(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脚部とこの脚部上に設けられた筒状の胴部とを有する立体プリント基板を備え、前記脚部の裏面に半導体撮像素子を装着し、前記胴部の内部に前記撮像素子に光を入射させるためのレンズを保持した撮像装置において、
前記立体プリント基板の前記胴部の内周面上部に接着剤を充填するための複数の接着剤導入溝を備え、
前記立体プリント基板の前記胴部の内周面が、前記接着剤導入溝に連続して下部に向けて狭くなったテーパに形成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記接着剤を黒色としたことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視カメラ、医療用カメラ、車載用カメラ等の半導体撮像素子を用いて小型化された撮像装置およびその組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の撮像装置は、レンズが撮像した映像を電気信号に変換する半導体撮像素子の小型化、高性能化に伴い、カメラも小型化されて各方面で使用され、世の中の利便性を高めており、またカメラが小型になることで、映像の入力センサーとしての市場を広げている。
【０００３】
従来の半導体撮像素子を用いた撮像装置は、レンズ、半導体撮像素子、ＬＳＩ等の部品をそれぞれ筐体あるいは構造体に構成してそれらを組み合わせていた。また、プリント基板は平板状であり、その上に半導体撮像素子の駆動に必要な部品を実装する構造を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のカメラの組立方式では、半導体撮像素子を小型化しても、各部品を接続して組み立てる構造では小型化に限界があり、組立に熟練が必要であったり、自動機械で組み立てられないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、一層の小型化と自動機械による組立を可能とした撮像装置およびその組立方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、裏面に配線パターンを形成された矩形台状の脚部と前記脚部上に設けられた有底円筒形の胴部と前記脚部および前記胴部の境界に形成された開口部とを有する立体プリント基板と、前記脚部の裏面に前記開口部を塞ぐように装着された半導体撮像素子と、前記胴部の内部に保持されて前記半導体撮像素子に光を入射させるレンズとを備えたものである。この構成により、撮像装置に必要な総ての部品を立体プリント基板に集約して小型化することができることとなり、自動機械による組立が可能となる。
【０００８】
また、本発明の撮像装置は、前記開口部の胴部側に前記開口部を塞ぐように装着された光学フィルタを備えたことを特徴とする。この構成により、撮像装置を構成するレンズ、光学フィルター、半導体撮像素子等のための専用の保持部品や接合組立等をなくして、立体プリント基板に総てを集約して小型化することができることとなる。
【０００９】
また、本発明の撮像装置は、前記脚部に前記配線パターンを形成された段部を備え、前記段部にＬＳＩとチップ部品とを片面または両面に接合したプリント基板を装着したことを特徴とする。この構成により、さらに多くの機能を撮像装置に付加することができることとなる。また、半導体撮像素子を駆動するＬＳＩと周辺の部品の距離を短縮することができ、クロック信号の波形の歪および不要輻射を防止することができることとなる。
【００１０】
また、本発明の撮像装置は、前記立体プリント基板の前記脚部裏面のうちの底面に形成された配線パターンには、他のプリント基板が直接的に電気接続されていることを特徴とする。この構成により、組み立てられた立体プリント基板を、携帯電話、パソコン、各種センサーのメイン基板に直接取り付けることができ、小型化の実現と、コネクター等を必要としないため軽量構造が実現できることとなる。
【００１１】
また、本発明の撮像装置は、前記立体プリント基板の裏面に形成されている配線パターンが前記立体プリント基板の側面まで達するように形成されていることを特徴とする。この構成により、他のプリント基板のコネクターに立体プリント基板を差し込んで電気接合を行うことが可能となる。
【００１２】
