JP6316000B2 - 撮像素子ユニット、及び光学機器 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像素子ユニットを備える例えばデジタルカメラ等の撮像装置を含む光学機器に関する。
デジタルカメラ等では、高画質化の要請に伴い、撮像素子が高画素化及び大型化されている。このような撮像素子を保持する構造としては、例えば、撮像素子の背面に基板を配置し、基板の正面側を金属枠で保持する技術が提案されている（特許文献１）。また、撮像素子の背面に基板を配置し、基板の背面に配置した金属板金により撮像素子を保持する技術が提案されている（特許文献２）。
特開２００４−１８７２４３号公報 特開２００１−２８５７２２号公報
上記特許文献１では、撮像素子を保持する金属枠が基板の正面側に配置されているが、撮像素子との光軸方向の位置決めについては考慮されておらず、また、撮像素子で発生した熱の金属枠への放熱経路が確保されていないという問題がある。
上記特許文献２では、基板の背面に金属板金を配置している関係上、撮像素子ユニットとしての光軸方向の厚みが増して大型化してしまうという問題がある。
そこで、本発明は、撮像素子を精度よく位置決め保持して撮像素子ユニットの光軸方向の薄型化を実現するとともに、撮像素子で発生した熱を効率よく放散することができる仕組みを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の撮像素子ユニットは、撮像素子と、前記撮像素子の背面側に配置され、前記撮像素子に電気的に接続される素子基板と、熱伝導性を有して、前記撮像素子が挿入される開口部が形成される素子保持枠と、を備え、前記素子保持枠には、前記素子保持枠の背面側から前記開口部に挿入された前記撮像素子の正面側を光軸方向に受け止めて前記撮像素子を前記素子保持枠に対して光軸方向に位置決めする複数の受け片が設けられ、前記撮像素子は、前記位置決めされた状態で前記素子保持枠に固定されて保持されて、前記撮像素子の正面側の中央には、素子カバーが設けられ、前記受け片は、前記撮像素子の前記素子カバーが配置されていない部分を光軸方向に受け止められ、前記受け片及び前記素子カバーは、光軸方向で略同一面に配置され、前記撮像素子の互いに対向する辺には、前記素子基板との接続端子がそれぞれ設けられ、前記受け片は、前記接続端子が設けられていない前記撮像素子の互いに対向する辺に配置され、前記撮像素子は、前記受け片が配置される辺で前記素子保持枠に対して接着により固定されていることを特徴とする。
また、本発明の撮像素子ユニットは、撮像素子と、前記撮像素子の背面側に配置され、前記撮像素子に電気的に接続される素子基板と、熱伝導性を有して、前記撮像素子が挿入される開口部が形成される素子保持枠と、を備え、前記素子保持枠には、前記素子保持枠の背面側から前記開口部に挿入された前記撮像素子の正面側を光軸方向に受け止めて前記撮像素子を前記素子保持枠に対して光軸方向に位置決めする複数の受け片が設けられ、前記撮像素子は、前記位置決めされた状態で前記素子保持枠に固定されて保持されて、前記素子保持枠の背面には、前記素子基板の背面側から加わった荷重を受け止める複数の凸部が設けられていることを特徴とする。
更に、本発明の撮像素子ユニットは、撮像素子と、前記撮像素子の背面側に配置され、前記撮像素子に電気的に接続される素子基板と、熱伝導性を有して、前記撮像素子が挿入される開口部が形成される素子保持枠と、を備え、前記素子保持枠には、前記素子保持枠の背面側から前記開口部に挿入された前記撮像素子の正面側を光軸方向に受け止めて前記撮像素子を前記素子保持枠に対して光軸方向に位置決めする複数の受け片が設けられ、前記撮像素子は、前記位置決めされた状態で前記素子保持枠に固定されて保持され、前記撮像素子の互いに対向する辺には、前記素子基板との接続端子がそれぞれ設けられ、前記受け片は、前記接続端子が設けられていない前記撮像素子の互いに対向する辺に配置され、前記撮像素子は、前記受け片が配置される辺で前記素子保持枠に対して接着により固定されることを特徴とする。
