JP4269947B2

JP4269947B2 - カメラレンズモジュール及びその組立方法

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Publication number: JP4269947B2
Application number: JP2004008895A
Authority: JP
Inventors: 泰蔵高橋
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP2005204119A

Description

本発明は、特に固定焦点式の光学レンズを有するカメラに好適なカメラレンズモジュール及びその組立方法に関する。

一般に固定焦点式の光学レンズ系を有するデジタルカメラでは、レンズを保持した枠体でなるレンズユニットをＣＣＤ等の固体撮像素子を形成した撮像素子モジュールに接着剤により接着して一体に構成するものとしている。

図６は、その組立工程を示すものである。図６（Ａ）は、固体撮像素子１１を有底筒状の撮像素子パッケージ１２の内底部に配置し、この固体撮像素子１１の上面に対して、その撮像面１１ａに影響しないよう周囲に接着剤１３を塗布した状態を例示としている。

図６（Ｂ）に示すように、（ここでは３群３枚の）光学レンズ系１４を保持、固定した枠体でなるレンズユニット１５に突出した下端部１５ａの外径は、上記撮像素子パッケージ１２の内径より若干小さく設定されている。

このレンズユニット１５の下端部１５ａを図中に矢印Ａで示す如く撮像素子パッケージ１２の筒状体内に挿入することにより、図６（Ｃ）に示すようにレンズユニット１５と撮像素子パッケージ１２とを一体にしてレンズモジュールを構成することができる。

この図６（Ｃ）の状態では、固体撮像素子１１と光学レンズ系１４の固体撮像素子１１に直近の１枚のレンズとに挟まれる空間内を密封し、レンズモジュール外気からの密閉性を保つことで、固体撮像素子１１にゴミ、埃等が付着するのを防止し、撮影する画像の画質が劣化してしまうのを回避している。

同様に、撮像素子を実装した基板をレンズユニットと正確な位置決めを行ないながら接着剤により接着して一体に構成する技術が考えられている。（例えば、特許文献１）
特開２０００−００４３８６号公報

しかしながら、レンズユニット１５の下端部１５ａと撮像素子パッケージ１２の内底部に配置した固体撮像素子１１上面の周囲部とで挟まれることによりこれらを接着する接着剤１３は、それ自体の粘性も考慮されるが、予め充分な接着力を発揮するよう図６（Ａ）に示した如く多めに盛り上げ気味に塗布される。

したがって、レンズユニット１５の下端部１５ａと撮像素子パッケージ１２の内底部に配置した固体撮像素子１１上面の周囲部とで挟まれることで内側及び外側に広がる。内側に広がる接着剤１３は、その程度により固体撮像素子１１の撮像面１１ａを覆ってしまい、撮像面１１ａの撮像範囲に影響を与える虞もあるので、実際の設計においては、撮像面１１ａ方向への広がりも考慮した、マージンを設けた設計により、接着剤１３の塗布位置を決めていた。

しかしながら、近年の撮像素子の高画素化とデジタルカメラのさらなる小型化が要求される状況にあっては、レンズモジュールそのものの小型化が必須となり、上記のように接着剤１３の塗布位置にマージンを設けた設計が不可能となりつつある。

