JP2015201685A - 撮像装置、及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】パンフォーカス固定仕様となる広角単焦点レンズを備える撮像装置において、撮像素子取り付けの高精度と、撮像素子前面の密閉空間と、を満たす撮像素子実装方式を実現する。
【解決手段】ベース部材6に組み込まれるレンズユニット1と、基板5に実装された撮像素子3と、を備える撮像装置であって、撮像素子3の周囲とベース部材6との間に設けられて密閉空間8を形成し、撮像素子3とベース部材6の相対変位に追従して屈曲変形可能で密閉空間8を維持する軟質部材14を備える。具体的には、レンズユニット1に広角単焦点レンズ2が収められて、撮像素子3の周囲を接着材12で保持してベース部材6にねじ止めされるプレート11を備える。そして、軟質部材14は、プレート11とベース部材6との間に挟まれる略平板状で、その開口周縁部が撮像素子3の表面に重なって、撮像素子3の表面の変位に追従して撓み変形する。
【選択図】図1

Description

本発明は、広角単焦点レンズを備える撮像装置と、その撮像装置を備える電子機器に関する。
所謂ウェアラブルカメラや携帯電話に付いている小型・薄型のカメラには、一般的に広角単焦点レンズが使われている。このような機器の広角単焦点レンズには、フォーカス機構はなく、大抵がパンフォーカス固定仕様である。
レンズユニットとCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor;相補型金属酸化物半導体を用いたイメージセンサである固体撮像素子)パッケージを結合するためのベース部材としては、いくつかの構成が考えられるが、その要求仕様としては、
1)CMOSの取付(光軸調整を含む)精度は数μオーダーの高精度:パンフォーカスの条件、
2)CMOSの前面は密閉空間:ゴミの入り込みを無くす条件
という制約がある。
さらに、カメラの高画質化・高画素化が進むことから、その要求仕様として、
3)CMOSのアオリ(光軸調整を含む)による画質調整への対応:高画質化・高画素化の条件、
が加わると考えられる。
図13はウェアラブルカメラで使われているCMOS実装方式の一例を示したもので、1はレンズユニット、2はレンズ、3はCMOSパッケージ、4は撮像面、5は基板、6はベース部材であって、7は軟質部材、8は密閉空間である。
IR(Infrared Rays:赤外線)カットコートをレンズ2面に施すことで、図示のように、IRカットフィルタを省略するなどの簡素化を図った上で、ラバー等の軟質部材7により密閉空間8を形成する密閉構造を実現している。
但し、基板5をベース部材6にネジ止めで直接取り付ける構成上、初期状態でのCMOS取付精度はあまり高くできず、必要に応じて後からスペーサーなどで調整するといった、あくまでも簡易的な実装といえる。また、CMOS周囲の基板5面で密閉を行う構成上、後述する接着方式との両立は困難である。
また、特許文献1において、単純な組み付け作業で撮像素子の中心を容易、且つ、確実にレンズの光軸に一致させることができるフランジバック調整機構付きカメラが提案される。
そのフランジバック調整機構付きカメラは、CCD(Charge Coupled Device:固体撮像素子)とこのCCDを保持する素子ホルダーの素子取付部との間に弾性材料製のシールリングを圧縮状態で介在させ、このシールリングによって素子ホルダーとCCDとの間の隙間を塞ぐと共に、素子取付部及びCCDの一方の周縁に当接するシールリングの傾斜面によってCCDの中心をレンズの光軸位置に整合する。
図14は一般的なデジタルスチルカメラで使用されている接着方式によるプレート取り付けを行った場合の構成例を示したもので、1はレンズユニット、2はレンズ、3はCMOSパッケージ、4は撮像面、5は基板、6はベース部材、7は軟質部材、8は密閉空間であって、9はIRカット面(IRカットフィルタ)、11はプレート、12は接着剤である。
このような構成では、ベース部材6にねじ止めするプレート11とCMOSパッケージ3の撮像面4とを位置合わせしながら接着剤12で接着することで、レンズユニット1に対するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、及びこれら各軸を中心とした回転方向を合わせた6つの方向において、初期状態から高精度のCMOS取り付けが実現できる。また、軟質部材7により密閉空間8を形成する密閉構造も実現できる。
