が、デジタルカメラなどの撮影光学系の光軸に一致するように取り付ければ、撮像素子受光面の中心が精度良く光軸に一致した状態を形成できる。

ここで、前記の各ずれ量として、前記撮像素子パッケージの製造ロット毎の代表値を採用することができる。すなわち、パッケージ部材の外形寸法は製造ロット毎のばらつきが大きいが、ロット内のばらつきは比較的少ない。したがって、製造ロット毎に一定のずれ量を採用しても実用上支障がない。

また、各パッケージ側基準面と各ホルダ側基準面の間に差し込まれた前記スペーサの種類を視認可能としておくことが望ましい。

例えば、各スペーサとして、前記パッケージ側基準面と前記ホルダ側基準面の間に差し込まれる本体部分と、この本体部分から突出している突出部分とを備えたものを採用し、前記スペーサの厚さに応じて、突出部分の位置、形状、色などの視認可能な特性を異なるようにしておけばよい。

このようにすると、組立後において、スペーサの突出部分を目視することにより、その厚さ、すなわち位置決め時の調整量を直ちに把握でき、点検作業などの効率化を図ることができる。また、自動化への対応も容易にできる。

次に、本発明は撮像素子ユニットに関するものであり、上記の組立方法によって組み立てられたことを特徴としている。

また、本発明はデジタルカメラに関するものであり、上記のように組み立てられた撮像素子ユニットが搭載されていることを特徴としている。

本発明の撮像素子ユニットの組立方法においては、撮像素子パッケージとホルダの間にスペーサを差し込むという簡単な作業により、撮像素子受光面の中心がホルダ中心に一致するように、撮像素子パッケージをホルダに取り付けることができる。また、使用するスペーサの厚さ、すなわち調整量は、予め測定されているずれ量から簡単に知ることができる。さらに、スペーサとして、その厚さを視認可能なものを用いた場合には、組立後において調整量を目視により把握できるので、点検作業が効率化できるなどの利点がある。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した撮像素子ユニットの組立方法を詳細に説明する。

図１は組み立てられた状態の撮像素子ユニットを示す正面図であり、図２はその主要部分を示す分解斜視図であり、図３はスペーサを示す説明図である。これらの図を参照して説明すると、本例の撮像素子ユニット１は、一眼レフタイプのデジタルカメラに搭載される撮像素子ユニットであり、撮像素子パッケージ２と、この撮像素子パッケージ２が組み付けされているホルダ３とを有しており、ホルダ３の裏面には回路基板４が積層固定されている。

撮像素子パッケージ２は、受光素子が作り込まれている撮像素子基板５と、この撮像素子基板５が取り付けられているパッケージ部材６とを備えている。パッケージ部材６は例えばセラミック製品からなり、矩形の底板部分７と、この底板部分７の四周縁から直角に起立している上下左右の側板部分８〜１１とを備えており、側板部分８〜１１によって囲まれている横長の矩形の装着部分に前側から矩形の撮像素子基板５が装着されている。また、直交する側板部分９、１０の外側端面が、撮像素子パッケージ２をホルダ３に組み付ける際のパッケージ側基準面９ａ、１０ａとなっている。

また、側板部分８〜１１の表面にはボンディングパッド(図示せず)が形成されており、これらの部分と撮像素子基板５の間がボンディングワイヤ(図示せず)によって電気的に接続されている。ボンディングパッドには、底板部分７を厚さ方向に貫通して裏面側に突出している多数本の端子ピン１２がそれぞれ電気的に接続されている。

パッケージ部材６に撮像素子基板５を組み付ける際の位置合わせは、一般に、不図示のボンディングパッド位置を基準にして行われる。したがって、ボンディングパッド位置から撮像素子基板５の受光面５ａの中心５ｂまでの距離は分かっている。よって、パッケージ部材６の基準面９ａ、１０ａからボンディングパッド位置までの距離を計測すれば、それらのばらつきが、受光面中心５ｂのずれ量に相当する。

この構成の撮像素子パッケージ２が組み付けられているホルダ３は金属製あるいはセラミック製であり、その表面には一定深さの矩形の凹部２１が形成されている。この凹部２１が撮像素子パッケージ２の装着部である。凹部２１はパッケージ部材６の外形寸法よりも一回り大きな矩形形状をしており、その直交する内側端面２２、２３が、撮像素子パッケージ２を組み付ける際のホルダ側基準面とされている。

本例では、撮像素子パッケージ２の直交する二つのパッケージ側基準面９ａ、１０ａと、ホルダ３の直交する二つのホルダ側基準面２２、２３の間に、それぞれスペーサ３０Ａ、３０Ｂが差し込まれている。これらのスペーサ３０Ａ、３０Ｂによって、撮像素子パッケージ２の撮像素子受光面の中心５ｂがホルダ中心に一致するように、当該撮像素子パッケージ２の組み付け位置が調整されている。

