JP4169938B2

JP4169938B2 - 固体撮像素子保持ブロックおよび固体撮像素子取り付け構造

Info

Publication number: JP4169938B2
Application number: JP2001019956A
Authority: JP
Inventors: 利夫仲岸; 孝司佐藤; 功奥田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP2001285722A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタルカメラ等の撮像装置に用いられるＣＣＤ等の固体撮像素子の取り付け構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムに変わり、ＣＣＤ等の固体撮像素子で撮影した画像を電気信号に変換し、メモリやフロッピーディスク等に記録する撮像装置が普及している。
【０００３】
従前の撮像装置における撮影光学系では、固体撮像素子を、ガラスエポキシ基板に半田付けした後、該ガラスエポキシ基板を介在させて、撮影レンズを介して入射した光束の結像面と固体撮像素子の撮像面とが一致するように光学ユニットに取り付ける構造が多かった。なお本明細書において、光学ユニットとは、上記撮影レンズや赤外カットフィルタ等を含み、固体撮像素子が取り付けられることでデジタルカメラの撮影光学系を形成するものをいう。
【０００４】
ところで最近、画素数が２００万画素を越える固体撮像素子が実用化されている。このような固体撮像素子は、１ピクセルあたりの大きさが非常に小さくなるため、面倒れや位置ずれが起きることがないように、光学ユニットに取り付ける際、位置決めに関するきわめて高い精度が要求される。しかし上記従前の取り付け構造では、ガラスエポキシ基板に固体撮像素子を固定するための半田自体が有する厚みにより、ガラスエポキシ基板に固体撮像素子を固定する工程で既に平面性を失ってしまう。また、仮に半田層を全て均一の厚みにすることができたとしても、ガラスエポキシ基板の有する反りによって、固体撮像素子を、光学ユニットに高度な平面性を保ちつつ固定することができない。さらに上記従前の取り付け構造において、ガラスエポキシ基板に位置決め穴を設け、固体撮像素子の撮像面が所定の位置に配置されるように位置決めおよび半田付けを行ったとしても、該位置決め穴の穴径公差分は必ず位置ずれを起こすことになる。すなわち高画素数の固体撮像素子を光学ユニットに取り付ける構造としては相応しくなかった。
【０００５】
上述の取り付け構造の他にも、高画素数の固体撮像素子を光束がほぼ垂直に入射する位置に取り付けるための固体撮像素子取り付け構造がいくつか提案されている。しかし、どれも十分に高い精度を有しているとは言い難く、また光学ユニットへの取り付けの作業効率が悪いという問題点を残していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の事情に鑑み、面倒れや位置ずれをおこすことなく高い精度で固体撮像素子を保持することができる固体撮像素子保持ブロック、および光学ユニット内に設けられた撮影レンズ群の結像面に対して傾きや浮き等を発生させることなく、かつ安定した状態で光学ユニットに取り付けることができ、しかも効率よく、位置決め作業や光学ユニットへの取り付け作業を行うことが可能な固体撮像素子取り付け構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１にかかる固体撮像素子保持ブロックは、少なくとも一対の平面を有し、一方の平面に所定高さ分隆起した突出面を備える突出部と、突出面から他方の平面まで貫通する貫通孔とが形成され、該一方の平面と突出面とが平行である金属板と、底面を突出面に当接された状態で載置され、底面で貫通孔の突出面側を閉塞する固体撮像素子と、他方の平面から固体撮像素子の底面にわたって塗布され、固体撮像素子を突出面に固定する接着剤とを有する。
【０００８】
この発明によれば、面倒れや位置ずれ等を起こすことなく固体撮像素子を保持することができる。
【０００９】
請求項２に記載の固体撮像素子保持ブロックは、少なくとも突出面に適合する大きさを有する開口部を有し、開口部に突出部が挿通された状態で、固体撮像素子と金属板との間に配置され、固体撮像素子と電気的に接続される回路基板をさらに有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、回路基板の性質や電気的に接続する材料の性質によって、平面性を損なうことなく固体撮像素子を保持することができる。
【００１１】