また、特許文献2において、CCD撮像面のアオリ調整機構を有する撮像装置で、CCD周囲の調整用スペースを極限して撮像装置自体の小型化推進が可能な構成が提案される。
その撮像装置は、CCDを接着固定したCCDベースに設けた貫通孔を通して3本のねじをレンズ鏡筒の後端面にねじ止めする。コンプレッション・スプリング及びラバーシートにより付勢されて、CCDベースはねじの頭部に当接する。各ねじを回転調整してそれぞれのねじ込み量を変更することにより、撮像面がレンズ群の光軸に対して任意の傾きをなすようにアオリ調整を実行可能な構成としたものである。
図15はCMOSのアオリによる画質調整の実施例を示したもので、1はレンズユニット、2はレンズ、3はCMOSパッケージ、4は撮像面、5は基板、6はベース部材、7は軟質部材、9はIRカット面(IRカットフィルタ)、11はプレート、12は接着剤であって、13はスペーサーである。
特開2002−176580号公報 特開2003−134383号公報
前述したような機器の広角単焦点レンズには、フォーカス機構はなく、パンフォーカス固定仕様となるため、CMOS取付精度への要求は高く、高画質化・高画素化にはCMOSのアオリによる画質調整対応が必須である。
しかし、図15のように、CMOSのアオリによる画質調整を実施した場合には、図示のように、アオリ調整時にスペーサー13側の軟質部材7に浮きが発生し、軟質部材7により密閉空間8を形成する密閉構造が維持できない状況が生まれてしまう。
これは、軟質部材7の垂直(光軸)方向の厚みが小さく、圧縮ストローク(調整量)を大きくできないことに起因する。
しかし、軟質部材7の厚みを大きくして圧縮ストロークを無理に大きくした場合には、軟質部材7からCMOSに加わる荷重が大きくなることによる接着剤12の接着ずれが発生してしまう懸念があると同時に、カメラの小型化・薄型化を阻むことになる。
これは、図13の方式においても同様であり、「接着ずれ」こそ生じ得ないものの、各部に無理な荷重が掛かって破損が生じたり、カメラの小型化・薄型化を阻むことになる。
本発明の課題は、パンフォーカス固定仕様となる広角単焦点レンズを備える撮像装置において、撮像素子取り付けの高精度と、撮像素子前面の密閉空間とを満たす撮像素子実装方式を実現することである。
以上の課題を解決するため、本発明は、
ベース部材に組み込まれるレンズユニットと、基板に実装された撮像素子と、を備える撮像装置であって、
前記撮像素子の周囲と前記ベース部材との間に設けられて密閉空間を形成し、前記撮像素子とベース部材の相対変位に追従して屈曲変形可能で前記密閉空間を維持する軟質部材を備えることを特徴とする。
本発明によれば、パンフォーカス固定仕様となる広角単焦点レンズを備える撮像装置において、撮像素子取り付けの高精度と、撮像素子前面の密閉空間とを実現することができる。
本発明を適用した撮像素子取付構造の一実施形態の構成を示すもので、CMOS取付構造を示した縦断面図である。 図1のCMOSパッケージ、基板、ベース部材、及びプレートの関係を示した分解斜視図である。 実施形態2のスペーサーによるアオリ調整を示した縦断面図である。 実施形態3のCMOS取付構造を示した縦断面図である。 実施形態4のスペーサーによるアオリ調整を示した縦断面図である。 実施形態5のCMOS取付構造を示した縦断面図である。 実施形態6のスペーサーによるアオリ調整を示した縦断面図である。 実施形態7のCMOS取付構造を示した縦断面図である。 実施形態8のスペーサーによるアオリ調整を示した縦断面図である。 実施形態9のCMOS取付構造を示した縦断面図である。 実施形態10のCMOS取付構造を示した縦断面図である。 実施形態11のCMOS取付構造を示した縦断面図である。 従来のIRカットフィルタ無しの簡易CMOS取付構造を示す縦断面図である。 従来の接着方式による高精度なCMOS取付構造を示す縦断面図である。 従来のスペーサーによるアオリ調整を示す縦断面図である。
以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は本発明を適用した撮像素子取付構造の一実施形態の構成としてCMOS取付構造を示したもので、1はレンズユニット、2はレンズ、3はCMOSパッケージ、4は撮像面、5は基板、6はベース部材、8は密閉空間、11はプレート、12は接着剤であって、14は軟質部材である。