そして、実際に接着剤１３の塗布位置にマージンを設けずに設定を行なった場合、接着剤１３が広がって固体撮像素子１１の撮像面１１ａの周辺部を覆うと、撮影画像中に接着剤１３が写り込んでしまい（実際には画像周辺が黒くなる、所謂「ケラレ」が発生する）、レンズモジュールとしては不良となって、精算の歩留まりがきわめて悪化することが想定される。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、レンズユニットと撮像素子パッケージとを接着する接着剤の塗布位置に不要なマージンを設定することなく、且つ該接着により接着剤が撮像素子の撮像面に影響を与えることがないようなカメラレンズモジュール及びその組立方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、固体撮像素子を形成した撮像素子パッケージと、この撮像素子パッケージの固体撮像素子の撮像面周囲に塗布される接着剤と、少なくとも一枚のカメラレンズをレンズ枠に保持した枠体でなり、上記接着剤により上記撮像素子パッケージと嵌合された状態で接着されて一体化されるレンズユニットと、上記撮像素子パッケージの固体撮像素子と上記レンズユニットで上記固体撮像素子の直近のカメラレンズとで挟まれる空間内と外気とを接続する、貫通孔による空気導入孔とを具備し、上記レンズユニットを上記撮像素子パッケージに嵌合して接着する際に上記空気導入孔の空気流量を制御することで上記固体撮像素子とその直近のカメラレンズとで挟まれる空間内を正圧に保持することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記空気導入孔とは別に上記撮像素子パッケージの固体撮像素子と上記レンズユニットで上記固体撮像素子の直近のカメラレンズとで挟まれる空間内と外気とを接続する、貫通孔による空気排出孔をさらに具備し、上記空気導入孔と空気排出孔双方の空気流量を制御して上記レンズユニットを上記撮像素子パッケージに嵌合して接着する際の上記固体撮像素子とその直近のカメラレンズとで挟まれる空間内を正圧に保持することを特徴とする請求項１記載のカメラレンズモジュール。

請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記空気導入孔を上記レンズユニット側の上記枠体に設けることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記空気導入孔を上記撮像素子モジュール側に設けることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、上記空気排出孔を上記レンズユニット側の上記枠体に設けることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、上記請求項２記載の発明において、上記空気排出孔を上記撮像素子モジュール側に設けることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、固体撮像素子を形成した撮像素子パッケージと、少なくとも一枚のカメラレンズをレンズ枠に保持した枠体でなるレンズユニットとを、該固体撮像素子の撮像面周囲に塗布される接着剤により、嵌合された状態で接着して一体化するカメラレンズモジュールの組立方法であって、上記撮像素子パッケージまたはレンズユニットに形成され、上記撮像素子パッケージの固体撮像素子と上記レンズユニットで上記固体撮像素子の直近のカメラレンズとで挟まれる空間内と外気とを接続する貫通孔による空気導入孔の空気流量を制御し、上記レンズユニットを上記撮像素子パッケージに嵌合して接着する際に上記空間内を正圧に保持する空気流量制御工程を有したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、上記レンズユニットを上記撮像素子パッケージに嵌合して接着する際に上記固体撮像素子とその直近のカメラレンズとで挟まれる空間内が正圧に保持されるので、接着剤は該空間内にではなく、外側に広がりながら接着作業が実行されることとなり、レンズユニットと撮像素子パッケージとを接着する接着剤の塗布位置に不要なマージンを設定することなく、且つ該接着により接着剤が撮像素子の撮像面に影響を与えることもない。

請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、上記空間内を正圧に保つ空気の流入量と排出量のバランス調整をより容易に実行することができる。

請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、固体撮像素子の撮像面に付着しているゴミや埃等を吹き飛ばす方向に空気を流入しながら組立作業を行なうことができるため、よりレンズモジュールの歩留まりを向上させることができる。

請求項４記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、撮像素子パッケージの内面に付着しているゴミや埃等を吹き飛ばす方向に空気を流入しながら組立作業を行なうことができるため、よりレンズモジュールの歩留まりを向上させることができる。

請求項５記載の発明によれば、上記請求項２記載の発明の効果に加えて、固体撮像素子の撮像面に付着しているゴミや埃等を吸い出す方向に空気を排出しながら組立作業を行なうことができるため、よりレンズモジュールの歩留まりを向上させることができる。

請求項６記載の発明によれば、上記請求項２記載の発明の効果に加えて、撮像素子パッケージの内面に付着しているゴミや埃等を吸い出す方向に空気を排出しながら組立作業を行なうことができるため、よりレンズモジュールの歩留まりを向上させることができる。

