JP5079483B2 - 撮像素子ユニットおよび撮像素子ユニット枠 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子を塔載した基板、およびレンズマウントを相互に一体化して固定した構造を有する撮像素子ユニットおよび撮像素子ユニット枠に関するものである。

従来のＦＡ用などに用いられる電子カメラにおいては、ＣＣＤなどの撮像素子を塔載した基板、レンズマウントを相互に一体化して固定した構成が知られている。このような構成では、レンズモジュールは、レンズマウントその他の部材を介して撮像素子基板に対して位置決めされ、レンズと一体化された撮像素子ユニットはカメラ本体のシャシに固定される。また、このような撮像素子ユニットでは、撮像素子の光軸合せや、フランジバック（レンズからの距離）を調整する機構を設けた構成が知られている。
特公平７−８０２１号公報

上述のような撮像素子ユニットは、いったん組み上げられた後は、ある程度の防塵性を有しており、取り扱いも比較的容易であるが、その製造工程においては、レンズモジュールが取り付けられるまでは、撮像素子はレンズマウントの開口を介して外気にさらされていることになり、撮像素子上に塵などが付着するおそれがある。あるいは、交換式のレンズモジュールが用いられるカメラでは、運用時においても同様の問題がある。

そこで、防塵部材で撮像素子を覆う構造を撮像素子ユニットに組み込むことが考えられるが、その場合、できるだけ製造上流工程で防塵状態を確保できることが望ましく、撮像素子が基板に実装されたすぐあとに防塵部材を取り付けることができる構造が好ましい。また、もちろん、防塵部材を組み込んだ後、後工程に進むに従って、後から装着する部品が組みづらいとか、その後の調整がしにくいといった不具合が起きないような防塵構造が望ましい。

また、従来では、基板に対して大きな、あるいは重いレンズモジュールを取り付けることは、基板にゆがみが生じるなど強度上の理由から制限されていたが、このような問題も併せて解決できれば好ましい。

本発明の課題は、上記の問題に鑑み、製造工程の初期段階から確実に塵埃などの異物から撮像素子を保護でき、また、後段の製造／調整工程を阻害することがない防塵構造を有するとともに、装着するレンズモジュールの大きさや重量の制限の緩い撮像素子ユニットを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明においては、撮像素子を塔載した基板、およびレンズマウントを相互に一体化して固定した構造を有する撮像素子ユニットおよび該撮像素子ユニットに用いられる撮像素子ユニット枠において、
前記レンズマウントの後部において、表面あるいはさらに裏面に光学的なコーティングが施された保護ガラスを、該保護ガラスと前記基板の間に配置されたガラス押さえを介して位置決め保持することによって前記保護ガラスにより前記基板上の撮像素子を覆い、かつ、前記基板との間を密閉する防塵スペーサを介して前記基板と相互に固着されて前記基板とともに前記撮像素子を防塵する防塵ユニットを構成する撮像素子ユニット枠を有し、
前記防塵ユニットに対して前記レンズマウントを固着するとともに、
特に撮像素子ユニットの構成においては、
前記防塵ユニットを構成する撮像素子ユニット枠と前記レンズマウントの間にフランジバック調整用のシムを配置し、該フランジバック調整用のシムにより、前記レンズマウントに装着されるレンズと前記撮像素子間のフランジバック距離が決定される構成を採用した。

そして、前記防塵ユニットに対して前記レンズマウントを固着することにより、撮像素子ユニット全体が完成される。

上記構成によれば、製造工程の初期段階から確実に塵埃などの異物から撮像素子を保護でき、製造／調整工程を阻害することがない防塵構造を提供し、装着するレンズモジュールの大きさや重量の制限を緩和することができる、という優れた効果がある。

特に、本発明による防塵構造は、製造／調整工程を阻害しないことはもちろん、撮像素子ユニットの製造／調整の上流工程で防塵を保証し、かつ強度向上により、後段の組み立て性と調整を容易にすることができるもので、したがって、結果的に製品の品質を向上し、工数削減できる、という効果も期待できる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の一例として、ＦＡ用カメラなどに好適に用いることができる撮像素子ユニットの実施例を例示する。

