JP2011024089A - 撮像素子の取付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三板式のビデオカメラにおける撮像素子の取付け方法において、取付け後の位置ずれが少なく、また位置ずれがあった場合でも容易に取外して再利用できる方法で、プリズムに対する相対的な位置を決めるようにする。
【解決手段】撮像素子のプリズムに対する相対的な位置を調整した後、第１の接着剤で撮像素子を仮止めし硬化させたうえで前記位置精度を確認し、合格であれば第１の接着剤よりも硬化後の接着強度の強い第２の接着剤で本接合する。不合格であれば第１の接着剤を剥離して、再度相対的な位置を調整する。第２の接着剤は、はんだであっても良い。第１及び第２の接着剤は紫外線硬化樹脂であっても良い。
【選択図】図９

Description

本発明は撮像素子の取付け方法に係わり、特に取付け位置の精度を向上した撮像素子の取付け方法に関するものである。

ビデオカメラ、電子スチルカメラなどの撮像装置においては、三板式の撮像ユニットを用いるものが増えている。三板式の撮像ユニットでは、レンズを通して入射した光がプリズムでＲＧＢ三原色光に分解され、三つの光の各々に対して備えられた撮像素子に結像させることで、三原色信号を得ている。これにより単板式のものと比較し、色再現性をはじめとする撮像画像の高画質化がなされている。

この場合、各撮像素子の取付けを行う際のプリズムに対する位置決めに関しては、水平方向（Ｘ軸）、垂直方向（Ｙ軸）、前後方向（Ｚ軸）に関する相対位置と、各軸に対する回転角（θｘ軸、θｙ軸、θｚ軸）を合わせる必要があり、併せて６軸に対して位置決めすることになる。位置決めする精度に関しては素子のサイズや要求仕様にもよるが、たとえば１μｍ以下の高い精度を必要とする場合もある。位置決めが精度良く行われないと、三色を重ね合わせた際のレジストレーションのずれを生じ、また各色ごとにフォーカスがずれるといった問題が発生する。

このようにプリズムと撮像素子の間の位置精度が、撮像装置の画質を高く保つうえで重要な要素となっているため、その位置決め方法や位置決め後の接合方法には様々な方法が考案されている。
特許文献１では、色分解光学系の各光射出部にそれぞれ固着した第１の取付け部材と、色分解光学系と同等の熱膨張係数を有する第２の取付け部材を有し、第２の取付け部材に固体撮像素子を固着した状態で、第１の取付け部材と溶融金属によって接合する方法が開示されている。
特許文献２では、プリズムに対して固体撮像素子の位置を調整し、調整されたプリズムと固体撮像素子とを仮固定用接着剤を硬化させて仮固定し、さらに本固定用の接着剤を充填して硬化させて接合する方法が開示されている。

特許文献３では、固定部材における色分解プリズムの光出射面との接触部、及び光学部品との接触部に、仮固定用のＵＶレジンを塗布して硬化し仮固定した後、これらの接触部分を本固定用のＵＶレジンでシーリングし、これを紫外線硬化炉等で硬化して接合する方法が開示されている。
特許文献４では、光分割部材と取付け部材とを速乾性接着剤で固定した後、取付け部材と固体撮像素子とは調整可能な半固定状態で調整治具による固体撮像素子の位置合せの微調整をしたうえで、紫外線照射の光硬化等により接着硬化を行い、硬化がある程度促進させたところで、光分割部材と取付け部材を更に光硬化型等の接着剤を添加し、全体の硬化して接合する方法が開示されている。

