JP2004145039A

JP2004145039A - 光学部材の結合構造、および光学ユニット

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Publication number: JP2004145039A
Application number: JP2002310444A
Authority: JP
Inventors: Reiko Maeda; 前田　怜子
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】レンズ等の光学部材を接着固定する接着剤の吸湿による膨潤を防ぐ。
【解決手段】ＴＡＢフィルム２に搭載される撮像素子を構成するモジュール１は、センサ１１、レンズ１５、スペーサ１３等を有する。スペーサ１３にレンズ１５を接着固定する接着剤１４として、エポキシ系接着剤にＳｉ系フィラーを５０％以上配合することで吸水率を低減したものを用いる。さらに、接着剤１４の外側を防水皮膜によってコーティングすれば、より一層確実に接着剤１４の吸湿を防ぎ、膨潤によるピントずれ等のない光学ユニットを実現できる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、カードラなどに用いられる小型の光学ユニットの組立に用いられる光学部材の結合構造、および光学ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、デジタルスチルカメラなどの画像入力機器に用いられるＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサユニットなどの光学ユニットは、映像をデータ化するためのセンサ上にスペーサを有し、該スペーサにレンズ等の光学部材を接着固定することで形成され、スペーサと光学部材間の接着剤で位置合わせすることでピント調整を行っている。
【０００３】
従来、この種の光学ユニットにおいては、前記スペーサと光学部材のギャップをサブミクロンで調整するために、特開平４−９７９２７号公報に開示されているような、硬化収縮が小さいシリコーン系やエポキシ系の接着剤が用いられている。
【０００４】
また近年では、交通手段等の向上により、ユーザーが様々な環境下で光学ユニットを使用することが想定される。そこで、高温高湿等の厳しい環境下においても光学部材の性能が充分に発揮されることが望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の光学ユニットでは、レンズ等光学部材とセンサ間の位置精度が重要になってくる。具体的にはスペーサと光学部材間の接着固定部にサブミクロンオーダーの固定精度が必要となる。
【０００６】
従来では、前述のように、光学部材とスペーサ間の接着には硬化収縮が小さい接着剤を用いて位置ずれを低減しているが、様々な厳しい環境下での光学ユニット使用を想定し、製品ができあがった後のサブミクロン単位の位置ずれを検証・対応した例はなかった。
【０００７】
特に、高温多湿な地域で光学ユニットを使用した際には、湿度や温度の上昇により接着剤が吸水して厚みが増大し、本来の固定位置がずれてしまうことが考えられる。そこで、高温高湿下においても吸水によって膨潤することなく、位置精度が保たれる接着剤が望まれる。
【０００８】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、光学ユニットのレンズ等光学部材を接着剤によって固定する光学部材の結合構造において、前記接着剤の吸水（吸湿）による膨潤を防ぎ、光学ユニットの耐環境性を大幅に向上させることができる光学部材の結合構造、および光学ユニットを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学部材の結合構造は、光学機能を有する光学部材と、前記光学部材を保持する保持手段と、前記光学部材と前記保持手段を接着によって固定する接着固定部とを備えており、前記接着固定部に、吸水率を低減するための吸水調整剤を配合した接着剤を用いることを特徴とする。