また請求項４にかかる固体撮像素子取り付け構造は、一方の面に所定高さ分隆起した突出面が形成された金属板を有し、突出面は突出していない面と平行であり、突出面に貫通孔が形成されており、突出面に固体撮像素子の底面を密着させ、貫通孔の突出面側が閉塞された状態で、貫通孔の内壁から固体撮像素子の底面の貫通孔に露出されている部分にわたって接着剤を塗布することにより固体撮像素子を金属板に固定し、固体撮像素子が金属板に固定された状態で、該金属板を光学ユニットに固定することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の固体撮像素子取り付け構造を使用することで、以下のような効果を得ることができる。
第１に請求項４に記載の固体撮像素子取り付け構造は、突出面と非突出面とを高い精度によって平行状態に加工できる金属板を用いてその突出面で固体撮像素子を固定するため、金属板に対し撮像素子が精度良く取り付けられるとともに、該金属板を光学ユニットに精度良く取り付けられるという特徴を有する。上記特徴により、光学ユニット内に設けられた撮影レンズ群の結像面に対して傾きや浮き等を発生させることなく、かつ安定した状態で固体撮像素子を光学ユニットに取り付けることができる。さらに、上記のような特徴を有する金属板を用いることにより、取り付け時には各部材間の精密な位置決め作業をする必要がなく、取り付けに要する作業効率を高めることができる。
【００１３】
第２に、請求項４に記載の固体撮像素子取り付け構造は、固体撮像素子の金属板への接着に際し、金属板が有する開口部から接着剤を流し込む方法を採用することにより、従来構造よりも遙かに作業効率を高めることができるだけでなく、接着面積を広く取れることにより接着強度を高くすることができる。
【００１４】
第３に請求項４に記載の固体撮像素子取り付け構造は、表面実装型の固体撮像素子を金属板の突出面上に設置した状態で接着する、いわゆる面支持を採用することにより、発熱性がある固体撮像素子を使用した場合であっても、金属板によって十分な放熱効果を得ることができる。
【００１５】
請求項５に記載の固体撮像素子取り付け構造は、少なくとも上記突出面に適合する大きさを有する開口部を有し、開口部から突出面を突出させ、少なくとも一部が固体撮像素子の底面と金属板の突出していない面との間に位置するよう配置された、固体撮像素子と電気的に接続される回路基板をさらに有することを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、平面の精度が低いガラスエポキシ基板であっても、固体撮像素子の光学ユニットに対する安定した取り付けを保証しつつ、固体撮像素子と電気的に接続することが可能となる。
【００１７】
請求項６に記載の固体撮像素子取り付け構造によれば、上記貫通孔は、四角形状である。
請求項６に記載の発明によれば、貫通孔は長い周縁部を有することになり、広い接着領域を得ることができる。すなわち、接着強度を高めることができる。
【００１８】
請求項７に記載の固体撮像素子取り付け構造によれば、上記回路基板は、フレキシブルプリント基板であることが望ましい。
また請求項８に記載の固体撮像素子取り付け構造によれば、上記接着剤は、粘性が１〜３０Ｐａ・ｓの接着剤であることであることが望ましい。また請求項９に記載の固体撮像素子取り付け構造によれば、上記接着剤は、粘性が１７〜２７Ｐａ・ｓの接着剤であることであることが望ましい。
【００１９】
請求項１０に記載の固体撮像素子保持方法は、撮像装置における固体撮像素子保持方法であって、Ａ）金属板の一方の面を突出させ、一方の面における突出していない面と平行状態にある突出面を形成し、さらに突出面に貫通孔を形成し、Ｂ）固体撮像素子の底面を、突出面に当接した状態で載置し、底面で貫通孔の突出面側を閉塞し、Ｃ）貫通孔の内壁から固体撮像素子の底面の貫通孔に露出されている部分にわたって接着剤を塗布して、固体撮像素子を突出面に保持する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、デジタルカメラの光学ユニット１００における撮影レンズ（不図示）側から見た固体撮像素子保持ブロック１０の斜視図である。図２は、カメラ背面部側から見た固体撮像素子保持ブロック１０の斜視図である。また図３は、固体撮像素子保持ブロック１０を図１に示す切断線Ｌ・Ｌで切断した一部を、撮影レンズ側から見た斜視図である。
【００２１】
固体撮像素子保持ブロック１０は、固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）１、金属板２、フレキシブルプリント基板３、とを有する。ＣＣＤ１は２００万画素以上を有する表面実装型ＣＣＤである。金属板２はＣＣＤ１を光学ユニット１００（図５参照）に固定するために用いる取り付け部材である。