また、本発明の撮像装置は、脚部とこの脚部上に設けられた筒状の胴部とを有する立体プリント基板を備え、前記脚部の裏面に半導体撮像素子を装着し、前記胴部の内部に前記撮像素子に光を入射させるためのレンズを保持した撮像装置において、前記立体プリント基板の前記胴部の内周面上部に接着剤を充填するための複数の接着剤導入溝を備え、前記立体プリント基板の前記胴部の内周面が、前記接着剤導入溝に連続して下部に向けて狭くなったテーパに形成されていることを特徴とする。この構成より、接着剤導入溝に接着剤をスポイト状の治具で点滴することで、レンズの周囲に接着剤が均一に浸透して接着することができ、レンズを立体プリント基板に容易に固定できることとなる。また、接着剤を胴部内周面のレンズ周囲に容易に浸透させることができ、接着を正確に行うことができる。また、立体プリント基板にレンズを自動機械で装着するときに、レンズを上方から挿入する際に、またはレンズに対して立体プリント基板を下方から押し上げて装着する際に、挿入しやすい構造とすることができることとなる。
【００１３】
また、本発明の撮像装置は、前記接着剤を黒色としたことを特徴とする。この構成により、レンズの周囲で、レンズ内部の乱れた光がレンズ側面に達したときは、接着剤の黒色により吸収されてレンズ側面での反射の発生を防止することができる。これにより、レンズに入射した光が、レンズの表面精度あるいは付着した埃により、レンズ内で光軸の方向に向かない光が発生して、レンズの側面により反射されてレンズ内部で光の干渉を発生させたり、半導体撮像素子に達して、画像の品質を悪化させることを防止することができることとなる。
【００１７】
また、本発明の撮像装置組立方法は、有底円筒形の胴部と、前記胴部に連続して、裏面内側に配線パターンを形成された矩形台状の脚部と、前記胴部と脚部との境界に形成された開口部とを有する立体プリント基板に対し、前記胴部の内周面にレンズを接合し、次に前記脚部の裏側から前記開口部を塞ぐように前記配線パターンに半導体撮像素子を接合し、次いで前記配線パターンにチップ部品が接合することを特徴とするものである。これにより、立体プリント基板の上方向から組み立てる部品は接着で行い、下方からの部品は半田、導電接着剤、超音波接合で電気接続することにより、製造工程を明確に分けることができ、自動機械により組立やすい、効率的な製造ができることとなる。
【００１８】
また、本発明の撮像装置組立方法は、有底円筒形の胴部と、前記胴部に連続して、裏面内側に段部を有する配線パターンを形成された矩形台状の脚部と、前記胴部と脚部との境界に形成された開口部とを有する立体プリント基板に対し、前記胴部の内周面にレンズを接合し、次に前記脚部の裏側から前記開口部を塞ぐように前記配線パターンに半導体撮像素子を接合し、次いで前記配線パターンにチップ部品が接合し、さらに前記段部に予めＬＳＩとチップ部品を片面または両面に接合したプリント基板を接合することを特徴とするものである。これにより、立体プリント基板の上方向から組み立てる部品は接着で行い、下方からの部品は半田、導電接着剤、超音波接合で電気接続することにより、製造工程を明確に分けることができ、自動機械により組立やすい、効率的な製造ができることとなる。
【００１９】
また、本発明の撮像装置組立方法は、有底円筒形の胴部と、前記胴部に連続して、裏面内側に配線パターンを形成された矩形台状の脚部と、前記胴部と脚部との境界に形成された開口部とを有する立体プリント基板に対し、前記胴部側から前記開口部を塞ぐように光学フィルターを接合し、次いで前記胴部の内周面にレンズを接合し、次に前記脚部の裏側から前記開口部を塞ぐように前記配線パターンに半導体撮像素子を接合し、次いで前記配線パターンにチップ部品が接合することを特徴とするものである。これにより、立体プリント基板の上方向から組み立てる部品は接着で行い、下方からの部品は半田、導電接着剤、超音波接合で電気接続することにより、製造工程を明確に分けることができ、自動機械により組立やすい、効率的な製造ができることとなる。
【００２０】
また、本発明の撮像装置組立方法は、有底円筒形の胴部と、前記胴部に連続して、裏面内側に段部を有する配線パターンを形成された矩形台状の脚部と、前記胴部と脚部との境界に形成された開口部とを有する立体プリント基板に対し、前記胴部側から前記開口部を塞ぐように光学フィルターを接合し、次いで前記胴部の内周面にレンズを接合し、次に前記脚部の裏側から前記開口部を塞ぐように前記配線パターンに半導体撮像素子を接合し、次いで前記配線パターンにチップ部品が接合し、さらに前記段部に予めＬＳＩとチップ部品を片面または両面に接合したプリント基板を接合することを特徴とするものである。これにより、立体プリント基板の上方向から組み立てる部品は接着で行い、下方からの部品は半田、導電接着剤、超音波接合で電気接続することにより、製造工程を明確に分けることができ、自動機械により組立やすい、効率的な製造ができることとなる。
【００２１】
