JP2012230259A

JP2012230259A - 撮像装置

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Publication number: JP2012230259A
Application number: JP2011098587A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Asai; 良和浅井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: US9291881B2; US20120273656A1; JP5864890B2; CN102761686A

Abstract

【課題】撮像素子と撮像素子固定部材の接着固定について十分な接着強度を確保すると同時に、高温、低温下での撮像素子と撮像素子固定部材の線膨張係数の差による撮像素子の変形を低減することが可能である撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子と、開口部が形成される固定部材とを備え、前記撮像素子を前記固定部材に位置決めした後、前記開口部に接着剤を流し込むことで、前記撮像素子を前記固定部材に接着固定する撮像装置であって、前記開口部は、前記撮像素子の長辺方向における略中央部分にて、前記撮像素子の短辺方向に延出した形状に形成されるとともに、前記撮像素子に対向しない側の開口幅が前記撮像素子に対向する側の開口幅よりも大きくなるように形成される。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に撮像素子を前記固定部材に接着固定する撮像装置に関する。

被写体像を電気信号に変換して撮像するデジタルカメラ等の撮像装置では、撮影光束を撮像素子で受光し、その撮像素子から出力される光電変換信号を画像データに変換して、メモリカード等の記録媒体に記録する。撮像素子としては、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）や、ＣＭＯＳセンサ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等が用いられる。

このような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、撮像素子が信頼性高く保持されなければならない。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精度が必要である。

例えば、特許文献１で示されているように、撮像素子を他の部品もしくは基板等に接着固定して撮像ユニットを形成し、この撮像ユニットを撮像装置に対して保持するというものがある。特許文献１に示される接着方式では、撮像素子を投影する範囲において撮像素子固定部材に接着用の開口部が配置されている。そして、撮像素子固定部材の開口部に接着剤を流し込むことで、撮像素子を固定している。

また、特許文献２に示される接着方式では、撮像素子を投影する範囲において撮像素子固定部材の開口部が略均等に配置されている。このように、接着用の開口部を略均等に配置することで、カメラの落下衝撃などに耐えうるための十分な強度を得ることができている。

特開２００７−２２７６７３号公報特開２００６−２０３６２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の撮像ユニットにおいて、接着用の開口部が撮像素子の中央１か所であり、また、開口部の断面形状は厚み方向でストレートであるために、十分な接着強度が得られない。接着強度は、撮像ユニット重量の約１０倍程度であると記載されている。

また、特許文献２に記載の撮像ユニットにおいて、接着用の開口部は、撮像素子の背面に略均等に配置されており、十分な強度を得ることができている。しかしながら、撮像素子の背面に対して広範囲で接着固定されていると、高温、低温下に置かれたときに、撮像素子と撮像素子固定部材が異なる部材であるため、線膨張係数の差による熱歪みの影響で撮像素子が大きく変形してしまう。

そこで、本発明の目的は、撮像素子と撮像素子固定部材の接着固定について十分な接着強度を確保すると同時に、高温、低温下での撮像素子と撮像素子固定部材の線膨張係数の差による撮像素子の変形を低減することである。

上記目的を解決するために、本発明は、撮像素子と、開口部が形成される固定部材とを備え、前記撮像素子を前記固定部材に位置決めした後、前記開口部に接着剤を流し込むことで、前記撮像素子を前記固定部材に接着固定する撮像装置であって、前記開口部は、前記撮像素子の長辺方向における略中央部分にて、前記撮像素子の短辺方向に延出した形状に形成されるとともに、前記撮像素子に対向しない側の開口幅が前記撮像素子に対向する側の開口幅よりも大きくなるように形成されることを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子と撮像素子固定部材の接着固定について十分な接着強度を確保すると同時に、高温、低温下での撮像素子と撮像素子固定部材の線膨張係数の差による撮像素子の変形を低減することが可能である。