本発明によれば、撮像素子を精度よく位置決め保持して撮像素子ユニットの光軸方向の薄型化を実現するとともに、撮像素子で発生した熱を効率よく放散することができる。
（ａ）は本発明の光学機器の実施形態の一例であるデジタルカメラを正面側から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すデジタルカメラを背面側から見た図である。 図１に示すデジタルカメラの制御ブロック図である。 レンズ鏡筒の収納状態での光軸方向に沿う断面図である。 レンズ鏡筒の撮影状態（繰り出し状態）での光軸方向に沿う断面図である。 移動カム環、外筒及び固定カム環の斜視図である。 レンズ鏡筒の分解斜視図である。 （ａ）は撮像素子ユニットを正面側から見た図、（ｂ）は（ａ）の上面図、（ｃ）は（ａ）の右側面図である。 素子ユニット保持枠を含む撮像素子ユニットを被写体側から見た分解斜視図である。 図８の背面側から見た分解斜視図である。 本発明例と従来例とを比較する為の模式図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を説明する。
図１（ａ）は本発明の光学機器の実施形態の一例であるデジタルカメラを正面側から見た斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すデジタルカメラを背面側から見た図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態のデジタルカメラ２３は、正面側に、被写体の構図を決めるファインダ２１、測光測距を行う場合の補助光源２０、ストロボ装置２２、及びレンズ鏡筒１６が設けられる。レンズ鏡筒１６は、撮影位置と収納位置との間を光軸方向に移動して撮影倍率を変更するズーム式とされている。
デジタルカメラ２３の上面側には、レリーズボタン１７、電源切換えボタン１９、及びズームスイッチ１８が設けられる。また、図１（ｂ）に示すように、デジタルカメラ２３の背面側には、操作ボタン２６〜３１、ＬＣＤ等のディスプレイ２５、及びファインダ接眼部２４が設けられる。
図２は、図１に示すデジタルカメラ２３の制御ブロック図である。バス４３には、ＣＰＵ４５、ＲＯＭ４４、ＲＡＭ４６、レリーズボタン１７、操作ボタン２６〜３１、ディスプレイ２５、電源切換えボタン１９、ズームスイッチ１８、メモリ３９、圧縮伸張部４０、メモリカードドライブ４１及び駆動回路４２が接続される。
駆動回路４２には、レンズ鏡筒１６をズーム駆動するズーム機構３２、フォーカスレンズ５ａを駆動するフォーカス駆動機構７、シャッタ３ｄを駆動するシャッタ駆動機構３３、絞り３４を駆動する絞り駆動機構３５が接続される。また、駆動回路４２には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子１０及びストロボ装置２２が接続される。駆動回路４２に接続された各ユニットは、ＣＰＵ４５からの信号に基づいて該駆動回路４２を介して駆動が制御される。
ＲＯＭ４４には、各種制御プログラム等が記憶され、ＲＡＭ４６には、各種制御プログラムに必要なデータが記憶されている。アナログ信号処理部３６は、撮像素子１０から出力された画像データにアナログ処理を施し、Ａ／Ｄ変換部３７に出力する。
Ａ／Ｄ変換部３７は、撮像素子１０から取り込んだアナログデータをデジタルデータに変換して、デジタル信号処理部３８に出力する。デジタル信号処理部３８は、Ａ／Ｄ変換部３７で変換されたデジタルデータに対して所定の処理を行い、画像データとしてメモリ３９に出力する。
メモリ３９に記憶された画像データは、圧縮伸張部４０によりＪＰＥＧやＴＩＦＦ等の圧縮処理等が施された後、メモリカードドライブ４１に装着されたメモリーカードに出力されて記憶される。