また、本発明の撮像装置の組立方法、組み立てられた立体プリント基板を、その脚部底面に形成された配線パターンを介して他のプリント基板に接合することを特徴とするものである。これにより、レンズ、光学フィルター、半導体撮像素子、ＬＳＩ、チップ部品等を搭載した立体プリント基板を、携帯電話、パソコン、各種センサーのメイン基板に直接取り付けることができることとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係わる撮像装置の第１の実施の形態を示す斜視図であり、図２はその断面図である。図１および図２において、立体プリント基板１は、矩形台状の脚部１Ａとその上の有底円筒形の胴部１Ｂからなり、脚部１Ａと胴部１Ｂの境界には開口部１Ｃが形成され、脚部１Ａの裏側にはプリント配線によるパターン２２が形成されている。立体プリント基板１の胴部１Ｂの内周には、レンズ２が嵌め込まれ、その光軸１７を中心にして、開口部１Ｃの上側に光学フィルター３が配置され、開口部１Ｃの下側に半導体撮像素子４およびチップ部品８が配置されている。これら構成部品は、立体プリント基板１に総て組み付けられて完成する構造となっている。そしてその下に、この立体プリント基板１が取り付けられる携帯電話、パソコン、各種センサーのメイン基板であるプリント基板１３が配置される。
【００２３】
次に、本実施の形態における撮像装置の組立順序を簡単に説明する。まず、立体プリント基板１の上方から、光学フィルター３を接着剤により固定し、次いで予め表面にレンズマスク６を設けたレンズ２を装着し、胴部１Ｂ内周上面に形成された接着ポイント（接着剤導入溝）５から接着剤を充填してレンズ２を固定する。充填された接着剤のうちの余分な量は、充填ポイント５下部の接着剤溜まり７に溜まる。次に、立体プリント基板１の下方から、半導体撮像素子４とＬＳＩや抵抗、コンデンサー等のチップ部品８をパターン２２に半田１４または導電接着剤、超音波接合等で電気接続し、さらに脚部１Ａをパターン２２を介してプリント基板１３のパターンに半田１４または導電接着剤、超音波接合等で電気接続する。
【００２４】
このように、本実施の形態１によれば、立体プリント基板１にレンズ２とその光軸１７上に光学フィルター３、半導体撮像素子４を配置し、さらにチップ部品８を立体プリント基板１のパターン２２に一体的に固定して構成することで、小型軽量で堅牢な構造とすることができる。また、自動機械での組み立てが可能であり、量産に適した構造とすることができる。さらに、立体プリント基板１にチップ部品８を搭載して、半導体撮像素子４の駆動や回路のデカップリングを行うことで、半導体撮像素子４の駆動回路との配線や部品を搭載した分だけリード線をなくして簡略化でき、リード線に流すクロック信号の波形のなまりや、デカップリングによる不要輻射を低減することもできる等の効果を有する。
【００２５】
（実施の形態２）
図３は本発明に係わる撮像装置の第２の実施の形態を示す断面図であり、説明の便宜上、実施の形態１と同様な部材には同様な符号を付してある。図３において、立体プリント基板１は、矩形台形状の脚部１Ａとその上の有底円筒形の胴部１Ｂからなり、脚部１Ａと胴部１Ｂの境界には開口部１Ｃが形成され、さらに脚部１Ａの内側には段部１Ｄが形成されている。この段部１Ｄを含めて、脚部１Ａの裏側には配線パターン２２が形成されている。立体プリント基板１の胴部１Ｂ内周には、レンズ２が嵌め込まれ、その光軸１７を中心にして、開口部１Ｃの上部に光学フィルター３が配置され、開口部１Ｃの下部に半導体撮像素子４およびチップ部品８が配置されている。さらにその下の段部１Ｄに、ＬＳＩ１１ａやチップ部品１１ｂを片面または両面に搭載したプリント基板１０が配置され、最後に携帯電話等のプリント基板１３が配置される構造となっている。
【００２６】
次に、本実施の形態２における撮像装置の組立順序を簡単に説明する。まず、立体プリント基板１の上方から、光学フィルター３を接着剤により固定し、次いで予め表面にレンズマスク６を形成されたレンズ２を装着して、胴部１Ｂ内周上面に形成された接着ポイント５から接着剤を充填してレンズ２を固定する。充填された接着剤のうちの余分な量は、充填ポイント５下部の接着剤溜まり７に溜まる。次に、立体プリント基板１の下方から、半導体撮像素子４とＬＳＩあるいは抵抗やコンデンサーのチップ部品８をパターン２２に半田１４または導電接着剤、超音波接合等で電気接続し、さらに段部１Ｄのパターン２２にプリント基板１０を半田１４または導電接着剤、超音波接合等で電気接続し、そして脚部１Ａをパターン２２を介してプリント基板１３のパターンに半田１４または導電接着剤、超音波接合等で電気接続する。
【００２７】