【００２２】
図４は、金属板２の拡大図である。図４に示すように、金属板２は、位置決め穴２３αと、位置決め穴２３βと、３つのネジ穴２４と、略中央部に略四角形の貫通孔２１とを有している。さらに金属板２の光学ユニット１００と対向する面（面Ａ）は、貫通孔２１と貫通孔２１を囲むように所定高さ分隆起した突出面２２とから構成される突出部２０がある。突出部２０の高さは、少なくともフレキシブルプリント基板３が有する厚みよりも高いことが要求される。また金属板２は、突出面２２と平板面２５とが平行になるように加工されている。
【００２３】
なお、金属板２をＣＣＤ１の取り付け部材として用いた理由として、以下の点が挙げられる。すなわち、剛性が高いこと、温度変化や湿度変化による膨張や変形等が無視できるほど微少であること、高い精度をもって加工できること、さらには熱伝導率が極めて高く、ＣＣＤ１で発生する熱の吸収、放熱に優れ、暗電流による撮像画質の劣化を低減させることができる点等が金属板２を用いた理由として挙げられる。本実施形態では金属板２に、高い精度で突出面２２と平板面２５とを平行に加工したアルミ製の平板を使用している。
【００２４】
フレキシブルプリント基板３は、ＣＣＤ１からの電気信号がＣＰＵ等の画像処理回路等（不図示）に送信されるように、ＣＣＤ１を画像処理回路等と電気的に接続する。フレキシブルプリント基板３は、開口部３１、位置決め穴３３α、位置決め穴３３βを有している。開口部３１は、金属板２の突出部２０の面積よりも大きく、ＣＣＤ１の底面積よりは小さい面積を有する略四角形状をしている（図５参照）。また位置決め穴３３αと位置決め穴３３βとは、それぞれ位置決め穴２３αおよび位置決め穴２３βと略同一形状を有する。
【００２５】
ＣＣＤ１は、突出面２２に当接された状態で金属板２に接着される。ここで、貫通孔２１を周縁部が長くとれる略四角形状にしたため、ＣＣＤ１との接着に際し、より広い接着面積を得ることができる。ＣＣＤ１と金属板２との間に配置されたフレキシブルプリント基板３は、半田付けすることにより、金属板２と一体化した状態にあるＣＣＤ１と電気的に接続される。
【００２６】
次に図５を参照しつつ、ＣＣＤ１を光学ユニット１００に取り付ける工程を説明する。図５は、固体撮像素子保持ブロック１０を用いてＣＣＤ１を光学ユニット１００に取り付ける構造を表した図である。光学ユニット１００は、ＣＣＤ挿入口１０１、位置決め穴１０３α、１０３β、ネジ穴１０４を有している。まず次のようにして、固体撮像素子保持ブロック１０を組み立てる。
【００２７】
第１の治具（不図示）によって予め所定位置に保持された状態にある金属板２に、フレキシブルプリント基板３の開口部３１から突出部２０が突出するように、フレキシブルプリント基板３を重ねる。第１の治具とは別の第２の治具（不図示）によりＣＣＤ１を保持し、該第２の治具でＣＣＤ１を移動させて、フレキシブル基板３をＣＣＤ１の底面および平板面２５間で挟むような状態で、ＣＣＤ１の底面を突出面２２に当接させる。なおＣＣＤ１の、突出面２２に対する当接位置の調整は、ＣＣＤ１の撮像面が所定の位置に配置されるように、光学装置（不図示）で該撮像面を観察しつつ行う。
【００２８】
撮像面が所定の位置に配置されるように、ＣＣＤ１を移動させて位置決めした後、ＣＣＤ１の底面と突出面２２とを密着させたまま、図２に示すように金属板２のカメラ背面（面Ｂ）側から、貫通孔２１の周縁部からＣＣＤ１の底面に渡って紫外線硬化型接着剤を流し込む。そして紫外線を照射して接着剤を硬化させ、ＣＣＤ１を金属板２に固定する（図２、図３参照）。ここで接着剤は粘性が１７〜２８Ｐａ・ｓ（パスカル毎秒）程度のものを用いて、突出面２２とＣＣＤ１の底面との間に接着剤が侵入しないようにしている。これは、ＣＣＤ１の底面と突出面２２との間に接着剤が入り込むと、該接着剤の厚みでＣＣＤ１が傾くおそれがあるからである。
【００２９】
なおＣＣＤ１が金属板２に固定された状態において、フレキシブルプリント基板３は、ＣＣＤ１の底面と金属板２の平板面２５との間の空間Ｓ（図３参照）に収まるように配置されている。従ってフレキシブルプリント基板３は、ＣＣＤ１をくぐって金属板２から脱落することがない。
【００３０】
ＣＣＤ１を金属板２に固定すると、フレキシブルプリント基板３のＣＣＤ１に対する位置決めを行い、両者を半田付けする工程に移る。フレキシブルプリント基板３のＣＣＤ１に対する位置は、フレキシブルプリント基板３を動かして、位置決めピン４を位置決め穴２３αから位置決め穴３３αへ、および位置決め穴２３βから位置決め穴３３βへそれぞれ差し込むことで決定される。ここで、フレキシブルプリント基板３は、開口部３１に突出部２０が通された状態にある。そのためフレキシブルプリント基板３は、突出部２０によって空間Ｓ内における移動範囲が規制されて、位置決めする際に好ましい範囲で移動することができる。すなわちフレキシブルプリント基板３は、既にＣＣＤ１に対する大概の位置がとれた状態にあり、位置決めのための微調整にかかる手間や時間を軽減することができる。
