JP2009049720A - 撮像素子モジュール、光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子のレンズ光軸方向、縦チルト方向、及び横チルト方向の位置合わせを容易に精度良く行うことが可能な撮像素子モジュール、光学装置を提供する。
【解決手段】固体撮像素子９と、固体撮像素子９を搭載するパッケージ部材１０と、固体撮像素子９の位置を、レンズ光軸方向、縦チルト方向、及び横チルト方向において調整するための少なくとも３つのアクチュエータ１２と、を有していることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像素子モジュール、光学装置に関する。

現在、固体撮像素子の製造技術の向上によって、銀塩フィルムカメラにかわってデジタルカメラが主流となってきている。斯かるデジタルカメラを組み立てる際にはカメラ本体と固体撮像素子との位置合わせが重要であり、ピントの正確に合った写真を撮影するためには、銀塩フィルムカメラにおけるフィルム位置、即ち撮影レンズの結像位置に固体撮像素子の受光面を精度良く配置しなければならない。

カメラ本体と固体撮像素子との位置合わせを行う際には、撮影レンズの光軸に対して垂直なＸＹ方向、及び回転方向（θ方向）に加えて、特に光軸方向に関して厳密な位置合わせを行うことが必要である。そしてこの光軸方向に関する位置合わせは、特に固体撮像素子の受光面積が大きく、高画質が要求される一眼レフデジタルカメラにおいてより厳密に求められることとなる。

固体撮像素子の光軸方向に関する位置合わせは、光軸方向（Ｚ方向）のみの調整では固体撮像素子の受光面全体でピントを合わせることが困難であり、撮影した写真に片ボケが生じてしまう可能性がある。したがって、厳密に固体撮像素子の光軸方向に関する位置合わせを行うためには、Ｚ方向の他に、Ｘ軸を中心とした縦チルト方向及びＹ軸を中心とした横チルト方向を加えた３軸について固体撮像素子の位置を調整することが必要である。
そこで従来、固体撮像素子の位置をレンズ光軸方向、縦チルト方向、及び横チルト方向において調整するための機械的な調整機構を備えたカメラが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００２−２６２１６７号公報

しかしながら、従来のカメラにおける固体撮像素子のレンズ光軸方向、縦チルト方向、及び横チルト方向の位置合わせは煩雑で、また精度良く行うことができないという問題があった。
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子のレンズ光軸方向、縦チルト方向、及び横チルト方向の位置合わせを容易に精度良く行うことが可能な撮像素子モジュール、光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を搭載するパッケージ部材と、
前記固体撮像素子の位置を、レンズ光軸方向、縦チルト方向、及び横チルト方向において調整するための少なくとも３つのアクチュエータと、
を有していることを特徴とする撮像素子モジュールを提供する。
また、
本発明の撮像素子モジュールを備えたことを特徴とする光学装置を提供する。

本発明によれば、固体撮像素子のレンズ光軸方向、縦チルト方向、及び横チルト方向の位置合わせを容易に精度良く行うことが可能な撮像素子モジュール、光学装置を提供することができる。

以下、本発明の各実施形態に係る撮像素子モジュールを備えた電子カメラを添付図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
はじめに、本実施形態に係る撮像素子モジュールを備えた電子カメラの全体的な構成について簡単に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像素子モジュールを備えた電子カメラの全体構成を示す図である。

図１に示すように本電子カメラ１は、交換式の撮影レンズ２を備えたデジタル一眼レフカメラであって、該撮影レンズ２側から順に、クイックリターンミラー３と、後述する撮像素子モジュール４とをカメラボディ５内に備えている。そして、カメラボディ５内のクイックリターンミラー３の反射光路上には、焦点板６と、ペンタプリズム７と、接眼レンズ８とを備えており、ファインダ光学系を構成している。

斯かる構成の本電子カメラ１において、不図示の被写体からの光は、撮影レンズ２で集光され、さらにクイックリターンミラー３によって反射されて焦点板６に結像される。そして焦点板６に結像されたこの光は、ペンタプリズム７中で複数回反射されて接眼レンズ８へ導かれる。これにより撮影者は、被写体像を接眼レンズ８を介して正立像としてファインダ観察することができる。