このように、本実施の形態２によれば、立体プリント基板１にレンズ２とその光軸１７上に光学フィルター３、半導体撮像素子４を配置し、さらにＬＳＩ１１ａやチップ部品１１ｂを搭載したプリント基板１０を立体プリント基板１のパターン２２に一体的に固定して構成することで、上記実施の形態１の効果に加えて、撮像装置にさらに多くの機能を付加することができる。
【００２８】
次に、上記第１および第２の実施の形態に共通の説明を行う。図４は立体プリント基板１の底面を示している。立体プリント基板１に対し、上方向と下方向より部品を接着と電気的接続により取り付けた撮像装置を、携帯電話、パソコン等のアプリケーションのプリント基板１３に電気接続するために、半導体撮像素子４、プリント基板１０等を電気的に接続したパターン２２を、立体プリント基板１の底面１８に沿って、また、立体プリント基板側面１９にまで達するように、印刷あるいは張付け等により形成してある。このパターン２２を介して、立体プリント基板底面１８をアプリケーションのプリント基板１３に配置して、半田、導電接着剤、超音波接合等の方法により電気的に接合して、半導体撮像素子により電気変換した映像信号をアプリケーションの本体に電気信号として出力する。
【００２９】
図５は上記実施の形態における光学系を示している。入射光１６は、レンズ２により集光され、赤外領域の感度を抑制する光学フィルター３を通って半導体撮像素子４に入射する。半導体撮像素子４の代表的な素子であるＣＣＤの感度は、図６に示すように  光学フィルター３を通した特性Ｂとして可視光領域で感度特性が平坦になり、映像増幅回路２３により増幅され、平坦な特性の映像信号としてカラー画像に対応している。図６に示すＣＣＤ感度特性において、光学フィルター３を通さない特性Ａは、赤外領域で非常に高い感度を示しているので、暗いところの映像を撮像するときに赤外領域の感度を利用することで、暗いところでの映像や、赤外センサーとしても用いることができる。このため、図７に示すように、赤外領域の感度を抑制するための光学フィルター３を取り除き、レンズ２と半導体撮像素子４で撮像装置を構成することにより、高感度用撮像装置あるいは赤外センサーとして用いることができ、撮像装置の使用範囲を広げることができる。
【００３０】
図８は上記実施の形態におけるレンズ２を立体プリント基板１に接着して固定する方法を示す図である。立体プリント基板１のレンズ２を挿入する内側に接着ポイント（接着剤導入溝）５を４個備えて接着作業を容易にする構造としている。接着ポイント５は、接着剤９の粘度に応じて設ける数を増減する構造とし、接着剤９の粘度が低いものを使うときは接着ポイント５の数を少なくして、少なくとも一箇所から接着剤９を点滴９ａの形でスポイト１２から接着ポイント５を通じて充填し、接着剤広がり９ｂとなってレンズ２を立体プリント基板１に接着する。接着剤９の粘度が高い場合は、複数の接着ポイント５から適量の接着剤９を点滴９ａの形で充填する。本構造は撮像装置を自動機械で連続生産する際に、スポイト１２からの点滴９ａを効果的に行うのに適した構造である。
【００３１】
図９はレンズ２を立体プリント基板１に接着する際に、接着剤９がレンズ２と立体プリント基板１の境目に浸透するように、立体プリント基板１の胴部内周面をテーパー１５としたものである。こうすることで、撮像装置を連続生産する際に、接着ポイント５から充填された点滴９ａがテーパー１５を伝わって接着剤広がり９ｂとなり、レンズ２の周囲に均等に拡散して塗布されることとなる。またテーパー１５は、自動機械で連続生産する場合に、レンズ２を上方から挿入してレンズ２を所定位置に装着する際に、テーパー１５により自動機械の挿入公差に余裕を持たせることができ、すなわち上方から装着するときにテーパーに倣わせて余裕を持って挿入することができる。
【００３２】
図１０は乱射光による映像に対しての悪影響を最小限にするための構造を示している。レンズ２に入射光１６が入力してレンズ２に集光されて半導体撮像素子４に合焦するときに、レンズ２表面の埃やレンズ２内の光の乱れによる乱反射光１６aがレンズ側面２aに当たり反射され、入射光１６が干渉されたり、半導体撮像素子４に到達したりして、映像の歪みや乱れが発生する可能性がある。これを防止するために、レンズ２の外面に接着する接着剤９を黒色系として、レンズ側面２aで反射しにくい色を採用することで、レンズ側面２ａで内部の乱反射光１６ａの反射を抑制した光信号を半導体撮像素子４に出力できる。
【００３３】
図１１は余分に入った接着剤９の立体プリント基板内部への染みだしを防止した構造である。レンズ２と立体プリント基板１を接着剤で接着するときに、点滴９ａの量が多すぎると、接着剤９が立体プリント基板１の内側に落ちて、レンズ接面１ａから染みだし９cとなって内部を汚染するので、これを防ぐために、立体プリント基板１の胴部内周面の下部に接着剤溜まり７を設けたものである。
【００３４】