特開２００８−１３６０６４号公報 特開２００２−３２８２９２号公報 特開平１１−１０１９３４号公報 特開平１−１２６８６９号公報

前記した特許文献１から特許文献４では、接合中に取付け位置が微動することで精度を確保できなくなること、さらには位置精度を確保できない場合に各部材を廃棄することなく再利用することに対する配慮が課題である。
本発明の目的はこの課題に鑑み、取付け位置の精度を向上した撮像素子の取付け方法を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明は、入射した光を三つの原色光に分離するプリズムと、該分離された三つの原色光の各々に対して備えられた前記原色光を撮像信号に変換する撮像素子を有する撮像装置における撮像素子の取付け方法であって、前記撮像素子の前記プリズムに対する相対的な位置を調整する位置調整ステップと、該位置調整ステップで位置を調整された前記撮像素子を、硬化後の剥離が可能な第１の接着剤を用いて仮止めする仮止めステップと、該仮止めステップで仮止めされた前記撮像素子を前記第１の接着剤とは異なる第２の接着剤を用いて接合する本接合ステップを有することを特徴としている。

また本発明は撮像素子の取付け方法であって、前記仮止めステップと前記本接合ステップは、紫外線が透過可能な間接部材を介して前記撮像素子を前記プリズムと接合することを特徴としている。
また本発明は撮像素子の取付け方法であって、前記仮止めステップと前記本接合ステップとの間に、前記位置調整ステップで調整された前記撮像素子の前記プリズムに対する相対的な位置を確認する取付け精度判定ステップを有することを特徴としている。
また本発明は撮像素子の取付け方法であって、前記仮止めステップにおける前記第１の接着剤は、紫外線硬化樹脂であることを特徴としている。
また本発明は撮像素子の取付け方法であって、前記本接合ステップにおける前記第２の接着剤は、前記仮止めステップで用いる前記第１の接着剤よりも硬化後の接着強度の強い紫外線硬化樹脂であることを特徴としている。
また本発明は撮像素子の取付け方法であって、前記本接合ステップにおける前記第２の接着剤は、前記仮止めステップで用いる前記第１の接着剤よりも硬化するまでの時間の長い紫外線硬化樹脂であることを特徴としている。
また本発明は撮像素子の取付け方法であって、前記本接合ステップにおける前記第２の接着剤は、紫外線照射時のみに硬化する紫外線硬化樹脂であることを特徴としている。
また本発明は撮像素子の取付け方法であって、前記本接合ステップで用いる前記第２の接着剤は、はんだであることを特徴としている。

本発明によれば、取付け位置の精度を向上した撮像素子の取付け方法を提供できる。また、位置精度を確保できない場合にも各部材を廃棄することなく再利用することができる。このため、撮像装置の高画質化と材料資源の有効利用に寄与できるという効果がある。

本発明の一実施例における接合箇所の概観図。 本発明の一実施例における接合箇所の側面図。 本発明を適用する撮像装置のプリズムと撮像素子の配置を示す側面図。 本発明を適用する撮像装置における撮像素子の調整方向を示す模式図。 従来例における接合箇所の側面図。 図５の例における撮像素子の取付け方法のフロー図。 別な従来例における接合箇所の側面図。 図７の例における撮像素子の取付け方法のフロー図。 本発明の一実施例における撮像素子の取付け方法のフロー図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いながら説明する。
本発明においては、撮像装置に用いるプリズムに対して撮像素子を接合して取付ける際に、まず例えば参考文献１に記載のような温水や熱を加えることで容易に剥離できる接着剤を用いて撮像素子を仮止めして、仮止め状態での位置精度を充分に確認したうえで、接着剤やはんだにより撮像素子を本接合することを特徴としている。これに関して図１と図２を用いて説明する。

［参考文献１］電気化学工業株式会社のＨＰ、[平成２１年７月１６日検索]、＜URL:http://www.denka.co.jp/cgi-bin/product/showproduct.cgi?id=688＞
図１は本発明の一実施例における接合箇所の概観図であり、図２は本発明の一実施例における接合箇所の側面図である。
前記したように三板式の撮像装置では三個の撮像素子を有するが、図１、図２ではこのうちいずれか一つの撮像素子の周辺のみを描いている。１はプリズム、２は撮像装置であって、撮像素子２は撮像素子取付け板１２に予め搭載されている。１１は間接部材であって、撮像素子２をプリズム１に対して撮像素子取付け板１２を介して固定する。なお、撮像素子取付け板１２の中央部には、当然ながら、撮像素子２に光を当てるための開口部を有している。