また、カメラボディ５の外部に設けられた不図示のレリーズボタンが撮影者によって操作されると、クイックリターンミラー３は光路外へ退避し、被写体からの光は撮像素子モジュール４の撮像素子９へ到達する。これにより被写体からの光は、当該撮像素子９によって受光され、被写体画像としてカメラボディ５内部に備えられた不図示のメモリに記録される。このようにして撮影者は、本電子カメラ１を用いて被写体の撮影を行うことができる。

次に、本実施形態において最も特徴的な撮像素子モジュール４について詳細に説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）はそれぞれ、本発明の第１実施形態に係る撮像素子モジュール４を側方及び正面から見た図である。
図２に示すように撮像素子モジュール４は、入射光を電気信号に変換する固体撮像素子９と、該固体撮像素子９を搭載したパッケージ１０と、カバーガラス１１と、３つのアクチュエータ１２と、塵や埃を除去するための塵埃除去用部品１３とを有する。

パッケージ１０は、固体撮像素子９を搭載する収納部材であって、セラミックやプラスチック等で形成されている。また、このパッケージ１０と固体撮像素子９とはワイヤ１４によって電気的に接続されており、さらにパッケージ１０の背面には固体撮像素子９と外部（カメラボディ５に備えられている不図示のＣＰＵ等）で信号の入出力を行うためのリード１５が設けられている。またこのパッケージ１０には、カメラボディ５に対して撮像素子モジュール４の位置決めを行うための位置決め穴１０ａが図２（ｂ）に示すように３箇所形成されている。
カバーガラス１１は、固体撮像素子９を搭載したパッケージ１０内部の気密を保持する透明な平板部材であって、これにより水分、外気、及び塵埃等がパッケージ１０内部へ混入することを防止することができる。

アクチュエータ１２は、固体撮像素子９の後述するレンズ光軸方向、縦チルト方向、及び横チルト方向の位置合わせを行う調整機構として、パッケージ１０の背面に非同一直線状に３つ固設されている。このアクチュエータ１２は、圧電素子や超音波モータ等に代表される駆動素子を用いて構成されるものであって、その先端には直動部品１２ａが繰り出し動作及び繰り戻し動作可能に設けられており、その反対側にはパッケージ１０を貫通する振動伝達用支柱１７が振動可能に連結されている。なお、この振動伝達用支柱１７は、後述する塵埃除去用部品１３を支持し、かつアクチュエータ１２からの振動を塵埃除去用部品１３へ伝達するための支柱部材である。
塵埃除去用部品１３は、前述した３本の振動伝達用支柱１７によって支持された透明な平板部材からなり、アクチュエータ１２からの振動が振動伝達用支柱１７を介して伝達されることによって振動し当該塵埃除去用部品１３に付着しているゴミや塵埃を除去するものである。

次に、斯かる構成の撮像素子モジュール４のカメラボディ５への取り付け、及び固体撮像素子９の位置合わせについて説明する。
図３は、撮像素子モジュール４のカメラボディ５への取り付け、及び固体撮像素子９の位置合わせを説明する図である。
撮像素子モジュール４のカメラボディ５への取り付けは、図３に示すように、取付冶具２０と画像処理装置２１とを用いて行われる。

取付冶具２０は、撮像素子モジュール４をカメラボディ５へ取り付ける際に、固体撮像素子９の位置調整を行うための平板形状の補助冶具である。
この取付冶具２０は、撮像素子モジュール４と接続して電源やアクチュエータ１２を駆動するためのパルスの入力、固体撮像素子９からの画像信号の出力等を可能とする不図示の電気的接点を備えている。そしてこの取付冶具２０は、撮影レンズ２の光軸に対して垂直なＸＹ方向、及び回転方向（θ方向）において固体撮像素子９の位置を調整するための不図示の調整機構を備えている。
ここで、カメラボディ５内には、斯かる取付冶具２０を固定するための取付冶具固定部５ａが形成されている。