図１および図２は、それぞれ、本発明を採用したＦＡ用カメラなどに用いられる撮像素子ユニットの構成を前方および後方からそれぞれ示した分解斜視図である。

図１および図２に示すように、撮像素子ユニットは、概略、レンズマウント１０と、レンズマウント１０の後方にあってユニット枠１２〜基板１６までの撮像部から構成される。

レンズマウント１０は、樹脂や金属などの成型品から構成され、不図示のレンズモジュールと結合できるよう、マウント部の形状が決められている。また、図２に示すように、レンズマウント１０の背面内側には、後述のフランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂ（…）を位置決めするため、フランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂの形状、ないしこれらシムに形成した切り欠きや位置決め用の孔などに整合する凹凸部が適宜成型されている。また、図２に示すように、レンズマウント１０背面の左上、右下の角部には、後述のビス２０、２０をねじ込むためのビス孔（タップ孔）１０ａ、１０ａを設ける。

フランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂ（…）は、レンズマウント１０に装着されるレンズ〜撮像素子としてのＣＣＤ１７（後述）までの距離、すなわちフランジバックを調整するためのもので、金属板などから適当な厚みのものを用意する。フランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂ（…）の形状は図示のようにリング状の両端部を延長した舌部としたもので、この舌部には後述のビス２０、２０を貫通させ、共締めによりフランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂ（…）を固定するためのビス孔（タップ孔）１１ｃ、１１ｃを設けてある。

一般に、この種のカメラのフランジバック寸法は、例えば１７．５２６ｍｍ程度のオーダーで、その寸法誤差には例えば０．０５ｍｍ以下、程度の値が要求される。フランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂ（…）の材料は必ずしも金属である必要はないが、上記のようなオーダーの寸法調整に用いられるような薄さで、しかもビス締め付け程度では変形しないような耐久性や精度を有することが求められるため、この点では、現状では樹脂などの金属以外の材料よりも金属材料で構成する方が容易である。

フランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂ（…）は、後述のようにしてユニット枠１２とレンズマウント１０との間に固定され、ユニット枠１２とレンズマウント１０の距離を決定し、これにより、レンズ〜撮像素子としてのＣＣＤ１７（後述）までの距離（フランジバック距離）を調整する。

ユニット枠１２〜基板１６までの撮像部は、以下に示すように防塵ユニット３０として構成される。以下、防塵ユニット３０を構成する各部につき説明する。

基板１６の中央には、撮像素子としてのＣＣＤ１７を配置し、さらに基板１６には、基板１６外部のカメラの制御回路と接続するためのインターフェース回路などが塔載される。基板１６の四隅には、後述のビス１８、１８、２０、２０が貫通できる透孔１６ａ、１６ａ、１６ａ、１６ａが設けてある（図１、図２ではそれぞれ他の部材に隠れていない３つが表示されている）。

このＣＣＤ１７の前側には円形の保護ガラス１３とガラス押さえ１４が配置される。保護ガラス１３は光学ガラスなどから成る平板ガラスであり、必要であれば反射防止用などのコーティングを表面、あるいはさらに裏面に施す。なお、保護ガラス１３の前方、ユニット枠１２との間に、必要であればシリコンゴムなどの弾性材などからなるパッキン（ガラス押さえ１４と同様のもの）を配置するようにしてもよい。

ユニット枠１２は、好ましくは金属（あるいは樹脂）などの成型品（たとえばアルミダイキャストなど）であり、その後面には、図２に示すように保護ガラス１３、ないしはさらにガラス押さえ１４の厚みのほぼ半分程度の部分を収容して位置決めするための円形の凹部が成型されている。ユニット枠１２の四隅には、後述のビス１８、１８、２０、２０のための透孔およびビス孔（タップ孔）を設ける。図２においてユニット枠１２の左上、および右下の角の孔がビス２０、２０のための透孔１２ｂ、１２ｂであり、右上、左下（図１左下）の角の孔がビス１８、１８のためのビス孔１２ａ、１２ａである。