１３ａと１３ｂは仮止め用の接着剤、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは本接合用の接着剤である。これらが紫外線硬化型の接着剤である場合には、間接部材１１は紫外線を通過させるようにガラスなど透明な材料で構成されることが多いので、図示した角度から直接見ることができる。図２においては、仮止め用の接着剤１３ｂと本接合用の接着剤１４ｃ、１４ｄの位置を明確にするために厚みを持たせ、間接部材１１と撮像素子取付け板１２の間に隙間があるように描いているが、実際には接着剤の塗布厚で決まるこの隙間は僅かなものであって、視覚上は殆ど認識できない。
プリズム１と撮像素子取付け板１２との間には、図２において２３で示す視覚上でも認識できる長さの隙間がある。この隙間を用いてプリズム１と撮像素子２の相対的な位置を調整することで、前記した三色を重ね合わせた際のレジストレーションのずれや、各色ごとのフォーカスのずれが問題とならないようにしている。

プリズム１と撮像素子２の相対的な位置を調整する方法について、図３と図４を用いて説明する。図３は本発明を適用する撮像装置のプリズムと撮像素子の配置を示す側面図であり、図４は本発明を適用する撮像装置における撮像素子の調整方向を示す模式図である。
図３は図１や図２と異なり、三個の撮像素子を全て示している。撮像素子取付け板１２は省略して示している。２ＲはＲ（赤）信号用の、２ＧはＧ（緑）信号用の、２ＢはＢ（青）信号用の撮像素子である。プリズム１も１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの三つの部分に分けて示している。さきの図２は、図３でＡと記した部分の拡大図である。

図３の左側よりプリズム１Ｂへ入射した、被写体（図示せず）からの入射光ＲＧＢは、プリズム１Ｂとプリズム１Ｒの境界でＢ（青）成分が反射して分離され、撮像素子２Ｂへ到達する。さきの境界を通過したＲ（赤）成分とＧ（緑）成分は、プリズム１Ｒとプリズム１Ｇの境界でＲ成分が反射して分離され、撮像素子２Ｒへ到達する。プリズム１Ｒとプリズム１Ｇの境界を通過したＧ成分は、撮像素子２Ｇへ到達する。このようにしてＲＧＢの各成分を分離し、別々の撮像素子で撮像している。
プリズム１Ｒと撮像素子２Ｒの間、プリズム１Ｇと撮像素子２Ｇの間、プリズム１Ｂと撮像素子２Ｂの間には各々、さきに図２で示した隙間２３に当たるものがあり、これらを用いて相対的な位置を調整して位置決めをする。

図４に示すように位置決めを行う際は、水平方向（図中のＸ軸）、垂直方向（Ｙ軸）、前後方向（Ｚ軸）、及び各軸に対する回転方向（θｘ軸、θｙ軸、θｚ軸）の計６軸の全てに対して行う。
その際、図３で撮像素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂのうち、まず第１の撮像素子のプリズムに対する前記６軸方向の取付け位置を所定の値としたうえで、前記仮止め用の接着剤で仮止めする。次に、残る撮像素子のうち第２の撮像素子の取付け位置につき、第１の撮像素子に対してレジストレーションのずれや、各色ごとのフォーカスのずれが問題とならないように前記６軸方向を調整したうえで、同様に仮止めする。次に、残る第３の撮像素子の取付け位置につき、第１の撮像素子と第２の撮像素子に対してレジストレーションのずれや、各色ごとのフォーカスのずれが問題とならないように前記６軸方向を調整したうえで、同様に仮止めする。さらに必要に応じて第１の撮像素子の仮止めを外し、その取付け位置につき、第２の撮像素子と第３の撮像素子に対してレジストレーションのずれや、各色ごとのフォーカスのずれが問題とならないように前記６軸方向を調整したうえで、再度仮止めする。このような調整を行うことで最適な取付け位置を決定する。