【００３１】
フレキシブルプリント基板３のＣＣＤ１に対する位置決めが完了した状態で、ＣＣＤ１の底面から四方の側面に延びる複数のリード部を、フレキシブルプリント基板３の所定のパッド部に半田付けする。該半田付け工程により、ＣＣＤ１と金属板２とフレキシブルプリント基板３とは一体化し、固体撮像素子保持ブロック１０をなす。
【００３２】
そして、固体撮像素子保持ブロック１０におけるＣＣＤ１が設けられた側が光学ユニット１００に当接するように、第１の治具で金属板２（すなわち固体撮像素子保持ブロック１０）を動かす。その際、位置決め穴２３αから位置決め穴３３αへ、および位置決め穴２３βから位置決め穴３３βに差し込まれている位置決めピン４を、さらに、それぞれ位置決め穴１０３αと位置決め穴１０３βとに差し込み、固体撮像素子保持ブロック１０の光学ユニット１００に対する位置を決定する。ここで、位置決め穴２３βおよび位置決め穴３３βは長穴形状を有しているため、確実にその位置決めピン４を位置決め穴１０３βに差し込むことができる。
【００３３】
固体撮像素子保持ブロック１０の光学ユニット１００に対する位置が決定されると、ネジ５を金属板２の各ネジ穴２４と光学ユニット１００の各ネジ穴１０４との間に螺合させて、固体撮像素子保持ブロック１０を光学ユニット１００に固定する。
【００３４】
以上の工程により組み立てられる固体撮像素子取り付け構造は、ＣＣＤ１を傾かせたり浮かせたりすることなく、安定した状態で光学ユニット１００内にある図示しない撮影レンズ群から射出された光束の結像面の位置に固定することができる。なおＣＣＤ１は、ＣＣＤ挿入口１０１から光学ユニット１００内部に突出した状態で固定される。
【００３５】
以上が本発明の実施形態である。本発明は上記実施形態に限定されるものではなく趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。以下、いくつかの変形例を挙げる。
【００３６】
本実施形態では、フレキシブルプリント基板３の位置決めはＣＣＤ１を金属板２に固定させた後、実際にフレキシブルプリント基板３自体を移動させて行っている。しかし、開口部３１の形状を金属板２の突出部２０の大きさに対応するように加工すれば、ＣＣＤ１と金属板２とで挟む工程において、ほぼ正確にフレキシブル基板２の位置決めを行うことができる。
【００３７】
また本実施形態では、接着剤を流し込むために金属板２に設けた貫通孔２１を、加工し易く、かつ接着領域（周縁部）を長くとることができる略四角形状にしているが、これに限定されるものではない。例えば、接着面積を稼いで、より接着強度を高めたいならば、大きな開口部は設けず突出面２２に接着剤が注入可能な程度の大きさの穴を複数設けることもできる。
【００３８】
本実施形態では、フレキシブルプリント基板を使用しているが、ガラスエポキシ基板等の厚みを有する基板であっても使用することもできる。ただし、突出部２０の高さを使用する基板の厚みよりも高くなるように金属板２を加工することが条件となる。
【００３９】
さらに上記実施形態では、ＣＣＤ１の四方の側面全てにリード部が設けられていることを想定しているため、ＣＣＤ１の底面によってフレキシブルプリント基板３の開口部３１は完全に閉塞される構成にした。従って、使用するＣＣＤ１のリード部の位置によっては、開口部３１を図６（ａ）（ｂ）に示すように変形し、ＣＣＤ１の底面によって完全に閉塞されないような構成にすることも可能である。なお本発明で使用できる固体撮像素子は、本実施形態で使用したような高画素数を有するＣＣＤ１に限らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】デジタルカメラの光学ユニット側から見た固体撮像素子保持ブロックを表した図である。
【図２】カメラ背面部側から見た固体撮像素子保持ブロックを表した図である。
【図３】固体撮像素子保持ブロックを切断線Ｌ・Ｌで切断した状態を表した図である。
【図４】本発明の固体撮像素子保持ブロックの金属板の拡大図である。
【図５】本発明の固体撮像素子保持ブロックを使用してＣＣＤを光学ユニットに取り付ける構造を表した図である。
【図６】本発明の固体撮像素子保持ブロックの変形例を表した図である。
【符号の説明】
１ＣＣＤ
２金属板
２０突出部
２１貫通孔