【００１０】
接着固定部の外周部に防水性のコーティングが施されているとよい。
【００１１】
吸水調整剤を配合した接着剤を９０℃の熱湯中で３０分間煮沸したときの吸水率が１％以下であるとよい。
【００１２】
吸水調整剤として５０ｗ％以上のＳｉ系フィラーを配合するとよい。
【００１３】
接着剤の硬化収縮率が２％以下であるとよい。
【００１４】
接着剤のＴｇが７０℃以上であるとよい。
【００１５】
接着剤が光硬化型接着剤であるとよい。
【００１６】
接着剤がエポキシ系接着剤であるとよい。
【００１７】
接着固定部の厚みが１ｍｍ以下であるとよい。
【００１８】
環境変化による接着固定部の厚みの変化が１％以内であるとよい。
【００１９】
本発明の光学ユニットは、上記光学部材の結合構造と、前記光学部材に対して相対的に位置決めされるセンサを備えたことを特徴とする。
【００２０】
光学部材がレンズであり、接着固定部においてピント調整したものであるとよい。
【００２１】
【作用】
Ｓｉ系フィラー等の吸水調整剤を硬化収縮率の小さいエポキシ系等の接着剤に配合することで、高温高湿環境下における吸水を低減し、接着剤の膨潤等によるレンズ等光学部材の位置ずれを防ぐ。
【００２２】
これによって、ユーザーの環境変化に伴って発生するレンズのピントずれ等を大幅に軽減して、長寿命で、高い光学性能をいかなる環境においても維持することが可能な光学ユニットを実現できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は一実施の形態による光学ユニットを示すもので、これは、モジュール１をＴＡＢフィルム２に搭載した撮像素子である。
【００２５】
モジュール１は、センサ１１を金バンプ１２を介してＴＡＢフィルム２に貼り合せた後、保持手段であるスペーサ１３とピント調整の機能も兼ねた接着剤１４を介して光学部材であるレンズ１５を固定し、スペーサ１３の開口部には防塵ガラス１６を装着したものである。
【００２６】
そして、接着剤１４による接着固定部は、レンズ１５の各レンズ素子１５ａのピント調整を行う結合部であるため、接着剤１４として、Ｓｉ系フィラー等の、吸水率を低減するための吸水調整剤を５０ｗ％以上含有し、高温高湿下においても吸水が少なく、膨潤による厚みの変位が少ない接着剤を用いている。
【００２７】
一般的に、レンズ等光学部材とセンサ間のピント機能を保持するためには、環境変化等による位置ずれを１〜２μｍ以下に押さえる必要がある。そこで、光学部材とスペーサ等支持部材間の接着剤の高温高湿試験で位置ずれに伴うピント機能の低下を低減するために、高温高湿試験での接着剤の厚み変化すなわちＺ軸変位を１％以内とする。その手段として、Ｓｉ系フィラー等の吸水調整剤を配合することで、例えば、本来の吸水率が５％で、硬化収縮率が２％以下のエポキシ系ＵＶ接着剤の吸水率を１％以内に低減し、吸水した際のＺ軸変位を接着剤厚みの１％以内に抑える。
【００２８】
すなわち、レンズ等光学部材とその支持部を高位置精度に接着した後に、ユーザー環境の変化等により、高温高湿環境下で吸水による膨潤を起こして位置ずれを発生するなどの問題を、上記のように吸水による変位が少ない接着剤を用いることで、高温高湿下におけるレンズ等のピントずれを防ぎ、長期にわたって高い光学性能を維持できる光学ユニットを実現する。
【００２９】
以下に実施例を説明する。
【００３０】
（実施例１）
モジュール１のスペーサ１３とレンズ１５を接着する接着剤１４には、カチオン重合タイプのエポキシ系ＵＶ硬化型接着剤を用い、吸水率低減のためのＳｉ系フィラーを６６ｗ％配合した。前記エポキシ系ＵＶ硬化型接着剤の物性は弾性率４０００ＭＰａ、硬化収縮率１．４％、線膨張係数２．７×１０^−５、Ｔｇ（ガラス転移点）１１０℃である。
【００３１】