請求項７記載の発明によれば、上記レンズユニットを上記撮像素子パッケージに嵌合して接着する際に上記固体撮像素子とその直近のカメラレンズとで挟まれる空間内が正圧に保持されるので、接着剤は該空間内にではなく、外側に広がりながら接着作業が実行されることとなり、レンズユニットと撮像素子パッケージとを接着する接着剤の塗布位置に不要なマージンを設定することなく、且つ該接着により接着剤が撮像素子の撮像面に影響を与えることもない。

以下本発明を固定焦点式の光学レンズ系を有するデジタルカメラに適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１はその外観構成を示すもので、主に前面側の構成を示す斜視図である。このデジタルカメラ２０は、略矩形の薄板状ボディの前面に、撮影レンズ２１、セルフタイマランプ２２、光学ファインダ窓２３、マイクロホン部２４、ストロボ発光部２５、及びバーグリップ２６を配設し、上面の（ユーザにとって）右端側には電源キー２７及びシャッタキー２８を配する。

バーグリップ２６は、ユーザが撮影時にデジタルカメラ２０を右手で筐体右側面側から把持した場合に右手中指、薬指、及び小指が確実に該筐体を把持できるように配設された金属製の帯状突起である。

また、電源キー２７は、電源のオン／オフ毎に操作するキーであり、シャッタキー２８は、撮影モード時に撮影を指示する一方で、メニュー選択等では設定／実行を指示する実行キーとしても機能するものとする。

次に、上記デジタルカメラ２０の撮影レンズ２１を構成するレンズモジュール３０の組立工程について説明する。

図２は、その組立工程の処理内容を示すものであり、その当初には、ＣＣＤやＣＭＯＳエリアセンサ等でなる固体撮像素子３１を組込んだ撮像素子パッケージ３２に対し、固体撮像素子３１の上面側で撮像面３１ａを覆うことのないように周辺部に接着剤３３を塗布する（ステップＳ１）。

図３（Ａ）は、固体撮像素子３１を有底筒状の撮像素子パッケージ３２の内底部に配置し、この固体撮像素子３１の上面に対し、その撮像面３１ａに影響しないよう周状に接着剤３３を塗布した状態を例示している。

次に、上記撮影レンズ２１を構成する光学レンズ系３４を保持、固定した枠体でなるレンズユニット３５に形成された貫通孔でなる空気導入孔３５ａと同空気排出孔３５ｂによる空気の導入と排出とを共に開始させる（ステップＳ２）。

図３（Ｂ）は、このときのレンズユニット３５と撮像素子パッケージ３２の状態を例示するもので、レンズユニット３５には上述した如く貫通孔でなる空気導入孔３５ａと空気排出孔３５ｂとを形成する。

ここで空気導入孔３５ａと空気排出孔３５ｂの下端となる開口は、上記光学レンズ系３４の外周部よりもさらに外周寄りで、且つ上記固体撮像素子３１の上面に周状に塗布された上記接着剤３３よりも内面側に位置するものとする。

これら空気導入孔３５ａ、空気排出孔３５ｂを介した空気の導入／排出は、後述する空気ポンプ３６，３７により実行するもので、空気ポンプ３６の動作により図中に矢印ｃ，ｃ，…で示す如く空気導入孔３５ａを流れる空気の流量Ｆｉｎと、空気ポンプ３７の動作により図中に矢印ｄで示す如く空気排出孔３５ｂを流れる空気の流量Ｆｏｕｔは、常に「Ｆｉｎ＞Ｆｏｕｔ」の関係を有し、必ず空気導入孔３５ａを流れる空気の流量Ｆｉｎの方が多いものとする。