２２突出面
２３α、２３β 位置決め穴
２５平板面
３フレキシブルプリント基板
３１開口部
１０固体撮像素子保持ブロック
１００光学ユニット

Claims

板状であって、一対の平面を有し、一方の平面に所定高さ分隆起した突出面を備える突出部と前記突出面から他方の平面まで貫通する貫通孔とが形成され、前記一方の平面と前記突出面とが平行である金属板と、
底面が前記突出面に当接した状態で載置され、前記底面で前記貫通孔の前記突出面側を閉塞する固体撮像素子と、
前記貫通孔の内壁から前記固体撮像素子の底面の前記貫通孔に露出されている部分にわたって接着剤を塗布することにより前記固体撮像素子が前記突出面に固定されていること特徴とする固体撮像素子保持ブロック。
少なくとも前記突出面に適合する大きさを有する開口部を有し、前記開口部に前記突出部が挿通された状態で、前記固体撮像素子と前記金属板との間に配置され、前記固体撮像素子と電気的に接続される回路基板をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子保持ブロック。
前記所定高さは、前記回路基板の厚みよりも高いことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子保持ブロック。
撮像装置における、撮影光学系の一部を構成する光学ユニットに固体撮像素子を取り付ける固体撮像素子取り付け構造において、
一方の面に所定高さ分隆起した突出面が形成された金属板を有し、前記突出面は突出していない面と平行であり、前記突出面に貫通孔が形成されており、
前記突出面に前記固体撮像素子の底面を密着させ、前記貫通孔の前記突出面側が閉塞された状態で、前記貫通孔の内壁から前記固体撮像素子の底面の前記貫通孔に露出されている部分にわたって接着剤を塗布することにより前記固体撮像素子を前記金属板に固定し、
前記固体撮像素子が前記金属板に固定された状態で、前記金属板を前記光学ユニットに固定することを特徴とする固体撮像素子取り付け構造。
少なくとも前記突出面に適合する大きさを有する開口部を有し、前記開口部から前記突出面を突出させ、少なくとも一部が前記固体撮像素子の底面と前記金属板の突出していない面との間に位置するよう配置された、前記固体撮像素子と電気的に接続される回路基板をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子取り付け構造。
前記貫通孔は、四角形状であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の固体撮像素子取り付け構造。
前記回路基板は、フレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載の固体撮像素子取り付け構造。
前記接着剤は、粘性が１〜３０Ｐａ・ｓの接着剤であることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれかに記載の固体撮像素子取り付け構造。
前記接着剤は、粘性が１７〜２７Ｐａ・ｓの接着剤であることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子取り付け構造。
撮像装置における固体撮像素子保持方法であって、
Ａ）金属板の一方の面を突出させ、前記一方の面における突出していない面と平行状態にある突出面を形成し、さらに前記突出面に貫通孔を形成し、
Ｂ）前記固体撮像素子の底面を、前記突出面に当接した状態で載置し、前記底面で前記貫通孔の前記突出面側を閉塞し、
Ｃ）前記貫通孔の内壁から前記固体撮像素子の底面の前記貫通孔に露出されている部分にわたって接着剤を塗布して、前記固体撮像素子を前記突出面に保持する固体撮像素子保持方法。
撮像装置において、光学ユニットと共に撮影光学系を構成する固体撮像素子取り付け方法であって、
Ａ）金属板の一方の面を突出させ、前記一方の面における突出していない面と平行状態にある突出面を形成し、さらに前記突出面に貫通孔を形成し、
Ｂ）前記固体撮像素子の底面を、前記突出面に密着させ、
Ｃ）前記貫通孔の内壁から前記固体撮像素子の底面の前記貫通孔に露出されている部分にわたって接着剤を塗布して、前記固体撮像素子を前記金属板に接着し、
Ｄ）前記固体撮像素子が接着された前記金属板を前記光学ユニットに固定する、固体撮像素子取り付け方法。
前記工程Ａおよび前記工程Ｂ間において、
Ｅ）前記突出面を被う大きさを有する開口部を有する回路基板を、前記開口部から前記突出面が突出するように重ね合わせ、
前記工程Ｃおよび前記工程Ｄ間において、
Ｆ）前記固体撮像素子を、前記回路基板と電気的に接続する、請求項１１に記載の固体撮像素子取り付け方法。