ここで図１と図２に戻り、いずれか一つの撮像素子２に対する位置の固定方法について詳しく説明する。当然ながら他の二つの撮像素子に対しても同様である。
前記した６軸方向の位置調整を行った後、隙間２３を埋めるように間接部材１１がプリズム１と撮像素子取付け板１２の双方に押し当てられるように置かれる。この際、間接部材１１には、仮止め用接着剤１３と本接合用接着剤１４の双方が塗布されている。仮止め用接着剤１３には、例えば前記したような温水や熱を加えることで容易に剥離できる、紫外線硬化型の接着剤を使用すると良い。まず、仮止め用接着剤１３のみに紫外線照射装置（図示せず）から紫外線を照射し、硬化させる。この時、本接合用接着剤１４へは紫外線が照射されないように保護しておくと良い。

仮止めが終了した後、撮像素子の位置精度の確認を、前記したレジストレーションのずれやフォーカスのずれなどに注目して充分に行う。接着剤は強度を保つうえで必要最小限の厚さで使用されるため、仮止めによる撮像素子２の動きは小さい。しかし、前記したようにμｍの精度を要求されるために、この確認を行う。
その結果、位置精度に問題がないように仮止めされたことが確認できた場合には、続いて本接合用接着剤１４に紫外線を照射して硬化させ、最終的に撮像素子を固定する。この時、撮像素子取付け板１２は既に仮止め用接着剤１３で仮止めされているため、本接合の際に位置ずれする恐れは殆どなく、充分な位置精度を確保できる。
本接合用接着材１４はたとえばＵＶ接着剤のように、仮止め用接着剤１３より硬化時間が多くかかっても、硬化後の接着強度に勝るものを使用すると良い。さらに仮止め時には本接合用接着剤１４には紫外線が照射されないようにすると良いが、仮に照射されたとしても仮止め用接着剤１３が硬化するまでの時間では、剥離が不可能になるまでは硬化しないものを選ぶ方法もある。また紫外線照射時以外では硬化しないものを選ぶと良い。

前記した仮止め後の確認の結果、位置精度が不充分である場合には、この時点では撮像素子２は仮止め用接着剤１３で固定されているだけなので、熱水や熱を加えるなどして簡単に取外すことができる。その際、プリズム１と撮像素子２などは、洗浄など所定の処置をすれば再度使用できるので、これらを廃棄するような無駄の発生を抑えることができる。
また以上の実施例では、撮像素子を固定するために接着剤を用いている。前記したように、これは必要な接着強度が得られる範囲で必要最低限の厚さで塗布すると良い。このため、例えばはんだで接着する場合に比較し、一般に接着部分の厚さを薄くできるため、接着工程で撮像素子２が位置ずれをおこす問題を低減できる効果がある。

次に以上で述べた実施例の特徴を明らかにするため、従来の撮像素子の固定方法と対比しながら説明する。
図５は従来例における接合箇所の側面図であり、図６は図５の例における撮像素子の取付け方法のフロー図である。図５は、本発明の実施例を図示した図２に対応する図である。ここでは撮像素子２の位置を固定するために、接着剤ではなく、はんだを使用する場合を示している。

プリズム１の撮像素子２に対向する位置に、錫めっきなど、はんだ接合に好適な処理を施された金属製のプリズム側金具２１が取付けられている。また撮像素子２には同様の処理が施された撮像素子側金具２２が取付けられている。
これらの金具２１と２２には各々、対向した場所に複数のはんだ接合箇所２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂが設けられており、前記した撮像素子２の６軸調整をするために、所定の隙間２３を介して取付けられる。すなわち撮像素子２の位置を固定する際には、これを搭載した撮像素子側金具２２とプリズム側金具２１の間の隙間２３を、はんだ２４ａ、２４ｂで充填することで固定している。