加えて、レンズユニット３５の下側に突出した下端部３５ｃの外径は、上記撮像素子パッケージ３２の固体撮像素子３１を配置した内径より若干小さく設定されている。

このレンズユニット３５の下端部３５ｃを図中に矢印Ｂで示す如く撮像素子パッケージ１２の筒状体内に挿入することにより、図３（Ｃ）に示すようにレンズユニット３５と撮像素子パッケージ３２とを一体にしてレンズモジュール３０を構成することができる。

この図３（Ｃ）の状態では、固体撮像素子３１と光学レンズ系３４の固体撮像素子３１に直近の１枚のレンズとに挟まれる空間内に空気ポンプ３６により空気導入孔３５ａを介して空気が導入され、また空気ポンプ３７により空気排出孔３５ｂを介して空気が排出されている。

しかしながら、該空間内に導入される空気の流量Ｆｉｎと、同空間から排出される空気の流量Ｆｏｕｔは、上述した如く常に「Ｆｉｎ＞Ｆｏｕｔ」の関係を有するものとしているため、レンズユニット３５の下端部３５ｃ端面が周状に塗布された接着剤３３の盛り上がった上端に接触し、上記空間が形成された時点から、該空間内は常に正圧に保たれる。

図４は、そのような該空間ＳＰに対する空気の導入と排出の状態を示すもので、空間ＳＰ内が正圧に保たれるべく、ここでは図示しない空気ポンプ３６，３７による流量をそれぞれ調整する。

このように空間ＳＰ内が正圧に保たれ、レンズユニット３５が撮像素子パッケージ３２の固体撮像素子３１側に徐々に移動されて空間ＳＰの体積が減少することにより、さらに空間ＳＰ内の圧力は高まる。そのため、接着剤３３の粘性にも依存するが、基本的に流動体である接着剤３３は必ず空間ＳＰの内側ではなく、外側に広がるものとなる。

したがって、接着剤３３が外側に広がることで固体撮像素子３１の撮像面３１ａの周囲を覆ってしまうことはあり得ず、予め接着剤３３の塗布位置に広がりのマージンを考慮する必要がなくなる。

そのため、レンズユニット３５と撮像素子パッケージ３２とを接着する接着剤３３の塗布位置に不要なマージンを設定することなく、レンズモジュール３０全体をより小型化することが可能となり、接着剤３３の組み付け時の広がりにより撮像面３１ａに影響を与えることもなくなる。

このように、レンズユニット３５を撮像素子パッケージ３２に組み付けた後、接着剤３３が硬化する充分な時間をとってから、空気ポンプ３６，３７による空間ＳＰ内への空気の導入と排出とを停止させ（ステップＳ４）、さらに空気ポンプ３６，３７を空気導入孔３５ａ、空気排出孔３５ｂから取り外す。

このとき、空間ＳＰ内は正圧の状態から空気ポンプ３６，３７が取り外されることにより周囲の大気圧と同等となる。この圧力の移行に際して、空間ＳＰと空気導入孔３５ａ及び空気排出孔３５ｂ内の空気の一部が外部に排出されるもので、たとえ排出される空気中にゴミ、埃等が含まれており、それらが排出されることはあっても、レンズモジュール３０外部の空気に含まれるゴミ、埃等が内部に入り込んでしまうことはない。

図５は、このときのレンズモジュール３０の状態を示すもので、レンズユニット３５の空気導入孔３５ａと空気排出孔３５ｂは、撮像素子パッケージ３２内に配置された固体撮像素子３１とレンズユニット３５に保持される光学レンズ系３４の下端に位置するレンズとで挟まれ、接着剤３３により周囲を囲まれる空間ＳＰと接続されることとなる。

このままでは、空気導入孔３５ａまたは空気排出孔３５ｂの一方を介して外部からゴミ、埃等が侵入し、固体撮像素子３１の撮像面３１ａに付着してしまう可能性もあるので、速やかに空気導入孔３５ａ及び空気排出孔３５ｂを図示しないそれぞれ専用のプラグを装着して塞ぎ（ステップＳ５）、以上でレンズモジュール３０の組立工程を終了する。