図示のように、IRカットコートをレンズ2面に施して、IRカットフィルタを省略する簡素化を図った上で、ベース部材6にねじ止めするプレート11とCMOSパッケージ3の撮像面4とを位置合わせしながら周囲を接着剤12で接着することで、レンズユニット1に対するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、及びこれら各軸を中心とした回転方向を合わせた6つの方向において、高精度のCMOS取り付けが実現できる。
なお、図2はCMOSパッケージ3、基板5、ベース部材6、及びプレート11の関係を分解して示したものである。
そして、図1に示すように、ラバー等の軟質部材14により密閉空間8を形成する密閉構造も実現できる。
軟質部材14は、CMOSパッケージ3の周囲とベース部材6との間に設けられて密閉空間8を形成し、CMOSパッケージ3とベース部材6の相対変位に追従して屈曲変形可能で密閉空間8を維持する。
すなわち、軟質部材14は、図示のように、プレート11とベース部材6との間に挟まれる略平板状で、ねじ締めによる圧縮によりその周囲でプレート11とベース部材6とに密着している。
こうして、プレート11とベース部材6との間に外周側が圧縮して挟み込まれた略平板状の軟質部材14は、その内周側の開口周縁部がCMOSパッケージ3の表面に重なって密着している。
従って、略平板状の軟質部材14の開口周縁部は、ベース部材6及びプレート11に対する接着剤12を介してのCMOSパッケージ3表面の変位に追従して撓み変形する。
ここで、略平板状の軟質部材14の撓み変形は、従来の軟質部材7のような圧縮変形との比較において、撓みストロークを大きくとれるため、CMOSパッケージ3の傾きにも追従して、密閉空間8を維持することができる。
このように、従来の軟質部材7のような圧縮変形ではなく、略平板状の軟質部材14の撓み変形を利用した密閉構造によって、
1)CMOS取り付けの数μオーダーの高精度、
2)CMOS前面の密閉空間、
を満たすCMOS実装が可能となる。
以上、実施形態のCMOS取付構造によれば、パンフォーカス固定仕様となる広角単焦点レンズ2を備える撮像装置において、CMOSパッケージ3の周囲とベース部材6との間に設けられて密閉空間8を形成し、CMOSパッケージ3とベース部材6の相対変位に追従して屈曲変形可能で密閉空間8を維持する軟質部材14を備える。
そして、その軟質部材14が、プレート11とベース部材6との間に挟まれる略平板状で、その開口周縁部がCMOSパッケージ3の表面に重なって、CMOSパッケージ3の表面の変位に追従して撓み変形するので、CMOS取り付けの高精度とCMOS前面の密閉空間8とを実現することができる。
(実施形態2)
図3は、前述した実施形態1において、プレート11とベース部材6とのねじ止め部に設けたスペーサー13によるアオリ調整を示したものである。
従って、実施形態2によれば、前述した実施形態1による前記効果1)、2)に加えて、3)CMOSアオリによる画質調整の対応も実現して、高画質化・高画素化に対応することができる。
(実施形態3)
図4は、前述した実施形態1において、CMOSパッケージ3の周囲とベース部材6との間に設けられて密閉空間8を形成し、CMOSパッケージ3とベース部材6の相対変位に追従して屈曲変形可能で密閉空間8を維持する軟質部材14を、CMOSパッケージ3の表面とベース部材6とに各々当接して内周側及び外周側がそれぞれ略直角に折れ曲がった断面形状としたものである。
すなわち、軟質部材14は、図示のように、内周側及び外周側がそれぞれ略直角に折れ曲がった断面形状で、その外周側がベース部材6に密着する一方、内周側がCMOSパッケージ3の表面に重なって密着している。
従って、内周側及び外周側がそれぞれ略直角に折れ曲がった断面形状の軟質部材14は、CMOSパッケージ3の表面の変位に追従して内周側及び外周側がそれぞれ略直角に折れ曲がり変形する。
従って、実施形態3によれば、前述した実施形態1と同様の前記効果1)、2)を発揮することができる。
(実施形態4)
図5は、前述した実施形態3において、プレート11とベース部材6とのねじ止め部に設けたスペーサー13によるアオリ調整を示したものである。