ここで、ホルダ３における凹部２１の上側右端の入り隅部分には対角線方向に沿って外側に延びる矩形の凹部２６が形成されており、ここには、撮像素子パッケージ２を対角線方向に押え付けるための弾性素材からなる保持部材２７が配置されている。この保持部材２７は押さえねじ２８の脚先端に取り付けられている。押さえねじ２８はホルダ３にねじ込まれている。押さえねじ２８をねじ込むことにより、保持部材２７が押し込まれて、撮像素子パッケージ２のパッケージ側基準面９ａ、１０ａが、スペーサ３０Ａ、３０Ｂを介して、対応するホルダ側基準面２２、２３に押し付けられ、位置決めされた状態となっている。

また、ホルダ３における凹部２１右側の側面部分には開口部２５が形成されており、ここには、板ばねなどを折り曲げて形成した押さえ部材２９が配置されている。押さえ部材２９によって、ホルダ３に組み付けられた撮像素子パッケージ２が当該ホルダ３の凹部２１に固定されている。

本例のスペーサ３０Ａ、３０Ｂとして用いられるスペーサは、図３に示すように、複数種類のものが用意されている。これらのスペーサ３０は、基準面９ａと基準面２２の間、および基準面１０ａと基準面２３の間にそれぞれ差し込まれる細長い長方形の本体部分３１と、この本体部分３１の端面の一部分から一定幅で突出して直角に折れ曲がっている折り曲げ部分３２(突出部分)とを備えている。本例では、例えば厚さの異なる４種類のスペーサ３０(０．０５)、３０(０．１)、３０(０．２)および３０(０．４)が用意されている。これらは本体部分３１の厚さが、それぞれ、０．０５mm、０．１mm、０．２mmおよび０．４mmのものである。また、折り曲げ部分３２の形成位置が、相互に異なる位置となるように設定されている。折り曲げ部分３２の形成位置を変える代わりに、あるいは、これと共に、当該部分３２の形状、色などのような目視により認識できる特性を相互に異なるようにしてもよい。

スペーサ３０の本体部分３１が基準面９ａ、２２の間、および基準面１０ａ、２３の間に差し込まれた状態においては、それらの間から、折り曲げ部分３２が突出している。本例では、これらの折り曲げ部分３２の形成位置から、直ちに、スペーサの厚さ、すなわち、位置決めのための調整量を知ることができる。

(組立手順)
この構成の撮像素子ユニット１の組立手順を説明する。まず、撮像素子パッケージ２を製造する。撮像素子パッケージ２においては、製造ロット毎に、そのボンディングパッド位置から各パッケージ側基準面９ａ、１０ａまでの距離の代表値が算出され、それらの値が、製造番号などと共にパッケージ本体部分あるいは包装材に印刷あるいは貼付されている。一般的には、このような情報は、二次元バーコードなどの形態で印刷される。

撮像素子パッケージ２をホルダ３に組み付ける作業に先立って、予め、図３に示すように、厚さの異なるスペーサ３０を用意しておく。そして、撮像素子パッケージ２に付されている各値に基づき、対応するスペーサ３０を選択する。

ここで、各値とスペーサ３０の種類との対応表が予め用意されている。この対応表に従って基準面９ａと基準面２２の間に入れるスペーサ３０Ａを選択し、基準面１０ａと基準面２３の間に入れるスペーサ３０Ｂを選択する。そして、これらを挟んだ状態で、撮像素子パッケージ２をホルダ３に組み付け、押さえねじ２８を締め付けて撮像素子パッケージ２を位置決めし、この状態で押さえ部材２９を取り付けて、撮像素子パッケージ２をホルダ３に固定する。

例えば、図４(ａ)に示すように、撮像素子パッケージ２において、そのパッケージ部材６のボンディングパッド位置４１を基準として撮像素子基板５がパッケージ部材６に対して位置決めされる。各基準面９ａ、１０ａがそれらの設計位置５１からずれている場合には、ボンディングパッド位置４１から各基準面９ａ、１０ａまでの距離Ｌｘ、Ｌｙが変動する。これらの距離Ｌｘ、Ｌｙが計測され、製造ロット毎の代表値が撮像素子パッケージ２に付される。

この撮像素子パッケージ２をホルダ３に位置決めして組み付けると、すなわち、パッケージ部材６の基準面９ａ、１０ａを、ホルダ側基準面２２、２３に押し付けて位置決めすると、図４(ｂ)に示すように、受光面中心５ｂはホルダ中心３ａに対して、Δｘ、Δｙだけずれた状態になってしまう。すなわち、撮像素子パッケージ２の基準面９ａ、１０ａの位置が本来の位置からずれているので、その分、受光面中心５ｂがずれた状態になる。