このように、レンズユニット３５を撮像素子パッケージ３２に嵌合して接着する際に固体撮像素子３１とその直近のレンズ３４とで挟まれる空間ＳＰ内が正圧に保持されるので、接着剤３３は空間ＳＰ内にではなく、外側に広がりながら接着作業が実行されることとなり、レンズユニット３５と撮像素子パッケージ３２とを接着する接着剤３３の塗布位置に不要なマージンを設定することなく、且つ該接着により接着剤３３の固体撮像素子３１の撮像面３１ａへの影響を確実に排除できる。

なお、上記実施の形態では空気導入孔３５ａと空気排出孔３５ｂをレンズユニット３５に形成するものとして説明したが、原理的には空気排出孔３５ｂを用いずに空気導入孔３５ａのみ形成するものとし、その導入空気流量のみを制御することで上記空間ＳＰ内を正圧に保つことも可能である。

しかしながら、接着剤３３の粘性、レンズユニット３５を撮像素子パッケージ３２に組込む際の移動速度等を鑑みて、空気ポンプ３６による空気導入孔３５ａを介しての空気の導入量と、空気ポンプ３７による空気排出孔３５ｂを介しての空気の排出量とを制御することにより、空間ＳＰ内の圧力をきめ細かく、且つ迅速に適正な値となるようにバランスよく調整することが可能となる。また、空気の排出は空気ポンプ３７を省略して空気排出孔３５ｂだけで自然排気させるだけでもよい。

また、上記実施の形態では、特に空気導入孔３５ａをレンズユニット３５に設けるものとしたが、固体撮像素子３１の撮像面３１ａに対する空気導入孔３５ａの向きによっては、固体撮像素子３１の撮像面３１ａに付着しているゴミや埃等を吹き飛ばすように空気を導入しながら組立作業を行なうことができるため、よりレンズモジュール３０の歩留まりを向上させることができる。

また、空気導入孔３５ａをレンズユニット３５側ではなく撮像素子パッケージ３２側に設けることにより、固体撮像素子３１を配置した撮像素子パッケージ３２の内面に付着しているゴミや埃等を吹き飛ばす方向に空気を導入しながら組立作業を行なうことができるため、同様に、よりレンズモジュールの歩留まりを向上させることができる。

以上の点は空気排出孔３５ｂに関しても同様であり、上記実施の形態では、特に空気排出孔３５ｂをレンズユニット３５に設けるものとしたが、固体撮像素子３１の撮像面３１ａに対する空気排出孔３５ｂの向きによっては、固体撮像素子３１の撮像面３１ａに付着しているゴミや埃等を吸い出すように空気を排出しながら組立作業を行なうことができるため、よりレンズモジュール３０の歩留まりを向上させることができる。

また、空気排出孔３５ｂをレンズユニット３５側ではなく撮像素子パッケージ３２側に設けることにより、固体撮像素子３１を配置した撮像素子パッケージ３２の内面に付着しているゴミや埃等を吸い出す方向に空気を導入しながら組立作業を行なうことができるため、同様に、よりレンズモジュールの歩留まりを向上させることができる。

さらに、空気導入孔または空気排出孔の数や配設位置等は様々なバリエーションを考えることができ、空間ＳＰ内の空気の流れを考慮して用途に対応した適切な内容を設定することが可能となる。

なお。上記実施の形態は、固定焦点式のデジタルカメラの撮影レンズ２１を構成するレンズモジュール３０に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限ることなく、カメラ付きの携帯電話機やＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ：個人向け携帯情報端末）、あるいはパーソナルコンピュータやゲーム機器に接続する外付けのカメラ装置等にも同様に適用可能である。