図１２はレンズ２のレンズ有効部以外のところに当たる光による影響を最小限にする構造である。レンズ２はガラスレンズより軽量で、非球面レンズとして屈折率を調整するために樹脂成形で製作されることが多い。樹脂成形のレンズの場合、図１３に示すように、レンズ有効部２ａ以外の平面２ｂに入射光２１ａ、２１ｂが当たると、完全な鏡面状になっていないと、当たった光が表面の乱反射により内部に入り込み、乱反射光２１ｃのようになり、入射光２１に干渉したり、半導対撮像素子４に到達して映像が歪んだりして映像の品質を劣化させる。このため、図１４に示すように、レンズ２の有効部２ａ以外の平面２ｂから光が入射しないように、平面２ｂに黒系統の塗料または金属材料によるレンズマスク６を設けた構造としたものである。
【００３５】
このように、立体プリント基板１へのレンズ２、光学フィルター３、半導体撮像素子４、プリント基板１０、１３等の具体的な組立構造により、撮像装置を高いレベルで商品化することができ、またアプリケーションとの電気的接合をコネクター等を使用しない直接的な接続による構造とすることができる。なお、立体プリント基板１の底面と側面に備えたプリント配線パターン２２を用いてアプリケーション基板に備えたコネクターに立体プリント基板を差し込んで電気接合を行う構造を採用しても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、脚部とこの脚部上に設けられた筒状の胴部とを有する立体プリント基板を備え、前記脚部の裏面に半導体撮像素子を装着し、前記胴部の内部に前記撮像素子に光を入射させるためのレンズを保持した撮像装置において、前記立体プリント基板の前記胴部の内周面上部に接着剤を充填するための複数の接着剤導入溝を備え、前記立体プリント基板の前記胴部の内周面が、前記接着剤導入溝に連続して下部に向けて狭くなったテーパに形成されている。この構成により、接着剤導入溝に接着剤をスポイト状の治具で点滴することで、レンズの周囲に接着剤が均一に浸透して接着することができ、レンズを立体プリント基板に容易に固定できることとなる。また、接着剤を胴部内周面のレンズ周囲に容易に浸透させることができ、接着を正確に行うことができる。また、立体プリント基板にレンズを自動機械で装着するときに、レンズを上方から挿入する際に、またはレンズに対して立体プリント基板を下方から押し上げて装着する際に、挿入しやすい構造とすることができる。これにより、撮像装置に必要な総ての部品を立体プリント基板に集約して小型で軽量、堅固な撮像装置を実現できるとともに、自動機械により自動実装が可能であり、量産性に優れた組立方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における撮像装置の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における撮像装置の断面図
【図３】本発明の実施の形態２における撮像装置の断面図
【図４】本発明の実施の形態における立体プリントの底面を示す斜視図
【図５】本発明の実施の形態における光学系を示す模式図
【図６】本発明の実施の形態における半導体撮像素子の感度特性を示す特性図
【図７】本発明の実施の形態における別の光学系を示す模式図
【図８】本発明の実施の形態における接着剤充填方法を示す立体プリント基板の斜視図
【図９】本発明の実施の形態における接着剤充填方法を示す立体プリント基板の断面図
【図１０】本発明の実施の形態における乱反射防止方法を示す立体プリント基板の断面図
【図１１】本発明の実施の形態における接着剤染みだし防止方法を示す立体プリント基板の部分断面図
【図１２】本発明の実施の形態におけるレンズマスクを示す立体プリント基板の斜視図
【図１３】本発明の実施の形態におけるレンズマスクを設けないレンズの正面図
【図１４】本発明の実施の形態におけるレンズマスクを設けたレンズの正面図
【符号の説明】
１  立体プリント基板
１Ａ  脚部
１Ｂ  胴部
１Ｃ  開口部
１Ｄ  段部
２  レンズ
３  光学フィルター
４  半導体撮像素子
５  接着ポイント（接着剤導入溝）
６  レンズマスク
７  接着剤溜まり
８  チップ部品
９  接着剤
１０  プリント基板
１１ａ  ＬＳＩ
１１ｂ  チップ部品
１２  スポイト
１３  プリント基板
１４  半田
１５  テーパ
１６  入射光
１７  光軸
１８  立体プリント基板底面
１９  立体プリント基板側面
２２  パターン
２３  映像増幅回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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