また、メモリ３９に記憶された画像データやメモリカードドライブ４１に記憶された画像データを圧縮伸張部４０によって伸張処理を行い、その後、バス４３を介してディスプレイ２５に表示させることができる。
次に、図３乃至図１０を参照して、レンズ鏡筒１６について説明する。
図３は、レンズ鏡筒１６の収納状態での光軸方向に沿う断面図である。図４は、レンズ鏡筒１６の撮影状態（繰り出し状態）での光軸方向に沿う断面図である。図５は、移動カム環８、外筒８１及び固定カム環９の斜視図である。図６は、レンズ鏡筒１６の分解斜視図である。
図３乃至図６に示すように、レンズ鏡筒１６は、１群レンズ１ａを保持する１群レンズ保持部１ｂを備える。１群レンズ保持部１ｂの正面側には、バリア保持部１が配置され、２群レンズ保持部１ｂの背面側には、２群レンズ２ｂを保持する２群レンズ保持部２が配置され、２群レンズ保持部２の背面側には、３群レンズ保持部３が配置されている。３群レンズ保持部３は、３群レンズ３ａを保持する３群レンズ保持枠１３と、３群レンズ保持枠１３の背面側に配置されるシャッタ３ｄとを有する。
３群レンズ保持部３の背面側には、防振レンズとして機能する４群レンズ４ａを保持する４群レンズ保持部４が設けられ、４群レンズ保持部４の背面側には、フォーカスレンズ５ａを保持するフォーカスレンズ保持部５が設けられる。
フォーカスレンズ保持部５の背面側には、６群レンズ６ａを保持する６群レンズ保持部６が設けられ、フォーカスレンズ保持部５、及び６群レンズ保持部６により、フォーカスユニットを構成している。
６群レンズ保持部６には、フォーカスモータ７が固定され、フォーカスモータ７の駆動によりフォーカスレンズ保持部５が光軸方向に移動して合焦動作が行われる。また、６群レンズ保持部６の背面側には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子１０を有する撮像素子ユニット１００を保持した素子ユニット保持枠１１が設けられる。
２群レンズ保持部２、３群レンズ保持部３、及び４群レンズ保持部４の外周側には、移動カム環８が設けられる。移動カム環８の内周部には、２群レンズ保持部２、３群レンズ保持部３、及び４群レンズ保持部４に対応するカム溝が形成されている。
２群レンズ保持部２、３群レンズ保持部３、及び４群レンズ保持部４は、移動カム環８の内周部に形成された対応するカム溝に追従することにより、光軸方向に移動できるようになっている。また、移動カム環８の外周側には、１群レンズ保持部１ｂが設けられ、１群レンズ保持部１ｂは、移動カム環８の外周部に形成されたカム溝に追従することにより、光軸方向に移動できるようになっている。
１群レンズ保持部１ｂの外周側には、バリア保持部１が配置されている。バリア保持部１は、移動カム環８の外周部に形成された１群レンズ保持部１ｂが追従するカム溝とは別のカム溝に追従することにより、１群レンズ保持部１ｂとは異なるカム軌跡で光軸方向に移動できるようになっている。
また、移動カム環８の外周側には、固定カム環９が設けられる。固定カム環９の内周部に形成されたカム溝に追従して移動カム環８が光軸方向に移動できるようになっている。固定カム環９の外周側には、駆動環１４が設けられ、駆動環１４の外周側は、カバー筒１２によって覆われて保護される。
６群レンズ保持部６は、固定カム環９により回転が規制された状態で駆動環１４の内周部に形成されたカム溝に追従する。駆動環１４がズーム機構３２により固定カム環９の外周側で回転することにより、６群レンズ保持部６が駆動環１４のカム溝に沿って光軸方向に進退移動する。
また、駆動環１４の回転に伴って移動カム環８も固定カム環９の内周側で回転し、移動カム環８のフォロア８ｂ（図５参照）が固定カム環９のカム溝９ａに追従することで移動カム環８が回転しながら光軸方向に進退移動する。そして、移動カム環８の回転に伴って、バリア保持部１、１群レンズ保持部１ｂ、２群レンズ保持部２、３群レンズ保持部３、４群レンズ保持部４、及び６群レンズ保持部６が光軸方向に移動する。