従って、実施形態4によれば、前述した実施形態2と同様の前記効果1)〜3)を発揮することができる。
(実施形態5)
図6は、前述した実施形態1において、CMOSパッケージ3の周囲とベース部材6との間に設けられて密閉空間8を形成し、CMOSパッケージ3とベース部材6の相対変位に追従して屈曲変形可能で密閉空間8を維持する軟質部材14を、CMOSパッケージ3の表面とベース部材6とに各々当接して内周側と外周側が略直角方向に湾曲して屈曲した断面形状としたものである。
すなわち、軟質部材14は、図示のように、内周側と外周側が略直角方向に湾曲して屈曲した断面形状で、その外周側がベース部材6に密着する一方、内周側がCMOSパッケージ3の表面に重なって密着している。
従って、内周側と外周側が略直角方向に湾曲して屈曲した断面形状の軟質部材14は、CMOSパッケージ3の表面の変位に追従して内周側と外周側が略直角方向に湾曲して屈曲変形する。
従って、実施形態5によれば、前述した実施形態1と同様の前記効果1)、2)を発揮することができる。
(実施形態6)
図7は、前述した実施形態5において、プレート11とベース部材6とのねじ止め部に設けたスペーサー13によるアオリ調整を示したものである。
従って、実施形態6によれば、前述した実施形態2と同様の前記効果1)〜3)を発揮することができる。
(実施形態7)
図8は、CMOSパッケージ3の周囲のプレート11とベース部材6との間に設けられて密閉空間8を形成し、プレート11とベース部材6の相対変位に追従して屈曲変形可能で密閉空間8を維持する軟質部材14を、プレート11とベース部材6とに各々当接して上端側と下端側との間が内周方向に折れ曲がった断面形状としたものである。
なお、この場合は、前述した実施形態と異なり、CMOSパッケージ3の4つの側面(周囲)全てが、接着剤12で隙間無くプレート11に接着されていることが必須となる。
すなわち、軟質部材14は、図示のように、上端側と下端側との間が内周方向に折れ曲がった断面形状で、その上端側がベース部材6に密着する一方、下端側がプレート11に重なって密着している。
従って、上端側と下端側との間が内周方向に折れ曲がった断面形状の軟質部材14は、プレート11の変位に追従して内周側と外周側で略直角方向に折れ曲がり変形する。
従って、実施形態7によれば、前述した実施形態1と同様の前記効果1)、2)を発揮することができる。
(実施形態8)
図9は、前述した実施形態7において、プレート11とベース部材6とのねじ止め部に設けたスペーサー13によるアオリ調整を示したものである。
従って、実施形態8によれば、前述した実施形態2と同様の前記効果1)〜3)を発揮することができる。
(実施形態9)
図10は実施形態9のCMOS取付構造を示したもので、図示のように、CMOSパッケージ3が搭載された基板5をベース部材6にねじ止めしている。
そして、CMOSパッケージ3周囲の基板5とベース部材6との間に設けられて密閉空間8を形成し、基板5とベース部材6の相対変位に追従して屈曲変形可能で密閉空間8を維持する軟質部材14を設けている。
すなわち、軟質部材14は、図示のように、基板5とベース部材6との間に挟まれる略板状で、ねじ締めによる圧縮によりその周囲で基板5とベース部材6とに密着している。
こうして、基板5とベース部材6との間に外周側が圧縮して挟み込まれた略板状の軟質部材14は、その内周側の傾斜部を経て開口周縁部がCMOSパッケージ3の表面に重なって密着している。
従って、略板状の軟質部材14の開口周縁部は、ベース部材6に対する基板5を介してのCMOSパッケージ3表面の変位に追従して撓み変形する。
このような構造であれば、前述した実施形態と同様に、スペーサー13を用いて調整しても密閉空間8が維持されるので、実施形態9によっても、前記効果1)〜3)を発揮することができる。
(実施形態10)
図11は実施形態10のCMOS取付構造を示したもので、図示のように、前述した実施形態9と同様、CMOSパッケージ3が搭載された基板5をベース部材6にねじ止めしている。
そして、CMOSパッケージ3の上面とベース部材6との間に設けられて密閉空間8を形成し、基板5とベース部材6の相対変位に追従して屈曲変形可能で密閉空間8を維持する軟質部材14を設けている。
