JP2016127581A - 撮像装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置において、構造の簡素化を図り、撮像素子と光軸に垂直な平面との傾きを抑制することを目的とする。【解決手段】光軸Ｌをもつレンズ１、レンズ１を保持するレンズ枠２、ベース３、被写体像を撮像する撮像素子４、撮像素子が固定された基板５、圧縮コイルばね６を備え、圧縮コイルばねがレンズ枠を撮像素子の撮像面に押圧して、撮像素子の平面にえられる。この撮像装置は、例えばカメラなどの光学機器や、携帯電話やタブレットやパソコン等の電子機器に搭載可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズによって結像された被写体像を撮像素子により撮像する撮像装置に関し、特に撮像素子を組み付ける際に、傾き調整をせずに組み付けられる撮像装置に関する。この撮像装置は、例えばカメラなどの光学機器や、携帯電話やタブレットやパソコン等の電子機器に搭載可能である。光学機器の例として、デジタルカメラなどの民生用カメラ、車載カメラ、監視カメラ、内視鏡カメラなどに搭載する医療用カメラ、動画撮影を行なうカムコーダー（ムービーカメラ）、各種検査カメラ、ロボット用カメラが挙げられる。

従来の撮像装置としては、特許文献１のように、レンズを保持するレンズ枠、レンズ枠を固定すると共に外装を形成するフロントケース、撮像素子を実装固定する基板等を備え、レンズ枠に保持されたレンズの背面にレンズを受け入れる凹状の受け部を設け、フロントケース３（特許文献１では符号１６の部材）の背面に基板をネジ締めにより固定するためのネジ穴を設け、基板にネジを通すための貫通孔を設け、レンズを保持したレンズ枠をフロントケースに固定し、撮像素子を実装した基板をフロントケースの背後から近づけて、撮像素子をレンズの受け部に嵌め込むことによりレンズの光軸に垂直な方向における撮像素子の位置決めを行うと同時に、光軸と撮像素子の撮像面とが垂直になるようにネジを締結して基板をフロントケースに固定するものが知られている。

この撮像装置においては、レンズ背面に凹部を形成する為にコストがかかるだけでなく、複数のネジを用いて基板に締め込むことにより、その締め込みの際にネジの締め込み過ぎにより基板が沈み込む等の影響により、撮像素子に傾きが生じ、光軸と撮像素子の撮像面とが垂直にならなくなる。

特開２０１２−７４９３４号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化等を図りつつ、撮像素子の固定に際し、撮像素子と光軸に垂直な面との傾きを抑制した撮像装置を提供することにある。

（１）少なくとも一枚のレンズと、内部にレンズを保持するレンズ枠と、撮像素子と、を備え、前記撮像素子は、前記レンズ枠の撮像素子と面する面と常に当接し、この当接によって、前記撮像素子に対する前記レンズ枠の光軸の傾きが補正される、撮像装置。
（２）前記レンズ枠を保持するレンズ枠保持部を備えたベースを、更に備える（１）記載の撮像装置。
（３）前記撮像素子と前記レンズ枠の撮像素子と面する面との当接は、弾性部材による当接である、（１）又は（２）に記載の撮像装置。
（４）前記弾性部材は、圧縮コイルばねで形成され、前記ベースと前記レンズ枠の撮像素子と面する面との間に配置され、前記撮像素子に前記レンズ枠を押圧していること、（２）または（３）に記載の撮像装置
（５）前記レンズ枠は、前記レンズ枠の撮像素子と面する面の近傍領域に、前記レンズ枠の光軸方向に対して垂直方向の移動を抑制する手段を更に設ける、（１）から（４）のいずれかに記載の撮像装置。
（６）（１）から（５）に記載の撮像装置を搭載した、光学機器。
（７）（１）から（５）に記載の撮像装置を搭載した、電子機器。

本発明に係る撮像装置では、（１）により、撮像素子の撮像面と光軸に対して垂直な面とを、調整することなく、常に一致させることが可能となる。
以下具体的に述べるが、現在、撮像装置を製造する際に、主に、レンズ枠を基準にして撮像素子の位置調整等が行われる。レンズ枠を基準にした撮像素子の位置調整等は、撮像素子を基板に実装する際の実装ばらつきを考慮して調整等をする必要があり、煩雑である。本発明者によりこの（１）を見出したことにより、この煩雑さも軽減されて、仮に撮像素子と基板との実装ばらつきがあっても、レンズ枠の光軸に対して垂直な面と撮像素子の撮像面とを調整することなく、常に一致させることが可能な、撮像装置を提供できる。この撮像装置は、レンズ枠の光軸と撮像素子の光軸とのずれを抑えること（撮像素子に対する前記レンズ枠の光軸の傾きが補正されること）により、撮影画像・動画の解像度の劣化や初期化設定の所望の解像度の変化をより抑えることが可能となる。