ピント調整方法は以下の通りである。接着剤１４を、図２に示すようにスペーサ１３の上端に塗布し、センサ１１とレンズ１５間のピントおよび傾きを六軸調整した後に、接着剤１４を硬化させてピントを固定する。このため、この接着固定部には高い位置精度が要求される。
【００３２】
以下に、接着固定の全工程を説明する。まず、スペーサ１３はアセトン超音波処理を５分間行った後に有機溶剤を完全にふき取り、ＵＶ−Ｏ_３を５分間照射して、表面の汚染物を除去した。次に、図２および図３の（ａ）に示すように、スペーサ１３の上端全周に、接着剤１４を厚み１００〜２００μｍ、幅１〜１．２ｍｍのライン状になるようにディスペンサで塗布し、レンズ１５を乗せた。このときに、図３の（ｂ）に示すように４点に接着剤１４ａを塗布し、レンズ１５を接着した後に周りを接着剤１４で封止するなど、２回以上にわたって塗布・硬化を行ってもよい。この撮像素子の接着固定部に５０ｍＷの照射強度で２秒間ＵＶ（ＨＯＹＡ）を照射し、約１００〜５００秒放置した後に六軸調整を行い、照射強度４０００ｍＷでＵＶを５〜１０秒間照射して接着剤１４を固定した。この後、照射強度２００ｍＷで１８０秒間ＵＶを照射し接着剤１４の硬化を完了した。
【００３３】
本実施例のモジュール状態での接着剤の性能を以下のように評価した。なお、後述する吸水率測定の際にスペーサの吸水による変化を低減するために、スペーサの材質には金属（ＳＵＳ３０４）を用いた。
【００３４】
モジュール１を、９０℃の熱湯で３０分間煮沸した後に煮沸前と比較し、吸水率を測定した。吸水率およびレンズのＺ軸変位の計算には以下の式（１）、（２）および図４に示すモジュール距離Ｄ_０（Ｄ_１）、スペーサ距離Ｓ、レンズ距離Ｌを用いた。
吸水率（％）＝（煮沸後のモジュール重量−煮沸前のモジュール重量）÷（煮沸前のモジュール重量−スペーサ重量）×１００　・・（１）
Ｚ軸変位（％）＝（煮沸後のモジュール距離Ｄ_１−煮沸前のモジュール距離Ｄ_０）÷（煮沸前のモジュール距離Ｄ_１−スペーサ距離Ｓ−レンズ距離Ｌ）×１００　　　　　・・（２）
【００３５】
なお、Ｚ軸変位の測定にはレーザー顕微鏡（レーザーテック株式会社）を用いた。この結果、フィラーの含有量と吸水率およびＺ軸変位量の関係は、図５に示すように、フィラー量６６ｗ％で吸水率０．６％、Ｚ軸変位は約１μｍである。
【００３６】
また、このモジュール１の熱硬化収縮率を測定した。熱硬化収縮率の測定にはＴｈｅｒｍｏ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｚｅｒ（ＴＭＡ；ＴＡ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を用い、図７に示すように−３０℃から８０℃の熱衝撃を３サイクルモジュールに与えて、１サイクル目のＺ軸距離と３サイクル目のＺ軸距離を測定し、熱硬化収縮率の計算には以下の式（３）を用いた。モジュール１の硬化を行った後に熱硬化収縮率を測定した結果は、０．１％であった。
熱硬化収縮率（％）＝（１ｃｙｃｌｅ目のＺ軸距離−３ｃｙｃｌｅ目のＺ軸距離）÷１ｃｙｃｌｅ目のＺ軸距離×１００　・・（３）
【００３７】
（実施例２）
実施例２は、実施例１の接着固定部の周囲に防水性の皮膜をコーティングした場合について示す。
【００３８】
接着剤には、実施例１と同様のＳｉ系フィラーを６６ｗ％カチオン重合タイプのエポキシ系ＵＶ硬化型接着剤に配合したものを用いた。前述のように、この接着剤の物性は弾性率４０００ＭＰａ、硬化収縮率１．４％、線膨張係数２．７×１０^−５、Ｔｇ１１０℃である。
【００３９】
実施例１と同様の方法で接着剤を塗布した。スペーサはアセトン超音波処理を５分間行った後に有機溶剤を完全にふき取り、ＵＶ−Ｏ_３を５分間照射して、表面の汚染物を除去した。スペーサの上面周囲に、前記接着剤を厚み１００〜２００μｍ、幅１〜１．２ｍｍのライン状になるようにディスペンサで塗布した後にレンズを乗せた。この接着固定部に５０ｍＷの照射強度で２秒間ＵＶを照射し約１００〜５００秒放置した後に六軸調整を行い、照射強度４０００ｍＷでＵＶを５〜１０秒間照射して接着剤を固定した。この後、照射強度２００ｍＷで１８０秒間ＵＶを照射し接着剤を硬化させた。