ガラス押さえ１４は、金属材料から、保護ガラス１３とほぼ同一の外径を有するリング状に形成されており、後述のように防塵ユニット３０を組み上げた状態では保護ガラス１３と基板１６の間に介在して保護ガラス１３がガタつかないように位置決め、固定する。このガラス押さえ１４は、外力や振動による脱落を抑えるため、ユーザがガラスを拭くなど外部から力がかかってもはずれないように、好ましくは金属材料から構成する。

また、基板１６とユニット枠１２の間には、主たる防塵部品として機能する防塵スペーサ１５を配置する。この防塵スペーサ１５は、ユニット枠１２と、基板１６の間を密閉するため、シリコンゴムその他の弾性材を枠状に成型して構成したものであり、後述の４本のビス１８、１８、２０、２０が通過するスペースを確保するための逃げ１５ａ、１５ａ、１５ａ、１５ａを四隅に設けてある（図１、図２ではそれぞれ他の部材に隠れていない３つが表示されている）。

防塵スペーサ１５の前背面の形状はフラットで、その前面はユニット枠１２の背面と密着し、また、背面は基板１６の前面と密着するようになっている。

防塵ユニット３０は、たとえばユニット枠１２の凹部に保護ガラス１３、さらにガラス押さえ１４を落しこんでおき、ユニット枠１２背面の所定位置に防塵スペーサ１５を置き、ＣＣＤ１７および各部品を実装した基板１６で後方から覆い、ワッシャ１９、１９を介して短い方のビス１８、１８をユニット枠１２のビス穴１２ａ、１２ａにねじ込み、基板１６〜ユニット枠１２の間を固定する。

このようにして、製造工程の初期において、防塵ユニット３０が完成し、ＣＣＤ１７および基板１６の前面を塵埃などの異物から保護することができる。

さらに、必要な枚数、必要な厚みのフランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂをレンズマウント１０の位置決め用の凹部内に配置した上、後方から防塵ユニット３０として組み立てた基板１６〜ユニット枠１２の部分を被せ、ワッシャ１９、１９を介して、長い方のビス２０、２０を基板１６とユニット枠１２の透孔１６ａ、１６ａ、および１２ｂ、１２ｂに貫通させた上、レンズマウント１０の２つの透孔１０ａ、１０ａに締め込むことにより、図示の撮像素子ユニット全体が完成する。

なお、上記のフランジバック調整を含む撮像素子ユニット全体の組み立て後、次のような構成／作業により、レンズモジュール（レンズマウント１０）光軸中心の調整も行うことができる。たとえば、ユニット枠１２の２つの透孔１２ｂ、１２ｂを、これらの内径が（長い方の）ビス２０、２０の外径より若干大きくなるよう穿孔しておく。そして、必要であればわずかにビス２０、２０を緩めるなどした上、専用治具などを用いて、ユニット枠１２とレンズマウント１０との中心位置を調整し、ビス２０、２０を最終の締め付けトルクで締め込み、固定する。このように防塵ユニット３０に対するレンズマウント１０の固着位置を調整する調整手段を設けることにより、基板１６上のＣＣＤ１７とレンズマウント１０の光軸中心調整を行なうことができる。

なお、ビス１８、２０の締め付けトルクは、必要ならトルクレンチなどを用いて管理することができる。基板１６や、樹脂などで構成した場合のレンズマウント１０などの変形を防止するにはこのような工法は有用であると考えられる。