本発明に係る撮像装置では、好ましくは（２）により、レンズ枠保持部によりレンズ枠と撮像素子とをより確実に保持することになり、光軸のずれをより抑制することがより可能となる。

本発明に係る撮像装置では、好ましくは（３）により、弾性部材の弾性力を利用して、より確実に、撮像素子とレンズ枠の一方の面とを隙間なく、常に当接可能となる。

本発明に係る撮像装置では、好ましくは（４）により、板ばね等に比べより所望の弾性力を発揮しやすいので、より確実に、撮像素子とレンズ枠の一方の面とを、隙間なく、常に当接可能となる。また、（４）記載の圧縮コイルばねは、簡素な構成であるため、撮像装置に含まれる部品に組み合わせやすく、用いやすい。

本発明に係る撮像装置では、好ましくは（５）により、仮に図５に示すような撮像素子の傾きが生じかつレンズ枠が傾いた場合でも、レンズ枠の光軸と撮像素子の光軸とのずれを更に抑えることがより可能である。レンズ枠の光軸と撮像素子の光軸とのずれを更に抑えることにより、撮影画像・動画の解像度の劣化や初期化設定の所望の解像度の変化をより抑えることが可能となる。

本発明に係る撮像装置は、撮像素子の撮像面とレンズ光軸に垂直な面とを、調整することなく、常に一致させることを可能にした撮像装置を提供するものである。

本発明の実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示す実施形態を示す外観図である。 図２おける断面Ａ−Ａを示すに示す部分断面図である。 図３示す部分断面（Ａ−Ａ）の変形例を示す図である。 図４示す変形例において、レンズ枠２が、設計上の光軸Ｌ（レンズホルダ３）に対して、傾くことを示す模式図である。 図１に示す実施例を組み込んだカメラである。 図１等に示す実施例に係る基板の背面図である。 図１等に示す実施例に係る基板の反りがはんだによって抑制されることを説明するための図である。

以下、図面も参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

本発明に係る撮像装置では、少なくとも１枚のレンズを含むが、所望の物性（例えば屈折率・アッベ数・部分分散比・線膨張係数）や耐久性などを満たせば、レンズの枚数やレンズの材質やレンズの形状は問わない。

また、本発明で用いるレンズのレンズ面は、球面または平面で形成されても、非球面で形成されてもよい。レンズ面が球面または平面の場合、レンズ加工及び組立調整が容易になり、加工及び組立調整の誤差による光学性能の変化を防げるので好ましい。また、レンズ面が非球面の場合、非球面は、研削加工による非球面、ガラスを型で非球面形状に形成したガラスモールド非球面、ガラスの表面に樹脂を非球面形状に形成した複合型非球面のいずれの非球面でも構わない。また、レンズ面は回折面としてもよく、レンズを屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）あるいはプラスチックレンズとしてもよい。

更に、本発明で用いるレンズのレンズ面は、必要に応じて、レンズ体の表面に、様々な加工を施すことも可能である。この加工の例として、レンズ体の曇り防止や水滴形成防止のために表面部を光触媒などにより親水化することが挙げられる。例えば、図６などに示すように、カメラなどでの使用時等に外部に晒される可能性がある部位に対して、レンズ本体の曇り防止や水滴形成防止のために、光触媒等により親水化する加工等が挙げられる。

本発明に係る撮像装置では、レンズ枠を含むが、レンズ枠の構成材料は、例えば樹脂材料や金属材料（アルミニウムなど）が挙げられる。例えば、熱かしめの方法により、レンズをレンズ枠に固定させる場合は、レンズ枠の構成材料としては、熱かしめに適した樹脂材料が好ましく、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）等の各種樹脂材料が挙げられる。

本発明で用いるレンズ枠は、外部の衝撃等により、レンズがレンズ枠から外れないように構成されていればよい。なお、このレンズ枠の形状は、例えば、円筒体の形状、多角形の筒体の形状、有底の円筒体の形状、有底の多角形の筒状体の形状が挙げられる。

本発明に係る撮像装置では、好ましくは、レンズ枠を保持するレンズ保持部を備えたベースを含むが、このベースの構成材料は、例えば樹脂材料や金属材料（アルミニウムなど）が挙げられる。樹脂材料の例としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）等が挙げられる。

