JP2016189547A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像レンズとイメージセンサ部分は少なくとも透明材質で均一に充填することで、高水圧下でも容易に撮像可能とする。
【解決手段】海底に投入し、海底の画像を取得する撮像装置において、撮像レンズとイメージセンサと電子回路と耐圧筐体を有し、上記耐圧筐体内部に上記撮像レンズとイメージセンサと電子回路を収納し、上記耐圧筐体内部を充填剤で充填し、上記撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で均一に充填することを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】海底に投入し、海底の画像を取得する撮像装置において、撮像レンズとイメージセンサと電子回路と耐圧筐体を有し、上記耐圧筐体内部に上記撮像レンズとイメージセンサと電子回路を収納し、上記耐圧筐体内部を充填剤で充填し、上記撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で均一に充填することを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、深海からの画像信号を効率よく撮像できるようにした撮像装置に関するものである。
従来、4000mクラスの深海の海底撮像装置には例えば特許文献1に記載したような海中通信システムがある。このシステムは海中に投下され、海中の情報を収集する海中投下型センサは、海中を撮影するカメラと、海中の水圧を計測する水圧センサ素子と、上記カメラを包み水圧から保護する耐圧ゲルと、カメラの焦点を制御する焦点制御手段とを含み、焦点制御手段は、上記水圧センサ素子で計測した現在の水圧データから光の屈折率を取得し、取得した屈折率を基にカメラの焦点を制御することが示され、海底の画像を効率よく撮像できることが示されている。
すなわち、海中に投下され、海中の情報を収集する海中投下型センサであって、上記海中投下型センサは海中を撮影する電子カメラと、海中の水圧を計測する水圧センサ素子と、上記電子カメラ全体を完全に埋め込んで水圧から保護する耐圧ゲルと、上記電子カメラの焦点を制御する焦点制御手段とを含み、上記耐圧ゲルは、上記電子カメラの外面全体に隙間なく密着してなり、上記焦点制御手段は、上記電子カメラの外から上記耐圧ゲルを通過して該電子カメラの固体撮像素子の方向に向かう光の屈折率を、上記水圧センサ素子で計測した現在の水圧データから取得し、取得した屈折率を基に上記電子カメラの焦点を制御することを特徴とする海中投下型センサが提示されている。
この中で、カメラ部分は高透明度の耐圧ゲルでコーティングされている。しかし、この構造では、水深は高々1,000m付近の水圧に耐えられるだけで、これ以上の深海では実用化は難しいとされてきた。
また、耐圧ゲルとしては圧力緩衝ゲルの高弾性材料として、海洋生物由来で高生分解性のコラーゲン質またはゼラチン質の高分子蛋白質を用いることが特許文献2に示されている。
上述したように、従来の海底観測に用いられる海底カメラでは水圧に耐えるように構成することが難しく、簡単に海底の状況を撮影するカメラを得ることは不可能であった。
上記課題を解決するため、海底に投入し、海底の画像を取得する撮像装置において、撮像レンズとイメージセンサと電子回路と耐圧筐体を有し、上記耐圧筐体内部に上記撮像レンズとイメージセンサと電子回路を収納し、上記耐圧筐体内部を充填剤で充填し、上記撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で充填することを特徴とする撮像装置を得ることを特徴とする。
更に、上記撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で充填し、上記耐圧筐体内部を非透明物質で充填することを特徴とする。
更に、上記イメージセンサはパッケージ内部に半導体基板が設けられ、透明材質で充填され、その上部にガラス板が設けられて密封状態を形成した構造となることを特徴とする。
更に、上記イメージセンサはパッケージ内部に半導体基板が設けられ、透明材質で充填され、その上部がレンズ状に加工されて密封状態を形成した構造となることを特徴とする。
更に、上記撮像レンズは複数のレンズ群の間に透明材料が充填されていることを特徴とする。
更に、上記透明材質はゲル状の透明樹脂からなることを特徴とする。
更に、上記イメージセンサはパッケージ内部に半導体基板が設けられ、透明材質で充填され、その上部にガラス板が設けられて密封状態を形成した構造となることを特徴とする。
更に、上記イメージセンサはパッケージ内部に半導体基板が設けられ、透明材質で充填され、その上部がレンズ状に加工されて密封状態を形成した構造となることを特徴とする。