【００４０】
防水性の皮膜をコーティングする方法は以下の通りである。前記モジュールの接着固定部以外を完全にマスクした後に、無電解メッキで皮膜をコーティングした。なお、コーティングには蒸着、スパッタ等を用いてもよい。無電解メッキの素材にはニッケルを用いた。無電解メッキの素材としては、銅、ニッケル、クロム、その他合金類を適用できる。メッキを施した場合と施さなかった場合の吸水率とＺ軸変位の関係は表１の通りである。ニッケルメッキを施した場合、吸水率は０．４％、Ｚ軸変位は０．８μｍとなり、防水性のコーティングを施すことで接着剤の吸水、膨潤をより一層低減できることがわかった。
【００４１】
【表１】

【００４２】
（比較例１）
比較例１として、接着剤に配合するフィラー量を低減した場合について示す。
【００４３】
接着剤には実施例１と同様のカチオン重合タイプのエポキシ系ＵＶ硬化型接着剤を用いた。この接着剤の物性は弾性率４０００ＭＰａ、Ｔｇ１１０℃である。ここに吸水率低減のためのＳｉ系フィラーをそれぞれ０ｗ％、８ｗ％、３０ｗ％、５０ｗ％加えたものを用いた。
【００４４】
接着剤の塗布方法は実施例１と同様である。すなわち、スペーサはアセトン超音波処理を５分間行った後に有機溶剤を完全にふき取り、ＵＶ−Ｏ_３を５分間照射して、表面の汚染物を除去した。そして、前記スペーサの上面周囲に、前記接着剤を厚み１００〜２００μｍ、幅１〜１．２ｍｍのライン状になるようにディスペンサで塗布した後にレンズを乗せた。この接着固定部に５０ｍＷの照射強度で２秒間ＵＶを照射し約１００〜５００秒放置した後に六軸調整を行い、照射強度４０００ｍＷでＵＶを５〜１０秒間照射して接着剤を固定した。この後、照射強度２００ｍＷで１８０秒間ＵＶを照射し接着剤を硬化させた。
【００４５】
実施例１と同様に、モジュール状態での接着剤の性能を評価した。スペーサの吸水を低減するために、スペーサの材質には金属（ＳＵＳ３０４）を用いた。前記モジュールを、９０℃の熱湯で３０分間煮沸した後に煮沸前と比較し、吸水率を測定した。
【００４６】
測定結果は、図５のグラフに示すように、フィラー量５０ｗ％で吸水率０．９％、Ｚ軸変位約２μｍである。吸水に伴うＺ軸変位を１％以内に抑えるためには、Ｓｉ系フィラーを少なくとも５０ｗ％以上加えなければいけないことがわかる。例えば、Ｓｉ系フィラーの添加量が０％である場合、吸水率は５．２％、Ｚ軸変位は５．３μｍ、フィラー量８ｗ％では、吸水率３．３％、Ｚ軸変位４．　４μｍ、フィラー量３０ｗ％では、吸水率２．１％、Ｚ軸変位３．１μｍとなり、ピント調整機能を果たすことが出来ず画像評価の基準値をクリアできなかった。
【００４７】
（比較例２）
比較例２には、接着剤の硬化後の熱硬化収縮率と吸水率およびＺ軸変位量の関係について示す。
【００４８】
接着剤には実施例１と同様のカチオン重合タイプのエポキシ系ＵＶ硬化型接着剤を用いた。この接着剤の物性は弾性率４０００ＭＰａ、Ｔｇ１１０℃である。ここに吸水率低減のためのＳｉ系フィラーを６６ｗ％加えたものを用いた。
【００４９】
次に、接着剤の塗布方法は実施例１と同様である。すなわち、スペーサはアセトン超音波処理を５分間行った後に有機溶剤を完全にふき取り、ＵＶ−Ｏ_３を５分間照射して、表面の汚染物を除去した。前記スペーサの上面周囲に、前記接着剤を厚み１００〜２００μｍ、幅１〜１．２ｍｍのライン状になるようにディスペンサで塗布した後にレンズを乗せた。この接着固定部に２００ｍＷの照射強度でそれぞれ３０、１２０、２４０秒間ＵＶを照射した３個のサンプルを用いて、実施例１と同様の方法で、モジュール状態での接着剤の性能を評価した結果を図６のグラフに示す。スペーサの吸水を低減するために、スペーサの材質には金属（ＳＵＳ３０４）を用いた。各サンプルのモジュールを、９０℃の熱湯で３０分間煮沸した後に煮沸前と比較し、吸水率を測定した。なお、熱硬化収縮率の測定および計算は実施例１において説明した通りである。
【００５０】