本発明に係る撮像装置では、撮像素子がレンズ枠の一方の面と常に当接する。この当接は、例えば、熱圧着による当接、所定の接着剤を利用した当接、実施例で示すような弾性部材による当接、が挙げられる。この弾性部材は、例えば、板ばね、実施例で示すような圧縮コイルばね、が挙げられる。

ここで、「レンズ枠の撮像素子と面する面」とは、レンズ枠の撮像素子側の面であり、撮像素子と対向する面である。具体的には、図３等で示す符号２ｂの面である。また、撮像素子と当接されるレンズ枠の一方の面は、図３から図５で示されるように、符号２ｂの一部領域の場合もある。

本発明に係る撮像装置で用いられる撮像素子は、例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサが挙げられる。また、本発明に係る撮像装置で用いられる撮像素子は、必要に応じて、他部材を含むこと（例えば、撮像素子がカバーガラスなどのカバー部材に覆われること）もある。本願明細書や特許請求の範囲において、「撮像素子」という用語は、カバー部材など他部材を含まない撮像素子だけでなく、カバー部材など他部材を含む撮像素子も意味する総称として使用する。

一般的には、図１等に示すように、撮像素子４は、はんだ８などにより、基板５に実装される。この実装の際に、例えば補強部材が設けられない場合、熱などによって、基板５が反ることがある。例えば、図８の点線９で示すように、撮像素子４が内側になるように基板５が反ることがある。そこで、図７に示すように、基板５の背面に、はんだ８を塗布することにより、この反りを抑制することができる。

本発明に係る撮像装置では、レンズ等以外でも、必要に応じて、例えば、撮像装置により撮影した画像等のゴースト対策のためなどの部材、光軸方向のレンズ体の累積公差（光軸方向のレンズ体の厚み）を調整するための部材、防水のための防水部材、ＩＲカットフィルターを設けてもよい。

以下、本発明の実施例について、添付図面を参照しつつ説明する。

この実施例に係る撮像装置Ｍは、図１ないし図３に示すように、ガラス製のレンズ１を固定するレンズ枠２、アルミニウム製のレンズ枠２を保持するアルミニウム製のベース３、レンズ１を通して結像された被写体像を撮像する撮像素子４、撮像素子４が固定された基板５、レンズ枠２を撮像素子４に当接させる圧縮コイルばね６、基板５とベース３とを固定するネジ７を備えている。

レンズ枠２は、図１に示すように、全体が円筒状をしており、一端につば状の大径部２ａを有している。円筒の内部には、図示せぬ方法にて、レンズ１が保持されている。

大径部２ａの一方の面２ｂ（レンズ枠２の撮像素子４と面する面）の一部は、撮像素子４の撮像面４ａに当接しており、後述する圧縮コイルばね６によって、常に当接している。

レンズ枠２の円筒部は、その外径の一部がベース３に嵌合している。

撮像素子４は、複数の貫通孔を有した基板５に、特に取付面の傾き調整を行うことなく固定されている。図７に示すように、撮像素子４は、はんだ８などにより、基板５に実装（固定）される。この実装の際に、例えば補強部材が設けられない場合、熱などによって、基板５が反ることがある。例えば、図８の点線９で示すように、撮像素子４が内側になるように基板５が反ることがある。そこで、図７に示すように、基板５の背面に、はんだ８を塗布することにより、この反りを抑制することができる。

基板５は、撮像素子４が固定された状態で、２つの位置決め用の貫通孔５ａ，５ｂにベース３の位置決め突起３ａ，３ｂを嵌合させて位置決めがされて、２本のネジ７を貫通孔５ｃ，５ｄに通して、ベース３の固定部３ｃにネジ止めされる。

圧縮コイルばね６は、レンズ枠２の円筒部の外側に巻かれており、その両端は、大径部の他方の面２ｃとベース３に挟まれ、常に圧縮された状態で配置されている。そのため、レンズ枠２を常に撮像素子４の撮像面４ａに圧着させる力が働いている。

ベース３は、図３に示すように、基板５を位置決め突起３ａ，３ｂによって位置決めする。基板５は、その後ネジ７によってベース３の固定部３ｃに固定される。このとき取付面の傾き調整は、行われない。

図３に示すように、ベース３は、またレンズ枠２を保持するレンズ枠保持部３ｄを有している。レンズ枠２は、圧縮コイルばね６によって、大径部の一方の面２ｂが撮像面４ａに圧着しており、調整等を必要とせずに、撮像面４ａと光軸Ｌとを垂直に維持することができる。