本発明の実施形態におけるカメラ全体の概略構成を示す斜視図である。本発明の実施形態におけるカメラ内部の電気的構成を示す図である。本発明の実施形態における撮像ユニットおよび周辺の部品を示す分解斜視図である。本発明の実施形態における撮像ユニットの構成を示す分解斜視図である。本発明の実施形態における撮像素子固定部材の接着用開口部を説明するための背面図である。図５におけるＡ−Ａ断面図と詳細図である。撮像素子固定部材の接着用開口部の断面について詳細に説明するための図である。撮像素子と撮像素子固定部材の線膨張係数の差による熱歪みの影響を示す模式図である。本発明の実施形態における撮像ユニットの背面図である。図９におけるＤ−Ｄ断面図と詳細図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態では、撮像装置としてデジタル一眼レフカメラ（以下、カメラという）を取り上げて説明する。各図では、必要に応じてカメラの被写体側を前方Ｆｒで示し、撮影者側を後方Ｒｒで示し、撮影者側Ｆｒに対して右側をＲで示し、左側をＬで示している。

まず、本発明の実施形態に係るカメラの全体の概略構成について図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るカメラの外観図であり、撮影レンズユニット（不図示）を外した状態を示している。図１（ａ）は、カメラを前面側（被写体側）から見た斜視図であり、図１（ｂ）は、カメラを背面側（撮影者側）から見た斜視図である。図２は、カメラの内部の電気的構成を示す図である。

図１（ａ）に示すように、カメラ本体１の正面には、撮影レンズユニットを着脱可能に固定するマウント部２が設けられている。マウント部２には、カメラ本体１と撮影レンズユニットとの間で制御信号、状態信号およびデータ信号等の通信を可能にし、撮影レンズユニット側に電力を供給するマウント接点３が設けられている。また、カメラ本体１には、マウント部２の近接した位置に、装着された撮影レンズユニットを取り外すときに押下するレンズロック解除ボタン４が設けられている。

カメラ本体１の内部には、撮影レンズを通過した撮影光束が導かれるミラーボックス２０が設けられている。ミラーボックス２０内には、撮影光束を所定の方向に反射させるメインミラー（クイックリターンミラー）６が配設されている。図２に示すように、メインミラー６は撮影光束をペンタダハミラー７の方向に導くように撮影光軸に対して４５°の角度に保持される状態と、固体撮像素子８（以下、撮像素子という）の方向に導くように撮影光束から退避した位置に保持される状態とに変化する。

カメラ本体１には撮影者がカメラ本体１を保持するためのグリップ部９が設けられている。グリップ部９には、撮影者がカメラ１００に対して撮影を指示するためのレリーズボタン１０が設けられている。図２に示すように、レリーズボタン１０には、ＳＷ１（７ａ）とＳＷ２（７ｂ）とがあり、レリーズボタン１０の第１ストロークでＳＷ１がＯＮになり、第２ストロークでＳＷ２がＯＮになる。

カメラ本体１の上部には、カメラ本体１に対してポップアップするストロボユニット１１、フラッシュ取り付け用のシュー溝１２およびフラッシュ接点１３が設けられている。

また、図１（ｂ）に示すように、カメラ本体１の背面には、上述したメインミラー６により反射された撮像光束を撮影者が観察できるファインダ接眼窓１４が設けられている。カメラ本体１の背面の中央付近には、画像表示可能なカラー液晶モニタ１５が設けられている。

次に、カメラ１００の内部の構成について図３を参照して説明する。図３は、カメラの内部の構成を示す斜視図である。図３（ａ）は、カメラを前面側から見た斜視図であり、図３（ｂ）は、カメラを背面側から見た斜視図である。図３（ａ）は、構成部品が前面側から撮影光軸に沿って、マウント部２、ミラーボックス２０、本体ベース３０、撮像ユニット４０の順番に配置されている。

カメラ本体１は、本体ベース３０を備えている。本体ベース３０の被写体側には、上述したミラーボックス２０およびシャッタユニット（不図示）がビス等によって取り付けられている。

本体ベース３０の撮影者側には、後述する撮像ユニット４０が配設されている。

さらに、撮像ユニット４０の周辺の構成について説明する。図３に示すように、カメラ本体の骨格となる本体ベース３０の被写体側には、被写体側から順に、ミラーボックス２０、シャッタユニット（不図示）が配設される。また、本体ベース３０の撮影者側には、撮像ユニット４０が配設される。撮像ユニット４０は、撮影レンズユニットが取り付けられる基準となるマウント部２の取付面に撮像素子８の撮像面が所定の距離を空けてかつ平行になるように調整されて固定される。