画像処理装置２１は、固体撮像素子９で撮影された画像から、撮影レンズ２の光軸に対して垂直なＸＹ方向とθ方向、及びＸ軸を中心とした縦チルト方向及びＹ軸を中心とした横チルト方向と光軸方向（Ｚ方向）からなる計６軸の固体撮像素子９の位置情報（具体的には、基準位置からの位置ずれ）を求める装置であって、さらにこの位置情報からアクチュエータ１２の直動部品１２ａの動作量を決定し該アクチュエータ１２ａへフィードバックするものである。そしてこの画像処理装置２１は、図３に示すように取付冶具２０の不図示の接点と、動作量フィードバック経路２２及び画像信号経路２３を介して接続されている。

以上の構成の下、撮像素子モジュール４のカメラボディ５への取り付けに際して、まず、撮像素子モジュール４を取付冶具２０にセットする。これにより、画像処理装置２１からの画像信号経路２３及び動作量フィードバック経路２１は、それぞれ取付冶具２０を介して撮像素子モジュール４のリード１５及びアクチュエータ１２と接続されることとなる。

そして、撮像素子モジュール４がセットされた取付冶具２０を、カメラボディ５内の取付冶具固定部５ａに固定する。なお、パッケージ１０の各位置決め穴１０ａには、カメラボディ５との固定に備えて、例えば紫外線硬化型の接着剤やはんだ付け用のはんだ等を予め充填しておく。
以上のセッティングの下、被写体として別途設けた不図示の取り付け基準チャートを撮影し、画像処理装置２１によって固体撮像素子９の位置情報を得ながら、取付冶具２０の不図示の調整機構によって固体撮像素子９のＸ方向、Ｙ方向、θ方向の３軸の位置合わせを行う。

次に、撮像素子モジュール４のアクチュエータ１２によって、固体撮像素子９のＺ方向、縦チルト方向、横チルト方向の３軸の位置合わせ（以下、簡単に「光軸方向に関する３軸の位置合わせ」とも言う。）を行う。以下、このときのアクチュエータ１２の動作について説明する。
図４（ａ）は、固体撮像素子９の光軸方向に関する３軸の位置合わせを行う際のアクチュエータ１２の動作の様子を示す図である。

はじめに画像処理装置２１が、固体撮像素子９によって不図示の取り付け位置基準チャートを撮影して得られた画像信号に基づいてアクチュエータ１２の直動部品１２ａの動作量を決定し、パルス入力として当該アクチュエータ１２へフィードバックする。これによりアクチュエータ１２は、図４（ａ）に示すように取付冶具２０に当接した直動部品１２ａがＺ方向へ繰り出し動作（又は繰り戻し動作）し、これによって撮像素子モジュール４全体がＺ方向へ移動し即ち固体撮像素子９の位置をＺ方向へ調整することができる。この調整は、３つのアクチュエータ１２においてそれぞれ行われ、これにより固体撮像素子９のＺ方向、縦チルト方向、及び横チルト方向の位置合わせを行うことができる。

以上のようにして固体撮像素子９のＸ方向、Ｙ方向、θ方向、Ｚ方向、縦チルト方向、及び横チルト方向の計６軸の位置合わせが完了した後、位置決め部品２５によって撮像素子モジュール４をカメラボディ５に対して固定する。なお、位置決め部品２５は、撮像素子モジュール４のパッケージ１０の位置決め穴１０ａに挿入される突起２５ａが形成された、撮像素子モジュール４をカメラボディ５へ固定するための固定部品である。

ここで、詳しくはパッケージ１０の位置決め穴１０ａに紫外線硬化型の接着剤が充填されている場合には、位置決め穴１０ａに位置決め部品２５の突起２５ａを挿入し、この部分に紫外光を照射して当該接着剤を硬化させることで固定する。また、位置決め穴１０ａにはんだ付け用のはんだが充填されている場合には、位置決め穴１０ａに突起２５ａを挿入し、カメラボディ５や撮像素子モジュール４全体の温度上昇等の影響がないように、レーザ溶着等の局所的な加熱方法によってはんだ付けを行うことで固定することが望ましい。なお、図３には示されていないが、位置決め部品２５の一端は、ネジ止めや接着等によってカメラボディ５に固定される。