デジタルカメラに撮像素子ユニット１を搭載する際には、カメラ本体側の位置決め部分に、ホルダ３に形成されている位置決め部分を合わせることにより、撮像素子ユニット１の位置決めが行われる。位置決め部分はホルダ側基準面２２、２３を基準に設定されているので、受光面中心５ｂが、カメラ本体側の撮影光学系の光軸に対して、ほぼΔｘ、Δｙだけずれた状態で組み付けられてしまう。

しかしながら、本例では、撮像素子パッケージ２をホルダ３に組み付ける際に、受光面中心５ｂとホルダ中心３ａとのずれ量Δｘ、Δｙを相殺できるように、二枚のスペーサ３０Ａ、３０Ｂが差し込まれる。この結果、図４(ｃ)に示すように、受光面中心５ｂがホルダ中心３ａに一致した状態で、撮像素子パッケージ２をホルダ３に組み付けることができる。したがって、このように組み立てられた撮像素子ユニット１をデジタルカメラに搭載した場合には、受光面中心が、精度良く、撮影光学系の光軸に一致した状態を形成できる。

また、本例では、スペーサ３０として、取り付けた状態において、その種類(厚さ)を視認可能なものを用いている。したがって、撮像素子ユニット１の点検作業などにおいては、差し込まれているスペーサ３０Ａ、３０Ｂにおける外側に露出している折り曲げ部分３２の位置を確認することにより、それらの厚さ、すなわち、位置決め時の調整量を把握できるので、便利である。

本発明を適用した撮像素子ユニットを示す正面図である。 図１の撮像素子ユニットの主要部分を示す分解斜視図である。 スペーサを示す説明図である。 スペーサによる位置決めを示す説明図である。

符号の説明

１ 撮像素子ユニット
２ 撮像素子パッケージ
３ ホルダ
４ 回路基板
５ 撮像素子基板
５ａ 受光面
５ｂ 受光面の中心
６ パッケージ部材
７ 底板部分
８〜１１ 側板部分
９ａ、１０ａ パッケージ側基準面
２１ 凹部
２２、２３ ホルダ側基準面
２７ 保持部材
２８ 押さえねじ
２９ 押さえ部材
３０、３０Ａ、３０Ｂ スペーサ
３１ 本体部分
３２ 折り曲げ部分
４１ ボンディングパッド位置
５１ 設計上のパッケージ側基準面位置
Ｌｘ、Ｌｙ 距離
Δｘ、Δｙ ずれ量

Claims (6)

1. パッケージ部材に撮像素子基板が収納された構成の撮像素子パッケージと、この撮像素子パッケージを組み付けるためのホルダとを有する撮像素子ユニットの組立方法であって、
   前記パッケージ部材に、前記ホルダに組み付ける際の基準となる直交する二つのパッケージ側基準面を形成し、
   前記ホルダに、前記撮像素子パッケージを位置決めするために、前記パッケージ側基準面をそれぞれ当接可能な直交する二つのホルダ側基準面を形成し、
   前記パッケージ部材に対する前記撮像素子基板の受光面中心のずれ量を、各パッケージ側基準面に沿った直交する二方向において直接、あるいは間接的に測定し、
   前記撮像素子パッケージを前記ホルダに組み付ける際に、各パッケージ側基準面と各ホルダ側基準面の間に、前記ずれ量をそれぞれ相殺可能な厚さのスペーサを差し込むことにより、前記撮像素子の受光面の中心を前記ホルダの中心に一致させ、
   この状態で、前記撮像素子パッケージを前記ホルダに固定することを特徴とする撮像素子ユニットの組立方法。
2. 請求項１において、
   前記の各ずれ量として、前記撮像素子パッケージの製造ロット毎の代表値を採用することを特徴とする撮像素子ユニットの組立方法。
3. 請求項１または２において、
   各パッケージ側基準面と各ホルダ側基準面の間に差し込まれた前記スペーサの種類を視認可能としたことを特徴とする撮像素子ユニットの組立方法。
4. 請求項３において、
   各スペーサとして、前記パッケージ側基準面と前記ホルダ側基準面の間に差し込まれる本体部分と、この本体部分から突出している突出部分とを備えたものを採用し、
   前記スペーサの厚さに応じて、突出部分の位置、形状、色などの視認可能な特性を異なるようにしたことを特徴とする撮像素子ユニットの組立方法。
5. 請求項３または４に記載の組立方法によって組み立てられたことを特徴とする撮像素子ユニット。
6. 請求項５に記載の撮像素子ユニットが搭載されていることを特徴とするデジタルカメラ。

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