JP3809426B2 - 固体撮像素子の取付構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CCDに代表されるような固体撮像素子を用いた撮像装置、特に固体撮像素子と撮像用レンズ部との機械的結合構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
2次元センサである固体撮像素子により、撮像レンズを介して被写体を撮像し、電気的画像信号を得る撮像装置が従来より広く一般に用いられている。
その一例を図5及び図6に示す。図5において、101は被写体、102はレンズ群で構成された撮像レンズ、103は撮像レンズ102を支持するレンズベース、104はベース、105はリング、106は固体撮像素子、107はセンサベース、108はスペーサである。
【0003】
ここでレンズベース103、ベース104、リング105はすべて略円筒形状であり、図5はこれらを軸方向に沿って切断した断面を表わしたものである。また固体撮像素子106は直方体であり、撮像面106Aを法線の方向つまり被写体側から見ると図6で示すような長方形となる。
【0004】
図6において固体撮像素子106の撮像面106Aには画素数(例えば数十万個から数百万個)分のセンサが面状に並んでいる。また、固体撮像素子106はセンサベース107に固定されており、センサベース107にはスペーサ108を介してベース104にねじ止めするための穴107Aが穿設されている。
【0005】
また図5で示すように、リング105には半径方向に複数のねじ穴105Bが穿設されており、先端がテーパ状のねじ109がねじ穴105Bに螺着されている。さらに、このねじ109のテーパ状の先端はベース104の外周に凹設された溝104Aに係合している。
【0006】
ここで、図5で示すように光軸の中心線方向(撮像レンズ102の中心軸方向)をZ軸とし、図6で示すように固体撮像素子106の撮像面106Aの中心点106Bは前記Z軸上にあるものとする。また、中心点106Bを含みZ軸と直交する2次元座表面をX軸とY軸で表わす。
【0007】
加えて、ベース104は図示しない撮像装置の構造体に固定されており、被写体101と撮像装置との位置関係が変化しない限り、被写体101とベース104との位置関係は変化しない。
【0008】
このような従来の固体撮像素子の取付構造においては、まずリング105をZ軸回りに回転させて撮像レンズ102のZ軸方向の位置を調整する。ここで、ねじ109の先端が溝104Aに係合しているため、リング105は回転させてもZ軸方向に不動である。また、円筒形状のリング105の内面には雌ねじ105Aが形成されており、レンズベース103から突出したフランジ部103Aの先端に形成された雄ねじ103Bと螺合している。
【0009】
さらにレンズベース103は、突起103Cがベース104の内面に形成されたZ軸方向の溝104Bに係合しているため、Z軸回りの回転が阻止されている。したがって、リング105を正逆回転させることで、リングベース103に固定された撮像レンズ102はZ軸方向に移動し、撮像レンズ102を通過した被写体101の像が結像する焦点の位置を固体撮像素子106の主面106Aに調整することができる。
【0010】
このような構成にしているので、固体撮像素子106と撮像レンズ102とのZ軸方向の距離関係において焦点合わせが可能となっているが、近年の画像の高精細化に伴いより精度の高い焦点合わせが必要となったことから、実際の固体撮像素子106の撮像面106Aと、光軸中心線であるZ軸によって幾何学的に限定されるX−Y平面との角度差を補正する調整、いわゆるあおり調整が必要となってきた。
【0011】
なぜならば、固体撮像素子106の撮像面106Aとセンサベース107の主面との平行度のばらつき、あるいは他の構造体の寸法的ばらつきによって生ずる撮像面106Aと前記X−Y平面との角度差が原因となり、撮像面106Aの中心106Bに焦点が合っていても、撮像面106Aの周縁近傍における焦点とのずれが無視できないものとなり、これが大きな問題となってきた。
【0012】
そこで特許文献1で開示された技術では、前記問題を解決するための工夫がなされている。図7で示すようにセンサベース110を3点支持とし、3個所の支持点111のZ軸方向の位置が夫々独立で調整できるようにしたので、レンズ鏡筒112で得られる光軸に対する固体撮像素子113のあおり調整を可能としている。
【0013】
また特許文献2で開示された技術では、図8で示すように固体撮像素子120を支持するセンサベース121の裏面に、凸状の半球面121Aを形成し、さらにこれに対向する凹状の半球面122Aが形成された受け部材122を設けている。
【0014】
図8(b)及び図8(c)は図8(a)で示すア−ア断面を示したものであるが、X軸回りの角度調整ツマミ123を回すことで、センサベース121は半球面状の接触面121A、122Aにガイドされ、固体撮像素子120のX軸回りの角度が調整可能となる。またY軸回りの角度調整ツマミ124を回すことで、同様に固体撮像素子120のY軸回りの角度が調整可能となる。
【0015】
このとき、前記半球面状の接触面121A、122Aはその曲率の中心が固体撮像素子120の撮像面の中心に設定してあるので、前述した角度調整を行ってもこの中心は位置ずれしない。いわゆるゴニオステージと原理的に同一である。