なお、図４に示すようにレンズ枠保持部３ｄは、レンズ保持部３ｄ内部でレンズ枠２が傾くこと（図５に示すような、設計上の光軸Ｌに対し、レンズ枠２の光軸Ｌ２が傾くこと）を許容する隙間をもってレンズ枠２を保持してもよい。

図５に示す場合でも、圧縮コイルばね６は、レンズ枠２の円筒部の外側に巻かれており、その両端は、大径部の他方の面２ｃとベース３に挟まれ、常に圧縮された状態で配置されている。そのため、レンズ枠２を常に撮像素子４の撮像面４ａに圧着させる力が働いているので、撮像素子４が面2b（レンズ枠２の撮像素子４と面する面）と当接し、撮像素子４の光軸とレンズ枠２の光軸（Ｌ２）とが一致する。この当接により、仮に撮像素子４と基板５との実装ばらつきがあっても、レンズ枠２の光軸Ｌ２に対して垂直な面と撮像素子４の撮像面４ａとを調整することなく、常に一致させることが可能な、撮像装置を提供できる。この撮像装置は、レンズ枠２の光軸と撮像素子４の光軸のずれを抑えること（少なくとも、レンズ枠２の光軸と撮像素子４の光軸が平行になること）により、撮影画像・動画の解像度の劣化や初期化設定の所望の解像度の変化をより抑えることが可能となる。

更に、レンズ枠２は、一方の面の近傍領域に、レンズ枠の光軸方向に対して垂直方向の移動を抑制する手段２ａを設けている。この手段２ａにより、図５に示すような、撮像素子４と基板５との実装ばらつき等による撮像素子４の傾きが生じ、更にレンズ枠２が傾いた場合でも、レンズ枠２の光軸Ｌ２と撮像素子４の光軸とのずれを更に抑えることがより可能となる。図５に示すように、撮像素子の光軸中心付近Ｐを回転中心として、レンズ枠２が傾くため、レンズ枠２の光軸と撮像素子４の光軸とのずれ（具体的には、光軸方向に対して垂直方向のずれ）をより抑えることとなるからである。光軸方向に対して垂直方向のレンズ枠２の光軸Ｌ２と撮像素子４の光軸とのずれを更に抑えることにより、撮影画像・動画の解像度の劣化や初期化設定の所望の解像度の変化をより抑えることが可能となる。

図６は、本実施例の撮像装置Ｍを組み込んだカメラ１００である。この撮像装置Ｍは、例えばカメラ１００などの光学機器（例えば、デジタルカメラなどの民生用カメラ、車載カメラ、監視カメラ、内視鏡カメラなどに搭載する医療用カメラ、動画撮影を行なうカムコーダー（ムービーカメラ）、各種検査カメラ、ロボット用カメラ）や、携帯電話やタブレットやパソコン等の電子機器に搭載可能である。

以上、本発明の実施の形態（実施例も含め）について、図面を参照して説明してきたが、本発明に用いられる撮像装置の具体的構成は、これに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、設計変更があっても、本発明に含まれるものである。

１：レンズ
２：レンズ枠，２ａ：大径部，２ｂ：大径部一方の面，２ｃ：大径部の他方の面
３：ベース，３ａ，３ｂ：位置決め突起，３ｃ：固定部，３ｄ：レンズ枠保持部
４：撮像素子，４ａ：撮像面
５：基板，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ：貫通孔
６：圧縮コイルばね
７：ネジ
８：はんだ
Ｌ：設計上の光軸，Ｌ２：レンズ枠２の光軸
Ｍ：撮像装置
１００：カメラ

Claims (7)

1. 少なくとも一枚のレンズと、
   内部にレンズを保持するレンズ枠と、
   撮像素子と、を備え
   前記撮像素子は、前記レンズ枠の撮像素子と面する面と常に当接し、
   この当接によって、前記撮像素子に対する前記レンズ枠の光軸の傾きが補正される、撮像装置。
2. 前記レンズ枠を保持するレンズ枠保持部を備えたベースを、更に備える請求項１記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子と前記レンズ枠の撮像素子と面する面との当接は、弾性部材による当接である、請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記弾性部材は、圧縮コイルばねで形成され、
   前記ベースと前記レンズ枠の撮像素子と面する面との間に配置され、前記撮像素子に前記レンズ枠を押圧している、請求項２または３に記載の撮像装置
5. 前記レンズ枠は、前記レンズ枠の撮像素子と面する面の近傍領域に、前記レンズ枠の光軸方向に対して垂直方向の移動を抑制する手段を更に設ける、請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 請求項１から５に記載の撮像装置を搭載した、光学機器。
7. 請求項１から５に記載の撮像装置を搭載した、電子機器。