すなわち、軟質部材14は、図示のように、内周側及び外周側がそれぞれ略直角に折れ曲がった断面形状で、その外周側がベース部材6に密着する一方、内周側がCMOSパッケージ3の表面に重なって密着している。
従って、内周側及び外周側がそれぞれ略直角に折れ曲がった断面形状の軟質部材14は、CMOSパッケージ3の表面の変位に追従して内周側及び外周側がそれぞれ略直角に折れ曲がり変形する。
このような構造であれば、前述した実施形態と同様に、スペーサー13を用いて調整しても密閉空間8が維持されるので、実施形態10によっても、前記効果1)〜3)を発揮することができる。
(実施形態11)
図12は実施形態11のCMOS取付構造を示したもので、図示のように、前述した実施形態9と同様、CMOSパッケージ3が搭載された基板5をベース部材6にねじ止めしている。
そして、CMOSパッケージ3周囲の基板5とベース部材6との間に設けられて密閉空間8を形成し、基板5とベース部材6の相対変位に追従して屈曲変形可能で密閉空間8を維持する軟質部材14を設けている。
すなわち、軟質部材14は、図示のように、上端側と下端側との間が内周方向に折れ曲がった断面形状で、その上端側がベース部材6に密着する一方、下端側が基板5に重なって密着している。
従って、上端側と下端側との間が内周方向に折れ曲がった断面形状の軟質部材14は、基板5の変位に追従して内周側と外周側で略直角方向に折れ曲がり変形する。
このような構造であれば、前述した実施形態と同様に、スペーサー13を用いて調整しても密閉空間8が維持されるので、実施形態11によっても、前記効果1)〜3)を発揮することができる。
なお、実施形態7・10・11において、軟質部材14を、実施形態5のように、湾曲して屈曲した断面形状としてもよい。
(変形例)
以上の実施形態においては、カメラ単体としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、カメラを備える携帯電話など他の電子機器であってもよい。
また、実施形態では、固体撮像素子をCMOSとしたが、CCDでもよい。
さらに、レンズユニット、ベース部材の形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。
付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
<請求項1>
ベース部材に組み込まれるレンズユニットと、基板に実装された撮像素子と、を備える撮像装置であって、
前記撮像素子の周囲と前記ベース部材との間に設けられて密閉空間を形成し、前記撮像素子とベース部材の相対変位に追従して屈曲変形可能で前記密閉空間を維持する軟質部材を備えることを特徴とする撮像装置。
<請求項2>
前記レンズユニットに広角単焦点レンズが収められて、
前記撮像素子の周囲を接着材で保持して前記ベース部材にねじ止めされるプレートを備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
<請求項3>
前記プレートと前記ベース部材とのねじ止め部に設けられ、前記ベース部材に対する前記撮像素子のアオリ調整を可能とするスペーサーを備えることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
<請求項4>
前記軟質部材は、前記プレートとベース部材との間に挟まれる略平板状で、その開口周縁部が前記撮像素子の表面に重なって、前記撮像素子の表面の変位に追従して撓み変形することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
<請求項5>
前記軟質部材は、前記撮像素子の表面と前記ベース部材とに各々当接して屈曲しまたは折れ曲がる断面形状で、前記撮像素子の表面の変位に追従して屈曲変形したり折れ曲がり変形することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
<請求項6>
前記軟質部材は、前記プレートと前記ベース部材とに各々当接して屈曲しまたは折れ曲がる断面形状で、前記プレートの変位に追従して屈曲変形したり折れ曲がり変形することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
<請求項7>
前記レンズユニットに広角単焦点レンズが収められて、