続いて、図４で撮像ユニット４０の構成について詳細に説明する。図４（ａ）は、撮像ユニット４０を前面側から見た斜視図であり、図３（ｂ）は、撮像ユニット４０を背面側から見た斜視図である。

光学ローパスフィルタ４１０は、水晶からなる１枚の複屈折板であり、その形状は矩形状である。光学ローパスフィルタ４１０は、撮影有効領域４１０ａの一側方に圧電素子４３０を配置する周縁部４１０ｂを有しており、撮影光軸中心に対して直交する方向（カメラＲＬ方向）は非対称である。このようにした光学ローパスフィルタ４１０の表面には、光学的なコーティングが施されている。

圧電素子４３０は、単板の矩形の短冊形状を呈し、光学ローパスフィルタ４１０の周縁部４１０ｂにおいて、圧電素子４３０の長辺が光学ローパスフィルタ４１０の短辺（側辺）に平行になるように配置されて接着保持される（貼着される）。この圧電素子４３０は光学ローパスフィルタ４１０を振動させる振動手段である。すなわち、圧電素子４３０は、光学ローパスフィルタ４１０上において四辺のうち一辺に近接して平行に貼着され、一辺に平行な複数の節部を有するように光学ローパスフィルタ４１０を波状に振動させる。この圧電素子４３０の駆動により、光学ローパスフィルタ４１０の表面に付着した塵埃等の異物を除去する機能を備えている。

光学ローパスフィルタ保持部材４２０は光学ローパスフィルタ４１０を保持する。光学ローパスフィルタ保持部材４２０は樹脂材料または金属材料で形成され、両面テープ５２０で撮像素子８に接着固定される。両面テープ５２０は、撮像素子８に撮影光路外からの余計な光が入射することを防ぐためのマスクの役割を兼ね備えている。

圧電素子用フレキシブルプリント基板４７０は、圧電素子４３０に接着固定されるとともに、圧電素子４３０に電圧を印加することができる。圧電素子４３０は、電圧の印加により光軸と直交する方向（Ｆｒ−Ｒｒ）に主として伸縮振動し、光学ローパスフィルタ４１０を共振（振動）させる。

付勢部材４４０は、光学ローパスフィルタ４１０を光軸方向に付勢し、光学ローパスフィルタ保持部材４２０または撮像素子固定部材５１０に係止される。付勢部材４４０は導電性を有する材料で形成されるとともに、ビスにより撮像素子固定部材５１０に電気的に接続されている。これによって、付勢部材４４０と接する光学ローパスフィルタ４１０の表面（光学的なコーティングが施された面）とも電気的に接続される。撮像素子固定部材５１０はカメラ本体１の接地電位となっている。これにより、光学ローパスフィルタ４１０の表面も接地電位となり、光学ローパスフィルタ４１０の表面への塵埃等の静電気的な付着を抑制することができる。

光学ローパスフィルタ保持部材４２０は断面略円形の枠状の弾性部材が二色成型、インサート成型または別体で配置されており、光学ローパスフィルタ４１０により密着封止される。

光学部材４６０は位相板（偏光解消板）と赤外カットフィルタと光学ローパスフィルタ４１０に対して屈折方向が９０°異なる複屈折板とを貼り合わせている。光学部材４６０は、光学ローパスフィルタ保持部材４２０に接着固定される。

撮像素子固定部材５１０は板状に形成され、厚み方向に矩形の開口部７００を有している。撮像素子８を撮像素子固定部材５１０に位置決めした後、撮像素子固定部材５１０の開口部７００に接着剤８００を流し込むことで、撮像素子固定部材５１０と撮像素子８とを接着固定している。撮像素子固定部材５１０の周囲には、ミラーボックス２０にビス固定するための腕部が設けられている。