【0016】
【特許文献1】
特開2003−69886号公報
【特許文献2】
特開2002−77699号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特許文献1で開示された従来技術は、センサベース110上の3個所の支持点111を個々に調整するものであり、ある1個所を調整すると撮像面全体の光軸方向の位置がずれてしまい、調整が極めて困難となり実用に耐えない。
【0018】
また特許文献2で開示された従来技術によれば、X軸回りの角度調整ツマミ123あるいはY軸回りの角度調整ツマミ124を回しても固体撮像素子120の主面の中心位置はずれないが、固体撮像素子120の撮像面の角部を焦点に合わせる場合には、X軸回りの角度調整ツマミ123とY軸回りの角度調整ツマミ124との両方をを回して調整しなければならない。
【0019】
特に固体撮像素子の撮像面の角度調整においては、撮像面の中心から離れた位置ほど角度変化に対する光軸方向の位置変化が大きくなる。したがって特許文献2で開示された従来技術のように、固体撮像素子120の主面の角部を焦点に精度良く合わせるのに、夫々が同一の角部に影響する2つのツマミで調整するのは非常に困難である。また、凸状の半球面と凹状の半球面を形成して面接触させる構造は精度の高い加工が必要となりコスト高になる。
【0020】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、固体撮像素子の撮像面の角部であっても焦点調整が容易であり、大掛りな機構を必要としないあおり調整機構を有した固体撮像素子の取付構造を実現することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明は第1の態様として、4角形の撮像面を備えた固体撮像素子を支持する第1の支持板と、前記撮像面の2本の対角線を光軸の中心線方向から見た場合の、一方の対角線の両端の延長線上に支点を設けて前記第1の支持板と係合する第2の支持板と、前記2本の対角線を光軸の中心線方向から見た場合の、他方の対角線の両端の延長線上に支点を設けて前記第2の支持板と係合する第3の支持板とを有し、前記第3の支持板が撮像レンズを含む撮像光学部に固定されることを特徴とする固体撮像素子の取付構造を提供する。
【0022】
また第2の態様として、前記第1の支持板と第2の支持板との係合に係る支点と前記第2の支持板と第3の支持板との係合に係る支点は、係合し合う両支持板の何れかに突設された一対の突起により構成されることを特徴とする第1の態様として記載の固体撮像素子の取付構造を提供する。
【0023】
さらに第3の態様として、前記突起の先端は略半円若しくは略半球形状であり、係合する支持板の前記先端が当接する位置には、前記半円若しくは半球の半径より小さい半径の円形開口部が設けられることを特徴とする第2の態様として記載の固体撮像素子の取付構造を提供する。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態を示す固体撮像素子の取付構造の側面図である。本図において、符号1は第1の支持板、2は第2の支持板、3は第3の支持板、12は撮像光学部である。また本図において、従来技術の説明に用いたものと同等の構造・機能を有する要素は共通の符号で表わす。なお、ここでも図5と同様に光軸の中心線をZ軸と定義する。
【0025】
また図2は本発明の1実施形態を示す分解斜視図である。本図において撮像光学部12は分解せずに表わす。また本図では撮像光学部12と第3の支持板3との取付構造を省略する。ここで、2Aは第1の支持板1と第2の支持板2との係合に係る一対の突起、2Bは第2の支持板2と第3の支持板3との係合に係る一対の突起、1Aは一対の突起2Aの先端が当接する円形開口部、3Aは一対の突起2Bが当接する円形開口部、4および5はスペーサ、6および7は圧縮コイルばねである。
【0026】
次に固体撮像素子106を取り付けた後の調整方法を説明する。まず撮像面106Aの中心106Bの焦点合わせを行う。この焦点を合わせるためには、リング105を回転させ、撮像レンズ102をZ軸方向に移動させて行う。この動作説明の詳細は従来技術の説明において図5に基づいて説明したので省略する。
【0027】
焦点合わせは、被写体として焦点合わせ用のチャートを用い、これを実際に固体撮像素子で撮像し、出力映像の画面を見ながら行うのが一般であり、画像のあらゆる位置の焦点合わせを確認するには有効な手段である。前記チャートには焦点合わせ用に適した画像パターンが印刷されている。
【0028】
撮像面106Aの中心106Bの焦点合わせが完了すると、次にあおり調整が行われる。本発明によるあおり調整は2方向の角度調整を順に行うもので、これら各方向の調整の順序は問わないが、説明の便宜上ある一方から順に調整するように記載する。
【0029】
あおりを調整するにはまず、図2で示す調整ねじ9を回す。このとき第2の支持板2にある一対の突起2Bの先端付近が第3の支持板3の円形開口部3Aに当接しており、なお且つ圧縮コイルばね6と押えねじ8により第2の支持板2の一端は第3の支持板3の方向に付勢されている。
【0030】