更に、上記撮像レンズは複数のレンズ群の間に透明材料が充填されていることを特徴とする。
更に、上記透明材質はゲル状の透明樹脂からなることを特徴とする。
本発明によれば海底に投入し、海底の画像を取得する撮像装置において、撮像レンズとイメージセンサと電子回路と耐圧筐体を有し、上記耐圧筐体内部に上記撮像レンズとイメージセンサと電子回路を収納し、上記耐圧筐体内部を充填剤で充填し、上記撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で均一に充填することにより、深海などの高水圧の環境下において、大規模な筐体を用いることなく、簡単な構成で撮影可能な撮像装置を提供することができる。
更に、本発明の変形例によれば、上記撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で充填し、上記耐圧筐体内部を非透明物質で充填することにより、充填材料の選択範囲を広げることができ、高耐圧特性を一層向上することができる。
更に、本発明の変形例によれば、イメージセンサのパッケージの内部を透明物質で充填することにより、部品レベルでの耐圧特性が向上できるので、耐圧筐体の効果と相乗して更なる高耐圧特性を有した撮像装置を提供することができる。従来、イメージセンサのパッケージ内部は空気や特殊なガスなどを用いて、ガラス板によって密閉封止されていたが、この構造では外部圧力によって、イメージセンサが破損する恐れがあり、筐体内部を充填するだけでは耐圧特性が不十分であった。
更に、本発明の変形例によれば、撮像レンズの内部を透明物質で充填することにより、撮像レンズの耐圧特性が向上できるので、耐圧筐体の効果と相乗して、一層、高耐圧特性を有した撮像装置を提供することができる。従来、撮像レンズは複数枚のレンズを組み合わせることにより、結像性能を向上するように設計されているため、これらの複数のレンズの間には空気層があり、この構造が高耐圧下で使用すると破損の恐れがあり、高性能な撮像レンズの使用の障害となっていた。
更に、本発明の変形例によれば、上記撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で充填し、上記耐圧筐体内部を非透明物質で充填することにより、充填材料の選択範囲を広げることができ、高耐圧特性を一層向上することができる。
更に、本発明の変形例によれば、イメージセンサのパッケージの内部を透明物質で充填することにより、部品レベルでの耐圧特性が向上できるので、耐圧筐体の効果と相乗して更なる高耐圧特性を有した撮像装置を提供することができる。従来、イメージセンサのパッケージ内部は空気や特殊なガスなどを用いて、ガラス板によって密閉封止されていたが、この構造では外部圧力によって、イメージセンサが破損する恐れがあり、筐体内部を充填するだけでは耐圧特性が不十分であった。
更に、本発明の変形例によれば、撮像レンズの内部を透明物質で充填することにより、撮像レンズの耐圧特性が向上できるので、耐圧筐体の効果と相乗して、一層、高耐圧特性を有した撮像装置を提供することができる。従来、撮像レンズは複数枚のレンズを組み合わせることにより、結像性能を向上するように設計されているため、これらの複数のレンズの間には空気層があり、この構造が高耐圧下で使用すると破損の恐れがあり、高性能な撮像レンズの使用の障害となっていた。
深海のような水圧の高い環境下において、撮影するために、少なくとも撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で均一に充填するようにして、頑丈で大規模な筐体を用いることなく実現した。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１に本発明の一実施形態に係る海底カメラの構成を示す。同図において、カメラ本体１０は撮像レンズ１１、イメージセンサ１２、デジタル信号処理回路１３、第１の充填剤１４とこれらを覆う筐体１５から構成されている。
水中の被写体１６は撮像レンズ１１によって、その光学像が撮像され、イメージセンサ１２上に結像される。イメージセンサ１２の出力信号はデジタル信号処理回路１３に加えられる。ここでは色信号分離、色信号処理、マトリックス、輝度信号処理など数々の信号処理が行われる。これらの各部品は筐体１５に納められた上、筐体１５の内部は第１の充填剤１４で充填される。ここで、撮像レンズ１１は予め、第１の充填剤１４で充填されることを前提として組合せレンズの光学設計を行う必要がある。さらに、撮像レンズ１１とイメージセンサ１２の間も第１の充填剤１４が入ることを前提として、間隔を調整する必要がある。