はんだで接合する時の課題としては、はんだ２４ａ、２４ｂの影響で一度位置決めした撮像素子２が移動することである。はんだが冷却硬化する際に収縮すること、はんだ付けした場所に応じて収縮に時間差があること、加熱溶融する際に部材や場所に応じて温度差ができることなどが原因である。
撮像素子２の位置を固定した後に位置精度が不充分であることが分かった場合には、はんだ２４ａ、２４ｂを再度溶融して撮像素子２を取外し、洗浄のうえで再度取付け工程を繰返すこととなる。

図５における取付け方法のフローを図６で説明する。ステップＳ６１で撮像素子２の６軸方向の位置調整を行う。ステップＳ６２でプリズム側金具２１と撮像素子側金具２２の間を、はんだ２４で接合する。はんだ２４が硬化した後、ステップＳ６３で撮像素子２の取付け精度を判定する。合格（図中のＯＫ）であれば工程を終了する。不合格（図中のＮＧ）であればステップＳ６４で撮像素子２を取外したうえ、ステップＳ６５で各部材を洗浄して、ステップＳ６１に戻り、同じ工程を繰返す。
前記したように、はんだ接合では位置決めした後の撮像素子２の移動が問題となることが多いので、ステップＳ６３で不合格となるケースが多い。このため生産性が低下する問題がある。
図１や図２で示した本発明の一実施例においては、はんだよりも塗布厚さの薄い接着剤を用い、しかも仮止め用の接着剤で一度固定してから取付け精度を確認したうえで、本接合用の接着剤で固定することにより、固定する工程で撮像素子が移動する要素を低減でき、生産性を向上できる効果がある。

図７は別な従来例における接合箇所の側面図であり、図８は図７の例における撮像素子の取付け方法のフロー図である。図７は、本発明の実施例を図示した図２に対応する図である。ここでは撮像素子２の位置を固定するためにはんだではなく、接着剤を使用する場合を示している。ここで使用する接着剤は、本発明の実施例における本接合用接着剤１４に相当するものを使用する。
図１、図２の本発明の実施例でも示したように接着剤による接合の場合には、プリズム１と撮像素子２の接合部に別の間接部材３１を介して接合する。間接部材３１の形状によっては、撮像素子２を撮像素子取付け板３２に搭載しても良い。前記したようなはんだを用いる場合とは異なり、プリズム１と撮像素子２（撮像素子取付け板３２）の間を接着剤だけで充填すると、接着剤を厚く盛った場合の剛性をはじめとする硬化後の特性が問題であり、また硬化時の動きも問題となって好ましくない。

このため間接部材３１ａ、３１ｂを使用することで、接着剤３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを必要最小限の厚さで塗れば良いようにしている。これにより、はんだを使用する場合と比較して、前記接着剤が硬化する際に撮像素子２の位置が変わる問題を大幅に低減できる。
しかし、前記したように撮像素子の取付け位置精度は、μｍの精度を要求されているため、接着剤を使用する場合であっても、間接部材３１ａ、３１ｂにかかる接触圧力の僅かな違いによって、硬化後の位置精度が確保できないことがある。その場合は接着剤を剥離して撮像素子を取外し、再度組立てることとなる。通常は一度硬化した接着剤を剥離することは困難であり、また剥離した場合でもプリズム１や撮像素子取付け板３２の接着面などに傷や接着剤の残材などのダメージが残ることが多い。このダメージの大きさ次第では、外した各部材の再使用ができず廃棄することとなり、価格の増大や材料資源の無駄使いにつながる問題がある。