信号処理基板６００は、撮像素子８と電気的に接続され、撮像素子８を動作させる回路が実装されている。

次に、撮像素子８と撮像素子固定部材５１０の接着固定について、詳細に説明する。

図５は、撮像素子８と撮像素子固定部材５１０の開口部７００を背面から見た図ある。また、図６は、図５のＡ−Ａ断面図と詳細図である。

図５に示すように、撮像素子固定部材５１０には、２つの開口部７００が形成されている。開口部７００は、撮像素子８の長辺方向における略中央部分にて、撮像素子８の短辺方向に延出して形成される。この開口部７００に接着剤８００を流し込むことにより、撮像素子８と撮像素子固定部材５１０は強固に接着固定される。なお、本実施形態では、開口部７００を２つ形成する例を説明するが、開口部７００は１つであっても、複数形成されていてもよい。

また、図６の断面図に示すように、開口部７００は撮像素子８の裏面と対向しない側に面取り加工を施すことで、面取り部Ｓａが形成されている。すなわち、開口部７００は、撮像素子８の裏面と対向しない側に面取り加工を施すことで、撮像素子８の裏面に対向しない側の開口幅が撮像素子８の裏面に対向する側の開口幅よりも大きくなるように形成される。

ここで、開口部７００の断面について、図７の模式図で詳細に説明する。図７（ａ）は、本実施形態における開口部７００の断面図、図７（ｂ）は、第１の変形例、図７（ｃ）は第２の変形例で、接着剤８００を流し込んだ状態または硬化した状態を示している。（ａ）に示すように、撮像素子固定部材５１０の厚みをｔ、開口部７００のＲｒ方向側の面取り部をＳａ、開口部７００の光軸に対して平行な面をＳｂとしている。接着剤８００は、撮像素子固定部材５１０の厚みｔ内におさまるようにＲｒ側から流し込まれる。接着剤硬化時には、接着界面の範囲がＳａ＋Ｓｂ＞ｔとなり、接着界面が長くなるので、厚み方向に垂直な面のみの開口部に比べて接着強度が高くなる。また、Ｓａ面は、Ｆｒ方向に撮像素子固定部材５１０、撮像素子８が配置されており、接着剤８００がアンカー構造になっているため、Ｒｒ方向の引き剥がし力に対して、接着強度が高くなる。

図７（ｂ）は、本実施形態の第１の変形例を説明する開口部７００の断面図である。Ｔａで示される開口面７１０が光軸に対して全面傾斜しており、（ａ）よりもアンカー効果が強く接着強度が高い。また、接着界面の範囲もＴａ＞ｔとなる。

図７（ｃ）は、本実施形態の第２の変形例を説明する開口部７００の断面図である。この開口７２０は、撮像素子に対向しない側に座ぐり加工を施すことで、撮像素子８に対向しない側の開口幅が撮像素子８に対向する側の開口幅よりも大きくなるように形成される。

図７（ｃ）に図示するように、開口７２０では、Ｕａ面が撮像素子固定部材５１０の表面と略平行になっており、アンカー効果が最も高い。また、接着界面の範囲もＵａ＋Ｕｂ１＋Ｕｂ２＞ｔとなり、接着強度は極めて高くなる。

ただし、図７（ｂ）および（ｃ）は、撮像素子固定部材５１０が金属部材であると、プレス加工では潰し部が多いため、作成が困難となる。切削加工であれば、形状作成は可能であるが、部品コストが高くなる。したがって、プレス加工のみで作成できる図７（ａ）のような形状が量産工程では実現しやすい。

続いて、図５において、撮像素子８に対する開口部７００の投影配置に関して詳細に説明する。開口部７００の位置は、撮像素子８の裏面に対して、略中央部分に配置することが望ましい。本実施形態では、撮像素子８の裏面の長辺方向（ＲＬ方向）で略３等分した領域の中央部分のみに限定して配置している。撮像素子固定部材５１０は、通常、金属部材であるアルミ、ステンレス、鉄など、またはモールド部品で形成される。これに対して、撮像素子８は、シリコンウエハーから形成されるチップがセラミックなどによりパッケージされる構成である。このため、撮像素子固定部材５１０と撮像素子８のパッケージの材料が異なると、線膨張係数の差による温度環境下での熱歪み量も異なる。上述したようにデジタル一眼レフカメラでは、撮像素子８のピント方向の位置精度が非常に重要であるため、動作保障されている温度環境下での熱歪みによる撮像素子８の変形などはできる限り低減しておく必要がある。