図６に示すように、６群レンズ保持部６の外周部には、光軸と平行に被写体側に延びる回転規制部６ｂが一体に設けられ、３群レンズ保持部３のシャッタ３ｄには、被回転規制部３ｂが一体に設けられる。
被回転規制部３ｂは、鞘状に形成され、６群レンズ保持部６が光軸方向に進退移動する際に、回転規制部６ｂが挿入されて、挿入された回転規制部６ｂを保持する。回転規制部６ｂ及び被回転規制部３ｂは、それぞれレンズ鏡筒１６の周方向に略１８０°離間して一対ずつ配置されている。
被回転規制部３ｂのレンズ鏡筒１６の周方向の両側には、回転規制用被当接部３ｃが設けられる。回転規制用被当接部３ｃには、４群レンズ保持部４に設けられた回転規制用当接部４ｂが周方向に当接する。これにより、４群レンズ保持部４が３群レンズ保持部３によって回転規制される。
また、２群レンズ保持部２の外周部には、光軸と平行に像面側に向けて延びる回転規制部２ｃが周方向に複数設けられる。回転規制部２ｃは、２群レンズ保持部２及び３群レンズ保持部３が光軸方向に相対移動する際、３群レンズ保持枠１３の外周部に設けられた直進溝１３ａに光軸方向に挿入される。これにより、２群レンズ保持部２が３群レンズ保持部３によって回転規制される。
更に、２群レンズ保持部２の外周部には、径方向外側に突出する回転規制用突起２ａが周方向に複数設けられる。回転規制用突起２ａは、２群レンズ保持部２及び１群レンズ保持部１ｂが光軸方向に相対移動する際、１群レンズ保持部１ｂの内周部に設けられた直進溝に対して挿入される。これにより、１群レンズ保持部１ｂが２群レンズ保持部２によって回転規制される。
移動カム環８の外周側には、外筒８１がバリア保持部１の外周側に位置して設けられる。外筒８１は、移動カム環８に対して３カ所のスナップフィットによって互いに固定されて移動カム環８と一体に光軸方向に進退移動する。
次に、レンズ鏡筒１６の組立順に従って説明する。まず、移動カム環８の内周部に２群レンズ保持部２、３群レンズ保持部３、及び４群レンズ保持部４を組み込む。次に、固定カム環９の像面側から移動カム環８を組み込む。このとき、移動カム環８のフォロア８ｂが固定カム環９のカム溝９ａに組み込まれる。
次に、６群レンズ保持部６を含むフォーカスユニット、駆動環１４、及びカバー筒１２を組み込み、撮像素子ユニット１００を保持した素子ユニット保持枠１１を背面側から覆うように組み付けて蓋をする。この状態で、２群レンズ保持部２、３群レンズ保持部３、４群レンズ保持部４及び６群レンズ保持部６の各レンズの倒れや偏芯等を補正する等の光軸合わせのための偏芯調整を行うことができる。これにより、光学敏感度に優れたレンズ鏡筒１６とすることができる。
その後、移動カム環８を繰出し側の組立位相まで繰出し方向に回転させ、この状態で移動カム環８の外周側に１群レンズ保持部１ｂ及びバリア保持部１を組み付ける。そして、移動カム環８を一旦収納方向に回転させて繰出し側のメカ端へ移動させ、この状態で１群レンズ保持部１ｂ及び移動カム環８の外周側に外筒８１を組み込む。
バリア保持部１には、バリア羽根１ｄが開閉可能に保持され、図４に示すレンズ鏡筒１６の撮影位置では、バリア羽根１ｄが開いて開口され、図３に示すレンズ鏡筒１６の撮影位置では、バリア羽根１ｄが閉じて１群レンズ１ａが保護される。
次に、図７乃至図１０を参照して、素子ユニット保持枠１１に保持される撮像素子ユニット１００について説明する。図７（ａ）は撮像素子ユニット１００を正面側から見た図、図７（ｂ）は図７（ａ）の上面図、図７（ｃ）は図７（ａ）の右側面図である。図８は、素子ユニット保持枠１１を含む撮像素子ユニット１００を被写体側から見た分解斜視図である。図９は、図８の背面側から見た分解斜視図である。
図７に示すように、撮像素子ユニット１００は、撮像素子１０の互いに対向する上側及び下側の辺にそれぞれ複数の接続端子１０ｃが均一に設けられている。撮像素子１０は、接続端子１０ｃを通じて背面側に配置された素子基板１０ｄに電気的に接続される。素子基板１０ｄに電気的に接続された撮像素子１０は、金属等で形成された熱伝導性を有する素子保持枠１５に保持される。