その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。

さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の実施の一形態に係るデジタルカメラの外観構成を示す斜視図。同実施の形態に係るレンズモジュールの組立工程の処理内容を示すフローチャート。同実施の形態に係るレンズモジュールの組立工程を段階的に示す図。同実施の形態に係る空間ＳＰ内への空気の導入と排出の関係を示す図。同実施の形態に係る組み付け後のレンズモジュールと空気導入孔及び空気排出孔の状態を示す図。一般的なレンズモジュールの組立工程を例示する図。

符号の説明

１１…固体撮像素子、１１ａ…撮像面、１２…撮像素子パッケージ、１３…接着剤、１４…光学レンズ系、１５…レンズユニット、１５ａ…下端部、２０…デジタルカメラ、２１…撮影レンズ、２２…セルフタイマランプ、２３…光学ファインダ窓、２４…マイクロホン部、２５…ストロボ発光部、２６…バーグリップ、２７…電源キー、２８…シャッタキー、３０…レンズモジュール、３１…固体撮像素子、３１ａ…撮像面、３２…撮像素子パッケージ、３３…接着剤、３４…光学レンズ系、３５…レンズユニット、３５ａ…空気導入孔、３５ｂ…空気排出孔、３５ｃ…下端部、３６…（導入側）空気ポンプ、３７…（排出側）空気ポンプ。

Claims

固体撮像素子を形成した撮像素子パッケージと、
この撮像素子パッケージの固体撮像素子の撮像面周囲に塗布される接着剤と、
少なくとも一枚のカメラレンズをレンズ枠に保持した枠体でなり、上記接着剤により上記撮像素子パッケージと嵌合された状態で接着されて一体化されるレンズユニットと、
上記撮像素子パッケージの固体撮像素子と上記レンズユニットで上記固体撮像素子の直近のカメラレンズとで挟まれる空間内と外気とを接続する、貫通孔による空気導入孔と
を具備し、
上記レンズユニットを上記撮像素子パッケージに嵌合して接着する際に上記空気導入孔の空気流量を制御することで上記固体撮像素子とその直近のカメラレンズとで挟まれる空間内を正圧に保持する
ことを特徴とするカメラレンズモジュール。
上記空気導入孔とは別に上記撮像素子パッケージの固体撮像素子と上記レンズユニットで上記固体撮像素子の直近のカメラレンズとで挟まれる空間内と外気とを接続する、貫通孔による空気排出孔をさらに具備し、
上記空気導入孔と空気排出孔双方の空気流量を制御して上記レンズユニットを上記撮像素子パッケージに嵌合して接着する際の上記固体撮像素子とその直近のカメラレンズとで挟まれる空間内を正圧に保持する
ことを特徴とする請求項１記載のカメラレンズモジュール。
上記空気導入孔を上記レンズユニット側の上記枠体に設けることを特徴とする請求項１記載のカメラレンズモジュール。
上記空気導入孔を上記撮像素子モジュール側に設けることを特徴とする請求項１記載のカメラレンズモジュール。
上記空気排出孔を上記レンズユニット側の上記枠体に設けることを特徴とする請求項２記載のカメラレンズモジュール。
上記空気排出孔を上記撮像素子モジュール側に設けることを特徴とする請求項２記載のカメラレンズモジュール。
固体撮像素子を形成した撮像素子パッケージと、少なくとも一枚のカメラレンズをレンズ枠に保持した枠体でなるレンズユニットとを、該固体撮像素子の撮像面周囲に塗布される接着剤により、嵌合された状態で接着して一体化するカメラレンズモジュールの組立方法であって、
上記撮像素子パッケージまたはレンズユニットに形成され、上記撮像素子パッケージの固体撮像素子と上記レンズユニットで上記固体撮像素子の直近のカメラレンズとで挟まれる空間内と外気とを接続する貫通孔による空気導入孔の空気流量を制御し、上記レンズユニットを上記撮像素子パッケージに嵌合して接着する際に上記空間内を正圧に保持する空気流量制御工程を有したことを特徴とするカメラレンズモジュールの組立方法。