図８に、撮像素子８と撮像素子固定部材５１０の線膨張係数の差による熱歪みの影響を示す模式図を示す。図６の断面図で撮像素子８と撮像素子固定部材５１０、開口部７００に特化した模式図である。図８（ａ）は、本実施形態のように撮像素子８の裏面の略中央部分に開口部７００が配置されており、図８（ｂ）は、撮像素子８の裏面の広範囲で略均等に接着用開口部７５０が配置されている比較例である。

この比較例では、撮像素子８に対して、撮像素子固定部材５１０の線膨張係数が大きい材質で構成されており、雰囲気温度を常温（約２３℃）から低温（約−２０〜３０℃）に推移させた時の状態を示している。例えば、低温下では、撮像素子８、撮像素子固定部材５１０がそれぞれＣ１（点線矢印）、Ｃ２（実線矢印）の方向に収縮し、その収縮量が異なるために撮像素子８の変形が発生する。このとき、開口部７００、つまり接着による連結部が撮像素子８の中央部分に近いほど、変形の影響は少ない（δ１＜δ２）。

したがって、撮像素子８の開口部７００を略中央に配置させることで、低温、高温での熱歪みによる撮像素子８の変形を低減することが可能である。

また、本実施形態の開口部７００に関して、接着剤８００の流し込み作業性についても良好な形状となっている。例えば、使用する接着剤８００は、光硬化型のアクリル系、またはエポキシ系の紫外線硬化樹脂であることが望ましい。紫外線硬化樹脂は、速硬化性があり、作業時間を短縮することができる。

図９に撮像ユニット４０の背面図を示す。図１０は、図９のＤ−Ｄにおける断面図と詳細図である。撮像素子８は、撮像素子固定部材５１０に対して、位置調整した後に開口部７００に接着剤８００を流し込んで接着固定される。その後、信号処理基板６００が撮像素子８と半田などにより電気的に接続される。

図１０に示すように、撮像ユニット４０の薄型化のため、撮像素子固定部材５１０と信号処理基板６００との隙間は極めて狭くなっている（図中ｄ）。このため、接着剤の流し込み作業において開口部７００から接着剤８００がはみ出すことは許されない。本実施形態では、開口部７００の面取り部Ｓａが形成されているため接着剤８００を流し込む側の幅が広いため、接着剤８００を流入させやすく、開口部７００から接着剤８００のはみ出しを防止できる。また、開口部７００は撮像素子８の短辺に延出して形成されているため、ディスペンサーなどによる吐出作業も直線動作となり作業効率が良い。さらに、光硬化型接着剤の使用では、接着剤への光照射性が重要であるが、開口部７００の照射側の端に面取り部Ｓａが形成されているため、光の照射側の開口幅が広く、接着剤８００の厚み方向で照射量が効率よく得られる。

本実施形態の開口部形状での接着固定であれば、撮像ユニット重量の約１００倍の接着力を得ることが可能であり、上述したカメラの落下衝撃に対しても十分な精度を保証することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

８撮像素子
４０撮像ユニット
５１０撮像素子固定部材
７００開口部
８００接着剤

Claims

撮像素子と、開口部が形成される固定部材とを備え、前記撮像素子を前記固定部材に位置決めした後、前記開口部に接着剤を流し込むことで、前記撮像素子を前記固定部材に接着固定する撮像装置であって、
前記開口部は、前記撮像素子の長辺方向における略中央部分にて、前記撮像素子の短辺方向に延出した形状に形成されるとともに、前記撮像素子に対向しない側の開口幅が前記撮像素子に対向する側の開口幅よりも大きくなるように形成されることを特徴とする撮像装置。
前記開口部は、前記撮像素子に対向しない側に面取り加工を施すことで、前記撮像素子に対向しない側の開口幅が前記撮像素子に対向する側の開口幅よりも大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記開口部は、前記撮像素子に対向しない側に座ぐり加工を施すことで、前記撮像素子に対向しない側の開口幅が前記撮像素子に対向する側の開口幅よりも大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記開口部は、前記撮像素子の長辺方向における略中央部分に複数形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記接着剤は光硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。