そして最後に、取付冶具２０をカメラボディ５の取付冶具固定部５ａから取り外すことで、撮像素子モジュール４のカメラボディ５への取り付けが完了する。
本実施形態に係る撮像素子モジュール４を備えた電子カメラ１は、以上のようにして固体撮像素子９の６軸の位置合わせを行うことができ、特に３つのアクチュエータ１２を用いたことで光軸方向に関する３軸の位置合わせを容易にかつ精度良く行うことができる。

また、本実施形態における３つのアクチュエータ１２は、撮像素子モジュール４のカメラボディ５への取り付けが完了した後は、塵埃除去用部品１３用の駆動部として用いられる。以下、塵埃除去用部品１３用の駆動部としてのアクチュエータ１２の動作について説明する。
図４（ｂ）は、アクチュエータ１２が塵埃除去用部品１３用の駆動部として動作する様子を示す図である。
３つのアクチュエータ１２は、撮像素子モジュール４のカメラボディ５への取り付けが完了した後、カメラボディ５内に備えられている不図示のカメラ制御装置にそれぞれ接続される。なお、各アクチュエータ１２の直動部品１２ａは、図４（ｂ）に示すように各アクチュエータ１２の内部に格納される。

斯かる構成により、例えば本電子カメラ１の起動時等に、カメラ制御装置から各アクチュエータ１２へ制御信号が入力され、各アクチュエータ１２は振動伝達用支柱１７を図４（ｂ）に示すように振動させる。これにより塵埃除去用部品１３も同じ方向へ振動することとなり、カメラボディ５の組み立て時に内部へ混入したり、シャッタ２６や不図示の絞り等の可動部品の摩擦等によって発生し、塵埃除去用部品１３の表面に付着したゴミや塵埃を効果的に除去することができる。

なお、本実施形態では、上述のように画像処理装置２１を用いることで、固体撮像素子９の位置情報を求め、特に光軸方向に関する３軸の位置合わせに際してはアクチュエータ１２の直動部品１２ａの動作量を決定する構成である。しかしながらこれに限られず、例えば図５に示すように、取付冶具２０に動作量フィードバック経路２２を介して接続された光学式の測距計２７を、カメラボディ５のレンズマウントに取り付け、これによって固体撮像素子９に設けられた基準位置を参照しながら該固体撮像素子９の位置合わせを行い、さらにアクチュエータ１２の直動部品１２ａの動作量を決定する構成とすることもできる。或いは、カメラボディ５のレンズマウント側から撮像素子モジュール４を別途設けた撮影装置によって撮影し、これを画像処理することで固体撮像素子９の位置情報を得て、アクチュエータ１２の直動部品１２ａの動作量を決定する構成とすることもできる。なお、このことは後述する第２実施形態においても同様である。

以上、本実施形態に係る撮像素子モジュール４を備えた電子カメラ１は、上述のように固体撮像素子９の位置合わせを行うための調整機構として撮像素子モジュール４に３つのアクチュエータ１２を備えている。これにより、撮像素子モジュール４のカメラボディ５への取り付けに際して、固体撮像素子９の光軸方向に関する３軸の位置合わせを容易に、かつ精度良く行うことができ、本電子カメラ１によって片ボケのない高品質の被写体画像を撮影することが可能となる。
そしてさらに、本実施形態に係る撮像素子モジュール４を備えた電子カメラ１は、上述のように３つのアクチュエータ１２を塵埃除去用部品１３を振動させるための駆動部として用いる。これにより塵埃除去用部品１３を振動させて該塵埃除去用部品１３の表面に付着したゴミや塵埃を短時間で簡単に除去することができるため、本電子カメラ１によって塵埃の影響のない高品質の被写体画像を撮影することが可能となる。

（第２実施形態）
以下、本実施形態に係る撮像素子モジュールを備えた電子カメラについて、上記第１実施形態と同様の構成である部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる構成の部分について詳細に説明する。
図６及び図７は、それぞれ本発明の第２実施形態に係る撮像素子モジュールを正面から見た図及び背面から見た図である。また、図８は、本発明の第２実施形態に係る撮像素子モジュールを電子カメラのカメラボディに取り付けた様子を示す図である。
本実施形態の撮像素子モジュール３０は、上記第１実施形態において固体撮像素子９のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向の３軸の位置を調整するために取付冶具２０に設けられていた不図示の調整機構に代えて、パッケージ１０に３つのＸＹθ調整用アクチュエータ３１を備えている。