したがって調整ねじ9を回すことにより第2の支持板2は一対の突起2Bの先端付近を支点として角度を変化させる。これをZ軸方向から見て説明すると、図3で示すように一対の突起2Bが当接する円形開口部3Aは、固体撮像素子106の撮像面106Aの一方の対角線の延長線上に位置している。
【0031】
そのため調整ねじ9を回すと図3で見て撮像面106Aの左下と右上の領域の焦点合わせを行うことができるが、このとき撮像面106Aの左上の角部から右下の角部へかけた対角線上の部分のZ軸位置は変化しない。
【0032】
次に図1および図2で示す調整ねじ11を回す。このとき第2の支持板にある一対の突起2Aの先端付近が第1の支持板1の円形開口部1Aに当接しており、なお且つ圧縮コイルばね7と押えねじ10により第1の支持板1の一端は第2の支持板2の方向に付勢されている。
【0033】
したがって調整ねじ11を回すことにより第1の支持板1は一対の突起2Aの先端付近を支点として角度を変化させる。これをZ軸方向から見て説明すると、図3で示すように一対の突起2Aが当接する円形開口部1Aは、固体撮像素子106の撮像面106Aの他方の対角線の延長線上に位置している。
【0034】
そのため調整ねじ11を回すと図3で見て撮像面106Aの左上と右下の領域の焦点合わせを行うことができるが、このとき既に調整済みの撮像面106Aの左下の角部から右上の角部へかけた対角線上の部分のZ軸位置は変化しない。
【0035】
ここで、図4に基づいて突起2A及び2Bと円形開口部1A及び3Aとの関係を詳細に説明する。本実施例による突起2A及び2Bは鋼板を打ち抜いて形成した第2の支持板2から引き起こして形成したものであり。この引き起こされた鋼板の主面から見た場合、図4(a)のように先端が半円形状になっている。
【0036】
このとき円形開口部1A、3Aの半径は突起2A、2Bの半径よりも小さいので、突起先端が開口部に嵌入することはない。この状態で前述した角度調整が行われた場合、突起先端の半円形状の円弧状のエッジと円形開口部1A、3Aの上端のエッジが擦れ合い、突起は前記半円形状の半径の中心を支点にして傾斜する。したがって角度調整のために突起が傾斜しても位置ずれを起こさない。
【0037】
位置ずれを起こさないようにするのであれば図4(b)で示すよう尖端形状の突起にしても良いが、尖端であるためにつぶれやすく、その場合位置ずれを起こしてしまう。これに対して図4(a)の構成であれば、前記エッジが多少摩耗したとしても位置ずれを起こす心配がない。
【0038】
また、図4(a)で示した実施例は鋼板を打ち抜いて半円形状の先端を形成しているが、図4(c)で示すように先端が半球形状である円柱状の突起を配設し、これを前記半球形状の半径よりも小さな半径の円形開口部に当接させるようにしても良い。加えて円形開口部を形成するには、貫通孔を穿設しても有底の凹所を形成してもよい。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、固体撮像素子の2本の対角線を基準にした夫々2方向の独立した角度調整が可能となり、一方の対角方向の調整が他の一方の対角方向の調整に影響を与えないため、撮像面全域の精度の高い焦点合わせが容易に行える。
【0040】
したがって、従来の技術では特に弊害であった四角形の撮像面における角部の焦点合わせの困難性が解消される。また、容易に低いコストでこの効果が得られ、量産性を妨げる要素もない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態を示す固体撮像素子の取付構造の側面図
【図2】 本発明の一実施形態を示す固体撮像素子の取付構造の分解斜視図
【図3】 本発明の一実施形態を示す固体撮像素子の取付構造の撮像面の正面図
【図4】 本発明の一実施形態を示す固体撮像素子の取付構造の突起の詳細図
【図5】 従来の固体撮像素子の取付構造を示す側面図
【図6】 従来の固体撮像素子の取付構造の撮像面の正面図
【図7】 他の従来の固体撮像素子の取付構造を示す斜視図
【図8】 さらに他の従来の固体撮像素子の取付構造を示す図
Claims (3)
- 撮像装置における固体撮像素子の取付構造であって、
4角形の撮像面を備えた固体撮像素子を支持する第1の支持板と、
前記撮像面の2本の対角線を光軸の中心線方向から見た場合の、一方の対角線の両端の延長線上に支点を設けて前記第1の支持板と係合する第2の支持板と、
前記2本の対角線を光軸の中心線方向から見た場合の、他方の対角線の両端の延長線上に支点を設けて前記第2の支持板と係合する第3の支持板とを有し、
前記第3の支持板が撮像レンズを含む撮像光学部に固定されることを特徴とする固体撮像素子の取付構造。 - 前記第1の支持板と第2の支持板との係合に係る支点と前記第2の支持板と第3の支持板との係合に係る支点は、係合し合う両支持板の何れかに突設された一対の突起により構成されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の取付構造。
- 前記突起の先端は略半円若しくは略半球形状であり、係合する支持板の前記先端が当接する位置には、前記半円若しくは半球の半径より小さい半径の円形開口部が設けられることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子の取付構造。
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