図７における取付け方法のフローを図８で説明する。ステップＳ８１で撮像素子２の６軸方向の位置調整を行う。ステップＳ８２でプリズム１と間接部材３１、及び撮像素子２（撮像素子取付け板３２）と間接部材３１の間を、接着剤３３で接合する。接着剤３３が硬化した後、ステップＳ８３で撮像素子２の取付け精度を判定する。合格（図中のＯＫ）であれば工程を終了する。不合格（図中のＮＧ）であれば、撮像素子２（撮像素子取付け板３２）を取外したうえ各部材を洗浄して、同じ工程を繰返すことになるが、比較的少ないケースながらステップＳ８４で部品を廃棄する場合がある。
このように接着剤による接合においても、位置決めした後の撮像素子２の移動が問題となることがあり、ステップＳ８３で不合格となり、最悪の時はステップＳ８４で部品を廃棄することになる。このため価格の増大を招き、材料の無駄使いとなる問題がある。
図１や図２で示した本発明の一実施例においては、はんだよりも塗布厚さの薄い接着剤を用い、しかも仮止め用の接着剤で一度固定してから取付け精度を確認したうえで、本接合用の接着剤で固定することにより、固定する工程で撮像素子が移動する要素を低減でき、価格の増大を抑え、材料資源の無駄を低減できる効果がある。

図１や図２における本発明の取付け方法のフロー図を図９で説明する。
図９は本発明の一実施例における撮像素子の取付け方法のフロー図である。
ステップＳ９１で撮像素子２の６軸方向の位置調整を行う。ステップＳ９２でプリズム１と間接部材１１、及び撮像素子２（撮像素子取付け板１２）と間接部材１１の間を、仮止め用接着剤１３ａと１３ｂで仮接合する。接着剤１３ａ、１３ｂが硬化した後、ステップＳ９３で撮像素子２の取付け精度を判定する。合格（図中のＯＫ）であればステップＳ９４でプリズム１と間接部材１１、及び撮像素子２（撮像素子取付け板１２）と間接部材１１の間を、本接合用接着剤１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄで接着する。さらにステップＳ９５で改めて撮像素子２の取付け精度を判定する。合格（図中のＯＫ）であれば工程を終了する。

ステップＳ９３において不合格（図中のＮＧ）であれば、ステップＳ９６で撮像素子２（撮像素子取付け板１２）を取外したうえステップＳ９７で各部材を洗浄して、同じ工程を繰返すことになるが、例えばはんだを使用する場合と比較すれば、不合格となるケースは大幅に少なくできるし、仮接合の段階であるために撮像素子２（撮像素子取付け板１２）を容易に取外すことができ、各部材を損傷する恐れを低減できるため、各部材を再使用できる可能性が大きい。またステップＳ９５において不合格（図中のＮＧ）であれば、ステップＳ８４で部品を廃棄する場合もあるが、仮接合の段階で取付け精度を確認しているために、このようなケースは実際には殆どなく、価格の増大を抑え、材料資源の無駄を低減できる効果がある。

ここまでの説明では、本発明の一実施例においては接着剤のみを使用する例を示した。このほか、仮止め用接着剤１３ａ、１３ｂで仮止めして位置精度を確認した後、本接合用接着剤の代わりに、はんだを使用して固定しても良い。この場合も同様な効果を有しており、本発明の範疇にある。
なお、以上の実施形態はあくまで一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば図１や図２において、間接部材１１を一個とし、仮止め用接着剤１箇所に対して本接合接着材２箇所の組合せとしているが、当然ながら本発明の限定条件ではない。間接部材１１を複数設けても良く、接着剤の配置や塗布箇所の数も自由に選択できる。さらに多くの異なる実施形態も考えられるが、いずれも本発明の範疇にある。

１：プリズム、２：撮像素子、１１：間接部材、１２：撮像素子取付け板、１３：仮止め用接着剤、１４：本接合用接着剤。

Claims (1)

1. 入射した光を三つの原色光に分離するプリズムと、該分離された三つの原色光の各々に対して備えられた前記原色光を撮像信号に変換する撮像素子を有する撮像装置における撮像素子の取付け方法であって、
   前記撮像素子の前記プリズムに対する相対的な位置を調整する位置調整ステップと、
   該位置調整ステップで位置を調整された前記撮像素子を、硬化後の剥離が可能な第１の接着剤を用いて仮止めする仮止めステップと、
   該仮止めステップで仮止めされた前記撮像素子を前記第１の接着剤とは異なる第２の接着剤を用いて接合する本接合ステップ
   を有することを特徴とする撮像素子の取付け方法。

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