以上のようにして、本実施例の撮像素子ユニットを組み立てることができる。本実施例の撮像素子ユニットでは、組立工程の早期において防塵ユニット３０を組み上げることができ、撮像素子としてのＣＣＤ１７を塵埃などの異物から保護することができる。基板１６上のＣＣＤ１７は、基板１６と、ユニット枠１２、保護ガラス１３、および側方の防塵スペーサ１５によって密閉され、塵埃などが侵入して撮像面に付着したりするのを防止できる。保護ガラス１３は、比較的強度が高いため、もし塵埃や皮脂などによって汚れたとしても、ＣＣＤ１７の撮像面よりも容易に清掃することができる。

特に、組立工程の早期において防塵ユニット３０を組み上げることにより、フランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂ（…）の厚みや枚数を決め、フランジバック、あるいはさらにレンズの光軸中心を調整しつつ撮像素子ユニットを完成させる作業を、ＣＣＤ１７を塵埃や皮脂で汚染することなく、容易かつ確実に行うことができる。

もちろん、上記の防塵効果は、撮像素子ユニットが完成した後でも有効であり、カメラに撮像素子ユニットを組み込んだり、レンズモジュールを装着したり、交換したりする作業をＣＣＤ１７を塵埃や皮脂で汚染することなく、容易かつ確実に行うことができる。

さらに、本実施例の撮像素子ユニットでは、レンズマウント１０と、基板１６との間にユニット枠１２が位置し、このユニット枠１２と基板１６のビス１８、１８による固着構造によって、特に防塵ユニット３０部分の剛性が大きく向上する。特に、アルミ合金などのダイキャスト成型によりユニット枠１２を構成することにより、すなわち、機械的強度が大きく、高剛性の材料からユニット枠１２を構成することにより、このユニット枠１２を、ユニット枠１２〜基板１６から成る防塵ユニット３０部分の機械的強度および剛性を保証する部材として機能させることができる。

したがって、たとえば、レンズマウント１０と、基板１６との間にスペーサを置くだけの従来構造に比して、防塵ユニット３０部分の機械的強度が大きい。特に、ユニット枠１２を、たとえば金属部品（適当なアルミ材料を用いたダイキャストなどによる成型品）から構成することによって防塵ユニット３０部分に充分な剛性／機械的強度を確保することができる。そして、このように防塵ユニット３０、特にユニット枠１２の部分の剛性を大きくとっておけば、レンズマウント１０に大型のレンズモジュールを装着しても、ユニット枠１２がレンズマウント１０〜レンズモジュールを支えることになるので、ＣＣＤ１７が実装されている基板１６に大きな負荷はかからない、という利点がある。このため、本実施例の撮像素子ユニットでは、従来構造では不可能だったサイズ／重量の大きいレンズモジュールを装着できる、という利点がある。また、金属部品の利点として中心軸調整の際に、ユニット保持などが確実に行えるため、調整が精度良く行え、さらに調整後の治具のチャッキング開放時の変形による位置ずれなども防止できる。

以上のように、本実施例の撮像素子ユニットは、基板１６とレンズマウント１０の間に、密閉され、かつ高剛性の防塵ユニット３０を配置するようにし、防塵ユニット３０とレンズマウント１０の間にフランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂを配置してフランジバックを調整できるようにしてあるので、組み立て作業でＣＣＤ１７や基板１６の扱いに気を使わなくてすむため、組立調整がしやすく、また丈夫で壊れにくい撮像素子ユニットを提供することができる。特に、フランジバック調整は、完成した防塵ユニット３０の前部において、ＣＣＤ１７や基板１６の汚染を心配せず、容易かつ確実に行うことができる。

もちろん、レンズマウント１０に対して交換式のレンズモジュールを装着できる仕様のカメラにおいては、運用時においても同様に防塵ユニット３０によって確実にＣＣＤ１７や基板１６を異物から保護できる。

また、フランジバックは、剛性を有するユニット枠１２とレンズマウント１０の間でフランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂ（…）により行うことができるため、フランジバックの精度を出し易く、調整後のズレ防止にも効果がある。例えば、従来のように基板１６との間に直接フランジバック調整用シムを配置するような構成では、このような作業容易性や、確実性、調整精度を出すのは困難である。