ＸＹθ調整用アクチュエータ３１は、図６に示すようにパッケージ１０の一方の長辺側端面に２つ、そして一方の短辺側端面に１つ固設されている。そして、この３つのＸＹθ調整用アクチュエータ３１は、上記第１実施形態のアクチュエータ１２と同様に、圧電素子や超音波モータ等に代表される駆動素子を用いて構成されるものであって、各々の固設面に垂直な方向へ繰り出し動作及び繰り戻し動作可能な直動部品３１ａが備えられている。
なお、図８に示すように本実施形態のカメラボディ３２は、上記第１実施形態のカメラボディ５の構成に加えて、位置決め部３２ａが予め形成されている。この位置決め部３２ａは、固体撮像素子９のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向の３軸の位置合わせを行う際の基準として各ＸＹθ調整用アクチュエータ３１の直動部品３１ａを当接させるための部材である。

斯かる構成の下、撮像素子モジュール３０のカメラボディ３２への取り付けに際して、上記第１実施形態と同様に画像処理装置２１が固体撮像素子９によって不図示の取り付け位置基準チャートを撮影して得られた画像信号から各ＸＹθ調整用アクチュエータ３１の直動部品３１ａの動作量を決定し、これに基づき位置決め部３２ａに当接した各直動部品３１ａが繰り出し動作及び繰り戻し動作することで、固体撮像素子９のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向の３軸の位置合わせが行われる。

以上より、本実施形態に係る撮像素子モジュール３０を備えた電子カメラ３３は、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。そしてさらに、３つのＸＹθ調整用アクチュエータ３１によって、固体撮像素子９のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向の３軸の位置合わせも容易に、かつ精度良く行うことができる。

なお、上記各実施形態は、本発明を適用した一例としてデジタル一眼レフカメラを示しているが、本発明はこれに限られず、コンパクトカメラやその他の光学装置に適用することができる。
また、上記各実施形態では、アクチュエータ１２やＸＹθ調整用アクチュエータ３１をそれぞれ３つずつ備える構成であるが、各アクチュエータの個数はこれに限られず少なくとも３つずつ備えていればよい。

本発明の第１実施形態に係る撮像素子モジュールを備えた電子カメラの全体構成を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の第１実施形態に係る撮像素子モジュール４を側方及び正面から見た図である。 撮像素子モジュール４のカメラボディ５への取り付け、及び固体撮像素子９の位置合わせを説明する図である。 （ａ）は固体撮像素子９の光軸方向に関する３軸の位置合わせを行う際のアクチュエータ１２の動作の様子を示す図であり、（ｂ）はアクチュエータ１２が塵埃除去用部品１３用の駆動部として動作する様子を示す図である。 固体撮像素子９の位置合わせの別な態様を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る撮像素子モジュールを正面から見た図である。 本発明の第２実施形態に係る撮像素子モジュールを背面から見た図である。 本発明の第２実施形態に係る撮像素子モジュールを電子カメラのカメラボディに取り付けた様子を示す図である。

符号の説明

１，３３ 電子カメラ
２ 撮影レンズ
４ 撮像素子モジュール
５ カメラボディ
９ 固体撮像素子
９ａ 受光面
１０ パッケージ
１２ アクチュエータ
１３ 塵埃除去用部品
２１ 画像処理装置
３１ ＸＹθ調整用アクチュエータ

Claims (4)

1. 固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子を搭載するパッケージ部材と、
   前記固体撮像素子の位置を、レンズ光軸方向、縦チルト方向、及び横チルト方向において調整するための少なくとも３つのアクチュエータと、
   を有していることを特徴とする撮像素子モジュール。
2. レンズ光軸の入射側に塵埃除去用部品を有しており、
   前記アクチュエータによって前記塵埃除去用部品を振動させることで、該塵埃除去用部品に付着した塵埃を除去することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子モジュール。
3. 前記固体撮像素子の位置を、レンズ光軸に垂直な縦方向、横方向、及び回転方向において調整するための少なくとも３つの垂直面用アクチュエータをさらに有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像素子モジュール。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像素子モジュールを備えたことを特徴とする光学装置。

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