前記ベース部材に前記基板がねじ止めされ、
前記軟質部材は、前記基板とベース部材との間に挟まれる略板状で、その開口周縁部が前記撮像素子の表面に重なって、前記撮像素子の表面の変位に追従して撓み変形することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
<請求項8>
前記レンズユニットに広角単焦点レンズが収められて、
前記ベース部材に前記基板がねじ止めされ、
前記軟質部材は、前記撮像素子の表面または基板と前記ベース部材とに各々当接して屈曲しまたは折れ曲がる断面形状で、前記撮像素子の表面または基板の変位に追従して屈曲変形したり折れ曲がり変形することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
<請求項9>
請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置を備えることを特徴とする電子機器。
1 レンズユニット
2 レンズ
3 撮像素子(CMOS)パッケージ
4 撮像面
5 基板
6 ベース部材
7 従来の軟質部材
8 密閉空間
9 IRカット面(IRカットフィルタ)
11 プレート
12 接着剤
13 スペーサー
14 本発明に用いる軟質部材

Claims (9)

  1. ベース部材に組み込まれるレンズユニットと、基板に実装された撮像素子と、を備える撮像装置であって、
    前記撮像素子の周囲と前記ベース部材との間に設けられて密閉空間を形成し、前記撮像素子とベース部材の相対変位に追従して屈曲変形可能で前記密閉空間を維持する軟質部材を備えることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記レンズユニットに広角単焦点レンズが収められて、
    前記撮像素子の周囲を接着材で保持して前記ベース部材にねじ止めされるプレートを備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記プレートと前記ベース部材とのねじ止め部に設けられ、前記ベース部材に対する前記撮像素子のアオリ調整を可能とするスペーサーを備えることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
  4. 前記軟質部材は、前記プレートとベース部材との間に挟まれる略平板状で、その開口周縁部が前記撮像素子の表面に重なって、前記撮像素子の表面の変位に追従して撓み変形することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
  5. 前記軟質部材は、前記撮像素子の表面と前記ベース部材とに各々当接して屈曲しまたは折れ曲がる断面形状で、前記撮像素子の表面の変位に追従して屈曲変形したり折れ曲がり変形することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
  6. 前記軟質部材は、前記プレートと前記ベース部材とに各々当接して屈曲しまたは折れ曲がる断面形状で、前記プレートの変位に追従して屈曲変形したり折れ曲がり変形することを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
  7. 前記レンズユニットに広角単焦点レンズが収められて、
    前記ベース部材に前記基板がねじ止めされ、
    前記軟質部材は、前記基板とベース部材との間に挟まれる略板状で、その開口周縁部が前記撮像素子の表面に重なって、前記撮像素子の表面の変位に追従して撓み変形することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  8. 前記レンズユニットに広角単焦点レンズが収められて、
    前記ベース部材に前記基板がねじ止めされ、
    前記軟質部材は、前記撮像素子の表面または基板と前記ベース部材とに各々当接して屈曲しまたは折れ曲がる断面形状で、前記撮像素子の表面または基板の変位に追従して屈曲変形したり折れ曲がり変形することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置を備えることを特徴とする電子機器。
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