すなわち、本実施例によれば、主にユニット枠１２、保護ガラス１３、ガラス押さえ１４、防塵スペーサ１５程度の部品を追加するだけで、簡単安価かつ小型軽量なユニット構成により確実な防塵機能を有する撮像素子ユニットを構成することができる、という優れた効果がある。

また、アルミ合金などから成るユニット枠１２を用いて基板を防塵ユニット化することによって、レンズモジュール取付部の剛性が向上し、撮像素子まわりの機械的強度を向上でき、大きな、ないし重いレンズも用いることができるようになる。また、高剛性のユニット枠１２と、レンズマウント１０の間でフランジバック調整用シム１１ａ、１１ｂ（…）を用いて確実、かつ高精度にフランジバック調整を行うことができる。

なお、以上では、ごく基本的な撮像素子ユニットの構成を示したが、手ぶれ防止機構やフォーカス機構を組み込んだ撮像素子ユニットにおいても上述同様の防塵ユニットの構成を用いることができる。その場合、例えば手ぶれ防止機構やフォーカス機構は、上述同様に構成した防塵ユニット部分の前部、レンズマウントとの間に適宜配置することができ、これらの機構の組立や調整作業はＣＣＤや基板の汚染を心配せず、容易かつ確実に行うことができる。

本発明を採用した撮像素子ユニットを前方から示した分解斜視図である。 本発明を採用した撮像素子ユニットを後方から示した分解斜視図である。

符号の説明

１０ レンズマウント
１１ａ、１１ｂ フランジバック調整用シム
１２ ユニット枠
１３ 保護ガラス
１４ ガラス押さえ
１５ 防塵スペーサ
１６ 基板
１７ ＣＣＤ
１８、２０ ビス
１９ ワッシャ
３０ 防塵ユニット

Claims (4)

1. 撮像素子を塔載した基板、およびレンズマウントを相互に一体化して固定した構造を有する撮像素子ユニットにおいて、
   前記レンズマウントの後部において、表面あるいはさらに裏面に光学的なコーティングが施された保護ガラスを、該保護ガラスと前記基板の間に配置されたガラス押さえを介して位置決め保持することによって前記保護ガラスにより前記基板上の撮像素子を覆い、かつ、前記基板との間を密閉する防塵スペーサを介して前記基板と相互に固着されて前記基板とともに前記撮像素子を防塵する防塵ユニットを構成する撮像素子ユニット枠を有し、
   前記防塵ユニットに対して前記レンズマウントを固着するとともに、
   かつ、前記防塵ユニットを構成する撮像素子ユニット枠と前記レンズマウントの間にフランジバック調整用のシムを配置し、該フランジバック調整用のシムにより、前記レンズマウントに装着されるレンズと前記撮像素子間のフランジバック距離が決定されることを特徴とする撮像素子ユニット。
2. 請求項１に記載の撮像素子ユニットにおいて、前記防塵ユニットに対する前記レンズマウントを固着位置を調整する調整手段を有し、前記調整手段により前記基板上の撮像素子と前記レンズマウントの光軸中心調整を行なうことを特徴とする撮像素子ユニット。
3. 請求項１または２に記載の撮像素子ユニットにおいて用いられる撮像素子ユニット枠であって、
   前記レンズマウントの後部において、表面あるいはさらに裏面に光学的なコーティングが施された保護ガラスを、該保護ガラスと前記基板の間に配置されたガラス押さえを介して位置決め保持することによって前記保護ガラスにより前記基板上の撮像素子を覆い、かつ、前記基板との間を密閉する防塵スペーサを介して前記基板と相互に固着されて前記基板とともに前記撮像素子を防塵する防塵ユニットを構成することを特徴とする撮像素子ユニット枠。
4. 請求項３に記載の撮像素子ユニット枠において、高剛性の材料から構成され、前記撮像素子ユニット枠から前記基板までの防塵ユニットの剛性を保証する部材として機能することを特徴とする撮像素子ユニット枠。

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