その測定結果より、吸水に伴うＺ軸変位を１％以内に抑えるためには、ＵＶを少なくとも２００ｍＷ×２４０秒以上加えなければいけないことがわかった。すなわち、図６に示すように、ＵＶ照射時間が２４０秒であれば、熱硬化収縮率は約０．１％、吸水率は０．６％、Ｚ軸変位は１μｍであるが、ＵＶ照射時間が１２０秒の場合は、熱硬化収縮率は約０．５％、吸水率は１．２％、Ｚ軸変位は２．３μｍ、ＵＶ照射時間が３０秒では、熱硬化収縮率は約０．８％、吸水率は３．８％、Ｚ軸変位は４．０μｍとなりピント調整機能を果たすことができず、画像評価の基準値をクリアできなかった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００５２】
光学素子の結合にＳｉ系フィラーを５０ｗ％以上含む吸水率の低い接着剤を使用し、吸水によるＺ軸変位を低減することで、高温高湿環境下など過酷な条件下でもサブミクロンの位置精度を保つ光学ユニットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態による光学ユニットを示すもので（ａ）はその平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】モジュールを分解して示す分解斜視図である。
【図３】接着剤塗布方法を示す図である。
【図４】モジュールの各部の寸法を示す図である。
【図５】フィラー量と吸水率およびＺ軸変位の関係を示すグラフである。
【図６】熱硬化収縮率と吸水率およびＺ軸変位の関係を示すグラフである。
【図７】ＴＭＡ測定方法を説明するグラフである。
【符号の説明】
１　　モジュール
２　　ＴＡＢフィルム
１１　　センサ
１３　　スペーサ
１４　　接着剤
１５　　レンズ
１６　　防塵ガラス

Claims

光学機能を有する光学部材と、前記光学部材を保持する保持手段と、前記光学部材と前記保持手段を接着によって固定する接着固定部とを備えており、
前記接着固定部に、吸水率を低減するための吸水調整剤を配合した接着剤を用いることを特徴とする光学部材の結合構造。
接着固定部の外周部に防水性のコーティングが施されていることを特徴とする請求項１記載の光学部材の結合構造。
吸水調整剤を配合した接着剤を９０℃の熱湯中で３０分間煮沸したときの吸水率が１％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の光学部材の結合構造。
吸水調整剤として５０ｗ％以上のＳｉ系フィラーを配合することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の光学部材の結合構造。
接着剤の硬化収縮率が２％以下であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の光学部材の結合構造。
接着剤のＴｇが７０℃以上であることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の光学部材の結合構造。
接着剤が光硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の光学部材の結合構造。
接着剤がエポキシ系接着剤であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の光学部材の結合構造。
接着固定部の厚みが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の光学部材の結合構造。
環境変化による接着固定部の厚みの変化が１％以内であることを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載の光学部材の結合構造。
請求項１ないし１０いずれか１項記載の光学部材の結合構造と、前記光学部材に対して相対的に位置決めされるセンサを備えたことを特徴とする光学ユニット。
光学部材がレンズであり、接着固定部においてピント調整したことを特徴とする請求項１１記載の光学ユニット。