この場合、撮像レンズ１１の内部は結像性能に影響があるため、充填する第１の充填剤１４は充填時に均一に充填されることが必要である。また、撮像レンズ１１とイメージセンサ１２の間も同様で、結像される光学像が歪まないように、第１の充填剤１４が均質に充填される必要がある。第1の充填剤１４としては水でもよいが、電子部品の腐食等を考慮すると、塩分などの不純物が含まれない純粋が好ましい。但し、作業性等を考慮するとある程度粘性を持つ物質がよく、寒天やゼラチン、透明樹脂等がある。
図２は海底カメラ本体内部の他の実施例を示したものである。撮像レンズ１１とイメージセンサ１２を予め、第2の充填剤２４で充填しておいて、モジュール化しておき、その上で、デジタル信号処理１３とともに、筐体１５に納めた上で、第1の充填剤１４で充填したものである。
このようにすると、光学性能に影響されずに、第1の充填剤１４を充填することができ、製造が容易になるというメリットがある。但し、第2の充填剤２４は光学的に透明で、充填中では屈折率の変化がない、すなわち、脈理の発生がないように均質に充填する必要がある。この点でも光学性能に影響がある撮像レンズ１１やイメージセンサ１２の内部に限定して第2の充填剤２４を用いることは作業性の上で効果がある。
図３は本発明の変形例で、第2の筐体を用いて、撮像レンズ１１とイメージセンサ１２を第２の筐体３５に納めておいて、第２の充填剤２４を充填するようにしたものである。このようにすると、第２の充填剤２４を均一に、安定して製造することができる。光学性能に影響がないその他の空間は第1の充填剤１４で充填するが、この部分では多少、充填剤の均質性が欠けても光学性能には影響がないので、高耐圧という点だけに注目して材質や充填方法を選択できるというメリットがある。
図4は本発明のイメージセンサの構成を示したものである。イメージセンサ１２はパッケージ４１に第1の接着剤４２を介して、半導体チップ４４をマウントし、ボンディングワイヤ４５で、端子を配線したのち、第３の充填剤４５を充填したのち、第2の接着剤４７を介してカバーガラス４６で封止したものである。
従来のイメージセンサでは第３の充填剤４５に相当する部分が空気、または不活性ガスで封じられていたが、これでは水圧に抗しきれず、外部に第1の充填剤１４を充填しても、水圧が上がってくると、イメージセンサ部分で破壊される恐れがあった。このような構造にすることによって、センサとしての部品レベルで耐圧性能を向上することができ、カメラ全体として、さらに高水圧に耐えられるようにすることが可能になる。
図５は図４のイメージセンサ１２の製造過程を示したものである。
図(a)に示すように、通常セラミックで形成されたパッケージに、図(b)のように、第1の接着剤42を用いて半導体チップ４４を搭載する。次に、図(c)のように、半導体チップ４４上に設けられたボンディングパッドとセラミックパッケージ上の配線端子とをボンディングワイヤ４３により配線をしていく。次に、図(d)のように、充填剤を充填することにより、空気層部分をなくした上で、図(e)のようにカバーガラス４６を用いて、上から力を加えることにより、密閉構造としている。図(d)で充填剤を充填する場合に、パッケージの隅や半導体の端面などの微小空間に充填剤が行き届かない恐れがある。これを防止するためには、パッケージに超音波振動を加えながら充填剤を充填するようにすることにより解決できる。この方法を用いることにより、微小空間に残っていた空気が気泡となって外部に放出されるからである。このようにして、イメージセンサ内部に気泡などが残存することが避けられて、充填剤で完全に充填されるので、耐圧性能を格段に向上することが可能になる。
図(a)に示すように、通常セラミックで形成されたパッケージに、図(b)のように、第1の接着剤42を用いて半導体チップ４４を搭載する。次に、図(c)のように、半導体チップ４４上に設けられたボンディングパッドとセラミックパッケージ上の配線端子とをボンディングワイヤ４３により配線をしていく。次に、図(d)のように、充填剤を充填することにより、空気層部分をなくした上で、図(e)のようにカバーガラス４６を用いて、上から力を加えることにより、密閉構造としている。図(d)で充填剤を充填する場合に、パッケージの隅や半導体の端面などの微小空間に充填剤が行き届かない恐れがある。これを防止するためには、パッケージに超音波振動を加えながら充填剤を充填するようにすることにより解決できる。この方法を用いることにより、微小空間に残っていた空気が気泡となって外部に放出されるからである。このようにして、イメージセンサ内部に気泡などが残存することが避けられて、充填剤で完全に充填されるので、耐圧性能を格段に向上することが可能になる。