素子保持枠１５の中央には、撮像素子１０が背面側から挿入される矩形状の開口部が形成されている。また、撮像素子１０の正面側には、撮像素子１０より小さい素子カバー１０ａが設けられている。
素子保持枠１５の正面側の開口部の左右両側には、素子保持枠１５の背面側から開口部に挿入された撮像素子１０の左右両側部を光軸方向に受け止める略Ｌ字状の受け片１５ａが設けられている。受け片１５ａは、素子保持枠１５の正面側の開口部の左右両側にそれぞれ２カ所ずつ、合計４カ所配置され、撮像素子１０の素子カバー１０ａが配置されていない左右両側の部分１０ｂを光軸方向に受け止める。
これにより、素子保持枠１５に対して撮像素子１０が光軸方向に機械的に位置決めされ、安定的な位置精度を確保することができる。このとき、素子カバー１０ａと受け片１５ａとが略同一面となるようにすることで、全体の光軸方向の厚みを厚くすることなく撮像素子１０を保持することが可能となる。
素子保持枠１５に対して撮像素子１０を光軸方向に位置決めした後、素子保持枠１５に撮像素子１０を接着等により固定する。接着する部位は、撮像素子１０の上下の接続端子１０ｃでも良いが、左右両側の受け片１５ａが配置されている辺が適している。２つの受け片１５ａの上側及び下側と２つの受け片１５ａの間を接着するのが最も有効である。撮像素子１０の左右両側の２辺のみで接着固定をし、接続端子１０ｃを接着しないことで、撮像素子１０と素子基板１０ｄとの接続具合を後から確認し、補修することができる。
素子基板１０ｄの背面には、多くの電気素子が配置されるとともに、コネクタが配置され、コネクタに撮像フレキ１０ｅを接続する必要がある。撮像素子１０を素子保持枠１５に接着等により固定した後に撮像フレキ１０ｅを接続する場合、素子基板１０ｄに対して背面から荷重が加わり、接続端子１０ｃと素子基板１０ｄとの接続部に損傷を与える可能性がある。
そこで、本実施形態では、素子保持枠１５の背面側に複数の凸部１５ｂを設け、素子基板１０ｄの背面側から荷重が加わった際に、受け片１５ａが撮像素子１０を受け止めるとともに、複数の凸部１５ｂが素子基板１０ｄを受け止めるようにしている。これにより、撮像素子１０及び素子基板１０ｄの正面側を同時に素子保持枠１５で保持して接続端子１０ｃに大きな荷重がかかるのを防止することができ、接続端子１０ｃと素子基板１０ｄとの接続部を保護することができる。
このようにして組み立てられた撮像素子ユニット１００は、素子ユニット保持枠１１に組み込まれる。素子ユニット保持枠１１は、中央に開口部を有し、素子ユニット保持枠１１に対して背面側から光学ガラス１１ａを組み込み、光学ガラス１１ａの背面側から防塵ゴム１１ｂを組み込み、防塵ゴム１１ｂの背面側から撮像素子ユニット１００を組み込む。かかる組み込み状態では、防塵ゴム１１ｂは、光学カラス１１ａと撮像素子ユニット１００の撮像素子１０との間を封止するように保持され、撮像素子１０表面に外部からゴミが付着するのを防止する。
撮像素子１０は、作動中に多くの熱を発生する為、放熱して機能が損なわれないようにする必要がある。本実施形態では、素子保持枠１５が撮像素子１０の正面側を直接保持しているため、撮像素子１０で発生した熱が受け片１５ａから素子保持枠１５に直接伝達されて放熱される。本実施形態では、素子保持枠１５の外径を大きくすることで、放熱効果を大きくするようにしている。
図１０は、本発明例と従来例とを比較する為の模式図である。図１０（ａ）は、本実施形態の撮像素子ユニット１００を示しており、撮像素子１０の正面側を素子保持枠１５の受け片１５ａで保持している。