図６は本発明の他のイメージセンサの断面構造を示したものである。ここでは図５のカバーガラス４６が省略されている。図５でイメージセンサ１２の製造過程を示したが、その中で、最後にカバーガラス４６で第３の充填剤４５を上から押さえつけて平面化するように説明してきた。しかしながら、第３の充填剤４５を充てんする際に表面が平坦になっていればこのままでの状態でも光学像の結像性能が問題ない。先に超音波振動を加えるように説明してきたが、この工程を加えることにより、第３の充填剤４５の表面は平たんにすることができる。そこでわざわざカバーガラス４６で押さえる必要がなくなる。このようにするとカバーガラス４６の部品コストが節約でき、また、製造過程も1工程を省略できるので、さらにコストダウンの効果が得られる。
なお、充填剤４５の表面性については,充填した後に、たとえばカバーガラス４６のような平面性の良い材質で一度表面を押さえつけた後にこれを除去する方法を採ることもできる。
図７は第１の接着剤を半導体チップが接着される全面に塗布するのではなく部分的に塗布したものである。ボンディングワイヤで端子とボンディングパッドを接続する際に動かない程度に軽く止めておくだけでよい。その上から充填剤で充填するので、ここでしっかりと接合されることになり、本来、第１の接着剤は不要なのであるが、ボンディングワイヤで接続する際に半導体チップが移動しないように軽く止めておく程度に接着剤を塗布することが必要である。
図８は本発明のパッケージの変形例である。パッケージの形状が単純化されていて、パッケージのコストを安く作ることができる。
図９は本発明のパッケージ４１の詳細を示したもので、パッケージ内部の配線構造を示したものである。パッケージ表面に設けられたボンディングパッド９８は貫通電極９９でパッケージ内部を通り、パッケージ裏面の電極端子９０に接続されている。
なお、パッケージによっては図１０に示したように、パッケージの側面に電極端子１０２を設けるようにすることもできる。この場合には貫通電極１０１はパッケージ内部で曲げる必要がある。
また、撮像レンズは１１は被写体の１６の大きさに応じて、拡大、縮小するためのズーム機能を有することができることは勿論である。
本撮像装置は水圧の高い深海に用いるカメラに有効であるが、気圧が低いような高高度に用いるような用途にも適用できる。
１０…カメラ本体
１１…撮像レンズ
１２…イメージセンサ
１３…デジタル信号処理回路
１４…第１の充填剤
１５…筐体
１６…被写体
１７…第２の充填剤
３５…第２の筐体
４１…パッケージ
４２…第１の接着剤
４３…ボンディングワイヤ
４４…半導体チップ
４５…第3の充填剤
４６…カバーガラス
４７…第２の接着剤
９０…電極端子
９８…ボンディングパッド
９９…貫通電極
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９８…ボンディングパッド
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Claims (6)
- 海底に投入し、海底の画像を取得する撮像装置において、
撮像レンズとイメージセンサと電子回路と耐圧筐体を有し、
上記耐圧筐体内部に上記撮像レンズとイメージセンサと電子回路を収納し、
上記耐圧筐体内部を充填剤で充填し、
上記撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で均一に充填することを特徴とする撮像装置。 - 上記撮像レンズとイメージセンサ部分は透明材質で充填し、
上記耐圧筐体内部を非透明物質で充填することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 上記イメージセンサはパッケージ内部に半導体基板が設けられ、
透明材質で充填され、その上部にガラス板が設けられて密封状態を形成した構造となることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 上記イメージセンサはパッケージ内部に半導体基板が設けられ、
透明材質で充填され、その上部がレンズ状に加工されて密封状態を形成した構造となることを特徴とする請求項1記載の撮像装置 - 上記撮像レンズは複数のレンズ群の間に透明材料が充填されていることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 上記透明材質はゲル状の透明樹脂からなることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
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| CN111601020A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-28 | 维沃移动通信有限公司 | 摄像头模组及电子设备 |
| CN111601020B (zh) * | 2020-04-29 | 2022-02-08 | 维沃移动通信有限公司 | 摄像头模组及电子设备 |
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