これに対し、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、それぞれ従来例としての撮像素子ユニットである。図１０（ｂ）では、撮像素子１０に対して素子保持枠１５は、光軸方向に位置決めされておらず、接触もしていない。そのため、撮像素子１０の光軸方向の位置精度の確保が困難で放熱効果も期待できない。また、図１０（ｃ）では、撮像素子１０の背面に素子保持枠１５が配置されており、撮像素子ユニットの光軸方向の厚さが厚くなってしまう。
以上説明したように、本実施形態では、撮像素子１０を精度よく位置決め保持して撮像素子ユニット１００の光軸方向の薄型化を実現することで、カメラの小型化を図ることができるとともに、撮像素子１０で発生した熱を効率よく放散することができる。
なお、本発明の構成は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
１０ 撮像素子
１０ａ 素子カバー
１０ｃ 接続端子
１０ｄ 素子基板
１１ 素子ユニット保持枠
１５ 素子保持枠
１５ａ 受け片
１００ 撮像素子ユニット

Claims (4)

  1. 撮像素子と、
    前記撮像素子の背面側に配置され、前記撮像素子に電気的に接続される素子基板と、
    熱伝導性を有して、前記撮像素子が挿入される開口部が形成される素子保持枠と、を備え、
    前記素子保持枠には、前記素子保持枠の背面側から前記開口部に挿入された前記撮像素子の正面側を光軸方向に受け止めて前記撮像素子を前記素子保持枠に対して光軸方向に位置決めする複数の受け片が設けられ、
    前記撮像素子は、前記位置決めされた状態で前記素子保持枠に固定されて保持され、前記撮像素子の正面側の中央には、素子カバーが設けられ、
    前記受け片は、前記撮像素子の前記素子カバーが配置されていない部分を光軸方向に受け止め、前記受け片及び前記素子カバーは、光軸方向で略同一面に配置され、
    前記撮像素子の互いに対向する辺には、前記素子基板との接続端子がそれぞれ設けられ、前記受け片は、前記接続端子が設けられていない前記撮像素子の互いに対向する辺に配置され、
    前記撮像素子は、前記受け片が配置される辺で前記素子保持枠に対して接着により固定されていることを特徴とする撮像素子ユニット。
  2. 撮像素子と、
    前記撮像素子の背面側に配置され、前記撮像素子に電気的に接続される素子基板と、 熱伝導性を有して、前記撮像素子が挿入される開口部が形成される素子保持枠と、を備え、
    前記素子保持枠には、前記素子保持枠の背面側から前記開口部に挿入された前記撮像素子の正面側を光軸方向に受け止めて前記撮像素子を前記素子保持枠に対して光軸方向に位置決めする複数の受け片が設けられ、
    前記撮像素子は、前記位置決めされた状態で前記素子保持枠に固定されて保持され、前記素子保持枠の背面には、前記素子基板の背面側から加わった荷重を受け止める複数の凸部が設けられていることを特徴とする撮像素子ユニット。
  3. 撮像素子と、
    前記撮像素子の背面側に配置され、前記撮像素子に電気的に接続される素子基板と、
    熱伝導性を有して、前記撮像素子が挿入される開口部が形成される素子保持枠と、を備え、
    前記素子保持枠には、前記素子保持枠の背面側から前記開口部に挿入された前記撮像素子の正面側を光軸方向に受け止めて前記撮像素子を前記素子保持枠に対して光軸方向に位置決めする複数の受け片が設けられ、
    前記撮像素子は、前記位置決めされた状態で前記素子保持枠に固定されて保持され、前記撮像素子の互いに対向する辺には、前記素子基板との接続端子がそれぞれ設けられ、
    前記受け片は、前記接続端子が設けられていない前記撮像素子の互いに対向する辺に配置され、前記撮像素子は、前記受け片が配置される辺で前記素子保持枠に対して接着により固定されることを特徴とする撮像素子ユニット。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像素子ユニットを備えることを特徴とする光学機器。
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